DE3546135C2

DE3546135C2 -

Info

Publication number: DE3546135C2
Application number: DE3546135A
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Kawasaki Kanagawa Jp Mita; Naoto Yokohama Kanagawa Jp Kawamura; Yuji Nishigaki; Katsuhito Tokio/Tokyo Jp Dei
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1989-03-23
Also published as: GB2170373A; US5231677A; GB2170373B; DE3546135A1; GB8531765D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildsignalverarbeitungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Bildsignalverarbeitungseinrichtung eignet sich z. B. für digitale Kopiergeräte, Faksimilegeräte oder dgl., in denen Bilder in Form elektrischer Signale verarbeitet werden.

Bei den sog. digitalen Kopiergeräten wird im allgemeinen ein Bild mittels eines Ladungskopplungs- bzw. CCD-Sensors oder dgl. abgetastet, wonach die digitalisierten Bildsignale einem digitalen Drucker wie etwa einem Laserstrahldrucker oder dgl. zur Bildreproduktion zugeführt werden. Bei diesen digitalen Kopiergeräten wird üblicherweise die Gradation nach einem Ditherverfahren oder einem Dichtemusterverfahren reproduziert, um damit ein Bild mit Halbtönen zu reproduzieren. Bei diesen Verfahren kann jedoch das Problem auftreten, daß, wenn die Vorlage ein Rasterbild ist, im Kopierbild ein periodisches Streifenmuster auftritt, das nicht von der Vorlage stammt.

Diese Erscheinung wird Moir´-Erscheinung genannt. Es ist anzunehmen, daß das Moir´-Muster folgende Ursachen hat:

(A) Moir´-Muster, das durch die Rastervorlage und die Eingangssignal- Abtastung verursacht ist.
(B) Moir´-Muster, das durch die Rastervorlage und die Dither- Schwellenwertmatrix hervorgerufen ist.

Das Moir´-Muster (A) wird durch das Auftreten einer Schwebungsfrequenz

Δ f = |f _s - nf ₀| (Bildelemente/mm) (1)

verursacht. Diese Schwebungsfrequenz Δ f resultiert aus einer hohen Frequenz nf ₀ (Bildelemente/mm), die n-mal so groß wie die Rasterfrequenz f ₀ (= 1/P ₀( (Bildelemente/mm) ist, welche durch die Rasterteilung P ₀ (mm) der Rastervorlage bestimmt ist, und der Eingangssignal-Abtrastfrequenz f _s (= 1/P _s) (Bildelemente/mm), die sich aus der Bildsensor-Teilung P _s (mm) ergibt.

Wenn andererseits die Dither-Schwellenwert-Matrix als Punktekonzentration-Matrix ausgebildet ist, besitzt im allgemeinen auch das Ausgabebild eine Pseudo-Rasterstruktur, wodurch eine Schwebung zwischen dem eingegebenen Rastervorlagenbild und dem Ausgabebild auftritt und das Moir´- Muster (B) entsteht. Nimmt man an, daß die Wiederkehrperioden- Teilung des Dither-Schwellenwerts auf dem Aufzeichnungspapier P _D (mm) ist, beträgt die Raumfrequenz f _D = 1/P _D (Bildelemente/mm), so daß sich folgende Schwebungsfrequenz ergibt:

Δ f = |f ₀ - f _D| (Bildelemente/mm) (2)

Von den beiden Moir´-Mustern (A) und (B) tritt das Moir´-Muster (B) am stärksten in Erscheinung, da bei dem Moir´-Muster (A) im allgemeinen der Wert n der n-mal höheren Frequenz der Rastervorlage ungefähr 3 bis 6 beträgt, und die Übertragungsfunktion (MTF) des das Licht zu dem Bildsensor führenden optischen Systems bei dieser Frequenz ziemlich stark abfällt, so daß auch der Kontrast der Moir´-Streifen gering ist.

Durch die auf den vorstehend genannten Ursachen beruhenden Moir´-Muster wird die Qualität des Ausgabebilds beträchtlich verschlechtert. Daher wurden bisher verschiedene Gegenmaßnahmen untersucht. Beispielsweise kann das Moir´-Muster mit einem auf einem Zufalls-Ditherverfahren beruhenden Verfahren unterdrückt werden, jedoch ergeben sich sandige und körnige Bilder, so daß die Bildqualität verschlechtert ist. Von Paul G. Roetling wurde in "J. Opt. Soc. Am.", Band 66, Nr. 10, Okt. 1976, Seite 985 ein Verfahren "ARIES" vorgeschlagen. Nach diesem Verfahren ARIES werden die Mittelwerte der Dichten vor und nach der binären Digitalisierung miteinander verglichen, und es wird der Schwellenwert unter Gegenkopplung so gesteuert, daß die Mittelwerte gleich werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch komplizierte Schaltungen und läßt auch keine ausreichende Unterdrückung des Moir´-Musters erreichen.

Andererseits ist von Takashima und anderen in "Meshing of Mixture Image of Characters and Photographs", Institute of Image Electronics, Dissertation 83-3, Seite 13 ein Umrasterungsverfahren beschrieben. Nach diesem Umrasterungsverfahren wird das Rasterbild mit einem Dithermuster durch einen Farbdämpfungs- bzw. Tönungsdämpfungsprozeß (bzw. Mittelungsprozeß mit peripheren Bildelementen) neu gerastert, so daß Moir´-Muster unterdrückt werden und das Kornrauschen vermindert ist.

Der Tönungsdämpfungsprozeß bzw. Mittelungsprozeß führt jedoch zu einer Verringerung der Auflösung. Es ist daher unvermeidbar, im voraus nur den Rasterbildbereich herauszuziehen und nur an diesem Bereich das genannte Verfahren anzuwenden. Zu diesem Zweck ist eine sog. Bildbereichtrennung erforderlich. Diese Bildbereichtrennung kann aber nicht auf einfache Weise ausgeführt werden, sondern erfordert hochgenaue und schnelle Schaltungen. Zudem werden bei einem solchen Verfahren die Hochfrequenzkompononenten des Bild gleichfalls gemittelt und geglättet, so daß das Verfahren immer noch unzureichend ist.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß, wenn die Vorlage Linienzeichnungen, Zeichen oder dgl. enthält, bei Einsatz des Ditherverfahrens an manchen Stellen der Rand abgeschnitten wird, so daß die Bildqualität verschlechtert ist. Dies rührt daher, daß die Zeichen und Linienzeichnungen der Vorlage durch den Ditherprozeß fein aufgeteilt werden. Diese Erscheinung ist insbesondere dann ausgeprägt, wenn das Dithermuster ein Punktekonzentrationsmuster wie etwa ein Verdickungsmuster oder dgl. ist.

Ein dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechender Stand der Technik ist der Literaturstelle "Digitale Bildsignalverarbeitung", F. M. Wahl, 1984, Springer-Verlag, S. 62 bis 88, entnehmbar. In dieser Literaturstelle sind allgemein die Grundlagen digitaler Bildverbesserungsverfahren beschrieben, mit denen erreicht werden soll, Bildsignale so aufzubereiten, daß die für eine gestellte Aufgabe relevante Information besser erfaßt werden kann. In diesem Zusammenhang werden u. a. lineare Glättungsoperatoren beschrieben, die mit Spalt-, Gauß- oder Kegeltiefpässen arbeiten. Weiterhin ist angegeben, daß sich die Nachteile von ortsinvarianten Tiefpaßfiltern und Medianfiltern durch signalabhängige ortsvariante Glättungsoperatoren weitgehend ausräumen lassen. Hierbei findet eine lokale Kantenschätzung statt, deren Ergebnis zur Steuerung eines das Bildsignal filternden ortsvarianten Glättungsfilters mit variabler Impulsantwort dient. Schließlich ist noch diskutiert, daß zur bevorzugten Übertragung hochfrequenter Signalanteile ein Tiefpaß in einen Signalzweig eingeschaltet werden kann, dessen Ausgangssignal dann von dem verstärkten Bildsignal subtrahiert wird. Hierdurch lassen sich beispielsweise unscharf aufgenommene Objekte mit größerer Bildschärfe darstellen.

