DE102006018218A1

DE102006018218A1 - Verfahren zur Bildwiedergabe mit additiver Farbmischung aus mehr als drei Farbkanälen

Info

Publication number: DE102006018218A1
Application number: DE102006018218A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Prof. Dr.-Ing. Hill; Thomas Boosmann
Original assignee: COLOR AIX PERTS GmbH
Current assignee: CADDON COMPUTERSYSTEM VERTRIEBSGESELLSCHAFT MB, DE
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2007-11-29
Also published as: EP2011110A2; US20110141148A1; WO2007118637A3; WO2007118637A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektronischen Bildwiedergabevorrichtung mit N > 3 individuell steuerbaren Farbkanälen, durch die N Primärfarben definiert werden, aus denen die Farben additiv vermischt werden, wobei für eine Echtzeitverarbeitung eine oder mehrere vorberechnete zweidimensionale Tabelle benutzt werden, in denen unter den Adressen einer Farbart der zu reproduzierenden Farben die für die Steuerung von N Farbkanälen notwendigen Werte gespeichert sind und im Betrieb abgerufen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektronischen Bildwiedergabevorrichtung, wobei die Bildwiedergabevorrichtung mit N > 3 individuell einstellbaren Farbkanälen betrieben wird, die wiedergegebenen Farben durch eine additive Mischung der N Farbkanäle mit N zugeordneten Primärvalenzen (Grundfarben der Bildwiedergabevorrichtung) durchgeführt wird, und optional eine zusätzliche Aufhellung des Farbeindruckes durch einen weißen Aufhellungskanal gesteuert wird.
Es ist beispielsweise bei DLP-Projektoren zur Farbdarstellung dreier Farbkanäle oftmals üblich, einen vierten Kanal für weißes Licht zu verwenden. Der vierte Kanal dient zur Aufhellung bei der Textdarstellung. Projektoren für mehr als drei Farbkanäle sind zumindest am Markt nicht üblich. Unter Farbkanälen werden hier die tatsächlich farbigen, also spektral selektiven und nicht weißen Kanäle verstanden. Aus der Veröffentlichung Moon-Cheol Kim et. al., "Wide Gamut Multi-Primary Display for HDTV"; Proc. CGIV 2004, The Second European Conference on Colour in Graphics, Imaging, and Vision, IS&T, Springfield VA, USA 2004, ISBN 0-89208-250X, pp. 248-253 ist ein Filterradprojektor der Firma Samsung mit 5 schmalbandigen Farbkanälen bekannt, bei dem die Farbmischung erfolgt, indem ein modifiziertes Verfahren angewendet wird, das ursprünglich in T. Ajito, K. Ohsawa, T. Obi, M. Yamaguchi, N. Ohyama, "Color conversion method for multiprimary display using matrix switching", Optical Review, Vol. 8, No. 3, 2001, pp. 191-197 veröffentlicht wurde. Hierbei wird der darstellbare Farbraum des Projektionssystems in Pyramiden mit viereckiger Grundfläche unterteilt, wobei die Spitzen der Pyramide im gemeinsamen Schwarzpunkt des Farbkörpers enden. Innerhalb einer Pyramide erfolgt die Farbmischung aus der Mischung von drei Grundfarben, die als Dreibein durch 2 Kanten der Grundfläche jeder Pyramide und einer Kante von dort bis zum Schwarzpunkt definiert sind. Die Farbmischung ist damit innerhalb jeder Pyramide auf die Mischung von drei Grundfarben zurückgeführt und kann in bekannter Weise durch Lösung von drei Gleichungen für drei Farbwerte erfolgen. Die drei Grundfarben, die jeweils eine Pyramide definieren, sind dabei entweder reine Primärfarben des Projektionssystems oder eine Überlagerung dieser mit fester Amplitudenrelation untereinander. Die Bestimmung der Ansteuerung des Projekti onssystem erfolgt für jede dieser Pyramiden unabhängig von einer Bestimmung für eine andere Farbe, die sich innerhalb einer anderen Pyramide im Farbraum befindet. Für die Auswahl einer Pyramide, die für die Berechnung heranzuziehen ist, findet in der ursprünglichen Veröffentlichung eine Projektion in eine Farbtafel, hier die Normfarbtafel der CIE, statt. Dabei wird die Farbtafel als „Look-up"-Tabelle (LUT) abgespeichert, in der zu jedem Farbwertanteil, der reproduziert werden soll, die zugehörige Pyramide eingetragen ist. In der modifizierten Version erfolgt diese Auswahl über linearer Bestimmungsgleichung, welche die Ränder der jeweiligen Pyramiden beschreiben.
Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen zum einen in der fehlenden Möglichkeit, diese Farbdarstellung an unterschiedliche Beobachter, Farb- oder Spektralklassen anzupassen, obwohl sich gerade hierfür die größere Zahl von Freiheitsgraden zur Farbmischung anbietet. Zum anderen sind bei einer Verarbeitung der Farbdaten in der modifizierten Version eine ganze Reihe von Rechenoperationen notwendig, die eine Verarbeitung der Farbdaten in Echtzeit komplizieren.
Ergänzend wird auch auf die folgenden Veröffentlichungen hingewiesen:

– F. König, N. Ohyama, B. Hill, K. Ohsawa, M. Yamaguchi, "A Multiprimary Display: Optimized Control Values for Displaying Tristimulus Values", Image Processing, Image Quality and Image Systems Conference PICS, Portland, Oregon, USA, April 7-10, 2002
– F. König, K. Ohsawa, M. Yamaguchi, N. Ohyama, B. Hill, "A multiprimary display: Discounting observer metamerism", Proc. 9th Congress of the International Colour Association (AIC Color 01), Rochester, NY, USA, June 24-29, 2001, Proc. SPIE Vol. 4421, 2002, pp. 898-901
– H. Motomura, H. Haneishi, M. Yamaguchi, N. Ohyama, "Backward Model for Multi-Primary Display Using Linear Interpolation on Equi-lumi nance Plane", Proc. IS&T's 10th Color Imaging Conference: Color Science and Engineering Systems, Technologies, Applications, Scottsdale, AZ, USA, Nov. 12, 2002, pp. 267-271
– K. Ohsawa, F. König, M. Yamaguchi, N. Ohyama, "Multi-primary display optimized for CIE 1931 and CIE 1964 color matching functions", Proc. 9th Congess of the International Colour Association (AIC Color 01), Rochester, NY, USA, June 24-29, 2001, Proc. SPIE Vol. 4421, 2002, pp. 939-942
– T. Uchiyama, M. Yamaguchi, H. Haneishi, N. Ohyamaa, "A Visual Evaluation of the Image Reproduced by Color Decomposition Based on Spectral Approximation for Multiprimary Display", Proc. 2nd European Conference on Color in Graphics, Imaging and Vision CGIV 2004, Aachen, Germany, April 5-8, 2004, pp. 281-285

In diesen Veröffentlichungen werden Verfahren für eine direkte Berechnung von Farbdarstellungen mit mehr als drei Farbkanälen vorgeschlagen. Hierbei werden zum einen komplexe Algorithmen benutzt, so dass bei der Berechnung derart hohe Rechenzeiten benötigt werden, dass sie derzeit nicht online und mit vertretbaren Kosten in Bilddarstellungssystemen verwendbar sind. Zum anderen handelt es sich um einfache lineare Abbildungen, die für eine hochqualitative Farbwiedergabe einen zu großen Farbwiedergabefehler für verschiedene Beobachter aufweisen und keine Anpassung an eine Gruppe von Beobachtern ermöglichen.
Inhalt der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Ansteuerung einer Bildwiedergabevorrichtung mit mehr als drei Farbkanälen, welches die individuelle Steuerung der Farbkanäle online durchführen kann und darüber hinaus flexible Anpassungsmöglichkeiten der Farbwiedergabe an verschiedene Beobachter zulässt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder schlagen vor, die Steuerung von mehr als drei schmalbandigen Farbkanälen einer Bildwiedergabevorrichtung aus zu reproduzierenden spektralen Farbreizen oder Farbwerten in XYZ oder RGB für große Farbräume über eine Anordnung von ein- oder mehreren Tabellen durchzuführen. Hierfür kann mit einer vor dem Betrieb der Bildwiedergabevorrichtung berechneten, zweidimensionalen Tabelle von Farbartwerten eine besonders große Geschwindigkeit des Bildaufbaues erzielt werden. Es sind nur ein Tabellenzugriff und wenige einfache Rechenoperationen pro Bildpunkt für den Aufbau von mehr als drei, zum Beispiel sechs, Farbauszügen erforderlich. Die Vorberechnung der Tabelle kann einmalig erfolgen, beispielsweise mit den Verfahren, die nachfolgend beschrieben sind. Hierdurch wird es möglich, den Farbausdruck einer digitalen Bildwiedergabevorrich tung individuell an mehrere bestimmte Betrachter oder eine Gruppe von Betrachtern anzupassen, ohne dass die sonst notwendige Rechenzeit eine online Verarbeitung ausschließen würde. Durch die Verwendung von mehreren Tabellen, die nach unterschiedlichen Optimierungskriterien vorberechnet werden, kann eine schnelle und flexible Anpassung der Farbwiedergabe nach Auswahlkriterien ermöglicht werden.
Demgemäß schlagen die Erfinder ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektronischen Bildwiedergabevorrichtung vor, bei dem die Bildwiedergabevorrichtung mit N > 3 individuell einstellbaren Farbkanälen betrieben wird und bei dem die wiedergegebenen Farben durch eine additive Mischung der N Farbkanäle mit N zugeordneten Primärvalenzen (Grundfarben) wiedergegeben werden, wobei optional eine zusätzliche Aufhellung des Farbeindruckes durch einen weißen Aufhellungskanal gesteuert werden kann. Die erfindungsgemäße Verbesserung dieses Verfahrens liegt darin, dass vor dem Betrieb mindestens eine LUT erstellt wird, deren Adressen einer Farbart entsprechen und unter jeder Adresse ein Steuervektor mit N Steuersignalen für die Steuerung der N Kanäle des Bildschirms bei maximal möglicher Helligkeit für diese Farbart gespeichert wird, und im Betrieb zur Steuerung der N Farbkanäle für eine wiederzugebende Farbe gegebener Helligkeit zunächst die Farbart berechnet wird, damit die LUT adressiert wird und der an dieser Adresse gefundene Steuervektor der LUT für die Steuersignale für die N Farbkanäle verwendet wird.
Vorteilhaft kann es dabei sein, wenn die LUT zweidimensional über die Farbarten {u',v'} der CIE 1976 UCS Farbtafel adressiert werden kann. Es können aber auch Farbtafeln mit anderer Definition ihrer Farbart verwendet werden.
Weiterhin sollte bei der Anwendung dieses Verfahrens eine interne Linearisierung für einen linearen Zusammenhang zwischen Eingangsignalen der Bildwiedergabevorrichtung und den erzeugten Farbwerten verwendet werden, damit diese Einflüsse aus der Berechnung der LUT und der Verarbeitung der Farbvektoren fern gehalten werden können.
Weiterhin schlagen die Erfinder vor, vor dem Betrieb in der LUT unter den Adressen der Farbarten auch einen zugehörigen maximalen Helligkeitswert zu speichern und im Betrieb zur Steuerung der N Farbkanäle den an dieser Adresse gefundenen Steuervektor der LUT mit dem Verhältnis der gegebenen Helligkeit der Farbe zu dem gespeicherten maximalen Helligkeitswert zu multiplizieren und so als Steuersignale für die N Farbkanäle auszugeben.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der jeweilige maximale Helligkeitswert für die Farbart entsprechend den Grundspektralwertkurven eines vorgegebenen Beobachters aus den gespeicherten Steuerwerten und einem Wiedergabemodell des Bildschirms berechnet wird.
Mit diesem Verfahren ist es nun möglich, in der LUT die Farbarten für eine Vielzahl definierter Beobachter zu bestimmen, wobei die Beobachter aus ihren individuellen Grundspektralwertkurven definiert werden. Besonders günstig für technische Anwendungen ist dabei, wenn zumindest ein definierter Beobachter der CIE 1931 Normalbeobachter (2° Beobachter) ist.
Es besteht nun auch die Möglichkeit, mit einem einmaligen Rechenaufwand für Bilderarten mit einer speziellen Farb- bzw. Spektralcharakteristik (z.B. sehr gesättigten Blütenfarben) eigene LUTs zu erstellen und parallel zu speichern, so dass anschließend im Betrieb je nach erkannter Bildart die Steuervektoren aus der entsprechenden LUT entnommen werden können.
Des weiteren können mit diesem Verfahren für verschiedene Beobachter jeweils eine LUT erstellt und parallel gespeichert werden und je nach vorhandenem Beobachter oder Gruppe von Beobachtern die Steuervektoren aus der entsprechenden LUT entnommen werden.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführung besteht darin, mehrere vorberechnete und nach verschiedenen Kriterien optimierte Tabellen parallel zu adressieren und aus den jeweiligen ausgegebenen Steuervektoren mit einem Modell des Farbwiedergabesystems denjenigen Steuervektor auszuwählen, der für eine Gruppe von Beobachtern zu minimalen Farbreproduktionsfehlern führt.
Zur Vorberechnung der Tabellen können insbesondere die in der LUT gespeicherten Ansteuervektoren aus der gewichteten Überlagerung von Lösungen zur Mischung der Farbart aus jeweils drei Primärfarben des Bildschirmes abgeleitet werden und diese gewichtete Überlagerung von Lösungen aus allen möglichen Kombinationen von drei Primärfarben derart optimiert wird, dass eine maximal mögliche Helligkeit bei der gegebenen Farbart erreicht wird und/oder eine Minimierung der Farbreproduktionsfehler für eine Gruppe von Beobachtern berechnet wird. Hierfür kann die Optimierung beispielsweise iterativ oder durch lineare Programmierung erfolgen.
Die Steuervektoren für eine Farbart können auch bei jeweils maximal möglicher Helligkeit der reproduzierten Farbe aus Dreiecken auf der Oberfläche des Farbkörpers eines Bildschirms bestimmt werden, wobei die Ecken der Dreiecke durch Extremalpunkte gegeben werden, welche durch die Farbmischung der Primärfarben einer Anzahl von K Farbkanälen mit 1 ≤ K ≤ N bei voller Aussteuerung bestimmt werden und die Spektralverteilungen der K Farbkanäle im Spektralbereich nebeneinander liegend und alle anderen (N-K) Farbkanäle ausgeschaltet sind. Hierbei sind die Farbkanäle an den Rändern des visuellen Bereiches über das Unendliche geschlossen ebenfalls als angrenzend zu sehen.
Außerdem kann für vorgegebene Klassen von spektralen Verteilungen von zu reproduzierenden Farben von einem Startvektor ausgehend eine stochastische Optimierung der Ansteuerwerte nach dem minimalen Farbfehler für eine Gruppe von Beobachtern durchgeführt werden und der Startvektor aus einer einfachen linearen Lösung für einen mittleren Beobachter wie vorstehend beschrieben oder durch Anpassung des reproduzierten Spektrums aus dem Modell der Farbwiedergabe an eine vorgegebene spektrale Farbreizfunktion nach dem kleinsten Fehlerquadrat berechnet werden. Bei dieser Variante des Verfahrens wird auch vorgeschlagen, dass die Gruppe der Beobachter einem repräsentativen Querschnitt menschlicher Beobachter entspricht.
Es wird darauf hingewiesen, dass zum Rahmen der Erfindung nicht nur das oben beschriebene Verfahren zählt, sondern auch Mittel, insbesondere Computerprogramme in Verbindung mit Recheneinheiten, die diese Verfahren im Betrieb nachbilden. Ebenso gehören zum Rahmen der Erfindung auch Speichermedien, die in einer Recheneinheit einer Bildwiedergabevorrichtung integriert sind oder für eine Recheneinheit einer Bildwiedergabevorrichtung bestimmt sind und ein Computerprogramm oder Programm-Module enthalten, welches/welche bei einer Ausführung auf einer Recheneinheit das oben beschriebene Verfahren vollständig oder teilweise ausführen.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es zeigen im einzelnen:
1 eine Übersicht über das Gesamtsystem der Bildwiedergabe;
2 eine CIE 1976 UCS Farbtafel mit eingezeichneten Farbbereichen einer Farbwiedergabe mit 6 Primärfarben;
3 ein Beispiel für einen iterativen Aufbau der Amplituden der Steuersignale;
4 eine Aufteilung der CIE 1976 UCS Farbtafel in Teilbereiche in Dreiecksform;
5 das Schema einer stochastischen Optimierung von Ansteuerwerten;
6 Schema der Minimierung von Farbfehlern aus Steuerwerten mehrerer Tabellen.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung von Farbbildschirmen mit mehr als drei Farbkanälen detailliert beschrieben. Es wird dabei ohne Einschränkung der Allgemeinheit eine Bildwiedergabevorrichtung in Form eines Farbbildschirm zu Grunde gelegt, der mit N Farbkanälen arbeitet und mit N Primärvalenzen der Farbkanäle die Farbe in jedem Bildpunkt eines Bildes durch additive Mischung der Primärfarben ermischt.
Die Primärfarben werden mit P_1...N ^(B) bezeichnet, und es wird angenommen, dass die Steuerung der Leuchtdichte jeder Primärfarbe auf dem Bildschirm intern linearisiert ist, d.h. dass die erzeugte Leuchtdichte in jedem Kanal linear dem jeweiligen Steuersignal S_i mit i von 1 bis N am Eingang jedes Bildschirmkanals folgt. In 1 ist das Grundschema der Bildschirmsteuerung dargestellt. Der Bildschirm wird schematisch durch den Block 1.1 dargestellt.
Die Definition der Primärfarben erfolgt in bekannter Weise aus der spektralen Verteilung der durch jeden Kanal auf dem Bildschirm erzeugten Lichtstrahlung bewertet mit den drei Grundspektralwertkurven eines Beobachters wie z.B. dem definierten CIE 1931 Normalbeobachter. Die Primärvalenzen werden im Anschluss daran durch drei Farbwerte wie z.B. X, Y und Z beschrieben. Es können aber auch erfindungsgemäß die Spektralwertkurven anderer Beobachter für die Definition von Primärvalenzen herangezogen werden, die sich im Spektralbereich von denen des CIE 1931 Normalbeobachters unterscheiden oder denen ein anderer Betrachtungswinkel zu Grunde gelegt ist. Mit einer Auswahl von repräsentativen Beobachtern können auch die in der Praxis vorhandenen Unterschiede des menschlichen Farbensehens berücksichtigt werden.
Für einen durch seine Grundspektralwertkurven definierten Beobachter B lässt sich die ermischbare Farbe F^(B) durch die Gleichung: F(B) = S1 (B)P1 (B) + S2 (B)P2 (B) + ... + SN (B)PN (B) beschreiben. Dabei sind die Primärfarben für die Vollaussteuerung jedes Kanals definiert. Fasst man die Steuerwerte S₁ bis S_N zu einem Vektor und die Primärfarben P₁ ^(B) bis P_N ^(B) zu einer Matrix zusammen, dann lässt sich die obige Gleichung auch in Vektorform schreiben: F(B) = P(B)·S(B) mit P(B) = {P1 (B),P2 (B),..., PN (B)}, ST = {S1 (B), S2 (B),..., SN (B)} und Pi (B) = {Xi (B), Yi (B), Zi (B)}T.
Für einen dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Bildschirm mit N = 3 Farbkanälen werden die Steuersignale oft als RGB-Signale gekennzeichnet. Diese können dann für die ermischte Farbe mit ihren drei Farbkomponenten (z.B. den Komponenten X, Y und Z nach dem definierten CIE 1931 Normalbeobachter) durch eine exakte Auflösung der obigen Gleichung aus den Steuersignalen berechnet werden. Für die Mischung aus N = 3 Farbkanälen ergibt sich also für jeden Beobachter B eine eindeutige Lösung für die erforderlichen Steuersignale, mit denen eine bestimmte Farbe F ermischt werden muss: S = {P(B)}-1·F(B).
Dem heutigen Stand der Technik entsprechend wird in der Bildtechnik als Beobachter nur der CIE 1931 Normalbeobachter betrachtet.
Wie aus den obigen Gleichungen ersichtlich ist, muss für die Anpassung der Farbwiedergabe an einen beliebigen menschlichen Beobachter B jeweils ein Signalvektor benutzt werden, der sich von dem eines anderer Beobachters unterscheidet. Wird für die Steuerung eines Bildschirmes nur der CIE 1931 Normalbeobachter angenommen, sind die entsprechend ermischten Farben für andere Beobachter nicht mehr originalgetreu.
Wenn nun ein Bildschirm verwendet wird, der die Farben aus mehr als drei Kanälen ermischt, dann stehen für die Anpassung der Farbwiedergabe mehr Freiheitsgrade zur Verfügung, die benutzt werden können, um eine originalgetreue Farbwiedergabe für mehr als einen Beobachter zu erzielen. Sind z.B. N = 6 Farbkanäle vorhanden, dann können die Farben für zwei verschiedene Beobachter exakt angepasst werden, da mit den jeweils drei Farbwerten jedes Beobachters 6 Gleichungen zur Verfügung stehen. Es hat sich aber darüber hinaus gezeigt, dass mit 6 Farbkanälen auch schon eine gute Anpassung an eine noch größere Anzahl von verschiedenen Beobachtern möglich ist, derart, dass für alle möglichen Farben die maximalen Farbfehler im Bereich von kaum sichtbaren Farbunterschieden liegen. Dabei kann z.B. von einer Anzahl von typischen Beobachtern ausgegangen werden, die einen repräsentativen Querschnitt darstellen. Wenn die Anzahl der Farbkanäle des Bildschirmes sehr groß ist (z.B. N > 10), kann auch eine direkte spektrale Anpassung der Farbwiedergabe an vorgegebene spektrale Farbreize realisiert werden. In diesem Fall ist eine direkte Bildung von Signalen aus N gewichteten spektralen Bändern des Eingangsspektrums möglich, die über einen einfachen linearen Algorithmus gebildet werden können.
Eine Schwierigkeit in der Praxis besteht darin, dass eine solche Anpassung und Optimierung der Farbwiedergabe mit mehr als drei Farbkanälen eine relativ komplexe Berechnung erfordert, die für eine Bilddarstellung in Echtzeit nicht angewendet werden kann. Eine schnelle Ansteuerung für eine Echtzeitverarbeitung von Bildinformation erfordert entweder einen sehr einfachen Algorithmus oder aber eine vorberechnete Tabelle, aus der die Ansteuerwerte über eine geeignete Adressierung abgerufen werden können. Mit einem einfachen Algorithmus, z.B. einer einfachen mathematischen Matrixoperation, wie im Fall von drei Farbkanälen, ist aber das Problem der Farbsteuerung von z.B. 6 Farbkanälen wegen ihrer Unterbestimmtheit nicht befriedigend lösbar. Andererseits ist eine allgemein mehrdimensionale Tabelle für einen N-dimensionalen Raum außerordentlich umfangreich. Nimmt man z.B. 6 Eingangsfarbwerte von zwei verschiedenen Beobachtern an, für welche die Farben exakt reproduziert werden sollen, dann wäre mit nur 8 Stützstellen je Aussteuerwert schon eine Tabelle mit 8⁶ = 262144 Einträgen notwendig.
Erfindungsgemäß wird daher ein Ansteuerverfahren vorgeschlagen, welches unter Ausnutzung der Linearität der N Farbkanäle nur eine zweidimensional adressiert Tabelle benutzt, in der unter jeder Adresse ein Signalvektor für N Kanäle für die maximal erzielbare Helligkeit Y^(B) _max für einen definierten Beobachter neben diesem gespeichert wird. Auf diese Speicherung der maximal erzielbaren Helligkeit Y^(B) _max kann alternativ auch verzichtet werden. Aus den Ansteuerwerten für die maximale Helligkeit, dem Modell des Bild schirms, welches den Zusammenhang zwischen Steuersignalen und der spektralen Verteilung der dargestellten Farbkanäle beschreibt, und einem angenommenen Beobachter kann der maximale Helligkeitswert auch berechnet werden. Dies erfordert natürlich zusätzliche Rechenzeit. Die Tabelle wird als Farbarttabelle definiert, z.B. als eine Farbarttabelle nach der Definition der CIE 1976 UCS Farbtafel, bei der die Adressen einer Farbart {u',v'} für den CIE 1931 Normalbeobachter zugeordnet sind. Abweichend von der Norm kann erfindungsgemäß auch angenommen werden, dass die Farbart für abweichende Beobachter definiert wird. Als Bezugsbeobachter kann beispielsweise ein mittlerer Beobachter aus einem Satz von repräsentativen Beobachtern definiert werden. Wird eine solche Tabelle für eine Auflösung von 10 bit pro Farbart für einen Bildschirm mit 6 Farbkanälen gewählt, dann sind unter etwa einer Million Adressen je 7 Werte für die 6 Steuersignale und die maximale Helligkeit, z.B. in 10 bit Auflösung, zu speichern. Dies ist mit der heutigen Computertechnik problemlos realisierbar. Zwischenwerte zwischen den Adressen können anschließend durch eine lineare Interpolation gebildet werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses Beispiel eine Genauigkeit ergibt, welche zu nicht mehr sichtbaren Farbfehlern durch die Quantisierung führt.
Das Füllen der Tabelle erfordert Berechnungsalgorithmen mit größerem Zeitaufwand, die einerseits an bestimmte Beobachter angepasst werden können, andererseits auch bestimmte Farbklassen je nach den spektralen Farbreizen der Originalspektren der darzustellenden Farben berücksichtigen sollen, wenn von spektralen Eingangssignalen ausgegangen wird. Diese Berechnungen sind jedoch je nach Anwendungsfall nur einmal auszuführen und die Ergebnisse stehen dann für eine mehrfache Anwendung beim Betrieb des Bildschirmes zur Verfügung. Erfindungsgemäß wird daher das Ansteuerverfahren entsprechend der 1 strukturiert. Über die Eingänge E₁ bis E_M können unterschiedlich definierte Eingangssignale eingespeist werden. Dies können nach einem Standard definierte Farbsignale wie sRGB, dem erweiterten Farbraum bg-sRGB oder XYZ-Signale für einen Normal- oder mittleren Beobachter sein oder auch Multispektralsignale (z.B. E_M), die den spektralen Farbreiz von Originalsignalen beschreiben. Wenn Multispektralsignale vorliegen, können diese nach einem später noch genauer erläuterten Algorithmus in Block 1.2 in Farbsignale überführt werden. Erfindungsgemäß werden aus jedem angebotenen Farbsignal in Block 1.3 ein Farbartsignal z.B. {u',v'} nach den Formeln der beispielhaft verwendeten CIE 1976 UCS Farbtafel: {u',v'} = {4X(B), 9Y(B)}/(X(B) + 15Y(B) + 3Z(B))gebildet, sowie die sich für einen definierten Beobachter ergebende Helligkeit Y^(B) extrahiert. Die Werte X^(B), Y^(B) und Z^(B) repräsentieren die Farbwerte für einen ausgewählten Beobachters, wenn x(1)^(B), y(1)^(B) und z(1)^(B) die Spektralwertkurven eines beliebigen Beobachters B darstellen und ein Farbe durch den spektralen Farbreiz ϕ_λ beschrieben ist. Dabei ergeben sich die Farbwerte {X^(B), Y^(B), Z^(B)} aus den bekannten Beziehungen:
wobei die Konstante k_o aus einem spektralen Farbreiz für eine Weißreferenz mit Y_weiß = 1.0 bestimmt wird. Der Integrationsbereich erstreckt sich über das gesamte sichtbare Spektrum, vorzugsweise von λ = 380 bis 780 nm.
Die {u',v'} Komponenten werden über den Weg 1.3.1 in der 1 den Adressen der Farbtafeln 1.4 zugeführt, der Helligkeitswert über den Weg 1.3.2 dem Multiplikator 1.5.
Mit dem Farbsignal wird eine zweidimensionale Tabelle 1.4.1 adressiert. Diese gibt N Ausgangssignalwerte für die mit dem Bildschirm maximal erreichbare Helligkeit Y^(B) _max ab. Diese Signalwerte werden dann lediglich noch im Verarbeitungblock 1.5 mit dem Faktor Y^(B)/Y^(B) _max multipliziert, bevor sie dem Eingang S des Bildschirmes zugeführt werden. Damit kann für jedes Eingangssignal nur über zwei einfache mathematische Operationen und einen Tabellenzugriff das Steuersignal für den Bildschirm berechnet werden. In der Praxis ist dies mit sehr hoher Geschwindigkeit in einer Echtzeitverarbeitung möglich.
Zur Anpassung an verschiedene Beobachtergruppen oder an bestimme Klassen von spektralen Farbreizen können auch mehrere Tabellen 1 bis K parallel benutzt werden, welche wahlweise über einen Auswahlparameter 1.6 selektiert werden. Diese Selektion kann bildpunktweise oder pauschal für ein ganzes Bild erfolgen und wird für standardisierte Eingangssignale pauschal über den Eingang 1.6 vorgegeben oder wird für spektrale Eingangssignale eventuell auch in dem Verarbeitungsblock 1.2 bildpunktweise erzeugt.
Eine anderer vorteilhafte Ausgestaltung kann entsprechend 6 dadurch erfolgen, dass die parallel angeordneten Tabellen 1 bis K gleichzeitig mit einer gewünschten Farbart 1.3.1 adressiert werden und ihre Steuersignale dann am Ausgang parallel oder sequentiell über ein Modell der Farbwiedergabe für eine Gruppe verschiedener Beobachter in Farbwerte XYZ überführt werden (Block 1.7), aus welchen dann maximale Farbreproduktionsfehler ΔE_max aller Beobachter in bekannter Weise berechnet werden (Block 1.8) und anschließend der Steuervektor 1.10 ausgewählt wird (Block 1.9), der zum kleinsten Farbreproduktionsfehler ΔE_max aller Beobachter führt. Der ausgewählte Steuervektor 1.10 wird dann der Bildwiedergabevorrichtung zugeführt. Für die Fehlerberechnung können beispielsweise die bekannten Formeln für ΔE*_ab (CIEΔE 1976), ΔE*₉₄ (CIE94) oder ΔE₀₀ (CIEDE2000) verwendet werden.
In der Praxis kann es vorkommen, dass Farben am Eingang des Systems vorliegen, deren Helligkeit größer ist als der maximal mögliche Wert bei der entsprechenden Farbart, oder aber die Farbe außerhalb des Farbenraumes liegt, der durch den Bildschirm reproduzierbar ist. Da mit mehr als drei Farbkanälen der Farbraum verglichen mit konventionellen Bildschirmen stark vergrößert wird, liegen die meisten Farben in der Praxis innerhalb des reproduzierbaren Farbraumes. Für Farben die trotzdem außerhalb liegen, können Varianten der sogenannten „Gamut Mapping"-Verfahren angewendet werden. Beispielsweise kann dies ein Verfahren sein, bei dem die Farbe auf die Oberfläche des Farbkörpers in Richtung auf die Grauachse bei gleichem Farbton abgebildet wird. Derartige Verfahren sind allgemein bekannt und können in der erfindungsgemäßen Verarbeitung zusätzlich angewendet werden.
Zur Füllung der Farbarttafeln können eine Vielzahl unterschiedlicher Alternativen verwendet werden. Die vorgeschlagenen Verfahren gliedern sich grundsätzlich in zwei unterschiedliche Ansätze, eine rein stochastische Suche von Steuervektoren S, die nach einem definierten Fehlerkriterium optimiert werden, oder einem Aufbau einer Lösung durch lineare Überlagerung von Lösungen aus jeweils drei Primärvalenzen beziehungsweise zwei Primärvalenzen und Weiß.
Zunächst wird die letzte Variante ausführlicher dargestellt. Es wird dabei angenommen, dass die Summe der Primärvalenzen bei Vollaussteuerung ein definiertes Weiß W^(B) des Bildschirms, wie z.B. das der Lichtart D65, erzeugt: W(B) = P1 (B) + ... + PN (B).
Weiterhin sei auf die beispielhafte Anordnung der Farbarten von Primärvalenzen P_i ^(B) in der UCS-Farbtafel nach 2 verwiesen, wobei sechs Farbkanäle angenommen sind. Als Bezugsbeobachter zur Definition der Farbvalenzen wird allgemein ein Normalbeobachter oder ein mittlerer Beobachter aus einer Anzahl von verschiedenen Beobachtern angenommen. Es sei nun angenommen, dass eine Farbart entsprechend der Farbvalenz F^(B) auf dem Bildschirm dargestellt werden soll, wobei deren Helligkeit zunächst mit Y^(B) = 1.0 angenommen wird. Für die Füllung in der Farbtafel sind dazu die Farbarten in {u',v'} Koordinaten als Tabellenadresse, die zugehörigen Steuersignale S_i ^(B) und eine maximal erreichbare Helligkeit Y^(B) _max zu ermitteln. Dazu werden zunächst die der Farbvalenz F^(B) am nächsten liegenden Primärvalenzen gesucht, welche mit dem Weißpunkt W^(B) ein Dreieck in der Farbarttafel bilden. Im Beispiel sind dies die Primärvalenzen 2 und 3. In einem ersten Schritt wird dann eine Lösung der Gleichung F(B) = a1P1 (B) + b1P3 (B) + c1W(B) gesucht, wobei die Variablen a₁, b₁ und c₁ immer positive Werte oder Null ergeben. Die Berechnung erfolgt also über lineare Matrixoperationen. Alle Aussteuerwerte müssen zwischen 0 und 1.0 liegen, d.h. die stärkste Primärvalenz in der Lösung kann maximal den Aussteuerwert 1.0 erhalten. In der Lösung für die Variablen müssen daher alle solange proportional vergrößert oder verkleinert werden, bis der größte Wert gerade 1.0 ist.
Das Ergebnis der Aussteuerung ist in der 3, obere Reihe, dargestellt. Im linken Diagramm sind jeweils auf der Ordinate die Aussteuerwerte der Primärvalenzen P₁ bis P₆ und im rechten Diagram die sich ergebende Helligkeit Y^(B) für diese Lösung dargestellt. Damit ist aber nicht die größtmögliche Helligkeit erreicht, da es noch weitere Lösungen durch Kombination anderer noch nicht genutzter Primärvalenzen gibt, die zusätzlich genutzt werden können. Auch die Primärvalenz P₂ ist noch nicht voll genutzt. Daher wird in einem zweiten Schritt eine mögliche Mischung aus den Primärvalenzen P₂ und z.B. der rechts von P₃ liegenden Primärvalenz P₄ und der Summe der übrigen Primärvalenzen ohne die schon "verbrauchte" voll ausgesteuerte Primärvalenz P₃ gesucht. Die erreichten Aussteuerwerte werden dann proportional so angepasst, dass auch die Primärvalenz P₂ nicht über den Wert 1.0 ausgesteuert wird bzw. Aussteueranteile anderer Primärvalenzen nicht negativ werden. Die Summe beider Lösungen ergibt im Beispiel die Aussteuerung nach 3, mittlere Reihe, bei der die Helligkeit weiter angestiegen ist. Auch hiermit sind noch nicht alle Möglichkeiten ausgeschöpft. Zwar sind die Primärvalenzen P₂ und P₃ nun voll ausgesteuert, aber eine Mischung aus den Primärvalenzen P₁ und P₄ mit der Summe der noch nicht verbrauchten restlichen Primärvalenzen kann noch für einen weiteren Mischanteil ausgenutzt werden. Dieses ergibt das Ergebnis in der 3, untere Reihe. Nach diesem Schritt ist der mögliche Mischungsbeitrag der Überlagerung restlicher Primärvalenzen aufgebraucht. Weitere Mischungsversuche würden für dieses Beispiel nur noch zu negativen Lösungen für die Aussteuerung führen, d.h. es ist für diesen Algorithmus das Ende erreicht. In der Praxis kann es je nach Farbort der untersuchten Farbe aber vorkommen, dass bis zu 5 Schritte notwendig werden, bis alle Möglichkeiten der Überlagerung von Lösungen ausgeschöpft sind. Das Verfahren liefert als Ergebnis stets eine kompakte maximal mögliche Aussteuerung der Primärvalenzen mit dem Zentrum der darzustellenden Farbart bei einer maximalen Helligkeit. Diese Lösung ähnelt den sogenannten Optimalfarben, die für ein geschlossenes Band im Spektralbereich, das auch über den spektralen Rand im Unendlichen geschlossen sein kann, jeweils für vorgegebene Sättigung und Farbton die jeweils größte Helligkeit erreichen, ist jedoch nicht identisch.
