DE3629984C2 - - Google Patents

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DE3629984C2
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Miyuki Yokohama Kanagawa Jp Enokida
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformation in the plane of the image
    • G06T3/60—Rotation of a whole image or part thereof
    • G06T3/606—Rotation by memory addressing or mapping

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildverarbeitungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Bildverarbeitungsgerät dieser Art ist in der WO 82/03 712 beschrieben. Bei diesem bekannten Bildverarbeitungsgerät wird an einem Originalbild, dessen Bilddaten mittels einer Eingangseinrichtung in Übereinstimmung mit einem Synchronisiersignal zugeführt werden, eine durch Parameter vorwählbare Verarbeitung durchgeführt, die z. B. in einer Bildrotation, einer Bildverschiebung, einer Maßstabsänderung oder einer Kombination dieser Verarbeitungsmöglichkeiten bestehen kann und durch Umsetzung der Adressen der Bilddaten des Originalbilds realisiert wird. Die eingegebenen Bilddaten, die in zwei Koordinatenrichtungen angeordnet sind, werden hierzu zunächst in einen ersten Speicher eingelesen, in diesem von einer ersten Koordinaten- Umsetzeinrichtung einer Vertikal-Koordinatenumsetzung unterzogen, anschließend in einen zweiten Speicher über­ tragen und in diesem schließlich von einer zweiten Koordinaten-Umsetzeinrichtung einer Horizontal-Koordinatenumsetzung unterzogen.
Aufgrund des vorgenannten Aufbaus des bekannten Bildverarbeitungsgeräts sind für die vollständige Umsetzung des eingegebenen Originalbilds zwei Speicher erforderlich, deren Kapazität so zu bemessen ist, daß jeweils eine einem Vollbild entsprechende Bilddatenmenge gespeichert werden kann. Trotz der derzeit fallenden Preise für Halbleiterspeicher stellen Speicherbausteine mit einer derart hohen Speicherkapazität einen erheblichen Kostenfaktor dar, so daß das bekannte Datenverarbeitungsgerät insgesamt relativ teuer in seiner Herstellung ist.
In der DE 34 19 063 A1 ist ein weiteres Bildverarbeitungsgerät dieser Art beschrieben, bei dem die Koordinaten- bzw. Adressumsetzung der zu verarbeitenden Bilddaten des Originalbilds gleichfalls in mehreren Zyklen, nämlich mittels einer ersten Schrägtransformation, einer Maßstabsänderung und einer zweiten Schrägtransformation erfolgt. Auch in diesem Falle ist ein Bildspeicher erforderlich, dessen Speicherkapazität mindestens die Speicherung der Bilddaten eines Vollbildes gestattet. Somit stellt der Bildspeicher ebenfalls einen beträchtlichen Kostenfaktor dar, der die Geräte- Gesamtkosten entsprechend erhöht.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Geräte liegt darin, daß gemäß der Darstellung in den Fig. 1A bis 1D, anhand derer schematisch eine Bildrotation und eine gleichzeitig damit durchgeführte Maßstabsänderung veranschaulicht ist, Bildelemente, die in den Ausgabebildern der Fig. 1B und 1C schraffiert dargestellt sind, nach der Verarbeitung fehlen, so daß das jeweils verarbeitete Bild gegenüber dem in der Fig. 1A gezeigten Originalbild eine Qualitätseinbuße erleidet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bildverarbeitungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß zur Bildverarbeitung ein Speicher mit möglichst geringer Speicherkapazität ausreichend ist und daß das Ausgabebild die gleiche Qualität wie das Originalbild aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen ge­ löst.
Hierdurch wird erreicht, daß die Bildverarbeitung mittels eines Speichers durchgeführt werden kann, der beispielsweise lediglich aus vier Zeilenspeichern besteht. Die erforderliche Speicherkapazität ist daher im Vergleich zu den bekannten Geräten drastisch reduziert, so daß die Herstellungskosten des Geräts entsprechend herabgesetzt sind, was die Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsgeräts in gleichem Maße erhöht. Darüber hinaus fehlen im jeweils erzeugten Ausgabebild keine Bildelemente, so daß die Bildqualität gegenüber dem Originalbild in keiner Weise herabgesetzt ist. Schließlich wird erfindungsgemäß auch eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit als mit den bekannten Geräten erzielt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Bildverarbeitung mit den bekannten Geräten,
Fig. 2 schematisch ein erstes Ausführungs­ beispiel.
Fig. 3A ein Blockschaltbild einer ersten Hälfte dieses Ausführungsbeispiels,
Fig. 3B ein Blockschaltbild einer zweiten Hälfte dieses Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 3A gezeigten Einrichtung zur Berechnung von Koordinaten nach einer Drehung,
Fig. 5A und 5B ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 3A gezeigten Einrichtung zur Erfassung eines Innenflächen-Gitterpunkts,
Fig. 5C anhand eines Impulsdiagramms den Verlauf eines Haupt-Abtastsynchronisiersignals und eines Haupt-Abtastablauf-Synchroni­ siersignals,
Fig. 5D anhand eines Impulsdiagramms den Verlauf des Haupt-Abtastsynchronisiersignals und eines Unter-Abtastablauf-Synchroni­ siersignals,
Fig. 6 ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 3B gezeigten Koordinaten-Invertierungsschaltung,
Fig. 7 ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 3B gezeigten Interpolationsschaltung,
Fig. 8 schematisch eine Bildabtastung,
Fig. 9 anhand eines Impulsdiagramms den Verlauf eines Seiten-Synchronisiersignals und eines Unter-Abtastsynchronisiersignals,
Fig. 10 anhand eines Impulsdiagramms den Verlauf eines Unter-Abtastsynchronisiersignals und eines Haupt-Abtastsynchronisier­ signals,
Fig. 11A schematisch einen Rasterspeicher,
Fig. 11B und 11C schematisch die Beziehung des Rasterschpeichers zu abgetasteten Daten,
Fig. 12 einen Interpolationszustand,
Fig. 13A, 13B und 13C ein Verfahren zum Erzielen von interpolierten Ausgangsbilddaten aus abgetasteten Originalbilddaten, die einer Bilddrehung und Maßstabsänderung unterzogen worden sind,
Fig. 14 anhand eines Blockschaltbilds eine Abwandlungsform der in Fig. 5A gezeigten Schaltung,
Fig. 15A und 15B Blockschaltbilder einer Abwandlungsform des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 16 ein Blockschaltbild einer in Fig. 15A Schaltung 22′ zur Koordinatenberechnung nach einer Bilddrehung,
Fig. 17 ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 15A gezeigten Gitterpunkt-Berechnungsschaltung 24′,
Fig. 18 ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 15B gezeigten Koordinaten-Invertierungsschaltung 28′,
Fig. 19A, 19B und 19C schematisch die Beziehung zwischen einem Rasterspeicher und abgetasteten Daten,
Fig. 20A und 20B die Art der Interpolation,
Fig. 21A, 21B und 21C schematisch ein Verfahren zum Erzeugen von interpolierten Ausgangsbilddaten aus abgetasteten Originalbilddaten, die einer Bildrotation unterzogen worden sind,
Fig. 22A und 22B Blockschaltbild einer zweiten Abwandlungsform des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 23 ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 22A gezeigten Koordinaten-Berechnungsschaltung 22″,
Fig. 24A und 24B detaillierte Blockschaltbilder einer in Fig. 22A gezeigten Gitterpunkt-Berechnungsschaltung 24″,
Fig. 25 ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 22B gezeigten Koordinaten-Umsetzungsschaltung 28″,
Fig. 26A, 26B und 26C schematisch ein Verfahren gemäß der zweiten Abwandlungsform zum Erzeugen von interpolierten Ausgangsbilddaten aus abgetasteten Originalbilddaten, die einer Bildrotation oder Maßstabsänderung unterzogen worden sind,
Fig. 27 ein Blockschaltbild einer Abwandlungsform der in Fig. 24A gezeigten Schaltung,
Fig. 28A, 28B und 28C schematisch einen Vergleich der Dichte von Ausgabe-Gitterpunkten bei herkömmlichen Einrichtungen mit der Dichte beim Ausführungsbeispiel,
Fig. 29 ein Blockschaltbild einer ersten Hälfte einer Adressenerzeugungseinrichtung dieses Ausführungsbeispiels,
Fig. 30 anhand eines Impulsdiagramms den Verlauf von Signalen in der Schaltung gemäß Fig. 29,
Fig. 31 ein Blockschaltbild einer zweiten Hälfte der Adressenerzeugungseindrichtung,
Fig. 32 anhand eines Impulsdiagramms den Verlauf von Signalen in der Schaltung gemäß Fig. 31,
Fig. 33 schematisch ein Verfahren zur gewichteten Durchschnittsbildung,
Fig. 34 ein schematisches Blockschaltbild eines Bild­ verarbeitungsgeräts,
Fig. 35 schematisch das Verfahren der gewichteten Durchschnittsbildung bei dem Bildverarbeitungsgerät der Fig. 34,
Fig. 36 ein Diagramm einer mittels der in Fig. 29 gezeigten Schaltung erhaltenen approximierten linearen Trajektorie,
Fig. 37 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Umsetzungsschaltung der Fig. 35,
Fig. 38A und 38B ein Diagramm und eine Tabelle zur Erläuterung einer Koordinatenumsetzung,
Fig. 39 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels mittels dem die Adressen von Anfangsbildelementen bestimmbar sind,
Fig. 40 in vergrößerter Form die Trajektorie von An­ fangsbildelementen,
Fig. 41 schematisch ein Verfahren zur Bestimmung einer Startadresse,
Fig. 42 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Bestimmung einer Zeile in der Haupt-Abtastrichtung des ver­ arbeiteten Originalbildes,
Fig. 43 schematisch ein Verfahren zur Bestimmung der Adressen von Anfangsbildelementen,
Fig. 44 die Trajektorie von nach dem Verfahren gemäß Fig. 43 erhaltenen Anfangsbildelementen,
Fig. 45 ein Blockschaltbild des Gesamtgeräts,
Fig. 46 Abtastrichtungen eines Bildes,
Fig. 47 schematisch die Beziehung von Eingangs- zu Aus­ gangsbilddaten bei einer Bildvergrößerung oder -verkleine­ rung,
Fig. 48 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Vorbereitung von Interpolationsdaten,
Fig. 49 ein detailliertes Schaltbild der Schaltung gemäß Fig. 48,
Fig. 50 und 51 weitere Schaltbilder der Schaltung gemäß Fig. 48,
Fig. 52 und 53 ein Blockschaltbild und ein Impulsdiagramm zur Bildung eines Interpolationsmaßes,
Fig. 54 einen Schaltplan einer Schaltung zur Adressberechnung in einer Feinauflösungsschaltung,
Fig. 55 schematisch die Beziehung von Eingangs- zu Ausgangsbilddaten bei der Feinauflösungsschaltung gemäß Fig. 54,
Fig. 56 schematisch eine Interpolation mittels der Feinauf­ lösungsschaltung, und
Fig. 57 ein Blockschaltbild einer Addressberechnungsschaltung zur inversen Umsetzung mittels der Feinauflösungs­ schaltung.
