第７章 単色ディザリング

【リスト6-14】  2次元DCT
double red0[GWDFT][GHDFT],green0[GWDFT][GHDFT],blue0[GWDFT][GHDFT];
double red1[GWDFT][GHDFT],green1[GWDFT][GHDFT],blue1[GWDFT][GHDFT];
double red2[GWDFT][GHDFT],green2[GWDFT][GHDFT],blue2[GWDFT][GHDFT];
double trt[GWDFT][GHDFT],wrt[GWDFT][GWDFT],hrt[GHDFT][GHDFT]; //作業用配列
oid setCosDT(){
	for(int i=0;i<GWDFT;i++)for(int j=0;j<GHDFT;j++){
		COLORREF C=pixel(i+80,j+80);
		red0  [i][j]=(double)RED  (C)/255.0;
		green0[i][j]=(double)GREEN(C)/255.0;
		blue0 [i][j]=(double)BLUE (C)/255.0;
	}
}	
void DCT(double dt[][GHDFT],double out[][GHDFT],int inv ){
	double nm1, nm2; int stID;
	if(inv){ nm1 =  0.5; nm2 = 2.0/GWDFT; stID   = 1;}
	else   { nm1 =  0.0; nm2 = 1.0      ; stID   = 0;}
	double M2    = PI/(double)GWDFT;
	for(int i=0; i<GWDFT; i++){// x方向変換のためのテーブル設定
		for(int j=stID; j<GWDFT; j++){
			if(inv) wrt[i][j]=cos(M2*(i+0.5)*j);
			else    wrt[i][j]=cos(M2*(j+0.5)*i); 
		}
	}
	for(int y=0;y<GHDFT; y++)for(int x=0;x<GWDFT; x++){// x方向DCT
		trt[x][y]=0.0;
		for(int xx=stID; xx<GWDFT; xx++) trt[x][y]+=dt[xx][y]*wrt[x][xx];
		trt[x][y] += dt[0][y]*nm1; trt[x][y] *= nm2;
	}
	M2 = PI/(double)GHDFT; nm2=(inv)?2.0/(double)GHDFT:1;
	for(int i=0; i<GHDFT; i++){// y方向変換のためのテーブル設定
		for(int j=stID; j<GHDFT; j++){
			if(inv) hrt[i][j]=cos(M2*(i+0.5)*j);
			else    hrt[i][j]=cos(M2*(j+0.5)*i); 
		}
	}
	for(int x=0;x<GWDFT; x++)for(int y=0;y<GWDFT; y++){// y方向DCT
		out[x][y]=0.0;
		for(int yy=stID; yy<GHDFT; yy++)	
		    out[x][y]+=trt[x][yy]*hrt[y][yy];
		out[x][y] += trt[x][0]*nm1;	out[x][y] *= nm2;
	}
}
void dspDBL(double DT[][GHDFT],int xs, int ys, int flag){
	for(int i=0;i<GWDFT;i++)for(int j=0;j<GHDFT;j++){
		int C=(int)(DT[i][j]*255+0.5);
		switch(flag){
		case 1: C=RGB(C, 0, 0);break;
		case 2: C=RGB(0, C, 0);break;
		case 3: C=RGB(0, 0, C);break;
		default:C=RGB(C,C,C);break;
		}
		setPixel(i+xs,j+ys, C);
	}
}
void cosTransform(){
	setCosDT();
	DCT(red0, red1,0);	DCT(green0, green1,0); DCT(blue0, blue1,0);
	DCT(red1, red2,true);DCT(green1, green2,true); DCT(blue1, blue2,true);
	dspDBL(red0,100,0,1); dspDBL(green0,200,0, 2); dspDBL(blue0,300,0,3);
	dspDBL(red1,100,100,1);dspDBL(green1,200,100,2);dspDBL(blue1,300,100,3);
	dspDBL(red2,100,200,1);dspDBL(green2,200,200,2);dspDBL(blue2,300,200,3);
	for(int i=0;i<GWDFT;i++)for(int j=0;j<GHDFT;j++){
		setPixel(i,j, pixel(i+80,j+80));
		setPixel(i,j+200, RGB((int)(red2  [i][j]*255+0.5),
			    (int)(green2[i][j]*255+0.5), (int)(blue2 [i][j]*255+0.5)));
	}
}

