CH674905A5

CH674905A5 -

Info

Publication number: CH674905A5
Application number: CH3613/87A
Authority: CH
Inventors: Hermann Dipl-Ing Fuchsberger
Original assignee: Agfa Gevaert Ag
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1990-07-31
Also published as: US4812902A; JPS6367687A; DE3629469A1; DE3629469C2

Description

1

CH 674 905 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Farbsättigung bei der elektronischen Bildverarbeitung, bei dem eine zweidimensionale Bildvorlage nach Zeilen und Spalten für drei Primärfarben elektrooptisch abgetastet wird und die resultierenden Bildsignale in ein Luminanzsignal Y und zwei Farbdifferenzsignale bzw. Chrominanzsignale U, V transformiert werden.

Bei der Reproduktion farbiger Originalbilder (positiv-positiv) oder bei der Herstellung farbfotografischer Positiv-Bilder von Color-Negativ-Vor-lagen wird in zunehmendem Masse auf die elektronische Bildverarbeitung unter Verwendung von Farbkorrekturschaltungen zurückgegriffen (s. z.B. EP 70 680, EP 131 430 und EP 168 818). Grundlage ist dabei, dass die Bildvorlage nach Zeilen und Spalten abgetastet (gescannt) wird und die resultierenden Bildsignale nach bestimmten Kriterien modifiziert werden. Die zu einem Bild gehörenden Bildsignale werden in der Regel digitalisiert und können in Digitalspeichern abgelegt bzw. zwischengespeichert werden.

Die Grundlagen der elektronischen Farbkorrektur sind z.B. beschrieben in den Büchern H. Lang, Farbmetrik und Farbfernsehen, R. Oidenbourg-Verlag, München, Wien, 1978; Seite 326 bis 334 und Seite 431 ff. sowie W. K. Pratt, Digital Image Processing, John Wiley & Sons, New York/ Chiche-ster/Brisbane/Toronto; 1978, insbesondere Seite 50 bis 90 und Seite 155 bis 161.

Die Transformation in Luminanz- und Chromi-nanzsiganle ist grundsätzlich aus der Videotechnik bekannt. Dort geht es in erster Linie darum, mit elektronischen Mitteln Farbkorrekturen vorzunehmen, wenn aufnahmebedingte Farbfehler vorhanden sind (z.B. Farbstichigkeit) oder bei der Übertragung Farbverfälschung entsteht, die kompensiert werden müssen.

Bei der Erzeugung optimaler Positiv-Bilder z.B. auf Farbkopiermateriai müssen erfahrungsgemäss folgende Bildparameter eingestellt bzw. verändert werden können:

a) Farbbalance b) Farbsättigung c) Kontrast (Gradation).

Dabei besteht häufig die Schwierigkeit, dass sich diese Parameter nicht unabhängig voneinander einstellen lassen. Bei einer veränderten Einstellung der Gradation verschiebt sich z.B. auch die Farbsättigung. Eine unabhängige Einstellung gelingt jedoch, wenn die helligkeitsiinearen Bildsignale, wie in der Fernsehtechnik üblich, in Luminanz- und Farbdifferenzsignale (Chrominanzsignale) transformiert werden. Die gewünschte Einstellung der Farbsättigung erfolgt kontinuierlich mit einem Potentiometer oder in Stufen über einzelne Tasten. Es hat sich nun gezeigt, dass man bei der Herstellung farbfotografischer Abzüge von Color-Negativen oder auch Color-Positiven besonderen, zum Teil dem physiologischen Bereich zugeordneten Kriterien Rechnung tragen muss, wenn die Bilder vom Betrachter als optimal eingestuft werden sollen. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Einstellung der Farbsättigung kritisch wird, wenn in einer Bildvorlage gleichzeitig schwach gesättigte Bereiche neben stärker gesättigten Bereichen vorhanden sind. In der Praxis haben nämlich die Farbkanäle für die Chrominanzsignale (Farbdifferenzsignale) einen begrenzten Aussteuerbereich, so dass der Fall auftreten kann, dass bei einer Anhebung der Farbsättigung in einem Kanal oder beiden Kanälen die Aussteuergrenze erreicht bzw. überschritten wird. Diese Übersteuerung führt zu unerwünschten Veränderungen der Farbart; d.h. zu Farbverfälschung.