Weiterhin ist in "Erfassung und maschinelle Verarbeitung von Bilddaten", H. Kazmierczak, 1980, Springer-Verlag, S. 42 bis 69, das Prinzip der punktbezogenen und lokalen Bildverarbeitung sowie der linearen und nichtlinearen Bildtransformation erörtert. U. a. ist dort angegeben, daß zur nichtpunktbezogenen Bildverbesserung und Merkmalsextraktion vorwiegend lokale Bildoperationen eingesetzt werden, wobei bei homogener linearer Operation die lokale Verarbeitung einer Faltung der Bildinformation mit der Gewichtsinformation im Bildortsbereich entspricht. Weiterhin ist diskutiert, daß sich Kontrastinformationen wie z. B. Konturen durch Differenzbildung erster und zweiter Ordnung extrahieren lassen.

Auch aus "Bildmessung und Luftbildwesen", 1976, S. 53 bis 61, ist es bekannt, daß sich zur Bildverbesserung hinsichtlich einer Beseitigung systembedingter Fehler oder einer Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses Methoden der linearen Filtertheorie einsetzen lassen, wobei die Filterung eines Bilds normalerweise in der Faltung der Bildinformation mit einer Gewichtsfunktion besteht. Kontrastverbesserungen lassen sich beispielsweise durch Verstärkung hoher Bildfrequenzen oder umgekehrt durch Abschwächung tieferer Frequenzen erreichen. Die Hochpaßfilterung kann dabei auch durch die Methode der zweidimensionalen Bilddifferentiation angenähert werden.

Demgegenüber betrifft die DE-OS 28 26 755 eine Abtasteinrichtung mit einem optoelektronischen Abtastorgan, bei der angestrebt wird, das impuls- oder treppenförmige Bildsignal des Abtastorgans, das insbesondere die Form einer Fotodiodenzeile aufweist, in ein wertekontinuierliches Bildsignal umzusetzen.

Um dies zu erreichen, wird dem Abtastorgan ein Tiefpaß-Filter nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal einer Amplitudenversteilerung unterzogen wird. Diese Amplitudenversteilerung kann durch eine Doppeldifferenzier-Stufe durchgeführt werden.

Schließlich ist aus der DE-OS 32 42 734 eine Anordnung zum dynamischen Einstellen einer Schwarzweiß-Entscheidungsschwelle bei der Bearbeitung von Bildern mit Graustufen bekannt, bei der eine Randbestimmung abhängig von den erfaßten Bildpunkten erfolgt und ein örtlicher Schwellenwert als ein Mittelwert maximaler und minimaler Grauwerte in einer beurteilten Teilsammlung von Bildpunkten bestimmt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Bildsignalverarbeitungseinrichtung zu schaffen, mit der sich bei verhältnismäßig einfachem Aufbau auch bei Rastervorlagen Bilder hoher Qualität erzielen lassen.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Bildsignalverarbeitungseinrichtung ist somit die Randbetonungseinrichtung lediglich in einem vorbestimmten Ortsfrequenzbereich, der z. B. einem Zeichen- oder Linienzeichungs-Bereich entsprechen kann, aktiviert. Durch den Einsatz der Glättungseinrichtung wird erreicht, daß ggf. vorhandene Vorlagenbildraster unterdrückt werden, so daß keine Moir´-Streifen auftreten. Andererseits werden die Ränder von Zeichen, Linienzeichnungen und dgl. als Randbereich erfaßt und diese Ränder betont, so daß die Zeichen, Linienzeichnungen und dgl. mit hoher Bildschärfe wiedergegeben werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehen anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Blockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bildsignalverarbeitungseinrichtung.

Fig. 2 zeigt Frequenzkennlinien verschiedenartiger Bilder.

Fig. 3 bis 5 sind Frequenzkennlinien-Darstellungen verschiedenartiger Differenzierfilter.

Fig. 6 ist eine Frequenzkennlinien-Darstellung eines Glättungsfilters.

Fig. 7 ist eine Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bildsignalverarbeitungseinrichtung.

Fig. 8 ist eine Darstellung von Gamma-Umsetzungskennlinien eines Steuersignalgenerators 2.

Fig. 9 und 10 sind Darstellungen, die Beispiele der Funktion eines Differenzierwert-Detektors 1 zum linearen Differenzieren zeigen.

Fig. 11 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Funktion eines Glättungsprozessors 3 zeigt.

Fig. 12 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Funktion einer Randbetonungsschaltung 5 zeigt.

Fig. 13 zeigt Kurvenformen von Signalen an jeweiligen Teilen der Einrichtung nach Fig. 7.

Fig. 14 zeigt ein ausführliches Schaltbild des Differenzierwert- Detektors 1.

Fig. 15 ist eine ausführliche Blockdarstellung von Lineardifferenzierschaltungen 306 und 312.

Fig. 16 ist ein Zeitdiagramm, das die Funktion der Lineardifferenzierschaltungen veranschaulicht.

Fig. 17 ist ein Schaltbild eines Multiplizierers.

Fig. 18 ist eine ausführliche Blockdarstellung einer Lineardifferenzierschaltung gemäß einem weiteren Beispiel

Fig. 19 ist eine ausführliche Blockdarstellung der Randbetonungsschaltung 5.

Fig. 20 zeigt das Schaltbild eines Puffers.

Fig. 21 ist eine Darstellung eines Bildbereichs.

Fig. 22 ist eine Darstellung, die die Funktion der Randbetonungsschaltung 5 veranschaulicht.

Fig. 23 ist eine ausführliche Blockdarstellung des Glättungsprozessors 3.

Fig. 24 ist eine Darstellung, die die Funktion des Glättungsprozessors 3 veranschaulicht.

Fig. 25 ist eine Darstellung eines Gleichungskerns für einen anderen Glättungsprozeß.

Fig. 26 ist eine Blockdarstellung zur Erläuterung der Ausführung des Glättungsprozesses nach Fig. 25.

Fig. 27A, 27B und 27C zeigen andere Gamma-Umsetzkennlinien des Steuersignalgenerators 2.

Fig. 28 zeigt einen Gleichungskern für das lineare Differenzieren.

Fig. 29 zeigt ein Schaltbild einer herkömmlichen Faltungsschaltung.

Fig. 30 bis 32 zeigen Schaltbilder von Faltungsschaltungen der Bildsignalverarbeitungseinrichtung.

Fig. 33 ist eine Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bildsignalverarbeitungseinrichtung.

Fig. 34 ist eine ausführliche Blockdarstellung der Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach Fig. 33.

Fig. 35 zeigt Kurvenformen von Signalen an jeweiligen Teilen der Einrichtung nach Fig. 34.

Grundlegender Aufbau, Fig. 1 bis 6

Der grundlegende Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Bildsignalverarbeitungseinrichtung, im folgenden Bildverarbeitungseinrichtung genannt, ist in Fig. 1 gezeigt. Diese Einrichtung weist einen Randdetektor a, eine Randbetonungsschaltung b, eine Glättungsschaltung c und einen Mischer d auf. Der Randdetektor a hat eine derartige Raumfrequenzcharakteristik, daß die Ränder von Zeichen, Linienzeichnungen und Bildern erfaßt werden, während die Rasterung eines Rasterbilds nicht als Ränder erfaßt wird. Die Randbetonungsschaltung b gibt ein randbetontes Bildsignal für das Vorlagenbild oder das Bild aus, in welchem das Vorlagenbild und die Ränder in einem bestimmten Verhältnis gemischt sind. Die Glättungsschaltung c glättet das Bild bzw. das Bildsignal. Der Mischer d ändert das Mischungsverhältnis zwischen dem randbetonten Bildsignal und dem geglätteten Bildsignal entsprechend einem Signal aus dem Randdetektor und gibt Bilddaten mit jeweils unterschiedlichem Mischungsverhältnis aus. Auf diese Weise werden die Rasterungen des Rasterbilds als Nichtrandbereich bestimmt und zu deren Mitteilung der Glättungsprozeß ausgeführt, wodurch das Auftreten der Moir´- Erscheinung verhindert wird. Andererseits werden die Ränder von Zeichen, Linienzeichnungen und Bildern als Randbereich bestimmt und diese Ränder hervorgehoben, wodurch die Zeichen gerastert werden und eine Verringerung der Bildschärfe verhindert wird. Da ferner der Randbereich und der Nichtrandbereich kontinuierlich ineinander übergehen, tritt an der Grenze keine Strukturänderung auf.

