NO164449B - Fremgangsmaate til vedvarende fargekorreksjon, anvendelig ved video-billedopptak, samt anordning til utfoerelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til vedvarende fargekorreksjon i henhold til innledningen av krav 1 og en anordning i henhold til innledningen av krav 20 til utførelse av fremgangsmåten.

Den finner spesielt anvendelse i forbindelse med video-billedopptak bestemt for det store publikum, samt farge-billed- og lydopptak, og mer generelt når det gjelder behandling av bilder i farger.

Der er allerede kjent fremgangsmåter til å korrigere billedopptak, særlig til regulering av hvitfargen, tilpasset fjernsynskameraer. Således beskriver fransk patentskrift 2464611 en teknikk hvor man foran kameraet som skal korrigeres, plasserer en fullstendig hvit skjerm (eller en skjerm som oppviser farger i likevektstilstand, dvs. tilsammen dannende hvitt), foretar et billedopptak av skjermen og korrigerer kameraets kretser slik at de elektriske fargesignaler som det leverer, effektivt tilsvarer hvitt.

For å utføre denne korreksjon måler man allerede den

av kameraet opptatte middelfarge ved å tildanne middelverdien av signalene på de fullstendige bilder. Denne middelverdi fås på en måte i likhet med en lavpassfiltrering. Ved sammen-ligning med signaler svarende til rent hvitt, utleder man derfra feilsignaler som innvirker på en forsterker- eller addisjonskjede, inntil man får de elektriske signaler som svarer til rent hvitt (R-Y=B-Y=0 eller R, V, B i forholdet 1).

Når denne regulering er oppnådd, blir kameraet benyttet

på normal måte for billedopptak av en vilkårlig scene, idet reguleringen vedlikeholdes uforandret under dette opptak.

En slik teknikk gir dermed ikke noen fremgangsmåte til vedvarende korreksjon, siden reguleringen blir utført en gang for alle. Dessuten forutsetter den at man har til rådighet en fullstendig hvit skjerm, noe som ikke alltid er tilfellet mens opptakene pågår. Sluttelig vil ikke denne fremgangsmåte være i stand til å korrigere et bilde som har en ubeleilig fargedominant, f.eks. som følge av en ufullkommen belysning.

Hensikten med oppfinnelsen er nettopp å avhjelpe disse mangler ved å gi anvisning på en fremgangsmåte og en anordning som muliggjør en vedvarende korreksjon, og det uten referanseskjerm. Forøvrig muliggjør oppfinnelsen et vidt spektrum av korreksjonstyper og er ikke begrenset til regulering av hvitfargen.

Disse hensikter oppnås ved følgende tiltak:

a) for det første avstår man fra bruk av referanseskjerm (hvit eller avbalansert), b) ved en behandling som gjelder selve det bilde som følger av opptaket, utføres en analyse av bildet, ikke ved

behandling av billedsignalene som helhet, men bare ved

sampling av visse punkter av bildet,

c) man gir avkall på lavpassfiltrering på et bilde,

d) man utfører en numerisk middeltallberegning, ikke på bildet som helhet, men på de samplede prøver, noe som

gjør det mulig å oppnå en middelfarge for den scene som tas opp (og ikke som ifølge den omtalte eldre teknikk,

en middelfarge svarende til en hvit skjerm),

e) man beregner korreksjonskoeffisienter ut fra den således oppnådde middelfarge, definert i avhengighet av forskjellige kriterier; anvendt på de samplede prøver gir disse koeffisienter korrigerte sampler som definerer en korrigert middelfarge, f) disse korreksjonskoeffisienter som man fikk ut fra visse stikkprøver av bildet, anvendes på alle de signaler sampler av opptaksinnretningen, så disse blir korrigert, g) beregningen av korreksjonskoeffisientene oppfølges ved sampling av nye prøver.

Det vil forstås at en slik metode er meget gunstig.

For det første blir den vedvarende tilpasset vedkommende scene, og det takket være oppfølgingen. Denne kan utføres for hvert nytt bilde. Et nytt sett av sampler blir da tatt i betraktning for hvert bilde, og der fås en ny middelfarge. Imidlertid kan oppfølgingen utføres for alle N bilder

(hvor N er et helt tall) eller bare når middelfargen avviker for sterkt fra en referanse.

Videre blir fremgangsmåten fullstendig automatisk og behøver ikke noe inngrep fra en betjeningsperson (håndtering av hvite skjermer, fargefiltre m.v...).

Sluttelig foreligger en stor smidighet. Således kan

de sampler som tjener til å bestemme middelfargen, velges på adskillige måter: enten ved opptak av flere billedpunkter, ved opptak av et enkelt punkt av bildet, ved endring av billed-punktets eller -punktenes posisjon i bildet, på fastlagt eller tilfeldig måte, i opptak av billedpunktgrupper av bilder som følger på hverandre eller ikke, osv.

Når det gjelder korreksjonen i egentlig forstand, byr oppfinnelsen på stor smidighet. Selvsagt kan man tilstrebe å oppnå en referansefarge; men man kan også nøye seg med å minske avviket mellom observert middelfarge og referansefarge; man kan t.o.m. forsterke dette avvik i tilfellet av eksepsjonelle forhold (ensfargede bilder, spesielle effekter m.v.), Denne store mangfoldighet av korreksjoner var ikke mulig med den omtalte tidligere teknikk, noe som skyldes selve det benyttede prinsipp som var basert på eliminering av et feilsignal som gjengav avviket mellom en måleverdi og en referanseverdi. Med den eldre teknikk kunne man dermed bare oppnå én referansefarge (i dette tilfelle hvitt).

