DE2636093C3 - Vorrichtung zur Kontrastverbesserung eines aus punktförmigen Elementen zusammengesetzten Bildes - Google Patents
Vorrichtung zur Kontrastverbesserung eines aus punktförmigen Elementen zusammengesetzten BildesInfo
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Description
60
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrastverbesserung
eines aus punktförmigen Elementen zusammengesetzten Bildes durch Veränderung der von
einer Signalquelie gelieferten Eingangssignale, welche b5
für die Helligkeit der in einem Raster angeordneten Elemente des Bildes charakteristisch sind, in der Weise,
daß die durch die geänderten Signale charakterisierten Helligkeiten der Bildelemente wenigstens in Bereichen
des darzustellenden Bildes mit der gleichen Häufigkeil auftreten.
Der Ausgleich der Häufigkeitsverteilung der Helligkeit der punktförmigen Elemente dargestellter Bilder
(Histogramm-Ausgleich) ist eine besondere Technik zur Verbesserung des Bildkontrastes, bei der festgestellt
wird, mit welcher Häufigkeit die den einzelnen Bildpunkten zugeordneten Helligkeiten in einem Zug
auszugleichender Videosignale auftreten. Da die Informationsmenge von der Häufigkeit des Auftretens jeder
Stufe einer Grauskala abhängt, vermittelt nicht jede Helligkeitsstufe im dargestellten Bild die gleiche
Informationsmenge. Durch die Verwendung einer größeren Anzahl von Graustufen für die Darstellung
von Helligkeitsstufen, die im Bild mit größerer Häufigkeit auftreten und daher mehr Informationen
enthalten, und von weniger Graustufen bei Helligkeiten, die weniger häufig auftreten, kann der Kontrast und
damit der Detailreichtum des dargestellten Bildes bedeutend verbessert werden. Das Ergebnis des
Ausgleichs der Häufigkeitsverteilung besteht darin, daß in dem modifizierten Videosignal jede Graustufe bei
einer gleichen Anzahl von Bildelementen auftritt.
Bisher konnte ein solcher Ausgleich der Häufigkeitsverteilung oder Histogramm-Ausgleich nicht in Realzeit
vorgenommen werden, weil hierfür die Anwendung eines geeigneten Algorithmus in einem Rechner
notwendig war. Es ist dabei bekannt, einen Histogramm-Ausgleich über alle Elemente eines Bildes
vorzunehmen, jedoch werden bei einem solchen Vorgehen gewisse Bereiche des Bildes, wie beispielsweise
sehr dunkle Stellen, nicht ausreichend hervorgehoben, wenn es sich um Stellen mit einer Helligkeit
handelt, die in dem Histogramm nicht häufig vorkommen.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu
schaffen, die in Realzeit arbeitet und auch für eine KontraMvcrbesserung an Stellen des Bildes Sorge trägt,
die keine große Ausdehnung aufweisen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Eingangssignale einer Histogrammspeicher-Einrichtung
zugeführt werden, die aus den Eingangssignalen, die sich nacheinander über verschiedene
Zeilengruppen des Rasters erstreckenden Bereichen des Bildes zugeordnet sind, Histogramme der
Helligkeit der den Bereichen des Bildes zugeordneten Bildelemente erzeugt, daß eine Normierschaltung von
den nacheinander gebildeten Histogrammen Transformationsdaten ableitet und Transformationsspeichern
zuführt und daß zwischen die Signalquelle und die Transformationsspeicher eine Verzögerungseinheit geschaltet
ist, die den Transformationsspeichern Eingangssignale zuführt, die einer ausgewählten Anzahl
von Bildelementen zugeordnet sind, die in den Bereichen liegen, für welche sich Transformationsdaten
in den Transformationsspeichern befinden, und die gemäß den Transformationsdaten modifiziert werden
und dann die geänderten Signale bilden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht durch die Verarbeitung von Daten, die fortlaufend veränderten
Bereichen des Bildes zugeordnet sind, nicht nur eine Realzeit-Verarbeitung, sondern auch eine Verbesserung
des Kontrastes in kleineren Bereichen des Bildes. Hierin liegt ein bedeutender technischer Fortschritt.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere einen Gleitfenster-Histogramm-Ausgleich
eines Fernsehbildes in
Realzeit, bei dem fortlaufend Histogramme für ausgewählte
Bereiche des Fernsehbildes berechnet und die Daten der Histogramme dazu benutzt werden, die
Eingangssignale zu modifizieren, die für im Zentrum oder nahe dem Zentrum gelegene Biloelemente des
Bereiches, für den das Histogramm berechnet wurde, charakteristisch sind. Die Bereiche können sich über
eine bestimmte Anzahl von Bildelementen längs einer bestimmten Anzahl vertikal übereinander angeordneter
Bildzeilen erstrecken. Die Verschiebung des Bereiches oder Fensters erfolgt längs der Zeilen, indem jeweils das
Histogramm für den nächsten Bereich berechnet wird, der gegenüber dem vorhergehenden Bereich längs der
Zeilen um die gleiche Anzahl von Bildelementen verschoben ist, für die in der Mitte des vorhergehenden
Bereiches die Eingangssignale zum Histogramm-Ausgleich modiliziert wurden. Das Verschieben längs der
Zeilen wird fortgesetzt, bis das Ende der Zeilen erreicht ist. Danach wird der zur Bildung des Histogrammes
dienende Bereich um so viel Zeilen nach unten verschoben, wie vertikal übereinanderliegende Bildelemente
modifiziert worden sind. Die neue Stellung definiert einen nächsten horizontalen Abschnitt, indem
eine horizontale Verschiebung des Bereiches stattfindet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt die Histogrammspeicher-Einrichtung
Anordnungen zur Bildung von Teilhistogrammen für Teile der Bereiche, denen die Histogramme zugeordnet sind, und zur Kombination
der Teilhistogramme zu den Histogrammen. Auf diese Weise wird die Bildung der Histogramme und der
Histogramm-Ausgleich mit einer Geschwindigkeit erleichtert, die der Frequenz der Eingangssignale, welche
die Helligkeit der Bildpunkte charakterisieren, entspricht. Beispielsweise kann die Vorrichtung acht
aufeinanderfolgende Teilhistogramme zum Histogramm für den örtlichen Bereich kombinieren. Die
Teilhistogramme werden parallel ausgelesen und bilden Vielfach-Transformationsdaten, die in den Transformationsspeichern
gespeichert werden.
Durch die Erfindung wird demnach eine Vorrichtung geschaffen, die zur Erzeugung eines Bildes mit gutem
Kontrast und guter Detailwiedergabe in allen Teilen des Bildes führt. Die Vorrichtung arbeitet in Realzeit unter
Anwendung einer Datenkompression, durch die die gewünschte Kontrast- und Detailverbesserung in allen
Teilen des darzustellenden Bildes erzielt wird. Dabei ist die erzielte Detailverbesserung von der Verteilung der
Intensitäten aul das Gesamtbild weitgehend unabhängig·
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher
beschrieben und erläutert. Es zeigen
Fig. la, Ib und Ic Histogramme eines vollständigen
Bildes oder Rasters zur Veranschaulichung des Unterschiedes zwischen einer Darstellung mit zur Intensität
des Eingangssignals proportionaler Graustufung und einer Darstellung mit ausgeglichener Häufigkeitsverteilung,
F i g. 2 die schematische Darstellung des Rasters eines Fernsehbildes zur Erläuterung des mittels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung erzeugten Gleitfensters,
F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines Fernsehbildes zur weiteren Erläuterung der
Erfindung,
F i g. 4 das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 5 das Blockschaltbild einer Einzelheit der Vorrichtung nach Fig.«1,
Fig.6 das Blockschaltbild einer weiteren Einzelheit
der Vorrichtung nach F i g. 4,
F i g. 7 bis 11 Diagramme zur Erläuterung der
Funktion der Ausführungsform nach F i g. 4,
Fig. 12 das Blockschaltbild einer weiteren Vorrichtung
nach der Erfindung und
Fig. 13 und 14 Diagramme zur Erläuterung der
Funktion der Vorrichtung nach F i g. 12.
