DE69024785T2

DE69024785T2 - Verfahren und vorrichtung zur eliminierung von schatten-farbfehlern im abgetasteten farbbild

Info

Publication number: DE69024785T2
Application number: DE69024785T
Authority: DE
Inventors: David Cok
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1989-10-02
Filing date: 1990-09-24
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2010-09-25
Also published as: JPH04502247A; WO1991005442A2; EP0446347A1; WO1991005442A3; EP0446347B1; DE69024785D1; US5097335A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Farbsignalverarbeitung und insbesondere auf ein Verfahren zum wirksamen Beseitigen von Fehlern getönter Schatten und Lichter in einem reproduzierten Farbbild, die durch den begrenzten Empfindlichkeitsbereich einer Farbbildabtastvorrichtung verursacht werden.
Wenn ein Bild von einem Mehrkanalsignalwandler (z.B. drei Färbbänder) abgetastet wird, etwa einer RGB Videokamera, bewirken Differenzen im Empfindlichkeits- und Dynamikbereich der jeweiligen Kanäle, daß die Kamera farbdarstellende Ausgabesignale erzeugt, die zueinander hinsichtlich ihrer Farbintensität versetzt sind, und die in Nähe des oberen und unteren Bereichs des gesamten Dynamikbereichs der Kamera abgeschnitten oder begrenzt sein können. Ein Beispiel für diese Ausgabeeigenschaften unterschiedlicher Empfindlichkeit wird in Fig. 1 gezeigt, die die Beziehung zwischen Lichtintensität und Ausgabeansprechverhalten (farbdarstellende Signale) für die Blau- und Grünkanäle einer RGB Farbvideokamera darstellt. Differenzen in der absoluten Empfindlichkeit werden normalerweise durch Voreinstellung der Kanalausgabe der Kamera kompensiert, so daß für eine neutrale Farbe (z.B. Weiß) der Ausgabepegel für jede Kanalausgabe effektiv gleich sein sollte, und zwar unabhängig von der Bildintensität. Da aber, wie eingangs erwähnt, der Dynamikbereich jedes Kanals nicht notwendigerweise gleich ist, besteht nach einem Signalabgleich zwecks Korrektur oder Kompensation der Kanalausgabeeigenschaften das Problem, daß die Signalpegel in Nähe der jeweiligen Grenzwerte des Betriebsbereichs, wie in Fig. 2 gezeigt, abgeschnitten oder begrenzt sind.
In Nähe der unteren Intensitätsgrenze (Schatten) 11 der Empfindlichkeitscharakteristik der Kamera werden Blausignale bei einem Ausgabeintensitätspegel 22 abgeschnitten, und zwar vor oder oberhalb der Grünsignale, die bei einem niedrigeren Ausgabeintensitätspegel 32 abgeschnitten werden, so daß sich der Dynamikbereich der Ansprechcharakteristik für grün über einen Bereich 33 erstreckt, der unterhalb des Blauintensitätspegels 32 fällt. Wenn das abgetastete Bild rekonstruiert wird, beispielsweise mittels einer RGB Farbdruckmaschine, werden infolgedessen Bereiche niedriger Intensität (Schatten) blau statt neutral gefärbt und verschlechtern somit die Qualität des reproduzierten Bildes. Im oberen Betriebsbereich 13 der Kamera, also dem Lichtbereich, dominiert das Blausignal und verursacht somit in den Lichtern einen Blaustichm, weil die Grünansprechcharakteristik bei einem Intensitätspegel 34 abgeschnitten wird, wobei oberhalb dessen die Blaucharakteristik über einen Bereich 23 bis zu einem oberen Grenzwert bei Pegel 24 variiert.
