(57)【要約】【課題】  二値画像を圧縮するための圧縮システムおよび方法を提供すること。【解決手段】  オリジナル・ピクセルの連続するセットをより少ないスケーリング済みピクセルに縮小する、遷移および孤立属性が保持されるように二値画像を幾何学的にスケーリングするためのスケーリング・システムと、スケーリング済みの二値画像を符号化する符号化システムとを有する、システムが開示される。【選択図】  図１
2005151554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オリジナル・ピクセルの連続するセットをスケーリング済みピクセルのより小さなセットに縮小する、二値画像を幾何学的にスケーリングするためのスケーリング・システムと、
スケーリング済みの二値画像を符号化する符号化システムと、
を有する、二値画像を圧縮するための圧縮システム。
【請求項２】
前記スケーリング・システムは、４つのピクセル値に基づいてピクセル・ペアを単一のスケーリング済みピクセルに縮小し、前記４つのピクセル値は、前記ピクセル・ペアの２つの値と前記ピクセル・ペアの側面に位置する２つのピクセルの２つの値とを含む、請求項１に記載の圧縮システム。
【請求項３】
スケーリング・システムは、ルックアップ・テーブルを使用して、前記４つのピクセル値に基づいて前記単一のスケーリング済みピクセル値を決定する、請求項２に記載の圧縮システム。
【請求項４】
前記ルックアップ・テーブルは、遷移および孤立属性を保持し、前記属性の相対的な地理的位置を維持するように最適化される、請求項３に記載の圧縮システム。
【請求項５】
二値画像を幾何学的にスケーリングするステップと、
前記スケーリング済みの二値画像を符号化するステップと、
を有する、二値画像を圧縮するための方法。
【請求項６】
前記二値画像を幾何学的にスケーリングするステップが、
オリジナルの二値画像からピクセル・ペアを選択するステップと、
前記ピクセル・ペアおよび２つの側面ピクセルからの値で構成された４桁の２進値を形成するステップと、
前記４桁の２進値から１つの２進ピクセル値を計算するステップと、
前記ピクセル・ペアを前記１つの２進ピクセル値に置き換えるステップと、
を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１のピクセル・ペアに隣接する第２のピクセル・ペアを選択するステップと、
前記形成するステップ、前記計算するステップ、および前記置き換えるステップを前記第２のペアに対して反復するステップと、
をさらに有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記計算するステップがテーブル・ルックアップで実行される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ルックアップ・テーブルは００００から１１１１までの１６の４桁の２進入力値を有し、１６の入力値のそれぞれが１桁の２進出力値に等しい、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記スケーリングするステップは、遷移および孤立属性を保持し、前記属性の相対的な地理的位置を維持するように最適化される、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
コンピュータを、
オリジナルの二値画像からピクセル・ペアを選択するための手段と、
前記ピクセル・ペアおよび２つの側面ピクセルからの値で構成された４桁の２進値を形成するための手段と、
前記４桁の２進値から１つの２進ピクセル値を計算するための手段と、
前記ピクセル・ペアが前記１つの２進ピクセル値に置き換えられたスケーリング済み二値画像を生成するための手段と、
を有するスケーリング・システムとして機能させるためのプログラム。
【請求項１２】
前記計算手段がルックアップ・テーブルを有する、請求項１１に記載のプログラム。
【請求項１３】
前記ルックアップ・テーブルは００００から１１１１までの１６の４桁の２進入力値を有し、１６の入力値のそれぞれが１桁の２進出力値に等しい、請求項１２に記載のプログラム。
【請求項１４】
前記スケーリング・システムが、前記二値画像の遷移および孤立属性を保持し、前記属性の相対的な地理的位置を維持するように最適化される、請求項１１に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に画像圧縮に関し、より具体的には白黒画像データの圧縮を提供するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の情報技術時代の到来以来、印刷文書から取り出された白黒画像データを格納、処理、または通信するためにシステムが開発されてきた。一般的な例としては、たとえばファクシミリ・マシン、コピー機、スキャナなどが含まれる。多くの場合、システムは白黒の画像データを保存、格納、または伝送する必要がある。性能を向上させるために画像データは圧縮され、それによって格納、処理、および帯域幅の要件を減少させる。
【０００３】
白黒画像データの圧縮技術は、当分野でよく知られている。画像データを符号化および復号（すなわち、圧縮および圧縮解除）するための普遍的必要性により、業界では今日広く使用されている標準を採用してきた。たとえばＣＣＩＴＴ−Ｇ４は最も一般的に普及している標準の１つであり、ファクシミリ機で最も幅広く使用されている。ＣＣＩＴＴ−Ｇ４を使用した典型的な圧縮率は、およそ１０〜１５ｘである。結局、圧縮量は、白黒画像情報／データ・コンテンツの関数である。
【０００４】
ＣＣＩＴＴ−Ｇ４などのほとんどの白黒圧縮標準の場合、符号化プロセスとなるように設計された圧縮プロセスには損失が無く、すなわち圧縮解除プロセスの後、元の画像に存在したすべての情報は完全に復元される。したがって、達成可能な圧縮量に関して制限が存在する。
【０００５】
しかしながら、現在の多くの業界では、莫大な量の情報を電子形式で保存する必要がますます増えてきている。その例には、金融業界の小切手画像の保管、保険業界の証書の保管、医療業界の医療記録の保管、法律業界、中央および地方の政府機関などが含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、白黒画像のデータ圧縮は依然としてきわめて重要不可欠な関心事である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、業界標準の符号化および復号技法との互換性を維持しながら、改良された二値（ｂｉｔｏｎａｌ）（たとえば白黒）画像圧縮を得るための方法を提供することによって、上記の問題に対処する。第１の態様では、本発明は、オリジナル・ピクセルの連続するセットをスケーリング済みピクセルのより小さなセットに縮小する、二値画像を幾何学的にスケーリングするためのスケーリング・システムと、スケーリング済みの二値画像を符号化する符号化システムとを有する、二値画像を圧縮するための圧縮システムを提供する。
【０００８】
第２の態様では、本発明は、二値画像を幾何学的にスケーリングするステップと、スケーリング済みの二値画像を符号化するステップとを含む、二値画像を圧縮するための方法を提供する。
【０００９】
第３の態様では、本発明は、コンピュータを、オリジナルの二値画像からピクセル・ペアを選択するための手段と、ピクセル・ペアおよび２つの側面ピクセルからの値で構成された４桁の２進値を形成するための手段と、４桁の２進値から１つの２進ピクセル値を計算するための手段と、ピクセル・ペアが１つの２進ピクセル値に置き換えられたスケーリング済み二値画像を生成するための手段とを有する、スケーリング・システムとして機能させるためのプログラムを提供する。
【００１０】
上記のいずれの態様においても、符号化は、ＣＣＩＴＴ−Ｇ４などの公知の業界標準技術で実施可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、ＣＣＩＴＴ−Ｇ４によって提供されるような標準化された符号化技術の機能を超えた、画像を圧縮するための方法を提供する。本明細書に記載された実施形態は白黒画像を基準として説明されているが、本発明はいずれのタイプの二値画像にも適用可能である。さらに本発明は、ＣＣＩＴＴ−Ｇ４符号化システムを基準として説明されているが、公知のいずれの二値符号化技法も使用可能である。その例には、ＡＢＩＣ、ＪＢＩＧなどが含まれる。
【００１２】
本発明は、二値（たとえば白黒）画像の２つの属性が、画像を判読可能かつ読取り可能にするための役割を担っていることを認識している。第１の重要な属性は遷移である。白黒画像が（ＣＲＴが画面をスキャンする場合と同様の方法で）スキャンされると、白から黒へおよび黒から白への両方の遷移が存在することがわかる。画像のコントラストが人間の目で容易に見分けられるのがこの状況である。適切に配置された遷移が複数のスキャン・ライン上で発生すると、判読可能かつ読取り可能な情報が現われてくる。
【００１３】
第２の重要な属性は、非常に小さな（すなわち単一の）孤立した特徴、すなわち、白いピクセル間の単一の黒いピクセルまたは黒いピクセル間の単一の白いピクセルである。
【００１４】
このような孤立属性は、画像に深みと鮮明さを与える。スケーリング・システムがこれら２つの属性を保持し、それらの相対的な地理的位置をほぼ維持できる限り、変換された画像はほぼ同一の情報コンテンツを提供する。
【００１５】
典型的な白黒画像（小切手および他の印刷文書など）では、ピクセル・スペースのうちの約１０％が黒いピクセルで表されている。これらの黒いピクセルの多くが例外なくひとかたまりになっているため、画像がスキャンされた場合（ピクセル・スペース全体と比較して）遷移ポイントに遭遇することはそれほど多くない。同様に典型的な白黒画像は、孤立した特徴も含む。たとえば、単一の黒いピクセルが白いピクセルに挟まれている部分、または単一の白いピクセルが黒いピクセルに挟まれている部分が、画像に含まれる場合がある。
【００１６】
本発明の基本的な特徴は、前述の２つの属性を維持しながら、ピクセル数を減らすために画像を幾何学的にスケーリングすること（本明細書では「スマートスケーリング」と呼ぶ）である。以下で説明する例示的な実施形態では、ピクセル数はＸおよびＹの両方向に２ｘずつ縮小される。しかしながら、２つの属性を維持するいずれのピクセル縮小でも使用可能であることを理解されたい。したがって、スマートスケーリングとは、遷移および孤立属性が保持され、属性の相対的な地理的位置がほぼ維持される、任意の二値ピクセル縮小のことである。
【００１７】
次に図１を参照すると、白黒画像１８を受け取り、たとえば保存、伝送、処理などが可能な圧縮画像データ２０を出力する、圧縮システム１０が示されている。白黒画像１８は、まずスケーリング・システム１２に供給される。スケーリング・システム１２は画像を「スマートスケーリング」し、その結果、遷移および孤立属性が保持され、属性の相対的な地理的位置がほぼ維持される、ピクセル縮小が生じる。必須ではないが、スマートスケーリング済み画像２２の品質をさらに向上させるために、他のフィルタリングおよび処理オペレーションを適用することもできる。その後、スマートスケーリング済み画像２２はＣＣＩＴＴ−Ｇ４符号化システム１４に供給され、ここで業界標準の符号化オペレーション（一般に、ファクシミリ・オペレーションおよびその他で使用される）が実行される。他の業界標準符号化システムも同様に使用できることに留意されたい。
【００１８】
符号化後は、業界標準ＣＣＩＴＴ−Ｇ４復号システム１６を使用して圧縮画像データ２０を復号することによって、スマートスケーリング済み画像２２を取り出すことができる。その後スケーリング済み白黒画像は、エイリアシング修正を伴う公知の技法およびシステムを使用して、必要に応じて操作（たとえば、表示、印刷、ズーム、拡大）することができる。
【００１９】
前述の圧縮システム１０を使用すると、スタンドアロン型ＣＣＩＴＴ−Ｇ４符号化システム１４によって達成される圧縮を介して、約４５％のサイズ縮小を達成することができる。スマートスケーリング済みイメージ２２には、制限された局地的な幾何学的歪みがある可能性があることに留意されたい。たとえば、時には単一のピクセルが１ピクセル位置だけずらされることがある。しかしながら、この歪みは、高倍率で表示した場合にのみ明らかになる。したがって、ほぼすべての応用例（Ｅ１３Ｂ  ＯＣＲの読取り可能度など）について、どんな歪みも、画像内の情報コンテンツを減少させたり、これに影響を与えたりすることはない。
【００２０】
前述のように、スケーリング・システム１２は、遷移および孤立属性が保持され、属性のおおよその相対的な地理的位置がほぼ維持される、ピクセル縮小を提供する。図２および図３は、テーブル・ルックアップ技法によりピクセル数を２分の１にする例示的なスマートスケーリングの実施形態を示す図である。具体的に言えば、図２において、ピクセルｐ０、ｐ１・・・ｐ８を含む第１の部分行３０はスケーリング前を示し、ピクセルＰ１、Ｐ２、Ｐ３を含む第２の部分行３２はスケーリング後を示している。白黒（または任意の二値）画像の各ピクセルは１または０のいずれかの値を有しており、たとえば１は白を表し、０は黒を表す。この例では、ピクセルｐ１〜ｐ６がＰ１〜Ｐ３にスケール・ダウンされ、すなわち、ピクセル・ペアの連続するセットｐ１−ｐ２、ｐ３−ｐ４、およびｐ５−ｐ６が、それぞれＰ１、Ｐ２、およびＰ３にスケーリングされる。
【００２１】
例示的実施形態では、スケーリングは、図３に示された表(ルックアップ・テーブル)を含むアルゴリズムを使用して達成される。具体的に言えば、２つのオリジナル・ピクセルが１つのスケーリング済みピクセルに縮小される場合、アルゴリズムは、スケーリング済みピクセルに値１または０のどちらを割り当てるかを決定しなければならない。アルゴリズムは、２つのオリジナル・ピクセルと、この２つのオリジナル・ピクセルに隣接する２つの側面ピクセル(左側および右側のピクセル)を検査することによって、これを決定する。したがって、ピクセルｐ１およびｐ２をスケーリングする場合、アルゴリズムはｐ０、ｐ１、ｐ２、およびｐ３のピクセル値、この場合は００１０を検査する。この４つの値が図３に示された表への入力となる。この場合、入力００１０は索引番号０２を表し、出力値１を引き出す。したがって、オリジナル・ピクセル・ペアｐ１−ｐ２のスケーリング済み値は１である。
