Over verschillende algemene digitale halftoonalgoritmen gesproken
Wij zijn een groot drukkerijbedrijf in Shenzhen China. Wij bieden alle boekpublicaties, hardcover boekafdrukken, papercover boekdruk, hardcover notitieboek, takboekafdrukken, boekafdrukken met zadelsteken, boekjes printen, verpakkingsdoos, kalenders, alle soorten PVC, productbrochures, notities, kinderboeken, stickers, alles soorten speciale papieren kleurendrukproducten, gamekaart enzovoort.
Bezoek voor meer informatie
http://www.joyful-printing.com. Alleen ENG
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
e-mail: info@joyful-printing.net
Halftone-technologie wordt al meer dan een eeuw gebruikt bij het afdrukken en wordt al meer dan 40 jaar gebruikt in digitale uitvoerapparaten. Met het toenemende gebruik van digitale uitvoerapparaten zoals laserprinters, inkjetprinters, digitale printers, digitale camera's en plasmaschermen, heeft digitale halftoontechnologie brede aandacht gekregen van fabrikanten en onderzoeksinstellingen. Naast de toepassingen in afdrukken en beelduitvoer, wordt digitale halftone-technologie ook gebruikt op het gebied van compressieopslag, textiel en medicijnen. Daarom heeft digitale halftoontechnologie een belangrijke theoretische betekenis en gebruikswaarde.
Zoals we allemaal weten, verwijst digitale halftoontechnologie naar een technologie die de optimale reproductie van afbeeldingen op binaire (of meerkleuren binaire) kleurende apparaten realiseert op basis van menselijke visuele kenmerken en beeldkleuureigenschappen met behulp van hulpmiddelen zoals wiskunde en computers. . De digitale halftoon is een laagdoorlaatkarakteristiek van het menselijk oog. Wanneer het menselijk oog op een bepaalde afstand wordt bekeken, beschouwt het een ruimtelijk nauw deel van het beeld als geheel. Met dit kenmerk benadert de lokaal gemiddelde grijsschaal van het halftoonbeeld dat door het menselijk oog wordt waargenomen de lokaal gemiddelde grijswaarde van het oorspronkelijke beeld, waardoor een continu tooneffect als geheel wordt gevormd.
Veel algoritmen zijn voorgesteld op basis van de toepassingseigenschappen van digitale halftonen en verschillende velden. Bij het classificeren volgens de verwerkingsmethode van het algoritme, kan het worden onderverdeeld in puntverwerkingsalgoritme, nabewerkingsalgoritme en iteratieve methode. Het algoritme voor puntverwerking is de eenvoudigste methode die een digitale benadering gebruikt om het traditionele proces voor contactscreening in de grafische industrie te simuleren, waarbij elke pixeleenheid in een halftoonbeeld alleen afhankelijk is van de gradatie van de pixel. De belangrijkste methoden zijn de halftoon-sjabloonmethode en de ditheringmethode; het buurtverwerkingsalgoritme berekent een aantal pixels in de buurt van het continu gemoduleerde beeld dat moet worden verwerkt om de pixelwaarde van het halftoonbeeld te verkrijgen. De meer typerende van deze algoritmen is het foutdiffusiealgoritme; de iteratieve methode is een iteratief verwerkingsalgoritme dat meerdere vergelijkingsberekeningen vereist om een optimaal halftoonbeeld te verkrijgen. Daarom heeft het de grootste hoeveelheid berekening. Dit artikel introduceert voornamelijk verschillende representatieve digitale halftone-algoritmen.
Eerste, geordende dither-algoritme (geordende dither)
In dit screeningalgoritme wordt het invoerbeeld vergeleken met een periodieke drempelmatrix (of een screeningmatrix). Een drempelmatrix, waarbij N de periode van de drempelmatrix definieert.
Voor een bepaalde drempelmatrix t (n) kan het geordende jitscreeningsalgoritme als volgt worden beschreven:
(1) Het invoerbeeld moet genormaliseerd zijn, dwz 0 ≤ x (n) ≤ 1. Wanneer h (n) = 0, is de halftoonuitvoerpixel een witpunt en wanneer h (n) = 1, de halftoonpixel is een zwarte stip. De drempelmatrix bepaalt de volgorde waarin de stippen zwarte stippen worden als de helderheid afneemt, wat ook de kwaliteit van het halftoonbeeld bepaalt. Het geordende algoritme voor dithering heeft verschillende kenmerken met verschillende ontwerpen van de drempelmatrix. De eenvoudigste drempelmatrix is een matrix waarin elke pixel een vaste waarde heeft: t (n) = 0,5. Als een geordend dithering-algoritme met een dergelijke drempelmatrix op het beeld wordt toegepast, gaan de meeste details van het continu-toonbeeld verloren en heeft het resulterende corresponderende halftoonbeeld een grote vervorming in vergelijking met het oorspronkelijke continue-toonbeeld.
