EP1991960A2 - Verfahren und einrichtung zur dynamikkompression in bildern oder signalreihen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur dynamikkompression in bildern oder signalreihen

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EP1991960A2
EP1991960A2 EP07721989A EP07721989A EP1991960A2 EP 1991960 A2 EP1991960 A2 EP 1991960A2 EP 07721989 A EP07721989 A EP 07721989A EP 07721989 A EP07721989 A EP 07721989A EP 1991960 A2 EP1991960 A2 EP 1991960A2
Authority
EP
European Patent Office
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values
amplitude values
images
input amplitude
averaging
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07721989A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Willi Platz
Gerald Sobotta
Dieter Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by EADS Deutschland GmbH filed Critical EADS Deutschland GmbH
Publication of EP1991960A2 publication Critical patent/EP1991960A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/14—Picture signal circuitry for video frequency region
    • H04N5/20—Circuitry for controlling amplitude response
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/40—Image enhancement or restoration using histogram techniques
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/73—Deblurring; Sharpening
    • G06T5/75—Unsharp masking
    • G—PHYSICS
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    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/90—Dynamic range modification of images or parts thereof
    • G06T5/94—Dynamic range modification of images or parts thereof based on local image properties, e.g. for local contrast enhancement
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
    • H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
    • H03M7/3002—Conversion to or from differential modulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20—Special algorithmic details
    • G06T2207/20004—Adaptive image processing
    • G06T2207/20012—Locally adaptive

Definitions

  • the invention relates to a method for dynamic compression in images or signal series according to the preamble of claim 1, as well as a device for dynamic compression of images or signal series according to the preamble of claim 14.
  • Image processing methods are known in which input amplitude values of the images or signal series are subjected to local spatial amplitude averaging and differences of the input amplitude values and the locally spatially averaged input amplitude values are formed. From these differences, using a sigmoid function, output amplitude values of the images or signal series are generated, which are characterized by an amplification of edges contained in the image, whereas in homogeneous image regions all pixels (pixels) are set to medium gray.
  • This method is known as the Mead-Mahowald Retina function and described in Mead, Carver A. and Ma- howald, MA, Neural Network 1, p. 91 (1988) or in Mahowald, M.
  • the object of the invention is to provide a method for dynamic compression of images or signal series, are accessible by the brightness variations while preserving existing in the image contrasts for detection. Furthermore, a device for dynamic compression of images or signal series is to be created, which makes this.
  • the invention provides a method for dynamic compression in images or signal series having the features of claim 1. Furthermore, a device for dynamic compression in images or signal series with the features of claim 14 is provided by the invention.
  • the invention provides a method for dynamic compression in images or signal series represented by individual amplitude values, in which input amplitude values EA of the images or signal series are subjected to local spatial amplitude averaging and locally spatially averaged input amplitude values ⁇ EA> are generated from differences in the input amplitude values EA and the local spatially averaged input amplitude values ⁇ EA> difference function values are formed, and generated from the difference function values formed output amplitude values AA of the images or signal series.
  • the output amplitude values AA of the images or signal series are generated by applying a sigmoid function to the differential function values formed.
  • the difference value formation has the form
  • the local spatial amplitude averaging takes place via an averaging area with weights decreasing from the center.
  • the averaging area can be square, circular, rectangular or elliptical.
  • the reference value GA is set to a constant value.
  • the reference value GA can be set to half the maximum amplitude of the input amplitude values EA.
  • non-colored images are processed.
  • color images are processed.
  • the formation of the difference function values can be done channel by channel for each color channel.
  • the process can be carried out analogously.
  • the method is performed digitally.
  • the invention provides a device for dynamic compression in bits or signal series, which are represented by individual amplitude values, the device being provided for subjecting input amplitude values EA of the images or signal series to local spatial amplitude averaging and locally spatially averaged input amplitude values EA> to generate difference function values from differences of the input amplitude values EA and the locally spatially averaged input amplitude values ⁇ EA> and to generate output amplitude values AA of the images or signal series from the formed difference function values.
  • the device in the formation of the difference function values, is provided for additionally superimposing on the differences formed from the input amplitude values EA and the locally spatially averaged input amplitude values ⁇ EA>, which are formed from the input amplitude values EA and a predetermined reference value EA.
  • the device is provided for taking the output amplitude values AA of the images or signal series under Applying a sigmoid function on the formed difference function values.