Hier setzt die Erfindung an. Es lag die Aufgabe zugrunde, neue schaltungstechnische Massnahmen einzuführen, um bei einer externen Einstellung (Anhebung) der Farbsättigung eine Überschreitung der Grenzen des darstellbaren Farbraumes und damit zu Farbverfälschungen führende Übersteuerungseffekte zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren, erfindungsge-mäss dadurch gelöst, dass bei einer vorgewählten Einstellung der Farbsättigung entsprechend einer nicht linearen Kennlinie kleine Chrominanzsignale U, V höher verstärkt werden als grössere, einem höheren Sättigungsgrad entsprechende Chrominanzsignale. Dies bedeutet, dass bei einer beabsichtigten Verbesserung der Farbsättigung Bildbereiche mit schwacher Sättigung stärker angehoben werden als solche, die bereits schon relativ stark gesättigt sind. Die vorgewählte Einstellung der Farbsättigung entspricht dabei dem gewünschten Verstärkungsgrad.

Zur Transformation der Bildsignale in ein die Helligkeit bzw. Leuchtdichte bestimmendes Luminanzsignal und zwei die Farbinformation enthaltende Chrominanzsignale wird zweckmässig die aus der Fernsehtechnik bekannte RGB -> YUV-Transfor-mation herangezogen, bei der den zu den drei Primärfarben R, G, B gehörenden Bildsignalen jeweils ein Luminanzsignal Y und zwei Chrominanzsignale U, V zugeordnet werden.

Die bei der Verstärkung der Chrominanzsignale zugrundegelegte sublineare Kennlinie hat also bei einer grösseren Aussteuerung eine kleinere Steigung. Die Abnahme der Steigung kann entweder in einzelnen Stufen erfolgen, so dass sich die Kennlinie aus einzelnen Abschnitten mit verschiedener Steigung zusammensetzt oder entsprechend einer konvex gekrümmten Kurve stetig und kontinuierlich. Aufgrund dieser Massnahmen gelingt es bereits in vielen Fällen, die Bildqualität hinsichtlich der Farbsättigung zu verbessern. Dies gilt in erster Linie für Bildvorlagen, bei denen im gesamten Bildbereich die Farbsättigung angehoben werden soll, z.B. wenn die Bildvorlage ein unterbelichtetes Col-or-Negativ ist.

Eine Übersteuerung der systembedingten Aussteuergrenzen der Chrominanzkanäle mit den daraus resultierenden Farbverfälschungen kann in den meisten Fällen vermieden werden, wenn eine Verstärkungskennlinie zugrundegelegt wird, die oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes der

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 674 905 A5

4

Chrominanzsignale C1, C2 horizontal verläuft. Chrominanzsignale, die bereits an diesem Grenzwert bzw. darüber liegen, werden demgemäss nicht weiter verstärkt. Dieser Grenzwert wird vorteilhaft kleiner gewählt als die systembedingten Aussteuergrenzen der Chrominanzkanäle.

Eine weitere Verbesserung kann man erreichen, wenn berücksichtigt wird, dass die Aussteuergrenze für die Chrominanzsignale C1, C2 entsprechend den Transformationsgleichungen von dem jeweiligen Luminanzsignal Y abhängt. Es wird also dann nicht wie bei der vorhergehenden Ausführungsform mit einer konstanten Aussteuergrenze gearbeitet, sondern die Aussteuergrenze wird entsprechend den Transformationsgleichungen in Abhängigkeit vom Luminanzsignal Y nachgestellt. Mit diesen Massnahmen kann in praktisch allen wichtigen Fällen eine Verbesserung der Farbbildqualität im Sinne ausgewogener Farbkontraste durch gezielte Anhebung der Farbsättigung erreicht werden.