ίο In den Fig. la und Ib ist das Histogramm der Daten
dargestellt, die für die Helligkeit der Punkte eines Bildes charakteristisch sind. Das Histogramm gibt an, wieviel
Bildpunkte jeweils die gleiche Helligkeit oder Intensitätsstufe aufweisen, mit welcher Häufigkeit also die
einzelnen Intensitätsstufen im Bild vorkommen. Das dargestellte Histogramm ist für ein in sechs Bit
quantisiertes Videosignal ermittelt, das 64 Intensitätsstufen ergibt. Demgemäß reicht die Intensität über 64
quantisierte Stufen, wenn das Video-Eingangssignal für jedes Bildelement, das durch die Auflösung des Systems
definiert ist, durch sechs Bit charakterisiert wird. Ein Histogramm der in den Fig. la und Ib gezeigten Art
ergibt sich beispielsweise beim Abtasten eines Bereiches, in dem sich ein militärisches Panzerfahrzeug auf
einem von Gras gebildeten Hintergrund befindet. Es weist eine verhältnismäßig kleine Verteilung der
Häufigkeit im Bereich des Laufwerkes und eine maximale Häufigkeit im Bereich der Grasfläche des
Histogramms auf. Diese Verteilung zeigt, daß das Bild im wesentlichen hell ist und wenige Flächen in mittlerem
Graubereich und einige sich abhebende, sehr dunkle Flächen umfaßt. Das Histogramm zeigt, daß die durch
die Grauskala vermittelte Information bei diesem Beispiel vorwiegend an den beiden Enden der
r> Grauskala liegt. Eine Kathodenstrahlröhre erzeugt nur 16 unterscheidbare Grautöne, die der Intensität des
Signals proportional sind. Das Komprimieren der Intensitätsstufen in 16 proportionale Grautöne ist
gleichbedeutend mit einer Einteilung des Histogramms in 16 Abschnitte, die längs der Intensitätsachse die
gleiche Breite haben, wie es Fig. la zeigt. Da die Informationsmenge von der Häufigkeit abhängt, mit der
jede Graustufe vorkommt, trägt in dem dargestellten Bild nicht jede Intensitätsstufe die , ' -iche Informations
menge. Für das Bild, dessen Histogramm die Fig. la
und Ib zeigen, wäre es naher vorteilhaft, in den Bereichen mehr Graustufen zu verwenden, in denen
eine größere Häufigkeit der Grauskalen-Information vorliegt, und weniger Graustufen in den Bereichen, in
denen weniger Daten zur Verfügung stehen. Diese ungleichförmige Verteilung der Grauskalenstufen kann
berechnet werden, indem die Gesamtfläche unter der das Histogramm bildenden Kurve ermittelt und diese
Fläche in 16 Streifen geteilt wird, die den gleichen Flächeninhalt haben, wie es F i g. 1 b zeigt. Die Grenzen
der Abschnitte des ausgeglichenen Histogramms nach Fig. Ib geben dann die Bereiche der Intensitäten der
Eingangssignale an, denen jeweils eine neue Graustufe des dargestellten Bildes zugeordnet wird. Nach dieser
bo Zuordnung hat das Histogramm des resultierenden,
dargestellten Bildes eine ebene oder gleiche Verteilung der Grauskalenstufen, wie es durch die Linie 18 in
Fig. Ic dargestellt ist, welche das Histogramm eines vol'ständigen Fernsehbildes mit ausgeglichener Häufigkeitsverteilung
wiedergibt. Es ist zu bemerken, daß das Prinzip des Ausgleichs der Häufigkeitsverteilung nach
den Fig. Ib und Ic auch für den Ausgleich örtlicher
Bereiche gilt, nach dem die erfindungsgemäße Vorrich-
tung arbeitet. Bei einer üblichen linearen Darstellung
stellt der Bereich unter der Kurve des Histogramms nach Fig. la in dem die Intensitäten eine geringe
Häufigkeit haben, einen Teil des Bildes dar, der in einem
Bild mit ausgeglichener Darstellung nur halb so viel
Grausmfen umfaßt wie in der ursprünglichen Szene.
<>her ist, wenn das interessierende Ziel in diesem
Bereich geringer Intensitätshäufigkeii liegt, die Signalveraibeitung
zum Häufigkeitsausgleich von erheblichem Vorteil.
Fig. 2 veranschaulicht eine Bilddarstellung 20 nach
Art eines Fernsehbildes, das beispielsweise in vertikaler Richtung übereinander 480 Zeilen und in Horizontalrichtung
in jeder Zeile 512 Auflösungseleinente aufweist. Die Erfindung macht von einem Ausgleich der
Häufigkeitsverteilung in örtik/nen Bereichen anstatt von
einer Umverteilung der Grauskala aufgrund eines das gesamte Bild repräsentierenden Histogrammes Gebrauch.
Der Ausgleich für örtliche Bereiche kann auf der Basis eines eindimensional oder zweidimensional
gleitenden Fensters erfolgen. Es sei erwähnt, daß F i g. 2 die Anwendung eines zweidimensional gleitenden
Fensters veranschaulicht. Danach wird die Intensität eines beliebigen bestimmten Punktes des Bildes gemäß
einem Histogramm des Bereiches eingestellt, das sich innerhalb eines den auszugleichenden Punkt umgebenden
Fensters befindet. Dieses Fenster bewegt sich über das Bild in zwei Dimensionen, nämlich horizontal durch
horizontale Abschnitte und vertikal beim Übergang von einem horizontalen Abschnitt zum nächsten. Diese
korrigierten zentralen Bildelemente bilden dann das gesamte verarbeitete Bild, dessen Kontrast und
Detailreichtum nach der Erfindung wesentlich verbessert wurde. Bei Bildern, wie dem erwähnten Beispiel
eines Panzerfahrzeuges, werden die Einzelheiten in Bereichen stark verbessert, die dunkel und mit
minimalen Details erschienen, wenn das Histogramm von Daten des ganzen Bildes gebildet wurde, wie
beispielsweise im Bereich der Laufräder. Während einer ersten Periode der Histogrammbildung wird das
Histogramm berechnet, indem die Anzahl des Auftretens jeder Video-Intensitätsstufe in einem Bereich 22
aufgezeichnet wird, der aus Nv ■ Nh oder 32 Zeilen oder
vertikalen Elementen mal 32 horizontalen Elementen besteht, um einen mittleren Bereich 24 aus π ν vertikalen
Elementen mal nn horizontalen Elementen auszugleichen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der zentrale Bereich 24 aus 4 Zeilen mal 4
Elementen. Nachdem die Daten in dem mittleren Bereich 24 ausgeglichen worden sind, wird das
Histogramm effektiv in die Position des gestrichelt dargestellten Fensters 26 verschoben, nämlich um 4
Elemente nach rechts, um erneut ein Histogramm zu berechnen, das zum Ausgleich des aus 4 Zeilen mal 4
Elementen bestehenden mittleren Bereiches 30 dient der durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Dieser
Vorgang wird für die Daten in den 32 ersten Zeilen oder dem ersten horizontalen Abschnitt des Bildes wiederholt,
bis das Ende dieser Zeilengruppe erreicht ist. Dann wird der Histogrammbereich oder das Fenster nach
unten um 4 Zeilen und nach links verschoben, so daß das Fenster nun den Bereich 34 bedeckt, der die Zeilen 5 bis
36 umfaßt und zum Ausgleich des mittleren Bereiches 38 dient. Zur weiteren Erläuterung ist noch ein weiter nach
rechts verschobenes Fenster 42 dargestellt, das die Gruppe der Zeilen 5 bis 36 umfaßt und zum Ausgleich
eines in der Vertikalen 4 Zeilen und in der Horizontalen 4 Bildelemente umfassenden mittleren Bereiches 44
d'ent. Dieser Vorgang wiedei iiuii »ich, bis ein Fenster 46
die Gruppe der Zeilen 7"—32 bis T umfaßt und ciis
reente Ende dieser Zeilengruppe erreich! is!. Re1 der
kontinuierlichen Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Bereich, für den das Histogramm
gebildet wird, oder das Fenster anschließend in die S'eüung des Fensters 22 zurückgebracht und der ganze
Vorgang wiederholt.
