DE69026434T2

DE69026434T2 - Einzelverarbeitungsverfahren zur erzeugung einer gleichmässigen verarbeitung von horizontalen und vertikalen einzelkomponenten

Info

Publication number: DE69026434T2
Application number: DE69026434T
Authority: DE
Inventors: Luna Lionel D; Robert Hibbard; Kenneth Parulski
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1990-02-07
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2010-02-08
Also published as: US4962419A; DE69026434D1; EP0409964B1; EP0409964A1; JPH04501494A; WO1990009722A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bildsignalverarbeitung zur Verbesserung der Detailauflösung und Rauschdämpfung und insbesondere auf eine Detailverarbeitungsvorrichtung und ein Detailverarbeitungsverfahren zur getrennten Verarbeitung horizontaler und vertikaler Details.
Es kann erforderlich sein, die vertikalen und horizontalen Details in einem Bild getrennt zu verarbeiten. Es ist beispielsweise leichter, eine getrennt durchführbare Verarbeitung in einer digitalen, in Echtzeit arbeitenden Pipeline-Architektur zu realisieren. Es kann vorteilhaft sein, die vertikalen und horizontalen Detailsignale anhand nicht linearer Verarbeitung getrennt zu modifizieren, z.B. durch Hervorhebung der digitalen Signale, bevor die modifizierten Detailsignale mit den Bildsignalen kombiniert werden.
In US-A-4,609, 938 erzeugt eine digitale Luminanzverarbeitungsschaltung vertikale und horizontale Konturensignale, die getrennt modifiziert und zu einem Luminanzsignal addiert werden. Die vertikale Konturenschaltung umfaßt eine aufeinanderfolgende Anordnung von vertikalen Hochpaß und Tiefpaßfiltern Das vertikale Hochpaßfilter umfaßt Verzögerungszeilen zum Verarbeiten von drei benachbarten Zeilen, um eine Komponente mit einer großen vertikalen Veränderung (an einem Fernsehbildschirm) herauszufiltern. Das Tiefpaßfilter verarbeitet ein vertikales Konturensignal, um die Chrominanzunterträgerkomponente zu eliminieren, indem eine lineare Kombination von Bildabtastungen berechnet wird, die derart gewichtet sind, daß der Chrominanzunterträger beseitigt wird.
Eine getrennte vertikale und horizontale Detailverarbeitung arbeitet gut in Verbindung mit einem Detail, das entweder eine vorwiegend vertikale oder horizontale Ausrichtung hat. Eine von beiden Detailschaltungen erkennt das Detail und liefert eine entsprechende Detailausgabe. Diagonal ausgerichtete Details werden in einem derartigen System allerdings doppelt verstärkt, da diagonale Details sowohl vertikale als auch horizontale Komponenten besitzen. Jede Komponente wird separat erkannt, und beide Schaltungen liefern eine entsprechende Ausgabe, was kombiniert eine doppelte Verstärkung für diagonale Details im Verhältnis zu vertikalen oder horizontalen Details bewirkt, wodurch unerwünschte Bildartefakte auftreten.
Es ist wünschenswert, zur Kantenverbesserung einen Ansatz mit einem "Detail aus grün" zu wählen, da es normalerweise mehr Grünabtastungen gibt, und die Grünaufzeichnung weniger Rauschen und Artefakte aufweist. Die Grünaufzeichnung entspricht zudem dem höchsten visuellen Ansprechen, so daß das Auge für Gründetails empfänglicher ist. Um einen derartigen Ansatz umzusetzen, wird der Grünkanal an einem geeigneten Punkt abgegriffen, das Detail wird verarbeitet, und das verarbeitete Detail wird wieder in den Kanal eingefügt. In Kameras mit komplexer Signalverarbeitung korrigiert eine Farbkorrekturmatrix die spektralen Empfindlichkeiten des Bildsensors hinsichtlich der Farbwerte der Anzeige. Allerdings wird durch Matrixbearbeitung des Grünsignals das Grünsignal in Beziehung zu dem Sensorsignalpegel geändert und vergrößert das Rauschen im Grünkanal, und zwar abhängig von der Größe der Matrixglieder "rot zu grün" und "blau zu grün". Dies bedeutet, daß sowohl das Rauschen als auch das Detail verstärkt wird, wenn man das einer Matrixkorrektur unterzogene Grünsignal als Eingabe für die Signalverbesserung benutzt. Der entgegengesetzte Ansatz, also das Verstärken des Grünsignals vor der Farbmatrixkorrektur, hat ebenfalls Nachteile. Die Matrix soll unerwünschte, nicht motivabhängige Farbempfindlichkeiten (Farb-Übersprechen) entfernen. Durch eine motivabhängige Verstärkungseinstellung (etwa eine Detailverstärkung) wird diese komplexe Wechselbeziehung auf eine Weise beeinträchtigt, für die die Farbmatrix nicht ausgelegt ist. Hierdurch wird eine motivabhängige Komponente hinzugefügt, die von der Matrix nicht völlig beseitigt werden kann.
