DE60215097T2

DE60215097T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Tonübersetzung numerischer Bildern mit Verwendung einer auf besonderen Wahrnemungsrichtlinien basierten adaptativen Sigmoidalfunktion

Info

Publication number: DE60215097T2
Application number: DE60215097T
Authority: DE
Inventors: Xuemei Mountain View Zhang; W. Robert Corvallis Jones; Izhak San Jose Baharav; Donald M. Corvallis Reid
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2022-01-12
Also published as: US20020171852A1; JP2003044846A; DE60215097D1; EP1302898A3; US7023580B2; EP1302898A2; EP1302898B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Tonwertabbildungsalgorithmen für digitale Bilder und im speziellen Tonabbildungsalgorithmen für digitale Bilder, die auf Wahrnehmungspräferenzrichtlinien basieren.
Beschreibung des Standes der Technik
Mit Tonwertabbildung (engl. „tone mapping") für digitale Bilder bezeichnet man den Vorgang des Abbildens von Luminanzpegeln einer aufgenommenen Szene auf die Luminanz- oder Leuchtdichtepegel einer Ausgabeeinrichtung (Anzeige oder Drucker). Die Tonwertabbildung für digitale Bilder ist aufgrund der Tatsache erforderlich, daß die Luminanzbereiche der Szenen sehr selten mit dem Luminanzbereich der Ausgabeeinrichtung übereinstimmen. Tonwertabbildungsalgorithmen für digitale Bilder können in jeder beliebigen digitalen Einrichtung implementiert werden, um visuell ansprechende Ausgabebilder zu erzeugen. Solche Einrichtungen können zum Beispiel Digitalkameras, Scanner, digitale Camcorder, Drucker, die in der Lage sind, digitale Bilder auszudrucken, und Digitalfernseher umfassen. Außerdem werden digitale Tonwertabbildungsalgorithmen häufig in Bildverbesserungs-Softwareanwendungen verwendet.
Da sich das menschliche Auge auf unterschiedliche Weisen an unterschiedliche Lichtpegel anpaßt, müssen bei dem Versuch, Wiedergabebilder zu erzeugen, die in Bezug zur Originalszene „richtig" aussehen, wahrnehmungsbezogene Faktoren berücksichtigt werden. Je nach Anwendungsfall verfolgt die Bildtonwertabbildung typischerweise eines von drei Zielen: 1. Übereinstimmung der Erscheinungsbilder, 2. subjektive Präferenz oder 3. Informationserhaltung. Das Ziel der Übereinstimmung der Erscheinungsbilder strebt danach, das Wiedergabebild wahrnehmungsbezogen der Originalszene so ähnlich wie möglich zu machen. Im Consumer Imaging und bei Bildsyntheseanwendungen ist dies ist in der Regel ein implizites Ziel. Durch Berücksichtigung subjektiver Präferenzen kann das Bild für den Betrachter so ansprechend wie möglich aussehen. Im Consumer Imaging und in der kommerziellen Photo graphie ist dies in der Regel wünschenswert. Falls das Ziel Informationserhaltung lautet, versucht der Algorithmus, in allen Regionen und bei allen Luminanzpegeln eines Bildes die Details zu erhalten oder zu verbessern. Dies wird am häufigsten in der Medizinbildtechnik, der Satellitenbildtechnik und für Archivierungszwecke nachgefragt.
Viele bestehende Tonwertabbildungsalgorithmen konzentrieren sich darauf, eine Übereinstimmung der Erscheinungsbilder von Originalbild und Wiedergabebild zu erreichen. Von solchen Algorithmen werden in der Regel mindestens zwei wahrnehmungsbezogene Faktoren berücksichtigt: 1. die globale Luminanzanpassung und 2. die lokale Luminanzanpassung. Der globale Gesamtluminanzpegel der Szene beeinflußt den Anpassungszustand des Auges. Zwei Aspekte einer solchen globalen Luminanzanpassung haben wesentlichen Einfluß auf die Tonwertabbildung, die Helligkeit und den räumlichen Kontrast.
Erstens ist die Helligkeitsfunktion bei unterschiedlichen Szenenluminanzpegeln unterschiedlich. Die wahrgenommene Helligkeit, die der vom Betrachter wahrgenommenen Lichtstärke entspricht, ist annähernd eine Potenzfunktion der physikalischen Luminanz (Stevensches Gesetz). Der Exponent für eine solche Potenzfunktion ist größer, wenn der Gesamtluminanzpegel höher ist. Wird ein Bild auf einer Einrichtung mit kleinerer Luminanz wiedergegeben, muß der Exponent angepaßt werden, um solche Unterschiede zu berücksichtigen. Zusätzlich zu der Änderung der Helligkeitsfunktion ändert sich bei der Anpassung des Auges an unterschiedliche Umgebungsluminanzpegel außerdem auch die Empfindlichkeit des Auges für räumliche Kontraste. Bei heller Umgebung nimmt das Auge die hohen räumlichen Frequenzkomponenten (Details) eines Bildes besser wahr, als wenn die Umgebung dunkel ist, d.h., die Sehschärfe des Auges verbessert sich bei besserer Umgebungsbeleuchtung. Außerdem sinkt mit steigendem Luminanzpegel die Kontrastschwelle, d.h. der minimale benötigte Kontrast zum Erkennen von Bestandteilen des Bildes. Für die Wiedergabe eines hellen Bildes auf einer Einrichtung mit kleinerer Luminanz kann der Luminanzkontrast der Details im Bild verstärkt werden, um diese Effekte zu berücksichtigen.
Zwei unterschiedliche Tonwertabbildungsalgorithmen, die von Jack Holm bzw. Tumblin & Rushmeier entwickelt wurden, berücksichtigen die Änderung der Helligkeitsfunktion, indem sie die Krümmung der Tonkurven basierend auf dem absoluten Luminanzpegel der Szene anpassen. Diese Tonwertabbildungsverfahren werden getrennt voneinander in Holm, J., „Photographic Tone and Colour Reproduction Goals", CIE Expert Symposium on Colour Standards for Image Technology, S. 51-56 (1996) bzw. in J. Tumblin und H. Rushmeier, „Tone Reproduction for Realistic Images", IEEE Computer Graphics and Applications, 13(6):42-48 (1993) beschrieben. Diese Algorithmen weisen den Nutzen auf, daß sie die richtige, dem Originalbild entsprechende Gesamtempfindung von Helligkeit oder Dunkelheit schaffen, was in der digitalen Highend-Bildtechnik wünschenswert ist. Beide erfordern jedoch exakte Informationen über den absoluten Luminanzpegel des Originalbilds. In einer Digitalkamera ist es möglich, aus den rohen Pixelwerten und den Aufnahmeeinstellungen der Kamera, wie etwa Blende, Belichtungszeit, Linseneigenschaften etc., die absoluten Luminanzpegel von Bildpixeln abzuschätzen. Jedoch stehen solche Berechnungen in Billigkameras wegen der damit verbundenen zusätzlichen Komplexität und Kosten aber oftmals nicht zur Verfügung. Daher ist für die globale Luminanzanpassung eine Lösung praktikabler, die sich auf Präferenzen konzentriert.
Bei präferenzbasierten Tonwertabbildungsalgorithmen besteht das Ziel darin, einen bestimmten Satz von Bildeigenschaften zu erzielen, der bei den Betrachtern Gefallen findet. Das weitverbreitete Histogrammausgleichsverfahren kann als ein derartiger Algorithmus eingeordnet werden. Das Histogrammverfahren basiert auf der Beobachtung, daß die meisten „guten" Bilder ein Luminanzhistogramm aufweisen, welches den gesamten Ausgabedynamikbereich einnimmt. Der Algorithmus paßt die Graupegel dergestalt an, daß die Form des Histogramms an eine flache, Gaußsche oder eine andere vorbestimmte Form angenähert wird. Wie gut ein solches Verfahren funktioniert, hängt natürlich davon ab, ob die Annahme wahr ist, daß jedes „gute" Bild das gleiche Histogramm aufweist. Das Verfahren liefert gute Ergebnisse bei Bildern, die ein symmetrisches und gut verteiltes Histogramm aufweisen, aber wenn es in einem Bild große Flächen mit dunklem oder hellem Hintergrund gibt, die dem Histogramm eine Neigung zu einer Seite hin verleihen, läßt das Verfahren die Bilder unnatürlich aussehen.
Ein modifiziertes, von Larson et al. entwickeltes Histogrammausgleichsverfahren ist robuster als herkömmliche Histogrammausgleichsverfahren. Larsons Verfahren schränkt die Menge der bei der Tonwertabbildung erlaubten Graupegelanpassungen ein. Die Menge der Graupegelanpassungen wird basierend auf Messungen der Luminanzkontrastempfindlichkeit eingeschränkt. Eine Variation dieses Verfahren berücksichtigt außerdem die Änderung der Sehschärfe bei verschiedenen Beleuchtungsniveaus. Es wird auf G. W. Larson, H. Rushmeier und C. Piatko, „A Visibility Matching Tone Reproduction Operator for High Dynamic Range Scenes", IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 3(4):291-306 (1997), verwiesen. Allerdings erfolgt die Berechnung iterativ, so daß die Implementierung kostspielig und langsam ist. Darüber hinaus benötigt das modifizierte Histogrammausgleichsverfahren zudem exakte Informationen über den absoluten Luminanzpegel. Somit schafft dieses modifizierte Histogrammausgleichsverfahren zwar eine exaktere Übereinstimmung der Erscheinungsbilder, tut dies aber auf Kosten von höherer Rechenkomplexität.
