DE69007690T2

DE69007690T2 - Halbtonbilder mit fehlerübertragungsfortpflanzung mit einer mit der zeit veränderlichen phasenverschiebung.

Info

Publication number: DE69007690T2
Application number: DE69007690T
Authority: DE
Inventors: Ronald Feigenblatt; Carl Powell
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1989-01-13
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2010-01-13
Also published as: DE69007690D1; EP0404933B1; DE68915145T2; JPH03503461A; JPH02234192A; DE68915145D1; EP0378780B1; JPH0792650B2; EP0378780A1; EP0404933A1; WO1990008377A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mehrstufige Anzeigesysteme mit Anzeigeelementen mit relativ wenigen Intensitätsstufen und insbesondere auf die Anpassung dieser Systeme für die Darstellung von Graustufenbildern.
Systeme mit flachem Bildschirm wie eine binäre Flüssigkristallanzeige (LCD, liquid crystal display) mit Elementen, die relativ wenig Intensitätswerte anzeigen können, besitzen nicht viele der Nachteile, die bei Anzeigesystemen vom Typ des CRT-Monitors gefunden werden. Insbesondere benötigt ein binärer LCD-Schirm keine Elektronenkanone und keine Vakuumröhre und kann daher viel flacher als ein TV-Monitor hergestellt werden. Ein LCD-Schirm besitzt geringe Anforderungen an Strom und Spannung und gibt dementsprechend während des Betriebs relativ wenig Wärme ab, was ihn besonders geeignet für die Verwendung bei hoher Baudichte und in tragbaren Systemen macht. Die Hardware ist relativ robust und kann das selbe Bild eine sehr lange Zeit anzeigen, ohne daß Gefahr besteht, die Elemente zu beschädigen.
Eine CRT-Anzeige kann jedoch leicht relativ viele Intensitätswerte zwischen einem minimalen und einem maximalen Intensitätswert anzeigen. Tatsächlich ist das Eingangssignal eines CRT- Anzeigesystems üblicherweise ein analoges Intensitätssignal, das aufgrund des mit dem Signal verbundenen Rauschens wirksam abgestuft ist, was eine feinere Differenzierung des Eingangssignal begrenzt. Der Vorteil dieser Möglichkeit einer fein abgestuften Intensität ist zweifacher Art: Erstens erzeugt die Anzeige eine relativ genaue Beschreibung der Schattierung des Bildes. Beispielsweise "begrenzen" die typischen Signal/Rauschverhältnisse in Videosignalen die Elemente in einem analogen Fernsehgerät darauf, einen von 256 Werten anzuzeigen; dies ist dennoch ein relativ fein abgestuftes Bild, und der angezeigte Wert jedes Elements ist daher eine relativ enge Näherung des angezeigten Bildteils. Mit anderen Worten, die Anzeige besitzt gute "Graustufen-" bzw. "Halbton-" Eigenschäften. Zweitens - verwandt mit dem ersten Merkmal - besitzt die Anzeige eine relativ gute räumliche Auflösung. Da die Elemente der Bildintensität gut folgen können, werden auch Intensitätsänderungen zwischen benachbarten Bildpunkten gut dargestellt. Daher ist die räumliche Auflösung in erster Linie durch den physikalischen Abstand der Elemente beschränkt.
Die binäre LCD-Anzeige und allgemeiner Anzeigen vom LCD-Typ mit Elementen mit relativ wenig Intensitätsstufen haben gewisse Nachteile, die die Vorteile der fein abgestuften Anzeigesysteme widerspiegeln. Beispielsweise stellt ein binäres LCD-Element den entsprechenden Bildteil dadurch dar, daß es entweder an oder aus ist. Dies ist eine schlechte Darstellung, wenn das Bild an der dargestellten Stelle grau ist. Mit anderen Worten besitzt eine LCD-Anzeige von Natur aus schlechte Halbtonfähigkeiten. Wiederum mit den schlechten Halbtoneigenschaften verbunden, besitzt die LCD-Anzeige auch eine relativ schlechte räumliche Auflösung. Da die Elemente entweder an oder aus sind, muß der Übergang von einem Bild zum anderen dadurch angenähert werden, daß benachbarte Elemente entweder vollständig an oder vollständig aus sind. Daraus ergibt sich, daß der Übergang entweder zu abrupt oder räumlich zu verschwommen ist. Im letzten Fall besitzt das angezeigte Bild eine Auflösung, die schlechter als der räumliche Abstand benachbarter Elemente ist.
Nach dem Stand der Technik hat man die Aufgabe erwogen, Verfahren für die Anzeige eines Eingangssignals, das für Systeme mit Anzeigeelementen mit fein abgestuften Intensitätsstufen angepaßt ist, auf einer Anzeige mit Elementen mit relativ grob abgestuften Intensitätsstufen zu bearbeiten. Wie unten beschrieben ist, besteht das Grundproblem, mit dem sich diese Verfahren nach dem Stand der Technik beschäftigten, darin, daß die Anzahl der Intensitätsstufen, die ein Bildelement annehmen kann, größer ist als die Anzahl, die ein Anzeigeelement annehmen kann. Daher formt das Verfahren ein Bildelement mit relativ fein abgestuftem Intensitätswert in ein Anzeigeelement mit weniger Intensitätswerten um. Durch diese Umformung unterscheidet sich in den meisten Fällen der Intensitätswert eines Anzeigeelements vom Intensitätswert eines Bildelements.
Beispielsweise kann im Fall eines Standard-Fernsehbilds, das auf einem binären LCD-Bildschirm angezeigt wird, der Intensitätswert jedes Bildelements einen von 256 Werten zwischen einem minimalen und einem maximalen Intensitätswert annehmen, während das entsprechende Anzeigeelement entweder den minimalen oder den maximalen Wert besitzt. Bei einem Bildelement mit einer Intensität zwischen dem ersten und dem 256ten Wert ist es in gewisser Weise ein Fehler, das Bildelement mit dem maximalen bzw. minimalen Wert anzuzeigen. Wenn die Intensität des Bildelements dem 128ten Wert entspricht, d. h. in der Mitte zwischen dem minimalen und dem maximalen Intensitätswert liegt, ist es ein relativ großer Fehler, das Anzeigeelement mit der minimalen bzw. maximalen Intensität anzuzeigen. Andererseits ist es bei einem Bildelement, dessen Intensität dem dritten Wert entspricht, d. h. sehr nahe beim minimalen Wert liegt, ein sehr kleiner Fehler, das Anzeigeelement mit minimaler Intensität anzuzeigen.
Viele Jahre lang wurden Bearbeitungsverfahren entwickelt, die versuchten, ein Graubild subjektiv auf einer Anzeige mit binären Elementen anzuzeigen, um sich dadurch mit dem obengenannten Problem zu befassen. Diese Verfahren leiten sich alle von der Prämisse ab, daß das Auge die Intensitäten einer Anzahl eng benachbarter Elemente, die entweder hell oder dunkel sind, zusammenfaßt und daher einen Grauton wahrnimmt.
US-A-3 937 878, Erfinder Judice, beschreibt ein auf die Schwarz/Weiß-Bildwiedergabe in einem binären Anzeigesystem angewandtes Verfahren ("Dither"); das wiederzugebende Bild wird in eine Bildelement-Matrix unterteilt, wobei jedes Element einer entsprechenden Zelle der Anzeige entspricht. Jeder Anzeigezelle wird ein vorgegebener Schwellenwert zugeordnet. Die Schwellenwerte wiederholen sich gemäß einem Muster, üblicherweise in 16 (4x4) quadratischen Elementen, und besitzen zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert für die Bildintensität gleiche Abstände voneinander. Ist die Intensität eines bestimmten Bildelements größer als der der zugehörigen Anzeigezelle zugeordnete Schwellenwert, wird diese Zelle angeschaltet, andernfalls bleibt sie ausgeschaltet.
In einem derartigen System überschreiten sehr dunkle Bereiche nicht einmal den kleinsten Schwellenwert in den 16 quadratischen Elementen, und daher ist der angezeigte Bereich dunkel. Analog überschreiten sehr helle Bereiche selbst die größten Schwellenwerte, und alle 16 quadratischen Elemente sind daher angeschaltet. Bei Bereichen, deren Intensität genau zwischen vollständig dunkel und vollständig hell liegen, werden 8 der 16 Schwellenwerte überschritten, und dementsprechend werden 8 Elemente angeschaltet und 8 bleiben dunkel. Das Auge faßt diesen kleinen Bereich zusammen und nimmt eine Graustufe wahr.
Ein weiteres Verfahren für die Halbtonwiedergabe durch Fehlerfortpflanzung wird von Fawcett und Schrack in "Halftoning Techniques Using Error Correction", Proceedings of the Society for Information Display, 27(4), S. 305-308 (1986) beschrieben.
Bei den Fehlerfortpflanzungsverfahren für die Verwendung in binären Anzeigevorrichtungen ist der Ausgangspunkt wiederum ein räumlich aufgeteiltes Bild. Der Betrag, um den das Anzeigeelement den zugehörigen Intensitätswert für das Bild überschreitet bzw. unterschreitet, wird nicht einfach - wie bei einfachen Schwellenwertverfahren - außer Acht gelassen, sondern wird zu geometrisch nahegelegenen Bildwerten, die später in Bildelemente umgerechnet werden müssen, dazugezählt bzw. von ihnen abgezogen. Bei den Fehlerfortpflanzungsverfahren wird daher die Halbtonwiedergabe durch die Anpassung nahegelegener Elemente erreicht, um den Intensitätsüberschuß bzw. das Intensitätsdefizit eines gegebenen Elements auszugleichen.
Die vorliegende Erfindung führt die Fehlerfortpflanzung einen Schritt weiter, indem sie die oben beschriebenen Konzepte auf mosaikartige Farbanzeigen anwendet. Bei einer mosaikartigen Farbanzeige muß das Element unmittelbar rechts neben einem gegebenen Element nicht notwendigerweise die gleiche Farbe wie das gegebene Element besitzen; daher kann der Fehler nicht immer zu dem Element weitergegeben werden, das als nächstes physikalisch bearbeitet wird. Bei einem Mosaik aus gleichfarbigen Diagonalen ist das nächstgelegene, unbearbeitete Element mit gleicher Farbe zum Beispiel das Element unter dem Element unmittelbar rechts von dem gegebenen Element. Daher wird der Fehler bei dem auf diese Farbmosaike angewandten Fehlerfortpflanzungsverfahren diagonal auf die Elemente verteilt. Das Verfahren ist hardwaremäßig mit mehr Aufwand zu implementieren, wenn die Elemente entsprechend der Standard-Abtastreihenfolge von Videodaten horizontal abgearbeitet werden. In diesem Fall muß der Fehler eines Elements gespeichert und, wenn das diagonal benachbarte Element bearbeitet wird, wiederverwendet werden.
Ein Hauptproblem bei den Fehlerfortpflanzungs-Halbtonverfahren nach dem Stand der Technik ist die schlechte Leistung bei dunklen Flächen, insbesondere wenn die Anzeigeelemente nur binäre Fähigkeiten besitzen. Wenn das Bild dunkel wird, werden die "An"-Elemente selten und deutlich einzeln sichtbar. Bei den Verfahren, bei denen der Fehler auf einem einzigen Weg fortgepflanzt wird, können auch lineare oder fischgrätenförmige Artefakte beobachtet werden. Isolierte "An"-Bildpunkte in dunklen Flächen mindern die Bildqualität weitaus mehr als isolierte "Aus"-Bildpunkte in hellen Flächen.
Zudem müssen die für Schwarzweißbilder entwickelten Verfahren besonders angepaßt werden, damit sie erfolgreich sind, wenn sie - wie oben beschrieben - der Komplikation, die sich durch mosaikartige Farbanzeigen stellen, gegenüberstehen.
In WO-A-8807306 und EP-A-0264 302 werden Verfahren beschrieben, die sich allgemein auf das gleiche technische Gebiet wie diese Erfindung beziehen.
Das Problem wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 überwunden. Anspruch 3 bezieht sich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
Die vorliegende Erfindung bietet ein Bearbeitungsverfahren und -system, bei denen Farbbilder mit Bereichen aus Elementen mit relativ fein abgestuften Intensitätswerten auf einer mosaikartigen Farbanzeige vom LCD-Typ mit Anzeigeelementen mit relativ wenigen Intensitätswerten angezeigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren für die Anzeige eines Bildes enthält das oben beschriebene grundlegende Fehlerfortpflanzungsverfahren für mosaikartige Farbanzeigen. Wie zuvor beschrieben, pflanzt dieses Verfahren den Fehler für den Fall, daß die mosaikartige Farbanzeige so gemustert ist, daß diagonale Reihen aus einfarbigen Elementen bestehen, diagonal zwischen den Elementen fort. Das Grundverfahren nimmt jedoch für den an das erste Element in der Diagonale weitergeleiteten "Fehler" Null bzw. allgemeiner eine positionsunabhängige Konstante an. Durch ein zusätzliches Merkmal des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, das "Bildpunkt-Versatz" genannt wird, wird ein "Fehler" an das erste Elemente in der diagonalen Reihe weitergeleitet, die sich mit jedem neuen Bild oder Vollbild ändert. Der in das erste Element in der diagonalen Reihe weitergeleitete "Fehler" wird auch der "Vorgabewert" genannt. Genauer gesagt, nimmt der in das erste Element jeder Diagonale weitergeleitete "Fehler", mit jedem bearbeiteten Vollbild so lange inkrementell zu, bis der "Fehler" größer als der Maximalwert für die Intensität der Elemente wird. An diesem Punkt beginnt die Fortpflanzung von neuem, indem der Maximalwert abgezogen wird.
Im Fall der binären Anzeige führt die inkrementelle Zunahme des Vorgabefehlerwerts, der mit jeder Diagonale verknüpft ist, zum räumlichen Drift von "An"-Elementen auf den Diagonalen. Dieser räumliche Drift der "An" -Elemente auf den Diagonalen ist der "Bildpunkt-Versatz"; das Ergebnis ist die Wahrnehmung einer Halbtonanzeige, da sich die zeit integrierte Gesamtheit der Anzeigen, falls alle Vorgabewerte gleich wahrscheinlich sind, dem exakten Grautonbild nähert, wenn die Anzahl angezeigter Bilder zunimmt. Wenn die Bearbeitung so schnell ist, daß das Auge eine Anzahl angezeigter Bilder des Eingangsbilds zusammenfaßt, nähert sich die Anzeige, die mittels der aktuellen Anzeige wahrgenommen wird, dem tatsächlichen Grauton des Eingangsbilds.
Die vorliegende Erfindung erreicht ebenfalls Farbhalbtonwiedergabe des angezeigten Bilds, die aus subjektiver Sicht eine qualitativ hochwertige Darstellung des Bilds ist. Zusätzlich verwendet die vorliegende Erfindung die rasche Abfolge angezeigter Bilder, um die subjektive, qualitativ hochwertige Halbtonwiedergabe der Anzeige zu erzielen.
Zudem werden bei der vorliegenden Erfindung durch das Fehlerfortpflanzungsverfahren durch Bildpunkt-Versatz Artefakte beseitigt. Statt einem Element unbedingt die dem Zustand "An" entsprechende Anzeigeintensität zuzuordnen, wenn dessen Bildintensitätswert plus dessen Fehlerwert einen Schwellenwert übersteigt, wird im binären Fall der angezeigte Bildpunkt nur dann angeschaltet, wenn es seit dem letzten "An"-Element weniger als eine bestimmte Anzahl von "Aus"-Elementen gibt. Selbst wenn das Element aufgrund der Anzahl vorhergehender "Aus"-Elemente "aus" bleibt, wird es jedoch zum Zweck der Bestimmung späterer Elemente in der Diagonale als "an" betrachtet.
FIG. 1 ist ein Flußdiagramm des Bearbeitungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 2 ist ein schematisches Diagramm, das die Abbildung von Bildelementen in Zeile 1 auf Anzeigeelemente in Zeile 1 zeigt.
FIG. 3 ist ein schematisches Diagramm einer Standard-Mosaikfarbanzeige, wobei durch jeweils gleichfarbige Anzeigeelemente Diagonalen gezogen sind.
FIG. 4 ist ein schematisches Diagramm eines mosaikartigen Farbbilds, bei dem die Elemente entsprechend der gleichfarbigen Diagonalen bezeichnet sind.
FIG. 5 ist eine waagerechte schematische Darstellung des Abbildungsverfahrens der m-ten diagonal bezeichneten Reihe der Darstellung gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 6 ist ein Diagramm, das die relativen Intensitätswerte der Bildelemente, der Anzeigeelemente und der Schwellenpegel des Verfahrens zeigt.
FIG. 7 ist ein Diagramm, das relative Intensitätswerte wie in FIG. 6 zeigt, wobei die Bildelemente bei einer Standardfernsehanzeige einen von 256 Intensitätswerten annehmen können, und wobei die Anzeigeelemente auf einer binären LCD-Anzeige einen von zwei Intensitätswerten annehmen können.
FIG. 8 ist ein Diagramm, das relative Intensitätswerte wie in FIG. 6 zeigt und auch schematisch die Abbildung eines Bildelements mit Intensitätswert I(m,n) zeigt.
FIG. 9 ist ein schematisches Diagramm, das die tatsächliche, physikalische Bearbeitung von Elementen bezüglich der diagonalen Matrixbezeichnungen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
FIG. 9A ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie in einem tatsächlichen, physikalischen Ausführungsbeispiel der Wert von E von einem Element zum diagonal benachbarten Element fortgepflanzt wird.
FIG. 10 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
FIG. 10A ist ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
FIG. 11 ist ein schematisches Diagramm, das einen Wechsel des vorgewählten Fehlerwerts für das erste Element in Zeile m für aufeinanderfolgend bearbeitete Bilder zeigt.

Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung verbessert den Stand der Technik, indem sie eine Fehlerfortpflanzung bei mosaikartigen Farbanzeigen verwendet und indem sie den Fehler systematisch verändert, der dem ersten Element jeder diagonalen Reihe zugeordnet ist, auf der dieser Fehler bei einer mosaikartigen Anzeige mit gleichfarbigen Diagonalen fortgepflanzt wird. Die systematische Veränderung des in das erste Element in der Diagonale weitergeleiteten "Fehlers" - gleichbedeutend mit dem Vorgabewert - führt im binären Fall zu dem Bildpunkt-Versatz oder der räumlichen Verschiebung von "An"-Elementen auf der Diagonale, wobei sich das Integral von Anzeigebildern einer Abfolge von Bildern bzw. Vollbildern über die Zeit dem tatsächlichen Grauton der eingegebene Bilder nähert. Zudem werden durch das Unterdrücken isolierter heller Bildpunkte, die von dunklen Bereichen umgeben sind, Artefakte beseitigt. Wenngleich sich die folgende Beschreibung auf den Fall eines diagonalen Mosaiks konzentriert, ist die vorliegende Erfindung nicht auf Mosaike mit einem Muster aus gleichfarbigen Diagonalen beschränkt.
Die vorliegende Erfindung besitzt zwei Sachverhalte: (1) Halbtonwiedergabe bei mosaikartigen Farbanzeigen mittels Fehlerfortpflanzung und (2) Halbtonwiedergabe mittels Bildpunkt-Versatz. Um die vorliegende Erfindung zu beschreiben, müssen bestimmte einführende Begriffe bezüglich der Fehlerfortpflanzung etwas ausführlicher beschrieben werden.

(a) Ausführliche Beschreibung einführender Begriffe, die mit Fehlerfortpflanzungsverfahren verbunden sind

Jedes Fehlerfortpflanzungsverfahren, einschließlich der vorliegenden Erfindung, kann durch das Flußdiagramm in Fig. 1 dargestellt werden. Unter Bezug auf Fig.1 wird ein Teil eines Bildes 2 gezeigt und in eine Bildmatrix 4 aus Matrixelementen mit diskreten Intensitätswerten unterteilt. Die Matrixindizes und p erhalten die räumliche Beziehung zwischen Bildmatrix und Bild. Die Werte der Bildmatrixelemente können zum Beispiel von einer räumlich und bezüglich der Amplitude abgestuften Version eines CRT-Videosignals zugeordnet werden.
Der Intensitätswert jedes Eingangsmatrixelements 6 wird proportional zur Intensität der Helligkeit des entsprechenden Bereichs des Bildes 2 dargestellt. Der jedem Bildmatrixelement zugeordnete Intensitätswert ist diskret und endlich, und die Anzahl der dargestellten Intensitätswerte ist in Anbetracht der Anzahl der weiter unten beschriebenen, möglichen Intensitätswerte, relativ groß. Die Anzahl diskreter Intensitätswerte, die jedes Bildelement annehmen kann, wird als q definiert.
Die Intensitätswerte der Bildmatrix werden dann durch einen Prozessor 8 in eine Anzeigematrix 10 umgewandelt, wobei jedes Matrixelement 12 der Anzeige einen Intensitätswert besitzt. Jedes Matrixelement 12 der Anzeige besitzt ein räumlich entsprechendes Bildmatrixelement 6; daher wird der Intensitätswert jedes Anzeigeelements eins zu eins aus der Intensität des entsprechenden Bildmatrixelements 6 zuzüglich einem unten beschriebenen Fehlerwert abgebildet.
Die Anzahl der Intensitätswerte, die jedes Anzeigeelement annehmen kann, ist diskret und in Stufen unterteilt und wird mit r bezeichnet. Wie oben beschrieben worden ist, richtet sich die vorliegende Erfindung an den Fall, wo die Anzahl der Intensitätswerte, die das Anzeigeelement annehmen kann, kleiner ist als die Anzahl der Intensitätswerte, die die Bildelemente annehmen können; dementsprechend ist der Wert von r kleiner als q. Daher formt das Verfahren den relativ fein abgestuften Intensitätswert eines Bildelements in ein Anzeigeelement mit einer kleineren Anzahl von Intensitätswerten um. Für den Fall, daß ein Standardfernsehbild auf einem binären LCD-Schirm angezeigt wird, kann die Bildelementintensität einen von 256 Intensitätswerten annehmen, während das entsprechende Anzeigeelement einen von zwei Werten (an oder aus) annehmen kann.
Bezug nehmend auf Fig. 2 wird eine schematische Darstellung einer horizontalen Zeile, nämlich Zeile 1, der Bild- und Anzeigeelemente der Fig. 1 gezeigt. Die Pfeile zeigen, daß die Abbildung gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen den entsprechenden Matrixelementen eins zu eins erfolgt. Der Prozessor 8 aus Fig. 1 (in Fig. 2 nicht abgebildet) arbeitet hier in Echtzeit. Eine solche Echtzeitverarbeitung durch den Prozessor 8 ist keine notwendige Voraussetzung dafür, daß der Begriff "Fehler"-Fortpflanzung für das Anzeigeverfahren gilt, jedoch ist diese Eigenschaft ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Das heißt, daß der Prozessor die Intensität eines Bildelements auf den Intensitätswert eines Anzeigeelements abbildet, bevor der Intensitätswert des nächsten Bildelements den Eingang des Prozessors erreicht. Bildete der Prozessor mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die Eingangsgeschwindigkeit der Intensitätswerte der Bildelemente ab, müßte der Prozessor die rückständigen Werte vor der Bearbeitung speichern, was in der Technik als "Bildspeicherung" bekannt ist. Daher wird in Fig. 2 der Intensitätswert des ersten Bildelements in Zeile 1 auf das entsprechende Anzeigeelement abgebildet, bevor der Intensitätswert des zweiten Bildelements den Prozessor erreicht. Das gleiche gilt für die übrige Abfolge der Elemente aus Zeile 1 und allen Zeilen. Somit entspricht das angezeigte Bild zeitlich dem Originalbild, das dem Prozessor als zeitliche Abfolge von Bildintensitätswerten zugeführt wurde.
Die aufeinanderfolgende Bearbeitung aller Elemente der Zeilen 1 in Fig. 1 führt daher zur Anzeige von Bild 2 auf Anzeige 10 als Reihe von Elementen 12 mit veränderlichen Intensitätswerten. Als Erweiterung könnte eine Reihe von Bildern, die in Bildelemente wie die Elemente 6 in Fig. 1 unterteilt sind, sequentiell bearbeitet werden, wodurch auf der Anzeige eine nahezu zeitgleiche Reihe angezeigter Bilder 10 angezeigt wird. Die Anzeige änderte sich dann mit der gleichen Geschwindigkeit und zeigte dadurch ein bewegtes Bild an. Die Frequenz des eingegebenen Bildes ist als Vollbildgeschwindigkeit definiert. Da jedes eingegebene Bild einfach eine weitere Abfolge von Intensitätswerten ist, die den Bildelementen des Bilds entsprechen, folgt aus der obenstehenden Beschreibung der Bearbeitungsgeschwindigkeit, daß die Vollbildgeschwindigkeit so angelegt ist, daß ein ganzes Bild physikalisch bearbeitet und angezeigt wird, bevor die Elemente des nächsten Bildes zur Bearbeitung ankommen.
Es ist zu beachten, daß ein "Vollbild" ein "Bild" darstellt und aus Bildelementen mit Intensitätswerten besteht. Zudem kann ein "neues" Vollbild aus den gleichen Eingangssignalen wie das vorhergehende Vollbild bestehen, wie wenn eine Anzeige für ein gleichbleibendes Bild periodisch erneuert wird.