Um die Histogramme iiii; der Folgefrequenz der
in Videosignale berechnen zu können, ist es zweckmäßig,
eiiii. Technik der Berechnung von Mini- oder 1 eilhislogrammen
anzuwenden, die jeweils eine Fläche erfassen, die sich über vier Elemente in der Horizontalen und
über 32 Zeilen ei streckt, und die statistischen Werte von
8 aufeinanderfolgenden Teilhistogrammen zu summieren, um das Histogramm des jeweils verwendeten
uitl'diin Bereiches zu bilden. Dieser Vorgang ist in
F i g. 3 veranschaulicht. Demnach wird das Fenster oder der Histogrammbereich 48 gebildet, in dem die
ro Teilhistogramme 49 bis 55 summiert werden. Auf diese
Weise ist ein fortlaufender Betrieb mit hoher Geschwindigkeit möglich. In der Anordnung nach F i g. 3
veranschaulichen die großen Punkte den Bereich, der aufgrund des Fensters 48 ausgeglichen wird, und der
sich über 4 Elemente und 4 Zeilen erstreckt.
Die in Fig.4 dargestellte, zweidimensional arbeitende
Vorrichtung nach der Erfindung kann als Eingangssignale alle von einer Quelle gelieferten geeigneten
Daten verarbeiten, die für die Helligkeit von Bildpunk-
jo ten charakteristisch sind, wie beispielsweise die Daten
eines Laser-Radargerätes oder eines Infrarot-Sichtge-
ken. In F i g. 4 ist eine TV-Signalquelle 60 dargestellt, die
dem Aufbau eines Fernsehbildes entsprechende Videosignale liefert und ihrerseits von einem Detektor, einer
Antenne oder einem Empfänger aufgefangene Daten erhält, die sich durch einen geeigneten Abtast-Umsetzer
in Signale mit Fernsehformat umsetzt Die Daten können von der TV-Signaiquelle 60 entweder aktiv oder
passiv beim Abtasten eines Bereiches 64 gewonnen werden. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß die
TV-Signaiquelle 60 eine Fernsehkamera ist, welche Signale im TV-Format liefert. Die TV-Signalquelle 60
kann geeignete Schaltungsanordnungen und Analog-Digital-Umsetzer enthalten, um das als Beispiel
erwähnte 6-Bit-Videosignal im seriellen TV-Format auf einer mehradrigen Leitung 66 zu liefern. Die Daten
können in einer seriellen Folge von 6 Bit umfassenden Binärzahlen bestehen, von denen jede ein Auflösungselement
der aufgenommenen Szene darstellt. Die Videosignale auf der Leitung 66 werden dann einem
Eingangspuffer 68 zugeführt, der von jeder geeigneten Art sein kann, jedoch als serieller Speicher mit einer
Kapazität zur Speicherung von 36 Zeilen zu je 512 Elementen mit je 6 Bit dargestellt ist der die Daten in
serieller Weise Zeile für Zeile empfängt und seriell speichert. Es sei erwähnt daß der Eingangspuffer 68
nicht auf eine serielle Speicherung oder auf irgendeinen anderen speziellen Typ der Speichereinheit beschränkt
ist, sondern als Magnetspeicher, dynamischer Speicher oder sonstige geeignete Weise ausgebildet sein kann,
und zwar jeweils entweder mit seriellem oder wahlfreiem Zugriff. In den Eingar.gspuffer 68 werden 4
Zeilen der Bilddaten eingegeben, während 32 Zeilen der Daten benutzt werden. Die Daten des Eingabepuffers 68
werden dann auf einem Kabel 70, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 192 Adern enthält
und an das sich ein Kabel 72 anschließt übertragen. Die
Kabel 70 und 72 enthalten demnach iy2 einzelne 1,Ci(Or
/ur Übcrtiagung der jeweils f>
Bit umfassenden Daicn von 32 Zeilen zu einem 7eiiconiultiplexei 74. Der
Zeücnmiiltiplcxer 7-Ί hat einen üblichen Aufbau und
enthält eine Anzahl Schalter, die in der richtigen Weise gesteuert werden, um Datenzeiler ιUn richtigen von 32
Mhihistogramm Speichern zuzuführen, wie beispielsweise
den Minihistogramm-Speichern 76,78 und 80. Die Ausgangsdiueii des Zeilenmultiplexers 74 erscheinen
auf 8 mehradrigen Leitungen, wie beispielsweise den Leitungen 82, 83 und 85, die der die Miriihistogramm-Spoicher
76, 78 und 80 umfassenden Histogrammspeichcr-Einrichtung
Eingangssignal zuführen. Die Verteilung der Leitungen auf die Minihistogramm-Speicher
Wt bis W 32 ist in K i g. 5 gesondert dargestellt. Die
Taktsteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung macht es möglich, mit jeder Leitung 4 Minihistogramm-Speicher
zu versorgen. Ein Zähler 88 führt jedem der Minihistogramm-Speicher, wie den Speichern 76,78 und
80, auf einer mehradrigen Leitung 90 während jedes Änderungszyklus (updat? cycle) eine Änderungsadresse
zu. Die Minihistogramr:.· Speichereinheit 76 enthält
einen Multiplexer 94, der sowohl die Elementendaien als
auch die Änderungsadresse empfängt, mit der ein ausgewählter Speicher zur Bildung des Teilhistogramins
und weiterhin bestimmte Speicher zur Ausgabe der statistischen Teilhistogramme aus dem Speicher adressiert
werden. Die Daten oder die Änderungsadresse werden auf einer sechsadrigen Leitung 96 der Adresse
eines Speichers 100 mit wahlfreiem Zugriff (RAM-Speieher)
zugeführt. Auf diese Weise wird die für den Ciraupegel charakteristische Größe jedes Datenwortes
als Adresse im RAM-Speicher 100 zur Bildung des Histogramms benutzt. Das Ausgangssignal des Speichers
100 wird auf einer Leitung 102 einem Addierer 104 zugeführt, der auch den Wert f 1 von einer Quelle 106
empfängt, um den erhöhten Wert jeder Speicherzelle einem Zwischenspeicher 110 zuzuführen, der die Daten
ausreichend lange hält, um das Wiedereinschreiben in den Speicher 100 über die Leitung 112 zu ermöglichen.
