-
Kennzeichen: Digitale Farberkennung"
-
Verfahren und Schaltungsanordnung zum Erkennen von Farben Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Erkennen von Farben gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Unter Farbvorlagen sollen Bild- oder Mustervorlagen für Reproduktionen,
Musterentwürfe zur Gewinnung von Steuerdaten für Textilverarbeitungsmaschinen, farbige
Druckträger und allgemein jede farbige Fläche oder Oberfläche verstanden werden.
-
Bei der trichromatischen Abtastung von Farbvorlagen wird für jede
Farbe ein Farbmeßwert-Tripel erzeugt, welches die Farbanteile der Farbe bzw. die
Koordinaten des zugehörigen Farbortes im RGB-Farbraum darstellen.
-
Bei den Farben einer Vorlage treten Farbschwankungen oder Farbabwandlungen
auf, die einerseits vom Designer beabsichtigt sind, andererseits aber ihre Ursache
in den Farbtoleranzen der im Handel erhältlichen Farben oder in einem ungleichmäßigen
Farbauftrag haben können. Diese Farbschwankungen der einzelnen Farben liegen innerhalb
begrenzter Farbbereiche, die bei der Farberkennung bzw.
-
Farbtrennung als eine Farbe erkannt werden sollen und denen deshalb
im RGB-Farbraum entsprechende Farberkennungsräume zugeordnet sind.
-
In einer Farbauswahl-Schaltung wird dann laufend festgestellt, in
welchen der vorgegebenen Farberkennungsräume ein durch Vorlagenabtastung gewonnenes
Farbsignal-Tripel fällt und das Vorhandensein einer Farbe zur Anzeige gebracht.
-
Solche Farbauswahl-Schaltungen finden z.B. in Farbscannern zur Herstellung
von Farbauszügen für den Mehrfarben-Mischdruck oder für den Textil-, Dekor- und
Verpackungsdruck Anwendung.
-
Bei der Herstellung von Farbauszügen für den Mehrfarben-Mischdruck
(Papierdruck) erfolgt eine Farbkorrektur, welche einerseits die farbmetrisch unzulängliche
Qualität der Druckfarben berücksichtigt und mit der andererseits die redaktionell
gewünschte farbliche Aussage der Reproduktion gegenüber dem Original geändert werden
kann. Neben einer Grundkorrektur wird eine zusätzliche Selektivkorrektur durchgeführt,
die gezielt auf ganz bestimmte Farben wirkt.
-
Es besteht somit das Problem, mit Hilfe von Farbauswahl-Schaltungen
jeweils diejenigen Farben zu selektieren, die einer speziellen Korrektur unterzogen
werden sollen.
-
Abweichend vom Mehrfarben-Mischdruck werden die Farben beim Textil-,
Dekor- oder Verpackungsdruck vor dem Druckprozess e-<mischt und dann getrennt
auf das Druckmedium übertragen. Hierbei besteht das Problem, die einzelnen Farben
der Vorlage mittels einer Farbauswahl-Schaltung voneinander zu trennen und für jede
Farbe einen separaten Farbauszug herzustellen.
-
Eine Farbauswahl-Schaltung wird auch in einem Abtastgerät für Musterentwürfe
zur Gewinnung von Steuerdaten für Textilverarbeitungsmaschinen benötigt. Dort geht
es ebenso darum, aus einem gezeichneten farbigen Musterentwurf einzelne Farben zu
selektieren.
-
Diese Farben werden dann in Steuerdaten umgesetzt und auf einem Datenträger
als Farbinformation gespeichert.
-
Aus der US-PS 3,210,552, ist bereits eine Farbauswahl-Schaltung bekannt,
bei der die gewünschten Grenzen eines Farberkennungsraumes elektronisch durch einstellbare
Schwellen-Schaltungen nachgebildet sind. Die Zugehörigkeit einer zu identifizierenden
Farbe zu dem Farberkennungsraum wird durch Vergleich der Farbmeßwertsignale mit
den eingestellten Schwellen festgestellt.
-
Die Größe des Farberkennungsraumes kann zwar eingestellt werden, die
Form ist aber im wesentlichen quaderförmig.
-
Die bekannte Farbauswahl-Schaltung hat den Nachteil, daß sich die
Form des Farberkennungsraumes ohne einen enormen Schaltungsaufwand nicht optimal
an einen zu trennenden Farbbereich anpassen läßt, wodurch Fehler bei der Farberkennung
auftreten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß kaum die Möglichkeit besteht,
die Auswahl-Schaltung
jeweils an die besonderen Gegebenheiten der
zu analysierenden Vorlage anzupassen. Die individuelle Einstellung der Schwellen
erweist sich nämlich als äußerst schwierig, da zwischen dem Farbraum einerseits
und den elektrischen Schwellen andererseits vorstellungsmäßig kein Zusammenhang
besteht. Zur Trennung einer Vielzahl von Farben muß eine ebensolche Vielzahl von
Schwellen-Schaltungen vorhanden sein und eingestellt werden, was äußerst aufwendig
und zeitraubend ist.
-
Eine Variante der Farberkennung geht aus der US-PS 3,012,666 und aus
der DE-OS 21 58 758 hervor, in denen die räumliche Farberkennung auf ein zweidimensionales
Problem zurückgeführt wird. Die Farbbereiche sind dort mit Geraden begrenzt, die
wiederum durch Schwellen-Schaltungen nachgebildet werden.
