DE1921460C2 - Einrichtung zur Messung des Informationsgehaltes eines Bildes sowie der Druckguete einer Reproduktion - Google Patents

Description

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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 emp^f»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.

H_F = NH Bit
H_of = N- H₀ Bit

mit N, der Anzahl der auf der Bildfläche vorhandenen Bildelemente.
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 p_xi{yj) bzw. durch die Rückschlußwahrscheinlichkeiten p_yJ(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)

Patentansprüche:

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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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