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JP4594712B2 - 画像データ生成装置、展開マトリックス選定装置、画像データ生成処理プログラム、及び画像データ生成方法等 - Google Patents

画像データ生成装置、展開マトリックス選定装置、画像データ生成処理プログラム、及び画像データ生成方法等 Download PDF

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Description

本発明は、感熱記録装置等の技術分野に関し、特に、描画するドットの安定性を図る技術の分野に関する。
この種の感熱記録装置において、2値のドットのオン/オフによって階調を表現する面積変調には、大別して2種類ある。1つは、ドット集中型(クラスタ型)手法とよばれ、階調が大きくなるに従って複数のドットが集まって1つの網点が成長していく手法である。もう1つはドット分散型(ディスパースト型)手法とよばれ、ドットを分散させつつ、ドットの密度で階調を表現する手法である。両手法とも、周期性がある場合と、ない場合があり、面積変調の型は、周期的クラスタ型、非周期的クラスタ型、周期的ディスパースト型、及び非周期的ディスパースト型に大きく区分けすることができる。
周期的クラスタ型の網点は、オフセット印刷の分野で伝統的に用いられており、通常、2000dpi(dots per inch)以上のドットによって、175線(1インチ中の網点の数)程度の網点が用いられる。カラーオフセット印刷においては、公知の如く、さらに網点の角度を変えることにより、モアレが目立つのを防いでいる。
非周期的クラスタ型の網点には、様々な種類があり、非周期的ディスパースト型と並んでFMスクリーニングを称されることがある。どちらも、モアレがない印刷画像が得られるが、非周期型ディスパースト型の場合、基本ドットが、例えば10ミクロン(例えば2400dpi)前後のオフセット印刷では印刷時の安定性に問題があり、近年はクラスタ型のFMスクリーニングを用いていることが多い。
周期的及び非周期的ディスパースト型は、クラスタ型に比較して解像性をあげることができるため、基本ドットが、比較的大きい例えば40ミクロン(例えば600dpi)前後のカラープリンタやコピー機等に広く用いられている。
例えば、溶融型熱転写プリンタのドット転写は、加熱要素であるサーマルヘッドが1次元的に並んでおり(主走査線方向)、このサーマルヘッドに対し、記録シートやフィルムが印刷方向(副走査線方向)に送られる。各ヘッドは、段階的に加熱量のコントロールが可能であるが、昇華転写プリンタと異なり、溶融して転写する色剤は、基本的に転写するか、しないかの2値であるため、面積変調を行って階調を表現する必要がある。
例えば、特許文献1には、網点画像のモアレを低減させる溶融型熱転写プリンタが開示されている。
特開平8−20125号公報
しかしながら、近年、サーマルヘッドの高解像度化(例えば300dpiから600dpi以上)により、画像の解像度の向上に相反して、蓄熱の影響の増大、階調コントロールの難しさが問題になっている。例えば、同じ大きさ、同じ印加熱量のドットでも、描画するドットの密度が異なると再現されるドットの大きさが異なる。副走査方向に連続してドットを描画すると蓄熱の影響により、その後のドットが太る(面積が増大)といった現象があり、意図した面積率を2値のパターンとして描画し、実際にそのまま転写することが困難になっている。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、蓄熱による隣接ドットの影響等を回避しつつ、安定性、再現性に優れたドットの転移を行うことが可能な画像データ生成装置、画像データ生成処理プログラム、及び感熱記録装置等を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、複数のドットからなるドットパターンを有する展開マトリックスであって、印画された場合に少なくとも複数のドットパターンの形状及び面積がほぼ同一となるドットパターンを有する展開マトリックスを複数選定する展開マトリックス選定手段と、前記選定された各展開マトリックスにおけるドットパターンの階調値を求める階調値算出手段と、画像データを取得する画像データ取得手段と、前記取得された画像データにおける各画素の階調値を、前記求められた何れかの階調値に夫々変換する階調値変換手段と、前記選定された展開マトリックスのうちから、前記各画素の前記変換された階調値に対応する展開マトリックスを夫々取得する