JPH07226844A - 統計的に生成した複数形態的フィルタを使用する画像解像度変換方法およびシステム - Google Patents

統計的に生成した複数形態的フィルタを使用する画像解像度変換方法およびシステム

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JPH07226844A
JPH07226844A JP6312230A JP31223094A JPH07226844A JP H07226844 A JPH07226844 A JP H07226844A JP 6312230 A JP6312230 A JP 6312230A JP 31223094 A JP31223094 A JP 31223094A JP H07226844 A JPH07226844 A JP H07226844A
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JP6312230A
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English (en)
Inventor
Robert P Loce
ロバート・ピー・ロシュ
Michael S Cianciosi
マイケル・エス・シアンシオーシ
Jeffrey D Kingsley
ジェフリー・ディー・キングスレイ
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Xerox Corp
Original Assignee
Xerox Corp
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformation in the plane of the image
    • G06T3/40—Scaling the whole image or part thereof

Abstract

(57)【要約】 【目的】ディジタル画像の解像度を変換ないし強化す
る。 【構成】文書から複数の画像信号として示す第１の解像
度画像を生成して第１のビットマップメモリに格納し、
前記文書から複数の画像信号として示す第２の解像度画
像を生成して第２のビットマップメモリに格納し、前記
第２のビットマップメモリをサブサンプルし、第１の解
像度画像を生成してサブサンプルメモリに格納し、前記
第１のビットマップメモリを通過させることのできる複
数信号入力ウィンドウを限定し、前記サブサンプルメモ
リを通過させることのできる単一信号出力ウィンドウを
限定して前記サブサンプルメモリ内の出力ウィンドウの
位置が前記第１のビットマップメモリ内の入力ウィンド
ウの位置の関数となるようにし、複数のエントリをデー
タベースメモリに格納し、前記データベースメモリから
１組の画像ビットマップ強化用のフィルタを導出する、
フィルタの自動作成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に印刷文書の概観を
向上する方法と装置に関し、特にディジタル画像の解像
度を変換ないし強化するため統計的に生成した並列サブ
サンプルフィルタの設計と適用に関する。
【０００２】
【従来の技術】数々の文書及びデータ様式を取り扱う情
報システムは、異なる装置を互いに結び付けて様々な顧
客のニーズに対する融通性のある解決法を提供するオー
プンシステムに向かっている。そのようなオープンシス
テムの鍵となる要因は、顧客が異なる出力装置で印刷さ
れたバージョン間に何の差も見ることがないほどに電子
文書の印刷を可能にすることである。そこで完全な装置
独立性を達成するために、その技術を利用して画像解像
度をその概観を改変せずに正確に変換する効率的な方法
が要求されている。従って第１の出力装置で作成ないし
それのために形成されたビットマップを第２の出力装置
で印刷可能なように変換するラスタ変換、強化技術がオ
ープンシステム技術の重要な側面となっている。
【０００３】本発明は、元の画像解像度から印刷ないし
表示装置のものと等しい出力解像度に変換する際に、文
書の概観を向上ないし維持するため効率的に使用できる
解像度変換／強化フィルタを生成する方法に関する。生
成したフィルタは好ましくは形態的フィルタであるが、
本発明ではテンプレートフィルタも生成することができ
る。テンプレート突合せフィルタと比較して、形態的フ
ィルタははるかに少ないテンプレートパターン（構成要
素）を含む傾向があり、従って印刷装置で実施するのに
はるかに安価である。他方、一般的に形態的フィルタ設
計過程ははるかに複雑で、更にその過程で関わる組合せ
故に、フィルタは一般に小さいウィンドウに制限され、
それはまたフィルタの良好性を制限することになる。し
かし本発明のサブサンプルフェーズを通して、画像情報
を非常に効率的に利用し、比較的高品質で比較的安価な
形態的フィルタの実際的な設計が可能になる。
【０００４】本発明では、生じる画像信号を用いて、入
力画像内の空間的に敏感な特徴に否定的な影響を与えず
に出力解像度で装置を駆動することができる。また本発
明を用いて生成したフィルタを利用して、制御するのに
使用するパルスに従って強度や持続時間が変化する走査
ビームを有する印刷装置を制御することができる。別の
例として、陰極管は電子ビームを用いて蛍光スクリーン
を走査するが、電子ビームの強度や持続時間を変化させ
て蛍光スクリーンに情報を正確に表示することができ
る。両例で、出力画像信号に対応するパルス形成回路を
用いて映像パルスを生成し、各々のビームの強度と動作
時間を制御することができる。
【０００５】数学的形態学は画像に適用するブール論理
演算のための高レベルの幾何学的形式主義を提供する。
それは集合理論、位相幾何学、確率論、ミンコフスキー
代数学に根ざしている。形態学の概念はＮ次元に適用で
き、バイナリ画像とグレースケール画像の両動作に付い
て開発されているが、本発明では単純にするためバイナ
リディジタル画像に関して説明する。バイナリ画像は集
