CN100338936C - 一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法，属于图像硬拷贝复制领域的半色调网点生成方法。现有的调频与调幅挂网技术中，对于输出设备在低分辨率下(600dpi)输出高质量的半色调图像网点，存在一定的技术难度，对原稿图像层次的细节再现以及图像平滑度的保留都无法达到满意的效果。本发明所述的方法在挂网时，通过采用基于误差扩散的基本算法基础上的双反馈技术，实现了将传统的调频网与调幅网进行了有机的结合，达到了混合加网的效果。采用本发明所述的方法，可以在输出设备分辨率较低的情况下，有效地解决了网点层次容易丢失的问题，并能同时降低因随机分布特性所带来的纹理，因而可以输出高质量层次饱满的半色调图像。

Description

一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法
技术领域
本发明属于图像硬拷贝复制领域的半色调网点生成方法，具体涉及一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法。
背景技术
图象的硬拷贝复制主要涉及打印机及高档印刷制版设备的挂网制版技术。用于图像硬拷贝复制的挂网技术又称为数字图象半色调技术。数字图象半色调技术可以分为两类，分别是调幅挂网和调频挂网。调幅挂网又称为聚集点有序抖动技术，其特征是所生成的半色调图象的染色点在几何位置上是两两相邻地聚合在一起的，从而形成了一簇一簇的染色区域，这些染色区域又被称为网点，由于聚集点有序抖动技术采用控制网点面积的方法再现原稿图象灰度，因而被称为调幅网点。
与调幅挂网相反，调频半色调图象在其生成的过程中，尽量避免染色点在几何位置上的聚集。它通过控制单位面积内染色点的个数来实现原稿图象的灰度再现。由于调频半色调图象内的染色点是以非聚集的形式分布的，因此对不同的原稿灰度级，将对应于不同的染色点之间的平均距离，从数字图象处理的角度来看，即是图象的频率是变化的，这就是调频挂网的名词的由来。
在印刷打印领域中，针对图象的硬拷贝复制过程，调幅网点与调频网点各有其优缺点。调幅网点由于自身具有一定的网点大小(即网目数)，和特定的规则网点排列角度(即网角)，因此在实际图像半色调处理中，图像色调的再现很有规律，不会产生纹理，在实际承印物上显得很“干净”，尤其对于中间层次的表现尤为突出，但是也正是由于其具有网目数和网角的特性，在实际处理中，不同网角，以及网目数略有差异的半色调图像如果相互叠加就会很容易产生光学上的干涉现象，在印刷打印领域称为“龟纹”或“撞网”，同时调幅网点由于也具有网点形状的特性，在连续调层次变化的过程中，网点形状也会随着网点大小的变化而变化，很容易造成连续调层次的跳变和丢失现象。这些常见的“龟纹”与层次跳变现象在实际应用中都是尽量避免和不允许发生，因此对处理方法提出了更高的要求，传统意义的调幅网挂网可参考文献Paul A.Delabastita，Screen Techniques：Moire in Four ColorPrinting，TAGA Proceedings，1992，1：44-66。
而对于调频网点，由于调频网点的网点大小固定(一般是输出设备像素点大小，无网目数)，网点分布是随机抖动性的(无网角)，因此它完全避免了调幅网点所特有的“龟纹”和层次跳变的弊端，但是随之而来会产生另外一些问题，主要体现在随机网点的分布特性上，由于调频网点的分布是完全随机的，对图像具有锐化的效果，在连续调图像的中间层次上容易产生随机效应的纹理，而在浅调层次和深调层次上会产生“蠕虫”纹理，这些纹理是随机性所难以回避的，同时由于调频网点的点子大小大多数情况下是单个物理设备点，因此，在输出物理设备状态不好的情况下，很容易丢掉网点，尤其在浅调和深调层次上，调频网在层次再现上就会丢失层次，无法很好的还原图像。传统意义上的误差扩散算法可参考文献T.N.Pappas and D.L.Neuho_，\Printer models and error diffusion，″IEEE Transac-tions onImage Processing，vol.4，pp.66{79，Jan.1995。
在印刷打印制版领域，图象硬拷贝复制的输出载体多是激光照排机，激光打印机，激光喷墨打印机等，受工艺的限制，上面提到的两种网点，其中调幅网点主要应用于后端印刷的激光照排领域，而调频网点多用于激光打印机和喷墨打印机等桌面办公领域上。总体上讲，调频网点的应用领域没有调幅网点宽，主要受制于调频网点的点子大小一定并且过小，如果输出物理设备精度，油墨沾附性以及承印载体的吸附性都达不到要求的话，调频网点再现图像的效果会远远赶不上调幅网点，这归功于调幅网点点子大小随着层次的变化不断变化，保证了有足够的油墨转移到承印物上。
