Способ обработки цветного полутонового изображения с использованием векторной диффузии ошибки цвета и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области обработки цветных полутоновых изображений. Техническим результатом изобретения является одновременное выполнение операции отображения цветов цветовой гаммы и операции формирования битовых карт основных цветов. Дополнительные состояния вывода соответствуют вершинам дополнительно построенного цветового тела, которые устанавливают в перцептуально однородном цветовом пространстве на прямых, проведенных через каждую вершину цветового тела, перпендикулярно каждой грани, которой принадлежит данная вершина цветового тела изображения. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области обработки цветных полутоновых изображений, в частности к способу обработки цветных полутоновых изображений с использованием векторной диффузии ошибки цвета и устройству для его осуществления.

Известно, что в устройствах обработки цветных полутоновых изображений (ЦПИ) ввод и вывод ЦПИ в общем случае выполняются в различных цветовых пространствах. Например, ввод ЦПИ устройством сканирования осуществляется в цветовом пространстве RGB, а вывод ЦПИ четырехцветным струйным устройством печати осуществляется в цветовом пространстве CMYK. Координаты цветов в этих пространствах зависят от характеристик устройств ввода-вывода и характеризуются соотношением между сигналами прибора с зарядовой связью в устройстве сканирования или количеством красителей в устройстве печати. То есть эти цветовые пространства являются аппаратно-зависимыми.

Для передачи ЦПИ между аппаратно-зависимыми цветовыми пространствами устройств ввода и вывода, включая передачу ЦПИ по каналам связи, используют промежуточное преобразование в аппаратно-независимое цветовое пространство, например перцептуально однородное цветовое пространство СIЕ L*a*b*.

Аппаратно-независимые колориметрические цветовые пространства являются теоретическими цветовыми пространствами, которые используются с целью упрощения теоретических расчетов.

Перцептуально однородным цветовым пространством называется цветовое пространство, в котором различия в координатах цвета соответствуют воспринимаемым человеческим глазом различиям в цветах. То есть если различие между одной парой координат цветового пространства является таким же, как различие между второй парой координат цветового пространства, то различие между цветами, соответствующими первой паре координат, будет такое же, как различие между цветами, соответствующими второй паре координат.

Физический диапазон цветов или, другими словами, цветовая гамма ЦПИ зависит от способа ввода ЦПИ. ЦПИ может быть сгенерировано на компьютере специальным пакетом программ, введено с помощью сканирующего устройства, цифровой камеры или другого устройства ввода ЦПИ (УВ ЦПИ).

Устройство дискретного вывода ЦПИ (УДВ ЦПИ) имеет физические пределы диапазона цветов, которые могут быть им воспроизведены. Эти пределы зависят от физических и химических характеристик процесса воспроизведения копии ЦПИ.

Как правило, цветовые гаммы ЦПИ и УДВ ЦПИ отличаются друг от друга. Для воспроизведения полученного от устройства ввода (например, от сканера) или из канала связи ЦПИ на УДВ ЦПИ необходимо отобразить цветовую гамму ЦПИ в цветовую гамму или, другими словами, в цветовое тело УДВ ЦПИ.

Цветовым телом УДВ ЦПИ в цветовом пространстве называют область этого цветового пространства, цвета которой могут быть воспроизведены УДВ ЦПИ.

Известен способ отображения цветов перцептуально однородного цветового пространства в цветовую гамму УДВ ЦПИ [1]. Этот способ предназначен для применения в перцептуально однородном цветовом пространстве CIE L*a*b*.

На фиг. 1 представлен пример отображения цвета элемента изображения (пикселя) оригинала ЦПИ в цвет, принадлежащий цветовому телу четырехцветного устройства вывода с основными цветами С (голубой), М (пурпурный), Y (желтый) и К (черный), выполненного в соответствии с известным способом.

Вершинами цветового тела четырехцветного устройства вывода в цветовом пространстве CIE L*a*b*, изображенного на фиг.1, являются точки, соответствующие цветам, которые четырехцветное устройство вывода может воспроизвести в одном пикселе копии ЦПИ. Этими цветами являются белый цвет носителя W, основные цвета УДВ ЦПИ - С, М, Y, К и цвета, образованные смешением двух основных цветов УДВ ЦПИ-СМ, СY и МY.

В соответствии с известным способом цвет пикселя оригинала ЦПИ Ц_о отображается в цвет Ц_п, принадлежащий цветовому телу четырехцветного устройства вывода, в плоскости постоянного угла оттенка цвета пикселя оригинала Н_ц при постоянной светлоте L*_ц в направлении уменьшения насыщенности цвета С_ц, как показано сплошной стрелкой.

