DE69113986T2 - Verfahren zum steuern von farben auf einem bildschirm. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Farberzeugung auf einem Computerbildschirm, das sich insbesondere für Bilder eignet, deren Inhalt zyklisch und insbesondere Funktion eines Winkels ist.
• Gewöhnlich wird bei mit Hilfe von Computern erzeugten Funktionen, die eine graphische Ausgabe aufweisen, ein graphikfähiger Bildschirm zur optischen Darstellung der Ausgaben der Anwendung vorgesehen und ein alphanumerisches Terminal für den Dialog zwischen Mensch und Gerät verwendet. Die durch die Funktion in einem Speicher aufgezeichneten Bilder bestehen aus Bildpunkten (Pixeln), denen mit einer Anzahl B von Bits definierte Farbcodes zugeordnet werden, was die Definition von 2B Farben ermöglicht, wobei B im allgemeinen 8 entspricht. Normalerweise wird jeder Code Ci einer durch ihre drei Bestandteile Ri rot, Vi grün und Bi blau gekennzeichneten Farbe anhand einer Entsprechung zugeordnet, die in einer auch Farbenpalette (oder LUT oder Verweistabelle, Falschfarbtabelle, Farbtabelle...) genannten, dem Bildschirm beigegebenen Tabelle bestimmt wird. Der Inhalt der Farbpalette definiert eine Übertragungsfunktion zwischen den Codes und den Farben. Die Verwendung der Farbpalette am Speicherausgang definiert einen Speicheraufbau, der die Wiedergabe eines Bildes mit verringerter Speicherkapazität ermöglicht. Es ist darüber hinaus bei dieser Art von Aufbau üblich, ohne Änderung des Inhalts der Tabelle und ohne vollständige Neuerfassung des Bildes im Speicher die Entsprechungen zwischen den Codes und den Farben schnell interaktiv und unabhängig von dem Bild abzuändern. Diese interaktive Änderung der Zuordnung der Farben in der Tabelle erfolgt mittels einer speziellen Funktion, die eine Abwandlung der Übertragungsfunktion ermöglicht
• Diese Funktion ermöglicht es, das auf dem Bildschirm angezeigte Bild mit verschiedenen aufeinanderfolgenden Farben der Palette durchlaufen zu lassen und so aufeinanderfolgende Varianten ein- und derselben Information in verschiedener Wiedergabeform optisch darzustellen, um eine Information, wie etwa die Angabe einer Sättigung, eines optischen Filters etc., besser hervorzuheben.
• Die Änderungsfunktionen der Übertragungsfunktion sind in mathematischem Sinn Abbildungen einer Gesamtheit von 2B Elementen (Ci) in eine Gesamtheit von 2B Elementen (C'i). Die üblicherweise verwendeten Funktionen sind affine Funktionen oder Nebeneinanderstellungen von affinen Teilfunktionen in aneinandergrenzenden Bereichen, die beispielsweise die Simulation von Kontraktionen, Erweiterungen, einer Inversion, der Wiederholung der ursprünglichen Grundübertragungsfunktion oder auch die Simulation der Löschung bestimmter Farben oder Farbfelder ermöglichen, ohne die Reihenfolge der Farben über den genannten Bereichen durcheinander zu bringen.
• Diese Funktionen eignen sich jedoch schlecht zur Wiedergabe von Bildern, deren Inhalt eine zyklische Größe oder insbesondere ein Winkel sind. Bei solchen Bildern erfordert die Erzeugung von Wiedergabevarianten in verschiedenen Farben besondere Behandlungen der Palette, nämlich die Verwendung einer speziellen zweiten Palette, die keine Interaktivität ermöglicht, damit insbesondere der Winkel θ = 0º und der Winkel θ = 360º gleich wiedergegeben werden (ansonsten kann die Auslegung verfälscht sein) und damit die Verwendung eines Bandpaßfilters, das den Winkel Null einschließt, kein Problem aufwirft.
• Vergleiche auch Druckschrift WO-A-90/1236.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Farberzeugung, das unabhängig vom angezeigten Bild fortlaufend einen interaktiven Durchlauf von Farben ermöglicht und sich insbesondere für Bilder eignet, deren Inhalt eine Winkel- oder Kreisfunktion ist, zur Erzeugung von vielfältigen verschiedenen Darstellungen ein- und desselben Bildes.
• Erfindungsgemäß entspricht das Verfahren zur Farberzeugung für die interaktive Veränderung einer Farbenpalette, die für ein Bild mit zyklischem Inhalt verwendet wird, der in Anspruch 1 festgelegten Definition.
• Die erste Abbildung zur Änderung der Übertragungsfunktion der Basispalette kann eine Inversion sein, so daß die kreisförmige Permutation in entgegengesetzter Richtung wie der oben beschriebenen erfolgt.
• Diese Behandlungsweise ist besonders wichtig für die optische Darstellung von Karten mit Azimuten, da dadurch Wirkungen einer dynamischen Beleuchtung ohne numerische Berechnung erhalten werden können.
• Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren, das die Darstellung der Palette ermöglicht, die sich insbesondere für Bilder mit Winkeln als Inhalt eignet, und das eine sehr leichte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur interaktiven Farberzeugung ermöglicht.
• Es ist üblich, die bei dem optisch dargestellten Bild verwendete Farbpalette gleichzeitig mit dem Bild selbst auf dem Bildschirm wiederzugeben. Gewöhnlich werden die Paletten anhand eines rechtwinkligen, mehrfarbigen Streifens dargestellt, der aus der Aneinaderreihung von Bausteinen gleicher Größe in verschiedenen Farben gebildet wird, die jeweils einer Farbe der Basispalette entsprechen und die nach Ordnungsnummer aufsteigend zumindest absatzweise erfaßt werden. Damit der Zusammenhang für das Auge leicht zu erkennen ist, wird üblicherweise mit der Palette zusammen die Änderungsfunktion der Übertragungsfunktion dargestellt, die möglicherweise angewandt wird und deren Ergebnis die dargestellte Palette ist. Dieses Darstellungsverfahren ist für das erfindungsgemäße Verfahren zur Farberzeugung insofern nicht von Belang, da eine Änderungsfunktion der Übertragungsfunktion, wie sie benutzt wurde, auf einer Fläche mit zwei orthogonalen Dimensionen nicht wiedergegeben werden kann.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wiedergabe der Palette verwendeter Farben für die optische Darstellung von Bildern als Funktion eines Winkels besteht darin, nach Änderung der Übertragungsfunktion der Basispalette nach ansteigenden Ordnungsnummern die Farben der für das Bild verwendeten Palette nicht mehr auf einen rechtwinkligen Streifen, sondern auf einen Kranz zu verteilen. Jedem gewählten Beleuchtungswinkelwert entsprechen eine Änderungsfunktion der Übertragungsfunktion und eine optische Darstellung. Eine Änderung des Beleuchtungswinkels, der vorteilhafterweise durch eine Anzeigeeinrichtung markiert werden kann, welche den inneren oder äußeren Kreis des Kranzes umlaufen kann, erfolgt durch eine Drehung der Gesamtheit der Farben im Inneren des Kranzes, die dem Abstand zwischen dem neuen Wert und dem vorhergehenden Wert des Winkels zur optischen Darstellung entspricht.