Nærmere bestemt går den foreliggende oppfinnelse ut

på en fremgangsmåte som tjener til vedvarende fargekorreksjon og er anvendelig ved en video-opptaksinnretning som:frembringer primærsignaler egnet til å karakterisere bildets kolorimetriske tilstand, og hvor der foretas en behandling av signalene for å korrigere dem, en fremgangsmåte som er karakterisert ved at den består i:

- under billedopptakene å sample signalene med hensyn

til visse punkter av bildene,

- å registrere på numerisk form en samling av disse prøver

med hensyn til minst ett bilde,

- numerisk å beregne middelverdiene av de registrerte

sampler, hvorved der bestemmes en middelfarge,

- å beregne ut fra den oppnådde midlere fargeverdi, korreksjonskoeffisienter som anvendt på samplene definerer en midlere

korrigert farge,

- å anvende de således beregnede korreksjonskoeffisienter på alle signaler som leveres av billedopptaksinnretningen, for

alle billedenes punkter, noe som gir korrigerte signaler, og

- å følge opp beregningen av korreksjonskoeffisienter ved å ajourføre alle sampler som benyttes til beregning av de nevnte middelverdier.

Den foreliggende oppfinnelse går likeledes ut på en anordning til vedvarende fargekorreksjon under anvendelse av den ovenfor angitte fremgangsmåte, hvor denne anordning er tilknyttet en innretning til video-billedopptak til å frembringe signaler egnet til å karakterisere luminans og farge av vedkommende punkt, samtidig som anordningen omfatter organer til å gjennomføre en behandling av disse signaler og til ut fra denne å avlede en korreksjon av signalene - en anordning

som er karakterisert ved at den omfatter:

- et numerisk behandlingsorgan, som er sammensatt av minner for programvare og data, I/U-grensesnitt og en aritmetisk prosessor forbundet over en buss og innrettet til under opptakene å sample signalene med hensyn til visse punkter av bildene, å registrere på numerisk form en samling av disse sampler med hensyn til minst ett bilde, å beregne numerisk middelverdiene av de registrerte sampler, noe som gir en midlere farge, å beregne ut fra den oppnådde midlere fargeverdi korreksjonskoeffisienter som anvendt på samplene definerer en korrigert midlere farge, samt å ajourføre beregningen av korreksjonskoeffisienter ved å ajourføre samlingen av sampler som tjener til beregning av middelverdiene, og dessuten

en korreksjonskrets som har to innganger, hvorav den ene er forbundet med utgangen fra billedopptaksinnretningen og den annen er forbundet med behandlingsorganet og fra dette mottar korreksjonskoeffisientene, samt med en.utgang leverer korrigerte signaler.

Oppfinnelsens særtrekk vil forstås bedre fra den følgende beskrivelse av utførelseseksempler, som bare.anføres til forklaring og på ingen måte som begrensende. Denne beskrivelse henviser til de medfølgende tegninger hvor: fig. 1 viser en fargeplan som gjør det mulig å plassere middelfarge oppnådd før og etter korreksjon,

fig. 2 er en fargeplan som anskueliggjør en spesiell korreksjon,

fig. 3 er et tredimensjonalt diagram som anskueliggjør en spesiell fargekorreksjon i plan med konstant luminans

fig. 4 er en fraksjon av det foregående diagram på en plan med konstant luminans.

fig. 5 anskueliggjør en korreksjon utført i et plan

med konstant luminans,

fig. 6 er et oversiktsskjerna over en innretning til billedopptak i henhold til oppfinnelsen,

fig. 7 viser utførelsen av et organ til numerisk behandling anvendelig i forbindelse med oppfinnelsen,

fig. 8 anskueliggjør en første utførelsesform for en korreksjonskrets,

fig. 9 anskueliggjør en annen utførelsesform for en korreksjonskrets, og

fig. 10 anskueliggjør en begrensningsfunksjon.

Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen behandles uten forskjell primærfargekomponentene, konvensjonelt betegnet R, V, B, luminans- og fargesignalene .betegnet Y, DR, DB, dette i systemene PAL og SECAM,samt signalene Y, Ej, Eq i NTSC-systemet. Det minnes om at R, V, B er tre reelle primærfarger i et trefargesystem, og alle tre er positive eller null. og at Y, DR, DB betegner tre virtuelle primærfarger (dvs. slike som ikke tilsammen kan realiseres fysisk) slik at Y betegner luminans(dvs. bildet i sort og hvitt) og DR, DB fargeinforma-sjonen, samtidig som Y da er positiv eller null og DB, DR

har vilkårlig fortegn.

Man går over fra det ene system til det annet ved bruk av de følgende tilnærmelsesformler: eller omvendt:

For et sort-hvitt bilde får man:

R = V = B = Y og DR = DB = 0.

Likeledes går man over fra DR, DB til Eq, E^ ved uttrykkene :

Man går over fra E^, Eq til R, V, B eller omvendt via uttrykkene: og

I hele den følgende fremstilling vil man helt generelt som primære (reelle eller.virtuelle) betegne en vilkårlig av disse representasjonsformer som gjør det mulig å karakterisere den koiorimetriske tilstand av et punkt.

Den første operasjon som utføres ifølge oppfinnelsen,

er en middelverdiberegning. Denne middelverdi kan være et aritmetisk eller et veiet middel. Betegnes middelsoperasjonen med M, beregner man Ro=M(R), Vo=M(V), Bo=M(B) i tilfellet av at man gjør bruk av primærfarger, Yo=M(Y), DRo=M(DR), DBo=M(DB) i tilfellet av at man gjør bruk av differansesignaler, og Yo=M(Y), EQq=M(Eq), EIo=M(E];) i det siste tilfelle.

