DE19631390C2 - Verfahren zum Umformen von Bilddaten - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein opti­ sches Abtasten und insbesondere auf die Umformung von Grau­ stufen-Bilddaten, um qualitativ hochwertige Bilder zu repro­ duzieren, die mit ausgewählten Größen- und Ausrichtungspara­ metern übereinstimmen.

Optische Abtastgeräte sind Geräte, die Maschinen- oder Com­ puterlesbare Daten erzeugen, die einem abgetasteten Gegen­ stand, wie zum Beispiel einer Seite eines gedruckten Textes, einer Zeichnung oder eine Photographie, entsprechen. Ein weit verbreitet verwendeter Typ eines optischen Abtastgeräts verwendet ein Linienfokussystem, um das Licht zu fokussie­ ren, das von dem Gegenstand auf die Oberfläche eines Detek­ tors reflektiert wird, wobei derselbe eine Mehrzahl von win­ zigen, lichtempfindlichen Elementen aufweist, die entlang einer Linie angeordnet sind. Jedes lichtempfindliche Element des Detektors entspricht der Position einer kleinen Fläche auf dem Gegenstand, der abgetastet wird, und wird allgemein als "Bildelement" oder "Pixel" bezeichnet. Da die lichtemp­ findlichen Elemente des Detektors entlang einer Linie ange­ ordnet sind, entsprechen die elektronischen Signale, die da­ durch zusammen erzeugt werden, einer Linie von Pixeln, die allgemein als "Abtastlinie" bezeichnet wird. Demgemäß kann der gesamte Gegenstand durch Bewegen des optischen Systems hinsichtlich des Gegenstands abgetastet werden, derart, daß die Elemente des Detektors nebeneinanderliegenden Abtastli­ nien auf dem Gegenstand nacheinander ausgesetzt werden. Wäh­ rend das Bild abgetastet wird, werden Datensignale von den lichtempfindlichen Elementen des Detektors empfangen und durch ein geeignetes Datenverarbeitungssystem verarbeitet. Das Datenverarbeitungssystem kann die Daten wiederum an­ schließend auf einem geeigneten Medium speichern oder aus denselben ein Anzeigesignal erzeugen, wodurch ermöglicht wird, daß ein Bild des Gegenstands auf einem Anzeigegerät, wie z. B. auf einer CRT (CRT = cathode ray tube = Kathoden­ strahlröhre) oder auf einem Drucker, reproduziert wird.

Die Bilddaten, die durch ein optisches Abtastgerät des oben beschrieben Typs erzeugt werden, können gewöhnlich als kon­ tinuierlich betrachtet werden. Das heißt, daß jedes Pixel einen Intensitätswert aufweist, der einem bestimmten Grauton in einem Bereich von Grautönen entspricht, der sich von Schwarz bis Weiß erstreckt. Da die meisten allgemein verfüg­ baren Schwarz/Weiß-Abtastgeräte in der Lage sind, 256 oder sogar bis zu 1.024 getrennte Grautöne zu erfassen, können die Bilddaten somit als im wesentlichen kontinuierlich be­ trachtet werden, wobei dieselben hierin als "kontinuierliche Graustufen-Bilddaten" oder einfach als "Graustufen-Bildda­ ten" bezeichnet werden.

Obwohl derartige Graustufen-Bilddaten verwendet werden kön­ nen, um ein ziemlich genaues Bild des abgetasteten Gegen­ stands zu reproduzieren, beanspruchen dieselben eine be­ trächtliche Menge an Computerspeicher. Demgemäß ist es für das Abtastdienstprogramm oder Erfassungsprogramm, das dem Abtastgerät zugeordnet ist, üblich, die kontinuierlichen Grauton-Bilddaten von dem Abtastgerät in eine kompaktere Form umzuwandeln. Falls das Bild, das abgetastet wird, bei­ spielsweise einen gedruckten Text oder eine einfache Linien­ technikzeichnung aufweist, ist es gewöhnlich günstig, das Bild als einen binären Datentyp abzutasten. Ein Abtasten des Bildes als einen binären Datentyp "zwingt" das Abtastgerät dazu, lediglich zwei Grautöne, typischerweise Schwarz oder Weiß, zu erkennen. Folglich sind derartige binäre Bilddaten lediglich in der Lage, Schwarz/Weiß-Bilder ohne Grauzwi­ schentöne zu reproduzieren. Der Vorteil einer Abtastung ei­ nes Objekts als einen binären Datentyp besteht jedoch darin, daß die resultierenden binären Bilddaten viel weniger Spei­ cherplatz für eine Speicherung benötigen.

Während optische Abtastgeräte des oben beschriebenen Typs für eine breite Auswahl von Zwecken verwendet werden können, wie z. B. um Bilder oder Photos abzutasten, oder um geschrie­ bene Dokumente für eine nachfolgende optische Zeichenerken­ nung (OCR; OCR = Optical Character Recognition = optische Zeichenerkennung) abzutasten, tendieren dieselben dahin, sehr weit verbreitet verwendet zu werden, um Linientechnik­ zeichnungen, d. h. Zeichnungen, abzutasten, die im wesentli­ chen aus schwarzen oder dunklen Linien auf weißen oder hell­ farbigen Hintergründen bestehen. Wenn derartige Linientech­ nikzeichnungen abgetastet werden, geschieht dies gewöhnlich mit dem Wunsch, die Linientechnikzeichnungen in andere Doku­ mentarten, wie z. B. Berichte oder Präsentationen, zu über­ nehmen oder zu integrieren, welche ihrerseits mit Hilfe von separaten Anwendungsprogrammen, wie z. B. Textverarbeitungs- oder Publikationserstellungs-Programmen, erzeugt werden kön­ nen. Obwohl Anwendungsprogramme existieren, die es einem An­ wender ermöglichen, eine binäre Bilddatendatei eines abgeta­ steten Linientechnikbildes in ein derartiges Dokument zu übernehmen, weist das abgetastete Bild, das durch dieselben reproduziert wird, oftmals eine niedrige Qualität auf. Es ist beispielsweise für das abgetastete Linientechnikbild nicht ungewöhnlich, wenn dasselbe Treppenstufen oder "Zackenlinien" aufweist. Kurz gesagt sind Treppenstufen oder "Zackenlinien" digitale Bildfehler, die gekrümmte oder ange­ winkelte Linien des Bildes als Aufeinanderfolge von kurzen Liniensegmenten erscheinen lassen, die ein wenig voneinander versetzt sind.

