KR100490244B1

KR100490244B1 - 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법

Info

Publication number: KR100490244B1
Application number: KR10-2002-0056973A
Authority: KR
Inventors: 한기열
Original assignee: 주식회사 롯데캐논
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2005-05-17
Also published as: KR20040025136A

Abstract

본 발명은 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면, 오차합이 가지는 분포를 가변 임계값으로 하여 불량한 특정한 계조의 값을 제거할수 있는 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법에 관한 것이다. 본 발명에서 가변 임계값 결정방법은 보통 128 (0 x 80)으로 설정하는 기존의 고정값 대신에 가변하는 임계값을 결정한다. 이러한 가변 임계값 결정 방법은 경계강조오차확산방식과 유사하나 경계강조에서 쓰인 입력값에 대한 보정 값이 들어가도록 한 점이 상이하다. 즉, 기존의 방식은 필터링시 A/D 컨버터를 거친 원시 데이터를 가지고 적용하였으나, 본 발명은 원시 데이터 및 가변 데이터를 가지고 적용함으로써, 우수한 이진이미지를 얻도록 한다.

Description

화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법{ERROR DIFFUSION METHOD USING VARIABLE THRESHOLD VALUE IN IMAGE PROCESSING SYSTEM}

본 발명은 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면, 오차합이 가지는 분포를 가변 임계값으로 하여 불량한 특정한 계조의 값을 제거할수 있는 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 프린터, 팩시밀리등과 같은 인쇄 매체 및 영상출력장치 등은 흑백의 이진정보만을 표현할 수 있기 때문에 연속 계조의 영상을 표현하기 위해서는 연속 계조의 영상을 이진 영상으로 변환하는 과정을 가진 이진 부호화의 기술을 사용하여야 한다.

상기 이진 부호화 기술로 최근 가장 많이 사용되고 있는 방법은 오차확산방식에 의한 이치화 방법이며, 어떤 한 화소를 이치화 할 때 인접한 화소들의 이치화할 때에 발생된 오차 밝기값들을 오차필터에 따라 일정비율로 주위 화소들에 나누어줌으로써, 입력화소의 연속적 밝기값을 흑, 백으로 이치화함으로 인해 발생하는 오차를 보상해 주는 이치화 방법을 말한다. 상기 오차확산방식 이치화방법은 각 화소를 이치화했을 때 발생하는 오차밝기 값들을 인접하는 화소들에 분배하여 이치화 결과화상에서 평균오차 밝기값을 최소화함으로써 중간조 화상의 재현 능력뿐 아니라 우수한 에지보존성을 가진다. 또한 상술한 오차확산방식 이치화방법은 이전의 방법들에 비해 계산량이 다소 많으나, 디더링(Dithering)등의 종래 방법들에 비해 인간의 시각적 측면에서 우수한 화질을 보였기 때문에 프로세서의 발달에 따라 보편적인 이치화 기술로 자리잡고 있다.

이러한 오차확산 방법을 이용하여 화상을 처리하는 방법의 일례로서 오차 확산 필터를 사용한 도 1의 마스크 값을 참조하여 이하에 설명한다.

도 1은 종래기술에 의한 오차확산 필터의 마스크값을 나타낸 표로서, 이 마스크 값을 얻기 위한 구성을 간단히 설명한다.

먼저, 소정의 입력화상으로부터의 입력화상값 [ I(X,Y) ] 과 이전으로부터 입력되는 오차값을 합산수단에서 합산한다. 합산된 화상값은 A/D 컨버터(A/D Converter)를 거쳐 화상(Modified Image)으로 출력되고, 에지강조계수(K)에 따른 값 (K-1)과의 합산을 통하여 출력값 [IC(X,Y)]을 출력하고, 입력화소의 밝기에 의존하는 이진화 임계값(Threshold Value)과 비교하여 소정의 오차확산 필터에 의하여 필터링하게 됨으로써 출력화상 B[(X,Y)]을 출력한다(도시 안됨).

