KR20090025376A - 디더 매트릭스를 통한 이미지 조작 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

이미지 데이터의 하나 이상의 특성을 결정하고 이러한 특성들을 사용하여 디더 매트릭스를 조작하는 것에 의해 연속색조 이미지 데이터를 효율적으로 처리함으로써 프린트된 이미지가 개선된다.
이미지, 조작, 디더 매트릭스, 히스토그램, 색상, 레벨, 연속색조

Description

디더 매트릭스를 통한 이미지 조작 방법 및 장치{Method and apparatus for image manipulation via a dither matrix}
본 발명은 디지털 이미지 처리에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디지털 칼라 이미지를 프린팅하기 위해 매체 기판으로 처리하는 한편 디지털 칼라 이미지를 향상시키는 것에 관한 것이다.
<관련 출원건들에 대한 상호 참조>
본 발명과 관련된 다양한 방법들, 시스템들 및 장치들이 본 발명의 출원인 또는 양수인에 의해 출원된 다음의 미국 특허/특허 출원들에 개시되어 있다.
Figure 112009006000346-PCT00001
Figure 112009006000346-PCT00002
Figure 112009006000346-PCT00003
이러한 출원들 및 특허들의 개시사항이 여기에 참조로 편입된다.
시장은 디지털 카메라와 바로 결합할 수 있는 잉크젯 프린터를 위해 발전해왔다. 이러한 프린터들은 사진들을 빠르게 다운로드하여 프린트할 것으로, 그리고 최소한의 사용자 입력을 가질 것으로 기대된다. 카메라를 결합하는 것과 사진을 프린팅하는 것 사이의 지연의 주요한 부분은 프린트헤드를 위한 이미지 데이터를 준비하는데 필요한 처리 시간이다.
주요 처리 작업들은 JPEG 압축풀기, 색상 공간 변환, 이미지 회전 및 색상 값을 도트(dot)로 변환하기 위한 중간색화(halftoning)이다. 이러한 작업들은 아래 에서 간단히 설명된다.
색상은 3개의 독립 변수를 사용하여 특정화될 수 있다. 변수들은 색상 공간에서 본질적으로 대등하다. 동일한 색상은 서로 다른 변수들을 사용하여 서로 다른 색상 공간에서 특정화될 수 있다. 각 색상 공간은 특별한 사용 또는 적용을 갖는다. RGB(red, green, blue)는 텔리비젼 화면이나 컴퓨터 모니터와 같은 광을 발산하는 장치들에 대한 자연 색상 공간이다. CMY(cyan, magenta, yellow)는 프린터로부터 인쇄된 이미지와 같은 반사광을 갖는 이미지를 표시하는 장치들에 대한 자연 색상 공간이다. YCRCB(luiminance, chrominance red, chrominance blue)는 더 편리한 데이터 압축을 위해 휘도(luiminance)를 색도(chrominance)(통상 'chroma'로 약칭됨) 채널로부터 분리한다. 인간은 색도보다 휘도에 더 민감하며 그래서 압축 및 후속적인 압축풀기로부터 기인하는 색도에 있어서의 어떤 변화는 휘도에 있어서의 동일한 변화보다 덜 눈에 띌 것이다. 이것은 휘도가 약하게 압축되는 한은 양쪽 색도 채널이 강하게 압축될 수 있음을 의미한다. 3개의 채널 중의 2개의 채널이 강하게 압축된 상태에서, YCC 이미지 데이터는 프로세서에 의해 더욱 효율적으로 처리될 수 있다.
디지털 카메라는 RGB에서 이미지를 자연 그대로 포착한다. 효율적인 저장을 위해, 이미지들은 YCC로 변환되어 압축된다. 카메라로부터 다운로드된 이미지 데이터는 일반적으로 YCC의 표준형으로 폭넓게 인식되고 있는 sYCC 상태이다. 이때 이것은 화면 또는 프린터로 출력될 때 변환된 색상 공간임에 틀림없다.
만일 이미지가 프린터로 다운로드되면, 데이터는 프린터의 색상 공간으로 변환되고, 분리된 색상 채널들은 디더 매트릭스(dither matrix)를 이용하여 중간색화된다. 중간색화는 연속색조(contone; continuous tone) 이미지를 재생산하기 위하여 인쇄된 도트들의 공간상의 평균에 관한 눈의 지각작용을 이용한다. 잉크젯 프린터는 어드레스할 수 있는 위치들 중의 어떤 위치에서 하나의 도트를 매체 위에 프린트할 수 있거나 프린트할 수 없다. 하지만, 백지면의 영역에 걸쳐 분산된 도트들은 도트들의 개수에 따라, 백색과 도트 색상 사이의 어딘가에 연속색조 음영으로 눈에 보일 것이다.
디더 매트릭스는 한 번에 이미지의 작은 영역을 커버한다. 그 매트릭스는 그것의 사이트(site)의 도처에 분산된 문턱치들(threshold values)의 범위를 갖는다. 각 화소에 대한 연속색조의 색상 레벨들은 매트릭스 내의 공간적으로 대응하는 문턱치들과 비교된다. 만일 연속색조 레벨이 문턱치를 초과하면, 그 색상의 도트가 인쇄된다(또는 동일하게, 연속색조 레벨이 문턱치보다 크거나 같으면, 또는 작으면, 또는 문턱치보다 작거나 같으면, 도트가 인쇄된다). 이것은 연속색조와 중간색의 이미지 사이에 많은 미세한 차이를 낳을 것이지만, 눈은 이러한 높은 도수 (frequency)의 차이에 대부분 둔감하다.
