DE69835979T2

DE69835979T2 - Elektronisches graphisches System

Info

Publication number: DE69835979T2
Application number: DE69835979T
Authority: DE
Inventors: David Lockeridge Throup
Original assignee: Quantel Ltd
Current assignee: Quantel Ltd
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2018-05-30
Also published as: DE69835979D1; EP0881597A2; GB2325834B; EP0881597B1; JPH1153508A; EP0881597B8; EP0881597A3; GB2325834A; US6292167B1; GB9711281D0

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Grafiksystem.
Elektronische Grafik- oder Bildsysteme, bei denen die Zeichnung oder Skizze eines Farbbildes simuliert werden kann oder ein Teil eines Bildes durch ein elektronisches Mittel in eine andere eingemischt werden kann, sind in der Technik bekannt. Ein solches Grafiksystem ist beschrieben im britischen Patent GB-B-2,089,625 und dem korrespondierenden US-Patent US-A-4,514.818. Dieses System weist ein anwenderbetätigtes Eingabegerät auf, das vom Anwender für die Auswahl aus einem Bereich von Farben und einem Bereich von Intensitäten und für die Wahl aus einem Satz von fiktiven Zeichnungshilfsmitteln für Anwendung in der Zeichnung oder Skizze benutzt werden kann.
Wenn der Anwender eine Farbe wählt, werden den Komponenten der gewählten Farbe entsprechende Werte in einem Farbenregister gespeichert. Ein Hilfsmittel wird gewählt durch die Wahl aus verschiedenen, auf einem Bildschirm angezeigten Hilfsmitteldarstellungen, und das gewählte Hilfsmittel wird durch Parameter definiert, die einer dreidimensionalen, das Profil des Hilfsmittels darstellenden Fläche entsprechen. Im Allgemeinen wird das Hilfsmittelprofil in der Mitte einen hohen Wert haben, der zur Peripherie des Profils hin auf einen niedrigeren Wert abfällt, wobei jedoch natürlich auch andere Profile definiert werden können. Das Hilfsmittelprofil stellt die fiktive Verteilung der Farbe dar, die durch das Hilfsmittel auf das Bild über die Fläche des Bildes, die es umfasst, appliziert wird.
Das vom Anwender benutzbare Eingabegerät ist vorzugsweise ein Touch Tablet in Kombination mit einem Stift. Das Touch Tablet ist so angeordnet, dass es Positionssignale erzeugt, die die Position des Stifts im Verhältnis zum Touch Tablet bezeichnen, wenn der Stift in die Nähe gebracht wird. Wenn der Stift auf dem Touch Tablet angesetzt wird, wird vom Stift ein Drucksignal, das den über den Stift auf das Touch Tablet ausgeübten Druck darstellt, ausgegeben und in einem Drucksignalregister gespeichert. Positionssignale werden in regelmäßigen Intervallen vom Stift/Touch Tablet-Gerät ausgegeben. Für einige Hilfsmittel, beispielsweise Malpinsel, werden Hilfsmitteldaten für jede Bewegung des Stifts durch den Abstand zwischen Bildpunkten oder einen ähnlichen Abstand ausgegeben, während für andere Hilfsmittel, beispielsweise Luftpinsel, Hilfsmitteldaten in regelmäßigen Zeitabständen erzeugt werden, auch wenn der Stift in statischer Position auf dem Touch Tablet gehalten wird.
Wenn ein Positionssignal erzeugt wird, werden neue Videosignale (Pixel) für jeden Bildpunkt auf dem vom gewählten Hilfsmittel bedeckten Patch abgeleitet. Ein Bildspeicher wird bereitgestellt, und jedes neue Pixel wird an dem dazugehörigen Bildpunkt in den Speicher geschrieben. Solche neuen Pixel werden von einer Verarbeitungsschaltung in Übereinstimmung mit den gewählten Farbdaten und der Verteilung des gewählten Hilfsmittels und auch als Reaktion auf den auf den Stift angewendeten Druck und auf den vorher am jeweiligen Bildpunkt im Speicher gespeicherten Wert des Pixels abgeleitet.
Der Anwender, der, so ist anzunehmen, in der Regel ein Künstler ohne Erfahrung in der Anwendung rechnergestützter Systeme ist, malt oder zeichnet durch Wählen einer gewünschten Farbe und eines gewünschten Hilfsmittels und betätigt dann den Stift, was bewirkt, dass das Touch Tablet eine Folge von Positionssignalen erzeugt, die den Pfad oder die Positionierung des Stifts definieren. Die Verarbeitungsschaltung liest Pixel aus dem Bildspeicher für ein Patch von Bildpunkten als Reaktion auf jedes Positionssignal, und diese Pixel werden vom Prozessor mit Signalen vermischt, die die gewählte Farbe in Anteilen abhängig von den jeweiligen Werten des Pinselprofils und Druckes darstellen. Die Mischung wird danach zurück in den Bildspeicher geschrieben, wo sie die darin vorher gespeicherten Pixel ersetzt.
Im Allgemeinen wird der Mischvorgang für jeden Bildpunkt im Bildspeicher mehrere Male durchgeführt, je nachdem, ob sich das Hilfsmittel bewegt oder statisch ist (in der Annahme, dass im Fall des beweglichen Hilfsmittels das vom Hilfsmittel bedeckte Patch größer ist als der Zwischenraum zwischen den Bildpunkten). Die endgültige Proportion ist abhängig von der Anzahl Bearbeitungsvorgänge, die je Pixel durchgeführt werden.
Um dem Anwender ein Betrachten des von ihm geschaffenen Werks zu ermöglichen, wird das gespeicherte Bild wiederholt gelesen, und die Pixel werden einem Farbbildschirm vom TV-Typ zugeleitet, so dass der Aufbau des Bildes beobachtet werden kann. Natürlich sind solche Systeme nicht auf Formate vom TV-Typ beschränkt, sondern es kann jedes geeignete Videoformat angewendet werden. Bei dem beschriebenen System werden die Probleme zackiger Kanten im Bild vermieden, eine unangenehm hervortretende Erscheinung, die normalerweise mit Linien, die nicht waagrecht oder senkrecht in einem Rasterdisplay verlaufen verbunden ist.
In elektronischen Grafiksystemen wird ein Bild dargestellt durch Daten, die eine Vielzahl von Pixeln, die zusammen das Bild formen. Jedes Pixel ist durch die Daten als ein Wert definiert, der typischerweise eine Farbe in einem Farbraum (z. B. RGB, CMY, YUV) darstellt. Die Daten werden in den Monitor eingegeben, wo sie in Spannungssignale umgewandelt werden, welche zum Ansteuern des Monitors verwendet werden. Als Reaktion auf die Spannungssignale wird Licht vom Bildschirm des Monitors an Punkten ausgegeben, die mit den Positionen der jeweiligen Pixel im Bild übereinstimmen. Auf diese Weise wird das Bild auf dem Bildschirm des Monitors angezeigt.
Das Verhältnis zwischen den Treiberspannungssignalen und der Lichtausgabe vom Bildschirm des Monitors als Reaktion hierauf ist nicht linear, und deshalb ist das Verhältnis zwischen den Daten und der Lichtausgabe ebenfalls nicht linear. In der Realität wird das Verhältnis zwischen dem Wert der Lichtausgabe (L) und dem durch die Daten definierten Pixelfarbwert (P) ausgedrückt durch die folgende Gleichung L=Pγ (1)worin γ den „Gamma"-Wert des Monitors bezeichnet. Typischerweise ist γ = 2,2.