Obwohl derartige Treppenstufenmuster oder "Zackenlinien" das Ergebnis einer unzulänglichen Abtast- oder Druckauflösung sein können, sind dieselben häufiger das Ergebnis der ver­ schiedenen Bildumformungsschritte, die durch den Anwender durchgeführt werden. Ein Anwender findet es beispielsweise häufig notwendig oder wünschenswert, die Größe (d. h. eine Skalierung) oder die winkelmäßige Ausrichtung (d. h. eine Drehung) des abgetasteten Linientechnikbildes zu ändern, um zu ermöglichen, daß dasselbe in einen Raum paßt, der demsel­ ben in dem Dokument zugeordnet ist. Da derartige Umformungs­ verfahren (z. B. eine Skalierung oder Drehung) jedoch mit bi­ nären Bilddaten durchgeführt werden, ist das Ergebnis die Erzeugung von sichtbaren Zackenlinien. Der Grund, daß sicht­ bare Zackenlinien erzeugt werden, wenn derartige binäre Bilddaten umgeformt werden, liegt darin, daß die binären Bilddaten nicht alle Informationen enthalten, die benötigt werden, um die präzise Position der Linienkanten des ur­ sprünglichen Bildes genau zu reproduzieren. Obwohl die Posi­ tionsfehler klein sind, tendieren dieselben dahin, sich mit den nachfolgenden Datenumformungsschritten anzuhäufen. Je mehr das Bild, das durch die binären Bilddaten dargestellt ist, vergrößert oder gedreht wird, umso schlimmer werden folglich tendenziell die Positionsfehler, wobei das Ender­ gebnis die Erzeugung von sichtbaren Zackenlinien ist.

Als ein Beispiel dieses Phänomens wird ein Linientechnikbild betrachtet, das mit einer ausreichend hohen Auflösung, die typischerweise etwa 600 Bildpunkte pro Zoll (dpi = dots per inch = Bildpunkte pro Zoll, 1 Zoll = 2,54 cm) beträgt, abge­ tastet ist, derart, daß keine Zackenlinien zu sehen sind. Falls die Größe des Bildes durch das Anwendungsprogramm um einen Faktor drei (3) vergrößert wird, wird die wirksame Auflösung des Bildes um einen entsprechenden Wert reduziert. Das heißt, daß die wirksame Auflösung des Bildes auf etwa 200 dpi, d. h. auf eine Auflösung, abfällt, die niedrig genug ist, um in einem Bild mit erkennbaren Zackenlinien zu resul­ tieren.

Obwohl es möglich ist, die Wahrscheinlichkeit eines Erzeu­ gens von Zackenlinien in dem endgültigen Bild durch ein Vor­ nehmen von gewissen Schritten während des Abtastverfahrens zu minimieren, sind derartige Schritte gewöhnlicherweise lästig oder können lediglich von sehr fachkundigen und er­ fahrenen Anwendern wirksam durchgeführt werden. Falls der Anwender beispielsweise die exakte Größe des Bildes kennt, das durch das Anwendungsprogramm reproduziert werden soll, kann er oder sie verschiedene Abtastparameter, wie z. B. die Abtastauflösung, die Abtastgröße und den Positionswinkel des Linientechnikbildes, das abgetastet wird, einstellen, um si­ cherzustellen, daß die resultierenden Bilddaten die Repro­ duktion eines im wesentlichen Zackenlinien-freien Bildes er­ möglichen. Ungünstigerweise ist es jedoch selten, daß die Personen, die das ursprüngliche Linientechnikbild abtasten, die genaue Größe des Bildes, das in dem Anwendungsprogramm reproduziert werden soll, im voraus kennen. Selbst wenn die Person die gewünschte Größe des endgültigen Bildes kennt, muß er oder sie ferner noch wissen, wie die verschiedenen Abtastparameter (d. h. die Auflösung, die Größe, der Positi­ onswinkel, etc.) einzustellen sind, um ein im wesentlichen Zackenlinien-freies Bild sicherzustellen. In der Praxis ist es für den Anwender weit üblicher, die Größe des Bildes in dem Enddokument abzuschätzen, die Abtastparameter auf die Werte einzustellen, mit denen der Anwender glaubt, daß er ein Zackenlinien-freies Bild erzeugt, und das Beste zu hof­ fen. In vielen Fällen ist die Schätzung nicht korrekt, und der Anwender muß zurückgehen und das Originalbild mit ver­ schiedenen Abtastparametern mit der Hoffnung erneut abta­ sten, daß die neuen Bilddaten eine höhere Bildqualität erge­ ben.

Folglich besteht ein Bedarf nach einem Verfahren und einer Vorrichtung, die die Neuskalierung und/oder Drehung der ab­ getasteten Bilddaten ermöglichen, ohne daß jedoch die Gefahr eines Erzeugens von sichtbaren Zackenlinien in dem endgülti­ gen Bild entsteht. Idealerweise sollte ein derartiges Ver­ fahren und eine derartige Vorrichtung es überflüssig machen, daß der Anwender sowohl die Größe des Bildes, das in dem Enddokument reproduziert werden soll, im voraus kennen muß, als auch, daß derselbe die Abtastparameter manuell einstel­ len muß. Zusätzliche Vorteile könnten realisiert werden, falls ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrich­ tung es ermöglichen würden, daß der Anwender das Bild neu skaliert und/oder dreht, während er in dem Anwendungspro­ gramm arbeitet. Weitere Vorteile könnten noch realisiert werden, falls derartige Neuskalierungs- und/oder Drehungs­ operationen ausgeführt werden könnten, obwohl die Menge an Speicherraum, die für die Bilddaten benötigt wird, minimiert wird.