Fig. 2 und deren begleitende Zeichnungen zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 2 ein grundlegendes Blockschaltbild dieses Ausführungsbeispiels zeigt, während die Fig. 3A und 3B ein Blockschaltbild einer ersten bzw. zweiten Hälfte desselben zeigen. Fig. 4 ist ein ausführliches Blockschaltbild einer in Fig. 3A gezeigten Schaltung zur Koordinatenerfassung nach einer Bilddrehung bzw. -rotation oder Bildmaßstabsänderung, Fig. 5 ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 3B gezeigten Innenflächen-Gitterpunkterfassungsschaltung nach einer Rotation oder Maßstabsänderung, Fig. 6 ein ausführliches Blockschaltbild einer in Fig. 3B gezeigten Koordinaten-Inversumsetzungsschaltung bzw. -Invertierungsschaltung, Fig. 7 ein ausführliches Blockschaltbild einer in Fig. 3B gezeigten Interpolationsschaltung, Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Bildabtastung, Fig. 9 eine Darstellung der gegenseitigen Beziehung zwischen einem Seiten-Synchronisiersignal und einem Unter-Abtastsynchronisiersignal, Fig. 10 eine Darstellung der gegenseitigen Beziehung zwischen dem Unter-Abtastsychronisier­ signal und einem Haupt-Abtastsynchronisiersignal, Fig. 11 zeigt den Aufbau eines Rasterspeichers und seine Beziehung zu den abgetasteten Daten, Fig. 12 zeigt die Art der Interpolation und Fig. 13 zeigt schließlich ein Verfahren zum Erzeugen interpolierter Ausgangsbilddaten aus abgetasteten Eingangsbilddaten nach einer Bildrotation.
Die Haupt-Abtastrichtung des ursprünglichen bzw. Originalbildes soll nachfolgend mit x-Achse und dessen Unter-Abtastrichtung mit y-Achse bezeichnet werden. Koordinaten 1, 2, 3, . . . in x-Richtung entsprechend dem von einem Unter-Abtastsynchronisiersignal aus startenden Haupt-Abtastsynchronisiersignal, während Koordinaten 1, 2, 3, . . . in y-Richtung dem Unter-Abtast­ synchronisiersignal entsprechen, beginnend bei einem Seiten- Synchronisiersignal. Eine Koordinate (x 0, y 0) entspricht somit dem x 0-ten Punkt im y 0-ten Raster des Originalbildes (siehe Fig. 7, 9 und 10).
Wenn ein Punkt (x, y) in einem orthogonalen Koordinatensystem durch Drehung um einen Winkel R um einen Punkt (xc, yc) zu einem Punkt (x′, y′) bewegt wird, gilt die Beziehung:
Wenn ein Punkt (x′, y′) durch einen in Haupt- und Unter-Abtast­ richtung jeweils unabhängigen Maßstabsänderungsfaktor α bzw. β um ein Zentrum der Maßstabsänderung (xz, yz) zu einen Punkt (x″, y″) verschoben wird, hingegen die Beziehung:
Wenn daher der Punkt (x, y) durch eine Rotation um den Winkel R um den Punkt (xc, yc), gefolgt von einer in Haupt- und Unter- Abtastrichtung jeweils unabhängigen Maßstabsänderung um den Faktor α bzw. β um das Zentrum der Maßstabsänderung (xz, yz) zu dem Punkt (x″, y″) verschoben wird, erhält man folglich die Gleichung:
Diese Gleichung kann umgeformt werden in:
Fig. 11B zeigt ein abgetastetes Eingangsbild, während Fig. 11C ein Bild nach Rotation und davon unabhängiger Bildmaßstabsänderung zeigt, wobei x das Zentrum der Rotation und der Bildmaßstabsänderung angibt.
Da α und β in Gleichung (3) gewöhnlich rationale Zahlen sind, cos R und sin R hingegen irrationale Zahlen sind, sind x″ und y″ in der Regel selbst dann irrationale Zahlen, wenn x, y, xc, yc, xz und yz natürliche Zahlen sind. Nach einer Rotation und einer davon unabhängigen Bildmaßstabsänderung sind die Punkte des Bildes daher von den durch ein Eingabe-Ausgabe-Synchronisiersignal definierten Punkten beabstandet.
Der Wert jedes Bildelements im Bild nach einer Rotation und einer unabhängigen Bildmaßstabsänderung wird durch die Daten von drei aufeinanderfolgenden Rastern festgelegt. Es wird ein Rechteck angenommen, dessen Zentrum im Zentrum eines betrachteten bzw. gefaßten Bildelements auf dem zweiten (zentralen) Raster po­ sitioniert ist und dessen Länge durch die Beziehung α(|sin R| + |cos R|) in der Haupt-Abtastrichtung und durch die Beziehung β(|sin R| + |cos R|) in der Unter-Abtastrichtung definiert ist, und es wird ein Ausgangsbildelement erfaßt, dessen Zentrum in diesem Rechteck liegt. In Fig. 13A geben Kreise A und B die erfaßten Bildelemente an, während der Wert jedes Bild­ elements von den vier Daten von gedrehten bzw. rotierten Rastern festgelegt wird, die das Bildelement umgeben. Fig. 13B zeigt das Bildelement A, dessen Wert durch die Werte der vier es umgebenden Bildelemente a, b, c und d gemäß dem in Fig. 13C gezeigten Verfahren bestimmt wird. Es sei angenommen, daß ein die Zentren der Bildelemente b und d verbindender Linienabschnitt bd durch eine durch das Zentrum des Bildelements A und parallel zu einem die Zentren der Bildelemente c und d verbindenden Linienabschnitt cd verlaufende Linie in einem inneren Teilungsverhältnis von δ : 1-δ geteilt wird. In gleicher Weise sei angenommen, daß der Linienabschnitt cd durch eine durch das Zentrum des Bildelements A und parallel zu dem Linienabschnitt bd verlaufende Linie in einem inneren Teilungsverhältnis von ε : 1-ε geteilt wird. Der Wert V(A) des Bildelements A wird dann durch die Werte V(a), V(b), V(c) und V(d) der Bildelemente a, b, c und d gemäß folgender Gleichung be­ stimmt:
V(A)=(1-δ)(1-ε)V(a)+ß(1-δ)εV(b) +δ(1-ε)V(c)+δε V(d) (4)
Der Wert von V(B) für das Bildelement B kann ebenfalls auf ähnliche Weise bestimmt werden.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Auf einen von einer Bedienungsperson erteilten Befehl zur Bildrotation hin stellt eine Instruktionseinheit 2 eine dem befohlenen Rotationswinkel entsprechende Information in einer Ver­ arbeitungsschaltung 10 ein. Auf einen Befehl zur Bildvergrößerung - oder -verkleinerung hin erhält die Verarbeitungsschaltung 10 in gleicher Weise eine dem Faktor der Bildmaßstabsänderung in Haupt- Unter-Abtastrichtung entsprechende Information.
Auf einen Startbefehl der Bedienungsperson hin aktiviert die Instruktionseinheit dann eine Synchronisier-Steuereinheit 6, die die jeweiligen Abläufe synchronisiert, indem sie einer Dateneingabeeinrichtung in Form einer Abtast-Datenquelle 4 und der Verarbeitungsschaltung 10 Syn­ chronisations- bzw. Synchronisiersignale zuführt. Die Bilddaten werden gemäß der Darstellung in Fig. 8 abgetastet. Der Beginn des Bildes auf einer Seite ist durch den Abfall bzw. eine fallende Flanke eines Seiten-Synchronisiersignals definiert, während der Beginn jeder Abtastzeile in einer Seite durch eine fallende Flanke eines Unter-Abtastsynchronisiersignals definiert ist. Die Zugriffs-Zeitsteuerung jedes Bild­ element-Datenwerts wird durch eine fallende Flanke eines Haupt-Abtastsynchronisiersignals definiert (siehe Fig. 9 und 10).
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B die von der in Fig. 2 gezeigten Verarbeitungsschaltung 10 durchgeführten Betriebsabläufe bei einer Bildrotation und einer davon unabhängigen Bildmaßstabsänderung näher erläutert. Gemäß dem von der Bedienungsperson eingestellten Winkel R werden in einer ersten Adressenerzeugungseinrichtung zur Berechnung einer jeweils bearbeiteten Koordinate bzw. einer Arbeitskoordinaten-Berechnungsschaltung 22 und in einer zweiten Adressenerzeugungseinrichtung in Form einer Koordinaten-Invertierungs­ schaltung 28 die Werte von sin R, -sin R und cos R eingestellt, während in einer Innenflächen-Gitterpunkterfassungsschaltung 24 die Werte von sin R und cos R eingestellt werden. Gemäß dem von der Bedienungsperson angegebenen Rotationszentrum werden die Werte für einen Haupt-Abtastversatz (der Rotation) und einen Unter-Abtastversatz (der Rotation) in der Arbeitskoordinaten- Berechnungsschaltung 22 und in der Koordinaten-Invers­ umsetzungsschaltung 28 eingestellt. Gemäß den Faktoren der von der Bedienungsperson gewünschten Bildmaßstabsänderung werden weiterhin Werte α und β der jeweiligen Größe der Bildmaßstabsänderung in der Haupt- und Unterabtastrich­ tung in der Arbeitskoordinaten-Berechnungsschaltung 22 und in der Innenflächen-Gitterpunkterfassungsschaltung 24 eingestellt, während die entsprechenden Reziprokwerte 1/α und 1/β in der Koordinaten-Inversumsetzungsschaltung 28 eingestellt werden. In gleicher Weise werden gemäß dem von der Bedienungsperson gewünschten Zentrum der Bildmaßstabsänderung entsprechende Werte eines Haupt-Abtastversatzes (der Bildmaß­ stabsänderung) und eines Unter-Abtastversatzes (der Bildmaß­ stabsänderung) in der Arbeitkoordinaten-Berechnungsschaltung 22 und in der Koordinaten-Inversumsetzungsschaltung 28 einge­ stellt.
Auf ein von der Synchronisier-Steuereinheit 6 erzeugtes Synchronisier­ signal hin liefert die Abtast-Datenquelle 4 einem Rasterspeicher 8, dessen Aufbau in Fig. 11 dargestellt ist, Bilddaten eines Originalbildes in Form von Abtastdaten. Der Rasterspeicher 8 besteht aus vier Zeilenspeichern 8-1 bis 8-4, die vier Abtastzeilen bzw. -linien entsprechen und von denen einer zum Empfang von Bilddaten aus der Abtast-Datenquelle 4 verwendet wird, während die anderen drei dazu verwendet werden, mit bereits empfangenen Daten die Bearbeitungen der Rotation, der Bildmaßstabsänderung und einer Interpolation durchzuführen. Während der Eingabe von Abtastdaten für eine Abtastzeile werden von einer der bereits empfangenen Abtastzeilen Daten ausgegeben.
