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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bildverarbeitung von
in Pixel aufgelösten
Bildern, spezieller auf die Bewertung, ob ein in Pixel aufgelöstes Bild
ein Monochrombild oder ein Farbbild ist. Das Bildverarbeitungssystem
kann ein Einzelsystem und/oder Teil eines Abtast- und/oder Bildaufzeichnungs-
und/oder Druck- und/oder Kopiersystems sein.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ein
Pixelbild ist ein digitales Bild oder Dokument, das aus Pixeln (Bildelementen)
aufgebaut ist. Es gibt zahlreiche Wege, ein Pixelbild zu erzeugen, z.B.
durch Abtasten eines Originals mit Hilfe eines Scanners oder durch
Erzeugen von Standbildern unter Verwendung einer digitalen Kamera
oder einer Videokamera. Neben Pixelbildern, die von einem Scanner
oder einer digitalen Kamera erzeugt wurden und die gewöhnlich in
einem Bitmap-Format oder einem komprimierten Bitmap-Format vorliegen,
können dem
Bildverarbeitungssystem auch künstlich,
z.B. von einem Computerprogramm erzeugte digitale Bilder oder Dokumente
angeboten werden. Die letzteren Bilder liegen gewöhnlich in
einem strukturierten Format vor, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eines
Seitenbeschreibungssprachen-Formats (PDL) und eines erweiterten
Markierungssprachen-Formats (XML). Beispiele für ein PDL-Format sind PDF (Adobe),
PostScript (Adobe) und PCL (Hewlett-Packard). Diese strukturierten
Bilder lassen sich durch einen Rasterbildprozessor leicht in Pixelbilder
konvertieren. Die Pixelbilder können
Farbdaten enthalten, einschließlich
Farbbilddaten, Farbfehlern, wie sie z.B. durch Abtastung eines Schwarz/Weiß-Bildes
mit einem Farbscanner entstehen, oder Farb-Hintergrunddaten, z.B.
wenn ein auf einen farbigen Hintergrund gedrucktes Original mit
einem Farbscanner abgetastet wird. Für jedes Pixelbild oder Teile
davon muß das Bildverarbeitungssystem
entscheiden, ob es sich um ein Monochrombild oder ein Farbbild handelt.
Die Verläßlichkeit
und Qualität
dieser Bewertung ist aus zahlreichen Gründen wichtig, die sich auf
die nachfolgende Verarbeitung des Bildes beziehen. Einer dieser
Gründe
ist z.B. die Bildverarbeitungszeit und die Speicherzuweisung, insbesondere
bei der Speicherung der Pixelbilder. Wenn ein Monochrombild fälschlich
als ein Farbbild bewertet wird, sind die benötigte Verarbeitungszeit und
Speicherkapazität
wesentlich größer als
bei der Speicherung des Bildes, wenn es als Monochrombild bewertet
wurde. Ein anderer Grund kann die Bildqualität bei der Wiedergabe des Bildes
sein. Wenn z.B. ein monochromes Original von einem Farbscanner gescannt
wird, kann die Erkennung des Pixelbildes als ein Farbbild und die nachfolgende
Wiedergabe desselben durch ein Farbbilderzeugungssystem zu einer
ernsten Qualitätseinbuße führen, z.B.
infolge von Registerfehlern. Systeme, die zur Wiedergabe von Pixelbildern
verwendet werden, umfassen Displaysysteme, Abtastsysteme und Druck-
und/oder Kopiersysteme. Ein weiterer Grund können Durchsatz und Kosten sein,
da eine Bildwiedergabe auf einem monochromen Bildwiedergabesystem
gewöhnlich
billiger und schneller ist als die Wiedergabe auf einem Farbwiedergabesystem. Insbesondere
in einem professionellen Umfeld wie etwa im Repro-Department einer
Firma oder einem Druck- und/oder
Kopiershop, wo vielfältige
Bildwiedergabesysteme verfügbar
sind, einschließlich
eines Farbbildwiedergabesystems und eines Schwarz/Weiß-Bild-Wiedergabesystems
und/oder eines Farbbildwiedergabesystems, das in der Lage ist, in
einem Schwarz/Weiß-Modus
zu arbeiten, ist es wünschenswert,
daß von
den Ressourcen optimaler Gebrauch gemacht wird, um den Durchsatz
und die Kosten zu optimieren. Bei der Wiedergabe eines gemischten
Farbbildes, d.h., eines Bildes oder Dokuments, das sowohl farbige
als auch nicht farbige Teile enthält, kann es vorteilhaft sein,
das gemischte Farbbild in einen Farbteil und einen Monochromteil
aufzuteilen.
