CN1148695C - 影像处理系统 - Google Patents

Abstract

一种影像处理系统，是整合“扫描”以及“影像处理”的系统，其主要包括依次联结的影像扫描装置、中央处理单元，影像处理单元、影像存储器，或经电脑或直接与打印装置连接，达到高速、高质量的影像打印输出，并且有低的投资成本、维修成本、占用空间以及能源消耗的目的。

Description

影像处理系统

本发明是整合「扫描」以及「影像处理」的影像处理系统，其配合打印装置的使用，可以将扫描的影像直接传送到打印装置，以高速度、高质量打印输出，而完成「扫描至打印」『scan to print』的功能。本发明也可以将扫描影像，经过处理或不处理，然后传送至电脑中再处理。电脑输出数据经由本发明转换，使成为影像信息，可以快速输出进行打印。

如图1所示，由于办公室自动化的流行，无论是在办公室或是家里，同时拥有扫描装置、以及打印装置已经是很普通的事情了。前述的扫描装置是指：文件阅读装置、影像读取装置、影像输入装置、或是类似功能的产品。然而，数字式影印装置是一个价位高又占空间的装置，如果要单独购买一台使用，就必须考虑到设备成本的投资、空间的占用、以及能源的消耗等问题。

如图2所示，一个数字式影印装置包含了一个扫描单元101、一个系统控制单元102、一个影像处理单元103、一个打印单元104、以及一个操作面板105。通常，扫描单元101系使用一个「电荷耦合装置」〖Charge CoupledDevice，CCD〗、「影像传感器」〖Image Sensor〗、或是「接触式影像传感器」〖Contact Image Sensor，CIS〗，用以扫描文件的影像。扫描动作是采用窄小区间的逐步扫描方式进行，取得「像素」〖pixel〗，然后，产生模拟影像信号。这些模拟影像信号再被量化以产生数字打印信号。在影像处理单元103以不同的影像处理方式处理之后，将数字的信号传送至打印装置104，以便打印输出而再生文件的影像。通常，再设置有一个操作面板105，可以让使用者选择不同的影像处理方式、以及选择需要的影印的份数。

比起传统的中等以及低等影印装置而言，数字式影印装置的优点就是影像可以被加工处理而且打印输出的质量优良，缺点则是体积庞大、以及价格昂贵。

传统上，打印装置是直接与个人电脑连线使用，数据经过接口驱动器，例如：「标准打印接口」『Centronics Interface』将数据自个人电脑传送至打印装置中使用。由于影像处理的数据量大、以及传输速率的影响，使得打印速度缓慢，辜负了打印装置固有的高速打印功能。除非具有一个特别的影像处理装置、或是一个即时影像处理系统的配合，才有可能完全配合发挥打印装置固有的高速度、高质量的打印功能。

依据传统的「二进制灰度等级数据处理」〖binarized gradationprocessing〗技术，可以将影像加以「精致」〖dither〗处理。这是将取得的模似影像信号直接与一个模拟信号相比较，事先设定一个模似信号的「界限阈值」〖threshold value〗作为「精致」处理的参考标准。当然，也可以先将模拟信号数字化，然后再设定一个数字信号的「界限阈值」作为「精致」处理的参考标准。因此，由于「精致」处理系以「界限阈值」作为影像处理的分界参考，或是所谓的影像的二维读取，所以在分界处的解析度会较差。以致在文字边缘影像会产生锯齿状的现象且具有所谓的网纹(Moire)图案。

本发明的目的是克服已有技术的缺点，提供一个整合“扫描”以及“影像处理”的影像处理系统，其能提供高速度、高质量的影像打印输出、且具有低的设备投资成本、维修成本、空间占用、以及能源消耗。

