DE69013070T2 - Bildaufnahmesystem und Verfahren. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bildaufnahmesystem zur Generierung eines elektronischen Bildes mit Reihen und Spalten von Bildelementen, von denen jedes einen zugehörigen digitalen Wert durch Empfang und Verarbeitung von Signalen hat, welche von einer Kamera ausgegeben werden, wobei das Bildaufnahmesystem enthält: Mittel zur Generierung des elektronischen Bildes anhand der von der Kamera ausgegebenen Signale unter Verwendung von Helligkeits- und Kontraststufenparametern; und eine Steuerlogik zur Festlegung der Helligkeits- und Kontraststufenparameter, die bei der Verarbeitung von den von der Kamera ausgegebenen Signalen verwendet werden und zur Auslösung der Generierung des elektronischen Bildes.
• Die digitalen Bildaufnahmesysteme sind in dein Stand der Technik wohl bekannt. Solche Systeme enthalten normalerweise einen Bildabtaster, zum Beispiel eine Kamera, und ein digitales System, zum Beispiel einen Personalcomputer. Bei Verwendung dieser beiden Einrichtungen mit einer passenden Verbindung ist es möglich, ein Bild aufzunehmen und innerhalb des Speichers eines Computers zu speichern und anschließend dieses Bild in Verbindung mit Darstellungen zu verwenden oder zusätzliche Kopien dieses Bildes zu einem späteren Zeitpunkt zu erstellen.
• Ein Problem im Zusammenhang mit diesen Bildaufnahmesystemen ist die Festlegung der Helligkeits- und Kontrasteinstellung, die zur Aufnahme eines besonderen Bildes verwendet werden soll. Jeder Punkt innerhalb eines auf zunehmenden Bildes hat eine Helligkeitsstufe, die irgendwo innerhalb einer Graustufe liegt. Der dunkelste Punkt in einem Bild kann nicht ganz schwarz und der hellste Punkt innerhalb eines Bildes kann nicht ganz weiß sein. Bekannte Bildaufnahmesysteme setzen diese Helligkeit an verschiedenen Punkten innerhalb des Bildes in eine Spannung um, wo schwarz und weiß ausgewählte Punkte auf einer kontinuierlichen Spannungsskala darstellen.
• GB - A - 2 061 660 beschreibt ein allgemeines Verfahren zur Bildkontrastverstärkung, das durch Analysieren der Helligkeit von Bildelementen durchgeführt wird, die ein zentrales Bildelement umgeben, dessen Helligkeit zu verändern ist und durch Vergleich der Helligkeit der umliegenden Bildelemente mit der Helligkeit des zentralen Bildelements.
• EP - A - 0 084 908 beschreibt ein System zur Festlegung von Fehlerwerten unter Signalmittelwerten, die verschiedene Unterbereiche von einem Fernsehbild und einen Referenzwert übernommen haben und eine Korrekturschaltung zur Fehlerminimierung des für jeden Unterbereich korrigierten Bildsignals.
• Da bekannte Bildaufnahmesysteme das Bild im allgemeinen als eine Vielzahl digitaler Werte speichern, ist es erforderlich, die kontinuierliche, analoge Spannung umzuwandeln, welche die Helligkeit des Bildes in einer Vielzahl von digitalen Werten für jeden Punkt innerhalb des Bildes darstellt. Im allgemeinen ist die Anzahl von möglichen digitalen Werten, die einem besonderen Punkt innerhalb eines Bildes zugeordnet werden können, eine Funktion der Hardware, die zur Umwandlung des analogen Signals in ein digitales Signal verwendet wird. Diese digitalen Zahlen müssen dem ganzen Bereich von möglichen, analogen Spannungen zugeordnet werden, um ein optimales Bild zu erhalten. Digitale Werte sollten zum Beispiel nicht analogen Spannungen zugeordnet werden, die über denen liegen, die in dem Bild auftreten. Ebenso werden, wenn alle digitalen Werte an dem Punkt komprimiert werden, wo diese nicht genau den vollen, dynamischen Spannungsbereich des Bildes darstellen, einige der Einzelheiten in dem Bild nicht aufgenommen.
• Versuche, dieses Problem zu lösen, sind in der Technik wohl bekannt. Kameras mit "Belichtungsmesser" gibt es in der Fotografie bereits seit einer Generation. Diese Kameras funktionieren, indem der Mittelwert eines festgelegten Graustufenindexes auf die mittlere Helligkeit einer besonderen Szene eingestellt wird. Die Einschränkungen bei dieser speziellen Annäherung sind bekannt. Wenn Sie zum Beispiel eine automatische Videokamera auf eine Braut in einem weißen Kleid vor einem weißen Altar richten, wird das daraus resultierende Bild eine Braut in grau vor einem grauen Altar zeigen. Ebenso wird, wenn Sie eine automatische Videokamera auf das Foto eines Feuerwerks vor einem schwarzen Himmel richten, jede Falte innerhalb des Fotopapiers sichtbar, das Feuerwerk aber wird grob ausgewaschen. Der Fachmann wird verstehen, daß die Belichtung eines Bildes als Reaktion auf die mittlere Helligkeit von diesem Bild nur annähernd und nur unter bestimmten Bedingungen funktioniert.
