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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich der digitalen
Farbbildverarbeitung und insbesondere ein Verfahren zum Erhalten
von räumlichen
Bilddetails und der Farbinhalte bei der Abstimmung der Tonwertskala
eines digitalen Farbbildes.
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Vorhandene
Verfahren zur Anwendung von Tonwertskalenfunktionen auf digitale
Farbbilder umfassen das Umsetzen des originalen digitalen Farbbildes
in eine Luminanz-Chrominanz-Darstellung
und das Anwenden einer Tonwertskalenfunktion auf den Luminanzkanal
bei Erhaltung der Farbdifferenzsignale. Diese Verfahren zur Anwendung
von Tonwertskalenfunktionen verändern
die Schärfe
und die Farbdarstellungseigenschaften der verarbeiteten Bilder.
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Lee
et al. beschreiben in US-A-5,012,333 ein Verfahren zur Anwendung
einer Tonwertskalenfunktion auf ein digitales Farbbild mit dem Ziel,
die räumlichen
Detailinformationen zu erhalten. Dieses Verfahren sieht das Aufteilen
des Digitalbildes in räumlich
hochfrequente und niederfrequente Komponenten mittels FIR-Filter vor.
Die Tonwertskalenfunktion wird dann nur auf die niederfrequente
Komponente des Originalbildes angewandt. Das abschließend verarbeitete
Bild wird erzeugt, indem die räumlich
hochfrequente Komponente zur räumlich
niederfrequenten, einer Tonwertskalenfunktion unterzogenen Komponente
addiert wird. Zudem umfasst das in US-A-5,012,333 beschriebene Verfahren
das Umsetzen des originalen, digitalen Farbbildes in eine Luminanz-Chrominanz-Darstellung,
indem die Tonwertskalenfunktion mit einer Raumfiltertechnik auf
die Luminanzkomponente unter Erhaltung der Chrominanzkomponenten
angewandt wird.
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Wenn
der Luminanzkontrast verändert
und der Chrominanzkontrast beibehalten wird, können die Farbsättigungseigenschaften
des resultierenden, verarbeiteten Bildes künstlich und unnatürlich erscheinen. Viggiano
und Wang schlagen zur Lösung
dieses Problems (1992 TAGA Proceedings: A Comparison of Algorithms
for Mapping Color Between Media of Differing Luminance Ranges, Seite
959–974)
ein Verfahren zur Skalierung des Chromasignals eines digitalen Farbbildes
um einen Faktor vor, der zwischen eins und dem Verhältnis des
L* Bereichs der Reproduktion und dem Original liegt. Diese Lösung berücksichtigt
jedoch keine Tonwertskalenfunktionen, die das Maß der Kompression abhängig von
der Eingangsstärke
variieren. Somit ist ein einzelner Faktor, der das Farbsignal des
Eingangsbildes skaliert, für
einen weiten Bereich möglicher
Tonwertskalenfunktionen ungeeignet.
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Wada
beschreibt in US-A-5,446,504 ein Verfahren zur Korrektur der Farbsättigung
bei Komprimierung des Dynamikumfang eines Bildes. Dieses Verfahren
ermittelt ebenfalls den Korrekturfaktor anhand der Beziehung des
Dynamikbereichs des Eingabebildes und des Dynamikbereich des Ausgabebildes.
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Hickman
beschreibt in US-A-5,638,138 ein Verfahren zur Modifikation des
Luminanzsignals eines Eingangsbildes und dann das "Multiplizieren der
Farbkomponenten durch ein Übertragungsverhältnis der
modifizierten Luminanz zur nicht modifizierten Luminanz, um modifizierte
Farbkomponenten zu erhalten".
Dieses Verfahren berücksichtigt
jedoch nicht, dass eine Tonwertskalenfunktion aus verschiedenen
Bereichen von veränderlichen
Kompressions- oder Verbesserungswerten bestehen kann.
