KR19990072863A - 화상처리방법및장치 - Google Patents

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Abstract

에러 확산 처리에 의해 화상 데이터의 계조 레벨 수를 감소시키는 동시에, 간단한 처리를 통해 화질을 유지하기 위한 화상 처리 방법 및 장치가 제공된다. 화상 처리 장치에서, 필터로부터 출력된 데이터는 감산기에서 입력 화상 데이터 x(i, j)로부터 감산된다. 감산기로부터 출력된 데이터는 양자화기에서 양자화된다. 양자화기로부터 출력된 데이터는 출력 화상 데이터 y(i, j)로 출력된다. 또한, 제2 감산기에서는, 감산기로부터 출력된 데이터가 양자화기로부터 출력된 데이터에서 감산되어, 양자화 에러 e(i, j)를 생성한다. 필터부에서, 양자화 에러 e(i, j) 상에 필터링 처리가 수행된다. 필터부로부터 출력된 데이터는 제1 감산기에 입력된다. 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값에 따라, 가중 계수 선택부는 필터부에서의 에러 확산을 위한 가중 계수에 대응하는 필터 계수를 선택하여, 필터부에 제공한다.

Description

화상 처리 방법 및 장치{IMAGE PROCESSING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 에러 확산 처리(error diffusion processing)를 수행함으로써 화상 데이터의 계조 레벨 수를 감소시키기 위한 화상 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 컴퓨터 또는 화상 입력 장치를 통해 얻어진 다중 계조 레벨의 화상이, 프린터와 같이 더 적은 수의 계조 레벨을 가지는 화상 출력 장치를 통해 출력되는 경우, 화상 데이터의 계조 레벨 수가 감소될 필요가 있다. 통상적으로, 의사 반계조 표현(pseudo halftone representation)은, 계조 레벨 수를 감소시키는 동시에 원본 화상의 화질을 가능한한 높게 유지하기 위해 사용되어 왔다. 여러 가지의 의사 반계조 표현 방법 중, 고화질을 생성할 수 있는 에러 확산 방법이 예를 들어 두 레벨의 출력 계조를 가지는 프린터에 널리 사용되어 왔다. 에러 확산 방법은, 각각의 타겟 픽셀로부터 발생된 양자화 에러를 각각의 타겟 픽셀 부근의 비양자화된 입력 화상 데이터로 확산시키는 방법임에 유의한다.
에러 확산 방법의 일반적인 원리가 히또시 다까이에 및 미쯔오 야에의 'C를 이용한 디지탈 화상 데이터의 계조 변환 기술(Gradation Conversion Technique of Digital Image Data with C)' (in interface, August 1993, pp.158-171) 을 참조로 상세하게 설명될 것이다.
에러 확산 방법은, 양자화 에러를 사람의 시각적 인지 특성을 고려할 때 보다 덜 인지되는 고주파수로 변조함으로써 의사 반계조를 표현하는 방법이다. 도 1은 전형적인 에러 확산 처리를 구현하기 위한 화상 처리 장치의 블록도이다. 화상 처리 장치는, 입력 화상 데이터 x(i, j)의 아래에 도시된 필터(114)의 출력 데이터를 감산하기 위한 감산기(111), 적어도 하나의 임계치에 기초하여 각각의 픽셀에 대한 감산기(111)의 출력 데이터를 양자화하고, 그 데이터를 적어도 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터 y(i, j)로 변환하기 위한 양자화 수단인 양자화기(Q로 도시됨)(112), 감산기(111)의 출력 데이터를 양자화기(112)의 출력 데이터로부터 감산하여 양자화 에러 e(i, j)를 생성하기 위한 감산기(113), 및 감산기(113)의 출력 데이터 상에 특정 필터 처리를 수행하여 그 결과를 감산기(111)에 출력하기 위한 필터(114)를 포함한다. 도면에서, 양자화기(112)에서의 양자화를 통해 발생된 양자화 에러는 e(i, j)로 표현된다. 그러므로, 감산기(113)의 출력 데이터는 양자화 에러 e(i, j)와 동일하다. 서로 직교하는 두 방향의 좌표축은 각각 'i' 및 'j'로 표현된다. 두 방향은 각각 i 방향 및 j 방향으로 칭해질 것이다.
필터(114)는 일종의 선형 필터이다. 그들의 전달 함수는 G(z1, z2)로 결정된다. z1및 z2는 각각 i 방향 및 j 방향에 대해 z 변환된 변수이다. 도 1에 도시된 화상 처리 장치의 전체 구성은 2차원 시그마-델타 변조 회로(sigma-delta modulation circuit)로 간주된다. 그러므로, 화상 처리 장치에서의 입력 및 출력 관계는 다음과 같은 수학식(1)에 의해 주어진다.
수학식(1)에서, Y(z1, z2), X(z1, z2) 및 E(z1, z2)는 각각 y(i, j), x(i, j) 및 e(i, j)의 z 변환에 의해 얻어진 값들이다. 양자화 에러 E(z1, z2)를 변조하기 위한 필터의 전달 함수 H(z1, z2)는 다음과 같은 수학식(2)에 의해 얻어진다.
전달 함수 H(z1, z2)는 2차원 유한 임펄스 응답(finite impulse response, FIR)의 고역 필터를 나타낸다. 고역 필터는 더 높은 주파수로 변조된 양자화 에러 E(z1, z2)의 변조 특성을 나타내는 양자화 에러를 변조하기 위한 필터이다. 아래의 설명에서, 전달 함수 H(z1, z2) 및 G(z1, z2)에 의해 표현된 필터는 각각 필터 H(z1, z2) 및 필터 G(z1, z2)에 의해 나타난다.
G(z1, z2)는 아래의 수학식(3)에 의해 주어진다.
수학식(3)에서 첫번째 ∑는 n1이 -N1부터 M1까지일 때의 합산을 나타낸다. 수학식(3)에서 두번째 ∑는 n2가 -N2부터 M2까지일 때의 합산을 나타낸다. N1, M1, N2, M2는 각각 선정된 양의 정수이다. g(n1, n2) 항은 필터 계수를 나타내고, n1=0 및 n2=0은 타겟 픽셀을 나타낸다.
전형적인 필터의 G(z1, z2)의 계수, 즉 g(i, j)는 예를 들어 아래의 수학식(4)에 의해 주어진다. 수학식에서 *는 g(0, 0)=0인 타겟 픽셀을 나타낸다.
도 2는 수학식(4)에 의해 주어지는 필터 G(z1, z2)를 이용하여 에러를 변조하기 위한 필터 H(z1, z2)의 주파수 특성을 도시한다. 도 2는, 주파수에 있어서, 절대값이 클수록 주파수가 높아짐을 나타낸다. 수학식(4)에 의해 주어지는 필터 G(z1, z2)를 이용하는 필터 G(z1, z2) 및 필터 H(z1, z2)는 'Jarvis, Judice & Ninke'의 필터로 칭해진다(아래의 설명에서 Jarvis의 필터로 칭함).
그러나, 전술한 종래의 에러 확산 방법의 수행은, 하이라이트 영역(도트가 드문 영역) 및 쉐도우 영역(도트가 조밀한 영역)에서, 도트 분포의 부족에 의해 에러 확산 방법의 특성인 "웜(worm)"으로 칭해지는 패턴이 발생하여, 화질 저하를 초래한다는 문제점을 가진다.
도트 분산의 부족에 의해 야기되는 "웜" 패턴을 가지는 화상의 일례가 도 3에 도시되어 있다. 도면은, 수직 방향으로 계조값이 점차적으로 변하는 화상에 전술한 Jarvis 필터를 이용하여 에러 확산 처리를 수행함으로써 얻어진 화상의 하이라이트 부분을 도시한다(아래의 설명에서 수직 방향의 램프 화상(lamp image)으로 칭함). 도면에 도시된 화상에서, 도트들이 불균일하게 분포되어 있어 벌레가 기어간 자국과 같은 도트의 행, 즉 "웜" 패턴이 발생되어, 화질 저하가 초래됨을 알 수 있다.
양자화 에러를 변조하기 위한 필터의 주파수 특성에 집중하여, 종래의 에러 확산 방법을 수행함으로써 도트 분포가 빈약해 지는 이유에 대한 고찰이 설명될 것이다. 도 2에 도시된 Jarvis 필터의 주파수 특성은 도 4에서 등고선으로 표시된다. 필터의 주파수 특성의 3차원적 형태(특성)가 이러한 표현에 의해 더욱 명확해진다. 우선, 도 4에 따르면, 수학식(4)에 의해 나타난 바와 같이 양자화 에러를 변조하기 위한 필터의 계수가 3차원적으로 비대칭이라는 사실로 인해, 필터의 주파수 특성이 3차원적으로 비대칭적임이 명백하다. 두번째로, 특히 도 4에 도시된 주파수 특성의 중앙 부분에서, 즉 양자화 에러의 저주파 대역에 대한 특성 부분에서, 3차원적 왜곡이 크다. 하이라이트 영역 또는 쉐도우 영역과 같은 평면 영역에서 도트 분산의 열화가 가장 두드러지기 때문에, 도 4에 도시된 주파수 특성의 중앙 부분의 3차원적 왜곡은 출력 데이터의 주파수 특성에 3차원적 경사를 유발하여, "웜" 패턴을 야기하는 도트 분산의 열화를 초래하는 것으로 결론지을 수 있다.
그러므로, 양자화 에러를 변조하기 위한 저주파 대역에 대한 특성이 3차원적으로 더 대칭이 되도록 개선되면, 도트 분산의 문제가 해결될 수 있는 것으로 결론지을 수 있다.
그러나, 양자화 에러를 변조하기 위한 필터의 저주파 대역에 대한 특성이 개선되면, 주파수 특성의 둘레 부분, 즉 고주파 대역에 대한 특성 부분의 왜곡이 증가하고, 반계조 영역에서 "웜" 패턴이 발생한다. 그러므로, 양자화 에러를 변조하기 필터를 이용하여, 모든 주파수 대역에서 3차원적으로 대칭인 특성을 달성하기는 어렵다.
본 발명의 목적은 에러 확산 처리를 수행함으로써 화상 데이터의 계조 레벨 수를 감소시키는 동시에 화질을 유지하기 위한 화상 처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
화상 처리 방법은, 각각의 픽셀의 입력 화상 데이터를 적어도 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터로 변환하기 위해, 입력 화상 데이터를 양자화하는 단계; 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값(gradation value)에 따라, 에러를 확산시키기 위한 가중 계수(weight coefficient)를 선택하는 단계; 및 양자화 단계에서 각각의 타겟 픽셀의 양자화를 통해 발생되고 가중 계수 선택 단계에서 선택된 가중 계수가 승산된 양자화 에러를, 각각의 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 픽셀들의 입력 화상 데이터로 확산시키는 단계를 포함한다.
화상 처리 장치는, 입력 화상 데이터를 적어도 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터로 변환하도록, 전체 화상 데이터를 형성하는 각각의 픽셀의 입력 화상 데이터를 양자화하는 수단; 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값에 따라, 에러를 확산하기 위한 가중 계수를 선택하는 수단; 및 양자화 수단에 의한 각각의 타겟 픽셀의 양자화를 통해 발생되고, 가중 계수 선택 수단에 의해 선택된 가중 계수로 승산된 양자화 에러를, 각각의 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 픽셀의 입력 화상 데이터로 확산시키기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 화상 처리 방법에 따르면, 각각의 픽셀의 입력 화상 데이터는 양자화 단계에서 양자화되어, 적어도 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터로 변환된다. 에러를 확산시키기 위한 가중 계수는, 가중 계수를 선택하는 단계에서, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값에 따라 선택된다. 각각의 타겟 픽셀을 양자화하는 단계에서의 양자화를 통해 발생되고, 가중 계수 선택 단계에서의 선택을 통해 얻어진 가중 계수가 승산된 양자화 에러는, 각각의 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 픽셀의 입력 화상 데이터로 확산된다.
본 발명의 화상 처리 장치에 따르면, 각각의 픽셀의 입력 화상 데이터는 양자화 수단에 의해 양자화되고, 적어도 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터로 변환된다. 에러를 확산시키기 위한 가중 계수는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값에 따라, 가중 계수 선택 수단에 의해 선택된다. 그리고, 각각의 타겟 픽셀을 양자화하기 위한 수단에 의한 양자화를 통해 발생되고 가중 계수 선택 수단에 의해 선택된 가중 계수가 승산된 양자화 에러는, 각각의 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 픽셀의 입력 화상 데이터로 확산된다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 아래의 설명으로부터 더 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 전형적인 에러 확산 처리를 구현하기 위한 화상 처리 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 화상 처리 장치에서 사용되는 주파수 특성의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 도시된 화상 처리 장치에서 에러 확산 처리를 통해 얻어진 화상을 도시하는 도면.
도 4는 도 2에 도시된 필터의 주파수 특성을 등고선으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 처리 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 6은 도 5에 도시된 가중 계수 선택부에서 선택된 필터 A의 주파수 특성을 등고선으로 도시한 도면.
도 7은 도 5에 도시된 가중 계수 선택부에서 선택된 필터 B의 주파수 특성을 등고선으로 도시한 도면.
도 8a 내지 도 8c는 각각 필터 A 및 필터 B에 기초한 선형 보간법을 통해 얻어진 필터의 주파수 특성을 등고선으로 도시한 도면.
도 9a 내지 도 9c는 각각 필터 A 및 필터 B에 기초한 선형 보간법을 통해 얻어진 필터의 주파수 특성을 등고선으로 도시한 도면.
도 10a 내지 도 10c는 각각 필터 A 및 필터 B에 기초한 선형 보간법을 통해 얻어진 필터의 주파수 특성을 등고선으로 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 화상 처리 장치에서 에러 확산 처리를 수행함으로써 얻어진 화상을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 화상 처리 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제3 실시예와 관련된 화상 처리 장치의 구성을 도시하는 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 화상 입력 장치
2 : 화상 출력 장치
10, 60 : 화상 처리 장치
11, 13 : 감산기
12 : 양자화기
14, 64 : 필터부
15, 65 : 가중 계수 선택부
본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 아래에 상세하게 설명될 것이다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 처리 방법을 구현하기 위한 화상 처리 장치의 블록도이다. 화상 처리 장치(10)는, 입력 화상 데이터 x(i, j)의 아래에 도시된 필터(14)의 출력 데이터를 감산하기 위한 감산기(11), 적어도 하나의 임계치에 기초하여 각각의 픽셀에 대한 감산기(11)의 출력 데이터를 양자화하고, 그 데이터를 적어도 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터 y(i, j)로 변환하기 위한 양자화 수단인 양자화기(quantizer)(Q로 도시됨)(12), 감산기(11)의 출력 데이터를 양자화기(12)의 출력 데이터로부터 감산하여 양자화 에러 e(i, j)를 생성하기 위한 감산기(13), 감산기(13)의 출력 데이터 상에 선정된 필터 처리를 수행하여 그 결과를 감산기(11)에 출력하기 위한 필터부(14), 및 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값에 따라 에러를 확산시키기 위한 가중 계수에 대응하는 필터 계수를 필터부(14)에서 선택하고 선택된 필터 계수를 필터부(14)에 설정하기 위한 가중 계수 선택부(15)를 포함한다.
필터부(14) 및 감산기(11)는, 에러를 확산시키고, 양자화기(12)에서 각각의 타겟 픽셀의 양자화를 통해 발생된 양자화 에러 e(i, j)와 가중 계수 선택부(15)에서 선택된 가중 계수(필터 계수)를 승산하여, 그 승산 결과를 각각의 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 픽셀의 입력 화상 데이터로 확산시키기 위한 수단에 대응하며, 가중 계수에 의해 정의된 변조 특성을 이용하여 양자화 에러를 고주파 대역으로 변조한다.
필터부(14)는 일종의 선형 필터이다. 그들의 전달 함수는 G(z1, z2)로 결정된다. z1및 z2는 각각 i 방향 및 j 방향에 대해 z 변환된 변수이다. G(z1, z2)는 전술한 수학식(3)에 의해 주어진다. 필터부(14)는 예를 들어 디지탈 필터에 의헤 구현될 수 있다.
화상 처리 장치(10)에 입력된 입력 화상 데이터 x(i, j)는 화상 입력 장치(1)에 의해 제공될 수 있다. 화상 처리 장치(10)로부터 출력된 출력 화상 데이터 y(i, j)는 화상 출력 장치(2)로 출력될 수 있다. 화상 입력 장치(1)는 화상 스캐너, 디지탈 카메라, 비디오 카메라 등 어느 것이라도 좋다. 화상 출력 장치(2)는 프린터, 액정 표시 장치 등 어느 것이라도 좋다.
게다가, 본 실시예에 관련된 화상 처리 장치(10)는 단일 장치로 구현될 수도 있고, 예를 들어 IC(집적 회로) 칩으로 변환시켜 프린터 등의 화상 출력 장치 내에 저장될 수도 있다.
본 실시예에 따라, 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값은 "0" 내지 "255", 즉 256 단계로 설정된다. 양자화기(12)에서 각각의 계조 레벨은, 최종 출력 화상 데이터 y(i, j)를 이진수로 만들기 위해 "0" 또는 "255"로 설정된다.
가중 계수 선택부(15)는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조 레벨이 양자화기(12)에서 최소 또는 최대 양자화 레벨에 가까울수록, 양자화 에러를 변조하는 변조 특성이 저주파 대역에 대해 더 대칭이 되도록 가중 계수를 선택한다.
상세하게는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이, 입력 화상 데이터의 계조값의 범위 중 최소값 "0"과 최대값 "255" 둘 다로부터 가장 멀리 떨어진 값을 포함하는 제1 범위 (12 < x(i, j) < 243)에 속하는 경우, 가중 계수 선택부(15)는 복수의 성분으로 구성된 제1 가중 계수를 선택한다. 선택부(15)는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이, 입력 화상 데이터의 계조값 범위 중 최소값 "0" 또는 최대값 "255"를 포함하는 선정된 제2 범위(x(i, j) ≤ 5, x(i, j) ≥ 250)에 속하는 경우, 제1 가중 계수의 성분과 상이한 성분을 포함하는 복수의 성분으로 구성된 제2 가중 계수를 선택한다. 선택부(15)는, 각각의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 제1 범위와 제2 범위 사이의 범위에 속하는 경우, 제1 가중 계수 및 제2 가중 계수에 기초하여 성분-성분 선형 보간법(element-by-element linear interpolation)을 통해 얻어진 성분을 가지는 가중 계수를 선택한다.
아래에서, 제1 가중 계수의 선택에 의해 필터부(14)에서 구현되는 필터는 반계조 영역의 필터 A로 언급되며, 제2 가중 계수의 선택에 의해 필터부(14)에서 구현되는 필터는 하이라이트 영역을 위한 필터 B로 언급될 것이다. 필터 A의 필터 계수 g(i, j)의 일례는 수학식(5)에 의해 주어지며, 필터 B의 필터 계수 g(i, j)의 일례는 수학식(6)에 의해 주어진다.
도 6은 수학식(5)에 의해 주어진 필터 A를 이용하여 양자화 에러를 변조하기 위한 필터 H(z1, z2`)의 주파수 특성을 등고선으로 도시한다. 도 7은 수학식(6)에 의해 주어진 필터 B를 이용하여 양자화 에러를 변조하기 위한 필터 H(z1, z2)의 주파수 특성을 등고선으로 도시한다.
도 6에 따르면, 반계조 영역을 위한 필터 A에서 둘레 부분, 즉 양자화 에러의 고주파 대역에 대한 특성 부분은 3차원적으로 거의 대칭이며, 이것은 이 필터가 반계조 영역에서 3차원적 구조 왜곡은 거의 유발하지 않도록 제공되었음을 의미한다. 반면에 도 7에 따르면, 하이라이트 영역을 위한 필터 B에서 중앙 부분, 즉 양자화 에러의 저주파 대역에 대한 특성 부분은 3차원적으로 거의 대칭(원형)이며, 이는 이 필터가 "웜" 패턴의 발생을 방지하기 위해 하이라이트 영역 및 쉐도우 영역 모두에서 도트를 잘 분산시키도록 제공되었음을 의미한다.
필터부(14)에서 구현된 필터는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 제1 범위 및 제2 범위 사이의 범위, 즉 6 ≤ x(i, j) ≤ 12 또는 243 ≤ x(i, j) ≤ 249 에 포함되는 경우, 필터 A의 필터 계수 및 필터 B의 필터 계수에 기초한 성분-성분 선형 보간법을 통해 얻어진 필터 계수를 가지는 필터가 된다. 따라서, 필터 계수는 제1 범위와 제2 범위 사이의 범위에 대해 단계별로 스위칭된다.
도 8a, 8b, 8c, 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c 각각은, 필터 계수가 필터 A의 필터 계수로부터 필터 B의 필터 계수로 단계별로 시프트되는 동안, 각각의 필터를 이용하여 양자화 에러를 변조하기 위한 필터 H(z1, z2)의 주파수 특성을 등고선으로 도시한다.
도 8a는 필터 A에 대응하는 특성을 도시한다. 도 8b는 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 "12" 또는 "243"인 경우에 선택되는 필터에 대응하는 주파수 특성을 도시한다. 필터 A의 각각의 필터 계수를 "A"로 하고, 필터 B의 각각의 필터 계수를 "B"로 하면, 도 8b에 도시된 주파수 특성에 대응하는 필터의 각각의 필터 계수는 (7A + B) /8이다. 도 8c는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 "11" 또는 "244" 인 경우에 선택되는 필터에 대응하는 주파수 특성을 도시한다. 도 8c에 도시된 주파수 특성에 대응하는 필터의 각각의 필터 계수는 (6A + 2B)/8 이다.
도 9a는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 "10" 또는 "245"인 경우에 선택되는 필터에 대응하는 주파수 특성을 도시한다. 도 9a에 도시된 주파수 특성에 대응하는 필터의 각각의 필터 계수는 (5A + 3B) /8 이다. 도 9b는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 "9" 또는 "246"인 경우에 선택되는 필터에 대응하는 주파수 특성을 도시한다. 도 9b에 도시된 주파수 특성에 대응하는 필터의 각각의 필터 계수는 (4A + 4B)/8이다. 도 9c는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 "8" 또는 "247" 인 경우에 선택되는 필터에 대응하는 주파수 특성을 도시한다. 도 9c에 도시된 주파수 특성에 대응하는 필터의 각각의 필터 계수는 (3A + 5B)/8 이다.
도 10a는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 "7" 또는 "248"인 경우에 선택되는 필터에 대응하는 주파수 특성을 도시한다. 도 10a에 도시된 주파수 특성에 대응하는 필터의 각각의 필터 계수는 (2A + 6B) /8 이다. 도 10b는, 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 "6" 또는 "249"인 경우에 선택되는 필터에 대응하는 주파수 특성을 도시한다. 도 10b에 도시된 주파수 특성에 대응하는 필터의 각각의 필터 계수는 (A + 7B)/8이다. 도 10c는 필터 B에 대응하는 주파수 특성을 도시한다.
다음으로, 본 실시예에 따른 화상 처리 장치(10)의 동작이 설명될 것이다. 아래의 설명은 본 실시예에 따른 화상 처리 방법에도 적용될 수 있다.
본 실시예에 관련된 화상 처리 장치(10)에 따르면, 필터부(14)의 출력 데이터는 감산기(11)에 의해 입력 화상 데이터 x(i, j)로부터 감산된다. 감산기(11)의 출력 데이터는 양자화기(12)에 의해 양자화되고, 양자화기(12)의 출력 데이터는 출력 화상 데이터 y(i, j)로서 화상 처리 장치(10)로부터 출력된다. 그리고, 감산기(11)의 출력 데이터는 감산기(13)에 의해 양자화기(12)의 출력 데이터로부터 감산되어 양자화 에러 e(i, j)를 생성한다. 감산기(13)의 출력 데이터인 양자화 에러 e(i, j)는 필터부(14)로 입력되며, 여기에서 가중 계수 선택부(15)에서 선택된 필터 계수(가중 계수)에 따라 필터 처리가 수행될 것이다. 필터부(14)의 출력 데이터는 감산기(11)에 입력된다. 가중 계수 선택부(15)는, 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값에 따라, 에러를 확산시키기 위한 가중 계수에 대응하는 필터 계수를 선택하여 필터부(14)에 제공한다.
이러한 동작을 통해, 화상 처리 장치(10)는 하나의 임계치에 기초하여 입력 화상 데이터를 양자화함으로써 입력 화상 데이터 x(i, j)를 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터 y(i, j)로 변환하고, 에러 확산 처리를 수행하는데, 이 처리 과정에서 양자화에 의해 발생되는 양자화 에러 e(i, j)는 가중 계수 선택부(15)에서 선택된 가중 계수로 승산되며, 그 승산 결과는 각각의 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)로 확산된다.
본 실시예에 의한 화상 처리 방법 및 장치에 따르면, 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 제1 범위(12 < x(i, j) < 243), 즉 반계조 영역에 속하는 경우 필터부(14)에 의해 구현되는 필터는, 고주파 대역에 대한 양자화 에러의 변조 특성이 3차원적으로 거의 대칭인 필터 A이다. 또한, 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 하이라이트 영역 또는 쉐도우 영역인 제2 범위(x(i, j) ≤ 5, x(i, j) ≥ 250)에 포함되는 경우 필터부(14)에 의해 구현되는 필터는, 저주파 대역에 속하는 양자화 에러의 변조 특성이 3차원적으로 거의 대칭인 필터 B이다. 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값이 제1 범위와 제2 범위 사이의 범위(6 ≤ x(i, j) ≤ 12, 또는 243 ≤ x(i, j) ≤ 249)에 포함되는 경우 필터부(14)에 의해 구현되는 필터는, 필터 A의 필터 계수 및 필터 B의 필터 계수에 기초하는 성분-성분 선형 보간법을 통해 얻어진 필터 계수를 가지는 필터이다. 이러한 방법에서, 본 실시예에 따르면, 도트는 하이라이트 영역 및 쉐도우 영역뿐만 아니라 반계조 영역에서도 균일하게 분산된다. 그러므로, 본 실시예에 따르면, 계조 레벨 수를 감소시키는 동시에 에러 확산 처리를 수행함으로써 화질 저하를 방지하여, "웜" 패턴이 없거나 거의 없는 고화질을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 범위와 제2 범위 사이의 범위에서, 필터부(14)에 의해 구현되는 필터는 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터 x(i, j)의 계조값에 따라 필터 A와 필터 B 사이에서 단계별로 스위칭된다. 이러한 동작을 통해, 필터의 주파수 특성이 완만하게 변하므로, 필터의 주파수 특성의 불연속적인 변화에 의해 야기되는 화질 저하를 방지함으로써 부드러운 계조 품질을 가지는 출력 화상 데이터를 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 관련된 화상 처리 장치(10)에 따라, 램프 화상에 수직 방향으로 에러 확산 처리를 수행함으로써 얻어진 화상의 하이라이트 부분을 도시한다. 도 3과 비교하여 도 11에 따르면, 본 발명의 실시예를 통해 도트 분포가 균일하며 "웜" 패턴이 없거나 거의 없는 출력 화상이 얻어짐이 명백하다.
본 실시예의 화상 처리 방법 및 장치는, 전형적인 에러 확산 처리에 매우 단순한 처리(가중 계수 선택)를 추가함으로써 구현된다. 종래의 에러 확산 처리와 비교할 때, 처리 시간에 증가는 거의 없다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 처리 방법을 구현하기 위한 화상 처리 장치의 블록도이다. 제2 실시예는 에러 확상 방법 대신에 평균 에러를 최소화하는 방법을 이용하는 일례이다. 본 실시예에 관련된 화상 처리 장치(60)에는, 평균 에러를 최소화하는 방법을 위한 필터부(64) 및 필터부(64) 내에 제공되는 필터부(64)의 필터 계수를 선택하는 계수 선택부(65)가 제공된다. 화상 처리 장치(10)에서, 도 5에 도시된 제1 실시예의 화상 처리 장치(60)를 비교할 때, 필터부(64)는 필터부(14) 대신 사용되고, 가중 계수 선택부(65)는 가중 계수 선택부(15) 대신 사용된다. 본 실시예에 관련된 필터부(64)는 타겟 픽셀 부근의 복수의 양자화된 픽셀로부터 발생된 양자화 에러 e(i, j)를 보유하고, 각각의 양자화 에러 e(i, j)를 특정 가중치에 의해 승산하고 그 결과를 평균함으로써 평균 에러를 계산한다. 그 다음, 필터(64)는 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터가 입력되면 평균 에러를 출력한다. 이러한 처리는 타겟 픽셀로부터 생성된 양자화 에러를 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 픽셀의 입력 화상 데이터로 확산시키는 것과 동일하다. 필터(64)는 디지탈 필터에 의해 구현될 수 있다.
본 실시예의 구조, 동작 및 효과에 대한 나머지 사항은 제1 실시예에서와 유사하다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 화상 처리 장치의 블록도이다. 본 실시예는 제1 실시예의 화상 처리 장치(10)와 유사한 기능을 컴퓨터를 이용한 소프트웨어의 형태로 구현하는 일례이다.
컴퓨터를 이용하는 본 실시예의 화상 처리 장치는, 버스(30)에 의해 상호 접속되는 중앙 처리 장치(CPU)(31), 판독 전용 메모리(ROM)(32), 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(33)를 포함한다. 화상 처리 장치는, 인터페이스(41 내지 46)를 통해 각각 버스(30)에 접속되는 하드 디스크 드라이브(51), CD-ROM 드라이브(52), 플로피 디스크 드라이브(53), 키보드(54), 마우스 및 음극관(CRT)(56)을 더 포함한다. 화상 처리 장치는, 화상 입력 장치(57)를 버스(30)에 접속시키기 위한 인터페이스(47) 및 화상 출력 장치(58)를 버스(30)에 접속시키기 위한 인터페이스(48)를 포함한다.
화상 입력 장치(57)는 화상 스캐너, 디지탈 카메라, 비디오 카메라 등 어느 것이라도 좋다. 화상 출력 장치(58)는 프린터, 액정 표시 장치 등 어느 것이라도 좋다.
본 실시예의 화상 처리 장치에서, CPU(31)는 RAM(33)을 작업 영역으로 사용하여, 하드 디스크 드라이브(51) 내의 하드 디스크 플래터, CD-ROM 드라이브(53)에 의해 구동되는 CD-ROM 및 플로피 디스크 드라이브(53)에 의해 구동되는 플로피 디스크 중 하나에 저장된 응용 프로그램을 실행시킴으로써, 도 12에 도시된 화상 처리 장치(10)의 기능을 수행한다.
전술한 바와 같이 구현된 기능을 통해, 본 실시예의 화상 처리 장치는 화상 입력 장치(57)에 의해 입력된 화상 데이터 또는 화상 처리 장치(컴퓨터)에 의해 만들어진 화상 데이터 상에, 제1 실시예에서와 유사한 처리를 수행한다. 따라서, 계조 레벨의 수가 감소된 출력 화상 데이터가 생성되어 화상 출력 장치(58)로 출력된다.
본 실시예의 동작 및 효과에 대한 나머지 부분은 제1 실시예에서와 유사하다.
제2 실시예의 화상 처리 장치(60)와 유사한 기능은, 제3 실시예에서와 같이 컴퓨터를 이용하는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있다.
본 발명은 본 실시예들로만 국한되지 않으며, 다른 많은 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 양자화 레벨, 양자화 레벨의 수, 필터 특성 등은 설명의 목적으로만 제시된 것으로, 본 발명이 응용되는 상황에 따라 결정될 수 있다.
게다가, 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 제1 범위와 제2 범위 사이의 범위에 속하는 경우, 필터 A의 필터 계수 및 필터 B의 필터 계수에 기초하는 성분-성분 선형 보간법을 수행하여 필터부(14)에 의해 구현되는 필터의 필터 계수를 얻는 대신에, 필터부를 필터 계수가 입력 화상 데이터의 계조값의 함수인 적절한 필터로 변형함으로써, 필터 계수는 입력 화상 데이터의 계조 레벨에 따라 스위칭될 수 있다.
전술한 실시예에서, 입력 화상 데이터는 하나의 임계치에 기초하여 양자화되며, 두 개의 계조 레벨을 가지는 출력 화상 데이터로 변환된다. 또한 본 발명은, 입력 화상 데이터가 두 개 이상의 임계치에 기초하여 양자화되어 3개 이상의 계조 레벨을 가지는 출력 화상 데이터로 변환되는 경우에도 적용될 수 있다.
본 발명은 잉크젯 프린터, 용단열 전사 프린터(fusing thermal transfer printer), 열-오토크롬 프린터(thermo-autochrome printer), 더 적은 계조 레벨 수를 나타내기 위한 표시 장치 등으로 출력될 화상 데이터의 계조 레벨 수를 감소시키는 데 효과적이다. 또한, 본 발명은 화상 처리 및 화상 데이터 저장의 부하를 덜기 위해 화상 데이터의 계조 레벨 수를 감소시키는 데 효과적이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 화상 처리 방법 또는 장치에 따르면, 각각의 픽셀의 입력 화상 데이터는 양자화되어, 적어도 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터로 변환된다. 에러를 확산시키기 위한 가중 계수는 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값에 따라 선택된다. 타겟 픽셀의 양자화에 의해 생성되어, 각각의 타겟 픽셀 부근의 입력 화상 데이터의 계조값에 따라 선택된 가중 계수에 의해 승산된 양자화 에러는, 각각의 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 입력 화상 데이터로 확산된다. 결과적으로, 에러 확산 처리를 통해 화상 데이터의 계조 레벨 수를 감소시키는 동시에 화질을 유지하는 것이 가능하다.
본 발명의 화상 처리 장치 또는 방법의 한 양상에 따르면, 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 입력 화상 데이터의 계조값의 범위 중 최소값 및 최대값 둘 다로부터 가장 먼 값을 포함하는 제1 범위에 속하는 경우에는 복수의 성분을 가지는 제1 가중 계수가 선택되고, 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 화상 입력 데이터의 계조값의 범위 중 최소값 또는 최대값 중 하나를 포함하는 선정된 제2 범위에 속하는 경우에는 제1 가중 계수의 성분과 상이한 성분을 포함하는 복수의 성분을 가지는 제2 가중 계수가 선택되며, 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 제1 범위와 제2 범위 사이의 범위에 속하는 경우에는 제1 가중 계수 및 제2 가중 계수에 기초하는 성분-성분 선형 보간법을 통해 얻어진 성분을 가지는 가중 계수가 선택된다. 결과적으로, 가중 계수의 불연속적인 스위칭에 의해 유발되는 화질의 저하는 방지되며, 따라서 완만한 계조 품질을 가지는 출력 화상 데이터가 획득된다.
본 발명의 많은 변경 및 수정이 상기의 교시에 의해 가능함이 명백하다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에서 상세하게 설명된 것과 다르게 실시될 수 있음을 알 것이다.

Claims (6)

  1. 화상 처리 방법에 있어서,
    각각의 픽셀의 입력 화상 데이터를 적어도 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터로 변환하기 위하여, 상기 입력 화상 데이터를 양자화하는 단계;
    각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값(gradation value)에 따라, 에러를 확산시키기 위한 가중 계수(weight coefficient)를 선택하는 단계; 및
    상기 양자화 단계에서 상기 각각의 타겟 픽셀의 양자화를 통해 발생되고 상기 가중 계수 선택 단계에서 선택된 상기 가중 계수로 승산된 양자화 에러를, 상기 각각의 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 픽셀들의 입력 화상 데이터로 확산시키는 단계
    를 포함하는 화상 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자화 에러 확산 단계에서, 상기 양자화 에러는 상기 가중 계수에 따른 변조 특성을 이용하여 고주파 대역으로 변조되고,
    상기 가중 계수 선택 단계에서, 상기 가중 계수는, 상기 양자화 단계에서 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 최소 또는 최대 양자화 레벨에 근접할수록 상기 양자화 에러의 변조 특성이 저주파 대역에 대해 3차원적으로 더 대칭이 되도록 선택되는 화상 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가중 계수 선택 단계는
    상기 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 상기 입력 화상 데이터의 계조값의 범위 중 최소값 및 최대값 둘 다로부터 가장 먼 값을 포함하는 제1 범위에 속하는 경우에는 복수의 성분을 가지는 제1 가중 계수를 선택하는 단계;
    상기 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 상기 화상 입력 데이터의 계조값의 범위 중 상기 최소값 또는 상기 최대값을 포함하는 선정된 제2 범위에 속하는 경우에는 상기 제1 가중 계수의 성분과 상이한 성분을 포함하는 복수의 성분을 가지는 제2 가중 계수를 선택하는 단계; 및
    상기 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 상기 제1 범위와 상기 제2 범위 사이의 범위에 속하는 경우에는, 상기 제1 가중 계수 및 상기 제2 가중 계수에 기초하는 성분-성분 선형 보간법(element-by-element linear interpolation)을 통해 얻어진 성분을 가지는 가중 계수를 선택하는 단계
    를 포함하는 화상 처리 방법.
  4. 화상 처리 장치에 있어서,
    전체 화상 데이터를 형성하는 각각의 픽셀의 입력 화상 데이터를 적어도 두 개의 양자화 레벨 중 어느 하나를 취하는 출력 화상 데이터로 변환하기 위해, 상기 입력 화상 데이터를 양자화하는 수단;
    상기 각각의 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값에 따라, 에러를 확산하기 위한 가중 계수를 선택하는 수단; 및
    상기 양자화 수단에 의한 각각의 타겟 픽셀의 양자화를 통해 발생되고 상기 가중 계수 선택 수단에 의해 선택된 상기 가중 계수로 승산된 상기 양자화 에러를, 상기 각각의 타겟 픽셀 부근의 양자화되지 않은 픽셀의 입력 화상 데이터로 확산시키기 위한 수단
    을 포함하는 화상 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 양자화 에러는, 상기 양자화 에러 확산 수단에 의해 상기 가중 계수에 따른 변조 특성을 이용하여 고주파 대역으로 변조되고,
    상기 가중 계수는, 상기 양자화 단계에서 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 최소 또는 최대 양자화 레벨에 근접할수록 상기 양자화 에러의 변조 특성이 저주파 대역에 대해 3차원적으로 더 대칭이 되도록 상기 가중 계수 선택 수단에 의해 선택되는 화상 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 가중 계수 선택 수단은
    상기 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 상기 입력 화상 데이터의 계조값의 범위 중 최소값 및 최대값 둘 다로부터 가장 먼 값을 포함하는 제1 범위에 속하는 경우에는 복수의 성분을 가지는 제1 가중 계수,
    상기 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 상기 화상 입력 데이터의 계조값의 범위 중 상기 최소값 또는 상기 최대값을 포함하는 선정된 제2 범위에 속하는 경우에는 상기 제1 가중 계수의 성분과 상이한 성분을 포함하는 복수의 성분을 가지는 제2 가중 계수, 그리고
    상기 타겟 픽셀의 입력 화상 데이터의 계조값이 상기 제1 범위와 상기 제2 범위 사이의 범위에 속하는 경우에는, 상기 제1 가중 계수 및 상기 제2 가중 계수에 기초하는 성분-성분 선형 보간법을 통해 얻어진 성분을 가지는 가중 계수를 선택하는 화상 처리 장치.
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