【リスト7-1】  ハーフトーン処理
void dspMonoDither(){
	int DT[][2][2]={{{0,0},{0,0}},{{1,0},{0,0}},
			{{1,0},{0,1}},{{1,0},{1,1}},{{1,1},{1,1}}};
       int D=256/5, DC; double DX=255.0/4;
	for(int j=0;j<GHIGHT; j+=2)for(int i=0;i<GWIDTH; i+=2){
		int C=(int)monoC[i][j]; C=(int)(C/D);
       for(int k1=0;k1<2;k1++) for(int k2=0;k2<2;k2++){
			DC=DT[C][k1][k2]*255;
       setPixel(i+k1,j+k2,RGB(DC,DC,DC));
		}
	}
}
void ditherMono(){
	getMono(); dspMonoDither();
}
void procLButtonDown(HWND hw, WPARAM wp,LPARAM lp){
	ditherMono();
	 InvalidateRect(hw,NULL,TRUE);
}

【リスト7-2】  代表値を4点の平均値とするハーフトーン処理
double avColor(int i, int j){
	double DD=0;
	for(int k1=0;k1<2;k1++) for(int k2=0;k2<2;k2++) DD+=monoC[i+k1][j+k2];
	return 	DD/4;
}
void dspMonoDither(){
	int DT[][2][2]={{{0,0},{0,0}},{{1,0},{0,0}},
			{{1,0},{0,1}},{{1,0},{1,1}},{{1,1},{1,1}}};
       int C=(int)avColor(i,j);C=(int)(C/D);
	for(int j=0;j<GHIGHT; j+=2)for(int i=0;i<GWIDTH; i+=2){
		int C=(int)monoC[i][j]; C=(int)(C/D);
       for(int k1=0;k1<2;k1++) for(int k2=0;k2<2;k2++){
			DC=DT[C][k1][k2]*255;
       setPixel(i+k1,j+k2,RGB(DC,DC,DC));
		}
	}
}

【リスト7-3】  乱数を用いたハーフトーン処理
void clearPT(int DT[2][2],int C){
	for(int i=0;i<2;i++)for(int j=0;j<2;j++) DT[i][j]=C;
}
void randomSet(int DT[2][2], int C){
	int C0=0, CF=0xFFFFFF;
	if(C==0)      clearPT(DT,C0); //すべて黒に設定
	else if(C>=5) clearPT(DT,CF); //すべて白に設定
	else{
			clearPT(DT,C0);//カラー値分を白に設定
			for(int k1=0; k1<C;k1++){
				int N=0, ID1,ID2;
				do{ ID1=(int)(frand()*2); ID2=(int)(frand()*2);N++;}
				while(DT[ID1][ID2]!=0 && N<30);//30回繰返しは安全のため
				DT[ID1][ID2]=CF;
			}
	}
}
void dspMonoDitherRandom(){
	int DT[2][2]; int D=256/5; double DX=255.0/4;
	for(int j=0;j<GHIGHT; j+=2)for(int i=0;i<GWIDTH; i+=2){
		int C=(int)monoC[i][j]; C=(int)(C/D); randomSet(DT, C);
		for(int k1=0;k1<2; k1++) for(int k2=0;k2<2; k2++)
				setPixel(i+k1, j+k2, DT[k1][k2]);
	}
}
void completeRandom(){//完全無作為ディザリング
	int C, CMAX=255, L=50, H=20, S=7;
	double R=CMAX-H-L, ST=L; srand(S);	
	for(int j=0;j<GHIGHT; j++)for(int i=0;i<GWIDTH; i++){
		if(monoC[i][j]<frand()*R+ST) C=0; else C= 0xFFFFFF;
		setPixel(i,j,RGB(C,C,C));
	}
}
  
【リスト7-4】  2×2ディザ行列によるディザリング
#define NDITHX 2
#define NDITHY 2
void setDitherMat(int M[][NDITHY], double DM[][NDITHY], int CMAX){
	double NM=1.0+(double)(NDITHX*NDITHY), DV = CMAX;
	for(int i=0;i<NDITHX;i++)for(int j=0;j<NDITHY;j++){
		DM[i][j] = DV * (1.0+(double)M[i][j])/NM;
	}
}
void dspMonoDitherMat(){
	int M[NDITHX][NDITHY]={{0,3},{2,1}}; 
	int C;
	double DM[NDITHX][NDITHY]; setDitherMat(M, DM, 255);
	for(int j=0;j<GHIGHT; j+=NDITHY)for(int i=0;i<GWIDTH; i+=NDITHX){
		for(int k1=0;k1<NDITHY;k1++) for(int k2=0;k2<NDITHX;k2++){
			if(monoC[i+k2][j+k1]<DM[k2][k1]) C=0;
			else C= 0xFFFFFF;
			setPixel(i+k1,j+k2,RGB(C,C,C));
		}
	}
}

