DE19904997A1

DE19904997A1 - Automatische Farbausfällung unter Verwendung von Luminanz/Chrominanz-Zwischenraumverarbeitung

Info

Publication number: DE19904997A1
Application number: DE19904997A
Authority: DE
Inventors: Andreas E Savakis; James M Madigan
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 1999-08-26
Also published as: US6035058A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der digitalen Bildverarbeitung und insbesondere den Bereich der automatischen Farbausfällung unter Verwendung von Luminanz/Chrominanz-Zwischenraumverarbeitung.

In der Vorlagenbildverarbeitung besteht der Bedarf, Textinformationen aus einem Bild zu extrahieren, dessen Hintergrund einen Farbinhalt aufweist. Die Entfernung des Farbinhalts ist in bestimmten Anwendungen sinnvoll, beispielsweise der For mularverarbeitung, wobei der Farbinhalt des Formulars, der zur Erleichterung der Dateneingabe dient, für die nachfolgende Datenverarbeitung ohne Wert ist. Farb ausfällung reduziert die Größe der Bilddatei, beseitigt irrelevante Informationen und vereinfacht dem Leser oder dem Verarbeitungssystem das Extrahieren von Textinformationen aus dem Bild.

Ein Beispiel einer Anwendung, bei der die Farbausfällung von Bedeutung ist, ist der Bereich der optischen Zeichenerkennung (OCR). In dem OCR-Prozeß wird eine Vorlage 10, von der ein Beispiel in Fig. 1 gezeigt wird, elektronisch gescannt, wobei alle Informationen in ein digitales Bild umgewandelt werden. Sobald die Daten in elektronischer Form erfaßt sind, werden die zu lesenden Informationen von den Hintergrundinformationen getrennt, beispielsweise Felder und Texte, die Anweisungen zum Ausfüllen des Formulars enthalten. Dieser Prozeß führt dazu, daß bis auf die wesentlichen Informationen alle Informationen entfernt werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Sobald dieser Trennvorgang abgeschlossen ist, werden die Textfelder des Bildes extrahiert und von einem OCR-Algorithmus verarbeitet.

Ein Abtastsystem zur Erfassung eines farbigen Bildes erzeugt eine digitale Bild datei mit drei Farbkomponenten. Die Anzahl der Pixel in dem Farbbild hängt von der Auflösung der Punkte pro Zoll ab, die die Kameraoptik und der Detektor lei sten. Der numerische Wert an jedem Pixel einer Farbkomponente stellt die Menge der an dem Pixel erkannten jeweiligen Primärfarbe dar. In den Fällen, in denen alle drei Farbkomponenten denselben Wert haben, weist das resultierende Bild einen Grauwert auf. Je weniger kräftig jede Farbkomponente ist, um so mehr wird das Grau zu Schwarz.

Geschäftsformulare werden normalerweise mit einer bestimmten Hintergrundfarbe gedruckt, beispielsweise einer Pastellfarbe. Eine Möglichkeit, diese Hintergrund farbe zu beseitigen, besteht darin, in dem elektronischen Scanner ein optisches Filter zu benutzen, das auf die zu beseitigende Hintergrundfarbe abgestimmt ist. Das Farbfilter verhindert, daß der Detektor des Scanners farbige Informationen erkennt, so daß der pastellfarbene Hintergrund dem Scanner gegenüber weiß erscheint. Der in schwarz oder in einer anderen dunklen Farbe gedruckte Text wird von dem Scanner erfaßt. Dieses System funktioniert zwar, aber es schränkt die auszufällenden Farben auf das in dem Scanner installierte Filter ein, das auf die Hintergrundfarbe der Formulare abgestimmt sein muß. Für Formulare mit unterschiedlichen Farben sind daher unterschiedliche Filter erforderlich.

In einem derzeit verfügbaren Farbausfällungssystem sind Codes in einer Trans formationstabelle für das Ausfällen von cyan, magenta oder gelb gespeichert (CMY), siehe US-A-4,727,425. Ein anderes Verfahren zum Bestimmen von aus zufällenden Farben wird in US-A-5,014,328 und 5,014,329 beschrieben, in denen die auszufällende Farbe als eine Durchschnittsfarbe einer Kalibrierzone oder eines Feldes der abzutastenden Vorlage wählbar ist. Die Koeffizienten eines Farbfilters sind derart gewählt, daß der Rot-, Grün-, Blauwert (RGB) der auszufäl lenden Farbe ausgeschaltet wird. Ein weiterer Ansatz wird in US-A-5,664,031 beschrieben, bei dem ein leeres Formular gescannt und bei dem sämtliche RGB- Farbinformationen im Speicher abgelegt werden. Das gespeicherte leere Formular wird dann zum Zweck der Farbausfällung digital mit dem ausgefüllten Formular verglichen.