展開マトリックス取得手段と、前記各画素を、前記取得された展開マトリックスに夫々展開して、印画用の画像データを生成する画像データ生成手段と、を備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の画像データ生成装置において、前記階調値変換手段による前記階調値の変換前に、前記求められた階調値を中心とする所定範囲の階調値を有する画素に対してノイズを重畳するノイズ重畳手段を更に備えることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の画像データ生成装置において、前記階調値変換手段は、誤差拡散法を用いて、前記各画素の階調値の変換を行うことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか一項に記載の画像データ生成装置において、前記ドットパターンは、N(Nは自然数)×N個のドットからなる展開マトリックス中に含まれており、当該展開マトリックスは、蓄熱の影響をリセットするための白領域のドットを有することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、複数のドットからなるドットパターンを有する展開マトリックスであって、印画された場合に少なくとも複数のドットパターンの形状及び面積がほぼ同一となるドットパターンを有する展開マトリックスを複数選定する展開マトリックス選定手段と、前記選定された各展開マトリックスにおけるドットパターンの階調値を求める階調値算出手段と、を備えることを特徴とする
ここで、「シート」とは、中間転写材料、紙、プラスチックシート等の記録(受像)シートをいう。
請求項に記載の発明は、コンピュータを、請求項1乃至4の何れか一項に記載の画像データ生成装置として機能させることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の画像データ生成処理プログラムがコンピュータ読み取り可能に記録されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、複数のドットからなるドットパターンを有する展開マトリックスであって、印画された場合に少なくとも複数のドットパターンの形状及び面積がほぼ同一となるドットパターンを有する展開マトリックスを複数選定する工程と、前記選定された各展開マトリックスにおけるドットパターンの階調値を求める工程と、画像データを取得する工程と、前記取得された画像データにおける各画素の階調値を、前記求められた何れかの階調値に夫々変換する工程と、前記選定された展開マトリックスのうちから、前記各画素の前記変換された階調値に対応する展開マトリックスを夫々取得する工程と、前記各画素を、前記取得された展開マトリックスに夫々展開して、印画用の画像データを生成する工程と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数のドットからなるドットパターンを有する展開マトリックスであって、印画された場合に少なくとも安定した形状となるドットパターンを有する展開マトリックスを複数選定しておき、画像データにおける各画素を、その階調値に合った展開マトリックスに夫々展開して、印画用の画像データを生成するようにしたので、蓄熱による隣接ドットの影響等を回避しつつ、安定性、再現性に優れたドットの転移を行うことができる。
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態について詳細に説明する。
[1.感熱記録装置の構成・機能]
先ず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る感熱記録装置の構成及び機能について説明する。
図1は、本実施形態に係る感熱記録装置の概要構成例を示す図である。
図1に示すように、感熱記録装置Sは、画像データ生成装置1と、サーマルプリンタ2と、を備えている。
画像データ生成装置1は、例えば汎用のコンピュータを適用可能であり、制御部11と、各種データ、テーブル及びプログラム等を記憶保存(格納)する記憶部(例えば、ハードディスク等)12と、ユーザから指示等を入力する入力部(例えば、キーボード、マウス等)13と、各種データを表示する表示部(例えば、ディスプレイ)14と、ネットワークを介して他の装置との通信を行うための通信部(例えば、通信制御器、通信ポート等)15と、サーマルプリンタ2からの接続ケーブル(例えば、USBケーブル等)3を接続するためのプリンタポート16と、を備えて構成され、これらの構成要素は、バス17を介して相互に接続されている。
