DE19601564A1 - Digitale Bildinterpolationsvorrichtung mit einer Vielzahl von Interpolationskernen - Google Patents
Digitale Bildinterpolationsvorrichtung mit einer Vielzahl von InterpolationskernenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Interpolationsvorrichtun
gen zum Verarbeiten digitaler Bilder und insbesondere auf Interpolationsvor
richtungen für die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung digitaler Bilder, wie z. B.
Röntgenbilder, um derartige Bilder zu vergrößern oder zu verkleinern.
US-A-5,125,042 beschreibt einen Prozeß zum Interpolieren von Bilddaten zu
nächst in Zeilenrichtung. Anschließend werden mehrere Zeilen interpolierter
Pixelwerte in Spaltenrichtung interpoliert. Dies erfordert am Eingang zur Spal
teninterpolationsstufe den Einsatz eines Zeilenpuffers großer Tiefe. Obwohl die
im Patent beschriebene Interpolation ausgezeichnet funktioniert, werden die
Interpolationskoeffizienten an 256 diskreten Orten digitalisiert und im Speicher
abgelegt. Eine verbesserte Implementierung für Bilder mit "fotografischer
Qualität" würde für die Interpolationskoeffizienten möglichst ein fortlaufendes
Spektrum verwenden.
US-A-4,595,958 beschreibt einen Prozeß zum Aufzeichnen eines oder mehre
rer digitaler Bilder auf einem Hardcopy-Ausgabemedium, etwa ein fotografi
scher Film oder ein fotografisches Papier. In diesem Aufzeichnungsprozeß
können die digitalen Bilder durch Interpolation vergrößert oder verkleinert
werden, um das verfügbare Ausgabemedium auszufüllen. Zur Durchführung
linearer Interpolation wird keine besondere Hardware beschrieben.
US-A-4,578,812 beschreibt Hardware zur Durchführung einer zweidimensiona
len Interpolation mit hoher Geschwindigkeit für ein digitales Bild anhand des
kubischen Faltungsverfahrens. Sechzehn Pixel von dem Originalbild, die einen
Interpolationsort in einem zweidimensionalen Feld umgeben, werden
gleichzeitig mit sechzehn entsprechenden Interpolationskoeffizienten multipli
ziert (auch als Gewichtsfaktoren bekannt), und sechzehn Produkte werden ad
diert, um den interpolierten Wert am Interpolationsort zu bilden. Die Interpola
tionskoeffizienten, die Abtastungen eines zweidimensionalen Interpolations
kerns kubischer Faltung darstellen, werden in einem digitalen Speicher abge
legt. Der kubische Faltungskern wird bei einer Auflösung von 32 mal 32 Abta
stungen zwischen Originalpixeln abgetastet. Die Abtastungen werden als 12-
Bit-Werte gespeichert. Im Ergebnis ist der gesamte Speicherbedarf für die
Interpolationskoeffizienten das Produkt von 32 × 32 × 12 × 16 oder 196.608 Bit,
wobei die Zahl "16" die sechzehn Koeffizienten bezeichnet, mit denen die 16
Pixelwerte beaufschlagt wurden, um den interpolierten Wert zu erhalten. Der
Speicherbedarf für die Interpolationskoeffizienten beträgt somit 192 kBit.
Für Bilder mit hoher Auflösung, beispielsweise für diagnostische Röntgen
bilder, ist es wünschenswert, den kubischen Faltungskern mit einer viel höhe
ren Auflösung von beispielsweise 256 × 256 Abtastungen abzutasten und die
Koeffizienten mit einer höheren Genauigkeit von beispielsweise 16 Bit aufzu
zeichnen, um eine genauere Interpolation und feinere Vergrößerungsstufen
vorzusehen. Dies würde ca. 16 MBit Speicher (256 × 256 × 16 × 16) zur Spei
cherung der Interpolationskoeffizienten erfordern. Die Bereitstellung einer der
art großen Speicherkapazität wäre aber natürlich sehr kostspielig und schwie
rig zu adressieren.
Darüber hinaus ist bekannt, daß die kubische Faltung für bestimmte Bildarten
kein optimales Interpolationsbild erzeugt. Für diese Bilder werden andere
Interpolationsalgorithmen bevorzugt etwa lineare oder replizierende Interpo
lation.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Durchführung einer Interpolation mit kubischer Faltung für
ein digitales Bild ohne die eingangs genannten Nachteile bereitzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Interpo
lationsvorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die bzw. das zur
Durchführung einer Vielzahl von Interpolationsarten verwendet werden kann,
etwa kubische Faltung, quadratische, lineare und replizierende Interpolation.
