产生半色调影像的方法与影像处理系统及电脑产品的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种产生半色调影像的方法、影像处理系统及电脑产品，用于一影像处理系统以产生一半色调影像，上述方法包括：通过一量化器接收一具有原始像素值的原始影像，并根据一预设临界值产生一具有量化像素值的量化影像；通过一减法器将上述原始像素值减去上述量化像素值，以产生一量化误差值；通过一后抖色模块并依据上述量化误差值执行一后抖色程序，以产生一抖色值；以及通过一加法器加总上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并产生一具有半色调像素值的半色调影像。
【专利说明】产生半色调影像的方法与影像处理系统及电脑产品
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种利用产生影像的方法、影像处理系统及电脑程序产品，且特别是有关于一种用以转换一灰阶值影像至一半色调影像的方法、影像处理系统及电脑产品。
【背景技术】
[0002]数字半色调是一种利用数字影像处理由一输入数字影像中产生一半色调数字影像的技术。输入数字影像一般由范围由O至255的离散像素值所组成。为了在一可显示灰阶(例如，黑色)点(dot)的输出装置中重现此影像，必须转换此输入数字影像至一些使用半色调技术形式的半色调数字影像。半色调方法依据观察者的视线，通过半色调数字影像中的一些局部区域在空间中平衡视觉，使得中间的灰阶值可以通过在半色调数字影像的一些小区域“开启”一些像素值及“关闭” 一些像素值而产生。部分被开启的像素值将决定显示的灰阶值。
[0003]现有的数字半色调技术可分为三大类:(I)抖色法(dithering)、(2)扩散误差法(error diffusion)以及(3)迭代最佳化(Iterative Optimization)。这些技术以及这些技术的组合皆有其自身的优点和缺点。一般来说，迭代最佳化技术要求较高的计算量，其主要用于学术方面。抖色及扩散误差此两类较实际的做法已被广泛地研究。这三种方法简要的讲述如下。
[0004](I)抖色法
[0005]有序抖色法(Ordered dithering)可分为两类。通常分为点聚集(clustered-dot)与点扩散(dispersed_dot)有序抖色法两大类。图1a显示一点聚集有序抖色图式，图1b显示一点扩散有序抖色图式。点聚集有序抖色法在一固定间距内使用可变大小的半色调点。在点的外边缘设备像素的增加可以提高覆盖区域及点的大小。从远处看时，点的尺寸越大，覆盖区域也越大，而影像区域较暗。当显示装置可显示一独立黑色或白色像素时，点扩散有序抖色法可为较佳的选择。其使用了一固定大小、可变间距较小的点，以达到与点聚集有序抖色法相同的效果。在一给定的区域或点频率中，点间距的变化改变点的数量。在此技术中，更密集的点分布提供较暗的影像区域。在一些显示装置中，每个点包括四或五个装置像素。点扩散有序抖色法根据在原始影像中阴影的变化提供点的分布。对于特定的显示装置而言，最佳化点分布可能为最好的显示方式。
[0006](2)错误扩散法
[0007]错误扩散法是一种依据输入数字影像值产生不同空间频率内容的适应性演算法(adaptive algorithm)。图2显示一说明基本错误扩散技术的先前技术方块图200。此技术更详细揭露于 “An Adaptive Algorithm for Spatial Greyscale” Proceedingsof the Society for Information Display, volumel7, pp.75, 1976by R.W.Floyd andL-Steinberg中。为了方便说明，将假设输入数字影像的像素范围由0至255。如图2中所示，在一临界值方块201中限制一输入数字影像Pi的像素值，以产生临界的像素值。临界值方块对于输入数字影像中低于一临界值的像素提供一信号使其像素值变更为0，对于输入数字影像中高于此临界值的像素提供一信号使其像素值变更为255。一信号差产生器202接收由临界值方块201中所传送的输入数字影像的像素值及一加法器204的输出。信号差产生器202产生表不为误差205的一信号差。信号差在一误差滤波器203中乘上一误差反馈权重，并提供给加法器204以将此权重误差加上尚未处理的邻近像素值。此可确保半色调数字影像的像素值的算术平均值被保存在一局部的影像区域中。