-
Es hat sich nun in der Praxis gezeigt, daß auch diese Verfahren keine
zufriedenstellenden Ergebnisse liefern, da die Sicherheit der Farberkennung oft
nicht ausreichend ist. Hinzu kommt, daß es z.B. durch die bananenförmige Gestalt
der Farbbereiche in der DE-OS 21 58 758 schwierig möglich ist, den gesamten Farbraum
lückenlos mit Farberkennungsräumen auszufüllen, was ebenfalls zu einer Unsicherheit
bei der Farberkennung führt.
-
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
die genannten Nachteile zu beheben und ein verbessertes Verfahren und eine Schaltungsanordnung
zum Erkennen bzw. Trennen von Farben anzugeben, mit denen die Farberkennungsräume
an die zu trennenden Farbbereiche angepaßt werden können, wodurch eine hohe Erkennungssicherheit
erzielt wird.
-
Die in den Ansprüchen gekennzeichneten und weiteren Merkmale der Erfindung
gehen aus den im folgenden beschriebenen und in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispielen
hervor.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Farberkennung; Fig.
2 ein Flußdiagramm zur Wirkungsweise der Schaltungsanordnung; Fig. 3 einen in Raumelemente
unterteilten Chrominanz-Luminanz-Farbraum; Fig. 4 eine grafische Darstellung zur
räumlichen Abstandsbestimmung von Raumelementen; Fig. 5 einen Schnitt durch den
Chrominanz-Luminanz-Farbraum; Fig. 6 eine Variante der Schaltungsanordnung; Fig.
7 einen Schnitt durch den Farbton-Sättigungs-Helligkeits-Farbraum; Fig. 8 ein Anwendungsbeispiel
für die Schaltungsanordnung bei einem Farbscanner für den Textil-, Dekor- oder Verpackungsdruck;
Fig. 9 ein Anwendungsbeispiel für die Schaltungsanordnung bei einem Farbscanner
für den Mehrfarbendruck.
-
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur
Farberkennung bzw. Farbtrennung und Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung ihrer
Wirkungsweise.
-
Die zu analysierende Farbvorlage kann eine Bild- oder Mustervorlage
für den Mehrfarbendruck oder für den Textil-, Dekor- und Verpackungsdruck, aber
auch ein Musterentwurf zur Gewinnung von Steuerdaten für Textilverarbeitungsmaschinen
sein. Unter einer Farbvorlage soll auch ein farbiger Druckträger und allgemein jede
farbige Fläche oder Oberfläche verstanden werden.
-
Die Farbvorlage soll aus nebeneinanderstehenden, flächig angelegten
Farben und aus verlaufenden Farben bestehen. Die flächigen Farben weisen z. B. aufgrund
von Farbtoleranzen oder eines ungleichmäßigen Farbauftrages Farbabweichungen auf.
Bei der Farberkennung besteht das Problem, die einzelnen flächigen Farben voneinander
zu trennen, und die Farbabweichungen innerhalb einer Fläche zu einer Farbe zusammenzufassen.
In den verlaufenden Farben, d. h. in den Farben mit allmählichen Änderungen der
Sättigung und/oder Helligkeit, sind die Farbabwandlungen vom Design her beabsichtigt.
Bei der Farberkennung besteht dann das Problem, die einzelnen Farbabwandlungen (Verläufe)
voneinander zu trennen, oder auch gegebenenfalls mehrere Farbabwandlungen zu einer
Farbe zusammenzufassen.
-
Die Farbvorlage 1, die auf einem Vorlagenträger 2 angebracht ist,
wird von zwei Lichtquellen 3 und 4 mit bekannter Spektralzusammensetzung beleuchtet,
und das reflektierte oder durchgelassene Abtastlicht
gelangt über
Objektive 5 und 6 und über eine Blende 7 in ein Abtastorgan 8. In dem Abtastorgan
8 wird das Abtastlicht mittels zweier dichroitischer Farbteiler 9 und 10 in drei
Teilstrahlen aufgespalten, die durch Korrektur-Farbfilter 11,12 und 13 auf drei
opto-elektronische Wandler 1lot,15 und 16 fallen. Die Wandler 1lot,15 und 16 formen
das empfangene Teillicht entsprechend den Intensitäten der Grundfarben-Anteile an
den abgetasteten Farben in die primären Farbmeßwert-Signale R, G und B um, welche
die Raumkoordinaten der zugehörigen Farborte in dem kartesischen R,G,B-Farbraum
darstellen.
-
Die Farbmeßwert-Signale R,G und B werden in einer Logarithmier-Stufe
17 logarithmiert und/oder nach einer Gradationskurve modifiziert. In einer Umformer-Stufe
18 erfolgt eine Matrizierung der Farbmeßwert-Signale R, G und B in die Chrominanz-Signale
x und y und in das Luminanz-Signal z nach der Beziehung: x a11R + a12G + a13 y =
a21R + a22G + a23B z = a31R + a32G + a33B Die Matrizierung entspricht einer Transformation
des R,G,B-Farbraumes in den Chrominanz-Luminanz-Farbraum, wobei die Chrominanz-Signale
x und y die Farbkoordinaten der Farborte in der Chrominanzebene und die Luminanz-Signale
z die dritte Koordinate (Grauachse) darstellen.
-
Transformationen dieser Art sind in der Fernsehtechnik geläufig (siehe
hierzu H. Schönfelder, Fernsehtechnik I, I. Liebig Verlag, Darmstadt, Seiten 3/13,
3/14 und 3/1lot B).
