DE1921460C2 - Einrichtung zur Messung des Informationsgehaltes eines Bildes sowie der Druckguete einer Reproduktion - Google Patents
Einrichtung zur Messung des Informationsgehaltes eines Bildes sowie der Druckguete einer ReproduktionInfo
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Description
i 921
Dk Erfindung bsinssi «ine EsBrkfeiang aar kfssstisig
oes Infoirmattcnsgshsltes eines Bildes edsr eines
Originals sowie zur Messung der Dm&gutc einer
Reproduktion durch Vergleich der Reproduktion mit einem Bezugsbild oder Original. Die Erfindung ist
selbstverständlich auch außerhalb der Drucktechnik einsetzbar, insbesondere dann, wenn es darum geht,
die Übertragungsgüte beliebiger Rcprod^ktionsverfahren
zu beurteilen. Dies gilt insbesondere für die Anwendung der Erfindung in der Photographic )0
Die informationstheoretischen Begriffe sind nach der NTG-0102-Empfehlung gewählt mit der Ausnahme,
daß der mittlere Informationsgehalt bzw. der
mittlere Transinformationsgehalt einfach mit Informationsgehalt bzw. Transinformationsgehalt bezeichnet
werden.
Die Druckqualität kann heute für die überwiegende Zahl der Bildmotive nur durch den Drucker beurteilt
werden, der ein subjektives Werturteil auf Grund seiner Erfahrung fällt. Das Fehlen eines objektiven,
meßbaren Bewertungsmaßes führt häufig zu Meinungsverschiedenheiten bei der Beurteilung von
Drucken, insbesondere bei der Abnahme der Druckprodukte durch den Kunden. Eine meßbare Druckgüte als Maß für die Druckqualität ermöglicht eine
objektive Qualitätskontrolle während des Druckprozesses unter Einhaltung vorgegebener Toleranzen.
Mit der Meßbarkeit der Druckgüte wird auch der Weg frei für eine Qualitätsregelung drucktechnischer
Prozesse sowie für das Simulieren dieser Prozesse mit Hilfe von Computern. Letzteres ist für die Optimierung
der Verfahren von Bedeutung.
Es ist bekannt, daß man die Druckqualität von Volltonflächen mit Hilfe von Meßgeräten beurteilen
kann. In einer bekannten Ausführung wird die Schwärzung bzw. Farbdichte und Gleichmäßigkeit
von Volltonflächen erfaßt. Dabei wird eine Meßfläche punktweise abgetastet und der Mittlere Remissionsgrad
als Maß für die Schwärzung sowie die Standardabweichung des Remissionsgrades als
Maß für die Gleit mäßigkeit der Volltonfläche gemessen.
Für ein Bildmotiv mit mehreren unterscheidbaren Farben ist noch kein brauchbares Verfahren
zur objektiven Messung einer Diuckgüte als Maß
für die Druckqualität bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe der Informationsgehalt
eines Bildes oder des dargestellten Objekts sowie die Druckgüte beim Vergleich einer
Reproduktion mit dem ßezupbild gemessen werden kann, wobei der jeweilige Zahlen wert eine dem Durchschniusempftnden
des Druckers angepaßte Größe ist. Dabei kann das Bezugsbild auch das Original selbst
sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gclöst, daß die von den einzelnen Bildelementen ausgehenden
Farbreize nach ihrer Messung durch ein FarbmeÖgerät in einem Rechner einzelnen sich in
ihrer Begrenzung berührenden FarbraumeSementen
zugeordnet werden, deren Größe, Form und Lage &> im Farbraum vom spektralen Aufiösevermögen des
menschlichen Beobachters bei Vorhandensein eines Bezugsreizes im Innern des Raumelementes bestimmt
wird, sowie daß durch Abtasten «er jeweils betrachteten
Bildfläche die Häufigkeiten der auf ϊ.κ beob-.iditetcn
Farbraumeiemente gemessen werden, ferner dall durch Abtasten örtlich einander zugeordneter
BiliJcieHiciile der Reproduktion und des Bczugsbildcs
bedingte Häufigkeiten der Farbrauraelemente gemessen
werden. Mit Hilfe der gemessenen Häufigkeiten können der Informationsgehalt eines Bildes
sowie beim Vergleich einer Reproduktion mit dem Bezugsbild oder Original die im sogenannten Bergerschen
Diagramm dargestellten Informationsgehalte und die davon abgeleitete Druckgüte berechnet werden.
Diese Druckgüte wird im folgenden mit Hilfe der Informationstheorie noch näher definiert Ebenfalls
wird die bedingte Häufigkeit weiter unten näher erläutert
Jede Farbe kann durch die additive Mischung von drei Grundfarben erzeugt werden. Aus diesem Grunde
kann man jede Farbe als Vektor in einem Farbraum darsteilen, der von den Vektoren dreier Grundfarben
aufgespannt wird. Bei der praktischen Farbmessung wird der Farbraum nach dem CIE-System (DIN 5033)
verwendet. Der Mensch kann nun nicht beliebig kleine Farbunterschiede wahrnehmen, sondern nur
Farben, di*· sich um einen Mindestwert voneinander
unterscheiden. Daher kann man um jede Spitze dieser Vektoren ein Raumelement (Farbraumelement) legen,
innerhalb dessen sich die Spitzen sämtlicher Farbvektoren befinden, für die ein Betrachter keine unterschiedlichen
Farbreize empfindet. Da jedem Farbvektor des Farbraums ein Farbraumelement zugeordnet
werden kann und die Vektorer beliebig dicht beieinander liegen können, durchdringen die Farbraumelemente einander. Man kann jedoch auch den
Farbraum in einzelne aneinander grenzende Farbraumelemente unterteilen. Diese digitale Betrachtungsweise
ist ebenso genau wie die Betrachtung der sich durchdringenden Farbraumeiemente, falls die
aneinander grenzenden Farbraumelemente genügend klein sind. Eine detaillierte Beschreibung des in einzelne
Farbraumelemente unterteilten Farbraums ist in der Zeitschrift »Archiv für Drucktechnik«, Februar 1969,
S. 133 ff., ingegeben. Dort findet sich auch ein Hinweis auf eine mögliche Transformation der Farbraumeiemente aus dem GIE-System in einen Farbraum nach Moon und Spencer (J. opt. Soc.
Amer., 33 [1943], S. 260 bis 269), in dem die Farbraumelemcnte
als Würfel gleicher Kantenlänge wiedererscheinen.
Nach der erfindungsgemäßen Lösung der gestellten Aufgabe wird also der Farbraum in einzelne sich berührende
Farbraumelemente zerlegt, deren Größe, Form und Lage im Farbraum vom spektralen Auf-
!ösungsvei mögen des menschlichen Nonnalbeobachiers
bestimmt werden. Dabei sollen die Farbraum-· elemente innerhalb «Jes vom Mittelpunktfarbreiz abhängigen
Bereichs liegen, um Fehler durch die digitale Betrachtungsweise auszuschalten. Die für die
Messung interessante Bildfläche wird in einzelne Bildelemente aufgeteilt, deren Größe von der Feinheit
der dargestellten oder drucktechnisch darstellbaren Details des Bezugsbildes oder Originals, letztlich
jedoch vom flächenhaften Auflösungsvermögen des menschlichen Auges bestimmt wird. Der vom
einzelnen Bildeiement ausgehende Farbreiz wird demnach farbmetrisch gemessen und dsm zugehörigen
Farbraumelement in einem dem Farbmeßgerät «aehgeschaitetön
Rechner zugeordnet. Auf diese Weise Siegen aiic vom Auge a!s giekh empf»ndenen Farbreize in ein und demselben Farbraumduincnt Durch
das Abtasten der Meßfläche mit dem Farbmeßgerät
können die Häufigkeiten der Farbraumelemente auf der betrachteten Meßfläche gemessen werden.
Beim Vergleich von Reproduktion und Bezugsbild iiissen sich' zusätzlich bedingte Häufigkeiten der
Farbroumelemente bestimmen, wobei nur solche paarweise einander zugeordnete Bildjememe von Reproduktion
und Original bei der Zählung berücksichtigt werden, die einem besiimmten Farbrau'melemcnt
in den zugehörigen Bildelemenicn des Vergleichsbildes
zugeordnet sind. Mit Hilfe der verschiedenen Häufigkeiten der Farbraumelemente lassen
sich die reittfven Häufigkeiten bestimmen. Diese
können in bekannter Weise mit guter Näherang den entsprechenden Wahrscheinlichkeiten gleichgesetzt
werden. So erhält man die Verteilung der Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten der einzelnen Farbraumelemente
auf der betrachteten Bildfläche sowie weitere für die Berechnung der interessierenden informationstheoretischen Größen erforderliche Wahrscheinlichkeiten,
insbesondere die Übergangs- und Pückschlußwahrscheinlichkeiten
beim Vergleich von Reproduktion mit dem Bczugsbüd. Die im Sergerscrien Diagramm
dargestellten Informationsgehalte lassen sich nach bekannten Gleichungen der Informationstheorie
berechnen. Mit Hilfe dieser Informationsgehalte läßt sich eine Druckgüte zur Beurteilung der Druckquaiität
definieren. Der jeweilige Zahlenwert kann bei bekannten informationstheoretischen Größen ermittelt
werden.