칼라 이미지를 생성하기 위하여, 3개의 색상 채널의 각각에 대해 분리된 중간색의 이미지들은 프린터에 의해 매체 위에 중첩된다. 프린터는 일반적으로 시안(cyan), 마젠타(magenta), 옐로우(yellow) 그리고 때로는 블랙(black)(다른 잉크를 보존하고 '더 진짜의' 블랙을 제공하기 위하여)을 갖는다. 이것은 CMYK(Cyan, Magenta, Yellow and blacK)로 약칭된다. 프린트 해상도, 또는 인치당 도트(dpi)가 충분히 높은 경우, 중간색화는 프린터의 전범위(프린트 가능한 색상의 색채의 범위)에서 어떤 색상을 재생성할 수 있다. 따라서, CMY(K) 공간에서의 개별 도트들은 최초의 이미지의 색상들을 재생성하기 위해 눈에 의해 평균화된 색상이다.
다운로드된 이미지들은 프린팅에 앞서 컴퓨터 상에서 조작되고 개선될 수 있다. 그렇지만, 카메라로부터 포토 프린터로 바로 다운로드되는 경우, 사용자는 프린팅에 앞서 이미지를 수동으로 개선하고 볼 수 있는 기회를 갖지 못한다. 그렇다 할지라도, 프린팅에 앞서 자동으로 그리고 균일하게 이미지들에 적용될 수 있는 약간의 상대적으로 기초적인 이미지 개선을 프린터에 반영하는 것은 가능하다.
하나의 통상적인 그리고 상대적으로 기초적인 이미지 개선 기술은 히스토그램 확장(histogram expansion)이다. 그것은 비가공의 이미지 데이터가 유용한 색상들의 전체 범위에 걸쳐 더욱 균일하게 분산되도록 비가공의 이미지 데이터에 존재하는 색상들의 범위를 확장함으로써 색상 대비를 개선한다. 이를 행하기 위하여, 각 색상 채널에 대하여 이미지 통계치를 수집하고 히스토그램을 구축하는 것이 필수적이다. 이것은 그 히스토그램을 구축하기 위하여 각 화소에 대한 3개의 색상 레벨의 수집 및 개별 색상 레벨 차이의 범위에 속하는 화소의 수를 기록하는 것을 수반한다. 보통 최초의 이미지는 적어도 하나의 희박하게 점거된 영역을 갖는 히스토그램을 가질 것이다. 희박하게 점거된 영역 내에 있는 모든 화소를 색상 레벨중의 하나로 재선정함으로써, 히스토그램의 잔여는 빈 영역으로 확장될 수 있다.
화소들을 히스토그램의 전역에 걸쳐 더욱 균일하게 분포시키는 것은 색상 대 비를 개선한다. 희박하게 점거된 영역 내에 있는 화소들의 수는 하찮은 것이므로, 그들(화소들)을 단일 색상 레벨로 재선정하는 것은 이미지에 해로운 영향을 거의 미치지 않는다. 그래서 대부분의 경우에, 히스토그램 확장의 순수한 효과는 이미지의 개선이다.
불행하게도, 히스토그램 확장과 관련된 처리 작업은 프린팅을 지연시킬 수 있다. 몇몇 프린팅 기기에 있어서, 프린터가 다운로드된 이미지를 거의 즉시 프린팅을 시작할 것이라는 기대가 있다. 카메라와 직접 도킹하는 사진 프린터들은 하나의 그러한 예이다. 포착된 이미지들은 일반적으로 도킹하자마자 카메라로부터 다운로드되어 6인치×4인치 포토 그레이드 지면에 이미지를 자동으로 프린트할 것이다. 사용자들은, 비록 기대하지는 않을지라도, 그들의 사진이 몇 초 이내에 프린팅되는 것을 보는 것을 더 좋아한다. 더욱 중요하게, 사용자들은 양질의 프린트물을 기대하지만, 위에서 논의된 바와 같이, 컴퓨터 조작으로 집중적인 이미지 개선은 다운로드된 사진들의 프린팅을 빠르게 시작하는 것에 역행한다.
제1 실시예에 따라, 본 발명은 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법을 제공하며, 그 방법은,
상기 연속색조 이미지 데이터의 적어도 하나의 특성을 결정하는 단계;
상기 적어도 하나의 특성을 이용하여 미리 결정된 제1 디더 매트릭스로부터 제2 디더 매트릭스를 얻는 단계; 및
상기 연속색조 이미지 데이터를 상기 제2 디더 매트릭스를 이용하여 중간색화하는 단계를 포함한다.