Allenfalls geringe Farbartverfälschungen können bei diesem Verfahren noch bei Farbtönen auftreten, die durch stark unterschiedliche Chrominanzkomponenten gekennzeichnet sind, so dass in dem einen Chrominanzkanal schon die Aussteuergrenze erreicht wird, während in dem anderen Kanal noch eine weitere Sättigungsanhebung ohne Übersteuerung erfolgen könnte. Diesem Problem kann gemäss einer Weiterbildung des erfindungsgemäs-sen Verfahrens dadurch Rechnung getragen werden, dass beim Erreichen der Aussteuergrenze in einem der beiden Chrominanzkanäle in dem anderen Kanal die Verstärkung auf den an der Aussteuergrenze erreichten Wert begrenzt wird. Diese Problemlösung, die mit einem erhöhten Hardware-Auf-wand erkauft werden muss, stellt daher eine Opti-mal-Lösung und weitere Ausbaustufe dar.

Im folgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren anhand von Blockschaltbildern und Prinzipskizzen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die drei Hauptmodule der elektronischen Bildverarbeitung mit der Bildabtastvorrichtung (Scanner), dem eigentlichen Bildverarbeitungsteil und der Bildausgabevorrichtung (Printer),

Fig. 2 ein schematisiertes Blockschaltbild des Bildprozessors im Bildverarbeitungsteil,

Fig. 3 die Darstellung eines Farbvektors in der Chrominanz-Ebene U, V,

Fig. 4 den systembedingten Wertebereich des RGB-Farbraumes in der Chrominanz-Ebene U, V und die Konsequenz einer Übersteuerung,

Fig. 5 die für die Chrominanzsignale U, V massgebliche Verstärkungskennlinie,

Fig. 6 eine Darstellung von Sättigungsstufen in derChrominanz-Ebene mit subjektiv gleichen Sättigungsunterschieden (qualitative Darstellung!),

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild für die Realisierung einer sublinearen, aussteuerbegrenzten Übertragungslinie in den Chrominanz-Kanälen,

Fig. 8 ein Prinzipschaltbild für die Berücksichtigung der Abhängigkeit der Chrominanzsignale von dem Luminanzsignal bei der Realisierung der sublinearen Übertragungskennlinie in den Chrominanzkanälen,

Fig. 9 das bei der Übertragung der Chrominanzsignale nach Fig. 8 massgebliche Kennlinienfeld,

Fig. 10 die für das Kennlinienfeld nach Fig. 9 massgeblichen Wertebereiche für die Chrominanzsignale U, V bei verschiedenen Luminanzwerten Y und

Fig. 11 ein der Optimallösung entsprechendes Blockschaltbild für die Sättigungsverstärkung in den Chrominanzkanälen unter Berücksichtigung der bei Übersteuerung auftretenden wechselseitigen Abhängigkeit der beiden Chrominanzsignale.

Gemäss Fig. 1 wird die Bildvorlage mit dem Scanner 1 nach Zeilen und Spalten abgetastet, so dass für jeden Bildpunkt ein elektrisches Bildsignal gewonnen wird. Der Scanner 1 besteht aus einem CCD-Zeilensensor (Zeilen horizontal), der in vertikaler Richtung mit konstanter Geschwindigkeit über die Bildfläche gefahren wird (scanning). Die Abtastung erfolgt nacheinander für die drei Primärfarben rot, grün, blau (R, G, B). Zu diesem Zweck werden geeignete Farbfilter in den Lichtweg zwischen CCD-Zeilensensor und Bildvorlage eingeschwenkt.

Das eiektrooptisch abgetastete Bild besteht hier aus 2048 Bildpunkten pro Zeile (horizontal) und 1024 Zeilen (vertikal), so dass einem Bild insgesamt 2048 x 1024 Bildelemente (Pixel) in jeder der drei Primärfarben R, G, B zugeordnet sind. Eine Korrekturschaltung (nicht gezeigt) sorgt dafür, dass CCD-spezifische Fehler, z.B. unterschiedliche Empfindlichkeiten der CCD-Elemente und Dunkelströme, eliminiert werden. Die korrigierten Bildsignale werden anschliessend digitalisiert. Erst danach erfolgt die eigentliche elektronische Bildverarbeitung, die in Fig. 1 zu dem Block 2 (strichpunktiert) zusammenge-fasst ist. Das letzte Glied in der Bildverarbeitungskette ist die Bildausgabevorrichtung 3, hier ein Kathodenstrahl-Printer (CRT-Printer), der die elektrischen Bildsignale wieder in ein optisches Bild umwandelt, das dann auf das fotografische Aufzeichnungsmaterial, z.B. Color-Negativ-Papier, aufbelichtet wird. Wesentlich ist dabei, dass im Printer das optische Bild Punkt für Punkt durch Umwandlung der elektrischen Bildsignale aufgebaut wird. Im Prinzip kann also jedes Pixel der Bildverarbeitung unterzogen und anschliessend an der der Originalvorlage entsprechenden Koordinate auf dem Aufzeichnungsträger ausgegeben werden.