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Es
sind Bildverarbeitungssysteme bekannt, die, wie z.B. in
EP 363 146 beschrieben wird,
in der Lage sind, gemischte Farbbilder auf Seitenebene in einen
Farbteil und ein Monochromteil aufzuteilen. Der Farbteil enthält alle
Seiten des gemischten Farbbildes mit Farbinformation. Der Monochromteil
enthält
alle Seiten des gemischten Farbbildes, die nur Schwarz/Weiß-Informationen
enthalten. Anschließend
werden die verschiedenen Teile von einem Farbbildwiedergabesystem
bzw. einem Schwarz/Weiß-Bildwiedergabesystem
verarbeitet. Das einzige Kriterium für die Entscheidung, ob eine Seite
als eine farbige Seite klassifiziert werden soll oder nicht, ist
das bloße
Vorhandensein einer gewissen Farbinformation.
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Fortgeschrittenere
Algorithmen könnten dazu
benutzt werden, dem Operator und/oder Benutzer die Möglichkeit
zu geben, einen Schwellenwert für
den Farbgehalt zu definieren, d.h., die Menge an Farbinformation,
die auf einer Bildseite oder in einem Bildteil oder Bild enthalten
ist. Wenn die Menge an Faebe unter dem Farbschwellenwert liegt,
wird das Bild nachfolgend als Mo nochrombild behandelt, obgleich
es eine begrenzte Menge an Farbinformation enthalten mag, z.B. eine
gefärbte
Linie oder einen farbigen Gliederungspunkt.
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Das
in
EP 0 448 330 beschriebene
System konvertiert die Bilddaten des Pixelbildes zunächst in einen
CIE-Farbraum.
EP 0 448 330 umfaßt Ausführungsformen,
bei denen der Sättigungswert
jedes einzelnen Pixels mit einem ersten Schwellenwert verglichen
wird um zu entscheiden, ob es ein Farbpixel ist oder nicht. Die
Farbpixel werden gezählt
und mit einem zweiten Schwellenwert verglichen um zu entscheiden,
ob das Bild ein Farbbild ist oder nicht. Obgleich diese Lösung sicherlich
gewisse Vorzüge
aufweisen mag, hat sie den Nachteil, daß die Farbbewertung an einzelnen
Pixeln ausgeführt
wird und inhärent
für Farbfehler
empfindlich ist, z.B. Pixel, die infolge eines Lese- und/oder Kalibrierungsfehlers
beim Abtasten einen vom Original verschiedenen Sättigungswert haben.
EP 0 448 330 beschreibt
weiterhin, daß die
Farbbewertung in Übereinstimmung
mit einer Häufigkeitsverteilung
der Sättigungsinformation
jedes Pixels erfolgt. Insbesondere sind für die Farbbewertung Pixel entscheidend,
die einen Sättigungswert
haben, der in dem Bild eine hohe Auftrittshäufigkeit aufweist. Ein Nachteil
des beschriebenen Verfahrens ist sein Mangel an Empfindlichkeit,
wenn Bilder bewertet werden, die eine begrenzte Menge an Farbe haben,
mit anderen Worten, Bilder, die nur Farbpixel haben, die einen Sättigungswert
mit einer geringen Auftrittshäufigkeit
in dem Bild aufweisen.
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AUFGABEN DER
ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Bildverarbeitungssystem zu schaffen,
das in der Lage ist, zu entscheiden, ob ein Pixelbild oder ein Teil
desselben ein Monochrombild oder ein Farbbild ist. Um die Verläßlichkeit
der Bewertung zu steigern, sollte, statt die Bewertung auf der Ebene
eines einzelnen Pixels vorzunehmen, die Bewertung für im wesentlichen alle
Pixel des Bildes oder Bildteils zugleich erfolgen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bildverarbeitungssystem
zu schaffen, das in der Lage ist, die Bewertung eines Pixelbildes
als Monochrombild oder Farbbild mit einer hohen Empfindlichkeit
vorzunehmen, so daß Farbpixel,
die einen Sättigungswert
mit einer geringen Auftrittshäufigkeit
ha ben, angemessen berücksichtigt
werden. Vorzugsweise wird die Bewertung in einer automatisierten Weise
vorgenommen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Bildverarbeitungssystem
zu schaffen, das in der Lage ist, die Bewertung eines Pixelbildes
als Monochrombild oder Farbbild unabhängig vom Farbraum vorzunehmen,
auf den sich die Bilddaten des Pixelbildes beziehen.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Bildverarbeitungsverfahren zur Verarbeitung
eines Pixelbildes vorgeschlagen, das die folgenden Schritte aufweist:
Analysieren
der Pixeldaten, die für
das Pixelbild repräsentativ
sind, in einem Farbraum und, auf dieser Grundlage, Bestimmen der
Grau-Achse;
Bestimmen des kürzesten
Abstands zu dieser Grau-Achse für
jedes Pixel des Pixelbildes;
Erzeugen eines kumulativen Histogramms
durch Auftragen, für
die Pixel des Pixelbildes, des Wertes des kürzesten Abstands gegen den
kumulativen Pixelzählwert,
d.h., die Anzahl der zugehörigen
Pixel, die wenigstens diesen Wert als kürzesten Abstand haben; und
Analysieren
der Beziehung zwischen den Pixeln in dem kumulativen Histogramm
und, auf dieser Grundlage, Entscheiden, ob das Pixelbild als ein
Monochrombild oder ein Farbbild zu verarbeiten ist. Die Grau-Achse
ist definiert als die gerade Linie, die den Weiß-Punkt mit dem Schwarz-Punkt
verbindet. Die Koordinaten des Schwarz-Punktes und des Weiß-Punktes
sind von dem Farbraum abhängig,
auf den sich die Pixeldaten beziehen. Der Schwarz-Punkt kann der
ideale Schwarz-Punkt sein und der Weiß-Punkt kann der ideale Weiß-Punkt sein.