合（活動ないし「黒」画素）の集まりとして扱い、ミン
コフスキー演算を通して他の集合で演算する。２つの最
も初歩的な形態的動作は侵食と拡張である。２つのよく
知られた高レベルの動作は開放と閉鎖である。本発明で
は形態的動作の侵食と拡張が一般的な形態的フィルタリ
ングに最も関連しているのでそれらを使用する。
【０００６】バイナリ形態的フィルタは非常に一般的な
画像の写像と見なされる。即ち増加［Ｓ⊂ＴはΨ（Ｓ）
⊂Ψ（Ｔ）を意味する］及び変換不変式［Ψ（Ｓ＋ｚ）
＝Ψ（Ｓ）＋ｚ］である集合写像Ψである。ここでＳと
Ｔは画像スペース（ここでは画像と称する）内の集合
で、ｚは位置ベクトルとして使用する点集合である。例
えば「画像ＳとＴ」は文書内の文字などの画像フィール
ド内の任意のパターンを指すことができる。ここで述べ
る形態的フィルタの定義は、多くの他のフィルタタイプ
は形態的フィルタの小区分であるという点で非常に一般
的である（例えば順序統計量フィルタ［中間、最大、最
小等］、及びグレースケール環境では、平滑化重畳フィ
ルタ、及びいわゆるスタックフィルタはすべて形態的フ
ィルタである）。
【０００７】本発明では形態的フィルタリングによるバ
イナリ画像処理では、変換及びブール演算に還元できる
演算を使用し、並列アーキテクチャハードウエアを用い
て高速で実施することができる。特に侵食はＳを構成要
素で限定される様々な位置に変換し、次に論理ＡＮＤを
行って変換を合成することで行うことができる。（フィ
ルタベースを造る）いくつかの異なる構成要素により別
個にＳを侵食することで得られる画像は、論理ＯＲ（合
併）を用いて合成する。フィルタの推定良好性の尺度と
して最低平均絶対誤差（ＭＡＥ）を使用する。バイナリ
の統計的に定常的な画像に付いては、ＭＡＥは画像に対
して平均化した画素カウント誤差として解釈できる。最
小ＭＡＥ推定量に付いては、最適形態的フィルタは予測
誤差を最小にする。
【０００８】 ＭＡＥ（Ψ）＝Ｅ［｜Ｙ（ｚ）−Ψ（Ｓ’）（ｚ）｜］ （１） ここでＹ（ｚ）はｚでの画素の所望の値、Ψ（Ｓ’）
（ｚ）は形態的フィルタの観測画像Ｓ’により与えられ
る値である。画像の厳密な意味の定常性が、１つのフィ
ルタが画像全体を通して最適であるために要求される。
この想定は１種類の画像に付いて十分正確であると思わ
れる。即ち定常性の条件はすべてテキストないしすべて
ハーフトーンドットで構成されている画像について満た
す必要がある。
【０００９】従来、様々な方法や装置を使用してビット
マップ画像の解像度を変換していた。以下の開示はそれ
に関連したものである。
【００１０】ワルシュ(Walsh) らに対する米国特許第
４，４３７，１２２号は、低解像度画像を印刷用の高い
解像度の画像に変換する改善方法を教示している。
【００１１】タング(Tung)に対する米国特許第４，８４
７，６４１号及び第５，００５，１３９号は、レーザビ
ームプリンタ用の印刷強化回路を開示している。
【００１２】メイロックス(Mailloux)らに対して１９９
２年８月１７に公開された日本特許公開平４−２２７５
８４号は、低解像度元々生成されたバイナリ画像データ
を高解像度の代表的なバイナリ画像データへの変換を可
能にする方法を開示している。
【００１３】刊行物では以下のものが特に関連してい
る。
【００１４】エドワードＲ．ドウハーティ (Edward R.
Dougherty ed) 、マーセル・デッカー (Marcel Dekker)
「画像処理に於ける数学的形態学(Mathematical Morpho
logyin Image Processing) 」１９９２年、ｐｐ．４３
−９０は、最適バイナリディジタル形態的フィルタの効
率的な設計戦略を記載している。
【００１５】エドワード Ｒ．ドウハーティ (Edward
R. Dougherty)らの「最適平均絶対誤差ヒット又はミス
フィルタ：バイナリ条件的予測の形態学的表示と推定
(Optimal mean-absolute-error hit-or-miss filters:
morphological representationand estimation of the
binary conditional expectation) 」光学技術(Optical
Engineering) 、３２巻４号、１９９３年４月、ｐｐ．
８１５−８２７は、最適バイナリ回復フィルタのための
建築ブロックとしてヒットないしミス演算子を使用する
ことを開示している。フィルタ設計方法論を、一般、最
大、最小ノイズ環境及び繰り返しフィルタについて与え
ている。
【００１６】ロバートＰ．ロシェ(Robert P. Loce)「形
態学的フィルタ平均絶対誤差表示理論とそれらの最適形
態学的フィルタ設計への適用(Morphological Filter Me
an-Absolute-Error Representation Theorems and Thei
r Application to Optimal Morphological Filter Desi
gn) 」ロチェスター工科大学画像化科学センター（博士
論文）(Center for Imaging Science, Rochester Insti
tute of Technology (Ph.d. Thesis))１９９３年５月
は、最適平均絶対誤差（ＭＡＥ）形態的ベースフィルタ
の設計方法論を開示している。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明では、画像ビット
マップをフィルタする１組のフィルタを自動的に作成す
る方法で、フィルタを適用することで画像ビットマップ
の強化をもたらし、（ａ）文書から複数の画像信号とし
て示す第１の解像度画像を生成して、第１の解像度画像
を第１のビットマップメモリに格納し、（ｂ）文書から
複数の画像信号として示す第２の解像度画像を生成し
て、第２の解像度画像を第２のビットマップメモリに格
納し、（ｃ）第２のビットマップメモリをサブサンプル
