TWI358228B - Halftone screen frequency and magnitude estimation - Google Patents

Description

1358228 九、發明說明： 本申請案係關於在相同時間所提出之美國申請案（代理 人案件編號 117544、 117521、 117745、 117746、 117747、 ' 117748、118584、1 1 8 5 9 1及1 1 860 1 )以及以提及方式倂入其 - 整個內容。 本申請案係有關於下面發明名稱”文件之去網紋 (Digital De-Screening of Documents)”之相互關連申請案第 10/187，499號（代理人案件編號D/A 1270)、發明名稱"用於文 件之數位去網紋的控制系統（Control System for Digital - De-Screening of Documents)"之相互關連申請案第 10/1 88,026(代理人案件編號D/A1 270Q)、發明名稱”用於文 件之混合光珊內容表不的動態臨界系統（Dynamic Threshold System for Multiple Raster Content(MRC) Representation of Documents)"之相互關連申請案第1〇/188,277(代理人案件 編號D/A1271Q)、"文件之混合光柵內容表示的分離系統 (Separation System for Multiple Raster Content (MRC) ® Representation of Documents"之相互關連申請案第 1 0/ 1 8 8,1 5 7 (代理人案件編號D/Al 27 1Q1)及”用於混合光柵 內容表不TIFT及PDF之分割技術（Segmentation Technique for Multiple Raster Content (MRC) TIFT and PDF)"之相互 關連申請案第60/393，244號（代理人案件編號D/A2303P)， 上述所有相互關連申請案係在2002年7月1日所提出及共 同讓與給本案受讓人，在此以提及方式倂入其內容。 【發明所屬之技術領域】 1358228 本發明大體上係有關於影像處理之方法及系統，以及更 特別地係有關於已過網文件之數位去網紋的方法及系統。 【先前技術】 - 除鹵化銀攝影之外，幾乎所有印刷品係使用半色調網屏 .. (halftone screen)來列印。評估半色調頻率及大小之需求係 導因於幾乎所有印刷品（除像熱昇華（dye-sublimation)或鹵 化銀攝影（silver-halide photography)之一些圖案外）係使用 半色調網屏來列印。這些半色調係特別用於列印裝置，以及 • 當過網及再次半色調時，如果沒有適當去除的話，可能造成 - 可見假像及/或不可接收之莫爾條纹（ΜοίΓέ patterns)。因爲 . 通常是以四個或更多個包括稍微不同網屏之色彩分割在不 同角度及/或頻率下列印彩色文件以及可能因互相影響而造 成不希望之空間假像，所以半色調之抑制對於彩色文件是特 別重要的。 原始半色調網屏之成功去除係依據精確地評估區域頻 率（local frequency)之能力而定。因此，需要一種用於評估 W 半色調網屏頻率及大小之改善方法及裝置。 【發明內容】 揭露一種用以從已掃描文件評估半色調網屏同時保持 文字及黑白影像（line-art)之品質及銳利度的極有效方法及 系統。 本發明揭露一種網屏評估模組，其僅使用單一頻道之影 像資料處理以針對下游影像處理特別是影像之半色調信號 的去網紋產生一網屏頻率評估。 1358228 雖然僅使用一個頻道，但是該網屏評估模組可產生該半 色調網屏頻率之高品質及可靠之評估。因爲當對比較低或接 近零時’該頻率評估係依據一高度過濾影像信號及可以不是 \ ~精確頻率測量，所以單一頻道網屏頻率評估係足夠的。然 - 而，當對比較低時，在輸入影像中測量最小半色調雜訊及下 游處理並不需知道其精確頻率。在此情況中可將寬廣範圍之 平滑影像邊緣效應（edge-sharpening effects)應用至該影像 資料，而不會使不希望假像惡化。當對比較高時，該頻率評 ® 估係依據該影像中所發生之半色調頻率的可靠測量。因此， 全部範圍之影像對比皆可使用單一蘋道網屏頻率評估。 . 因爲僅使用單一頻道，所以本發明之實施可大大地節省 成本、功率及裝置封裝尺寸。本發明之特別有效的情況是在 300-600 dpi之解析度的範圍中。 從下面本發明之詳細描述將可清楚理解本發明之特徵 及優點。 【實施方式】 • 描述用於已描述文件之數位去網紋的新方法及裝置，以 便刪除或大致上減少潛在半色調干擾及討厭的莫爾條纹。現 在參考第1圖，藉由單一頻道網屏評估模組SEM 40來表示 本發明之方法及系統的方塊圖。該網屏評估模組40係用以 評估在所感興趣之目前像素上的瞬間半色調頻率。該網屏評 估模組40對一 8-位元原始影像Src 28實施操作及產生一 8-位元半色調評估Scm 72。 評估該半色調頻率及大小之需求係導因於幾乎所有印 -7- 1358228 刷品（除像熱昇華或鹵化銀攝影之一些圖案外）係使用半色 調網屏來列印。這些半色調係特別用於列印裝置，以及當針 對列印實施過網及再次半色調時，如果沒有適當去除的話， *' 可能造成可見假像及/或不可接收之莫爾條纹（Moird - Patterns)。一如同在申請人之相關連申請案（代表人案件編號 1 1 859 1)中所述之去網紋模組（DSC)依據該網屏評估模組所 產生之資訊，以便從該原始過網影像刪除（過濾掉）原始半色 調圖案。因爲通常是以四個或更多個包括稍微不同網屏之色 ® 彩分割在不同角度及/或頻率下列印彩色文件以及可能因互 相影響而造成不希望之空間假像，所以半色調之抑制對彩色 . 文件係特別重要的。 習知技藝網屏評估模組在不同靈敏度之位準上使用高 達三個頻率通道。爲了全原始解析度上之最大頻率靈敏度來 調節一上頻道以及因而該上頻道用以得出該網屏頻率評估 信號。然而，此頻道係非常靈敏的及通常甚至在該網屏非常 弱時亦可通報頻率之存在。因此，藉由一網屏大小Scm 72 ® 額外限定該網屏頻率。 爲了適度頻率靈敏度調節第1圖之信號頻道40及該信 .號頻道40係在該全原始解析度下操作。從該信號頻道所產 生之頻率評估之分析獲得該網屏頻率信號Scm 72。 該單一頻道40係由一將在下面描述之最小-最大結構偵 測器MM3 32所構成，在該最小-最大結構偵測器MM3 3 2以 後爲一平均濾波器42。該單一頻道MM3 32對該單一頻道 8 -位元進入原始信號S rc 2 8實施操作。該最小·最大結構偵 -8- 1358228 測器MM3 32用以尋找在2D輸入信號中之峰値及谷値。該 最小-最大偵測器單元將詳細說明於下。該單元基本上檢查 一以所感興趣之目前像素爲中心的3x3窗口之內容及使用適 ' 應定限來分析是否該中心像素明顯比八個包圍之相鄰像素 - 大或小。如果是，則將該中心像素視爲峰値（如果比較大）或 谷値（如果比較小）。藉由計數每單位面積之峰値及谷値的數 目，可獲得該區域頻率之測量。 該MM3單元輸出32只具有1-位元之精確度，但是可在 ® 第一隨後過濾級之前藉由一結構因數DotGain來調整。該單 元對該輸入信號之一個或多個色彩頻道實施操作。然而，在 . 此實施例中，只使用一亮度頻道。