Ein Artikel von R.H. McMann, Jr. Und A.A. Goldberg ("Improved Signal Processing Techniques for Color Television Broadcasting", Journal of the SMPTE, März 1968, Seiten 221-228) stellt eine Teillösung dieses Problems dar (in einem Analogverarbeitungssystem). In dem Artikel von McMann und Goldberg wird ein Bildverbesserungsansatz mit einem Ansatz "Kontur aus grün" beschrieben, in dem ein Bildverbesserer in dem Grünkanal zwischen der Kamera und einer elektronischen Bauemheit installiert wird. Das Detailsignal aus dem Bildverbesserer wird in die R,G,B Ausgabekanäle eines Maskierverstärkers eingespeist, der eine Matrixkorrektur erster Ordnung für kolorimetrische Fehler durchführt, weil es schwierig ist, die theoretisch erforderlichen spektralen Ansprechkurven in den drei Farbkanälen genau zu erkennen. Das Detailsignal aus dem Grünkanal wird vor der Matrixverarbeitung abgegriffen, also noch bevor das Rauschen im Grünkanal ansteigt. Dann wird das verarbeitete Detailsignal nach der Matrixverarbeitung wieder zugeführt, so daß keine motivabhängige Variable in die Matrix eingeführt wird. In einer Bewegtbildkamera wird der Maskierverstärker in den Signalweg vor der Gammaumwandung eingefügt und führt eine Maskierungsfunktion im linearen Raum durch. In einer Filmkamera wird der Maskierverstärker nach der Gammakorrektur eingefügt und führt eine Maskierungsfunktion im Gammaraum durch, da diese Position eine bestimmte multiplikative Kopplung vorsieht, um eine nicht lineare Nebenkopplung der Filmfarbstoffe zu kompensieren. In beiden Fällen wird das Detail vor dem Maskieren aus dem Grünkanal extrahiert, d.h. entweder im linearen Raum oder im Gammaraum, wie durch die Maskierungsfunktion vorgegeben. Dann wird das verarbeitete Detail in denselben Raum zurückgeführt.
Das Problem bei den Ansätzen von McMann und Goldberg liegt bei den unterschiedlichen Anforderungen der Kantenverstärkung in Relation zur Farbkorrektur. Die in der Matrix durchgeführte Farbkorrektur ist ein additiver Korrekturvorgang, der zur Erzielung des besten Ergebnisses im linearen Raum durchgeführt werden sollte. Die Kantenverbesserung sollte andererseits eine subjektive Schärfenverbesserung ergeben, die gleichermaßen in den Schwarzanteilen wie in den Weißanteilen des angezeigten Bildes wahrnehmbar ist. Für das lineare Videosignal, das von dem Sensor bereitgestellt wird, ist dies eine nicht lineare, multiplikative Signaloperation, die schwer zu erzielen ist. Die Kantenverbesserung im linearen Raum übersteuert das Detailsignal in den dichten Bildteilen. In Verbindung mit dem hinsichtlich den diagonalen Details genannten Problem neigen die derzeitigen Detailverarbeitungstechniken, die in Verbindung mit einem kolorimetrischen Korrekturverfahren arbeiten müssen, dazu, Bildartefakte einzuführen, und zwar entweder aufgrund der Detailausrichtung oder aufgrund der Dichteveränderungen im Bilddetail.
Die Erfindung sieht eine im wesentlichen gleiche Verarbeitung vertikaler und horizontaler Detailkomponenten in einem Signalverarbeitungssystem vor, in dem kolorimetrische Fehler in einer Farbkorrekturmatrix und nichtlinearer Kontrast in einer Gammakorrektur ausgeglichen werden.
Die Detailverarbeitung wandelt zunächst das in der Matrix nicht korrigierte Luminanzsignal in ein gammakorrigiertes Luminanzsignal um, das an ein vertikales Hochpaßfilter und an ein horizontales Hochpaßfilter eingegeben wird. Das vertikale Filter trennt ein die vertikalen Komponenten darstellendes vertikales Detailsignal ab, das dann in einem horizontalen Tiefpaß gefiltert wird, um Veränderungen zu eliminieren, die durch diagonale Bildkomponenten verursacht wurden. Das horizontale Hochpaßfilter trennt ein horizontales Detailsignal ab, das die horizontalen Komponenten darstellt. Das horizontal gefilterte vertikale Detailsignal und das horizontale Detailsignal werden in einem Prozeß modifiziert, der eine Übertragungskenngröße aufweist, die sich auf den Signalpegel des Bilddetails bezieht. Durch Umgehen der Farbkorrekturmatrix und Einfügen des geänderten Detailsignals in den Signalkanal nach der Gammakorrektur, und zwar einschließlich der verminderten diagonalen Anteile, erfahren die verschiedenen Detailkomponenten eine im wesentlichen gleichmäßige Verstärkung ohne Rücksicht auf Ausrichtung oder Bilddichte.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Videokamera einschließlich eines digitalen Postprozessors zur erfindungsgemäßen Bilddetailverarbeitung.
Fig. 2 ein Diagramm der Farbfilteranordnung in Verbindung mit der Videokamera aus Fig. 1.
Fig. 3 ein detailliertes Blockdiagramm des digitalen Postprozessors aus Fig. 1.
Fig. 4 ein Diagramm der nicht linearen Kurvenform, die durch die in Fig. 3 gezeigte Hervorhebungs-Schaltung implementiert ist, und
Fig. 5 ein detailliertes Diagramm der Kantenverbesserungsschaltung in Verbindung mit dem Postprozessor aus Fig. 3.
Fig. 1 bezeichnet die Grundelemente der Videokamera, einschließlich der erfindungsgemäßen Detailverarbeitung.
Elemente der Kamera, die entweder ausgelassen oder nicht detailliert gezeigt werden, können aus nach dem Stand der Technik bekannten Elementen ausgewählt werden. Die Mikroprozessorsteuerung und die Zeitsteuerung können vollständig auf herkömmliche Weise anhand verfügbarer Bauteile und Techniken aufgebaut werden. Obwohl eine Detailverarbeitungsvorrichtung in Verbindung mit einer Videokamera beschrieben wird, ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf diese oder eine andere Art der Bilderfassung beschränkt und könnte beispielsweise allgemein in Bildverarbeitungssystemen integriert werden, ohne die Quelle der Bildsignale zu berücksichtigen.
Bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt die Videokamera einen Optikbereich 10, der Abbildungslicht von einem (nicht gezeigten) Motiv durch ein Unschärfefilter 11 und ein Farbfilter 12 auf einen Bildsensor 14 leitet. Fig. 2 zeigt eine Farbfiltergeometrie für das Farbfilter 12, insbesondere ein "Drei-Grün-Farbfilter" der in US-A-4,663,661 beschriebenen Art, das hierin durch Nennung als aufgenommen betrachtet wird. Ein Sensor mit dieser Art von Filter erzeugt eine Folge roter oder blauer Signale, die durch drei grüne Signale getrennt sind. Es handelt sich praktisch um ein Chrominanzsignal (rot und blau), das durch drei Luminanzsignale (grün) getrennt ist. Um diese Art der Luminanzinterpolation zu implementieren, die in US-A-4,663,661 beschrieben ist, ist ein Unschärfefilter 11 vorgesehen, das das Abbildungslicht gemäß einer bekannten Streufunktion vorfiltert, die dann in die Konstruktion des Interpolationsfilters integriert wird, wie in diesem Patent beschrieben. Die "Drei-Grün-Farbfilteranordnung" ist zudem in einer "Schachbrettgeometrie" gemäß des dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragenen Patents US-A-3,971,065 angeordnet. Zu beachten ist, daß bei diesem besonderen Farbtilter Luminanz horizontal interpoliert wird, während Chrominanz vertikal und horizontal interpoliert werden muß. Diese besondere Farbfilteranordnung ist allerdings nur anhand eines Beispiels beschrieben und hat keine zwingende Beziehung zur Detailverarbeitung, insofern, als daß die Detailverarbeitung ein eingegebenes Luminanzsignal verarbeitet, und zwar unabhängig von der Farbgeometrie der Quelle.
Eine Zeitschaltung 16 übernimmt die Taktung des Bildsignals aus dem Ausgaberegister des Bildsensors 14 zu einem Analog-/Digital-Wandler 18 (A/D- Wandler). Diese Zeitschaltung übernimmt darüber hinaus die Taktung weiterer Abfolgen in anderen Teilen der Kamera. Das von N/D-Wandler 18 erzeugte digitale Signal ist ein linear quantisierter Strom von Farbsignalen, die aus einer Folge quantisierter roter (oder blauer) Signale bestehen, die durch quantisierte grüne Signale getrennt sind. Die quantisierten Farbsignale werden an eine digitale Signalverarbeitungsschaltung 20 angelegt, die aus zwei Teilen besteht: ein Pre-Prozessorbereich 22 und ein Postprozessorbereich 24. Der letztere umfaßt die erfindungsgemäße Detailverarbeitung. (Die Signaleingabe an den Preprozessor 22 kann auch ein nicht-linear quantisiertes Eingangssignal sein, z.B. ein logarithmisches. In diesem Fall würde dem N/D-Wandler 18 ein logarithmischer Verstärker vorgeschaltet, um dem N/D-Wandler 18 logarithmische Signale zu liefern.) Die Signalausgabe von Schaltung 20 ist ein voll korrigiertes, voll aufgelöstes, mehrfarbiges, digitales Signal.
Wie in der Parallelanmeldung Nr. 310,419 beschrieben, ist der Preprozessor 22 vollständig in einer Pipeline-Architektur aufgebaut, so daß die roten, grünen und blauen Daten aus dem Bildsensor 14 in Echtzeit verarbeitet und dem Postprozessor 24 bereitgestellt werden, so daß kein externer Speicher, etwa ein Bildspeicher, benötigt wird. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Nachverarbeitung (in Postprozessor 24) ebenfalls in Echtzeit erfolgt, was aber keine notwendige Nebenbedingung der Echtzeitverarbeitung im Preprozessor 22 ist. Wie bereits zuvor erwähnt ist es in einem Echtzeitsystem mit Pipeline-Verarbeitung oft von Vorteil, die vertikalen und horizontalen Detailsignale trennen zu können. Demzufolge ist der Postprozessor 24 als digitale Echtzeitverarbeitungsschaltung vorgesehen. ("Echtzeit" ist als die normale Videobetriebsgeschwindigkeit des Bildsensors 14 zu verstehen, d.h. sechzig Videofelder pro Sekunde, oder eine vergleichbare Geschwindigkeit, die schnell genug ist, um einen normalen Betrieb zu ermöglichen.) Ein Mikroprozessor 26 steuert den Betrieb des Preprozessors 22 und des Postprozessors 24 und ermöglicht es dem Benutzer, in den Preprozessor 22 Verarbeitungsinformationen einzugeben, etwa Verstärkungsversatz.
Fig. 1 zeigt die Grundarchitektur des digitalen Preprozessors 22. Der Preprozessor 22 empfängt von A/D-Wandler 18 entweder linear quantisierte oder nicht linear (logarithmisch) quantisierte Signale. Eine nur lesbare (ROM) Transformationstabelle (LUT) 30 tranformiert das nicht linear quantisierte (logarithmische) Eingangssignal in einen linearen Signalwert. Ein Multiplexer 32 hat zwei Eingänge. Einer ist mit dem A/D-Wandler 18, der andere mit dem ROM 30 verbunden. Der Multiplexer 32 wird durch Mikroprozessor 26 geschaltet (oder für die Anwendung fest verdrahtet), und zwar abhängig davon, ob das Eingangssignal logarithmisch oder linear ist, um eine Ausgabe bereitzustellen, die stets linear ist. Dies ist wichtig, da die anfänglichen Verarbeitungsschritte der Schwarzwerterhaltung und der Luminanzinterpolation im linearen Raum abgeschlossen werden sollen, wo die Einstellungen in direkter, linearer Beziehung zu den Ladungssignalamplituden stehen, die auf dem Bildsensor vorhanden sind.