Недостатком известного способа отображения цветов перцептуально однородного цветового пространства в цветовую гамму УДВ ЦПИ является то, что это отображение выполняется не в направлении кратчайшего расстояния в цветовом пространстве между точкой цвета пикселя оригинала ЦПИ Ц_о и цветовым телом УДВ ЦПИ, которое показано пунктирной стрелкой. В результате цветовое различие между цветом пикселя оригинала ЦПИ Ц_о и цветом Ц_п, полученным при отображении цвета Цо в цветовую гамму УДВ ЦПИ известным способом, может быть значительно большим, чем минимальное цветовое различие между цветом пикселя оригинала ЦПИ Ц_о и ближайшим цветом Ц_б, принадлежащим цветовому телу УДВ ЦПИ. Это вызывает значительное визуальное искажение цветов отдельных областей цветового пространства в копии ЦПИ, что приводит к снижению качества копии ЦПИ.

Для воспроизведения на УДВ ЦПИ цветного полутонового изображения, у которого цвета всех пикселей принадлежат цветовой гамме УДВ ЦПИ в аппаратно-независимом цветовом пространстве СIЕ L*a*b*, должны быть выполнены операция преобразования ЦПИ из аппаратно-независимого цветового пространства СIЕ L*a*b* в аппаратно-зависимое цветовое пространство (для четырехцветного устройства печати это цветовое пространство - CMYK) и операция формирования битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ в аппаратно-зависимом цветовом пространстве.

Битовая карта основного цвета УДВ ЦПИ является матрицей, в узлах которой установлены состояния вывода этого цвета для каждого конкретного пикселя ЦПИ. Для УДВ ЦПИ с двумя состояниями, например, струйного печатающего устройства, для каждого основного цвета значение 0 означает, что в данном пикселе этот основной цвет не выводится, а значение 1 - что выводится.

Растрированием называется операция формирования битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ для воспроизведения копии ЦПИ на УДВ ЦПИ.

Наиболее близким техническим решением, обеспечивающим выполнение операции преобразования ЦПИ из аппаратно-независимого цветового пространства CIE L*a*b* в аппаратно-зависимое цветовое пространство и операции растрирования, является известный способ обработки ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета [2].

В известном способе обработки ЦПИ каждый цвет цветового пространства рассматривается как вектор.

Четырехцветное устройство вывода ЦПИ имеет возможность непосредственного воспроизведения в одном пикселе копии ЦПИ только ограниченного количества цветов. Эти цвета - W, К, С, М, Y, CM, CY, MY и цвет CMY, образованный смешением трех основных цветов С, М и Y. В известном способе каждый цвет, который может быть воспроизведен в одном пикселе УДВ ЦПИ. характеризуется путем прямого колориметрического измерения в цветовом пространстве CIE L*a*b* воспроизведенных УДВ ЦПИ образцов цвета.

Таблица состояний вывода состоит из записей, которые соответствуют каждому цвету, который может быть воспроизведен в одном пикселе УДВ ЦПИ. Каждая запись содержит координаты точки цвета в цветовом пространстве СIЕ L*a*b* и битовые значения основных цветов С, М, Y и К УДВ ЦПИ, соответствующие этому цвету (например, цвету СМ соответствуют следующие битовые значения основных цветов - С=1, M=1, Y=0, K=0).

УДВ ЦПИ воспроизводит в пикселе копии ЦПИ цвет из таблицы состояний вывода, который является самым близким в цветовом пространстве CIE L*a*b* к цвету пикселя оригинала ЦПИ. В результате в каждом обработанном пикселе оригинала ЦПИ образуется ошибка цвета. Вектор ошибки цвета вычисляют путем вычитания вектора цвета, соответствующего воспроизведенному цвету, из вектора цвета пикселя оригинала ЦПИ. Вычисленный вектор ошибки цвета распределяют в соседние, еще не обработанные пиксели, изменяя их векторы цвета на доли вычисленного вектора ошибки с целью компенсации искажений цвета между пикселями.

Известное устройство обработки ЦПИ [2], содержит УДВ ЦПИ, диффузор ошибки цвета, состоящий из компенсатора изображения, обратного векторного преобразователя цветового пространства, калькулятора ошибки и распределителя ошибки, и прямой векторный преобразователь цветового пространства.

Известное устройство обработки ЦПИ выполняет операцию преобразования ЦПИ из аппаратно-независимого цветового пространства СIЕ L*a*b* в аппаратно-зависимое цветовое пространство CMYK и операцию растрирования одновременно.

Обработку ЦПИ, представленного в цветовом пространстве СIЕ L*a*b*, известное устройство выполняет следующим образом.

Цвет пикселя оригинала ЦПИ L*_ia*_ib*_i корректируется в компенсаторе изображения по результатам обработки предыдущих пикселей.