Der wahrnehmungsbezogene lokale Luminanzanpassungsfaktor berücksichtigt die Tatsache, daß das Auge ein Bild betrachtet, indem es umherschweift. Das Auge kann sich sehr schnell an den Luminanzpegel kleiner Regionen in der Originalszene anpassen und ermöglicht so, daß Regionen in den Schatten- wie auch in den Lichtpartien deutlich für das Auge sichtbar sind. Im Wiedergabebild liegt sowohl ein anderer Dynamikbereich als auch eine andere Anpassungsumgebung vor. Um daher den Anpassungsvorgang des Auges vollständig zu imitieren, werden die Luminanzpegel eines Bildes gemäß seinem lokalem Luminanzpegel angepaßt.
Diverse lokale Tonwertabbildungsalgorithmen, wie z.B. das detailerhaltende Kontrastreduktionsverfahren von Tumblin (J. Tumblin und G. Turk, „LCIS: A Boundary Hierarchy for Detail-Preserving Contrast Reduction", Computer Graphics Proceedings, SIGGRAPH 99, S. 83-90, Los Angeles, CA, USA (1999)), sowie diverse Algorithmen auf Basis der Retinextheorie haben versucht, den lokalen Luminanzanpassungsvorgang zu imitieren. Für eine Erörterung der Retinextheorie sei auf D. Jobson, Z. Rahman und G. Woodell, „A Multiscale Retinex for Bridging the Gap Between Color Images and Human Observation of Scenes", IEEE Transactions on Image Processing, 6(7):965-976 (1997) und auf Z. Rahman, D. Jobson und G. Woodell, „Multi-Scale Retinex for Color Image Enhancement, Proceedings", International Conference on Image Processing, Band 3, S. 1003-1006, Lausanne, Schweiz (1996) verwiesen. Zwar behalten diese Algorithmen den lokalen Kontrast von Bildern bei, doch handelt es sich bei ihnen um iterative Verfahren, welche außerdem die Zerlegung in Bildbestandteile mit unterschiedlicher räumlicher Auflösung beinhalten, was rechenaufwendig ist.
G. J. Braun et al., „Image lightness rescaling using sigmoidal contrast enhancement functions", Journal of Electronic Imaging, Band 8, Nr. 4, Oktober 1999, S. 380-393, beschreibt eine Sigmoidalfunktion zur Helligkeits-Neuabbildung, um den natürlichen Verlust an wahrgenommenem Helligkeitskontrast zu überwinden, der auftritt, wenn ein Bild aus einer Einrich tung mit vollem Dynamikbereich in den beschränkten Dynamikbereich einer Zieleinrichtung einskaliert wird. Die Sigmoidal-Neuabbildungsfunktionen werden basierend auf einem empirischen Kontrastverbesserungsmodell ausgewählt, das aus den Ergebnissen eines psychophysikalischen Anpassungsexperiments entwickelt wurde. Es wurde ein Modell konstruiert, das die automatische Auswahl von Zentrierungs- und Steigungsparametern basierend auf der Helligkeit des 75%-Punktes des kumulativen Helligkeitshistogramms ermöglicht. Dieser Parameter und das minimale L* der Ausgabeeinrichtung wurden anschließend benutzt, um die Sigmoidalparameter abzuleiten. Die Sigmoidalparameter wurden unter Verwendung eines sequentiellen linearen Interpolationsprozesses unter den optimalen Kurven ausgewählt.
Die US-A-4,975,970 offenbart ein Bildanzeigesystem zum Anpassen von Bildhelligkeit und -kontrast gemäß statistischen Informationen des Bildes. Helligkeit und Kontrast werden angepaßt mittels Berechnens eines Helligkeitsskalenfaktors, der von der Differenz zwischen der mittleren Helligkeit des bevorzugten Bildes und der mittleren Helligkeit der einem ersten Bild entsprechenden Pixelwerte abgeleitet ist, Berechnens eines Kontrastskalenfaktors, der von dem Quotienten aus der Standardabweichung von der mittleren Helligkeit in dem bevorzugten Bild und der Standardabweichung von der mittleren Helligkeit der dem ersten Bild entsprechenden Pixelwerte abgeleitet ist, und Änderns der Helligkeit und des Kontrasts von in der Folge angezeigten Bildern gemäß dem Helligkeitsskalenfaktor und dem Kontrastskalenfaktor.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft ein System für ein digitales Bild gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Abbilden von digitalen Bilddaten gemäß Anspruch 8.
Es werden ein System und ein Verfahren zum Implementieren eines adaptiven Tonwertabbildungsalgorithmus für digitale Bilder geschaffen, der auf Wahrnehmungspräferenzrichtlinien basiert. Die Tonkurve wird als Sigmoidalfunktion mit von der Statistik bzw. Statistikgrößen des Originalbildes bestimmten sigmoidalen Funktionsparametern (Steigung und Verschiebung) erzeugt. Da die Parameter auf der Statistik des Originalbilds basieren, ist der Algorithmus adaptiv. Die für verschiedene Bilder erzeugten Tonkurven haben jeweils eine glatte sigmoidale Form, so daß der Tonwertabbildungsvorgang die Form des Bildhistogramms nicht drastisch ändert. Daher ist der Algorithmus sowohl robust als auch konservativ (d.h., er kann das Erscheinungsbild vieler Bilder verbessern, läßt aber keine Bilder schlechter aussehen). Die Sigmoidalfunktion hat folgende Form:
wobei α der Steigungsparameter und β der Verschiebungsparameter ist. Das Argument x der Sigmoidalfunktion variiert im Bereich [0; 100], da die Tonkurve auf einer L*-Skala erzeugt wird, welche Werte von 0 bis 100 aufweist. Die Berechnung der sigmoidalen Tonkurve läßt sich unter Verwendung einfacher Rechenoperationen effizient implementieren, indem diverse, bei der Berechnung von α und β benutzte Faktoren im Voraus berechnet und gespeichert werden und indem im Voraus ein Paar fester Tonkurven mit zwei extremen Steigungen erzeugt und zwischen den Kurven interpoliert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die offenbarte Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche wichtige Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen und durch Nennung als in diese Patentschrift aufgenommen betrachtet werden. Es zeigen:
1 ein Blockdiagram, das ein System veranschaulicht, welches einen Tonwertabbildungsalgorithmus implementiert,
2 ein Flußdiagramm, das die Schritte veranschaulicht, die in dem in 1 der Zeichnungen gezeigten Tonwertabbildungsalgorithmus vorkommen,
3A bis 3C Blockdiagramme, die alternative Ausführungsformen zum Implementieren des in 1 der Zeichnungen gezeigten Bildstatistikprozessors veranschaulichen;
4A bis 4C Flußdiagramme, welche die jeweiligen Schritte veranschaulichen, die in den einzelnen, in 3A bis 3C gezeigten Ausführungsformen vorkommen,
5 ein Flußdiagramm, das die Schritte zum Berechnen des Steigungsparameters des Tonwertabbildungsalgorithmus aus 1 veranschaulicht,
6A und 6B Flußdiagramme, die alternative Ausführungsformen zum Berechnen des Verschiebungsparameters des Tonwertabbildungsalgorithmus aus 1 veranschaulichen,
7A und 7B Blockdiagramme, die alternative Ausführungsformen zum Erzeugen der Tonkurven des Tonwertabbildungsalgorithmus aus 1 veranschaulichen,
8A und 8B Flußdiagramme, welche die jeweiligen Schritte veranschaulichen, die in den in 7A und 7B gezeigten alternativen Ausführungsformen vorkommen,
9 eine graphische Darstellung einer beispielhaften Tonkurve der Art, wie sie von dem Tonwertabbildungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung erzeugt wird,
10 eine graphische Darstellung von zwei im Voraus erzeugten Tonkurven, die auf L*-Achsen aufgetragen sind, gemäß der in 7B und 8B gezeigten Ausführungsform,
11A eine graphische Darstellung von L*-Ausgabepegeln, die als Funktion des Steigungsparameters aufgetragen sind, gemäß der in 7B und 8B gezeigten Ausführungsform und
11B eine graphische Darstellung von gammakorrigierten Ausgabepegeln, die als Funktion des Steigungsparameters aufgetragen sind, gemäß der in 7B und 8B gezeigten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Es wird nun auf 1 Bezug genommen, in welcher ein Tonwertabbildungsalgorithmus 100 für digitale Bilder gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt wird, der in einem System 10 für ein digitales Bild implementiert ist. Das System 10 für ein digitales Bild kann eine beliebige Einrichtung sein, insbesondere eine Digitalkamera, ein Scanner, ein digitaler Camcorder, ein Drucker, der in der Lage ist, digitale Bilder auszudrucken, oder ein Digitalfernseher. Der Algorithmus 100 kann in einen Bildverarbeitungschip der digitalen Einrichtung, wie etwa in einen CMOS-Sensorchip aus dem unteren Marktbereich, einen CCD-Sensorchip oder einen mit dem Sensorchip in einer Baugruppe befindlichen separaten Bildverarbeitungschip, oder in ein zu der digitalen Einrichtung gehöriges Softwarepaket (Treiber) aufgenommen werden. Alternativ hierzu kann das System 10 für ein digitales Bild ein Computersystem sein, auf dem ein Bildverbesserungs-Softwarepaket installiert ist, um die tonalen Eigenschaften von digitalen Bildern zu verbessern.
