DE4017880A1 - Verfahren zur korrektur von kanten - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei der Darstellung von graphischen Mustern mit Hilfe eines Graphikprozessors tritt bei der Erzeugung schräger Kanten eine störende Treppenstruktur auf, die zu glätten ist. Dieser Vorgang - auch smoothing genannt - sollte jedoch nicht dazu führen, daß die Kante unscharf wiedergegeben wird. Bei bekannten Graphiksystemen wird für eine derartige Korrektur ein erheblicher Rechenaufwand getrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Korrektur mit möglichst geringem Aufwand dort zu ermöglichen, wo kleinere Graphiksysteme eingesetzt werden und im wesentlichen geradlinige Begrenzungslinien korrigiert werden sollen. Dieses ist beispielsweise bei Videomischeinrichtungen mit digitalen Trickmustergeneratoren oder bei Graphikgeneratoren für Anzeigesysteme der Fall.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß keine aufwendigen Rechenoperationen und insbesondere keine sogenannten Sub-Pixel-Systeme notwendig sind. Die Korrektur erfolgt digital, wobei scharfe Kanten erhalten bleiben. Außerdem werden fehlererzeugende Eigenschaften selbst zur Korrektur eingesetzt, wobei eine hohe Korrekturgeschwindigkeit erzielt wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich, wobei eine gemeinsame Anwendung der Maßnahmen verschiedener Unteransprüche ebenfalls mit Erfolg möglich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Beispiel einer Figur mit einer schrägen Kante,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der schrägen Kante,

Fig. 3 einen in acht Oktanten eingeteilten Vollkreis,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Abtastwerte von Bildelementen im Bereich der Kante,

Fig. 5 Bildelemente im Bereich der Kante und ihre sukzessive Korrektur,

Fig. 6 Tabellen zur weiteren Erläuterung der sukzessiven Korrektur,

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der zur Korrektur angewandten Amplitudenwerte,

Fig. 8 ein Beispiel einer invertierten Figur,

Fig. 9 bis Fig. 12 Kanten mit verschiedenen Steigungen und die Ermittlung der Korrekturrichtung für diese Kanten und

Fig. 13 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Darstellungen von Schirmbildern sind Flächen schraffiert, die als weiß angenommen werden.

Fig. 1 stellt einen Ausschnitt aus einem Schirmbild dar, mit einer weißen Figur F vor schwarzem Hintergrund H. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Trickfigur - das heißt, die Darstellung eines Schaltsignals in einem Trickmischer, bei dem innerhalb der Figur F ein erstes Videosignal und außerhalb ein zweites Videosignal weitergeleitet wird. Eine Kante K der Figur F ist schräg - also weder waagerecht noch senkrecht - und wird durch die quantisierte Darstellung und Speicherung des Bildinhalts stufig dargestellt. Die Art der Stufung ist von der Steigung der Kante abhängig. Die Steigung kann beispielsweise in der Form dy/dx ausgedrückt werden, wobei dy und dx jeweils die Differenzen der vertikalen und horizontalen Lage des Endpunktes zum Anfangspunkt der Kante sind und vorzugsweise als Anzahl von Bildelementen ausgedrückt werden.

Bei Kanten mit der Steigung ± 1 ist die Stufung relativ klein und stört bei genügendem Betrachtungsabstand nicht. Mit zunehmender Abweichung von diesen - diagonal verlaufenden - Kanten wird jedoch eine Seite der Stufen größer, was störend in Erscheinung tritt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die sozusagen in den Stufen liegenden Bildelemente mit vorgegebenen Amplitudenwerten versehen, die je nach Steigung der Kante bestimmt werden.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die bereits in Fig. 1 dargestellte Kante K von Stufen gebildet wird, deren Breite jeweils ein Bildelement und deren Höhe jeweils drei Bildelemente beträgt. Einem an sich bekannten Graphiksystem werden die Daten des Anfangspunktes A und des Endpunktes E der Kante K zugeführt, woraus das Graphiksystem die rechts von der Kante K liegenden Bildelemente auf Weiß und die links davon liegenden auf Schwarz setzt und entsprechende Daten in einen Videospeicher einschreibt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst bestimmt, in welchen der Oktanten eines Vollkreises (Fig. 3) die Steigung der Kante fällt. Hierzu werden zweckmäßigerweise die dem Graphiksystem zugeführten Koordinaten des Anfangs- und des Endpunktes 1, 2 rechnerisch erfaßt. Dabei wird unterschieden, ob dx und/oder dy positiv oder negativ sind und ob dx dx ist. Die Oktanten V und I, VI und II, IV und VIII und III und VII werden in den folgenden Verfahrensschritten jeweils gleich behandelt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Kante sind dx und dy positiv. Außerdem ist dy dx, so daß die Kante K im Oktanten II liegt.