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Alternativ
kann der Cluster der dunkelsten Pixel, d.h., derjenigen Pixel des
Pixelbildes mit Mangel an Helligkeit und geringster Chromatizität, in Betracht
gezogen werden, um den Schwarz-Punkt zu bestimmen, z.B. indem der
Schwarz-Punkt als das Pixel mit dem Mittelwert der Luminanz dieses
Clusters der dunkelsten Pixel definiert wird, während die hellsten Pixel in
Betracht gezogen werden können, um
den Weiß-Punkt
zu bestimmen. Man könnte
sich auch dafür
entscheiden, den Schwarz-Punkt als das Pixel des Pixelbildes zu definieren,
das dem idealen Schwarz-Punkt am nächsten liegt, während der Weiß-Punkt
als desjenige Pixel des Pixelbildes definiert wird, das dem idealen
Weiß-Punkt
am nächsten liegt.
Zur Bestimmung des Schwarz-Punktes und/oder des Weiß-Punktes
können
ebenso auch andere bekannte Verfahren angewandt werden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung werden bei der Analyse der Beziehung zwischen den
Pixeln in dem kumulativen Histogramm nur diejenigen Pixel des kumulativen
Histogramms in Betracht gezogen, denen ein kumulativer Pixelzählwert zugewiesen
ist, der größer oder
gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Dies erlaubt die Entscheidung,
ob man kleine Farbobjekte bei der Bewertung des Bildes als Monochrom
oder farbig in Betracht zieht oder nicht, indem ein geeigneter Schwellenwert
gewählt wird.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird die Beziehung zwischen den Pixeln in dem kumulativen
Histogramm in einer automatisierten Weise bestimmt, indem eine lineare
Regressionsanalyse auf diese Pixel in dem kumulativen Histogramm
angewandt wird. Wenn man analysiert, ob das zu verarbeitende Pixelbild
ein Monochrombild oder ein Farbbild ist, beruht die Bewertung auf
dem Vergleich des Wertes wenigstens eines Regressionsparameters
mit einem vorgegebenen Schwellenwert für diesen wenigstens einen Regressionsparameter. Die
Regressionsparameter sind ausgewählt
aus einer Gruppe von Parametern, die den Korrelationskoeffizienten
(R), den Bestimmungskoeffizienten (R2), die
Steigung der Regressionslinie und den Schnittpunkt der Regressionslinie
umfassen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Bildverarbeitungssystem zur
Verarbeitung eines Pixelbildes vorgeschlagen, das folgendes aufweist:
einen
Vorprozessor zur Analyse der Pixeldaten, die für das Pixelbild in einem Farbraum
repräsentativ sind,
und, auf dieser Grundlage, zur Bestimmung der Grau-Achse, die definiert
ist als die gerade Linie, die den Weiß-Punkt mit dem Schwarz-Punkt verbindet, und
zur Bestimmung des kürzesten
Abstands zu dieser Grau-Achse für
jedes Pixel des Pixelbildes;
einen Analysator zur Analyse der
Beziehung zwischen den Pixeln in einem kumulativen Histogramm, das
gebildet wird, indem für
die Pixel des Pixelbildes der Wert des kürzesten Abstands gegen den
kumulativen Pixelzählwert
aufgetragen wird, wobei dieser die Anzahl von zugehörigen Pixeln
ist, die wenigstens diesen Wert für den kürzesten Abstand haben, und
eine
Bewertungseinrichtung zur Bewertung, auf der Grundlage der Beziehung
zwischen den Pixeln in dem kumulativen Histogramm, ob das zu verarbeitende
Pixelbild ein Monochrombild oder ein Farbbild ist. Das System kann
außerdem
einen Konverter aufweisen, der die für das Pixelbild in dem genannten Farbraum
repräsentativen
Pixeldaten in Pixeldaten konvertiert, die für das Pixelbild in einem CIE-Farbraum
repräsentativ
sind.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Bildverarbeitungssystems zur
Verarbeitung von Pixelbildern gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigt
ein Flußdiagramm
für den
Betrieb eines Bildverarbeitungssystems, wie es z.B. in 1 gezeigt
ist, zur Bewertung, ob ein Pixelbild als ein Monochrombild oder
als ein Farbbild weiter zu verarbeiten ist.
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3a ist
eine monochrome Fotografie.
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3b ist
eine Darstellung der in Pixel aufgelösten Fotografie nach 3a im
CIE L*a*b* Farbraum.
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3c ist
ein kumulatives Histogramm der in Pixel aufgelösten Fotografie nach 3a gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4a ist
eine monochrome Wiedergabe eines Textdokuments in schwarzweiß auf einem
vergilbten Papierhintergrund.
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4b ist
eine Darstellung des in Pixel aufgelösten Textdokuments nach 4A in
CIE L*a*b* Farbraum.
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4c ist
eine Wiedergabe des schwarzweißen
Textdokuments nach 4a nach Hintergrundkorrektur
durch Übersetzung
und Drehung der Grau-Achse
des Pixelbildes.
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5a ist
eine monochrome Wiedergabe eines monochromen Dokuments, das einige
kleine Farbobjekte enthält.
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5b ist
eine Wiedergabe des in Pixel aufgelösten Dokuments nach 5a im
CIE L*a*b* Farbraum.
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5c ist
ein kumulatives Histogramm des in Pixel aufgelösten Dokuments nach 5a gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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6a ist
eine monochrome Wiedergabe eines Vollfarbenbildes.
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6b ist
eine Wiedergabe des in Pixel aufgelösten Bildes nach 6a im
CIE L*a*b* Farbraum.
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6c ist
ein kumulatives Histogramm des in Pixel aufgelösten Bildes nach 6a gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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DEATAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung nachstehend im einzelnen
beschrieben. Es werden verschiedene Ausführungsformen dargestellt. Es
versteht sich jedoch, daß ein
Fachmann sich verschiedene andere äquivalente Ausführungsformen
oder Wege zur Ausführung der
vorliegenden Erfindung vorstellen kann; wobei der Rahmen der vorliegenden
Erfindung nur durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche begrenzt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfaßt
das Bildverarbeitungssystem (1), das schematisch in 1 dargestellt
ist, einen Vorprozessor (4), einen Analysator (3),
eine Bewertungseinrichtung (2) und ggf. einen Konverter
(5). Das Bildverarbeitungssystem kann in einem Computer
implementiert sein, der durch ein Netzwerk oder irgendeine andere
Schnittstelle mit einem oder mehreren Bildwiedergabesystemen verbunden
ist. Das Bildverarbeitungssystem kann auch Teil eines Bildwiedergabesystems
sein. Beispiele für Bildwiedergabesysteme
sind Displaysysteme, Abtastsysteme, Bildaufzeichnungssysteme und
Druck- und/oder Kopiersysteme. Dem Vorprozessor des Bildverarbeitungssystems
kann irgendein in Pixel aufgelöstes
Bild (6) angeboten werden. Wie jedoch in 1 angegeben
ist, kann das Pixelbild (6) durch Abtasten eines Originals
(9) mit Hilfe eines Farbscanners (10) erzeugt
werden. Die Größe der Pixel
ist von der optischen Auflösung
der Beleuchtungseinrichtung abhängig.
Die erzeugten Pixelbilder sind je nach verwendetem Farbraum aus
einer Anzahl von Farbauszugsbildern aufgebaut, im Fall von gescannten
Bildern wird typischerweise der sRGB Farbraum benutzt. Deshalb sind
die erzeugten Pixelbilder aus drei Farbauszugsbildern aufgebaut,
jeweils in den Prozeßfarben
Rot (R) Grün
(G) und Blau (B). Die zu den Farbauszugsbilderrn gehörenden Bildsignale spezifizieren
typischerweise für
jedes Pixel einen Bilddichtewert unter Verwendung einer 24-bit Darstellung,
d.h., 8 Bit pro Prozeßfarbe.
Eine 8-bit Darstellung ermöglicht
es, je Prozeßfarbe
256 Pegel zu definieren, die jeweils einem bestimmten Tönungswert
entsprechen. Wahlweise kann ein Konverter 5 die Bildsignale
aus dem sRGB Farbraum, der zu dem Pixelbild gehört, in Bildsignale eines anderen
Farbraumes konvertieren. Von besonderem Interesse sind die geräteunabhängigen Farbräume der
CIE ("Commision
Internationale d'Eclairage"), wie etwa der XYZ
Farbraum, der xyY Farbraum, der L*a*b* Farbraum und der L*u*v* Farbraum.
Danach ermöglicht
es der Vorprozessor, die Bildsignale vorzuverarbeiten, z.B. um Farbfehler
zu korrigieren, und er bestimmt die Grau-Achse. Der Analysator (3)
berechnet für
jedes Pixel des Pixelbildes den kürzesten Abstand zur Grau-Achse
und verfolgt den kumulativen Pixelzählwert, d.h., die Anzahl von
Pixeln, die zu einem bestimmten Abstand zur Grau-Achse gehören, nämlich alle
Pixel, deren kürzester
Abstandswert zur Grau-Achse wenigstens dieser bestimmte Abstand ist.
Für alle
Pixel wird zur weiteren Analyse auf einem Display (12)
der Logarithmus des kumulativen Pixelzählwertes gegen den Abstand
zur Grau-Achse aufgetragen. Wenn das Pixelbild ein monochromes Bild repräsentiert,
wird unabhängig
von dem verwendeten Farbraum eine lineare Beziehung zwischen dem Logarithmus
des kumulativen Pixelzählwertes
und dem Abstand zur Grau-Achse erwartet. Die Analyse des Plots kann
erleichtert werden, indem eine Anpaßroutine (11) (FIT)
verwendet wird. Die Anpaßroutine
analysiert die Pixel unter Verwendung einer linearen Regressionsanalyse.
Die erhaltene Regressionslinie kann zusammen mit den Pixeldaten
auf dem Display (12) dargestellt werden. Auf der Grundlage der
Analysedaten und ggf. der Werte der Regressionsparameter entscheidet
die Bewertungseinrichtung (2), ob das Pixelbild (oder ein
Teil desselben) ein monochromes Bild oder ein Farbbild ist. Die
Entscheidungseinrichtung kann das Pixelbild dementsprechend für die weitere
Verarbeitung in entweder einem monochromen Verarbeitungskanal (7)
oder einem Farb-Verarbeitungskanal (8) markieren. Wahlweise
kann ein Konverter (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um die Bildsignale,
die zu dem Pixelbild gehören,
zu konvertieren. Falls das Pixelbild z.B. als Farbbild bewertet
wird, können
die zugehörigen
Bildsignale in einen anderen Farbraum konvertiert werden, z.B. einen
Farbraum, der den Prozeßfarben
des Farbverarbeitungskanals zugeordnet ist, während in dem Fall, daß das Pixelbild
als monochrom bewertet wird, die zugehörigen Bildsignale in ein monochromes
Bildsignal konvertiert werden können.
Ein Beispiel eines Farbverarbeitungskanals ist ein Farbbild-Wiedergabesystem.
Ein Beispiel eines monochromen Verarbeitungskanals ist ein Monochrombild-Wiedergabesystem,
einschließlich
eines Farbbild-Wiedergabesystems, das in der Lage ist, in einem
monochromen Modus zu arbeiten. Die duale Verarbeitungskanal-Konfiguration gemäß der vorliegenden
Erfindung kann dazu benutzt werden, die Pixelbilder zu archivieren,
wobei in den verschiedenen Verarbeitungskanälen unterschiedliche Kompressionstechniken
eingesetzt werden, um die in Pixel aufgelösten Bilder oder Teile derselben
zu verarbeiten und zu speichern. Wahlweise, wenn das Pixelbild eines
gemischtes Farb- und Monochrombild ist, besteht die Option, das
Bild mit Hilfe eines Splitters (13) in einen monochromen
Teil und einen farbigen Teil aufzuteilen. Der monochrome Teil umfaßt all die
Bildteile, die als monochrom bewertet werden und/oder für die weitere
Verarbeitung in einem monochromen Verarbeitungskanal markiert sind.
Der farbige Teil umfaßt
all die Bildteile, die als farbig bewertet werden und/oder für die weitere
Verarbeitung in einem Farbverarbeitungskanal markiert sind.
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Beim
Betrieb eines Bildverarbeitungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung
kann ein Verarbeitungsablauf angewandt werden, wie er schematisch
in 2 gezeigt ist. Im Anfangsschritt (20) wird
wenigstens ein erster Bildteil (21) eines Pixelbildes vom
Vorprozessor des Bildverarbeitungssystems aufgerufen. Der Vorprozessor
bestimmt den zu diesem Teil des Pixelbildes gehörenden Farbraum. Wahlweise
können
die zu dem Pixelbild gehörenden Bildsignale
in einen anderen Farbraum konvertiert werden, vorzugsweise einen
geräteunabhängigen Farbraum
der CIE. Nachdem der Farbraum einmal festgelegt ist, wird die Grau-Achse
bestimmt. Die Grau-Achse ist definiert als die gerade Linie, die
den Weiß-Punkt
mit dem Schwarz-Punkt verbindet. Es können der ideale Schwarz-Punkt
und der ideale Weiß-Punkt
genommen werden. Zum Beispiel ist in einem RGB Farbraum, unter Verwendung
einer 24-bit Darstellung, der ideale Schwarz-Punkt mit (0,0,0) bezeichnet,
während
der ideale Weiß-Punkt mit
(255, 255, 255) bezeichnet ist. Im CIE L*a*b* Farbraum fällt die
ideale Grau-Achse mit der Luminanz-(Helligkeits-)Achse zusammen,
d.h., den achromatischen Farben oder in anderen Worten a* = 0 und
b* = 0. Der ideale Schwarz-Punkt in L*a*b* ist mit (0,0,0) bezeichnet,
während
der ideale Weiß-Punkt
mit (100, 0,0) bezeichnet ist, unter Verwendung einer Helligkeitsskala
von 0 bis 100. In der Praxis kann jedoch der Schwarz-Punkt und/oder
der Weiß-Punkt
auch auf andere Weise bestimmt werden, um Farbfehler und/oder Hintergrundfehler
zu korrigieren. Zum Beispiel kann der Cluster mit den dunkelsten
Pixeln (Mangel an Helligkeit) und der geringsten Chromatizität im Pixelbild
in Betracht gezogen werden, um den Schwarz-Punkt zu bestimmen, während die
hellsten Pixel in Betracht gezogen werden, um den Weiß-Punkt
zu bestimmen. Nachdem die Gleichung für die Grau-Achse einmal aufgestellt worden
ist, werden die Bilddaten für
jedes einzelne Pixel (22) des Pixelbildes aufgerufen, und
für jedes Pixel
wird der kürzeste
Abstand zur Grau-Achse berechnet (23). Danach wird ein
kumulatives Histogramm (24) erzeugt, bei dem für alle Pixel
der Logarithmus des kumulativen Pixelzählwertes gegen den Abstand
zur Grau-Achse aufgetragen ist. Das Auftragen des Logarithmus des
kumulativen Pixelzählwertes
weist einer kleinen Anzahl von Pixeln in einem großen Abstand
zur Grau-Achse oder, mit anderen Worten, Pixeln mit einer hohen
Chromatizität,
ein signifikantes Gewicht zu. Dies macht das System gemäß der vorliegenden
Erfindung hoch empfindlich, so daß kleine Mengen an Farbe erkannt
werden können.
Anschließend
wird das kumulative Histogramm analysiert, und auf dieser Grundlage
wird eine Entscheidung (25) getroffen, ob der verarbeitete
Bildteil monochrom oder farbig ist. Danach kann, soweit vorhanden,
der nächste
Bildteil aufgerufen werden, und der gesamte Prozeßablauf
kann wiederholt werden. Die Datenanalyse (25) kann ergänzt und
die nachfolgende Bewertung vereinfacht werden, indem die Daten gefittet
werden (26). Vorzugsweise werden die Daten durch Einsatz
eines linearen Regressionsverfahrens gefittet. Eine Regressionsanalyse
(27) wird ausgeführt,
indem wenigstens ein Regressionsparameter ausgewählt und mit einem vorbestimmten
Wert verglichen wird, um die Bewertung als farbig (28) oder
monochrom (29) durchzuführen.
Beispiele für Regressionsparameter,
die bei der Analyse hilfreich sein können, sind der Korrelationskoeffizient
(R), der Bestimmungskoeffizient (R2), die
Steigung der Regressionslinie und der Schnittpunkt der Regressionslinie.
Wenn die Bewertung als farbig oder monochrom gemäß der vorliegenden Erfindung
durchgeführt
wird, kann ein Farbschwellenwert berücksichtigt werden. Zum Beispiel
kann angenommen werden, daß ein
Bild, das ein Farbobjekt enthält,
das 0,01% oder weniger des Bildes oder Bildteils ausmacht, nicht
als ein Farbbild betrachtet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann ein Abschneidewert für den
kumulativen Pixelzählwert
in dem kumulativen Histogramm so definiert werden, daß 99,99%
der Pixel für
die Analyse (25) und den Datenfit berücksichtigt werden, während 0,01%
der Pixel mit der höchsten
Chromazität
ausgeschlossen werden.
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Beispiel 1
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Ein
Original, in diesem Fall eine monochrome Fotografie wie sie in 3a dargestellt
ist, wird mit einem Farbscanner gescannt. Als Resultat erhält man ein
Pixelbild, das als Input für
den Vorprozessor des Bildverarbeitungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung dient. Das Pixelbild ist aus Farbauszugsbildern im RGB
Farbraum aufgebaut. Die Bildsignale, die zu den jeweiligen Farbauszügen gehören, werden
in Bildsignale des CIE L*a*b* Farbraums konvertiert. Ein Vorteil
des CIE L*a*b* Farbraumes besteht darin, daß die Farbe so dargestellt wird,
wie sie vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. In 3b sind
alle Pixel aus 3a im CIE L*a*b* Farbraum repräsentiert.
Um die Grau-Achse zu bestimmen, werden der ideale Schwarz-Punkt
(0,0,0) und der ideale Weiß-Punkt (100,
0,0) genommen oder, in anderen Worten, die Grau-Achse fällt mit
der Luminanz-Achse zusammen. Anschließend kann der Analysator für jedes
Pixel den kürzesten
Abstand zur Grau-Achse berechnen. Für alle Pixel wird anschließend in
dem kumulativen Histogramm, wie es in 3c dargestellt
ist, der Logarithmus des kumulativen Pixelzählwertes (31) gegen
den Abstand zur Grau-Achse aufgetragen. Wie in diesem kumulativen
Histogramm zu sehen ist, ist die durch die Kurve (31) dargestellte
Beziehung linear, wie man es für
ein monochromes Bild erwartet. Dies wird bestätigt durch die lineare Regressionsanalyse,
die eine Regressionskurve (32) mit einem Bestimmungskoeffizienten
(R2) gleich 0,996 ergibt (R2 =
l bedeutet eine perfekte gerade Linie). Wie zu erwarten ist, ist
die Steigung der Regressionslinie sehr steil, während der Wert des Schnittpunktes
hoch liegt. All dies sind Anzeichen für ein monochromes Pixelbild.