Der Tonwertabbildungsalgorithmus 100 ist hinsichtlich Speicher und Verarbeitungszeit einfach und schnell und benutzt ein globales Tonwertabbildungsverfahren mit einer Tonkurve für alle Farbkanäle. Es sei angemerkt, daß der Tonwertabbildungsalgorithmus 100 sowohl auf Farbbilder als auch auf Monochrombilder angewendet werden kann. Der Tonwertabbildungsalgorithmus 100 erzeugt eine glatte und konsistente Tonkurve mit sanfter Krümmung, was die extremen Kontraständerungen vermeidet, die bei einigen Histogrammausgleichsverfahren zum Vorschein treten. Außerdem ist der Tonwertabbildungsalgorithmus 100 ideal für Videoanwendungen, da die Tonkurve durch Verwendung eines stets sigmoidalförmigen adaptiven Tons von Rahmen zu Rahmen relativ stabil bleibt. Darüber hinaus erzeugt der Tonwertabbildungsalgorithmus 100 Bilder, die für den Benutzer ansprechend aussehen (unter dem Aspekt der Helligkeits-, Kontrast- und Farbkonstanz), ohne eine Abschätzung der absoluten Luminanzpegel des Originalbildes zu benötigen.
Der Tonwertabbildungsalgorithmus 100 basiert auf Wahrnehmungspräferenzrichtlinien, wie zum Beispiel der Erhaltung der allgemeinen Histogrammform im Mittenbereich durch Verwendung einer Zentrierungsfunktion auf den n-ten und den (100 – n)-ten L*-Perzentilwert, einer L*-Standardabweichung von um die 20 und eines mittleren L*-Werts von um 50. Es versteht sich, daß die L*-Skala einfach eine Transformation von einer linearen Skala basierend auf empfangenen linearen Bilddaten ist. Es sei angemerkt, daß andere Wahrnehmungspräferenzrichtlinien verwendet werden können, basierend auf den Anforderungen des Benutzers oder des spezifischen Systems 10 für ein digitales Bild, in welchem der Tonwertabbildungsalgorithmus implementiert wird. Um einen Tonwertabbildungsalgorithmus 100 zu schaffen, der Wahrnehmungspräferenzen berücksichtigt und Randbedingungen bezüglich der Rechenkomplexität einhält, wird ein Tonwertabbildungsverfahren mit Sigmoidalfunktion benutzt, das nachstehend anhand der 2 bis 8 näher beschrieben wird.
Es wird jetzt auf 2 Bezug genommen, die in Verbindung mit 1 beschrieben wird, und in der die Schritte zum Abbilden von empfangenen digitalen Bilddaten, welche die Luminanz-(Pixel)-Werte eines digitalen Bildes darstellen, auf den Luminanzbereich einer Ausgabeeinrichtung 50 unter Verwendung des Tonwertabbildungsalgorithmus 100 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht werden. Eine digitale Bildquelle 20, wie etwa eine digitale Bildaufnahmeeinrichtung oder eine digitale Bilddatei, liefert digitale Bilddaten 25, die einem digitalen Bild zugehörig sind, an eine Lineartransformationseinrichtung 30 (Schritt 200), welche die digitalen Bilddaten 25 in lineare Bilddaten 130 auf einer linearen Skala transformiert (Schritt 210). Es ist anzumerken, daß die originalen digitalen Bilddaten 25 auf einer beliebigen Skala vorliegen können. Alternativ hierzu können die digitalen Bilddaten 25 bereits auf einer linearen Skala vorliegen, was die Lineartransformationseinrichtung 30 überflüssig macht. Diese linearen Bilddaten 130 werden später von einem Tonwertabbildungsoperator 40 benutzt, der die linearen Bilddaten 130 auf den Luminanzbereich der Ausgabeeinrichtung 50 abbildet (Schritt 250).
Nach der Transformation werden die linearen Bilddaten 130 an einen Bildstatistikprozessor 120 weitergeleitet, der basierend auf den originalen linearen Bilddaten 130 eine oder mehrere Bildstatistiken 149 bestimmt (Schritt 220). Diese Bildstatistiken 149 werden zusammen mit einer oder mehreren vordefinierten Wahrnehmungspräferenzen von der Tonkurvenparameter-Berechnungslogik 140 zur Berechnung von zwei Tonkurvenparametern 150, namentlich des Steigungsparameters und des Verschiebungsparameters, benutzt (Schritt 230). Die vordefinierten Wahrnehmungspräferenzen können von einem Bediener (z.B. einem Benutzer oder Hersteller des Systems 10 für ein digitales Bild) definiert werden. Der Verschiebungsparameter verschiebt die Tonkurve dergestalt, daß unter- oder überbelichtete Bilder näher an den richtigen Bereich gebracht werden. Der Steigungsparameter streckt oder staucht die Tonkurve, um eine erwünschte Histogrammaufweitung zu erzielen. Diese beiden Tonkurvenparameter 150 werden von einem Tonkurvenerzeuger 160 beim Erzeugen einer Tonkurve 170 für das Bild benutzt (Schritt 240). Der Tonkurvenerzeuger 160 erzeugt unter Verwendung der folgenden Sigmoidalfunktion eine sigmoidale Tonkurve 170:
wobei α der Steigungsparameter und β der Verschiebungsparameter ist. Das Argument x der Sigmoidalfunktion variiert im Bereich [0; 100], da die Tonkurve 170 auf einer L*-Skala erzeugt wird, welche ein Maß für den Helligkeitspegel der Bildpixel darstellt und Werte von 0 bis 100 aufweist. Auf Basis der CIE-Standardformel ist die L*-Skala näherungsweise eine Kubikwurzeltransformation der linearen Bilddaten:
wobei Y die lineare Luminanz und Y_n der Luminanzpegel des Weißpunkts ist. Aufgrund der Tatsache, daß die Y-Werte für die Berechnung von L* durch die Y_n-Werte normiert werden, ist die absolute Skala von Y und Y_n nicht wichtig, solange beide proportional zu der absoluten Luminanz sind. Bei der Implementierung können die rohen oder farbkorrigierten linearen RGB-Werte die Stelle der Y-Werte einnehmen.
Bei der L*-Skala handelt es sich aus mehreren Gründen um die bevorzugte Skala für die Erzeugung der Tonkurve 170. Erstens ist die L*-Skala wahrnehmungsbezogen gleichförmiger als eine lineare Skala. Zweitens haben die meisten natürlichen Bilder auf einer L*-Skala tendenziell symmetrischere Histogramme als auf einer linearen Skala, was die Anpassung der Histogrammaufweitung auf der L*-Skala einfacher (und wahrnehmungsbezogen robuster) macht. Es sei jedoch angemerkt, daß von dem Tonkurvenerzeuger 160 statt der hier beschriebenen L*-Skala eine lineare Skala benutzt werden kann. Auch versteht es sich, daß die sigmoidale Tonkurve 170 bei minus bzw. plus unendlich asymptotisch gegen 0 bzw. 100 geht. Daher muß die Tonkurve 170, nachdem sie erzeugt wurde, wie folgt auf den [0; 100]-Bereich skaliert werden, um sicherzustellen, daß 0 auf 0 und 100 auf 100 abgebildet wird:
Die sigmoidalförmige Tonkurve 170 der in 9 gezeigten Art, die von dem Tonkurvenerzeuger 160 erzeugt wird, weist mehrere Eigenschaften auf, welche die obenstehend erörterten Randbedingungen und Wahrnehmungspräferenzen erfüllen. Die sigmoidalförmige Tonkurve 170 ist im Mittenbereich weitgehend linear und zeigt, falls die Steigung hoch ist, am dunklen und am hellen Ende Sättigung. Ein weitgehend lineares Segment im Mit tenbereich bedeutet, daß der Großteil der Pixel für die meisten Bilder mehr oder weniger linear abgebildet und dadurch die Form des originalen Histogramms beibehalten wird. Außerdem können die Parameter der sigmoidalen Tonkurve 170 dergestalt festgelegt werden, daß der gewünschte L*-Standardabweichungspegel erreicht wird. Darüber hinaus ist die Sigmoidalfunktion glatt und zeigt bei unterschiedlichen Parametereinstellungen eine recht konsistente Krümmung (Linkskrümmung vor dem β-Punkt, Rechtskrümmung danach). Daher ist es unwahrscheinlich, daß die Sigmoidalfunktion Tonkurven 170 mit wilden Kurven und Spitzen erzeugt.
Nachdem die Tonkurve 170 erzeugt worden ist (Schritt 240), werden die empfangenen linearen Bilddaten 130 von dem Tonwertabbildungsoperator 40 auf diese Tonkurve 170 abgebildet, um Ausgabebilddaten 45 zu erzeugen, welche den Pegeln der Ausgangseinrichtung 50 entsprechen (Schritt 250). Es sei angemerkt, daß es sich bei der Ausgabeeinrichtung 50 um eine Anzeige, einen Drucker oder eine andere Bildverarbeitungseinrichtung handeln kann. Es sei außerdem angemerkt, daß auf den Ausgabebilddaten 45 eine zusätzliche Verarbeitung ausgeführt werden kann, bevor diese an die Ausgabeeinrichtung 50 gesendet werden (Schritt 260).
