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DE19811279A1 - Verfahren zur automatischen Auswahl von Farbkalibrierungen - Google Patents

Verfahren zur automatischen Auswahl von Farbkalibrierungen

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Abstract

Verfahren zur automatischen Auswahl von Farbkalibrierungen für die digitale Farbbildaufzeichnung, insbesondere für die digitale Photographie oder die digitale Videoaufzeichnung unter beliebigen Beleuchtungsverhältnissen. Es wird mindestens eine Kalibrierung erzeugt und mittels einer Kalibriersoftware mindestens eine Kalibrierfüllung berechnet. Anhand der Korrelation zwischen dem Farbstich des aktuellen Bildes und dem Farbstich der jeweiligen Kalibrierung wird die Kalibrierung ausgewählt, die die beste Näherung zu dem Farbstich des Bildes hat. Im Falle, daß beim Vergleich des Farbstiches des Bildes mit den Farbstichen der gespeicherten Kalibrierungen keine passende Kalibrierung gefunden wird, wird eine Standardkalibrierung ausgewählt. Mit dem ausgesuchten Farbstich und mit der ausgesuchten Kalibrierung wird die geräteunabhängige Farbtransformation durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Auswahl von Farb­ kalibrierungen für die digitale Farbbildaufzeichnung, insbesondere für die digitale Photographie oder die digitale Videoaufzeichnung unter beliebigen Beleuchtungsverhältnissen.
Bei der digitalen Farbbildaufzeichnung ist es erforderlich, eine Nachbearbeitung der digitalen Bilddaten im Bereich der Signalverarbeitung vorzunehmen. Dies kann in einer Bildbearbeitungsstation, aber auch direkt in einem Gerät zur Bilderfassung erfolgen, z. B. in einer digitalen Kamera. Es kommen z.Zt. zwei Verfahren zur Anwendung.
Bei einem Verfahren wird jedes Beleuchtungsverhältnis kalibriert. Dadurch wird ein sehr gutes Ergebnis erreicht. Allerdings können sich z. B. bei Außenaufnahmen durch Wolken oder ähnliches die Beleuchtungsverhältnisse sehr schnell ändern, so daß ein freies Arbeiten erschwert wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß eine hohe Qualität erreicht wird. Allerdings schränkt es den Photographen ein, da er zusätzliches Material (die Kalibriervorlage), zusätzliches Wissen (wie und wann), zusätzliche Aufnahme Zeit und zusätzliche manuelle Nachbearbeitung benötigt.
Bei dem zweiten Verfahren werden wenige fest eingestellte Beleuchtungs­ bedingungen (meist nur Tageslicht zu Kunstlicht ) festgelegt und mittels einer Bildlichtanalyse automatisch oder manuell ausgewählt. Bei hohen Anforderungen oder unüblichen Beleuchtungen sind die dabei erzielten Ergebnisse aber nicht ausreichend. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß der Benutzer frei arbeiten kann, ohne ständig Farbtafeln aufnehmen zu müssen.
Dieses Verfahren wird im folgenden näher beschrieben. Es gibt mehrere Möglich­ keiten, dies zu realisieren, wobei es zwei Module gibt, die in Kombination oder einzeln verwendet werden. Es sind dies Kalibrierungen und Farbstichausgleich. Beide Module werden teilweise kombiniert oder nur ein Modul kommt zum Einsatz. Allerdings auch in der Kombination arbeiten heute beide bei diesen Modulen verwendeten Techniken unabhängig voneinander.
Hat ein Bild einen Farbstich, so wird ein Farbstichausgleich vorgenommen, der auf lichtlineare Daten ausgeführt wird. Der Farbstichausgleich verändert jede Farbe unabhängig voneinander durch eine im allgemeinen lineare Funktionler Ordnung. Die Farben werden dabei so verstärkt, daß definierte Eckwerte (Grauwerte, meistens Weiß und Schwarz) nach Anwendung der Funktion zusammenfallen, d. h. die Eckwerte treffen auf die Grauachse.
Eine Kalibrierung wird zusätzlich zum Farbstich ausgeführt. Dabei wird eine 3.3 oder höherwertige Operation auf den Farbkanälen aus geführt. Dadurch werden Abhängigkeiten zwischen den Farben ins Gewicht gezogen. Wird vor der Kalibrierung ein Farbstichausgleich durchgeführt, reduziert sich die Kalibrierung auf die reine Farbtransformation. Das Ergebnis ist, daß die Farben einem definierten Farbraum mit definierter Farbtemperatur entsprechen. Im folgenden wird eine heutige Kombination der beiden Techniken aufgezeigt. Auf die Beschreibung der Erstellung von Kalibrierungen wird hier verzichtet. Es wird hierzu auf das Produkt und die Produktbeschreibung "ScanOpen" ICC Anwendung, der Fa. Linotype-Hell AG, D-34107 Kiel, verwiesen, dessen Dokumentation unter der Ident-Nr. 05226870, Stand Mai 1997, erhältlich ist. Weiterhin wird in diesem Zusammenhang auf die Veröffentlichung "ICC Profile Format Specification, Version 3.4, August 15,1997, International Color Consortium (ICC, web site: http://www.color.org) hingewiesen.
