CN100481868C - 用于文档的数字去网的半色调网屏频率和大小估算 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于从扫描文档中消除半色调网屏、同时保留文本和艺术线条的质量和锐度的高效方法和系统。该方法和系统采用单通道网屏频率估算器模块，它产生图像数据的网屏频率估算值。该模块在低对比度等级根据经过很大程度滤波的图像信号以及在较高对比度等级根据半色调频率的可靠估算来产生信号。单通道网屏估算模块在300到600dpi的分辨率范围中具有足够的性能。

Description

用于文档的数字去网的半色调网屏频率和大小估算

本申请涉及与此同日提交并通过引用将其完整结合于此的美国申请(代理人档案号117544、117521、117745、117746、117747、117748、118584、118591和118601)。

本申请涉及以下共同未决的申请：序列号10/187499(代理人档案号D/A1270)，题为“文档的数字去网”；序列号10/188026(代理人档案号D/A1270Q)，题为“用于文档的数字去网的控制系统”；序列号10/188277(代理人档案号D/A1271Q)，题为“用于文档的多光栅内容(MRC)表示的动态门限系统”；序列号10/188157(代理人档案号D/A1271Q1)，题为“用于文档的多光栅内容(MRC)表示的分离系统”；以及序列号60/393244(代理人档案号D/A2303P)，题为“用于多光栅内容(MRC)TIFF和PDF的分割技术”，它们都在2002年7月1日提交并共同转让给本受让人，通过引用将其内容结合于此。

技术领域

一般来说，本发明涉及用于图像处理的方法和系统，更具体来说，涉及用于以数字方式对扫描文档去网的方法和系统。

背景技术

除卤化银照相之外的几乎所有印刷品都采用半色调网屏来印制。估算半色调频率和大小的需要出于以下事实：除了象染料升华或卤化银照相的少数装置之外的几乎所有印刷品都采用半色调网屏印出。这些半色调与印刷装置密切相关，如果没有妥善地消除，则当扫描和重新半色调时可能导致可见的人工痕迹和/或不可接受的波纹图案。半色调的抑制对于彩色文档尤为重要，因为这些文档通常以不同角度和/或频率、采用包含略微不同的网屏的四色或更多色分离来印制，而且这些可相互作用而导致不希望的空间人工痕迹。

原始半色调网屏的成功消除是基于准确估算局部频率的能力。因此，需要改进的方法和装置来估算半色调网屏频率和大小。

发明内容

公开了一种用于从扫描文档中消除半色调网屏、同时保留文本和艺术线条的质量和锐度的高效方法和系统。

公开了一种网屏估算模块，它仅采用图像数据处理的单一通道来产生用于后续图像处理、尤其是用于来自图像的半色调信号的去网的网屏频率估算值。

虽然仅使用一个通道，但网屏估算模块可产生半色调网屏频率的优质可靠的估算值。单一通道网屏频率估算值是足够的，因为当对比度低或接近零时，频率估算是基于经过很大程度滤波的图像信号，并且可能不是精确的频率测量结果。但是，当它低时，最小半色调噪声在输入图像中被测量，且后续处理不要求对其精确频率的了解。在这种情况下，大范围的边缘锐化作用可应用于图像数据，而没有加重不希望的半色调人工痕迹。当对比度较高时，频率估算是基于图像中出现的半色调频率的可靠测量。因此，单一通道网屏频率估算值可在图像对比度的全部范围上使用。

