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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung von Digitalbildern.
Genauer gesagt schafft diese Offenbarung ein Verfahren zur Wiedergabe
eines Bilddetails unter Verwendung eines Tonverstärkungsalgorithmus,
um eine visuelle Wahrnehmung zu optimieren.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
Digitaltonkorrektur wird typischerweise global über alle Pixelwerte in einem
Digitalbild angewendet, um die visuelle Erscheinung des Bildes in
dem Sinne zu verbessern, dass alle Pixel eines gegebenen Wertes
auf den gleichen neuen Wert abgebildet werden. Bei diesem Typ von
Technik wird eine einzelne „sogenannte" Tonkurve oder -abbildung
definiert und alle Pixelwerte werden gemäß dieser Tonkurve eingestellt.
Im Ergebnis gibt es einen entsprechenden Ausgabewert für jeden
Eingabewert. Das Problem mit diesem Typ von Globaleinstellung ist,
dass unterschiedliche Flächen
in dem Bild unterschiedliche Typen einer Toneinstellung erfordern
können,
die abhängig
von dem dynamischen Bereich und dem Kontrast des Bildes wiederum
von den lokalen Werten von benachbarten Pixeln abhängt. Folgerichtig
verbessert eine globale Toneinstellungstechnik oft einige Regionen
in dem Bild, während
dieselbe auf andere Regionen keinen visuellen Einfluss oder einen
nachteiligen visuellen Einfluss hat.
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Im
Ergebnis sind adaptive Lokaltonkorrekturtechniken untersucht worden.
Im Allgemeinen wird eine Lokaltonkorrektur einen Eingabewert auf
möglicherweise
unterschiedliche Ausgabewerte abbilden, abhängig von den Werten der benachbarten
Pixel. Dies ermöglicht
z. B. gleichzeitige Schatten- und Helligkeitseinstellungen, ohne
dass eines zum Schaden des anderen ist.
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Lokaltonkorrekturtechniken
nach dem Stand der Technik umfassen manuelle Vorgänge zum
Ausgleichen einer Bildbeleuchtung durch eine manuelle Einstellung
von Bildparametern. Zum Beispiel erfordern die analogen Dunkelkammertechniken,
die als Abwedeln und Brennen bekannt sind, dass ein Benutzer Regionen des
Bildes, die erhellt oder verdunkelt werden sollen, physikalisch
spezifiziert oder identifiziert. Abwedeln und Brennen umfassen in
der Hauptsache ein Definieren und Positionieren von physikalischen
Masken während der
Analogbelichtung eines Druckes. In dem digitalen Fall können diese
Techniken auch unter Verwendung einer Maus oder einer anderen Computerschnittstelle
durchgeführt
werden, um spezifische Pixel oder Regionen in einem Bild auszuwählen, die
erhellt oder verdunkelt werden sollen. Zusätzlich zu einem manuellen Identifizieren
von Regionen für
eine Einstellung muss der Benutzer auch die Menge an Einstellung
steuern. Das Problem bei dieser Technik besteht darin, dass dieselbe
eine bestimmte Fähigkeitsstufe
und eine große
Menge an Zeit und Mühe
erfordert, um erreicht zu werden.
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Eine
andere bekannte Lösung
basiert auf Randverhältnis
bewahrenden Algorithmen. Diese Algorithmen verwenden eine iterative
Verarbeitung eines Bildes, um ein korrigiertes Ausgabebild zu bestimmen.
Dieser iterative Prozess umfasst ein Nehmen von Verhältnissen
einer Anzahl von benachbarten Pixelwerten, ein Multiplizieren dieser
Verhältnisse
und schließlich
ein Rückstellen
dieser Verhältnisse,
wenn ein Maximalwert erreicht ist. Auf diese Weise können Bildrandhelligkeitswerte
in einer visuell optimierteren Weise reproduziert werden. Die Annahme
ist, dass diese Sequenz von Berechnungen das menschliche visuelle
System nachahmt. Spezifischer ausgedrückt tastet ein Beobachter ein
Bild oder eine Szene konstant ab, und von demselben wird angenommen,
dass derselbe irgendeinen Typ von Normalisierung relativ zu dem
weißen
Punkt der Szene oder des Bildes durchführt. Diese Algorithmen versuchen,
das menschliche visuelle System zu modellieren und ein digital erfasstes Bild
mit einer wahrnehmungsmäßig korrekten
Lokalfarbkorrektur aus einer gegebenen Szene zu rekonstruieren.