In dem in den vorgenannten Patentschriften GB-B-2.089,625 und US-A-4,514,818 erfolgt die Bildung neuer Pixeldaten P_NEW von Farbdaten C in Kombination mit den Pixeldaten P_OLD, die ursprünglich im Speicher gespeichert sind, gemäß der folgenden Gleichung PNEW = KC + (1 – K) POLD (2)worin K ein Wert ist, der auf einer Pixel-für-Pixel-Basis zum Beispiel durch anwenderseitige Betätigung des Eingabegeräts bestimmt wird.
Das in der internationalen Patentanmeldung WO 97/10570 beschriebene Grafiksystem ist ein 2D-Bildeditor, der Farbe, Textur und Spezialeffekte auf ein 2D-Bild in exakter Perspektive im Verhältnis zu der vom 2D-Bild dargestellten 3D-Szene anwendet. Das System bestimmt die Perspektive auf einer Pixel-für-Pixel-Basis unter Anwendung eines 7-Puffers, der einen Tiefenwert für jedes Pixel in dem zu bearbeitenden 2D-Bild enthält, und es wird ein 3D-Bild geschaffen. Das Farbmischen wird der Beschreibung nach auf ähnliche Weise, also unter Anwendung der vorstehenden Gleichung (2) durchgeführt.
Aus den Gleichungen (1) und (2) ist erkennbar, dass das von den verarbeiteten Daten dargestellte Bild nicht dem auf dem Bildschirm des Monitors gezeigten Bild übereinstimmt. Ein Ersetzen der Lichtausgabewerte L durch Pixelfarbwerte (P) in Gleichung (2) und Umgruppieren ergibt die Gleichung LNEW = (KCγ + (1 – K)LγOLD )1γ (3)
Mit anderen Worten führen Änderungen der bearbeiteten Daten nicht zu identischen Änderungen im Bild wie es angezeigt wird.
Malen ist in erster Linie eine visuelle Tätigkeit und beruht auf der Interaktion des Anwenders mit dem Bild wie gezeigt, um einen gewünschten Effekt zu erzielen. Für den Anwender ist es nicht von Interesse, dass das Verhältnis des Farbwerts eines bestimmten Pixels, wie durch Daten innerhalb des Systems vorgegeben, und dem Wert der Lichtausgabe für dieses Pixel vom Monitor nicht linear ist. Wenn der Anwender nicht mit dem auf dem Monitor angezeigten Bild zufrieden ist, kann er einfach die Farben justieren, bis ein annehmbares Ergebnis erhalten wird. Außerdem wird, da die Farbperzeption relativ ist, der Unterschied zwischen dem mit einem linearen Verhältnis erreichbaren und dem tatsächlich erzielten Ergebnis weitgehend unbeachtet bleiben.
Elektronische Grafiksysteme sind jedoch nicht nur in Bezug auf simuliertes Malen in einem elektronischen Umfeld von Belang. Solche Systeme werden in der Verarbeitung von Bildern in Druckqualität (Fotografien) vor dem Drucken solcher Bilder zum Beispiel in einer Zeitschrift oder anderen Drucksache eingesetzt. Ein Bild in Druckqualität ist ein Bild von einer Auflösung ähnlich der einer anspruchsvollen Fotografie bei Anwendung einer konventionellen Kamera erzielten, und es kann in einem elektronischen Umfeld durch Daten dargestellt werden, die 8.000 × 10.000 Pixel oder mehr definieren.
Bei der Bearbeitung von Fotografien ist es häufig erwünscht, fotorealistische Effekte zu erzielen. So kann zum Beispiel der Anwender wünschen, bei einer Szene den Effekt einer Beleuchtung mit z. B. blauem Licht zu simulieren. In der Wirklichkeit wird eine Beleuchtung einer Szene mit einer blauen Lichtquelle die Intensität der Blaufarben erhöhen, Farben mit einem Blaugehalt näher in Richtung Blau verändern und andere Farben im Wesentlichen unverändert belassen. Bei bisher bekannten Systemen ist es schwierig gewesen, diesen Effekt zu erzielen. Ein elektronisches „Malen" mit Blau über das Bild ist gleich dem Aufbringen von Farbe oder Farbflüssigkeit auf der Fläche der Fotografie, was natürlich eher geneigt ist, das Originalbild zu verdecken als die Farben zu verstärken. Eine realistische Bildvermischung und andere Effekte wie realistische fotografische Defokussierungs- und Körnungseffekte sind ebenfalls schwierig zu erzielen.
Die Erfindung, wie dargelegt in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 18, hat den Zweck, ein verbessertes elektronisches Grafiksystem und ein entsprechendes Verfahren bereit zu stellen, bei dem fotorealistische Effekte einfacher erzielbar sind.
Die Erfindung ist dargelegt in den beigefügten Ansprüchen, und die daraus hervorgehenden Vorteile werden deutlicher bei Berücksichtigung der nachstehenden ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung, die Bezug auf die beigefügten Zeichnungen nimmt.
In den Zeichnungen zeigen
1 eine schematische Darstellung eines elektronischen Grafiksystems;
2 eine schematische Darstellung eines Teils des elektronischen Grafiksystems nach 1 in ausführlicherer Weise;
3 eine schematische Darstellung des Teils des elektronischen Grafiksystems in rekonfigurierter Form zur Anwendung eines Defokussierungseffekts auf ein Bild;
4 die Ausbreitung eines Pixels während eines Defokussierungseffekts;
5 ein Array von Filterkoeffizienten;
6 eine schematische Darstellung des Teils des elektronischen Grafiksystems in rekonfigurierter Form zur Anwendung eines Körnungseffekts auf ein Bild;
7 eine schematische Darstellung des Teils des elektronischen Grafiksystems in rekonfigurierter Form zur Funktion auf eine andere Weise; und
8 eine schematische Darstellung des Teils des elektronischen Grafiksystems in rekonfigurierter Form zur Bestimmung des Produkts von zwei Bildern.
Mit Bezugnahme auf 1 der beigefügten Zeichnungen weist ein elektronisches Grafiksystem, mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1, einen Bildspeicher 2 zur Speicherung von Daten, die ein oder mehrere Bilder einschließlich des zu bearbeitenden Bildes definieren, einen Displayprozessor 3 und einen Monitor 4 auf. Der Bildspeicher 2 hat vom Speicherplatz her Kapazität zur Speicherung eines Bildes in Form von 8.000 × 10.000 oder mehr Pixeln. Auf einem handelsüblichen Monitor ist es natürlich nicht möglich, ein solches Bild in seiner Gesamtheit anzuzeigen. Der Bildspeicher 2 ist über einen seriellen Zugangsport verbunden mit dem Displayprozessor 3, der so angeordnet ist, dass er aus dem Speicher 2 gewählte Daten für Anzeige des hierdurch auf dem Monitor 4 dargestellten Bildes liest. Der Displayprozessor 3 kann angeordnet sein, dass er Daten zur Anzeige unter Anwendung der in der europäischen Patentanmeldung EP-A-202,014 und des entsprechenden Patents US-A-4,391,956 beschriebenen Technik liest.