H. Ernst diskutiert in "Einführung in die digitale Bildver­ arbeitung", Franzis-Verlag 1991, Seiten 130-133 ein Ver­ fahren zum Verbessern des Kontrastes von Graustufen-Bild­ daten durch "Umskalieren" der Graustufen-Bilddaten mittels einer Transformations-Tabelle bzw. eine "Look-up Table". Dieses Verfahren verbessert im wesentlichen Bilder mit nie­ drigem Kontrast durch Abschneiden der für gewöhnlich in­ formationsarmen sehr hellen und sehr dunklen Bereiche und durch Dehnung des mittleren Grauwertbereichs. Ferner wird ein Verfahren zur Kontrastverbesserung beschrieben, bei dem zwei Schwellen (z₁ und z₂) derart gewählt werden, daß ein bestimmter Prozentsatz (z. B. 10%) des Grauwertbereichs außerhalb der zwei Schwellenwerte liegt.

R. Klette u. a. diskutiert im "Handbuch der Operatoren für die Bildverarbeitung", Vieweg Verlag 1995, Seiten 8/9 Grau­ stufen- und binäre Bilddaten. Die Diskussion beinhaltet, daß binäre Bilddaten interessante grafische Effekte erzeugen können. Ferner wird ausgeführt, daß der Schritt des Er­ zeugens der binären Daten so lange als möglich verzögert werden sollte, so daß die reiche Informationsstruktur im Grauwertbild möglichst lange verfügbar bleibt.

Die US-A-4,977,605 offenbart ein Verfahren zum Umwandeln eines Videobildes mit einer Mehrzahl von Graustufen in ein binäres Bild. Jedem Pixel des ursprünglichen Bildes ist ein Teilbild zugeordnet, das über dem Pixel zentriert ist und eine Mehrzahl von Pixeln in zumindest einer Dimension auf­ weist. Wenn bestimmt wird, daß das Histogramm der Graupegel des Teilbildes zweigipflig (bimodal) ist, wird eine Schwelle ausgewählt, die durch das Histogramm läuft. Wenn das Histo­ gramm als eingipflig (monomodal) erkannt wird, wird eine Schwelle außerhalb des Histogramms ausgewählt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Umformen von Graustufen-Bilddaten anzugeben, um eine benutzerfreundliche und qualitativ hochwertige Verarbeitung und Reproduktion von abgetasteten Graustufen-Bilddaten zu ermöglichen.

Dies Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Computersystems zum Ausführen eines Computerprogramms zum Umformen von Bilddaten, um ein Bild entsprechend ausgewähl­ ter Größen- und Ausrichtungsparameter zu reprodu­ zieren;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Software-Architektur des in Fig. 1 gezeigten Computersystems;

Fig. 3 ein Flußdiagramm von Verfahrensschritten, die durch einen Anwender beim Implementieren des in Fig. 2 gezeigten Bildhandhabers durchgeführt werden kön­ nen;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Linientechnik­ bildes, das durch das Verfahren und die Vorrichtung zum Umformen von Bilddaten reproduziert werden kann;

Fig. 5 ein Histogramm, das die Verteilung von Graustufen­ intensitätswerten für die Pixel zeigt, die durch ein Abtasten eines typischen Linientechnikbildes erzeugt wurden;

Fig. 6 eine Tonabbildung, die den Bereich von Pixelwerten zeigt, die in den Graustufen-Bilddaten existieren, nachdem die hellen Pixel auf Weiß und die dunklen Pixel auf Schwarz eingestellt worden sind;

Fig. 7 ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte, die durch den in Fig. 2 gezeigten Bildhandhaber durchgeführt werden; und

Fig. 8 ein Flußdiagramm von zusätzlichen Verfahrensschrit­ ten, die durch den in Fig. 2 gezeigten Bildhandha­ ber durchgeführt werden können.

Eine Vorrichtung 10, die bei einem Verfahren zum Umformen von Bilddaten verwendet wird, ist am besten in den Fig. 1 und 2 zu sehen. Das Verfahren könnte durch einen program­ mierbaren Mehrzweck-Computer wie z. B. einem Personal-Compu­ ter 12, implementiert werden, um es zu ermöglichen, daß Bilddaten, die durch ein optisches Abtastgerät 14 erzeugt werden, in ein Dokument (nicht gezeigt) integriert werden können, das durch eine Anwendungssoftware 20 (Fig. 2), wie z. B. ein Textverarbeitungs- oder Publikationserstellungs- Programm, hergestellt ist. Das Dokument und das integrierte Bild können dann auf einem geeigneten Anzeigegerät, wie z. B. einer CRT 16, dargestellt oder auf einem Drucker 30 ausge­ druckt werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Schritte des Verfahrens 10 über einen Bildhandhaber 18 (Fig. 2) implementiert, welcher selbst durch ein getrenn­ tes Objektverbindungs- und Einbettungs-Programm oder -Sy­ stem, wie z. B. OLÉ oder OpenDoc (nicht gezeigt), implemen­ tiert wird, wie es im nachfolgenden detaillierter beschrie­ ben wird.

Der Anwender kann auf den Bildhandhaber 18 von innerhalb der Anwendungssoftware 20 zu jeder Zeit zugreifen, wenn es der Anwender wünscht, um ein Bild in das Dokument zu übernehmen, oder um ein früher übernommenes Bild zu überarbeiten. Falls es der Anwender beispielsweise wünscht, ein Bild, wie z. B. das in Fig. 4 gezeigte Linientechnikbild 24, in dem Dokument zu plazieren, das durch die Anwendungssoftware 20 erzeugt wurde, kann der Anwender den Bildhandhaber 18 von innerhalb des Anwendungsprogramms 20 durch Treffen einer Menüauswahl (nicht gezeigt) oder durch Aktivieren oder "Anklicken" eines geeigneten Bildsymbols (auch nicht gezeigt), das auf der CRT 16 erscheint, initiieren oder "starten". Sobald der Bild­ handhaber 18 gestartet ist, führt derselbe eine niedrig auf­ lösende Abtastung oder eine "Vorabtastung" des Gegenstandes durch, der die Linientechnikzeichnung 24 enthält, wobei das vorabgetastete Bild auf der CRT 16 angezeigt wird. An diesem Punkt kann der Anwender den Abschnitt des Bildes auswählen, der in das Dokument übernommen werden soll. Sobald der An­ wender mit seiner oder ihrer Auswahl zufrieden ist, führt der Bildhandhaber 18 eine hochauflösende "Neuabtastung" des Gegenstandes durch und zeigt das neu abgetastete Bild auf der CRT 16 an. An diesem Punkt kann der Anwender den ausge­ wählten Bildabschnitt wenn nötig umformen, derart, daß der­ selbe in den Raum paßt, der demselben in dem Dokument zuge­ teilt ist.

