NL1001289C2 - Werkwijze en inrichting voor het combineren van meervoudige beeldscans voor verbeterde resolutie. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het combineren van meervoudige beeldscans voor verbeterde resolutie.

5 Veld van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op het veld van facsimilecommuni-catie en meer in het bijzonder op het gebruik van meervoudige scans van hetzelfde beeld om een fax te maken met een verbeterde resolutie.

10 Achtergrond van de uitvinding

Facsimile systemen, gebruikt voor de transmissie van statische beelden, hebben transmitters die zijn voorzien van middelen voor het accepteren van een beeld dat moet worden verzonden, een scanner voor het extraheren van de beeldinformatie door het analyseren van lichtre-15 flecties vanaf een verlicht beeld, en het omzetten van de gedetecteerde reflecties in elektrische signalen voor transmissie naar een ontvanger. De ontvangers hebben compatibele registratiemechanismen die het verzonden elektrische signaal accepteren en het beeld registreren dat correspondeert met die elektrische signalen op een geschikt regi-20 stratiemedium.

Kenmerkend wordt een verstrooid lciht uitzendende lichtbron gebruikt voor het verlichten van het voorwerpbeeld en definieert de effectieve apertuur van het optische systeem het elementaire gebied dat wordt gebruikt om het document te scannen. Internationale stan-25 daards bestaan om compatibiliteit tussen transmitters en ontvangers te verzekeren. De facsimile elektrische signalen representeren rasters of rechthoekige roosters van rijen en kolommen van elementaire gebieden van waaruit het voorwerpbeeld bij benadering kan worden gereconstrueerd.

30 Er zijn twee basis- scannertypes: de rechtlijnige en array-scan ner. Het rechtlijnige type gebruikt één enkele fotocel die wordt voortbewogen langs een rij voor het detecteren van de verstrooide reflecties van het voorwerpbeeld als een continu analoog signaal. De array-scanner bestaat uit een rij fotocellen (fotodiodes of ladingsge-35 koppelde inrichtingen (CCD's)), één voor elk elementair gebied in een rij.

De scanwerkwijzen zijn ofwel mechanisch of elektrisch geïmplementeerd. De mechanische scaninrichtingen zijn karakteristiek ofwel van 1001289.

2 ’ het roterende trommeltype of van het spiegeltype dat ofwel gebruik maakt van een polygoonvormige spiegel of een sferische schommelspie-gel.

Het trommeltype scanner 100 (getoond in figuur 1) plaatst het 5 voorwerpbeeld 101 rond een trommel 102 die roteert met een constante hoeksnelheid. De scannende optische instrumenten 103 doorlopen het voorwerpbeeld langs een pad parallel aan de rotatieas 104 van de trommel, waarbij één hoogte van een elementaire scaneenheid wordt bewogen voor elke trommelrotatie en produceert dus een elektrisch beeld als 10 een reeks van rasterscans. Scanner 100 omvat verder een klemstaaf 105, een registreerstift 106, een optische instrumentendrager 107 en een transversale aandrijfriem 108. Optische instrumenten 103 omvatten een exciteerlamp 109, een verlichtingslens 110, een objectieflens 111, een apertuur 112 en een fotocel 113· In figuur 1 is met verwijzingscijfer 15 114 een spiraalvormig scanspaar aangeduid en met 115 een elementair gebied.

Het polygoon-spiegeltype 120, figuur 2, scant een tweedimensionaal voorwerpbeeld 121 door het roteren van een veelzijdige spiegel 122 om zo ervoor te zorgen dat een verlichte apertuur 123 langs de 20 beeldrijen scant. Scanner 120 omvat verder fotobuis 124, collimerende lens 125, sleuf 126, objectieflens 127 en buisvormige exciteerlamp en reflector 128. Het schommelspiegeltype gebruikt een d'Arsonval-galva-nometerbeweging aangedreven door een zaagtandvormige stroom om ervoor te zorgen dat een verlichte apertuur langs het voorwerpbeeld scant. 25 Alternatief kan een mechanische nok worden geroteerd om zo een scannende beweging te verlenen aan de sferische spiegel. Relatieve beweging tussen spiegel en voorwerpbeeld, in een richting orthogonaal op de scan, maakt het mogelijk om een compleet raster te genereren.

De elektronische scannertypen omvatten karakteristiek diegenen 30 die zijn gebaseerd op vidicons en fotogevoelige arrays. De vidicons produceren een televisie-achtig raster uit een diffuus verlicht voorwerpbeeld. Meer gebruikelijk vormt een fotogevoelig array dat gebruik maakt van een objectieflens 130 een beeld op een lineair array l40, van siliciumsensors zoals getoond in figuur 3. In figuur 3 is met 150 35 een met een schijnwerper verlichte voorwerpkopie aangeduid. De internationale telecommunicatie-standaard van CCITT-groep 3 voor digitale facsimile specificeert bijvoorbeeld 1728 sensors in een 1.02"-rij om een 8 l/2"-breed voorwerpbeeld te beschouwen, terwijl de analoge stan- 1001289a 3 daard van CCITT-groep 2 het gebruik van 3 sensorarrays specificeert van 512 fotosensors elk voor het genereren van een lijnscan van 1536 pixels per zwaai. (Een pixel is een waarde die de grijsschaal van een elementair gebied vein een scan representeert.) Een lineair array van 5 1728 siliciumfotodiodes kan fotodiodes hebben die elk aperturen hebben van 275 μ in x 63Ο μ in.

De gescande elektrische rastersignalen zijn een representatie van het originele beeld dat fouten omvat die behoren bij het scanproces. Deze fouten omvatten optische aberraties, scan-volgfouten die zijn 10 veroorzaakt door verticale en horizontale scanverstoringen, en elektronische systeemruis. De combinatie van deze fouten samen met ruis geïntroduceerd door het communicatiekanaal en de reconstructiefouten die inherent zijn aan de facsimile ontvanger hebben de bereikbare beeldkwaliteit en resolutie beperkt.

15 Dus zelfs als een perfect communicatiekanaal en een perfecte facsimile ontvanger beschikbaar zouden zijn, zou elk enkelvoudig beeld dat is gecodeerd door de rasterscan worden beperkt door de fouten die gegenereerd zijn bij de bron.

Een gedetailleerdere beschrijving van facsimile systemen kan 20 worden gevonden in de literatuur zoals het "Electronics Engineer's Handbook", Donald G. Fink, Hoofdredacteur, 2e Edition, McGraw-Hill Book C., 1975. biz. 20-87 t/m 20-107-

Samenvatting en doelstellingen van de uitvinding 25 Herkennend dat de kwaliteit van elke enkelvoudige rasterscan van een facsimile voorwerpbeeld is beperkt door het initiële scanproces dat visuele informatie omzet naar elektrische signalen, is het een doelstelling van deze uitvinding om middelen te verschaffen voor gebruikmaking van meervoudige rasterscans van hetzelfde voorwerpbeeld 30 voor het doel van het reconstrueren van een beeld met een hogere resolutie bij de facsimile ontvanger dan dat dat is verkregen door een enkele rasterscan door het gebruik van statistische verwerkingstechnieken .

Het is een aanvullende doelstelling om middelen te definiëren 35 voor het verbeteren van de werking van een bestaande facsimile scanner door het gebruiken van een werkwijze en inrichting voor het genereren van meervoudige rasterscansignalen met vooraf beschreven statistische verstoringen die verbeterde beeldreconstructie vergemakkelijken.

1 0 01 28S .

4

Een andere doelstelling is een werkwijze voor gebruikmaking van bestaande facsimile scanners met hogere-resolutie-registreerapparaten voor het produceren van een bestemmingsbeeld met hogere resolutie uit een beeldscanbron met lagere resolutie.

5 Een andere doelstelling is een werkwijze en inrichting voor het gebruik van meervoudige rasterscantechnieken in televisiesystemen teneinde grotere resolutie te verschaffen bij de televiesie-ontvanger-display dan inherent zijn vervat in een willekeurige rasterscan.

Een andere doelstelling is om een werkwijze te verschaffen voor 10 gebruikmaking van scanners met lage kosten en lage resolutie in een facsimile of televisiesysteem met hoge resolutie.

Een verdere doelstelling is een werkwijze voor karakterregenera-tie onder gebruikmaking van meervoudig gescande instanties van hetzelfde karakter teneinde een betere karakterbeeldrepresentatie van dat 15 karakter te reconstrueren.

Korte beschrijving van de tekeningen

De onderhavige uitvinding wordt bij wijze van voorbeeld geïllustreerd en niet ter beperking in de figuren van de begeleidende teke-20 ningen, waarin gelijke verwijzingscijfers gelijke elementen aanduiden en waarin: figuur 1 een trommeltype scanner toont; figuur 2 een roterende-polygoonspiegel-type scanner toont; figuur 3 een lineaire fotogevoelige array-scanner toont; 25 figuur 4 jitter- en cogging-scanfouten illustreert; figuur 5 een karakteristieke optische punt-verspreidings-functie toont; figuur 6 de effecten van horizontale scanjitter toont; figuur 7 de relatie tussen het mixel- en pixel-rasterscanrooster 30 toont; figuur 8 voorbeelden van tweedimensionale interpolerende convolu-tie-kernels toont; figuur 9 een stroomdiagram van het beeldreconstructieproces is; figuur 10 een mixelcluster in een rasterscan toont; 35 figuur 11 verschillende mechanismen toont die worden gebruikt om volgverplaatsingsfouten te introduceren in een mechanische scanner; figuur 12 een blokdiagram is van een beeldresolutieverhogingssy-steem; 1 0 0 1 2 8 9 .' 5 figuur 13 een blokdiagram is van een facsimilesysteem dat een uitgangsbeeld verschaft met hoge resolutie; figuur 14 een voorbeeld van beeldresolutievergroting is; figuur 15 een voorbeeld is van karakterregeneratie of -recon-5 structie; figuur 16 een Fresnelpatroon toont met 480 x 480 elementen dat wordt gebruikt om de GD- en MC-werkwijzen te vergelijken; figuur 17 een scan toont van het Fresnelpatroon onder gebruikmaking van 91 x 91 pixelelementen; 10 figuur 18 het MC-verbeterde beeld en het GD-verbeterde beeld toont in respectievelijk (a) en (b).

Gedetailleerde beschrijving I. Introductie 15 Het scannen van een beeld op een pagina wordt uitgevoerd door het bemonsteren van de intensiteit van gereflecteerd licht met een voldoende bemonsteringsdichtheid zodat een beeld dat is gereconstrueerd uit de bemonsterde intensiteiten een acceptabele representatie is van het originele beeld. De kwaliteit van representatie is afhankelijk van 20 de afmeting en dichtheid van de bemonsterde intensiteiten (pixels) en van de kwaliteit van optische instrumenten en fotosensoren. Gewoonlijk wordt een enkelvoudig gescand beeld gebruikt in de reconstructie van het origineel en dus omvat de enkelvoudige beeldinstantie de defecten van al de scan- en reconstructie-werkwijzen en -inrichtingen.

25 Als het scansysteem fouten introduceert in het rasterscanbeeld die niet consistent zijn of herhaald zijn van scan tot scan, dan zullen de bemonsterde pixels van doorloop tot doorloop verschillen voor nominaal identieke punten van het voorwerpbeeld. Maar belangrijker is dat deze "verschillende beschouwingen" van hetzelfde object aanvullen-30 de details kunnen omvatten van het originele beeld. Deze verschillen zijn karakteristiek te danken aan fotosensor-positioneerfouten en de variabiliteit in de sensoren en lichtbron. De laatste fouten kunnen hoofdzakelijk worden verzwakt door middelingstechnieken op voorwaarde dat de registratie van een set van gescande beelddata adequaat is. Dus 35 impliceert het middelen ofwel niet-significante positioneerfouten of middelen voor het uitlijnen van individuele beeldrasterscans ten opzichte van elkaar.

