FI110045B - Menetelmä ja laite harmaasävykuvan muuntamiseksi valeharmaakuvaksi - Google Patents

Description

1 110045

MENETELMÄ JA LAITE HARMAASÄVYKUVAN MUUNTAMISEKSI VALEHARMAAKUVAKSI

Tekniikan ala 5

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä digitaalisessa muodossa olevan harmaasävykuvan muuntamiseksi tunnettua värijärjestelmää ja värikoodausta käyttävälle näyttö- tai tulostinlaitteelle. Keksinnön 10 kohteena on lisäksi oheisen patenttivaatimuksen 12 johdanto-osan mukainen laite em. menetelmän toteuttamiseksi.

Keksinnön taustaa 15 Nykyiset tietokone-, televisio- tms. näyttölaitteet perustuvat pääasiassa ns. RGB-värijärjestelmän ja värikoodauksen käyttöön. RGB-värijärjestelmässä (RGB = Red, Green, Blue) eri värit esitetään kolmen ns. primäärivärin; punaisen (R), vihreän (G) ja sinisen (B) yhdistelminä. Valtaosassa nykyisistä värinäytöissä jokainen näistä yksittäisestä 20 primäärivärikomponentista esitetään 8 bitin avulla koodattuna, jolloin kullakin värikomponentilla voi siten olla 28 = 256 eri tasoa. Mainitun kolmen värikomponentin erilaisia väriyhdistelmiä löytyy siten yhteensä 256 x 256 x 256 = 16777216 kpl. Em. värijärjestelmästä käytetään usein myös nimitystä 24-bittinen (= 3x8 bittiä) RGB-värijärjestelmä.

...: 25 : ,·. Harmaasävykuvien esittäminen em. 24-bittisen RGB-värijärjestelmän avulla tapahtuu tunnetun tekniikan mukaisesti asettamalla edellä mainitut R, G ja B värikomponentit kaikki keskenään yhtä suuriksi. ‘Tällöin "pikimusta" saa RGB-värikoodauksen mukaisen arvon "0,0,0", '··· 30 "keskiharmaa" on vastaavasti ”128,128,128", ja "lumivalkoinen" on "255,255,255". Koska yksittäisen värikomponentin erottelukyky on vain 8 bittiä ja harmaasävyissä jokaisen värikomponentin arvon on oltava :*’/· keskenään yhtä suuri, voidaan 24-bittisellä RGB-näytöllä esittää tällä • * ”: tavalla vain 256 toisistaan eroavaa harmaasävyä.

Nykyisin käytössä olevien harmaasävykameroiden, kuten esimerkiksi puolijohdetekniikkaan perustuvien CCD-kameroiden (Charged Coupled Device) ja tällä hetkellä ominaisuuksiltaan nopeasti kehittyvien CMOS- . 35 2 110045 kameroiden (Complementary Metal-Oxide-Silicon) harmaasävyjen erottelukyky ylittää monissa tapauksissa edellä mainitut 256 eri tasoa.

Erilaisissa konenäkö- tms. mittaussovelluksissa käytetäänkin nykyisin 5 jo yleisesti mm. 12- tai 16-bittisiä harmaasävykameroita, joiden avulla tuotetuissa ja edelleen sähköisessä muodossa tallennetuissa kuvissa harmaasävyjen määrä on vastaavasti siis esimerkiksi 4096 (212) tai 65536 (216) eri tasoa. Tällöin esimerkiksi 12-bitin erottelukyvyllä kuvatussa kuvassa on 16 kertaa enemmän harmaasävyjä kuin. mitä 24-10 bittisellä RGB-värijärjestelmällä ja ko. järjestelmän mukaisella värinäyttölaitteella voidaan suoraan esittää.

On olemassa myös yli 8-bittisellä, esimerkiksi 10-bittisellä erottelukyvyllä varustettuja värinäyttöjä, sekä myös erityisesti 15 harmaasävykuvien esittämiseen tarkoitettuja 10-bittisiä harmaasävynäyttöjä. Näissäkin näytöissä harmaasävyjen määrä on kuitenkin useissa tapauksissa riittämätön laajan, ts. esimerkiksi yli 10-bittisen harmaasävydynamiikan omaavien kuvien esittämiseen suoraan ilman muunnoksia. Lisäksi em. erikoisnäytöt ovat varsin kalliita ja siten 20 niiden käyttö on varsin rajoittunutta. Pääosa tietokoneisiin yms.

laitteisiin liittyvien näyttölaitteiden kehitystyöstä kohdistuu nykyisin edelleenkin lähinnä näyttöjen pikselimäärän lisäämiseen. Siten laajasti ja yleisesti käytössä olevien näyttöjen ja näyttölaitteiden harmaasävyjen erottelukyvyn ei voida olettaa tulevaisuudessakaan 25 olennaisesti paranevan nykyiseen tilanteeseen verrattuna.

"V Tunnettu tekniikan taso 111«

• I I

*;,/ Seuraavassa selostetaan lyhyesti sellaisia tunnettuja menetelmiä, 30 joiden avulla harmaasävykuva voidaan muuntaa esitettäväksi sellaista värijärjestelmää käyttäen, jonka värijärjestelmän sisältämien harmaasävyjen lukumäärä ei suoraan riitä alkuperäisen kuvan kaikkien harmaasävyjen esittämiseen. Menetelmiä havainnollistetaan ·**’: seuraavassa käyttämällä esimerkkinä 12-bittisen harmaasävykuvan * 35 esittämistä edellä selostettua 24-bittistä RGB-värijärjestelmää käyttäen.

110045 3 1) Harmaasävyjen määrän vähentäminen Tässä menetelmässä 12-bittisen kuvan 4096 harmaasävyjen määrää vähennetään 8-bitin avulla esitettäviin 256 harmaasävyyn. Tämä 5 voidaan aikaansaada esimerkiksi jakamalla 12-bitin järjestelmän mukainen harmaasävyarvo luvulla 16, ja pyöristämällä mainitussa jakolaskussa mahdollisesti syntyvä jakojäännös alaspäin lähimpään kokonaislukuun. Em. yksinkertaisen lineaarisen muunnoksen haittapuolena on luonnollisesti se, että muunnos hävittää, kuvasta 10 informaatiota, koska esimerkiksi 12-bittisen järjestelmän harmaasävyjen ”0” - ”15” esittämiseen käytetään tällöin ainoastaan yhtä 24-bittisen RGB-järjestelmän harmaasävyä ”0,0,0”.

Harmaasävyjen määrää voidaan vähentää myös epälineaarisesti siten, 15 että eri kohdissa 256 harmaasävyn asteikkoa kahden vierekkäisen harmaasävyn ero vastaa eri määrää harmaasävytasoja 4096 harmaasävyn asteikolla. Tällä menetelmällä voidaan kohdentaa useampia harmaasävyjä käytettäväksi kiinnostavalla alueella, mutta myös tässä tapauksessa alkuperäisen kuvan sisältämää informaatiota 20 menetetään.

2) Harmaasävykuvan histogrammin ikkunointi

Harmaasävykuvan histogrammi muodostetaan käymällä läpi kuvan 25 kaikki yksittäiset pikselit ja laskemalla kunkin eri harmaasävyarvon (0- . ... 4095) esiintymisfrekvenssi. Tällöin käytettävissä oleva 256 *Y harmaasävyarvoa voidaan kohdentaa käytettäväksi sille kuvassa esiintyvien harmaasävyjen vastaavan mittaiselle alueelle, joita • · · *· “· harmaasävyjä esiintyy kuvassa eniten, ja joiden voidaan siten olettaa 30 sisältävän todennäköisesti eniten informaatiota.

* ·» Tässä menetelmässä 256 harmaasävyn levyistä "ikkunaa” siis :'' ‘: siirretään sopivalle kohtaa alkuperäistä laajempaa harmaasävyskaalaa, • I t · ·’: ts. esimerkiksi 12-bittisen järjestelmän harmaasävyt ”3000” - ”3255” * . 35 esitetään RGB-järjestelmän harmaasävyinä ”0,0,0” - ”255,255,255”.

Tämän menetelmän ilmeinen haittapuoli on se, että alkuperäiseen ’ 1 kuvaan verrattuna menetetään informaatiota ja lisäksi kaksi eri tavalla · · 4 110045 ikkunoitua harmaasävykuvaa eivät ole enää keskenään kirkkaudeltaan vertailukelpoisia muunnoksen jälkeen.