なお、本発明の展開マトリックス選定装置及び展開マトリックス利用装置は、画像データ生成装置1を構成する。
制御部11は、CPU,RAM,ROM等から構成されており、例えば記憶部12に格納されたプログラム(本発明の画像データ生成処理プログラムを含む)を読み出し実行することにより、上記各構成要素を制御すると共に、本発明の展開マトリックス選定手段、階調値算出手段、画像データ取得手段、階調値変換手段、展開マトリックス取得手段、画像データ生成手段、及びノイズ重畳手段として機能するようになっている。これらの各手段の詳細については後述する。
サーマルプリンタ2は、バッファメモリ21と、プリンタ制御部22と、サーマルヘッド23と、当該サーマルヘッド23を駆動するサーマルヘッド駆動部24と、インクリボン送りモータ25と、当該インクリボン送りモータ25を駆動するモータ駆動部26と、を備えて構成され、これらの構成要素は、バス27を介して相互に接続されている。
バッファメモリ21には、画像データ生成装置1から接続ケーブル3を通じて転送された画像データが蓄えられる。
プリンタ制御部22は、バッファメモリ21の画像データをサーマルヘッド23へ転送制御すると共に、印画手段として、サーマルヘッド駆動部24及びモータ駆動部26を制御して記録シートに画像印画するようになっている。ここで、記録シートに画像を印画するために、画像データに応じてサーマルヘッド23に印加されるエネルギー(例えば、0〜100%まで変化)が設定されており、画像印画の際に、サーマルヘッド23から当該エネルギーに応じた熱が感熱記録材(インクリボン)に伝えられ(印加され)、これにより、その印加部分のインクが溶けて記録シートに付着することになる。なお、インクリボンには、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、及びK(ブラック)の4種類があり、これらのインクを重ねて転写することでカラー印画を行うようになっている。
[2.画像データ生成処理]
次に、上記感熱記録装置Sにおける本発明の特徴部分の処理について説明する。この処理は、展開マトリックステーブル作成段階と、画像データ生成段階と、に分けることができ、画像データ生成装置1において行なわれる。
展開マトリックステーブル作成段階では、展開マトリックステーブル及び階調値テーブルが作成され、画像データ生成段階では、作成された展開マトリックステーブル及び階調値テーブルが参照されつつ、入力された画像データ(以下、「入力画像データ」という)が印画用の画像データ(以下、「出力画像データ」という)に変換されるようになっている。
始めに、図2乃至図5を参照して、展開マトリックステーブル作成段階の詳細について説明する。
図2は、入力画像データと出力画像データの一例を対比させつつ示した図であり、図3は、展開マトリックステーブル作成処理の一例を示すフローチャートであり、図4は、展開マトリックスに含まれるドットパターンの形状(面積)安定性評価の過程の一例を示す図であり、図5は、選定された展開マトリックスとその階調値との対応関係を示す図である。
図2の例において、入力画像データ51は、120dpi(dots per inch)の画像データであるが、これが変換された結果、出力画像データ52は、600dpi(dots per inch)の画像データになっている。そして、入力画像データ51における画素51aは、出力画像データ52におけるN×N(Nは自然数、この例では、5)個のドット52aからなるN×N画素52bと面積が等しくなっている。つまり、各画素51aが、各N×N画素52bに変換(展開)されることによって出力画像データ52が得られることになるのである。
このようなN×N画素52bは、展開マトリックステーブルから取得される展開マトリックスである。また、N×N画素52b中には、ドットパターン(白領域が所定色で塗りつぶされたドットからなる領域)52cが含まれている。このようなドットパターン52の形状及び面積には、図2に示す例以外にも、様々なものがあるが、出力画像データ52に用いられるドットパターンは、印画された場合に安定した形状(又は安定した面積)となるドットパターンである。このような安定した形状(又は安定した面積)を有するドットパターンを得るために、図3に示す処理が実行される。