Gemäß Fig. 3 berechnet die Arbeitskoorinaten-Berechnungsschaltung 22 für die bereits eingegebenen Abtastdaten die sich durch Bildrotation und/oder Bildvergrößerung oder -verkleinerung der Eingangskoordinaten ergebenden Koordinaten. Die Innenflächen-Gitterpunkterfassungsschaltung 24 erfaßt diejenigen Gitterpunkte es Ausgangsbildes, die sich in einem Rechteck befinden, dessen Zentrum an den Arbeitskoordinaten liegt und dessen Länge in der Haupt-Abtastrichtung α(|sin R|+|cos R|) und in der Unter-Abtastrichtung β(|sin R|+ |cos R|) beträgt. Anhand des derart erfaßten Gitterpunktes bestimmt die Koordinaten-Inversumsetzungsschaltung 28 sukzessiv die Koordinaten dieses Gitterpunkts in einem Koordinatensystem, das zuvor selbst der Rotation und davon unabhängigen Maßstabsänderung unterzogen worden ist. Aus diesen Koordinaten werden die bei der Interpolation zu verwendenden Eingabebildemente und Koeffizienten bestimmt, und zwar jeweils aus dem ganzzahligen bzw. aus dem gebrochenen Anteil dieser Koordinaten. Auf diese Weise wird der dem Ausgabe-Gitterpunkt entsprechende Datenwert bestimmt und ausgegeben.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 die Arbeitskoordinaten- Berechnungsschaltung 22 näher erläutert, die die Berechnung der vorstehend aufgeführten Gleichung (1) durchführt. Diese Schaltung arbeitet im Ansprechen auf die Auslese- Synchronisiersignale 4-a, 4-b und 4-c, die in der Abtast- Datenquelle 4 verwendet werden. Auf das Seiten-Synchronisiersignal 4-c hin wird ein Unter-Abtastzähler 41 zurückgesetzt und mit einem Anfangswert "-2" geladen, um zu erreichen, daß die Schaltung mit einer Verzögerung von zwei Abtastzeilen aus der Abtast-Datenquelle 4 zu arbeiten beginnt. Auf das Unter- Abtastsynchronisiersignal 4-a hin wird ein Haupt-Abtastzähler 42 zurückgesetzt und mit einem Anfangswert "0" geladen. Die Werte x und y in der Gleichung (1) bestimmen sich jeweils aus den Ausgangssignalen des Haupt-Abtastzählers 42 bzw. des Unter-Abtast­ zählers 41, während die Werte xc und yc jeweils durch den Haupt-Abtastversatz (der Rotation) 43 und den Unter- Abtastversatz (der Rotation) 44 gegeben sind, welche die Koordinaten des Zentrums der Drehung definieren. Gemäß dem Rotationswinkel R werden die Werte von sin R, und -sin R als Konstante eingestellt. Durch Addition, Subtraktion und Multiplikation dieser Daten werden die nach der Rotation geltenden Koordinaten (x′, y′) als Bruchzahlen erhalten. Anschließend wird der Haupt-Abtastversatz (der Maßstabsänderung) xz und der Unter-Abtastversatz (der Maßstabsänderung) yz jeweils von x bzw. y subtrahiert und das daraus jeweils erhaltene Ergebnis mit dem Faktor α bzw. β der Maßstabsänderung in Haupt- bzw. in Unterabtastrichtung multipliziert und zu xz bzw. zu yz addiert, woraus die nach der Bildrotation und Bildmaßstabsänderung gültigen Koordinaten bzw. Adressen x″ und y″ erhalten werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5A die Innenflächen- Gitterpunkterfassungsschaltung 24 näher erläutert, die ein Rechteck definiert, dessen Zentrum an den nach der Verarbeitung gültigen Koordinaten liegt und dessen Länge in der Haupt-Abtastrichtung α(|sin R|+|cos R|) und in der Unter-Ab­ tasteinrichtung β(|sin R|+|cos R|) beträgt, sowie ferner die Koordinaten von Gitterpunkten ausgibt, die innerhalb des Rechtecks liegende Punkte darstellen, welche sowohl in Haupt- als auch in Unterabtastrichtung einen ganzzahligen Koordinatenwert haben. Als Ausgangskoordinate in der Haupt-Abtastrichtung gibt die Schaltung 24 nach dem Abschneiden eines Nachkommateils einen ganzzahligen Teil eines durch Addition von α(|cos R|+|sin R|)/2 zu x″ erhaltenen Wertes sowie einen weiteren ganzzahligen Teil z aus, den sie durch Subtraktion von α(|cos R|+|sin R|)/2 von x″, Addition von 1 zu x″ und anschließendes Abschneiden des Nachkommateils bildet. Als Ausgangskoordinate in der Unter-Abtastrichtung gibt sie nach dem Abschneiden eines Nachkommateils einen ganzzahligen Teil eines durch Addition von β(|cos R|+|sin R|)/2 zu y″ erhaltenen Wertes sowie einen weiteren ganzzahligen Teil aus, den sie durch Subtraktion von β(|cos R|+|sin R|)/2 von y″, Addition von 1 zu y″ und anschließendes Abschneiden des Nachkommateils bildet. Diese beiden Paare von ganzen Zahlen sind x-Koordinaten und y-Koordinaten der ge­ wünschten Gitterpunkte, die in Fig. 13A durch A und B dargestellt sind.
Die Koordinaten dieser Gitterpunkte in einem Koordinatensystem, das seinerseits der Rotation und Maßstabsänderung unterzogen ist, werden von einer in Fig. 6 gezeigten Koordinaten- Umsetzschaltung bestimmt, welche durch eine unabhängige Maßstabsänderung um 1/α in Haupt-Abtastrichtung bzw. umd 1/β in Unter-Abtastrichtung und durch eine Rotation umd -R eine Umsetzung durchführt, die bezüglich der von der in Fig. 4 gezeigten Arbeitskoordinaten- Berechnungsschaltung 22 durchgeführten Verarbeitung invers ist.
Die Werte des ganzzahligen Teils+1 der auf diese Weise invers umgesetzten Koordinaten werden dazu verwendet, um vier Bildelemente (a, b, c und d in Fig. 13B) im Rasterspeicher zu bestimmen, während die entsprechenden Nachkommateile dazu verwendet werden, um Interpolationskoeffizienten (α und β in Fig. 13C) zu bestimmen. Eine in Fig. 7 gezeigte Interpolations-Rechenschaltung führt daher gemäß Gleichung (2) eine entsprechende Berechnung durch, um korrekte Werte zu erhalten. Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung führt auf ein Haupt-Abtastsynchronisiertaktsignal hin eine Interpolation für alle in dem vorstehend genannten imaginären Rechteck in dem verarbeiteten Koodinatensytem enthaltenen Gitterpunkte durch.
Unter Zugrundelegung der maximalen und minimalen Koordinaten in der Haupt-Abtastrichtung (Haupt-Abtasteingänge 1 und 2) sowie der maximalen und minimalen Koordinaten in der Unter- Abtastrichtung (Unter-Abtasteingänge 1 und 2) der in der rechtwinkligen Fläche befindlichen Gitterpunkte erzeugt die in Fig. 5B gezeigte Schaltung die Haupt- und die Unter-Abtstkoordinaten aller in dieser Fläche befindlichen Gitterpunkte, und zwar synchron zu einem Haupt-Abtastablauf-Synchronisiersignal, das eine höhere Frequenz als das Haupt-Abtastsynchronisiersignal hat, und synchron zu einem Unter-Abtastablauf-Synchronisiersignal, das eine höhere Frequenz als das Haupt-Abtastablauf- Synchronisiersignal hat. Im Vergleich zu dem Haupt-Abtast­ synchronisiersignal hat das Haupt-Abtastablauf-Synchronisiersignal eine mindestens um einen Faktor höhere Frequenz, der durch den ganzzahligen Teil der Größe der Maßstabsänderung× +1 gegeben ist. Im Ausführungsbeispiel hat es eine viermal höhere Frequenz (siehe Fig. 5C). Im Vergleich zu dem Haupt-Abtastablauf- Synchronisiersignal hat das Unter-Abtastablauf-Synchronisiersignal gleichfalls eine mindestens um einen Faktor höhere Frequenz, der durch den ganzzahligen Teil der Größe der Maßstabsänderung× +1 gegeben ist (siehe Fig. 5D). Im Ausführungsbeispiel, bei dem die Größe der Maßstabsänderung 1.6 beträgt, sollte das letztere Signal daher eine (1.6× +1=3mal so hohe Frequenz haben. In Fig. 5B gezeigte monostabile Rückwärtszähler 101 und 102 erzeugen während eines Zählvorgangs Signale mit hohem Pegel und Signale mit niedrigem Pegel, wenn der Zählstand den Wert Null erreicht. In Fig. 5B sind weiterhin Rückwärtszähler 103 und 104 vorgesehen. Die in Fig. 7 gezeigte Interpolations- Verarbeitungsschaltung führt die Berechnung der Gleichung (2) durch, indem sie zunächst
δ{V(c)-V(a)}+V(a)=(1-δ V(a)+δ V(c)=V 1
und
δ{V(d)-V(b)}+V(b)=(1-δ V(b)+δ )V(d)=V 2
berechnet und daraufhin den Ausdruck
ε V 2-V 1)+V 1=(1-ε )V 1+ε V 2 =(1-δ ) (1-ε )V(a)+(1-δ ) ε V(b)+δ(1-ε )V(c) +δε V(d)=V(D)
ermittelt.
Die in Fig. 5A gezeigte Gitterpunkt-Erfassungsschaltung 24 bestimmt die Seitenlängen des Rechtecks mittels der gemäß dem Rotationswinkel R festgelegten Werte |sin R| und |cos R|. Gemäß Fig. 14 kann jedoch auch eine von dem Rotationswinkel R unabhängige Konstante K=2 verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, auf die Einstellung dieser Werte zu verzichten und somit den Umfang der Schaltung zu verringern. Die Seitenlänge des Rechtecks beträgt hierbei in der Haupt-Abtastrichtung α k .
Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel einer mit einer Bildmaßstabsänderung um den Faktor α in der Haupt-Abtastrichtung und um den Faktor β in der Unter-Abtastrichtung kombinierten Bildrotation erläutert.
Nachfolgend soll eine Abwandlungsform erläutert werden, bei der das Bild im gleichen Maßstab gedreht wird. Diese Abwandlungsform ist in den Fig. 15A und 15B schematisch dargestellt, wobei Komponenten, die eine der in den Fig. 3A und 3B gezeigten Komponenten entsprechende Funktion haben, mit den gleichen Bezugszeichen oder Symbolen bezeichnet sind.
Fig. 16 ist ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 15A gezeigten Drehkoordinaten-Berechnungsschaltung 22′. Fig. 17 ist ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 15A gezeigten Innenflächen-Gitterpunktberechnungsschaltung 24′ und Fig. 18 ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 15B gezeigten Koordinaten-Inversumsetzungsschaltung 28′. Diese Schaltungen haben aufgrund der fehlenden Maßstabsänderungs- Verarbeitung einen einfacheren Aufbau als die Schaltungen der Fig. 4, 5A, 5B und 6. Die Fig. 19A und 19B zeigen den Aufbau eines Rasterspeichers und seine Beziehung zu den eingegebenen Abtastdaten, während die Fig. 20A und 20B die Art der Interpolation und die Fig. 21A bis 21C ein Verfahren zum Erzielen interpolierter Ausgangsbilddaten zeigen.
Die Haupt-Abtastrichtung des Originalbildes soll nachfolgend mit x-Achse und dessen Unter-Abtastrichtung mit y-Achse bezeichnet werden. Koordinaten 1, 2, 3, . . . in x-Richtung entsprechen dem von einem Unter-Abtastsynchronisiersignal aus startenden Haupt-Abtastsynchronisiersignal, während Koordinaten 1, 2, 3, . . . ind y-Richtung dem Unter- Abtastsynchronisiersignal entsprechen, beginnend bei einem Seiten- Synchronisiersignal. Eine Koordinate (x 0, y 0) entspricht somit dem x 0-ten Punkt im y 0-ten Raster des Originalbildes (siehe Fig. 7, 9 und 10).
Wenn ein Punkt (x, y) in einem orthogonalen Koordinatensystem durch Rotation um einen Winkel R um einen Punkt (xc, yc) zu einem Punkt (x′, y′) bewegt wird, gilt die Beziehung:
Die Beziehung zwischen einem Eingangsabtastbild und einem gedrehten Abtastbild ist in den Fig. 19B und 19C dargestellt, die ein Originalbild bzw. ein gedrehtes Bild zeigen, wobei eine Markierung x das Rotationszentrum angibt.
Da cos R und sin R in Gleichung (1) gewöhnlich irrationale Zahlen sind, sind x′ und y′ selbst dann irrationale Zahlen, wenn x, y und xc natürliche Zahlen sind. Nach einer Rotation sind die Punkte des Bildes daher zu den durch das Eingabe-Ausgabe-Synchronisiersignal definierten Punkten ver­ setzt.