Das bei diesem Ausführungsbeispiel angewandte Prinzip wird nun im Hinblick auf die Frequenzcharakteristika beschrieben. Die Anzahl von Rasterlinien des Rasterbilds einer Vorlage beträgt 120 bis 150 im Falle eines gewöhnlichen Schwarzweißbilds und 133 bis 175 im Falle eines Farbbilds. Das Auftreten von Moir´ ist wahrscheinlich, wenn der Rasterwinkel 0 bis 45° beträgt. Wenn der Rasterwinkel 45° beträgt, ist in der Hauptabtastrichtung beim Lesen einer Zeile die Rasterteilung maximal und die Raumfrequenz niedrig, während bei dem Rasterwinkel 0° die Rasterteilung minimal und die Raumfrequenz hoch ist. Die Raumfrequenzen bei den Rasterwinkeln 0° und 45° sind in der Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1

Gemäß der Darstellung bei a in Fig. 2 hat die Frequenzcharakteristik eines solchen Rasterbilds Spitzenwerte bei einer Grundfrequenz und bei deren Harmonischen. Andererseits haben Zeichenbilder und fotografische Bilder mit kontinuierlicher Gradation die Frequenzcharakteristik gemäß den Darstellungen bei b bzw. c in Fig. 2. Für derartige Mischbilder aus Zeichen, Fotografien und Rasterbildern erhalten bei dem Ausführungsbeispiel Raumfilter des Randdetektors, der Randbetonungschaltung und der Glättungsschaltung Frequenzcharakteristika, die folgende Bedingungen erfüllen:

Bedingung 1

Die Spitzenfrequenz des Raumfilters des Randdetektors ist niedriger als die erste harmonische Frequenz des Rasterbilds eingestellt.

Bedingung 2

Die Spitzenfrequenz des Raumfilters der Randbetonungsschaltung ist höher als die Spitzenfrequenz des Raumfilters des Randdetektors eingestellt.

Bedingung 3

Die Frequenzkennlinie des Raumfilters der Glättungsschaltung ist ausreichend im Bereich der Frequenz der ersten Harmonischen des Rasterbilds sowie auch ausreichend im Bereich der Frequenz herabgesetzt, die der Dither-Periode des Ausgangssignals entspricht.

Es gibt verschiedene Arten von Raumfiltern für das Erfassen der Ränder. Bei konstanter Matrixgröße, die die Abmessungen der Schaltungsausstattung beeinflußt, besitzt ein Filter zum linearen Differenzieren einen Spitzenwert, der bei einer niedrigeren Frequenz als der eines Filters zum quadratischen Differenzieren liegt. Das Filter zum quadratischen Differenzieren hat keinerlei Ausrichtung, jedoch besitzt das Filter zum linearen Differenzieren eine Ausrichtung, so daß es notwendig ist, die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der Gradienten in mindestens zwei Richtungen zu bilden oder aber als Näherungswert die Summe der Absolutwerte der Gradienten in mindestens zwei Richtungen, den Maximalwert der absoluten Werte der Gradienten in mindestens zwei Richtungen oder dergleichen heranzuziehen. Ferner ist das lineare Differenzieren weniger anfällig gegen punktförmige Störungen bzw. Punkterauschen als das quadratische Differenzieren. Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist es daher anzustreben, als Raumfilter des Randdetektors a ein linear differenzierendes Filter zu verwenden.

Im Gegensatz dazu ist als Raumfilter der Randbetonungsschaltung b das Filter zum quadratischen Differenzieren ohne Ausrichtung und mit einem Spitzenwert bei einer höheren Frequenz dem Lineardifferenzierfilter überlegen.

Zum Ermitteln der Zusammenhänge zwischen den Frequenzcharakteristika der vorstehend erläuterten verschiedenen Raumfilter wurden diese zur Vereinfachung durch eindimensionale schnelle Fourier-Transformation (FF-Transformation) berechnet, deren Ergebnisse nachfolgend gezeigt sind. Beispielsweise wird die Berechnung für den Fall vorgenommen, daß eine 4 × 4-Dithermatrix verwendet wird, bei der das Leseabtastintervall des Eingabesystems 1/16 mm und das Intervall des Ausgabesystems 16 Punkte/mm beträgt. Hinsichtlich der Raumfrequenz ist die Periode des Dithermusters 4(1/mm). Ferner kann bei dem Lesen mit dem Abtastintervall von 1/16 mm nach dem Abtasttheorem eine Frequenz von bis zu 8(1/mm) erfaßt werden.

Für den Fall einer 5 × 5-Dithermatrix sind jeweils die eindimensionalen FF-Transformationen in Fig. 3 für ein Quadratdifferenzierfilter (-1, 0, 2, 0, -1), in Fig. 4 für ein Lineardifferenzierfilter (-1, 0, 0, 0, 1) sowie in Fig. 5 für ein weiteres Lineardifferenzierfilter (-1, -1, 0, 1, 1) gezeigt.

Die Spitzenwerte treten jeweils an Stellen bzw. Frequenzen 4(1/mm), 2(1/mm) bzw. 2,5(1/mm) auf. Vergleicht man mit den Raumfrequenzen des Rasterbilds nach Tabelle 1, so ist im Falle des Lineardifferenzierfilters die Bedingung 1 für alle Rasterlinien-Anzahlen nach Tabelle 1 erfüllt; im Falle des Quadratdifferenzierfilters kann bei 45° die Bedingung 1 bei den Rasterlinien-Anzahlen 120 und 133 nicht erfüllt werden, so daß die Rasterung als Ränder erfaßt wird. Vergleicht man die beiden Lineardifferenzierfilter, so ist das Filter (-1, -1, 0, 1, 1) mit einer größeren Impulsbreite überlegen. Dies ist deshalb der Fall, weil mit zunehmender Impulsbreite die Höhe des zweiten Spitzenwerts abnimmt und eine große Impulsbreite es ermöglicht, den Randbereich, in dem die Ränder hervorgehoben werden, auf breite Weise zu erfassen. Wenn zur Randerfassung das Lineardifferenzierfilter (-1, -1, 0, 1, 1) verwendet wird und für die Randbetonung das Quadratdifferenzierfilter (-1, 0, 2, 0, -1) verwendet wird, sind deren Spitzenfrequenzen jeweils 2,4(1/mm) bzw. 4(1/mm), so daß die Bedingung 2 erfüllt ist. D. h., durch die Randerfassung wird der Bereich herausgezogen, in dem die Ränder ausgedehnt betont werden, während für die Randbetonung das Raumfilter verwendet wird, das zum Erzeugen scharfer Ränder geeignet ist.

In Fig. 6 ist die Frequenzcharakteristik bzw. der Frequenzgang gemäß der eindimensionalen FF-Transformation des Glättungsfilters (1, 1, 1, 1, 1) für die 5 × 5-Matrix gezeigt. Bei Frequenzen über der Grundfrequenz 3,341(1/mm) des Rasterbilds mit 120 Linien bei Winkeln über 45° ist die Intensität gering. Ferner ist bei der Teilung bzw. Teilungsfrequenz 4(1/mm) der 4 × 4-Dithermatrix die Intensität ausreichend gering, so daß die Bedingung 3 erfüllt ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden durch die Verwendung der Raumfilter mit den Frequenzcharakteristika gemäß den genannten Bedingungen 1 bis 3 für den Randdetektor, die Randbetonungsschaltung und die Glättungsschaltung Bereiche des Bilds mit sanftem Tönungsverlauf und das Rasterbild nicht als Nichtrandbereiche erfaßt und durch den Glättungsprozeß gemittelt, während die Zeichen, die Linienzeichnungen und die Randbereiche der Bilder als Randbereiche bestimmt und diese Ränder hervorgehoben werden. Andererseits werden an der Grenze zwischen dem Randbereich und dem Nichtrandbereich diese Bereiche kontinuierlich miteinander durch Ändern des Mischungsverhältnisses des Mischers entsprechend dem Signal des Randdetektors verbunden. Auf diese Weise wird Moir´ im Falle des Rasterbilds verhindert, während die Rasterung der Zeichen und die Verringerung der Schärfe der Bilder verhindert wird. Ferner wird das Auftreten einer Änderung an der Unstetigkeit zwischen dem Randbereich und dem Nichtrandbereich verhindert. Weiterhin müssen keine Raumfilter für große Matrixformate eingesetzt werden, so daß die Ausmaße der Schaltungsausstattung verringert werden können und das Ausführungsbeispiel auch vorteilhaft als hochintegrierte Schaltung aufgebaut werden kann.

