하프톤

Halftone
이 기사는 그래픽 기술에 관한 것입니다.음정은 세미톤을 참조해 주세요.음표는 반음표를 참조해 주세요.
왼쪽: 중간색 도트.오른쪽: 인간의 눈이 충분한 거리에서 점을 보는 방법의 예.

하프톤은 점의 사용을 통해 연속적인 톤의 이미지를 시뮬레이트하여 크기나 간격에 따라 변화시켜 구배와 같은 [1]효과를 내는 재그래픽 기법입니다.하프톤은 이 [1]프로세스에서 생성되는 이미지를 특정하기 위해 사용할 수도 있습니다.

연속 톤의 이미지에 무한한 범위의 색상 또는 회색의 색채가 포함되어 있는 경우 하프톤 프로세스는 크기가 다른 도트(펄스 폭 변조) 또는 간격(주파수 변조) 또는 둘 다에서 한 가지 색상의 잉크만으로 인쇄되는 이미지에 대한 시각적 재현을 줄입니다.이 복제는 기본적인 착시현상에 의존합니다.반음 도트가 작을 때 인간의 눈은 패턴 영역을 부드러운 톤인 것처럼 해석합니다.현미경적인 수준에서, 현상된 흑백 사진 필름은 무한대의 연속 톤이 아닌 두 가지 색상으로만 구성되어 있습니다.자세한 내용은 필름 그레인(film gran)을 참조하십시오.

컬러 사진술이 필터와 필름 층의 추가와 함께 진화한 것처럼, 컬러 인쇄는 감산색마다 중간색 공정을 반복함으로써 가능합니다.대부분은 "CMYK 컬러 모델"[2]이라고 불리는 것을 사용합니다.잉크의 반투명성은 다른 색상의 반투명 점으로 다른 광학 효과인 풀 컬러 [1]이미지를 만들 수 있게 합니다.

역사

The cover of The Canadian Illustrated News with a halftone photograph of Prince Arthur
1869년 10월 30일 캐나다 정기 간행물에서 하프톤을 사용한 최초의 인쇄 사진
손으로 만든 하프톤 판으로 인쇄한 다색 엽서(1899)입니다.

사진의 톤과 미묘한 디테일을 모방할 수 있는 초기의 기계식 인쇄 과정이 있었지만, 특히 우드베리 활자, 비용, 실용성 등은 양면 인쇄를 사용하는 대량 상업 인쇄에 사용되는 것을 금지했다.

이전에는 대부분의 신문사진은 손으로 조각한 나무토막으로 만든 목판화나 목각화였는데, 그것들은 종종 사진으로부터 베꼈지만, 손으로 그린 스케치와 더 유사하다.상업용 프린터는, 인쇄된 페이지에 사진을 리얼하게 재현하는 실용적인 방법을 원했지만, 대부분의 기계식 인쇄 프로세스에서는, 잉크 영역만을 인쇄하거나 용지에 빈 영역을 남길 수 있습니다.사진의 색조 범위에서는 사용할 수 없습니다.흑색(또는 유색) 잉크만 인쇄하거나 아무것도 인쇄하지 않습니다.하프톤 과정은 이러한 한계를 극복하고 책, 신문, 그리고 다른 정기 [3]산업의 주요 요소가 되었다.

William Fox Talbot은 하프톤 인쇄의 아이디어로 인정받고 있다.1852년 특허에서 그는 사진 오목판 [4][5]공정과 관련하여 "사진 스크린 또는 베일"을 사용할 것을 제안했다.

몇 가지 다른 종류의 스크린이 이후 수십 년 동안 제안되었다.첫 번째 시도 중 하나는 캐나다 일러스트레이티드 뉴스에서 일하는 동안 윌리엄 레고가 그의 레고 타입을 사용한 것이다.최초로 인쇄된 하프톤 사진은 1869년 [6]10월 30일에 출판된 아서 왕자의 이미지였다.뉴욕 데일리 그래픽은 나중에 1880년 3월 4일 조잡한 하프톤 [7]스크린과 함께 "신문에서 완전한 톤 범위의 사진을 최초로 복제한 것"을 게재했다.