注意的是，藉由調整該級 之正規化因數可將該濾波器輸出之調整延緩至該第一隨後 濾波器之正規化步驟。 該MM3最小-最大偵測器32之輸出經過不同的平均及 次取樣濾波器。爲了避免該次取樣之別名問題，該空間濾波 器間距在每一情況中係兩倍於該子取樣比減1。 ® 同樣地，將該單一頻道MM3 3 2輸出施加至一串列之兩 個三角2D子取樣濾波器一F 31/16濾波器42及F3/2濾波器 46。在每一方向上藉由3 2x因數來次取樣該等串列濾波器單 元之輸出（在該第一濾波器爲16x及在該第二濾波器爲2x)。 在該單一頻道40中，將該1/16析解信號之樣本傳送至 MX3單元44。此單元實施一3x3最大運算（灰階擴張（gray dilation))。將輸出傳送至該二維線性內插單元BIU 54之b 輸入。 -9- 1358228 該信號頻道包含一額外平滑/平均F5單元64級，用以 減少空間雜訊。該F5單元64係一5x5三角形加權（非次取 樣）濾波器。將此單元之過濾輸出傳送至該二維線性內插單 - 元BIU 54之輸入。亦將該輸出傳送至一 C3對比單元48， 其該C3對比單元48在一以該目前像素爲中心之3x3窗口中 搜尋最大差異。該C3輸出成爲該BIU單元54之c輸入。 將由信號頻道40所產生之三個信號傳送至該BIU單元 54。此單元實施二維線性內插以使該次取樣輸入解析度回到 # 該原始解析度。該等a及cBIU輸入處於1/32解析度，以及 . 該b輸入處於1/16解析度。該內插單元之輸出頻寬大致上 高於輸入。例如：由於上述3 2x之因數，該內插單元針對每 一輸入像素產生1〇24個輸出像素。 該二維線性內插單元54之輸出係該8-位元評估網屏大 小信號Scm 72。將該8-位元評估網屏大小信號Scm 72輸出 至一去網紋模組DSC 5 8及一分段模組SEG 56。以下提供該 單一頻道網屏評估模組40之各種元件的更詳細說明。 ® 第2圖描述各種濾波器單元之一維濾波器響應，以及第 3-5圖描述各種單元之二維濾波器響應。這些濾波單元係用 以平滑或平均該等輸入以去除高的頻率。每一濾波器單元達 成一方形可分離且對稱2D FIR(有限脈衝響應（finite impulse response))濾波器。該濾波器響應在水平及垂直方向 係相同的。如果該濾波器之輸入係一色彩信號，則將該相同 濾波器響應個別應用至每一色彩組成。該1D濾波器60響應 具有一對稱三角形形狀，其具有如第2圖所示之整數係數。 -10- 1358228 爲了易於實行選擇該特別濾波器形狀（然而可包含任何其它 濾波器形狀）。 將該一般濾波器形式稱爲一Fn/k濾波器，其中η係該 - 濾波器大小（在X或y中之全部間距）及k係應用至每一方向 .. 中之過濾輸出的次取樣的數量。當k=l時，省略該次取樣因 數k。注意的是，在此文件中，假設該濾波器間距η爲奇數 (η = 1, 3，5,…），以便該2D濾波器響應在該有效中心像素位 置上具有一明確峰値。 # 該1D及2D濾波器響應之範例係描述於第1及2圖中。 第2圖顯示F3及F11之未正規化1D濾波器60響應，以及 第3至5圖分別顯示F3 62、F5 64及F7 66之未正規化2D 係數結果。 因爲該濾波器係可分離的，所以可藉由在水平及垂直方 向上串接兩個1D濾波器來達成該2D濾波器響應。雖然該 等濾波器皆在全輸入資料速率下操作，但是在每一方向可藉 由一 k因數來次取樣該輸出。在許多情況中，雖然並非經常， # 但是該濾波器大小η及該次取樣因數k滿足下列關係： n = 2 * k-1 此表示有關該次取樣區域之5 0%覆蓋重疊。作爲一範 例，最小3x3濾波器F3 62之全部2D響應爲： V 2 '1 2 Γ 2 4 2 _1_ 16 1 2 2_