Das System 1 weist auch ein vom Anwender zu bedienendes Stift/Touch Tablet-Gerät 5 auf, mit dem der Anwender die Bilddaten im Speicher 2 und demzufolge dadurch auch das hierdurch dargestellte Bild modifizieren kann. Wenn der Stift über das Touch Tablet geführt wird, werden Signale, die der momentanen Position X,Y des Stifts entsprechen, an den Zeichnungsprozessor 6 ausgegeben. Der Displayprozessor 3 und der Zeichnungsprozessor 6 sind als getrennte Einheiten dargestellt, um das Verständnis durch Vereinfachung der folgenden Erläuterung zu erleichtern. In der Praxis können die beiden Prozessoren 3, 6 als eine einzige Verarbeitungseinheit bereit gestellt werden.
Der Zeichnungsprozessor 6 ist auch so angeordnet, dass er die Information über die momentane Position X,Y vom Stift/Touch Tablet-Gerät 5 in Daten umwandelt, die ein äquivalentes Patch von Plätzen x,y im Speicher darstellen. Der äquivalente Platz ist in Form eines Patches von Speicheradressen und einem Offset definiert. Der Offset errechnet sich aus dem Unterschied zwischen der Speicheradresse und der Position X,Y des Stifts auf dem Touch Tablet. Der Offset hat sowohl vertikale als auch horizontale Komponenten, die jede Werte von weniger als einem Pixel haben.
Wenn der Anwender den Stift auf dem Touch Tablet bewegt, werden die Positionsdaten X,Y kontinuierlich vom Touch Tablet 5 erzeugt und an den Zeichnungsprozessor 6 gesendet, wo sie in x,y-Daten, die Patches von Speicheradressen im Speicher 2 identifizieren, umgewandelt werden. Jedes Patch von Adressen ist, äquivalent zu den entsprechenden, vom Touch Tablet erzeugten X,Y-Positionsdaten, über der Location im Speicher zentriert.
Der Stift des Stift/Touch Tablet-Geräts 5 weist auch einen Drucksensor auf, der ein druckbezogenes Signal für Speicherung als einen Parameter in ein Stiftdruckregister 7 ausgibt. Moderne Stift/Touch Tablet-Geräte besitzen auch die Fähigkeit zur Erzeugung von Daten, die die Orientierung (Drehung) definieren und den Winkel des Stifts im Verhältnis zum Touch Tablet definieren. Diese Parameter können ebenfalls als Druckdaten oder an deren Stelle im Stiftregister für Anwendung durch den Prozessor gespeichert werden.
Der Displayprozessor 3 ist so angeordnet, dass er Daten erzeugt, die ein Menü von Optionen für Anzeige zusammen mit dem Bild oder einem Teil des Bilds auf dem Monitor 4 darstellen. Der Displayprozessor 3 ist für den Empfang von x,y-Koordinatendaten vom Zeichnungsprozessor 6 (wie abgebildet) oder x,y-Koordinatendaten direkt vom Stift-und-Touch Tablet-Gerät 5 angeschlossen. Als Reaktion auf die Koordinatendaten erzeugt der Displayprozessor Daten, die einen Cursor für Anzeige auf dem Monitor 4 darstellen. Eine Bewegung des Stifts auf dem Touch Table führt zu einer entsprechenden Bewegung des Cursors auf dem Monitor. Durch Betätigen des Stift/Touch Tablets kann der Anwender Optionen im Menü auswählen, auf die der Displayprozessor anspricht.
Fiktive Zeichenhilfsmittel werden im System 1 vordefiniert und können vom Anwender aus dem Menü mit Optionen (nicht dargestellt) gewählt werden, das vom Displayprozessor 3 erzeugt und auf dem Monitor 4 angezeigt wird. Wenn der Anwender ein besonderes Hilfsmittel wählt, werden Daten, die eine kontinuierliche, dreidimensionale, ein Patch von Pixeln deckende Form definieren und das Profil des Hilfsmittels darstellen, wie in den vorstehend genannten Patenten beschrieben, in einem Pinselspeicher 8 gespeichert.
Der Pinselspeicher 8 enthält mindestens ein Array von Daten, die ein Zeichnungselement definieren. Zeichnen mit einem einzelnen Hilfsmittel von fester Größe ist nicht akzeptabel, und deshalb ist das System so gestaltet, dass es Datenarrays für verschiedene Größen ein und des gleichen Pinsels verfügbar macht. Zu diesem Zweck umfasst das System eine Bibliothek (nicht dargestellt) von Pinselprofilen, in der Pinsel durch Sätze von Referenzdaten definiert sind. Wenn ein Hilfsmittel für Anwendung durch den Anwender gewählt wird, werden Daten, die das Profil dieses Hilfsmittels definieren, an den Bürstenspeicher 8 übertragen, um vom Zeichnungsprozessor 6 benutzt werden zu können.
Eine Auswahl an vordefinierten Farben wird in dem angezeigten Menü ebenfalls bereitgestellt, und der Anwender kann eine dieser vordefinierten Farben wählen oder stattdessen eine Farbe nach eigener Wahl definieren. Daten, die die gewählte Farbe darstellen, werden vom Displayprozessor 3 in einem Farbenregister oder -speicher 9 gespeichert. Alternativ kann der Farbspeicher ersetzt werden durch einen Bildspeicher zur Speicherung von Daten, die ein anderes Bild darstellen, das mit dem von den Daten im Bildspeicher 2 dargestellten Bild kombiniert werden soll.
Der Bildspeicher 2 umfasst auch beliebig zugreifbare Ein-/Rusgänge für beliebiges Schreiben oder Lesen von Daten in den oder aus dem Speicher 2 unabhängig vom seriellen Rasterlesen von Daten an den Monitor 4. Wenn der Stift über das Touch Tablet bewegt wird, werden Daten bei jedem adressierten Patch vom Speicher 2 über den beliebig zugreifbaren Ein-/Ausgang an den Zeichnungsprozessor 6 gelesen. Gleichzeitig werden Daten zur Pinselform aus dem Pinselspeicher 8 und Farbdaten aus dem Farbspeicher 9 ebenfalls in den Zeichnungsprozessor 6 eingegeben. Das Lesen der Pinselpatchdaten aus dem Pinselformspeicher 6 und der Farbdaten aus dem Farbregister 8 ist synchronisiert mit der Erzeugung individueller Adressen innerhalb des Patches von Adressen durch den Zeichnungsprozessor 6, der die genannten Patchadressen an den Pinselspeicher 8 ausgibt und Signale aus dem Farbspeicher 9 ausliest.
Im Zeichnungsspeicher 6 werden die aus dem Bildspeicher 2 gelesenen Bilddaten I_OLD mit den Farbdaten C, den Pinseldaten B und den Stiftdruckdaten P verarbeitet, um neue Bilddaten INEW zu erzeugen, die zurück in den Bildspeicher 2 geschrieben werden.
Eine Art, auf die der Prozessor 6 die Bilddaten verarbeiten kann, ist eine Interpolation der Bilddaten I_OLD und Farbdaten C unter Verwendung der Produkts aus Druckdaten und Pinseldaten als ein Interpolationsbeiwert K zur Berechnung neuer Daten INEW in Übereinstimmung mit der vorstehend diskutierten Gleichung (2), nämlich INEW – KC + (1 – K)IOLD (4)
Diese Verarbeitung dient dem Zweck, Daten, die einen Patch von Farbe darstellen, den Bilddaten im Speicher hinzuzufügen. In dem angezeigten Bild erscheint das Patch, als ob eine Fläche von Farbe in das Bild eingestempelt worden sei. Im weiteren Text wird dieser Lese-Modifizier-Schreib-Vorgang als „Stempeln" bezeichnet. Der Zeichnungsprozessor 6 ist so angeordnet, dass er in regelmäßigen Zeit- oder Abstandsintervallen Farbdaten in die Bilddaten stempelt. Demzufolge werden beim Führen des Stifts über das Touch Tablet Daten, die eine Folge von einander überlappenden Patches von Farbe („Stempeln") darstellen, den Bilddaten im Speicher hinzugefügt und erscheinen im angezeigten Bild als eine durchgezogene Linie oder ein durchgezogener Strich. In dem Fall, wenn der Farbspeicher ein Bild darstellende Daten enthält, wird das Resultat der Anwendung der Gleichung (4) auf die Daten in den Speichern 2 und 9 auf einer Pixel-für-Pixel-Basis darin bestehen, dass die zwei Bilder kombiniert werden, wie bei einem „Malen" des Bildes von Speicher 9 in das Bild in Speicher 2.
