DE4004948A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen dichtekorrektur von bildsignalen bei der elektronischen bildverarbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des An­ spruchs 8.

Eine Dichtekorrektur hat generell die Aufgabe, die Ko­ pierlichtmenge so einzustellen, daß der bildwichtige Inhalt der Vorlage in der Kopie in einem gut auflösba­ ren Dichteumfang wiedergegeben wird. Dies bedeutet zu­ nächst, daß die mittlere Dichte des bildwichtigen Teils der Vorlage in den mittleren Dichtebereich der Kopie gebracht werden muß. Daneben können Schwierigkeiten auftreten, wenn der Dichteumfang der Vorlage, wie z. B. bei einem Diapositiv, wesentlich größer ist als der in einer auf Fotopapier aufbelichteten Kopie wiedergebbare Dichteumfang. Es gibt deshalb verschiedene fotoelektri­ sche und chemische Verfahren - z. B. ein Kopiermaterial mit hoher Ausgangshärte, das durch unterschwellige All­ gemeinbelichtung in seiner Gradation verflacht wird -, die den Dichteumfang linear auf den von dem Kopiermate­ rial wiedergebbaren Dichteumfang verringern.

Die elektronische Bildtechnik mit punktweise aufbelich­ teten Kopien bietet nun die Möglichkeit, verschiedene Bereiche der Kopiervorlage unterschiedlich stark zu be­ leuchten und somit eine optimal an die Bildvorlage an­ gepaßte Wiedergabe durch das Kopiermaterial zu errei­ chen. Zur Steuerung dieser unterschiedlich großen Hel­ ligkeit an der Kopiervorlage ist ein Verfahren mit der Bezeichnung "Histogram Equalization" bekannt geworden, das z. B. in dem Buch "Computer Image Processing and Recognition" von Ernst L. Hall, erschienen in Academic Press, 1979, auf den Seiten 167 bis 174 beschrieben ist. Nach diesem Verfahren werden die Bildpunkte einer Kopiervorlage mit ihren Graudichtewerten in eine Häu­ figkeitsverteilung einsortiert und diese Verteilung durch Integration in eine Verteilungskurve umgewandelt. Diese Verteilungskurve zeigt durch ihren Steigungsver­ lauf, in welchem Dichtebereich nun besonders viele Bildpunkte vorhanden sind und in welchen Dichteberei­ chen weniger. Verwendet man eine solche Verteilungs­ kurve als Übergangsfunktion für die Bewertung der Grau­ werte der Kopiervorlage, z. B. von deren Luminanzsigna­ len Y zu einem korrigierten Luminanzsignal Y′, so wer­ den Dichtebereiche der Vorlage, die besonders stark be­ setzt sind, in der Kopie auseinandergezogen und damit in ihrer Detailerkennbarkeit verbessert, während Dich­ tebereiche der Vorlage, die nur wenige Bildpunkte auf­ weisen, entsprechend komprimiert werden.

Dieses für Spezialgebiete der Bildverarbeitung wie Me­ dizintechnik oder Luftbildauswertung sehr hilfreiche Histogramm-Verfahren läßt sich nicht ohne weiteres an­ wenden auf die Wiedergabe von Halbtonvorlagen der bild­ mäßigen Fotografie. Zum einen besteht eine grundsätz­ liche Schwierigkeit darin, daß Bilder mit zwei oder mehr weit auseinanderliegenden Dichteschwerpunkten (wie z. B. eine Aufnahme durch einen Torbogen mit einer sehr dunklen Schattenpartie und im Durchblick sehr großer Helligkeit) so kopiert werden, daß zwar die Bereiche in der Schattenpartie und in der sehr hellen Partie mit in sich gutem Kontrast wiedergegeben würden, daß jedoch der Helligkeitsabstand zwischen diesen beiden Bereichen praktisch unterdrückt würde. Der hellste Punkt des Schattenbereichs würde sich unmittelbar an den dunkel­ sten Punkt des hellen Bereiches anschließen. Dies ist jedoch für eine bildmäßige Fotoaufnahme nicht tragbar. Zum anderen ist eine Histogramm-Auswertung für die Ge­ samtheit der Bildpunkte mit einem sehr hohen Rechenauf­ wand verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb - ausgehend von dem bekannten Histogramm-Verfahren - ein Verfahren zur automatischen Dichtekorrektur zu entwickeln, das zwar den Schwärzungsunterschied zwischen weit auseinander­ liegenden Dichteschwerpunkten der Vorlage reduziert, jedoch auch bei Fehlen von Zwischenwerten nicht unter­ drückt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des An­ spruchs 1.

