產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法與影像處理系統(tǒng)及電腦產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法、影像處理系統(tǒng)及電腦產(chǎn)品，用于一影像處理系統(tǒng)以產(chǎn)生一半色調(diào)影像，上述方法包括：通過一量化器接收一具有原始像素值的原始影像，并根據(jù)一預(yù)設(shè)臨界值產(chǎn)生一具有量化像素值的量化影像；通過一減法器將上述原始像素值減去上述量化像素值，以產(chǎn)生一量化誤差值；通過一后抖色模塊并依據(jù)上述量化誤差值執(zhí)行一后抖色程序，以產(chǎn)生一抖色值；以及通過一加法器加總上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并產(chǎn)生一具有半色調(diào)像素值的半色調(diào)影像。
【專利說明】產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法與影像處理系統(tǒng)及電腦產(chǎn)品
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種利用產(chǎn)生影像的方法、影像處理系統(tǒng)及電腦程序產(chǎn)品，且特別是有關(guān)于一種用以轉(zhuǎn)換一灰階值影像至一半色調(diào)影像的方法、影像處理系統(tǒng)及電腦產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字半色調(diào)是一種利用數(shù)字影像處理由一輸入數(shù)字影像中產(chǎn)生一半色調(diào)數(shù)字影像的技術(shù)。輸入數(shù)字影像一般由范圍由O至255的離散像素值所組成。為了在一可顯示灰階(例如，黑色)點(diǎn)(dot)的輸出裝置中重現(xiàn)此影像，必須轉(zhuǎn)換此輸入數(shù)字影像至一些使用半色調(diào)技術(shù)形式的半色調(diào)數(shù)字影像。半色調(diào)方法依據(jù)觀察者的視線，通過半色調(diào)數(shù)字影像中的一些局部區(qū)域在空間中平衡視覺，使得中間的灰階值可以通過在半色調(diào)數(shù)字影像的一些小區(qū)域“開啟”一些像素值及“關(guān)閉” 一些像素值而產(chǎn)生。部分被開啟的像素值將決定顯示的灰階值。
[0003]現(xiàn)有的數(shù)字半色調(diào)技術(shù)可分為三大類:(I)抖色法(dithering)、(2)擴(kuò)散誤差法(error diffusion)以及(3)迭代最佳化(Iterative Optimization)。這些技術(shù)以及這些技術(shù)的組合皆有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。一般來說，迭代最佳化技術(shù)要求較高的計(jì)算量，其主要用于學(xué)術(shù)方面。抖色及擴(kuò)散誤差此兩類較實(shí)際的做法已被廣泛地研究。這三種方法簡(jiǎn)要的講述如下。
[0004](I)抖色法
[0005]有序抖色法(Ordered dithering)可分為兩類。通常分為點(diǎn)聚集(clustered-dot)與點(diǎn)擴(kuò)散(dispersed_dot)有序抖色法兩大類。圖1a顯示一點(diǎn)聚集有序抖色圖式，圖1b顯示一點(diǎn)擴(kuò)散有序抖色圖式。點(diǎn)聚集有序抖色法在一固定間距內(nèi)使用可變大小的半色調(diào)點(diǎn)。在點(diǎn)的外邊緣設(shè)備像素的增加可以提高覆蓋區(qū)域及點(diǎn)的大小。從遠(yuǎn)處看時(shí)，點(diǎn)的尺寸越大，覆蓋區(qū)域也越大，而影像區(qū)域較暗。當(dāng)顯示裝置可顯示一獨(dú)立黑色或白色像素時(shí)，點(diǎn)擴(kuò)散有序抖色法可為較佳的選擇。其使用了一固定大小、可變間距較小的點(diǎn)，以達(dá)到與點(diǎn)聚集有序抖色法相同的效果。在一給定的區(qū)域或點(diǎn)頻率中，點(diǎn)間距的變化改變點(diǎn)的數(shù)量。在此技術(shù)中，更密集的點(diǎn)分布提供較暗的影像區(qū)域。在一些顯示裝置中，每個(gè)點(diǎn)包括四或五個(gè)裝置像素。點(diǎn)擴(kuò)散有序抖色法根據(jù)在原始影像中陰影的變化提供點(diǎn)的分布。對(duì)于特定的顯示裝置而言，最佳化點(diǎn)分布可能為最好的顯示方式。
[0006](2)錯(cuò)誤擴(kuò)散法