In 2 der beigefügten Zeichnungen ist ein Teil des Systems 1 stärker detailliert dargestellt. Wie in 2 dargestellt, weist der Zeichnungsprozessor einen ersten Farbwürfel 11 auf, der für einen Empfang von Bilddaten I_OLD aus dem Bildspeicher 2 geschaltet ist, einen zweiten Farbwürfel 12, der für eine Eingabe von Bilddaten I_NEW in den Bildspeicher geschaltet ist, und eine Verarbeitungseinheit 14 zwischen den beiden Farbwürfeln. Das System weist außerdem einen Steuerbildspeicher 15 auf, der die gleiche Größe hat wie der Bildspeicher 2 und zur Speicherung von Daten dient, die ein monochromes Steuerbild oder eine Schablone S darstellen. Der Steuerspeicher 15 ist geschaltet für eine Ausgabe der Steuerdaten S an die zwei Farbwürfel 11, 12, wie dies im Weiteren ausführlicher beschrieben wird.
Die Bilddaten im Bildspeicher 2 and die Steuerdaten im Steuerspeicher 15 können aus einem offline arbeitenden Bulkbilddatenspeicher (nicht dargestellt) direkt in die Speicher geladen werden. Die Steuerdaten können als ein Steuerbild oder eine Schablone darstellend betrachtet werden, das beziehungsweise die Flächen im Bild identifiziert, die durch die Daten im Bildspeicher definiert sind, bei denen die Verarbeitung eine Wirkung haben soll. Demzufolge stellen die Steuerdaten ein monochromes Steuerbild dar. Daraus, dass es sich bei den Steuerdaten um Daten für ein monochromes Bild handelt, ergibt sich, dass die Steuerdaten von einem Anwender des Systems durch „Malen" der Daten in den Steuerspeicher auf gleiche Weise wie vorstehend und unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen beschrieben erzeugt werden können.
Die Bilddaten im Bildspeicher 2 definieren jedes Pixel als einen Farbwert in Form von mehreren Farbkomponenten. Es kann natürlich jedes Farbkomponentenformat verwendet werden, einschließlich des Rot-Grün-Blau-Format (RGB), das in vielen Rechnern verwendet wird, des Cyan-Magenta-Gelb-Formats (CMY), das im Druckereichbereich weit verbreitet ist, und des Luminanz-Chrominanz-Formats (YUV), das im TV-Bereich weit verbreitet ist. Somit können ursprüngliche Bilddaten von einer beliebigen von einer Anzahl verschiedener (nicht dargestellter) Quellen in einer von einer Anzahl verschiedener Quellen bereitgestellt werden, in das bevorzugte Format für den Prozessor, wie RGB, umgewandelt und danach im Bildspeicher 2 gespeichert werden. Sobald die Bilddaten bearbeitet worden sind, können sie zurück in ihr Originalformat verwandelt werden, um in der Quelle gespeichert zu werden, aus der die ursprünglichen Daten stammten. Natürlich können die Bilddaten einfach in den Bildspeicher „gemalt" werden, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 in den beigefügten Zeichnungen beschrieben ist.
Formatwandler an sich sind dem Fachmann bekannt und bedürfen keiner ausführlichen Beschreibung hierin. Ein beispielhafter Wandler ist beschrieben in der europäischen Patentanmeldung veröffentlicht als EP-A-245,943 und dem entsprechenden US-Patent Nr. 4,829,455.
Die Bilddaten im Bildspeicher 2 definieren jedes Pixel als ein Farbwert in Form einer Pixelfarbe P. Die Pixelfarbenwerte P stehen in einem Bezug zu der Lichtfarbe L, die tatsächlich ausgegeben wird, wenn das Pixel durch die vorstehend diskutierte Gleichung L = Pγ (4) auf dem Monitor angezeigt wird.
Wenn P_OLD die Datenausgabe vom Bildspeicher 2 ist, ergibt sich aus Gleichung (1), dass LOLD = PγOLD (5)worin L_OLD der Lichtfarbwert ist, der äquivalent zum Pixelfarbwert P_OLD ist. Der erste Farbwürfel 11 dient zum Umwandeln der Pixeldaten P_OLD aus dem Speicher in den äquivalenten Lichtfarbwert L_OLD in Übereinstimmung mit Gleichung (5). Die Lichtfarbdaten werden von der Verarbeitungseinheit 14 auf eine Weise verarbeitet, die nachstehend ausführlicher beschrieben ist, um verarbeitete Lichtfarbdaten L_NEW zu erzeugen, die zwecks Rückwandlung in die entsprechenden Pixelfarbdaten P_NEW in den zweiten Farbwürfel eingegeben werden. Aus Gleichung (1) ergibt sich, dass PNEW = L1/γNEW (6)
Aus diesem Grund dient der zweite Farbwürfel 12 zur Umwandlung der Lichtfarbwerte L_NEW in den äquivalenten Pixelfarbwert P_NEW in Übereinstimmung mit Gleichung (6). Die Daten P_NEW vom Farbwürfel 12 werden zurück in den Bildspeicher 2 geschrieben, wo sie die vorher dort gespeicherten Daten P_OLD ersetzen.
Allgemein ausgedrückt stellt eine Farbwürfelschaltung ein Mittel bereit, mit dem eine erste, durch digitale Daten in einem ersten Farbraum dargestellte Farbe in eine zweite Farbe in einem zweiten Farbraum umgewandelt werden kann. Die erste und zweite Farbe können die gleichen verbleiben, und der erste und zweite Farbraum können verschieden sein (z. B. RGB und CMY), oder die beiden Farbräume können die gleichen sein, und die erste und zweite Farbe können verschieden sein. Farbwürfelschaltungen sind dem Fachmann bekannt und bedürfen keiner ausführlichen Beschreibung hierin. Eine beispielhafte Farbwürfelschaltung ist beschrieben in der britischen Patentanmeldung veröffentlich als GB-A-2,275,584 und dem entsprechenden US-Patent Nr. US-A-5.568,596.
Die Verarbeitungseinheit 14 ist so angeordnet, dass sie auf eine einer Anzahl von verschiedenen Weisen abhängig von dem zu erzielenden Effekt arbeitet.
Ein Effekt, der erzielt werden kann, ist das Hinzufügen einer vom Anwender gewählten Lichtfarbe C^γ zu einer Szene. Dieser Effekt wird erzielt durch die Multiplikation der ursprünglichen Lichtdaten L_OLD mit einem Faktor F zur Erzeugung neuer Lichtdaten L_NEW in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung LNEW = F·LOLD (7)
Der Faktor F hat einen Wert, der gleich groß wie oder größer als 1 ist, und er wird bestimmt in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung F = 1 + S·Cγ (8) worin S die Steuerbilddaten aus dem Steuerspeicher 15 darstellt. Der Fachmann mit den entsprechenden Fähigkeiten wird bei Betrachtung der Gleichung (8) verstehen, dass die Steuerdaten S die Größe oder Intensität des Effekts einer Anwendung der Lichtfarbe C^γ auf das Bild bestimmen. Wenn K = 0, wird L_OLD keine Lichtfarbe C^γ hinzugefügt, und wenn K = 1, wird maximale Lichtfarbe C^γ hinzugefügt.
