改善数字化图像分辨率的方法

文档序号:7569742阅读:288来源:国知局
专利名称:改善数字化图像分辨率的方法
技术领域
本发明涉及一种改善数字化图像分辨率的方法。
对图像数字化能使传输和存储所述图像没有劣化的风险。它主要是用于传真机。
用扫描器的读出头一个像素接一个像素地把要传输的文件的图像数字化,把从文件读取的表示灰度色调密度的数字值分配到各像素位置上。为了复原为黑和白,把该色调值与中间灰度阈值作比较,提供表示白或黑的0或1位。
在接收传真机中,打印机重构黑或白像素,在水平和垂直方向上每毫米的像素数与分析头的相同,例如,水平方向上8个像素/毫米,垂直方向上7.7个像素/毫米。
这些像素的数量决定了重构的数字化图像的分辨率,它们是获得高分辨率优质图像与有限的比特数传输之间折衷的结果。
然而,现在已经出现了分辨率改善的打印机,诸如激光打印机。因此本申请人试图用这些打印机来改善被恢复图像的分辨率。
在那以前,如果把这些激光打印机用于打印传真信息,为使它与传真机匹配,要降低其分辨率。更精确地说,由于打印机仅能根据其本身的分辨率(例如12个像素/毫米)控制时,则要把接收到的图像中给定数量的连续像素(8个像素/毫米)转换成更多数量表示相同的全部图像长度(例如从2至3)的像素。这造成了变形,这是由于,接上面给出的例子,在有两个不同的值(白和黑)原始像素的情况下,当在这两个不同的像素之间恢复第三像素(该第三像素为白或黑像素形式)时,产生一种简单的平滑,而事实上它应当为平均值或灰色。换句话说,图像的“颗粒”局部增加或减少了,这种失真使图像变劣。而且,由于设备体积和计算量方面的实际原因,上述这种方法仅可以应用于分辨率的变化为简单比值的情况。
因此本申请人试图以这样一种方法改变接收图像的分辨率,来完全发挥打印机的分辨率,该方法在水平和垂直方向上与初始和最终的分辨率之间的关系无关,同时限制这种操作引起的失真。
为此,本发明涉及一种改善用数字化实际图像获得的图像分辨率的方法,这种数字化图像由多个特定强度的像素组成,其中-寻找数字化图像的轮廓,并把它隔开,以及-内插位于轮廓一侧的原始像素的强度,产生额外的像素,以形成分辨率经改善的图像。
因此,内插获得的图像是再现原始实际图像的过渡图像(baffer image),由该过渡图像,与原始数字化图像的分辨率有关系的颗粒消失了,这使得与图像分辨率之间的关系无关成为可能。
但是去除颗粒并没有以分辨率为代价。的确,在内插期间,去除由轮廓分开的像素之间的相互作用或者移动避免了分辨率的损失,这是因为仅考虑了相关的数据,即那些仅与图像相对均匀区域有关的数据。因此隔开亮区和暗区的轮廓在交叉处保持了突变,而没有劣化。内插还可以选择原始像素的位置之间任何所希望的中间位置,以根据新的分辨率对内插的图像抽样,同时恢复相邻原始像素之间的细微差别。
图像可以是黑白图像或彩色图像,可以有或者没有像素强度的中间值。
借助于下面参照附图对本发明方法的较佳实施例的详细描述可以更好地理解本发明,其中-

图1是实现本发明方法的传真机内的标准文件分析序列和图像复原序列的方框图,和-图2示出了像素之间的内插。
图1的分析序列1或扫描器属于一台传真机,按图像信号传送的顺序它包含光敏传感器2(在本例中为CCD)、模数转换器3和比较器4,比较器4把CCD2分析的文件的图像像素强度取样值与存储在寄存器5中的表示平均强度的强度阈值比较。本例涉及对图像的黑白分析,所以强度信号表示灰度等级(grey scale)。对图像的彩色分析以相同的原理进行。比较器4的输出端连接到交换电话网STN10上。
另一台传真机的图像恢复序列11包含其输入端连接到STN10、其输出端控制激光打印机(未图示)的评估原始图像的电路15、内插电路16和比较器17,它接收存储在寄存器18内的中间灰度强度阈值。STN10还向轮廓提取序列提供传真数据Pij,轮廓提取序列由平滑电路12、变化率(gradient)计算电路13和控制电路15的阈值比较电路14组成。
电路12-16专门用于实现本发明的方法,以使激光打印机以每英寸600个像素、每毫米约24个像素的分辨率工作,在本例中,用CCD2产生的信号,它具有8个像素/毫米的水平分辨率和7.7个像素/毫米的垂直分辨率。