[0007]錯(cuò)誤擴(kuò)散法是一種依據(jù)輸入數(shù)字影像值產(chǎn)生不同空間頻率內(nèi)容的適應(yīng)性演算法(adaptive algorithm)。圖2顯示一說明基本錯(cuò)誤擴(kuò)散技術(shù)的先前技術(shù)方塊圖200。此技術(shù)更詳細(xì)揭露于 “An Adaptive Algorithm for Spatial Greyscale” Proceedingsof the Society for Information Display, volumel7, pp.75, 1976by R.W.Floyd andL-Steinberg中。為了方便說明，將假設(shè)輸入數(shù)字影像的像素范圍由0至255。如圖2中所示，在一臨界值方塊201中限制一輸入數(shù)字影像Pi的像素值，以產(chǎn)生臨界的像素值。臨界值方塊對(duì)于輸入數(shù)字影像中低于一臨界值的像素提供一信號(hào)使其像素值變更為0，對(duì)于輸入數(shù)字影像中高于此臨界值的像素提供一信號(hào)使其像素值變更為255。一信號(hào)差產(chǎn)生器202接收由臨界值方塊201中所傳送的輸入數(shù)字影像的像素值及一加法器204的輸出。信號(hào)差產(chǎn)生器202產(chǎn)生表不為誤差205的一信號(hào)差。信號(hào)差在一誤差濾波器203中乘上一誤差反饋權(quán)重，并提供給加法器204以將此權(quán)重誤差加上尚未處理的鄰近像素值。此可確保半色調(diào)數(shù)字影像的像素值的算術(shù)平均值被保存在一局部的影像區(qū)域中。
[0008](3)迭代最佳化
[0009]迭代最佳化方法根據(jù)一些相關(guān)的模型，例如人類視覺系統(tǒng)(human visualsystem,HVS)，以減少在連續(xù)色調(diào)影像及半色調(diào)影像間的誤差。此錯(cuò)誤通常通過加權(quán)最小平方誤差法(Weighted Least-Square Approaches)來計(jì)算。由此種類型技術(shù)所推導(dǎo)的半色調(diào)影像通常具有較高的品質(zhì)，但在計(jì)算復(fù)雜度較高。迭代最佳化的過程如圖3所示。
[0010]當(dāng)一電泳顯示器(electrophorotic display,EPD)的空間解析度遠(yuǎn)低于一印表機(jī)時(shí)，在三種方法間，有序抖色法具有最低的計(jì)算量，但所產(chǎn)生的影像品質(zhì)最差。而錯(cuò)誤擴(kuò)散法和迭代最佳化提供較佳的影像。然而，當(dāng)使用手持式電子裝置來執(zhí)行這些方法時(shí)，其所需的計(jì)算資源將成為主要的問題。舉例來說，使用8位遞回運(yùn)算來處理的錯(cuò)誤擴(kuò)散法，其計(jì)算復(fù)雜度在一電泳顯示器系統(tǒng)中將是一個(gè)很大的負(fù)擔(dān)。因此，一種更進(jìn)一步減少計(jì)算復(fù)雜度，并提供高影像品質(zhì)的系統(tǒng)與方法是有待開發(fā)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供一種產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法、影像處理系統(tǒng)及電腦程序產(chǎn)品。
[0012]本發(fā)明提出一種產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法，用于一影像處理系統(tǒng)以產(chǎn)生一半色調(diào)影像，上述方法包括:通過一量化器接收一具有原始像素值的原始影像，并根據(jù)一預(yù)設(shè)臨界值產(chǎn)生一具有量化像素值的量化影像；通過一減法器將上述原始像素值減去上述量化像素值，以產(chǎn)生一量化誤差值；通過一后抖色模塊并依據(jù)上述量化誤差值執(zhí)行一后抖色程序，以產(chǎn)生一抖色值；以及通過一加法器加總上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并產(chǎn)生一具有半色調(diào)像素值的半色調(diào)影像。
[0013]本發(fā)明提出一種影像處理系統(tǒng)，用以產(chǎn)生一半色調(diào)影像，上述系統(tǒng)包括:一量化器，接收一具有原始像素值的原始影像，并根據(jù)一預(yù)設(shè)臨界值產(chǎn)生一具有量化像素值的量化影像；一減法器，耦接至上述量化器，用以將上述原始像素值減去上述量化像素值，以產(chǎn)生一量化誤差值；一后抖色模塊，耦接至上述減法器，用以依據(jù)上述量化誤差值執(zhí)行一后抖色程序，以產(chǎn)生一抖色值；以及一加法器，耦接至上述后抖色模塊及上述量化器，用以加總上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并產(chǎn)生一具有半色調(diào)像素值的半色調(diào)影像。