Es wird nun auf die 3A bis 3C der Zeichnungen und die entsprechenden Flußdiagramme aus den 4A bis 4C Bezug genommen, in welchen alternative Ausführungsformen zum Implementieren des Bildstatistikprozessors aus 1 veranschaulicht werden. Bei einer ersten Ausführungsform, die in 3A gezeigt und in 4A beschrieben wird, werden die linearen Bilddaten 130 (Schritt 400) an einen Histogrammerzeuger 122 weitergeleitet, der ein Histogramm 145 (z.B. eine Tabelle) erstellt, das die Verteilung der digitalen Werte der Daten 130 beschreibt (Schritt 405). Zum Beispiel gibt es in einem digitalen Farbbild eine bestimmte Anzahl von Rot-, Blau- und Grünwerten (z.B. je einen für jeden Pixel im Bild). Um ein Histogramm von zum Beispiel Grünwerten zu erzeugen, bestimmt der Histogrammerzeuger 122 eine Intervallgröße (z.B. einen Wertebereich, wie etwa 0 bis 10, 11 bis 20, 21 bis 30 usw.) und zählt in jedem Intervall die Anzahl der darin liegenden grünen Pixelwerte. Um eine graphische Darstellung des Histogramms zu erstellen, werden die Daten in den einzelnen Intervallen als Funktion der Intervallmitten (z.B. 5, 15, 25 etc.) aufgetragen.
Nachdem das Histogramm erstellt worden ist, werden die Histogramm-Intervallmittenwerte 135 an einen L*-Intervallmittenkonverter 124 übertragen, der die linea ren Intervallmittenwerte 135 in L*-Intervallmittenwerte 135a transformiert (Schritt 410). Die Konversion erfolgt unter Verwendung der obigen Gleichung (2), wobei Y die Intervallmittenwerte sind und Y_n der größtmögliche digitale Wert für die Pixelwerte ist. Die L*-Intervallmittenwerte 135a und das Histogramm 145, welches den Zählwert der Anzahl von Werten in den einzelnen Intervallen umfaßt, werden an die L*-Statistikberechnungslogik 128 übertragen, welche die Bildstatistik bzw. Bildstatistikgrößen 149 (Schritt 420) berechnet, die anschließend bei der Berechnung des Steigungsparameters α und des Verschiebungsparameters β für die sigmoidale Tonkurve benutzt werden.
Nachstehend werden die diversen Ausführungsformen zum Berechnen des Steigungsparameters α und des Verschiebungsparameters β anhand der 5 und 6 erörtert. Kurz gesagt umfasst die L*-Bildstatistik 149, die zur Berechnung des Steigungsparameters α und des Verschiebungsparameters β benutzt werden, die aktuelle L*-Standardabweichung und entweder den aktuellen mittleren L*-Wert oder die L*-Perzentilwerte des Histogramms (n-tes und (100 – n)-tes Perzentil). Die L*-Perzentilwerte des Histogramms stellen die Endpunkte des Histogramms dar. Daher wird n relativ klein gewählt (bevorzugt kleiner als 5). Wenn zum Beispiel 5 % aller L*-Pixelwerte Werte kleiner als 18 aufweisen, dann ist das 5-te Perzentil gleich 18, und somit wäre der untere Endpunkt 18. Der obere Endpunkt wäre dann einfach der dem (z.B.) 95-ten Perzentil entsprechende L*-Wert (z.B. 95 % aller L*-Pixelwerte haben Werte, die kleiner als der obere Endpunkt sind).
Die aktuelle L*-Standardabweichung σ_aktuell läßt sich wie folgt aus dem Histogramm berechnen:
wobei B_i Histogramm-Intervallmitten in L*-Werten sind, n_i der Pixelzählwert im i-ten Intervall des Histogramms, n_b die Anzahl von Intervallen im Histogramm und n die Gesamtzahl von Pixeln im Bild ist und L - der mittlere L*-Pixelwert ist, der sich ebenfalls aus dem Bildhistogramm berechnen läßt, und zwar wie folgt:
Bei einer Ausführungsform wird σ_aktuell nur auf der grünen Farbebene aus dem Histogramm berechnet. Bei den meisten Sensoren ist der Grünkanal die Farbebene, die ungefähr die Luminanzinformationen aufnimmt. Es sei jedoch angemerkt, daß statt dessen eine Kombination der RGB-Pixelwerte benutzt werden kann, um die L*-Standardabweichung des Bildes zu berechnen. Die resultierende Tonkurve sollte sich nicht wesentlich verändern, solange die Wahl eine sinnvolle Repräsentation der Luminanz darstellt.
Alternativ hierzu kann, wie in 3B gezeigt und in 4B beschrieben wird, die Bildstatistik 149 aus den Pixelwerten des Bildes selbst berechnet werden, falls das Histogramm nicht verfügbar ist. Dafür werden bei Eintreffen von linearen Bilddaten 130 am Bildstatistikprozessor 120 (Schritt 430) die linearen Bilddaten 130 von einem L*-Bilddatenkonverter 125 in L*-Bildwerte 130a konvertiert (Schritt 435), und die L*-Bildwerte 130a werden an die L*-Statistikberechnungslogik 128 weitergeleitet, wo die Bildstatistik 149 (z.B. aktuelle L*-Standardabweichung und entweder der aktuelle mittlere L*-Wert oder die L*-Perzentile) berechnet werden (Schritt 440). Zum Beispiel kann bei dieser Ausführungsform der aktuelle mittlere L*-Wert berechnet werden, indem der Durchschnitt aus allen L*-Bildwerten gebildet wird.
Als weitere Alternative, die in 3C gezeigt und in 4C beschrieben wird, können zur Reduktion der Rechenkomplexität die Histogramm-Intervallmittenwerte 135 in L*-Intervallmittenwerte 135a konvertiert werden, bevor die linearen Bilddaten 130 empfangen werden, da sich die Histogrammintervalle von Bild zu Bild nicht ändern (es ändern sich lediglich die Zählwerte in den einzelnen Intervallen). Daher werden bei dieser Ausführungsform die Histogramm-Intervallmittenwerte 135, nachdem sie bestimmt worden sind (Schritt 450), von dem L*-Intervallmittenkonverter 124 in L*-Intervallmittenwerte 135a konvertiert (Schritt 455), und diese L*-Intervallmittenwerte 135a werden in einem Speicher 129 gespeichert, der für den Bildstatistikprozessor 120 zugänglich ist oder sich in diesem befindet (gezeigt wird der letztere Fall) (Schritt 460). Als weitere Alternative kann die Konversion in L*-Intervallmittenwerte 135 extern durchgeführt werden, und die L*-Intervallmittenwerte 135a können im Voraus in den Speicher 129 geladen werden.
Wenn danach die linearen Bilddaten 130 am Bildstatistikprozessor 120 eingehen (Schritt 465), werden sie an den (oben beschriebenen) Histogrammerzeuger 122 gesendet, welcher die Anzahl der Pixelwerte in den einzelnen Intervallen zählt (Schritt 470). Nach dem Zählen wird die Tabelle 145, die in jedem Intervall den Zählwert der Anzahl von Pixelwerten umfaßt, an die L*-Statistikberechnungslogik 128 gesendet, welche die L*-Intervallmittenwerte 135a aus dem Speicher 129 abruft (Schritt 480), um die Bildstatistik 149 zu berechnen (Schritt 485). Bei dieser Ausführungsform kann die Bildstatistik 149 (z.B. L*-Standardabweichung und mittlerer L*-Wert) mit lediglich einer einfachen Addition, Subtraktion und Multiplikation berechnet werden.
Es wird jetzt auf die 5, 6A und 6B Bezug genommen, wo die Schritte zum Berechnen des Steigungsparameters α und des Verschiebungsparameters β unter Verwendung der von dem Bildstatistikprozessor berechneten Bildstatistik (z.B. L*-Standardabweichung und entweder mittlerer L*-Wert oder L*-Perzentile) veranschaulicht werden. Beim Berechnen des Verschiebungsparameters und des Steigungsparameters können, wie obenstehend erörtert wurde, diverse Wahrnehmungspräferenzrichtlinien benutzt werden, um ein Ausgabebild zu erzeugen, das für den Betrachter ansprechend ist. Die Wahrnehmungspräferenzrichtlinien können vom Benutzer oder vom Hersteller des spezifischen digitalen Bildsystems, in dem der Tonwertabbildungsalgorithmus implementiert ist, ausgewählt werden. Als Beispiel basiert die folgende Erörterung auf drei bevorzugten Wahrnehmungspräferenzen, umfassend die Erhaltung der generellen Gestalt des Histogramms im Mittenbereich, einen gewünschten L*-Standardabweichungspegel von um 20 und einen gewünschten mittleren L*-Pegel von um 50. Es versteht sich, daß statt dieser bevorzugten Wahrnehmungspräferenzen andere Wahrnehmungspräferenzen benutzt werden können.