为了改善数字化文件实际的或者光学的图像获得的原始图像(它由多个特定强度的像素组成)的分辨率,-分析数字化图像的轮廓并把它隔开,以及-内插位于轮廓一侧的原始像素的强度,产生额外的像素,以形成分辨率经改善的图像。
对于上述关于轮廓的第一步,把三个电路12-14用于产生轮廓的映象,以控制在电路15-16中对数字化图像的处理。电路12-14分别平滑原始数字化图像的像素强度、经平滑的密度计算相邻像素之间强度的变化率,并把该变化率与阈值比较,提供轮廓的图像或映象。
对于第二步,可以把随后要处理的数字化图像看作具有三个“维度”水平、垂直和取样矩阵的像素强度值。这些三个维度中的每个维度表示了分别与水平和垂直分析路径有关的量化,以及表示了与以离散值数字化强度相关的量化,在本情形中,限于两种值,白或黑。因此这是消除上面提出的三个量化的问题,以便用在与分析序列1进行的逆向变换以电子线路的形式恢复原始的光学图像。因此接收传真机可以等效于一影印机。
现在陆续详细描述上述两个步聚。
在3×3个像素的情况下,与电路12相联系的被图示成矩阵22,它对原始数字化图像的有限区域内的像素强度进行加权,把用于分别计算水平方向(或者行方向)以及垂直方向的变化率的两矩阵23和24与电路13相联系。
在这种情况下,接着把矩阵22放在原始数字化图像的每个像素的中心,考虑上述像素的黑或白强度和它周围的像素的黑或白强度,用加权法则计算灰度强度的组合值,该加权法则是中心像素与其它每个像素之间的距离的反函数。反函数应理解成函数的变化方向与变量的变化方向不同,而不管函数对变量变化的灵敏度。因此对上述像素获得的加权平均值表示考虑了原始光学图像的所考虑区域中间灰度的每个表面单位的值或密度,但并没有抵消灰度的降低,这是由于对于距离最远的像素仅有较小的影响。因此由它通过平滑获得了对原始光学图像的评估,因黑/白编码产生的强度的量化实际上已消失了。
该图像没有强度量化“噪声”,根据该图像,电路13在两个方向上计算灰度强度的变化率,在此情形中,这两个方向是垂直的。如加权矩阵23(矩阵23相对于其垂直轴是不对称的)所示,一行中三个连续的像素提供了它们平滑后强度加权的部分结果,如果右像素的平滑后的强度大于左像素的平滑后的强度,则它为正,否则在相反的情况下该部分结果为负。三行的三个部分结果的累积提供了一个带正负号的数字,它表示水平方向上的强度变化率Gh。如将要指出的,包含上述中心像素的第二行的权重大于其它两个的权重。垂直方向上的变化率通过相同的原理用与旋转四分之一圈的矩阵23得出的矩阵24来确定。因此矩阵22和23在两维(两个方向)上呈现出高斯特征。
两个变化率Gh和Gv的二次的组合提供了最大变化率G,如果需要,最大变化率的方向可定义为在与平滑强度“降低”相切的一平面内有最大倾角的直线,该平面由Gh和Gv表示的两个矢量确定。
因此这种强度的图像被这些强度变化的图像所代替,在电路14内把后一图像与变化率阈值比较,使得对于接近的像素可以找到表示变化率的强度超过阈值的转变,并得到轮廓的映像。应注意,该轮廓也可以用另一种方法,例如用拉普接斯算子来确定。
大于阈值的强度转变表示了清晰地具有不同灰度等级的原始图像的细节之间的界限,而不检测同一细节内的小幅度的灰度转变。
在本例中,根据图像的类型提供两种可能的变化率阈值,通过手动控制或者光学辨别来选择。在图像中有字符呈现出突变的情况下,把该阈值调节到较高的阈值S1,而在相反情况下,或者如果图像为照片类,则阈值为较低的值S2。
在具有如此隔开的轮廓之后,在电路15-16中,对上述图像进行处理,进行第二步。
为此,在内插相邻像素之前,用根据靠近强度待加权的原始图像的强度而加权的值来代替原始像素的强度。为此,在电路15内通过平滑矩阵25在原始像素强度上在靠近的像素之间进行平滑。
对中心像素周围的原始图像强度进行加权是离强度待加权的该中心像素的距离的反函数。应当理解,矩阵指出的所有值仅仅是一个特殊的例子。平滑对原始数字化图像的所有像素都进行,但对包括显著变化的图像区域,即轮廓尤其重要。在这传输黑或白二进制信号的特定例子中,比较器4切换非常频繁,当光学图像的灰度接近阈值,因此在最初均匀的区域内产生显著的量化噪声时,上述平滑除去这种噪声有一优点,并对轮廓外的该有噪声区域重建均匀性。