  • the device is provided to perform the difference value formation in the form (EA- ⁇ EA>) + b- (EA-GA), where GA is the predetermined reference value and BA is a predetermined weighting factor.
  • the device is provided to perform the local spatial amplitude averaging over an averaging range with decreasing weights from the center.
  • the averaging region over which the local spatial amplitude averaging can take place may be square, circular, rectangular or elliptical.
  • the reference value GA may be set to a constant value.
  • the reference value GA may be set to half the maximum amplitude of the input amplitude values EA.
  • the device is provided for processing non-colored images.
  • the device for processing color images is provided.
  • the device can be provided to carry out the formation of the differential function values separately for each channel in color.
  • the device according to the invention can work analogously.
  • the device operates digitally.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating methods and apparatus for dynamic compression of images or signal series according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a graph showing amplitude processing according to the known Mead-Mahowald Retina function (MMR);
  • MMR Mead-Mahowald Retina function
  • MMR Mead-Mahowald-Retina function
  • Dynamic Compression adaptive dynamic compression
  • Fig. 4 is a diagram showing the amplitude processing in the dynamic compression of images or signal series according to an embodiment of the invention
  • Fig. 5 is a graph showing in comparison the amplitude processing in the known Mead-Mahowald-Retina function (MMR) and in the dynamic compression (adaptive dynamic compression) according to the embodiment of the invention.
  • MMR Mead-Mahowald-Retina function
  • these input amplitude values EA undergo local spatial amplitude averaging, thereby forming averaged input amplitude values ⁇ EA>.
  • the input amplitude values EA and the locally spatially averaged input amplitude values ⁇ EA> are subjected to a difference formation 30, where their difference EA- ⁇ EA> is evaluated.
  • This difference formation 30 is subjected in the present embodiment to a modified difference formation, which is shown at 40. This difference has the form
  • This sigmoid function which generally has an S-shaped curve between an upper limit and a lower limit, which approaches each asymptotically, compresses the modified difference values formed at 40 to output amplitude values AA, which are output at 60.
  • a dynamic compression device in the manner described is accordingly designed such that, given 10 input amplitude values of the images or signal series to be processed, it is subjected to local spatially weighted amplitude averaging at 20 and at 30 from differences of the input amplitude values EA and the locally spatially averaged input amplitude values EA> forms a correspondingly modified difference in said form (EA ⁇ EA>) + b (EA-GA).
  • the difference thus formed is calculated at 50% of the and are available at 60 as output amplitude values AA.
  • the device for dynamic compression of the images or signal series can work analogously, with, for example, the local spatial averaging being realized by electronic circuits with transconductance amplifiers, which approximates a reduction to large difference amounts ABS (EA ⁇ EA>).
  • the specific nature of the local average has a relatively small effect on the result.
  • the averaging area should be square or circular in images, with weights decreasing from the center. Deviating from this, the averaging area can also be rectangular or elliptical.
  • the device can be numerically made by a digital circuit. In analog networks as well as in numerically simulated networks, feedback causes an exponential drop around the center of the averaging area.
  • FIG. 2 shows a dynamic compression of images or signal series according to the known Mead-Mahowald-Retina function (MMR function).
  • MMR function Mead-Mahowald-Retina function
  • FIG. 3 shows in comparison the dependence of the transformed amplitude difference EA- ⁇ EA> or EA- ⁇ EA> + b (EA-GA) in the case of the conventional MMR function (dotted line) or according to the adaptive dynamic compression in accordance with FIG Fig. 1 embodiment shown.
  • FIG. 5 again shows, in a direct comparison, the different course of the output amplitude values in the conventional MMR function (dotted line) and the output amplitude values which are obtained after modified difference formation according to the exemplary embodiment described (dot-dashed line).
  • the brightness order is thus substantially preserved in the local brightness transformation, i. dark areas remain dark and light areas remain bright, not all brightness values in homogeneous image segments are transformed to medium brightness.

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Abstract

Verfahren und Einrichtung zur Dynamikkompression in Bildern oder Signalreihen, welche durch einzelne Amplitudenwerte repräsentiert sind, wobei Eingangsamplitudenwerte EA der Bilder oder Signalreihen einer lokalen räumlichen Amplitudenmittelung unterzogen und lokal räumlich gemittelte Eingangsamplitudenwerte <EA> erzeugt werden (20), aus Differenzen der Eingangsamplitudenwerte EA und der lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitudenwerte <EA> Differenzfunktionswerte gebildet (30), und aus den gebildeten Differenzfunktionswerten Ausgang- samplitdenwerte AA der Bilder oder Signalreihen erzeugt werden (50, 60). Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass bei der Bildung der Differenzfunktionswerte den aus den Eingangsamplitudenwerten EA und den lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitdenwerten <EA> gebildeten Differenzen zusätzlich Differenzwerte überlagert werden (40), welche aus den Eingangsamplitudenwerten EA und einem vorgegebenen Bezugswert GA gebildet werden.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Dynamikkompression in Bildern oder Signalreihen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dynamikkompression in Bildern oder Signalreihen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine Einrichtung zur Dynamikkompression von Bildern oder Signalreihen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Bei der Auswertung von Bildern oder Signalreihen, welche beispielsweise durch Videoüberwachung (Grau-Video, Farb-Video, IR-Video), Nachtsichtgeräte oder andere Aufzeichnungen mit Bildaufnahmen unter schlechten Beleuchtungsbedingungen gewonnen werden, besteht ein Nachteil darin, dass die im Bild enthaltenen Helligkeitsvariationen vom menschlichen Auge oft nur zu einem geringen Teil erfaßt werden können und damit ein großer Teil der trotz der schlechten Beleuchtungsbedingungen im Bild vorhandenen Informationen dem Betrachter nicht zugänglich sind.
Es sind Bildbearbeitungsverfahren bekannt, bei denen Eingangsamplitudenwerte der Bilder oder Signalreihen einer lokalen räumlichen Amplitudenmittelung unterzogen und Differenzen der Eingangsamplitudenwerte und der lokal räumlich ge- mittelten Eingangsamplitudenwerte gebildet werden. Aus diesen Differenzen werden unter Anwendung einer Sigmoidfunktion Ausgangsamplitudenwerte der Bilder oder Signalreihen erzeugt, welche durch eine Verstärkung von im Bild enthaltenen Kanten charakterisiert sind, während jedoch in homogenen Bildbereichen alle Pixel (Bildelemente) auf mittelgrau gesetzt sind. Dieses Verfahren ist als Mead- Mahowald-Retina-Funktion bekannt und beschrieben in Mead, Carver A. und Ma- howald, M. A., Neural Network 1, p. 91 (1988) oder in Mahowald, M. und Mead, C. A., (1991 , May), Silicon Retina, Sei. Amer.: 76-72. Mit diesem bekannten Verfah- ren verbunden ist ein fast völliger Verlust von im Bild enthaltenen Helligkeitsunterschieden, und die Anwendung auf Farbbilder ist nicht möglich, da die Helligkeiten in den einzelnen Farbkanälen so verfälscht werden, dass damit auch die Farben selbst verfälscht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Dynamikkompression von Bildern oder Signalreihen zu schaffen, durch das Helligkeitsvariationen unter Erhaltung von im Bild vorhandenen Kontrasten zur Erkennung zugänglich werden. Weiterhin soll eine Einrichtung zur Dynamikkompression von Bildern oder Signalreihen geschaffen werden, welche dieses leistet.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Dynamikkompression in Bildern oder Signalreihen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen. Weiterhin wird durch die Erfindung eine Einrichtung zur Dynamikkompression in Bildern oder Signalreihen mit den Merkmalen des Anspruchs 14 geschaffen.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Dynamikkompression in Bildern oder Signalreihen, welche durch einzelne Amplitudenwerte repräsentiert sind, geschaffen, bei dem Eingangsamplitudenwerte EA der Bilder oder Signalreihen einer lokalen räumlichen Amplitudenmittelung unterzogen und lokal räumlich gemittelte Eingangsamplitudenwerte <EA> erzeugt werden, aus Differenzen der Eingangsamplitudenwerte EA und der lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitudenwerte <EA> Differenzfunktionswerte gebildet, und aus den gebildeten Differenzfunktionswerten Ausgangsamplitdenwerte AA der Bilder oder Signalreihen erzeugt werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass bei der Bildung der Differenzfunktionswerte den aus den Eingangsamplitudenwerten EA und den lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitdenwerten <EA> gebildeten Differenzen zusätzlich Differenz- werte überlagert werden, welche aus den Eingangsamplitudenwerten EA und einem vorgegebenen Bezugswert GA gebildet werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Erzeugung der Ausgangsamplitudenwerte AA der Bilder oder Signalreihen unter Anwendung einer Sigmoidfunktion auf die gebildeten Differenzfunkti- onswerte.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat die Differenzwertbildung die Form
(EA-<EA>)+b-(EA-GA), wobei GA der vorgegebene Bezugswert und b ein vorgegebener Wichtungsfaktor ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die lokale räumliche Amplitudenmittelung über einen Mittelungsbereich mit vom Zentrum her abnehmenden Gewichten.
Der Mittelungsbereich kann quadratisch, kreisförmig, rechteckig oder elliptisch sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Bezugswert GA auf einen konstanten Wert eingestellt.
Der Bezugswert GA kann auf die halbe Maximalamplitude der Eingangsamplitudenwerte EA eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nicht-farbige Bilder verarbeitet.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Farbbilder verarbeitet. Die Bildung der Differenzfunktionswerte kann kanalweise für jeden Farbkanal erfolgen.
Gernäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Bildung der Differenzfunktionswerte vektoriell, wobei eine vektorielle Mittelung der Eingangsamplitudenwerte EA vorgenommen wird mit <EA>=(<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3.
Das Verfahren kann analog durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren digital durchgeführt.
Weiter wird durch die Erfindung eine Einrichtung zur Dynamikkompression in BiI- dem oder Signalreihen, welche durch einzelne Amplitudenwerte repräsentiert sind, geschaffen, wobei die Einrichtung dazu vorgesehen ist, Eingangsamplitudenwerte EA der Bilder oder Signalreihen einer lokalen räumlichen Amplitudenmittelung zu unterziehen und lokal räumlich gemittelte Eingangsamplitudenwerte <EA> zu erzeugen, aus Differenzen der Eingangsamplitdenwerte EA und der lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitudenwerte <EA> Differenzfunktionswerte zu bilden, und aus den gebildeten Differenzfunktionswerten Ausgangsamplitudenwerte AA der Bilder oder Signalreihen zu erzeugen. Erfindungsgemäß ist die Einrichtung dazu vorgesehen, bei der Bildung der Differenzfunktionswerte den aus den Eingangsamplitudenwerten EA und den lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitu- denwerten <EA> gebildeten Differenzen zusätzlich Differenzwerte zu überlagern, welche aus den Eingangsamplitudenwerten EA und einem vorgegebenen Bezugswert EA gebildet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung dazu vorgesehen, die Ausgangsamplitudenwerte AA der Bilder oder Signalreihen unter Anwendung einer Sigmoidfunktion auf die gebildeten Differenzfunktionswerte zu erzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung dazu vorgesehen, die Differenzwertbildung in der Form (EA-<EA>)+b- (EA-GA) durchzuführen, wobei GA der vorgegebene Bezugswert und BA ein vorgegebener Wichtungsfaktor ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung dazu vorgesehen, die lokale räumliche Amplitudenmittelung über einen Mittelungsbereich mit vom Zentrum her abnehmenden Gewichten durchzuführen.
Der Mittelungsbereich, über den die lokale räumliche Amplitudenmittelung erfolgt, kann quadratisch, kreisförmig, rechteckig oder elliptisch sein.
Der Bezugswert GA kann auf einen konstanten Wert eingestellt sein.
Der Bezugswert GA kann auf die halbe Maximalamplitude der Eingangsamplitudenwerte EA eingestellt sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zum Verarbeiten von nicht-farbigen Bildern vorgesehen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Einrich- tung zum Verarbeiten von Farbbildern vorgesehen.