F 16 1358228 較大濾波器同樣地描述。因爲這些濾波器係可分離的， 所以最好以兩個彼此正交之1D步驟來達成這些濾波器。藉 由係數之總和來正規化每一濾波器輸出，以使其符合8-位元 範圍。一些濾波器（例如：F3濾波器62)具有一爲2的次方之 - 加權總和。因爲除法可僅以2個迴圈右移位來達成，所以這 些濾波器在正規化步驟中不需要除法。例如：該F3濾波器62 具有總1 D加權1 +2 + 1 =4。此加權之迴圈除法能以加2之後 向右移2位來完成。 Φ 正規化結果=(總和+2)>>2 一般，當要求迴圈運算時，通常藉由在實施移位前加入 .一半除數來實施。因爲在2的補數編碼之二進位數上所實施 之右移位同等於地板函數floor(分子/2Λ位移），所以加入一 半除數造成對符號及無符號分子取得最近整數。 當一濾波器之總加權沒有加至2之次方時，藉由與兩個 數値之比率相乘來近似以避免運算密集除法運算，其中分母 爲-2之次方。 ® 該次取樣濾波器F3/2、F15/8、F31/16及F63/32皆具有 2之次方的1D加權：分別爲464,256及1024。因而，正規化 僅是一迴圈右移位。該F5濾波器64具有9之1D加權及可 在9個位置之迴圈右移位前藉由與57相乘來近似。注意的 是，X與57相乘可藉由使用如下所示之移位/加法/減法運算 來完成而不需使用一變數乘法： x*57=x<<6-x<<3+x 參考第6A及6B圖，該單一頻道中所使用之MX3單元 -12- 1358228 44在一以該所感興趣之目前像素74爲中心的3x3窗口中搜 尋最大値。該輸入爲一8 -位元信號。在該3x3窗口之9個像 素中實施該最大値之捜尋。此灰階擴張模組產生一 8-位元輸 ·- 出，其係由在該搜尋窗口之邊界中所發現的最大像素値76 .. 所構成。該MX3最大演算法係描述於第6B圖中。 現在參考第7A及7B圖，這些C3對比模組48係設計 用以在輸入上測量區域對比之量。該對比係界定成爲在以該 所感興趣之目前像素74爲中心的窗口中最大與最小像素値 # 間之差。該C3對比單元48使用一以該所感興趣之目前像素 74爲中心的3x3之窗口大小。該對比單元之輸入係一 8-位 元信號。該對比模組48產生一8-位元單色輸出（信號頻 道）84。該C3對比單元48之操作係描述於第7B圖中。該操 作如下：針對每一像素位置，爲了最大及最小像素値獨立地 搜尋一 3x3窗口之內容。將該輸出對比値界定爲： 對比=最大-最小 因爲對於一無符號8-位元輸入信號而言最大及最小像 # 素値經常位於〇與25 5之間，所以保證該對比是在[0 — 2 5 5] 範圍中，以及不需要特定之正規化。 該最小-最大偵測模組32係用以在該輸入信號中尋找峰 値及谷値。藉由計數每單位面積中峰値及谷値之數目，可獲 得該區域頻率之測量。 該MM3單元32對一單一成分灰階源實施操作。在下面 邏輯之後，該單元利用3x3窗口以指示該中心像素相對於其 它8個相鄰像素何時處於極端値（峰値或谷値）。該最小-最大 -13- 1358228 偵測單元3 2之輸出係一指示該對應Src像素處於一極端値 狀態的1-位元信號（亦可擴展至其它色彩頻道）。 該MM3最小-最大偵測結構係描述於第8圖中。對每一 像素分析包圍該像素（該所感興趣之目前像素）之8個像素的 外環。如第8圖所示，進一步將該8個外圍像素分割成兩組 (每一組有4個像素）。使該外環成爲兩組之分割對減少在偵 測直線區段爲半色調中之假警報的可能性是有用的（因爲通 常大部分所遇到之半色調可能是群集點）。 針對每一組，像素値在該組之構件78及86間比較，以 在每一組中獨立地決定最小及最大値：