3) Harmaasävykuvan muuttaminen väärävärikuvaksi 5 Tähän kategoriaan kuuluvissa menetelmissä luovutaan harmaasävykuvan esittämisestä pelkästään harmaasävyjä käyttämällä ja otetaan avuksi värit. Tämä tehdään muodostamalla sopivan värikartan avulla harmaasävykuvasta ns. väärävärikuva. Koska 24-10 bittisen RGB-värijärjestelmän avulla voidaan esittää yli 16 miljoonaa eri I väriä, voidaan tarvittava väärävärikartta muodostaa siten useillakin eri tavoilla. Eräs tunnettu tapa on käyttää ns. jatkuvaa väärävärikarttaa, jossa jokainen alkuperäisen kuvan harmaasävy esitetään omalla selkeästi erilaisella värillään, ts. luodaan esimerkiksi 4096 erilaista 15 värisävyä sisältävä värikartta. Toinen tunnettu tapa on käyttää ns. toistuvaa väärävärikarttaa, jolloin luodaan esimerkiksi 64 erilaista | värisävyä sisältävä värikartta, jolloin tietty sama värisävy toistuu aina 64 harmaasävyn välein.

20 Eräänä konkreettisena esimerkkinä sovelluksesta, jossa tekniikan tason mukaisten muunnosmenetelmien edellä esitetyt rajoitukset tekevät niistä tarkoitukseen huonosti sopivia tai kokonaan soveltumattomia, on lääketieteellisten röntgenkuvien esittäminen normaalilla tietokonenäytöllä. Tätä selostetaan lähemmin seuraavassa.

. 25

;«M

. . Röntgenkuvauksessa ollaan nykyisin siirtymässä kemialliseen filmiin :,Y (röntgenkalvo) perustuvista järjestelmistä CCD-ilmaisimeen perustuviin *«· ·;·: kuvantamisjärjestelmiin. Kuvauksen aikana röntgensäteilylähteestä :.*‘i emittoituva röntgensäteily kulkee tutkittavan kohteen läpi CCD- • I » 30 ilmaisimelle, joka ilmaisin tallentaa kohteen läpi päässeen röntgensäteilyn paikallisen intensiteetin. CCD-ilmaisimelle muodostuu näin harmaasävykuva, jossa säteilyn intensiteetti kuvautuu suoraan :***: kuvan paikalliseksi tummuudeksi. Täten kuvan ne kohdat, jossa

t ( I

.··. röntgensäteily pääsi helpommin kohteen lävitse kuvautuvat tummina, ja *·'. 35 vastaavasti säteilyä voimakkaammin varjostavat kohteet kuvautuvat 1 ‘ vaaleina. Lääketieteellisessä röntgenkuvauksessa käytettävän CCD- ilmaisimen harmaasävyjen erottelukyky on nykyisin yleensä 12 bittiä, ; ‘: joten kuvassa voi siten olla 4096 harmaasävyä.

110045 5

Haluttaessa esittää em. 12-bittinen röntgenkuva tavanomaisella 24-bittistä RGB-värijärjestelmää käyttävällä pöytätietokoneen tms. näytöllä, on käytännössä havaittu että edellä kohdassa 3 esitetyt 5 menetelmät (väärävärikartan käyttö) soveltuvat erittäin huonosti tähän tarkoitukseen. Vaikka väärävärikartan käyttöön perustuvassa muunnoksessa ei periaatteessa menetetä informaatiota, ongelma aiheutuu siitä, että röntgenkuvien perusteella diagnoosin suorittavat radiologit ovat koulutettu, ja he ovat tottuneet tarkastelemaan 10 nimenomaan perinteisen röntgenkalvolle muodostetun harmaasävykuvan kaltaista kuvaa. Siten väärävärikoodatun röntgenkuvan tulkitseminen on käytännössä osoittautunut erittäin vaikeaksi. Jos taas käytetään em. kohtien 1 tai 2 mukaisia menetelmiä, joissa harmaasävykuvan harmaasävyjen määrää vähennetään 15 alkuperäisestä, menetetään samalla myös merkittävästi tärkeää informaatiota alkuperäiseen kuvaan verrattuna. Tämä vaikeuttaa röntgenkuvien tulkintaa ja saattaa pahimmillaan johtaa virheelliseen diagnoosiin.

20 Em. seikoista johtuen CCD-ilmaisimella kuvattu röntgenkuva tulostetaan yleensä edelleen nykyisin tarkempaa tarkastelua ja lopullista diagnoosia varten röntgenkalvolle, ja näyttölaitteen kuvaruudulla tapahtuvaa tarkastelua käytetään lähinnä kuvaustilanteessa varmistamaan itse kuvauksen onnistuminen.

25

Vastaavaa tarvetta laajan harmaasävydynamiikan omaavien kuvien V muuntamiseksi ja esittämiseksi tavanomaista näyttö- tai tulostinlaitetta käyttäen esiintyy myös monissa sovelluksissa. Esimerkkejä näistä I I » ; / annetaan jäljempänä luontevammassa kohtaa tekstiä, jolloin samalla * 30 selostetaan nyt esillä olevalla keksinnöllä näissä sovelluksissa '·,..: saavutettavia etuja.

Keksinnön perusperiaate ia tärkeimpiä etuja ♦ ' . 35 Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada uusi, edellä esitettyjä tekniikan tason mukaisia ratkaisuja parempi menetelmä, jonka avulla digitaalisessa muodossa oleva harmaasävykuva voidaan muuntaa esitettäväksi sellaista tunnettua 6 110045 värijärjestelmää ja värikoodausta käyttäen, jonka värijärjestelmän sisältämien harmaasävyjen lukumäärä ei suoraan riitä alkuperäisen kuvan kaikkien harmaasävyjen esittämiseen. Keksinnön mukaisen muunnoksen toteuttavaa värikarttaa kutsutaan jäljempänä ns. 5 valeharmaaksi värikartaksi ja muunnettua kuvaa vastaavasti valeharmaaksi kuvaksi.

Em. tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen 10 patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön tarkoituksena on edelleen aikaansaada em. menetelmän toteuttava laite. Keksinnön mukaiselle laitteelle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 12 15 tunnusmerkkiosassa.

Keksintö soveltuu käytettäväksi erityisesti sellaisissa sovelluksissa, joissa on tärkeää säilyttää mahdollisimman tarkkaan alkuperäisen harmaasävykuvan informaatiosisältö, mutta mainittua kuvaa ei 20 kuitenkaan kuvan tulkintaan liittyvistä, tai muista syistä haluta muuttaa tekniikan tason mukaiseksi väärävärikuvaksi.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että laajan harmaasävydynamiikan omaavan kuvan esittämiseksi värijärjestelmää

• · I

. . 25 käyttäen laaditaan ns. valeharmaa värikartta. Tässä valeharmaassa "Y värikartassa jokaisen puhtaan harmaasävyn jatkoksi sijoitetaan useita •y\ uusia värillisiä sävyjä siten, että näiden uusien värisävyjen kirkkaus :· ‘ muodostaa olennaisesti tasaisesti nousevan skaalan kahden alkuperäisen puhtaan peräkkäisen harmaasävyn väliin. Uudet värisävyt :...’30 muodostetaan siten, että ne poikkeavat harmaasta ainoastaan niin vähän, että ihmissilmä ei psykofysiologisesti havaitse niitä eri väreinä, vaan näkee nämä valeharmaan värikartan sisältämät sävyt tasaisesti • ’". mustasta valkoiseen etenevinä harmaasävyinä.

' 35 Keksinnön merkittävä etuna edellä esitettyihin tekniikan tason : : mukaisiin ratkaisuihin on se, että valeharmaan värikartan avulla alkuperäiselle kuvalle voidaan suorittaa yksikäsitteinen muunnos, jonka muunnoksen avulla harmaasävykuva voidaan esittää tavanomaisella 7 110045 tietokoneen tms. värinäyttö- tai väritulostinlaitteella siten, että kuva näyttää ihmissilmälle edelleen harmaasävykuvalta. Laadittaessa valeharmaa värikartta siten, että sen sisältämien värisävyjen määrä vastaa tai ylittää alkuperäisen kuvan harmaasävyjen lukumäärän, ei 5 muunnoksessa menetetä kuvan sisältämää informaatiota.

Em. muunnoksen yksikäsitteisyydellä tarkoitetaan tässä yhteydessä sitä, että käytettäessä samaa valeharmaata värikarttaa yksittäisten eri kuvien muuntamiseen, säilyvät mainitut kuvat edelleen keskenään 10 vertailukelpoisina muunnoksen jälkeen. Ts. mikäli kahdesta kuvasta ensimmäinen on ennen muunnosta ’’vaaleampi”, on tilanne edelleen vastaava myös muunnoksen jälkeen.

Edellä selostetut keksinnön edut mahdollistavat sen, että esimerkiksi 15 röntgenkuvaa voidaan tarkastella tietokoneen tavanomaisella näyttölaitteella siten, että radiologi kokee näkemänsä kuvan samankaltaisena kuin perinteisen röntgenkalvolle tuotetun kuvan, mutta huolimatta normaalin värinäytön rajoituksista kuvan sisältämää informaatiota ei kuitenkaan menetetä.

20

Piirustusten Ivhvt kuvaus

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa : 25 kuva 1 havainnollistaa pylväsdiagrammin avulla keksinnön i.i : mukaisen ns. ensimmäisen asteen valeharmaan värikartan värisävyjen kirkkauden muutosta puhtaiden ’•.'•i harmaasävyjen ”0,0,0” ja ”1,1,1” välillä, 30 «* · kuva 2 havainnollistaa kuvaa 1 vastaavalla tavalla ns. toisen »· · asteen valeharmaan värikartan värisävyjen kirkkauden muutosta puhtaiden harmaasävyjen ”0,0,0” ja ”1,1,1” välillä, ·:·’ 35 : kuva 3 havainnollistaa kuvaa 1 vastaavalla tavalla ns. kolmannen ·:·: asteen valeharmaan värikartan värisävyjen kirkkauden 8 110045 muutosta puhtaiden harmaasävyjen ”0,0,0” ja ”1,1,1” välillä, kuva 4 havainnollistaa kuvaa 1 vastaavalla tavalla ns.

5 kahdeksannen asteen valeharmaan värikartan värisävyjen kirkkauden muutosta puhtaiden harmaasävyjen ”0,0,0” ja ”1,1,1” välillä, ja kuva 5 havainnollista keksinnön mukaisen menetelmän 10 toteuttavan laitteiston olennaisia osia.

Keksinnön yksityiskohtainen selitys

Keksintöä selostetaan seuraavassa havainnollistavassa ja ei-15 rajoittavassa tarkoituksessa käyttämällä esimerkkinä lähinnä 24-bittistä RGB-värijärjestelmää varten tehtävää harmaasävykuvan muunnosta.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri suoritusmuodot eivät rajoitu ainoastaan seuraavassa esitettyihin esimerkkeihin, vaan 20 ne voivat vaihdella jäljempänä patenttivaatimuksissa esitettyjen keksinnöllisten piirteiden puitteissa.

Määritelmiä 25 Tiettyä aallonpituutta olevaan, ts. tietyn väriseen valoon voidaan liittää kaksi erilaista arvoa: valon voimakkuus (engl. intensity) ja valon : kirkkaus (engl. brightness). Valon voimakkuus on fysikaalinen, sopivalla mittalaitteella esimerkiksi watteina mitattavissa oleva arvo. ‘•Λ: Valon kirkkaus taas on ihmisen aistihavaintoon liittyvä 30 psykofysiologinen arvo.

Mikäli kahdella eri värisellä valolla, esimerkiksi vihreällä ja sinisellä on .·*·. sama voimakkuus, on tunnettua että värejä katseleva ihminen kokee vihreän valon sinistä kirkkaampana. Tämä johtuu mm. ihmissilmän 35 herkkyyden vaihtelusta valon aallonpituuden funktiona.

On myös tunnettua, että ihminen havaitsee pienen valon kirkkauden .···. muutoksen valon värin pientä muutosta helpommin. Tämä johtuu mm.

9 110045 siitä, että ihmisen silmän verkkokalvolla on huomattavasti suurempi määrä ns. sauvasoluja (n. 120 milj. kpl/verkkokalvo) kuin ns. tappisoluja (n. 7 milj. kpl/verkkokalvo). Herkemmillä sauvasoluilla ei ole värierottelukykyä, kun taas tappisoluja on kolmea eri tyyppiä, joista 5 sininen valo aktivoi parhaiten ensimmäistä tappilajia, vihreä parhaiten toista ja punainen kolmatta lajia. Tämä havaitaan käytännössä esim. siitä, että riittävän hämärässä valaistuksessa ihminen ei pysty enää erottelemaan värejä toisistaan, vaan näkee kaiken erilaisina harmaasävyinä. Tälläisessä tilanteessa näkeminen tapahtuu siis 10 olennaisesti pelkästään sauvasolujen avulla.

Puhtailla harmaasävyillä värin voimakkuus ja kirkkaus ovat aina riippuvaisia toisistaan. Ts. mikäli valon voimakkuutta kasvatetaan niin myös ihmisen havaitsema valon kirkkaus kasvaa samassa suhteessa.

15 Värillisen valon tapauksessa valon sisältämien eri värikomponenttien keskinäisiä suhteita on taas mahdollista muuttaa siten, että valon (esim. watteina) mitattu voimakkuus säilyy vakiona, mutta ihmisen havaitsema valon kirkkaus muuttuu.

20 Tarkastelemalla sitä, miten ihminen kokee eri aallonpituisen valon kirkkauden, on RGB-värijärjestelmän käyttämille punaiselle (R), vihreälle (G) ja siniselle (B) primäärivärikomponentille löydetty ns. kirkkauskertoimet, joiden avulla RGB-värikuva voidaan muuttaa tarvittaessa harmaasävykuvaksi siten, että muunnoksen jälkeen kuva . 25 on mahdollisimman hyvin edelleen tunnistettavissa.

: Mainitut alan kirjallisuudesta yleisesti löydettävissä olevat kertoimet ..ii* ovat :, ‘ · i punaisen kirkkaus KR = 0.299 : ‘ ’ ·· 30 vihreän kirkkaus Kq = 0.587 : : sinisen kirkkaus KB = 0.114 ··. RGB-värikuvan muunnos harmaasävykuvaksi voidaan nyt suorittaa . · · ·. yleisesti tunnetun kaavan (1) avulla.

··/ 35 K = KrR + KgG + KbB (1) 1° 110045

Kaavassa (1) R, G ja B ovat värikuvan tietyn kuva-alkio, ns. pikselin eri värikaistoja R, G ja B vastaavat arvot välillä 0-255, ja K on harmaasävykuvan vastaavan pikselin arvo/kirkkaus. Mikäli alkuperäisessä värikuvassa pikselin RGB-koodattu arvo (”R,G,B”) on 5 esimerkiksi ”200,150,100”, niin harmaasävykuvan pikselin arvoksi/kirkkaudeksi K saadaan kokonaisluvuksi alaspäin pyöristettynä kaavan (1) avulla ”159”.

Koska aikaisemmin tekstissä todetun mukaisesti puhtaissa 10 harmaasävyissä kunkin R, G ja B värikomponentin on oltava keskenään yhtä suuri (esim. keskiharmaa ”128,128,128”), voidaan puhdasta harmaasävyä merkitä siten ”N,N,N” (R=G=B), jossa N 24-bittisessä RGB-värijärjestelmässä on kokonaisluku välillä 0-255.

15 Kun lisäksi havaitaan että kirkkauskertoimille pätee KR + KG + KB = 1, | niin puhtaille harmaasävyille kaava (1) yksinkertaistuu seuraavaan | muotoon kaavaksi (2).

K= (Kr+Kg+Kb)N = N = Kn, (2) 20 missä KN on puhtaan harmaasävyn ”N,N,N” kirkkaus Valeharmaiden värisävyjen luominen . 25 24-bittisen RGB-värijärjestelmän harmaasävyskaalaa, joka sisältää siis 256 eri harmaasävyä välillä ”0,0,0” - ”255,255,255”, laajennetaan nyt keksinnön mukaisesti uusilla valeharmailla värisävyillä seuraavassa selostetulla tavalla.

• · · · 30 Jokaisen kahden alkuperäisen puhtaan ja peräkkäisen RGB-harmaasävyn ”N,N,N” ja "N+1,N+1,N+1" väliin sijoitetaan uusia valeharmaita värisävyjä siten, että näiden uusien valeharmaiden värisävyjen kirkkaus muodostaa olennaisesti tasaisesti nousevan skaalan em. alkuperäisten puhtaiden harmaasävyn väliin.

:·* 35 ' • Edeltävän ”N,N,N” ja seuraavan "N+1,N+1,N+1” puhtaan harmaasävyn

:··*: väliin muodostettavien uusien valeharmaiden värisävyjen kirkkaus KFG

voidaan keksinnön mukaisesti laskea kaavan (3) avulla.

110045 11

Kfg = Kr(N + nR) + Kg(N + nG) + KB(N + nB) (3)

Kaavassa (3) parametrit nR) nG ja nBovat luonnollisia lukuja (0,1,2 ...) ja 5 valeharmaiden värisävyjen muodostamiseksi parametrejä nR, nG ja nB varioidaan siten, että A) Kfg > KN , eli uuden valeharmaan väriarvon kirkkaus KFG on suurempi kuin edeltävän puhtaan harmaasävyn ”N,N,N”.kirkkaus 10 Kn, ja B) Kfg < KN+1, eli uuden valeharmaan väriarvon kirkkaus KFG on pienempi kuin seuraavan puhtaan harmaasävyn ”N+1,N+1,N+1” kirkkaus KN+1.

15

Ehto A) toteutuu kun vähintään yksi parametreistä nR, nG ja nB saa nollasta eroavan arvon. Ehdosta B) johtuen parametrit nR, nG ja nB voivat kukin saada vain tietyn maksimiarvon, joka määräytyy seuraavassa ehdoissa C-E esitetyllä tavalla.

20

Koska 24-bittisessä RGB-värijärjestelmässä edeltävän ”N,N,N” ja seuraavan ”Ν+1,Ν+1,Ν+1” puhtaan harmaasävyn välinen kirkkausero KN+1 - KN on kaavan (2) mukaisesti aina ykkösen suuruinen, siitä aiheutuvat ehdot 25 : C) KR nR < 1, ja koska KR = 0.299, niin nR voi saada :.! ! kokonaislukuansa väliltä 0-3 • * · · D) KG nG < 1, ja koska KG= 0.587, niin nG voi saada :": 30 kokonaislukuansa väliltä 0-1, ja •«* E) KB nB < 1, ja koska KG= 0.114, niin nB voi saada • ·. kokonaislukuansa väliltä 0-8.

··.·* 35 Vertaamalla kaavaa (3) kaavaan (1) havaitaan, että keksinnön mukaisesti RGB-värijärjestelmän eri värikomponentteja ”R,G,B" ·:·: vastaavat ”(N + nR),(N + nG),(N + nB)” muodostetaan siis varioimalla /:·. parametrejä nR, nG ja nB edellä esitettyjen ehtojen A-E mukaisesti.

12 1 10045 Käymällä lävitse parametrien nR, nG ja nB ehtojen A-E sallimat kaikki variaatiot havaitaan, että 24-bittisessä RGB-värijärjestelmässä em. ehtojen mukaisia valeharmaita väriarvoja mahtuu peräkkäisten puhtaiden harmaasävyjen ”N,N,N” ja "Ν+1.Ν+1.Ν+Γ väliin aina 25 kpl 5 poislukien kuitenkin viimeiset 8 puhdasta harmaasävyä alkaen harmaasävystä ”248,248,248”, joiden kohdalla parametrien nR, nG ja nB maksimiarvoa rajoittaa em. ehtojen C-E lisäksi se, että valeharmaan värisävyn R, G ja B komponentit (joita kaavassa (3) vastaavat termit Kr(N + nR), Kg(N + nG) sekä KB(N + nB)) voivat 8-bittisen järjestelmän 10 mukaisesti saada kukin korkeintaan arvon 255. Ts. esimerkiksi harmaasävyn ”253,253,253” kohdalla voivat parametrit nR, nG ja nB saada kukin vain maksimiarvon 2, vaikka nR ja nB voisivat ehtojen C ja E mukaisesti saada muutoin myös tätä suurempia arvoja.

15 Taulukossa 1 on keksinnön mukaisen menetelmän havainnollistamiseksi laskettu puhtaiden harmaasävyjen ”0,0,0” ja ”1,1,1” mahtuvat valeharmaat värisävyt ja niitä vastaavat kirkkaudet siten, että muodostetut valeharmaat värisävyt on järjestetty niiden kirkkauden mukaisesti nousevaan järjestykseen. Taulukossa 2 on 20 vastaavasti esitetty puhtaiden harmaasävyjen ”254,254,254” ja ”255,255,255” väliin mahtuvat valeharmaat värisävyt.

Alan ammattimiehelle on selvää, että täydellisen keksinnön mukaisen valeharmaan värikartan muodostamiseksi muut valeharmaan värisävyt 25 taulukoissa 1 ja 2 esitettyjen lisäksi voidaan yksikäsitteisesti muodostaa edellä esitetyn selityksen mukaisesti kaavan (3) ja ehtojen : A-E avulla. Kaikkien valeharmaan värikartan värisävyjen esittämistä taulukkojen muodossa ei siten ole katsottu tässä yhteydessä tarpeelliseksi.

0 30

Keksinnön mukaista menetelmää käyttäen 24-bittisellä RGB-värijärjestelmällä voidaan esittää maksimissaan yhteensä 6578 kpl toisistaan eroavia harmaasävyjä (ns. täydellinen 24-bittinen : valeharmaa värikartta), joista 256 kpl on alkuperäisiä puhtaita : * ’ 35 harmaasävyjä ja 6322 kpl valeharmaasävyjä.

» · t »·»* • · · 1 ( * · · 13 1 10045 L ”R,G,B” Kr(N + nR) KG(N + nG) KB(N + nB) Kra T~ "0,0,0’’ 0 O Ö 0 2 ”0,0, Γ 0_0_0.114 0,114 3 ”0,0,2” 0_0_ 0.228 0.228 4 ”1,0,0” 0.299 0_0_0.299 5 ”0,0,3’’ 0_0_ 0.342 0,342 6 ”1,0,1" 0.299 0_0.114 0,413 7 ”0,0,4” 0_0_ 0.456 0.456 8 ”1,0,2” 0.299 0_ 0.228 0.527 9 ”0,0,5” 0_0_ 0.57 0.57 10 "0,1,0” 0_ 0.587 0_ 0,587 11 ”2,0,0” 0.598 0_0_0,598 12 ”1,0,3” 0.299 0_ 0.342 0,641 13 "0,0,6” 0_0_ 0.684 0,684 14 ”0,1,1’’ 0_ 0.587 0.114 0.701 15 ”2,0,1” 0,598 0_ 0.114 0.712 16 ”1,0,4” 0.299 0_ 0.456 0.755 17 ”0,0,7” 0_0_ 0.798 0,798 18 ’’0,1,2’’ 0_ 0.587 0,228 0,815 19 "2,0,2” 0.598 0_ 0.228 0,826 20 ”1,0,5” 0.299 0_ 0.57 0,869 21 ”1,1,0" 0,299 0.587 0_0.886 22 ”3,0,0” 0.897 0_0_0.897 23 ”0,0,8” 0_0_ 0.912 0,912 24 ”0,1,3” 0_ 0.587 0.342 0,929 25 ”2,0,3” 0.598 0_ 0.342 0,94 26 ”1,0,6” 0.299 0_ 0.684 0.983

27 ”1,1,1” 10.299 0.587 0.114 M

Taulukko 1. Puhtaiden harmaasävyjen ”0,0,0” ja ”1,1,1” väliin :··: mahtuvat 25 valeharmaata värisävyä (N = 0). Sarakkeessa 1 on ; 5 värisävyn järjestysnumero L. Sarakkeissa 3-5 on kaavan (3) mukaisesti esitetty RGB-komponenttien voimakkuus ja sarakkeessa 6 vastaava ,·!*: värien yhteiskirkkaus KFG- • · • · ·

L ”R,G,B” Kr(N + nB) KG(N + nG) KB(N + nB) KFG

t · · • * 6571 ”254,254,254” 75.946 149,098 28.956 254 ~~ 6572 ”254.254.255" 75.946 149.098 29.07 254.114 • t . 6573 ”255.254.254” 76.245 149.098 28.956 254.299 \’’i 6574 ”255,254,255” 76.245 149.098 29.07 254.413 6575 ’’254.255.254’’ 75.946 149.685 28.956 254.587 ·;·’ 6576 ”254.255,255” 75.946 149.685 29.07 254.701 6577 ”255.255,254” 76.245 149.685 28.956 254.886 6578 ”255,255,255” 76.245 149.685 29.07 255 • · » · « -:--:10 Taulukko 2. Puhtaiden harmaasävyjen ”254,254,254” ja ”255,255,255” väliin mahtuvat valeharmaat värisävyt (N = 254) esitettynä taulukkoa 1 vastaavalla tavalla.

