등방성 AM-FM 하이브리드 디지털 하프토닝에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Digital halftoning is very important technology in the printing industries. Diverse researches and patents are produced for every year and very large amount of printing devices and monochrome display devices such as e-ink are used.
Objective of our research is developing new AM-FM digital halftoning technique which is recent major research area of digital halftoning technology. First one is solving anisotropy of halftoing pattern produced in error diffusion method. Anisotropy of error diffusion is due to scanning method we will propose new solution method. And we will extend error diffusion method which is limited to one pixel processing to can handle multiple pixels. Second one is to develop digital halftoning method which is based on reaction-diffusion model. The reaction-diffusion model is developed mathematical model to explain about various animal skin texture pattern. In this research we take notice of pattern produced by this model shows continuous transition from spot pattern to stripe pattern and can control the size of produced dot pattern freely, this properties is useful as a AM-FM hybrid technique.
In this dissertation we proposed two novel AM-FM hybrid techniques
which is new area in digital halftoning technology. First one we proposed is error diffusion method which can generate random processing order. This randomly changing direction method is general technique is applicable not only to grouped pixel but also to non-square pixels. In second method we showed pattern generated by reaction-diffusion model can be applied to digital halftoning results. This method can control size of dot and distance between dots and unique pattern of continuous transition from spot to stripe which is tone-representing method differentiated from stippling method.
In this thesis we proposed tow novel AM-FM hybrid digital halftoning techniques. One method applicable to error diffusion resolve anisotropy problem and another method based on reaction-diffusion model is free from anisotropy due to iterative process. All two methods can generate variable size of dots and we showed new techniques is possible in digital halftoning area.

국문 초록 (Abstract)

디지털 하프토닝은 인쇄분야에 있어 매우 중요한 기술이다. 매년 매우 많은 연구 와 특허나 나오고 있으며 다양한 인쇄 장치와 e-ink와 같은 단색 디스플레이 장치 가 사용되고 있다.
본 연구의 목적은 최근의 디지털 하프토닝 방법의 주요 연구 분야인 AM-FM 하 이브리드 기법에 있어 새로운 기법을 개발하는 데 있다. 첫 번째는 오차 확산 하 프토닝 방법에서 발생하는 하프토닝 패턴의 비대칭성을 해결하고자 한다. 오차 확 산 방법에서의 비대칭성은 스캐닝 방법에서 기인한 것으로 이에 대한 해결 방안을 제시하고자 한다. 또한 한 픽셀 단위 위주로 되어 있는 오차 확산 방법을 여러 픽 셀 단위에 대해서도 적용할 수 있도록 확장하고자 한다. 두 번째는 반응-확산 모 델을 이용한 하프토닝 방법을 개발하고자 한다. 반응-확산 모델은 다양한 동물의 피부 무늬에 대한 형성을 설명하기 위해 개발된 수학적 모델이다. 본 연구에서는 이러한 모델에 의해 만들어지는 패턴이 점무늬에서 줄무늬까지 연속적으로 변하는 특성과 연속적인 2차원 공간에서 정의되기 때문에 크기의 제어가 자유롭다는 점 때문에 AM-FM 하이브리드 기법으로 유용할 것이라는 점에 착안했다.
본 논문에서는 디지털 하프토닝 기술에 있어 비교적 새로운 분야인 AM-FM 하 이브리드 기법에 대한 새로운 두 가지 기법을 제시한다. 첫 번째 방법은 오차 확 산 방법에 있어 랜덤한 처리순서를 생성할 수 있는 방법을 제안하였다. 임의의 방 향으로 처리순서를 생성하는 방법은 여러 개의 픽셀이 그룹된 경우뿐만 아니라 비 사각형 픽셀에도 적용가능한 범용적인 방법이다. 따라서 단일 픽셀에만 처리되던오차 확산 방법을 1보다 큰 AM에 적용할 수 있게 해준다. 또한 방향이 랜덤하게 바뀜으로 해서 하프토닝 패턴의 비대칭성을 해결할 수 있게 되었다. 두 번째 방법 은 반응-확산 모델에 의해서 생성되는 패턴을 이용하여 하프토닝의 결과를 만들 수 있음을 보였다. 점의 크기와 점의 거리를 제어하여 패턴을 만들 수 있으며 중 간 밝기구간에서는 점 무늬가 줄 무늬로 자연스럽게 전환되어 표현되어 점묘법과 는 다른 톤 표현 방법을 보여준다.
본 연구에서는 새로운 AM-FM 하이브리드 디지털 하프토닝 기법으로써 두 가지 방법을 제시하였다. 오차 확산에 적용할 수 있는 방법은 오차 확산 방법에서의 순 차 처리에 따른 비대칭 패턴 문제를 해결하였으며, 반응-확산 모델에 의한 방법은 반복법인 특성으로 인해 비대칭성이 나타나지 않게 된다. 두 방법 모두 다양한 크 기의 도트 패턴에 사용할 수 있으며 기존의 방법과 다른 새로운 방법으로 디지털 하프토닝을 할 수 있는 가능성을 보였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1. 연구 배경 1
• 1.2. 연구 목적 3
• 1.3. 연구의 구성 4
• 2. 기존 연구 6
• 2.1. 하프토닝 6
• 2.1.1. 아날로그 기법들 6
• 2.1.2. 디지털 하프토닝 12
• 2.1.3. 스캐닝 방법 25
• 2.1.4. 마스크화 33
• 2.1.5. 신호 분석 방법 35
• 2.2. 반응-확산 모델 39
• 2.2.1. 수리 생물학과 발생 생물학 39
• 2.2.2. 튜링의 반응-확산 모델 49
• 2.2.3. 비등방 확산 51
• 2.2.4. 수치 해석 기법 52
• 3. 제안된 방법 53
• 3.1. 오차확산을 위한 스캐닝 방법 53
• 3.1.1. 미로생성방법을 이용한 스캐닝 54
• 3.1.2. 랜덤 플러드 필을 이용한 스캐닝 55
• 3.1.3. 제안된 오차 확산 가중치 60
• 3.1.4. 비정방형 픽셀에 대한 확장 60
• 3.2. 반응-확산 모델을 이용한 하프토닝 63
• 3.2.1. 밝기 표현을 위한 파라미터 분석 64
• 3.2.2. 반응-확산 모델에 의한 하프토닝 74
• 3.2.3. 헤드컷 스타일의 적용 77
• 3.2.4. 반응-확산 마스크 생성 방법 78
• 4. 실험 결과 및 고찰 79
• 4.1. 오차 확산을 이용한 스캐닝 방법 79
• 4.1.1. 단일 픽셀에 대한 적용 79
• 4.1.2. 클러스터된 픽셀에 대한 적용 80
• 4.2. 반응-확산 하프토닝 94
• 4.2.1. 등방확산 95
• 4.2.2. 점묘법과 비교 95
• 4.2.3. 패턴크기의 제어 98
• 4.2.4. 비등방확산 101
• 4.2.5. 반응-확산 마스크 104
• 4.2.6. 헤드컷 스타일 106
• 4.3. 실험결과 및 고찰 107
• 5. 결론 113
• 참고문헌 115
• 국문초록 125
• ABSTRACT 127