Прямой векторный преобразователь цветового пространства вычисляет расстояния в перцептуально однородном цветовом пространстве СIЕ L*a*b* от точки цвета L*_ca*_cb*_c, полученного на выходе компенсатора изображения, до точек, координаты которых записаны в таблице состояний вывода, то есть выполняет операцию квантования.

Цвет точки, расстояние до которой оказывается наименьшим, соответствует состоянию вывода в данном пикселе.

В битовых картах основных цветов УДВ ЦПИ в позиции обрабатываемого пикселя ЦПИ устанавливают битовые значения основных цветов С, М, Y и К из записи таблицы, соответствующей текущему состоянию вывода.

Обратный векторный преобразователь цветового пространства по таблице состояний вывода определяет координаты цвета L*_sа*_sb*_s, соответствующие текущему состоянию вывода.

Калькулятор ошибки вычисляет вектор ошибки цвета L*_ea*_eb*_e в цветовом пространстве CIE L*a*b*, как разницу векторов цвета L*_ca*_cb*_c и цвета L*_sa*_sb*_s. Этот вектор ошибки служит для компенсации ошибки цвета в копии ЦПИ, возникшей в результате выполнения операции квантования.

Распределитель ошибки делит вектор ошибки L*_ea*_eb*_e на доли L*_da*_db*_d.

Полученные на выходе распределителя ошибки векторы L*_da*_db*_d распределяют в соседние, еще не обработанные, пиксели в компенсаторе изображения.

Недостатком известного способа и устройства является недостаточно качественное воспроизведение цветов ЦПИ, так как правильное воспроизведение выполняется для тех цветов ЦПИ, которые принадлежат цветовой гамме УДВ ЦПИ.

В связи с этим, перед обработкой известным способом пикселей оригинала ЦПИ необходимо выполнить отображение цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ. То есть при использовании известного способа операцию отображения цветовой гаммы и операцию растрирования выполняют последовательно, что снижает пропускную способность устройства обработки ЦПИ при воспроизведении копии на УДВ ЦПИ.

Целью настоящего изобретения является повышение качества воспроизведения ЦПИ на УДВ ЦПИ и увеличение пропускной способности устройства обработки ЦПИ при воспроизведении копии на УДВ ЦПИ.

Указанная цель достигается тем, что способ обработки ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета, обеспечивает одновременное выполнение операции отображения цветов цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ и операции формирования битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ для воспроизведения копии ЦПИ за счет введения дополнительных состояний вывода. Дополнительные состояния вывода соответствуют вершинам дополнительно построенного цветового тела, которые устанавливают в перцептуально однородном цветовом пространстве на прямых, проведенных через каждую вершину цветового тела УДВ ЦПИ перпендикулярно каждой грани, которой принадлежит данная вершина цветового тела УДВ ЦПИ. Расстояния от вершин цветового тела УДВ ЦПИ до соответствующих им вершин дополнительного цветового тела выбирают таким образом, чтобы после распределения максимально возможного в действительном цветовом пространстве вектора ошибки цвета в любой возможный цвет пикселя оригинала ЦПИ точка цвета всегда оставалась внутри дополнительного цветового тела. Все эти расстояния выбирают равными друг другу. Выполнение операции отображения цветов цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ в перцептуально однородном аппаратно-независимом цветовом пространстве осуществляют в направлении, обеспечивающем минимальные значения цветовых различий между цветами пикселей оригинала ЦПИ и соответствующими им цветами цветовой гаммы УДВ ЦПИ.

Предпочтительно выполнение операции отображения цветов в направлении, обеспечивающем минимальные значения цветовых различий в два этапа. Сначала для точки цвета пикселя оригинала ЦПИ в перцептуально однородном цветовом пространстве вычисляют расстояния до вершин цветового тела УДВ ЦПИ. Эти расстояния сравнивают между собой и выбирают наименьшее. Затем определяют расстояния в перцептуально однородном цветовом пространстве от точки цвета пикселя оригинала ЦПИ до вершин дополнительного цветового тела, которые соответствуют ближайшей к точке цвета пикселя оригинала ЦПИ вершине цветового тела УДВ ЦПИ. Далее сравнивают вычисленные расстояния от точки цвета пикселя оригинала ЦПИ до ближайшей вершины цветового тела УДВ ЦПИ и до соответствующих этой ближайшей вершине цветового тела УДВ ЦПИ вершин дополнительного цветового тела и выбирают вершину, расстояние до которой оказывается наименьшим. Эта вершина соответствует текущему состоянию вывода.

