DE3629409C2

DE3629409C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrastbewertung bei der elektronischen Bildverarbeitung

Info

Publication number: DE3629409C2
Application number: DE3629409A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Fuchsberger; Eduard Dipl Ing Wagensonner
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: AgfaPhoto GmbH
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1986-08-29
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2006-08-30
Also published as: GB2195857A; JPS6359266A; GB8720314D0; CH675640A5; US4825297A; DE3629409A1; JPH0568147B2; GB2195857B

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur elektronischen Kontrastbewertung von zweidimensionalen transparenten Bildvorlagen, bei dem die Bildvorlage nach Zeilen und Spalten elektrooptisch abgetastet wird und die den Bildelementen entsprechenden, gegebenenfalls zu korrigierenden Bildsignale einer Frequenzfilterung unterzogen werden, bei der sie durch einen Tiefpaß modifiziert werden und zu diesen Tiefpaßsignalen die entsprechenden aus Tiefpaßsignalen und originalen Bildsignalen durch Subtraktion gewonnenen Hochpaßsignale addiert werden.

Ein Verfahren dieser Art ist prinzipiell aus der Videotechnik bekannt. Dabei geht es in erster Linie darum, mit elektronischen Mitteln eine Bildverbesserung zu erreichen. Insbesondere sind Methoden beschrieben worden, um hochfrequente Rauschsignale zu eliminieren, wohingegen hochfrequente, hohen Ortsfrequenzen entsprechende Bildsignale durch Verstärkung angehoben werden. Damit kann man einerseits eine Bildglättung und andererseits eine Bildverschärfung erreichen. Die Grundlagen dieser Methoden sind ausführlich beschrieben in den Büchern F. M. Wahl, Digitale Bildverarbeitung, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo 1984 und W. K. Pratt, Digital Image Processing, John Wiley & Sons, New York/Chichester/Brisbane/Toronto; 1978.

Bei der Reproduktion farbiger Originalbilder (positiv- positiv) oder bei der Herstellung farbfotografischer Positivbilder von Color-Negativvorlagen wird in zunehmendem Maße auf die elektronische Bildverarbeitung zurückgegriffen (siehe z. B. EP 1 23 701 und EP 1 68 818). Grundlage ist dabei, daß die Bildvorlage nach Zeilen und Spalten elektrooptisch abgetastet (gescannt) wird und die resultierenden Bildsignale nach bestimmten Kriterien modifiziert werden. Die Abtastung der Bildvorlage erfolgt normalerweise seriell für die drei Primärfarben rot, grün, blau (RGB).

Erfahrungsgemäß müssen zur Erzeugung optimaler Positivbilder folgende Bildparameter eingestellt bzw. verändert werden können:

a) Farbbalance,
b) Farbsättigung,
c) globaler Kontrast (Gradation).

Dabei besteht häufig die Schwierigkeit, daß sich diese Parameter nicht unabhängig voneinander einstellen lassen. Bei einer veränderten Einstellung der Gradation verschiebt sich z. B. auch der Farbort. Eine unabhängige Einstellung gelingt jedoch, wenn die helligkeitslinearen Bildsignale, wie in der Fernsehtechnik üblich, in Luminanz- und Chrominanzsignale transformiert werden (RGB → YUV-Transformation).

Neben der Einstellung der Gradation sind, wie oben schon beschrieben, elektronische Methoden zur Bildverbesserung bekannt, wobei normalerweise hohen Ortsfrequenzen entsprechende Bildsignale angehoben werden, um die entsprechend der Modulationsübertragungsfunktion (MÜF) bei hohen Ortsfrequenzen einsetzenden Übertragungsverluste zu kompensieren. Auf diese Weise kann man im Prinzip die Wiedergabe von Mikrostrukturen im Bild verbessern. Es hat sich nun gezeigt, daß man bei der Herstellung farbfotografischer Abzüge von Colornegativen oder auch Colorpositiven besonderen, zum Teil dem physiologischen Bereich zugeordneten Kriterien Rechnung tragen muß, wenn die Bilder vom Betrachter als optimal eingestuft werden sollen. Insbesondere hat sich gezeigt, daß hochfrequente Detailstrukturen (Mikro- Strukturen) bei der Bildverarbeitung anders bewertet werden müssen als tieffrequente Strukturen (Makro-Strukturen).