Eine kalibrierte Eingabe vorausgesetzt, erzeugt dieser Ansatz Bilder,
die denjenigen ähneln,
die unter Verwendung der manuellen Technik erzeugt werden könnten (wobei
eine kalibrierte Eingabe ein Bild ist, das irgendeine physikalische
Quantität,
die direkt gemessen werden kann, genau repräsentiert, wie z. B. eine Radianz
oder eine Luminanz). Jedoch tendieren gegenwärtige Implementierungen dazu,
rechenmäßig intensiv
zu sein. Zusätzlich
gibt es kein einfaches Rahmenwerk, um eine interaktive oder benutzerspezifizierte
Steuerung über
diese Algorithmen zu ermöglichen,
insbesondere, wenn Unkalibrierte-Eingaben-Bilder oder unter-, über- und
ungleichmäßig belichtete
Bilder korrigiert werden.
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Andere
Ansätze
umfassen einen Histogrammausgleich, eine Bildsegmentierung oder
eine spezialisierte Hardware. Histogrammausgleichstechniken verwenden
Eigenschaften der statistischen Verteilung der Helligkeitswerte
in dem Bild, um eine Tonkorrekturkurve für dieses Bild abzuleiten. Bildsegmentierungstechniken
versuchen, Bilder automatisch in spezifische Flächen des Bildes zu partitionieren.
Diese Bereiche werden dann basierend auf einer Analyse dieser Flächen erhellt
oder verdunkelt. Eine Hardware wie z. B. logarithmische CCD-Sensoren
und Doppelabtastung-CMOS-Sensoren
liefern ein besseres Mittel zum Erfassen von Hochdynamischer-Bereich-Szenedaten.
Jedoch spezifiziert diese Hardware nicht, wie diese Hochdynamischer-Bereich-Daten verarbeitet
oder auf Niedrigerer-Dynamischer-Bereich-Vorrichtungen abgebildet werden sollen.
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XP274191,
Saito, 8169 Systems and Computers in Japan, 22 (1991), Nr. 11, 52–60, offenbart
ein Verfahren zum Verarbeiten von Digitalbilddaten, die eine Mehrzahl
von Pixelwerten aufweisen, das Verfahren mit: Filtern der Bilddaten
für jeden
Pixelwert in den Bilddaten, um für
jeden Pixelwert einen lokal gemittelten Wert zu erhalten, eine Mitgliedschaft
in unscharfen Mengen „Pixelwert
ist hoch" und „Pixelwert
ist niedrig” wird
dann ausgewertet; Verwenden der Mitgliedschaftswerte, um über eine
Unscharfe-Inferenz-Maschine
einen Abschneidewert zu erhalten, der Abschneidewert wird dann verwendet,
um eine modifizierte Tonabbildungskurve für jedes Pixel zu erhalten,
und Abbilden eines jeden Pixels gemäß zumindest einer abgeleiteten
Tonfunktion desselben, um ein toneingestelltes Pixel zu erhalten.
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Das
Problem mit all diesen bekannten Techniken ist, dass dieselben entweder
rechenmäßig intensiv, schwierig
zu implementieren oder zu verwenden, spezifisch für einen
bestimmten Typ von Bildproblem und/oder oft mit der Einführung von
erheblichen Artefakten verbunden sind.
