DE3876734T2 - Bildverarbeitung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bearbeiten einer digitalen Bilddarstellung, bei der jedes Pixel durch mindestens einen digitalen Farbkomponentenwert definiert ist.
• Digitalisierte Bilder werden gewöhnlich mit 8 bits je Farbkomponente quantisiert, wobei dies für die meisten Anwendungen ausreicht. Monochrome Bilder werden von von einem Wert je Pixel definiert, während Farbbilder durch drei (rot, grün, blau) oder vier (cyan, magenta, gelb und schwarz) Farbkomponentenwerte definiert werden. Das Verarbeiten dieser Werte während interaktiver Bildmodifikationen, beispielsweise Farbretusche u. e. kann einen erheblichen Zeitanteil erfordern. Um die erforderliche Zeitdauer zu verringern und um den Bedarf an Hochgeschwindigkeits-Speichervermögen zu verkleinern, benutzt man die Eigenschaft des menschlichen Sehsystems, wonach die Grauwertauflösung der Bildwiedergabe, beispielsweise eines Monitors nicht notwendigerweise auf die Grauskalaauflösung des Bildes selbst abgestimmt sein muß. Beispielsweise hat man festgestellt, daß unter typischen Sehverhältnisen RGB Bilder, die mit 15 bits pro Pixel und 24 bits pro Pixel dargestellt werden, nicht unterscheidbar sind.
• Digitalisierte Bilder werden außerdem oft in ein bit pro Farbkomponente umgewandelt, um ein Halbtonbild für bestimmte Druckvorgänge zu erzeugen. Dieser Vorgang steigert oft die Bildauflösung, so daß beispielsweise jedes Pixel des Originals von 36 einzelnen bit Pixeln im Halbtonbild dargestellt wird.
• Es ist in der Vergangenheit vorgeschlagen worden, Pixel zum Zwecke der Bildwiedergabe in eine zweite, gröbere Grauskala zu quantisieren. Dabei wird einer der Werte der zweiten Grauskala jeder Pixelfarbkomponente in Übereinstimmung mit bestimmten Algorithmen zugeteilt. In einem sehr einfachen Verfahren wird jede Pixelfarbkomponente dem nächstliegenden zweiten Grauskalawert zugeteilt. Eines der Probleme bei diesem einfachen Prozeß liegt darin, daß künstliche Konturen entstehen können.
• Um dieses Problem zu reduzieren, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein Wert einer zweiten Grauwertskala berechnet wird, die gröber als die erste Skala ist, die die ursprünglichen Farbkomponentenwerte definiert und bei dem die Differenz der beiden Werte festgestellt wird. Diese Differenz bzw. der Fehler wird dann auf benachbarte Pixel des ausgewählten Pixels verteilt, um den Pixelwert zu modifizieren. Dies ist erläutert in "A survey of Electronic Techniques for Pictorial Image Reproduction" by J. C. Stoffel et al, IEEE Transactions on Communications, Vol COM- 29, pp 1898-1925, in particular page 1907.
• Eines der Probleme bei diesem bekannten System liegt darin, daß der Rechenaufwand zur Bestimmung der Differenz aus den beiden Werten für jede Pixelfarbkomponente, sowie die Beträge des resultierenden Fehlers, der jedem Pixel zugeteilt werden muß und die Modifizierung jedes Pixels in Übereinstimmung mit den Fehlerbeträgen, eine sehr lange Zeit in Anspruch nimmt.
• Ein weiteres Problem besteht darin, daß der Rechenaufwand erheblich steigt, wenn die gröbere Grauskala nicht linear zur ursprünglichen Grauskala ist. Oft ist eine nichtlineare Skala erforderlich, um Eigenschaften eines Monitors zu kompensieren. Die erfindungsgemäße Anordnung zum Verarbeiten einer digitalen Bilddarstellung, bei der jedes Pixel durch mindestens einen digitalen Farbkomponentenwert definiert ist und der Wert einen ersten Wertesatz aufweist, der eine erste Skala von Farbkomponentenwerten definiert, umfaßt einen Speicher zum Speichern digitaler Farbkomponentenwerte für die Bildpixel, eine erste Nachschlagetabelle (LUT), die von einem Farbkomponentwert aus dem Speicher entsprechend einem ausgewählten Pixel adressiert wird, wobei die erste LUT ein Signal erzeugt, das einen modifizierten Farbkomponentenwert darstellt, der aus einem Satz modifizierter Farbkomponentenwerte ausgewählt ist, wobei der Satz eine zweite gröbere Skala als die erste Skala definiert, ferner mindestens eine zweite LUT, die von dem Farbkomponentenwert aus dem Speicher parallel zur ersten LUT adressiert wird, wobei die oder jede zweite LUT ein Fehlerwertsignal erzeugt, und Modifikationsmittel zum Modifizieren entsprechender Farbkomponentenwerte der Pixel, die zu dem ausgewählten Pixel in Übereinstimmung mit entsprechenden Fehlerwertsignalen gehören.