여기서, 오차확산 필터는 3개의 라인을 갖는 총 10개의 마스크로 구성이 된다. 또한, 필터의 마스크 값은 2/64, 3/64, 6/64, 8/64, 10/64로서 각 마스크에 대한 가중치를 적용한다. 여기서, 예컨대 3/64 마스크를 갖는 곳의 입력값이 135 (0x87) 라고 가정하였을 경우, 135*3/64 = 6.328 (정수의 계산시 : 6)의 값을 갖는다. 도 1에서 부호 X 는 현재 결정될 곳 즉, 주목화소의 값을 나타낸다.

도 1의 오차 확산 방법은 첫째, 각 마스크가 갖는 값에 도 1의 마스크 값에서 보인 각 가중치들을 곱하고, 각 가중치에 대한 2치화 값(흑(1)이면 0, 백(0)이면 255)을 뺀다. 둘째, 이 계산값들을 모두 더한 합과 A/D 컨버터를 거친 데이터 X의 입력값을 더한다. 셋째, 이 값을 임의의 임계값과 비교하여 크면 흑(1 or 0), 작으면 백(0 or 255)의 값을 갖도록 한다. 이에 따라 연속계조(continuous tone)의 화상 패턴이 생성된다.

그러나 상기 오차 확산 필터를 사용한 화상 패턴 방식은 일반 오차확산 방식이나 불량한 특정한 계조의 값이 포함되어 있을 경우 화상불량의 요소가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 경계강조에서 필터링에 사용된 입력값에 대한 보정 값이 입력되도록 가변 임계값을 적용하여 특정한 계조의 값에 의한 화상불량의 요소가 제거되고, 일반 오차확산 방식보다 띠 무늬가 나타날 확률이 감소된 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법에 의하면, 임계값은 보통 128(0 x 80)으로 설정하는 기존의 고정값 대신에 가변하는 임계값을 결정한다. 이러한 가변 임계값 결정 방법은 경계강조오차확산방식과 유사하나 경계강조에서 쓰인 입력값에 대한 보정 값이 들어가도록 한 점이 상이하다. 즉, 기존의 방식은 필터링시 A/D 컨버터를 거친 원시 데이터(Raw Data)를 가지고 적용하였으나, 본 발명은 필터링시 원시 데이터와 가변 데이터를 가지고 적용함으로써, 같은 계조의 연속적인 데이터 군에서는 줄로 된 물결 무늬가 나타나지 않도록 한다.

이 오차 확산방법은 종래의 마스크에서 결정된 각 도트(Dot)의 레벨이 흰색일 경우(0), 검은 색일 경우(1)의 값들을 참고하도록 한 것이다. 즉, 화상처리 시스템의 임계값에 의한 확산방법은 위에서 설명된 마스크의 가중치에 대한 값들을 각 화소 혹은 픽셀(Pixel)의 레벨, 즉 이 픽셀 레벨이 백(0)일 경우 255이고, 이 픽셀 레벨이 흑(1)일 경우 0으로 적용을 한다.

또 본 발명의 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법은 상기한 바와 같은 종래의 확산방법에서 각 마스크가 갖는 값에 도 1의 마스크 값에서 보인 이 픽셀 레벨에 각 가중치들을 곱하고, 각 가중치에 대한 이치화 값(흑(1)이면 255, 백(0)이면 0)을 뺀다는 절차는 제외된다. 그 대신에 주목화소(X)의 원시 데이터(Raw) 입력값과 이 가중치들의 합을 더하고 2로 나누어 적용을 한다.

이하, 본 발명의 구성 및 동작을 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산을 수행함에 따라 가변 임계값을 생성한 표를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 생성된 가변 임계값에 대하여 가로방향은 주주사 스캔방향, 세로방향은 부주사 스캔방향을 나타낸다. 도 2에서 각 셀에 있는 값들은 오차확산에 의해 생성된 각 화소의 이미지 결정 값은 흑일 경우 0, 백일 경우 1로 표시되고, 부호 X는 현재 결정될 화소를 표시한다.

