DE69130526T2

DE69130526T2 - Erweiterung des dynamischen bereichs einer bilddatenbank

Info

Publication number: DE69130526T2
Application number: DE69130526T
Authority: DE
Inventors: Edward Joseph Rochester Ny 14626 Giorgianni; Thomas Ethan East Rochester Ny 14465 Madden
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2011-09-12
Also published as: CA2067100C; EP0506921A1; JPH05502748A; CA2067100A1; JP3105539B2; EP0506921B1; US5224178A; WO1992005509A1; DE69130526D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der digitalen Bildverarbeitungssysteme und insbesondere ein Verfahren zum Erweitern des Dynamikbereichs eines Datenbestands aus digital codierten Farbbildern.
In digitalen Bildverarbeitungssystemen, wie die zum Verarbeiten digitalisierter farbfotografischer Bilder eingesetzten, wurden Bilder bislang normalerweise mit einem optoelektronischen Scanner digitalisiert, dessen Ausgabe mit einer vorgegebenen digitalen Auflösung (oder digitalen Codebreite) codiert wurde, die einen Wertebereich umfaßt, innerhalb dessen der Inhalt einer Szene variieren kann, etwa der auf einem (farb)fotografischen Aufzeichnungsmedium erfaßten Szene. Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt, ist der Bereich der Werte R für einen typischen farbfotografischen Film kleiner als der Dichte- /Belichtungsspielraum des Films, jedoch ausreichend, um die Filmdichtewerte zu umfassen, die für eine bestimmte Szene zu erwarten sind. Mit Hilfe eines vorgeschalteten Bildoperators, etwa einem Szenenausgleichsverfahren, wird das digitalisierte Bild auf eine Menge von digitalen Codes abgebildet, von denen jeder eine digitale Auflösung aufweist, die dem Dynamikbereich eines Datenbestandes aus digitalisierten Bildern entspricht (z. B. einem Bildfeldspeicher), dessen Inhalt zur Ansteuerung einer Ausgabevorrichtung anpaßbar ist, derart, daß beispielsweise eine Druckeinrichtung ein hochwertiges Farbbild ausgeben kann.
FR-A-2 546 352 beschreibt ein Verfahren zum Verbessern der visuellen Eigenschaften eines Bildes. Dieses Verfahren besteht aus:
- Trennen des Bildes in mehrere Teile
- Speicherung aller digitalen Informationen in bezug auf einen Grauwert
- Ermitteln des maximalen Grauwerts
- Berechnen des Zuwachses, mit dem der maximale Grauwert zu beaufschlagen ist, damit dieses Maximum dem maximalen Wert des Dynamikbereichs entspricht
- Beaufschlagen aller digitalen Informationen mit diesem Zuwachs
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann beispielsweise im Zuge der Zuordnung der quantisierten Ausgabe einer digitalen Bildabtastvorrichtung der Inhalt eines gegebenen Bereichs der Kurve aus Dichte zu 10 g. Belichtung eines farbfotografischen Dias in eine digitale Auflösung von acht Bit pro Farbe und Pixel (vierundzwanzig Bits pro Pixel) umgesetzt werden, wobei der Wert 255 dem maximalen 100%igen Weißstandard entspricht (normalerweise als perfekter (100%iger), nicht fluoreszierender Weißdiffusor definiert). Andere Dichtewerte mit geringerer Reflexion werden relativ zu diesem Maximum bis auf einen Wert von Null codiert, der einem unteren Reflexionswert (z. B. schwarz) entspricht.
Wenn zusätzlich zu dem Grundinhalt der Szene ein Bild Spitzlichter enthält (z. B. eine Reflexion eines Metallgegenstands, wie durch die Belichtungslinie SH in Fig. 1 dargestellt), werden dessen zugehörige Pixelwerte mit dem Maximalwert codiert oder bei 255 "abgeschnitten", also bei dem Wert, der dem 100%igen Weißstandard entspricht, so daß ein Teil der Reflexionseigenschaften verloren geht. Eine ergänzende Bildverarbeitung mit Szenenausgleich, wie dies erforderlich sein kann, um die Parameter einer bestimmten Ausgabevorrichtung zu berücksichtigen, ist derart durchführbar, daß ein oder mehre Pixelwerte nach oben korrigiert werden, was einen weiteren Anstieg in der Anzahl der Pixelwerte verursacht, deren codierte Werte bereits dem Maximalwert entsprechen. Sobald ein Datenwert maximiert worden ist, kann er nicht mehr auf einen kleineren Wert verschoben werden, ohne andere Daten mit gleichem Wert zu beeinträchtigen, so daß der Reflexionsgehalt eines reproduzierten Bildes (gedruckt oder angezeigt) im Vergleich mit dem digitalisierten Bild abfällt.
