CN1674683A - 数字图像信号处理、数字图像记录设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将所获取的彩色图像信息变换成数字化图像的数字图像处理设备，包括：用于生成一直方图的装置，该直方图表示彩色图像信息的亮度数据的像素数的分布；以及用于检测所述直方图的最大值和最小值并将它们的中间值作为阈值的装置，其中，用该中间值的阈值将所述彩色图像变换成一数字化图像。

Description

数字图像信号处理、数字图像 记录设备和方法
本申请是2001年1月31日提交的中国专利申请号为No.01116560.X，题为“数字图像信号处理、数字图像记录设备和方法及记录介质”的发明的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种适用于数字摄影(照相)机的数字图像信号处理设备及其方法，一种数字图像记录设备及其方法及其传送方法。
背景技术
近年来，一种数字图像记录设备正变得越来越通用，比如一种数字照相机，它能将一目标图像作为图像数据记录在一种记录介质上，所述记录介质如一种非易失性半导体存储器(例如一种闪速存储器)，硬盘，或者软盘。所述数字图像记录设备将一拍摄的目标图像变换成一数字图像信号，压缩该数字图像信号，并将该被压缩的图像信号信息记录在一记录介质上。一种图像记录设备捕获一自然图像而作为一彩色图像，将被捕获的图像压缩成JPEG格式。
当一字符原稿，一白纸板或者类似物被拍摄时，最好将该拍摄彩色图像数字化，而不是将它作为一彩色图像直接记录。
图1A表示一被拍摄的字符原稿的彩色图像。图1B表示该彩色图像被转化为数字化图像而成的图像。从图1B清晰可见，数字化图像的字符和背景比彩色图像能更加清楚地区分。于是，能够容易地读出字符。
传统的数字图像记录设备是将字符叠加在拍摄彩色图像上。然而，字符原稿在被拍摄时是没有被数字化的。与字符原稿不同的自然图像被拍摄时，最好是记录彩色图像。
当彩色图像被数字化时，对应于一阈值，区分该拍摄彩色图像的每一像素的白与黑是很必要的。图1B示出采用一最佳阈值时的情形。假如一阈值比最佳阈值要高得多，如图1C所示，整个数字化图像则变黑。相反，当一阈值远比最佳阈值低时，如图1D所示，则整个数字化图像变得明亮，因而字符变得模糊。
具体地说，当使用一数字彩色图像记录设备对一图像进行照相时，其中的字符和背景图像之一不总是具有一固定值。由于它们可以具有色彩空间的任何值，不可能预先指定一固定的阈值。
当使用一数字彩色图像记录设备记录一图像时，用户可以指定图像的亮度等。这样，期望获得一最佳阈值，而与用户指定的亮度值无关。另外，当获得一阈值时，该值应该仅需使用有限的资源就能被准确和快速地获得。
例如，当用拍摄图像的所有像素的数据而获得阈值时，就产生了下面的问题。当许多图像各自具有不同的像素数量或大小时，需要处理的数据数量依赖于像素数量的类型或者图像大小的类型。
因而，用于获得阈值的过程所需时间因每一图像而不同。另外，由于每一图像的像素数量不同，则不能使用公用的阈值获得算法。另外，由于所有像素的数据被使用，所述过程所用的时间变长。当所有像素的数据被使用时，包含在图像边缘的噪声和变质以及外围物质的信息都会对该阈值计算过程产生不利的影响。因而，不能正确地获得阈值。比如，除了诸如字符原稿或白纸板等之外的外围物质被数字化而被包含在图像中，因而，不能正确地获得阈值。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种数字图像信号处理设备及其方法以及数字图像记录设备及其方法，所述数字图像信号处理设备允许对一自然图像的拍摄图像进行处理或者对一被选择的字符原稿的拍摄图像进行处理，用来获取彩色图像。
本发明的另一目的是提供一种数字图像信号处理设备及其方法以及数字图像记录设备及其方法，所述数字图像信号处理设备提供一最佳阈值，用于将获取的彩色图像变换成仅利用有限的资源就能准确快速地获得的数字化图像。
为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供一种数字图像处理设备，用于将获取的彩色图像信息变换成数字化图像，它包括：一用于生成一直方图的装置，该直方图表示彩色图像信息的亮度数据的像素数量的分布，以及一用于检测直方图的最大值和最小值并将它们的中间值作为阈值的装置，其中所述彩色图像被变换成将所述中间值作为阈值的数字化图像。
本发明的第二方面提供一种数字图像处理方法，用于将获取的彩色图像信息变换成数字化图像，它包括步骤：(a)生成一直方图，该直方图表示彩色图像信息的亮度数据的像素数量的分布，以及(b)检测直方图的最大值和最小值并将它们的中间值作为阈值，其中所述彩色图像被变换成将所述中间值作为阈值的数字化图像。
本发明的第三方面提供一种数字图像记录设备，用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上，它包括：一用于获取彩色图像的图像获取装置，一图像处理装置，用于将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，以及一记录装置，用于将所述图像处理装置的输出信号记录在所述记录介质上，其中，所述图像处理装置生成一直方图，该直方图表示所述彩色图像的亮度数据的像素数量的分布，检测该直方图的最大值和最小值，及将所述彩色图像信号变换成以所述最大值和最小值的中间值作为阈值的数字化图像。
本发明的第四方面提供一种数字图像记录方法，用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上，它包括步骤：(a)获取一彩色图像，(b)将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，以及(c)将在步骤(b)中输出的输出信号记录在所述记录介质上，其中，通过生成一直方图而执行所述步骤(b)，该直方图表示所述彩色图像的亮度数据的像素数量的分布，并检测该直方图的最大值和最小值，及将所述彩色图像信号变换成具有一阈值的数字化图像，该阈值是所述最大值和最小值的中间值。
