颜色抖动 Dithering

详解

颜色抖动，也称仿色，是尝试用较低的颜色位深度来获得更为丰富的视觉效果。比如下面这个例子

这个例子来自 Wikipedia: Floyd-Steinberg Dithering。

对颜色抖动的效果和原理做描述的文章已经足够多，这里就不展开讲了。

可用的抖动算法

Atkinson

由 Bill Atkinson 于 1982 年开发，最早用于 MacPaint。它把量化误差扩散到周围 6 个像素，但只分配了 3/4 的误差（剩余 1/4 被丢弃）：

  X 1 1
1 1 1      ÷ 8
  1

适用情况

• 需要保留细节、画面更锐利更有冲击力时；注意结果会整体偏暗，暗部细节可能丢失。

Burkes

由 Theresa Burkes 于 1988 年提出，是对 Sierra 算法的改进——把误差扩散到右侧 2 列共 7 个像素：

    X 8 4
2 4 8 4 2    ÷ 32

适用情况

• 想比 Floyd-Steinberg 减少渐变条纹、又不想明显变慢的折中选择。

Floyd-Steinberg

由 Robert Floyd 和 Louis Steinberg 于 1976 年提出，是误差扩散抖动的事实标准。它把量化误差按固定比例扩散到右方与下一行的 4 个像素：

  X 7
3 5 1        ÷ 16

适用情况

• 绝大多数场景的默认选择：质量/计算量比最高、实现简单；但平滑渐变处容易出现方向性条纹。

Stucki

由 Peter Stucki 于 1981 年提出，基于 Jarvis-Judice-Ninke 算法简化而来，把误差扩散到 3 行共 12 个像素：

    X 8 4
2 4 8 4 2    ÷ 42
1 2 4 2 1

适用情况

• 对条纹伪影敏感、需要细腻渐变的大图；比 JJN 快且质量损失很小。

Jarvis, Judice, and Ninke

由 J. F. Jarvis、C. N. Judice 和 W. H. Ninke 于 1976 年提出（常缩写为 JJN），把误差扩散到 3 行共 12 个像素，是最早的多行误差扩散算法之一：

        X 7 5
3 5 7 5 3    ÷ 48
1 3 5 3 1

适用情况

• 扩散范围最大、纹理最均匀细腻，适合大尺寸图的平滑渐变；但计算开销也最大。

• 计算开销最大，每个像素需要累加 12 个邻居。

• 过度扩散可能使画面显得"灰"或"软"，高对比细节的保持能力较弱。

Sierra3

由 Frankie Sierra 于 1989 年提出（Sierra 系列之一），采用 3 行共 10 个像素的扩散核，是质量与速度之间的良好折中：

    X 5 3
2 4 5 4 2    ÷ 32
  2 3 2

适用情况

• 想要多行扩散的细腻效果、又不想付出 JJN 开销的场合，质量/速度折中最佳。