본 논문은 띠 결점을 줄이기 위해 MJBNM(Modified Jointly Blue Noise Mask)의 임계값 변조를 이용한 멀티토닝 방법을 제안한다. 멀티토닝에서 띠 결점은 출력레벨 근처에서 동일한 도트 분포를 가지기 때문에 부드러운 계조 영역에서의 불연속성과 인간 시각에 거슬리는 패턴을 만든다. 따라서 이러한 띠 결점을 줄이기 위해, 제안한 방법은 결점이 발생하는 출력레벨 근처에서 이웃 도트들을 도입함으로써 도트 분포를 재배열한다. 먼저 수학적인 설명으로 띠 결점의 원인을 분석하고, 분석 결과를 바탕으로 채널간의 상관성과 색차를 고려한 MJBNM의 임계값 변조를 적용한다. 입력값에 따라 MJBNM의 최대, 최소 임계값이 각각 입력을 포함하는 이웃한 두 출력레벨보다 두 화소를 더 포함하도록 초기 임계값 범위를 선형적으로 조정한다. 이 입력이 띠 결점이 발생하는 출력레벨 근방에 위치할 경우, 출력은 도트 분포와 패턴을 결정하는 임계값 변조 인수에 따라 화소 대 화소의 비교로 이웃 출력레벨 중의 하나의 값으로 결정된다. 이 때 조정된 임계값이 두 출력레벨과 최대, 최소 임계값 사이에 존재하면 그 위치에 이웃 도트들을 찍어서 띠 결점을 줄이게 된다. 그렇지 않은 경우, 일반적인 멀티토닝 기법이 적용된다. 그 결과 제안한 방법이 효과적으로 출력레벨 근처에서의 띠 결점을 줄일 수 있었다. 결과 평가는 gray ramp 영상에서 명암도에 따른 HVS-WRMSE 비교와 color ramp 영상에서의 S-CIELAB 색차를 비교하였다.
본 논문은 띠 결점을 줄이기 위해 MJBNM(Modified Jointly Blue Noise Mask)의 임계값 변조를 이용한 멀티토닝 방법을 제안한다. 멀티토닝에서 띠 결점은 출력레벨 근처에서 동일한 도트 분포를 가지기 때문에 부드러운 계조 영역에서의 불연속성과 인간 시각에 거슬리는 패턴을 만든다. 따라서 이러한 띠 결점을 줄이기 위해, 제안한 방법은 결점이 발생하는 출력레벨 근처에서 이웃 도트들을 도입함으로써 도트 분포를 재배열한다. 먼저 수학적인 설명으로 띠 결점의 원인을 분석하고, 분석 결과를 바탕으로 채널간의 상관성과 색차를 고려한 MJBNM의 임계값 변조를 적용한다. 입력값에 따라 MJBNM의 최대, 최소 임계값이 각각 입력을 포함하는 이웃한 두 출력레벨보다 두 화소를 더 포함하도록 초기 임계값 범위를 선형적으로 조정한다. 이 입력이 띠 결점이 발생하는 출력레벨 근방에 위치할 경우, 출력은 도트 분포와 패턴을 결정하는 임계값 변조 인수에 따라 화소 대 화소의 비교로 이웃 출력레벨 중의 하나의 값으로 결정된다. 이 때 조정된 임계값이 두 출력레벨과 최대, 최소 임계값 사이에 존재하면 그 위치에 이웃 도트들을 찍어서 띠 결점을 줄이게 된다. 그렇지 않은 경우, 일반적인 멀티토닝 기법이 적용된다. 그 결과 제안한 방법이 효과적으로 출력레벨 근처에서의 띠 결점을 줄일 수 있었다. 결과 평가는 gray ramp 영상에서 명암도에 따른 HVS-WRMSE 비교와 color ramp 영상에서의 S-CIELAB 색차를 비교하였다.
This paper proposes a multitoning method using threshold modulation of MJBNM(Modified Jointly Blue Noise Mask) for banding artifacts reduction. As banding artifacts in multitoning appear as uniform dot distributions around the intermediate output levels, such multitone output results in discontinuit...
This paper proposes a multitoning method using threshold modulation of MJBNM(Modified Jointly Blue Noise Mask) for banding artifacts reduction. As banding artifacts in multitoning appear as uniform dot distributions around the intermediate output levels, such multitone output results in discontinuity and visually unpleasing patterns in smooth transition regions. Therefore, to reduce these banding artifacts, the proposed method rearranges the dot distribution by introducing pixels in the neighborhood of output levels that occurs banding artifacts. First of all principal cause of banding artifacts are analyzed using mathematical description. Based on this analytical result, a threshold modulation technique of MJBNM which takes account of chrominance error and correlation between channels is applied. The original threshold range of MJBNM is first scaled linearly sot that the minimum and maximum of the scaled range include two pixel more than adjacent two output levels that cover an input value. In an input value is inside the vicinity of any intermediate output levels produce banding artifacts, the output is set to one of neighboring output levels based on the pointwise comparison result according to threshold modulation parameter that determines the dot density and distribution. In this case, adjacent pixels are introduced at the position where the scaled threshold values are located between two output levels and the minimum and maximum threshold values. Otherwise, a conventional multitoning method is applied. As a result, the proposed method effectively decreased the appearance of banding artifacts around the intermediate output levels. To evaluate the quality of the multitone result, HVS-WRMSE according to gray level for gray ramp image and S-CIELAB color difference for color ramp image are compared with other methods.