本发明的第五方面提供一种数字图像记录设备，用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上，它包括：一用于获取彩色图像的图像获取装置，一图像处理装置，用于将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，以及一记录装置，用于将所述图像处理装置的输出信号记录在所述记录介质上，其中，所述图像处理装置将获取的彩色图像变换成一具有预定大小或预定像素数的图像，决定相应于该变换的图像的一阈值，及产生相应于该阈值的数字化图像。
本发明的第六方面提供一种数字图像记录设备，用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上，它包括：一用于获取彩色图像的图像获取装置，一图像处理装置，用于将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，以及一记录装置，用于将所述图像处理装置的输出信号记录在所述记录介质上，其中，所述图像处理装置使获得的彩色图像变稀薄，产生一稀化图像，决定相应于该稀化图像的一阈值，及产生相应于该阈值的数字化图像。
本发明的第七方面提供一种数字图像记录设备，用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上，它包括：一用于获取彩色图像的图像获取装置，一图像处理装置，用于将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，以及一记录装置，用于将所述图像处理装置的输出信号记录在所述记录介质上，其中，所述图像处理装置根据从所获得的彩色图像中选取的包含欲数字化的对象的部分而确定出阈值，再相应于该阈值产生一数字化图像。
本发明的第八方面提供一种数字图像记录方法，用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上，它包括步骤：(a)将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，(b)将该数字化图像记录在记录介质上，(c)将所获取的彩色图像变换成一具有预定大小或预定像素数的图像，(d)确定相应于所变换的图像的一阈值，以及(e)产生相应于该阈值的数字化图像。
本发明的第九方面提供一种数字图像记录方法，用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上，它包括步骤：(a)将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，(b)将该数字化图像记录在所述记录介质上，(c)将所获取的彩色图像变稀薄，以便产生一稀化图像，(d)决定相应于该稀化图像的一阈值，以及(e)产生相应于该阈值的数字化图像。
本发明的第十方面提供一种数字图像记录方法，用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上，它包括步骤：(a)将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，(b)将该数字化图像记录在所述记录介质上，(c)相应于从所获得的彩色图像中选取的包含欲数字化的对象的部分而确定出阈值，以及(d)再相应于该阈值产生一数字化图像。
本发明的第十一方面提供一种数字图像发送方法，用于将一图像作为数字信号发送至一通信媒体，它包括步骤：(a)将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，(b)将该数字化图像发送至通信媒体，(c)将所获取的彩色图像变换成一具有预定大小或预定像素数的图像，(d)相应于所变换成的图像决定一阈值，以及(e)相应于该阈值产生一数字化图像。
本发明的第十二方面提供一种数字图像发送方法，用于将一图像作为数字信号发送至一通信媒体，它包括步骤：(a)将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，(b)将该数字化图像发送至通信媒体，(c)将所获取的彩色图像变稀薄，以便产生一稀化图像，(d)决定相应于该稀化图像的一阈值，以及(e)产生相应于该阈值的数字化图像。
本发明的第十三方面提供一种数字图像发送方法，用于将一图像作为数字信号发送至一通信媒体，它包括步骤：(a)将获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像，(b)将该数字化图像发送至通信媒体，(c)根据从所获取的彩色图像中选取的包含欲数字化的对象的部分而确定出阈值，以及(d)相应于该阈值产生一数字化图像。
根据本发明，当一拍摄图像是自然图像时，按照一种非可逆编码法压缩该图像。另一方面，当一字符原稿的字符和/或图形或者白纸板被拍摄时，该拍摄图像被数字化，然后，该数字化图像按照一种可逆编码法压缩。从而，可以获得一字符清晰且能与背景区分的图像。
另外，根据本发明，对于每一获取的彩色图像，均可以生成一亮度数据直方图。所获取的图像被以一阈值数字化，该阈值是最大值和最小值之间的中间值。因而，每一图像都能用一最佳阈值数字化。
另外，根据本发明，阈值可以通过调整图像的大小获得，而与被记录的图像大小无关，用于获得阈值的算法可以被通用。因而，可以防止处理时间的变化。
另外，根据本发明，由于可以通过使图像变稀薄而获得阈值，所以阈值能够快速获得。通过根据不同对象而改变稀薄处理，可以获得具有最少量数据的阈值。
另外，根据本发明，可以部分图像的信息而不是整个图像的数据来获得阈值。因而，可以获得正确的阈值，该阈值允许期望的部分能被最佳地数字化，而不受多余信息的影响。另外，用户可以自由指定所需图像部分。因而，用户可以自由地选择他或她想要数字化的那部分图像。