Der Bildhandhaber 18 ermöglicht die Reproduktion eines im wesentlichen Zackenlinien-freien Bildes, indem die gesamten Bildumformungs-Verfahren oder -Schritte (z. B. Skalierung und Drehung) mit Graustufen-Bilddaten durchgeführt werden. Ob­ wohl eine derartige Verarbeitung von Graustufen-Bilddaten normalerweise eine extrem große Speichermenge und ein we­ sentliche Menge an Verarbeitungszeit benötigen würde, kom­ primiert das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu­ erst die Graustufen-Bilddaten, um die Speichermenge, die zum Speichern der Bilddaten benötigt wird, wesentlich zu redu­ zieren. Wenn auf die Graustufen-Bilddaten zum Editieren zu­ gegriffen werden muß, z. B. zum Einstellen nach Größe und/oder zum Skalieren, gewinnt dar Bildhandhaber 18 die komprimierten Graustufen-Bilddaten wieder und baut dieselben erneut auf, derart, daß die Editierungsoperationen mit Grau­ stufen-Bilddaten durchgeführt werden können.

Unmittelbar folgend auf die Erfassung der Graustufen-Bildda­ ten der maximal- oder hochauflösenden Neuabtastung des be­ stimmten Abschnittes des Bildes, der vorher durch den Anwen­ der ausgewählt wurde, wird das Datenkomprimierungsverfahren durchgeführt. Der erste Schritt bei dem Bilddatenkomprimie­ rungsverfahren besteht darin, einen vorbestimmten Pixelin­ tensitätswert, der hierin als "Weiß-Einstellwert" 46 (Fig. 5) bezeichnet wird, auszuwählen, über welchem alle Pixel weiß "abgebildet" werden. Das heißt, daß alle Pixel, die heller als eine gewisse Graustufe (d. h. die Graustufe, die dem Weiß-Einstellwert 46 entspricht) sind, einem Intensi­ tätswert neu zugeordnet (oder auf demselben abgebildet) wer­ den, der dem Intensitätswert für Weiß entspricht. Gleicher­ maßen werden alle Pixel, die dunkler als eine andere gewisse Graustufe (d. h. die Graustufe, die einem "Schwarz-Einstell­ wert" 44 entspricht) sind, einem Intensitätswert neu zuge­ ordnet, der dem Intensitätswert für Schwarz entspricht. Die resultierenden, "eingestellten" Bilddaten enthalten eine be­ trächtliche Zahl von langen Zeichenfolgen von benachbarten Pixeln, die identische Werte aufweisen (d. h. die entweder Schwarz oder Weiß sind), welche dann durch eine herkömmliche Datenkomprimierungstechnik, wie z. B. durch eine Lauflängen­ verschlüsselung, komprimiert werden.

Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es dieselbe einem Anwender ermöglicht, Bilddaten in ein Dokument zu übernehmen, das durch ein getrenntes An­ wendungsprogramm 20 erzeugt worden ist, ohne befürchten zu müssen, daß das resultierende Bild lästige Zackenlinien oder andere Bildfehler enthalten wird. Der Anwender wird ferner davon entlastet, sowohl im voraus die Größe des Bildes als auch folglich die geeigneten Abtastparameter bestimmen zu müssen, um ein im wesentlichen Zackenlinien-freies Bild si­ cherzustellen. Das Verfahren minimiert ferner die Speicher­ menge, die benötigt wird, um die Bilddaten zu speichern, in­ dem die Bilddaten komprimiert werden, bevor beliebige Bild­ umformungsverfahren (z. B. eine Skalierung und/oder Drehung) durchgeführt werden. Das heißt, daß es das Datenkomprimie­ rungsverfahren ermöglicht, daß die Bilddatendatei auf eine Größe reduziert wird, derart, daß dieselbe etwa die gleiche Speichermenge wie eine herkömmliche binäre Datendatei benö­ tigt, obwohl dieselbe noch die Graustufen-Bilddaten für sol­ che Pixel enthält, die auf dem Linientechnikbild unmittelbar an die verschiedenen Linien angrenzen.

Bevor mit einer detaillierten Beschreibung des Verfahrens zum Umformen von Bilddaten fortgefahren wird, ist es nütz­ lich, die Merkmale und die Attribute einer Linientechnik­ zeichnung und die resultierenden Bilddaten, die durch das Abtastgerät erzeugt werden, zu betrachten.

Bezugnehmend nun auf Fig. 4 kann eine Linientechnikzeichnung 24 eine Mehrzahl von schwarzen (oder dunklen) Linien aufwei­ sen, die auf einem weißen (oder hellfarbigen) Hintergrund gezeichnet sind. Alternativ könnte die Linientechnikzeich­ nung natürlich auch eine Mehrzahl von weißen oder hellen Li­ nien aufweisen, die gegen einen dunklen oder dunkelfarbigen Hintergrund gezeichnet sind. Wenn die Zeichnung 24, die in­ nerhalb des Randes oder innerhalb eines ausgewählten Be­ reichs 26 durch das optische Abtastgerät 14 (Fig. 1) abge­ tastet wird, weisen die resultierenden Bilddaten auf jeden Fall eine Mehrzahl von Pixeln (nicht gezeigt) auf, wobei je­ des derselben einen zahlenmäßigen Intensitätswert zwischen einem schwarzen Wert und einem weißen Wert aufweisen wird. Das optische Abtastgerät 14, das in Fig. 1 gezeigt ist, wird beispielsweise Bilddaten mit Intensitätswerten zwischen 0, welcher Schwarz entspricht, und 255, welcher Weiß ent­ spricht, erzeugen. Das heißt, daß die Intensitätswerte, die die Bilddaten aufweisen, bis zu 256 verschiedene Grautöne darstellen können. Da die Zeichnung 24, die in dem ausge­ wählten Bereich 26 enthalten ist, zumeist aus weißen Flächen besteht, werden die meisten Pixel in den Graustufen-Bildda­ ten Intensitätswerte bei oder in der Nähe von 255 (der In­ tensitätswert für Weiß) aufweisen, wie es sehr gut in Fig. 5 zu sehen ist. Gleichermaßen wird eine große Anzahl von Pixel Intensitätswerte bei oder in der Nähe von 0 (der Intensi­ tätswert für Schwarz) aufweisen, welche natürlich den schwarzen Linien der Linientechnikzeichnung 24 entsprechen.

