CN100377566C - 多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，属于图像硬拷贝复制领域的半色调网点生成方法技术领域。现有技术中，对于输出设备在基于误差扩散技术的混合网点多位成像深度的控制技术实现上无法打破误差扩散带来的影响，从而导致多位成像深度的混合网点输出无法达到设备要求。本发明所述的方法在挂网时，在原有误差扩散的双反馈混合挂网技术的基础上，采用了多位混合网点的动态控制算法。采用本发明所述的方法可以在多位成像深度的输出设备上输出高质量层次饱满的多位半色调图像，并有效地解决原有的一位深度设备下输出的混合网点边沿锯齿现象，保证在低分辨率下输出高分辨率效果的层次阶调连续的调频调幅混合网点。

Description

多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法

技术领域

本发明属于图像硬拷贝复制领域的半色调网点生成方法技术领域，具体涉及一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法。

背景技术

图象的硬拷贝复制主要涉及打印机及高档印刷制版设备的挂网制版技术。用于图像硬拷贝复制的挂网技术又称为数字图象半色调技术。数字图象半色调技术可以分为两类，分别是调幅挂网和调频挂网。调幅挂网又称为聚集点有序抖动技术，其特征是所生成的半色调图象的染色点在几何位置上是两两相邻地聚合在一起的，从而形成了一簇一簇的染色区域，这些染色区域又被称为网点，由于聚集点有序抖动技术采用控制网点面积的方法再现原稿图象灰度，因而被称为调幅网点。

目前，基于调频网与调幅网混合挂网的技术，申请人在先提交的中国专利申请“一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法”(申请号：200510068127.8，公开日2005年9月14日)公开了一种方法。该方法中的调频调幅混合网点技术主要是基于一位成像深度设备基础上的，在实际设备输出网点时，由于一位设备输出网点层次只有两个设备层次：255(白点)、0(黑点)，通常一位成像深度设备输出的调频调幅混合网点的边沿锯齿现象明显，尤其体现在文字边沿更见明显；同时由于混合网点的调幅特性-网点大小所带来的图像锐化效果的加剧，导致在一位成像深度设备上输出的图像具有较强的颗粒感和纹理效果，导致图像整体成像平滑度不够，影响图像输出质量。

由于一位成像深度设备的上述不足，继而有了多位成像深度设备的出现。该设备的输出层次随成像深度的不同而呈2的幂的倍数增加，常见的有2位，4位输出设备，其可再现的层次分别为4个，16个层次。多位成像深度设备的出现最终目的是希望能够在较低分辨率下得到较高分辨率的输出效果，从而抵消低分辨率下图像成像质量差的问题，同时结合多位成像深度设备内嵌的PWM网点层次偏移技术，达到优化设备输出的半色调网点质量，更好的稳定地输出半色调网点。

在图像硬拷贝技术领域内，适应于多位成像深度设备的半色调挂网技术主要体现在调幅挂网技术上，由于调幅网点的自身规律性分布及网点大小的可控性。因此在原有一位深度的调幅网技术上很容易演变出多位深度的相应挂网技术以适用于多位成像深度设备。

但是，基于误差扩散技术基础上的专利申请“一种基于双反馈的误差扩散调频挂网方法”中，由于半色调挂网是实时动态进行的，网点分布的随机性，并且网型的控制也是随着位置的不同而发生随机性的变化，要想在此技术基础上衍生出其多位深度的网点生成技术，存在一定的难度，至今还没有有效的生成技术方法，有待于进一步改进和完善。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提出一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法。该方法基于误差扩散技术基础上的多位成像深度的调频与调幅混合网点生成技术，能够在原有的混合网点生成技术基础上，引入多位网点生成技术，能够保证原有的调频调幅混合网点技术具有了多位成像深度的特性，使得多位成像深度设备上能够输出多位深度的调频调幅混合网点，从而能够有效的发挥了多位成像深度设备的长处，提高了混合网点的输出质量。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，包括以下步骤：