14 1 10045

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksintöä voidaan soveltaa myös esimerkiksi 30-bittisiin (3x10-bittisiin) RGB-värijärjestelmiin. Tällöin voidaan vastaavasti esittää maksimissaan yhteensä 25779 kpl toisistaan eroavia harmaasävyjä (ns. täydellinen 30-bittinen 5 valeharmaa värikartta), joista 1024 kpl on alkuperäisiä puhtaita harmaasävyjä ja 24755 kpl valeharmaasävyjä.

Alkuperäisen harmaasävyn muuttaminen valeharmaaksi värisävyksi tapahtuu seuraavassa havainnollistetulla tavalla.

10

Olkoon esimerkiksi 12-bitin erottelukyvyllä (212 = 4096 harmaasävytasoa, arvot O - 4095) kuvatussa alkuperäisessä harmaasävykuvassa erään pikselin harmaasävyarvo on 3456. Tämä pikselin arvo halutaan esittää 24-bittisellä RGB-värijärjestelmällä, jolloin 15 keksinnön mukainen täydellinen valeharmaa värikartta sisältää 6578 eri värisävyä (L= 1-6578, kts. taulukko 1 ja 2). Tällöin haluttaessa käyttää em. valeharmaan värikartan koko 6578 eri sävyn skaala hyväksi haetaan valeharmaasta värikartasta arvo, jonka järjestysnumero valeharmaan värikartan alusta laskien on L = 20 I (3456/4096)*6578 I = 5550. Tässä esimerkissä kyseinen L:n arvo vastaa 24-bittisen täydellisen valeharmaan värikartan RGB-koodattua värisävyä ”213,213,219”.

Muunnoksen suorittamiseksi em. tavalla on valeharmaa värikartta . 25 laadittava kokonaisuudessaan, jotta värikartasta voidaan hakea * · · · järjestysnumeroltaan L oikea sävy. Muunnos voidaan suorittaa kuitenkin myös siten, että valeharmaata värikarttaa ei tarvitse muunnosta varten laatia kokonaisuudessaan etukäteen. Tämä * · :. i menetelmä selostetaan lyhyesti seuraavassa.

O 30 : Taulukossa 3 on esitetty ns. lyhyt aputaulukko, joka sisältää parametrien nR, nG ja nB ehtojen A-E mukaiset variaatiot järjestettynä vastaavan ”R,G,B” sävyn kirkkauden mukaisesti nousevaan ,···. järjestykseen. Täydellisessä 24-bittiseen RGB-järjestelmään 35 pohjautuvassa keksinnön mukaisessa valeharmaassa värikartassa : jokaisen puhtaan harmaasävyn (poislukien viimeiset 8 puhdasta harmaasävyä alkaen harmaasävystä ”248,248,248”) jatkoksi on siis » I · » » · is 110045 muodostettu 25 kpl värisävyjä, joiden kohdalla parametrit nR, nG ja nB muuttuvat taulukon 3 esittämällä tavalla.

S ”R,G,B” nR nG Πβ T~ "0,0,1" ö~~ö~T~ 2 "0,0,2” 0 0 2 3 ”1,0,0” 1 0 0 4 ”0,0,3” 0 0 3 5 ”1,0,1” 1 0 1 6 "0,0,4” 0 0 4 7 "1,0,2” 1 0 2 8 "0,0,5" 0 0 5 9 ’’0,1,0” 0 1 0 10 ”2,0,0” 2 0 0 11 "1,0,3" 1 0 3 12 ”0,0,6” 0 0 6 13 ”0,1,1” 0 1 1 14 "2,0,1" 2 0 1 15 ”1,0,4" 1 0 4 16 "0,0,7" 0 0 7 17 ”0,1,2" 0 1 2 18 "2,0,2” 2 0 2 19 ”1,0,5” 1 0 5 20 ”1,1,0’’ 1 1 0 21 "3,0,0’’ 3 0 0 22 "0,0,8” 0 0 8 23 ”0,1,3” 0 1 3 24 ”2,0,3” 2 0 3 251 ”1,0,6’’ 11 jo 6 5 Taulukko 3. Parametrien nR, nG ja nB ehtojen A-E mukaiset variaatiot järjestettynä vastaavan ”R,G,B” sävyn kirkkauden mukaisesti nousevaan järjestykseen.

* « * • i Näin ollen yksittäisen puhtaan harmaasävyn ja sitä seuraavien 10 valeharmaasävyjen ’’yhteispituus” käsittää 26 värisävyä. Tällöin mikäli edellä esitetyn esimerkin mukaisesti alkuperäisessä , harmaasävykuvassa erään pikselin harmaasävyarvo on 3456, niin .*·. haluttaessa käyttää em. 24-bittisen valeharmaan värikartan koko koko

6578 eri sävyn skaala hyväksi haetaan valeharmaasta värikartasta ... 15 arvo, jonka järjestysnumero valeharmaan värikartan alusta laskien on L

= I (3456/4096)*6578 |= 5550. Järjestysnumeroltaan L = 5550 vastaavaa sävyä lähimmäksi puhtaaksi harmaasävyksi saadaan nyt ·:··: 15550/26 |= 213, eli ”213,213,213” (N=213). Tähän lisätään ·:··: ’’jakojäännös” 5550 - (26 * 213) = 12. Hakemalla nyt taulukosta 3 rivi * * • * ie 1 10045 12 (S=12) saadaan ”0,0,6”. Yhdistämällä ”213,213,213” ja ”0,0,6” saadaan ”213,213,219”.

Käytettäessä taulukossa 3 esitettyä aputaulukkoa voidaan viimeistä 8 5 puhdasta harmaasävyä ja niihin liittyviä valeharmaasävyjä lukuunottamatta keksinnön mukainen muunnos suorittaa ilman täydellisen valeharmaan värikartan muodostamista.

Muunnokset värijärjestelmien välillä 10

Koska keksinnön mukaista menetelmää käyttäen laadittu valeharmaa I värikartta käyttää RGB-värijärjestelmän mukaista (3x8-bitin tai 3x10- bitin) koodausta, on selvää että valeharmaa värikartta on siten helposti muunnettavissa myös muille tunnetuille värijärjestelmille sinänsä 15 tunnettuja muunnosmenetelmiä hyväksi käyttäen.

Eräs tälläinen värijärjestelmä on esimerkiksi televisiotekniikassa käytetty YIQ-värijärjestelmä (luminance-inphase-quadrature), jossa Y komponentti kuvaa värin kirkkautta, ja I ja Q komponentit sisältävät 20 värisävyä sekä myös kirkkautta koskevaa tietoa. Alan kirjallisuudesta löytyy kaavassa (4) esitetty muunnosmatriisi RGB-värijärjestelmän ja YIQ-värijärjestelmän välille.

Ύ] Γθ.299 0.587 0.114 Tä' I = 0.596 -0.275 -0.321 G (4)

7 [öj (0.212 -0.523 0.311 J|_B

t « » » i

Kaavasta (4) nähdään, että YIQ-järjestelmän parametri Y = 0.299R + ·,'! 0.587G + 0.114B, eli Y vastaa värin kirkkautta kaavan (1) mukaisesti.

C: 30 RGB-värijärjestelmän mukaista koodausta käyttävä valeharmaa värikartta voidaan siis muuntaa YIQ-värijärjestelmän mukaiseksi värikartaksi sijoittamalla kutakin valeharmaata värisävyä ”R,G,B” vastaavat R, G ja B arvot kaavaan (4), jolloin tuloksena saadaan ‘ 35 kyseisen värisävyn YIQ-värijärjestelmän mukaiset arvot Y, I ja Q.

i Vastaavalle tavalla keksinnön mukainen valeharmaan värikartan RGB- j·, koodausta käyttävät värit ovat sinänsä tunnettuja muunnosmenetelmiä » > » J » » 17 110045 käyttäen muunnettavissa myös painotekniikassa ja tulostinlaitteissa käytettäville värijärjestelmille.