由于仅使用单一通道，因此，在成本、功率和装置封装大小方面的明显节省可由实施本发明来产生。本发明在其中极为有效的体系处于300到600dpi的分辨率范围内。

附图说明

通过以下对本发明的详细描述，本发明的特征和优点将变得非常明显，附图中：

图1是单通道网屏估算器模块的系统的框图。

图2说明各种滤波器单元的一维滤波器响应。

图3-5说明各种单元的二维滤波器响应。

图6A和6B说明典型的3×3最大值模块结构。

图7A和7B说明典型的3×3对比度模块结构。

图8表示3×3窗口内的最小值-最大值检测结构。

图9A和9B说明单内插单元。

图10是双线性内插单元的结构的框图。

图11说明网屏频率估算式。

具体实施方式

描述一种新的方法和系统，用于以数字方式对扫描文档去网，使得可能的半色调干扰和不适宜的波纹图案被消除或实质上减少。下面参照图1，本发明的方法和系统的框图由单通道网屏估算器模块SEM40表示。网屏估算器模块40负责估算受关注的当前像素处的瞬时半色调频率。网屏估算器模块40对8位源图像Src 28进行操作，并产生8位半色调频率估算值Scm 72。

估算半色调频率和大小的需要出于以下事实：除了象染料升华或卤化银照相的少数装置之外的几乎所有印刷品都采用半色调网屏印出。这些半色调与印刷装置密切相关，如果没有妥善地消除，则当扫描和重新半色调用于印刷时可能导致可见的人工痕迹和/或不可接受的波纹图案。代理人档案号为118591的申请人的共同未决的申请中所述的去网模块(DSC)依靠网屏估算器模块产生的信息，以便从原始扫描图像中消除(滤除)原始半色调图案。半色调的抑制对于彩色文档尤为重要，因为这些文档通常以不同角度和/或频率、采用包含略微不同的网屏的四色或更多色分离来印制，而且这些可能相互作用而导致不希望的空间人工痕迹。

先有技术的网屏估算器模块使用多达三个在不同灵敏度等级的频率通道。上通道被调谐用于在全源分辨率的最大频率灵敏度，因此用于得出网屏频率估算信号。但是，这个通道极为灵敏，甚至在网屏极弱时也通常会报告频率的存在。因此，网屏频率另外还由网屏大小Scm 72来限定。

图1中的单通道40被调谐用于中等频率灵敏度，并且以全源分辨率工作。网屏频率信号Scm 72是从对单通道所产生的频率估算值的分析得出的。

单通道40由下面描述的最小值-最大值纹理检测器MM3 32以及其后的求平均滤波器42组成。单通道MM3 32单元对单通道8位输入源信号Src 28进行操作。MM3最小值-最大值模块32用于查找2D输入信号中的峰值和谷值。以下提供最小值-最大值检测器单元的详细描述。该单元主要检查以受关注的当前像素为中心的3×3窗口的内容，以及采用自适应阈值来分析中心像素相对其八个相邻像素是明显更大还是明显更小。如果是这样，则中心像素分别被视为峰值(如果更大)或者谷值(如果更小)。通过计算每个单位面积的峰值和谷值的数量，得到局部频率的测量值。

MM3单元输出32仅具有1位精度，但在第一后续级的滤波之前按配置因子“网点扩大”缩放。该单元对输入信号的一个或多个色彩通道进行操作。但是，在这个实施例中，仅采用一个通道、即亮度通道。注意，通过调整该级的归一化因子，滤波器输出的缩放可推迟到第一后续滤波器的归一化步骤。

来自MM3最小值-最大值检测器32的输出通过不同的求平均及二次抽样滤波器。为了避免伴随着二次抽样的混淆问题，每种情况中的空间滤波器跨距为两倍的二次抽样比率减一。

同样，单通道MM3 32输出施加到两个三角2D二次抽样滤波器、即F31/16滤波器42和F3/2滤波器46的级联。来自级联滤波单元的输出在各方向按32x的因子经过二次抽样(在第一滤波器中为16x以及在第二滤波器中为2x)。

在单通道40中，1/16分辨率信号的样本传递给MX3单元44。这个单元执行3×3最大值操作(灰度放大)。该输出分别发送给双线性内插单元BIU 54的b输入端。

单通道包含附加平滑/求平均F5单元64级，进一步减少空间噪声。F5单元64为5×5三角加权(非二次抽样)滤波器。来自这个单元的已滤波输出发送给双线性内插单元BIU 54的输入端。该输出还通过C3对比度单元48，该单元搜索以当前像素为中心的3×3窗口中的最大差。C3输出成为对BIU单元54的c输入。