步骤一：首先根据设备的图像位深度n，将0到255的层次阶调范围均分为2n-1个不同区域：

[0，R₁]，(R₁，R₂]，...，(R_i-1，R_i]，...(R_2″-2，255]

与其对应的位输出点阵范围如下：

(0，Out₁)，(Out₁，Out₂)，...，(Out_i-1，Out_i)，...(Out_2″-2，11...1)

其中：Out_i为n位深度二进制表示。

在每个区域范围内内取中间点的阈值M_i作为该区域的阈值比较参数；

步骤二：在[0，255]的层次阶调范围内，设定n位成像深度输出概率阈值；

更进一步，在[0，255]的层次阶调范围内，设定2ⁿ-2个整数作为n位成像深度输出概率阈值：L₁，L₂，...，L_i，...，L_2″-2，并根据实际设备输出要求对所述概率阈值的大小做相应调整；

步骤三：在2ⁿ-1个不同区域(R_i-1，R_i]中，基于已有的误差扩散双反馈的调频调幅混合网挂网方法，分别作相应运算处理，其具体处理方法包括以下步骤：

步骤1、对原稿图像的最终输入像素g″(m，t)进行域值比较运算T，运算的结果被转换成为半色调图像的像素输出值b(m，t)；

更进一步，扫描并输入原稿图像时采用双向扫描的方法，即针对连续扫描的原稿每一行，扫描首先是从左到右扫描一行，紧接着下一行的扫描采用由右到左进行，依次类推交错进行，直到所有行扫描完毕。

步骤2、将此像素输出值b(m，t)和原稿像素输入值g′(m，t))进行比较，并计算两者的差值即误差值e(m，t)；

步骤3、将误差值e(m，t)通过误差扩散滤波器e与预设的权重分配值作乘机运算后扩散到当前处理像素周围未处理的像素上，被扩散位置的原稿输入像素g(m，t)将和被扩散到此像素上的误差值加全求和得到新的原稿像素输入值g′(m，t)；

更进一步，这里的误差扩散滤波器e，采用下表的扩散原理和权重分配系数：

            **    d₅    d₃

d₂    d₄    d₅    d₄    d₂

d₁    d₂    d₃    d₂    d₁

其中**代表了当前点像素位置，其它位置的算术比值代表了与当前像素相对位置上的扩散权重值，取值范围在[0，1]，且满足：

2×d₁+4×d₂+2×d₃+2×d₄+2×d₅∈[0，1]。

步骤4、与上面步骤2、步骤3操作并行，将当前处理后的像素输出值b(m，t)与扩散滤波器w进行乘积运算并进行抖动处理后扩散到周围相应的未处理像素上并与上面两步中误差扩散的参数累加后，再与原稿输入像素g(m，t)作最终的加全求和作为最终输入像素g″(m，t)；

更进一步，这里扩散滤波器w的扩散方向设置如下：

                      **     w₀

                w₃    w₂    w₁

其中：扫描方向由左到右，**代表了当前点像素位置，其它位置的参数代表了与当前像素相对位置上的扩散权重值，取值范围在[0，1]，且满足：

w₀+w₁+w₂+w₃∈[0，1]。

更进一步，对扩散滤波器w的抖动算法采用如下的方法进行处理：

fRand＝(R(m，t)/R_MAX-0.5)×cDither

dw₀＝w₀-fRand

dw₂＝w₂+fRand

dw₁＝w₁+fRand

dw₃＝w₃-fRand

上述公式中：fRand为抖动微调参数；R(m，t)为扫描当前点的随机取值参数；R_MAX为随机参数R(i)的最大值；cDither为抖动幅度调整参数，该参数决定了调幅特性质量优劣；dw₀～dw₃为抖动后扩散滤波器w不同方向上的权重扩散值。

