CH675640A5

CH675640A5 -

Info

Publication number: CH675640A5
Application number: CH3587/87A
Authority: CH
Inventors: Hermann Dipl-Ing Fuchsberger; Eduard Dipl-Ing Wagensonner
Original assignee: Agfa Gevaert Ag
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1987-09-17
Publication date: 1990-10-15
Also published as: GB2195857B; GB2195857A; GB8720314D0; DE3629409A1; JPH0568147B2; DE3629409C2; JPS6359266A; US4825297A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur elektronischen Kontrastbewertung von zweidimensionalen transparenten Bildvorlagen, bei dem die Bildvorlage nach Zeilen und Spalten elektrooptisch abgetastet wird und die den abgetasteten Bildelementen der Bildvorlage entsprechenden, korrigierbaren Bildsignale einer Frequenzfilterung unterzogen werden, bei der sie durch ein Tiefpassfilter zu Tiefpassignalen gefiltert und modifiziert werden und zu den ursprünglichen Tiefpassignalen die entsprechenden, aus den Tiefpassignalen und den originalen Bildsignalen durch Subtraktion gewonnenen und mit einem Verstärkungsfaktor K multiplizierten Hochpassignale addiert werden.

Ein Verfahren dieser Art ist prinzipiell aus der Videotechnik bekannt. Dabei geht es in erster Linie darum, mit elektronischen Mitteln eine Bildverbesserung zu erreichen. Insbesondere sind Methoden beschrieben worden, um hochfrequente Rauschsignale zu eliminieren, wohingegen hochfrequente, hohen Ortsfrequenzen entsprechende Bildsignale durch Verstärkung angehoben werden. Damit kann man einerseits eine Bildglättung und andererseits eine Bildverschärfung erreichen. Die Grundlagen dieser Methoden sind ausführlich beschrieben in den Büchern F.M. Wahl, Digitale Bildverarbeitung, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo 1984 und W.K. Pratt, Digital Image Processing, John Wiley & Sons, New York/Chichester/Bris-bane/Toronto; 1978.

Bei der Reproduktion farbiger Originalbilder (positiv-positiv) oder bei der Herstellung farbfotografischer Positivbilder von Color-Negatiworla-gen wird in zunehmendem Masse auf die elektronische Bildverarbeitung zurückgegriffen (siehe z.B. EP 123 701 und EP 168 818). Grundlage ist dabei, dass die Bildvorlage nach Zeilen und Spalten elektrooptisch abgetastet (gescannt) wird und die resultierenden Bildsignale nach bestimmten Kriterien modifiziert werden. Die Abtastung der Bildvorlage erfolgt normalerweise seriell für die drei Primärfarben rot, grün, blau (RGB).

Erfahrungsgemäss müssen zur Erzeugung optimaler Positivbilder folgende Bildparameter eingestellt bzw. verändert werden können:

a) Farbbalance b) Farbsättigung,

c) globaler 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 der Farbort. Eine unabhängige Einstellung gelingt jedoch, wenn die helligkeitslinearen Bildsignale, wie in der Fernsehtechnik üblich, in Luminanz- und Chrominanzsignale transformiert werden (RGB -» YUV-Transformation).

Neben der Einstellung der Gradation sind, wie oben schon beschrieben, elektronische Methoden zur Bildverbesserung bekannt, wobei normalenweise hohen Ortsfrequenzen entsprechende Bildsignale angehoben werden, um die entsprechend der Mo-dulationsübertragungsfunktion (MÜF) bei hohen Ortsfrequenzen einsetzenden Übertragungsverluste zu kompensieren. Auf diese Weise kann man im Prinzip die Wiedergabe von Mikrostrukturen im Bild verbessern. Es hat sich nun gezeigt, dass man bei der Herstellung farbfotografischer Abzüge von Colornegativen oder auch Colorpositiven 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 hochfrequente Detailstrukturen (Mikro-Strukturen) bei der Bildverarbeitung anders bewertet werden müssen als tieffrequente Strukturen (Makro-Strukturen).