• In Kenntnis dieses Problems wurden verschiedene moderne Meßsysteme für Fotokameras vorgeschlagen, die eine Gruppe von Sensoren verwenden, von denen jeder einen anderen Bereich innerhalb einer Szene oder eines Bildes betrachtet, die oder das aufzunehmen ist. Die Ergebnisse dieses Simultanlesens werden anschließend als eine Hinweisadresse innerhalb einer Großspeichereinheit verwendet. Innerhalb der Großspeichereinheit werden die Untersuchungsergebnisse von Tausenden verschiedener fotografischer Situationen gespeichert. Diese Situationen berücksichtigen theoretisch relative Unterschiede, absolute Bildhelligkeit und Kameraausrichtung. Obwohl dieses System viel besser als ein einfaches Bildhelligkeitsmittelsystem ist, ist es nicht perfekt und kann sich irren.
• Während die vorhergehende Beschreibung von dem Stand der Technik diese Systeme mit den Begriffen von schwarzen und weißen Bildern beschreibt, wird der Fachmann erkennen, daß Farbbildsysteme ähnliche Probleme kennen. Helligkeit und Kontrast müssen in der Tat für jede der drei Grundfarben korrekt eingestellt werden, damit eine einwandfreie Farbbildwiedergabe erreicht wird. In einem Farbsystem enthält jede der drei Grundfarben eine "Weißpegeleinstellung" und eine "Schwarzpegeleinstellung", die verwendet werden, um die Spannungsgrenzen der analogen Spannung einzustellen, welche die Bildhelligkeit in einer digitalen Zahlenumwandlung darstellt. Diese Einstellungen müssen für jede der drei Grundfarben wiederholt werden, also insgesamt sechs Einstellungen. In der Farbbildkunst werden diese Einstellungen oft mit dem Wort Grundfarbe bezeichnet, zu der zum Beispiel "Rotweißpegel" oder "Grünschwarzpegel" gehören. Es ist selbst für einen erfahrenen Benutzer sehr schwierig, alle sechs Variablen zu handhaben und bei den automatischen Einstellsystemen in dem obenbeschriebenen Stand der Technik werden sehr oft falsche Farbeinstellungen festgestellt.
• Aus den vorhergehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß ein Bedarf an Bildaufnahmesystemen besteht, in denen die Helligkeits- und Kontraststufenparameter exakt und schnell festgelegt werden können, damit eine exakte Wiedergabe von einem Bild erstellt wird.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb ein Bildaufnahmesystem in der obengenannten Art vorgesehen, gekennzeichnet durch die Analysatorlogik zum Analysieren des elektronischen Bildes, zur Festlegung der Anzahl von Bildelementen in dem elektronischen Bild, die eine gegebene Helligkeitsstufe haben, was durch einen gegebenen digitalen Wert dargestellt wird, wobei die Steuerlogik auf die Analysatorlogik reagiert, um die Helligkeits- und Kontraststufenparameter zu ändern, so daß die Anzahl von Bildelementen, welche die gegebene Helligkeitsstufe in dem elektronischen Bild haben, sich nach einer ausgewählten Anzahl richten.
• In bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird das Bildaufnahmesystem in den zugehörigen Ansprüchen 2 bis 12 ausgeführt.
• Das Bildaufnahmesystem kann auch eine Anschlußkarte sein, die in solch einem Datenverarbeitungssystem verwendet wird.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Festlegung von Helligkeits- und Kontraststufen in einem Bildaufnahmesystem vorgesehen, wie in Anspruch 14 ausgeführt wird, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel von diesem Aspekt der Erfindung wird in Anspruch 15 ausgeführt.
• Die Erfindung wird besser mit Bezug auf die folgende, ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden, wobei
• Figur 1 ein Blockdiagramm eines Bildaufnahmesystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
• Figur 2 eine schematische Darstellung eines Bildelement- Analysesystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Figur 3 eine grafische Darstellung von einem Verfahren zeigt, in welchem die Helligkeits- und Kontraststufen gemäß der vorliegenden Erfindung eingestellt werden können; und
• Figur 4 eine grafische Darstellung eines Verfahrens zur Einstellung der Quantenschritte von Helligkeit und Kontrast gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Nun mit Bezug auf die Figuren und insbesondere mit Bezug auf Figur 1, die ein Blockdiagramm eines Bildaufnahmesystems darstellt, das gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden kann. Wie ersichtlich ist, zeigt Figur 1 auch ein auf zunehmendes Bild 10, das eine Vielzahl von Punkten enthält, von denen jeder eine Helligkeitsstufe besitzt, die einem Punkt innerhalb der Graustufe 12 entspricht. Bild 10 wird vorzugsweise von einem Bildaufnahmegerät abgetastet, zum Beispiel von der Kamera 14, die eine analoge Ausgangsspannung generiert, die zu der Helligkeitsstufe von jedem Punkt innerhalb des Bildes 10 gehört.