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In
US-A-4,812,903 werden Bildsignale verarbeitet, um ein Luminanzsignal
und zwei Chrominanzsignale zu erhalten. Das Luminanzsignal wird
in einen Hochpasskanal und in einen Tiefpasskanal aufgetrennt. Dann
bewirkt die amplitudenabhängige
Verstärkung
des Hochpasskanals eine geringe Kontrastdifferenz. In dem Bild werden
kleine Kontrastdifferenzen relativ stark und große Kontrastdifferenzen weniger
stark akzentuiert. Die Abstimmung der Farbsättigung in den Chrominanzkanälen erfolgt
automatisch abhängig
von dem Luminanzsignal, das durch Kontrastbehandlung modifiziert
worden ist. EPO 849940 A2 beschreibt eine Vorrichtung zur Umwandlung
von Graustufen in einem Bild in weniger Graustufen ohne Verlust
der Feinabstufung in dem Bild. Es werden die Kanten erfasst, und
diese Informationen werden dann herangezogen, um eine kantenerhaltende
Glättungsoperation
durchzuführen.
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US-A-5,012,333
beschreibt die Anwendung einer Tonwertskalenfunktion unter Verwendung
räumlicher
Filtertechniken auf eine Luminanzsignaldarstellung eines digitalen
Farbbildes unter Erhaltung der räumlichen
Details in dem verarbeiteten Bild. Zwar verbessert dieses Verfahren
die räumlichen
Details des verarbeiteten Bildes, aber die Farbeigenschaften der
verarbeiteten Bilder können
beeinträchtigt
werden. Die Größe des verwendeten
Raumfilters muss derart gewählt
werden, dass optimale Ergebnisse erzielbar sind. Die Kombination
eines Raumfilterverfahrens zur Anwendung einer Tonwertskalenfunktion
auf das Luminanzsignal und die Modifikation des Chrominanzsignals
ist natürlich.
Die Verarbeitung mit einer Kombination dieser Verfahren erzeugt
Bilder mit verbesserten räumlichen
Details und natürlicheren
Farbeigenschaften.
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Das
Verfahren zur Anwendung einer Tonwertskalenfunktion auf ein digitales
Farbbild mit Raumfilterungstechnik beeinträchtigt die Farbeigenschaften.
Insbesondere die Größe des in
der Tonwertskalenfunktionsanwendung verwendeten Raumfilters beeinträchtigt die
Farbeigenschaften. Keines der in der Technik beschriebenen Verfahren
umfasst die Modifikation der Bildchrominanzeigenschaften auf der
Grundlage der räumlichen
Verarbeitung zur Anwendung einer Tonwertskalenfunktion auf das Luminanzsignal.
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Zwischen
der Größe des Raumfilters,
das zur Anwendung einer Tonwertskalenfunktion auf das Luminanzsignal
verwendet wird, und dem Maß,
in dem das Chrominanzsignal verändert
werden sollte, besteht eine inverse Beziehung. Es besteht somit
Bedarf nach einem Verfahren, dass die Modifikation der Chrominanzsignale
und der Luminanzsignale koordiniert, während eine Tonwertskalenfunktion
auf ein digitales Farbbild angewandt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Verfahren zum Erhalten der räumlichen
Einzelheiten und der Farbinhalte bei der Abstimmung der Tonwertskala
eines digitalen Farbbildes bereitzustellen. Nach einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung umfasst die Erfindung folgende Schritte:
(a) Empfangen eines digitalen Farbbildes; (b) Bereitstellen einer
Tonwertskalafunktion für
die Abstimmung der Tonwertskala des digitalen Farbbildes; (c) Bereitstellen
eines Raumfilters für
die Abstimmung der Tonwertskala des digitalen Farbbildes; (d) Umwandeln
des digitalen Farbbildes in ein Luminanzsignal und Chrominanzsignale;
(e) Anwenden der Tonwertskalenfunktion, des Raumfilters und des
Luminanzsignals, um ein verstärktes Luminanzsignal
zu erzeugen und (f) Anwenden der Tonwertskalenfunktion, des Raumfilters,
des Luminanzsignals und der Chrominanzsignale, um verstärkte Chrominanzsignale
zu erzeugen, wobei die Chrominanzsignale auf der Basis der Größe des Raumfilters
skaliert werden.
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Die
vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass sie räumliche
Details und Farbinhalte erhält,
während sie
die Tonwertskala eines digitalen Bildes ändert. Ein wichtiges Element
der vorliegenden Erfindung ist die Koordination der Chrominanzmodifikation
und der Luminanzmodifikation anhand der Eigenschaften eines digitalen
Filters.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein
Blockdiagramm zur Übersicht über die
vorliegende Erfindung;
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2 eine
auseinander gezogene Darstellung des Tonwertskalenprozessors aus 1;
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3 eine
auseinander gezogene Darstellung des Schwarzwert-Splitters aus 2;
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4 eine
auseinander gezogene Darstellung des Vermeidungssignal-Generators
aus 3;
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5 die
Artefaktvermeidungs-Transformationstabelle;
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6 ein
Beispiel einer Tonwertskalenfunktion; und
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7 eine
auseinander gezogene Darstellung des Chrominanzprozessors aus 1;
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8 eine
auseinander gezogene Darstellung des Chrominanzmodifikators aus 7;
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9 ein
Beispiel einer Transformationstabelle zur Verwendung in dem Generator
für den
Steigungsbeeinflussungsfaktor aus 7 und,
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10 ein
Beispiel einer Transformationstabelle zur Farbpositionsgewichtung
zur Verwendung in dem Farbpositionsgewichtungsgenerator aus 7.
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
als Softwareprogramm beschrieben. Fachleuten ist selbstverständlich klar,
dass sich ein Äquivalent
einer derartigen Software auch in Form von Hardware konstruieren
lässt.
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1 zeigt
ein Funktionsdiagramm der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende
Erfindung verwendet ein digitales Farbbild, das aus einer Sammlung
von digitalen Bildkanälen
besteht, die jeweils einer bestimmten Farbe entsprechen. Die gängige Implementierung
digitaler Farbbilder umfasst drei digitale Bildkanäle (rot,
grün und
blau). Jeder Digitalbildkanal besteht aus einem zweidimensionalen
Array aus Pixelwerten, die Lichtstärken entsprechen.
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Aus
den Digitalbildkanälen
des digitalen Farbbildes wird durch den Luminanz-/Chrominanzkonverter 10 ein
Luminanzsignal berechnet. Es gibt mehr als ein Verfahren zur Erzeugung
eines Luminanzsignals aus einer mehrfarbigen Bilddarstellung. Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
verwendet eine lineare Kombination der einzelnen Pixelwerte der
digitalen Farbbildkanäle
zur Erzeugung des Luminanzsignal-Pixelwerts. zij = Σkαkpkij zij steht für den Luminanzwert an den durch
die Indizes i und j dargestellten Raumkoordinaten. pkij steht
für den Pixelwert
an derselben Raumkoordinate für
den kten Farbbildkanal. αk steht
für den
Gewichtungsfaktor für
den kten Farbbildkanal. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel
verwendet αk Werte von 0,25, 0,50 und 0,25 für rote, grüne und blaue
Bildkanalgewichtungsfaktoren.
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Die
Chrominanzsignale werden durch den in 1 gezeigten
Luminanz-/Chrominanzkonverter 10 berechnet. Es gibt mehr
als ein Verfahren zur Erzeugung von Chrominanzsignalen aus einer
mehrfarbigen Bilddarstellung. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel
verwendet eine lineare Kombination der einzelnen Pixelwerte der
digitalen Farbbildkanäle
zur Erzeugung von zwei Chrominanzsignal-Pixelwerten. Das erste Chrominanzsignal,
das hier als C1 bezeichnet wird, wird durch
Verwendung linearer Gewichte von –0,25, 0,50 und –0,25 für die roten,
grünen
und blauen Digitalbildkanal-Gewichtungsfaktoren dargestellt. Das
zweite Chrominanzsignal, das hier als C2 bezeichnet
wird, wird durch Verwendung linearer Gewichte von –0,50, 0,00
und –0,50
für die
roten, grünen
und blauen Digitalbildkanal-Gewichtungsfaktoren
dargestellt.
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1 zeigt
die Eingabe des von dem Luminanz-/Chrominanzkonverter 10 erzeugten
Luminanzsignals und eine Tonwertskalenfunktion in den Tonwertskalenprozessor 20.
