CN1448843A - 图像处理装置和图像处理方法 - Google Patents

Abstract

在管道处理中，其中多个图像处理部分(图像处理模块)，例如，一个图像输入部分131，一个直方图生成部分132和一个二值化部分133以管道方式连接，每个图像处理部分131，132和133具有重新初始化一个状态的功能，促使从一个图像的开头开始，再次执行每个处理，由此能重新读取所要处理的图像数据。

Description

图像处理装置和图像处理方法

技术领域

本发明涉及处理数字化图像数据的一种图像处理装置和一种图像处理方法，特别地涉及一种图像处理装置和一种图像处理方法，其中准备多个组分功能图像处理模块，并且通过组合这些模块来实现各种图像处理功能。

背景技术

准备多个组分功能图像处理模块，并通过组合这些模块来实现各种图像处理功能，这种技术在很多处理数字图像的系统中使用，这种系统例如是一种文档编辑器、一种绘图工具、一种图像传输装置和一种打印机。

在一种能输入一个图像的DTP(桌面出版)系统，一种能输出一个图像的印刷系统，或类似系统中，在一个所要处理的图像上执行各种图像处理，例如放大/缩小、旋转、仿射变换、色彩变换、滤波和组合。当要执行这种处理时，在固定了一个输入图像的属性、处理内容、过程、参数等的情况下，有时候通过使用专用硬件来执行这种处理。对于输入不同颜色空间或每个像素不同位数的各种图像的情况，或处理内容、过程、参数等发生变化的情况，必须通过一种更灵活的结构来处理这种图像或变化。

作为能够满足这种要求的装置，通常，提议一种技术，其中多个可编程模块以一种管道方式(pipeline manner)或一种DGA(有向非循环图)方式连接，这样灵活地执行一种想要的处理(例如，参见未经审查的日本专利申请平5-260373和平7-105020)。

未经审查的日本专利申请平5-260373公开了一种数字视频信号处理装置，被配置为使得，多个可编程计算处理部分的计算处理内容，和可编程计算处理部分通过一个网络部分的连接方式，都能通过一个主机控制部分从外部自由设置，由此，能实现一个高速复杂的计算处理，并且改变一种功能或一个系统的自由度更高。未经审查的日本专利申请平7-105020公开了一种管道图像处理系统，其中必要的功能性模块按一种希望的顺序以管道方式连接/初始化，从而执行一个处理，因而能灵活的执行图像处理。

在未经审查的日本专利申请平7-105020公开的技术中，通过用于一种操作系统，例如UNIX(已注册商标)，的单个处理器，一种多进程管道的模拟系统被应用到一种图像处理领域或类似领域。在图像处理中，特别地，当一个处理单位被限定在一个图像的一部分时，例如，一个图像的一行，那么能明显的减少处理模块各自的处理所保持的存储区。

因而，可以提供一种图像处理装置，它能执行一种复杂处理，又有减少的存储容量，还具有一个低的生产成本。当这种装置运行在一种支持虚拟存储器的操作系统上时，由于不足的内存容量而造成的换出(swap-out)被抑制到一个最小的水平，因此这种装置能实现一种高速处理。

通过任意组合多个组分功能模块构造一种如上所述能执行所希望的复杂处理的图像处理装置的情况下，一个非常重要的功能就是重新初始化，其中把状态返回到初始状态，使得从要处理的图像数据的开头开始，再次执行一个预定处理。很多管道处理可以从开头到结尾执行而不激活重新初始化。然而，在下面所描述的一个管道处理中，必须激活重新初始化。

如图8所示，例如一个管道处理包括一个图像输入部分102，一个直方图(histogram)生成部分103，一个二值化部分104。从一个图像存储部分101提供的数字图像数据被二值化，并且把二值化数据提供给一个图像输出部分。在管道处理中，假设通过直方图生成部分103生成一个要处理的图像的直方图数据，那么利用直方图数据，确定一个二值化阈值，并且基于这个二值化阈值，二值化部分104执行一个二值化处理。

