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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Umwandeln einer
Halbton-(Halftone)-Bilddarstellung, erzeugt von einer originalen, durchgehend
getönten
(continuous toned) oder einer Contone-Bilddarstellung, zurück zu einer
Contone-Bilddarstellung, und insbesondere auf ein adaptives Filterverfahren
und eine Vorrichtung zum Entrastern (Descreening) einer gescannten
Halbton-Bilddarstellung, und wird unter besonderer Bezugnahme darauf
beschrieben.
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Dokumenten-Verarbeitungs-Systeme
(Document Processing System – DPS)
bezieht sich auf einen Satz von Vorrichtungen, die Dokumente und
deren Bestandteil-Elemente
konstruieren, erzeugen, drucken, translatieren, speichern und archivieren. Solche
Vorrichtungen umfassen Drucker, Kopierer, Scanner, Fax-Maschinen,
elektronische Dateien, und dergleichen. Die vorliegende Erfindung
wendet sich Situationen zu, die insbesondere bei Drucksystemen relevant
sind, und diskutiert sie als das primäre Beispiel eines DPS, allerdings
sollte die vorliegende Erfindung nicht dahingehend ausgelegt werden,
dass sie auf irgendeine solche besondere Druckanwendung eingeschränkt ist.
Irgendein DPS ist dazu vorgesehen, vorteilhaft von den Vorteilen
dieser Erfindung Gebrauch zu machen.
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Hardcopy-
bzw. Papierbilder, erhalten durch die Silberhalogenid-Fotografie
oder Standard-Lithografie-Prozesse, werden typischerweise in der
Form eines kontinuierlichen Tons oder in einer Contone-Form geliefert.
Bilder mit kontinuierlichem Ton werden zu Halbton- oder binären Bildern
umgewandelt, um die Herstellung von bestimmten Typen gedruckter
Kopien zu ermöglichen,
wie sie in Zeitungen und Magazinen vorgefunden werden. Halbton-Bilder sind
binäre
Bilder, die Pixel haben, die entweder auf Ein- oder Aus geschaltet
sind. Halbton-Bilder werden von Contone-Bildern unter Verwendung
einer Vielfalt von bekannten Halbton-Techniken erzeugt, die umfassen
(i) Schwellwert-Felder oder Dithering, wie beispielsweise geclusterte
Punkte, dispergierte Punkte und stochastische Rasterungen (Screens);
(ii) adaptive Prozesse, wie beispielsweise Fehler-Diffusion; und
(iii) interaktive Prozesse, wie beispielsweise die kleinsten Quadrate
und eine direkte Binär-Suche.
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Ein
Halbton-Bild wird durch Ermöglichen oder
Zurückhalten
der Aufbringung von Farbe an Stellen auf dem Kopieblatt gedruckt,
die der Ausgabe jedes Pixels entsprechen. Allerdings ist das direkte Drucken
eines Halbton-Bilds, das durch Abtast- oder ähnliche Verfahren erhalten
worden ist, gewöhnlich nicht
erwünscht.
Moiré,
Verzerrungen und andere Artefakte werden oftmals dann eingefügt, wenn
Bildverarbeitungs-Vorgänge,
wie beispielsweise Skalieren, Vergrößern, Farbkorrektur, erneute
Halbton-Bildung bei einer unterschiedlichen Bildschirm-Frequenz, usw.,
an abgetasteten Halbton-Bildern durchgeführt werden.
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Hierdurch
werden abgetastete Halbton-Bilder gewöhnlich zu einem Bild mit kontinuierlichem Ton
umgewandelt, einer geeigneten Bildverarbeitung unterworfen und dann
zurück
zu einem Halbton-Bild zum Drucken gewandelt. Demzufolge erfordern
Bildverarbeitungs-Systeme, die mit Druckern in reprografischen Systemen
verwendet werden, typischerweise die Fähigkeit, abgetastete Halbton-Bilder
zu Bildern mit kontinuierlichem Ton umzuwandeln, um diese Umwandlungs-
und Rückumwandlungs-Erfordernisse
zu erfüllen
und um eine Verarbeitung irgendeines einer großen Vielfalt von Vergrößerungs-Algorithmen, die üblicherweise
für Bilder
mit kontinuierlichem Ton verfügbar
sind, zu ermöglichen.
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Eine
Entrasterung (Unscreening oder Descreening) bezieht sich auf ein
Umkehren des digitalen Halbton-Prozesses, um ein digitales Bild
mit kontinuierlichem Ton zu approximieren. Das Ziel einer Entrasterung
ist dasjenige, ein entrastertes Contone-Bild zu erzeugen, das am
nächsten
das originale Contone-Bild annähert,
von dem das originale Halbton-Bild selbst erzeugt wurde. Ein herkömmliches Verfahren
zum Umkehren des Halbton-Prozesses ist dasjenige über die
Anwendung eines Tiefpassfilters auf die Halbton-Bild-Daten. Allgemein
gesagt können Tiefpassfilter-Verfahren
nicht die Wiedergabetreue (d.h. feines Detail) der Kanten-Informationen,
enthalten in dem originalen Bild, beibehalten, und tatsächlich können verschmierte
Kanten oder verlorene, feine Details in dem entrasterten Ausgabe-Bild
mit kontinuierlichem Ton verloren gehen. Zusätzlich können Tiefpassfilter-Verfahren
Artefakte in das entrasterte Ausgabe-Bild mit kontinuierlichem Ton
einführen.
Ein anderes Verfahren einer Umkehrung des Halbton-Prozesses erfolgt über die
Anwendung eines Kerbfilters auf die Halbton-Bild-Daten. Kerbfilter-Verfahren
bewahren die Schärfe
von Kanten in dem entrasterten Ausgabe-Bild mit kontinuierlichem
Ton, führen
allerdings periodische Strukturen aufgrund eines Beibehaltens von
Harmonischen höherer
Ordnung ein.
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Die
US-A-5,239,390 offenbart eine Technik, die die lokale Struktur des
digitalisierten Bilds analysiert und einen geeigneten Filter für den Bild-Typ,
der identifiziert ist, auswählt.
Demzufolge kann ein Bereich des kontinuierlichen Bilds über einen
Tiefpassfilter entrastert werden, während ein Halbton-Bereich einer
Kerbfilterung unterworfen werden könnte, um bestimmte Frequenzen
zu entfernen. Die Funktionsweise dieser Technik wird allerdings
erfordern, dass Bereiche unterschiedlicher Bild-Typen gut definiert sind
und leicht unterscheidbar sind, und es ist schwierig, sie auf Bereiche
einer Zwischenart anzuwenden.
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Dementsprechend
wird davon ausgegangen, dass es erwünscht ist, ein neues und verbessertes,
adaptives Filter-Verfahren und eine Vorrichtung zum Entrastern einer
abgetasteten Halbton-Bilddarstellung zu schaffen, die die vorstehend
angegebenen Erfordernisse erfüllen
und die vorstehenden Schwierigkeiten und andere beseitigen, während bessere
und vorteilhaftere Ergebnisse erreicht werden.
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Insbesondere
schafft die vorliegende Erfindung ein neues und verbessertes, adaptives
Filter-Verfahren und eine Vorrichtung zum Entrastern einer abgetasteten
Halbton-Bilddarstellung.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine lineare Kombination der
Ergebnisse einer Tiefpassfilterung und einer Kerb- bzw. Sperrfilterung.
Das Gewicht der linearen Kombination wird durch den Kontrast des
tiefpass-gefilterten Bilds in einer kleinen Nachbarschaft bestimmt.
Die vorliegende Erfindung macht vorteilhaft von der Glätte des
tiefpass-gefilterten Bilds in langsam variierenden Bereichen Gebrauch,
während die
Schärfe
von Kanten in dem kerb-gefilterten Bilds bewahrt werden. Demzufolge
zeigt die vorliegende Erfindung verbesserte Ergebnisse gegenüber einer Tiefpassfilterung
und einer Kerbfilterung, und führt nicht
zu Artefakten von anderen, adaptiven Verfahren. Wenn ein Halbton-Bild, das entsprechend
der vorliegenden Erfindung entrastert worden ist, erneut mit einem
Halbton-Punkt ähnlicher
Frequenz gerastert wird, besitzt das entrasterte Halbton-Bild kein Moiré, während weitere
Details und schärfere
Kanten erzielt werden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Entrastern von Halbton-Bild-Daten offenbart. Das Verfahren umfasst:
a) Tiefpassfilterung eines Halbton-Eingangs-Pixel-Werts, um einen
tiefpass-gefilterten Pixel-Wert zu erzeugen; b) Kerbfilterung des
Halbton-Eingangs-Pixel-Werts, um einen kerb-gefilterten Pixei-Wert zu
erzeugen; c) Bestimmen eines lokalen Kontrastwerts für den Halbton-Eingangs-Pixel-Wert; und d) Erzeugen
eines entrasterten Ausgangs-Pixel-Werts basierend auf dem tiefpass-gefilterten
Pixel-Wert, dem kerb-gefilterten Pixel-Wert, oder einer Kombination
