CN1096659C - 图象处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种在图象数据的每个区域内确定原始类型并对原始类型进行适当的二进制化处理的图象处理方法，方法包括步骤：计算图象数据中象素的灰度；相应于计算步骤，从用于简单二进制化的单阈值元组成的阈值矩阵的阈值矩阵组中选择一个适合于象素的阈值矩阵，阈值矩阵包括用于半色调处理的不同阀值元，而且至少一个阈值矩阵包括两阈值矩阵的内插值；和利用在选择步骤中选出的阈值矩阵，通过系统的高频脉动法对象素做二进制化处理。

Description

图象处理方法和系统

技术领域

本发明涉及一种在图象数据的每个领域内确定原始类型并对原始类型进行适当的二进制化处理的图象处理方法。具体地说涉及使打印机通过图象输入装置如扫描器读出原始图象、对读出的原始图象数据进行图象处理、对热敏模板穿孔并打印(数字打印机)的板，一种使用静电复印术在感光体上形成潜象并将此潜象转印到纸张(数字复印机)上的系统，或是一种复印到热敏纸张上的方法和系统等。

背景技术

通常用伪灰度处理来表示复值图象数据的图象的明暗，而伪灰度处理利用一种包括系统的高频脉动法的点区域调制法，图象数据由仅能够输出“0”和“1”的二进制数据的图象输出装置上的原始输出装置读出。

系统的高频调谐法是这样的：M×N象素被认为是表示灰度的最小单元，设置与其对应的M×N阈值矩阵并在该矩阵上叠置原始图象作为一种掩码，将每个象素的密度与其相应的阈值比较。如果图象数据大于阈值，则输出“1”，如果图象数据小于阈值，则输出“0”，一旦完成M×N象素处理，阈值矩阵就被移到下一个M×N象素位置，重复同样的二进制化处理。

在利用系统的高频脉动法进行的伪灰度处理中，灰度和分辨率是不协调的。为了保证足够的灰度，需要扩大阈值矩阵的尺度，由此，要求分辨率的区域如字符的重现性变差。

日本待公开专利申请NO.63-180273中披露了一种解决上述问题的方法。方法是这样的：对图象的边缘外形结构进行计算，再根据计算的结果将区域划分为字符区域和图象区域。在字符区域用单阈值执行二进制化，在图象区域通过系统的高频脉动法利用阈值矩阵输出半色调点执行二进制化。两种不同的处理方法在两个不同的区域之间切换，从而在优良的灰度和分辨率下提供伪灰度表示。

因此，当前面临的技术问题是如何在优良的灰度和分辨率下较好地重现图象。

发明内容

根据本发明提供了一种在图象数据中的每个区域判断原始类型并进行适合于原始类型的二进制化处理的方法，方法包括步骤：计算图象数据中象素的灰度，从对简单二进制化的单一阈值元组成的阈值矩阵形成的组中选择一个适合于象素的阈值矩阵，阈值矩阵包括对于半色调处理的不同阈值元，至少一个阈值矩阵包括相应于计算结果的两阈值矩阵的内插值，还包括利用选取的阈值矩阵通过系统的高频脉动法对象素进行二进制化。

作为计算图象数据中象素灰度的方法，顺序的选出存储图象数据的待处理的当前象素，并通过利用由被当前象素和其周围象素构成的参考区域计算被当前象素周围的灰度。从阈值矩阵组中选出适合于被当前象素的阈值矩阵，并通过使用选出的阈值矩阵中相应于被当前象素地址的阈值对被当前象素进行二进制化。

执行这种方法的系统包括阈值矩阵存储装置，用于储存由进行简单二进制化的单阈值元组成的阈值矩阵，阈值矩阵包括用于半色调处理的不同阈值元，并且至少一个阈值矩阵包括两个阈值矩阵的内插值，系统还包括对图象数据中的象素计算灰度的装置，响应于灰度计算装置计算结果的二进制化装置，从阈值矩阵存储装置中选出适合于象素的阈值矩阵并利用选出的阈值矩阵通过系统的高频脉动法对象素进行二进制化。

用于计算图象数据中象素灰度的装置是一种顺序选取待处理当前象素的装置，是一种计算当前象素周围的灰度的装置，其中当前象素由当前象素选取装置利用当前象素和周围象素构成的参考区域选取。用于计算当前象素周围的边缘形状特性值的装置也可用作灰度计算装置。

附图简述

图1是本发明图象处理系统实施例的框图；

图2是本发明实施例中行存储器1和参考区域间的位置关系示图；

图3是介于边缘形状特性不同的矩阵位置和阈值矩阵元之间的关系示图；

图4是参考区域中图象密度数据的数值分布例示图；

图5是本发明实施例中阈值矩阵例的示图。

发明的具体实施方式

图1是本发明图象处理系统实施例的框图。在原始读出装置中(未标出)，光加到原始数据上，从原始数据反射的光被行传感器如CCD转换成电信号(密度信号)，然后输出读出的图象数据。图象数据被输入给行存储器1。包含当前象素的两行图象数据被储存在行存储器1中。

