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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein die elektronische Bildgebung
und insbesondere die Verbesserung der Farbwiedergabe bei elektronischen
Bildaufnahmevorrichtungen.
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Hintergrund der Erfindung
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Das
menschliche Auge hat blaue, grüne und rote Farbrezeptoren,
deren Spektralempfindlichkeiten bestimmen, wie Menschen Farbe wahrnehmen.
Die CIE-1931-RGB-Farbastimmungsfunktionen definieren die Farbempfindlichkeit
eines „normalen Beobachters". Bildsensoren und elektronische
Bild-erzeugende Kameras verwenden Farbfilter, die versuchen, dieser
Farbempfindlichkeit näher zu kommen, aber eine gewisse
Restdifferenz bleibt stets bestehen. Dadurch weichen die Farben
in einem Bild einer Szene, das von dem Sensor oder der Kamera erzeugt
wird, oftmals von den Farben ab, die direkt von einem menschlichen
Beobachter wahrgenommen werden, der sich die Szene ansieht.
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Bei
einigen Systemen dient die digitale Farbkorrektion zum Ausgleichen
dieser Art von Farbungenauigkeit. Beispielsweise beschreibt das
US-Patent 5.668.956 , dessen
Inhalt hiermit im Rahmen dieser Anmeldung vollumfänglich
als geoffenbart gilt, ein Verfahren zur Farbkorrektion, das individuelle
Matrixkoeffizienten für eine bestimmte Bildgebungsvorrichtung
verwendet. Eine digitale Bildgebungsvorrichtung, die einen Farbsensor
enthält, nimmt ein Bild auf und erzeugt ein Farbsignal
aus dem Bild zum Anlegen an eine Ausgabevorrichtung mit speziellen
Farbempfindlichkeiten. Durch Bereitstellen eines Satzes von Matrixkoeffizienten,
die für diese Bildgebungsvorrichtung eindeutig festgelegt
werden, soll die Farbkorrektion die Spektralempfindlichkeiten des
Farbsensors und die Spektraleigenschaften des optischen Teils der
Bildgebungsvorrichtung für die Farbempfindlichkeiten der
Ausgabevorrichtung optimal korrigieren können.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die nachstehend beschrieben werden,
stellen verbesserte Verfahren und Vorrichtungen für die
digitale Bildfarbkorrektion bereit. Diese Ausführungsformen
verwenden eine Farbkorrektion, die nichtlinear in dem Sinn ist,
dass die Korrektion nicht durch einen Satz von Matrixkoeffizienten
dargestellt werden kann, die über den in Frage kommenden
Farbraum konstant sind. Vielmehr werden Farbton- und Sättigungskorrektionen
für mehrere unterschiedliche Referenzfarbtöne
in einem Eichverfahren für einen gegebenen Bildsensor festgelegt.
Farbton- und Sättigungskorrektionen für andere Farbtöne
werden normalerweise durch Interpolation ermittelt und werden beim
Korrigieren der Farbwerte verwendet, die von dem Bildsensor im praktischen
Einsatz ausgegeben werden. Mit diesem Verfahren kann eine größere
Farbenwiedergabetreue als bei linearen Verfahren erzielt werden,
die auf dem Fachgebiet bekannt sind.
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Daher
wird nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren zur Bildgebung mit den folgenden Schritten bereitgestellt:
Definieren eines Satzes aus einem oder mehreren Farbkorrektionsparameter
mit Werten, die sich über einen vorgegebenen Farbraum ändern;
Empfangen eines Eingangsbilds, das Pixel enthält, die jeweils
eine entsprechende Eingangsfarbe haben; für jedes der Pixel
Ermitteln einer Position der entsprechenden Eingangsfarbe in dem
Farbraum, Auswählen eines Werts des einen oder der mehreren
Farbkorrektionsparameter entsprechend der Position und Modifizieren
der entsprechenden Eingangsfarbe unter Verwendung des ausgewählten
Werts, um eine korrigierte Abgabefarbe zu erzeugen; und Erzeugen eines
Abgabebilds, in dem die Pixel die korrigierte Abgabefarbe haben.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsformen umfasst das Definieren
des Satzes aus dem einen oder den mehreren Farbkorrektionsparametern
das Eichen einer Bildgebungsvorrichtung, um entsprechende Referenzwerte
des einen oder der mehreren Farbkorrektionsparameter als Satz von
Referenzpunkten in dem Farbraum festzulegen, und das Auswählen
des Werts umfasst das Berechnen des Werts durch Interpolation unter den
Referenzwerten entsprechend Abständen der Referenzpunkte
von der Position. Normalerweise umfasst das Eichen der Bildgebungsvorrichtung
das Aufnehmen, unter Verwendung der Bildgebungsvorrichtung, von entsprechenden
Bildern einer Gruppe von Testfarben und das Vergleichen von Farbkoordinaten
in den entsprechenden Bildern mit Standard-Farbkoordinaten der Testfarben,
um die Referenzwerte des einen oder der mehreren Farbkorrektionsparameter
festzulegen.
