DE19956711A1

DE19956711A1 - Vorrichtung zum Digitalisieren eines digitalen Bildes durch Verwendung eines Fehlerdiffusionskoeffizienten und einer Schwellwertmodulation bei der zick-zack-förmigen Digitalisierung

Info

Publication number: DE19956711A1
Application number: DE19956711A
Authority: DE
Inventors: Doo-Eui Hong; Choon-Woo Kim; Gyung-Nam Boo
Original assignee: Sindo Ricoh Co Ltd
Current assignee: Sindo Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-05-31
Also published as: US6614556B1

Abstract

Schwellwertmodulationsverfahren, welches die Schritte aufweist: DOLLAR A a) Bestimmen, ob ein Eingabepixelwert größer ist als ein Schwellwert eines aktuellen Eingabepixels aus dem ursprünglichen digitalen Bild; b) auf Grundlage des Schwellwertes Bestimmen, ob der Wert eines Ausgabebildes einem vorbestimmten hohen Pegel oder niedrigen Pegel entspricht; c) wenn der Eingabepixelwert größer ist als der Schwellwert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten hohen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel; d) wenn der Eingabepixelwert größer ist als der Schwellwert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten niedrigen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixels; e) wenn der Eingabepixelwert nicht größer ist als der Schwellwert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten niedrigen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel; und f) wenn der Eingabepixelwert nicht größer ist als der Schwellwert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten hohen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Digitalisierung eines digitalen Bildes; und insbesondere eine Vorrichtung zur Digitalisierung eines digitalen schwarz-weiß Bildes durch Ver wendung eines Fehlerdiffusionskoeffizienten und von Schwell wertmodulation bei zick-zack-förmiger Digitalisierung.

Typischerweise wird ein analoges Bild durch Abtasten und Digi talisieren in ein digitales Bild gewandelt. Das heißt, das digitale Bild weist einen aufgrund des Reflexionsvermögens für Licht innerhalb des Abtastbereichs digitalisierten Graustufen wert auf. Wenn z. B. der Graustufenwert im Fall eines digitalen schwarz-weiß Bildes zu einer von 256 Stufen zwischen weiß und schwarz digitalisiert ist, kann das digitale Bild 254 Grau stufen sowie schwarz und weiß darstellen. Ein solches digitales Bild wird nach der digitalen Bildverarbeitung, in Abhängigkeit vom Verwendungszweck, auf einem Monitor dargestellt oder durch ein Bildausgabegerät, wie z. B. einen Laserdrucker, einen Tin tenstrahldrucker und einen digitalen Kopierer, ausgegeben.

Andererseits drucken die meisten Bildausgabegeräte eine Anzahl von Pixeln mit einer bestimmten Größe in einem Gitter auf einem weißen Blatt Papier. Das heißt, das Bildausgabegerät kann ent weder die weiße Farbe des Papiers oder die Farbe der Tinte oder des Toners darstellen.

Wenn das zu druckende eingespeiste Bild ein Bild mit kontinu ierlichen Graustufen ist, wird das eingespeiste Bild vor dem Ausdrucken in ein digitalisiertes Bild konvertiert und das kon vertierte digitalisierte Bild durch das Ausgabegerät gedruckt. Auf die Technik zum Konvertieren der kontinuierlichen Graustufe in das digitalisierte Bild wird unter Halbton-Bilderzeugung ("image halftoning") Bezug genommen. Bei einem schwarz-weiß Ausgabegerät werden die gedruckten schwarzen Pixel innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, wenn sie aus der Entfernung betrachtet werden, nicht als getrennte Pixel erkannt, sondern als eine gemittelte graue Farbe. Dies ist eine Illusion auf grund der begrenzten Auflösung des menschlichen Auges. Dement sprechend hängt die Bildqualität des ausgedruckten Bildes von dem bei der Digitalisierung verwendeten Halbton-Bilderzeugungs verfahren ab.

Andererseits sind von einer Anzahl von Halbton-Bilderzeugungs techniken zwei Verfahren die beliebtesten, ein Dither-Verfahren und ein Fehlerdiffusionsverfahren. Bei dem Dither-Verfahren wird die Graustufe des Pixels durch Verwendung einer vorbe stimmten Schwellwertabfolge digitalisiert. Bei Fehlerdiffu sionsverfahren wird ein Digitalisierungsfehler eines aktuellen Pixels in seine benachbarten Pixel zerstreut, so daß der Digi talisierungsfehler bei der Digitalisierung der benachbarten Pixel berücksichtigt wird. Das Dither-Verfahren wird häufig wegen seiner hohen Geschwindigkeit verwendet. Das Fehlerdiffu sionsverfahren wird wegen der bei ihm hohen Qualität des aus gegebenen digitalisierten Bildes verwendet.

