DE4005173A1 - Verfahren und vorrichtung zur helligkeitssteuerung eines auf einem zeilenweise beschriebenen monitor-bildschirm sichtbar gemachten bildes - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei der Reproduktion far­ biger Originalbilder und bei der Herstellung farbfoto­ grafischer Positivbilder von Colornegativ-Vorlagen wird zunehmend von der elektronischen Bildverarbeitung Ge­ brauch gemacht. Beispiele hierfür sind die europäischen Patentschriften 1 23 701 und 1 68 818. Grundlage dieser Verfahren ist, daß die Bildvorlage nach Zeilen und Spalten elektrooptisch abgetastet wird und die resul­ tierenden Bildsignale nach bestimmten Kriterien korri­ giert bzw. modifiziert werden. Diese modifizierten Bildsignale werden einer Farbbelichtungseinheit zuge­ führt, die die elektrischen Bildsignale wieder in ein optisches Bild umwandelt, das auf fotografisches Auf­ zeichnungsmaterial, z. B. Colorpositivpapier, aufbe­ lichtet wird. Im Prinzip kann also jedes Pixel einer Bildverarbeitung unterzogen und anschließend an den der Originalvorlage entsprechenden Koordinaten mit der ge­ wünschten Helligkeit auf dem Aufzeichnungsträger aus­ gegeben werden.

Zur Betrachtung und Beurteilung der auf dem lichtemp­ findlichen Träger aufbelichteten Bilder sind Farbmoni­ tore bekannt, denen die modifizierten Bildsignale zuge­ führt werden. Damit eine Bedienungsperson an einer ent­ sprechenden Eingabe jedoch tatsächlich das geprintete Bild optimieren kann, ist es notwendig, daß der auf dem Monitor erzeugte Bildeindruck genau mit dem durch die Belichtung auf farbfotografisches Material erzeugten Bild übereinstimmt. Dieser Bildeindruck wird jedoch verfälscht, wenn eine insbesondere nicht immer gleich­ bleibende Raumhelligkeit vorhanden ist und da beim Aus­ tritt der Lichtstrahlen aus der Monitorröhre Streulicht entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Bildeindruck am Moni­ tor auch unter Wirkung dieser Störeinflüsse so zu ge­ stalten, daß das Monitor-Bild mit dem auf dem licht­ empfindlichen Material tatsächlich erzeugten Bild genau übereinstimmt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 be­ schriebene Erfindung.

Durch die Berücksichtigung des Streulichtes und des Um­ gebungslichtes bei der Bildung der Steuersignale für die Monitorröhre werden diese zusätzlichen Lichtmengen von dem zum Monitorbildaufbau führenden Bildsignal ab­ gezogen, so daß das tatsächlich auf dem Monitor sicht­ bare Bild ohne diese Störgrößen wiedergegeben wird. Ausgestaltungen der Erfindung nach den Unteransprüchen führen zu weiteren Vorteilen: Die Mischeinrichtung für das Raumhelligkeits- und das Streulichtkorrektursignal kann zugleich ein Signal berücksichtigen, das für eine bestimmte Schwärzung kennzeichnend ist, die der maxi­ malen Schwärzung des Papierbildes entspricht.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus einer Be­ schreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand von Figuren eingehend erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Einrichtung zur digitalen Bildverarbeitung,

Fig. 2 einen Teil der Anlage nach Fig. 1 zur Steuerung der Monitorhelligkeit und

Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkung der Einrichtung nach Fig. 2.

Zunächst wird der prinzipielle Aufbau des gesamten Farbbild-Reproduktionssystems gemäß Fig. 1 beschrieben. Der Scanner 1 besteht aus einem CCD-Zeilensensor (Zeile horizontal), der in vertikaler Richtung (Scann-Rich­ tung) über die Bildvorlage bewegt wird, so daß für je­ den 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 bzw. Lichtquelle und Bildvorlage ein­ geschwenkt. 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 Pri­ märfarben RGB zugeordnet sind. Eine Korrekturschaltung (nicht gezeigt) sorgt dafür, daß CCD-spezifische Feh­ ler, z. B. unterschiedliche Empfindlichkeiten der CCD-Elemente und Dunkelströme, eliminiert werden. Die korrigierten Bildsignale werden anschließend digitali­ siert, wobei durch Mittelwert-Bildung über eine Zeile die ursprünglich vorhandenen 2048 Pixel auf 1536 redu­ ziert werden. Erst danach erfolgt die eigentliche elek­ tronische Bildverarbeitung, die in Fig. 1 zu dem Block 2 (strichpunktiert) zusammengefaßt ist.