虽然基于误差扩散技术的调频网点在再现图像的细节上要好于调幅网点，但由于调频网点存在上面的不足，限制了其使用，有待于进一步改进和完善。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法。该方法能够在输出设备分辨率较低的情况下，有效地解决了网点层次容易丢失的问题，并能同时降低因随机分布特性所带来的纹理，因而可以输出高质量层次饱满的半色调图像。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法，包括以下步骤：
(1)对原稿图像的最终输入像素g″(m，n)进行阈值比较运算T，运算的结果被转换成为半色调图像的像素输出值b(m，n)；
更进一步，扫描并输入原稿图像时采用双向扫描的方法，即针对连续扫描的原稿每一行，扫描首先是从左到右扫描一行，紧接着下一行的扫描采用由右到左进行，依此类推交错进行，直到所有行扫描完毕。
(2)将此像素输出值b(m，n)和原稿像素输入值g′(m，n))进行比较，并计算两者的差值即误差值e(m，n)；
(3)将误差值e(m，n)通过误差扩散滤波器e与预设的权重分配值作乘机运算后扩散到当前处理像素周围未处理的像素上，被扩散位置的原稿输入像素g(m，n)和被扩散到此像素上的误差值求和得到新的原稿像素输入值g′(m，n)；
更进一步，这里的误差扩散滤波器e，采用下表的扩散原理和权重分配系数：
                   **        d5       d3
 d2     d4     d5      d4       d2
 d1     d2     d3      d2       d1
其中**代表了当前像素位置，其它位置的算术比值代表了与当前像素相对位置上的权重分配值，取值范围在[0，1]，且满足：
            2×d1+4×d2+2×d3+2×d4+2×d5∈[0，1]。
(4)与上面步骤(2)、(3)操作并行，将当前处理后的像素输出值b(m，n)与扩散滤波器w进行乘积运算并进行抖动处理后扩散到周围相应的未处理像素上并与步骤(3)中扩散到此像素上的误差值累加后，再与原稿输入像素g(m，n)作最终的求和得到最终的输入像素值g″(m，n)；
更进一步，这里扩散滤波器w的扩散方向设置如下：
                        **       w0
                w3    w2     w1
其中：扫描方向由左到右，**代表了当前像素位置，其它位置的参数代表了与当前像素相对位置上的扩散权重值，取值范围在[0，1]，且满足：
                   w0+w1+w2+w3∈[0，1]。
更进一步，对扩散滤波器w的抖动算法采用如下的方法进行处理：
Figure C20051006812700061
上述公式中：fRand为抖动微调参数；R(m，n)为扫描当前点的随机取值参数；R_MAX为随机取值参数R(m，n)的最大值；cDither为抖动幅度调整参数，该参数决定了调幅特性质量优劣；dw0～dw3为抖动后扩散滤波器w不同方向上的扩散权重值。
(5)循环上面步骤(1)到步骤(4)，直到将所有原稿输入像素g(m，n)处理完成。
本发明的效果在于：使用本发明提供的方法，可以在原有误差扩散调频网点的基础上，在高频与低频中加入了中间频率，实现了除网角之外调幅网点的相关特征，达到了调频与调幅共存的网点特性，从而实现了两种网点混合挂网的输出效果。因此，在输出设备分辨率较低的情况下，该方法有效地解决了网点层次容易丢失的问题，并可以同时降低因随机分布特性所带来的纹理，因而可以输出高质量层次饱满的半色调图像
本发明之所以具有上述显著的效果，主要是因为步骤(4)中扩散方向上的权重分配，将再次影响已经由步骤(2)、(3)中误差扩散导致的周围像素的点亮机率，从而延迟了原有误差扩散的效果，起到了凝聚周围像素点的作用，使得调频网点大小得以随着层次的变化而有所变化，从而具有了调幅特性。同时，步骤(4)中的扩散方向和扩散参数对调频网中的调幅特性的网点大小有直接的影响，通过调整扩散方向和扩散值能够达到改变调幅网点大小，从而使得调频网具有了类似调幅网挂网频率的特性。
附图说明
图1是调频网误差扩散二次反馈原理图；
图2是输入数据扫描方向标识示意图；
图3是基于一次反馈的误差扩散调频网点阵示意图；
图4是基于二次反馈的误差扩散调频网点阵示意图；
图5是二次反馈的误差扩散程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
