DE1953896A1 - Verfahren zur Verbesserung der Bildqualitaet - Google Patents

Description

Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität

Priorität: 29c Oktober 1968 - UoS.A. - Hr₀ 771 585

Zu eammenfa ssung

Ee wird ein relterlvea Rückkopplungs-Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität, insbesondere der Detailwiedergabe von fotografischen Bildern beschriebene Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Rückkopplungaverfahren zur Bildverbeseerung auo drei aufeinanderfolgenden Zyklen von drei aufeinanderfolgenden Schritten (a), (b) und {c), denen ein End-Arbeitfjvorgang folgte Im Schritt (a) des ersten Zyklus wird ein positives Bild von einem negativen Originalbild einer Szene hergestellt, im Schritt (b) wird von diesem poeitlven Bild ein unscharfes Negativ hergestellt, und im Schritt (c) wird vom unscharfen Negativ ein Maskenbild hergestellte Im zweiten und im dritten Zyklus wird jeweils im Schritt (a) ein Positiv vom ursprünglichen Negativ und dem Maskenbild hergestellt, das im vorangegangenen Zyklus hergestellt worden ist, anschließend wird wieder im Schritt (b) ein unscharfes Negativ hergestellt, ur<J Im Schritt (c) ein Maskenblld ο Zum Schluß wird vom ursprüng-

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lichen Negativ und dem Maskenbild, daa im dritten Zyklus.hergestellt worden ist, ein verbessertes P_ositiv hergestellt.

Stand der Technik

Dit Erfindung betrifft die Bildverarbeitung und insbesondere ein Rückkopplungs-Verfahren zur Bildverbeeaerung zur Verb^doen.'ng der Detailwiedergabe fatografiacher Bilder..

Es sind qualitativ hochwertige fotografische Filme verfügter, ψ dit! einwandfrei fotografische Negativbilder über einen Bereich von Lichtintenaitäten von etwa 100 : 1 aufzeichnen können, Ein solch hoher Bereich der Lichtintensitäten ist zur Aufnähme von ;\ußenszenen mit hohem Kontrast erforderlich, damit einwandfrei Details sowohl in hell beleuchteten Bereichen als auch in schwachbeleuchteten Bereichen aufgezeichnet werden können« Zur normalen Betrachtung ist es gewöhnlich erwünscht, positive Papierdurck von Negativen von solchen Szenen herzustellen« Der Bereich an Lichtintenaitäten, der einwandfrei auf rjtograflschem ibzugs- oder Vergrößerungspapier aufgezeichnet werden kann, ist jedoch sehr niedrig, oft nicht gröfter ale IO : 1, und so kann bei der Herstellung eines Positivdruckes ein großer . Toil der Bilddetails in einem Negativ einer kontrastreichen Szene verlorengehen» Um diesen Verlust an Bilddetails zu vermelden, wird der Bereich der Bilddaten, die auf einem fotografischen Negativ ausreichend gut auf ein fotografisches Medium mit niedrigem Dynamikbereich übertragen werden kann«. Diese Kompression des Bereiches der Bilddaten wird hler als "Bild/erbeauerung" bezeichnet*

i.)ie Grundidee der Bildverbesserung besteht darin, d:i(J di« dunklen Bereiche eines Negativs kräftig und die heilen Bereich« schwach beleuchtet werden,und dadurch kann der Betriebobere ich der

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Beleuchtung_f die einem Positiv zugeführt wird, erheblich niedriger geroacht werden als der Bereich der Trane missionsgrade des Negativs« Im IcOaIfall wird die Beleuchtung über dem Negativ gleichmäßig verändert, eo daß das Muster der Beleuchtung eelbet nicht künstliche Details für das Poeitlvbild lieferte Im Positiv wird dann ein verbeseertes Bild mit relativ niedrigem Betriebsborelch aufgezeichnet- Der gleiche BildVerbesserungseffekt kann auch dadurch erreicht werden, daß ein Medium mit ungleichförmiger Transmission zwischen das Negativ und einen Film ge~ t rächt «lrd und das Negativ ungleichförmig beleuchtet wird, um den PiIm durch das Medium mit ungleichförmigem Transmiseionsgrad 2,u belichten₀ Das Medium mit ungleichförmigem Ti»anemlssionsgrad dämpft deο Licht von den dunklen Bereichen des Negative schwach und dämpft das Xlcht von dan hellen Bereichen des Negativs starke

I or ungefähre Effekt dieser Bildverbesserung, gleichgültig, ob unfcöröChiQdliche Beleuchtungeniveaus oder ein Medium mit un- £Ü.8icb.försigem Transmiasionsgrad verwendet wird, besteht darin, daß in großem Umis^s UIö Beieuchtungovariationen in der Originali'zene koD-pensiert werden_o Dementsprechend iet das verbesserte jJild, fiaa auf das Positiv aufgezeichnet wird, ähnlich dem, das ('as oJ-yi« BUdverbassarung aufgezeichnet worden wäre, wenn die Be- : fjuch ung der urBprünglichgn Szene erheblich gleichförmiger ge- «. vvnn w&::«g Eb eind verschiedene Techniken bekannt geworden, ni*; d*int^;n fotografische Bilder verbessert werden können, um den Bei sich fotografischer Daten in einem Negativ oder Positiv zu komprimieren_u Vor allem sind as»ei Verfahren, ein rein fotograi'ischHe und ein elektro-optisches in größerem Umfang zur Erreichung einer Bildverbeaaerung verwendet wordene Beide Verfahren !tonnen dazu verwendet werden, ein verbessertes Positiv aufgrund einoB OriginaXnogativs herzustellen, oder ein verbessertes Negativ aufgrund einoa Originalpositlvs. Der Einfachheit halber soll Im fo .e<mdor: nur '3Ie erste Alternative betrachtet werden_o

λ β β/ 4

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Die zweite Alternative 1st Jedoch grundsätzlich gleich zu behandeinο

fotografischen Verfahren der Blldverbesaerung wird ein Negativ einer Szene gleichförmig belichtet urö daß daraufhin gebildete BiI*'¹ wird durch einen geeigneten Fotoapparat "unscharf" gemachte Ein unbelichteter Film, der in einem Abstand vo« Hagatlv angeordnet isii, wird mit dem unecberfen Bild belichtet und dann entwickelt» eo daß ein unscharfes Positiv entsteht, (^:as ale "Maske" bezeichnet wird» Die Maske ist charökterietit&aerveolae in den Bereichen, in denen daß uraprüngliche Negativ hell ist κ dunkel, und hell in den Bereichen» in denen das ursprüngliche Negativ dunkel ist« Die Maske wird cenn mit dom ursprünglichen Hagativ aueammenmontlert und die Kombination Maske-Negativ wird gleichförmig belichtete Dia kombinierten Bilder der Maske und des ursprünglichen Negativ« werfen darin a if einen unbelichteten Film exponiert, des im .Abstand von der Kombination Maske-Negativ angeordnet ist, dieser I'ilm wird mit den lüldern belichtet und dann entwickelt _t so daß sich da« g3WUrsehte "verbesserte Positiv" ergibt» Da diese Maske in den Bareichen, in denan das ursprüngliche Negativ hell ist, dunkel i®% vnd umgekehrt, kann der Bereich der Liohtintansitäten, die auf da β zweite, d.h.» verbesserte Positiv fokussiert werden, erheb l'.Ioh nie driger sein als der Bereich der Durchlässigkeit swerte des verbesserten Positive» Mit anderen Worten, der Bereich der Bild-Datan ist komprimiert. Da das Bild der Maske unscharf ist, werden auch nicht viele Bilddetails in das verbesserte Positiv eingeführt.