Ein Einsetzen der Gleichung (8) in Gleichung (7) ergibt folgende Gleichung: LNEW = LOLD(1 + SCγ) (9)
Gleichung (9) stellt die von der Verarbeitungseinheit 14 durchgeführten Vorgang dar, wenn eine vom Anwender gewählte Farbe einer Szene hinzugefügt werden soll. Dieser Effekt kann zum Beispiel benutzt werden, um Highlights einer Szene realistisch und auf einfachere Weise, als dies bisher möglich gewesen ist, hinzuzufügen.
Ein anderer Effekt, der erreichbar ist, ist das Entfernen von Licht einer gewählten Farbe aus einem Bild. Durch ähnliche Überlegungen wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Gleichungen (7) bis (9) kann nachgewiesen werden, dass, wenn Licht entfernt werden soll, die Verarbeitungseinheit 14 einen Vorgang durchführen muss, der durch die Gleichung LNEW = LOLD(1 – S + SCγ) (10)dargestellt ist, da ein subtraktiver Vorgang folgendes ergibt: F = 1 – ((1 – Cγ)S) (11)
Das Entfernen von Lichtfarbe kann angewendet werden, um „Schwachlicht", d. h. Schattierungen, weit einfacher hinzuzufügen, als dies bisher möglich gewesen ist.
Das System ist nicht beschränkt allein auf die oben beschriebene Simulation eines „Malens" mit Licht. Die vom Lichtwürfel 11 erzeugten Lichtdaten können auf vielerlei verschiedene Weise bearbeitet werden, um Effekte zu ergeben, die realistischer erscheinen, als dies bisher durch ein Bearbeiten von Farbdaten möglich gewesen ist.
Ein Effekt, der realistischer bewirkt werden kann, ist die Simulation der Unschärfe, die in nicht fokussierten Bereichen eines fotografischen Bildes erkennbar ist. Dieser Effekt, der im Weiteren „Defokussierung" bezeichnet wird, kann benutzt werden, um z. B. einen Hintergrund eines Bildes zu verwischen oder defokussieren, um dadurch das Vordergrundsubjekt des Bildes hervorzuheben. Defokussierungseffekte an sich sind dem Fachmann bekannt.
Allerdings sind Defokussiereffekte bisher auf Daten angewendet worden, die Bildfarbwerte darstellen. Dies ergibt zwar ein akzeptables Resultat, ist jedoch nicht fotorealistisch, denn in einer konventionellen Kamera erscheint die Defokussierung als ein Teil des Bildfangvorgangs, wenn Licht auf ein fotografisches Medium einfällt. Deshalb erbringt ein Anwenden eines Defokussiereffekts auf Daten, die Lichtwerte darstellen, ein defokussiertes Bild, das mehr wie ursprünglich defokussiert eingefangenes Bild (oder ein Bereich davon) erscheint als eine Fotograf bei Anwendung einer konventionellen Kamera.
In 3 der beigefügten Zeichnungen ist das System rekonfiguriert für ein Defokussieren der Bilddaten im Bildspeicher 2 dargestellt. Die in 2 gezeigte Verarbeitungseinheit ist in der Systemkonfiguration gemäß 3 ersetzt worden durch einen Filter 17 zwischen den beiden Farbwürfeln 11 und 12. Der Filter ist so angeschlossen, dass er Daten von einem Beiwertspeicher 18 empfängt, wobei diese Daten Beiwerte definieren, die vom Filter 17 auf Daten vom Farbwürfel 11 angewendet werden und somit die Art der vom Filter bewirkten Filterung definieren.
Das Defokussieren wird, wie in 4 der beigefügten Zeichnungen dargestellt, durch Bearbeiten jedes Pixels, z. B. Pixel P₂₂, durchgeführt, so dass es zu umgebenden Pixeln beiträgt. Mit anderen Worten wird das Pixel P₂₂ über eine Fläche ausgebreitet, die durch die Pfeillinien 20, 21 in 4 dargestellt ist, und trägt somit zu mehreren anderen Pixeln bei. Dieses Ausbreiten wird bei jedem Pixel im Ausgangsbild wiederholt.
Die Daten im Beiwertspeicher 18 definieren ein Array von Beiwerten, wie das Array 23 von Beiwerten a₀₀ bis a₄₄, das in 5 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
Jeder Beiwert hat einen Wert zwischen von 0 bis einschließlich 1, und unter der Annahme, dass nur das Defokussieren vom Filter durchgeführt wird, wird die Summe der Beiwerte gleich 1 sein. Das Array, das größer oder kleiner als das in 5 dargestellte Array 22 sein kann, kann „geformt" werden, zum Beispiel durch Definieren der Beiwerte in Übereinstimmung mit beispielsweise einer Kreisfunktion (in der Beiwerte innerhalb einer Kreisgrenze alle einen Höchstwert haben, von der Grenze geschnittene Beiwerte haben einen von der Schnittlinie definierten Wert, und außerhalb der Grenze liegende Beiwerte haben den Wert 0) oder auch einer anderen beliebigen Form. Durch die Wahl der Größe und Form des Arrays besteht beim Filtern die Möglichkeit zur Simulation des Defokussieren, das in einer konventionellen Kamera mit Benutzung einer Linse mit einer Öffnung einer vorgegebenen Größe und Form auftritt.
Jedes Pixel in dem bearbeiteten Bild erhält Beiträge von mehreren Pixeln im Ausgangsbild. Das System umfasst aus diesem Grund einen Haltespeicher 24, um zu ermöglichen, dass alle Beiträge von jedem Pixel addiert werden, um den Wert des bearbeiteten Pixels zu erzeugen. Der Haltespeicher kann so groß sein wie der Bildspeicher 2, aber durch sorgfältige Gestaltung des Betriebs des Filters muss er nur so groß sein wie die Fläche von Pixeln, die in einem einzigen Filtervorgang durch das Filter verändert wird. Eine solche Gestaltung des Filters liegt ohne Weiteres im Rahmen der Fähigkeiten eines Fachmanns und bedarf keiner ausführlicheren Diskussion hierin.
Sobald alle Beiträge für ein vorgegebenes Pixel addiert sind, werden die Daten aus dem Haltspeicher 24 durch den Farbwürfel 12 ausgelesen, wo sie zurück in Farbdaten gewandelt werden, und die somit bearbeiteten Farbdaten werden danach zurück in den Bildspeicher 2 geschrieben, wo sie die früher darin gespeicherten Daten ersetzen.
Es versteht sich, dass andere Raumeffekte (und nicht nur der Defokussiereffekt) realisiert werden können, indem einfach die im Beiwertspeicher 18 gespeicherten Beiwertdaten verändert werden.
Ein anderer Effekt, der realistischer erhalten werden könnte, ist der durch die Anwendung einer Textur auf ein Bild. Das Texturieren kann eine oder mehrere Formen annehmen, einschließlich eines Hinzufügens einer Körnung zur Simulation fotografischer Körnungseffekte, eines Hinzufügens eines Gewebeeffekts zur Simulation eines Gemäldes auf Leinwand, und eines Hinzufügens eines Wasserzeichens. Die Simulation einer fotografischen Körnung, im Weiteren als „Körnung" bezeichnet, wird anhand eines Beispiels ausführlicher erläutert.