既然，为了在直方图生成部分103生成一个直方图，要处理的图像的所有像素值是必需的，这就需要读取所有行的图像数据，并获得所有像素的信息。在上面常规技术的管道处理中，为了实现读取所有行的图像数据和获得所有像素信息的处理，可以使用下面两种系统中的任意一个。

如图9所示，在其中第一个系统中，有分离的管道，或一个生成直方图数据的管道200A，和一个基于生成的直方图数据执行二值化处理的管道200B。假设这个系统在计算机上作为一个处理程序模块实现，那么图像输入部分102生成两次，并且在图像输入部分102中执行两次初始化处理。因此，资源和处理速度被浪费。

在其中第二个系统中，在如图8的单个管道中，直方图生成部分103构造成如图10所示。特别地，构造直方图生成部分103，使得具有：一个输入缓冲器301，其中存有一个从前一模块提供的图像数据的所有行；一个输出缓冲器302，输出一个处理结果到一个后级；和一个控制直方图生成处理的直方图生成控制器303。

假设这个系统作为一个处理程序模块在计算机上实现，在直方图生成部分103中，在前一模块的初始化中提供的所有图像数据首先存储到输入缓冲器301。下一步，使用存储在输入缓冲器301中的所有图像数据，直方图生成控制器303生成直方图数据，并且初始化(＝1)一个内部保持的行计数器。当从后级模块转交(transfer)了输出缓冲器302，并接收到输出请求时，以行为单位，直方图生成控制器303把保存在输入缓冲器301中的图像数据复制到输出缓冲器302中，然后把输出缓冲器302返回到后级，然后行计数器递增1。

在第二个系统中，虽然在直方图生成部分103的直方图生成处理中根本没有执行图像数据的转换，但是需要保存所有输入图像数据。因此作为输入缓冲器301，一个具有能存储所有图像数据的存储能力的缓冲器是必需的。结果，资源被大量浪费。

发明内容

考虑到了上面所讨论的问题作出本发明。本发明的一个目的是提供一种图像处理装置和一种图像处理方法，其中当通过任意组合多个组分功能性图像处理模块，实现各种图像处理功能时，能重新读取要处理的图像数据。

为了达到这个目的，根据本发明，在一个图像处理装置中，其中执行各自的预定处理的多个图像处理部分(图像处理模块)以一种管道方式连接，每个图像处理部分(图像处理模块)具有一种重新初始化功能。在本说明书中，重新初始化是指一个处理，其使得一个状态返回到初始状态，以促使从要处理的图像数据的开头开始再次执行预定处理。

在一个管道处理中，由于每个图像处理部分(图像处理模块)都具有重新初始化功能，那么能重新读取要处理的图像数据。如果一个处理中的图像数据的分析结果被用于一个后级处理中，这样一个处理在计算机上以一个程序的形式实现，在这种情况下，在常规技术中通过多遍执行的处理能通过一遍来执行。结果，提高了程序的效率，并且没有出现初始化开销，这样能减轻处理。

附图说明

图1是本发明实施例的一种图像处理装置的结构的实例方框图。

图2是实施例中图像处理装置所要处理的图像数据的结构的示意图。

图3是图像输入单元的结构的实例方框图。

图4是直方图生成处理单元的结构的实例方框图。

图5是二值化部分的结构的实例方框图。

图6是图像处理的初始化操作的流程图。

图7是图像处理执行的操作的流程图。

图8是图像处理模块的一种组合实例的方框图。

图9是在没有使用重新初始化功能实现如图8相同处理的情况下的实例方框图。

图10是在没有使用重新初始化功能实现如图8相同处理的情况下，一种直方图生成部分的结构的实例方框图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的一个实施例。

