CN1787597A

CN1787597A - 改良式误差扩散影像处理系统及其方法

Info

Publication number: CN1787597A
Application number: CN 200410096986
Authority: CN
Inventors: 陈国泰; 罗介璋
Original assignee: Destiny Technology Corp
Current assignee: Primax Electronics Ltd
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: CN100355267C

Abstract

本发明公开了一种改良式误差扩散影像处理系统及其方法，采取区块读取方式来取代传统误差扩散影像处理的整列式读取方式。因此，可大幅度节省影像处理时所需求的内存空间及提升运算效率，同时也对于以区块处理方式所可能造成的间断处问题，提出可根据每个区块特定位置条件，在对应的总像素范围中加入所需的总误差值的技术方案来消除间断处，实现以区块读取方式进行的误差扩散影像处理。

Description

改良式误差扩散影像处理系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种关于影像处理的系统及其方法，特别涉及一种误差扩散影像处理(error-diffusion)方式，可将多级影像(multi-level image)转换为两级影像(bi-level image)进行输出的系统及其方法。

背景技术

多级影像(multi-level image)一般是指由数字相机、扫瞄器或者是计算机软件所生成的数字影像。在黑白多级影像(monochrome)中，所有的像素(pixel)都是由至少两种以上不同的灰度级(level of gray)所构成；而在彩色多级影像(colorimage)中，通常包含许多不同的色版(color plane)，而所有的像素都是由各个色版中至少两种以上不同的级层(level)所表示。

不论是黑白多级影像或者是彩色多级影像，通常都必须通过打印机或者是显示装置来加以输出，然而这些输出设备却往往都仅能够以两级(bi-level)的方式来描述这些多级影像，如：对黑白多级影像仅能使用黑级(black-level)以及白级(white-level)来描述；对彩色多级影像中的每个色版仅能以激活(on-level)及关闭(off-level)来进行描述。因此，在多级影像被传送到这些输出设备进行输出之前，就必须要先将多级影像转换为两级影像(bi-level image)，才能够被顺利输出。

这种将多级影像转换为两级影像的过程，一般又可称为半色调处理(halftoning)，其中误差扩散影像处理(error-diffusion)便是一种目前广为被使用的现有的半色调处理技术。然而，由于传统的误差扩散影像处理都是以整列式(row)读取方式进行，也就是运算之前都必须要事先读取一整列的影像数据才能够进行，因此一般都需要花费相当大的内存空间来储存这些影像数据，并且在运算过程中由于频繁的内存存取次数而使得整体运算的效率不高。

由于内存的成本不低，并且在输出设备中可提供的内存空间有限，因此若要采取传统的误差扩散影像处理方式来将多级影像转换为两级影像的话，确实会面临到上述占用内存空间以及影响运算效率的问题，因此有必要针对误差扩散影像处理方式提出新的改良技术方案，彻底解决内存空间不足和运算效率不高的问题。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于提出一种改良式误差扩散影像处理系统及其方法。采取区块(block)读取方式来取代传统误差扩散影像处理(error-diffusion)的整列式(row)读取方式，以解决现有技术内存空间不足和运算效率不高的问题。

为了实现本发明的上述目的，所提出的主要技术手段在于如何解决以区块处理方式进行误差扩散影像处理时所造成的间断处(gap)问题，使多级影像(multi-level image)在转换为两级影像(bi-level image)时仍然能够维持良好的影像输出质量。

本发明的改良式误差扩散影像处理系统，包括：影像分割单元；运算区块处理单元；总像素处理单元；误差扩散处理单元；及储存单元。

本发明的改良式误差扩散影像处理方法，则通过上述系统执行下列操作步骤：分割多级影像为一个以上的区块，各区块均具有一位置条件(i，j)，并且包含有一个以上像素；依照处理顺序读取区块进行处理，根据区块的位置条件(i，j)，决定运算区块范围，以计算区块对应的总误差值(BEsum)；根据区块的位置条件(i，j)，决定总像素范围，以将区块对应的总误差值加入总像素范围；及执行区块中各像素的误差扩散运算，以决定区块中各像素的两级输出结果加以储存，并计算区块的平均误差值(BE)加以储存。