Durch das Hinzuaddieren der Bewertungsgröße zu der festgestellten Häufigkeitsverteilung der Dichtewerte der jeweiligen Vorlage wird sichergestellt, daß über den gesamten Dichteumfang die die Übergangsfunktion bildende Verteilungskurve eine Mindeststeigung aufweist und so auch bei Fehlen von Dichtewerten innerhalb eines gewissen Bereiches des Dichteumfangs der Vorlage ein entsprechender Schwärzungsunterschied zwischen den ver­ schiedenen Dichtestufen entsteht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Diese Maßnahmen erbringen weitere Vorteile. Die Bemessung der Bewertungsgröße erlaubt eine genaue Festlegung für den Zuwachs des Dichteab­ standes auch bei fehlenden Dichtewerten innerhalb der Vorlage. Die symmetrische Anordnung der Bewertungsgröße über den Dichteumfang hinaus erlaubt eine Kompensation der abgeflachten Bereiche der Schwärzungskurve des Ko­ piermaterials im untersten und obersten Bereich, die durch eine Anhebung der Bewertungsgröße in den Randbe­ reichen noch verstärkt werden kann. Die Glättung der Integrationskurve erlaubt die Auswertung der Vorlagen mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Dichte­ stufen, während die Verringerung der Auflösung durch Zusammenfassen von Bildpunkten zu Flächenbereichen ebenso zur Verringerung des Rechenaufwandes beiträgt. Die Bildung von farbneutralen Grauwerten und Anwendung dieses Verfahrens auf diese Grauwerte bzw. Luminanz­ signale erlaubt die Anwendung dieser Verfahrens auch auf Farbvorlagen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist die Merkmale des Anspruchs 8 auf.

Die Erfindung ist nachfolgend in Form eines Ausfüh­ rungsbeispiels erläutert, das anhand von Figuren be­ schrieben ist. Es zeigen

Fig. 1 ein Schemabild eines Kopiergeräts zur Durchfüh­ rung des beschriebenen Dichtekorrekturverfah­ rens und

Fig. 2 ein Beispiel für die Bildung einer Übergangs­ funktion, wobei

Fig. 2a die Häufigkeitsverteilung der Vorlagendichte­ werte,

Fig. 2b die zu überlagernde Bewertungsgröße und

Fig. 2c das Integral der beiden überlagerten Kurven 2a und 2b zeigt, die zugleich die Übergangsfunk­ tion darstellt.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Scanner be­ zeichnet, der z. B. eine dreifarbige Vorlage in den drei Farben bildpunktweise abtastet. Das Ergebnis die­ ser Abtastung, die Bildsignale, werden weitergeleitet in einen Bildspeicher 2, der ein bekannter Festkörper­ bildspeicher, aufgebaut aus RAM′s, sein kann. Daran schließt sich eine Einrichtung zur Bildung von farb­ neutralen Bildsignalen an, im vorliegenden Fall eine bekannte Transformationseinrichtung zur Transformation der Bildsignale R, G, B in ein Luminanzsignal Y und Chrominanzsignale U und V. Diese erfolgt nach den be­ kannten Transformationsgleichungen

Y=0,3 R+0,6 G+0,1 B,
U=B-Y,
V=R-Y.

Die Chrominanzsignale U und V werden über einen Kanal 4 zu einer Rücktransformationseinrichtung 12 geleitet, während die Luminanzsignale über den Kanal 5 zu einer look-up-table 11 geleitet werden, in der sie in ein mo­ difiziertes Luminanzsignal Y′ verbessert und dann eben­ falls der Rücktransformationseinrichtung 12 zugeleitet werden. Daran schließt sich ein weiterer Bildspei­ cher 13 an, der die nunmehr verbesserten Bildsignale R, G, B in einer für den Printvorgang angepaßten Geschwin­ digkeit an eine Bildaufzeichnungseinrichtung 14 weiter­ leitet. Diese kann z. B. ein mit einer Kathodenstrahl­ röhre ausgestatteter Printer sein, in dem nacheinander durch drei verschiedene Farbfilter die drei Farbbilder auf ein fotografisches Negativkopiermaterial aufbelich­ tet werden. Diese Einrichtung kann z. B. nach der Lehre der deutschen Patentanmeldung P 36 29 422 (= A-G 5183) ausgebildet sein.