Die eigentliche elektronische Bildverarbeitung erfolgt in dem Bildprozessor 4, der über eine Eingabe 5 extern gesteuert werden kann. Vor und nach dem Bildprozessor 4 wird das Bild in den Speichern 6 und 7 (SP1 und SP2) abgelegt. Durch diese Zwischenspeicher erreicht man, dass ein Bild vom Printer 3 aus dem Speicher 7 abgerufen und aufgezeichnet werden kann, während gleichzeitig schon ein neues Bild in den Speicher 6 eingelesen und vom Bildprozessor 4 verarbeitet wird. Die drei Grundvorgänge Abtastung durch den Scanner 1, Biidver-arbeitung im Bildprozessor 4 und Bildaufzeichnung durch den Printer 3 können somit entkoppelt werden. Das für die Aufzeichnung bestimmte Bild kann nach Zwischenspeicherung (8) mittels eines Monitors 9 betrachtet werden. Diese Blöcke werden hier ebenfalls der Bildverarbeitung 2 zugerechnet.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 674 905 A5

6

Bei der vorliegenden Erfindung geht es in erster Linie um spezielle elektronische Massnahmen zur Bildanpassung und Bildverbesserung, wobei letzten Endes die Beurteilungskriterien bei der visuellen Betrachtung der fertigen Bilder massgebend sind. Im einzelnen übernimmt der Bildprozessor 4 folgende Aufgaben und Funktionen:

a) Einstellung der Farbbalance,

b) Einstellung der Farbsättigung in mehreren Stufen,

c) bildbezogene Einstellung der Gradation,

d) Bildschärfeverbesserung.

Die Bildprozessorfunktionen sollen nun im einzelnen anhand von Fig. 2 erläutert werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der bildgerechten Einstellung der Farbsättigungsverstärkung mit einer Übersteuerungsbegrenzung zur Minimierung von Farbverfälschungen (Punkt b). Gemäss Fig. 2 um-fasst der Bildprozessor die Blöcke 10 bis 17. Die im Bildspeicher 6 (Speicher SP1) abgelegten Bildsignale werden zunächst einer Farbmatrix 10 zugeführt, mit deren Hilfe Nebendichten der Farbstoffe (Übersprechen) korrigiert werden können. Bei der Farbmatrix handelt es sich um einen programmierten Festwertspeicher (PROM), bei dem jedem ursprünglichen Bildsignal A (x, y) ein korrigiertes Bildsignal A' (x, y) zugeordnet ist. Ein in diesem Sinne als Tabelle programmierter Speicher wird daher auch als Look-up-Table (abgekürzt LUT) bezeichnet. Die erwähnten Farbkorrekturen können erst nach dem Speicher 6 vorgenommem werden, weil hier erstmalig die Bildsignale aller drei Farbauszüge RGB parallel anstehen. Anschliessend werden die dichte-li-nearen Bildsignale ebenfalls mit Hilfe einer Look-up-Table 11 delogarithmiert, so dass von diesem Punkt ab wieder transparenzlineare Bildsignale zur Verfügung stehen.

Mit dem Farbbalance-Regler 12 können nicht systembedingte Farbabweichungen (z.B. Farbstich) kompensiert werden oder eine bewusste Abweichung vom standardmässigen Graupunkt (Unbunt-Punkt) erzeugt werden. Im darauffolgenden Block 13 werden die RGB-Bildsignale in ein farbunabhängiges Helligkeitssignal Y (Luminanzsignal) und zwei helligkeitsunabhängige Farbdifferenzsignale U, V (Chrominanzsignale) transformiert. Die Transformation erfolgt dabei in bekannter Weise nach folgenden Gleichungen:

Y = 0,3 R + 0,6 G + 0,1 B U = B-Y

V = R - Y.