本发明的技术方案是：本发明配合电脑以及打印装置的整体功能包含：

1.影像扫描输入至影像处理装置储存备用，所储存的影像可以直接输出至打印装置快速打印输出；2.影像扫描输入至影像处理装置储存备用，所储存的影像可以经过修饰以后再输出至打印装置快速打印输出；3.影像扫描输入至影像处理装置储存备用，所储存的影像可以输出至电脑中储存备用；4.影像扫描输入至影像处理装置储存备用，所储存的影像可以经过修饰以后再输出至电脑中储存备用；5.影像扫描可以选择不进入影像处理装置，而直接输入至电脑中储存备用；6.电脑中的储存影像可以被观察，并透过影像处理装置快速输出至打印装置；7.电脑中的储存影像可以被观察，然后经过再处理，并可以观察处理后的影像，然后将处理后影像透过影像处理装置快速输出至打印装置；8.电脑中的一般数据输出时，透过影像处理装置先转换成为影像，再快速输出至打印装置；9.以影像接口与外部的打印装置相连接，可以充份发挥打印装置的快速、高质量的打印输出。

如上所述，本发明是这样实现的：

一、本发明的影像处理系统，接收并处理扫描装置传送过来的扫描影像，其包括：中央处理单元，控制前述扫描装置的扫描与影像的传送；影像处理单元，连接于前述的中央处理单元以及前述的扫描装置，依据使用者选择的模式，接受前述的中央处理单元的控制而处理前述扫描装置传送过来的扫描影像；影像存储器，连接于前述的影像处理单元，用以储存影像处理前以及影像处理后的数据；前述影像处理前或是影像处理后的数据，可以选择传送至电脑中储存备用，或是选择传送至打印装置打印输出。

进一步本发明还有连接于前述的中央处理单元，提供使用者选择打印模式以及设定页数之用的操作面板。

本发明的影像处理单元包括提供与外接的存储器沟通的通道且依次连接的地址产生器及影像存储器接口单元、错误扩散单元，包括提供半色调处理功能，由此使用者可以选择错误扩散处理功能、或是精细处理功能；以及控制与时序产生单元，提供时钟脉冲以及控制时序的产生。

本发明所述的影像处理单元，还包含：放大/缩小单元，提供使用者可以选择将前述的处理后数据加以放大或是缩小。

本发明所述的影像处理单元，还包括用以自动检测文件背景的密度的背景检测及密度控制单元。

本发明所述的影像处理单元，还包括用以修正前述的处理后数据，使获得最佳打印质量的影像修正单元。

本发明所述的影像处理单元，还包括用以检测前述影像数据的边缘，加以增强及平滑化处理，而降低边缘锯齿现象的边缘检测单元。

本发明所述的打印接口是指影像接口。

本发明所述的打印接口是指平行接口。

本发明所述的打印接口是指万用串行接口。

二、本发明的影像处理系统，提供扫描至打印功能，是将扫描装置所扫描获得的数据处理后，提供输出打印之用，其特征在于包括：中央处理单元，控制前述扫描装置的扫描与影像传送；影像处理单元，连接于前述的中央处理单元，依据使用者选择的模式，依据前述的中央处理单元的控制而处理前述扫描装置传送过来的扫描影像；影像存储器，连接于前述的影像处理单元，用以储存前述的影像处理单元传送过来的影像数据，提供打印输出之用；以及打印接口，连接于前述的中央处理单元，依据前述的中央处理单元的控制而将前述的影像数据传送至依据使用者所选择的外部打印装置打印输出。

本发明中所述的打印接口是指影像接口。

本发明中所述的打印接口是指平行接口。

本发明中所述的打印接口是指万用串行接口。

三、本发明的影印装置，包括：扫描装置，用以扫描文件的影像；中央处理单元，控制前述扫描装置的扫描与影像传送；影像处理单元，连接于前述的中央处理单元，依据使用者选择的模式，接受前述的中央处理单元的控制而处理前述扫描装置传送过来的扫描影像；影像存储器，连接于前述的影像处理单元，用以储存影像处理前以及影像处理后的数据；打印接口，连接于前述的中央处理单元，依据使用者选择的模式，输出打印数据至依据使用者所选择的外部的打印装置。

本发明的附图单简说明如下：

图1是传统的办公室设备包含扫描装置以及打印装置示意图。

图2是传统数字式影印装置结构方块图。

图3是本发明的基本设计，整合扫描以及影像处理，然后输出至打印装置，形成一个数字影印装置的功能。

图4是藉电脑接口，可以将扫描的影像传送至电脑。扫描的影像也可以经过影像处理装置处理以后再传至电脑。

图5是经由电脑接口，可以将打印数据传至影像处理装置但不经处理即直接输出至打印装置，或是将打印数据传至影像处理装置处理后再送至打印装置打印。

图6是本发明的设计方块图。

图7是影像处理装置的结构示意图。

图8是检测边缘是否存在的3*3视窗结构示意图。

图9是错误扩散方法示意图。

图10是自动背景检测流程图。

图11是打印装置系以「影像接口」〖video interface〗连接于本发明的示意图。

图12是打印装置系以「平行口」〖parallel port〗连接于本发明的示意图。

图13是打印装置系以「万用串行接口」〖universal serialbus〗连接于本发明的示意图。

根据图3～图13给出本发明的较好实施例：

本发明包括：一个扫描装置，提供扫描输入功能；一个打印接口，其系与一个打印装置相连接；一个控制器，用来控制扫描装置扫描获得的多阶灰庆或彩色影像数据的输入、处理、以及输出影像数据到打印装置的功能；也具有同步处理输入的影像数据以及输出的影像数据的能力，以便降低所需存储器的存储容量；一个时序产生器，用来控制输入的影像信号的传输速率，以便配合输出的影像信号的传输速率的同步作业；一个操作控制面板，提供输入用的键盘；一个指示器，用来提供下述功能-操作的指示或是讯息的显示、影印功能选择、模式选择、影印的「密度」〖density〗选择……等功能。

「错误扩散方法」〖error diffusion method〗则是使用在改进「精致方法」〖dither method〗所产生的缺点；影像修正、边缘增强、以及「决策方法」〖decision making method〗…等，都被使用来提高影像打印输出的质量。

如图3所示，本发明整合扫描以及影像处理，然后输出至打印装置，产生数字式影印装置的功能。整个包含扫描装置305、影处理装置301、操作面板304、打印接口306、打印装置303。

文件经由彩色或是黑白扫描装置305加以扫描，产生多阶数字影像信号，这些多阶数字影像信号，藉着影像处理装置301中的一个控制装置或是「特殊应用集成电路」〖Application Specific Integrated Circuit，ASIC〗的处理，依据数字式影印装置的命令指示，产生灰度影像数据。

在扫描装置305之后，信号被传送至影像处理装置301中，此时，影像处理装置301依据使用者自操作面板304所选择输入的数据包含一处理模式的选择、影印份数的选择，并结合扫描装置305的输出影像信号，在影像处理装置中进行处理，然后，经由影像打印接口306，传送至打装置303中，打印装置303将接收到的影像信号加以调变成为雷射光束，然后打印再生前述的影像。

图4中，藉着电脑接口310可以将扫描的影像不经过影像处理装置301，即传送至电脑308。扫描的影像也可以选择经过影像处理装置301处理以后再传至电脑308。电脑308中的任何数据要输出时，则透过影像处理装置301转换成为影像数据再传送到打印装置303打印输出。

图5中，经由电脑接口310，可以将打印数据传至影像处理装置301「不处理」，即转送至打印装置303，或是将打印数据传至影像处理装置301处理后再传送至打印装置303打印。

图6显示了本发明的结构方块图601，由中央处理单元604控制的扫描装置602所扫描获得的数据信息。影像处理单元603对于所扫描获得的数据，依据操作面板611所选择的模式加以处理。影像存储器605储存处理前以及处理后的影像数据，以及同步化控制传送数据到打印接口607中。打印接口607系透过一个影像接口与一个打印装置相连接，并且依据握手命令与状态、同步信号-如页码同步信号以及行码同步信号，与影像数据相配合，然后打印输出。一个操作面板611包含有：显示器614，用以显示「放大/缩小比例」以及打印页数的设定或装置状态，显示二极管613用以显示操作模式以及打印状态…等。键盘612用以输入操作模式、放大/缩小比例、页数设定…等。一个中央处理单元604构成一个控制中心，由此，打印接口607可以与外界的打印装置握手沟通；操作面板611用以显示状态。影像处理单元603控制扫描、处理、以及打印的同步化以及操作。扫描获得的影像经过影像处理装置修饰处理或是不经过修饰处理，再转送至电脑中储存备用。电脑中的数据经过影像处理装置修饰处理或是不经过修饰处理，再转送至打印装置打印输出。

在扫描装置中，文件的原稿是被放置在一面玻璃平板之上，藉着曝光灯源、透镜、以及一个影像传感器-例如：「电荷耦合装置」〖ChargeCoupling Device，CCD〗的使用，读取行影像。控制器经由扫描装置以及控制状态反映，控制着不同类别的影像数据的读取。电脑接口可以是一个「小型电脑系统接口」〖Computer System Interface，SCSI〗、或是平行接口…等。扫描装置在主要扫描方向的解析度是：例如300「点/寸」〖Dots PerInch，DPI〗，在次要扫描方向的可变解析度可以是：例如75-600「线/寸」〖Lines Per Inch，LpI〗。

参见图6，本发明的结构方块图601系由下述元件所构成的：

扫描装置602、影像处理单元603、打印接口607、中央处理单元604、操作面板611、用户接口610、程序存储器609、中央处理单元使用的运作存储器608、电脑接口615、以及影像存储器605。其中，程序存储器609与中央处理单元604合并一体构成一个单一的中央处理单元604。

中央处理单元604控制扫描装置的扫描区域、扫描解析度、以及扫描速度，接收来自扫描装置的影像信号。接收到的影像信号又被传送至影像处理单元603中，依据操作面板611所发也的数据，藉着打印接口607，提供整页数据的缓冲、或是与外部的打印装置同步化。也可以选择将处理后的影像数据，藉着电脑接口615传送至电脑中备用。

扫描装置602、影像处理单元603、以及外部打印装置…等的整个系统的控制以及同步化，都是藉着中央处理单元604的控制而完成的。控制程序参数以及数据表都储存在程序储存器EPROM或是mask ROM609中，操作面板611包含有不同的输入键612，提供使用者选择需要的模式，显示器614以发光二极管613用以显示数字打印装置的操作状态、以及操作程序等的操作状况。显示器614具有多个显示区段，它可以是液晶显示器或是类似功能的装置。它可以藉着数字键612的输入，显示数字数据、或是显示打印再生所实际完成的数量数据等。发光二极管613指示出操作者对于模式、以及打印再生文件的密度选择，或是指示打印装置的状况。处理后影像可传送至电脑中或是传送至打印装置打印输出。扫描装置602所扫描的影像可以被传送至电脑，电脑中要打印的数据可以不经处理而直接传送至打印装置打印输出，电脑要打印的数据也可以选择经过影像处理单元603处理以后再打印输出。

参见图7，这是影像处理装置701的典型结构，这对应于图6之中的影像处理单元603。用以处理扫描输入的多阶影像信号，也处理那些「处理过的影像数据」，以输送到外部的打印装置中。放大/缩小单元702，在中央处理单元的控制之下，得以放大/缩小影像的大小，以便将文件原稿调整其整体的影像的大小，而可以完整记录在纸张的记录区域中。经过放大/缩小单元702处理过的影像数据，藉着存储器控制以及接口单元710的控制，被储存在存储器装置之中。储存的数据可以被取出以便进行更进一步的处理。

一个背景检测以及密度控制单元703，是作为自动检测文件背景的密度之用，以提供一个「背景界线阈」〖background threshold〗，作为影像处理参考用。为了达到动态的背景检测，本发明提供了一个「数字尖峰暂停电路」〖digital peak hold circuit〗，以「数字尖峰暂停界线阈」为分界线，用以计算增减数。当输入的影像信号大于「数字尖峰暂停界线阈」时，计数增加；当输入的影像信号小于「数字尖峰暂停界线阈」时，计数减小。「数字尖峰暂停界线阈」可以是一个由操作面板加以选择的「固定的背景界线阈」、或是经由「数字尖峰暂停电路」自动产生的「动态背景界线阈」。最后的「背景界线阈」是依据密度控制水准的选择、以及尖峰界线阈值的选择加以决定的。

一个景像修正单元705，是用以调整扫描输入的Gamma曲线，使得打印输出的Gamma曲线改善，以使获得高质量的打印输出的再生效果。景像修正曲线，可以藉操作面板所输入的数据加以修正。

一个边缘检测单元704，系提供3*3的视窗型态检测景像边缘的存在与否。一个「边缘检测界线阈」可以藉着操作面板所输入数据加以设定，用以决定是否存在有3*3的视窗型态所定义涵盖的「边缘」。如果检测的边缘有存在，就会产生一个边缘信号，边缘信号被传送至「二进制输出决策单元」〖binary output decision making unit〗，作为景像的进一步处理之用。这种分离的程序下面会详细说明。

地址产生器单元709、以及存储器控制与接口单元710，提供了与外部存储器的沟通管道；地址产生器单元709，用以产生景像修正地址、3*3的视窗地址、中央处理单元地址、以及错误扩散地址。这些地址系「多重发讯」〖multiplexing〗的，以便在一个特定的存储器层面，提供一个明确的地址。景像处理器处理不同的程序。同时，会在不同的存储器层面中的特定存储地址，取出或是储存特定的数据。

一个错误扩散单元706，提供「半色调影像处理」〖halftone imageprocessing〗功能，提供使用者可以选择错误扩散处理功能或是精致处理功能。若选择错误扩散处理功能，则从扫描装置602输出的影像数据输入至放大/缩小单元702与背景检测及密度控制单元703，再结合影像修正单元705，边缘检测单元704，及错误扩散单元706的输出，同步送至二进制输出决策单元707，即可得到错误扩散处理的效果。若选择精致功能，则错误扩散706则仅是提供「精致表格」〖dither table〗的功能，而无错误扩散的功能。其余单元的功能同错误扩散功能，此时，二进制输出决策单元707的输出即为精致处理的影像。

错误的扩散方法的优点是解析度可以维持良好的状况，而不会有杂散纹路的产生。缺点则是白色背景会被蛇状杂讯所干扰，且打印出来的景像太暗而致无法区别细微的影像数据；而且打印出来的文字稍具有粗糙的边缘。为了改善前述缺点，「二进制输出决策单元」707被引用了，如此，可以消除背景的蛇状杂讯，也可以增强文字的边缘。至于太暗的打印质量，则藉影像修正曲线加以修正改善。

不同的参数组合可以产生不同的打印效果。这些参数包含：背景以及密度控制单元703、以及边缘检测/增强单元704、以及影像修正单元705。一个中央处理单元CPU与输出/输入接口单元711，提供中央处理单元接口、以及输出/输入暂存器接口。一个时序与控制产生器单元712，提供时钟脉冲、并且控制时序的产生。基本时钟冲脉是自外部的石英振荡器、时钟脉冲产生器、或是相同功能的装置输入的。时序与控制产生器单元712不仅提供时钟脉冲以及时序给内部控制单元使用，同时，也输出时钟脉冲供系统的时钟脉冲使用。

参见图8，3*3的视窗型态是由处理中的像素P21作为中心主体，然后，相邻的八个像素P10，P11，P12，P20，P22，P30，P31，P32，围绕在像素P21的周围。中心像素的灰度与周边像素任何一个的灰工的绝对的差别，大于边缘界线阈时，就表示有边缘存在于中心像素以及周边像素之间。

图9显示一个错误扩散方法，错误数据的计算，是将原来的影像信号A[i，j]；影像数据B[i，j]系经由二进制输出决策单元707加以计算得到的；其系将错误数据分别乘以一个下述因子7/16，3/16，5/16，1/16于周边像素Pa，Pb，Pc，Pd而获得的。二进制输出决策单元707决策的数据则可直接输至打印装置。

参见图10，自动背景检测系由动态追踪所输入的多阶影像数据的尖峰值作为某些区域的背景。这个尖峰值就是所谓的「背景阈值」，它被传送到决策单元之中作进一步决定，用以除去文件的背景以便在背景中的数据可以被读取出来。

图11显示打印装置系以「影像接口」〖video interface〗连接于本发明。

图12显示打印装置系以「平行口」〖parallel port〗连接于本发明。

图13显示打印装置系以「万用串行接口」〖universal serial bus〗连接于本发明。

总而言之，本发明的优点是一个扫描装置可以藉着本发明与一个外部的打印装置相连接，而能够达到高速度、高质量的影像打印输出。本系统不仅解决了传统影印装置的慢速度的问题、以及影印装置的影印质量较差的问题，同时，也解决了高设备投资成本、维修成本、空间占用、以及能源消耗的问题。

本发明的另外一个优点是转换输出数据为影像数据，再传送到打印装置打印输出，从而解决了电脑终端机影像输出的较差质量、较慢速度的问题。

Claims (15)

1.一种影像处理系统，接收并处理扫描装置传送过来的扫描影像，其特征在于包括：中央处理单元，控制前述扫描装置的扫描与影像的传送；影像处理单元，连接于前述的中央处理单元以及前述的扫描装置，依据使用者选择的模式，接受前述的中央处理单元的控制而处理前述扫描装置传送过来的扫描影像；影像存储器，连接于前述的影像处理单元，用以储存影像处理前以及影像处理后的数据；打印接口和电脑接口，分别连接于前述的中央处理单元，前述影像处理前或是影像处理后的数据，可以依据前述中央处理单元的控制，选择经电脑接口或打印接口输出。

2.根据权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于还有连接于前述的中央处理单元，提供使用者选择打印模式以及设定页数之用的操作面板。

3.根据权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于影像处理单元包括提供与外接的存储器沟通的通道且依次连接的地址产生器及影像存储器接口单元；错误扩散单元包括提供半色调处理功能，由此使用者可以选择错误扩散处理功能、或是精细处理功能；以及控制与时序产生单元，提供时钟脉冲以及控制时序的产生。

4.根据权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于所述的影像处理单元，还包括：放大/缩小单元，提供使用者可以选择将前述的处理后数据加以放大或是缩小。

5.根据权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于其中所述的影像处理单元，更包含用以自动检测文件背景的密度的背景检测及密度控制单元。

6.根据权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于其中所述的影像处理单元，还包括用以修正前述的处理后数据，使获得最佳打印质量的影像修正单元。

7.根据权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于其中所述的影像处理单元，还包括用以检测前述影像数据的边缘，加以增强及平滑化处理，而降低边缘锯齿现象的边缘侦测单元。

8.根据权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于所述的打印接口是指影像接口。

9.根据权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于所述的打印接口是指平行接口。

10.根据权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于所述的打印接口是指万用串行接口。

11.一种影像处理系统，提供扫描至打印功能，是将扫描装置所扫描获得的数据处理后，提供输出打印之用，其特征在于包括：中央处理单元，控制前述扫描装置的扫描与影像传送；影像处理单元，连接于前述的中央处理单元，依据使用者选择的模式，依据前述的中央处理单元的控制而处理前述扫描装置传送过来的扫描影像；影像存储器，连接于前述的影像处理单元，用以储存前述的影像处理单元传送过来的影像数据，提供打印输出之用，以及打印接口，连接于前述的中央处理单元，依据前述的中央处理单元的控制而将前述的影像数据传送至依据使用者所选择的外部打印装置打印输出。

12.根据权利要求11所述的影像处理系统，其特征在于其中所述的打印接口是指影像接口。

13.根据权利要求11所述的影像处理系统，其特征在于其中所述的打印接口是指平行接口。

14.根据权利要求11所述的影像处理系统，其特征在于其中所述的打印接口是指万用串行接口。

15.一种影印装置，包括：扫描装置，用以扫描文件的影像；中央处理单元，控制前述扫描装置的扫描与影像传送；影像处理单元，连接于前述的中央处理单元，依据使用者选择的模式，接受前述的中央处理单元的控制而处理前述扫描装置传送过来的扫描影像；影像存储器，连接于前述的影像处理单元，用以储存影像处理前以及影像处理后的数据；打印接口，连接于前述的中央处理单元，依据使用者选择的模式，输出打印数据至依据使用者所选择的外部的打印装置。

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