Belangrijker is dat de registratiefouten die zijn veroorzaakt 1001289.

6 door variaties in de relatieve positionering van de sensoren op verschillende scans aanvullende informatie kunnen verschaffen over het originele beeld. Het combineren van de informatie die is vervat in meervoudige scans vereist het oplossen van een inverse probleem, dat 5 wil zeggen: vind, gegeven een set van scans en enige kennis van het scanproces, het meest waarschijnlijke originele beeld.

Het inverse probleem wordt opgelost door het definiëren van een set geparameteriseerde probabilistische relaties tussen de intensiteiten van het originele beeld en de pixels van de monster-scans. Onder-10 zoek is gedaan naar de maximale waarschijnlijkheidswaarden voor de parameters en de bemonsterde pixelintensiteiten.

II. Scanfouten

In de volgende discussie zal worden aangenomen dat het scanraster 15 een rechtlijnig bemonsterde representatie van het beeld is, dat wil zeggen bemonsterd in zowel de horizontale of rij- (x)richting en de verticale of kolom- (y)richting. (Moderne fotogevoelige arrays, zoals CCD lineaire en tweedimensionale arrays, verschaffen natuurlijk bemonstering langs de rij. Continue analoge rasterscans langs een rij kun-20 nen worden bemonsterd door standaard analoog-naar-digitaal omzetters om het tweedimensionaal bemonsterde raster te produceren.)

Tevens zal initieel worden aangenomen dat het scanmechanisme op opeenvolgende rasterscans relatieve positionele fouten introduceert van twee typen: "statische" verplaatsingsfouten die de globale positie 25 van een raster beïnvloeden; en "dynamische" fouten die de voorbestemde lokale (pixel) positie verstoren als de scans worden gegenereerd. Van de pixelpositiefouten wordt aangenomen dat zij binnen ±1/2 pixel (of elementair gebied) liggen van de voorbestemde positie. Verder wordt aangenomen dat de dynamische pixelpositiefouten verschillend zijn van 30 raster tot raster.

Figuur 4 toont de twee typen lokale positioneringsfouten die men gewoonlijk tegenkomt: figuur 4a) toont een kolom van elementaire gebieden zoals deze idealiter zouden zijn gepositioneerd; figuur 4(b) toont horizontale of jitterfouten; en figuur 4(c) toont een combinatie 35 van jitter- en cogging- (verticale)positioneerfouten. In elk geval wordt aangenomen dat de pixelpositie die overeenkomt met een elementair gebied het geometrische centrum is van het overeenkomende elementaire gebied.

1001289.

7

Een fundamentele beperking ten aanzien van de afmeting van een elementair gebied is te wijten aan de eindige apertuur van het objec-tieflenssysteem dat is gebruikt om een gefocusseerd beeld te produceren op de fotosensor. De minimum diameter van het elementaire gebied 5 (array-disc) is omgekeerd evenredig aan de lensdiameter. Andere optische defecten, zoals chromatische aberratie, vergroten het effectieve minimale elementaire gebied verder. Dientengevolge kan elk willekeurig praktisch lenssysteem slechts een puntobject op een beeld oplossen door het punt en het aangrenzende omgevende gebied simultaan te obser-10 veren. De centrale lichtintensiteit wordt verzameld met minimaal verlies (maximale versterking) in de centrale regio en met toenemend verlies met afstand vanaf het centrum. Deze versterkingsgewichtsfunc-tie is bekend als de punt-spreidings-functie ("point-spread-function") (PSF) van het optische systeem. Figuur 5 toont een typische verster-15 kingskarakteristiek voor een PSF als functie van de radiale afstand van de centrale as door de puntpositie. Ten gevolge hiervan is de intensiteit die is geregistreerd aan de uitgang van het optische systeem een gewogen gemiddelde van de intensiteit binnenin de punt-spreidings-functie. Dus neigen hoge intensiteitspunten nabij lage 20 intensiteitspunten ernaar te "bloeden" van hoog naar laag overeenkomstig de PSF. Het optisch gedetecteerde beeld is een tweedimensionale convolutie van het originele beeld en de PSF.

III. Verbeteren van de resolutie 25 Figuur 6 toont hoe herhaalde scans over een gegeven gebied van het beeld de resolutie kunnen verbeteren wanneer horizontale jitter-positioneringsfouten optreden van scan-tot-scan (aangenomen wordt dat cogging-fouten afwezig zijn). Bemonsterde lokaties behorende bij scans 1, 2 en 3 worden aangeduid met PSF-cirkels voorzien van nummers die 30 overeenkomen met de scanindex (1, 2, 3) en zijn getoond in figuur 6(a). De centrale regio van het beeld is getoond voorzien van een lage intensiteitsregio A met een hoge intensiteitsregio, B, aan elke zijde en erboven.

Als de intensiteiten van de drie successieve sets van monsters in 35 de rij zouden worden gemiddeld en toegekend aan de nominale posities ervan, dan zouden de op deze wijze geïnterpreteerde data zodanig kunnen worden geïnterpreteerd dat deze een brede regio van lage intensiteit representeren zoals getoond in figuur 6(b).

10 01 2 8 9 .' 8

Als de horizontale verschuivingen vanwege jitter echter bekend zouden zijn, dan zouden de data zodanig kunnen worden geïnterpreteerd dat deze een smaller, beter gedefinieerd gebied van lage intensiteit representeren dat dichter ligt bij de actuele rij-intensiteit van het 5 beeld.

Het zal duidelijk zijn dat wanneer cogging-fouten aanwezig zouden zijn, en indien de cogging-fout voor elke pixel bekend zou zijn, de verticale verspreiding van monsters langs een nominale rij tevens additionele informatie zou verschaffen over het beeld in de verticale 10 richting.

Dit eenvoudige voorbeeld demonstreert dat een centraal punt dat moet worden beschouwd voor het verhogen van de effectieve resolutie van een scanner is: juiste registratie voor het superponeren van ras-terscans.

15 III. A. Gradiëntdalings-("gradient descent". GD)-algoritme

Een geautomatiseerde procedure voor het superponeren van raster-scans omvat vijf basisstappen: (1) het assembleren van een set van N rasterscans die zijn geïn- 20 dexeerd 0, 1, 2, ..., Q-l voorzien van K (rijen) x L (kolommen); (2) het selecteren van één rasterscan uit N als de prototype-rasterscan waarmee alle andere N-l rasterscans moeten worden uitgelijnd; (3) het creëren van een prototype met hogere resolutie door twee- 25 dimensionale interpolatie van de originele bemonsterde KXL-proto- type rasterscan zodat q additionele monster-punten worden gegenereerd tussen de originele set van rijmonsters en p additionele rijen worden gegenereerd voor elke van de originele K rijen onder gebruikmaking van alle beschikbare pertinente scannerparameterin-30 formatie, waardoor een nieuw prototype met hoge resolutie wordt gecreëerd voorzien van K(p+l)(q+l) geïnterpoleerde resolutie-elementen die mixels worden genoemd vanuit het originele prototype voorzien van KXL pixels: 35 (5) het selectief superponeren van elke resterende en uitgelijnde rasterscan op het prototyperaster met hoge resolutie om een bij-gewerkt prototype te vormen door elke mixel-waarde bij te stellen om zo een voorgeschreven kostfunctie te minimaliseren die is 1001289.i 9 gebaseerd op de fout tussen het bijgewerkte prototyperaster dat is opgerold met de scanner PSF en de geselecteerde uitgelijnde rasterscan.

De bovenstaande procedure levert een bijgewerkte prototype-ras-5 terscan op met K(p+l)(q+l) mixels, waarbij alle "cogged" en "jittered" rasterscans bijdragen aan de verhoogde resolutie ervan.

In praktijk is het voordelig gebleken om stappen (2)-(5) te herhalen onder gebruikmaking van het resultaat van stap (5) als het nieuwe prototype en het berekenen van nieuwe offset-uitlijningswaarden 10 voor de resterende N-l rasterscans. De aan het prototype toegevoegde resolutie vanuit de eerste doorloop maakt verbeterde uitlijning mogelijk in eropvolgende doorlopen en verdere verbetering in resolutie. Experimentele resultaten geven echter aan dat er geen praktische verhoging in beeldresolutie wordt bereikt na twee of drie doorlopen.

15 Het effect van het interpoleren van het prototype-raster is ge toond in figuur 7. waar elke pixellokatie is gedefinieerd door een gearceerde cirkel 160. Ten behoeve van de eenvoud wordt aangenomen dat het PSF-middelingsgebied 170, dat wil zeggen het gebied bedekt door de optische punt-spreidings-functie (PSF) indien gecentreerd bij (x, y), 20 rechthoekig is zoals getoond door de gestippelde omlijning. Als, voor elk origineel pixel, pxy, een nieuwe set van uniform uit elkaar geplaatste monsterwaarden wordt geïntroduceerd zodanig dat twee nieuwe waarden zijn geplaatst tussen pxy en de buren ervan (px.liy_lt Px>y-i. Ρχ*ι,y~i* Px.y* Px+i-y· Ρχ-i.y+i· Px,y+i· Px+i#y*i) * resulteert een geïnterpo— 25 leerd mixelrooster met 32 = 9 keer zoveel "resolutie"-elementen als ervoor. Dus genereert elk origineel pixel 9 _ 1 = 8 nieuwe punten.

Het simpelste interpolatieplan zou de waarde van pixel pxy toekennen aan de meest nabije nieuwe mixelwaarden 180 die zijn omvat door de gestippelde lijn van figuur 7· Deze operatie komt overeen met het 30 convolueren van de originele pixelrasterscan met de uniform gewogen tweedimensionale kernei getoond in figuur 8(a) of equivalent gerepresenteerd in bovenaanzicht door figuur 8(b) waarin de stippen overeenkomen met mixellokaties en het aantal naast elke stip de waarde is van die lokatie. Het zal duidelijk zijn dat deze convolutiekemel kan 35 worden uitgebreid teneinde meer geïnterpoleerde waarden te bedekken in ofwel de x- ofwel de y-richting.

In de meeste gevallen strekt het middelingsgebied van de PSF zich uit voorbij het halfweg-merkteken tussen aangrenzende pixels zodat 1001289.

10 elke willekeurige geïnterpoleerde mixelwaarde één of meer aangrenzende pixels kan inhouden. Figuur 8(c) toont een "lineaire" interpolerende tweedimensionale kemel voor het rooster van figuur 1 dat rechte geïnterpoleerde mixelwaarden produceert tussen dichtstbijzijnde pixelbu-5 ren.

Andere bruikbare interpolatiefuncties kunnen gaussisch of exponentieel (liever dan uniform of lineair) gewogen tweedimensionale interpolerende kerneis gebruiken, of de PSF- interpolerende kemel overeenkomend met de scanner PSF (indien bekend) kan worden gebruikt.

10 Het kernpunt is dat het interpolatieproces mixelwaarden produ ceert teneinde het hoge-resolutie-rooster van het prototype in te vullen onder gebruikmaking van de prototype-pixelwaarden en elke andere informatie die kan helpen om een hoge-resolutie-prototype-raster-scan tot stand te brengen als het startpunt van het reconstructiepro-15 ces.

