KR19980031984A - 오차확산 처리방법 - Google Patents

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Abstract

오차확산 처리방법이 개시되어 있으며, a) 다계조의 칼라 입력영상에 대하여 전파되는 확산 오차값에 대한 가중치를 생성하는 단계; b) 상기 입력영상의 소정 화소에 대한 확산오차에 대하여 가중치를 인가하여 보정 오차를 생성하는 단계; 및 c) 상기 보정 오차를 상기 소정 화소의 주변 화소로 확산하는 단계로 구성된다. 따라서, 확산오차에 대한 가중치의 적용으로, 오차확산시 발생하는 도트 패턴을 줄임으로써 화질의 개선이 가능하며, 근거리에서의 화질 저하를 막을 수 있는 장점이 있다.

Description

오차확산 처리방법
본 발명은 임의의 칼라 입력 영상을 제한된 수의 칼라를 이용하는 출력장치에 있어서 오차확산을 통하여 입력색에 근접한 색을 표시하는 영상처리에 관한 으로서, 특히 확산 오차에 대한 선택적인 가중치를 적절히 인가함으로써, 인간의 시각 특성상 민감한 부분의 도트 패턴을 감소시키기 위한 오차확산 처리방법에 관한 것이다.
한정된 출력 범위와 계조를 가지는 출력장치에 있어서 적합한 색을 표시하기 위한 대표적인 방법으로 디더링(dithering)과 오차확산법이 많이 쓰인다. 디더링은 입력 영상의 단위 영역에 대하여 양자화 처리만을 수행하므로, 구현은 비교적 간단하나, 입력 데이터의 정확한 표현과 해상도 저하는 보상관계(trade-off)에 있으므로 화질개선을 위해서는 표시장치에서의 해상도 저하가 불가피하다. 오차확산법은 화소단위의 처리를 하므로, 처리 후의 해상도가 디더링에 비하여 우수하고, 각 화소에 대하여 양자화한 후, 양자화 단계에서 발생하는 오차를 인접 화소에 전파함으로써, 단위영역의 입력 데이터를 비교적 정확히 표현할 수 있으나, 디더링에 비하여 처리 방법이 복잡한 단점을 가진다.
그러나, 입력색을 표현하는 과정에서, 각 입력 데이터에 대하여 채널별로 동일한 구조를 반복 처리함으로써, 도트 패턴이 발생하게 된다. 입력값에 근접하는 색을 표현하기 위한 도트 패턴의 역할은 매우 중요하다. 그러나, 근접색의 표현시 발생하는 도트 패턴의 영향으로, 영상을 보는 거리가 충분히 확보되지 않으면 오차확산의 평균효과가 나타나지 않는다. 따라서, 영상을 볼 때, 부드러운 저주파 성분이 줄어들고, 도트 패턴에 해당하는 고주파가 증가하여 화질을 저하시키는 문제점이 있다.
이를 도 1을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 오차확산 처리방법은 흑백 오차확산의 단순한 확장으로, 적, 녹, 청의 세 채널에 독립적으로 오차확산을 적용함으로써 발생하는 도트 패턴을 효과적으로 줄일 수 없다. 오차확산 기술의 기본 개념상 도트 패턴을 이용한 영상이 구성되기 때문이며, 이로 인한 화질의 열화를 막을 수 없다. 오차확산에서의 확산오차값을 극도로 줄이면, 단순히 양자화한 영상과 동일해진다. 한편, 단순 양자화 영상에서는 도트 패턴이 전혀 발생하지 않는다. 그러나 저주파가 많기 때분에 영상이 부드러운 느낌은 있으나, 색왜곡 및 해상도 저하 등의 문제점을 가지고 있다. 반면, 정상적인 방법으로 양자화 오차값을 그대로 전파시키는 경우, 해상도는 증가하고 색왜곡이 감소하는 장점이 있다. 그러나, 도트 패턴의 발생으로 인하여, 근거리에서는 화질이 저하되는 경향이 있다. 확산오차의 양을 조절하는 경우, 단순 양자화 영상과, 일반적인 오차확산 영상 사이에서, 각 경우의 장단점은 서로 방보관계에 있게 된다. 따라서, 확산오차에 대한 가중치를 '0'으로 하면, 단순 양자화 영상이 되고, '1'로 하면 일반적인 오차확산 영상이 된다. 각 경우의 장점과 단점은 서로 상보관계에 있기 때문에, 두가지 영상의 장점들로만 구성된, 해상도가 높고 색 왜곡이 작으며, 근거리에서도 화질이 우수한 영상을 만들기는 매우 어렵다.