Dan "unscharfe" Positiv bei diesem fotografischen Verfahren wird oft in der Weise hergestellt, daß ein geeigneter Foto~ apparat dazu verwendet wird, ein "defokussiertes" Bild dee Negative auf den für die Positivmaske benutzten PiIm aufzubelichten«. Der Primäreffekt der Defokussierung des Bildes auf dem Negativ beoteht darin, daß die hohen Ortsfrequenzen des

pvt, ^ BAD

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Bildes gedämpft werden, eo daß die scharfen Grenzlinien zwischen hellen und dunklen Bereichen des Bildes verschmiert werden* Der Unscharf-Kopiervorgang stellt also eine Tiefpaßfilterung der Ortefrequenz dar» Es sind viele andere Wege möglich, diese Tiefpaßfilterung der Ortsfrequenz des Bildes durchzufuhren, die unterschiedliche Effekte darauf haben, wie die Komponenten des Bildes verändert werdeno Diese Differenzen ändern jedoch nicht das Grundprinzip der Bildverbesserung O

Als eine Variante dieses Verfahrens zur Bildung eines verbesserten Positivs wird eine Maske wie bei dem beschriebenen Verfahren spalten (indem ein Film mit einem unscharfen Negativ belichtet und dann entwickelt wird), das ursprüngliche Hegativ wird im Abstand von der Maske angeordnet, und die Maske so belichtet, daß die auf das Negativ fallende Belichtung ein unscharfes (oder verschmiertes) Bild der Maske ist. Das Bild des belichteten Negativs wird dann auf Film fokussiert, um ein verbessertes Positiv zu belichten. Dieser V_organg liefert zwei Stufen einer Tiefpaßfilterung der Ortsfrequenz, wobei die erste Stufe dieser Ortsfrequenzfilterung zwischen dem Negativ und der Maske erfolgt, und die zweite Stufe zwischen der Maske und dem Negativ₀

Beim elektro-optischen Verfahren der Bildverbeaserung wird ein ursprüngliches Negativ einer Szene mit einem breiten Lichtstrahl von einer Kathodenstrahlröhre abgetastet» Die Kathodenstrahlröhre wird so gesteuert, daß ihre Abtaetrate eich entsprechend der Lichtmenge ändert, die durch das Negativ hindurchtritt ο Typiecherweise wird der zum Abtaeten des Negativs verwendete Strahl erheblich breiter gemabht ale die BilddetailB im Negativ selbst, aber erheblich echniöler als daa Negativ selbst. De β Negativ wird mit dem Lichtstrahl abgetastet und die durch das' fagätiv hindurchtretende Lichtenergie wird mit einem Fotodetektor abgefragt, um die Abtast-

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rate der Kathodenstrahlröhre zweckentsprechend zu öteuern. Insbesondere wird die Abtastrate der Kathodenstrahlröhre oo gesteuert, daß, je größer die vom Fotodetektor gemessene Lieh linie ng β isti umBO schneller die Abtastrate ist» Die Variationen der Lichtenergie aus diesem Grunde sorgen dafür, da/3 der Strahl schnell über (helle) Bereiche kleiner Dichte dea Negativs wegläuft und langsamer über (dunkle) Bereiche hoher Dichte. Das belichtete Bild, das durch das Abtasten des Negativs mit ünm. Lichtstrahl erhalten wird, wird auf einen geeigneten unbel.iohteten Film fokussiert, der mit dem Bild belichtet und dann entwickelt wird, um das verbesserte Positiv zu erhaltene

Das elektro-optische Verfahren der Bild verbesserung wird zwar in völlig anderer Weise durchgeführt, als das grundsätzliche fotografische Verfahren, die beiden Verfahren sind jedoch mathematisch äquivalent. Genauer gesagt, es kann gezeigt werden, daß die gleiche Lichtenergieverteilung, die dem Negativ durch die Kathodenstrahlröhre zugeführt wird, nach dem fotografischen Verfahren erreicht werden kann, wenn in der beschriebenen Weise eine zweistufige Tiefpaßfilterung der Ortefrequenz verwendet wird, doho in der beschriebenen Weise zwischen dem Negativ und der Maske und dann zwischen der Maske und dem Negativ.,

Die beschriebenen Bildverbesserungstechniken führen zu einigermaßen befriedigenden Ergebnissen bei der.Kompression des BiIddetailbereichee in vielen fotografischen Situationen. Es treten jedoch einige ernsthafte Schwächen auf, die ihre Nutzbarkeit in besonders kritischen fotografischen Fällen begrenzen. Inabesondere ergibt die Verwendung der beschriebenen Techniken und Verfahren einen Verlust an Bilddetail in Bereichen eines fotografischen Bildes, ganz in der Nähe von abrupten Diskontinuitäten der Belichtung der uraprUngllch»n Szene· Eine fundamentale theoretische Schwäche der beschriebenen Bildverbesserung besteht darin, daß dee Bild auf dem Negativ bei der Herstellung der Maske

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örtlich tiefpaß-gefiltert wird» Eine Filterung der Ortsfrequenz des Negativbildes ist unerwünscht» weil der Bereich der Durchlp.osigkeitswerte des Negativs im allgemeinen sehr groß i3t und das Bild deshalb nicht in günstigster Weise durch Filterung der Ortsfrequenz verarbeitet werden kann.» Insbesondere liegt ein Problem darib, daß die Ortsfrequenzfilterung Beiträge von unterschiedlichen 'fellen des Bildes addiert* In Bereichen des Bildes in der Nähe von scharfen Diskontinuitäten der Belichtung addiert die räumliche Filterung Beiträge von sehr hellen l-rid sehr dunklen Bereichen des Negativs, so daß die Beiträge von dor. dunklen Bereichen durch die von den hellen Bereichen überschwemmt werden_e Dementsprechend ist in diesen Bereichen die Bildverbeeserung schlecht, und es gehen oft Bilddetails verlorene

Ein anderes Verfahren, das zur "Verbesserung" fotografischer Tüder verwendet werden sollt und das hier einer kurzen Erwähnung bedarf, iet das "Abwedeln". Bei diesem Verfahren stellt der Fotograf Masken unterschiedlicher Transmissionsgrade her, die in der Form der hellen Bereiche des Negativs geschnitten sind, und bringt diese Masken zwischen das Negativ und das zu belichtende Positiv.» Diese Masken werden bewegt ("gewedelt")» während das Positiv belichtet wird, so daß ihre Grenzen nicht als Detailf anf dem Positiv erscheinen« Der Effekt der Masken besteht darin, daß das Licht von den Bereichen geringer Dichte des Negativs geschwächt wird und auf diese Weise der Belichtungsbereich, der dem Positiv zugeführt wird, komprimiert wird. Ein genereller Nachteil des Abwedeins besteht darin, daß die Masken entsprechen* der qualitativen Beurteilung durch den Fotografen hergestellt werden. Dementsprechend können Teile des Bilddetails im Negativ verlorengehen oder verdeckt werden, oder das Bilddetail kann durch unerwünschte Rückstände durch die Verwendung der Masken undeutlich werden» Die Wirksamkeit des "Abwedeins" 1st deshalb in vielen Fällen sehr begrenzt, wann Klarheit und Richtigkeit; dee Details unbedingt erforderlich sind_u

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— Q —

Zusammenfassung der Erfindung

Kurz gesagt, betrifft die Erfindung ein reiteratives Rückkopplungs verfahren zur Bildverbesserung, das aus einem Anfangszyklus besteht, dem wenigstens ein weiterer Zyklus folgt sowie eine Endbearbeitung. Beim .Anfangszyklus des reiterativen Rückkopplunge-Bildverbesserungsverfahrens wird ein Originalbild, das einer Szene entspricht, hergestellt, und von diesem wird ein komprimiertes Bild abgeleitet, wobei die Werte des komprimierten Bildes eine feste Punktion der entsprechenden \7erte des ursprünglichen Bildes sind ο Es wird dann ein gefiltertes Bild hergestellt, indem das komprimierte Bild räumlich tiefpaßgefiltert wird. Der iinfangszyklua wird dadurch vervollständigt, daß ein Maskenbild vom gefilterten Bild he rgestellt wird, wobei die Vierte der Maske eine feste Funktion der entsprechenden Werte des gefilterten Bildes sind ο

Bei jedem folgenden Zyklus des reiterativen Rückkopplungs-Bild verbesserunge-Verf ahrens wird ein komprimiertes Bild vom ursprünglichen Bild UQd dem Maskenbild gebildet, das im vorangegangenen Zyklus erhalten wurde* wobei die Werte des komprimierten Bildes eine feste Funktion des Produktes der entsprechenden Werte des ursprünglichen Bildes und des Maskenbildes vom vorangegangenen Zyklus sind. Ein gefiltertes Bild wird dann durch Üefpeßfilterung der Ortsfrequenz der komprimierten Bilder gebildet, die im vorangegangenen und allen vorhergegangenen Zyklen gebildet worden sind» wobei die Werte dee gefilterten Bildes ein bewerteter Mittelwert der entsprechenden Werte der ortsfrequenssmäßg tief pe/!^gefilterten komprimierten Bilder sind, die j η dem vorliegenden und allen vorangegangenen Zyklen erhalten worden sind. Der folgende Zyklus wird dadurch vervollständigt, daß ein Maskenbild von dem gefilterten Bild abgeleitet wird, das im vorangegangenen S_chritt gebildet wurde, wobei die Werte der Maske eine feste Funktion der entsprechenden Werte des

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• · ./y

gefilterten Bildes vom vorangegangenen Schritt sind₀

Um das reiterative Rückkopplungs-Bildverbesserunga-Verfahren zu beschließen, wird die End-Bearbeltung durchgeführt, die darin besteht, daß ein verbessertes Bild vom ursprünglichen Bild und dem Maskenbild hergestellt wird, das im vorangegangenen Zyklus hergestellt worden ist, wobei die Werte des verbesserten Bildes eine feste Punktion des Produkts der entsprechenden Werte des ursprünglichen Bildes und der Maske sind, die im vorangegangenen Zyklus gebildet worden iat»

Bei der vorangegangenen kurzen Beschreibung des reiterativen Rückkopplungs-Bildverbesserungs-Verfahrens nach der Erfindung sind Ausdrücke wie "Bild", »feste Punktion», "feste Punktion

es Produkts" und "bewerteter Mittelwert" verwendet worden. Zum besseren Verständnis der speziellen Art der Erfindung dürfte eine kurze Diskussion dieser Auedrücke und ihrer Bedeutungen beitragen«

Der Ausdruck "Bild" soll hier und im folgenden eine zweidlmens-ionale Anordnung von Datenpunkten mit reellen W_erten bedeuten» Ein Bild kann auf verschiedene Weise weitergeleitet wer-1en, beispielsweise auf PiIm als Transmlesionswerte des exponierten Pilmso Wenn der Film mit einer gleichmäßigen Beleuchtung beleuchtet wird, können stattdessen auch die Intensitätawerte des vom Film kommenden Lichtes ein Bild repräsentieren, dessen Werte proportional den enteprechenden Werten des Bildes sjnd, das durch die Trenamis eionewerte des PiIms repräsentiert v.ird. Als weiteres Beispiel konn sin Bild auf eine Kathodenstrahlröhre als zweidimensional^ Anordnung von Helligkeitawerten übertragen werden.

Um die Auedrücke "feste Punktion", "feste Punktion dea Produkts» und "bewerteter Mittelwert" zu definieren, sollen drei Bilder A, B und C betrachtet wurden, die jeder einen Koordinaten-

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punkt (χ, y) und einen zugehörigen V/ert Z_Q, Z, und Z_n betrachtet werden ο Wenn also im Zusammenhang mit der Erfindung ein Wert dee Bildea B am Koordinatenpunkt (x,y) eine feate Punktion siH33 We "'tea des Bildea A am entsprechenden Koordinatenpunkt (x»y) ist, bedeutet daa, daß Z^ s f (Z₈), wobei f (Z₃) nur vom Werfe Z abhängt und unabhängig von jeder anderen Variablen ist, einschließlich der Zeit und dem Koordinatenpunkt {x, y)» \*'m\n in ähnlicher Weise ein Wert dea Bildes C am Koordinatenpur! Ic δ (x,y) . eine feste Punktion dee Produkte der Werte der Bilder A und B " an den zugehörigen Koordinatenpunkten (x, y) ist, bedeutet daa» daß Z_n * f(Z_a , z_b)_t wobei f (Z_Q . Z_fc) nur vom Produkt (Z₃₀ Z_fe) abhängt und unabhängig von jeder anderen Variablen einschließlich der einzelnen Werte von Z und Z. , der Zeit oder den eln-

a D -*·

zelnen Koordinatenpunkten (x, y) let. Wenn der Wert des Bildes C am Koordinatenpunkt (x, y) ein bewerteter Mittelwert der Werte der Bilder A und B an den zugehörigen Koordinatenpunkten {x, y) ist, bedeutet das, daß Ζ_Λ » K.Z_Q +X₀Z, , wobei K. und K₀ Konatanten sind«

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden; ee zeigen:

Pig« 1 schematises die verschiedenen Schritte bei einem AuafUhrungebeispiel eines Rückkopplungs-Bildverbeaeerunge-Verfahrens nach der Erfindung mit drei Zyklen, und

Flg» 2 schematisch ein Gerät, mit dem ßine Filterung der Ortafunktion mit einem Tiefpaß nach der Erfindung durchgeführt werden kann»

Grundaufgäbe äer Erfindung ist es, t±n Bild herzustellen, das eine verbesserte Version eines ursprünglichen Negativs oder Positivs einer Szene darstellt» Die Prinzipien und daa Konzept der Erfindung trifft ebeneo gut auf die Bildung eines verbesserten

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Negativs oder eines verbesserten Positivs einer Szene zu, im folgenden soll Jedoch die übliche Situation betrachtet warden, bei der ein negatives Bild einer Szene statt eines Positivs derselben gebildet wird, und von diesem Negativ ein verbeeeertee Positiv erzeugt wird.

Jei d*?r Bildung eines verbeseerten Positivs ist es erwünscht, daß das verbesserte Positiv eo eng wie möglich die folgende Gleichung erfüllt:

fi) I . °

1 + (B/B ) <T^4KTp

In Gleichung (1 ) stellt T den relativen Transmissionsgrad dee verbesserten Positive an irgendeinem Punkt dar, B die Helligkeit dea entsprechenden Punktee in der fotografischen Szene. ¹S den Wert des entsprechenden Punktee einer ortsfrequenzmäßig tiefpaß-gefilterten Modifikation des relativen Transmissionsgrades T und K und B₀ Konstanten sind. Der relative Transmisaione-grad T wird als Verhältnis des tatsächlichen Transmiss? onsgrade des verbesserten Positivs zum maximalen Transmissionsgrad des unbelichteten Films definiert, der zur Bildung des ve: besserten Positivs verwendet worden isto In Gleichung (1) wird der Parameter K als "Verbeeeerungskonstante" bezeichnet, und es handelt sich um eine positive Konstante. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat die Verbeeeerungskonetante K einen Wert von typiecherweise etw; 1*5, je größer der W_ert der Verbesserungakonetante K it, umso größer ist die Kompression der fotografiechen Daten, die durch das Rückkopplungs-Bildverbeseerungs-Verfahren nach der Erfindung erreicht worden ist« Der Parameter B_Q in der Giel-

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chung (1) ist eine Konstante, die den relativen Transmiasions-. grad T des verbesserten Positivs betrifft. Vorzugsweise werden die Werte der Konstanten B_Q so gewählt, daß der Mittelwert des relativen Transmissionsgrades T über das verbesserte Positiv etwa gleich 0,5 ist. Theoretische und experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, daß eine Bildverbesserung hoher Qualität erreicht wird, wenn Gleichung (1) befriedigt ist.

Wie erwähnt worden ist, stellt I eine räumlich tiefpaß-gefilterte Modifikation des relativen Transmiesionsgradee T dar= Die räumliche Filterung, oder Filterung der Ortsfrequenz, an einem Punkt mit den Koordinaten (x, y) kann durch die Integralgleichung

Jd*' /dy^f T_D (χ - χ¹, y - y^!) w(r) (2) T_p (x,y) ^p

Jdx· Jdy« W(r)

beschrieben werden, in der x* und y¹ Variable im Koordinatensystem x, y sind, über die integriert wird, r der radiale Abstand zwischen dem Punkt (x, y), und einem variablen ,Punkt (x', y') und gegeben ist durch

(3) r

und W(r) eine Bewertungefunktion für den Haumfilterungevorgang ist. Die Bewertungefunktion W(r) in Gleichung (2) fällt mit steigenden Werten von r.

Es iet zu erwähnen, daß die Gleichung (i) T als Punktion von ausdrückt und Gleichung (2) $ als Funktion von T aus-*· drückt. Diese beiden Gleichungen können nicht so kombiniert

o../ 13

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werden, daß eine explizite Beziehung zwischen der Szenenhelligkeit B und dem relativen Transmissionagrad Ϊ des verbesserten Positivs erhalten «erden kann« ITm diese beiden Gleichungen zu lösen, wird deshalb erfindungsgemäß ein reiteratives Rückkopplungsverfahren verwendet, das zu einer Lösung im eingeschwungenen Zustand konvergiert, in der beide Gleichungen (1) und (2) eng angenähert sind. Bei diesem Rückkopplungssystem werden in aufeinander folgenden Zyklen des Prozesses aufeinanderfolgend engere Näherungen an den idealen relativen Tranemissionsgrad T geformt·

Gleichung (1) kann auch wahlweise wie folgt geschrieben werden:

C -> r n

\4^Ρ 7/«·Ρ O*¹

(5) Tp* (1/2) /ΐ

Um diese Beziehungen auf fotografische Filme anzuwenden, ist es notwendig» die allgemeinen seneitrometischen Eigenschaften des Films zu betrachten. Die Dichte D_ eines Negativs ist definiert durch

wobei Ty¹ der absolute Transmlesionsgrad dee Negative ist· Innerhalb eines großen Teils des Betriebebereichs der meisten Filme ist der Logarithmus des Transmissionegradee etwa linear vom Logarithmus der Belichtung abhängig. Dieser Bereich wird

.«./14

- Τ4 -

ale linearer Bereich dee Films bezeichnet. Xm linearen Bereich ist also die Dichte JL, des Begativs etwa linear vom Logarithmus

«Pf

der Belichtung EL· abhängig und kann so ungefähr angeschrieben werden als

in der ^ und C^ Konstanten sind· Der Parameter Q^ wird als "Gramma" des Filme bezeichnet· Die Belichtung E₅., die das Negativ an irgendeinem Punkt erfährt, 1 et proportional der Helligkeit B am entsprechenden Punkt der Szene. Im linearen Bereich hängt also die Dichte D^ einee Punkts des Negativs etwa mit der Helligkeit B am entsprechenden Punkt der Szene entsprechend der Gleichung .

(8) h^X *f ^B * °2

wobei C₂ eine Konstante ist« Wenn Gleichung (e) in Gleichung (5) eingesetzt wird, ergibt sich

(1/2) /1 + &> [-2ΚΪ_ρ + (1.15/ /j) % + C₃] I

wobei C_ eine Konstante iBt. Die ITäTierungsgleichung (9) wird als beste Näherung der Gleichung (5) angesehen» die in praktischer Weise erreicht werden kann« Diese Häherung wird also als erwünschtes Ziel für das Bückkopplungs-Bildverbesserunge-Verfahren nach der Erfindung betrachtet« Deshalb kann das Zeichen "£*" in Gleichung (9) durch ein "'ββ·" ersetzt werden» un.d»>damit soll das Verfahren nach der Erfindung so gestaltet werden, daß so gut wie möglich die Gleichung

(10) T_p - (1/2) -Ji 4-h, [-2Kf_p +(1.15/^y) D_n + C₃

J /

befriedigt wird. <jft*t 1 ·/1308

.../15

Uni Gleichung (1O) zu erfüllen» wird eine Maske hergestellt» die dann dem ursprünglichen Negativ überlagert wird. Sie Dich te D₁ der Kombination Maske/Negativ ist gegeben durch

wobei D_n die Dichte der Maske ist. Um Gleichung (1O) mit Hilfe der Maske zu erfüllen» wird Gleichung (10) geschrieben als

(12) T_p = (1/2) ii + 1γ [(1.15//) (D₈ + D₀)] i

und

(13) T_p. (1/2)

wobei d eine Konstante ist« Wenn die Gleichungen (1O) und (15) verglichen werden» ergibt sich, daß die Dichte der Maske D_m angeschrieben werden kann als

(U) D_n » (2/1.15) K^-JT₁^p ⁺d_M = -1 »74 K fu?P_p + d_M

wobei d_M eine Konstante ist. Wie bereits erwähnt worden ist» wird die Konstante B_Q in Gleichung (i) vorzugsweise so gewählt» dass der Mittelwert des relativen Transmissionsgrades T über das verbesserte Positiv etwa gleich 0,5 ist· Dementsprechend wird die Konstante d in Gleichung (1?) vorzugsweise so gewählt, daß der Mittelwert des relativen Tranemlssionsgrades Φ über das verbesserte Positiv etwa gleich 0,5 ist·

Da das erfindungsgemäße Blldverbeeserungs-Yerfahren mit Rückkopplung arbeitet, ist es notwendig, daß eine "Dämpfungⁿ in

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das Verfahren eingebaut wird, damit die Reiteration zu einer stabilen Lösung konvergiert. Biese "Dämpfung" wird dadurch erreicht, daß ein "Gedächtnis" zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen des Rückkopplungeverfahrens vorgesehen wird. Dieses "fisdächtixis" oder diese "Dämpfung" wird durch eine "Dämpfungfsrechnungsroutine" erreicht, mit der Informationen aus aufeinander folgenden Zyklen kombiniert werden« Eine wirksame Rechnung zur Erreichung der Dämpfung ist gegeben durch

(15)

x_o(q) = ^2/(2K + 1)1 x_A(q) + Γ(2Κ - 1 )/(2K + 1 )j x_Q (q - 1 )

Der Parameter K in Gleichung (i5) ist die oben bereits er

wähnte "Verbesserungskonstante"

und χ sind Eingangs-

bzwo Ausgangs-Bildvariable der Dämpfungsrechnungsroutine, χ (q) wind χ (q - 1) sind Auegangsvariable für den (q)ten bzw. (q ~ 1 )-ten Zyklus des Rückkopplungs-BildVerbesserungs-Verfahrens, und x.(q) ist die Eingangsvariable für den (q)-ten Zyklu«.. Gleichung (15) drückt die Ausgangsvariable χ für einen Zyklus (ς.) in Abhängigkeit von der Ausgangsvariablen des vorangegangenen Zyklus (q - 1) aus. Wenn Gleichung (15) für die Beziehung zwischen Eingang- und Ausgangevariablen gelöst vlxfd t wird die folgende Gleichung erhalten:

(16) x_o(q) _β

2K + 1

q - 1

2K 2K + 1

(q - r)

(16) zeigt, daß die Ausgangs-Bildvariable x_Q für die Dämpfungsrechnungeroutine ein bewerteter Mittelwert der Eingangs-Bildvariablen für den letzten und alle früheren Zyklen des Rücfckopglungs-Bildverbeeseninga-Verfahrens ist· Es kann

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aus dieser Gleichung gezeigt werden, daß nach mehreren Zyklen*
wenn das Verfahren sich einer Bedingung eines eingeschwingenen Zuatandes nähert, χ etwa gleich x^ iet.

χ etwa gleich

Die beschriebene Dämpfungsrechnung kann bequem den Ausdrücken der Tiefpaß-Raumfilterungsvariablen ¹S durchgeführt werden. Insbesondere kann die Variable $ als Eingangs-Bildvariable x^ bezeichnet werden und f ' als Ausgangs-Variable x_Q. Die Gleichungen (13)»(14) ■nd (16) werden dann zu

(17) T_p(q

(1/2)

Ty

(18)

und

(19)

V^(q) ■

2K

2K - 1
L2K + 1J

Der Ausdruck T_p(q + i) in Gleichung (17) gibt den
sionsgrad der Näherung zum verbesserten Positiv (das einfach als das "Positiv" bezeichnet werden kann) für den (q + 1)-ten Zyklus an· Im letzten Zyklus des Bildverbesaerunge-Verfahrens wird das Positiv als verbessertes Positiv genommen, weil ta die beste Nähe rung an das ideale verbesserte Positivbild darstellt.

Wonn auch die Gleichungen (17) bis (19) in Abhängigkeit von der

■V) 1 a M

Bildvariablen 5 angegeben sind, ao ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Dämpfung auch in Ausdrücken anderer Bildvariabler durchgeführt werden kann· Bei solchen Änderungen wird jedoch das Grundkonzept der Erfindung nicht betroffen.

In 3?ig.1 sind in schematischer Form die verschiedenen Schritte einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung! eines fotografischen Rückkopplungs-Bildverbesserungs-Verfahrens» dargestellt.

Wie aus Pig»1 ersichtlich, besteht das Rückkopplungs-Bildver~ besserungs-Verfahren aus drei Zyklen von je drei Schritten (a bis c) und einem letzten Schritt, die nacheinander durchgeführt werden, wobei eine Bückkopplung zwischen dem letzten Schritt (Schritt (c)) in jedem Zyklus und dem ersten Schritt (Schritt (a)) im nächstfolgenden Zyklus vorgesehen ist, wie durch die unterbrochenen "Rückkopplungs"-Pfeile angedeutet ist« Es sind zwar drei Schrittzyklen (a) bis (c) in 3?ig.1 dargestellt,, eine zufriedenstellende Bildverbesserung für fotografische Zwecke kann jedoch oft mit nur zwei Zyklen erreicht w erden. Die maximale Zykluszahl, die zur Erreichung einer gewünschten Bildverbesserungsqualität benötigt wird, wird entsprechend der Genauigkeit und Präzision bestimmt, die in dem speziellen Anwendungsfall benötigt wird· Da der Ausgang des letzten Schrittes jedes Zyklus ( mit Ausnahme des letzten Zyklus) beim ersten Schritt des nächstfolgenden Zyklus verwendet wird, wird das gewünschte Produkt des ganzen Verfahrens, d.h. das Produkt des letzten Zyklus (dritten Zyklus) als Ergebnis eines iterativen Vorgangs erhalten, bei dem der Ausgang jedes folgenden Zyklus eine bessere Annäherung an den idealen Ausgang darstellt« Die Betriebsweise des Hückkopplungs-BiIdverbesserungs-V_erfahrens nach Fig.1 soll nunmehr beschriaben werden.

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Der Einfachheit halber werden die fotografiechen Schritte (a) unä (c) in Fig.1 als durch Kontaktdruck hergestellt angenommen· Sb können jedoch auch kompliziertere optische Abbildungstechniken verwendet werden ο Beim Rückkopplungs-Bildverbesaerungs-Verfahren nach der Erfindung können unterschiedliche Filmtypen in den drei Schritten (a), (b) und (c) verwendet werden, der gleiche Mimtyp wird jedoch in den entsprechenden Schritten der -verschiedenen Zyklen verwendet (z.B. im Schritt (b) des dritten Zyklus wird der gleiche film verwendet» wie in den Schritten (b) des ersten und zweiten Zyklus)·

Erster ,Zyklus: Im Schritt (a) des ersten Zyklus wird ein transparentes Negativ Sf, das ein fotografisches Bild einer Szene enthält, gleichmäßige beleuchtet, um einen fotografischen Film zu belichten, der dann entwickelt wird, so daß ein erstes positives Durchsichtsbild P(1) erhalten wird. Es wird der nichtlineare "Sohwanz" der sensitometrisehen Kurve des verwendeten fotografischen Films verwendet, und auf diese Weise wird der Bereich der im Negativ H gespeicherten Bilddaten in diesem Schritt komprimierte Das erste Positiv P(1) zeichnet also ein •♦komprimiertes" Bild auf. Darüber hinaus sind die Transmissionsgrade an den Punkten dee ersten Positive P(1) eine feste Punktion der Tranemissionswerte des Negative N an den entsprechenden Punkten« Wie noch näher erläutert wird, 1st das Gamma sg des Poaitivfilms, der im Schritt (a) verwendet wird, vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, gleich dem Kehrwert des G-ammas ^L des Negativs N. Die Belichtung wird in diesem Fall so eingestellt, dass der relative Tranamisslonsgrad T dee ersten Positivs P(1) einen Mittelwert über das P₀sitIv hat, 4er vorzugsweise gleich T » 0,5 ist, wenn auch dieser spezielle Wert nicht sehr genau eingehalten werden muß. Wie noch erläutert, wird, sorgen diese Bedingungen dafür, daß das Verfahren für viele Filmtypen etwa

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der Gleichung (17) genügt. (Se ist zu beachten» daß beim ersten Zyklus die Dichte der Maske D^q) in Gleichung (17) Hull ist)«

Im Schritt (b) wird dae erste P_oaitiv P(1) gleichmäßig beleuchtet und das ao gebildete Bild wird ortsfrequenzmäßig tiefpaßgefiltert (doho unscharf gemacht), und zwar mit eine r geeigneten Vorrichtung, wie sie beispielsweise in Fig·2 dargestellt ist. Einzelheiten der Tiefpaß-Ortsfrequenzfilterunge-Vorrlchtung nach Fig. 2 werden später erläutert» Das unscharfe EiId wird auf einen fotografischen Film projiziert, der dann entwickelt wird, so daß ein erstes unscharfes Negativ B(1) entsteht. Vorzugsweise wird in diesem Schritt ein fotografischer PiIm verwendet, der vorher mit einer gleichförmigen Beleuchtung * geringfügig belichtet (verschleiert") worden ist. Durch diese Vorbelichtung des Filme arbeitet dieser in dem erwünschten Teil seiner sensitometrischen Kurve. Insbesondere werden die Verschleierung und die Beleuchtungsstärke bei diesem Schritt so eingestellt, daS der durch die Beleuchtung belichtete Film in dem Bereich seiner sensitometrlschen Kurve liegt, in dem die Dichte etwa linear von der Belichtung abhängt· Diese Bedingung befriedigt Gleichung (18), wie noch erläutert wird·

Im Schritt (c) wird dae erste unscharfe Negativ B(i) gleichförmig beleuchtet, um einen Film zu belichten , der dann zu einer ersten Maske M(1) entwickelt wird· Die Tranemissionsgrade an den Funkten der ersten Maske M(1) sind eine feste Funktion der Belichtungbuk er$e des ersten unscharfen Negative B(i) an den entsprechenden Punkten ο Der Wert der Belichtung wird in diesem Schritt so eingestellt, daß der Film im linearen Bereich seiner sensitometrisch^« Kurve arbeitetο Die Dichte der Maske M(1) let also eine lineare Funktion der Dichte D_£ des ersten unscharfen Negative B(i), dl« Ihrerseits eine lineare Funktion der Belichtung des ersten unscharfen Negative Bd) ist» Die Dichte D_x der Maske ist also eine lineare Funktion

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der Belichtung dee unscharfen Negative B(1), eine Bedingung« die Gleichung (18) genügt.

Wie durch den unterbrochenen "Rückkopplunge"-Pfeil in Fig.1 angedeutet let« wird die erste Maske M(1) dann im Sghritt (a) im zweiten Verfahrenszyklus verwendet« Die Maske M(i) ist ein unecharfes Positiv, und ist dunkel in den Bereichen, in denen das Negativ N hell 1st und umgekehrt·

Zweiter Zyklus: Im Schritt (a) des zweiten Zyklus wird die erste Maske M(i) dem Negatv N überlagert und die Kombination wird gleichförmi/j beleuchtet, um einen Film zu belichten, der dann zu einem zweiten (komprimierten) Positiv P(2) entwickelt wird. Bei diesem Sghritt sind die Durchlässigkeitswerte an dem Punkt dee zweiten Positive P(2) eine feste Punktion des Produkts der Transmissionswerte an den entsprechenden Punkten im Negativ N und der ersten Maske M(i), Y/ie beim ersten Zyklus wird die Belichtung so eingestellt, daß der Mittelwert Über das Bild der relativen Transmission T des zweiten Positive P(2) gleich o,5 ist TJm diesen Wert T als 0,5 zu erreichen, wird eine stärkere Beleuchtung benötigt als im ersten Zyklus, weil durch die Maske M(i) eine Dämpfung herbeigeführt wird ο

Im Schritt (b) werden das im ersten Zyklus belichtete erste Positiv P(1) und das im jetzigen Zyklus belichtete aweite Positiv P(2) gleichförmig nacheinander beleuchtet und die profilierten. Bilder v,erden ortfrequenzmäßig tiefpaSgefiltert (beispielsweise mit einem Gerät nach Fig·2) und auf einen Film geschickt, der , wie im ersten Zyklus, vorher verschleiert worden ist. Es wird die gleicheVerschleierung wie beim entsprechenden Schritt des ersten Zyklus verwendet. Der Film wird dann zu einem zweiten unscharfen Negativ B(2) entwickelt· Es ist zu erwähnen, daß, wenn ein Mehrfaeh-fisumfilterungsgerät in diesem Schfitt verwendet wird, die räumlich tiefpafl-gefilterten Positlvbilder gleichzeitig auf

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den vorgeachleierten Film mit einwandfreier gegenseitiger Deckung projiziert werden können» statt daß sie in der beschriebenen Weise nacheinander projiziert werden·

Die Belichtung der Positive P(1) und P(2) wird entsprechend der Dämpfungsrechnungsroutine nach Gleichung (16) festgelegt. Wenn beispielsweise der oben erwähnte Wert von K « 1,5 angenommen wird, ist der Faktor (2K - 1)/(2K + 1) in Gleichung (16) gleich 1/2. Für diese Bedingung wird die einem bestimmten Positiv zügeführte Belichtung für jeden folgenden Zyklus um den Faktor zwei reduziert. Im vorliegenden Fall erhält also das erste Positiv P(i) die Hälfte der Belichtung, die es während des ersten Zyklus erhalten hat, und das zweite Positiv P(2) erhält die gleiche Belichtung wie dos erste Positiv P(i) während des ersten Zyklus· Die mittleren Belichtungewerte an den Punkten des zweiten unecharfen Kegätivs B(2) sind also ein bewerteter Mittelwert der Belichtungswerte an den entsprechenden Punkten An den räumlich tiefpaß-gefilterten Positivbildern·. Dieser Punkt wird noch näher betrachtete

Im Schritt (c) wird das zweite unsoharfe Negativ B(2) gleichförmig beleuchtet und ein Film belichtet, der dann zur zweiten Maske M(2) entwickelt wird· Die Transmieaionsgrade an den Punkten der zweiten Maste M(2) sind eine feste Funktion der Belichtungswerte des zweiten unecharfen Negative B(2) an entsprechenden Punkten. Wie im vorangegangenen Zyklus wird die Belichtung so eingestellt, daß der zur Bildung der zweiten Maske M(2) benutete Film im linearen Bereich der eensitometriaohen Kurve arbeitet« Die zweite Maske M(2) wird dann im Schritt (a) dee dritten und letzten Zyklus des Verfahrens verwendete

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Dritter Zyklua; Im Schritt (a) des dritten Zyklus wird die zweite Maske M(2) dem Negativ N überlagert» und die Kombination vrird gleichförmig beleuchtet, um einen Film zu belichten, der dann zum dritten (komprimierten) Positiv P(3) entwickelt wird. Bei diesem Schritt sind die Transmissionsgrade an den Punkten des dritten Positive P(3) eine feste Punktion des Produkte der Transmissionawerte an den entsprechenden Punkten des Negativs N und der zw eiten Maske M(2)o Wie in den vorangegangenen Zyklen» wird die Belichtung so eingestellt, daß der Mittelwert des relativen Transmieslonsgrades T des dritten Positive P(3) gleich 0,5 iet.

Im Schritt (b) werden die Positive P(i), P(2) und P(3) nacheinander (oder gleichzeitig) gleichförmig beleuchtet, und die projizierten Bilder werden räumlich tiefpaßgefiltert; und auf einen Film geschickt, der, wie in den vorangegangenen Zyklen, vorgeschleiert ist· Es wird der gleiche Schleier verwendet, wie in den entsprechenden Schritten der vorangegangenen Zyklen. Der PiIm wird dann zum dritten unscharfen Negativ B(3) entwickelt* Pur dew angenommenen typischen Wert von K »1,5 beträgt die Belichtung des ersten Positiv P(1) ein Viertel der während des ersten Zyklus aufgewandten Belichtung; die Belichtung des zweiten Positivs P(2)die Hälfte,der Belichtung des ersten Positivs P(1) im ersten Zyklus und die Belichtung des dritten Positivs P(3) ist gleich der Belichtung des ersten Positive P(1) im ersten Zyklus. Die mittleren Beleuchtungewerte un den Punkten des dritten unecharfen Negativs B(3) sind also ein bewerteter Mittelwert der Beleuchtungswerte an den entsprechenden Punkten der räumlich tiefpaB-gefilterten Positivbilder.

Im Schritt (c) wird das dritte unscharfe Negativ B(3) gleichförmig beleuchtet und ein PiIm belichtet, der dann su einer

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dritten, endgültigen Maske M(3) entwickelt wird. Die Transmiaeionsgrade an den Funkten der dritten Maske M(3) sind eine feste Punktion der Belichtungeiferte des dritten unscharfen Negativs B(3) an den entsprechenden Punktenο Wie im vorangegangenen Zyklus» wird die Belichtung so eingestellt, daß der zur Bildung der dritten Maske M(J) verwendete PiIm im linearen Bereich seiner eensitometrischen Kurve arbeitet«

Letzter Schritt: Das Verfahren wird abgeschlossen, indem die dritte Maske M(3) auf das Ausgangenegativ K gelegt und die Kombination gleichförmig beleuchtet wird und ein PiIm oder ein Abzugspapier belichtet wird, das dann zur Bildung des verbesserte Positivs EP entwickelt wird« Das verbessert· Positiv EP ist ein Aufsichte- oder Durchsichts-Bild beliebiger Porm oder Größe ο Bei diesem Schritt sind die Transmieeionegrade an den Punkten des ve rbesserten Positivs SF eine feste Funktion des Produkts der Transmieslonsgrade des Jfagatlvs H und der dritten Maske M(3) an entsprechenden Funktenο

Bei dem beschriebenen Rückkopplungs-Bildverbeβaerunge-Verfahren wird darauf geachtet, daß die Bilder in den verschiedenen Stufen in Größe und fiegieterhaltung einwandfrei kontrolliert werdeno Zweckmäßigerweise werden in den Schritten (a) und (c) Kontaktdrucke im Maßstab U1 verwendet und wird im Schritt (b) räumlich so gefiltert, daß sich keine Größenänderung ergibt· Geeignete Paß-Marken können am PiIm vorgesehen werden, um die Bilder richtig passend zu halten« Weiter ist es selbstverständlich möglich, in jedem Schritt des Zyklus eine Vergrößerung oder Verkleinerung vorzunehmen, vorausgesetzt, daß die Größenänderung durch eine entsprechend· Verkleinerung oder Vergrößerung ia einen anderen Schritt kompensiert wird ο

Im folgenden sollen die einzelnen Gleichungen für die verschie-

..o/ 25

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denen Schritte (a) bis (c) der verschiedenen Zyklen des Rückkopplungs-BildverbesBerungs-Verfahrenβ betrachtet werden.

Schritt (a)

Gleichung (12) fordert, daß der Transmiasionsgrad T des Positive (wie P(1), P(2) u.s.w.) wie folgt mit der Dichte D_a der Kombination Maske-Negativ in Beziehung stehen soll (die im erβten Zyklus nur daa Negativ N enthält und in späteren Zyklen die Kombination des Negative N mit einer Maske M)

(20) T_p = (1/2)

Der Iiogarithmus der Belichtung E des Positivs ist proportional der Dichte D_n der Kombination, also

(21) D₈ « -^ (O₄ E_p)

wobei Qm eine K_onetante ist, die von der Belichtung der Kombination Maeke-Negativ bei Belichtung des Positivs abhängt. Aus Gleichung (21) ergibt eich, daß Gleichung (20) wie folgt geschrieben werden kann;

(22) T_p * (1/2) 41 -

wobei Cc eine Gonetente ist» Die ^aicüung (22) kann auch geschrieben «erden als

(23) T_p « (1/2) ^ - fc[(i/2}^ (0₆B_p

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wobei Gg eine Konstante ist-. Die Gleichung (23) kann auch geschrieben werden als

(24) T- 11 _+OiE„ ^i/y*

T_p » Jj

Gleichung (24) setzt die Belichtung E₁ die für ein Positiv im Schritt (a) aufgewandt wird, mit dem relativen Transmissions« grad T des Positivs in Beziehung. Handelsübliche Filme folgen oft sehr gut der folgenden Kennlinie im Bereich niedriger Belichtungen

J 'JI

wobei T der relative Tranamissionsgrad des belichteten Films ist, £ die Belichtung dee Filme,ηΓ das Gamma des Films und C₇ eine Konstante. Wenn Gleichungen (24) und (25) verglichen werden, zeigt sich, daß die gewünschte Charakteristik für Schritt (a) sehr gut von vielen Filmen erfüllt werden kann,

wenn das Gamma <J des zur Bildung des Positivs verwendeten Filmes gegeben ist durch

Für den Schritt (a) wird also vorzugsweise zur Bildung des Positivs ein Film verwendet, dessen Gamma-Wert Ϋ~Γ gleich dem Kehrwert Garaas /^ des Jtaegangenegatlvs ieto Wie bereits erwäh norden 1st, wird die Belichtung Im Schritt (a) vorzugsweise so gewählt, daß der mittlere relative Transmissionsgrad T

