DE69719103T2

DE69719103T2 - Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Bildaufzeichnung

Info

Publication number: DE69719103T2
Application number: DE69719103T
Authority: DE
Inventors: Wataru Ito
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2017-03-20
Also published as: JPH09261458A; DE69719103D1; JP3651511B2; EP0797346A1; EP1248233A1; EP0797346B1; US5864787A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Digitalbildaufzeichnungsvorrichtung und ein Verfahren zur Aufzeichnung eines digitalen Bildes, jeweils nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2, insbesondere auf die komplette visuelle Wiederherstellung von Bildinformationsanteilen auf einem Aufzeichnungsmedium, deren Frequenzen nicht höher als die in der digitalen Bildinformation enthaltene Nyquistrate sind.

Beschreibung des technischen Gebiets

Es sind Bildaufzeichnungsvorrichtungen bekannt, wie z. B. Laserdrucker, Thermodrucker und Ähnliche, um ein digitales Bild in einer aktuellen Größe oder vergrößert oder verkleinert aufzuzeichnen. In solch einer Bildaufzeichnungsvorrichtung wird ein durch eine Abtastung eines analogen Bildsignals erhaltenes digitales Bildsignal einer bestimmten benötigten Bildverarbeitung unterworfen, z. B. in dem Fall, in dem das Bild vergrößert und anschließend auf einem Bildaufzeichnungsmedium wiedergegeben werden soll, einer Interpolationsverarbeitung.
Eine Aufzeichnung durch die Bildaufzeichnungsvorrichtung ist äquivalent zu der Wiederherstellung eines digitalen Bildsignals als ein analoges Bildsignal. Als Theorem der Wiederherstellung solch eines digitalen Signals ist das Abtasttheorem bekannt. Das Abtasttheorem definiert eine Bedingung bezüglich der Abtastintervalle, um das digitale Signal als analoges Signal komplett wiederherstellen zu können. Z. B. wurde für ein eindimensionales Abtasttheorem bewiesen, dass die in einem analogen Signal enthaltenen Signalkomponenten bei Frequenzen nicht höher als N/2 bei Abtastung des analogen Signals mit einer Abtastfrequenz N (Abtastintervalle von N/2) komplett wiederhergestellt werden können. Die Frequenz von N/2 wird allgemein als "die Nyquistrate" bezeichnet. Weiter ist es bekannt, dass bei der Wiederherstellung eines digitalen Signals, welches oberhalb der Nyquistrate liegende Frequenzanteile enthält, in ein analoges Signal, Fehler aufgrund der Faltung eines Teils der hochfrequenten Seite auf eine niederfrequente Seite (Aliasingfehler) entstehen und die Form des wiederhergestellten analogen Signals stark deformiert ist. Für ein Bildsignal zeigt ein zweidimensionales Abtasttheorem, dass die Signalanteile bei Frequenzen nicht höher als die Nyquistrate komplett wiederhergestellt werden können und dass das digitale Signal nicht komplett wiederhergestellt werden kann, wenn es Frequenzanteile enthält, die höher als die Nyquistrate sind.
Demzufolge scheint es, dass Signalkomponenten bei einer Frequenz nicht höher als die Nyquistrate von der Bildaufzeichnungsvorrichtung visuell komplett wiederhergestellt werden können, wenn eine Abtastung oder Aufzeichnung eines Bildes auf Grundlage des Abtasttheorems erfolgt. Jedoch können Signalkomponenten bei Frequenzen nicht höher als die Nyquistrate in herkömmlichen Bildverarbeitungssystemen tatsächlich nicht in Übereinstimmung mit dem Theorem visuell komplett wiederhergestellt werden.
Dies liegt an der folgenden Tatsache. Da das Abtasttheorem annimmt, dass die ursprüngliche Wellenform wiederhergestellt werden kann, indem eine sinc-Funktion ((sin x)/x) in abgetastete Werte gefaltet wird, muss die Antwort zu der Aufzeichnung des Aufzeichnungsmediums eine sinc-Funktion sein, um ein Bild entsprechend des Abtasttheorems aufzuzeichnen. In anderen Worten muss das Aufzeichnungsmedium so sein, dass ein Bildelement auf dem Aufzeichnungsmedium in einer Dichte aufgezeichnet wird, die zu einem Wert korrespondiert, welcher durch Faltung der sinc-Funktion in einen Wert eines gegebenen digitalen Signalanteils erhalten wird. Da die sinc-Funktion jedoch einen negativen Wert annehmen kann, obwohl die Antwort der Aufzeichnung nicht negativ sein kann, kann die sinc-Funktion tatsächlich nicht gefaltet werden.
Das heißt, es ist tatsächlich unmöglich, die Signalanteile bei Frequenzen nicht höher als die Nyquistrate auf einem Aufzeichnungsmedium visuell komplett wiederherzustellen. Da das Abtasttheorem jedoch weit bekannt ist und verschiedene zu dem Aufzeichnungssystem unterschiedliche Systeme entsprechend des Abtasttheorems erstellt sind, wurde von der Bildaufzeichnungsvorrichtung natürlich angenommen, dass diese die Signalanteile von Frequenzen nicht höher als die Nyquistrate entsprechend des Abtasttheorems komplett visuell wiederherstellen kann.
Entsprechend dem Oberbegriff von jedem der Ansprüche 1 bis 4 offenbart die EP-A-440 794 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufzeichnung eines Bildes mit der doppelten Größe eines Originalbildes. Das Verfahren enthält den Schritt der Interpolation zur Vergrößerung eines Bildes. Anschließend wird eine Antwort, die durch die Interpolationsverarbeitung verschlechtert wurde, mit einem Filter mit inverser Funktion verstärkt. Dadurch kann die vor der Interpolation vorhandene Antwort nach der Interpolation aufrechterhalten werden.
