JPH079672B2 - 画像信号処理装置 - Google Patents

画像信号処理装置

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JPH079672B2
JPH079672B2 JP62235121A JP23512187A JPH079672B2 JP H079672 B2 JPH079672 B2 JP H079672B2 JP 62235121 A JP62235121 A JP 62235121A JP 23512187 A JP23512187 A JP 23512187A JP H079672 B2 JPH079672 B2 JP H079672B2
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祐二 丸山
博義 土屋
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、階調画像を含む画像情報を多値化再生する機
能を備えた画像信号処理装置に関するものである。
従来の技術 近年事務処理の機械化や画像通信の急速な普及にともな
って、従来の白黒2値原稿の他に、階調画像や印刷画像
における高品質がその再現に対する要望が高まってい
る。
特に、階調画像の2値画像による疑似階調再現は、表示
装置や記録装置との適合性がよく多くの提案がなされて
いる。
これらの疑似階調再現の1つの手段として、ディザ法が
最も知られている。この方法は、予め定められた一定面
積において、その面積内に再現するドットの数によって
階調を再現しようとするもので、ディザマトリックスに
用意した閾値と入力画像情報を1画素毎に比較しながら
2値化処理を行っている。この方法は階調特性と分解能
がディザマトリックスの大きさに直接依存し、互いに両
立できない関係にある。また印刷画像などに用いた再現
画像におけるモアレ模様の発生は避けがたい。
そこで、上記階調特性と高分解能が両立し、かつモアレ
模様の発生抑制効果の大きい方法として、誤差拡散法
(文献:「スペイシャル グレイ スケールへのアダプ
ティブ アルゴリズム」、フロイド及びスタインベルグ
(R.FLOYDO&L.STEINBERG,“An Adaptive Algorithmfor
Spatial Gray Scale",SDI 75 DIGEST,pp36−37))
が提案されている。
第3図は上記誤差拡散法を実現するための装置の要部ブ
ロック図である。
原画像における注目画素の座標を(x,y)とするとき、3
01は誤差を記憶する誤差記憶手段、302は誤差配分計数
マトリックスの示す注目画素の周辺の未処理画素領域、
303は座標(x,y)における集積誤差Sxyの記憶位置、304
は座標(x,y)におけるレベルIxyの入力端子、305は入
力レベルを補正し、I′xy(=Ixy+Sxy)として出力す
る入力補正手段、306はレベル0またはRの2値信号Pxy
を出力する出力端子、307は一定閾値R/2を印加する信号
端子、308は入力信号I′xyと一定閾値R/2を比較して
I′xy>R/2のときPxy=Rを、その他の場合はPxy=0
を出力する2値化手段、309は注目画素に対する2値化
誤差を求め、Exy=(=I′xy−Pxy)として出力する差
分演算手段である。
さて、注目画素に対する集積誤差Sxyは下記第(1)、
(2)式で表される。
Sxy=ΣKij・Ex−j+2、y−j+1 …(1) (但し、i,jは誤差配分係数マトリックス内の座標を示
す) この誤差配分係数Kijは誤差Exyの注目画素の周辺画素へ
の配分の重みずけをするもので、前記文献においては、 (但し、※印は注目画素の位置) を例示している。
第3図は構成において、上記の演算は、注目画素に対す
る2値化誤差Exyに、未処理の周辺画素領域302内の各画
素A〜Dに対応する配分係数を乗算し、誤差記憶手段30
1内の値に加算し再び該当位置へ記憶させる誤差配分演
算手段310によって実現している。但し、誤差記憶手段3
01の画素位置Bの集積誤差は予めOにクリアされてい
る。
