EP0037320A1 - Procédé pour obtenir une représentation de courbes sur un écran de télévision - Google Patents
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- G09G5/00—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators
- G09G5/20—Function-generator circuits, e.g. circle generators line or curve smoothing circuits
Definitions
- the present invention relates to a method for smoothing the curves generated by black and white or color television scanning.
- the screen of a television tube can be divided into a plurality of fictitious squares, generally designated by the name of image points or pixels (picture elements) defined by the coordinates of their center.
- the reproduction or even the production of an image can therefore be obtained by causing, by scanning, the illumination of a corresponding number of image points affected by a determined luminance and possibly a chrominance.
- the invention relates more particularly, but not exclusively, to a method of smoothing curves generated by a television scan, according to which the calculation of the points of the screen to be switched on can be carried out using additions and offsets.
- the invention therefore proposes to use patterns composed of several pixels, the barycenter of which, taking the coefficient, for example in the case of a white on black image, the luminance, is positioned on the line to be traced. We thus make the place of visual perception coincide with the line to be traced, which makes it possible to obtain an impression of continuity.
- a pattern is formed consisting of at least a pair of adjacent pixels arranged on the same column and whose luminance L 'is chosen so that the barycenter is located on the curve to be plotted, so that, for the homogeneity of the trace, all the patterns have approximately the same luminance value.
- these intermediate colors are taken on the segment C n C 0 traced in a space of substantially uniform colors, for example, space (U, V, Y).
- space (U, V, Y) The value of the luminances (values Y ' 1 ' Y ' 2' ... Y ' n-1 in the space X, Y, Z) of these intermediate colors C 1 , C 2 ... C n-1 , thus that their chrominance (for example calculation in the plane U, V or even in the space L *, U *, V * defined in 1976 by the International Commission of Lighting) are therefore intermediate.
- a determined number n of patterns is used a 0 , a 1 , a 2 ... a n each composed of at least one pair of adjacent pixels located on the same column, the position of the barycenter of the pattern a 0 being central, while the positions of the barycenters of the other patterns are offset relative to said central position in an increasing and alternating fashion.
- the choice of patterns (a 0 ... a n ) to be applied is determined as a function of the position of the above value e with respect to a series of values h 1 ... h n established in advance. .
- Figure 6 is a U, V, Y diagram, used in this example for the determination of intermediate colors.
- the television screen has been partially represented in the form of a grid in which each square, with sides equal to unity, represents a pixel defined by the X, Y coordinates of its center.
- the vector A, B to be traced originates from the center of the pixel with coordinates X, Y and for its end the center from the pixel with coordinates X, Y.
- the pixel with coordinates X 0 Y 1 is turned on (block 11). Then (block 12) X is incremented by one unit (X o ⁇ X 1 ), then calculate the difference e 1 . It is then determined, for example by comparing it with a value 0.5, whether the value e is positive or negative (block 13).
- Y is incremented by one unit (block 14), and the pixel with coordinates X 1 Y is then lit (block 15).
- the system verifies that X 1 is less than X n (block 16) and orders a new incrementation of X which passes to X for the following sequence.
- e is equal to 0.5, which is the case for e 2 , Y 1 is not incremented (block 17). In this case, the pixel with coordinates X 2 Y 1 is lit.
- the invention proposes a smoothing method consisting in causing, at the end of each of the sequences, the illumination of at least two pixels (at the lim of one) of luminance such as their barycenter (taking as coefficient the luminance), is located on the vector to be plotted.
- the invention therefore uses this feature to bring the place of visual perception to coincide with the curve to be drawn.
- the table shown in Figure 3 provides a numbering of the four luminance values 'L' supplied by a conventional television tube (these values being substantially linear).
- the choice of the luminances of each of the patterns is chosen in such a way that the sum of the luminances of the two pixels which compose it is constant. In the example shown in Figure 4 it is equal to 4.
- the number of intermediate grays necessary for obtaining a given quality of smoothing increases with the luminance delivered for the white. Indeed, the perception of a border between two grays depends on the difference in their luminances. The greater this difference, the poorer the quality of the smoothing.