Die Einrichtung kann dazu vorgesehen sein, die Bildung der Differenzfunktionswerte kanalweise für jeden Farbkanal getrennt durchzuführen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform äer Erfindung ist die Einrichtung dazu vorgesehen, die Bildung der Differenzfunktionswerte vektoriell durchzuführen, wo- bei eine vektoreielle Mittelung der Eingangsamplitudenwerte EA vorgenommen wird, mit <EA>=(<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann analog arbeiten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Einrichtung digital arbeitet.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches Verfahren und Einrichtung zur Dynamikkompression von Bildern oder Signalreihen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt;
Fig. 2 ein Diagramm, welche die Amplitudenverarbeitung gemäß der bekannten Mead-Mahowald-Retina-Funktion (MMR) wiedergibt;
Fig. 3 ein Diagramm, welches im Vergleich die Transformation der Amplitudendifferenz bei der bekannten Mead-Mahowald-Retina-Funktion (MMR) und der Dyna- mikkompression (adaptive Dynamikkompression) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt;
Fig. 4 ein Diagramm, welches die Amplitudenverarbeitung bei der Dynamikkompression von Bildern oder Signalreihen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt; und Fig. 5 ein Diagramm, welches im Vergleich die Amplitudenverarbeitung bei der bekannten Mead-Mahowald-Retina-Funktion (MMR) und bei der Dynamikkompression (adaptive Dynamikkompression) gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt.
Gemäß Fig. 1 erfolgt bei 10 eine Eingabe von Eingangsamplitudenwerten EA der Bilder oder Signalreihen, welche einer Dynamikkompression unterzogen werden sollen. Bei 20 werden diese Eingangsamplitudenwerte EA einer lokalen räumlichen Amplitudenmittelung unterzogen und dadurch gemittelte Eingangsamplitudenwerte <EA> gebildet. Die Eingangsamplitudenwerte EA und die lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitudenwerte <EA> werden einer Differenzbildung 30 un- terzogen, wo deren Differenz EA-<EA> ausgewertet wird. Diese Differenzbildung 30 wird bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel einer modifizierten Differenzbildung unterzogen, welche bei 40 dargestellt ist. Diese Differenzbildung hat die Form
(EA-<EA>)+b-(EA-GA),
wobei GA ein vorgegebener Bezugswert und b ein vorgegebener Wichtungsfaktor ist. Nach dieser modifizierten Differenzbildung 30, 40 wird deren Ergebnis bei 50 einer Sigmoidfunktion unterzogen, welche beispielsweise die Form
y=(tanh(x)+1)/2
haben kann. Diese Sigmoidfunktion, welche allgemein einen S-förmigen Verlauf zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert hat, welchen sie sich jeweils asymptotisch annähert, bewirkt eine Kompression der bei 40 gebildeten modifizierten Differenzwerte auf Ausgangsamplitudenwerte AA, welche bei 60 ausgegeben werden.
Eine Einrichtung zur Dynamikkompression in der beschriebenen Weise ist dem- entsprechend so ausgebildet, dass sie bei 10 erhaltenen Eingangsamplitudenwerte der zu verarbeitenden Bilder oder Signalreihen bei 20 einer lokalen räumlich gewichteten Amplitudenmittelung unterzieht und bei 30 aus Differenzen der Eingangsamplitudenwerte EA und der lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitudenwerte <EA> eine entsprechend 40 modifizierte Differenz in besagter Form (EA- <EA>)+b (EA-GA) bildet. Die so modifiziert gebildete Differenz wird bei 50 der be- schriebenen Sigmoidfunktion unterworfen und stehen bei 60 als Ausgangsamplitudenwerte AA zur Verfügung.
Die Einrichtung zur Dynamikkompression der Bilder oder Signalreihen kann ana- log arbeiten, wobei beispielsweise die lokale räumliche Mittelung durch elektronische Schaltkreise mit Transkonduktanz-Verstärkern realisiert ist, was genähert einer Reduzierung zu großer Differenzbeträge ABS (EA-<EA>) gleich kommt. Die spezielle Art des lokalen Mittelwerts hat einen verhältnismäßig geringen Einfluß auf das Ergebnis. Der Mittelungsbereich sollte bei Bildern quadrat- oder kreisför- mig gewählt sein, mit vom Zentrum her abnehmenden Gewichten. Abweichend davon kann der Mittelungsbereich auch rechteck- oder ellipsenförmig sein. Alternativ kann die Einrichtung durch eine digitale Schaltung numerisch erfolgen. In Analognetzwerken wie auch bei numerisch nachgebildeten Netzwerken stellt sich durch Rückkopplung ein exponentieller Abfall um das Zentrum des Mittelungsbe- reichs ein.
