專利名稱：半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法及其圖像處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與一種圖像產(chǎn)生方法及其相關的圖像處理系統(tǒng)有關，特別是與一種以改良 的點擴散法來將一灰階圖像，轉換為一半色調(diào)圖像的半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法及其相關的系統(tǒng) 有關。
背景技術：
數(shù)字半色調(diào)技術為一種將灰階圖像以黑白兩種顏色顯示的技術。半色調(diào)技術主 要用于打印數(shù)據(jù)，例如印刷的雜志、報紙以及書本等等，因為這些輸出裝置只能以黑白形 式輸出。半色調(diào)技術，主要是利用人類的眼睛敏銳性不高的特性，因此一塊均勻的網(wǎng)點， 我們可以控制其疏、密程度，利用黑白像素來顯示出原本所要表示出的灰階效果。半色調(diào) 方法包括有序抖動法(ordereddithering)、點擴散法(dot diffusion)、錯誤擴散(error diffusion)以及直接二元搜尋法(direct binary search,DBS) 0其中，點擴散法可利用一 類別矩陣(class matrix)與一擴散權重，而以平行處理方式來提供可接受的圖像品質(zhì)與較 快的處理效率。一般常用的點擴散法為Knuth與Mese提出的點擴散半色調(diào)算法。Knuth提 出的點擴散半色調(diào)算法是一種企圖在保留誤差擴散的優(yōu)點下，同時提供平行處理的一種算 法。已知地，點擴散法只有一種設計參數(shù)，即類別矩陣，其決定了像素被半色調(diào)處理的順序?；谠陬悇e矩陣中處理順序會明顯影響到重建圖像品質(zhì)的概念下，Knuth提出的 最佳化方式為嘗試減少在類別矩陣中的bar0n(目前進行處理的成員周圍無數(shù)值更高成員 存在)及near-baron(目前進行處理的成員周圍僅存在一個數(shù)值更高成員)數(shù)目，這種觀 念非常直接，然而該方法并未將人眼的特性考慮于其中，而致使所產(chǎn)生的圖像在觀看時是 不舒服的?；诖朔N改良想法，Mese將人眼特性考慮入其類別矩陣的最佳化過程中。然而，于Mese的類別矩陣最佳化過程中，僅使用單一灰階值16來訓練以取得最終 的類別矩陣，而所訓練出的類別矩陣在套用于含有其他灰階值所構成的自然圖像時，將無 法得到最佳的結果。再者，于Mese的類別矩陣最佳化過程中，并未將擴散權重以及擴散區(qū) 域的變化列入考慮，因此也限制了該所訓練出的類別矩陣，對于重建圖像品質(zhì)上的成長空 間。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法與圖像處理系統(tǒng)，其用以將一灰 階原始圖像以具有較高執(zhí)行效率的點擴散半色調(diào)技術來轉換為一半色調(diào)圖像，而可用來改 良所輸出的半色調(diào)圖像品質(zhì)。本發(fā)明的實施例提供一種半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法，其用以產(chǎn)生一半色調(diào)圖像，其可 適用于一系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一圖像輸入模塊以及一半色調(diào)處理模塊。首先，圖像輸入模 塊會接收一原始圖像。接著，半色調(diào)處理模塊將利用具有一第一尺寸的一第一類別矩陣， 以及具有一第一擴散區(qū)域大小的一對應第一擴散權重矩陣，來對原始圖像進行一點擴散程 序，以產(chǎn)生半色調(diào)圖像，其中第一類別矩陣包括點擴散程序的一處理流程，并且半色調(diào)處理模塊根據(jù)具有不同大小的多個類別矩陣，以及具有不同大小的多個擴散區(qū)域，來對至少一 參考圖像進行一權重計算與一品質(zhì)評估，以得到在類別矩陣中具有第一尺寸的第一類別矩 陣、在擴散區(qū)域中的第一擴散區(qū)域大小，以及對應于第一類別矩陣的第一擴散權重矩陣。