Die genannten Farbraumelemente sind bei einer
bevorzugten Ausfuhrungsform des Erfindungsge&enstandes Quader. Hierdurch wird die Programmierung
des Rechners vereinfacht, ohne daß die Qualität des Vergleichs darunter leidet. Ferner kann es vorteilhaft
sein, wenn bei der Messung der Druckgüte die einander zugeordneten Bildelemente der Reproduktion
und des Bezugsbildes synchron gemessen werden. Dies ist in der Regel weniger aufwendig als ein
Vergleich der beiden Bildelementmengen nach ihrer Speicherung.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausrührungsbeispiels näher erläutert. In der Figur ist
ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt.
Für den Fall, daß nur der Informationsgehalt eines Bildes bestimmt werden soll, arbeitet das Gerät wie
folgt: Ein Farbmeßgerät tastet die interessierende Bildfläche punktweise ab und mißt dabei den Farbreiz jedes einzelnen Bildelementes. Dies kann in zur
Zeit zulässigster Weise durch Aufnahme der spektralen Remissionsfunktioii /.'(A) (Spektraiverfenren nach
DIN 5033 Blatt 4) oder ungenauer durch «ins Farbzertegung
mittels Filter in drei Grundfarben (Dreibereichsverfahren nach DiN 5033 Blatä 6) geschehen.
Bei der Messung nach dem Ureibrreichsverfahren
könnte d?s Farbmeßgeräi beispielsweise eine Farbfernsehkamera sein, welche die Bildfläche zeilenweise
abtastet.
Vor der Messung wird der Abstasdfl zwuchcn
Farbmeßgerät und Bildfläche so eingestellt, daß jedes
Bildeiement nur einmal abgsias&ct wird. Durch diese
Einstellung des Beobactälungsabstaraks wird die
Größe des Büdeiemersts dem äiäcbenhaScn Auflösevermögen
des Farbmeßgerätes uEäd darsit auch dem
des menschlichen Auges angepaßt. Die Ausgangssignale des Farbmeßgerätes gelangen in einen Rechner,
der bei Anwendung des Spektrdiverfahrens zunächst
die Normfarbwerte X, Y, Z des betrachteten BiIdelcnicntcs
mit Hilfe der spektralen Remissionsfunktiun
β (λ) errechnet. Anschließend stellt er fest, in
welchem Farbraumelement die Spitze des gemessenen Farbvekiors liegt
Nach dem Abtasten des gesamten Bildes befinden
sich auf den einzelnen Speicherplätzen Zahlen, die
angeben, wie häufig die einzelnen Elemente des Farbraumes auf der Bildfläche vertreten sind. Diese
Häufigkeitswerte gehen nun an den Rechner zurück, der durch Division mit der Gesamtzahl der abgetasteten
Bildelemente die relativen Häufigkeiten er-
mittelt, die in bekannter Weise den Wahrscheinlichkeiten
p(Fi) für das Auftreten der einzelnen Farbraumelemente auf der Bildfläche gleichgesetzt werden
können (vgl. der angegebene Aufsatz in »Archiv für Drucktechnik«). Mit diesen Wahrscheinlichkeiten er-
is rechnet der Computer den gesuchten Informationsgehalt
des Bildes nach der Beziehung
H = -^p(Fi)Wp(Fi) Bit/Bildelement,
1 = 1
wobei z/ die Anzahl der beobachteten unterschiedlichen Farbraumelemente bedeutet
Der Entscheidungsgehalt H0 berechnet sich nach
der Beziehung
H0 ~ Id z/Bit/Bildelement.
Damit läßt sich auch in bekannter Weise die Redundanz (siehe z. B. NTG 0102) sowie die Gehalte
des Gesamtbildes bestimmen.
Letztere berechnen sich nach der Beziehung
bzw.
HF = NH Bit
Hof = N- H0 Bit
Hof = N- H0 Bit
mit N, der Anzahl der auf der Bildfläche vorhandenen Bildelemente.