Dieses Dokument zeigt nicht, Werte von Frequenzanteilen oberhalb der Nyquistrate abzuschneiden.
US-A-5 253 043 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines digitalen Bildes, wobei durch das Einfügen von Null und Filterung eine Erhöhung der Abtastwerte durchgeführt wird.
US-A-5 382 144 offenbart ein Verfahren zur Unterabtastung und ein Interpolationsverfahren für digitale Signale, wobei ein Eingangssignal so unterabgetastet wird, dass die Anzahl von Abtastwerten des Eingangssignals halbiert wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Dieses Ausgangssignal wird von einer Interpolationsschaltung empfangen, die neue Abtastwerte addiert, welche durch Interpolation erhalten wurden, wodurch die ursprüngliche Anzahl von Abtastwerten des Eingangssignals wiederhergestellt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgrund der obigen Beobachtungen und Beschreibung, liegt dieser Erfindung die Hauptaufgabe zugrunde, eine Digitalbildaufzeichnungsvorrichtung und ein Verfahren zur Aufzeichnung eines digitalen Bildes anzugeben, wodurch digitale Bildsignalanteile von Frequenzen nicht höher als die Nyquistrate, die in einem digitalen Bildsignal enthalten sind, visuell komplett wiederhergestellt werden können.
Die Digitalbildaufzeichnungsvorrichtung nach dieser Erfindung umfasst die Merkmale des Anspruchs 1.
Insbesondere umfasst das Bildverarbeitungsmittel ein Bildinformationsanhebungsmittel, welches die in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge erhöht, indem bestimmte Werte entsprechend einer bestimmten Regel in das erste digitale Bildsignal interpoliert werden, ein Frequenzanalysemittel, welches die Frequenzanteile des ersten digitalen Bildsignals analysiert, indem eine erste Transformationsverarbeitung des hinsichtlich der Informationsmenge erhöhten ersten digitalen Bildsignals durchgeführt wird und das erste digitale Bildsignal in einen Frequenzraum entwickelt wird, ein Hochfrequenzanteilentfernungsmittel, welches die Werte der Frequenzanteile, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals sind, in dem Frequenzraum, in den das erste digitale Bildsignal von dem Frequenzanalysemittel entwickelt wurde, mit 0 ersetzt, und das zweite digitale Bildsignal erhält, und ein Transformationsumkehrmittel, welches an dem zweiten digitalen Bildsignal, das von dem Hochfrequenzanteilentfernungsmittel in dem Frequenzraum erhalten wurde, eine zu der ersten Transformationsverarbeitung inverse zweite Transformationsverarbeitung durchführt.
Das Verfahren nach der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Bildes mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
Insbesondere umfasst die Bildverarbeitung die Schritte des Erhöhens der in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltenen Informationsmenge, indem bestimmte Werte entsprechend einer bestimmten Regel in das erste digitale Bildsignal interpoliert werden, des Analysierens der Frequenzanteile des ersten digitalen Bildsignals, indem eine erste Transformationsverarbeitung des hinsichtlich der Informationsmenge erhöhten ersten digitalen Bildsignals durchgeführt wird und das erste digitale Bildsignal in einen Frequenzraum entwickelt wird, des Erhaltens des zweiten digitalen Bildsignals, indem die Werte der Frequenzanteile, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals sind, in dem Frequenzraum, in den das erste digitale Bildsignal entwickelt wurde, mit 0 ersetzt werden, und des Durchführens einer zu der ersten Transformationsverarbeitung inversen zweiten Informationsverarbeitung an dem zweiten digitalen Bildsignal.
In dieser Beschreibung soll der Ausdruck "Reduzieren von Frequenzanteilen des ersten digitalen Bildsignals, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals sind" breit interpretiert werden, so dass zusätzlich zu der Reduzierung solcher Frequenzanteile auch die vollständige Entfernung solcher Frequenzanteile enthalten ist.
Weiter beinhaltet der Ausdruck "Interpolieren bestimmter Werte entsprechend einer bestimmten Regel in das erste digitale Bildsignal" eine Verarbeitung, z. B. zum Interpolieren eines bestimmten Wertes (z. B. Null) in jedem zweiten Bildelement und jeder zweiten Zeile in das erste digitale Bildsignal, wobei die Verarbeitung entsprechend einer beliebigen Regel unter Verwendung von beliebigen Werten ausgeführt werden kann, wenn dadurch die in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge erhöht wird. Diese Faktoren können abhängig vom Design bestimmt werden.