Disse middelverdier fås ved at der i billedopptakskameraet (eller ved dets utgang) samples signaler R, V, B eller Y,

DR, DB eller også Y, E^, E^. for flere billedpunkter. Denne middelverdiberegning utføres ved hjelp av organer til numerisk beregning organisert rundt en mikroprosessor. Da en mikroprosessor i alminnelighet ikke er rask nok til i sann tid å danne middelverdiene av signalene med hensyn til alle de punkter som danner et bilde, må man foreta en sampling ved å ta ut de signaler som gjelder ett eller flere punkter i ett eller flere bilder, og beregne middelverdien på ett eller flere bilder.

F.eks. kan man sample signalene med hensyn til ett punkt pr. bilde og beregne en middelverdi for 128 suksessive bilder. Det valgte punkt i bildet er fortrinnsvis aldri det samme.

Det kan forskyves skritt for skritt.

Ifølge en gunstig variant varierer det samplede punkts koordinater pseudotilfeldig, slik at de valgte punkter blir fordelt over hele bildenes utstrekning og ikke gir noen sone forrangen. Mikroprosessoren vil da frembringe en pseudotilfeldig sekvens i to dimensjoner som bestemmer koordinatene av punktet som skal samples. For hvert bilde (eller hver rad) lagrer mikroprosessoren et nytt punkt, forkaster det første av de foregående 129 og beregner de nye middelverdier på de 128 ferskeste punkter. Alle disse punkter kan tolkes som å danne en hop av punkter i et tredimensjonalt RVB-refe-ransesystem. Middelverdiene for disse punkter representerer tyngdepunktet av punkthoper Disse forhold vil senere bli behandlet omigjen i mer detaljert form.

Så snart middelfargen er kjent, er det mulig å beregne passende korreksjonskoeffisienter og å føre dem til en korrek-sjonsinnretning. Disse koeffisienter blir f.eks. beregnet for hvert bilde (eller hvert felt) og overført under billed-(eller felt-) returen. Hvorledes disse korreksjonskoeffisienter beregnes er anskueliggjort på fig. 1-5.

For det første viser fig. 1 en fargeplan i en konvensjo-nell representasjonsform hvor et punkt representert ved tre koordinater R, V, B, definerer en spesiell farge. I den viste form svarer planet til et plan med konstant luminans. På denne figur svarer punktet Mo til de beregnede middelverdier Ro,

Vo, Bo, og punktet Mr til en referansefarge definert ved de tre komponenter Rr, Vr, Br. I alminnelighet er denne referansefarge grått, hvor de tre komponenter er like store.

Siden R, V, B er sammenknyttet ved Y=0,3R+0,59V+0,11B, dersom R=V=B, får man nødvendigvis R=V=B=Y. Således blir de tre referansekomponenter i tilfellet av en referansefarge grått, like store med en verdi som utgjør en referanseluminans Yr.

I et første enkelt tilfelle settes denne referanseluminans lik midlere luminans Yo av de samplede punkter. Med andre ord, hvis man korrigerer primærverdienes amplituder, bevarer man den midlere luminans (men ikke luminansen av hvert punkt, siden primærverdiene R, V, B forandres). I dette tilfelle blir de korreksjonskoeffisienter som skal beregnes, rett og slett koeffisientene:

Den korreksjon som skal utføres på signalene R, V, B for

hvert billedpunkt (og ikke bare for signalene med hensyn til de samplede punkter som tjener til å skaffe middelverdien), vil da bestå i å multiplisere disse signaler med koeffisientene. Disse korrigerte signaler R<1>, V, B' blir lik henholdsvis:

De middelverdier som oppnås ved sampling av disse signaler, blir alle lik Yo.

Går man nå tilbake til fig. 1, ytrer den utførte algebra-iske korreksjon seg geometrisk ved en forskyvning av punktet Mo til Mr.

Hvis luminansen Yo ikke bevares, men antar en verdi Yr, tar man følgende koeffisienter:

Sagt enda mer generelt, hvis man ønsker å la punktet Mo falle sammen med et referansepunkt som ikke nødvendigvis representerer grått, og hvis koordinatene Rr, Vr, Br ikke lenger nødvendigvis er lik en og samme verdi Yr, danner man koeffisientene:

Disse sammenhenger tillater som spesialtilfelle relasjonene (3) med Rr=Vr=Br=Yr og relasjonene (2) når dessuten Yr=Yo.

Denne første variant har en ulempe når bildet som skal behandles, har en ensartet farge, f.eks. blått. I så fall består korreksjonen ikke lenger i å la punktet Mo falle sammen med referansepunktet Mr, men bare i å minske avviket mellom disse to punkter. På fig. 1 betyr det at Mo går til M'o med koordinatene R'o, V'o, B'o beliggende mellom Mo og Mr. Isteden-for å gjøre bruk av de koeffisienter som er definert ved (1), benytter man de følgende koeffisienter, hvor a er et tall mellom 0 og 1:

Det vil bemerkes at man for a=0 gjenfinner relasjonene (1). Har den midlere luminansikke beholdt sin verdi Yo, men antar en ny verdi Yr, erstattes Yo med Yr i relasjonene (5).

Sagt mer generelt, uttrykkes de korreksjonskoeffisienter som R, V, B skal multipliseres med, ved:

Etter anvendelsen av disse korreksjonskoeffisienter blir middelverdiene:

R'o=aRo+(1-a)Rr

V'o=aVo+(1-a)Vr

B'o=aBo+(1-a)Br.

For a=0 fås relasjonene (4); ved dessuten å sette Rr=Vr=Br=Yr får man igjen relasjonene (3). For a=0 og Yr=Yo får man igjen relasjonene (1 ) .

Erfaringen viser at en koeffisient a nær en | passer ypperlig: dominantene på de mangefargede bilder blir under-trykket, og de ensfargede bilder blir ikke omdannet til grå bilder.