상기 오차확산에 의해 생성된 각 화소의 이미지 결정 값에 있어서, 1일 경우는 0, 0일 경우는 255의 화소값을 갖는다. 즉, a(n-2) = 255, a(n-1) = 0 …이 된다. 여기서, x(n)는 현재 결정될 화소의 입력값을 나타내고, 기준 역치 또는 임계값으로서 T = 128 를 적용한다.

기준임계값(T = 128)을 적용한 경우, 도 1의 각 마스크에 의한 입력값은 결과값(IC)이 된다.

한편, 오차 확산을 계산하는 기준 임계값으로서 구하는 임계값(Tv)은 다음 수학식 1을 이용한다.

[수학식 1]

임계값 (Tv) = T - (K-1)(원시 데이터 + ( 2*a(n-2) + 3*a(n-1) + 6*a(n) + 3*a(n+1) + 2*a(n+2) + 3*b(n-2) + 8*b(n-1) + 10*b(n) + 8*b(n+1) + 3*b(n+2) + 6*c(n-2) + 10*b(n-1) ) / 64 )/ 2

if IC > Tv, then X = 0, else then X = 1

도 3은 본 발명에 따른 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산을 수행함에 따라 가변 임계값를 나타낸 표이다.

도 3에서 가로방향은 주주사 스캔방향, 세로방향은 부주사 스캔방향을 나타내고, 각 셀에 있는 값들은 오차확산에 의해 생성된 각 화소의 이미지 계조값을 나타내고, 부호 X 는 현재 결정될 화소의 원시 데이터 입력값, x(n)는 현재 결정될 화소의 입력값을 나타내고, A(n-2),…B(n-2),…C(n-1)의 값들은 계산상 수식에 쓰일 변수(즉, A(n-2) = 25, A(n-1) = 200, A(n) = 115…) 을 나타낸다. 이때, 기준 임계값 T 는 128으로 설정되고, 각 마스크에 의한 입력값의 결과값(IC)은 아래 수학식 2로 나타낸다.

[수학식 2]

임계값 (Tv) = T - (K-1)( 원시 데이터 입력값 + ( 2*A(n-2) + 3*A(n-1) + 6*A(n) + 3*A(n+1) + 2*A(n+2) + 3*B(n-2) + 8*B(n-1) + 10*B(n) + 8*B(n+1) + 3*B(n+2) + 6*C(n-2) + 10*C(n-1) ) / 64)/2

if IC > Tv, then X = 0, else then X = 1

상기와 같은 방식에 따른 수학식 1,2을 적용할 경우, 후술될 도 5를 통해 확인되는 바와 같이, 일반 오차확산 방식보다 띠 무늬가 나타날 확률이 줄어들고 이미지가 보다 자연스러운 화상으로 부드러워진다.

다음, 도 4는 외부로부터 입력되는 화상 데이터가 촬상장치, 예컨대 CCD(Charge Coupled Device) 장치로부터 A/D 변환기를 통하여 변환되어 레벨화되고, 2진 32비트의 버스 데이터를 DMA요청부(360)에서 출력할 때, 오차확산 처리를 나타낸 블록도이다.

도 4에서 데이터 입력부(300), 예컨대 CCD 장치는 화상데이터를 256 계조의 8비트 데이터로서 입력한다. 입력된 화상 데이터는 메모리(SRAM)(330)제어기의 제어에 따라서 데이터 교환부(352)의 1열과 2열 그리고 3열의 데이터를 각각 메모리부(350)에서 읽어오거나 쓴다.

도 4에 있어서 데이터 교환부(352)로부터 교환된 데이터는 5종류의 연산부(연산부2, 연산부3, 연산부6, 연산부8, 연산부a)를 통해 연산되고, 연산 데이터는 데이터 흑백 결정부(54)및 에러확산부(56)로 출력된다. 그후, 이 데이터는 데이터 플로우제어부(358)를 거쳐 DMA요청부(360)에서 2진 32비트 버스데이터로 화상 데이터를 발생한다.

다음, 상기한 수학식 1,2을 참조하면서 각 부분의 상세를 이하에서 설명한다.

