DE69424920T2

DE69424920T2 - Bildabhängige Schärfeverbesserung

Info

Publication number: DE69424920T2
Application number: DE69424920T
Authority: DE
Inventors: Reiner Eschbach; William A. Fuss
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-05
Also published as: EP0652672B1; EP0652672A3; JPH07193719A; EP0652672A2; DE69424920D1; US5363209A; JP3759761B2

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des Erscheinungsbilds eines digital codierten Bilds gerichtet, das eine bildmäßige Szene besitzt, und insbesondere auf ein Verfahren zum Verbessern der Schärfe innerhalb eines digital codierten Bilds, das eine bildmäßige Szene besitzt.
In der Vergangenheit war eine typische Anwendung für Kopierer oder Abtast-Druck- Bildverarbeitungssysteme, ein Eingabebild so akkurat wie möglich zu reproduzieren, d. h. eine Kopie zu bilden. Demzufolge sind Kopien so akkurat wie möglich, makellos, zu gestalten. Allerdings erkennen, wenn Kunden eine bessere Kenntnis in Bezug auf deren Dokumentenreproduktionserfordernisse erlangen, sie, daß eine exakte Kopie oftmals nicht dasjenige ist, was sie wünschen. Anstelle davon würden sie lieber die bestmögliche Dokumentenausgabe erhalten. Bis kürzlich wurde eine Bildqualität von der Ausgabe eines Kopierers oder eines Abtast-Druck-Systems direkt zu der Eingabedokumentenqualität in Bezug gesetzt. Ein sehr üblicher Satz von Eingabedokumenten umfaßt Fotografien. Leider ist Fotografie keine exakte Wissenschaft, insbesondere unter Amateuren, und Original- Fotografien sind oftmals schlecht. Alternativ führen Technologie, Alter oder Bildverzerrungsvariationen oftmals zu Bildern, die ein nicht zufriedenstellendes oder nicht erwünschtes Erscheinungsbild haben. Dasjenige, was dann erwünscht ist, ist eine Kopie, die das am besten mögliche Bild liefert und nicht notwendigerweise eine Kopie des Originals. Die Fotografie hat sich lange mit dieser Frage befaßt. Analoge Filter und Beleuchtungsvariationen können das Erscheinungsbild von Bildern in dem analogen, fotografischen Prozeß verbessern. Demzufolge erhöhen zum Beispiel Gelbfilter das Erscheinungsbild von weißen Wolken gegenüber einem blauen Himmel in Schwarz-Weiß-Bildern. Weiterhin können verschiedene elektrofotografische Vorrichtungen, einschließlich digitale Kopierer, Bilder durch Einstellung eines Schwellwerts, Filtern oder einer Hintergrundunterdrückung klarer gestalten und verbessern. Allgemein sind diese Verfahren manuelle Verfahren, die ein Benutzer auf einer Basis Bild für Bild auswählen muß. Leider ist der kausale Benutzer nicht erfahren genug, um diese Operationen auszuführen. Die Unfähigkeit, Bildverbesserungsvorgänge durchzuführen, wird noch verstärkt, wenn man sich zusätzlich mit Farbsteuerungen befaßt.
Drei mögliche Kopierer sind nach dem Stand der Technik in dem Bereich einer Bildverbesserung vorhanden. In dem ersten Fall kann man nichts tun. Ein solches System ist ein stabiles System dahingehend, daß es einem Bild nicht schadet, allerdings sind dessen Ausgabedokumente manchmal nicht zufriedenstellend für den Endkunden. Dies ist eine übliche Maßnahme, die bei der Reproduktion vorgenommen wird.
In einem zweiten Fall einer Bildverbesserung kann das Bild immer verarbeitet werden. Es erweist sich als eine Verbesserung, die gewöhnlich bei einem Bild vorgenommen werden kann, wenn verschieden Annahmen gemacht werden, die für die meisten Fälle akkurat sind. In einem außergewöhnlichen großen Satz von Bildern wird eine Erhöhung des Kontrastes, der Schärfe und/oder der Farbsättigung eine Verbesserung des Bilds ergeben. Dieses Modell tendiert dazu, bessere Bilder zu produzieren, allerdings ist der Prozeß instabil dahingehend, daß er für eine Mehrfacherzeugung von Kopien Kontrast, Sättigung oder Schärfe erhöht, was unerwünscht ist und schließlich zu einer ernsthaften Bildverschlechterung führt. Weiterhin kann der Prozeß in unenrwünschter Weise bei solchen Bildern angewandt werden, die gut sind.
Entsprechend kommt man zu dem dritten Fall einer Bildverbesserung, und zwar einem Vorgang einer automatisierten Bildverbesserung, der so arbeitet, um Bilder zu variieren, die nicht als gute Bilder wahrgenommen werden, allerdings nicht bei Bildern arbeitet, die nicht verbessert werden müssen, was dadurch einen stabilen Prozeß ermöglicht. Eine Verbesserung, die bei einem Bild vorgenommen werden kann, ist diejenige, die Schärfe des Bilds zu verbessern. Ein allgemeiner Nachteil von digital dargestellten Bildern, und Bildern allgemein, ist derjenige, daß die Schärfe geringer ist als diejenige, die mit "gut" im Hinblick auf ein Bilderscheinungsbild angesehen werden würde. Diese Diskrepanz könnte durch eine Bildabtastung leicht außerhalb des Fokus, durch eine schlechte Original-Fotografie oder einfach durch die Erwartungen und Präferenzen des Benutzers verursacht sein. Während nicht vorgeschlagen ist eine tatsächliche Unschärfe in dem Bild zu messen und zu korrigieren, ähnlich einem Fokus oder einer Bewegungsunschärfe, kann das Bild geändert werden, um die Erwartungen des Benutzers unabhängig der tatsächlichen Schärfe des Bilds zu erfüllen. Wie vorstehend angemerkt ist, ist es auch wichtig, daß diese Funktion in einer solchen Art und Weise ausgeführt wird, daß darauffolgende Schärfeverbesserungsvorgänge nicht zu einer weiteren Bildmodifikation führen.