This paper proposes a multitoning method using threshold modulation of MJBNM(Modified Jointly Blue Noise Mask) for banding artifacts reduction. As banding artifacts in multitoning appear as uniform dot distributions around the intermediate output levels, such multitone output results in discontinuity and visually unpleasing patterns in smooth transition regions. Therefore, to reduce these banding artifacts, the proposed method rearranges the dot distribution by introducing pixels in the neighborhood of output levels that occurs banding artifacts. First of all principal cause of banding artifacts are analyzed using mathematical description. Based on this analytical result, a threshold modulation technique of MJBNM which takes account of chrominance error and correlation between channels is applied. The original threshold range of MJBNM is first scaled linearly sot that the minimum and maximum of the scaled range include two pixel more than adjacent two output levels that cover an input value. In an input value is inside the vicinity of any intermediate output levels produce banding artifacts, the output is set to one of neighboring output levels based on the pointwise comparison result according to threshold modulation parameter that determines the dot density and distribution. In this case, adjacent pixels are introduced at the position where the scaled threshold values are located between two output levels and the minimum and maximum threshold values. Otherwise, a conventional multitoning method is applied. As a result, the proposed method effectively decreased the appearance of banding artifacts around the intermediate output levels. To evaluate the quality of the multitone result, HVS-WRMSE according to gray level for gray ramp image and S-CIELAB color difference for color ramp image are compared with other methods.
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문제 정의
본 논문은 멀티토닝의 출력 레벨에서 발생하는 띠 결점을 줄이기 위해 MJBNM의 임계값 변조를 이용한 멀티토닝 방법을 제안하였다. 먼저 수학적인 설명으로 띠 결점의 원인을 분석하였고, 새로운 함수를 이용하여 MJBNM의 초기 임계값 범위를 선형 조정하는 방법과 도트 분포와 패턴에 영향을 미치는 임계값 변조 인수를 이용한 양자화 방법을 제안하였다.
제안 방법
기존의 하프토닝 오차 확산법으로 각 채널의 상관성을 고려하여 독립적으로 처리한 다음 재결합하였다. 이 방법은 구현이 간단하고 띠 결점을 줄일 수 있는 특징을 가지는 반면, 중간 밝기 영역에서 고주파 낟알 무늬 (granularity)가 두드러지며 영상 의존적인 방법으로 인해 공간 주파수 특성에 따라 도트 패턴을 달리해야 하는 문제점이 있다.
소개한다. 도입될 이웃 출력레벨 도트 패턴에 영향을 주는 임계값 변조 인수를 바탕으로 양자화를 함으로서 부드러운 계조를 표현하고자 한다. Gray ramp 영상에 대해 그림 4의 CMY 마스크를 이용하여 채널별로 stochastic screening 기법으로 멀티토닝을 수행한 결과, 그림 2에서와 같이 띠 결점은 출력레벨 才를 중심으로 [X—3, X+3] 의 범위에서 발생함을 알 수 있었다.
따라서 본 논문은 먼저 stochastic screen을 이용한멀티토닝 기법에서 띠 결점이 발생하는 주요 원인을 수학적으로 분석하고, 이를 바탕으로 띠 결점을 줄이기 위해 MJBNM回의 임계값 변조를 이용한 멀티토닝 기법을 제안하였다. 채널 간 상관성뿐만 아니라 색 오차를 고려한 MJBNM의 사용으로 멀티토닝 결과가 blue noise 특성을 가지게 되어 시각적으로 우수한 결과를 나타낸다.
방법을 제안하였다. 먼저 수학적인 설명으로 띠 결점의 원인을 분석하였고, 새로운 함수를 이용하여 MJBNM의 초기 임계값 범위를 선형 조정하는 방법과 도트 분포와 패턴에 영향을 미치는 임계값 변조 인수를 이용한 양자화 방법을 제안하였다. HVS-WRMSE 그래프와 S-CIELAB 색차를 이용한 객관적인 평가와 인간 시각에 의한 주관적인 평가에서 다른 방법들에 비해 효과적으로 띠 결점을 줄일 수 있었다.
이 영역에서 부드러운 계조표현을 위해서는 한 종류의 도트만 인쇄되지 않고 이웃 출력레벨의 도트들이 균일하게 섞여 인쇄되도록 도트 분포를 재배열하는 것이 필요하다. 이런 목적 달성을 위해 over modulation 방법®을 개선한 MJBNM의 임계 값 변조방법을 제안하였다. 칼라 영상에서의 색 재현 충실도 향상이 최종 목표이기 때문에 구현이 쉽고 채널 간의 상관성뿐만 아니라 색 오차까지 고려한 MJBNM을사용하였다.