してサブサンプルした第１の解像度画像を生成し、
（ｄ）サブサンプルメモリにサブサンプルした第１の解
像度画像を格納し、（ｅ）第１のビットマップメモリを
通過させることのできる複数信号入力ウィンドウを限定
し、（ｆ）サブサンプルメモリを通過させることのでき
る単一信号出力ウィンドウを限定してサブサンプルメモ
リ内の出力ウィンドウの位置が第１のビットマップメモ
リ内の入力ウィンドウの位置の関数となるようにし、
（ｇ）複数のエントリをデータベースメモリに格納し、
各々のエントリは複数信号入力ウィンドウ内のビットマ
ップパターンの表示を含み、単一信号出力ウィンドウ内
で見られる状態に対応し、（ｈ）データベースメモリか
ら１組の画像ビットマップ強化用のフィルタを導出する
ステップからなる方法を提供する。
【００１８】本発明の別の態様では、ビットマップ画像
を示す複数の入力画像信号に対応して印刷出力を生成可
能な電子複写システムの印刷出力を強化する方法で、ビ
ットマップ画像内の目標領域を選択し、目標領域内の画
像信号の小集合の状態を観測し、複数の出力画像信号を
画像信号の小集合の状態の関数として生成し、複数の出
力画像信号を再合成して強化出力を印刷するのに使用す
る出力画像信号の順次のストリームを生成するステップ
からなる前記方法を提供する。
【００１９】本発明の更に別の態様では、解像度強化印
刷出力を生成する電子印刷システムで、第１の解像度ビ
ットマップ画像を示す複数の画像信号を格納する入力メ
モリと、複数の第２の解像度の画像信号を生成する形態
的フィルタと、第２の解像度画像信号は第１の解像度ビ
ットマップ画像を強化して示したものであり、第２の解
像度画像信号に対応して第２の解像度画像信号を出力ビ
ットマップ上に印刷するマーキングエンジンとからなる
前記システムを提供する。
【００２０】
【実施例】画像信号、映像データ、画素といった用語
は、ここでディジタル画像内の要素の活動（オン）ない
し非活動（オフ）状態を示す別個のディジタル信号を記
述するために使用する。更にここで描く画像ビットマッ
プの陰影ないし斜線部分は、ビットマップ内の黒ないし
活動画素（１の値を持つ）を示すものとする。
【００２１】最小ＭＡＥ形態的フィルタの設計は、知ら
れた直接的な解法がない非線形不当式体系につながる非
線形最適化問題である。最適フィルタ設計はかくして探
索問題に還元される。残念ながらバイナリ画像環境で
も、フィルタ設計は適度の大きさの観測ウィンドウでも
過度に厄介なコンピュータ探索を必要とする。即ちウィ
ンドウの大きさを増大することに対する複雑性の増大は
組合せ的となる（５×５テンプレートは３３，５５４，
４３２の構成要素の組合せ全てを評価する必要があ
る）。本発明は様々な制約の負荷に基づいてバイナリ形
態的フィルタに対して多岐にわたる設計方法論を使用
し、その目標はコンピュータ的に追跡可能な設計過程を
容易にすることである。以下の３つの制約は形態的フィ
ルタ設計過程を実際的なものにするために課すものであ
る。（１）構成要素の大きさと形を制限する（ウィンド
ウ制約と称する）、（２）フィルタを構成する構成要素
の数を制限する（ベースサイズ制約と称する）、（３）
探索をエキスパートの形ないし第１順序統計により選択
された一部のライブラリから導出された構成要素に制限
する（ライブラリ制約と称する）。この設計方法で準最
適フィルタを生成できるが、制約の賢明な選択でほぼ最
適性能のフィルタをもたらすことができる。
【００２２】探索方法に関して、本発明では、個々の構
成要素がどの様に画像のパターンに適合するかに関して
統計を抽出する理想的に変換された画像のトレーニング
集合を使用する。それらの統計は形態的フィルタＭＡＥ
理論と共に用いていくつかの構成要素を組み合わせて使
用することの良好性を素早く評価する。従って最適フィ
ルタはトレーニング集合の理想的画像に最も似た（画素
カウントの意味で）画像をもたらすことのできる構成要
素の集合である。本発明の１つの態様にしたがって構成
要素を設計する自動化方法は、しばしば何ヵ月もの骨の
折れる努力を必要とする通常に使用される手動方法に対
して対照的なものであることに留意する。
【００２３】本発明を実施するのに適したハードウエア
実施例のブロック図である図１に設計過程を全般的に示
す。図１に示す全般的なフィルタ設計過程により最適形
態的フィルタの設計あるいは最適テンプレート突合せフ
ィルタの設計が可能になる。本発明の多くの態様は、プ
ログラマブルコンピュータを用いて達成ないしシミュレ
ートすることができる。従って本明細書の一部として取
り入れたマイクロフィッシュ付録に、本発明の１つない
しそれ以上のステップを実施するのに使用するソフトウ
エアコードリストを掲載する。
【００２４】図１で、好ましくは磁気ディスクないし同
様の媒体上に記憶された電子文書である１組のトレーニ
ング文書５０を、プリンタで生成する印刷内容を示すも
のとして最初に選択する。それらのトレーニング文書は
次にディジタル化、あるいはより適切に述べるとブロッ
ク５２で１対のビットマップ５６、５８に分解する。入
力ビットマップ５６は画像ないしその一部を第１ないし
入力ビット解像度（Ｍ）で示し、それに対して出力ビッ
トマップ５８は第２（プリンタ）ないし出力ビット解像
度（Ｎ）での画像を示している。ここで本発明はＭ対Ｎ
解像度変換／強化を可能にするものである。
【００２５】図２の流れ図に示すように、ブロック５２
の分解過程は、１つないし複数のトレーニング文書５０
から印刷可能なビットマップを再現するため一連の動作
を行うことで行う。分解過程はサンプルａｒｃ１０（登
録商標）（サン・マイクロシステム社製）などのコンピ
ュータプラットフォームで行ったり、あるいは個人、事
務用にあるレーザベース印刷機で通常に使用する市販の
ページ分解ハードウエアにより行うことができる。好ま
しくはポストスクリプト（登録商標）（アドーブ）ない
しインタープレス（登録商標）（ゼロックス）などのペ
ージ記述言語（ＰＤＬ）で記憶された文書のトレーニン
