JPH0748233B2

JPH0748233B2 - イメージ処理システム及びイメージ生成方法

Info

Publication number: JPH0748233B2
Application number: JP63291140A
Authority: JP
Inventors: レイモンド・エフ・デイーナン; ジエームズ・エフ・ダビル; ジヨン・ロジヤー・ヒラー; ロバート・アール・ロデイツ; ジエームズ・メリイール・ホワイト
Original assignee: インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1988-11-19
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: DE3854381T2; EP0320755B1; US4924521A; EP0320755A3; JPH01171069A; EP0320755A2; DE3854381D1

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、イメージ・データの処理に関し、さらに詳し
くは、イメージを表現する高解像度グレイ・スケール・
イメージ・データを生成するシステム及び方法に関す
る。

本発明のシステム及び方法は、銀行小切手等の文書から
のイメージが電子的にコンピュータ・システムにストア
され、その後、該イメージが表示又は印刷用に検索され
るイメージ処理システムにおいて特に有用である。

そのようなシステムの１例は、本願と優先日が同一であ
る米国特許出願134734号明細書に開示されている。この
システムでは、銀行小切手等の紙の文書が高速リーダ／
ソータによつて処理される。文書が処理されるときに、
文書上の磁気インク文字がMICRリーダにより読み取られ
る。さらに、文書は、文書の表と裏両方のイメージを電
子的に補えるイメージ・スキャニング・ステーションを
通過する。

B.従来技術銀行小切手を含む多くの文書では、数字や署名のように
シャープな高コントラストのイメージ形式の情報のほか
に、幅の広い、低コントラストのイメージ、例えば裏
書、印刷情報、絵、背景デザイン等をも含んでいる。こ
のようなタイプの文書は、黒白のイメージ・データでは
適切に表現することができない。なぜなら、しきい値に
よつてイメージ・データをデイスクリートな黒値と白値
に振り分けると、低コントラスト情報が失われてしまう
からである。高品質の高解像度グレイ・スケール・イメ
ージ表現ならば、高コントラスト・イメージと低コント
ラスト・イメージの両方を適切に再生できる。しかし、
大量のデータ・ストレージを必要とするので、大量の文
書のイメージ・データを処理するシステムでは非実際的
であり、かつ経済的に実現不能であるという問題点があ
る。

以下、このような問題点を、図面を使つて詳しく述べよ
う。

小切手を含む紙の文書の多くは、鮮明な、はつきりした
マーキングを持つ。例えば機械印刷された、あるいは手
書きの情報がそうである。これらのタイプのマーキング
の場合には、高解像度の黒白（２値）イメージ・フオー
ムが最小のデータ量で最良の品質のイメージを再生する
ことが認識されている。しかしながら、これらの文書に
も、風景地やカラーの裏書のような、不鮮明な、コント
ラストの低いマーキングが含まれることもある。

第2A図ないし第2C図は、黒白イメージのみを使うことの
問題点を図示している。第2A図は、比較的コントラスト
の低い色でFIRSTという単語が印刷され、背景には高コ
ントラストの黒と白で一連の数字が印刷されているオリ
ジナルのイメージを示す。第2B図は、白と黒を分けるし
きい値を比較的低くして、単語FIRSTによつて表現され
る低コントラストの情報を捕えようとした結果がどうな
るかを示す。単語FIRSTの下にある数字によつて表現さ
れた高コントラスト・データが失われることがわかる。
第2C図はしきい値を高くした場合の白・黒の結果を示
す。この場合、単語FIRSTにより表わされる低コントラ
ストの情報が失われる。文書の情報すべてが重要である
場合、最良のイメージ表現は、多レベルのグレイ、例え
ば256のグレイ・レベルを用いる高解像度グレイ・スケ
ール・イメージである。しかしながら、この表現を使う
と、イメージ・データの量は管理不能なほどに膨大にな
る。なぜなら、グレイ・スケール・イメージ表現は、グ
レイのレベルのデータを必要とするので、１画素が１ビ
ツトのみで表現される黒白情報よりも多くのストレージ
がどうしても必要になるからである。