Es besteht Bedarf nach einem System, das automatisch die Farbe der gewünschten Textinformationen ermittelt und alle andere Farben beseitigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eines oder mehrere der zuvor genannten Probleme zu überwinden. Gemäß einem Aspekt der vorliegen den Erfindung wird eine Vorlage gescannt, so daß ein digitales Bild entsteht. Min destens eine nicht auszufällende Farbe wird ausgewählt und in einen Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum übertragen. Jedes Pixel des gescannten Bildes wird in einen Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum umgewandelt, und der Abstand von jedem der Bildpixel zur nicht auszufällenden Farbe wird bestimmt. Jedes Bildpixel wird in Schwarz umgewandelt, wenn der Abstand von der nicht auszufällenden Farbe geringer ist als ein Schwellenwert oder diesem entspricht, und in Weiß, wenn der Abstand größer ist als der Schwellenwert. Die umgewan delten schwarzen und weißen Pixel werden dann gespeichert.

Die Erfindung ermittelt automatisch den Farbinhalt eines Bildes und stuft jedes Pixel des Bildes in zwei Klassen ein, nämlich in die Pixel, die zu erhalten sind, und in die, die zu beseitigen sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Bildpixel in einen Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum umgewandelt, beispiels weise YCbCr, Lab oder Yuv. Jedes umgewandelte Pixel wird mit einem Schwel lenwert verglichen, wodurch druckbedingte Farbtoleranzen, Stabilitätsschwankun gen und andere Abweichungen berücksichtigt werden können. Nach Auswertung jedes Bildpixels wird entschieden, ob das Pixel erhalten bleibt oder aus dem Aus gabebild entfernt wird. Die zu erhaltenden Pixel werden in Schwarz umgewandelt, die zu beseitigenden Pixel in Weiß. So reicht ein Bit pro Pixel aus, um den Bild dateninhalt zu beschreiben. Die Vergleiche können auch im RGB-Raum erfolgen.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich in verschiedener Hinsicht von den Verfahren nach dem Stand der Technik. Um die auszufällenden Farben zu ermit teln, ist es nicht erforderlich, eine leere Vorlage abzutasten. Die Filterung stützt sich nicht auf zu beseitigende auszufällende Farben, sondern auf nicht auszufäl lende Farben, die wiederum festlegen, welche Farben zu erhalten sind. Nicht aus zufällende Farben basieren auf typischen Druckfarben, wie schwarz und dunkel blau. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Farbfilterung nicht im RGB-Raum, sondern in einem Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum, wie YCbCr, der gleichmäßiger als RGB ist.

Die vorliegende Erfindung weist zahlreiche Vorteile auf, unter anderem, ohne dar auf beschränkt zu sein:

- Ein Benutzer braucht nicht für jedes Bild oder für jeden Bildtyp Parameter ein zustellen.
- Die Farbentfernung wird durchgeführt, indem der lokale Bildinhalt bewertet wird, ohne auf das gesamte Bild zugreifen zu müssen.
- Es ist im Vergleich mit anderen Techniken weniger Speicherplatz erforderlich.
- Für den Prozeß braucht nicht das gesamte Bild in den Speicher geladen zu werden.
- Die Erfindung verkürzt die zum Extrahieren der Informationen erforderliche Verarbeitungszeit.
- Die Erfindung verbessert die Bildübertragungszeit.
- Die erhaltene Farbe oder die erhaltenen Farben stellen die Aspekte dar, die für den Endbenutzer informationswichtig sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Geschäftsformular mit Hintergrundfarben;

Fig. 2 das Geschäftsformular aus Fig. 1 nach der Farbausfällung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Vorlagenscanners;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm gemäß einem Aspekt der Erfindung; und

Fig. 5 eine schematische Ansicht nicht auszufällender Farben in einem Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum.

Die vorliegende Erfindung wird unter besonderem Bezug auf Elemente beschrie ben, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind oder direkt damit zusam menwirken. Elemente, die nicht ausdrücklich gezeigt oder beschrieben werden können verschiedene Formen annehmen, wie den einschlägigen Fachleuten selbstverständlich bekannt ist.