单通道40产生的三个信号发送给BIU单元54。这个单元执行双线性内插，以便使二次抽样输入分辨率恢复到原始源分辨率。a和cBIU输入为1/32分辨率，而b输入为1/16分辨率。来自内插单元的输出带宽实质上大于输入。例如，对于上述32x的因子，内插单元对各输入像素产生1024个输出像素。

双线性内插单元54的输出为8位估算网屏大小信号Scm72。估算网屏频率信号Scm 72导出到去网模块DSC 58和分割模块SEG56。下面提供对单通道网屏估算器模块40的各种元件的更详细描述。

图2说明各种滤波单元的一维滤波器响应，图3-5说明各种单元的二维滤波器响应。这些滤波单元用于对输入信号进行平滑或求平均，以便消除高频。各滤波单元实现可分离的方形对称2D FIR(有限脉冲响应)滤波器。滤波器响应在水平和垂直方向相同。如果对滤波器的输入为彩色信号，则同样的滤波器响应独立地施加到每一个色彩分量。1D滤波器60响应具有含整数系数的对称三角形，如图2所示。为了便于实现，选取特定的滤波器形状(但涵盖其它任何滤波器形状)。

一般的滤波器形式表示为Fn/k滤波器，其中n为滤波器大小(x或y上的整个跨距)，k是在各方向施加到滤波输出的二次抽样量。当k＝1时，二次抽样因子k被忽略。注意，在本文中，滤波器跨距n假定为奇整数(n＝1，3，5，...)，使得2D滤波器响应在有效中心像素位置具有明确的峰值。

1D和2D滤波器响应的实例在图1和图2中说明。图2表示F3和F11的非归一化1D滤波器60响应，以及图3到图5分别表示F362、F564和F766的所得非归一化2-D系数。

由于滤波器是可分离的，因此2D滤波器响应可通过在水平和垂直方向级联两个1D滤波器来实现。这些滤波器都以全输入数据速率进行工作，但输出可在各方向按因子k进行二次抽样。在许多情况下(尽管并非始终是这样)，滤波器大小n和二次抽样因子k满足以下关系：

n＝2*k-1

这表示相对二次抽样区域的50％覆盖重叠。例如，最小3×3滤波器F3 62的整体2-D响应为：

$F\_3=\frac{1}{16}\left[\begin{array}{c}1\\ 2\\ 1\end{array}\right]*\left(\mathrm{1,2,1}\right)=\frac{1}{16}\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 2& 4& 2\\ 1& 2& 2\end{array}\right]$

以同样方式描述较大的滤波器。由于这些滤波器是可分离的，因此最好是以两个彼此正交的1D步骤来实现它们。各滤波器输出通过系数之和进行归一化，以便使它重新适合8位范围。某些滤波器、如F3滤波器62具有作为2的幂的权值的总和。这些滤波器在归一化步骤中不需要除法，因为它可以仅实现为2的舍入右移。例如，F3滤波器62具有1+2+1＝4的总1D权值。与这个权值的舍入除法可通过2的加法以及随后右移2来实现。

归一化结果＝(和+2)>>2

一般来说，当要求舍入时，通常通过在执行移位之前加入除数的一半来应用它。由于对2的补码二进制数执行的右移相当于基数(分子/2＾移位)，因此加入除数的一半产生对于有符号及无符号分子舍入的最接近整数。