图1是本发明实施例的一种图像处理装置(系统)的结构的实例方框图。从图1可以看出，实施例的图像处理装置具有一个图像存储部分11，一个存储器部分12，一个处理存储部分13，一个图像输出部分14和一个控制部分15。这些组成部分通过一条总线16彼此相互连接。图2示意性的示出了要由图像处理装置处理的图像数据的结构。

参照图1，图像存储部分11保存要被处理的数字化图像数据。存储器部分12保持图像存储部分11中保持的图像数据和各种处理所需的处理区，各种计算的中间结果，处理参数等。图像存储部分11也可以充当存储器部分12。

处理存储部分13具有各种图像处理部分，例如一个图像输入部分131，一个直方图生成处理部分132和一个二值化部分133，这些部分在要处理的图像数据上执行预定处理，所要处理的图像数据保持在图像存储部分11中。在处理存储部分13中的各种图像处理部分可以构造为存储器部分12中的程序模块来运行，或可以是部分或全部用专用硬件构造。处理存储部分13中的各种图像处理部分随后将详细描述。

在处理存储部分13中的各种图像处理部分通过处理存储在图像存储部分11中的图像数据得到处理结果，图像输出部分14输出该处理结果，通过总线16输出到图示系统的外部。由一个CPU等构造控制部分15，控制部分15控制图像存储部分11，存储器部分12，处理存储部分13和图像输出部分14中的处理。

下面，将通过几个处理的举例说明，概述构成处理存储部分13的各种图像处理部分。

如上所述，各种图像处理部分可以作为一个计算机上的处理程序模块存在，或可以全部或部分地通过专用硬件构造。在下文中，为了简化说明，作为一个例子，将描述这些部分作为一个计算机上的多个处理程序模块实现的情况。

图3是方框图，示出了一个输入所要处理的图像数据的图像输入单元21的构造实例。图像输入单元21对应于图1中的图像输入部分131。

图像输入单元21具有：一个输出缓冲器211，用于读取图像数据和把图像数据输出到一个后级模块；一个图像输入控制器212，控制输入图像数据的处理；和一个计数器213，对行数进行计数。在这个实例中，图像输入单元21具有行计数器213。如果这种计数器不必要，那么行计数器213可以省略。

参照图1，在生成一个模块的处理中，控制部分15指定保存在图像存储部分11中的图像数据，从处理存储部分13取出必要信息等，并且图像输入单元21被生成作为存储器部分12中的一个程序模块。在这个生成中，获得图像属性信息，例如图像数据的大小，位数和色空间，获得的图像属性信息被存储到存储器部分12中，和如图2所示，把一个读开始位置指针前进到存储了像素数据的图像数据开始位置，并且初始化行计数器213。

当从后级模块转交了输出缓冲器211，并且接收输出请求时，相应于输出缓冲器的大小，从读开始位置指针指示的地址开始，图像输入控制器212顺序地读出像素数据，把像素数据存储到输出缓冲器211中，然后行计数器213递增1。

当控制器从一个后级模块接收到重新初始化指令，用于把图像输入单元21的处理状态返回到初始状态，使得该处理从要处理的图像数据的开头开始再次执行，在这种情况下，图像输入控制器212也执行一种控制。即当图像输入控制器212从后级模块接收到重新初始化指令时，控制器把读开始位置指针移动到图像数据开始位置，并且初始化行计数器213。

图4是示出了直方图生成处理单元22的构成实例的方框图，直方图生成处理单元22执行生成图像数据直方图的处理。直方图生成处理单元22对应于图1中的直方图生成处理部分132。

直方图生成处理单元22具有：一个输入缓冲器221，临时存储来自一个前级模块的图像数据；一个输出缓冲器222，把图像数据输出到一个后级模块；一个直方图生成控制器223，控制直方图生成处理；和一个行计数器224，对行数进行计数。