Hier setzt die Erfindung an. Es lag die Aufgabe zugrunde, die Bildkontraste bei den Mikrostrukturen anzuheben (Bildschärfeverbesserung) und dabei eine Überbetonung der Kontraste zu vermeiden, die in der Praxis häufig zu einem «strohigen» Bildeindruck führt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren, erfindungsge-mäss dadurch gelöst, dass in der Filterschaltung der Verstärkungsfaktor K für das Hochpassignal entsprechend einer nicht linearen Übertragungskennlinie K2 in der Weise vorgegeben wird, dass kleine, geringen Bildkontrasten entsprechende Signale höher verstärkt werden als grosse, starken Bildkontrasten entsprechende Signale und dass die Tiefpassignale vor der Addition von Hochpassund Tiefpassignalen, bezogen auf den Aussteuerbereich, entsprechend einer nicht linearen Gradationskennlinie K1 modifiziert werden. Die signalabhängige Verstärkung im Hochpasskanal bewirkt, dass kleine Detail-Kontraste im Bild relativ stark angehoben werden, während die a priori grossen Kontraste schwächer verstärkt werden. Dadurch kann eine Übersteuerung ebenso wie eine Überbetonung der Kontraste vermieden werden.

Vorzugsweise werden sehr kleine, dem mittleren Rauschsignal entsprechende Bildsignale mittels einer in der Nähe des Null-Punktes flach oder horizontal verlaufenden Kennlinie K2 im Hochpasskanal unterdrückt. Auf diese Weise kann das systemeigene elektronische Rauschen ebenso wie das optische, durch die Körnigkeit der Vorlage bedingte Rauschen eliminiert werden.

Um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass vom Auge Hell-Dunkel-Sprünge anders wahrgenommen werden als Dunkel-Hell-Sprünge, wird man zweckmässig bei der Verstärkung der Hochpassbildsignale eine asymmetrische Verstärkungskennlinie zugrundelegen, wobei die Rauschunterdrückungsschwelle Ti und die Anfangssteigung Si der Verstärkungskennlinie im ersten Quadranten kleiner sind als die Rauschunterdrückungsschwelle Jz und die Anfangssteigung S3 im dritten Quadranten der Verstärkungskennlinie K2.

Eine zusätzliche vorteilhafte Variante besteht darin, dass in Abhängigkeit des gradationsbewerte-ten Tiefpassignals auf verschiedene Verstärkungskennlinien Kz umgeschaltet wird.

Diese Variante erfordert zwar einen grösseren

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schaltungstechnischen Aufwand, lässt aber einen grösseren Spielraum bei der optimalen Anpassung der Bildverarbeitungsalgorithmen an die physiologischen Eigenschaften des Auges zu. So kann z.B. berücksichtigt werden, dass die Kontrastempfindlichkeit des Auges bei mittleren Helligkeiten am grössten ist, während sie bei starken und geringen Helligkeiten relativ klein ist. Infolgedessen wird man bei ganz kleinen und ganz grossen mittleren Helligkeiten auf eine Verstärkungskennlinie K2 mit höherer Steigung umschalten.

Eine weitere subjektiv empfundene Verbesserung der Bildqualität kann man erreichen, wenn die Tiefpassfilterfunktion in Abhängigkeit der Signalamplitude am Filtereingang derart variiert wird, dass das Tiefpassfilter bei kleinen Bildsignalen eine geringe Bandbreite und bei grossen Bildsignalen eine grosse Bandbreite aufweist.

Weitere bevorzugte Massnahmen betreffen die rationelle Realisierung der gewünschten Filtercharakteristik mittels iterativer Methoden und sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Weitere Ansprüche richten sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung der beanspruchten Verfahren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

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

Fig. 2 ein schematisiertes Blockschaltbild des Bildprozessors im Bildverarbeitungsteil,

Fig. 3 ein Prinzip-Schaltbild für die Realisierung eines elektronischen Filters (Stand der Technik),

Fig. 4 das Prinzip-Schaltbild für den bei dem er-findungsgemässen Verfahren angewandten Filter-prozess,

Fig. 5a-5d Diagramme zur Erläuterung der Filterfunktion,

Fig. 6 die nicht lineare Verstärkungskennlinie K2 für den Hochpasskanal,

Fig. 7 ein Prinzip-Schaltbild für einen Filter mit verbesserten Anpassungsmöglichkeiten,

Fig. 8 die bei dem Filter nach Fig. 7 im Hochpasskanal zugrundeliegenden Verstärkungskennlinien K2,

Fig. 9 das Prinzip der iterativen Filterung unter Verwendung von Bildspeichern,

Fig. 10 ein Prinzip-Schaltbild für den Filterpro-zess nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit zusätzlicher Modifizierung des Filterausgangssi-gnals.