Für den Aufbau der Tabelle werden systematisch alle möglichen Farbarten in einer vorgegebenen Quantisierung als Adressen angenommen und anschließend dazu die zugehörigen Aussteueranteile als Steuervektoren S^(B) mit der Aussteuergrenze für Y^(B) _max berechnet und gespeichert. Erfindungsgemäß kann diese Tabelle dann online als LUT verwendet werden.
Alternativ zu der beschriebenen Vorgehensweise mit einer schrittweisen Auffüllung von Beiträgen der Primärvalenzen mit Farbtönen in der Umgebung der darzustellenden Farbvalenz kann, mit der nächstliegenden beginnend, auch eine allgemeineres mathematisches Verfahren angewendet werden, bei dem zunächst alle Lösungen mit noch unbestimmter Helligkeit für die Farbmischung von Kombinationen aus jeweils drei Primärvalenzen vorberechnet werden. Das sind im Falle von 6 Farbkanälen 20 mögliche Kombinationen. Im allgemeinen Fall errechnet sich die Anzahl der Kombinationen für N Farbkanäle mit [1·2 + 2·3 + 3·4 + ... + (N-2)(N-1)]/2. Im Anschluß daran wird für die Randbedingungen, dass die Aussteuerwerte insgesamt für jede Primärvalenz zwischen 0 und 1.0 liegen müssen, mit dem Verfahren der linearen Programmierung (constraind linear programming) eine Überlagerung aller Lösungen so bestimmt, dass ein maximal möglicher Helligkeitswert Y^(B) erzielt wird.
Eine weiteres Verfahren zur Füllung der Tabelle arbeitet ebenfalls über lineare Matrixoperationen und dem Bezug auf einen beliebig definierten Beobachter. Bei diesem Verfahren sind nur vier Schritte notwendig.
Die maximale Helligkeit des Displays für eine vorgegebene {u',v'} Farbart wird dann erreicht, wenn sich diese Farbe auf der Oberfläche des Bildschirmfarbkörpers befindet. Die Farbkörperoberfläche wird erreicht, wenn Kanäle nicht oder voll ausgesteuert sind und maximal zwei Kanäle variabel ausgesteuert werden. Zusätzlich müssen die voll bzw. nicht ausgesteuerten Kanäle blockartig zusammen liegen, wobei eine Verbindung der Blöcke über die spektralen Ränder eingeschlossen ist. Alle Kombinationen von voll oder nicht ausgesteuerten Kanälen bilden Extremalpunkte auf der Farbkörperoberfläche. Die Verbindungen der jeweils benachbarten Expremalpunkte bilden Dreiecke. Damit wird es möglich, die Oberfläche über 2N(N-1) Dreiecke zu beschreiben. Alle Ecken der Dreiecke, also die Extremalpunkte, sind jeweils die Mischfarben von den in einem Block nebeneinander liegenden Primärvalenzen der Kanäle, wobei in einem Grenzfall dieser Kernblock nur aus einem voll ausgesteuerten Kanal besteht (einer eingeschalteten Primärvalenz) und im anderen Grenzfall alle Kanäle voll ausgesteuert sind und dabei der Weißpunkt des Bildschirms erzeugt wird. Mischungen, bei denen kein Kanal konstant voll ausgesteuert ist, beschreiben Dreiecke auf der Unterseite des Farbkörpers. Diese Dreiecke laufen im Schwarzpunkt des Farbkörpers zusammen. Beispielhaft für N = 6 Farbkanäle entstehen 60 Dreiecke. Hiervon befinden sich 2N Dreiecke auf der Unterseite des Farbkörpers, während die verbleibenden 2N(N-1)-2N auf der Oberseite liegen. Nur die oben liegenden sind auf Grund der gesuchten maximalen Helligkeit ausschlaggebend. In diesem Fall für N = 6 verbleiben folglich 48 Dreiecke, die in 4 beispielhaft durch ihre Farbwertanteile in der CIE 1976 UCS Farbtafel skizziert sind.
Als Beispiel sei das Dreieck 1 begrenzt durch die Ecken 4.1, 4.16 und 4.12 näher betrachtet. Die Ecke 4.1 entspricht der voll ausgesteuerten Primärvalenz des Kanals 1. Zugeschaltet als variable Kanäle werden die angrenzenden Kanäle 2 und 6 (Kanal 6 ist dabei über den Rand des visuellen Spektrums im Unendlichen geschlossen als angrenzend zu betrachten). Ist der Kanal 6 auch voll ausgesteuert und der Kanal 2 ausgeschaltet, dann wird die Ecke 4.16 durch Farbmischung der Primärvalenzen 1 und 6 mit der Farbart 4.16 erreicht. Entsprechend wird die dritte Ecke mit der Farbart 4.12 erreicht, wenn der Kanal 6 ausge schaltet und der Kanal 2 mit der Farbart 4.2 voll zugeschaltet wird. Alle Punkte im Dreieck 1 oder auf dem Rand werden durch variabel ausgesteuerte Kanäle 2 und 6 erreicht.
Allgemein findet man in jedem Dreieck i eine Ecke, die durch eine kleinste Anzahl von nebeneinander liegenden voll ausgesteuerten Kanälen, dem sogenannten Kernblock, und der Mischung ihrer Primärvalenzen festgelegt wird. Alle Farben α F^(B) in einem Dreieck i 1 ≤ i ≤ 48) werden dann allgemein durch die Gleichung αF(B) = αi,1Fi,1 (B) + αi,2Fi,2 (B) + Fi,3 (B) mit den Koeffizienten α, α_i,1 und α_i,2 beschrieben, wobei F_i,3 ^(B) die Farbe darstellt, die durch die voll ausgesteuerten Kanäle im Kernblock erzeugt wird. Die Farben F_i,1 ^(B) und F_i,2 ^(B) sind die variablen Kanäle. Alle Farbvalenzen und die zugehörigen Farbarten aller Eckpunkte der Dreiecke i können, wie nachfolgend beschrieben, vorberechnet werden.
Zunächst wird unter jeder Farbart als Adresse einer LUT die Farbe F^(B) aus der Farbart {u',v'} für eine beliebig gewählte Helligkeit (aquivalent zum Farbwert Y mit Y = 1.0) berechnet. Die Auflösung der obigen Gleichung nach den Koeffizienten ergibt anschließend den maximalen Helligkeitswert dieser Farbe Y_max = α und die beiden Variablen α_i,1 und α_i,2. Diese bestimmen die Aussteuerung der beteiligten variablen Kanäle, welche an den Kernblock angrenzen.