本發(fā)明的實施例另外可以提供一種圖像處理系統(tǒng)，其用以產(chǎn)生一半色調(diào)圖像，其 包括至少一圖像輸入模塊以及一半色調(diào)處理模塊。圖像輸入模塊會接收一原始圖像。半色 調(diào)處理模塊耦接至該圖像輸入模塊，并利用具有一第一尺寸的一第一類別矩陣，以及具有 一第一擴散區(qū)域大小的一對應第一擴散權重矩陣，來對原始圖像進行一點擴散程序，以產(chǎn) 生半色調(diào)圖像，其中第一類別矩陣包括點擴散程序的一處理流程，并且半色調(diào)處理模塊根 據(jù)具有不同大小的多個類別矩陣，以及具有不同大小的多個擴散區(qū)域，來對至少一參考圖 像進行一權重計算與一品質(zhì)評估，以得到在類別矩陣中具有第一尺寸的第一類別矩陣、在 擴散區(qū)域中的第一擴散區(qū)域大小，以及對應于第一類別矩陣的第一擴散權重矩陣。本發(fā)明上述方法可以通過程序碼方式收錄于實體媒體中。當程序碼被機器載入且 執(zhí)行時，該機器便可以變成用以實行本發(fā)明的裝置。根據(jù)本發(fā)明提供的技術方案，能夠改良所輸出的半色調(diào)圖像品質(zhì)。


圖1顯示依據(jù)本發(fā)明實施例的用于產(chǎn)生半色調(diào)圖像的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。圖2A顯示一標準點擴散架構示意圖。圖2B顯示一已知的擴散權重矩陣。圖2C顯示點擴散程序的錯誤擴散僅可擴散于尚未處理點的示意圖。圖2D顯示一已知的8X8類別矩陣。圖3顯示依據(jù)本發(fā)明實施例的半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法的流程圖。圖4顯示一依據(jù)本發(fā)明實施例的擴散權重矩陣的示意圖。圖5顯示一依據(jù)本發(fā)明實施例的類別矩陣的最佳化程序的流程圖。圖6顯示一依據(jù)本發(fā)明實施例的參考圖像示意圖。圖7顯示一依據(jù)本發(fā)明實施例的平均PSNR計算結果的示意圖。圖8A與圖8B顯示依據(jù)本發(fā)明實施例的類別矩陣示意圖。圖9A與圖9B顯示依據(jù)本發(fā)明實施例的擴散權重矩陣示意圖。附圖標號100 圖像處理系統(tǒng)；110 圖像輸入模塊；120 半色調(diào)處理模塊；130 圖像輸出模塊；140 原始圖像；150 半色調(diào)圖像；160 參考圖像；S310-S320 執(zhí)行步驟；S510-S580 執(zhí)行步驟。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施 例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。本發(fā)明與一種圖像處理方法有關，其用以將一灰階原始圖像轉換為一半色調(diào)圖 像，其采用具較高執(zhí)行效率的點擴散半色調(diào)技術，而利用不同大小的擴散區(qū)域范圍，來配合 不同大小(例如8*8以及16*16)的類別矩陣同時進行最佳化程序，而將可以取得最佳的擴 散權重以及擴散區(qū)域，而可被用來改良所輸出的半色調(diào)圖像品質(zhì)。依據(jù)本發(fā)明實施例的點 擴散法所得到的半色調(diào)圖像品質(zhì)，優(yōu)于所提現(xiàn)階段品質(zhì)最好的點擴散法，并且可同時保留 點擴散法固有的平行處理特性，故在執(zhí)行效率上遠高于已知的擴散法如直接二元搜尋與錯 誤擴散法。以下介紹本發(fā)明實施例的用于產(chǎn)生半色調(diào)圖像的圖像處理系統(tǒng)。