采用本发明可实现以区块读取方式代替传统误差扩散影像处理的整列式读取方式，可以节省内存空间以及提升运算效率。

关于本发明具体可行的实施方式，结合附图说明如下：

附图说明

图1为本发明的系统方区块图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为本发明处理顺序及位置条件示意图；

图4为本发明操作逻辑规则关系图；

图5a至图5f为本发明操作逻辑示意图；

图6a至图6b为本发明操作前后比较图；及

图7a至图7b为本发明另一操作前后比较图。

其中，附图标记：

10多级影像

20影像分割单元

30运算区块处理单元

40总像素处理单元

50误差扩散处理单元

60储存单元

70两级影像

600间断处

步骤100 分割该多级影像为多个区块，各该区块具有一位置条件(i，j)，并且包含有多个像素

步骤200 依照一处理顺序读取该区块进行处理，根据该区块的该位置条件，决定一运算区块范围，以计算该区块对应的一总误差值

步骤300 根据该区块的该位置条件，决定一总像素范围，以将该区块对应的该总误差值加入该总像素范围

步骤400 执行该区块中各该像素的误差扩散运算，以决定各该像素的一两级输出结果加以储存，并计算该区块的一平均误差值加以储存

步骤500 仍有未处理的该区块

具体实施方式

图1为本发明的系统方区块图，用来将外部所输入的多级影像10(multi-level image)转换为两级影像70(bi-level image)，其主要的功能方区块包括：

影像分割单元20，用以对外部所输入的多级影像进行分割处理，可将多级影像分割为多个大小相同的区块(block)且每个区块中均包含有许多的像素。

分割后的每个区块将被各自赋予一个固定的位置条件(i，j)。举例来说，若影像分割单元20将多级影像分割为m*n个区块，则依照x轴向由左至右，y轴向由上至下的处理顺序，各个区块的对应位置条件分别为(1，1)至(m，n)，参考图3。

运算区块处理单元30，负责依照处理顺序(即x轴向由左至右，y轴向由上至下的顺序)自影像分割单元20中读取区块进行处理。

在运算区块处理单元30中包含有决定运算区块范围以及计算区块对应的总误差值(BEsum)的逻辑规则。其主要根据所读取进来的区块的位置条件(i，j)，来决定所需用来运算总误差值的运算区块范围有哪些？进而计算出目前区块所对应的总误差值(BEsum)。

总像素处理单元40，包含决定总像素范围的逻辑规则，主要负责将先前运算区块处理单元30所运算得到的总误差值(BEsum)加入到区块中的对应总像素范围中。其决定总像素范围的方式，主要也是根据区块的位置条件(i，j)来决定，决定之后便负责将区块所对应的总误差值加入到总像素范围中。

误差扩散处理单元50，则是负责用来执行区块中各像素的误差扩散运算，以决定各个像素所应该具有的两级输出结果并加以储存，此部分属于现有技术的部分，故在此不多作叙述。

除了对区块中各个像素进行误差扩散处理之外，为了能够继续进行后续对其它区块所需的总误差值的计算，在此误差扩散处理单元50还同时必须计算目前区块的平均误差值(BE)并加以储存。

平均误差值(BE)的计算方式如下：

区块中所有像素在误差扩散运算后所累积的扩散误差值的总和/区块中所有像素数目总和。

而其中有关扩散误差值的计算规则如下：

当处理中的像素的像素值大于128时，扩散误差值为像素值-255；而当处理中的像素的像素值小于128时，则此时直接以像素的像素值作为扩散误差值。

储存单元60，用来储存前面所提到由误差扩散处理单元50所产生的两级输出结果及平均误差值(BE)。

事实上，储存单元60也可以用来暂存由影像分割单元20所分割出来的区块。若采取此法，则运算区块处理单元30便必须从储存单元60中来读取所需的区块数据。

当所有区块均完成处理之后，便可自储存单元60中输出转换后的两级影像。

图2为本发明方法的流程图。实际的操作步骤包括：

首先分割多级影像为多个大小相同的区块，同时赋予每个区块一个固定的位置条件(i，j)，并且在每个区块中均包含有多个像素(步骤100)。

依照设定的处理顺序读取区块开始进行处理。此时先根据区块的位置条件(i，j)来决定其所需的运算区块范围，然后以决定的运算区块范围来计算目前区块所对应的总误差值(BEsum)(步骤200)。