Das letzte Glied des Farbbild-Reproduktionssystems ist die Bildausgabevorrichtung, hier ein CRT-Printer 3, der die elektrischen Bildsignale wieder in ein optisches Bild umwandelt, das dann z. B. als drei Farbauszüge nacheinander durch entsprechende Farbfilter hindurch auf das fotografische Aufzeichnungsmaterial, z. B. Color-Negativpapier, aufbelichtet wird. Der Printer re­ produziert also das optische Bild pixelweise durch elektrooptische Umwandlung der Bildsignale. Im Prinzip kann also jedes Bildsignal eines Pixels der Bildverar­ beitung unterzogen und anschließend an der der Origi­ nal-Vorlage entsprechenden Koordinate auf dem Aufzeich­ nungsträger 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. Ein in den Speicher 6 geladenes Bild kann im Bildprozessor 4 in Echtzeit automatisch oder interaktiv bearbeitet werden. Zur Entkopplung von Bildbearbeitung und Bildausgabe wird das Bild aus dem Speicher 6 über den Bildprozessor 4 in den Speicher 7 geladen; d. h. der Speicher 7 enthält das korrigierte bzw. modifizier­ te Farbbild, das vom Printer 3 aufgezeichnet werden soll. Auf diese Weise kann während des Auslesens eines Bildes aus dem Speicher 7 bereits ein neues Bild in den Speicher 6 geladen und vom Bildprozessor 4 verarbeitet werden. Dadurch wird die Zykluszeit verkürzt und damit die Verarbeitungsgeschwindigkeit beträchtlich erhöht.

Mit Hilfe des zusätzlichen, seriell oder parallel zum Speicher 6 angeordneten Speichers 8 kann darüber hinaus die Bildeingabe von der Bildbearbeitung entkoppelt wer­ den; d. h. daß während der Bearbeitung eines Bildes n gleichzeitig ein neues Bild n+1 geladen werden kann, während das Bild n-1 ausgegeben wird. Das neue Bild wird alternierend in bzw. aus Speicher 6 oder Spei­ cher 8 gelesen. Die beiden seriell oder parallel lie­ genden Speicher 6 und 8 können auch vorteilhaft für eine iterative Bildbearbeitung benutzt werden, wenn die Bildsignale den Bildprozessor mehrere Male nacheinander durchlaufen. Speicher 6 bzw. Speicher 8 wird dann mit den im Bildprozessor 4 korrigierten bzw. modifizierten Bilddaten überschrieben.

Das bearbeitete, im Speicher 7 abgelegte Bild kann nach Zwischenspeicherung in einem Monitor-Speicher 9 und nach einer Printer-spezifischen Bildverarbeitung 10 mit einem Standard-Monitor 11 visuell betrachtet und kon­ trolliert werden. Da der Monitor die Aufgabe hat, das Ergebnis von manuellen Korrekturen an der Eingabe 5 dem Bediener zu zeigen, ist eine möglichst genaue Wieder­ gabe des zu erwartenden Bildergebnisses am Monitor nur über die zusätzliche Bildverarbeitung 10 zu erreichen. Diese berücksichtigt die Unterschiede der Bilddarstel­ lung am Printbild und am Monitorbild.

In Fig. 2 ist im Einzelnen dargestellt die Kompensation der Streulichtanteile am Monitor 11, die im wesentli­ chen innerhalb der Monitor-Bildverarbeitung 10 statt­ findet. Am linken Eingang des Prinzipschaltbildes gemäß Fig. 2 liegt die Spannung U_{E mon}, d. h., die Span­ nung, die sich hinter dem Bildprozessor aufgrund der Eingaben 5 ergibt und bei der der Monitor ein Bild zei­ gen soll, das mit dem späteren Papierbild möglichst ge­ nau übereinstimmt. Diese Anpassung an die speziellen Eigenschaften der Monitordarstellung kann entweder be­ reits im Bildprozessor 4 oder in einem Teil der Bild­ verarbeitungsstufe 10 erfolgen. Dieses Bildsignal wird einer Additionsstufe 18 zugeführt, deren Ausgang mit einem Geber für die Röhrenkennlinie der Monitorröhre 11 verbunden ist. Dieser Geber 21 paßt die Ausgangssignale der Addierstufe an die Röhrenkennlinie derart an, daß die in etwa quadratischen Abweichungen der Röhrenkenn­ linie von einer linearen Spannungshelligkeitskennlinie durch entsprechenden Vorhalt kompensiert werden.