Gemäss Fig. 1 wird die Bildvorlage mit dem Scanner 1, einem CCD-Zeilensensor (Zeilen horizontal) vertikal zellenförmig abgetastet, so dass für jeden Bildpunkt ein elektrisches Bildsignal gewonnen wird. Die Abtastung erfolgt nacheinander für die drei Primärfarben rot, grün, blau (RGB). Zu diesem Zweck werden geeignete Farbfilter in den Lichtweg zwischen CCD-Zeilensensor und Bildvorlage eingeschwenkt. Das elektrooptisch 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 RGB 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 (gestrichelt) zusammengefasst ist. Das letzte Glied in der Bildverarbeitungskette ist die Bildausgabevorrichtung 3, hier ein Kathodenstrahl-Printer, der die elektrischen Bildsignale wieder in ein optisches Bild umwandelt, das dann auf das fotografische Aufzeichnungsmaterial, z.B. Color-Positiv-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 (SPi 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 (Scanner 1), Bildverarbeitung im Bildprozessor 4 und Bildaufzeichnung (Printer 3) können somit entkoppelt werden. Das vom Bildprozessor 4 verarbeitete, für die Aufzeichnung bestimmte Bild kann nach Zwischenspeicherung in dem Monitorspeicher 8 mittels eines Monitors 9 betrachtet werden. Diese Blöcke werden hier ebenfalls der Bildverarbeitung 2 zugerechnet.

Bie der vorliegenden Erfindung geht es in erster Linie um spezielle elektronische Massnahmen zur Bildanpassung und Bildverbesserung, wobei letzten Endes die Beurteilungskriterien der visuellen Betrachtung 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 im Bereich feiner Bilddetails (hoher Ortsfrequenzen).

Die Bildprozessorfunktionen sollen nun im einzelnen anhand von fig. 2 erläutert werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Bildschärfeverbesserung im Bereich hoher Ortsfrequenzen (Punkt d). Gemäss Fig. 2 umfasst der Bildprozessor die Blöcke 10 bis 17. Die im Bildspeicher 6 (Speicher SPi) abgelegten Bildsignale werden zunächst einer Farbmatrix 10 zugeführt, mit deren Hilfe Neben-

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transparenzen der Farbstoffe der Vorlagen (Übersprechen) korrigiert werden können. Bei der Farbmatrix handelt es sich um einen Festwertspeicher (Look-up-Table = LUT), bei dem jedem ursprünglichen Bildsignal A (x, y) ein korrigiertes Bildsignal A' (x, y) zugeordnet ist. Die erwähnten Farbkorrekturen können erst an dieser Stelle vorgenommen werden, weil erst nach dem Speicher 6 die Bildsignale aller drei Farbauszüge RGB simultan anstehen. Anschliessend werden die dichte-li-near gespeicherten Bildsignale ebenfalls mit Hilfe einer Look-up-Tabelle 11 delogarithmiert, so dass von diesem Punkt aber wieder transparenzlineare Bildsignale zur Verfügung stehen. Mit dem Farbbalanceregler 12 können nicht systembedingte Farbabweichungen (z.B. Farbstich) kompensiert werden oder eine bewusste Abweichung vom standardmäs-sigen Graupunkt erzeugt werden. Im daraufffoigen-den 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 eingestellt (vorgewählt) bzw. in Abhängigkeit des Luminanzsignales y automatisch nachgestellt werden. Das Luminanzsignal y durchläuft im unteren Kanal die im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgestellte Kontrastbewertungsschaltung, die weiter unten noch ausführlich beschrieben wird. Die modifizierten Chrominanz- und Luminanzsignale werden im Block 16 entsprechend den Umkehrfunktionen der oben erwähnten Gleichungen in die entsprechenden RGB-Signale rücktransformiert. Diese RGB-Signale werden dann in der Logarithmierschaltung 17 logarith-miert, so dass in der darauffolgenden Signalverarbeitung wieder dichte-lineare Bildsignale anstehen.