参照图1，在生成一个模块的处理中，控制部分15指定一个用于把直方图数据存储在存储器部分12中的地址，必要信息等被从处理存储部分13取出，并且作为存储器部分12中的一个程序模块生成直方图生成处理单元22。在这种生成中，从控制部分15把到前级模块的连接信息提供给直方图生成控制器223，，直方图生成控制器223基于该信息把一个获得输入图像数据属性信息的请求发送到前级模块，并获得图像属性信息，例如图像数据的大小和位数。在存储器部分12中形成对于一个处理是必需的输入缓冲器221，并且初始化行计数器224。

直方图生成处理单元22还重复以下处理，直到行计数器224的值等于输入图像数据的高度(总行数)，从而生成一个直方图。在该处理中，输入缓冲器221被转交到前级模块以请求输出，基于从前级返回输入缓冲器221的存储在输入缓冲器221中的图像数据值对直方图数据进行计数，并且行计数器224递增1。

当直方图数据的生成结束时，直方图生成控制器223释放输入缓冲器221，并且初始化行计数器224。

当从后级模块转交了输出缓冲器222，并且第一次接收到输出请求时，直方图生成控制器223向前级模块给出重新初始化指令，然后把输出缓冲器222转交到前级模块以给出一个输出请求，并且把请求结果原样返回给后级模块。当第二次和以后从后级模块接收到输出请求时，直方图生成控制器把输出缓冲器222转交到前级模块并给出一个输出请求，并把请求结果原样返回给后级模块。

在这种构造的直方图生成处理单元22中，当第一次从后级模块接收一个输出请求时，直方图生成控制器223向前级模块给出重新初始化指令。可选地，不管是否一个来自后级模块的输出请求被接收，在直方图数据在模块生成处理中生成后，都可以把重新初始化指令给予前级模块。

当直方图生成控制器223从后级模块接收到重新初始化指令时，控制器也控制把重新初始化指令发送到前级模块的处理。特别地，当重新初始化指令从后级模块给予直方图生成处理单元22时，直方图生成控制器223向前级模块给出重新初始化指令。

图5是示出了一种二值化部分23的构成的实例方框图，二值化部分利用图4中所示的直方图生成处理单元22生成的直方图数据，确定一个二值化阈值，并执行一个二值化处理。二值化部分23对应于图1中的二值化部分133。

二值化部分23具有：一个输入缓冲器231，保存前级模块提供的图像数据；一个输出缓冲器232，用于把一个处理结果输出给后级模块；和一个二值化控制器233，控制二值化处理。

参照图1，在生成一个模块的处理中，为了生成二值化阈值，二值化部分23从控制部分15接收直方图生成处理部分132(直方图生成处理单元22)生成的直方图数据，用于处理该数据的信息等被从处理存储部分13中取出，并且作为存储器部分12中的一个程序模块生成二值化部分23。

在生成中，从控制部分15把到前级模块的连接信息提供给二值化控制器233，二值化控制器233基于所提供的信息把一个用于获得输入图像数据的属性信息的请求发送到前级模块，获得图像属性信息，例如图像数据大小和位数，并且在存储器部分12中生成一个必要的输入缓冲器702。以预定的方法，基于直方图数据确定二值化阈值。可以选择任何方法作为一种基于直方图数据确定二值化阈值的方法。

当从后级模块转交了输出缓冲器232并且接收到一个输出请求时，二值化控制器233把输入缓冲器231转交到前级模块，并给出一个输出请求，然后使用二值化阈值，对存储在输入缓冲器231中的图像数据执行一个二值化处理，把一个处理结果存储到输出缓冲器232，并把输出缓冲器返回到后级模块。

在控制器从后级模块接收到重新初始化指令的情况下，和在重新初始化指令要被发送到前级模块的情况下，二值化控制器233也执行一种控制。即当从后级模块接收到重新初始化指令时，二值化控制器233向前级模块给出重新初始化指令。