데이터 교환부( data_change Block, 352)는 도 3에 도시된 바와 같이, Mesh에 의해 필터를 만들고 각 열에 대해 순차적으로 데이터를 레지스터(Register)에 입력한다.

연산부 2(52a)는 그 결과 값을 Result = 2*(ic[n]-ob[n])를 계산한다. 이 때 Ob값이 1이면 ob[n]는 255이고 0일경우 0 이되고, ob[n]값이 255이면 보수를 취해 더하고, 괄호 안의 값을 계산한 후에 괄호 안의 값을 2회(*2) 더한다.

연산부 3(52b)는 그 결과 값을 Result = 3*(ic[n]-ob[n])로 계산한다. 이때 Ob값이 1이면 ob[n]는 255이고 0일경우 0이 된다. 또한, ob[n]값이 255이면 보수를 취해 더한 후, 괄호 안의 값을 계산한 후에 괄호 안의 값을 3회(*3) 더한다.

연산부 6(52c) 는 그 결과 값을 Result = 6*(ic[n]-ob[n])로 계산한다. 이때 Ob값이 1이면 ob[n]는 255이고 0일경우 0이되고, ob[n]값이 255이면 보수를 취해 더한다. 여기서는 괄호 안의 값을 계산한 후에 괄호 안의 값을 6회(*6) 더한다.

연산부 8(52d) 는 그 결과 값을 Result = 8*(ic[n]-ob[n])로 계산한다. 이때 Ob값이 1이면 ob[n]는 255이고 0일경우 0 이고, ob[n]값이 255이면 보수를 취해 더한다. 여기서는 괄호 안의 값을 계산한 후에 괄호 안의 값을 8회(*8) 더한다.

마지막으로, 연산부 a(52e) 는 그 결과 값을 Result = 10*(ic[n]-ob[n])로 계산한다. 이때 Ob값이 1이면 ob[n]는 255이고 0일경우 0 이고, ob[n]값이 255이면 보수를 취해 더한다. 여기서는 괄호 안의 값을 계산한 후에 괄호 안의 값을 10회(*10) 더한다.

또한, 기준 화소를 제공하는 메모리부(350)는 데이터 교환부(352)의 1열과 2열 그리고 3열의 데이터를 각각 메모리부(350)에서 읽어오거나 메모리부(350)에 쓴다. 즉 1열과 2열은 메모리부(350)에서 읽어오고 3열은 연산이 끝나면 메모리부(350)에 저장을 한다. 위의 과정은 왼쪽에서 오른쪽, 위에서 아래로 증가하면서 진행하는 사항으로 열이 바뀌면 3열의 내용이 2열로 가고 2열의 내용이 1열로 가며 3열은 새로 만들어진 데이터를 메모리부(350)에 저장하고, 이렇게 저장된 데이터는 1열과 2열의 값들을 가지고 3열의 X에 관한 데이터를 만들 경우 참조하게 된다. 물론 데이터는 리드(Read)이다. 상기한 연산 로직에서는 두 가지의 레지스터를 가지고 하나는 메모리부(350)에서 데이터를 읽어 오는 레지스터로 쓰고 다른 하나는 오차확산을 위한 연산에 적용되는 레지스터로 이동이 되도록 설계를 하였다.

또한, 플로우 제어부(358)는 CCD 또는 CIS(Contact Image Sensor)를 제어하고 오차확산에 의해 만들어진 데이터를 CPU의 DMA제어기를 통해 메모리에 저장을 할 수 있도록 하는 로직이다. 이 로직에서 발생되는 신호는 페이지동기신호(VSYNC;수직동기), 라인동기신호(Beam Detector)를 만들어 내며, 로직의 구성은 오차확산에 의한 풀이미지(Full Image) 데이터의 생성부와 각 용지 사이즈 만큼만 데이터를 보낼 수 있도록 하는 로직 두개로 구성이 되어 있다. 즉, 한 라인에 대해서 CCD나 CIS에 대한 엑세스(Access)는 CCD나 CIS의 출력 최대 도트(Dot)까지 받을 수 있도록 설정하고 실질적으로 용지 사이즈 만큼의 스캔 라인에 대한 데이터를 DMA를 통해 메모리에 저장이 될 수 있도록 한다.