I en gunstig utførelse er tallet a ikke fast, men regulerbart i avhengighet av bildet som skal behandles. F.eks. kan man la a vari iere mellom og 1, dvs. mellom en kraftig korreksjon for a=- £ og en korreksjon null for a=1 , avhengig av eksentrisiteten av punkthopens tyngdepunkt. Koordinatene av punkthopens tyngdepunkt er Ro, Vo, Bo. Hopen er "sentrert" dersom tyngdepunktet faller sammen med grått, dvs. hvis Ro=Vo=Bo=Yo. Man måler hopens eksentrisitet ved forholdet mellom den maksimale og den minimale koordinat blant verdiene r-, „ i-^ j^j- max (Ro, Vo,Bo) , ...

Ro, Vo, Bo og betegner dette som r =—■.——- rz—- =—r hvor telleren

33 o min(Ro,Vo,Bo)

max ( ) betegner den største av verdiene i tellerens parentes, og min ( ) likeledes den minste av størrelsene i parentesen i nevneren. Man fastslår at r o =1 for grått' , og at r o tiltar når man fjerner seg fra denne referanse. I tilfellet av en dominant som skal undertrykkes, forblir rQ liten. I tilfellet av en mettet ensaret farge blir ro meget stor. Med sikte på lettvint beregning setter man ro lik 256 og beregner a fra uttrykket a = j -<i>— + (]-—). Formlene (5) og (6) kan

o o

således sluttelig uttrykkes som funksjon av r .

I tilfellet av en anvendelse av oppfinnelsen for kombinert billed- og lydopptak, søker man å nærme seg et punkt som ikke er rent grått, men et grått med en svakt dominant av "kjøttfarge". Dette punkt lar seg definere ved hjelp av tre parametre b, c og d ved hjelp av koordinatene:

På fig. 2 svarer punktet Lo til rent grått (Rr=Vr=Br=Yo) og punktet L'o til et grått med dominant av "kjøttfarge".

Disse koordinater er litt kompliserte, siden det er nødvendig at punktet L'o stadig ligger i luminans planet. Men er b, c og d gitt, er de tre koordinater av L'o definert en gang for alle som funksjon av Yr.

De korreksjonskoeffisienter som gjør det mulig å la middelfargen Mo gå til M'o som ligger mellom L'o og Mo, fås på grunnlag av relasjoner i likhet med (5), hvor Yo er erstattet med de respektive ovennevnte koordinater (7). Settes b=c=d=o, gjenfinner man det tilsvarende referansepunkt ved grått med en luminans Yr som kan settes lik Yo.

I hele den foregående fremstilling ble det forutsatt

at de behandlede signaler var signalene R, V, B. Farge-korreksjonen innvirker da nødvendigvis på luminansen av hvert punkt, siden den endrer R, V og B. Men den midlere luminans kan for en samling av samplingspunkter eventuelt forbli konstant. Av forskjellige grunner og først og fremst av hensyn til problemer med billedflimmer og -koding som krever en bevegelsesdetéktor, kan man binde seg til ikke å endre luminansen

Y av bildets løpende punkt. For dette tilfelle gir oppfinnelsen anvisning på en behandling som bare gjelder differansesignalene DR og DB (som.inneholder fargeinforma-sjonen) og ikke luminanssignalet Y. Selvsagt vil man stadig også ved behov kunne endre luminansen, men uavhengig etter å ha foretatt en fargekorreksjon ved konstant luminans.

I tilfellet av en behandling av signalene DR, DB, Y

tar middelverdiene form av DRo, DBo, Yo, som man omformer til Ro, Vo, Bo ved hjelp av formlene (5). Etter å ha fått disse middelverdier Ro, Vo, Bo foretar man den allerede omtalte korreksjon og får verdier R'o, Vo, B'o. Så omformer man de korrigerte middelkoordinater ,R'o, Vo, B'o til differansesignaler henholdsvis DR'o og DB'o ved hjelp av ligningene DR'o=R'o-Y'o, DB'o=B'o-Y'o (hvor Y'o=Yo i dette tilfelle).

Etter å ha beregnet middelverdiene Yo, DRo og DBo for

de samplede punkter, får man de to korreksjonskoeffisienter som skal benyttes, lik DR'o-DRo og DB'o-DBo.

Korreksjonen består således i at man endrer signalene

Y, DR og DB med hensyn til hvert billedpunkt til signaler

Y", DR", DB" som er definert ved uttrykkene:

Y"=Y, DR"=A(DR+DR<1>o-DRo), DB"=A(DB+DB<1>o-DB) (8)

hvor A er en parameter som kan være fast eller regulerbar,

som det vil ses senere. I tilfellet av en total korreksjon bringes punktet M'o til å falle sammen med referansepunktet;

Mr, og man får R'o=R, B'o=Br og Y'o=Yr (i dette tilfelle Y'o=Yo).

For å forstå prinsippet for en slik korreksjon må man betrakte det tredimensjonale fargesystem som er vist på fig. 3. Origo er betegnet med 0, og signalene R, V, B er oppført langs tre ortogonale akser. Samlingen av punkter for et farge-bilde kan representeres ved en hop av punkter beliggende i det indre av en kubus med sidelengde 100. I en slik kubus kan der defineres plan av like store luminansverdier. F.eks.

er der i en målestokk hvor R, V, B, Y måles mellom 0 og 100, inntegnet et plan Y=0,3R+0,59V+0,11b=11, et plan Y=0,3R+0,59V+0,11B=30, et plan 0,3R+0,59V+0,11B=41 osv. Disse plan er inntegnet på fig. 3. De er innbyrdes parallelle.

Der foreligger et spesielt plan med luminans null (Y=0,3R+0,59V+0,11B=0) som går gjennom origo.

I kubusen er ennvidere inntegnet diagonalen OB som betegner det geometriske sted for gråpunktene.