Das auf dem Schirm 11a der Röhre 11 für einen Betrach­ ter, dessen Auge 19 schematisch angedeutet ist, sicht­ bare Bild wird nun von Größen beeinflußt, die in dem Signal U_{E mon} am linken Eingang des Diagramms nicht berücksichtigt sind. Es ist dies zum einen das Streu­ licht, das beim Durchtritt der Lichtstrahlen von dem Phosphor durch die Deckscheibe des Bildschirms 11a ent­ steht und das sich im Laufe des Schreibens des Bildes auf der Röhre im Auge des Betrachters zu einer allge­ mein angehobenen Helligkeit führt. Zum anderen spielt die von Lichtquellen 20 im Raum ausgehende Helligkeit eine vergleichbare Rolle, d. h., der Helligkeitspegel insbesondere in den Bereichen der Röhre, die dunkel bleiben sollen, wird über den vorgesehenen Sollwert hinaus angehoben. Um diese beiden Störgrößen zu berück­ sichtigen, sind folgende Baugruppen vorgesehen:

Das Signal U_{E mon} wird über eine Abzweigung einer Mittelungseinrichtung 13 zugeführt, die ein gemitteltes Signal _{E mon} für die mittlere Helligkeit des gerade auf dem Bildschirm 11a zu erzeugenden Bildes erstellt. Der zeitliche Verlauf ist dabei so, daß die Bildung des gemittelten Signals abgeschlossen ist, bevor das Auge des Betrachters mit einer Wertung und Korrektur des Monitorbildes beginnt. Dieses Signal wird weitergelei­ tet an einen Streulichtwertbildner 14, in dem das Signal für die mittlere Helligkeit des Bildes multipli­ ziert wird mit einem experimentell festgestellten Fak­ tor K_M, der angibt, welcher Prozentsatz des in der Röhre 11 erzeugten Lichtes als den allgemeinen Hellig­ keitseindruck erhöhendes Streulicht auf das Auge des Betrachters fällt. Diese Werte liegen in der Größenord­ nung von 1 bis 2 Prozent. Dieses Streulichtsignal 14 wird dann einer Signalmischeinrichtung 15 zugeführt, deren Ausgangssignal der Additionsstufe 18 zugeführt wird.

Ein weiterer Eingang der Signalmischeinrichtung berück­ sichtigt die Raumhelligkeit. Hierfür ist in der Nähe des Bildschirms mit gleicher Richtung ein Sensor 12 an­ geordnet, der die mittlere, auf den Bildschirm 11a auf­ treffende Raumhelligkeit mißt. Dieses Raumhelligkeits­ signal wird einem Geber 17 zugeführt, der aus dem Signal des Sensors 12 ein für die Mischeinrichtung 15 geeignetes Raumhelligkeitssignal E_R formt. Eine de­ tailliertere Ausführung kann die Raumhelligkeit in den drei Spektralbereichen RGB messen und korrigieren.

Schließlich ist an der Mischeinrichtung ein Geber 16 für ein Signal angeschlossen, der ein dem Wert "Schwarz" auf dem effektiv belichteten Papierbild ent­ sprechendes Signal für die effektive Monitorhelligkeit liefert. Die Mischung dieser drei Signale für Streu­ licht, Raumlicht und Schwarzwert beeinflußt dann über die Addierstufe 18 das Bildsignal noch vor Berücksich­ tigung der Röhrenkennlinie in der Stufe 21.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung wird nun anhand der Fig. 3 erläutert. In dem Diagramm ist in der Ordinatenrichtung aufgetragen die Helligkeit am Bildschirm auf der linken Seite im Dichtemaßstab des Referenzbildes, z. B. des fotografisch belichteten Papierbildes, dessen maximale Dichte etwa 1,7 beträgt und so angegeben ist. Dem entspricht eine effektive Helligkeit des Monitors für "Schwarz" von 2,5 Prozent der maximalen Helligkeit, die unter Unterdrückung des Zwischenbereiches ebenfalls in dem Diagramm als mini­ male Dichte = 0,1 des Referenzbildes entsprechend der maximalen Helligkeit von 100 Prozent angegeben ist.