• Ein solches Wiedergabeverfahren ermöglicht, die durchgeführten Manipulationen und den verwendeten Beleuchtungswinkel sehr leicht zu erfassen, wobei ein interaktiver, vollständiger Durchlauf der Basisfarbenpalette, der durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Farberzeugung ermöglicht wird, durch eine Drehung des Farbenkranzes um 360º erfolgt.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer bei Durchsicht der nachfolgenden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erstellt wurde, in denen
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Farbenpalette und ihrer Erzeugung gemäß der Erfindung ist,
• Fig. 2 eine Darstellung zeigt, die auf vier Bildschirmabbildungen einen Vergleich der Auswirkungen des erfindungsgemäßen Farberzeugungsverfahrens veranschaulicht, wenn es auf eine Funktion zweier Dimensionen X, Y angewandt wird, die das einer gegebenen Fläche zugehörige Azimut darstellt, und
• Fig. 3 eine Darstellung zeigt, die ausgehend von zwei Bildschirmabbildungen einen Vergleich der herkömmlichen Wiedergabe einer Farbenpalette in ihrer gängigen Verwendungsform mit der erfindungsgemäßen Wiedergabe ermöglicht.
• Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Basisfarbenpalette 1 besteht gewöhnlich aus 256 (B=8) Farbzellen Cj, wobei j im Bereich von 0 bis 255 liegt und wobei die Farben anhand von in einem Rechteck verteilten Streifen schematisiert und nach den Werten von j in ansteigender Form geordnet werden.
• Die Farbenpalette 2 stellt schematisch die Palette dar, die tatsächlich bei einem gerade auf dem Bildschirm optisch dargestellten Bild verwendet wird, nachdem die Palette einer erfindungsgemäßen Transformation unterzogen wurde. Bei dem hier schematisch gezeigten Beispiel ist der gewählte Beleuchtungswinkel θ = 10º. Dieser Winkel liegt in dem der Farbe C&sub6; zugeordneten 7. Winkelintervall. Die Transformation erfolgt also durch eine Verschiebung der Farben der Basispalette um sechs Zellen nach rechts, so daß der neuen Zelle C'&sub6; die Farbe C&sub0; der Basispalette zugeordnet wird und der neuen Zelle C'i' die Farbe Ci der Basispalette, so daß i = i' - 6, wenn i positiv oder gleich Null ist, oder aber im entgegengesetzten Fall die Farbe Cj der Basispalette zugeordnet wird, so daß j = i'+256-6.
• Die Permutation kann je nach gewählter Anwendungsform auch in umgekehrter Richtung erfolgen. Auf der erhaltenen Palette 3 wird dann der neuen Zelle C'&sub0; die Farbe C&sub6; der Basispalette zugeordnet, und allgemein wird der neuen Zelle C'i', wenn i'+t kleiner oder gleich 255 ist, die Farbe Ci'+6 der Basispalette, und im entgegengesetzten Fall die Farbe Ci'+6-255 zugeordnet.
• Das Verfahren wurde bei einem Bild (256 Pixel x 256 Pixel) verwendet, das die Werte der maximalen Fallinien darstellt, die für jeden Punkt einer topographischen Oberfläche berechnet wurden, der sich am Schnittpunkt eines Gitters aus ebensovielen seitlichen Gittermaschen wie Pixeln befindet. Jeder Grauton entspricht einem bestimmten Abschnitt von Fallinienwerten für einen bestimmten Beleuchtungswinkel 6, wobei sich die Palette entsprechend dem Wert von 6 ändert.
• Somit ermöglicht die einem bestimmten Pixel Ci, j zugeordnete Farbe die Bestimmung des ungefähren Wertes der Fallinie an dem entsprechenden Punkt der topographischen Oberfläche.
• Die vier in Fig. 2 dargestellten Bilder (1) bis (4) zeigen ein- und dieselbe Funktion, die mit den vier verschiedenen Werten von 45º, 135º, 225º bzw. 315º des Beleuchtungswinkels veranschaulicht wurden. Die erzielte Wirkung ist eine sich drehende Beleuchtung von der Seite, was die Erfassung von Einzelheiten der Beschaffenheit (Reliefs usw.) ermöglichen kann, die nicht erkennbar sind, wenn nur ein einziges oder bestenfalls einige Bilder zur Verfügung stehen.