따라서 본 발명의 목적은 확산 오차에 대한 선택적인 가중치를 적절히 인가함으로써, 인간의 시각 특성상 민감한 부분의 도트 패턴을 감소시키기 위한 오차확산 처리방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 오차확산 처리방법은 a) 다계조의 칼라 입력영상에 대하여 전파되는 확산 오차값에 대한 가중치를 생성하는 단계; b) 상기 입력영상의 소정 화소에 대한 확산오차에 대하여 가중치를 인가하여 보정 오차를 생성하는 단계; 및 c) 상기 보정 오차를 상기 소정 화소의 주변 화소로 확산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 오차확산 처리장치를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 오차확산 처리방법을 실현하기 위한 구성도.
도 3은 본 발명에서 사용되는 양자화함수를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에서 사용되는 확산오차 보정용 룩업테이블의 구조도.
도 5는 본 발명에서 사용되는 오차확산필터의 구조도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 오차확산 처리방법을 실현하기 위한 구성도로서, 입력 장치(미도시), 가산기(1), 양자화기(3), 오차확산 필터(5), 승산기(6), 확산오차 보정용 룩업테이블(look-up table;LUT)을 저장하는 오차가중치 인가부(7), 감산기(8), 출력장치(미도시) 등으로 구성된다.
도 2에 있어서, 입력장치는 칼라 영상을 획득하는 장치로서, TV, 비디오 카메라 등 임의의 아날로그 입력신호에 대해, 아날로그/디지탈(A/D) 변환을 통하여 디지탈 영상을 얻어내며, 스캐너, 카메라 등을 예로 들 수 있다. 수정영상(2)은 입력 신호값과 전파되어진 오차값을 가산기(1)에서 얻어지며, 양자화기(3)의 입력으로 작용한다.
양자화기(3)는 수정영상에 대하여, 출력장치의 규격에 맞도록 양자화를 실행하는 부분으로, 양자화 값과 양자화 오차를 동시에 계산할 수 있는 구조를 가진다.
출력장치는 양자화기 출력을 표시하는 장치로서, 모니터, 프린터 등의 장치이다.
확산오차 보정용 룩업테이블(LUT)을 저장하는 오차가중치 인가부(7)는 전파되는 확산 오차값에 대한 가중치를 저장하는 부분으로, 적절한 가중치를 통한 오차값을 확산시킴으로써, 발생하는 도트 패턴을 줄여, 근거리에서도 화질이 저하되는 단점을 개선할 수 있다.
오차확산 필터(5)는 계산된 오차값을 원래의 입력영상에 가중치를 두어 전파시키는 역할을 하는 부분으로, 가산기(1)의 입력으로 작용하여, 수정영상(2)이 생성되게 한다.
본 발명의 동작원리는 기존의 오차확산 알고리즘에, 확산오차 보정용 LUT를 추가하여 발생하는 도트 패턴을 줄이는 것이다.
입력영상(Iij)은 칼라 벡터로 구성된 영상으로서, 각 화소당 3개 이상의 엘리먼트를 가지고, (i,j)는 입력영상 내부에서의 i행, j열을 의미한다. 수정영상(Mij;2)은 원래의 입력영상(Iij)와 현재 처리될 중심화소에 대하여 전파되어진 오차 Eij의 합으로서, 가산기(1)에서 출력되며 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Mij= Iij+ Eij
수정영상(Mij;2)은 출력장치의 출력규격에 맞도록 양자화기(3)에 의해 양자화 처리되며, 양자화기(3)의 전달함수 Qij는 다음 수학식 2와 도 3에 나타내었다.
