CN100421448C - 半色调图像边缘的增强方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半色调图像边缘的增强方法，包括有下列步骤：以一像素为中心形成一分析窗口，其中分析窗口包括有中心像素及位于中心像素周围的相邻像素；量化该像素并据以产生一半色调表；分别指定一指定值给每一像素并据以产生一半色调结果；将半色调结果与一边缘加强表相对比，其中边缘加强表包含有多个打点指令及多个打点表，并且打点表对应于打点指令中之一；以及当打点表中之一与半色调结果相符时，执行半色调表的调整。本发明可有效改善边缘图像的品质，即可自动判断如何对图像边缘的像素进行打点，使其输出的图像边缘较为平滑，画面清晰自然。同时，也可维持图像的品质，可使增强后的图像大致符合于原始图像的颜色。

Description

半色调图像边缘的增强方法

技术领域

本发明涉及一种图像边缘的增强方法，特别是涉及一种半色调图像边缘的增强方法。

背景技术

对打印机与扫描仪而言，扫描与打印的范围是相对固定的。在一定大小的范围内像素越多，代表画质越细密，其计量单位为点每英寸(像素)(dot perinch；dpi)。在黑白打印模式中，像素非黑(变暗)即白(不变暗)，而在点每英寸分辨率方案中，一像素或图素可包含多个点，若决定打印此像素/图素时，则构成此像素/图素的所有点皆被打印；同样地，若不打印此像素/图素时，则构成此像素/图素的所有点皆不会被打印。

因此，当图像输出装置的分辨率较低时，用肉眼就能看到输出的图像对象的边缘有一格一格的阶梯状效果，而无法与原图像对象一样具有平滑的边缘。因此，许多人提出许多不同的解决方法，以减少图像对象边缘的锯齿状效果，使图像输出装置所输出的图像与真实的对象相一致。

在美国专利公告第5029108号专利中，将一图像边缘的像素及其周围像素的打点情形逐一与多个预设图形进行比较，以决定此图像边缘的像素与哪一个预设图形相吻合，进而判别出在图像边缘处的像素应如何打点，可使输出的图像边缘较为平滑，而更符合原始的图像。并且，每一种预设图形的中央像素的增强会依据其周围像素的打点情形而作不同的修正，例如：在中央像素的左边1/4处打点、在中央像素的右边2/3处打点等。

然而，此方法仅适用于单色图像输出(即黑白图像输出)。当图像输出装置要进行彩色图像输出时，由于每一张彩色图像都是由四种不同颜色(Cyan，Magenta，Yellow，Black；CMYK)的色版(plane)所组成，因此在图像边缘处的像素要进行补点时，需考虑到四种不同颜色的色版。但目前并无任何方法以确定对图像边缘的像素进行补点时需利用哪一种颜色的色版。此时，若在图像边缘的像素上利用四种颜色同时进行补点，则在此像素上所显示出来的颜色为黑色，将与原本图像的颜色有所不同。

再者，许多打印和显示装置只能产生二值化的图像，因此必须将多色阶图像转换成二值化图像输出，这种转换方法称为半色调(Halftone)。其中，以使用错误扩散法能得到较好的色阶表现。因此，为了得到品质较好的半色调输出图像时，错误扩散法比较常用。由于半色调后的输出图像经过调降色阶过程，输出图像的品质劣于原始图像，至于如何改善就衍生出许多不同的技术。