또한, 흑백데이터결정부(54)의 로직은 오차확산에 의해 만들어진 데이터, 즉, ob[n]를 가지고 현재의 데이터가 흑(1)인지 아니면 백(0)인지를 결정하도록 하는 로직이다.

또한, 에러확산부(56)는 산술연산에 의해 나온 각 Mesh의 값들을 취합해 더하고 64로 나누는 역할을 하며, 최종 연산 된 값을 메모리에 저장하는 기능과 플로우 제어부(358)에 데이터를 넘겨주어 이미지버퍼(Image Buffer)에 데이터를 전송할 수 있도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 특정한 계조의 값이 포함되지 않아 화상불량의 요소가 제거되어 화상 데이터 영역에 따라 필터계수를 다르게 적용하여 수행함으로써, 일반 오차확산 방식보다 띠 무늬가 나타날 확률이 줄어들고 이미지가 보다 자연스러운 화상으로 부드러워진 효과를 얻는다.

도 1은 종래기술에 의한 오차확산 필터의 마스크값을 나타낸 표이다.

도 4는 외부로부터 입력되는 화상 데이터가 출력될 때, 오차확산 처리를 나타낸 블록도이다.

Claims

현재 화소에 인접하여 이미 이치화 처리된 화소들에 의해 생성된 오차값들을 저장하는 메모리를 구비하며, 소정 밝기 레벨에 대응하는 밝기값을 갖는 화소들로 이루어진 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법에 있어서,

상기 오차값들을 각각 소정 오차필터계수로써 곱하고 그 합을 취하여 오차합을 구하며, 현재 처리화소의 밝기값과 상기 오차합을 가산하여 오차확산값을 구하는 오차확산단계와;

상기 처리화소 밝기값을 소정 강조계수에 대응하여 수정된 밝기값을 구하고 상기 수정된 밝기값을 입력받아 수정 임계치를 계산하는 다음 수학식 1, 2에 의해 출력하는 가변 임계값 결정단계와;

[수학식 1]

임계값(Tv) = T - (K-1)(원시데이터 + (2*a(n-2) + 3*a(n-1) + 6*a(n) + 3*a(n+1) + 2*a(n+2) + 3*b(n-2) + 8*b(n-1) + 3*b(n+2) + 6*c(n-2) + 10*b(n-1)) / 64) / 2

if IC > Tv, then X=0, else then X=1

(상기 수학식 1에서 X는 현재 결정될 화소를 나타내고, 임계값으로서 T=128를 적용함.)

[수학식 2]

임계값(Tv) = T - (K-1)(원시데이터 입력값 + (2*A(n-2) + 3*A(n-1) + 6*A(n) + 3*A(n+1) + 2*A(n+2) + 3*B(n-2) + 8*B(n-1) + 10*B(n) + 8*B(n+1) + 3*B(n+2) + 6*C(n-2) + 10*C(n-1)) / 64) / 2

if IC > Tv, then X=0, else then X=1

(상기 수학식 2에서 부호 X는 현재 결정될 화소의 원시 데이터 입력값, x(0)는 현재 결정될 화소의 입력값을 나타내고, A(n-2),…B(n-2),…C(n-1)의 값들은 계산상 수식에 쓰일 변수 즉, A(n-2) = 25, A(n-1) = 200, A(n) = 115…를 나타내고, 기준 임계값 T=128임.)

상기 현재 처리화소의 밝기값과 상기 수정 임계치의 크기를 비교하여 그 비교결과에 따른 현재 처리화소의 값을 구하는 비교계산 단계와;

상기 현재 처리화소의 밝기값과 오차합으로부터 상기 현재 처리화소가 일반영역인가 에지영역인가를 판단하는 영역판단단계와;

상기 영역판단단계의 판단결과에 대응하여 계산하고 그 계산값을 현재 처리화소의 오차값으로 상기 메모리에 저장하는 영역오차값 계산단계로 구성함을 특징으로 하는 화상처리 시스템의 임계값에 의한 오차 확산방법.
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