当滤波器的总权值没有合计达到2的幂时，则通过采用两个数字之比的乘法对它进行近似计算，避免计算密集的除法运算，其中分母是所选2的幂的数字。

二次抽样滤波器F3/2、F15/8、F31/16和F63/32都分别具有2的幂1D权值：2、64、256和1024。因此，归一化只是舍入右移。F5滤波器64的1D权值为9，可通过舍入右移9个位置之前与57相乘来近似计算。注意，x与57的乘法可以采用例如以下所示的移位/加法/减法运算、而不采用变量乘法来进行：

x*57＝x<<6-x<<3+x

参照图6A和图6B，单通道中使用的MX3最大值单元32搜索以所关注的当前像素74为中心的3×3窗口中的最大值。输入为8位信号。最大值的搜索对于3×3窗口的9个像素执行。这个灰度放大模块产生8位输出，它由搜索窗口的边界内出现的最大像素值76组成。MX3最大值算法如图6B所示。

下面参照图7A和7B，这些C3对比度模块48设计用于测量输入上的局部对比度的大小。对比度被定义为以所关注的当前像素74为中心的窗口内的最大与最小像素值之间的差异。C3对比度单元48采用以所关注的当前像素74为中心的3×3的窗口大小。对比度单元的输入为8位信号。对比度模块48产生8位单色输出(单通道)84。C3对比度单元48的操作如图7B所示。操作如下：对于各像素位置，独立搜索3×3窗口的内容以得到最小和最大像素值。输出对比度值被定义为：

对比度＝最大值-最小值

由于最大和最小像素值对于无符号8位输入信号始终处于0与255之间，因此保证对比度处于范围[0...255]，并且不需要特殊的归一化。

最小值-最大值检测模块32用于查找输入信号中的峰值和谷值。通过计算每个单位面积的峰值和谷值的数量，得到局部频率的测量值。

MM3单元32对一个分量灰度源进行操作。该单元采用3×3窗口来表明中心像素相对其8个相邻像素处于极值(峰值或谷值)的时间，遵照以下逻辑。来自最小值-最大值检测单元32的输出是1位信号，表明相应的Src像素处于极值状态(也可扩展到其它色彩通道)。

MM3最小值-最大值检测结构如图8所示。对于各像素，首先分析围绕它(受关注的当前像素)的8个像素的外圈。这8个外像素被进一步分为各4个像素的两组，如图8所示。为了降低把直线段检测为半色调时错误报警的可能性，外圈分为两组是有用的(因为大部分常见的半色调很可能是群集点)。

对于各组，像素值在该组的成员78和86之间进行比较，以便单独确定各组中的最小值和最大值：

A_max＝max(Aij)；对于属于组A的全部(i，j)

A_min＝min(Aij)；对于属于组A的全部(i，j)

B_max＝max(Bij)；对于属于组B的全部(i，j)

B_min＝min(Bij)；对于属于组B的全部(i，j)

由此计算整个外圈及总最小值。利用总最小值和2个配置参数，则计算噪声等级。

Noise(噪声)＝ConThr+X*NoiseFac/256

中心像素74的值X在它[明显]大于任一组的最大像素值时被定义为处于峰值：

If[(A_max+Noise<X)AND(B_max≤X)]return(l)

同样，中心像素74的值X在它[明显]小于任一组的最小像素值时被定义为处于谷值：

If[(A_min>X+Noise)AND(B_min>X)]return(l)

上式确定两个条件，其中来自3×3检测窗口的输出被设置为1；在其它所有情况中，该输出将被设置为0。

单通道网屏估算器模块SEM利用双线性内插单元BIU。双线性内插单元把信号内插(向上抽样)回到源分辨率。输入信号在各方向按因子32进行向上抽样，将其恢复到原始分辨率。各内插单元执行双线性内插，主要为各原始像素产生32*32＝1024个像素。双线性内插的步长为原始像素网格的1/32。以下段落更详细地描述双线性内插单元。