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Was
benötigt
wird, ist eine Universaltonkorrekturlösung mit niedrigem Rechenaufwand,
die eine Toneinstellung/Korrektur für den nicht geschulten Benutzer
vereinfacht, um visuell wünschenswerte
Ergebnisse zu erhalten, wenn eine breite Vielfalt von Bildern korrigiert
wird, einschließlich
von Hochdynamischer-Bereich-Bildern mit einem sehr starken Kontrast
bis zu Bildern, die überall
in dem gesamten dynamischen Bereich keinen Kontrast haben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist durch die beigelegten Ansprüche definiert
und ist ein wirksames, intuitiv einfaches, rechenmäßig nicht
aufwändiges
Verfahren einer Tonkorrektur der meisten Typen von Digitalbildern und
insbesondere Bildern eines hochdynamischen Bereichs. Gemäß dem Verfahren
wird das Digitalbild, das eine Mehrzahl von Pixelwerten aufweist,
auf einer Pixel-für-Pixel-Basis
gefiltert, um einen entsprechenden lokal gemittelten Wert für jeden
Pixelwert zu erhalten. Der lokal gemittelte Wert eines jeden Pixels
wird dann verwendet, um Schatten- und Helligkeitswerte aus ausgewählten Schatten-
bzw. Helligkeitsfunktionen zu erhalten. Zumindest eine Tonfunktion
wird aus den Schatten- oder Helligkeitswerten abgeleitet, und jedes
Bildpixel wird dann gemäß der abgeleiteten
Tonfunktion abgebildet, um einen neu abgebildeten Pixelwert zu erzeugen.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
wird der Schattenwert, der jedem Pixelwert entspricht, verwendet,
um eine erste schattenbasierte Tonfunktion abzuleiten, und der Helligkeitswert
wird verwendet, um eine zweite helligkeitsbasierte Tonfunktion abzuleiten.
Jeder Pixelwert des Bildes wird dann unter Verwendung der ersten
Tonfunktion abgebildet, um einen Zwischenpixelwert zu erhalten,
und dann wird jeder Zwischenpixelwert unter Verwendung der zweiten
Tonfunktion neu abgebildet, um einen endgültigen toneingestellten Pixelwert
zu erhalten.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
können
Funktionsparameter der ausgewählten
Helligkeits- und Schattenfunktionen in dem dynamischen Bereich der
Bilddaten variiert werden, um eingestellte Schatten- und Helligkeitswerte
zu erhalten. Eingestellte Tonfunktionen werden dann unter Verwendung
der eingestellten Schatten- und Helligkeitswerte abgeleitet und
die Bildpixelwerte können
reiterativ gemäß dem Verfahren,
wie es oben beschrieben ist, unter Verwendung der eingestellten
Tonfunktionen neu abgebildet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für einen
Fachmann angesichts der folgenden genauen Beschreibung ersichtlich,
in der:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens einer Digitalbildtonkorrektur gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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2 ein
Erhalten von Helligkeits- und Schattenwerten aus Helligkeits- und
Schattenfunktionen darstellt;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
des Verfahrens einer Digitalbildtonkorrektur gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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4A erste
und zweite Tonkurven darstellen, die aus und 4B den
Helligkeits- und Schattenwerten abgeleitet sind, die in 2 erhalten
werden;
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5 ein
Ausführungsbeispiel
eines Systems einer Digitalbildtonkorrektur darstellt;
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6 ein
Beispiel für
eine Benutzerschnittstelle zum Durchführen des Verfahrens einer Tonkorrektur gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren einer Tonkorrektur
eines Digitalbildes und eine Schnittstelle zum Erleichtern einer
Tonkorrektur eines Digitalbildes. Das Digitalbild kann von irgendeiner
Quelle bereitgestellt werden, einschließlich Digitalphotographie,
abgetasteten Analogdrucken, Bahnbildern usw. Die Tonkorrekturtechnik
ist angepasst, um zu ermöglichen,
dass ein Benutzer eine Tonkorrektur an einer Vielfalt von Bildern
einfach durchführt,
die von Hochdynamischer-Bereich-Digitalbildern mit einem sehr starken
Kontrast bis zu Bildern reicht, die überall in dem gesamten dynamischen
Bereich keinen Kontrast haben.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des Verfahrens einer Tonkorrektur eines Digitalbildes gemäß der vorliegenden
Erfindung. Anfänglich
wird ein Digitalbild (einschließlich
einer Mehrzahl von Pixelwerten) gefiltert, um einen lokal gemittelten
Pixelwert für
jeden der Pixelwerte desselben zu erhalten (Block 10).
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Es
sei darauf hingewiesen, dass der lokal gemittelte Wert ein Wert
ist, der von der Korrelation des Pixels von Interesse und der Pixel,
die dasselbe umgeben, abhängt.
Bei einem Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der lokal gemittelte Wert durch ein Mitteln einer
kleinen Fläche
erhalten, die das Pixel von Interesse umgibt, unter Verwendung einer
konischen oder ähnlich
geformten Gewichtungsfunktion, die auf dem Pixel zentriert ist.