- the colors of the line and of the background are represented by two points C 3 and C 0 in the color space (U, V, Y).
- the intermediate colors C and C 2 are taken on the segment C 3 C 0 so as to present the least contrast between them and between C 0 and C 3.
- C 1 and C 2 are therefore intermediate in luminance (value of Y) and in chrominance (calculation in the u, v plane).
- the determination of the intermediate colors can be carried out by using instead of the space u, v, y, the space (1 * , u *, v * ) defined by the following relationships: with relations in which: (X, Y, Z) are the components in space (X, Y, Z) 1931 the index n refers to the reference illuminant A or D65 .. 1 * is called psychometric clarity CIE 1976
- the patterns used for producing color curves can be substantially the same as those described with reference to FIGS. 3 and 4, with the difference that the color black is replaced by the background color C 0 , for example green, gray dark is replaced by the intermediate color C 1 (close to C 0 ), gray. clear is replaced by the intermediate color C 2 close to that of the line, white is replaced by the color of the line, for example red.
- color smoothing is relatively more delicate than black and white smoothing, because there are two parameters, to be controlled instead of just one and the fact that the eye does not always respond equally to colorful light excitement.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne un procédé de lissage des courbes générées par balayage de télévision en noir et blanc ou en couleur.
- D'une manière générale, on constate que, sur un tube de télévision, dès qu'un trait n'est plus ni horizontal ni vertical, des marches d'escalier apparaissent sur le tracé, d'autant plus visibles que le trait est proche de l'horizontale ou de la verticale.
- Le nombre des marches et leur longueur dépendent de la pente et de la définition de l'image.
- On rappelle que l'écran d'un tube de télévision peut se diviser en une pluralité de carrés fictifs, généralement désignés sous le nom de points d'image ou pixel (picture elements) définis par les coordonnées de leur centre.
- La reproduction ou même la réalisation d'une image peut donc être obtenue en provoquant, par un balayage, l'éclairement d'un nombre correspondant de points d'image affectés d'une luminance et éventuellement d'une chrominance déterminées.
- L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement,un procédé de lissage de courbes générées par un balayage de télévision, selon lequel le calcul des points de l'écran à allumer peut être réalisé à l'aide d'additions et de décalages.
- On sait qu'il est facile de réaliser un vecteur ayant pour origine le centre (X Yo d'un pixel et pour extré- mité, le centre (X Y ) d'un autre pixel.
- La génération de ce vecteur peut être. réalisée selon l'algorithme de Bresenham qui consiste, dans le cas où le vecteur passe dans le premier quadrant et présente une pente inférieure à 45:
- - à allumer le pixel de coordonnées Xo Yo,
- - à incrémenter X d'une unité, X passant alors à X1,
- - à déterminer la valeur de l'écart e (signé) entre le vecteur et le centre du pixel de coordonnées X1 Yo,
- - à comparer cette valeur e à une valeur hégale à 2 moitié de la hauteur d'un pixel (0,5 si cette hauteur est égale à l'unité),
- - à incrémenter Y, qui passe à Y1, si e est supérieur
- - à conberver la valeur Y si e est inférieur à
- - à allumer selon le cas le pixel de coordonnées X1 Y1 ou X1 Y0,
- - à incrémenter à nouveau X d'une unité (X passant à X2) et à répéter le processus jusqu'à atteindre le pixel de coordonnées X Y .
- Il est clair que tous les autres cas peuvent se déduire de cet algorithme par diverses symétries :
- - valeur de pente supérieure à 45° X Y,
- - vecteur dans le deuxième quadrant X → - X,
- - vecteur dans le troisième quadrant X → - X, Y → -Y,
- - vecteur dans le quatrième quadrant Y → -Y.
- Il apparaît donc que,selon ce mode de génération, tons les vecteurs générés dans le premier octant sont constitués par une suite de segments horizontaux, décalés les uns par rapport aux autres, en forme de marches d'escalier.
- Pour supprimer cet inconvénient, il convient donc d'effectuer un lissage en procédant à une diminution locale du contraste entre le trait et le fond et en augmentant artificiellement la définition de l'image, l'oeil de l'observateur filtrant le tout et ne percevant plus distinctement les marches d'escalier.