圖1顯示依據(jù)本發(fā)明實施例的用于產(chǎn)生半色調(diào)圖像的圖像處理系統(tǒng)100。如圖1 所示，圖像處理系統(tǒng)100中至少包括一圖像輸入模塊110、一半色調(diào)處理模塊120以及一圖 像輸出模塊130。圖像輸入模塊110用以接收例如一灰階圖像的一原始圖像數(shù)據(jù)140。半 色調(diào)處理模塊120耦接至圖像輸入模塊110，其會接收原始圖像數(shù)據(jù)140，并利用具有一第 一尺寸的一第一類別矩陣，以及一具有一第一擴散區(qū)域大小的一對應第一擴散權重矩陣， 來對該原始圖像進行一點擴散程序，以產(chǎn)生一半色調(diào)圖像150。其中，第一類別矩陣包括點 擴散程序的一處理流程，并且半色調(diào)處理模塊120根據(jù)具有不同大小的類別矩陣，以及具 有不同大小的擴散區(qū)域，來對至少一參考圖像160進行一權重計算與一品質(zhì)評估，以得到 在這些類別矩陣中具有第一尺寸的第一類別矩陣、在擴散區(qū)域中的第一擴散區(qū)域大小，以 及對應于第一類別矩陣的第一擴散權重矩陣。關于半色調(diào)處理模塊120如何根據(jù)具有不同 大小的類別矩陣，以及具有不同大小的擴散區(qū)域，來對至少一參考圖像160進行一權重計 算與一品質(zhì)評估的步驟，將于后進行說明。圖像輸出模塊130耦接至半色調(diào)處理模塊120，以接收半色調(diào)處理模塊120所產(chǎn)生 的半色調(diào)圖像150，并將此半色調(diào)圖像150輸出。舉例來說，圖像輸出模塊130可打印此半 色調(diào)圖像150。于本案中采用點擴散(Dot diffusion)程序，來將灰階圖像轉換為一半色調(diào)圖像。 關于如何將灰階圖像利用點擴散法轉換為一半色調(diào)圖像的相關計算為已知技術，以下僅列 出其結果，細節(jié)在此省略。請參照圖2A，其顯示一標準點擴散架構的示意圖。于本實施例中，假設原始圖像大 小為PXQ且被分割為許多不重迭的大小為MXN的區(qū)塊，每一區(qū)塊皆對應至同一的且具有 相同于MXN的區(qū)塊大小的類別矩陣，類別矩陣中包括點擴散程序的處理流程，且每次處理 一個點。假設定義像素值255為白點且像素值0為黑點，變數(shù)Xi,」表示目前處理的像素點， χ' μ表示由周圍已處理過的鄰近點擴散而來的累積誤差，變數(shù)by表示位置(i，j)的二 元輸出值(亦即輸出只有黑或白)，變數(shù)Vi, j為經(jīng)過修改的灰階輸出，ei,j為經(jīng)過修改的灰 階輸出Vy與二元輸出by之間的灰階差值，則ei，>u與Vy的關系如下列方程序⑴與 (2)所示
1 ρν hViij = Xi,^' W，其中、=ΣΣO)
m=一 IM=一 1^
權利要求
1.一種半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法，其特征在于，所述方法用以產(chǎn)生一半色調(diào)圖像，且適用于 一系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一圖像輸入模塊以及一半色調(diào)處理模塊，所述方法包括下列步 驟所述圖像輸入模塊接收一原始圖像；以及所述半色調(diào)處理模塊利用具有一第一尺寸的一第一類別矩陣，以及具有一第一擴散區(qū) 域大小的一對應第一擴散權重矩陣，來對所述原始圖像進行一點擴散程序，以產(chǎn)生所述半 色調(diào)圖像，其中所述第一類別矩陣包括所述點擴散程序的一處理流程，并且所述半色調(diào)處理模塊 根據(jù)具有不同大小的多個類別矩陣，以及具有不同大小的多個擴散區(qū)域，來對至少一參考 圖像進行一權重計算與一品質(zhì)評估，以得到在所述類別矩陣中具有所述第一尺寸的所述第 一類別矩陣、在所述擴散區(qū)域中的所述第一擴散區(qū)域大小，以及對應于所述第一類別矩陣 的所述第一擴散權重矩陣。