Die derzeitige Realisierung sieht so aus, daß man sich stark an die herkömmliche Photographie angelehnt. In der herkömmlichen Photographie kommen überwiegend "Tageslichtfilme" zum Einsatz. Sie sind für eine Farbtemperatur von 5000-6000°K ausgelegt. Dieses Farbverhalten wird von allen Blitzsystemen und bei guten Tageslichtbedingungen geliefert. Als einzig verbreitete Alternative zu "Tageslichtfilmen" werden "Kunstlichtfilme" angeboten, die für ca. 3000° ausgelegt sind und unter Halogenbeleuchtung zum Einsatz kommen. Genauso sind die digitalen Systeme für die Farbtemperatur von 5000-6000°K kalibriert. Leichte Abweichungen werden dann evtl. mit einem Farbstichausgleich ausgeglichen. Größere Abweichungen führen auch trotz Durchführung eines Farbstichausgleich zu Falschfarben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dem Benutzer zu ermöglichen, ohne den notwendigen Kalibriervorgang, frei arbeiten zu können, wobei aber die Weiterverarbeitung der Bilder automatisch erfolgen und eine hohe Qualität erzielt werden soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur automatischen Auswahl von Farbkalibrierungen für die digitale Farbbildaufzeichnung gelöst, insbesondere für die digitale Photographie oder die digitale Videoaufzeichnung unter beliebigen Beleuchtungsverhältnissen wobei ein Farbbild korrigiert werden soll. Merkmale der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kalibrierung erzeugt wird, indem eine Analyse des Farbstichs eines Farbbildes durchgeführt wird, ein Ausgleich des Farbstichs vorgenommen wird und der Farbstichausgleich gespeichert wird, mittels einer Kalibriersoftware mindestens eine Kalibrierfüllung errechnet und gespeichert wird und in die Kalibrierfüllung oder Füllungen jeweils ein Eintrag über den analysierten Farbstich vorgenommen wird, eine Bearbeitung des aktuellen Bildes erfolgt, indem eine Analyse des aktuellen Bildes durchgeführt wird, wobei der Farbstich des Bildes mit den Farbstichen der gespeicherten Kalibrierungen verglichen wird und eine Auswahl aus den gespeicherten Kalibrierungen mittels einer Korrelation durchgeführt wird, wobei anhand der Korrelation zwischen dem Farbstich des aktuellen Bildes und dem Farbstich der jeweiligen Kalibrierung, die Kalibrierung ausgewählt wird, die die beste Näherung zu dem Farbstich des Bildes hat, und die ausgewählte Kalibrierung zur Erzeugung einer geräteunabhängigen Farbtransformation vorgesehen wird, wobei im Falle, daß beim Vergleich des Farbstiches des Bildes mit den Farbstichen der gespeicherten Kalibrierungen keine passende Kalibrierung gefunden wird, eine Auswahl getroffen wird, indem aus den gespeicherten Kalibrierungen eine Standardkalibrierung ausgewählt wird und zur Erzeugung einer geräteunabhängigen Farbtransformation der Bilddaten des aktuellen Bildes vorgesehen wird und wobei weiterhin der Farbstich des aktuellen Bildes mit dem Farbstich der ausgewählten Kalibrierung verglichen wird und bei guter Korrelation der Farbstich des Bildes für die Transformation ausgesucht wird und bei schlechter Korrelation der Farbstich der ausgewählten Kalibrierung für die Transformation ausgesucht wird und daß mit dem ausgesuchten Farbstich und mit der ausgesuchten Kalibrierung die geräteunabhängige Farbtransformation durchgeführt wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß von den Variablen Farbstich und Kalibrierung bei der Auswahl eine der Variablen bestimmt und festgehalten wird wobei man entweder den Farbstich des aktuellen Bildes oder den Farbstich der ausgewählten Kalibrierung für die Durchführung der geräteunabhängigen Farbtransformation verwendet.
Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel einer digitalen Kamera näher beschrieben. Das Prinzip ist aber auch auf die digitale Videoaufzeichnung und anwendbar.
Das neue Verfahren ist bei beliebigen Lichtarten, die stark vom idealen schwarzen Körper abweichen können, funktionsfähig. Der bisherige farbrichtige Arbeitsbereich eines Systems (ca. 5000-6000°K) wird um beliebige Lichtarten erweitert.
Eine zusätzliche Lichtart wird durch eine Kalibrierung definiert. Die Kalibrierung wird mit Informationen versehen, die bei einer späteren Aufnahme in Korrelation gesetzt wird. Es wird in diesem Beispiel beschrieben, daß der Farbstich im Weiß zur Korrelation herangezogen wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung, das Verfahren auch weitere Parameter, wie Blitz, Blende, Belichtungszeit, Entfernung etc. anzuwenden. Die Beschreibung der Erfindung erfolgt auch anhand der Fig. 1 bis 6. Es zeigen
Fig. 1 eine Kalibriervorlage,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Erzeugung einer Farbkalibrierung,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Auswahl einer Farbkalibrierung,
Fig. 4 Histogramme für die Farbanteile Rot, Grün und Blau eines aufgenommenen Bildes,
Fig. 5 ein Beispiel für eine gute Korrelation, und
Fig. 6 ein Beispiel für eine weniger gute Korrelation.
I. Erzeugung der Kalibrierungen
Die Kalibrierungen werden gemäß ICC gemäß der eingangs zitierten Veröffentlichungen "ScanOpen ICC" und "ICC Profile Format Specification" angefertigt, z. B. IT8 Vorlage und Zielraum Lab oder XYZ mit Lichtart D50 oder D65. Die Kalibrierung korrigiert die sowohl die Lichtbedingung als auch das Sensor Farbverhalten.
Die Kalibrierungen werden für verschiedene Lichtarten erzeugt (z. B. 3000 K, 5000 K, 6500 K, Fluoreszierendes Licht etc.). Während der Kalibrierungserstellung wird jede Kalibrierung mit der Farbstich-Information versehen, die stark mit dem Farbspektrum des Aufnahmelichtes korreliert ist.
Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine Kalibriervorlage. