JPH0757005B2 - 画像入出力システムにおける階調設定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカラースキヤナ、レーザカメラ（例えばECRM社
製Autokon）、あるいはインクジエツトプリンタ等の高
精度画像入出力システムにおいて、入力画像信号から出
力画像信号への階調変換を行なう階調設定装置に関し、
さらに詳しくは、この階調変換を行なう際に用いられる
階調変換曲線を生成する階調設定装置に関するものであ
る。

例えば、カラースキヤナ等において、入力ヘツドに入射
した入力画像光信号は、光電子増倍管で光電変換され、
必要な場合には対数変換回路で対数変換され、この後階
調設定装置を中心とする信号処理装置に入力されて所望
の出力画像信号に変換され、光量制御回路の出力画像光
量信号に変換され、この後、出力ヘツドにより感材上に
出力画像として露光される。前記階調設定装置にて行な
われる入力濃度信号から出力濃度信号への階調変換は、
一般に、オペレーシヨンパネル上のハイライト、ミド
ル、シヤドーのポテンシヨメータにより設定された各設
定値をパラメータのとつて生成する階調変換曲線に基づ
いて行なわれる。以下、階等設定装置において行なわれ
るこの曲線の従来の生成過程を具体的に述べる。

この各パラメータ（H,M,S）はそれぞれ、階調設定装置
にて生成されるｈ（ｘ）、ｍ（ｘ）、ｓ（ｘ）の基本関
数に積算されるものである。これらの基本関数の１例を
それぞれ第1A図、第1B図、第1C図に図示する。（ただ
し、横軸（ｘ軸）は入力濃度信号を、縦軸（ｙ軸）は出
力濃度信号を表わす。以下、第1D図、第1E図も同じ。ま
た、ｘ軸、ｙ軸それぞれの目盛の値は第1A図〜第1E図に
おいて共通である。）なお、これらの基本関数は、前記
ポテンシヨメータの設定値（パラメータ）に従つてその
振幅が変化する。すなわち、この各設定値（パラメー
タ）は各基本関数に与える重みを意味する。

次に、原点を通る直線関数ｙ＝lx（ｌは定数）が生成さ
れ、前記基本関数ｈ（ｘ）,m（ｘ）,s（ｘ）に対しそれ
ぞれに対応するパラメータH,M,Sを積算し、次に、これ
らの各要素を加算した関数（Ｈ×ｈ（ｘ）＋Ｍ×ｍ
（ｘ）＋Ｓ×ｓ（ｘ））が生成され、この後、この２つ
の生成された関数が互いに重畳されて階調曲線関数ｙが
生成される（第1E図に示す階調曲線参照）。

すなわち階等曲線関数ｙは以下の式で表わされる。

ｙ＝Ｈ×ｈ（ｘ）＋Ｍ×ｍ（ｘ）＋Ｓ×ｓ（ｘ）＋lx…
１） （ただし、H,M,Sはパラメータ） しかしながら、このような階等設定装置で生成される階
調曲線関数によつては以下に示すようないくつかの問題
が生じる。

第１の問題として、一般に、オペレータはハイライト、
ミドルおよびシヤドー各領域における階調変化がｙ＝lx
の直線に対して垂直な方向に変化するように行なわれる
ことを所望しているにもかかわらず、実際にはそのよう
に変化しないため、操作上扱いにくいということがあ
る。すなわち、例えばＨ＝Ｓ＝０のときＭにM₁と−M
₁（ただしM₁＞０）を与えたとすれば、２つの関数M₁×
ｍ（ｘ）と−M₁×ｍ（ｘ）はｘ軸に対して線対称の関係
になるが、２つの階調曲線関数M₁×ｍ（ｘ）＋lxと−M₁
×ｍ（ｘ）＋lxはｙ＝lxの直線に対して線対称の関係に
はならない。

このことを第６図を用いて説明する。（ａ）に示すy₁＝
lxの直線に、（ｂ）に示すy₂＝ｈ（ｘ）＋ｍ（ｘ）＋ｓ
（ｘ）の曲線を重畳させて階調曲線を得る場合について
考えてみるに、曲線y₃＝y₁＋y₂と曲線y₄＝y₁−y₂は
（ｃ）に示すように直線y₁に対して線対称とはならな
い。すなわち、y₂に所定の係数ａを乗じた場合にy₁＋ay
₂はａの値の変化によって、y₁＝lxの直線に対し垂直方
向には変化しない。この第６図からも明らかなように、
従来の階調曲線の生成方法では各関数ｈ（ｘ）,m
（ｘ）,s（ｘ）を同一割合で変化させてもｙ＝lxの直線
に対して垂直に階調曲線が変化せず、したがって上述し
たように階調曲線を生成する際にオペレータが感覚的に
極めて扱いづらいという問題があった。

すなわち、オペレータは階調曲線を生成する際に、基準
直線y₁に複数の関数（ここではｈ（ｘ）,m（ｘ）,s
（ｘ））を所定の係数（ここではH,M,S）に重みづけし
てなる曲線y₂を重畳する操作を行なうのであるが、この
ときオペレータはCRT等の画面上に表示された階調曲線
の形状を観察しながら、所望する形状を生成するために
は上記係数をどのように変化させればならないかを判断
する。そしてこの判断により決定された上記係数がオペ
レータによって、装置のフロントパネルに配されたポテ
ンショメータにより入力される。

このように、オペレータがCRT等の画面を見ながら、決
定された上記係数を入力する操作は、一つの階等曲線を
作成する度に通常複数回行なわれる。すなわち、階調曲
線の形状は徐々に目的とする形状に近づいていくことに
なる。

このとき、例えばCRT等の画面を観察しているオペレー
タが、階調曲線の中間濃度がまた不足しているためこの
中間濃度を大きくする必要があると判断したとする。こ
のとき、上記例によれば、オペレータは関数ｍ（ｘ）の
係数であるＭを大きくするよう操作することになる。

しかしながら、上述した従来技術ではこのＭを大きくし
ていくと、階調曲線の中間部分のレベルが大きくはなる
ものの、階調曲線のピークは、これらの関数の積算曲線
であるy₂を重畳させる、基準となる直線y₁の同一位置で
変化せず、この直線y₁の方向に移動することになる。す
なわち係数Ｍを大きくする程そのピークは高濃度側に移
動してしまう。

このように基準直線y₁上に所要の形状を生成しようとし
ているオペレータにとって、ピークがこの直線y₁方向に
移動してしまうのでは、上記係数をどの程度変化させた
ら所定の形状が得られるのかを予測するのが極めて難し
い。

ここでは、１つの係数Ｍを変化させる場合について説明
したが、例えば３つの係数H,M,Sを同時に変化させたい
と考える場合もあり、このような場合には上記予測がさ
らに難しくなる。

第２の問題として、基本関数ｈ（ｘ）,m（ｘ）,s（ｘ）
の形状が定められているため、パラメータH,M,Sのみの
組合せによつて生成した階調曲線関数によつてはオペレ
ータが所望するすべての曲線を得ることができないとこ
とがある。

第３の問題として、パラメータH,M,Sの組合せによつて
はこの階調曲線が単調増加曲線とならないということが
ある。すなわち、階調の反転が生じる場合がある。

本発明は、上記問題点を解決するために行なわれたもの
であり、上述したような問題が生じない階調曲線を生成
し、さらに、この曲線を用いるこにより、オペレータの
所望する出力画像信号を出力することのできる階調設定
装置を提供することを目的とするものである。

本発明のうち第１の発明の画像入出力システムにおける
階調設定装置は、階調曲線を用いて階調処理を施した画
像濃度信号を出力する階調設定装置において、ｘ軸とし
て入力画像濃度信号を、ｙ軸として出力画像濃度信号を
とったxy座標系を形成し、さらにこのxy座標系上にｙ＝
lx（ｌは定数）の基準直線を生成する基準直線生成手段
を設け、また、このxy座標軸を、原点を中心として反時
計方向に回転してｘ軸を前記基準曲線に重ね、この時の
Ｘ軸をα軸に、ｙ軸をβ軸にして、αβ座標系を形成す
る座標軸回転手段（第１の座標軸回転手段）を設け、ま
た、このαβ座標系のα軸上に最小値座標点Pminおよび
最大値座標点Pmaxを生成し、前記最小値座標点Pminおよ
び前記最大値座点Pmaxの間にα値の異なる数のパラメー
タ用中間座標点を生成し、これらの中間座標点のβ値を
任意に変化させることができるようにした、すなわち、
最小値座標点Pmin、最大値座標点Pmax、およびβ軸方向
に変化可能な数個の中間座標点を生成することができる
ようにした座標点生成手段を設け、また、この生成され
たα、β値をxy座標系に変換する手段（第２の座標軸回
転手段）を設け、さらには、この変換されたxy座標系に
おける前記各座標点間を純エルミート補間法等の曲線補
間法で補間して前記階調曲線を生成する階等曲線生成手
段を設けたことを特徴とするものである。