[0008](3)迭代最佳化
[0009]迭代最佳化方法根据一些相关的模型，例如人类视觉系统(human visualsystem,HVS)，以减少在连续色调影像及半色调影像间的误差。此错误通常通过加权最小平方误差法(Weighted Least-Square Approaches)来计算。由此种类型技术所推导的半色调影像通常具有较高的品质，但在计算复杂度较高。迭代最佳化的过程如图3所示。
[0010]当一电泳显示器(electrophorotic display,EPD)的空间解析度远低于一印表机时，在三种方法间，有序抖色法具有最低的计算量，但所产生的影像品质最差。而错误扩散法和迭代最佳化提供较佳的影像。然而，当使用手持式电子装置来执行这些方法时，其所需的计算资源将成为主要的问题。举例来说，使用8位递回运算来处理的错误扩散法，其计算复杂度在一电泳显示器系统中将是一个很大的负担。因此，一种更进一步减少计算复杂度，并提供高影像品质的系统与方法是有待开发的。
【发明内容】
[0011]本发明提供一种产生半色调影像的方法、影像处理系统及电脑程序产品。
[0012]本发明提出一种产生半色调影像的方法，用于一影像处理系统以产生一半色调影像，上述方法包括:通过一量化器接收一具有原始像素值的原始影像，并根据一预设临界值产生一具有量化像素值的量化影像；通过一减法器将上述原始像素值减去上述量化像素值，以产生一量化误差值；通过一后抖色模块并依据上述量化误差值执行一后抖色程序，以产生一抖色值；以及通过一加法器加总上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并产生一具有半色调像素值的半色调影像。
[0013]本发明提出一种影像处理系统，用以产生一半色调影像，上述系统包括:一量化器，接收一具有原始像素值的原始影像，并根据一预设临界值产生一具有量化像素值的量化影像；一减法器，耦接至上述量化器，用以将上述原始像素值减去上述量化像素值，以产生一量化误差值；一后抖色模块，耦接至上述减法器，用以依据上述量化误差值执行一后抖色程序，以产生一抖色值；以及一加法器，耦接至上述后抖色模块及上述量化器，用以加总上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并产生一具有半色调像素值的半色调影像。
[0014]本发明提出一种电脑程序产品，用以被一电子装置载入以于一影像处理系统中执行产生半色调影像的方法，上述影像处理系统，上述方法包括:接收一具有原始像素值的原始影像，并根据一预设临界值产生一具有量化像素值的量化影像；将上述原始像素值减去上述量化像素值，以产生一量化误差值；依据上述量化误差值执行一后抖色程序，以产生一抖色值；以及加总上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并产生一具有半色调像素值的半色调影像。【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1a显示一 4X4点聚集有序抖色图式。
[0016]图1b显示一 4X4点扩散有序抖色图式。
[0017]图2显示说明执行错误扩散半色调影像的系统方块图。
[0018]图3显示一执行迭代最佳化半色调影像的系统方块图。
[0019]图4显示根据本发明一实施例用于产生一半色调影像的影像处理系统的方块图。
[0020]图5显示根据本发明一实施例用于产生抖色矩阵的虚拟程序码部分的流程图。
[0021]图6a?6c显示根据本发明一实施例的原始影像。
[0022]图6d?6f显示根据本发明一实施例的量化影像。
[0023]图6g?6i显示根据本发明一实施例的半色调影像。
[0024]其中，附图标记说明如下:
[0025]201?临界值方块；
[0026]202?信号差产生器；
[0027]203?误差滤波器；
[0028]204?加法器；
[0029]205 ?误差；
[0030]400?影像处理系统；
[0031]410?量化器；
[0032]420?减法器；
[0033]430?后抖色模块；
[0034]440?加法器；
[0035]S501、S502、S503、S504、S505、S506、S507、S508、S509、S510 ?步骤；
[0036]χ?原始影像；
[0037]xq?量化影像；
[0038]e?量化误差值；
[0039]d?抖色矩阵；
