DE4022055C2 - Vorrichtung zur Farb- und Helligkeitsregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Farb- und Helligkeitsregelung beim Analysieren oder Kopieren von optischen Durchlicht-Vorlagen, die von einer Lichtquelle durchstrahlt und in eine Bildebene abgebildet werden.

In vielen Fällen ist bei der Betrachtung der Aufnahme oder der Kopierung von Bildvorlagen eine Helligkeits- oder Farb­ korrektur erforderlich, die in der Praxis nicht nur sehr schwierig ist, sondern bisher - wenn überhaupt - nur mit sehr komplizierten Vorrichtungen realisiert werden kann. Beispielsweise ist bei der Betrachtung oder der Herstellung von Positivbildern von Filmen oder Dias, auf denen große Helligkeitsunterschiede (dunkle Schattenpartien und heller Himmel) vorhanden sind, stets ein unbefriedigender Kompro­ miß erforderlich, indem man entweder mit geringerer Lich­ tintensität arbeitet, um den Himmel nicht zu hell werden zu lassen, oder umgekehrt - um wenigstens die Schattenpartien mit ihren darin enthaltenen Informationen noch halbwegs ab­ bilden zu können - mit sehr hoher Lichtintensität arbeitet, wodurch dann aber wiederum die hellen Flecken überstrahlt werden. Die gleichen Probleme bestehen auch bei der Be­ trachtung von Filmen, Röntgenbilder od. dgl., wobei letz­ tendlich bisher hierfür noch keine befriedigende Lösung ge­ funden werden konnte.

Dies gilt auch für eine aus der Deutschen Patentschrift DE 28 20 965 C2 bekanntgewordene Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art, da hierbei keine automatisierbare Korrektur von Belichtungs- oder Farbfehlern vorgenommen werden kann, da es zunächst notwendig ist, eine Vorprogrammierung vorzu­ sehen, bei der zunächst die Vorlage in eine Elektronik ein­ gelesen wird, bevor sie in die Kopierstation gebracht wird.

In jedem Fall sind zwei getrennte Arbeitsschritte erforder­ lich, nämlich einmal die Scanning-Meßstation und dann die Abtasteinheit. Schließlich ist bei der Anlage nach dieser Patentschrift auch noch nachteilig, daß die Farbkorrektur mechanisch durch Einschieben von Farbfiltern durchgeführt wird, d. h., daß diese Farbkorrektur durch eine zeitlich aufwendige Schrittfolge für die einzelnen Grundfarben er­ folgen muß.

Ebenfalls nicht befriedigen konnte eine Anordnung, wie sie in der Offenlegungsschrift DE 35 27 853 A1 vorgeschlagen worden ist. Bei dieser wird über ein Bildwandlergerät ein Ausschnitt des zu kopierenden oder zu korrigierenden Bildes ausgeblendet und festgestellt, in welcher Weise für den In­ halt dieses Ausschnitts eine Farb- oder Helligkeitskorrek­ tur notwendig ist. Eine solche nur aufgrund eines Bildaus­ schnitts erfolgende Korrektur des gesamten Bildes ist aber in der Praxis unbefriedigend, da sie auf der in vielen Fäl­ len unzutreffenden Annahme beruht, daß das gesamte Bild entweder unterbelichtet oder überstrahlt oder in gleicher Weise farblich verschoben ist und somit eine derartige glo­ bale Korrektur ausreicht. Dies ist in der Praxis aber prak­ tisch nie der Fall.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß während des eigentlichen Kopierverfahrens eine noch dazu automatisierbare Korrektur von Belichtungs- und Farbfehlern über die gesamte Fläche des Bildes vorgenommen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Vorrichtung im wesentlichen aus den nachfolgenden, hintereinander angeordneten Teilen besteht:
einer Lichtquelle, einem Doppelkondensor, einer LCD-Matrix, die in Helligkeit und Farbe veränderbar ist, einer ersten Optik zum Abbilden der Matrix in die Ebene der Durchlicht- Vorlage, einer zweiten Optik zum Abbilden der Durchlicht- Vorlage in die Bildebene, einer dritten Optik zum Abbilden der Bildebene auf eine elektronische Kamera, von der Bild­ signale einem Rechenwerk zugeführt werden und aus den Farb- und Intensitätssignalen Steuersignale für die entsprechen­ den Beleuchtungspunkte der Matrix errechnet und einer An­ steuerungselektronik unter Zwischenschaltung eines Negativ­ prozessors, welcher die Helligkeits- und/oder Farbinforma­ tionen in die entgegengesetzten (komplementären) Informa­ tionen umwandelt, derart zugeführt werden, daß über die Ma­ trix die Bildstrahlung nach einem vorgegebenen Programm bei veränderbarer Helligkeit in den Farbwerten vollflächig re­ gelbar ist.