本发明的这些和其它目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。
附图说明
图1A至1D为示意图，用以说明字符原稿被数字化时的阈值；
图2为一方框图，示出本发明的一个实施例的整体结构；
图3为一示意图，示出根据本发明实施例的一个GIF文件的结构；
图4A至4C为示意图，用以说明根据本发明实施例的被压缩数据的大小；
图5A和5B为示意图，用以说明根据本发明实施例对应于不同压缩编码法的图像质量的差别；
图6A至6C为示意图，用以说明用于一字符原稿或类似物的拍摄图像的数字化过程实例以及一GIF文件的生成过程；
图7为一示意图，用以说明一用于将一字符原稿的拍摄图像变换成一GIF文件的变换过程实例；
图8A和8B分别为示意图，用以说明GIF数据块被压缩时的数据流；
图9A和9B为示意图，用以说明一用于将一字符原稿或类似物的拍摄图像数字化的过程实例以及一GIF文件的生成过程；
图10为一流程图，用以说明根据本发明实施例的阈值获得过程；
图11为一示意图，示出用于阈值获得过程中的一直方图实例；
图12为一示意图，示出用于阈值获得过程中的另一直方图实例；
图13为一流程图，用以说明根据本发明实施例的数字化处理；
图14为一流程图，用以说明根据本发明实施例的数字化流程；
图15为一示意图，示出根据本发明实施例的将一调整大小的图像存储在DRAM中的状态；
图16A至16C为示意图，用以说明本发明的另一实施例；
图17A和17B为示意图，用以说明本发明的又一实施例；
图18A和18B为示意图，用以说明本发明的再一实施例；
图19A至19C为示意图，用以说明根据本发明实施例的一再现图像的放大过程。
具体实施方式
接下来将对本发明的一个实施例进行描述。图2示出了本发明一实施例的系统结构。标号1为一CCD(电荷耦合器件)。该CCD1对于UXGA的水平像素数和垂直像素数例如是1600×1280。另一方面，一记录图像相对于一拍摄图像的水平像素数和垂直像素数可以选自：对SXGA为1280×960，对XGA为1024×768，对VGA为640×480以及对UXGA为1600×1280。通过一透镜部分(未示)，CCD1输出一目标图像而作为一照相信号。该透镜部分执行一自动光圈控制操作和一自动焦距控制操作。照相信号被传送至一照相机块2。
当采用一图像扫描器时CCD1可执行文件读取操作。需要注意的是，本发明可以应用于这样的情形，即用于处理从除CCD外的通信媒体接收的数字彩色图像。而且，本发明还可以应用于这样的情形，即将处理过的图像发送至通信媒体而不是记录在记录介质上。
照相机块2包括一箝位电路，一亮度信号处理电路，一轮廓补偿电路，一缺陷补偿电路，一自动光圈控制电路，一自动焦距控制电路，以及一自动白色平衡补偿电路。照相机块2产生一数字照相信号作为一合成信号，合成信号由一亮度信号和已经从一RGB(红绿蓝)信号变换过来的色差信号组成。数字照相信号被传送至一存储控制块3。
存储控制块3包括一信号交换部分，一显示缓冲存储器，以及一数/模变换器。一显示设备4和一数据传输路径5与存储控制块3连接。存储控制块3产生一RGB信号并通过数/模变换器将它提供给显示设备4。显示设备4例如可由一设置在照相机中的LCD(液晶显示器)组成。图像信号被从照相机块2提供至显示设备4。从而，显示设备4便显示正被拍摄的图像。另外，显示设备4还显示通过数据传输路径5正被从记录介质9读取的图像。显示设备4显示一VGA(640×480像素)图像。
一图像处理块7与数据传输路径5连接。图像处理块7由一DRAM(动态随机存取存储器)6和一微型计算机组成。DRAM6被存储控制块3或者图像处理块7控制。DRAM6具有一用于存储由存储控制块3提供的原始图像的区域和一用于存储已被图像处理块7处理过的图像数据的区域。一操作输入部分8和记录介质9通过各自的接口与图像处理块7连接。控制信息被从图像处理块7提供至每一部分。结果，图像数据被处理。被处理的数据被写入DRAM6和记录介质9和从中读出。
操作输入部分8包括一快门按钮(shutter button)，一模式选择开关和其它用户开关。操作输入部分8允许用户选择作为自然图像拍摄模式的第一模式或者选择作为字符拍摄模式(如白纸板)的第二模式。与操作输入部分8的操作相对应的一信号被提供至图像处理块7。记录介质9比如可以是一存储卡(IC卡)，一软盘，或一可重写光盘。记录介质9可以附着在照相机的主体上或从照相机的主体上拆开。可以用一种诸如因特网的通信媒体来代替记录介质9。
图像处理块7为作为自然图像拍摄模式的第一模式和作为字符图像拍摄模式的第二模式分别执行不同的图像处理处理。在第一模式下，图像处理块7比如采用一种JPEG(联合摄影专家组)方法。在第二模式下，图像处理块7将图像数字化，用一种LZW(Lempel Ziv Welch-三位以色列数学家)方法压缩该数字化图像，给该压缩数据加入必要的结构元素，再将该数字化图像变换成一GIF文件。
JPEG方法是一种标准编码方法，用于对彩色静止图像进行编码。JPEG方法被分类成可逆编码法和非可逆编码法。作为可逆编码法，采用空间内(intra-space)预测编码法。而作为非可逆编码法，采用DCT(离散余弦变换)压缩法。通常，在非可逆编码法中，图像质量变坏是可以忽略的。因而，DCT编码法被用在JPEG方法中。在下文中，JPEG代表非可逆编码法，其在DCT中产生的系数数据被量化，该量化输出数据被熵编码(entropy-encoded)。
另外，图像处理块7控制相对于记录介质9的数据读出操作和写入操作。换言之，图像处理块7输出一在第一模式中所获得的JPEG文件或一在第二模式中所获得的GIF文件给记录介质9。图像处理块7将从记录介质9读出的图像文件存储在DRAM6中。
另外，该系统还包括一分辨率变换部分10。该分辨率变换部分10变换被选取记录图像的分辨率。DRAM6存储该结果图像。分辨率变换处理可以由图像处理块7执行，而代替分辨率变换部分10。