Ein fotografischer Film umfasst Körner unterschiedlicher Größe, die für lichtempfindlich sind. In einer Fläche, die Licht von gleichmäßiger Intensität ausgesetzt ist, wird der Dichtewert des Bilds im Wesentlichen gleichförmig sein, aber der Dichtewert einzelner Körner wird überhaupt nicht gleich dem Dichtewert der Fläche sein. Statt dessen wird der Dichtewert einzelner Körner innerhalb eines kleinen Dichtebereichs um einen Zufallswert variieren. Im Durchschnitt wird der Dichtewert einzelner Körner gleich dem der Fläche sein. Die zufallsmäßige Variation der Korndichte belegt einen Dichtebereich, der im Wesentlichen unabhängig von de Dichte der Bildfläche konstant ist. Wenn zum Beispiel das Korn einen Dichtebereich von 0,01 Einheiten belegt, bleibt dieser Wert der gleiche, unabhängig davon, ob die Bildfläche eine Dichte von z. B. 0,1 Einheiten oder 1,0 Einheiten aufweist. Das Korn hat die gleiche Dichteeigenschaft unabhängig von der Dichte des Bilds. (Dies mag für Flächen mit dem Dichtewert 0 nicht stimmen, wo die Körner vollständig entfernt werden können, um nur den durchsichtigen Trägerfilm zu belassen, aber in den meisten Fällen ist die Aussage stichhaltig.) Somit kann die Körnung als ein Rauschen innerhalb eines Dichtebereichs betrachtet werden, das die Bilddichte moduliert.
Bei bisher bekannten Systemen sind Körnungseffekte einfach durch Modulation der Farbwerte um einen geringen Zufallswert erzielt worden. Diese Herangehensweise kann zwar die Erscheinung einer Körnung ergeben, aber sie ist nicht fotorealistisch. Dies beruht darauf, dass die Körnung in einem fotografischen Bild ein dichtebezogener Parameter ist (wie vorstehend beschrieben), und weil die Textur nicht berücksichtigt wird, die die Körner selbst dem Bild hinzufügen. Die Variation hinsichtlich der Korngröße innerhalb eines Films ergibt eine zufallsmäßige Textur bei einem Bild auf einem Film. Auch innerhalb eines vorgegebenen Korn variiert die Dichte zwischen einem relativ niedrigen Wert an der Grenze des Korns und einem relativ hohen Wert in der Mitte des Korns.
In einem Bild, das durch 10.000 × 8.000 Pixel oder mehr dargestellt ist, wird die Fläche eines einzelnen Korns mit größer Sicherheit nicht der Fläche entsprechen, die von einem Pixel dargestellt wird, die Fläche kann kleiner als ein einzelnes Pixel oder so groß wie mehrere Pixel sein. Ein stärker fotorealistischer Effekt kann erzielt werden, wenn allen diese Faktoren Rechnung getragen wird.
Zu diesem Zweck umfasst das System, wie in 6 der beigefügten Zeichnungen dargestellt, einen Texturspeicher 26 zum Speichern von Daten, die die von der Verarbeitungseinheit 14 zum Erzielen eines gewünschten Körnungseffekts anzuwendende Kornmodulation darstellen. Die Daten im Texturspeicher 26 stellen Korndichtewerte dar. Da die Körnung im Wesentlichen zufallsmäßig ist, muss der Speicher 26 nicht so groß sein wie z. B. der Bildspeicher 2. Statt dessen kann der Texturspeicher 26 Korndichtewerte für eine relativ Fläche (z. B. 500 × 400 Pixel) speichern, so dass die gleichen Dichtedaten auf verschiedene Flächen des Bilds angewendet werden, um den gewünschten Körnungseffekt zu erzielen. Natürlich kann es bei anderen Textureffekten, wie der Anwendung eines Wasserzeichens, erforderlich sein, einen Texturspeicher anzuwenden, dessen Größe dem Bild entspricht, das im Bildspeicher 2 gespeichert ist.
Der Texturspeicher 26 ist zum Empfang von Daten von einer (nicht dargestellten) Offline-Datenquelle angeschlossen, so dass Daten, die die Körnung bei verschiedenen Korngrößenniveaus definieren, in den Speicher geladen werden können. Auch der Texturspeicher 26 kann angeschlossen sein, um die Daten über die Körnungsdichte über einen Multiplier 27, der eine von einem Anwender bestimmte Körnung auf die Daten anwendet, der Verarbeitungseinheit 14 zuzuleiten. Der Multiplier ermöglicht ein Variieren der Amplitude der Kornmodulation, so dass der Körnungseffekt im fertigen Bild mehr oder weniger feststellbar ist. Auf diese Weise kann die Größe des Korns durch Wahl der Daten für Speicherung im Texturspeicher 26 gesteuert werden, und das Hervortreten der Körnung kann mithilfe des Multipliers 27 gesteuert werden.
Die Verarbeitungseinheit 14 ist angeordnet für Bearbeitung von Daten, die Dichtewerte D darstellen. Die Pixeldichte D steht in Bezug zum Pixellichtwert L durch die folgende Gleichung D = log (Error!) (12)
Aus Gleichung (1) L = Pγ ergibt sich somit DOLD = log (Error!) (13)
Aus Gleichung (13) ergibt sich, dass DOLD = log P–γOLD (14)der vom Farbwürfel 11 durchgeführte Vorgang ist, und dass
der vom Farbwürfel 12 durchgeführte Vorgang ist. Das bedeutet, dass die Farbwürfel 11, 12 angeordnet sind für ein Umwandeln der Bilddaten zwischen Pixelfarbwerten (P) und Dichtewerten (D).
Die Verarbeitungseinheit ist angeordnet für ein Hinzufügen der Korndichtedaten Dg zu den Pixeldichtedaten D_OLD aus dem Bildspeicher 2 über den Farbwürfel 11 in Übereinstimmung mit der Gleichung DNEW – DOLD + Dg (16)
In Bilddaten, die die Dichte eines Bilds darstellen, hat Weiß einen Dichtwert von null, und Schwarz hat einen Dichtewert von unendlich. Daraus ergibt sich, dass ein Bearbeiten der Bilddaten für ein Hinzufügen von Korndichtdaten in Übereinstimmung mit Gleichung (16) Daten erzeugt, die das Bild darstellen, worin mehr Körnung in den Highlights (Farben näher bei Weiß) feststellbar ist als in den Schattierungen. Dies ist fotorealistisch, denn Körnung ist in helleren Bereichen leichter erkennbar als in dunkleren Bereichen einer Fotografie. Somit wird durch Umwandeln der Pixelfarbdaten P in Dichtedaten D mithilfe der logarithmischen Gleichung (14), Hinzufügen von Korndichtedaten hierzu mithilfe der Gleichung (16) und anschließendes Umwandeln der so erzeugten Dichtedaten zurück in Farbdaten mithilfe der Gleichung (15), alles auf einer Pixel-für-Pixel-Basis, ein realistischer Körnungseffekt erzielt.