Da die Kante K im Oktanten II liegt, wird die Frage nach der Kantenfarbe durch das Bildelement rechts neben dem Anfangspunkt 1 (Fig. 2) beantwortet. Diese ist bei dem gewählten Beispiel weiß. Daraus wird, wie später noch im einzelnen erläutert wird, auf eine Korrekturrichtung vertikal aufwärts (+y) geschlossen. Dieses bedeutet, daß einzelne Korrekturgeraden mit jeweils gleichen Amplitudenwerten in +y-Richtung nacheinander berechnet werden. Die Korrekturgeraden haben die gleiche Länge wie die Kantengeraden.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 4 ist von einer Vier-Bit-Quantisierung des Signals ausgegangen, so daß die weißen Bildelemente durch den Zahlenwert 15 und die schwarzen durch 0 dargestellt werden. Außerdem zeigt Fig. 4 die Koordinaten x und y. Neben der unkorrigierten Kante K zeigt Fig. 4 eine durch keilförmige Ergänzungen geglättete Kante G. Da jedoch durch die örtliche Quantisierung der Videosignale keine örtlichen Zwischenwerte möglich sind, wird dieses Ziel durch Zwischenwerte der Amplituden der der Kante benachbarten Bildelemente angenähert, was in Fig. 4 anhand einer korrigierten Kante K′ dargestellt ist.

Fig. 5 verdeutlicht den Korrekturvorgang selbst. Dabei ist vorausgesetzt, daß in vorangegangenen Verfahrensschritten ermittelt wurde, daß die Steigung der Kante positiv und größer als 1 ist, daß die Bildelemente links von der Kante bzw. oberhalb von der Kante den Amplitudenwert 0 und die Bildelemente unterhalb bzw. rechts von der Kante den Wert 15 aufweisen und daß je Stufe drei Bildelemente zu korrigieren sind, welche die Amplitudenwerte 12, 7 und 2 erhalten.

In an sich bekannter Weise wird von einem Graphiksystem eine Gerade mit dem Anfangspunkt A (x = 4, y = 6) und dem Endpunkt E (x = 7, y = 15) durch Bildelemente dargestellt, die in Fig. 5 mit einer durchgezogenen Linie umrandet sind. Die Gerade ist die Kante einer in Fig. 5 nicht näher dargestellten Figur, deren Fläche vom Graphiksystem dadurch gefüllt wird, daß die in der Figur liegenden Bildelemente auf einen entsprechenden Amplitudenwert gesetzt werden - in Fig. 5 der Amplitudenwert 15 -, was lediglich durch einige ausgewählte Bildelemente angedeutet ist. Die übrigen, außerhalb der Figur liegenden Bildelemente weisen den Amplitudenwert 0 auf. In dieser Form ist die Figur, beispielsweise eine Trickfigur eines digitalen Trickmischers, in einem Speicher abgelegt.

In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Graphiksystem ein Anfangspunkt A1 und ein Endpunkt E1 einer ersten Korrekturgeraden vorgegeben. Diese erste Korrekturgerade ist um ein Bildelement nach oben verschoben. Das Graphiksystem ordnet die gestrichelt umrandeten Bildelemente der ersten Korrekturgeraden A1, E1 zu. Dabei werden von den Bildelementen dieser Korrekturgeraden nur diejenigen auf den ersten Korrekturwert 12 gesetzt, welche zuvor den Amplitudenwert 0 hatten. Diejenigen mit dem Amplitudenwert 15 bleiben im Videospeicher unverändert. Außerdem unterbleibt eine Änderung derjenigen Bildelemente, die die Endpunkte der Korrekturgeraden darstellen.

