DE3686862T2 - Bildverarbeitungsverfahren. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Helligkeitsgradations-Bildverarbeitungsgerät und ein Verfahren zum Wiedergeben eines Halbtonbildes bei Faksimileverarbeitung oder dergleichen mit binären Schwarz/Weiß-Pixeln.
• Der Zweck eines Gerätes, wie eines Faksimilegerätes, zum Abrastern (Scannen) und Abtasten (Sampeln) einer Vorlage beim Auslesen des Bildes mit der Einheit Pixel und beim Kopieren des so ausgelesenen Bildes besteht nicht darin, eine getreue Wiedergabe des Bildes zu erzielen, sondern das Bild zu verbessern. Dies wird dadurch versucht, daß das Bildsignal so bearbeitet wird, daß besondere Daten der Vorlage verstärkt oder dieser entnommen werden, um Störkomponenten zu entfernen, die im Bild vorhanden sind, oder um die Schärfe des Bildes wiederherzustellen.
• Bei herkömmlichen Bildverarbeitungsverfahren werden Störinformationen dadurch geglättet, daß zunächst die Dichte besonderer Pixel benachbart zu einem Probenpixel untersucht wird, dann die akkumulierte Dichtefrequenzverteilung pro Abtastpegel gebildet wird und dann deren Mittelwert als Dichtewert oder Schwärzungsgrad des Probenpixels verarbeitet wird.
• Derartige Bildverarbeitungsverfahren sind zwar beim Glätten eines wiedergegebenen Bildes durch Ausschluß körniger Störungen wirkungsvoll, jedoch bestehen verschiedene Nachteile, wie Verlust von Kontrast im Bildsignal in Bereichen, in denen die Schwärzungsgradänderung im Vorlagenbild groß ist, d. h. die Schärfe des Bildes geht verloren, was das Bild unter Umständen verschwommen macht. Darüber hinaus ist es unmöglich, Störungen zu beseitigen, die davon herrühren, daß die Oberfläche der Vorlage verschmutzt ist.
• Gemäß einem anderen herkömmlichen Bildverarbeitungsverfahren wird das Minimalniveau für besondere Pixel benachbart zu einem Probenpixel vom Schwärzungsgrad des Probenpixels abgezogen, und der so erhaltene Wert wird als der richtige Schwärzungsgrad des letztgenannten Pixels betrachtet. Bei derartigen Bildverarbeitungsverfahren wird jedoch der Änderungsbereich für den Schwärzungsgrad verringert, was demgemäß einen niedrigeren Kontrast im Bild insgesamt mit sich bringt. Ein anderer unvermeidlicher Nachteil ist der, daß körnige Störungen nicht im wesentlichen beseitigt werden können.
• Ein System zur Binärentwicklung eines Videosignals ist in JP-56-109069 beschrieben.
• Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend genannten bisher bekannten Schwierigkeiten erstellt. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, ein Bildverarbeitungsverfahren anzugeben, das sowohl körnige Störungen wie auch solche beseitigt, die von einer Verschmutzung der Oberfläche einer Vorlage herrühren, und das die Helligkeitsgradation in einem weiten Bereich des Schwärzungsgrades korrigiert, um Bilder mit hohem Kontrast wiederzugeben, ohne daß eine Verringerung der Schärfe hervorgerufen wird.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bildverarbeitungsgerät anzugeben, das dazu in der Lage ist, sowohl körnige Störungen wie auch solche zu beseitigen, die von einer verschmutzten Oberfläche einer Vorlage herrühren, und die Helligkeitsgradation in einem weiten Bereich des Schwärzungsgrades zu korrigieren, um ein Bild mit hohem Kontrast ohne Verschlechterung der Schärfe wiederzugeben.
• Andere Aufgaben und weiteres zum Anwendbarkeitsbereich der Erfindung geht aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor. Es ist jedoch zu beachten, daß die detaillierte Beschreibung und die besonderen Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen, jedoch nur zur Veranschaulichung wiedergegeben werden, da verschiedene Änderungen und Modifizierungen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung für den Fachmann aus der detaillierten Beschreibung hervorgehen.
• Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung wird zum Lösen der vorstehend genannten Aufgaben ein Bildverarbeitungsverfahren zum Digitalisieren eines Vorlagenbildes mit folgenden Verfahrensschritten angegeben:
• Aufspalten des Originalbilds in eine zweidimensionale Matrix von Bildelementen, Erzeugen eines anfänglichen Bildwerts für jedes Bildelement und Mitteln der Anfangswerte von Bildelementen in einem Paar von gegenseitig orthogonalen Richtungen um jedes Bildelement um einen gemittelten Dichtewert zu erzeugen; und
• Vergleichen des anfänglichen Bildwerts jedes Bildelements mit dem gemittelten Dichtewert und Bestimmen eines auszugebenden Dichtepegels in Übereinstimmung mit dem Wert des anfänglichen Bildwerts relativ zum Dichtewert, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Aufspaltens des Originalbilds, des Erzeugens eines anfänglichen Bildwerts und der Mittelung folgende Schritte umfaßt:
• Zeilenweises Abtasten und Sampeln des Originalbilds mit daraus folgendem Erzeugen eines digitalen Signalbilds, das einer momentanen Zeile von Bildelementen entspricht;
• Errechnen eines ersten gemittelten Dichtewerts der Bildelemente und der angrenzenden Bildelemente der vorhergehenden Zeile für jedes eines Satzes von Bildelementen, die sich in entgegengesetzten Richtungen entlang der Zeile von Bildelementen von einem betreffenden Bildelement aus erstrecken; und
• Errechnen eines gemittelten Dichtewerts durch Mittelwertbildung bezüglich der ersten gemittelten Dichtewerte für den Satz von Bildelementen.
• Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung wird ein Bildverarbeitungssystem zum Digitalisieren eines Vorlagenbildes angegeben, mit:
• Mitteln zum Aufspalten des Originalbilds in eine zweidimensionale Matrix von Bildelemente, zum Erzeugen eines anfänglichen Bildwerts für jedes Bildelement und zum Mitteln der Anfangswerte der Bildelemente hinsichtlich eines Paars von zueinander orthogonalen Richtungen um jedes Bildelement um einen gemittelten Dichtewert zu erzeugen, und mit Mitteln zum Bereitstellen eines Dichtepegelausgangs entsprechend dem Pegel des anfänglichen Bildwerts relativ zum gemittelten Wert, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufspalten des Originalbilds, zum Erzeugen des anfänglichen Bildwerts und zur Mittelwertbildung folgende Baugruppen umfassen:
• Mittel zum zeilenweisen Abtasten und Sampeln des Originalbilds, um daraus ein digitales Bildsignal zu erzeugen, das einer bestimmten momentanen Zeile von Bildelementen entspricht;
• Mittel zum Berechnen eines ersten gemittelten Dichtewerts der Bildelemente und der benachbarten Bildelemente der vorhergehenden Zeile für jede eines Satzes von Bildelementen, die sich in entgegengesetzte Richtungen entlang der Zeile von Bildelementen von einem betreffenden Bildelement aus erstrecken; und
• Mittel zum Berechnen eines gemittelten Dichtewerts durch Mittelwertbildung bezüglich der ersten gemittelten Dichtewerte für den Satz von Bildelementen.
• Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, die nur als Beispiel dienen und demgemäß für die vorliegende Erfindung nicht beschränkend sind, noch deutlicher werden. Es zeigen:
• Fig. 1(a) ein Beispiel von Pixelbereichen benachbart zu einem besonderen Pixel, das in der Mitte aufgetragen ist;
• Fig. 1(b) eine schematische Darstellung eines Pixelarrays mit Mittelwerten vertikaler Pixeldaten; und
• Fig. 2 ein Blockdiagramm für ein Beispiel eines Bildverarbeitungsgeräts, das so aufgebaut ist, daß es das erfindungsgemäße Verfahren ausübt.
• Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1(a) zeigt einen 16·1-Pixelbereich aus Pixeln xn-7 bis xn+8 einschließlich eines Probenpixels xn, wie beim aktuellen Abrastern erhalten, und einen anderen 16·1-Pixelbereich aus Pixeln yn-7 bis yn+8, die beim vorangehenden Abrastern erhalten wurden. Gemäß dieser Erfindung wird die Schwärzungsgradgradation des Probenpixels xn abhängig von individuellen Eingangsdaten in solchen 2·16-Pixelbereichen korrigiert. Gemäß dem erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren werden aus den gesamten Bildsignalen für Pixeleinheiten, wie beim Abrastern und Abtasten des Vorlagenbildes erhalten, die Pixel xn-7, xn-6, xn-5, . . . xn, . . ., xn+6, xn+7 und xn+8 einschließlich des Probenpixels xn der aktuellen Zeile und die Pixel yn-7, yn-6, yn-5, . . ., yn, . . ., yn+6, yn+7 und yn+8 für die vorangehende Zeile, die positionsmäßig denjenigen der aktuellen Zeile entsprechen, als besonderer Bezugsbildbereich für das Probenpixel definiert. Dann wird der mittlere Schwärzungsgrad der Pixel, die diesen besonderen Bezugsbildbereich bilden, ermittelt, und anschließend wird dieser ermittelte mittlere Schwärzungsgrad des besonderen Bezugspixelbereichs mit Bildeingangsdaten für das Probenpixel H verglichen, wodurch die Schwärzungsgradgradation des Probenpixels xn korrigiert wird.
• Die mittlere Dichte D'n in einem solchen besonderen Bezugspixelbereich kann, bezogen auf das Probenpixel xn, aus der folgenden Gleichung berechnet werden.
• Das aus Gleichung (1) erhaltene Ergebnis repräsentiert jedoch die mittlere Dichte nur für die Pixel der aktuellen Zeile im besonderen Bezugspixelbereich. Um die mittlere Dichte auch für die vorangehende Zeile zu berechnen, ist die Erfindung so entworfen, daß zunächst die mittleren Bildeingangsdaten für die Pixel der aktuellen Zeile und die positionsmäßig entsprechenden Pixel der vorangehenden Zeile berechnet werden und dann der Mittelwert der jeweiligen Eingangsdaten gebildet wird, um den mittleren Schwärzungsgrad für den besonderen Bezugspixelbereich zu erhalten. Der Mittelwert Xn±m (0≤m≤8) der Pixel in der vorangehenden Zeile und der aktuellen Zeile, die positionsmäßig einander entsprechen, ist wie folgt gegeben:
• wobei yn±m (0≤m≤8) die Bildeingangsdaten für die Pixel der vorangehenden Zeile und xn±m (0≤m≤8) die Bildeingangsdaten für die Pixel der aktuellen Zeile repräsentiert,. Wie in Fig. 1(b) dargestellt, kann angenommen werden, daß die sichtbare einzige Zeile den Mittelwert der vorangehenden und aktuellen Zeile annimmt, wodurch die Übernahme von Gleichung (1) ermöglicht wird, um schließlich die mittlere Dichte im besonderen Bezugspixelbereich zu erhalten. Daher kann obiges wie folgt wiedergegeben werden:
• Fig. 2 zeigt als Beispiel den Aufbau eines Bildverarbeitungsgerätes, das dazu dient, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Ein analoges Bildsignal wird durch Abrastern eines Vorlagenbildes mit Hilfe eines Bildlesers, wie eines CCD, abgetastet und durch eine Abtast/Halte- und Verstärkerschaltung 1 verstärkt und dann in eine A/D-Wandlerschaltung 3 eingegeben. Ein Schattierungssignalspeicher und eine Spitzenwert-Halteschaltung 2 sind mit dem anderen Eingangsanschluß der A/D-Wandlerschaltung 3 verbunden und führen eine Spitzenwert-Halteverarbeitung innerhalb des Effektivbereichs des Bildsignals aus, um ein Schattierungssignal zu erzeugen, das proportional zum Spitzenwert ist. Die A/D-Wandlerschaltung 3 korrigiert die Abschattung des analogen Eingangsbildsignals von der Abtast/Halte- und Verstärkerschaltung 1 gemäß dem Abschattungssignal vom Abschattungsspeicher und der Spitzenwert-Halteschaltung 2, um digitale Bilddaten zu erzeugen, die dann einer Datenspeicherschaltung 4 zugeführt werden und unter einer vorgegebenen Adresse gemäß einem Speicheradreß-Befehlssignal abgespeichert werden, das von einer Adreßsteuerschaltung 5 zugeführt wird.