Na het uitvoeren van de rasterscaninterpolatie op de prototype-pixel-rasterscan, zal het hoge-resolutie-mixelrooster worden gebruikt om elk van de andere rasterscans uit te lijnen die jitter- en cogging-fouten vertonen ten opzichte van het prototype.

20 Als Pn(x,y) de originele beeldintensiteit representeert van de nde rasterscan in het (x.y)-vlak, dan levert het bemonsteren van het (x.y)-vlak op uniforme intervallen de bemonsterde rasterscan *«(^>.Ws*«(x.y)£5(x-kx0)6(y-iy0), kj 25 op, waarin x0 en y0 de pixelintervallen representeren, k, 1 indices zijn (0, 1, 2, ...) die het beeldvlak opspannen en δ(·) de Kronecker-deltafunctie is (ö(x) = 1 als x 0, anders <5(x) = 0).

Laat P0(kx0, ly0) zijn aangewezen als het prototype, dan resul- 30 teert het interpolatieproces in een fijn rooster met incrementen van Xo/m en y0/m zodat het hoge-resolutie-prototype kan worden gerepresenteerd als

Omdat absoluut statische positionele fouten niet bekend zijn, zijn deze positionele fouten voor elke niet-prototype-scan van verwij- 10 01 2 83..

35 11 zingen voorzien naar het prototype zodat het prototype Δχη en Ayn omvat, de relatieve statische (of gemiddelde) positionele verschillen tussen de nde scan en het prototype. De geïnterpoleerde prototypescan kan ten opzichte van de nd* rasterscan kan als volgt worden gerepresen-5 teerd:

Dus voor elke scan, Pn(kx0, ly0), is het vereist dat Δχ„ en Ayn 10 worden bepaald teneinde de juiste registratie tot stand te brengen van Pn(kx0, ly0) met , , . , s n door Δχ„ en Ayn uit te drukken in termen van de mixelindices, (i,j).

15 van de hoge-resolutie-elementen (x0/m) en (y0/m).

Een kostfunctie die representatief is voor de verschillen tussen P0 en Pn wordt gebruikt om de relatieve registratie tot stand te brengen door de kostfunctie te minimaliseren. Een simpele kostfunctie-keuze is een kwadratische foutfunctie zoals gegeven door 20 E2 * Χ{ή(υ.Δχη,Δνη)*«5?(Ι. j)-!Pn(kx0.ly0)}2

N.I

waarin —--- *o(i. 1· AV")= ^°(( m ) (in } ΔΧ"’ Ay", * 25 * duidt een convolutiebewerking aan en PSF(i,j) is de PSF-functie die is bemonsterd op mixelintervallen (i,j) zodat wanneer deze geconvolueerd wordt met P0 het mxm mixels combineert om overeen te komen met de pixelwaarde Pn(k,l).

De benaderingen van Δχη en Ayn kunnen dan worden bepaald door de 30 waarden van Δχη en Ayn te vinden die E2 minimaliseren.

Alternatief kunnen de offsets worden gevonden door het maximaliseren van de kruiscovariantieterm max X{y(i, j, Δχ„, Ayn)*W7(i, ])} · iP„(kx0,ly0)

HJ

35 ten opzichte van de offsets, (Δχη, Ayn).

In elk geval zal het bereik van Δχη en Ayn gewoonlijk kleiner zijn dan de pixelincrementen, x0 en y0, respectievelijk, zodat slechts een beperkt bereik van Δχη en Ayn pixellncrementverschuivingen moet 10 012 6^«* 12 worden onderzocht.

Een verdere reductie in berekeningen kan worden bereikt als de fijne detailinformatie a priori wordt bewerkt tot een gegeven belangrijke regio of regio's van de rasterscan door de bovenstaande bereke-5 ningen te beperken tot waarden van k en 1 die in deze regio’s vallen.

Er moet worden opgemerkt dat in aanvulling op jitter- en cogging-volgfouten tevens rotationele volgfouten aanwezig kunnen zijn. Rota-tionele volgfouten zijn te wijten aan een relatieve hoekverplaatslng in het beeldvlak ten opzichte van de horizontale en verticale ets van 10 de scanner. Hoewel dynamische (rasterscan naar rasterscan) rotationele fouten gewoonlijk klein zijn vergeleken met jitter- en cogging-fouten, kunnen de effecten ervan tevens worden geminimaliseerd door het opnemen van een rotationele bijstellingsprocedure voor het uitlijnen van elke rasterscan ten opzichte van het prototype die een passende kost-15 functie minimaliseert.

In het geval van een eenvoudige kwadratische kostfunctie-expres-sie, die voorafgaand is gegeven, kan de expressie worden aangepast om een relatieve rotationele verplaatsing, Δθ„, te omvatten van de nd* rasterscan, Pn, ten opzichte van de prototyperasterscan, P0, als volgt: 20 E2 = Σ({*(>. ].Axn.Ayn.A0n)*KS7(i, j)} - iPn(kx0.ly0))? k.l

Benaderingen van Δχ„, &yn, en Δθη zouden worden verkregen door de waarden van deze drie offsets te vinden die E2 minimaliseren.

25 Hoewel de eenvoudige kwadratische kostfunctie is gebruikt is het mogelijk om een meer algemene kostfunctie te gebruiken die verschillende verschil-(afstand)-metrieken en gewichtsfuncties kan omvatten. (Zie bijvoorbeeld "Quantitative Dissemblance Measures" in "Digital Pattern Recognition", Fu, K.S., uitgever, Springer-Verlag, N.Y., 1976, 30 biz. 52-53).

Wanneer de offsets, die zijn vereist om de prototype-rasterscan uit te lijnen ten opzichte van de ndt rasterscan, zijn verkregen, is het uitvoerbaar om de details die worden gecontribueerd door de nde rasterscan in te voegen in het prototype. Om dit te doen is het nood-35 zakelijk om het zogenoemde inverse statische modeleringsprobleem op te lossen: vind het meest waarschijnlijke beeld dat ervoor zou zorgen dat een gegeven scanner de set van N rasterscanvoorbeelden produceert.

1001 289.' 13

Deze inverse waarschijnlijkheid wordt gegeven door de regel van Bayes als Ρ(/|#.)-Ρ(#.|;)·Ρ(/)/Ρ(#.) 5 waarin P (l|Pn) de waarschijnlijkheid is van het originele beeld I gegeven rasterscan Pn, P(Pn|l) de waarschijnlijkheid is van raster-scan Pn gegeven de originele beeldintensiteit en P(I) en P(Pn) de prioriwaarschijnlijkheden zijn van beeldintensiteit I en Pn die optreden (onafhankelijk van de verzamelde dataset).

10 Omdat P(J) en P(P„) onafhankelijk zijn van de dataset (raster- scans) kunnen de nominale waarden ervan worden behandeld als een constante voor elke willekeurige gegeven dataset. Dus kan maximalisatie van P(l|Pn) impliciet worden bereikt door het maximaliseren van P(Pn|l), dat wil zeggen door de intensiteltswaarden I te vinden die de 15 waarschijnlijkheid dat waarde Pn wordt gegenereerd maximaliseren.

De nde rasterscan kan worden uitgedrukt in termen van het originele beeld, I, al? *„(*,/) = PSF{ Λ *. y, Δχ„. } + ^(ο.σ) 20 waarin PSF{·} de punt-spreidings-functie-bewerking van de scanner is op beeld I voorzien van een absolute afhankelijke fout van Δχη en Ayn en additieve gaussische ruls, N met gemiddelde nul en standaarddeviatie o. De ruiscomponent representeert de variabiliteit in scanner-uitgangssignaal voor een gegeven beeldintensiteit, I. Dus kan de com- 25 ponent worden uitgedrukt als een verschil, ^(ο,σ) = PSF{/, X, y, Δχη, Ayn}-!Pn(x,y), hetgeen het volgende gaussische waarschijnlijkheidsmodel impliceert 30 P{yn(x.y)I^Δχn.Δyn}s^^Xβ*λ,(0',''^,τ,

Het probleem bij gebruikmaking van deze expressie is dat het kennis vereist van de originele beeldintensiteit, I, de informatie die wordt gezocht.

35 Teneinde dit probleem te ontwijken wordt het prototype-beeld gebruikt als initieel beeld en wordt een iteratief onderzoek uitgevoerd om de set mixelwaarden te vinden die een kwadratische foutlost)-functie minimaliseren door het verschil te minimaliseren tussen 1001289; 14 het prototype beeld P^ (i,j) en rasterscanbeeld P (k.l), 5 waarin {m^} de probeerset mixelwaarden is die werden bewerkt door de PSF om P(i,j) te vormen, of *(».j) -ΣΡδΙ··η 10 waarin psf^j., de waarde is van PSF bij r en s eenheden vanaf de centrale waarde ervan op i, j. De sommatie over indices r en s bedekt het effectieve gebied dat de PSF omsluit wanneer deze is gelokaliseerd bij indices i en j. De mixelwaarden omvatten impliciet elke willekeurige registratieverschuiving Δχη, Ayn.

15 Omdat de minimalisatie van een fout veroorzaakt door een speci fieke mixel, mij, lokaal is bijgesteld, vinden we de gradiënt/component ten opzichte van de mixelwaarde mltJ van de lokale foutfunctie voor een enkele pixel van P{k,l) als 20 ^-(?,(ί.ί)-ί·„(Κ.ΐ))! dm, dm,, = -·ι\(Μ ] dm,, ^ /

Vanwege stabillteitsoverwegingen in dit stochastische benade-ringsproces moet de actuele correctie die wordt toegepast op de waarde van mu slechts een fractie, a/2, zijn van de totale gradiënt en in 30 tegenovergestelde richting ten opzichte van de gradiënt zodat de correctie wordt

A„m, * -ct(£(i. j)- £„(k,l))psfM

en de nieuwe waarde van m1j is ^ mi,),n m + Anm-,j

Experimentele resultaten hebben aangeduld dat wanneer α * 0.001, stabiele benaderingen worden bereikt.

1 0 01 289.’ 15

Samenvattend wordt de mixelwaarde, m^, van het prototype bijgewerkt door de gradiënt te benaderen ten opzichte van mij van de fout-functie bij pixellokatie (k.l) wat is gebaseerd op het verschil tussen de prototype-mixelwaarden, {mij}, getransformeerd door de PSF teneinde 5 de (n-l)de bijgewerkte benadering te vormen van het actuele beeld zoals dit zou verschijnen nadat het was gescand door de betreffende scanner waarbij de PSF wordt gebruikt in de benadering.

Dus wordt het initiële prototypebeeld dat was geïnterpoleerd teneinde een set mixels met hoge resolutie te hebben bijgewerkt door 10 de prototype-offsets bij te stellen zodat deze overeenkomen met het beeld Pjik.l) en vervolgens bijgesteld door de bovenstaande gradiënt-techniek te gebruiken om de mixelwaarden te modificeren. De volgende iteratie heeft betrekking op het beeld P2(k,l) en het bijgewerkte prototype. En zo verder totdat alle beschikbare monsterbeelden zijn ge-15 bruikt. Het resultaat is een hoge-resolutie-beeld dat het originele beeld benadert dat was gedegradeerd door de PSF van de scanner en raster-volg-(jitter en cogging)-fouten.

Zoals hierboven vermeld is het gunstig gebleken om als een initieel prototype het verbeterde prototype-beeld te gebruiken dat is 20 verkregen na verwerking van de set van beschikbare data, waarbij de interpolatiestap wordt weggelaten, en vervolgens nieuwe offsets te vinden voor elke rasterscan (Δχη, Ayn) en een nieuwe set prototype-mixelwaarden te berekenen.

Figuur 9 is een stroomdiagram van de beschreven werkwijze voor 25 het combineren van meerdere beeldscans teneinde een beeld met verbeterde resolutie te verkrijgen. Het proces begint bij stap 500 waar er wordt aangenomen dat een set van N scans van hetzelfde beeld beschikbaar is en arbitrair is geordend met index n (OsnsN-1) en dat de n en q indices op nul zijn gezet. Bij stap 502 wordt beeld Pn, n=0, geselec- 30 teerd als het prototype en wordt dit geïnterpoleerd naar de gewenste resolutie in stap 504. Index n wordt verhoogd bij stap 506 en P0 wordt uitgelijnd met Pn in stap 508. Na uitlijning worden gradiëntelementen en prototype-mixelcorrecties {Am^} berekend en toegepast op de set prototype-mixels {mij} wat een bijgewerkt prototype oplevert dat het 35 originele beeld benadert gerepresenteerd met de resolutie die is geïntroduceerd bij de interpolatiestap 504. Teststap 512 controleert of alle N originele beeldscans zijn verwerkt om het prototype bij te werken, en indien dit zo is, wordt index q verhoogd in stap 514 wat 1 0 01 2 8 9.’ » 16 wordt getest in stap 516 om te bepalen of het aantal herhaalde verwer-kingsdoorgangen is berekend, en indien dit niet zo is, stelt stap 518 beeldscanindex, n, opnieuw op nul en keert het proces terug naar stap 506. Anders eindigt het proces.

5 Er kan worden opgemerkt dat het wenselijk kan zijn om de volgorde van beeldscans te veranderen door scanbeelden (n=l t/m (N-l)) opnieuw te ordenen in stap 518 teneinde de effectiviteit van een herverwer-kingsgang te verbeteren door de volgorde te veranderen waarin de beelden het prototype beïnvloeden.

10 In de bovenstaande beschrijving werd aangenomen dat de statische en dynamische uitlijningsfouten werden veroorzaakt door inherente fouten in het scannermechanisme die resulteren in grotendeels onbekende uitlijnfouten van één scan naar de volgende. Het kan echter voordelig zijn om bewust uitlijningsfouten te introduceren in het scanmecha-15 nisme teneinde verbeterde resolutie te realiseren van de gereconstrueerde beeldenset.

Beschouw bijvoorbeeld een scanner die vrij is van statische en dynamische uitlijnfouten. De resterende fouten zouden voornamelijk te wijten zijn aan de PSF en de systeemruis (bijvoorbeeld elektronische 20 ruis). Uitgezonderd uitlijningsstap 508 zou de werkwijze die is uitgezet in figuur 9 kunnen worden gebruikt om een beeld met hogere resolutie te reconstrueren dat alleen gebaseerd is op kennis van de scanner-PSF of door gebruikmaking van een redelijke benadering vein de scanner-PSF. In feite zou de werkwijze van figuur 9 een deconvolutie uitvoeren 25 van de PSF werkend op het originele beeld teneinde een "scherpere" benaderde representatie van het originele beeld op te leveren. Alternatief kan elke goed bekende techniek voor deconvolutie, zoals indirecte frequentiedomeinbewerkingen, worden gebruikt om de tweedimensionale deconvolutie uit te voeren. Zonder de introductie van scans die 30 verschillende aanzichten van het beeld verschaffen is de verbetering die wordt gewonnen door deconvolutie van de PSF echter beperkt.

III. B. Mixel-cluster-algoritme (MC)

In elk willekeurig praktisch systeem voor het verbeteren van de 35 resolutie van een gescand beeld is de rekenlast van het algoritme van belang. Vanwege de grote dimensionaliteit van het probleem werd een iteratieve gradiëntdalingsbenadering (GD) gebruikt om elke mixelwaarde van het prototype bij te stellen en daarbij de onpraktische inversie 1 0 01 2 8 9 .’ 17 van een enorme matrix te vermijden. Het nadeel van deze werkwijze Is het grote aantal bewerkingen per Iteratie hetgeen ln de orde ligt van n2p,f.nx.ny.n, waarin np,f de breedte of hoogte la van de PSF ln mixel-eenheden, nx het aantal pixels per scan ln de x-richting Is, n, het 5 aantal plxeleenheden In de y-richting ls en n. het totale aantal ras-terscans ls.

Een efficiëntere en effectievere werkwijze, waarnaar hierna wordt verwezen als mixel-clusteren (MC), verschaft een manier om het iteratieve proces te versnellen en de effectieve resolutie te verbeteren 10 ten opzichte van de GD-werkwijze.

De NC-werkwijze versnelt de iteratieve oplossing door een set van zones, {zj, te creëren die subsets zijn van een rechthoekig array van pixels of mixels. Bijstellingen aan de prototype-mixelwaarden worden gedaan door het inverse probleem rechtstreeks op te lossen door een 15 matrix te inverteren met de mixeldimensionalitelt van een zone. De zonedimensies zijn karakteristiek van dezelfde orde als de dimensies van de PSF. Iteraties op de zones corrigeren voor elke willekeurige interactie van gemeenschappelijke mixels gedeeld door zones en produceert een homogeen verbeterd beeld.

20 De MC-werkwijze kan het best worden uitgelegd door de kwadrati sche kostfunctie, E2, opnieuw als volgt te definiëren: E2 « (Ρ·χ - g)T (Ρ·χ - g) waarin x een kolomvector is met een lengte gelijk aan het aantal mixels (X.Y) in het prototypebeeld, of 25 X * C®o* · ·®χ-1*®χ· · ·®2Χ-1 * * * * ·®(γ-ΐ)χ-ι· · ·®χγ·ΐ3 * X is het totale aantal horizontale mixelelementen, Y is het totale aantal verticale mixelelementen, mpx«q komt overeen met de waarde van mixel bn van het originele proto-type-coördinatensysteem, 30 g is een kolomvector van pixelwaarden met een lengte die gelijk is aan het totale aantal pixelelementen, Np«Xp· Yp, in de originele raaterscan, of f “f" --- \ 9 “ [9o 01 ··· 9k ··· ’ . 9i*,*i = öij» de pixelwaarde bij coördinaten (i, j) van het origi- 35 nele pixelcoördinatensysteem, T representeert de transpositie-operator en ~f Λ,ϊίϊΐίή :... J-M.-if waarln

1 0 01 2 89v J

18

Pk de kd* rij is van P zodat βη χτ . JPT . /p. x - gTg s J 0(ps1* ƒ)*0Λ 5 waarin psf#I de convolutie aanduidt van het originele beeld, I, met de psf en Q het vlak van het beeld is.

Aldus heeft matrix P rij vectoren, (Pk), die een set van PSF-ge-wichten representeren die een rechthoekig gebied opspannen dat overeenkomt met het gebied dat wordt opgespannen door de PSF en gecen-10 treerd is op coördinaat (i.j) overeenkomend met pixelwaarde 9.*,+J = 9,, j en k * iXp.j. Dientengevolge heeft rijvector Pk elementen die bijna nul zijn.

Aangrenzende pixelelementen kunnen worden gegroepeerd of geclusterd om een zone te definiëren die aan de volgende relatie voldoet 15 ƒ·*, = 8. 1 = 1.2.....np waarin P een matrixrijvector ie van P die overeenkomt met de pixels en mixels die behoren tot zone Zit gi een kolomvector is van elementen van g die corresponderen met de rijvectoren in zone Zt en x 20 een subset is van x overeenkomend met de mixels die binnen de zone

vallen. Figuur 10 toont rasterscan 500, de nde scan van een set met X

horizontale mixels en Y verticale mixelelementen. Mixelcluster 510, gecentreerd rond pixel g^, is sP8P mixelelementen breed en hoog.

De MC-oplossing voor xi( de mixelwaarden van zone Zi die de kwa-25 dratische kostfunctie E2 minimaliseert, wordt als volgt gegeven door de volgende iteratieve relatie voor zone Zl:

S,(m + 1)s x,(m)+yT

waarin x1(m) de md> iteratief benaderde waarde is en Xj(0) de 30 initiële set mixelwaarden is.

De bovenstaande expressie voor x^ vereist de expliciete inversie van de matrix ,» één inversie voor elke zone. Het aantal matri- . * ces in de set ' 1 J kan variëren van 1 tot np, waarbij deze extremen 35 corresponderen met het inverteren van de volledige P-matrix als een zone (niet praktisch) en het inverteren van een zone van mixels corresponderend met één enkele pixel (te traag). In het algemeen zal het aantal betrokken bewerkingen een minimum zijn voor een waarde tussen 1001289.

19 deze extremen die correspondeert met een minimum dat ls gecreëerd door het monotoon toenemende aantal bewerkingen vanwege de zonematrixafme-tlng en het monotoon dalende aantal bewerkingen vanwege het aantal mlxelbijwerkingen met toenemende zonematrixafmeting. De matrix iPT^iP»iPTj 5 wordt slechts eenmaal berekend en opgeslagen voor toekomstig gebruik bij het evalueren van de mixelwaarden van een willekeurige zone.

De iteratieve procedure wordt "round robin" toegepast op elk cluster. Op deze wijze worden alle overlapregio's tussen zones, die zijn te danken aan PSF of volgfoutspreiding, bijgesteld door elk van 10 de overlappende zones die de overlapte mixelelementen beïnvloeden. Het proces is in hoofdzaak zoals gedefinieerd bij figuur 9 behalve dat het proces van stap 510 wordt vervangen door het proces dat is gerepresenteerd door de bovenstaande uitdrukking voor (m) en vervolgens wordt herhaald voor alle zones, {zx}. voordat verder gegaan wordt naar stap 15 512.

Het aantal bewerkingen dat is inbegrepen in het MC-algoritme is (ncn.)3 voor de matrixinversie plus het aantal bewerkingen per iteratie hetgeen proportioneel is aan n.nxny/nc, de niet-overlappende breedte in x van de zone plus het bereik in Ax, en het overlappende bereik in 20 hoogte van de zone plus het bereik van Ay.

IY.._Het introduceren van volgvariaties

Additionele resolutie-informatie kan worden verkregen door het bewust introduceren van statische registratiefouten in zowel de X- als 25 de Y-richting, separaat of samen. Een subset van scans zou bijvoorbeeld kunnen worden gegenereerd door het introduceren van een verschillende offset voor elke scan in de horizontale (X)-richting door het introduceren van een verschillende ΔΧ-verschuiving voor elke ras-terscan en een andere subset door het introduceren van een verschil-30 lende ΔΥ-verschuiving voor elke rasterscan. Tevens kan een bekende, distincte statische X- en Y-offset worden geïntroduceerd in elke ras-terscan.

Omdat de offset behorende bij elke rasterscan bekend is, zouden de initiële waarden voor ΔΧη en ΔΥη in de reconstructiewerkwijze vol-35 gens figuur 9 bekend zijn wat het mogelijk maakt om een initiële waarde van ΔΧ„ en/of ΔΥη te gebruiken in de ultlijningsprocedure van stap 508. Als de resterende uitlijningsfouten voldoende klein zouden zijn, zou de iteratieve procedure voor uitlijning kunnen worden geëlimineerd 1001289.

20 en zou een deterministische uitlijningsprocedure, die bekende verplaatsingen verwijderd ten opzichte van de geïnterpoleerde prototype-rasterscan, voldoende zijn om een beeld met hogere resolutie te bereiken. Alternatief zou de iteratieve procedure kunnen worden achterge-5 houden voor het corrigeren van willekeurige onbekende offsetfouten.