In einem zweiten Schritt wird eine zweite Korrekturgerade A2, E2 gebildet, deren Bildelemente in Fig. 5 strichpunktiert umrandet sind. Von den zu der zweiten Korrekturgeraden A2, E2 gehörenden Bildelementen werden nur diejenigen auf den zweiten Korrekturwert 7 gesetzt, welche vor dem zweiten Schritt den Amplitudenwert 0 haben.

Anschließend erfolgt die Bildung einer dritten Korrekturgeraden A3, E3, deren Bildelemente in Fig. 5 strichpunktiert mit zwei Punkten umrandet sind. Auch hier werden nur die Bildelemente mit dem Amplitudenwert 0 geändert - und zwar auf den Amplitudenwert 2. Damit ist die Korrektur der dargestellten Kante abgeschlossen.

In den Fig. 6a bis 6c sind die Koordinaten der jeweils von einem Korrekturschritt betroffenen Bildelemente bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel in Tabellenform zusammengestellt.

Die Anzahl z der Korrekturschritte, für die jeweils eine Korrekturgerade erzeugt wird, und damit die für jeweils eine Treppenstufe zu korrigierenden Bildelemente können in einfacher Weise nach folgender Formel berechnet werden:
z = INT(|dy|/|dx|).

Mit den in Fig. 5 angenommenen Koordinaten des Anfangspunktes A und des Endpunktes E ergibt sich dann folgendes:
z = INT((15-4)/(7-4)) = 3.

Danach wird die so bestimmte Menge der Korrekturwerte gleichverteilt aus der Tabelle ausgelesen. Als Amplitudenwerte stehen bei einer 4-Bit-Quantisierung die Werte 15 bis 0 zur Verfügung. Bei weniger als 15 Korrekturschritten und damit weniger als 15 Korrekturwerten, werden einige Werte ausgelassen. Sind mehr als 15 Korrekturwerte erforderlich, werden einzelne Werte mehrfach verwendet. Fig. 7 veranschaulicht die Auswahl von drei Korrekturwerten aus den Amplitudenwerten 15 bis 0.

Fig. 8 zeigt eine Figur, welche gegenüber der in Fig. 1 dargestellten invertiert ist. Die schräg verlaufende Kante hat einen Anfangspunkt bei x_a = 4 und y_a = 2 und einen Endpunkt bei x_e = 7 und y_e = 13. Verschiebt man die Kante um ein Bildelement nach rechts, so daß x_a = 5 und x_e = 8 ist, so kann man die gleichen Verfahrensschritte anwenden, wie sie am Beispiel von Fig. 5 erläutert wurden.

Anhand der Fig. 9 bis 12 wird für die verschiedenen Steigungen der Kante und für die beiden Möglichkeiten, ob die Kante eine weiße Fläche rechts oder links begrenzt, die Bestimmung der Korrekturrichtung erläutert. Dazu zeigt Fig. 9a einen Teil einer Kante, welcher sich rechts eine weiße Fläche anschließt, während Fig. 9b eine Kante darstellt, welche eine weiße Fläche auf der rechten Seite begrenzt. Beide Kanten liegen im Oktanten II bzw. VI. Sie weisen demnach eine Steigung auf, die größer als 1 ist. Zur Bestimmung, ob die weiße Fläche rechts oder links von der Kante liegt, wird der Abtastwert des Bildelementes P rechts vom Anfangspunkt A der Kante abgefragt. Ist das Bildelement weiß (im vorangegangenen Beispiel 15), liegt die weiße Fläche rechts von der Kante und die Korrektur erfolgt durch Erzeugen mehrerer Korrekturgeraden mit einer Korrekturrichtung nach oben, was in Fig. 9a durch einen Pfeil angedeutet ist und dem Vorgehen gemäß Fig. 5 entspricht.

Ist das Bildelement P jedoch schwarz, so werden Korrekturgeraden nacheinander in negativer Y-Richtung - also nach unten - erzeugt (Fig. 9b).

Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt einer Kante im Oktanten III bzw. VII. Bei der Kante nach Fig. 10a ist das Bildelement P weiß. Die weiße Fläche liegt also rechts von der Kante. Ausgehend von der Kantengeraden werden also Korrekturgeraden erzeugt, die nach unten verschoben sind. Im Falle von 10b ist das Bildelement P schwarz. Die Korrekturrichtung wird dann nach oben gewählt, wie es durch den Pfeil angedeutet ist.

Fig. 11 zeigt zwei Kanten im Oktanten I bzw. V mit einer Steigung von kleiner 1. Da bei dieser Steigung die horizontalen Seiten der Stufen größer als ein Bildelement sind, muß eine horizontale Korrekturrichtung gewählt werden. Um dazu wiederum das Vorzeichen dieser Richtung zu bestimmen, wird ein Bildelement abgefragt, das über dem Anfangspunkt A liegt. Bei dem Beispiel in Fig. 11a ergibt diese Prüfung ein schwarzes Bildelement P, worauf die Korrekturrichtung nach links festgelegt wird. Im Gegensatz dazu wird bei dem Beispiel nach Fig. 11b festgestellt, daß das Bildelement P weiß ist, was eine Korrekturrichtung nach rechts zur Folge hat.

Bei den in Fig. 12 dargestellten Kanten, die im Oktanten VIII bzw. IV liegen, ist die Steigung ebenfalls kleiner als 1, so daß eine horizontale Korrekturrichtung erforderlich ist. Durch die Abfrage des Bildelementes P wird wiederum das Vorzeichen der Korrekturrichtung bestimmt, wobei sich jedoch gegenüber Fig. 11 ein umgekehrter Zusammenhang derart ergibt, daß bei schwarzem Bildelement P eine Korrekturrichtung in positiver X-Richtung und bei der Kante nach Fig. 12b eine Korrektur in entgegengesetzter Richtung zu wählen ist.

Fig. 13 stellt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wobei ein an sich bekanntes Graphiksystem GS - auch Graphikprozessor genannt - und ein Videospeicher VS vorgesehen sind. Über einen Eingang IN werden dem Graphiksystem GS Daten zugeführt, welche Elemente des darzustellenden Bildes in Vektorform enthalten. Im Falle einer darzustellenden Geraden enthalten die dem Eingang IN zugeführten Daten die Koordinaten des Anfangspunktes A und des Endpunktes E. In dem Graphiksystem werden dann diejenigen Bildelemente berechnet, welche zur Darstellung der Graphik erforderlich sind. Diese werden dann mit einem gewünschten Amplitudenwert versehen im Speicher VS abgelegt. Wegen der Aufteilung des Bildes in einzelne Bildelemente ergeben sich bei schräg verlaufenden Geraden Treppenstrukturen. Darüber hinaus hat das Graphiksystem weitere Aufgaben wie beispielsweise das Ausfüllen von Flächen, welche von einem durch mehrere Geraden gebildeten Polygonzug begrenzt sind.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind verschiedene Funktionseinheiten vorgesehen, die in einer Korrekturanordnung KA zusammengefaßt sind. Aus den dem Eingang IN zugeführten Daten und gegebenenfalls den gespeicherten Videoinformationen wird bei LE die Lage der Kanten, das heißt, in welchem Oktanten sie liegen, erkannt. Mit dem Ergebnis wird bei FS nach dem im Zusammenhang mit den Fig. 9 bis 12 beschriebenen Verfahren eine Erkennung durchgeführt, welche Farbe auf welcher Seite der Kante liegt. Damit erfolgt bei KR eine Korrekturrichtungsbestimmung.

Aus der Korrekturrichtung und dem Ergebnis der Lageerkennung LE wird bei SL die Länge der jeweils längeren Seite der Stufen ermittelt. Dieses Ergebnis wiederum wird einer Korrekturtabelle KT zugeführt, welcher aus einer Wertetabelle WT ebenfalls Daten zugeleitet werden. Das Ergebnis sind diejenigen Amplitudenwerte, welche den zu korrigierenden Bildelementen zugeordnet sind (siehe Fig. 6).