Die eigentliche Dichtekorrektur erfolgt in einem Kanal, der von dem Luminanzkanal 5 noch vor der look-up-table 11 abgezweigt ist. Er führt zunächst die Luminanzsignale zu einer Einrichtung zur Bilddaten­ reduzierung 6. In dieser werden die den gesamten Bild­ inhalt repräsentierenden Pixel- oder Bildsignale in ihrer Gesamtzahl von N=2048 Signalen pro Zeile und M=1024 Zeilen pro Bild durch Zusammenfassung in 32×16 Bereiche so reduziert, daß einerseits zwar noch eine ausreichende Aussage über die Helligkeitsvertei­ lung im Bild möglich ist, jedoch andererseits der Rechenaufwand auf ein vertretbares Maß reduziert wird.

Die in ihrer Anzahl reduzierten Helligkeitssignale wer­ den nun zu der Einrichtung zur Bildung einer Häufig­ keitsverteilung 7 weitergeleitet. Derartige Einrich­ tungen sind in der Rechnertechnik vielfach bekannt, z. B. als Impulsgrößen-Diskriminator oder einfache Zählschaltungen, die in einem Digitalrechner darstell­ bar sind. Ein Beispiel einer solchen Häufigkeitsvertei­ lungskurve ist in Fig. 2a durch die Kurve 15 darge­ stellt. In diesem Diagramm sind nach rechts die Dichte­ werte aufgetragen, die je nach Art von Vorlagen bis zu dem maximal möglichen Dichtewert reichen und in einer geeigneten Abstufung der Dichtewerte einsortiert wer­ den. Im vorliegenden Fall wurden z. B. 32 Dichtestufen angewendet. Der Ordinatenwert gibt die Anzahl von Be­ reichen in der betreffenden Vorlage an, die jeweils einer Dichtestufe zugeordnet wurden. Die Kurve der ge­ rade untersuchten Vorlage hat in dem untersten Bereich keine Dichtewerte aufzuweisen, bis etwa zu einem Achtel des gesamten Dichteumfangs der Vorlage, steigt dann aber rasch auf ein Maximum an, was auf einen relativ großen, schwach belichteten Schattenbereich schließen läßt. Etwa in der Mitte weist die Kurve eine Einsatte­ lung auf, d. h., die Vorlage hat nur verhältnismäßig wenig durchschnittlich geschwärzte Bereiche. Danach kommt nochmals ein Anstieg auf ein zweites Maximum, was z. B. auf einen sehr stark beleuchteten Bereich der Vorlage, z. B. in dem eingangs beschriebenen Bildbei­ spiel - den hellen Bereich innerhalb des Torbogens schließen läßt.

Aufgrund der Form der Dichtehäufigkeitsverteilung 15 gemäß Fig. 2a wird dann in einer Einrichtung 8 zur Schaffung der Bewertungsgröße ein sog. Offset 16 ermit­ telt, der zu dem Beispiel gemäß Fig. 2a in Fig. 2b dar­ gestellt ist. Dies ist eine Größe, die der Kurve 15 in Fig. 2a hinzuaddiert wird und die in ihrer Form und La­ ge von der Kurvenform in Fig. 2a abhängig ist. Dieser Offset beginnt in der Regel mit Höchstwerten bei der Dichtestufe Null und erstreckt sich noch über den dich­ testen, in der Kurve 15 vorkommenden Punkt hinaus etwa um ein Zehntel des Dichteumfangs bzw. des Abstandes der beiden Schnittpunkte der Kurve 15 mit der Abszisse. Die Ordinatenwerte dieses Offset 16 sind nicht über den ge­ samten Bereich konstant, sondern sind in dem Mittelbe­ reich auf rund ein Drittel reduziert. Die Absolutgröße der Ordinatenwerte bewegt sich in derselben Größenord­ nung wie die Ordinatenwerte der Kurve 15 nach Fig. 2a; im reduzierten Mittelbereich ist der Wert so gewählt, daß auch bei einem völligen Fehlen von Bildsignalen in diesem Bilddichtebereich die gewünschte Mindeststeigung der Übergangsfunktion gemäß Fig. 2 erreicht wird. Diese gewünschte Mindeststeigung richtet sich danach, welcher Dichteabstand zwischen verschiedenen Kopiebereichen sichergestellt sein soll, wenn in dem Dichtebereich zwischen diesen Dichtewertgruppen keine Bildpunkte vor­ handen sind. Dies kann je nach Geschmacksrichtung un­ terschiedlich sein, so daß der Wert des Offset 16 im Mittelbereich einstellbar ist. Der Offset liegt etwa symmetrisch zum Dichteumfang der Vorlage, so daß bei durchgehend sehr stark belichteten Vorlagen der Offset erst bei höheren Dichtewerten beginnt.