Hier setzt die Erfindung an. Es lag die Aufgabe zugrunde, die Bildkontraste bei den Mikrostrukturen anzuheben (Bildschärfeverbesserung) und dabei eine Überbetonung der Kontraste zu vermeiden, die in der Praxis häufig zu einem "strohigen" Bildeindruck führt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Filterschaltung der Verstärkungsfaktor K2 für das Hochpaßsignal entsprechend einer nicht linearen Übertragungskennlinie in der Weise vorgegeben wird, daß kleine, geringen Bildkontrasten entsprechende Signale höher verstärkt werden als große, starken Bildkontrasten entsprechende Signale und daß die Tiefpaßsignale vor der Addition von Hochpaß- und Tiefpaßsignalen, bezogen auf den Aussteuerbereich, entsprechend einer nicht linearen Gradationskennlinie modifiziert werden. Die signalabhängige Verstärkung im Hochpaßkanal bewirkt, daß kleine Detail-Kontraste im Bild relativ stark angehoben werden, während die a priori großen Kontraste schwächer verstärkt werden. Dadurch kann eine Übersteuerung ebenso wie eine Überbetonung der Kontraste vermieden werden.

Vorzugsweise werden sehr kleine, dem mittleren Rauschsignal entsprechende Bildsignale mittels einer in der Nähe des Null-Punktes flach oder horizontal verlaufenden Kennlinie K2 im Hochpaßkanal unterdrückt. Auf diese Weise kann das systemeigene elektronische Rauschen ebenso wie das optische, durch die Körnigkeit der Vorlage bedingte Rauschen eliminiert werden.

Um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß vom Auge Hell-Dunkel-Sprünge anders wahrgenommen werden als Dunkel-Hell-Sprünge, wird man zweckmäßig bei der Verstärkung der Hochpaßbildsignale eine asymmetrische Verstärkungskennlinie zugrunde legen, wobei die Rauschunterdrückungsschwelle T₁ und die Anfangssteigung S₁ der Verstärkungskennlinie im ersten Quadranten kleiner sind als die Rauschunterdrückungsschwelle T₂ und die Anfangssteigung S₃ im dritten Quadranten der Verstärkungskennlinie K2.

Eine zusätzliche vorteilhafte Variante besteht darin, daß in Abhängigkeit des gradationsbewerteten Tiefpaßsignals auf verschiedene Verstärkungskennlinien K2 umgeschaltet wird.

Diese Variante erfordert zwar einen größeren schaltungstechnischen Aufwand, läßt aber einen größeren Spielraum bei der optimalen Anpassung der Bildverarbeitungsalgorithmen an die physiologischen Eigenschaften des Auges zu. So kann z. B. berücksichtigt werden, daß die Kontrastempfindlichkeit des Auges bei mittleren Helligkeiten am größten ist, während sie bei starken und geringen Helligkeiten relativ klein ist. Infolgedessen wird man bei ganz kleinen und ganz großen mittleren Helligkeiten auf eine Verstärkungskennlinie K2 mit höherer Steigung umschalten.

Eine weitere subjektiv empfundene Verbesserung der Bildqualität kann man erreichen, wenn die Tiefpaßfilterfunktion in Abhängigkeit der Signalamplitude am Filtereingang derart variiert wird, daß das Tiefpaßfilter bei kleinen Bildsignalen eine geringe Bandbreite und bei großen Bildsignalen eine große Bandbreite aufweist.

Weitere bevorzugte Maßnahmen betreffen die rationelle Realisierung der gewünschten Filtercharakteristik mittels iterativer Methoden und sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Weitere Ansprüche richten sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung der beanspruchten Verfahren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die drei Hauptblöcke der Bildverarbeitung mit der Bildabtastvorrichtung (Scanner), dem eigentlichen Bildverarbeitungsteil und der Bildausgabevorrichtung (Printer),

Fig. 2 ein schematisiertes Blockschaltbild des Bildprozessors im Bildverarbeitungsteil,

Fig. 3 ein Prinzip-Schaltbild für die Realisierung eines elektronischen Filters (Stand der Technik),

Fig. 4 das Prinzip-Schaltbild für den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewandten Filterprozeß,

Fig. 5a, 5d Diagramme zur Erläuterung der Filterfunktion,

Fig. 6 die nicht lineare Verstärkungskennlinie K2 für den Hochpaßkanal,

Fig. 7 ein Prinzip-Schaltbild für ein Filter mit verbesserten Anpassungsmöglichkeiten,

Fig. 8 die bei dem Filter nach Fig. 7 im Hochpaßkanal zugrundeliegenden Verstärkungskennlinien K2,

Fig. 9 das Prinzip der iterativen Filterung unter Verwendung von Bildspeichern,

Fig. 10 ein Prinzip-Schaltbild für den Filterprozeß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit zusätzlicher Modifizierung des Filterausgangssignals.