Wie in 5 veranschaulicht wird, wird zur Bestimmung des Steigungsparameters α die vom Bildstatistikprozessor berechnete aktuelle L*-Standardabweichung an die (in 1 gezeigte) Tonkurvenparameter-Berechnungslogik übertragen (Schritt 500). Die gewünschte L*-Standardabweichung wird vorher vom Benutzer oder Hersteller ausgewählt und in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert, welcher der Tonkurvenparameter-Parameterberechnungslogik zugänglich ist oder sich innerhalb dieser befindet (Schritt 510). Wie obenstehend erörtert wurde, wird bei bevorzugten Ausführungsformen die gewünschte L*-Standardabweichung zu ungefähr 20 gewählt. Abhängig von den Anforderungen des Benutzers oder Herstellers können jedoch andere Werte gewählt werden. Werte größer als 20 ergeben ein kontrastreicheres Bild, wohingegen Werte kleiner als 20 ein kontrastärmeres Bild ergeben. Zusätzlich zu der gewünschten L*-Standardabweichung wird außerdem im Voraus ein Standard-Steigungswert ausgewählt (Schritt 520).
Bei einer linearen Tonkurve kann die Standardabweichung von einem Wert (p) in einen anderen Wert (q) geändert werden, indem eine Tonkurvensteigung von q/p benutzt wird. Die sigmoidale Tonkurve ist nichtlinear, aber die Mittensektion der sigmoidalen Kurve ist meistenteils linear. Da bei den meisten Bildern ein großer Anteil der Bildpixel Werte in der Nähe des Mittenbereichs (bei einer der Ausführungsformen um den Punkt x = L -) aufweist, kann an dieser Stelle die Steigung der sigmoidalen Kurve geändert werden, um zu versuchen, die gewünschte L*-Standardabweichung zu erzielen.
Am Punkt x = 100 β ist die Steigung von t(x) gleich 1, wenn α = 4. Daher kann die Vorgabesteigung α_Vorgabe auf 4 gesetzt werden. Die tatsächliche benutzte Tonkurve ist (wie obenstehend erörtert wurde) jedoch t₁(x) und weist eine Steigung von 1 auf, wenn α kleiner als 4 ist. In der Praxis kann je nachdem, wie kontrastreich das Bild aussehen soll, für die Standardsteigung α_Vorgabe ein beliebiger Wert zwischen 3 und 4 benutzt werden. Nachdem die Vorgabesteigung ausgewählt worden ist, kann basierend auf der aktuellen L*-Standardabweichung, der gewünschten L*-Standardabweichung und der Vorgabesteigung der Steigungsparameter α berechnet werden (Schritt 530). Um den Steigungsparameter α für ein Bild mit einer L*-Standardabweichung σ_aktuell zu erhalten, wird der α-Vorgabewert gemäß der aktuellen L*-Standardabweichung und der gewünschten L*-Standardabweichung σ_gewünscht wie folgt skaliert:
Wie obenstehend erwähnt wurde, verschiebt der Verschiebungsparameter β das Histogramm, um die generelle Helligkeit des Ausgabebilds zu beeinflussen. Abhängig davon, welche wahrnehmungsbezogenen Faktoren bei der gegebenen Anwendung wichtiger sind, und welche Rechenkomplexität zulässig ist, gibt es verschiedene Wege, den Verschiebungsparameter zu bestimmen. 6A und 6B veranschaulichen zwei solche alternative Ausführungsformen zum Berechnen des Verschiebungsparameters β.
Bei einer ersten Ausführungsform, die in 6A gezeigt ist, wird der Verschiebungsparameter β basierend auf dem mittleren L*-Wert berechnet. Bei dieser Ausführungsform wird der von dem Bildstatistikprozessor berechnete aktuelle mittlere L*-Wert an die (in 1 gezeigte) Tonkurvenparameter-Berechnungslogik gesendet (Schritt 600). Der gewünschte mittlere L*-Wert wird vorher vom Benutzer oder Hersteller ausgewählt und in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert, welcher der Tonkurvenparameter-Berechnungslogik zugänglich ist oder sich innerhalb dieser befindet (Schritt 610). Unter gewissen Umständen kann dieser vorher ausgewählte, gewünschte mittlere L*-Wert basierend auf zusätzlichen Informationen über das Bild, das verarbeitet wird, angepaßt werden. Wenn zum Beispiel dem Bildprozessor bekannt ist, daß der Inhalt des Bildes überwiegend aus schwarzen Objekten besteht, kann der gewünschte L*-Wert kleiner als 50 eingestellt werden, um ein übermäßiges Aufhellen des Bildes zu vermeiden. Oder, wenn bekannt ist, daß die Bilddaten einen hohen Rauschpegel aufweisen, kann der gewünschte L*-Wert näher auf den mittleren L*-Wert des Originalbilds zu verschoben werden, um eine Verstärkung des Rauschens durch die Tonwertabbildung zu vermeiden.
Der gewünschte mittlere L*-Wert des gesamten Bildes kann zum Beispiel dergestalt gewählt werden, daß er um 50 (mittlere Helligkeit) beträgt. Alternativ hierzu kann der gewünschte mittlere L*-Wert dergestalt gewählt werden, daß er in einem bestimmten Bereich des Bildes 50 ist. Als Beispiel kann bei Bildern, die ein menschliches Gesicht enthalten, der L*-Mittelwert im Bereich des Gesichts auf 50 festgelegt werden. Die Verwendung eines solchen Kriteriums zum Bestimmen des Verschiebungsparameters einer sigmoidalen Tonkurve führt im Allgemeinen zu einem Bild von guter Qualität. Wenn jedoch die Gesichtserkennung nicht durchführbar ist, kann der mittlere L*-Wert des Mittenbereichs oder eines anderen interessierenden Bereichs im Bild auf einen Pegel um 50 gebracht werden. Dieses letztgenannte Verfahren zum Bestimmen des Verschiebungsparameters ist für ein billiges Imaging-System praktikabler. Es versteht sich, daß statt 50 jeder andere gewünschte mittlere L*-Wert benutzt werden kann.
Der Verschiebungsparameter läßt sich basierend auf dem aktuellen mittleren L*-Wert und dem gewünschten mittleren L*-Wert berechnen (Schritt 620). Wenn zum Beispiel L - der mittlere L*-Wert des interessierenden Bildbereichs (z.B. eines Gesichtsbereichs) und L_gewünscht der gewünschte mittlere L*-Wert ist, so ist der Verschiebungsparameter gleich: β = (L - – Lgewünscht)/100 + 0,5. (Gl.7)
Bei Verwendung eines L_gewünscht-Werts von 50 ist β einfach L -/100.
Bei einer zweiten Ausführungsform, die in 6B gezeigt ist, wird der Verschiebungsparameter β basierend auf den L*-Perzentilwerten berechnet. Diverse Studien (siehe z.B. Tanaka et al., 1997) haben Hinweise dafür geliefert, daß Betrachter Wiedergaben mit einem möglichst großen Ausgabefarbraum bevorzugen. Um diese Präferenzen zu bedienen, kann der Verschiebungsparameter so bestimmt werden, daß das Histogramm dergestalt verschoben wird, daß es so viel von dem Dynamikbereich der Ausgabeeinrichtung wie möglich einnimmt, gleichzeitig aber die Form des Histogramms so wenig wie möglich gestört wird, um Sättigungen vieler Punkte an den beiden Enden der Verteilung zu vermeiden. Dies geschieht, indem eine Zentrierungsfunktion verwendet wird, bei welcher die Tonkurve auf halbem Weg zwischen den Endpunkten des Histogramms zentriert wird. Dies ist eine konservative Wahl, die typischerweise nur geringfügige Änderungen an der mittleren Luminanz des Bildes zur Folge hat, sofern das originale RGB-Histogramm halbwegs „normal" ist (d.h., die Werte nicht in einer engen Sektion des Gesamtbereichs konzentriert sind).
Wenn die Tonkurvenparameter-Berechnungslogik die L*-Perzentile empfängt (z.B. das n-te und das (100 – n)-te Perzentil, wobei n ein geeigneter kleiner Wert ist) (Schritt 650), kann daher der Verschiebungsparameter β als Mittenpunkt zwischen diesen beiden Endpunkten berechnet werden (Schritt 660). Wenn zum Beispiel das n-te Perzentil von Pixelwerten in dem Histogramm x₁ und das (100 – n)-te Perzentil von Pixelwerten x₂ ist, wird der Verschiebungsparameter durch die folgende Gleichung bestimmt:
Bevorzugt wird zur Bestimmung der Perzentile das kombinierte Histogramm der RGB-Werte benutzt, damit beim Berechnen der Verschiebung der Tonkurve keine Farbebene ignoriert wird. Dies ist besonders wichtig, wenn die Tonwertabbildung an Bildern mit starkem Farbstich ausgeführt wird, um Farbverschiebungen nach der Tonwertabbildung zu vermeiden.
Beide oben erörterten Verfahren zum Bestimmen von β wurden implementiert und an Bildern getestet. Das erste Verfahren (Berechnung von β aus dem mittleren L*-Wert) läßt sich einfacher implementieren und funktioniert mit den meisten Innen- und Außenaufnahmen gut.
Wenn als β der mittlere L*-Wert des gesamten Bildes benutzt wird, besteht eine Tendenz zur übermäßigen Aufhellung von Nacht- oder Dunkelaufnahmen, d.h. von Bildern, die absichtlich einen niedrigen mittleren L*-Wert aufweisen, wie z.B. Szenen bei Kerzenschein. Das zweite Verfahren (als β wird der Durchschnitt aus dem oberen und dem unteren Perzentil des Histogramms benutzt) funktioniert bei Dunkelaufnahmen besser. Es ändert die Bildhelligkeit tendenziell weniger als das erste Verfahren und ist daher ein konservativeres Verfahren.