2.如權利要求1所述的半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法，其特征在于，所述半色調(diào)處理模塊根據(jù) 具有不同大小的多個類別矩陣以及具有不同大小的多個擴散區(qū)域，來對至少一參考圖像進 行所述權重計算與所述品質(zhì)評估，以得到在所述類別矩陣中具有所述第一尺寸的所述第一 類別矩陣、在所述擴散區(qū)域中的所述第一擴散區(qū)域大小，以及對應于所述第一類別矩陣的 所述第一擴散權重矩陣的步驟，包括提供一初始類別矩陣與一初始擴散權重矩陣；分別以所述擴散區(qū)域大小的其中一者，來測試所述初始類別矩陣；依序由所測試的所述初始類別矩陣的所述擴散區(qū)域大小中選出一成員，并將所述成員 與所述擴散區(qū)域大小中的剩余成員的每一者進行一交換操作，以產(chǎn)生一交換類別矩陣；于每次進行所述交換操作時，依據(jù)一特定規(guī)則，來對所述初始權重矩陣進行一擴散權 重調(diào)整，以產(chǎn)生一調(diào)整擴散權重矩陣；利用每一所述交換類別矩陣與每一所述調(diào)整擴散權重矩陣來進行所述點擴散程序，以 產(chǎn)生對應的一第二半色調(diào)圖像；計算每一所述第二半色調(diào)圖像的一第二平均峰值信號噪聲比；以及依據(jù)所述第二平均峰值信號噪聲比，來得到所述第一類別矩陣與其對應的所述第一擴 散權重矩陣。
3.如權利要求2所述的半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法，其特征在于，所述特定規(guī)則包括將所述 擴散權重矩陣中較靠近中心位置的點給予較高值，并將所述擴散權重矩陣中距離中心相同 距離者給予相同權重值，以及將最靠近中心的水平垂直四個位置權重設為1。
4.如權利要求1所述的半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法，其特征在于，所述半色調(diào)處理模塊利用 具有所述第一尺寸的所述第一類別矩陣，以及一具有所述第一擴散區(qū)域大小的所述對應第 一擴散權重矩陣，來對所述原始圖像進行所述點擴散程序，以產(chǎn)生所述半色調(diào)圖像的步驟 更包括將所述原始圖像依據(jù)所述第一尺寸分為多個區(qū)塊；以及將每一所述區(qū)塊依據(jù)所述第一類別矩陣、所述第一擴散區(qū)域大小，以及所述第一擴散 權重矩陣的擴散權重，來進行所述點擴散程序，以產(chǎn)生所述半色調(diào)圖像。
5.如權利要求4所述的半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法，其特征在于，所述半色調(diào)圖像的每一點依據(jù)下列公式產(chǎn)生= Xi^+X' ^，其中<"=11--，Γ 0, Ifvij <128、=%-、，其中~:|2燈 ifVij>_m，其中Xy表示目前處理的像素點，X' M表示被周圍已處理過的鄰近點擴散而來的累 積誤差，by表示位置(i，j)的二元輸出值，Vi,j為經(jīng)過修改的灰階輸出，ei,j為經(jīng)過修改的 灰階輸出Vi,」與二元輸出by之間的灰階差值，而hm,n表示對應所述點的擴散權重。
6.如權利要求1所述的半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法，其特征在于，所述擴散區(qū)域大小至少包 括3X3、5X5、7X7以及9X9，所述類別矩陣大小至少包括8X8以及16X16以及所述參考 圖像包括一多色階的自然圖像。
