(57)【要約】【課題】ドキュメントのより高度の圧縮を提供する。【解決手段】ドキュメント・イメージのダイナミック・レンジを縮小／再マップすること、ならびに、場合により、さらなるイメージ解析および前処理、およびドキュメント・イメージのダイナミック・レンジを復元または拡張するように選択された値の置き換えられたテーブルとともにドキュメントを記憶することにより、ドキュメントのより高く、極度である可能性がある圧縮が達せられる。パーソナル・チェックなどのドキュメント内の低いコントラストにおいてさえ、複数のイメージ階調（例えば、色またはグレー・スケール・レベル）にもかかわらず、より高い圧縮、または極度の圧縮が提供される。そのようなより高い圧縮により、より高い記憶費用なしにより長い期間にわたって高速アクセス・メモリの中にドキュメント・イメージを保持することが可能になる。
2005503681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の量子化テーブルを選択するステップと、
データのダイナミック・レンジを縮小し、より小さいダイナミック・レンジのデータを形成するステップと、
前記第１の量子化テーブルを使用して前記より小さいダイナミック・レンジの前記データを圧縮して圧縮データを形成するステップと、
前記より小さいダイナミック・レンジ以外のダイナミック・レンジを表わす第２の量子化テーブルとともに前記圧縮データを記憶または伝送するステップとを含むデータを圧縮する方法。
【請求項２】
注目するデータに関する公称ダイナミック・レンジを決定するさらなるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
イメージ値をマップしなおすステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記データのダイナミック・レンジを縮小する前記ステップが、クリッピングまたはコアリングの少なくともどちらかを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記データのイメージ値をマップしなおす前記ステップが、クリッピング、コアリング、およびダイナミック・レンジ縮小の少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の量子化テーブルを使用して前記圧縮データを復号化するさらなるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記復号化するステップが、ＪＰＥＧ標準を実施する復号器を使用して行われる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１の量子化テーブルを選択する手段と、
データのダイナミック・レンジを縮小し、より小さいダイナミック・レンジのデータを形成する手段と、
前記第１の量子化テーブルを使用して前記より小さいダイナミック・レンジの前記データを圧縮して圧縮データを形成する手段と、
前記より小さいダイナミック・レンジ以外のダイナミック・レンジを表わす第２の量子化テーブルとともに前記圧縮データを記憶または伝送する手段とを含むデータを圧縮するための装置。
【請求項９】
注目するデータに関する公称ダイナミック・レンジを決定する手段をさらに含む請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
イメージ値をマップしなおす手段をさらに含む請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記データのダイナミック・レンジを縮小する前記手段が、クリッピングまたはコアリングの少なくともどちらかを行う手段を含む請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記データのイメージ値をマップしなおす前記手段が、クリッピング、コアリング、およびダイナミック・レンジ縮小の少なくとも１つを行う手段を含む請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の量子化テーブルを使用して前記圧縮データを復号化する手段をさらに含む請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
復号化を行う前記手段が、ＪＰＥＧ標準を実施する請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、伝送または記憶あるいはその両方のためのグラフィックス・イメージを表わすデータの圧縮に関し、より詳細には、ドキュメントのデジタル・イメージの極度の圧縮に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像イメージおよびグラフィックス・イメージは極めて多量のデータを含んでおり、伝送またはデジタル・データ・プロセッサによる処理が可能なようにデジタル化する場合、しばしば、良好な忠実度でイメージまたはグラフィックスのそれぞれのピクセルを表わすのに何百万バイトも必要となる。イメージ圧縮の目的は、記憶コストまたは伝送の時間とコストを節約するために、より少ないデータでイメージを表わすことである。最も効果的な圧縮は、元のイメージを正確に再現するのではなく、それを近似することによって達成される。参照により本明細書に完全に組み込まれているPennebakerおよびMitchell、「JPEG Still Image Data Compression Standard」、VanNostrand Reinhold発行、1993年で詳述されているＪＰＥＧ（ジョイント・フォトグラフィック・エキスパーツ・グループ（JointPhotographic Experts Group））標準により、多様なアプリケーション間でのイメージの交換が可能になり、マルチメディア・アプリケーションにおいてデジタル連続階調カラー・イメージを提供する能力が開かれる。
【０００３】
ＪＰＥＧは、２つの空間的次元を有し、グレー・スケール、または色情報を含み、ＭＰＥＧ（ムービング・ピクチャ・エキスパーツ・グループ（Moving Picture Experts Group））標準とは異なり、時間的依存を全く有さない。ＪＰＥＧ圧縮は、記憶要件の大きさを桁違いに小さくすることができ、プロセスにおけるシステム応答時間を向上させる。ＪＰＥＧ標準の主な目標は、所与の量のデータに関して、かつ/または可用な伝送時間または可用な処理時間に関して最大限のイメージ忠実度を提供することであり、あらゆる任意のデータ圧縮度に対処する。２０分の１以下のデータ圧縮（および同等の倍率の伝送時間および記憶サイズの縮減）で、平均的な人の目に気付かれるアーチファクトが生じないことが、しばしばである。
【０００４】
もちろん、他のデータ圧縮技術も可能であり、あるクラスのイメージ、またはある既知の特性を有するグラフィックスに関してより高いイメージ圧縮度をもたらすことが可能である。ＪＰＥＧ標準は、イメージ内容に関わらず実質的に同等のパフォーマンスを見せ、多種多様なデータ圧縮要求に対処するように完全に一般化されている。したがって、いくつかのバージョンのうち１つまたは複数のバージョンのＪＰＥＧ標準を使用する符号器および復号器が、比較的広く使用されるようになっており、多種多様な目的でイメージへの幅広いアクセスを可能にしている。また、標準化により、特に復号器の費用の低減が可能になっており、高品質イメージ・アクセスが広く利用可能になっている。したがって、ＪＰＥＧ標準の利用は、特に特定の明確に定義されたクラスのイメージに関して、他のデータ圧縮技術によって効率のいくらかわずかな向上が得られる可能性があるにしても、一般に、他のデータ圧縮技術より好ましい。
【０００５】
特にＪＰＥＧ標準に準拠する技術を使用してデータ量のそのような大幅な縮減が可能であるにしても、一部のアプリケーションは、イメージ品質と、データ記憶の費用または伝送時間の費用との間で深刻なトレードオフを要する。例えば、記憶媒体の耐用年数の相当な割合である期間にわたり、また記憶媒体の記憶容量の相当な量を要してイメージを記憶する必要性が存在することが可能である。したがって、所与の期間にわたってイメージを記憶することの費用は、可能性としては、そのイメージ・データを任意の多数回、上書きできるということにもかかわらず、その記憶媒体または記憶デバイスの費用、およびデータ・プロセッサ設備をサポートすることの費用のある割合と見なすことができる。そのような記憶の費用は、もちろん、記憶されなければならないイメージの数だけ倍増する。
【０００６】
記憶費用対イメージ品質のトレードオフを判定する別のやり方は、許容可能な記憶の最大費用を決めた後、所与の量の品質に関して、可用なストーレッジの中にどれだけの期間、所望の数のイメージを保存しておくことができるかを判定することである。これは、一般に、イメージの複雑度に正比例し、所望の再構成品質に反比例するイメージの圧縮サイズと相関関係にあるものである。
【０００７】
要求のきびしい用途の例が、アーカイブとしてではないにしても、長期間にわたって保管されなければならない法的文書、特に毎日、数千万にも上る大量の数で生成されるパーソナル・チェックなどの流通証券の記憶である。パーソナル・チェックの最初の清算、および資金の振替は、現在、自動化された設備を使用して行われ、チェック上に印刷されたマシン可読証印の使用によって円滑にされてはいるが、誤りの可能性は残り、チェックが一部を形成した取引きのはるか後に誤りを訂正するため、特定の取引きを記録に残すことが必要である可能性がある。
【０００８】
実際的な問題として、イメージ・データの必要とされる品質も、そのような用途では、時間の経過とともに変化する。例えば、ドキュメントの日付、またはドキュメントの処理の日付から数カ月以内に、真正性の疑問がしばしば生じて、例えば、署名を認証するのに十分なイメージ品質が必要とされる一方で、ずっと後日には、ドキュメントの内容に関する基本的な情報を確認するのに十分なだけのイメージ品質だけが必要とされる可能性がある。したがって、イメージ・データは、特に、記憶の費用と比べて、より低いイメージ品質がより許容できるようになったとき、長期記憶のためにさらに圧縮することができる。現時点では、パーソナル・チェック・イメージは、追記型ＣＤ-ＲＯＭ、またはその他の変更不可能な媒体にアーカイビングの目的で即時に記憶され、法的理由で、数年間にわたって保存される。同じデータは、オンラインの高速アクセス・ストーレッジで、数カ月間だけしか利用可能ではない。
【０００９】
特に、パーソナル・チェックは、いくつかのイメージ・データ圧縮上の複雑な問題を有する。例えば、不正な取引きを防止するため、ある程度の複雑度を有し、またある範囲のイメージ値を有する背景パターンが、常に提供される。一部の情報が、場合により複数の色のコントラストの高いインクで印刷される一方で、その他のセキュリティ情報は、比較的低いコントラストで含められる。広い範囲のイメージ値を含む装飾が、含められることが可能である。さらに、容易に予測可能ではないイメージ値を有する手書きの証印、または印刷された証印（例えば、チェックの金額および署名）が提供される。
【００１０】
はるかに単純なドキュメントでさえ、レターヘッドにおける色およびシェーディング、高いコントラストの印刷、用紙の透かし、および複数の署名などの様々なイメージ値を含む可能性がある。ドキュメントに含まれる可能性があるイメージ値のこの範囲により、正確なイメージ再構成が必要とされるときにイメージ・データを圧縮することが可能な度合いが限定される可能性がある。したがって、元のドキュメントに対する高い忠実度でイメージ再構成が可能であるような形での記憶の費用は、比較的高く、その記憶を維持すること、および長期間にわたる迅速な電子アクセスの可能性が望ましいかどうかにかかわらず、その費用により、その記憶が経済的に実現可能である期間が限られる。
【特許文献１】
欧州特許出願ＥＰ  １８８１９３
【非特許文献１】
Pennebaker、Mitchell、「JPEG StillImage Data Compression Standard」、Van Nostrand Reinhold発行、1993年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のようなイメージ値は、正確に再現可能でなければならず、また、広汎なアクセス、およびシステム間の相互適合性を可能にするためにＪＰＥＧ標準の利用が望ましいので、良好なイメージ忠実度を有する再現に適合するデータ量をさらに縮減するための唯一の技術は、元のイメージのサンプリングの空間周波数を低減することである。しかし、サンプリングにより、エイリアシングが不可避に生じ、特に低いコントラストにおいて小さい証印の可読性が低下する。現在、１インチ（２．５４ｃｍ）当たり１００ドットまたは１００ピクセルのサンプリング（現在、一般に使用されているプリンタの３００ｄｐｉ解像度または６００ｄｐｉ解像度から１／３ないし１／６のおよそ低減）が、パーソナル・チェック上の低いコントラストの証印が十分に可読であるための限度であると考えられている。イメージ交換に関する米国規格協会（ＡＮＳＩ）の標準化委員会は、１００ｄｐｉを最低限の解像度として推奨している。ほとんどのチェック用途では、１００ｄｐｉまたは１２０ｄｐｉのグレー・スケール・イメージが使用される。より低いサンプリング周波数により、雑音に起因するイメージの破壊またはイメージの低下も生じやすくなる傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、より高いイメージ忠実度で２つより多くの輝度を有するデジタル化されたドキュメントを極度に圧縮するための技術を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、ドキュメントを表わす圧縮イメージ・データの記憶の費用を低減して、電子アクセスおよび十分な再現が可能である形での経済的に実現可能な記憶期間を延ばすことである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、低いコントラストのドキュメント、またはそのドキュメントの特徴の再構成されたコントラストを高めることである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、ドキュメント上の低いコントラストの証印の十分な可読性、またはより高い可読性を提供することである。
【００１６】
本発明の別のさらなる目的は、記憶費用を増大させることなしに高速アクセス・ストーレッジからのドキュメントの可用性を拡張することである。
【００１７】
本発明の以上の目的、およびその他の目的を達するため、第１の量子化テーブルを選択する機能またはステップと、データのダイナミック・レンジを小さくする機能またはステップと、より小さいダイナミック・レンジのデータを形成する機能またはステップと、第１の量子化テーブルを使用してより小さいダイナミック・レンジのデータを圧縮して圧縮データを形成する機能またはステップと、圧縮データを前記より小さいダイナミック・レンジ以外のダイナミック・レンジを表わす第２の量子化テーブルとともに記憶する、または伝送する機能またはステップとを含む、データを圧縮するための方法および装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、図面を参照し、より詳細には、図１および２を参照すると、本発明の好ましい環境に従ってパーソナル・チェックのイメージ・キャプチャに適合された例示的な形態のスキャナ、ならびにこのスキャナのためのコントローラおよびデータ処理構成が示されている。同様の機能を行うスキャナは、当技術分野で周知であり、また、このスキャナの基本原理は、当分野の技術者には容易に理解されるが、図１および２に示した構成は、本発明の動作、ならびに本発明の好ましい環境も例示するものであるので、どちらの図のどの部分も、本発明に関連して従来技術であるとは認められない。
【００１９】
図１に横断面で描いたスキャナ・カメラ１０は、好ましくは、任意の適切な設計のドキュメント・ハンドリング−トランスポート構成１６によってドキュメントが上面（下面）を通過させられるドキュメント・ステージ１４を有する筐体１２を含む。筐体１２の基本機能は、ドキュメントがトランスポート１６によって、一般に高速で、ドキュメント・ステージ１４を通過させられる際に、ドキュメントの照明の当たりがよく、焦点がよく合ったイメージがキャプチャされることが可能なように、ドキュメント・ステージ１４に対する照明構成１８およびカメラ２０の相対位置を保つことである。それ以外、スキャナ・カメラの詳細は、本発明の実施に重要ではない。
【００２０】
パーソナル・チェック（および、場合により、その他のタイプのドキュメント）のイメージをキャプチャする際、そのドキュメントの両面のイメージをキャプチャすることが重要であることを理解されたい。というのは、金額、支払人、日付、および受取人が、チェックの表側に指定される一方で、チェックの清算に関係のある受取人の裏書きおよびルーティング情報は、チェックの裏側に現れるからである。また、セキュリティ情報も、一般に、チェックの両面に現れる。したがって、最適なデータ収集速度、およびイメージのより簡単なトラッキングおよび識別のために表側イメージと裏側イメージが順にキャプチャされるように、好ましくは、ドキュメント経路に沿って分離した、図１に描いたものに全体的に対応する別個の構成が、好ましくは、ドキュメントの両面に関して提供される。
【００２１】
この形状を図２の１０’に概略で描いている。好ましくは、ドキュメント・トラッキング論理２４の制御下で表側スキャナおよび裏側スキャナからのイメージ・データを多重化するスキャナ・アダプタ・カード２２が提供される。ドキュメント・トラッキング論理２４の詳細は、本発明の実施に重要ではない。それぞれのスキャナによって出力されるスキャナ・データは、較正機能２６の対象となり、イメージ・センサは、一般に、部分的にシリアルで、また部分的にパラレルで動作する高速電荷結合素子（ＣＣＤ）であるので、ピクセル配列が、２８において再編成され、イメージ・データが、バス３２への転送のために３０においてバッファに入れられる。
【００２２】
図２は、表裏スキャナおよびスキャナ・アダプタ（ＳＡ）カードを示している。また、図２は、イメージ・キャプチャ・プロセッサ経路（ＩＣＰＰ）の１つも示している。独自のイメージ・プロセッサ・カード（ＩＰＣ）内部にそれぞれが位置する４つのそのような経路が存在する。ＳＡカードは、表裏スキャナと通信し、また各ＩＰＣとも通信する。
【００２３】
常時、ＳＡカードは、表裏スキャナに関するビデオ・データを４つすべてのＩＣＰＰに提供する。プログラム制御の下で、任意の所与の時点で、ＩＣＰＰの１つが、表スキャナ・イメージを引き込み、異なるＩＣＰＰが、裏スキャナ・イメージを引き込む。また、プログラム制御により、所与のＩＣＰＰが、表側をまず引き込み、次に同一のドキュメントの裏側を引き込むことが確実にされる。
【００２４】
ＩＣＰＰ内で、ＳＩカードは、３つの生イメージ・バッファを含む。このバッファは、引き込まれたビデオ情報を記憶するのに使用され、順次に使用される。次に、表イメージおよび裏イメージに関する２つのＩＰＣがそれぞれ、ＳＩカードの生イメージ・バッファからそれぞれのイメージを獲得し、そのイメージを処理する。
【００２５】
また、コントローラ中央処理装置３４およびイメージ・キャプチャ処理経路メモリ３６も、それぞれスキャナの制御、および初期イメージ・データ処理の制御のためにバス３２に接続される。３８でまとめて示しているイーサネット（Ｒ）・カードおよびトークン・リング・カードが、好ましくは、ホスト・プロセッサと通信するために提供され、図２に描いた、可能性として多数の構成を同時に、また並列に使用することができるようになっている。
【００２６】
また、並列処理構成４０、４２も、好ましくは、ドキュメントの表イメージおよび裏イメージをそれぞれ処理するために提供される。バッファ３０からの生イメージ・データは、バス３２を介して送られ、バス・インターフェース４４においてバッファに入れられる。生イメージ・データは、４６で傾き補正が行われて、ドキュメント・ステージ１４上の位置合わせの誤りが補正される。傾き補正されたデータは、次に、４８において処理されてグレー・スケール・イメージにされ、５０において、好ましくは、ＪＰＥＧ標準に従って圧縮されるか、または４９において白黒イメージに圧縮され、好ましくは、Ｇ４モディファイド・モディファイド・リード（Modified Modified Read）（ＭＭＲ）標準のＡＢＩＣに従って圧縮され、バス３２に再び転送し、イメージ・キャプチャ処理経路（ＩＣＰＰ）メモリ３６の中に記憶するためにバッファに入れられる。ＩＣＰＰメモリ３６は、圧縮イメージ・データのための大容量ストーレッジ、または大容量ストーレッジへの転送前の中間ストーレッジと見なすことができ、そこからイメージ・データを選択的に取り出すことができ、所望のイメージを再構成することができる。
【００２７】
本発明は、主に、ＪＰＥＧ標準に準拠するイメージ・データの圧縮、およびイメージの再構成を対象としており、ＪＰＥＧ標準に関連して本発明の好ましい形態の説明が行われることを理解されたい。ただし、本発明は、任意の他のデータ圧縮スキームにも完全に適用可能であり、データが、イメージを表わすか否かにも関わらないことも理解されたい。ただし、イメージ・データ圧縮および再構成されたイメージ品質に対する効果は、ドキュメントのイメージに関して特に顕著であり、またＪＰＥＧ標準の場合と同様に、許容可能なデータ圧縮の量は、圧縮データから再構成することができるデータの品質がどれだけ受入れ可能であるかによって限定される。それでも、少なくとも、ドキュメント・イメージ・データ、および重要な情報の可読性を低下させることなく粗く量子化することができるその他のデータに関して、本発明は、再構成された／圧縮解除されたデータまたはイメージの品質を向上させながら、大幅に向上した圧縮度を提供し、これにより、データ品質とデータ量の縮減の間のトレードオフをおおむね回避する。
【００２８】
本発明のさらなる詳細な説明に移る前に、ＪＰＥＧ圧縮標準の態様のいくつかを検討することが有用であり、これにより、当分野の技術者が、本発明の原理をその他のデータ圧縮スキームに適用することができるようになる。ＪＰＥＧに関する基本的構成要素の１つが、離散コサイン変換（ＤＣＴ）である。この変換の重要な態様は、この変換が、相関のない係数をもたらすことである。係数が相関していないことは、圧縮効率を低下させることなく各係数を独立に扱うことができるため、圧縮のために非常に重要である。ＤＴＣの別の重要な態様は、視覚的に重み付けされた量子化値を使用してＤＣＴ係数を量子化することができることである。人間の視覚系の反応は、空間周波数に非常に依存しているので、特定の空間周波数をそれぞれが有する１組の波形にイメージを分解することにより、肉眼が見ることができるイメージ構造を知覚できないイメージ構造から分離することが可能である。したがって、ＤＣＴにより、イメージの忠実度の見る人による知覚に有意に寄与しないデータを切り捨てる、または除外することを可能にするその分解に対する良好な近似が提供される。
【００２９】
ＪＰＥＧ標準によれば、元の単色イメージは、まず、目に付くエイリアシングが生じないだけ十分に高いものとされる任意の解像度で８×８サンプリング・アレイの６４ピクセルのブロックに分解される。（カラー・イメージは、各成分を個別に８×８ピクセル・ブロックにまず、分解することによって圧縮される。これに関して、「成分」とは、イメージから導出され、イメージのピクセルの視覚値を表わす輝度またはクロミナンスなどの、他の成分とは独立の、または他の成分に直交する１組のイメージ値の１つである。本発明は、グレー・スケールまたは輝度などの単一の成分に関して説明するが、当分野の技術者には明らかとなるように、任意の数の構成要素で実施することが可能である。ＪＰＥＧベースライン標準は、最大で４つの独立の成分にまで対応する。）量子化されたイメージ・データに対してＤＴＣを非常に迅速に行い、６４のＤＣＴ係数をもたらすことが可能な技術およびハードウェアが知られている。
【００３０】
多数のブロックに関するこのＤＣＴ係数の多くは、肉眼の感度が比較的低い空間周波数に対応しているとき、無視する、または除外することができるゼロ（いずれにしてもイメージに寄与しない）、またはゼロに近い数値である。人間の肉眼は、非常に高い空間周波数および非常に低い空間周波数に対してそれほど感度が高くないので、ＪＰＥＧ標準の一環として、水平方向および垂直方向における空間周波数の増加する合計にほぼ対応するいわゆるジグザグ・パターンでＤＣＴ係数を提供することにより、ＤＣＴ係数データ・ストリームの終端のそれほど重要でない空間周波数に対応するＤＣＴ係数がグループ化される傾向になる。多くの場合、それらのＤＣＴ係数をグループとして効率的に圧縮することが可能になる。
【００３１】
前述した離散コサイン変換および符号化により、実際に出会うイメージの大半に関して相当なデータ圧縮が提供されることが可能であるが、データ量の実際の縮減は保証されず、圧縮度は、理論上、最適であり得ない（というのは、ＪＰＥＧの目標は、経済的に提供されることが可能なデータ処理量およびデータ量に対して最小限のイメージ劣化を得ることができるようにすることだからである）。これは、特に、各ＤＣＴ係数を同等な精度で表現するのに、同数のビットを伝送することを要するからである。しかし、ＪＰＥＧ標準は、エントロピー（例えば、ハフマン）符号、および１つまたは複数のイメージ成分の符号化された表現に先行して、図３に示したもののようなテーブル内の圧縮データとともに伝送される６４の独立の量子化値でＤＴＣ係数値が線形的に量子化されることを可能にする。
【００３２】
簡明にするため、図３は、２バイト・マーカが１６の列の左側に延びるように１６の列で右揃えして示している。各バイトは、そのバイトの２つのそれぞれのニブルを表わす２つの１６進法で符号化された数字で表わされている。図３の第１のマーカは、イメージの開始（ＳＯＩ）を表わす「ＦＦＤ８」である。第２のマーカは、量子化テーブルの仕様（ＤＱＴ＝定義量子化テーブル）を表わす「ＦＦＤＢ」である。
【００３３】
このテーブルは、本発明の理解に重要ではない仕方で、人間の視覚系に対する実験から、または元のイメージに対応するＤＣＴ係数の詳細な解析から開発されていることが可能であり、後に、イメージの再構成中にＤＣＴ係数を「量子化解除」するのに使用される。あるいは、経験的に、または比較的多数のイメージをわたって開発された標準の量子化テーブルを使用することができる。量子化範囲は、イメージの符号化を最適化するように自由に設定することができる（または以前に成功したテーブルを使用することができる）が、同一の量子化テーブルが、元のイメージに対する再構成されたイメージの忠実度に資するべく、符号化と復号化の両方に関して使用されるのが、ＪＰＥＧ標準の特徴である。
【００３４】
第３のマーカは、フレームの開始（そのフレームが、ベースラインＤＣＴベースの圧縮イメージであることを示すＳＯＦマーカ）である「ＦＦＣ０」である。ＳＯＦマーカの後に続くパラメータは、精度（すなわち、成分当たりのビット数）、高さ、幅、成分の数等を示す。
【００３５】
第４のマーカは、「．．．」の後に第５のマーカであるスキャン開始（ＳＯＳ）マーカが続くものによって表わされる実際のイメージ・データを復号化する際に使用されるエントロピー符号化されたイメージ・データの１つまたは複数のハフマン・テーブルを指定するマーカ・セグメントの先頭を表わす。以上の符号形式標準については、前述の本明細書に組み込まれた刊行物（図３は、その刊行物から再現されている）において十分に述べており、本明細書でさらに述べることは、当分野の技術者による本発明の実施を可能にするだけ十分に本発明を理解する上で重要ではない。最終のマーカ、「ＦＦＤ９」は、イメージの終端（ＥＯＩ）マーカである。
【００３６】
図３から、ＤＱＴセグメントを示すマーカの後に２つの量子化テーブルが提供されることに留意されたい。最大で４つまでの量子化テーブルを定義し、同時に使用してデータを量子化解除して、再構成することができ、定義された量子化テーブルは、元のイメージ・データを量子化するのに使用されたテーブルと同一である。
【００３７】
図４は、これに関する本発明の基本原理を例示している。図４の最初の４つの線は、やはり、前述した本明細書に組み込まれた刊行物から再現されている。図４の第５の線は、圧縮イメージ・データを復号化する目的、およびイメージを再構成する目的で、本発明の基本原理、およびＪＰＥＧ標準に対する本発明の完全な適合性を示している。
【００３８】
具体的には、図４の第１の線は、この例では、０の値を中心に−９から＋９までの範囲の量子化されていないＤＣＴ係数値のスケールである。図４の第２の線は、この例示では、相等しく、値＝４の量子化間隔を示している。量子化間隔の境界は、ＪＰＥＧ標準に準拠して、量子化間隔の１／２だけ中心、つまり０値からはずれており、中央の量子化間隔が、０の量子化値のまわりで対称になり、元のイメージに対する再構成されたイメージにおけるイメージ値のバイアスが回避されるようになっていることに留意されたい。このプロセスにより、元の量子化されていないＤＣＴ係数が効果的に丸められる。
【００３９】
図４の第３の線は、量子化されたＤＣＴ係数のスケールを示している。すなわち、前の線上の各量子化間隔の中心に対応し、量子化間隔に等しいファクタで、第１の線上の量子化されていないＤＣＴ係数のスケールとは異なっている。つまり、このプロセスにより、前述したとおり、量子化間隔によって丸められた量子化されたＤＣＴ係数が、効果的にスケール変更される。ＪＰＥＧ標準によれば、このスケール変更（ただし、適切に小さい量子化間隔を確立することによって制限されるものとされる量子化ではなく）は、図４の第４の線で示される量子化テーブルからの値の置換により、復号化時に逆転させることができる。図４の第４の線のスケールは、第１の線のスケールと一致し、したがって、元のイメージに対応する（量子化を除き）ことに留意されたい。
【００４０】
ただし、本発明によれば、図４の第５の線に示すとおり、図４の第３の線の量子化されたＤＣＴ係数に置き換わる値は、ＪＰＥＧ標準の規約による以外、量子化を行うのに使用された量子化テーブル内の値であることに必ずしも制約されない。さらに、本発明は、ＪＰＥＧ標準を実施するのに使用される標準のハードウェアまたはソフトウェアあるいはその両方が、複数の量子化テーブルの任意のものとして自らに伝送される値の単純なルックアップおよび置換によって実施を行うということを利用する。つまり、ＪＰＥＧ標準は、符号化のために使用された量子化テーブルが、復号化のために使用されるべきことを指定するが、使用される量子化テーブル内のデータの同一性を確実にする復号器におけるハードウェア制約またはソフトウェア制約は、全く存在しない。したがって、復号器内部で使用される量子化テーブル内のデータに依存して、特にＪＰＥＧ標準に関して、復号器の態様を全く変更せずに、任意の他の量子化スケール変更を実現することができる。
【００４１】
例えば、図４の第５の線に示すとおり、−８から＋８までの成分値の元のダイナミック・レンジを考慮すると、図４の第１の線の元の（ただし量子化された）ＰＣＴ値が、図４の第４の線で示すとおり復元されることが可能であり、あるいは、図４の第５の線に示すとおり、ダイナミック・レンジを大幅に広げることができ、元のＤＣＴ係数、または量子化されたＤＣＴ係数に対する線形関係を有することも、有さないことも可能な実質的に任意に選択された、また経験的、数学的、または理論的に確立された値で置き換えることが可能である。すなわち、復号器内部で使用される量子化テーブル内のデータの値に完全に依存する。さらに、復号器内部で使用される量子化テーブル値は、実際、ＪＰＥＧ標準への準拠から変更せずに、復号器内部で使用するために自由に選択することができるので、本発明者は、標準のＪＰＥＧ準拠の復号器の変更されていない動作に適合した仕方でイメージを符号化する際に、データ圧縮効率の相当な向上に適合する形で、低いコントラストの特徴の分離、相当な量の雑音の抑制、およびイメージ特徴の可読性の相当な向上を実現することができることを発見した。
【００４２】
符号器動作の好ましい形態を図５の流れ図に示している。この場合も、以下の説明は、簡明にするため、単色イメージまたはグレー・スケール・イメージを表わすような単一の成分に関して提供しているが、カラー情報も表わすように含められるようなさらなる成分を使用して行うことも可能であることに留意されたい。各成分は、独自の独立した範囲の縮小および拡張を有することが可能であり、おそらく、有することを理解されたい。前述したとおり、最大で４つまでの量子化テーブルが同時にアクティブであることが可能であり、スキャン開始（ＳＯＳ）マーカの後に４つの成分が交互に配置されていることが可能である。
【００４３】
図５に描いた方法の主な機能は、縮小されたダイナミック・レンジのイメージを符号化することである。ただし、本発明の仕上げの特徴として、さらなるオプションのイメージ解析およびイメージ処理も含めることができる。具体的には、ステップ１１０が、イメージ値の出現の相対数または相対周波数のヒストグラムの開発を対象としており、任意の所与のドキュメントに関してオプションであるが、少なくともあるクラスのドキュメントを表わす１つまたは複数のドキュメントに関して、そのような解析を行うことが望ましい。このように開発されたヒストグラムは、その他のクラスのドキュメントに適切である可能性も、そうでない可能性もある。しかし、多くのクラスのドキュメントは、実際、そのようなヒストグラムと多数の類似性を共有し、同様の全体的な外観を有する異なるクラスのドキュメントを、単一のクラスのドキュメントの解析に基づいて、最適にではないにしても、うまく扱うことができる可能性が相当に高い。
【００４４】
一般に、ドキュメントは、背景に対応し、低いコントラストのパターンを含む可能性がある所与の成分値において、またはその値の付近に集まって１つまたは複数の大きいピークを含むヒストグラムを有するものと予期することが可能である。一般に、１つまたは複数のより小さいヒストグラム・ピークも生じ、異なるイメージ値を有する証印（例えば、印刷されたテキスト、手書きの証印、レターヘッド、セキュリティ証印等）に対応している。これらのピークによって表わされるイメージ値の範囲は、注目する可能性があるイメージ値の範囲を表し、したがって、注目する情報を含むものと予期することが可能なイメージのダイナミック・レンジを表わす。図６は、作成され、譲渡されるパーソナル・チェックの表側または裏側あるいはその両方のイメージの処理から導出されるものと予期することができる例示的なヒストグラムを示している（一般に、ヒストグラムは、パーソナル・チェックの表側と裏側で相当に異なる。すなわち、裏側は、一般に、より低いコントラストの特徴を有し、したがって、より密にグループ化したピークを有する）。
【００４５】
ピーク１８１に関連し、サブピーク１８２および１８３を含むこの例示的なヒストグラムは、背景（チェックの表側および裏側に一般的である可能性がある）を一般的に表わし、他方、ピーク１８４は、手書きの証印を表わし、ピーク１８５は、セキュリティ証印を表わし、またピーク１８６は、高いコントラストの印刷およびマシン可読証印を表わしていることが可能である。慣習として、水平軸には、単色成分に関して０（黒）から２５６（白）までの指標が付けられる。ヒストグラムは、ピークとピークの間で必ずしもゼロに達せず、スキャン中にキャプチャされた値における雑音と変動の両方を表わしていることに留意されたい。また、ピークは、ダイナミック・レンジ全体にわたって広がるわけではなく、ゼロでないイメージ・ヒストグラム値が、ダイナミック・レンジ全体にわたって存在する可能性があることに留意されたい。
【００４６】
図５のステップ１２０は、イメージ圧縮を高め、雑音を低減し、イメージ可読性を向上させるように有利に使用することができる濾波技術、エッジ鮮明化技術、または信号対雑音分離技術などのイメージ・データのオプションの前処理を示している。ただし、本発明は、以下の本発明の考察からより明確になるように、そのような前処理なしでも相当な程度のそのような改善を提供し、前処理が使用されるとき、以上の価値ある効果に関して相乗効果を提供することを理解されたい。
【００４７】
ヒストグラム（任意の仕方で導出され、ただし、イメージを近似で表わすものと想定される）による前処理の例が、ピークよりも極端である背景ピークのすべての値をピークのほぼ中央値にマップしなおすことである。これは、ピークとピークの間の（例えば、領域１８７内の）データをそのピーク（例えば、１８７内の）に向けて動かし、雑音を表わす可能性がある多数のイメージ値を抑制しながら、ピークの鮮明度を高める効果を有する。同様の処理を任意の他のピーク、またはすべての他のピークに関して行うことができる。さらに、そのような再マップを行うなかで、注目するすべての他の特徴は、背景より色が濃いものと想定して、より色の薄い特徴を表わすイメージ値を提供するため、イメージ値２００（比較的、色の薄い背景に関して）近くに背景ピークを配置する（または背景ピーク群を集める）ことが望ましいことが分かった。このプロセスは、ピークとピークの間のデータが実質的に除去されるので、コアリングと呼ばれる。注目する情報が全く予期されない領域にほとんどダイナミック・レンジが割り振られないコアリングの代案の描写を図１４に示している。
【００４８】
イメージの明白な情報内容の公称ダイナミック・レンジの終端で（例えば、範囲１８９の外側で）、参照により本明細書に完全に組み込まれている欧州特許出願ＥＰ  １８８１９３で述べるとおり、クリッピングによってさらなる雑音を除去することができる。さらに、クリッピングおよびコアリングと組み合わせて、データをマップしなおしてダイナミック・レンジをさらに縮小することができる。クリッピングの代案の描写を、注目するデータのダイナミック・レンジ（１５から２４０まで）を超えた領域にほとんどダイナミック・レンジが割り振られていないことを示す図１５に示している。
【００４９】
この時点で、前述した前処理により、雑音が低減され、詳細の保存が提供されるが、圧縮度は、符号化されたデータの中の値、ならびに使用される量子化値として表されるダイナミック・レンジに相関するものであることを理解されたい。
【００５０】
これは、有効雑音内容を増加させる可能性がある困難で、誤りの生じやすいプロセスであるしきい値処理（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）なしに実現することができる。ただし、前処理が行われる場合、ピークは、雑音が少なくなり、より明確になる（したがって、データ圧縮度が向上する可能性がある）。したがって、前処理の後、ヒストグラム・ピークをマップしなおすことで、図６のヒストグラムにおいて表わされるデータが、図７に示すとおり、ダイナミック・レンジ１８９’が相当に縮小されてマップしなおされて現れることが可能である。
【００５１】
ステップ１３０は、イメージの符号化において使用されるダイナミック・レンジの設定を描いている。ダイナミック・レンジの縮小は、一般に、所望のイメージの詳細を保つことに適合して（例えば、それによって限定されて）達せられるデータ圧縮度に正比例する。この制約の範囲内で、ダイナミック・レンジを自由に選択することができる。したがって、情報を含むものと予期されるいくつかのイメージ値は、明確に分離され、狭い範囲内にマップされるので、粗く量子化することができるドキュメントまたはその他のデータのデータ圧縮度は、注目する情報を損なうことなく、大きくすることができる。これを、イメージ値とダイナミック・レンジ内のデータ値の対応を示す線の傾きの減少により、図１６で別の仕方で描いている。
【００５２】
「新しい」範囲は、前述した前処理／再マッピングを使用して／使用せずに、各イメージのヒストグラムに基づくこと、複数のイメージにわたって収集すること、または単に仮定することが可能である。「新しい」ダイナミック・レンジが確立されると、このダイナミック・レンジをさらに縮小して、可読性の要件に適合するように圧縮イメージ・サイズを最小化することができる。
【００５３】
実験では、１インチ（２．５４ｃｍ）当たり１６０ピクセルでサンプリングを行い、５１：１（＝２５６／５）範囲縮小比である５つだけの量子化レベルを使用して、現在、最低限で許容可能であると考えられているものを下回って輝度数を低減しても、再構成されたイメージの良好な可読性が実現された。背景イメージは、強い輪郭（例えば、より高いコントラスト）でレンダリングされたが、提示される最も細かい印刷が、実験の優先事項に適合する形で可読であることに変わりなかった。その他の処理により、イメージの全体の満足度および外観を明らかにさらに高めることが可能である。
【００５４】
この変更されたダイナミック・レンジは、次に、ダイナミック・レンジを回復する、または拡張する第２の量子化テーブル（以降、Ｑテーブル２）の計算を行う元にされる第１の量子化テーブル（以降、Ｑテーブル１）において表わされる。これに関して、ダイナミック・レンジ１８９または１８９’を、０から２５６までの実質的に完全なダイナミック・レンジに拡張することができることに留意されたい。次に、元のイメージを表わすマップしなおされたイメージ・データを、１５０で示すとおり、通常のＪＰＥＧに準拠する仕方でＱテーブル１を使用して符号化し、その後、１６０に示すとおり、符号化されたデータの中でＱテーブル２でＱテーブル１を置き換えて、１７０に描くとおり、記憶するか、または伝送する。
【００５５】
図１７は、クリッピングとコアリングを組み合わせた結果、ならびにクリッピング、コアリング、およびダイナミック・レンジのスケール変更の組み合わせの結果を示している。クリッピングの全体的な効果により、注目する信号のダイナミック・レンジを最終的により大きい範囲に拡張することが可能になることにより、可用ダイナミック・レンジ内の信号のより正確な表現が可能になる。コアリングにより、同様の値を有するデータの区別が重要である場合にピークとピークの間でより大きい傾斜／より高い感度が可能になる。ダイナミック・レンジのスケール変更により、データ量のより高い圧縮が可能になり、クリッピングおよびコアリングとの組み合わせで、線５００で描いたとおり、注目する値からの全体的な変動および最大の変動が小さくなり、結果として、イメージ忠実度を向上させる可能性に適合する形で雑音がさらに低減される。
【００５６】
図９〜１１は、ダイナミック・レンジを縮小する前処理の様々な段階後において、背景イメージを含むチェックの表側の実際のヒストグラムを示している。図８は、元のイメージのヒストグラムである。図９は、イメージが、１５から２４０までの２６６の範囲にクリッピングされた後において、同一のイメージを表わしている。図１０は、ダイナミック・レンジが、７２から１８４までの１３３の新しい範囲まで、さらに２分の１にスケール変更されているクリッピングされたイメージを表わしている。図１１は、コアリングの後、背景において１０の値を足し引きして８２から１７４までの９３の最終範囲になっているクリッピングされ、スケール変更されたイメージのヒストグラムを示している。（この例示では、１１００００の新しいピーク値を低減している。）
【００５７】
ＪＰＥＧ標準の付録Ｋで見られるＪＰＥＧ例量子化テーブルおよびハフマン符号を使用して、元のイメージ（図８）を１５６５０バイトまで圧縮する。クリッピングの後、圧縮サイズは、１５５１３バイトまでわずかに減少した（図９）。ダイナミック・レンジ・スケール変更により、圧縮イメージ・サイズは、１０３９７バイトまでさらに小さくなり（図１０）、コアリング（図１１）により、圧縮データ・サイズは、８８０２バイトまでさらに小さくなった。つまり、データ・サイズの２：１の縮減である。
【００５８】
次に図１２を参照して、前述したとおり符号化されたイメージを復号化することを以下に説明する。２１０で示すとおり、符号化されたイメージが取り出されるか、または受信される。ただし、この時点で、どのように復号化が行われるかを指定する量子化テーブルは、元のダイナミック・レンジを復元する、または拡張するように計算され、置き換えられたＱテーブル２であることを思い起されたい。次に、極度に圧縮されたデータから復元されたイメージ、または拡張されたイメージを再構成するように復号化が行われる。ステップ２１０および２２０は、変更されていないＪＰＥＧ標準に準拠する通常の復号化を表わし、量子化を含む任意の他のデータ圧縮スキームも同様に表わすものであることが、当分野の技術者には認められよう。ＪＰＥＧ標準は、復号器内部の再構成された値が、０から２Ｐ−１の範囲内の整数であることを指定し、ただし、Ｐは、イメージ成分の精度である。ＪＰＥＧ標準は、整数への変換が、丸めによるものか、または切り捨てによるものかは指定しない。符号器のＱテーブル１が使用され、後に範囲が拡張された場合、整数出力値に対するこの量子化により、特に範囲縮小が極度の圧縮を得る極度なものであるとき、余分の不必要な誤りが導入される。