Fig. 3 zeigt eine Vorlagenabbildungsvorrichtung 20, die aus einem Scanner 22 besteht. Der Scanner 22 wird als Scanner mit automatischem Einzug dargestellt, aber selbstverständlich sind auch andere Arten von Scannern, etwa Flachbett scanner, zur Verwertung der Erfindung geeignet. Eine Vorlage 10 wird von dem Scanner 22 gescannt, und die auf der Vorlage 10 befindlichen Informationen wer den von dem Scanner 22 in ein digitales Bild umgewandelt und zur Verarbeitung an einen Computer (24) übergeben.

Anhand eines Ablaufdiagramms wird in Fig. 4 ein Aspekt der vorliegenden Erfin dung gezeigt. Das Scannen der Vorlage wird in Block 30 gezeigt. In Block 32 wird eine nicht auszufällende Farbe gewählt. Beispielsweise ist die Farbe schwarz, also die Farbe, die am häufigsten für das Ausfüllen von Formularen verwendet wird, die am häufigsten nicht auszufällende Farbe. In Block 34 wird die nicht aus zufällende Farbe in einen Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum 34 umgewandelt.

Jedes gescannte Bild wird in Block 36 in den Luminanz/Chrominanz-Zwischen raum umgewandelt. Die Farbausgabe des Scanners 22 erfolgt normalerweise in rot, grün und blau (RGB). Die in dem RGB-Raum zu erhaltenden Farben sind mit einer gewissen Toleranz um jede angegebene Farbe beschreibbar. Der RGB- Raum wird allerdings nicht bevorzugt, da er hinsichtlich der Farbe nicht einheitlich ist. Es ist wünschenswert, das Bild über eine Farbumwandlung in einen Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum 34 umzuwandeln, weil die jeweiligen Luminanz/Chrominanz-Zwischenräume derart ausgelegt sind, daß sie nahezu einheitlich sind.

Zwar wird der RGB-Farbraum am meisten benutzt, aber er ist geräteabhängig, und Farbunterschiede werden innerhalb des Farbraums nicht einheitlich wahrge nommen. Es ist möglich, die RGB-Werte in einen geräteunabhängigen CIE xyz- Farbraum umzuwandeln, aber xyz ist ebenfalls von der Wahrnehmung her nicht einheitlich. Bessere Ergebnisse lassen sich mit einem der Luminanz/Chrominanz- Zwischenräume erzielen, etwa CIELUV, CIELAB oder YCbCr. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der YCbCr-Farbraum benutzt, der aus Luminanz Y Blauchrominanz Cb und Rotchrominanz Cr besteht. Die Umwandlung von RGB in YCbCr umfaßt eine Matrizenverarbeitung:
Y = 0,257 R + 0,504 G + 0,098 B + 16
Cb = -0,148R-0,291 G + 0,439B + 128
Cr = 0,439R-0,368 G-0,071 B + 128.

Die RGB-Variablen nehmen Werte im Bereich von 0-255 an. Daraus resultieren Bereiche von 16-235 für Y sowie 16-240 für Cb und Cr. Die Transformation von YcbCr nach RGB wird folgendermaßen erreicht:
R = 1,164 (Y-16) + 1,596 (Cr-128)
G = 1,164 (Y-16)-0,813 (Cr-128)-0,392 (Cb-128)
B = 1,164 (Y-16) + 2,017 (Cb-128).

In dem Arbeitsraum, in diesem Ausführungsbeispiel also im Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum, wird für jede Farbkomponente des Bild pixels eine Abweichung hinsichtlich Druckfarbe, Druckabweichung, Farbstoffstabi lität und Rauschen aufgrund der Papierstruktur berücksichtigt. Ein Schwellenwert, in Fig. 5 als Radialabstand gezeigt, wird gewählt, um den Raum zu ermitteln, der die nicht auszufällenden Farben oder die Farben enthält. In Block 40 wird jedes einzelne Bildpixel mit dem Schwellenwert verglichen, und wenn ein Abstand zu jedem Pixel größer als der Schwellenwert ist, wird das Pixel in Block 42 in Weiß umgewandelt. Wenn der Abstand zu jedem Pixel kleiner als der Schwellenwert ist, wird das Pixel in Block 44 in Schwarz umgewandelt.