Das Fehlerdiffusionsverfahren wurde erstmals in "An adaptive algorithm for spatial gray scale", Floyd and Steinberg, Society For Information Display (SID) international symposium procee ding, 1975, besprochen. Das Verfahren von Floyd und Steinberg wird wie folgt ausgedrückt:

(1) e(m,n) = u(m,n) - b(m, n),

wobei e(m,n) der Fehlerwert des ausgegebenen digitalisierten Bildes ist, u(m,n) der aktualisierte Pixelwert des aktuellen eingegebenen Pixel ist, welches durch Verwendung des zerstreu ten Fehlers von dem vorangehenden Pixel aktualisiert ist, und b(m,n) das (m,n)-te Pixel des ausgegebenen digitalisierten Bildes ist, dessen Wert zwischen "0" und "255" liegt.

Wenn in Gleichung (1) u(m,n) < t(m,n) ist, dann ist b(m,n) = 255 (wobei t(m,n) ein von (m,n) unabhängiger Schwellwert "127" ist), und andernfalls ist b(m,n) = 0.

wobei i(m,n) das (m,n)-te Pixel des gegebenen eingespeisten kontinuierlichen Graustufenbildes ist, wobei der Pixelwert im Bereich von 0 bis 255 liegt, R ein Satz von benachbarten Pixeln ist, bis zu welchen der Digitalisierungsfehler zerstreut werden soll, und wobei w(k,l) die Gewichtung des Digitalisierungs fehlers ist, der in das (k,l)-te Pixel in R zerstreut werden soll, und wobei k und l positive ganze Zahlen sind.

Das oben beschriebene Fehlerdiffusionsverfahren resultiert jedoch bei speziellen Ausrichtungen von Punkten in Artefakten, die das menschliche Auge erkennt. Es gibt zwei repräsentative Artefakte, Fingerprint- und Worm-Artefakte. Das Fingerprint- Artefakt ist ein fingerabdruckartiges regelmäßiges Muster, das hauptsächlich bei mittleren Graustufen auftritt, und das durch eine höhere Auflösung des Ausgabegerätes wesentlich beseitigt werden kann. Das Worm-Artefakt ist dagegen ein Muster, das in hellen Bereichen und in dunklen Bereichen aufgrund der erkenn baren Ausrichtung der Punkte auftritt, und ist bisher ungelöst, d. h. selbst bei höherer Auflösung des Ausgabegerätes erkennbar.

Es ist daher ein Hauptziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum Modulieren eines Schwellwerts zur Verwendung bei der Digitali sierung eines aktualisierten eingegebenen Pixels unter Verwen dung eines Fehlerdiffusionskoeffizienten bei der Digitalisie rung eines digitalen Bildes mittels zick-zack-förmiger Digi talisierung, so daß Punkte in hellen Bereichen und dunklen Bereichen eines Bildes gleichförmig verteilt sind, zu liefern.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Vorrichtung zum Digi talisieren eines ursprünglichen digitalen Bildes mit einer bestimmten Anzahl von Graustufen in ein zweites Bild mit einer geringeren Anzahl von Graustufen als bei dem ursprünglichen digitalen Bild vorgesehen, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Aktualisierungseinrichtung zum Aktualisieren eines eingespei sten Pixelwertes unter Verwendung einer Aktualisierung eines aktuellen eingespeisten Pixels aus dem ursprünglichem digitalen Bild durch die Verwendung von Information für das eingespeiste Pixel; eine Digitalisierungseinrichtung zum Digitalisieren des aktualisierten Pixelwertes aus der Aktualisierungseinrichtung durch Verwendung eines vorbestimmten Schwellwertes beim Aus geben des Ausgabebildes mit dem digitalisierten Pixelwert; eine Digitalisierungsfehler-Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Fehlerwertes des von der Digitalisierungseinrichtung empfangenen Ausgabebildes mit digitalisiertem Pixelwert durch Verwendung des aktualisierten Eingabepixelwertes von der Aktu alisierungseinrichtung; eine Schwellwertmodulationseinrichtung zum Modulieren des Schwellwerts der Digitalisierungseinrichtung auf Grundlage des eingespeisten Eingabe-Pixelwertes und des Ausgabebildes mit digitalisiertem Pixelwert von der Digitali sierungseinrichtung; und eine Zerstreuungseinrichtung zum Zer streuen des Digitalisierungs-Fehlerwertes des digitalisierten Pixelwertes des von des Digitalisierungfehler-Detektionsein richtung empfangenen aktuellen eingegebenen Pixels in zu dem aktuellen eingegebenen Pixel benachbarte Pixel, so daß die Aktualisierungsinformation für die dem aktuellen Eingabepixel benachbarten Eingabepixel auf Grundlage des Digitalisierungs fehlers des aktuellen Pixel und eines vorbestimmten Fehler diffusionskoeffizienten an die Aktualisierungseinrichtung geliefert wird, wobei der vorbestimmte Fehlerdiffusionskoeffi zient durch eine Matrix bestimmt ist:

wobei w(2,1), w(2,0), w(1,1), w(0,1) und w(0,1) Gewichte der Fehlerdiffusion sind.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Schwellwertmodula tionsverfahren zum Digitalisieren eines ursprünglichen digi talen Bildes mit einer bestimmten Anzahl von Graustufen in ein zweites Bild mit einer geringeren Anzahl von Graustufen als das ursprüngliche digitale Bild vorgesehen, das die Schritte auf weist: a) Bestimmen, ob ein Eingabepixelwert größer ist als ein Schwellwert eines aktuellen Eingabepixels aus dem ursprüngli chen digitalen Bild; b) auf Grundlage des Schwellwertes Bestim men, ob der Wert eines Ausgabebildes einem vorbestimmten hohen Pegel oder niedrigen Pegel entspricht; c) wenn der Eingabe pixelwert größer ist als der Schwellwert und der Ausgabebild wert dem vorbestimmten hohen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel gemäß:

t(m+p, n+q) - = Tf₁(p,q) × t(m,n),

wobei t(m,n) der Schwellwert des (m,n)-ten Pixel, welches das aktuelle Eingabepixel ist, ist, t(m+p, n+q) der Schwellwert des von dem (m,n)-ten Pixel um (p,q) getrennten Pixel ist und Tf₁(p,q) ein erster Schwellwertmodulationskoeffizient ist; d) wenn der Eingabepixelwert größer ist als der Schwellwert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten niedrigen Pegel ent spricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarter Pixel gemäß:

t(m+p, n+q) + = Tf₂,

wobei t(m,n) der Schwellwert des (m,n)-ten Pixel, welches das aktuelle Eingabepixel ist, ist, t(m+p, n+q) der Schwellwert des von dem (m,n)-ten Pixel um (p,q) getrennten Pixel ist und Tf₂ ein zweites Schwellwertmodulationskoeffizient ist; e) wenn der Eingabepixelwert nicht größer ist als der Schwellwert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten niedrigen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel gemäß:

t(m+p, n+q) - = Tf₁(p,q) × t(m,n),

wobei t(m,n) der Schwellwert des (m,n)-ten Pixel, welches das aktuelle Eingabepixel ist, ist, t(m+p, n+q) der Schwellwert des von dem (m,n)-ten Pixel um (p,g) getrennten Pixel ist und Tf₁(p,q) ein erster Schwellwertmodulationskoeffizient ist; und f) wenn der Eingabepixelwert nicht größer ist als der Schwell wert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten hohen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel gemäß:

t(m+p, n+q) - = Tf₂,

wobei T(m,n) der Schwellwert des (m,n)-ten Pixel, welches das aktuelle Eingabepixel ist, ist, t(m+p, n+q) der Schwellwert des von dem (m,n)-ten Pixel um (p,q) getrennten Pixel ist und Tf₂ ein zweiter Schwellwertmodulationskoeffizient ist.

Obige und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung vorgestellt, wobei in der Zeichnung:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Vor richtung zum Digitalisieren eines digitalen Bildes unter Ver wendung eines Fehlerdiffusionskoeffizienten bei der zick-zack- förmigen Digitalisierung gemäß der Erfindung darstellt;

Fig. 2 die Digitalisierungsreihenfolge des bei dem gemäß der Erfindung verwendeten Algorithmus eingesetzte zick-zack zeigt;

Fig. 3A und 3B die gemäß der Erfindung verwendeten Fehler diffusionskoeffizienten veranschaulichen;

Fig. 4A ein kontinuierliches Graustufenbild zeigt, das unter Verwendung des Fehlerdiffusionskoeffizienten nach Floyd und Steinberg digitalisiert worden ist;

Fig. 4B ein kontinuierliches Graustufenbild zeigt, das durch Verwendung der Fehlerdiffusionskoeffizienten nach Floyd und Steinberg bei zick-zack-förmiger Digitalisierung digitalisiert worden ist;

Fig. 4C ein kontinuierliches Graustufenbild darstellt, das unter Verwendung der Fehlerdiffusionskoeffizienten aus Fig. 3A und 3B bei der zick-zack-förmigen Digitalisierung digitali siert worden ist;

Fig. 4D ein kontinuierliches Graustufenbild wiedergibt, das nach dem Verfahren von Fan digitalisiert worden ist;

Fig. 4E ein kontinuierliches Graustufenbild veranschaulicht, das nach dem Verfahren von Eschbach digitalisiert worden ist;

Fig. 4F ein kontinuierliches Graustufenbild zeigt, das unter Verwendung der Fehlerdiffusionskoeffizienten und der Schwell wertmodulation gemäß der Erfindung digitalisiert worden ist;

Fig. 5A ein nach dem Verfahren von Fan digitalisiertes Bild liefert;