디더 매트릭스를 조작하는 것은 입력 이미지 데이터에 대하여 이미지 개선 조작을 수행하는 것과 동일할 수 있다. 하지만, 가공되지 않은 이미지 데이터 모두 대신에 디더 매트릭스를 조작하는 것이 컴퓨터 조작으로 훨씬 덜 집중적이다. 예를 들면, 만일 디더 매트릭스가 64×64이면(라고 하면), 각 원소가 8비트(bit) 값인 상태로, 그것은 대략 4킬로바이트(kbyte)의 데이터를 갖는다. 견주어 보건대, 3메가-화소 기본 해상도(native resolution)에서의 디지털 사진(6인치×4인치)은 약 10 메가바이트의 데이터이다. 그래서, 본 예에 있어서, 디더 매트릭스에 대한 조작의 횟수는 동일한 순전한 효과를 성취하기 위하여 이미지 데이터에 대해 필요로 되는 것보다 더 작은 약 3차원의 크기이다. 위에서 논의된 바와 같이, 히스토그램 확장은 매우 평범한 이미지 개선 기술이며 히스토그램의 바라던 확장에 대해 역으로 디더 매트릭스에서의 문턱치의 범위를 단순히 압축하는 것은 훨씬 적은 처리로 말미암아 동일한 결과를 제공한다. 더욱이, 디더 매트릭스에 있는 데이터는 입력 데이터의 작은 부분이기 때문에, 디더 매트릭스에는 여전히 더 큰 계산 효율을 제공하면서, 통상적인 히스토그램 확장보다 더 좋은 결과를 얻기 위하여, 추가된 복잡성이나 입도(粒度)가 더 주어질 수 있다.
제2 실시예에 따라, 본 발명은 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러를 제공하며, 상기 프린트 엔진 콘트롤러는,
연속색조 이미지 데이터를 수신하기 위한 프로세서;
미리 결정된 제1 디더 매트릭스를 저장하는 메모리;를 포함하며,
여기서, 상기 프로세서는 상기 연속색조 이미지 데이터의 적어도 하나의 특성을 결정하고 상기 연속색조 이미지 데이터의 상기 적어도 하나의 특성을 이용하여 상기 제1 디더 매트릭스로부터 제2 디더 매트릭스를 끌어내도록 구성된다. 그 결과, 상기 연속색조 이미지 데이터는 프린팅에 앞서 상기 제2 디더 매트릭스를 이용하여 중간색화된다.
바람직하게는, 상기 연속색조 이미지 데이터는 그 이미지 내의 화소들에 대한 색상 레벨 값들을 갖고, 그 색상 레벨 값들은 개별 색상 레벨의 미리 결정된 범위 내에서 일정한 분포를 가지며, 상기 연속색조 이미지 데이터의 상기 적어도 하나의 특성은 상기 일정한 분포와 관계가 있다.
바람직하게는, 상기 제1 디더 매트릭스는 하나의 문턱치 범위를 갖고, 상기 제2 디더 매트릭스는 중간색화 동안에 상기 연속색조 이미지 데이터의 상기 색상 레벨 값들에 대한 비교를 위한 압축된 문턱치 범위를 갖는다.
더욱 바람직한 형태로서, 상기 일정한 분포와 관련된 상기 적어도 하나의 특성은, 미리 결정된 개별 색상 레벨들의 범위 내에서의 레벨들의 총수에 의해 분할된, 화소들의 미리 결정된 부분을 포함하는 인접하는 개별 색상 레벨들의 최소수이다. 몇 개의 실시예에서, 화소들의 미리 결정된 부분은 90% 이상이다.
선택적으로, 상기 일정한 분포와 관련된 상기 적어도 하나의 특성은 다음과 같다.
(Lmax - Lmin)/Ltotal
여기에서, Lmax는 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 최고 부분이 무시되는 경우의 개별 색상 레벨들의 최대수이고, Lmin은 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 최저수를 포함하는 개별 색상 레벨들의 최소수이며, Ltotal은 개별 색상 레벨들의 범위 내에 있는 레벨들의 총수이다.
이러한 실시예들에서, 상기 최고 부분은 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 가장 높은 5%일 수 있다. 마찬가지로, 상기 최저 부분은 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 가장 낮은 5%일 수 있다. 덜 적극적인 개선에 있어서, 상기 최고 및 최저 부분은 1%일 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 매트릭스에서의 압축된 범위 내의 문턱치들은 다음의 알고리즘에 따라 결정된다.
Tnew = Lmin + Told.(Lmax - Lmin)/Ltotal
여기에서, Tnew는 제2 디더 매트릭스에서의 압축된 문턱치들이고, Told는 제1 디더 매트릭스에서의 문턱치이다.
선택적으로, 제1 디더 매트릭스에서의 적어도 얼마간의 문턱치들은 정수들 (whole numbers)이 아니고, 제2 매트릭스에서의 압축된 문턱치들은 가장 가까운 정수들로 반올림되거나 끝수가 버려진다. 다른 선택으로서, 문턱치들은 제1 디더 매트릭스에서 미리 결정된 횟수로 발생하고, 압축된 문턱치들은 제2 디더 매트릭스에서 더 큰 횟수로 발생하며, 그 더 큰 수는 제1 매트릭스의 문턱치들과 관련된 미리 결정된 수로 곱해진 대략 Ltotal/(Lmax - Lmin)와 같거나, 압축된 문턱치에 대응하는 제1 매트릭스로부터의 2개의 상충하는 문턱치들 중의 오직 하나이다.
어떤 바람직한 실시예들에서, 프로세서는 Lmin과 Lmax를 결정하기 위하여 연속색조 이미지 데이터의 화소 부분만을 표본 추출한다.
선택적으로, 색상 레벨 값들은 8비트의 2진수이며 그 결과 개별 색상 레벨의 범위에서 256(28) 레벨이 있다. 선택적으로, 디더 매트릭스는 64×64이고 문턱 레벨들은 압축에 앞서 1부터 255까지 일렬로 정렬한다.
본 발명은, 단지 예로서, 첨부하는 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프린트 엔진 파이프라인을 보여준다.
