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Die
Erfindung bezieht sich auf den Farbdruck und insbesondere auf ein
Verfahren zum automatischen Anpassen der Farbkorrektur. Ferner ist
das Verfahren in einer Weißabgleich-Anpassungseinrichtung
etwa der in einer Farbvideokamera verwendeten Art einsetzbar.
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Beim
fotografischen Drucken ist es bekannt, den Farbabgleich eines von
einer Vorlage gedruckten Prints, etwa eines Foto-Farbnegativs, durch entsprechende Anpassung
des Druckvorgangs so zu "korrigieren", dass die integrierte
Dichte des erzeugten Prints insgesamt neutral oder grau ist. Diese
Korrekturstrategie basiert auf der Annahme, dass die Integration
der gesamten Farben einer Szene insgesamt eine graue Farbe ergibt.
Diese Strategie ist sehr effektiv für die Verminderung der Effekte,
die sich aus spektral unterschiedlichen Szenenbelichtungen, etwa
Wolframlicht und Tageslicht, ergeben. So werden bei Bilderfassungsgeräten wie
einer Videokamera normalerweise Farbdifferenzsignale wie R-Y und
B-Y über
eine relativ lange Zeit auf einen Grauwert gemittelt. Dies entspricht
der Integration zu grau.
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Dieses
Verfahren funktioniert bei der Mehrheit der Kombinationen von Szene
und Beleuchtung gut. Bei einem stark farbigen Szenen-Objekt, insbesondere
einem Objekt mit einer dominierenden Farbe, versagt jedoch diese
Strategie der Integration zu grau, da diese dominierende Szenenfarbe
fälschlich
als Beleuchtungsabweichung angesehen wird. Dieser als "Objektfehler" bekannte Fehler
erzeugt unschöne
Farbstiche in der zur dominierenden Szenenfarbe komplementären Farbe.
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Zur
Minimierung dieser Fehler gibt es verschiedene Strategien. Diese
basieren normalerweise darauf, den Umfang der Korrektur auf Grundlage
einer Population von Bildern und/oder der Information in benachbarten
Bildfeldern zu reduzieren. Ein Beispiel eines Druckers, bei dem
Information in benachbarten Bildfeldern zur Verbesserung der Farbkorrektur
verwendet wird, ist der Agfa MSP Printer.
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Außerdem ist
es insbesondere bei der Digitalisierung möglich, dem Bild weitere Information
zu entnehmen, die zur Verbesserung der Farbkorrektur und zur Reduzierung
der Anzahl der Objektfehler dienen kann. Viele dieser Verfahren,
unter anderem auch das in US-A-5 555 022 beschriebene Verfahren,
unterteilen die Szeneninformation in eine Vielzahl von Regionen,
die verschiedene Orte einer Szene repräsentieren. Für den automatischen
Weißabgleich
einer Videokamera werden dann Mittel zur Auswahl und Gewichtung
der Korrektur in diesen Regionen eingesetzt. Außerdem ist die Beschränkung des
Ausmaßes
beschrieben, in dem eine Farbkorrekturverstärkung angewandt wird.
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Eine
weitere Lösung,
bei der Farbkorrektur und Tonskalenkorrekturen kombiniert werden,
beruht auf der Auswahl von Zufallsstichproben innerhalb eines digitalen
Bildes und der anschließenden
Modifizierung des erhaltenen Histogramms dieser Stichproben. US-A-4
677 465 und US-A-4 729 016 beschreiben relativ komplexe Verfahren,
bei denen diese Proben in einer Vielzahl segmentierter Kontrastintervalle
durch Standardisiertechniken und den Vergleich mit Bildpopulationsdaten
verwenden werden.
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EP-A-0
843 465 beschreibt ein Bildverarbeitungsverfahren und eine Vorrichtung
zur automatischen Erzeugung eines farbabgeglichenen Bildes unter
Verwendung von Standardabweichungen als Maß für die Verteilung von Farbdaten.