Diese Transformation setzt transparenzlineare Signale voraus. Mittels der Schaltung 14, der nur die Chrominanzsignale U, V zugeführt werden, kann die Farbsättigung in mehreren Stufen über Tasten an der Eingabe 5 eingestellt (vorgewählt) werden. Das Luminanzsignal Y durchläuft im unteren Kanal eine Kontrastbewertungsschaltung 15 zur Modifizierung bzw. Anpassung der Gradation (globale Kontrastverarbeitung) und getrennt davon zur Anhebung hoher Ortsfrequenzen (lokale Kontrastbewertung). Die modifizierten Chrominanz-und Luminanzsignale werden im Block 16 entsprechend den Umkehrfunktionen der oben erwähnten Gleichung in die entsprechenden RGB-Signale rücktransformiert. Diese Signale werden dann in der Lo-garithmierschaltung 17 logarithmiert, so dass in der darauffolgenden Signalverarbeitung wieder dichte-iineare Bildsignale anstehen.

Die Transformation RGB -> YUV wurde aus der Videotechnik übernommen und hat sich bei der elektronischen Bildverarbeitung im vorliegenden Falle gut bewährt. Daneben gibt es jedoch noch andere Transformationen, die ein reines Helligkeitsignal Y und zwei, die Farbinformation enthaltende Chrominanzsignale Ci und C2 liefern. Dazu gehören insbesondere die IHS-Transformation und die Lab-Transformation. Bezüglich der Einzelheiten wird auf die Fachliteratur verwiesen (s. z.B. W. K. Pratt, Digital Image Processing, John Wiley & Sons; S. 84 bis 87). Bei den nachfolgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der Einfachheit halber immer die RGB -» YUV-Transformation vorausgesetzt. Anhand der Ausführungsbeispiele sollen nun die schaltungstechnischen Massnahmen im Zusammenhang mit der Einstellung der vom Betrachter als optimal empfundenen Farbsättigungsverstärkung erklärt werden. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Vorkehrungen, die getroffen werden, um die oben erwähnten farbverfälschenden Übersteuerungseffekte zu vermeiden.

In Luminanz-Chrominanz-System wird der Farbraum durch die Luminanz-Achse Y und die beiden Chrominanz-Achsen U und V gebildet. Dementsprechend hat ein Farbvektor F eine die Helligkeit bzw. die Leuchtdichte bestimmende Komponente Y und zwei nur die Farbinformation enthaltende Chrominanzkomponenten U, V. Man kann sich daher auf eine Darstellung in der Chrominanzebene U, V beschränken, wenn bei der elektronischen Bildverarbeitung nur eine Änderung des Farborts (Farbart und Farbsättigung) ins Auge gefasst wird. In Fig . 3 ist ein Farbvektor F mit den Komponenten Ui , Vi dargestellt. Der Koordinatenursprung (U = 0, V = 0) entspricht dem Unbunt-Punkt (Graupunkt). Ver-lässt man die zu dem Vektor F gehörende Gerade (gestrichelter Pfeil), so gelangt man zu einer anderen Farbart. Verlängert man dagegen den Vektor F durch Multiplikation mit dem konstanten Faktor k (neuer Vektor F' (k.Ui, k.Vi), so wird nur die Farbsättigung erhöht, während die Farbart gleich bleibt. Schwach gesättigte Farben liegen daher in der Chrominanz-Ebene in der Nähe des Nullpunkts, während die stark gesättigten Farben weiter aussen liegen. Eine gezielte Sättigungsanhebung bedeutet nun, dass die Chrominanzkomponenten Ui, Vi eines Farbvektors F mit einem bestimmten Verstärkungsfaktor k multipliziert werden. Der Verstärkungsfaktor k kann z.B. kontinuierlich durch ein Potentiometer oder stufenweise über Tasten vorgewählt und optimal eingestellt werden. In der Praxis haben die Farbkanäle R, G, B (s. Fig. 2) einen begrenzten Aussteuerbereich. Solange die Sättigungsanhebung in beiden Chrominanzkanälen innerhalb dieses Aussteuerbereichs liegt, treten keine Probleme auf. Bei einer Überschreitung

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4

7

CH 674 905 A5

8

der Aussteuergrenze ist jedoch mit nicht linearen Übersteuerungseffekten zu rechnen. Dies soll mit Hilfe von Fig. 4 verdeutlicht werden.