発明が解決しようとする問題点 さて上記の誤差拡散法は、ディザ法に比して階調特性や
分解能の点で優れた性能を持ち印刷画像の再現時におい
てもモアレ模様の出現は極めて少なく、原理的には入力
レベルIxyの全てのレベルに応じた黒画素(または白画
素)密度の階調を疑似的に再現できる方式である。一
方、これらの特徴を生かし、数階調程度の記録または表
示が出来る装置について容易に多値化出力を実現し、更
に滑らかな階調特性が得られる画像信号処理装置を実現
できる。
ところで、その処理方式を実用的な整数演算型の処理回
路で実現しようとすると、多値化誤差E(n)xyと周辺
画素への誤差配分値の総和ΣKij・E(n)xyが必ずし
も一致しない。このことは、多値化誤差E(n)xyの全
ての値を周辺画素に配分していないことを意味し、入力
レベルIxyの全レベルに対応した階調を再現できず、特
に入力レベルIxyが低濃度及び高濃度レベルのとき、こ
の現象が顕著で、階調再現領域が狭められた再生画像と
なる問題点があった。
本発明は、上記のn値化誤差拡散法の実施に当たって階
調再現特性を改良し、モアレ模様の極めて少ない画像信
号処理装置を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は、注目画素の多値化誤差をその周辺の画素位置
に対応させて記憶する誤差記憶手段と、前記注目画素の
入力レベルと前記誤差記憶手段内の注目画素に対応した
集積誤差を加算し補正レベルを出力する入力補正手段
と、前記補正レベルの上位nビットを入力して多値化デ
ータとして出力すると共に、多値化データに対応する多
値化レベルを選択出力する多値化出力選択手段と、前記
補正レベルと多値化レベルとの差分である多値化誤差を
求める誤差演算手段と、前記多値化誤差を注目画素の周
辺の未処理画素に配分する配分計数を発生させる配分計
数発生手段と、前記誤差演算手段からの多値化誤差と前
記配分計数発生手段からの配分計数とから注目画素周辺
の未処理画素に対応する誤差配分値を演算する誤差配分
手段と、前記誤差配分手段からの注目画素周辺の未処理
画素に対応する誤差配分値の総和を求め、前記誤差演算
手段からの多値化誤差との差分である剰余誤差を演算し
出力する剰余誤差演算手段と、前記誤差配分値のうちの
一つと前記剰余誤差演算手段からの剰余誤差と加算し、
残りの誤差配分値と共に前記誤差記憶手段内の対応する
画素位置の集積誤差とを加算し再び記憶させる誤差更新
手段とを備えたものである。
作用 本発明は、上記構成により、入力補正レベルの上位nビ
ットを多値化出力データとすると共に、前記多値化出力
データに対応する多値化レベルを選択して出力し、多値
化誤差と注目画素の周辺画素に対応する誤差配分値の総
和との差分である剰余誤差で次画素処理時に補正するこ
とで、多値化誤差と周辺画素の誤差配分値の総和を一致
させ入力レベルの低濃度及び高濃度領域の階調再現特性
を改良し、モアレ模様が発生しないようにしたものであ
る。
実施例 第1図は本発明の一実施例における画像信号処理装置の
要部ブロック図である。
同図に於て、誤差値記憶手段101、周辺画素領域102、注
目画素誤差記憶位置103、入力端子104、入力補正手段10
5、2値化手段108は、それぞれ第3図における、誤差記
憶手段301、注目画素の周辺の未処理画素領域302、記憶
位置303、入力端子304、入力補正手段305、2値化手段3
08と同様のものである。
多値化出力選択手段107は、入力補正手段105によって補
正された入力補正レベルI′(x,y)(符号ビットを含
めNビット信号)の符号を含め上位nビットを入力し、
出力端子106へ多値出力データP(n)(x,y)として出
力すると共に、多値出力データに対応する多値化レベル
を選択し誤差演算手段108へ出力する。
誤差演算手段108は、入力補正レベルI′(x,y)と選択
された出力レベルとの差分演算を行い誤差配分手段109
へ出力する。従ってある多値レベルに選択されたときの
多値化誤差E(n)(x,y)はE(n)(x,y)=I′
(x,y)−P(n)(x,y)として求められる。
次に、多値化出力選択手段107と誤差配分手段109と誤差
