DE2447440B2

DE2447440B2 - Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität eines Bildes einer Bildaufnahmeeinrichtung

Info

Publication number: DE2447440B2
Application number: DE2447440A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7501 Blankenloh Ossenberg; Guenther Dipl.-Phys. 7501 Karlsbad Wedlich; Georg Dr. 7400 Tuebingen Zimmermann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1974-10-04
Publication date: 1978-08-24
Also published as: DE2447440A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Weiterverarbeitung von natürlichen und photographischen Bildern, insbesondere bei der elektronischen Bildaufnahme, -verarbeitung, -übertragung und -wiedergabe. Ein solches Verfahren ist z. B. aus DE-AS 12 68 182 oder auch aus der US-PS 26 91 696 bekannt. Diese Verfahren beziehen sich auf die sogenannte »Unscharfmaskierung«, die seit vielen Jahren aus der Photographie bekannt ist. Die dort beschriebenen Verfahren lassen sich ausschließlich auf transparente Bildvorlager anwenden. Sie verwenden neben einem scharfen Bildauszug einen unscharfen Bildauszug, der in einer vom Anwendungsfall (Faksimile-Verfahren) hier bestimmten Art und Weise den scharfen Bildauszug beeinflußt und das sogar mit einer teilweisen nichtlinearen Charakteristik, wobei die Nichtlincarität nur zur Verhinderung störender Artefakte (Lichthof) vorgesehen ist. Das gesamte Verfahren dient einer Detailkontrasterhöhung.

Die bekannten Verfahren arbeiten nach dem Prinzip einer ortsunabhängigen Adaption, insofern als bei der hier angewandten Belichtungsautomatik die mittlere Helligkeit über die gesamte Bildszene gemessen wird und damit jeder abgetastete Bildpunkt an die gleiche mittlere Helligkeit angepaßt wird. Bei großen Helligkeitsschwankungen in einer Bildszene wird deshalb das Aufnahme- und Wiedergabesystem in gewissen Bildteilen entweder übersteuert und in anderen Bildteilen nicht ausreichend ausgesteuert, was bei der Bildauswertung zu gravierenden Fehlern führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es durch örtliche Beleuchtungsschwankungen hervorgerufene ungleichmäßig ausgeleuchtete Bilder zu korrigieren und gleichzeitig die für eine Bildanalyse und quantitativen Bildauswertung wichtigen Details und geringen Helligkeitsstufen dort sichtbar zu machen und hervorzuheben, wo der beschränkte Dynamikbereich der Bildaufnahmeeinrichtungen dies nicht zuläßt Erfindungsgemäß geschieht dies mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die hier vorgestellte technische Lösung vermeidet die mit dem bisherigen Stand der Technik auf diesem Gebiet verbundenen Nachteile, indem sie davon ausgeht, daß die Bildentstehung überwiegend einem multiplikativen Prozeß unterliegt, d. h., man behandelt das Bild als Produkt aus einer Beleuchtungsfunktion I(x,y) und einer reflektierenden Funktion r(x,y). Die Helligkeitsverteilung H(x,y) einer beleuchteten Bildszene ergibt sich dann zu

H(x,y)=r(x,y)I(x,y).

Da die Beleuchtungskomponente nicht unabhängig vom Ort, also keine Konstante ist, werden durch sie in der Praxis meist große Helligkeitsschwankungen verursacht, die dann bei den in ihrem Dynamikbereich begrenzten Bildaufnahmeeinrichtungen zu einer Bildverschlechterung führen. Die Tatsache, daß die Raumfrequenzen des Beleuchtungsterms im allgemeinen wesentlich niedriger sind als die des reflektierten Terms, erlaubt es durch optische Tiefpaßfilterung ein Signal zu gewinnen, das der Beleuchtungsfunktion annähernd entspricht. Mit diesem Adaptionssignal wird nun die Bildaufnahmeeinrichtung in einer Weise gesteuert, die zu einer wesentlichen Bildverbesserung führt. Die Einzelheiten werden an einem Beispiel erläutert, das aus einem Aufbau mit zwei handelsüblichen Fernsehkamerasystemen besteht; die grundsätzliche Anordnung ist in

so A b b. 1 dargestellt. Die beiden Fernsehkameras 1,2 sind durch ein optisches Hilfsmittel, einem Strahlenteilungswürfel 3 auf den gleichen Bildausschnitt 4 ausgerichtet, so daß die von den Fernsehkameras 1, 2 erzeugten zellenförmigen Abtastraster annähernd deckungsgleich sind.

