DE102017119023A1

DE102017119023A1 - Verfahren zur Bildverarbeitung und Scansystem unter Verwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102017119023A1
Application number: DE102017119023.6A
Authority: DE
Inventors: Cheng-Hsun Hsu; Huei-Chuan Tai
Original assignee: Microtek International Inc
Current assignee: Microtek International Inc
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2019-02-21

Abstract

Ein Scansystem umfasst eine Scaneinrichtung (10) und eine Recheneinrichtung (20). Die Scaneinrichtung (10) scannt ein Objekt (B), um ein Originalbild (A) zu erzeugen, wobei das Originalbild (A) eine Vielzahl von Farben (A11, A21, A31, A12, A22, A32) enthält. Die Recheneinrichtung (20) ist elektrisch mit der Scaneinrichtung (10) verbunden und führt ein Verfahren zur Bildverarbeitung mit den folgenden Schritten durch: Empfangen des von der Scaneinrichtung (10) erzeugten Originalbildes (A); Angeben einer Anzahl von mehreren Schichten (L1, L2, L3) (S12); Zuordnen einer jeden Farbe (A11, A21, A31, A12, A22, A32; C0, ... , C213) des Originalbildes (A) zu einer der Vielzahl von Schichten (L1, L2, L3) (S13); Bestimmen eines Höhenwerts (H1, H2, H3) einer jeden Schicht (L1, L2, L3) (S15); und Zuordnen des Höhenwerts (H1, H2, H3) einer jeden Schicht (L1, L2, L3) zu einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht (L1, L2, L3) im Originalbild (A), um ein Höhenbild zu erzeugen (S16).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildverarbeitung und ein Scansystem unter Verwendung des Verfahrens, insbesondere ein Verfahren zur Bildverarbeitung und ein Scansystem unter Verwendung des Verfahrens, die ein Höhenbild erzeugen können.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Es gibt viele Verfahren, um ein planares Bild in ein 3D-Bild umzuwandeln. Beispielsweise verarbeitet ein Parallaxen-basiertes Verfahren eine Vielzahl von planaren Bildern, die einem identischen Objekt entsprechen, um ein 3D-Bild zu erzeugen. Wenn es nur ein planares Bild gibt, ist es unwahrscheinlich, dass der Benutzer ein 3D-Bild unter Verwendung der oben erwähnten Methode erzeugt. Um ein Höhenbild zu erzeugen, das dem Originalbild ähnelt, müssen die herkömmlichen Verfahren zur Bildverarbeitung vielfältige Informationen von Pixeln des Originalbildes, einschließlich der Informationen zu Segmenten, Grenzen, Farben, Helligkeitswerten und Eigenwerten der Bilder, verarbeiten.
Somit sind die herkömmlichen Verfahren zur Bildverarbeitung gewöhnlich sehr kompliziert und benötigen ein komplexes Computersystem. Daher sind die herkömmlichen Verfahren zur Bildverarbeitung schwer in einer „schlanken“ Recheneinrichtung und einem einfachen Scansystem durchzuführen. Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Industrie, ein Verfahren zur Bildverarbeitung und ein Scansystem unter Verwendung des Verfahrens zu entwickeln, die in der Lage sind, ein Höhenbild zu erzeugen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildverarbeitung und ein Scansystem (Abtastsystem) unter Verwendung des Verfahrens bereit, wobei eine Recheneinrichtung verwendet wird, um eine Vielzahl von Schichten zu erzeugen, die jeweils unterschiedliche Höhenwerte gemäß einer Vielzahl von Farben des Originalbildes aufweisen, und um dann ein Höhenbild zu erzeugen.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Bildverarbeitung der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte: Eingeben eines Originalbildes in eine Recheneinrichtung; Angeben einer Anzahl von mehreren Schichten; Zuweisen einer jeden Farbe des Originalbildes zu einer der Vielzahl von Schichten; Bestimmen eines Höhenwerts einer jeden Schicht; und Zuordnen des Höhenwerts einer jeden Schicht zu einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht im Originalbild, um ein Höhenbild zu erzeugen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Scansystem der vorliegenden Erfindung eine Scaneinrichtung (Abtasteinrichtung) und eine Recheneinrichtung. Die Scaneinrichtung scannt ein Objekt, um ein Originalbild zu erzeugen, wobei das Originalbild eine Vielzahl von Farben enthält. Die Recheneinrichtung ist mit der Scaneinrichtung elektrisch verbunden und führt ein Verfahren zur Bildverarbeitung durch. Das Verfahren zur Bildverarbeitung umfasst die folgenden Schritte: Empfangen des von der Scaneinrichtung erzeugten Originalbildes; Angeben einer Anzahl von mehreren Schichten; Zuweisen einer jeden Farbe des Originalbildes zu einer der Vielzahl von Schichten; Bestimmen eines Höhenwerts einer jeden Schicht; und Zuordnen des Höhenwerts einer jeden Schicht zu einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht im Originalbild, um ein Höhenbild zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein Verfahren zur Bildverarbeitung.
