NO965120L - Fremgangsmåte til modifisering av et digitalisert bildes opplösning - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til modifisering av et digitalisert bildes oppløsning.

Digitaliseringen av bilder gjør det mulig å overføre og lagre bildene uten noen risiko for degradering. Den benyttes hovedsakelig i faksimilemaskiner.

Bildet av et dokument som skal overføres digitaliseres piksel for piksel (eller billedelement for billedelement) ved hjelp av en skanners lesehode med hvilken en digital verdi som representerer den intensitet av gråtone som avleses fra dokumentet allokeres til hver pikselpossisjon. For gjengivelse i svart og hvitt sammenlignes skyggeverdien med en mellomgrå terskel til frembringelse av en 0- eller 1-bit som representerer hvitt eller svart.

I den mottakende faksmaskin rekonstruerer en skriver pikslene, svarte eller hvite, idet antallet piksel er millimeter, horisontalt og vertikalt, er identisk med tilsvarende for det analyserende hode, eksempelvise 8 piksler/millimeter horisontalt og 7,7 piksler/millimeter vertikalt.

Disse antall piksler bestemmer det rekonstruerte digitaliserte bildes oppløsning og er et kompromiss mellom oppnåelsen av et bilde av god kvalitet ved en høy oppløsning og overføringen av et begrenset antall bits.

Imidlertid har det nå i noen tid eksistert skrivere med forbedret oppløsning, slik som laserskrivere. Den foreliggende oppfinner har således søkt å benytte disse skrivere til forbedring av det gjengitte bildes oppløsning.

Når disse laserskrivere helt til nå ble benyttet for å skrive ut en faksmelding, ble meldingens oppløsning nedgradert for å passe til en faksmaskins. Idet skriveren nærmere bestemt utelukkende kan styres i følge sin egen oppløsning, eksempelvis 12 piksler/millimeter, ble et gitt antall påfølgende piksler fra det mottatte bilde (8 piksler/millimeter horisontalt) omdannet til et større antall piksler som total representerer den samme billedlengde (eksempelvis fra 2 til 3). Ved å fortsette med det i det foregående gitte eksempel, førte dette til en forvrengning siden, i tilfellet med tilstedeværelsen av to opprinnelige piksler av forskjellige verdier, hvitt og svart, ble en slags summarisk utjevning frembrakt under gjengivelsen, mellom disse to forskjellige piksler, med den tredje piksel i form av en hvit eller svart piksel, mens en gjennomsnittlig, eller grå, faktisk burde ha vært gjengitt fra de andre to. Med andre ord ble bildets «korn» lokalt øket eller minsket og denne forvrengning degraderte bildet. Videre, og av praktiske årsaker som er knyttet til utstyrets volum og beregningsvolumet, kan denne ovennevnte fremgangsmåte utelukkende anvendes for enkle forholdstall under endringen av oppløsning.

I følge oppfinnelsen er det forsøkt å fullt ut utnytte skriverens oppløsning ved å endre det mottatte bildes oppløsning på en måte som er uavhengig av relasjonen mellom den opprinnelige og den endelige oppløsning, horisontalt og vertikalt, mens den forvrengning som innføres ved hjelp av denne operasjon begrenses.

For å oppnå dette vedrører den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte til modifisering av oppløsningen av et bilde som er oppnådd ved digitalisering av et virkelig bilde, idet det digitaliserte bilde består av et antall piksler av en bestemt intensitet, hvor:

omrissene i det digitaliserte bilde blir søkt etter og isolert og

ytterligere piksler dannes ved interpolering av intensiteten for opprinnelige piksler som befinner seg på en side av et omriss til dannelse av et bilde med en modifisert oppløsning.

Således er det bilde som oppnås ved interpolering et bufferbilde som gjengir

det opprinnelige virkelige bilde, fra hvilket det korn som er forbundet med det opprinnelige digitaliserte bildes oppløsning har forsvunnet, dette gjør det mulig å være uavhengig av relasjonen mellom bildeoppløsningene.