- A cet effet, selon une technique connue voisine de la technique d'imprimerie, on utilise un jeu de motifs dont l'impression répétée donne un effet de gris plus ou moins foncé.
- Toutefois, il s'est avéré qu'en utilisant des motifs selon une technique à deux niveaux, qui présente l'avantage de n'utiliser qu'un seul bit pour coder chaque pixel, l'effet de lissage diminue fortement pour des pentes inférieures à 10°, de sorte qu'aucun résultat probant n'a pu être obtenu. Cette technique ne présente d'intérêt que pour les tubes haute résolution et à grande mémoire écran et dont la figuration no nécessite pas un lissage de grande qualité.
- Pour supprimer cet inconvénient, l'invention propose donc d'utiliser des motifs composés de plusieurs pixels dont le barycentre , en prenant comme coefficient par exemple dans le cas d'une image blanc sur noir la luminance, est positionné sur la droite à tracer. On fait donc ainsi coincider le lieu de perception visuelle et la droite à tracer, ce qui permet d'obtenir une impression de continuité.
- Par ailleurs, l'utilisation de ce principe permet de diminuer localement le contraste entre le trait et le fond et d'augmenter articifiellement la définition de l'image. Sa mise en oeuvre est aisée en utilisant la valeur de e de l'algorithme de Bresenham.
- A cet effet, au lieu d'allumer, pour chacune des valeurs de e, un seul pixel, comme dans l'algorithme précédemment décrit, on allume un motif constitué par au moins un couple de pixels adjacents disposés sur une même colonne et dont la luminance L' est choisie de manière à ce que le barycentre soit situé sur la courbe à tracer, en faisant en sorte que, pour l'homogénéité du tracé, tous les motifs aient à peu près la même valeur de luminance.
- L'application au procédé précédemment décrit au lissage d'une image en couleur nécessite la définition de plusieurs couleurs intermédiaires C1 Cn-1 entre la couleur du trait Cn et celle du fond C0,
- Selon une autre caractéristique de l'invention, de façon à présenter le moindre contraste entre elles et entre C0 et Cn, ces couleurs intermédiaires sont prises sur le segment C n C 0 tracé dans un espace des couleurs sensiblement uniformes, par exemple, l'espace (U, V, Y). La valeur des luminances (valeurs Y'1' Y'2' ...Y'n-1 dans l'espace X, Y, Z) de ces couleurs intermédiaires C1, C2... Cn-1, ainsi que leur chrominance (par exemple calcul dans le plan U, V ou même dans l'espace L*, U*, V* défini en 1976 par la Commission Internationale de l'Eclairage) sont donc intermédinires.
- Par ailleurs, les différences de couleurs entre C0 et C1 , C1 et C2, Cn-1 et Cn, sent prises sensiblement égales.
- Selon une autre caractéristique de l'invention, pour effectuer le tracé des susdites courbes, on utilise un nombre déterminé n de motifs a0, a1, a2 ...an composés chacun d'au moins une paire de pixels adjacents situés sur une même colonne, la position du barycentre du motif a0 étant centrale, tandis que les positions des barycentres des autres motifs sont décalées par rapport à ladite position centrale dé façon croissante et alternée. Dans ce cas, le choix des motifs (a0...an) à appliquer est déterminé en fonction de la position de la susdite valeur e par rapport à une série de valeurs h1...hn établie à l'avance.
- Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-aprés à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
- - La figure 1 est une représentation partielle schématique d'un vecteur que l'on désire tracer sur un écran de télévision dont on a représenté les pixels ;
- - La figure 2 représente un organigramme simplifié de l'algorithme de Bresenham pour la génération d'un vecteur de pente inférieure à 45° dans le premier quadrant (premier octant) ;
- - La figure 3 est un tableau dans lequel on a numéroté la luminance L pour une échelle de gris (allant du noir au blanc) ;
- - Les figures 4 et 5 représentent un ensemble de motifs pouvant être utilisés pour générer un trait fin (motifs a, b, c, (figure 4) et pour'générer un trait moyen (motifs d, à g (figure 5);
- La figure 6 est un diagramme en U, V, Y, servant dans cet exemple à la détermination des couleurs intermédiaires.