Eräs tälläinen värijärjestelmä on ns. CMY-värijärjestelmä (Cyan, 5 Magenta, Yellow). Tulostinlaitteissa käytettävät värijärjestelmät, kuten esimerkiksi em. CMY-värijärjestelmä, poikkeavat näyttölaitteissa käytettävistä värijärjestelmistä periaatteellisesti siten, että värisävyjen muodostus primääriväreistä tapahtuu ns. vähennysperiaatteen mukaisesti (subtractive primary colours), kun taas esimerkiksi. RGB- ja 10 YIQ-värijärjestelmissä värisävyt muodostetaan pääväreistä summaamalla (additive primary colours).

Alan kirjallisuudesta löytyy kaavassa (5) esitetty muunnosmatriisi 24-bittisen RGB-värijärjestelmän ja CMY-värijärjestelmän välille.

15 "Cl Γ255 — /?" M = 255-G (5)

Y J |_255 - B

20 Kaavasta (5) nähdään, että CMY-värijärjestelmä on ’’käänteinen” RGB-värijärjestelmään nähden, ts. 24-bittisen RGB-värijärjestelmän kirkkainta sävyä ”255,255,255” vastaa CMY-värijärjestelmässä sävy ”0,0,0”, ja vastaavasti RGB-järjestelmän tumminta sävyä (mustaa) ”0,0,0” vastaa CMY-värijärjestelmässä ”255,255,255”.

25 RGB-värijärjestelmän mukaista koodausta käyttävä valeharmaa ; .· värikartta voidaan siis muuntaa CMY-värijärjestelmän mukaiseksi "V värikartaksi sijoittamalla kutakin valeharmaata värisävyä ”R,G,B” vastaavat R, G ja B arvot kaavaan (5), jolloin tuloksena saadaan ’;..: 30 kyseisen värisävyn CMY-värijärjestelmän mukaiset arvot C, M ja Y.

• · '· · · ·: Valeharmaan värikartan sisältämien sävyjen määrä

Koska kaikissa sovelluksissa ei ole tarpeen muodostaa ·”]: 35 maksimimäärää valeharmaan sävyjä alkuperäisen värijärjestelmän puhtaiden harmaasävyjen väliin (ts. täydellistä valeharmaata . värikarttaa), voidaan muodostettavien valeharmaan sävyjen määrään, > * · is 110045 ja siten valeharmaan värikartan sisältämien eri sävyjen kokonaismäärään vaikuttaa seuraavassa esitetyllä tavalla.

Sen sijaan, että kaavassa (3) parametrien nR, nG ja nB annetaan 5 vaihdella mahdollisimman laajoissa rajoissa ehtojen C-E mukaisesti, voidaan em. parametrien vaihtelu rajoittaa esimerkiksi siten, että kunkin parametrin nR, nG ja nB maksimivaihtelu on esimerkiksi ”+1”. Taulukossa 4 on esitetty em. tavalla puhtaiden RGB-värijärjestelmän harmaasävyjen ”0,0,0” ja ”1,1,1” väliin muodostuvat kuusi valeharmaan 10 sävyä. Jäljempänä tällä tavalla muodostettua valeharmaata värikarttaa kutsutaan ns. 1. asteen valeharmaaksi värikartaksi, ts.

muodostettaessa edeltävän ”N,N,N” ja seuraavan ”N+1,N+1,N+1” puhtaan harmaasävyn väliin valeharmaan sävyjä sallitaan parametrien nR, nG ja nB maksivaihteluksi ”+1”.

15

^R,G,B” Kr(N + nR) Kg(N + nG) KB(N + nB) KFG

”0,0,0” o o ö~ ö "0,0,1” 0_0_0.114 0.114 ”1,0,0" 0.299 0_0_0.299 ”1,0,1” 0.299 0_0.114 0.413 ”0,1,0” 0_ 0.587 0_0.587 ”0,1,1” 0_ 0.587 0.114 0.701 "1,1,0” 0.299 0.587 0_0.886 ~’1,1,1” 10.299 0.587 0.114 |1

Taulukko 4. Puhtaiden harmaasävyjen ”0,0,0” ja ”1,1,1” väliin : : mahtuvat valeharmaat värisävyt (N = 0) esitettynä taulukkoa 1 : vastaavalla tavalla silloin kun parametrien nR, nG ja nB maksivaihteluksi ..:j*20 sallitaan ”+1”.

• * · • » I • *

Vastaavalla tavalla voidaan 24-bittisessä RGB-järjestelmässä »· · .···. muodostaa 2.-8. asteen valeharmaat värikartat. Esimerkiksi 2. asteen • * valeharmaata värikarttaa muodostettaessa parametrien nR, nG ja nB 25 kunkin parametrin maksimivaihteluksi sallitaan ”+2”.

* t • · ·

Taulukossa 1 esitetyt värisävyt vastaavat keksinnön mukaisen 8. asteen valeharmaan RGB-koodausta käyttävän värikartan puhtaiden •: * ·: harmaasävyjen ”0,0,0” ja ”1,1,1 ” väliin mahtuvia värisävyjä.

30

• a I

* * * 19 1 10045

Kuvissa 1-4 on havainnollistettu pylväsdiagrammien avulla keksinnön mukaisen ensimmäisen (kuva 1), toisen (kuva 2), kolmannen (kuva 3) ja kahdeksannen (kuva 4) asteen RGB-koodatun valeharmaan värikartan värisävyjen kirkkauden muutosta puhtaiden harmaasävyjen 5 ”0,0,0” ja ”1,1,1” välillä. Kuvien 1-4 x-akselilla harmaasävy ”0,0,0” on akselin vasemmassa reunassa ja vastaavasti harmaasävy ”1,1,1” akselin oikeassa reunassa. Kuvien 1-4 y-akseli ilmaisee kirkkautta (KFg). joka harmaasävylle ”0,0,0” on nolla ja harmaasävylle ”1,1,1” vastaavasti yksi. Kunkin pylvään eri tavoin viivoitetut osat ilmaisevat R, 10 G ja B primäärivärikomponenttien suhteellisia osuuksia, jotka harmaasävyllä ”1,1,1” vastaavat suoraan kerrointen KR = 0.299, Kq = 0.587 ja KB = 0.114 suhteita.

24-bittinen 1. asteen valeharmaa värikartta sisältää yhteensä 1786 15 toisistaan eroavaa sävyä, 2. asteen valeharmaa värikartta vastaavasti 3310 toisistaan eroavaa sävyä, 3. asteen valeharmaa värikartta vastaavasti 4575 toisistaan eroavaa sävyä, ja 8. asteen (täydellinen) valeharmaa värikartta vastaavasti aikaisemmin mainitut 6578 toisistaan eroavaa sävyä.

20

Alan ammattimiehelle on luonnollisesti selvää, että täydellisestä keksinnön mukaisesta valeharmaasta värikartasta voidaan valita käsillä olevaa sovellusta ajatellen sopiva määrä harmaasävyjä myös muilla kuin edellä selostetulla tavalla. Edullisesti uusi, alkuperäistä täydellistä "V25 valeharmaata värikarttaa vähemmän värisävyjä sisältävä valeharmaa värikartta muodostetaan kuitenkin siten, että peräkkäisten värisävyjen » * · kirkkaus nousee mahdollisimman tasaisesti.

* · · • · • ·

« » I

:; Menetelmän toteutta va laite 30

Kuvassa 5 on havainnollistettu keksinnön mukaisen menetelmän •‘"i toteuttavan laitteen D olennaisia osia. Laite D käsittää suorittimen MPU ja suorittimeen toiminnallisesti yhdistetyn muistin MEM. Laite D on lisäksi edullisesti yhdistetty värinäyttölaitteeseen M ja/tai ‘•:‘‘35 väritulostinlaitteeseen P, ja käsittää edullisesti myös käyttöliittymän UI. Suoritin MPU on edullisesti mikroprosessori, mikrokontrolleri tai digitaalinen signaalinkäsittely-yksikkö (DSP, Digital Signal Processor).

j j 2o 110045

Muisti MEM käsittää edullisesti pysyvää muistia (non-volatile memory) sekä ei-pysyvää käyttömuistia (volatile memory).