Die Verarbeitung erfolgt im YCbCr-Raum, wo die schwarze Farbe erhalten blieb, während alle anderen Farben ausgefällt wurden. In einigen Anwendungen ist eine Vielzahl von nicht auszufällenden, informationswichtigen Farben wählbar, bei spielsweise blau und schwarz. Jede nicht auszufällende, informationswichtige Farbe wird im Speicher abgelegt und benutzt, um jedes Bildpixel damit zu verglei chen. Jedes Bildpixel wird nach Art und Weise eines Rasters bewertet und wie folgt klassifiziert. Wenn die Bildfarbe einer der informationswichtigen Farben innerhalb der angegebenen Toleranzen entspricht, also dem Schwellenwert, wird die Ausgabefarbe auf schwarz eingestellt, ansonsten wird die Ausgabefarbe auf weiß eingestellt. Da nur die informationswichtigen Farben gespeichert und benutzt werden, ist es nicht erforderlich, Informationen hinzuzufügen, die sich auf ein bestimmtes gescanntes Formular oder Bild beziehen, wodurch die Notwendigkeit entfällt, viele Formulare oder Vorlagen zu Vergleichszwecken definieren zu müs sen, um zu ermitteln, welche Bildelemente erhalten bleiben oder zu beseitigen sind. Fig. 5 zeigt dies anhand einer ersten nicht auszufällenden Farbe 50 und einer zweiten nicht auszufällenden Farbe 52. Ein Schwellenwert 54 ist um diese Punkte angeordnet. Die Bildpixel außerhalb der Schwellenräume werden in Weiß umgewandelt, und die Bildpixel innerhalb der Schwellenräume werden in Schwarz umgewandelt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jedes Bildpixel, das kleiner als der Schwellenwert ist, in ein erstes Grauwertbild umgewandelt, anstatt in Schwarz. Wenn das Bildpixel größer als der Schwellenwert ist, wird es in ein zweites Grauwertbild anstatt in Weiß umgewandelt. Dies gibt dem Benutzer die Möglichkeit, eine bestimmte Ausgabe zu wählen, beispielsweise in gedruckter, standardmäßiger Form.

Zwar wurde die Erfindung mit Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel die ser Erfindung beschrieben, aber die Erfindung ist natürlich nicht darauf beschränkt, sondern kann zahlreichen, Fachleuten bekannten Änderungen und Abwandlungen unterzogen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie in den anhängenden Ansprüchen ausgeführt.

Bezugszeichenliste

10

Vorlage

20

Vorlagenabbildungsvorrichtung

22

Scanner

24

Computer

30

Block

32

Block

34

Block

36

Block

38

Block

40

Block

42

Block

44

Block

50

erste nicht auszufällende Farbe

52

zweite nicht auszufällende Farbe

54

Schwellenwert

Claims

1. Bildverarbeitungsvorrichtung (20) zur automatischen Farbausfällung unter Verwendung von Luminanz/Chrominanz-Zwischenraumverarbeitung mit:

- Mitteln (22; 30) zum Scannen einer Farbvorlage (10) und zum Bereitstel len eines digitalen Bildes;
- Mitteln (32) zum Auswählen zumindest einer nicht auszufällenden Farbe;
- Mitteln (34) zum Umwandeln dieser nicht auszufällenden Farbe in den Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum
- Mitteln (36) zum Umwandeln jedes Pixels aus dem gescannten Bild in den Luminanz/Chrnminanz-Zwischenraum
- Mitteln (38) zum Berechnen eines Abstands von jedem der Bildpixel zur nicht auszufällenden Farbe;
- Mitteln (40, 44) zum Umwandeln jedes der Bildpixel in Schwarz, wenn der Abstand von der nicht auszufällenden Farbe kleiner als ein Schwellenwert (54) ist oder diesem entspricht;
- Mitteln (40, 42) zum Umwandeln jedes der Bildpixel in Weiß, wenn der Abstand von der nicht auszufällenden Farbe größer als der Schwellenwert (54) ist; und
- Mitteln zum Speichern der schwarzen und weißen Pixel.

2. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht auszufällende Farbe schwarz ist.

3. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht auszufällende Farbe blau ist.

4. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei nicht auszufällende (50, 52) Farben wählbar sind.

5. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgabe der Bildverarbeitungsvorrichtung von einer Vorrichtung (24) zur optischen Erkennung von Zeichen verarbeitet wird.

6. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum YCbCr ist.

7. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum CIELAB ist.

8. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß digitale Bild ein digitales RGB-Bild ist.