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US-A-4
642 684 beschreibt ein ähnliches
Verfahren wie US-A-4 729 016, bei dem zur Verbesserung des endgültigen Bildes
Farbkorrektur und Tonskalenkorrektur kombiniert werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein verbessertes Farbbild durch ein Verfahren
und eine Einrichtung zur Bildverarbeitung zu erzeugen, die die vorstehend
erwähnten
Probleme der Objektfarbfehler und Abhängigkeit von Filmpopulationsdaten überwinden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
basiert auf der Annahme, dass die roten, grünen und blauen Standardabweichungen,
insbesondere von in einem bestimmten Raum, etwa einem Potenzgesetzraum,
berechneter Information mit hoher räumlicher Frequenz, gleich sind.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zum Korrigieren des Farbabgleichs eines Farbbildes mit
einer Vielzahl von Kanälen
bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst: Aufnehmen des
Bildes, Transformieren eines jeden Kanals des Bildes in einen Potenzgesetzraum,
der definiert ist durch: PL = (1 + A)*S**P – Afür S > {A/[(1 – P)*(1
+ A)]}**(1/P) PL = {P*(1 + A)*{A/[(1 – P)*(1
+ A)]}**[(P – 1)/P]}*Sfür 0 <= S <= {A/[(1 – P)*(1
+ A)]}**(1/P)
wobei PL die Potenzgesetzdarstellung der ursprünglichen
Szene S ist und A und P Konstante sind, Speichern der transformierten
Kanäle,
räumliches
Filtern der transformierten Kanäle
mit mindestens einem Filter, um mindestens ein gefiltertes Bild
zu erzeugen, Berechnen der Standardabweichung für jeden der gefilterten transformierten
Kanäle,
Bestimmen einer Referenzstandardabweichung auf der Grundlage der
gefilterten transformierten Kanäle,
Bilden eines Verhältnisses
zwischen der Referenz standardabweichung und der Standardabweichung
eines jeden gefilterten transformierten Kanals und Anwenden des
Verhältnisses
als multiplikativen Verstärkungsfaktor
auf jeden gespeicherten transformierten Kanal zum Bereitstellen
eines farbkorrigierten Bildes.
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Die
Kanäle
können
entweder mittels eines Bandpassfilters oder mittels eines Hochpassfilters
räumlich gefiltert
werden.
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Zur
weiteren Verbesserung der Bildfarbe können noch weitere Schritte
angewandt werden.
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Erfindungsgemäß werden
ferner Mittel zum Korrigieren des Farbabgleichs eines Bildes mit
einer Vielzahl von Kanälen
bereitgestellt mit: Mitteln zum Aufnehmen des Bildes, Mitteln zum
Transformieren eines jeden Kanals des Bildes in einen Potenzgesetzraum,
der definiert ist durch: PL = (1 + A)*S**P – Afür S > {A/[(1 – P)*(1
+ A)]}**(1/P) PL = {P*(1 + A)*{A/[(1 – P)*(1
+ A)]}**[(P – 1)/P]}*Sfür 0 <= S <= {A/[(1 – P)*(1
+ A)]}**(1/P)
wobei PL die Potenzgesetzdarstellung der ursprünglichen
Szene S ist und A und P Konstante sind, Mitteln zum Speichern der
transformierten Kanäle,
Filtermitteln zum räumliches
Filtern der transformierten Kanäle,
um mindestens ein gefiltertes Bild zu erzeugen, Berechnungsmitteln
zum Berechnen der Standardabweichung eines jeden gefilterten transformierten
Kanals, Mitteln zum Bestimmen einer Referenzstandardabweichung auf
der Grundlage der gefilterten transformierten Kanäle, Mitteln
zum Berechnen des Verhältnisses
zwischen der Referenzstandardabweichung und der Standardabweichung
eines jeden gefilterten transformierten Kanals und Mitteln zum Anwenden
des Verhältnisses als
multiplikativen Verstärkungsfaktor
auf jeden gespeicherten transformierten Kanal zum Bereitstellen
eines farbkorrigierten Bildes.
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Die
Erfindung führt
zu einem Farbbild mit wesentlich geringeren Farbverfälschungen
oder Korrekturfehlern als die mit bekannten Verfahren und Vorrichtungen
hergestellten Bilder. Vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen leichter verständlich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung;
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2 ein
Flussdiagramm der Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 ein
Flussdiagramm der Verfahrensschritte einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
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4 ein
Flussdiagramm der Verfahrensschritte einer dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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1 ist
ein Blockdiagramm der zur Ausführung
der Erfindung dienenden Vorrichtung.