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Zusätzlich
oder alternativ umfasst das Berechnen des Werts das Festlegen von
entsprechenden Referenzphasen der Referenzpunkte in dem Farbraum,
das Ermitteln einer Eingangsphase der Position in dem Farbraum,
das Identifizieren, in der Gruppe der Referenzpunkte, von zwei der
Referenzpunkte, bei denen die entsprechenden Referenzphasen am dichtesten
an der Eingangsphase sind, und Berechnen des Werts als gewichtete
Summe der Referenzwerte an den identifizierten Referenzpunkten.
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Bei
einigen Ausführungsformen umfasst das Ermitteln der Position
das Berechnen eines Eingangsfarbtons und einer Eingangssättigung
des Pixels, und die Farbkorrektionsparameter werden aus einer Gruppe von
Korrektionsparametern ausgewählt, die aus einem Farbtonkorrektionsparameter
und einem Sättigungskorrektionsparameter besteht. Normalerweise
wird der Eingangsfarbton als Phase in dem Farbraum dargestellt,
und der Farbtonkorrektionsparameter enthält eine Phasenverschiebung,
während die Eingangssättigung als Amplitude in
dem Farbraum dargestellt wird, und der Sättigungskorrektionsparameter
enthält eine Sättigungsverstärkung, die
als Funktion des Eingangsfarbtons ermittelt werden kann. Zusätzlich
oder alternativ umfasst das Berechnen des Eingangsfarbtons das Berechnen
einer Phase der Eingangsfarbe in dem Farbraum, und das Auswählen
des Werts umfasst das Ermitteln des Werts des einen oder der mehreren
Farbkorrektionsparameter als Funktion der Phase.
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Außerdem
wird nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
eine Bildgebungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die
Folgendes aufweist: einen Bildsensor, der so konfiguriert ist, dass
er ein Eingangsbild mit Pixeln erzeugt, die jeweils eine entsprechende
Eingangsfarbe haben; und eine Bildverarbeitungsschaltung, die so
geschaltet ist, dass sie die Pixel in dem Eingangsbild unter Verwendung
eines Satzes aus einem oder mehreren Farbkorrektionsparametern mit
Werten, die sich über einen vorgegebenen Farbraum ändern, dadurch
verarbeitet, dass sie eine Position der entsprechenden Eingangsfarbe
in dem Farbraum ermittelt, einen Wert des einen oder der mehreren
Farbkorrektionsparameter entsprechend der Position auswählt
und die entsprechende Eingangsfarbe unter Verwendung des ausgewählten
Werts modifiziert, um eine korrigierte Abgabefarbe zu erzeugen,
wodurch ein Abgabebild erzeugt wird, in dem die Pixel die korrigierte
Abgabefarbe haben.
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Außerdem
wird nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ein Bildgebungsgerät bereitgestellt, das Folgendes aufweist:
einen Farbraumwandler, der so geschaltet ist, dass er ein Eingangsbild
mit Pixeln empfängt und eine entsprechende Eingangsfarbe
für jedes Pixel ermittelt; und eine Bildverarbeitungsschaltung,
die so geschaltet ist, dass sie die Pixel des Eingangsbilds unter
Verwendung eines Satzes aus einem oder mehreren Farbkorrektionsparametern
mit Werten, die sich über einen vorgegebenen Farbraum ändern,
dadurch verarbeitet, dass sie eine Position der entsprechenden Eingangsfarbe
in dem Farbraum ermittelt, einen Wert des einen oder der mehreren
Farbkorrektionsparameter entsprechend der Position auswählt und
die entsprechende Eingangsfarbe unter Verwendung des ausgewählten
Werts modifiziert, um eine korrigierte Abgabefarbe zu erzeugen,
wodurch ein Abgabebild erzeugt wird, in dem die Pixel die korrigierte
Abgabefarbe haben.
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Weiterhin
wird nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ein Computer-Software-Produkt zur Verfügung gestellt, das
ein maschinenlesbares Medium enthält, in dem Programmbefehle
gespeichert sind, die beim Lesen durch einen Prozessor den Prozessor
veranlassen, ein Eingangsbild mit Pixeln zu empfangen, die jeweils
eine entsprechende Eingangsfarbe haben, und die Pixel des Eingangsbilds
unter Verwendung eines Satzes aus einem oder mehreren Farbkorrektionsparametern
mit Werten, die sich über einen vorgegebenen Farbraum ändern,
dadurch zu verarbeiten, dass er eine Position der entsprechenden
Eingangsfarbe in dem Farbraum ermittelt, einen Wert des einen oder
der mehreren Farbkorrektionsparameter entsprechend der Position
auswählt und die entsprechende Eingangsfarbe unter Verwendung
des ausgewählten Werts modifiziert, um eine korrigierte
Abgabefarbe zu erzeugen, wodurch ein Abgabebild erzeugt wird, in
dem die Pixel die korrigierte Abgabefarbe haben.
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Die
vorliegende Erfindung ist anhand der nachstehenden detaillierten
Beschreibung ihrer Ausführungsformen in Verbindung mit
den Zeichnungen besser zu verstehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine elektronische Bild-erzeugende Kamera
nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch
darstellt.
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2 ist
ein Diagramm, das die Verwendung von Farbton- und Sättigungskorrektionen
in einer Cb-Cr-Farbebene nach einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur nichtlinearen Farbkorrektion
nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch
darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsformen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine elektronische Bild-erzeugende Kamera 20 nach
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch
darstellt. Diese Kamera wird hier als Beispiel beschrieben, und
die nachstehend beschriebenen Verfahren können in ähnlicher
Weise auch für elektronische Bild-erzeugende Geräte
und Systeme anderer Typen verwendet werden. Die Kamera 20 weist
einen Bildsensor 22 und eine Bildverarbeitungsschaltung 24 auf.
Es wird angenommen, dass der Sensor 22 ein Farbmosaiksensorarray
ist, bei dem auf jedes Sensor-Element ein rotes, grünes
oder blaues Farbfilter aufgelegt wird, wie auf dem Fachgebiet bekannt
ist. Alternativ können die nachstehend beschriebenen Verfahren
zur Farbkorrektion mit den entsprechenden Änderungen für
Bildsensoren mit anderen Arten von Mosaik- und Streifenfiltern sowie
für Mehrsensorenkameras verwendet werden, bei denen jeder
Sensor Licht einer anderen Farbe empfängt.
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Die
Bildverarbeitungsschaltung 24 wandelt die elektrischen
Signale, die von den Elementen des Sensors 22 ausgegeben
werden, in Video- oder digitale Abgabe-Stehbilder um. Der Einfachheit
halber zeigt 1 nur bestimmte Funktionskomponenten
der Schaltung 24, die direkt die Farbkorrektion betreffen.
Weitere Funktionskomponenten der Bildverarbeitungsschaltung, die
für die vollständige Funktionalität der
Kamera benötigt werden, dürften Fachleuten bekannt
sein und liegen außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden
Erfindung. Die Schaltung 24 ist zwar in 1 als
Teil der Kamera 20 dargestellt, aber einige oder alle Funktionen dieser
Schaltung können alternativ auch von Komponenten außerhalb
des Gehäuses der Kamera ausgeführt werden. Die
Funktionen der Schaltung 24 können in dedizierten
Hardware-Schaltungen, wie etwa einer oder mehreren integrierten
Kundenwunsch- oder Halbkundenwunsch-Schaltungsanordnungen, implementiert
werden. Alternativ können einige oder alle Funktionen,
die in 1 gezeigt sind, als Software in einem Mikroprozessor
oder einer anderen programmierbaren Verarbeitungsvorrichtung implementiert
werden. Die Software kann auf den Mikroprozessor oder die andere
Vorrichtung in elektronischer Form, beispielsweise über
ein Netzwerk, heruntergeladen werden, oder sie kann alternativ auf
realen Medien, wie etwa optischen, magnetischen oder elektronischen
Speichermedien, bereitgestellt werden.
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Die
Schaltung 24 weist normalerweise einen Weißabgleichblock 26 auf,
der die relativen Verstärkungen einstellt, die entsprechend
für die Signale von dem roten, grünen und blauen
Sensor-Element verwendet werden. Wie auf dem Fachgebiet bekannt
ist, können die Verstärkungskoeffizienten dadurch
eingestellt werden, dass die Kamera 20 so ausgerichtet
wird, dass sie eine weiße Fläche abbildet, die
Empfindlichkeiten der Sensor-Elemente gemessen werden und dann die
Verstärkungskoeffizienten so eingestellt werden, dass die verstärkungseingestellten
Empfindlichkeiten zu einem weißen Abgabebild führen.
Der Weißabgleich (auch als Grauabgleich oder Farbabgleich
bezeichnet) ist eine Art Farbkorrektion, aber er funktioniert einfach
durch Verwenden einer linearen Skalierung jeweils für die
Rot-, Grün- und Blaukomponente des Bilds. Der Weißabgleichblock 26 stellt
somit ein Eingangsbild mit Eingangsfarben bereit, in dem zwar die
Grundfarben abgeglichen worden sind, aber immer noch Farbverzerrungen
vorhanden sind.
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Ein
Farbraumwandler 28 wandelt die weißabgeglichenen
Rot-, Grün- und Blauwerte in Leuchtdichte(Y)- und Chrominanz(Cb,
Cr)-Koordinaten um. Hierzu kann jede geeignete Transformation verwendet
werden, wie etwa die Transformationen, die von dem Standard ITU-R
BT.601 der International Telecommunications Union (vormals CCIR
601) definiert werden, dessen Inhalt hiermit im Rahmen dieser Anmeldung
vollumfänglich als geoffenbart gilt. Ein Farbkorrektionsblock 30 modifiziert
die Farben durch Verwenden einer nichtlinearen Einstellung für
die Cb- und Cr-Werte jedes Pixels in Abhängigkeit von dem
Farbton und der Sättigung der Farbe, um korrigierte Abgabefarben
zu erhalten. Der Farbton wird als Phase in der Cb-Cr-Ebene definiert, die
durch den arktan (Cr/Cb) angegeben wird, während die Sättigung
als Größe √Cb² + Cr² definiert
wird. Somit wird für die Farbkorrektion jedes Paar von
(Cb, Cr)-Werten als Vektor mit einer Größe, die durch
die Sättigung angegeben wird, und mit einer Phase verarbeitet,
die durch den Farbton angegeben wird.
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2 ist
ein Diagramm, das die Verwendung von Farbton- und Sättigungskorrektionen
mit dem Farbkorrektionsblock
30 in der Cb-Cr-Farbebene
nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der Ebene sind sechs Referenzpunkte
40 markiert, die
den gemessenen (Cb, Cr)-Werten für sechs Standardfarben
entsprechen: Rot (R), Grün (G), Blau (B), Cyan (C), Magenta
(M) und Gelb (Y). Diese Referenzpunkte können Farben in
einer Eichtafel entsprechen, die beim Eichen der Farbkorrektion
der Kamera
20 verwendet wird, wie nachstehend beschrieben
wird. Beispielsweise enthält die Macbeth ColorChecker Chart
(hergestellt von der GretagMacbeth AG, Regensdorf, Schweiz) diese
sechs Standardfarben. Aufgrund von empirischen Messungen haben die
Erfinder herausgefunden, dass die Standardfarben auf der Macbeth-Eichtafel
den folgenden Farbton-(Phasen-) und Sättigungs-(Größen-)Werten
entsprechen: Tabelle I: Standardfarben-Phasen- und
-Sättigungswerte
| Farbe | Vorgegebene
Phase (Radianten) | Vorgegebene
Sättigung |
| Blau | –0,096940 | 11,322135 |
| Grün | –2,446040 | 10,180191 |
| Rot | 1,852424 | 12,681650 |
| Gelb | 2,821961 | 27,957691 |
| Magenta | 1,159367 | 12,914640 |
| Cyan | –0,763598 | 12,138794 |
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Die
vorgenannten Werte werden in dem Eichverfahren verwendet, das nachstehend
beschrieben wird. Fachleute können aber auch der Meinung
sein, dass andere Farbeichziele und andere Farbton- und Sättigungsstandardwerte
für andere Anwendungen besser geeignet sind.
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Wie
nachstehend näher beschrieben wird, wird die Kamera 20 dadurch
geeicht, dass sie Bilder von Zielen mit den sechs Standardfarben
auf der Eichtafel aufnimmt und Phasen- und Sättigungswerte,
die durch die Punkte 40 angegeben sind, aufgrund des Kamera-Ausgangssignals
berechnet. Diese Ergebnisse werden dann mit den Standardwerten in
Tabelle I verglichen. Für jede Standardfarbe wird ein Korrektionsvektor 41 berechnet.
Der Vektor gibt die Korrektionen Δp und Δs an,
die für die tatsächlichen Phasen- und Sättigungswerte verwendet
werden müssen, die von dem Bildsensor erzeugt werden, wie
durch die Punkte 40 angegeben, sodass die Farbe in dem
Kamera-Ausgangssignal mit einem Referenzpunkt 42 übereinstimmt,
der den Phasen- und Sättigungs-Standardwerten für
die in Frage kommende Farbe entspricht.
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(Der
Einfachheit halber sind in 2 nur die
rote und die gelbe Korrektion dargestellt.) Aus praktischen Gründen
und der Einfachheit halber werden die Korrektionsparameter wie folgt
definiert: Phasenverschiebung Δp = PRef – PSensor Sättigungsverstärkung Δs
= SRef/SSensor, worin
P und S die Phase bzw. die Sättigung für jeden
Referenzpunkt und den von dem Sensor gemessenen tatsächlichen
Punkt darstellen. Alternativ können andere mathematische
Darstellungen für die Korrektionen verwendet werden.
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Bei
Betrieb der Kamera benötigt der Farbkorrektionsblock 30 die
Phasen- und Sättigungswerte für jedes Pixel aufgrund
der eingegebenen (Cb, Cr)-Werte und ermittelt dann die beiden nächstgelegenen
Referenzfarben. Bei der Anordnung der Standardfarben in der in 2 gezeigten
Ebene kann die Phase allein zum Ermitteln der nächstgelegenen
Referenzfarben verwendet werden, ohne auf die Sättigung
zurückzugreifen. Beispielsweise identifiziert bei einem
orangefarbenen Pixel, das durch einen Punkt 44 in der Farb-Ebene
dargestellt ist, der Farbkorrektionsblock 30 Rot und Gelb
als die beiden nächstgelegenen Referenzfarben. Der Block 30 legt
dann die für dieses Pixel zu verwendenden Phasen- und Sättigungskorrektionen Δp'
und Δs' durch lineare Interpolation zwischen den entsprechenden
Korrektionen fest, die für Rot und Gelb in der Eichphase
registriert werden. Die Interpolationsgewichte hängen von
den entsprechenden Phasendifferenzen zwischen den Referenzfarben
und dem Punkt 44 ab.
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Als
Ergebnis dieser Interpolation berechnet der Farbkorrektionsblock 30 einen
Korrektionsvektor 46, den er für die eingegebenen
Phasen- und Sättigungswerte des Punkts 44 verwendet,
um einen entsprechenden korrigierten Ausgangspunkt 48 zu
erzeugen.
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3 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine detaillierte Implementierung des vorstehend
beschriebenen Verfahrens zur nichtlinearen Farbkorrektion nach einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch
darstellt. Wie vorstehend dargelegt, umfasst das Verfahren eine
Eichphase 50, an die sich eine Korrektionsphase 52 anschließt.
Während der Eichphase wird die Kamera 20 so betrieben,
dass sie Bilder von bekannten Referenzfarben, wie etwa denen, die
vorstehend in Tabelle I angegeben sind, in einem Referenz-Aufnahme-Schritt 54 aufnimmt.