在上面的描述中，概述了每个图像处理部分(图像处理模块)，也就是，图像输入单元21，直方图生成处理单元22和二值化部分23。

在下文中，将参照流程图6和7的流程图，将详细描述在图1所示的图像处理装置中执行图8方框图的处理或管道处理的情况下的操作，其中在管道处理中图像输入，直方图生成处理和二值化处理的图像处理模块以一种管道方式连接。图6是图像处理的初始化的流程图，和图7是图像处理初始化后的图像处理的执行的流程图。

首先，初始化操作将参照图6流程图描述。图像输入单元21首先被初始化(步骤S11)。特别地，获得要被处理的输入图像数据的属性信息(图像大小，色空间信息等)，把读开始位置指针(见图2)移动到图像数据开始位置，并且初始化行计数器213。当图像输入单元21的初始化结束时，启动直方图生成处理单元22的操作。

在直方图生成处理单元22中，首先，从到前级模块(图像输入单元21)的连接信息中获得输入图像数据的属性信息(步骤S12)，并保留输入缓冲器221(步骤S13)。这时，仅请求保留输入缓冲器221，这样就能存储输入图像数据的一行。

下一步，初始化行计数器224(步骤S14)。输入缓冲器221被转交到前级模块(图像输入单元21)，并发出输出请求(步骤S15)。然后，在图像输入单元21中，把图像数据读到从后级模块(直方图生成处理单元22)转交的输出缓冲器211(＝输入缓冲器221)中，行计数器213递增1，并且把缓冲器返回到后级模块(步骤S16)。

此后，在直方图生成处理单元22中，参照存储在输入缓冲器221中的图像数据，对直方图数据进行计数(步骤S17)，并判断行计数器224的计数值是否达到了图像数据的高度(总行数)(步骤S18)。如果行计数器224的值没有达到输入图像数据的高度，行计数器224递增1(步骤S19)，然后控制返回到步骤S15，重复步骤S15到S18的处理。如果行计数器224的值等于输入图像数据的高度，释放输入缓冲器221，并初始化行计数器224(步骤S20)。

下一步，开始二值化部分23的操作。首先，在二值化部分23中，基于生成的直方图数据获得二值化阈值(步骤S21)。可以选择任一方法作为基于直方图数据确定二值化阈值的方法。此后，在二值化部分23中，从到前级模块(直方图生成处理单元22)的连接信息中获得输入图像数据的属性信息(步骤S22)，并保留输入缓冲器231(步骤S23)。由于上面一系列处理，初始化结束。

在图6所示的流程图中，二值化部分23中的处理按步骤S21→步骤S22的顺序执行。在二值化阈值的确定中，如果图像属性信息不是必需的，可以改变顺序，例如按步骤S22→步骤S23→步骤S21的顺序执行处理。

下一步，将参照图7的流程图描述图像处理初始化以后的图像处理的执行操作。当图像处理的初始化结束以后，图像输入单元21的行计数器213在其值等于图像数据高度的状态。

首先，图像输出部分14预先获得要输出图像的属性信息，并保留一个能存储输出图像的一行的输出缓冲器(为了方便的缘故，在下文中，该缓冲器被称作为输出缓冲器X)(步骤S31)。此后，图像输出部分14把输出缓冲器X转交到前级模块(二值化部分23)，并发出一个输出请求(步骤S32)。响应于输出请求，二值化部分23把输入缓冲器231转交到前级模块(直方图生成处理单元22)，并发出一个输出请求(步骤S33)。

此后，判断直方图生成处理单元22是否从后级模块第一次接收到输出请求(步骤S34)。如果该单元第一次接收到输出请求，那么直方图生成处理单元22向前级模块(图像输入单元21)给出重新初始化指令(步骤S35)。当图像输入单元21从后级模块(直方图生成处理单元22)接收到重新初始化指令时，该单元把图2中所示的读开始位置指针移动到图像数据开始位置，并初始化行计数器213(步骤S36)。