Im Folgenden werden Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, um die Aufgaben, technischen Inhalte, Merkmale und Errungenschaften der vorliegenden Erfindung leicht zu verstehen.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bildverarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Draufsicht, die schematisch ein Originalbild gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Diagramm, das schematisch eine Verteilungskurve der Pixelanzahlen in Bezug auf verschiedene Farben eines Originalbildes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Zeichnung, die schematisch eine Vielzahl von Schichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Draufsicht, die schematisch ein Bild mit weniger Farben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Höhenbildes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt schematisch eine Draufsicht eines 3D-Bildes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt schematisch einen zentralen Abschnitt eines 3D-Bildes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
9 ist eine schematische Ansicht eines Scansystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird im Detail mit Ausführungsbeispielen und den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsformen dienen jedoch lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, jedoch nicht dazu, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Zusätzlich zu den in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen gilt die vorliegende Erfindung auch für andere Ausführungsformen. Ferner ist jede Modifikation, Variation oder Substitution, die leicht von den Fachleuten auf dem Gebiet der Technik gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden kann, ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, der auf den unten angegeben Ansprüchen beruht. Obwohl viele spezielle Details hierin bereitgestellt werden, damit die Leser die vorliegende Erfindung besser verstehen können, kann die vorliegende Erfindung auch noch unter Bedingungen praktiziert werden, bei denen diese speziellen Details teilweise oder vollständig weggelassen werden. Außerdem werden die Elemente oder Schritte, die dem Fachmann bekannt sind, hier nicht beschrieben, da die vorliegende Erfindung ansonsten unnötig beschränkt ist. Ähnliche, identische oder oder gleich wirkende Elemente sind in den Zeichnungen mit ähnlichen oder identischen Bezugszeichen versehen. Ferner sind der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Scansystem ausgestaltet sein können und sind nicht als abschließende Beschränkung zu verstehen. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Außerdem sind in den Zeichnungen unwesentliche Details nicht notwendigerweise dargestellt, um eine Prägnanz der Zeichnungen zu erreichen.
Es wird nun Bezug auf 1 genommen, das ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bildverarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Verfahren zur Bildverarbeitung der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte S11-S17. In Schritt S11 wird ein Originalbild in eine Recheneinrichtung eingegeben, wobei das Originalbild eine Vielzahl von Farben enthält. Es sollte hier erklärt werden: das Originalbild ist ein farbiges 2D-Bild, das frei von Informationen zu Höhenwerten ist. Beispielsweise enthält das Originalbild A sechs Farben: A11, A12, A21, A22, A31 und A32, wie in 2 gezeigt. In einer Ausführungsform wird das Originalbild A durch eine Kamera oder eine Scaneinrichtung (Abtasteinrichtung) erfasst. In einer anderen Ausführungsform gibt ein Benutzer das Originalbild A in die Recheneinrichtung ein. Beispielsweise ist das Originalbild ein öffentlich zugängliches 2D-Bild, das aus dem Internet heruntergeladen wurde.
In Schritt S12 wird eine Anzahl von mehreren Schichten (Layers) angegeben. In einer Ausführungsform wird die Anzahl der Schichten durch die Recheneinrichtung vorgegeben, die durch die Recheneinrichtung gemäß dem Originalbild bestimmt oder vom Benutzer spezifiziert / modifiziert wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Art und Weise der Bestimmung der Anzahl der Schichten beschränkt. Siehe nun 3. In einer Ausführungsform verwendet die Recheneinrichtung gemäß der Verteilungskurve der Pixelanzahlen in Bezug auf verschiedene Farben des Originalbildes die relativen Maximalwerte (die Peaks), um die Anzahl der Schichten zu bestimmen, wobei die Verteilungskurve der Pixelanzahlen in Bezug auf verschiedene Farben eine Verteilungskurve der Pixelanzahlen in Bezug auf Farbniveaus oder die Verteilungskurve der Pixelanzahlen in Bezug auf Chrominanzen sein kann. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht durch die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise hat die Verteilungskurve der Pixelanzahlen in Bezug auf verschiedene Farben in 3 sechs Spitzen (Peaks) in den Farben: C3, C5, C112, C116, C213 und C215. Daher bestimmt die Recheneinrichtung automatisch, dass die wahrscheinliche Anzahl von Schichten 6 ist. Jedoch kann die Recheneinrichtung auch die Anzahl der Schichten als einen gegebenen Wert voreinstellen. Alternativ kann der Benutzer die Anzahl der Schichten als drei (3) manuell festlegen, das heißt die Schichten L1, L2 und L3, wie in 3 gezeigt.