Aufgrund des Kamera-Ausgangssignals werden die Phasen- und Sättigungswerte der
Pixel in den Bildern der Referenzfarben mit den bekannten Standardwerten
verglichen, um entsprechende Phasenverschiebungs- und Sättigungsverstärkungswerte
für jede Farbe in einem Korrektionsermittlungsschritt 56 zu
ermitteln.
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Diese
Korrektionswerte werden beim Erstellen von Korrektionstabellen in
einem Tabellarische-Aufstellungs-Schritt 58 zur nachfolgenden
Verwendung in der Korrektionsphase 52 verwendet. Nimmt
man sechs Referenzfarben an, wie vorstehend dargelegt, so hält
die Grundkor rektionstabelle (die als corrTbl bezeichnet wird) 2 × 6
Byte und enthält die Werte von Δp und Δs
für jede der Referenzfarben. Die Größe
dieser Tabelle und anderer Korrektionstabellen, die nachstehend
beschrieben werden, wird jedoch nur beispielhaft angegeben, und
das Verfahren von 3 kann in Abhängigkeit
von den Anwendungsanforderungen und -einschränkungen unter
Verwendung anderer, größerer oder kleinerer Tabellen
implementiert werden. Die Grundkorrektionstabelle wird normalerweise
im Speicher der Kamera 20 zur Verwendung durch den Farbkorrektionsblock 30 beim
Festlegen von Korrektionen für andere Farben durch Interpolation
gespeichert.
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Zusätzlich
zu der Grundkorrektionstabelle können vorher mehrere zugehörige
Tabellen erstellt werden, um die Rechenlast zu verringern und die
Geschwindigkeit des Festlegens von Phasen- und Sättigungskorrektionen
in der Korrektionsphase zu erhöhen. Eine interpolierte
Korrektionstabelle mit der Bezeichnung ccInterpTbl, die von dem
Farbkorrektionsblock
30 verwendet wird, enthält
vorkalkulierte Werte der interpolierten Phasen- und Sättigungskorrektionsparameter
für alle Phasen (innerhalb einer vorgegebenen Auflösung) in
dem Bereich 2π der (Cb, Cr)-Ebene. Die Korrektionswerte
werden aufgrund der Werte in der corrTbl vorher berechnet, sodass
keine eigentliche Interpolationsberechnung in Echtzeit erforderlich
ist. Für jede Phase p werden die Korrektionsparameter Δp(p)
und Δs(p) durch lineare Interpolation entsprechend den
folgenden Phasenabständen vorkalkuliert:
worin
p_a und p_b die Phasen der Standardfarben sind, die p am nächsten
sind (einmal im Uhrzeigersinn und das andere Mal gegen den Uhrzeigersinn).
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Um
die Korrektionsberechnung noch weiter zu vereinfachen, können
die Einträge in ccInterpTbl als Paar von Acht-Bit-Zahlen
gespeichert werden, die für jede Phase p die Werte
cos(Δp(p))·Δs(p) und
sin(Δp(p))·Δs(p) darstellen. Der
Farbkorrektionsblock
30 kann dann die neuen Cb- und Cr-Werte
für jedes Pixel in der Korrektionsphase
52 unter
Verwendung der folgenden Multiplikations- und Additionsoperationen
berechnen:
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Die
Werte in ccInterpTbl werden für eine begrenzte Anzahl von
Winkelwerten, wie etwa 408 möglichen Phasenwerten, die über
alle vier Quadranten der (Cb, Cr)-Ebene verteilt sind, d. h. 102
Werte je Quadrant, nach den Gleichungen (1) und (2) berechnet und
gespeichert. (Diese bestimmte Anzahl von Phasen, die für jeden
Quadranten verwendet wird, ist das Ergebnis des Multiplizierens
der Phasenwerte (in rad) mit 64 und des anschließenden
Rundens auf Ganzzahlen. Die Erfinder haben herausgefunden, dass
das zu befriedigenden Farbkorrektionsergebnissen führt,
ohne die Speicherressourcen der Kamera 20 übermäßig
zu belasten. Alternativ könnte in Abhängigkeit
von den Anwendungsanforderungen auch eine höhere oder niedrigere
Auflösung verwendet werden.) Während der Korrektionsphase
ermittelt der Farbkorrektionsblock 30 den Phasenwert für
jedes Pixel und verwendet dann diesen Wert als Index zum Nachschlagen
der entsprechenden Korrektionswerte.