[수학식 2]
Q(mij) = q ×
여기서, mij는 Mij칼라 벡터의 한 개의 엘리먼트이며, 모든 엘리먼트에 대해서 동일한 방식의 양자화가 이루어진다. q는 양자화 간격이고, (1+p)는 원하는 출력 레벨의 개수, u(.)는 단위계단함수, d는 한 개 레벨의 폭을 의미한다.
이와 같이 양자화된 데이터(Qij)는 출력영상 버퍼(미도시)에 저장되어 출력장치로 전송된다. 동시에 양자화 오차(Eij)도 계산되고, 감산기(8)에 입력되어 전체 오차계산에 쓰이며 다음 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Eij= Mij- Qij
양자화된 데이터(Qij)는 확산오차 보정용 LUT에 입력되어, 확산오차에 적용할 가중치에 대한 인덱스로 쓰인다. 확산오차 보정값(E'ij)은 가중치(Sij)와 확산오차(Eij)를 곱하여 얻어지며, 다음 수학식 4와 같이 표현된다.
[수학식 4]
E'ij= Sij× Eij
여기서, Sij는 Qij에 대한 양자화 오차에 적용할 가중치값을 나타낸다. E'ij는 Qij값과 그에 따른 확산오차 가중치인 Sij에 의해 결정되므로, Qij에 대한 확산오차 보정 가중치를 미리 계산하여 기록해둠으로써, 실제 화소별 처리시에는 별도의 계산을 필요로 하진 않는다.
한편, 확산오차 가중치인 Sij의 계산은 다음과 같다. 오차확산 처리된 영상을 관찰할 때, 관찰 거리는 매우 중요하다. 충분히 먼 거리가 확보되면, 오차확산 처리의 원래 개념대로 평균화 현상이 일어나, 도트 패턴이 보이지 않고 우수한 화질의 영상으로 보인다. 그러나 관찰거리가 가까운 경우에는, 도트 패턴이 평균화되지 않고, 그대로 나타나 보이기 때문에, 화질 저하의 원인이 된다. 인간시각 특성상, 시각적으로 민감한 부분에서 도트 패턴이 발생하는 경우, 왜곡의 효과가 두드러지고, 둔감한 부분에서는 발생하여도 거의 느끼지 못하는 경향이 있다. 이러한 현상을 이용하여 시각적으로 민감한 부분에서는 도트 패턴의 발생을 억제하고, 둔감한 부분에서는 발생을 유지시켜, 최대한 화질의 열화를 막으면서 오차확산에 충실한 방법을 구성할 수 있다. 확산오차에 대한 가중치는 각 양자화 값에 대하여, 해당색의 민감도를 바탕으로 하여 계산할 수 있다. 한 예로, 해당색의 밝기값인 Y를 기준으로 하여, Y 값이 크면 도트 패턴이 발생하였을 때 민감하게 보이므로, 확산오차값을 줄이는 방법으로 가중치를 정한다. Y 값이 작으면, 가중치를 크게 하여, 오차확산 방법에 충실하도록 처리할 수 있다. 즉, 가중치는 해당색의 밝기값에 반비례하도록 결정한다. 그 외에도, Y 뿐만 아니라 해당색의 칼라에 대한 민감도를 결정하고, 정해진 민감도에 따라 적절한 가중치를 인가함으로써 도트 패턴을 줄일 수 있다. 즉, 가중치는 해당색에 대한 칼라 속성을 고려하여 파장 및 강도에 대한 민감도를 계산하여 결정한다. Y 값을 이용한 한 예로 확산 오차 가중치가 저장된 확산오차 보정 LUT를 도 4에 나타내었다. 도 4에 있어서, 입력영상이 칼라영상인 경우에는 확산오차 보정용 룩업테이블은 칼라 인덱스와 해당 가중치로 이루어지고, 입력영상이 흑백영상인 경우에는 확산오차 보정용 룩업테이블은 계조 인덱스와 해당 가중치로 이루어진다.