Gemäß Fig. 1 wird die Bildvorlage mit dem Scanner 1, einem CCD-Zeilensensor (Zeilen horizontal) vertikal zeilenförmig abgetastet, so daß für jeden Bildpunkt ein elektrisches Bildsignal gewonnen wird. Die Abtastung erfolgt nacheinander für die drei Primärfarben rot, grün, blau (RGB). Zu diesem Zweck werden geeignete Farbfilter in den Lichtweg zwischen CCD-Zeilensensor und Bildvorlage eingeschwenkt. Das elektrooptisch abgetastete Bild besteht hier aus 2048 Bildpunkten pro Zeile (horizontal) und 1024 Zeilen (vertikal), so daß einem Bild insgesamt 2048 × 1024 Bildelemente (Pixel) in jeder der drei Primärfarben RGB zugeordnet sind. Eine Korrekturschaltung (nicht gezeigt) sorgt dafür, daß CCD-spezifische Fehler, z. B. unterschiedliche Empfindlichkeiten der CCD-Elemente und Dunkelströme, eliminiert werden. Die korrigierten Bildsignale werden anschließend digitalisiert. Erst danach erfolgt die eigentliche elektronische Bildverarbeitung, die in Fig. 1 zu dem Block 2 (gestrichelt) zusammengefaßt ist. Das letzte Glied in der Bildverarbeitungskette ist die Bildausgabevorrichtung 3, hier ein Kathodenstrahl- Printer, der die elektrischen Bildsignale wieder in ein optisches Bild umwandelt, das dann auf das fotografische Aufzeichnungsmaterial, z. B. Color-Positiv-Papier, aufbelichtet wird. Wesentlich ist dabei, daß im Printer das optische Bild Punkt für Punkt durch Umwandlung der elektrischen Bildsignale aufgebaut wird. Im Prinzip kann also jedes Pixel der Bildverarbeitung unterzogen und anschließend an der der Originalvorlage entsprechenden Koordinate auf dem Aufzeichnungsträger ausgegeben werden. Die eigentliche elektronische Bildverarbeitung erfolgt in dem Bildprozessor 4, der über eine Eingabe 5 extern gesteuert werden kann. Vor und nach dem Bildprozessor 4 wird das Bild in den Speichern 6 und 7 (SP₁ und SP₂) abgelegt. Durch diese Zwischenspeicher erreicht man, daß ein Bild vom Printer 3 aus dem Speicher 7 abgerufen und aufgezeichnet werden kann, während gleichzeitig schon ein neues Bild in den Speicher 6 eingelesen und vom Bildprozessor 4 verarbeitet wird. Die drei Grundvorgänge Abtastung (Scanner 1), Bildverarbeitung im Bildprozessor 4 und Bildaufzeichnung (Printer 3) können somit entkoppelt werden. Das vom Bildprozessor 4 verarbeitete, für die Aufzeichnung bestimmte Bild kann nach Zwischenspeicherung in dem Monitorspeicher 8 mittels eines Monitors 9 betrachtet werden. Diese Blöcke werden hier ebenfalls der Bildverarbeitung 2 zugerechnet.

Bei der vorliegenden Erfindung geht es in erster Linie um spezielle elektronische Maßnahmen zur Bildanpassung und Bildverbesserung, wobei letzten Endes die Beurteilungskriterien der visuellen Betrachtung maßgebend sind. Im einzelnen übernimmt der Bildprozessor 4 folgende Aufgaben und Funktionen:

a) Einstellung der Farbbalance,
b) Einstellung der Farbsättigung in mehreren Stufen,
c) bildbezogene Einstellung der Gradation,
d) Bildschärfeverbesserung im Bereich feiner Bilddetails (hoher Ortsfrequenzen).