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- 27 -des Foeitlve Über das ganze Bild etna gleich 0,5 iet·

Schritt (b)

Zur Vereinfachung der folgenden Diskussion sollen die relativen Transmiseionegrade dee ersten, zweiten« dritten us«· Positivs (das im ersten, zweiten» dritten* usw, Zyklus belichtet worden ist), mit T (i) T_p(2), T_p(3) uew. bezeichnet «erden. Das Zeit-Integral der Intensität des Belichtungsmusters von einem beleuchteten Positiv im Schritt (b) ist proportional dem relativen Transmissionsgrads des Positivs und der Belichtung des Positivs. Das Zeit-Integral der Inten· sität des Beleuchtungemusters vom ersten Positiv während des ersten Zyklus kann als E^₀ T_p(i) bezeichnet werden· Wenn Verluste Im optischen Raumfilterungs-System vernachlässigt werden» ist das" Zeit-Integral der Beleuchtungsstärke (definitionsgemäß also die Belichtung) für das unscharfe

Negativ im Schritt (b) c

(27) B_b(i) -S^oV⁰

wobei ϊ (1) die ortsfrequenzmäßig tiefpaß-gefilterte Kodifikation des Bildes T (1) isto Gleichung (27) nimmt an, daß sich keine Änderung der Bildgröße während der räumlichen Filterung ergibt. Aus Gleichung (19) ergibt sich die Belichtung für das unscharfe Hegativ während dee q-ten Zyklus zu

(28) E

- 1 Γ T / ] fA· — ι J

Γ-0 L 2K + 1 J

aus Gleichung (22) folgt also (29) E. (q) -

Ö09818/1308 _eoo/28

In der Nähe des "Schwänzeβ" der eeneitometrischen Kurve der meisten Filme findet eich ein nicht-linearer Bereich, in dem die Dichte etwa eine lineare Punktion der Belichtung ist· Bei einigen Fiäsen οrfaSt diese Region einen größeren Bereich als in anderen« Der Schritt (b) wird der PlIm vorzugsweise in dieser nicht-linearen Hegion durch Verschleiern des Filme betrieben (um eine Minimalbelichtung an der unteren Grenze dieser Hegion herzustellen) und dadurch, daß die Beleuchtung gesteuert wird (so daß die maximale Belichtung die obere Grenze dieser Hegion nicht überschreitet). Die Dichte D-g des unscharfen Negativs B , das Im Schritt (b) belichtet «or den ist, steht also mit der Belichtung B_fc nach der Vorverschleierußg wie folgt in Beziehung

(50)

wobei Og eine Konstante, (a

die Neigung der Sichte-

Belicötuiifs-Kurve in der nicht-linearen Region ist» in der der Film arbeitst· Wenn Gleichung (29) 1» Gleichung (3ö) eingesetzt wird, ergibt sich

(31)

ho

Schritt, ,(o),

Der Film aur Erzeugung der Maeke H v-ird vollständig la line aren Bereich betrlibes» und damit ergibt sich dl« Dichte der Maske M durch

/29

Ö09818/1308

(32)

^EM

wobei Sq^ das Gamma dee Maskenfilms ist_t E^ die Belichtung des Films, und Oq eine Konstante» Die Belichtung Ej. des Maskenfilme ist proportional dem Tranemissionsgrad des unscharfen Negativs. Gleichung (32) kann also geschrieben werden als

(33)

1O

wobei O₁Q eine Konstante isto Wenn Gleichung (31) in Glei chung (33) eingesetzt wird_f ergibt sich

-(1/2)

(2K + 1) (

ν *

wobei O₁₁ eine Konstante ist. Wenn Gleichung (18) und (34) gleichgesetzt werden, ergibt sich

⁴bo

2(1.74) K

1)

SJL·

^JB

Gleichung (35) beschreibt die Belichtung, die für dae letzte

Positiv im Schritt (b) benötigt wird, um einen bestimmten Wert der Verbeeserungekonstanten K zu erhaltenα

Ein zweckmäßigeβ Hilfsmittel zur Einstellung von E^₀ ist ee, ein klares Positiv mit der Belichtung 'S. zu beleuchten» für das die relative Tranemieeionegrad Φ gleich eins ist.

30

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damit ein unscharfes negativ B zu belichten und aus diesem eine Maske M herzustellen. Eine Maske wird auch von einem unscharfen Negativ B hergestellt, das mit Ausnahme des Schleiers unbelichtet iat» Der Dichte-Unterschied dieser beiden Masken» derZjD^ bezeichnet wird» ist gleich

bo

Wird Gleichung (36) in Gleichung (35) eingesetzt, ergibt sich

(37) Δ J^ - 3,48 K /j/(2K + 1)

Gleichung (37) erlaubt es, die Verbesserungs-Eenstante bequem zu kontrollieren« Wenn beispielsweise K = 1,5 und ¹^ » 1, dann ist Ab„ » 1,30· In diesem Falle soll die Belichtung im S_chritt (b) also so eingestellt werden, daß sich die Dichte der Maske um 1,30 ändert, wenn der relative Transmisaionsgrad des Positivs während des Tests von Hull auf 1,0 geändert wird.

Gerät zur Tiefpaß-Filterunf der Ortsfreauene (Fi«.2)

Im Schritt (b) Jedes Zyklus des Rückkopplungs-Bildverfcgeserunge-Verfahrene nach der Erfindung wird eine räumliche Filterung oder eine Filterung der Ortefunktion durchgeführt, bei der die Bilder der verschiedenen F₀Sitlve so ge filtert werden, daß die hohen Ortsfrequenskomponenten gedämpft werden· Diese räumliche oder Ortefrequensfilterung kann auf verschiedene Welse durchgeführt werden«* Beispielsweise kann eine räumliche Filterung in etwas grober Weise mit üblichen optisohen Fotoapparaten durchgeführt werden, indem einfach die Optik des

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Gerätes defokussiert wird. Beim Defokussieren wird jede Lin ie des Bildeβ auf dem Positiv zu einem gleichmäßigen Band im unscharfen Bild verschmiert· Der Querschnitt einer mit einer solchen Defokussierung erzeugten verschmierten Linie ist ein Hechteck· Die Übertragungsfunktion der einfachen Defokussierung ist also die Fouriertransformation eines Rechteck-Impulses (sin AW)/AW, wobei W eine Frequenz-Variable und A eine Konstante ist ο Da diese Übertragungsfunktion eine Dämpfung der hochfrequenten Daten erreicht» stellt die Defokussierung eine Möglichkeit der räumlichen Tiefpaß-Filterung dar. Diese Übertragungsfunktion weist jedoch eine unendliche Reihe von hochfrequenten Spitzen auf, die mit wachsender Ortefrequenz allmählich verschwinde*?« Diese Spitzen führen unerwünschte hohe Grtßfreqiisns-Details in das d«fokussiert© Bild ein» durch die im endgültigen verbesserten Bild Strukturen erscheinen können.

