DE19842572A1 - Verfahren zur automatischen Entfernung von Bildfehlern - Google Patents
Verfahren zur automatischen Entfernung von BildfehlernInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur automatischen Entfernung von Bildfehlern in digitalen Bilddaten angegeben, die z. B. durch Kratzer, Haare usw. entstanden sind. Dazu wird mittels eines Konturfilters eine Konturmaske erzeugt und zusätzlich eine Farbmaske erzeugt, die die Bildbereiche mit der typischen Farbe eines Bildfehlers erfaßt. Durch Verknüpfung der Konturmaske und der Farbmaske entsteht eine Fehlermaske, die noch automatisch korrigiert und gegebenenfalls manuell editiert wird. Die verbleibenden Konturen der Fehlermaske werden vektorisiert. Dann wird entlang der vektorisierten Konturen eine automatische Verlaufsretusche ausgeführt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Reproduktions
technik und betrifft ein Verfahren zur automatischen Entfernung von Fehlerstel
len in einem digital gespeicherten Bild.
In der Reproduktionstechnik werden Druckvorlagen für Druckseiten erzeugt, die
alle zu druckenden Seitenelemente wie Texte, Grafiken und Bilder enthalten. Im
Fall der elektronischen Herstellung der Druckvorlagen liegen diese Elemente in
Form von digitalen Daten vor. Für ein Bild werden die Daten z. B. erzeugt, indem
die Bildvorlage in einem Scanner punkt- und zeilenweise abgetastet wird, jeder
Bildpunkt in Farbkomponenten zerlegt wird und die Farbwerte dieser Kompo
nenten digitalisiert werden. Je nach dem später verwendeten Ausgabeprozeß,
z. B. Ausgabe auf einem Farbdrucker oder Drucken in einer konventionellen
Druckmaschine, werden die Daten für die Seitenelemente in den Farbkompo
nenten Rot, Grün und Blau (RGB) oder in den Druckfarben des Vierfarbdrucks
Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz (CMYK) erzeugt und gespeichert.
Im weiteren Arbeitsablauf werden die digitalisierten Bilder zusammen mit den
Texten und Grafiken an einem Computer Arbeitsplatz unter Sichtkontrolle auf
einem Farbmonitor oder automatisch nach gespeicherten Layoutvorgaben elek
tronisch montiert. Die fertige Druckseite wird dabei in ein für die Ausgabe ge
eignetes Datenformat umgewandelt und gespeichert. Die Druckseitendaten für
jede der Druckfarben (RGB bzw. CMYK) werden als Farbauszugdaten bezeich
net. Mit den Farbauszugdaten werden Druckplatten für eine konventionelle
Druckmaschine hergestellt oder sie werden direkt zu einem Farbdrucker oder zu
einer digitalen Druckmaschine übertragen und dort ausgedruckt.
Es kommt vor, daß die Bilddaten der gescannten Bilder fehlerhafte Stellen auf
weisen, wie z. B. Kratzer in der Originalvorlage oder Fehlerstellen, die durch
Haare, Fasern usw. entstehen, die der Bildvorlage während des Scanvorgangs
anhaften. Solche Fehler müssen bei der Reproduktion korrigiert werden, bevor
die Bilder gedruckt werden können. Dazu werden nach dem Stand der Technik
verschiedene elektronische Retuscheverfahren eingesetzt.
