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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die digitale Bilderzeugungstechnologie
und insbesondere auf die Kontrast- und Kantenverbesserung in der
digitalen Standbild- und Bewegtbild-Bilderzeugung.
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Die
digitale Bilderzeugung bietet sehr viele Vorteile gegenüber herkömmlichen
analogen Techniken, wobei sie Dienste, wie z. B. Videotelephonie
und Multimedia-Anwendungen, unterstützt. Demzufolge ist die digitale
Bilderzeugung gegenwärtig
der Gegenstand umfassender Forschung.
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Ein
besonderer Bereich der Forschung über digitale Bilderzeugung
ist der der Bildverbesserung. Bei der digitalen Bilderzeugung gibt
es einen Bedarf an einer Bildverbesserung, weil die Bilder typischerweise
an verschiedenen Typen der Verschlechterung leiden, wie z. B. an
einem Mangel an Schärfe,
an Rauschen, an Komprimierungs-Bildfehlern und an schlechtem Kontrast
und an schlechter Helligkeit. Die Produkte für die mobile Bilderzeugung,
die sich gegenwärtig
in Entwicklung befinden, neigen insbesondere zu derartigen Verschlechterungen,
die auf die geringe Leistung aktueller digitaler Kameravorrichtungen
und auf die schmale Datenübertragungs-Bandbreite,
die typischerweise in Mobilkommunikationsnetzen verfügbar ist
und die die Verwendung hoher Komprimierungsverhältnisse erfordert, zurückzuführen sind.
In den digitalen Kameraprodukten ergibt sich die schlechte Bildqualität aus den Mängeln in
den fundamentalen Sensoreigenschaften. Der Mangel an Kontrast ergibt
sich typischerweise aus dem Sensor selbst, während der Mangel an Schärfe das
Ergebnis sowohl der Optik in geringer Qualität als auch der geringen Sensorauflösung ist. Sensoren
mit geringer Auflösung
werden wahrscheinlich in den Bilderzeugungssystemen der kommenden
ersten Generation der Mobiltelekommunikations-Endgeräte mit der
Funktionalität
für die
Bilddarstellung und -manipulation verwendet. Folglich gibt es einen
Bedarf an Verfahren, um den Bildkontrast und die Bildschärfe zu verbessern,
wobei in gegenwärtigen
digitalen Bildverbesserungstechniken dies häufig durch das Verbergen von
Bildfehlern und das Rekonstruieren verschlechterter Abschnitte eines
Bildes ausgeführt
wird.
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Die
Bildverbesserung betrifft prinzipiell die Betonung von Bildmerkmalen,
wie z. B. Kanten, Rändern
oder Kontrast. Dies macht die Bilddetails sichtbarer und bewirkt,
dass die Bilder subjektiv schärfer oder
frischer aussehen, ohne unnatürlich
zu erscheinen, wobei dadurch eine graphische Anzeige für die Anzeige und
Analyse nützlicher
gemacht wird. Während
der Verbesserungsprozess den inhärenten
Informationsinhalt der Daten nicht erhöht, vergrößert er den Dynamikbereich
ausgewählter
Merkmale, sodass sie leichter erfasst werden können.
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Die
Bildverbesserungstechniken können grob
in drei Unterklassen unterteilt werden, die Punkt-, Raum- und Transformationsoperationen
umfassen.
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Die
Punktoperationen werden an einzelnen Pixeln ausgeführt und
sind als solche von den umgebenden Pixelwerten unabhängig. Die
Pixelabbildungsoperationen sind ein Beispiel der Punktoperationen.
Die Pixelabbildung umfasst das Abbilden eines Pixelwertes auf einen
neuen Wert mit einer Funktion, z. B.: yi,j = f(xi,j),wobei
i,
j = die Koordinaten des Pixels sind,
y = das Ausgangspixel
ist,
x = das Eingangspixel ist
und f eine Funktion von
x und y ist.
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Die
Raumoperationen werden an Gruppen von Pixeln ausgeführt. Bestimmte
Bildglättungs-
und -filterungsfunktionen sind Raumoperationen, bei denen der Wert
eines Pixels z. B. modifiziert werden kann, indem ein Mittelwert
der umgebenden Pixelwerte genommen wird.
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Die
Transformationsoperationen setzen die Bilddaten von den Pixelwerten
in eine andere Form um, z. B. in die Ortsfrequenzkomponenten. Die
diskreten Kosinustransformationen (DCT) und die Wavelet-Transformationen
sind Beispiele von Transformationsoperationen, die in Bildverarbeitungsanwendungen
häufig
verwendet werden.
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Beispiele
der Verbesserungstechniken in den oben umrissenen Unterklassen enthalten
Techniken, wie z. B. die Graustufen- und Kontrastmanipulation, die
Rauschverringerung, die Kantenversteilerung und -schärfung, die
Filterung, die Interpolation und Vergrößerung und die Pseudofärbung.
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In
der Praxis leiden die von einer digitalen Kamera aufgenommenen Bilder
ungeachtet der Pixelauflösung
normalerweise an Glattheitsproblemen. Dies be deutet, dass es immer
wahrscheinlich ist, dass es einen Bedarf an Bildschärfungstechniken gibt.
Die Bildschärfung
kann ausgeführt
werden, indem verschiedene Formen der Kontrastverbesserung (Strecken/Schrumpfen)
und der Kantenverbesserungstechniken angewendet werden. Die Kontrastverbesserung
ist eine Punktoperation, die verwendet werden kann, um Bilder zu
verbessern, die unter schlechten oder ungleichmäßigen Beleuchtungsbedingungen
aufgenommenen oder mit einem Bilderzeugungssensor mit einem kleinen
Dynamikbereich erfasst worden sind. Die Kontrastmanipulation neigt außerdem dazu,
die Sichtbarkeit der Kanten zu verändern, was die wahrgenommene
Schärfe
des Bildes verändert.
Die Kantenverbesserungstechniken sind typischerweise Raumoperationen,
wobei sie Bilder verbessern, die an einer Gesamtglattheit leiden. Eine
als unscharfe Maskierung bekannte Technik ist ein Beispiel einer
Kantenverbesserungstechnik.
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Zuerst
wird auf die Kontrastverbesserung Bezug genommen, wobei ein wohlbekanntes
Verfahren zur Verbesserung des Kontrasts die histogrammbasierte
Pixelabbildung ist. Bei diesem Verfahren wird unter Verwendung eines
Histogramms des Bildes oder eines Teils eines Bildes eine Pixelabbildungsfunktion
gebildet. Das Histogramm enthält
die Auftrittsanzahl der Pixel auf jedem Pegel des Eingangssignalbereichs.