Der Ausdruck "Transformationsverarbeitung" bedeutet eine orthogonale Transformationsverarbeitung, wie z. B. eine Fourier- Transformation, die allgemein als ein Verfahren der Frequenzanalyse bekannt ist, und demzufolge bedeutet der Ausdruck "Entwickeln des ersten digitalen Bildsignals in einen Frequenzraum", ein Fourier-Transformationsbild zu erhalten, indem eine Fourier-Transformation des ersten digitalen Bildsignals durchgeführt wird. Der Ausdruck "zweite zu der ersten Transformationsverarbeitung inverse Transformationsverarbeitung" bedeutet z. B. eine inverse Fourier-Transformation. Da jedoch die erste Transformationsverarbeitung durchgeführt wird, um die Frequenzanteile des ersten digitalen Bildsignals visuell zu verdeutlichen, kann eine beliebige als ein Verfahren der Frequenzanalyse bekannte Transformation verwendet werden, ohne dass eine Begrenzung auf die Fourier-Transformation besteht.
In einem Fourier-Transformationsbild ist der Wert jedes Frequenzanteiles des digitalen Bildsignals als ein Wert einer Koordinate (Position) gegeben und der Ausdruck "Ersetzen der Werte der Frequenzanteile, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals sind, mit 0" bedeutet, die Werte der Positionen mit 0 zu ersetzen.
Weiter bedeutet der Ausdruck "Interpolieren von 0 in das erste digitale Bildsignal, so dass Werte der Frequenzanteile, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals sind, Null werden", die Werte von Positionen, die Frequenzanteile höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals darstellen, in einem Fourier-Transformationsbild zu nullzustellen. Jedoch unterscheidet sich die "Interpolation von 0" von dem "Ersetzen mit 0" wie es oben beschrieben wurde, so, dass bei einer Interpolation von 0 in eine bestimmte Position der Originalwert für diese Position in eine andere Position verschoben wird, die einen Frequenzanteil nicht höher als die Nyquistrate darstellt, und als Ergebnis wird ein vergrößertes Fourier-Transformationsbild erhalten. Das heißt, durch "Ersetzen mit 0" wird die in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge unverändert gelassen, wohingegen die in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge durch "Interpolation mit 0" erhöht wird.
Weiter bedeutet der Ausdruck "Durchführen einer Interpolationsverarbeitung des ersten digitalen Bildsignals unter Verwendung eines Filters" zusätzlich zu einer normalen Filterverarbeitung zum Erhalten von Werten, die zu ursprünglich in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltenen Bildelementen korrespondieren, eine Verarbeitung zum Erhalten von Werten durchzuführen, die durch die ähnliche Filterung und Interpolation der Werte aus den ursprünglichen Bildelementen interpoliert werden sollen. Durch diese Verarbeitung wird die in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge erhöht.
Entsprechend der Erfindung wird die in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge erhöht und die oberhalb der Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals liegenden Frequenzanteile werden aus dem ersten digitalen Bildsignal entfernt, und das so erhaltene zweite digitale Bildsignal wird auf einem Aufzeichnungsmedium in einer oberhalb der Abtastdichte liegenden Dichte in einer im Wesentlichen gleichen Größe zu der des Originalbildes wiedergegeben, da die in dem zweiten digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge größer als die in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltene ist. Demzufolge kann in den Abtastpunkten enthaltene Bildinformation, die herkömmlicher Weise verloren wurde, ohne Hinzuziehen der oberhalb der Nyquistrate liegenden Frequenzanteile kompensiert werden, wodurch es ermöglicht wird, das digitale Bildsignal auf einem Aufzeichnungsmedium präzise wiederzugeben.
Wird die in dem ersten digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge durch die Interpolation von bestimmten Werten entsprechend einer bestimmten Regel in das erste digitale Bildsignal erhöht und darauf folgend das um die Informationsmenge erhöhte erste digitale Bildsignal durch eine Fourier- Transformation oder Ähnliches in einen Frequenzraum entwickelt, so können die Frequenzanteile in dem digitalen Bildsignal visuell verdeutlicht werden und demzufolge können die oberhalb der Nyquistrate liegenden Frequenzanteile leicht entfernt werden. Durch das nachfolgende Durchführen einer inversen Fourier-Transformation oder einer ähnlichen Verarbeitung kann ein digitales Bildsignal mit zusätzlicher Information erhalten werden.
Derselbe Effekt kann erreicht werden, indem das Fourier- Transformationsbild so vergrößert wird, dass darin kein oberhalb der Nyquistrate liegender Frequenzanteil enthalten ist. In diesem Fall sind weniger Berechnungen für die Fourier- Transformation nötig, da die Fourier-Transformation ausgeführt wird, bevor die in dem digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge erhöht wird, wodurch eine Belastung des Systems reduziert werden kann.
Werden aus den ursprünglichen Bildelemente zu interpolierende Werte aus den ursprünglichen Bildelementen erhalten und interpoliert, indem eine Filterverarbeitung des digitalen Bildsignals durchgeführt wird, ohne dass das digitale Bildsignal in einen Frequenzraum entwickelt wird, kann weiter der gleiche Effekt erhalten werden und gleichzeitig kann die Belastung des Systems weiter reduziert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Darstellung, um eine Bildaufzeichnungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung kurz darzustellen,
Fig. 2 ist eine Darstellung, um den Betrieb der in der ersten Ausführungsform verwendeten Bildverarbeitungsmittel darzustellen,
Fig. 3 ist eine Darstellung, um eine Bildaufzeichnungsvorrichtung kurz darzustellen, die nicht unter den Schutzumfang der Patentansprüche fällt,
Figur. 4 ist eine Darstellung, um den Betrieb des in der in der Fig. 3 gezeigten Vorrichtung verwendeten Bildverarbeitungsmittels darzustellen,
Figur, 5 ist eine Darstellung, um eine Bildaufzeichnungsvorrichtung kurz darzustellen, die einen Filter verwendet,
Fig. 6 ist eine Darstellung, um den Betrieb des in der Fig. 5 gezeigten Bildverarbeitungsmittels darzustellen,
Fig. 7 ist eine Darstellung, die die Eigenschaften des im Beispiel 1 des Filters gezeigten Filters F1 zeigt,
Fig. 8 ist eine Darstellung, um ein Beispiel einer Interpolationsverarbeitung mit einem Filter zu zeigen,
Fig. 9 ist eine Darstellung, um den Betrieb der in der Fig. 5 gezeigten Bildaufzeichnungsvorrichtung zu zeigen,
Fig. 10 ist eine Darstellung, die die Eigenschaften des in der Fig. 8 gezeigten Filters F4 zeigt,
Fig. 11 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines ursprünglichen Bildsignals zeigt,
Fig. 12 ist eine Darstellung, die ein digitales Bildsignal zeigt, das durch eine Abtastung des in der Fig. 11 gezeigten ursprünglichen Bildsignals erhalten wurde,
Fig. 13 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines zweiten digitalen Bildsignals der ersten Ausführungsform zeigt,
Fig. 14 ist eine Darstellung, die ein Ergebnis der ersten Ausführungsform zeigt,
Fig. 15 ist eine Darstellung, die ein Ergebnis der in der Fig. 5 gezeigten Vorrichtung zeigt,
Fig. 16 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines von einer herkömmlichen Bildaufzeichnungsvorrichtung aufgezeichneten Bildsignals zeigt, und
Fig. 17 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines Bildsignals zeigt, welches entsprechend des Verfahrens aufgezeichnet wurde, das einen Filter verwendet, welches die Bedingung dieser Erfindung nicht erfüllt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Fig. 1 bis 10 illustrieren drei Ausführungsformen dieser Erfindung und die Fig. 11 bis 17 zeigen von den Bildaufzeichnungsvorrichtungen entsprechend der Ausführungsformen dieser Erfindung oder entsprechend des Standes der Technik zu verarbeitende oder verarbeitete Bildsignale. In den Fig. 11 bis 17 stellt die Abszisse die Position einer Zeile eines Bildes und die Ordinate die Dichte des Bildes dar.
Die Fig. 11 zeigt ein Beispiel eines Originalbildsignals, dessen Frequenz 3,4 Zyklen/mm beträgt und die Fig. 12 zeigt ein digitales Bildsignal, welches durch Abtastung des in der Fig. 11 gezeigten Bildsignals mit 10 Bildpunkten/mm erhalten wurde (10 Abtastpunkte pro 1 mm). Die Beschreibung wird für den Fall gegeben, dass das in der Fig. 12 gezeigte digitale Bildsignal einer Bildverarbeitung unterworfen wird und das verarbeitete digitale Bildsignal auf einem Aufzeichnungsmedium wiedergegeben wird.
Zunächst wird die Wiedergabe des in der Fig. 12 gezeigten digitalen Bildsignals mittels einer herkömmlichen Bildaufzeichnungsvorrichtung beschrieben. Da die Abtastfrequenz des digitalen Bildsignals 10 Bildpunkte/mm beträgt, wie zuvor beschrieben, ist die Nyquistrate dieses digitalen Bildsignals 5 Zyklen/mm. Demzufolge enthält das Originalbildsignal, dessen Frequenz 3,4 Zyklen/mm beträgt, keine oberhalb der Nyquistrate des digitalen Bildsignals liegenden Frequenzanteile und kann theoretisch komplett wiederhergestellt werden.
Da jedoch die Aufzeichnungsantwort wie oben beschrieben keine sinc-Funktion des Lichts (im Fall eines Laserdruckers) oder der Wärme (im Fall eines Thermodruckers) sein kann, kann das Originalbildsignal tatsächlich nicht komplett wiederhergestellt werden.
Das in der Fig. 16 gezeigte Signal ist ein Beispiel, bei dem das in der Fig. 12 gezeigte digitale Bildsignal von der herkömmlichen Bildaufzeichnungsvorrichtung in derselben Größe wie das Originalbild wiedergegeben wird. Wie in der Fig. 16 erkannt werden kann, wird sogar das digitale Bildsignal, welches keine oberhalb der Nyquistrate liegenden Frequenzanteile enthält, als ein dem Originalbildsignal stark unähnliches Signal wiedergegeben.
Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht zur Darstellung einer Bildaufzeichnungsvorrichtung und eines Bildaufzeichnungsverfahrens nach einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung. Wie in der Fig. 1 gezeigt, enthält die Bildaufzeichnungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform ein Bildverarbeitungsmittel 4, welches eine bestimmte Bildverarbeitung eines ersten digitalen Bildsignals 1 ausführt, das durch Abtastung eines ein Originalbild darstellendes Originalbildsignal mit einer bestimmten Abtastdichte erhalten wurde, um dadurch ein zweites digitales Bildsignal zu erhalten, und ein Aufzeichnungsmittel 5 für hochdichte Aufzeichnungen, welches das zweite digitale Bildsignal 2 mit einer oberhalb der Abtastdichte liegenden Dichte als gedrucktes Bild 3 wiedergibt.
Die von dem Bildverarbeitungsmittel 4 ausgeführte bestimmte Bildverarbeitung enthält eine Verarbeitung zum Anheben der Informationsmenge, die in dem ersten digitalen Bildsignal 1 enthalten ist, und eine Verarbeitung zur Reduzierung von Frequenzanteilen des ersten digitalen Bildsignals 1, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals 1 sind. In dieser bestimmten Ausführungsform umfasst das Bildverarbeitungsmittel 4 ein Bildinformationsanhebungsmittel 6a, ein Frequenzanalysemittel 7, ein Hochfrequenzanteilentfernungsmittel 8 und ein Transformationsumkehrmittel 9, wie es in der Fig. 2 gezeigt ist.
In dieser Ausführungsform erhöht das Bildinformationanhebungsmittel 6a die in dem ersten digitalen Bildsignal 1 enthaltene Informationsmenge, indem in jedem zweiten Bildelement und jeder zweiten Zeile 0 in das erste digitale Bildsignal 1 interpoliert wird, wodurch eine doppelte Erhöhung sowohl in der transversalen als auch in der longitudinalen Richtung erfolgt, d. h. insgesamt eine vierfache Vergrößerung. Dies ist äquivalent zur Verdoppelung der Abtastpunkte und demzufolge ist die Nyquistrate des resultierenden digitalen Bildsignals 10 zweimal so groß wie die Nyquistrate N/2 des ersten digitalen Bildsignals 1 und somit gleich zu N. Gleichzeitig verändern sich die Frequenzanteile des digitalen Bildsignals durch die Interpolationsverarbeitung. Das heißt, sogar wenn das erste digitale Bildsignal 1 keine oberhalb der Nyquistrate N/2 liegenden Frequenzanteile enthält, kann das resultierende digitale Bildsignal 10 solche Frequenzanteile enthalten. Da die oberhalb der Nyquistrate liegenden Frequenzanteile die Wiederherstellung des digitalen Bildsignals wie zuvor beschrieben negativ beeinflussen, sollten solche Frequenzanteile entfernt werden.
Dazu werden die in dem resultierenden digitalen Bildsignal 10 enthaltenen Frequenzanteile durch die Ausführung einer Fourier-Transformation des resultierenden digitalen Bildsignals 10 und das Erhalten eines Fourier-Transformationsbildes 11a daraus durch das Frequenzanalysemittel 7 visuell verdeutlicht und die oberhalb der Nyquistrate N/2 des ersten digitalen Bildsignals 1 liegenden Frequenzanteile werden entfernt, indem die Werte der Frequenzanteile von dem Hochfrequenzanteilentfernungsmittel 8 mit 0 ersetzt werden, wodurch ein in der Fig. 2 gezeigtes Fourier-Transformationsbild 12a erhalten wird, welches frei von den Hochfrequenzanteilen ist. In dieser bestimmten Ausführungsform wird eine diskrete Fourier- Transformation (DFT) ausgeführt, wobei ein Algorithmus einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) als die relevante Fourier-Transformation verwendet wird. Es ist bekannt, dass ein Bild einer diskreten Fourier-Transformation durch eine Wiederholung von Fourier-Transformationen eines kontinuierlichen Signals dargestellt werden kann, und entsprechend dieses Darstellungsverfahrens stellt der geschwärzte Bereich des Fourier-Transformationsbildes 12a die oberhalb der Nyquistrate N/2 des ersten digitalen Bildsignals 1 liegenden Frequenzanteile dar.
Wird nachfolgend von dem Transformationsumkehrmittel 9 eine inverse Fourier-Transformation des von den Hochfrequenzanteilen befreiten Fourier-Transformationsbildes 12a durchgeführt, so wird ein zweites digitales Bildsignal 2 erhalten, d. h. das um die darin enthaltene Informationsmenge erhöhte digitale Bildsignal 10 minus die oberhalb der Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals 1 liegenden Frequenzanteile. Schließlich kann von dem Aufzeichnungsmittel 5 für hochdichte Aufzeichnungen ein gedrucktes Bild 3 mit einer hohen Auflösung erhalten werden, indem das zweite digitale Bildsignal 2 mit der doppelten Dichte wiedergegeben wird.
Um den Effekt dieser Erfindung zu beweisen, wird nachfolgend ein Fall beschrieben, in dem das in der Fig. 11 gezeigte Originalbildsignal von der Bildaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform verarbeitet wird. In der Fig. 13 ist ein zweites digitales Bildsignal 2 gezeigt, das durch die zuvor angegebene Verarbeitung des in der Fig. 12 gezeigten digitalen Bildsignals erhalten wird, welches durch eine Abtastung des in der Fig. 11 gezeigten Originalbildsignals erhalten wurde, und das durch eine Aufzeichnung des zweiten digitalen Bildsignals mit einer hohen Dichte erhaltene Signal ist in der Fig. 14 gezeigt. Anhand eines Vergleichs des in der Fig. 11 gezeigten Originalbildsignals, des in des in der Fig. 14 gezeigten Bildsignals und des in der Fig. 16 gezeigten Bildsignals, welches von der herkömmlichen Bildaufzeichnungsvorrichtung wiederhergestellt wurde, kann erkannt werden, dass das von der Bildaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform wiederhergestellte Bildsignal dem Originalbildsignal mehr entspricht, als das von der herkömmlichen Bildaufzeichnungsvorrichtung wiederhergestellte Bildsignal, und dass keine Fluktuation besteht, die in dem durch die herkömmliche Bildaufzeichnungsvorrichtung wiederhergestellten Bildsignal erkannt werden kann. Das durch die Bildaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform wiederhergestellte Bildsignal kann als vollständige Wiederherstellung des Originalbildsignals betrachtet werden.