최초의 성공적인 상업적 방법은 [5][7]1881년 필라델피아에 사는 프레데릭 아이브스에 의해 특허를 받았다.그는 이미지를 다양한 크기의 점으로 분할하는 방법을 찾았지만 화면을 사용하지 않았다.1882년, 독일의 게오르크 마이젠바흐[de]는 [8]그가 오토타이프라고 이름 붙인 하프톤 공정의 특허를 독일에서 얻었다.그의 발명은 Berchold와 Swan의 이전 아이디어에 기초했다.그는 교차된 효과를 내기 위해 노출 중에 회전된 단일 안감 스크린을 사용했습니다.그는 구호용 [5]하프톤으로 상업적 성공을 거둔 최초의 사람이었다.

그 후 얼마 지나지 않아 Ives는 이번에 Louis와 Max Levy와 협력하여 고품질 크로스 [5]라인 스크린의 발명과 상업적 생산을 통해 공정을 더욱 개선했습니다.

중간 톤 구제 과정은 거의 즉시 성공으로 판명되었다.1890년대 [5]초에 대중 잡지에서 하프톤 블록의 사용은 규칙적으로 되었다.

석판 인쇄를 위한 하프톤 인쇄 방법의 개발은 거의 독립적인 경로를 따라온 것으로 보인다.1860년대에 A. Hoen & Co.는 예술가들이 수작업으로 만든 [9]돌의 색조를 조작할 수 있는 방법에 초점을 맞췄다.1880년대까지, 호엔은 손으로 [10][11]만든 돌이나 사진 석판과 함께 사용할 수 있는 하프톤 방법을 연구하고 있었다.

하프톤 사진 스크리닝

디지털화된 영상에 앞서 그레이스케일 영상을 개별 포인트로 분할하는 특수 사진 기술이 개발되었습니다.그 중 가장 초기의 것은 카메라 플레이트에 노출되기 전에 거친 직물 스크린을 매달아 간섭과 회절 효과를 조합하여 들어오는 빛을 점 패턴으로 만드는 "스크린링"이었습니다.포토 플레이트는, 포토 에칭 기술을 사용해 현상해 인쇄판을 작성할 수 있습니다.

다른 기법들은 평행 막대로 구성된 "스크린"을 사용했는데, 그 후에 같은 화면이 다른 각도로 방향을 잡은 두 번째 노출과 결합되었다.또 다른 방법은 교차선이 표면에 식각된 스크린 플레이트를 통해 노출하는 것이었습니다.나중에 사진 접촉 스크린이 사용되거나 때로는 화면이 전혀 표시되지 않고 사전 노출 하프톤 패턴의 리소그래피(극히 높은 대비) 필름에 직접 노출되었습니다.

종래의 하프톤화

하프톤 화면 해상도

일반적인 하프톤 해상도
스크린 인쇄 45 ~ 65 lpi
레이저 프린터(300dpi) 65 lpi
레이저 프린터(600dpi) 85~105 lpi
오프셋 프레스(신문 인쇄 용지) 85 lpi
오프셋 프레스(코팅 용지) 85 ~ 540 lpi

하프톤 화면의 해상도는 인치당 라인 수(lpi)로 측정됩니다.화면 각도와 평행하게 측정된 1인치당 점의 개수입니다.화면규칙으로 알려진 화면 해상도는 접미사 lpi 또는 해시마크(예: "150 lpi" 또는 "150#")로 작성됩니다.

소스 파일의 픽셀 해상도가 높을수록 재현할 수 있는 디테일이 커집니다.그러나 이러한 증가에는 화면 규칙도 증가해야 합니다. 그렇지 않으면 포스터화로 인해 출력이 저하될 수 있습니다.따라서 파일 해상도는 출력 해상도와 일치합니다.

멀티스크린과 컬러 하프톤

CMYK 분리에 의한 현대적 컬러 하프톤 3가지 예시.왼쪽에서 오른쪽으로:시안 분리, 마젠타 분리, 노란색 분리, 검은색 분리, 결합된 중간색 패턴, 그리고 마지막으로 인간의 눈이 충분한 거리에서 결합된 중간색 패턴을 어떻게 관찰할 것인가?
이 중간색 프린트의 클로즈업에서는 노란색 위에 마젠타가 오렌지/빨간색으로 표시되고 노란색 위에 시안이 녹색으로 표시됩니다.
일반적인 CMYK 하프톤 화면 각도 예시

서로 다른 화면을 조합하면 가장자리가 지나치게 강조되거나 모이레 패턴이 나타나는 등 여러 가지 시각적 효과가 발생할 수 있습니다.이 문제는 화면을 서로 회전시킴으로써 줄일 수 있습니다.이 화면 각도는 인쇄에 사용되는 또 다른 일반적인 측정치이며, 왼쪽으로 이어지는 선에서 시계 방향으로 도 단위로 측정됩니다(9시는 0도).