【リスト7-5】  乱数発生によるディザ行列の生成
void randomDitherMap(double DM[][NDITHY], int CMAX, int L, int H,int S){
	double R=CMAX-H-L, ST=L, tt=0;
	srand(S);//シード値で画像雰囲気が変わる
	for(int j=0;j<NDITHY; j++)for(int i=0;i<NDITHX; i++)
			DM[i][j] = frand()*R+ST;
}
void randomDither(){
	double DM[NDITHX][NDITHY]; int C;
	randomDitherMap(DM, 255, 50, 20,7);// 50, 20, 7 を変更してみよう
	for(int j=0;j<GHIGHT; j+=NDITHY)for(int i=0;i<GWIDTH; i+=NDITHX){
		for(int k1=0;k1<NDITHY;k1++) for(int k2=0;k2<NDITHX;k2++){
			if(monoC[i+k2][j+k1]<DM[k2][k1]) C=0;
			else C= 0xFFFFFF;
			setPixel(i+k1,j+k2,RGB(C,C,C));
		}
	}
}

      
【リスト7-6】  誤差拡散方式の共通プログラム
int errDT[GWIDTH][GHIGHT];
void getErrDT(int errDT[][GHIGHT]){
	for(int i=0;i<GWIDTH; i++) for(int j=0;j<GHIGHT; j++) {
		int C=pixel(i,j), R=RED(C), G=GREEN(C), B=BLUE(C);
		errDT[i][j]=(int)(double(6*R+8*G+B)/15.0+0.5);
	}
}
int totalDefusion(int Mat[][5]){
	int T=0;
	for(int i=0;i<5;i++)for(int j=0; j<3; j++) T+=Mat[j][i];
	return T;
}
void defusionError(int i, int j, int C, int Mat[][5], int Total){
		for(int k1= 0; k1<=4; k1++){
		int ii=i+k1-2;
		if(ii>=0 && ii<GWIDTH){
			for(int k2= 0; k2<=2; k2++){
				if(Mat[k2][k1]){
					int jj=j+k2;
					if(jj>=0 && jj<GHIGHT) 
							errDT[ii][jj]+=C*Mat[k2][k1]/Total;
	}	}	}		}
	
}
void defusionProc(int Mat[][5]){
	getErrDT(errDT); int TT=totalDefusion(Mat), C;
	for(int j=0;j<GHIGHT; j++)for(int i=0;i<GWIDTH; i++){
		if(errDT[i][j]<128) C=0; else C=255;
		setPixel(i,j,RGB(C,C,C)); 
		defusionError(i,j, errDT[i][j]-C, Mat, TT);
	}
}
void Floyd_Steinberg(){
  	int Mat[][5]={       
  		{0, 0, 0, 7, 0}, 
  		{0, 3, 5, 1, 0},
  		{0, 0, 0, 0, 0} 
  	};
  	defusionProc(Mat);
}
void False_Floyd_Steinberg(){
	int Mat[][5]={
		{0, 0, 0, 3, 0},
		{0, 0, 3, 2, 0},
		{0, 0, 0, 0, 0}
	};
	defusionProc(Mat);
} 
void JJN_Algolism(){
	int Mat[][5]={
		{0, 0, 0, 7, 5},
		{3, 5, 7, 5, 3},
		{1, 3, 5, 3, 1}
	};
	defusionProc(Mat);
}
void Stucki(){
	int Mat[][5]={
		{0, 0, 0, 8, 4},
		{2, 4, 8, 4, 2},
		{1, 2, 4, 2, 1}
	};
	defusionProc(Mat);
}
void Bukes(){
	int Mat[][5]={
		{0, 0, 0, 8, 4},
		{2, 4, 8, 4, 2},
		{0, 0, 0, 0, 0}
	};
	defusionProc(Mat);
}
void Atkinson(){
	int Mat[][5]={
		{0, 0, 0, 1, 1},
		{0, 1, 1, 1, 0},
		{0, 0, 1, 0, 0}
	};
	defusionProc(Mat);
}
void Sierra(){
	int Mat[][5]={
		{0, 0, 0, 5, 3},
		{2, 4, 5, 4, 2},
		{0, 2, 3, 2, 0}
	};
	defusionProc(Mat);
}
void Two_Row_Sierra(){
	int Mat[][5]={
		{0, 0, 0, 4, 3},
		{1, 2, 3, 2, 1},
		{0, 0, 0, 0, 0}
	};
	defusionProc(Mat);
}
void Sierra_Lite(){
	int Mat[][5]={
		{0, 0, 0, 2, 0},
		{0, 1, 1, 0, 0},
		{0, 0, 0, 0, 0}
	};
	defusionProc(Mat);
}