Die Bildprozessorfunktionen sollen nun im einzelnen anhand von Fig. 2 erläutert werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Bildschärfeverbesserung im Bereich hoher Ortsfrequenzen (Punkt d). Gemäß Fig. 2 umfaßt der Bildprozessor die Blöcke 10 bis 17. Die im Bildspeicher 6 (Speicher SP₁) abgelegten Bildsignale werden zunächst einer Farbmatrix 10 zugeführt, mit deren Hilfe Nebentransparenzen der Farbstoffe der Vorlagen (Übersprechen) korrigiert werden können. Bei der Farbmatrix handelt es sich um einen Festwertspeicher (Look-up-Table = LUT), bei dem jedem ursprünglichen Bildsignal A (x, y) ein korrigiertes Bildsignal A′ (x, y) zugeordnet ist. Die erwähnten Farbkorrekturen können erst an dieser Stelle vorgenommen werden, weil erst nach dem Speicher 6 die Bildsignale aller drei Farbauszüge RGB simultan anstehen. Anschließend werden die dichte-linear gespeicherten Bildsignale ebenfalls mit Hilfe einer Look-up-Tabelle 11 delogarithmiert, so daß von diesem Punkt aber wieder transparenzlineare Bildsignale zur Verfügung stehen. Mit dem Farbbalanceregler 12 können nicht systembedingte Farbabweichungen (z. B. Farbstich) kompensiert werden oder eine bewußte Abweichung vom standardmäßigen Graupunkt erzeugt werden. Im darauffolgenden Block 13 werden die RGB-Bildsignale in ein farbunabhängiges Helligkeitssignal Y (Luminanzsignal) und zwei helligkeitsunabhängige Farbdifferenzsignale U, V (Chrominanzsignale) transformiert. Die Transformation erfolgt dabei in bekannter Weise nach folgenden Gleichungen:

Y = 0,3 r + 0,6 g + 0,1 b
U = b - Y
V = r - Y.

Diese Transformation setzt transparenzlineare Signale voraus. Mittels der Schaltung 14, der nur die Chrominanzsignale U, V zugeführt werden, kann die Farbsättigung eingestellt (vorgewählt) bzw. in Abhängigkeit des Luminanzsignales y automatisch nachgestellt werden. Das Luminanzsignal y durchläuft im unteren Kanal die im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgestellte Kontrastbewertungsschaltung, die weiter unten noch ausführlich beschrieben wird. Die modifizierten Chrominanz- und Luminanzsignale werden im Block 16 entsprechend den Umkehrfunktionen der oben erwähnten Gleichungen in die entsprechenden RGB-Signale rücktransformiert. Diese RGB-Signale werden dann in der Logarithmierschaltung 17 logarithmiert, so daß in der darauffolgenden Signalverarbeitung wieder dichte-lineare Bildsignale anstehen.

Die Kontrastbewertungsschaltung 15 ist im Prinzip ein zweidimensionales digitales Filter, um bestimmte Ortsfrequenzbereiche im Bild anzuheben bzw. zu unterdrücken. Sie beruht auf dem bekannten Filterprinzip nach Fig. 3, wonach die Bildsignale f(x,y) einen Tiefpaß 18 durchlaufen, aus diesen Tiefpaßsignalen m(x,y) durch Subtraktion von den originalen Bildsignalen f(x,y) in einem Differenzverstärker 19 Hochpaßsignale f-m gebildet werden, die anschließend verstärkt (20) und schließlich in der Summenschaltung 21 wieder zu den Tiefpaßsignalen m(x,y) dazuaddiert werden. Das resultierende Ausgangssignal ist hier mit g(x,y) bezeichnet. Der zugehörige mathematische Filteransatz lautet:

g(x, y) = m(x, y) + K · [f(x · y) - m(x · y)].

Bei digitalen Signalen ist der Tiefpaß 18 ein Matrixfilter. Dieses Matrixfilter wird dadurch realisiert, daß zu jedem Pixel ein Mittelwert der zur nächsten Umgebung gehörenden Bildsignale gebildet wird. Dies entspricht einem Fenster im Ortsraum, innerhalb dessen die Bildvorlage durch Mittelung einen Abtastwert liefert. Die Mittelung erfolgt hier z. B. über 3 × 3, 5 × 5 oder 7 × 7 Bildelemente. Jedem Bildelement wird dabei ein Mittelwert zugeordnet; d. h. das Fenster wird elektronisch durch den Ortsraum geschoben.

Über den Verstärkungsfaktor K des Linearverstärkers 20 kann die Verstärkung der feinen Bildstrukturen entsprechenden Frequenzanteile stufenlos eingestellt werden. Daraus resultiert insgesamt eine Kontrastanhebung der feinen (hochfrequenten) Bildstrukturen. Bei einer starken Kontrastanhebung der hochfrequenten Bildstrukturen ergibt sich jedoch ein "strohiger" Bildeindruck, weil Strukturen mit relativ großem Kontrast eine Überbetonung erfahren.