Erfindungsgemäß wird dem Ausmaß, um das die Sigmoidalkurve verschoben wird, d.h. der zulässigen Abweichung des Verschiebungsparameters β von 0,5, eine Grenze gesetzt. Für stark unterbelichtete Bilder zum Beispiel kann ein übermäßiges Verschieben der Tonkurve nach oben (β-Wert nahe 0) aufgrund von Verstärkung des Sensorrauschens zu einem Bild von geringer Qualität führen. Entsprechend kann für stark überbelichtete Bilder ein übermäßiges Verschieben der Tonkurve nach unten (β-Wert nahe 1) in nahezu gesättigten Bereichen zu Farbverschiebungen führen. Um diese Probleme auf ein Minimum zu reduzieren, wird der Wert des Verschiebungsparameters in Abhängigkeit von den mittleren Pixelwerten des Originalbilds begrenzt. Wenn das Mittel des Originalbilds, je nach der spezifischen Anwendung des Tonwertabbildungsalgorithmus, zu hoch oder zu niedrig ist, wird der Verschiebungsparameter β dergestalt angepaßt, daß er weniger vom Mittenpunkt 0,5 abweicht, um die Verstärkung von Rauschen zu reduzieren. Bei einer Ausführungsform wird für β im Voraus eine Reihe von oberen Grenzen T_j ausgewählt, von denen jede einem mittleren Pegel M_j der Pixelwerte des Originalbilds entspricht. Wenn der Pixelmittelwert des Originalbildes kleiner als M_j ist, wird der β-Wert auf mindestens T_j begrenzt, d.h., wenn der aus Gleichung 7 oder Gleichung 8 berechnete Wert kleiner als T_j ist, wird β gleich T_j gesetzt. Auf gleiche Weise kann im Voraus auch eine Reihe von unteren Grenzen T_k ausgewählt werden, die jeweils einem mittleren Pixelpegel M_k entsprechen. Wenn der Pixelmittelwert des Originalbildes größer als M_k ist, wird β auf höchstens T_k begrenzt. Indem der Verschiebungsparameter auf diese Weise begrenzt wird, lassen sich Artefakte, die aus Tonwert-Überkompensation resultieren, auf ein Minimum reduzieren.
Es wird nun auf die 7A und 7B Bezug genommen, wo alternative Ausführungsformen zum Implementieren des in 1 der Zeichnungen gezeigten Tonkurvenerzeugers 160 veranschaulicht werden. Bei einer ersten Ausführungsform, die in 7A gezeigt und in den Schritten von 8A beschrieben wird, werden die Tonkurvenparameter 150 (z.B. der Steigungsparameter α und der Verschiebungsparameter β), nachdem sie von der (in 1 ge zeigten) Tonkurvenparameter-Berechnungslogik 140 berechnet worden sind, an den Tonkurvenerzeuger 160 gesendet (Schritt 800). Danach wird von der Sigmoidalfunktionslogik 162 im Tonkurvenerzeuger 160 unter Verwendung der empfangenen Tonkurvenparameter 150 und der oben angeführten Gleichungen (1) und (3) die sigmoidale Tonkurve 170 erzeugt (Schritte 805 und 810). Nachdem sie erzeugt worden ist, ähnelt die resultierende Tonkurve 170 der Tonkurve, die in 9 gezeigt wird.
Die in 9 gezeigte Tonkurve 170 ist dazu in der Lage, L*-Bildeingabewerte auf L*-Bildausgabewerte für die geeignete Ausgabeeinrichtung abzubilden. Da jedoch L* keine für Ausgabeeinrichtungen gebräuchliche Skala ist, werden die digitalen Ausgabebilddaten in eine lineare Form konvertiert, bevor sie in die Skala konvertiert werden, die von spezifischen Ausgabeeinrichtungen benötigt wird. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die Y-Achse (L*-Bildausgabewerte) durch einen Y-Achsen-Konverter 164 von einer L*-Skala in eine lineare Skala konvertiert (Schritt 815), wobei es sich, wie obenstehend erörtert wurde, annäherungsweise um eine Potenztransformation mit einem Exponenten von drei handelt, um die Tonkurve 170a zu erzeugen.
Da außerdem die meisten Anzeigeeinrichtungen, wie etwa eine CRT-Anzeige, eine Intensitäts-Spannungs-Antwortkurve aufweisen, die ungefähr eine Potenzfunktion ist (d.h., daß, wenn der Pixelwert auf x festgelegt ist, die angezeigte Luminanz proportional zu x^γ ist, wobei γ der Gammawert der Anzeige ist), müssen die linearen Ausgabewerte gammakorrigiert werden, damit sie auf solchen Ausgabeeinrichtungen korrekt angezeigt werden. Bei den meisten Tonwertabbildungsverfahren wird die Gammakorrektur nach dem Abbilden durchgeführt. Bei dem hier beschriebenen sigmoidalen Tonwertabbildungsverfahren kann die Gammakorrektur entweder separat nach der Tonwertabbildung durchgeführt oder mit dem Tonwertabbildungsschritt kombiniert werden. Bei einer Ausführungsform wird die Gammakorrektur zusammen mit der Tonwertabbildung ausgeführt, indem eine Gammakorrekturlogik 166 auf die Y-Achse angewendet wird, um die Tonkurve 170b zu erzeugen (Schritt 820). Der kombinierte Effekt von Lineartransformation und Gammakorrektur der Y-Achse (Ausgabe) ist eine Potenz 3/γ, wobei γ der beabsichtigte Gammawert der Anzeige ist, wie etwa 2,4, falls es sich bei der Ausgabeeinrichtung um eine sRGB-Anzeige (Standard-Farbraum) handelt.
Typsicherweise wird die Tonwertabbildung auf lineare RGB-Eingabepixelwerte angewendet (z.B. werden von der Lineartransformationseinrichtung 30 lineare Bilddaten 130 an den Tonwertabbildungsoperator 40 in 1 geliefert). Die sigmoidale Tonkurve wird unter der Annahme erzeugt, daß auf der X-Achse eine L*-Skala vorliegt, das heißt, daß die X-Achsenwerte gleichförmig auf der L*-Skala abgetastet sind. Um lineare Eingabewerte korrekt auf die Tonkurve abzubilden, muß daher die X-Achsenabtastung der Tonkurve dergestalt konvertiert werden, daß sie auf einer linearen Skala gleichförmig ist, um bei der Anwendung der Tonkurve auf Bilder einen einfachen Betrieb mit Tabellenabfrage zu gewährleisten. Dies wird von einem X-Achsen-Konverter 168 übernommen, der unter Verwendung eines einfachen linearen Interpolationsvorgangs, welcher nur arithmetische Operationen erfordert, wie oben im Zusammenhang mit dem Y-Achsen-Konverter beschrieben wurde, die Tonkurve 170c erzeugt (Schritt 825). Diese endgültige Tonkurve 170c wird von dem (in 1 gezeigten) Tonwertabbildungsoperator benutzt, um die linearen Bilddaten auf die Luminanz der Ausgabeeinrichtung abzubilden.
Bei einer zweiten Ausführungsform, die in 7B gezeigt und in den Schritten von 8B beschrieben wird, kann, da einer der rechenzeitaufwendigsten Abschnitte des Tonwertabbildungsalgorithmus die Berechnung der Exponentialfunktion in der Sigmoidalfunktion umfaßt, eine annähernde Berechnung der sigmoidalen Tonkurve mit ausschließlich arithmetischen Operationen implementiert werden, um die Rechenkomplexität zu reduzieren. Die Berechnung der Exponentialfunktion in der Sigmoidalfunktion läßt sich vermeiden, indem im Voraus ein Paar fester Tonkurven mit zwei extremen Steigungen berechnet und dann interpoliert wird, um Tonkurven mit dazwischenliegenden Steigungen zu erhalten. Wie obenstehend erörtert wurde, bewirkt der Verschiebungsparameter eine Translation der Tonkurve auf der horizontalen (X-)Achse. Wenn die Tonkurven auf der X-Achse für einen größeren Bereich von Eingabepixelwerten berechnet werden, können daher passende Tonkurven ausgewählt werden, indem für unterschiedliche Verschiebungsparameter unterschiedliche Sektionen der zuvor berechneten Tonkurven „ausgeschnitten" werden.
Um die beiden Tonkurven im Voraus zu berechnen, muß der Benutzer oder Hersteller zwei Steigungsparameter α_max und α_min vorwählen (Schritt 850). Bei den meisten Bildern liegt der Steigungsparameter α im Bereich von 2,5 bis 6,5. Daher wird bei bevorzugten Ausführungsformen α_min auf 2,5 und α_max auf 6,5 festgelegt. Nachdem der maximale und der minimale Steigungsparameter 155 festgelegt worden sind, kann die Sigmoidalfunktionslogik 162 im Voraus die beiden Tonkurven berechnen (Schritt 855), eine mit einer Steigung von 2,5 (Kurve P₁), was eine (auf der L*-Skala nahezu lineare) Tonkurve ergibt, und eine mit einer steilen Steigung von 6,5 (Kurve P₂), was eine sehr ausgeprägte Kontraststeigerung am Bild ergibt. Die beiden im Voraus erzeugten Tonkurven werden in 10 gezeigt. Es sei angemerkt, daß die beiden Kurven für einen Verschiebungswert β von 0 generiert werden. (Die X-Achsen-Bereiche für verschiedene β-Werte werden später durch Translation des X-Ursprungs auf der X-Achse bestimmt, wie nachstehend erörtert wird.)