-
Die Chrominanz-Signale x und y und das Luminanz-Signal z werden in
A/D-Wandler 19, 20 und 21 in digitale Signale mit einer Wortlänge von jeweils 5
Bit umgewandelt, die über Ausgangsleitungen 22, 23 und 24 ausgegeben werden. Die
Digitalisierung kann auch mit unterschiedlicher Auflösung erfolgen.
-
Zur Erläuterung zeigt Fig. 3, wie der gesamte Chrominanz-Luminanz-Farbraum
25 in eine Vielzahl von Farbraumelementen 26, im Ausführungsbeispiel 32 x 32 x 32,
unterteilt ist, von denen der Übersichtlichkeit wegen nur einige angedeutet sind.
Die Farbe eines»Farbraumelementes 26 bzw. seine Lage in dem Chrominanz-Luminanz-Farbraum
25 ist durch einen Raumvektor F oder durch die entsprechenden Farbraumkoordinaten
x, y und z definiert.
-
Den einzelnen Farben oder Farbraumelementen 26 werden freiwählbare
Identifikationssymbole, z. B. Farbnummern (F-Nr.) 1, 2, 3 usw.
-
zugeordnet. Jeder Farbbereich in der Farbvorlage 1, der bei der Farbtrennung
als zu einer Einzelfarbe zugehörig erkannt werden soll, ist im Chrominanz-Luminanz-Farbraum
25 durch einen Farberkennungsraum 27 abgegrenzt. Die Farbraumelemente 26, die zu
einem Farberkennungsraum gehören, sind mit derselben Farbnummer belegt. Fig. 3 zeigt
einen ersten Farberkennungsraum 271 mit der Farbnummer 1 sowie Teile eines zweiten
Farberkennungsraumes 272 mit der Farbnummer "2" und eines dritten Farberkennungsraumes
273 mit der Farbnummer "3".
-
Die Anzahl der Farberkennungsräume 27 richtet sich nach der Anzahl
der zu trennenden Farben. Im allgemeinen grenzen die einzelnen Farberkennungsräume
lückenlos aneinander, so daß keine undefinierten Zustände auftreten.
-
Die Schaltungsanordnung zur Farberkennung gemäß Fig. 1 weist einen
Farberkennungs-Speicher 28 mit einem Adreß-Eingang 29, einem Daten-Eingang 30 und
einem Daten-Ausgang 31 auf. Der Farberkennungs-Speicher 28 hat im Ausführungsbeispiel
eine Kapazität von 32 x 32 x 32 à Lt Bit. Jedem Speicherplatz ist ein Farbraumelement
26 des Chrominanz-Luminanz-Farbraumes 25 zugeordnet. Jeder Speicherplatz ist durch
die Farbkoordinaten x, y und z des betreffenden Farbraumelementes 26 adressierbar.
Auf den Speicherplätzen sind die Farbnummern 1 bis 16vabgelegt, die den Farbraumelementen
26 zugeordnet wurden.
-
Die Ausgangsleitungen 22, 23 und 24 der A/D-Wandler 19, 20 und 21
sind zu einem Adreß-Bus 32 zusammengefaßt, der über einen Umschalter 33 mit dem
Adreß-Eingang 29 des Farberkennungs-Speichers 28 verbunden ist.
-
Die digitalen Signale x, y und z à 5 Bit werden jeweils zu einer Adresse
à 15 Bit zusammengefaßt und zur Anwahl der Speicheradressen über den Adreß-Bus 32
an den Farberkennungs-Speicher 28 ausgegeben.
-
Für die spätere Farberkennung der Vorlagenfarben werden den betreffenden
Farbkoordinaten-Kombinationen x, y und z die gewünschten Farbnummern zugeordnet
und unter entsprechenden Adressen des Farberkennungs-Speichers 28 abgelegt.
-
Bei der eigentlichen Farberkennung tastet dann das Abtastorgan 8 die
Farbvorlage 1 punkt- und zeilenweise durch eine Relativbewegung zwischen Abtastorgan
8 und Vorlagenträger 2 ab. Die dabei gewonnenen Farbkoordinaten (Adressen) rufen
über den Adreß-Bus 32 und den Umschalter 33, die zugehörigen Farbnummern im Farberkennungs-Speicher
28 auf, die über den Daten-Ausgang 31 aus dem Farberkennungs-Speicher 28 ausgelesen
und weiterverarbeitet werden. Der Umschalter 33 befindet sich dann in der gestrichelt
dargestellten Schaltstellung.
-
Soll beispielsweise ein bestimmter Farbbereich als Einzelfarbe mit
der Farbnummer "N" erkannt werden, so ordnet man allen in diesen Farbbereich fallenden
Farbkoordinaten-Kombinationen (Adressen-Kombinationen) x,y und z im Farberkennungs-Speicher
28 die Farbnummer "N" zu. Treten bei der späteren Vorlagenabtastung wieder diese
Adressen-Kombinationen auf, ist die zugehörige Farbe mit der Farbnummer "N" erkannt.
-
Falls der Farbbereich, der von der Farbvorlage 1 umfaßt wird, wesentlich
kleiner als der theoretisch mögliche R,G,B-Farbraum oder Chrominanz-Luminanz-Farbraum
ist, kann zur vollständigen Ausnutzung des Farberkennungs-Speichers 28 in vorteilhafter
Weise eine entsprechende Adressenumrechnung vorgenommen werden.
-
In der Praxis sind häufig eine große Anzahl von Vorlagenfarben voneinander
zu trennen, so daß eine ebensolche Anzahl von Farberkennungsräumen zu definieren
und Farbnummern in den Farberkennungs-Speicher 28 einzugeben sind.