Fig. 7 ist eine Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung. Fig. 7 zeigt ein Eingangsbildsignal S₁, einen Differenzwertdetektor 1, der den Absolutwert des linear differenzierten Werts des Eingangsbildsignals S₁ erfaßt und der dem Randdetektor a nach Fig. 1 entspricht, ein Differenziersignal S₂ am Ausgang des Differenzierwertdetektors 1, einen Steuersignalgenerator 2 zum Erzeugen von Steuersignalen S₃ und S₄ aus dem Differenziersignal S₂, wobei das Steuersignal S₃ und das Steuersignal S₄ komplementär sind, und einen Glättungsprozessor 3 zum Glätten des Eingangsbildsignals S₁, der der Glättungsschaltung c nach Fig. 1 entspricht. Ferner zeigt Fig. 7 ein durch den Glättungsprozessor 3 geglättetes Bildsignal S₆, einen Multiplizierer 4 zum Bilden des Produkts aus dem geglätteten Bildsignal S₆ und dem Steuersignal S₃, ein Ausgangssignal S₇ des Multiplizierers 4, eine Randbetonungsschaltung 5 zum Hervorheben des Randbereichs des Eingangsbildsignals S₁, ein Randsignal S₈ der Randbetonungsschaltung 5, ein von außen eingegebenes Konstantensignal S₉, einen Multiplizierer 6 zum Bilden des Produkts aus dem Randsignal S₈ und dem Konstantensignal S₉, ein von dem Multiplizierer 6 abgegebenes Randsignal S₁₀ und einen Addierer 7 zum Bilden der Summe aus dem Randsignal S₁₀ und dem Eingangsbildsignal S₁. Die in Fig. 1 gezeigte Randbetonungsschaltung b ist aus der Randbetonungsschaltung 5, dem Multiplizierer 6 und dem Addierer 7 aufgebaut und mit 302 bezeichnet.

Weiterhin zeigt Fig. 7 ein randbetontes Bildsignal S₁₁ als Ausgangssignal des Addierers 7, einen Multiplizierer 8 zum Bilden des Produkts aus dem randbetonten Bildsignal S₁₁ und dem Steuersignal S₄, ein Ausgangssignal S₁₂ des Multiplizierers 8, einen Addierer 9 zum Bilden der Summe aus den Ausgangssignalen S₇ und S₁₂ und ein verarbeitetes Bildsignal S₁₃ als Ausgangssignal des Addierers 9. Der in Fig. 1 gezeigte Mischer d ist durch die Multiplizierer 4 und 8 und den Addierer 9 gebildet und mit 305 bezeichnet.

In der der Randbetonungsschaltung b entsprechenden Randbetonungsschaltung 302 wird von dem Multiplizierer 6 das Ausgangssignal der Randbetonungsschaltung 5 (als Randdetektor) mit dem Steuersignal S₉ multipliziert. Der Multiplizierer 6 kann durch einen Festspeicher oder dergleichen gebildet sein, während für das Steuersignal S₉ keine Einschränkung auf einen Multiplikationskoeffizienten besteht, sondern dieses Signal ein codiertes Signal sein kann.

Nimmt man an, daß A ein bestimmtes Objektbildelement als Objekt der Bildverarbeitung ist, werden das Bildelement und der Wert, von dem die Randerfassungsgröße mit einem bestimmten Koeffizienten multipliziert wurde, durch den Addierer 7 addiert, so daß das Objektbildelement am Rand hervorgehoben ist. In dem Mischer 305 wird das Ausgangssignal der Randbetonungsschaltung 302 mit dem Ausgangssignal des Glättngsprozessors 3 in einem geeigneten Mischungsverhältnis gemischt. Entsprechend dem Ausgangssignal des Differenzierwertdetektors 1, das in den dem Mischer 305 vorgeschalteten Steuersignalgenerator 2 eingegeben wird, wird an den Addierer 9 entweder das Steuersignal S₃ oder das Steuersignal S₄ abgegeben. Die Steuersignale S₃ und S₄ müssen nicht unbedingt komplementäre Signale sein, was nachfolgend erläutert wird. Die Kennlinien der Steuersignale S₃ und S₄ können mit einem Steuersignal S₅ beliebig gewählt werden. In dem Multiplizierer 8 wird das Ausgangssignal der Randbetonungsschaltung 302 entsprechend dem Steuersignal S₄ multipliziert. In dem Multiplizierer 4 wird das Ausgangssignal des Glättungsprozessors 3 entsprechend dem Steuersignal S₃ multipliziert. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 4 und 8 werden in dem Addierer 9 addiert, wobei die addierten Signale zu dem Bildverarbeitungs-Ausgangssignal S₁₃ werden.

Die Blockdarstellung nach Fig. 7 kann durch folgende Ausdrücke bzw. Gleichungen dargestellt werden:

Zuerst führen der Differenzierwertdetektor 1 und der Steuersignalgenerator 2 eine arithmetische Berechnung gemäß folgender Gleichung (1) aus:

Hierbei sind I die eingegebenen Bilddaten, E das Steuersignal S₄ und f eine Normierfunktion zum Normieren des Steuersignals S₄ auf den Maximalwert "1".

Von dem Addierer 7 wird folgendes Ausgangssignal erhalten:

Hierbei ist G das Ausgangssignal des Addierers 7 und k₁ die Konstante des Konstantensignals S₉. Aus dem Glättungsprozessor 3 wird folgendes Ausgangssignal erhalten:

Dabei ist H das Ausgangssignal des Glättungsprozessors 3. Auf diese Weise kann der Wert 0 des Ausgangssignals S₁₃ des Addierers 9 durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden:

Die in der Gleichung (4) in den eckigen Klammern dargestellten Kerne ergeben die Faltungen mit dem Bildsignal I. Als Kerne *1 bis *4 können verschiedene abgewandelte Formen in Betracht gezogen werden, wofür Beispiele in der Tabelle 2 gezeigt sind.

Tabelle 2

Die Fig. 8 zeigt ein Beispiel von Kennlinien der Funktion f des Steuersignalgenerators 2.

Bei

E = f(x) gilt
E = 0 für 0 ≦ x < 0,2
E = 1,67 × -0,33 für 0,2 ≦ x < 0,8 und
E = 1 für 0,8 ≦ x ≦ 1

Hierbei wird davon ausgegangen, daß die Eingangs- und Ausgangssignale auf 0 bis 1 normiert sind.

Die Fig. 9 und 10 sind Darstellungen zur Erläuterung der Funktion des Randdetektors bzw. Differenzierwertdetektors bei dem linearen Differenzieren. Diese Darstellungen sind in einer Dimension in der Hauptabtastrichtung gezeigt.

Da gemäß den vorangehenden Erläuterungen der Differenzierwertdetektor 1 als eine Art Bandpaßfilter dient, erhält in dem Fall, daß das Eingangsbildsignal für das Rasterbild mit der Hochfrequenzkomponente gemäß Fig. 9 mittels des Gleichungskerns (-1, -1, 0, 1, 1) in der Hauptabtastrichtung gefaltet wird, das Ausgangssignal S₂ einen kleinen Wert wie 0,1 bis 0,2.

Falls im Gegensatz dazu das Eingangsbildsignal verhältnismäßig niedrige Frequenz hat (wie beispielsweise bei vertikalen Linien von Zeichen oder dergleichen), erhält gemäß Fig. 10 durch den gleichen Faltungsprozeß das Ausgangssignal S₂ einen hohen Wert.

Gemäß Fig. 8 stellt der Steuersignalgenerator 2, der die Gamma-Umsetzung ausführt, das Steuersignal S₃ auf "1" und das Steuersignal S₄ auf "0" ein, wenn das Differenziersignal S₂ kleiner als 0,2 ist. Wenn andererseits das Differenziersignal S₂ größer als 0,8 ist, wird das Steuersignal S₃ auf "0" und das Steuersignal S₄ auf "1" eingestellt. Wenn das Differenziersignal S₂ in dem Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt, ändern sich die Steuersignale S₃ und S₄ gemäß Fig. 8 entsprechend dem Differenziersignal S₂ so, daß die Summe aus den Steuersignalen S₃ und S₄ immer "1" ist.

Andererseits ist das Eingangsbildsignal S₁ an den Eingang des Differenzierwertdetektors 1 sowie auch gleichzeitig an die Eingänge des Glättungsprozessor 3 und der Randbetonungsschaltung 5 angelegt.

Fig. 11 veranschaulicht die Funktion des Glättungsprozessors 3 und zeigt als Beispiel eine Dimension in der Hauptabtastrichtung. In diesem Fall ist der Kern (1, 1, 1, 1) und hat überall den Inhalt "1", so daß das Tiefpaßfilter so gestaltet ist, daß der Mittelwert von fünf Bildelementen ausgegeben wird. Das eingegebene Bildsignal S₁ wird auf gleichartige Weise zu dem geglätteten Bildsignal S₆.

Fig. 12 veranschaulicht die Funktion der Randbetonungsschaltung 5 und zeigt eine Dimension in der Hauptabtastrichtung. Der Kern ist (-1, 0, 2, 0, -1) und hat die bekannte Randerfassungscharakteristik der quadratischen Differenzierung. Das Ausgangssignal S₈ hat in den flachen bzw. gleichmäßigen Bereichen den Spitzenwert "0" und in den Randbereichen positive und negative Spitzenwerte.

Das Randsignal S₈ wird von dem Multiplizierer 6 mit dem konstanten Signal S₉ multipliziert und durch den Addierer 7 zu dem Eingangsbildsignal S₁ addiert, so daß daraus das randbetonte Signal S₁₁ abgeleitet wird. Wegen der geringfügigen Verzögerung des Randsignals S₁₀ gegenüber dem Eingangsbildsignal S₁ ist eine nicht gezeigte Verzögerungsschaltung vorgesehen, mit der die Zeiten der Eingabe des Randsignals S₁₀ und des Eingangsbildsignals S₁ in den Addierer 7 miteinander in Übereinstimmung gebracht werden.

In dem Randbereich, in dem das Ausgangssignal des Differenzierwertdetektors 1 hoch ist, ist das Steuersignal S₃ klein, während das Steuersignal S₄ groß ist. Wenn im Gegensatz dazu das Differenziersignal S₂ klein ist, ist das Steuersignal S₃ groß, während das Steuersignal S₄ klein ist. Wie in Verbindung mit Fig. 8 ausgeführt wurde, sind die Steuersignale S₃ und S₄ einer Gamma- Umsetzung unterzogen, so daß ihre Summe immer "1" ist. Daher wird die Summe der Ausgangssignale der Multiplizierer 4 und 8 in der Weise gesteuert, daß die Komponente des randbetonten Signals S₁₁ angehoben ist, wenn das Differenziersignal S₂ groß ist, und die Komponente des geglätteten Bildsignals S₆ angehoben ist, wenn das Differenziersignal S₂ klein ist.

Fig. 13 veranschaulicht die vorstehend beschriebene Lage, wobei das Differenziersignal S₂ darstellt, daß die Ränder in den Bereichen unter Ausschluß der Schwingungen mit kleiner bzw. kurzer Periode (entsprechend der Rasterperiode) in dem Eingangsbildsignal S₁ erfaßt werden.

Das Steuersignal S₄ wird durch die Gamma-Umsetzung des Differenziersignals S₂ abgeleitet und an den Bereichen außerhalb der in Fig. 13 gezeigten vier Scheitelwerte des Differenziersignals S₂ auf "0" eingestellt. Das Steuersignal S₃ entspricht dem Signal (1-S₄). Fig. 13 zeigt ferner das geglättete Bildsignal S₆ und das randbetonte Signal S₁₁. In Fig. 13 zeigt das Bildverarbeitungs- Ausgangssignal S₁₃, daß die Raster- bzw. Bildbereiche geglättet wurden, für die Signale S₆ und S₁₁ unter dem Mischungsverhältnis der Signale S₃ und S₄ addiert wurden, und nur die Randbereiche hervorgehoben bzw. betont wurden.

Nachstehend werden ausführlich die jeweiligen Blöcke nach Fig. 7 beschrieben.

Differenzierwertdetektor

Fig. 14 ist ein ausführliches Schaltbild des Differenzierwertdetektors 1.

In den Differenzierwertdetektor 1 wird ein Ausgangssignal eines 5-Zeilen-Puffers 301 nach Fig. 20 eingegeben.

Nach Fig. 14 wird ein Ausgangssignal 306 -a einer Lineardifferenzierschaltung 306 in den Datenteil 306 -c und einen Vorzeichenteil 306 -b für das negative oder positive Vorzeichen aufgeteilt. Der Vorzeichenteil 306 -b wird als Wählsignal in einen Wähler 308 eingegeben. Durch dieses Wählsignal werden entweder die Daten, deren Polung (+ oder -) durch einen Inverter 307 invertiert ist, oder die Daten des Datenteils 306 -c ohne Inversion der Polung gewählt, so daß ein Absolutwert 308 a der Daten ausgegeben wird. Gleichermaßen wird von einem Wähler 311 der Absolutwert des Ausgangssignals einer Lineardifferenzierschaltung 312 ausgegeben. Die beiden Ausgangssignale 308 -a und 311 -a der Wähler 308 und 311 werden in einem Addierer 309 addiert, so daß von dem Addierer 309 die Summe der linear differenzierten Werte in zwei Richtungen ausgegeben wird.

Fig. 15 ist eine Blockdarstellung, die Einzelheiten der Lineardifferenzierschaltungen 306 und 312 nach Fig. 14 zeigt.

Zunächst wird zum Erläutern der grundlegenden Funktionen dieser Lineardifferenzierschaltungen ein Block X nach Fig. 15 beschrieben.

Synchron mit einem (nicht gezeigten) Bildübertragungs- Taktsignal wird in allen Schieberegistern nach Fig. 15 der Inhalt verschoben. Zur einfacheren Erläuterung sei nun angenommen, daß alle Multiplikationskoeffizienten von Multiplizierern 243 bis 247 "1" sind. Gemäß dem Zeitdiagramm in Fig. 16 sind das Ausgangssignal eines Schieberegisters 230 zu einem Zeitpunkt t _-₃ (S _n,m-₁ + S _n,m-₂), das Ausgangssignal eines Schieberegisters 231 zu einem Zeitpunkt

t _-₂ (S _n,m + S _n,m-₁ + S _n,m-₂), das Ausgangssignal eines Schieberegisters 232 zu einem Zeitpunkt

t _-₁ (S _n,m+₁ + S _n,m + S _n,m-₁ + S _n,m-₂)

und das Ausgangssignal eines Addierers 260 zu einem Zeitpunkt

t₀ (S _n,m+₂ + S _n,m+₁ + S _n,m + S _n,m-₁ + S _n,m-₂).

Auf diese Weise wird in dem Block X der Summenwert von fünf Bildelementen in der Haupttastrichtung berechnet. In diesem Fall wird durch das Einstellen der Multiplikationskoeffizienten der Multiplizierer 243 bis 247 auf a, b, c, d bzw. e das Ausgangssignal des Addierers 260 zu:

e · S _n,m+₂ + d · S _n,m+₁ + c · S _n,m + b · S _n,m-₁ + a · S _-n,m-₂).

Es ist ersichtlich, daß die einem Schieberegister 232 und einem Schieberegister 233 nachgeschalteten Schaltungen auf gleichartige Weise arbeiten.

Falls die zu erreichenden linearen Differentiationen die in Gleichung (1) durch *1 und *2 dargestellten sind, sind bei einem Objekt-Bildelement in der n-ten Zeile die Elemente der Kerne in der (n-2)-ten Zeile und der (n-1)-ten Zeile gleich sowie auch die Elemente der Kerne in der (n+1)-ten Zeile und der (n+2)-ten Zeile gleich. Daher kann nach dem Addieren der Bilddaten der (n-2)-ten Zeile und der (m-1)-ten Zeile durch einen Addierer 221 durch die linearen Differenzierprozesse gemäß *1 und *2 in Gleichung (1) der Schaltungsaufwand auf die Häfte verringert werden. Ferner werden gleichartige Prozesse auch bezüglich der (n-1)-ten Zeile und der (n+2)-ten Zeile ausgeführt. Auf diese Weise kann aus einem Addierer 400 der Summenwert erhalten werden, der den Kernen für fünf Zeilen entspricht.

Falls im einzelnen in einer herkömmlichen Schaltungsanordnung eine lineare Differenzierung nach Fig. 28 ausgeführt wird, werden ein Einzelzeilen-Addierer für die (n-2)- te Zeile und ein Einzelzeilenaddierer für die (n-1)-te Zeile gesondert vorgesehen, wobei auch ein Einzelzeilenaddierer für die (n+1)-te Zeile und ein Einzelzeilenad dierer für die (n+2)-te Zeile erforderlich sind.