[0040]y?半色调影像。
【具体实施方式】
[0041]为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
[0042]1.系统架构
[0043]本发明是一种有关于具有高执行效率的后抖色(post-dithering)技术的影像处理方法，用以将原始灰阶影像转换为半色调(Halftone)影像。
[0044]图4显示根据本发明一实施例用于产生一半色调影像的影像处理系统400的方块图。如图所示，影像处理系统400处理一原始影像χ以产生一半色调影像。影像处理系统400包括一量化器410、一减法器420、一后抖色模块430及一加法器440。
[0045]量化器410具有第一输入端，用以接收具有原始像素值的原始影像X，并根据一预设临界值T产生一具有量化像素值的量化影像χ,。[0046]减法器420耦接至量化器410，并具有第一输入端，用以接收原始影像X。减法器420将原始影像χ的原始像素值减去量化影像Xq的量化像素值，以产生一量化误差值e。
[0047]后抖色模块430耦接至减法器420，用以依据量化误差值e执行一后抖色程序，以产生具有一抖色值的一抖色矩阵d。
[0048]加法器440耦接至后抖色模块430及量化器410。加法器440用以加总量化影像的量化像素值χ,及抖色矩阵d的抖色值，并产生一具有半色调像素值的半色调影像y。
[0049]在此一实施例中，本发明所提出包括一演算法的后抖色程序，强调将半色调影像的视觉误差的均方差(Mean Square Error7MSE)最小化。在数学上，视觉误差ev的均方差最小化可以下列公式表示:
【权利要求】
1.一种产生半色调影像的方法，用于一影像处理系统以产生一半色调影像，上述方法包括: 通过一量化器接收一具有原始像素值的原始影像，并根据一预设临界值产生一具有量化像素值的量化影像； 通过一减法器将上述原始像素值减去上述量化像素值，以产生一量化误差值； 通过一后抖色模块并依据上述量化误差值执行一后抖色程序，以产生一抖色值；以及通过一加法器加总上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并产生一具有半色调像素值的半色调影像。
2.如权利要求1所述的产生半色调影像的方法，其中产生上述半色调影像的步骤还包括: 通过上述影像处理系统将上述原始影像区分为具有一局部区域尺寸的多个局部区域；以及 通过上述后抖色模块对每一局部区域执行上述后抖色程序。
3.如权利要求2所述的产生半色调影像的方法，其中上述局部区域系一包括一二维像素阵列(m，n)的矩阵，其中m及η皆为正整数且分别代表上述矩阵的第m行及第η列。
4.如权利要求3所述的产生半色调影像的方法，其中上述后抖色模块使用一具有上述局部区域尺寸且包括上述 量化误差值的量化误差矩阵执行上述后抖色程序，以产生一具有上述局部区域尺寸且包括上述抖色值的抖色矩阵，其包括下列步骤: (a)将上述抖色值初始为零； (b)取得上述量化误差值的一总和； (c)当上述量化误差值的上述总和大于负的上述预设临界值的一半，并小于上述预设临界值的一半时，停止上述后抖色程序； (d)当上述量化误差值的上述总和大于或等于上述预设临界值的一半时，找出在加总上述量化误差矩阵至上述抖色矩阵的后一数值最大的矩阵元素(m，η)，将上述抖色矩阵的矩阵元素(m，n)设为负的上述预设临界值，并令上述量化误差值的总和等于上述量化误差值的总和减去上述预设临界值； (e)当上述量化误差值的上述总和小于或等于上述负的预设临界值的一半时，找出在加总上述量化误差矩阵至上述抖色矩阵的后一数值最小的矩阵元素(m，η)，将上述抖色矩阵的矩阵元素(m，n)设为上述预设临界值，并令上述量化误差值的总和等于上述量化误差值的总和加上上述预设临界值； (f)重复步骤(c)-(e)，直到上述后抖色程序结束，并产生上述抖色矩阵。
5.如权利要求1所述的产生半色调影像的方法，其中上述原始影像系一灰阶影像。
6.如权利要求1所述的产生半色调影像的方法，其中上述方法用于一手持式电子装置。
7.一种影像处理系统，用以产生一半色调影像，上述系统包括: 一量化器，接收一具有原始像素值的原始影像，并根据一预设临界值产生一具有量化像素值的量化影像； 一减法器，耦接至上述量化器，用以将上述原始像素值减去上述量化像素值，以产生一量化误差值；一后抖色模块，耦接至上述减法器，用以依据上述量化误差值执行一后抖色程序，以产生一抖色值；以及 一加法器，耦接至上述后抖色模块及上述量化器，用以加总上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并产生一具有半色调像素值的半色调影像。