Записи таблицы состояний вывода УДВ ЦПИ содержат соответствующие каждому состоянию вывода координаты точки в перцептуально однородном цветовом пространстве и битовые значения основных цветов УДВ ЦПИ. Битовые значения основных цветов УДВ ЦПИ дополнительного состояния вывода равны битовым значениям основных цветов УДВ ЦПИ состояния вывода, соответствующего вершине цветового тела УДВ ЦПИ, через которую проведена прямая с установленной на ней вершиной дополнительного цветового тела, соответствующей данному дополнительному состоянию вывода.

Вектор ошибки цвета, используемый для компенсации ошибки в цвете копии, вычисляют как разницу между вектором цвета, полученного в результате коррекции цвета пикселя оригинала ЦПИ по результатам обработки предыдущих пикселей, и вектором цвета, полученного из записи таблицы состояний вывода, соответствующей текущему состоянию вывода УДВ ЦПИ.

Распределение вектора ошибки цвета в соседние, еще не обработанные, пиксели оригинала ЦПИ выполняют с помощью фильтра распределения ошибок. Причем в веса фильтра распределения ошибок вносят случайные возмущения.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство обработки ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета содержит: блок интерфейсов, который служит для подключения внешних устройств (УВ ЦПИ и УДВ ЦПИ), на первый вход которого поступает информация из УВ ЦПИ, а с первого выхода информация выводится на УДВ ЦПИ; блок управления, осуществляющий управление вводом информации, на первый вход которого информация поступает со второго выхода блока интерфейсов, обработкой этой информации, формированием битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ и выводом битовых карт основных цветов на УДВ ЦПИ; блок информации оригинала ЦПИ, соединенный входом и выходом с блоком управления, содержащий информацию оригинала ЦПИ и служащий для временного хранения информации не менее двух строк пикселей оригинала ЦПИ; блок фильтров, соединенный входом и выходом с блоком управления, предназначенный для хранения весов фильтра распределения ошибок цвета с внесенными случайными возмущениями; блок состояний вывода, соединенный входом и выходом с блоком управления; и блок битовых карт, соединенный входом и выходом с блоком управления, предназначенный для временного хранения битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ, с выхода которого информация поступает на пятый вход блока управления и с первого выхода блока управления поступает на второй вход блока интерфейсов.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 представлен пример отображения цвета пикселя оригинала ЦПИ в цвет, принадлежащий цветовому телу УДВ ЦПИ, известным способом, описанным в [1].

На фиг.2 изображены цветовое тело УДВ ЦПИ и дополнительное цветовое тело, вершинами которого являются точки дополнительных состояний, введенные для одновременного выполнения операции отображения цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ и операции растрирования ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета в соответствии со способом согласно настоящему изобретению.

На фиг. 3 показано устройство обработки ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета в соответствии с настоящим изобретением.

Согласно заявляемому способу выполнение операции отображения цветов цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ в перцептуально однородном аппаратно-независимом цветовом пространстве в направлении, обеспечивающем минимальные значения цветовых различий между цветами пикселей оригинала ЦПИ и соответствующими им цветами цветовой гаммы или, другими словами, цветового тела УДВ ЦПИ, повышает качество воспроизведения ЦПИ на УДВ ЦПИ.

Объединение операции отображения цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ и операции растрирования ЦПИ в одну операцию повышает пропускную способность устройства обработки ЦПИ для воспроизведения копии на УДВ ЦПИ.

Для достижения указанных выше целей вводят дополнительные состояния вывода.

Как схематически изображено на фиг.2, из каждой вершины 1 цветового тела УДВ ЦПИ 2 проводят прямые 3 в направлениях, перпендикулярных каждой грани 4 цветового тела УДВ ЦПИ 2, которым принадлежит данная вершина 1. На прямых 3 устанавливают точки 5 вне действительной области цветового пространства на одинаковом расстоянии 6 от вершин 1 цветового тела УДВ ЦПИ 2, из которых проведены эти прямые 3. Это расстояние 6 выбирают таким образом, чтобы после распределения максимально возможного в действительном цветовом пространстве вектора ошибки цвета в любой возможный цвет пикселя оригинала ЦПИ точка цвета пикселя всегда оставалась внутри дополнительного цветового тела 7. Эти установленные на прямых точки являются вершинами дополнительного цветового тела.

Каждая вершина дополнительного цветового тела соответствует дополнительному состоянию вывода УДВ ЦПИ. В таблицу состояний вывода УДВ ЦПИ для каждой вершины дополнительного цветового тела вводят запись. Отличительной особенностью дополнительного состояния вывода является то, что битовые значения основных цветов УДВ ЦПИ дополнительного состояния вывода берут равными битовым значениям состояния вывода, соответствующего вершине цветового тела УДВ ЦПИ, из которой проведена прямая с расположенной на ней вершиной дополнительного цветового тела, соответствующей данному дополнительному состоянию вывода. То есть запись, соответствующая дополнительному состоянию вывода, содержит координаты вершины дополнительного цветового тела в цветовом пространстве CIE L*a*b* и битовые значения основных цветов УДВ ЦПИ - С, М, Y и К, соответствующие вершине цветового тела УДВ ЦПИ, из которой проведена прямая с расположенной на ней вершиной дополнительного цветового тела.