In het algemeen is geordende jitter verdeeld in punt-geaggregeerde geordende jitter en punt-discrete geordende jitter. De screeningmatrix van punt-vergaarde geordende jitter is zorgvuldig ontworpen om de halftoonverwerking te simuleren. Wanneer de pixeldichtheid van de continu aangepaste afbeelding wordt verminderd, worden de punten rond de pixels gegenereerd. De ontwerpregels voor puntspecifieke geordende jitter worden voorgesteld door Bayer. Zijn onderzoek geeft aan dat de zichtbaarheid van niet-ideale kunstmatige texturen kan worden verkregen door Fourier-analyse van de puntpatronen van verschillende helderheidsniveaus. Wanneer het puntpatroon van een uniform kleurenblok componenten op verschillende golflengten heeft, is de component die overeenkomt met de langste golflengte in de eindige golflengte de component met de hoogste zichtbaarheid. Op basis van deze standaard heeft Bayer een geoptimaliseerde screeningmatrix ontworpen en het halftoonbeeld verkregen door toepassing van de punt discrete en geordende jitter van deze matrix bevat meer zichtbare details.
Hoewel de puntdiscreet geordende jitter meer details bewaart, vanwege de "toevoeging van punten", wordt punt-geaggregeerde geordende jitter vaak gebruikt in praktische toepassingen. De punttoename wordt veroorzaakt door de niet-ideale aard van de printer, hoewel kan worden aangenomen dat een ideale printer punten met vooraf gedefinieerde geometrieën zoals vierkanten kan produceren, maar er worden punten gemaakt als gevolg van de diffusie van inkt van vooraf gedefinieerde geometrieën naar omliggende pixels. Vergroot het fenomeen. Wanneer de pixeldichtheid van de continu aangepaste afbeelding wordt verlaagd, wordt de stip gegenereerd op basis van de omringende pixels, dus de stip-vergaarde geordende jitter heeft meer kans op het voorkomen van de puntversterking, waardoor het puntversterkingseffect in het halftoonbeeld als een geheel.
Ten tweede, het error diffusion algoritme (Error Diffusion)
Het foutdiffusiealgoritme is een populair en halftoon-effectalgoritme, dat voor het eerst werd voorgesteld door Floyed-Steinberg. Dit algoritme vereist nabewerking van de omgeving, wat zorgt voor een hogere halftoonkwaliteit voor de pers en geen puntwinst veroorzaakt, resulterend in een rijk halftoonbeeld met een anisotrope verdeling van pixels.
Het basisidee is om eerst de beeldpixels volgens een bepaalde scanpaddrempel te kwantiseren en vervolgens de kwantisatiefout op een bepaalde manier naar aangrenzende onbewerkte pixels te verspreiden. Het schematische diagram van foutdiffusie is weergegeven in figuur 1.
Figuur 1 Foutdiffusieschema
Waar Q (.) De drempelkwantisatiefunctie is, is u (m, n) de som van de grijswaarde van de pixel en de gedeeltelijke kwantisatiefout. Wanneer u (m, n) groter is dan de drempelwaarde, is de Q (.) -Waarde l, anders is de waarde Is 0. e (m, n) is de kwantisatiefout, x (m, n) is het ingangssignaal , x (m, n) ∈ [0,1]. Drempelverwerking van u (m, n) resulteert in een representatiesignaal b (m, n), b (m, n) ∈ [0,1]. H is een foutdiffusiefilter met een filtercoëfficiënt van h (k, l) en is aanwezig.
Het foutdiffusiealgoritme kan worden uitgedrukt met de volgende formule: (2) - (4)
Derde, puntdiffusiemethode (Dot Diffusion)
Het door Knuth voorgestelde halftoonalgoritme met puntspreiding is een algoritme dat parallelle verwerking biedt terwijl wordt geprobeerd de voordelen van foutdiffusie te behouden. Het puntspreidingsalgoritme heeft slechts één ontwerpparameter, de klassenmatrix C, die de volgorde bepaalt waarin de pixels worden verwerkt met halftinten. De positie van een pixel met continue toonafbeelding is verdeeld in IJ-klassen en I en J zijn invariante gehele getallen. Tabel 1 is een voorbeeld van een klassieke matrix met 64 getallen in de tabel.
Tabel 1 8 × 8 optimalisatieklassenmatrix
Om een continu-toonbeeld te definiëren waarvan de pixelwaarden genormaliseerd zijn, verwerken we voor een vaste k alle pixels behorend tot klasse k en definiëren halftoonpixelwaarden als volgt:
(5) De fout, door de acht velden te observeren, vervangt de continue toonwaarden van die buurten met hogere klassegetallen door de originele continue toonbeeldpixelwaarden (bijvoorbeeld die waarden die niet zijn bewerkt door halftonen). Kort gezegd, een buurt met een hoger aantal klassen wordt vervangen door:
Voor rechthoekige buurten, (6-a)
Voor diagonale buurten, (6-b)
Onder hen is het om ervoor te zorgen dat de som van fouten die aan alle wijken worden toegevoegd, precies is. De rechthoekige hoek heeft een extra parameter 2 omdat de fouten in de horizontale en verticale richting meer opvallen dan de fouten in de diagonale richting.