次に、本発明のうち第２の発明の画像入出力システムに
おける階調設定装置は、階調曲線を用いて階調処理を施
した画像濃度信号を出力する階調設定装置において、ｘ
軸として入力画像濃度信号を、ｙ軸として出力画像濃度
信号をとつたxy座標系を形成し、さらにこのxy座標系上
にｙ＝lx（ｌは定数）の基準直線を生成する基準直線生
成手段を設け、また、このxy座標軸を、原点を中心とし
て反時計方向に回転してｘ軸を前記基準曲線に重ね、こ
の時のｘ軸をα軸に、ｙ軸をβ軸にしてαβ座標系を形
成する座標軸回転手段（第１の座標軸回転手段）を設
け、また、このαβ座標系のα軸上に最小値座標点Pmin
および最大値座標点Pmaxを生成し、前記最小値座標点Pm
inおよび前記最大値座標点Pmaxの間にα値の異なる数個
のパラメータ用中間座標点を生成し、これらの中間座標
点のβ値を任意に変化させることができるようにした、
すなわち、最小値座標点Pmin、最大値座標点Pmax、およ
びβ軸方向に変化可能な数個の中間座標点を生成するこ
とができるようにした座標点生成手段を設け、このαβ
座標系における前記各座標点間を順エルミート補間法等
の曲線補間法で補間して前記階調曲線を生成する階調曲
線生成手段、およびこの生成されたα、β値をxy座標系
に変換する手段（第２の座標軸回転手段）を設けたこと
を特徴とするものである。

第2A図は、前記基準直線生成手段により形成されたｘ
軸、ｙ軸およびｙ＝lxの１例を示すグラフ、第2B図は、
前記第１の座標軸回転手段により形成されたαβ座標系
の１例を前記ｘ軸およびｙ軸と共に示すグラフ、第2C図
は、αβ座標系上で前記座標点生成手段により生成され
た最小値座標点Pmin、最大値座標点Pmax、および数個の
中間座標点の１例を前記ｘ軸,y軸と共に示すグラフ、第
2D図は、前記第２の座標軸回転手段によつて各座標点が
xy座標系に変換されたことを示すグラフ、第2E図は、前
記階調曲線生成手段によりxy座標系上に生成された階調
曲線の１例を示すグラフである。

なお、最大値座標点および最小値座標点のα座標は入力
画像濃度信号の最大値および最小値に相当する値であ
る。

なお、前記中間座標点の数は２個以上の所望の数にすれ
ばよく、また、この他にα値が最小値座標点Pmin以下あ
るいは最大値座標点Pmax以上となるような座標点を設け
て曲線生成のための安定性を向上させるようにしても良
い。

また、前記曲線補間法とは補間により生成された曲線の
１次微分および２次微分の微係数が連続となるような補
間法をいい、上述した準エルミート補間法の外に例え
ば、スプライン関数を使用した補間法をいう。

本発明の画像入出力システムにおける階調設定装置によ
れば、階調曲線を決定する場合に使用するパラメータと
なるべき座標点を所望の数だけ選択することができ、ま
た各座標点のα座標をそれぞれ所望の値に設定すること
ができるから階調曲線を生成する自由度が高く、滑らか
な曲線を生成することができる。このため、精度の高い
階調処理を行なうことができる。

さらに、本発明の装置は座標回転手段を設けており、ｙ
＝lxの基準直線に対して各中間座標点を変化させること
ができるようにしているから、階調曲線もオペレータが
設定したパラメータの値に伴ないｙ＝lxの基準直線に対
して変化する。

このことを、従来技術を示す第６図と対応させた第７図
を用いて説明する。すなわち、本願発明の装置において
は、x,y座標系が回転されてα，β座標系に座標変換さ
れており、（ａ）に示されるようにｙ＝lxはβ_１＝０と
して表される。したがって（ｂ）に示されるようにαβ
座標系で直線β_１＝０に曲線 を重畳することによって生成される階調曲線はβ_１＝
０、すなわちｙ＝lxに垂直に変化させることが容易とな
る。すなわち、（ｃ）に示されるように曲線β_３＝β_１
＋β_２と曲線β_４＝β_１−β２とは直線ｙ＝lxに対して
線対称となる。なお、上記ｐは を表わし、H,M,Sはオペレータにより操作される係数を
表わす。これにより、オペレータが所望するｙ＝lxの直
線に対して変化する階調曲線を得ることができる。この
ため、作業能率を極めて向上させることができる。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