Der Block X ist ein Beispiel für solche Einzelzeilenaddierer.

Die in Fig. 29 gezeigte Lineardifferenzierschaltung hat herkömmlichen Schaltungsaufbau. Die Bildverarbeitungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel hat jedoch den in Fig. 30 gezeigten Schaltungsaufbau, bei dem die Blöcke X und die Abmessungen der Schaltung auf ungefähr 3/5 verringert sind.

Andererseits kann abhängig von der Einstellung der Koeffizienten der Multiplizierer in dem Block X die in Fig. 29 gezeigte Schaltungsanordnung direkt auch als Randdetektorschaltung und Glättungsschaltung genauso wie als Lineardifferenzierschaltung eingesetzt werden. Für den Glättungsprozeß beispielsweise gemäß Gleichung (3) wird jedoch gemäß Fig. 31 nach dem Addieren der Daten für fünf Zeilen nur ein einziger Block X eingesetzt und ein einfacher Schaltungsaufbau verwendet, aus dem dann das geglättete Ausgangssignal ausgegeben werden kann.

Ferner kann zum Erreichen der Randerfassung gemäß der Darstellung durch *3 in der Gleichung (4) sowie *3 in der Tabelle 2 die Schaltung nach Fig. 29 unverändert verwendet werden, jedoch kann auch eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 32 eingesetzt werden.

Falls die Multiplikationsfaktoren von mit 238 bis 252 bezeichneten Multiplizierern einfach sind, wie z. B. "1", "-1" oder "0", können nach Fig. 17 diese Multiplizierer auf einfache Weise jeweils mit einem Inverter 291 und einem Wähler 292 aufgebaut werden. Das Umschalten zwischen "1" und "-1" kann mittels eines Signals SL erfolgen, während mittels eines Signal CL nach Fig. 17 der Signalpegel auf "0" eingestellt werden kann.

Zum Erreichen des linearen Differenzierens des Gleichungskerns *1 in Gleichung (1) werden die Multiplikationskoeffizienten der Multiplizierer 238 bis 242 auf "1", die der Multiplizierer 243 bis 247 auf "0" und die der Multiplizierer 248 bis 252 auf "-1" eingestellt.

Zum Erreichen der linearen Differenzierung gemäß dem Kern *2 in Gleichung (1) werden die Multiplikationskoeffizienten der Multiplizierer 242, 238, 240 und 241 auf 1, 1, 0, -1 bzw. -1, diejenigen der Multiplizierer 243 bis 247 auf 1, 1, 0, -1 und -1 und diejenigen der Multiplizierer 248 bis 252 auf 1, 1, 0, -1 und -1 eingestellt.

Obwohl die Schaltungsanordnung zum linearen Differenzieren gemäß der Darstellung bei *1 und *2 in der Tabelle 2 gemäß der Darstellung in Fig. 18 aufgebaut werden kann, ist deren Funktionsprinzip im wesentlichen dasselbe wie bei der Schaltung nach Fig. 15. Daher wird das Verfahren zum Einstellen der Koeffizienten der Multiplizierer nicht weiter beschrieben.

Randbetonungsschaltung 5

Fig. 19 zeigt die Randbetonungsschaltung 5.

Gemäß der Darstellung in Fig. 20 besteht das in Fig. 7 gezeigte Eingangsbildsignal S₁ aus den Daten für fünf fortlaufende Zeilen der Bilddaten. Nachdem die in den 5- Zeilen-Puffer 301 eingegebenen Bilddaten in fünf Zeilenpuffern gespeichert wurden, werden die Daten für die fünf Zeilen gleichzeitig ausgegeben. Diese Daten werden synchron mit dem (nicht gezeigten) Bildübertragungs-Taktsignal in der Hauptabtastrichtung der Bilddaten Bildelement für Bildelement ausgegeben.

In Fig. 21 ist ein Objektbereich S im Bildbereich weiter vergrößert und der Datenwert des Objektbildelemets als S _n,m eingesetzt. In diesem Fall werden nun die um diesen Objektbildelement-Datenwert liegenden Bilddaten berücksichtigt. Die Bilddaten für drei Zeilen, nämlich die (n-2)-te Zeile, die n-te Zeile und die (n+2)-te Zeile in dem Eingangsbildsignal S₁ werden in die Randbetonungsschaltung 5 nach Fig. 19 eingegeben. Das der Bildverarbeitung zu unterziehende Objektbildelement wird als S _n,m eingesetzt.

In Fig. 19 sind mit 201 bis 211 Einzelbit-Schieberegister bezeichnet. Der Bilddatenwert S₁ wird synchron mit dem Bildübertragungs-Taktsignal durch die Schieberegister 201 bis 203, 204 bis 208 und 209 bis 211 geschoben. Das Zeitdiagramm hierfür ist in der Fig. 22 gezeigt, wobei die Ausgangssignale der Schieberegister zu einem bestimmten Zeitpunkt T in Fig. 19 in Klammern angegeben sind.

Ein Addierer 213 addiert die Ausgangsdaten S _n-₂_,m , S _n,m-₂, S _n,m+₂ und S _n+₂_,m der Schieberegister 203, 204, 208 bzw. 211. Die addierten Daten werden in dem Multiplizierer 6 mit "-1" multipliziert. Die Bilddaten für das Objektbildelement S _n,m werden aus dem Schieberegister 206 ausgegeben und mittels eines Multiplizierers 212 mit "4" multipliziert, wonach sie mit dem Addierer 7 addiert werden. Der Addierer 7 gibt das Randerfassungssignal GS₁₁ gemäß Gleichung (2) und Fig. 7 aus.

Da die Kernelemente der (n-2)-ten Zeile und der (n+2)-ten Zeile die gleichen sind, können die Schieberegister 209 bis 211 entfallen und nach dem Addieren der Ausgangssignale für die (n-2)-te Zeile und die (n+2)-te Zeile das Additionsausgangssignal in das Schieberegister 201 eingegeben werden. Es ist offensichtlich, daß die Randbetonungsschaltung 5 durch die Schaltung nach Fig. 18 bei Eingabe der Werte des Kerns *4 in die Multiplizierer gebildet werden kann.

Glättungsprozessor 3

Fig. 23 ist ein ausführliches Schaltbild des Glättungsprozessors 3 in Fig. 7.

Das Eingangsbildsignal S₁ besteht aus den Daten für fünf zusammenhängende bzw. aufeinanderfolgende Zeilen in der Unterabtastrichtung des Bilds. Ein Addierer 271 addiert die Daten für fünf Bildelemente in der Unterabtastrichtung. Der von dem Addierer 271 abgegebene Datenwert wird in ein Schieberegister 272 zum Verzögern des Datenwerts um 1 Bit eingegeben. Der von dem Schieberegister 272 ausgegebene Datenwert wird in Addierer 277 bis 280 eingegeben. Der Addierer 277 addiert das Ausgangssignal des Schieberegisters 272 mit dem um ein Bildelement vorangehenden Datenwert aus einem Schieberegister 273. Das Ergebnis dieser Addition wird in einem Schieberegister 274 zwischengespeichert und dann durch den Addierer 278 zu dem Datenwert für das nächste Bildelement addiert. Auf gleichartige Weise werden zu einem Zeitpunkt T₂ gemäß Fig. 24 aus dem Addierer 280 die Daten

S _N,m+₂ + S _N,m+₁ + S _N,m + S _N,m-₁ + S _N,m-₂

ausgegeben, wobei

S _N,j = S _n-₂_,j + S _n-₁_,j + S _n,j + S _n+₁_,j + S-_n+₂_,j

gilt.

Auf diese Weise wird für das Objekt-Bildelement S _n,m die Summe der Daten der Bildelemente gemäß der Darstellung durch *3 in der Gleichung (2) von dem Addierer 280 ausgegeben. Diese Summe wird mittels einer Dividierschaltung 281 durch die Gesamtanzahl der Bildelemente geteilt, so daß die gemittelten bzw. geglätteten Daten abgegeben werden. Fig. 26 zeigt eine Schaltung für einen Glättungsprozeß mit Bewertungen bzw. Gewichten gemäß Fig. 25. Die Funktionszeiten und dergleichen sind zwar im wesentlichen die gleichen wie diejenigen der Schaltung nach Fig. 23, jedoch werden in der Schaltungsanordnung nach Fig. 26 die jeweiligen Zeilen durch Multiplizierer 351 bis 355 und auch die entsprechenden Spalten durch Multiplizierer 256 bis 360 mit unterschiedlichen Gewichten bewertet, wodurch die Glättung der Daten gemäß der Darstellung in Fig. 25 erfolgt.