В заявляемом способе с целью уменьшения количества вычислений операцию квантования цвета пикселя оригинала ЦПИ выполняют в два этапа. Сначала для цвета пикселя оригинала ЦПИ вычисляют расстояния в цветовом пространстве CIE L*a*b* от точки этого цвета до вершин цветового тела УДВ ЦПИ. Эти расстояния сравнивают. Затем вычисляют расстояния в цветовом пространстве CIE L*a*b* от точки цвета пикселя оригинала ЦПИ до вершин дополнительного цветового тела, которые лежат на прямых, проведенных из ближайшей к точке цвета пикселя оригинала ЦПИ вершины цветового тела УДВ ЦПИ. Вычисленные расстояния от точки цвета пикселя оригинала ЦПИ до ближайшей вершины цветового тела УДВ ЦПИ и до соответствующих ближайшей вершине цветового тела УДВ ЦПИ вершин дополнительного цветового тела сравнивают. Вершина, расстояние до которой оказывается наименьшим, соответствует текущему состоянию вывода.

Вектор ошибки цвета, вычисленный как разница вектора цвета пикселя оригинала ЦПИ и вектора цвета, соответствующего текущему состоянию вывода, распределяют в соседние, еще не обработанные, пиксели оригинала ЦПИ. При этом координаты цветов всех пикселей ЦПИ с учетом распределенных векторов ошибок цвета всегда расположены внутри дополнительного цветового тела.

Устройство обработки ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета (фиг.3) состоит из следующих блоков. Блок интерфейсов 8 служит для подключения внешних устройств - УВ ЦПИ и УДВ ЦПИ. Блок управления 9 служит для управления вводом информации оригинала ЦПИ, обработкой этой информации, формированием битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ в соответствии с настоящим изобретением и выводом битовых карт основных цветов на УДВ ЦПИ. Блок информации оригинала ЦПИ 10, соединенный входом и выходом с блоком управления 9, содержит информацию оригинала ЦПИ. Блок информации оригинала ЦПИ 10 служит для временного хранения информации не менее двух строк пикселей оригинала ЦПИ - текущей строки и следующей строки. Блок фильтров 11, соединенный входом и выходом с блоком управления 9, предназначен для хранения весов фильтра распределения ошибок цвета с внесенными случайными возмущениями. Блок состояний вывода 12, соединенный входом и выходом с блоком управления 9, предназначен для хранения записей таблицы состояний вывода УДВ ЦПИ, содержащей соответствующие каждому состоянию вывода координаты точки в перцептуально однородном цветовом пространстве и битовые значения основных цветов УДВ ЦПИ. Блок битовых карт 13, соединенный входом и выходом с блоком управления 9, служит для временного хранения битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ.

Работа устройства обработки ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета осуществляется следующим образом.

Сигнал управления поступает из блока управления 9 в блок интерфейсов 8 и информация пикселей оригинала ЦПИ в виде координат цветов пикселей в цветовом пространстве CIE L*a*b* поступает из УВ ЦПИ на первый вход блока интерфейсов 8, затем - на первый вход блока управления 9, а затем - на вход блока информации оригинала ЦПИ 10. Под управлением блока управления 9 в блок информации оригинала ЦПИ 10 из блока интерфейсов 8 поступает информация двух строк пикселей оригинала ЦПИ.

В процессе обработки изображения блок управления 9 читает координаты цвета пикселя текущей строки оригинала ЦПИ из блока информации оригинала ЦПИ 10 и координаты вершин цветового тела УДВ ЦПИ в цветовом пространстве СIЕ L*a*b* из блока состояний вывода 12, вычисляет расстояния от точки цвета пикселя до вершин цветового тела УДВ ЦПИ, сравнивает эти расстояния и выбирает вершину цветового тела УДВ ЦПИ расстояние до которой оказывается наименьшим.

После этого блок управления 9 читает из блока состояний вывода 12 координаты вершин дополнительного цветового тела, соответствующих ближайшей к точке цвета пикселя вершине цветового тела УДВ ЦПИ, вычисляет расстояния от точки цвета пикселя до вершин дополнительного цветового тела, сравнивает расстояния от точки цвета пикселя до ближайшей вершины цветового тела УДВ ЦПИ и до соответствующих ей вершин дополнительного цветового тела и выбирает вершину, расстояние до которой оказывается наименьшим. Эта вершина соответствует состоянию вывода в текущем пикселе.