Die beiden von dem Luminanz-/Chrominanzkonverter 10 erzeugten
Chrominanzsignale, die Tonwertskalenfunktion und eine Tiefpass-Luminanzsignalausgabe
vom Tonwertskalenprozessor 20 werden in den Chrominanzprozessor 40 eingegeben.
Die verbesserte Luminanzsignalausgabe vom Tonwertskalenprozessor 20 und
die beiden verbesserten Chrominanzsignale vom Chrominanzprozessor 40 werden
in den RGB-Umsetzer 30 eingegeben.
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Der
RGB-Umsetzer 30 aus 1 führt die
umgekehrte Operation des in 1 gezeigten
Luminanz-/Chrominanzkonverters 10 durch. Der RGB-Umsetzer 30 erzeugt
durch eine lineare Gleichung drei verbesserte Digitalfarbbildkanäle aus dem
verbesserten Luminanzsignal und zwei verbesserte Chrominanzsignale.
Der verbesserte rote Digitalbildkanal wird mit linearen Gewichten
von 1,0, –1,0
und –1,0
für das
Luminanzsignal, das erste Chrominanzsignal bzw. das zweite Chrominanzsignal
erzeugt. Der verbesserte grüne
Digitalbildkanal wird mit linearen Gewichten von 1,0, 1,0 und 0,0
für das
Luminanzsignal, das erste Chrominanzsignal bzw. das zweite Chrominanzsignal
erzeugt. Der verbesserte rote Digitalbildkanal wird mit linearen
Gewichten von 1,0, –1,0
und 1,0 für
das Luminanzsignal, das erste Chrominanzsignal bzw. das zweite Chrominanzsignal erzeugt.
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2 zeigt
eine auseinander gezogene Darstellung des Tonwertskalenprozessors 20 aus 1.
Das Luminanzsignal wird von einem Schwarzwert-Splitter 50 in
zwei Teile geteilt, nämlich
in ein Schwarzwertsignal und in ein Textursignal, wie nachfolgend
detaillierter beschrieben wird Das Schwarzwertsignal wird von einem Tonwertskalenapplikator 60 einer
Tonwertskalenfunktion unterzogen, um die Eigenschaften des Bildes
zur Bildverbesserung zu ändern.
Die Tonwertskalenfunktion kann zwecks Änderung der relativen Helligkeit
oder des Kontrasts des digitalen Farbbildes angewandt werden. Ein
Tonwertskalenapplikator 60 wird durch Anwenden einer Transformationstabelle
(LUT) implementiert, wie in der Technik bekannt ist. 6 zeigt
ein Beispiel einer Tonwertskala mit einer 1 : 1-Zuordnung zwischen
Ein- und Ausgabe werten. Das Textursignal kann bei Bedarf durch den
Texturmodifikator 70 verstärkt oder in anderer Weise verändert werden.
Der Texturmodifikator 70 kann als eine Multiplikation des
Textursignals durch eine Zählerkonstante
implementiert sein. Das modifizierte Textursignal und das modifizierte
Schwarzwertsignal werden von einem Addierer 80 addiert
und bilden ein verbessertes Luminanzsignal. Der Addierer 80 addiert
die beiden Pixelwerte, und zwar eines von jedem Bildsignal, um den
Ausgabepixelwert zu erzeugen.
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3 zeigt
eine auseinander gezogene Darstellung des Schwarzwert-Splitters 50 aus 2.
Das von dem Schwarzwert-Splitter 50 ausgegebene Luminanzsignal
wird vom Frequenzfilter 90, vorzugsweise ein Gaußsches Filter,
in ein Hochpasssignal und in ein Tiefpasssignal geteilt. Die Größe des verwendeten
Raumfilters ist durch die Standardabweichung (Sigma) des Gaußschen Filters
gekennzeichnet und wird im Allgemeinen auf einen Wert von 2,5 Pixel
eingestellt. Der bevorzugte Wert der Standardabweichung des Gaußschen Filters
kann sich je nach Bildgröße ändern. Der
Wert von 2,5 Pixeln für
den Sigma-Wert wurde durch Optimierung der vorliegenden Erfindung
mit Bildgrößen von
1024 × 1536
Pixeln abgeleitet. Das Gaußsche
Filter ist ein zweidimensionales, kreisförmig symmetrisches Tiefpassfilter,
dessen Filterkoeffizienten nach folgender Formel ableitbar sind,
die in der Technik bekannt ist: G(i, j) = 1/(Sigma
Wurzel(2π))exp[–(i2 + j2)/(2Sigma2)]wobei G(i, j) = der Gaußsche Filterkoeffizient
an Pixel (i, j)
Sigma = die Standardabweichung des Gaußschen Filters
(2, 5)
π =
die Konstante von ca. 3,1415 ...