グ文書は、そのような入力を受けることのできるプリン
タで通常に使用されるハードウエア／ソフトウエアによ
りビットマップ表示に変換される。例えば公知のポスト
スクリプト（登録商標）分解装置を用いてそれに入力さ
れたトレーニング文書を３００ｓｐｉ（インチ当りスポ
ット）プリンタを駆動するのに必要なビットストリーム
を示す一連のディジタル信号に変換することができる。
【００２６】ビットマップ分解ブロック５２で行われる
過程段階は、ステップ１００での記憶媒体からのトレー
ニング文書の検索で始まる。検索を行うと、トレーニン
グ文書は一時記憶装置に格納され、ステップ１０２で上
述のようにソフトウエアないしハードウエアで実施され
る分解装置に供給される。分解装置では、トレーニング
文書を分解して第１の解像度Ｍ（例えば３００ｓｐｉ）
のビットマップを生成する。それを分解すると、生じた
Ｍ解像度ビットマップをステップ１０４で図１で入力ビ
ットマップ５６と示すように第１のビットマップメモリ
に格納する。次にステップ１０６で、トレーニング文書
を分解して第２の解像度Ｎ（例えば６００ｓｐｉ）のビ
ットマップを生成して第２の解像度のビットマップを同
様に生成する。それを分解すると、生じるＮ解像度ビッ
トマップを図１で出力ビットマップ５８として示すよう
に、ステップ１０８で第２のビットマップメモリに格納
する。
【００２７】実施例では、分解動作はいくつかのトレー
ニング文書に付いて行って各々のＭ及びＮ解像度の多く
の組の対応する入力及び出力ビットマップ画像ペアを造
るようにする。図１ではそのように示していないが、出
力ビットマップ５８の解像度は画像出力装置の解像度に
従ってアナモルフィック表示にすることができることに
留意する。例えば低速走査（垂直）解像度は２つのビッ
トマップで同一とすることができるが、高速走査（水
平）方向の解像度は入力解像度（Ｍ）の倍数となる。他
の方法を用いて画像のトレーニング集合を生成できるこ
とに留意する。例えば文書は高い解像度のビットマップ
だけに分解でき、低い解像度のビットマップはそれから
サブサンプル、平均化、その他の関連方法を行うことで
得ることができる。この方法は画像構成が２つのビット
マップ間で適切に共通位置に確実に配置できるという利
点を持っている。別の方法には、トレーニング文書のハ
ードコピー形式で始めることに関するものがある。ビッ
トマップ形式は必要解像度で作動可能な文書スキャナで
ハードコピーを走査することで得ることができる。また
出力ビットマップ５８の解像度は画像出力装置の解像度
にしたがった画素当り複数ビット表示で構成できること
に留意する。本発明の複数フィルタ解像度強化、変換方
法は形態的フィルタに関しておもに説明するが、複数フ
ィルタ概念はテンプレート突合せフィルタを用いて実施
することができ、その場合画素当り複数ビット出力に対
する設計は扱いが容易となる。
【００２８】それぞれ入力及び出力解像度Ｍ、Ｎに付い
て分解が完了すれば、過程は図１のサブサンプルブロッ
ク５４に続く。サブサンプルブロックでは、格納した出
力ビットマップ５８を図３に詳細に例示するようにサン
プルする。詳しくはＮ解像度ビットマップをサブサンプ
ルしてそれからサブサンプルビットマップ６６ａ、６６
ｂ、６６ｃ、６６ｄを生成する。ここでサブサンプルし
た画像の数は行う解像度変換率により決定される。例え
ば３００×３００ｓｐｉの解像度から６００×６００ｓ
ｐｉの解像度への変換では、図１、３に示すように４つ
のサブサンプルしたトレーニングビットマップが必要に
なる。図３に示すように、Ｎ解像度画像５８のサブサン
プルはその中の画素あるいは画像信号間の共通フェーズ
関係をベースにしている。サブサンプル画像が得られる
と、それらを独自のサブサンプル画像メモリに格納して
図１の統計取得ブロック７０での処理で利用できるよう
にする。付録には、全体的なフィルタ設計方法に関した
サブサンプル概念を示すのに使用された「フェーズアウ
トｃ」の名称のコンピュータプログラムが含まれてい
る。
【００２９】図１に示すように、ブロック７０の統計取
得及びブロック７４のフィルタの設計の動作は、好まし
くはコンピュータ７６により行う。実施例では、コンピ
ュータはＳＰＡＲＣ１０（登録商標）（サン・マイクロ
システムズ社）とすることができ、数ページのトレーニ
ング文書から統計を数時間の内に取得できる。しかしそ
れより性能が落ちるマシンでも長い時間をかければその
タスクを行うことができる。一般に統計取得ブロックは
１つのウィンドウ６０、６２をそれぞれ入力、出力ビッ
トマップを通して順次に移動して、目標文書の同一領域
に付いて分解ブロックで生成された対応する画素組合せ
を探索する。対応する入力、出力組合せの探索を行う
間、ブロック７０ではその組合せをデータベースに格納
し、組合せに対する統計を収集する。
【００３０】概念的に設計過程に関する構成要素統計を
取得する最も実直な方法は以下のステップからなる。第
１に１つのメンバが入力Ｍ解像度画像で他のメンバがＮ
解像度文書のＭ解像度サブサンプルである１つの画像ト
レーニングペアを考える。次に出力ウィンドウＷout の
全ての可能な構成要素を列挙する。各々の構成要素に付
いて、入力画像に対して形態的侵食を行う。次に侵食し
た画像と理想的出力画像のサブサンプル間の平均絶対誤
差（ＭＡＥ）を求める。そして各々の構成要素に付いて
ＭＡＥ値を記憶する。それは最適化形態的フィルタに対
する効率的な探索を可能にする主要統計である。この統
計取得方法をテストするのに使用したソフトウエアはim
tomae 1c.cの名称の付録に記載する。
【００３１】より一般的な統計取得方式を図４に示す
が、結合パターン統計を集めて形態的フィルタ設計ない
しテンプレート突合せフィルタ設計に適した形に変換で
きる。図４は統計取得ブロック７０の動作を示し、同ブ
ロックで行う過程段階を示す流れ図である。最初にステ
ップ１２０でそれぞれ入力及びサブサンプル画像ビット
マップの両方内でテンプレート及びパターンウィンドウ
を確立する。図５、６にそれぞれ例示するように、入力