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In 1 wird
vom Szenenobjekt 10 kommendes Licht durch die Linse 20 auf
einer LED oder CCD 30 abgebildet. Die Farbdecodiereinrichtung 40 zerlegt
die von der CCD 30 kommenden Multi plex-Farbsignale in elektronische
rote, grüne
und blaue Signale. Die roten, grünen
und blauen Signale werden einem Gammaraum-Umsetzer 50 zugeführt, der
daraus elektronische Gammasignale erzeugt. Die Gammasignale werden
einer Hochpass- oder Bandpass-Filtereinrichtung 60 zugeführt, deren
Ausgabe zur Erzeugung von gleichgerichteten Signalen mit ausschließlich positiven
Pegeln einem Vollwellengleichrichter 70 zugeleitet wird,
wobei alle negativen gefilterten Signalpegel durch den Vollwellengleichrichter
in positive Pegel umgesetzt wurden. Die gleichgerichteten Signale
werden einem Integrator 80 zugeführt. Die vom Integrator 80 kommenden
integrierten Signale werden Referenzsignal-Bestimmungsmitteln 90 zum
Bestimmen eines integrierten Referenzsignals zugeleitet. Die Ausgaben
der Referenzsignal-Bestimmungsmittel 90 und des Integrators 80 werden
einem Berechnungsmittel 100 zum Erzeugen von Verstärkungsfaktorsignalen
zugeführt.
Anschließend
werden die berechneten Verstärkungsfaktorsignale
im Vervielfacher 110 an die vom Gammaraum-Umsetzer 50 kommenden
Gammasignale angelegt, um korrigierte Gammasignale zu erzeugen,
die zum Erzeugen der endgültigen Bildanzeige 130 an
die Videoschaltungen 120 angelegt werden können.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Im
Schritt S1 wird die Bildvorlage, die insgesamt vier Farbkanäle umfasst,
in einen Potenzgesetzraum transformiert. Im Schritt S1a werden die
transformierten Kanäle
in einem Bildpuffer oder Speicher für die spätere Verarbeitung gespeichert.
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Ein
Potenzgesetzraum PL wird meistens definiert als: PL = (1 + A)*S**P – A (1a)für S > {A/[(1 – P)*(1
+ A)]}**(1/P) PL
= {P*(1 + A)*{A/[(1 – P)*(1
+ A)]}**[(P – 1)/P]}*S (1b) für 0 <= S <= {A/[(1 – P)*(1
+ A)]}**(1/P)
worin PL die Potenzgesetzdarstellung der ursprünglichen
Szene S ist. Die ursprüngliche
Szene S kann im Falle einer digitalen Kamera oder Videokamera direkt
aufgenommen werden oder kann durch Abtasten von Farbnegativen oder
Umkehrfilmen oder Prints und Transformieren der abgetasteten Information
mit dem Ziel, Verfälschungen
durch den Film- oder Abtastprozess zu beseitigen, erhalten werden.
A ist eine Kostante und dient dazu, die maximale Steilheit bei Annäherung von
S an null zu begrenzen. Dabei ist zu beachten, dass wenn A = 0,
die gesamte Kurve durch die erste Zeile der Gleichung (1a) wiedergegeben
ist und P = 1 eine lineare Beziehung zwischen S und PL ergibt. Als
Beispiel einer derartigen Potenzgesetztransformation ist die Transformation
des Photo CD Systems zu nennen, das in A Planning Guide for Developers
Kodak Photo CD Products, Copyright: Eastman Kodak Company, 1992,
S. 25, beschrieben ist.
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Im
Schritt S2 werden die erhaltenen transformierten Kanäle räumlich gefiltert.
Der Klarheit halber ist in 2 nur ein
Filter dargestellt. Dabei wird das Bild gegebenenfalls mittels einer
Reihe von Filtern gefiltert. Die roten, grünen und blauen Kanäle werden
jeweils mit jedem Filter gefiltert. Dabei können die verwendeten Filter entweder
alle Hochpassfilter, alle Bandpassfilter oder eine Kombination von
Hochpass- und Bandpassfiltern sein.
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Der
räumliche
Filterprozess arbeitet normalerweise in der Weise, dass auf das
digitale Bild ein FIR- oder ein IIR-Filter angewandt wird. Vorzugsweise
verwendet man ein zweidimensionales Filter, wobei allerdings auch
rechnerisch effizientere eindimensionale Filter mit nur geringfügig schlechterem
Endergebnis verwendet werden können.