如美国专利公告第6,424,747号专利，设计了一个平滑电路，利用此电路从滤波器存储单元中选择一适当的滤波器，然后由色彩转换表(ColorConversion Table)中查得的值通过滤波器来加以平滑化；然而此种直接改变色彩值的方法恐怕会影响到图像的色彩表现。美国专利公告第6,201,613号专利，将半色调后的图像经由低通滤波器处理达到平滑化的效果；因为是针对半色调后的图像来进行平滑化处理，处理效果有限。美国专利公告第6,061,145号专利，同样针对一张半色调图像作平滑化处理，其先检测出半色调图像中锐利的型别(Pattern)，再把这些锐利的型别以预先设定的平滑型别代替，此方法必须经过两个步骤的处理：检测与替换。检测的部分会消耗不少时间，而且原先设定的锐利型别种类越多，所检测的时间也就越多，所需的内存也就越多，并不实用。美国专利公告第5,757,976号专利，其使用了错误扩散法实现半色调处理，并有一滤波器控制电路，依据图像中不同的区域灰度值选择不同的错误扩散滤波器，以实现不同的效果。但错误滤波器只对半色调所产生的噪声与重复型别有影响，对于原始图像品质本不佳的情况无法给予有效的改善。

由此可知，目前所提出的方案大多是针对整体图像品质的改善或单色图像边缘的改善，对于彩色图像输出装置，如何确定其输出图像的边缘的增强方式，使得其输出图像的边缘更为平滑，且符合原始的图像颜色，实为亟待解决的一大难题。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于提供一种半色调图像边缘的增强方法，使得彩色图像输出装置可自动确定其输出图像的边缘的增强方式，使输出图像的边缘更为平滑，且符合原始的图像颜色。

因此，为达上述目的，本发明公开了一种半色调图像边缘的增强方法，包括有下列步骤：以一像素为中心形成一分析窗口，其中分析窗口包括有充当中心的像素及位于像素周围的相邻像素；量化分析窗口中的各像素据以产生一半色调表；分别指定一指定值给所述分析窗口中的各像素的每一像素据以产生一半色调结果；将半色调结果与一边缘加强表相对比，其中边缘加强表包含有多个打点指令及多个打点表，并且打点表对应于打点指令中之一；以及当打点表中之一与半色调结果相符时，执行半色调表的调整。

其中，半色调表的调整的执行包括有下列步骤：根据相符的打点表取得对应的打点指令；根据打点指令以一误差扩散技术计算对应于充当中心的像素以后的像素的调整值；以及根据计算得到的调整值调整半色调表。

再者，本发明还提供了一种彩色半色调图像边缘的增强方法，包括有下列步骤：将一边缘图像分割为四种颜色的四色版；将每一色版进行一半色调误差扩散处理；以及将每一色版取得的打点表及相应的打点指令与一打点指令对照表相对比，以搜寻出像素进行打点时的一实际打点指令。

其中，每一色版通过下列步骤来进行半色调误差扩散处理：以一像素为中心形成一分析窗口，其中分析窗口包括有充当中心的像素及位于像素周围的多个像素；量化分析窗口中的各像素并据以产生一半色调表；分别指定一指定值给所述分析窗口中的各像素的每一像素据以产生一半色调结果；将半色调结果与一边缘加强表相对比，其中边缘加强表包含有多个打点指令及多个打点表，并且打点表对应于打点指令中之一；以及当打点表中之一与半色调结果相符时，执行半色调表的调整。

并且，半色调表的调整的执行包括有下列步骤：根据相符的打点表取得对应的打点指令；根据打点指令以一误差扩散技术计算对应于充当中心的像素以后的像素的调整值；以及根据计算得到的调整值调整半色调表。

轮流以每一色版中的每一像素做为中心像素，反复执行上述步骤，即可完成各色版的半色调误差扩散处理。

综上所述，本发明可有效改善边缘图像的品质，即可自动判断如何对图像边缘的像素进行打点，使其输出的图像边缘较为平滑，画面清晰自然。同时，也可维持图像的品质，如可使增强后的图像大致符合于原始图像的颜色。