Bezogen auf das bereits eingangs angesprochene einfachste Korrekturproblem bei einem Bild mit sehr dunklen und sehr hellen Bereichen kann durch den Negativprozessor im elek­ tronischen Rechenwerk das von der elektronischen Kamera empfangene Signal negativ der LCD-Matrix zugeführt werden. Die Lichtquelle durchstrahlt die LCD-Matrix - zur Be­ leuchtung auf einen Negativ- oder Positivfilm - dann in der Weise, daß eine dichte Stelle im Film von hinten hell be­ leuchtet wird, während eine weniger dichte Stelle im Film (größere Helligkeit des Bildabschnitts) weniger stark be­ leuchtet wird, so daß auf diese Weise ein sehr einfacher und sehr exakter Korrekturausgleich möglich ist. Dieser läßt sich dabei durch die entsprechende Auslegung des Re­ chenwerks selbstverständlich in weitem Umfang noch variie­ ren dahingehend, daß selbstverständlich nicht die ja im Bild gewünschten Helligkeitsunterschiede völlig herausgere­ gelt werden. Vor allem ergibt sich dabei die Möglichkeit, den wesentlich größeren Kontrastumfang eines Dias bzw. des Films in entsprechende sichtbare Bildinformationen des Bildabzugs umzusetzen.

Die rückgekoppelte Regelung bei der Ausleuchtung einer op­ tischen Vorlage ist dabei nicht auf den Fall beschränkt, daß die Vorlage zur Gänze abgebildet wird, sondern es ist z. B. auch eine zeilenweise Abtastung der optischen Vorlage zum Einlesen in einen Speicher denkbar, wobei die erfin­ dungsgemäße rückgekoppelte Ausleuchtung verwendet wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, daß durch die elektronische Kamera zusätzlich ein Monitor angesteuert wird. Eine solche Monitoransteuerung, die quasi die beim erfindungsgemäßen Verfahren auftretende Bildkor­ rektur sichtbar macht und somit einem Betrachter die Mög­ lichkeit gibt, noch zusätzlich korrigierend einzugreifen, kann dabei selbstverständlich auch dazu ausgenutzt werden, um beispielsweise Dias in einer bislang nicht gekannten De­ tailgetreuheit und Farb- sowie Intensitätsgenauigkeit auf einem Fernsehschirm zu betrachten.

Wenn im vorstehenden von einem Negativprozessor die Rede ist, so umfaßt dieser Begriff nicht nur einen Prozessor, der Helligkeitswerte in die entgegengesetzten Signale um­ wandelt, sondern selbstverständlich auch einen Prozessor, der Farbinformationen in die komplementären Farbinformatio­ nen umwandelt, um auf diese Weise einen Farblimiter zu schaffen. Eine beispielsweise von der Kamera empfangene rote Farbstelle wird über die LCD-Matrix in blaugrünem Licht auf die Filmstelle auftreffen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ver­ schiedene Vorrichtungsvarianten denkbar.