-
Ermittlung der Farbnummern und Füllung des Farberkennungs-Speichers
28 erfolgen erfindungsgemäß anhand der analysierenden Farbvorlage 1 mit Hilfe des
Abtastorgans 8 und einer Zuordnungs-Schaltung 34.
-
Die Zuordnungs-Schaltung 34 besteht aus einer Eingabe-Stufe 35, einem
Proben-Speicher 36, einem Adreß-Steuerwerk 37 und einer Rechenschaltung 38. Die
Eingabe-Stufe 35 weist ein erstes Bedienungsfeld 35' mit einer Zehner-Tastatur zur
Vorgabe von Farbnummern und ein zweites Bedienungsfeld 35" mit einer Anzahl von
Betriebs-Tasten auf.
-
Die Wirkungsweise der Zuordnungs-Schaltung 34 soll im folgenden näher
erläutert werden.
-
Um die für eine vollständige oder nahezu vollständige Füllung des
Farberkennungs-Speicher 28 erforderliche große Anzahl von Farbnummern zu gewinnen,
wird nach dem Erfindungsgedanken zunächst eine wesentlich geringere Anzahl von Farbproben
aus der Farbvorlage 1 entnommen und diesen Farbproben Farbnummern zugeordnet.
-
Damit ist ein Stützgerüst geschaffen, von dem aus die zum Aufbau der
Farberkennungsräume erforderlichen Farbnummern selbsttätig ermittelt und in den
Farberkennungs-Speicher 28 abgelegt werden.
-
Probenentnahme In einem ersten Schritt wird für jede zu erkennende
Farbe mindestens eine Farbprobe aus der Farbvorlage 1 entnommen und jeder Farbprobe
eine Farbnummer zugeordnet. Dazu werden mit dem Abtastorgan 8 charakteristische
Probenpunkte Pn in den einzelnen Farben angefahren und
die Farbmeßwert-Signale
R,G und B ausgemessen. Die auf diese Weise gewonnenen Proben-Farbkoordinaten xpn,ypn
und Zpn gelangen über den Adreß-Bus 32 an den Daten-Eingang 39' des Proben-Speichers
36.
-
Gleichzeitig erstellt der Bediener eine Proben-Liste, indem er mittels
der Eingabe-Stufe 35 jedem Tripel von Proben-Farbkoordinaten xpn, Ypn und Zpn (15
Bit) eine Farbnummer "N" (4 Bit) zuordnet, welche über den Daten-Bus 40 an den Daten-Eingang
39" des Proben-Speichers 36 gegeben werden.
-
Jede Zeile der Proben-Liste wird unter fortlaufenden Adressen, die
vom Adreß-Steuerwerk 37 über den Adreß-Eingang 41 aufgerufen werden, in dem Proben-Speicher
36 als 19-Bit-Speicherworte abgelegt. Dazu betätigt der Bediener zwischen den einzelnen
Probenentnahmen eine Betriebs-Taste 42 "Probe" in dem Bedienungsfeld 35" der Eingabe
Stufen 35,wodurch ein entsprechender Befehl auf einer Leitung 43 die Adressen im
Adreß-Steuerwerk 37 jeweils um eins erhöht.
-
Die Anzahl der Farbproben richtet sich im wesentlichen nach der Art
der zu erkennenden Farben, nach der Farbvorlage und nach der geforderten Genauigkeit
bei der Farbtrennung.
-
Im folgenden wird ein Beispiel für die Erstellung einer Zuordnungs-Liste
gegeben.
-
Eine zu erkennende Farbe "blau" in einer Fläche 44 der Farbvorlage
1 möge eine homogene Sättigung und Helligkeit aufweisen. In diesem Falle genügt
es, nur eine Farbprobe in einem Probenpunkt P1 zu entnehmen und den Proben-Farbkoordinaten
xp1, Yp1 und der Erkennungsfarbe "blau" z. B. die Farbnummer 1 zuzuordnen.
-
Eine zweite zu erkennende Farbe in einer Fläche 45 möge verlaufend
sein, z. B. die Farbbereiche "hellrot" und "dunkelrot" aufweisen, die zu einer Erkennungsfarbe
"rot" zusammengefaßt werden sollen.
-
In diesem Falle wird zunächst der Probenpunkt P2 im Farbbereich "hellrot"
ausgemessen und den Proben-Farbkoordinaten xp2, Yp2 und Zp2 die Farbnummer "2" der
Erkennungsfarbe "rot" zugeordnet.
-
Danach wird dem Probenpunkt P3 im Farbbereich "dunkelrot" eine Farbprobe
entnommen und den Proben-Farbkoordinaten Xp3, Yp3 und Zp3 ebenfalls die Farbnummer
"2" der Erkennungsfarbe "rot" zugeordnet.
-
Eine dritte Farbe in einer weiteren Fläche 46 der Farbvorlage 1 möge
ebenfalls verlaufend sein, z. B. die Farbbereiche "hellgelb", "mittelgelb" und "dunkelgelb"
aufweisen, die voneinander getrennt werden sollen. In diesem Falle wird mindestens
eine Farbprobe in jedem Farbbereich entnommen (Probenpunkte P4, P5 und P6) und den
zugehörigen Proben-Farbkoordinaten Xp4, yp4 und Zp4 die Farbnummer "3" der Erkennungsfarbe
"hellgelb", den Proben-Farbkoordinaten Xp5, Yp5 und zp5 die Farbnummer "4" der Erkennungsfarbe
"mittelgelb" und schließlich den Proben-Farbkoordinaten und Zp6 die Farbnummer 5
der Erkennungsfarbe "dunkelgelb" zugeordnet.