In Schritt S13 weist die Recheneinrichtung jede Farbe des Originalbildes einer Schicht der Vielzahl von Schichten zu. Siehe nun 3 und 4. In einer Ausführungsform führt die Recheneinrichtung gemäß der Verteilungskurve der Pixelanzahlen in Bezug auf verschiedene Farben einen K-Means-Algorithmus aus, um alle Farben des Originalbildes einer Vielzahl von Clustern zuzuordnen, die der Vielzahl von Schichten L1, L2 und L3 entsprechen. In einem Beispiel wird in der Verteilungskurve der Pixelanzahlen in Bezug auf verschiedene Farben von 3 eine Vielzahl von Farben C0, C1, C2, C3, C4 und C5 im linken Bereich der Schicht L1 zugeordnet; eine Vielzahl von Farben C111, C112, C113 und C114 im mittleren Bereich wird der Schicht L2 zugeordnet; eine Vielzahl von Farben C210, C211, C212 und C213 im rechten Bereich wird der Schicht L3 zugeordnet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Mit anderen Worten korreliert in Schritt S13 die Recheneinrichtung alle Farben des Originalbildes mit der Vielzahl von Schichten L1, L2 und L3, wobei eine Farbe nicht einer Vielzahl von Schichten sondern nur einer Schicht zugeordnet werden kann. Allerdings erlaubt das Berechnen die Korrelation zwischen den Farben und den Schichten entsprechend der Anweisung des Benutzers zu modifizieren. Beispielsweise werden die Farben C0 und C1 nicht automatisch der Schicht L1 zugeordnet, sondern der Schicht L3 entsprechend der Anweisung des Benutzers zugeordnet, wobei eine Farbe immer noch nur einer Schicht zugeordnet werden darf.
In einer Ausführungsform verwendet die Recheneinrichtung ein Tontrennverfahren, wie das Posterisierungsverfahren von Photoshop, um jede Farbe des Originalbildes einer Schicht aus einer Vielzahl von Schichten zuzuordnen, wobei, um die Korrelation zwischen Farben und Schichten herzustellen, eine Farbe nicht einer Vielzahl von Schichten zugeordnet werden darf, sondern nur einer Schicht zugeordnet werden kann. Es ist leicht zu verstehen dass die Anzahl der Cluster die dritte Potenz von n sein muss, wobei n eine natürliche Zahl ist. Wenn n gleich 2 ist, hat jede Farbkomponente (R, G, B) nur zwei Unterkomponenten 0 und 255. So erhält man acht Cluster-Mittelpunkte (0, 0, 255), (0, 255, 0), (255, 0, 0), (0, 255, 255), (255, 255, 255), (255, 0, 255) und (255, 255, 0). Wenn n gleich 3 ist, hat jede Farbkomponente (R, G, B) drei Unterkomponenten 0, 85 und 255. So erhält man 27 Cluster-Mittelpunkte (0, 0, 0), (0, 0, 85), (0, 0, 255) ... usw. Die gesamten Cluster-Mittelpunkte können von Fachleuten leicht berechnet werden und werden hier nicht alle aufgezählt.
In einer Ausführungsform verwendet die Recheneinrichtung ein Histogrammpixel-Trennverfahren, um jede Farbe des Originalbildes einer Schicht aus einer Vielzahl von Schichten zuzuordnen, wobei, um die Korrelation zwischen Farben und Schichten herzustellen, eine Farbe nicht einer Vielzahl von Schichten zugeordnet werden darf, sondern nur einer Schicht zugeordnet werden kann. Falls angenommen das gesamte Bild 900 Pixel hat und die 900 Pixel in 3 Cluster aufgeteilt werden sollen, dann umfasst jeder Cluster 900/3 = 300 Pixel. Die Pixelanzahlen in Bezug auf Histogramm-Ebenen beginnen ab 0 zu zählen. Wenn die Gesamtzahl der Pixel 300 erreicht hat, werden diese Pixel einem identischen Cluster zugeordnet. Unter dem identischen Cluster wird eine der Histogramm-Ebenen, die die größte Anzahl von Pixeln hat, als Mittelpunkt des identischen Clusters verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen oder Beispiele beschränkt. Ein Fachmann mit allgemeinem Fachwissen sollte in der Lage sein, Modifikationen oder Variationen vorzunehmen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Um dem Benutzer zu erleichtern, zu bestimmen, ob die Korrelation zwischen Schichten und Farben manuell modifiziert beziehungsweise spezifiziert werden soll, werden die Konzepte zu abstrakten Schichten und Farbclustering in ein konkretes Bild mit weniger Farben umgewandelt, welches Bild vom Benutzer betrachtet werden soll. Die Einzelheiten dazu werden nachfolgend beschrieben.
In Schritt S14 ordnet die Recheneinrichtung die repräsentative Farbe einer jeden Schicht einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht im Originalbild zu („Mapping“), um ein Bild mit weniger Farben zu erzeugen. In einer Ausführungsform wird die repräsentative Farbe jeder Schicht aus den Farben ausgewählt, die die Schicht durch die Recheneinrichtung oder den Benutzer enthält. In einer anderen Ausführungsform wird eine Farbe, die nicht durch eine Schicht enthalten ist, als die repräsentative Farbe der Schicht ausgewählt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt. Siehe nun 2, 4 und 5. Das Originalbild A ist ein 2D-Bild mit sechs Farben. Somit enthalten die von jedem Pixel getragenen Informationen Koordinatenwerte und eine Farbe. Beispielsweise werden die Koordinatenwerte und die Farbe eines ersten Pixels als (X1, Y1, C1) ausgedrückt; die Koordinatenwerte und die Farbe eines zweiten Pixels werden als (X2, Y2, C2) ausgedrückt. Die Schicht, zu der jede Farbe gehört, kann aus der Korrelation zwischen den Schichten L1, L2, L3 und den Farben des Originalbildes gelernt werden. Beispielsweise gehört C1 zu Schicht L1. Jede Schicht hat nur eine repräsentative Farbe. Beispielsweise ist die repräsentative Farbe der Schicht L1 C5. Gemäß den oben erwähnten Informationen kann die Recheneinrichtung herausfinden, dass die Koordinatenwerte und die repräsentative Farbe des ersten Pixels des Bildes AL mit weniger Farben (X1, Y1, C5) sind und dass die Koordinatenwerte und die repräsentative Farbe des zweiten Pixels des Bildes AL mit weniger Farben (X2, Y2, C5) ist. Wenn man die oben erwähnten Schritte in ähnlicher Weise durchführt, ordnet die Recheneinrichtung die repräsentativen Farben der Schichten entsprechend der Korrelation der Schichten und Farben im Originalbild zu („Mapping“), um ein Bild AL mit weniger Farben zu erhalten, welches Bild AL die Informationen zu den Koordinatenwerten und den repräsentativen Farben der Pixel enthält, wie in 5 gezeigt.