根据本发明的上述实施例，当用户按下(操作输入部分8的)快门按钮时，被CCD1拍摄的图像的彩色图像信号被提供至照相机块2。照相机块2对该彩色图像信号执行信号处理。原始图像数据的分辨率被变换，接着，在存储控制块3的控制下，结果数据被存储在DRAM6中。
当原始图像数据被存储在DRAM6中时，图像处理块7就处理该原始图像数据。被压缩的图像数据(为JPEG文件或GIF文件)被存储在DRAM6的另一个区域。图像处理块7将从DRAM6读出的被压缩图像信号写入记录介质9。
当记录被压缩图像数据时，图像处理块7为其指定一文件名。当记录介质9是一存储卡时，便生成一静止图像目录(DCIM)。该静止图像目录(DCIM)包含诸如MSDCF的子目录。一个子目录相当于一个相册。一个已用JPEG方法压缩的图像被指定一文件名和一扩展名，例如，在一子目录100MSDCF中为DCS00001.jpg。当记录在存储卡上的图像数据是一GIF文件时，一文件名和一扩展名例如TXT00002.gif被指定在相同的目录和相同的子目录中。DSC0和TXT0可以跟随有编号(0001)至(9999)。
当要再现存储在记录介质9中的图像时，则为其指定一文件名。结果，从记录介质9中读出所需压缩图像信号。从记录介质9中读出的压缩图像数据被图像处理块7解压缩。该解压图像数据被写入DRAM6中。存储在DRAM6中的图像数据通过存储控制块3被显示在显示设备4上。
下面，将对采用第二模式主要用于字符原稿的图像处理进行描述。在第二模式下，图像处理块7执行图像的数字化处理。换言之，图像处理块7计算出一与存储在DRAM6中的彩色图像数据相对应的最佳阈值。相应于该阈值，图像处理块7将该彩色图像数据变换成数字化数据(白和黑)。实际上，图像处理块7将彩色图像数据的亮度数据数字化。尽管CCD1能执行彩色图像数据的数字化处理，但是，图像处理块7除了执行数字化处理之外还能指定阈值。
如下文所述，图像处理块7检验每一被处理图像的亮度数据分布，并计算出一可以区分其字符和背景的阈值。例如，图像处理块7利用一调整值来调整亮度数据的最大值和最小值的平均值，将得到的调整值作为阈值。当得到阈值时，最好是将图像数据变稀薄或者仅仅利用图像的中间部分，而不是原始图像的所有像素。
此后，用LZW法压缩数据，将被压缩数据作为一GIF文件输出。在LZW法中，具有任何长度数据流的图案已经被登录在一词典中(代码表)。当已被登录在词典中的图案出现时，它的一登录号码被编码并被以可变的长度代码输出。在数据被编码前，不必要为登录图案编辑一词典。而是，当数据被读出时，就生成了词典。
GIF文件是以压缩数据生成的。接下来，将对GIF文件的结构进行特别地描述。图3示出了一常规GIF文件的结构实例。参见图3，一个GIF文件主要由一标题块11，一逻辑屏幕描述块12，一应用扩展块13，一图形控制扩展块14，一图像数据块15以及一尾部块16组成。
标题块11比如由6个字节组成。一个GIF文件由标题块11开始。一标题块11表示当前数据流是GIF格式的。一标题块11由一签名字段(signaturefield)和一版本字段组成。该签名字段代表数据流的开始。该版本字段对于完全执行编码处理是必需的。一个数据流应该具有一个标题块。
在标题块11之后是一逻辑屏幕描述块12。逻辑屏幕描述块12定义一些参数(大小，图像宽高比和色彩深度)，这些参数对于定义一个描绘(render)图像的图像平面(显示设备)是必需的。另外，逻辑屏幕描述块12还定义一总彩色表的存在/不存在和各种参数。逻辑屏幕描述块12也是基本的。因而，一个数据流应该包含一个逻辑屏幕描述块。
在逻辑屏幕描述块12之后是一总彩色表块12a。彩色表是一代表图像的所有色彩的RGB值(每3字节＝24位)的调色板。由于一GIF文件支持多达256种色彩，则总彩色表包含多达256×3字节。总彩色调色板是一默认的调色板，仅当一图像没有专用本地调色板时使用该默认调色板。尽管总彩色表块12a是可选择的，但是，在一个数据流中指定的总彩色表的数量仅局限为一个。
在总彩色表块12a之后是一应用扩展块13。应用扩展块13包含仅允许一特殊应用来执行图像数据的特别过程的特别信息。
在应用扩展块13之后是一图形控制扩展块14。图形控制扩展块14包含用于控制图像显示方法的参数。这些参数仅仅对它们之后的图像适用。没有应用扩展块13，GIF文件也能生成。仅仅一个图形控制扩展块14可以跟有图像数据。
在图形控制扩展块14之后是一图像数据块15。数据流的每一图像由一图像描述块15a和一压缩数据15c组成。
图像描述块15a包含一用于处理表中图像所必需的参数。该图像描述块15a指定以像素为单位的逻辑屏幕的坐标系。一个图像描述块15a就是一个图形描绘块。在图像描述块15a之前可以是一个或多个诸如图形极限/扩展块的控制块，或者在图像描述块15a之后是一个本地彩色表。图像描述块15a之后总是紧接一压缩数据15c。换言之，图像描述块15a对于一个图像来说是基本的。可以为被包含在每一数据流中的图像指定一个图像描述符(descriptor)。包含在一个数据流中的图像数量是不受限制的。
表的压缩数据15c由一子块序列组成。压缩数据15c的每一子块由包含彩色表索引的多达255字节组成。
根据图像的数量，图形控制扩展块14和图像数据块15被相应地重复许多次。一个GIF文件以一尾部块16结束。尾部块16是一由代表一GIF数据流结束的单一字段所组成的块。一GIF文件总是以一尾部块16结束。尾部块16不能被改变。
为了生成图像数据块15，将一原始图像变换成一数字化图像，然后变换成一个代表一GIF文件的彩色调色板数量的索引值。如下文，数字化处理和索引值变换处理可以同时执行。在这种情况下，用于数字化处理的存储器能够被有效地利用。
如上所述，根据本发明，数据被用LZW法压缩。按照LZW法，当一数据流的图案数量少时，一个图案与在词典中登录的图案匹配的可能性就变高。从而，提高了压缩率。一数字化图像就是一个仅由两个值(0和1)组成的数据流。产生的图案数量远比彩色图像的数量少。因而，压缩率提高了。换言之，在图像被压缩之后，数据尺寸变小了。