Die wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine digitale Bildverarbei
tungsvorrichtung und ein Verfahren zum Interpolieren eines eingegebenen di
gitalen Bildes bereitgestellt werden, das als Reihe beabstandeter Pixelwerte
ausgedrückt wird, wobei die Interpolation zwischen den beabstandeten Pixel
werten zur Darstellung an ausgegebenen Pixelorten durchgeführt wird, die
durch ein vorgegebenes Inkrement voneinander getrennt sind. In einem Spei
cher wird mindestens eine Menge genauer Koeffizienten gespeichert, die einen
Kern bestimmt. Eine Menge genauer Koeffizienten wird an jedem Ausgabe
pixelort ermittelt, und zwar auf Grundlage des 1.) Abstands zwischen eingege
benen Pixelwerten, 2.) dem vorgegebenen Inkrement zwischen ausgegebenen
Orten und 3.) dem gewünschten Interpolationsverfahren an jedem ausgege
benen Pixelort. Die eingegebenen digitalen Bildpixelwerte werden interpoliert,
indem die Reihe der beabstandeten Pixelwerte mit den genauen Koeffizienten
beaufschlagt wird.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt
die Vorrichtung eine zweidimensionale Interpolation eines eingegebenen
digitalen Bildes durch, das als vertikal beabstandete Reihen horizontal beab
standeter Pixelwerte dargestellt wird, wobei die Interpolation zwischen den ver
tikal beabstandeten Reihen und zwischen den horizontal beabstandeten Pi
xelwerten in den Reihen zur Darstellung an ausgegebenen Pixelorten durchge
führt wird, die durch vorgegebene vertikale und horizontale Inkremente ge
trennt sind. Ein Speicher speichert eine Menge genauer Koeffizientenglei
chungen, die mindestens einen Kern für vertikale Interpolation und einen Kern
für horizontale Interpolation bestimmen. Eine Menge genauer Koeffizienten
wird an jedem ausgegebenen Pixelort auf der Basis 1.) eines vertikalen Ab
stands zwischen Reihen eingegebener Pixelwerte, 2.) des horizontalen Ab
stands zwischen eingegebenen Pixelwerten in den Reihen, 3.) des vorgegebe
nen vertikalen Inkrements zwischen Reihen ausgegebener Pixelorte, 4.) des
vorgegebenen horizontalen Inkrements zwischen Reihen ausgegebener Pixel
orte, 5.) des gewünschten Verfahrens der vertikalen Interpolation an jedem
ausgegebenen Pixelort und 6.) des gewünschten Verfahrens der horizontalen
Interpolation an jedem ausgegebenen Pixelort ermittelt. Die ausgegebenen
digitalen Bildpixelwerte werden berechnet, indem die Folge der beabstandet
eingegebenen Pixelwerte mit den genauen Koeffizienten beaufschlagt wird. Die
Vielzahl der Kernarten umfaßt Kerne zur Durchführung kubischer Faltung,
linearer, quadratischer und replizierender Interpolation.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
speichert der Speicher eine Vielzahl unterschiedlicher, genauer Koeffizienten,
wobei jeder Koeffizient eine unterschiedliche Kernart bestimmt, einschließlich
Kernen zur Durchführung kubischer Faltung, linearer, quadratischer und repli
zierender Interpolation. Die Bestimmungsmittel umfassen Mittel zum Auswäh
len einer der gespeicherten Mengen von Interpolationskoeffizienten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausfüh
rungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Interpolationsvorrich
tung;
Fig. 1A ein Blockschaltbild einer in Fig. 1 gezeigten Schaltungs- und
Steuerungseinheit;
Fig. 2 einen den durch kubisch gefaltete Interpolation bestimmten Kern
darstellenden Graphen;
Fig. 3 einen zur Beschreibung des Interpolationsverfahrens durch kubische
Faltung verwendbaren Graphen;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild der Anordnung des Interpolati
onskoeffizientenspeichers;
Fig. 5 einen den durch lineare Interpolation bestimmten Kern darstellenden
Graphen;
Fig. 6 einen den durch replizierende Interpolation bestimmten Kern dar
stellenden Graphen;
Fig. 7 ein Schaubild zum Veranschaulichen der Anordnung eines ausge
gebenen Beispielbildes;
Fig. 8 ein schematisches Blockschaltbild zur Darstellung der Anordnung
der Eingabezeilensteuereinheit und des Multiplexers, die Teil der
Interpolationsvorrichtung aus Fig. 1 sind;
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der Steuerung der Eingabezei
lensteuereinheit aus Fig. 8;
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der Steuerung dem vertikalen
Interpolators; und
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Betriebs der Steuereinheit
für die horizontale Interpolation.
Die vorliegende Erfindung wird insbesondere mit Bezug auf Elemente be
schrieben, die Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind oder mit dieser
direkt zusammenarbeiten. Nicht ausdrücklich gezeigte oder beschriebene Ele
mente können natürlich verschiedene Formen annehmen, die Fachleuten be
kannt sind.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild mit einer Interpolationsvorrich
tung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Interpolationsvorrichtung empfängt digitale Bildpixeldaten P, wie z. B. aus
einem Bildfeldspeicher (nicht dargestellt), und zwar jeweils zeilenweise von
einem Eingang 10, und erzeugt jeweils Zeile für Zeile über Ausgang 12 interpo
lierte, digitale Bilddaten P′′. Die interpolierten, digitalen Bilddaten können in
einen Drucker (nicht dargestellt) eingespeist oder zur zukünftigen Verwendung
gespeichert werden, etwa in einem zweiten Bildfeldspeicher (nicht dargestellt).