Een andere uitvoeringsvorm zou dynamische willekeurige of pseudo-willekeurige verschuivingen introduceren van rij-naar-rij, kolom-naar-kolom, of pixel-naar-pixel. Dit zou de complexiteit van implementatie vergroten door superpositie van dynamische variaties te vereisen in de 10 aandrijving alsmede het vergroten van de hoeveelheid data die vereist is om de geïntroduceerde dynamische verschuivingen op te slaan. Nadat deze informatie is opgeslagen kan deze echter worden gebruikt om de offsetwaarden van Δχη en Ayn in stap 508 vast te stellen.

Figuur 11 toont twee uitvoeringsvormen voor het introduceren van 15 bedoelde verplaatsingsvariaties in een scanner-aandrijvingssysteem zoals getoond in figuur 1. In figuur 11(a) is as 403 de aandrijfas voor de trommel die het beeld vasthoudt dat moet worden gescand. Ke-gelwielaandrijving 405 is bevestigd aan en roteert met as *103 op een hoeksnelheid van 0¾. Kegelwielaandrijving 4θ6 is gekoppeld aan aandrij-20 ving 405 voor het verschaffen van een rotationele transformatie met rechte hoek en kan tevens een reductie verschaffen van hoeksnelheid van 0¾ naar 0¾ op as 407, de as met riemaandrijving. De noodzakelijke torsie om trommelas 403 aan te drijven wordt verschaft door differentiële aandrijving 404 die wordt aangedreven door een geschikte motor 25 en een hoeksnelheid van (1¾ en een andere bron van rotationele beweging, ()¾. bij ingangsas 402. De zeer bekende hoeksnelheid-relaties die differentiële aandrijving 404 regelen zijn van de vorm 0¾ = 0¾ - (Oj/r waarin r een interne aandrijf ratio is die 0\ relateert aan (¾ 30 wanneer 0¾ = 0 of 0¾ aan (¾ wanneer ü\=0.

Indien Cüj=0, dan en wordt as 403 aangedreven met dezelfde hoeksnelheid als as 401. Als hoeksnelheid 0¾ echter wordt aangebracht op as 402 dan wordt de hoeksnelheid van trommelas 403 verstoord in overeenkomst met de bovenstaande relatie hetgeen jitter in de X-rich-35 ting veroorzaakt. Omdat dwarsas 407 met riemaandrijving is gekoppeld aan as 403 door aandrijvingen 405 en 406, introduceert een geschaalde verstoring in de Y-richting cogging. Statische verschuivingen kunnen worden geïntroduceerd door geheugentoepassingen van hoeksnelheid op as 1001289Γ 21 *402, waarbij de resulterende verschuiving de tijdintegraal is van de momentane hoeksnelheidverstoring.

Het zal duidelijk zijn dat onafhankelijke X- en Y-storingen kunnen worden geïntroduceerd onder gebruikmaking van separate differen-5 tiële aandrijvingsstelsels teneinde de hoeksnelheidverstoringen toe te voegen aan de rotatie van de trommelas en de dwarsas met riemaandrij-ving zoals getoond in figuur 11(b). As *401 is de hoofdaandrijfas die wordt aangedreven op hoeksnelheid 0¾. Differentieel 40*4 wordt aangedreven door as *401 en as *402 hetgeen de hoeksnelheidverstoring 0¾ ver-10 schaft op uitgangsas *403 die roteert op 0¾ * 0¾ - (öj/r. Kegelwielaan-drijving *405 drijft via kegelwielaandrijving *406 as *407 op een hoeksnelheid van 0¾ die wordt aangebracht op één ingang van differentieel *409. De andere ingang van differentieel *409 is as *410 die wordt aangedreven op een hoeksnelheid van zodat uitgangsaandrijfas *408 roteert 15 op ü% = (1¾ - ti^/r. Op deze wijze kunnen de offset-volgfouten in zowel X-als Y-richtingen onafhankelijk worden gemaakt.

Statische en dynamische verschuivingen kunnen tevens worden geïntroduceerd door het beeld relatief ten opzichte van het scanmechanisme te verschuiven inclusief het gebruik van offset-stroom in scannende 20 spiegels die worden bestuurd door d’Arsonval-beweging en de relatieve beweging tussen een videocamera en het beeldvoorwerp. Op soortgelijke wijze kunnen elektro-optische scan-verstoringen worden geïntroduceerd door kleine stappenmotors die het scanmechanisme bewegen ten opzichte van het beeld. Twee motoren, één voor beweging in de X-richting en de 25 ander in de Y-richting, of een enkele motor voor het bewegen in een diagonale richting.

Vele andere variaties op de beschreven scan-verstoringstechnieken die bruikbaar zijn in diverse applicaties zullen duidelijk zijn voor deskundigen op het vakgebied. De scannende elektronenbundel van een 30 beeld-orthicon-camera of videocamera kan bijvoorbeeld worden verstoord door passende signalen toe te voegen aan de normale horizontale en verticale afbuigspoelen.

V. Kleurenbeeldresolutieverbetering 35 Hoewel de voorafgaande discussie niet expliciet facsimile beelden of video-beelden in kleur heeft besproken, zou het duidelijk zijn voor deskundigen op het vakgebied dat dezelfde principes kunnen worden uitgebreid naar het verbeteren van de resolutie van veelkleurige ras- 10 01 2 8*, 22 terscanbeelden. Kleurreproductie impliceert het genereren van twee of meer (karakteristiek drie) rasterscanbeelden voor elk kleurenbeeld, één complementaire kleurteruggave voor elk van de kleuren die is geselecteerd om het volledige kleurbereik te synthetiseren. Door het su-5 perponeren van meerdere complementaire kleurrasterscanbeelden wordt een benadering in kleur geproduceerd van het originele kleurenbeeld. Separatie van hpt kleurenbeeld in twee of meer complementaire enkele kleurrasterscanbeelden kan worden bereikt door het optisch filteren en simultaan scheiden van een enkele beeldscan in twee of drie complemen-10 taire enkele kleurrasterscans.

Als de volgafwijkingen, willekeurig of anderszins, zijn geïntroduceerd in de scanner voorafgaand aan het optische kleurfilteren, zou elke enkele complementaire kleurrasterscan dezelfde volgfouten omvatten. Dus kan uitlijning van het prototype met elke willekeurige van de 15 andere scans worden gedaan waarbij één van de complementaire kleurras-terbeelden wordt vergeleken. De uitlijningsbijstellingen kunnen dan worden gebruikt voor alle twee of drie kleurrasterscans die elk kleurenbeeld representeren.

Na het bijstellen voor de volgfout-uitlijningsfouten voor elke 20 kleur-gescheiden beeldset, kan elk van de separate pixelkleurintensi-teiten worden bijgesteld overeenkomstig de monochrome werkwijze die voorafgaand is beschreven. Een uiteindelijk kleurenbeeld met verbeterde resolutie wordt dan gecreëerd door het combineren van de twee of drie complementaire kleurrasterscans van het prototype.

25 VI. Karakterregeneratie

Een aanvullende toepassing voor de beschreven beeldhestelling met hoge resolutie ligt in het veld van karakterreconstructie waarin beelden met lage resolutie van een gegeven karakter worden gebruikt om 30 weergaven van het gegeven karakter met hogere resolutie te construeren en vervolgens kan een volledige pagina van karakters opnieuw worden gegenereerd onder gebruikmaking van een alfabet van karakters met hogere resolutie.

De basistechniek die wordt gebruikt in karakterregeneratie is 35 dezelfde als voorafgaand beschreven behalve dat de beeldreconstructie selectief wordt beperkt tot één karakter per keer. Een pagina van bijbehorende karakters kan bijvoorbeeld worden gescand en vervolgens worden alle gescande karakterbeelden gesorteerd op karaktertype en 1 0 01 289 .» 23 toegekend aan een voorbeeldkarakterset. De toekenningsbewerking kan visueel of automatisch worden gedaan onder gebruikmaking van een willekeurige van vele welbekende karakterherkenningsschema's. Zie bijvoorbeeld Simard et al., "Efficient Pattern Recognition Using a New 5 Transformation Distance", NIPS-5 (Neural Information Processing Sy stems 5), ed. Hanson et al., 1993. biz. 50-58.

De karaktervoorbeelden die elk worden gerepresenteerd door een geëxtraheerd deel van een rasterscan, worden behandeld als complete rasterscans met lage resolutie. Een hoge-resolutie-beeld van een gege-10 ven karakter wordt vervolgens gegenereerd door dezelfde technieken als voorafgaand beschreven, dat wil zeggen het selecteren van een prototype uit de karaktervoorbeeldset, het interpoleren van het prototype, het uitlijnen van het prototype met één van de resterende voorbeelden, het bijstellen van de prototypemixelintensiteiten en het herhalen van 15 de uitlijnings- en mixelbijstelling met elke van de resterende voor beelden. Zoals voorafgaand besproken kan de uitlijnings- en mixelin-tensiteits-bewerking kunnen worden herhaald indien gewenst. Het resultaat is een gereconstrueerd beeld van een gegeven karakter. Nadat alle van de vereiste klasse van karakters zijn gereconstrueerd (onder ge-20 bruikmaking van zoveel originele pagina's als nodig is) kunnen volledige pagina's worden "geprint" onder gebruikmaking van de reconstrueerde karakterset. Het reconstructieproces is context-onafhankelijk omdat de tekst kan bestaan uit elk font, uit elk alfabet, en uit elke collectie van linguïstische, mathematische of andere symbolen. Het 25 proces vereist slechts dat voldoende monsters beschikbaar zijn om een voldoende verbeterde karakterreconstructie te realiseren.

Aldus kunnen in de context van een systeem dezelfde inrichtingen en werkwijzen die zijn gebruikt voor het verbeteren van beeldresolutie worden gebruikt voor de karakterregeneratie-toepassing.

30 VII. Beeldverbeteringssvsteem

Figuur 12 is een blokdiagram van een compleet zelfstandig beeld-resolutieverbeteringssysteem, omvattende: een scanner 301 voor het scannen van een ingangsbeeld en het produceren van een set van raster-35 gescande beelden als uitvoer die worden aangebracht op een analoog-naar-digitaal omzetter (ADC) 309 voor pixelbemonstering en kwantisa-tie. De binair gecodeerde uitvoer van ADC 309 wordt gebufferd, indien vereist, in bufferopslag 302 voordat deze wordt opgeslagen in hoofd- 1001289.

24 beeldgeheugen 303 dat toegankelijk is voor uitvoerbuffer 305. CPU-besturing 307. en rekenprocessor 304. Rekenprocessor 304 voert onder besturing van CPU 307 de beeldsignaalverwerkende bewerkingen uit omvattende: prototype-selectie, prototype-interpolatie, beelduitlijning, 5 mixelbijstellingen en het opslaan van resultaten in geheugen 303· Uitvoerbuffer 305 accepteert verwerkte rasterscans met verbeterde resolutie voor tijdelijke opslag en voorziet digitaal-naar-analoogom-zetter 310 van de vereiste binair gecodeerde signalen teneinde een uitvoer-registratie-apparaat 306 aan te drijven dat een rasterscanre-10 constructie van het beeld met verbeterde resolutie produceert. CPU-besturing 307 voert totale systeembesturing uit. Jitter- en cogging-stuureenheid 308 verschaft optioneel aanvullende ingangssignalen en stuurt de scanner 301 voor het aanbrengen van bekende offset-"fouten" in de rasterscan van scanner 301. Deze zelfde informatie wordt be-15 schikbaar gemaakt door CPU 307 aar» rekenprocessor 304. In deze configuratie is het systeem van figuur 12 een zelfstandige kopieereenheid die gebruik maakt van een scanner 301 met lage resolutie om een uit-gangskopie met een hogere resolutie van het ingangsbeeld te produceren. Deze systeemconfiguratie is geschikt voor gebruik als een beeld-20 kopieerorgaan met hoge resolutie of als een karakterregeneratiesy-steem. In het laatste geval zou de uitgangsrasterscan worden gebaseerd op geregenereerde karakters en geproduceerd onder besturing van CPU 307.