Das Signal aus Multiplexer 32 wird an einen Schwarzwertreferenzgenerator 34 und an eine Schwarzwerterhaltung 36 angelegt, die zum Aufbau eines stabilen Sensor-Schwarzreferenzwertes für das gesamte Bild dienen. Bei der Schwarzreferenz handelt es sich um einen durchschnittlichen Versatzwert zur Korrektur des thermischen Dunkelstromrauschens, der, falls nicht aus den Signalen entfernt, alle folgenden Einstellungen und Korrekturen verfälscht. Der Schwarzwertreferenzgenerator 34 wird durch die Zeitschaltung 16 aktiviert, bevor der Bildbereich des Bildsensors 14 abgetastet wird, um eine Abtastung der Dunkelstromsignalwerte von nicht dargestellten Pixeln auf dem Bildsensor 14 zu erhalten. Der Schwarzwertreferenzgenerator 34 berechnet einen Mittelwert dieser Signalwerte und stellt den berechneten Mittelwert der Schwarzwerterhaltung 36 zur Verfügung. Da die Bildwerte der Pixel aus dem aktiven Bildbereich nacheinander verarbeitet werden, wird der durchschnittliche Schwarzreferenzwert von jedem Pixelwert in der Schwarzwerterhaltung 36 abgezogen.
Die erhaltenen Signale werden an eine Schaltung 38 zur Verdeckung von Sensorfehlern angelegt, die defekte Pixel verdeckt, indem der defekte Wert durch den Wert des nächstgelegenen, vorherigen, horizontal benachbarten Pixels derselben Farbe ersetzt wird. Die defekten Pixel werden nach ihrer Lage anhand einer (nicht gezeigten) Defekttabelle vorher ermittelt, die den Betrieb der Schaltung 38 steuert. Der Strom der Pixelsignale wird dann an eine Luminanz- Pixelinterpolationsschaltung 40 angelegt, die einen Luminanzwert für dieses Verhältnis der Pixelpositionen berechnet (in diesem Fall ein Viertel), und zwar für die die die roten und blauen Informationen sammeln, denen ein Luminanzwert, also ein Grünwert, fehlt. Die Luminanz-Pixelinterpolationsschaltung 40 interpoliert für diese Positionen einen Grünwert (die fehlenden Grünpixel), indem ein horizontales, digitales FIR-Filter (FIR = zeitdiskretes System mit endlicher Impulsantwort) benutzt wird, wie in dem zuvor genannten US-A-4,663,661 beschrieben. Eine Ausgabe der Luminanz-Pixelinterpolationsschaltung 40 ist ein voll aufgelöstes Luminanzsignal (grün), also ein Signalstrom mit grünen Werten für jede Pixelposition. Da intermittierende Werte (in diesem Fall jeder vierte Wert) des an die Luminanz-Pixelinterpolationsschaltung 40 angelegten Signalstroms Chrominanz-Signalwerte (rot und blau) sind, werden die Chrominanzwerte separat als ein teilaufgelöstes Chrominanzsignal ausgegeben.
Das voll aufgelöste, interpolierte Grünsignal und das teilaufgelöste Chrominanzsignal (rot und blau) werden anhand eines Tabellensatzes 42 von einen linearen in einen ungefähr logarithmisch quantisierten Raum transformiert. Diese Transformation ist verwertbar, da die Chrominanzverarbeitung Farbtöne umfassen soll, d.h. das Verhältnis von rot oder blau zu grün, und nicht die eigentlichen roten oder blauen Werte selbst. Es ist bekannt, daß durch Interpolieren von Farbwerten anstatt roter oder blauer Wert die Falschfarben in den Bereichen mit erheblichem Luminanzdetail wesentlich reduziert werden. Das Verhältnis von rot oder blau zu grün wird erzeugt, indem der logarithmische Grünwert von den logarithmischen Chrominanzsignalen in einer Subtraktionsschaltung 44 subtrahiert wird, wodurch eine lineare Folge von logarithmischen blauen-logarithmischen grünen und logarithmischen roten-logarithmischen grünen Signalen (logarithmische Farbtonsignale) bereitgestellt wird. Als nächstes werden Weißabgleich und Verstärkung eingestellt. Die entsprechenden Weißabgleichversatzwerte werden von den logarithmischen blauen- logarithmischen grünen und logarithmischen roten-logarithmischen grünen Werten in einer Weißabgleichsschaltung 46 abgezogen, um den richtigen Weißabgleich zu erzielen. Dann wird ein Verstärkungsversatzwert zu dem logarithmischen Grünwert in einer Verstärkungsschaltung 48 addiert, um die Signalverstärkung einzustellen. Der Weißabgleichversatzwert wird aus der Weißabgleich-Berechnungsschaltung 50 ermittelt, die die getrennten Durchschnittswerte einer Anzahl von logarithmischen blauen-logarithmischen grünen und logarithmischen roten-logarithmischen grünen Signalen berechnet (während der Benutzer die Kamera auf einen weißen Karton richtet). Der Verstärkungsversatz wird aus Mikroprozessor 26 in die Verstärkungsschaltung 48 übergeben. Die logarithmischen Farbtonsignale werden im Anschluß an den Weißabgleich an die Farbtoninterpolationsschaltung 52 angelegt. Da die roten und blauen Farbsignale in jedem Feld durch volle Zeilen getrennt werden, umfaßt die Farbtoninterpolationsschaltung 52 zwei Zeilenverzögerungen für die Verarbeitung von jeweils drei Chrominanzzeilen. In