Der Operator kann die Bewertung als farbig oder monochrom selbst
vornehmen und das Pixelbild entsprechend verarbeiten. Alternativ
können
Schwellenwerte für
einen oder mehrere der Regressionsparameter zum Vergleich mit den
erhaltenen Werten des Regressionsparameters benutzt werden, so daß die Bewertung
als monochrom oder farbig in automatisierter Weise durch das Bildverarbeitungssystem
erfol gen kann. Nachdem die Entscheidung einmal getroffen worden
ist, besteht die Option, das Pixelbild so zu verarbeiten, daß ein einziges
Farbauszugsbild für
die Prozeßfarbe schwarz übrig bleibt
oder, mit anderen Worten, es könnte
eine Konversion in ein echtes monochromes Bild ausgeführt werden.
Dadurch verringert sich die Größe des Pixelbildes,
was sowohl im Hinblick auf die Speicherkapazität als auch im Hinblick auf
die Verarbeitungszeit in den nachfolgenden Verarbeitungsschritten
vorteilhaft ist. Außerdem
ist es wahrscheinlich, daß durch
die Beseitigung von Farbfehlern die Bildqualität verbessert wird.
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Beispiel 2
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Ein
Original, in diesem Fall ein schwarzweißes Textdokument auf einem
Papierhintergrund, wie es in 4a dargestellt
ist, wird mit einem Farbscanner abgetastet. Ursprünglich war
der Papierhintergrund weiß,
aber der Einfluß des
Sonnenlichts hat zu einer Vergilbung des Papierhintergrunds (41)
geführt. Bei
der Farbabtastung wird ein Pixelbild erhalten, das als Input für den Vorprozessor
des Bildverarbeitungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung dient. Das Pixelbild ist aus Farbauszugsbildern im RBG Farbraum
aufgebaut. Die zu den einzelnen Farbauszugsbildern gehörenden Bildsignale
werden in Bildsignale im CIE L*a*b* Farbraum konvertiert. In 4b sind
alle Pixel aus 4a im CIE L*a*b* Farbraum repräsentiert.
Wie man sieht, gibt es zwei Cluster von Pixeln, einen weiß-gelben
Cluster (42) aus den Hintergrundpixeln und einen schwarzen Cluster
(43) aus den Textzeichen. Die Grau-Achse (44)
wird durch den Vorprozessor als die gerade Linie bestimmt, die den
Schwarz-Punkt und den Weiß-Punkt
verbindet, und ist deutlich von der idealen Grau-Achse verschieden.
Den Weiß-Punkt
erhält man
durch Mitteilung über
die Pixel des Weiß-Clusters
(42), während
man den Schwarz-Punkt durch Mitteilung über die Pixel des schwarzen
Clusters erhält.
Anschließend
kann der Analysator für
jedes Pixel den kürzesten
Abstand zur Grau-Achse (44) berechnen. In einem kumulativen
Histogramm kann anschließend
für alle
Pixel der Logarithmus des kumulativen Pixelzählwertes gegen den Abstand
zur Grauachse aufgetragen werden. Obgleich dies nicht gezeigt ist,
ist das Resultat mit dem in Beispiel 1 erhaltenen Histogramm vergleichbar,
wie es in 3c dargestellt ist. Das Bewertungsergebnis
ist deshalb wiederum monochrom. Nachdem diese Bewertung einmal vorgenommen
wurde, besteht die Option, das Pixelbild so zu verarbeiten, daß die Grau-Achse
mit der idealen Grau-Achse (d.h., der Luminanz-Achse) zusammenfällt, indem
die Pixel wenigstens einer Rotation und einem Translationsschritt
unterzogen werden. Das Resultat hiervon ist in 4c dargestellt. Es
wäre sogar
möglich,
eine monochrom/schwarzweiß Bewertung
einzubeziehen, nachdem einmal festgestellt ist, daß das Pixelbild
kein Farbbild ist. Wenn einmal feststeht, daß das Bild ein echtes Schwarzweiß-Bild ist,
d.h., ohne Grautöne,
besteht die Option, das Pixelbild so zu verarbeiten, daß eine Umwandlung
in ein echtes Schwarzweiß-Bild
ausgeführt
wird. Dadurch wird die Größe des Pixelbildes noch
weiter reduziert, da nur ein einziges Bit pro Pixel benötigt wird,
anstelle von 8 Bit im Fall eines monochromen Bildes oder 24 Bit
im Fall eines Farbbildes.
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Beispiel 3
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Ein
Original, in diesem Fall ein monochromes Dokument mit einer sehr
kleinen Menge an Farbe, wie es in 5a dargestellt
ist, wird mit einem Farbscanner abgetastet. Das Dokument enthält zwei kleine
Farbobjekte: einen grünen
Kreis (51) zur Hervorhebung eines Zeichens und einige braune
Kaffeeflecken (52), die durch Verschütten von Kaffee auf dem Dokument
entstanden sind. Durch die Farbabtastung erhält man ein Pixelbild, das als
Input für
den Vorprozessor des Bildverarbeitungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung dient. Das Pixelbild ist aus Farbauszugsbildern im RBG
Farbraum aufgebaut. Die zu den einzelnen Farbauszugsbildern gehörenden Bildsignale
werden in Bildsignale des CIE L*a*b* Farbraums konvertiert. In 5b sind
alle Pixel aus 5a im CIE L*a*b* Farbraum repräsentiert.