• Die analoge Ausgangsspannung von Kamera 14 wird dann über Leitung 16 mit dem digitalen System 18 gekoppelt. Der Fachmann wird erkennen, daß das digitale System 18 jedes digitale System enthalten kann, das in der Lage ist, die analoge Ausgangsspannung von Kamera 14 in entsprechende digitale Werte umzuwandeln und diese Werte anschließend zu verarbeiten. Das digitale System 18 kann einen Personalcomputer enthalten, zum Beispiel das von der International Business Machines Corporation of Armonk, New York, hergestellte Modell PS/2. Innerhalb des digitalen Systems 18 befindet sich vorzugsweise eine Bildaufnahmekarte (ohne Abbildung), die verwendet wird, um den analogen Spannungsausgang von Kamera 14 in eine Reihe von diskreten, digitalen Zahlen umzusetzen. Wie zuvor erörtert, sind im allgemeinen eine begrenzte Anzahl von diskreten, digitalen Zahlen verfügbar und es ist deshalb wichtig, daß keine diskrete Zahl einem entsprechenden analogen Spannungspegel zugeordnet wird, der nicht innerhalb des Bildes erreicht wird. Wenn darüber hinaus der Bereich der digitalen Darstellungen nicht den ganzen analogen Spannungsbereich des Ausgangssignals von Kamera 14 deckt, gehen einige der Einzelheiten aus Bild 10 verloren.
• Die digitalen Darstellungen eines jeden Bildelements innerhalb der abgetasteten Darstellung von Bild 10 können in Speicher 20 zur weiteren Verarbeitung gespeichert werden, die in dem Stand der Technik wohl bekannt ist. Nachdem die elektronische Darstellung von Bild 10 aufgenommen und verarbeitet wurde, können die so generierten Bildelemente mit dem Anzeigetreiber 22 gekoppelt und dazu verwendet werden, ein elektronisches Bild mittels des Anzeigegeräts 24 zu generieren.
• Noch mit Bezug auf Figur 1 kann die vorliegende Erfindung im Hinblick auf bestimmte, allgemeine Regeln in der Kunst der Bildaufnahme beschrieben werden. Zum Beispiel möchte das menschliche Auge in jedem Schwarzweißbild wenigstens einen Punkt von sattem Schwarz und wenigstens einen Punkt von sattem Weiß sehen. Dies ist aufgrund der Tatsache richtig, daß ein Bild ohne schwarze Punkte verblichen wirkt, während ein Bild ohne weiße Punkte trübe aussieht. Die Untersuchung zeigt, daß ein ansprechendes "verschleiertes" Porträt oder Bild oft einen kleinen schwarzen Punkt irgendwo im Vordergrund hat, während ein ansprechendes "dunkles und schwermütiges" Bild im allgemeinen einen kleinen weißen Punkt hat. Wenn die zuvor erwähnten Punkte entfernt werden, wird das verbleibende Bild wieder als verblichen oder als trübe bezeichnet.
• Ebenso möchte das menschliche Auge in jedem Farbfoto einige Punkte von sattem "Schwarz" und einige Punkte von sattem "Weiß" in jeder der drei Grundfarben sehen. Im Hinblick auf das Obengenannte beginnt das Verfahren der vorliegenden Erfindung damit, den hellsten und den dunkelsten Punkt innerhalb des Bildes 10 für jede Grundfarbe festzustellen. Anschließend wird das digitale System 18 verwendet, um die Weiß und Schwarzpegel für diese Farben an jenen Punkten einzustellen. Dies geschieht, indem tatsächlich ein Bild unter Verwendung einer Testhelligkeits- und Testkontraststufe für jede Farbe aufgenommen wird. Das aufgenommene Bild wird anschließend analysiert, um festzustellen, ob die Helligkeits- und Kontraststufen korrekt eingestellt wurden oder nicht und falls nicht, wird dieser Vorgang wiederholt, bis das aufgenommene Bild korrekt ist.
• Eine einfache Annäherung an das Vorhergehende beinhaltet das Abtasten eines jeden Bildelements innerhalb des aufgenommenen Bildes und die Feststellung, ob jede Farbkomponente eines Bildelements innerhalb des aufgenommenen Bildes schwarz gesättigt ist oder nicht. Falls jede Farbkomponente eines Bildelements innerhalb des aufgenommenen Bildes schwarz gesättigt ist, wird der Schwarzpegel dieser Farbe reduziert, um einen größeren Bereich abzudecken. Wenn keine Farbkomponente eines Bildelements innerhalb des aufgenommenen Bildes vorhanden ist, wird der Schwarzpegel erhöht. Bei der Kontrasteinstellung wird, wenn die Farbkomponente eines Bildelements innerhalb des aufgenommenen Bildes weiß gesättigt ist, der Weißpegel dieser Farbe reduziert. Wenn keine Farbkomponente von einem Bildelement innerhalb des Bildes vorhanden ist, das weiß gesättigt ist, wird der Weißpegel reduziert werden.