Bei einer ersten Variante, die beispielsweise für Fotoprin­ ter oder Kopiervorrichtungen sehr geeignet ist, ist die elektronische Kamera mit einem vorgeschalteten Linsensystem hinter der Bildebene angeordnet und wird von der das Foto­ papier, den Film od. dgl. durchsetzenden Bildstrahlung ange­ steuert.

Statt dessen könnte bei einer zweiten Variante selbstver­ ständlich auch ein Linsensystem vorgesehen sein, welches - insbesondere wenn die Durchstrahlung der Bildvorlage zu schwach ist - schräg von vorne das Bild in der Betrach­ tungs- oder Kopierebene auf die Aufnahmeebene der elektro­ nischen Kamera abbildet.

Schließlich wäre es auch denkbar, im Strahlengang zwischen Vorlage und Kopierebene einen teildurchlässigen Spiegel an­ zuordnen, der über ein Linsensystem einen Teil der Bild­ strahlung der elektronischen Kamera zuführt.

Schließlich eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu, um auf einfachste Weise einen Ersatz für ein optisch aufwendiges additives Lampenhaus aus dichroitischen Spie­ geln zu schaffen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß die Ansteuervorrichtung der LCD-Matrix einen Video-Farbgene­ rator oder einen Computer-PC aufweist. Dabei kann man bei gleicher gewünschter Helligkeit in der Ebene der Vorlage mit um eine Größenordnung geringeren Lampenleistungen aus­ kommen, was unter anderem auch die erheblichen Probleme mit der Wärmeabfuhr entsprechend vereinfacht. Darüber hinaus ist die Farbreinheit und die Genauigkeit der Farbsteuerung und Farbkorrektur bei einer derartigen elektronischen Farb­ ansteuerung der LCD-Matrix erheblich genauer und extrem viel einfacher regulierbar als mit den bekannten additiven Lampenhäusern mit dichroitischen Spiegeln.

Die Regeltechnik gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. den hierzu vorgesehenen Vorrichtungen, die beispielsweise auch in der Medizintechnik zur Erhöhung des Kontrastumfangs bei Röntgenbildern oder Ultraschallaufnahmen und in der Großbildprojektion eingesetzt werden kann, hat eine ganze Reihe von Vorteilen, von denen die extreme Einfachheit nur ein, wenn auch besonders wesentlicher, Faktor ist. Darüber hinaus können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Hot-Spot- Effekte durch die Lampe ausgeglichen werden. Wie bereits gesagt, kann die Blendung durch helle Bildteile reduziert und dafür eine Anhebung des gesamten dunkleren Bildbereichs erreicht werden. Des weiteren ist es möglich, komplizierte ungleichmäßige Farbstiche, z. B. altes Archivmaterial und alte Spielfilme, auszugleichen und Kratzer und Schrammen zu unterdrücken.

Ein sehr bedeutsamer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfah­ rens liegt darin, daß das Filmkorn wesentlich reduzierter kommt, da nur schwachdosiertes, extrem weiches Licht (Opal­ scheibe) auf den Film trifft (tritt häufig bei Himmel auf). Schließlich entfällt ein allgemeines Aufhellen beim Abta­ sten. Harte Dias oder Filme bleiben bis in die Ecken gleichmäßig hell. Geblitzte Bild- oder Dia-Aufnahmen, bei denen die Bildecken in der Helligkeit abfallen, werden bei dieser Abtastung sogar ausgeglichener dargestellt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausfüh­ rungsbeispiele sowie anhand der schematischen Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Fotoprinter mit Licht- und Farblimiter und automatischer Farbkorrektur,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Dia- oder Filmabtastung, und