US-A-4,680,623 beschreibt eine Vorrichtung, die den nutzbaren Dynamikbereich eines Mehrfarbensensors bis zu dem Sättigungspunkt des als letztes gesättigten Farbsignals erweitert. Diese Vorrichtung umfaßt Mittel zum Erkennen fotoelektrisch gewandelter Signalpegel von Bildelementen und Mittel zum Kompensieren des Signals für die Bildelemente oberhalb eines Sättigungspunktes mit vorherbestimmten Werten, die von Signalen noch nicht gesättigter Bildelemente berechnet wurden. Das Problem der gefärbten Schatten wird in diesem Dokument nicht angesprochen, und es sieht keine Erweiterung des Dynamikbereichs im Bereich niedriger Intensität vor. Zudem benutzt diese Vorrichtung keine R,- G- und B-Kanäle.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Problem der gefärbten Schatten (und Lichter) in einem reproduzierten Farbbild, das durch eingeschränkte Empfindlichkeiten in verschiedenen Kanälen einer Bildabtastvorrichtung verursacht wird, etwa eine Mehrfarben-Videokamera, durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, das die Signalintensität der Ausgabesignale eines der Kanäle in Abhängigkeit davon einstellt, ob sich der Pegel dieses Signals innerhalb eines begrenzten Bereichs der Ansprechcharakteristik der Kamera befindet. Solange der Signalpegel des entsprechenden Kanals (z.B. des Kanals für den blauen Bandbereich) innerhalb eines nicht begrenzten Teils des Empfindlichkeitsbereichs der Kamera für diesen Kanal liegt, bleibt die Empfindlichkeit der Ausgabesignale für diesen Kanal unverändert. In Abhängigkeit davon, ob die Pegel der Ausgabesignale des Kanals innerhalb eines begrenzten Teils des Empfindlichkeitsbereichs der Kamera fallen, wird die Intensität der Ausgabesignale für diesen Kanal wirksam korrigiert, indem sie gegen die Ausgabesignale eines anderen Kamerakanals ausgetauscht werden (z.B. die des grünen Kanals), dessen Dynamikbereich über den des begrenzten Kanals hinausgeht. Bereiche im reproduzierten Bild, etwa Schatten und Lichter, deren Intensitätspegel in Nähe eines der Extreme des Empfindlichkeitsbereichs der Kamera liegen, tendieren folglich dazu, neutral zu sein und bieten somit eine höhere Bildqualität.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 u. 2 Beziehungen zwischen Lichtintensität und Ausgabeverhalten (farbdarstellender Signale) für die Blau- und Grünkanäle einer RGB Farbvideokamera, und
Fig. 3 in Diagrammform ein Signalkopplungsnetzwerk zur steuerbaren Einstellung der Signalintensität der Ausgabesignale einer der Kanäle einer RGB-Kamera in Abhängigkeit davon, ob sich der Signalpegel innerhalb eines begrenzten Bereichs der Kameraansprechcharakteristik befindet.
Vor Beschreiben der Einzelheiten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zu erwähnen, daß sich die Erfindung vornehmlich auf ein neuartiges Farbkorrekturverfahren bezieht und nicht auf eine bestimmte Implementierung dieses Verfahrens. Die Erfindung kann durch verschiedene Abwandlungen struktureller Kombinationen herkömmlicher Signalverarbeitungsschaltungen und -bauteile implementiert werden. Der Aufbau, die Steuerung und die Anordnung dieser herkömmlichen Schaltungen und Bauteile gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wurden daher in den Zeichnungen durch leicht verständliche Blockdiagramme dargestellt, die nur die Details zeigen, die der vorliegenden Erfindung zu eigen sind, um die Beschreibung nicht mit strukturellen Details zu belasten, die Fachleuten, die die Vorteile aus der Beschreibung nutzen möchten, ohnehin vertraut sind. Die in den Figuren gezeigten Darstellungen in Form von Blockdiagrammen stellen somit nicht notwendigerweise die mechanische, strukturelle Anordnung des beispielhaften Systems dar, sondern sind hauptsächtich zur Darstellung der strukturellen Hauptbauteile des Systems in verständlicher, funktiöneller Gruppierung gedacht, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