ビットマップウィンドウないしテンプレートウィンドウ
ＷINは入力画素位置ＩT をかこむ複数の入力画素を包囲
しており、出力パターンウィンドウＷOUT は一連の出力
画素位置ａT 、ｂT 、ｃT 、ｄT を包囲している。しか
し図３に関して先述したように、出力画像はサブサンプ
ルされて、すべて入力ビットマップとして同じ解像度を
有する複数の画像ビットマップ面６６ａ、６６ｂ、６６
ｃ、６６ｄを生成している。従って相当する出力ウィン
ドウ６２ａ−６２ｄは対応するサブサンプル画像面を移
動して、各々のサブサンプル画像面での出力画素の状態
を判定する。
【００３２】図５、６に例示した例は、Ｎ＝２Ｍの場合
のＭ対Ｎ遷移を示すものである。従って目標入力画素位
置ＩT 毎に、出力ビットマップ内では４つのサブサンプ
ル画像信号内の出力画素（ａT 、ｂT 、ｃT 、ｄT ）が
作り出されることになる。代わりにより大きな入力ウィ
ンドウＷINを用いて変換用の更に多くの文脈を提供する
ことができる。更に入力ウィンドウに関連してより多く
のあるいは少ない出力画素位置の画素（即ち異なる大き
さないし形の出力パターンウィンドウＷOUT ）を生成す
ることができる。
【００３３】図４に戻り、テンプレートウィンドウとパ
ターンウィンドウが確立されれば、両ウィンドウ内の画
素のパターン（例えばテンプレートはウィンドウ内の画
素のバイナリ状態を示す）を互いに関連付け、入力テン
プレートウィンドウ内で出現する画素パターンを示すデ
ータベースエントリを、同一ＷINパターンがさきに検出
されなかったと想定して、ステップ１２２、１２４で示
すように対応するサブサンプルフェーズについてデータ
ベースに格納する。同一パターンがさきに検出され、記
憶されているならば、サブサンプル画素状態（黒ないし
白）に対応するデータベースエントリ内のフィールドを
増分して、検出した入力パターンに対応してサブサンプ
ル画像面での黒と白の合計出現数を記録する。
【００３４】出現フィールドの目的は、サブサンプルし
た位置が所与の共通位置入力テンプレートパターンにつ
いて黒と白の画素を含む回数を記録することである。引
続きの反復では、同一ＷINパターンが既にデータベース
内に存在する場合はいつでも、ＷINパターンに関してデ
ータベースエントリと関連した黒ないし白の出現フィー
ルドはステップ１２６で増分され、出力パターンウィン
ドウＷOUT 内での黒ないし白画素の出現を示す。データ
ベースをこのように使用することで、入力テンプレート
内の所与の画素パターンに対応して最も頻繁に生成され
るサブサンプルされた画素状態に関する統計情報の収集
が可能になる。例えば以下は、それぞれ図４に示す入力
テンプレート画素パターンについて検出した出力パター
ンのサブサンプルした画像データベースエントリを部分
的に示したものである。
【００３５】 入力 黒出現 白出現 フェーズａ 001011111 2 23 フェーズｂ 001011111 20 5 フェーズｃ 001011111 20 5 フェーズｄ 001011111 24 1 入力テンプレートを作成すると、ステップ１２８で入力
及びサブサンプルビットマップ内に処理していない更な
る画素位置が残っているかを判定するためテストを行
う。残っていればステップ１３０でウィンドウＷINとＷ
OUT の位置をその各々のビットマップ内の対応する位置
に進める。例えばウィンドウＷINは、目標入力画素位置
ＩT が図５で水平に隣接した画素位置１５０で探索され
るように移動し、出力ウィンドウＷOUT は理論的に参照
数字１５２で示した位置に理論的に水平に移動し、処理
ステップ１２２−１２８を繰り返す。
【００３６】同様にステップ１３２では全てのトレーニ
ング文書から生成されたビットマップがなくなったかど
うかをテストして、コンパイルされているデータベース
が完結したかどうかを判定する。完結していなければ先
述した過程を残りの入力及び出力ペアに付いて繰り返
す。さもなくば、テンプレートデータベースエントリの
生成と統計のコンパイルが完結する。
【００３７】形態的フィルタの設計に付いて、以下の統
計の削減を行ってそれらの一般的なパターン統計を設計
過程に適した形に変換する。テンプレートを形態的侵食
フィルタとして使用する場合、入力ウィンドウのそれぞ
れ可能なテンプレートに付いてファイルをＭＡＥから生
成しなければならない。全画像の検査後、各々の観測入
力パターンに付いて、一部の１の数と一部の０の数を理
想的出力画像で観測する。ｋとｍがそれぞれ１と０の数
を示すものとする。それらの計算はＭＡＥ計算で使用す
る。ここでパターンベクトルの超集合と非超集合を定義
する。例えば01011 （単純な５画素ＷINに付いて）のベ
クトル化した観測パターンに付いて、ベクトル内でそれ
らの同一１を含む各々のベクトルは超集合である。この
例では、超集合は01011 、01111 、11011 、11111 であ
る。他の全ての32−４＝28パターンは非超集合である。
000...1 から111...1 への各々のパターンに付いて、Ｍ
ＡＥを計算してその値をファイルに書き込まなければな
らない。所与のベクトルに対するＭＡＥはベクトルの超
集合に付いて全ての０計算（全ｍ）及び非超集合に付い
てすべて１（全ｋ）を加え、次に合計をトレーニング過
程で観測された出力画素の数で割ることで計算できる。
【００３８】上述の形式の構成要素と統計が与えられる
と、設計過程を図７に示すように進める。フィルタ要素
の「良好な候補」と見なされる構成要素のライブラリを
ステップ１４０でファイルから選択する。この要素の集
合はエキスパート知識あるいは第１順序統計を用いて選
択でき、最低の個々のＭＡＥを有する要素が選択され
る。ライブラリを生成するのに使用できる２つのコンピ
ュータプログラムをマイクロフィッシュ付録に記載す
る。即ちfolib.c はデータベースから第１順序ライブラ
リを抽出し、ordse.f はそれを１０進配列にして過程の
次のステップでの効率的な探索を可能にする。次にライ
