數(shù)字半色調處理的并行誤差擴散算法研究.pdf

1、數(shù)字半色調是一種使用黑白二值的像素點來表現(xiàn)連續(xù)灰度圖像的技術。在數(shù)字半色調處理的各種技術中,誤差擴散算法以其較好的半色調圖像質量和較快的算法運行速度,得到了非常廣泛的應用。
　　 多年以來,研究者們對誤差擴散算法進行了大量的研究和改進。在早期的研究中,由于技術條件的限制,圖像尺寸大小有限,同時大規(guī)模并行處理的硬件成本較高,無法在嵌入式設備上使用,從而對誤差擴散算法的改進集中在半色調處理質量上。最近出現(xiàn)的幾種誤差擴散算法已經可以生

2、成質量極高的半色調圖像。
　　 近年來,隨著數(shù)字圖像精度越來越高,半色調算法處理的圖像尺寸也越來越大。在例如在線數(shù)碼印花、即時相片打印、數(shù)字高精度醫(yī)學影像等一些新興的數(shù)字圖像應用中,對圖像顯示的實時性也提出了很高的要求。在如此情況下,不論是學術領域還是生產廠家,都對半色調算法的處理速度越來越重視。而并行誤差擴散算法無論是半色調圖像質量還是算法運行速度都是數(shù)字半色調算法中較為優(yōu)秀的。另一方面,隨著近年來多核桌面CPU和GPGPU的

3、普及,并行計算的硬件成本大幅降低。這在客觀上也推動了并行誤差擴散算法在實際生產中的應用。
　　 本文比較了改進誤差擴散算法半色調質量和提升該算法處理速度的各種途徑,深入分析和總結了并行誤差擴散算法近十年來的主流技術。在此基礎之上,提出了若干分屬不同種類的新穎的并行誤差擴散算法:
　　 1)提出了一種基于分塊的閾值調制并行誤差擴散算法
　　 在鑲嵌分塊的并行誤差擴散算法中,由于需要顧及塊間誤差傳遞,塊內的半色調處理

4、往往會產生特殊的瑕疵,如對角線狀的紋理結構。本文通過在塊內使用斜向45度的S形掃描路徑使得塊內誤差傳遞和塊間誤差傳遞均更為平滑,同時在半色調處理過程中引入閾值調制方法,提升了半色調圖像的整體質量。相比于其他的基于分塊的誤差擴散算法,我們的算法產生的半色調圖像完全沒有塊『白J的邊緣效應,同時也有效的消除了塊內的特殊紋理。
　　 2)提出了一種基于跳躍掃描路徑的并行誤差擴散算法
　　 傳統(tǒng)的誤差擴散算法,無論是沿著光柵掃描路

5、徑還是S形掃描路徑,處理圖像同一行中像素的順序都是連續(xù)的。在中間灰度區(qū)域附近的某些特定灰度值的單一均勻圖像上,這會產生結構化的特殊紋理。本文通過在一定條件下進行掃描路徑的跳躍,有效的減輕了這種特殊紋理的產生。進一步的分析表明,在那些傳統(tǒng)誤差擴散算法容易產生特殊紋理的灰度值上,我們的算法能夠產生更加均勻的、無特殊紋理結構的圖像。同時,各個跳躍產生的子路徑可以被并行的處理。
　　 3)提出了一種基于分段誤差補償?shù)牟⑿姓`差擴散算法

6、r>　　 在S形掃描路徑中像素點的數(shù)據(jù)依賴是全局性的,無法直接進行同步的并行化處理。而現(xiàn)在半色調圖像質量最好的幾種串行誤差擴散算法均使用了S形掃描路徑。本文提出了一種全新的并行處理方法,即通過交錯順序的分段處理和補償間斷點誤差,可以將這些基于S形掃描路徑的串行誤差擴散算法改造成為基于同步的并行誤差擴散算法。實驗表明,改造后的并行算法輸出的半色調圖像可以達到和原串行算法輸出圖像相同的質量。由于受益于并行性,這種算法可以顯著縮短半色調處理