der Praxis wird die Schaltung 52 in einen vertikalen und einen horizontalen Farbtoninterpolationsbereich aufgetrennt, wie in der zuvor genannten Parallelanmeldung Nr.310,419 beschrieben. Der vertikale Interpolationsbereich stellt entweder den tatsächlichen logarithmischen Farbtonsignalwert oder einen Durchschnittswert der benachbarten logarithmischen Farbtonsignalwerte bereit. Die vertikal interpolierten Werte werden an entsprechende Bereiche für logarithmische blaue-logarithmische grüne und logarithmische rote-logarithmische grüne horizontale Interpolationsbereiche angelegt. Die horizontale Interpolation in jedem Bereich wird anhand eines mehrphasigen FIR-Filters durchgeführt, um einen interpolierten logarithmischen Farbtonwert für jede Luminanzpixel position zu erhalten.
Die Ausgabe von Interpolator 52 ist ein voll aufgelöstes logarithmisches blaues-logarithmisches grünes Signal (Farbton) und ein voll aufgelöstes logarithmisches rotes-logarithmisches grünes Signal (Farbton). In der Zwischenzeit wurde das logarithmische grüne Signal in einem Zeilenverzögerer 54 verzögerungsmäßig ausgeglichen. Die voll aufgelösten logarithmischen blauen- logarithmischen grünen und logarithmischen roten-logarithmischen grünen Signale werden mit dem verzögerten logarithmischen grünen Signal in einer Blau-Additionsschaltung 56 und einer Rot-Additionsschaltung 58 addiert. Die Ausgabe dieser Additionsschaltungen plus der verzögerten logarithmischen grünen Signale umfaßt die Ausgabe der integrierten Schaltung 22, nämlich voll aufgelöste, unkorrigierte, logarithmische rote, grüne und blaue Signale, die an Kontakten 60-1, 60-2 bzw. 60-3 bereitgestellt werden. Zudem wird das unverzögerte, logarithmische grüne Signal an einem Ausgangskontakt 60-4 bereitgestellt.
Die voll aufgelösten roten, grünen und blauen Signale werden in einem Postprozessor 24 einer Reihe von Signalkorrekturen und Verbesserungen unterzogen. Die voll aufgelösten roten, grünen und blauen Ausgaben der Schaltung 24 werden an einen Digital/-Analog-Wandler (D/A-Wandler) 62 angelegt, der analoge rote, grüne und blaue Signale erzeugt. Die analogen Signale werden in einer Speichervorrichtung 64 gespeichert und später angezeigt oder direkt an eine Anzeige 66 angelegt. Mit Bezug auf Fig. 3 werden die an Postprozessor 24 eingegebenen logarithmischen roten, grünen und blauen Signale in einer Tabelle 70 von logarithmischen in lineare Signale transformiert. Der Schwarzwert wird auf Linsenstreuung korrigiert, indem die Motivintensität getrennt in jede Farbe integriert wird, und indem dann ein bestimmter Prozentsatz des Durchschnittswertes (abhängig von der Linsenqualität) von jedem Pixel des Bildes in einer Korrekturschaltung 72 abgezogen wird. Die linear quantisierten roten, grünen und blauen Signale werden dann in einer Farbkorrekturmatrix 74 einer Korrektur unterzogen, um die spektralen Empfindlichkeiten des Bildsensors einwandfrei auf die Chrominanzwerte der Ausgabe zu korrigieren (etwa für die Anzeige 66, wie in Fig. 1 gezeigt). Die Farbkorrekturmatrix 74 sieht folgende Matrixtransformation vor (nur für eine bestimmte Anwendung exemplarisch)
wobei R, G, B unkorrigierte rote, grüne und blaue Werte sind, und wobei R', G', B' korrigierte Farbwerte sind. Nach einer bekannten, vorherbestimmbaren Beziehung zwischen den Farbtonwerten des Bildsensors und der Ausgabeanzeige umfaßt jede korrigierte Farbe einen Anteil aus den anderen Farben. Derartige Anteile sind eher systemabhängig als motivabhängig. (Die Detailverarbeitung ist allerdings sehr motivabhängig.) Die in der Matrix korrigierten roten, grünen und blauen Signale werden dann in einer Gamma-Transformationstabelle 76 korrigiert, die die geeigneten Kurvenformtransformationen vornimmt, um das nicht lineare Kontrastverhältnis zwischen Signalspannungen am Eingang (Sensor 14, Fig. 1) und den Lichtwerten am Systemausgang vorzunehmen (z.B. Anzeige 66, Fig. 1).
Die gammakorrigierten roten, grünen und blauen Signale werden dann in einer Detailverarbeitungsschaltung verarbeitet, um die subjektive Schärfe des Bildes zu verbessern. Die Detailverarbeitungsschaltung umfaßt eine Detailextraktionsschaltung 77, die ein Detailsignal erzeugt, sowie eine Detailverstärkungsschaltung 78, um das Detailsignal zu den gammakorrigierten roten, grünen und blauen Signalen zu addieren. Das Detailsignal wird durch den zuvor erwähnten Ansatz "Detail aus grün" erzeugt. Vom Preprozessor 22 werden zwei grüne Zeilen direkt an Kontakten 60-2 und 60-4 bereitgestellt. Eine zusätzliche Zeilenverzögerung wird durch eine Zeilenverzögerungsschaltung 80 hinzugefügt. Da die beiden grünen Eingangssignale logarithmische Signale sind, werden die logarithmischen Signale anhand einer Transformationstabelle 82 in gammakorrigierte Signale umgesetzt. Wie bereits zuvor beschrieben, reduzieren in der Matrix nicht korrigierte grüne Signale den verstärkten Rauschanteil, da das Rauschen im grünen Signal abhängig von der Größe der Matrixglieder zur Umsetzung von "rot in grün" und "blau in grün" verstärkt wird. Indem das Detailsignal wieder im gammakorrigierten Raum zurückgeführt wird, ist sichergestellt, daß die Detailverstärkung die schwarzen und weißen Bereiche in visuell gleicher Weise betrifft.