Dies hat die Wirkung einer Gewichtung des Durchschnitts am stärksten an
dem Mittenpixel, während
die anderen Pixel mit Entfernung von der Mitte zunehmend ein geringeres
Gewicht aufweisen. Der lokal gemittelte Wert kann durch ein Verwenden
anderer Gewichtungsfunktionen mit einer Mittenbetonung, wie z. B.
einer Gauß-Funktion,
erhalten werden. Zusätzlich
können
andere nicht-konische Gewichtungsfunktionen mit einer Mittenbetonung
ebenfalls verwendet werden, wie z. B. dreieckige oder quadratförmige Funktionen.
Die kleine Fläche,
die das Pixel von Interesse umgibt, kann im Hinblick auf eine n-Pixel-Radiusfläche bezüglich des
Mittenpixels definiert sein, wobei eine n-Pixel-Radiusfläche äquivalent
zu der Fläche eines
Kreises ist, einbeschrieben mit einem (2n + 1) mal (2n + 1) Pixelquadrat,
oder kann tatsächlich
aus dem gesamten (2n + 1) mal (2n + 1) Pixelquadrat zusammengesetzt
sein. Bei einem Ausführungsbeispiel
des Verfahrens wird ein lokal gemittelter Wert unter Verwendung
eines Filters erhalten, das auf eine 7-Pixel-Radiusfläche für ein Bild
angewendet wird, das eine -Auflösung
von 300 dpi hat. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird das Filter
auf eine Fläche
angewendet, die eine Größe aufweist,
die von 1-Pixel-Radius bis zu einer Fläche reicht, die alle der Pixel
in dem Bild umfasst. Bei einem noch anderen Ausführungsbeispiel wird das Filter
auf eine Fläche
angewendet, die einen Null-Pixel-Radius hat. Mit anderen Worten
ist der lokal gemittelte Pixelwert gleich dem Pixel von Interesse.
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Sich
auf 1 beziehend wird der lokal gemittelte Wert, der
jedem Pixelwert entspricht, dann verwendet, um einen entsprechenden
Helligkeitswert und einen entsprechenden Schattenwert aus ausgewählten Helligkeits-
und Schattenfunktionen zu erhalten (Block 11). 2 zeigt
eine graphische Repräsentation
einer ausgewählten
Helligkeitsfunktion und einer ausgewählten Schattenfunktion. Es
sei darauf hingewiesen, dass jede ausgewählte Schatten- und jede ausgewählte Helligkeitsfunktion
zur Erleichterung der Repräsentation
durch eine gerade Linie repräsentiert
wird. Jedoch sollte dies nicht so aufgefasst werden, dass diese
Funktionen auf Funktionen vom linearen Typ beschränkt sind.
Zum Beispiel können
diese Funktionen Leistungsfunktionen der Form Ausgabe = (Eingabe)γ sein,
wobei γ eine
Zahl größer Null
ist. Andere anwendbare Funktionstypen können verwendet werden.
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Jede
der ausgewählten
Funktionen ist durch einen maximalen und einen minimalen Pixelwert
entlang erster und zweiter Achsen begrenzt. Wie es z. B. in 2 gezeigt
ist, ist die Schattenfunktion durch einen Endpunkt 22A derselben
entlang der y-Achse zwischen 0 und D (d. h. zwischen den minimalen
und den maximalen Pixelwerten des Bildes) und einen anderen Endpunkt 22B derselben
entlang der x-Achse zwischen 0 und D begrenzt. In ähnlicher
Weise ist die Helligkeitsfunktion durch Endpunkte 23A und 23B derselben
entlang der x- und y-Achsen zwischen 0 und D begrenzt. Es sei darauf
hingewiesen, dass in dem Falle, in dem Bilddaten als Acht-Bit-Pixelwerte
codiert sind, dann D = 255.
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Wie
es in 2 graphisch gezeigt ist, wird ein lokal gemittelter
Pixelwert X verwendet, um einen Helligkeitswert B und einen Schattenwert
A zu erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel
können
diese Werte durch ein mathematisches Lösen einer jeden der Helligkeits-
und Schattenfunktionen für
einen gegebenen Eingabewert von X unter Verwendung eines mathematischen
Prozessors erhalten werden. Alternativ kann bei einem Ausführungsbeispiel
eine Tabelle von Werten in einem Digitalspeicher gespeichert sein,
die jede der Helligkeits- und Schattenfunktionen repräsentiert,
derart, dass ein entsprechender Helligkeitswert und ein entsprechender
Schattenwert bereitgestellt werden, wenn auf die Tabelle durch den
lokal gemittelten Wert X zugegriffen wird.