Die Abbildungsfunktion wird aus einem kumulativen Histogramm abgeleitet,
sodass sie einen Anstieg besitzt, der den hohen Werten im Histogramm
entspricht. Das kumulative Histogramm wird typischerweise unter
Verwendung einer Gleichung gebildet, die die folgende Form besitzt:
wobei
C
i =
der Behälter
i des kumulativen Histogramms ist, und
H
i =
der Behälter
k des kumulativen Histogramms ist.
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Es
wird angegeben, dass ein Behälter
ein Pixelwertbereich ist, der einen einzelnen Pixelwert oder mehr
als einen Pixelwert umfassen kann.
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Im
grundlegenden Verfahren lautet die Abbildungsfunktion: f(x) = Cx.
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Die
Abbildungsfunktion des kumulativen Histogramms ist typischerweise
ska liert, sodass die Abbildung im Wesentlichen genau den verfügbaren Dynamikbereich
einschließt,
d. h.: f(L) = L,wobei
L = der größte Wert
des verfügbaren
Dynamikbereichs ist.
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Die
Skalierung wird z. B. unter Verwendung folgender Gleichung erreicht:
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Die
obigen Gleichungen können
in vielen Lehrbüchern über Signalverarbeitung
in ein wenig variierenden Formen gefunden werden. In einem alternativen
Zugang wird z. B. der erste von null verschiedene Behälter vor
oder während
der Berechnung des kumulativen Histogramms vom Histogramm subtrahiert.
Falls eine derartige Subtraktion nicht ausgeführt wird, wird der dunkelste
Pixelwert des Bildes nicht auf null abgebildet (C0 ≠ 0). Es gibt außerdem andere
Modifikationen.
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Die
obigen Gleichungen sind im Wesentlichen nur verwendbar, wenn es
so viele Behälter
wie Signalpegel gibt, für
ein Signal mit 8 Bits/Abtastwert sind z. B. 256 Behälter erforderlich.
Falls weniger Behälter
verwendet werden, enthält
jeder Behälter
Pixel, die zu einem bestimmten Signalbereich gehören. Die obigen Gleichungen
schaffen Abbildungsfunktionswerte an den Grenzen der Behälter. Durch
Interpolation können
zusätzliche
Werte erhalten werden. Beispiele eines Histogramms, eines kumulativen
Histogramms und der entsprechenden Abbildungsfunktion sind in 1 dargestellt.
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Unter
Verwendung histogrammbasierter Abbildungstechniken kann der Kontrast
eines Bildes vergrößert werden,
indem die Eingangspixelwerte auf Ausgangspixelwerte mit einer linearen
Funktion abgebildet werden, die einen Anstieg (d. h. Ableitung) besitzt,
der größer als
eins ist. Ein Anstieg kleiner als eins verringert den Kontrast,
während
ein Anstieg gleich eins keine Änderung
im Kontrast erzeugt. Die Abbildungsfunktion kann außerdem nichtlinear
sein und einen sich verändernden
Anstieg besitzen. In diesem Fall wird der Kontrast um einige Pixelwerte des
Bildes vergrößert, während der
Kontrast in anderen Pixelwertbereichen verkleinert oder überhaupt nicht
geändert
werden kann. Ein Beispiel einer nichtlinearen Abbildungsfunktion
ist in 2 gezeigt.
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Eine
anerkannte Einschränkung
der histogrammbasierten Pixelabbildung ist, dass sie dazu neigt,
Rauschen und andere Bildfehler störend sichtbar zu machen. Weil
die Vergrößerung des
Kontrasts die Sichtbarkeit der Variationen im Eingangssignal vergrößert, wird,
falls im Eingangssignal Rauschen vorhanden ist, seine Sichtbarkeit
außerdem
vergrößert. Infolgedessen
wird die histogrammbasierte Pixelabbildung oft als für die Kontrastverbesserung
natürlicher
Bilder nicht zufriedenstellend betrachtet.
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Dennoch
ist die histogrammbasierte Abbildung die Grundlage für eine beträchtliche
Anzahl von Kontrastverbesserungsalgorithmen. Während diese Algorithmen eine
Abbildungsfunktion auf der Grundlage des Bildhistogramms bilden,
werden deshalb Versuche unternommen, um die unerwünschten
Wirkungen der grundlegenden Abbildungsprozedur unter Verwendung
von Modifikationen und Ergänzungen
zum Basisalgorithmus zu lindern. Diese Modifikationen enthalten
z. B. die Umformung des Histogramms, die Umformung der Abbildungsfunktion,
die Filterung des Bildes, des Histogramms oder der Abbildungsfunktion
und die Begrenzung des Maximalwertes des Histogramms.
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Die
Kantenverbesserung ist, spezifisch im Kontext der unscharfen Maskierung,
eine Technik der räumlichen
Filterung, um die Sichtbarkeit von Kanten zu verbessern und folglich
die wahrgenommene Bildqualität
zu verbessern. Die unscharfe Maskierung ist häufig in der Form eines Hochpassfilters
in Reihe mit einem Block mit einstellbarer Verstärkung implementiert, wie in 3 gezeigt
ist. In der veranschaulichten Anordnung wird ein hochpassgefiltertes
und skaliertes Bildsignal zum Originalbildsignal hinzugefügt, wie
in 4a gezeigt ist. Folglich wird die gewünschte Verbesserung
erreicht, indem die Hochfrequenzkomponenten des Bildes hervorgehoben
werden. Spezifisch stellt die Ausgabe des Hochpassfilters eine Ableitung
zweiter Ordnung des Originalsignals dar, wie in 4b dargestellt
ist. Wenn das hochpassgefilterte Signal zurück zum Originalsignal hinzugefügt wird,
erzeugt es um die Kanten Unter- und Überschwingvorgänge, wie
in 4c gezeigt ist. Das Gesichtssystem des Menschen
selbst erzeugt ähnliche
Unter- und Überschwingvorgänge um scharfe Kanten.
Dieses Phänomen
ist als der Mach-Band-Effekt bekannt. Er demonstriert, dass das
Gesichtssystem des Menschen Kanten in einer nichtlinearen Weise
wahrnimmt, und dass die Wahrnehmung nicht nur von der Helligkeit,
sondern außerdem
von der Bildstruktur abhängt.
Aus diesem Grund nimmt das Gesichtssystem des Menschen Kanten mit
hinzugefügtem
Unter- und Überschwingen,
wie z. B. denjenigen, die durch die unscharfe Maskierung erzeugt
werden, als schärfere
Kanten war.
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Die
unscharfe Maskierung neigt außerdem dazu,
einige unerwünschte
Wirkungen zu erzeugen. Das Vorhandensein eines Hochpassfilters macht
das System gegen Rauschen und Komprimierungsbildfehler empfindlich.
Folglich erzeugt die unscharfe Maskierung typischerweise wahrnehmbare
Bildfehler, die in gleichmäßigen Bereichen
eines Bildes besonders sichtbar sind.
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Demzufolge
ist erkannt worden, dass es geeignet sein würde, ein Eingangssignal des
Hochpassfilters zu modifizieren, insbesondere wenn im Bild eine
Rauschkomponente vorhanden ist, um die Bildqualität zu verbessern.