• Außerdem wurde festgestellt, daß eine genaue Bildwiedergabe vorbereitet werden kann, ohne jede Farbkomponente von jedem Bildelement innerhalb des aufgenommenen Bildes zu prüfen. Die Bildelemente, die sich zum Beispiel am Bildrand befinden, sollten im allgemeinen ausgeschlossen werden, um Anomalien zu vermeiden, die aufgrund der Nähe von Synchronisierimpulsen oder aufgrund der Nähe des Rands von den Sensoren innerhalb von Kamera 14 auftreten können. Die Verarbeitungszeit des digitalen Systems 18 wird hauptsächlich zum Zählen der Bildelemente verwendet und deshalb kann der Vorgang beschleunigt werden, indem zuerst nur ein ausgewähltes Teilmuster von Bildelementen geprüft wird. Zum Beispiel jedes achte Bildelement horizontal und jedes vierte Bildelement vertikal. Da die Iterationen in Richtung auf den richtigen Schwarzpegel und Weißpegel feiner werden, sollten mehr Bildelemente eingeschlossen werden, damit die Genauigkeit erhöht wird.
• Mit Bezug nun auf Figur 2, die eine schematische Darstellung eines Bildelementanalysesystems zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Wie ersichtlich ist, wird jedes elektronische Bild, das unter Verwendung des Systems von Figur 1 aufgenommen wird, aus einer Vielzahl von Reihen und Spalten von Bildelementen 26 erstellt. Um das Peaking einzurichten, wird der Weiß oder Schwarzsättigungstest gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hauptsächlich bei Gruppen von Bildelementen angewendet. Elemente innerhalb der Gruppe müssen für die Gruppe gesättigt sein, die als gesättigt betrachtet wird. Somit wird eine schmale Randverstärkung ignoriert, die kleiner als das Format der Gruppe ist. Um die Mehrzahl von Videokameras unterzubringen, die sowohl horizontales als auch vertikales Peaking verwenden, sollten diese Bildelemente einen Bereich abdecken, der sich sowohl horizontal als auch vertikal ausdehnt. Die einfachste Struktur mit dieser Charakteristik ist die mit vier Bildelementen, die an den Ecken eines Kastens liegen, wie zum Beispiel die Bildelemente 28, 30, 32 und 34. Eine Struktur mit drei Bildelementen funktioniert jedoch auch und eine Struktur mit zwei Bildelementen funktioniert bei einer Achse. Die Verstärkungsschaltkreistechnik, die in den meisten Videokameras eingesetzt wird, verwendet ein Zwischenzeilenbild. Das Peaking dehnt sich deshalb über alternierende Zeilen aus, dadurch wird die Gruppe von Bildelementen, die zur Analyse ausgewählt wird, um alternierende Bildelemente erweitert, wie in Figur 2 dargestellt ist.
• Die Gruppe von ausgewählten Bildelementen wird in einer Farbe (entweder schwarz oder weiß) als gesättigt angesehen, wenn die meisten oder alle Bildelemente innerhalb der Gruppe gesättigt sind. Der Fachmann wird verstehen, daß die direkteste Art, die Sättigung jedes Farbkomponenten von jedem Bildelement innerhalb der Gruppe zu prüfen, darin besteht, die Sättigung in jedem Bildelement einzeln zu prüfen. Es wurde festgestellt, daß eine weitaus schnellere Annäherung durchgeführt werden kann, indem die Bildelemente von jeder Gruppe miteinander in einer logischen ODER kombiniert werden, um die Schwarzsättigung zu prüfen. Durch Kombination der Binärzahlen, welche die Farbkomponenten von jedem Bildelement darstellen, das ein ODER Gate verwendet, zum Beispiel Gate 36, wird eine logische Null nur ausgegeben, wenn die Binärzahlen, die jede Farbkomponente der Bildelemente einzeln darstellen, alle Nullen waren.
• Die Binärzahlen, welche den Farbkomponenten von jeder der vier Bildelemente darstellen, können ebenfalls in einem logischen UND kombiniert werden, um die Weißsättigung zu prüfen. Durch Kopplung der Binärzahlen, die jede Farbkomponente von jedem der vier Bildelemente in einem UND Gate darstellt, zum Beispiel Gate 38, wird die Ausgabe nur dann logisch sein, wenn alle Binärzahlen jeder Farbkomponente von jedem der einzelnen Bildelemente logisch sind. Diese Annäherung ist aufgrund der Tatsache, daß alle drei Farbkomponenten verschiedene Bits in einem einzelnen Speicherwort in den meisten Systemen belegen, wesentlich schneller. Durch Kombination einzelner Bildelemente in einem logischen UND oder ODER ist es möglich, einen großen Teil der Verarbeitung parallel unter den drei Grundfarben durchzuführen.