Eine Art und Weise zum Charakterisieren eines Fehlens einer Schärfe ist diejenige, daß dabei ein Fehlen eines hohen Kontrasts in lokalen Bereichen des Bilds vorhanden ist. Allerdings liefert der maximale, lokale Kontrast des Bilds einige Informationen über das Fehlen einer Schärfe und entsprechend über einen Filter, um das Fehlen einer Schärfe zu korrigieren. Eine andere Charakterisierung eines Fehlens einer Schärfe ist diejenige, daß ein Bild ein feines Detail in einem gewissen Bereich des Bilds erfordert, um als scharf angesehen zu werden. Es wird für einen Augenblick ein Vergleich eines fein detaillierten Objekts mit einer hohen Anzahl von Kanten und ein Gesicht verglichen. Gerade obwohl es einem perfekt fokussierten Gesicht an Kanten fehlt, wird irgendwo in dem Bild ein gewisses Objekt, vielleicht eine Reflexion in den Augen, ein feines Haar, usw., vorhanden sein, was eine Messung des maximalen, existierenden Kontrasts in dem Bild liefern kann. Die EP-A-0566915 beschreibt eine die Schärfe bearbeitende Vorrichtung, die Ton- Variationen in einem Original-Bild erhöht oder unterdrückt. Das System verwendet eine Durchsichtstabelle zum Wandeln von RGB-Signalen in HSL-Werte. Die HSL-Werte der Pixel werden aufeinanderfolgend mit HSL-Werten verglichen, die einen effektiven Schärfebereich, bestimmt unter Bezug auf eine zugeordnete Referenzfarbe, anzeigt. Dies wird dazu verwendet, zu bestimmen, welche Pixel einer weiteren Verarbeitung unterworfen werden sollen. Die Verarbeitung wird dann durch Anwenden eines Parameters auf die RGB-Signale bewirkt, so daß die Vorrichtung einen Bereich einer Schärfe-Bearbeitung benennen kann. Der Vorgang wird dann ausgeführt, um die Schärfe zu verbessern, ohne die Weichheit des Original-Bilds zu beeinträchtigen.
Die EP-A-0158155 beschreibt eine Bildinformations-Signalverarbeitungsvorrichtung, bei der ein eine Bildqualität verbessernder Schaltkreis vorgesehen ist. Dieser vergleicht eine Verteilung von Bild-Charakteristika, die von dem Bild abgeleitet sind, mit einer zuvor geprüften Verteilung von Bild-Charakteristika. Dies wird dazu verwendet, den Typ eines Eingabe-Bilds zu bestimmen. Ein binärcodierender/ein Dithering bzw. Farbübergänge auswählender Schaltkreis spricht dann auf diese Entscheidung an, um zu ermöglichen, daß das Bild in bevorzugter Art und Weise modifiziert wird. Dies kann durch Codieren eines Bildinformationssignals auf der Basis eines festgelegten Schwellwerts, oder um das Bildinformationssignal auf der Basis von variablen Schwellwerten zu unterscheiden, erreicht werden.
Die US-A-5134667 beschreibt einen ein Bereich diskriminierendes System zur Verwendung in Bildverarbeitungssystemen. Das System bestimmt die Verwendung des Bilds, das durch das Bildsignal dargestellt ist, und erzeugt für eine Färbung repräsentative Signale für jede Farbe einer ausgewählten Anzahl von Farben. Das System erzeugt dann Kanten- Signale, die einen Wert haben, der die Kantenbereiche darstellt, und erzeugt kantenhervorgehobene Signale für jede Färbung, einschließlich eines Bereichs des Bilds, das durch die Kantensignale dargestellt ist. Das Bildverarbeitungssystem verwendet dann dies, um ein verbessertes Bild zu erzeugen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ändern der Schärfe bei der Wiedergabe beziehungsweise Reproduktion eines elektronisch codierten Bilds mit natürlicher Szene zu schaffen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Verändern der Schärfe bei der Wiedergabe eines elektronisch codierten Bilds mit natürlicher Szene geschaffen, das aufweist:
a) eine elektronische Signaleingabe, die zum Aufnehmen eines elektronisch codierten Bilds mit natürlicher Szene geeignet ist, wobei die Codierung in Form von k-Bit- Farbdichtesignalen erfolgt;
b) einen Farbraumwandler zum Wandeln der Farbdichtesignale in ein Format, wobei mindestens ein Signal eine Bildintensität darstellt und für L Intensitätspegel definiert ist;
c) eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Intensitätssignale in mindestens einem vorbestimmten, lokalen Bereich des Bilds, wobei Differenzen in den Intensitätssignalen eine Bild-Schärfe darstellen und wobei die Vergleicheinrichtung die maximale Schärfe des lokalen Bereichs als ein Schärfe-Signal erzeugt; und
d) einen Schärfefilter, der entweder in Bezug auf die gewandelten Farbdichtesignale oder in Bezug auf die gewandelten, in der Farbdichte codierten Bildsignale arbeitet, um das Bild entsprechend dem Schärfesignal zu verschärfen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verändern der Schärfe bei der Wiedergabe eines elektronisch codierten Bilds mit natürlicher Szene geschaffen, das die Schritte aufweist:
a) Aufnehmen eines elektronisch codierten Bilds mit natürlicher Szene, wobei die Codierung in Form von k-Bit-Farbdichtesignalen vorliegt;
b) Wandeln der Farbdichtesignale in ein Format, wobei mindestens ein Signal eine Bildintensität darstellt und für L-Niveaus einer Intensität definiert ist;
c) Vergleichen der Intensitätssignale in mindestens einem vorbestimmten lokalen Bereich des Bilds, wobei Differenzen in den Intensitätssignalen eine Bildschärfe darstellen, und
d) Erzeugen der maximalen Schärfe des lokalen Bereichs als ein Schärfesignal; und
Filtern einer der gewandelten Farbdichtesignale oder der in der gewandelten Farbdichte codierten Bildsignale, um das Bild zu verschärfen, wobei das Filtern gemäß dem Schärfesignal ausgeführt wird.
Die Erfindung kann auch einen Vorfilterschritt umfassen, bei dem das Bild mit einem Hochpassfilter gefiltert wird und darauffolgend weiter unter Verwendung des Schärfeerhöhungsverfahrens, und optional mit einem Rauschfilter, bearbeitet wird.
Die Erfindung kann auch einen maximalen, lokalen Kontrast verwenden, der auch als eine Funktion verschiedener lokaler Bestimmungen, die in einer gewichteten Art und Weise über einen größeren Bereich gemittelt werden, bestimmt werden.
Die Erfindung arbeitet dahingehend, einen lokalen Bereichskontrast zu bestimmen und ihn auf einen vorbestimmten Sollwert zu erhöhen, um dadurch die ersichtliche Schärfe zu erhöhen.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus den nachfolgenden Beschreibungen, die dazu verwendet werden, die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darzustellen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, ersichtlich werden, in denen:
Fig. 1 stellt ein funktionales Blockdiagramm eines Systems dar, das die vorliegende Erfindung einsetzt;