图4A示出获取的原始彩色图像数据的一个实例。在(640×480)像素的情形下，获取的该原始彩色图像的数据量约是370KB(千字节)。当该彩色图像被用JPEG方法压缩时，在如图4B所示的图像(640×480)像素情形下，其数据量变为约70KB。
根据本发明的实施例，当数据被用LZW方法压缩并被变换成一GIF文件时，在如图4C所示的图像(640×480)像素情形下，其数据量变为约10KB。因而，用JPEG方法时的压缩率在从约1/40至1/5的范围内。另一方面，用LZW方法时的压缩率可以低至如1/30。
另外，根据LZW方法，一个预压缩数据流能用词典中的一系列登录号码而被完全恢复。换言之，LZW方法是一种可逆压缩法，其原始数据能从压缩数据恢复。另一方面，JPEG方法是一种非可逆压缩法。由于数字化图像的色彩数量很小，且其包含了许多锐边(sharp edges)，当图像数据被用JPEG方法压缩时，解压图像就包含了许多噪声。GIF文件的图像质量优于JPEG图像。
图5A为一放大图，示出一已经被用JPEG法压缩和记录的数字化图像的解压缩图像。图5B为一放大图，示出一已经被用LZW法压缩和记录成一GIF文件的数字化图像的解压缩图像。参见图5A，在被用JPEG法记录的图像中，沿字符的边缘出现模糊干扰。另一方面，参见图5B，在作为GIF文件被记录的图像中，沿字符的边缘没有出现模糊干扰。因而，按照LZW法能够获得更加清晰的图像。
下面，对将一数字化图像变换成一GIF文件的处理实例进行描述。以图3所示块生成一GIF文件。接着，参见图6，将描述这样的一个处理实例。
图6A示出获取的一彩色图像的数据流。一个像素用三个RGB字节表示。然后，该彩色图像被数字化。如图6B所示，获得了该数字化图像数据的一个流。在数字化处理中，代表黑色的像素数据被变换成(R＝G＝B＝0)。另一方面，代表白色的像素数据被变换成(R＝G＝B＝255)。此后，如图6C所示，RGB值被变换成表示一彩色调色板的索引值0(黑)和1(白)。
图6A至6C所示的处理由两个变换处理组成。在第一个变换处理中，原始彩色图像被变换成一数字化图像。在第二个变换处理中，数字化图像被变换成一索引值。由于执行了两个变换处理，处理时间就变长。另外，存储器(DRAM6)不能被有效地利用。为解决此类问题，根据本发明的实施例，的数字化处理和的GIF文件生成处理按照下述方式执行。
可以预先确定，因为是数字化图像，图3所示的总彩色表块12a的色彩仅仅为白色和黑色。换言之，可以预先确定，如图7所示，索引值0对应于黑色(R，G，B＝0)，而索引值1对应于白色(R，G，B＝255)。当彩色图像的每一分量被用Y(亮度信号)、Cb(蓝色的色差信号)和Cr(红色的色差信号)表示时，也可应用本发明。在此情形下，代表黑色的信息是(Y＝0，Cb＝Cr＝128)，而代表白色的信息是(Y＝255，Cb＝Cr＝128)。
在数据块15中，作为代表原始图像每一像素的色彩的彩色调色板数的索引值流被用LZW法压缩，而不是原始图像的数据流。在具有如图7所示彩色表的白色和黑色的数字化图像的情况下，一由两个索引值“0”和“1”组成的流被压缩，如图8A和8B所示。
因而，在数字化图像的情况下，白色和黑色的像素被分别预先指定索引值为“0”和“1”。从而，当每次执行用于原始彩色图像数据流的数字化处理和索引值变换处理过程时，获得如图9B所示的索引值流。这样，由于如图6A至6C所示的处理被简化，处理时间就缩短了。另外，由于原始图像信息的每一像素被用三个字节表示，在第一变换处理被执行之后，数据需要每像素三个字节的存储区域，如图6B所示。另一方面，在如图9A和9B所示的处理中，在第一变换处理被执行之后，由于数据变为了索引值流，在图9A和9B所示过程中，数据每像素仅需要一个字节的存储区域。这样，存储器(DRAM6)就能被有效地利用。
接着，对用于由图像处理块7执行的数字化处理的阈值获得过程实例进行描述。图10为一流程图，示出阈值获得过程。步骤S1，阈值获得过程开始执行，一图像大小被调整后的图像被存储在DRAM6中。在步骤S2，生成存储于DRAM6的图像的亮度数据的直方图。所生成的直方图比如被存储在图像处理块7的存储器中。
图11示出一个被生成的直方图的实例。水平轴表示亮度数据的大小(用于8-位数据的范围是0-255)，垂直轴表示像素数。当黑色字符与白色背景一起拍摄时，对应于背景的一高峰值出现在白色侧。另外，对应于字符的一低峰值出现在黑色侧。当用白粉笔在黑板上写字符时，尽管峰值的高度变得与图11所示的相反，也无需改变阈值获得过程。
在步骤S3，从直方图得到最小值Ymin和最大值Ymax。这时，指定一黑色侧偏移值offset1和一白色侧偏移值offset2，以便从图像中消除干扰和无效的像素数据。在此条件下，获得了最小值Ymin和最大值Ymax。尤其是，直方图从(Y＝0)处向上延伸(图11中向右)。当像素数超过offset1时，得到最小值Ymin。同样，直方图从(Y＝255)处向下延伸(图11中向左)。当像素数超过offset2时，得到最大值Ymax。换言之，最小值Ymin在offset1与直方图的相交点得到，而最大值Ymax在offset2与直方图的相交点得到。
在步骤S4，得到差值Ydiff(＝Ymax-Ymin)。差值Ydiff与一预定的极限范围Yrange进行比较。当关系式Ydiff＞Yrange成立时，该流程向前执行步骤5。在步骤5中，按照下面的公式(1)计算阈值Thr：
        Thr＝(Ymin+Ymax)/2      ..................(1)
尽管按照公式(1)能够几乎准确地获得阈值Thr，但是，依赖于用于照相机部分中的拍摄图像的设置方法，当阈值做轻微地调整时，可获得一清晰的数字化图像。这时，在公式(1)中就需要加入一个有关调整值的项作为新的阈值Thr。阈值用Thr表示，调整值的范围用±Adj表示，可以按照下面的公式(2)计算出阈值Thr：