Die Kontrastbewertungsschaltung 15 ist im Prinzip ein zweidimensionales digitales Filter, um bestimmte Ortsfrequenzbereiche im Bild anzuheben bzw. zu unterdrücken. Sie beruht auf dem bekannten Filterprinzip nach Fig. 3, wonach die Bildsignale f(x, y) einen Tiefpass 18 durchlaufen, aus diesen Tiefpassignalen m(x, y) durch Subtraktion von den originalen Bildsignalen f(x, y) in einem Differenzverstärker 19 Hochpassignale f-m gebildet werden, die anschliessend verstärkt (20) und schliesslich in der Summenschaltung 21 wieder zu den Tiefpassignalen m(x, y) dazuaddiert werden. Das resultierende Ausgangssignal ist hier mit g(x, y) bezeichnet. Der zugehörige mathematische Filteransatz lautet:

g(x,y) = m(x, y) + K • [f(x.y) - m(x.y)].

Bei digitalen Signalen ist der Tiefpass 18 ein Matrixfilter. Dieses Matrixfilter wird dadurch realisiert, dass zu jedem Pixel ein Mittelwert der zur nächsten Umgebung gehörenden Bildsignale gebildet wird. Dies entspricht einem Fenster im Ortsraum, innerhalb dessen die Bildvorlage durch Mittelung einen Abtastwert liefert. Die Mittelung erfolgt hier z.B. über 3 x 3, 5 x 5 oder 7x7 Bildelemente. Jedem Bildelement wird dabei ein Mittelwert zugeordnet; d.h. das Fenster wird elektronisch durch den Ortsraum geschoben.

Über den Verstärkungsfaktor K des Linearverstärkers 20 kann die Verstärkung der feinen Bildstrukturen entsprechenden Frequenzanteile stufenlos eingestellt werden. Daraus resultiert insgesamt eine Kontrastanhebung der feinen (hochfrequenten) Bildstrukturen. Bei einer starken Kontrastanhebung der hochfrequenten Bildstrukturen ergibt sich jedoch ein «strohiger» Bildeindruck, weil Strukturen mit relativ grossem Kontrast eine Überbetonung erfahren.

Ferner besteht der Nachteil, dass stochastische Störsignale, d.h. optisches, von der Körnigkeit der Bildvorlage herrührendes oder systembedingtes elektronisches Rauschen, nach den gleichen Grundsätzen behandelt werden wie die Bildsignale.

Üblicherweise werden bei der elektronischen Bildverarbeitung sämtliche zu einem Bild gehörende Bildsignale mit einer Gradationskennlinie bewertet, um die Kontraste optimal auf die Gradation des verwendeten fotografischen Aufzeichnungsmaterials abzustimmen. Diese Kennlinie hat im allgemeinen eine S-förmige Gestalt.

Die zugehörige Schaltung wird normalerweise (siehe Fig. 2) vor und hinter der Filterschaltung nach Fig. 3 untergebracht. Daraus resultiert, dass die hochfrequenten Detailstrukturen (Mikrostrukturen) hinsichtlich der Gradation genauso behandelt werden wie die tieffrequenten Grobstrukturen, die im wesentlichen für die Beurteilung des Gesamtkontrastes (globaler Kontrast) von Bedeutung sind. Dies wirkt sich besonders stark in flachen Bereichen der Gradationskennlinie aus, wenn die Kontrastbewertung im Anschluss an die Filterung erfolgt. Es ist ersichtlich, dass dann die hochfrequenten Mikrostrukturen, deren Kontraste mit dem Filter verstärkt wurden, wieder gedämpft werden und dadurch der Filtereffekt zum Teil wieder verlorengeht. Daraus resultiert die Forderung, dass getrennte Signalverarbeitungswege für Bildsignale vorgesehen werden müssen, die einerseits die Mi-krokontraste und andererseits das globale Kontrastverhalten bestimmen.