Fig. 5B ein nach dem Verfahren von Eschbach digitalisiertes Bild liefert;

Fig. 5C ein beispielhaftes Bild bietet, das mit dem Fehler diffusionskoeffizienten und der Schwellwertmodulation gemäß der Erfindung digitalisiert worden ist;

Fig. 6A ein beispielhaftes Diagramm eines Bildes darstellt, das durch Anwendung des Fehlerdiffusionskoeffizienten nach Floyd und Steinberg auf ein gewöhnliches Bild digitalisiert worden ist;

Fig. 6B ein exemplarisches Diagramm eines Bildes zeigt, das durch Anwendung des Fehlerdiffusionskoeffizienten nach Eschbach auf ein gewöhnliches Bild digitalisiert worden ist; und

Fig. 6C ein beispielhaftes Diagramm eines Bildes veranschau licht, das gemäß der Erfindung durch Anwendung des Fehler diffusionskoeffizienten und der Schwellwertmodulation auf ein gewöhnliches Bild digitalisiert worden ist.

Im folgenden wird ein bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Digitali sierung eines digitalen Bildes unter Verwendung eines Fehler diffusionskoeffizienten bei der zick-zack-förmigen Digitali sierung.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die erfindungsgemäße Vorrich tung eine Eingabepixel-Aktualisierungseinheit 110, eine Digi talisierungseinheit 120, einen Digitalisierungsfehlerdetektor 130, einen Schwellwertmodulator 140 und eine Zerstreuungsein heit 150 zum Zerstreuen von Fehler- und Aktualisierungsinforma tion auf.

Die Eingabepixel-Aktualisierungseinheit 110 aktualisiert ein eingespeistes Eingabepixel unter Verwendung von Aktualisie rungsinformation für das auf sie angewandte Eingabepixel. Die Eingabepixel-Aktualisierungseinrichtung 110 weist einen Addie rer zum Addieren der Aktualisierungsinformation für das Ein gabepixel von der Zerstreuungseinrichtung 150 zum Zerstreuen der Fehler- und Aktualisierungsinformation an das Eingabepixel auf.

Die Digitalisierungseinrichtung 120 gibt ein digitalisiertes Ausgabebild aus, nachdem das durch die Eingabepixel-Aktuali sierungseinheit 110 aktualisierte aktuelle Pixel digitalisiert worden ist.

Der Digitalisierungsfehlerdetektor 130 detektiert einen Fehler wert des digitalisierten Ausgabebildes von der Digitalisie rungseinheit 120. Der Digitalisierungsfehlerdetektor 130 weist einen Subtrahierer zum Subtrahieren des von der Digitalisie rungseinheit 120 kommenden aktuellen Ausgabebildes von dem durch die Eingabepixel-Aktualisierungseinheit 110 aktualisier ten Pixel auf.

Weiter wird unter der Annahme, daß der Graustufenwert der m,n-ten Pixel der Eingabepixelwert {i(m,n)} ist, der Betrieb der Vorrichtung zur Digitalisierung von digitalen Bildern gemäß der Erfindung bei zick-zack-förmiger Digitalisierung im Detail beschrieben.

Die Zerstreuungseinheit 150 zur Zerstreuung von Fehler- und Aktualisierungsinformation empfängt den an dem von dem aktu ellen Pixel m,n um k,l getrennten Pixel, d. h. am Pixel (m-k, n-l) berechneten Fehler, berechnet die Aktualisierungsinfor mation, die zum Aktualisieren des Eingabepixelwertes {i(m,n)} durch Verwendung des empfangenen Fehlers und des vorbestimmten Fehlerdiffusionskoeffizienten verwendet werden soll (wie in Fig. 3A und 3B gezeigt ist) und gibt die Aktualisierungs information an die Eingabepixel-Aktualisierungseinheit 110 aus. An diesem Punkt speichert die Zerstreuungseinheit 150 zum Zer streuen der Fehler- und Aktualisierungsinformation den von dem Digitalisierungsfehlerdetektor 130 detektierten Fehlerwert des aktuellen Pixel, d. h. den Fehlerwert des (m,n)-ten Pixel {e(m,n)}, in eine Fehlerpufferspeicher (nicht gezeigt).

Wenn die Aktualisierungsinformation dorthin übertragen wird, aktualisiert die Eingabepixel-Aktualisierungseinheit 110 das Eingabepixel {i(m,n)} durch Addieren der übertragenen Aktu alisierungsinformation zu dem Graustufenwert des ursprünglichen Bildes, so daß der Mittelwert der lokalen Graustufe des digi talisierten Bildes gleich dem des ursprünglichen Bildes gemacht wird. Der aktualisierte Pixelwert {u(m,n)} wird an die Digi talisierungseinheit 120 und an den Digitalisierungsfehler detektor 130 angelegt. Die oben beschriebene Gleichung (2) stellt das Verfahren zum Aktualisieren des Eingabepixels {i(m,n)} dar.