Denne fjerning av kornet oppnås imidlertid ikke på bekostning av oppløsningen. Faktisk unngår eksklusjonen av en eller annen interaksjon eller migrasjon mellom piksler som adskilles ved hjelp av et omriss et tap av oppløsning under interpolering fordi utelukkende de relevante data tas i betraktning, dvs. de som vedrører utelukkende bildets relativt homogene soner. Et omriss som adskiller en ny sone og en mørk sone bevarer således, hvor den krysses, en brå overgang, uten noen degradering. Interpolasjonen gjør det også mulig å velge enhver mellomliggende posisjon som ønskes blant de opprinnelige pikslers posisjoner for å ta ut det interpolerte bilde i følge en ny oppløsning mens nyansene mellom tilstøtende opprinnelige piksler gjeninnføres.

Bildet kan være svart og hvitt eller et fargebilde, med eller uten mellomliggende nivåer for pikselintensitet.

Den foreliggende oppfinnelse vil forstås bedre ved hjelp av den følgende beskrivelse av den foretrukne utførelsesform av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen, under henvisning til den vedlagte tegning hvori: figur 1 viser et blokkdiagram av en klassisk dokumentanalyse-sekvens i en faksmaskin og en bildegjengivelsesekvens, som gjør anvendelse av fremgangsmåte i følge oppfinnelsen, og

figur 2 illustrerer interpoleringen mellom piksler.

Analysesekvens 1, eller skanneren, fra figur 1 tilhører en faksmaskin og omfatter, i rekkefølgen for utbredelsen av bildesignalene, en fotosensitiv føler 2, i dette tilfellet en CCD, en analog/digital omformer 3 og en komparator 4 som sammenligner det uttatte intensitetsnivå fra bildepiksler i et dokument som analyseres med CCD 2 med en terskelintensitets-verdi som representerer en gjennomsnittlig intensitet som er lagret i et register 5. Dette eksempel vedrører en svart og hvit analyse av bildet slik at intensitetsignalene representerer gråskalaer. En fargeanalyse av bildet ville skride frem i følge det samme prinsipp. Komparatoren 4 er forbundet med utgående til telefonnettet (SDN) 10. En annen faksmaskins bildegjengivelsesekvens 11 omfatter, fra dens inngående som er forbundet med SDN 10, ved dens utgående til styring av en laserprinter som ikke er vist, en krets 15 for fastsettelse av det opprinnelige bilde, en interpoleringskrets 16 og en komparator 17 som mottar en mellomgrå intensitets terskelverdi, som lagres i et register 18. STN leverer også faksdata PIJ til en omriss-eksaksjonssekvens som består av en utjevningskrets 12, en gradientberegningskrets 13 og en terskelkomperatorkrets 14 som styrer kretsen 15.

Kretsene 12 til 16 er spesifikt ment å skulle iverksette fremgangsmåten i følge oppfinnelsen for å operere laserskriveren ved den oppløsning på 600 piksel/tomme, ca. 24 piksel/millimeter, i dette eksempel ved dannelse av de signaler som frembringes ved hjelp av CCD 2 med en oppløsning på 8 piksel/millimeter horisontalt og 7,7 piksel/millimeter vertikalt.

For å kunne modifisere oppløsningen av det opprinnelige bilde som oppnås ved digitalisering av det virkelige eller optiske bilde av dokumentet, hvilket består av et antall piksler av en bestemt intensitet,

blir omrissene i det digitaliserte bilde studert og isolert og

ytterligere piksler dannes ved interpolering av intensitetene av opprinnelige piksler som befinner seg på en side av et omriss til dannelse av et bilde med en modifisert oppløsning.

For den første fase, som nevnt i det foregående, i forbindelse med omrissene, tjener de tre kretser 12 til 14 til frembringelse av et kart av omrissene for så å kunne styre bearbeidingen av det digitaliserte bilde i kretsene 15 til 16. Kretsene 12 til 14 vil henholdsvis utjevne intensitetene av pikslene fra det opprinnelige digitaliserte bilde, beregne en intensitetsgradient mellom nabopiksler med utjevnende intensiteter og sammenligne gradientene med en terskel til frembringelse av et bilde eller et kart av omriss.