8.如权利要求7所述的影像处理系统，其中上述影像处理系统将上述原始影像区分为具有一局部区域尺寸的多个局部区域(Local Area);以及上述后抖色模块对每一局部区域执行上述后抖色程序。
9.如权利要求8所述的影像处理系统，其中上述局部区域系一包括一二维像素阵列(m，n)的矩阵，其中m及η皆为正整数且分别代表上述矩阵的第m行及第η列。
10.如权利要求9所述的影像处理系统，其中上述后抖色模块使用一具有上述局部区域尺寸且包括上述量化误差值的量化误差矩阵执行上述后抖色程序，以产生一具有上述局部区域尺寸且包括上述抖色值的抖色矩阵，其包括下列步骤: (a)将上述抖色值初始为零； (b)取得上述量化误差值的一总和； (C)当上述量化误差值的上述总和大于负的上述预设临界值的一半，并小于上述预设临界值的一半时，停止上述后抖色程序； (d)当上述量化误·差值的上述总和大于或等于上述预设临界值的一半时，找出在加总上述量化误差矩阵至上述抖色矩阵的后一数值最大的矩阵元素(m，η)，将上述抖色矩阵的矩阵元素(m，n)设为负的上述预设临界值，并令上述量化误差值的总和等于上述量化误差值的总和减去上述预设临界值； (e)当上述量化误差值的上述总和小于或等于上述负的预设临界值的一半时，找出在加总上述量化误差矩阵至上述抖色矩阵的后一数值最小的矩阵元素(m，η)，将上述抖色矩阵的矩阵元素(m，n)设为上述预设临界值，并令上述量化误差值的总和等于上述量化误差值的总和加上上述预设临界值； (f)重复步骤(c)-(e)，直到上述后抖色程序结束，并产生上述抖色矩阵。
11.如权利要求7所述的影像处理系统，其中上述原始影像系一灰阶影像。
12.如权利要求7所述的影像处理系统，其中上述影像处理系统用于一手持式电子装置。
13.一种电脑产品，用以于一影像处理系统中执行产生半色调影像的方法，上述方法包括: 接收一具有原始像素值的原始影像，并根据一预设临界值产生一具有量化像素值的量化影像； 将上述原始像素值减去上述量化像素值，以产生一量化误差值； 依据上述量化误差值执行一后抖色程序，以产生一抖色值；以及加总上述量化影像的上述量化像素值及上述抖色值，并产生一具有半色调像素值的半色调影像。
14.如权利要求13所述的电脑产品，其中产生上述半色调影像的步骤还包括: 将上述原始影像区分为具有一局部区域尺寸的多个区域；以及 对每一局部区域执行上述后抖色程序。
15.如权利要求14所述的电脑产品，其中上述局部区域一包括一二维像素阵列(m，n)的矩阵，其中m及η皆为正整数且分别代表上述矩阵的第m行及第η列。
16.如权利要求15所述的电脑产品，其中上述后抖色模块使用一具有上述局部区域尺寸且包括上述量化误差值的量化误差矩阵执行上述后抖色程序，以产生一具有上述局部区域尺寸且包括上述抖色值的抖色矩阵，其包括下列步骤: (a)将上述抖色值初始为零； (b)取得上述量化误差值的一总和； (C)当上述量化误差值的上述总和大于负的上述预设临界值的一半，并小于上述预设临界值的一半时，停止上述后抖色程序； (d)当上述量化误差值的上述总和大于或等于上述预设临界值的一半时，找出在加总上述量化误差矩阵至上述抖色矩阵的后一数值最大的矩阵元素(m，η)，将上述抖色矩阵的矩阵元素(m，n)设为负的上述预设临界值，并令上述量化误差值的总和等于上述量化误差值的总和减去上述预设临界值； (e)当上述量化误差值的上述总和小于或等于上述负的预设临界值的一半时，找出在加总上述量化误差矩阵至上述抖色矩阵的后一数值最小的矩阵元素(m，η)，将上述抖色矩阵的矩阵元素(m，n)设为上述预设临界值，并令上述量化误差值的总和等于上述量化误差值的总和加上上述预设临界值； (f)重复步骤(c)-(e)，直到上述后抖色程序结束，并产生上述抖色矩阵。
17.如权利要求13所述的电脑产品，其中上述原始影像系一灰阶影像。
18.如权利要求1 3所述的电脑产品，其中上述方法用于一手持式电子装置。
【文档编号】H04N1/405GK103428402SQ201310175275
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年5月13日 优先权日:2012年5月15日
【发明者】杨长暻 申请人:台达电子工业股份有限公司