Bei diesem Glättungsprozessor wird nach dem Addieren aller Additionswerte in der Unterabtastrichtung des Bilds das Ergebnis dieser Addition zu den Daten in der Hauptabtastrichtung des Bilds addiert, so daß die Schaltungsabmessungen verringert werden können.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 33 und den nachfolgenden Figuren gezeigt.

Fig. 33 zeigt den grundlegenden Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung. Diese Einrichtung weist einen Randdetektor a′, auf eine Glättungsschaltung c′ und einen Mischer d′ auf. Auf gleichartige Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel hat der Randdetektor a′ eine Raumfrequenzcharakteristik in der Weise, daß die Ränder von Zeichen; Linienzeichnungen und Bildern erfaßt werden, während die Rasterung des Rasterbilds nicht als Ränder erfaßt wird. Mit der Glättungsschaltung c′ werden die Bilder geglättet. Der Mischer d′ ändert das Mischungsverhältnis des eingegebenen Bildsignals zu dem geglätteten Bildsignal entsprechend einem Signal aus dem Randdetektor a′ und gibt die Daten mit dem unterschiedlichen Mischungsverhältnis aus. Auf diese Weise wird die Rasterung des Rasterbilds als Nichtrandbereich bestimmt und der Glättungsprozeß ausgeführt, wodurch die Daten gemittelt werden und Moir´ verhindert wird. Da ferner der Randbereich und der Nichtrandbereich kontinuierlich verbunden sind, wird eine Änderung der Struktur an der Grenze verhindert.

Fig. 34 ist eine Blockdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei die Teile und Komponenten mit den gleichen Funktionen wie diejenigen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Fig. 34 zeigt das Eingangsbildsignal S₁, den Differenzwertdetektor 1, der den Absolutwert des linear differenzierten Wert des Eingangsbildsignals S₁ erfaßt und der dem Randdetektor a′ nach Fig. 33 entspricht, das Differenziersignal S₂ an dem Ausgang des Detektors 1, den Steuersignalgenerator 2, der als Ausgangssignale aus dem Differenziersignal S₂ die Steuersignale S₃ und S₄ erzeugt, die zueinander komplementär sind, und den Glättungsprozessor 3, der das Eingangsbildsignal S₁ glättet und der der Glättungsschaltung c′ nach Fig. 33 entspricht. Ferner zeigt Fig. 34 das von dem Glättungsprozessor 3 geglättete Bildsignal S₆, den Multiplizierer 4 zum Bilden des Produkts aus dem geglätteten Bildsignal S₆ und dem Steuersignal S₃, das Ausgangssignal S₇ des Multiplizierers 4, den Multiplizierer 8 zum Bilden des Produkts aus dem eingegebenen Bildsignal S₁ und dem Steuersignal S₄, das Ausgangssignal S₁₂ des Multiplizierers 8, den Addierer 9 zum Bilden der Summe aus den Ausgangssignalen S₇ und S₁₂ und das Bildverarbeitungs- Ausgangssignal S₁₃ aus dem Addierer 9. Die Multiplizierer 4 und 8 sowie der Addierer 9 bilden den Mischer d′ nach Fig. 33 und sind mit 305 bezeichnet.

Der Mischer 305 mischt die eingegebenen Bilddaten mit dem Ausgangssignal des Glättungsprozessor 3 in einem geeigneten Mischungsverhältnis. Jedes der Steuersignale S₃ und S₄ wird entsprechend dem Ausgangssignal des Differenzierwertdetektors 1 ausgegeben, das in den dem Mischer 305 vorgeschalteten Steuersignalgenerator 2 eingegeben wird. Die Steuersignale S₃ und S₄ müssen nicht unbedingt komplementär sein. Die Kennlinien der Steuersignale S₃ und S₄ können auf beliebige Weise mittels des Steuersignals S₅ gewählt werden. Der Multiplizierer 8 multipliziert die eingegebenen Bilddaten entsprechend dem Steuersignal S₄. Der Multiplizierer 4 multipliziert das Ausgangssignal des Glättungsprozessors 3 entsprechend dem Steuersignal S₃. Die beiden Ausgangssignale der Multiplizierer 4 und 8 werden in dem Addierer 9 addiert, so daß von diesem das Bildverarbeitungs- Ausgangssignal abgegeben wird. Fig. 35 zeigt die Kurvenformen von Signalen an jeweiligen Teilen der Schaltung nach Fig. 24. Die einzelnen Schaltungen der jeweiligen Teile nach Fig. 33 sind denjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel gleichartig.

Andere Ausführungsbeispiele

Die jeweiligen Gleichungskerne für den Differenzierwertdetektor, den Glättungsprozessor und die Randbetonungsschaltung sind bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel auf 5 × 5 gewählt. In Abhängigkeit von der Anzahl der Zeilen für das Unterdrücken von Moir´ können jedoch auch 3 × 3-Kerne gewählt werden. Weiterhin können nötigenfalls auch Kerne mit mehr als 5 × 5-Elementen gewählt werden. Entsprechend dem jeweiligen Zweck ist es nicht erforderlich, für den Differenzwertdetektor und den Glättungsprozessor gerne gleichen Formats zu verwenden. Ferner besteht keine Einschränkung auf quadratische Gleichungskerne.

Andererseits ist bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Satz aus 5 Zeilenpuffern vorgesehen, wobei die Randerfassung, der Glättungsprozeß und die Randbetonung in parallelen Prozessen ausgeführt werden. Diese Prozesse müssen jedoch nicht unbedingt parallel ausgeführt werden.

Beim ersten Ausführungsbeispiel werden das geglättete Signal S₆ als Ausgangssignal des Glättungsprozessors 3 und das randbetonte Signal S₁₁ als Ausgangssignal des Addierers 7 in dem Mischungsverhältnis addiert, das dem Ausgangssignal des Steuersignalgenerators 2 als Gamma-Umsetzschaltung entspricht. Anstelle des randbetonten Signals S₁₁ kann jedoch das Eingangsbildsignal S₁ herangezogen werden. In diesem Fall ist zwar dieses Verfahren demjenigen bei dem Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Zeichen und der Linienzeichnung geringfügig unterlegen, jedoch kann die Einrichtung beträchtlich vereinfacht werden, und es wird hinsichtlich des Unterdrückens von Moir´-Erscheinungen die gleiche Wirkung wie bei dem Ausführungsbeispiel erzielt, so daß dieses Verfahren vorteilhaft ist.

Falls ferner die Randbetonungsschaltung aus der Randbetonungsschaltung bzw. dem Randdetektor 5, dem Multiplizierer 6 und dem Addierer 7 gemäß Fig. 7 so aufgebaut wird, daß der mittlere Bereich des Kerns *4 der Randbetonungsschaltung 5 mittels des Konstanten-Signals S₉ verändert werden kann, sind der Multiplizierer 6 und der Addierer 7 überflüssig.

Ferner ist zwar bei dem Ausführungsbeispiel das Konstantensignal S₉ von außen veränderbar, jedoch kann es auch auf einen festen Wert eingestellt sein.

Bei den Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Einrichtung hat der Steuersignalgenerator 2 die in Fig. 8 gezeigten Kennlinien für die Gamma-Umsetzung; hierauf besteht jedoch keine Einschränkung. Beispielsweise können als Kennlinien des Steuersignalgenerators 2 als Gamma- Umsetzschaltung andere abgewandelte Kennlinien gewählt werden, die in den Fig. 27A, 27B und 27C gezeigt sind.

In den Fig. 27A bis 27C ist jeweils nur die Kennlinie für das Steuersignal S₄ gezeigt, jedoch ist das Steuersignal S₃ durch S₃ = 1 - S₄ gegeben.

Die Kennlinie nach Fig. 27A ergibt jeweils

S₄ = 0 für 0 ≦ S₂ < 0,5 und
S₄ = 1,0 für 0,5 ≦ S₂ ≦ 1,0

Im einzelnen ergibt sich das Merkmal, daß die Schaltung für die Gamma-Umsetzung einfach aufgebaut werden kann.

Für die Kennlinie nach Fig. 27B gilt:

S₄ = -arctan (k · S₂) + k)

Hierdurch ergibt sich das Merkmal, daß das geglättete Signal und das randbetonte Signal stoßfrei miteinander verbunden werden.