Ausgehend von diesen Überlegungen wurde auf der Basis des Filterprinzips nach Fig. 3 die verbesserte Filterstruktur gemäss Fig. 4 entwickelt. Diese Filterstruktur eignet sich insbesondere für digitalisierte ein- und zweidimensionale Bildsignale (entsprechend den x,y-Koordinaten der Bildvorlage). Das gleiche Filterprinzip lässt sich aber ebenso für analoge Signale verwenden. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Filterung nach Fig. 3 besteht darin, dass das Hochpassignal f-m mit einer nicht linearen, im folgenden noch näher beschriebenen Kennlinie bewertet wird und unabhängig davon das Tiefpassignal m(x,y) einer Kontrastbewertung unterzogen wird. Zu diesem Zweck ist im

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Hochpasskanal ein nicht lineares Übertragungsglied 22 und im Tiefpasskanal eine Kontrastbewertungsschaltung 23 mit z.B. S-förmiger Kennlinie vorgesehen. Dementsprechend lautet die Filtergleichung:

g(x,y)=K1 . m(x,y)+K2. [f(x,y-m(x,y)].

Dabei bedeuten:

g(x,y) - das Filterausgangssignal,

f(x,y) - das Filtereingangssignal,

m(x,y) - das Tiefpassignal f(x,y)-m(x,y) - das Hochpassignal,

K1 - die Kennlinie für die Bewertung des Tiefpassignals und

K2 - die Kennlinie für die Bewertung des Hochpassignals.

Aus den Fig. 5a bis 5d ist das prinzipielle Frequenzverhalten der einzelnen Signalanteile ersichtlich. In den Diagrammen ist jeweils die Signalamplitude als Funktion der Ortsfrequenzen fx und fy aufgetragen. Der Einfachheit halber wird hier vorausgesetzt, dass im Eingangssignal sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung alle Frequenzen mit gleicher Amplitude vorhanden sind (Fig. 5a). Der Tiefpass bewirkt dann, dass die Amplitude der Bildsignale zu hohen Frequenzen hin abfällt (Fig. 5b), während sich das Hochpassignal f-m gemäss Fig. 5c durch eine Differenzbildung der Kurven nach Fig. 5a und 5b ergibt. In Fig. 5d ist das resultierende Filterausgangssignal g(x,y) aufgetragen, das sich durch Summation des Tiefpassignals und des durch Verstärkung angehobenen Hochpassignals (Verstärkungsfaktoren 2 bzw. 3) ergibt.

Wje oben schon erwähnt, kommt der nicht linearen Übertragungskennlinie K2 der Schaltung 22 im Hochpasskanal gemäss Fig. 4 eine besondere Bedeutung zu. Die Charakteristika dieser Kennlinie werden anhand von Fig. 6 erläutert. Da das Hochpassignal als hochfrequente Modulation des Tiefpassignals anzusehen ist und das Tiefpassignal einer mittleren Bildhelligkeit entspricht, liegt der Nullpunkt der Kennlinie K2 bei einer dem jeweiligen Tiefpassignal zugeordneten mittleren Bildhelligkeit. Grob vereinfacht entsprechen also die negativen Signalamplituden in dieser Darstellung dunklen und die positiven Signalamplituden hellen Partien des Bildes. Das Übertragungsverhalten dieser nicht linearen Kennlinie ist im wesentlichen dadurch bestimmt, dass kleine, geringen Modulationen und damit Bildkontrasten entsprechende Signale höher verstärkt werden als grosse, bereits relativ starken Kontrasten entsprechende Modulationssignale. Dieses Kriterium soll gleichermassen für dunkle als auch für helle Bildbereiche gelten. In Fig. 6 bedeutet dies, dass:

Steigung Si > Steigungs S2 und Steigung S3 > Steigung S4.