Es sollte weiter erläutert werden: Das Originalbild A enthält sechs Farben: A11, A12, A21, A22, A31 und A32 (wie in 2 gezeigt), und das Bild AL mit weniger Farben wird durch die repräsentativen Farben der Schichten L1, L2 und L3 gebildet (wie in 5 gezeigt). Es wird durch Vergleich von 2 mit 5 gelernt: Die Farben A11 und A12 des Originalbildes A werden einer identischen Schicht L1 im Bild AL mit weniger Farben zugeordnet und haben somit die gleiche repräsentative Farbe C5. Ähnlich werden die Farben A21 und A22 des Originalbildes A einer identischen Schicht L2 im Bild AL mit weniger Farben zugeordnet und haben somit die gleiche repräsentative Farbe C112. Die Farben A31 und A32 des Originalbildes A werden einer identischen Schicht L3 im Bild AL mit weniger Farben zugeordnet und haben somit die gleiche repräsentative Farbe C213. Somit verarbeitet der Schritt S14 das Originalbild A, das eine Vielzahl von Farben enthält, in das Bild AL mit weniger Farben, das durch drei repräsentative Farben C5, C112 und C213 gebildet wird.
In Schritt S15 wird ein Höhenwert einer jeden Schicht bestimmt, wobei der Höhenwert automatisch von der Recheneinrichtung erzeugt oder vom Benutzer manuell vorgegeben wird. Normalerweise nimmt das menschliche Sehvermögen wahr, dass die warmen Farben (wie beispielsweise die Farbe Rot und die Farbe Orange) weniger voneinander beabstandet sind und dass die kühlen Farben (wie beispielsweise die Farbe Blau und die Farbe Lila) mehr voneinander beabstandet sind. Darüber hinaus nimmt das menschliche Sehvermögen wahr, dass ein Objekt mit höherer Helligkeit (höhere Chrominanz) in geringerer Entfernung liegt und dass ein Objekt mit geringerer Helligkeit (niedrige Chrominanz) in größerer Entfernung liegt. Daher können Chrominanz oder Helligkeit als Referenz zur Berechnung der Höhe verwendet werden. In einer Ausführungsform bestimmt die Recheneinrichtung den Höhenwert jeder Schicht entsprechend der Chrominanz oder Helligkeit der repräsentativen Farbe der Schicht, wobei die repräsentative Farbe aus den Farben ausgewählt wird, die von der Schicht enthalten oder durch den Benutzer spezifiziert sind. Siehe nun 3 und 4. Über Schritt S13 enthält Schicht 1 eine Vielzahl von Farben C0, C1, C2, C3, C4 und C5; Schicht 2 enthält eine Vielzahl von Farben C111, C112, C113 und C114; Schicht 3 enthält eine Vielzahl von Farben C210, C211, C212 und C213. Als nächstes wählt die Recheneinrichtung eine repräsentative Farbe für jede Schicht aus. Alternativ gibt der Benutzer für jede Schicht eine repräsentative Farbe an. Beispielsweise ist die repräsentative Farbe von Schicht 1 die Farbe C5; die repräsentative Farbe von Schicht 2 ist die Farbe C111; die repräsentative Farbe von Schicht 3 ist die Farbe C213. Als nächstes werden die Höhenwerte entsprechend den repräsentativen Farben gemäß der Beziehung zwischen den repräsentativen Farben und den visuellen Höhen berechnet. Die oben genannte Beziehung kann eine lineare Gleichung oder eine quadratische Gleichung sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Dadurch wird eine Vielzahl von Höhenwerten H1, H2 und H3 erzeugt, die der Vielzahl der Schichten L1, L2 und L3 entsprechen, wie in 4 gezeigt.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorgenannten Schritte beschränkt. In einer Ausführungsform kann der Benutzer auch das Höhenbild anpassen, indem er der Recheneinrichtung Anweisungen gibt, den Höhenwert jeder Schicht manuell festzulegen. Daher kann der Schritt S14 zum Erzeugen eines Bildes mit weniger Farben in einigen Ausführungsformen weggelassen werden, und die Recheneinrichtung oder der Benutzer kann immer noch den Höhenwert jeder Schicht bestimmen (Schritt S15). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen oder Beispiele beschränkt. Ein Fachmann mit allgemeinem Fachwissen sollte in der Lage sein, Modifikationen oder Variationen vorzunehmen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Siehe nun 6. In Schritt S16 ordnet die Recheneinrichtung den Höhenwert einer jeden Schicht einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht im Originalbild zu („Mapping“), um ein Höhenbild zu erzeugen. Das Originalbild ist ein 2D-Bild, das eine Vielzahl von Farben enthält. Somit umfassen die Bildinformationen jedes Pixels des Originalbildes Koordinatenwerte und eine Farbe. Beispielsweise werden die Koordinatenwerte und die Farbe eines ersten Pixels als (X1, Y1, C1) ausgedrückt. Weiterhin kann gemäß der Korrelation zwischen allen Farben und der Vielzahl von Schichten L1, L2 und L3 gelernt werden, zu welcher Schicht jede Farbe gehört. Beispielsweise gehört C1 zu Schicht L1. Außerdem hat eine Schicht nur einen Höhenwert. Beispielsweise hat Schicht 1 einen Höhenwert von H1. Dabei kann die Recheneinrichtung die Koordinatenwerte und den Höhenwert des ersten Pixels (X1, Y1, H1) berechnen. In ähnlicher Weise, wie bei der Korrelation zwischen den Schichten und den Farben, ordnet die Recheneinrichtung die Höhenwerte der Schichten im Originalbild zu, um ein Höhenbild zu erzeugen, das Höhenwerte enthält, wie in 5 gezeigt. In einer Ausführungsform werden die Farben des Originalbildes auf dem Höhenbild nicht dargestellt. Mit anderen Worten enthält das Höhenbild noch nicht die Informationen zu den Farben, sondern enthält in diesem Fall nur Koordinatenwerte und Höhenwerte. Es ist leicht zu verstehen, dass das Höhenbild auch die Farben des Originalbildes enthalten kann. Mit anderen Worten enthält jedes Pixel des Höhenbildes einen Farbwert und einen Höhenwert.
Die Höhenunterschiede der Vielzahl von Schichten erzeugen jedoch eine sägezahnartige Kontur, wenn das Höhenbild aus 5 in Seitenansicht betrachtet wird. Eine solche Situation kann in einigen Anwendungen Modifizierungen erfordern. Beispielsweise, während der Benutzer das Höhenbild in einen 3D-Drucker eingibt, um eine Tapete mit Höhenunterschieden auszugeben, können scharfe Kanten der sägezahnartigen Konturen auf der Oberfläche der Tapete erscheinen und zu einem schlechten taktilen Gefühl führen. In Schritt S17 glättet daher die Recheneinrichtung die benachbarten Schichten, wobei die Höhen der benachbarten Schichten graduell variiert werden, um die Schichten entlang der Höhenrichtung zu glätten, wodurch ein gleichmäßes, geschmeidiges beziehungsweise problemfreies Höhenbild erzeugt wird, das die Qualität der Produkte bei der Anwendung von 3D-Drucken verbessert. Es ist leicht zu verstehen: Schritt S17 ist ein optionaler Schritt, und der Benutzer kann den Schritt nach Bedarf annehmen oder auslassen je nach Erfordernis. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen oder Beispiele beschränkt.
Siehe nun 7 und 8. In einer Ausführungsform erzeugt die Recheneinrichtung ein 3D-Bild AS entsprechend dem Höhenbild, um ein 3D-farbiges Bild für den Benutzer bereitzustellen. Beispielsweise ordnet die Recheneinrichtung die Koordinatenwerte und Farbwerte der Pixel des Originalbildes den Koordinatenwerten und Höhenwerten der Pixel des Höhenbildes zu („Mapping“), um ein 3D-Bild AS zu erzeugen. Da jedes Pixel des 3D-Bildes AS die Informationen der Koordinatenwerte, des Höhenwerts und des Farbwertes enthält, wird eine Vielzahl von Farben A11, A12, A21, A22, A31 und A32 auf dem 3D-Bild AS dargestellt, wie in 7 und 8 gezeigt.
Es sollte hier weiter erläutert werden: Die vorgenannten Schritte werden nicht notwendigerweise in der Reihenfolge der Beschreibung oder der Reihenfolge der Beschilderung durchgeführt, sondern können in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Schritt S12 in 1 vor dem Schritt S11 durchgeführt werden; Schritt S14 kann nach Schritt S16 durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen oder Beispiele beschränkt. Ein Fachmann mit allgemeinem Fachwissen sollte in der Lage sein, Modifikationen oder Variationen vorzunehmen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Siehe nun 2 und 9. Nachfolgend wird ein Scansystem beschrieben, das eine Scaneinrichtung 10 (Abtasteinrichtung) und eine Recheneinrichtung 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Die Scaneinrichtung 10 scannt ein Objekt B, um ein Originalbild A zu erzeugen, wobei das Originalbild A eine Vielzahl von Farben enthält. In einer Ausführungsform weist das Objekt B eine planare Oberfläche oder eine 3D-Oberfläche mit Höhenunterschieden auf. Die vorliegende Erfindung beschränkt jedoch nicht besonders den Zustand der Oberfläche des Objekts B. Die technischen Inhalte und Ausführungsformen der Verarbeitung des Originalbildes wurden bereits hierin zuvor beschrieben und werden daher hier nicht wiederholt.
