CN1023918C - 图象处理装置 - Google Patents

Abstract

图象处理装置包括一个用于输入图象数据的输入装置；一个平滑处理装置，用于根据由输入装置分别输入的源象素和源象素的周边缘素的图象数据来平滑一个源象素的图象数据；一个鉴别装置，用于鉴别该源象素和周边象素的图象数据的电平；一个输出控制装置，用来根据鉴别装置的鉴别结果有选择地输出一个由平滑处理装置平滑的图象数据或一个从输入装置输入的该源象素的图象数据。

Description

本发明涉及一种能消除图象信号中所含杂波的图象处理装置。

一个图象处理装置用来处理由电荷耦合器件（CCD）或接触读出器（CS）所构成的线读出器所读出的图象数据，并用打印机将其图象数据打印出来。由一个线读出器读出的一个图象的多值信号被转换成密度信号，然后利用误差分布法、高频振动法或其它方法进行伪半色调处理，使上述信号转化为二进制数据并将其由打印机打印出来。

这种常规装置使用的密度-光度转换表如图2所示，该转换表是非线性的。因此，例如在低光度级上改变光度级一步就相当于密度级的M步。

假如在线读出器读出的光度信号中含有杂波，则在一低光度级（即一高密度级）上使该杂波更为显着。即使光度级的一步可以在输出图象上产生明显的白线或黑线，其情况也是如此。

平滑滤波器、中间滤波器以及类似的装置都是已知的用作消除这种杂波的装置。但是，使用这些滤波器，一方面消除了杂波，另一方面却降低了图象的分辨率。

本发明的一个目的就是要克服常规技术中存在的这些缺点，并提供一种能够消除图象信号中所含随机杂波的图象处理装置。

本发明的另一目的就是要提供一种图象处理装置，它通过仅对受杂波影响较大的图象区域内的信号进行滤波来有效地消除杂波，而又不降低图象的分辨率。

本发明还有一个目的就是要提供一种图象处理装置，该装置通过 在一个不适于杂波消除处理的区域中执行该区域的边缘加重处理，这样不但能消除图象信号中所含的杂波，而且还能改善图象的分辨率。

本发明的再一个目的就是要提供一种图象处理装置，通过增加少量的电路使该装置能改进图象分辨率并能有效地遏制线读出器上所迭加的杂波成份。

图1是本发明第一实施例的图象处理装置的结构方框图;

图2是用于由线读出器所读出的图象的光度-密度转换的密度和光度间关系的曲线图;

图3是第一实施例中平滑电路结构的方框图;

图4是第一实施例中光度鉴别电路的结构方框图;

图5示出了被第一实施例装置处理的光度数据的一个例子的曲线;

图6示出了通过图5所示光度数据的光度-密度转换所获得的未进行处理的密度数据的曲线;

图7示出了该实施例在滤波处理的情况下通过图5所示光度数据的光度-密度转换所得到的密度数据曲线;

图8示出了二进制化电路的详细方框图;

图9是本发明第二实施例的图象处理装置的方框图;

图10是用于详细解释图9所示延迟电路3000的方框图;

图11A是用于解释被处理象素位置的方框图;

图11B是用于解释边缘加重处理的附图;

图11C是用于解释平滑处理的附图;

图11D是用于解释光度级鉴别的附图;和

图12是用于解释平滑电路和边缘加重电路的详细方框图。

最佳实施例的详细叙述

（第一实施例）

图1示出了根据本发明第一实施例的图象处理装置。

接触读出器（CS）100利用光电转换将从源象上反射的光的亮度信号转换为电信号，并输出每个具有6毕特（64色调级）象素的光度数据。

由D触发器构成的锁存器201-204与象素时钟同步地接收光度数据，并在主扫描方向上输出4象素的光度数据。将锁存器202输出的光度数据表示为源象素，所输出的数据就是用于源象素的光度数据，该光度数据用于在前的两个象素，且该光度数据用于一个后继象素。

如图3所示，平滑电路300由加法器301-303和除法器304构成。平滑电路300计算在主扫描方向上的锁存器201-204输出的4个象素的光度数据平均值，并将其输出给选择器500。换句话说，加法器301-303将4个象素的数据相加起来，而除法器304将所相加的数据位移两个毕特，即所加得的数据被除以4从而得出平均值。