(b) Ausführliche Beschreibung des Grundverfahrens zur Fehlerfortpflanzung für mosaikartige Farbanzeigen

Bezug nehmend auf Fig. 3 wird das Bildpunktmuster einer mosaikartigen Farbanzeige mit gleichfarbigen Diagonalen gezeigt. Das R entspricht den roten Bildpunkten, G den grünen Bildpunkten und B den blauen Bildpunkten. Die Farben entsprechen den Grundfarben. Ein analoges Eingangssignal oder ein Eingangssignal, das wegen seiner ihm eigenen Beschränkung hinsichtlich des Signal/Rausch-Verhältnisses eine Amplitude mit feinen Stufen besitzt, ist üblicherweise zeitlich kontinuierlich und besteht aus überlagerten Signalen für jede der Grundfarbenintensitäten, die den jeweiligen Bereich des Analogbilds darstellen. Für jede räumliche Unterteilung des Eingangsbildes, d. h. die zeitliche Unterteilung des Eingangssignals und die Zuordnung eines entsprechenden Intensitätswerts zu jedem Zeitintervall gibt es daher drei getrennte Eingangsamplituden, die dem Intensitätspegel der Grundfarben des analogen Bildes im Bereich entsprechen, der dem Anzeigeelement räumlich entspricht. Diese drei Eingangsintensitätswerte sind natürlich getrennt, aber aufgrund der oben diskutierten immanenten Beschränkung durch das Signal/Rausch-Verhältnis in feine Stufen unterteilt.
Die Abbildung von Bildintensitätswerten auf Anzeigeintensitätswerte ist daher nicht so einfach wie im Fall der Monochromanzeige. Die vorliegende Erfindung sieht zwei Verfahren zur Behandlung eines aus drei Grundintensitätswerten bestehenden Bildintensitätswerts, die auf einen Anzeigeintensitätswert aus einer Grundfarbe abgebildet werden sollen, vor. Das erste Verfahren vernachlässigt effektiv die Bildintensitätswerte der zwei Grundfarben, die nicht der Grundfarbe des Anzeigeelements entsprechen. Dieses Verfahren ist von Vorteil, wenn in erster Linie die räumliche Auflösung von Interesse ist. Das zweite Verfahren unterteilt effektiv zeitlich benachbarte Bildintensitätswerte vorübergehend in Dreiergruppen, mittelt für jede Grundfarbe den Bildintensitätswert über die drei Intervalle und überträgt den gemittelten Bildintensitätswert für jede Grundfarbe auf das Anzeigeelement, das einem der Bildintensitätswerte mit der zutreffenden Grundfarbe räumlich entspricht. Dieses Verfahren ist von Vorteil, wenn der genaue Grauton wichtiger als die räumliche Auflösung ist.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet beide Behandlungsmethoden des Eingangsbildsignals. Da die Erfindung allgemein anwendbar ist, ist es für die folgende Erklärung am zweckmäßigsten, anzunehmen, daß das Eingangssignal zuvor gemäß einem der zwei oben beschriebenen Verfahren bearbeitet worden ist, so daß ein in feine Stufen unterteilter Bildintensitätswert mit einer Farbe, die der Grundfarbe des räumlich entsprechenden Anzeigeelements entspricht, auf dieses Anzeigeelement abzubilden ist. Dies gegenwärtig, können die gleichen Abbildungskonzepte, die oben mit Bezug zu den Fig. 1 und 2 beschrieben worden sind, dazu angewendet werden, um ein Farbbild, das durch eine Matrix aus Bildelementen mit Farbintensitäten I(m,n) dargestellt wird, auf eine Matrix aus Anzeigeelementen mit Farbintensitäten D(m,n) abzubilden, wobei man sich I(m,n) nun als den resultierenden Bildintensitätswert einer einzigen Grundfarbe vorstellen muß, der gemäß einem der zwei oben beschriebenen Verfahren ermittelt worden ist.
In Fig. 3 sieht man, daß durch alle Elemente der Matrix parallele einfarbige Diagonalen gezogen werden können. In Fig. 3 sind die Diagonalen von unten links, m=1, die linke Seite des Mosaiks hoch und dann oben längs numeriert. In der oberen linken Ecke sind die Diagonalen so numeriert, daß m=100 die Diagonale in der obersten linken Ecke ist. Natürlich kann die mosaikartige Farbanzeige eine größere oder kleinere Höhe besitzen, und 100 wurde nur zu Beispielszwecken gewählt.
Fig. 4 zeigt eine Bildmatrix mit Matrixelementen, die sich auf die einfarbigen Bildpunktdiagonalen der mosaikartigen Farbanzeige aus Fig. 3 beziehen. Da der Fehler beim Fehlerfortpflanzungsverfahren für mosaikartige Farbanzeigen, das die vorliegende Erfindung vervollkommnet, diagonal zwischen den Bildpunkten verbreitet wird, ist es zweckmäßig, die Matrix der Bild- und Anzeigeelemente diagonal zu bezeichnen. Daher liegen die Elemente der "Matrix" in Fig. 4 nicht wie in Standardmatrizen in orthogonalen Zeilen and Spalten. Zudem besitzt nicht jede Diagonale notwendigerweise die gleiche Anzahl von Elementen wie andere Diagonalen. Daher ist es am zweckmäßigsten, in Fig. 4 und verwandten Figuren m Diagonalen zu bezeichnen, wobei die Elemente jeder Diagonale von 1 bis ngesamt numeriert sind und mit n bezeichnet werden. Aufgrund der Ähnlichkeiten der wie in Fig. 4 bezeichneten Elemente mit einer Standardmatrix wird jedoch bei der Beschreibung die Terminologie von Matrizen verwendet. Dementsprechend ist jede Diagonale numeriert und ist der erste Index der Matrix, und jedes Element der Diagonale wird von "oben" nach "unten" numeriert und ist der zweite Index der Matrix.
Fig. 4 zeigt daher die diagonalen Reihen mit m numeriert, und die Elemente in der Diagonale sind von oben nach unten mit n 1, 2, ... numeriert. Ein Teil der Bildelemente ist mit i(Nummer der Diagonale, Position in der Diagonalen) bzw. i(m,n) bezeichnet. Das zweite Element in der 98ten Diagonale wird beispielsweise als i(98,2) bezeichnet. Es ist zu beachten, daß nicht alle Diagonalen die gleiche Anzahl von Elementen besitzen; zum Beispiel besitzt Reihe 1 nur ein Element, während Reihe 5 5 Elemente besitzt. Die maximale Anzahl von Elementen einer Reihe, ngesamt, ist daher eine Funktion von m. Wie oben erörtert worden ist, besitzt jedes Bildelement i(m,n) einen mit ihm verknüpften Intensitätswert I(m,n).
Nicht in Fig. 4 gezeigt ist eine identische Anzeigematrix mit Matrixelementen d(m,n), die genau wie die Bildelemente in Fig. 4 diagonal bezeichnet sind. Zudem besitzt jedes Anzeigeelement d(m,n) einen mit ihm verknüpften Anzeigeintensitätswert D(m,n).
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen und weiter unten erörtert, daß die physikalischen Ausführungen die Elemente üblicherweise in horizontalen Zeilen bearbeiten. Da beim Verfahren der vorliegenden Erfindung der Fehler diagonal fortgepflanzt wird, wobei die Matrix Diagonalen mit gleicher Farbe hat, muß der Prozessor dazu in der Lage sein, den Fehler eines Elements zu speichern, während dazwischenliegende Elemente in den horizontalen Reihen bearbeitet werden, und den Fehler wieder abzurufen, wenn das diagonal benachbarte Element zur Bearbeitung ansteht.
Bezug nehmend auf Fig. 5, sind die m-ten diagonalen Reihen einer farbigen, mosaikartigen Bild- und Anzeigematrix als waagerechte Zeilen dargestellt. Die Linien zwischen den Bild- und Anzeigeelementen stellen die Eins-zu-eins-Beziehung zwischen Bild- und Anzeigematrixelementen dar.
Ein Bildelement i(m,n) besitzt einen Intensitätswert I(m,n) von q möglichen Werten. Das Anzeigeelement d(m,n) besitzt einen Intensitätswert D(m,n) von r möglichen Wwerten. Wie oben beschrieben wurde, ist die mögliche Anzahl der Bildintensitätswerte, die I(m,n) annehmen kann, größer als die Anzahl der Anzeigeintensitätswerte, die D(m,n) annehmen kann. Mit anderen Worten ist q > r. Die r Anzeigeintensitätswerte sind als A1, A2, ..., Ar definiert; somit kann D(m,n) gleich A1, A2, ..., oder Ar sein.
Um die vorliegende Erfindung richtig einzuschätzen, sei die folgende einfache Abbildung von Bildelementintensitäten I(m,n) auf Anzeigeelementintensitäten D(m,n) für jedes Matrixelement betrachtet: Zwischen jedem der r Anzeigeintensitätswerte A1, A2, ..., Ar gibt es einen Schwellenwert T1, T2, ..., T(r-1); daher liegt T1 zwischen A1 und A2, T2 liegt zwischen A2 und A3, ..., Tx liegt zwischen Ax und Ax+1, ..., und T(r-1) liegt zwischen Ar-1 und Ar. Ist ein Bildintensitätswert I(m,n) größer als Tx aber kleiner als T(x+1), so ist der Anzeigeintensitätswert D(m,n) = A(x+1). An den Grenzen, wenn I(m,n) < T1, dann ist D(m,n) = A1, und wenn I(m,n) ≥ T(r-1), dann ist D(m,n) = Ar.
Fig. 6 zeigt die relative Beziehung zwischen den q möglichen Intensitätswerten, die I(m,n) annehmen kann, den r möglichen Anzeigewerten D(m,n), die zwischen A1 und Ar liegen, und den r-1 Schwellenwerten T1, T2, ..., T(r-1). Die Intensitätswerte I(m,n) sind auf den Wertebereich zwischen 0 und 1 normiert. Es ist ersichtlich, daß die q möglichen Bildintensitätswerte, die jedes Bildelement annehmen kann, viel zahlreicher sind als die r möglichen Anzeigeintensitätswerte D(m,n), die jedes Anzeigeelement annehmen kann. Mit anderen Worten besitzen die Bildelemente gegenüber den Anzeigeelementen relativ fein abgestufte Intensitätswerte.
Mit der oben beschriebenen Abbildung ist ein Fehler verknüpft, der ein Grundmerkmal dessen ist, daß die Anzahl der Anzeigeintensitätswerte, r, kleiner ist als die Anzahl der Bildintensitätswerte, q. Fig. 7 zeigt den Fall, in dem die Bildelemente wie bei einem Fernsehbildschirm einen von 256 möglichen Intensitätswerten und die Anzeigeelemente wie bei einer binären LCD- Anzeige einen von zwei möglichen Intensitätswerten annehmen können. In diesem Fall ist q=256, r=2, A1=0, A2=1, und für T1 wird z. B. 0,50 gewählt. Durch die gestrichelten Linien wird gezeigt, daß alle Bildintensitätswerte zwischen 1 und 256 mit einer Intensität von 0 oder 1 angezeigt werden. Daher führt die Abbildung dazu, daß das Anzeigeelement für Bildintensitätswerte zwischen 129 und 255 zu hell und für Bildintensitätswerte zwischen 2 und 128 zu dunkel ist.
Dieser Fehler ist jedem System eigen, das einen relativ fein abgestuften Intensitätswert auf einen relativ grob abgestuften Intensitätswert abbildet, der nicht notwendigerweise binär ist. Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht der möglichen Intensitätswerte in der Nähe des x-ten möglichen Bildintensitätswerts. Der x-te und (x+1)-te mögliche Bildintensitätswert liegen zwischen den Schwellenwerten Ty und T(y+1); besaß der Bildintensitätswert I(m,n) einen dieser Intensitätswerte, hätte daher der Intensitätswert D(m,n) des Anzeigeelements gemäß dem obenstehenden einfachen Algorithmus einen abgebildeten Intensitätswert A(y+1). Andererseits liegt der (x-1)-te mögliche Bildintensitätswert zwischen Ty und T(y-1); gemäß dem einfachen Algorithmus hätte ein Bildelement mit der Intensitätsstufe x-1 einen angezeigten Intensitätswert Ay.
Fig. 8 ist zu entnehmen, daß, wenn das Bildelement die x-te Intensitätsstufe hat, die angezeigte Intensität D(m,n) = A(y+1) um den mit z1 bezeichneten Betrag größer als die Intensität des Bildelements ist. Wenn das Bildelement die (x-1)-te Intensitätsstufe hat, ist die angezeigte Intensität D(m,n) = Ay analog um den als z2 bezeichneten Betrag kleiner als die Intensität des Bildelements.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt diesen Abbildungsfehler durch ein Fehlerfortpflanzungsverfahren Die Fehlerfortpflanzung betrifft allgemein die Korrektur der Intensitätswerte benachbarter Anzeigeelemente aufgrund der zu großen bzw. zu kleinen Wiedergabe der Bildintensität I(m,n) durch die Intensität D(m,n) der Anzeige. Die sich durch die Abbildung ergebende zu große bzw. zu kleine Wiedergabe ist der "Fehler", der an das nächste Bildelement weitergegeben wird. Das n-te Element der m-ten Zeile wird allgemein als (m,n) bezeichnet und gleichwertig mit i(m,n) verwendet. Der in das (m,n)-te Element der Matrix weitergegebene Fehler ist E(m,n).
Bei einem Verfahren zur Fehlerverbreitung, bei dem der Fehler zum nächsten Element in der m-ten Zeile, d. h. vom (m,n-1)-ten Element zum (m,n)-ten Element, weitergeleitet wird, wird der Betrag der zu intensiven bzw. zu schwachen Wiedergabe, die sich durch die Abbildung der Intensität I(m,n-1) des Bildelements auf D(m,n-1) ergibt, von der Intensität I(m,n) des Bildelements abgezogen bzw. dazuaddiert, bevor I(m,n) mittels des oben beschriebenen Abbildungsverfahrens auf die Intensität D(m,n) des Anzeigeelements abgebildet wird.
Zum Beispiel sei die Abbildung des Intensitätswerts I(m,1) des ersten Bildelements in der m-ten Zeile auf den Intensitätswert D(m,1) des entsprechenden Anzeigeelements betrachtet. Da es - wie oben beschrieben - mehr mögliche Bildintensitätswerte q als mögliche Anzeigeintensitätswerte r gibt, ist D(m,1) normalerweise um einen gewissen Betrag größer bzw. kleiner als I(m,1) Wird dieser Fehler an das zweite Element in der m-ten Zeile weitergeleitet, dann ist E(m,2) = I(m,1) - D(m,1). Es ist zu beachten, daß E(m,2) negativ ist, wenn der Intensitätswert der Anzeige größer als der Intensitätswert des Bildes ist, und umgekehrt. Wenn es einen Überschuß an Anzeigeintensität gibt, wird dieser daher als negative Zahl weitergegeben, und wenn es einen Intensitätsmangel gibt, wird dieser als positive Zahl weitergegeben.
Betrachtet man nun die Abbildung der Intensität I(m,2) des zweiten Bildelements der m-ten Zeile auf die Intensität D(m,2) des entsprechenden Anzeigeelements, so bildet das Verfahren die Summe aus der Intensität I(m,2) des Bildelements und dem fortgepflanzten Fehler E(m,2) auf die Intensität D(m,2) des Anzeigeelements ab. Mit anderen Worten wird der Überschuß bzw. der Mangel an angezeigter Intensität des ersten Elements vom Intensitätswert des zweiten Bildelements abgezogen bzw. dazugezählt, bevor er auf den Intensitätswert des zweiten Anzeigeelements abgebildet wird.
Der Intensitätswert I(m,2) des Bildelements plus der fortgepflanzte Fehler E(m,2), der auf den Intensitätswert des Anzeigeelements abgebildet wird, ist als "korrigierter Bildelement-Intensitätswert" des zweiten Bildelements in der m-ten Zeile definiert. An das nächste Element wird der Überschuß bzw. Mangel an angezeigter Intensität gegenüber dem korrigierten Intensitätswert weitergegeben. Mit anderen Worten ist E(m,3) = [I(m,2) + E(m,2)] - D(m,2). Zudem wird der korrigierte Bildelement-Intensitätswert, I(m,3) + E(m,3), des dritten Elements auf den Intensitätswert D(m,3) des entsprechenden Anzeigeelements abgebildet.
Die übrigen Elemente der m-ten Zeile werden analog abgebildet. Daher wird für das n-te Element der m-ten Zeile der korrigierte Bildelement-Intensitätswert I(m,n) + E(m,n) auf den Intensitätswert D(m,n) des entsprechenden Anzeigelements abgebildet. Der fortgepflanzte Fehlerwert ist E(m,n) = [I(m,n-1) + E(m,n-1)] - D(m,n-1).