Die Interpolationsvorrichtung umfaßt einen vertikalen Interpolator 14, einen
horizontalen Interpolator 16, einen vertikalen Interpolationskoeffizientenspei
cher 18 mit einer Vielzahl eindimensionaler Interpolationskerne, einen hori
zontalen Interpolationskoeffizientenspeicher 20 mit ebenfalls einer Vielzahl
eindimensionaler Interpolationskerne, einen vertikalen Interpolationseingabe
puffer 22 und einen vertikalen Interpolationsausgabepuffer 24.
Eine Schaltungs- und Steuerungseinheit 26, die detaillierter in Fig. 1A darge
stellt ist, umfaßt einen Schaltungs- und Steuerungsbereich, eine Eingabezei
lensteuereinheit, eine vertikale Interpolationssteuereinheit und eine horizontale
Interpolationssteuereinheit. Im Betrieb empfängt Schaltungs- und Steue
rungseinheit 26 Anweisungen hinsichtlich der Anzahl und Größe der auf einem
bestimmten Ausgabeformat auszugebenden Eingabebilder. Es werden Werte
für die Eingabezeilensteuereinheit, die horizontalen und vertikalen Koeffizien
ten, die Steuerung des vertikalen Interpolationsausgabepuffers und die Anzahl
der ausgegebenen Pixel und ausgegebenen Zeilen geladen. Die Eingabezei
lensteuereinheit von Schaltungs- und Steuerungseinheit 26 füllt ,den vertikalen
Interpolationseingabespeicher 22 und unterhält ordnungsgemäß unabhängige
Lese- und Schreibzeiger zusammen mit der Steuerung eines Multiplexers 28.
Der vertikale Interpolator 14 ruft Daten von der Eingabezeilensteuereinheit und
vertikale Koeffizienten vom vertikalen Interpolationskoeffizientenspeicher 18
ab. Die vertikale Interpolation führt die Interpolation in einer Spaltenrichtung
durch Multiplizieren einer Vielzahl eingegebener Pixeldatenspalten mit der
entsprechenden Vielzahl von Interpolationskoeffizienten und addiert die
Produkte, um interpolierte Werte P′ zu erzeugen.
Die interpolierten Pixelwerte P′ des vertikalen Interpolators 14 werden an die
zweizeiligen Interpolationausgabepuffer 24 übergeben. Die Ausgabe des verti
kalen Interpolators wird zweizeilig gepuffert, so daß eine Reihe interpolierter
Daten in den Speicher geschrieben werden kann, während eine andere Reihe
ausgelesen wird. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird die dop
pelte Pufferung durch ein Zeilenpufferpaar und durch Wechsel der nicht ver
wendeten Pufferausgabe zwischen drei Zuständen erzeugt.
Der horizontale Interpolator 16 übernimmt Reihen interpolierter Pixeldaten aus
den Puffern 24 für die vertikale Interpolationsausgabe und verzögert die Daten
mit einer 4-Pixel-Leitung 30 um einen Pixeltakt zu jeder Stufe des horizontalen
Interpolators. Der horizontale Interpolator erzeugt Reihen von horizontal inter
polierten Daten durch Multiplizieren der aus den Puffern für die vertikale Inter
polationsausgabe 24 ausgelesenen verzögerten Pixelwerte um ihren entspre
chenden Interpolationskoeffizientenkern, der aus dem horizontalen Interpolati
onskoeffizientenspeicher 20 abgerufen wurde, und summiert die Produkte mit
einer Operation, die mit der Operation vergleichbar ist, die durch den vertikalen
Interpolator 14 durchgeführt wurde.
Nachfolgend wird die eindimensionale Interpolation durch Verwendung der in
Speicher 18 und 26 gespeicherten Koeffizienten beschrieben. Die Interpolation
kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
wobei P′(x) den interpolierten Wert darstellt, und C(x-xk/h) der Wert des Inter
polationskerns an Ort (x-xk) ist; h ist das Abtastinkrement der interpolierten
Funktion, xk stellt den Ort der Abtastungen eingegebener Daten dar (auch als
Interpolationsknoten bezeichnet), und Pk sind die Werte der eingegebenen
Daten an den Interpolationsknoten.
Der Interpolationskern ist eine stetige Funktion, die abgetastete Daten in eine
stetige Funktion umsetzt, wobei die resultierende stetige Funktion erneut abge
tastet werden kann, um die interpolierten Abtastwerte zu erzielen. Bei der kubi
schen Faltung wird ein Kern verwendet, der durch stückweise kubische Po
lynome bestimmt ist, die wiederum auf den Subintervallen (-2,-1), (-1,0), (0,1)
und (1,2) bestimmt sind. Außerhalb des Intervalls (-2,2) ist der Kern null.
Zur Auswertung der Gleichung (1) für den kubischen Faltungskern sind vier
aufeinanderfolgende Datenabtastungen von den Originalbilddaten erforderlich.