Ferner beginnt die Kennlinie K2 nicht am Nullpunkt, sondern erst bei einem Schwellwert Ti bzw. T2. Auf diese Weise können die oben erwähnten hochfrequenten Rauschsignale, die entweder optischer oder elektrischer Natur sind, unterdrückt werden. Die Schwelle Ti liegt hier bei ca. 3% der Vollaussteuerung. Der Wert 255 für die Vollaus-steuerüng entspricht hier dem grössten mit 8 Bit darstellbaren Wert.

Um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass vom menschlichen Auge ein Hell-Dunkel-Kontrast anders empfunden wird als der entsprechende Dun-kel-Hell-Kontrast mit gleicher Modulationstiefe, wird im negativen Bereich der Kennlinie K2 (dritter Quadrant) eine andere Kennliniencharakteristik zugrundegelegt als im ersten Quadrant.

Die für die Kontrastbewertung der Mikrostrukturen massgebliche Verstärkung der Hochpassignale ist also, bezogen auf den Helligkeitsmittelwert (Nullpunkt) für positive und negative Signalamplitu-den unsymmetrisch. Die Unsymmetrie liegt darin, dass einmal der Schwellwert T2 für die Rauschunterdrückung für negative Amplituden grösser ist als der Schwellwert Ti für positive Amplituden und zum anderen in der unterschiedlichen Anfangssteigung der Kennlinie. So ist die Steigung S3 des zweiten Kennlinienabschnittes im dritten Quadranten grösser als die Steigung S1 des entsprechenden Kennlinienabschnittes im ersten Quadranten. Dagegen stimmen die Steigungen der Kennlinienabschnitte für relativ grosse Signalamplituden näherungsweise überein.

Wie in Fig. 6 angedeutet, können die Kennlinienabschnitte in den beiden Quadranten aus je drei Ästen zusammengesetzt sein. Der erste Abschnitt ist dabei ein kurzer vertikaler Anstieg an der Schwelle T1 bzw. T2. Darauf folgen dann die Abschnitte mit der Steigung S1 und S2 bzw. S3 und S4. Die Kennliniencharakteristik für positive und negative Hochpassignalamplituden ist nachfolgend noch einmal tabellarisch dargestellt:

Si > S2; S3 > Si S3 > S4; S4 ~ S2 ) Ti l < | Tz |

Ti = 5 bis 10; T2 = 10 bis 20 (Abszisse!)

Wi bei 5 bis 10 gemessen an der Ordinate W2 bei 50 bis 100 gemessen an der Ordinate W3 bei 10 bis 20 gemessen an der Ordinate W4 bei 50 bis 100 gemessen an der Ordinate

Anstelle einer Kennlinie mit diskreten Steigungsabschnitten kann auch eine stetige, gekrümmte Kennlinie zugrundegelegt werden, wobei die Steigung, angefangen von kleinen Signalamplituden kontinuierlich abnimmt. Schaltungstechnisch realisiert wird die Kennlinie K2 wieder mit einer (zweidimensionalen) Look-up-Table (LUT). Dies hat den Vorteil, dass beliebige Kennlinienformen einprogrammiert werden können und eine sukzessive empirische Adaptierung an eine optimale Bildqualität vorgenommen werden kann. Aufgrund dieser kon-tratsteigernden Massnahmen im Hochpasskanal und der getrennt davon im Tiefpasskanal durchgeführten globalen Kontrastbewertung auf der Basis einer S-förmigen Kennlinie K1 konnte eine erhebliche Verbesserung der Bildqualität bei der Aufzeichnung auf farbfotografischem Material erzielt werden.