Separate grüne Detailsignale werden in horizontaler und vertikaler Richtung anhand einer horizontalen Detailextraktionsschaltung 84 bzw. einer vertikalen Detailextraktionsschaltung 86 extrahiert. Das vertikale Detailsignal wird dann in einem horizontalen Tiefpaßfilter 88 gefiltert, damit diagonale Details nicht zweifach verstärkt werden. Die horizontalen und die gefilterten vertikalen Detailsignale werden in einer Additionsschaltung 90 addiert, und die Summe wird in einer maskenprogrammierbaren ROM-Transformationstabelle 92 modifiziert. Die ROM-Transformationstabelle 92 führt einen Prozeß mit einer Übertragungskenngröße aus, die auf den Signalpegel des Bilddetailsignals bezogen ist. Dieser Prozeß kann verschiedene Formen annehmen, die von einer einfachen linearen Verstärkung des Detailsignals zu einer nicht linearen Dämpfung der Rauschkomponente im Detailsignal führen. Dies kann auch das Abschneiden des Detailsignals an seinem Rauschpegel betreffen, um somit ein Rauschsignal bereitzustellen, das von den Bildsignalen in der Detailverbesserungsschaltung 78 subtrahiert wird. In der bevorzugten Ausführungsform führt die ROM-Transformationstabelle 92 einen nicht linearen Hervorhebungs-Prozeß durch. Die bevorzugte Kurvenform der Transformationstabelle wird in Fig. 4 gezeigt. Dort werden die niedrigen Rauscheingangspegel auf null gesetzt, die höheren Signale werden zur Verbesserung der Kanten verstärkt, und die sehr hohen Signale werden gedämpft, um eine Übersteuerung der starken Kanten zu verhindern. Das nicht linear verstärkte grüne Detailsignal wird dann mit den gammakorrigierten roten, grünen und blauen Signalen in der Detailverbesserungsschaltung 78 addiert, um die digitalen Ausgaben des Postprozessors 24 zu erzeugen.
Weitere Einzelheiten der Detailverbesserungsschaltung 78 und der Detailextraktionsschaltung 77 werden in Fig. 5 gezeigt. Die Schaltung 77 ist mit Additionsgliedern, Subtraktionsgliedern und Schieberegistern (rechts, links) festverdrahtet, mit denen eine binäre Division (und Multiplikation) vorgenommen wird. (Die Additionsglieder sind mit "+" gekennzeichnet, die Subtraktionsglieder mit "-" die rechten Schieberegister mit "/" und der folgenden binären Division. Die mit "REG" bezeichneten Register stellen die erforderliche Zeitverzögerung für die Pipeline-Operation bereit.) Das grüne Signal von Kontakt 60-4 des Preprozessors 22 wird an die Eingangsleitung 100 angelegt, und das zeilenverzögerte Signal aus Kontakt 60-2 wird an die Eingangsleitung 102 angelegt. Das vertikale Detailsignal wird aus einem vertikalen FIR-Filter mit den Koeffizienten (-0,5, +1,0, -0,5) erzielt, das mit Additionsgliedern, Subtraktionsgliedern und rechten Schieberegistern implementiert ist, wie innerhalb von Block 86 in Fig. 5 gezeigt. Das vertikale Detailsignal wird durch ein horizontales Tiefpaß-FIR- Filter mit den Koeffizienten (0,25, 0,5, 0,25) horizontal gefiltert, das ebenfalls mit Additionsgliedern und rechten Schieberegistern implementiert ist, wie innerhalb von Block 88 in Fig. 5 gezeigt. In der Zwischenzeit wurde das horizontale Detailsignal mit einem horizontalen Hochpaß-FIR-Filter mit den Koeffizienten (-1, +2, -1) erhalten, wie in Block 84 gezeigt. Die Verstärkung des horizontalen Detailkanals beträgt das Doppelte des vertikalen Detailkanals, um die horizontale Unschärfe auszugleichen, die im optischen Unschärfefilter 11 auftritt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die kombinierte Wirkung der vertikalen und horizontalen Komponenten des diagonalen Detailsignals, das durch die vertikale Detailextraktionsschaltung 86 und die horizontale Detailextraktionsschaltung 84 "sickert", anhand des horizontalen Tiefpaßfilters 88 entzerrt. Hierzu muß das horizontale Filter 88 die diagonale Komponente "erkennen" und daher eine lineare Kombination von Bildabtastungen bearbeiten, die entsprechend der vertikalen und horizontalen Steigung beabstandet und zur Erkennung der diagonalen Komponente gewichtet sind. Das enge Muster von (0,25, 0,5, 0,25) ist ein Beispiel für eine derartige Gewichtung. Im Endergebnis erfahren die verschiedenen Detailkomponenten im wesentlichen die gleiche visuelle Verbesserung ohne Rücksicht auf die Ausrichtung oder Bilddichte. Es wurde zwar eine Detailverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten eines Detailsignals beschrieben, aber die in der beschriebenen Schaltung integrierten Funktionen könnten gleichermaßen in einem Computerprogramm verwirklicht werden. Die für eine Vorrichtung festgelegten Ansprüche sind daher so zu verstehen, daß sie einen programmierten Computer sowie die beschriebene Schaltung oder entsprechende Äquivalente umfassen.