Erfindungsgemäß wird das erörterte Problem dadurch gelöst, daß der Dynamikbereich der digitalisierten Bilddatenbank vergrößert wird, um eine Abwandlung oder Verschiebung der codierten Pixelwerte ohne "Abschneiden" zu ermöglichen, so daß ein begrenztes Fenster oder ein begrenzter Bereich von Werten bereitgestellt wird, in dem Spitzlichter des Bildes, wie etwa eine Reflexion eines Metallgegenstandes oder die Reflexion eines Sonnenstrahls auf einer Wasseroberfläche, codierbar und speicherbar sind, und um das Verschieben am unteren Ende des Codierbereichs zu ermöglichen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, das es ermöglicht, den Dynamikbereich des digitalisierten Bilddatenbestands wirksam über den Wertebereich hinaus zu verschieben, in dem die von dem Bildabtaster ausgegebenen digitalen Codes von einer Bildverarbeitungsvorrichtung (Szenenausgleich) abgebildet werden. Dieses Verfahren wird in Anspruch 1 und 4 dargelegt.
Zu diesem Zweck werden die digitalen Codes, auf die die Scannerausgabe von dem Bildverarbeitungsoperator abgebildet wurde, in eine "bereichsreduzierte" Menge von digitalen Codes derselben digitalen Auflösung umgewandelt, die aber einen kleineren Bereich der Bildinhaltswerte aufweisen, als es dem Dynamikbereich des digitalisierten Bilddatenbestands entspricht. Die Code-Umwandlungseinrichtung arbeitet derart, daß ein Maximalwert von 100% Weißstandard in einen Wert codiert wird, der kleiner als der obere Grenzwert des Dynamikbereichs des Datenbestands ist. Für das zuvor genannte Beispiel aus einer Codier- und Speicherauflösung von acht Bit kann ein derartiger Wert etwas kleiner als das Maximum von 255 sein (z. B. 225), um somit einen begrenzten Wertebereich (hier 30 Werte) am oberen Ende des Codierbereichs zu belassen, damit Spitzlichter, die über dem 100%igen Weißstandard liegen, plazierbar sind, und um Verschiebungen in dem digitalisierten Bilddatenbestand zu berücksichtigen, beispielsweise am unteren Reflexionswert der Daten.
Erfindungsgemäß wird eine geringe oder abgegrenzte Komprimierung der codierten Bilddatenwerte erzielt, derart, daß die codierten Daten in einen reduzierten Bereich des Dynamikbereichs der Datenbank "passen" und das Codieren oder Umsetzen von erweiterten Datenwerten ermöglichen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Form den Verlauf der Dichte gegenüber der log. Belichtung für ein farbfotografisches Negativ, das mit einem Bereich von Werten R beaufschlagt wird, die kleiner als der Dichte-/Belichtungsumfang des Films sind.
Fig. 2 ein fotografisches Farbfilmverarbeitungssystem; und
Fig. 3 in schematischer Form die Art und Weise, in der die vorliegende Erfindung den Dynamikbereich eines digitalisierten Bilddatenbestandes erweitert, um eine Abwandlung von codierten Pixelwerten zu ermöglichen.
Bevor das Verfahren zur Erweiterung des Dynamikbereichs des Bilddatenbestands detailliert beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung im wesentlichen aus einer neuen strukturellen Kombination herkömmlicher Bilddaten Verarbeitungsschaltungen und -komponenten besteht und nicht aus deren detaillierter Konfiguration. Daher wurde die Struktur, die Steuerung und die Anordnung dieser herkömmlichen Schaltungen und Komponenten in den Zeichnungen durch leicht verständliche Blockdiagramme dargestellt, die nur jeweils die Details zeigen, die für die vorliegende Erfindung wesentlich sind, um die Beschreibung nicht mit strukturellen Einzelheiten zu belasten, die einschlägigen Fachleuten ohnehin klar sind. Die Blockdiagrammdarstellungen der Zeichnungen stellen daher nicht notwendigerweise die mechanische strukturelle Anordnung dieses Beispielsystems dar, sondern sind vorwiegend dazu gedacht, die wichtigen strukturellen Komponenten des Systems in einer übersichtlichen und funktionellen Anordnung darzustellen, damit die vorliegende Erfindung leichter verständlich wird.