Bevor diese Berechnung durchgeführt werden kann, muss aber zunächst das Dreieck i gesucht werden, welches die zu berechnende Farbe an der Oberfläche des Farbkörpers umschließt. Dies wird durch einen Suchprozess in der, in der 4 gezeigten, zweidimensionalen Farbtafel durchgeführt. Ausgangspunkt ist die folgende Bestimmungsgleichung für eine Farbart {u',v'} in einem beliebigen Dreieck i mit den Bezeichnung {u_Δ1',v_Δ1'}, {u_Δ2',v_Δ2'}, {u_Δ3',v_Δ3'} für die Ecken des Dreiecks:
wobei k₁ und k₂ Koeffizienten darstellen, welche grundsätzlich die Bedingungen 0 ≤ k1 ≤ 1.0, 0 ≤ k2 ≤ 1.0 und (k1 + k2) ≤ 1.0 erfüllen müssen, wenn nur die Punkte innerhalb des Dreiecks i erfasst werden sollen. Der Suchprozess nach dem Dreieck, in dem eine gegebene Farbart {u',v'} liegt, verläuft dann derart, dass die Koeffizienten für alle Dreiecke mit der Umkehrformel
bestimmt werden und das Dreieck herausgesucht wird, für welches die Koeffizienten k₁ und k₂ die oben genannten Bedingungen erfüllen. Die Ergebnisse der dann berechneten Koeffizienten α, α_i,1 und α_i,2 bestimmen die Farbwiedergabe für den zu Grunde gelegten Beobachter innerhalb des darstellbaren Farbraumes der Bildwiedergabevorrichtung exakt. Das Verfahren arbeitet sehr schnell, da nur einfache Matrixoperationen angewendet werden.
Die vorstehend genannten Lösungen eignen sich besonders für die Steuerung der Farben in Bezug auf einen standardisierten oder einen mittleren Beobachter aus einer Gruppe von Beobachtern. Sollen die Farben für eine größere Anzahl von Beobachtern optimiert ausgegeben werden, dann kann auch ein jeweils optimierter Steuerwert für den Bildschirm mit einer stochastischen Suchmethode ermittelt werden.
Ausgangswerte können dabei die, beispielsweise für M Beobachter, berechneten Farbwerte {X,Y,Z}^(B) beziehungsweise Farbarten {u',v'} sein, die aus der vorgegebenen Spektralverteilung eines Farbreizes direkt berechnet werden können. Für diese Farben wird zunächst für einen mittleren Beobachter mit einem der oben genannten Verfahren ein Startvektor S₀ ^(av) bestimmt. Entsprechend dem, in der 5 gezeigten, Grundschema werden in der Folge kleine Variationen der einzelnen Signal-Komponenten in einem stochastischen Generator 5.1 generiert, dann zu dem Startvektor in 5.2 addiert und jeweils die Farbfehler der daraus wiedergegebenen Farben für alle Beobachter in 5.3 berechnet. Dies geschieht solange bis sich ein Minimum des mittleren oder maximalen Farbfehlers der Beobachter ergibt. Für jeden Schritt wird das erreichte Ergebnis mit dem günstigsten aus vorherigen Schritten in 5.4 verglichen. Wird der Farbfehler aus einem Schritt kleiner als die Vorhergehenden, wird er in 5.5 gespeichert. Dies wird solange wiederholt, bis ein gewünschter Schwellwert unterschritten oder eine Zeitgrenze erreicht wird. Mit diesem Verfahren sind die bestmöglichen Ergebnisse für alle Beobachter erzielbar, wenn bestimmte spektrale Verteilungen der Farben in einteilbaren Klassen vorliegen. Für jede Klasse von spektralen Verteilungen von Farben kann eine eigene optimierte Tabelle errechnet werden, beispielhaft werden Druckfarben, Aquarellfarben, sonstige Malfarben oder natürliche Farben einer Landschaft genannt. Für allgemeine Spektralverteilungen, bei denen für eine Farbvalenz sehr stark unterschiedliche metamere Spektralverteilungen vorkommen, ist das Verfahren mit einer LUT nicht anwendbar, da dann für jede spektrale Verteilung individuell optimiert werden müsste.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Figurenbeschreibung dargelegten konkreten Rechenverfahren mit konkreten Anzahlen von Farbkanälen die Erfindung in ihrer allgemeinen Bedeutung nicht beschränken sollen. Ebenso ist darauf hinzuweisen, dass unter einer Bildwiedergabevorrichtung jegliche im Stand der Technik übliche Vorrichtung zur direkten oder indirekten Darstellung farbiger stehender Bilder oder Filme zu verstehen ist, bei der durch Mischung mehrerer Grundfarben eine angezeigte entstehen. Beispielhaft und nicht abschließend seien hierfür genannt: Monitore, Fernsehgeräte, Videoprojektoren.
Insgesamt wird hier also ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektronischen Bildwiedergabevorrichtung mit N > 3 individuell steuerbaren Farbkanälen, durch die N Primärfarben definiert werden, aus denen die Farben additiv ermischt werden, vorgestellt. Derartige Bildwiedergabeverfahren werden verwendet, um den darstellbaren Farbraum zu vergößern und eine mit der größeren Zahl von Freiheitsgraden bei der Farbmischung eine Anpassung der Farbwiedergabe an mehrere verschiedene menschliche Beobachter zu erreichen. Verschiedene und teilweise schon bekannte Berechnungsverfahren für eine optimierte Farbmischung mit N > 3 Farbkanälen sind mathematisch sehr aufwendig und in einer Echtzeitverarbeitung bei der Bildwiedergabe nicht einsetzbar. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, für eine Echtzeitverarbeitung eine oder mehrere vorberechnete zweidimensionale Tabellen zu benutzen, in denen unter den Adressen einer Farbart der zu reproduzierenden Farben die für die Steuerung von N Farbkanälen notwendigen Werte gespeichert sind und im Betrieb abgerufen werden. Zur Einsparung weiterer Rechenzeit wird vorgeschlagen, die für eine Farbart durch das Wiedergabeverfahren maximal mögliche Helligkeit zusammen mit den Steuerwerten für diese Helligkeit zu speichern und im Betrieb die Steuerwerte für eine Farbe geringerer Helligkeit durch einfache Umnormierung aus den Werten für die maximale Helligkeit zu gewinnen. Zur Füllung der Tabellen werden erfindungsgemäß Verfahren vorgeschlagen, die iterativ mit der Überlagerung von line aren Farbtransformationen, mit linearer Programmierung oder stochastischer Optimierung Steuerwerte aus vorgegebenen spektralen Farbreizfunktionen, XYZ- oder RGB-Werten berechnen, wobei die Optimierung nach der spektralen Charakteristik der darzustellenden Farben, nach bestimmten Farbklassen oder nach verschiedenen Beobachtern erfolgen kann. Vorteilhaft wird die Auswahl der jeweiligen Tabelle im Betrieb nach der Charakteristik der eingegebenen Farbinformation gesteuert oder die von parallel betriebenen Tabellen ausgegebenen Werte werden mit einem Modell der Farbwiedergabe in Farbwerte umgerechnet, daraus Farbfehler der Reproduktion für einen oder mehrere Beobachter bestimmt und der günstigste Steuervektor danach ausgewählt.