첫번째 단계에서는 하프토닝을 위해 만들어진 MJBNM을 멀티토닝으로 확장하면서 띠 결점을 줄이기 위해 초기 임계값 범위를 선형 조정한다. 기존의 변환 방법을 개선한 선형 변환함수는 최대, 최소값이 각각 입력을 포함하는 이웃한 두 출력레벨보다 몇 화소를 더 포함하도록 초기 임계값 범위 [0, 255]을 조정한다.
이런 목적 달성을 위해 over modulation 방법®을 개선한 MJBNM의 임계 값 변조방법을 제안하였다. 칼라 영상에서의 색 재현 충실도 향상이 최종 목표이기 때문에 구현이 쉽고 채널 간의 상관성뿐만 아니라 색 오차까지 고려한 MJBNM을사용하였다. 이는 전처리 과정에서 BIPPSMA (binaiy pattern power spectrum manipulating algorithm)®'0, ] 의해 3개의 마스크를 만들 수 있다.
대상 데이터
모든 실험은 1024x128 gray ramp 영상과 512x640 color ramp 영상을 이용하였다. 또한 멀티토닝 결과는 sto사lastic screerr을 이용한 일반적인 방법과 MJBNM 을 이용한 over modulation 방법区의 결과와 비교하였다.
데이터처리
Color ramp 영상에서는 멀티토닝 결과의 공간적인 패턴에 따른 색 오차를 S-CIELAB을 통해 비교하였다. 공간적인 low-pass filtering을 위한 시청 조건은 20인치 시청 거리와 300dpi 해상도이다.
ramp 영상을 이용하였다. 또한 멀티토닝 결과는 sto사lastic screerr을 이용한 일반적인 방법과 MJBNM 을 이용한 over modulation 방법区의 결과와 비교하였다. 특히 객관적인 평가를 위해 gray ramp 영상에서 명암도에 따른 HVS-WRMSE (HVS-Weighted Root Mean Square Error) 그래프를 분석하여 출력레벨 영 역에서의 부드러운 계조 변화를 비교하였다区 다음은 HVS-WRMSE 정의하는 수식이다.
성능/효과
도입될 이웃 출력레벨 도트 패턴에 영향을 주는 임계값 변조 인수를 바탕으로 양자화를 함으로서 부드러운 계조를 표현하고자 한다. Gray ramp 영상에 대해 그림 4의 CMY 마스크를 이용하여 채널별로 stochastic screening 기법으로 멀티토닝을 수행한 결과, 그림 2에서와 같이 띠 결점은 출력레벨 才를 중심으로 [X—3, X+3] 의 범위에서 발생함을 알 수 있었다. 따라서 입력값을 확인하여 띠 결점이 발생하는 영역에 존재하지 않는다면, 조정된 임계값과의 화소 대 화소의 비교를 바탕으로 하는 기존의 양자화 방법을 적용한다.
먼저 수학적인 설명으로 띠 결점의 원인을 분석하였고, 새로운 함수를 이용하여 MJBNM의 초기 임계값 범위를 선형 조정하는 방법과 도트 분포와 패턴에 영향을 미치는 임계값 변조 인수를 이용한 양자화 방법을 제안하였다. HVS-WRMSE 그래프와 S-CIELAB 색차를 이용한 객관적인 평가와 인간 시각에 의한 주관적인 평가에서 다른 방법들에 비해 효과적으로 띠 결점을 줄일 수 있었다.
그림 6은 gray ramp 영상의 출력 레벨 85 주위에서 4가지 R 값에 대한 멀티토닝 결과를 보여주고 있다. 결과에서 보듯이 인수 长의 값에 따라 도입되는 이웃 출력레벨 도트의 밀도가 달라진다는 것을 확인할 수 있다.
두 인수가 같은 부호를 가질 경우, 부드러운 패턴이 생성되지 않는다. 또한 두 값의 절대값이 작거나 크면 띠 결점이 발생하는 영역에서 이웃 출력레벨의 도트 밀도가 작거나 크게 된다는 것을 알 수 있다. 식 (7)에서 Xi — 87은 0보다 작지 않고, 羽 + 87은 255를 초과하지 않는다.
51 이다. 띠 결점의 감소로 인해 색 차가 조금 줄어든 것을 확인할 수 있으며 over modulation 방법과 비교할 때, 제안한 방법에서 색차가 좀 더 감소하였다. 객관적인 화질 평가에 사용된 데이터는 디지털 파일의 값이다.
그림 8(a)에 비해 8(b), 8(c)에서 전반적인 값의 변화가 작으며, 출력레벨 근방에서는 8(b)보다 8(c)의 그래프가 더 부드러운 것을 알 수 있다. 이는 띠 결점을 줄이는 알고리즘의 적용으로 원 영상과의 오차가 줄어들었을 뿐만 아니라 제안한 방법이 over modulation 방법보다 상대적으로 부드러운 계조를 표현한다는 것을 알 수 있다.
참고문헌 (10)
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