Der Wert jedes Bildelements im Bild nach der Rotation wurd durch die Daten von drei aufeinanderfolgenden Rastern festgelegt. Es wird ein Quadrat angenommen, dessen Zentrum im Zentrum eines betrachteten Bildelements in dem zweiten (zentralen) Raster positioniert und dessen Größe durch die Beziehung |sin R|+|cos R| definiert ist, und es werden Aus­ gangsbildelemente erfaßt, deren Zentren in diesem Quadrat liegen. In Fig. 21A geben Kreise A, B, C und D die erfaßten Bildelemente an, während der Wert jedes Bildelements von den vier Daten von gedrehten Rastern festgelegt wird, die das Bildelement umgeben. Fig. 21B zeigt das Bildelement A, dessen Wert durch die Werte der vier es umgebenden Bildelemente a, b, c und d gemäß dem in Fig. 21C gezeigten Verfahren bestimmt wird. Es sei angenommen, daß ein die Zentren der Bildelemente a und c verbindender Linienabschnitt ac durch eine durch das Zentrum des Bildelements A senkrecht verlaufende Linie in einem inneren Teilungsverhältnis von ε : 1-ε geteilt wird. In gleicher Weise sei angenommen, daß ein die Zentren der Bildelemente a und b verbindender Linienabschnitt ab durch eine durch das Zentrun des Bildelements A senkrecht verlaufende Linie in einem inneren Teilungsverhältnis von δ : 1-δ geteilt wird. Der Wert V(A) des Bildelements A wird daher durch die Werte V(a), V(b), V(c) und V(d) der Bildelemente a, b, c und d gemäß folgender Gleichung bestimmt:
V(A)=(1-δ)(1-ε)V(a)+(1-δ)ε V(b) +δ(1-e)V(c)+δε V(d) (4)
Die Werte von V(B), V(C) und V(D) für die Bildelemente B, C und D können ebenfalls auf ähnliche Weise bestimmt werden.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieser abgewandelten Ausführungsform näher beschrieben.
In ähnlicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel stellt eine Instruktionseinheit auf einen von einer Bedienungsperson erteilten Befehl zur Bildrotation hin eine dem befohlenen Drehwinkel entsprechende Information in einer Verarbeitungsschaltung ein. Auf einen Startbefehl der Bedienungsperson hin aktiviert die Befehls-Angabeeinheit dann eine Synchronisier- Steuereinheit, die die erforderlichen Abläufe ausführt, indem sie der Abtast-Datenquelle und der Verarbeitungsschaltung Synchronisiersignale zuführt (siehe Fig. 2).
Die Bilddaten werden gemäß der Darstellung in Fig. 8 abgetastet. Der Beginn des Bildes auf einer Seite ist durch eine fallende Flanke des Seiten-Synchronisiersignals definiert, während der Beginn jeder Abtastzeile in einer Seite durch eine fallende Flanke des Unter-Abtastsynchronisiersignals definiert ist. Die Zugriffs-Zeitsteuerung jedes Bildelement-Datenwerts wird durch eine fallende Flanke des Haupt-Abtastsynchronisiersignals definiert (siehe Fig. 9 und 10).
Nachfolgend wird der Ablauf der Bildrotation und der Interpolation näher erläutert. Gemäß dem von der Bedienungsperson gewünschten Winkel R werden von einer nicht gezeigten Zentraleinheit in einer Drehkoordinaten-Berechnungsschaltung 22′ und in einer Koordinaten-Inversumsetzungsschaltung 28′ die Werte von sin R, -sin R und cos R eingestellt, während in einer Innen­ flächen-Gitterpunkterfassungsschaltung die Werte von |cos R| und |cos R| eingestellt werden. Gemäß dem von der Bedienungsperson angegebenen Rotationszentrum werden die Werte für einen Haupt-Abtastversatz und einen Unter-Abtastversatz in der Drehkoordinaten-Berechnungsschaltung 22′ und in der Koordinaten- Inversumsetzungsschaltung 28′ eingestellt, und zwar erneut von der Zentraleinheit.
Auf ein von der Synchronisier-Steuereinheit erzeugtes Synchronisiersignal hin liefert die Abtast-Datenquelle einem Rasterspeicher, dessen Aufbau in Fig. 19A dargestellt ist, Bilddaten in Form von Abtastdaten. Der Rasterspeicher besteht aus vier Zeilenspeichern, die vier Abtastzeilen entsprechen und von denen einer zum Empfang von Bilddaten aus der Abtast-Datenquelle verwendet wird, während die anderen drei dazu verwendet werden, an den bereits empfangenen Daten die Rotation und die Interpolation durchzuführen. Während der Eingabe von Abtastdaten für eine Abtastzeile werden von einer der bereits empfangenen Abtastzeilen Daten ausgegeben.
Gemäß Fig. 15 berechnet die Drehkoordinaten-Berechnungsschaltung für die bereits eingegebenen Abtastdaten die sich durch Bildrotation der Eingangskoordinaten ergebenden Koordinaten.
Die Innenflächen-Gitterpunkterfassungsschaltung 24′ erfaßt diejenigen Gitterpunkte des Ausgangsbildes, die sich in einem Quadrat befinden, dessen Zentrum an den gedrehten Koordinaten liegt und dessen Länge |sin R|+|cos R| beträgt. Anhand der derart erfaßten Gitterpunkte bestimmt die Koordinaten- Inversumsetzungsschaltung 28′ sukzessiv die Koordinaten dieser Gitterpunkte in einem Koordinatensystem, das zuvor selbst gedreht worden ist. Aus diesen Koordinaten werden die bei der Interpolation zu verwendenden Eingabebildelemente und Koeffizienten bestimmt, und zwar jeweils aus dem ganzzahligen bzw. aus dem gebrochenen Anteil der Werte dieser Koordinaten. Auf diese Weise wird der dem Ausgabe-Gitterpunkt entsprechende Wert bestimmt und ausgegeben.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 16 die Drehkoordinaten- Berechnungsschaltung 22′ näher erläutert, die die Berechnung der vorstehend aufgeführten Gleichung (1) durchführt. Diese Schaltung arbeitet im Ansprechen auf die in der Abtast-Datenquelle verwendeten Synchronisiersignale. Auf das Seiten-Sychronisiersignal hin wird ein Unter-Abtastzähler zurückgesetzt und mit einem Anfangswert "-2" geladen, um zu erreichen, daß die Schaltung mit einer Verzögerung von zwei Abtastzeilen aus der Abtast-Datenquelle zu arbeiten beginnt. Auf das Unter-Abtastsynchronisiersignal hin wird ein Haupt- Abtastzähler zurückgesetzt und mit einem Anfangswert "0" geladen. Die Werte x und y in der Gleichung (1) entsprechen jeweils den Ausgangssignalen des Haupt-Abtastzählers bzw. des Unter-Abtastzählers, während die Werte xc und yc jeweils durch den Haupt- und den Unter-Abtastversatz definiert sind, welche die Koordinaten des Zentrums der Rotation definieren. Gemäß dem Rotationswinkel R werden die Werte von cos R und -sin R als Konstante eingestellt. Durch Addition, Subtraktion und Multiplikation dieser Daten werden die nach der Rotation geltenden Koordinaten (x′, y′) als Bruchzahlen erhalten.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 17 die Innenfläche- Gitterpunkterfassungsschalter 24′ näher erläutert, die ein Quadrat definiert, dessen Zentrum an den nach der Rotation gültigen Koordinaten liegt, dessen Seitenlänge |cosR|+|sin R| beträgt und das die Koordinaten von Gitterpunkten ausgibt, die Innerhalb des Quadrats liegende Punkte darstellen, welche sowohl in Haupt- als auch in Unterabtastrichtung einen ganzzahligen Koordinatenwert haben (siehe das in Fig. 21A gezeigte Quadrat). Als Ausgangskoordinaten gibt die Schaltung 24′ nach dem Abschneiden von Nachkommateilen jeweils den ganzzahligen Teil des durch Addition von (cos R+sin R)/2 zu x′ bzw. zu y′ erhaltenen Wertes sowie weitere ganzzahlige Teile aus, die sie durch Subtraktion von (cos R+sin R)/2 von x′ bzw. von y′, Addition von 1 zu x′ bzw. zu y′ und anschließendes Abschneiden des Nachkommateils bildet (siehe A, B, C und D in Fig. 21A).
Die ganzzahligen Koordinatenwerte dieser Gitterpunkte in einem Koordinatensystem, das seinerseits der Rotation unterzogen wurde, werden von einer in Fig. 18 gezeigten Koordinaten-Umsetzungs­ schaltung bestimmt, welche bezüglich des in Fig. 16 gezeigten Verfahrens zur Berechnung der Koordinaten nach der Rotation eine inverse Umsetzung (nämlich eine Rotation um -R) durchführt.
Die Werte des ganzzahligen Teils und des ganzzahligen Teils+ 1 der auf diese Weise invers umgesetzten Koordinaten in Haupt- und Unter-Abtastrichtung werden dazu verwendet, um vier Bildelemente (a, b, c und d in Fig. 21B) im Rasterspeicher zu bestimmen, während die entsprechenden Nachkommateile dazu verwendet werden, um Interpolationskoeffizienten (α und β in Fig. 21C) zu bestimmen. Die in Fig. 7 gezeigte Interpolations- Rechenschaltung führt daher gemäß Gleichung (2) eine entsprechende Berechnung durch, um korrekte Werte zu erhalten. Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung gibt auf ein Haupt-Abtastsynchronisiersignal hin sukzessiv Korrekturwerte für die vier Gitterpunkte aus (die eventuell auf dem gleichen Punkt liegen können).
Fig. 20 zeigt die Bewegung von Abtastpunkten infolge des Haupt- Abtasttakts. Für jedes Haupt-Abtastsynchronisiersignal werden Interpolationen für vier Bildelemente durchgeführt. In den Fig. 15A und 17 gezeigte Haupt-Abtastausgangssignale 1 und 2 der Innenflächen-Gitterpunkterfassungsschaltung können jedoch unter Umständen gleich groß werden. Ebenso können Unter-Ab­ tastausgangssignale 1 und 2 gleich groß sein. Falls sie jedoch alle unterschiedlich sind, wird die Interpolation für vier verschiedene Bildelemente durchgeführt. Wenn hingegen die Ausgangssignale in der Haupt- oder in der Unter-Abtastrichtung übereinstimmen, wird die Interpolation für vier Bildelemente durchgeführt, die abwechselnd paarweise gleich sind. Wenn die Ausgangssignale jedoch in der Haupt- und in der Unter-Abtastrichtung übereinstimmen, wird die Interpolation für vier gleiche Bildelemente durchgeführt. Diese Fälle entsprechen jeweils der Anwesenheit von vier, zwei oder einem Ausgabebildelement(en) in dem in Fig. 20B gezeigten Quadrat. Die von der Interpolations-Bearbeitungsschaltung durchgeführte Berechnung entspricht der beim ersten Ausführungsbei­ spiel.
Vorstehend wurde der Fall einer Bildrotation ohne eine Maßstabsänderung beschrieben. Nachfolgend wird eine zweite Abwandlungsform beschrieben, bei der eine Bildrotation in Verbindung mit einer in Haupt- und Unter-Abtastrichtung jeweils in dem gleichen Maßstab stattfindenden Bildgrößenänderung durchgeführt wird.
Diese Abwandlungsform ist in den Fig. 22A und 22B schematisch gezeigt, in denen Teile mit einer den entsprechenden Teilen der Fig. 3A und 3B übereinstimmenden Funktion mit den gleichen Bezugszeichen oder Symbolen bezeichnet sind.