当把矩阵25放置在原始数字化图像包含轮廓的的区域内时,与上述中心像素分开的矩阵25的系数减小,在本例中甚至变为0。
因此,仅考虑如中心像素在轮廓同侧的像素的强度,所以由仅考虑相邻强度的原始像素,由保持与具有很不相同的强度值的细节相关的强度数据之间的分开,基本上维持了这些像素的灰度等级的平均值。因此在比较器4进行黑/白量化之前获得了原始数字图像的灰度色调的估计值
具有了这种原始图像的灰度强度的光栅,根据发送传真机分辨率的水平和垂直路径在空间量化光栅,把内插法则(在本案中为线性法则)用于确定所要求的任何中间位置的强度值。因此,通过内插可以确定,表示原始光学图像的连续图像,根据该图像,几乎消除了发送传真机引入的像素灰度等级和位置的量化。因此接收传真机具有光学图像的电子线路等效,它可以根据所要求的分辨率对它进行抽样,在本情形中为24个像素/毫米。在一些应用中,甚至可以要求转动图像。当然,本发明可应用于降低分辨率来控制不适合于序列1的图像恢复装置的情况。
图2示出了内插的原理。
原始图像矩形块或者网格的四个像素具有各自的经平滑的强度
+1,j,

,j+1。各像素的位置由在原始像素矩阵中该像素的理论中心来定位。像素可由它们的经平滑的强度方便地定位。
为了根据另一分辨率来取样,即根据新的分辨率栅格来创建额外的像素,把诸如Mk,l,Mk+1,l和Mk+2,l等像素的一个矩阵放置在包含原始图像像素Ni,j的矩阵上。
由四个诸如
等其它像素构成像素Mk,l,权重根据像素Mk,l在水平方向或者垂直方向(rk,rl)是远离还是接近诸如
等上述像素以线性方式从0到1变化,该权重加到这四个其它像素中每个像素的强度上。
经平滑的内插强度的定义如下Mk,l=[[rk×Ni~+l,j+(l-rk)Ni~,j]×(l-rl)-[rk×Ni~+l,j+l+(l-rk)Ni~,j+1]×rl]/2]]>在标准方式中,比较器17提供量化信号Qk,l,以控制打印机。
空间滤波包括比上述网格更大的区域,也可以想象考虑把一串排成一列的像素通过上述的点Mk,l。
应注意,可以把这两个步骤,平滑以及随后的内插合并成一个内插步骤,它考虑了大量未平滑的原始像素,即根据新像素Mk,l的位置相对于该矩阵25的中心处偏离稍稍地调节矩阵25的系数。
权利要求
1.一种改善数字化实际图像获得的图像的分辨率的方法,这种数字化图像由多个特定强度的像素组成,其特征在于-寻找数字图像的轮廓,并把它隔开,以及-内插位于轮廓一侧的原始像素的强度,产生额外的像素,以形成分辨率经改善的图像。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在进行内插之前,用根据靠近其强度待加权的像素的原始像素的强度而加权的值代替原始像素的强度。
3.根据权利要求1和2之一所述的方法,其特征在于,对于较近的像素定出表示变化率超过特定阈值的强度转变的位置而来分析该轮廓。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,借助于加权矩阵(23;24)来分析所述变化率,所述加权矩阵加到像素矩阵的像素强度上。
5.根据权利要求2至4之一所述的方法,其特征在于,原始像素的强度用其强度待加权的像素的距离的反函数来加权。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法,其特征在于,为了产生额外的像素,仅考虑相邻强度的原始像素。
全文摘要
一种改善数字化实际图像获得的图像的分辨率的方法,这种数字化图像由多个特定强度的像素组成,在这种方法中,—寻找数字图像的轮廓,并把它隔开,以及—内插位于轮廓一侧的原始像素的强度,产生额外的像素,以形成分辨率经改善的图像,分析轮廓是通过对于较近的像素定出表示变化率超过特定阈值的强度转变的位置来实现的本发明应用于传真机。
文档编号H04N1/417GK1156372SQ9611797
公开日1997年8月6日 申请日期1996年12月27日 优先权日1996年12月27日
发明者阿兰·弗雷德里克 申请人:萨甘股份有限公司
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