• Anschließend führt eine Berechnungsschaltung 6 für den mittleren Schwärzungsgrad, nachdem sie ein Arithmetiksteuersignal von einer Arithmetikschaltung 7 erhalten hat, Addition und Subtraktion für digitale Bilddaten aus, die der Reihe nach von der Datenspeicherschaltung 4 eingegeben werden. Auf diese Weise werden die digitalen Bilddaten für den besonderen Bezugspixelbereich, der aus den Pixeln der aktuellen Zeile einschließlich des Probenpixels und den positionsmäßig den Pixeln der aktuellen Zeile entsprechenden Pixeln der vorigen Zeile, wie in Fig. 1 dargestellt, zusammengesetzt ist, aus der Datenspeicherschaltung 4 ausgelesen, und der Mittelwert für den besonderen Bezugspixelbereich wird aus Gleichung (2) berechnet. Der als Ergebnis dieser Berechnung erhaltene Wert wird zu der 16-Pixel-Komponente gemäß Gleichung (3) addiert, um ein Ausgangssignal für den mittleren Schwärzungsgrad zu erzeugen. In einer binären Entscheidungsschaltung 8 wird der für den besonderen Bezugspixelbereich von der Berechnungsschaltung 6 für den mittleren Schwärzungsgrad berechnete mittlere Schwärzungsgrad mit den Daten für das Probenpixel verglichen, wie sie von der Datenspeicherschaltung 4 zugeführt werden, und auf Grundlage des Vergleichs, ob der berechnete mittlere Schwärzungsgrad kleiner oder größer ist als der aktuelle Schwärzungsgrad, wie er durch die Pixeldaten von der Speicherschaltung 4 geliefert wird, wird die Entscheidung getroffen, ob das Probenpixel schwarz oder weiß darzustellen ist. Das Ergebnis dieser Entscheidung wird in Form eines binären Signals ausgegeben.
• Auf die vorstehend beschriebene Weise wird der mittlere Schwärzungsgrad des Probenpixels xn berechnet und in Binärform kodiert.
• Obwohl der vorstehend genannte Ablauf wieder zum Binärkodieren des nächsten Probenpixels xn+1 ausgeführt werden kann, ist die Erfindung so entworfen, daß sie den bereits für das erste Probenpixel xn berechneten mittleren Schwärzungsgrad Dn wirkungsvoll nutzt; dabei wird die mittlere Dichte Dn+1 für das zweite Probenpixel xn+1, das benachbart zum ersten Probenpixel xn liegt, aus der folgenden Gleichung erhalten:
• Das heißt, daß der Summenwert für das zweite bis siebzehnte Pixel dadurch erhalten wird, daß die Daten des ersten Pixels von den aufsummierten Daten für das erste bis sechzehnte Pixel subtrahiert werden und dann die Daten für das siebzehnte Pixel addiert werden. Anschließend wird dieser Ablauf wiederholt, um die Pixel der aktuellen Zeile in Binärwerte zu kodieren.
• Wie vorstehend beschrieben, sind das Bildverarbeitungsgerät und das Verfahren der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß für jede der Pixeleinheiten, die durch Abrastern und Abtasten des Vorlagenbildes erhalten wurden, ein erster mittlerer Schwärzungsgrad ermittelt wird, der den mittleren Schwärzungsgrad der Pixeleinheit innerhalb eines ersten besonderen Bezugspixelbereichs repräsentiert, der aus Pixeleinheitgruppen benachbart zur Probenpixeleinheit nach links und nach rechts besteht, und es wird ein zweiter mittlerer Schwärzungsgrad ermittelt, der den mittleren Schwärzungsgrad der Pixeleinheit innerhalb eines zweiten besonderen Bezugspixelbereichs repräsentiert, der aus einer Pixeleinheitgruppe benachbart zum ersten besonderen Bezugspixelbereich nach oben hin besteht. Der Schwärzungsgrad der Probenpixeleinheit wird abhängig vom ersten und zweiten mittleren Schwärzungsgrad bestimmt, wodurch die Helligkeitsabstufung korrigierbar ist. Folglich ist es möglich, sowohl körnige Störungen im Vorlagenbild wie auch Störungskomponenten, die von einer verschmutzten Oberfläche herrühren, mit Sicherheit auszuschließen. Darüber hinaus kann die Korrektur der Helligkeitsabstufung mit ausreichendem Spielraum innerhalb des Dichteänderungsbereichs stattfinden, weswegen zufriedenstellende Bildwiedergabe mit hoher Schärfe realisiert werden kann.
• Obwohl nur bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist es für den Fachmann ersichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne daß der Schutzbereich der beanspruchten Erfindung verlassen wird.

