半色調過網技術

圖 2-1 LSB 資訊隱藏示意圖

第二節 半色調過網技術

一、半色調技術

半色調（Halftoning）是一種極為傳統的印刷技術，此技術應用於印刷過程 中來表現影像階調變化；在目前影像顯示產業中，LCD 導光板的網點結構與電子 紙之影像顯示也是以半色調技術作處理。

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半色調處理的必要性是因為一般印刷輸出設備欲呈現圖像時，只能透過控制 點的著墨是否來表現階調，因此一般常見的影像連續調變化是無法使用印刷方式 直接呈現。隨著印刷科技的發展，目前雖有印刷技術讓印刷版上能夠模擬連續階 調影像的變化，但此技術通常在整體印刷流程中礙於成本考量及品質表現，因此 使用半色調技術來重現連續調的階調變化仍是印刷的主要趨勢。當印刷輸出設備 用印墨來表現影像連續調深淺的濃度變化時，須透過網屏過網技術

（screening），將連續調影像的深淺與濃度變化，以點的方式呈現，如圖2-2 所示，運用這些墨點的大小或疏密，間接模擬出連續調的影像的濃度深淺，再透 過人眼視覺系統中，有如同低頻濾波器(low-pass filter) (Ulichney, 1987) 之 視覺特性，將兩階調墨點之大小或疏密變化，達到模擬連續調效果，此即為半色 調過網技術。

圖2-2 半色調過網示意圖

二、數位半色調

隨著印刷科技的日新月異，印刷流程也開始導入數位化，影像印前處理技術 亦導入數位科技的應用，數位過網技術已逐漸取代傳統過網技術，即數位半色調 (digital halftoning)，數位半色調主要可分兩類：點陣調色法(ordered

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dithering) (Ulichney, 1987) 及誤差擴散法(error diffusion)(Folyd &

Steinberg, 1976)。

點陣調色法所形成的調幅式網點或AM(Amplitude Modulation)網點，AM網點 是應用網點(halftone dot)網點之間的距離相同，但隨著影像濃度的改變而有不

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(a) (b)

圖 2-4 點陣調色法(a)原始連續調影像；(b)AM 半色調影像

點矩陣調色法在數位印刷上，是提供電腦一個去運算印刷時是否著墨的演算 法，藉由不同的臨界值矩陣可以控制網點形成的形狀及形成方式，其依臨界值矩

陣所設計的方式不同可分為兩種，分別為叢聚式(clustered dithering)及分散式

(dispersed dithering)，叢聚式的臨界值排列大多為有規律的順序，而分散式 的臨界值矩陣為隨機式的分散排列。

叢聚式的點陣調色法中，臨界值矩陣階權重的設計是由中間向外擴展，而分 散式的像素點則是獨立產生，沒有特別的規律性。叢聚點陣法其優點為較穩定的 網點形式以及在網點擴張與條痕上有較好的控制，對於固定階調的影像表現效果 較佳，但缺點是可能會出現干擾的錯網(moiré)出現，且所產生的半色調影像細 部資訊耗損較大，造成部分空間解析度的喪失，而分散式的點陣調色法，雖然能 有較好的影像品質，但由於印表機無法輸出最完美的方正墨點，容易有網點擴大 (Dot Gain)的情形發生，兩種臨界值矩如圖2-5所示。(Li, Wan & Jian, 2008)。

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(a) (b)

圖 2-5 點陣調色法之臨界值矩陣 (a)叢聚式；(b)分散式

叢聚式臨界值矩陣有多種不同的網點排列方式，如水平形式的矩陣值是將網 點以水平的方式來排列網點(如圖2-6)，而垂直式的矩陣值是將網點以垂直的方 式排列網點(如圖2-7)，還有斜向式的矩陣值是以左斜或是右斜的方式來呈現網 點排列結構(如圖2-8、圖2-9)，然而不同的網屏角度人眼的觀感也會有所差異，

例如以網屏角度0度(如圖2-10)與網屏角度45(如圖2-11)度所產生的影像做比較 時，人眼對於網屏角度0度角較敏銳，因此人眼觀看會覺得網屏角度45度角的圖 片影像品質較好，相對的網屏角度0度角圖片影像品質較差，而在印刷業界也大 多使用網屏角度45度的臨界值來產生半色調影像。

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(a) (b)

圖 2- 6 水平式臨界值矩陣示意圖（a）水平式臨界值矩陣（b）處理後所得之半 色調影像

(a) (b)

圖 2-7 垂直式臨界值矩陣示意圖（a）垂直式臨界值矩陣（b）處理後所得之半色 調影像

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(a) (b)

圖 2-8 右斜向臨界值矩陣示意圖（a）右斜向臨界值矩陣（b）處理後所得之半 色調影像

(a) (b)

圖 2-9 左斜向臨界值矩陣示意圖（a）左斜向臨界值矩陣（b）處理後所得之半 色調影像

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(a) (b)

圖 2-10 0 度之臨界值矩陣示意圖（a）網屏角度 0 度之臨界值矩陣（b）處理後 所得之半色調影像

(a) (b)

圖 2-11 網屏角度 45 度之臨界值矩陣示意圖（a）網屏角度 45 度之臨界值矩陣

（b）處理後所得之半色調影像

15 出，誤差擴散法又稱為Floyd-Steinberg Error Diffusion(FSED)(Floyd &

Steinberg, 1976)，大部分的調頻式網點都是藉由此法所演算而來，影像在兩階

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圖 2- 12 誤差擴散法演算流程

在擴散誤差的過程中，其誤差值必須遵照方程式(2-4)的權重值來進行誤差擴散。

(2-4)

圖 2-13 誤差擴散法進行兩階化之處理方向(Floyd & Steinberg, 1976)

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