Det ses at hvert punkt M med koordinater (R, V, B) i

en slik representasjon definerer en vektor OM som kan skrives 0M=CL+LM, hvor L er skjæringspunktet mellom luminansplanet Y=0,3R+0,59V+0,11B gjennom M og diagonalen OB. Det betyr

at de respektive koordinater for M kan skrives i formen

(Y)+(R-Y), (Y)+(V-Y), (Y)+(B-Y).

Det ses at T$ i har komponentene R-Y, V-Y, B-Y. Å

se bort fra luminansen av punktene blir ensbetydende med å projisere bildet av kubens punkter parallelt med diagonalen OB på planet for luminans null. I dette plan for lyshet null danner punktene R, V, B hjørnene av en trekant. Retningen av vektoren OM - projeksjon av LM - betegner fargen, og dens lengde er knyttet til metningsgraden. Dette er hva som er anskueliggjort på fig. 4.

Denne hop av projiserte punkter har et sentrum mo

hvis komponenter er (Ro-Yo), (Vo-Yo), (Bo-Yo), dvs. DRo,

DVo, DBo.

Likedan som i den tidligere forklarte variant ønsker

man at mo skal falle sammen med et referansepunkt lo som

er projeksjonen av et referansepunkt Lo som er representert i det tredimensjonale system ORVB, og som svarer til rent grått (eller til et punkt L'o litt forskjellig fra rent grått, som forklart ovenfor).

Man må således definere korreksjonskoeffisientene slik

at middelpunktet mo går til lo (eller til l'o). Siden grå-punktet Lo projiserer seg på lo i planet for luminans null,

får korreksjonen til virkning å flytte punktet mo til lo.

Med andre ord blir korreksjonen ensbetydende med å forskyve punktene i skyen langs en vektor molo, slik at middelpunktet faller sammen med lo. Dette er hva som er vist på fig. 5.

I tilfellet av en partiell korreksjon flytter korreksjonen punktet mo til m'o. Dermed kan den angitte korreksjon utrykkes ved DR+(DR'o-DRo) og DB+(DB 1o-DBo).

Parameteren.A som ble benyttet i ligningene (8), er bestemt til å endre bildets metningsgrad. Dette forhold kan man forklare detaljert for å gjøre prinsippet for reguleringen av denne parameter bedre forståelig. Koeffisienten A i formlene (8) er knyttet til metningen av fargene i bildet. Er A=0,

får man således DR'=DB'=0, og bildet er i sort-hvitt. En farges metning er knyttet til forholdet mellom to stør-relser, nemlig fargens avvik fra grått og "mengde av grått". For en farge karakterisert ved R, V, B er mengden av grått

lik min(R,V,B) hvor min( ) som tidligere betegner den minste av de tre størrelser i parentesen; avviket fra grått er max(R,V,B)-min(R,V,B) hvor max( ) betegner den største av

verdiene i parentesen. Siden det dreier seg om en hovedsakelig subjektivt bedømt verdi, må man imidlertid ikke lenger betrakte de elektriske størrelser R, V, B, men de tilsvarende luminans-grader: LK =kRY, L V =kVY og L Jo=kBY hvor y.er far<q>erørenes koeffisient "gamma" (man får y=2,8) og k en koeffisient for til-pasning av enhetene. Man antar dermed som definisjon av metningsgrad størrelsen s lik:

I det følgende skal S betegne [^{r'^'gj] ^ • Det minnes om at min(R,V,B), gråmengden av en farge, er forskjellig fra luminansen Y=0, 3R+0 , 59V+0 ,1 1B; og at min(R,V,BKY<max(R,V,B) . Er f.eks. B=min(R,V,B) og R=max(R,V,B), får man dermed DR=R-YM) og DB=B-Y<0, hvorav man etter multiplikasjon med A får DR<*>=ADR og DB<*>=ADB, og alt etter om A er større eller mindre enn 1,

får man:

med A>1: DR<*>=ADR>DR>0 DB<*>=ADB<DB<0

Med A>1 øker man således metningen.

Med A<1 minsker man således metningen.

Man beregner således for hvert samplingspunkt størrelsen

S og definerer så middelverdien So av S ved den allerede angitte middelverdidannelse. Man søker så å gi hvert bilde en konstant midlere metning, dvs. at man ønsker å oppnå samme fargemengde for alle bildene, men proporsjonalt med deres midlere luminansYo (hvis et bilde er mørkt, krever man. mindre farge, hvis et bilde er meget lyst, ønsker man mer farge).

Man vil således gå frem slik at midlere metning So nærmer

seg en standardverdi som kan betegnes mYo (hvor m er en parameter som er fastlagt en gang for alle eller kan forandres). So blir dermed S'o, f.eks. etter en lineær funksjon av typen S'o=Soy+(l-y)mYo hvor y er et tall som vil bli definert senere. Man setter da:

Det ses at man for So<mYo får So<S'o<mYo og A>1, . og man for So>mYo får So>S'o>mYo og A<1.

Forøvrig vil koeffisienten A kunne være fastlagt, og man kan sette A<2. Formlene (8) blir da:

Det gjenstår å bestemme y i den lineære funksjon S'o=Soy+(1-y)mYo. Erfaringen viser at y=| egner seg for alle fargebilder, men ikke lenger for nesten sort-hvite bilder (i tilfellet So=1 kan mYo være meget stor, og S'o blir dermed meget stor så man kommer til unødig å forsterke signalene i nærheten av null, noe som kan være farlig) Man lar således y variere mellom og 1 (for y=^ fås en sterk korreksjon,

og for y=1 en korreksjon null) i avhengighet av selve metningen So, ut fra uttrykket y= 1 .-1 + (1~ )t' mens S holdes på 2-56.

bO bO ti

Man får da ved å eliminere y:

Metningsberegningen kan utføres på et bilde som er korrigert en første gang idet man satte A=1.