C.問題点を解決するための手段データ・ストレージ及び転送バンド幅の要求を減じるた
めに、高解像度グレイ・スケール・イメージが２つの別
個のイメージ形式、つまり高サンプリング密度黒白イメ
ージと低解像度・低サンプリング密度グレイ・スケール
・イメージの形で表現される。黒白イメージ・データと
グレイ・スケール・イメージ・データを別々に生成する
結果、一方のイメージ形式を他方とは独立に使用するこ
とが可能になる。その後、高解像度黒白イメージ・デー
タと低解像度グレイ・スケール・イメージ・データを再
結合すると、該イメージを表現する再構成済高解像度グ
レイ・スケール・イメージ・データを生成することがで
きる。

したがつて、概して言えば、本発明は、イメージの高解
像度グレイ・スケール表現を生成する方法であつて、該イメージについても低解像度グレイ・スケール・イメ
ージデータを供給し、該イメージについての高解像度黒白イメージ・データを
供給し、しかる後、低解像度グレイ・スケール・イメージ・デー
タと高解像度黒白イメージ・データをマージして、該イ
メージを表現する、再構成済高解像度グレイ・スケール
・イメージ・データを生成する方法を提供する。本発明は、この方法を実行するイメー
ジ処理システムも提供する。

低解像度グレイ・スケール・イメージ・データと高解像
度黒白イメージ・データをマージする際、まず低解像度
グレイ・スケール・イメージ・データが２次元線形補間
法により補間されて、黒白イメージ・データと同じサン
プリング密度を持つ高サンプリング密度グレイ・スケー
ル・イメージ・データが生成される。続いて、補間済高
サンプリング密度グレイ・スケール・データが高解像度
黒白イメージ・データと組み合わされて、再構成済高解
像度グレイ・スケール・イメージ・データが生成され
る。

補間済高サンプリング密度グレイ・スケール・イメージ
・データは、デフイニシヨン及びデイテールの損失を被
る。特に、初めに解像度を低下させた結果として、高コ
ントラストの境界沿いが顕著である。補間後の高サンプ
リング密度グレイ・スケール・データにおいて存在する
グレイ・スケール値は、低解像度の下でのグレイ・スケ
ール値の平均を表わしている。補間後のグレイ・スケー
ル値と高解像度黒白イメージ・データを結合する際、コ
ンボリユーシヨン法を用いて、失われたデフイニシヨン
及びデイテールを回復する。この方法では、スライドす
るコンボリューシヨナル・ウインドウが用いられ、高解
像度黒白データの連続するデータ要素毎に、当該要素及
び周囲の複数個の要素の値に重みをつけたものの和に基
づいて、対応する高解像度強調値が生成される。データ
要素つまり画素毎に導かれた高解像度強調値は、対応す
る画素についての補間済高サンプリング密度グレイ・ス
ケール値と足し合わされ、その結果、再構成済高解像度
グレイ・スケール・イメージ・データが生成される。

D.実施例イメージを別個に高解像度黒白イメージ・データ（例え
ば１インチ＝2.54cm当り240画素）と低解像度グレイ・
スケール・イメージ・データ（例えば１インチ当り80画
素）で表現することによつて、イメージを表現するのに
要するデータ量が削減される。どちらの表現形式も、別
個に、そして独立に、イメージを呼び戻して表現するの
に使うことができる。２つの別個の表現を使うことのも
う１つの利点は、データ・エラーの場合に、文書のある
部分について、冗長な情報が使用可能となることであ
る。さらに別の利点は、様々なアプリケーシヨンにつき
部分的なイメージを使えることにある。例えば、署名確
認やOCRアプリケーシヨンでは、黒白の高解像度データ
を使うのが適切である。また、例えば裏書確認といつた
アプリケーシヨンでは、グレイ・スケール・データのみ
が必要とされる。両方の形式のイメージ表現は、データ
削減、圧縮、その後の記憶といつた何れかのイメージ処
理段階を通じて別々に管理される。高解像度グレイ・ス
ケール形式のイメージを呼び戻し、表示したり印刷する
ことを望む場合には、２つの形式のイメージが伸長さ
れ、１つのイメージ表現に解析的にマージ（併合）され
る。

第１図に示されるように、240画素／インチの高解像度
黒白ラスター・スキヤン・イメージ・データが圧縮され
てストアされる（ブロツク10）。ラン・レングス符号化
法等よく知られた圧縮法がいくつかあるけれども、その
何れを使つてイメージ表現に要するデータ量を削減して
もよい。同様に、80画素／インチの低解像度グレー・ス
ケール・ラスター・スキヤン・イメージ・データが圧縮
されてストアされる（ブロツク11）。グレイ・スケール
・データの量を減らす方法はいくつか知られているが、
その何れを用いてもよい。イメージを再構成する際に
は、使用した圧縮法に適した伸長手段を使つて、圧縮済
高解像度黒白イメージ・データが伸長される（ブロツク
12）。低解像度グレイ・スケール・データを伸長するた
めには、それに適した伸長手段が用いられる（ブロツク
13）。