Mit Bezug auf Fig. 3 wird ein Farbverarbeitungssystem in Diagrammform gezeigt, das eine Farbbildwandlereinrichtung umfaßt, etwa eine digitale RGB-Videokamera 41, die über Ausgangsverbindungen 51, 52 und 53 entsprechende Rot-, Grün- und Blaukanalsignaiwerte bereitstellt, die die roten, grünen und blauen Farbbandanteile eines Farbbildes 61 darstellen, von dem Licht auf eine optoelektrische Umwandlungsmatrix innerhalb der Kamera fällt. Wie zuvor erwähnt, bewirken Differenzen in Empfindlichkeit und Dynamikbereich der jeweiligen (roten, grünen und blauen) Kanäle, daß Ausgangssignale auf den Verbindungen 51, 52 und 53 zueinander hinsichtlich der Farbintensität versetzt sind, wenn Bild 61 von Kamera 41 abgetastet wird. Mit Hilfe eines (durch Element 42 gezeigten und Teil der A/D-Umsetzungsschaltung innerhalb der Kamera bildenden) Pegelschiebers/Pegelabgleichers werden die Ausgangskanalintensitäten der Kamera für den Hauptbereich der Ansprechcharakteristik wirksam aufeinander ausgerichtet, wie durch Bereich 10 in Fig. 2 gezeigt. Wie zuvor erwähnt, besteht das Problem der begrenzten oder abgeschnittenen Signalpegel in Nähe der äußersten Enden des Betriebsbereichs, wie durch die Differenzen in den Blau- und Grünkanälen in der zusammengesetzten Charakteristik aus Fig. 2 gezeigt, da der Dynamikbereich jedes Kanals normalerweise nicht gleich ist, nachdem ein Signalabgleich zum Einstellen der Kanalausgabecharakteristika stattgefunden hat.
Nach dem erfindungsgemäßen Farbkorrekturverfahren wird ein Ausgabekanal, dessen Farbband an einem äußersten Bereich der Ansprechcharakteristik der Kamera vorherrschend ist, etwa wie das abgeschnittene Blauband am unteren Ende der in Fig. 2 gezeigten Charakteristik, steuerbar korrigiert, so daß Schatten (und Lichter im oberen Bereich der Ansprechcharakteristik) in einem reproduzierten Bild nach Neutral tendieren und somit eine höhere Bildqualität erzielen. In der vorliegenden Erfindung werden die Charakteristika des Rotkanals aus Vereinfachungsgründen ausgelassen.
In dem in Fig. 3 gezeigten System wird das Korrekturverfahren implementiert, indem ein "dominierender" Kanal, (z.B. blau) mit Verbindung 72 von Pegelschieber 42 mit einem ersten Eingang eines "Blaupegel"-Komparators 44 gekoppelt wird, und indem eine anderer "neutralisierender oder farbkömplementierender" Kanal (z.B. grün) mit Verbindung 73 mit einem ersten Eingang eines "Grünpegel"-Komparators 46 gekoppelt wird. Ein zweiter Eingang eines "Blaupegel"-Komparators 44 wird über Verbindung 74 gekoppelt, um von Pegelschieber 42 einen die Größe des unteren Blaugrenzwerts 22 (Fig. 2) darstellenden Wert zu erhalten, der der Summe des (grünen) unteren Grenzwerts 32 der zusammengesetzten Charakteristik 10 und der Differenz zwischen den blauen und grünen unteren Grenzwerten 22 bzw. 32 entspricht. Gleichermaßen wird ein zweiter Eingang von "Grünpegel"-Komparator 46 über Verbindung 75 mit Pegelschieber 42 gekoppelt, um einen die Größe der Grünobergrenze 35 (Fig. 2) darstellenden Wert zu empfangen, und zwar entsprechend der Differenz zwischen der Größe der (blauen) Obergrenze 24 der zusammengesetzten Charakteristik 10 und der Differenz zwischen den blauen und grünen oberen Grenzen 24 bzw. 34. Die Ausgänge der Komparatoren 44 und 46 sind über entsprechende Verbindungen 76 und 77 mit den Wähleingängen von Multiplexern 47 bzw. 48 gekoppelt, wobei deren Eingänge wiederum mit den Blau- und Grünkanalverbindungen 72 bzw. 37 gekoppelt sind. Der Ausgang von Multiplexer 47 ist mit einer Blaukanalausgangsverbindung 82 gekoppelt. Die Rotkanalausgangsverbindung 81 ist direkt mit Verbindung 71 von Pegeischieber 44 gekoppelt.