Anschließend vergleicht die Digitalisierungseinheit 120 den aktualisierten Pixelwert {u(m,n)} von der Eingabepixel-Aktu alisierungseinheit 110 mit einem vorbestimmten Bezugsschwell wert {t(m,n)} (z. B. ist bei der Erfindung der anfängliche Wert des Schwellwertes {t(m,n)} für das (m,n)-te Pixel 127,5), digi talisiert den aktualisierten Pixelwert {u(m,n)} in Abhängigkeit vom Vergleichsresultat und gibt das Ausgabebild {b(m,n)} des digitalisierten aktuellen Pixel aus. Das heißt, wenn der Aus gabepixelwert {u(m,n)} von der Eingabepixel-Aktualisierungs einheit 110 größer ist als der Schwellwert {t(m,n)}, dann ist das Ausgabebild {b(m,n)} der Digitalisierungseinheit 120 gleich "255", und andernfalls ist das Ausgabebild {b(m,n)} der Digi talisierungseinheit 120 gleich "0".

Bei Empfangen des Ausgabebildes {b(m,n)} des digitalisierten aktuellen Pixel subtrahiert der Digitalisierungsfehlerdetektor 120 das Ausgabebild {b(m,n)} von dem Ausgabewert {u(m,n)} von der Eingabepixel-Aktualisierungseinheit 110, so daß der Digi talisierungsfehler {e(m,n)} des Ausgabebildes detektiert wird, welcher Fehler an die Zerstreuungseinheit 150 zum Zerstreuen der Fehler- und Aktualisierungsinformation übertragen wird. So wird der detektierte Wert des Digitalisierungsfehlers {e(m,n)} des Ausgabebildes auf benachbarte Pixel rund um das aktuelle Pixel zerstreut und dann bei ihrer Digitalisierung verwendet. Die oben beschriebenen Gleichung (1) stellt das Verfahren zum Detektieren des Digitalisierungsfehlerwerte {e(m,n)} des Aus gabebildes {b(m,n)} dar.

An diesem Punkt vergleicht der Schwellwertmodulator 140 den Eingabepixelwert {i(m,n)} mit dem Ausgabebild {b(m,n)} des aktuellen Pixel, so daß der Schwellwert der Digitalisierungs einheit 120 in Abhängigkeit vom Vergleichsresultat moduliert wird. Das heißt, die bei der Digitalisierung der benachbarten Pixel zu verwendenden Schwellwerte werden angepaßt, wobei durch zwei benachbarte Pixel keine erkennbare Ausrichtung erzeugt wird, d. h., ein identisches Digitalisierungsergebnis für die zwei benachbarten Pixel wird nicht verhindert, weder in hellen Bereichen noch in dunklen Bereichen des Bildes.

Im folgenden wird der Betrieb der Schwellwertmodulatoreinheit 140 anhand eines Schwellwertmodulationsverfahrens zur Digitali sierung von digitalen Bildern beschrieben.

Zuerst kann, damit die Pixelverteilung innerhalb des hellen Bereiches (d. h. i(m,n) < 127) berücksichtigt wird, wenn ein bestimmtes aktuelles Pixel als schwarzes Pixel bestimmt wird, durch ein Verringern des Schwellwertes der unbearbeiteten Pixel rund um das aktuelle schwarze Pixel (Punkt) verhindert werden, das die dem Blockpixel benachbarten Pixel als das schwarze Pixel bestimmt werden. An diesem Punkt hängt der Wert, um den der Schwellwert verringert wird, von dem eingegebenen Grau stufenwert des entsprechenden Pixel ab. Falls das aktuelle Pixel als weißes Pixel digitalisiert wird, wird das benachbarte Pixel durch ein Erhöhen des Schwellwertes gemäß Zerstreuens konstanter Zeiten (< 1) des aktuellen Schwellwertes in die unbearbeiteten benachbarten Pixel zum schwarzen Pixel gemacht. An diesem Punkt hängt der Wert, um den der Schwellwert erhöht wird, auch von der eingegebenen Graustufe des entsprechenden Pixel ab. Das oben beschriebene Verfahren wird auch auf den dunklen Bereich (d. h. i(m,n) = < 127) angewendet.

Ein solches Verfahren kann wie folgt durch eine Gleichung ausgedrückt werden. Hier hat jeder Schwellwert t(m,n) den Anfangswert 127,5.

Gleichung (3) gilt für den hellen Bereich.

(3) t(m+p, n+q) + = Tf₁(p,q) × t(m,n) falls b(m,n) = 255
t(m+p, n+q) + = Tf₂ falls b(m,n) = 0

wobei t(m+p, n+q) der Schwellwert des von dem (m,n)-ten Pixel um (p,q) getrennten Pixel ist Tf₁(p,q) und Tf₂ jeweils Schwell wertmodulationskoeffizienten sind, die die Erhöhung des Schwellwertes bestimmen.