Soll der Zahlenwert der Druckgüte bestimmt wer-
Soll der Zahlenwert der Druckgüte bestimmt wer-
den, so «nüssen neben dem !nformatiotvsgehaH vom
Bezugsbild (Original) und Reproduktion noch die
restlichen im Bergerschen Diagramm enthaltenen Informationsgehalte ermittelt werdsn.
!n dksem Fall arbeitet das Gerät wie folgt: unter
Wahrsing der paarweisen, gegenseitigen örtlichen ZuordntingderBildcismente
werden BezugsbiId(Origäi5a!)
und Reproduktion entweder hintereinander oder gleichzeitig unter das FarbmeSgerät gelegt. Dieses
tastet die Biidelemeate von Vorlage und Rcproduk-
SO tion zeilenweise ab und ermittelt die Wahrscheinlichkeiten
für das Auftreten der Farbtaumelemente in
Reproduktion und BezügsbiEd (Original). Bei gegdbsncir
onaiihvi Züoiänung der Biüddcrnsnlc vor
Vorlage und Reproduktion stellt das Gerat ferner
fest, wie oil ein bestimmtes Farbraamelemsnt des
&EUgsbi?dss *nit den verschiedenen Farbraum«!«-
msntsn (kr Reproducers paarweise verknüpf! wird.
Die Messung dieser zuletz! genausten sogenannten
bedingten Häufigkeiten kann entweder für alte Fsrb-
raumeieineritc des Bezugsbildes gleichzeitig in einem
Abtastvorgang oder Für jedes Farferaumelernent des
Bezugsbildes gesondert in insgesamt m Abtastvorgang
erfolgen, wobei m die Zahl der Farbraumefcrosnte
im Bezugsbild ist Im ersten Fall ist der
Spcicherplatzbedarf m-mal größer als bei der zweiten
MeOmsthode, dis im wesemiiehen mit derjenigen zur
Bestimmung des Informationsgehaltes eines Bildes übereinstimmt
Mit diesen bedingten Häufigkeiten kann der Rech ner die Ubergangswahrscheinlichkeiien und die Rück*
schlußwahrschsinlichkeften bestimmen. Damit ist der
Rechner auch in der Lage, die im Bergerschsn Diagramm
dargestellten Informaiionsgehaüe sowie die
damit vsrknüpfte Druckgiite zu ermitteln.
Bsi genauester Messung lastet das Farbmeßgerät
sämtliche Bildelemente auf der Bildfläche ab, wobei
die Größe der Bildelemente voß der Feinheit der
dargestellten oder drucktechnisch darstellbaren Details,
letztlich jedoch vom flächeabaftsn Auflösevermöges
des menschlichen Auges, bestimmt wird. Erfordert diese Verfahrensweise zuviel MeS- und Rechenzeit
oder zu viele Speicherplätze, so kann die Untersuchung auf einzelne, beispielsweise dem inhalt der
Information nach besonders interessante Bildpartien beschränkt werden.
Die Ermittlung des Zahlenwerts der Druckgüte geschieht rechnerisch folgendermaßen: Als Grundlage
dient das Bergersche Diagramm (vergleiche z. B. J. Peters, »Einführung in die allgemeine Informationstheorie«,
Springer, 1967, S. 174). Dieses Bergersche Diagramm zeigt die Änderung des Informationsgehaltes
H(x) am Eingang eines Ubertragungskanals
gegenüber dem Informationsgehalt. H(y) am Ausgang
dieses Ubertragungskanais. Die Störungen bei der
übertragung der Information durch den übcrtragungskanaS
!uhren sowohl zu einem Informationsverlust,
der Äquivofcation tfy(x), wie auch zu unerwünschter
Information am Kanalansgang, der irre-
ievanz Hx(y). Dabei ist die Äquivokai ion Hy(χ) derjenige
Teil des Informationsgehaltes der Signale am
Eingang des Ubertragungskanais, der bei der übertragung verlorengeht Die Irrelevanz //x(j>) ist derjenige
Teil des Informationsgehaltes der Signale am
ίο Ausgang des überiragungskanals, der bei der übefiragung
neu hinzugekommen ist.
Im folgenden bezeichnet die Größe χ die Signale
am Eingang des InformaüonskanaSs oder auf die Drucktechnik bezogen die Vorlage, Bezugsbild oder
Original und die Größe y die Signale am Ausgang des Kanals bzw. die Reproduktion. Ferner wird im
folgenden nur der Begriff »Vorlag«« verwendet, der sinngemäß auch ein Bezugsbild oder Original beinhalten
soll. Der Transformationsgehalt R ist von
der Verteilung der Wahrscheinlichkeiten p(xi) am Eingang bzw. p(yj) am Ausgang sowie von den Ubertragungseigenschaften
des Kanals abhängig, die durch die Übergangswahrscheinlichkeiten pxi{yj) bzw. durch
die Rückschlußwahrscheinlichkeiten pyJ(xi) gegeben
sind.