Fig. 2 stellt einen beispielhaften Eingabebereich dar, der den Bereich einer höchsten Schärfe, erfaßt in dem Bild, darstellt;
Fig. 3 stellt die Werte für eine Schärfe (Sharp) dar, abgeleitet von Fig. 2;
Fig. 4A stellt den erwünschten 3 · 3 Filter dar und Fig. 4B stellt den berechneten 3 · 3 Filter dar;
Fig. 5A stellt eine verschärfte Kante in einem Dokument dar, während Fig. 5B die Werte für eine Schärfe, berechnet für denselben Bereich, darstellt;
Fig. 6 und 7 stellen jeweils, in einem Blockdiagrammformat, Ausführungsformen eines Diagramms des Schärfeerhöhungsprozessors dar;
Fig. 8 stellt ein Blockdiagramm des Koeffizientengenerators für den Schärfeprozessor der Fig. 6 dar; und
Fig. 9 stellt ein Blockdiagramm des Verbesserungsfaktors für den Schärfeprozessor der Fig. 7 dar.
Unter Bezugnahme nun auf die Zeichnungen, wo die Darstellungen für den Zweck der Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung, und nicht um dieselbe einzuschränken, vorgenommen sind, wird Bezug auf das Abtast-Druck-System der Fig. 1 genommen, in dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft Anwendung finden kann. Eine Abtasteinrichtung 10 kann eine Schwarz-Weiß- oder Farb-Abtasteinrichtung sein, die Bildsignale produziert, die in entweder einem RGB-Raum für Farbbilder oder einem Dichteraum für Schwarz- Weiß-Bilder definiert sind. Die Bilder, die betroffen sind, sind in ihrer Art bildhaft, d. h. sie stellen natürliche Szenen dar. Während bestimmte, durch einen Computer erzeugte Bilder sich als Darstellung natürlicher Szenen qualifizieren können, ist die Klasse von Bildern, die betroffen ist, überwiegend abgetastete Fotografien. Die Bilder selbst werden in Form von Pixeln definiert, wobei jedes Pixel ein elektrisches oder elektronisches Signal mit einem digitalen Grauwert ist, der sich zwischen einem Weiß-Pegel (in dem beispielhaften System ein Maximum) und einem Schwarz-Pegel (in dem beispielhaften System ein Minimum) variiert. In einem derzeit erwünschten System, bei dem Berechnungen in Bezug auf 8 Bits von Informationen vorgenommen werden können, werden 256 Graupegel zur Verwendung verfügbar sein. Pixel werden auch in Form einer Position identifiziert, d. h. ein Pixel definiert einen einzigartigen Bereich m, n innerhalb des Bilds, identifiziert durch dessen mte Pixel-Position in einer Abtastlinie und dessen nte Abtastlinie Position in einer Seite. Eine Farbe wird deshalb durch Triplets von Grau-Pixeln für jedes Farb-Pixel m,n in dem Bild, wobei jedes Element des Triplets von Grau-Pixeln die Farbe in jeder Separation definiert, die zusammen das Farb-Pixel bilden, dargestellt.
Die Ausgabe einer Abtasteinrichtung 10 kann zu einem automatisierten Bildverbesserungssystem gerichtet werden, das hier weiter definiert werden wird. Für die Zwecke hier kann das automatisierte Bildverbesserungssystem ein Segmentierungssystem umfassen das innerhalb eines Dokuments einen Typ eines Bilds identifizieren und, falls es erwünscht ist, ein Endklassifizierungssystem sein kann, wenn die vorliegende Erfindung in Bezug auf Bilder mit kontinuierlichem Ton, natürlicher Szene arbeitet. Es wird angenommen werden, daß die Ausgabe des automatisierten Bildverbesserungssystems, das hier beschrieben ist, schließlich auf einen Drucker, eine CRT oder eine entsprechende Vorrichtung gerichtet werden wird. Diese Vorrichtungen können viele Charakteristika haben und können Laserdrucker, Tintenstrahldrucker, LED-Anzeigen oder CRT-Anzeigen sein. Allerdings haben sie als ein gemeinsames Erfordernis die Darstellung von bildmäßigen Graubildern. Dies kann mit einem Grau-Drucken oder mit einem Pseudo-Grau-Drucken vorgenommen werden.
In Bezug auf eine Ableitung von Daten zur Bearbeitung durch das vorliegende Bildverbesserungssystem kann eine Vorabtastung in Bezug auf ein Dokument, das auf einer Kopier- oder Abtastauflageplatte plaziert ist, und abgetastet durch das elektro-optische System der Abtasteinrichtung, um ein Signal zu produzieren, das das Dokumenten-Bild darstellt, durchgeführt werden. Alternativ kann das Bild auf ein automatisiertes Bildverbesserungssystem von einem Speicher, der zuvor von irgendeinem anderen System abgetastet oder abgeleitet worden ist, gerichtet sein, wobei in einem solchen Fall das aufgenommene Bild so abgetastet wird, wie dies erforderlich ist.
Eine Vorabtastung kann in einer unterabgetasteten Art und Weise durchgeführt werden, d. h. das Bild muß nicht für eine abschließende Auflösung des Systems für die Zwecke einer Verbesserung abgetastet werden. In der Praxis ist bestimmt worden, daß eine relativ kleine Anzahl von Pixeln, die für das gesamte Bild repräsentativ und über das ganze Bild hinweg verteilt sind, akkurat das Bild für diesen Zweck darstellen kann. In der bestimmten Ausführungsform hier verwendet man einen Block aus Pixeln, der von dem Bild in ungefähr 512 Pixeln · 512 Pixel abgeleitet ist. Der primäre Zweck dieser Auswahl ist derjenige, die Geschwindigkeit zu verbessern, unter der ein Software-Bild-Verbesserungssystem die bildhaften Bilder verarbeiten kann. Eine Abtastung bei üblichen Bildauflösungen verbessert nicht die Ergebnisse, die in dem erfindungsgemäßen Vorgang angeführt sind, der hier signifikant beschrieben ist, und erhöht dramatisch die Softwareverarbeitungszeit, die erforderlich ist. Hartware-Ausführungsformen des beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorgangs können so ausgeführt sein, um das Bild nicht unterabzutasten.