Med hensyn til den andre fase kan det digitaliserte bilde som da bearbeides betraktes som å ha tre «dimensjoner»: horisontal, vertikal og intensitetsnivå for pikslene i en uttaksmatrise (sampling matrix). Hver av disse tre dimensjoner fremviser en kvantifisering, som henholdsvis er forbundet med analysebanen, horisontalt og vertikalt, og med digitaliseringen av intensitetene i diskrete verdier, i dette tilfellet begrenset til to verdier, hvitt eller svart. Det dreier seg således om å eliminere de tre ovennevnte kvantifiseringer for, i elektronisk form, å kunne gjenoppbygge det opprinnelige optiske bilde ved hjelp av en transformasjon som er reversert i forhold til den som er utført i analysesekvensen 1. Den mottakende faksmaskin kan således være ekvivalenten til en fotokopimaskin.

De to faser som er beskrevet i det foregående skal nå trinnvis beskrives i detalj.

I tilknytning til kretsen 12 er det vist en matrise 22 til veiing av pikslenes intensiteter i en begrenset sone fra det opprinnelige digitaliserte bilde, i dette tilfellet 3x3 piksler, mens to matriser 23, 24 til beregning av gradienten henholdsvis i den horisontale, eller linjeretningen og den vertikale retning er knyttet til kretsen 13.

Matrisen 22 er, i dette tilfellet trinnvis, sentrert på hver piksel fra det opprinnelige digitaliserte bilde for å beregne en komposittverdi av gråintensitet, ved å ta i betraktning hver aktuell piksels svart- eller hvitintensitet og tilsvarende for de piksler som omgir den, ved anvendelse av en lov for veiing som er en invers funksjon av avstanden mellom den sentrale piksel og hver av de øvrige piksler. Invers funksjon skal oppfattes å bety en funksjon for hvilken variasjonsretningen er forskjellig fra tilsvarende for den variable uavhengig av funksjonens følsomhet overfor variasjoner i den variable. Det veidde gjennomsnitt som således oppnås representerer, for den aktuelle piksel, et nivå eller en tetthet pr. overflateenhet av mellomgrått fra den sone som betraktes i det opprinnelige optiske bilde, imidlertid uten å annullere «relefet» av grått siden de fjerneste piksler utelukkende har en redusert innflytelse. Således oppnås det et estimat av det opprinnelige optiske bilde, fra hvilke kvantifiseringen av intensitet på grunn av svart/hvit-kodingen praktisk talt er forsvunnet på grunn av utjevningen.

Fra dette bilde som ikke har noen «støy» fra intensitetskvantifisering, beregner kretsen 13 gradienten for intensitet av grått i to retninger hvilke i dette tilfellet er vinkelrette. Som vist ved hjelp av veiematrisen 23, som er asymmetrisk med hensyn på dens vertikale akse tilfører tre påfølgende piksler fra en linje et delvis resultat av veiingen av deres utjevnede intensiteter hvilket er positivt dersom den høyre piksel har en utjevnet intensitet som er større enn tilsvarende for den venstre piksel, et delvis resultat som ellers er negativt idet motsatte tilfelle. De tre partielle resultater fra de tre linjer leverer kumulativt et tall med fortegn som representerer intentitetsgradienten GH i horisontalretningen. Slik det kan observeres har den andre linje, som omfatter den aktuelle sentrale piksel, en større veiing enn tilsvarende for de to andre. Gradienten GV i vertikalretningen bestemmes ved det samme prinsipp ved hjelp av matrisen 24 som svarer til matrisen 23 dreiet en kvart omgang. Matrisene 22 og 23 fremviser således en Gaussisk karakterisering i to dimensjoner.

En kvadratisk sammensetning av de to gradienter GH og GV frembringer den maksimale gradient G fra hvilken retningen, som påkrevet, kan defineres å være linjen med den største helning i et plan som tangerer «relefet» av de utjevnede intensiteter, et plan som defineres av de to vektorer som representeres av GH og GV.