再構成高解像度グレイ・スケール・イメージを形成する
際には、まず伸長された低解像度グレイ・スケール・イ
メージ・データが、黒白イメージ・データと同じサンプ
リング密度の高サンプリング密度グレイ・スケール・イ
メージ・データに拡張（エクスパンド）される（ブロツ
ク14）。これは、２次元線形補間等の適当な補間法によ
つて達成される。補間後の高サンプリング密度グレイ・
スケール・データは高解像度黒白データとマージされ、
高解像度グレイ・スケール・イメージ・データが生成さ
れる（ブロツク15）。この再構成されたデータは、適当
な表示装置で表示し得る（ブロツク17）。より詳しく言
うと、補間後の高解像度グレイ・スケール・データと高
サンプリング密度黒白データをマージする際には、低解
像度グレイ・スケール・データでは失われている鮮明度
（definition）とデイテールを回復するべく設計されて
いる、たたみこみ法（convolutional technique）が使
用される。この方法では、グレイ・スケール・イメージ
・データの低解像度表現に起因する鮮明度の損失を補う
べく、高解像度黒白イメージの加重和から高解像度強調
（エンハンストメント）値が生成される。強調値が補間
済高サンプリング密度グレイ・スケール・データに加算
されることにより、再構成高解像度グレイ・スケール・
イメージ・データが生成される。

強調値の効果は、低解像度グレイ・スケール表現の“ス
ミアリング（smearig）”つまり“平均化”効果を控除
することにある。これは第3A図ないし第3F図を参照する
とよくわかる。ここで、第3A図はイメージのラスター・
スキヤンをグラフイカルに表わしたものである。

第3B図は、同イメージの、低解像度・低サンプリング密
度デジタイズド・グレイ・スケールのフオームをグラフ
イカルに表わしたものである。鋭い振幅のピークが減じ
される様子に注目されたい。実際、第3B図の低解像度の
下では、対をなしているピークが一緒にランされてい
る。

第3C図は、第3A図の、高解像度・高サンプリング密度２
値表現である（カーブのうち上側にある線が“0"、つま
り白値であり、下側にある線が“1"、つまり黒値であ
る。これは、０から255までのレンジで示されているグ
レイ・スケール・カーブの極性と一致している。）高解
像度２値イメージにおいては、細かなデイテールは補え
られるけれども全体のグレイ・スケール・シエーデイン
グは再生されないことに注意されたい。

第3D図は、第3B図の低解像度・低サンプリング密度グレ
イ・スケール値からの補間によつて導かれる、“スミア
ド・アウト（smeared out）”高サンプリング密度グレ
イ・スケールを示す。このイメージのサンプリング密度
は第3C図の黒白イメージと同じ高さであるけれども、第
3B図と同じくデフイニシヨン、そしてデイテールを失つ
ている。第3A図の双子のピークは失われている。

第3E図は、第４図ないし第８図に記された加重ウインド
ウ・コンボリューシヨン処理の出力である、強調値を表
わしたものである。このカーブの正確な形は、先行ライ
ンと後続ラインにおける２進値データに依存する。ここ
で示したものはカーブの典型例である。このカーブの縦
方向のスケールは、処理がよくわかるように増やされて
いる。

第3F図は、先行する２つのカーブを足し合わせたもので
ある。第3F図の、“混合された”、つまり再構成された
高解度カーブは、第3A図の双子のピーク及び全体的なグ
レイ・スケール値の傾向を含んでいることに注意された
い。

補間済高サンプリング密度グレイ・スケール・イメージ
・データと高サンプリング密度黒白イメージ・データの
再結合方法は、以下の例を参照することによりさらに十
分に理解できるだろう。