Het systeem van figuur 12 kan echter worden gereconfigureerd 25 zodat de beeldscannende en uitvoer-registrerende functie worden gescheiden door een communicatieverbinding. Figuur 13 toont scan-ner/transmitter-eenheid 320, beeldverwerkings/besturings-eenheid 340 en registrerende ontvanger 330 zoals gedefinieerd in figuur 12. In één configuratie is scanner/transmitter 320 gescheiden van eenheden 340 en 30 33Ο door communicatieverbinding 321 zoals is aangeduid door de onder broken sectionerende lijn A-A. Optionele besturing 325 verschaft de noodzakelijke lokale stuurfuncties die vereist zijn voor scan-ner/transmitter 320.

In een andere uitvoeringsvorm kan het systeem worden verdeeld 35 langs gestippelde lijn B-B zodat de beeld-verwerkende/besturende eenheid 340 aan het beeldbroneinde ligt samen met scanner/transmitter-eenheid 320 en dataverbinding 331 het communicatiepad verschaft naar de decoder/ontvanger 330 die werkt in combinatie met een lokale bestu- 1001289.

25 ring 335.

VIII. Beeldverbeteringsvoorbeelden

In deze laatste configuratie zendt het systeem één enkel beeld 5 met hoge resolutie over communicatieverbinding 331, terwijl in de voorgaande configuratie meerdere beelden werden verzonden over data-verbinding 321.

Figuur 1*4 is een voorbeeld van een beeld met verbeterde resolutie dat is geproduceerd met de beschreven werkwijze. Het linkerbovendeel 10 toont negen originele scans. Het rechterbovendeel is een geïnterpoleerd prototype. Linksonder is het mixelbeeld na één iteratie voor verbetering. Het onderste rechterbeeld is het verbeterde beeld na seriële verbeteringsiteraties.

Figuur 15 is een voorbeeld van de reconstructie van de letter 15 "a". Het bovenste linkerdeel toont een ΙΟχΙΟ-array van verschillende gescande voorbeelden van een letter "a" die zijn verzameld van hetzelfde beeld. Rechtsboven wordt het geïnterpoleerde prototype getoond. Linksonder is het beeld na één iteratie. Rechtsonder wordt de letter "a" getoond na twee doorlopen door 100 voorbeelden en na gebruik van 20 een drempelwaarde. Een drempelwaarde wordt toegepast om delen van het gereconstrueerde karakter met lage intensiteit te onderdrukken en het beeldcontrast te verbeteren.

Figuur 16 toont een beeld van een Fresnel-patroon met 480 x 480 elementen. Figuur 17 is een voorbeeld van figuur 16 na scannen onder 25 gebruikmaking van 91 x 91 pixels. Figuur 18(a) toont een gereconstrueerd patroon onder gebruikmaking van de MC-werkwijze, terwijl figuur 18(b) het gereconstrueerde patroon toont onder gebruikmaking van de gradiënt-dalingswerkwijze. In beide gevallen is de reconstructie over een spreidingsbeeld van 480 x 480 mixels onder gebruikmaking van 25 30 rasterscans. De MC-werkwijze gebruikte een cluster van 3*3*9 mixels. De MC-werkwijze gebruikt in figuur 18(a) produceert een beeld dat duidelijk superieur is aan dat van figuur 18(b).

In de voorgaande beschrijving is de uitvinding beschreven onder verwijzing naar specifieke uitvoeringsvormen ervan. Het zal echter 35 duidelijk zijn dat verschillende modificaties en veranderingen erop kunnen worden aangebracht zonder het bredere idee en de reikwijdte van de uitvinding, zoals beschreven in de bijbehorende conclusies, te verlaten. De beschrijving en tekeningen dienen overeenkomstig te wor- 1 0 01 289.! 26 den beschouwd als illustratief in plaats van restrictief.

1001289.

Claims (34)

1. Systeem voor het produceren van een beeld met verbeterde resolutie vanuit een set van rastergescande beelden met lagere resolutie van een origineel beeld, waarbij het systeem omvat: 5 (a) een scanner met een punt-spreidings-functie (PSF) weergegeven door een tweedimensionale set van bekende waarden voor het rasterscan-nen van het originele beeldvoorwerp en voor het produceren van een uitvoersignaal omvattende een aantal signalen, één voor elke rasterge-scande representatie van het originele beeld en voorzien van middelen 10 voor het introduceren van volgfouten teneinde voldoende variëteit te waarborgen in elke rasterscan van het originele beeld voor efficiënte reconstructie van een rasterscanbeeld met verbeterde resolutie; (b) omzettermiddelen voor het uniform bemonsteren en kwantiseren van het scanneruitgangssignaal voor het produceren van een aantal 15 pixelwaardesets, één pixelwaardeset voor elk scanneruitgangssignaal; (c) een geheugen voor tijdelijke opslag van het aantal pixelwaardesets geproduceerd door de omzettermiddelen; en (d) een numerieke processor die is gekoppeld aan het geheugen voor toegang tot de opgeslagen pixelwaardesets, voor het opslaan van 20 verwerkte pixelwaardesets en voor het uitvoeren van een opgeslagen beeldresolutieverbeteringsprogramma, waarbij de numerieke processor middelen omvat voor (i) het selecteren van één uit het aantal pixelwaardesets als een prototype-scan uit het geheugen, waarbij naar de niet-geselecteerde 25 pixelwaardesets wordt verwezen als resterende pixelscans, (ii) het interpoleren van de pixelwaarden van de prototype-scan om een geïnterpoleerde prototype-scan te produceren met een hogere dichtheid van bemonsterde en gekwantiseerde pixelwaarden, waarbij naar de hogere dichtheid van pixelwaarden wordt verwezen als mixels, 30 (iii) het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan met een geselecteerde pixelscan van de resterende pixelscans, (iv) het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan door het minimaliseren van een foutkost-functie die representatief is voor een verschilmaat tussen een gese- 35 lecteerde pixel van de geselecteerde pixelscan en een pixelwaarde die berekend is uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan onder gebruikmaking van de bekende PSF van de scannermiddelen teneinde een berekende pixelwaarde te produceren vanuit de mixelwaarden van de 10 01 289 geïnterpoleerde prototype-scan voor het produceren van een gemodificeerde prototype-scan, en (v) het herhalen van het gebruik van de middelen voor het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan en de middelen voor het 5 bijstellen van de uitgelijnde prototype-scan voor elk van de niet geselecteerde resterende pixelscans onder gebruikmaking van de gemodificeerde prototype-scan als de geïnterpoleerde prototype-scan zodat nadat alle resterende pixelscans zijn verwerkt, de gemodificeerde prototype-scan een rasterscanbeeld van het originele beeld is met 10 verbeterde resolutie.

2. Systeem volgens conclusie 1, verder omvattende registratiemiddelen voor het accepteren vanuit het geheugen van de prototype-scan met verbeterde resolutie en het daaruit produceren van een beeld met verbeterde resolutie. 15 3· Systeem volgens conclusie 1, waarin de volgfouten van een bekende vorm zijn.

4. Systeem volgens conclusie 3, waarin de numerieke processor verder omvat middelen voor het verwijderen van de volgfouten van bekende vorm uit elke van het aantal pixelwaardesets. 20 5· Systeem volgens conclusie 1, waarin de middelen voor het bij stellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan de foutkostfunctie minimaliseren door een iteratief gra-diënt-dalingsalgoritme.

6. Systeem volgens conclusie 1, waarin de middelen voor het uit- 25 lijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan met een geselecteerde pixelscan worden uitgevoerd door het minimaliseren van een afstandsme-triek die representatief is voor het verschil tussen de geselecteerde pixelscan en overeenkomstige mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan. 30 7· Systeem volgens conclusie 6, waarin de afstandsmetriek een kwadratische afstandsmetriek is.

8. Systeem volgens conclusie 6, waarin de afstandsmetriek is gebaseerd op het absolute verschil tussen de geselecteerde pixelscan en overeenkomstige mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan. 35 9· Systeem volgens conclusie 6, waarin de middelen voor het uit lijnen van de prototype-scan met een geselecteerde pixelscan worden uitgevoerd door het maximaliseren van een tweedimensionale kruiscova-riantiefunctie. 10012fcb

10. Systeem voor het produceren van een beeld met verbeterde resolutie vanuit een set van rastergescande beelden met lagere resolutie van een origineel beeld, waarbij het systeem omvat: (a) een scanner met een punt-spreidings-functie (PSF) weergegeven 5 door een set van bekende waarden voor het rasterscannen van het originele beeldvoorwerp en voor het produceren van een uitvoersignaal omvattende een aantal signalen, één voor elke rastergescande representatie van het originele beeld en voorzien van middelen voor het introduceren van volgfouten teneinde adequate variëteit te waarborgen in elke 10 rasterscan van het originele beeld voor efficiënte reconstructie van een rasterscanbeeld met verbeterde resolutie; (b) omzettermiddelen voor het uniform bemonsteren en kwantiseren van het scanneruitgangssignaal voor het produceren van een aantal pixelwaardesets, één pixelwaardeset voor elk scanneruitgangssignaal; 15 (c) een geheugen voor tijdelijke opslag van het aantal pixelwaar desets dat is geproduceerd door de omzettermiddelen; en (d) een numerieke processor die is gekoppeld aan het geheugen voor toegang tot de opgeslagen pixelwaardesets, voor het opslaan van verwerkte pixelwaardesets en voor het uitvoeren van een opgeslagen 20 beeldresolutieverbeteringsprogramma, waarbij de numerieke processor middelen omvat voor (i) het selecteren van één uit het aantal pixelwaardesets als een prototype-scan uit het geheugen, waarbij naar de niet geselecteerde pixelwaardesets wordt verwezen als resterende pixelscans, 25 (ii) het interpoleren van de pixelwaarden van de prototype-scan teneinde een geïnterpoleerde prototype-scan te produceren met een hogere dichtheid van bemonsterde en gekwantiseerde pixelwaarden, waarbij naar de hogere dichtheid van pixelwaarden wordt verwezen als mixels, 30 (iii) het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan met een geselecteerde pixelscan van de resterende pixelscans, (iv) het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan door het minimaliseren van een foutkost-functie die representatief is voor een verschilmaat tussen een gese-35 lecteerde pixel van de geselecteerde pixelscan en een pixelwaarde dis is berekend uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan onder gebruikmaking van de bekende PSF van de scannermiddelen teneinde een berekende pixelwaarde te produceren uit de mixelwaarden van de 1 0 0 1 289 .’ geïnterpoleerde prototype-scan voor het produceren van een gemodificeerde prototype-scan, waarbij de middelen voor het bijstellen vein de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan middelen omvatten voor 5 (aa) het vormen van overlappende clusterzones uit aangren zende prototype-mixelelementen die zijn vervat binnenin een rechthoekig array, (bb) het vormen van een bijbehorende mixelzonevector, één vector behorend bij elke overlappende clusterzone, voorzien van ele-10 menten overeenkomend met de mixelwaarden van de prototype-scan die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, (cc) het vormen van een zonematrix, waarbij elke rij is voorzien van elementen die representatief zijn voor bekende PSF-waar-den, welke indien vermenigvuldigd met de bijbehorende mixelzonevector 15 een vector produceert met pixelwaarden die representatief zijn voor de pixelelementen die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone , en (dd) het sequentieel oplossen voor elke bijbehorende mixelzonevector onder gebruikmaking van willekeurige overlappende elementen 20 van de bijbehorende mixelzonevector, zoals verkregen, voor het bijwerken van de mixelwaarden van de prototype-scan, en (v) het herhalen van het gebruik van de middelen voor het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan en de middelen voor het bijstellen van de uitgelijnde prototype-scan voor elke van de niet 25 geselecteerde resterende pixelscans onder gebruikmaking van de gemodificeerde prototype-scan als de geïnterpoleerde prototype-scan zodat nadat alle resterende pixelscans zijn verwerkt, de gemodificeerde prototype-scan een rasterscanbeeld is van het originele beeld met verbeterde resolutie.