• Mit Bezug nun auf Figur 3 wird eine grafische Darstellung von einem Verfahren gezeigt, in welchem die Helligkeits- und Kontraststufen gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingestellt werden können. Wie ersichtlich ist, enthält Figur 3 eine grafische Darstellung einer Zeile 40, welche die anfängliche Testhelligkeits- und Testkontraststufe zeigt, die über das digitale System 18 (siehe Figur 1) eingestellt wird. Zeile 42 zeigt die gewünschte Helligkeits- und Kontraststufe, wobei eine ausgewählte Anzahl von Bildelementen innerhalb des aufgenommenen Bildes schwarz oder weiß gesättigt werden. Durch Einstellung dieses gewünschten Wertes auf die Stufe, die in einem einzelnen Bildelement resultiert, das die Sättigung erreicht hat, wird das resultierende Bild schwache Schwarz- und Weißpegel haben. Deshalb werden die ausgewählten Helligkeits- und Kontraststufen gewählt, so daß das aufgenommene Bild in einer ausgewählten Anzahl von Bildelementen resultiert, die Sättigung erreicht haben. Diese ausgewählte Anzahl wird im allgemeinen in dem Bereich von sechs zu zwölf Bildelementen bevorzugt.
• Zeile 44 innerhalb Figur 3 wird zur Darstellung einer Situation verwendet, in der eine größere Anzahl als die gewünschte Anzahl von Bildelementen Sättigung erreicht hat. Gemäß einem einfachen Einstellschema wird die Testhelligkeits- und Testkontraststufe um einen Betrag reduziert, der gleich der Hälfte der vorherigen Schrittgröße ist. Anschließend zeigt eine nachfolgende Analyse der Anzahl an gesättigten Bildelementen, daß die Anzahl von gesättigten Bildelementen größer als gewünscht ist. Zeile 48 zeigt die nächste Einstellung, welche wiederum die Hälfte des Betrages aus der vorherigen Einstellung ist. Eine Analyse an diesem Punkt zeigt, daß zu wenige Bildelemente in einem gesättigten Status sind und die Testhelligkeits- und Testkontraststufe wird deshalb um einen Betrag erhöht, der gleich der Hälfte des Betrages aus der vorherigen Einstellung ist. Der Fachmann wird erkennen, daß in einer idealen Umgebung die Größe der Einstellung bei jeder Iteration um die Hälfte reduziert werden kann und die Testhelligkeits- und Testkontraststufe eventuell auf einen Punkt in der gewünschten Stufe oder in der Nähe derselben konvergieren werden.
• In einem praktischen System, wo es Wechselwirkungen zwischen Variablen, Geräusche innerhalb des Systems oder Abweichungen von den angestrebten Werten gibt, kann die Konvergenz nicht ideal funktionieren. In solchen Systemen kann die Konvergenz robuster gemacht werden, indem nach mehreren Iterationen in der gleichen Richtung das Teilen durch zwei gestoppt wird. Wenn das nächste Abtasten nach diesem Punkt nicht in entgegengesetzter Richtung erfolgt, ist das System abgewichen und die Schrittgröße kann mit jedem Zyklus ansteigen, bis die Richtung schließlich ändert.
• Natürlich wird der Fachmann verstehen, daß es verschiedene Techniken gibt, mit denen die Schwarz- und Weißpegel geändert werden können, um in der gewünschten Anzahl von Bildelementen zu resultieren, die einen gesättigten Status erreichen. Es ist zum Beispiel möglich, ein Bild in drei verschiedenen Pegeleinstellungen aufzunehmen und die Anzahl von gesättigten Bildelementen zu zählen, die in jeder dieser Einstellungen vorhanden sind. Eine lineare Regression kann anschließend verwendet werden, um die gewünschte Pegeleinstellung zu schätzen, die eine Summe von ausgewählten, gesättigten Bildelementen ergibt.
• Mit Bezug nun auf Figur 4 wird eine grafische Darstellung eines Verfahrens zur Einstellung der Quantenschritte von Helligkeit und Kontrast gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie es von dem Fachmann der Bildaufnahme verstanden werden sollte, werden die zuvor erörterten Konvergenzalgorithmen die Schwarz und Weißpegel für jede Farbe feststellen, welche sich aus einer sehr kleinen Anzahl von reinen Weiß- und Schwarzpegeln innerhalb jeder Farbe ergeben. Wie zuvor erörtert, versucht das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, einen Schwarz- und Weißpegel zu lokalisieren, der in einer ausgewählten kleinen Anzahl von gesättigten Bildelementen resultiert, d.h. zwischen 6 und 12 Bildelementen in gesättigtem Status. Dieser Funktionsablauf ist erforderlich, um einen besonderen Schwarz oder Weißpegel aufgrund der Tatsache zu lokalisieren, daß es, sobald ein Bildelement einen Schwarz- oder Weißstatus erreicht hat, kein praktisches Verfahren gibt, um aus der binären Charakterisierung von diesem Bildelement zu erkennen, inwieweit das Bildelement gesättigt ist.