Laite D voi olla esimerkiksi tietokone, kuten pöytätietokone tai 5 kannettava tietokone, tai laite D voi olla myös joku muu tietojenkäsittelyyn soveltuva laitteisto. Edelleen laite D voi olla myös tietokonelaitteistoon liitetty näytönohjausyksikkö, esimerkiksi PC-tietokoneen näytönohjauskortti, tai vastaavasti tietokonelaitteistoon tai väritulostinlaitteeseen P sijoitettu tulostuksen/tulostimen ohjausyksikkö.

10

Edullisesti laite D käsittää muistiin MEM sijoitetun ohjelman, jolla ohjelmalla suoritinta MPU ohjataan suorittamaan muistiin MEM sijoitetun digitaalisessa muodossa, edullisesti ns. bitmap-kuvana olevan harmaasävykuvan keksinnön mukainen muunnos. Tämä 15 muunnos voidaan suorittaa siten, että mainitun ohjelman avulla valeharmaa värikartta muodostetaan väliaikaisesti käyttömuistiin muunnoksen suorittamisen ajaksi, tai valeharmaa värikartta voi olla myös valmiiksi tallennettuna laitteen D pysyvään muistiin, jolloin ohjelma suorittaa muunnoksen käyttäen pysyvään muistiin tallennettua 20 valeharmaata värikarttaa taulukon (Look Up Table) tapaan.

Muunnoksen tuloksena harmaasävykuvasta saatu digitaalisessa muodossa oleva ns. valeharmaa kuva voidaan tallettaa laitteen D muistiin MEM käyttäen hyväksi joko pysyvää muistia tai väliaikaista 25 muistia. Laitteen D ollessa esimerkiksi PC-tietokone, voidaan ;··· valeharmaa kuva tallettaa esimerkiksi kovalevylle tai RAM- .·. käyttömuistiin. Valeharmaa kuva voidaan tilanteesta riippuen, ja esimerkiksi käyttäjän käyttöliittymän UI avulla antamien komentojen mukaisesti ohjata joko välittömästi muunnoksen jälkeen tai 30 myöhemmin värinäyttölaitteelle M ja/tai väritulostinlaitteelle P.

‘ Värinäyttölaite M voi olla tunnetun värijärjestelmän mukainen digitaalinen tai analoginen tietokonemonitori tai videomonitori, tai muu värinäyttölaite, joka voidaan yhdistää laitteeseen D. Väritulostinlaite P 35 voi olla esimerkiksi värimustesuihku- tai värilasertulostin. On myös mahdollista, että värinäyttölaite M ja/tai väritulostinlaite P eivät ole . suoraan liitetty laitteeseen D, vaan laite D välittää digitaalisessa 21 1 10045 muodossa olevan valeharmaan kuvan edelleen jollekin toiselle laitteelle, johon on mainitut näyttö- ja tulostinlaitteet on liitetty.

Alkuperäisen digitaalisessa muodossa olevan harmaasävykuvan 5 tuottava laite, esimerkiksi CCD-kamera voi olla suoraan liitettynä laitteeseen D. On myös mahdollista, että harmaasävykuva siirretään laitteeseen D esimerkiksi toisesta tietokoneesta tai tietojärjestelmästä käyttäen langallista tai langatonta tiedonsiirtoyhteyttä. Em. mainittu tiedonsiirto voi tapahtua käyttäen esimerkiksi Internet-verkkoa.tai myös 10 siirrettävää/kannettavaa tallennusmediaa, kuten esimerkiksi magneettisesti ja/tai optisesti kirjoitettavaa/luettavaa levykettä/levyä. Vastaavasti laitteessa D suoritetun muunnoksen tuloksena syntynyt valeharmaa kuva voidaan siirtää muualle käyttäen em.

tiedonsiirtotapoja.

15

Keksinnön sovellusesimerkkejä

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön mukaisella menetelmällä laadittua valeharmaata värikarttaa voidaan käyttää 20 olennaisesti harmaasävyisenä esitettävän kuvan laadun parantamiseen kaikissa sellaisissa sovelluksissa, joissa laajan harmaasävydynamiikan omaavaa kuvaa esitetään sellaista värijärjestelmää käyttäen, jonka mainitun värijärjestelmän sisältämien harmaasävyjen määrä ei suoraan riitä alkuperäisen kuvan kaikkien 25 harmaasävyjen esittämiseen.

Kuvan esittäminen voi tapahtua siten esimerkiksi RGB- tai ΥΙΟΥ värijärjestelmää käyttävän näyttölaitteen, kuten tietokoneen monitorin avulla, tai myös esimerkiksi CMY-värijärjestelmää käyttävän '· 30 tulostinlaitteen avulla. Näyttölaite voi olla myös esimerkiksi väritelevisio, värikuvaa heijastava kuvaprojektori, päähän tai kypärään :...; kiinnitettävä värinäyttö (Head Mounted Display) tai ns. virtuaalikypärä.

·. ': Kuvan esittäminen voi tapahtua myös mitä tahansa muuta sellaista 35 näyttö- tai tulostinlaitetta käyttäen, jonka näyttö- tai tulostinlaitteen käyttämän värijärjestelmän ja keksinnön selityksessä mainittujen värijärjestelmien (esim. RGB-värijärjestelmä) välillä on olemassa sinänsä tunnettuja muunnosmenetelmiä.

I · 22 1 10045

Keksintö soveltuu erityisesti lääketieteellisten tai muiden sähköisesti tallennettujen röntgenkuvien esittämiseen esim. normaalin PC-tietokoneen värimonitorilla.

5 Vastaavaa tarvetta laajan harmaasävydynamiikan omaavien kuvien muuntamiseksi tavanomaisella värinäyttölaitteelle tai väritulostimelle sopivaksi esiintyy myös monissa muissakin kuvattavissa mittaus- ja tutkimusmenetelmissä. Koska puolijohdetekniikkaan perustuvilla harmaasävykameroilla, kuten esimerkiksi CCD-kameroilla, saavutetaan 10 tyypillisesti vastaavia värikameroita parempi herkkyys ja usein lisäksi myös parempi pikseliresoluutio, käytetään yli 8-bitin erottelukyvyn omaavia harmaasävykameroita mm. tästä syystä laajasti erilaisissa sovelluksissa.

15 Lääketieteellisen käytön lisäksi CCD-ilmaisimen avulla suoritettavaa röntgenkuvausta voidaan käyttää myös teollisuudessa rakenteiden, j komponenttien, hitsaussaumojen tms. laadunvalvonnassa.

Tähtitieteessä käytetään suuren dynamiikan ja hyvän herkkyyden 20 omaavia harmaasävykameroita havaitsemaan heikosti valoa emittoivia kohteita kirkkaampien kohteiden välittömässä läheisyydessä. Vastaava tilanne esiintyy myös esimerkiksi erilaisten palamisprosessien kuvantavan diagnostiikan yhteydessä, jossa tyypillisesti osalla kuva-alaa esiintyy erittäin kirkas kohde, mutta myös himmeämmillä alueilla 25 esiintyvät ilmiöt, kuten esimerkiksi vielä syttymätön polttoaine pitää ..: pystyä havaitsemaan samasta yksittäisestä kuvasta.

Edellä esitettyjen sovellusten lisäksi esimerkkejä laitteista ja sovelluksista, jotka tuottavat tyypillisesti yli 28 harmaasävytasoa 30 sisältäviä kuvia ja joiden kuvien tarkasteluun olennaisesti harmaasävyisinä kuvina keksinnön mukainen menetelmä tekniikan :: tasoa paremmin soveltuu, ovat mm.

C.!: — erikoiskamerat kuten esim. infrapunakamera (lämpökamera), 35 ultraviolettikamera, alphahiukkaskamera, beetahiukkaskamera tai /i>; gammakamera, . — mikroskooppilaitteet kuten esim. elektronimikroskooppi tai tunnelointimikroskooppi, 1 % » i · 23 1 10 0 4 5 — tutkalaitteet kuten esim. radiotaajuustutka (RADAR) tai lasertutka (LIDAR), — lääketieteelliset laitteet kuten esim. ultraäänikuvauslaite, magneettiresonanssikuvauslaite tai positroniemissiokuvauslaite 5 — militäärikuvauslaitteet, esimerkiksi ei-näkyvillä aallonpituuksilla kuvaavat erikoiskamerat

On luonnollisesti selvää, että keksinnön mukaista valeharmaata värikarttaa voidaan tarvittaessa käyttää myös muiden tekniikan tasosta 10 tunnettujen menetelmien kanssa yhdessä. Esimerkiksi 216 harmaasävyä sisältävä kuva voidaan aiemmin selostetun histogrammin ikkunoinnin avulla muuttaa ensin esimerkiksi 210 harmaasävyä sisältäväksi kuvaksi, joka kuva tämän jälkeen muunnetaan keksinnön mukaisen valeharmaan värikartan avulla näyttö- tai tulostinlaitteella 15 esitettäväksi.