附图说明

图1A为一图像；

图1B为图1A中的边缘图像的放大图；

图2为根据本发明一实施例的半色调图像边缘的增强方法的流程图；

图3A至3D为将图1B中的边缘图像分割为对应于四种颜色的色版的图像；

图4为根据本发明一实施例所形成的分析窗口的示意图；

图5为图1B中的边缘图像的一实例的分析像素的示意图；

图6A至6H为根据本发明一实施例的边缘加强表的示意图；

图7为依据在图5中的像素a所形成的分析窗口的示意图；

图8A及8B分别为依据在图7中的分析窗口所产生的半色调表和半色调结果的示意图；

图9为依据在图5中所示的像素b所形成的分析窗口的示意图；

图10A及10B分别为依据在图9中的分析窗口所产生的半色调表和半色调结果的示意图；

图11为依据图5中的像素c所形成的分析窗口的示意图；

图12A及12B分别为依据在图11中的分析窗口所产生的半色调表和半色调结果的示意图；

图13A至13C分别为依据在图11中的分析窗口所产生的像素的调整值、像素的误差扩散值和调整后的半色调表的示意图；

图14A为在图13B中像素的误差扩散值的一实例的示意图；

图14B为在图13A中像素的调整值一实例的示意图；

图14C为在图13C中像素的调整后的半色调表的一实例的示意图；

图15为依据图5中所示的像素d所形成的分析窗口的示意图；以及

图16A及16B分别为依据在图15中的分析窗口所产生的半色调表和半色调结果的示意图。

其中，附图标记：

210中心像素        212中心像素

214中心像素        216中心像素

218中心像素        220分析窗口

222分析窗口        224分析窗口

226分析窗口        228分析窗口

230边缘加强表            232打点表

234打点指令              242半色调表

244半色调表              246半色调表

246’调整后的半色调表    248半色调表

252半色调结果            254半色调结果

256半色调结果            258半色调结果

a像素                    b像素

c像素                    d像素

A边缘图像                h11～h95灰度值

a63～a95调整值           e63～e95误差扩散值

具体实施方式

有关本发明的特征与实施例，现配合附图详细说明如下。

请参阅图1A，为方便说明，本实施例将以此英文字“Destiny”中“s”的一边缘图像A的像素增强(enhancement)为例进行说明；于此，假设此英文字为一蓝色字体。

请参阅图1B、2，图1B为于图1A中的边缘图像A的放大图；图2为根据本发明实施例的半色调图像边缘的增强方法的流程图。首先，先将边缘图像A分割为四个分别对应于青色(Cyan；C)、洋红色(Magenta；M)、黄色(Yellow；Y)和黑色(Black；K)四种颜色的色版(步骤110)，而分割后的四个颜色(CMYK)的色版分别如图3A至3D所示。

接着，将各色版进行半色调误差扩散处理(步骤120)。由于每个色版进行半色调误差扩散处理的方式大致相同，因此为了方便说明，于此仅以Y色版为例来说明半色调误差扩散处理的方式。

请参阅图4，首先，以一像素做为中心像素210而形成一分析窗口220(步骤122)，其中此分析窗口为一m×n矩阵图案，即于分析窗口中的中心像素210及其周围像素共有m×n个。接着，量化分析窗口220中的各像素以根据此分析窗口220而产生一半色调表(步骤124)。分析窗口220中的每一像素具有一灰度值；并且，分别指定一1位的指定值给分析窗口220中的每一像素并据以产生一半色调结果(步骤126)。于此，指定给边缘像素的指定值为“1”，而指定给其余像素的指定值为“0”。再将此半色调结果与一边缘加强表相对比，以搜寻出打点情形最为相符的一打点表及其对应的一打点指令(步骤128)。其中于边缘加强表中列有多组分别对应于不同打点指令的打点表，换句话说，于边缘加强表中列有多个打点指令及多个打点表，并且同一个打点指令可有一群组的打点表相对应。其中，当无相符的打点表时，则以半色调结果作为此中心像素210于打点时的依据；而当搜寻到相符的打点表时，取得对应的打点指令并根据打点指令采用误差扩散技术计算调整值(步骤130)，然后，根据计算得到的调整值调整半色调表(步骤132)，也就是将调整值加入至灰度值中。并且，依序以色版中每一像素做为中心像素来反复执行上述步骤，以完成各色版的半色调误差扩散处理。最后，再将各色版取得的打点表及其打点指令与一打点指令对照表相对比，以搜寻出此边缘像素进行打点时的一实际打点指令(步骤140)。