• Erfindungsgemäß sind die vorgenannten Probleme behoben, indem der Rechenaufwand durch einen Satz Nachschlagetabellen ersetzt wird. Einfache Korrekturen können mit einer einzigen zweiten LUT durchgeführt werden, doch erhält man bessere Qualität, wenn mehrere benutzt werden. Allgemein wird man mindestens zwei LUTs verwenden und in einer bevorzugten Ausführungsform sind drei zweite LUTs vorgesehen.
• Jede zweite LUT entspricht typischerweise je einem der zugehörigen Pixel. In einer bevorzugten Ausführungsform adressiert jedes Farbkomponentensignal aus dem Speicher gleichzeitig parallel die erste und zweite LUT, wobei das Ausgangssignal der ersten LUT in einem weiteren Ausgangsspeicher gespeichert wird.
• In einigen Ausführungsformen ist der Fehlerwert bzw. die Summe der Fehlerwerte gleich der Differenz aus dem modifizierten Farbkomponentenwert und dem Farbkomponentenwert aus dem Speicher wie an der ersten Skala gemessen.
• Die modifizierten, mit dem ausgewählten Pixel assoziierten Pixel umfassen allgemein Pixel, die noch nicht dazu benutzt worden sind, um die erste LUT zu adressieren.
• Typischerweise bestehen die Modifikationsmittel aus einem entsprechend programmierten, mikroprogrammierbaren Adressensteuergerät in Verbindung mit inkrementieren den Additionsstufen.
• Die zweiten LUTs werden vor der Inbetriebnahme der Anordnung eingestellt, vorzugsweise so, daß die gesamte Differenz aus dem modifizierten Farbkomponentenwert und dem ursprünglichen Farbkomponentenwert im wesentlichen gleich auf die modifizierten Pixel aufgeteilt wird.
• Gewöhnlich werden die zweiten LUTs und die erste LUT von getrennten, eindimensionalen Nachschlagetabellen gebildet, doch können auch zwei oder mehr LUTs zu zweidimentionalen Nachschlagetabellen kombiniert werden.
• Die Farbkomponentenwerte der zweiten Grauskala entsprechen gewöhnlich gleichmäßig beabstandeten Werten der ersten Skala, obwohl dies nicht wesentlich ist.
• Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung werden nun unter Bezug auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnung erläutert, in denen Blockschaltbilder der beiden Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
• Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung weist einen Bildspeicher 1 auf, der digital die Farbkomponentenwerte für jedes Bildpixel speichert. Typischerweise sind diese Farbkomponenten jeweils auf einer Grauwertskala im Bereich 0 - 255 definiert, erfordern also bis zu 8 bits zur Darstellung. Die Farbkomponenten in diesem Beispiel sind rot, grün und blau. Die Werte für jedes Pixel werden ihrerseits je einer ersten Nachschlagetabelle (LUT) zwei zugeführt (je eine für eine Farbkomponente) wobei die Länge gleich der Anzahl der Grauwerte beispielsweise 255 ist. In jede Speicherstelle der LUT 2 wird ein Farbkomponentenwert gespeichert, der aus einer zweiten Grauskala ausgewählt ist, die gröber ist als die erste, wobei typischerweise nicht mehr als 2 oder 3 binäre digits erforderlich sind.
• Die Ausgangssignale der LUT 2 werden in einem Auffrischungsspeicher 3 gespeichert und über einen Digital/Analogwandler 4 zu einem Monitor 5 geführt.
• Jedes Signal aus dem Bildspeicher 1 wird außerdem parallel zu jeder eines betreffenden Satzes dreier LUTs 6 - 8 übertragen, die von einem Eingangssignal adressiert werden und betreffende Fehlersignale erzeugen, die an inkrementierende Schaltungen 9 - 11 eines programmierbaren Adressensteuergerätes 12 übertragen werden. Die entsprechende Farbkomponente, wie sie in dem Bildspeicher 1 definiert ist, in einer Anzahl von dem ausgewählten Pixel benachbarten Pixel, wird dann in einer vorbestimmten Weise entsprechend den empfangenen Fehlersignalen modifiziert, indem bei diesem Ausführungsbeispiel die Fehlerwerte zu den vorher gespeicherten Werten addiert werden.
• Die folgende Tabelle liefert ein Beispiel eines Teils des Inhaltes jeder der Nachschlagetabellen 2, 6 - 8 für unterschiedliche Pixelwerte auf der ersten Skala. Tabelle Pixelwert neuer Wert LUT Fehler
• Die neuen Werte sind hier als Ausdrücke der ersten Grauwertskala wiedergegeben, sind in der Praxis jedoch Ausdrücke der zweiten gröberen Grauwertskala.