7.一種圖像處理系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理系統(tǒng)用以產(chǎn)生一半色調(diào)圖像，且適用 于一系統(tǒng)，包括一圖像輸入模塊，其用以接收一原始圖像；以及一半色調(diào)處理模塊，其耦接至所述圖像輸入模塊，并利用具有一第一尺寸的一第一類 別矩陣，以及具有一第一擴散區(qū)域大小的一對應第一擴散權重矩陣，來對所述原始圖像進 行一點擴散程序，以產(chǎn)生所述半色調(diào)圖像，其中所述第一類別矩陣包括所述點擴散程序的一處理流程，并且所述半色調(diào)處理模塊 根據(jù)具有不同大小的多個類別矩陣，以及具有不同大小的多個擴散區(qū)域，來對至少一參考 圖像進行一權重計算與一品質(zhì)評估，以得到在所述類別矩陣中具有所述第一尺寸的所述第 一類別矩陣、在所述擴散區(qū)域中的所述第一擴散區(qū)域大小，以及對應于所述第一類別矩陣 的所述第一擴散權重矩陣。
8.如權利要求7所述的圖像處理系統(tǒng)，其特征在于，所述半色調(diào)處理模塊更進一步提 供一初始類別矩陣與一初始擴散權重矩陣；分別以所述擴散區(qū)域大小的其中一者來測試所 述初始類別矩陣；依序由所測試的所述初始類別矩陣的所述擴散區(qū)域大小中選出一成員， 并將所述成員與所述擴散區(qū)域大小中的剩余成員的每一者進行一交換操作，而產(chǎn)生一交換 類別矩陣；于每次進行所述交換操作時，依據(jù)一特定規(guī)則，對所述初始權重矩陣進行一擴散 權重調(diào)整，以產(chǎn)生一經(jīng)調(diào)整擴散權重矩陣；利用每一所述交換類別矩陣與每一所述調(diào)整擴 散權重矩陣進行所述點擴散程序，以產(chǎn)生對應的一第二半色調(diào)圖像；計算每一所述第二半 色調(diào)圖像的一第二平均峰值信號噪聲比，并依據(jù)所述第二平均峰值信號噪聲比，來得到所 述第一類別矩陣與其所對應的所述第一擴散權重矩陣。
9.如權利要求8所述的圖像處理系統(tǒng)，其特征在于，所述特定規(guī)則包括將所述擴散權 重矩陣中較靠近中心位置的點給予較高值；將所述擴散權重矩陣中距離中心相同距離者給 予相同權重值；以及將最靠近中心的水平垂直四個位置權重設為1。
10.如權利要求7所述的圖像處理系統(tǒng)，其特征在于，所述半色調(diào)處理模塊更將所述原 始圖像依據(jù)所述第一尺寸分為多個區(qū)塊，并將每一所述區(qū)塊依據(jù)所述第一類別矩陣、所述 第一擴散區(qū)域大小，以及所述第一擴散權重矩陣的擴散權重來進行所述點擴散程序，以產(chǎn) 生所述半色調(diào)圖像。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半色調(diào)圖像產(chǎn)生方法及其圖像處理系統(tǒng)。該方法用以產(chǎn)生一半色調(diào)圖像，適用于一系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括至少一圖像輸入模塊及一半色調(diào)處理模塊。圖像輸入模塊接收一原始圖像，接著，半色調(diào)處理模塊利用具有一第一尺寸的一第一類別矩陣，及具有一第一擴散區(qū)域大小的一對應第一擴散權重矩陣，對原始圖像進行一點擴散程序，以產(chǎn)生半色調(diào)圖像，第一類別矩陣包括點擴散程序的一處理順序，且半色調(diào)處理模塊根據(jù)具有不同大小的多個類別矩陣以及具有不同大小的多個擴散區(qū)域，對至少一參考圖像進行一權重計算與一品質(zhì)評估，得到在類別矩陣中具有第一尺寸的第一類別矩陣、在擴散區(qū)域中的第一擴散區(qū)域大小，及對應于第一類別矩陣的第一擴散權重矩陣。
文檔編號H04N1/405GK102131037SQ20101000241
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月20日 優(yōu)先權日2010年1月20日
發(fā)明者劉云夫, 郭景明 申請人:郭景明