以由当前象素选取电路5选取的当前象素为中心的3×3象素参考区域中的图象数据被从储存在行存储器1里的图象数据中读出，进入图1所示的边缘形状特性计算装置2。图2是本发明实施例中行存储器1和参考区域间的位置关系示图；

边缘形状特性计算装置2找出参考区域中图象数据的最大值和最小值，并将最大值和最小值间的差值输出作为边缘形状特性去判定当前象素的灰度。例如，如果图象密度数据在参考区域的分布如图4所示，边缘形状特性计算装置2输出最大值210和最小值160之间的差值50作为边缘形状特性值。

在本实施例中，参考区域中象素数据最大值和最小值之间的差值用作边缘形状特性值，但边缘探测滤波器如拉普拉斯滤波器的输出也可用作缘形状特性值。拉普拉斯滤波器是执行拉普拉斯运算的滤波器；由拉普拉斯运算对象素放大，提供象素的缘形状特性值。参考区域的尺寸不必为3×3象素。

图3中的阈值选择电路3选择对应于边缘形状特性计算装置2输出的边缘形状特性的阈值矩阵，并根据注意象素的水平和竖直扫描方向地址判断阈值。

图1中的比较器4把行存储器1输出的当前象素的图象数据和阈值选择电路3输出的阈值进行比较。当图象数据大于阈值时，比较器4输出“1”，当图象数据小于阈值时，比较器4输出“0”，提供二进制的图象数据。

用于本发明的阈值矩阵的元通过使用缘形状特性作为参数来判定。选择阈值矩阵的大小，使得能够在边缘形状特性值低的区域提供充分的灰度。在本实施例中，用于边缘形状特性值低的区域中的阈值矩阵是一个输出半色调点阵图形的点阵集中阈值矩阵，并且阈值矩阵元素设定为从阈值矩阵的中心向其外侧逐渐增加的阈值。

用于边缘形状特性值高的区域中的阈值矩阵与点阵集中阈值矩阵的大小相同，并且阈值矩阵元设定为一个单独的阈值，以便于提供好的分辨率。

对应于两阈值矩阵元素的边缘形状特性值进行内插法，提供数个中间阈值矩阵。图3是阈值矩阵元关于边缘形状特性的曲线。曲线的水平轴和垂直轴代表阈值个数和二进制阈值。阈值个数表示当显示灰度时的点阵顺序。

图5是与图1中阈值选择电路3一起使用的阈值矩阵的示图。在此，选择有四种类型的4×4阈值矩阵的阈值矩阵存储单元为例。设置阈值矩阵a进行真实再现高灰度半色调图象，如照片或插图。矩阵具有从矩阵中心向其外侧逐渐增加的二进制阈值，使得由在区域中几乎与原始图象密度成比例变化的半色调点阵代表输出的二进制图象。因此，假定4×4象素为一块，可用从0到16的17个灰度级表示。

另一方面，阈值矩阵d是一个由单阈值元组成的简单二进制矩阵；它提供真实地表示一个对比度清晰、高分辨率的图象如字符图象或绘线。关于矩阵有恒定二进制阈值的矩阵有一个优点，即可在象素单元的分辨率下进行二进制化，无需4×4象素显示的灰度。

阈值矩阵b和阈值矩阵c是阈值矩阵a和阈值矩阵d的内插值，具有矩阵a和矩阵d两个的特点。当不能断定当前象素是一个灰度级图象或字符图象时使用它们。

当当前象素接近灰度级图象时使用阈值矩阵b；它继承很多阈值矩阵a的特点，很少阈值矩阵d的特点。

当当前象素接近灰度级图象时使用阈值矩阵c；它继承很多阈值矩阵d的特点，很少阈值矩阵a的特点。

相应于边缘形状特性计算装置2输出的边缘形状，特根据下列的规则选择阈值矩阵：

    如果E＜T0，         则选择阈值矩阵a；

    如果T0≤E＜T1，     则选择阈值矩阵b；

    如果T1≤E＜T2，     则选择阈值矩阵c；

    如果T2≤E，         则选择阈值矩阵d，

此处E是边缘形状特性值，T0、T1和T2是判定边缘形状特性水平的阈值，在此T0＜T1＜T2。

当前象素被对应于选取的阈值矩阵中当前象素的水平和垂直扫描方向地址的阈值二进制化。例如，如果选择阈值矩阵a，并且当前象素的水平和垂直扫描方向地址分别是4×m+1和4×n+2，其中m，n＝0，1，2，3…，则选择4作为二进制阈值。