• Der Inhalt der LUT 2 definiert die zweite Grauwertskala, die bei diesem Beispiel den ersten Grauskalawerten 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 usw. entspricht. Jedes Eingangssignal, das zwischen 0 und 225 variiert, wird einem (dem näheren) dieser Werte zugeteilt und, wie aus der Tabelle ersichtlich, ein Eingangssignal mit dem Wert 63 wird einem modifizierten Wert 60 zugeteilt. Das Ergebnis ist also, daß sich ein "Fehler" von drei einstellt (auf der ersten Skala) zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal der LUT 2.
• Um dies zu berücksichtigen enthalten die von dem Eingangssignal mit dem Wert 63 in den LUTs 6 bis 8 adressierten Speicherstellen jeweils einen Fehlerwert von 1, so daß die Summe 3 und damit gleich dem totalen Fehler ist. Dies dividiert automatisch den totalen Fehler in der bestimmten Weise durch die in den LUT's 6 - 8 gespeicherten Werte, die den Schaltungen 9 - 11 zugeführt werden. Die Adressensteuerung 12 adressiert dann Pixel unmittelbar unterhalb, rechts von und diagonal benachbart dem ausgewählten Pixel (diese Pixel entsprechen Pixel noch ohne Zugang aus dem Bildspeicher 1), und modifiziert die Werte entsprechend. Im einfachsten Fall kann jeder Fehlerwert der entsprechenden Farbkomponente des adressierten Pixels zuaddiert werden. Für jedes Pixel im Bildspeicher 1 wird dieser Vorgang für jede Farbkomponente wiederholt und dann erfolgt der Zugriff zum nächsten Pixel.
• Die Ausgangssignale aus der LUT 2 steuern die Monitoranzeige in bekannter Weise.
• Man muß aufpassen, um sicherzustellen, daß die modifizierten Pixelwerte nicht den Wertebereich überschreiten, der im Speicher 1 gehalten ist. Dies kann dadurch erfolgen, daß das ursprüngliche Bild nur einen beschränkten Eingangsbereich benutzt, beispielsweise 30 - 220, so daß die Summe des ursprünglichen Wertes und der Fehlerwerte nicht außerhalb des Bereiches 0 - 255 fällt.
• In einem abgeänderten in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Fehlerwerte in getrennten kleineren Speichern gehalten und werden erst unmittelbar vor der Umwandlung dieses Wertes aus der ersten in die zweite Grauwertskala dem Bildspeicherwert zuaddiert. In Fig. 2 tragen die den Fig. 1 entsprechenden Komponenten die gleichen Bezugszei-chen.
• Die Anordnung der Fig. 2 weist eine Addierstufe 13 auf, der ein Pixelwert aus dem Bildspeicherwert 1 und drei Fehlerwerte aus den jeweiligen FIFO-Speichern 14 - 16 zugeführt werden. Die Speicher 14 - 16 haben eine Größe von einem Pixel, einer Bildzeile und einer Bildzeile plus einem Pixel jeweils und sind mit den betreffenden LUT 6 - 8 verbunden.
• Zu Beginn eines Konversionsvorganges löscht das Adressensteuergerät 12 die Fehlerspeicher 14 - 16.
• Anschließend wird der Pixelwertausgang von der Addierschaltung 13 parallel an die LUTs 2, 6 - 8 übertragen, um den modifizierten Pixelwert zu erzeugen, der zu dem Auffrischungsspeicher 3 geführt wird, und die von den LUTs 6 - 8 wie vorstehend beschrieben erzeugten Fehlerwerte.
• Diese Fehlerwerte werden dann an die betreffenden Speicher 14 - 16 übertragen anstatt dazu benutzt zu werden, die Werte im Bildspeicher 1 sofort zu inkrementieren. Die Werte bleiben dann in den Speichern 14 - 16 und werden zu den richtigen Pixelwerten aus dem Speicher 1 addiert, wenn diese Pixel aus dem Bildspeicher ausgelesen werden. Beispielsweise wird der von der LUT 6 erzeugte Fehlerwert zu dem nächsten Pixelwert addiert, der aus dem Speicher ausgelesen wird und wird zu dem FIFO-Speicher 14 übertragen, der eine Größe von einem Pixel hat. Der Fehlerwert aus der LUT 7 wird so zu dem Pixel unmittelbar unter dem Pixel addiert, das gerade aus dem Bildspeicher 1 zugänglich ist (d.h. in der nächsten Bildzeile) und dies ist beabstandet von der Pixelzahl in einer einzigen Zeile von dem Pixel, das gerade verarbeitet worden ist. Somit hat der Speicher im FIFO 15 eine Kapazität von einer Pixelzeile. Letztlich wird der Fehlerwert aus der LUT 8 zu dem Pixel diagonal unterhalb des gerade verarbeiteten Pixels addiert, so daß der FIFO-Speicher 16 eine Kapazität von einer Bildzeile plus einem Pixel hat. Auf diese Weise werden bis zu 3, zu verschiedenen Zeiten erzeugte Fehlerwerte zu einem aus dem Speicher 1 ausgelesenen Wert addiert, bevor der vollmodifizierte Pixelwert den LUTs 2, 6 - 8 zugeführt wird.