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Das
Tiefpasssignal wird in einen Vermeidungssignal-Generator 100 zur
Erzeugung eines Vermeidungssignals eingegeben, wie nachfolgend detaillierter
beschrieben wird. Das Tiefpasssignal wird in den Chrominanzprozessor 40 eingegeben.
Ein Textursignal-Generator 110 empfängt sowohl das Hochpasssignal
als auch das Vermeidungssignal, worauf beide Signale zur Erzeugung
eines Textursignals multipliziert werden.
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Der
Schwarzwertsignalgenerator 120 empfängt das Luminanzsignal sowie
das Textursignal und subtrahiert das Textursignal von dem Luminanzsignal,
wodurch ein Schwarzwertsignal erzeugt wird.
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4 zeigt
ein auseinander gezogenes Blockdiagramm des Vermeidungssignal-Generators 100.
Das Tiefpasssignal wird in einen ungerichteten Quadratgradientenberechner 130 eingegeben,
um ein ungerichtetes Gradientensignal zu erzeugen. Diese Berechnung
wird durchgeführt,
indem zunächst
die Differenz zwischen dem Pixel und dem oberen vertikalen Nachbarn
berechnet wird sowie die Differenz zwischen dem Pixel und dem horizontalen
Nachbarn zur Rechten. Der ungerichtete Quadratgradient ist dann
die Summe der Quadrate dieser beiden Differenzen.
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Das
ungerichtete Quadratgradientensignal wird dann durch einen Artefaktvermeidungs-Funktionsapplikator 140 zugeordnet,
um ein Artefaktvermeidungssignal als Ausgabe des Vermeidungssignal-Generators 100 zu
erzeugen. Dieses Ausgabesignal des Vermeidungssignal-Generators 100 wird
nachfolgend mit a(L) bezeichnet.
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5 zeigt,
dass die Zuordnungsfunktion durchgeführt wird, indem das ungerichtete
Quadratgradientensignal ndg(L) durch eine Artefaktvermeidungsfunktion
av() geführt
wird, die in folgender Weise gebildet wird. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung nutzt eine wie folgt definierte Artefaktvermeidungsfunktion: av(L) = (1/2)(1 + COS(π(L – No)/(N1 – No))für
L > No und
y < N1, av(L) = 0für L >= N1 und av(L) = 1für L <= No wobei
No und N1 numerische Konstanten sind und
L für den
Pixelwert des Luminanzsignals steht.
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Die
bevorzugten Werte für
No und N1 hängen von
dem Bereich der Eingabedaten ab. Der Eingabedatenbereich in den
Bildern, die in der Entwicklung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
verwendet wurden, beträgt
0 bis 4095. In diesem Fall ist der bevorzugte Wert für No 148, der bevorzugte Wert für N1 ist 1300. Ein alternatives Verfahren zur
Erstellung der Artefakt-Vermeidungsfunktion beschreibt folgende
Gleichung: av(L) = 1 – Quadrat((L – No)/(N1 – No)) av(L) = 1 – (L – No)/(N1 – No)für
L >= No und
L <= N1, av(L) = 1für L < No, und av(L) = 0für L > N1.
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Das
Artefaktvermeidungssignal a(L) wird von dem Artefaktvermeidungs-Funktionsapplikator 140 erzeugt.
Hierzu wird die Artefaktvermeidungsfunktion av() an das ungerichtete
Gradientensignal ndg(L) angelegt. Das mathematische Ergebnis wird
durch folgende Gleichung beschrieben: a(L) =
av(ndg(L)).
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Die
Artefaktvermeidungsfunktion lässt
sich am effizientesten als Transformationstabelle implementieren.