Gleichzeitig sorgen gemeinsame Synchronimpulse dafür, daß die beiden Abtastvorgänge zeitlich identisch ablaufen. Die Optik der Fernsehkamera 2 ist so eingestellt, daß sie im Gegensatz zur Optik der

β" Fernsehkamera 1 eine unscharfe Abbildung der vorliegenden Bildszene 6 auf die photoempfindliche Schicht 7 (Signalplatte) ihrer Aufnahmeröhre verursacht (siehe Abb.2). Bei Abtastung des Bildpunktes 1"'(Xo-, y_O"J auf der Signalplatte 7 der Fernsehkamera 2 entspricht der Spannungswert des Videosignals nicht mehr dem an dieser Stelle im Originalbild 8 vorherrschenden Helligkeitswert H(xo,y_o), sondern einem Mittelwert H(X^y₀), zu dem alle Helligkeitswerte H(x, y)

einen Beitrag leisten, die innerhalb eines Bereiches liegen, der die Ausdehnung des Unschärfekreises 9 hat, der sich bei einer äquivalenten Unscharfabbildung eines einzelnen Punktes ergeben würde. Durch die Unscharfabbildung der Fernsehkameraoptik wird ein Bereich in der Bildszene festgelegt, für den die Fernsehkamera 2 die mittlere Helligkeit H(X₀, y_o) mißt, dis ein Maß für die Beleuchtungsfunktion I(x, y) an der Stelle (x_a yö) darstellt, welche in dem Helligkeitswert H(x_a yo) änthalten ist, der gleichzeitig von der scharf abbildenden Fernsehkamera 1 beim Abtasten ihrer Signalplatte 10 ermittelt wird. Wie aus Abb. 1 hervorgeht, erfolgt die Steuerung der scharf abbildenden Fernsehkamera 1 durch das Videosignal (Adaptionssignal) der unscharf abbildenden Fernsehkamera 2, indem das Videosignal der Fernsehkamera 1 durch das Adaptionssignal dividiert wird.

Statt das Videosignal der Fernsehkamera 1 mit dem Reziprokwert des Adaptionssignals zu steuern, ist auch eine direkte Steuerung der in die Fernsehkamera 1 einfallenden optischen Helligkeit durchführbar, indem ein schneller, elektrisch steuerbarer Lichtmodulator benutzt wird. In diesem Fall brauchte das nachfolgende Bildwandlerelement nur einen eingeengten Dynamikbereich verarbeiten.

Weiterhin kann die Steuerung auch direkt am Bildwandlerelement der Fernsehkamera 1 einsetzen, indem abhängig vom Adaptionssignal der Fernsehkamera 2 gemeinsam die Stärke des Abtaststrahles und die Größe des Abschlußwiderstandes an der Signalplatte geändert wird. Diese Verfahrensweise entspricht einer örtlichen Empfindlichkeitssteuerung der lichtempfindlichen Signalplatte der Aufnahmeröhre einer Fernsehkamera. Dadurch werden Fehlerquellen vermieden, die bei einer nachgeschalteten Steuerelektronik auftreten können.

Statt das Adaptionssignal durch Mittelwertbildung über einen örtlich festgelegten Bereich zu gewinnen, kann man dazu übergehen, nur eine Fernsehkamera einzusetzen und durch zeitliche Tiefpaßfilterung des Videosignals ein Adaptionssignal zu erhalten, das zur Steuerung herangezogen wird. Mit einer Laufzeitkette wird das ungefilterte Signal verzögert, um die Phasenverschiebung durch die Tiefpaßfilterung auszugleichen. Die zeilenweise Abtastung durch die Fernsehkamera führt dazu, daß ein vertikaler Beleuchtungssprung kein Einschwingverhalten zeigt, sondern vollkommen beseitigt wird im Gegensatz zu einem durch örtliche Mittelung gewonnenen Adaptionssignal.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität eines Bildes einer Bildaufnahmeeinrichtung, das bei großen Helligkeitsschwankungen innerhalb der Bildszene in einigen Bildteilen übersteuert bzw. nicht ausreichend ausgesteuert ist, wobei zur Erzeugung eines korrigierten Videosignals durch eine Bildaufnahmeeinrichtung, z. B. eine Fernsehkamera, eine zweite synchron arbeitende Bildaufnahmeeinrichtung auf dieselbe Bildszene ausgerichtet ist, mit deren Hilfe über eine unscharf eingestellte Optik ein zweidimensionales tiefpaßgefiltertes Adaptionssignal erzeugt wird, mit dem der Bildaufnahmevorgang bzw. Abtastvorgang der Fernsehkamera gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die großen Helligkeitsschwankungen, hervorgerufen durch eine örtlich ungleichmäßige Beleuchtung aus dem Bild in der Weise eliminiert werden, daß das beim Bildaufnahmevorgang bzw. Abtastvorgang erzeugte Videosignal durch das Adaptionssignal dividiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Dividierers ein zum Videosignal der unscharf abbildenden Fernsehkamera reziprokes Signal gebildet wird, das einen Lichtmodulator innerhalb der Optik der zweiten Fernsehkamera steuert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal der unscharf abbildenden Fernsehkamera den Vorgang der Bildwandlung in der Aufnahmeröhre der zweiten Kamera in der Weise steuert, daß gemeinsam die Stärke des Abtaststrahl und die Größe des Abschlußwiderstandes an der Signalplatte entsprechend dem Adaptionssignal geändert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der unscharf abbildenden Fernsehkamera von der scharf abbildenden Fernsehkamera übernommen wird, indem durch zeitliche Tiefpaßfilterung ihres Videosignals ein für ihre Steuerung benötigtes Adaptionssignal gewonnen wird.