Idet bildet av intensitetene således har blitt erstattet med et bilde av disse intensiteters gradienter, gjør sammenligning av det sistnevnte bilde med en gradientterskel i kretsen 14 det mulig, for de nære piksler, å lokalisere de intensitetsoverganger som er representative for en gradient som overskrider terskelen og å tegne et kart av omrissene. Det skal bemerkes at omrissene kunne vært bestemt på en annen måte, eksempelvis ved anvendelse av Laplasse-operatoren (The Laplasien).

Intensitetsvariasjoner som er større enn terskelen representerer grenser mellom detaljer i det opprinnelige bilde med klart ulike gråskalaer, mens gråoverganger med lav amplitude innen den samme detalj ikke påvises.

I dette eksempel frembringes to mulige gradientterskler avhengig av typen bilde, som utvelges ved manuelt inngrep eller optisk gjenkjenning. I tilfellet hvor det i bildet foreligger tegn som vil fremvise brå overganger, reguleres terskelen til en relativt høy terskel S1, mens i det motsatte tilfelle, eller dersom bildet er av fotografitypen, har terskelen en lavere verdi S2.

Idet omrissene således er isolert, bearbeides det i det foregående beskrevne bilde i kretsene 15 til 16 av hensyn til den andre fase.

Til dette formål, før det er aktuelt å gå videre med interpoleringen av nabopiksler, erstatter verdier som veies avhengig av intensitetene for de opprinnelige piksler som er nær pikslene av den intensitet som skal veies de opprinnelige pikslers intensiteter. Til dette formål utføres da utjevning mellom nære piksler på de opprinnelige pikselintensiteter i kretsen 15 ved hjelp av en utjevningsmatrise.

Da er veiingen av intensitetene av de opprinnelige billedpiksler som omgir den sentrale piksel en invers funksjon av deres avstand fra denne sentrale piksel av den intensitet som skal veies. Det skal bemerkes at alle de verdier som er vist for matrisene utelukkende gjelder et bestemt eksempel. Utjevningen benyttes suksessivt for alle det opprinnelige digitaliserte bildes piksler, men er av særskilt interesse for de soner i bildet som omfatter betydelige overganger, dvs. langs omrissene. I dette bestemte eksempel på en overføring av binære signaler, av svart eller hvitt, hvori komparatoren 4 har tendens til å svitsje meget hyppig, når det optiske bilde har en grovfarge som ligger nær opptil terskelen, og således har en tendens til å skape betydelig kvantifiseringsstøy i de innledningsvis homogene soner, har den ovennevnte utjevning den fordel å fjerne denne støy og på nytt etablere de støy fulle soners homogene karakter, utenfor omrissene.

Når matrisen 25 er lokalisert i en sone på det opprinnelige digitaliserte bilde som omfatter et omriss, blir matrisens 25 koeffisienter adskilt fra den aktuelle sentrale piksel og blir endog, i dette eksempel, null.

Av denne årsak tas utelukkende intensitetene for pikslene på den samme side av omrisset som den sentrale piksel i betraktning, slik at gjennomsnittsverdien av disse pikslers grovskala bevares som et hele ved utelukkende å betrakte opprinnelige piksler av nabointensiteter, ved å bevare en segregasjon mellom intensitetsdata som vedrører detaljer med meget ulike intensitetsnivåer. Således oppnås det et estimat n i,j, for gråskalaer i det opprinnelige digitaliserte bilde før svart/hvitt-kvantifisering ved hjelp av komparatoren 4.