• Wenn die Schwarz- und Weißpegel, die von den zuvor erörterten Konvergenzalgorithmen erreicht wurden, in der Anfangslösung verbleiben, werden somit zwei Quantenstatus von Schwarz- und Weißpegel beinahe ganz reduziert. Dies wird mit Bezug auf Figur 4 für ein hypothetisches drei-Bit-Analog-Digital-Umsetzungsschema dargestellt. Wie ersichtlich ist, werden die verschiedenen Status, die in einem drei-Bit-Analog-Digital-Umsetzungsschema verfügbar sind, mit der Referenzzahl 56 dargestellt. Zeile 58 stellt einen Bildbereich dar, der nach Anwendung der zuvor erörterten Konvergenzverfahren auf die Zahlen der Analog-Digital-Umsetzung projiziert wird. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden anschließend die Schwarz- und Weißpegel innerhalb des hier beschriebenen Bildaufnahmesystems um einen vollen Quantenstatus in jedem Ende des Spektrums erweitert.
• Falls diese Technik nicht angewendet wurde, ist der Teil des verwendeten "Null" Status die Summe der schwarzen Bildelemente dividiert durch die Summe der gesamten Bildelemente, multipliziert mit der Gesamtanzahl der Quantenstatus in dem gezeigten Beispiel. Im allgemeinen ist dies ein Teil, der viel kleiner als ein Einselement ist. Die Differenz zwischen diesem Teil und dem Einselement ist die Summe des "Null" Status, der im Verhältnis zu den anderen Quantenstatus in dem System reduziert wird. Durch Übertragung des endgültigen Schwarzpegels von dieser Summe in die Sättigung für die endgültige Lösung und auch durch Übertragung des endgültigen Weißpegels von einem zusätzlichen Status werden die beiden äußersten Quantenstatus für alle drei Farben voll genutzt.
• Diese Technik erhöht ohne merkliche Sättigung etwas den Kontrast und beseitigt die Tendenz, daß, infolge von unterschiedlichen Quantenbereiche unter den Farben, die hellsten Stellen grün und die Schatten rosa werden. Es ist zu bemerken, daß diese Endeinstellung aus den Farbkomponenten der schwarz gesättigten Bildelemente nicht einen festen Teil macht, sondern eher eine gesättigte schwarze Abdeckung aus dem letzten Teil des Graustufenbereichs macht. Wenn der größte Teil des Originalbildes die gleiche Schwarzschattierung aufweist, dann wird bei diesem letzten Schritt der größte Teil des Bildes schwarz gesättigt, was genau das ist, was gewünscht wurde. Wenn das Originalbild nur einen kleinen, ganz schwarzen Punkt enthält, dann werden bei diesem letzten Schritt sehr wenig Farbkomponenten innerhalb der schwarz gesättigten Bildelemente verbleiben, die wiederum genau das Originalbild darstellen.
• Mit Bezug auf das Vorhergehende wird der Fachmann verstehen, daß ein Gerät und ein Verfahren vorgesehen wurden, wodurch Schwarz- und Weißpegel für jede der drei Farben innerhalb eines digitalen Farbbildaufnahmesystems schnell und automatisch auf eine Art und Weise eingestellt werden können, welche eine genauere Darstellung des Originalbildes auf eine Art und Weise liefert, die für eine breite Palette von Helligkeit und Kontrast sorgt. Das Verfahren wird ebenfalls den höchstmöglichen Gewinn bei einem minimalen Abschneiden des Bildausschnittes erzeugen und eine ausgesprochen genaue technische Aufzeichnung des Bildes mit kleinem oder keinem Informationsverlust machen.
• Sogar in den seltenen Fällen, in denen das vorliegende Verfahren bei der genaue Wiedergabe des Originalbildes versagt, wird das Bild verbessert, das bei Verwendung von anderen Techniken entsteht. Es sollte auch verstanden werden, daß diese Technik verwendet werden kann, um schnell eine Basishelligkeits- und Basiskontraststufe zu erstellen, welche anschließend durch den Bediener verändert werden kann, um zum Beispiel das Bild weiter zu verbessern.
• Es wurde ein Verfahren und ein Gerät zur automatischen Helligkeits- und Kontraststeuerung in einem digitalen Bildaufnahmesystem beschrieben. Eine Videokamera wird verwendet, um ein Bild abzutasten und davon ein indikatives Ausgabesignal zu generieren, welches zur Erstellung von Reihen und Spalten von Bildelementen verwendet wird. Das Bild wird zuerst unter Verwendung einer Testhelligkeits- und Testkontraststufe abgetastet und anschließend analysiert, um die Anzahl von gesättigten Bildelementen innerhalb des abgetasteten Bildes zu bestimmen. Anschließend werden die Helligkeits- und Kontraststufen eingestellt, so daß sich die Anzahl von gesättigten Bildelementen nach einer ausgewählten kleinen Anzahl richtet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Ausgabesignal digitalisiert und jedes Bildelement hat einen dazugehörigen digitalen Wert. Die Analyse des abgetasteten Bildes wird durch Zählen der Anzahl von Bildelementen durchgeführt, die einen ausgewählten digitalen Wert haben. Außerdem werden, sobald die Helligkeits- und Kontraststufen eingestellt wurden, um im wesentlichen die gewünschte Anzahl von ausgewählten Bildelementen zu erreichen, die digitalen Status eingestellt, um besser die Endstatus nutzen zu können.