Allgemein werden in dem System, in dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet, Bilder mit natürlicher Szene, definiert in Form eines RGB-Raums, anfänglich zu einem Farbraumwandler 12 gerichtet, der RGB-Signale in einen ausgewählten Farbraum für eine Verbesserungsverarbeitung wandelt, wie ersichtlich werden wird. In praktischer Weise kann eine Zwischenspeicherung des Bilds in der Form eines Seitenpufferspeichers 11 vorgesehen werden, obwohl die Korrekturwerte, die hier beschrieben und berechnet werden sollen, auch in einem Vorabtastvorgang berechnet werden können, der keine Seitenpufferung erfordert. In Bezug auf die anfänglichen Farbbilddaten, die anfänglich von der Abtasteinrichtung 10 oder dergleichen aufgenommen werden, wird angenommen, daß sie in einem RGB-Raum anfänglich vorliegen, d. h. ein Rot-Grün-Blau-Raum, und für den erfindungsgemäßen Vorgang müssen sie anfänglich an einem Farbraumwandler 12 in einen Luminanz-Raum (YC&sub1;C&sub2;) gewandelt werden. Es ist möglich, daß das Bild bereits in einem Luminanz-Raum vorhanden sein wird, wie es üblich ist, um RGB-Werte in eine Luminanz/Chrominanz-Raum für eine andere Bildverarbeitung zu wandeln. Während ein YC&sub1;C&sub2;-Raum ein nützlicher Raum ist, in dem der erfindungsgemäße Vorgang durchgeführt werden kann, ist auch irgendein Satz von Farbkoordinaten für einen Ausdruck nützlich, bei dem mindestens ein Term eine Beziehung auf die gesamte Bildintensität oder Dichte besitzt, wie beispielsweise Y des Xerox YES des "Xerox Color Encoding Standard", XNSS 289005, 1989. Welcher Raum auch immer verwendet wird, so muß er eine Komponente haben, die sich auf die menschliche, visuelle Wahrnehmung einer Helligkeit oder Dunkelheit bezieht. In dem folgenden Beispiel wird die Erfindung unter Verwendung des Xerox YES Farbraums beschrieben werden. Die Erfahrung lehrt, daß eine Farbraumwandlung für verschieden Funktionen in dem gesamten System erforderlich sein kann, und demgemäß ist es in Fig. 1 unabhängig einer automatisierten Bildverbesserung dargestellt. Es sollte angemerkt werden, daß es in einigen Ausführungsformen ausreichend sein würde, die RGB-Farbdaten in reine Intensitätsdaten für eine automatisierte Schärfe-Steuerung zu transformieren, unter Ignorieren des Chrominanz-Signals, wenn die bestimmte Korrektur auf die RGB-Kanäle angewandt wird. In einer anderen Ausführungsform wird die bestimmte Korrektur auf die Y-Komponente der YC&sub1;C&sub2;-Daten angewandt, wobei in einem solchen Fall das Chrominanz-Signal beibehalten werden muß.
Der Ausgang des Farbraumwandlers 12 wird durch die automatisierte Bildverbesserungsvorrichtung 14 verarbeitet, wie dies in weiterem Detail beschrieben werden wird, die verschiedene Bildverbesserungssignale erzeugt. Ein solches Verbesserungssignal könnte die TRC- (Tone Reproduction Curve - Ton-Reproduktions-Kurve) Steuereinheit 16 einer Ausgabevorrichtung, wie beispielsweise eines Druckers 18, ansteuern. Ein anderes Signal steuert eine Schärfeeinstellung 19 vor einer Speicherung der Bildsignale in einem optionalen Ausgabepuffer 20 an, und zwar für eine darauffolgende Übertragung zu einem Drucker 18 oder einer anderen Ausgabevorrichtung. Es sollte angemerkt werden, daß die tatsächliche Position der TRC-Steuereinheit 16 und der Schärfe-Einstellung 19 in dem Datenpfad gegeneinander ausgetauscht werden können, vorausgesetzt, der automatisierte Bildverbesserungsblock 14 überträgt die Daten entsprechend. Es wird deutlich werden, daß die TRC-Steuereinheit 16 separat oder integral mit einer TRC-Steuereinheit arbeiten könnte, die herkömmlich dazu verwendet wird, den von der Vorrichtung unabhängigen Datenstrom in die von der Vorrichtung abhängigen Daten einzustellen, die zum Drucken oder zur Anzeige verwendet werden. Es wird auch deutlich werden, daß die Schärfe- Einstellung 16 separat oder integral mit einer Schärfe-Einstellung arbeiten könnte, die dazu verwendet werden könnte, die von der Vorrichtung unabhängige Datenfolge in von der Vorrichtung abhängige Daten, die zum Drucken oder Anzeigen verwendet werden, einzustellen.
Nun wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, bevor eine Ausführungsform davon beschrieben wird. Unter Bezugnahme nun auf den Bereich des Grau- Bilds oder der Abbildung in Fig. 2 wird man, wenn man in einem Multi-Bit-Raum arbeitet, wie beispielsweise einem 8-Bit-Raum, herausfinden, daß die Luminanz-Pegel zwischen 0 und 255 verteilt sein werden. Fig. 2 stellt einen kleinen 5 · 5 Bereich eines Bilds dar, das lokale Intensitäts-Werte zeigt. Für den Zweck der Darstellung wird hier angenommen, daß der lokale Bildbereich, der in Fig. 2 angezeigt ist, die maximale Schärfe des gesamten Bildbereichs liefert, und daß diese Schärfe unterhalb eines erwünschten Schärfeniveaus liegt. Es ist anzumerken, daß Bilder mit natürlicher Szene gewöhnlich eine maximale Abstufungshöhe (Differenz zwischen den Grauwerten benachbarter Pixel) von größer als ungefähr 100 haben werden, wobei Abstufungs-Höhen geringer als dieser Betrag dazu tendieren, entweder ein ernsthaftes Problem in Bezug auf das Bild anzuzeigen, oder anzuzeigen, daß es keine natürlich Szene ist. Im Gegensatz dazu wird man bei maximalen Abstufungs-Höhen von ungefähr 220 irgendwelche Änderungen in Bezug auf die Schärfe vermeiden, da dies eine akzeptable Abstufungs-Höhe ist. Es ist anzumerken, daß die maximale Abstufungs-Höhe dieser Kante 50 beträgt.
Gemäß der Erfindung wird ein lokaler Kontrast oder eine lokale Schärfe durch Messen eines Indikators für die Schärfe des Bilds geprüft, was als Sharp (Schärfe) bezeichnet werden wird. Sharp ist durch die Funktion gegeben:
Sharp = max{abs[i(n,m) - i(n + k, m + l)]} für k, l {(-1-1),(0-1),(1-1),(1.0)}
wobei i(n,m) die Intensität oder Luminanz für einen gegebenen, diskreten Bereich eines Bilds an der Stelle (n,m) in dem Bild ist.
Alternative Wert-Messungen könnten umfassen:
Sharp' = abs( i)
wobei i (n,m) der Gradient für die Luminanz des Bilds ist, oder
Sharp" = sobel [i(n, m)]
Wobei sobel() den ausreichend bekannten Kantenerfassungsvorgang bezeichnet, der zum Beispiel in "The Image Processing Handbook", CRC Press, Boca Raton 1992, Seiten 124ff, beschrieben ist. Es wird zweifelsohne ersichtlich werden, daß ein unterschiedliches Sharp über unterschiedliche Pixel-Sätze hinweg, einschließlich größerer Sätze und kleinerer Sätze, gemessen werden kann.