第３図は、本発明のうち第１の発明の装置の１実施例を
示すブロックダイヤグラムである。

基準直線生成手段１によりｘ軸,y軸，およびｙ＝lxが生
成され、第１座標回転手段２によりxy座標軸が原点を中
心としてｘ軸がｙ＝lxの直線に重なるまで反時計方向に
回転され、この回転されたＸ軸はα軸に、ｙ軸はβ軸に
変換されてαβ座標軸が形成される。この後、座標点生
成手段３により入力された各パラメータ値に従つてαβ
座標系上に各座標点が生成される。この後、第２座標軸
回転手段４により、このαβ座標軸のみ原点を中心とし
て時計方向に、前記基準直線生成手段１により形成され
たｘ軸にα軸が重なるまで回転され、α軸はｘ軸に、β
軸はｙ軸に変換されてxy座標系が生成される。この後、
階調曲線生成手段５により、xy座標系上の各座標点間が
準エルミート補間法により補間され階調曲線が生成され
る。このようにして生成された階調曲線に基づいて、階
調設定装置に入力された入力画像濃度信号は出力画像濃
度信号に変換される。第４図は、基準直線生成手段１に
より形成されたｘ軸およびｙ軸、第１の座標軸回転手段
２により、このxy座標軸を原点を中心として回度θだけ
反時計方向に回転して形成されたα軸（ｙ＝lxの基準直
線と重なる）およびβ軸、座標点生成手段３によりα軸
上に生成された８個と座標点P₁〜P₈（P₂およびP₇は固定
点）を示すグラフである。

具体的な、座標点生成方法としては、まず、オペレータ
によりハイライト、ミドル、シヤドーの各パラメータ値
H,M,Sが設定されて座標点生成手段３にこれらのH,M,S値
が入力され、P₁〜P₈の各座標点のβ座標が設定される。
例えば、 P₂はＯ、P₃はＨ、P₄およびP₅はＭ、P₆はＳ、P₇はＯ、 のβ座標を有することになる。次に、これらの座標点P₁
〜P₈のα座標のうちP₂（最小値座標点）がＯ、P₇（最大
値座標点）が規格化された100の値に設定される。な
お、α座標の０および100は入力画像濃度信号と最小濃
度値および最大濃度値に相当する。一般に、ハイライ
ト、ミドル、シヤドーの各領域の範囲は、ハイライト５
〜35、ミドルが30〜70、シヤドーが65〜95である。した
がつて、この実施例においては、ハイライトに相当する
座標点P₃は15、ミドルに相当する座標点P₄,P₅（階調曲
線を滑らかに生成するために２点とる）はそれぞれ49,5
1、シヤドーに相当する座標点P₆は85のα座標を有する
ように設定されている。なお、座標点P₁およびP₈の座標
はそれぞれ に設定される。この２つの座標点は、階調曲線の生成の
際に安定性を向上されるためのものである。

次に、第２座標軸回転手段４によりαβ座標系上の座標
点P₁〜P₈をxy座標系上の座標点に変換する。具体的に
は、各座標点の座標（α，β）は以下の２）式により座
標（x,y）に変換される。

すなわち、 （なお、θはｘ軸とα軸が形成する角度である。） 次に、階調曲線生成手段５にて、上述したようにして得
られたxy座標系の座標点P₁〜P₈の座標（x_i,y_i）（ｉ＝
1,…,8）の各データに対し準エルミート補間法（例え
ば、富士通株式会社製FACOM FORTRAN SSL II使用手引
書99SP−0050−４ P235〜237参照）を適用することに
より係数列c_i,d_i,e_i（ｉ＝1,…,7）が求められる。この
後、これらの係数列c_i,d_i,e_iより階調曲線が生成され
る。すなわち、x_i≦ｘ≦x_i＋１の区間では ｙ＝y_i＋（c_i＋（d_i＋e_i・ｘ）ｘ）ｘ ＝y_i＋c_i・ｘ＋d_i・x²＋e_i・x³ …３） により階調曲線７が生成される。第５図は、このように
して生成した階調曲線の例を示したグラフである。この
図では、パラメータを変化させそのパラメータごとに生
成した17本の階調曲線を示す。この図から、パラメータ
の変化に伴ない階調曲線がｙ＝lxの基準直線に対して変
化しているのがわかる。すなわち、この実施例によれ
ば、オペレータが所望するｙ＝lxの基準直線に対して垂
直な方向に部分的に変化する階調曲線を得ることができ
る。また、この実施例ではパラメータH,M,Sの組合わせ
によつてc_i,d_i,e_iのパラメータを決定することができる
ので曲線の生成において自由度が大きく滑らかな曲線を
生成することができる。また、ハイライト、ミドルおよ
びシヤドーのα座標として15,49,51,85を選択したがこ
れらの座標は任意の値に変更することができ、この変更
により曲線を生成する際の自由度はさらに大きくなる。
また、この実施例によれば階調曲線が単調増加曲線とな
らないようなc_i,d_i,e_iの組合せが入力されたときに、そ
の組合せを阻止することができるようにあらかじめ設定
しておくことが可能であるから単調増加曲線のみを生成
することが容易である。