하프톤은 컬러 사진 인쇄에도 일반적으로 사용됩니다.시안, 마젠타, 옐로우, 블랙(약칭 CMYK)의 4가지 2차 인쇄 색상의 농도를 변화시키는 것으로, 특정의 음영을 [12]재현할 수 있습니다.

이 경우 다른 문제가 발생할 수 있습니다.심플한 케이스에서는, 회색의 음영 인쇄에 사용한 것과 같은 기술을 사용해 하프톤을 작성할 수 있지만, 이 케이스에서는, 다른 인쇄 색이 물리적으로 서로 가까이 붙어 있어야만, 눈을 속일 수 있습니다.이를 위해 업계에서는 일련의 알려진 각도로 표준화되었으며, 그 결과 점들이 작은 원이나 로제트로 형성되었습니다.

이 점들은 육안으로는 잘 보이지 않지만 현미경이나 돋보기로는 식별할 수 있다.

도트 모양

둥근 점이 가장 일반적으로 사용되지만, 많은 점 유형을 사용할 수 있으며, 각각 고유한 특성을 가지고 있습니다.모이레 효과를 피하기 위해 동시에 사용할 수 있습니다.일반적으로 바람직한 도트 모양은 인쇄 방법 또는 인쇄판에 따라 달라진다.

  • 둥근 점: 가장 일반적인 것으로, 밝은 이미지, 특히 피부톤에 적합합니다.그들은 70%의 톤 값으로 만난다.
  • 타원형 점: 많은 개체가 있는 이미지에 적합합니다.타원형 도트는 음색값 40%(끝이 뾰족)와 60%(긴 쪽)에서 만나므로 패턴이 발생할 위험이 있습니다.
  • 사각 도트: 세세한 이미지에는 최적. 피부톤에는 권장하지 않습니다.그 모서리들은 50%의 톤 값으로 만난다.정사각형 점 사이의 변화는 때때로 인간의 눈에 [13]보일 수 있다.

디지털 하프톤

디지털 하프톤은 1970년대 크로스필드 전자, 헬, 리노타입 폴과 같은 회사가 만든 컬러 드럼 스캐너와 연결된 필름 레코더 유닛에 "전자 닷 생성기"가 개발되면서 사진 하프톤을 대체해 왔다.

1980년대에, 하프톤은 이전의 "레이저 식자기"에서 개발된 새로운 세대의 이미지 세터 필름과 종이 레코더에서 사용할 수 있게 되었습니다.순수한 스캐너나 순수한 식자기와 달리, 이미지 세터는 활자, 사진 및 기타 그래픽 객체를 포함한 페이지의 모든 요소를 생성할 수 있습니다.1984년에 출시된 널리 사용되는 Linotronic 300 및 100이 초기 예이며, 1985년에 PostScript RIP를 최초로 제공하기도 했습니다.[14]

1970년대 후반 이후의 초기 레이저 프린터에서도 하프톤이 발생할 수 있었습니다만, 원래의 300 dpi 해상도는 화면 표시에 약 65 lpi의 제한이 있었습니다.이는 600dpi 이상의 고해상도 및 디더링 기술이 도입됨에 따라 개선되었습니다.

모든 하프톤은 고주파/저주파 이분법을 사용합니다.사진 하프톤에서 저주파 속성은 하프톤 셀로 지정된 출력 화상의 로컬 영역이다.같은 크기의 각 셀은 연속 톤 입력 화상의 대응하는 영역(크기 및 위치)에 관련지어진다.각 셀 내에서 고주파 속성은 잉크 또는 토너로 이루어진 중심 가변 크기의 하프톤 도트이다.출력 셀의 비잉크 영역에 대한 잉크 영역의 비율은 입력 셀의 휘도 또는 그레이 레벨에 해당합니다.적절한 거리에서 인간의 눈은 세포 내 비율에 의해 근사된 고주파 외관 그레이 레벨과 인접한 등간격 세포와 중심점 사이의 저주파 외관 그레이 레벨의 변화를 평균화한다.