После определения состояния вывода для пикселя ЦПИ из блока управления 9 на блок состояний вывода 12 поступает сигнал управления и битовые значения основных цветов С, М, Y и К УДВ ЦПИ из записи блока состояний вывода 12, соответствующей этому состоянию вывода, поступают в блок битовых карт 13 основных цветов УДВ ЦПИ. Как указано выше, битовые значения основных цветов С, М, Y и К УДВ ЦПИ, соответствующие вершине дополнительного цветового тела, равны битовым значениям основных цветов С, М, Y и К УДВ ЦПИ, соответствующим вершине цветового тела УДВ ЦПИ, из которой проведена прямая с принадлежащей ей вершиной дополнительного цветового тела.

После установки соответствующих определенному состоянию вывода битовых значений основных цветов С, М, Y и К УДВ ЦПИ в позиции обрабатываемого пикселя в битовых картах основных цветов УДВ ЦПИ блок управления 9 вычисляет вектор ошибки цвета как разницу между вектором цвета пикселя оригинала ЦПИ и вектором цвета, соответствующим определенному состоянию вывода, читает веса фильтра распределения ошибки цвета из блока фильтров 11 и значения соседних, еще не обработанных, пикселей оригинала ЦПИ в текущей и следующей строках из блока информации оригинала ЦПИ 10, распределяет с помощью фильтра вектор ошибки цвета в считанные соседние пиксели и записывает модифицированные значения этих пикселей в блок информации оригинала ЦПИ 10.

Пиксели оригинала ЦПИ обрабатываются последовательно вдоль строки.

Таблица весов фильтра распределения векторов ошибок цвета в блоке фильтров 11 составлена из заранее сгенерированных весов фильтра Флойда и Стейнберга с внесенными случайными возмущениями. Исходный модифицированный фильтр Флойда и Стейнберга имеет вид: Веса фильтра разбивают на две пары: 70/160, 50/160 и 10/160, 30/160. В веса каждой пары вносят случайные возмущения с противоположными знаками с максимальным значением, равным 30% от минимального веса пары.

Случайное возмущение формируют с использованием формулы генерации линейной конгруэнтной последовательности случайных чисел: X_n=(a•X_n-1+с)mod m (2)
Для данного конкретного выполнения заявляемого устройства обработки ЦПИ устанавливают следующие значения переменных, генерирующих последовательность случайных чисел с периодом повторения 2¹⁵:
а=015А4Е35Н
Х₀=0000В669Н
с=00000001Н
m=00008000Н
Возмущение, вносимое в пару весов фильтра, вычисляют по формуле:
r=0,015•V_min-Rmod(0,3•V_min), (3)
где V_min - минимальный вес фильтра из пары;
R - случайное число, сгенерированное по формуле (2);
Rmod(0,3•V_min) - остаток от деления случайного числа R на 30% от минимального веса фильтра V_min.

Таблица весов фильтра распределения векторов ошибок цвета в блоке фильтров 11 содержит 32000 наборов весов фильтра распределения ошибок со случайными возмущениями. Наборы весов выбираются из таблицы последовательно и циклически при распределении вектора ошибки цвета в каждом пикселе ЦПИ.

Таблица состояний вывода УДВ ЦПИ в блоке состояний вывода 12 состоит из записей, сформированных в соответствии с заявляемым способом.

Значения координат вершин цветового тела УДВ ЦПИ в аппаратно-независимом цветовом пространстве СIЕ L*a*b* определяют путем прямого колориметрического измерения воспроизведенных УДВ ЦПИ образцов цветов С, М, Y, К, CM, CY, MY, CMY и W с помощью колориметра или спектрофотометра или калиброванного сканера.

Для вычисления координат вершин дополнительного цветового тела в соответствии с настоящим изобретением из вершин цветового тела УДВ ЦПИ проводят прямые. Правило построения прямой для данного конкретного выполнения рассмотрим на примере некоторой грани АВС цветового тела. Для грани АВС цветового тела УДВ ЦПИ прямую, проходящую через вершину А в направлении, перпендикулярном этой грани, можно описать уравнением:

где Х_ABC=((а*_B-а*_A)•(b*_C-b*_A)-(а*_C-а*_A)•(b*_B-b*_A))/(k_a*•k_b*) (5)
Y_ABC=((b*_B-b*_A)•(L*_C-L*_A)-(b*_C-b*_A)•(L*_B-L*_A))/(k_L*•k_b*) (6)
Z_ABC=((L*_B-L*_A)((a*_C-а*_A)-(L*_C-L*_A)•(а*_B-a*_A))/(k_L*•k_a*) (7)
L*_A, a*_A, b*_A - координаты вершины А цветового тела УДВ ЦПИ,
L*_B, а*_B, b*_B- координаты вершины 8 цветового тела УДВ ЦПИ,
L*_C, a*_C, b*_C- координаты вершины С цветового тела УДВ ЦПИ.