• Fig. 3 ermöglicht einen Vergleich einer nach dem herkömmlichen Verfahren möglichen Darstellung 1 einer Farbenpalette 5 und seiner zugehörigen Übertragungsfunktion 6 mit einer erfindungsgemäß möglichen Darstellung 2 derselben Palette, die auf einem Kranz 4 verteilt ist, wobei der gewählte Beleuchtungswinkel durch eine Anzeigeeinrichtung 3 gezeigt ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Farberzeugung für die interaktive Veränderung einer Farbenpalette, die für ein auf einem Bildschirm optisch dargestelltes Bild mit zyklischem Inhalt verwendet wird, ausgehend von einer Basisfarbenpalette, die diesem Bildschirm beigegeben ist und die 2B Farben umfaßt, wobei B eine positive ganze Zahl ist,

- wobei das Verfahren so beschaffen ist, daß das Winkelintervall [0º, 360º) in 2B gleich große Winkelabschnitte zerlegt wird und jedem dieser Abschnitte eine von 1 bis 2B ansteigende Ordnungsnummer als Funktion der Winkel zugeordnet wird und

- daß die Basisfarbenpalette dadurch geschaffen wird, daß jeder der von 1 bis 2B verlaufenden Ordnungsnummern eine unterschiedliche Farbe zugeordnet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- nacheinander für das auf dem Bildschirm optisch dargestellte Bild verschiedene Farbenpaletten verwendet werden, die verschiedenen Werten eines Beleuchtungswinkels θ entsprechen,

- wobei die Farbenpalette, die jedem neuen Wert des Beleuchtungswinkels θ entspricht, ausgehend von der Basisfarbenpalette durch zyklische Permutation der Farben der Gesamtheit der 2B Farben dieser Basispalette so geschaffen wird, daß die Farben, die auf einer Seite der Gesamtheit aufgrund der Permutation heraus fallen, auf der anderen Seite dieser Gesamtheit wieder eingegliedert werden und daß die Farbe der neuen Palette, die der Ordnungsnummer i zugeordnet ist, der Farbe der Basispalette entspricht, die der Ordnungsnummer zugeordnet ist, die dem den Winkel Null einschließenden Winkelabschnitt entspricht, oder daß die Farbe der neuen Palette, die der Ordnungsnummer zugeordnet ist, die dem den Winkel Null einschließenden Winkelabschnitt zugehört, der Farbe der Basispalette entspricht, die der Ordnungsnummer i zugehört, wobei i die Ordnungsnummer des Winkelabschnitts darstellt, der den Wert des Beleuchtungswinkels θ enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Bildschirm optisch dargestellte Bild eine Karte mit Azimuten oder Fallinien ist.

3. Verfahren, das eine Darstellung der Farbenpalette auf dem Bildschirm für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 erlaubt, bei welchem im Inneren eines geschlossenen Kranzes die 2B Farben der Basisfarbenpalette nach von 1 bis 2B ansteigenden Ordnungsnummern verteilt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung so durchgeführt wird, daß senkrecht zu einer den Winkel Null anzeigenden Markierung für einen ausgewählten Beleuchtungswinkel θ, der in einem Winkelabschnitt der Ordnungsnummer i enthalten ist, die Farbe der Basispalette angeordnet ist, die der Ordnungsnummer i oder auch der Ordnungsnummer zugehört, die im Verhältnis zu der Ordnungsnummer, die dem den Winkel Null enthaltenden Winkelabschnitt zugewiesen ist, zu i symmetrisch ist, und daß für jede Veränderung des Beleuchtungswinkels eine Drehung der Gesamtheit der Farben im Inneren des Kranzes durchgeführt wird, die dem Abstand zwischen dem neuen Wert 6 des Beleuchtungswinkels und dem alten Wert 6 entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungswinkel θ durch eine im äußeren oder inneren Kreis des Kranzes befindliche bewegliche Anzeigeeinrichtung an einem Punkt angezeigt wird, so daß der Winkel zwischen der Anzeigeeinrichtung und der Markierung, die den Nullwinkel anzeigt, θ entspricht.