Die Scaneinrichtung 10 umfasst eine lichtemittierende Einheit 11, eine Bilderfassungseinheit 12, eine Antriebseinheit 13, eine Steuereinheit 14 und eine Plattform 15. Die lichtemittierende Einheit 11 erzeugt ein Beleuchtungslicht L, um die Oberfläche des Objektes B zu beleuchten. In einer Ausführungsform sind die Bilderfassungseinheit 12 und das Objekt B auf derselben Seite der Plattform 15 angeordnet, wodurch eine reflektierende Scaneinrichtung realisiert wird. In einer Ausführungsform sind die Bilderfassungseinheit 12 und das Objekt B auf gegenüberliegenden Seiten der Plattform 15 angeordnet, wodurch eine Durchlicht-Scaneinrichtung realisiert ist. In einer Ausführungsform ist die Bilderfassungseinheit 12 ein Photosensor vom linearen Typ oder ein Photosensor vom Flächentyp. In einer Ausführungsform umfasst die Bilderfassungseinheit 12 eine ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD) oder einen Kontaktbildsensor (CIS). Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt. Die Antriebseinheit 13 treibt die Bilderfassungseinheit 12 und das Objekt B an, um eine Relativbewegung auszuführen, wodurch das Objekt B gescant (abgetastet) wird. In einer Ausführungsform ist die Antriebseinheit 13 mit der Bilderfassungseinheit 12 gekoppelt und treibt die Bilderfassungseinheit 12 an, um das Objekt B zu scannen (abzutasten). In einer Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit eine in der Zeichnung nicht gezeigte Verbindungsanordnung, die mit der Bilderfassungseinheit 12 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist die lichtemittierende Einheit 11 mit der Antriebseinheit 13 über die Verbindungsanordnung gekoppelt und arbeitet synchron mit der Bilderfassungseinheit 12 zusammen, um das Objekt B zu scannen. Die Steuereinheit 14 ist elektrisch mit der Bilderfassungseinheit 12 verbunden und steuert die Bilderfassungseinheit 12, um das Originalbild A zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben genannten Ausführungsformen oder Beispiele beschränkt. Ein Fachmann mit allgemeinem Fachwissen sollte in der Lage sein, Modifikationen oder Variationen vorzunehmen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Recheneinrichtung 20 ist mit der Scaneinrichtung 10 elektrisch verbunden und führt ein Verfahren zur Bildverarbeitung aus. Das Verfahren zur Bildverarbeitung umfasst die folgenden Schritte: Empfangen eines Originalbildes A, das durch die Scaneinrichtung 10 erzeugt wurde; Spezifizieren einer Anzahl einer Vielzahl von Schichten; Zuweisen einer jeden Farbe des Originalbildes A zu einer der Vielzahl von Schichten; Bestimmen eines Höhenwerts für jede Schicht; und Zuordnen des Höhenwerts einer jeden Schicht zu einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht im Originalbild, um ein Höhenbild zu erzeugen. Die Details und Ausführungsformen des Verfahrens zur Bildverarbeitung wurden bereits vorstehend beschrieben und werden daher hier nicht wiederholt.
In einer Ausführungsform umfasst die Recheneinrichtung 20 eine Verarbeitungseinheit 21 und eine Anzeigeeinheit 22. Die Verarbeitungseinheit 21 ist elektrisch mit der Steuereinrichtung 14 der Scaneinrichtung 10 verbunden und empfängt das von der Scaneinrichtung 10 erzeugte Originalbild A. In einer Ausführungsform umfasst die Verarbeitungseinheit 21 einen zentralen Prozessor (CPU, Central Processing Unit), einen anwendungsspezifischen Prozessor (ASP, application-specific processor), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, application-specific integrated circuit) oder eine Mikrocontrollereinheit (MCU, microcontroller unit). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen oder Beispiele beschränkt. Die Verarbeitungseinheit 21 kann das vorstehend erwähnte Verfahren zur Bildverarbeitung ausführen, wie beispielsweise das in 1 oder 6 gezeigte Verfahren zur Bildverarbeitung.
Die Anzeigeeinheit 22 ist elektrisch mit der Verarbeitungseinheit 21 verbunden und kann das in 2 gezeigte Originalbild, die Verteilungskurve der Pixelanzahlen in Bezug auf verschiedene in 3 gezeigte Farben, das in 5 gezeigte Höhenbild, das in 7 gezeigte Bild AL mit weniger Farben und das in 8 gezeigte 3D-Bild AS darstellen. Die Technologien, die mit den Bildern und Verteilungskurven zusammenhängen, wurden bereits vorstehend beschrieben und werden daher hier nicht wiederholt. In einer Ausführungsform umfasst die Anzeigeeinheit eine Kathodenstrahlröhre, eine lichtemittierende Diodenanzeigeeinrichtung, eine Kristallflüssigkeitsanzeigeeinrichtung oder einen durch Berührung gesteuerten Bildschirm. Es sollte beachtet werden: Die Scaneinrichtung und die Recheneinrichtung können zu einem integralen Körper kombiniert werden. In einer Ausführungsform umfasst die Scaneinrichtung 10 selbst eine Verarbeitungseinheit 21 und eine Anzeigeeinheit 22. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen oder Beispiele beschränkt.