Fig. 3 stellt das Ergebnis einer Verwendung der ersten Messung einer Schärfe bei dem Bildbereich, der in Fig. 2 dargestellt ist, dar. Das sich ergebende Sharp-Signal (dargestellt in Fig. 3) über einen sehr kleinen Bereich wird geprüft und das Histogramm der Schärfe- Messung Sharp kann abgeleitet werden. Mit Sharp als eine grundsätzliche Messung einer Schärfe ist es nun möglich, eine entsprechende Operation zu berechnen, die eine Schärfe auf einen Sollwert ändern würde.
Ein erstes Verfahren macht von einem Standard-Schärfe-Filter Gebrauch, der herkömmlich in Software- oder Hartware-Anwendungen vorgefunden wird. Die gemessene Schärfe Sharp wird dazu verwendet, einen Filter zu berechnen, der ein idealisiertes Objekt einer gegebenen Schärfe Sharp in ein idealisiertes Objekt oder einer Kante einer Soll-Schärfe- (target) transformiert. Unter Verwendung des Filters, der in Fig. 4 dargestellt ist, als ein Beispiel für den Filter, der in dem System verwendet werden soll, wird ein idealer Intensitäts-Schritt beziehungsweise eine -Stufe von Sharp (gegeben als Δ in den Gleichungen, die folgen) in einen Intensitäts-Schritt beziehungsweise eine -Stufe einer Höhe target über target = (1 + 2β) Δ übertragen,
wobei β der Wert der Ring-Pixel des normierten Filters, dargestellt in Fig. 4A, ist. Unter Verwendung eines Beispiels einer Soll-Schärfe target = 100 und der gemessenen Schärfe Sharp = 50 aus Fig. 3 wird β so berechnet, daß β = ¹/&sub2; gilt, wie in Fig. 4B dargestellt ist. Entsprechend wird der Mittenwert auf '3' gesetzt, um eine konstante Bereichsdichte (die Summe der Werte des Filters sollte gleich zu 1 sein, um eine lokale Bereichs- Dichte beizubehalten) zu bewahren. Eine nicht lokale Dichte bewahrende Filter sind allerdings möglich. Fig. 5A stellt neue Intensitätswerte für den Mittenbereich 3 · 3 nach der Verwendung des Filters der Fig. 4B dar. Fig. 5B stellt die Schärfe-Messung Sharp, angewandt auf die neuen Intensitäten des Bildbereichs, dar, was die erwünschte Schärfe eines Niveaus beziehungsweise Pegels '100' ergibt.
Der Wert target ist die erwünschte Schärfe, die durch den Benutzer variiert werden kann, obwohl Bereiche von 0 bis zu dem maximalen Intensitätswert des Systems variiert werden können. Der Filter garantiert keine Soll-Schärfe, da eine Berechnung der Schärfe basierend auf dem maximalen Kontrast zwischen zwei Pixeln einen zwei-Pixel-Vorgang erfordern würde, um den Soll-Wert zu erzeugen. Allerdings wird für die idealisierte Kante, die dazu verwendet wird, den Filter zu bestimmen, die Soll-Schärfe erhalten, wie in Fig. 5B gesehen werden kann.
Alternativ zu dem Berechnungsverfahren, das vorstehend beschrieben ist, kann der Wert Sharp als ein Eintritt in eine Durchsichtstabelle verwendet werden, die den Filter, der verwendet werden soll, bestimmt. Dies kann entweder eine vollständige Filterbeschreibung sein oder kann ein zentraler Filterwert sein, vorausgesetzt, die Filter besitzen eine übliche, einfache Form, z. B. einen 3 · 3 Filter der Form:
- 1 -1 -1
filter = const· -1 α -1
- 1 -1 -1
oder
0 -1 0
filter = const· -1 α -1
0 -1 0
wobei 'α' durch die Durchsichtstabelle bestimmt wird. Es sollte angemerkt werden, daß der zweite Filter identisch zu dem Filter ist, der in Fig. 4B dargestellt ist, mit der Ausnahme einer Zurücknormierungs-Konstanten.
Eine zweite Ausführungsform macht von dem die Kante verbessernden Fehlerdiffusionsvorgang, der in der US-A-5,045,952, für Eschbach, für eine Verschärfung beschrieben ist, Gebrauch. In diesem Fall wird der Schwellwert-Modulations-Term K über eine Durchsichtstabelle basierend auf dem Wert Sharp ausgewählt. Dieses Verfahren ist speziell in Situationen vorteilhaft, in denen eine Reduktion von Daten von N-Bit auf n-Bit (N > n) erfor derlich ist, wie in dem Fall eines Wandeins von 8 Bit in 1-Bit oder 10-Bit in 8 Bit, usw. In der Umgebung der Fig. 1 könnte dies ermöglichen, den Verschärfungsvorgang mit der tatsächlichen Halbtonabstufung zu kombinieren, was zu einer verbesserten Software- Funktion führt, oder es könnte die anfängliche Verwendung von 10 Bit TRCs ermöglichen, um Approximationsfehler unter Verwendung von Mehrfach-TRCs zu reduzieren, während noch ein 8 Bit Ausgang bewahrt wird.
In beiden Verfahren, die eine Durchsichtstabelle verwenden, um den Filter oder die Kantenverbesserungskoeffizienten zu bestimmen, existiert ein einfaches Verfahren, um die Durchsichtstabelle zu laden. Bei diesem Verfahren wird eine Kante von sich variierender Schärfe auf einen gegebenen Filter angewandt und eine einfache Prüfung der sich ergebenden, verschärften Kante bestimmt die Eingabe/Ausgabe-Beziehung der Kantenhöhe für diesen Filter. Verschiedene Filter werden verwendet, um die Beziehungen zu bestimmen, und Zwischenschärfewerte können durch eine einfache Interpolation der bestimmten Filterwerte erhalten werden. Dasselbe Konzept gilt für die Bestimmung der Kantenverbesserungskoeffizienten für den modifizierten Fehlerdiffusionsvorgang.
Es ist wichtig anzumerken, daß mehrfache Bestimmungen von Sharp verwendet werden können und zu einem abschließenden Sharpmod kombiniert werden können. Das vorstehende Verfahren bestimmte den Filter basierend auf dem Wunsch, den maximalen Messungsschärfewert zu einem erwünschten Sollwert zu übertragen. Eine Alternative ist auch diejenige, den Filter zu bestimmen, der 5% der Bildkanten in einen Sollwert für diese 5% überführen würde. Solche Abschätzungen können dann kombiniert werden, um einen abschließenden Wert Sharpmod zu bilden.