图1中所示的光度鉴别电路是由图4所示的比较器401-404和与门405所构成的。若由锁存器201-204所输出的4个光度数据都小于比较器401-404所予置的值，那么将输出“1”电平信号（真）。在另一种情况下，将输出“0”电平信号（假）。

若光度鉴别电路400输出“1”电平信号，所示选择器500将选择来自平滑电路的平滑数据，若电路400输出“0”电平信号，则选择器500将选择来自锁存器202的数据（源象素的数据）。 由选择器500选择出来的数据输出给二进制化电路600。换句话说，若与源象素和周边三象素有关的光度数据的所有值都小于予定值时，则该平滑数据就是被选择的数据。

二进制化电路600对由选择器500选择出的数据执行如图2所示的光度-密度转换，随后，利用诸如误差分析分布法来执行伪半色调处理，从而输出二进制的图象数据。

图8示出了图1所示二进制化电路结构的一个例子。在该二进制化电路600中，一个由ROM构成的光度-密度转换装置将光度数据转换为密度数据，该密度数据随后被转换为二进制数据。二进制化可以采用高频振动法、平均误差最小化法和类似的方法来实现。在本实施例中采用了误差分布法，该方法通过将二进制误差分布给周边象素以获得具有良好的密度保持的可变放大图象来使密度数据二进制化。

下面，将参照图8来详细解释采用误差分布处理的二进制化电路600。

在图8中，651a-651d表示用于锁存数据的D触发器，652a-652d表示加法器，630表示用于单线延时的线存贮器，640表示比较器和660表示误差分布控制电路。

在二进制化电路600中，由光度-密度转换装置601输出的多值（0-63）密度图象数据输入给加法器652d。加法器652a将所输入的多值密度数据（相应于源象素位置（i，j）的源图象多值数据）加到分布给该象素位置的总的误差上。并且将所加得的值通过信号线650输出给比较器640和误差分布控制电路660。比较器640和信号线650的数据和一个予置的阀值TH （即用于6毕特数据的32）相比较。若信号线650上的数据大于阀值TH，那么电平“1”信号（黑）输出给信号线700，反之，将电平“0”信号（白）输出给信号线700。

若比较器640输出为“0”（白），则误差分布控制电路660将在信号线650上输出数据。若比较器640输出为“1”（黑），那么，误差分布控制电路660将计算分布给周边象素的误差值656a-656d作为一个信号线650上的数据和常数（用于6毕特数据的63）之间的误差。加法器652a-652d将误差值信号656a-656d加到已经分别分布给源象素（i，j）周边象素（i-1，j+1），（i，j+1，（i+1，j+1）和（i+1，j）的误差值上。在本实施例中，使用了源象素（i，j）的4个周边象素。象素的数量不受此限制，它可以根据需要增加或减少。

下面将叙述具有上述结构的图象处理装置的消除杂波功能。

低光度级（其中的每一个毕特的光度级的变化由光度-密度转化为M个毕特密度级的变化）受包含在光度信号中外部杂波的极大影响。例如，图5所示的光度信号被光度-密度转换成图6所示的密度信号。可见，低光度级上的杂波比高光度级上的杂波对密度级的影响更大。

当进行了如图6所示的光度-密度转换之后，较高光度级上的杂波被遏制了。

因此，若杂波消除滤波器仅用于较低光度级，则就可能足以消除外部杂波了。

仅在较低光度级上消除杂波就导致了只在较小的图象数据分布区 域内使用杂波消除滤波器。因此，如图7所示，边缘部分不受杂波消除平均的影响，并且也不使其恶化。

如上所述，杂波消除滤波器与光度鉴别电路结合使用可以允许消除杂波而又不降低图象的分辨率。

在上述实施例中，利用杂波消除滤波器可计算周边四象素的平均值。在该杂波消除过程中，可以使用在主和子扫描方向上的几个象素的平均值。另外，考虑到杂波频率的成分，也可以使用诸如三角形滤波器的加权滤波器。在消除杂波过程中，还可以使用用于输出基维象素值的中间值的中值滤波器。

在上述实施例中，考虑到光度-密度转换表的情况下，当所有的基准象素级低于予置光度级时，杂波消除滤波器工作。另外，根据转换表的特性，杂波消除滤波器可以用于所需要的区域。