为达到以上目的，本发明基于原有的误差扩散调频挂网方法，采用了双反馈机制，具体实现方案包括以下步骤：
如图1所示，在本发明所述的方法中，采用了多方向上的扩散。
(1)首先扫描并输入原稿图像，对经过初步处理的原稿图像最终输入像素g″(m，n)进行阈值比较运算T，运算的结果被转换成为半色调图像的相应像素b(m，n)；
这里扫描原稿像素数据时，为避免由于扫描方向与随机分布的网点频率产生干涉现象，俗称“撞网”，本实施例中采取双向扫描的方法，如附图2所示。
(2)将此结果像素b(m，n)和被求阈值的输入像素g′(m，n))进行比较，并计算两者的差值即误差值e(m，n)；
(3)将误差值e(m，n)通过一个误差扩散滤波器e与预设的权重分配值作乘积运算后扩散到当前处理像素周围未处理的像素上，被扩散位置的原稿像素值g(m，n)将和被扩散到此像素上的误差值求和得到新的原稿像素输入值g′(m，n)。这里的误差扩散滤波器e，我们采用下表的扩散原理和权重分配系数：
                   **        d5       d3
d2     d4      d5      d4       d2
d1     d2      d3      d2       d1
其中**代表了当前点像素位置，其它位置的算术比值代表了与当前像素相对位置上的扩散权重值，在本实施例中，采用如下参数取值：
d1＝1/44   d2＝2/44   d3＝5/44   d4＝4/44   d5＝8/44
上面步骤2，3完成了第一次扩散反馈操作，实现了误差扩散的基本原理。
(4)与上面步骤(2)、(3)操作并行，将当前处理后的像素输出值b(m，n)与扩散滤波器w进行乘积运算并进行抖动处理后扩散到周围相应的未处理像素上并与上面两步中误差扩散的参数累加后，再与原稿输入像素g(m，n)作最终的求和作为最终的输入像素值g″(m，n)。这里扩散滤波器w的扩散方向设置如下：
                            **       w0
                   w3     w2     w1
其中：扫描方向由左到右**代表了当前点像素位置，其它位置的参数代表了与当前像素相对位置上的扩散权重值，取值范围在[0，1]，且满足：
                wsum＝(w0+w1+w2+w3)∈[0，1]。
抖动算法我们采用如下的算法进行处理：
Figure C20051006812700091
上述公式中：fRand为抖动微调参数；R(m，n)为扫描当前点的随机取值参数；R_MAX为随机参数R(i)的最大值；cDither为抖动幅度调整参数，该参数决定了调幅特性质量优劣；dw0～dw3为抖动后扩散滤波器w不同方向上的权重扩散值。
上述步骤(4)完成第二次扩散反馈操作，实现了调频网的调幅特性。
在本实施例中，设定上面的参数如下：
w0＝w2＝0.175，w1＝w2＝0.025，则wsum＝0.4
cDither＝0.2
挂网过程中，通过调整wsum，改变调频网点大小，通过w0～w3取值分配，来调整调频网点的形状。
(5)循环上面步骤(1)到步骤(4)，直到将所有输入像素g(m，n)处理完成。
对图像做上面各步骤处理后所能达到的不同层次的半色调效果可参见附图4，附图3是与附图4对照的基于误差扩散的调频网效果图，通过两个附图的对比，可以看出附图4中半色调网点的频率不仅仅是原先调频网单一的高频和低频成分，由于具有了网点大小的变化规律，从而引入了介于高频和低频之间的中间频率成分，使得传统意义上的调频网具有了调幅网的特性。
根据上面的实现步骤及相关算法，实现时，其流程图如图5所示。其中：输入数据在501中设定扫描数据的方向并取出当前扫描点数据索引x，y，其计算方法如下：
         x＝(y％2)×(SampleWidth-1)
在502中根据501中的索引(x，y)取出扫描点像素值iSample。在503中计算误差扩散输入值iError_Err，其计算方法如下：
           iError_Err＝iSample+lpCurLinex
其中lpCurLinex中存放的是前面像素对当前像素的误差扩散的累计值。随后在504中进行二次扩散累加，得到最终的输入像素值iError，计算方法如下：
          iError＝iError_Err+lpWCurLinex
其中lpWCurLinex中存放的是前面像素对当前像素的二次扩散的累计值。通过阈值比较运算后，505输出白点，其输出值OutPut＝255，输入输出误差iError_Err＝iError_Err-255。506中输出黑点，其输出值为OutPut＝0，其相应的误差值仍为iError_Err。在507中根据误差扩散滤波器e中的扩散权重分配进行随后的误差扩散操作，其具体计算如下：