[0014]本發(fā)明提出一種電腦程序產(chǎn)品，用以被一電子裝置載入以于一影像處理系統(tǒng)中執(zhí)行產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法，上述影像處理系統(tǒng)，上述方法包括:接收一具有原始像素值的原始影像，并根據(jù)一預(yù)設(shè)臨界值產(chǎn)生一具有量化像素值的量化影像；將上述原始像素值減去上述量化像素值，以產(chǎn)生一量化誤差值；依據(jù)上述量化誤差值執(zhí)行一后抖色程序，以產(chǎn)生一抖色值；以及加總上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并產(chǎn)生一具有半色調(diào)像素值的半色調(diào)影像?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0015]圖1a顯示一 4X4點(diǎn)聚集有序抖色圖式。
[0016]圖1b顯示一 4X4點(diǎn)擴(kuò)散有序抖色圖式。
[0017]圖2顯示說明執(zhí)行錯(cuò)誤擴(kuò)散半色調(diào)影像的系統(tǒng)方塊圖。
[0018]圖3顯示一執(zhí)行迭代最佳化半色調(diào)影像的系統(tǒng)方塊圖。
[0019]圖4顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于產(chǎn)生一半色調(diào)影像的影像處理系統(tǒng)的方塊圖。
[0020]圖5顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于產(chǎn)生抖色矩陣的虛擬程序碼部分的流程圖。
[0021]圖6a?6c顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的原始影像。
[0022]圖6d?6f顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的量化影像。
[0023]圖6g?6i顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半色調(diào)影像。
[0024]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0025]201?臨界值方塊；
[0026]202?信號(hào)差產(chǎn)生器；
[0027]203?誤差濾波器；
[0028]204?加法器；
[0029]205 ?誤差；
[0030]400?影像處理系統(tǒng)；
[0031]410?量化器；
[0032]420?減法器；
[0033]430?后抖色模塊；
[0034]440?加法器；
[0035]S501、S502、S503、S504、S505、S506、S507、S508、S509、S510 ?步驟；
[0036]χ?原始影像；
[0037]xq?量化影像；
[0038]e?量化誤差值；
[0039]d?抖色矩陣；
[0040]y?半色調(diào)影像。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
[0042]1.系統(tǒng)架構(gòu)
[0043]本發(fā)明是一種有關(guān)于具有高執(zhí)行效率的后抖色(post-dithering)技術(shù)的影像處理方法，用以將原始灰階影像轉(zhuǎn)換為半色調(diào)(Halftone)影像。
[0044]圖4顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于產(chǎn)生一半色調(diào)影像的影像處理系統(tǒng)400的方塊圖。如圖所示，影像處理系統(tǒng)400處理一原始影像χ以產(chǎn)生一半色調(diào)影像。影像處理系統(tǒng)400包括一量化器410、一減法器420、一后抖色模塊430及一加法器440。
[0045]量化器410具有第一輸入端，用以接收具有原始像素值的原始影像X，并根據(jù)一預(yù)設(shè)臨界值T產(chǎn)生一具有量化像素值的量化影像χ,。[0046]減法器420耦接至量化器410，并具有第一輸入端，用以接收原始影像X。減法器420將原始影像χ的原始像素值減去量化影像Xq的量化像素值，以產(chǎn)生一量化誤差值e。
[0047]后抖色模塊430耦接至減法器420，用以依據(jù)量化誤差值e執(zhí)行一后抖色程序，以產(chǎn)生具有一抖色值的一抖色矩陣d。
[0048]加法器440耦接至后抖色模塊430及量化器410。加法器440用以加總量化影像的量化像素值χ,及抖色矩陣d的抖色值，并產(chǎn)生一具有半色調(diào)像素值的半色調(diào)影像y。
[0049]在此一實(shí)施例中，本發(fā)明所提出包括一演算法的后抖色程序，強(qiáng)調(diào)將半色調(diào)影像的視覺誤差的均方差(Mean Square Error7MSE)最小化。在數(shù)學(xué)上，視覺誤差ev的均方差最小化可以下列公式表示:
【權(quán)利要求】
1.一種產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法，用于一影像處理系統(tǒng)以產(chǎn)生一半色調(diào)影像，上述方法包括: 通過一量化器接收一具有原始像素值的原始影像，并根據(jù)一預(yù)設(shè)臨界值產(chǎn)生一具有量化像素值的量化影像； 通過一減法器將上述原始像素值減去上述量化像素值，以產(chǎn)生一量化誤差值； 通過一后抖色模塊并依據(jù)上述量化誤差值執(zhí)行一后抖色程序，以產(chǎn)生一抖色值；以及通過一加法器加總上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并產(chǎn)生一具有半色調(diào)像素值的半色調(diào)影像。
2.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法，其中產(chǎn)生上述半色調(diào)影像的步驟還包括: 通過上述影像處理系統(tǒng)將上述原始影像區(qū)分為具有一局部區(qū)域尺寸的多個(gè)局部區(qū)域；以及 通過上述后抖色模塊對(duì)每一局部區(qū)域執(zhí)行上述后抖色程序。
3.如權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法，其中上述局部區(qū)域系一包括一二維像素陣列(m，n)的矩陣，其中m及η皆為正整數(shù)且分別代表上述矩陣的第m行及第η列。
4.如權(quán)利要求3所述的產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法，其中上述后抖色模塊使用一具有上述局部區(qū)域尺寸且包括上述 量化誤差值的量化誤差矩陣執(zhí)行上述后抖色程序，以產(chǎn)生一具有上述局部區(qū)域尺寸且包括上述抖色值的抖色矩陣，其包括下列步驟: (a)將上述抖色值初始為零； (b)取得上述量化誤差值的一總和； (c)當(dāng)上述量化誤差值的上述總和大于負(fù)的上述預(yù)設(shè)臨界值的一半，并小于上述預(yù)設(shè)臨界值的一半時(shí)，停止上述后抖色程序； (d)當(dāng)上述量化誤差值的上述總和大于或等于上述預(yù)設(shè)臨界值的一半時(shí)，找出在加總上述量化誤差矩陣至上述抖色矩陣的后一數(shù)值最大的矩陣元素(m，η)，將上述抖色矩陣的矩陣元素(m，n)設(shè)為負(fù)的上述預(yù)設(shè)臨界值，并令上述量化誤差值的總和等于上述量化誤差值的總和減去上述預(yù)設(shè)臨界值； (e)當(dāng)上述量化誤差值的上述總和小于或等于上述負(fù)的預(yù)設(shè)臨界值的一半時(shí)，找出在加總上述量化誤差矩陣至上述抖色矩陣的后一數(shù)值最小的矩陣元素(m，η)，將上述抖色矩陣的矩陣元素(m，n)設(shè)為上述預(yù)設(shè)臨界值，并令上述量化誤差值的總和等于上述量化誤差值的總和加上上述預(yù)設(shè)臨界值； (f)重復(fù)步驟(c)-(e)，直到上述后抖色程序結(jié)束，并產(chǎn)生上述抖色矩陣。
5.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法，其中上述原始影像系一灰階影像。
6.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法，其中上述方法用于一手持式電子裝置。
7.一種影像處理系統(tǒng)，用以產(chǎn)生一半色調(diào)影像，上述系統(tǒng)包括: 一量化器，接收一具有原始像素值的原始影像，并根據(jù)一預(yù)設(shè)臨界值產(chǎn)生一具有量化像素值的量化影像； 一減法器，耦接至上述量化器，用以將上述原始像素值減去上述量化像素值，以產(chǎn)生一量化誤差值；一后抖色模塊，耦接至上述減法器，用以依據(jù)上述量化誤差值執(zhí)行一后抖色程序，以產(chǎn)生一抖色值；以及 一加法器，耦接至上述后抖色模塊及上述量化器，用以加總上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并產(chǎn)生一具有半色調(diào)像素值的半色調(diào)影像。
8.如權(quán)利要求7所述的影像處理系統(tǒng)，其中上述影像處理系統(tǒng)將上述原始影像區(qū)分為具有一局部區(qū)域尺寸的多個(gè)局部區(qū)域(Local Area);以及上述后抖色模塊對(duì)每一局部區(qū)域執(zhí)行上述后抖色程序。
9.如權(quán)利要求8所述的影像處理系統(tǒng)，其中上述局部區(qū)域系一包括一二維像素陣列(m，n)的矩陣，其中m及η皆為正整數(shù)且分別代表上述矩陣的第m行及第η列。