Fig. 2 ist eine Kurve, die den kubischen Faltungskern 34, definiert im Intervall
(-2,2), zeigt. Der Maßstab der X-Achse in Fig. 2 ist der Beabstandung der Da
tenabtastungen im Originalbild äquivalent.
Fig. 3 zeigt, wie der Interpolationskern 34 benutzt wird, um einen interpolierten
Wert an Ort x zu berechnen. Vier aufeinanderfolgende Datenwerte von den
Originalbilddaten werden als A, B, C und D gezeigt. Um einen interpolierten
Wert an Ort x zu erzeugen, wird Interpolationskern 34 an x zentriert, und die
Werte des Kernbereichs werden an den Orten der Originaldatenabtastungen
berechnet. Diese Werte CA, CB, CC und CD sind die Interpolationskoeffizienten.
Der interpolierte Wert an x ist:
P(x) = (A*CA)+(B*CB)+(C*CC)+(D*CD) (2)
Auf diese Weise kann ein Wert an einem beliebigen Ort zwischen den Origi
nalabtastpunkten B und C berechnet werden. Um zu vermeiden, daß die Werte
der Interpolationskoeffizienten jedesmal berechnet werden müssen, wenn ein
interpolierter Wert erzeugt wird, werden die Koeffizientenwerte von den den
Kern definierenden stückweisen kubischen Polynomen berechnet und in verti
kalen und horizontalen Interpolationskoeffizientenspeichern 18 bzw. 20 ge
speichert (siehe Fig. 1). Das bevorzugte Ausführungsbeispiel enthält eine
Software-"Schicht", die die gewünschten Antworten entgegennimmt und die
entsprechenden Koeffizientenwerte mit den in den Werten codierten richtigen
Steuerbits erzeugt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die ge
nauen Koeffizienten an jedem ausgegebenen Pixelort basierend auf 1.) dem
Abstand zwischen Eingabepixelwerten, 2.) dem vorgegebenen Inkrement zwi
schen Ausgabepixelorten und 3.) einem Kern berechnet. Die Koeffizienten
werden mit einer Genauigkeit von 16 Bit berechnet und von der Hardware auf
zwölf Bit abgeschnitten. Die Koeffizienten werden in vier Gruppen nach hori
zontal und vertikal unterteilt, die die vier Segmente des Kerns zwischen (-2,-1),
(-1,0), (0,1) und (1,2) darstellen. Die vier Gruppen werden in acht Speicher
banken gespeichert, vier Speicherbanken für vertikale Koeffizienten, vier
Speicherbanken für horizontale Koeffizienten, die durch die Schaltungs- und
Steuerungseinheit simultan adressiert werden können. Die Anordnung der In
terpolationskern-Transformationstabellen ist in Fig. 4 dargestellt, wobei die
erste Speicherbank 36 die Koeffizienten enthält, die den Kern in Intervall (-2,-1)
definieren, der in der Figur grafisch dargestellt ist. Die zweite Speicherbank 38
enthält gleichfalls die Koeffizientengruppe, die den Teil des Faltungskerns aus
(-1,0) darstellt, und so weiter für Speicherbanken 40 und 42. Wie in Fig. 4 ge
zeigt erfolgt eine Leseanforderung simultan an alle vier Speicherbanken, um
die Koeffizienten C₁, C₂, C₃ und C₄ zu erzeugen. Der Speicher kann effizienter
genutzt werden, wenn sich die Koeffizienten in einem gewissen Muster wie
derholen. Ein Bit im Koeffizientenspeicher wird in die Schaltungs- und Steue
rungseinheit 26 eingespeist, um zu ermitteln, wann der Koeffizientenspeicher
zeiger auf den Anfang der Koeffizienten neu zu initialisieren ist. Das Vorhan
densein eines Wiederholungsmusters wird durch folgende Gleichung ermittelt:
R = (Quotient*i)/(Integer)(Quotient*i) = 1
Der Wiederholungswert wird durch folgende Gleichung berechnet:
Quotient = N/(LCD)
wobei N die Anzahl der eindeutigen Koeffizienten ist und LCD der kleinste ge
meinsame Nenner.
Mit erneutem Bezug auf Fig. 1 können die Interpolationskern-Transformati
onstabellen Kerne für eine beliebige Zahl anderer Interpolationsarten enthal
ten, etwa lineare oder replizierende Interpolation, und zwar zusätzlich zu unter
schiedlichen Arten kubischer Faltung. Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung enthalten die vertikalen und horizontalen
Interpolationskoeffizientenspeicher 18 bzw. 20 zwei kubische Faltungskerne,
einer mit a=-1 (als 44 bezeichnet) und einer mit a=-0,5 (als 46 bezeichnet),
wobei "a" eine Bedingung ist, die auf die Interpolationskernpolynome ange
wandt wird, wenn der Kern wie folgt definiert ist:
Die vertikalen und horizontalen Interpolationskoeffizientenspeicher 18 und 20
enthalten zudem einen Kern für lineare Interpolation (mit 48 bezeichnet) und
einen Kern für replizierende Interpolation (mit 50 bezeichnet). Der lineare In
terpolationskern 40 ist in Fig. 5 gezeigt und grafisch als sägezahnförmige
Welle im Intervall (-1,1) und Null anderweitig dargestellt. Replizierkern 50 ist in
Fig. 6 gezeigt und grafisch als eine Stufenfunktion mit einem Wert von eins im
Intervall (-2,-1) und Null anderweitig dargestellt.