Eine derartige in der Technik bekannte Modifikation besteht darin,
vor der unscharfen Maskierung eine vorgegebene oder feste Standard-Pixelabbildungsfunktion
zu verwenden. Unter Verwendung einer herkömmlichen festen Pixelabbildungsfunktion
ist es möglich,
bestimmte Kanten hervorzuheben, während eine unerwünschte Vergrößerung des
Rauschens begrenzt wird. 5 stellt ein Schema der unscharfen
Maskierung dar, das vor der Hochpassfilterung die Pixelabbildung
verwendet. In der veranschaulichten Anordnung wird vor der unscharfen
Maskierung eine Pixelabbildungsfunktion auf das Bild angewendet,
um die unerwünschte
Vergrößerung der
Rauschkomponenten einzuschränken,
die im Ergebnis der Hochpassfilterung auftritt.
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6 zeigt
zwei mögliche
Kurven der Pixelabbildungsfunktion, die für die Verwendung vor der unscharfen
Maskierung geeignet sind. Die Kurve 1 unterdrückt Signale mit hohem und niedrigem
Pegel und dehnt die Pixelwerte im mittleren Bereich. Demzufolge
werden im Hochpassfilter die Kanten mit hohem und niedrigem Pegel
unterdrückt,
während
die Kanten mit mittlerem Pegel verbessert werden. In der Kurve 2
werden die Kanten mit mittlerem Pegel unterdrückt, während die Kanten mit hohem
und niedrigem Pegel verbessert werden. In dieser Weise besteht die Wirkung
der Verwendung der Pixelabbildung vor der Hochpassfilterung darin,
das Rauschen zu verringern.
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Die
Wirkung einer Funktion, wie z. B. der in 6 gezeigten
Kurve 1, ist in 7 veranschaulicht. Diese zeigt
die Wirkung des Anwendens einer herkömmlichen festen Pixelabbildungsfunktion
auf ein Bild, das eine einzelne 'Kante' enthält. Hier
ist die Kante ein Übergang
von dunkel zu hell, d. h., von Pixelwerten mit sehr niedriger Intensität zu Pixelwerten mit
sehr hoher Intensität.
Mit anderen Worten, das Bild enthält nur zwei Bereiche, einen
mit niedrigen Helligkeitswerten und einen mit hohen Helligkeitswerten,
wie in 7a gezeigt ist. 7b stellt
eine graphische Darstellung der durch das Abtasten über eine
Zeile von Pixeln von links nach rechts erzeugten Pixelwerte dar.
Es wird angenommen, dass die zwei Bereiche, die von im Wesentlichen
gleichmäßiger Intensität sein sollten,
irgendeinen Grad von Rauschen zeigen. Das Rauschen offenbart sich
selbst in kleinen Variationen im Pixelwert (wie aus der 'Welligkeit' in 7b ersichtlich
ist). Durch das Anwenden der in 7c veranschaulichten
festen Pixelabbildungsfunktion kann das Rauschen im Bild nach 7b effektiv
unterdrückt
werden. Das Ergebnis der festen Pixelabbildungsfunktion ist in 7d veranschaulicht.
Die Art, in der das Rauschen unterdrückt wird, kann verstanden werden,
indem die Pixelabbildungsfunktion ausführlich untersucht wird. Es
sollte klar sein, dass die Pixelabbildungsfunktion die Art beschreibt,
in der die Pixelwerte im Originalbild (d. h. dem, das durch 7b beschrieben
ist) in die Pixelwerte im kontrastverbesserten (kontrasteingestellten)
Bild umgesetzt werden, dessen Pixelwertprofil in 7d veranschaulicht
ist. Es wird zuerst die Verringerung des Rauschens im Bereich mit
niedriger Intensität
des Bildes betrachtet, wobei der relevante Teil der Pixelabbildungsfunktion
der ist, der in 7c mit 'A' bezeichnet
ist. Dieser Teil der Pixelabbildungsfunktion bestimmt, wie die Pixelwerte
mit niedriger Intensität
im Originalbild in die Pixelwerte mit niedriger Intensität im kontrastverbesserten
Bild übersetzt
werden. Hier besitzt die Pixelabbildungsfunktion einen Gradienten,
der kleiner als 1 ist, was angibt, dass die Variationen im Pixelwert
durch das Anwenden der Funktion verringert (oder 'komprimiert') werden. Das Gleiche
gilt im Bereich 'B' der Pixelabbildungsfunktion
nach 7c. Dieser Teil der Kurve bestimmt die Art, in
der die Pixelwerte mit hoher Intensität im Originalbild in die Pixelwerte
mit hoher Intensität
im kontrastverbesserten Bild übersetzt
werden. Folglich wird an beiden Extremen des Bereichs das Rauschen
effektiv verringert. Nun wird darauf Bezug genommen, wie die Intensitätswerte
im mittleren Bereich durch die Pixelabbildungsfunktion in diesem Beispiel
umgesetzt werden, wobei dieser Teil der Funktion, der mit 'C' bezeichnet ist, einen Gradienten besitzt,
der größer als
1 ist, wobei deshalb der Bereich der Pixelwertvariation in diesem
Bereich tatsächlich
verbessert (erweitert oder gedehnt) wird, wobei das Profil des Übergangs
zwischen niedrigen und hohen Intensitätswerten geändert wird. Diese Wirkung kann
jedoch nicht als eine wahre Schärfung des Übergangs
wie z. B. die, die durch die unscharfe Maskierung geschaffen wird,
betrachtet werden. Die Kontrasterweiterung besitzt die Wirkung,
die Differenz zwischen den etwa völlig gleichen Pixelwerten im
mittleren Bereich zu verbessern, und vergrößert die Wirkung des Rauschens
im Pixelwertbereich um den Übergang
zwangsläufig.
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Die
Verwendung der herkömmlichen
festen Pixelabbildungsfunktionen, um ein Bild vor einer unscharfen
Maskierung zu konditionieren, besitzt bestimmte Einschränkungen.
Diese werden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben,
die die Wirkung der Verwendung der gleichen Pixelabbildungsfunktion,
die oben eingeführt
worden ist, veranschaulicht, um den Kontrast eines zweiten Beispielbildes
zu verbessern. Wie im ersten Beispiel ist das in 8 betrachtete
Bild ein sehr einfaches Bild, das zwei im Wesentlichen gleichmäßige Bereiche
umfasst, wobei einer dunkler als der andere ist (8a).
Der Unterschied der Intensitätswerte
zwischen den zwei Bereichen ist kleiner als im vorausgehenden Beispiel,
obwohl dieselbe Art von Rauschen vorhanden ist (8b).
Die Wirkung der festen Pixelabbildungsfunktion ist in 8d veranschaulicht.