Es versteht sich auch, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung einer elektronischen Bildwiedergabevorrichtung, wobei: 1.1. die Bildwiedergabevorrichtung mit N > 3 individuell einstellbaren Farbkanälen betrieben wird, 1.2. die wiedergegebenen Farben durch eine additive Mischung der N Farbkanäle mit N zugeordneten Primärvalenzen (Intensitäten) durchgeführt wird, und 1.3. optional eine zusätzliche Aufhellung des Farbeindruckes durch einen weißen Aufhellungskanal gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass 1.4. vor dem Betrieb eine „Look-up"-Tabelle (LUT) erstellt wird, deren Adressen einer Farbart entsprechen und unter jeder Adresse ein Steuervektor mit N Steuersignalen für die Steuerung der N Kanäle des Bildschirms bei maximal möglicher Helligkeit für diese Farbart gespeichert wird, 1.5. im Betrieb zur Steuerung der N Farbkanäle für eine wiederzugebende Farbe gegebener Helligkeit zunächst die Farbart berechnet wird, damit die LUT adressiert wird und der an dieser Adresse gefundene Steuervektor der LUT für die Steuersignale für die N Farbkanäle verwendet wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LUT als zweidimensional adressierte LUT für die Farbarten {u',v'} der CIE 1976 UCS Farbtafel ausgebildet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine interne Linearisierung für einen linearen Zusammenhang zwischen Eingangsignalen der Bildwiedergabevorrichtung und den erzeugten Farbwerten verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Betrieb in der LUT an den Adressen der Farbarten auch ein zugehöriger maximaler Helligkeitswert gespeichert wird und im Betrieb zur Steuerung der N Farbkanäle der an dieser Adresse gefundene Steuervektor der LUT mit dem Verhältnis der gegebenen Helligkeit der Farbe zu dem gespeicherten maximalen Helligkeitswert multipliziert wird und als Steuersignale für die N Farbkanäle ausgegeben wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige maximale Helligkeitswert für die Farbart entsprechend den Grundspektralwertkurven eines vorgegebenen Beobachters aus den gespeicherten Signalwerten und einem Wiedergabemodell des Bildschirms berechnet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der LUT die Farbarten für eine Vielzahl definierter Beobachter bestimmt werden, wobei die Beobachter aus ihren individuellen Grundspektralwertkurven definiert werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein definierter Beobachter der durch die CIE definierte Normalbeobachter ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für Bildarten mit spezieller Farb- bzw. Spektralcharakteristik der Farben eine eigene LUT erstellt und diese parallel gespeichert werden und je nach erkannter Bildart die Steuervektoren aus der entsprechenden LUT entnommen werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Beobachter jeweils eine LUT erstellt und parallel gespeichert werden und je nach vorhandenem Be obachter oder Gruppe von Beobachtern die Steuervektoren aus der entsprechenden LUT entnommen werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in der LUT gespeicherten Ansteuervektoren aus der gewichteten Überlagerung von Lösungen zur Mischung der Farbart aus jeweils drei Primärfarben des Bildschirmes abgeleitet werden und diese gewichtete Überlagerung von Lösungen aus allen möglichen Kombinationen von drei Primärfarben derart optimiert wird, dass eine maximal mögliche Helligkeit bei der gegebenen Farbart erreicht wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierung iterativ stattfindet.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierung durch lineare Programmierung erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervektoren für eine Farbart bei jeweils maximal möglicher Helligkeit der reproduzierten Farbe aus Dreiecken auf der Oberfläche des Farbkörpers eines Bildschirms bestimmt werden, wobei die Ecken der Dreiecke durch Extremalpunkte gegeben werden, welche durch die Farbmischung der Primärfarben einer Anzahl von K Farbkanälen mit 1 ≤ K ≤ N bei voller Aussteuerung bestimmt werden und die Spektralverteilungen der K Farbkanäle im Spektralbereich nebeneinander liegend und alle anderen (N-K) Farbkanäle ausgeschaltet sind.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für vorgegebene Klassen von spektralen Verteilungen von zu reproduzierenden Farben von einem Startvektor ausgehend eine stochastische Optimierung der Ansteuerwerte nach dem minimalen Farbfehler für eine Gruppe von Beobachtern durchgeführt wird und der Startvektor aus der gewichteten Überlagerung von Lösungen zur Mischung der Farbart aus jeweils drei Primärfarben des Bildschirmes abgeleitet wird und diese gewichtete Überlagerung von Lösungen aus allen möglichen Kombinationen von drei Primärfarben derart optimiert wird, dass eine maximal mögliche Helligkeit bei der gegebenen Farbart erreicht wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für vorgegebene Klassen von spektralen Verteilungen von zu reproduzierenden Farben von einem Startvektor ausgehend eine stochastische Optimierung der Ansteuerwerte nach dem minimalen Farbfehler für eine Gruppe von Beobachtern durchgeführt wird und der Startvektor für eine Farbart bei jeweils maximal möglicher Helligkeit der reproduzierten Farbe aus Dreiecken auf der Oberfläche des Farbkörpers eines Bildschirms bestimmt wird, wobei die Ecken der Dreiecke durch Extremalpunkte gegeben werden, welche durch die Farbmischung der Primärfarben einer Anzahl von K Farbkanälen mit 1 ≤ K ≤ N bei voller Aussteuerung bestimmt werden und die Spektralverteilungen der K Farbkanäle im Spektralbereich nebeneinander liegend und alle anderen (N-K) Farbkanäle ausgeschaltet sind.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für vorgegebene Klassen von spektralen Verteilungen von zu reproduzierenden Farben von einem Startvektor ausgehend eine stochastische Optimierung der Ansteuerwerte nach dem minimalen Farbfehler für eine Gruppe von Beobachtern durchgeführt wird und der Startvektor aus einer spektralen Anpassung an ein zu reproduzierenden Farbreiz nach der Methode des minimalen Fehlerquadrates über ein Modell der Farbwiedergabe berechnet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Beobachter einem repräsentativen Querschnitt menschlicher Beobachter entspricht.
Bildwiedergabevorrichtung mit einem Speichermedium angeschlossen an eine Recheneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Computerprogramm oder Programm-Module auf diesem gespeichert ist/sind, wel ches/welche bei einer Ausführung auf der Recheneinheit das Verfahren gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüche 1 bis 17 ausführt.
Speichermedium integriert in eine Recheneinheit oder für eine Recheneinheit einer Bildwiedergabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Computerprogramm oder Programm-Module auf diesem gespeichert ist/sind, welches/welche bei einer Ausführung auf der Recheneinheit das Verfahren gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüche 1 bis 17 ausführt.
Ansteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere LUTs parallel vorhanden sind, die nach der spektralen Charakteristik von Farben oder für verschiedene Beobachter (standardisierte oder nicht standardisiert Beobachter) optimiert sind, und jeweils eine LUT pauschal für ein Bild oder einen Bildpunkt ausgewählt wird und das Auswahlkriterium nach der Charakteristik der Optimierung der LUT und der Charakteristik der darzustellenden Farbe bestimmt werden kann.
Ansteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere LUTs parallel vorhanden sind, die nach der spektralen Charakteristik von Farben oder für verschiedene Beobachter (standardisierte oder nicht standardisiert Beobachter) optimiert sind, und die LUTs parallel mit einer Farbart adressiert werden, ihre Ausgangsvektoren mit einem Modell der Farbwiedergabe für eine Gruppe von Beobachtern in Farbwerte umgerechnet werden, daraus Farbreproduktionsfehler bestimmt werden und der Ausgangsvektor ausgewählt wird, der zu den kleinsten Farbabweichungen für alle Beobachter der Gruppe führt.