-
Mit der Entnahme einer Farbprobe aus dem n-ten Probenpunkt und Zuordnung
der Farbnummer "N" ist die folgende Proben-Liste erstellt und abgespeichert:
Speicherwert |
Probenpunkt Adresse |
-Nr. Proben-Farbkoordinaten |
P1 1 Xp1 ; Yp1 Zp1 |
P2 2 2 Xp2; Yp2; Zp2 |
P3 2 Xp3; Yp3; Zp3 |
4 4 x 3 ; Yp4; |
eP5- 5 4 XP5; Yp5; |
P6 6 5 5 x Xp6; y Yp6; 6 |
n n N Xpn; Ypn; Zpn |
Die Farbvorlage 1 kann auch auf einem Farbmonitor dargestellt und die Farbproben
mittels eines Cursors und einer geeigneten Meßschaltung ermittelt werden. Dazu wird
die Farbvorlage 1 mit einer Fernsehkamera abgetastet. Im Falle, daß die zu analysierende
Farbvorlage 1 bereits vorher in einem Farbscanner abgetastet wurde und die digitalen
Farbinformationen in einem Bildspeicher abgelegt sind, werden die Farbinformationen
in einen Bildwiederholspeicher geladen und zur Darstellung auf dem Farbmonitor zyklisch
ausgelesen.
-
Ermittlung der Farbnummern Nach dem beschriebenen ersten Schritt der
Probenentnahme sind bereits denjenigen Farbraumelementen, die einer Farbprobe enbsprechen
(Proben-Farbraumelemente), Farbnummern zugeordnet. Anschließend wird jedes
weitere
Farbraumelement (xi;yi;zi;) mit der Farbnummer des räumlich am nächsten liegenden
Proben-Farbraumelementes (Xpn,Ypn,Zpn)belegt.
-
Zur Ermittlung der Farbnummern ist eine Abstandsrechnung im Farbraum
zwischen einem zu belegenden Farbraumelement und den einzelnen Proben-Farbraumelementen
und die Bestimmung des geringsten Abstandes erforderlich.
-
Zur Erläuterung zeigt Fig. 4 nochmals den Chrominanz-Luminanz-Farbraum
25 mit einem zu belegenden Farbraumelement 26, das durch den Raumvektor Fi bzw.
durch die Farbkoordinatentripel xi, yi und zi definiert ist, und mit zwei Proben-Farbraumelementen
26' und 26", die durch die Raumvektoren 1 und F2 bzw. durch die Farbkoordinatenxp1
yp1 zp1 sowie (xp2, yp2, Zp2) festgelegt sind. Die Proben-Farbraumelemente 26' und
26" haben die Abstände d1 und d2 von dem zu belegenden Farbraumelement 26. Dem Proben-Farbraumelement
26' möge die Farbnummer 1 und dem Proben-Farbraumelement 26" die Farbnummer "2"
zugeordnet sein.
-
Der Abstand dn eines Farbraumelementes (xi,yi,zi) zu einem Proben-Farbraumelement
(xpn,ypn,zpn) wird nach der vektoriellen Abstandsgleichung:
ermittelt.
-
In dem gewählten Beispiel werden demnach die Abstände d1 und d2 berechnet
und miteinander verglichen. Da d2<d1 ist, wird das Farbraumelement 26 mit der
Farbnummer ??2?? belegt. Falls zwischen dem aufgerufenen Farbraumelement und mehreren
Proben-Farbraumelementen derselbe Abstand festgestellt wird, könnte eine Mehrheitsentscheidung
durchgeführt werden, indem dem aufgerufenen Farbraumelement die in den gleichabständigen
Farbproben am häufigsten auStretende Farbnummer zugeordnet wird.
-
Zur Ermittlung der Farbnummer eines aktuellen Farbraumelementes könnten
auch die umgebenden Farbraumelemente mit wachsendem Abstand abgefragt und auf die
Belegung mit einer Farbnummer überprüft werden. Das aktuelle Farbraumelement erhält
dann die Farbnummer, die beim Abfragen der Umgebung zuerst angetroffen wird.
-
Die Ermittlung der Farbnummern und das Füllen des Farberkennungs-Speichers
28 wird in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 folgendermaßen durchgeführt.
-
Der Bediener betätigt eine Betriebs-Taste 47 'tSpeicherfüllung" in
dem Bedienungsfeld 35" der Eingabe-Stufe 35, wodurch ein Steuerbefehl über eine
Leitung 48 an das Adreß-Steuerwerk 37 gegeben wird Das Adreß-Steuerwerk 37 ruft
die Farbkoordinaten xi,yi und zi eines zu belegenden Farbraumelementes (Speicherplatzes)
auf und übermittelt diese Farbkoordinaten über einen Daten-Bus 49 und einen Daten-Eingang
50 an die Rechenschaltung 38.
-
Das Adreß-Steuerwerk 37 ruft außerdem über den Adreß-Eingang 41 die
erste Adresse des Proben-Speichers 36 auf, unter der die Proben-Farbkoordinaten
xp1yp1 und Zp1 sowie die zugehörige Farbnummer der ersten Probe (erste Zeile der
Proben-Liste) abgelegt sind und transferiert diese Werte über die Daten-Busse 51
und 52 und über die Daten-Eingänge 53 und 54 ebenfalls in die Rechenschaltung 38.
-
Die Rechenschaltung 38 ermittelt jetzt den Abstand d1 nach der oben
angegebenen Gleichung und legt den errechneten Wert in einem internen Register ab.
-
Dann ruft das Register-Steuerwerk 37 die zweite Adresse des Proben-Speichers
36 auf und überschreibt die zweite Zeile der Proben-Liste mit den Angaben über die
zweite Farbprobe in die Rechenschaltung 38, welche jetzt den Abstand d2 ermittelt
und speichert. Dieser Vorgang ist mit der Berechnung des Abstandes dn zu der n-ten
Farbprobe abgeschlossen und gleichzeitig ist auch der geringste Abstand dmin festgestellt.
-
Die vom Adreß-Steuerwerk 37 aufgerufenen Farbkoordinaten xi,yi und
zi rufen gleichzeitig über einen Adreß-Bus 55 und den Umschalter 33, der sich in
der dargestellten Schaltstellung befindet, die entsprechenden Adressen des Farberkennungs-Speichers
28 auf. Die Farbnummer, die dem festgestellten geringsten Abstand dmin zugeordnet
ist, wird aus der Rechenschaltung 38 über einen Daten-Bus 56, einen weiteren Umschalter
57 und über den Daten-Eingang 30 in den Farberkennungs-Speicher 28 überschrieben
und unter der angewählten Adresse abgelegt.
-
Anschließend ruft das Adreß-Steuerwerk 37 die Farbkoordinaten (Adressen)
eines weiteren zu belegenden Farbraumelementes (Speicherplatzes) auf, und die Ermittlung
der Farbnummern und deren Überschreibung in den Farberkennungs-Speicher 28 läuft
- wie zuvor beschrieben - ab.
-
Das Adreß-Steuerwerk 37 kann die Adressen des Farberkennungs-Speichers
28 in einer beliebigen Reihenfolge aufrufen oder auf einen bestimmten Bereich beschränken,
wenn nur ein oder mehrere Farberkennungsräume abgegrenzt werden sollen.
-
Die Abgrenzung eines oder mehrerer Farberkennungsräume ist dann ausreichend,
wenn die abgetastete Farbvorlage 1 z. B. eine Steuermaske ist und nur wenige Maskensignale
zu gewinnen sind, oder wenn die Ausgangssignale des Farberkennungs-Speichers 28
zur Steuerung einer selektiven Farbkorrektur verwendet werden sollen. In allen anderen
Anwendungsfällen erweist sich meistens eine vollständige Belegung des Farberkennungs-Speichers
als vorteilhaft, da dann keine undefinierten Farbzustände auftreten können und eine
hohe Erkennungssicherheit bei der Farbtrennung erreicht wird. In diesem Falle ist
es zweckmäßig, die Adressen des Farberkennungs-Speichers 28 zeilenweise aufzurufen.
-
Eine weitere, vorteilhafte Betriebsweise der Schaltungsanordnung ist
folgende.
-
Wenn z. B. eine Fläche der Farbvorlage 1 mit einer verlaufenden Farbe
als Einzelfarbe mit der Farbnummer "N" erkannt werden soll, besteht in der Schaltungsanordnung
zusätzlich die Möglichkeit, das Abtastorgan 8 in dicht nebeneinanderliegenden Bewegungen
über die betreffende Fläche zu führen, um möglichst viele Farbkoordinaten-Tripel
x,y und z dieser Fläche zu erfassen. Für diese Arbeitsweise befinden sich die Umschalter
33 und 57 in den gestrichelt dargestellten Schaltstellungen, und die Farbkoordinaten
wählen direkt die entsprechenden Adressen des Farberkennungs-Speichers 28 an. Gleichzeitig
mit der Bewegung des Abtastorgans 8 tastet der Bediener mit Hilfe der Zehner-Tastatur
der Eingabe-Stufe 35 die Farbnummer "N" ein, die dann über einen Daten-Bus 58, den
Umschalter 57 und über den Daten-Eingang 30 unter allen aufgerufenen Adressen im
Farberkennungs-Speicher 28 abgelegt wird. Die Gesamtheit der mit der Farbnummer
"N" belegten Speicherplätze bildet den Farberkennungsraum für die zu erkennende
Einzelfarbe.
-
Selbstverständlich läßt sich der Farberkennungs-Speicher 28 auch füllen,
indem nur eine hinreichend große Anzahl von Farbproben aus der Farbvorlage entnommen
wird.
-
Das beschriebene Verfahren hat im wesentlichen den Vorteil, daß durch
die Wahl der Farbproben in der Vorlage, Größe, Form und Orientierung der Farberkennungsräume
im Farbraum beeinflußt werden können. Hierdurch lassen sich die Farberkennungsräume
optimal an die zu trennenden Farbbereiche anpassen, wodurch eine hohe Erkennungssicherheit
erreicht
wird. Die Farberkennungsräume sind also nicht starr vorgegeben, sondern lassen sich
individuell durch die Probenentnahme an die momentan abzutastende Farbvorlage anpassen.
Es werden daher auch jeweils nur so viele Farberkennungsräume festgelegt, wie Vorlagenfarben
voneinander zu trennen sind.
-
Zur Veranschaulichung der zuvor beschriebenen Abläufe zeigt Fig. 5
eine Chrominanzebene als Schnittfläche (z = Konstant) durch den Chrominanz-Luminanz-Farbraum.
Bei der Probenentnahme wurden den Proben-Farbraumelementen 261, 262 und 263 die
Farbnummern "1", "2" und "3" zugeordnet. Nach der beschriebenen Ermittlung der Farbnummern
und Füllung des Farberkennungs-Speichers 28 sind alle Farbraumelemente dieser Chrominanzebene
mit Farbnummern belegt.