전파시킬 보정오차 E'ij은 양자화 오차의 스케일이 조정된 형태이므로, 오차확산을 수행하면서, 도트 패턴의 발생을 줄이는 역할을 한다. 계산된 보정 오차 E'ij은 오차확산 필터(5)로 보내진다. 오차확산 필터(5)는 구해진 보정 오차 E'ij를 적절한 가중치를 인가하여 인접화소에 전파시키는 역할을 하며, 각 인접화소에 가산된 Eij은 도 5와 같이 표현된다. 여기서 *기호는 현재 처리될 중심화소를 의미하고, Wisms 화수별 가중치이며이다.
가산기(1)에서는 입력 영상의 다음 처리될 화소에 전파될 오차를 가산하고, 수정영상(2)을 생성함으로써, 앞에서 언급된 수학식 1에서 수학식 4의 과정이 입력영상의 전화소에 대하여 반복처리된다.
본 발명의 오차확산 처리과정을 통하여, 기존의 양자화 오차 확산 뿐만 아니라 확산오차에 가중치를 인가하여 도트 패턴을 감소시킴으로써 화질 개선의 결과를 얻을 수 있다. 이때, 인접화소로 분배되는 보정오차에 대한 가중치는 Floyd Steinberg가 제안한 것을 사용하였다.
상기 수학식 1∼4의 과정중, 사용되는 변수의 차원을 1로 제한하면, 흑백영상에 대한 오차확산이 적용되는 것으로 볼 수 있으며, 도트 패턴의 감소효과 또한 유지된다.
본 발명은 칼라 프린터, 칼라 LCD, 칼라 모니터 등의 칼라 출력장치에서 사용한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 오차확산 처리방법에 확산오차에 대한 가중치의 적용으로, 오차확산시 발생하는 도트 패턴을 줄임으로써 화질의 개선이 가능하며, 근거리에서의 화질 저하를 막을 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 칼라 CRT 모니터, LCD, 프린터, LED 표시소자 등의 시스템에 응용될 수 있다.

Claims (10)

  1. a) 다계조의 칼라 입력영상에 대하여 전파되는 확산 오차값에 대한 가중치를 생성하는 단계;
    b) 상기 입력영상의 소정 화소에 대한 확산오차에 대하여 가중치를 인가하여 보정 오차를 생성하는 단계; 및
    c) 상기 보정 오차를 상기 소정 화소의 주변 화소로 확산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 확산오차에 대한 가중치는 룩업테이블로 저장되어 있음을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 룩업테이블은 칼라 인덱스와 해당 가중치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 a) 단계에서는 양자화된 출력색에 대한 시각적인 민감도를 고려하여 상기 가중치를 수치적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가중치는 해당색의 밝기값에 반비례하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 가중치는 해당색에 대한 칼라 속성을 고려하여 파장 및 강도에 대한 민감도를 계산하여 결정하는 것을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
  7. a) 다계조의 흑백 입력영상에 대하여 전파되는 확산 오차값에 대한 가중치를 생성하는 단계;
    b) 상기 입력영상의 소정 화소에 대한 확산오차에 대하여 가중치를 인가하여 보정 오차를 생성하는 단계; 및
    c) 상기 보정 오차를 상기 소정 화소의 주변 화소로 확산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 확산오차에 대한 가중치는 룩업테이블로 저장되어 있음을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 룩업테이블은 계조 인덱스와 해당 가중치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 가중치는 양자화된 임의 계조에 대한 시각적인 민감도를 고려하여, 상기 민감도에 반비례하는 가중치를 수치적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 오차확산 처리방법.
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