双线性内插单元BIU 54之一的结构如图10所示。双线性内插单元对单通道40中产生的3个信号94、96和98进行操作。

从图10中可以看到，双线性内插单元54分别由两个内插级100和102组成。第一级包括A₅94和C₅98输入在各方向的2x内插100。内插100采用简单双线性内插技术。A₅输入94对应于F5滤波器64单元的输出。注意，图10中的下标对应于二次抽样的等级。下标5表明信号经过5次按因子1/2的二次抽样(总共1/32)。C₅输入98对应于3×3对比度单元的输出。如图1所示，这两个输入先前在各方向上已经按32x的因子进行了二次抽样。在内插之后，这个第一级内插的A₄和C₄输出按1/16经过二次抽样。这是B₄输入96的相同二次抽样等级。这时能够计算BmA₄，即B₄减A₄差信号104。BmA₃与通过把C₄施加到MagFineBlenVsCon函数106所产生的大小细混合因子MFB₃相乘。BmAxC₄信号是108BmA₄乘以MFB₄并右移8位的结果。这在110中被加入A₄，从而根据通道建立HI₄或者LO₄信号。然后，这些结果被馈送到16x双线性内插单元112，根据通道产生Lo或Hi输出。

上述MagFineBlenVsCon函数106是可编程的函数。在一个实施例中，上述典型的MagFineBlen VsCon函数106可方便地计算为y＝(x-16)*12，其中输出被钳制在0与192之间。下式加入MagFineBlenVsCon106的这个典型配置值。

BmA₄＝B₄-A₄

MFB₄＝MagFineBlendVsCn3(C₄)＝max(0，min(192，(C₄-16)*12))

BmAxC₄＝(BmA₄*MFB₄)>>8

以上对MFB₄定义的函数关系有助于确保单通道40的成功操作。该关系定义线性曲线，它从16开始，斜率为12，并在192截止到零。这个关系确保控制信号调整a和b的混合，使得当对比度增加时，从MX3 44得到的、因而是3×3像素窗口中出现的频率的量度的B的比例也增加。

如果对比度极低，则双线性内插模块输出基于A输入的信号，它是经过很大程度滤波的图像信号。如果对比度较大，则输出信号对于作为频率测量结果的B分量更多地加权。因此，输出信号Scm可以在没有附加大小估算值的情况下单独使用，因为当它小时，它表明存在较小量的半色调噪声，而且后续处理不需要它的频率的精确测量结果。但是，当它较大时，它主要基于频率测量结果，因此它是图像中出现的半色调频率的可靠估算值。

虽然某些示范实施例已经经过详细说明并在附图中表示，但本领域的技术人员知道，本发明不限于所述实施例，而且可对上述发明的所述及其它实施例进行各种修改，只要不背离其广义的发明范围。因此，应当理解，本发明不限于所公开的具体实施例或配置，而是意在涵盖任何变化、调整或修改，这些都在所附权利要求定义的本发明的范围和精神之内。

Claims (3)

1.一种用于从图像数据估算半色调网屏频率的方法，包括：

基于图像数据信号与频率信号之差产生频率测量信号；

把所述频率测量信号与因子相乘；

把所述相乘后的频率测量信号与所述图像数据信号相加而产生输出信号；

根据控制信号调整与所述频率测量信号相乘的所述因子，其中所述控制信号是基于所述图像数据的特性；以及

内插所述输出信号以产生半色调网屏频率估算值。

2.一种用于估算半色调网屏频率的装置，包括：

减法器，基于图像数据信号与频率信号之差产生频率测量信号；

乘法器，把所述频率测量信号与因子相乘；

合成器，把所述相乘后的频率测量信号与所述图像数据信号相加，从而产生输出信号；

调整器，根据控制信号调整与所述频率测量信号相乘的所述因子，所述控制信号是基于所述图像数据的特性；以及

内插器，内插所述输出信号以产生半色调网屏频率估算值。

3.一种用于估算半色调网屏频率的装置，包括：

用于基于图像数据信号与频率信号之差产生频率测量信号的部件；

用于测量所述图像数据信号的对比度的部件；

用于把所述频率测量信号与因子相乘的部件；

用于把所述相乘后的频率测量信号与所述图像数据信号相加以产生输出信号的部件；

用于基于所测量的对比度调整所述因子的部件；以及

用于内插所述输出信号以产生半色调网屏频率估算值的部件。

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