Ferner besteht der Nachteil, daß stochastische Störsignale, d. h. optisches, von der Körnigkeit der Bildvorlage herrührendes oder systembedingtes elektronisches Rauschen, nach den gleichen Grundsätzen behandelt werden wie die Bildsignale.

Üblicherweise werden bei der elektronischen Bildverarbeitung sämtliche zu einem Bild gehörenden Bildsignale mit einer Gradationskennlinie bewertet, um die Kontraste optimal auf die Gradation des verwendeten fotografischen Aufzeichnungsmaterials abzustimmen. Diese Kennlinie hat im allgemeinen eine S-förmige Gestalt.

Die zugehörige Schaltung wird normalerweise (siehe Fig. 2) vor und hinter der Filterschaltung nach Fig. 3 untergebracht. Daraus resultiert, daß die hochfrequenten Detailstrukturen (Mikrostrukturen) hinsichtlich der Gradation genauso behandelt werden wie die tieffrequenten Grobstrukturen, die im wesentlichen für die Beurteilung des Gesamtkontrastes (globaler Kontrast) von Bedeutung sind. Dies wirkt sich besonders stark in flachen Bereichen der Gradationskennlinie aus, wenn die Kontrastbewertung im Anschluß an die Filterung erfolgt. Es ist ersichtlich, daß dann die hochfrequenten Mikrostrukturen, deren Kontraste mit dem Filter verstärkt wurden, wieder gedämpft werden und dadurch der Filtereffekt zum Teil wieder verlorengeht. Daraus resultiert die Forderung, daß getrennte Signalverarbeitungswege für Bildsignale vorgesehen werden müssen, die einerseits die Mikrokontraste und andererseits das globale Kontrastverhalten bestimmen.

Ausgehend von diesen Überlegungen wurde auf der Basis des Filterprinzips nach Fig. 3 die verbesserte Filterstruktur gemäß Fig. 4 entwickelt. Diese Filterstruktur eignet sich insbesondere für digitalisierte ein- und zweidimensionale Bildsignale (entsprechend den x,y- Koordinaten der Bildvorlage). Das gleiche Filterprinzip läßt sich aber ebenso für analoge Signale verwenden. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Filterung nach Fig. 3 besteht darin, daß das Hochpaßsignal f-m mit einer nicht linearen, im folgenden noch näher beschriebenen Kennlinie bewertet wird und unabhängig davon das Tiefpaßsignal m(x,y) einer Kontrastbewertung unterzogen wird. Zu diesem Zweck ist im Hochpaßkanal ein nicht lineares Übertragungsglied 22 und im Tiefpaßkanal eine Kontrastbewertungsschaltung 23 mit z. B. S-förmiger Kennlinie vorgesehen. Dementsprechend lautet die Filtergleichung:

g(x,y) = K1 · m(x,y) + K2 · [f(x,y)-m(x,y)].

Dabei bedeuten:

g(x,y) - das Filterausgangssignal,
f(x,y) - das Filtereingangssignal,
m(x,y) - das Tiefpaßsignal,
f(x,y)-m(x,y) - das Hochpaßsignal,
K1 - die Kennlinie für die Bewertung des Tiefpaßsignals und
K2 - die Kennlinie für die Bewertung des Hochpaßsignals.

Aus den Fig. 5a bis 5d ist das prinzipielle Frequenzverhalten der einzelnen Signalanteile ersichtlich. In den Diagrammen ist jeweils die Signalamplitude als Funktion der Ortsfrequenzen f_x und f_y aufgetragen. Der Einfachheit halber wird hier vorausgesetzt, daß im Eingangssignal sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung alle Frequenzen mit gleicher Amplitude vorhanden sind (Fig. 5a). Der Tiefpaß bewirkt dann, daß die Amplitude der Bildsignale zu hohen Frequenzen hin abfällt (Fig. 5b), während sich das Hochpaßsignal f-m gemäß Fig. 5c durch eine Differenzbildung der Kurven nach Fig. 5a und 5b ergibt. In Fig. 5d ist das resultierende Filterausgangssignal g(x,y) aufgetragen, das sich durch Summation des Tiefpaßsignals und des durch Verstärkung angehobenen Hochpaßsignals (Verstärkungsfaktoren 2 bzw. 3) ergibt.