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Eine verbesserte, allerdings auch mit höherem schaltungstechnischem Aufwand erkaufte Variante der Filteranordnung ist in Fig. 7 skizziert. Diese Schaltung erlaubt eine Umschaltung auf verschiedene Kennlinien K2I - K2III im Hochpasskanal in Abhängigkeit des gradationsbewerteten Tiefpassignals mit Hilfe eines Multiplexers 24. Diese Schaltung bietet mehr Freiheitsgrade hinsichtlich der optimalen Kontrastbewertung im Hochpasskanal. So wird in Einklang mit der Kontrastempfindlichkeit des menschlichen Auges in Bildteilen mit einer verhältnismässig grossen mittleren Helligkeit die Kennlinie K2I zugrundegelegt und mittels des Multiplexers 24 auf die Kennlinie K2ll bzw. K2III umgeschaltet, wenn das Tiefpassignal in Übereinstimmung mit der mittleren Bildhelligkeit von grossen zu kleineren Werten hin abnimmt (s. Fig. 8). Da die physiologische Kontrastempfindlichkeit bei mittleren Bildhelligkeiten am grössten ist und zu beiden Seiten hin abnimmt, wird sowohl die Steigung der Kennlinie K2I (hell) als auch die der Kennlinie K2III (dunkel) im Bereich geringer Bildkontraste grösser gewählt als die der Kennlinie K2II (mittlere Bildhelligkeit). Es leuchtet ein, dass auf diese Weise eine besonders gezielte Kontrastanhebung bei den feinen Bilddetails (Mikrostrukturen) möglich ist.

Darüber hinaus ist in der Schaltung nach Fig. 7 eine Weiterentwicklung im Tiefpasskanal vorgesehen. Mit Hilfe des im Tiefpasskanal angeordneten Multiplexers 25 lässt sich hier die Tiefpassfilterfunktion in Abhängigkeit der Signalamplitude am Filtereingang beeinflussen. In diesem Zusammenhang hat sich empirisch gezeigt, dass man die optische Bildqualität noch weiter verbessern kann, wenn man bei einem relativ kleinen Eingangssignal ein Tiefpassfilter TP1 mit einer geringen Bandbreite und mit wachsenden Bildsignalen stufenweise auf Tiefpassfilter TP2 bzw. TP3 mit einer sukzessiv grösseren Bandbreite umschaltet.

Bei der Realisierung der Filtermatrix für den Tiefpass ist oft ein grösserer Filtergrad notwendig. Der dadurch bedingte Hardware-Aufwand lässt sich aber begrenzen, wenn anstelle einer Filtermatrix mit einer sehr grossen Zahl von Elementen eine Filtermatrix mit einer kleinen Zahl von Elementen verwendet wird und das Summenausgangssignal g(x,y) die gesamte Filteranordnung unter Zwischenspeiche-rung mehrfach durchläuft. Auf diese Weise kann man z.B. mit einer 3x3-FiItermatrix und Q Filter-durchläufen eine LxL-grosse Filtermatrix realisieren, wobei ist. So kann eine 7x7-Matrix durch

Filterdurchläufe bei einem 3x3-Filter nachgebildet werden. Die Matrixkoeffizienten können entweder konstant sein oder bei jedem Filterdurchlauf so verändert werden, dass die gewünschte Filterfunktion bestmöglich erreicht wird. Das zu bearbeitende Bild muss nach jedem Filterdurchlauf in einem Bildspeicher zwischengespeichert werden (iterative Bildbearbeitung).

Eine Anordnung, mit der eine iterative Bildbearbeitung erfolgen kann, zeigt Fig. 9. Der Weg des Bildes für ein 7x7-filter (3 Filterdurchläufe) sieht dabei folgendermassen aus:

Speicher 26 -> Filter 28 -•> Speicher 27 -» Filter 28 -> Speicher 26 -> Filter 28 -» Speicher 27.

Mit dem Rechner 29 können die Filterkoeffizienten nach jedem Durchlauf neu eingeschrieben werden.

Bei der erweiterten Filterschaltung nach Fig. 10 schliesst sich an den Summenverstärker 21 ein wiederum als LUT-Speicher ausgebildetes Übertragungsglied 30 an. Mit diesem Übertragungsglied, dem die Kennlinie K3 zugrundeliegt, können für den gesamten Ortsfrequenzbereich nach der Matrixfilterung folgende Operationen ausgeführt werden:

- Begrenzung des Ausgangssignals des Summenverstärkers 21,

- lineare Verschiebung als Bildsignale,

- Schwarzwert-, Weisswert-Einstellungen,

- Gradationskorrekturen.