Es versteht sich, dass die Verarbeitungseinheit in der in 6 der Zeichnungen dargestellten Konfiguration statt dessen solche Textureffekte wie die Anwendung eines Wasserzeichens oder Gewebes auf ein Bild einfach erzeugen kann, indem die Körnungsdaten im Texturspeicher durch Daten ersetzt werden, die die Dichtemodulation des Wasserzeichens oder Gewebes entsprechend darstellen. Die Gleichungen (14) und (15) bleiben unverändert, und Gleichung (16) muss nur in der Hinsicht abgeändert werden, dass Dg statt dessen die Wasserzeichen- oder Gewebedichtedaten darstellt, die im Texturspeicher gespeichert sind.
Es ist möglich, einige der vorstehend diskutierten Gleichungen zu vereinfachen, um die Licht/Dichtekomponenten zu eliminieren und P_NEW in Form von P_OLD auszudrücken. Dies gestattet auch eine Vereinfachung des Systems gemäß nachstehender Erläuterung.
In 7 der beigefügten Zeichnungen ist eine vereinfachte Version des Systems 1 dargestellt. An Stelle der beiden Farbwürfel 11, 12 und der Verarbeitungseinheit 14 ist ein einzelner Farbwürfel 30 angeschlossen, um Daten vom Bildspeicher 2, einem Datenspeicher 31 und dem Steuerspeicher 15 zu empfangen. Der Steuerspeicher 31 ist äquivalent zum Farbspeicher 9, wenn das System für ein Durchführen des vorstehend beschriebenen „Malens" konfiguriert ist, und äquivalent zum Texturspeicher 26, wenn das System für ein Durchführen der vorstehend beschriebenen „Körnungs-" oder anderen Texturierungseffekte konfiguriert ist. In dieser Konfiguration des Systems werden die Ausgangspixeldaten P_OLD direkt aus dem Bildspeicher 2 ausgelesen, vom einzelnen Farbwürfel 16 zur Erzeugung neuer Pixeldaten P_NEW umgewandelt, die dann direkt zurück in den Bildspeicher 2 geschrieben werden, um die vorher darin gespeicherten Ausgangspixeldaten P_OLD zu ersetzen.
Zuerst werden die „Mal"-Gleichungen (9) und (10) in Betracht gezogen. Das Verhältnis von P_NEW zu L_NEW lässt sich mithilfe der Gleichung (!) bestimmen als
Ein Einsetzen der Gleichung (17) in die Gleichungen (9) und (10) ergibt die folgenden Gleichungen PNEW = (PγOLD (1 + SCγ))1γ (18)und PNEW = (PγOLD (1 – S + SCγ))1γ (19)
Die Gleichungen (17) und (18) können vereinfacht werden, um die Gleichungen PNEW = (POLD(1 + SCγ))1γ (20)und PNEW = (POLD(1 – S + SCγ))1γ (21)zu ergeben. Somit ist der Farbwürfel 16 so angeordnet, dass er Verarbeitungsdaten direkt vom Speicher 2 in Übereinstimmung mit den Gleichungen (20) und (21) verarbeitet und die dadurch erzeugten Daten direkt in den Speicher 2 schreibt, ohne dass dazwischen liegende Umwandlungen zwischen Farbdaten und Lichtdaten erforderlich sind.
Nun werden die „Texturierungs"-Gleichungen (13) bis (16) in Betracht gezogen. Ein Einsetzen der Gleichung (16) in die Gleichung (15) ergibt
und der Gleichung (13) in die Gleichung (17) ergibt die Gleichung
und ein Vereinfachen ergibt die Gleichung
Gleichung (24) drückt den neuen Pixelwert P_NEW in Form des alten Pixelwerts P_OLD, den Korndichtewert Dg und den System-Gammawert γ aus. Daraus ergibt sich, dass, wenn der Systemgammawert bekannt ist, die Pixeldaten in Übereinstimmung mit der Gleichung (24) mit den Dichtedaten modifiziert werden können, ohne dass vorher die Pixelfarbdaten in Dichtedaten umgewandelt werden müssen.
Ein gemeinsames Merkmal aller vorstehend beschriebenen Systemkonfigurationen ist, dass die Daten S vom Steuerspeicher zusammen mit den Bilddaten in den Farbwürfel 11, 12, 30 eingegeben werden. Die Bilddaten sind mindestens dreidimensional (RGB, CMY, YUV), und somit kann angesehen werden, dass die Steuerdaten S dem Farbwürfel (mindestens) eine vierte Dimension hinzufügen. Die Konzeptualisierung eines mehrdimensionalen Raums kann schwierig sein. Eine andere Betrachtungsweise beim Farbwürfel besteht darin, die Steuerdaten S so zu sehen, dass sie die Daten modulieren, die andernfalls vom Farbwürfel ausgegeben würden. Eine andere Betrachtungsweise besteht darin, den Farbwürfel als eine Serie dreidimensionaler Farbwürfel zu betrachten und die Steuerdaten als einen Wähler, der eine der Serien für Anwendung als der Farbwürfel in einer vorgegebenen Transformation der Daten von Eingabe zu Ausgabe wählt.
Diese mehrdimensionale Eigenschaft des Farbwürfels kann vorteilhaft in anderen Situationen genutzt werden. Zum Beispiel kann mithilfe des Farbwürfels 30 das Produkt von zwei Sätzen von Bilddaten P₁ und P₂ in Übereinstimmung mit der Gleichung PNEW = PA·PB (25)berechnen. Eine Anwendung der Gleichung (25) auf die Daten P_A und P_B simuliert ein Auflegen von zwei Folien (entsprechend den beiden durch die Daten P_A und P_B dargestellten Bildern) übereinander auf der Oberseite einer Weißlichtquelle.
In 8 der beigefügten Zeichnungen ist dargestellt, wie das System konfiguriert sein kann, um die durch die Gleichung (25) dargestellte Berechnung durchzuführen. Daten P_A für eines der Bilder A sind im Bildspeicher 2 gespeichert, und Daten für das andere der Bilder, B, sind in einem zweiten Bildspeicher oder einer anderen Quelle 33 gespeichert. Die Daten für das andere Bild, B, werden dem Steuerspeicher 15 mit jeweils einer Trennung 8R, G, B) zugeführt, wo sie zur Modulierung der das eine Bild, A, darstellenden RGB-Farbdaten zugeleitet werden. Dies erfordert, dass die Bilddaten dreimal den Farbwürfel passieren müssen, einmal für jede der Trennungen R, G und B (oder ein anderes Farbformat), es bietet jedoch den Vorteil, dass der Farbwürfel kleiner gehalten werden kann und sich dadurch einfacher konstruieren lässt als bei einer gleichzeitigen Bearbeitung aller Trennungen. Auch mit dem relativ billigen Festkörperspeicher, der gegenwärtig verfügbar ist, können die Kosten eines Speichers in einem Farbwürfel einen einschränkenden Faktor darstellen. Wenn angenommen wird, dass jede Trennung durch 6-bit-Daten dargstellt wird, würde ein vierdimensionaler Farbwürfel (2⁸)⁴ = 2³² (etwa 4, 3 × 109) Stellen erfordern, aber ein sechsdimensionaler Farbwürfel würde 2⁴⁸ (etwa 281 × 10¹²) Stellen erfordern, was bei Anwendung der gegenwärtig verfügbaren Festkörper-RAM-Geräte unzulässig teuer ist. Dieses Problem wird in unseren vorstehend genannten Patentschriften GB-A-2,275,584 und US-A-5,568,596 weiter behandelt.