Es ist leicht zu verstehen, dass das durch die herkömmlichen Verfahren zur Bildverarbeitung erzeugte hochauflösende Höhenbild bei einigen Anwendungen nicht verwendet werden kann, wie beispielsweise bei der Anwendung eines 3D-Druckers, um eine Relief-Tapete auszugeben (Tapete mit Höhenunterschieden), das heißt bei der Anwendung eines 3D-Druckers, um ein körperliches Objekt mit Höhenunterschieden auszugeben. In einem solchen Fall ist das, was der Benutzer braucht, nicht das herkömmliche Verfahren zur Bildverarbeitung, das hochauflösende Höhenbilder erzeugt, sondern ein Verfahren zur Bildverarbeitung und ein Scansystem unter Verwendung des Verfahrens, wobei die Höhenwerte gemäß der Anforderung des Benutzer vereinfacht beziehungsweise spezifiziert werden können.
In einer Ausführungsform umfasst das Scansystem der vorliegenden Erfindung eine Scaneinrichtung 10, eine Recheneinrichtung 20 und einen 3D-Drucker (in den Zeichnungen nicht gezeigt). Der 3D-Drucker ist elektrisch mit der Recheneinrichtung 20 verbunden und gibt ein körperliches Objekt mit Höhenunterschieden entsprechend einem Höhenbild oder einem 3D-Bild aus. In einer Ausführungsform ist der 3D-Drucker ein Quetsch-Drucker (Squeeze Printer), ein Pulver-basierter 3D-TintenstrahlDrucker, ein 3D-Abscheidungs-Drucker oder ein 3D-Drucker, der auf einem mit Licht härtbarem Harz basiert (wie beispielsweise ein 3D-Drucker mit UV-härtbarem Harz). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen oder Beispiele beschränkt.
Zusammenfassend schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildverarbeitung und ein das Verfahren zur Bildverarbeitung verwendende Scansystem (Abtastsystem) vor, wobei eine Rechenvorrichtung eine Vielzahl von Schichten erzeugt, die jeweils unterschiedliche Höhenwerte gemäß einer Vielzahl von Farben eines Originalbildes aufweisen, um dadurch ein Höhenbild zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung kann ein Höhenbild erzeugen, wobei lediglich die Farben des Originalbildes verwendet werden, die von der Verarbeitung zusätzlicher komplizierter und vielfältiger Bildinformationen ausgenommen sind. Die vorliegende Erfindung kann dem Benutzer ferner ermöglichen, die Höhenwerte eines Höhenbildes zu spezifizieren beziehungsweise zu modifizieren, wodurch flexiblere und praktikablere Lösungen der Bildverarbeitung für den Benutzer bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Scaneinrichtung (Abtasteinrichtung)
11: lichtemittierende Einheit
12: Bilderfassungseinheit
13: Antriebseinheit
14: Steuereinheit
15: Plattform
20: Recheneinrichtung
21: Verarbeitungseinheit
22: Anzeigeeinheit
A: Originalbild
A11: Farbe
A21: Farbe
A31: Farbe
A12: Farbe
A22: Farbe
A32: Farbe
B: Objekt
AL: Bild mit weniger Farben
AS: 3D-Bild
H1: Höhenwert
H2: Höhenwert
H3: Höhenwert
L: Beleuchtungslicht
L1: Schicht
L2: Schicht
L3: Schicht

Claims

Verfahren zur Bildverarbeitung mit den Schritten: Eingeben eines Originalbildes (A) in eine Recheneinrichtung (20), wobei das Originalbild (A) eine Vielzahl von Farben (A11, A21, A31, A12, A22, A32) enthält (S11); Angeben einer Anzahl von mehreren Schichten (L1, L2, L3) (S12); wobei die Recheneinrichtung (20) jede Farbe (A11, A21, A31, A12, A22, A32; C0, ... , C213) des Originalbildes (A) einer Schicht der Vielzahl von Schichten (L1, L2, L3) zuweist (S13); Bestimmen eines Höhenwerts (H1, H2, H3) einer jeden Schicht (L1, L2, L3) (S15); wobei die Recheneinrichtung (20) den Höhenwert (H1, H2, H3) einer jeden Schicht (L1, L2, L3) einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht (L1, L2, L3) im Originalbild (A) zuordnet, um ein Höhenbild zu erzeugen (S16).
Verfahren zur Bildverarbeitung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Vielzahl von Schichten (L1, L2, L3) von der Recheneinrichtung (20) automatisch erzeugt wird.
Verfahren zur Bildverarbeitung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Schichten (L1, L2, L3) durch den Benutzer vorgegeben wird.
Verfahren zur Bildverarbeitung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Recheneinrichtung (20) jede Farbe (A11, A21, A31, A12, A22, A32; C0, ... , C213) des Originalbildes (A) einer der mehreren Schichten (L1, L2, L3) gemäß einem K-Means-Algorithmus, einem Tontrennverfahren oder einem Histogrammpixel-Trennverfahren zuweist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend einen Schritt (S17) des Glättens der Vielzahl der Schichten (L1, L2, L3), die benachbarte Höhenwerte (H1, H2, H3) aufweisen.