接着，同样根据区块的位置条件(i，j)来决定目前区块所应该要调整的总像素范围，然后再将区块所对应的总误差值加入到总像素范围之中(步骤300)。

最后，执行目前区块中各像素的误差扩散运算来决定各像素的两级输出结果并加以储存(此部分属于现有技术内容)，并计算目前区块所具有的平均误差值(BE)并加以储存，以便后续进行其它区块处理时可用来计算总误差值(步骤400)。

每个区块将进行上述步骤200至步骤400的流程才算完成，每完成一个区块的处理之后，便进一步判断是否仍有未处理的区块？(步骤500)，如果有，则重新回到步骤200处继续读取下一个区块进行处理，否则表示已经完成将多级影像转换为两级影像的过程，此时便可以将完整的两级影像输出，结束整个流程步骤。

有关本发明操作上的各种逻辑规则，参考图4的部分，此为较佳实施例其中之一的状况，主要说明不同区块位置条件(i，j)，所决定的运算区块范围和总像素范围的可能变化情形，以及说明其总误差值的计算原则，进一步说明如下：

其中，位置条件与运算区块范围的操作逻辑规则关系如下：

当i＝1，j＝1时，运算区块范围为区块位置(1，1)，如图5a所示。

当i＝1，j＝2时，运算区块范围为区块位置(1，1)及(1，2)，如图5b所示。

当i＝1，j＝3时，运算区块范围为区块位置(1，1)、(1，2)及(1，3)，如图5c所示。

当i＝1，j≠1，2，3时，运算区块范围为区块位置(1，1)、(1，2)及(1，3)，如图5d所示。

当i≠1，j＝1时，运算区块范围为区块位置(i-1，j)、(i-1，j+1)及(i-1，j+2)，如图5e所示。

而总误差值(BEsum)的计算规则如下：

当i＝1，j＝1时，总误差值(BEsum)为BE(1，1)*3，如图5a所示。

当i＝1，j＝2时，总误差值(BEsum)为BE(1，1)+BE(1，2)*2，如图5b所示。

当i＝1，j＝3时，总误差值(BEsum)为BE(1，1)+BE(1，2)+BE(1，3)，如图5c所示。

当i＝1，j≠1，2，3时，总误差值(BEsum)为A*BE(1，1)+B*BE(1，2)+C*BE(1，3)，如图5d所示。

当i≠1，j＝1时，总误差值(BEsum)为A*BE(i-1，j)+B*BE(i-1，j+1)+C*BE(i-1，j+2)，如图5e所示。

其中，BE为所谓的平均误差值。

而位置条件与总像素范围的操作逻辑规则的关系如下：

当i＝1，j＝1时，总像素范围为最后四位，如图5a所示。

当i＝1，j＝2时，总像素范围为最前四位及最后四位，如图5b所示。

当i＝1，j＝3时，总像素范围为最前四位及最后四位，如图5c所示。

当i＝1，j≠1，2，3时，总像素范围为最前四位及最后四位，如图5d所示。

当i≠1，j＝1时，总像素范围为最后四位，如图5e所示。

在上述的操作逻辑规则中，我们是针对区块位置条件是属于第一行、第一列以及第一列前三个区块等特殊区块的部分提出了对应的处理原则。

而对于其它非特殊位置条件的区块(当i≠1，j≠1，2，3时)，我们则提出下列对应的处理原则，进一步说明如下：

此时，此类位置条件的区块的运算区块范围有两个部分，如图5f所示，分别为：

(a1)区块位置(i-1，j-1)、(i-1，j)及(i-1，j+1)；及

(b1)区块位置(i-1，j)、(i-1，j+1)及(i-1，j+2)。

因此，其总误差值(BEsum)也依照不同的运算区块范围而计算方式如下：

(a2)A*BE(i-1，j-1)+B*BE(i-1，j)+C*BE(i-1，j+1)；及

(b2)A*BE(i-1，j)+B*BE(i-1，j+1)+C*BE(i-1，j+2)。

其中A、B及C同样为权重值(在本发明较佳实施例中，A为1/55、B为1/85及C为1/95，只此部分可以依照实际操作需求作适当的调整改变，并不以此为限)。

至于此区块对应的总像素范围，则同样也包含两个部分，分别为：(a3)最前四位；及

(b3)最后四位。

由此可知，对于一般位置条件的区块而言，其具有两个不同的运算区块范围，所以将会产生两种不同的总误差值，并且总像素范围也不同。(也即a1的运算区块范围用来计算出a2的总误差值并加入到a3的总像素范围中；b1的运算区块范围用来计算出b2的总误差值并加入到b3的总像素范围中)