Fig. 23 ist ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 22A gezeigten Drehkoordinaten-Berechnungsschaltung 22″. Die Fig. 24A und 24B zeigen ein detailliertes Blockschaltbild einer Innenflächen-Gitterpunkterfassungsschaltung 24″ und Fig. 25 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild einer in Fig. 22B gezeigten Koordinaten-Inverumsetzungsschaltung 28″.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieser abgewandelten Aus­ führungsform näher beschrieben.
Auf einen von einer Bedienungsperson erteilten Befehl zur Bilddrehung hin stellt eine Instruktionseinheit eine dem gewünschten Drehwinkel entsprechende Information in einer Ver­ arbeitungsschaltung ein. Auf einen Befehl zur Bildvergrößerung oder -verkleinerung hin erhält die Verarbeitungsschaltung eine dem Verhältnis der Bildmaßstabsänderung entsprechende Information. Auf einen Startbefehl der Bedienungsperson hin aktiviert die Instruktionseinheit dann eine Synchronisier-Steuereinheit, die die erforderlichen Abläufe synchronisiert, indem sie einer Abtast-Datenquelle und der Verarbeitungsschaltung Synchronisiersignale zuführt (siehe Fig. 2).
Die Bilddaten werden gemäß der Darstellung in Fig. 8 abgetastet. Der Beginn des Bildes auf einer Seite ist durch eine fallende Flanke des Seiten-Synchronisiersignals definiert, während der Beginn jeder Abtastzeile in einer Seite durch eine fallende Flanke des Abtastsynchronisiersignals definiert ist. Die Zugriffs-Zeitsteuerung jedes Bildelement-Datenwerts wird durch eine fallende Flanke des Haupt-Abtastsynchronisiersignals definiert (siehe Fig. 9 und 10).
Nachfolgend werden die Betriebsabläufe bei einer Bildrotation, einer Vergrößerung, einer Verkleinerung und einer Interpolation näher erläutert. Gemäß dem von der Bedienungsperson gewünschten Rotationswinkel R werden in der Dreh­ koordinaten-Berechnungsschaltung 22″ und in der Koordinaten- Inversumsetzungsschaltung 28″ die Werte sin R, -sin R und cos R eingestellt, während in der Innenflächen-Gitterpunkter­ fassungsschaltung 24″ die Werte von |sin R| und |cos R| eingestellt werden, und zwar jeweils von der nicht gezeigten Zentraleinheit. Gemäß dem von der Bedienungsperson angegebenen Rotationszentrum werden die Werte für den Haupt- und den Unter-Abtastversatz in der Drehkoordinaten-Berechnungsschaltung 22″ und in der Koordinaten-Inversumsetzungsschaltung 28″ eingestellt. Weiterhin wird der Faktor α der Bildgrößenänderung in der Drehkoordinaten- Berechnungsschaltung 22″ und in der Innenflächen-Gitterpunkt­ erfassungsschaltung 24″ eingestellt, während der entsprechende Reziprokwert 1/α in der Koordinaten-Inversumsetzungsschaltung 28″ eingestellt wird.
Auf ein von der Synchronisier-Steuereinheit 6 erzeugtes Synchronisier­ signal hin liefert die Abtast-Datenquelle einem Rasterspeicher, dessen Aufbau in Fig. 11A dargestellt ist, Bilddaten in Form von Abtastdaten. Der Rasterspeicher besteht aus vier Zeilenspeichern, die vier Abtastzeilen entsprechen und von denen einer zum Empfang von Bilddaten aus der Abtast- Datenquelle verwendet wird, während die anderen drei dazu verwendet werden, an bereits empfangenen Daten die Rotation, die Vergrößerung, die Verkleinerung und die Interpolation durchzuführen. Während der Eingabe von Abtastdaten für eine Abtastzeile werden von einer der bereits empfangenen Abtastzeilen Daten ausgegeben.
Gemäß Fig. 22 berechnet die Drehkoordinaten-Berechnungsschaltung 22″ für die bereits eingegebenen Abtastdaten die sich durch Bildrotation und Bildvergrößerung oder -verkleinerung der Eingangskoordinaten ergebenden Koordinaten. Die Innenflächen-Gitterpunkterfassungsschaltung 24″ erfaßt diejenigen Gitterpunkte des Ausgangsbildes, die sich in einem Quadrat befinden, dessen Zentrum an den jeweils bearbeiteten Koordinaten liegt und dessen Seitenlänge α(|sin R|+|cos R|) beträgt. Auf der Basis der derart erfaßten Gitterpunkte bestimmt die Koordinaten-Inversumsetzungsschaltung 28″ aufeinanderfolgend die Koordinaten dieser Gitterpunkte in einem Koordinatensystem, das zuvor selbst der Rotation und Vergrößerung oder Verkleinerung unterzogen worden ist. Aus diesen Koordinaten werden die bei der Interpolation zu verwendenden Eingangsbildelemente und Koeffizienten bestimmt, und zwar aus dem ganzzahligen bzw. aus dem gebrochenen Anteil dieser Koordinaten. Auf diese Weise wird der dem Ausgabe-Gitterpunkt entsprechende Wert bestimmt und ausgegeben.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 23 die Drehkoordinaten- Berechnungsschaltung 22″ näher erläutert, die die Berechnung der vorstehend aufgeführten Gleichung (1) durchführt. Diese Schaltung arbeitet im Ansprechen auf die in der Abtast-Datenquelle verwendeten Synchronisiersignale. Auf das Seiten-Synchronisiersignal hin wird ein Unter-Abtastzähler zurückgesetzt und mit einem Anfangswert "-2" geladen, um zu erreichen, daß die Schaltung mit einer Verzögerung von zwei Abtastzeilen aus der Abtast-Datenquelle zu arbeiten beginnt. Auf das Unter-Abtastsynchronisiersignal hin wird ein Haupt- Abtastzähler zurückgesetzt und mit einem Anfangswert "0" geladen. Die Werte x und y in der Gleichung (1) entsprechen jeweils den Ausgangssignalen des Haupt-Abtastzählers bzw. des Unter-Abtastzählers, während die Werte xc und yc jeweils durch den Haupt-Abtastversatz und den Unter-Abtastversatz, definiert sind, welche die Koordinaten des Zentrums der Rotation definieren. Gemäß dem Rotationswinkel R werden die Werte von sin R, cos R und -sin R als Konstante eingestellt. Der Faktor der Bildmaßstabsänderung wird gleichfalls eingestellt.
Durch geeignete Addition, Subtraktion und Multiplikation dieser Daten werden die nach der Rotation geltenden Koordinaten (x′, y′) als Bruchzahlen erhalten.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 24A die Innenflächen-Gitterpunkterfassungsschaltung 24″ näher erläutert, die ein Quadrat definiert, dessen Zentrum an den nach der Rotation gültigen Koordinaten liegt und dessen Seitenlänge α(|cos R|+ |sin R|) beträgt, und die ferner Haupt- und Unter-Abtastkoordinaten von Gitterpunkten ausgibt, die innerhalb des Quadrats liegende Punkte darstellen, welche sowohl in Haupt- als auch in Unterabtastrichtung einen ganzzahligen Koordinatenwert haben (siehe das in Fig. 26A gezeigte Quadrat). Als Ausgabewerte git die Schaltung 24″ nach dem Abschneiden von Nachkommateilen jeweils den ganzzahligen Teil des durch Addition von α(|cos R|+|sin R|)/2 zu x′ bzw. y′ erhaltenen Wertes sowie weitere ganzzahlige Teile aus, die sie durch Subtraktion von α(|cos R|+|sin R|)/2 von x′ bzw. von y′, Addition von 1 zu x′ bzw. zu y′ und an­ schließendes Abschneiden des Nachkommateils bildet (siehe A bis I in Fig. 26A).
Die ganzzahligen Koordinatenwerte dieser Gitterpunkte in einem Koordinatensystem, das seinerseits der Rotation unterzogen wurde, werden von einer in Fig. 25 gezeigten Koordinaten-Um­ setzungsschaltung bestimmt, welche bezüglich des Verfahrens zur Berechnung der Koordinaten nach der Rotation eine inverse Umsetzung (nämlich eine Drehung um -R) durchführt.
Die Werte des ganzzahligen Teils und des ganzzahligen Teils plus "eins" der auf diese Weise invers umgesetzten Koordinaten werden dazu verwendet, um vier Bildelemente (a, b, c und d in Fig. 26B) im Rasterspeicher zu bestimmen, während die entsprechenden Nachkommateile dazu verwendet werden, um Interpolationskoeffizienten (α und β in Fig. 26C) zu bestimmen. Die in Fig. 7 gezeigte Interpolations-Rechenschaltung führt daher in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Gleichung (2) eine entsprechende Berechnung durch, um korrekte Werte zu erhalten. Die Interpolations-Rechenschaltung führt auf ein Haupt-Abtastsynchronisiertaktsignal hin für alle in dem imaginären Quadrat in dem bearbeiteten Koordinatensystem befindlichen Gitterpunkte eine Interpolation durch.
Unter Zugrundelegung der maximalen und minimalen Koordinaten in der Haupt-Abtastrichtung (Haupt-Abtastausgänge 1 und 2) sowie der maximalen und minimalen Koordinaten in der Unter- Abtastrichtung (Unter-Abtastausgänge 1 und 2) der in der quadratischen Fläche befindlichen Gitterpunkte erzeugt eine in Fig. 24B gezeigte Schaltung die Haupt- und die Unter-Abtastkoordinaten aller in dieser Fläche befindlichen Gitterpunkte, und zwar synchron zu einem Haupt-Abtastablauf-Synchronisiersignal, das eine höhere Frequenz als das Haupt-Abtastsynchronisiertaktsignal hat, sowie synchron zu einem Unter-Abtastablauf-Synchronisiertaktsignal, das eine höhere Frequenz als das Haupt-Abtastablauf- Synchronisiersignal hat. Im Vergleich zu dem Haupt-Abtastsynchronisiersignal ist das Haupt-Abtastablauf-Synchronisiersignal mindestens um einen Faktor in seiner Frequenz höher, der durch den ganzzahligen Teil des Maßstabsänderungsverhältnisses mal plus 1 gegeben ist. Im Ausführungsbeispiel hat es eine viermal höhere Frequenz (siehe Fig. 5C). Im Vergleich zu dem Haupt-Abtastablauf-Synchronisiersignal ist das Unter-Abtastablauf-Synchronisiersignal gleichfalls mindestens um einen Faktor höher frequent, der durch den ganzzahligen Teil des Maßstabsänderungsverhältnisses mal plus 1 gegeben ist (siehe Fig. 5D). Im Ausführungsbeispiel, bei dem der Faktor der Maßstabsänderung 1.6 beträgt, sollte das letztere Signal daher die (1.6× )+1=3fache Frequenz haben. In Fig. 24B gezeigte monostabile Rückwärtszähler 1 und 2 erzeugen während eines Zählvorgangs Signale mit hohem Pegel und Signale mit niedrigem Pegel, wenn der Zählstand den Wert "Null" erreicht. In Fig. 24B sind weiterhin Rückwärtszähler 3 und 4 vorgesehen. Die in Fig. 7 gezeigte In­ terpolations-Rechenschaltung führt anschließend die Berechnung in der gleichen Weise durch, wie dies anhand des ersten Ausführungsbeispiels bereits beschrieben wurde.
Die in Fig. 24A gezeige Gitterpunkt-Erfassungsschaltung 24″ verwendet die gemäß dem Rotationswinkel R festgelegten Werte |sin R| und |cos R|. Gemäß Fig. 14 kann jedoch auch eine von dem Rotationswinkel R unabhängige Konstante K=2 verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, auf die Einstellung dieser Werte zu verzichten und daher den Aufwand der Schaltung zu verringern.