Idet et raster av det opprinnelige bildets gråintensiteter er oppnådd, et raster som er kvantifisert i rom i samsvar med en overførende faksmaskins horisontale og vertikale oppløsningsbaner, benyttes en lov for interpolering, i dette tilfellet lineær, deretter til å definere en intensitetsverdi for enhver ønsket mellomliggende posisjon. Ved hjelp av interpolering defineres således et kontinuering bilde som representerer det opprinnelige optiske bilde og fra hvilket kvantifiseringer av grovskalaene og posisjonen av piksler som innføres ved hjelp av den overførende faksmaskin nesten har blitt eliminert. Den mottakende faksmaskin har således den elektroniske ekvivalent av det optiske bilde og kan således ta det ut i samsvar med den ønskede oppløsning, i dette tilfellet 24 piksler/millimeter. Til noen anvendelser kan det endog være ønskelig å vende bildet. Selvfølgelig er den foreliggende oppfinnelse anvendelig i tilfellet med en reduksjon i oppløsningen til styring av en bildegj engi vende innretning som ikke er tilpasset til sekvensen 1.

Figur 2 illustrerer prinsippet for interpoleringen.

Fire piksler fra en rektangulær blokk eller en kornstørrelse i det opprinnelige bilde har respektive utjevnede intensiteter n ij, n i+lj, n ij+l og n i+l,j+l. Hver piksels posisjon lokaliseres ved hjelp av pikselens teoretiske sentrum i matrisen av opprinnelige piksler. Det er bekvemt å lokalisere pikslene ved hjelp av deres utjevnede intensitet.

For å ta ut prøver i samsvar med en annen oppløsning, dvs. å skape ytterligere piksler i samsvar med et nytt rutenett for oppløsning, plasseres en matrise av piksler slik som mk,l, mk+1,1 og mk+2,1 på den matrise som omfatter det opprinnelige bildes piksler n i,j.

Idet pikselen mk,l er innrammet av fire andre piksler slik som n ij, blir en veiing, som varierer på en lineær måte fra 0 til 1 avhengig av hvorvidt pikselen mk,l er - horisontalt eller vertikalt (rk, ri) - langt fra eller nær den aktuelle piksel slik som n i,j, benyttet på hver av disse fire andre pikslers intensitet.

Den utjevnede, interpolerte intensitet defineres som følger:

På en vanlig måte frembringer komparatoren 17 således et kvantifisert signal qk,l til styring av printeren.

Romlig filtrering som inkluderer en mer utbredt sone enn kornstørrelsen i det foregående og tar hensyn til en serie med piksler på linje som passerer gjennom det aktuelle punkt mk,l kan også komme i betraktning.

Det skal bemerkes at de to trinn, utjevning og deretter interpolering, kan føyes sammen til et enkelt trinn med interpolering hvilket ville ta hensyn til et større antall ikke-utjevnede opprinnelige piksler, dvs. matrisens 25 koeffisienter ville bli svakt modulert avhengig av den nye piksels mk,l possisjonsforskyvning i forhold til denne matrises 25 sentrum.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til modifisering av resolusjonen i et bilde som oppnås

   ved digitalisering av et virkelig bilde, idet det digitaliserte bilde består av et antall piksler av en bestemt intensitet, karakterisert ved at:

   omrissene i det digitaliserte bilde søkes etter og isoleres

   ytterligere piksler dannes ved interpolering mellom intensitetene i

   de opprinnelige piksler som er lokalisert på en side av et omriss til dannelse av et bilde med en modifisert oppløsning.
2. 2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 karakterisert ved at før interpoleringen tar til, erstatter verdier som veies avhengig av intensitetene i de opprinnelige piksler som er nær pikslene av den intensitet som skal veies de opprinnelige pikslers intensitet.
3. 3. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1 og 2 karakterisert ved at omrissene søkes etter ved, for nære piksler, å lokalisere de intensitetsoverganger som er representative for en gradient som overskrider en bestemt terskel.
4. 4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 3 karakterisert Ved at gradienten søkes etter ved hjelp av en veiingsmatrise (23;24) hvilken benyttes til pikslenes intensiteter i en matrise av piksler.
5. 5. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 2 til 4 karakterisert ved at de opprinnelige pikslers intensiteter veies ved anvendelse av den inverse funksjon av deres avstand fra pikslene av den intensitet som skal veies.
6. 6. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1 til 5 karakterisert ved at for å kunne danne de ytterligere piksler betraktes utelukkende de opprinnelige piksler av nabointensiteter.