Wie oben schon erwähnt, kommt der nicht linearen Übertragungskennlinie K2 der Schaltung 22 im Hochpaßkanal gemäß Fig. 4 eine besondere Bedeutung zu. Die Charakteristika dieser Kennlinie werden anhand von Fig. 6 erläutert. Da das Hochpaßsignal als hochfrequente Modulation des Tiefpaßsignals anzusehen ist und das Tiefpaßsignal einer mittleren Bildhelligkeit entspricht, liegt der Nullpunkt der Kennlinie K2 bei einer dem jeweiligen Tiefpaßsignal zugeordneten mittleren Bildhelligkeit. Grob vereinfacht entsprechen also die negativen Signalamplituden in dieser Darstellung dunklen und die positiven Signalamplituden hellen Partien des Bildes. Das Übertragungsverhalten dieser nicht linearen Kennlinie ist im wesentlichen dadurch bestimmt, daß kleine, geringen Modulationen und damit Bildkontrasten entsprechende Signale höher verstärkt werden als große, bereits relativ starken Kontrasten entsprechende Modulationssignale. Dieses Kriterium soll gleichermaßen für dunkle als auch für helle Bildbereiche gelten. In Fig. 6 bedeutet dies, daß:

Steigung S₁ < Steigung S₂ und
Steigung S₃ < Steigung S₄.

Ferner beginnt die Kennlinie K2 nicht am Nullpunkt, sondern erst bei einem Schwellwert T₁ bzw. T₂. Auf diese Weise können die oben erwähnten hochfrequenten Rauschsignale, die entweder optischer oder elektrischer Natur sind, unterdrückt werden. Die Schwelle T₁ liegt hier bei ca. 3% der Vollaussteuerung. Der Wert 255 für die Vollaussteuerung entspricht hier dem größten mit 8 Bit darstellbaren Wert.

Um der Tatsache Rechnung zu tragen, das vom menschlichen Auge ein Hell-Dunkel-Kontrast anders empfunden wird, als der entsprechende Dunkel-Hell-Kontrast mit gleicher Modulationstiefe, wird im negativen Bereich der Kennlinie K2 (dritter Quadrant) eine andere Kennliniencharakteristik zugrundegelegt als im ersten Quadrant.

Die für die Kontrastbewertung der Mikrostrukturen maßgebliche Verstärkung der Hochpaßsignale ist also, bezogen auf den Helligkeitsmittelwert (Nullpunkt) für positive und negative Signalamplituden unsymmetrisch. Die Unsymmetrie liegt darin, daß einmal der Schwellwert T₂ für die Rauschunterdrückung für negative Amplituden größer ist als der Schwellwert T₁ für positive Amplituden und zum anderen in der unterschiedlichen Anfangssteigung der Kennlinie. So ist die Steigung S₃ des zweiten Kennlinienabschnittes im dritten Quadranten größer als die Steigung S₁ des entsprechenden Kennlinienabschnittes im ersten Quadranten. Dagegen stimmen die Steigungen der Kennlinienabschnitte für relativ große Signalamplituden näherungsweise überein.

Wie in Fig. 6 angedeutet, können die Kennlinienabschnitte in den beiden Quadranten aus je drei Ästen zusammengesetzt sein. Der erste Abschnitt ist dabei ein kurzer vertikaler Anstieg an der Schwelle T₁ bzw. T₂. Darauf folgen dann die Abschnitte mit der Steigung S₁ und S₂ bzw. S₃ und S₄. Die Kennliniencharakteristik für positive und negative Hochpaßsignalamplituden ist nachfolgend noch einmal tabellarisch dargestellt:

S₁ < S₂; S₃ < S₁
S₃ < S₄; S₄ ≈ S₂
|T₁| < |T₂|
T₁ = 5 bis 10; T₂ = 10 bis 20 (Abszisse.)

W₁ bei 5 bis 10 gemessen an der Ordinate
W₂ bei 50 bis 100 gemessen an der Ordinate
W₃ bei 10 bis 20 gemessen an der Ordinate
W₄ bei 50 bis 100 gemessen an der Ordinate

Anstelle einer Kennlinie mit diskreten Steigungsabschnitten kann auch eine stetige, gekrümmte Kennlinie zugrundegelegt werden, wobei die Steigung, angefangen von kleinen Signalamplituden kontinuierlich abnimmt. Schaltungstechnisch realisiert wird die Kennlinie K2 wieder mit einer (zweidimensionalen) Look-up-Table (LUT). Dies hat den Vorteil, daß beliebige Kennlinienformen einprogrammiert werden können und eine sukzessive empirische Adaptierung an eine optimale Bildqualität vorgenommen werden kann. Aufgrund dieser kontraststeigernden Maßnahmen im Hochpaßkanal und der getrennt davon im Tiefpaßkanal durchgeführten globalen Kontrastbewertung auf der Basis einer S-förmigen Kennlinie K1 konnte eine erhebliche Verbesserung der Bildqualität bei der Aufzeichnung auf farbfotografischem Material erzielt werden.