第４図に示されるマトリツクスは、黒／白高解像度画素
値、つまり“1"と“0"からなる。“1"と“0"が集合して
イメージを規定している。第５図は、第８図に示す出力
値を生成するのに使われる、コンボリューシヨン処理用
の加重“ウインドウ”を示している。第6A図ないし第6D
図は、ウインドウの用い方の例を示す。第6A図では、ウ
インドウは、第４図のマトリツクスの左上隅に重なつて
いる。第6A図中の値は、９つのロケーシヨンのそれぞれ
について、加重（重み付け）ウインドウの値とウインド
ウの下にくる画素の値（１または０）を掛け合わせて求
めたものである。したがつて、“1"の画素に対応する、
ウインドウの右側縁及び右下隅で加重値が＋８となる一
方、残りの部分では値は０となる。積を足し合わせると
合計値は16になる。ウインドウの中心はマトリツクスの
ロケーシヨン〈２、２〉の上にあるので、第７図の出力
マトリツクス中の対応するポジシヨン〈２、２〉に値16
が配置される。

第6B図に示されるようにウインドウが１位置分右へ動い
て〈２、３〉の上に中心づけられたときには、要素
〈１、２〉、〈１、３〉、〈２、２〉及び〈３、２〉か
らの、積の和への寄与は０であり、他の４つの周縁要素
からの寄与はそれぞれ８であるから合計32になる。しか
し、ウインドウ中央の重み−64と要素〈２、３〉の値１
とが掛け会わされる結果、このウインドウ位置について
の総合計は−32となる。第6C図と第6D図はさらに別の例
を示す。第７図は、第４図のデータと第５図のウインド
ウの組み合せから計算することのできるロケーシヨンす
べてについての計算結果を示している。第４図の周縁の
さらに外側に“0"からなる境界があると仮定すると、端
まで値を充たすことができる。つまり、第７図を第８図
に拡張することができる。

第８図における負の値は、イメージ中のキヤラクタ・ス
トロークの“ブラツク・サイド”で起こる、グレイ・ス
ケール値の黒化（blackening）を表わしている。一方、
正の値は、境界の“ホワイト・サイド”で生じる、グレ
イ・スケールの白化（whitening）を表わしている。す
べて白またはすべて黒である広い一様なエリアでは、出
力は０になる。なぜなら、ウインドウの下にくる要素が
すべて“0"ならば、積の和は０になるからである。ま
た、ウインドウの下にくる要素がすべて“1"ならば、ウ
インドウの周縁に由来する＋８の項８つが、中央に由来
する単一の−64という値を正確にキヤンセルするからで
ある。これは望ましい結果である。なぜなら、一様エリ
アにて再構成される高解像度グレイ・スケール値は、低
解像度グレイ・スケール・データのみによつて決せられ
るべきだからである。かようなエリアの端においての
み、イメージのコントラストを鋭くすることが望まれ
る。

プロセスの最終ステツプは、補間済のグレイ・スケール
を“ウインドウ処理された（windowed）”黒／白加重値
と足し合わせることである。

第５図のウインドウで示した重みは、真白を表わすグレ
イ・スケール値が255であり、真黒については０である
ようなシステムで使えるように選ばれた。黒に近づくほ
どグレイ値が増すような反転ビデオの場合には、ウイン
ドウ中の要素の正負符号を変えることになる。ウインド
ウ中の要素の振幅は、この“鮮明（sharpness）”プロ
セスの効果を増やしたり減らしたりするのに比例して、
増加させられたり減少させられたりする。ウインドウ中
の要素の数（ウインドウのサイズ）も変化させてよい。
もつとも、低解像度と高解像度の関係が1:3である場合
には、３×３のサイズが好都合である。上述の理由によ
り、ウインドウの要素の和は０になるべきである。