Demnach enthält der RAM-Speicher 100 zur Bildung des Minihistogramms aus einem sich über vier Elemente
und 32 Zeilen erstreckenden Teilbereich 4 · 32 = 128 Zeilen, von denen jede 7 Bit enthält. Die Amplitude des
Eingangswortes, welche die Intensität des Elements im Bild charakterisiert, wird während der Bildung des
Histogramms in ausgewählten Speichern als Adresse benutzt. Jedesmal, wenn eine Zeile adressiert wird, wird
eine 1 addiert, die das Auftreten dieser Intensitätsstufe innerhalb des Minihist.ogramm-Bereiches darstellt,
Demnach enthält der RAM-Speicher 100 nach Abschluß des Minihistogramms die statistische Verteilung des
Auftretens aller Intensitätsstufen in einem Bereich aus 4 · 32 Bildpunkten. Die Auswahl von 8 Minihistogramm-Speichern
zur Bildung des Histogramms und für den Änderungszyklus erfolgt durch die Auswahl von
Taktimpulsen in einem Zeitgeber 172 oder kann bei manchen Anordnungen durch Sperr- und Freigabeimpulse
für die Speichsr erfolgen, während die Taktimpulse allen Speichern ständig zugeführt werden.
Die Kombination der Minihistogramme zur Bildung des Histogramms eines örtlichen Bereiches erfolgt in
einem Summierer 110, der die erforderliche Anzahl 4-Bit-Addierer enthalten kann, bei denen es sich um
integrierte Schaltungen handeln kann, wie beispielsweise den integrierten Schaltungen vom Typ5483A der
Firma Texas Instruments. Es können beispielsweise ΊΟ0
solcher 4-Bit-Addierer vorhanden sein. Der Summierer
l!0. der auch einen Multiplexer enthält, liefert auf fünf
mehradrigen l.eüungen 5-Bii-Signale einer Normierschaltung
118. Es ist zu bemerken, daß während jedes Änderungszyklus 5 Histogramm ie gebildet werden und
daß jedes der 5 Histogramme aus einer Kombination von acht ausgewählten, räumlich benachbarten Minihistogrammen
besteht. Während des Änderungszyklus werden aul jeder Ausgangsleitung des Summierers 110
nacheinander 1024 (32 32) Histogramm-Häufigkeitswerte
übertragen. Der Transformationswert für jede Amplitude der 7-Bit-Häufigkeitszah!cn werden für
jeden Weil der 4-Bil-Videosignale in der Normierschaltung
118 erzeugt, einschließlich der Stufenänderungspunkte für das 4-Bit-Ausgangssignal, die als Sprungstel-IiTi
bezeichnet werden können und auf Leitungen 120 bis ί24 einer Transiormaiioiis-Speichereinheit Ϊ26
zugeführt werden, welche fünf getrennte Transforms tionsspeicher 128 b':s 132 enthält, die jeweils einen Satz
der Transfonna'.ionsdaten A, B. C, D und £ empfangen.
Alle Transformationsspeichel, wie beispielsweise der Transformaiionsspeicher 128, enthält einen Multiplexer
134 und einen RAM-Speicher 1 36, der die Transformationsdaten auf der Leitung 120 empfängt. Die
Änderungsadresse wird von 0 - }3 auf einer Leitung 165
zugeführt und über den Multiplexer 134 dem RAM-Speicher 136 während der Periode des Ladens des
RAM-Speichers zugeleitet. Der RAM-Speicher 136 hat eine Kapazität von 16 Wörtern zu je 4 Bit, die, wenn sie
von dem Eingangs-Videosignal adressiert werden, das ausgeglichene Videosignal bilden, das einem Zwischenspeicher
139 und abwechselnd Ausgangspuffern 140 und 141 zugeführt wird. Bei manch :n Vorrichtungen nach
der Erfindung wird der Aus >angspuffer 140 nicht benöiigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbcispici hat
jedoch jeder Ausgangspuffer eil e Speicherkapazität für 512 Elemente mit je 4 Bii von jeweils 4 Bildzeilen. Ein
Multiplexer oder eine Schaltvorrichtung 143 spricht auf Schreibtaktimpulse an und wählt entweder den
Ausgangspuffer 140 oder den Ausgangspuffer 141 während abwechselnder Zyklen des Ausgleichs der vier
Zeilen der Videodaten. Die Signale der Ausgangspuffer 140 und 141, die 4-Bit-Zahlen sind, werden über einen
Digital-Analog-Umsetzer 146 einem Darstellungsgerät 148 zugeführt, das ein Bild im i-ernsehformat erzeugt,
oder einem anderen geeigneten Verbraucher.
Vor dem Laden des Transformationsspeichers mit Transformationsdaten wird das 6-Bit-Eingangsvideosignal
vom Eingangspuffer 68 auf dem 192 Leitungen umfassenden Kabel 70 einem Zeiler.schieber 150 zugeführt.
Da sich die auszugleichenden Daien in den mittleren vier Bildzeilen des sich über 32 Zeilen und 32 Elemente
erstreckenden Histogramm-Bereiches befinden, liefert der zeilenschieber 150, bei dem es sich um einen
geeignet getakteten Multiplexer handeln kann, die zentralen vier Datenelemente der zentralen vier
Bildzeilen auf den mehradrigen Leitungen 152 bis 156, die jeweils 6 Bits übertragen, eir ;m Serien-Parallel-Umsetzer
160 zu, der beispielsweise fünf parallele Schieberegister enthält, um die Daten mit den vier
Elementen in der Mitte des örtlichen Bereiches von vier Zeilen in jedem Schieberegister zu formen, die dem
lokalen Bereich entsprechen, der zur Bildung einer entsprechenden Transformation benutzt wurde. Die
Daten, die auszugleichen sine und die zugleich die Adressen für die Transformatioiisspeicher sind, werden
dann parallel einer Verzögerunfjseinheit 164 zugeführt,
um die Zeit zur Bildung der Histogramme und der Transformationsdaten zur Verfügung zu stellen, und
dann über Leitungen 166, 167, 169, 173 und 175 den Transformalionsspeiehern zugeführt, wobei die h Bit
umfassenden Adressen zu den Multiplcxern dieser Speicher gelangen, wie beispielsweise dem Multiplexer
134. Bei jeder für die TransFormationsspcicher gebildeten Adresse wird ein ausgeglichenes 4-Bii-Videosignal,
das von der Normierschaltung 118 abgeleitet wurde, aus
dem zugeordneten RAM-Speicher, beispielsweise dem Speicher 136, ausgelesen und dem Zwischenspeicher
139 zugeführt. Die Steuerung und Synchronisation der Vorrichtung erfolgt mittels einer Taktquelle 170, welche
die Schreibtaktimpulse liefern kann und die Taktinipulse dem Zeitgeber 172 und einer Synchronisationseinheit
174.