Wie es in Fig. 5 zu sehen ist, weisen nicht alle weißen oder schwarzen Pixel Intensitätswerte von exakt 255 (für Weiß) oder 0 (für Schwarz) auf, wobei dieselben jedoch einen Be­ reich von Intensitätswerten um den "reinen" weißen Intensi­ tätswert (255) oder den "reinen" schwarzen Intensitätswert (0) ziemlich umgeben. Dieser Bereich ist das Ergebnis des "Rauschens", das bei der Graustufenabtastung von Bildern aufgrund von Veränderungen bei der Farbe und der Schattie­ rung des Hintergrunds, aufgrund des elektrischen Rauschens, das durch die verschiedenen internen Komponenten des Abtast­ geräts erzeugt wird, aufgrund des Vorhandenseins von Schmutz oder anderen Mängeln auf der Glasauflageplatte 28 (Fig. 1) und aufgrund weiterer Mängel und Nicht-Linearitäten in dem Abtastgerät inhärent ist. Folglich resultieren die meisten Linientechnikbilder, die durch optische Abtastgeräte, wie z. B. das optische Abtastgerät 14, abgetastet werden, nicht in einfachen schwarzen und weißen Intensitätswerten, sondern enthalten eine ziemlich große Gesamtzahl von nahezu schwar­ zen und ebensogut nahezu weißen Pixeln. Wie es ferner in Fig. 5 zu sehen ist, weisen die Bilddaten ferner eine gerin­ gere Anzahl von "grauen" Pixeln auf, die Intensitätswerte aufweisen, die ziemlich gleichmäßig zwischen Schwarz und Weiß verteilt sind. Diese "grauen" Pixel stellen die grauen Bereiche dar, die unmittelbar neben den schwarzen Linien der Zeichnung 24 liegen, weshalb dieselben für die genaue Re­ produktion und Anordnung solcher Linien wesentlich sind.

Im folgenden wird wieder auf die vorliegende Erfindung und die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, wobei ein programmierbarer Mehrzweck-Computer, wie z. B. ein Personal-Computer 12, pro­ grammiert werden kann, um die Schritte durchzuführen, die das Verfahren zum Umformen von Graustufen-Bilddaten, die durch das optische Abtastgerät 14 erzeugt werden, aufweisen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Programm, das die Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens enthält, über ein beliebiges, geeignetes, bekanntes Medium, wie z. B. über eine magnetische oder optische Speicherplatte (nicht gezeigt), in den Computer 12 geladen werden. Alternativ kann der Computer 12 durch ein beliebiges anderes Gerät oder Ver­ fahren aus einer breiten Auswahl von bekannten Verfahren und/oder Geräten zum Programmieren von Mehrzweck-Computern programmiert werden, um spezifische Funktionen durchzufüh­ ren. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Verfah­ ren durch ein Gerät (nicht gezeigt), das spezifisch (d. h. "fest verdrahtet") entworfen ist, durchgeführt werden, um die Schritte des Verfahrens auszuführen.

Bei dem hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsbei­ spiel ist das Verfahren durch einen Bildhandhaber 18 imple­ mentiert, welcher selbst durch ein getrenntes Objektverbin­ dungs- und Einbettungsprogramm oder -System, wie z. B. OLÉ, das von Microsoft Corporation in Redmond, Washington, er­ hältlich ist, oder OpenDoc implementiert wird, das von CI Labs in Sunnyvale, Kalifornien, erhältlich ist. Alternativ kann das Verfahren jedoch als ein eigenständiges Softwarepa­ ket oder durch eine beliebige, andere, bekannte Einrichtung zum Implementieren von Gegenständen oder Teilen mit unter­ schiedlichen Attributen oder einem unterschiedlichen Verhal­ ten implementiert werden. Die Anwendungssoftware 20 kann ein beliebiges Softwarepaket, wie z. B. ein Textverarbeitungs- oder Publikationserstellungsprogramm, zum Erzeugen von Doku­ menten, Berichten, etc. aufweisen, für welche es wünschens­ wert sein kann, Bilddaten, die durch das optische Abtastge­ rät 14 erzeugt wurden, zu "übernehmen". Gleichermaßen kann das Abtastdienstprogramm 22 ein beliebiges Programm einer breiten Auswahl von Programmen zum Steuern des Betriebs von optischen Abtastgeräten wie z. B. "DeskScan II" oder "HP ScanJet Copy for the Macintosh", aufweisen, wobei beide von der Hewlett-Packard Company erhältlich sind.

Wie es oben erwähnt wurde, kann ein Anwender durch "Starten" des Bildhandhabers 18 von innerhalb des Anwendungsprogramms 20 ein Linientechnikbild, wie z. B. das Linientechnikbild 24 (Fig. 4), in das Dokument (nicht gezeigt), das durch die An­ wendungssoftware 20 erzeugt wurde, übernehmen. Bei einem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem der Bildhandhaber 18 durch OLÉ implementiert ist, wird das "Starten" durch die Verwendung des "Objekt-Einfügen"-Befehls aus dem "Einfü­ gen"-Menü erreicht. Alternativ kann das Starten durch Akti­ vieren oder Anklicken eines geeigneten Bildsymbols (nicht gezeigt), das auf der CRT 16 erscheint, erreicht werden. Auf jeden Fall sind die Schritte, die von einem Anwender durch­ geführt werden können, um die nachfolgende Auswahl, Umfor­ mung und das Übernehmen des abgetasteten Linientechnikbildes in das Anwenderdokument zu erreichen, in Fig. 3 gezeigt.