10.如權(quán)利要求9所述的影像處理系統(tǒng)，其中上述后抖色模塊使用一具有上述局部區(qū)域尺寸且包括上述量化誤差值的量化誤差矩陣執(zhí)行上述后抖色程序，以產(chǎn)生一具有上述局部區(qū)域尺寸且包括上述抖色值的抖色矩陣，其包括下列步驟: (a)將上述抖色值初始為零； (b)取得上述量化誤差值的一總和； (C)當(dāng)上述量化誤差值的上述總和大于負(fù)的上述預(yù)設(shè)臨界值的一半，并小于上述預(yù)設(shè)臨界值的一半時(shí)，停止上述后抖色程序； (d)當(dāng)上述量化誤·差值的上述總和大于或等于上述預(yù)設(shè)臨界值的一半時(shí)，找出在加總上述量化誤差矩陣至上述抖色矩陣的后一數(shù)值最大的矩陣元素(m，η)，將上述抖色矩陣的矩陣元素(m，n)設(shè)為負(fù)的上述預(yù)設(shè)臨界值，并令上述量化誤差值的總和等于上述量化誤差值的總和減去上述預(yù)設(shè)臨界值； (e)當(dāng)上述量化誤差值的上述總和小于或等于上述負(fù)的預(yù)設(shè)臨界值的一半時(shí)，找出在加總上述量化誤差矩陣至上述抖色矩陣的后一數(shù)值最小的矩陣元素(m，η)，將上述抖色矩陣的矩陣元素(m，n)設(shè)為上述預(yù)設(shè)臨界值，并令上述量化誤差值的總和等于上述量化誤差值的總和加上上述預(yù)設(shè)臨界值； (f)重復(fù)步驟(c)-(e)，直到上述后抖色程序結(jié)束，并產(chǎn)生上述抖色矩陣。
11.如權(quán)利要求7所述的影像處理系統(tǒng)，其中上述原始影像系一灰階影像。
12.如權(quán)利要求7所述的影像處理系統(tǒng)，其中上述影像處理系統(tǒng)用于一手持式電子裝置。
13.一種電腦產(chǎn)品，用以于一影像處理系統(tǒng)中執(zhí)行產(chǎn)生半色調(diào)影像的方法，上述方法包括: 接收一具有原始像素值的原始影像，并根據(jù)一預(yù)設(shè)臨界值產(chǎn)生一具有量化像素值的量化影像； 將上述原始像素值減去上述量化像素值，以產(chǎn)生一量化誤差值； 依據(jù)上述量化誤差值執(zhí)行一后抖色程序，以產(chǎn)生一抖色值；以及加總上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并產(chǎn)生一具有半色調(diào)像素值的半色調(diào)影像。
14.如權(quán)利要求13所述的電腦產(chǎn)品，其中產(chǎn)生上述半色調(diào)影像的步驟還包括: 將上述原始影像區(qū)分為具有一局部區(qū)域尺寸的多個(gè)區(qū)域；以及 對(duì)每一局部區(qū)域執(zhí)行上述后抖色程序。
15.如權(quán)利要求14所述的電腦產(chǎn)品，其中上述局部區(qū)域一包括一二維像素陣列(m，n)的矩陣，其中m及η皆為正整數(shù)且分別代表上述矩陣的第m行及第η列。
16.如權(quán)利要求15所述的電腦產(chǎn)品，其中上述后抖色模塊使用一具有上述局部區(qū)域尺寸且包括上述量化誤差值的量化誤差矩陣執(zhí)行上述后抖色程序，以產(chǎn)生一具有上述局部區(qū)域尺寸且包括上述抖色值的抖色矩陣，其包括下列步驟: (a)將上述抖色值初始為零； (b)取得上述量化誤差值的一總和； (C)當(dāng)上述量化誤差值的上述總和大于負(fù)的上述預(yù)設(shè)臨界值的一半，并小于上述預(yù)設(shè)臨界值的一半時(shí)，停止上述后抖色程序； (d)當(dāng)上述量化誤差值的上述總和大于或等于上述預(yù)設(shè)臨界值的一半時(shí)，找出在加總上述量化誤差矩陣至上述抖色矩陣的后一數(shù)值最大的矩陣元素(m，η)，將上述抖色矩陣的矩陣元素(m，n)設(shè)為負(fù)的上述預(yù)設(shè)臨界值，并令上述量化誤差值的總和等于上述量化誤差值的總和減去上述預(yù)設(shè)臨界值； (e)當(dāng)上述量化誤差值的上述總和小于或等于上述負(fù)的預(yù)設(shè)臨界值的一半時(shí)，找出在加總上述量化誤差矩陣至上述抖色矩陣的后一數(shù)值最小的矩陣元素(m，η)，將上述抖色矩陣的矩陣元素(m，n)設(shè)為上述預(yù)設(shè)臨界值，并令上述量化誤差值的總和等于上述量化誤差值的總和加上上述預(yù)設(shè)臨界值； (f)重復(fù)步驟(c)-(e)，直到上述后抖色程序結(jié)束，并產(chǎn)生上述抖色矩陣。
17.如權(quán)利要求13所述的電腦產(chǎn)品，其中上述原始影像系一灰階影像。
18.如權(quán)利要求1 3所述的電腦產(chǎn)品，其中上述方法用于一手持式電子裝置。
【文檔編號(hào)】H04N1/405GK103428402SQ201310175275
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月15日
【發(fā)明者】楊長(zhǎng)暻 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司