Zur weiteren Erläuterung des Transformationsspeichers sowie der Anordnung zur Normierung des
Histogramms wird außer aut Fig. 4 auch auf Fig. 6
Bezug genommen. Ein Zähler, wie beispielsweise der Zähler 88 in Fig.4 zählt fortlaufend von 0 bis 63 und
führt die Änderungsadresse auf der Leitung 171 dem Multiplexer 134 und weiterhin dem RAM-Speicher 136
während des Änderungszyklus zu, um die 4-Bit-Transformationswerte in nacheinander adressierte Plätze des
RAM-Speichers 136 auf der mehradrigen Leitung 120 als Bits Da. D1, D2 und Ch einzugeben. Während des zum
Daiciiausgleich dienenden Abschnittes des Zyklus
werden die Videosignale, deren Aufbau den gleichen hori, ial aufeinanderfolgenden Bildpunkten vier aufeinanderfolgende
Zeilen entspricht, von der Verzögerungseinheit 164 auf der Leitung 166 über den
Multiplexer 134 dem RAM-Speicher 136 zugeführt, um den Speicher zu adressieren und das Auslesen der
gespeicherten Transformationsdaten als ausgeglichenes 4-Bit-Video zu veranlassen. Die Übertragung des
Videosignals ist die gleiche wie bei den anderen vier Transformationsspeichern, abgesehen davon, daß jedem
Transformationsspeicher vier andere Horizontalelemente zugeiuhrt werden. Der Multiplexer 134 schalte',
demnach zwischen den mehradrigen Leitungen 166 und 171 um, je nachdem, welcher Teil des Gesamt-Arbeitszyklus
abläuft. Ein gleicher Vorgang findet bei allen fünf TransformaUonsspeichern der Vorrichtung nach F i g. 4
statt.
Zur Histogramm-Normierung werden die Minihistogramme Hi bis /7 32, die von den Minihistogramm-Speichern,
wie beispielsweise den Speichern 76, 78 und 80, geliefert werden, einem Multiplexer 184 zugeführt,
der von dem Zeitgeber 172 nach Fig.4 in der Weise gesteuert wird, daß er die Daten der richtigen acht
ausgewählten Minihistogramme jeweils auf eine der richtigen mehradrigen Ausgangsleitungen 186 bis 190
gibt. Die ach'. Minihistogramme, wie beispielsweise H 1 bis H8, werden nacheinander mit 64 aufeinanderfolgenden
Adressenwerten übertragen, die für jedes der acht Minihistogramme übertragen werden. Die Addierer 192
bis 196 empfangen jeweils die Daten der Minihistogramme auf Leitungen 186 bis 190, die jeweils 7 Bit
führen, so daß jeder Addierer ein vollständiges Histogramm für 32 Zeilen und 32 Elemente bildet. Der
Histogramm-Gesamtwert für jede Änderungsadresse wird dann für jedes einzelne Histogramm über
entsprechende mehradrige Leitungen 200 bis 204 entsprechenden Vergleichern 210 bis 214 zugeführt. Ein
Bezugszähler, wie beispielsweise der Bezugszähler 216 für den Vergleicher 210, dient dazu, Sprungwerte 64,
128, 192 usw. bis 1024 zu bilden, die bei jedem Sprungwert um 64 anwachsen. Bei jedem Taktimpuls
werden diese Werte über eine Leitung, wie beispielsweise die Leitung 220, dem Vergleicher 210 oder von
getrennten Bezugszählern den Vergleichern 211 bis 214 zugeführt. Wenn der Histogrammwert dem Bezugswert
gleicht, wird auf der Ausgangsleitung des entsprechen den Vergleichers ein Impuls erzeugt. Ein Teil des
Impulses wird rückgekoppelt, beispielsweise von der Leitung 226 zum Bezugszähler 216, um dessen Stand zu
ändern. Gleichzeitig ändert ein Impuls auf einer der Leitungen 226 bis 230 den Stand des zugeordneten
iü Zählers 230 bis 234. Der Stand dieser Zähler wird über
dessen Ausgangsleitung dem RAM-Speicher zugeführt. Die Transfomiutionsspeicher werden während der
Periode der Bildung der Histogramme und der Transformationsweri.c parallel geladen. Für jeden Platz
des RAM-Speichers 136 sowie für die anderen Tr,i isformationsspeicher wird eine Zählung des Zählers
230 gespeichert, bis alle Transformationsdaten auf diese Speicher übertragen sind. Wie aus dem Zeitdiagramm
nach Fig. 7 ersichtlich, ermöglicht die Speicherkapazitat
des Eingangsnuffers für 36 Bildzeilen, daß 4 Bildzeilen durch das auf der Leitung 66 empfangene
Videosignal fortlaufend geändert, also auf den neuesten Stand gebracht werden. Der Systemtakt 260, bei dem es
sich auch um den Schreibtakt handelt, steuert die Übertragungsoperation vom Eingangspuffer 68, und es
werden bei dem darge-'ollten Ausfuhrungsbeispiel die
Daten der Zeile 3? in -V; Klammer 263 als Elemente 1.2,
3 und 4 in den H I-Minihistogramm-Speicher 76 übertragen, wie es durch eine Taktlinie 262 angedeutet
ist. Diese Übertragung in den H l-Minihistogramm-Speicher
wird fortgesetzt, bis die Daten aus dem Eingangspuffer 68 in Gruppen von vier Elementen aus
allen Zeilen L 32 bis Λ I ausgelesen worden sind. Zu der
Zeit, zu der die Elemente 5, 6. 7 und 8 aus dem Eingangspuffer 68 ausgelesen werden, was durch die
Klammer 264 angedeutet ist, werden diese Daten aus der Zeile 32 in den H2-Minihistogramm-Speicher
eingegeben, wie es die Taktlinie 266 zeigt. Zu der Zeit, zu der die Elemente 9,10.11 und 12 der Zeile 32 aus dem
*o Eingangspuffer 68 ausgelesen werden, was durch die
Klammer 270 angedeutet ist. werden diese Signale in den H3-Minihistogramm-Speicher eingegeben, wie es
durch die Taktlinie 274 angedeutet ist. Diese Vorgänge wiederholen sich für alle Zeilen, wie beispielsweise für
« die Zeilen 31, 29 und 28. Für jede Bild- oder
Fernsehzeile, wie beispielsweise die Zeile 32, wird das Videosignal für vier Elemente oder Bildpunkte in
Abständen von vier Perioden, die jeweils vier Elementen entsprechen, in einen anderen der Minihistogramm-Speicher
H 1 bis H 32 und dann wieder von vorn beginnend eingeschrieben, so daß Histogramme von
fünf benachbarten lokalen Bereichen fortlaufend im Summierer 110 gebildet werden können. Nach vollständigem
Eingeben der Daten aller 32 Zeilen in die 32 Minihistogramm-Speicher wird der in F i g. 7 veranschaulichte
Vorgang kontinuierlich wiederholt.
In F i g. 8 ist das Laden der Minihistogramm-Speicher
in einer solchen Zeitskala dargestellt, daß für jede Klammer, wie beispielsweise 280 und 282, die das Laden
von HX bzw. H 2 darstellt, vier horizontale Elemente
aus jeder der 32 Zeilen in entsprechende Minihistogramm-Speicher HX und H 2 eingeschrieben werden.
Dieser Vorgang wird nacheinander fortgesetzt wobei die Minihistogramm-Speicher HX und HI zu den
Zeiten neue Daten empfangen, die durch entsprechende Klammern 286 und 288 angegeben sind. Es ist demnach
ersichtlich, daß der Inhalt der Minihistogramm-Speicher fortlaufend durch den Multiplexbetrieb nach der
Erfindung geändert und dadurch auf dem neuesten Stand gehalten wird. Zu Beginn einer Periode 290 sind
genug Daten angesammelt worden, u-n die Histogramme
//1 bis H 12 zu bilden, so daß während der Periode
290 die Transformationswerte X ι bis X 5 dem Transformaiionsspeicher 126 zugeführt werden können.