【００２２】
同様に、オリジナル・ピクセル・ペアｐ３−ｐ４のスケーリング済み値Ｐ２は、ピクセルｐ２〜ｐ５の４つの値（すなわち１０１１）を検査することによって決定される。この場合、入力１０１１は索引番号１１を表し、出力値０を引き出す。オリジナル・ピクセル・ペアｐ５−ｐ６のスケーリング済み値Ｐ３は、ピクセルｐ４〜ｐ７の４つの値（すなわち１１００）を検査することによって決定される。この場合、入力１１００は索引番号１２を表し、出力値０を引き出す。
【００２３】
図３に示された表では、入力列に４つのピクセルが示され、索引番号はそれらを１０進数で表したものである。入力列の２つの中央ピクセルが出力に置き換えられる。出力値は、４桁の２進入力値に基づいて決定され、その結果、遷移および孤立属性がスケーリング済み画像に保持され、属性の相対的な地理的位置がほぼ維持される。たとえば、「００１０」には孤立した特徴（すなわち、１が０の間に挟まれている）があることがわかる。したがって、結果として出力値１が生じる。入力値「１１００」には１から０への遷移がある。したがって出力値は０であり、遷移の維持が保証される。
【００２４】
図３に示された表は、２ｘの画像縮小を提供するものである。様々な代替実施形態（たとえば、６桁の２進入力数を検査して３ｘの画像縮小を提供するなど）を実施して、同様の結果が達成できることは明らかである。典型的な実施形態では、画像はまず１方向、たとえば水平方向にスケーリングし、次に他の方向、たとえば垂直方向にスケーリングすることができる。
【００２５】
本明細書に記載されたシステム、機能、機構、方法、およびモジュールは、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組合せで実施可能であることを理解されよう。これらは、本明細書に記載された方法を実行するように適合された任意のタイプのコンピュータ・システムまたは他の装置によって実施可能である。ハードウェアとソフトウェアの典型的な組合せは、ロードおよび実行されると本明細書に記載された方法を実行するようにコンピュータ・システムを制御するコンピュータ・プログラムを備えた、汎用コンピュータ・システムとすることができる。あるいは、本発明の機能タスクのうちの１つまたは複数を実行するための専用ハードウェアを含む、特定用途向けコンピュータを使用することもできる。本発明は、本明細書に記載された方法および機能の実施が可能なすべての特徴を有し、コンピュータ・システムにロードされるとこれらの方法および機能を実行することが可能なコンピュータ・プログラムとして実施することも可能である。ここで、コンピュータ・プログラム、ソフトウェア・プログラム、プログラム、またはソフトウェアとは、直接、または（ａ）他の言語、コード、もしくは表記法への変換、および／または（ｂ）異なる媒体への複製のいずれかまたは両方の後、特定の機能を実行するための情報処理機能をシステムに持たせることを意図した、任意の言語、コード、または表記法における命令セットの任意の表現を意味する。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施形態について、例示および説明の目的で説明してきた。これらは、網羅的なもの、あるいは本発明を開示された詳細な形式に限定するものであることを意図しておらず、上記の教示に照らして多くの修正および変形形態が可能であることは明白である。当業者にとって明らかなこのような修正および変形形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲に含まれる。  
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に従った二値圧縮システムを示す図である。
【図２】本発明に従ったスケーリング・オペレーションを示す図である。
【図３】図２に記載されたスケーリング・オペレーションで使用される表を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    圧縮システム
１２    スケーリング・システム
１４    ＣＣＩＴＴ−Ｇ４符号化システム
１６    ＣＣＩＴＴ−Ｇ４復号システム
１８    白黒画像
２０    圧縮画像データ
２２    スマートスケーリング済み画像
【図１】
2005151554.tif 000003
【図２】
2005151554.tif 000004
【図３】
2005151554.tif 000005