des tiefpass-gefilterten Pixel-Werts und des kerb-gefilterten Pixel-Werts,
in Abhängigkeit
von dem lokalen Kontrastwert; wobei Schritt c) umfasst: e) Erzeugen
von verwischten Bild-Daten
von den Halbton-Bild-Daten; f) Bestimmen einer Differenz zwischen
einem maximalen Pixel-Wert und einem minimalen Pixel-Wert innerhalb
eines Fensters, zentriert auf einem Pixel der verschmierten Bild-Daten, entsprechend
zu dem Halbton-Eingangs-Pixel; und g) Bestimmen des lokalen Kontrastwerts,
gekennzeichnet dadurch, dass der lokale Kontrastwert bestimmt ist
aus:
FALLS d ≤ A,
DANN α =
1
ODER FALLS A < d < B, DANN α = (B – d)/(B – A)
ODER
FALLS d ≥ B,
DANN α =
0
wobei (α)
der lokale Kontrastwert ist, (d) die Differenz zwischen dem maximalen
Pixel-Wert und dem minimalen Pixel-Wert ist, und (A) und (B) Konstanten sind.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Dokumenten-Verarbeitungs-System
zum Umwandeln von Halbton-Bild-Daten in kontinuierlich getönte Bild-Daten
offenbart. Das System umfasst ein Bild-Eingangs-Untersystem; ein Verarbeitungs-Untersystem
zum Verarbeiten von Halbton-Bild-Daten, geliefert durch das Bild-Eingangs-Untersystem;
und eine Software/Firmware-Einrichtung, die auf dem Verarbeitungs-Untersystem
arbeitet, zum Durchführen
eines Verfahrens gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei Schritt a) an einem Halbton-Eingangs-Pixel-Wert,
geliefert durch das Bild-Eingangs-Untersystem, durchgeführt wird.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines adaptiven
Verfahrens und einer Vorrichtung zum Entrastern einer abgetasteten
Halbton-Bilddarstellung, die die Nachteile, die der separaten Tiefpassfilterung
oder der Kerbfilterung der abgetasteten Halbton-Bilddarstellung
zugeordnet sind, beseitigt.
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Die
Erfindung kann sich in verschiedenen Komponenten und Anordnungen
von Komponenten und in verschiedenen Schritten und Anordnungen von
Schritten darstellen. Die Zeichnungen sind nur zum Zweck der Darstellung
einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen und sind nicht dahingehend auszulegen, die Erfindung
einzuschränken.
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1 zeigt
ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Dokumenten-Verarbeitungs-Systems
(DPS), das die vorliegende Erfindung einsetzt;
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm zum Entrastern einer abgetasteten Halbton-Bilddarstellung gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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3 zeigt
ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Bild-Prozessors,
der dem DPS der 1 zugeordnet ist, zum Ausführen des
Programms der 2.
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Wie
nun die 1 zeigt, umfasst ein beispielhaftes
Dokumenten-Verarbeitungs-System (DPS) 10,
wie beispielsweise ein reprographisches, ein xerographisches, ein
Tintenstrahl-, usw., System, einen herkömmlichen Drucker oder ein Druck-Untersystem 12,
das durch Druckersteuerungen 14 unter der Steuerung eines
Bildverarbeitungs-Untersystems oder
eines System-Computers 16 betrieben wird. Eingangs-Halbton-Bilder
werden aus einem Bild-Eingangs-Untersystem, wie beispielsweise einem
herkömmlichen
Scanner oder einem abtastendem Untersystem 18 oder einem
ersten Speicher 20, der abgetastete Halbton-Bilder speichert,
erhalten. Ein zweiter Speicher 22 kann dazu verwendet werden, entrasterte
Halbton-Bilder, wie beispielsweise für eine darauf folgende Verarbeitung
und/oder eine Ausgabe an einem Drucker 12, zu speichern.
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Ein
abgetastetes Halbton-Bild, erhalten von dem Scanner 18 oder
einem ersten Speicher 20, wird zuerst durch ein adaptives
Filterprogramm, ausgeführt
durch den Bild-Prozessor 16,
entrastert (unscreened oder descreened). Danach kann ein herkömmlicher,
auslaufseitiger Bildverarbeitungs-Schritt (d.h. Skalieren, Vergrößerung,
Farb-Korrektur, erneute Halbton-Bildung bei einer unterschiedlichen Raster-Frequenz,
usw.) auf den entrasterten Contone-Bild-Daten ausgeführt werden,
bevor die entrasterten Contone-Bild-Daten zurück zu einem Halbton-Bild für eine Druck-Verarbeitung
an einem Drucker 12, oder für eine temporäre Speicherung
in einem Speicher 22, umgewandelt werden.
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Wie
nun die 2 und 3 zeigen,
wird ein abgetastetes Halbton-Bild auf einer Basis Pixel für Pixel
durch das adaptive Filter-Programm 30, ausgeführt in dem
Prozessor 16, entrastert. Das adaptive Filter-Programm 30 beginnt
durch Eingeben eines Pixels Pin (x, y) von
einem Halbton-Bild-Puffer 32 (Schritt 34), der
temporär
eine oder mehrere Rasterlinien oder Halbton-Bild-Daten, die das
Halbton-Bild darstellen, das entrastert werden soll, speichert oder in
sonstiger Weise hält.
Der Eingangs-Pixel-Wert Pin (x, y) ist in
einer herkömmlichen
Art und Weise tiefpass-gefiltert, um einen tiefpass-gefilterten
Pixelwert (Plpf) (x, y) (Schritt/Filter 36)
zu erzeugen. Zusätzlich wird
der Eingangs-Pixel-Wert Pin (x, y) separat
in einer herkömmlichen
Art und Weise kerb-gefiltert, um einen kerb-gefilterten Pixel-Wert
Pin (x, y) (Schritt/Filter 38)
zu erzeugen. Danach wird eine lokale Kontrast-Variable α dann für das Eingangs-Pixel Pin (x, y) bestimmt (Schritt 40).
Die lokale Kontrast-Variable α besitzt
einen Wert in dem Bereich von 0 ≤ α ≤ 1, in Abhängigkeit
von dem lokalen Kontrast innerhalb einer Nachbarschaft des Eingangs-Pixels
Pin (x, y).
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Insbesondere
wird die lokale Kontrast-Variable α durch zuerst Verschmieren bzw.
Verwischen der originalen, abgetasteten Halbton-Bild-Daten unter
Verwendung eines Tiefpassfilters, wie beispielsweise des Filters 36,
bestimmt, und durch Speichern der verwischten Halbton-Bild-Daten
in einem Puffer 42 für
das verwischte Bild. Es ist vorgesehen, dass der Puffer 42 das
vollständige,
verwischte (d.h. tiefpass-gefilterte) Halbton-Bild speichern kann
oder nur die Menge der verwischten Bild-Daten speichern kann, die
zum Bestimmen der lokalen Kontrast-Variablen α für das Eingangs-Pixel Pin (x, y) notwendig sind.
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Danach
wird eine lokale Varianz von Pixel-Werten innerhalb eines 2 D-Fensters
(z.B. 3 × 3), zentriert
auf einem verwischten Bild-Pixel Pblur (x,
y), entsprechend zu dem Eingangs-Pixel Pin (x,
y) analysiert. Die lokale Pixel-Varianz wird durch Bestimmen der
Differenz (d) zwischen dem maximalen Pixel-Wert Pmax (x,
y) und dem minimalen Pixel-Wert Pmax (x,
y) innerhalb des 2 D-Fensters analysiert. Die lokale Kontrast-Variable α ist eine
Funktion der Differenz (d) und kann aus dem folgenden Pseudo-Code bestimmt
werden:
FALLS d ≤ A
DANN α = 1
ODER
FALLS A < d < B
DANN α = (B – d)/(B – A)
wobei
1 > α > 0
ODER FALLS
d ≥ B
DANN α= 0
wobei
(d) die Differenz zwischen dem maximalen Pixel-Wert Pmax (x,
y) und dem minimalen Pixel-Wert Pmin (x,
y) innerhalb des 2 D-Fensters liegt, das auf dem verwischten Bild-Pixel
Pblur (x, y) zentriert ist, und (A) und
(B) empirisch bestimmte Konstanten sind. In der Ausführungsform,
die beschrieben ist, ist A = 8 und B = 32.
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Danach
wird ein entrasterter Ausgangs-Pixel-Wert Pout (x,
y) aus der Gleichung bestimmt: Pout (x, y) = αPlpf (x, y) + (1 – α) Pnf (x,
y) Gleichung 1wobei α die lokale
Kontrast-Variable ist, Plpf (x, y) der tiefpass-gefilterte
Pixel-Wert ist und Pnf (x, y) der kerb-gefilterte
Pixel-Wert ist (Schritt 44 oder Multiplier/Addierer-Schaltungen 46a, 46b, 48).