前述所提到的“最前四位”指的是在区块中每一列最前面四个像素；而“最后四位”所指的则是在区块中每一列最后面四个像素。

经过本发明系统与方法的操作，确实能够以区块(block)读取方式来取代传统误差扩散影像处理(error-diffusion)的整列式(row)读取方式，达到节省内存空间以及提升运算效率，并且有效的解决以区块处理方式进行误差扩散影像处理时所造成的间断处(gap)问题。

参考图6a及图7a的部分，在图式中可以发现若单纯仅以区块处理方式而未针对各个区块进行改良的运算处理时，将会在输出的两级影像中出现诸多的间断处600(gap)，影响到数字影像输出的质量，反之参考图6b及图7b的部分，则是通过本发明进一步所提出的技术方案改良后的误差扩散影像处理结果，经过操作之后可明显发现原本存在的间断处600均已经消失不见，达到完整将多级影像转换为两级影像的目的功效。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种改良式误差扩散影像处理系统，用以将一多级影像转换为一两级影像，其特征在于，该系统包含：

一影像分割单元，用以分割该多级影像为多个区块，各该区块具有一位置条件(i，j)，并且包含有多个像素；

一运算区块处理单元，用以依照一处理顺序读取该区块进行处理，根据该区块的该位置条件(i，j)，决定一运算区块范围，以计算该区块对应的一总误差值；

一总像素处理单元，用以根据该区块的该位置条件(i，j)，决定一总像素范围，以将该区块对应的该总误差值加入该总像素范围；

一误差扩散处理单元，用以执行该区块中各该像素的误差扩散运算，以决定各该像素的一两级输出结果加以储存，并计算该区块的一平均误差值加以储存；及

一储存单元，用以储存该两级输出结果及该平均误差值；

其中，当该影像分割单元中仍有未处理的该区块时，将持续重复进行由该运算区块处理单元、该总像素处理单元、该误差扩散处理单元进行对各该区块的处理，直到完成所有该区块的处理为止，并从该储存单元中输出该两级影像。

2.根据权利要求1所述的改良式误差扩散影像处理系统，其特征在于，该处理顺序遵循x轴向由左至右，而y轴向由上至下的原则。

3.根据权利要求1所述的改良式误差扩散影像处理系统，其特征在于，该位置条件(i，j)与该运算区块范围的操作逻辑规则关系如下：

当i＝1，j＝1时，该运算区块范围为区块位置(1，1)；

当i＝1，j＝2时，该运算区块范围为区块位置(1，1)及(1，2)；

当i＝1，j＝3时，该运算区块范围为区块位置(1，1)、(1，2)及(1，3)；

当i＝1，j≠1，2，3时，该运算区块范围为区块位置(1，1)、(1，2)及(1，3)；

当i≠1，j＝1时，该运算区块范围为区块位置(i-1，j)、(i-1，j+1)及(i-1，j+2)；及

当i≠1，j≠1，2，3时，该运算区块范围为(a)区块位置(i-1，j-1)、(i-1，j)及(i-1，j+1)或(b)区块位置(i-1，j)、(i-1，j+1)及(i-1，j+2)。

4.根据权利要求1所述的改良式误差扩散影像处理系统，其特征在于，该总误差值的计算式如下：

当i＝1，j＝1时，该总误差值为BE(1，1)*3；

当i＝1，j＝2时，该总误差值为BE(1，1)+BE(1，2)*2；

当i＝1，j＝3时，该总误差值为BE(1，1)+BE(1，2)+BE(1，3)；

当i＝1，j≠1，2，3时，该总误差值为A*BE(1，1)+B*BE(1，2)+C*BE(1，3)；

当i≠1，j＝1时，该总误差值为A*BE(i-1，j)+B*BE(i-1，j+1)+C*BE(i-1，j+2)；及

当i≠1，j≠1，2，3时，该总误差值为(a)A*BE(i-1，j-1)+B*BE(i-1，j)+C*BE(i-1，j+1)或(b)A*BE(i-1，j)+B*BE(i-1，j+1)+C*BE(i-1，j+2)；