Mit erneutem Bezug auf Fig. 1 wählt Schaltungs- und Steuerungseinheit 26 den
durch vertikale und horizontale Interpolatoren 14 bzw. 16 adressierten
Speicher in Reaktion auf eine die gewünschte Interpolationsprozedur bezeich
nende Bedienereingabe aus. Beispielsweise ist bekannt, daß die replizierende
Interpolation bei Bildern bessere Leistungen erbringt als bei Text. Somit kann
der nächstbenachbarte Kern zur Durchführung der Interpolation für Text
bereiche eines Bildes ausgewählt werden.
Das Abtastinkrement "h" der interpolierten Funktion wird durch einen Benutzer
ermittelt, indem zuerst die Vergrößerungsfaktoren Mx und My, definiert als die
Verhältnisse x′/x und y′/y vom Benutzer ermittelt werden, wobei x die Anzahl
der Pixel im Originalbild in horizontaler Richtung ist, und x′ die Anzahl der auf
dem Ausgabedrucker zur Ausgabe des Originals verfügbaren Pixel ist. Die
Anzahl der gewünschten Pixel auf dem Ausgabemedium wird anhand des Aus
gabeformats ermittelt, einschließlich der Breite des Ausgabemediums und der
Anzahl der eingegebenen Bilder, die auf der Seite im Ausgabebild gedruckt
werden sollen. Gleichermaßen stellt y die Anzahl der Pixel in einem eingegebe
nen Bild in vertikaler Richtung dar und y′ die Anzahl der gewünschten Pixel
zum Drucken des Bildes in vertikaler Richtung. Das Abtastinkrement h wird fol
gendermaßen ermittelt:
Möglicherweise sind die Abtastinkremente aufgrund der Tatsache, daß die
einzelnen Pixel möglicherweise nicht die gleichen horizontalen und vertikalen
Abmessungen haben, nicht identisch. h-Werte kleiner eins stellen eine Vergrö
ßerung dar, Werte größer eins stellen eine Verkleinerung dar.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Ausgabebildformat durch
den Benutzer gewählt und umfaßt eine oder mehrere Bereiche. Es gibt zwei
Arten von Bereichen: Bild und Text. Jeder Textbereich wird nach der Höhe des
Bereichs in Pixel und der Anzahl der Bilder im Bereich angegeben. Minimale
horizontale und vertikale Ränder und Trennungen zwischen den Bildern wer
den automatisch durch die Schaltungs- und Steuerungseinheit 26 festgelegt. In
Fig. 7 wird ein Beispiel eines Ausgabeformats gezeigt. Das Ausgabebild 52
umfaßt einen ersten Bereich 54, der y₁-Pixel hoch ist und drei Bilder 56, 58 und
60 aufweist, einen zweiten Bereich 62, der y₂-Pixel hoch ist und zwei Bilder 64
und 66 aufweist, und drei Textbereiche 68, 70 und 72, jeder y₃-Pixel hoch.
Mit Bezug auf Bild 8 lädt die in Fig. 1A als Teil der Schaltungs- und Steue
rungseinheit 26 gezeigte Eingabezeilensteuereinheit eine neue Zeile, wenn
der vertikale Interpolator 14 anzeigt, daß eine weitere Zeile benötigt wird,
bevor die nächste Zeile verarbeitet werden kann. Die Verschiebung der steti
gen Funktion aus den abgetasteten Daten wird durch Auswahl der Koeffizien
ten ermittelt. Eine Entscheidung, von einem bestimmten Interpolationsmodus
zu einem anderen bestimmten Modus umzuschalten, hängt von der Anzahl der
geladenen Datenzeilen ab. Insbesondere, 1.) wenn die erste Datenzeile ver
fügbar ist, steht Replizierung als ein Ausgabeformat zur Verfügung, 2.) wenn
die zweite Datenzeile verfügbar ist, sind replizierende oder lineare Interpolation
verfügbar, 3.) wenn die dritte Zeile verfügbar ist, sind replizierende, lineare
oder quadratische Interpolation verfügbar, und wenn 4.) die vierte Zeile und
weitere Zeilen zur Verfügung stehen, sind replizierende, lineare, quadratische
Interpolation oder kubische Faltungsinterpolation die verfügbaren Formate.
Eingabezeilensteuereinheit 74 lädt weiterhin Zeilen aus dem Bildfeldspeicher
anhand des in Fig. 9 gezeigten Algorithmus, bis der vertikale Interpolator ein
Datenende anzeigt. Es gibt fünf Eingabezeilenpuffer 76-80, die es ermöglichen,
daß die nächste Zeile während einer Zeilenzeit geladen wird, ohne den
Interpolator zu verzögern.