Claims (15)

1. Bildaufnahmesystem zur Generierung eines elektronischen Bildes mit Reihen und Spalten von Bildelementen, von denen jedes einen zugehörigen digitalen Wert durch Empfang und Verarbeitung von Signalen hat, welche von einer Kamera ausgegeben werden, wobei das Bildaufnahmesystem enthält:

Mittel zur Generierung eines elektronischen Bildes anhand der von der Kamera (14) ausgegebenen Signale (16) unter Verwendung von Helligkeits- und Kontraststufenparametern; und

Steuerlogik zur Festlegung der Helligkeits- und Kontraststufenparameter, die bei der Verarbeitung von den von der Kamera ausgegebenen Signalen verwendet werden und zur Auslösung der Generierung des elektronischen Bildes; gekennzeichnet durch

Analysatorlogik zum Analysieren des elektronischen Bildes, zur Festlegung der Anzahl von Bildelementen in dem elektronischen Bild, die eine gegebene Helligkeitsstufe haben, was durch einen gegebenen digitalen Wert dargestellt wird,

die Steuerlogik, die auf die Analysatorlogik reagiert, um die Helligkeits- und Kontraststufenparameter zu ändern, so daß die Anzahl von Bildelementen, welche die gegebene Helligkeitsstufe in dem elektronischen Bild haben, sich nach einer ausgewählten Anzahl richten.

2. Bildaufnahmesystem wie in Anspruch 1 angemeldet, das Mittel zur Digitalisierung der von der Kamera ausgegebenen Signale enthält, um einen Bereich von einer Vielzahl von digitalen Status (58) zu erhalten, die den Helligkeitsstufen in dem Bild entsprechen.

3. Bildaufnahmesystem wie in Anspruch 1 oder 2 angemeldet, wobei die Mittel zur Generierung eines elektronischen Bildes angepaßt werden, um den Bereich von einer Vielzahl von digitalen Status zu ändern, um einen zusätzlichen, digitalen Status in jedem Ende des Bereichs von der Vielzahl von digitalen Status (60) einzuschließen, sobald die Anzahl von Bildelementen mit der gegebenen Helligkeitsstufe im wesentlichen der ausgewählten Anzahl gleicht.

4. Bildaufnahmesystem wie in irgendeinem vorangegangenen Anspruch angemeldet, wobei die Mittel zur Festlegung der Anzahl von Bildelementen mit einer gegebenen Helligkeitsstufe dies nur für einen Teilsatz von Bildelementen mit einer ausgewählten Anzahl von der Gesamtanzahl an Bildelementen durchführen.