步骤5、循环上面步骤1到步骤4，直到将所有原稿输入像素g(m，t)处理完成。

步骤四：在区域(R_i-1，R_i]内实现混合挂网的同时，根据概率阈值F_i及当前点的网型控制累积值ShapeCur，采用动态可变层次输出机制，算法如下公式：

根据ShapeCur产生当前点的伪随机值：

F_i＝random(ShapeCur)，公式1

其中：伪随机函数random可在编译环境下自动产生，F_i∈[0，255]动态计算输出点阵数据：

$\mathrm{OUT}=\left\{\begin{array}{c}{I}_1=\left\{\begin{array}{c}0--------F_i\∈[0,L_1]\\ {\mathrm{Out}}_1------F_i\∈(L_1,L_2]\\ ...\\ {\mathrm{Out}}_{i-1}-----F_i\∈(L_{i-2},L_{i-1}]\end{array}\right.\\ I_2=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Out}}_i------F_i\∈(L_{i-1},L_i]\\ {\mathrm{Out}}_{i+1}-----F_i\∈(L_i,L_{i+1}]\\ ...\\ 11...1-----F_i\∈(L_{2^n-2},255]\end{array}\right.\end{array}\right.$

公式2

本发明的效果在于：使用本发明提供的方法，可以在原有误差扩散双反馈的调频调幅混合网挂网方法的基础上，根据设备成像位深度生成相应位数的多位混合半色调网点，从而充分发挥了多位成像设备的特性，能够在低分辨率下输出高分辨率效果的调频调幅半色调混合挂网效果，优化了网点边沿锯齿现象，解决了文字挂网边沿不平滑的问题，同时提高了网点输出层次，保证了层次阶调的连续平滑。

附图说明

图1是多位(n位)成像深度混合半色调挂网原理图

图2是2位混合网点层次区域划分图

图3是2位混合网点高密度区计算图解

图4是2位混合网点中密度区计算图解

图5是2位混合网点低密度区计算图解

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：

一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，采用了多位深度动态网点控制算法，如图1所示。本实施例中，设定设备成像位深度为2位，即n＝2，则具体实现方案包括以下步骤：

步骤一：参见图2，首先根据设备的图像位深度n＝2，将0到255的层次阶调范围均分为2ⁿ-1＝3个不同区域：

[0，84]，(84，171]，(171，255]

与其对应的位输出点阵范围如下：

(11，10)，(10，01)，(01，00)

其中：本实施例在实际输出时，设定纯黑为0，纯白为255。

在每个区域范围内内取中间点的阈值M_i作为该区域的阈值比较参数，则：

M₁＝42    M₂＝127    M₃＝212

步骤二：在[0，255]的层次阶调范围内，设定2ⁿ-2＝2个整数作为n位成像深度输出概率阈值：F₁＝8，F₂＝24，通过该阈值概率控制了11，10，01，00的输出概率，从而达到2位混合网点的输出效果；

步骤三：在上面3个不同区域中，基于已有的误差扩散双反馈的调频调幅混合网挂网方法，分别作相应运算处理，其具体处理方法如下：

(1)首先扫描并输入原稿图像，对原稿图像的象素g″(m，t)进行域值比较运算T，运算的结果被转换成为半色调图像的相应象素b(m，t)；

这里扫描原稿象素数据时，为避免由于扫描方向与随机分布的网点频率产生干涉现象，俗称“撞网”，本实施例中采取双向扫描的方法。

(2)将此结果象素b(m，t)和被求域值的输入象素g′(m，t))进行比较，并计算两者的差值即误差值e(m，t)；

(3)将误差值e(m，t)通过一个扩散滤波器e与一定的权重分配值作乘积运算后扩散到当前处理象素周围未处理的象素上，被扩散位置的原稿象素值g(m，t)将和被扩散到此象素上的误差值加全求和得到新的原稿象素输入值g′(m，t)。这里的误差扩散滤波器，我们采用下表的扩散原理和权重分配系数：