Während
das Rauschen im dunklen Bereich unterdrückt wird, wird das Rauschen
im helleren Bereich tatsächlich
vergrößert. Dieser
Effekt tritt auf, weil die Pixelwerte des helleren Bereichs einem
Bereich der Pixelabbildungsfunktion entsprechen, der einen Gradienten besitzt,
der größer als
eins ist. Folglich werden kleine Unterschiede im Pixelwert vergrößert, anstatt
unterdrückt,
was eine Zunahme im Rauschen verursacht.
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Es
ist üblich,
dass die Bilder sowohl unter Verwendung (fester oder histogrammbasierter)
Pixelabbildungs-Kontrastalgorithmen als auch unter Verwendung von
Kantenverbesserungsalgorithmen mit unscharfer Maskierung verarbeitet
werden. In 9 kann die Kombination der histogrammbasierten
Pixelabbildung und der unscharfen Maskierung implementiert werden,
indem die histogrammbasierte Pixelabbildung in den Zweig des Originalbildsignals
vor (Option A), nach (Option C) oder parallel zu (Option B) einer
Kantenverbesserungseinheit angeordnet wird. Häufig verursachen die Bildverarbeitungsanwendungen,
wie z. B. bestimmte kommerziell verfügbare Software-Pakete, die
die Optionen A oder C implementieren, eine Struktur in Kaskadenschaltung. Es
ist jedoch festgestellt worden, dass die besten Ergebnisse durch
die Option B erreicht werden, in der eine Einheit für die histogrammbasierte
Pixelabbildung innerhalb der Einheit für die unscharfe Maskierung,
die sich im Zweig des Originalbildsignals befindet, parallel zum
Hochpassfilter und nicht in Kaskade mit ihm, wie bei den Optionen
A und C, angeordnet ist. In der Option B wird jede unerwünschte Rauschkomponente,
die durch die Kontrastverbesserung hervorgehoben wird, nicht hochpassgefiltert,
wobei sie folglich nicht weiter hervorgehoben wird. In beiden Optionen
A und C hebt die zweite Operation in der Struktur in Kaskadenschaltung
die durch die erste Operation eingeführten Rauschbildfehler weiter hervor.
Hier bezieht sich die zweite Operation auf die letztere Operation,
d. h. in der Option A ist die zweite Operation die unscharfe Maskierung,
während
in der Option C die zweite Operation die histogrammbasierte Pixelabbildung
ist. Folglich besitzt der Zugang der Kaskadenschaltung den Nachteil,
dass das Rauschen 'doppelt' vergrößert wird.
Dies kann sehr lästige
Rauschstrukturen erzeugen, insbesondere wenn ein JPEG- oder DCT-basierter Hybrid-Codec
verwendet worden ist, um das ursprüngliche Quellbild zu komprimieren.
Vorausgesetzt, die Option A wird verwendet, verursacht die anfängliche
Kontrastverbesserung z. B. eine bestimmte Zunahme im Pixelwertrauschen.
Dieses wird durch den folgenden Schritt der Kantenverbesserung unter
Verwendung z. B. der unscharfen Maskierung weiter übermäßig vergrößert. In
dem Fall der Option C erhöht
sie außerdem
das Rauschen um die Kanten, weil die unscharfe Maskierung die Kanten
hervorhebt. Die Amplitude dieses Rauschens wird dann durch die histogrammbasierte
Kontrastverbesserung weiter vergrößert. Außerdem können andere durch die unscharfe
Maskierung verursachte Bildfehler, z. B. Wirkungen des oszillierenden
Einschwingens, sichtbarer werden. Der durch die Option B veranschaulichte
Zugang vermeidet andererseits die doppelte Vergrößerung des Rauschens. Hier
werden die Kontrast- und Kantenverbesserung parallel ausgeführt, wobei
das hochpassgefilterte Bild zum kontrastverbesserten Bild hinzugefügt wird
(wie durch das Additionssymbol in 9 angegeben
ist).
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Dennoch
leiden die kombinierten Bildverbesserungsoptionen nach 9 an
den Problemen, die der Kontrast- und Kantenverbesserung zugeordnet sind,
die vorher oben beschrieben worden sind.
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US-Patent
US 5.793.886 offenbart ein
Verfahren des Interpolierens eines kumulativen Referenzhistogramms
für ein
Quellbild innerhalb einer Bildfolge. Das kumulative Referenzhistogramm
wird verwendet, um die Pixelwerte des Quellbildes einzustellen,
um unerwünschte
Variationen im Farbton oder der Farbe in Bezug auf andere Bilder
innerhalb der Folge zu entfernen, während die beabsichtigten Variationen,
die während
des Verlaufs der Bildfolge auftreten, erhal ten werden. Das Verfahren
arbeitet durch: 1) Umsetzen kumulativer Histogramme, die von Referenzbildrahmen
an den gegenüberliegenden
Enden der Bildfolge abgeleitet worden sind, in inverse kumulative
Histogramme; 2) Bilden eines gewichteten Mittelwerts der inversen
kumulativen Werte basierend auf dem zeitlichen Ort des Quellbildes
in der Bildfolge, um ein interpoliertes inverses kumulatives Histogramm
abzuleiten; 3) Umsetzen des interpolierten inversen kumulativen
Histogramms in ein kumulatives Referenzhistogramm; und 4) Verwenden des
auf diese Weise erhaltenen kumulativen Referenzhistogramms, um die
Pixelwerte des Quellbildes, z. B. unter Verwendung der Histogrammanpassung, in
einer derartigen Weise einzustellen, um unerwünschte Variationen in der Farbe
oder im Farbton ohne Verlust der beabsichtigten Variationen in der Farbe
oder im Farbton zu entfernen.
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Im
Kontrast zu diesem Hintergrund und in einem Aspekt liegt die vorliegende
Erfindung in einem Verfahren zum Verbessern eines digitalen Bildes, wobei
das digitale Bild mehrere Bildpixel aufweist, wovon jedes durch
einen Pixelwert repräsentiert wird,
wobei das Verfahren den Schritt umfasst, bei dem eine inverse histogrammbasierte
Abbildungsfunktion auf wenigstens eine Menge von Bildpixeln, die
das digitale Bild aufweist, angewendet wird, wobei die inverse histogrammbasierte
Abbildungsfunktion so konfiguriert ist, dass Pixelwerte der Bildpixel
in Übereinstimmung
mit ihrer Auftrittshäufigkeit
modifiziert werden, sodass der Kontrast des digitalen Bildes für Bildpixel,
die Werte mit einer einen vorgegebenen Betrag übersteigenden Auftrittshäufigkeit
besitzen, reduziert wird.
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Die
inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion kann allein oder
im Zusammenhang mit irgendeiner der oben beschriebenen Optionen
A, B und C angewendet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird die inverse histogrammbasierte Pixelabbildung im Zusammenhang mit
der Option B angewendet.