5. Bildaufnahmesystem wie in irgendeinem vorangegangenen Anspruch angemeldet, wobei die Steuerlogik, nachdem die Helligkeits- und Kontraststufenparameter einmal geändert wurden, die Helligkeits- und Kontraststufenparameter ändert, so daß sich die Anzahl von Bildelementen mit der gegebenen Helligkeitsstufe nach einer ausgewählten Anzahl richtet, indem die Helligkeits- und Kontraststufenparameter durch einen Teil des vorangegangenen Änderungsbetrags wiederholt eingestellt werden.

6. Bildaufnahmesystem wie in irgendeinem vorangegangenen Anspruch angemeldet, wobei die Analysatorlogik eine Vielzahl verschiedener Untergruppen von unmittelbaren Bildelementen in dem elektronischen Bild analysiert und die Anzahl von Untergruppen zählt, deren Anzahl von Bildelementen den gegebenen digitalen Wert hat, der gleich oder größer als eine zuvor ausgewählte erste Anzahl ist und wobei die Steuerlogik die Helligkeits- und Kontraststufenparameter als eine Funktion der Anzahl von gezählten Untergruppen ändert.

7. Bildaufnahmesystem wie in Anspruch 6 angemeldet, wobei die Anzahl von unmittelbaren Bildelementen wenigstens drei beträgt.

8. Bildaufnahmesystem wie in Anspruch 7 angemeldet, wobei jede Untergruppe von unmittelbaren Bildelementen eine Gruppe von 4 Bildelementen (28, 30, 32, 34) enthält, die ein Quadrat bilden, jedes in einer ersten Richtung und in einer zweiten, orthogonalen Richtung durch ein zusätzliches Bildelement getrennt wird.

9. Bildaufnahmesystem wie in irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8 angemeldet, wobei die zuvor ausgewählte erste Anzahl gleich der Anzahl von unmittelbaren Bildelementen in jeder Untergruppe ist.

10. Bildaufnahmesystem wie in irgendeinem vorangegangenen Anspruch angemeldet, wobei die Kameraausgabesignale ein Farbbild darstellen, in welchem jedes der Bildelemente mehrere Farbkomponenten enthält und die Analysemittel Mittel zur Festlegung der Anzahl von Bildelementen enthalten, die eine Farbkomponente mit einer gegebenen Stufe enthalten, die durch einen gegebenen, digitalen Wert dargestellt wird.

11. Bildaufnahmesystem wie in Anspruch 10 angemeldet, wobei die multiplen Farbkomponenten jeder Grundfarbe entsprechen.

12. Bildaufnahmesystem wie in irgendeinem vorangegangenen Anspruch angemeldet, das eine Kamera zur Generierung von Ausgabesignalen enthält, die typisch für eine Bilddarstellung sind.

13. Datenverarbeitungssystem mit einem Bildaufnahmesystem wie in irgendeinem vorangegangenen Anspruch angemeldet.

14. Ein Verfahren zur Festlegung von Helligkeits- und Kontraststufen in einem Bildaufnahmesystem, wobei das Verfahren Schritte enthält:

um aus einem Signal (16), das von einer Kamera (14) empfangen wurde, ein ektronisches Bild zu generieren, welches Reihen und Spalten von Bildelementen enthält, die eine Helligkeitsstufe haben, welche durch einen digitalen Wert dargestellt wird, wobei Testhelligkeits- und Testkontraststufenparameter verwendet werden;

um das elektronische Bild zur Festlegung der Anzahl von Bildelementen zu analysieren, die eine gegebene Helligkeitsstufe haben; und

um die Testhelligkeits- und Testkontraststufenparameter als Reaktion auf die Analyse des elektronischen Bildes zu verändern, so daß sich die Anzahl von Bildelementen mit der gegebenen Helligkeitsstufe nach einer ausgewählten Anzahl richten.

15. Ein Verfahren wie in Anspruch 14 angemeldet, wobei der Schritt zur Analyse des elektronischen Bildes Schritte enthält:

um eine Vielzahl von verschiedenen Untergruppen von unmittelbaren Bildelementen in dem elektronischen Bild zu analysieren;

um die Anzahl von Untergruppen zu zählen, die eine Menge von Bildelementen mit dem gegebenen, digitalen Wert haben, welcher die gegebene Helligkeitsstufe darstellt, der gleich oder größer einer zuvor ausgewählten Anzahl ist,

und wobei die Änderung der Testhelligkeits- und Testkontraststufenparameter eine Funktion der Anzahl von gezählten Untergruppen ist.