Wenn das aktuelle Pixel als das schwarze Pixel nach Gleichung (3) bestimmt wird, wird der Schwellwert des benachbarten Pixel um Tf₂ verringert, und Tf₁(p,q) bestimmt die Zeit, für welche bei dem reduzierten Schwellwert der ursprüngliche Schwellwert wieder hergestellt wird. Also sind Tf₁(p,q) und Tf₁ durch die folgenden Gleichungen definiert.

Mit anderen Worten ist Tf₂ = 0, falls i(m,n) = 0, und falls i(m,n) nicht gleich 0 ist, sind Tf₁(p,q) und Tf₂ durch die folgenden Gleichungen (4) und (5) definiert.

wobei ρ(p,q) durch (p,q) bestimmt ist und ρ, σ, s, t vorbestimmte Konstanten sind.

Bei dem Schwellwertmodulationsverfahren gemäß der Erfindung hängt die resultierende Bildqualität von den Schwellwertmodula tionskoeffizienten Tf₁ und Tf₂ ab. Das heißt, falls Tf₁ zu groß ist, ist der lokale Mittelwert nicht gleich dem des ursprüng lichen Bildes, was in Bereichen mit veränderlichen Graustufen in einer Charakteristik mit langsamer Reaktion resultiert. Falls Tf₁ zu klein ist, wird die Pixelverteilung nicht ver bessert.

Als nächstes ist t(m+p, n+q) für den dunklen Bereich (d. h. i(m,n) < = 127) durch folgende Gleichung (6) definiert.

(6) t(m+p, n+q) - = Tf₁(p,q) × (255 - t(m,n)) falls b(m,n) = 0
t(m+p, n+q) Tf₂ sonst

Gleichung (6) stellt das Verfahren zum Wiederherstellen des erhöhten Schwellwertes durch Tf₂, wenn b(m,n) = 0 dar. Anderer seits wird der Schwellwert rund um das weiße Pixel erhöht, so daß verhindert wird, daß das benachbarte weiße Pixel als weiß digitalisiert wird, wenn b(m,n) nicht 0 ist.

Bei der Erfindung wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, zum Erzielen einer gleichmäßigen Punktverteilung im hellen Bereich und im dunklen Bereich und zum symmetrischen Zerstreuen des Digitalisierungsfehlers und des Schwellwertes bei der Digi talisierung eine zick-zack-förmige Verarbeitungsrichtung ver wendet. Bei der herkömmlichen zick-zack-förmigen Digitalisie rung unter Verwendung des Fehlerdiffusionskoeffizienten nach Floyd und Steinberg treten, wie in Fig. 4B gezeigt ist, bei 1/4 und 3/4 Graustufen in der folgenden Gleichung (7) uner wünschte Muster in vertikaler Richtung auf.

Zum Verhindern der unerwünschten Muster in vertikaler Richtung, wie sie in Fig. 4B gezeigt sind, wird gemäß der Erfindung, wie in Fig. 3A und 3B gezeigt ist, ein neuer Fehlerdiffusions koeffizient verwendet. Dabei stellen Fig. 3A und 3B den Fehlerdiffusionskoeffizienten für gerade Zeilen bzw. für ungerade Zeilen dar.

Insbesondere kann der erfindungsgemäße Fehlerdiffusionskoeffi zient durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt werden.

Hierbei ist w das Gewicht des Fehlers, der auf die benachbarten Pixel zerstreut werden soll.

Fig. 4C zeigt das Bild des aktuellen Pixel das unter Verwen dung des in Fig. 3A und 3B gezeigten Fehlerdiffusionskoeffi zienten digitalisiert worden ist.

Zum Auswerten der Leistungsfähigkeit von Fehlerdiffusions koeffizient und Schwellwertmodulationsverfahren gemäß der Erfindung wurde für mehrere Bilder ein Experiment durchgeführt, und insbesondere wurde das Experiment zur Schwellwertmodulation für das Pixel direkt neben und das Pixel direkt unter dem aktu ellen Pixel durchgeführt. Das heißt, in Abhängigkeit von der aktuellen Digitalisierungsrichtung ist entweder t(m, n+1) oder t(m, n-1) oder t(m+1, n) beeinflußt. In den Gleichungen (3) und (6) wird ρ(p,q) = 3,2 verwendet, wenn (p,q) = (0,1) oder (p,q) = (0, -1), während ρ(p,q) = 2,4 verwendet wird, wenn (p, q) = (1,0) ist.

Fig. 4A veranschaulicht ein kontinuierliches Graustufenbild, das unter Verwendung des Fehlerdiffusionskoeffizienten nach Floyd und Steinberg digitalisiert worden ist.

Fig. 4B zeigt das kontinuierliche Graustufenbild, das mit zick-zack-förmiger Richtung unter Verwendung des Fehlerdiffu sionskoeffizienten nach Floyd und Steinberg digitalisiert worden ist.