Die Druckgüte q kann nun unter Hinzuziehung thermodynamischer Gleichungen sinnvoll als
q =
H0+ R
H0 +R
H0 + H(x) + Hxiy)
Wo + R.
H0
Hx(y) + Hy(x)
mit H(y) = R + Hx(y) und H(x;y) = R + Hx(y) + HyIx)
H{x) β R + Hyix)
definiert werden. Der Transinformationsgehait R ist durch folgende Gleichung bestimmt
ti
Hierin sind p(xi) die Wahrscheinlichkeit für das
Auftreten des Farbraumelemcntes xi auf der Vorlage, p(yj) die Wahrscheinlichkeit tür das Auftreten des
Farbclcmeritcs yj auf der Reproduktion, p(xi\yj\ die
Wahrscheinlichkeit für das gemeinsame Auftreten der Farbraumelemcntc xi und yj in paarweise einander
zugeordneten Bildelerneriten der Vorlage und Reproduktion.
Summiert wird in der Gleichung für R für alle Farbraumeiemcnle
von Vorlage und Reproduktion. Die abgegebenen Wahrscheinlichkeiten werden wie oben
angegeben bestimmt.
Ferner sind der Informationsgehalt H(x) der Vorlage
und derjenige der Reproduktion H(y) durch folgende Gleichungen gegeben r
= -ti P(xi)Idp(xi)
IHy) *
Du.· (jriiik //„ in dci (ιΙΐ'ίί-Ιηιημ Pur die Druikjuilc
MHv I niropif. die ·Ιι·γ i'.lciilfii VtiMtortfliichc /U-geordnet
wird. Da die ideale Volltonflächc keinen Informiitionsgehalt besitzt, ist //„ im Bereich der
Informationstheorie ohne Bedeutung und somil frei wählbar. Die Konstante H0 ermöglicht gewissermaßen
die Anpassung der Druckgüte q an eine bestimmte
dem Drucker im jeweiligen Fall geläufige Wertskala iür die Druckqualilät.
Mit den Größen R, H(x), H(y) i-nd H0 ist die
Druckgüte q berechenbar.
Claims (3)
1. Einrichtung zur Messung des Informationsgehaltes eines Bildes oder eines Originals sowie
zur Messung der Druckgülc einer Reproduktion durch Vergleich der Reproduktion mir einem
Bezugsbild oder Original, dadurch gekennzeichnet,
daß die von den einzelnen BiIdelcmcnlen ausgehenden Farbrcizc nach ihrer Messung
durch ein Farbmeßgerät in einem Rechner
einzelnen sich in ihrer Bcgnwung berührenden f-arbrnumclcmentcn zugconliiei werden, deren
Grüße, Form und Lage im F.-iibnium u<m spektralen
Auilösevcrmöpen des menschlichen Hcohiiclilers
bei Vorhandensein eines Ikviipsrci/j-s im
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60
f'5
1 921 «0
inneren des Raumclcmenlcs bestimmt wird, sowie
daß durch Abtasten der jev/eils bctrachieten Bildfläche
die Häufigkeiten der auf ihr iKobaclilctcn
Farbraumelcmente gemessen werden, ferner daß durch Abtasten örtlich einander zugeordneter
BikielesticFsle der Reproduktion und des Bczugs-XJhiidcs
bedingte Häufigkeiten der Farbraumcic-'Tneiiie
gemessen werden, so daß mit Hilfe der >gemessenen !Häufigkeiten der Informationsgehalt
f eines Bildes sowie beim Vergleich einer Reproduktion
mit dem Bezugsbild oder Original die
im Bcrgcrschcn Diagramm dargestellten Informationsgehalte
und die davon abgeleitete Druckgütc
berechnet werden kann.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung der Druckgütc
die einander zugeordnelen Bildelcmcntc der 'Reproduktion^undlidcs'Bisugsbildc&oderQriginals.-synchron
gemessen"werdend p
3. Einrichtung nach Änsjlnich j oder 2, diidurch
gekennzeichnet, daß die Färbraümelerncnie Qua- ?
der sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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ID=5732542
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1969
- 1969-04-26 DE DE19691921460 patent/DE1921460C2/de not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
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