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Um
das Nachschlagen der Korrektionswerte in ccInterpTbl zu vereinfachen,
kann der Phasenwert für jedes mögliche Paar von
Werten (Cb, Cr) auch vorher berechnet werden und in einer Tabelle
mit der Bezeichnung phaseSelectTbl gespeichert werden. Alternativ
kann phaseSelectTbl Indexwerte enthalten, die zum Hinweisen auf
die entsprechenden Einträge in ccInterpTbl und auf die
tatsächlichen Phasenwerte in einer anderen Tabelle mit
der Bezeichnung phaseTbl verwendet werden. Diese letztgenannte Tabelle
ist zum Berechnen der Einträge in ccInterpTbl zweckmäßig,
aber sie wird in der Korrektionsphase 52 bei dem hier beschriebenen
Implementierungsschema nicht benötigt und braucht daher
nicht in der Kamera gespeichert zu werden.
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Die
Phasenwerte für jedes Paar (Cb, Cr) sind durch den Arkustangens
(Cr/Cb) gegeben, wie vorstehend dargelegt. Wegen der Symmetrie der
Arkustangens-Funktion reicht es aus, dass phaseSelectTbl die Phasenwerte
(oder entsprechenden Indices) für die Werte (Cb, Cr) in
dem ersten Quadranten (Q1) hält, der durch die Absolutwerte
von Cb und Cr indexiert wird. Die Phasenwerte für die übrigen
Quadranten können aus dem Erster-Quadrant-Wert phaseSet_Q1
unter Verwendung der folgenden Formeln ermittelt werden: phaseSet_Q2 = –phaseSet_Q1 + π
phaseSet_Q3
= phaseSet_Q1 – π
phaseSet_Q4 = –phaseSet_Q1 (3)
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Unter
Berücksichtigung der Winkelauflösung und der Indexierung
von ccInterpTbl sollten die Phasenwerte, die in den Berechnungen
und beim Nachschlagen verwendet werden, auf diese 102 Werte je Quadrant als
ccInterpTbl skaliert werden. Hierzu können die tatsächlichen
Phasenwerte Q1 (von 0 bis π/2 rad) mit 64 multipliziert
werden und dann auf Ganzzahlen von 0 bis 101 gerundet werden.
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Zum
schnellen, effizienten Nachschlagen unter Reduzierung des Speicherbedarfs
können die Absolutwerte |Cb| und |Cr| auf ganzzahlige Sechs-Bit-Indices
zum Nachschlagen in phaseSelectTbl skaliert werden, die dadurch
64 × 64 Byte hält. Jeder Eintrag in phaseSelectTbl
enthält einen Wert, der die Erster-Quadrant-Phase angibt,
die durch
gegeben ist, der wiederum
zusammen mit dem Quadrantenwert,
der von den Vorzeichen von
Cb und Cr bestimmt wird, als Index für einen der 408 Zwei-Byte-Einträge
in ccInterpTbl dient. Nach dem Berechnen der Werte für
die Einträge in ccInterpTbl nach den Gleichungen (1) und (2)
kann diese Tabelle zusammen mit phaseSelectTbl im Speicher der Kamera
20 gespeichert
werden.
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Kehren
wir nun zu 3 zurück. Nachdem im
Schritt 58 die Korrektionstabellen erstellt worden sind, ist
die Kamera 20 bereit, die Korrektionsphase 52 beim
Abbilden von realen Objekten zu verwenden. Die Korrektion kann für
alle Pixel in jedem Bild, das von der Kamera in einem Bildaufnahmeschritt 60 aufgenommen wird,
oder nur für bestimmte Bilder und/oder bestimmte Pixel
verwendet werden. Nach dem Weißabgleich berechnet der Farbraumwandler 28 Cb-
und Cr-Werte für jedes Pixel. Der Farbkorrektionsblock 30 wandelt
dann in einem Berechnungsschritt 62 die Cb- und Cr-Werte
in Phasen- und Sättigungswerte um. Hierzu wird der Quadrant
der Phase von den entsprechenden Vorzeichen der Cb- und Cr-Werte
unter Verwendung der vorgenannten Formeln (3) definiert. Die Absolutwerte
von Cb und Cr dienen zum Nachschlagen der Phase (oder des Phasenindex)
in phaseSelectTbl, wie vorstehend dargelegt. Vor dem Nachschlagen
in phaseSelectTbl werden |Cb| und |Cr| auf die Auflösung
in der Tabelle (in diesem Fall sechs Bit) skaliert, d. h., die Binärwerte
von |Cb| und |Cr| werden so verschoben, dass der größere
der beiden Werte zwischen den Binärwerten 100000 und 111111
liegt.