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Alternativ
wird eine inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion im
Zusammenhang mit irgendeiner Bildverarbeitungsfunktion angewendet.
Vorzugsweise wird die inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion
im Zusammenhang mit einer Bildverarbeitungsfunktion angewendet,
die dazu neigt, die Sichtbarkeit des Rauschens zu vergrößern. Am
bevorzugtesten wird die inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion
als ein Vorverarbeitungs schritt vor einer Bildverarbeitungsfunktion
angewendet, die dazu neigt, die Sichtbarkeit des Rauschens zu vergrößern.
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In
einer bevorzugten Form dieses Aspektes der Erfindung wird der Schritt
der inversen histogrammbasierten Pixelabbildung mit einem Kantenverbesserungsschritt,
wie z. B. der unscharfen Maskierung, kombiniert. In einer derartigen
Anordnung verbessert der Schritt der inversen histogrammbasierten
Pixelabbildung die Leistung des Schrittes der unscharfen Maskierung.
Er besitzt außerdem
eine vorteilhafte Wirkung auf Kombinationen der Techniken der Kontrastverbesserung
und der unscharfen Maskierung.
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Wie
früher
erklärt
worden ist, vergrößern die Techniken
der unscharfen Maskierung die subjektive Schärfe eines Bildes durch das
Hinzufügen
von Unter- und Überschwingungskomponenten
zu den Kanten innerhalb eines Bildes. Die Wirkung der inversen histogrammbasierten
Pixelabbildung besteht darin, die Pixelwerte entsprechend ihrer
Auftrittshäufigkeit zu ändern. In
Ausführungsformen,
in denen der Schritt der inversen histogrammbasierten Pixelabbildung
mit einem Kantenverbesserungsschritt, wie z. B. der unscharfen Maskierung,
kombiniert ist, besteht die Rolle der inversen histogrammbasierten
Pixelabbildung darin, als ein Vorprozessor für die Hochpassfiltereinheit
innerhalb der Kantenverbesserungseinheit zu wirken, der die Pixelwerte
in einer derartigen Weise verändert,
dass die durch die nachfolgende Kantenverbesserung eingefügte Vergrößerung des Rauschens
verringert wird.
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Diese
Anordnung dient dazu, die Verstärkung
der Rauschkomponente zu minimieren, während die erwünschten
Signalkomponenten vergrößert werden.
Spezifischer erzeugt die inverse histogrammbasierte Pixelabbildung
eine Verringerung im Kontrast in Signalbereichen, die eine große Anzahl von
Pixeln enthalten, und eine Zunahme im Kontrast anderswo. Das Rauschen
wird z. B. in gleichmäßigen Bereichen
unterdrückt,
wo es subjektiv am sichtbarsten ist. Es ist festgestellt worden,
dass die Wirkung im Wesentlichen die gleiche ist, wenn die histogrammbasierte
Pixelabbildung a) auf einen großen
gleichmäßigen Bereich
und b) einen Bereich, der eine große Anzahl von Pixeln enthält, die
eine kleine Anzahl verschiedener Werte besitzen, (z. B. einen gesprenkelten
Bereich) angewendet wird.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung wird außerdem
eine Vorrichtung, wie z. B. eine tragbare Funkkommunikationsvorrichtung,
geschaffen, die Mittel zum Ausführen
des Bildverbesserungsverfahrens umfasst.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung wird ferner ein Software-Programm geschaffen,
das maschinenlesbare Befehle umfasst, um eine Prozessoreinheit zu
veranlassen, das Bildverbesserungsverfahren auszuführen. Der
erste Aspekt der Erfindung erstreckt sich außerdem auf ein Software-Programmprodukt,
das in einem Medium gespeichert ist und konfiguriert ist, um das
Bildverbesserungsverfahren auszuführen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildverbesserung
eines digitalen Bildes geschaffen, das eine Menge von Bildpixeln aufweist,
wobei das Verfahren das Anwenden, in einem Zweig einer Kantenverbesserungseinheit,
der zu einem Originalbildzweig parallel ist, einer histogrammbasierten
Pixelabbildungsfunktion auf die Menge von Bildpixeln, bevor in dem
Zweig eine Hochpassfilterung angewendet wird, umfasst.
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Wie
früher
beschrieben worden ist, ist die Verwendung einer festen Pixelabbildungsfunktion
im Zusammenhang mit der unscharfen Maskierung vor der Hochpassfilterung
bekannt, wie in 5 veranschaulicht ist. Dies
besitzt den Nachteil, dass eine derartige Funktion nur gewählt werden
kann, um den Kontrast in bestimmten Pixelwertbereichen zu verbessern.
Außerdem
verändert
sich ihre Wirkung auf die Rauschkomponenten im Bild entsprechend
der Art des Bildes, wie durch die Beschreibung der 7 und 8 nachgewiesen
worden ist. Demzufolge haben die Erfinder bemerkt, dass, weil die
in 6 veranschaulichte Funktion künstlich konstruiert ist, sie
nicht geändert
werden kann, um sie an die Bildinhalte anzupassen, wobei sie deshalb
nicht für
alle Bilder optimal ist.
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Im
Gegensatz haben die Erfinder erkannt, dass eine histogrammbasierte
Pixelabbildungsfunktion, weil sie unter Bezugnahme auf das Bild
selbst konstruiert wird, an die Bildinhalte anpassungsfähig ist,
wobei folglich einige der Probleme bezüglich der Vergrößerung des
Rauschens verringert werden können.
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Das
Histogramm kann, wenn es im Zusammenhang mit der Kantenverbesserung
verwendet wird, so angepasst werden, dass, sobald ein Histogramm
der Pixelwerte innerhalb eines Bildes bestimmt worden ist, das Profil
des Histo gramms geändert
werden kann, um die Art der Pixelabbildungsfunktion zu andern, die
aus ihm erzeugt wird.
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Nun
wird auf die beigefügte
Zeichnung Bezug genommen, wobei die 1 bis 9 im
Zusammenhang mit einer Darstellung des Standes der Technik verwendet
werden, worin:
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1 ein
Histogramm und die entsprechende Abbildungsfunktion zeigt;
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2 eine
nichtlineare Abbildungsfunktion veranschaulicht;
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3 einen
Blockschaltplan eines Schemas für
die unscharfe Maskierung zeigt;
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4 die
Wirkung eines Schemas für
die unscharfe Maskierung auf eine Kante eines Bildsignals veranschaulicht;
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5 ein
Schema für
die unscharfe Maskierung mit einer festen Pixelabbildungseinheit
vor einem Hochpassfilter des Schemas für die unscharfe Maskierung
zeigt;
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6 zwei
mögliche
Kurven einer Pixelabbildungsfunktion nach 5 veranschaulicht;
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7 die
auf eine Kante in einem ersten verrauschten Bild angewendete feste
Pixelabbildungsfunktion zeigt;
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8 eine
auf eine Kante in einem zweiten verrauschten Bild angewendete feste
Pixelabbildungsfunktion zeigt; und
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9 mögliche Orte
für eine
Kontrastverbesserungseinheit zeigt.
