[发明专利]产生半色调影像的方法与影像处理系统及电脑产品

说明书

技术领域

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

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0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。

现有的数字半色调技术可分为三大类：(1)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。

(1)抖色法

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。

(2)错误扩散法

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”Proceedings of the Society for Information Display,volume17,pp.75,1976by R.W.Floyd and L.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产生表示为误差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。

(3)迭代最佳化

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 visual system，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。

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