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Für
jedes Pixel verwendet der Farbkorrektionsblock 30 in einem
Nachschlageschritt 64 den Phasenindex aus phaseSelectTbl
und den Phasenquadranten zum Nachschlagen der verwendbaren Korrektionsfaktoren
in ccInterpTbl. Diese Korrektionsfaktoren werden für die
tatsächlichen Cb- und Cr-Werte verwendet, um in einem Korrektionsschritt 66 neue,
korrigierte Werte unter Verwendung von Gleichung (2) zu berechnen.
Der Farbkorrektionsblock gibt die korrigierten Cb- und Cr-Werte
aus oder kann alternativ diesen korrigierten Chrominanzwert mit
der Leuchtdichte Y neu kombinieren, um korrigierte R-, G- und B-Werte
zu erzeugen.
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Das
folgende Beispiel, das im Wesentlichen den in
2 gezeigten
Korrektionen entspricht, zeigt die Funktionsweise des Verfahrens
von
3. Es wird unterstellt, dass in dem Korrektionsermittlungsschritt
56 die folgenden
Korrektionsparameter für die rote (R) und gelbe (Y) Referenzfarbe
erzeugt worden sind, die in corrTbl gespeichert werden: Tabelle II: Beispielhafte Korrektionstabelle
| Farbe | Farbphase
p (rad) | Δp
(Grad) | Δs |
| Rot | 1,852424 | –5 | 1,5 |
| Gelb | 2,821961 | +3 | 0,9 |
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Die
Umwandlung eines gegebenen orangefarbenen Pixels von RGB in YCbCr
ergibt die (Y,Cb,Cr)-Koordinaten (126, –22, 34). Die Chrominanz-Koordinaten
liegen in dem Phasenquadranten Q2 (der von den Vorzeichen von Cb
und Cr definiert wird). Die Absolutwerte von (Cb, Cr) ergeben (22,
34), was keine neue Skalierung vor dem Nachschlagen in phaseSelectTbl
erfordert. Der tatsächliche Phasenwert nach dem Runden auf
einen der verfügbaren 408 Werte, die der ccInterpTbl entsprechen,
ist 2,5635 rad.
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Die
Phasenwerte und Korrektionsparameter in Tabelle II ergeben die folgenden
Korrektionsfaktoren für den Punkt (Cb, Cr) = (–22,
34):
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Die
Werte, die im Schritt 58 in ccInterpTbl gespeichert werden,
sind dann: cos(Δp(p))·Δs(p)
= 1.0599 sin(Δp(p))·Δs(p)
= 0.016
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Unter
Verwendung von (Cb, Cr) = (–22, 34) schlägt im
Schritt
64 der Farbkorrektionsblock
30 diese Werte
nach und berechnet dann im Schritt
66 die folgenden Ausgangswerte
für Cb und Cr:
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Die
vorstehend vorgestellten Beispiele betreffen zwar der Klarheit halber
einen sehr speziellen Satz von Referenzfarben und Korrektionsparametern,
aber die vorstehend dargelegten Grundsätze der nichtlinearen
Farbkorrektion können unter Verwendung anderer Farbraummodelle
und anderer Definitionen der Korrektionsparameter in ähnlicher
Weise angewendet werden. Es ist somit wohlverstanden, dass die vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft angeführt
worden sind und dass die vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt
ist, was vorstehend speziell dargestellt und beschrieben worden
ist. Vielmehr umfasst der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen vorstehend
beschriebenen Merkmale sowie deren Abwandlungen und Modifikationen,
die Fachleute beim Lesen der vorstehenden Beschreibung erkennen
durften und die nicht im Stand der Technik beschrieben sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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