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Nun
wird die vorliegende Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben, worin:
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10 eine
Ausführungsform
des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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11 ein
gemäß der Ausführungsform nach 10 konstruiertes
invertiertes Histogramm veranschaulicht;
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12, 13 und 14a–e alternative
Anordnungen des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigen;
und
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15 eine
Ausführungsform
gemäß einem zweiten
Aspekt der Erfindung zeigt.
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Der
erste Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung einer
inversen histogrammbasierten Pixelabbildungstechnik, um ein digitales
Bild zu verbessern. Wie wohlbekannt ist, umfasst ein digitales Bild
eine Anordnung von Pixeln. In dem Fall eines einfarbigen Bildes
besitzt jeder Pixel einen Pixelwert innerhalb eines bestimmten Bereichs
(z. B. 0–255),
der die Helligkeit des Pixels bezeichnet. In einem Farbbild können die
Pixelwerte in einer Anzahl verschiedener Arten dargestellt sein.
In einer häufig verwendeten
Darstellung, die als das RGB-Farbmodell bezeichnet wird, wird jeder
Pixel durch drei Werte beschrieben, einer entspricht dem Wert einer
roten Farbkomponente, ein weiterer entspricht dem Wert einer grünen Farbkomponente
und der dritte entspricht dem Wert einer blauen Farbkomponente.
Es gibt zahlreiche weitere Farbmodelle, die in alternativen Darstellungen
verwendet werden. In einem derartigen alternativen Modell, das als
das YUV-Farbmodell bekannt ist, werden die Bildpixel durch eine Helligkeitskomponente
und zwei Farbwert- oder Farbdifferenzkomponenten dargestellt, von
denen jede einen zugeordneten Pixelwert besitzt. Im Allgemeinen
schaffen die Farbmodelle, die Helligkeits- und Farbdifferenz-Komponenten verwenden,
eine effizientere Darstellung eines Farbbildes als das RGB-Modell.
Es ist außerdem
bekannt, dass die Helligkeitskomponente derartiger Farbmodelle im
Allgemeinen die meisten Informationen über die wahrgenommene Struktur
eines Bildes bereitstellt. Dadurch kann sich die Anwendung der vorliegenden
Erfindung entsprechend dem Farbmodell, das verwendet wird, um ein
spezielles Bild darzustellen, verändern. In einem unter Verwendung
des RGB-Farbmodells dargestellten Bild kann z. B. das Verfahren
gemäß der Erfindung
auf eine, zwei oder alle drei Farbkomponenten angewendet werden.
Falls andererseits ein Bild unter Verwendung des YUV-Modells dargestellt wird,
kann es z. B. effizienter sein, das Verfahren gemäß der Erfindung
nur auf die Y-Komponente anzuwenden. Im Allgemeinen kann jedoch
das Verfahren gemäß der Erfindung
auf alle Komponenten oder auf jede Kombination (einschließlich auf
nur eine) der Komponenten eines speziellen Farbmodells angewendet
werden.
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Folglich
sollte klar sein, dass die Wahl des Farbmodells für die Anwendung
der Erfindung im Wesentlichen unwichtig ist, da die Grundprinzipien, die
verwendet werden, um die inverse histogrammbasierte Abbildungsfunktion
zu konstruieren, auf jedes Farbmodell angewendet werden können, das
irgendeine Anzahl von Komponenten umfasst.
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Während diese
Erfindung einzeln angewendet werden kann, um auf ein Bild zu wirken,
ist festgestellt wurden, dass sie besonders vorteilhafte Ergebnisse
liefert, wenn sie mit irgendeiner Bildverarbeitungsfunktion verwendet
wird, die dazu neigt, die Sichtbarkeit des Rauschens zu vergrößern. Der
Zugang der vorliegenden Erfindung, ebensogut wie er ein Verfahren
ist, liegt außerdem
in einer Vorrichtung, die Mittel zum Anwenden der inversen histogrammbasierten
Pixelabbildung auf ein digitales Bild enthält. In einem spezifischen Kontext
kann die Vorrichtung ein mobiles Telekommunikationsendgerät, wie z.
B. ein Mobiltelephon sein, das die herkömmlichen Hochfrequenz-, Hardware-
und Software-Mittel besitzt, die normalerweise für ein Mobiltelephon erforderlich
sind, und das mit einer Bildverarbeitungsfähigkeit und/oder mit Bilderfassungs-
und -anzeigemitteln ausgerüstet
ist. Alternativ kann die Vorrichtung einfach ein Computer sein,
der mit digitalen Bildverarbeitungsmitteln ausgerüstet ist,
die das Verfahren gemäß der Erfindung
implementieren. Im ersteren Fall kann das mobile Endgerät vor der Übertragung
eines erfassten Bildes und/oder für die Verarbeitung empfangener
Bilder für
die Anzeige auf dem mobilen Endgerät von der vorliegenden Erfindung Gebrauch
machen.
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In 10 ist
eine Ausführungsform
einer Einheit für
die inverse histogrammbasierte Pixelabbildung gezeigt, die als eine
Vorkonditionierungseinheit für
eine Hochpassfiltereinheit innerhalb einer Einheit für die unscharfe
Maskierung vorgesehen ist. Die Einheit für die inverse histogrammbasierte
Pixelabbildung ist mit dem Hochpassfilter, das sich innerhalb der
Kantenverbesserungseinheit befindet, in Reihe angeordnet, wobei
sich beide in einem Zweig oder einer Schleife befinden, der bzw.
die parallel zum Zweig des Originalbildsignals ist.
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Die
inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion kann z. B. durch
das Invertieren eines Bildhistogramms und dann das Subtrahieren
des invertierten Histogramms von Maximalwert des Originalhistogramms
gebildet werden. Dieses Verfahren ist in 11 veranschaulicht.
Zuerst wird ein Standardhistogramm von einem Bild erhalten, wobei
der Maximalwert des Histogramms be stimmt wird. Dann wird jeder Wert
im Histogramm von diesem Maximalwert subtrahiert. Als Nächstes wird
ein kumulatives Histogramm erzeugt. Schließlich wird die inverse histogrammbasierte
Pixelabbildungsfunktion aus dem kumulativen Histogramm abgeleitet.
Nach der Inversion des Histogramms wird die Abbildungsfunktion in einer
Weise gebildet, die zu der analog ist, die im herkömmlichen
histogrammbasierten Pixelabbildungsverfahren verwendet wird. Es
sollte klar sein, dass die inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion
keine inverse Funktion in einem strengen mathematischen Sinn ist
(d. h. finv(x) ≠ f1(x)).