Wie man sieht, gibt es zwei kleine Cluster von Farbpixeln: einen
Cluster (54) aus Pixeln des grünen Farbobjekts (51)
und einen Cluster (55) aus Pixeln des braunen Farbobjekts
(52). Der Vorprozessor bestimmt die Gleichung für die Grau-Achse
(53), die nahezu mit der idealen Grau-Achse zusammenfällt. Anschließend berechnet
der Analysator für
jedes Pixel den kürzesten
Abstand zu der Grau-Achse. In dem kumulativen Histogramm, das in 5c dargestellt ist,
ist für
alle Pixel der Logarithmus des kumulativen Pixelzählwertes
(56) gegen den Abstand zur Grau-Achse aufgetragen. Wie
in diesem kumulativen Histogramm zu erkennen ist, sind der braune
Cluster (55) und der grüne
Cluster (54) deutlich sichtbar, was die Empfindlichkeit
des Bildverarbeitungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung bei der Detektion kleiner Mengen an Farbe demonstriert.
Das Bild wird deshalb als ein Farbbild bewertet. Dies wird bestätigt durch
die lineare Regressionsanalyse, die eine Regressionskurve (57)
mit einem Bestim mungskoeffizienten (R2)
ergibt, der annähernd
gleich 0,7 ist, wobei die Steigung der Regressionslinie noch steil
ist, während
der Wert des Schnittpunktes abgesenkt ist. Insbesondere kann ein
Schwellenwert für
den Bestimmungskoeffizienten (R2) zum Vergleich
mit dem erhaltenen Wert benutzt werden, so daß die Bewertung als monochrom
oder farbig in einer automatisierten Weise von dem Bildverarbeitungssystem
vorgenommen werden kann.
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In
diesem Beispiel ist es fraglich, ob man die farbigen Objekte in
den weiteren Verarbeitungsschritten als Farbe behandeln will oder
nicht. Deshalb könnte
man die Daten nach der Farberkennung weiter verarbeiten, um zu entscheiden,
ob die Farbe in dem Bild funktional ist oder nicht. Dies kann durch den
Benutzer/Operator oder in einer automatisierten Weise unter Verwendung
einer Regelbasis geschehen. Ein solches System wird beschrieben
in der parallelen europäischen
Patentanmeldung 02 077 078.0 (Anmeldetag 20. Mai 2002).
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Beispiel 4
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Ein
Original, in diesem Fall ein Farbbild, das in 5a als
monochromes Bild dargestellt ist, wird mit einem Farbscanner abgetastet.
Das Dokument enthält
alle Arten von Farben, die über
dem gesamten Farbraum verteilt sind. Bei der Farbabtastung erhält man ein
Pixelbild, das als Input für
den Vorprozessor des Bildverarbeitungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung dient. Das Pixelbild ist aus Farbauszugsbildern im RBG
Farbraum aufgebaut. Die zu den einzelnen Farbauszugsbildern gehörenden Bildsignale
werden in Bildsignale im CIE L*a*b* Farbraum konvertiert. In 6b sind
alle Pixel aus 6a im CIE L*a*b* Farbraum repräsentiert.
Wie man sieht, bestimmt der Vorprozessor die Gleichung für die Grau-Achse,
die nahezu mit der idealen Grau-Achse
zusammenfällt.
Anschließend
berechnet der Analysator für
jedes Pixel den kürzesten
Abstand zu der Grau-Achse. In dem kumulativen Histogramm, wie es
in 6c dargestellt ist, ist für alle Pixel der Logarithmus
des kumulativen Pixelzählwertes
(61) gegen den Abstand zur Grau-Achse aufgetragen. Wie
in diesem kumulativen Histogramm zu sehen ist, gibt es keine lineare
Beziehung zwischen dem Logarithmus des kumulativen Pixelzählwertes
und dem Abstand zur Grau-Achse. Das Bild wird deshalb als farbig
bewertet. Dies wird bestätigt
durch die lineare Regressionsanalyse, die eine Regressionskurve 62 mit
einem Bestimmungskoeffizienten (R2) ergibt,
der annähernd
gleich 0,5 ist, wobei die Steigung der Regressionslinie niedrig
ist und der Wert des Schnittpunktes ebenfalls niedrig ist. All dies
sind Anzeichen für
ein farbiges Pixelbild. Der Operator kann die Bewertung als farbig
oder monochrom selbst vornehmen und das Pixelbild entsprechend verarbeiten.
Alternativ können
Schwellenwerte für
einen oder mehrere Regressionsparameter zum Vergleich mit den erhaltenen
Werten für
den Regressionsparameter benutzt werden, so daß die Bewertung als monochrom
oder farbig in einer automatisierten Weise durch das Bildverarbeitungssystem
erfolgen kann.