Die beiden Kurven 15 und 16 nach Fig. 2a und 2b werden in der Integrationseinrichtung gemäß Kästchen 9 zusam­ mengeführt und integriert. Die sich dabei ergebende Kurve 17 ist in Fig. 2c dargestellt; sie beginnt bei dem Dichtewert Null mit einer konstanten Steigung, die sich aus der Höhe des Offset gemäß Fig. 2b am Beginn ergibt, bis die Steigung sich mit dem Anstieg der Kur­ ve 15 verstärkt. In der Einsattelung der Kurve 15, die sich deckt mit dem nicht angehobenen Mittelbereich des Offsets, verflacht sich die Kurve ganz deutlich, behält aber eine Mindeststeigung, um mit dem Anstieg zum zwei­ ten Randbereich des Offsets, der teilweise mit dem zweiten Maximum der Kurve 15 zusammenfällt, nochmals anzusteigen, bis sich dann zum Ende der Kurve am Ende des Offsets wieder eine konstante Steigung entsprechend der Steigung am Anfang bis zum Weißpunkt der Kopie er­ gibt.

Zur Glättung der Kurve 17, die bei den meisten Vorlagen einen etwas unruhigeren Verlauf als in Fig. 2c darge­ stellt hat, ist eine Einrichtung 10 vorgesehen. Diese Einrichtung kann nach jedem bekannten Glättungs­ algorithmus arbeiten, z. B. durch wiederholte Inter­ polation über mehrere, aufeinanderfolgende Einzelwerte hinweg. Die geglättete Integrationskurve gemäß Fig. 2c wird dann in die look-up-table 11 eingespeist, wobei diese Integrationskurve 17 als Kontrastübertragungs­ funktion für die Graudichtewerte des Bildes dient. Die steileren Bereiche der Kurve 17 führen dazu, daß die vorrangig im Schattenbereich und in dem sehr hellen Be­ reich auftretenden Bildpunkte mit guter Spreizung und guter Detailerkennbarkeit wiedergegeben werden, während die Einsattelung der Kurve 15 in der Mitte dazu führt, daß hier die Dichtewerte komprimiert werden. Der Offset sorgt aber in diesem Bereich für die gewünschte Min­ deststeigung der Kurve 17.

Die Abzweigung des Y-Signals muß nicht notwendigerweise an der gezeigten Stelle des Kanals 5 erfolgen; vielmehr können auch die gemessenen Dichtewerte unmittelbar nach dem Scanner 1 der Bilddatenreduzierung 6 zugeführt wer­ den, wenn im Rechner 9 eine solche Transformation durchgeführt wird.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist für die Verarbeitung von dreifarbigen Signalen geeignet, d. h., das einen neutralen Grauwert darstellende Lumi­ nanzsignal Y wird durch die look-up-table 11 in ein verbessertes Luminanzsignal Y′ transformiert. Anstelle des Luminanzsignals kann auch ein nach einem anderen Verfahren aus den Farbwerten gemittelter farbneutraler Grauwert ermittelt und korrigiert werden.

Im Fall einer Schwarzweiß-Vorlage können die Transfor­ mationseinrichtung 3 und die Rücktransformationsein­ richtung 12 entfallen; die gemessenen und gespeicherten Dichtewerte werden dann unmittelbar dem beschriebenen Korrekturverfahren unterworfen.