Damit ist die ortfrequenzabhängige Kontrastbewertung im Luminanzkanal (Block 15 in fig. 2) abgeschlossen. Die an der Kontrastbewertungsschaltung 15 anstehenden Signale werden dann, wie schon auf Seite 11 beschrieben, im Block 16 (Fig. 2) in die RGB-Signale rücktransformiert und im Hinblick auf die elektrooptische Umsetzung im Printer 3 (s. Rg. 1) weiterverarbeitet.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur elektronischen Kontrastbewertung von zweidimensionalen, transparenten Bildvorlagen, bei dem die Bildvorlage nach Zeilen und Spalten elektrooptisch abgetastet wird, und die den abgetasteten Bildelementen der Bildvorlage entsprechenden, korrigierbaren Bildsignale einer Frequenzfilterung unterzogen werden, bei der sie durch ein Tiefpassfilter zu Tiefpassignalen gefiltert und modifiziert werden und zu den ursprünglichen Tiefpassignalen die entsprechenden, aus den Tiefpassignalen und den originalen Bildsignalen durch Subtraktion gewonnenen und mit einem Verstärkungsfaktor K multiplizierten Hochpassignale addiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor für das Hochpassignal entsprechend einer nicht linearen Übertragungskennlinie K2 in der Weise vorgegeben wird, dass kleine, geringen Bildkontrasten entsprechende Signale gemäss einer Steigung Si einer Übertragungskennlinie höher verstärkt, werden als grosse, starken Bildkontrasten entsprechende Signale gemäss einer Steigung S2 und dass die Tiefpassignale vor der Addition von Hochpass- und Tiefpassignalen, bezogen auf den Aussteuerbereich, entsprechend einer nicht linearen Gradationskennlinie K1 modifiziert werden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sehr kleine, dem mittleren Rauschsignal entsprechende Bildsignale mittels einer in der Nähe des Nullpunktes flach oder horizontal verlaufenden Übertragungskennlinie K2 im Hochpasska-nal unterdrückt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochpassignale entsprechend einer nicht nullpunktsymmetrischen Übertragungskennlinie K2 modifiziert werden, wobei die Rauschunterdrückungsschwelle Ti und die Anfangssteigung Si im 1. Quadranten kleiner sind als die Rauschunterdrückungsschwelle Tz und die Anfangssteigung S3 im 3. Quadranten der Verstär-kungsfaktor-Ubertragungskennlinie K2.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des gradationsbewerteten Tiefpassignals auf verschiedene Verstärkungsfaktor-Übertragungskennlinien K2 umgeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefpassfilterfunktion in Abhängigkeit der Signalamplitude am Filtereingang derart variiert wird, dass das Tiefpassfilter bei kleinen Signalen eine geringe Bandbreite und bei grossen Signalen eine grosse Bandbreite aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Tiefpassfilterung anstelle einer Filtermatrix mit einer sehr grossen Zahl von Elementen eine Filtermatrix mit einer kleinen Zahl von Elementen verwendet wird, und das Summenausgangssignal nach der Zusammenführung von Hochpass- und Tiefpassignal die gesamte Filteranordnung unter Zwischenspeicherung mehrfach durchläuft.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung der Filtereigenschaften die Matrixkoeffizienten des Tiefpassfilters nach jedem Filterdurchlauf neu eingestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Gradationskennlinie Kl für die Verstärkung des Tiefpassignals und die Übertragungskennlinie K2 für die Verstärkung des Hochpassignals nach jedem Durchlauf neu eingestellt werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tiefpassfilter (18) zur Aufteilung der Bildsignale in hoch- und niederfrequente Anteile vorgesehen ist, an dessen Ausgang ein erster Eingang eines Differenzierverstärkers (19) anliegt, dass an dessen zweitem Eingang zur Gewinnung eines Hochpassignales das originale Bildsignal liegt, in dem Hoch- und Tiefpasskanal je ein nichtlineares Übertragungsglied (22, 23) liegt, deren Ausgänge über einen Summierverstärker (21) zusammengeführt sind und dass das Übertragungsglied (22) im Hochpasskanal eine Übertragungskennlinie K2 aufweist, die im Bereich geringer Hochpassignalwerte zur Rauschunterdrückung nahe Null verläuft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungsglied eine Look-up-Table (LUT) vorgesehen ist.

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