Claims

1. Detailverarbeitungsvorrichtung zur Verbesserung der Detailauflösung eines Bildsignals, wobei die Vorrichtung Teil eines Signalverarbeitungssystems ist, in dem getrennte Farbkomponentensignale in einer Korrekturmatrix (74) auf kolorimetrische Fehler hin korrigiert werden und in einer Gammakorrekturstufe (76) nichtlinearer Kontrast ausgeglichen wird, gekennzeichnet durch

- Mittel (82) zum Umwandeln eines in der Matrix nicht korrigierten Farbkomponentensignals (G), das dem Luminanzsignal entspricht, in ein gammakorrigiertes, dem Luminanzsignal entsprechendes Farbkomponentensignal;

- ein vertikales Hochpaßfilter (86) zum Filtern des gammakorrigierten, Farbkomponentensignals, das dem Luminanzsignal entspricht, und Abtrennen eines vertikalen Detailsignals von diesem Signal, das die vertikalen Bestandteile des Bildes darstellt;

- ein horizontales Tiefpaßfilter (88) zum Filtern des vertikalen Detailsignals bezüglich horizontaler, durch Diagonalkomponenten des Bildes verursachte Veränderungen und Erzeugen eines gefilterten, vertikalen Detailsignals;

- ein horizontales Hochpaßfilter (84) zum Filtern des gammakorrigierten, Farbkomponentensignals, das dem Luminanzsignal entspricht, und Abtrennen eines horizontalen Detailsignals von diesem Signal, das die horizontalen Bestandteile des Bildes darstellt;

- Mittel (90, 92, 78) zum Kombinieren der horizontalen und vertikalen Detailsignale mit den gammakorrigierten Matrix-Farbkomponentensignalen, wobei das extrahierte Detail die Farbkorrekturmatrix umgeht und nach der Gammakorrektur in den Signalkanal eingeführt wird, und wobei die verschiedenen Einzelkomponenten ohne Rücksicht auf Ausrichtung oder Buddichte im wesentlichen die gleiche visuelle Verbesserung erfahren.

2. Detailverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gefilterte, vertikale Detailsignal und das horizontale Detailsignal in einer Additionsschaltung (90) addiert werden und das Summensignal einem nichtlinearen Verstärker zugeführt wird, dessen Übertragungskenngröße in einer Transformationstabelle (92) gespeichert ist.

3. Detailverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Verstärker (92) eine Hervorhebungs-Stufe (Fig. 5, 92) mit nichtlinearer Kenngröße aufweist, die Bilddetails verstärkt und Rauschen dämpft.

4. Detailverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hervorhebungs-Stufe eine Übertragungskurvenform (Fig. 4) hat, die Eingangssignale mit niedrigem Pegel eliminiert, um ein Null-Ausgangssignal zu bewirken, die mittlere Eingangssignale verstärkt, um ein verstärktes Ausgangssignal zu erzeugen, und die hohe Eingangssignale dämpft, um ein übersteuertes Ausgangssignal zu verhindern.

5. Detailverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das horizontale Tiefpaßfilter (88) mit einer linearen, gewichteten Kombination von Bildabtastungen arbeitet, die nach vertikaler und horizontaler Steigung beabstandet sind, um eine diagonale Komponente zu erfassen.

6. Detailverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 zur Verbesserung der Detailauflösung eines Bildsignals, wobei die Vorrichtung Teil eines Signalverarbeitungssystems ist, in dem getrennte rote, grüne und blaue Signale in der Korrekturmatrix (74) auf kolorimetrische Fehler hin korrigiert werden und in einer Gammakorrekturstufe (76) nichtlinearer Kontrast ausgeglichen wird, wobei das dem Luminanzsignal entsprechende Farbkomponentensignal das Grünsignal aufweist.

7. Detailverarbeitungsverfahren zur Verbesserung der Detailaufsung eines Bildsignals, wobei das Verfahren Teil eines Signalverarbeitungssytems ist, in dem getrennte Farbkomponentensignale in einer Korrekturmatrix (74) auf kolorimetrische Fehler hin korrigiert werden und in einer Gammakorrekturstufe (76) nichtlinearer Kontrast ausgeglichen wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Umwandeln (82) eines in der Matrix nicht korrigierten Farbkomponentensignals (G), das dem Luminanzsignal entspricht, in ein gammakorrigiertes, dem Luminanzsignal entsprechendes Farbkomponentensignal;

- Hochpaßfiltern (86) des gammakorrigierten, in der Matrix nicht korrigierten Farbkomponentensignals, das dem Luminanzsignal entspricht, und Abtrennen eines vertikalen Detailsignals von diesem Signal, das die vertikalen Bestandteile des Bildes darstellt;

- Tiefpaßfiltern (88) des vertikalen Detailsignals bezüglich horizontaler, durch Diagonalkomponenten des Bildes verursachte Veränderungen und Erzeugen eines gefilterten, vertikalen Detailsignals;

- Hochpaßfiltern (84) des gammakorrigierten, in der Matrix nicht korrigierten Farbkomponentensignals, das dem Luminanzsignal entspricht, und Abtrennen eines horizontalen Detailsignals von diesem Signal, das horizontale Bestandteile des Bildes darstellt;

- Kombinieren der horizontalen und vertikalen Detailsignale mit den gammakorrigierten Matrix-Farbkomponentensignalen, wobei das extrahierte Detail die Farbkorrekturmatrix umgeht und nach der Gammakorrektur in den Signalkanal eingeführt wird, und wobei die verschiedenen Einzelkomponenten ohne Rücksicht auf Ausrichtung oder Buddichte im wesentlichen die gleiche visuelle Verbesserung erfahren.

8. Detailverarbeitungsverfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgenden zusätzlichen Schritt:

- Addieren der horizontalen und vertikalen Detailsignale und nichtlineares Verstärken des Summensignals nach einer Übertragungskenngröße, die in einer Transformationstabelle (92) gespeichert ist.

9. Detailverarbeitungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungskenngröße so ausgewählt wird, daß sie Eingangssignale mit niedrigem Pegel eliminiert, um ein Null-Ausgangssignal zu bewirken, mittlere Eingangssignale verstärkt, um ein verstärktes Ausgangssignal zu erzeugen, und hohe Eingangssignale dämpft, um ein übersteuertes Ausgangssignal zu verhindern.