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Folglich
umfasst in einer Art die Bildung der inversen histogrammbasierten
Abbildungsfunktion die folgenden Schritte: Konstruieren eines Histogramms
der Bildpixelwerte, optional Verarbeiten des Histogramms, Bilden
eines inversen Histogramms aus dem Histogramm, optional Verarbeiten
des inversen Histogramms, Bilden eines kumulativen inversen Histogramms
aus dem inversen Histogramm, optional Verarbeiten des kumulativen
inversen Histogramms, Bilden einer inversen histogrammbasierten Pixelabbildungsfunktion
aus dem inversen Histogramm, optional Verarbeiten der inversen Abbildungsfunktion
und Abbilden der Pixelwerte unter Verwendung der inversen histogrammbasierten
Pixelabbildungsfunktion.
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Die "Inversion" kann im kumulativen
Histogramm ausgeführt
werden, oder sie kann alternativ auf die Abbildungsfunktion angewendet
werden. Die Bildung einer inversen histogrammbasierten Pixelabbildungsfunktion
kann z. B. die folgenden Schritte umfassen: Konstruieren eines Histogramms
der Bildpixelwerte, optional Verarbeiten des Histogramms, Bilden
eines kumulativen Histogramms, optional Verarbeiten des kumulativen
Histogramms, Bilden einer Abbildungsfunktion aus dem kumulativen
Histogramm, optional Verarbeiten der Abbildungsfunktion, Bilden
einer inversen Abbildungsfunktion, optional Verarbeiten der inversen
Abbildungsfunktion und Abbilden der Pixelwerte unter Verwendung
der inversen histogrammbasierten Pixelabbildungsfunktion.
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Beim
Konstruieren eines Histogramms ist es möglich, das regionale Histogramme
verwendet werden könnten,
d. h. ein Histogramm, das einen lokalisierten Abschnitt des Bildes
repräsentiert.
Das Originalhistogramm kann verarbeitet oder modifiziert werden,
bevor ein inverses Histogramm konstruiert wird. Die Modifikationen
können
außerdem
auf das invertierte Histogramm an gewendet werden. Es ist außerdem möglich, eine
inverse Abbildungsfunktion aus einer vom Originalhistogramm abgeleiteten
Abbildungsfunktion zu bilden. Es sollte außerdem angegeben werden, dass
die inverse histogrammbasierte Abbildungsfunktion auf alle Pixel
innerhalb eines Bildes oder auf eine Menge von Bildpixeln, z. B.
Pixel, die einem spezifischen Bereich innerhalb eines Bildes entsprechen,
angewendet werden kann.
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Weil
die inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion über ein
inverses kumulatives Histogramm aus dem inversen Histogramm abgeleitet
wird und die herkömmliche
(nicht invertierte) histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion über ein kumulatives
Histogramm aus einem Bildhistogramm abgeleitet wird, teilen die
inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion und die herkömmliche
histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion eine Beziehung miteinander.
Wie oben erklärt
worden ist, gibt es deshalb verschiedene Arten, um eine inverse
histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion aus einer herkömmlichen
histogrammbasierten Pixelabbildungsfunktion oder aus einem kumulativen
Histogramm zu konstruieren. Falls z. B. die herkömmliche histogrammbasierte
Abbildungsfunktion differenziert wird, die Ableitung invertiert
wird (in diesem Kontext bedeutet die Inversion die Subtraktion vom
Maximalwert) und das Ergebnis integriert wird, ist die erhaltene
Abbildungsfunktion die inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion.
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In
einem alternativen Zugang wird die inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion
erzeugt, indem jeder Wert eines kumulativen Histogramms (das in
einer herkömmlichen
Weise gebildet wird) von einem Wert subtrahiert wird, der größer als der
maximale Histogrammwert ist. Außerdem
erlaubt das Hinzufügen
eines Versatzes zum Maximalwert die Beschränkung der maximalen Unterdrückung des Dynamikbereichs
(von null verschiedener Anstiege). Vor der Bildung der inversen
histogrammbasierten Pixelabbildungsfunktion können außerdem andere Modifikationen
auf das invertierte Histogramm angewendet werden. Die hauptsächliche
Form des invertierten Histogramms im Vergleich zum Original sollte angegeben
werden. Die Spitzen im Originalhistogramm werden in Mulden im inversen
Histogramm transformiert und umgekehrt. In der Ausdrucksweise der
Abbildungsfunktion bedeutet dies, dass Bereiche mit einem hohen
Gradienten in Bereiche mit einem niedrigen Gradienten transformiert
werden und umgekehrt.
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Demzufolge
wird die inverse histogrammbasierte Pixelabbildungsfunktion so gebildet,
dass sie einen hohen Anstieg, der niedrigen Werten im Bildhistogramm
(d. h. den Pixelwertbereichen mit einer kleinen Auftrittsanzahl)
entspricht, und einen niedrigen Anstieg, der hohen Werten im Bildhistogramm (d.
h. den Pixelwertbereichen mit einer großen Auftrittsanzahl) entspricht,
besitzt. Die Wirkung des Abbildens der Eingangspixelwerte auf die
Pixelwerte unter Verwendung dieser Art von Funktion ist, dass der
Kontrast in Signalbereichen, die eine große Anzahl von Pixeln enthalten,
verringert und anderswo vergrößert wird.
Diese Art der Kontrastmanipulation verringert die Sichtbarkeit kleiner
Variationen und des Rauschens in den statistisch wichtigsten Signalbereichen.
Die Pixelwertbereiche, die jeweils eine große Anzahl von Pixeln enthalten,
entsprechen z. B. typischerweise den Bereichen eines Bildes, die
eine im Wesentlichen gleichmäßige Intensität oder Farbe
besitzen. Genau in diesen Bereichen ist das Rauschen, d. h. kleine
Variationen im Pixelwert, subjektiv am sichtbarsten.
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Es
ist festgestellt worden, dass durch das Anwenden einer aus einem
inversen Histogramm des Bildes konstruierten Pixelabbildungsfunktion
auf das Bild vor der Kantenverbesserungseinheit aus einem Block
für die
unscharfe Maskierung das Problem der Verstärkung des normalerweise durch
die unscharfe Maskierung verursachten Rauschens signifikant verringert
wird. Die Rauschverstärkung
ist besonders störend,
wenn ein JPEG- oder DCT-basierter Hybrid-Codec verwendet worden
ist, um das Quellbild zu komprimieren, wobei festgestellt worden ist,
dass die vorliegende Erfindung besonders nützlich ist, wenn sie auf derartige
Bilder angewendet wird.