Speziell in Fig. 9 ist gezeigt, daß die Eingabezeilensteuereinheit den Puffer
zeiger an 82 initialisiert. Wenn keine Zeilenanforderung empfangen wird (Test
84), überprüft die Steuereinheit, ob weitere Daten vorhanden sind (Test 86).
Wenn eine Zeilenanforderung empfangen wird, wird eine Datenzeile am
Funktionsblock 88 in den vertikalen Eingabepuffer 22 eingegeben. Der Puffer
zeiger wird an 90 inkrementiert, und die Eingabezeilensteuereinheit wartet auf
eine weitere Zeilenanforderung.
Die durch Schaltungs- und Steuerungseinheit 26 bereitgestellte vertikale In
terpolatorsteuereinheit ist in Fig. 10 gezeigt. Während eines Initialisierungsprozesses,
auf den in Funktionsblock 92 in Fig. 10 Bezug genommen wird,
sendet Schaltungs- und Steuerungseinheit 26 zunächst die Bereichsparameter
für den ersten Bereich, einschließlich der Linienanzahl in dem Bereich, der
Bildanzahl in dem Bereich und der Anzahl der pro Bild ausgegebenen Pixel an
den vertikalen Interpolator. Die Schaltungs- und Steuerungseinheit wählt dann
an Funktionsblock 94 die zugehörigen Koeffizienten.
Als nächstes fordert die Schaltungs- und Steuerungseinheit 26 an Funktions
block 96 eine Datenreihe vom Interpolationseingabepuffer 22 an. Die Schal
tungs- und Steuerungseinheit fährt bei 98 mit der Anforderung einer Zeile aus
dem Eingabepuffer fort, bis genügend Datenzeilen vorhanden sind, um die
Interpolation zu beginnen. Wenn genügend Datenzeilen vorhanden sind, ist
der Interpolationsprozeß abgeschlossen.
Wenn eine Zeile von der Schaltungs- und -Steuerungseinheit angefordert wird,
wie von Funktionsblock 100 ermittelt, weist die Schaltungs- und Steuerungs
einheit den vertikalen Interpolator an Block 102 an, die Interpolation zu begin
nen und eine Datenreihe aus der Eingabezeilensteuereinheit abzurufen. Die
vier Interpolationskoeffizienten C₁-C₄ aus dem vertikalen Interpolationskoeffizi
entenspeicher 18 werden parallel in den vertikalen Interpolator 14 eingegeben.
Der vertikale Interpolator berechnet einen interpolierten Pixelwert P′ folgen
dermaßen:
P′ = (C₁*P₁)+(C₂*P₂)+(C₃*P₃)+(C₄*P₄)
Die Interpolation wird für eine ganze Zeile fortgesetzt und hält dann an, um auf
die nächste Zeilenanforderung zu warten. Wenn die nächste Zeile angefordert
wird, wird der Interpolator neu gestartet.
Wenn bei Block 104 ein Bereichsendesignal von Schaltungs- und Steuerungs
einheit 26 empfangen wird, prüft die vertikale Interpolationssteuereinheit an
Block 106, ob der letzte Bereich im Bild interpoliert worden ist. Falls das nicht
der Fall ist, wird eine Initialisierungsoperation für den nächsten Bereich durch
geführt, indem zu Funktion 94 zurückgekehrt wird, und der Prozeß wird dann
wiederholt. Wenn der letzte Bereich abgeschlossen ist, wird der Prozeß been
det. Falls an Block 104 kein Bereichsendesignal empfangen wird, wird an Block
102 nach der nächsten Zeilenanforderung gesucht.
Der horizontale Interpolator 16 wird jetzt detaillierter mit Bezug auf Fig. 11 be
schrieben. Die Schaltungs- und Steuerungseinheit sendet die Bereichspara
meter für den ersten Bereich, einschließlich der Anzahl Zeilen im Bereich, der
Anzahl Bilder im Bereich und der Anzahl ausgegebener Pixel pro Bild an den
horizontalen Interpolator. Die horizontale Interpolatorsteuereinheit wählt zu
nächst an Block 110 die vom Benutzer angeforderte Interpolationsart und die
zugehörigen Koeffizienten. Wenn im. vertikalen Interpolationsausgabepuffer 24
Daten verfügbar sind, fordert die Steuereinheit die benötigte Pixelanzahl (wie
von der Schaltungs- und Steuerungseinheit 26 und dem Bedarf der gewählten
Koeffizienten ermittelt) vom vertikalen Interpolationsausgabepuffer 24 an.
Hierdurch wird die Initialisierung durch Anforderung der richtigen Pixelanzahl
abgeschlossen.