В соответствии с заявляемым способом на прямой линии, описанной уравнением (4), устанавливают точку, которая является вершиной дополнительного цветового тела.

Действительную область цветового пространства СIЕ L*a*b* задают диапазоном координат. Например, для ЦПИ, обрабатываемых в факсимильной аппаратуре, эти координаты имеют следующие значения:
L*=[0,100]
а*=[-85, 85]
b*=[-75,125].

Блок состояний вывода 12 содержит восемь состояний вывода четырехцветного УДВ ЦПИ, тридцать шесть дополнительных состояний и состояние, соответствующее цвету, получаемому при одновременном нанесении цветов С, М и Y в одном пикселе воспроизводимого ЦПИ. С целью повышения качества воспроизведения цветов, принадлежащих отдельным областям аппаратно-независимого цветового пространства СIЕ L*a*b*, в блок состояний вывода 12 могут быть введены другие дополнительные состояния вывода.

После завершения обработки текущей строки пикселей оригинала ЦПИ информацию битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ под управлением блока управления 9 передают из блока битовых карт 13 в блок интерфейсов 8, к которому подключают УДВ ЦПИ.

Затем следующая строка в блоке информации оригинала ЦПИ 10 становиться текущей, а информация следующей строки пикселей оригинала ЦПИ вводится под управлением блока управления 9 от УВ ЦПИ через блок интерфейсов 8 в блок информации оригинала ЦПИ 10. При этом направление обработки пикселей текущей строки оригинала ЦПИ меняется на противоположное, то есть применяется серпантинный порядок обработки строк пикселей оригинала ЦПИ.

Пример конкретного выполнения настоящего изобретения рассмотрен для случая воспроизведения копии ЦПИ на четырехцветном УДВ ЦПИ.

Однако способ обработки ЦПИ и устройство для его осуществления, заявленные в настоящем изобретении, могут быть применены для УДВ ЦПИ, имеющих большее количество градаций основных цветов. Для этого в блок состояний вывода 12 должны быть введены состояния вывода, соответствующие всем градациям основных цветов и их комбинациям, воспроизводимым УДВ ЦПИ. Вся поверхность цветового тела такого УДВ ЦПИ должна быть разбита на треугольные грани и в блок состояний вывода 12 должны быть введены дополнительные состояния, соответствующие вершинам этих граней.

Предлагаемые способ обработки ЦПИ и устройство для его осуществления могут быть применены для воспроизведения копий ЦПИ на таких УДВ ЦПИ, как струйное или лазерное устройство печати, электронно-лучевая трубка, индикатор на жидких кристаллах.

Предлагаемые способ обработки ЦПИ и устройство для его осуществления могут быть использованы в устройстве типа факсимильного аппарата, обеспечивающего обмен ЦПИ по линиям связи.

Пример конкретного выполнения настоящего изобретения рассмотрен для случая обработки ЦПИ в перцептуально однородном цветовом пространстве СIЕ L*a*b*. Однако настоящее изобретение может быть применено для случая обработки ЦПИ в любом другом перцептуально однородном цветовом пространстве, например СIЕ LUV.

Предлагаемый способ обработки ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета обеспечивает:
1. Одновременное выполнение операции отображения цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ и операции растрирования, что повышает пропускную способность устройства обработки ЦПИ для воспроизведения его на УДВ ЦПИ.

2. Выполнение отображения цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ, обеспечивающего минимальные значения цветовых различий между цветами пикселей оригинала ЦПИ и соответствующими им цветами цветовой гаммы УДВ ЦПИ, что повышает качество воспроизведения ЦПИ на УДВ ЦПИ.

Предлагаемое устройство обработки ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета обеспечивает:
1. Одновременное выполнение операции отображения цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ и операции растрирования, что повышает пропускную способность устройства обработки ЦПИ для воспроизведения его на УДВ ЦПИ.

2. Выполнение отображения цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ, обеспечивающего минимальные значения цветовых различий между цветами пикселей оригинала ЦПИ и соответствующими им цветами цветовой гаммы УДВ ЦПИ, что повышает качество воспроизведения ЦПИ на УДВ ЦПИ.

Источники информации:
1. Yee S. Ng Input scanner color mapping and input/output color gamut transformation. Патент США N 5,185,661. МПК H 04 N 9/38. Заявл.19.09.1991; Опубл.09.02.1993.

2. Ricardo J. Motta, Gary J. Dispoto. Image production using color error diffusion. Патент США N 5.621.545. МПК H 04 N 1/40. Заявл.08.12.1993; Опубл. 15.04.1997.