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Ein
generalisiertes, lineares Raumfilter wird durch folgende Gleichung
beschrieben yij = Σcmnxmn,wobei
xmn für
die lokalen Pixelwerte steht, die das Pixel ij umgeben, und cmn steht für die numerischen Koeffizienten,
die nicht von den Pixelwerten xmn abhängen. Ein
nicht lineares Raumfilter ist hier als Raumfilter definiert, das
sich durch die lineare Raumfilterfunktion nicht beschreiben lässt. Die
Ausgabe eines generalisierten Steuersignals an ein Eingabesignal
ist durch ein multiplikatives Verhältnis zum Eingabesignal gekennzeichnet. Folgende
Gleichung zeigt ein Beispiel für
die Anwendung eines Steuersignals: yij =
aijxij, wobei
die Werte xij für die Pixelwerte des ijten Eingabesignals stehen, und die Werte
aij stehen für die ijten pixelwerte
des Steuersignals. Durch Anlegen eines Steuersignals an ein Eingabesignal
erzielt man ein Ergebnis, das in die allgemeine Kategorie eines
nicht linearen Raumfilters fällt,
wenn das Steuersignal von einer räumlich gefilterten Version
des Eingabesignals abgeleitet wird. Das Vermeidungssignal a(L) ist
ein Beispiel eines Steuersignals, das aus einer räumlich gefilterten
Version des Luminanzsignals erzeugt wird. Das in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
beschriebene Textursignal q(L) ist ein Beispiel eines nicht linearen
Raumfilters, das durch Anlegen eines Steuersignals an ein Hochpasssignal
erzeugt wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass andere Verfahren der nicht linearen
räumlichen
Filterung zum Zwecke der Anwendung der Tonskalenfunktion für die vorliegende
Erfindung verwendbar sind. Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug
auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel
beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass Abwandlungen
und Modifikationen von Fachleuten vorgenommen werden können, ohne
vom Geltungsbereich und Umfang der Erfindung abzuweichen.
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7 zeigt
eine auseinander gezogene Darstellung des Chrominanzprozessors 40 aus 1.
Die eingehenden Chrominanzsignale werden an den Chrominanzmodifikator 160 weitergeleitet.
Der Chrominanzmodifikator 160 stimmt die relative Farbdifferenz
jedes Pixels im Eingangsbild gemäß einer
bereitgestellten Tonskalenfunktion ab, wie nachfolgend weiter beschrieben
wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die bereitgestellte Tonwertskalenfunktion
als Transformationstabelle implementierbar ist, oder sie ist als
Tonwertantwort einer Vorrichtung implementierbar, die sich in der
Bilderzeugungskette befindet. Die Ausgabe des Chrominanzmodifikators 160 ist
ein transformiertes Farbbild mit Farbdifferenzsignalen, die zur
Kompensation der Tonwertskalenfunktion modifiziert sind.
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Wie
in 7 gezeigt, wird die Tonwertskalenfunktion in den
Steigungskalkulator 150 eingegeben, der die Tonwertskalenfunktion
differenziert, um eine lokale Steigung der Tonwertskalenfunktion
zu erzeugen, die auf Ebene des Tiefpasssignals bewertet wird. Die
Ausgabe des Steigungskalkulators 150 wird in den Chrominanzmodifikator 160 eingegeben.
Darüber
hinaus werden die beiden Chrominanzsignale C1 und
C2, die vom Luminanz-/Chrominanzkonverter 10 aus 1 erzeugt
werden, der Steigungsbeeinflussungsfaktor γi, wie
vom Steigungseinflussfaktor-Generator 170 aus 7 ausgegeben,
und das Farbpositionsgewicht, das später detailliert beschrieben
wird, eingegeben. Der Chrominanzmodifikator 160 modifiziert
die beiden Chrominanzsignale, um die verbesserten Chrominanzsignale
zu erzeugen, die an den RGB-Umsetzer 30 aus 1 gesendet werden.