Fig. 2 zeigt in schematischer Form ein fotografisches Farbdia-Verarbeitungssystem, in dem die vorliegende Erfindung verwertbar ist. Zum Zwecke der vorliegenden Beschreibung kann es sich bei einem derartigen System um das beispielsweise in der Parallelanmeldung WO-A-92 05 660 beschriebene handeln, abgetreten an die Abtretungsempfängerin dieser Anmeldung. Es ist jedoch zu beachten, daß das in der zuvor genannten Parallelanmeldung beschriebene System lediglich ein Beispiel eines Systems darstellt, in dem die Erfindung verwertbar ist, und daß dies nicht als einschränkend zu verstehen ist. Die Erfindung ist allgemein in beliebigen digitalen Bildverarbeitungssystemen verwendbar.
Gemäß dem System zur Verarbeitung digitalisierter Bilder aus Fig. 2 werden fotografische Bilder, wie die auf einem Kleinbildfarbfilm 10 erfaßten, von einem optoelektronischen Filmscanner 12 abgetastet. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen kommerziell erhältlichen Scanner handeln, wie das Eikonix Modell 1345, ein digitaler Scanner mit hoher Raumauflösung, der digital codierte Daten ausgibt, die dem Ansprechen der Bildwandler-Pixelanordnung entsprechen, auf die ein fotografisches Bild in einem entsprechenden Farbfilm- Bildfeld projiziert wird. Diese digital codierten oder "digitalisierten" Daten werden in Form einer eine Bildpixelanordnung darstellende Bitmap an eine angeschlossene Bildverarbeitungs-Arbeitsstation 14 angebunden, die einen Bildfeldspeicher und eine Bildverarbeitungs-Software enthält, mit der das digitalisierte Bild verarbeitet werden kann (z. B. vergrößert, gedreht, abgeschnitten oder einem Szenenausgleich unterzogen usw.), um einen gewünschten Bilddatenbestand und eine gewünschte Konfiguration zu erhalten. Sobald das Grundbild aufbereitet worden ist, wird es auf ein transportables Medium geschrieben, beispielsweise eine Compact Disk 16, um anschließend auf einer Wiedergabevorrichtung 20, beispielsweise einem Fernsehgerät 22 mit relativ geringer Auflösung, wiedergegeben oder als Hardcopy ausgedruckt zu werden, beispielsweise mit einem Thermofarbdrucker 24 mit hoher Auflösung.
Gemäß dem in der zuvor genannten Parallelanmeldung beschriebenen Bilddatenverarbeitungssystem wird jedes erfaßte Bild in Form eines Bildes mit niedriger Auflösung und einer Vielzahl von Restbildern gespeichert, um die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung zu erhöhen. Unabhängig von dem jeweiligen Codier- und Speicherverfahren, das zum Digitalisieren des erfaßten fotografischen Bildes herangezogen wird, besteht das Datenformat aus einer digitalisierten Bitmap 22, wobei jeder niedrig aufgelöste Pixelwert eine vorgegebene Codebreite aufweist (z. B. vierundzwanzig Bit oder acht Bit pro Farbe), und zwar entsprechend dem Dynamikbereich des Datenbestands (dem digitalen Speicher), in dem das digitalisierte Bild abgelegt ist.
Da die Ausgabevorrichtung, an die die plattenresidenten Bilddaten möglicherweise übergeben werden, nicht notwendigerweise zu dem Zeitpunkt bekannt ist, zu dem das Grundbild auf der Platte aufbereitet und gespeichert wird, kann es erforderlich sein, im Verlauf der Anfertigung einer "endgültigen" oder "abgeschlossenen" Ausgabeform des Bildes das gespeicherte Bild einer weiteren Verarbeitung zu unterziehen. Diese weitere Verarbeitung kann einen Szenenausgleich umfassen, der das Bild gemäß den Parametern der Bildschirm- oder Druckausgabe anpaßt und normalerweise eine Verschiebung oder Umsetzung der codierten Datenwerte der Szene vorsieht. (Darüber hinaus kann das Bild Spitzlichter umfassen, die nicht durch den maximalen Codierwert darstellbar sind, der durch die Szenenausgleichseinrichtung vorgegeben wird.)