図3の処理では、画像データ生成装置1の制御部11は、例えばユーザにより作成され画像データ生成装置1の記憶部12に記憶された複数の展開マトリックス(これらの展開マトリックスに含まれるドットパターンは、その形状、面積、及び画素値のうち少なくとも何れか一つが互いに異なっている。)のうち、ユーザの入力部13を介した指示に従って何れか一つの展開マトリックスを読み込み(ステップS1)、これを例えば、図4(A)又は(D)に示すように、縦横複数個並べて(例えばRAM上で)印画シミュレーションを実行する。こうして、図4(B)又は(E)に示すように、印画シミュレーション上で複数のドットパターンが印画されることになる。
そして、画像データ生成装置1の制御部11は、展開マトリックス選定手段として、当該展開マトリックスにおけるドットパターンが、印画された場合に安定した形状(又は安定した面積、或いは、安定した形状かつ面積)となるか否かを判別(つまり、形状(面積)安定性評価)し(ステップS2)、安定した形状(又は安定した面積、或いは、安定した形状かつ面積)となる場合には(ステップS2:Y)、当該展開マトリックスを選定し(ステップS3)、展開マトリックステーブルにマトリックス番号を付与して登録する(ステップS4)。このように選定された展開マトリックスは、蓄熱の影響をリセットするための白領域のドットを有している。
ここで、上記判別処理においては、例えば、図4(B)又は(E)に示すような印画された複数のドットパターンが相互に比較され(例えば重ね合わせ)、例えばそれらの形状の差が予め設定された範囲内(つまり、形状がほぼ同じ範囲内)にある場合に、その展開マトリックスが、展開マトリックステーブルに登録されるべき展開マトリックスとして選定されることになる。例えば、図4(B)に示すドットパターンの場合、それらの形状も、面積もほぼ同じなので、展開マトリックステーブルに登録されるべき展開マトリックスとして選定される(採用)ことになるが、図4(E)に示すドットパターンの場合、それらの形状も、面積もバラバラなので、展開マトリックステーブルに登録されるべき展開マトリックスとして選定されない(不採用)ことになる。
なお、本実施形態においては、印画シミュレーション上で印画された複数のドットパターンの形状(面積)安定性評価を実行するように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば図4(B)又は(E)に示すように、複数のドットパターンを実際に印画(印刷)し、ユーザが形状(面積)安定性評価を行った後、当該ユーザが入力部13を介した指示により上記ステップS3にて展開マトリックスが選定されるように構成してもよい。
次いで、画像データ生成装置1の制御部11は、階調値算出手段として、上記印画シミュレーション上で印画されたドットパターンの濃度を測定し、当該測定された濃度を階調値に変換して、当該展開マトリックスにおけるドットパターンの階調値を求め(ステップS5)、階調値テーブルにマトリックス番号を付与して登録する(ステップS6)。例えば、記録シートにおける濃度を「D0」、記録シートにおける最大濃度を「Dm」、測定された濃度を「D」とした場合、階調値gは、次の(1)式で表される(比例関係にあるとした場合)。
階調値g=255*(D−D0)/(Dm−D0)・・・(1)
なお、選定された展開マトリックスと、そのドットパターンの階調値とは、1対1に対応付けられることになる。
次いで、画像データ生成装置1の制御部11は、上記ステップS2における判別の対象となる展開マトリックスがあるか否かを判別し(ステップS7)、ある場合には(ステップS7:Y)、ステップS1に戻り同様の処理を繰り返す。
こうして、複数の展開マトリックスが展開マトリックステーブルに、そのドットパターンの階調値が階調値テーブルに、夫々登録されていくことになり、図5に示すように、展開マトリックスとその階調値が対応付けられる。なお、上記のように複数選定された展開マトリックスの階調値は、必ずしも等間隔になるとは限らないが構わない。
次に、図6乃至図11を参照して、画像データ生成段階の詳細について説明する。
図6は、画像データ生成処理の一例を示すフローチャートであり、図7は、入力画像データにおける画素に対してノイズが重畳される一例を示す図であり、図8は、ノイズテーブルN[σ][x]の作り方の一例を示す図であり、図9は、誤差拡散法によるグラデーションの再現例を示す図であり、図10は、入力画像データにおける画素の階調値が階調値テーブルに合わせて多値化される一例を示す図であり、図11は、多値化されるに当たって誤差拡散される様子の一例を示す図である。
図6の処理では、画像データ生成装置1の制御部11は、画像データ取得手段として、例えばユーザの入力部13を介した指示に従って記憶部12から入力画像データを読み出し取得する(ステップS11)。