Wählend der Periode £& .\inl das Eingangsvideo den
Transformationsspeichern zugeführt, um den Ausgleich
zu bewirken. Eine Verzögerungsperiode 297 stellt die zeitliche Verzögerung dar, welche die Verzögerungseinhei;
164 einführt und die zjr Zeil 2^9 bcgiir.i. wem; das
Element 15 der Zeile !5 den Histograirr^pcichein
zugeführt wird. Während der Periode 298 werden die Teil- oder MinihiMosrjnrn^ Hb bis //17 gebildet und
für den nächsten Histogrammbereich kombiniert. Die
dadurch gebildeten Transtormationswerte A 5 bis .VlO
werden zum Ausgleich während einer Periode 300
benutzt. Es ist demnach ersichtlich, daß die Eingabe in die Minihistogranm Speicher zur Bildung der Minihistogsaiiinie
unu die Kombination der Minihistogramme zur Bildung des zum Ausgleich eines ö; iüchen Bereiches
dienenden Histogramms ein kontinuierlicher Vorgang ist.
F i g. Q dient zur näheren Erläuterung der Vorgänge
während der in Fig.8 dargestellten Perioden 290 und
296. Die Kurven 310 bis 315 zeigen die Zustände des letztstelligen Bits bis zum höchxtstelligen Bit der
Änderungs-RAM-Adressen sowie der Minihistogramm-Änderungsadressen, die von dem Zähler 180 in Fig. 5
geliefert werden. Während dieser Periode 290 werden die Daten von den Minihistogramm-Speichern Hl bis
H 12 abgeleitet, wie es die Matrix 319 zeigt, und es wird die Summierung der Minihistogramme durch Summieren
von H 1 bis HS, H2 bis tf 9, W3 bis H 10, H 4 bis
/YIl und H5 bis H 12 durchgeführt. Zur gleichen Zeit
wird in Abhängigkeit von den Vergleichern 210 bis 214 in F i g. 6 und jedem Vielfachen der Zahl 64 durch die
Kurven 330, 332 bis 334 veranschaulichte Impulse, die nur ein Beispiel eines Histogramms veranschaulichen
und die angesammelten Werte angeben, die ein Vielfaches von 64 erreicht haben, dem Zähler 230 in
F i g. 6 zugeführt. Zur gleichen Zeit werden, wie durch die Impulse 350 bis 353 angedeutet, die Transformationsdaten
D0, Du D2 und Eh auf den Transformationsspeicher 126 übertragen. Die Transformationsdaten
geben die Sprungstellen für das Ausgangsvideo an. Es sei erwähnt, dnß die Transformationsdaten in jeder
Adresse des Transformationsspeichers die Amplitude des ausgeglichenen und bezüglich der Graustufen
komprimierten Videosignals angeben. Die Summierung der verschiedenen Gruppen von je acht Minihistogrammen
ist durch die Kurven 320 bis 324 veranschaulicht. Die Kurve 325 veranschaulicht die Perioden, während
denen die bestimmten Zeilen und Elementen zugeordneten Eingangs-Videosignale, wie beispielsweise die den
Bildzeilen L 15 bis L 18 und deren Elementen 15 bis 18 zugeordneten Videosignale, in den Serien-Parallel-Umsetzer
160 eingegeben werden, damit sie zum Adressieren der Transformationsspeicher zur Verfugung stehen.
Zu Beginn der Periode 296 wurden alle Transformationsdaten dem Transformationsspeicher 126 zugeführt,
und es wird dann das Eingangsvideo der fünf entsprechenden Ausgleichsbereiche aus der Verzögerungseinheit
164 ausgelesen und durch die Transformation ausgeglichen, wie es durch die Daten X \, X2, XZ,
XA und X 5 angedeutet ist, die den Transformationsspeichern A, B, C D und £ zugeführt werden, wie es die
Kurven 360 bis 364 zeigen. Der Transformationsspeicher !28 für die vier zentralen Zeilen 15 bis 18
transformiert während vier aufeinanderfolgender Perioden die Eingangs Videosignale für die Bildpunkte 15
bis 18, weil bei dem dargestellter Beispiel eine sich über
r, die Zeilen 1 bis 32 und die Bildpunkte 1 bis 32
erstreckeiiaL-n örtlichen Bereiches die Zeilen ί 5 bis 13
und die Bildpunktc 15 bis M im zentralen Bereich des
Histogrammes liegen. Beim nächsten vollständigen Histogramm, das durch die Kurve 361 veranschaulicht
ίο wird, umfaßt der auszugleichende zentrale Bereich die
Zeik-n !5 bis 18 und die Büdpunkle 19 bis 22. Für das
zweite vollständige Histogramm sind die auszugleichenden
Zeilen die Zeilen 19 bis ?.?. Die Elemente des zentralen Bereiches des drillen, vierten und fünften
Histogramms sind jeweils die Bildpunkte 23 bis 26 bzw. Π bis 30 und 30 bis 33, alle für die Zeilen 15 bis 18. Der
Vorgang wird in gleicher Weise für jede folgende Datenübenragungsperiode fortgesetzt, mit aufeinanderfolgenden
Bildpunkten der Zeilen 15 bis 18 für den ersten Abschnitt und den Zeilen 22 bis 26 für den
zweiten Abschnitt, der sich quer über das Bild erstreckt. Es ist zu bemerken, daß diese Multiplex-Verarbeitung in
dem Transformationsspeicher sowie in der ganzen Vorrichtung gestaltet, daß die Daten ausgeglichen und
dem Ausgangspuffer 140 mit Fernseh-Abtastfrequen/en
zugeführt werden können. Wie in F i g. 8 dargestellt, wiederholt sich der Vorgang der Histogrammbildung
und des Ausgleiches des zentralen Bereiches fortlaufend in Zeitintervallen, die durch die Perioden 298 und 300
JO veranschaulicht sind. Die Kurven 360 bis 364 veranschaulichen
den Aufbau des Videosignals in Schieberegistern des Serien-Paraliel-Umsetzers 160 nach Fig.4.
Obwohl die oberen und unteren zwölf Linien bei dem dargestellten System nicht ausgeglichen werden, kann
ein vollständig ausgeglichenes Bild erzeugt werden, indem diese Zeilen bei der Darstellung ausgeblendet
werden. Im übrigen kann ein Ausgleich auch bei einem unvollständig gefüllten Register stattfinden oder es
kann zur Verbesserung des Kontrustcs der ausgeblendete
Bereich als Region mit einer bestimmten Intensität angenommen werden.
Fig. 10 gibt ein Beispiel für die Daten, die in dem
RAM-Speicher 136 des Transformationsspeichers 128 in Abhängigkeit vom Zähler 180 nac F i g. 5 gespeichert
werden. Die Transformations^ iten werden vom Zähler 230 zugeführt, der mit uun Stand 0000 für die
Speicheradressen 0 bis 5 beginnt, dann in Abhängigkeit von einem Stufenimpuls seinen Stand in 0001 ändert, so
daß dieser Wert in folgenden Adressen gespeichert wird, bis sich die Transformationsdaten in 0010 ändern.
Diese Operation wird fortgesetzt, bis im 63ten Speicherplatz der Wert 1111 gespeichert und die
Übertragung der Transformationsdaten abgeschlossen ist. Der nächste Schritt bei dem Ausgleich des
Eingangsvideo besteht darin, die gespeicherten Transformationswerte mit der tatsächlichen Größe des
Eingangsvideo zu adressieren. Wenn ein Speicherplatz aufgerufen wird, wie beispielsweise der Platz mit der
Adresse 7, wird das ausgeglichene 4-Bit-Video 0001 ausgelesen und dem Ausgangspuffer 140 zugeführt. Es
sei erwähnt, daß das Prinzip der Erfindung nicht auf diese spezielle Anordnung zum Ausgleich des Eingangsvideo beschränkt ist, bei dem ein Speicher für jeden
Wert des Video-Eingangssignals vorhanden ist, sondern daß andere Anordnungen im Rahmen der Erfindung
liegen. Beispielsweise kann der Sprungwert gespeichert und mit dem Eingangs-Videosignal verglichen werden,
z. B. mittels eines Zählers, der schnell nacheinander eine
Vielzahl von Speichereinheilen in Abhängigkeit von der Größe jedes Video-Eingangssignals adressiert. Ebenso
ist das Prinzip der Erfindung nicht auf die in Fig.4
dargestellte spezielle Takt- und Multiplexanordr.ung beschränkt, sondern umfaßt alle geeigneten Takt- und
Steueranordnungen.