- Avec référence à la figure 1, l'écran de télévision a été partiellement représenté sous la forme d'un quadrillage dans lequel chaque carré, de côté égal à l'unité, représente un pixel défini par les coordonnées X, Y de son centre. Dans cet écran, le vecteur A, B à tracer a pour origine le centre du pixel de coordonnées X , Y et pour extrémité le centre'du pixel de coordonnées X , Y . On a en outre représenté dans chacun des pixels traversés par le vecteur, les écarts e1....en-1 entre le centre des pixels et ledit vecteur, ces écarts servant, comme précédemment mentionné, pour tracer le vecteur en utilisant l'algorithme de Bresenham.
- Selon cet algorithme, et conformément à l'organigramme représenté figure 2, dans une première phase on allume (bloc 11) le pixel de coordonnées X0Y1, On incré- mente ensuite (bloc 12) X d'une unité (Xo → X1), puis on calcule l'écart e1. On détermine ensuite, par exemple en la comparant avec une valeur 0,5, si la valeur e est positive ou négative (bloc 13).
- e >O signifiant que le vecteur passe au-dessous du centre du pixel.
- e < 0 signifiant que le vecteur passe au-dessus du centre du pixel.
- Si e est positif, ce qui est le cas de e1, Y est incrémenté d'une unité (bloc 14), et le pixel de coordonnées X1 Y est alors allumé (bloc 15). Le système vérifie ensuite que X1 est inférieur à Xn (bloc 16) et commande une nouvelle incrémentation de X qui passe à X pour la séquence suivante.
- Si e est égal à 0,5, ce qui est le cas de e2, Y1 n'est pas incrémenté (bloc 17). Dans ce cas, le pixel de coordonnées X2 Y1 est allumé.
- De même, si e est négatif, ce qui est le cas de e3, Y1 n'est toujours pas incrémenté-et, dans ce cas, le pixel de coordonnées X3 Y1 est allumé.
- Ce processus se poursuit jusqu'à ce que la valeur de X devienne égale à la valeur X .
- On obtient donc la courbe en escalier représentée en gris sur la figure 1.
- Pour supprimer cet inconvénient, l'invention propose un procédé de lissage consistant à provoquer, à l'issue de chacune des séquences, l'éclairement d'au moins deux pixels (au lim d;un) de luminance telle que leur barycentre (en prenant comme coefficient la luminance), se trouve situé sur le vecteur à tracer.
- En effet, si l'on réalise par exemple deux motifs a et b dont l'un, le motif a, est uniformément blanc et l'autre, le motif b est à moitié gris et à moitié blanc, un observateur suffisamment éloigné les percevra comme des points de teintes différentes et surtout positionnés différemment.
- L'invention utilise donc cette particularité pour amener le lieu de perception visuelle en coïncidence avec la courbe à tracer.
- Le tableau représenté figure 3 fournit une numérotation des quatre valeurs de luminance'L' fournies par un tube de télévision classique (ces valeurs étant sensiblement linéaires).
- Ainsi, la réalisation d'un trait fin peut être obté- nue au moyen de trois types d'images constitués par au moins deux pixels adjacents et disposés sur une même colonne, à savoir (figure 4) :
- - une image a comprenant deux pixels de coloration 2 (gris clair) et dont la position du barycentre se situe sur un axe médian de référence (position 0) ;
- - une imago b comprenant deux pixels, à savoir : un pixel supérieur de luminance 1 (gris foncé) et un pixel inférieur de luminance 3 (blanc), la position du barycentre étant située à -0,25 (par rapport à l'axe de référence) ;
- - une image c comprenant un pixel supérieur de luminance 3 (blanc) et un pixel inférieur de luminance 1, la position du barycentre étant située à 0,25, par rapport à l'axe de référence.
- Le choix des luminances de chacun des motifs est choisi de telle manière que la somme des luminances des deux pixels qui le compose soit constante. Dans l'exemple représenté figure 4 elle est égale à 4.