Es ist auch wichtig anzumerken, daß eine wiederholte Anwendung dieses Vorgangs nicht weiterhin das Bild über die Forderung hinaus "verschärft". Anstelle davon decken Bilder eine Darstellung einer Schärfe ab, die als scharf angesehen wird. Dies kann durch Sehen auf die Schärfemessung Δ verstanden werden: nach einer Verschärfung wird sich Δ erhöht haben, und irgendein darauffolgender Versuch einer Verschärfung wird das neue Δ verwenden, das viel näher an target als die alte Schärfe Δ sein wird, wobei die Grenze gleich zu target ist, um dadurch zu einer Endschärfe des Bilds zu konvergieren. Dies gilt für die Ausführung der Schärfe über eine Durchsichtstabelle und einem berechneten Filter. Unter Betrachtung nun jeder Prozeß-Funktion der ausgeführten, automatisierten Bildverbesserungsvorrichtung und unter Bezugnahme nun auf Fig. 6 kann eine Schärfeeinstel lung so ausgeführt werden, wie dies dargestellt ist. Anfänglich, und optional, ist das Bild TRC korrigiert, so daß die Hochfrequenzelemente des Bilds global für einen Kontrast und/oder eine Belichtung vor einer Schärfe-Korrektur bei einer TRC-Korrektur 200 korrigiert werden. Als nächstes wird eine lokale Schärfe Δ von dem Bild bei einer Schärfe- Abschätzung 204 abgeschätzt. Die Schärfe-Abschätzung Δ wird optional modifiziert unter Verwendung mehrfacher Schärfe-Abschätzungen an einer Modifiziereinrichtung 206, um Δmod abzuleiten. Eine mögliche Modifikation ist diejenige, Δ bei der maximalen Abstufungshöhe, und bei 5% Abstufungshöhe (die maximale Höhe der größten 5% der Abstufungshöhen), zu berechnen. Man kann eines oder das andere oder eine Kombination der berechneten Δ's auswählen, um die Schärfe zu erhöhen. Der Ausgangswert von Δ wird bei einer Koeffizientenberechnung 207 verwendet, um die Filterkoeffizienten für den Schärfe- Filter abzuleiten. Ein 3 · 3 Filter ist in dieser Ausführung zur Vereinfachung ausgewählt worden, obwohl die Erfahrung zeigt, daß andere Filter mit kleinem Bereich zum Beispiel 5 · 5, einschließlich asymmetrische Filter, als Substitute funktionieren können. Wie die Fig. 7 zeigt kann, in einer anderen Ausführungsform, ähnlich zu derjenigen, die in Fig. 6 dargestellt ist, eine Schärfeeinstellung so ausgeführt werden, wie dies dargestellt ist. Anfänglich, und optional, wird das Bild im TRC korrigiert, so daß die Hochfrequenzelemente des Bilds global in Bezug auf Kontrast und/oder Belichtung vor einer Schärfe- Korrektur am Block 300 korrigiert werden. Als nächstes wird eine lokale Schärfe Δ aus dem Bild bei einer Schärfe-Abschätzung 304 abgeschätzt. Die Schärfe-Abschätzung Δ wird optional unter Verwendung mehrfacher Schärfe-Abschätzungen an einer Modifiziereinrichtung 306 modifiziert, um Δmod abzuleiten. Der Ausgabewert von Δ wird als ein Eintritt in eine Durchsichtstabelle verwendet, die in einem Durchsichtstabellenspeicher 307 gespeichert ist, um entweder Filterkoeffizienten oder den K Koeffizienten für den die Kante verbessernden Fehlerdiffusionsalgorithmus zu erzielen.
Wie nun Fig. 8 zeigt, setzt eine Schärfe-Abschätzung 208 einen Mehrfachabtastlinienpuffer 250 ein, der ausreichende Bilddaten speichert, um die lokale Bereichs-Schärfe oder Sharp zu bestimmen. Eine Komparator-Anordnung 252 bestimmt für jede Stelle m,n innerhalb eines kleinen Bereichs, definiert um m,n herum, und speichert in einem Puffer 250 die Differenz D in der Intensität zwischen m,n und m + k, n + l{(k, l) = (-1,-1),(0,-1),(1-1), (-1,0)} (der Bereich oder das Fenster um m,n herum). Der absolute Wert D der Differenz D wird an dem Absolutwertschaltkreis 254 bestimmt und mit vorherigen maximalen Bestimmungen am Komparator 256 verglichen. Wenn der momentane Wert von D ein Maximum ist, wird seine Speicherung in dem max-Puffer 258 mit einem Signal ESN von dem Komparator 256 freigegeben. Beim Abschluß wird Sharp = Δ zu der Koeffizientenberechnung 207 hin gerichtet, wo Δ mit einem extern angewandten Wert für target verwendet wird, um α und β zu berechnen. In dem Beispiel der Fig. 8 wurde der Filter, der in Fig. 4A dargestellt ist, angenommen.
Alternativ setzt in Fig. 9 die Ausführungsform einen Mehrfach-Abtastlinienpuffer 350 ein, der ausreichende Bilddaten speichert, um die lokale Bereichsschärfe oder Sharp zu bestimmen. Eine Komparator-Anordnung 352 bestimmt für jede Stelle m,n innerhalb eines kleinen Bereichs, definiert um m,n herum, und speichert in dem Puffer 350 die Differenz D in der Intensität zwischen m,n und m + k, n + l{(k, l) = (-1,-1),(0,-1),(1,-1),(-1,0)} (der Bereich oder das Fenster um m,n herum). Der absolute Wert D der Differenz D wird an dem Absolutwertschaltkreis 354 bestimmt und mit vorherigen maximalen Bestimmungen an dem Komparator 356 verglichen. Wenn der momentane Wert von D ein Maximum ist, wird seine Speicherung in dem max-Puffer 358 mit einem Signal EN von dem Komparator 356 freigegeben. Unter Abschluß wird Sharp = Δ zu der Durchsichtstabelle hin gerichtet, die im Speicher 360 gespeichert ist, um den erwünschten Filter oder den Kantenverbesserungskoeffizienten K aufzusuchen. Der Koeffizient K wird dann in dem die Kannte verbessernden Fehlerdiffusionsprozessor 308, beschrieben in der US-A 5,045,952, für Eschbach, verwendet. Es wird zweifelsohne erkannt werden, daß dieser Fehlerdiffusionsprozeß ein unterschiedlicher Typ eines Filters als derjenige ist, der für die früheren Ausführungsformen beschrieben ist, allerdings dennoch dieselben Funktionen ausführt. Es sollte angemerkt werden, daß der beschriebene erfindungsgemäße Vorgang dazu verwendet werden kann, den notwendigen Schärfe-Vorgang abzuleiten, der auf die Intensitäts-Komponente des Bilds angewandt wird. Alternative Ausführungen können ausgewählt werden, um die berechnete Schärfe-Korrektur direkt auf die Farbkomponenten des Bilds, z. B. rote, grüne und blaue Komponenten, anzuwenden. Der Schärfe-Parameter könnte unter Verwendung eines Histogramms der Bild-Schärfe-Messungen bestimmt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Verändern der Schärfe bei der Wiedergabe eines elektronisch codierten Bilds einer natürlichen Szene, die aufweist:

a) eine elektronische Signaleingabe, die zum Aufnehmen eines elektronisch codierten Bilds mit natürlicher Szene geeignet ist, wobei die Codierung in Form von k-Bit- Farbdichtesignalen erfolgt;

b) einen Farbraumwandler (12) zum Wandeln der Farbdichtesignale in ein Format, wobei mindestens ein Signal eine Bildintensität darstellt und für L Intensitätspegel definiert ist;

gekennzeichnet durch:

c) eine Vergleichseinrichtung (204; 304) zum Unterteilen des Bilds in eine Vielzahl von diskreten Bereichen und, für jeden der diskreten Bereiche, zum Vergleichen der Intensitätssignale in mindestens einem vorbestimmten, lokalen Bereich des Bilds, wobei Differenzen in den Intensitätssignalen eine Bild-Schärfe darstellen und wobei die Vergleicheinrichtung die maximale Schärfe des lokalen Bereichs als ein Schärfe-Signal erzeugt; und

d) einen Schärfe-Filter (208; 308), der entweder in Bezug auf die gewandelten Farbdichtesignale oder in Bezug auf die gewandelten, in der Farbdichte codierten Bildsignale arbeitet, um das Bild entsprechend dem Schärfesignal zu verschärfen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Codiereinrichtung zum Codieren des Bilds vor einer Ausgabe aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Vergleichseinrichtung (204; 304) einen ersten Komparator (252; 352), der die Intensitätssignale vergleicht und eine Anzahl von Signalen erzeugt, die eine Anzahl von Schärfen des Bilds darstellen, und einen zweiten Komparator (256; 356), der die Anzahl von Signalen vergleicht und ein maximales Signal erzeugt, das die maximale Schärfe des lokalen Bereichs darstellt, aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das maximale Signal das Schärfesignal ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Vergleichseinrichtung (204; 304) weiterhin eine Modifiziereinrichtung (206; 306) umfaßt, wobei die Modifiziereinrichtung eine Anzahl von Schärfe-Messungen verwendet, um das Schärfe-Signal zu erzeugen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgabe des Schärfe-Filters (208; 308) beim Verringern der Anzahl von Bits in jeder Bild-Separation verwendet wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Schärfe-Koeffizienten-Prozessor (207) aufweist, der das Schärfe-Signal verwendet, um Filter-Koeffizienten zu berechnen, und wobei der Schärfe-Filter gemäß den Filterkoeffizienten arbeitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Schärfe-Koeffizienten-Prozessor (207) weiterhin ein extern zugeführtes Soll-Schärfe-Signal verwendet, um die Filterkoeffizienten so zu berechnen, daß eine gegebene Schärfe in eine Soll-Schärfe transformiert wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Durchsichtstabelle (360) aufweist, die das Schärfe-Signal verwendet, um Filter- Operations-Steuer-Informationen, die dazu aufgelistet sind, aufzusuchen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Schärfe-Filter einen die Kante verbessernden Fehler-Diffusionsschaltkreis (308) umfaßt, der die Farbdichtesignale mit einem Schwellwert vergleicht, wobei der Schwellwert für jedes Pixel als eine Funktion eines Verbesserungs-Signals eingestellt ist, das von der Durchsichtstabelle (360) aufgesucht wird, die Verbesserungs-Werte für Lokal-Bereich-Schärfe-Werte auflistet, wobei der Schaltkreis einen Ausgang von m-Bit-Farb-Dichte-Signalen liefert, wobei M < k gilt.