          lpCurLinex+i＝llpCurLinex+i+iError_Err×ei
其中i是扩散的位置，ei是该处的误差扩散系数。在508中，根据抖动公式1，对扩散滤波器w进行抖动操作。509中根据抖动后的扩散滤波器w，对输出值OutPut进行第二次扩散处理，其扩散操作如下：
            lpWCurLinex+i＝lpWCurLinex+i+OutPut×wi
其中i是扩散的位置，wi是该处的扩散系数。随后依次类推循环反馈，最终将所有扫描输入数据处理完毕。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (5)

1.一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法，包括以下步骤：
(1)对原稿图像的最终输入像素g″(m，n)进行阈值比较运算T，运算的结果被转换成为半色调图像的像素输出值b(m，n)；
(2)将此像素输出值b(m，n)和原稿像素输入值g′(m，n)进行比较，并计算两者的差值即误差值e(m，n)；
(3)将误差值e(m，n)通过误差扩散滤波器e与预设的权重分配值作乘积运算后扩散到当前处理像素周围未处理的像素上，被扩散位置的原稿输入像素g(m，n)和被扩散到此像素上的误差值求和得到新的原稿像素输入值g′(m，n)；
(4)与上面步骤(2)、(3)操作并行，将当前处理后的像素输出值b(m，n)与扩散滤波器w进行乘积运算并进行抖动处理后扩散到周围相应的未处理像素上并与步骤(3)中扩散到此像素上的误差值累加后，再与原稿输入像素g(m，n)作最终的求和得到最终的输入像素值g″(m，n)；
(5)循环上面步骤(1)到步骤(4)，直到将所有原稿输入像素g(m，n)处理完成。
2.如权利要求1所述的一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法，其特征是：步骤(1)中扫描原稿图像时采用双向扫描的方法，即针对连续扫描的原稿每一行，扫描首先是从左到右扫描一行，紧接着下一行的扫描采用由右到左进行，依此类推交错进行，直到所有行扫描完毕。
3.如权利要求1所述的一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法，其特征是：步骤(3)中的误差扩散滤波器e采用下表的扩散原理和权重分配方向：
                       **         d5          d3
d2       d4          d5        d4          d2
d1       d2          d3        d2          d1
其中**代表了当前像素位置，其它位置的算术比值d1、d2、d3、d4、d5代表了与当前像素相对位置上的权重分配值，取值范围在[0，1]，且满足：
           2×d1+4×d2+2×d3+2×d4+2×d5∈[0，1]。
4.如权利要求1所述的一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法，其特征是：步骤(4)中的扩散滤波器w的扩散方向设置如下：
                        **        w0
              w3       w2       w1
其中：扫描方向由左到右，**代表了当前像素位置，其它位置的参数w0、w1、w2、w3代表了与当前像素相对位置上的扩散权重值，取值范围在[0，1]，且满足：
                   w0+w1+w2+w3∈[0，1]。
5.如权利要求4所述的一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法，其特征是：步骤(4)中对扩散滤波器w的抖动算法采用如下的方法进行处理：
        fRand＝(R(m，n)/R_MAX-0.5)×cDither
        dw0＝w0-fRand
        dw2＝w2+fRand
        dw1＝w1+fRand
        dw3＝w3-fRand
上述公式中：fRand为抖动微调参数；R(m，n)为扫描当前点的随机取值参数；R_MAX为随机取值参数R(m，n)的最大值；cDither为抖动幅度调整参数，dw0～dw3为抖动后扩散滤波器w不同方向上的扩散权重值。
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