Um eine bessere räumliöhe Filterung zu ti.* #<,?$£*:* ,. 'e eine Linie im Auegangenegativ %i?. ■*? gzw-kte* %v Ί ¹^ ^" 'ν"'4>*βη» das eine Spitze in der Mitte i:afw :Ι*ΐ u< ,L ™<a monoton von der Mitte aus versöhnisdtt (etw*. Funktion). Diese Charakteristik kann aai> ι t 7.*v«,⁴ *\?i fc ^ daß eine Projekt!ons-OptIk so konstruiert ·ξ?£χ⁵α_# iisß sl# die entsprechenden Abberatioaen aufweist, so isS das-unscharfe Bild Spitzen in der Kitt® aufweist und aili&Mhlic& uM monoton von der Mitte aus schwäche? njüfd» Bine sKcisr® Möglichkeit ist, die Optik eines ProjektioBS-Sfstsms su dsfoisaeeiersa und die Apertur einer Linse wSartre ate Btlichteaü mittel® tiaer Iris-Blende au verändern· Htncm ύ±® Apertur vtygriSiert wird* erhöht sich die Breite der verschmier tea I»laie₉ unS auf diese Weise kann die mittlere verschmierte oder unscharf® Linit geformt werden·

Eine geeignetere und bequemest Vorrichisttiig »ur Ηβ£-ΐ>β!führung

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einer wirksameren Tiefpaß-Qrtsfreguenzfilterung ist bei 20 in Pig«2 dargestellt« Die Tiefpaß-Ortsfrequenz-Filtervorrichtung besteht aus einem diffusen Strahler 21» beispielsweise einer Reihe Leuchtstofflampen, über denen eine mattierte Glasscheibe angeordnet ist, einer Raumfilterraaske 22 im Abstand von dem diffusen· Strahler 21» und einer Linse 23» deren Abstand von der Raumfiltermaske 22 gleich der Brennweite der Linse 23 ist· Die Raumfilterraaeke 22 ist ein !Transparent mit einem kreissymmetrischen Transmieeionsgradmueter, so daß der Transmissionsgrad ein Maximum in der Mitte der Maske hat und allmählich von der Mitte der Maske zum Hand derselben abfälltο

Im Betrieb Herden Lichtstrahlen vom diffusen- Strahler 21 durch die Raumfiltermaske 22 geschickte Wegen des beschriebenen variablen Tranemiseionsgradmuetere der Raumfiltermaeke 22 hat ein zentraler Lichtstrahl R₀ , der einen bestimmten Funkt der Linse 23 beleuchtet» eine größere Intensität als ein Seitenstrahl S₁ oder ein Seitenetrahl R₂* der am Rand durch die Maske 22 hindurchtritt, wo der Tranamlssionsgrad niedriger 1st als In der Mitte. Die Linse 23 bricht daa auftreffende Licht derart, daß der Zentralstrahl Rq parallel zur Achse der Linse 1st und die Seitenstrahlen R- und R« geringfügig divergent bleiben. Auf diese Weise wird ein transparentes Positiv mit etwas diffusem Licht belichtet, bei dem die senkrechten Strahlen maximale Intensität haben und die Intensität mit großer werdender Abweichung von der Senkrechten entsprechend der Funktion des Transmlsslonsgrade· der RauBflltermaeke 22 fällt* In einem passenden Abstand unterhalb des transparenten Positivs wird unbeJLichteter film angeordnet, üb die erwünschte Breite der räumlichen Unscharfe »u erhalten· Die Tors der Unscharfe des unscharfen Xegativs für jeden Punkt ie verbesserten Positiv hängt von Traneaieeionegradaueter der Rauafiltermaeke 22 ab«

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W_enn eine RaumflXterung nach der Anordnung gemäß Pig.2 durchgeführt wird» hat das unscharfe Bild einer Linie einen erwünschten Querschnitt, d.h. eine Spitze in der Mitte und einen allmählichen Abfall an beiden Selten der Mitte«

Modifikationen

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung «erden die Bilder in allen Schritten dee Verfahrene fotografisch aufgezeichnet» Bei anderen Ausführungeformen der Erfindung können jedoch auch andere Medien zur Speicherung der Bilddaten verwendet «erden. Diese Varianten der Durchführung ändern jedoch das Prinzip der Erfindung nicjhto

Die Punktion der Maske kann beispielsweise mit einer Kathodenstrahlröhre statt mit einem fotografischen PiIm wie bei der beschriebenen Aueführungeform durchgeführt werden· Das Maskenbild wird dann ale zweidimensionalβ Helligkeitsmuster auf der Oberfläche der Kathodenstrahlröhre statt durch ein zweidlmenelonales Muster von Tranemissionsgraden des Durchsichtsbildes dargestellt, das die Maske bei der beschriebenen praktischen Aueführungsform bildet.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Raumfilterung elektronisch statt optisch durchgeführt «erden» Inebesondere kann das komprimierte transparente Positiv zur Bildung eines elektronischen Signale abgetastet «erden und das Signal dann elektronisch verarbeitet werden» um ein räumlich gefiltertes Bildsignal zu erhalten·

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Claims (3)

1. S 6 Ρβ9 2)

   Ansprüche

   Rückkopplungsverfahren zur Verbesserung der Bildqualität, gekennzeichnet durch folgende Schrittes

   1·) Es wird ein Originalbild (Negativ oder Positiv) entsprechend einer Szene hergestellt;
2. 2.) vom Originalbild wird ein komprimiertes Bild (Positiv oder Negativ) abgeleitet, dessen Werte eine feste Funktion der entsprechenden Werte des Originalbildes sind;

   3«) durch räumliche Tiefpaß-Filterung des komprimierten Bildes wird ein gefiltertes Bild (unscharfes Negativ oder Positiv) gebildet;

   4·) vom gefilterten Bild wird ein (positives oder negatives) Maskenbild abgeleitet, dessen Werte eine feste Funktion der entsprechenden Werte des gefilterten Bildes sind;

   ferner dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Schritte wenigstens einmal in dieser Reihenfolge durchgeführt werden:

   a) vom Originalbild und dem im Schritt 4) oder vorangegangenen Schritt (c) gebildeten Maakenbild wird ein komprimiertes Bild gebildet, dessen Werte eine feste Funktion des Produkts der entsprechenden Werte des Originalbildes und des Maskenblldes sind, das im Schritt 4) oder vorangegangenem Schritt (c) gebildet worden 1st;

   b) durch räumliche Tiefpaß-Filterung des komprimierten Bildes» das im Schritt 2) und allen vorangegangenen Schritten (a) gebildet worden ist, wird ein gefiltertes Bild gebildet, dessen Werte ein bewertetes Mittel der entsprechenden Werte

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   .j-

   der räumlich tiefpaß-gefilterten komprimierten Bilder sind, die im Stfhrltt 2) und allen Schritten (b) gebildet «orden sind;

   c) vom gefilterten Bild nach Schritt (b) wird ein Maskenbild geformt, dessen Werte eine feste Funktion der entsprechenden Werte des gefilterten Bildes sind» das im Schritt (b) gebildet «orden ist, und

   daß schließlich vom Originalbild und dem im letzten Schritt (c) gebildeten MaBkenbild ein verbessertes Bild (Positiv oder Negativ) abgeleitet «ird, dessen W_erte eine feste Funktion des Produkts der entsprechenden Werte des ursprünglichen Bildes und des Maskenbildes sind, das im letzten Schritt (c) gebildet «orden let«

   2. Verfahren nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet» daß das ursprüngliche Bild und die gefilterten Bilder Negative sind und die komprimierten Bilder, die Kaskenbilder und das verbesserte Bild Positive sind·
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gramma des zur Herstellung des komprimie rten Bildes in den Schritten 2) und (a) verwendeten fotografischen Filmes gleich dem Kehrwert des Gamma des fotografischen Filmes ist, der zur Herstellung des ursprünglichen Bildes Im Schritt 1) verwendet «orden ist» die Belichtung in den Schritten 2) und (a) so eingestellt ist, daß der Mittelwert des relativen Transmissionsgrades des komprimierten Bildes etwa gleich 0,5 1st, der fotografische Film in den Schritten 3) und (b) durch gleichförmige Belichtung vorgeschleiert ist und die Kennlinien der . in den Schritten 3) und A) sowie (b) und (c) benutzten Filme so gewählt ist, und die Belichtung und die Schleierbelichtung

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   80 eingestellt sind, daß die Dichte an jedem Funkt der in den Schritten 4) und (b) erzeugten Maske etwa eine lineare Funktion der Belichtung ist, die in den Schritten 3) bzw.(a) dem entsprechenden Punkt des fotografischen Filmes zugeführt worden 1st·

   Verfahren nach Anspruch 1_t 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Jedem Schritt (a) die Belichtung des komprimierten Bildes gleich der ist, die im vorangegangenen Schritt (a) dem komprimierten Bild zugeführt wurde, das in diesem Schritt (a) oder im Schritt 2), wenn dieser voranging, hergestellt wurde, und die Belichtung, die jedem komprimierten Bild zugeführt wird, das in einem früheren Schritt hergestellt wurde, kleiner ist als die Belichtung, die diesem komprimierten Bild im früheren Schritt zugeführt wurde·

   Vorrichtung zur räumlichen Filterung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Quelle für diffuse Beleuchtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maske mit einem kreis-symmetrischen Tranemissionsgradmuster vor der Lichtquelle angeordnet ist und eine Linse in einem Abstand vor der Maske angeordnet ist, der gleich ist der Brennweite der Linse«

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