Fig. 4C veranschaulicht eine Ausführungsform, die das kontinu ierliche Graustufenbild darstellt, das mit zick-zack-förmiger Richtung unter Verwendung des in Fig. 3A und 3B gezeigten Fehlerkoeffizienten digitalisiert worden ist.

Fig. 4F liefert das kontinuierliche Graustufenbild, das unter Verwendung des Fehlerdiffusionskoeffizienten und des Schwell wertmodulationsverfahren gemäß der Erfindung digitalisiert worden ist, was in einer gleichmäßigeren Verteilung innerhalb des hellen Bereiches und des dunklen Bereiches und einer schnelleren Reaktion im Vergleich mit den Bildern aus Fig. 4A-4C resultiert.

Fig. 4D und 4E stellen kontinuierliche Graustufenbilder dar, die unter Verwendung des Verfahrens von Fan bzw. Eschbach digitalisiert worden sind. Zum Untersuchen der Pixelverteilung im hellen Bereich und im dunklen Bereich wird ein Bild mit vier Graustufen, den Graustufen 246, 248, 250 und 252, und mit einem Hintergrundwert von 135 für einen neuen Test verwendet. Die Ergebnisse dieses Tests sind in Fig. 5A und 5B gezeigt.

Fig. 4F stellt ein kontinuierliches Graustufenbild dar, das unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Fehler diffusionskoeffizient und Schwellwertmodulation digitalisiert worden ist. Zum Untersuchen der Pixelverteilung im hellen Bereich und im dunklen Bereich wurde das Bild mit vier Grau stufen, den Graustufen 246, 248, 250 und 252, und mit einem Hintergrundwert von 135 für einen neuen Test verwendet. Die Ergebnisse dieses Tests sind in Fig. 5C gezeigt.

Fig. 5C zeigt also, im Vergleich zu Fig. 5A und 5B, daß das erfindungsgemäße Verfahren in einer Gleichverteilung oder einer gleichmäßigeren Verteilung der Punkte und einer Punktausrich tung von 45 Grad resultiert, welche man nicht erkennt.

Fig. 6A zeigt ein exemplarisches Diagramm eines durch Anwen dung des Fehlerdiffusionskoeffizienten nach Fan und Steinberg auf ein gewöhnliches Bild digitalisierten Bildes, das uner wünschte warme Muster aufweist, auf die das menschliche Auge empfindlich ist.

Fig. 6B zeigt ein exemplarisches Diagramm eines durch Anwenden des von Eschbach vorgeschlagenen Verfahrens auf ein gewöhn liches Bild digitalisierten Bildes. In Fig. 6B sind die uner wünschten warmen Muster beseitigt, aber es gibt noch einige unerwünschte Muster von horizontal und vertikal angeordneten Punkten, auf welche das menschliche Auge empfindlich ist.

Fig. 6C zeigt ein exemplarisches Diagramm eines mit dem Fehlerdiffusionskoeffizienten und der Schwellwertmodulation gemäß der Erfindung digitalisierten Bildes. In Fig. 6C sind die unerwünschten Worm-Muster eliminiert und die Punkte im Winkel von 45 Grad angeordnet, worauf das menschliche Auge weniger empfindlich ist.

Wie oben verglichen worden ist, verbessert die Erfindung das Ausgabebild wie in Fig. 6A gezeigt ist, durch Eliminieren des unerwünschten Worm-Musters und durch ein Verteilen der Punkte in einer Winkelausrichtung von 45 Grad, auf welche das mensch liche Auge weniger empfindlich reagiert als auf eine horizon tale und eine vertikale Ausrichtung.