In Fig. 4 sind die bei +255 bzw. -255 liegenden, durch eine Übertragungsbreite von 8 Bit bestimmten (9.Bit = Vorzeichen-Bit) Kanalgrenzen für die Chrominanzsignale dargestellt. Innerhalb dieses Quadrates liegt der durch die RGB-Kanäle übertragbare Farbraum in Form eines symmetrischen Sechseckes, dessen Eckpunkte den aus der Video-Technik bekannten Farbbalken, rot, gelb, grün, cyan, blau, purpur entsprechen. Bezüglich der Einzelheiten wird auf das Buch von H. Lang, Farbmetrik und Farbfernsehen, Seite 333, verwiesen. Der verfügbare Wertebereich für die Chrominanz-Vektoren in Bezug zum RGB-Raum entspricht der durch das Sechseck aufgespannten Fläche. Die eingezeichneten Chrominanz-Vektoren Fi und Fz liegen beide innerhalb des Sechsecks. Soll nun z.B. die Farbsättigung um den Faktor 2 erhöht werden, so überschreitet der mit dem Faktor 2 multiplizierte Farbvektor Fi die Aussteuergrenze (neuer Vektor Fi), während der kleinere Farb-Vektor F2 noch innerhalb des Sechsecks liegt. Die Überschreitung der Aussteuerungsgrenze bei der Verstärkung von Fi führt nun dazu, dass der Farb-Vektor entlang der Aussteuergrenze zum Purpurpunkt (PP) abwandert (neuer Vektor Fi"), da der Vektor Fi' nicht darstellbar ist. Dies führt zu einer unerwünschten Veränderung der Farbart, d.h. zu Farbverfälschungen. Bei einer zu grossen Sättigungsanhebung wandert also der Farbvektor zu den Primärfarben R, G, B bzw. zu den Mischfarben GE, CY, PP ab.

Besonders gravierend ist dabei die Tatsache, dass Farbvektoren, die sich bezüglich der Farbart relativ wenig unterscheiden, aber schon eine relativ hohe Sättigung aufweisen, bei einer weiteren Verstärkung im Falle der Übersteuerung auf der Aussteuergrenze praktisch in einem Punkt zusammenlaufen. Dadurch gehen die ursprünglich vorhandenen Farbkontraste verloren. Es entstehen grobe, «klotzige» Farbstrukturen, weil im Extremfall ja nur noch sechs Farben verfügbar sind; d.h. der Farbwertebereich stark reduziert wird.

Abhilfe bringt eine in den Chrominanzkanälen wirksame Schaltung, die für eine Reduzierung bzw. Begrenzung der Verstärkung sorgt, wenn der Farbvektor an oder in der Nähe der Aussteuergrenze liegt.

Dies gelingt mit Hilfe von Verstärkerschaltungen in den beiden Chrominanzkanälen U, V, denen eine sublineare Kennlinie gemäss Fig. 5 zugrundeliegt. Die Kennlinie weist eine mit zunehmender Amplitude abnehmende Steigung auf. Sie kann stetig gekrümmt (gestrichelte Linie) sein oder Abschnitte 1, 2, 3 mit verschiedener Steigung aufweisen. Oberhalb eines vorgewählten Grenzwertes t verläuft die Kennlinie im dritten Abschnitt horizontal; hier findet also keine weitere Verstärkung der Sättigung statt. Der Grenzwert t wird zweckmässig etwas kleiner gewählt als die Aussteuergrenze (Fig. 4), damit bei der Sättigungsverstärkung möglichst alle Werte U', V' in dem zugelassenen Wertebereich liegen. Der Grenzwert t liegt in der Praxis zwischen 150 und

200. Die Steigung im ersten Kennlinienabschnitt beträgt etwa 1 bis 3. Der Knickpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt liegt bei 50 bis 100. Die Steigung des zweiten Kennlinienabschnittes beträgt nur noch 0,3 bis 1. Eine solche Verstärkungskennlinie bewirkt, dass in beiden Chrominanzkanälen kleine Signale höher verstärkt werden als grössere, einem höheren Sättigungsgrad entsprechende Signale, und dass bei Erreichen des Schwellwertes t keine weitere Verstärkung mehr stattfindet. Durch diese Massnahme werden erfah-rungsgemäss für die Mehrheit der Bildsignale die Werte U', V' auf den erlaubten Bereich in Fig. 4 begrenzt. Eine Übersteuerung wird in der Regel vermieden.