Fig. 3 ein additives Lampenhaus mit elektronischer Farban­ steuerung einer LCD-Matrix.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Fo­ toprinter - entsprechend in gleicher Weise würde selbstver­ ständlich auch eine Filmkopiervorrichtung ausgebildet sein - umfaßt eine Lampe 1, beispielsweise eine Halogenlampe, mit einem Reflektor 2 und einen Doppelkondensor 3, dem eine Platte 4 aus wärmedämmendem Glas nachgeschaltet ist, um die im parallelen Ausgangslicht angeordneten LCD-Matrix 5 vor zu viel Hitze zu schützen. Der Strahlengang wird über das Objektiv 6 und eine Milchscheibe 7 dem Negativ- oder Posi­ tivfilm 8 zugeführt und über ein weiteres Objektiv 9 mit einer nachgeschalteten Irisblende 10 schließlich auf das in der Bildebene 11 angeordnete Fotopapier 12 abgebildet. Bei einer Filmkopiervorrichtung wäre anstelle des Fotopapiers 12 der Film angeordnet. Das das Fotopapier 12 durchschei­ nende Licht wird über ein Objektiv 13 einer elektronischen Kamera 14 zugeleitet, die zur Ermöglichung einer gleichzei­ tigen Kontrolle u. a. einen Monitor 15 ansteuert. Entschei­ dend ist aber, daß von der elektronischen Kamera 14 ein Ne­ gativprozessor 16 angesteuert wird, der komplementäre Hel­ ligkeits- und/oder Farbsignale über die LCD-Steuerung der LCD-Matrix 5 positionsgenau zuführt, wobei positionsgenau bedeutet, daß die negative Information zu einem Bildpunkt dem zugehörigen Beleuchtungspunkt der LCD-Matrix zugeführt wird, d. h. demjenigen Punkt, dessen Licht in dem ent­ sprechenden Bildpunkt abgebildet wird. Bei 17 ist eine zu­ sätzliche elektronische Farbregelung angedeutet.

Der erfindungsgemäß aufgebaute Fotoprinter bringt sehr viel mehr Information auf das Papierbild, da der volle Kontra­ stumfang eines Negatives oder Dias komprimiert auf das Fo­ topapier aufbelichtet wird. Das Ergebnis ist eine bessere Durchzeichnung in dunklen bzw. Schattenregionen. In den hellen Bildpartien ist kein Ausfressen der Lichter zu sehen (höhere Modulationstiefe).

Bei einem erfindungsgemäßen Fotoprinter kann die gesamte bisherige Filtertechnik und Helligkeitssteuerung (subtrak­ tiv) bzw. eine zeit-selektive additive Licht- und Farb­ steuerung entfallen. Die Licht- und Farbwertgebung erfolgt ausschließlich über ein LCD-Display. Bei hellen Bildinhal­ ten wird nur wenig Licht zugeführt und bei dunklen Bildin­ halten mehr Licht. Entsprechend das gleiche gilt auch für die Farben. Zu viel "Rot" bedeutet für den entsprechenden Bildteil "Blaugrün", also die Komplementärfarbe von "Rot". Außerdem kann man bei dunklen Bildteilen eine andere Farbe geben als bei hellen Bildteilen. Das entspricht der Farb­ fernsehtechnik, bei der man den Schwarz- und Weißwert ge­ trennt einstellen kann.

Darüber hinaus können beliebige Farbzumischungen über die gesamte Bildfläche vorgesehen werden entsprechend der Farb­ fernsehtechnik mit der Farbdifferenzbildung R minus Y und B minus Y im Schwarzwert.

Darüber hinaus ist auch eine Kontraständerung oder auch eine Gradationsänderung leicht möglich, so daß bei einem erfindungsgemäßen Fotoprinter das Vorbelichten der harten Papiersorte völlig entfallen kann. Die Änderung des Bild­ kontrastes läßt sich über den Videopegel einstellen, also durch Anhebung bzw. Absenkung des Y-Wertes. Änderungen der Bildgradation (steiles oder flaches Bild) lassen sich über den Schwarzwertregler einstellen, so daß ein gleichmäßiges An- und Absenken von Rot, Grün und Blau möglich ist.

Schließlich kann auch noch ein zuschaltbarer Farblimiter (elektronischer Farbbegrenzer) vorgesehen sein. Ist ein Ne­ gativ oder Dia-Positiv licht- und farbkorrigiert, reduziert der zugeschaltete Farbbegrenzer partiell differenziert die Bildstellen, die zu viel Farbe haben, so daß eine Farbauto­ matik ohne die Nachteile bisheriger integraler Systeme mög­ lich ist, bei der auch bei Kameraschwenks keine Farbschwan­ kungen entstehen. Ein nachgeschalteter Farbverstärker kann wieder gleichmäßig auf die gleiche Farbintensität anheben.

Der Filmabtaster ist im Grundsatz genauso aufgebaut wie der Fotoprinter, wobei ja die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es ist lediglich ein Umlenkspiegel 19 vorgesehen, um die Anordnung nicht zu langgestreckt zu machen und um Seitenrichtigkeit zu gewähr­ leisten. Anstelle des Negativ- oder Positivfilms beim Foto­ printer gemäß Fig. 1 ist beim Filmabtaster nach Fig. 2 hin­ ter der Milchglasscheibe 7 die Filmbühne angeordnet. Der Film wird im vorliegenden Fall von der elektronischen Ka­ mera 14 mit ihrer Kamerasteuerung 14a auf den Monitor 15 geworfen mit entsprechenden Licht- und Farbkorrekturen, so daß man beispielsweise normale Dias oder normale Schmal­ filme mit noch zusätzlicher Farbkorrektur auf einem Moni­ tor, sprich einem Fernsehbildschirm, betrachten kann.

Die Fig. 3 zeigt schließlich schematisch ein nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren mit einer LCD-Matrix-Steuerung arbeitendes additives Lampenhaus, welches die bislang not­ wendigen dichroitischen Spiegel ebenso vermeidet wie die mehreren Linsensysteme und die motorisch gesteuerten Licht­ ventile. Das Lampenhaus gemäß Fig. 3 umfaßt eine Licht­ quelle 1, beispielsweise ein Halogen-Glühlicht, dessen vom Reflektor 2 verstärkt mit ausgenütztes Licht durch den Dop­ pelkondensor 3 in ein planparalleles Lichtbündel umgewan­ delt wird, welches zunächst einen nachgeschalteten Wärme­ schutzfilter 4 durchsetzt, der die Hitzestrahlen zurück­ hält. Mit 20 ist ein Gebläse bezeichnet, welches zur zu­ sätzlichen Kühlung dient und insbesondere die Wärme vom Kondensor und vom Wärmeschutzfilter abführt. Das planparal­ lele Lichtbündel durchsetzt dann die LCD-Matrix und be­ leuchtet mit einer Sammellinse 21 gebündelt den Film oder die sonstige optische Vorlage von hinten.

Die elektronische Steuerung der LCD-Matrix kann mit einem Video-Farbgenerator 22 erfolgen, der mit der elektronischen Steuervorrichtung 18 der LCD-Matrix gekoppelt ist.

Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich alle Farben er­ zielen: Rot, Grün, Blau/Gelb, Purpur, Blaugrün und alle ihre Mischungen. Ein gleichmäßiges Anheben von Rot, Blau und Grün (drei Grundfarben) ergeben bei gleicher Farbe mehr Licht und umgekehrt.

Die Farbansteuerung ließe sich statt mit Hilfe eines Video- Farbgenerators auch digital mittels Computern (PC) errei­ chen, was eine besonders elegante Lösung ist, da hierbei speicherbare Werte, hohe Genauigkeit und auch eine große Reproduzierbarkeit gegeben sind.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen additiven Lampenhauses gegenüber der herkömmlichen Technik bestehen in der kleine­ ren Bauweise, dem geringeren Stromverbrauch und daraus re­ sultierend der geringeren Wärmeentwicklung. Das erfindungs­ gemäße Farbenhaus hat keine mechanisch beweglichen Teile (wartungsfreundlich). Bei günstigeren Baukosten und einer guten Ansteuermöglichkeit über Videoanalyzer ergibt sich sowohl eine hohe Genauigkeit, da eine digitale Aussteuerung möglich ist, als auch darüber hinaus eine leichte Koppel­ möglichkeit mit Computern.