De prinsipper som nettopp er beskrevet for tilfellet

av bruk av signalene R, V, B eller signalene Y» DR, DB, lar seg overføre til det tilfelle at man gjør bruk av signalene Y, Eq, Ej. Man gjør da bruk av middelverdiene ElQ, EQQr Y°/ som man omformer til Ro, Vo, Bo ved hjelp av uttrykkene på side 5. Etter å ha fått disse middelverdier Ro, Vo, Bo ut-fører man den allerede beskevne korreksjon og får verdier R'o, Vo, B'o som gjør det mulig å oppnå signalene E1^, E'qq ved hjelp av de formler som gir og Eq som funksjon av R, V, B. Der fås da en korreksjon definert ved:

Etter denne beskrivelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal der henvises til fig. 6, som viser en anordning til utførelse av en slik fremgangsmåte. I den viste form omfatter anordningen en billedopptaksinnretning 10 med en utgang av vilkårlig art (video, numerisk, sammensatt eller komponenter) og et organ 14 til numerisk behandling avgrenet fra utgangen 12. Dette organs funksjon består i å sample

signalene med hensyn til visse punkter av bildene, å beregne middelverdiene av disse sampler definere referanseverdiene og å beregne korreksjonskoeffisientene ut fra de oppnådde middelverdier og referanseverdiene. Den viste anordning omfatter også en korreksjonskrets 16

med to innganger hvorav den ene 18 mottar de signaler som leveres av billedopptaksinnretningen, og den annen 20 mottar korreksjonskoeffisientene som leveres av organet 14. Kretsen 16 har dessuten en utgang 22 som leverer de korrigerte signaler .

Selvsagt er det ikke nødvendig å sample signalene etter utgangen 12 fra innretningen 10, idet man i visse tilfeller også kan ta ut sampler direkte i billedopptaksinnretningen 10.

Den første oppgave for organet 14 er å sample video-signalene, dvs. å ta ut en gruppe av tre signaler (R, V, B eller Y, DR, DB) blant de leverte signaler, mens det punkt som tilsvarer disse sampler skal forskyve seg tilfeldig over bildet. Mikroprosessoren som inneholdes i behandlingsorganet, løser denne oppgave ved å gjøre bruk av en tall-sekvens som kan betegnes som en "2-likedelt rekke" ("suite 2-équipartie").

Teorien om pseudotilfeldige funksjoner basert på begrepet "likedelt rekke" tilsier at rekken n=Fr(an 2), hvor n er et helt tall. og hvor betegnelsen Fr() betyr "brøkandelen av tallet i parentesen" er 2-likedelt (i planets enhetskvadrat) hvis a er et irrasjonalt tall. Uttrykket "2-likedelt" betyr for serien u n , u„ ... u , at punktene i planet med koordi-

n n+2 n+p r

natene (un, un+1), (un+r <u>n+2)... (un+p, un+p+1)... er likt fordelt i kvadratet med sider 1.

Siden der i informatikken ikke eksisterer irrasjonale tall, tar man for a et rasjonalt tall lik <£> som da

q

representerer den uforkortbare gjengivelse av tallet a. I dette tilfelle blir rekken un periodisk med periode q.

Med en mikroprosessor som arbeider med ord av 8 binære elementer, som kan utvides til 16 for aritmetiske operasjoner, velger man det høyest mulige .tall for q, altså q=21 -1. I

og med at man benytter et ledd ur pr. felt, fører dette^, hvis bildet deles opp i felter (f.eks. to felter eventuelt sammen-stokket), til en gjentagelsesperiode på omtrent 20 mn, noe som er tilstrekkelig for en anvendelse ved kombinert billed-lydopptak.

Ved en anvendelse som har vært spesielt studert av søkeren, fremtrer det registrerte bilde i form av et rektangel av omtrent 600 synlige linjer hver med 600 punkter, og hvert felt omfatter 300 linjer. I dette felt bestemmer man en sone av 256 punkter på 256 linjer til å tjene som det ovenfor angitte enhetskvadrat. Serien ur blir da un=E [256Fr(^n<2>)] hvor E [ ] betegner den heltallige del av tallet i brukket parentes.

Mikroprosessoren utfører så de følgende operasjoner:

- lesning av innholdet av et internt lager hvor n er lagret,

- multiplikasjon av n med n,

2

- multiplikasjon av n med p,

- divisjon av pn med q,

- forkastelse av den heltallige andel av <£>n<2> (altså bevaring av brøkandelen Fr(En<2>),q

1 n 2

- multiplikasjon- av Fr(-tn ) med 256,

3 p 2

- forkastelse av brøkandelen av 256xFr(^n ),

- forhøyelse av lagerinnholdet n med 1 osv.

Lagerinnholdet n kan være lik null ved starten. Det forutgående program blir gjennomført ved begynnelsen av hvert felt. Beregningstiden er kortere enn varigheten av et felt, og man bevarer to suksessive resultater i minnet. Disse to resultater^ som utgjør adresser, blir ved begynnelsen av hvert felt overført til to komparatorer utenfor mikroprosessoren. To tellere leverer til stadighet horisontal og vertika] adresse av det løpende punkt til disse to komparatorer. Når der foreligger koinsidens med de beregnede adresser, blir det løpende punkt forbigående lagret i et inngangs-utgangs-minne hos mikroprosessoren og deretter overført til internt minne.

Det samplede løpende punkt blir uttrykt ved tre ord

å 8 binære elementer (R, V, B eller Y, DR, DB eller Y, E , Eq). Den lagersone som er reservert for middelverdiberegningen, befinner seg i internt minne og er ordnet i tre sirkulerende tabeller med lengde (f.eks.) 128. Det betyr at 129. ord vil bli innskrevet på plassen for det første, det 130. på plassen for det 2. osv. Disse tabeller inneholder til stadighet de signaler som svarer til de 128 siste samplede.punkter.