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Einer
der Helligkeits- und Schattenwerte wird verwendet, um zumindest
eine Tonfunktion für
jedes Pixel von Interesse abzuleiten (Block 12), und die
zumindest eine Tonfunktion wird verwendet, um das Pixel von Interesse
neu abzubilden, um einen toneingestellten Pixelwert zu erhalten
(Block 13). Die Blöcke 11–13 werden
für alle
Pixelwerte in dem Bild durchgeführt.
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Ebenfalls
in 1 gezeigt, kann das Verfahren reiterativ durchgeführt werden,
wenn die erwünschte Bildqualität nicht
erhalten wird. Wenn nach einer Verarbeitung aller Pixelwerte die
erwünschte
Bildqualität
nicht erhalten wird (Block 14, 1), können die
Parameter der Helligkeits- und Schattenfunktionen entlang der ersten
und zweiten Achsen variiert werden (Block 15), wonach die
Blöcke 11–14 wiederholt
werden, bis die erwünschte
Bildqualität
erreicht ist.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Verfahrens, das in 1 gezeigt ist, bei dem die Blöcke 12 und 13 gemäß Blöcken 12A, 12B, 13A und 13B durchgeführt werden.
Insbesondere wird, nachdem Helligkeits- und Schattenwerte erhalten
werden (Block 11), eine erste schattenbasierte Tonfunktion
aus dem Schattenwert abgeleitet (Block 12A) und eine zweite
helligkeitsbasierte Tonfunktion wird aus dem Helligkeitswert abgeleitet
(Block 12B). Der Pixelwert von Interesse wird dann unter
Verwendung der ersten Tonfunktion neu abgebildet, um einen Zwischenpixelwert
zu erhalten (Block 13A). Der Zwischenpixelwert wird dann
unter Verwendung der zweiten Tonfunktion neu abgebildet, um einen
toneingestellten Pixelwert zu erhalten (Block 13B). Sobald der
toneingestellte Pixelwert erhalten wird, wird das Verfahren dann
wie in 1, Block 14, gezeigt durchgeführt.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Verfahren wie in 1 und 3 gezeigt
derart durchgeführt
werden können,
dass lokal gemittelte Werte für
alle der Pixelwerte des Bildes erhalten werden und Pixel dann gemäß den Blöcken 11–13 auf
einer Pixel-für-Pixel-Basis
vor dem Durchführen
von Block 14 toneingestellt werden.
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Funktionsparameter
können
wie in 2 gezeigt derart eingestellt werden, dass die
begrenzten Endpunkte der Funktionen entlang der gegebenen Achse
zu den maximalen oder minimalen Begrenzungspixelwerten hin (z. B.
0 und D) eingestellt/geschoben werden können. Zum Beispiel können, wie
es in 2 gezeigt ist, die Endpunkte 22A und 23B der
Schatten bzw. Helligkeitsfunktionen auf einen Wert zwischen 0 und
D entlang der y-Achse eingestellt werden, und die Endpunkte 23A und 22B können auf
einen Wert zwischen 0 und D entlang der x-Achse eingestellt werden.
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Tonfunktionen
werden unter Verwendung der Schatten- und Helligkeitswerte abgeleitet.
Sich auf die Funktionen beziehend, die in 2 gezeigt
sind, hängt
die erste schattenbasierte Tonfunktion von dem Parameter A ab, der
der Wert der Schattenfunktion für
den Wert des lokal gemittelten Wertes X an dem Pixel von Interesse
ist. Die zweite helligkeitsbasierte Tonfunktion hängt von
dem Parameter B ab, der der Wert der Helligkeitsfunktion für den Wert
des lokal gemittelten Wertes X an dem Pixel von Interesse ist.
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Die
erste schattenbasierte Tonfunktion für einen Pixelwert kleiner als
A kann mathematisch definiert werden als:
wobei D der dynamische Bereich
des Bildes ist (d. h. maximaler möglicher Pixelwert – minimaler
möglicher Pixelwert),
Ausgabe der toneingestellte Pixelwert ist und Eingabe der Wert des
Pixels von Interesse ist. Wenn der Eingabepixelwert gleich oder
größer A ist,
ist die schattenbasierte Tonfunktion definiert als:
Ausgabe = D (Gl.