        Thr＝(Ymin+Ymax)/2±Adj    ............(2)
为每一获取的图像均生成一直方图。相应于所生成的直方图，可以得到每一图像的最大值和最小值。阈值Thr被用公式(2)决定。这样，当照相机部分的设置改变时(例如整个亮度被调整)，即使所获取图像的直方图的峰值位置改变了，仍然能够获得相应图像的最佳阈值。
在步骤S4中，当所获差值Ydiff等于或小于指定范围Yrange时，阈值被指定为一固定值(步骤S6)。当图像的差值Ydiff等于或小于范围Yrange时，如图12所示，可以估计到图像生成仅有一个峰值的直方图(即，图像仅包含背景而没有字符)。由于这样图像的阈值不能根据公式(1)或(2)得到，就用预先指定的固定值作为阈值。例如，将8位的亮度信号的中间值128作为这样的一个固定值。
这样，阈值获得过程完成。采用所获得的阈值Thr，所获取的图像被数字化(步骤S7)。在阈值获得过程中，为一偏移量或一中间值的调整值依赖于拍摄图像的特性。因而，调整值依赖于每一数字图像记录设备。从而，为了减少对数字图像记录设备的依赖性，及维持这些值的通用性，它们可以被指定为任何值。
在如上的阈值获得过程中，为了缩短亮度数据的直方图生成过程的处理时间，记录图像的大小可以减少至一VGA图像的大小，而与被记录图像的像素数无关。可采用减少的图像生成一直方图。作为选择，采用所获图像的中间部分，也可生成一直方图。下面，将描述这样的操作。
首先，为了容易理解本发明，将在用所有像素数据获得阈值的情况下对数字化处理进行描述，请参见图13。步骤S11，获取的图像被存储在DRAM6中。该获取的图像是一具有预定大小或预定像素数的记录图像。在步骤S13，相应于所获取图像的彩色图像数据，计算出一最佳阈值。在步骤S14，用最佳阈值，将所获取图像的彩色图像数据数字化。
被记录图像的大小或像素数可以由用户选择。例如，用户可以选择SXGA、XGA和VGA中之一作为被记录图像的大小。像素数被分辨率变换部分10变换。这样，存储在DRAM6中的图像依赖于在图像被拍摄之前被选中的大小。结果，存储在DRAM6中的像素数就不同。代替分辨率变换部分10，图像处理块7也可以变换像素数。
当所有像素的数据被利用时，由于存储在DRAM6中的图像被利用，计算的次数和处理时间根据像素数的改变而改变。当图像的大小不同时，用于获得阈值的通用算法就不能使用了。当利用直方图来获得阈值时，由于像素数依据图像的大小而改变，比如，就需要一个用来归一化直方图的处理。
图14示出根据本发明实施例的一用于解决这样问题的处理。在步骤S21，一获取的图像被存储在DRAM6中。此后，所获取图像的大小被调整至预定大小。被调整大小的图像被存储在DRAM6的另一区域，该区域不同于DRAM6的用于存储所获取图像的区域(步骤S22)。该调整大小处理是一用于准确减少原始图像大小和相对减少数据数量的处理，而没有改变图像的色彩信息。
图15示出一所获取图像和一调整大小的图像被存储在DRAM6中的情形。在调整大小处理中，分辨率变换部分10将所获取图像的大小变换成一VGA图像的大小。在该实例中，当被记录图像的大小是VGA时，就不需要执行调整大小处理。
在步骤S23中，相应于被调整大小图像的彩色图像数据，获得一最佳阈值。由于原始图像的彩色信息的分布与被调整大小图像相同，就获得相同的阈值，而与图像的大小无关。在所获取图像被调整至一预定大小后，得到阈值。这样，与被选取的记录图像的大小无关，总是使用同样的算法。用于获得阈值的所需处理时间就变为一恒量。另外，由于被调整大小的图像被存储在DRAM6的另一区域，该区域不同于DRAM6的用于存储所获取图像的区域，所以，所获取图像不会被破坏。这样，在获得阈值之后，能够使用利用所有像素数据的相同算法。
下面，将对本发明的另一实施例(作为第二实施例)进行描述。根据上述实施例(作为第一实施例)，所获取图像的大小被调整至一预定大小。另一方面，根据第二实施例，则运用一稀化处理来处理图像。在稀化处理中，像素被以这样的方式稀化，即彩色信息的分布不变。例如，以一预定的间隔将行稀化。
当用于数字化一获取图像的阈值被获得时，获得所获取图像的彩色信息的分布是重要的。换言之，不必要全部考虑所有像素数据。即使行被适当地稀化，由直方图也能够正确获得阈值。这样，处理就能被快速地执行了。另外，当根据对象而使被稀化的行的数量改变时，也能以最小数据量正确获得阈值。
下面，将对本发明的另一实施例(作为第三实施例)进行描述。根据第三实施例，在一拍摄图像中指定一窗口。仅用窗口内的信息来获得阈值。在该处理中，除了字符和背景之外，图像周边部分的噪声和外围多余图像均被去除。这样，可正确获得阈值。
换言之，当因照相机信号处理的异常而使图像的周边部分被损坏并产生噪声时，假如利用包含了该噪声的信息来获得阈值，则无法正确地获得。另外，当一白纸板或一稀疏的字符原稿被照相时，除了白纸板和字符原稿之外，还有多余的内容被包含在拍摄图像中。这样，就不能正确地获得阈值。
图16A示出了一白纸板被照相的图像的实例。如图16A所示，除了白纸板以外，一些多余的内容也被照相了。当拍摄图像的所有数据都被利用时，就不能正确地获得阈值。结果，如图16B所示，数字化图像的字符就变得不清晰了。根据第三实施例，指定一被虚线标示出且环绕图像中心部分的窗口。仅用窗口里图像的中心部分获得阈值。结果，就能正确地获得阈值，而不受周边图像的影响。如图16C所示，数字化图像变清晰了。因而，字符也变得清晰了。
指定用来获得阈值的信息的窗口大小是拍摄图像中心部分的一预定大小。然而，由于拍摄图像的类型很多，最好是由用户根据对象而指定位置和窗口的大小。图17A、17B、18A和18B示出了一个根据记载字符的白纸板的位置和大小指定窗口(被虚线标示出)的处理实例，根据窗口内的信息而获得一阈值，按照该阈值数字化该图像。实际上，被虚线标示出的窗口指定出了其位置和大小，该窗口与拍摄图像是重叠的。窗口的位置可以被操作输入部分8的箭头键来移动。窗口的大小可以被图像放大键和图像缩小键来调整。窗口也可以被虚线以外的其它形式标示出。窗口的位置和大小可以用不同的方式来改变。由于根据所需对象来获得阈值的部分图像可以被选择，所以能够更准确地获得阈值。