In dem ersten Schritt 19 initiiert oder "startet" der Anwen­ der den Bildhandhaber 18. Falls das Bild, das in das Doku­ ment übernommen werden soll, noch nicht abgetastet ist, wird der Bildhandhaber 18 das Abtastdienstprogramm 22 anweisen, eine anfängliche oder niedrig auflösende "Vorabtastung" des Gegenstandes, der das entsprechende Linientechnikbild 24 (Fig. 4) enthält, durchzuführen. Das "Vorabtastungs"-Bild wird dann gewöhnlicherweise über das Abtastdienstprogramm 22 auf der CRT 16 angezeigt, obwohl das Vorabtastungsbild eben­ sogut auch über den Bildhandhaber 18 angezeigt werden könn­ te. An diesem Punkt kann der Anwender den abgetasteten Ge­ genstand in seiner Gesamtheit sehen, und diejenigen Teile des abgetasteten Gegenstands, die in das Hauptdokument über­ nommen werden sollen, auswählen. Siehe Schritt 21. Nachdem der Anwender den gewünschten Bildabschnitt ausgewählt hat, aktiviert der Bildhandhaber 18 wieder das Abtastdienstpro­ gramm 22, um den bestimmten Abschnitt des Bildes, der durch den Anwender ausgewählt wurde, erneut abzutasten. Diesmal wird die Neuabtastung jedoch mit der maximalen Auflösung des Abtastgeräts 14 durchgeführt.

Die Bilddaten von der hochauflösenden Neuabtastung des aus­ gewählten Bildabschnittes werden durch den Bildhandhaber 18 empfangen, woraufhin derselbe die Bilddaten komprimiert und die Daten als eine komprimierte Graustufen-Bilddatendatei speichert, was im nachfolgenden detaillierter beschrieben werden wird. Auf die komprimierte Graustufen-Bilddatendatei kann dann wenn nötig durch den Bildhandhaber 18 zugegriffen werden, um alle nachfolgenden Operationen, wie z. B. Bildum­ formungen, d. h. ein Editieren, durchzuführen und das hoch­ auflösende Bild auf der CRT 16 anzuzeigen.

Nun wird auf Fig. 3 zurückverwiesen, wobei dem Anwender, nachdem die hochauflösenden Graustufen-Bilddaten durch den Bildhandhaber komprimiert wurden, im Schritt 23 die Option zum Neuskalieren und/oder Drehen des Bildes wenn nötig ge­ geben ist, um zu ermöglichen, daß der ausgewählte Bildab­ schnitt in den zugeteilten Raum in dem Dokument paßt. Sobald der Anwender mit der Größe und Ausrichtung des ausgewählten Bildabschnitts zufrieden ist, kann der Bildhandhaber 18 die Befehle, die notwendig sind, um die Bilddaten umzuwandeln, speichern. Wenn der Anwender wünscht, ein Dokument, das das umgeformte Linientechnikbild enthält, auszudrucken, dann wird die komprimierte Graustufen-Bilddatendatei von dem Bildhandhaber 18 wiedergewonnen und neu aufgebaut, die Um­ formungsbefehle wiedergewonnen, die neu aufgebauten Graustu­ fen-Bilddaten umformt und schließlich die neu aufgebaute und umgeformte Graustufen-Bilddatendatei in binäre Bilddaten um­ geformt, wobei diese Daten dann zu einem Drucker geschickt werden können. Der Anwender kann dann in einem Schritt 25 den Bildhandhaber 18 verlassen und zu der Anwendungssoftware 20 (Fig. 2) zurückkehren.

Die Schritte, die durch den Bildhandhaber 18 während des vorhergehenden Verfahrens durchgeführt wurden, sind in Fig. 7 gezeigt. In dem ersten Schritt 32 weist der Bildhandhaber 18 das Linientechnikbild-Abtastdienstprogramm 22 (Fig. 2) an, die niedrig auflösende Abtastung oder "Vorabtastung" des Gegenstands, der das Linientechnikbild 24 enthält, durchzu­ führen. Die resultierenden Graustufen-Bilddaten von dem Ab­ tastgerät 14 werden dann wenn nötig durch das Abtastdienst­ programm 22 umgewandelt, derart, daß dieselben auf der CRT 16 angezeigt werden können. Siehe Schritt 34. Alternativ könnte der Bildhandhaber 18 oder ein Anzeigehilfsmittel (nicht gezeigt) verwendet werden, um "anti-verzerrte"-Linien ("anti-alised") auf der CRT 16 anzuzeigen, um ein im wesent­ lichen Zackenlinien-freies Bild zu erzeugen. Ungeachtet des besonderen Anzeigeformats, das verwendet wird, wird der An­ wender ein niedrig-auflösendes Bild des gesamten abgetaste­ ten Gegenstands auf der CRT 16 sehen.

Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, kann der Anwen­ der nun entweder das gesamte Bild oder einen Abschnitt des­ selben auswählen, das in das Dokument übernommen werden soll. Während ein beliebiges Verfahren aus einer breiten Auswahl von Verfahren verwendet werden kann, um zu ermögli­ chen, daß der Anwender Bildabschnitte auswählt, ermöglicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, daß der Anwender ein Bildsymbol (nicht gezeigt), das auf der CRT 16 angezeigt ist, "anklickt" und einen Kasten um den gewünsch­ ten Bildabschnitt "zieht". Diese Technik ist gut bekannt und wird bei vielen Zeichenprogrammen, wie z. B. Claris Works und AutoCAD, verwendet.