【参考プログラム】
  2×2ディザ行列を元に4×4ディザ行列, さらに8×8ディザ行列，16×ディザ行列
を生成するプログラムをプログラム例を示します。

  なおテストメインはコンソールアプリケーションとして作成してあります。

#include "stdio.h"
void Mat2to4(int M2[2][2], int M4[4][4] ){
	for(int i=0; i<4;i++)for(int j=0;j<4;j++){
		int ii = i % 2,jj = j % 2, add=0;
		if(i>=2){ if(j>=2) add=1;	else add=2;	}
		else if(j>=2) add=3;
		M4[i][j]=M2[ii][jj]*4 + add;
	}
}
void Mat4to8(int M4[4][4], int M8[8][8]){
	for(int i=0; i<8;i++)for(int j=0;j<8;j++){
		int ii = i % 4,jj = j % 4, add=0;
		if(i>=4){ if(j>=4) add=1;	else add=2;	}
		else if(j>=4) add=3;
		M8[i][j]=M4[ii][jj]*4 + add;
	}
}
void Mat8to16(int M8[8][8], int M16[16][16]){
	for(int i=0; i<16;i++)for(int j=0;j<16;j++){
		int ii = i % 8,jj = j % 8, add=0;
		if(i>=8){ if(j>=8) add=1;	else add=2;	}
		else if(j>=8) add=3;
		M16[i][j]=M8[ii][jj]*4 + add;
	}
}

int main(){
	int M2[2][2]={{0,3},{2,1}};
	int M4[4][4];
	int M8[8][8];
	int M16[16][16];
	for(int i=0;i<2;i++){
		for(int j=0;j<2;j++)printf(" %3d",M2[i][j]);
		printf("\n");
		
	}
	Mat2to4(M2, M4);printf("\n");
	for(int i=0;i<4;i++){
		for(int j=0;j<4;j++)printf(" %3d",M4[i][j]);
		printf("\n");
	}
	Mat4to8(M4, M8);printf("\n");
	for(int i=0;i<8;i++){
		for(int j=0;j<8;j++)printf(" %3d",M8[i][j]);
		printf("\n");
	}
	Mat8to16(M8, M16);printf("\n");
	for(int i=0;i<16;i++){
		for(int j=0;j<16;j++)printf(" %3d",M16[i][j]);
		printf("\n");
	}
	getchar();
	return 0;

}

【実行結果】

   0   3
   2   1

   0  12   3  15
   8   4  11   7
   2  14   1  13
  10   6   9   5

   0  48  12  60   3  51  15  63
  32  16  44  28  35  19  47  31
   8  56   4  52  11  59   7  55
  40  24  36  20  43  27  39  23
   2  50  14  62   1  49  13  61
  34  18  46  30  33  17  45  29
  10  58   6  54   9  57   5  53
  42  26  38  22  41  25  37  21

   0 192  48 240  12 204  60 252   3 195  51 243  15 207  63 255
 128  64 176 112 140  76 188 124 131  67 179 115 143  79 191 127
  32 224  16 208  44 236  28 220  35 227  19 211  47 239  31 223
 160  96 144  80 172 108 156  92 163  99 147  83 175 111 159  95
   8 200  56 248   4 196  52 244  11 203  59 251   7 199  55 247
 136  72 184 120 132  68 180 116 139  75 187 123 135  71 183 119
  40 232  24 216  36 228  20 212  43 235  27 219  39 231  23 215
 168 104 152  88 164 100 148  84 171 107 155  91 167 103 151  87
   2 194  50 242  14 206  62 254   1 193  49 241  13 205  61 253
 130  66 178 114 142  78 190 126 129  65 177 113 141  77 189 125
  34 226  18 210  46 238  30 222  33 225  17 209  45 237  29 221
 162  98 146  82 174 110 158  94 161  97 145  81 173 109 157  93
  10 202  58 250   6 198  54 246   9 201  57 249   5 197  53 245
 138  74 186 122 134  70 182 118 137  73 185 121 133  69 181 117
  42 234  26 218  38 230  22 214  41 233  25 217  37 229  21 213
 170 106 154  90 166 102 150  86 169 105 153  89 165 101 149  85