In Fig. 2 ist eine Dynamikkompression von Bildern oder Signalreihen nach der bekannten Mead-Mahowald-Retina-Funktion (MMR-Funktion) dargestellt. Man erkennt, dass für konstante Bereiche (Bereiche konstanter Helligkeit) der Eingangs- amplitudenwerte EA die Werte der MMR-Funktion sich immer auf GA=O, 5-256 einstellen, also auf die halbe Maximalamplitude für 8-Bit-Daten. An den Kanten des Eingangssignals, welches in Fig. 2 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, zeigt das lokal gemittelte Signal, welches durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, eine entsprechende Abweichung vom Kantenverlauf. Die Differenz dieser bei- den Signale entspricht EA-<EA>. Nach Anwendung einer Sigmoidfunktion auf diese Differenz ergibt sich die gestrichelt dargestellte MMR-Funktion. Da in den Bereichen konstanter Eingangsamplitudenwerte EA die Differenz EA-<EA> verschwindet, ergibt sich hier die bereits vorher genannte halbe Maximalamplitude GA. Fig. 3 zeigt im Vergleich die Abhängigkeit der transformierten Amplitudendifferenz EA-<EA> bzw. EA-<EA>+b (EA-GA) im Falle der herkömmlichen MMR-Funktion (punktierte Linie) bzw. gemäß der adaptiven Dynamikkompression entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Aufgrund der Modifikation durch den Term b-(EA-GA) ergibt sich die in Fig. 4 gezeigte grundlegend andere Struktur der Ausgangssignale AA. Man erkennt, dass ursprünglich helle bzw. dunkle Bereiche der Eingangsamplitudenwerte EA (durchgezogene Linie) im Ergebnis auch zu hellen bzw. dunklen Bereichen der Aus- gangsamplitudenwerte AA führen (strichpunktierte Linie), jedoch unter Dynamikkompression. Das heißt, dunkle konstante Bereiche mit Amplitudenwerten < GA werden wieder zu dunklen Konstantenbereichen und helle konstante Bereiche mit Amplitudenwerten > GA werden wieder zu hellen konstanten Bereichen. Lediglich an den Übergängen, also an den Kanten, wird aufgrund der Differenzbildung EA- <EA> eine zusätzliche stärkere Ausprägung der Kantenstruktur sichtbar.
Fig. 5 zeigt nochmals im direkten Vergleich den unterschiedlichen Verlauf der Ausgangsamplitudenwerte bei der herkömmlichen MMR-Funktion (punktierte Linie) und der Ausgangsamplitudenwerte, die nach modifizierter Differenzbildung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erhalten werden (strichpunktierte Linie). Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit bei der lokalen Helligkeitstransformation die Helligkeitsordnung im wesentlichen erhalten, d.h. dunkle Bereiche bleiben dunkel und helle Bereiche bleiben hell, es werden nicht alle Helligkeitswerte in homogenen Bildsegmenten auf eine mittlere Helligkeit transformiert.
Gegenüber der bekannten Mead-Mahowald-Retina-Funktion ist damit auch eine Verarbeitung von mehrfarbigen Bildern möglich. In einer drei-kanaligen RGB- Darstellung beispielsweise führt die Anwendung der bekannten MMR-Funktion nicht weiter, da alle farblich homogenen Bereiche auch in jedem der drei Farbka- näle homogen sind, also automatisch den mittleren Wert GA annehmen, was dann im Farbbild zu mittelgrauen Bereichen führen würde. Demgegenüber wird durch die modifizierte Differenzbildung, wie bei 40 in Fig. 1 dargestellt, bei einer vekto- riellen lokalen räumlichen Mittelung mit <EA> = (<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3 in der modifizierten Differenz EA-<EA>) + b-(EA-GA) der Amplitudenmittelwert nicht über die Kanäle gebildet, sondern in vektorieller Form, wodurch die Richtung des Farbvektors, bis auf Einflüsse durch Nicht-Linearitäten, praktisch unverändert beibehalten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Dynamikkompression in Bildern oder Signalreihen, welche durch einzelne Amplitudenwerte repräsentiert sind, bei dem Eingangsampli- tudenwerte EA der Bilder oder Signalreihen einer lokalen räumlichen Amplitudenmittelung unterzogen und lokal räumlich gemittelte Eingangsamplitudenwerte <EA> erzeugt werden, aus Differenzen der Eingangsamplitudenwerte EA und der lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitudenwerte <EA> Differenzfunktionswerte gebildet, und aus den gebildeten Differenzfunkti- onswerten Ausgangsamplitdenwerte AA der Bilder oder Signalreihen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildung der Differenzfunktionswerte den aus den Eingangsamplitudenwerten EA und den lokal räumlich gemitteiten Eingangsamplitdenwerten <EA> gebildeten Differenzen zusätzlich Differenzwerte überlagert werden, welche aus den Eingangsamplituden- werten EA und einem vorgegebenen