디지털 하프톤은 래스터 이미지 또는 비트맵을 사용합니다.이 이미지 또는 비트맵 내에서 각 흑백 화소 또는 픽셀이 켜지거나 꺼지거나 잉크 또는 잉크가 없는 경우가 있습니다.따라서 사진용 하프톤 셀을 에뮬레이트하려면 디지털 하프톤 셀은 동일한 크기의 셀 영역 내에 단색 픽셀군을 포함해야 한다.이러한 단색 픽셀의 고정 위치와 크기는 사진 하프톤 방식의 고주파/저주파 이분법을 손상시킵니다.클러스터화된 멀티픽셀 도트는 점증적으로 증가할 수 없으며, 1픽셀 전체가 점증합니다.또, 그 픽셀의 배치는 중심에서 약간 벗어납니다.이러한 타협을 최소화하려면 디지털 하프톤 흑백 픽셀은 600 ~2,540 픽셀 이상으로 매우 작아야 합니다.그러나, 디지털 화상 처리에서는, 보다 고도의 디더링 알고리즘에 의해서, 어느 픽셀을 흑백으로 할지를 결정할 수 있게 되어, 그 중 일부는 디지털 하프톤보다 뛰어난 결과를 얻을 수 있습니다.비선형 확산 및 확률적 플립과 같은 일부 최신 이미지 처리 도구에 기반한 디지털 하프톤링도 [15]최근에 제안되었습니다.

변조

화면을 만드는 가장 일반적인 방법인 진폭 변조는 크기가 다른 점의 규칙적인 그리드를 생성합니다.화면을 만드는 또 다른 방법인 주파수 변조는 확률적 스크리닝이라고도 알려진 프로세스에서 사용됩니다.두 변조 방법 모두 전기 통신 [16]용어의 사용 유추로 명명됩니다.

반전 하프톤

Original image
원본 이미지
Dithered image
디더링된 이미지
Descreened image
화면표시된 이미지

반전 하프톤 또는 Descreening은 하프톤 버전에서 고품질의 연속 톤 이미지를 재구성하는 프로세스입니다.서로 다른 소스 이미지가 동일한 하프톤 이미지를 생성할 수 있기 때문에 반전 하프톤은 잘못된 문제입니다.이것에 의해, 1개의 하프톤 화상이 복수의 그럴듯한 재구성을 가진다.게다가 톤이나 상세등의 정보는 하프톤중에 폐기되어 회복 불능으로 없어집니다.다양한 하프톤 패턴으로 인해 최상의 품질을 위해 어떤 알고리즘을 사용해야 하는지 항상 명확하지는 않습니다.

낮은 해상도로 크기가 조정된 하프톤으로 인한 공간 별칭으로 인한 하늘 점

재건축이 필요한 상황은 많이 있습니다.아티스트에게 하프톤 이미지를 편집하는 것은 어려운 작업입니다.밝기 변경과 같은 간단한 수정도 대개 색조를 바꿈으로써 작동합니다.하프톤 영상의 경우 일반 패턴을 추가로 보존해야 합니다.리터치 등 복잡한 툴도 마찬가지입니다.그 외의 많은 화상 처리 기술은, 연속 톤의 화상상에서 동작하도록 설계되어 있습니다.예를 들어,[17] 이러한 이미지에는 이미지 압축 알고리즘이 더 효율적입니다.또 다른 이유는 반토막은 화질을 떨어뜨리기 때문에 시각적인 측면입니다.하프톤된 영상의 톤 변화가 제한적이기 때문에 원본 영상의 톤 변화가 제거됩니다.또한 모이레 패턴과 같은 왜곡과 시각 효과도 도입할 수 있습니다.특히 신문지에 인쇄하면 종이 성질에 의해 중간색 무늬가 더 잘 보이게 됩니다.이러한 화상을 스캔해 재인쇄하는 것으로, 모이레 패턴이 강조됩니다.따라서 적절한 품질을 제공하기 위해 전재 전에 재구성하는 것이 중요합니다.