ブラリ及び統計ファイルメモリに読み込まれ、ステップ
１４２、１４４でそれぞれ形態的フィルタＭＡＥ理論を
用いることで構成要素の組合せを選択し、良好性を評価
する。組合せがステップ１４６で行うテストで事前に選
択した良好性基準に合致するならば、それは解像度強化
フィルタとして適しており、ステップ１４８で記憶され
る。良好性基準を確立する代わりの好ましい選択方法は
最小ＭＡＥをもたらす組合せを選択することである。図
７に示すように、全ての組合せをステップ１５０で示す
ように評価し、ステップ１５２、１５４で示すようにこ
の過程をサブサンプルデータベースの各々に付いて繰り
返す。付録に更に記載されているmaesearl.fの名称のコ
ンピュータプログラムは、削減した統計データベースと
構成要素ライブラリを読み込み、組合せを選択し、それ
らのＭＡＥを評価し選択値よりも低いＭＡＥをもたらす
組合せを書き出すのに使用する。
【００３９】テンプレート突合せフィルタのフィルタ設
計過程を図８の流れ図に示す。ここではサブサンプルデ
ータベース内の各々の独自の入力テンプレートパターン
エントリに付いて、出現情報を分析する。まずステップ
１７０で、データベースエントリを分析のために選択す
る。次にそのエントリに付いて出現しきい値を入力テン
プレートパターンの出現数の関数として判定する。トレ
ーニング集合として同じ入力／出力密度関係を達成する
フィルタを設計するため、しきい値を入力テンプレート
の出現数の約半分として選択する（ステップ１７２）。
代わりに密度変更が所望される場合は、出現数の他の関
数をしきい値に用いることができる。ステップ１７４
で、しきい値を出力画素フィールドに適用し、しきい値
よりも多く活動状態で出現した出力画素は出力パターン
内で活動化するために選択され、しきい値に対して少な
いないし等しい回数だけ活動化された画素に付いては逆
になる。続いてステップ１７６で、識別された出力画素
位置を用いて出力パターンを生成する。言い替えればフ
ィルタ７８（図１）を生成して、統計的に好ましい出力
画素状態を、そのエントリに対する入力パターンがサブ
サンプルフィルタを使用する画像表示装置に対して入力
される画像内で検出される場合はいつでもサブサンプル
フィルタで生成されるようにする。次に上記の過程をテ
ストステップ１７８で示すようにデータベース内の各々
のエントリに付いて繰り返して、ディジタル画像表示装
置で使用できるフィルタを生成する。
【００４０】追加ステップ１８０として、データベース
を最適化して、その大きさをルックアップテーブル内あ
るいは例えばアプリケーション向け集積回路（ＡＳＩ
Ｃ）の論理式として実施できるものに減少することがで
きる。サイズの部分的な削減は、ブール論理式に相当す
るルックアップテーブルを論理削減アルゴリズムを通し
て送ることで達成することができる。データベース内の
生成されたテンプレートパターンペア数の追加の「削
除」がフィルタを最大可能サイズに減少するため更に必
要になることがある。他の統計的削除方法及びフィルタ
反復手法で全体的なフィルタの良好性を向上でき、それ
らの良好性向上手法は本発明にも適用可能である。
【００４１】フィルタサイズを削減する別の方法にフィ
ルタアーキテクチャの変形に関するものがある。入力Ｍ
解像度画像とＮ解像度ビットマップのサブサンプルのト
レーニング集合画像ペアを考える。統計取得前に、論理
的「排他的ｏｒ」（ＸＯＲ）をビットマップに対して行
って、活動画素が強化ビットマップに変換するために状
態が変化しているＭ解像度ビットマップ内の画素を示す
画像面を生成する。次に統計取得をＭ解像度画像とＸＯ
Ｒ画像に対して行ってフィルタ設計を上述のように進め
る。Ｎ解像度画像のサブサンプルに比較してＸＯＲ画像
にははるかに少ない活動画素しか存在しない傾向がある
ので、はるかに小さいフィルタがこの設計過程から生じ
る傾向がある。印刷装置での適用の際、フィルタは入力
Ｍ解像度画像で作動して入力でＸＯＲ化した差分画像を
生成し、Ｎ解像度画像のサブサンプルしたフェーズを生
成する。同様のフィルタを適用して強化Ｎ解像度画像の
別のサブサンプルフェーズを生成する。
【００４２】１つのサブサンプルデータベースを最適化
した後、ステップ １８２で判定して更にサブサンプル
データベースが分析されずに残っていれば、それらはス
テップ１８４でここに選択され、先述したように処理さ
れる。
【００４３】ここで図８で、フィルタが設計され（図
１、ブロック７０）、設計過程４８で最適化されれば、
１組の統計的に設計された形態的ないしテンプレートベ
ースフィルタ７８（図１）をディジタルプリンタ２１２
により適用することができる。より詳しくは、第１の解
像度ビットマップ画像２１０をディジタルプリンタ２１
２に与えて第２の解像度での印刷出力を生成する。本発
明で生成した解像度強化／変換フィルタを用いたディジ
タルプリンタ内で、強化フィルタ２１４は入力ビットマ
ップを強化ビットマップ画像２１６に変換する。強化ビ
ットマップ画像は次に露光及び現像のためにマーキング
エンジン２１８に送って、強化出力プリント２２０を生
成する。
【００４４】次に強化フィルタ２１４のハードウエア実
施例の詳細を示す図９、１０から、サブサンプルフェー
ズフィルタを実施して映像データないし画像信号を並列
アーキテクチャで処理するのが分かる。サブサンプル強
化信号を次に併合して強化ビットマップ画像を生成す
る。図９、１０に示すように、カスケード式カウンタ部
分３１０を用いて画素及び走査線バッファのアドレス情
報を生成する。特に高解像度画素カウンタ３１２は入力
として高解像度画素クロック信号を受け取る。各々の画
素クロックパルスに対して高解像度画素カウンタ３１２
は増分してアドレスを高解像度走査線バッファ３５４に
出力する。カウンタ３１２は更に低解像度画素カウンタ
３１４に接続された実行線を有する。低解像度画素カウ
ンタ３１４はカウンタ３１２からパルスを受け取り、低
解像度走査線バッファ３３２に対するアドレスを生成す