Schließlich wäre es auch noch möglich, die erfindungsgemäße rückgekoppelte Ausleuchtungsänderung auch direkt bei der Video- oder Fernsehaufnahmetechnik zu verwenden, um allzu starke Kontraste abzuschwächen und damit insgesamt die In­ formationen besser wiederzugeben. Als Beispiel hierfür kann man Fernsehaufnahmen von Sportveranstaltungen in Stadien ins Auge fassen, bei denen gerade bei schrägstehender Sonne die Tribüne einen Teil des Spielfeldes so stark abschattet, daß die Helligkeitsunterschiede zwischen den beleuchteten Spielfeldbereichen und den dunklen so stark sind, daß ent­ weder die einen Bereiche zu hell erscheinen und in den Au­ gen schmerzen, oder das Geschehen im Schatten gar nicht mehr richtig auf dem Bildschirm zu erkennen ist. In diesem Fall wird man hinter der üblicherweise dem CCD der Kamera vorgeschalteten Variooptik noch eine LCD-Matrix - mit einer zusätzlichen Ausgleichsoptik - zwischenschalten und die CCD-Signale parallel auskoppeln und auf die LCD-Matrix mit rückkoppeln.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Farb- und Helligkeitsregelung beim Analysieren oder Kopieren von optischen Durchlicht- Vorlagen, die von einer Lichtquelle durchstrahlt und in eine Bildebene abgebildet werden und im wesentli­ chen aus den nachfolgenden, hintereinander ange­ ordneten Teilen besteht:
einer Lichtquelle (1), einem Doppelkondensor (3), ei­ ner LCD-Matrix (5), die in Helligkeit und Farbe verän­ derbar ist, einer ersten Optik (6) zum Abbilden der Matrix (5) in die Ebene der Durchlicht-Vorlage (7, 8), einer zweiten Optik (9) zum Abbilden der Durchlicht- Vorlage (8) in die Bildebene (11), einer dritten Optik (13) zum Abbilden der Bildebene auf eine elektronische Kamera (14), von der Bildsignale einem Rechenwerk (16, 17) zugeführt werden und aus den Farb- und Intensi­ tätssignalen Steuersignale für die entsprechenden Be­ leuchtungspunkte der Matrix errechnet und einer An­ steuerungselektronik (18) unter Zwischenschaltung ei­ nes Negativprozessors, welcher die Helligkeits- und/oder Farbinformationen in die entgegengesetzten (komplementären) Informationen umwandelt, derart zuge­ führt werden, daß über die Matrix die Bildstrahlung nach einem vorgegebenen Programm bei veränderbarer Helligkeit in den Farbwerten vollflächig regelbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die elektronische Kamera zusätzlich ein Farb-Monitor angesteuert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Kamera (14) mit dem vorgeschal­ teten Linsensystem (13) zu einer Baueinheit zusammen­ gefaßt hinter der Bildebene (11) angeordnet und von der das Fotopapier (12), den Film od. dgl. durchset­ zenden Bildstrahlung direkt angesteuert wird.

4. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen der Vorlage (8) und der Kopierebene (11) ein teil­ durchlässiger Spiegel angeordnet ist, der über ein Linsensystem einen Teil der Bildstrahlung der elek­ tronischen Kamera zuführt.

5. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Linsensystem vorgesehen ist, welches schräg von vorne das Bild in der Be­ trachtungs- oder Kopierebene (11) auf die Aufnahmee­ bene der elektronischen Kamera abbildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungselektronik (18) des Displays einen Video-Farbgenerator oder einen Computer-PC aufweist.