Für Steigungswerte zwischen 2,5 und 6,5 wird die Tonkurve durch lineare Interpolation zwischen P₁ und P₂ erzeugt. Sei P_α(x) die Tonkurve mit einem α-Wert von α, mit a ⊂ [2,5; 6,5], dann:
Dies ist natürlich eine Näherung, aber für den eingeschränkten α-Wertebereich zwischen 2,5 und 6,5 ist die Näherung brauchbar genau. In 11A sind die L*-Ausgabewerte der Tonkurve für 11 verschiedene Eingabepixelpegel (dargestellt durch die 11 Linien) als Funktion von α aufgetragen. Wie ersichtlich ist, stehen die L*-Ausgabewerte in nahezu linearer Beziehung zu α.
Wie obenstehend erörtert wurde, handelt es sich bei der Ausgabe der Tonwertabbildung typischerweise um gammakorrigierte lineare RGB-Werte, die zur Anzeige auf einem Bildschirm bereit sind. Daher können, wie oben in Verbindung mit den 7A und 8A beschrieben wurde, die Y-Achsen von P₁ und P₂ 158 von dem Y-Achsen-Konverter 164 und der Gammakonrekturlogik 166 des Tonkurvenerzeugers 160 in gammakorrigierte lineare RGB-Werte konvertiert werden (Schritte 860 und 865). Wenn es sich bei der Tonkurvenausgabe P_α(x) um gammakorrigierte lineare RGB-Werte handelt, ist die Beziehung mit α immer noch ziemlich linear, wie in 11B zu sehen ist. Daher werden wenn P₁ und P₂ 158 im Voraus als gammakorrigierte Pixelwerte berechnet werden, auch die interpolierten Tonwerte gammakorrigiert sein. Dies bedeutet, daß die Berechnung der Tonkurve nur die bei der Interpolation benutzten arithmetischen Operationen (Gleichung 9 oben) benötigt. Nachdem die gammakorrigierten Tonkurven P₁ und P₂ 158 im Voraus erzeugt worden sind, werden sie in einem Speicher 169 gespeichert (Schritt 870), der zur späteren Verwendung bei der Berechnung der Tonkurve für einen konkreten Satz von Eingabewerten für den Tonkurvenerzeuger zugänglich ist oder sich in diesem befindet.
Wenn der Tonkurvenerzeuger 160 von der (in 1 gezeigten) Tonkurvenparameter-Berechnungslogik den aktuellen Steigungsparameter α_aktuell 150a und den aktuellen Verschiebungsparameter β_aktuell 150b empfängt (Schritt 875), bestimmt die Berechnungslogik 163 im Tonkurvenerzeuger 160 P_α(x) 159 unter Verwendung der gammakorrigierten Tonkurven P₁ und P₂ 158, des aktuellen Steigungsparameters 150a und der obigen Gleichung 9 (Schritt 880). Danach werden zur Auswahl einer Sektion von P_α(x) der aktuelle Verschiebungsparameter 150b und P_α(x) 159 an die Verschiebelogik 165 im Tonkurvenerzeuger 160 übertragen (Schritt 885). Da der Verschiebungsparameter 150b eine einfache Translation der Tonkurve auf der X-Achse bewirkt, lassen sich Tonkurven mit verschiedenen Verschiebungsparametern durch Translation von P_α(x) auf der X-Achse erhalten.
Angenommen beispielsweise, P_α(x) werde mit einem Verschiebungsparameter von 0 und im Bereich [–100; 100] erzeugt, und es solle eine Tonkurve mit einem Verschiebungsparameter von β im X-Achsenbereich von [0; 100] erhalten werden, so würde eine Translation der Tonkurve auf der X-Achse dergestalt ausgeführt, daß ein X-Wert von –β·100 nach der Translation zu 0 und ein X-Wert von (1 – β)·100 zu 100 würde. Die Tonkurve mit dem Verschiebungsparameter β wird durch „Ausschneiden" der zuvor erzeugten Tonkurve P_α(x) zwischen dem Punkt X = –β·100 und dem Punkt X = (1 – β)·100 erhalten. Bei der Implementierung muß für diese Operation einfach der Dateizeiger an andere Startpunkte in einer zuvor erzeugten Tabelle verschoben werden, was also so gut wie keine Berechnungen erfordert.
Nachdem die Tonkurve aus P_α(x) ausgeschnitten worden ist, müssen die beiden Enden der Tonkurve auf den vollen Y-Bereich skaliert werden. Dies erfordert wiederum nur arithmetische Operationen an den einzelnen Einträgen der Tonwertabbildungstabelle, die zuvor aus der im Voraus erzeugten Tabelle ausgeschnitten wurde. Danach konvertiert, wie obenstehend in Verbindung mit den 7A und 8A erörtert wurde, der X-Achsen-Konverter 168 die X-Achse von einer L*-Skala auf eine lineare Skala (Schritt 890), um die endgültige Tonkurve 170 zu erzeugen. Es sei angemerkt, daß die Translation der Tonkurve vor oder nach dem Interpolationsschritt erfolgen kann, der benötigt wird, um die korrekte Steigung zu erhalten, indem eine Translation der Tonkurven P₁ und P₂ 158 durchgeführt wird. Für die geringste Menge an Rechenaufwand wird die Translation als erstes ausgeführt, so daß die Interpolation nur auf der „ausgeschnittenen" Sektion der zuvor erzeugten Tonkurven P₁ und P₂ 158 erfol gen muß.
Wie der Fachmann erkennt, können die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen innovativen Konzepte auf einem weiten Anwendungsbereich modifiziert und variiert werden. Dementsprechend soll der Schutzumfang des patentierten Erfindungsgegenstands nicht auf irgendeine der behandelten spezifischen, beispielhaften Lehren beschränkt werden, sondern wird statt dessen durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

System (100) für ein digitales Bild, das in der Lage ist, digitale Bilddaten (25) zu empfangen, die mindestens einen Abschnitt eines digitalen Bildes darstellen, und die digitalen Bilddaten (25) auf den Bereich einer Ausgabeeinrichtung (50) abzubilden, wobei das System (100) für ein digitales Bild umfasst: einen Bildstatistikprozessor (120), der in der Lage ist, mindestens eine aktuelle Bildstatistik (149) basierend auf den digitalen Bilddaten (25) zu berechnen; eine Berechnungslogik (140), die angeschlossen ist, die mindestens eine aktuelle Bildstatistik (149) von dem Bildstatistikprozessor (120) zu empfangen, und ferner in der Lage ist, mindestens einen Tonkurvenparameter (150) basierend auf der mindestens einen aktuellen Bildstatistik (149) und mindestens einer Wahrnehmungspräferenz, die dem digitalen System (100) für ein digitales Bild zugehörig ist, zu berechnen, wobei die mindestens eine Wahrnehmungspräferenz eine gewünschte L*-Standardabweichung und mindestens einen gewünschten mittleren L*-Wert oder eine Zentrierungsfunktion aufweist; und einen Tonkurvenerzeuger (160), der angeschlossen ist, um den mindestens einen Tonkurvenparameter (150) von der Berechnungslogik (140) zu empfangen, und ferner in der Lage ist, eine Tonkurve (170) zu erzeugen, wobei der mindestens eine Tonkurvenparameter (150) und eine Sigmoidalfunktion verwendet werden, und die Tonkurve (170) verwendet wird, um die digitalen Bilddaten (25) auf den Bereich der Ausgabeeinrichtung (50) abzubilden; wobei der mindestens eine Tonkurvenparameter (150) einen Steigungsparameter und einen Verschiebungsparameter aufweist und wobei die mindestens eine aktuelle Bildstatistik (149) eine aktuelle L*-Standardabweichung und entweder einen aktuellen mittleren L*-Wert oder einen kleinen und einen hohen L*-Perzentilwert umfasst; der Steigungsparameter unter Verwendung der aktuellen L*-Standardabweichung und der gewünschten L*-Standardabweichung berechnet wird, der Verschiebungsparameter unter Verwendung entweder des aktuellen mittleren L*-Wertes und des gewünschten mittleren L*-Wertes oder des kleinen und des hohen L*-Perzentilwertes und der Zentrierungsfunktion berechnet wird; und ferner umfassend: einen oberen vorher ausgewählten mittleren L*-Wert und einen zugehörigen oberen vorher ausgewählten Verschiebungswert, wobei der Verschiebungsparameter auf den oberen vorher ausgewählten Verschiebungswert festgelegt wird, wenn der aktuelle mittlere L*-Wert kleiner als der obere vorher ausgewählte mittlere L*-Wert und der berechnete Verschiebungsparameter kleiner als der obere vorher ausgewählte Verschiebungswert ist; und einen unteren vorher ausgewählten mittleren L*-Wert und einen zugehörigen unteren vorher ausgewählten Verschiebungswert, wobei der Verschiebungsparameter auf den unteren vorher ausgewählten Verschiebungswert festgelegt wird, wenn der aktuelle mittlere L*-Wert größer als der untere vorher ausgewählte mittlere L*-Wert und der berechnete Verschiebungsparameter größer als der untere vorher ausgewählte Verschiebungswert ist.