Fig. 3 zeigt in schematischer Form die Art und Weise, in der die vorliegende Erfindung dieses Problem des begrenzten Dynamikbereichs dadurch löst, daß der Dynamikbereich des digitalisierten Bilddatenbestands erweitert wird, wodurch eine Abwandlung oder Verschiebung der codierten Pixelwerte ermöglicht wird, ohne diese "abzuschneiden", und um ein begrenztes Fenster oder einen begrenzten Wertebereich bereitzustellen, in dem Spitzlichter, wie beispielsweise eine Reflexion eines Metallteils oder eines Sonnenstrahls auf einer Wasseroberfläche, codierbar und speicherbar sind. In der Figur stellt Linie 30 den von dem Bildverarbeitungsoperator entsprechend dem Dynamikbereich des jeweiligen Datenbestandes ermittelten Wertebereich dar (im vorliegenden Beispiel acht Bit), wobei ein maximal erhältlicher Wert von 255 einen Pixelwert von 100% Weißstandard und ein minimal erhältlicher Wert von 0 einen Pixelwert mit geringster Reflexion darstellt.
Anstatt die codierten Werte so zu speichern, daß das obere Ende des Dynamikbereichs mit dem zuvor genannten 100% Weißstandard zusammenfällt, wird erfindungsgemäß jeder der bilddarstellenden Codes, die von dem Bildverarbeitungsoperator (der Szenenausgleichseinrichtung) ausgegeben werden, einer Codeumwandlung unterzogen, die in die Bildverarbeitungssoftware an der Arbeitsstation 14 integriert ist, so daß ein Wert von 100% Weißstandard einen codierten Wert umfaßt, der etwa niedriger als das Maximum von 255 ist, beispielsweise ein Wert von 225, wie in Linie 32 in Fig. 3 gezeigt. (Die Umwandlungseinrichtung kann auch eine Verschiebung am unteren Ende des Bereichs vorsehen, wie durch den Versatz 33 gezeigt.) Diese begrenzte "Komprimierung" der codierten Bilddatenwerte paßt die codierten Daten wirksam in einen reduzierten Bereich 34 des Dynamikbereichs des Datenbestands ein und ermöglicht die Codierung oder Umsetzung erweiterter Datenwerte. Im vorliegenden Beispiel zur Umwandlung eines 100%igen Weißstandardwerts in einen komprimierten codierten Wert von 225 verbleibt ein begrenztes Wertefenster 36 (hier 30 Werte) am oberen Ende des Codierbereichs, um Verschiebungen der digitalisierten Bilddaten zu ermöglichen und Spitzlichter in diesem Fenster zu plazieren, die über das Maximum des 100%igen Weißstandards hinausgehen.
Der erfindungsgemäße Codeumwandlungsoperator bezieht sich nicht notwendigerweise auf einen bestimmten Codewert (z. B. 255 für 100% Weißstandard). Ein wesentliches Merkmal ist vielmehr, daß er in Verbindung mit dem Bilddatenverarbeitungsoperator (der Szenenausgleichseinrichtung) die Lage jedes codierten Wertes relativ zu dem Dynamikbereich der Speichervorrichtung derart visiert, daß sichergestellt ist, daß sich am oberen Ende ein Fenster für hohe Reflexionswerte befindet, das ausreicht, um weitere Verarbeitungskorrekturen vorzunehmen und extreme Spitzlichter in dem Bild aufzunehmen.
Wie aus der vorausgehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird das Unvermögen herkömmlicher Verfahren zur Verarbeitung digitalisierter Bilddatenbestände, Verschiebungen der Daten zu ermöglichen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Originaldatenwerte auf eine Untermenge von Werten komprimiert werden, die die gleiche Codierauflösung wie der Datenbestand hat. Diese "Komprimierung" der Datenwerte erweitert den Dynamikbereich des digitalisierten Bilddatenbestands derart, daß eine Abwandlung oder Verschiebung der codierten Pixelwerte möglich ist, ohne die Werte "abzuschneiden". Dabei wird ein begrenztes Wertefenster bereitgestellt, in dem Spitzlichter codierbar und speicherbar sind.