(c) Ausführliche Beschreibung des Bildpunkt-Versatzes

Erneut Bezug nehmend auf das erste Bildelement in Zeile m, i(m,1), in Fig. 5, war angenommen worden, daß es keinen Fehlerwert E(m,1) gab oder - was gleichbedeutend ist - E(m,1) = 0. Die vorliegende Erfindung bietet ferner ein System, bei dem der Fehlerwert E(m,1) willkürlich zwischen 0 und dem Maximalwert, den der Intensitätswert eines Bildes annehmen kann, gewählt wird. Gemäß der Erfindung wird der korrigierte Intensitätswert des ersten Elements, I(m,1) + E(m,1), auf das entsprechende Anzeigeelement D(m,1) übertragen. Außerdem ist der Fehler, der an das zweite Element der m-ten Reihe weitergegeben wird, der korrigierte Intensitätswert des ersten Elements minus dem Intensitätswert des entsprechenden Anzeigeelements oder E(m,2) = [I(m,1) + E(m,1)] - D(m,1).
Die Bearbeitung eines jeden Elements in jeder Zeile durch das erfindungsgemäße Merkmal des Bildpunkt-Versatzes erfolgt formal auf die gleiche Weise. Für jedes n-te Element wird I(m,n) + E(m,n) auf D(m,n) abgebildet. Auch ist E(m,n) = [I(m,n-1) + E(m,n-1)] - D(m,n-1), außer E(m,1), dessen Wert gewählt wird.
Beim Verfahren "Bildpunkt-Versatz" ändert sich der Wert für den Vorgabefehler E(m,1) mit jedem bearbeiteten Vollbild, egal, ob sich das Bild von Vollbild zu Vollbild ändert oder nicht. Genauer gesagt nimmt der Wert für den Vorgabefehler bei jeder Diagonale mit jedem bearbeiteten Vollbild so lange inkrementell zu, bis er den Maximalwert der Elementintensität übersteigt, wobei er in diesem Fall durch Subtraktion des Maximalwerts neu gestartet wird. Bei mosaikartigen Farbanzeigen mit gleichfarbigen Diagonalen führt die inkrementelle Zunahme des mit dem ersten Element jeder Diagonale verknüpften Fehlers im Fall der binären Anzeige zur räumlichen Verschiebung von "An"-Elementen auf den Diagonalen. Sind alle Vorgabefehler gleich wahrscheinlich, nähert sich die über die Zeit integrierte Gesamtheit der Anzeigen mit zunehmender Anzahl angezeigter Bilder dem genauen Graustufenbild. Ist die Bearbeitung so schnell, daß das Auge eine Anzahl angezeigter Bilder für das gleiche Eingangsbild zusammenfaßt, nähert sich die mittels des aktuellen Bilds wahrgenommene Anzeige somit dem tatsächlichen Halbton des Eingangsbilds.
Die vorliegende Erfindung kann daher als ein Bildanzeigeverfahren zusammengefaßt werden, das folgende Schritte umfaßt:
(a) Vorsehen eines Bildes, das eine Vielzahl von Bildpunkten i(m,n) enthält, wobei m ganze Zahlen von 1 bis mgesamt umfaßt, n ganze Zahlen von 1 bis ngesamt umfaßt, ngesamt eine Funktion von m ist, jeder Bildpunkt i(m,n) eine Intensität I(m,n) gleich wenigstens einem von q Intensitätswerten des Bildes ist, wobei q mindestens gleich drei ist und jeder Bildpunkt eine Position hat;
(b) Vorsehen einer Anzeige, die eine Vielzahl von Anzeigebildpunkten d(m,n) enthält, von denen jeder eine der Position des Bildpunkts i(m,n) entsprechende Position besitzt, und wobei jeder Anzeigebildpunkt d(m,n) in der Lage ist, Licht mit einer Intensität D(m,n) zu emittieren, die gleich einem von r nach der Amplitude sortierten Intensitätswerten A1, A2, ..., Ar der Anzeige ist, wobei r eine ganze Zahl kleiner q und Ax der Intensitätswert des x-ten Anzeigeelements ist;
(c) Definieren von r-1 Schwellenwerten, (T1, T2, ..., T(r-1)), wobei Tx der x-te Schwellenwert ist;
(d) Definieren einer Fehlerfunktion E(m,n), wobei E(m,n) = I(m,n-1) + E(m,n-1) - D(m,n-1) und E(m,1) für alle m nur eine Funktion der Zeit und von m ist;
(e) Anzeige des Anzeigebildpunkts d(m,n) mit einer Intensität für m = 1 bis mgesamt und für jedes m für n = 1 bis ngesamt
(i) D(m,n) = A1, wenn I(m,n) + E(m,n) ≤ T1,
(ii) D(m,n) = Ar, wenn I(m,n) + E(m,n) ≥ T(r-1), oder
(iii) für r > 2 und T1 ≤ I(m,n) + E(m,n) < T(r-1) ist D(m,n) = Ax, wobei x der Wert zwischen 2 und r-1 ist, der der Bedingung Tx-1 ≤ I(m,n) + E(m,n) < Tx genügt.
Wenngleich sich die obige Erörterung und die folgenden Erwägungen in erster Linie auf eine mosaikartige Farbanzeige mit gleichfarbigen Diagonalen konzentrieren, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Erfindung ist gut geeignet für Anzeigen mit gleichfarbigen Zeilen oder Spalten wie auch für andere Varianten wie ein hexagonal koordiniertes Muster, sofern die Elemente durch die Matrixnotation (m,n) bezeichnet werden, wobei in die Elementgruppierungen für die Bearbeitung auf der Grundlage des speziellen Matrixmusters und n die Bearbeitungsreihenfolge der Elemente der m-ten Gruppe bezeichnet.
Zudem muß die Reihenfolge der Eingangssignale nicht notwendigerweise der Abbildungsreihenfolge der Elemente entsprechen; d. h., das Abbildungsverfahren muß nicht in Echtzeit ablaufen. Beispielsweise können die Eingangssignale eines Vollbilds in einer Speichermatrix gespeichert werden, und es kann auf sie in der Reihenfolge der Bearbeitung durch das jeweilige Verfahren zugegriffen werden.
Das Verfahren zur Fehlerverbreitung für die Anzeige mit gleichfarbigen Diagonalen muß den Fehler nicht notwendigerweise von einem Anzeigeelement direkt zum in der Diagonale benachbarten Element weitergeben. Eine einfache Erweiterung des oben beschriebenen Verfahrens würde den Fehler eines Anzeigeelements aufteilen und ihn auf eine Anzahl benachbarter Elemente in der Diagonale verteilen. Bei der Bearbeitung des n-ten Elements der m-ten Zeile wäre der Fehlerwert E(m,n) daher gleich der Summe eines bestimmten Prozentsatzes der Fehler einer Anzahl vorhergehender Elemente in der m-ten Zeile. Beispielsweise kann der Wert von E(m,n) gleich 21 der Summe der korrigierten Intensitäten der vorhergehenden zwei Elemente in der Reihe abzüglich ihrer entsprechenden Anzeigeelemente sein. Gleichermaßen wäre E(m,n) gleich ½[[I(m,n-1) + E(m,n-1)] - D(m,n-1)] + ½[[I(m,n-2) + E(m,n-2)] - D(m,n-2)].
Durch eine weitere Erweiterung könnte der Fehler E(m,n) auf eine Anzahl nahegelegener Elemente verteilt werden, die nicht unbedingt auf der m-ten Diagonale liegen müssen. Bei der Bearbeitung des n-ten Elements in der m-ten Zeile wäre der Fehlerwert E(m,n) daher gleich der Summe eines bestimmten Prozentsatzes der Fehler einer Anzahl nahegelegener, vorhergehender Elemente in der m-ten, (m+3)-ten, (m+6)-ten usw. Diagonale, da diese Diagonalen die gleiche Farbe wie das (m,n)- te Element der Anzeige mit einfarbigen Diagonalen haben. Beispielsweise kann der Wert für E(m,n) gleich ½[[I(m,n-1) + E(m,n-1)] - D(m,n-1)] + ½[[I(m+3,n+2) + E(m+3,n+2)] - D(m+3,n+2)] sein, wobei das Element (m+3, n+2) ein unmittelbar zuvor bearbeitetes Element mit der gleichen Farbe wie das (m,n)- te Element ist.
Bei den eben beschriebenen "Vielelement"- und Vielverzweigungs"- verfahren ist
wobei (i) m' im Wertebereich der Bezeichnungen der mtotal- Elementgruppierungen für die Bearbeitung liegt, während j im Wertebereich der Bezeichnungen jedes Elements in Elementgruppe m' liegt.
(ii) K(m,m',n,j) ein Fortpflanzungskoeffizient für die Fortpflanzung des Fehler von i(m',j) nach i(m,n) ist.
(iii) E(m,1) eine Funktion der Zeit und von m ist.
Es ist zu beachten, daß K(m,m',n,j) mit Ausnahme jener wenigen Bildpunkte, von denen ein Fehler verbreitet wird, Null ist.
Es ist auch zu beachten, daß obige Formulierungen wiederum nicht auf Mosaike mit gleichfarbigen Diagonalen beschränkt ist, sondern gleich gut für Mosaike aus anderen Mustern angewendet werden kann. Die Elemente müssen natürlich durch die Matrixnotation (m,n) bezeichnet sein, wobei in die Elementgruppierungen für Bearbeitung auf der Grundlage des jeweiligen Mosaikmusters und n die Bearbeitungsreihenfolge der Elemente der m-ten Gruppe bezeichnet.
Figur 9 verknüpft die diagonal bezeichneten Reihen des Matrixmodells mit der horizontalen Bearbeitung eines physikalischen Ausführungsbeispiels. Die diagonale Reihe m in Fig. 9 entspricht einer der gleichfarbigen Diagonalen der mosaikartigen Farbanzeige, auf denen der Fehler bei der vorliegenden Erfindung fortgepflanzt wird. Es ist zu erkennen, daß das erste Bildelement in der m-ten diagonalen Reihe das erste Element ist, das physikalisch in der horizontalen Reihe, in der es liegt, bearbeitet wird. Da E(m,1) wie oben beschrieben vorgewählt wird, wird I(m,1) + E(m,1) beim physikalischen Verfahren auf das entsprechende Anzeigeelement D(m,1), in Fig. 9 nicht enthalten, abgebildet. Das physikalische Verfahren bildet dann das Bildelement in der horizontal benachbarten Position auf das (m+1,1)- te Element ab, da die elektronischen Signale des Bilds und der Anzeige, wie oben erwähnt, typischerweise einer Standard- Rasteranzeige entsprechen. Die physikalische Bearbeitung setzt sich so lange fort, bis das letzte Bildelement in der horizontalen Reihe bearbeitet ist, und beginnt dann, beginnend mit Bildelement (m-1,1)' mit der Bearbeitung der nächsten horizontalen Zeile. Nur dann wird das Bildelement (m,2), das zweite Element in der m-ten diagonalen Reihe, physikalisch bearbeitet.
Aus der obigen Erklärung und aus Fig. 9 wird deutlich, daß die Anzahl der Elemente in einer horizontalen Zeile bei der physikalischen Ausführung zwischen benachbarten Elementen in einer diagonalen Reihe bearbeitet werden. Daher muß die physikalische Ausführung Mittel zur Speicherung und zum genauen Zugriff des Werts [I(m,1) + E(m,1)] - D(m,1) = E(m,2) besitzen, so daß sie I(m,2) + E(m,2) nach der Bearbeitung einer Anzahl dazwischenliegender Bildelemente abbilden kann. Eine Möglichkeit, diese Speicherung zu bewirken, ist ein Leitungspuffer mit einer Speicherkapazität gleich der Anzahl der Elemente in einer horizontalen Zeile. Da der Fehler auch von und zu den dazwischenliegenden Elementen in der horizontalen Zeile weitergeleitet werden muß, da sie auch auf anderen diagonalen Reihen liegen, ist ein Leitungspuffer mit der Größe einer horizontalen Zeile für diese Funktion gut geeignet.
Der Leitungspuffer bewerkstelligt dies analog der Funktionsweise eines FIFO-Schieberegisters mit einer Größe gleich der Elementanzahl in einer horizontalen Reihe. Bezug nehmend auf Fig. 9A wird der resultierende Wert E(m,2) des bearbeiteten Elements 21 in einen Puffer 20 geladen, bevor damit begonnen wird, das horizontal benachbarte Element 22 zu bearbeiten. Bei der jeweiligen Bearbeitung der in der Abtastreihenfolge dazwischenliegenden Elemente 23-28 verschiebt sich der Wert von E(m,2) in Richtung des Ausgangs des Puffers 20, wenn dem Fehler der dazwischenliegenden Elemente 23-28 entsprechende Daten in den Puffer 20 eingegeben und ihm entnommen werden. Wenn das zweite Element der m-ten diagonalen Reihe 29 physikalisch bearbeitet werden muß, liegt der Wert E(m,2) am Ausgang 30 des Puffers 20 an, wo auf ihn zur Bearbeitung zugegriffen werden kann. Nach der Bearbeitung wird der resultierende Fehler E(m,3), der zum nächsten Element in der m-ten Reihe weitergeleitet wird (nicht abgebildet), in den Puffer 20 eingegeben. Während Fig. 9A eine Anzeige mit sieben dazwischenliegenden Elementen zeigt, gilt die obige Analogie für Anzeigen mit mehr bzw. weniger horizontalen Elementen.