Amax = max(Aij);對屬於A組之所有（i，j)

Amin = min(Aij);對屬於A組之所有（i，j) B^^maxiBij);對屬於B組之所有（i，j)

Bmin = min(Bij);對屬於B組之所有（i，j) 依此計算，該整個外環及總最小値。然後使用該總最小 値及2個結構參數計算雜訊（Noise)位準。

Noise = ConThr + X*NoiseFac/256 如果該中心像素74値X[明顯地]大於任一組之最大像 素値，則將該中心像素74値X界定成爲峰値：

If[(Amax + Noise<X)AND(Bmax^X)]return(l) 同樣地，如果該中心像素74値X[明顯地]小於任一組之 最小像素値，則將該中心像素74値X界定成爲谷値： If[(Amin>X + Noise)AND(Bmin2 X)]return(l) 上述方程式決定兩種情況，其中將該3x3偵測窗口之輸 -14- 1358228 • t 出設定爲i;在所有其它情況中，將該輸出設定爲〇。 該單一頻道網屏評估模組SEM利用一二維線性內插單 元BIU。該二維線性內插單元BIU內插（上取樣）該信號以回 ' 到該原始解析度。藉由在每一方向上以32之因數來上取樣 .. 該輸入信號，以將其還原成爲該原始解析度。每一內插單元 實施二維線性內插，基本上針對每一原始像素產生 32*32= 1 024像素。該二進線性內插之步階大小爲該原始像 素格爲1/3 2nd。下面段落更詳細描述二維線性內插單元。 • 該二維線性內插單元BIU54之結構係顯示於第10圖 中。該二維線性內插單元對該單一頻道40中所產生之3個 信號94、96及98實施操作。 如第10圖所見，該二維線性內插單元54係由兩個內插 級100及102所構成。第一級包括在每一方向上藉由2x對 該A5 94及C 5 9 8之內插。該內插100使用一簡單二維線性 內插技術。該A5輸入94對應於該F5濾波器64單元之輸出》 注應的是，第1〇圖中之下標對應於次取樣之位準。該下標5 ® 表示該信號已藉由1/2之因數次取樣5次（總共1/32)。該C5 輸入98對應於該等3x3對比單元之輸出。如第1圖所示， 這兩個輸入已事先在每一方向上藉由3 2x之因數來次取樣。 在內插之後，藉由W16來次取樣該第一級內插之八4及C4 輸出。它相同於該B4輸入96之次取樣位準。現在可計算 BmA4(B4減A4之差信號104)。以一大小細混合因數MFB 3 乘以BmA3，其中該大小細混合因數MFB3係藉由將C4施加 至 MagFineBlenVsCon 函數 106 所產生。BmAxC/j 信號係 BmA4 -15- 工358228 4 與MFB4相乘108及右移位8個位元之結果。在110中將該 BmAXC4信號力口至A4 ,以依據該頻道產生ΗΙ4或L04信號。 然後將結果饋入該16x二維線性內插單元112，其依據該頻 '· 道產生低（Lo)或高（Hi)位準輸出。 .. 上述MagFineBlenVsCon函數106係一可程式化函數。 在一實施例中，可容易將該典型MagFineBlenVsCon函數106 計算成爲y = (x-16)*12，其中在0及192間控制其輸出。下 面程式倂入MagFineBlenVsCon函數106之典型結構値。 鲁 Bm A4 = B4-A4 MFB4 = MagFineBlendVsCn3(C4)=niax(0,min(l 92,(C4-1 6)* 12)) BmAxC4 = (BmA4*MFB4)>>8 上述針對mfb4所界定之函數關係係有助於確保該單一 頻道40之成功操作。該關係界定一線性曲線，其開始於1 6、 具有12之斜率及在192載止成爲零。此關係確保該控制信 號調整a及b之混合，以便當該對比增加時，從該MX3 44 所獲得友因而係在一3x3像素窗口中所發生之頻率的測量之 φ B的比例亦會增加。 如果該對比非常低，則該二維線性內插模組依據該A輸 入輸出一信號，其係高過濾影像信號。如果該對比較大，則 朝該B成分進一步加權該輸出信號，其係該頻率測量。因 此，因爲當該輸出信號S cm較小時，其表示出現相對小量之 半色調雜訊及下游處理不需要其頻率之精確測量，所以可單 獨使用該輸出信號Scm而不需額外大小評估。然而’當該輸 出信號Scm較大時，它主要依據該頻率測量，以及因而它是 -16- 1358228 該影像中所呈現之半色調頻率的可靠評估。 雖然已詳細描述及在所附圖式中顯示特定示範性實施 例，但是熟習該項技藝者將知道本發明並不局限於所述之實 - 施例，以及可在不脫離本發明之寬廣範圍內對上述本發明之 .. 實施例實施各種修改。因此，將可了解本發明並不局限於所 揭露之特定實施例或配置，而是意欲涵蓋所附申請專利範圍 所界定之本發明的範圍及精神內之任何變化、調適或修改。 【圖式簡單說明】 ♦ 第1圖係單一頻道網屏評估模組之系統的方塊圖。 - 第2圖描述各種濾波器單元之一維濾波器響應。 第3-5圖描述各種單元之二維濾波器響應。 第6A及6B圖描述一典型3x3最大模組結構。 第7A及7B圖描述一典型3x3對比模組結構。 第8圖顯示在3x3窗口中之最小-最大偵測結構。 第9A及9B圖描述單一內插單元。 第10圖係一二維線性內插單元之結構的方塊圖。 ® 第11圖描述一網屏頻率評估方程式。 【主要元件符號說明】 28 8 -位元原始影像 32 最小-最大結構偵測器 40 單一頻道網屏評估模組 42 平均濾波器’ F3 1/16濾波器 44 MX3單元 46 F3/2濾波器 -17- C3對比單元 二維線性內插單元 分段模組 去網紋模組 F3濾波器 平滑/平均F5單元 8 -位元半色調評估 目前像素 最大像素値 8-位元單色輸出 信號 信號 信號 內插級 內插級 B4減A4之差信號 MagFineBlenVsCon 函數 相乘 相力口 16x二維線性內插單元