Claims

1. Verfahren zum Verarbeiten digitalisierter Bilder mittels eines dafür vorgesehenen Verarbeitungssystems, bei dem eine Bilddigitalisiereinrichtung (12) einem Bild entsprechende digitale Signale abgibt, die erste digitale Codewerte mit vorgegebener Codierauflösung aufweisen, welche dem dynamischen Speicherbereich (30) einer digitalisierten Bilddatenbank entspricht, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

a) Bestimmen eines aus den ersten digitalen Codewerten ausgewählten Maximalwerts,

b) Zuordnen eines zweiten digitalisierten Referenz-Codewerts dem Maximalwert und

c) Umwandeln der Werte, die geringer sind als der Maximalwert der ersten digitalen Codewerte der digitalen Signale, in zweite digitale Codewerte mit vorgegebener Codierauflösung,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Maximalwert der ersten digitalen Codewerte einen Pixlewert mit 100%igem Weißstandard darstellt und

- der zweite digitalisierte Referenz-Codewert einem Wert entspricht, der nicht der Maximalwert des dynamischen Bereichs der Datenbank ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten digitalen Codewerte in zweite digitale Codewerte derart umgewandelt werden, daß ein erstes Ende (36) des Bereichs der zweiten digitalen Codewerte um etwa 10% gegenüber einem entsprechenden Ende des dynamischen Bereichs der digitalisierten Bilddatenbank versetzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten digitalen Codewerte in zweite digitale Codewerte derart umgewandelt werden, daß ein zweites Ende (33) des Bereichs der zweiten digitalen Codewerte gegen über einem entsprechenden Ende des dynamischen Bereichs der digitalisierten Bilddatenbank versetzt ist.

4. Verfahren zum Verarbeiten digitalisierter Bilder mittels eines dafür vorgesehenen Verarbeitungssystems, bei dem ein Bildsignalwandler dem Bildinhalt entsprechende erste digitale Codewerte abgibt, die einem Szenenabgleichmechanismus ausgesetzt werden, der zweite digitale Codewerte mit einer vorgegebenen Codierauflösung abgibt, welche dem dynamischen Bereich einer digitalisierten Bilddatenbank entspricht, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

a) Bestimmen eines aus den zweiten digitalen Codewerten ausgewählten Maximalwerts,

b) Zuordnen eines dritten digitalisierten Referenz-Codewerts dem Maximalwert und

c) Umwandeln der Werte, die geringer sind als der Maximalwert der zweiten digitalen Codewerte der ersten digitalen Codewerte, in dritte digitale Codewerte mit vorgegebener Codierauflösung,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Maximalwert der zweiten digitalen Codewerte einen Pixlewert mit 100%igem Weißstandard darstellt und

- der dritte digitalisierte Referenz-Codewert einem Wert entspricht, der nicht der Maximalwert des dynamischen Bereichs der Datenbank ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4 zum Digitalisieren eines auf einem fotografischen Medium (10) aufgezeichneten Bildes, bei dem vor Schritt a) gemäß Anspruch 4 folgende Schritte erfolgen:

a) optisches Anbinden des fotografischen Mediums (10) an einen optoelektronischen Wandler (12), der erste digitale Codewerte erzeugt, die dem auf dem fotografischen Medium (10) aufgezeichneten Bildinhalt entsprechen,

b) Verarbeiten des ersten digitalen Codewerts gemäß eines vorgegebenen Bildeinstelloperators, der zweite digitale Codewerte mit einer vorgegebenen Codierauflösung ausgibt, welche einem Bereich von Werten zugeord net ist, über dem der Inhalt des Bildausgangs des vorgegebenen Bildeinstelloperators variieren darf.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten digitalen Codewerte in dritte digitale Codewerte derart umgewandelt werden, daß das eine Ende des Bereichs der dritten digitalen Codewerte um etwa 10% gegenüber einem entsprechenden Ende des dynamischen Bereichs der digitalisierten Bilddatenbank versetzt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten digitalen Codewerte in dritte digitale Codewerte derart umgewandelt werden, daß das andere Ende des Bereichs der dritten digitalen Codewerte gegenüber einem entsprechenden Ende des dynamischen Bereichs der digitalisierten Bilddatenbank versetzt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt a) das Abtasten eines fotografischen Farbbildaufzeichnungsmediums mittels einer optoelektronischen Abtastvorrichtung (12) umfaßt, die dem Farbinhalt des auf dem Aufzeichnungmedium aufgezeichneten Bildes entsprechende erste digitale Codewerte abgibt.