半色調

半色调（Halftone）是指为了模拟出连续调影像（色阶）的视觉感觉，一般用墨点（半色调网点）的大小或频率的改变，来模拟明暗的变化。
半色调（Halftone）技术是传统印刷中用来处理阶调并模拟连续调(Continue tone)的方法，通常也称为过网(screening)技术。半色调是相对于连续调表示阶调的一种方法，一般我们所看到银盐相片上的影像是由连续的层次所构成，像这样的影像称之为连续调影像。相对而言，印刷机或打印机上所打印的图像，只能借由着墨或不着墨两种阶调来表现层次，像这样的两值化影像称为半色调影像。只要借由调整不同形式、不同大小的墨点，利用人眼可以将图像中邻近墨点进行视觉积分的原理，在一定的距离观察下，便可以使二值化影像重现连续调的感觉。也就是说，当这些墨点越小时，二值化影像就可以在越短的观测距离下，被人眼观测积分成近似连续调的影像。 随电脑科技的进步，数位半色调(Digital Halftoning)技术已经取代了传统的过网程序。一般数位过网的网点分成两种形式，分别为调幅网点(Amplitude Modulation, AM)与调频网点(Frequency Modulation, FM)，简单来说，AM网点是利用网点面积大小来表现图像的浓淡深浅；FM网点则是以网点排列间距的疏密不同，来呈现图像的层次。 目前较常用的半色调技术主要可以分成有序抖动法、错误扩散法这里我们除了介绍上述常用的半色调技术，又额外介绍高重建品质的迭代式半色调技术称为LMS半色调技术与结合误差扩散法有序抖色法数位半色调技术，都充分表现与说明其方法比传统的半色调技术有更好的影像输出品质。

半色调影像处理

    半色调技术应用于印刷领域已有一个多世纪，应用在数位输出设备上也有40多年。随着喷墨打印机、数位打印机、数码相机等数位输出设备应用越来越普遍，半色调输出在印刷技术中扮演极重要角色，除了可以降低印刷成本也同时可以在通讯传输中降低带宽需求，所以普遍受到关注。数位半色调技术除了在印刷与图像输出方面的应用，还应用于压缩储存、及医学等领域。因此数位半色调技术具有重要的理论意义和使用价值。

    而数位半色调(Digital Halftoning)是一种利用网点分布疏密程度在视觉上造成影像灰阶变化的技术，是指基于人眼视觉特性和图像呈色特性，利用数学、计算机等工具，在二值（或多色二值）呈色设备上实现图像的最佳重现的一项技术。当区域内的网点分布密度高于某程度时，眼睛的低通滤波特性会将此区域的网点看成为具有单一灰阶值的影像，而当网点的分布愈密集时，眼睛所接收到的灰度值会愈低(也就是愈黑);反之当网点的分布愈稀疏时，眼睛所接收到的灰度值会愈高(也就是愈白)。数位半色调是利用人眼的低通特性，当在一定距离下观察时，人眼将图像中，空间上接近的部分视为一个整体。利用此特性，人眼观察到的半色调图像局部平均灰阶近似于原始图像的局部平均灰阶值，尽而整体上形成连续色调的效果。

    根据数位半色调的应用特性和不同领域，人们提出了许多方法。按照方法的处理方式进行分类时，可分为点处理法、邻域处理法和迭代法。点处理法是最简单的方法，这类算法利用数位方式来模拟印刷工业中传统的接触加网过程，其产生的半色调图像中的每个像素单元仅取决于像素的阶调，其中最重要的方法有半色调模板法和有序抖动法(Ordered Dithering)；邻域处理法对连续调图像待处理像素的邻域内多个像素进行运算，以获得半色调图像的像素值，这类算法中较典型的是误差扩散法和点扩散法；迭代法是一种迭代处理的算法，它需要多次比较计算以获得最佳的半色调图像，所以其计算量最大，这类算法中较典型的是最小平方法和直接二元搜寻法。

    半色调技术从网点输出来区分有AM及FM两种。AM又称为振幅调变法(Amplitude Modulation, AM)，网点大小不一但网点中心间距保持一定的网线数(Line Per Inch)的方法，其原理在于模拟连续色度时，对于黑度值较大的区域，以相对较大网点输出，反之以较小网点输出；FM又称为频率调变法(Frequency Modulation)，其网点大小保持一定但其网点配置频率为不定的随机分布，其主要原理在于以网点的分布不相等，用频率模拟输入影像连续色度时黑度值的大小。

    AM的方法是先分割输入影像成大小相同之不重叠方块，每一方块与大小相等的临界阵列(Threshold Array)相比而决定是否输出网点，临界阵列的选择与设计主要可分集中式(Clustered Dot)及分散式(Dispersed Dot)网点。FM的方法则将输入影像像素点与纯数临界值量化(Scalar Threshold Quantizer)，因量化结果产生的误差，借着加权函数(Mask)以不等加权比例将量化误差扩散(Error Diffusion)至其相邻尚未处理的像素点。

    依数位半色调技术的演进大致可分为早期的噪声编码法(noise encoding)，中期的有序抖色法(ordered dithering)以及近期的误差扩散法(error diffusion, ED)三种。