Bezugswert GA gebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Ausgangsamplitudenwerte AA der Bilder oder Signalreihen unter Anwendung einer Sigmoidfunktion auf die gebildeten Differenzfunktionswerte er- folgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzwertbildung die Form (EA-<EA>)+b-(EA-GA) hat, wobei GA der vorgegebene Bezugswert und b ein vorgegebener Wichtungsfaktor ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale räumliche Amplitudenmittelung über einen Mittelungsbereich mit vom Zentrum her abnehmenden Gewichten erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelungsbereich quadratisch, kreisförmig, rechteckig oder elliptisch ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugswert GA auf einen konstanten Wert eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugswert GA auf die halbe Maximalamplitude der Eingangsamplitudenwerte EA eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nicht-farbige Bilder verarbeitet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Farbbilder verarbeitet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Differenzfunktionswerte kanalweise für jeden Farbkanal erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Differenzfunktionswerte vektoriell erfolgt, wobei eine vektorielle Mittelung der Eingangsamplitudenwerte EA vorgenommen wird mit
<EÄ>=(<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren analog durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren digital durchgeführt wird.
14. Einrichtung zur Dynamikkompression in Bildern oder Signalreihen, welche durch einzelne Amplitudenwerte repräsentiert sind, wobei die Einrichtung dazu vorgesehen ist, Eingangsamplitudenwerte EA der Bilder oder Signalreihen einer lokalen räumlichen Amplitudenmittelung zu unterziehen und lokal räumlich gemittelte Eingangsamplitudenwerte <EA> zu erzeugen (20), aus Differenzen der Eingangsamplitdenwerte EA und der lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitudenwerte <EA> Differenzfunktionswerte zu bilden (30), und aus den gebildeten Differenzfunktionswerten Ausgangsamplitudenwerte AA der Bilder oder Signalreihen zu erzeugen (50, 60), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung dazu vorgesehen ist, bei der Bildung der Differenzfunktionswerte den aus den Eingangsamplitudenwerten EA und den lokal räumlich gemittelten Eingangsamplitudenwerten <EA> gebildeten Differenzen zu- sätzlich Differenzwerte zu überlagern (40), welche aus den Eingangsamplitudenwerten EA und einem vorgegebenen Bezugswert EA gebildet sind.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung dazu vorgesehen ist, die Ausgangsamplitudenwerte AA der Bilder oder Signalreihen unter Anwendung einer Sigmoidfunktion (50) auf die gebildeten
Differenzfunktionswerte zu erzeugen.
16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung dazu vorgesehen ist, die Differenzwertbildung in der Form (EA- <EA>)+b-(EA-GA) durchzuführen (40), wobei GA der vorgegebene Bezugswert und BA ein vorgegebener Wichtungsfaktor ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung dazu vorgesehen ist, die lokale räumliche Amplitudenmitte- lung über einen Mittelungsbereich mit vom Zentrum her abnehmenden Gewichten durchzuführen.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelungsbereich, über den die lokale räumliche Amplitudenmittelung erfolgt, quadratisch, kreisförmig, rechteckig oder elliptisch ist.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugswert GA auf einen konstanten Wert eingestellt ist.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugs- wert GA auf die halbe Maximalamplitude der Eingangsamplitudenwerte EA eingestellt ist.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verarbeiten von nicht-farbigen Bildern vorgesehen ist.
22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verarbeiten von Farbbildern vorgesehen ist.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung dazu vorgesehen ist, die Bildung der Differenzfunktionswerte kanalweise für jeden Farbkanal getrennt durchzuführen.
24. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrich- tung dazu vorgesehen ist, die Bildung der Differenzfunktionswerte vektoriell durchzuführen, wobei eine vektoreielle Mittelung der Eingangsamplitudenwerte EA vorgenommen wird, mit <EA>=(<EAR>+<EAG>+<EAB>)/3.
25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung analog arbeitet.
26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung digital arbeitet.
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