참고문헌 (Reference)

1. 수치해석, 윤경현, 이경환, 朝創書店, 집문당, 1996, , 1996

2. 균일 분포 테트로미노 타일링, 조청운, 한국컴퓨터게임학회, 한국컴퓨터게임학회논문 지, 26권 3호, pp.43-48, , 2013

3. 인쇄 역사 – 커뮤니케이션이해총서, 오성상, 커뮤니케이션북스, , 2013

4. 회화적 렌더링을 위한 색 분할 방법 연구, 조청운, 한국컴퓨터게임학회, 한국컴퓨터게 임학회논문지, 19권 4호, pp.217-225, , 2009

5. 게임 캐릭터의 사실적인 연필 렌더링 기법, 양희경, 민경하, 한국컴퓨터게임학회, 한국 컴퓨터게임학회논문지, 23(2), pp. 49-59, , 2010

6. 반응-확산 모델 기반의 연속적인 톤의 표현, 조청운, 한국컴퓨터게임학회, 한국컴퓨터 게임학회논문지, 28권, 4호, pp.203–209, 2015, , 2015

7. 미로 생성 알고리즘을 이용한 디지털 하프토닝, 조청운, 한국항행학회, 한국항행 학회논문지, 13권, 6호, pp.984-990, , 2009

8. 아이폰 기반 실시간 회화적 렌더링 시스 템 개발, 송현우, 서상현, 류승택, 한국컴퓨터게임학회, 한국컴퓨터게임학회논문지, 23권 2호, pp.175-182, , 2010

9. 반응-확산 모델을 이용한 헤드컷 스타일 생성 방법, 조청운(Cheung Woon Jho), 한국컴퓨터게임학회, 한국 컴퓨터게임학회논문지, 27권, 4호, pp.203-209, , 2014

10. 랜덤 플러드 필 알고리즘을 이용한 디지털 하프토닝, 조청운, (사)한국컴퓨터게임학회, 한 국컴퓨터게임학회논문지, 24권 2호, pp.177-183, , 2011

11. 윤곽선 그래프를 이용한 게임 캐릭터의 비사실적 렌더링 기법, 민경하, 권윤미, 한국컴퓨터게임학회, 한국컴퓨터게임학회논문지, 19권 1호, pp.21-29, , 2009