Формула изобретения

1. Способ обработки цветных полутоновых изображений (ЦПИ) с использованием векторной диффузии ошибки цвета, обеспечивающий одновременное выполнение операции отображения цветов цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму устройства дискретного вывода цветных полутоновых изображений (УДВ ЦПИ) и операции формирования битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ для воспроизведения копии ЦПИ за счет введения дополнительных состояний вывода, соответствующих вершинам дополнительно построенного цветового тела, установленным в перцептуально однородном цветовом пространстве на прямых, проведенных через каждую вершину цветового тела УДВ ЦПИ перпендикулярно каждой грани, которой принадлежит данная вершина цветового тела УДВ ЦПИ, на одинаковых расстояниях от данных вершин цветового тела УДВ ЦПИ, выбираемых таким образом, чтобы после распределения максимально возможного в действительном цветовом пространстве вектора ошибки цвета в любой возможный цвет пикселя оригинала ЦПИ точки цвета всегда оставались внутри дополнительного цветового тела, причем выполнение операции отображения цветов цветовой гаммы ЦПИ в цветовую гамму УДВ ЦПИ в перцептуально однородном аппаратно-независимом цветовом пространстве осуществляют в направлении, обеспечивающем минимальные значения цветовых различий между цветами пикселей оригинала ЦПИ и соответствующими им цветами цветовой гаммы УДВ ЦПИ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполнение операции отображения цветов в направлении, обеспечивающем минимальные значения цветовых различий, выполняют в два этапа, сначала для точки цвета пикселя оригинала ЦПИ в перцептуально однородном цветовом пространстве вычисляют расстояния до вершин цветового тела УДВ ЦПИ, эти расстояния сравнивают между собой и выбирают наименьшее, потом определяют расстояния в перцептуально однородном цветовом пространстве от точки цвета пикселя оригинала ЦПИ до вершин дополнительного цветового тела, которые соответствуют ближайшей к точке цвета пикселя оригинала ЦПИ вершине цветового тела УДВ ЦПИ, затем сравнивают вычисленные расстояния от точки цвета пикселя оригинала ЦПИ до ближайшей вершины цветового тела УДВ ЦПИ и до соответствующих этой ближайшей вершине цветового тела УДВ ЦПИ вершин дополнительного цветового тела и выбирают вершину, расстояние до которой оказывается наименьшим, эта вершина соответствует текущему состоянию вывода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что записи таблицы состояний вывода УДВ ЦПИ содержат соответствующие каждому состоянию вывода координаты точки в перцептуально однородном цветовом пространстве и битовые значения основных цветов УДВ ЦПИ, причем битовые значения основных цветов УДВ ЦПИ дополнительного состояния вывода равны битовым значениям основных цветов УДВ ЦПИ состояния вывода, соответствующего вершине цветового тела УДВ ЦПИ, через которую проведена прямая с установленной на ней вершиной дополнительного цветового тела, соответствующей данному дополнительному состоянию вывода.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение вектора ошибки цвета, используемого для компенсации ошибки в цвете копии, вычисляют как разницу между вектором цвета, полученного в результате коррекции цвета пикселя оригинала ЦПИ по результатам обработки предыдущих пикселей, и вектором цвета, полученного из записи таблицы состояний вывода, соответствующей текущему состоянию вывода УДВ ЦПИ.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что распределение вектора ошибки цвета в соседние, еще не обработанные, пиксели оригинала ЦПИ выполняют с помощью фильтра распределения ошибок, причем в веса фильтра распределения ошибок вносят случайные возмущения.

6. Устройство обработки ЦПИ с использованием векторной диффузии ошибки цвета характеризуется тем, что оно содержит блок интерфейсов, который служит для подключения внешних устройств, на первый вход которого поступает информация из устройства ввода ЦПИ, а с первого выхода информация выводится на УДВ ЦПИ, блок управления, осуществляющий управление вводом информации, на первый вход которого информация поступает со второго выхода блока интерфейсов, обработкой этой информации, формированием битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ и выводом битовых карт основных цветов на УДВ ЦПИ, блок информации оригинала ЦПИ, соединенный входом и выходом с блоком управления, содержащий информацию оригинала ЦПИ и служащий для временного хранения информации не менее двух строк пикселей оригинала ЦПИ, блок фильтров, соединенный входом и выходом с блоком управления, предназначенный для хранения весов фильтра распределения ошибок цвета с внесенными случайными возмущениями, блок состояний вывода, соединенный входом и выходом с блоком управления, и блок битовых карт, соединенный входом и выходом с блоком управления, служащий для временного хранения битовых карт основных цветов УДВ ЦПИ, с выхода которого информация поступает на пятый вход блока управления и с первого выхода блока управления поступает на второй вход блока интерфейсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3