In der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist bei dem Diagramm in Fig. 2a die Dichte Null am linken Rand angegeben und die "hellste" Stelle am rechten Ende der Kurve, d. h., die Beschreibung bezieht sich auf eine Aufnahme auf Negativmaterial und "hell" und "dunkel" betreffen den Aufnahmegegenstand. Das Verfahren ist je­ doch auch auf Vorlagen anwendbar, die auf Umkehrfilm aufgenommen sind. Zweckmäßigerweise werden dann vor der Verarbeitung die Bildsignale elektronisch umgekehrt, was ohnedies notwendig ist, wenn das Bild nach der Leh­ re des deutschen Patents 35 25 807 auf Negativkopier­ material aufbelichtet wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur automatischen Dichtekorrektur von Bildsignalen bei der elektronischen Bildverar­ beitung durch elektro-optische Abtastung einer Bildvorlage nach N Spalten und M Zeilen und Analyse der Bildsignale in eine Häufigkeitsver­ teilung nach ihren Grauwerten, Integration der Häufigkeitsverteilung zu einer Verteilungskurve und Verwendung dieser Kurve als Übergangsfunk­ tion zu der Steuerung der Kopiedichtesignale, dadurch gekennzeichnet, daß der Häufigkeitsver­ teilung (15) vor der Integration eine Bewer­ tungsgröße (=Offset) (16) überlagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die zu überlagernde Bewertungs­ größe (16) berechnet wird nach der gewünschten Mindeststeigung der Übergangsfunktion in den Vorlagedichtebereichen der Häufigkeitsvertei­ lung (17), in denen Bildsignale fehlen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die zu überlagernde Bewertungs­ größe (16) sich zumindest über den Dichteumfang der Vorlage erstreckt, insbesondere bei der dunkelsten und hellsten Stelle etwa um je ein Zehntel des Dichteumfangs über diesen hinaus­ reicht und die Häufigkeitsverteilung etwa sym­ metrisch zu der Bewertungsgröße gelegt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überlagernde Bewertungsgröße (16 in Fig. 2b) in wenigstens einem Randbereich der Häufigkeits­ verteilung der Vorlagedichtewerte (Fig. 2a) ge­ genüber der im Mittelbereich angehoben, insbe­ sondere wenigstens verdoppelt, und mit einem gleitenden Übergang versehen ist und daß die angehobenen Randbereiche jeweils etwa denselben Anteil der Bewertungsgröße (Fig. 2b) überdecken wie der nicht angehobene Mittelbereich.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertei­ lungskurve (17) nach der Integration in bekann­ ter Weise geglättet wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die N×M Bildsignale pro Bildvorlage durch Mittelung über Bildfelder mit jeweils einigen zehn Bild­ punkten in jeder Richtung auf ein Bild mit einigen zehn Bildfeldern in jeder Richtung in der Auflösung verringert werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dreifarbi­ ge Vorlagen in den drei Farben abgetastet wer­ den, daß aus den Meßwerten farbunabhängige Grauwerte, insbesondere durch eine Transforma­ tion Luminanz-(Y) und Chrominanz-Signale (U, V) gebildet werden und daß die Übergangsfunktion auf die Grauwerte bzw. Luminanzsignale Y der farbigen Bildpunkte angewendet wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei an einer Leitung (5) für das Luminanzsignal Y eine Einrichtung (6) zur Bilddatenreduzierung und ein Rechner (7) zur Bildung eines Histogramms und zu dessen Inte­ gration (9) als Übergangsfunktion zu einem kor­ rigierten Luminanzsignal Y′ angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rechner ein Geber (8) für die zu überlagernde Bewertungs­ größe (Offset) an die Einrichtung (7) zur Bil­ dung des Histogramms angeschlossen ist, sowie eine Glättungseinrichtung (10) für die inte­ grierte Kurve (17).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Speicherung der als Über­ gangsfunktion dienenden Integrationskurve (17) eine look-up-table (LUT) (11) vorgesehen ist, die im Verarbeitungskanal (5) des Grauwert­ signals bzw. des Luminanzsignals Y liegt.