Bezug nehmend auf Fig. 10 wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Ausführung leitet den Fehler gemäß des Verfahrens der Erfindung weiter und besitzt Mittel zum Speichern des Fehlers, wenn Zwischenelemente bearbeitet werden. Da die Reihenfolge der eingegebenen und ausgegebenen Signale der Reihenfolge bei Standard-Rasterabtastungen von links nach rechts und von oben nach unten entspricht, ist es nun am einfachsten, wenn man sich die mit (l,p) bezeichneten Elemente als den horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten entsprechend vorstellt. Zusammengefaßt wird der Intensitätswert I(l,p) des als (l,p) bezeichneten Bildelements durch das Eingabemittel 42 eingegeben. Wenn l=1 oder p=1, dann befindet sich das Element - nach der aktuellen Benennung der Elemente - am oberen Rand einer diagonalen Reihe, und der Fehlerwert E(l,p) muß gemäß der vorliegenden Erfindung eingegeben werden. Dazu wird auf den Vorgabepuffer 52 zugegriffen und E(l,p) zurückgeholt. Befindet sich das betrachtete Element nicht am oberen Ende einer diagonalen Reihe, d. h. l≠1 und p≠1, wird der zugehörige Fehler E(l,p) aus dem Fehlerspeichermittel 48 zurückgeholt. Egal wie E(l,p) erhalten wurde, wird es in Bearbeitungsmitteln zu I(l,p) dazuaddiert. Das Mittel 46 zur Bestimmung des Schwellenwerts wird mit der Summe I(l,p) + E(l,p) angesprochen und entscheidet, zwischen welchen der oben beschriebenen r-1 Schwellenwerten die Summe I(l,p) + E(l,p) liegt. Der zugehörige Schwellenwert wird vom Bearbeitungsmittel 50 verwendet, das den Wert einer Anzeigeintensität D(l,p) an den Ausgabemitteln 44 gemäß des Schwellenwerts ausgibt. Aufgrund der horizontalen und vertikalen Benennung der Elemente, ist das Element i(l+1, p+1) diagonal zu i(l,p). Daher speichert das Bearbeitungsmittel 50 auch den Wert E(l+1, p+1) = [I(l,p) + E(l,p)] - D(l,p) im Fehlerspeichermittel 48.
Das Fehlerspeichermittel kann ein Leitungspuffer mit einer Größe gleich der Anzahl vertikaler Spalten der Bildelemente sein.
Das obige Verfahren kann bei einer Vorrichtung angewendet werden, die den Fehler allgemein diagonal weiterleitet, und ist nicht auf das oben beschriebene spezielle Abbildungsverfahren beschränkt. Die Vorrichtung arbeitet mit jeder Bestimmungsmethode für D(l,p), das auf I(l,p) und E(l,p) beruht, und muß nicht unbedingt das Schwellenwertverfahren der vorliegenden Erfindung sein. Ferner arbeitet die Vorrichtung mit jedem Wert für E(l+1, p+1), der aus I(l,p), E(l,p) und D(l,p) ermittelt wurde.
Genauer gesagt, enthält das spezielle Ausführungsbeispiel:
(a) ein Eingabemittel, das in einer Standard- Rasterabfolge von links nach rechts und von oben nach unten eine Vielzahl intensitätscodierter Signale I(l,p) empfängt, die einer Vielzahl von Bildpunkten i(l,p) entsprechen, die jeweils einer Bildposition entsprechen, wobei l ganze Zahlen von 1 bis lgesamt umfaßt und von oben nach unten den lgesamt horizontalen Reihen einer Rasterabtastung entspricht, p ganze Zahlen von 1 bis Pgesamt umfaßt und von links nach rechts den Pgesamt vertikalen Spalten einer Rasterabtastung entspricht, wobei jedes intensitätscodierte Signal I(l,p) mindestens einem von q Bildintensitätswerten entspricht, wobei q mindestens gleich drei ist;
(b) ein Ausgabemittel für die sequentielle Ausgabe einer Vielzahl intensitätscodierter Signale D(l,p), die einer Vielzahl von Anzeigebildpunkten d(l,p) entsprechen, wobei jeder Anzeigebildpunkt d(l,p) der Position des Bildpunkts i(l,p) entspricht und jedes intensitätscodierte Anzeigesignal D(l,p) einem von r nach der Amplitude geordneten Anzeigeintensitätswert A1, A2, ..., Ar entspricht, wobei r eine ganze Zahl kleiner q und Ax der x-te Anzeigeintensitätswert ist;
(c) ein Fehlerspeicherinittel zum Speichern eines Fehlerwertes E(l,p) entsprechend eines intensitätscodierten Signals am Eingang;
(d) ein Vorgabepuffer zur Erhaltung eines vorgewählten Fehlerwerts E(l,p) entsprechend einer Anzahl intensitätscodierter Signale am Eingang;
(e) ein Bearbeitungsmittel zur Abbildung des intensitätscodierten Signals I(l,p) am Eingang auf das intensitätscodierte Signal D(l,p) am Ausgang durch
(1) Zurückholen des Wertes I(l,p) von den Eingabemitteln;
(2) Holen des Wertes E(l,p) aus dem Vorgabepuffer, wenn l= 1 oder p = 1;
(3) Holen des Wertes E(l,p) aus dem Fehlerspeichermittel, wenn l ≠ 1 und p ≠ 1;
(4) Bestimmen des Wertes D(l,p) basierend auf den Werten von I(l,p) und E(l,p);
(5) Senden des Wertes D(l,p) an das Ausgabemittel;
(6) Berechnen des Wertes E(l+1, p+1) basierend auf I(l,p), D(l,p) und E(l,p);
(7) Speichern von E(l+1, p+1) in den Fehlerspeichermitteln.
Außerdem folgt daraus, daß das Ausgabemittel mit einer Anzeige mit einem Farbmosaikmuster verbunden ist, wobei jedes Element die Intensitätswerte A1, A2, ..., Ar annehmen kann.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Vorrichtung leitete den Fehler an mehr als ein benachbartes Element auf der Diagonale oder anderen Diagonalen weiter. Diese Vorrichtung enthielte:
(a) ein Eingabemittel, das in einer Standard- Rasterabfolge von links nach rechts und von oben nach unten eine Vielzahl intensitätscodierter Signale I(l,p) empfängt, die einer Vielzahl von Bildpunkten i(l,p) entsprechen, die jeweils einer Bildposition entsprechen, wobei l ganze Zahlen von 1 bis lgesamt umfaßt und von oben nach unten den lgesamt horizontalen Reihen einer Rasterabtastung entspricht, p ganze Zahlen von 1 bis pgesamt umfaßt und von links nach rechts den pgesamt vertikalen Spalten einer Rasterabtastung entspricht, wobei jedes intensitätscodierte Signal I(l,p) mindestens einem von q Bildintensitätswerten entspricht, wobei q mindestens gleich drei ist;
(b) ein Ausgabemittel für die sequentielle Ausgabe einer Vielzahl intensitätscodierter Signale D(l,p), die einer Vielzahl von Anzeigebildpunkten d(l,p) entsprechen, wobei jeder Anzeigebildpunkt d(l,p) der Position des Bildpunkts i(l,p) entspricht und jedes intensitätscodierte Anzeigesignal D(l,p) einem von r nach der Amplitude geordneten Anzeigeintensitätswert A1, A2, ..., Ar entspricht, wobei r eine ganze Zahl kleiner q und Ax der x-te Anzeigeintensitätswert ist;
(c) ein Speichermittel für Partialfehler zum Speichern von Partialfehlerwerten PE(l,l',p,p') entsprechend eines intensitätscodierten Signals I(l,p) am Eingang vorhergehender Elemente (l',p');
(d) ein Vorgabepuffermittel zur Erhaltung eines vorgewählten Fehlerwerts E(l,p) entsprechend einer Anzahl intensitätscodierter Signale am Eingang;
(e) ein Bearbeitungsmittel zur Abbildung des intensitätscodierten Signals I(l,p) am Eingang auf das intensitätscodierte Signal D(l,p) am Ausgang durch
(1) Zurückholen des Wertes I(l,p) von den Eingabemitteln;
(2) Holen des Wertes E(l,p) aus dem Vorgabepuffer, wenn l = 1 oder p = 1;
(3) wenn l ≠ 1 und p ≠ 1, Holen der Werte PE(l,l',p,p') aus dem Speichermittel für Partialfehler und Aufsummieren der Werte von PE(l,l',p,p'), um E(l,p) zu erhalten;
(4) Bestimmen des Wertes D(l,p) basierend auf den Werten von I(l,p) und E(l,p);
(5) Senden des Wertes D(l,p) an das Ausgabemittel;
(6) Berechnen der Partialfehlerwerte PE(a,l,b,p), wobei (a,b) Elemente sind, an die der Fehler von (l,p) weitergeleitet wird;
(7) Speichern der Partialfehlerwerte PE(a,l,b,p) für alle (a,b) in dem Speichermittel für Partialfehler.
Bei diesem Ausführungsbeispiel könnte das Speichermittel für Partialfehler eine Anzahl von Leitungspuffern sein.
Allgemeiner ausgedrückt, empfänge die Vorrichtung Signale in einer Abfolge - nicht unbedingt in der Abfolge eines Standardrasters - und bildete sie gemäß einer anderen Abfolge ab. Die Vorrichtung benötigte dann eine Speichermatrix 54 zwischen dem Eingabemitteln 42 und dem Bearbeitungsmittel 50, wie es in Fig. 10A gezeigt ist. Diese Vorrichtung enthielte daher:
(a) ein Eingabemittel, das eine Vielzahl intensitätscodierter Signale I(l,p) empfängt, die einer Position auf dem Bild entsprechen, wobei l ganze Zahlen von 1 bis lgesamt umfaßt und lgesamt Elementgruppen für die Bearbeitung bezeichnet, p ganze Zahlen von 1 bis pgesamt umfaßt und die Elemente in der l-ten Gruppe gemäß ihrer Bearbeitungsabfolge bezeichnet, Pgesamt eine Funktion von in ist, wobei jedes intensitätscodierte Signal I(l,p) mindestens einem von q Bildintensitätswerten entspricht, wobei q mindestens gleich drei ist;
(b) ein Matrixspeichermittel, in dem die Intensitätswerte des Eingangsbildes eines ganzen Vollbildes gespeichert werden können und auf sie zugegriffen werden kann;
(c) ein Ausgabemittel für die sequentielle Ausgabe einer Vielzahl intensitätscodierter Signale D(l,p) entsprechend der Position des Intensitätswertes I(l,p) des Eingangsbildes, wobei jedes intensitätscodierte Anzeigesignal D(l,p) einem von r nach der Amplitude geordneten Anzeigeintensitätswert A1, A2, ..., Ar entspricht, wobei r eine ganze Zahl kleiner q und Ax der x-te Anzeigeintensitätswert ist;
(d) ein Speichermittel für Partialfehler zum Speichern von Partialfehlerwerten PE(l,l',p,p') entsprechend eines intensitätscodierten Signals (l,p), das aus den Elementen (l',p') erhalten wird;
(e) ein Vorgabepuffermittel zur Erhaltung eines vorgewählten Fehlerwerts E(l,p) entsprechend einer Anzahl bearbeiteter intensitätscodierter Signale;
(f) ein Bearbeitungsmittel zur Abbildung der intensitätscodierten Signale I(l,p) auf das Intensitätssignal am Ausgang durch
(1) Zurückholen eines Wertes I(l,p) aus den Matrixspeichermitteln;
(2) Holen des Wertes E(l,p) aus dem Vorgabepuffer, wenn l = 1 oder p = 1;
(3) wenn l = 1 und p = 1, Holen der Werte PE(l,l',p,p') für alle l' und p'aus dem Speichermittel für Partialfehler und Aufsummieren der Werte von PE(l,l',p,p'), um E(l,p) zu erhalten;
(4) Bestimmen des Wertes D(l,p) basierend auf den Werten von I(l,p) und E(l,p);
(5) Senden des Wertes D(l,p) an das Ausgabemittel;