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Beispiele
für FIR-Filter
sind: Zweidimensionales
Hochpass-FIR-Filter:
Zweidimensionales
Bandpass-FIR-Filter:
Eindimensionales
Hochpass-FIR-Filter:
Eindimensionales
Bandpass-FIR-Filter:
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Diese
Filter werden mittels dem Fachmann bekannter Faltungsmethoden auf
das digitale Bild angewandt. Dabei ist zu beachten, dass bei jedem
dieser Filter die Summe der Koeffizienten gleich null ist, so dass sich
bei einer räumlichen
Frequenz null (DC) die Antwort null ergibt. Diese Antwort null bei
DC bewirkt tendenziell, dass der Beitrag einer dominierenden Farbe
eliminiert wird und damit Farbobjektfehler vermindert werden.
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Bei
hohem räumlichem
Frequenzrauschen des Bildes ist unter Umständen ein räumliches Bandpassfilter dem
einfacheren räumlichen
Hochpassfilter vorzuziehen. Alle vorstehend beschriebenen Filter
führen
zu einem gefilterten Bild und dann folgenden Verstärkungskorrekturfaktoren,
die den Farbabgleich farbverfälschter
Bilder verbessern. Für
dieses Verfahren sind Bildgrößen ab 50
Pixel (in der kleineren räumlichen
Dimension) geeignet.
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Im
Schritt S3a erfolgt die Berechnung der Standardabweichung jedes
der gefilterten transformierten roten, grünen und blauen Kanäle. Die
Standardabweichung SD wird nach der folgenden Gleichung berechnet:
worin
i und j die horizontale bzw. vertikale Richtung jedes abgetasteten
Pixels im Bild angeben, N die Anzahl der Pixel im Bild und gleich
n × m
ist und X der Mittelwert des Bildes ist und definiert wird als:
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Im
Schritt S3b erfolgt die Bestimmung einer Referenzstandardabweichung.
Die Referenzstandardabweichung kann eine der Standardabweichungen
der transformierten roten, grünen
oder blauen Kanäle
sein. Alternativ kann die Referenzstandardabweichung auch aus einer
Kombination der Standardabweichungen der transformierten roten,
grünen
und blauen Kanäle
oder als Standardabweichung des aus einer Kombination der transformierten
Kanäle
erhaltenen Signals berechnet werden. Ein Beispiel einer Kombination
von Kanälen
ist die Bildung eines Luminanzsignals aus den Daten der roten, grünen und
blauen Kanäle.
Ein Beispiel für
die Luminanz L gemäß der CCIR-Empfehlung
601-1 für
das Fernsehen ist: L
= 0.299*rot + 0.587*grün
+ 0.114*blau (4)worin
L das durch die gewichtete lineare Kombination von roten, grünen und
blauen Farbsignalen gebildete Luminanzsignal ist.
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Im
Schritt S4 werden die an die gespeicherten transformierten Kanäle anzulegenden
Verstärkungsfaktoren
berechnet. Die Verstärkungsfaktoren
basieren auf den Verhältnissen
der gewählten
Referenzstandardabweichung zu den übrigen berechneten Standardabweichungen.
Im Schritt S5 werden die berechneten Verstärkungsfaktoren auf die gespeicherten
transformierten Kanäle
angewandt, und das erhaltene Bild wird im Hinblick auf eine Ausgabedarstellung
der Szene weiter transformiert.
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Für den Fachmann
versteht sich, dass die Farbkorrektur durch weitere Schritte noch
verfeinert werden kann.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Dabei
sind die Schritte, die mit denen des Flussdiagramms gemäß 2 identisch
sind, im Flussdiagramm gemäß 3 mit
denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Die in 3 dargestellte
zweite Ausführungsform
ist mit Ausnahme der folgenden Punkte mit der in 2 dargestellten
ersten Ausführungsform
identisch.
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Die
zweiten Ausführungsform
weist einen zusätzlichen
Schritt S6 auf. Nach dem Schritt S1, in dem die ursprüngliche
Szene in einen Potenzgesetzraum transformiert wird, wird im Schritt
S6 mindestens eine Gewichtungsmaske auf die resultierenden transformierten
Kanäle
angewandt. Diese Gewichtungsmaske weist jedem Pixel anhand der Merkmale
der an jenem Pixel vorliegenden Daten ein Gewicht zwischen 0 und
1 zu. Zum Beispiel kann eine auf den gespeicherten transformierten
Kanälen
basierende Maske stärker
gesättigten
Pixeln ein geringeres Gewicht und weniger gesättigten Pixeln ein höheres Gewicht
zuweisen. Desgleichen kann eine Maske, die auf dem mittels Hochpass-
oder Bandpass-Filter gefilterten Bild beruht, gesättigteren
Pixeln ein geringeres Gewicht und weniger gesättigten Pixeln ein höheres Gewicht zuweisen.