도 2는 문턱치들을 이용하여 부분적으로 완성된 디더 매트릭스를 보여준다.
도 3은 색상 채널들 중의 하나에 대한 이미지 데이터의 히스토그램을 보여준다.
도 4는 색상 대비를 개선하기 위하여 확장된 도 3의 히스토그램을 보여준다.
도 5는 소수점 2자리까지 압축된 문턱치들을 갖는 디더 매트릭스를 보여준다.
도 6은 가장 가까운 정수로 반올림된 압축된 문턱치들을 갖는 디더 매트릭스를 보여준다.
본 발명에 대한 배경기술에서 논의된 바와 같이, 사진 프린터들은 최근 디지털 카메라와 직접 결합하여 포착된 이미지들을 자동으로 프린트할 정도로 개발되어 왔다. 그들(사진 프린터들)은 이미지를 빠르게 그리고 사진과 같은 품질로 프린트할 것으로 기대된다. 더욱이, 이러한 프린터들은 옵션이 조금이라도 있다면, 미완성의 이미지 개선 옵션만을 제공할 것이다. 그들의 사진들의 더욱 복합적인 이미지 개선을 원하는 사용자들은 이미지들을 데스크탑(desktop) 또는 랩탑(laptop)으로 다운로드하여 그것들을 포토샵(PhotoShopTM) 또는 유사한 소프트웨어로 조작할 것이다. (PhotoShop은 Adobe Systems Inc.의 상표임에 주의)
본 발명은 컴퓨터 조작의 효율을 갖는 기초적인 이미지 개선을 제공하므로, 포토 프린터에 매우 적합하다. 이것을 고려하여, 그것(본 발명)은 이 장치와 특별히 관련하여 설명될 것이다. 그렇지만, 숙련된 기술자들은 본 발명이 포토 프린터들에 한정되지 않고 폭 넓은 범위의 장치들에 적합하다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 카메라(1)로부터 프린트헤드(13)까지의 이미지 데이터에 대한 프린트 엔진 파이프라인을 보여준다. 카메라가 프린터와 결합할 때, 이미지들은 프린트 엔진 콘트롤러(PEC)(2)로 sYCC 색상 공간(또는 표준 YCC 색상 공간)에서의 EXIF (exchangeable image file data) JPEG(joint photographic expert group) 파일들로서 다운로드된다.
PEC(2)는 CDU(contone decoder unit)(3)를 이용하여 이미지들을 압축해제한다. 만일 이미지가 너무 크면, 그것이 복호화될 때 그것은 별도로 표본추출된다.
각 JPEG MCU(minimum coding unit)로부터의 화소 데이터가 이용할 수 있게 됨에 따라, 그것은 프리트헤드(13)의 특정의 CMY 색상 공간(7)으로 회전 및 변환된다.
일단 데이터가 CMY 공간에 있으면, PEC(2)는 이미지 통계치를 수집하여 히스토그램을 형성할 수 있다(8). 이미지 통계치의 수집은 각 색상 레벨의 발생수에 관한 히스토그램의 형성을 수반한다. 일단 이미지에 대한 히스토그램이 알려지면, 히스토그램 확장의 정도가 결정될 수 있다. 이것은 많은 방식으로 행해질 수 있으며 하나의 특별한 방법이 도 3 및 도 4를 참조하여 아래에서 논의될 것이다.
히스토그램을 확장하는 것은 결정될 새로운 최대 및 최소 색상 레벨을 필요로 한다(9). 즉, 최소 레벨 Lmin이 결정되어 0(zero)으로 나타내어진다. 0과 Lmin 사이의 모든 레벨들은 또한 0으로 나타내어진다. 마찬가지로, Lmax가 결정되어 가장 높은 색상 레벨값으로 나타내어진다. 예를 들면, 만일 색상 레벨들이 8비트 수라면, 가장 높은 색상 레벨은 255이다. Lmax와 255 사이의 모든 레벨은 또한 255로 나타내어진다.
하지만, 본 발명은 이미지 데이터에서의 색상 레벨보다는 오히려 이미지를 개선하기 위하여 디더 매트릭스를 조작하기 때문에, PEC(2)가 필요로 하는 히스토그램의 유일한 특성은 선택된 방식으로 결정된 Lmin과 Lmax에 의해 야기될 히스토그램 확장의 정도이다. 이미지 데이터에 있는 색상 레벨들중의 어떠한 것도 새로운 레벨로 나타낼 필요는 없다.
히스토그램은 255/(Lmax-Lmin)의 인수로 확장된다. 따라서, 디더 매트릭스에서의 문턱치들의 범위의 대응하는 압축은 다음의 식 1로 주어진다.
Tnew = Lmin + Told.(Lmax - Lmin)/255 .............(식 1)
여기에서, Tnew는 압축된 문턱치이고, Told는 최초의 문턱치이다.
만일 디더 매트릭스의 크기가 64×64이면, 문턱치들의 압축은 약 4kB의 데이터 조작을 수반하는 반면, 입력 색상 레벨들의 동등한 확장은 약 10MB의 데이터의, 또는 어쩌면 이미지 해상도에 더 많이 의존하는 조작이다. 디더 매트릭스를 압축하는 것은 이미지 데이터를 수 차원의 크기로 확장하는 것보다 더 계산적으로는 효율적이다. 이것은 카메라를 결합시키는 것과 다운로딩 이미지를 프린트하는 것 사이의 어떤 지연을 극적으로 줄일 수 있고, 그것은 또한 입력 데이터에 대하여 동일한 기술을 수행하는 것보다 여전히 계산적으로는 훨씬 덜 강한 상태로 유지하면서 디더 매트릭스를 통해 더욱 복합적인 이미지 개선 기술을 허용한다.