Daarna wordt de pixel met continue toon met het klasse nummer k + 1 ook op dezelfde manier behandeld. De huidige pixelwaarde is niet langer de oorspronkelijke pixelwaarde van de continue toon, maar wordt aangepast volgens de formule (6). Nadat het algoritme is afgebroken, is het signaal een halftoonresultaat.
Figuur 2 Fout verspreidt zich van één pixel naar de buurt
Figuur 2 illustreert het proces van puntspreiding. De getallen in de matrix zijn de elementen van de klassenmatrix, de omcirkelde getallen zijn de bijbehorende gewichtswaarden van de diffusiecoëfficiënten en de buurten met hogere klassenaantallen van 33 zijn 58, 45, 42, 40, 63, 47. De de bij 33 geproduceerde fout wordt verdeeld in overeenkomstige aliquots volgens de som van de correlatiewaarden van de diffusiecoëfficiënten, die in dit voorbeeld 2 + 1 + 2 + 1 + 2 + 1 = 9 is. Wijs dan e toe in de rechthoekige buurt en 2e in de diagonale buurt. Aangezien er 64 niveaus in totaal zijn, is het algoritme voltooid in 64 stappen.
Vierde, iteratieve halftoon-algoritme
Het idee van het iteratieve halftoonalgoritme is om eerst het eerste halftoonbeeld te verkrijgen met een eenvoudige methode en vervolgens het initiële halftoonbeeld iteratief te bewerken, zodat het halftoonbeeld dat door elk proces wordt verkregen een kleinere fout heeft en tenslotte het visuele maximum. Uitstekend halftoonbeeld. Het voordeel van het iteratieve halftoonalgoritme is dat het resulterende halftoonbeeld uitstekende visuele effecten heeft, in wezen geen structurele textuur; en is in staat om rijke tonen correct weer te geven. Op basis van de computationele complexiteit van dit algoritme is het iteratieve halftoonalgoritme echter over het algemeen moeilijk te gebruiken in realtime verwerking en kan het alleen worden gebruikt als een standaard testprogramma.
De directe binaire zoekmethode (DBS) past een HVS-model en een apparaatmodel toe om de zichtbare fout tussen het gerenderde halftoonbeeld en het continue-toonbeeld te verminderen. Het HVS-model wordt voorgesteld door een lineair verschuivend invariabel laagdoorlaatfilter. De frequentierespons van dit filter is als volgt gedefinieerd:
(7)
Waar is de frequentievariabele van de overeenkomstige hoek van het netvlies, L is de gemiddelde helderheid, c = 0,525 d = 3,91.
Laat e [m, n] de fout afbeelding definiëren en definieer (8)
Waar f [m, n] een afbeelding met een continue toon is en g [m, n] een corresponderende halftoonafbeelding is, kan de zichtbare fout tussen de halftoonafbeelding en de continue toonafbeelding worden uitgedrukt als (9)
Waar X overeenkomt met het raster van het adresseerbare punt van het uitvoerapparaat; en het afgedrukte punt is geconvolueerd met het filter, we zullen een groter bereik aannemen.
De totale fout tussen het gehele halftoonbeeld geproduceerd door DBS en de originele afbeelding is:
(10) Substitueren (9) in (10), E kan als volgt worden berekend
(11) Onder hen is de functie voor kruiscorrectie tussen de afzonderlijke punten van het afdrukbare raster.
DBS gebruikt een iteratief uitwisselingsprogramma om de fout E te verminderen. Dit algoritme scant het volledige halftoonbeeld in volgorde van links naar rechts en van boven naar beneden, te beginnen bij het willekeurig verkregen initiële halftoonbeeld, voor elk van de halftoonbeelden. De pixel evalueert het effect van het inverteren van de pixel en de waarde van het halftoonbeeld dat wordt verkregen door de waarde ervan uit te wisselen met de omringende acht pixels. Als een van de wijzigingen de fout vermindert, blijft de transformatie die de foutreductie veroorzaakt behouden en wordt het bovenstaande proces herhaaldelijk uitgevoerd op de halftoonafbeelding totdat het volledige proces geen transformatiebewerking heeft en het DBS-algoritme eindigt.
V. Samenvatting
In het algemeen is in deze halftoonalgoritmen de beste geproduceerde halftoonbeeldkwaliteit een iteratief algoritme, maar vanwege de complexiteit van de berekening wordt deze in het algemeen niet gebruikt in real-time verwerkingsalgoritmen. Het foutdiffusiealgoritme is momenteel het populairste halftoonalgoritme en het resulterende halftoonbeeld heeft geen duidelijk moiré en een goed visueel effect. Het dithering-algoritme is eenvoudig te implementeren, maar het heeft bepaalde defecten in tonreproductie, ruimtelijke resolutie en zichtbare textuur. Het puntspreidingsalgoritme implementeert parallelle verwerking, maar de kwaliteit van halftoonbeelden moet worden verbeterd.