在本实施例中，我们讨论了四阈值矩阵的转换，但阈值矩阵的个数并不必一定是四个，可以是三个或多于四个。由阈值矩阵转换所引起的错误可通过增加矩阵的个数减少。

在本实施例中，边缘形状特性用作判定图象数据灰度的临界值，但其它已知的方法也可采用。下面给出该方法的一些例子。

权重矩阵用于滤波并测定行形状特性值，从而确定字符的形状特性；

根据直方图特征和密度排列矩阵(表示放置图象处象素对密度的矩阵)计算文本特征，并且区分字符和图案。

计算图象的能量谱线并测定高频能量谱线的幅值，从而判断边缘特性的高低。

将特征量的数量总合起来用于判定。例如，参考区域密度值的变化和平均密度作为判定的特征量。因为在纸张区域和固体部分密度的变化较小，所以扩散也小，但它们彼此可以区分，因为一个特征表现平均密度。

可以有多种方法作为图象灰度的判断方法；判断一个象素灰度的参考区域并不局限在该象素的周围。例如，可以根据需要采用一个较宽的区域，不止一行的图象数据，页数据等等。

在本实施例中，对每个象素选出一个最佳阈值矩阵，但可以假设几个象素为一个选择阈值矩阵的象素块。这样做就消除了判断全部象素灰度的需要，使得整个处理过程得以加快。

在本实施例中，设置几个阈值矩阵，使得阈值矩阵元素随着输入图象灰度的变化平稳的变化。然后为高灰度图象如图案图象选择灰度再现性好的阈值矩阵，为二进制图象如字符图象选择由信号阈值组成的阈值矩阵。另外，为具有图案和字符中间特征的图象选择两阈值矩阵的内插阈值矩阵。由此，可以消除当阈值矩阵变化时阈值矩阵元素的急剧变化，并且输出图象的错误现象消失。

在本发明中，阈值矩阵组不仅包括由用于简单二进制化的单阈值元组成的阈值矩阵和包括用于半色调处理的不同阈值元的阈值矩阵，而且还至少提供一个包括两阈值矩阵被插值的阈值矩阵对当前象素进行二进制化处理。因此，如果当前象素的灰度计算精度低，则可从相应于计算出的灰度值的大量阈值矩阵中选出最佳的一个，并且二进制化之后不会出现错误的现象。因此，不需要在围绕当前象素的极小区域内储存图象数据的分页存储器，而仅要一个关于几行的存储器。

Claims (5)

1.一种图象处理方法，在整个图象区的每个区域内确定图象数据特性，并对该特性进行适当的二进制化处理，方法包括步骤：

计算图象数据中象素的灰度；

相应于计算步骤，从用于简单二进制化的单阈值元组成的阈值矩阵的阈值矩阵组中选择一个适合于象素的阈值矩阵，阈值矩阵包括用于半色调处理的不同阈值元，而且至少一个阈值矩阵包括两阈值矩阵的内插值；和

利用在选择步骤中选出的阈值矩阵，对象素做二进制化处理。

2.一种图象处理方法，在整个图象区数据的每个区域内确定图象数据特性，并对该特性进行适当的二进制化处理，方法包括步骤：

从储存的图象数据中顺序地选取待处理的当前象素；

并通过利用由当前象素和其周围象素构成的参考区域计算当前象素周围的灰度；

从用于简单二进制化的单阈值元组成的阈值矩阵的阈值矩阵组中选择一个适合于当前象素的阈值矩阵，阈值矩阵包括用于半色调处理的不同阈值元，而且至少一个阈值矩阵包括两阈值矩阵的内插值；和

通过使用选出的阈值矩阵中相应于当前象素地址的阈值对当前象素进行二进制化。

3.一种图象处理系统，在整个图象区的每个区域内确定图象数据特性，并对该特性进行适当的二进制化处理，系统包括：

阈值矩阵存储装置，用于储存进行简单二进制化的单阈值元组成的阈值矩阵，阈值矩阵包括用于半色调处理的不同阈值元，并且至少一个阈值矩阵包括两个阈值矩阵的内插值；

对图象数据中的象素计算灰度的装置；

响应于灰度计算装置计算结果的二进制化装置，用于从阈值矩阵存储装置中选出适合于象素的阈值矩阵并利用选出的阈值矩阵通过系统的高频脉动法对象素进行二进制化。

4.一种图象处理系统，在整个图象区的每个区域内确定图象数据特性，并对该特性进行适当的二进制化处理，系统包括：

储存图象数据的装置；

从储存的图象数据中顺序地选取待处理的当前象素；

阈值矩阵存储装置，用于储存进行简单二进制化的单阈值元组成的阈值矩阵，阈值矩阵包括用于半色调处理的不同阈值元，并且至少一个阈值矩阵包括两个阈值矩阵的内插值；

计算当前象素周围的灰度的装置，其中当前象素由当前象素选取装置利用当前象素和周围象素构成的参考区域选取；和

二进制化装置，相应于灰度计算装置的计算结果从阈值矩阵存储装置中选出适合于当前象素的阈值矩阵，并通过使用选出的阈值矩阵中相应于当前象素地址的阈值对当前象素进行二进制化。

5.根据权利要求4所述的图象处理系统，其特征在于灰度计算装置包括用于计算当前象素周围的边缘形状特性值的装置。

Images