-
Um die Proben-Farbraumelemente 261, 262 und 263 haben sich drei Farberkennungsräume
gebildet, die durch die Linien 59 voneinander abgegrenzt sind.
-
Fig. 6 zeigt eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
-
Der Umformer-Stufe 18 ist eine weitere Umformer-Stufe 60 nachgeschaltet,
in der die kartesischen Farbkoordinaten x,y und z in die Zylinder-Farbkoordinaten
S,T und L entsprechend den Gleichungen:
(S = Sättigung) T = c2 arc tan Y (T = Farbton) (2) x L = c3 z (L = Helligkeit)
umgerechnet
werden, was einer Transformation des Chrominanz-Luminanz-Farbraumes in den Sättigungs-Farbton-Helligkeits-Farbraum
entspricht.
-
Sämtliche zuvor beschriebenen Vorgänge laufen dann mit den entsprechenden
Farbkoordinaten S,T und L ab.
-
Durch die beschriebene Transformation und eine entsprechende Analog-Digital-Wandlung
in den A/D-Wandlern 19,20 und 21 läßt sich eine wesentlich höhere Auflösung im Farbton
als in der Sättigung oder in der Helligkeit erreichen. Ebenso wird eine feinere
Auflösung bei schwach gesättigten Farben und eine bessere Abgrenzung gegenüber Komplementärfarben
möglich.
-
Dies beruht im wesentlichen darauf, daß die Bildung von Farberkennungsräumen
in Vorzugsrichtungen abläuft, die dem physiologischen Empfinden des menschlichen
Auges entsprechen. Die Farberkennungsräume sind in Richtung der Sättigung gestreckt
und in Richtung des Farbtones gestaucht, wodurch eine bessere Trennung von Farbtönen
ermöglicht wird. Streckung und Stauchung der Farberkennungsräume kann durch die
Wahl der Koeffizienten C1, c2 und c3 noch verstärkt werden.
-
Um Schwankungen oder Verläufe in einem "Grau" als Einzelfarbe "Grau"
zu erkennen, wird um die Grauachse ein zylindrischer oder tonnenförmiger Farberkennungsraum
für "Grau" gelegt. Auch in diesem Falle erweist sich die Farbraum-Transformation
als vorteilhaft, da die Abgrenzung solcher zylindrischen oder tonnenförmigef Farberkennungsräume
einfacher mit S,T,L-Farbkoordinaten erfolgen kann.
-
Fig. 7 zeigt eine Chrominanzebene als Schnittfläche durch den Sättigungs-Farbton-Helligkeits-Farbraum.
Dargestellt sind zwei Proben-Farbraumelemente 261 und 262, denen die Farbnummern
"2" und "3" zugeordnet wurden. Um diese Farbproben wurden zwei Farberkennungsräume
271 und 272 gelegt, die sich an einer Linie 61 berühren.
-
Um die Grauachse, durch den Punkt 62 angedeutet, wurde ein weiterer
Farberkennungsraum 273 für "Grau" gebildet, dem die Farbnummer 1 zugeordnet ist.
-
Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, anstelle der
Farbkoordinaten X,Y und Z oder Farbkoordinaten S,T und L auch die Farbkoordinaten
R,G und B des R,G,B-Farbraumes zu verwenden. In diesem Falle erübrigen sich die
Transformationen und es werden direkt die Ausgangssignale des Abtastorgans 8 bzw.
der Logarithmier-Stufe 17 verarbeitet.
-
Fig. 8 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach Fig.
1 bei einem Farbscanner zur Herstellung von Farbauszügen für den Dekor-, Textil-
und Verpackungsdruck.
-
Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, werden bei den
genannten Druckarten die zu druckende Farbe vor dem Eruckprozeß gemischt und dann
getrennt auf das Druckmedium übertragen. Mit Hilfe des Farbscanners müssen daher
die einzelnen Farben der Farbvorlage voneinander getrennt und für jede Farbe ein
separater Farbauszug hergestellt werden.
-
Der Farberkennungs-Speicher 28 des Farbscanners sei bereits nach dem
beschriebenen Verfahren mit Farbnummern aufgefüllt.
-
Die auf einer rotierenden Abtasttrommel 63 aufgespannte Farbvorlage
1 wird von dem Abtastorgan 8 punkt- und zeilenweise abgetastet. Die durch die Vorlagenabtastung
gewonnenen Farbkoordinaten x,y und z rufen über den Adreß-Eingang 29 die entsprechenden
Adressen des Farberkennungs-Speichers 28 auf. Die unter den aufgerufenen Adressen
abgelegten Farbnummern werden über den Daten-Ausgang 31 ausgelesen und einer Decodier-Stufe
64 zugeführt. An der Decodier-Stufe 64 kann vorgewählt werden, für welche Vorlagenfarbe
bzw. Farbnummer gerade ein Farbauszug aufgezeichnet werden soll. Die ausgewählte
Farbnummer wird in einem nachgeschalteten D/A-Wandler 65 in ein Steuersignal S umgeformt,
das eine Aussage über die örtliche Verteilung einer Auszugsfarbe in der Farbvorlage
1 liefert.