Claims (1)

1358228 __ -j w日修正本 · . ______i 修正本 ' 第094103886號「用於文件之數位去網紋的半色調網屏 頻率與大小評估」專利案 (201 1年9月1曰修正） 十、申請專利範圍： - 1 · 一種用以從影像資料評估一半色調網屏頻率之單一通 道方法，包括： 以一因數來乘一頻率測量信號； 將該被乘頻率測量信號加至一影像資料信號，以產 ®生-輸出信號； 依據一控制信號調整與該頻率測量信號相乘之因數 ，其中該控制信號係依據該影像資料之特性； 内插該輸出信號以產生該半色調網屏頻率評估；以 及 從該影像資料減去一頻率信號以產生該頻率測量信 號。 2. —種用以評估一半色調網屏頻率之裝置，包括： ® 一乘法器，使一因數乘一頻率測量信號； 一組合器，將該被乘頻率測量信號與一影像資料信 號組合，以產生一輸出信號； 一調整器，依據一控制信號調整與該頻率測量信號 相乘之因數，其中該控制信號係依據該影像資料之特 性； 一内插器，用以内插該輸出信號以產生該半.色調網 屏頻率評估；以及 一減法模組，用以從該影像資料減去一頻率測量以 1358228 修正本 產生該頻率測量信號。 3.—種用以評估一半色調網屏頻率之單一通道裝置，包 括： 用以測量一影像資料之對比之裝置； 用以調整一與該頻率測量信號相乘之因數基於該測 量後之對比之裝置； 用以將該被乘頻率測量信號與一影像資料信號組合 以產生一輸出信號之裝置； 用以内插該半色調網屏頻率之裝置；以及 用以從該影像資料信號減去一頻率測量以產生該頻 率測量信號之裝置。

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