Verfahren zur Bildverarbeitung nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend einen Schritt (S14), bei dem die Recheneinrichtung (20) eine repräsentative Farbe (C5, C112, C213) einer jeden Schicht (L1, L2, L3) einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht (L1, L2, L3) im Originalbild (A) zuordnet, um ein Bild (AL) mit weniger Farben zu erzeugen, wobei die repräsentative Farbe (C5, C112, C213) aus den Farben (C0, ... , C213) ausgewählt ist, die in der Schicht (L1, L2, L3) enthalten sind oder vom Benutzer angegeben werden.
Verfahren zur Bildverarbeitung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Recheneinrichtung (20) den Höhenwert (H1, H2, H3) jeder Schicht (L1, L2, L3) entsprechend einer Chrominanz oder Helligkeit einer repräsentativen Farbe (C5, C112, C213) der jeweiligen Schicht (L1, L2, L3) bestimmt, und wobei die repräsentative Farbe (C5, C112, C213) aus den in der Schicht (L1, L2, L3) enthaltenen Farben (C0, ... , C213) ausgewählt oder vom Benutzer spezifiziert wird.
Verfahren zur Bildverarbeitung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Höhenwert (H1, H2, H3) jeder Schicht (L1, L2, L3) vom Benutzer spezifiziert wird.
Verfahren zur Bildverarbeitung nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend einen Schritt, bei dem die Recheneinrichtung (20) ein 3D-Bild (AS) gemäß dem Höhenbild erzeugt.
Scansystem umfassend: eine Scaneinrichtung (10) zum Scannen eines Objekts (B), um ein Originalbild (A) zu erzeugen, wobei das Originalbild (A) eine Vielzahl von Farben (A11, A21, A31, A12, A22, A32) enthält; und eine Recheneinrichtung (20), die elektrisch mit der Scaneinrichtung (10) verbunden ist und ein Verfahren zur Bildverarbeitung ausführt, wobei das Verfahren zur Bildverarbeitung die folgenden Schritte umfasst: Empfangen des von der Scaneinrichtung (10) erzeugten Originalbildes (A); Angeben einer Anzahl von mehreren Schichten (L1, L2, L3) (S12); Zuweisen einer jeden Farbe (A11, A21, A31, A12, A22, A32; C0, ... , C213) des Originalbildes (A) zu einer der Vielzahl von Schichten (L1, L2, L3) (S13); Bestimmen eines Höhenwerts (H1, H2, H3) einer jeden Schicht (L1, L2, L3) (S15); und Zuordnen des Höhenwerts (H1, H2, H3) einer jeden Schicht (L1, L2, L3) zu einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht (L1, L2, L3) im Originalbild (A), um ein Höhenbild zu erzeugen (S16).
Scansystem nach Anspruch 10, wobei die Anzahl der Vielzahl der Schichten (L1, L2, L3) von der Recheneinrichtung (20) automatisch erzeugt wird.
Scansystem nach Anspruch 10, wobei die Anzahl der Vielzahl der Schichten (L1, L2, L3) vom Benutzer spezifiziert wird.
Scansystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Recheneinrichtung (20) eine Verarbeitungseinheit (21) umfasst, die jede Farbe des Originalbildes (A) einer der mehreren Schichten (L1, L2, L3) gemäß einem K-Means-Algorithmus, einem Tontrennverfahren oder einem Histogrammpixel-Trennverfahren zuordnet.
Scansystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Recheneinrichtung (20) eine Verarbeitungseinheit (21) umfasst, die die Vielzahl von Schichten (L1, L2, L3) mit benachbarten Höhenwerten (H1, H2, H3) glättet.
Scansystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Recheneinrichtung (20) eine Verarbeitungseinheit (21) umfasst, die eine repräsentative Farbe (C5, C112, C213) einer jeden Schicht (L1, L2, L3) einer entsprechenden Farbe der jeweiligen Schicht (L1, L2, L3) im Originalbild (A) zuordnet, um ein Bild (AL) mit weniger Farben zu erzeugen, wobei die repräsentative Farbe (C5, C112, C213) aus den Farben (C0, ... , C213) ausgewählt ist, die in der Schicht (L1, L2, L3) enthalten sind oder vom Benutzer angegeben werden.
Scansystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Recheneinrichtung (20) eine Verarbeitungseinheit (21) umfasst, die den Höhenwert (H1, H2, H3) jeder Schicht (L1, L2, L3) entsprechend einer Chrominanz oder Helligkeit einer repräsentativen Farbe (C5, C112, C213) der jeweiligen Schicht (L1, L2, L3) bestimmt, und wobei die repräsentative Farbe (C5, C112, C213) aus den in der Schicht (L1, L2, L3) enthaltenen Farben (C0, .. , C213) ausgewählt oder vom Benutzer spezifiziert wird.
Scansystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der Höhenwert (H1, H2, H3) jeder Schicht (L1, L2, L3) vom Benutzer spezifiziert wird.
Scansystem nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Recheneinrichtung (20) eine Verarbeitungseinheit (21) umfasst, die ein 3D-Bild (AS) entsprechend dem Höhenbild erzeugt.
Scansystem nach einem der Ansprüche 10 bis 18, zudem umfassend einen 3D-Drucker, der mit der Recheneinrichtung (20) elektrisch verbunden ist und ein körperliches Objekt mit Höhenunterschieden entsprechend dem Höhenbild erzeugt.