Claims (6)

1. Bildverarbeitungsverfahren zur Digitalisierung eines Originalbilds mit folgenden Verfahrensschritten:

Aufspalten des Originalbilds in eine zweidimensionale Matrix von Bildelementen, Erzeugen eines anfänglichen Bildwerts für jedes Bildelement und Mitteln der Anfangswerte von Bildelementen in einem Paar von gegenseitig orthogonalen Richtungen um jedes Bildelement um einen gemittelten Dichtewert zu erzeugen; und

Vergleichen des anfänglichen Bildwerts jedes Bildelements mit dem gemittelten Dichtewert und Bestimmen eines auszugebenden Dichtepegels in Übereinstimmung mit dem Wert des anfänglichen Bildwerts relativ zum gemittelten Dichtewert, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Aufspaltens des Originalbilds, des Erzeugens eines anfänglichen Bildwerts und der Mittelung folgende Schritte umfaßt:

Zeilenweises Abtasten und Sampeln des Originalbilds mit daraus folgendem Erzeugen eines digitalen Bildsignals, das einer momentanen Zeile von Bildelementen entspricht;

Errechnen eines ersten gemittelten Dichtewerts der Bildelemente und der angrenzenden Bildelemente der vorhergehenden Zeile für jedes eines Satzes von Bildelementen, die sich in entgegengesetzten Richtungen entlang der Zeile von Bildelementen von einem betreffenden Bildelement aus erstrecken; und

Errechnen eines gemittelten Dichtewerts durch Mittelwertbildung bezüglich der ersten gemittelten Dichtewerte für den Satz von Bildelementen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Bildverarbeitung gemäß einem Verfahren erfolgt, bei dem ein Original-Schwarz-Weiß-Bild einschließlich Graustufen erfaßt und das Originalbild in Form von binär-kodierten Ausgangssignalen reproduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Satz von Bildelementen sieben benachbarte Bildelemente in der einen Richtung entlang der Zeile und acht benachbarte Bildelemente in der entgegengesetzten Richtung entlang der Zeile umfaßt.

4. Bildverarbeitungseinrichtung zur Digitalisierung eines Originalbilds mit

Mitteln zum Aufspalten des Originalbilds in eine zweidimensionale Matrix von Bildelementen, zum Erzeugen eines anfänglichen Bildwerts für jedes Bildelement und zum Mitteln der Anfangswerte der Bildelemente hinsichtlich eines Paars von zueinander orthogonalen Richtungen um jedes Bildelement um einen gemittelten Dichtewert zu erzeugen, und mit Mitteln zum Bereitstellen eines Dichtepegelausgangs entsprechend dem Pegel des anfänglichen Bildwerts relativ zu dem gemittelten Wert, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufspalten des Originalbilds, zum Erzeugen des anfänglichen Bildwerts und zur Mittelwertbildung folgende Baugruppen umfassen:

Mittel zum zeilenweisen Abtasten und Sampeln des Originalbilds, um daraus ein digitales Bildsignal zu erzeugen, das einer bestimmten momentanen Zeile von Bildelementen entspricht;

Mittel zum Berechnen eines ersten gemittelten Dichtewerts der Bildelemente und der benachbarten Bildelemente der vorhergehenden Zeile für jede eines Satzes von Bildelementen, die sich in entgegengesetzte Richtungen entlang der Zeile von Bildelementen von einem betreffenden Bildelement aus erstrecken; und

Mittel zum Berechnen eines gemittelten Dichtewerts durch Mittelwertbildung bezüglich der ersten gemittelten Dichtewerte für den Satz von Bildelementen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, bei welcher ein Original-Schwarz- Weiß-Bild einschließlich von Grautönen erfaßt und das Originalbild in Form von binär-kodierten Ausgangssignalen reproduziert wird.

6. Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher der Satz von Bildelementen sieben benachbarte Bildelemente in einer Richtung entlang der betreffenden Zeile und acht benachbarte Bildelemente in der entgegengesetzten Zeilenrichtung umfaßt.