る。更に低解像度映像データの個々の画素信号の記憶は
カウンタ３１２により出力される低解像度画素クロック
信号と同期して制御する。
【００４５】カウンタ３１０は更に低解像度及び高解像
度マルチプレクサ３３４、３５６の動作をそれぞれ制御
する。高解像度ライン同期カウンタ３１６は高解像度ラ
イン同期信号のパルスをカウントする。高解像度ライン
同期カウンタ３１６の出力を用いて高解像度マルチプレ
クサセレクタブロック３２４を駆動し、それはまた出力
を供給するため、高解像度マルチプレクサ３５６により
高解像度走査線バッファ３５４のどれを選択するかを決
定する。同様に低解像度ライン同期カウンタ３１８は低
解像度マルチプレクサ３２６に送ってシフトレジスタ３
３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃの１つに送る適切な低解像
度走査線の選択を制御する出力を生成する。
【００４６】低解像度走査線バッファ３３２、低解像度
マルチプレクサ３３４及びシフトレジスタ３３６は共に
適解像度ビットアラインメントブロック３３０を構成
し、本質的に複数のサブサンプルフィルタ３４０に並列
に入力されるディジタル画像信号のｍ×ｎマトリックス
を生成する。図９に示す実施例では、ｍとｎはそれぞ
れ、形態的比較を行う入力ウィンドウ（ＷIN）の低速及
び高速走査寸法を示す。サブサンプルフィルタ３４０
ａ、３４０ｂなどはそれぞれｍ×ｎマトリックスで示さ
れる画像信号に対応して少なくとも１つの出力ベクトル
を生成する。更に出力ベクトルは単一ビットないし複数
ビット信号とすることができる。サブサンプルフィルタ
からの出力ベクトルは次に図１０の高解像度ビットアラ
インメント論理ブロック３５０に送る。そこで出力ベク
トル信号は多重化動作を用いて選択し、参照数字３５４
で示す複数の高解像度走査線バッファに順次に転送する
高解像度画像信号の適切にインターリーブした集合を生
成する。ブロック３５０で行うインターリーブ方式の例
を図３に示す。
【００４７】高解像度走査線バッファでは、画像信号は
高解像度画素クロックによりラッチないしクロックさ
れ、走査線バッファ内の信号の位置は高解像度画素クロ
ックカウンタ３１２により制御する。続いて走査線バッ
ファ３５４内に記憶された画素は高解像度マルチプレク
サ３５６により走査線ベースで順次に選択され、高解像
度画素クロックで同期化された出力ラッチ３５８により
映像信号として順次に出力される。従って結果的な出力
は適切な形に配向し高解像度画素クロックの速度と合致
するのに適した速度で生成される映像画像信号のストリ
ームとなる。更なるオプションとして、画像処理論理ブ
ロック３６０を用いて出力ラッチ３５８により出力のた
めにラッチする前に高解像度画像信号を処理することが
できる。可能な画像処理動作は高解像度ビットマップを
更に強化するための追加のフィルタリング反復とするこ
とができる。
【００４８】本発明により行うことのできる最適形態的
フィルタリングは、いくつかの画像処理問題を解決する
のに適用できる汎用バイナリ画像変換ツールとなる。本
発明のハードウエア実施例は特に、５×５画素の位ので
きれば１０以下の少ない数の適度の大きさのテンプレー
トを必要とする問題に適している。更に本発明の一部で
ある設計方法論では適切な統計を抽出することのできる
画像の理想的な「前」及び「後」集合（トレーニング集
合と称する）を必要とする。本発明で生成する形態的フ
ィルタは統計的に定常的な画像に最適である。即ち画像
が１種類のもの（例えばすべてテキスト、すべてハーフ
トーンなど）あるいは画像がセグメント化されているな
らば最も効率的であり、フィルタは画像の統計的に均一
な部分で作動する。適用の際、形態的フィルタリングは
ブール演算のストリングに還元できることに留意する。
本発明で設計したフィルタはベースサイズ（テンプレー
ト数）及びウィンドウサイズに関してむしろ小さいの
で、実施はアプリケーション向け装置に還元可能な高速
度の安価な画像処理ハードウエアで行うことができる。
【００４９】本発明はいくつかの応用で実際に使用する
ことができる。１つの応用は走査した文書の強化であ
る。例えば走査したビットマップはしばしば、美的な理
由であるいは自動文字認識などのより正確な更なる処理
を可能にするために処理する必要がある。いくつかの異
なる強化フィルタをスキャナに記憶して１つないし複数
のよく知られたディジタル化テキスト問題を補正するこ
とができる。例えばディジタル化テキストはぎざぎざの
エッジを有しているが、概観からはそれらのエッジを平
滑にすることが望ましい。あるいは薄い光学密度の文書
を走査して薄いあるいは点状の文字をもたらすことがで
きる。再接続を行わない限り、不正確な文字認識が生じ
る。対応する問題がダーク文書に生じ、それは２ないし
それ以上の接続文字として現れる。各々の減成に対する
形態的フィルタをスキャナあるいは関連画像処理装置に
記憶することができ、ユーザないしスキャナ内の知能は
フィルタを選択してその問題をすぐに補正することがで
きる。本発明の解像度強化方式を用いてそれらの走査の
所産を補正すると共に上述のように平滑な概観の高解像
度画像を生成することができる。
【００５０】本発明を使用できる他の応用には概観突合
せないし調整がある。一般にこれは所与のプリンタで印
刷するビットマップの調節に関係するが、それは異なる
トーン再生及びライン幅特性、そしておそらく異なる画
素アドレス性を持つシステムで印刷することを意図した
ものであった。例えば電荷領域現像プリンタで使用する
ことを意図したビットマップフォントは放電領域現像シ
ステムで使用する場合には薄くする必要がある場合があ
る。本発明の設計方法は、最適フィルタを設計して文字
を濃くするあるいは薄くする際に効果的であることが分
かった。ほとんどの場合、高解像度への変換あるいは画
素当り複数ビットの使用は、準画素増分でのライン調整
が必要とされるので概観突合せアプリケーションで必要
とされる。
【００５１】要約すると、本発明は一般に印字品質強化