Die Bestimmung des ausgegebenen Gitterpunkts, für den die Interpolationsdaten zu ermitteln sind, kann auch durchgeführt werden, indem anhand einer digitalen Differentialanalyse die Adresse der Haupt-Abtastzeile in dem umgesetzten Koordinatensystem bestimmt wird und anschließend die nahe dieser Zeile befindlichen Gitterpunkte einer nach dem anderen bestimmt werden.
Dieses Verfahren wird nachstehend im einzelnen beschrieben, wobei der Einfachheit halber ein Beispiel betrachtet werden soll, bei dem eine Rotation eines Zeilenabschnitts um 30° um den Ursprungspunkt des Koordinatensystems durchgeführt wird, und zwar ohne eine Maßstabsänderung.
Die Fig. 28A bis 28C zeigen die Art der Umsetzung von Bilddaten bei diesem Verfahren, wobei Abszissen 120, 121 und 122 jeweils Haupt-Abtastrichtungen, Kreise Abtastpunkte und die Ordinaten den Wert von Multipegel-Daten, wie z. B. einer Bilddichte, angeben. Fig. 28A zeigt ein Originalbild, während Fig. 28C ein durch dieses Verfahren erhaltenes digitales Ausgangsbild zeigt. Demgegenüber zeigt Fig. 28B ein Beispiel für ein herkömmliches Verfahren, bei dem das Originalbild ohne Interpolation gedreht wird. Nachfolgend soll als Beispiel der Fall beschrieben werden, bei dem der Wert der Multipegel-Daten an einem in Fig. 28C gezeigten Abtastpunkt 123 bestimmt wird.
Fig. 29 zeigt eine Ausführungsform einer Schaltung, die die Adresse einer Haupt-Abtastzeile 12 des in Fig. 28C gezeigten Ausgangsbild liefert. In diesem Beispiel werden für eine Rotation um 30° um den Ursprungspunkt in einem Ganzzahlen-Abschnitt 133 und in einem Nachkomma-Abschnitt 132 eines Ergebnisregisters 130 die Werte "0" eingestellt, während in einem Inkrementalregister 134 der Wert von tan 30°=0.577350 eingestellt wird. In einem Zählregister 135 wird die Anzahl der Bildelemente in der Haupt-Abtastzeile des Ausgangsbilds eingestellt. Diese Werte werden mittels nicht gezeigter Hard- oder Software berechnet und eingestellt. Durch Zufuhr der gleichen Taktsignale 137 und 138 als Synchronisiersignale wird der Inhalt des Inkrementalregisters 134 zu dem Inhalt des Nachkomma-Abschnitts 132 des Ergebnisregisters 130 addiert, wobei der Inhalt 139 des Ganzzahlen-Abschnitts 133 des Ergebnisregisters 130 in der Reihenfolge 1, 2, 3, . . . als y-Achsen-Adresse der Haupt-Abtastzeile 122 ausgegeben wird, wie aus Fig. 30 zu erkennen ist.
Wie die in Fig. 36 mit 100 bezeichnete Linie erkennen läßt, hat die auf diese Weise approximierte oder angenäherte Linie für jede x-Achse stets eine y-Adresse.
Diese im wesentlichen aus einer Addierschaltung bestehende Logikschaltung ist relativ billig und kann eine ausreichend hohe Geschwindigkeit erzielen.
Fig. 31 zeigt eine Schaltung, die auf ein in Fig. 29 gezeigtes Übertragssignal 131 hin Koordinaten bestimmt, die im Koordinatensystem des Originalbildes den Zentren der Bildelemente des umgesetzten Bildes entsprechen. Werte X und Y, die einem Übertragssignal 131 mit dem Pegel "0" entsprechen, d. h. wenn keine Änderung in der Y-Adresse vorliegt, werden von einer nicht gezeigten Einrichtung gemäß der Beziehung:
X 0=1 · cos 30°+0 · sin 30°=0.866025
Y 0=1 · (-sin 30°)+0 · cos 30°=-0.5
berechnet und in einem Inkrementalregister 510 bzw. 530 gespeichert. Demgegenüber werden die Werte X und Y, die einem Übertragssignal 131 mit dem Pegel "1" entsprechen, d. h. wenn eine Erhöhung der Y-Adresse vorliegt, gemäß der Beziehung:
X 1=1 · cos 30°+1 · sin 30°=1.36625
Y 1=1 · (-sin 30°)+1 · cos 30°=0.36625
berechnet und in einem Inkrementalregister 520 bzw. 540 gespeichert. Diese Werte werden von einer in Fig. 31 nicht gezeigten Hardware oder mittels Software berechnet und eingestellt. In einem X-Ergebnisregister 550 und einem Y-Ergebnisregister 560 wird "0" gespeichert, da im beschriebenen Beispiel lediglich eine Rotation um den Ursprungspunkt durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden der Schaltung die gleichen Taktsignale wie die in Fig. 29 gezeigten Synchronisiersignale 37 und 38 zugeführt und auf das ebenfalls in Fig. 29 gezeigte Übertragssignal 131 hin werden die Inhalte der X- und Y-Inkrementalregister zu dem Inhalt des entsprechenden Ergebnisregisters addiert, so daß gemäß dem in Fig. 32 gezeigten Impulsdiagramm die Werte der X- und Y-Koordinaten des Originalbildes über Signalleitungen 590 und 591 ausgegeben werden. Diese im wesentlichen aus Addierschaltungen bestehende Logikschaltung ist relativ billig und kann eine ausreichend hohe Geschwindigkeit erzielen.
Fig. 33 zeigt das Prinzip der Berechnung eines gewichteten Durchschnitts zweier benachbarter Punkte aus den Werten 590 und 591 der mittels des X- und des Y-Ergebnisregisters gemäß Fig. 31 erhaltenen X- und Y-Koordinaten. In Fig. 33 ist mit m der Nachkommaanteil der in Fig. 31 gezeigten X-Koordinate 590 bezeichnet. Der Multipegel- Digitalwert Y einer Koordinate 70 kann wie folgt bestimmt werden:
Y 70=m · X 71+(1-m) · X 72,
wobei mit X 71 und X 72 die Multipegel-Digitalwerte von Bildelement- Zentren 71 und 72 des Originalbilds bezeichnet sind. Der Multipegel-Digitalwert des in Fig. 28C gezeigten Bildelements 123 kann dabei erhalten werden, indem die Multipegel- Digitalwerte 124 und 125 der Fig. 28A für X 71 bzw. X 72 eingesetzt werden.
Obgleich sich die vorstehende Beschreibung auf die Rotation eines Linienabschnitts ohne Maßstabsänderung bezieht, ist es gleichwohl möglich, die Bilddaten zu drehen, indem drei Zeilenpuffer in der Haupt-Abtastrichtung des Originalbilds gemäß der Darstellung in Fig. 34 verwendet, eine Schaltung zur Bestimmung eines Näherungswerts für eine Zeile der Haupt-Abtastrichtung nach der Umsetzung gemäß der Darstellung in Fig. 37 verwendet, ein von einem Ergebnisregister 113 erzeugtes Übertragssignal 10 an einer Adresse eines Speichers 112 gespeichert, die von einem Adress-Signal 111 aus einem Zählregister 114 angegeben wird, und indem das derart gespeicherte Übertragssignal der in Fig. 31 gezeigten Schaltung zugeführt wird, so daß nach einem in Fig. 35 dargestellten zweidimensionalen Verfahren für das ausgegebene Digitalbild eine Interpolation gemäß folgender Gleichung erzielt wird:
Y 90=(n · X 91)+(1-n) · X 93) · m +(n · X 92+(1-n) · X 94) · (1-m).
Dies kann in der Praxis sehr leicht erreicht werden, indem in einer der Anzahl der Bildelemente in Unter-Abtastrichtung des umgesetzten Bildes entsprechenden Zahl die Schritte der Koordinaten­ bestimmung im Originalbild und die Interpolation wiederholt werden.
Nach einem in Fig. 38B gezeigten Verfahren kann ein im Bereich zwischen 45° und 360° liegender Rotationswinkel auf einen Bereich zwischen 0° und 45° zurückgeführt werden. Daher ist es möglich, auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, indem eine Speichertabelle vorgesehen wird, in der Bitströme der von der in Fig. 37 gezeigten Schaltung erzeugten Übertragungssignale gespeichert sind.
Obgleich die Beschreibung des vorstehenden Beispiels auf eine Bildrotation ohne Bildmaßstabsänderung beschränkt wurde, kann auch eine Bildvergrößerung erzielt werden, indem die Eingabe- Zeitsteuerung der Originalbilddaten entsprechend dem Faktor der Bildvergrößerung verlangsamt wird, oder eine Bildverkleinerung durchgeführt werden, indem die Anzahl der in Fig. 34 gezeigten Zeilenpuffer erhöht wird.
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben.
Mit dem zweiten Ausführungsbeispiel soll für den Fall, daß die Koordinaten der ausgegebenen Bildelemente eines bearbeiteten digitalen Bildes irrationale Zahlen mit Nachkommastellen sind, und insbesondere für eine Rotation um einen beliebigen Winkel in Verbindung mit einer Vergrößerung oder Verkleinerung in einem beliebigen Verhältnis, erreicht werden, daß die Adressen der ausgegebenen Bildelemente des verarbeiteten digitalen Bildes mit der Eingangs-Zeitsteuerung des ursprünglichen digitalen Bildes zusammenpassen, oder daß die Adressen der ausgegebenen Bildelemente synchron mit dem Signal des ursprünglichen digitalen Bildes in der Unter-Abtastrichtung bestimmt werden können. Die Adressen der ausgegebenen Bildelemente des verarbeiteten digitalen Bildes können nach verschiedenen Verfahren bestimmt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine digitale Differentialanalyse verwendet, um diejenige Adrese des ausgegebenen Bildelements zu bestimmen, die die Entfernung von einer Zeile in der Unter- Abtastrichtung des verarbeiteten digitalen Bildes zu der Adresse des ausgegebenen Bildelements minimiert, und um anschließend unter Heranziehung der auf diese Weise bestimmten Adresse des genannten ausgegebenen Bildelements als Anfangs­ wert die Adresse einer Zeile in der Haupt-Abtastrichtung des verarbeiteten Bildes zu bestimmen. Dieses Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, wobei der Einfachheit halber eine Rotation um 30° um den (Koordinaten-) Ursprungspunkt ohne Maßstabsänderung betrachtet wird. Fig. 40 ist eine vergrößerte Darstellung um den Ursprungspunkt der Fig. 1D herum, wobei Kreise die Zentren von Bildelementen und Doppelkreise 223 bis 225 die Zentren von Anfangs-Bildelementen von Rastern 220 bis 222 angeben.
Fig. 41 zeigt schematisch ein Verfahren zur Bestimmung der Adresse des Zentrums eines Anfangs-Bildelements, wobei eine Zeile der Unter-Abtastrichtung des verarbeiteten Bildes gemäß Fig. 40 mit 236 bezeichnet ist. Der Winkel R in Fig. 41 ist im Ausführungsbeispiel 30°. 233 und 234 geben die jeweilige Entfernung zur Zeile 236 an, wenn sich das Bildelementzentrum von 230 nach 231 bzw. nach 232 verlagert. Eine fette Linie 227 in Fig. 40 gibt eine Adresse desjenigen Bildelementzentrums auf jedem Raster an, das der Zeile 226 am nächsten liegt, wobei eine Schaltung zur Bestimmung jeder dieser Adressen in Fig. 39 gezeigt ist.