2) -
Die
erste schattenbasierte Tonfunktion wie durch Gl. 1 und 2 definiert
ist in 4A dargestellt. Diese Funktion
hat die Wirkung eines Erweiterns eines Kontrasts in den Schattenregionen
und eines Erhellens von Schatten in den gleichen Regionen.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die zweite helligkeitsbasierte Tonfunktion für einen Eingabepixelwert größer als
B mathematisch wie folgt definiert:
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Für einen
Eingabepixelwert kleiner als oder gleich B ist die Funktion wie
folgt definiert: Ausgabe = 0 (Gl. 4)
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Die
zweite helligkeitsbasierte Tonfunktion ist in 4B dargestellt.
Diese Funktion hat die Wirkung eines Erweiterns eines Kontrasts
in den Helligkeitsflächen
und eines Verdunkelns von Helligkeiten in den gleichen Flächen.
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Andere
Funktionen, die diese kontrasterweiternden Wirkungen bei Schatten
bzw. Helligkeiten haben, wie z. B. Leistungsfunktionen, können ebenfalls
verwendet werden. Zum Beispiel kann eine schattenbasierte Tonfunktion
für Eingabepixelwerte
kleiner als A definiert werden als:
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Gemäß dieser
schattenbasierten Tonfunktion ist, für γ zwischen 0 und 1, die Erweiterung
eines Kontrasts von dunkleren Werten betont, während für γ kleiner 1 die Erweiterung eines
Kontrasts von helleren Werten betont ist. In ähnlicher Weise kann die helligkeitsbasierte
Tonfunktion wie in Gl. 6 gezeigt definiert werden:
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Eine
Wahl des Wertes von γ in
Gl. 6 hat ähnliche
Wirkungen wie in Gl. 5. Es sei darauf hingewiesen, dass andere schatten-
und helligkeitsbasierte Tonfunktionen nicht auf Leistungsfunktionen
beschränkt
sind.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
können
die schatten- und helligkeitsbasierten Tonfunktionen in beiden Reihenfolgen
angewendet werden. Wenn jedoch die Helligkeitsfunktion zuerst angewendet
wird und der Eingabepixelwert kleiner als B ist, wird der resultierende
Ausgabepixelwert null sein, und die schattenbasierte Tonfunktion
kann nicht mit einem Wert gleich null arbeiten. Somit wird bei einem
Ausführungsbeispiel
die schattenbasierte Tonfunktion vor der helligkeitsbasierten Tonfunktion
angewendet.
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Im
Vorhergehenden ist das Verfahren beschrieben worden, als ob dasselbe
auf einen Farbraum angewendet würde,
der ein Einfarbkanal-Bild (d. h. monochrom) aufweist, bei dem jede
Pixelstelle eines Bildes durch einen Farbwert repräsentiert
wird, der einem Einfarbkanal entspricht. Das Verfahren wie in 1 gezeigt kann
auf andere Farb- oder Wahrnehmungsräume angewendet werden, die
Mehrfarbkanäle
(RGB, XYZ, CMYK usw.) aufweisen, durch ein allgemeines Durchführen des Verfahrens
wie in 1 gezeigt an jedem der Kanäle. Es sei darauf hingewiesen,
dass eine zusätzliche
Verarbeitung, die auf dem Gebiet der Farbanalyse und Verarbeitung
gut bekannt ist, notwendig sein kann, um das Verfahren an den bestimmten
Farbraum anzupassen.
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In
dem Fall z. B., in dem Farbbilder, die in einem gammakorrigierten
Farbraum mit roten, grünen
und blauen Grundfarben (d. h. sRGB-Farbraum) codiert sind, wird
die Gammakorrektur „rückgängig gemacht", um rote, grüne und blaue
Werte (RGB-Werte) zu erhalten, die in Intensität linearisiert werden, vor
einem Durchführen
des Verfahrens gemäß 1 an
jedem der Farbkanäle.