11. Verfahren zum Ändern der Schärfe beim Wiedergeben eines elektronisch codierten Bilds einer natürlichen Szene, das die Schritte aufweist:

a) Aufnehmen eines elektronisch codierten Bilds mit natürlicher Szene, wobei die Codierung in Form von k-Bit-Farbdichtesignalen vorliegt;

b) Wandeln der Farbdichtesignale in ein Format, wobei mindestens ein Signal eine Bildintensität darstellt und für L-Niveaus einer Intensität definiert ist; gekennzeichnet durch:

c) Unterteilen des Bilds in eine Vielzahl von diskreten Bereichen und, für jeden der diskreten Bereiche, Vergleichen der Intensitätssignale in mindestens einem vorbestimmten lokalen Bereich des Bilds, wobei Differenzen in den Intensitätssignalen eine Bild schärfe darstellen, und Erzeugen der maximalen Schärfe des lokalen Bereichs als ein Schärfesignal; und

d) Filtern entweder der gewandelten Farbdichte-Signale oder der in der gewandelten Farbdichte codierten Bildsignale, um das Bild zu verschärfen, wobei das Filtern gemäß dem Schärfesignal ausgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist:

e) Codieren des Bilds vor einer Ausgabe.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei der Schritt c) die Unterschritte aufweist:

c1) Vergleichen der Intensitätssignale und Erzeugen einer Anzahl von Signalen, die eine Anzahl von Schärfen des Bilds darstellen; und

c2) Vergleichen der Anzahl von Signalen und Erzeugen eines maximalen Signals, das die maximale Schärfe des lokalen Bereichs darstellt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das maximale Signal das Schärfesignal ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Schritt c2) weiterhin eine Verwendung einer Anzahl von Schärfe-Messungen aufweist, um das Schärfesignal zu erzeugen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Ausgabe des Filterschritts beim Reduzieren der Anzahl von Bits bei jeder Bild-Separation verwendet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Verfahren weiterhin eine Verwendung des Schärfesignals aufweist, um Filterkoeffizienten zu berechnen, wobei der Filterschritt gemäß den Filterkoeffizienten ausgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine Sollschärfe dazu verwendet wird, die Filterkoeffizienten so zu berechnen, daß eine gegebene Schärfe in die Soll-Schärfe transformiert wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Schärfesignal dazu verwendet wird, auf eine Durchsichtstabelle (360) zuzugreifen, um Filter-Operations- Steuer-Informationen, die dazu aufgelistet sind, zu bestimmen.