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Der
Steigungskalkulator 150 aus 7 berechnet
die Ableitung aus der bereitgestellten Tonwertskalenfunktion. Wenn
f die Tonwertskalenfunktion darstellt, dann kann die durch s dargestellte
und vom Steigungskalkulator 150 erzeugte Steigungsfunktion
durch folgende Formel berechnet werden: s(p)
= (f(p + d) – f(p – d))/2d,wobei
p für den
Eingabepixelwert des Tiefpass-Luminanzsignals steht und d für eine kleine
ganze Zahl. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel
verwendet für
d einen Wert von 5. Die zuvor genannte Formel führt eine Näherungsoperation der Steigung
der Tonwertskalenfunktion f durch, indem sie die Funktion f am Pixelwert
oberhalb und unterhalb des eingegebenen Pixelwerts p berechnet.
Die Differenz zwischen diesen beiden Funktionswerten, dividiert
durch die Untermenge der Berechnungswerte, ergibt einen mittleren
Steigungswert für
die Tonwertskalenfunktion. Der Steigungskalkulator 150 benutzt
eine Transformationstabelle, um die Ausgabe des Steigungskalkulators 150 von
dem eingegebenen Tiefpasssignal zu erzeugen.
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Die
Chrominanzsignale werden in den Farbpositionsgewichts-Generator 180 eingegeben.
Der Farbpositionsgewichts-Generator 180 erzeugt ein Farbpositionsgewicht
K, das es dem Chrominanzmodifikator 160 ermöglicht,
die Behandlung einer Pixelposition im Farbraum individuell anzupassen.
Im Allgemeinen beträgt der
Wert des Farbpositionsgewichts K zwischen 0,0 und 1,0. Das Farbpositionsgewicht
K ermöglicht
dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine variable Berechnung des Chrominanzabstimmungsfaktors Hi, basierend auf den Farbeigenschaften des
Pixels. Im Allgemeinen ist K eine Funktion des Luminanzwerts L und
des Farbdifferenzwerts Ci. 10 zeigt
die Verwendung einer zweidimensionalen Transformationstabelle 220 als
ein Verfahren zur Bestimmung des Werts K für jedes Pixel. Wie in 10 gezeigt,
wird der Wert des Farbpositionsgewichts K als abhängig von
den Farbdifferenzen Ci gezeigt. Der Wert
des in 10 gezeigten Farbpositionsgewichts
K lässt
sich zudem analytisch durch folgende mathematische Formel ableiten:
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Die
Formulierung des Farbpositionsgewichts K ermöglicht es dem erfindungsgemäßen Verfahren,
die Farbdifferenzwerte der Pixel anzupassen, die ähnlich der
menschlichen Hautfarbe sind (K ~ 1,0), wobei aber die ursprünglichen
Farbdifferenzwerte für
die Pixel erhalten bleiben, die nicht hautfarben sind (K ~ 0,0).
Das Ausführungsbeispiel
hat sich als vorteilhaft erwiesen, um eine Entsättigung gesättigter Objekte zu vermeiden, wie
beispielsweise des Himmels, während
die erforderlichen Modifikationen der Farbdifferenzwerte von hautfarbenen
Pixeln möglich
sind.
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Fachleute
werden erkennen, dass die Bestimmung eines Farbpositionsgewichts
K viele Formen annehmen kann (wie das Einführung eines Luminanzwerts L,
abhängig
von der Bestimmung des Farbpositionsgewichts K), ohne vom Umfang
der vorliegenden Erfindung wesentlich abzuweichen.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wurde beobachtet, dass die Frequenzteilung des im Tonwertskalenprozessor 20 verwendeten
Tiefpassfilters einen starken Einfluss auf die bevorzugte Einstellung
des im Chrominanzprozessor 40 verwendeten Steigungseinflussfaktors γi hat.
Um die Wirkung des Tonwertskalenprozessors 20 und des Chrominanzprozessors 40 zu
koordinieren, wird folgendes Verfahren implementiert. Wie in 7 gezeigt,
liegt das im Tonwertskalenprozessor 20 verwendete Raumfilter
als Eingabe am Chrominanzprozessor 40 an. Konkret wird
das Raumfilter in den Größenauszieher 190 eingegeben.