Eine verbesserte, allerdings auch mit höherem schaltungstechnischem Aufwand erkaufte Variante der Filteranordnung ist in Fig. 7 skizziert. Diese Schaltung erlaubt eine Umschaltung auf verschiedene Kennlinien K2 I bis K2 III im Hochpaßkanal in Abhängigkeit des gradationsbewerteten Tiefpaßsignals mit Hilfe eines Multiplexers 24. Diese Schaltung bietet mehr Freiheitsgrade hinsichtlich der optimalen Kontrastbewertung im Hochpaßkanal. So wird in Einklang mit der Kontrastempfindlichkeit des menschlichen Auges in Bildteilen mit einer verhältnismäßig großen mittleren Helligkeit die Kennlinie K2 I zugrundegelegt und mittels des Multiplexers 24 auf die Kennlinie K2 II bzw. K2 III umgeschaltet, wenn das Tiefpaßsignal in Übereinstimmung mit der mittleren Bildhelligkeit von großen zu kleineren Werten hin abnimmt (s. Fig. 8). Da die physiologische Kontrastempfindlichkeit bei mittleren Bildhelligkeiten am größten ist und zu beiden Seiten hin abnimmt, wird sowohl die Steigung der Kennlinie K2 I (hell) als auch die der Kennlinie K2 III (dunkel) im Bereich geringer Bildkontraste größer gewählt als die der Kennlinie K2 II (mittlere Bildhelligkeit ). Es leuchtet ein, daß auf diese Weise eine besonders gezielte Kontrastanhebung bei den feinen Bilddetails (Mikrostrukturen) möglich ist.

Darüber hinaus ist in der Schaltung nach Fig. 7 eine Weiterentwicklung im Tiefpaßkanal vorgesehen. Mit Hilfe des im Tiefpaßkanal angeordneten Multiplexers 25 läßt sich hier die Tiefpaßfilterfunktion in Abhängigkeit der Signalamplitude am Filtereingang beeinflussen. In diesem Zusammenhang hat sich empirisch gezeigt, daß man die optische Bildqualität noch weiter verbessern kann, wenn man bei einem relativ kleinen Eingangssignal ein Tiefpaßfilter TP1 mit einer geringen Bandbreite und mit wachsenden Bildsignalen stufenweise auf Tiefpaßfilter TP2 bzw. TP3 mit einer sukzessiv größeren Bandbreite umschaltet.

Bei der Realisierung der Filtermatrix für den Tiefpaß ist oft ein größerer Filtergrad notwendig. Der dadurch bedingte Hardware-Aufwand läßt sich aber begrenzen, wenn anstelle einer Filtermatrix mit einer sehr großen Zahl von Elementen eine Filtermatrix mit einer kleinen Zahl von Elementen verwendet wird und das Summenausgangssignal g(x,y) die gesamte Filteranordnung unter Zwischenspeicherung mehrfach durchläuft. Auf diese Weise kann man z. B. mit einer 3 × 3-Filtermatrix und Q- Filterdurchläufen eine L × L-große Filtermatrix realisieren, wobei

ist. So kann eine 7 × 7-Matrix durch

bei einem 3 × 3-Filter nachgebildet werden. Die Matrixkoeffizienten können entweder konstant sein oder bei jedem Filterdurchlauf so verändert werden, daß die gewünschte Filterfunktion bestmöglich erreicht wird. Das zu bearbeitende Bild muß nach jedem Filterdurchlauf in einem Bildspeicher zwischengespeichert werden (iterative Bildbearbeitung).

Eine Anordnung, mit der eine iterative Bildbearbeitung erfolgen kann, zeigt Fig. 9. Der Weg des Bildes für ein 7 × 7-Filter (3 Filterdurchläufe) sieht dabei folgendermaßen aus:

Speicher 26 → Filter 28 → Speicher 27 → Filter 28 →
Speicher 26 → Filter 28 → Speicher 27.

Mit dem Rechner 29 können die Filterkoeffizienten nach jedem Durchlauf neu eingeschrieben werden.