Ein bekanntes Retuscheverfahren ist die kopierende Retusche, wie sie in der
Europäischen Patentschrift 01 11 026 beschrieben ist. Sie wird genutzt, um
Informationen eines Bildbereichs auf einen anderen Bildbereich Bildpunkt für
Bildpunkt zu übertragen. Damit können Fehlerstellen im Bild beseitigt werden,
indem in den beschädigten Bildbereich Bildpunkte aus einem benachbarten
Bildbereich mit ähnlicher Farbe und Struktur kopiert werden. Zur Ausführung der
Retusche bewegt der Bediener an einem Computer Arbeitsplatz, in dem das zu
retuschierende Bild gespeichert ist, mittels einer Computermaus gleichzeitig ei
ne Lesemarke und eine Schreibmarke, die auf dem Bildschirm eingeblendet
sind. Die Lesemarke zeigt auf einen Lesebereich des Bildes, und die Schreib
marke zeigt auf einen Schreibbereich, in dem sich die Fehlerstelle befindet. Da
bei werden in dem gespeicherten Bild laufend die unter der Lesemarke befindli
chen Bildpunkte in die entsprechenden Bildpunkte unter der Schreibmarke
übertragen.
Ein weiteres für die Beseitigung von Fehlerstellen geeignetes Verfahren ist un
ter der Bezeichnung "Verlaufsretusche" bekannt. Dabei werden vom Bediener
ebenfalls zwei im Bildschirm eingeblendete Marken mit der Computermaus be
wegt. Eine Marke befindet sich auf der einen Seite der Fehlerstelle, z. B. eines
Kratzers, und die andere Marke befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite
der Fehlerstelle. Aus dem gespeicherten Bild werden zwei Bildpunkte gelesen,
die an den von den Marken gekennzeichneten Stellen liegen. Für alle Bild
punkte, die auf der Verbindungslinie zwischen den beiden Marken liegen, wer
den aus den Farbauszugswerten der gelesenen Bildpunkte Zwischenwerte in
terpoliert und in die Bildpunkte auf der Verbindungslinie geschrieben. Auf diese
Weise wird die Fehlerstelle mit Farbwerten überdeckt, die an die Farben in der
Nachbarschaft der Fehlerstelle angeglichen sind.
In der europäischen Patentschrift 0 768 621 wird ein teilweise automatisiertes
Verfahren zur Beseitigung von Fehlerstellen beschrieben. Zunächst werden
vom Bediener die Fehlerstellen manuell in einem Maskenspeicher als Bitmap
gekennzeichnet. Dann werden die in der Bitmap gekennzeichneten Bildpunkte
der Fehlerstellen mit einem speziellen Fensteroperator korrigiert. Der Fenster
operator legt unter verschiedenen Winkeln Liniensegmente über jeden Bildpunkt
der Fehlerstelle, wobei die äußeren Enden der Liniensegmente in nicht-defekte
Nachbarbereiche der Fehlerstelle hineinragen. Die Farbwerte der nicht-defekten
Bildpunkte werden entlang jedes Liniensegments mit Farbwerten verglichen, die
aus einem Interpolationsmodell gewonnen wurden. Dann wird das Linienseg
ment ausgewählt, das den geringsten Interpolationsfehler aufweist. Schließlich
wird das defekte Pixel der Fehlerstelle entlang des ausgewählten Linienseg
ments nach dem Interpolationsmodell interpoliert.
In der europäischen Patentschrift 0 614 154 wird vom Bediener über eine Feh
lerstelle eine schmale Begrenzungsmaske gelegt und die Bildpunkte innerhalb
der Maske werden weiß gefärbt. In einer Bearbeitungsfläche um die Begren
zungsmaske herum werden die kontinuierlichen Farbwerte in eine Folge von Bi
närbildern umgewandelt, indem die Farbwerte mit stufenweise wachsenden
Schwellwerten verglichen werden. Der Umriß jedes Binärbilds wird um eine
Randbreite, die der Breite der Begrenzungsmaske entspricht, verkleinert. Dabei
wird die Form der Begrenzungsmaske eliminiert. Danach wird die veränderte
Form jedes Binärbildes wieder um die gleiche Randbreite vergrößert, und die
Folge der Binärbilder wird in ein Bild mit kontinuierlichen Farbwerten zurückge
wandelt. In diesem Bild ist die Fehlerstelle dann eliminiert.
Die nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Entfernung von
Bildfehlern haben den Nachteil, daß ein Bediener zunächst die Lage der Fehler
stellen im Bild suchen und kennzeichnen muß, was sehr zeitaufwendig ist. Au
ßerdem können Fehlerstellen dabei vom Bediener übersehen werden. An
schließend muß der Bediener bei den meisten Verfahren die Fehlerstellen ma
nuell durch interaktive Retusche korrigieren, indem er auf dem Bildschirm ein
geblendete Marken über die Fehlerstellen bewegt. Das erfordert zusätzlichen
Zeitaufwand.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der be
kannten Verfahren zur Entfernung von Bildfehlern in digitalen Bilddaten zu ver
meiden und ein neues verbessertes Verfahren anzugeben, das eine automati
sierte Entfernung der Fehlerstellen ermöglicht. Damit können Fehlerstellen in
einem Bild wesentlich schneller entfernt werden, als es mit den bekannten Ver
fahren möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und der Unteransprü
che 2 bis 6 gelöst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 9 näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm für die erfindungsgemäße Folge der Verarbei
tungsschritte,
Fig. 2 ein Beispiel für ein Bild mit Fehlerstellen,
Fig. 3 ein Beispiel für ein Konturfilter,
Fig. 4 ein Beispiel für eine Konturmaske,
Fig. 5 ein Beispiel für eine Farbmaske,
Fig. 6 ein Beispiel für eine Fehlermaske,
Fig. 7 die Überfüllung einer Kontur,
Fig. 8 das Absparen und Vektorisieren einer Kontur,
und
Fig. 9 die automatische Verlaufsretusche über eine vektorisierte Kontur.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Entfernung von Bildfehlern werden
die Fehlerstellen durch eine Folge von automatisch ablaufenden Schritten ge
funden und beseitigt, wobei der Bediener im wesentlichen nur eine Kontrollfunk
tion hat.
Fig. 1 zeigt die Folge der Schritte als Ablaufdiagramm. Im ersten Schritt (1) wird
eine Konturmaske als Bitmap erzeugt, d. h. als ein Bild mit nur zwei Helligkeits
werten, schwarz und weiß. In der Konturmaske zeigen die schwarzen Bild
punkte an, an welchen Stellen in dem ursprünglichen Bild Konturen vorhanden
sind.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Bild, das zwei Fehlerstellen (8) enthält. Da sich
solche Fehlerstellen in der Regel deutlich vom Hintergrund abheben, werden sie
von der Konturmaske zusammen mit den übrigen Konturen des Bildes erfaßt.
Die Konturmaske wird erzeugt, indem ein digitales Konturfilter auf eine Bild
komponente angewendet wird, die möglichst deutlich die Umrisse des Bildes
wiedergibt. Vorzugsweise wird dazu eine Helligkeitskomponente verwendet, die
z. B. durch die Transformation der Bilddaten in das CIELAB-Farbsystem gewon
nen werden kann (CIE = Commission Internationale d'Éclairage). Eine Hellig
keitskomponente kann aber auch durch eine gewichtete Addition der Farbaus
zugkomponenten (RGB bzw. CMYK) gewonnen werden. Ersatzweise kann
auch eine einzelne Farbkomponente, z. B. die Magenta-Komponente, als Hellig
keitskomponente verwendet werden. Als Konturfilter wird ein Filter mit Hoch
paßcharakteristik verwendet, d. h. ein Filter, das an Konturen einen hohen Aus
gangswert und in detailarmen Bildbereichen einen niedrigen Ausgangswert er
zeugt.
Fig. 3 zeigt als Beispiel ein einfaches digitales Konturfilter (9) mit einem Filter
fenster, das sich über 3 × 3 Pixel erstreckt. Der eingekreiste Punkt P bezeichnet
die Position des aktuellen Pixels. Die Werte hij an jeder Position des Filterfen
sters sind die Filterkoeffizienten. Die Filterung wird durchgeführt, indem der
Punkt P des Filterfensters über jedes Pixel der Helligkeitskomponente gelegt
wird und die unter den jeweiligen Fensterpositionen liegenden Pixelwerte Lij mit
den Koeffizienten hij multipliziert und aufaddiert werden. Der Filterwert F jedes
Pixels ergibt sich also zu:
F = Σ(hij × Lij) (1)
Für die vorliegende Erfindung sind die Form des Filterfensters und die genauen
Werte der Koeffizienten des in Fig. 3 gezeigten Konturfilters nicht wesentlich. Es
können auch Filterfenster mit mehr als 3 × 3 Pixel und mit anderen Werten für
die Koeffizienten verwendet werden. Wichtig ist nur, daß durch die Filterung
vorwiegend die Konturen im Bild hervorgehoben werden.
Aus dem gefilterten Helligkeitsbild wird die Konturmaske als Bitmap gewonnen,
indem die Filterwerte F mit Schwellwerten verglichen werden. Da das Konturfil
ter je nach der Richtung des Helligkeitssprungs an einer Kontur positive und
negative Ausgangswerte erzeugt, ist es zweckmäßig, nur einen oberen
Schwellwert S1 festzulegen, mit dem die Helligkeitssprünge von hell nach dun
kel in der Konturmaske erfaßt werden. Da außerdem die Fehlerstellen sehr
dunkel sind, ist es weiter vorteilhaft, den Schwellwert S1 relativ hoch zu legen,
damit vorwiegend die Fehlerstellen erfaßt werden und weniger die natürlichen
Konturen des Bildes. Dann wird die Bitmap der Konturmaske erzeugt, indem
Filterwerte F, die über dem Schwellwert S1 liegen, in den Binärwert 1 umgesetzt
werden und Filterwerte, die unter dem Schwellwert S1 liegen, in den Binärwert
0.
Bitmap = 1 für F < S1 (2)
Bitmap = 0 für F ≦ S1
Bitmap = 0 für F ≦ S1
Fig. 4 zeigt die so gewonnene Konturmaske für das Beispielbild von Fig. 2. Man
sieht, daß die Konturmaske sowohl einen Teil der natürlichen Bildkonturen als
auch die Konturen der Fehlerstellen (8) enthält.
Im nächsten Verarbeitungsschritt (Schritt 2 in Fig. 1) wird aus dem ursprüngli
chen Bild eine Farbmaske als Bitmap erzeugt, in der dunkle Farben als schwar
ze Punkte gekennzeichnet sind. Dem liegt die Beobachtung zugrunde, daß typi
sche Fehlerstellen im Bild, wie Kratzer und Haare, sehr dunkel sind. Die Farb
maske wird beispielsweise aus der Helligkeitskomponente gewonnen, die schon
der Erzeugung der Konturmaske diente, indem die Bildpunkte der Helligkeits
komponente mit einem Schwellwert verglichen werden. Alternativ kann für jede
Farbauszugskomponente ein separater Schwellwert festgelegt werden. In der
Farbmaske werden dann die Bildpunkte gekennzeichnet, bei denen alle Farb
auszugskomponenten dunkler als der jeweilige Schwellwert sind. Statt mit einer
einfachen Schwellwertentscheidung kann die Farbmaske aber auch mittels ei
nes Verfahrens zur selektiven Farberkennung gewonnen werden. Beispielswei
se werden in der Farbmaske alle Bildpunkte gekennzeichnet, die im RGB-
System, CMYK-System, LAB-System oder einem anderen Farbsystem in einem
kleinen Volumen um eine typische Farbe einer Fehlerstelle herum liegen. Die
Form des Volumens kann z. B. eine Kugel oder ein Ellipsoid sein.
Fig. 5 zeigt die Farbmaske für das Beispielbild von Fig. 2. Hierbei wurde der
Normalfall angenommen, daß die Fehlerstellen im Bild dunkler sind als die Be
reiche um die meisten natürlichen Konturen des Bildes, so daß in der Farbmas
ke die Bereiche um die Fehlerstellen (10) herum enthalten sind und einige we
nige Bereiche um die natürlichen Konturen herum. In diesem Beispiel gibt es ei
nen Bereich (11) im Tennisschläger, der von der Farbmaske zusätzlich erfaßt
wird.
Im nächsten Verarbeitungsschritt (Schritt 3 in Fig. 1) wird eine Fehlermaske er
zeugt, indem die Konturmaske und die Farbmaske durch die logische UND-
Funktion miteinander verknüpft werden. Dadurch werden fast alle natürlichen
Konturen des Bildes, die in der Konturmaske noch enthalten sind, unterdrückt.
Fig. 6 zeigt das Ergebnis, in dem nur noch die Fehlerstellen (8) und einige
Konturen im Tennisschläger (12) enthalten sind.
Im nächsten Verarbeitungsschritt (Schritt 4 in Fig. 1) werden die in der Fehler
maske verbliebenen Bereiche überfüllt. Dazu wird um die Konturen der Fehler
maske ein Rahmen von bestimmter Breite gelegt, die von der Auflösung des
Bildes abhängt. Die Rahmenbreite beträgt vorzugsweise einige Pixel. Während
des Überfüllens wird geprüft, ob der Rahmen andere vorhandene Pixel der
Fehlermaske berührt. Ist das der Fall, werden die sich berührenden Teile der
überfüllten Fehlermaske eliminiert. Der Verarbeitungsschritt (4) hat die Aufgabe,
Bereiche aus der Fehlermaske zu eliminieren, in denen natürliche Konturen in
einem dunklen Teil des Bildes eng beieinander liegen, z. B. ein Bereich, in dem
echte Haare abgebildet sind.
Fig. 7 zeigt schematisch die Überfüllung einer Kontur (13). An einem beliebigen
Anfangspunkt A wird begonnen, z. B. entgegen dem Uhrzeigersinn einen Rah
men (14) definierter Breite um die Kontur (13) herum zu erzeugen. Dazu wird
ein beliebiger der bekannten und in der Fachliteratur beschriebenen Algorith
men zur Rahmenbildung verwendet. Für den erfindungsgemäßen Ablauf der
Verarbeitungsschritte ist der genaue Algorithmus für die Rahmenerzeugung
nicht wesentlich. Wenn der Rahmen an irgendeinem Punkt B die Kontur (13)
berührt, wird die Kontur einschließlich des schon erzeugten Teilrahmens ge
löscht. Wenn der Rahmen eine andere benachbarte Kontur berührt, werden
beide Konturen gelöscht. Nur wenn die Rahmenerzeugung ohne Berührung um
die gesamte Kontur bis zum Anfangspunkt A zurück möglich ist, bleibt die Kon
tur erhalten. In der Fig. 7 sind die Kontur (13) und der Rahmen (14) mit ver
schiedenen Schraffuren gezeichnet worden, damit sie unterscheidbar sind. In
die Bitmap der Fehlermaske werden beide als schwarze Pixel geschrieben.
In dem Beispiel von Fig. 6 wird angenommen, daß mit der Überfüllung und Eli
minierung von sich berührenden Konturen, die restlichen natürlichen Konturen
im Tennisschläger (12) aus der Fehlermaske gelöscht werden können. Als Er
gebnis sind dann nur noch die Konturen der Fehlerstellen (8) in der Fehlermas
ke erhalten.
Zur Kontrolle für den Bediener wird im nächsten Verarbeitungsschritt (Schritt 5
in Fig. 1) die Fehlermaske auf dem Bildschirm dargestellt, z. B. indem sie in ei
ner transparenten Farbe dem Bild überlagert wird. Falls in der Fehlermaske
noch restliche Konturen enthalten sind, die nicht zu Fehlerstellen gehören, kann
sie der Bediener manuell mit einer Pinselretuschefunktion an dieser Stelle der
Verarbeitungsfolge löschen. Ebenso kann der Bediener Fehlerstellen, die mög
licherweise durch die automatische Verarbeitung nicht erkannt worden sind, mit
der Pinselretuschefunktion in der Fehlermaske hinzufügen.
Im nächsten Verarbeitungsschritt (Schritt 6 in Fig. 1) werden die Konturen in der
Fehlermaske abgespart, indem vom äußeren Rand der Konturen solange Pixel
entfernt werden, bis eine Kontur mit der Breite von nur noch einem Pixel übrig
bleibt. Diese abgesparte Kontur wird dann vektorisiert, indem lineare Stücke der
abgesparten Kontur jeweils in einen Vektor umgewandelt werden. Für die Teil
prozesse Absparen und Vektorisieren wird jeweils ein beliebiger von den be
kannten und in der Fachliteratur beschriebenen Algorithmen verwendet. Für den
erfindungsgemäßen Ablauf der Verarbeitungsschritte sind die genauen Algo
rithmen nicht wesentlich.
Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Kontur einer Fehlerstelle (15) aus der Fehlermas
ke, die auf eine Pixelbreite abgesparte Kontur (16) und die vektorisierte Kontur
(17).
Im letzten Verarbeitungsschritt (Schritt 7 in Fig. 1) wird in dem ursprünglichen
Bild entlang der vektorisierten Konturen (17) der Fehlermaske automatisch eine
Verlaufsretusche ausgeführt und so die Fehlerstellen entfernt.
Fig. 9 zeigt die Verlaufsretusche. Für jedes Pixel, das auf der vektorisierten
Kontur (17) liegt, wird ein Liniensegment (18) annähernd senkrecht zu dem je
weiligen Vektor gebildet. Aus dem gespeicherten Bild werden zwei Bildpunkte
gelesen, die an den Enden C und D des Liniensegments (18) liegen. Für alle
Bildpunkte, die auf dem Liniensegment (18) zwischen den beiden Endpunkten C
und D liegen, werden aus den Farbauszugswerten der gelesenen Bildpunkte
korrigierte Farbauszugswerte interpoliert und in die Bildpunkte auf dem Linien
segment geschrieben. Auf diese Weise wird die Fehlerstelle mit Farbwerten
überdeckt, die an die Farben in der Nachbarschaft der Fehlerstelle angeglichen
sind. Die Länge des Liniensegments (18) wird zweckmäßigerweise so gewählt,
daß die Endpunkte C und D außerhalb der typischen Breite von Fehlerstellen,
wie Kratzern und Haaren, liegen.
Claims (6)
1. Verfahren zur automatischen Entfernung von Bildfehlern in digitalen Bild
daten, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) mittels eines Konturfilters eine Konturmaske erzeugt wird,
- b) eine Farbmaske erzeugt wird,
- c) durch logische UND-Verknüpfung der Konturmaske und der Farbmaske eine Fehlermaske erzeugt wird,
- d) Konturen in der Fehlermaske abgespart und vektorisiert werden, und
- e) eine automatische Verlaufsretusche der digitalen Bilddaten über die vektorisierten Konturen der Fehlermaske ausgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konturfilter
auf eine Helligkeitskomponente der digitalen Bilddaten angewendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbmaske
durch den Vergleich der digitalen Bilddaten mit Schwellwerten erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die automati
sche Verlaufsretusche ausgeführt wird, indem für jeden Bildpunkt auf einer
vektorisierten Kontur ein Liniensegment annähernd senkrecht zu dem je
weiligen Vektor erzeugt wird, und für die Bildpunkte, die auf dem Linien
segment liegen, korrigierte Bilddaten aus den Bilddaten der Bildpunkte an
den Enden des Liniensegments interpoliert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fehlermaske automatisch korrigiert wird, indem die Konturen über
füllt (gerahmt) werden und sich dann berührende Konturen eliminiert wer
den.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fehlermaske zusammen mit den Bilddaten auf einem Bildschirm
dargestellt wird und vom Bediener editiert wird.
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