根据本发明的第一实施例，滤波器仅用于受杂波极大干扰的一个图象区域。因此，可以有效地消除杂波而又不降低图象的分辨率。

（第二实施例）

下面，将叙述第二实施例。除第一实施例的功能之外，第二实施例对一个不使用杂波消除滤波器的区域执行一个边缘加重处理以消除该杂波，从而改善了图象的分辨率。

图9是一个示出了根据本发明第二实施例的图象处理装置的主要部分的方框图。

接触读出器（CS）1000将从源图反射回来的光的亮度信号（光度信号）通过光电转换成电信号。读出器不一定仅是接触读出器CS，它也可以使用采用光学压缩的线读出器CCD。模/数转换器2000将由屏蔽校正电路（未示出）或类似电路校正后的模拟信号 转换成每个象素6个毕特的数字光度信号。延迟电路3000是由两个用于两线延迟的FIFO和5个D触发器构成。两线图象数据被FIFO延迟以同时获得三线的图象数据。三线图象数据被输入给D触发器，从而在主扫描方向上进行延时。D触发器获得如图11A所示的矩阵图象数据A、B、C、D和X，这些图象数据随后被输出给下一级的计算电路。

象素X用作源象素从而输出一个与X有关的被校正的值。“＊”符号的意思是“无关”，并且不用于计算。边缘加重处理电路4000用于执行与由延迟电路3000所提供的矩阵象素数据A、B、C、D和X相关的边缘加重滤波器（拉普拉斯滤波器）计算处理（图11B），并输出补偿分辨率的象素数据给选择器7000。边缘加重滤波器计算可以使用光学拉普拉斯滤波器值。通过使用平均值计算装置来计算平均值（如图11C所示），平滑处理电路5000平滑来自延迟电路3000输出的矩阵象素数据A、B、C和D，并将平滑后的象素数据（A、B、C和D的平均值）输出给选择器7000。对于平滑滤波器而言，可以不使用平均值而使用A、B、C和D的中间值。

当如图11D所示并且是从延迟电路3000所获得矩阵象素数据A、B、C、D和X的所有光度值均处于予定范围内时，光度级加重电路6000输出一个电平H（真）信号，否则，将输出电平L（假）信号。在该实施例中，若光度值等于或高于予置光度值时，则输出电平H信号。予置范围是作为一种希望的范围而设置的。当光度级加重电路6000输出电平H信号时，选择器7000选择来自平滑处理电路5000的图象数据，而当其输出电平L信号时，则选择 来自边缘加重处理电路4000的图象数据。

来自选择器7000并已消除杂波的图象数据由图8所示的第一实施例所叙述的LOG转换变为密度数据。该密度数据需经诸如误差分布法的伪半色调处理，并经二进制值打印机打印出来。对于多值打印机，密度数据需经区域调制或类似调制将它打印出来。

图10详细地示出了延迟电路3000。FIFO线缓冲器2001和2002将来自A/D转换器的图象数据在线单元中的子扫描方向上予以延迟。单线由FIFO线缓冲器2001延迟，双线由FIFO线缓冲器2001和2002延迟。D触发器2011-2018将由FIFO进行线延迟的图象数据在象素单元的主扫描线上进行延迟，并借此得到相应于图11A中象素位置的图10中所示标于D触发器右上角的矩阵象素数据A、B、C、D和X。

图12详细地示出了边缘加重处理电路和平滑电路。加法器4001将与源象素的周边象素A、B、C和D有关的光度信号相加。加法器的输出被用于平滑处理和边缘加重处理。除法器5001将加法器4001的输出除以4，从而获得光度信号的平均值。该除法可通过简单的位移二个毕特的方法来实现。

乘法器4002将与源象素相关的光度信号乘以4。该乘法可以采用位移二个毕特的方法来实现，这类似于除法器5001的情况。

符号反转电路4003将加法器4001输出的符号反转以用于后面的减法。加法器4004将符号反转电路4003和乘法器4002的输出相加。加法器4004的输出是一个拉普拉斯滤波器值。比较器4005用于确定该拉普拉斯滤波器值是否处于予定范围以内。如果是处于该范围以内，则它将提供一个选择信号给选择器 4009以禁止向拉普拉斯加数。乘法器4006乘以该拉普拉斯值以调节该值的增益。

加法器4007将调节的拉普拉斯的增益加到源象素值X上。若数据超出了最小或最大象素值，那么在把拉普拉斯值加到最小或最大象素值上以后，限制器4008将限制该数据。若比较器4005的输出表明拉普拉斯值处于予定范围之内，则选择器4009将选择源象素值X。反之，则选择滤波以后的值。在边缘加重处理之后，选择器4009的输出值变成了象素数据。图12中虚线所环绕的方框是一个传统的边缘加重电路。在本实施例中，只加上了除法器5001以提供平滑处理。

本图象处理装置每个构件的优越效果下面将详细地予以叙述。如图2所示，低光度级区域在LOG转换（光度-密度转换）时，极大地受到包含在光度信号中的外部杂波的干扰，光度级中每一毕特的变化都会导致密度级中n毕特的变化。因此，仅在较低光度级区域使用平滑滤波器去除杂波的影响。反之，在LOG转换之后，较高光度级上的杂波具有被遏制的趋势，这是由于漏掉了一些毕特所造成的。这就可以通过仅对在LOG转换以后还具有较大杂波干扰的一个区域（即较小光度级区域）执行平滑处理来有效地消除杂波。另外，由于仅在较小光度级区域内消除了杂波，所以平滑电路仅用于具有图象数据较小分布的区域。包括图象边缘部分在内的区域通常具有大的数据分布。因此，对这个区域不执行平滑处理。这可以通过限制象素的光度级很容易地实现。

如上所述，平滑滤波器和光度鉴别电路的结合使用允许消除杂波而又不降低图象分辨率。

在上面的实施例中，利用如图11C所示的平滑滤波器来计算矩阵象素数据A、B、C和D的平均值。因而，利用边缘加重滤波器将A、B、C和D的和用于计算式4X-（A+B+C+D）来简化电路是可能的，这如图11B所示。因而也就没有必要再加一个用于平滑处理的加法器。本实施例的杂波消除电路可以通过在传统的边缘加重电路上仅增加一个用于光度级鉴别电路6000和选择器7000的比较器就可以实现。

在上述实施例中，边缘加重计算和平滑计算都是利用在源象素的较高和较低处左边和右边位置的周边象素来执行的。边缘加重计算可以使用源象素右边、左边、上边和下边位置处的周边象素，平滑计算可以使用源象素或在主扫描方向上右边和左边周边象素的平均值。另外，虽然实施例使用了3×3矩阵，但也可以使用其它类型的矩阵。

如上述为止的叙述，根据本发明第二实施例，利用少量的附加电路，线读出器上所迭加的杂波成分可以被有效地遏制，而又使图象分辨率的失真为最小。

Claims (28)

1、一种图象处理装置，包括：

输入装置，用于输入图象数据；

平滑处理装置，用于根据由上述输入装置分别输入的源象素的图象数据和周边象素的图象数据来平滑该源象素的图象数据，其特征在于还包括：

鉴别装置，用于鉴别所述源象素和周边象素图象数据的电平；和

输出控制装置，用于根据所述鉴别装置鉴别的结果，有选择地输出一个由所述平滑处理装置平滑的图象数据或一个由所述输入装置输入的源象素的图象数据。

2、根据权利要求1所述的装置，其中，所述的输入装置输入光度数据，所述的鉴别装置鉴别所述源象素的光度数据和所述周边象素的光度数据是否处于预定范围之内。

3、根据权利要求2所述的装置，其中，所述的输出控制装置在所述鉴别装置鉴别出所述源象素和周边象素的光度数据均处于预定范围以内的输出所述平滑图数据。

4、根据权利要求2所述的装置，其中，所述输出装置控制装置输出来自一个平滑处理装置和输入装置的所述光度数据。

5、根据权利要求4所述的装置，还包括转换装置，用于将来自所述输出控制装置的光度数据转换成密度数据。

6、根据权利要求5所述的装置，还包括二进制化装置，用于通过误差分布法将来自所述转换装置的密度数据二进制化。

7、根据权利要求1所述的装置，其中，所述平滑处理装置输出所述源象素和周边象素图象数据和平均值。

8、一种图象处理装置，包括：

输入装置，用于输入图象数据;

平滑处理装置，用于平滑从所述输入装置输入的源象素的图象数据;

边缘加重处理装置，用于对从所述输入装置输入的所述源象素的图象数据进行边缘加重处理，其特征在于还包括：

鉴别装置，用于鉴别至少是所述源象素的图象数据的电平;和

输出控制装置，用于根据所述鉴别装置和鉴别结果，有选择地输出一个由所述平滑处理装置平滑的图象数据或一个由所述边缘加重处理装置进行了边缘加重处理的图象数据。

9、根据权利要求8所述的装置，其中，所述输入装置输入光度数据，所述的鉴别装置鉴别所述源象素的光度数据和所述周边象素的光度数据是否均处于预定范围内。

10、根据权利要求9所述的装置，其中，当所述鉴别装置鉴别出所述源象素和所述周边象素的光学数据均处于所述预定范围内时，输出控制装置输出所述平滑图象数据。

11、根据权利要求9所述的装置，其中，所述输出控制装置输出来自所述平滑处理装置或所述边缘加重处理装置的所述源象素的光度数据。

12、根据权利要求11所述的装置，还包括一个转换装置，用于将来自所述输出控制装置的所述光度数据转换成密度数据。

13、根据权利要求12所述的装置，还包括一个二进制化装置，用于借助于误差分布法将来自所述转换装置的所术密度数据二进制化。

14、根据权利要求8所述的装置，其中，所述平滑处理装置输出所述源象素和所述周边象素的图象数据的平均值。

15、一种图象处理方法，包括如下步骤：

输入图象数据;

根据分别由所述输入步骤输入的源象素和所述源象素的周边象素的所述图象数据来平滑一个源象素的图象数据，其特征在于还包括步骤：

鉴别所述源象素和所述周边象素的所述图象数据的电平;和

根据所述鉴别步骤的结果，有选择地输出一个在所述平滑步骤所平滑的平滑图象数据或在所述输入步骤输入的所述源象素的图象数据。

16、根据权利要求15所述的方法，其中，所述的输入步骤输入光度数据，所述的鉴别步骤所述源象素和所述周边象素的光度数据是否处于预定范围内。

17、根据权利要求16所述的方法，其中，当所述鉴别步骤鉴别出所述源象素和所述周边象素的光学数据均处于所述预定范围内时，所述的输出控制装置输出所述平滑图象数据。

18、根据权利要求16所述的方法，其中，所述的输出控制步骤输出一个在所述平滑处理步骤中和所述输入步骤中所获得的光度数据。

19、根据权利要求18所述的方法，其中，还包括将在所述输出控制步骤中获得的所述光度数据转换成密度数据步骤。

20、根据权利要求19所述的方法，还包括利用误差分布将在所述转换步骤所获得的所述密度数据二进制化的步骤。

21、根据权利要求15所述的方法，其中，所述的平滑处理步骤输出所述源象素和所述周边象素的图象数据的平均值。

22、一种图象处理方法，包括如下步骤：

输入图象数据;

平滑在所述输入步骤输入的源象素的图象数据;

对在所述输入步骤输入的所述源图象素的图象数据进行边缘加重处理，其特征在于还包括步骤：

鉴别至少是源象素的图象数据的电平;和

根据所述鉴别步骤的结果，有选择地输出一个在所述平滑处理步骤中所平滑的图象数据或一个由所述边缘加重处理步骤进行了边缘加重处理的图象数据。

23、根据权利要求22所述的方法，其中，所述输入步骤输入光度数据，所述的鉴别步骤鉴别所述源象素和周边象素的光度数据是否处于预定范围内。

24、根据权利要求23所述的方法，其中，当所述鉴别步骤鉴别出所述源象素和周边象素的光度数据都处于预定范围之内，所述的输出控制装置输出所述的平滑图象数据。

25、根据权利要求23所述的方法，其中，所述的输出控制步骤输出在所述平滑处理步骤所获得的所述源象素的光度数据或在所述边缘加重处理步骤中获得的所述源象素的光度数据。

26、根据权利要求25所述的方法，还包括将在所述输出控制步骤所获得的所述光度数据转换成密度数据步骤。

27、根据权利要求26所述的方法，还包括利用误差分布将在所述转换步骤所获得的所述密度数据二进制化的步骤。

28、根据权利要求22所述的方法，其中，所述的平滑处理步骤输出所述源象素和周边象素的图象数据的平均值。

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