本発明のうち第２の発明に係る実施例のブロツクダイヤ
グラムは、第２図のブロツクダイヤグラムの第２座標軸
回転手段４と階調曲線生成手段５を入れ替えることによ
り得ることができる。この実施例によつても、上記実施
例と同様の効果を得ることができる。

なお、上記２つの実施例における各手段はマイクロプロ
セツサ（例えばＺ−80）、ROM,RAM等を組合わせたデジ
タル回路を使用することにより形成しても良いし、複数
の非線型増幅器を組合せたアナログ回路を使用すること
により形成しても良い。

【図面の簡単な説明】

第1A図〜第1E図は従来技術を説明するグラフ、 第2A図〜第2E図は、本発明の装置の各手段により生成さ
れる座標軸、座標点および階調曲線を示すグラフ、 第３図は本発明の１実施例を示すブロツクダイヤグラ
ム、 第４図は第３図の実施例における座標点の生成方法を示
すグラフ、 第５図は第３図の実施例により生成された階調曲線を示
すグラフ、第６図は従来技術によって生成される階調曲
線を説明するためのグラフ、第７図は本発明の装置によ
って生成された階調曲線を説明するためのグラフであ
る。 １……基準直線生成手段、２……第１座標軸回転手段 ３……座標点生成手段、４……第２座標軸回転手段 ５……階調曲線生成手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像信号入力装置からの入力画像濃度信号
   に対し階調曲線に基づいた階調処理を施し、この階調処
   理後の出力画像濃度信号を画像信号出力装置に送出する
   階調設定装置において、 ｘ軸として入力画像濃度信号を、ｙ軸として出力画像濃
   度信号をとったxy座標系を形成し、さらにこのxy座標系
   上にｙ＝lx（ここでｌは定数）の基準直線を生成する基
   準直線生成手段、 このxy座標軸を、ｘ軸が前記基準直線に重なるまで原点
   を中心として反時計方向に回転し、回転した後のｘ軸を
   α軸に、ｙ軸をβ軸にしてαβ座標系を形成する座標軸
   回転手段、 このαβ座標系のα軸上に最小値座標点Pminおよび最大
   値座標点Pmaxを生成し、また前記最小値座標点Pminおよ
   び前記最大値座標点Pmaxの間にα値の異なる数個のパラ
   メータ用中間座標点を生成しこれらの中間座標点のβ値
   を任意に変化させることができるようにした座標点生成
   手段、 この生成されたαβ値をxy座標系に変換する手段、 およびこの変換されたxy座標系における前記各座標点間
   を曲線補間して前記階調曲線を生成する階等曲線生成手
   段を設けたことを特徴とする画像入出力システムにおけ
   る階調設定装置。
2. 【請求項２】画像信号入力装置からの入力画像濃度信号
   に対し階調曲線に基づいた階調処理を施し、この階調処
   理後の出力画像濃度信号を画像信号出力装置に送出する
   階調設定装置において、 ｘ軸として入力画像濃度信号を、ｙ軸として出力画像濃
   度信号をとったxy座標系を形成し、さらにこのxy座標系
   上にｙ＝lx（ここでｌは定数）の基準直線を生成する基
   準直線生成手段、 このxy座標軸を、ｘ軸が前記基準直線に重なるまで原点
   を中心として反時計方向に回転し、回転した後のｘ軸を
   α軸に、ｙ軸をβ軸にしてαβ座標系を形成する座標軸
   回転手段、 このαβ座標系のα軸上の最小値座標点Pminおよび最大
   値座標点Pmaxを生成し、また前記最小値座標点Pminおよ
   び前記最大値座標点Pmaxの間にα値の異なる数個のパラ
   メータ用中間座標点を生成しこれらの中間座標点のβ値
   を任意に変化させることができるようにした座標点生成
   手段、 このαβ座標系における前記各座標点間を曲線補間して
   前記階調曲線を生成する階調曲線生成手段、 およびこの生成されたαβ値をxy座標系に変換する手段
   を設けたことを特徴とする画像入出力システムにおける
   階調設定装置。