Nachfolgend wird erläutert, wie die Adresse des in Fig. 40 gezeigten Anfangs-Bildelements 224 bestimmt wird. Gemäß Fig. 39 speichert ein Zwischenspeicher den Adressinkre­ ment "0" in Y-Richtung eines dem Anfangs-Bildelement 223 eines unmittelbar vorausgehenden Rasters (oder des Rasters 220 in Fig. 40) nachfolgenden Bildelementzentrums 228, während ein Inkrementalregister A 245 den Wert des Abstands 233 der Fig. 41 oder den Wert von cos 30°=0.8660 speichert. Ein Inkremental­ register B 243 speichert daraufhin den Wert des Abstands 234 der Fig. 41 oder den Wert von -sin 30°=-0.5. Ein Ergebnisregister 248 hält die Entfernung von dem Anfangs- Bildelement eines unmittelbar vorausgehenden Rasters zu der Zeile in Unter-Abtastrichtung fest, gemäß Fig. 41 also die Entferung "0" von dem Anfangs-Bildelement 223 zu der Zeile 226. Diese Werte werden von einer nicht dargestellten Hardware oder mittels Software berechnet und gespeichert. Ein Komparator 240 entscheidet darüber, ob der Inhalt des Ergebnisregisters 248 gleich "Null" oder kleiner ist. Das Ver­ gleichsergebnis wird an einen Komparator B 241 weitergeleitet, der entscheidet, ob der in einem Zwischenspeicher 242 gespeicherte Wert "Null" ist, wenn der Wert des Ergebnisregisters 248 "Null" oder kleiner ist. Diese Signale werden einem Wähler 246 zugeführt, der den Wert "-0.5" des Inkrementalregisters B 243 wählt, wenn der Wert des Ergebnisregisters 248 größer als "Null" ist, oder den Wert "0.8660" des Inkrementalregisters A 245, wenn der Wert des Ergebnisregisters 248 "Null" oder kleiner und der Wert des Zwischenspeichers 242 "Eins" ist, oder einen der Summe der Register A 243 und 245 entsprechenden Wert "0.366", wenn der Wert des Ergebnisregisters 248 "Null" oder kleiner und der Wert des Zwischenspeichers 242 "Null" ist, und addiert den derart ausgewählten Wert zu dem Inhalt des Ergebnisregisters 248. Gleichzeitig zeigt er den gewählten Zustand mit einem Signal 249 an. Weiterhin wird von einer in Fig. 41 nicht gezeigten Hard- oder Software der Wert "1" von der Y-Achse des Anfangs-Bildelements subtrahiert, wenn der Wert des Ergebnisregisters 248 größer als "Null" ist, oder der Wert "1" zu der X-Adresse des Anfangs-Bildelements addiert, wenn der Wert des Ergebnisregisters 248 "Null" oder kleiner und der Wert des Zwischenspeichers 242 "Eins" ist, oder der Wert "1" zu der X-Adresse addiert und der Wert "1" von der Y-Adresse subtrahiert, wenn der Wert des Ergebnisregisters 248 "Null" oder kleiner und der Wert des Zwischenspeichers 242 "Null" ist. Auf diese Weise wird die Adresse des Anfangs- Bildelements jedes Rasters bestimmt. Die beschriebene, im wesentlichen aus Komparatoren und Wählern bestehende Schaltung kann kostengünstig realisiert werden und erreicht eine ausreichend hohe Geschwindigkeit.
Gemäß Fig. 42 werden anschließend von einer in Fig. 42 nicht gezeigten Hard- oder Software die X- und Y-Adressen der gemäß vorstehender Beschreibung bestimmten ausgegebenen Anfangs- Bildelemente jeweils in einem X-Adressregister 250 bzw. in einem Y-Adressregister 254 und der Wert von tan 30°=0.57735 in einem Inkrementalregister 251 eingestellt. Daraufhin wird ein Bildelement-Taktsignal als Synchronisiersignal 256 zugeführt, wodurch die Adressen einer Zeile 221 bestimmt werden, die gemäß Fig. 40 eine bei dem Anfangs-Bildelement beginnende angenäherte Haupt-Abtastzeile des ausgegebenen Bildes dar­ stellt.
Gleichzeitig mit der Bestimmung der Adresse des Zentrums jedes ausgegebenen Bildelements werden von einer in Fig. 42 nicht gezeigten Hard- oder Software die der Adresse jedes ausgegebenen Bildelements entsprechenden Bildelemente des Originalbildes sowie die Bildelementdaten des ausgegebenen Bildelements aus den Bildelementen des Originalbildes bestimmt.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Adresse des Anfangs-Bildelements des ausgegebenen Bildes durch Wahl zweier Inkremente und durch Minimierung der Distanz zu einer aus diesen Inkrementen berechneten Zeile der Unter-Abtastrichtung des ausgegebenen Bildes bestimmt. Jedoch ist es auch möglich, die Adresse des Anfangs-Bildelements gemäß der Darstellung in Fig. 43 unter Verwendung der nachfolgenden Reihenentwicklung einer trigonometrischen Funktion zu bestimmen:
tan R=1/a+1/b+1/c+ . . . (2)
in der a, b, c, . . . ganze Zahlen sind. Für den Winkel R=30° kann z. B. gesetzt werden:
tan 30°=1/2+1/13+1/2341. (3)
Fig. 43 zeigt den Ablauf der Bestimmung der Adresse des Anfangs- Bildelements eines vierten Rasters des ausgegebenen Bildes unter Verwendung der vorstehenden Reihenentwicklung. Hierbei wird ein Dreieck betrachtet, das auf einer senkrechten Zeile 264 einen vierten Punkt 261 von dem Ursprungspunkt 260 aus sowie eine Linie 265 enthält, die im Ursprungspunkt 260 einen Winkel von 30° zu dieser Zeile bildet. Die X-Adresse eines Punktes 262 wird folgendermaßen aus den Werten der Nenner bestimmt:
wobei mit den Symbolen das Abschneiden der Nachkommastellen bezeichnet ist.
Anschließend wird die Adresse eines einen Winkel 266 von 30° zu einer Linie zwischen den Punkten 261 und 262 bildenden Scheitelpunkts 263 auf ähnliche Weise bestimmt durch:
Auf diese Weise können die X- und Y-Adresen des Anfangs- Bildelements 63 bestimmt werden. Fig. 44 zeigt ein Beispiel von mittels dieses Verfahrens bestimmten Anfangs-Bildelementen, welche mit weißen Kreisen bezeichnet sind.
Eine Rotation um einen beliebigen Winkel kann folglich realisiert werden, indem die Werte der Nenner der Gleichung (2) für einen bzw. jeden beliebigen Winkel in einem Speicher abgelegt werden. Die Präzision der Reihenentwicklung oder die Größe des Nenners kann durch die maximale Größe der Rotation begrenzt sein. So kann z. B. für eine einer Auflösung von 16 Bildelementen pro mm auf einem Blatt des Formats A4 entsprechenden Rotation der Nenner auf den Wert 4752 begrenzt werden.
Die Fig. 45 bis 57 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel.
Fig. 46 zeigt ein abgetastetes Originalbild mit einer Haupt- und einer Unter-Abtastrichtung als Eingangsdatenquelle, wobei Abtastzeilen mit Pfeilen dargestellt sind.
Fig. 45 ist ein Blockschaltbild eines Gesamt-Bildverarbeitungsgeräts. Die abgetasteten Daten zweier Zeilen werden in einen Vorstufen-Speicher 291 eingegeben, aus dem für eine Bildvergrößerung um den Faktor 2 interpolierte Daten aufeinanderfolgend einem Zwischenspeicher 292 zugeführt werden. Dieser speichert die Daten von drei Zeilen, aus denen endgültig vergrößerte oder verkleinerte Daten zur Feinauflösung erhalten werden.
Nachfolgend wird auf Fig. 46 Bezug genommen. Gemäß einem von einer Bedienungsperson erteilten Befehl wird der Faktor einer Bildvergrößerung in einer 2 n -Bildvergrößerungsschaltung 422 eingestellt, während der Faktor einer Bildverkleinerung in einer Feinauflösungsschaltung 423 eingestellt wird. Eine Syn­ chronisations-Steuerschaltung 424 wird so eingestellt, daß sie ein Haupt-Abtastsynchronisiertaktsignal in Übereinstimmung mit der Flächen-Bildvergrößerung verlangsamt, welche das Produkt der in der Schaltung 422 eingestellten Faktoren der Bildvergrößerung in der Haupt- und in der Unter-Abtastrichtung ist. Die abgetasteten Daten werden in die drei Vorstufen- Speicher 291 abgerufen, die synchron mit der Unter-Abtastung geschaltet werden. Die 2 n -Vergrößerungsschaltung 422 empfängt die abgetasteten und bereits in zwei der Vorstufen- Speicher 291 gespeicherten Daten zweier Zeilen, wohingegen Abtastdaten in die verbleibenden Vorstufen-Speicher abgerufen bzw. übertragen werden, während die Schaltung 422 eine Bild­ vergrößerungs-Bearbeitung an den Abtastdaten aus den anderen zwei Vorstufen-Speichern durchführt.