其中A、B及C为权重值。

5.根据权利要求4所述的改良式误差扩散影像处理系统，其特征在于，该A为1/55、B为1/85及C为1/95。

6.根据权利要求1所述的改良式误差扩散影像处理系统，其特征在于，该位置条件与该总像素范围的操作逻辑规则关系如下：

当i＝1，j＝1时，该总像素范围为最后四位；

当i＝1，j＝2时，该总像素范围为最前四位及最后四位；

当i＝1，j＝3时，该总像素范围为最前四位及最后四位；

当i＝1，j≠1，2，3时，该总像素范围为最前四位及最后四位；

当i≠1，j＝1时，该总像素范围为最后四位；及

当i≠1，j≠1，2，3时，该总像素范围为(a)最前四位(b)最后四位。

7.根据权利要求1所述的改良式误差扩散影像处理系统，其特征在于，该平均误差值的计算式如下：

该区块中所有像素在误差扩散运算后所累积的一扩散误差值的总和/该区块中所有像素数目总和。

8.根据权利要求7所述的改良式误差扩散影像处理系统，其特征在于，该扩散误差值的计算规则如下：

该像素的一像素值大于128时，该扩散误差值为该像素值-255；

该像素的该像素值小于128时，该扩散误差值等于该像素值。

9.一种改良式误差扩散影像处理方法，用以将一多级影像转换为一两级影像，其特征在于，该方法包含下列步骤：

(a)分割该多级影像为多个区块，各该区块具有一位置条件(i，j)，并且包含有多个像素；

(b)依照一处理顺序读取该区块进行处理，根据该区块的该位置条件(i，j)，决定一运算区块范围，以计算该区块对应的一总误差值；

(c)根据该区块的该位置条件(i，j)，决定一总像素范围，以将该区块对应的该总误差值加入该总像素范围；及

(d)执行该区块中各该像素的误差扩散运算，以决定各该像素的一两级输出结果加以储存，并计算该区块的一平均误差值加以储存；

其中，当步骤(a)中仍有未处理的该区块时，将持续重复进行步骤(b)至步骤(c)直到完成所有该区块的处理为止，并输出该两级影像。

10.根据权利要求9所述的改良式误差扩散影像处理方法，其特征在于，该处理顺序是遵循x轴向由左至右，而y轴向由上至下的原则。

11.根据权利要求9所述的改良式误差扩散影像处理方法，其特征在于，该位置条件(i，j)与该运算区块范围的操作逻辑规则关系如下：

当i＝1，j＝1时，该运算区块范围为区块位置(1，1)；

当i＝1，j＝2时，该运算区块范围为区块位置(1，1)及(1，2)；

12.根据权利要求9所述的改良式误差扩散影像处理方法，其特征在于，该总误差值的计算式如下：

当i＝1，j＝1时，该总误差值为BE(1，1)*3；

当i＝1，j＝2时，该总误差值为BE(1，1)+BE(1，2)*2；

当i＝1，j＝3时，该总误差值为BE(1，1)+BE(1，2)+BE(1，3)；

其中A、B及C为权重值。

13.根据权利要求12所述的改良式误差扩散影像处理方法，其特征在于，该A为1/55、B为1/85及C为1/95。

14.根据权利要求9所述的改良式误差扩散影像处理方法，其中该位置条件与该总像素范围的操作逻辑规则关系如下：

当i＝1，j＝1时，该总像素范围为最后四位；

当i＝1，j＝2时，该总像素范围为最前四位及最后四位；

当i＝1，j＝3时，该总像素范围为最前四位及最后四位；

当i≠1，j＝1时，该总像素范围为最后四位；及

15.根据权利要求9所述的改良式误差扩散影像处理方法，其特征在于，该平均误差值的计算式如下：

16.根据权利要求15所述的改良式误差扩散影像处理方法，其特征在于，该扩散误差值的计算规则如下：

该像素的一像素值大于128时，该扩散误差值为该像素值-255；该像素的该像素值小于128时，该扩散误差值等于该像素值。