Die Fig. 3 zeigt eine Ansicht zur Darstellung einer Bildaufzeichnungsvorrichtung und eines Bildaufzeichnungsverfahrens, welche nicht in den Schutzumfang der Ansprüche dieser Erfindung fallen, und die Fig. 4 zeigt eine Verarbeitung des Bildverarbeitungsmittels 4 in dieser Vorrichtung. Das Bildverarbeitungsmittel 4 enthält ein Frequenzanalysemittel 7, ein Bildinformationanhebungsmittel 6b und ein Transformationsumkehrmittel 9, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist. Das Frequenzanalysemittel 7 und das Transformationsumkehrmittel 9 werden nachfolgend nicht detailliert beschrieben, da sie mit denen in der ersten Ausführungsform übereinstimmen und sich lediglich die Aufgabe der Verarbeitung von der in der ersten Ausführungsform unterscheidet.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung zur Erhöhung der in dem digitalen Bildsignal enthaltenen Informationsmenge nach einer Fourier-Transformation ausgeführt wird. Das heißt, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist, es wird zunächst eine Fourier-Transformation des ersten digitalen Bildsignals ausgeführt, wodurch ein Fourier-Transformationsbild 11b erhalten wird, und nachfolgend wird die Informationsmenge durch die Interpolation von 0 in solche Positionen in dem Fourier-Transformationsbild 11b erhöht, die oberhalb der Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals 1 liegende Frequenzanteile darstellen. Danach wird, wie in der ersten Ausführungsform, durch das Ausführen einer inversen Fourier- Transformation durch das Transformationsumkehrmittel 9 ein zweites digitales Bildsignal 2 erhalten und das zweite digitale Bildsignal 2 wird von dem Aufzeichnungsmittel 5 für hochdichte Aufzeichnungen mit der doppelten Dichte wiedergegeben, wodurch ein gedrucktes Bild 3 mit einer hohen Auflösung erhalten wird.
Das von der zweiten Ausführungsform erhaltene gedruckte Bild 3 ist hinsichtlich der Qualität äquivalent zu dem von der ersten Ausführungsform erhaltenen. Jedoch wird der Rechenaufwand für die Fourier-Transformation stark reduziert, da die Fourier- Transformation ausgeführt wird, bevor die in dem digitalen Bildsignal enthaltene Informationsmenge erhöht wird. Im Allgemeinen ist die Rechenzeit bei der Durchführung einer Fourier- Transformation mittels eines Computers nicht immer proportional zur Bildgröße. Das heißt, in dem Fall, in dem Speicher und Ähnliches begrenzt sind, wird zusätzlich zu der Fourier- Transformation eine Verarbeitung zur Lieferung der Bildinformation zwischen dem Speicher und der Festplatte ausgeführt und demzufolge steigt die Rechenzeit für die zusätzliche Verarbeitung mit dem Anstieg der Größe des zu verarbeitenden Bildes.
Eine Bildaufzeichnungsvorrichtung und ein Bildaufzeichnungsverfahren, welche nicht in den Schutzumfang der Ansprüche dieser Erfindung fallen, werden nachfolgend in Bezug auf die Fig. 5 bis 10 beschrieben. Obwohl das zuvor beschriebene Durchführen der Fourier-Transformation als Bildverarbeitungsverfahren adäquat ist, ist es hinsichtlich der Performance der Vorrichtung nicht immer vorzuziehen. Hier wird die Bildinformationsmenge und Reduzierung der oberhalb der Nyquistrate liegenden Frequenzanteile ohne das Durchführen einer Fourier- Transformation ausgeführt.
Die Fig. 6 zeigt die von dem in der Fig. 5 gezeigten Bildverarbeitungsmittel 4 ausgeführte Bildverarbeitung. Wie in der Fig. 5 gezeigt, führt das Bildverarbeitungsmittel dieser Ausführungsform eine Interpolation unter Verwendung eines Filters aus. Das Filter sollte die Bedingung R(f) S 0,2 in wenigstens 80% des Bereiches erfüllen, in dem N/2 < f ≤ N ist, wobei N/2 die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals darstellt, f die Frequenz darstellt und R(f) die Filtereigenschaften darstellt. Es ist vorzuziehen, dass der Bereich, in dem R(f) ≤ 0,2 ist, so nahe wie möglich an 100% des Bereichs ist, in dem N/2 < f ≤ N gegeben ist, und dass R(f) für jede Frequenz in dem Bereich so nahe wie möglich an 0 liegt.