(6) Berechnen der Partialfehlerwerte PE(a,l,b,p), wobei (a,b) die Elemente sind, an die der Fehler von (l,p) weitergeleitet wird;
(7) Speichern der Partialfehlerwerte PE(a,l,b,p) für alle (a,b) in dem Speichermittel für Partialfehler.
Die obige Vorrichtung kann bei mosaikartigen Farbmustern angewendet werden, die sich von jenen mit gleichfarbigen Diagonalen unterscheiden, so lange die Elemente mit der Matrizennotation (l,p) bezeichnet werden, wobei l Elementgruppen darstellt, die auf dem speziellen Mosaikmuster des Bildschirms basierend bearbeitet werden, und p die Verarbeitungsabfolge der Elemente innerhalb der Gruppe bezeichnet.
In der folgenden Erörterung entsprechen die Bezeichnungen wie zuvor den Diagonalen des Mosaiks mit gleichfarbigen Diagonalen.
Mit anderen Worten ist m eine von mgesamt einfarbigen Diagonalen einer mosaikartigen Farbanzeige und n ist das n-te Element von oben auf der Diagonale. Wiederum erfolgt die Konzentration auf das Mosaik mit gleichfarbigen Diagonalen zu Beispielszwecken und die Erfindung gilt für mosaikartige Farbmuster allgemein.
Für jede diagonale Reihe entspricht E(m,1) einem Bildelement, das am physikalischen Rand des Bildes liegt. Es muß kein Fehler von einem vorhergehenden Element weitergeleitet werden, da das Element (m,1) eine diagonale Reihe anfängt. Wie zuvor beschrieben, wird daher E(m,1) für jede der m diagonalen Reihen ausgewählt. Der Wert kann für alle in diagonalen Reihen gleich oder unterschiedlich sein. Er kann auch von Bild zu Bild geändert werden.
Die Folge einer Änderung des Fehlerwertes für das erste Element E(m,1) der m-ten Reihe bei aufeinanderfolgenden Vollbildern, die durch die vorliegende Erfindung bearbeitet werden, besteht darin, daß sich für alle in beliebige oder alle D(m,n) ändern. Bezug nehmend auf Fig. 11 ist die "Zeile" horizontal gezeichnet, kann jedoch wie in vorhergehenden Abbildungen der diagonalen Reihe in einer mosaikartigen Farbanzeige oder allgemein einem beliebigen Mosaikmuster entsprechen. Es sei angenommen, daß die zwei bestimmten Vollbilder identisch sind oder daß zumindest die m-te Zeile bei den zwei aufeinanderfolgenden Vollbildern gleich ist. Bei dieser Beschreibung sei weiter angenommen, daß E(m,1) bei aufeinanderfolgenden Vollbildern zwischen zwei Werten zwischen dem Minimal- und dem Maximalwert der Bildintensität alterniert. Da die Werte von E(m,1) unterschiedlich sind, werden die zum nachfolgenden diagonalen Element weitergeleiteten Fehler im allgemeinen verschieden sein, da der mit dem (m,n)-ten Element verknüpfte Fehler E(m,n) = I(m,n-1) + E(m,n-1) - D(m,n-1) und die Werte von I(m,n) zwischen Bildelementen als äquivalent angenommen werden. Ferner kann sich die Abbildung der Anzeigeelementwerte D(m,n) bei entsprechenden Bildelementen der zwei identischen Vollbilder unterscheiden, da D(m,n) von dem korrigierten Intensitätswert I(m,n) + E(m,n) des n-ten Elements abgebildet wird und sich E(m,n) bei den zwei identischen Vollbildern unterscheidet. Daher wird deutlich, daß eine Änderung von E(m,1) für alle m bei einem beleiebigen oder bei allen D(m,n) zu Änderungen führen kann.
Das Alternieren des Intensitätswertes D(m,n) des n-ten Anzeigeelements zwischen zwei Intensitätswerten bei aufeinanderfolgenden identischen Vollbildern wird als Durchschnitt der zwei Intensitäten wahrgenommen, sofern das Alternieren schnell genug erfolgt. Befindet sich der Schwellenwert ungefähr in der Mitte zwischen den zwei möglichen Anzeigeintensitätswerten, dann wird ein Bildelement mit einem Intensitätswert I(m,n) nahe dem Schwellenwert durch keinen der zwei angrenzenden Anzeigeintensitätswerte gut dargestellt. Das Alternieren zwischen den zwei angrenzenden Anzeigeintensitätswerten, das beim vorliegenden Verfahren wahrscheinlicher ist, ergibt eine wahrgenommene Intensität, die ungefähr gleich dem Schwellenwert bzw. dem Intensitätswert des Bildelements ist. Außerdem führt eine Änderung von E(m,1) bei jenen Bildelementen, deren Intensität I(m,n) nicht an einen Schwellenwert angrenzt, mit geringerer Wahrscheinlichkeit zu einer Änderung der Anzeigeintensität zwischen aufeinanderfolgenden Vollbildern. Dies ist auch deshalb ein gutes Ergebnis, weil I(m,n) relativ dicht bei einem möglichen Anzeigeintensitätsniveau Ax liegt, wenn es nicht nahe einem Schwellenwert liegt, und weil es durch die Abbildung auf Ax gut dargestellt wird.
Die obige Beschreibung kann so erweitert werden, daß der Fehlerwert des ersten Elements E(m,1) der m-ten Zeile zwischen mehr als zwei Werten innerhalb des Bereichs möglicher Bildintensitätswerte bei aufeinanderfolgenden Vollbildern wechselt. Bei Zunahme der Anzahl der Werte, die E(m,1) mit jedem Bild annehmen kann, nähert sich bei einer Reihe identischer Vollbilder die mittlere Intensität D(m,n) jedes Anzeigeelements dem Intensitätswert I(m,n) seines entsprechenden Bildelements an. Mit anderen Worten, wenn 1000 identische Vollbilder bearbeitet und angezeigt werden würden, wobei E(m,1) für jedes in bei jedem Vollbild zufällig gewählt wird, und wenn die 1000 Vollbilder in einer so kurzen Zeit bearbeitet werden würden, daß das Auge keinen Anzeigewechsel feststellen könnte, dann würde die Anzeige in jeder Hinsicht, vor allem bei der Graustufenwiedergabe, als identisch zum Vollbild wahrgenommen werden.
Während das obengenannte die grundlegende Basis für die vorliegende Erfindung ist, befindet sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht in einem Stadium, in dem eine so große Anzahl von Vollbildern mit einer Rate bearbeitet werden kann, die das Auge nicht bemerkt. Wenn sich E(m,1) beim gleichen Bild zwischen 1000 Werten mit den heutigen Bearbeitungsgeschwindigkeiten ändern würde, würde das Auge, anstatt den Mittelwert der Intensitäten wahrzunehmen, die sich ergebenden Intensitätswechsel der einzelnen Anzeigeelemente in der Zeile in feststellen. Die speziellen, unten beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen Versuche dar, die zwei folgenden, sich im Konflikt befindenden Anforderungen in Einklang zu bringen: Änderung von E(m,1) bei aufeinanderfolgenden Vollbildern, um eine genauere Anzeigeintensität über die Zeit zu erreichen, während E(m,1) nicht so stark geändert wird, daß die Änderungen der angezeigten Bildelemente über die Zeit beim gleichen Eingangsbild festgestellt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Fehlerwert E(m,1) des ersten Elements in der m-ten Zeile für jedes in anfangs ohne Bezug zum Wert für irgendein anderes m. Jedes E(m,1) besitzt einen Anfangswert zwischen 0 und dem maximalen Intensitätswert des Bildes. Bei jedem aufeinanderfolgenden Vollbild nimmt E(m,1) mit jedem m inkrementell zu. Wenn E(m,1) den maximalen Intensitätswert des Bildes überschreitet, wird dieser Maximalwert abgezogen, und das Verfahren wird fortgesetzt.
Bei einem spezielleren Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Anzeigeelemente nur einen von zwei möglichen Intensitätswerten annehmen, d. h. in der allgemeinen obigen Bezeichnungsweise ist r=2. A1 und A2 werden auf 0 bzw. 1 normiert, und für T1 wird ½ gewählt. Die Bildintensitätswerte entsprechen den Eingangswerten eines Fernsehgeräts und können einen von 256 Werten zwischen normierten Intensitätswerten 0 und 1 annehmen. Bei jedem Bild wird E(m,1) für jedes m anfangs willkürlich so gewählt, daß es es entweder 0 oder 0,5 ist. Bei darauffolgenden Bildern wechselt E(m,1) bei jedem in zwischen 0 und 0,5. Dies führt zu qualitativ guter Halbtonwiedergabe und ist daher ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
Der Vorteil der Eigenschaft der vorliegenden Erfindung zur Bildpunkt-Versatz kann verdeutlicht werden, wenn man einen gleichmäßig dunklen (nicht schwarzen) Bereich des Analogbildes betrachtet, das gemäß des obigen Ausführungsbeispiels bearbeitet wird. Unter der Annahme, daß die Intensität der Bildelemente kleiner als T1 (oder ½) ist, sind die meisten Anzeigeelemente ausgeschaltet. Ist der Vorgabefehler der m-ten Zeile E(m,1) = 0, summiert sich der Fehler allmählich in den Elementen in Zeile in bis I(m,n) + E(m,n) größer als T1 ist, und das (m,n)-te Element wird "angeschaltet". I(m,n) + E(m,n) ist jedoch nur marginal größer als T1 oder ½, während D(m,n) = 1; daher beträgt der zum (m,n+1)-ten Element fortgepflanzte Fehler ungefähr -½. Folgerichtig gibt es in Zeile in viele "Aus"-Bildpunkte neben (m,n), da sich der Fehler über ½ hinaus aufsummieren muß, damit ein weiteres Element "an" ist. Es ergeben sich auf Zeile in wenige "An"-Elemente mit gleichem Abstand.
Würde E(m,1) beim nächsten Vollbild auf E(m,1) = ½ geändert, wären die "An"-Elemente der Anzeige äquidistant zwischen den "An"-Elementen der vorhergehenden Anzeige. Dies rührt daher, daß alle Elemente des vorhergehenden Vollbildes mit einem aufsummierten Fehler von Null nun den Fehler ½ hätten, was zu einem "An"-Bildpunkt führt, während jene früheren "An"-Elemente mit einem aufsummierten Fehler ½ einen Fehler 0 hätten, was zu einem "Aus"-Bildpunkt führt.
Wenn E(m,1) bei aufeinanderfolgenden identischen Bildern zwischen 0 und ½ wechselte, ergäbe die vorliegende Erfindung daher eine gleichmäßige zeitliche und räumliche Verschiebung von "An"-Bildpunkten auf der m-ten Reihe, wobei das Auge den räumlichen und zeitlichen Mittelwert der "An"-Elemente anstelle von wenigen, stationären "An"-Elementen auf einem schwarzen Hintergrund wahrnehmen würde, nämlich das Ergebnis des zeitkonstanten Vorgabefalles.
Bei einem weiteren Verfahren werden die gleichen Parameter wie beim gerade beschriebenen Ausführungsbeispiel gewählt. Allerdings wird E(m,1) für jedes m anfangs zufällig zwischen 0 und 1 gewählt. Bei aufeinanderfolgenden Vollbildern wechselt E(m,1) für jedes in zwischen seinem Anfangswert und entweder (i) einem um die Hälfte kleineren Wert als der Anfangswert, wenn der Anfangswert größer oder gleich ½ ist, oder (ii) einem Wert, der um die Hälfte größer als der Anfangswert ist, wenn der Anfangswert kleiner als ½ ist.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Unterdrückung von Artefakten, das es nur bei der vorliegenden Erfindung gibt. Bei anderen Verfahren der Graustufenwiedergabe in der Technik ist zwar die Eliminierung von Artefakten bekannt, jedoch können sie nicht mit dem Bildpunkt- Versatz arbeiten. Artefakte enthalten vereinzelte, isolierte "An"-Bildpunkte in Anzeigebereichen, in denen das Bild dunkel ist. Diese "An"-Elemente werden deutlich einzeln wahrgenommen und mindern die angezeigte Bildqualität. Solche Artefakte sind eine natürliche Folge des Fehlerfortpflanzungsverfahrens der vorliegenden Erfindung. Dies trifft daher zu, weil der Fehlerwert benachbarter Elemente selbst in Bildbereichen mit einer Intensität deutlich unter dem ersten Schwellenwert T1 zunimmt, wenn der Fehler zu nachfolgenden Elementen weitergeleitet wird. Schließlich überschreitet der korrigierte Intensitätswert des n- ten Elements, E(m,n) + I(m,n), T1, was zu D(m,n) = A2 bzw. einem hellen Anzeigebildpunkt in einem gleichmäßig dunklen Bildbereich führt.
Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Artefakte durch die Erhaltung einer Registrier- bzw. Zählervariablen C darüber, wann das letzte Anzeigeelement in der Reihe mit einer Intensität größer als A1 angezeigt wurde. Wenn (1) das betrachtete Anzeigeelement mittels des nominalen Bearbeitungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung mit einer Intensität A2 abgebildet werden soll und (2) die Aufzeichnung zeigt, daß mehr Anzeigeelemente mit einem Intensitätswert A1 als eine vorgewählte Anzahl N angibt seit dem letzten Element mit einem Intensitätswert größer A1 bearbeitet worden sind, dann wird das Anzeigeelement mit einem Intensitätswert A1 statt A2 abgebildet. Treffen beide Bedingungen nicht zu, dann wird das betrachtete Anzeigeelement mit einer Intensität A2 abgebildet, was das Ergebnis des nominalen Bearbeitungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung darstellt.
Natürlich wird der Zähler C jedes mal zurückgesetzt, wenn das Anzeigeelement angezeigt wird bzw. mittels des nominalen Algorithmus mit einer Intensität größer als A1 hätte angezeigt werden sollen. Ebenso wird der Zähler C zurückgesetzt, wenn das betrachtete Anzeigeelement eine neue Zeile beginnt. Es soll betont werden, daß bei der Beseitigung von Artefakten sämtliche Bearbeitung in einer Art und Weise geschieht, wie sie oben ausführlich beschrieben wurde. Das Merkmal der Artefaktbeseitigung fügt eine letzte Entscheidung darüber hinzu, ob das Anzeigeelement mit A1 oder A2 angezeigt wird.
Andere Nebenaspekte der vorliegenden Erfindung bieten sich von selbst an. Zum Beispiel haben in einem Ausführungsbeispiel die Intensitätswerte der Anzeige gleichen Abstand zueinander und die Schwellenwerte haben äquidistanten Abstand zu benachbarten Intensitätswerten.
Das Verfahren zur Fehlerfortpflanzung durch Bildpunkt-Versatz könnte außerdem für Schwarzweißanzeigen verwendet werden. Dann wäre es nicht erforderlich, den Fehler diagonal weiterzuleiten, da horizontal angrenzende Elemente schwarz oder weiß sind. Der Fehler könnte horizontal weitergeleitet werden, und die Elemente könnten so bezeichnet werden, daß m den horizontalen Zeilen und n den vertikalen Spalten entspricht. Daher bildeten alle i(m,1), d. h. die Elemente, bei denen der Fehler vorgewählt wird, die erste vertikale Spalte des Bildes.
Wenn die Anzeigeausgabe des Bildes zum Beispiel bei bestimmten Flüssigkristallanzeigen (LCDs) in Stufen unterteilt wird, kann sie sowohl bezüglich der Amplitude als auch bezüglich der räumlichen Position in Stufen unterteilt werden. Eine Anzeige ist bezüglich der Amplitude in Stufen unterteilt, wenn ihre Ausgabeintensität auf bestimmte spezielle Niveaus beschränkt ist, z. B. bei einigen LCD-Anzeigen, bei denen der Bildpunkt entweder an oder aus ist, wobei es keine Zwischenstufen für die Intensität gibt (auch als Zwei-Stufen-Anzeigen bezeichnet). Eine Anzeige ist bezüglich der räumlichen Position in Stufen unterteilt, wenn einzelne Bereiche des Eingangsbildes in der Anzeige durch getrennte Bildpunkte dargestellt werden (d. h. die Anzeige ist in Bildpunkte unterteilt). Wie zuvor erörtert verwenden diese in Stufen unterteilten Anzeigemedien eine Vielzahl von Halbtonverfahren, um eine Näherung des Grautons zu liefern.
Wie bereits an früherer Stelle in der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist es möglich, zeitabhängige Verfahren zur Verbesserung der Auflösung von Amplitude und Raum von Graustufenbildern, wie z. B. denen, die durch Bildpunkt-Versatz erzeugt werden, zu verwenden. Die Verwendung der Zeitintegrierung zur Fehlerkorrektur kann als "zeitabhängiges Halbtonverfahren" bezeichnet werden. Allerdings richten sich die bisher beschriebenen Verfahren in erster Linie an das Verfahren zur linearen Fehlerfortpflanzung.
Die Grundlage für die zeitabhängigen Halbtonverfahren der vorliegenden Erfindung bildet die Ausnützung der begrenzten Zeitauflösung des menschlichen Auges und der meisten in Stufen unterteilten Anzeigesysteme. Gemäß der vorliegenden ERfindung stellt die Anzeige in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen verschiedene, gleichermaßen gültige bezüglich der Amplitude abgestufte Darstellungen des Halbtonbildes dar. Diese Darstellungen unterscheiden sich nur in Einzelheiten der räumlichen Hochauflösungsfrequenz und wirken zusammen in einer sich gegenseitig kompensierenden Art und Weise. Eine endliche Anzahl von Bilddarstellungen kann wiederholt durchlaufen werden, bis sich das Eingangshalbtonbild ändert, wobei der Prozeß zu diesem Zeitpunkt für das neue Eingangsbild neu eingeleitet wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist
D(m,n,t&sub1;) = G[{I(m,b) für alle b ≤ n}]
D(m,n,t&sub2;) = G[{I(m,b) + P(m,b) für alle b ≤ n}] ,
wobei G die Einzelverzweigungsfehlerverteilungsfunktion ist.
A ist der kleinste Intensitätsschritt für Bildpunkte in D
P (m,b) = 0,5*A für b = 1
P (m,b) = 0 für b > 1 .
D (m,n,t&sub1;) ist die Anzeigestufe zu einem bestimmten Zeitpunkt t&sub1;, m ist die Spalte und n ist die Zeile des bestimmten Bildpunkts.
Um das Verfahren der zeitabhängigen Halbtonwiedergabe an allgemeinere statische Halbtonschemata wie zum Beispiel das zuvor beschriebene Verfahren anzupassen, bei dem sich der Fehler zu mehr als einem benachbarten Element fortpflanzt, wäre es von Vorteil, eine allgemeine Funktion zur Bestimmung der Anzeigestufe D (m,n) in zweiten und darauffolgenden Zeitintervallen für ein bestimmtes Bild zu definieren. Es wäre besonders vorteilhaft, wenn das beschriebene Verfahren unabhängig von dem statischen Halbtonschema wäre, auf dem es beruht. Eine solche Funktion kann durch die folgenden Formeln beschrieben werden. In diesen Formeln wird ein analoges Bild {I(a,b) für alle a,b} durch die wiederholte sequentielle Anzeige eines Satzes aus Z&sub0; digitalen Darstellungen
{D(m,n,t&sub1;), D(m,n,t&sub2;) ... D(m,n,tZ&sub0;},
durch Berechnung der Darstellungen wie folgt:
gut dargestellt, wobei F eine beliebige Halbtonfunktion ist, die dazu geeignet ist, eine statische Einzeldarstellung S(m,n) des analogen Bildes zu erzeugen, d. h.
S(m,n) = F(m,n, {I(a,b) für alle a,b}) .
Von besonderem Interesse ist der Fall Z&sub0; = 2 (was besonders vorteilhaft ist, weil es zeitabhängige Artefakte vermeidet):
D(m,n,t&sub1;) = F[m,n,{I(a,b) für alle a,b}]
D(m,n,t&sub2;) = F[m,n,{2*I(a,b)-D(a,b,t&sub1;) für alle a,b}] .
Es wird darauf hingewiesen, daß die Funktion F nur von bestimmten Sätzen aus Bildelementen abhängen kann (zum Beispiel bei dem in der vorliegenden Anwendung an früherer Stelle beschriebenen Verfahren) oder daß sie einen für eine Anzahl von Bildpunkten berechneten Wert darstellen kann. Um den obigen Ausdruck auf die eindimensionale Fehlerverteilung anzuwenden, kann man sie einfach benutzen und F = G nehmen, wobei G die eindimensionale Fehlerverteilungsfunktion ist. Unter diesen Umständen kann die Gleichung (ohne die Aussage zu ändern) zu
D(m,n,t&sub1;) = G(I(m,b) für alle b ≤ n)
D(m,n,t&sub2;) = G(2xI(m,b)-D(m,b,t&sub1;) für alle b ≤ n)
vereinfacht werden.
Die zur Berechnung eines Vollbildes verwendete Halbtonfunktion ist F(x), wobei x eine Funktion der Stufe des Originalbildes {I(a,b) für alle a,b} ist. {I(a,b) für alle a,b} bedeutet die Bildstufe eines beliebigen oder aller Bildpunkte des Originalbildes. Der allgemeine Fall {I(a,b) für alle a,b} enthält auch als Untermenge den speziellen Fall I(m,n). Wenn die Halbtonfunktion F(x) eine 1:1-Beziehung zwischen den Bildelementen von Bild und Anzeige verwendet, lautete die speziellere Formel zur Berechnung der Anzeigestufe zu bestimmten Zeitpunkten t&sub1; und t&sub2;:
D(m,n,t&sub1;) = F[I(m,n,t&sub1;)]
D(m,n,t&sub2;) = F[2*I(m,n,t&sub1;) - D(m,n,t&sub1;)] .
Gute Halbtonfunktionen F(x) stellen sicher, daß sich D(m,n,t&sub1;) und D(m,n,t&sub2;) für ein beliebiges m und ein beliebiges n nicht um mehr als A - wie oben definiert - unterscheiden. Für Fälle, in denen dies nicht zutrifft, läßt sich die Darstellung des Bildes verbessern, indem man D(m,n,t&sub1;) und D(m,n,t&sub2;), die sich für gegebene in und n um mehr als A unterscheiden, durch deren Mittelwert -0,5* ( D(m,n,t&sub1;) + D(m,n,t&sub2;) ) ersetzt.
Es kann herkömmliche Elektronik zum Bau eines Geräts eingesetzt werden, die den obigen Algorithmus in Echtzeit mittels der herkömmlichen Abtastreihenfolge-Ausgabe eines Halbtonbild-Vollbildpuffers (d. h. fein abgestuft) implementiert. Aus Gründen der Effizienz ist hilfreich, zu beachten, daß die Berechnung von D(m,n,tz) viele Schritte enthält, die bei der Berechnung von D(m,n,tz-1) durchgeführt worden sind, und daß die Verwendung eines Speicherpuffers die erneute Durchführung dieser Berechnungen vermeidet.
In einem besonderen Fall, bei dem die räumliche Fehlerverteilung und Z&sub0; = 2 verwendet wird, kann eine sehr einfache alternative Konstruktion verwendet werden. Ein Schattenpuffer speichert das Ergebnis D(m,n,t&sub1;). Dieser Puffer ist lediglich log&sub2;(g) Bit tief, wobei g die Anzahl der Graustufen der Anzeige ist. Das Lesen dieses Puffers während der Erzeugung von D(m,n,t&sub2;) gestattet es, bei der Ausführung der Quantisierung und der Fehlerfortpflanzung einen von g alternativen Sätzen von Nachschlagetabellen zu wählen. Die Erzeugung von I(m,n) und 2*I(m,n) zur Berechnung von D(m,n,t&sub1;) bzw. D(m,n,t&sub2;) wird durch einfaches Multiplexen erreicht, das die Darstellung von I(m,n) um ein Bit zum Quantisierungsaddierer schiebt. (Während der Erzeugung von D(m,n,t&sub1;) verwendet man die zur Erzeugung von D(m,n,t&sub2;) verwendete Nachschlagetabelle mit auf Null gesetztem Schattenpuffer.) Es ist zu beachten, daß mittels genügend Nachschlagetabellen willkürliche Quantisierungsschemata wie jene, die nichtlineare Intensitätsabstände verwenden, und jene, die eine Pseudozufalls-Verzweigung ausführen, verwirklicht werden können.