Ausserdem hat diese sublineare Verstärkung den Vorteil, dass eine Anpassung an die physiologische Farbkontrastempfindlichkeit des Auges erfolgt. In Fig. 6 ist qualitativ dargestellt, wie die Empfindlichkeit des menschlichen Auges für die Wahrnehmung von Sättigungsdifferenzen mit zunehmender Sättigung ebenfalls zunimmt. In dem Diagramm sind Linien gleicher Sättigung (Kreise) dargestellt, wobei der Abstand der Kreise Sättigungsdifferenzen ai > a2 > a3 kennzeichnet, die (qualitativ) zu gleichen Wahrnehmungsunterschieden hinsichtlich der Farbsättigungsempfindung gehören. Die Kennlinie nach Fig. 5 beinhaltet demnach auch eine physiologisch angepasste Bildverbesserung hinsichtlich der Anhebung von Farbkontrasten.

Technisch realisiert wird die sublineare Kennlinie mit der Aussteuerbegrenzung durch je eine Look-up-Table 18 in den Chrominanzkanälen U und V, d. h. die Farbsättigungsschaltung 14 nach Fig. 2 besteht in diesem Fall aus den beiden LUTS 18. Die LUTs 18 sind mit dem gleichen Speicherinhalt geladen. Bei grosser Verstärkung (starke Anhebung der Farbsättigung) können bei dieser Anordnung noch Farbverfälschungen in Richtung der nächstliegenden Primärfarbe bzw. der Mischfarbe auftreten. Farbverfälschungen dieser Art sind vor allem dann zu erwarten, wenn Chrominanzsignale U, V mit unterschiedlichen Kennlinienabschnitten (s. Fig. 5) behandelt werden. Eine weitere Fehlerquelle liegt darin, dass der Wertebereich für die Chrominanzsignale U, V und damit auch die Aussteuergrenze vom jeweiligen Luminanzsignal Y abhängig sind. Man kann demnach eine wesentliche Verbesserung der Bildqualität bei der elektronischen Korrektur bzw. Anhebung der Farbsättigung erreichen, wenn nicht mit einer konstanten Aussteuergrenze gearbeitet wird, sondern die Aussteuergrenze entsprechend den Transformationsgleichungen für die Chrominanzkomponenten in Abhängigkeit des Lumi-nanzsignals Y nachgestellt werden. Diesen Sachverhalt kann man sich anhand der Figuren 9 und 10 verdeutlichen. Aufgrund der Transformationsgleichungen RGB YUV ( siehe Seite 10) gilt für den Wertebereich von U, V

-YsiU £ 255-Y = -YÊVÊ 255 - Y.

Aufgrund dieser Abhängigkeit müssen - wie in

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

g

CH 674 905 A5

10

Fig. 9 gezeigt - verschiedene Kennlinien mit unterschiedlichen Aussteuerungsgrenzen für verschiedene Helligkeitsstufen zugrundegelegt werden. So ist z. B. bei einem Luminanzsignal Y = 50 die Kennlinie für die Sättigungsverstärkung massgebend, während bei einem Luminanzsignal von Y = 150 auf die Kennlinie II umgeschaltet wird. Bei der Kennlinie II wird also schon bei einem deutlich niedrigeren Grenzwert auf den horizontalen Abschnitt umgeschaltet, so dass von diesem Wert ab keine weitere Verstärkung mehr stattfindet.

Die zu den beiden Kennlinien I und II gehörenden Wertebereiche für U, V sind in das Sechseck nach Fig. 10 eingezeichnet. Der Wertebereich I (kreuzschraffiert) gehört dabei zu Y = 50 und der Wertebereich II (schraffiert) zu Y = 150.