Beregningen av midlere farge oppnås for hvert felt ved middelverdidannelse av innholdene av de tre tabeller. I tilfellet av aritmetisk middel dannes summen av innholdene av de tre tabeller, hvoretter resultatet divideres med 128.

Men det er også mulig å beregne et veiet middel. Middelverdi-signalene Ro, Vo, Bo eller Yo, DRo, DBo eller Yo, EIq, Eqq blir dermed til stadighet ajourført.

De tidligere anførte formler som definerer koeffisientene, inneholder parametrene a, b, c, d. Hvis disse er fastlagt definitivt, blir de innført i det generelle program for behandlingsorganet 14. Hvis det er nødvendig å justere dem,

gjør håndbetjente taster det mulig å innføre dem i behandlingsorganet.

Der vil nå bli gitt et eksempel på en beregning av korreksjonskoeffisientene. Det antas at man skal beregne koeffisienten aRo+(1-a)Yo 1+0 , 3b+o"!"59C+0 , størrelsen <Q=> 1+0,3b+0,59c+0,l1d <b>ere9nes en 9an9 for alle ved begynnelsen av regnesekvensen. Den blir ikke beregnet om igjen for hvert felt. Denne størrelse kan t.o.m. innføres ferdigberegnet i programmet. Ellers beregnes på ny for hvert felt størrelsen aRo+(1-a)YoQ, siden Ro og Yo forandrer seg hver gang. Dette krever således tre multiplikasjoner og en addisjon, noe som er særlig enkelt for en mikroprosessor.

Fig. 7 viser funksjonsskjemaet for et behandlingsorgan som det som nettopp ble beskrevet. Organet er sammensatt et inngangsgrensesnitt 30, et programminne eller- lager 32 (type ROM eller PROM), et variabelt minne 34 (type RAM) som tjener til å lagre de tre tabeller R, V, B eller Y, DR DB eller Y, Ej., Eq såvel som beregningsresultatene, en aritmetisk regneenhet 36 (som er i stand til å utføre de elementære operasjoner addisjon, subtraksjon, multiplikasjon, divisjon, forskyvning mot høyre, forskyvning mot venstre, Fr() og E[]

som definert ovenfor), et utgangsgrensesnitt 38 samt sluttelig en buss 40 som forbinder disse forskjellige enheter med hverandre.

Fig. 8 og 9 viser utformingen av korreksjons-

kretsen i de tre tilfeller som er omtalt ovenfor til korreksjon av signalene R, V, B, Y, DB, DR eller Y, Ej, Eq. I første tilfelle omfatter kretsen tre multiplikasjonsledd 41, 42, 43 (numeriske eller analoge) som gjelder korreksjonen av signalene henholdsvis R, V, B og leverer korrigerte signaler R<1>, V, B'. I annet og tredje tilfelle omfatter denne krets to addisjonsledd 45, 46 (analoge eller numeriske) etterfulgt av to ledd til multiplikasjon med A, nemlig 47, 48, idet systemet til sammen utfører de to siste operasjoner i henhold til relasjonene (8) og (8").

I disse to typer av korreksjonskretser finnes der begrenserkretser til å begrense amplituden av utgangs-signalene. Fig. 10 viser en mulig karakteristikk for et slikt begrensertrinn som omformer et vilkårlig signal X' (i praksis R', V, B' eller DB", DR") til et begrenset signal X. I det viste tilfelle er begrensningen sukssesiv.

Er signalet X' ikke positivt slik som for DB, DR, Ej, Eq, betegner fig. 10 begrenserfunksjonen for den positive del. Det sier seg selv at man også må begrense den negative del med et begrensertrinn som er symmetrisk (i forhold til det opp-rinnelige) .

Claims (23)

1. Fremgangsmåte til vedvarende fargekorreksjon, anvendelig ved en innretning som tjener til video-opptak og frembringer primærsignaler som er egnet til å karakterisere bildets kolorimetriske tilstand, og som underkastes en behandling for å korrigeres, karakterisert ved at den består i: - under billedopptakene å sample signalene med hensyn til visse punkter av bildene, - å registrere på numerisk form en samling av samplene med hensyn til minst ett bilde, - å beregne numerisk middelverdiene av de registrerte sampler, hvorved der bestemmes en middelfarge, - å beregne ut fra den oppnådde midlere fargeverdi korreksjonskoeffisienter som anvendt på samplene definerer en midlere korrigert farge, - å anvende de således beregnede korreksjonskoeffisienter på alle signaler som leveres av billedopptaksinnretningen for alle bildenes punkter, noe som gir korrigerte signaler, og - å følge opp beregningen av korreksjonskoeffisientene ved å ajourføre alle sampler som benyttes til beregning av de nevnte middelverdier.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at man for å beregne vedkommende middelverdier sampler signalene med hensyn til minst ett punkt av hvert bilde.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at man fra hvert bilde sampler et punkt hvis stilling skifter på tilfeldig måte fra bilde til bilde.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at middelverdiene beregnes for hvert nytt bilde, idet man stadig tar samme antall punkter i betraktning.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at hvert bilde er sammensatt av to felter og at ett punkt fra hvert felt samples.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor billedopptaksinnretningen for å omsette luminans og farge i hvert billedpunkt gjør bruk av tre primærfargesignaler R, V, B, karakterisert ved å beregne middelverdiene Ro, Vo, Bo for samplene av de tilsvarende signaler, å definere en referansefarge hvis primærkomponenter er Rr, Vr, Br, samt å definere korreksjonskomponentene hvormed alle de signaler R, V, B som svarer til de forskjellige punkter av bildene multipliseres, slik at middelverdiene av samplene antar korrigerte verdier R'o, Vo, B'o definert ved: hvor a er en koeffisient mellom 0 og 1.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at koeffisienten a er regulerbar.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved å bestemme forholdet (rQ) mellom den høyeste og den laveste av middelverdiene Ro, Vo, Bo, samt å bestemme koeffisienten a, ut fra r0 i henhold til en forhåndsbestemt relasjon.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at relasjonen mellom a og r er