-
Das Steuersignal S betätigt einen elektronischen Umschalter 66, der
ein in einem einstellbaren Dichtegeber 67 erzeugtes konstantes Aufzeichnungssignal
A1 (konstante Schreibdichte) zu einem Verstärker 68 durchschaltet, wenn in der abgetasteten
Farbvorlage 1 die ausgewählte Auszugsfarbe auftritt. Eine Schreiblampe in einem
Aufzeichnungsorgan 69 wird von dem verstärkten Aufzeichnungssignal A1 ein- und ausgeschaltet.
Die Schreiblampe belichtet punkt- und zeilenweise ein Aufzeichnungsmedium in Form
eines Filmes 70, der auf einer ebenfalls rotierenden Aufzeichnungstrommel 71 montiert
ist. Der belichtete und entwickelte Film ist der gewünschte Strich-Farbauszug.
-
Für die Aufzeichnung von Halbton-Farbauszügen von verlaufenden Farben
kann in einem Verlaufsignal-Geber 72 aus mindestens einem der Farbmeßwerte-Signale
R,G oder B ein Verlaufssignal A2 abgeleitet werden, welches ein Maß für die Farbsättigung
oder Helligkeit, d. h. für den Verlauf einer Farbe darstellt. Der Verlaufssignal-Geber
72 ist in vorteilhafter Weise nach dem Patent ....... (Patentanmeldung P 28 53 511.7)
aufgebaut.
-
Zur Aufzeichnung der Halbton-Farbauszüge wird anstelle des konstanten
Aufzeichnungssignals A1 das Verlaufssignal A2 mittels des elektronischen Umschalters
66 zum Aufzeichnungsorgan 69 durchgeschaltet. Das Steuersignal S liefert dann die
Aussage über die örtliche Verteilung einer Vorlagenfarbe und das zugehörige Verlaufssignal
A2 die Aussage über die erforderlichen Farbbeträge zur Wiedergabe des Verlaufs.
-
Vor der Aufzeichnung der Farbauszüge kann das zu erwartende Druckergebnis
an einem Farbsichtgerät nach Patent .....
-
(Patentanmeldung P 28 53 510.6) überprüft werden. In diesem Falle
ist der Farberkennungs-Speicher 28 eine Fernsehkamera nachgeschaltet. Die Fernsehkamera
tastet die zu analysierende Farbvorlage 1 ab und ihre Farbsignale rufen die entsyrechenden
Adressen des Farberkennungs-Speichers 28 auf. Die ausgelesenen Farbnummern steuern
einen Farbgeber, der jeder Farbnummer ein Farbsignal-Tripel zur Ansteuerung eines
Farbmonitors zuordnet.
-
An die Stelle der Fernsehkamera kann wiederum ein Bildspeicher treten.
-
Zur Probenentnahme wird die Farbvorlage auf einem zweiten, direkt
an die Fernsehkamera angeschlossenen Farbmonitor sichtbar gemacht und die Farbprobe
mit Hilfe eines Cursors und einer Meßschaltung entnommen.
-
Fig. 9 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der Schaltungsanordnung
zur Farberkennung gemäß Fig. 1 bei der Selektivkorrektur in einem Farbscanner für
den Mehrfarben-Mischdruck (Papierdruck).
-
Die auf der Abtasttrommel 63 montierte Farbvorlage 1 wird von dem
Abtastorgan 8 punkt- und zeilenweise optoelektronisch abgetastet und die dabei gewonnenen
Farbmeßwert-Signale R,G und B gelangen über die Umformer-Stufe 17 auf eine erste
Farbkorrektur-Schaltung 75 für eine Grundkorrektur zur Bildung von ersten Farbauszugs-Signalen
Y (Gelb), M (Magenta) und C (Cyan).
-
Die Farbmeßwert-Signale R,G und B werden nochmals in einer zweiten
Farbkorrektur-Schaltung 76 zum Zwecke der Selektivkorrektur einer bestimmten Farbe
oder eines Farbbereiches in zweite Farbauszugs-Signale Y',M' und C' umgeformt.
-
Erste und zweite Farbauszugssignale gelangen an einen elektronischen
Umschalter 77, der normalerweise die ersten Farbauszugs-Signale M,Y
und
C und nur im Falle, daß in der Farbvorlage 1 die selektiv zu korrigierende Farbe
auftritt, die entsprechenden zweiten Farbauszugs-Signale M',Y' und C' an die Verstärker
68, 68' und 68" durchschaltet.
-
Die durchgeschalteten und verstärkten Farbauszugssignale modulieren
wiederum die Helligkeit von Schreiblampen in den Aufzeichnungsorganen 69, 69' und
69". Die Aufzeichnungsorgane 69, 69' und 69" belichten punkt- und zeilenweise die
auf der rotierenden Aufzeichnungstrommel 71 montierten Filme 70, 70' und 70". Die
belichteten und entwickelten Filme sind die gewünschten, korrigierten Farbauszüge
"Gelb", "Magenta" und "Cyan".
-
Das Steuersignal S für den elektronischen Umschalter 77 wird mit der
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erzeugt. Der Bediener wählt die selektiv zu korrigierende
Farbe bzw. Farbnummer an der Decodier-Stufe 64 vor.
-
Bei der Aufzeichnung der Farbauszüge wird jeweils nur die Farbnummer
der vorgewählten Farbe durch die Decodier-Stufe 64 an den nachgeschalteten D/A-Wandler
65 durchgeschaltet und in das Steuersignal S für den elektronischen Umschalter 77
umgewandelt.
-
Die Decodier-Stufe 64 kann entfallen, wenn mit Hilfe der Zuordnungs-Schaltung
34 in dem Farberkennungs-Speicher 28 nur der Farberkennungsraum für die zu selektierende
Farbe programmiert wurde.