[发明专利]基于分块式误差扩散的半色调图像生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于分块式误差扩散的半色调图像生成方法。

背景技术

由于现实中许多设备的表达色调的能力实在有限，在很多色调丰富的图像中就有相当一部分色调实际上没法如实地表达出来，于是半色调技术就孕育而生，数字图像半色调技术统指将色调丰富的图像用有限少量的色调来表示的过程，例如，将具有256个色调的灰度图像仅用黑点（像素强度值等于0）和白点（像素强度值等于255）两种色调来表示。当然，也可以不止黑白两种色调。半色调技术在现实生活和科学研究中的应用范围是相当广泛，最具代表性的应用设备就有打印机和显示器。

半色调技术发展至今，涌现了很多不同的方法。其中经典的半色调算法有误差扩散法（Error Diffusion），有序抖动法（Ordered Dithering），以及直接二值搜索法（Direct Binary Search）。直接二值搜索法（Direct Binary Search）实际是一个迭代模型，先用一种简单的方法得到初始的半色调图像，然后对初始半色调图像进行迭代处理，力图减少半色调图像和原始图像在HVS模型和设备模型中呈现出来的可见误差，效果是三者中最优的，但是速度极慢。

有序抖动法是将原始图像和一个周期性的阈值矩阵进行比较决定出半色调图像。有序抖动法随着阈值矩阵的不同设计而具有不同的特点，虽然可以并行实现，速度也最快，但是对连续调图像进行完这种方法的处理后，大多数结果都有比较严重的细节丢失，并且所得到的相应的半色调图像对比原始图像存在很大的失真，效果非常不好。

误差扩散是一种非常流行而且效果不错的算法，这种算法最早是由Floyd-Steinberg提出的，这种算法需要进行领域处理，所产生的半色调图像色调丰富。一个典型的流程如下：依照光栅扫描的路径来遍历图像中的各个像素。若图像仅用黑点（像素强度值等于0）和白点（像素强度值等于255）两种色调来表示，则以中位数（127.5）作为阈值，对于每个像素，先把该像素与该阈值进行比较，如果大于该阈值，则将该像素强度值置为255，否则的话，则将该像素强度值置为0。接下来计算相应的结果误差，并且依据相应的误差扩散系数，分别将各个方向上的误差扩散到周围相应的像素上。

误差扩散虽然简单易用，但是也有明显的细节流失，特别是处理纹理图像时，后来Pang等人为了达到既可以保留原始图像的结构特性又可以保留原始图像的色调特性的效果，建立起了一个目标优化函数，通过模拟退火算法迭代求出一个最优的半色调结果，其算法效果好，但是耗时长，且难于并行处理。之后，Li等人将结构化特性引入到了误差扩散的机制中，都得到了比较好的效果，速度较之前有了较大的提升，但是整个算法仍然停留在串行处理上面。

发明内容

本发明提供了一种半色调图像生成方法，在对图像进行分块编组后，并行处理各个组内的各个图像块。

一种基于分块式误差扩散的半色调图像生成方法，其特征在于，包括：

步骤1，将原始图像分割为若干图像块，在行、列上相邻的图像块分别归类到不同的组，所有图像块共分为四组；

步骤2，在四组图像块中，以任选的方式依次对每一组图像块进行半色调处理，得到最终的半色调图像，其中同一组中的所有图像块同时进行半色调处理，针对各个图像块进行半色调处理时，首先设定遍历路径，然后按该遍历路径对当前图像块中的各个像素进行量化及误差扩散处理。

步骤2中图像所使用的分块策略目的在于便于多个计算单元同时地对同一组内的不同的图像块进行处理。在计算单元较多的情况下，可以将图像块的长和宽设置得较小，则图像块的数量就会变多，便于充分利用各个计算单元进行同时运算；反之，在计算单元较少的情况下则应该减小图像块的尺寸。

步骤2所述量化及误差扩散处理包括如下步骤：

a.对当前像素进行量化，得到当前像素量化值；

b.由步骤a所得的当前像素量化值计算出对应的量化误差；

c.由步骤b得到的量化误差生成当前像素的误差扩散系数矩阵；

d.由步骤b得到的量化误差和步骤c得到的误差扩散系数矩阵更新当前图像块中其余未经遍历的像素强度值。

所述的步骤c中的误差扩散系数矩阵，是根据当前像素与周围像素的关系所生成的。该误差扩散系数矩阵，也称作对比度化模板。假设像素(i,j)为该块图像第i行第j列的像素，当前像素的量化误差为e，那么，它所对应的误差扩散系数矩阵的计算公式如下：