* I

Claims (17)

110045 24

1. Menetelmä digitaalisessa muodossa olevan harmaasävykuvan muuntamiseksi tunnettua värijärjestelmää ja värikoodausta käyttävää 5 näyttö- tai tulostinlaitetta (M,P) varten, jonka mainitun värijärjestelmän mukaisen värikartan sisältämien puhtaiden harmaasävyjen lukumäärä on pienempi kuin mainitun harmaasävykuvan sisältämien harmaasävyjen määrä, tunnettu siitä, että harmaasävyjen määrän lisäämiseksi 10 — muodostetaan mainitun tunnetun värikartan jokaisen kahden alkuperäisen ja peräkkäisen puhtaan harmaasävyn väliin yksi tai useampia uusia värillisiä valeharmaita, mainitun värijärjestelmän mukaista värikoodausta käyttäviä värisävyjä siten, että | 15 — mainittujen valeharmaiden värisävyjen kirkkaus muodostaa olennaisesti tasaisesti nousevan skaalan mainittujen kahden alkuperäisen puhtaan harmaasävyn väliin, ja että — mainitut valeharmaat värisävyt poikkeavat ihmissilmälle harmaasta olennaisesti vain kirkkaudeltaan, 20 jotka mainitut valeharmaat värisävyt muodostavat siten yhdessä alkuperäisten puhtaiden harmaasävyjen kanssa valeharmaan värikartan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että •i mainittu värijärjestelmä on M-bittinen RGB-värijärjestelmä, joka sisältää .·. 2M alkuperäistä puhdasta harmaasävyä "N,N,N”, missä N voi saada kokonaislukuansa välillä 0 - (2M-1), ja mainitun valeharmaan \ värikartan muodostamiseksi muodostetaan uusia valeharmaita . ’: 30 värisävyjen ”N + nR, N + nG, N + nB” siten, että : — käydään lävitse parametrien N, nR, nGja nB kaikki permutaatiot, joissa , : N voi saada kokonaislukuansa väliltä 0 - (2M-2), ‘ |: 35 nR voi saada kokonaislukuansa väliltä 0-3, nG voi saada kokonaislukuansa väliltä 0-1, . nB voi saada kokonaislukuansa väliltä 0-8, ja » · 25 1 10045 — määritetään kunkin näin muodostetun valeharmaan värisävyn ”N + nR, N + nG, N + nB” kirkkaus KFG kaavalla KFG = Kr(N + nR) + Kg(N + nG) + KB(N + nB) 5 missä KR = 0.299, KG = 0.587 ja KB = 0.114, ja — järjestetään muodostetut valeharmaat värisävyt ”N + nR, N + nG, N + nB” sekä alkuperäiset puhtaat harmaasävyt ”N,N,N” niiden 10 kirkkauden mukaiseen nousevaan järjestykseen.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun kahden alkuperäisen RGB-harmaasävyn "N,N,N” ja ”N+1,N+1,N+1” väliin muodostettavan valeharmaan RGB-värisävyn ”N 15. nR, N + nG, N + nB” muodostamiseksi parametrien nR, nG ja nB arvojen vaihtelua rajoitetaan valeharmaan värikartan sisältämien harmaasävyjen kokonaismäärän rajoittamiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että mainittu värijärjestelmä on 24-bittinen (3x8-bittinen) RGB- värijärjestelmä, joka sisältää 28 alkuperäistä puhdasta harmaasävyä, jolloin mainittu valeharmaa värikartta sisältää maksimissaan 6578 kpl toisistaan eroavia harmaasävyjä välillä ”0,0,0” ja ”255,255,255”.

5. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu värijärjestelmä on 30-bittinen (3x10-bittinen) RGB-värijärjestelmä, joka sisältää 210 alkuperäistä puhdasta harmaasävyä, » » V jolloin mainittu valeharmaa värikartta sisältää maksimissaan 25779 kpl . toisistaan eroavia harmaasävyjä välillä ”0,0,0” ja ”1023,1023,1023”. ['} 30 -** 6. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu valeharmaa värikartta muunnetaan edelleen sinänsä tunnettua muunnosmenetelmää käyttäen toisen tunnetun värijärjestelmän ja värikoodauksen 35 mukaiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että i I M mainittu toinen värijärjestelmä ja värikoodaus on erityisesti 26 1 10 0 4 5 näyttölaitteissa käytettävä värijärjestelmä/-koodaus, kuten esimerkiksi YIQ-värijärjestelmä/-koodaus.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 mainittu toinen värijärjestelmä on erityisesti tulostuslaitteissa käytettävä värijärjestelmä/-koodaus, kuten esimerkiksi CMY-värijärjestelmä/-koodaus.

9. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että muunnettava harmaasävykuva on digitaalisella kameralla, kuten esimerkiksi CCD- tai CMOS-kameralla tallennettu bitmap-kuva.

10. Edellä esitetyn patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että muunnettava harmaasävykuva on lääketieteellinen röntgenkuva tai muu röntgenkuva.

11. Edellä esitetyn patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muunnettava harmaasävykuva on voimakkaita 20 kontrasteja sisältävä kuva, ts. vierekkäinen kirkkaita ja himmeitä kohteita sisältävä kuva.

12. Laite (D) digitaalisessa muodossa olevan harmaasävykuvan muuntamiseksi tunnettua värijärjestelmää ja värikoodausta käyttävää 25 näyttö- tai tulostinlaitetta (M,P) varten, jonka mainitun värijärjestelmän mukaisen värikartan sisältämien puhtaiden harmaasävyjen lukumäärä on pienempi kuin mainitun harmaasävykuvan sisältämien I I V harmaasävyjen määrä, tunnettu siitä, että laite (D) käsittää välineet (MPU,MEM) harmaasävyjen määrän lisäämiseksi siten, että mainitut 30 välineet (MPU.MEM) on järjestetty a • a — muodostamaan mainitun tunnetun värikartan jokaisen kahden alkuperäisen ja peräkkäisen puhtaan harmaasävyn väliin yksi tai j useampia uusia värillisiä valeharmaita, mainitun värijärjestelmän “: 35 mukaista värikoodausta käyttäviä värisävyjä siten, että > a a ’ . — mainittujen valeharmaiden värisävyjen kirkkaus muodostaa olennaisesti tasaisesti nousevan skaalan mainittujen kahden MM alkuperäisen puhtaan harmaasävyn väliin, ja että 1 · · 27 1 10045 — mainitut valeharmaat värisävyt poikkeavat ihmissilmälle harmaasta olennaisesti vain kirkkaudeltaan, jotka mainitut valeharmaat värissävyt muodostavat siten yhdessä 5 alkuperäisten puhtaiden harmaasävyjen kanssa valeharmaan värikartan.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite (D), tunnettu siitä, että mainittu laite (D) on tietokone, esimerkiksi PC-tietokone tai kannettava 10 tietokone.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite (D), tunnettu siitä, että mainittu laite (D) on tietokoneeseen liitetty/sijoitettu näytönohjausyksikkö, esimerkiksi PC-tietokoneen näytönohjauskortti. 15

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite (D), tunnettu siitä, että mainittu laite (D) on tietokoneeseen tai väritulostinlaitteeseen (P) liitetty/sijoitettu tulostuksen/tulostimen ohjausyksikkö.

16. Edellä esitetyn patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen laite (D), tunnettu siitä, että mainittu laite (D) on järjestetty tiedonsiirtoyhteyteen ulkopuolisen laitteen/laitteistojen kanssa harmaasävykuvan siirtämiseksi laitteelle (D) muunnosta varten, ja/tai muunnoksen tuloksena saatavan valeharmaakuvan siirtämiseksi mainitulle 25 ulkopuoliselle laitteelle/laitteistoille. f <» t

17. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 12-16 mukainen laite V (D), tunnettu siitä, että mainittu laite (D) on lääketieteellisten röntgenkuvien tai muiden röntgenkuvien käsittelyyn/tarkasteluun 30 tarkoitettu laite. t •» i 35 1 1 » i » » 1 t ( 28 110045