9. Farbformularverarbeitungsverfahren, bestehend aus folgenden Schritten:

- Scannen (30) des Farbformulars und Erzeugen eines roten, grünen und blauen digitalen Bildes;
- Auswählen (32) mindestens einer nicht auszufällenden Farbe (50, 52);
- Umwandeln (34) der nicht auszufällenden Farbe in einen Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum;
- Umwandeln (36) jedes Pixels des gescannten Bildes aus rot, grün, blau in den Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum;
- Berechnen (38) eines Abstands des Bildpixels von der nicht auszufällen den Farbe;
- Umwandeln (40, 44) des Bildpixels in Schwarz, wenn der Abstand von der nicht auszufällenden Farbe kleiner als ein Schwellenwert (54) ist oder die sem entspricht; und
- Umwandeln (40, 42) des Bildpixels in Weiß, wenn der Abstand von der nicht auszufällenden Farbe größer als der Schwellenwert (54) ist.

10. Bildverarbeitungsvorrichtung (20) zur automatischen Farbausfällung unter Verwendung von Luminanz/Chrominanz-Zwischenraumverarbeitung mit:

- Mitteln (22) zum Scannen einer Farbvorlage und zum Bereitstellen eines digitalen RGB-Bildes;
- Mitteln zum Auswählen zumindest einer ersten nicht auszufällenden Farbe (50) und einer zweiten nicht auszufällenden Farbe (52);
- Mitteln zum Umwandeln dieser nicht auszufällenden Farben in den Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum;
- Mitteln zum Umwandeln jedes Pixels des gescannten Bildes aus dem RGB- in den Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum;
- Mitteln zum Berechnen eines ersten Abstands jedes der Bildpixel von der ersten nicht auszufällenden Farbe (50);
- Mitteln zum Berechnen eines zweiten Abstands jedes der Bildpixel von der zweiten nicht auszufällenden Farbe (52);
- Mitteln zum Umwandeln jedes der Bildpixel in Schwarz, wenn der erste Abstand und wenn der zweite Abstand kleiner oder gleich einem Schwel lenwert (54) ist;
- Mitteln zum Umwandeln jedes der Bildpixel in Weiß wenn der erste Abstand und wenn der zweite Abstand größer als ein Schwellenwert (54) ist; und
- Mitteln zum Speichern der schwarzen und weißen Pixel

11. Bildverarbeitungsvorrichtung zur automatischen Farbausfällung unter Ver wendung von Luminanz/Chrominanz-Zwischenraumverarbeitung mit:

- Mitteln zum Scannen einer Farbvorlage und zum Bereitstellen eines digi talen Bildes;
- Mitteln zum Auswählen zumindest einer nicht auszufällenden Farbe;
- Mitteln zum Umwandeln dieser nicht auszufällenden Farbe in einen Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum;
- Mitteln zum Umwandeln jedes Pixels des gescannten Bildes in den Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum;
- Mitteln zum Berechnen eines Abstands jedes der Bildpixel von der nicht auszufällenden Farbe;
- Mitteln zum Umwandeln jedes der Bildpixel in einen ersten Grauwert, wenn der Abstand von zumindest einer nicht auszufällenden Farbe kleiner als ein Schwellenwert (54) ist oder diesem entspricht;
- Mitteln zum Umwandeln jedes der Bildpixel in einen zweiten Grauwert, wenn der Abstand von zumindest einer nicht auszufällenden Farbe größer als der Schwellenwert (54) ist; und
- Mitteln zum Speichern der ersten und zweiten Grauwerte als Grauwert bild.

12. Farbformularverarbeitungsverfahren, bestehend aus folgenden Schritten:

- Auswählen mindestens einer nicht auszufällenden Farbe;
- Umwandeln der nicht auszufällenden Farbe in einen Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum;
- Scannen des Farbformulars und Erzeugen eines roten, grünen und blauen digitalen Bildes;
- Umwandeln jedes Pixels des gescannten Bildes aus rot, grün, blau in den Luminanz/Chrominanz-Zwischenraum;
- Berechnen eines Abstands des Bildpixels aus der nicht auszufällenden Farbe;
- Umwandeln des Bildpixels in Schwarz, wenn der Abstand von der nicht auszufällenden Farbe kleiner als ein Schwellenwert (54) ist oder diesem entspricht; und
- Umwandeln des Bildpixels in Weiß, wenn der Abstand von der nicht aus zufällenden Farbe größer als der Schwellenwert (54) ist.