Bei der erweiterten Filterschaltung nach Fig. 10 schließt sich an den Summenverstärker 21 ein wiederum als LUT-Speicher ausgebildetes Übertragungsglied 30 an. Mit diesem Übertragungsglied, dem die Kennlinie K3 zugrundeliegt, können für den gesamten Ortsfrequenzbereich nach der Matrixfilterung folgende Operationen ausgeführt werden:

- Begrenzung des Ausgangssignals des Summenverstärkers 21,
- lineare Verschiebung als Bildsignale,
- Schwarzwert-, Weißwert-Einstellungen,
- Gradationskorrekturen.

Damit ist die ortsfrequenzabhängige Kontrastbewertung im Luminanzkanal (Block 15 in Fig. 2) abgeschlossen. Die an der Kontrastbewertungsschaltung 15 anstehenden Signale werden dann, wie schon auf Seite 11 beschrieben, im Block 16 (Fig. 2) in die RGB-Signale rücktransformiert und im Hinblick auf die elektrooptische Umsetzung im Printer 3 (s. Fig. 1) weiterverarbeitet.

Claims

1. Verfahren zur elektronischen Kontrastbewertung von zweidimensionalen, transparenten Bildvorlagen, bei dem die Bildvorlage nach Zeilen und Spalten elektrooptisch abgetastet wird, und die den Bildelementen entsprechenden, gegebenenfalls zu korrigierenden Bildsignale einer Frequenzfilterung unterzogen werden, bei der sie durch einen Tiefpaß modifiziert werden und zu diesen Tiefpaßsignalen die entsprechenden aus Tiefpaßsignalen und originalen Bildsignalen durch Subtraktion gewonnenen Hochpaßsignale addiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor für das Hochpaßsignal entsprechend einer nicht linearen Übertragungskennlinie K2 in der Weise vorgegeben wird, daß kleine, geringen Bildkontrasten entsprechende Signale höher verstärkt werden (Steigung S₁) als große, starken Bildkontrasten entsprechende Signale (Steigung S₂) und daß die Tiefpaßsignale vor der Addition von Hochpaß- und Tiefpaßsignalen, bezogen auf den Aussteuerbereich, entsprechend einer nicht linearen Gradationskennlinie K1 modifiziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sehr kleine, dem mittleren Rauschsignal entsprechende Bildsignale mittels einer in der Nähe des Nullpunktes flach oder horizontal verlaufenden Kennlinie K2 im Hochpaßkanal unterdrückt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochpaßsignale entsprechend einer nicht nullpunktsymmetrischen Kennlinie modifiziert werden, wobei die Rauschunterdrückungsschwelle T₁ und die Anfangssteigung S₁ im 1. Quadranten kleiner sind als die Rauschunterdrückungsschwelle T₂ und die Anfangssteigung S₃ im 3. Quadranten der Verstärkungskennlinie K2.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des gradationsbewerteten Tiefpaßsignals auf verschiedene Verstärkungskennlinien K2 umgeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaßfilterfunktion in Abhängigkeit der Signalamplitude am Filtereingang derart variiert wird, daß das Tiefpaßfilter bei kleinen Signalen eine geringe Bandbreite und bei großen Signalen eine große Bandbreite aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Tiefpaßfilterung anstelle einer Filtermatrix mit einer sehr großen Zahl von Elementen eine Filtermatrix mit einer kleinen Zahl von Elementen verwendet wird, und das Summenausgangssignal nach der Zusammenführung von Hochpaß- und Tiefpaßsignal die gesamte Filteranordnung unter Zwischenspeicherung mehrfach durchläuft.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung der Filtereigenschaften die Matrixkoeffizienten des Tiefpaßfilters nach jedem Filterdurchlauf neu eingestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Kennlinien K1 für die Verstärkung des Tiefpaßsignals und K2 für die Verstärkung des Hochpaßsignals nach jedem Durchlauf neu eingestellt werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaß (18) zur Aufteilung der Bildsignale in hoch- und niederfrequente Anteile vorgesehen ist, an dessen Ausgang ein erster Eingang eines Summierverstärkers anliegt, daß an dessen zweitem Eingang zur Gewinnung eines Hochpaßsignales das originale Bildsignal liegt, in dem Hoch- und Tiefpaßkanal je ein nichtlineares Übertragungsglied (22, 23) liegt, die in einem Summierverstärker zusammengeführt sind und daß das Übertragungsglied (22) im Hochpaßsignal eine Kennlinie K2 aufweist, die im Bereich geringer Werte zur Rauschunterdrückung nahe Null verläuft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsglied eine Look-up-Table (LUT) vorgesehen ist.