【００５９】
さらに、ＪＰＥＧ標準は、許容された範囲外のあらゆる再構成された値が、予期される境界でクランプされることが見込まれることを指定する。見る人間は、高いコントラストのイメージのドキュメントを選好するため、Ｑテーブル２が元のイメージ縮減を過補償するように設計されている場合、この内部クランプを使用してより高いコントラストのイメージを生成することができる。このプロセスにおいて、いくらかのエッジ量子化雑音をクランプして除くことが可能である。所望に応じて、例えば、背景ピークを異なるイメージ値に、または分離にマップしなおすように、オプションの解析２３０および後処理２４を適用することができる。オプションのヒストグラムおよび後処理を使用して、元の平均値、平均コントラスト、または元の範囲などの何らかの所望の平均値または所望の範囲あるいはその両方を復元することが可能である。
【００６０】
図１３に示すとおり、本発明は、ＪＰＥＧ標準に従って再構成された後では、ＪＰＥＧ符号化されたデータにも適用可能である。つまり、イメージ・データは、図５の圧縮を適用するのに先立ってＪＰＥＧ技術に完全に従って、３１０で示す適切なＱテーブル０（Ｑテーブル１およびＱテーブル２とは異なる）に従って圧縮して符号化され、記憶され、かつ／または伝送され（３２０）、受信され／取り出され（３３０）、次に、同じＱテーブル０を使用して復号化されることが可能である。したがって、本発明は、イメージ・データのさらなる圧縮、および記憶費用の低減のため、イメージ・データの既存のリポジトリに完全に適用可能である。
【００６１】
図１８は、イメージをデータベースの中に保持することが可能な時間を延長するための好ましい実施形態を示す流れ図である。イメージが取り出され７１０、可逆の（ｌｏｓｓｌｅｓｓ）符号化を含む任意の圧縮技術を使用して圧縮された場合７２０、適切な復号器によって圧縮解除／復号化される７３０。オプションのヒストグラムおよび前処理（図５に示す）は、図１８に示していないが、所望される場合、含めることが可能である。ブロック７４０で、イメージの範囲が縮小され、７５０における決定に応じて、縮小された範囲のイメージが圧縮される場合（場合により、異なる圧縮技術を使用して）、符号化される７６０。次に、縮小された範囲のイメージは、（圧縮を伴って、または圧縮を伴わずに）範囲拡張情報とともに記憶される７７０。ＪＰＥＧ  ＤＣＴベースの圧縮の場合、この範囲拡張情報は、置き換えられ、スケール変更されたＱテーブル２の形態であることが可能である。他のアプリケーションの場合、範囲拡張情報は、ＪＰＥＧ−ＬＳ出力再マッピング・テーブルの形態であることが可能である。
【００６２】
図１９は、この範囲縮小イメージの使用を示す流れ図である。範囲拡張情報を伴うイメージが、取り出される８１０、イメージが圧縮されている場合８２０、対応する復号器を使用して復号化される８３０。次に、イメージの範囲が、８４０で示されるとおり拡張される（８３０で既に拡張されていない場合）。オプションのヒストグラム８５０段階およびオプションの後処理８６０段階は、範囲拡張の後に示しているが、範囲拡張に先行することも可能である。
【００６３】
以上のことに鑑みて、図１４〜１７を参照すると、本発明により、有意な損失なしに粗く量子化することができるドキュメントのイメージ、またはその他のデータの大幅なさらなるデータ量の圧縮が提供され、伝送される、または記憶されるデータ量がさらに縮減される。任意の所望の仕方でイメージ値をマップしなおす前処理または後処理あるいはその両方により、大幅なさらなる強化およびパフォーマンスの向上が提供される。
【００６４】
本発明を単一の好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明は、頭記の特許請求の範囲の趣旨および範囲に含まれる変更を加えて実施できることが、当分野の技術者には認められよう。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】パーソナル・チェックのイメージ・キャプチャに適合された例示的なドキュメント・スキャン装置を示す横断面図である。
【図２】図１のイメージ・キャプチャ装置で使用可能なコントローラおよびデータ処理構成を示す概略図である。
【図３】ＪＰＥＧ標準の定義量子化テーブル（ＤＱＴ）マーカに適合する２つの量子化テーブルを含む例示的な一群のテーブルを示す図である。
【図４】ＪＰＥＧ標準に準拠する量子化を示し、かつ本発明の動作の基本原理を示す図である。
【図５】本発明によるイメージ・データの符号化処理を例示する流れ図である。
【図６】イメージ値のピークおよび谷を示すイメージの例示的なヒストグラムである。
【図７】注目する領域までイメージ値をクリッピングすることを示す例示的なヒストグラムである。
【図８】チェックの表側のイメージのヒストグラムを示す図である。
【図９】極限値をクリッピングした後の同一イメージのヒストグラムを示す図である。
【図１０】２：１ダイナミック・レンジ縮小後の図９のクリッピングされたイメージのヒストグラムを示す図である。
【図１１】クリッピング、およびダイナミック・レンジ縮小に加え、背景ピークのコアリングを伴うイメージのヒストグラムを示す図である。
【図１２】本発明による復号化プロセスを例示する流れ図である。
【図１３】ダイナミック・レンジ縮小を伴う再符号化によってイメージの圧縮サイズを縮減することの好ましい形態を例示する流れ図である。
【図１４】出力範囲を小さくする対称コアリングを例示するグラフである。
【図１５】極限値をクリッピングすることによって出力範囲を小さくすることを例示するグラフである。
【図１６】ダイナミック・レンジ縮小によって出力範囲を小さくすることを例示するグラフである。
【図１７】クリッピングおよびコアリングによる、またクリッピング、コアリング、およびダイナミック・レンジ縮小による出力範囲の縮小を示すグラフである。
【図１８】イメージの範囲を縮小することによりデータベース内のイメージの時間を延長することを例示する流れ図である。
【図１９】縮小された範囲のイメージの取出しを例示する流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005503681.tif 000076
2005503681.tif 000077
【国際調査報告】
2005503681.tif 000078