更新手段111と配分係数発生手段110を第2図(a)を参
照して説明する。
第2図(a)の実施例においては、多値化出力選択手段
107の出力が4値化出力の場合について説明する。
今、入力画像信号I(x,y)を8ビットデータとする
と、入力補正手段105によって補正された入力補正レベ
ルI′(x,y)は、誤差演算値が±値をとるので、符号
を含め10ビットデータである。入力補正レベルI′(x,
y)(0:9)の内上位4ビットI′(x,y)(6:9)を4値
化判定回路221に入力し、表1に示す4値化データを第
2図の出力単位A,Bに出力し、それぞれ出力レベルP0〜P
3に対応させる。
4値化判定回路201は、符号ビットI′9(x,y)が正で
かつヘキサ表示データで「00」〜「1FF」の範囲、すな
わち“000"≦I′(x,y)≦“OFF"の場合は、I′6
(x,y)とI′7(x,y)のデータをそのまま4値出力デ
ータとする。ただし、符号ビットI′9(x,y)が正で
かつI′(x,y)>“OFF"の場合は、4値出力データを
強制的に“11"とし、また符号ビットI′9(x,y)が負
の場合、すなわち、I′(x,y)<“000"のときは、4
値出力データを強制的に“00"とするものである。以上
をまとめて第1表に示す。
さて、デコーダ222は4値化判定回路201で出力した4値
化データを入力し、4値化判定回路221の4値化出力デ
ータに対応する4値化出力レベルを誤差演算手段108へ
出力する。デコーダ222の4値出力レベルは、等分割と
すると、それぞれP0=“00"、P1=“7F"、P2=“80"、P
3=“FF"(全てヘキサ表示)に設定される。誤差演算手
段108は、入力補正レベルI′(x,y)(0:9)とデコー
ダ222で選択出力される出力レベルP(n)(x,y)との
差分演算をし、4値化誤差E(n)(x,y)を誤差配分
手段109へ出力する。
さて、3値記録系への適応は第1表に示した4値化出力
データからパルス幅変調により容易に実現出来る。第2
図(d)は簡単なパルス幅変調の一構成例で、第2図
(e)はそのタイミングチャートである。
同図において、401は106の出力端子に出力される4値化
信号を入力する4値化信号入力端子、402は同期信号に
同期して1/2遅延したパルスを発生し出力するパルス発
生器、403は4値化信号により3値のパルス幅信号を選
択し出力するセレクタ、404は4値化入力信号を一時記
憶するためのラッチである。次に動作について説明する
と、同期信号の1周期間を最大パルス幅として、次にそ
の1/2のパルス幅、更に0となる信号をセレクタ403に用
意し、同期信号によってラッチ404から出力する4値化
信号に応じて前記信号を切り替えて3値のパルス幅変調
信号を出力しようとしたものである。従って、1/2のパ
ルス幅は、前記同期信号を1/2遅延させることで可能で
ある。さて、前記同期信号によって出力された4値化信
号A,Bがそれぞれ“0",“0"のときセレクタ403のパルス
幅0を選択し、4値化信号A,Bが“0",“1"または“1",
“0"のときセレクタ403の同期信号より1/2遅延した信号
を選択し、更に、4値化信号A,Bが“1",“1"のときセレ
クタ403のパルス幅1を選択して出力する。このように
3値パルス幅変調信号を出力することができる。
配分係数発生手段110は、注目画素周辺の未処理画素に
対する配分係数セットを予め用意し、周辺画素領域102
内の画素位置A〜Dに対する多値化誤差E(n)(x,
y)の配分係数KA〜KDを誤差配分手段109へ出力する。
前記誤差配分手段109は、画素処理周辺に同期した同期
信号に同期しながら、前記配分係数KA〜KDと誤差演算手
段108からの注目画素に対する多値化誤差E(n)(x,
y)とで誤差記憶手段101の周辺画素領域102内の画素位
置A、B、C、Dに対応する誤差配分値GA〜GDを第
(3)式により求める。
さらに誤差更新手段111と剰余誤差演算手段112に誤差配
分値GA〜GDを出力する。
剰余誤差演算手段112は、前記誤差配分値GA〜GDと前記
多値化誤差E(n)(x,y)から誤差配分値GA〜GDの総