Anhand des in F i g. 11 dargestellten Abschnittes
eines Fernsehbildes wird die eindimensionale Verarbeitung erläutert, die nach der Erfindung ebenfalls möglich
ist. Hierbei werden Pufferspeicher für mehrere Zeilen verwendet, und es wird ein Histogramm von den sich
innerhalb des Pufferspeichers befindenden Videosignalen erzeugt. Das Histogramm wird fortlaufend geändert,
indem dem Eingang des Pufferspeichers Komponenten hinzugefügt und am Ausgang des Pufferspeichers
Videokomponenten abgeführt werden. Der Pufferspeicher dient bei dieser Anordnung zugleich als Verzögerungseinheit
für das Videosignal, so daß der Ausgleich für das zentrale Element erfolgen kann. In dem
dargestellten System nimmt der Pufferspeicher acht Zeilen Ll bis L 8 der Videodaten auf, und es wird
während einer ersten Periode das Histogramm von allen Daten der Bildzeilen L 1 bis L 8 gebildet, und es
werden die Daten der gesamten Zeile 4 durch die im RAM-Speicher enthaltenen Transiormationsdaten ausgeglichen.
Während der nächsten Ausgleichsperiode wird das Histogramm von den Zeilen L 2 bis L 9
gebildet, und es werden die die Zeile L 5 repräsentierenden Daten ausgeglichen. Dieser Vorgang setzt sich über
das ganze Bild fort und wird dann von Bild zu Bild wiederholt. Obwohl einige wenige obere und untere
Zeilen nicht ausgeglichen werden, kann ein vollständig ausgeglichenes Bild erzielt werden, indem diese Zeilen
am oberen und unteren Rand des Sichtgerätes ausgeblendet werden.
Wie aus Fig. 12 ersichtlich, umfaßt eine Vorrichtung
zur Durchführung eines eindimensionalen Ausgleiches nach der Erfindung als Verzögerungseinheit einen
Pufferspeicher 400, dem das Eingangs-Videosignal auf einer mehradrigen Leitung 402 zugeführt wird und der
die Daten von acht Zeilen eines abgetasteten Bildes oder des darzustellenden Bildes seriell speichert. Die
Linien L 8 bis Ll sollen die serielle Speicherung im Pufferspeicher 400 veranschaulichen. Die alten Daten
werden aus dem Pufferspeicher 400 über eine mehradrige Leitung 406 einem Multiplexer 418
zugeführt, der in geeigneter Weise gesteuerte Schalter enthält, und dann von dem Multiplexer über eine sechs
Adern umfassende Leitung 410 einem die Histogrammspeicher-Einrichtung bildenden Speicher 412 zugeführt,
bei dem es sich um einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder RAM-Speicher handeln kann, der die
Häufigkeit speichert, mit der Signale gleicher Intensität in den acht Bildzeilen auftreten, also das Histogramm
über acht Bildzeilen bildet. Die alten Histogrammdaten auf der Leitung 406 werden beim Adressieren des
RAM-Speichers 4t2 abgezogen, indem die Zahl » — 1« von einer Quelle 414 über einen Multiplexer 416 oder
eine Schaltanordnung einem Addierer 418 zugeführt wird, von welchem sie vom Ausgangssignal des
Speichers 412, das auf einer mehradrigen Ausgangsleitung 420 erscheint, abgezogen wird. Der verminderte
Wert für jede Adresse wird dann über eine mehradrige Leitung 430 und einen Zwischenspeicher 432 dem
Eingang des RAM-Speichers 412 wieder zugeführt. Zu abwechselnden Zeiten werden neue Daten für ein
Zeilenelement über die mehradrige Leitung 402 und eine mehradrige Leitung 434 sowie den Multiplexer 408
und die Leixung 410 der Adresse des RAM-Speichers 412 zugeführt, um an dieser Adresse eine von der Quelle
414 gelieferte 1 zu addieren. Das Addieren und Subtrahieren für jeden Datenwert auf der Leitung 402
findet bei abwechselnden Abschnitten des Element-Taktes statt, so daß der Inhalt des RAM-Speichers 412
jeweils vollständig auf den neuen Stand gebracht worden ist, wenn eine vollständige Zeile neuer Daten
auf der Leitung 402 empfangen und aus dem
ίο Pufferspeicher 4OD ausgegeben worden ist. Wenn das
Histogramm vollständig und berichtigt in dem RAM-Speicher 412 vorliegt, werden die an allen Speicherplätzen
vorhandenen angesammelten Signale über eine zwölf Adern umfassende Leitung 420 einem Akkumulator
440 zugeführt, damit die Werte in einem Vergleicher 442 mit einem wachsenden Wert verglichen werden, der
von einer konstanten Quelle 444 geliefert wird und der ein Vielfaches von 64 beträgt, wie es oben erläuteri
wurde. Bei der konstanten Quelle 444 handelt es siel· demnach um einen Zähler, der veranlaßt wird, seinen
Stand jeweils um 64 zu erhöhen, wenn von dem Vergleicher auf der Leitung 48 ein Ausgangssignal
erzeugt wird. Weiterhin wird jedesmal, wenn der Vergleicher 442 :in Ausgangssignal liefert, ein Zähler
450 erhöht, um einen neuen Sprungwert für den Transformationsspeicher 456 .:u liefern, der bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel 64 Wortplätze aufweist, von denen jeder einen Transformationsweri
während einer Änderungsperiode speichert. Ein Multi-
plexer 459 empfängt eine Änderungsadresse von einem Zähler 462 auf einer mehradrigen Leitung 464, die dann
auf einer mehradrigen Leitung 466 dem Speicher 456 als Adresse zugeführt wird, an der der vorliegende
Transformationswert eingespeichert werden soll. Es isi
zu bemerken, daß der Zähler 462 auch die Änderungsadressen auf einer mehradrigen Leitung 460 dem
Multiplexer 408 zuführt, um das Auslesen des Histogrammes während der zur Bildung der Transformationswerte
dienenden Periode und die Übertragung der Transformationswerte in den Speicher 456 zu steuern.