Im Betrieb werden die Kameraausgangssignale, deren Intensitäten durch Pegelschieber 42 eingestellt werden, um eine abgeglichene Antwortcharakteristik zu erhalten, über Verbindungen 71, 72 und 73, wie die in Fig. 2 gezeigt, gekoppelt, wobei Komparatoren 44 und 46 die Pegel der das Blauband und Grünband darstellenden Signale über Verbindungen 72 bzw. 73 überwachen. Mit Blick auf beispielsweise den Blaukanal bewirkt Komparator 44, solange dessen Signalpegel innerhalb eines nichtbegrenzten Bereichs des Kameraempfindlichkeitsbereichs für diesen Kanal liegt, nämlich innerhalb Bereich 35 von Fig. 2, daß Multiplexer 47 den Blaukanal auswählt, so daß die Blaukanal-Ausgangssignale mit der Blaukanal-Ausgangsverbindung 82 gekoppelt werden, wobei die Intensität der Blaukanalsignale unverändert bleibt. In Reaktion darauf, daß der Pegel der Blaukanal-Ausgangssignale innerhalb eines begrenzten Teils des Kameraempfindlichkeitsbereichs fällt, beispielsweise unterhalb des unteren Blaugrenzwerts 22 von Fig. 2, ändert Komparator 44 seinen Zustand und bewirkt damit, daß Multiplexer 47 das Ausgangssignal des Grünkanals über die Blaukanal-Ausgangsverbindung 72 koppelt. Die Intensität des Blaukanalausgangssignals wird wirksam korrigiert, indem es gegen das Ausgangssignal eines anderen Kanals (z.B. des Grünkanals) ausgetauscht wird, dessen Dynamikbereich über den (z.B. unterhalb des unteren Grenzwerts 22) des begrenzten Kanals hinausgeht. Demzufolge tendieren die Schatten in dem reproduzierten Bild dazu, neutral zu sein, so daß ein Bild höherer Qualität bereitgestellt wird.
Auf ähnliche Weise bewirkt Komparator 46 für Grünkanal 73, solange dessen Signal innerhalb des Bereichs 35 des Empfindlichkeitsbereichs der Kamera für diesen Kanal liegt, daß Multiplexer 48 den Grünkanal wählt, so daß die Grünkanal-Ausgangssignale mit der Grünkanal-Ausgangsverbindung 83 gekoppelt werden, wobei die Intensität der Grünkanalsignale unverändert bleibt. In Reaktion darauf, daß die Pegel der Grünkanalausgangssignale den oberen begrenzten Bereich des Empfindlichkeitsbereich der Kamera (oberhalb der Grünobergrenze 34 von Fig. 2) erreichen, ändert der Ausgang von Komparator 46 seinen Zustand und bewirkt, daß Multiplexer 48 das Blaukanalausgangssignal über Grünkanal-Ausgangsverbindung 83 koppelt. In Falle eines Lichtes wird die Intensität des Grünkanalausgangssignals wirksam korrigiert, indem es gegen das Ausgangssignal des Blaukanals ausgetauscht wird, dessen Dynamikbereich über den des begrenzten Kanals hinausgeht (z.B. über den oberen Grenzwert 34). Demzufolge tendieren die Lichter in dem reproduzierten Bild dazu, neutral zu sein, so daß ein Bild höherer Qualität bereitgestellt wird.
Wie aus der vorausgehenden Beschreibung ersichtlich ist, löst die vorliegende Erfindung das Problem der gelönten Schatten (und Lichter) in einem reproduzierten Farbbild, die sich aus den begrenzten Empfindlichkeiten der verschiedenen Kanäle einer Bildabtastvorrichtung ergeben, etwa eine Mehrfarben-Videokamera, indem die Intensität der Ausgangssignale eines der Kanäle in Abhängigkeit davon steuerbar eingestellt wird, ob der Pegel des Signals innerhalb eines begrenzten Bereichs der Kameraansprechcharakteristik fällt. Demzufolge tendieren in dem reproduzierten Bild die Bereiche, etwa Schatten und Lichter, die Intensitätspegel in Nähe eines der Extreme des Empfindlichkeitsbereichs der Kamera aufweisen, dazu, neutral zu sein, so daß sich ein Bild höherer Qualität ergibt.