11. Systeem volgens conclusie 10 verder omvattende registratie middelen voor het uit het geheugen accepteren van de prototype-scan met verbeterde resolutie en het daaruit produceren van een beeld met verbeterde resolutie.

12. Een beeldverbeteringsprocessor voor gebruik met een facsimile 35 punt-van-origine-beeldscanner voor het produceren van een signaal dat representatief is voor een beeld met verbeterde resolutie, waarbij de beeldverbeteringsprocessor is verbonden met de uitgang van de facsimile punt-van-origine-beeldscanner, waarbij de beeldscanneruitvoer wordt 1001289. gerepresenteerd door een aantal bemonsterde en gekwantiseerde raster-scans, waarbij elke bemonsterde en gekwantiseerde rasterscan een set van pixelwaarden vormt, waarbij de beeldverbeteringsprocessor omvat: (a) een geheugen voor tijdelijke opslag van het aantal pixelwaar-5 desets; en (b) een numerieke processor die is gekoppeld aan het geheugen voor toegang tot de opgeslagen pixelwaardesets, voor het opslaan van verwerkte pixelwaardesets en voor het uitvoeren van een opgeslagen beeldresolutieverbeteringsprogramma, waarbij de numerieke processor 10 middelen omvat voor (i) het selecteren van één uit het aantal pixelwaardesets als een prototype-scan uit het geheugen, waarbij naar de niet geselecteerde pixelwaardesets wordt verwezen als resterende pixelscans, (ii) het interpoleren van de pixelwaarden van de prototype-15 scan teneinde een geïnterpoleerde prototype-scan te produceren met een hogere dichtheid van bemonsterde en gekwantiseerde pixelwaarden, waarbij naar de hogere dichtheid van pixelwaarden wordt verwezen als mixels, (iii) het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan 20 met een geselecteerde pixelscan van de resterende pixelscans, (iv) het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan door het minimaliseren van een fout-kostfunctie die representatief is voor een verschilmaat tussen een geselecteerde pixel van de geselecteerde pixelscan en een pixelwaarde 25 die is berekend uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan onder gebruikmaking van de bekende PSF van de scannermiddelen teneinde een berekende pixelwaarde te produceren uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan voor het produceren van een gemodificeerde prototype-scan, waarbij de middelen voor het bijstellen 30 van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan middelen omvatten voor (aa) het vormen van overlappende clusterzones uit aangrenzende prototype-mixelelementen die zijn vervat binnenin een rechthoekig array, 35 (bb) het vormen van een bijbehorende mixelzonevector, één vector behorend bij elke overlappende clusterzone, voorzien van elementen overeenkomend met de mixelwaarden van de prototype-scan die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, 1 0 01 2 8S . (cc) het vormen van een zonematrix, waarbij elke rij is voorzien van elementen die representatief zijn voor bekende PSF-waar-den, welke indien vermenigvuldigd met de bijbehorende mixelzonevector een vector produceert met een pixelwaarde die representatief is voor 5 de pixelelementen die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, en (dd) het sequentieel oplossen voor elke bijbehorende mixelzonevector onder gebruikmaking van willekeurige overlappende elementen van de bijbehorende mixelzonevector, zoals verkregen, voor het bijwer-10 ken van de mixelwaarden van de prototype-scan, en (v) het herhalen van het gebruik van de middelen voor het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan en de middelen voor het bijstellen van de uitgelijnde prototype-scan voor elke van de niet geselecteerde resterende pixelscans onder gebruikmaking van de gemodi-15 ficeerde prototype-scan als de geïnterpoleerde prototype-scan zodat nadat alle resterende pixelscans zijn verwerkt, de gemodificeerde prototype-scan een rasterscanbeeld is van het originele beeld met verbeterde resolutie.

13. Punt-van-origine, facsimile scannersysteem voor beeldverbete-20 ring voor het produceren van een beeld met verbeterde resolutie voor transmissie, waarbij het systeem omvat: (a) een scanner met een bekende punt-spreidings-functie (PSF) voor het rasterscannen van het originele beeldvoorwerp en voor het produceren van een uitvoersignaal omvattende een aantal signalen, één 25 voor elke rastergescande representatie van het originele beeld; (b) omzettermiddelen voor het uniform bemonsteren en kwantiseren van het scanneruitgangssignaal voor het produceren van een aantal pixelwaardesets, één pixelwaardeset voor elk scanneruitgangssignaal; (c) een geheugen voor tijdelijke opslag van het aantal pixelwaar-30 desets dat is geproduceerd door de omzettermiddelen; en (d) een numerieke processor die is gekoppeld aan het geheugen voor toegang tot de opgeslagen pixelwaardesets, voor het opslaan van verwerkte pixelwaardesets en voor het uitvoeren van een opgeslagen beeldresolutieverbeteringsprogramma, waarbij de numerieke processor 35 middelen omvat voor (i) het selecteren van één uit het aantal pixelwaardesets als een prototype-scan uit het geheugen, waarbij naar de niet geselecteerde pixelwaardesets wordt verwezen als resterende pixelscans, 1001 2bi (ii) het interpoleren van de pixelwaarden van de prototype-scan teneinde een geïnterpoleerde prototype-scan te produceren met een hogere dichtheid van bemonsterde en gekwantiseerde pixelwaarden, waarbij naar de hogere dichtheid van pixelwaarden wordt verwezen als 5 mixels, (iii) het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan met een geselecteerde pixelscan van de resterende pixelscans, (iv) het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan door het minimaliseren van een fout- 10 kostfunctie die representatief is voor een verschilmaat tussen een geselecteerde pixel van de geselecteerde pixelscan en een pixelwaarde die is berekend uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan onder gebruikmaking van de bekende PSF van de scannermiddelen teneinde een berekende pixelwaarde te produceren uit de mixelwaarden 15 van de geïnterpoleerde prototype-scan voor het produceren van een gemodificeerde prototype-scan, waarbij de middelen voor het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan middelen omvatten voor (aa) het vormen van overlappende clusterzones uit aangren-20 zende prototype-mixelelementen die zijn vervat binnenin een rechthoekig array, (bb) het vormen van een bijbehorende mixelzonevector, één vector behorend bij elke overlappende clusterzone, voorzien van elementen overeenkomend met de mixelwaarden van de prototype-scan die 25 zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, (cc) het vormen van een zonematrix, waarbij elke rij is voorzien van elementen die representatief zijn voor bekende PSF-waar-den, welke indien vermenigvuldigd met de bijbehorende mixelzonevector een vector produceert met pixelwaarden die representatief zijn voor de 30 pixelelementen die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone , en (dd) het sequentieel oplossen voor elke bijbehorende mixelzonevector onder gebruikmaking van willekeurige overlappende elementen van de bijbehorende mixelzonevector, zoals verkregen, voor het bijwer-35 ken van de mixelwaarden van de prototype-scan, en (v) het herhalen van het gebruik van de middelen voor het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan en de middelen voor het bijstellen van de uitgelijnde prototype-scan voor elke van de niet 1001289. geselecteerde resterende pixelscans onder gebruikmaking van de gemodificeerde prototype-scan als de geïnterpoleerde prototype-scan zodat nadat alle resterende pixelscans zijn verwerkt, de gemodificeerde prototype-scan een rasterscanbeeld is van het originele beeld met 5 verbeterde resolutie.

14. Systeem volgens conclusie 13 verder omvattende middelen voor het verstoren van de scanner door het introduceren van offsetfouten teneinde adequate variëteit te waarborgen in elke rasterscanrepresen-tatie van het originele beeld voor efficiënte reconstructie van een 10 scanbeeld met verbeterde resolutie onder gebruikmaking van een minimum aantal rasterscans voor een gegeven niveau van verbetering.

15. Systeem volgens conclusie 14, waarin de offset-fouten van een bekende vorm zijn.

16. Systeem volgens conclusie 15. waarin de numerieke processor 15 verder omvat middelen voor het verwijderen van de offset-fouten van een bekende vorm uit elk van het aantal pixelwaardesets.

17. Systeem volgens conclusie 13. waarin de middelen voor bijstelling van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan de foutkostfunctie minimaliseren door een iteratief gra- 20 diënt-dalingsalgoritme.

18. Systeem volgens conclusie 13. waarin de middelen voor het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan met een geselecteerde pixelscan worden uitgevoerd door het minimaliseren van een afstandsme-triek die representatief is voor het verschil tussen de geselecteerde 25 pixelscan en overeenkomstige mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan.

19. Systeem volgens conclusie 18, waarin de afstandsmetriek een kwadratische afstandsmetriek is.

20. Systeem volgens conclusie 18, waarin de afstandsmetriek is 30 gebaseerd op het absolute verschil tussen de geselecteerde pixelscan en overeenkomstige mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan.

21. Systeem volgens conclusie 18, waarin de middelen voor het uitlijnen van de prototype-scan met een geselecteerde pixelscan worden uitgevoerd door het maximaliseren van een tweedimensionale kruiscova- 35 riantiefunctie.