Sobald der gewünschte Abschnitt des Linientechnikbildes 24 durch den Anwender ausgewählt ist, springt der Bildhandhaber 18 zu einem Schritt 36 (Fig. 7) und befiehlt dem Abtast­ dienstprogramm 22, eine hochauflösende Abtastung oder "Neu­ abtastung" lediglich des ausgewählten Bildabschnittes durch­ zuführen. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, wird die "Neuabtastung" des ausgewählten Bildabschnittes mit der maximalen Auflösung des Abtastgeräts (etwa 300 Bildpunkte pro Zoll (dpi) für gegenwärtig erhältliche Abtastgeräte) durchgeführt, obwohl auch andere Auflösungen verwendet wer­ den könnten. Die Graustufen-Bilddaten, die durch diese hoch­ auflösende Neuabtastung erzeugt wurden, werden durch das Ab­ tastdienstprogramm 22 weder verändert noch manipuliert, die­ selben werden jedoch direkt dem Bildhandhaber 18 zugeführt. Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, werden die Grau­ stufen-Bilddaten eine große Anzahl von Pixel mit Intensi­ tätswerten zwischen 0 (d. h. Schwarz) und 255 (d. h. Weiß) enthalten, weshalb dieselben eine wesentliche Menge an Com­ puterspeicher zum Abspeichern benötigen.

Sobald die Graustufen-Bilddaten durch den Bildhandhaber 18 empfangen sind, beginnt derselbe das Datenkomprimierungs­ verfahren, indem ein Schritt 38 durchgeführt wird. Der Schritt 38 "stellt" die dunkleren Pixel mit Intensitätswer­ ten, die kleiner als der Schwarz-Einstellwert 44 sind, "auf Schwarz ein", wobei derselbe hellere Pixel mit Intensitäts­ werten, die größer als der Weiß-Einstellwert 46 sind, auf Weiß einstellt. Siehe Fig. 5. Das heißt, daß alle Pixel mit Intensitätswerten, die kleiner als der Schwarz-Einstellwert 44 sind, dem Intensitätswert, der Schwarz (d. h. 0) ent­ spricht, zugeordnet werden, wohingegen alle Pixel mit Inten­ sitätswerten, die größer als der Weiß-Einstellwert 46 sind, dem Intensitätswert, der Weiß (d. h. 255) entspricht, zuge­ ordnet werden. Den Verfahrensschritt 38 des Einstellens auf Weiß und des Einstellen auf Schwarz kann man sich vorstel­ len, als daß derselbe eine Übertragungsfunktion oder eine "Tonabbildung" aufweist, wie sie im wesentlichen in Fig. 6 gezeigt ist. Das heißt, daß "Eingangs"-Intensitätswerte (d. h. die Intensitätswerte, die den ursprünglichen Graustu­ fen-Bilddaten entsprechen), die kleiner als der Schwarz-Ein­ stellwert 44 sind, auf Schwarz (d. h. 0) abgebildet oder "eingestellt" werden, und daß "Eingangs"-Intensitätswerte, die größer als der Weiß-Einstellwert 46 sind, auf Weiß (d. h. 255) abgebildet werden. Obwohl die exakten Schwarz- und Weiß-Einstellwerte 44, 46 nicht besonders kritisch sind und von Anwendung zu Anwendung variieren können und von den ein­ zelnen Farben und der Schattierung der Zeichnung, die abge­ tastet wird, abhängig sind, sollten dieselben ausgewählt werden, derart, daß dieselben die Anzahl von Pixeln mit Zwi­ schen- oder Grau-Werten deutlich reduzieren, ohne jedoch die Graustufen-Bilddaten zu beseitigen, die solchen Pixeln ent­ sprechen, die in der Nähe der Linienkanten der Linientech­ nikzeichnung 24 positioniert sind. Wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, sind die Pixel, die in der Nähe der Linien­ kanten der Linientechnikzeichnung 24 positioniert sind, beim Ermöglichen der Reproduktion eines im wesentlichen Zackenli­ nien-freien Bildes kritisch. Bei einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel mit Pixelintensitätswerten zwischen 0 und 255 wurde für den Schwarz-Einstellwert 44 der Wert 32 und für den Weiß-Einstellwert 46 der Wert 196 ausgewählt.

Nachdem das Verfahren 38 abgeschlossen ist, werden die Grau­ stufen-Bilddaten viele Gruppen oder Zeichenfolgen von neben­ einanderliegenden Pixeln enthalten, die identische Intensi­ tätswerte, d. h. entweder Schwarz oder Weiß, aufweisen. Der­ artig große Reihen von langen Zeichenfolgen mit identischen Daten eignen sich ohne weiteres dazu, durch einen beliebigen Algorithmus aus einer Anzahl von herkömmlichen Datenkompri­ mierungs-Algorithmen, wie z. B. Lauflängenverschlüsselungs- Algorithmen, komprimiert zu werden. Folglich führt der Bild­ handhaber 18 als nächstes einen Schritt 40 durch, welcher die Graustufen-Bilddaten unter Verwendung eines Lauflängen­ verschlüsselungs-Algorithmus komprimiert. Bei einem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel werden die Daten unter Verwendung eines Lauflängenverschlüsselungs-Algorithmus, wie z. B. "Bün­ delbits", komprimiert, obwohl andere Typen von Datenkompri­ mierungs-Algorithmen ebenfalls verwendet werden könnten. Die komprimierten Graustufen-Bilddaten können entweder als eine getrennte Datei für eine spätere Verwendung, wie in Schritt 42, gesichert werden, oder auf die komprimierte Datendatei kann sofort zugegriffen werden, um zu ermöglichen, daß das Bild, das durch dieselbe dargestellt wird, wenn nötig ska­ liert und/oder gedreht wird, um in das Dokument zu passen, das durch die Anwendungssoftware 20 erzeugt wird.

Obwohl es vorzuziehen ist, daß das Datenkomprimierungsver­ fahren, das im vorhergehenden beschrieben wurde, die Ein­ stellschritte auf Weiß und auf Schwarz aufweist, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, werden derartige Verfah­ rensschritte nicht benötigt, falls der Datenkomprimierungs- Algorithmus von dem Typ ist, der in der Lage ist, Daten zu komprimieren, die keine langen Zeichenfolgen mit identischen Werten aufweisen. Falls ein derartiger Datenkomprimierungs- Algorithmus verwendet wird, dann könnten die Einstellschrit­ te auf Weiß und auf Schwarz beseitigt werden.

Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, zeigt der Bild­ handhaber 18 die hochauflösende oder Neu-Abtastung des Li­ nientechnikbilds 24 auf der CRT 16 an, um zu ermöglichen, daß der Anwender das Bild 24, wenn es nötig ist, derart um­ formt (d. h. skaliert und/oder dreht), daß dasselbe in den zugeteilten Raum paßt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel können die neu abgetasteten Bilddaten über den Bild­ handhaber 18 auf eine herkömmliche Art und Weise angezeigt werden, obwohl der Bildhandhaber 18 ebenfalls konfiguriert werden könnte, um "anti-verzerrte" Linien unter Verwendung eines beliebigen Algorithmus aus einer Anzahl von bekannten Algorithmen zum Anzeigen von "anti-verzerrte" Linien auf ei­ ner CRT, auf der CRT 16 anzuzeigen.

Bezugnehmend nun auf Fig. 8, wird der erste Schritt, der durch den Bildhandhaber 18 durchgeführt wird, die kompri­ mierten Bilddaten in dem Schritt 50 wiedergewinnen, falls die komprimierten Bilddaten von dem Schritt 40 in dem Schritt 42 gespeichert würden. Sobald die Daten wiedergewon­ nen sind, werden dieselben durch einen Schritt 52 erweitert oder wiederhergestellt, derart, daß dieselben, wie es durch den Anwender gewünscht wird, umgeformt werden können. Da die einzelnen Schritte, die benötigt werden, um die komprimier­ ten Bilddaten zu erweitern oder wiederherzustellen, von dem einzelnen Datenkomprimierungsschema, das in dem Schritt 40 verwendet wurde, abhängen und gut bekannt sind, werden die Details der Schritte, die benötigt werden, um die Bilddaten wiederherzustellen, nicht weiter detailliert beschrieben.

Nachdem die Bilddaten wiederhergestellt wurden, springt der Bildhandhaber zu einem Schritt 54, um die Bilddaten umzufor­ men, sowie dieselben durch den Anwender benötigt werden, um es zu ermöglichen, daß das Bild in dem Raum, der demselben in dem Dokument zugeteilt ist, plaziert wird. Obwohl ein be­ liebiger Algorithmus aus einer breiten Auswahl von Umfor­ mungs-Algorithmen verwendet werden kann, um die Bilddaten zu skalieren und/oder zu drehen, verwendet ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel bi-lineare Interpolations-Algorithmen, um die Bilddaten zu skalieren und zu drehen. Da derartige bi­ lineare Interpolationsumformungs-Algorithmen auch Personen mit normalen Fachkenntnissen gut bekannt sind, werden die­ selben im einzelnen nicht weiter beschrieben. Sobald der An­ wender die Umformungen abgeschlossen hat, kann der Bildhand­ haber 18 die Befehle speichern, die notwendig sind, um die Umformungen, die durch den Anwender ausgewählt wurden, durchzuführen.

Sobald der Anwender bereit ist, das Bild auszudrucken, wer­ den schließlich die komprimierten Graustufen-Bilddaten durch den Bildhandhaber 18 wiedergewonnen und wieder hergestellt, die Umformungsbefehle werden falls nötig wiedergewonnen, die wiederhergestellten Bilddaten werden umgeformt und die umge­ formten wiederhergestellten Graustufen-Bilddaten werden in dem Schritt 46 in binäre oder Schwarz/Weiß-Bilddaten umge­ wandelt, wobei sich die binären Bilddaten zum Ausdrucken des Bildes auf den meisten Druckern eignen. Obwohl eine große Anzahl von Programmen verfügbar ist, um Graustufendaten in binäre Daten umzuwandeln, verwendet ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel einen Schwellen-Algorithmus, um die Umwandlung durchzuführen. Die binären Bilddaten können dann optional in einem Schritt 58 gespeichert werden, wobei ermöglicht wird, daß für ein nachfolgendes Drucken auf die Daten zugegriffen werden kann.

Claims (5)

1. Verfahren zum Umformen von Graustufen-Bilddaten, wobei die Graustufen-Bilddaten eine Mehrzahl von Intensitäts­ werten aufweisen, die von einem Schwarz-Intensitätswert bis zu einem Weiß-Intensitätswert reichen, und der Weiß-Intensitätswert größer als der Schwarz-Intensi­ tätswert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Auswählen eines Weiß-Einstellwertes (46), der kleiner als der Weiß-Intensitätswert ist;
Auswählen eines Schwarz-Einstellwertes (44), der größer als der Schwarz-Intensitätswert und kleiner als der Weiß-Einstellwert (46) ist;
Ersetzen der Intensitätswerte, die größer als der Weiß-Einstellwert (46) sind, durch den Weiß-Intensi­ tätswert;
Ersetzen der Intensitätswerte, die kleiner als der Schwarz-Einstellwert (44) sind, durch den Schwarz-In­ tensitätswert;
Komprimieren der Bilddaten, um komprimierte Bilddaten zu erzeugen;
Wiederherstellen der komprimierten Bilddaten, um wie­ derhergestellte Bilddaten zu erzeugen;
Umformen der wiederhergestellten Bilddaten gemäß der vorausgewählten Umformungsfaktoren, um umgeformte wie­ derhergestellte Bilddaten zu erzeugen; und
Umwandeln der umgeformten wiederhergestellten Bilddaten in binäre Bilddaten.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des Umformens der Bilddaten den Schritt eines Neuskalierens der Bilddaten gemäß voraus­ gewählter Skalierungsfaktoren aufweist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Umformens der Bilddaten den Schritt eines Drehens der Bilddaten gemäß vorausgewähl­ ter Drehfaktoren aufweist.

4. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, das über ein Objektverbindungs- und Einbettungsprogramm implementiert ist.

5. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt des Komprimierens der Bilddaten den Schritt des Komprimierens der Bilddaten gemäß einem die Lauflängencodierung verwendenden Datenkompressionsalgo­ rithmus umfaßt.