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at komponentene Rr, Vr, Br av referanse-fargen er lik: hvor b, c, d er parametre.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor billedopptaksinnretning for å omsette luminans og farge i hvert billedpunkt gjør bruk av et signal Y som direkte omsetter denne luminans, og to differansesignaler DR, DB som inneholder den samlede fargeinformasjon, karakterisert ved å beregne middelverdiene av disse differansesignaler, betegnet DRo og DBo, ut fra middelverdiene DRo og DBo, å beregne de tilsvarende middelverdier Ro, Vo, Bo, å foreta korreksjon av disse middelverdier for å få korrigerte middelverdier R'o, Vo, B'o, hvorfra det utledes midlere korrigerte signaler DR'o og DB'o samt å foreta korreksjonen: A(DR+DR'o-DRo), A(DB+DB'o-DBo) hvor A er en parameter, mens luminansen Y av hvert punkt ikke endres.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor billedopptaksinnretningen for å omsette luminans og farge av hvert billedpunkt gjør bruk av et signal Y som direkte representerer denne luminans, og to signaler Ej, Eq som inneholder den samlede fargeinformasjon, karakterisert ved å beregne middelverdiene av disse signaler, betegnet EIo og eQo, å definere referanse-middelverdier EIr, Eqj-, ut fra middelverdiene Ej0, <E>q0, å beregne de tilsvarende middelverdier Ro, Vo, Bo, å foreta korreksjon av disse middelverdier for å få korrigerte middelverdier R'o, Vo, B'o, hvorfra utledes midlere korrigerte signaler E'Io, <E>'q<q > samt å foreta korreksjonen: hvor A er en parameter, mens luminansen Y av hvert punkt ikke blir bevart.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved å for hver stikkprøve beregne en parameter S lik forholdet mellom høyeste og laveste verdi av signalene R, V, B, et forhold som opphøyes i potens 2,8/ å deretter beregne middelverdien So av S, noe som gir en midlere metning, å definere en standardmetning, å korrigere bildet slik at dets midlere metning So nærmer seg til standardmetningen og antar verdien S'o, samt å sette koeffisienten A lik (f_-°)1/2'8. So

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved å definere en standardmetning lik mYo hvor m er en forhåndsbestemt parameter og Yo er midlere luminans, samt å beregne den korrigerte metning S'o ut fra relasjonen S<*>o=Soy+(l-y)mYo hvor y er et tall minst lik 1.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved at tallet y er regulerbart.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 15, karakterisert ved- at tallet y er definert ved uttrykket:

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at vedkommende middelverdi er et aritmetisk middel.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at vedkommende middelverdi er et veiet middel.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at de korrigerte signaler begrenses. •

20. Anordning til vedvarende fargekorreksjon under anvendelse av en fremgangsmåte som angitt i krav 1, og i tilslutning til en videoopptaksinnretning (10) som frembringer signaler egnet til å karakterisere luminans og farge i dette de nevnte punkter, samt omfattende midler til å utføre en behandling av disse signaler og til fra dem å utlede en korreksjon av signalene, karakterisert ved at anordningen omfatter : et numerisk, behandlingsorgan (14) som er sammensatt av minner (32, 34) for programvare og data, I/U-grenseshitt (30,

38) og en aritmetisk prosessor (36) forbundet over en buss (40) og' innrettet til under opptakene å sample signalene med hensyn til visse, punkter av bildene, å registrere på numerisk form en samling av disse sampler med hensyn til minst ett- bilde, å beregne numerisk middelverdiene av de registrerte I sampler , noe som gir en midlere farge, å beregne numerisk ut fra den oppnådde midlere fargeverdi korreksjonskoeffisienter som anvendt på samplene definerer en korrigert midlere farge, samt å ajourføre beregningen av korreksjonskoeffisienter ved å ajourføre samlingen av sampler som tjener til beregning av middelverdiene, og dessuten en korreksjonskrets (16) med to innganger, hvorav den ene (18) er forbundet med utgangen (12) .fra billedopptaksinnretningen (10) og den annen (20) er forbundet med behandlingsorganet (14) og fra dette mottar korreksjonskoeffisientene, samt med en utgang (22) som leverer korrigerte signaler.

21. Anordning som angitt i krav 20, hvor de signaler som benyttes av billedopptaksinnretningen, er tre primærfargesignaler R, V, B, karakterisert ved at det numeriske behandlingsorgan (14) er innrettet til å beregne og levere multiplikative korreksjonskoeffisienter, og at korreksjonskretsen omfatter tre numeriske multiplikasjonsledd (41, 42, 43) som mottar hvert sitt av de tre primaerfargesignaler og de respektive tilsvarende korreksjonskoeffisienter.

22. Anordning som angitt i krav 20, hvor de signaler som benyttes av billedopptaksinnretningen, er et signal Y som direkte representerer punktets luminans, og differansesignaler DR, DB eller signaler E^, Eq som inneholder hele fargeinforma-sjonen, karakterisert ved at det numeriske behandlingsorgan (14) er innrettet til å beregne og levere additive korreksjonskoeffisienter, og at korreksjonskretsen omfatter to numeriske addisjonsledd (45, 46) som mottar differansesignalene og de tilsvarende korreksjonskoeffisienter, samt to multiplikasjonsledd (47, 48) tilknyttet de to addisjonsledd.

23. Anordning som angitt i krav 20, karakterisert ved at korreksjonskretsen (16) etterfølges av begrensertrinn.