另外，将上述实施例进行组合，则处理时间可以更加缩短且获得的阈值可以更加准确。例如，当所获取图像的大小被调整时，行可以被稀化。作为选择，可以组合利用窗口的部分图像选择处理和调整大小处理。
如上，当一字符原稿被一数字图像记录设备数字化时，或者当一记录图像被再现时，由于数字照相机的屏幕大小不大，很难选取好的字符。因而，即使图像能被用大量的像素记录，由于显示设备的显示性能受限制，选取被记录的字符原稿的内容就变得很不方便。
为解决这一问题，根据本发明的另一实施例，提供一种用于放大和滚动从记录介质9再现的图像的功能。另外，一个放大图像被作为另一图像文件记录在记录介质9上。
图19说明了根据本发明实施例的放大和滚动功能。标记21为一显示系统。显示系统21由显示设备4的一个屏幕22，一个图像变比(放大)键24，一个滚动键25和一个记录键26组成。这些键被设置在操作输入部分8上。变比键24用来从相同大小放大至10倍大小。比如，当按下变比键24时，放大率可以从1倍变为2倍，3倍，......，直到10倍。变比键24也具有缩小被放大图像尺寸的功能。作为选择，另一键(未示)也可以具有缩小被放大图像大小的功能。被放大的图像显示在整个屏幕22上。
屏幕22显示用户需要放大的区域。另外，以对应于该放大率的尺寸，屏幕22叠加一个窗口23。滚动键25在垂直方向和水平方向在屏幕22上移动窗口23。记录键26被用来将一放大的图像记录在记录介质9上。
如图19A所示，在一从记录介质9再现的图像被显示在屏幕22上的状态下，通过移动窗口23来选择一变比区域。然后，如图19B所示，根据一预定放大率显示出放大图像。从而，一字符原稿的图像可以用户能够容易地辨认该图像的大小被显示出来。另外一种操作方法是，可以将放大区域固定在屏幕22的中心部分。一个放大图像可以以一指定的放大率被显示。此后，用滚动键25来滚动该放大图像。
如图19C所示，采用从记录介质9再现的图像27a，用上述操作方法，可以得到一放大图像27b。为了存储放大图像27b，按下记录键26。因此，放大图像27b就被变换成一GIF文件并被存储在记录介质9上。图像27a和放大图像27b被作为不同的文件记录。因而，在一大的字符原稿或类似物上，所需部分均可被放大。放大图像可以作为另一文件存储。
本发明也能够适用于其它的数字图像记录设备以及数字照相机。例如，本发明也能适用于这样的情形，即，用于一移动图像的数字图像记录设备具有静止图像记录功能。另外，本发明也适用于这样的情形，即，用一具有CCD的便携式个人电脑来处理拍摄图像。
按照本发明，根据一捕获的图像，可以执行图像处理。换言之，自然图像可以用一种诸如JPEG法的非可逆编码法来压缩。另一方面，字符原稿可以被数字化并被用一种诸如LZW法的可逆编码法来编码。从而，即使用于这些图像的拍摄装置是共同的，已被压缩的数据的大小可以被进一步减少。另外，能与其背景清楚区分的字符的图像可以被记录和再现。
另外，根据本发明，对于每一捕获的彩色图像，可以生成一亮度数据的直方图。根据直方图而获得阈值。因而，总是能够得到与捕获的图像相应的阈值。另外，由于用于获得阈值的各种参数可与外部不同，可以提供一通用的算法，图像记录设备或者类似物无需依赖于系统。
另外，根据本发明，由一调整大小的图像就能获得阈值，而与被记录的图像的大小无关，用于获得阈值的算法可以通用。因而，可以避免处理时间不同。
另外，根据本发明，由于用一稀化的图像获得阈值，阈值能够被快速获得。通过因对象而改变稀化处理，可以最小的数据量获得阈值。
另外，根据本发明，用图像的部分信息而不是整个图像的数据来获得阈值。因而，可以得到正确的阈值，以便将所需部分最佳地数字化，而不受多余信息的影响。另外，用户可以自由地指定图像的所需部分。从而，用户可以自由地选取他或她想要数字化的那部分图像。
虽然已经相应于优选实施例表示和说明了本发明，但是，应当知道，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神的条件下进行前述和各种其他的更改、变化和删减。

Claims (24)

1.一种用于将所获取的彩色图像信息变换成数字化图像的数字图像处理设备，包括：
用于生成一直方图的装置，该直方图表示彩色图像信息的亮度数据的像素数的分布；以及
用于检测所述直方图的最大值和最小值并将它们的中间值作为阈值的装置，
其中，用该中间值的阈值将所述彩色图像变换成一数字化图像。
2.如权利要求1所述的设备，其中，当获得所述最大值或最小值时，指定一预定的偏移量。
3.如权利要求1所述的设备，其中，当所述最大值和最小值之间的差值小于预定值时，则指定一固定值来代替中间值而作为阈值。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述中间值是可调整的。
5.一种用于将所获取的彩色图像信息变换成数字化图像的数字图像处理方法，包括下述步骤：
(a)生成一直方图，该直方图表示彩色图像信息的亮度数据的像素数的分布；以及
(b)检测所述直方图的最大值和最小值并将它们的中间值作为阈值，
其中，用该中间值的阈值将所述彩色图像变换成一数字化图像。
6.一种用于将一图像作为数字信号记录在一记录介质上的数字图像记录设备，包括：
用于获取彩色图像的图像获取装置；
用于根据一阈值将所获取的彩色图像变换成数字化图像的图像处理设备；以及
用于将所述图像处理装置的输出信号记录在记录介质上的记录装置，
其中，所述图像处理处理装置生成一直方图，该直方图表示彩色图像的亮度数据的像素数的分布，检测所述直方图的最大值和最小值，及将所述彩色图像信号变换成一以所述最大值和最小值的中间值作为阈值的数字化图像。
7.如权利要求6所述的设备，其中，当获得所述最大值或最小值时，指定一预定的偏移量。
8.如权利要求6所述的设备，其中，当所述最大值和最小值之间的差值小于预定值时，则指定一固定值来代替中间值作为阈值。