Schaltungstechnisch wird der Abhängigkeit der Aussteuergrenze vom Luminanzwert Y durch je eine dreidimensionale LUT 19 in den Chrominanzkanälen U, V nach Fig. 8 Rechnung getragen. Die LUT ig beinhaltet mehrere, den verschiedenen Helligkeitsstufen Y zugeordnete Kennlinien. Beim Übergang zu einer anderen Grauwertstufe wird jeweils die LUT 19 mit einer neuen Kennlinie geladen. Die Berücksichtigung der Abhängigkeit der Aussteuergrenze vom Luminanzsiganl Y ist in Fig. 2 durch die von der Kontrastbewertungsschaltung 15 zur Farbsättigungsschaltung 14 führende Leitung und in Fig. 8 durch die vom Luminanzkanal zu den beiden LUTs führende Leitung angedeutet.

Mit der Sättigungsverstärkung gemäss Fig. 8 bis 10 kann bei den meisten Bildstrukturen eine befriedigende Bildverbesserung durch Anheben der Sättigung erreicht werden. Nur unter besonders ungünstigen Voraussetzungen können noch Farbverfälschungen sichtbar werden, wenn die eine Chrominanzkomponente im Verhältnis zu der anderen Komponente sehr gross ist und dementsprechend für die kleine Chrominanzkomponente der untere Kennlinienabschnitt und für die grosse Chrominanzkomponente der obere Kennlinienabschnitt in der Nähe der Aussteuergrenze massgebend ist. Diese Fehlerquelle kann auch noch dadurch beseitigt werden, dass in den Chrominanzkanal beim Erreichen der Aussteuergrenze in einem Chrominanzkanal in beiden Kanälen keine weitere Verstärkung stattfindet, d.h. in dem anderen, noch nicht ausgesteuerten Kanal die Verstärkung auf den an der Aussteuergrenze erreichten Wert begrenzt wird. Diese Optimallösung kann allerdings nur mit einem stark vergrösserten Hardware-Aufwand und einer verlängerten Verarbeitungszeit erkauft werden. Um die gegenseitige Abhängigkeit der Chrominanzkanäle U, V an der Aussteuergrenze und die Abhängigkeit der Aussteuergrenze von dem Luminanzsignal Y zu berücksichtigen, ist in den Chrominanzkanälen U, V nach Fig. 11 je eine vierdimensionale LUT 10 erforderlich. Von dieser aufwendigen Lösung mit einer unsymmetrischen Signalverarbeitung in den beiden Chrominanzkanälen wird man nur in Ausnahmefällen Gebrauch machen, wenn extreme Anforderungen an die Bildqualität gestellt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Einstellung der Farbsättigung bei der elektronischen Bildverarbeitung, bei dem eine zweidimensionale Bildvorlage nach Zeilen und Spalten für drei Primärfarben elektrooptisch abgetastet wird und die resultierenden Bildsignale in ein Luminanzsignal (Y) und zwei Farbdifferenzsignale bzw. Chrominanzsignale (U, V) transformiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgewählten Einstellung der Farbsättigung entsprechend einer nicht linearen Kennlinie kleine Chrominanzsignale (U, V) höher verstärkt werden als grössere, einem höheren Sättigungsgrad entsprechende Chrominanzsignale (U, V).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den drei Primärfarben R, G, B gehörenden Bildsignale nach folgenden Gleichungen

Y = 0,3 R + 0,6 G + 0,1 B U = B-Y

V = R-Y

in ein Luminanzsignal Y und die beiden Chrominanzsignale U, V transformiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung der Chrominanzsignale entsprechend einer mit zunehmender Amplitude eine abnehmende Steigung aufweisenden, abgeknickten oder konvex gekrümmten Kennlinie erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstärkungskennlinie zugrundegelegt wird, die oberhalb eines vorgegebenen Aussteuergrenzwertes der Chrominanzsignale (U, V) horizontal verläuft.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussteuergrenzen entsprechend den Transformationsgleichungen für die Chrominanzsignale (U, V) in Abhängigkeit eines veränderlichen Luminanzsignals (Y) nachgestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen der Aussteuergrenze in einem der beiden Chrominanzkänale in diesem Kanal keine weitere Verstärkung stattfindet und in dem anderen Kanal die Verstärkung auf den an der Aussteuergrenze erreichten Wert begrenzt wird.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

6