22. Beeldverbeteringsprocessorsysteem voor gebruik met een be-stemmings-facsimile-ontvanger voor het produceren van een beeld met verbeterde resolutie vanuit een aantal ontvangen bemonsterde en ge- 10 01 289. kwantiseerde rastergescande beelden met lagere resolutie, waarbij elk bemonsterd en gekwantiseerd rasterscanbeeld wordt gerepresenteerd door een pixelwaardeset, waarbij het beeldverbeteringsprocessorsysteem omvat: 5 (a) een geheugen voor tijdelijke opslag van het aantal pixelwaar- desets; en (b) een numerieke processor die is gekoppeld aan het geheugen voor toegang tot de opgeslagen pixelwaardesets, voor het opslaan van verwerkte pixelwaardesets en voor het uitvoeren van een opgeslagen 10 beeldresolutieverbeteringsprogramma, waarbij de numerieke processor middelen omvat voor (i) het selecteren van één uit het aantal pixelwaardesets als een prototype-scan uit het geheugen, waarbij naar de niet-geselec-teerde pixelwaardesets wordt verwezen als resterende pixelscans, 15 (ii) het interpoleren van de pixelwaarden van de prototype- scan teneinde een geïnterpoleerde prototype-scan te produceren met een hogere dichtheid van bemonsterde en gekwantiseerde pixelwaarden, waarbij naar de hogere dichtheid van pixelwaarden wordt verwezen als mixels, 20 (iii) het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan met een geselecteerde pixelscan van de resterende pixelscans, (iv) het bijstellen van de mixelwaarden vein de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan door het minimaliseren van een fout-kostfunctie die representatief is voor een verschilmaat tussen een 25 geselecteerde pixel van de geselecteerde pixelscan en een pixelwaarde die is berekend uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan onder gebruikmaking van de bekende PSF van de scannermiddelen teneinde een berekende pixelwaarde te produceren uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan voor het produceren van een 30 gemodificeerde prototype-scan, waarbij de middelen voor het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan middelen omvatten voor (aa) het vormen van overlappende clusterzones uit aangrenzende prototype-mixelelementen die zijn vervat binnenin een rechthoe-35 kig array, (bb) het vormen van een bijbehorende mixelzonevector, één vector behorend bij elke overlappende clusterzone, voorzien van elementen overeenkomend met de mixelwaarden van de prototype-scan die 10012fc3. zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, (cc) het vormen van een zonematrix, waarbij elke rij is voorzien van elementen die representatief zijn voor bekende PSF-waar-den, welke indien vermenigvuldigd met de bijbehorende mixelzonevector 5 een vector produceert met pixelwaarden die representatief zijn voor de pixelelementen die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, en (dd) het sequentieel oplossen voor elke bijbehorende mixelzonevector onder gebruikmaking van willekeurige overlappende elementen 10 van de bijbehorende mixelzonevector, zoals verkregen, voor het bijwer-ken van de mixelwaarden van de prototype-scan, en (v) het herhalen van het gebruik van de middelen voor het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan en de middelen voor het bijstellen van de uitgelijnde prototype-scan voor elke van de niet 15 geselecteerde resterende pixelscans onder gebruikmaking van de gemodificeerde prototype-scan als de geïnterpoleerde prototype-scan zodat nadat alle resterende pixelscans zijn verwerkt, de gemodificeerde prototype-scan een rasterscanbeeld is van het originele beeld met verbeterde resolutie.

23. Beeldverbeteringsprocessorsysteem volgens conclusie 22, waar in de middelen voor het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïntegreerde prototype-scan de foutkostfunctie minimaliseren met behulp van een iteratief gradiënt-dalingsalgoritme.

24. Beeldverbeteringsprocessorsysteem volgens conclusie 22, waar-25 in de middelen voor het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan met een geselecteerde pixel-scan worden uitgevoerd door het minimaliseren van een afstandsmetriek die representatief is voor het verschil tussen de geselecteerde pixelscan en overeenkomstige mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan.

25. Beeldverbeteringsprocessorsysteem volgens conclusie 22, waar in de middelen voor het uitlijnen van de prototype-scan met een geselecteerde pixelscan worden uitgevoerd door het maximaliseren van een tweedimensionale kruiscovariantiefunctie.

26. Werkwijze voor het produceren van een beeld met verbeterde 35 resolutie vanuit een aantal rasterscanbeelden met lagere resolutie die zijn geproduceerd door een scanner met een bekende punt-spreidings-functie (PSF), elk gerepresenteerd door een set van uniform bemonsterde en gekwantiseerde pixelwaarden, waarbij de werkwijze de volgende 1001289. stappen omvat: (a) het opslaan van het aantal rasterscanbeelden met lagere resolutie; (b) het selecteren van één uit het aantal pixelwaardesets als een 5 prototype-scan uit het geheugen, waarbij naar de niet geselecteerde pixelwaardesets wordt verwezen als resterende pixelscans, (c) het interpoleren van de pixelwaarden van de prototype-scan teneinde een geïnterpoleerde prototype-scan te produceren met een hogere dichtheid van bemonsterde en gekwantiseerde pixelwaarden, waar- 10 bij naar de hogere dichtheid van pixelwaarden wordt verwezen als mixels, (d) het uitlijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan met een geselecteerde pixelscan van de resterende pixelscans, (e) het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïn- 15 terpoleerde prototype-scan door het minimaliseren vein een foutkost- functie die representatief is voor een verschilmaat tussen een geselecteerde pixel van de geselecteerde pixelscan en een pixelwaarde die is berekend uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan onder gebruikmaking van de bekende PSF van de scannermiddelen teneinde 20 een berekende pixelwaarde te produceren uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan voor het produceren van een gemodificeerde prototype-scan, waarbij de stappen van het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan omvatten 25 (i) het vormen van overlappende clusterzones uit aangren zende prototype-mixelelementen die zijn vervat binnenin een rechthoekig array, (ii) het vormen van een bijbehorende mixelzonevector, één vector behorend bij elke overlappende clusterzone, voorzien van ele- 30 menten overeenkomend met de mixelwaarden van de prototype-scan die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, (iii) het vormen van een zonematrix, waarbij elke rij is voorzien van elementen die representatief zijn voor bekende PSF-waar-den, welke indien vermenigvuldigd met de bijbehorende mixelzonevector 35 een vector produceert met pixelwaarden die representatief zijn voor de pixelelementen die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, en (iv) het sequentieel oplossen voor elke bijbehorende mixel- 1001289. zonevector onder gebruikmaking van willekeurige overlappende elementen van de bijbehorende mixelzonevector, zoals verkregen, voor het bijwerken van de mixelwaarden van de prototype-scan; en (f) het herhalen van het gebruik van de stap van het uit-5 lijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan en de stap van het bijstellen van de uitgelijnde prototype-scan voor elke van de niet geselecteerde resterende pixelscans onder gebruikmaking van de gemodificeerde prototype-scan als de geïnterpoleerde prototype-scan zodat nadat alle resterende pixelscans zijn verwerkt, de gemodificeerde 10 prototype-scan een rasterscanbeeld is van het originele beeld met verbeterde resolutie.

27· Werkwijze volgens conclusie 26, waarin de bekende punt-sprei-dings-functie (PSF) wordt geschat uit willekeurige bekende fysieke kenmerken van de scanner.

28. Werkwijze volgens conclusie 26, verder omvattende: het meer dan eenmaal scannen van een origineel beeld met een scanner voorzien van een bekende punt-spreidings-functie (PSF), en het verstoren van de scanner met offset-fouten van bekende vorm.

29. Werkwijze volgens conclusie 28, verder omvattende de stap van 20 het verwijderen van alle bekende offset-fouten uit het aantal opgeslagen rasterscanbeelden met lagere resolutie.

30. Werkwijze volgens conclusie 29, waarin de stap van het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan de foutkostfunctie minimaliseert door gebruikmaking van een 25 iteratief gradiënt-dalingsalgoritme.

31. Werkwijze volgens conclusie 28, waarin de stap van het verstoren van de scanner met offset-fouten deze respectievelijk vaste horizontale en verticale verplaatsingen zijn, die verschillen voor elke rasterscan.

32. Werkwijze volgens conclusie 26, waarin de stap voor het uit lijnen van de geïnterpoleerde prototype-scan met een geselecteerde pixelscan wordt uitgevoerd door het minimaliseren van een afstandsme-triek die representatief is voor het verschil tussen de geselecteerde pixelscan en overeenkomstige mixelwaarden van de geïnterpoleerde pro-35 totype-scan.

33· Werkwijze volgens conclusie 26, waarin de stap voor het uitlijnen van de prototype-scan met een geselecteerde pixelscan wordt uitgevoerd door het maximaliseren van een tweedimensionale kruiscova- 1001289Γ riantiefunctie. 3^. Werkwijze voor het reconstrueren van vaak gebruikte karakters uit rastergescande documenten omvattende meerdere voorbeelden van de vaak gebruikte karakters, waarbij de werkwijze de volgende stappen 5 omvat: (a) het rasterscannen van ten minste één document omvattende meerdere voorbeelden van elk karakter dat moet worden gereconstrueerd onder gebruikmaking van een scanner met bekende punt-spreidings-func-tie (PSF) en het produceren van een uniform bemonsterde en gekwanti- 10 seerde pixelrasterscan; (b) het opslaan van elke gescande pixelrasterscan; (c) het selecteren van een set van gescande voorbeelden van een gegeven karakter uit één of meer pixelrasterscans; (d) het selecteren van één van de set van gescande voorbeelden 15 als een prototype van het gegeven karakter; (e) het interpoleren van het prototype van een gegeven karakter teneinde een mixelbeeld met hoge resolutie van het prototype te produceren; (f) het uitlijnen van het geïnterpoleerde prototype met een res-20 terend gescand voorbeeld van een geselecteerde set van gescande voorbeelden van het gegeven karakter; (g) het bijstellen van de mixelwaarden van het uitgelijnde geïnterpoleerde prototype door het berekenen van een pixelwaarde onder gebruikmaking van de bekende PSF als een convolutie-kemel en het 25 vergelijken van de berekende pixelwaarde met de overeenkomstige pixelwaarde van het gescande voorbeeld van het gegeven karakter voor het produceren van een bijgewerkt prototype-karakter met verbeterde resolutie; (h) het herhalen van stappen (f) en (g) voor alle verzekerde 30 voorbeelden die zijn geselecteerd in stap (c); en (i) het gebruiken van het bijgewerkte prototype-karakter, nadat alle gescande voorbeelden die zijn geselecteerd in stap (c) zijn verwerkt in stappen (f) en (g) als het gereconstrueerde gegeven karakter,

35· Werkwijze volgens conclusie 3^. waarin de bekende PSF wordt 35 geschat uit willekeurige bekende fysieke kenmerken van de scanner.

36. Werkwijze volgens conclusie 3*·. verder omvattende het van een drempelwaarde voorzien van het gereconstrueerde gegeven karakter voor het produceren van een verscherpt karakterbeeld. 100128e.

37· Werkwijze volgens conclusie 34, waarin de stap van het ras-terscannen verder omvat het introduceren van volgfouten teneinde adequate variatie te waarborgen in elke rasterscan van het originele beeld voor efficiënte reconstructie van een rasterscanbeeld met verbe-5 terde resolutie.

38. Werkwijze volgens conclusie 34, waarin de stap van het bijstellen van de mixelwaarden van het uitgelijnde geïnterpoleerde prototype een iteratief gradiënt-dalingsalgoritme gebruikt.

39- Werkwijze volgens conclusie 34, waarin de stap van het bij-10 stellen van de mixelwaarden van het uitgelijnde geïnterpoleerde prototype omvat het bijstellen van de mixelwaarden van de uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan door het minimaliseren van een foutkost-functie die representatief is voor een verschilmaat tussen een geselecteerde pixel van de geselecteerde pixelscan en een pixelwaarde die 15 is berekend uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan onder gebruikmaking van de PSF vein de scanner teneinde een berekende pixelwaarde te produceren uit de mixelwaarden van de geïnterpoleerde prototype-scan, voor het produceren van een gemodificeerd prototype-scan, waarbij de stappen van het bijstellen van de mixelwaarden van de 20 uitgelijnde geïnterpoleerde prototype-scan omvatten: (a) het vormen van overlappende clusterzones uit aangrenzende prototype-mixelelementen die zijn vervat binnenin een rechthoekig array, (b) het vormen van een bijbehorende mixelzonevector, één vector 25 behorend bij elke overlappende clusterzone, voorzien van elementen overeenkomend met de mixelwaarden van de prototype-scan die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, (c) het vormen van een zonematrix, waarbij elke rij is voorzien van elementen die representatief zijn voor bekende PSF-waarden, welke 30 indien vermenigvuldigd met de bijbehorende mixelzonevector een vector produceert met pixelwaarden die representatief zijn voor de pixelele-menten die zijn omvat door de bijbehorende overlappende clusterzone, en (d) het sequentieel oplossen voor elke bijbehorende mixelzonevec-35 tor onder gebruikmaking van willekeurige overlappende elementen van de bijbehorende mixelzonevector, zoals verkregen, voor het bijwerken van de mixelwaarden van de prototype-scan. 1001289.