程式設計小知識之 Dithering

本文簡單介紹了 dithering(抖動) 的一些知識

假設我們需要在顯示器上顯示以下(來自這裡):

的畫素格式為 rgb

24rgb24

rgb2

4(畫素的 r,g

,br,g,b

r,g,

b 通道各佔 1

11 個位元組(8

88 位),乙個畫素占用 3

33 個位元組(共 24

2424

位)),rgb

24rgb24

rgb2

4 格式的畫素總共能夠表達 224=

16777216

2^ = 16777216

224=16

7772

16種不同的顏色,現在的大部分顯示器也能夠顯示這麼多種顏色(這裡我們暫時忽略伽馬校正等因素的影響),所以我們不用對做什麼特殊處理,直接輸出顯示即可~

但是如果顯示器能夠顯示的顏色數量有限(譬如只能顯示 216

21621

6 種顏色),那麼就需要對原進行處理了,一種簡單的方法就是對畫素進行截斷或者捨入處理,但是這樣會讓產生明顯的色帶(color banding)現象,譬如上面所示的,經過(畫素)截斷(捨入)之後,大概會顯示成這個樣子(來自這裡):

可以看到顯示效果很差,那有沒有辦法改善呢?答案就是使用 dithering(抖動): dithering(抖動) 通過調整乙個畫素周圍畫素的顏色值,使人眼產生錯覺,從而"模擬出"更多的顯示顏色(譬如將黑白兩種顏色並列在一起就可以"模擬出"灰色(人眼錯覺的關係)),仍然拿上面的舉例,經過 dithering(抖動) 之後,顯示效果會變成這樣(來自這裡):

可以看到顯示效果較之前的版本要好了不少(雖然兩者的顏色空間(使用到的顏色數量)其實是相同的)

那具體 dithering(抖動) 是怎麼調整畫素的呢?方法其實有不少,這裡我們簡單介紹一下經典的 floyd–steinberg 演算法,演算法的基本思想就是使用誤差擴散(error diffusion),所謂誤差擴散,簡單來說,就是將畫素截斷或者捨入之後的顏色誤差擴散(新增)到周圍的畫素顏色上去, floyd–steinberg 演算法採用的誤差擴散方式如下所示(來自wiki):

圖中的 * 號代表的就是當前正在處理(抖動)的畫素,該畫素截斷或者捨入之後的顏色誤差會按 7/16

,1/16

,5/16

,3/16

7/16, 1/16, 5/16, 3/16

7/16,1

/16,

5/16

,3/1

6 的比例新增到其 右, 右下, 下, 左下 的畫素上去, wiki 上已經給出了相關偽碼,這裡也有乙份完整的**實現(基於 unity),有興趣的朋友可以仔細看看~

參考資料

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