Folglich ist gemäß der Erfindung der Punkt innerhalb des hellen Bereiches und des dunklen Bereiches gleichförmig verteilt und sind unerwünschte Worm-Muster beseitigt, wodurch die Qualität des Ausgabebildes deutlich verbessert ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Digitalisieren eines ursprünglichen digi talen Bildes mit einer bestimmten Anzahl von Graustufen in ein zweites Bild mit einer geringeren Anzahl von Graustufen als das ursprüngliche digitale Bild, welche Vorrichtung aufweist:
eine Aktualisierungseinrichtung zum Aktualisieren eines eingegebenen Pixelwertes unter Verwendung der Aktualisierung eines aktuellen eingegebenen Pixels aus dem ursprünglichen digitalen Bild durch Verwendung von Information über das eingegebene Pixel;
eine Digitalisierungseinrichtung zum Digitalisieren des aktualisierten Pixelwertes von der Aktualisierungseinrichtung durch Verwendung eines vorbestimmten Schwellwertes, so daß ein Ausgabebild mit dem digitalisiertem Pixelwert ausgegeben wird;
eine Digitalisierungsfehler-Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Fehlerwertes des von der Digitalisierungs einrichtung erhaltenen Ausgabebildes mit dem digitalisierten Pixelwert durch Verwendung des aktualisierten Wertes des eingegebenen Pixel von der Aktualisierungseinrichtung;
eine Schwellwertmodulationseinrichtung zum Modulieren des Schwellwertes der Digitalisierungseinrichtung auf Grundlage des Wertes des eingegebenen Pixels und des Ausgabebildes mit dem digitalisiertem Pixelwert von der Digitalisierungseinrichtung; und
eine Zerstreuungseinrichtung zum Zerstreuen des von der Digitalisierungsfehler-Detektionseinrichtung empfangenen Digi talisierungsfehlerwertes des digitalisierten Pixelwertes des aktuellen eingegebenen Pixels in zu dem aktuellen eingeben Pixel benachbarten Pixel, so das die aktualisierte Information für die zu dem aktuellen eingegebenen Pixel benachbarten ein gegebenen Pixel auf Grundlage des Digitalisierungsfehlers des aktuellen Pixel und eines vorbestimmten Fehlerdiffusions koeffizienten an die Aktualisierungseinrichtung angelegt wird,
wobei der vorbestimmte Fehlerdiffusionskoeffizient durch eine Matrix beschrieben wird:
wobei w(2,1), w(2,0), w(1,1), w(0,1) und w(1,0) Gewichte der Fehlerdiffusion sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aktualisierungsein richtung eine Addiereinrichtung zum Addieren des eingegebenen Pixelwertes zu der Aktualisierungsinformation für das ein gegebene Pixel von der Zerstreuungseinrichtung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Digitalisierungs fehler-Detektionseinrichtung eine Subtraktionseinrichtung zum Subtrahieren des Ausgabebildes mit dem von der Digitalisie rungseinrichtung erhaltenen digitalisierten Pixelwert von dem von der Eingabepixel-Aktualisierungseinrichtung erhaltenen aktualisierten Pixelwert aufweist.

4. Schwellwertmodulationsverfahren zum Digitalisieren eine ursprünglichen digitalisierten Bildes mit einer bestimmten Anzahl von Graustufen in ein zweites Bild mit einer geringeren Anzahl von Graustufen als das ursprüngliche digitale Bild, welches Verfahren die Schritte aufweist:

a) Bestimmen, ob ein Eingabepixelwert größer ist als ein Schwellwert eines aktuellen Eingabepixels aus dem ursprüngli chen digitalen Bild;
b) auf Grundlage des Schwellwertes Bestimmen, ob der Wert eines Ausgabebildes einem vorbestimmten hohen Pegel oder nied rigen Pegel entspricht;
c) wenn der Eingabepixelwert größer ist als der Schwell wert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten hohen Pegel ent spricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel gemäß:
t(m+p, n+q) - = Tf₁(p,q) × t(m,n),
wobei t(m,n) der Schwellwert des (m, n)-ten Pixel, welches das aktuelle Eingabepixel ist, ist, t(m+p, n+q) der Schwellwert des von dem (m,n)-ten Pixel um (p,q) getrennten Pixel ist und Tf₁(p,q) ein erster Schwellwertmodulationskoeffizient ist;
d) wenn der Eingabepixelwert größer ist als der Schwell wert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten niedrigen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel gemäß:
t(m+p, n+q) + = Tf₂,
wobei t(m,n) der Schwellwert des (m,n)-ten Pixel, welches das aktuelle Eingabepixel ist, ist, t(m+p, n+q) der Schwellwert des von dem (m,n)-ten Pixel um (p,q) getrennten Pixel ist und Tf₂ ein zweites Schwellwertmodulationskoeffizient ist;
e) wenn der Eingabepixelwert nicht größer ist als der Schwellwert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten niedrigen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel gemäß:
t(m+p, n+q) - = (p,q) × t(m,n),
wobei t(m,n) der Schwellwert des (m,n)-ten Pixel, welches das aktuelle Eingabepixel ist, ist, t(m+p, n+q) der Schwellwert des von dem (m,n)-ten Pixel um (p,q) getrennten Pixel ist und Tf₁(p,q) ein erster Schwellwertmodulationskoeffizient ist; und
f) wenn der Eingabepixelwert nicht größer ist als der Schwell wert und der Ausgabebildwert dem vorbestimmten hohen Pegel entspricht, Modulieren des Schwellwertes des benachbarten Pixel gemäß:
t(m+p, n+q) - = Tf₂,
wobei T(m,n) der Schwellwert des (m, n)-ten Pixel, welches das aktuelle Eingabepixel ist, ist, t(m+p, n+q) der Schwellwert des von dem (m,n)-ten Pixel um (p,q) getrennten Pixel ist und Tf₂ ein zweiter Schwellwertmodulationskoeffizient ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte hohe Pegel 255 ist und der vorbestimmte niedrige Pegel 0 ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schwellwert 127,5 ist.