9.如权利要求6所述的设备，其中，所述中间值是可调整的。
10.一种用于将一图像作为数字图像记录在记录介质上的数字图像记录方法，包括下述步骤：
(a)获取一彩色图像；
(b)相应于一阈值将所获取的彩色图像变换成数字化图像；
(c)将在步骤(b)中输出的输出信号记录在记录介质上，
其中，步骤(b)是这样被执行的，先生成一直方图，该直方图表示彩色图像的亮度数据的像素数的分布，检测所述直方图的最大值和最小值，及将所述彩色图像信号变换成一以所述最大值和最小值的中间值作为阈值的数字化图像。
11.一种用于将一图像作为数字图像记录在记录介质上的数字图像记录设备，包括：
用于获取一彩色图像的图像获取装置；
用于将所获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像的图像处理装置；以及
用于将所述图像处理装置的输出信号记录在所述记录介质上的记录装置，
其中，所述图像处理装置将所获取的彩色图像变换成一具有预定大小或预定像素数的图像，并根据所变换成的图像决定一阈值，再根据该阈值生成一数字化图像。
12.一种用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上的数字图像记录设备，包括：
用于获取一彩色图像的图像获取装置；
用于将所获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像的图像处理装置；以及
用于将所述图像处理装置的输出信号记录在记录介质上的记录装置，
其中，所述图像处理装置将所获取的彩色图像稀化，输出一被稀化的图像，根据该稀化图像决定一阈值，并与该阈值相应生成一数字化图像。
13.一种用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上的数字图像记录设备，包括：
用于获取一彩色图像的图像获取装置；
用于将所获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像的图像处理装置；以及
用于将所述图像处理装置的输出信号记录在记录介质上的记录装置，
其中，所述图像处理装置根据包含从所获取的彩色图像中选取的欲被数字化的对象的部分，决定一阈值，并生成一与该阈值相应的数字化图像。
14.如权利要求11、12或13所述的设备，其中，所获取的图像能够被变换成具有一选择大小或一选择像素数的记录图像。
15.如权利要求11、12或13所述的设备，其中，所述的图像处理装置生成一直方图，该直方图表示被变换图像的亮度数据的像素数的分布，检测该直方图的最大值和最小值，并将所述最大值和最小值的中间值指定为阈值。
16.如权利要求12所述的设备，其中，所述稀化处理是通过将彩色图像的行稀化而执行的。
17.如权利要求12所述的设备，其中，所述稀化处理可以根据对象而改变。
18.如权利要求13所述的设备，其中，显示所述部分，所述部分的位置和大小是可以改变的。
19.一种用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上的数字图像记录方法，包括下述步骤：
(a)将所获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像；
(b)将所述数字化图像记录在记录介质上；
(c)将所获取的彩色图像变换成一具有预定大小或预定像素数的图像；
(d)根据所变换的图像决定阈值；以及
(e)生成与所述阈值相应的数字化图像。
20.一种用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上的数字图像记录方法，包括下述步骤：
(a)将所获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像；
(b)将所述数字化图像记录在记录介质上；
(c)将所获取的彩色图像稀化以便生成一被稀化的图像；
(d)根据该被稀化的图像决定阈值；以及
(e)生成与所述阈值相应的数字化图像。
21.一种用于将一图像作为数字信号记录在记录介质上的数字图像记录方法，包括下述步骤：
(a)将所获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像；
(b)将所述数字化图像记录在记录介质上；
(c)根据包含从所获取的彩色图像中选取的欲被数字化的对象的部分，决定一阈值；
(d)生成一与所述阈值相应的数字化图像。
22.一种用于将一图像作为数字信号发送至一通信媒体的数字图像发送方法，包括下述步骤：
(a)将所获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像；
(b)将所述数字化图像发送至所述通信媒体；
(c)将所获取的彩色图像变换成一具有预定大小或预定像素数的图像；
(d)决定相应于所变换的图像的阈值；以及
(e)生成与所述阈值相应的数字化图像。
23.一种用于将一图像作为数字信号发送至一通信媒体的数字图像发送方法，包括下述步骤：
(a)将所获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像；
(b)将所述数字化图像发送至所述通信媒体；
(c)将所获取的彩色图像稀化以便生成一被稀化的图像；
(d)决定相应于该被稀化的图像的阈值；以及
(e)生成与所述阈值相应的数字化图像。
24.一种用于将一图像作为数字信号发送至一通信媒体的数字图像发送方法，包括下述步骤：
(a)将所获取的彩色图像变换成相应于一阈值的数字化图像；
(b)将所述数字化图像发送至所述通信媒体；
(c)根据含有从所获取的彩色图像中选取的欲被数字化的对象的部分，决定一阈值；以及
(d)生成与所述阈值相应的数字化图像。
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