            **    d₅    d₃

d₂    d₄    d₅    d₄    d₂

d₁    d₂    d₃    d₂    d₁

其中**代表了当前点象素位置，其它位置的算术比值代表了与当前象素相对位置上的扩散权重值，在本实施例中，采用如下参数取值：

d₁＝1/44    d₂＝2/44    d₃＝5/44    d₄＝4/44    d₅＝8/44

上面步骤2，3完成了第一次扩散反馈操作，实现了误差扩散的基本原理。

(4)与上面步骤(2)、(3)操作并行，将当前处理后的象素输出值b(m，t)与第二个扩散滤波器w进行乘积运算并进行抖动处理后扩散到周围相应的未处理象素上并与上面两步中误差扩散的参数累加后，再与原稿输入象素g(m，t)作最终的加全求和作为最终的输入象素值g″(m，t)。这里第二个滤波器w的扩散方向设置如下：

      **    w₀

w₃    w₂    w₁

其中：扫描方向由左到右**代表了当前点象素位置，其它位置的参数代表了与当前象素相对位置上的扩散权重值，取值范围在[0，1]，且满足：

w_sum＝(w₀+w₁+w₂+w₃)∈[0，1]。

抖动算法我们采用如下的算法进行处理：

fRand＝(R(m，t)/R_MAX-0.5)×cDither

dw₀＝w₀-fRand

dw₂＝w₂+fRnd

dw₁＝w₁+fRand

dw₃＝w₃-fRand

上述公式中：fRand为抖动微调参数；R(m，t)为扫描当前点的随机取值参数；R_MAX为随机参数R(i)的最大值；cDither为抖动幅度调整参数，该参数决定了调幅特性质量优劣；dw₀～dw₃为抖动后滤波器w不同方向上的权重扩散值。

上述步骤(4)完成第二次扩散反馈操作，实现了调频网的调幅特性。

在本实施例中，设定上面的参数如下：

w₀＝w₂＝0.175，    w₁＝w₃＝0.025，    则w_sum＝0.4

cDither＝0.2

挂网过程中，通过调整w_sum，改变调频网点大小，通过w₀～w₃取值分配，来调整调频网点的形状。

(5)循环上面步骤(1)到步骤(4)，直到将所有输入象素g(m，t)处理完成。

步骤四：在3个均等区域内实现混合挂网的同时，根据概率阈值L₁＝8，L₂＝24及当前点的网型控制累积值ShapeCur，采用动态可变层次输出机制，算法如下公式：

根据ShapeCur，结合公式1产生当前点的伪随机值：

F＝random(ShapeCur)，

其中：伪随机函数random可在编译环境下自动产生。F∈[0，255]

根据公式2，动态计算输出点阵数据，在区域[0，84]的计算过程参见图3，在区域(84，171]的计算过程参见图4，在区域(171，255]的计算过程参见图例5，

基于2位深度成像深度设备，结合上面的具体实施例的各个步骤，可以实现2位调频调幅混合挂网。

本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (8)

1.一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，包括以下步骤：

步骤一：首先根据设备的图像位深度n，将0到255的层次阶调范围均分为2ⁿ-1个不同区域：

[0，R₁]，(R₁，R₂]，...，(R_i-1，R_i]，...(R_2n-2，  255]

与其对应的位输出点阵范围如下：

(0，Out₁)，(Out₁，Out₂)，...，(Out_i-1，Out_i)，...(Out_2n-2，11...1)

其中：Out_i为n位深度二进制表示；

在每个区域范围内取中间点的阈值M_i作为该区域的阈值比较参数；

步骤二：在[0，255]的层次阶调范围内，设定n位成像深度输出概率阈值；

步骤三：在2ⁿ-1个不同区域(R_i-1，R_i]中，基于误差扩散双反馈的调频调幅混合网挂网方法，分别作挂网运算处理；

步骤四：在区域(R_i-1，R_i]内实现混合挂网的同时，根据概率阈值F_i及当前点的网型控制累积值ShapeCur，采用动态可变层次输出机制，动态计算输出点阵数据。

2.如权利要求1所述的一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，其特征是：步骤二中，设定2ⁿ-2个整数作为n位成像深度输出概率阈值：L₁，L₂，...，L_i，...，L_2n-2，并根据实际设备输出要求对所述概率阈值的大小做相应调整。

3.如权利要求1所述的一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，其特征是：步骤三中，基于误差扩散双反馈的调频调幅混合网挂网方法，其挂网运算处理包括以下步骤：