Claims

1. Verfahren zur Verwendung mit einer RGB Farbvideokamera, die dem Farbgehait von roten, grünen und blauen Bandbereichen. innerhalb eines von der Kamera abgetasteten Bildes entsprechende Signale erzeugt, wobei die Farbempfindlichkeit der Kamera innerhalb der roten, grünen und blauen Bandbereiche derart variiert, daß ein einer relativ geringen Farbintensität für einen der roten, grünen und blauen Bandbereiche eines Bildes entsprechendes erstes Signal von einem ersten niedrigeren Intensitätsschwellenwert begrenzt wird, der größer ist als der eines weiteren roten, grünen und blauen Bandbereichen eines Bildes entsprechenden zweiten Signais, und wobei das Verfahren die Intensität von den einen Bandbereichen entsprechenden Signalen steuert, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Pegel des ersten Signals bezüglich des ersten Schwellenwerts überwacht wird,

(b) in Abhängigkeit vom Pegel des den ersten Schwellenwert überschreitenden ersten Signais ein den einen Bandbereichen entsprechendes erstes Ausgangssignal gemäß der Intensität des zweiten Signais erzeugt wird und

(c) in Abhängigkeit vom Pegel des dem ersten Schwellenwert entsprechenden oder diesen überschreitenden ersten Signals das erste Ausgangssignal gemäß der Intensität des ersten Signals erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal von einem höheren zweiten Intensitätsschwellenwert begrenzt wird, der niedriger ist als der des ersten Signals für Bandbereiche relativ hoher Farbintensität, und

(d) der Pegel des zweiten Signals bezüglich des zweiten Schwellenwerts überwacht wird,

(e) in Abhängigkeit vom Pegel des den zweiten Schwellenwert überschreitenden zweiten Signals ein den weiteren Bandbereichen entsprechendes zweites Ausgangssignal gemäß der Intensität des ersten Signals erzeugt wird und

(f) in Abhängigkeit vom Pegel des dem zweiten Schwellenwert entsprechenden oder diesen unterschreitenden zweiten Signals das zweite Ausgangssignal gemäß der Intensität des zweiten Signals erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal dem Farbgehalt der blauen Bandbereiche des Bildes und das zweite Signal dem Farbgehalt der grünen Bandbereiche des Bildes entspricht.

4. Vorrichtung zur Verwendung mit einer RGB Farbvideokamera, die dem Farbgehalt von roten, grünen und blauen Bandbereichen innerhalb eines von der Kamera abgetasteten Bildes entsprechende Signale erzeugt, wobei die Farbempfindlichkeit der Kamera innerhalb der roten, grünen und blauen Bandbereiche derart variiert, daß ein einer relativ geringen Farbintensität für einen der roten, grünen und blauen Bandbereiche eines Bildes entsprechendes erstes Signal von einem ersten niedrigeren Intensitätsschweilenwert begrenzt ist, der größer ist als der eines weiteren roten, grünen und blauen Bandbereichen eines Bildes entsprechenden zweiten Signals, und wobei die Vorrichtung die Intensität von den einen Bandbereichen entsprechenden Signalen steuert, gekennzeichnet durch

- erste Mittel zum Überwachen des Pegels des ersten Signals bezüglich des ersten Schwellenwerts und

- mit den ersten Mitteln gekoppelte und dem Pegel des den ersten Schwellenwert überschreitenden ersten Signals entsprechende zweite Mittel, die ein den einen Bandbereichen entsprechendes erstes Ausgangssignal gemäß der Intensität des zweiten Signals erzeugen, die jedoch, wenn der Pegel des ersten Signals über dem des ersten Schwellenwerts liegt, das erste Ausgangssignal gemäß der Intensität des ersten Signals erzeugen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal von einem höheren zweiten Intensitätsschwellenwert begrenzt ist, der unter dem des ersten Signals für Bandbereiche relativ hoher Farbintensität liegt, und daß mit den ersten Mitteln gekoppelte dritte Mittel vorgesehen sind, die den Peqel des zweiten Signals überwachen und in Abhängigkeit vom Pegel des den zweiten Schwellenwert überschreitenden zweiten Signals ein den anderen Bandbereichen entsprechendes zweites Ausgangssignal gemäß der Intensität des ersten Signals erzeugen, die jedoch, wenn der Pegel des zweiten Signals dem zweiten Schwellenwert entspricht oder diesen unterschreitet, das zweite Ausgangssignal gemäß der Intensität des zweiten Signals erzeugen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal dem Farbeehalt der blauen Bandbereiche des Bildes und das zweite Signal dem Farbgehalt der grünen Bandbereiche des Bildes entspricht.