In dem rechten unteren Teil des Diagramms sind nun die Einflüsse der Störgrößen Raumbeleuchtung und Schirm­ bildstreulicht angegeben. Etwa bei der Hälfte des Be­ trages der minimalen Helligkeit von 2,5 Prozent ist der Anteil des Raumlichtes als konstanter Sockel E_R ange­ geben. Dies bedeutet, daß zum Erreichen der maximalen effektiven Dichte D=1,7 an dem Monitor eine Signal­ größe erforderlich ist, die immer noch größer ist als die Wirkung der Raumhelligkeit E_R. Diese Störgröße kann deshalb in vollem Umfang durch Abziehen von den Bildsignalen kompensiert werden.

Der Einfluß der Störgröße Streulicht am Bildschirm ist nun proportional der mittleren Bildhelligkeit, da sich von jedem Punkt des Bildschirms der einen konstanten Prozentsatz ausmachende Streulichtanteil im Auge des Beobachters zu einer Allgemeinhelligkeit aufsummiert, die eben den Prozentsatz der gesamten Bildhelligkeit ausmacht. In dem Diagramm ist deshalb nach rechts auf­ getragen der Anteil der Bildfläche, in der das wieder­ zugebende Bild die maximale Helligkeit erreicht. Wenn die gesamte Fläche die maximale Helligkeit erreicht, ist eine weitere Steigerung des Streulichtanteils nicht mehr möglich. Dieser linear mit der mittleren Bild­ schirmhelligkeit ansteigende Streulichtsockel wird dar­ gestellt durch die etwa unter 30° von dem Raumlicht­ sockel E_R ansteigende Gerade. Da der Schnittpunkt dieser ansteigenden Geraden mit der die maximale effek­ tive Dichte von 1,7 anzeigenden horizontalen Linie vor dem Wert 100 Prozent auf der Abszisse liegt, ist zu er­ sehen, daß der Streulichtanteil zwar zu einem erhebli­ chen Anteil, jedoch bei den gegebenen angenommenen Ver­ hältnissen nicht vollständig ausgeglichen werden kann.

Diese Verhältnisse können natürlich durch eine Verrin­ gerung der Raumlichthelligkeit noch dahingehend gebes­ sert werden, daß das Streulicht des Bildschirms in vol­ lem Umfang kompensiert werden kann.

Die beschriebene Kompensation ist für einen Farbauszug wirksam. Bei Farbbildern ist jeder Farbauszug vor der Darstellung auf dem Farb-Monitor in der beschriebenen Weise zu bearbeiten. Für Schwarzweiß-Bilder ist die Kompensation unmittelbar so einzusetzen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Helligkeitssteuerung eines auf einem zeilenweise beschriebenen Monitor-Bild­ schirm sichtbar gemachten Bildes in einem Raum mit Umgebungshelligkeit, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Kompensation von Umgebungshellig­ keit und/oder Streulicht von den der Bild­ schreibeinrichtung zugeführten helligkeitspro­ portionalen Bildsignalen ein Kompensations­ signal zum Abzug gebracht wird, das von der durchschnittlichen Helligkeit des zu schreiben­ den Bildes und/oder der Raumhelligkeit abge­ leitet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Korrektursignal gebildet wird aus einem für eine bestimmte Schwärzung kennzeich­ nenden Signal E_{mon eff}, vermindert um ein von der Raumhelligkeit abgeleitetes Signal K_R · E_R und ein für die durchschnittliche Helligkeit des zu schreibenden Bildes kenn­ zeichnendes Streulichtsignal K_M · _{E mon}.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Korrektursignal vor der Signalanpassung an die Röhrenkennlinie dem hel­ ligkeitsproportionalen Bildsignal überlagert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei vor der Kathodenstrahl­ röhre eine Einrichtung zur Berücksichtigung der Röhrenkennlinie liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Additionsstufe (18) im Bereich eines helligkeitsproportionalen Signals liegt, an der eine Signalmischeinrichtung (15) liegt mit einem Eingang für ein Signal für die mittlere Helligkeit des wiederzugebenden Bildes _{E mon} und einem Eingang für ein Signal für die Raum­ helligkeit E_R.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Signalmischeinrich­ tung (15) ein Geber (16) für ein Signal zur effektiven Monitorhelligkeit bei "Schwarz" angeschlossen ist.