步骤1、对原稿图像的最终输入像素g″(m，t)进行域值比较运算T，运算的结果被转换成为半色调图像的像素输出值b(m，t)；

步骤2、将此像素输出值b(m，t)和原稿像素输入值g′(m，t)进行比较，并计算两者的差值即误差值e(m，t)；

步骤3、将误差值e(m，t)通过误差扩散滤波器e与预设的权重分配值作乘积运算后扩散到当前处理像素周围未处理的像素上，被扩散位置的原稿输入像素g(m，t)将和被扩散到此像素上的误差值加全求和得到新的原稿像素输入值g′(m，t)；

步骤4、与上面步骤2、步骤3操作并行，将当前处理后的像素输出值b(m，t)与扩散滤波器w进行乘积运算并进行抖动处理后扩散到周围相应的未处理像素上并与上面两步中误差扩散的参数累加后，再与原稿输入像素g(m，t)作最终的加全求和作为最终输入像素g″(m，t)；

步骤5、循环上面步骤1到步骤4，直到将所有原稿输入像素g(m，t)处理完成。

4.如权利要求3所述的一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，其特征是：步骤1中扫描原稿图像时采用双向扫描的方法，即针对连续扫描的原稿每一行，扫描首先是从左到右扫描一行，紧接着下一行的扫描采用由右到左进行，依次类推交错进行，直到所有行扫描完毕。

5.如权利要求4所述的一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，其特征是：步骤3中的误差扩散滤波器e采用下表的扩散原理和权重分配方向：

            **    d₅    d₃

d₂    d₄    d₅    d₄    d₂

d₁    d₂    d₃    d₂    d₁

其中**代表了当前点像素位置，其它位置的算术比值代表了与当前像素相对位置上的扩散权重值，取值范围在[0，1]，且满足：

2×d₁+4×d₂+2×d₃+2×d₄+2×d₅∈[0，1]。

6.如权利要求5所述的一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，其特征是：步骤4中的扩散滤波器w的扩散方向设置如下：

      **    w₀

w₃    w₂    w₁

其中：扫描方向由左到右，**代表了当前点像素位置，其它位置的参数代表了与当前像素相对位置上的扩散权重值，取值范围在[0，1]，且满足：

w₀+w₁+w₂+w₃∈[0，1]。

7.如权利要求6所述的一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，其特征是：步骤4中对扩散滤波器w的抖动算法采用如下的方法进行处理：

fRand＝(R(m，t)/R_MAX-0.5)×cDither

dw₀＝w₀-fRand

dw₂＝w₂+fRand

dw₁＝w₁+fRand

dw₃＝w₃-fRand

上述公式中：fRand为抖动微调参数；R(m，t)为扫描当前点的随机取值参数；R_MAX为随机参数R(i)的最大值；cDither为抖动幅度调整参数，dw₀～dw₃为抖动后扩散滤波器w不同方向上的权重扩散值。

8.如权利要求1、2、3或7所述的一种多位成像深度设备上的调频调幅混合半色调图像处理方法，其特征是：步骤四中，采用动态可变层次输出机制动态计算输出点阵数据，其算法如下：

根据ShapeCur产生当前点的伪随机值：

F_i＝random(ShapeCur)，    公式1

其中：伪随机函数random可在编译环境下自动产生，F_i∈[0，255]；

动态计算输出点阵数据： $\mathrm{OUT}=\left\{\begin{array}{c}{I}_1=\left\{\begin{array}{c}0--------F_i\∈[0,L_1]\\ {\mathrm{Out}}_1------F_i(L_1,L_2]\\ ...\\ {\mathrm{Out}}_{i-1}-----F_i\∈(L_{i-2},L_{i-1}]\end{array}\right.\\ I_2=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Out}}_i------F_i\∈(L_{i-1},L_i]\\ {\mathrm{Out}}_{i+1}------F_i\∈(L_i,L_{i+1}]\\ ...\\ 11...1------F_i\∈(L_{2^n-2},255]\end{array}\right.\end{array}\right.$ 公式2。

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