接着，以Y色版中的像素a、像素b、像素c和像素d为例(如图5所示)来更进一步地说明半色调误差扩散处理的方式，并且假设分辨率为255dpi。

请参阅图6A至6H，即为边缘加强表230的示意图，其中黑点和白点分别代表指定值为“1”和“0”，而未标示者则代表可忽略。假设每一个打点表232皆为一9×5格点表，于此，在边缘加强表230中仅列出六组分别对应于不同打点指令234的打点表232，并且此打点指令234是依据中心像素210及其周围像素的打点情形，而决定中心像素210的打点位置(此中心像素210即对应于图1中的边缘像素A)。

每一群组的打点表232对应于同一个打点指令234，而在此边缘加强表230中，每一群组仅列出4个或是8个打点表232以作代表；当然，每一种打点指令234可对应于更多或更少不同打点情形的打点表232，以作为不同打点情形的中心像素210打点时的依据。换句话说，可根据实际需求而利用程序编排来产生特定数量的打点指令，以及对应每一打点指令的特定数量的打点表。

首先，以图5中的像素a做为中心像素212而形成一分析窗口222，如图7所示，其中此分析窗口为9×5矩阵图案，即于分析窗口中的中心像素212及其周围像素共有9×5个。接着，量化分析窗口222中的各像素以根据此分析窗口222而产生一半色调表242，如图8A所示，于此，分析窗口222中的每一像素具有一灰度值h11～h95；其中，0≤h11～h95≤255。

并且，分别指定一1位的指定值给分析窗口222中的每一像素据以产生一半色调结果252，如图8B所示，于此，指定给边缘像素的指定值为“1”，而指定给其余像素的指定值为“0”。

利用此半色调结果252与边缘加强表230相对比，以搜寻出打点情形最为相符的打点表232及其对应的打点指令234。于此，当于边缘加强表230中无相符的打点表时，则以半色调结果252作为此像素a于打点时的依据。

接着，再以图5中的像素b做为中心像素214而形成一分析窗口224，如图9所示，其中此分析窗口为9×5矩阵图案，即于分析窗口中的中心像素214及其周围像素共有9×5个。接着，量化分析窗口224中的各像素以根据此分析窗口224而产生一半色调表244，如图10A所示，于此，分析窗口224中的每一像素具有一灰度值h11～h95；其中，0≤h11～h95≤255。

并且，分别指定一1位的指定值给分析窗口224中的每一像素据以产生一半色调结果254，如图10B所示，于此，指定给边缘像素的指定值为“1”，而指定给其余像素的指定值为“0”。

利用此半色调结果254与边缘加强表230相对比，以搜寻出打点情形最为相符的打点表232及其对应的打点指令234。于此，当于边缘加强表230中无相符的打点表时，则以半色调结果254作为此像素b于打点时的依据。

接着，再以图5中的像素c做为中心像素216而形成一分析窗口226，如图11所示，其中此分析窗口为9×5矩阵图案，即于分析窗口中的中心像素216及其周围像素共有9×5个。接着，量化分析窗口226中的各像素以根据此分析窗口226而产生一半色调表246，如图12A所示，于此，分析窗口226中的每一像素具有一灰度值h11～h95；其中，0≤h11～h95≤255。

并且，分别指定一1位的指定值给分析窗口226中的每一像素据以产生一半色调结果256，如图12B所示，于此，指定给边缘像素的指定值为“1”，而指定给其余像素的指定值为“0”。

利用此半色调结果256与边缘加强表230相对比，以搜寻出打点情形最为相符的打点表232及其对应的234。于此步骤中，可在边缘加强表230中搜寻出在PP2的打点指令234的群组中编号为m44的打点表232与半色调结果256的中心像素216及其周围像素的打点情形相吻合，而此m44的打点表232所对应的打点指令234为PP2，其打点在中心像素216中的左边1/3处，以使其边缘较为平滑。

然后，根据此PP2的打点指令234计算中心像素216以后的像素的调整值a63～a95，如图13A所示，其中标示“x”者则代表可忽略。于此步骤中，先利用误差扩散过滤器量化中心像素216以后的像素，以得到每一像素的误差扩散值e63～e95，如图13B所示。然后，根据误差扩散值e63～e95和打点指令234计算中心像素216以后的像素的调整值a63～a95。以此例来说，如下：∑e＝e63+e73+e83+e93+e14+e24+…+e75+e85+e95；

$\mathrm{PP}2=d\left(\frac{1}{3}\right)=255\×\frac{1}{3}=85;$

$a63=\frac{e63}{\mathrm{\Σe}}\×(255-85);$

$a73=\frac{e73}{\mathrm{\Σe}}\×(255-85);$

$a83=\frac{e83}{\mathrm{\Σe}}\×(255-85);$

$\begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}$

$a85=\frac{e85}{\mathrm{\Σe}}\×(255-85);$

$a95=\frac{e95}{\mathrm{\Σe}}\×(255-85).$

接着，分别将调整值a63～a95与原灰度值h63～h95相加，以得到调整后的半色调表246’，如图13C所示。

举例来说，假设中心像素216以后的像素量化后，可得到如图14A所示的误差扩散值。然后，根据上述公式，可得∑e＝46，并计算得调整值如图14B所示。然后，分别将调整值与原灰度值h63～h95相加，即可得到如图14C所示的调整后的半色调表246’。

然后，再以图5中的像素d做为中心像素218而形成一分析窗口228，如图15所示，其中此分析窗口为9×5矩阵图案，即于分析窗口中的中心像素218及其周围像素共有9×5个。接着，量化分析窗口228中的各像素以根据此分析窗口228而产生一半色调表248，如图16A所示，于此，分析窗口228中的每一像素具有一灰度值h11～h95；其中，0≤h11～h95≤255。

并且，分别指定一1位的指定值给分析窗口228中的每一像素据以产生一半色调结果258，如图16B所示，于此，指定给边缘像素的指定值为“1”，而指定给其余像素的指定值为“0”。

利用此半色调结果258与边缘加强表230相对比，以搜寻出打点情形最为相符的打点表232及其对应的打点指令234。于此，当于边缘加强表230中无相符的打点表时，则以半色调结果258作为此像素d于打点时的依据。于此，半色调表248中的灰度值h53即是上述的调整后的半色调表246’中的灰度值h63+a63。

通过上述方式，可得到各色版的每一半色调结果所对应的打点表及其打点指令，之后将其与一打点指令对照表相对比，以搜寻出此边缘像素进行打点时的一实际打点指令。

请参阅表一，其即为打点指令对照表。在表一中，相符色版为“无”代表没有任何颜色的色版找到最为符合的打点指令；相符色版为“一色版”代表其中一种颜色的色版找到最为符合的打点指令；相符色版为“C”代表青色色版找到最为符合的打点指令；相符色版为“M”代表洋红色色版找到最为符合的打点指令；相符色版为“Y”代表黄色色版找到最为符合的打点指令；相符色版为“K”代表黑色色版找到最为符合的打点指令；以及当二种以上的颜色的色版找到最为符合的打点指令时，各色版实际上要如何进行打点，则显示于实际打点指令字段中。

表一打点指令对照表

例如，当青色色版其打点指令为左边1/3处需打点，而洋红色色版其打点指令为右边1/3需打点时，则其相对应的实际打点指令即为在边缘像素中左边1/3处利用青色色版进行打点，而其右边1/3处利用洋红色色版进行打点。

以图1B中的边缘图像A为例，由其中的边缘像素(如上述的像素c)可得知青色及洋红色色版的半色调图形皆对应到编号为m44的打点表，其相对应的打点指令为打点在中心像素中左边1/3处，而其它色版并无搜寻到相对应的打点表。因此，由表一可得到当两种色版(C、M)的打点指令皆为在边缘像素左边1/3处打点时，其相对应的实际打点指令是利用青色或是洋红色的色版在边缘像素的左边1/3处打点。

以上虽均以彩色图像进行说明，但事实上也可应用于单色图像的图像边缘的增强；其中，当运用于单色图像时，即省略上述的步骤110，而直接进行半色调误差扩散处理。

虽然本发明以前述较佳实施例公开如上，但并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与修改，本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (13)

1. 一种半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，包括有下列步骤：

以一像素为中心形成一分析窗口，其中该分析窗口包括有充当中心的该像素及位于该像素周围的多个像素；

量化该分析窗口中的各像素并据以产生一半色调表；

分别指定一指定值给所述分析窗口中的各像素的每一像素并据以产生一半色调结果；

将该半色调结果与一边缘加强表相对比，其中该边缘加强表包含有多个打点指令及多个打点表，并且该打点表对应于该打点指令中之一；以及

当该打点表中之一与该半色调结果相符时，执行该半色调表的调整，包括有下列步骤：

根据相符的该打点表取得对应的该打点指令；

根据该打点指令以一误差扩散技术计算对应于该充当中心的像素以后的像素的调整值；以及

根据计算得的该调整值调整该半色调表。

2. 如权利要求1所述的半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，该半色调表包括多个灰度值，所述灰度值与该半色调表中的像素一一对应。

3. 如权利要求2所述的半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，根据计算得到的该调整值调整该半色调表的步骤，包括下列步骤：加总对应于所述分析窗口中的同一像素的该灰度值和该调整值。

4. 如权利要求1所述的半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，该打点指令用以指示充当中心的该像素的打点位置。

5. 如权利要求1所述的半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，该打点表的尺寸相同于该分析窗口的尺寸。

6. 如权利要求1所述的半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，该指定值为一位的值。

7. 一种彩色半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，包括有下列步骤：

将一边缘图像分割为四种颜色的四个色版；

将每一该色版进行一半色调误差扩散处理，包括有下列步骤：

以一像素为中心形成一分析窗口，其中该分析窗口包括有充当中心的该像素及位于该像素周围的多个像素；

量化该分析窗口中的各像素并据以产生一半色调表；

分别指定一指定值给所述分析窗口中的各像素的每一像素并据以产生一半色调结果；

将该半色调结果与一边缘加强表相对比，其中该边缘加强表包含有多个打点指令及多个打点表，并且该打点表对应于该打点指令中之一；以及

当该打点表中之一与该半色调结果相符时，执行该半色调表的调整，包括有下列步骤：

根据相符的该打点表取得对应的该打点指令；

根据该打点指令以一误差扩散技术计算对应于该充当中心的像素以后的像素的调整值；以及

根据计算得的该调整值调整该半色调表；以及

将每一该色版取得的该打点表及相应的该打点指令与一打点指令对照表相对比，以搜寻出该像素进行打点时的一实际打点指令。

8. 如权利要求7所述的彩色半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，该半色调表包括多个灰度值，所述灰度值与该半色调表中的像素一一对应。

9. 如权利要求8所述的彩色半色调图像边缘的增强方法，该根据计算得到的该调整值调整该半色调表的步骤，其特征在于，包括有下列步骤：加总对应于所述分析窗口中的同一像素的该灰度值和该调整值。

10. 如权利要求7所述的彩色半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，该打点指令用以指示充当中心的该像素的打点位置。

11. 如权利要求7所述的彩色半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，该打点表的尺寸相同于该分析窗口的尺寸。

12. 如权利要求7所述的彩色半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，该打点指令对照表包含找到最为符合的该打点指令的该色版的数目、每一该打点指令的不同组合及相对应的多个该实际打点指令。

13. 如权利要求7所述的彩色半色调图像边缘的增强方法，其特征在于，该指定值为一位的值。

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