공간 및 주파수 필터링

이 절차의 주요 단계는 하프톤 패턴을 제거하고 톤 변화를 재구성하는 것입니다.최종적으로는, 화질을 향상시키기 위해서, 디테일을 회복할 필요가 있는 경우가 있습니다.대부분의 하프톤 알고리즘은 디더링, 오차 확산 및 최적화 기반 방법으로 분류할 수 있습니다.서로 다른 패턴을 생성하고 대부분의 반전 하프톤 알고리즘은 특정 유형의 패턴에 맞게 설계되므로 적절한 설명 전략을 선택하는 것이 중요합니다.많은 알고리즘이 반복적이기 때문에 시간이 또 다른 선택 기준입니다.

하프톤 패턴을 제거하는 가장 간단한 방법은 공간 영역 또는 주파수 영역 중 하나에 로우패스 필터를 적용하는 것입니다.간단한 예로는 가우스 필터가 있습니다.이미지를 흐리게 하는 고주파 정보를 폐기하는 동시에 하프톤 패턴을 줄입니다.이것은 하프톤 이미지를 볼 때 우리의 눈이 흐릿해지는 효과와 유사합니다.어떤 경우에도 적절한 대역폭을 선택하는 것이 중요합니다.대역폭이 너무 제한되면 가장자리가 흐려지지만 대역폭이 크면 패턴이 완전히 삭제되지 않기 때문에 노이즈가 많은 이미지가 생성됩니다.이 트레이드오프 때문에 합리적인 에지 정보를 재구성할 수 없습니다.

가장자리 강화를 통해 추가적인 개선을 달성할 수 있습니다.하프톤 이미지를 웨이브릿 표현으로 분해하면 다른 주파수 [18]대역에서 정보를 선택할 수 있습니다.엣지는 보통 하이패스 에너지로 구성됩니다.추출된 하이패스 정보를 이용하는 것으로, 매끄러운 영역간의 로우패스 정보를 유지하면서, 엣지 주위의 영역을 달리 취급해 강조할 수 있다.

최적화 기반 필터링

역 하프톤의 또 다른 가능성은 인공 [19]신경망에 기반한 기계 학습 알고리즘의 사용이다.이러한 학습 기반의 접근법에서는 가능한 한 완벽한 기술에 가까운 기술을 찾을 수 있습니다.아이디어는 실제 하프톤 이미지에 따라 다른 전략을 사용하는 것입니다.같은 이미지내의 다른 컨텐츠에 대해서도, 전략을 변경할 필요가 있습니다.컨볼루션 뉴럴 네트워크는 범주 기반 설명을 가능하게 하는 객체 감지와 같은 작업에 적합합니다.또한 가장자리 검출을 수행하여 가장자리 영역의 디테일을 향상시킬 수 있습니다.결과는 생성적 적대 네트워크를 [20]통해 더욱 개선될 수 있습니다.이러한 유형의 네트워크는 인위적으로 콘텐츠를 생성하고 손실된 세부 정보를 복구할 수 있습니다.그러나 이러한 방법은 사용된 훈련 데이터의 품질과 완전성에 의해 제한된다.훈련 데이터에 나타나지 않은 보이지 않는 하프톤 패턴은 제거하기가 어렵다.또한 학습 과정에는 약간의 시간이 걸릴 수 있습니다.이와는 대조적으로, 역 하프톤 이미지 계산은 단 하나의 계산 단계만 필요하기 때문에 다른 반복 방법에 비해 빠르다.

룩업 테이블

다른 접근 방식과는 달리 룩업 테이블 방식에는 [21]필터링이 포함되지 않습니다.하프톤 이미지의 모든 픽셀에 대한 근방 분포를 계산하여 작동합니다.룩업 테이블은 특정 픽셀 및 해당 분포에 대해 연속 톤 값을 제공합니다.하프톤 영상과 해당 원고의 히스토그램을 사용하기 전에 해당 조회 테이블을 얻습니다.히스토그램은 하프톤 전후의 분포를 제공하며 하프톤 영상의 특정 분포에 대한 연속 톤 값을 근사할 수 있습니다.이 방법에서는 적절한 룩업테이블을 선택하기 위해 하프톤화 전략을 사전에 알고 있어야 합니다.또한 테이블은 새로운 하프톤 패턴별로 재계산해야 합니다.픽셀당 룩업이 필요하기 때문에 반복적인 방법에 비해 디스크스크린 이미지 생성 속도가 빠릅니다.

「 」를 참조해 주세요.

중요한 학술 연구 그룹

레퍼런스

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외부 링크

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