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- Dans le cas d'un vecteur à pente négative, les images b et c devront être inversées.
- Pour la réalisation d'un trait d'épaisseur moyenne, on utilise les images d, e, f et g à deux ou trois pixels représentées figure 5. On notera que dans celles-ci la somme des luminances des deux ou trois pixels est constante et égale à 6, à l'exception de l'image g dont la somme des luminances est égale à 5. L'emploi de l'image g procurera donc une impression de discontinuité.
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- D'une façon analogue à la précédente, lorsque la pente du vecteur est négative, il suffit d'inverser les colonnes a et f
- Dans le cas où les traits à réaliser sont très épais, il suffit d'appliquer l'algorithme de traits fins sur les bord de ce trait.
- On constate que le procédé précédemment décrit, qu'il s'agisse d'un trait fin, d'un trait moyen ou même d'un trait épais, permet d'obtenir un effet de lissage en codant les gris sur seulement deux bits.
- Par ailleurs, de toute façon, le nombre de gris intermédiaires nécessaires à l'obtention d'une qualité donnée de lissage croît avec la luminance délivrée pour le blanc. En effet, la perception d'une frontière entre deux gris dépend de la différence de leurs luminances. Plus cette différence est importante, moins la qualité du lissage sera bonne.
- Le principe de lissage d'une courbe blanc sur noir précédemment décrit peut êtro utilisé pour le lissage en coulour. Il nécessite la définition de plusieurs couleurs intermédiaires ontre la couleur du trait et celle du fond. La qualité de l'imago croît avec le nombre de couleurs intermédiaires utilisées.
- Avec référence à la figure 6, les couleurs du trait et du fond sont représentées par deux points C3 et C0 dans l'espace des couleurs (U, V, Y). Les couleurs intermédiaires C et C2 sont prises sur le segment C3 C0 de façon à présenter le moindre contraste entre elles et entre C0 et C3.
- C1 et C2 sont donc intermédiaires en luminance (valeur de Y) et en chrominance (calcul dans le plan u,v).
- Les différences de luminance entre C0 et C1, C et C2, C2 et C3 sont prises égales.
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- Y1 étant la luminance an point C1
- Y2 étant la luminance au point C2
- Y3 étant la luminance au point C3
- Yo étant la luminance au point C0,
- Les différences de chrominance entre C et C1, C1 et C2, C2 et C3 sont prises égales.
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- Bien entendu la détermination des couleurs intermédiaires peuvent s'effectuer en utilisant au lieu de l'espace u, v, y , l'espace (1*, u*, v*) défini par les relations suivantes:
- Selon cet espace la différence entre deux couleurs est alors définie par :
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- Les motifs utilisés pour la réalisation de courbes en couleur peuvent être sensiblement les mêmes que ceux décrits à propos des figures 3 et 4, à la différence près que la couleur noire est remplacée par la couleur du fond C0, par exemple verte, le gris foncé est remplacé par la couleur intermédiaire C1 (proche de C0), le gris. clair est remplacé par la couleur intermédiaire C2 proche de celle du trait, le blanc est remplacé par la couleur du trait par exemple rouge.
- Bien entendu en raison des limites des tubes électroniques utilisés il n'est pas toujours possible de réaliser exactement des couleurs présentant des valeurs calculées de la façon précédemment décrite.
- Les valeurs utilisées sont alors obtenues en essayant de respecter les chrominancs (proucentage de R, V, B) et d'approcher les luminances calculées en se rapprochant de la.luminance du trait,pour C ,et de celle du fond,pour C1,
- Il apparait donc que le lissage couleur est relativement plus délicat que le lissage noir et blanc, du fait qu'il y a deux paramètres, à contrôler au lieu d'un seul et du fait que l'oeil ne répond pas toujours de façon égale à l'excitation lumineusecolorée.
- Le lissage est néanmoins obtenu en utilisant des motifs du genre de ceux développes pour le lissage noir et blanc, en fonction de la valeur e de l'algorithme de Bresenham, les couleurs intermédiaires pouvant être déterminées par calcul en utilisant un espace de couleurs uniforme.
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