Während der Ausgleichsperiode wird das 6 BiI umfassende Videosignal, das die Bildzeile 4 repräsentiert,
auf einer mehradrigen Leitung 464 dem Multiplexer 459 als Adresse für den RAM-Speicher 456
zugeführt, um das auf 4 Bit komprimierte unc ausgeglichene Videosignal auf einer mehradriger
Ausgangsleitung 478 zu bilden. Das komprimierte Videc wird im RAM-Speicher während der gleichen Zeil
gebildet, während der das Histogramm 412 berichtig!
wird. Das Ausgangsvideo auf der Leitung 478 wird danr einem Haltekreis 480 zugeführt, bei dem es sich um eine
Speichereinheit handelt, die beispielsweise aus viel Flipflops bestehen kann, und wird dann über ein«
mehradrige Leitung 482 einem geeigneten Digital-Ana log-Umsetzer 484 zugeführt, von dem aus da;
Videosignal über eine Leitung 486 beispielsweise einerr Sichtgerät zugeführt wird. Ein Taktsignalgeber 440 isi
vorgesehen, Taktimpulse C den verschiedenen Einhei ten der Vorrichtung zur Synchronisation zuzuführen.
bo Wie die in den Fig. 13 und 14 dargestellter
Diagramme zeigen, wird ein Element-Taktsignal 50( dem Pufferspeicher 400 zugeführt. Während der mit 1
bis 512 numerierten Impulse werden die Videodaten ir
den Pufferspeicher 400 eingegeben. Schreibimpulse 50i
ti 5 steuern das Einschreiben der Videodalen in der
Pufferspeicher 400, und Impulse 504 steuern da' Addieren neuer Histogrammdaten zum Inhalt de;
Speichers 412, in dem sie die Arbeitsweise des Speichen
412 und der Multiplexer 408 und 416 steuern. Die Subtraktionsimpulse 506 erscheinen zwischen den
Additionsimpulsen nach Kurve 504 und bewirken das Zuführen alter Daten ai.f der Leitung 406 durch den
Multiplexer 408, der von diesem Signal gesteuert wird, um in Abhängigkeit von der Steuerung der Multiplexer
416 und 408 das Abziehen einer 1 an jeder Adresse zu bewirken. Da der Ausgleich der Daten während der
gleichen Zeitspanne erfolgt wie die Bildung des Histogrammes. zeigt das Signal 508 an, daß die
Videodaten der Zeile L 4 während der veranschaulichten Zeil dem RAM-Speicher 456 zugeführt werden,
während die Signale 510 angeben, daß das zwischengespeicherle Videosignal aus dem Zwischenspeicher 480
ausgelesen wird. Die Impulse 512 bilden die Taktimpulse für die Änderungsadresse während der Austastzeit der
Darstellung, während der der Transformationsspeicher 456 berichtigt wird. Diese Periode folgt dem Histogramm-Änderungszyklus.
Wie die Kurve520 in Fig. 14
zeigt, folgt dem Ändern oder Berichtigen des Histogramm-Speichers das Ändern oder Berichtigen des
Transformationsspeichers, das während der Austastzeit der Darstellung erfolgen kann. Hierauf folgt die gleiche
Sequenz der Berichtigung des Histogramm-Speichers und der Berichtigung des Transformations-Speichers.
Wie die Kurve 522 zeigt, werden die Eingangs-Videodaten einer Zeile dem Transformationsspeicher über den
Multiplexer 459 als Adressen zugeführt, wogegen während der Berichtigung des Transformationsspeichers
die Anderungsadressen über den Multiplexer 459
zugeführt werden. Die Blöcke 526, 528 und 530 zeigen den Inhalt des Pufferspeichers 400 jeweils während der
Berichtigung des Histogrammspeichers bei drei aufeinanderfolgenden Zyklen. Wie ersichtlich, enthält der
Pufferspeicher während der ersten Periode die Daten der Zeilen L 1 bis LS, während der zweiten Periode die
Daten der Zeilen L 2 bis L 9 und während der dritten Periode die Daten der Zeilen L 3 bis L 10.
Der eindimensionale Histogramm-Ausgleich, der mittels einer Vorrichtung nach Fig. 12 erzielt wird,
führt zu einem Verschieben des statistischen Histogramm-Bereiches von einer Zeile zur nächsten über das
gesamte Bildformat. Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich. Auch mit einem solchen eindimensionalen
Ausgleich der Häufigkeitsverteilung wird eine bedeutende Verbesserung des Bildkontrastes erzielt,
wie sie vorher bezüglich des zweidimensionalen Ausgleiches behandelt wurde.
Durch die Erfindung wird demnach ein System zum Ausgleich der Häufigkeitsverteilung der Intensität von
Bildelementen geschaffen, bei der die zur Bildung eines Histogrammes benötigten statistischen Daten entweder
aus einem in zwei Richtungen verschiebbaren Fenster oder einem nur in einer Richtung zeilenweise verschiebbaren
Bereich gewonnen werden. Die Vorrichtung führt zu einer Verbesserung des Kontrastes der Bilddarstellung
in einem Fernsehraster durch eine Umverteilung
der dynamischen Übertragungscharakteristik, durch die
der Kontrastbereich des Bildwiedergabegerätes besser ausgenutzt wird. Sowohl das zweidimensionale als auch
das eindimensionale System nach der Erfindung macht demnach von der statistischen Intensitätsverteilung in
der beobachteten Szene oder dem aufgenommenen Bild Gebrauch, um eine verbesserte Darstellung zu liefern.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die speziellen, dargestellten Multiplexanordnungen oder
die Anzahl der Bits beschränkt ist, die bei den in der beschriebenen Vorrichtung verarbeiteten Signalen
verwendet werden. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf spezielle Arten von Speichern oder auf die speziellen
Einrichtungen beschränkt, die bei den dargestellten Ausführungsbeispielen zur Bildung der Transformationsdaten
und zur Erzeugung des Ausgangs-Videosignals in Abhängigkeit von den Transformationsdaten
sowie eine Kompression der Graustufung beschränkt.
Hierzu 11 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Kontrastverbesserung eines aus punktförmigen Elementen zusammengesetzten
Bildes durch Veränderung der von einer Signalquelle gelieferten Eingangssignale, welche für die Helligkeit
der in einem Raster angeordneten Elemente des Bildes charakteristisch sind, in der Weise, daß die
durch die geänderten Signale charakterisierten Helligkeiten der Bildelemente wenigstens in Bereichen
des darzustellenden Bildes mit der gleichen Häufigkeit auftreten, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangssignale einer Histogrammspeicher-Einrichtung (76, 78, 80, 110) zugeführt
werden, die aus den Eingangssignalen, die sich nacheinander über verschiedene Zeilengruppen des
Rasters erstreckenden Bereichen des Bildes zugeordnet sind, Histogramme der Helligkeit der den
Bereichen des Bildes zugeordneten Bildelemente erzeugt, däti eine Normierscha/tung (118) von den
nacheinander gebildeten Histogrammen Transformationsdaten ableitet und Transformationsspeichern
(128, 129, 130, 131, 132) zuführt und daß zwischen die Signalquelle (60) und die Transformationsspeicher
(128, 129, 130, 131, 132) eine Verzögerungseinheit (164) geschaltet ist, die den
Transformationsspeichern Eingangssignale zuführt, die einer ausgewählten Anzahl von Bildelementen
zugeordnet sind, die in den Bereichen liegen, für weiche sich Transformationsdaten in den Transiormationsspeichern
befinden, und die gemäß den Transformationsdaten modifiziert werden und dann die geänderten Signale bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- Vi
zeichnet, daß die Histogrammspeicher-Einrichlung (76, 78, 80, 110) Anordnungen zur Bildung von
Teilhistogrammen für Teile der Bereiche, denen die Histogramme zugeordnet sind, und zur Kombination
der Teilhistogramme zu den Histogrammen 4«
umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Signalquelle (60)
und die Verzögerungseinheit (164) ein Zeilenschieber(150) angeordnet ist, der eine aufeinanderfolgende
Übertragung der dem ausgewählten Bereich zugeordneten Eingangssignale bewirkt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Histogrammspeicher-Einrichtung
(412) Anordnungen zur Bildung von Histogrammen der Helligkeit der Bildelemente von Zeilengruppen und die Verzögerungseinheit
(400) Anordnungen zur aufeinanderfolgenden Übertragung von Eingangssignalen umfaßt,
die für eine ausgewählte Zeile aus der dem « jeweiligen Histogramm zugeordneten Zeilengruppc
charakteristisch sind.
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