Folgendes ist ein Beispiel einer solchen Maske für ein transformiertes Bild,
bei dem die Codewerte der drei Kanäle r, g und b zwischen 0 und
255 liegen: (r – g)**2
+ (b – g)**2
+ (r – b)**2 > 9500 (5a)Wij = 0 (r – g)**2 + (b – g)**2
+ (r – b)**2 <= 9500 (5b)Wij = 1.0
worin
Wij der Gewichtungsfaktor für
die Pixelposition i, j ist.
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Bei
einem weiteren Beispiel einer Gewichtungsmaske werden abgeschnittene
Pixel (Pixel mit den Codewerten 0 oder 255 in den roten, grünen oder
blauen Kanälen)
eliminiert.
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Die
Verwendung einer Gewichtungsmaske mit der Möglichkeit von Gewichtungen,
die nicht gleich 0 oder 1 sind, erfordert eine Modifikation der
Gleichung für
die Standardabweichung. Dabei wird eine der Standardabweichung ähnliche
Berechnung auf das rote, grüne
und blaue gefilterte transformierte Bild angewandt, und die der
Referenzstandardabweichung ähnliche
Berechnung SD' erfolgt
entsprechend anhand der folgenden Gleichung:
worin y typischerweise, aber
nicht unbedingt, gleich 2 und z typischerweise, aber nicht unbedingt,
gleich 0,5 ist. Dabei ist zu beachten, dass diese Gleichung der
Gleichung für
die Standardabweichung SD, Gleichung (2), ähnlich ist, wobei jedoch die
Gewichtung Wij hinzukommt und der Nenner wegfällt. Da die abschließenden Verstärkungsfaktoren
auf der Grundlage von Verhältnissen
zwischen Werten der Gleichungen (2) oder (6) berechnet werden, hebt
sich der Nenner, der durch einen konstanten Wert angegeben ist,
in dieser Berechnung auf.
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Bei
der in 3 dargestellten Ausführungsform wird die Maske sowohl
auf die gespeicherten transformierten Kanäle als auch auf die gefilterten
transformierten Kanäle
angewandt. Alternativ kann die Maske jedoch auch nur auf die gespeicherten
oder die gefilterten transformierten Kanäle angewandt werden.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Dabei
sind die Schritte, die mit denen des Flussdiagramms gemäß 2 identisch
sind, im Flussdiagramm gemäß 4 mit
denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Die in 4 dargestellte
dritte Ausführungsform
ist mit Ausnahme der folgenden Punkte mit der in 2 dargestellten
ersten Ausführungsform
identisch.
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Die
dritte Ausführungsform
weist einen zusätzlichen
Schritt S7 auf. Im Schritt S7 wird die Standardabweichung jedes
der gespeicherten transformierten roten, grünen und blauen Kanäle berechnet.
Die im Schritt S4 berechneten Verstärkungsfaktoren basieren auf
einer Kombination der anhand der gespeicherten transformierten roten,
grünen
und blauen Kanäle
berechneten Standardabweichungen und der für die gefilterten transformierten
roten, grünen
und blauen Kanäle
berechneten Standardabweichungen.
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Eine
weitere, nicht dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kombiniert
die zusätzlichen Schritte
der zweiten und der dritten Ausführungsformen.
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Für den Fachmann
versteht es sich, dass jede geeignete "Standardabweichungs-" oder "standardabweichungsähnliche" Gleichung verwendet werden kann und
dass der Rahmen der Erfindung nicht auf die unter Bezugnahme auf 3 erläuterte,
in der speziellen Beschreibung verwendete Standardabweichung beschränkt ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist einfach und weniger kompliziert als bekannte Verfahren.
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Das
Verfahren überwindet
die Probleme, die mit Bildern einer Szene verbunden sind, in der
eine vorherrschende Farbe stark dominiert.
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Die
Erfindung eignet sich für
Desktop-Bilderzeugungsanwendungen und könnte auch in Algorithmen für optische
Printer (Minilabs, Farbsynchronisation bei bewegten Bildern, Hochleistungsdruckern,
usw.) sowie Transmissions- und Reflexions-Scannern, Videokameras
und Video-Displays/Fernsehern Anwendung finden. Die für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
erforderlichen Geräte
sind einfach und preiswert.
Eindimensionales Hochpass-FIR-Filter:
Eindimensionales Bandpass-FIR-Filter:
