CN100484190C - 半色调化影像的方法、装置和产生递色罩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用王氏拼砖的拼贴规则的半色调化方法及相关装置。该方法包含有以下步骤：提供多个递色拼砖，其中，每一递色拼砖皆对应于一阀值数组；依据王氏拼砖的拼贴规则，使用该多个递色拼砖拼贴出至少一递色罩；以及，比较一影像中各点的像素值与该递色罩中相对应的阀值，以产生该影像的半色调影像。

Description

半色调化影像的方法、装置和产生递色罩的方法

技术领域

本发明涉及将影像半色调化的方法，特别是涉及一种应用王氏拼砖的拼贴规则来拼贴出半色调化过程中所使用的递色罩的方法。

背景技术

一般要以较佳的品质来处理或显示影像(image)时，会将影像中的各个像素(pixel)以较多的色调(tone)来表示，举例来说，在具有256个色调的灰阶影像(gray scale image)中，任意一个像素除了可以是白色(像素值等于0)或黑色(像素值等于255)的以外，亦可以是灰色的(像素值介于1与254之间)，像素的值越大，该像素的颜色就越接近黑色，像素的值越小，该像素的颜色就越接近白色。使用越多的色调来表示影像时，人眼所能感觉到的影像品质就会越好。

然而，某些装置(例如黑白打印装置或较低阶的液晶显示器)仅能处理少量的色调数目，当要将较高色调的影像交由此类的装置处理时，必须使用「半色调化」(halftone)的技术，先将高色调的影像转换成低色调的影像。

半色调化的算法大致可区分为「点算法」(point algorithm)、「邻近算法」(neighborhood algorithm)、以及「反复算法」(iteration algorithm)三个主要的类别。反复算法是使用反复运算的方式来将半色调影像与原始影像之间的差异减到最低，因此一般都具有较佳的品质，然而，此种作法不仅耗时，且在运算的过程中还必须使用到大量的存储空间来储存整张原始影像与整张半色调影像。

邻近算法会比较原始影像中各点的像素值与特定的阀值，并将量化误差传送至邻近且尚未半色调化的像素，因此一般又称为「误差传送法」(errordiffusion)。此种算法虽然比反复算法快速且运算较为简单，但是最后得出的半色调影像中偶尔会残存有一些不自然的视觉产物(亦即visualartifact)，且半色调化的过程中必须使用回旋式的运算方式，因此还是需要较大的运算量，且仍需要较大的存储空间来储存运算过程中的误差值。

点算法是最简单且最快速的半色调化算法，其着重于设计出一个较大递色罩(dithering mask)，然后重复使用这个递色罩来对整张影像进行递色。因此，最终得出的半色调影像中常会残存有周期性的产物(periodicartifact)，且必须使用较大的内存来储存此一递色罩。

还有另一种点算法是设计几个较小的递色罩，然后随机使用这些递色罩于整张影像之中。由于在选择递色罩时并没有特定的规则存在，因此此种作法容易造成半色调影像中残留有边际产物(boundary artifact)，此外，此种作法还是必须使用较大递色罩，才有办法让每个递色罩之间具有较大的差异性存在，否则最终得出的半色调影像中还是可能残存有周期性的产物。

发明内容

因此本发明的目的之一，是提供一种运算简单且品质良好的半色调化方法与相关装置，以解决已知技术所面临的问题。

本发明的实施例披露了一种半色调化一影像的方法，其包含有：提供多个递色拼砖；依据王氏拼砖的拼贴规则，使用该多个递色拼砖拼贴出至少一递色罩；以及使用该递色罩来半色调化该影像，其中该非周期性拼贴规则为王氏拼砖的拼贴规则。

本发明的实施例还披露了一种装置，用来半色调化一影像，该装置包含有：一第一内存，用来储存多个递色拼砖；一处理单元，耦接于该第一内存，用来依据王氏拼砖的拼贴规则，使用该多个递色拼砖拼贴出至少一递色罩，并使用该递色罩来半色调化该影像。该装置还包括一第二内存，耦接于该处理单元，用来于该处理单元拼贴出该递色罩时，记录该多个递色拼砖的使用情形。

本发明还提供一种产生递色罩的方法，其包含有：提供多个递色拼砖；以及依据一非周期性拼贴规则，使用该多个递色拼砖拼贴出至少一递色罩，并使用该递色罩来半色调化该影像，其中该非周期性拼贴规则是王氏拼砖的拼贴规则。

附图说明

图1为本发明所提出的装置的一实施例。

图2为本发明所提出的方法的一实施例。

附图符号说明

120      半色调处理单元

140      第一内存

160      第二内存

具体实施方式

王氏拼砖(Wang Tiles)是Hao Wang在1961年所提出的一种概念。每一组王氏拼砖皆由多个大小相同的拼砖(tile)所组成，每一个拼砖的每一边都具有特定的颜色。而在进行拼贴工作时，王氏拼砖有一个特殊的拼贴规则，其规定在拼贴时「相邻的拼砖于相邻的边上必须具有相同的颜色」。

使用王氏拼砖的概念来进行拼贴有一个好处，就是只需使用少量的拼砖，即可拼贴出大面积的不规则影像，如此一来，可以克服大面积的不规则影像会占用到海量存储器的问题。

而本发明是将王氏拼砖非周期性(aperiodic)的拼贴概念使用于半色调化的工作之中。图1为本发明的装置的一实施例示意图，用来半色调化一灰阶影像(gray scale image)以产生一半色调影像(half tone image)。请注意，此处是以灰阶影像来作为举例说明，在实际操作上本发明的作法亦可用来半色调化其它种类的高色调影像(例如彩色影像)。

本实施例的装置包含有一半色调处理单元120、一第一内存140、以及一第二内存160。图2所示则为本发明所提出的方法的一流程图，以下将结合图1的装置结构来说明图2中的各个步骤。

步骤210：提供多个递色拼砖(dithering tile)。其中，每一递色拼砖的每一边缘皆对应于特定的颜色，且每一递色拼砖皆对应于一阀值数组(threshold array)，此阀值数组的数值是可调的，举例而言，该阀值数组的数值可以根据不同使用情况(例如使用不同的打印机)而具有不同的值。此处较佳的情形是阀值数组的数值与递色拼砖边缘的颜色具有相对应的关系，然而，此点并非为本发明必要的限制条件，亦即，阀值数组的数值与递色拼砖边缘的颜色之间亦可以不存在相互对应的关系。于本实施例中，该多个递色拼砖是存放于第一内存140中。

步骤220：依据王氏拼砖的拼贴规则，使用第一内存140中的该多个递色拼砖拼贴出一递色罩。本实施例中，该递色罩等于(或大于)所需半色调化的该灰阶影像，举例来说，若该灰阶影像的大小为1600×1200个像素(pixels)，且每一递色拼砖的大小为16*16个阀值，则该递色罩的每一列至少需拼贴有100个递色拼砖，每一行则至少需拼贴有75个递色拼砖。而在拼贴的过程中，该些递色拼砖的使用情形则记录于第二内存160中。

在王氏拼砖原本的概念中，每一个拼砖的每一边都具有特定的颜色，拼贴时相邻的拼砖于相邻的边上需具有相同的颜色。而本实施例是将此一拼贴规则应用于拼贴出递色罩的过程之中，拼贴规则如下所述：

(A)随机选出一第一递色拼砖；以及

(B)根据第一递色拼砖边缘的颜色，依序拼贴出其它拼砖，直至拼贴出该递色罩为止。举例而言，将一第二递色拼砖拼贴于该第一递色拼砖的右侧时，该第二递色拼砖左侧的颜色需与第一递色拼砖右侧的颜色相符，而若有多个不同的递色拼砖可选用为该第二递色拼砖，则以随机方式加以选用；同理，若一第三递色拼砖欲拼贴于该第二递色拼砖的下方时，第三递色拼砖上缘的颜色需相符于第二递色拼砖下缘的颜色。

步骤230：使用半色调处理单元120依据其所拼贴出的该递色罩来半色调化该灰阶影像。本步骤的一种作法就是比较该灰阶影像中各像素的像素值与该递色罩中相对应位置的阀值，以得出一结果值，最终由所有结果值所组成的数组即对应于该灰阶影像的半色调影像。请注意，前述的作法主要是以点算法为依据，然而实际上本步骤亦可以配合其它的半色调算法来进行运算，例如「误差传送法」，亦即在半色调化的过程中，将对每个像素的量化误差传送至邻近且尚未半色调化的像素。