步骤S35和S36中的重新初始化处理是本发明一个特征部分。在实施例中，初始化以后，在图像处理执行的中间，执行重新初始化处理。可选择地，可以在图6流程图的初始化处理结束时，执行重新初始化处理。

重新初始化处理以后，或如果直方图生成处理单元22不是第一次从后级模块接收输出请求，直方图生成处理单元22把从后级模块(二值化部分23)转交的输出缓冲器222转交到前级模块(图像输入单元21)，并发出一个输出请求(步骤S37)。在图像输入单元21中，把图像数据读入从后级模块(直方图生成处理单元22)转交到的输出缓冲器211(＝输出缓冲器222)，行计数器213递增1，并把缓冲器返回到后级(步骤S38)。直方图生成处理单元22把从前级模块(图像输入单元21)返回的输出缓冲器222返回到后级(步骤S39)。

二值化部分23二值化从前级模块(直方图生成处理单元22)返回的存储在输入缓冲器231(＝输出缓冲器222)中的图像数据，，把处理结果存储到输出缓冲器232(＝输出缓冲器X)，并把缓冲器返回到后级模块(图像输出部分14)(步骤40)。

下一步，判断是否行计数器213的计数值等于输入图像数据的高度(步骤S41)。如果该值没有达到输入图像数据的高度，行计数器213递增1(步骤S41)，然后控制返回到步骤S32，重复步骤S32到S41的处理。如果行计数器213的值等于输入图像数据的高度，则结束上面描述的一系列处理。

如上面所述，在一个管道处理中，其中执行各自预定处理的多个图像处理部分(图像处理模块)以一种管道方式连接，每个图像处理部分具有重新初始化功能。甚至在以下情况下，即，使用图像数据的所有像素值获得一个图像属性例如直方图数据，此后，一个后级使用获得的直方图数据执行一个处理，即使不在一个缓冲器中保存全部图像数据，或没有多次实施一个初始化处理，所希望的图像处理也能被执行。

在上面描述的实施例中，本发明应用于一种管道处理，其中图像输入单元21，直方图生成处理单元22，和二值化部分23以一种管道方式连接，作为图像处理部分，然而，本发明并限定在这些应用实例，而是能应用到所有的管道处理中，包括使用要处理图像数据的所有像素值执行一个获得图像属性(例如投影分布)的处理的图像处理部分(图像处理模块)。

如上面所述，根据本发明，当任意组合多个组分功能图像处理模块，执行各种图像处理功能时，每个图像处理部分都具有一种重新初始化功能，由此，能重新读取要处理的图像数据。如果一个处理中的图像数据的分析结果被用于一个后级处理中，这样一个处理在计算机上以一个程序的形式实现，在这种情况下，在常规技术中通过多遍执行的处理能通过一遍来执行。结果，提高了程序的效率，并且没有出现初始化开销，这样能减轻处理。

Claims (6)

1.一种图像处理装置，包括：

多个图像处理部分，以一种管道方式连接，执行各自的预定处理，其中

每个所述图像处理部分具有重新初始化一个状态的功能，促使从所要处理的图像数据的开头开始，再次执行一个预定处理。

2.根据权利要求1的图像处理装置，其中

除了重新初始化功能以外，每个所述图像处理部分还有另一功能，即把重新初始化指令传送到其他相连接的图像处理部分。

3.根据权利要求1的图像处理装置，其中

至少一个所述图像处理部分使用所要处理的图像数据的全部像素值，执行一个预定处理。

4.根据权利要求3的图像处理装置，其中

预定处理是一个获得图像属性的处理。

5.根据权利要求4的图像处理装置，其中

图像属性是所要处理图像的直方图。

6.在管道处理中的一种图像处理方法，包括下列步骤：

以管道方式连接的多个图像处理模块执行各自预定处理，和

每个所述图像处理模块重新初始化一个状态，促使从所要处理的图像数据的开头开始，再次执行一个预定处理。

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