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Weil
die inverse histogrammbasierte Pixelabbildung den Kontrast und die
Sichtbarkeit des Rauschens in statistisch wichtigen Signalbereichen verringert,
wird in diesen Signalbereichen die durch die unscharfe Maskierung
verursachte Vergrößerung des
Rauschens außerdem
verringert. Dies besitzt z. B. eine vorteilhafte Wirkung, wenn das
Bild einen relativ ausgedehnten und glatten Bereich enthält. Ein derartiger
ausgedehnter glatter Bereich verursacht eine Konzentration hoher
Werte im Bildhistogramm. Die inverse histogrammbasierte Pixelabbildung
besitzt die Wirkung, die Rauschverstärkung zu verringern, die auf
die nachfolgende unscharfe Maskierung zurückzuführen ist, insbesondere in einem
derartigen großen
und glatten Bereich. Anderswo schärft die unscharfe Maskierung
die Kanten ohne Einschränkungen.
Folglich werden die Kanten, während
sie in einem Teil des Dynamikbereichs, z. B. für Pixelwerte, die einen großen glatten
Bereich repräsentieren,
unterdrückt
werden, anderswo im Dynamikbereich verbessert. Deshalb werden die "echten Kanten" zwischen Bereichen
ohne Einschränkungen
verbessert.
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Wie
vorher erklärt
worden ist, enthalten die Bildverarbeitungsoperationen oft sowohl
die unscharfe Maskierung als auch einen histogrammbasierten Pixelabbildungsalgorithmus
für die
Kontrastverbesserung. In diesem Fall ist festgestellt worden, dass
die Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung die resultierende Bildqualität signifikant verbessert. Die
inverse histogrammbasierte Pixelabbildung verringert die Rauschverstärkung in den
Bereichen des Bildes, die durch den Kontrastverbesserungsalgorithmus
hervorgehoben werden. Zurückzuführen auf
dieses Merkmal vergrößern beide Algorithmen
das Rauschen nicht.
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12 zeigt
ein Beispiel einer Implementierung der vorliegenden Erfindung, in
der die inverse histogrammbasierte Pixelabbildung zusammen mit der
herkömmlichen
Kontrastverbesserung durch histogrammbasierte Pixelabbildung und
mit der unscharfen Maskierung verwendet wird. Eine herkömmliche
Kontrastverbesserungseinheit durch histogrammbasierte Pixelabbildung
ist im Originalbildzweig der Einheit für die unscharfe Maskierung
angeordnet, während
eine Kombination aus einer Einheit für die inverse histogrammbasierte
Pixelabbildung und einer Einheit für die unscharfe Maskierung
in einem Zweig angeordnet ist, der zum Originalbildzweig parallel
ist. Die Ausgabe des parallelen Zweigs wird zur Ausgabe der Kontrastverbesserungseinheit durch
histogrammbasierte Pixelabbildung hinzugefügt.
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13 zeigt
eine modifizierte Anordnung, in der ein zusätzlicher Filterungsblock (Tiefpassfilterungsblock)
in den Originalbildzweig (in den oberen Zweig) nach der Kontrastverbesserungsoperation hinzugefügt ist.
Der Zweck des Filterungsblocks besteht darin, das durch die herkömmliche
histogrammbasierte Kontrastverbesserung eingefügte Rauschen zu verringern.
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In 15 ist
ein zweiter Aspekt der Erfindung dargestellt, bei dem eine Einheit
für die
histogrammbasierte Pixelabbildung neben und vor einer Einheit für die unscharfe
Maskierung in einem Zweig einer Bildverbesserungsanordnung vorgesehen
ist, wobei der Zweig zum Originalbildzweig parallel ist. Die Ausgabe
des parallelen Zweigs wird zum Originalbild hinzugefügt. Weil
sich die Abbil dungsfunktion an die Bildinhalte anpasst, ist festgestellt
worden, dass bei dieser Anordnung die Vergrößerung des Rauschens verringert
ist.
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Die
vorliegende Erfindung kann außerdem für die Verbesserung
digitaler Videosequenzen angewendet werden, wobei es in diesem Fall
vorteilhaft ist, zum Histogramm eine zeitliche Verarbeitung hinzuzufügen. Ein
Videosignal besteht aus einer Folge digitaler Bilder. Jedes Bild
kann einzeln verbessert werden, für zwei Bilder mit verschiedenen
Inhalten kann jedoch nicht das gleiche Histogramm verwendet werden.
Dies bedeutet, dass die Histogramme vorzugsweise für jedes
Bild gesammelt werden. Die einzelne Verarbeitung der Bilder in der
Videosequenz erzeugt jedoch störendes
Flimmern, weil sogar vollständig
nicht wahrnehmbare visuelle Unterschiede verursachen können, dass
zwei Bilder beträchtlich verschiedene
Histogramme besitzen. Deshalb ist die zeitliche Verarbeitung, wie
z. B. eine Tiefpassfilterung, der Histogramme notwendig. Typischerweise ist
diese Art der Verarbeitung an plötzliche
große Änderungen
der Bildeigenschaften anpassungsfähig, die z. B. auf Szenenschnitte
zurückzuführen sind.
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Die
vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen verkörpert sein,
ohne von ihren wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die inverse histogrammbasierte
Pixelabbildungsfunktion der vorliegenden Erfindung ist oben im Kontext
eines Vorprozessors für
eine Kantenverbesserungsfunktion beschrieben worden. Die vorliegende
Erfindung kann jedoch allein oder in verschiedenen anderen Arten verwendet
werden. 14 veranschaulicht eine Anzahl
verschiedener Anwendungen einer Einheit für die inverse histogrammbasierte
Abbildungsfunktion. 14a zeigt die Einheit für die inverse
histogrammbasierte Abbildung, die allein auf ein Bild angewendet wird. 14b zeigt die Einheit für die inverse histogrammbasierte
Abbildung als eine Nachverarbeitungseinheit für eine Kantenverbesserungseinheit. 14c zeigt die Einheit für die inverse histogrammbasierte
Abbildung als eine Vorverarbeitungseinheit für eine Kantenverbesserungseinheit. 14d zeigt eine Einheit für die inverse histogrammbasierte
Abbildung parallel zu einer Kantenverbesserungseinheit. 14e zeigt zwei Einheiten für die inverse histogrammbasierte
Abbildung, eine in einem Originalbildzweig, die als eine Vorverarbeitungseinheit
für ein Tiefpassfilter
verwendet wird, und die andere in einem parallelen Zweig als eine
Vorverarbeitungseinheit für
eine Kantenverbesserungseinheit. Es sind andere inverse histogrammbasierte
Abbildungsanordnungen möglich,
in denen das Verfahren das Anwenden der von den statistischen Daten
des Bildes abhängigen
Pixelabbildungsfunktion auf die Bildpixel in einer derartigen Weise
umfasst, dass der Bildkontrast in Signalbereichen, die eine große Anzahl
von Pixeln enthalten, verringert und in anderen Signalbereichen
vergrößert wird.
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Demzufolge
sollte anstatt auf die vorangehende spezifische Beschreibung auf
die beigefügten Ansprüche und
andere allgemeine Ausgaben hierin Bezug genommen werden, die den
Umfang der Erfindung angeben.