Die Ausgabe des Größenausziehers 190 ist
die Zahl der Pixel, die das Raumfilter misst. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Raumfilter beispielsweise ein Gaußsches Filter mit einer Standardabweichung
von 2,5 Pixeln. Als Faustregel beträgt die Abtastung eines Gaußschen Filters
plus und minus 3 Standardabweichungen. Die Größe des Filters beträgt 15 Pixel
mal 15 Pixel. Wenn das Raumfilter des bevorzugten Ausführungsbeispiels
an den Größenauszieher 190 übergeben
wird, beträgt
die Ausgabe des Größenausziehers
15 Pixel. Die Ausgabe des Größenausziehers
wird an den Steigungseinflussfaktor-Generator 170 übergeben.
Der Steigungseinflussfaktor-Generator 170 erzeugt einen
geeigneten Wert für
den Steigungseinflussfaktor γi. Dies erfolgt durch Verwendung einer Transformationstabelle,
wie in 9 gezeigt.
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In
diesem Fall kann die Transformationstabelle durch folgende Gleichungen
beschrieben werden: γi(z)
= ½ – z/75für 0 <= z <= 30 γi(z)
= 0,1für
z > 30
wobei:
γi(z)
= Steigungseinflussfaktor; und
z = Ausgabe des Größenausziehers 190
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Diese
Beziehung wurde derart gewählt,
dass mit zunehmender Größe des im
Tonwertskalenprozessor 20 verwendeten Filters weniger Veränderungen
an den Farbdifferenzkanälen
Ci vorgenommen werden. Die optimale Einstellung
für den
Steigungseinflussfaktor γi wird auf den Wert 0,3 eingestellt, und
zwar basierend auf einer Ausgabe des Größenausziehers von 15 Pixeln.
Als kleinster Wert für
den Steigungseinflussfaktor γi wurde 0,1 ermittelt, und zwar basierend
auf Versuchen mit größeren Filtergrößen. Als
größter Wert
für den Steigungseinflussfaktor γi wurde
0,5 ermittelt, und zwar basierend auf der Anwendung der Tonwertskalenfunktion
ohne räumliche
Filterverfahren.
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Der
Chrominanzmodifikator 160 übernimmt die vom Steigungseinflussfaktor-Generator 170 erzeugten Werte,
die Chrominanzsignale, den lokalen Steigungswert des Steigungskalkulators 150 und
das Farbpositionsgewicht vom Farbpositionsgewichts-Generator 180 als
Eingaben. 8 zeigt eine auseinander gezogene Darstellung
des Chrominanzmodifikators aus 160.
Der Abstimmungsfaktorkalkulator 200 berechnet den Chrominanzabstimmungsfaktor
Hi. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
lässt sich
das Verfahren zur Berechnung des Chrominanzabstimmungsfaktors Hi mit folgender Formel beschreiben: Hi = Kγi(s – so) + so.wobei:
K
= Farbpositionsgewicht; und
γi = Steigungseinflussfaktor Dieser Parameter
erstreckt sich typischerweise von 0 bis 1,0. Die berechnete lokale
Steigung, wie durch s dargestellt, ist die Ausgabe des Steigungskalkulators 150.
Die Nennsteigungskonstante, dargestellt durch so,
wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
auf den Wert 1,0 eingestellt.
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Wie
in 8 gezeigt, wird die Ausgabe des Abstimmungsfaktorkalkulators 200 an
den Multiplikator 210 übergeben.
Der Multiplikator 210 hat die Aufgabe, jedes Farbdifferenzsignal
um die Ausgabe des Abstimmungsfaktorkalkulators 200 zu
skalieren. Die skalierten Farbdifferenzsignale, die die Ausgabe
des Multiplikators 210 darstellen, werden nachfolgend als
kompensierte Chrominanzsignale bezeichnet. Das heißt: Cpi = Für i = 1,2,
... wobei:
Cpi = Ausgabe des Multiplikators 210,
d. h. das kompensierte Chrominanzsignal;
Ci =
Chrominanzsignale, und
Hi = Ausgabe
des Abstimmungsfaktorkalkulators 200
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung umfassen ein Verfahren, bei dem
die Verwendung der Tonwertskalenfunktion, des Raumfilters, des Luminanzsignals
und der Chrominanzsignale zur Erzeugung verbesserter Chrominanzsignale
zudem die Berechnung eines Farbpositionsgewichtsfaktors umfasst.