Der horizontale Interpolator 16 wird aktiviert, und die horizontalen Koeffizienten
aus Koeffizientenspeicher 20 werden mit den Pixeldaten im Interpolator
zusammengebracht, um P′′ zu berechnen und dann auszugeben. Dies wird für
alle Pixel der vorhandenen Zeile wiederholt, wobei zusätzliche Pixeldaten wie
erforderlich geholt werden. Am Ende einer Zeile wird an Block 112 eine Prü
fung auf ein "Bereichsende"-Signal durchgeführt. Wenn dieses von Schal
tungs- und Steuerungseinheit 26 empfangen wird, prüft die horizontale Interpo
lationssteuereinheit an Block 114, ob der letzte Bereich im Bild interpoliert wor
den ist. Falls das nicht der Fall ist, wird eine Initialisierungsoperation für den
nächsten Bereich durch Rückkehr zu Funktion 110 durchgeführt, und der Pro
zeß wird wiederholt. Wenn der letzte Bereich abgeschlossen ist, wird der Pro
zeß beendet. Wenn an Block 112 kein Bereichsendesignal empfangen wird,
wird an Block 116 der nächste Interpolationsausgabepuffer ausgewählt.
Bei der quadratischen Interpolation ist die Anzahl der ausgegebenen Pixel
kleiner als die Anzahl der eingegebenen Pixel, und es wird eine gültige Daten
markierung erzeugt, um dem nachgelegenen Schreiber anzuzeigen, daß dieser
Fall vorliegt. Diese Funktion ist nach dem Stand der Technik bekannt, wobei
die Wahl unter mehreren herkömmlichen Verfahren besteht.
Die erfindungsgemäße Interpolationsvorrichtung ist für die Vergrößerung und
Verkleinerung digitaler Bilder verwertbar, wie z. B. für diagnostische Röntgen
bilder. Die mit der Interpolationsvorrichtung erzielbaren Vorteile bestehen
darin, daß eine Interpolation mit hoher Auflösung praxisgerecht bei minimaler
Koeffizientenspeichergröße durchgeführt werden kann. Ein weiterer erzielbarer
Vorteil besteht darin, daß es aufgrund der im Vergleich mit den dem Stand der
Technik entsprechenden zweidimensionalen Koeffizientenspeichern kleineren
Koeffizientenspeichergröße möglich ist, mehrere Interpolationskerne im
Speicher abzuspeichern, wodurch ein einfaches Umschalten zwischen unter
schiedlichen Interpolationsarten ermöglicht wird.
Die Erfindung wurde detailliert mit besonderem Bezug auf bevorzugte Ausfüh
rungsbeispiele beschrieben, aber natürlich können Änderungen und Ausgestal
tungen vorgenommen werden, ohne dabei den Schutzumfang der Erfindung zu
verlassen.
Claims (6)
1. Digitale Bildverarbeitungseinrichtung zum Interpolieren eines eingegebe
nen digitalen Bildes, das als eine Folge beabstandeter Pixelwerte darge
stellt ist, wobei die Interpolation zwischen den beabstandeten Pixelwerten
zur Darstellung an Ausgabepixelorten durchgeführt wird, die durch ein
vorgegebenes Inkrement getrennt sind, gekennzeichnet durch
Speicher (18; 20) zur Speicherung mindestens einer Menge genauer Koeffizienten, die einen Kern bestimmt;
Mittel zum Bestimmen einer Menge genauer Koeffizienten an jedem Aus gabepixelort auf Grundlage des 1.) Abstands zwischen Eingabepixelwer ten, 2.) dem vorgegebenen Inkrement zwischen Ausgabepixelorten und 3.) einem gewünschten Interpolationsverfahren an jedem Ausgabepixel ort;
Mittel (14, 16) zum Interpolieren der eingegebenen digitalen Bildpixel werte, indem die Reihe der beabstandeten Pixelwerte mit den genauen Koeffizienten beaufschlagt wird.
Speicher (18; 20) zur Speicherung mindestens einer Menge genauer Koeffizienten, die einen Kern bestimmt;
Mittel zum Bestimmen einer Menge genauer Koeffizienten an jedem Aus gabepixelort auf Grundlage des 1.) Abstands zwischen Eingabepixelwer ten, 2.) dem vorgegebenen Inkrement zwischen Ausgabepixelorten und 3.) einem gewünschten Interpolationsverfahren an jedem Ausgabepixel ort;
Mittel (14, 16) zum Interpolieren der eingegebenen digitalen Bildpixel werte, indem die Reihe der beabstandeten Pixelwerte mit den genauen Koeffizienten beaufschlagt wird.
2. Digitale Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Speicher eine Vielzahl unterschiedlicher Mengen ge
nauer Koeffizienten speichert, von denen jede eine unterschiedliche,
eindeutige Kernart bestimmt, und daß diese Bestimmungsmittel Mittel zum
Auswählen einer der gespeicherten Mengen genauer Koeffizienten
umfassen.
3. Digitale Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß unterschiedliche, eindeutige Kernarten Kerne zur Durch
führung kubischer Faltungsinterpolation, linearer, quadratischer und repli
zierender Interpolation umfassen.