Fig. 47 zeigt ein Beispiel für eine Vergrößerung des Eingangsbildes um das 4fache in der Haupt-Abtastrichtung und um das 2fache in der Unter-Abtastrichtung. In Fig. 47 entsprechen A bis D den Bildelementen des Originalbildes und haben jeweils Bilddaten V(A) bis V(D). Die Bildelemente A und B sind auf demselben Raster, während die Bildelemente C und D auf einem anderen Raster liegen. Punkte 311 bis 314 und 321 bis 324 sind durch die Bildvergrößerung zu erhaltende Ausgabepunkte, wobei die Punkte 311 bis 314 auf dem selben Ausgaberaster und die Punkte 321 bis 324 auf einem anderen Ausgaberaster liegen. Der Wert V(Q) eines Punktes Q in den Punkten 311 bis 314 und 321 bis 324 ist durch folgende Gleichung ge­ geben:
V(Q)=(1-α)(1-β )V(A)+α(1-β )V(B) +(1-α ) β V(C)+αβ V(D) (1)
in der mit α (mit 0≦α) ein inneres Teilungsverhältnis eines von einer zu einem Linienabschnitt AC parallelen Linie geschnittenen Linienabschnitts AB und mit β (mit β≦1) ein inneres Teilungs­ verhältnis des von einer zu dem Linienabschnitt AB parallelen Linie geschnittenen Linienabschnitts AC bezeichnet ist. Fig. 48 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Berechnung vorstehender Gleichung (1), in der ein Block 441 den Ausdruck:
(1-α)V(A)+α V(B), ein Block 442 den Ausdruck: (1- α V(C)+α V(C)
und ein Block 443 den Ausdruck:
(1-β) {(1-α)V(A)+α V(B) }+b{(1-α)V(C)+α V(D) }
=(1-α)(1-β )V(A)+α(1-β )V(B)+(1-α ) β V(C)+αβ V(D) =V(Q)
berechnet. Fig. 49 ist ein genaueres Blockschaltbild des Schaltungsblocks 441, 442 oder 443, die alle einen ähnlichen Aufbau haben. Diese Schaltung berechnet den Ausdruck:
(1-k)V(X)+kV(Y)
aus den eingegebenen Bilddaten V(X) und V(Y) sowie aus einem inneren Teilungsverhältnis k. Eine Schaltung 453, deren Einzelheiten in Fig. 50 gezeigt sind, berechnet aud k den Wert 1-k. Das Teilungsverhältnis k ist eine mit vier Bits dargestellte Bruchzahl und aus den Werten 0, 1/8, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 7/8 und 1 ausgewählt. Insbesondere wird k durch vier Bit-Signale x (0), x (-1), x (-2) und x (-3) (die jeweils "0" oder "1" sind) folgendermaßen dargestellt:
k=1 x (0)+1/2x (-1)+1/4 x (-2)+1/8 x (-3),
so daß der Wert 1-k als Zweierkomplement von k dargestellt werden kann. Die in Fig. 50 gezeigte Schaltung berechnet den Wert von 1-k durch Bestimmung des Zweierkomplements von k, indem sie die jeweiligen Bits mit Hilfe von Invertierern 462 bis 464 invertiert und zu dem niedrigstwertigen Bit "1" addiert, wobei das höchstwertigste Bit nur dann den Wert "1" annimmt, wenn k "Null" ist, d. h. wenn x (0), x (-), x (-2) und x (-3) alle "0" sind. Fig. 51 zeigt die Einzelheiten einer Schaltung 451 oder 452, die beide gleich aufgebaut sind. Die Schaltung 451 oder 452 erzeugt einen Datenwert A, indem sie aus den eingegebenen Bilddaten die oberen bzw. höherwertigen 7 Bits extrahiert und diese jeweils um ein Bit zu den niedrigeren Bits verschiebt, sowie einen Datenwert C, indem sie die höherwertigen 6 Bits extrahiert und diese jeweils um ein Bit zu den niedrigeren Bits verschiebt. Von der genannten 4-Bit breiten Bruchzahl wird das Bit mit der Wertigkeit 1/8 als Torsignal für den Datenwert C, das mit der Wertigkeit 1/4 als Torsignal für den Datenwert B und das mit der Wertigkeit 1/2 als Torsignal für den Datenwert A verwendet. Jede der gezeigten Torschaltungen gibt die an ihm anstehenden Daten aus, wenn das betreffende Torsignal hohen Pegel hat, während es den Wert "Null" ausgibt, wenn das betreffende Torsignal niedrigen Pegel hat. Die Summe der Ausgangsdaten der Torschaltungen oder das Signal V(Y) wird von dem Signal bzw. Bit mit der Wertigkeit "1" angewählt, so daß das Produkt der Bilddaten mit dem inneren Teilungsverhältnis erhalten wird. Die genannten Abläufe werden mit einer einem Eingangs-Abtastsynchronisiertakt entsprechenden Dauer durchgeführt, so daß diese Abläufe ein Taktsignal erfordern, das eine höhere Frequenz hat als das Synchronisier­ signal der Flächen-Bildvergrößerung. Fig. 52 zeigt eine Schaltung zum sukzessiven Erzeugen von α und β, die einen oktalen Aufwärtszähler 481, ein 8mal höherfrequentes Taktsignal als das der 2 n -Vergrößerungsschaltung, ein Flip-Flop 482 zur Teilung des Taktsignals auf die halbe Frequenz, ein weiteres Flip-Flop 483 zum Teilen des Ausgangssignals des Flip-Flops 482 auf die halbe Frequenz sowie einen Wähler 484 aufweist. Das Inkrement in α oder β wird auf ein dem Wähler 484 zuge­ führtes 2-Bit breites Wählsignal hin durch Auswahl eines Taktsignals festgelegt. Dieses Wählsignal wird im Voraus von einer Zentraleinheit in Übereinstimmung mit dem Bildvergrößerungsfaktor eingestellt. Fig. 53 ist ein Zeitdiagramm, das die gegenseitige Beziehung von Taktsignalen der in Fig. 52 gezeigten Schaltung angibt. Die Inkremente von α und β werden unter Verwendung der in Fig. 52 gezeigten Schaltung für jeden Wert von α und β festgelegt. Auf diese Weise werden die vergrößerten Daten aufeinanderfolgend vorbereitet und als Abtastdaten dem Zwischenspeicher 292 über eine Steuereinheit (3) 427 zugeführt.
Nachfolgend wird die Feinauflösungsschaltung näher beschrieben. In den von der 2 n -Vergrößerungsschaltung aufbereiteten Daten sind die Haupt- und die Unter-Abtastrichtung jeweils duch die x-Achse bzw. die y-Achse definiert, während jedes Bildelement durch eine Adresse (xs, ys) definiert ist. Der Faktor der Bildverkleinerung ist in der Haupt-Abtastrichtung durch δ (1/2δ1) und in der Unter-Abtastrichtung durch ε (1/2ε1) gegeben. Eine Ausgangsadresse (XD, YD) ist gegeben durch:
xD=δxs+xm (2)
yD=εys+ym (3)
wobei xm und ym jeweils den Betrag der Parallelverschiebung entlang der Haupt- bzw. der Unter-Abtastrichtung angeben. Eine Koordinate (xs, ys) gibt ein Bildelement auf einem zentralen von drei aufeinanderfolgenden Rastern des Zwischenspeichers 292 an. Die Werte xD und yD sind gewöhnlich keine ganzen Zahlen, sondern haben gebrochene Anteile. Die Bilddaten werden an einer ganzzahligen Adresse ausgegeben, die sich in der Nähe einer durch die Werte xD und yD definerten Position befindet und die von einer in Fig. 54 gezeigten Schaltung bestimmt werden kann. Fig. 55 zeigt die Umgebung des Punkts (xD, yD). Ein Punkt E entspricht (xD, yD), wobei unterbrochene Linien den verkleinerten Zustand der Daten in dem Zwischenspeicher angeben, während durchgezogene Linien ein Gitter eines ganzzahligen Adressraums der Ausgabedaten angeben. Die Umgebung des Punktes E ist durch ein Rechteck mit den Seitenlängen l und m definiert. In dieser Umgebung existiert ein ganzzahliger Adresspunkt a. Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, daß die Bedingungen l=δ und m=ε gelten und daß der Punkt E im Zentrum des Rechtecks angeordnet ist. Die Koordinaten (xR, yR) eines Punktes R und die Koordinaten (xT, yT) eines Punktes T gemäß Fig. 55 werden mittels einer in Fig. 57 gezeigten Schaltung bestimmt. Die Anfangswerte und Inkremente werden folgendermaßen gewählt:
Für xR und yR weisen die Anfangswerte den Wert "1" auf, um nach dem anschließenden Abschneiden eine ganzzahlige Adresse zu erhalten.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Berechnung des Ausgangswerts näher erläutert. Aus einer ganzzahligen Adresse (xD, yD) in der Umgebung kann gemäß den nachfolgenden Gleichungen eine entsprechende Eingangsadresse (xs, ys) bestimmt werden:
xs=1/δ · (xD-xm)=-1/δ · xm+1/δ · xD, (4)
ys=1/ε · (yD-ym)=-1/ε · ym+1yε · yD, (5)
in denen xD und yD ganze Zahlen und xs und ys reelle Zahlen sind, die einen gebrochenen Anteil aufweisen. Auf gleiche Weise wie zuvor beschrieben, werden durch eine Interpolation mit einem auf dem Nachkommaanteil von xs und ys basierenden Interpolationsverhältnis von p : q der Originalbilddaten derjenigen Punkte, die den ganzzahligen Teilen von xs und ys sowie den ganzzahligen Teilen plus "Eins" entsprechen, Ausgangsdaten erhalten.
D. h., der Wert p ist gleich dem gebrochenen Anteil von xs und der Wer q ist gleich dem gebrochenen Anteil von ys, wobei für das vorstehende Beispiel des Punktes a ganzzahlige Punkte D, E, G und H aus xs und ys gemäß der Darstellung in Fig. 56 bestimmt werden.
Der Wert des Punktes (xD, yD) ist folglich gegeben durch:
(1-p)(1-q)V(D)+p(1-q)V(E)+(1-p)qV(G)+pqV(H).
Für die Berechnung der Gleichungen (4) und (5) wird eine Schaltung verwendet, die der in Fig. 54 gezeigten ähnlich sit. Wenn zumindest einer der ganzzahligen Anteile der Ausgangswerte xR und xT sowie yR und yT der Fig. 54 wertbehaftet ist und die ganzzahligen Anteile einander gleich sind, wird von einer nicht gezeigten Schaltung ein Impuls als ein Takt der Fig. 55 erzeugt.
Für diese Berechnungen werden die Anfangswerte und die Inkremente wie folgt gewählt:

Claims (8)

1. Bildverarbeitungsgerät zur Bildrotation und/oder Bildverschiebung und/oder Maßstabsänderung eines Originalbildes, dessen Bilddaten in mehreren Koordinatenrichtungen angeordnet sind, mit einer Dateneingabeeinrichtung (4) zur Zufuhr der Bilddaten in Übereinstimmung mit einem Synchronisiersignal, einer Parametereingabeeinrichtung (3) zur Eingabe von die Bildverarbeitung bestimmenden Parametern, einer Adressenerzeugungseinrichtung (22, 22′, 22″), die in Übereinstimmung mit den eingegebenen Parametern eine Koordinatenumsetzung der Adressen zur Ermittlung einer Zieladresse in einer Speichereinrichtung zur Speicherung der Bilddaten durchführt, sowie mit einer Datenerzeugungseinrichtung (30, 30′, 30″) die den Wert der der Koordinatenumsetzung unterzogenen und an der ermittelten Zieladresse der Speichereinrichtung zu speichernden Bilddaten bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressenerzeugungseinrichtung (22, 22′, 22″) auf das Synchronisiersignal hin aus den Quelladressen der Originalbilddaten umgesetzte Zieladressen erzeugt, indem sie in Übereinstimmung mit den eingegebenen Parametern eine Koordinatenumsetzung für alle Koordinatenrichtungen gleichzeitig durchführt, und
daß die Datenerzeugungseinrichtung (30, 30′, 30″) den Wert der an der Zieladresse der Speichereinrichtung (12) zu speichernden Bilddaten aus den Bilddaten in der Umgebung einer Zieladresse entsprechenden Quelladresse bestimmt, die eine weitere Adressenerzeugungseinrichtung (28, 28′, 28″) durch eine jeweils inverse Bildrotation und/oder Bildverschiebung und/oder Maßstabsänderung ermittelt.
2. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangsspeicher (8) zur Speicherung einer Bilddatenmenge vorgesehen ist, die mehreren Zeilen des Originalbildes entsprechen, und daß die Datenerzeugungseinrichtung (30, 30′, 30″) den Wert der an der Zieladresse der Speichereinrichtung (12) zu speichernden Bilddaten aus den in dem Eingangsspeicher (8) gespeicherten Bilddaten be­ stimmt.
3. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenerzeugungseinrichtung (30, 30′, 30″) den Wert der an der Zieladresse der Speichereinrichtung (12) zu speichernden Bilddaten durch Interpolation der Bilddaten in der Umgebung der der Zieladresse entsprechenden Quelladresse bestimmt.
4. Bildverarbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenerzeugungseinrichtung (30, 30′, 30″) bei einer Bildrotation des Originalbilds ein Rechteck einstellt, dessen Seitenlänge das K-fache des Abstands zwischen Bildelementen in dem gedrehten Bild beträgt und dessen Zentrum das jeweils verarbeitete Bildelement des gedrehten Bilds ist, und den Wert des verarbeiteten Bildelements aus den der Rechteckfläche entsprechenden Bildelementen des Originalbilds bestimmt.
5. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Drehwinkel von R Grad K den Wert |cos R|+|sin R| hat.
6. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß K den Wert hat.
7. Bildverarbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressenerzeugungseinrichtung (22, 22′, 22″, 24, 24′, 24″) Pseudo-Koordinaten einstellt, deren Zeilenabstand geringer als der Bildelementabstand des verarbeiteten Bilds ist, und daß die Datenerzeugungseinrichtung (30, 30′, 30″) den Wert des jeweils verarbeiteten Bildelements aus den Bildelementen des Originalbilds bestimmt, die diesen Pseudo-Koordinaten ent­ sprechen.
8. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenerzeugungseinrichtung (30, 30′, 30″) den Wert des verarbeiteten Bildelements durch Interpolation der Werte der den Pseudo-Koordinaten entsprechenden Bildelemente des Originalbilds bestimmt.
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