• Diese Abwandlung der Anordnung ist besonders geeignet, wenn der Bildspeicher 1 eine langsam fortlaufende Einrichtung, beispielsweise eine Magnetscheibe ist, da jedes Bildpixel nur einmal gelesen wird, in Reihenfolge und nicht im Speicher modifiziert wird. Der Auffrischungsspeicher 3 benutzt dann einen schnellen Speicher, um das Bild für die Darstellung zu halten.
• In einer Abänderung der Anordnung der Fig. 2 können eine oder mehrere der zweiten LUTs 6 - 8 mit mehr als einem FIFO- Speicher verbunden werden, da dies eine Fehlerverteilung erlaubt.

Claims (9)

1. Anordnung zum Bearbeiten einer digitalen Bilddarstellung, bei der jedes Pixel durch mindestens einen digitalen Farbkomponentenwert definiert ist, der einen ersten Wertesatz aufweist, der eine erste Skala von Farbkomponentenwerten definiert, mit einem Speicher (1) zum Speichern digitaler Farbkomponentenwerte für die Bildpixel, einer ersten Nachschlagetabelle (LUT) (2), die von einem Farbkomponentenwert aus dem Speicher (1) entsprechend einem ausgewählten Pixel adressiert wird, wobei der erste LUT ein Signal erzeugt, das einen modifizierten Farbkomponentwert darstellt, der aus einem Satz modifizierter Farbkomponentenwerte ausgewählt wird, wobei der Satz eine zweite gröbere Skala als die erste Skala definiert, mit mindestens einer zweiten LUT (6 bis 8), die von dem Farbkomponentenwert aus dem Speicher (1) parallel mit der ersten LUT adressiert wird, wobei die bzw. jede zweite LUT (6 - 8) ein Fehlerwertsignal erzeugt, und mit Modifikationsmitteln (9 -12; 13 - 16) zum Modifizieren entsprechender Farbkomponentwerte der Pixel, die mit dem ausgewählten Pixel in Übereinstimmung mit entsprechenden Fehlerwertsignalen ausgewählten Pixel assoziiert sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, die drei zweite LUTs (6 - 8) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes Farbkomponentensignal aus dem Bildspeicher (1) gleichzeitig parallel die ersten und zweiten LUTs (2) (6 - 8) adressiert und das Ausgangssignal der ersten LUT in einem weiteren Ausgangsspeicher (3) gespeichert wird.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modifikationsmittel eine Anzahl inkrementierender Additionsstufen (9 - 11) aufweist, die jeweils mit jeder zweiten LUT (6 - 8) assoziiert sind, um jeweilige Farbkomponentenwer-te zu inkrementieren, die in dem Speicher (1) gespeichert sind und mit Pixel neben dem ausgewählten Pixel durch die von der entsprechenden LUT (6 - 8) erzeugten Fehlerwerte assoziiert sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Modifikationsmittel eine Addierstufe (13) aufweisen und mehrere Fehlerspeicher (14 - 16) jeweils mit jeder zweiten LUT (6 - 8) assoziiert sind, um von der entsprechenden zweiten LUT erzeugte Fehlerwerte zu speichern, wobei die gespeicherten Fehlerwerte wahlweise der Addierstufe (13) zusammen mit Farbkomponentenwerten aus dem Speicher 1 zugeführt werden, um die modifizierten Farbkomponentenwerte zu erzeugen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei jeder Fehlerspeicher einen FIFO-Speicher aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 2, wobei ein Fehlerspeicher (14) einen einzigen Fehlerwert hält, ein anderer Fehlerspeicher (15) einen Fehlerwert für jedes Pixel in einer Pixelzeile hält und ein dritter Fehlerspeicher (16) einen Fehlerwert für jedes Pixel in einer Pixelzeile und einen Extrafehlerwert hält.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede LUT (2, 6 - 8) eine eindimensionale Nachschlagetabelle aufweist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fehlerwert bzw. die Summe der Fehlerwerte gleich der Differenz aus dem modifizierten Farbkomponentenwert und dem an der ersten Skala gemessenen Farbkomponentenwert aus dem Speicher ist.