Nachfolgend werden Beispiele von Filtern, welche die zuvor beschriebene Bedingung erfüllen, und Beispiele von einer Interpolationsverarbeitung unter Verwendung solcher Filter beschrieben. In dem in der Fig. 6 gezeigten Beispiel 1 wird durch die Verwendung eines Filters F1 auf ein in jedem zweiten Bildelement mit Null interpoliertes Bild eine Faltung durchgeführt, d. h., Werte werden erhalten, indem durch das Filter F1 eine gewichtete Addition durchgeführt wird, während das Filter F1 verschoben wird. Durch die Interpolation mit 0 wird die von der Filterverarbeitung erhaltene Informationsmenge zweimal so groß wie die der Originalinformation. In dem Fall des Filters F1 wechseln sich die Originalbildelemente und die durch diese Verarbeitung erhaltenen Bildelemente gegenseitig ab. Das Filter F1 hat in der Fig. 7 gezeigte Antworteigenschaften und demzufolge weist das erhaltene Bildsignal weniger oberhalb der Nyquistrate liegende Frequenzanteile auf, als das digitale Originalbildsignal. Derselbe Effekt kann erreicht werden, indem eine abwechselnde Filterung unter Verwendung der Filter F2 und F3 durchgeführt wird (Beispiel 2), welche erhalten wurden, indem das Filter F1 ohne die Interpolation mit 0 in zwei Teile geteilt wird.
Nachfolgend wird ein weiteres Beispiel des Filters beschrieben, welches die zuvor angegebene Bedingung erfüllt. Die Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer Interpolationsverarbeitung unter Verwendung eines Filters F4, dessen Antworteigenschaften sich wie in der Fig. 10 gezeigt verhalten. In dem Fall der Verarbeitung und der Verwendung des Filters F4 werden durch das Ausführen einer Filterung von Abtastwerten des Originalbildes, digitale Bildsignalanteile, die in der Fig. 8 durch Amn dargestellt sind (m und n stehen für die Positionen darstellende Ganzzahlen) mit dem Filter F4, d. h. durch das Ausführen von Operationen entsprechend der Formeln (a), (b) und (c), Werte von interpolierten Punkten Bmn, Cmn und Dmn erhalten. In der Fig. 8 ist nur ein Teil der interpolierten Punkte Bmn, Cmn und Dmn gezeigt.
Die Fig. 9 zeigt eine tatsächliche Verarbeitung, die von dem Bildverarbeitungsmittel 4 ausgeführt wird, welches die in der Fig. 8 gezeigte Interpolationsverarbeitung unter Verwendung des Filters F4 ausführt. Die digitalen Signalanteile der jeweiligen Bildelemente A01 bis A09, A10 bis A19 ... des zu verarbeitenden ersten digitalen Bildsignals 1 werden Abtastzeile für Abtastzeile in dieser Reihenfolge in das Bildverarbeitungsmittel 4 eingegeben. Das Bildverarbeitungsmittel 4 berechnet Bmn auf Grundlage der digitalen Bildsignalanteile für die letzten zehn Bildelemente aus den in das Bildverarbeitungsmittel 4 sequentiell eingegebenen Signalanteilen und gibt diese aufeinanderfolgend in Puffer aus, welche jeweils einer Zeile zugewiesen sind. Die Kapazität der Puffer ist so groß, dass darin digitale Bildsignalanteile für doppelt so viele Bildelemente gespeichert werden können, wie die Bildelemente in einer Abtastzeile vorhanden sind, d. h. in dieser besonderen Ausführungsform digitale Bildsignalanteile für 20 Bildelemente. In diesem Beispiel wechseln sich die aufeinanderfolgend in der oben beschriebenen Weise erhaltenen und an die Puffer ausgegebenen Werte Bmn und die Werte Amn für die Originalbildelemente miteinander ab.
Sind die Puffer für 10 Abtastzeilen gefüllt, so erhält das Bildverarbeitungsmittel 4 auf Basis der in den korrespondierenden Positionen der Puffer gespeicherten Bildsignalanteile Cmn und Dmn, d. h. von digitalen Signalanteilen für Bildelemente der selben Spalte in Fig. 8. Die so erhaltenen Bildelementwerte Amn, Bmn, Cmn und Dmn werden in Richtung der Abtastzeile aufeinanderfolgend ausgegeben. Danach löscht das Bildverarbeitungsmittel 4 die in demjenigen der 10 Puffer gespeicherten Bildsignale, in dem die digitalen Bildsignalanteile zuerst gespeichert wurden. Danach werden in diesem Puffer digitale Bildsignalanteile für eine andere Zeile gespeichert und das Bildverarbeitungsmittel 4 wiederholt die zuvor beschriebene Verarbeitung.
Das unter Verwendung des zuvor beschriebenen Filters der Interpolationsverarbeitung unterworfene Bildsignal wird als ein in der Fig. 15 gezeigtes Bildsignal aufgezeichnet. Das in der Fig. 15 gezeigte Bildsignal ist dem Originalbildsignal ähnlicher, als ein von einer herkömmlichen Bildaufzeichnungsvorrichtung aufgezeichnetes Bildsignal (Fig. 16) und ein Bildsignal, welches entsprechend des Verfahrens aufgezeichnet wurde, das ähnlich zu der dritten Ausführungsform ist, aber nur einen eindimensionalen Filter benutzt, welcher nicht die Bedingung dieser Erfindung erfüllt (Fig. 17).
Die Bildaufzeichnungsvorrichtung und das Bildaufzeichnungsverfahren nach dieser Erfindung brauchen nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Ausführungsformen können verschieden modifiziert werden. Z. B. kann die von dem Frequenzanalysemittel 7 ausgeführte Transformation eine beliebige als ein Verfahren der Frequenzanalyse bekannte Transformation sein. Weiter braucht der Filter kein eindimensionaler Filter zu sein, sondern kann von beliebiger Art sein, solange die zuvor angegebene Bedingung erfüllt wird.
Obwohl die Beschreibung auf dem Ergebnis der Erfindung unter Verwendung eines einfachen Sinussignals gegeben wurde, kann das zuvor beschriebene Ergebnis dieser Erfindung auch auf kompliziertere Bildsignale angewandt werden, da alle Bildsignale eine Überlagerung von Sinuswellen sind.