System (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Lineartransformationseinrichtung (30), die angeschlossen ist, die digitalen Bilddaten (25) zu empfangen, die digitalen Bilddaten (25) in lineare Bilddaten (130) zu konvertieren und die linearen Bilddaten (130) an den Bildstatistikprozessor (120) zu übertragen, wobei der Bildstatistikprozessor (120) die linearen Bilddaten (130) beim Berechnen von der mindestens einen aktuellen Bildstatistik (149) verwendet.
System (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildstatistikprozessor umfasst: einen Histogrammerzeuger (122), der angeschlossen ist, die linearen Bilddaten (130) zu empfangen und ein Histogranm (145) der Pixelwerte, die von den linearen Bilddaten (135) dargestellt werden, zu erzeugen, wobei das Histogramm (145) eine Vielzahl von Intervallen, die jeweils Bereiche von Pixelwerten darstellen, und in jedem der Vielzahl von Intervallen einen Zählwert der Anzahl von Pixelwerten, die von den linearen Bilddaten (130) dargestellt werden, enthält; einen Konverter (124), der in der Lage ist, einen Intervallmittenwert (135) für jedes Intervall, das mit dem Histogramm (145) verbunden ist, von einer linearen Skala in eine L*-Skala zu konvertieren, um eine Vielzahl von L*-Intervallmittenwerten (135a) zu erzeugen; und eine Statistikberechnungslogik (128), die angeschlossen ist, um den Zählwert von dem Histogrammerzeuger (122) und die Vielzahl von L*-Intervallmittenwerten (135a) von dem Konverter (124) zu empfangen, und mindestens eine aktuelle Bildstatistik (149) unter Verwendung des Zählwerts und der Vielzahl von L*-Intervallmittenwerten (135a) zu berechnen.
System (100) nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen Speicher (129) zum Speichern der Vielzahl von L*-Intervallmittenwerten (135a), bevor das Histogramm (145) erzeugt wird, wobei die Statistikberechnungslogik (128) die Vielzahl von L*-Intervallmittenwerten (135a) als Reaktion auf das Empfangen des Zählwerts abruft.
System (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Speicher (169) zum Speichern von einer ersten und einer zweiten vorher berechneten Tonkurve (128), die von dem Tonkurvenerzeuger (160) erzeugt werden, bevor das System (100) für ein digitales Bild die digitalen Bilddaten (25) empfängt, wobei die erste vorher berechnete Tonkurve eine minimale Steigung und die zweite vorher berechnete Tonkurve eine maximale Steigung aufweist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonkurvenerzeuger umfasst: eine Berechnungslogik (163), die angeschlossen ist, um den Steigungsparameter (150a) und die erste und zweite vorher berechnete Tonkurve (158) zu empfangen, wobei die Berechnungslogik (163) ferner in der Lage ist, zwischen der ersten und der zweiten vorher berechneten Tonkurve (158) unter Verwendung des Steigungsparameters (150a) zu interpolieren, um eine Ausgangstonkurve (159) zu erhalten; und eine Verschiebungslogik (165), die angeschlossen ist, um die Ausgangstonkurve (159) und den Verschiebungsparameter (150b) zu empfangen, wobei die Verschiebungslogik (165) ferner in der Lage ist, die Ausgangstonkurve (159) auf der X-Achse unter Verwendung des Verschiebungsparameters (150b) zu verschieben, um die genannte Tonkurve (170) zu erzeugen, die beim Abbilden der digitalen Bilddaten (25) auf den Bereich der Ausgabeeinrichtung (50) verwendet wird.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonkurvenerzeuger ferner umfasst: eine Gammakorrekturlogik (166), um eine Gammakorrektur auf der Y-Achse der Tonkurve (170) auszuführen; und einen Konverter (168), um die X-Achse der Tonkurve (170) auf die Skala der digitalen Bilddaten (25) zu konvertieren.
Verfahren zum Abbilden von digitalen Bilddaten (25), die mindestens einen Abschnitt eines digitalen Bildes darstellen, auf den Bereich einer Ausgabeeinrichtung (50), wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von digitalen Bilddaten (25) an einem System (100) für ein digitales Bild; Berechnen von mindestens einer aktuellen Bildstatistik (149) basierend auf den digitalen Bilddaten (25); Berechnen von mindestens einem Tonkurvenparameter (150) basierend auf der mindestens einen aktuellen Bildstatistik (149), und mindestens einer Wahrnehmungspräferenz, wobei die mindestens eine Wahrnehmungspräferenz eine gewünschte L*-Standardabweichung und einen gewünschten mittleren L*-Wert oder eine Zentrierungsfunktion aufweist; und Erzeugen einer Tonkurve (170), wobei der mindestens eine Tonkurvenparameter (150) und eine Sigmoidalfunktion verwendet wird, und Verwenden der Tonkurve (170), um die digitalen Bilddaten (25) auf den Bereich der Ausgabeeinrichtung (50) abzubilden; wobei der mindestens eine Tonkurvenparameter (150) einen Steigungsparameter und einen Verschiebungsparameter umfasst, und wobei die mindestens eine aktuelle Bildstatistik (149) eine aktuelle L*-Standardabweichung und einen aktuellen mittleren L*-Wert oder einen kleinen und einen hohen L*-Perzentilwert aufweist; wobei das Berechnen des mindestens einen Tonkurvenparameters (150) ferner umfasst: Berechnen des Steigungsparameters unter Verwendung der aktuellen L*-Standardabweichung und der gewünschten L*-Standardabweichung; und Berechnen des Verschiebungsparameters unter Verwendung entweder des aktuellen mittleren L*-Werts und des gewünschten mittleren L*-Werts oder des kleinen und des hohen L*-Perzentilwerts und der Zentrierungsfunktion; und wobei das Berechnen des mindestens einen Tonkurvenparameters (150) ferner umfasst: Festlegen des Verschiebungsparameters auf einen oberen vorher ausgewählten Verschiebungswert, wenn der aktuelle mittlere L*-Wert kleiner als ein oberer vorher ausgewählter mittlerer L*-Wert, der dem oberen vorher ausgewählten Verschiebungswert zugehörig ist, und der berechnete Verschiebungsparameter kleiner als der obere vorher ausgewählte Verschiebungswert ist; und Festlegen des Verschiebungsparameters auf einen unteren vorher ausgewählten Verschiebungswert, wenn der aktuelle mittlere L*-Wert größer als ein unterer vorher ausgewählter mittlerer L*-Wert, der dem unteren vorher ausgewählten Verschiebungswert zugehörig ist, und der berechnete Verschiebungsparameter größer als der untere vorher ausgewählte Verschiebungswert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Berechnens der mindestens einen aktuellen Bildstatistik (149) ferner umfasst: Konvertieren der digitalen Bilddaten (25) in lineare Bilddaten (130); und Berechnen der mindestens einen aktuellen Bildstatistik (149) unter Verwendung der linearen Bilddaten (130).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Berechnen der mindestens einen aktuellen Bildstatistik (149) ferner umfasst: Erzeugen eines Histogramms (145) der Pixelwerte, die von den linearen Bilddaten (130) dargestellt werden, wobei das Histogramm (145) eine Vielzahl von Intervallen, die jeweils Bereiche der Pixelwerte darstellen, und in jedem der Vielzahl von Intervallen einen Zählwert der Anzahl von Pixelwerten, die von den linearen Bilddaten (130) dargestellt werden, enthält; Konvertieren eines Intervallmittenwerts (135) für jedes der Intervalle, die mit dem Histogramm (145) verbunden sind, von einer linearen Skala in eine L*-Skala, um eine Vielzahl von L*-Intervallmittenwerten (135a) zu erzeugen; und Berechnen der mindestens einen aktuellen Bildstatistik (149) unter Verwendung des Zählwerts und der Vielzahl von L*-Intervallmittenwerten (135a).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Konvertieren der Intervallmitten ferner umfasst: Konvertieren der Intervallmittenwerte (135), um eine Vielzahl von L*-Intervallmittenwerten (135a) vor dem Schritt des Erzeugens zu produzieren; und Speichern der Vielzahl von L*-Intervallmittenwerten (135a) in einem Speicher (129).
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen ferner umfasst: Erzeugen einer ersten und einer zweiten vorher berechneten Tonkurve (158) vor dem Schritt des Empfangens der digitalen Bilddaten (25), wobei die erste vorher berechnete Tonkurve eine minimale Steigung und die zweite vorher berechnete Tonkurve eine maximale Steigung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen der Tonkurve (170), die beim Abbilden der digitalen Bilddaten (25) auf den Bereich der Ausgabeeinrichtung (50) verwendet wird, umfasst: Interpolieren zwischen der ersten und zweiten vorher berechneten Tonkurve (158) unter Verwendung des Steigungsparameters (150a), um eine Ausgangstonkurve (159) zu erhalten; und Verschieben der Ausgangstonkurve (159) auf der X-Achse unter Verwendung des Verschiebungsparameters (150b), um eine Tonkurve (170) zu erzeugen, die beim Abbilden der digitalen Bilddaten (25) auf den Bereich der Ausgabeeinrichtung (50) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen der Tonkurve (170) umfaßt: Anwenden einer Gamma-Korrektur auf die Y-Achse der Tonkurve (170); und Konvertieren der X-Achse der Tonkurve (170) auf die Skala der digitalen Bilddaten (25).