和と多値化誤差E(n)(x,y)との差分である剰余誤
差JBを第(4)式により求める。
JB=E(n)(x,y)−(GA+GB+GC+GD) ………
(4) さらに、剰余誤差JBは後述の誤差更新手段111に出力さ
れる。
誤差更新手段111は、前記周期信号に同期しながら、前
記誤差配分手段109からの誤差配分値段GA〜GDの前記剰
余誤差演算手段112からの剰余誤差JBと前記誤差記憶手
段101の周辺画素領域102内の画素位置A、B、C、Dに
対応する記憶装置に記憶されているそれ以前の画素処理
過程における集積誤差SA′、SC′、SD′を読み出し、新
たな集積誤差SA〜SDを第(5)式により求める。
さらに、誤差更新手段111は新たな集積誤差SA〜SDを誤
差記憶手段101の画素位置A〜Dに対応する記憶装置に
書込む更新処理をする。
ただし、第(5)式では剰余誤差JBを周辺画素領域102
内の画素位置Bに加算したが、画素位置A、B、C、D
の内いずれかの位置に加算してもよく、以後画素位置B
に加算するものとして説明する。
また、剰余誤差JBは内部レジスタに一時記憶し、次画素
処理時に読み出し、周辺画素領域102内の画素位置
A′、B′、C′、D′のいずれかの位置に加算しても
よい。
これら誤差配分手段109と配分係数発生手段110と誤差更
新手段111および剰余誤差演算手段112の具体例を第2図
(b)に例示する。同図において、剰余誤差JBは、内部
レジスタに一時記憶し周辺画素位置Bに反映させる。
配分係数発生手段205は配分係数KA、KB、KC、KDを予め
格納するために記憶装置206を設け、画素処理の開始に
先立って収納する。あるいは、記憶装置206は配分係数K
A〜KDを予め書込んだROM(リード・オンリ・メモリ)を
用いてもよい。
誤差配分手段207は、前記多値化誤差E(n)(x,y)と
前記配分係数KA〜KDとから誤差配分値GA〜GDを乗算し求
め、誤差更新手段210と剰余誤差演算手段208に出力す
る。
剰余誤差演算手段208は、前記誤差配分手段207からの誤
差配分値GA〜GDの和値209と前記多値化誤差E(n)
(x,y)との差分である剰余誤差JBを演算し、内部レジ
スタ203(RJ)に一時記憶する。内部レジスタ203(RJ
から読み出された前画素処理時の剰余誤差JB′を誤差更
新手段210に出力する。
誤差更新手段210は、同期信号入力端子204から入力した
画素処理に同期した同期信号214に同期しながら、誤差
配分値GAと誤差記憶手段201より読み込んだ画素位置A
に対応する集積回路S′Aを加算し次の画素処理におけ
る集積誤差Sxyとして使用するため内部レジスタ211
(RA)に一時記憶する。画素位置Bに対する集積誤差
は、誤差配分値GBと剰余誤差演算手段208からの前画素
処理において一時記憶しておいた剰余誤差JB′と加算し
画素位置Bに対応する集積誤差(SB)として内部レジス
タ212(RB)に一時記憶する。誤差配分値GCは前画素処
理において一時記憶している内部レジスタ212(RB)の
データと加算され、画素位置Cの集積誤差(SC)として
内部レジスタ213(RC)に一時記憶する。誤差配分値GD
は前画素処理において一時記憶している内部レジスタ21
3(RC)のデータと加算され、画素位置Dの集積誤差(S
D)として誤差記憶手段201の画素位置Dに対応する記憶
装置に記憶させる。
このような誤差更新手段210により、誤差記憶手段201内
の記憶装置へのアクセスは、画素位置Aに対応する読み
込みアクセスと画素位置Dに対応する読込みアクセスの
みとなり容易に実現可能な構成となる。
また、第2図(c)に2値化誤差Exyを注目画素の周辺
の未処理画素に配分する配分係数を とした場合の、剰余誤差演算手段208の具体例を示す。
同図において、多値化誤差E(n)(x,y)の下位3ビ
ットデータである多値化誤差E′(n)(x,y)を第2
表に示すような関係を持つデコーダ216に入力し、2ビ
ットの剰余誤差JBを出力する。剰余誤差JBは内部レジス
タ217(RJ)に一時記憶し、次画素処理時に読み出し剰
余誤差JB′を出力する。
このように、配分係数を第(6)式のようにすることに
より複雑な演算が不用となり実用的な回路構成となる。
発明の効果 以上のように本発明に係る画像信号処理装置では、注目
画素の周辺画素に対する多値化誤差の配分率を一定とせ
ず、配分係数セット中の複数の配分係数を画素処理と共
に順次変更し利用することにより、従来の誤差拡散法に
みられた偽画像(テクスチャ)を大幅に抑制することが
可能であり、また、入力補正レベルI′(x,y)の上位
nビットを用いて多値化出力データとし、さらに多値化
出力データによって多値化出力レベルを選択し、多値化
誤差演算処理を行う構成とすることにより、容易に多値
出力化が実現でき、記録装置の階調特性にあった出力画
像再生が容易に得られる。また本発明では、注目画素の
周辺画素に対する多値化誤差を配分する際、多値化誤差
を配分された誤差配分値の総和とから剰余誤差を求め次
画素処理時に補正することにより、誤差拡散法を実用的
な整数演算型の処理回路で構成したときに問題となった
入力レベルの低濃度および高濃度領域の階調再現特性が
大幅に改善され、実用的な処理回路を提供することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における画像信号処理装置の
要部ブロック図、第2図(a)は同装置の多値化出力選
択手段のブロック図、第2図(b)は同装置の誤差配分
手段と配分係数発生手段と誤差更新手段の配線図、第2
図(c)は同装置の剰余誤差演算手段のブロック図、第
2図(d)は同装置におけるパルス変調を行なう要部ブ
ロック結線図、第2図(e)は第2図(d)の要部波形
図、第3図は従来の誤差拡散法を実施するための画像信
号処理装置の要部ブロック図である。 101、102……誤差記憶手段、105……入力補正手段、107
……多値化出力選択手段、108……誤差演算手段、109…
…誤差配分手段、110……配分係数発生手段、111……誤
差更新手段、112……剰余誤差演算手段、221……4値化
判定回路、222……デコーダ、206……記憶装置、217…
…デコーダ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】注目画素の多値化誤差をその周辺の画素位
    置に対応させて記憶する誤差記憶手段と、前記注目画素
    の入力レベルと前記誤差記憶手段内の注目画素に対応し
    た集積誤差を加算し補正レベルを出力する入力補正手段
    と、前記補正レベルの上位nビットを入力して多値化デ
    ータとして出力すると共に、多値化データに対応する多
    値化レベルを選択出力する多値化出力選択手段と、前記
    補正レベルと多値化レベルとの差分である多値化誤差を
    求める誤差演算手段と、前記多値化誤差を注目画素の周
    辺の未処理画素に配分する配分計数を発生させる配分計
    数発生手段と、前記誤差演算手段からの多値化誤差と前
    記配分計数発生手段からの配分計数とから注目画素周辺
    の未処理画素に対応する誤差配分値を演算する誤差配分
    手段と、前記誤差配分手段からの注目画素周辺の未処理
    画素に対応する誤差配分値の総和を求め、前記誤差演算
    手段からの多値化誤差との差分である剰余誤差を演算し
    出力する剰余誤差演算手段と、前記誤差配分値のうちの
    一つと前記剰余誤差演算手段からの剰余誤差とを加算
    し、残りの誤差配分値と共に前記誤差記憶手段内の対応
    する画素位置の集積誤差とを加算し再び記憶させる誤差
    更新手段とを備えた画像信号処理装置。
  2. 【請求項2】剰余誤差演算手段は誤差配分手段からの注
    目画素周辺の未処理画素に対応する誤差配分値の総和を
    求め、誤差演算手段からの多値化誤差との差分である剰
    余誤差を演算し、一時記憶すると共に次画素処理時に読
    みだし出力することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の画像信号処理装置。
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