Sobald ein toneingestellter Pixelwert gemäß der vorliegenden Erfindung
für jeden
der linearisierten RGB-Farbkanäle
erhalten wird, werden die toneingestellten linearisierten RGB-Werte
zurück
in gammakorrigierte Werte umgewandelt. Die Wirkung dessen ist, dass
die Proportion eines linearisierten R zu G zu B bevor und nachdem
das Verfahren angewendet wird die gleiche ist, wodurch unerwünschte Farbverschiebungen
vermieden werden. Alternativ kann das Verfahren, wie es in 1 gezeigt
ist, auf die Luminanzwerte anstatt der linearisierten RGB-Farbwerte angewendet
werden. Insbesondere ist ein Luminanzwert, L, die lineare Kombination
der linearisierten RGB-Werte: L =
q·R +
r·G +
s·B (Gl. 7)
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Die
Koeffizienten q, r und s hängen
von den Primärfarben
und dem weißen
Punkt des Farbraums ab. Für
den sRGB-Raum ist q = 0,215, r = 0,7154 und s = 0,0721. Ein ursprünglicher
Luminanzwert wird erhalten und die schatten- und helligkeitsbasierten
Tonfunktionen werden auf denselben angewendet, um einen neuen Luminanzwert
zu erhalten. Dann können
neue RGB-Werte durch ein Multiplizieren der ursprünglichen
linearisierten RGB-Werte mit dem Verhältnis des neuen Luminanzwertes
zu dem ursprünglichen
Luminanzwert erhalten werden. Die linearisierten RGB-Werte werden
dann zurück
in gammakorrigierte Werte umgewandelt.
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Bei
einem noch anderen Ausführungsbeispiel
werden die luminanzbezogenen Werte, die jeder Pixelstelle entsprechen,
von den Chrominanzwerten in dem CIELab-Farbraum z. B. getrennt,
und das Verfahren wird dann auf den luminanzbezogenen Wert angewendet,
wie es oben beschrieben ist. Da die Chrominanzwerte in diesem Raum
inhärent
getrennt sind, ist es nicht notwendig, das, was der Gammakorrektur
des luminanzbezogenen Wertes gleichkommt, rückgängig zu machen und neu zu machen.
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5 zeigt
ein System für
eine Tonkorrektur eines Digitalbildes. Bilddaten, die eine Mehrzahl
von Pixelwerten aufweisen, sind mit dem Bildfilter 50 gekoppelt,
um lokal gemittelte Pixelwerte 50A zu erzeugen. Die lokal
gemittelten Pixelwerte werden verwendet, um Helligkeits- und Schattenwerte 51A und 51B aus
Helligkeits- und Schattenfunktionen 51 zu erhalten. Die
Helligkeits- und Schattenwerte (51A und 51B) sind
mit einem Tonfunktionsableiter (52) gekoppelt, der zumindest
eine Tonfunktion 52A aus einem der Helligkeits- und Schattenwerte
ableitet. Die zumindest eine abgeleitete Tonfunktion sowie die Eingabebilddaten
sind mit dem Neuabbilder 53 gekoppelt. Jedes Pixel von
Interesse aus den Bilddaten wird gemäß der abgeleiteten Tonfunktion neu
abgebildet, um einen toneingestellten Pixelwert 53A zu
erzeugen. 5 zeigt ferner einen Eingang 54 zum
Bereitstellen einer Steuerung, um Funktionsparameter der Helligkeits-
und Schattenfunktionen (51) einzustellen, wie es gemäß dem Verfahren,
das in 1 gezeigt ist, beschrieben ist.
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Es
ist zu beachten, dass das Bildfilter (50), die Helligkeits-
und Schattenfunktionen (51), der Tonfunktionsableiter (52)
und der Neuabbilder (53) als eines von Software, Hardware,
Firmware oder irgendeine Kombination von Software, Hardware und
Firmware implementiert sein können.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Helligkeits- und Schattenwerte
aus der Helligkeits- und Schattenfunktion durch ein mathematisches Lösen einer
jeden der Helligkeits- und
Schattenfunktionen für
einen gegebenen Eingabewert von X auf einer Pixel-für-Pixel-Basis
erhalten werden können,
oder alternativ eine Tabelle von Werten in einem Digitalspeicher gespeichert
sein kann, die jede der Helligkeits- und Schattenfunktionen repräsentiert,
derart, dass ein entsprechender Helligkeitswert und ein entsprechender
Schattenwert bereitgestellt werden, wenn auf jede Tabelle durch
den lokal gemittelten Wert X zugegriffen wird.