Somit benutzt die in 8 dargestellte Konfiguration, wie die vorher beschriebenen Konfigurationen, Daten aus dem Steuerspeicher 15 für die Modulierung der Daten vom Bildspeicher 2. Aus Gründen der Vollständigkeit sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführung der Gleichung (25) in der Tat keine Kenntnis des Systemgammawerts erfordert. Dies erklärt sich durch LOUT = La·LB (26)aber anhand der Gleichung (1) lässt sich beweisen, dass LOUT = pγA ·pγB
Allerdings gilt
und daraus ergibt sich die Gleichung
die sich vereinfachen lässt in POUT = PA·PB
Mit anderen Worten ist keine Umwandlung in Lichtwerte erforderlich, und demzufolge ist keine Kenntnis des Gammawerts notwendig, wenn das Produkt der beiden Bilder A und B berechnet werden soll.
Diese Technik der individuellen Verarbeitung jeder Farbtrennung kann jedoch auch vorteilhaft auf den vorstehend beschriebenen Körnungseffekt angewendet werden, um ein noch stärker fotorealistisches Resultat zu ergeben. Ein fotografisches Bild ist aus Körnern von unterschiedlichen Farben aufgebaut. Daraus lässt sich folgern, dass, wenn z. B. die Trennung Rot mit einer Korntextur und die Trennungen Grün und Blau mit anderen Korntexturen bearbeitet werden, wird das resultierende Bild rote Bereiche mit rotem Rauschen, grüne Bereich mit grünem Rauschen und blaue Bereiche mit blauem Rauschen enthalten. Das heißt, dass in Bereichen, die rote Komponenten enthalten, einige Körner geringfügig heller rot und andere Körner geringfügig dunkler rot erscheinen (d. h. die Farbe bewegt sich in Richtung Cyan, das kein Rot enthält). Im Durchschnitt wird die Gesamtrotheit des Bildbereichs die gleiche bleiben.
Anhand der Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen versteht sich, dass die in Rede stehenden Ausführungsformen nur als Beispiele dienen, und dass Modifikationen und Variationen, die der Fachmann mit entsprechenden Kenntnissen und Fähigkeiten erkennt, ohne Abschritt von der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt erfolgen können.

Claims

Elektronisches Grafiksystem zur Verarbeitung von Bilddaten, die Farbwerte einer Vielzahl von Pixeln definieren, die zusammen ein Bild formen, und zum Darstellen der Bilddaten auf einem Bildschirm, wobei in dem System die Bilddaten zusammen mit anderen Bilddaten verarbeitet werden und die Verarbeitung auf einer Pixel-für-Pixel-Basis abhängig von Steuerdaten erfolgt, wodurch die Verarbeitung verarbeitete Farbwertdaten erzeugt, die eine manipulierte Version des Bildes darstellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung abhängig von dem Gammawert des Bildschirms erfolgt, der eine Beziehung zwischen Farbwerten und entsprechenden Lichtausgabewerten auf dem Bildschirm definiert, und dass die Verarbeitung somit verarbeitete Farbwertdaten erzeugt, in denen der Lichtgehalt der Pixel durch die anderen Bilddaten abhängig von den Steuerdaten und dem Gammawert variiert worden ist.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 1, wobei die Daten mittels einer Verarbeitungsschaltung (11, 12, 17, 34) verarbeitet werden.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungsschaltung eine Farbwürfelschaltung (11) umfasst, die angeordnet ist, auf die Farbwertdaten, den Gammawert des Monitors und die Steuerdaten durch Ausgeben der verarbeiteten Farbwertdaten zu antworten.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungsschaltung eine erste Farbwürfelschaltung (11) zum Umwandeln der Farbwertdaten in übereinstimmende Lichtausgabewertdaten, eine Verarbeitungs einheit (17) zum Verarbeiten der Lichtausgabewertdaten abhängig vom Gammawert des Monitors und der Steuerdaten zum Erzeugen der verarbeiteten Lichtausgabewertdaten und eine zweite Farbwürfelschaltung (12) zum Umwandeln der verarbeiteten Lichtausgabewertdaten in verarbeitete Farbwertdaten umfasst.
Elektronisches Grafiksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die anderen Bilddaten einen Lichtwert darstellen.
Elektronisches Grafiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die anderen Bilddaten eine Vielzahl von Pixeln definieren, die zusammen ein anderes Bild formen.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Bilddaten und die anderen Bilddaten in Übereinstimmung mit der Gleichung PNEW = (PγOLD (1 + SCγ))1γ oder mit folgender Gleichung verarbeitet werden PNEW = (PγOLD (1 – S + SCγ))1γ wobei PNEW den verarbeiteten Pixeldaten, POLD den Bilddaten, C den anderen Daten, S den Steuerdaten und y dem Gammawert entspricht.
Elektronisches Grafiksystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei die anderen Bilddaten eine Vielzahl von Pixeln definieren, die zusammen ein Bild einer Textur formen, die auf das Bild angewendet wird.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 8, wobei die Bilddaten und die anderen Bilddaten in Übereinstimmung mit folgender Gleichung verarbeitet werden
wobei PNEW den verarbeiteten Pixeldaten, POLD den Bilddaten, y dem Gammawert und Dg den Steuerdaten entspricht und die Textur darstellt, die auf das Bild angewendet wird.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 9, wobei die Steuerdaten einen Körnungseffekt darstellen, der auf das Bild angewendet wird.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Bilddaten das Bild als mehrere Farbtrennungen darstellen, die Steuerdaten die Textur als übereinstimmende mehrere Farbtrennungen darstellen und jede Farbtrennung getrennt mittels der entsprechenden Steuerdaten-Farbtrennung verarbeitet wird.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 4, wobei die Verarbeitungseinheit einen Raumfilter (17) umfasst.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 12, wobei der Raumfilter (17) konfiguriert ist, einen Defokussierungseffekt auf die Lichtausgabewertdaten von der ersten Farbwürfelschaltung anzuwenden.
Elektronisches Grafiksystem nach den vorangegangenen Ansprüchen, wobei die Bilddaten in einem Bildspeicher (2) gespeichert werden und die Steuerdaten in einem Steuerspeicher (15) gespeichert werden.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 14, wobei die verarbeiteten Daten in den Bildspeicher (2) geschrieben werden, um die zuvor darin gespeicherten übereinstimmenden Bilddaten zu ersetzen.
Elektronisches Grafiksystem nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Steuerspeicher (15) eine Größe hat, die im Wesentlichen der des Bildspeichers entspricht.
Elektronisches Grafiksystem nach den vorangegangenen Ansprüchen, wobei die Beziehung zwischen den Farbwerten P und den entsprechenden Lichtausgabewerten L durch folgende Gleichung wiedergegeben wird: L = Pγ wobei y der Gammawert ist.
Verfahren zur Verarbeitung von Bilddaten, die Farbwerte einer Vielzahl von Pixeln definieren, die zusammen ein Bild zur Darstellung auf einem Bildschirm formen, wobei das Verfahren die Verarbeitung der Bilddaten zusammen mit anderen Bilddaten auf einer Pixelfür-Pixel-Basis abhängig von Steuerdaten umfasst, und die Erzeugung verarbeiteter Farbwertdaten, die eine manipulierte Version des Bildes darstellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung von dem Gammawert des Bildschirms abhängig ist, der eine Beziehung zwischen Farbwerten und entsprechenden Lichtausgabewerten auf dem Bildschirm definiert, und dass die Verarbeitung verarbeitete Farbwertdaten erzeugt, in denen der Lichtgehalt der Pixel durch die anderen Bilddaten abhängig von den Steuerdaten und dem Gammawert variiert worden ist.