次いで、画像データ生成装置1の制御部11は、ノイズ重畳手段として、例えば図7に示すように、階調値テーブルに登録された(上記求められた)階調値を中心とする所定範囲の階調値を有する各画素(入力画像データの画素)に対してノイズを重畳する(ステップS12)。つまり、当該ノイズは、後述する誤差拡散を行う前の元画像の画素値に重畳される。
より具体的には、画像データ生成装置1の制御部11は、各画素の値から図7に示した様にノイズの強さσを決定する。例えば、予め用意されたノイズテーブルN[σ][x]で、各画素毎に決定されたノイズの強さσと一様乱数xから、例えば、次の(2)式により、新しい画素値が決定される。
p’=p+N[σ][x]・・・(2)
ここで、p’はノイズ重畳後の画素値、pは元の画素値を夫々示す。
CPUの擬似乱数関数の殆どが一様乱数であるため、ノイズテーブルN[σ][x]は、一様乱数からガウス分布を持つ乱数を発生させるために作られる。
ノイズテーブルN[σ][x]の作成には、図8(A)に示すようなガウス分布を積分した誤差関数erf(x)が用いられ、このガウス分布から図8(B)に示すような参照によってノイズテーブルN[σ][x]が作成される。
このようにノイズを重畳するのは、後述する誤差拡散法でグラデーションを再現する場合、例えば図9(A)に示すように、ある階調値(つまり、階調値テーブルに登録された階調値)で同一の展開マトリックスによるドットパターンがならび、展開マトリックス間のテクスチャ感の違いが際立つ現象(トーンジャンプ)が生じるため、これを防ぐ趣旨である。このようにノイズを重畳することによって、図9(B)に示すように、トーンジャンプを無くすことができる。
なお、重畳するノイズとしては、ホワイトノイズ、ブルーノイズ、又はピンクノイズ等で良く、ノイズの空間スペクトルに特に限定されるものではない。また、特に、ハイライトや、シャドーでは、ノイズの分散を小さく抑え、通常、ノイズは画像のざらつき感を生み出し好ましくないため、量子化閾値周辺でのみ大きくするように重畳することが望ましい。
次いで、画像データ生成装置1の制御部11は、階調値変換手段として、ノイズが重畳された画素を含む全ての画素の階調値を、誤差拡散法を用いつつ、上記階調値テーブルに登録された何れかの階調値に夫々変換して多値化(量子化)する(ステップS13)。例えば、図10に示すように、画素の階調値が「40」であった場合、これが、階調値(展開マトリックスの階調値)「50」に変換(量子化)される。そして、この量子化誤差e(例えば、50−40=10)が、誤差拡散により、例えば、図11に示す符号61、62、63、及び64に示す画素に、夫々、「7/16」、「3/16」、「5/16」、及び「1/16」ずつ伝播される(Floyd&Steinberg型の場合)ことになる。
次いで、画像データ生成装置1の制御部11は、展開マトリックス取得手段として、展開マトリックステーブルに登録された展開マトリックスのうちから、上記各画素の変換(量子化)された階調値に対応する(対応付けられている)展開マトリックスを夫々取得し(ステップS14)、続いて、画像データ生成手段として、当該各画素を、上記取得された展開マトリックスに夫々展開して、出力画像データを生成する(ステップS15)。
このように生成された出力画像データは、例えばユーザの入力部13を介した指示に従って、サーマルヘッド23により、記録シートに画像印画されることになる。
以上説明したように、上記実施形態によれば、複数のドットからなるドットパターンを有する展開マトリックスであって、印画された場合に少なくとも安定した形状となるドットパターンを有する展開マトリックスを複数選定しておき、入力画像データにおける各画素を、その階調値に合った展開マトリックスに夫々展開して、出力画像データを生成するようにしたので、蓄熱による隣接ドットの影響等を回避しつつ、安定性、再現性に優れたドットの転移を行うことができる。
また、階調値テーブルに登録された階調値を中心とする所定範囲の階調値を有する各画素に対してノイズを重畳した後に、当該画素の階調値を、階調値テーブルに登録された何れかの階調値に夫々変換するようにしたので、トーンジャンプを無くすことができる。
なお、上記実施形態においては、正方形の展開マトリックス(N×N個のドットからなる)を例にとって説明したが、これに限定されるものではなく、長方形の展開マトリックス(M×Nのドットからなる、M≠N)であっても本発明は同様に適用可能である。