Claims

1. Verfahren zur Anzeige eines festen analogen Bildes durch eine Reihe zeitlich aufeinanderfolgender, ungleicher digitaler Darstellungen,

wobei bestimmte Anzeigefeldelemente der Darstellung gemäß einer vorbestimmten Halbtonfunktion für jede digitale Darstellung unterschiedliche Anzeigeintensitätswerte besitzen,

dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmtes Anzeigeelement der Anzeigeelemente für eine bestimmte Halbtonfunktion eine Anzeigeintensität D(m,n) besitzt, wobei

das Anzeigeelement eine Anzeigeintensität von

D(m,n,t&sub1;) = G[{I(m,b) für alle b≤n}]

besitzt, die zu einem ersten Zeitpunkt t&sub1; berechnet wird,

das Anzeigeelement eine Anzeigeintensität von

D(m,n,t&sub2;) = G[{I(m,b) + P(m,b) für alle b≤n}]

besitzt, die zu einem ersten Zeitpunkt t&sub2; berechnet wird,

wobei G die Einzelverzweigungsfehlerverteilungsfunktion ist und

P(m,b) = 0,5*A für b = 1

P(m,b) = 0 für b > 1 ,

wobei in die Nummer der Spalte und n die Nummer der Zeile des bestimmten Anzeigeelementes ist

und wobei A die kleinste Intensitätsstufe für einen Bildpunkt ist und das erwähnte Bild einen Wert

I(a,b) für alle a, b,

besitzt, wobei a, b den horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten der Bildelemente entsprechen.

2. Verfahren zur Anzeige eines festen analogen Bildes durch eine Reihe zeitlich aufeinanderfolgender, ungleicher digitaler Darstellungen,

dadurch gekennzeichnet, daß das bestimmte Anzeigeelement der Anzeigeelemente für eine bestimmte Halbtonfunktion F(x) zu einem beliebigen Zeitpunkt tZ eine Anzeigeintensität D(m,n) von:

besitzt, wobei in die Nummer der Spalte und n die Nummer der Zeile der Anzeigeelemente ist,

wobei Z eine ganze Zahl größer oder gleich Eins ist, wobei F eine zur Erzeugung einer statischen Einzeldarstellung S(m,n) des analogen Bildes geeignete Halbtonfunktion ist, und

S(m,n) = F(m,n,{I(a,b) für alle a, b}],

wobei a, b den horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten der Bildelemente entsprechen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Z = 2 ist.