E.効果本発明によれば、イメージ・データを蓄積するのに要す
る記憶容量またはイメージ・データを伝送するのに要す
る伝送バンド幅を少なくして、高解像グレイ・スケール
・イメージ・データを生成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従つて再構成高解像度グレイ・スケ
ール・イメージ・データを生成するための手順を示す流
れ図である。第2A図は、高コントラスト情報と低コントラスト情報の
両方を含むイメージの説明図である。第2B図は、比較的低いしきい値レベルの下で、第2A図の
イメージを黒白イメージ・データに変換した結果生じ
る、イメージ・データ及びデイテールの損失を説明する
図である。第2C図は、より高いしきい値レベルの下で、第2A図のイ
メージを黒白イメージに変換した結果生じる、イメージ
・データ及びデイテールの損失を説明する図である。第3A図は、イメージのラスター・スキヤンを表現するグ
ラフ、第3B図は、第3A図のイメージの、低解像度・低サンプリ
ング密度グレイ・スケール表現を説明するグラフ、第3C図は、同イメージの高解像度黒白（２値）イメージ
を説明するグラフ、第3D図は、補間処理を経た高サンプリング密度グレイ・
スケール・イメージを説明するグラフ、第3E図は、拡張されたスケール、つまり強調値を説明す
るグラフ、第3F図は、第3E図の強調値を第3D図の高サンプリング密
度グレイ・スケール・イメージと組み合わせることによ
り生成される、再構成された高解像度グレイ・スケール
・イメージを説明するグラフである。第４図は、画素を１または０として、ラスター・スキヤ
ンされた黒白（２値）イメージを概括的に表現した図で
ある。第５図は、高解像度強調値を生成すべく用いられる、ス
ライドしていくコンボリューシヨナル・ウインドウの説
明図である。第6A図ないし第6D図は、強調値を生成するべく上記ウイ
ンドウを第４図のイメージにあてはめる際の、一連のス
テツプ及び得られる結果を説明する図である。第７図は、上記ウインドウを第４図に適用した結果生成
された強調値を、一部未完のまま配置して示す図、第８図は境界に沿つた値をも完成させた結果を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジヨン・ロジヤー・ヒラーアメリカ合衆国ノース・カロライナ州シヤーロツト、ホリイ・グローブ・コート7543 番地 (72)発明者ロバート・アール・ロデイツアメリカ合衆国ノース・カロライナ州マシユーズ、トーマス・パイン・サークル 10022番地 (72)発明者ジエームズ・メリイール・ホワイトアメリカ合衆国ノース・カロライナ州シヤーロツト、アツプル・ウエイ・コート 10336番地 (56)参考文献・ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＯｐｔｉａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｖｏｌ．232，1980，ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｈｏｔｏ−ＯｐｔｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＵＳ，Ｐ．210−215，Ｂ．Ｒ．Ｈｕｎｔｅｔａｌ．，“ＯｐｔｉｃａｌＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａＳｐａｔｉａｌｌｙＡｄａｐｔｉｖｅＩｍａｇｅＤａｔａＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ" ・ＩＢＭＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ，ｖｏｌ．20，ｎｏ．12，1978，Ｐ．5416− 5421，Ｈ．Ｒ．Ｓｃｈｉｎｄｌｅｒｅｔａｌ．，“ＯｐｔｉｃａｌＳｃａｎｎｉｎｇｏｆＣｏｎｔｉｎｕｏｎｓ−ＴｏｎｅａｎｄＬｉｎｅＤｏｃｎｍｅｎｔｓｗｉｔｈＳｐａｔｉａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｅｐａｒａｔｉｏｎｆｏｒＩｍｐｒｏｖｅｄＤａｔａＨａｎｄｌｉｎｇａｎｄＣｏｍｐａｃｔｉｏｎ"

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イメージをそれ自体独立して表す低解像度
グレイ・スケール・イメージ・データを生成する手段
と、上記イメージをそれ自体独立して表す高解像度黒白イメ
ージ・データを生成する手段と、２次元線形補間により上記低解像度グレイ・スケール・
イメージ・データを上記高解像度黒白イメージ・データ
と同じ解像度の高解像度グレイ・スケール・イメージ・
データの形になるように補間する手段と、上記高解像度黒白イメージ・データの各画素について該
画素及びその周囲の画素に互いに反対符号の所定の重み
を付した加重合計値を発生する手段と、上記補間された高解像度グレイ・スケール・イメージ・
データの各画素に上記発生された加重合計値を加える手
段と、より成るイメージ処理システム。
【請求項２】イメージをそれ自体独立して表す低解像度
グレイ・スケール・イメージ・データを生成する段階
と、上記イメージをそれ自体独立して表す高解像度黒白イメ
ージ・データを生成する段階と、２次元線形補間により上記低解像度グレイ・スケール・
イメージ・データを上記高解像度黒白イメージ・データ
と同じ解像度の高解像度グレイ・スケール・イメージ・
データの形になるように補間する段階と、上記高解像度黒白イメージ・データの各画素について該
画素及びその周囲の画素に互いに反対符号の所定の重み
を付した加重合計値を発生する段階と、上記補間された高解像度グレイ・スケール・イメージ・
データの各画素に上記発生された加重合計値を加える段
階と、より成るイメージ処理生成方法。