Für die in Fig. 27C gezeigte Kennlinie gilt:

S₄ = 0 für 0 ≦ S₂ < 0,25,
S₄ = 0,33 für 0,25 ≦ S₂ < 0,5,
S₄ = 0,67 für 0,5 ≦ S₂ < 0,75 und
S₄ = 1,0 für 0,75 ≦ S₂ ≦< 1,0

Hierbei ergeben sich die Merkmale, daß die Schaltung einfacher als diejenige für die Kennlinien nach Fig. 8 ist und zugleich das geglättete Signal und das randbetonte Signal im Vergleich zur Verwendung der in Fig. 27A gezeigten Kennlinie der Gamma-Umsetzschaltung "weicher" miteinander verbunden werden können.

Für den Differenzierwertdetektor können im einzelnen beispielsweise das bekannte Prewit-Randerfassungsverfahren, das Sorbel-Randerfassungsverfahren oder dergleichen angewandt werden. Weiterhin kann auch das Laplace-Verfahren angewandt werden. Ferner wird zwar der Raumfilterprozeß im allgemeinen unter Verwendung des 3 × 3-Kerns als Prewit-, Sorbel- oder Laplace-Randerfassungsverfahren ausgeführt, jedoch wird auch bei einer Erweiterung des Kernformats auf ein von 3 × 3 verschiedenes Format der wesentliche Grundgedanke der Erfindung nicht beeinflußt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung Moir´ bei der Reproduktion des Bilds mit dem Rasterteil verhindert werden, während zugleich infolge der Randbetonung die Zeichen und dünnen Linien mit einer hohen Vorlagentreue reproduziert werden können.

Weiterhin kann durch Erfassen des differenzierten Werts des Bilds unter Verwendung der Randdetektoreinrichtung der gleichmäßige Rasterbereich von dem Bild gesondert werden, so daß der Rasterbereich geglättet werden kann und auf der Rasterung und dem Dithermuster beruhendes Moir´ unterdrückt werden kann.

Da ferner die Zeichen und dünnen Linien nicht geglättet werden, kann das Vorlagenbild mit hoher Originaltreue reproduziert werden.

Darüber hinaus wird ein nichtgerastertes Bild wie eine Fotografie nicht beeinflußt.

Ferner kann durch das nichtlineare Umsetzen des Ausgangssignals der Randdetektoreinrichtung eine durch ein Schmutzteilchen auf dem Bild verursachte Randerfassungskomponente ausgeschieden werden.

Erfindungsgemäß werden die Randerfassungseinrichtung, die Randbetonungseinrichtung und die Glättungseinrichtung parallel betrieben, so daß das Bild mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden kann.

Erfindungsgemäß werden die Randdetektoreinrichtung, die Glättungseinrichtung und die Randbetonungseinrichtung nach dem Faltungsverfahren betrieben, wobei zugleich die Formate der für die jeweiligen Faltungen erforderlichen Kerne gleich sind. Auf diese Weise kann die Anzahl der erforderlichen Zeilenpuffer gleich gemacht und jeweils der gleiche Zeilenpuffer verwendet werden, so daß die Abmessungen der Schaltung verringert werden können.

Weiterhin wird erfindungsgemäß der zweite Spitzenwert der Frequenzkennlinie bei der linearen Differenzierung für die Randerfassung auf 2/3 des ersten Spitzenwerts eingestellt, so daß selbst bei einer Verkleinerung des Kerns der Rand auf einfache Weise erfaßt werden kann. Daher kann die Anzahl der Zeilenpuffer vermindert werden, und es können die Ränder mit hoher Geschwindigkeit mittels einer klein bemessenen Schaltung erfaßt werden.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ein Bild hoher Qualität mit hoher Geschwindigkeit mittels einer einfachen Schaltung erzielt werden.

Die Bildsignalverarbeitungseinrichtung eignet sich für digitale Kopiergeräte, Faksimilegräte oder dergleichen, in denen Bildsignale verarbeitet werden, und enthält einen Randdetektor zum Erfassen eines Randbereichs des Bildsignals, eine Glättungsschaltung zum Glätten des Bildsignals, eine Randbetonungsschaltung zum Betonen des Rands des Bildsignals und einen Mischer zum Mischen des Ausgangssignals der Glättungsschaltung mit dem Ausgangssignal der Randbetonungsschaltung. Das Mischverhältnis zwischen dem Ausgangssignal der Glättungsschaltung und dem Ausgangssignal der Randbetonungsschaltung wird entsprechend dem Ausgangssignal des Randdetektors verändert. Die Randerfassung mit dem Randdetektor erfolgt durch lineares Differenzieren. Mit dieser Einrichtung können Moir´-Streifen im Falle eines Raster-Vorlagenbilds unterdrückt und Zeichen und Linienzeichnungen mit hoher Vorlagentreue reproduziert werden.

Claims

1. Bildsignalverarbeitungseinrichtung mit einer Eingabeeinrichtung zum Eingeben eines Bildsignals, einer Detektoreinrichtung zum Erfassen eines einem Zeichen- und einem Linienzeichnungsbereich entsprechenden vorbestimmten Ortsfrequenzbereichs des Bildsignals zum Extrahieren eines Zeichen- und Linienzeichnungs-Bereichs, einer Glättungseinrichtung zum Glätten des Bildsignals und einer Randbetonungseinrichtung zum Randbetonen des Bildsignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbetonungseinrichtung (b; 302) in Abhängigkeit vom Erfassungsergebnis der Detektoreinrichtung (a; 1) in einem vorbestimmten Ortsfrequenzbereich aktiviert wird und daß die Glättungseinrichtung (c; 3) zumindest in einem vom vorbestimmten Ortsfrequenzbereich abweichenden Frequenzbereich als Tiefpaßfilter in Abhängigkeit vom Erfassungsbereich der Detektoreinrichtung (a; 1) wirksam ist und daß die Ausgangssignale der Randbetonungseinrichtung (b; 302) und der Glättungseinrichtung (c; 3) in einem Mischer (d; 305) in einem geeigneten Verhältnis gemischt werden.

2. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenfrequenz der erfaßten Ortsfrequenz der Detektoreinrichtung (a; 1) niedriger ist als die Spitzenfrequenz der Randbetonungseinrichtung (b; 302).

3. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (a; 1) aus einer Lineardifferenzierschaltung besteht.

4. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verknüpfungseinrichtung (d; 305) zum Zusammenfassen der Ausgangssignale der Glättungseinrichtung (c; 3) und der Randbetonungseinrichtung (b; 302).

5. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungseinrichtung (d; 305) abhängig vom Erfassungsergebnis der Detektoreinrichtung (a; 1) eines der Ausgangssignale der Glättungseinrichtung (c; 3) und der Randbetonungseinrichtung (b; 302) auswählt.

6. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungseinrichtung (d; 305) die Ausgangssignale der Glättungseinrichtung (c; 3) und der Randbetonungseinrichtung (b; 302) zusammenfaßt, wobei das Mischungsverhältnis der Ausgangssigale vom Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung (a; 1) abhängt.

7. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (a; 1) die Summe linearer Differentiationen in zwei oder mehr Richtungen bildet.

8. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbetonungseinrichtung (b; 302) ein gegenüber der Detektoreinrichtung (a; 1) unterschiedliches Ortsfilter aufweist.

9. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Umsetzeinrichtung (2) zum nichtlinearen Umsetzen des Ausgangssignals der Detektoreinrichtung (a; 1).

10. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Detektoreinrichtung (a; 1) erfaßte Spitzenfrequenz geringer eingestellt ist als die erste harmonische Frequenz eines Rasterbilds.

11. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste harmonische Frequenz durch die Glättungseinrichtung (c; 3) geglättet und eliminiert wird.

12. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (a; 1), die Glättungseinrichtung (c; 3) und die Randbetonungseinrichtung (b; 302) parallel arbeiten.

13. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (a; 1), die Glättungseinrichtung (c; 3) und die Randbetonungseinrichtung (b; 302) nach einem Faltungsverfahren arbeiten, wobei die Größen von für die jeweiligen Faltungen erforderlichen Gleichungskernen einander angeglichen sind.

14. Bildsignalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Spitze einer Frequenzcharakteristik beim linearen Differenzieren auf 2/3 einer ersten Spitze eingestellt ist.