일단 압축된 디더 매트릭스 값들이 계산되면(10), 상기 프린트 엔진 파이프라인의 단계 7에서 결정된 CMY 색상 레벨 값들은 각 색상 채널의 중간색조를 생성하기 위하여 디더 매트릭스의 압축된 문턱치들과 직접 비교된다(11). 각 채널에 대해 동일한 매트릭스가 사용될 수 있거나, 각각의 히스토그램으로부터 파생된 개별 디더 매트릭스들이 각 색상 채널에 대해 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
중간색조의 이미지들은 프린팅(12)을 위해 프린트헤드(13)로 전송되어 파이프라인을 완료한다.
도 2는 64×64 디더 매트릭스의 예를 보여준다. 간편함을 위해, 그것은 문턱치들의 범위와 함께 단지 부분적으로 완성되어 있다. 만일 문턱치들이 8비트(8비트 색상 레벨에 대응하는)라면, 255개의 문턱치들이 있다. 255개의 모든 문턱 레벨들은 매트릭스에서 여러 번 나타나고, 그 여러 번의 특별한 문턱치는 프린트헤드의 특성 및 지각적으로 균일한 색상 공간에 의존한다.
위에서 논의된 바와 같이, 디더 매트릭스는 연속색조 이미지에 걸쳐 반복적으로 타일처럼 붙여지고, 화소에 대한 개별 색상 레벨들은 디더 매트릭스에서의 대응하는 문턱치와 비교된다. 만일 색상 레벨이 문턱치를 초과하면, 프린트헤드는 그 위치에서 잉크 방울(그 특정 색상의)을 분사할 것이고, 색상 레벨이 문턱치 이하이면, 잉크 방울이 분사되지 않는다. 눈은 색상을 공간적으로 평균화하기 때문에, 눈은 연속색조 이미지와 중간색조 이미지 사이의 고주파 차이를 보지 못한다.
이제 도 4를 참조하면, 입력 이미지 데이터에 대한 히스토그램이 도시되어 있다. Lmin과 Lmax는 많은 방식으로 유도될 수 있다. 예를 들면, 많은 이미지들은 레벨 0 또는 레벨 256에서 화소를 갖지 않을 것이다. 이러한 경우에, Lmin과 Lmax는 간단히 표본추출된 최고 및 최저 색상 레벨일 수 있다. 그렇지만, 이것은 그 최고 및 최저의 표본추출된 색상 레벨이 히스토그램 분포로부터의 특이한 값(outlier)이 되는 경향을 고려하지 않는다. 따라서, 특이한 값을 Lmin과 Lmax로 사용하는 것은 통상 히스토그램이 확장되어야 하는 만큼 확장되지 않음을 의미한다.
더 좋은 접근법은 히스토그램의 양쪽 끝에 있는 화소들의 일부를 선택하여 낮은 끝 부분의 가장 높은 것을 Lmin으로, 그리고 높은 끝 부분의 가장 낮은 것을 Lmax로 설정하는 것이다. 어떤 실험은 각 프린트 엔진 파이프라인에 대하여 최적화하도록 요구될 수도 있으나, 히스토그램의 정상과 바닥 1/256(또는 약 0.4%)은 보통 어떤 특이한 값에 대해 설명할 것이다. 다시 말해서, 샘플의 0.4%는 Lmin 이하이고 샘플의 0.4%는 Lmax 이상이다. 이러한 접근법은 단순히 맨 가장자리의 레벨을 취하는 것보다 겉보기에는 더 좋은 결과를 제공할 수 있을 것 같지만, 그것은 좀 더 계산적으로는 강도가 높다. 또한 히스토그램의 정상과 바닥으로부터 백분비를 취함으로써 과도한 확장의 위험이 있다. 과도한 확장은 경사진 색상 변화도를 갖는(확장 후 인접하는 화소들 사이의 큰 색상 차이 때문에) 영역에 있어서의 가시적인 구분선을 도입할 수 있다. 이것을 경계하기 위하여, 프로세서는 최대의 허용가능한 확장을 부과할 수도 있다.
일단 Lmin과 Lmax이 결정되면, Lmin 또는 그 이하에 있는 어떠한 샘플도 0으로 나타내어지고, Lmax 또는 그 이상에 있는 어떠한 샘플도 256으로 나타내어진다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이때 히스토그램의 나머지 부분은 0과 255 사이에서 확장된다. 0과 256에서 스파이크(spike)가 있다. 왜냐하면 그들이 현재 특이한 값 뿐만 아니라 최초의 Lmin과 Lmax을 모두 포함하고 있기 때문이다. 하지만, 이것이 이미지 품질에 어떤 해로운 영향을 끼칠 것 같지는 않다. 전통적으로, 히스토그램 확장은 다음과 같이 주어진 레벨 맵핑 함수를 이용하여 행해져 왔다.
Lnew = 256.(Lold-Lmin)/(Lmax-Lmin) ..............(식 2)
이 함수는 확장된 레벨들을 결정하기 위하여 입력 레벨들에 적용될 수 있고, 이때 확장된 레벨들은 디더 매트릭스의 문턱치들과 비교될 수 있다. 그러므로, 다른 방법으로 히스토그램 상에서 수행될 확장의 역으로서 문턱치들의 범위를 압축하는 것은 등가이고 컴퓨터 조작적으로 더 쉽다. 최초의 문턱치들의 각각을 새로운 문턱치들로 나타내기 위한 알고리즘은 위에서 논의된 식 1로 주어진다.
도 5는 식 1에 따라 압축된 도 2의 디더 매트릭스를 보여준다. 불행하게도, 압축된 문턱치들은, 하드웨어가 디더링 처리가 정수 비교가 되기를 요구하기 때문에, 정수로 반올림 또는 끝수가 버려져야 한다. 따라서, 도 2의 문턱치들은 도 6에 도시된 정수 문턱치들을 주기 위하여 반올림된다.
디더 매트릭스를 통하여 입력 레벨을 조작하는 것은 또한 히스토그램 확장에 의해 제공한 것 이상의 이미지 개선을 증진시킬 기회를 준다.
히스토그램 확장 동안, 식 2를 통해 이전의 레벨을 새로운 레벨로 나타내는 것은 새로운 레벨이 정수일 필요가 있기 때문에(프린터 하드웨어 때문에) 반올림을 수반한다. 따라서, 확장된 히스토그램에서의 몇몇 레벨은 그들 내부에서의 샘플을 갖지 않는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 것들은 히스토그램에서 갭(gap)으로 나타난다. 갭의 양측 상의 샘플들 간의 색상 차이는 확장되지 않은 히스토그램 에서의 동일한 샘플들 간의 차이보다 더 크다. 이러한 증가된 색상 차이는 프린트된 이미지에서 가시적인 구분선을 더욱 생성할 것 같다.
마찬가지로, 디더 매트릭스에서 압축된 문턱치들을 반올림(또는 끝수 버림)하는 것은 문턱치들의 몇몇이 충돌하는 것을 야기한다. 예를 들면, 도 6의 압축된 매트릭스에서의 갓을 씌운 문턱치들은 동일한 값의 쌍인 반면, 최초의 매트릭스(도 2 참조)에서의 대응하는 문턱치들은 동일하지 않다. 따라서, 하나의 색조 레벨로부터 다음 색조 레벨로 이동할 때 추가된 도트들의 수는 고르지 않을 것이다. 다시, 이것은 프린트된 이미지에서의 가시적인 구분선의 위험성을 증가시킨다.
디더 매트릭스의 입도(粒度)를 증대시키는 것(즉, 8비트 보다 더 큰 문턱치들을 사용하는 것)은 충돌을 회피하고 각각의 후속하는 색조 레벨을 갖는 중간색조 이미지에 추가된 도트들의 수를 고르게 할 수 있을 것이다. 유감스럽게도, 대부분의 프린터들에서, 디더 매트릭스의 연속색조 CMY 레벨과의 비교는 문턱치들이 오직 8비트 정수일 것을 요구하는 하드웨어 기능이다.
대안으로, 소프트웨어는 색조 레벨들 간의 지각적으로 평탄한 변화를 위해 최초의 디더 매트릭스를 더 높은 입도로 재구성할 수 있다. 이것은 서브레벨들을 각 문턱치들에 효과적으로 추가할 것이고, 그래서 어떠한 충돌도 2개의 서브 레벨 사이에 있게 될 것이며, 따라서 훨씬 더 적은 수의 도트들을 포함할 것이다.
문턱치 충돌의 문제와 더 높은 입도의 해결책이 아래의 표에서 설명된다. 우선, 표 1은 어떤 문턱치들이 최초의 매트릭스와 압축된 매트릭스에서 나타나는 횟수를 보여준다. 64×64 매트릭스는 4096개의 원소를 가지며, 그래서 1∼255의 최초 의 문턱치들의 각각은 최초의 매트릭스에서 4096/255, 또는 약 16회 발생할 것이다. 매트릭스가 압축될 때, 반올림은 최초의 문턱치들의 몇몇이 동일한 압축된 문턱치에 나타나도록 야기한다. 이러한 충돌 문턱치들은 압축된 매트릭스(예를 들면, 도 6에서 압축된 문턱치 38)에서 32회 나타난다. 그래서 색조 레벨 37로부터 38로 이동할 때 추가된 도트들의 수는 38에서 39로, 또는 36에서 37로 이동할 때의 추가된 도트들의 수의 2배가 될 것이다. 따라서 시각적으로 인지할 수 있는 구분선의 위험성은 증가된다.
[표 1] 문턱치 충돌로 인한 압축된 문턱치들의 비일관된 발생 횟수
최초의 문턱치 최초의 매트릭스에서 발생 횟수 압축된 문턱치(반올림된) 압축된 매트릭스에서 발생 횟수
34 16 46 16
35 16 47 32
36 16
37 16 48 16
38 16 49 16
39 16 50 32
40 16
본 예의 목적을 위해, 우리는 압축된 매트릭스에서의 문턱치들이 가시적인 구분선의 최소 위험을 위해 각각 21회(4096/(Lmax-Lmin)=21.005 - 그래서 하나의 문턱치는 22회 발생할 것이다) 발생해야 하는 것으로 가정할 것이다. 최초의 매트릭스에 입도를 추가함으로써, 압축된 문턱치들의 발생 횟수는 더 균일해질 수 있다. 예를 들면, 만일 최초의 문턱치들이 12비트(또는 오히려 8.2비트)라면, 최초의 매트릭스는 반드시 특별한 문턱 레벨을 얻는다. 표 2는 입자가 가장 고운 최초의 문턱치들을 진열하며 이것은 압축된 매트릭스에 대해 평탄하게 하는 효과를 갖는다.
[표 2]
최초의 문턱치 최초의 매트릭스에서의 발생 횟수 압축된 문턱치(반올림된) 압축된 매트릭스에서의 발생 횟수
35.00 4 47 20
35.25 4 47
35.50 4 47
35.75 4 47
36.00 4 47
36.25 4 48 20
36.50 4 48
36.75 4 48
37.00 4 48
37.25 4 48
37.50 4 49 20
37.75 4 49
38.00 4 49
38.25 4 49
38.50 4 49
38.75 4 50 24
39.00 4 50
39.25 4 50
39.50 4 50
39.75 4 50
40.00 4 50
증가된 입도로 말미암아, 압축된 문턱치들이 최종 매트릭스에 나타나는 횟수에 있어서 더 작은 불일치가 있다. 약 1/4이 24회 나타나는 상태로 대부분의 압축된 문턱치들은 20회 발생한다. 그러므로, 하나의 색조 레벨에서 다음 색조 레벨로의 이동은 더 평탄하며 어떤 가시적인 구분선의 훨씬 더 적은 가능성이 있다.
최초의 매트릭스의 입도를 증가시키는 것 대신에, 압축된 문턱치가 최종 매트릭스에서 나타나는 횟수를 결정하기 위하여 각 문턱치가 최초의 매트릭스에서 나타나는 횟수를 압축의 역수와 곱하는 것이 더 쉬울 수 있다. 다시 위의 예를 참조하면, 압축의 역수는 256/(Lmax-Lmin)= 1.313이다. 만일 최초의 문턱치가 매트릭스에서 16회 발생했다면, 압축된 문턱치는 이상적으로는 1.313×16=21(하나의 문턱치가 22회 발생하는 상태로)이다. 물론, 2개의 최초의 문턱치들이 단일의 압축 문턱치로 충돌하는 경우, 그 최초의 문턱치들 중의 오직 하나만이 압축된 문턱치가 몇회나 발생하는지를 결정하기 위하여 사용될 것이다.
디더 매트릭스를 조작하는 것에 의해 이미지를 개선하는 것은 이미지 통계치를 수집하는 것이 합리적으로 매우 효과적일 수 있다는 것을 의미한다. 왜냐하면 최종 매트릭스에 대한 입도 문제의 영향(그리고 따라서 프린트된 이미지)은 상대적으로 작기 때문이다. 예를 들면, 몇몇 장치들에 있어서, 히스토그램은 256 레벨을 가질 필요가 없다. 64 레벨(6비트)이 충분할 수 있다. 히스토그램을 형성할 때, 모든 화소에 대한 통계치를 수집하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 256 화소들에서 1처럼 그렇게 작은 표본추출이 허용가능한 출력오차 내에 있을 수 있다. Lmax와 Lmin을 계산할 때, 히스토그램의 종점들에 대한 어떠한 영향도 더 이상 가질 수 없는 이미지의 부분들은 무시될 수 있다. 마찬가지로, 합리적인 결과들이 개별 CMY 값들의 각각이라기보다는 오히려 각 색상 포인트로부터 최소 및 최대 값을 계산 또는 검색함으로써 획득될 수 있다. 모든 이러한 최적 조건들은 PEC 상에서의 처리 부담을 줄이고, 그래서 카메라를 결합시키는 것과 이미지를 프린팅하는 것 사이의 시간을 단축시키는데 기여한다.
본 발명은 오직 예시로서 여기에 설명되었다. 이 분야에서 숙련된 기술자들은 폭넓은 발명적 개념의 사상 및 범위로부터 일탈하지 않는 많은 변화 및 변형을 쉽게 인지할 것이다.

Claims (20)

  1. 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법으로서,
    상기 연속색조 이미지 데이터의 적어도 하나의 특성을 결정하는 단계;
    상기 적어도 하나의 특성을 이용하여 미리 결정된 제1 디더 매트릭스로부터 제2 디더 매트릭스를 얻는 단계; 및
    상기 연속색조 이미지 데이터를 상기 제2 디더 매트릭스를 이용하여 중간색화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연속색조 이미지 데이터는 그 이미지 내의 화소들에 대한 색상 레벨 값들을 갖고, 그 색상 레벨 값들은 개별 색상 레벨의 미리 결정된 범위 내에서 일정한 분포를 가지며, 상기 연속색조 이미지 데이터의 상기 적어도 하나의 특성은 상기 일정한 분포와 관계가 있는 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 디더 매트릭스는 하나의 문턱치 범위를 갖고, 상기 제2 디더 매트 릭스는 중간색화 동안에 상기 연속색조 데이터의 상기 색상 레벨 값들에 대한 비교를 위한 압축된 문턱치 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 일정한 분포와 관련된 상기 적어도 하나의 특성은, 미리 결정된 개별 색상 레벨들의 범위 내에서의 레벨들의 총수에 의해 분할된, 화소들의 미리 결정된 부분을 포함하는 인접하는 개별 색상 레벨들의 최소수인 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 화소들의 미리 결정된 부분은 90% 이상인 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 일정한 분포와 관련된 상기 적어도 하나의 특성은 다음의 수식 관계로 표현되는 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
    (Lmax - Lmin)/Ltotal
    여기에서, Lmax는 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 최고 부분이 무시되는 경우의 개별 색상 레벨들의 최대수이고, Lmin은 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 최저수를 포함하는 개별 색상 레벨들의 최소수이며, Ltotal은 개별 색상 레벨들의 범위 내에 있는 레벨들의 총수이다.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 최고 부분은 상기 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 가장 높은 5%이고, 상기 최저 부분은 상기 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 가장 낮은 5%인 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 최고 및 최저 부분들은 상기 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 1%인 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 매트릭스에서의 압축된 범위 내의 문턱치들은 다음의 알고리즘에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데 이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
    Tnew = Lmin + Told.(Lmax - Lmin)/Ltotal
    여기에서, Tnew는 제2 디더 매트릭스에서의 압축된 문턱치들이고, Told는 제1 디더 매트릭스에서의 문턱치이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 디더 매트릭스에서의 적어도 얼마간의 문턱치들은 정수들(whole numbers)이 아니고, 상기 제2 매트릭스에서의 압축된 문턱치들은 가장 가까운 정수들로 반올림되거나 끝수가 버려지며, 상기 문턱치들은 제1 디더 매트릭스에서 미리 결정된 횟수로 발생하고, 상기 압축된 문턱치들은 상기 제2 디더 매트릭스에서 더 큰 횟수로 발생하며, 그 더 큰 수는 상기 제1 매트릭스의 문턱치들과 관련된 미리 결정된 수로 곱해진 대략 Ltotal/(Lmax - Lmin)와 같거나, 상기 압축된 문턱치에 대응하는 상기 제1 매트릭스로부터의 2개의 상충하는 문턱치들 중의 오직 하나인 것을 특징으로 하는 디더 매트릭스를 이용하여 연속색조 이미지 데이터가 중간색화되도록 조작하는 방법.
  11. 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러로서,
    연속색조 이미지 데이터를 수신하기 위한 프로세서;
    미리 결정된 제1 디더 매트릭스를 저장하는 메모리;를 포함하며,
    상기 프로세서는 상기 연속색조 이미지 데이터의 적어도 하나의 특성을 결정하고 상기 연속색조 이미지 데이터의 상기 적어도 하나의 특성을 이용하여 상기 제1 디더 매트릭스로부터 제2 디더 매트릭스를 끌어내도록 구성되며, 그 결과, 상기 연속색조 이미지 데이터는 프린팅에 앞서 상기 제2 디더 매트릭스를 이용하여 중간색화되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 연속색조 이미지 데이터는 그 이미지 내의 화소들에 대한 색상 레벨 값들을 갖고, 그 색상 레벨 값들은 개별 색상 레벨의 미리 결정된 범위 내에서 일정한 분포를 가지며, 상기 연속색조 이미지 데이터의 상기 적어도 하나의 특성은 상기 일정한 분포와 관계가 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 디더 매트릭스는 하나의 문턱치 범위를 갖고, 상기 제2 디더 매트릭스는 중간색화 동안에 상기 연속색조 이미지 데이터의 상기 색상 레벨 값들에 대한 비교를 위한 압축된 문턱치 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 일정한 분포와 관련된 상기 적어도 하나의 특성은, 미리 결정된 개별 색상 레벨들의 범위 내에서의 레벨들의 총수에 의해 분할된, 화소들의 미리 결정된 부분을 포함하는 인접하는 개별 색상 레벨들의 최소수인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 일정한 분포와 관련된 상기 적어도 하나의 특성은 다음의 수식 관계로 표현되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러.
    (Lmax - Lmin)/Ltotal
    여기에서, Lmax는 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 최고 부분이 무시되는 경우의 개별 색상 레벨들의 최대수이고, Lmin은 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 최저수를 포함하는 개별 색상 레벨들의 최소수이며, Ltotal은 개별 색상 레벨들의 범위 내에 있는 레벨들의 총수이다.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 최고 부분은 상기 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 가장 높은 5%이고, 상기 최저 부분은 상기 연속색조 이미지 데이터의 색상 레벨 값들의 가장 낮은 5%인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제2 매트릭스에서의 압축된 범위 내의 문턱치들은 다음의 알고리즘에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러.
    Tnew = Lmin + Told.(Lmax - Lmin)/Ltotal
    여기에서, Tnew는 제2 디더 매트릭스에서의 압축된 문턱치들이고, Told는 제1 디더 매트릭스에서의 문턱치이다.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 디더 매트릭스에서의 적어도 얼마간의 문턱치들은 정수들(whole numbers)이 아니고, 상기 제2 매트릭스에서의 압축된 문턱치들은 가장 가까운 정수들로 반올림되거나 끝수가 버려지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 문턱치들은 상기 제1 디더 매트릭스에서 미리 결정된 횟수로 발생하고, 상기 압축된 문턱치들은 상기 제2 디더 매트릭스에서 더 큰 횟수로 발생하며, 그 더 큰 수는 상기 제1 매트릭스의 문턱치들과 관련된 미리 결정된 수로 곱해진 대략 Ltotal/(Lmax - Lmin)와 같거나, 상기 압축된 문턱치에 대응하는 상기 제1 매트릭스로부터의 2개의 상충하는 문턱치들 중의 오직 하나인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린 터용 프린트 엔진 콘트롤러.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서는 Lmin과 Lmax를 결정하기 위하여 상기 연속색조 이미지 데이터의 화소 부분만을 표본 추출하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 프린트 엔진 콘트롤러.
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