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Demzufolge
ist, wenn der lokale Kontrast-Wert α innerhalb der Nachbarschaft,
die das Eingangs-Pixel Pin (x, y) umgibt,
relativ niedrig ist (d.h. geringer als oder gleich zu ungefähr 8), dann der
entrasterte Ausgangs-Pixel-Wert Pout (x,
y) gleich zu dem tiefpassgefilterten Pixel-Wert Plpf (x,
y). In ähnlicher
Weise ist, wenn der lokale Kontrast-Wert α innerhalb der Nachbarschaft,
die das Eingangs-Pixel Pin (x, y) liegt,
relativ hoch ist (d.h. größer als
oder gleich zu ungefähr
32), dann der entrasterte Ausgangs-Pixel-Wert Pout (x,
y) gleich zu dem kerb-gefilterten Pixel-Wert Pnf (x,
y). Weiterhin ist, wenn der lokale Kontrast-Wert α innerhalb
der Nachbarschaft, die das Eingangs-Pixel Pin (x,
y) umgibt, moderat ist (d.h. größer als
ungefähr
8 und geringer als ungefähr 32),
dann der entrasterte Ausgangs-Pixel-Wert Pout (x,
y) eine lineare Kombination des tiefpass-gefilterten Pixel-Werts
Plpf (x, y) und des kerb-gefilterten Pixel-Werts
Pnf (x, y).
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Wenn
einer oder mehrere der ausgangsseitigen Bild-Verarbeitungs-Vorgänge, wie
beispielsweise Skalieren, Vergrößern, Farb-Korrektur,
erneuter Halbton-Bildung oder erneutes Rastern bei derselben oder
einer unterschiedlichen Raster-Frequenz, usw., an dem gerasterten
Halbton-Bild durchgeführt werden
sollen, dann ist der entrasterte Ausgangs-Pixel-Wert Pout (x,
y) für
eine solche Verarbeitung verfügbar
(Schritt 50). In dem Fall, bei dem ein Bereich-Bild-Verarbeitungs-Vorgang
durchgeführt
werden soll, kann das entrasterte Ausgangs-Pixel Pout (x, y)
in einem Puffer für
das entrasterte Bild, wie beispielsweise einem Speicher 22,
gespeichert werden, bevor ein solcher Bild-Verarbeitungs-Vorgang durchgeführt wird.
Danach ist der äußere Pixel-Wert
für eine
Gestaltung durch den Drucker 12 verfügbar.
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Falls
das vollständige,
abgetastete Halbton-Bild nicht entrastert worden ist, kehrt das
adaptive Filter-Programm 30 zu Schritt 34 zurück, um das nächste Eingangs-Pixel
zu verarbeiten, ansonsten endet das Programm (Schritt 50).
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In
der Ausführungsform,
die beschrieben ist, werden der Tiefpassfilter/Filterungs-Schritt 36 und der
Kerbfilter/Filterungs-Schritt 38 beide in der räumlichen
Domäne
unter Verwendung einer Konvolution durchgeführt. Genauer gesagt sind der
Tiefpassfilter/Filterungs-Schritt 36 und der Kerbfilter/Filterungs-Schritt 38 2
D-separierbare Filter mit 29 Elementen in jeder Richtung. Es sollte
ersichtlich werden, dass es dort, wo die abgetastete Bild-Größe relativ
groß ist
und die Filter-Größe relativ
klein ist, ökonomischer
ist, in der räumlichen
Domäne
als in der Frequenz-Domäne
zu filtern. Allerdings ist vorgesehen, dass der Tiefpassfilter/Filterungs-Schritt 36 und/oder
der Kerbfilter/Filterungs-Schritt 38 durch Transformieren
und Filtern in der Frequenz-Domäne über FFTs
ausgeführt
werden können.
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Es
sollte auch ersichtlich werden, dass der Kerbfilter/Filterungs-Schritt 38 direkt
ausgeführt
werden kann, oder als ein Bandpass-Filter, wo, unter Verwendung
einer Kurzangabe, der Kerbfilter = 1 – Bandpass-Filter gilt. Demzufolge
wird der Bandpass-Filter/Filterungs-Schritt
dazu verwendet, das abgetastete Halbton-Bild zu filtern, und dann
wird das gefilterte Bild von dem originalen Bild subtrahiert. Dies
kann auf einer Basis Pixel für
Pixel, oder für
das Bild als Ganzes, durchgeführt
werden. Demzufolge kann der Kerbfilter/Filterungs-Schritt 38 durch
einen Bandpass-Filter/Filterungs-Schritt, oder direkt, ausgeführt werden.
In jedem Fall können
die Kerbfilter-Koeffizienten oder die Bandpass-Filter-Koeffizienten unter
Verwendung eines Digital-Filter-Design-Pakets, wie solche, die ausreichend
im Stand der Technik bekannt sind, bestimmt werden.