Die bis dahin gewonnenen Informationen werden einer Einrichtung KG zur Erzeugung von Korrekturgeraden zugeführt. Hier werden die Anfangs- und Endpunkte der Korrekturgeraden aus den Anfangs- und Endpunkten der Kantengeraden unter Berücksichtigung der Ausgangsdaten der Korrekturrichtungsbestimmung KR berechnet. Es werden so viele Korrekturgeraden erzeugt, wie aufgrund der von der Einheit SL erhaltenen Information über die Stufenlänge erforderlich sind und dabei diejenigen Amplitudenwerte verwendet, welche aus der Korrekturtabelle KT ausgelesen werden. Die Korrekturgeraden werden in ähnlicher Weise wie die Kantengeraden dem Graphiksystem GS zugeführt, welches daraus die zur Korrekturgeraden gehörenden Bildelemente (Siehe Fig. 5) berechnet und den nicht zur Kantengerade bzw. zur vorangegangenen Korrekturgeraden gehörenden Bildelementen die jeweils neuen Abtastwerte zuführt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Korrektur von Kanten in zweidimensionalen Verteilungen von Bildelementen mit zwei oder mehreren möglichen Amplitudenwerten, insbesondere bei digitalen Trickmustergeneratoren, zur Vermeidung eines treppenförmigen Verlaufs der Kanten, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Steigung der Kanten bestimmt wird,
• - daß zur jeweiligen Kante parallele Geraden (Korrekturgeraden) erzeugt werden,
• - daß diejenigen Bildelemente, welche die jeweilige Korrekturgerade bilden, mit einem zwischen den Amplitudenwerten der an die Kante angrenzenden Bildelemente liegenden Korrekturwert versehen werden, wobei die Amplitudenwerte derjenigen Bildelemente, welche eine zuvor erzeugte Korrekturgerade bilden, erhalten bleiben, und
• - daß die Anzahl der Korrekturgeraden und der Korrekturwerte, die Korrekturwerte und die Richtung, in welcher die Korrekturgeraden gegenüber der Kante verschoben werden, von der Steigung der Kante abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Bestimmung, in welchem Oktanten die Steigung der zu korrigierenden Kante liegt,
• - Bestimmung, auf welcher Seite der Kante die Amplitudenwerte größer sind,
• - Auswertung der Ergebnisse der vorangegangenen Verfahrensschritte, um zu bestimmen, in welcher Richtung die Korrekturgeraden gegenüber der Kante verschoben werden,
• - Bestimmung der Anzahl der Korrekturgeraden und der Anzahl der Korrekturwerte,
• - Bestimmung der Korrekturwerte.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Korrekturgeraden und der Korrekturwerte der Anzahl der Bildelemente entspricht, welche die längere Seite einer Treppenstufe der Kante bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine erste, um ein Bildelement gegenüber der Kante in Richtung der längeren Seite einer Treppenstufe verschobene Korrekturgerade erzeugt wird und daß jede weitere Korrekturgerade um jeweils ein weiteres Bildelement verschoben ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Steigung einer Kante Daten ausgewertet werden, welche einem Graphiksystem zuführbar sind und einen Anfangspunkt und einen Endpunkt der Kante darstellen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung, auf welcher Seite der Kante Bildelemente mit größeren Amplitudenwerten liegen, bei Kanten mit einer Steigung, deren Betrag größer als 45° ist, der Amplitudenwert eines Bildelementes abgefragt wird, welches seitlich eines Bildelementes liegt, das den Anfangspunkt der Kante darstellt und daß bei Kanten mit Steigungen, deren Betrag kleiner als 45° ist, ein Bildelement abgefragt wird, das ober- oder unterhalb eines Bildelementes liegt, das den Anfangspunkt der Geraden darstellt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Korrekturwert eines auf die Kante fallenden Bildelementes gegeben ist durch das mit den durch die Kante gebildeten Flächenanteilen gewichtete Mittel aus den beiden die Kante begrenzenden Amplitudenwerten.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Figur die von mehreren Geradenstücken begrenzt ist, jedes Geradenstück bezüglich der Lage seiner Endpunkte und der Steigung verarbeitet wird.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines digitalen Trickmustergenerators zur geschlossenen Darstellung von Trickfiguren einem Graphikprozessor Grundbefehle zuführbar sind, die mindestens die Endpunkte der Kanten betreffen und daß dem Graphikprozessor ferner Endpunkte der Korrekturgeraden zuführbar sind.