用の形態的ないしテンプレートフィルタの設計を自動化
を自動化する方法と装置に関し、特にフィルタを生成す
る自動化過程でトレーニング文書から生成されるサブサ
ンプル画像とそれから導出される統計データを使用する
ことに関する。そこでフィルタを用いて本発明に従って
ビットマップ画像の解像度強化ないし変換を行うことが
できる。更に統計的データを用いて、本発明で設計した
フィルタを用いてビットマップ画像内で画像構成だけで
なく画像密度をも最適化することを意図したフィルタを
生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のフィルタ設計態様のブロック図であ
る。
【図２】 図１に示す実施例に従って文書を分解するの
に使用する過程の一部を詳述する流れ図である。
【図３】 図１に示すサブサンプル画像部分を示す詳細
図である。
【図４】 図１に示す実施例に従って分解されたビット
マップに対して統計を得るのに使用する過程の一部を詳
述する流れ図である。
【図５】 図２に詳述する分解動作により生成された画
像ビットマップの対応する部分をそれぞれ示す図であ
る。
【図６】 図２に詳述する分解動作により生成された画
像ビットマップの対応する部分をそれぞれ示す図であ
る。
【図７】 本発明にしたがって形態的強化フィルタを自
動的に設計するのに使用する過程の様々な態様を示す流
れ図である。
【図８】 本発明にしたがってテンプレート突合せフィ
ルタを自動的に設計するのに使用する過程の様々な態様
を示す流れ図である。
【図９】 本発明の解像度変換／強化フィルタの設計に
使用する様々な段階を示し、更にそのようなフィルタを
ディジタルプリンタで使用するかを示したブロック図で
ある。
【図１０】 本発明の図９に示すサブサンプル強化フィ
ルタの実施例を示すブロック図である。
【図１１】 本発明の図９に示すサブサンプル強化フィ
ルタの実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
５０：ディスク記憶装置、５４：サブサンプル、７６：
コンピュータ、２１２：ディジタルプリンタ、２１４：
強化フィルタ、２１６：強化ビットマップ、２１８：マ
ーキングエンジン、２２０：強化プリント
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０９Ｇ 5/36 ５２０ Ｊ 9471−5Ｇ Ｇ０６Ｆ 15/68 ４００ Ａ (72)発明者 マイケル・エス・シアンシオーシ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14622 ロチェスター ラッセルアベニュー 39 (72)発明者 ジェフリー・ディー・キングスレイ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14589 ウイリアムソン ベアスワンプロード 7470

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像ビットマップをフィルタする１組の
    フィルタを自動的に作成する方法であって、フィルタを
    適用することで画像ビットマップの強化をもたらす、次
    のステップを含む方法： （ａ）文書から複数の画像信号として示す第１の解像度
    画像を生成して、前記第１の解像度画像を第１のビット
    マップメモリに格納し、（ｂ）前記文書から複数の画像
    信号として示す第２の解像度画像を生成して、前記第２
    の解像度画像を第２のビットマップメモリに格納し、
    （ｃ）前記第２のビットマップメモリをサブサンプルし
    てサブサンプルした第１の解像度画像を生成し、（ｄ）
    サブサンプルメモリに前記サブサンプルした第１の解像
    度画像を格納し、（ｅ）前記第１のビットマップメモリ
    を通過させることのできる複数信号入力ウィンドウを限
    定し、（ｆ）前記サブサンプルメモリを通過させること
    のできる単一信号出力ウィンドウを限定して前記サブサ
    ンプルメモリ内の出力ウィンドウの位置が前記第１のビ
    ットマップメモリ内の入力ウィンドウの位置の関数とな
    るようにし、（ｇ）複数のエントリをデータベースメモ
    リに格納し、各々のエントリは複数信号入力ウィンドウ
    内のビットマップパターンの表示を含み、単一信号出力
    ウィンドウ内で見られる状態に対応し、（ｈ）前記デー
    タベースメモリから１組の画像ビットマップ強化用のフ
    ィルタを導出する。
  2. 【請求項２】 ビットマップ画像を示す複数の入力画像
    信号に対応して印刷出力を生成可能な電子複写システム
    の印刷出力を強化する方法で、 前記ビットマップ画像内の目標領域を選択し、 前記目標領域内の画像信号の小集合の状態を観測し、 複数の出力画像信号を前記画像信号の小集合の状態の関
    数として生成し、 前記複数の出力画像信号を再合成して強化出力を印刷す
    るのに使用する出力画像信号の順次のストリームを生成
    するステップからなる方法。
  3. 【請求項３】 第１の解像度ビットマップ画像を示す複
    数の画像信号を格納する入力メモリと、 複数の第２の解像度の画像信号を生成する形態的フィル
    タと、第２の解像度画像信号は第１の解像度ビットマッ
    プ画像を強化して示したものであり、 前記第２の解像度画像信号に対応して前記第２の解像度
    画像信号を出力ビットマップ上に印刷するマーキングエ
    ンジンとからなる、解像度強化印刷出力を生成する電子
    印刷システム。
JP6312230A 1993-12-17 1994-12-15 統計的に生成した複数形態的フィルタを使用する画像解像度変換方法およびシステム Withdrawn JPH07226844A (ja)

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