Claims

1. Digitalbildaufzeichnungsvorrichtung, mit

einem Bildverarbeitungsmittel (4), welches eine Bildverarbeitung eines ersten digitalen Bildsignals (1) durchführt, das erhalten wurde, indem ein ein Originalbild darstellendes Bildsignal mit einer bestimmten Abtastfrequenz abgetastet wird, wobei die Bildverarbeitung der Reduzierung von Frequenzanteilen des ersten digitalen Bildsignals dient, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals (1) sind, um ein zweites digitales Bildsignal (2) zu Erhalten,

und ein Aufzeichnungsmittel (S) für hochdichte Aufzeichnungen, welches das zweite digitale Bildsignal (2) auf einem Aufzeichnungsmedium reproduziert, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufzeichnungsmittel (5) für hochdichte Aufzeichnungen das zweite digitale Bildsignal mit einer Dichte reproduziert, die höher als die bestimmte Dichte ist, wodurch ein Bild (3) mit einer Auflösung erhalten wird, die höher als die von dem ersten digitalen Bildsignal (1) erhaltene ist und gleichgroß zu der von dem ersten digitalen Bildsignal erhaltenen ist, und dass

das Bildverarbeitungsmittel (4) umfasst

ein Bildinformationanhebungsmittel (6a), welches die in dem ersten digitalen Bildsignal (1) enthaltene Informationsmenge erhöht, indem entsprechend einer bestimmten Regel "0"- Werte in das erste digitale Bildsignal interpoliert werden,

ein Frequenzanalysemittel (7), welches die Frequenzanteile des ersten digitalen Bildsignals (1) analysiert, indem eine erste Transformationsverarbeitung des hinsichtlich der Informationsmenge erhöhten ersten digitalen Bildsignals durchgeführt wird und das erste digitale Bildsignal in einen Frequenzraum entwickelt wird,

ein Hochfrequenzanteilentfernungsmittel (8), welches die Werte der Frequenzanteile, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals (1) sind, in dem Frequenzraum, in den das erste digitale Bildsignal von dem Frequenzanalysemittel (7) entwickelt wurde, mit 0 ersetzt, und das zweite digitale Bildsignal (2) erhält, und

ein Transformationsumkehrmittel (9), welches an dem zweiten digitalen Bildsignal, das von dem Hochfrequenzanteilentfernungsmittel in dem Frequenzraum erhalten wurde, eine zu der ersten Transformationsverarbeitung inverse zweite Transformationsverarbeitung durchführt.

2. Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Bildes, mit den Schritten

durchführen einer Bildverarbeitung eines ersten digitalen Bildsignals (1), das erhalten wurde, indem ein ein Originalbild darstellendes Bildsignal mit einer bestimmten Abtastfrequenz abgetastet wird, wobei die Bildverarbeitung der Reduzierung von Frequenzanteilen des ersten digitalen Bildsignals dient, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals (1) sind, um ein zweites digitales Bildsignal (2) zu Erhalten, und

reproduzieren des zweiten digitalen Bildsignals (2) auf einem Aufzeichnungsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite digitale Bildsignal mit einer Dichte reproduziert wird, die höher als die bestimmte Dichte ist, wodurch ein Bild (3) mit einer Auflösung erhalten wird, die höher als die von dem ersten digitalen Bildsignal (1) erhaltene ist und gleichgroß zu der von dem ersten digitalen Bildsignal erhaltenen ist, und dass

die Bildverarbeitung die Schritte umfasst

erhöhen der in dem ersten digitalen Bildsignal (1) enthaltenen Informationsmenge, indem entsprechend einer bestimmten Regel "0"-Werte in das erste digitale Bildsignal interpoliert werden,

analysieren der Frequenzanteile des ersten digitalen Bildsignals, indem eine erste Transformationsverarbeitung des hinsichtlich der Informationsmenge erhöhten ersten digitalen Bildsignals durchgeführt wird und das erste digitale Bildsignal in einen Frequenzraum entwickelt wird, erhalten des zweiten digitalen Bildsignals indem die Werte der Frequenzanteile, die höher als die Nyquistrate des ersten digitalen Bildsignals sind, in dem Frequenzraum, in den das erste digitale Bildsignal entwickelt wurde, mit 0 ersetzt werden, und

durchführen einer zu der ersten Transformationsverarbeitung inverse zweite Transformationsverarbeitung an dem zweiten digitalen Bildsignal.