4. Digitale Bildverarbeitungseinrichtung zum zweidimensionalen Interpolie
ren eines eingegebenen digitalen Bildes, das als vertikal beabstandete
Reihen von horizontal beabstandeten Pixelwerten ausgedrückt wird, wo
bei die Interpolation zwischen den vertikal beabstandeten Reihen und
zwischen den horizontal beabstandeten Pixelwerten in den Reihen zur
Darstellung an Ausgabepixelorten durchgeführt wird, die durch vorgege
bene vertikale und horizontale Inkremente getrennt sind, gekennzeichnet
durch:
Speicher (18, 20) zum Speichern einer mindestens einen Kern zur vertika len Interpolation und einen Kern zur horizontalen Interpolation bestim menden Menge genauer Koeffizienten;
Mittel zum Bestimmen einer Menge genauer Koeffizienten an jedem Aus gabepixelort auf Grundlage des 1.) vertikalen Abstands zwischen Reihen von Eingabepixelwerten, 2.) dem horizontalen Abstand zwischen Einga bepixelwerten in den Reihen, 3.) dem vorgegebenen vertikalen Inkrement zwischen Reihen von Ausgabepixelorten, 4.) dem vorgegebenen horizon talen Inkrement zwischen Reihen von Ausgabepixelorten, 5.) einem ge wünschten Verfahren zur vertikalen Interpolation an jedem Ausgabepixel ort und 6.) ein gewünschtes Verfahren zur horizontalen Interpolation an jedem Ausgabepixelort und
Mittel (14, 16) zum Interpolieren der eingegebenen digitalen Bildpixel werte, indem die Reihe der beabstandeten Pixelwerte mit den genauen Koeffizienten beaufschlagt wird.
Speicher (18, 20) zum Speichern einer mindestens einen Kern zur vertika len Interpolation und einen Kern zur horizontalen Interpolation bestim menden Menge genauer Koeffizienten;
Mittel zum Bestimmen einer Menge genauer Koeffizienten an jedem Aus gabepixelort auf Grundlage des 1.) vertikalen Abstands zwischen Reihen von Eingabepixelwerten, 2.) dem horizontalen Abstand zwischen Einga bepixelwerten in den Reihen, 3.) dem vorgegebenen vertikalen Inkrement zwischen Reihen von Ausgabepixelorten, 4.) dem vorgegebenen horizon talen Inkrement zwischen Reihen von Ausgabepixelorten, 5.) einem ge wünschten Verfahren zur vertikalen Interpolation an jedem Ausgabepixel ort und 6.) ein gewünschtes Verfahren zur horizontalen Interpolation an jedem Ausgabepixelort und
Mittel (14, 16) zum Interpolieren der eingegebenen digitalen Bildpixel werte, indem die Reihe der beabstandeten Pixelwerte mit den genauen Koeffizienten beaufschlagt wird.
5. Digitale Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Speicher (18, 20) eine Vielzahl genauer Koeffizienten
speichert, die eine Vielzahl von Kernarten zum vertikalen Interpolieren
und eine Vielzahl von Kernarten zum horizontalen Interpolieren bestim
men, und daß diese Bestimmungsmittel Mittel (26) zum Auswählen eine
der gespeicherten Mengen genauer Koeffizienten zum vertikalen Interpo
lieren und eine der gespeicherten Mengen genauer Koeffizienten zum
horizontalen Interpolieren umfassen.
6. Digitale Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4 mit Interpolati
onsmitteln (14, 16), gekennzeichnet durch
vertikale Interpolationsmittel (14) zum Multiplizieren von eingegebenen digitalen Bildpixelwerten einer Vielzahl aufeinanderfolgender Spalten von eingegebenen digitalen Bildpixelwerten mit entsprechenden genauen Koeffizienten und Summieren der Produkte zum Erzeugen vertikal inter polierter Pixelwerte; und
horizontale Interpolationsmittel (16) zum Multiplizieren vertikal interpolier ter Pixelwerte einer Vielzahl aufeinanderfolgender Reihen vertikal inter polierter Pixelwerte mit entsprechenden genauen Koeffizienten und Sum mieren der Produkte zum Erzeugen von Reihen interpolierter Pixelwerte.
vertikale Interpolationsmittel (14) zum Multiplizieren von eingegebenen digitalen Bildpixelwerten einer Vielzahl aufeinanderfolgender Spalten von eingegebenen digitalen Bildpixelwerten mit entsprechenden genauen Koeffizienten und Summieren der Produkte zum Erzeugen vertikal inter polierter Pixelwerte; und
horizontale Interpolationsmittel (16) zum Multiplizieren vertikal interpolier ter Pixelwerte einer Vielzahl aufeinanderfolgender Reihen vertikal inter polierter Pixelwerte mit entsprechenden genauen Koeffizienten und Sum mieren der Produkte zum Erzeugen von Reihen interpolierter Pixelwerte.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US37588295A | 1995-01-20 | 1995-01-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country Status (3)
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DE (1) | DE19601564A1 (de) |
GB (1) | GB2297216B (de) |
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1996
- 1996-01-17 GB GB9600931A patent/GB2297216B/en not_active Expired - Fee Related
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- 1996-01-19 JP JP8007862A patent/JPH08251400A/ja not_active Withdrawn
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---|---|
GB2297216B (en) | 1999-11-24 |
GB9600931D0 (en) | 1996-03-20 |
GB2297216A (en) | 1996-07-24 |
JPH08251400A (ja) | 1996-09-27 |
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