Оптимизация ядра диффузии ошибки для растрирования полутоновых изображений Федосеев В.А.
368Компьютерная оптика, 2013, том 37, №3
ОПТИМИЗАЦИЯ ЯДРА ДИФФУЗИИ ОШИБКИ ДЛЯ РАСТРИРОВАНИЯ ПОЛУТОНОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Федосеев В.А. Институт систем обработки изображений РАН, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва(национальный исследовательский университет) Аннотация Настоящая работа посвящена поиску наилучшего с точки зрения качества ядра в методе диффузии ошибки, используемом для растрирования полутоновых изображений, при различ-ных ограничениях на вид ядра. В качестве объективной меры качества использовался показа-тель WSNR. Его выбор обусловлен результатами сравнения с другими мерами. Задача много-мерной оптимизации решалась численно с использованием нескольких известных алгорит-мов: Нелдера-Мида, BFGS и др. В результате исследования найдено ядро, позволяющее обес-печить выигрыш по качеству около 5% в сравнении с наилучшим из традиционно используе-мых ядром Флойда. Другие ядра позволяют существенно снизить вычислительную сложность алгоритма без снижения качества. Поскольку метод диффузии ошибки, существенно превос-ходя используемые в полиграфии методы по качеству получаемых образцов, всё же не нахо-дит широкого применения в этой области из-за относительно низкой скорости работы, полу-ченные в работе результаты могут способствовать более активному использованию данного метода на практике.Ключевые слова: растрирование изображений, диффузия ошибки, ядро Флойда, ядро Джарвиса, функция контрастной чувствительности, WSNR, многомерная оптимизация, ме-тод Нелдера-Мида.
ВведениеРастрирование в настоящее время является самой распространённой технологией передачи полутоно-вых изображений через бинарное устройство вывода [1,2]. Эта технология предполагает преобразование полутоновых изображений в монохромные и после-дующую печать последних. Таким образом, резуль-тирующие монохромные изображения должны созда-вать у наблюдателя иллюзию непрерывного тона. Это может достигаться за счёт локальных изменений плотности или размера точек в различных частях изображения.Простейшим методом растрирования является по-роговая обработка [3], однако эффективное его при-менение ограничено контрастными изображениями с малым количеством уровней яркости; для фотореали-стических изображений данный метод неприменим. Наиболее распространённым на практике методом, согласно [1], является метод пороговой обработки по матрице значений, циклически замощающей всё изо-бражение. Размер матрицы должен, с одной стороны, быть достаточно малым, чтобы отражать резкие пе-реходы яркости, а с другой стороны, достаточно большим, чтобы «передать» большее количество гра-даций серого. В зависимости от распределения поро-говых значений в матрице такое растрирование назы-вают амплитудно-модулированным (АМ) или частот-но-модулированным (ЧМ). Очевидно, что в случае матрицы 1×1 этот метод вырождается в пороговую обработку. АМ-растрирование и в особенности ЧМ-растрирование, сохраняя высокое быстродействие, формируют более качественные резул...