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6 zeigt
ein Beispiel für
eine Benutzerschnittstelle zum Ermöglichen, dass ein Benutzer
interaktiv eine Tonkorrektur eines Digitalbildes durchführt. Wie
es gezeigt ist, umfasst die Schnittstelle eine Fensterfläche 60,
die auf einem Anzeigebildschirm (nicht gezeigt) angezeigt wird,
der durch ein Computersystem (nicht gezeigt) gesteuert wird. Das
Computersystem umfasst zumindest einen grafischen Prozessor zum
Anzeigen von Digitaldaten auf dem Anzeigebildschirm ansprechend
auf Pixeldaten. In der Fensterfläche 60 umfasst
die Schnittstelle eine andere Fensterfläche 61 zum Anzeigen
des Digitalbildes von Interesse. Nachdem alle Pixelwerte des Digitalbildes
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindungen toneingestellt sind, wird das eingestellte
Bild neu angezeigt.
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Die
Schnittstelle umfasst ferner eine Fensterfläche 62 einschließlich einer
Einrichtung zum Ermöglichen,
dass ein Benutzer Funktionsparameter der Helligkeits- und Schattenfunktionen
einstellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
können
Parameter der Schattenfunktion durch ein Bewegen des Schiebers 63 die
Skala 63A aufwärts
oder abwärts
eingestellt werden. Die Helligkeitsfunktion kann in einer ähnlichen
Weise eingestellt werden. Wenn der Schieber bewegt wird, werden
entsprechende Helligkeits- oder Schattenwerte in den Fensterflächen 64 und 65 angezeigt.
Der in der Fensterfläche 64 gezeigte
Wert entspricht dem gegenwärtigen Endpunktwert 22A (2)
und der in der Fensterfläche 65 gezeigte
Wert entspricht dem gegenwärtigen
Endpunktwert 23B (2). Im Affekt
bewegt ein Bewegen des Schiebers die Punkte 22A und 23B in
die vertikale Richtung entlang der y-Achse. In dem Fall, in dem die Endpunkte 23A und 22B auch
variiert werden, können
zwei zusätzliche
Schiebeeinsteller in der Fensterfläche 52 enthalten sein.
Die maximalen und minimalen Schiebewerte definieren den dynamischen
Pixelbereich des Bildes (z. B. 0 und 255).
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Die
Schnittstelle liefert ferner einen „ANWENDEN"-Knopf, der, sobald derselbe ausgewählt ist,
den Toneinstellungsvorgang gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung aktiviert, wobei das resultierende toneingestellte
Bild in der Fläche 61 neu
angezeigt wird. Der „RÜCKSETZEN"-Knopf ermöglicht,
dass der Benutzer zu den vorhergehenden Helligkeits- und Schatteneinstellungen
rücksetzt.
Da die Berechnung der eingestellten Pixelwerte wenige kleinere Rechenschritte
pro Pixelwert umfasst, ist das Verfahren für eine Tonkorrektur gemäß der vorliegenden
Erfindung für
eine Echtzeitverwendung über
die in 6 gezeigte Schnittstelle angepasst.
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In
der vorhergehenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details
dargelegt, wie z. B. Auflösung
und Filterradius, um ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu liefern. Für einen Fachmann ist es jedoch
ersichtlich, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzbereich
der beigelegten Ansprüche
eingeschränkt
sein soll. Bei anderen Beispielen sind gut bekannte Rechensystemelemente
und Bildverarbeitungskonzepte nicht detailliert beschrieben worden,
um ein unnötiges
Undeutlichmachen der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
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Obwohl
Elemente der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit bestimmten
Ausführungsbeispielen beschrieben
worden sind, wird zusätzlich
anerkannt, dass die Erfindung in einer Vielfalt von anderen Weisen implementiert
sein kann.
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Folgerichtig
sei darauf hingewiesen, dass die bestimmten Ausführungsbeispiele, die darstellend
gezeigt und beschrieben sind, in keiner Weise als einschränkend betrachtet
werden sollen. Eine Bezugnahme auf die Details dieser Ausführungsbeispiele
soll den Schutzbereich der Ansprüche,
die selbst lediglich diejenigen Merkmale anführen, die für die Erfindung als wesentlich
betrachtet werden, nicht einschränken.