本実施形態に係る感熱記録装置の概要構成例を示す図である。 入力画像データと出力画像データの一例を対比させつつ示した図である。 展開マトリックステーブル作成処理の一例を示すフローチャートである。 展開マトリックスに含まれるドットパターンの形状(面積)安定性評価の過程の一例を示す図である。 選定された展開マトリックスとその階調値との対応関係を示す図である。 画像データ生成処理の一例を示すフローチャートである。 入力画像データにおける画素に対してノイズが重畳される一例を示す図である。 ノイズテーブルN[σ][x]の作り方の一例を示す図である。 誤差拡散法によるグラデーションの再現例を示す図である。 入力画像データにおける画素の階調値が階調値テーブルに合わせて多値化される一例を示す図である。 多値化されるに当たって誤差拡散される様子の一例を示す図である。
符号の説明
1 画像データ生成装置
2 サーマルプリンタ
11 制御部
12 記憶部
13 入力部
14 表示部
15 通信部
16 プリンタポート
17 バス
21 バッファメモリ
22 プリンタ制御部
23 サーマルヘッド
24 サーマルヘッド駆動部
25 インクリボン送りモータ
26 モータ駆動部
27 バス
S 感熱記録装置

Claims (8)

  1. 複数のドットからなるドットパターンを有する展開マトリックスであって、印画された場合に少なくとも複数のドットパターンの形状及び面積がほぼ同一となるドットパターンを有する展開マトリックスを複数選定する展開マトリックス選定手段と、
    前記選定された各展開マトリックスにおけるドットパターンの階調値を求める階調値算出手段と、
    画像データを取得する画像データ取得手段と、
    前記取得された画像データにおける各画素の階調値を、前記求められた何れかの階調値に夫々変換する階調値変換手段と、
    前記選定された展開マトリックスのうちから、前記各画素の前記変換された階調値に対応する展開マトリックスを夫々取得する展開マトリックス取得手段と、
    前記各画素を、前記取得された展開マトリックスに夫々展開して、印画用の画像データを生成する画像データ生成手段と、
    を備えることを特徴とする画像データ生成装置。
  2. 請求項1に記載の画像データ生成装置において、
    前記階調値変換手段による前記階調値の変換前に、前記求められた階調値を中心とする所定範囲の階調値を有する画素に対してノイズを重畳するノイズ重畳手段を更に備えることを特徴とする画像データ生成装置。
  3. 請求項1又は2に記載の画像データ生成装置において、
    前記階調値変換手段は、誤差拡散法を用いて、前記各画素の階調値の変換を行うことを特徴とする画像データ生成装置。
  4. 請求項1乃至3の何れか一項に記載の画像データ生成装置において、
    前記ドットパターンは、N(Nは自然数)×N個のドットからなる展開マトリックス中に含まれており、当該展開マトリックスは、蓄熱の影響をリセットするための白領域のドットを有することを特徴とする画像データ生成装置。
  5. 複数のドットからなるドットパターンを有する展開マトリックスであって、印画された場合に少なくとも複数のドットパターンの形状及び面積がほぼ同一となるドットパターンを有する展開マトリックスを複数選定する展開マトリックス選定手段と、
    前記選定された各展開マトリックスにおけるドットパターンの階調値を求める階調値算出手段と、
    を備えることを特徴とする展開マトリックス選定装置。
  6. コンピュータを、請求項1乃至4の何れか一項に記載の画像データ生成装置として機能させることを特徴とする画像データ生成処理プログラム。
  7. 請求項6に記載の画像データ生成処理プログラムがコンピュータ読み取り可能に記録されていることを特徴とする記録媒体。
  8. 複数のドットからなるドットパターンを有する展開マトリックスであって、印画された場合に少なくとも複数のドットパターンの形状及び面積がほぼ同一となるドットパターンを有する展開マトリックスを複数選定する工程と、
    前記選定された各展開マトリックスにおけるドットパターンの階調値を求める工程と、
    画像データを取得する工程と、
    前記取得された画像データにおける各画素の階調値を、前記求められた何れかの階調値に夫々変換する工程と、
    前記選定された展開マトリックスのうちから、前記各画素の前記変換された階調値に対応する展開マトリックスを夫々取得する工程と、
    前記各画素を、前記取得された展開マトリックスに夫々展開して、印画用の画像データを生成する工程と、
    を備えることを特徴とする画像データ生成方法
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