由于本实施例在以多个递色拼砖拼贴出一递色罩时，相邻的递色拼砖必须符合「边界限制」(edge constrains)，因此最终的得出的半色调影像中不会残存边际产物，且由于最终所贴出的递色罩是非周期性的，因此本实施例也不会有残存周期性产物的问题，故相较于已知技术中的点算法(重复使用一块大的递色罩来半色调化整张高色调影像、或是随机使用多个小的递色罩来半色调化整张高色调影像)，本实施例的作法可以得到较佳的影像品质。

而虽然本实施例是以半色调化灰阶影像为例，但本发明的作法亦可用来半色调化其它种类的高色调影像，如彩色影像，而当根据本发明来半色调化彩色影像时，需使用一个或多个递色罩来分别半色调化彩色影像的R、G、B三原色，亦即分别对彩色影像中R、G、B所对应的像素值加以半色调化，藉此来半色调化整张彩色影像。

本发明还有一个优点，就是内存的需求不用太大。在已知技术的点算法中，若使用单一的递色罩，则递色罩的大小至少需为128×128，这相当于必须使用16KB的内存空间(通常递色罩的大小则是256×256，相当于必须使用64KB的内存空间)；若改为随机使用多个较小的递色罩，则每个递色罩的大小至少需为32×32，而总共需要至少4个递色罩，这相当于必须使用4KB的内存空间。相对的，本发明中每个递色拼砖的大小可以是16×16，递色拼砖的总数则是8，此时仅需有2KB的内存容量即可储存所有的递色拼砖。

此外，由于在拼贴递色罩的过程中，必须将先前所使用的递色拼砖记录下来，才有办法在选择下一个贴入的递色拼砖时，确保所选择的递色拼砖符合前述的边界限制。不过由于每次要贴入新的递色拼砖时并没有太多能选择的递色拼砖(因为必须符合边界限制)，因此用来储存递色拼砖使用信息的内存空间也不用太大。至于前述实施例中，储存递色拼砖使用情形的第二内存可与第一内存整合为单一内存。

而要设计一组递色拼砖时，还可以采用遗传算法来将所设计出的一组递色拼砖给最佳化。此时，设计者可以自行定义所欲使用的成本函数，此处将不针对此点多作赘述。

至于本发明所使用的多个递色拼砖的大小、以及递色拼砖的数量，则没有一定的限制，使用越大的递色拼砖及越多的拼砖数量，可以产生品质较好的半色调影像，然而却需耗掉更多的内存空间，这是系统设计者所能自行取决的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种半色调化一影像的方法，其包含有：

提供多个递色拼砖；

依据一非周期性拼贴规则，使用该多个递色拼砖拼贴出至少一递色罩；以及

使用该递色罩来半色调化该影像，

其中该非周期性拼贴规则为王氏拼砖的拼贴规则。

2.如权利要求1所述的方法，其中该多个递色拼砖中，每一递色拼砖皆对应于一阀值数组，该阀值数组用来与该影像的像素值进行比较。

3.一种装置，用来半色调化一影像，该装置包含有：

一第一内存，用来储存多个递色拼砖；以及

一处理单元，耦接于该第一内存，用来依据一非周期性拼贴规则，使用该多个递色拼砖拼贴出至少一递色罩，并使用该递色罩来半色调化该影像，

其中该非周期性拼贴规则是王氏拼砖的拼贴规则。

4.如权利要求3所述的装置，其还包含有：

一第二内存，耦接于该处理单元，用来于该处理单元拼贴出该递色罩时，记录该多个递色拼砖的使用情形。

5.如权利要求3所述的装置，其中该多个递色拼砖中每一递色拼砖皆对应于一阀值数组，该阀值数组用来与该影像的像素值进行比较。

6.一种产生递色罩的方法，其包含有：

提供多个递色拼砖；以及

依据一非周期性拼贴规则，使用该多个递色拼砖拼贴出至少一递色罩，并使用该递色罩来半色调化该影像，

其中该非周期性拼贴规则是王氏拼砖的拼贴规则。

7.如权利要求6所述的方法，且该多个递色拼砖中，每一递色拼砖皆对应于一阀值数组，该阀值数组用来与该影像的像素值进行比较。

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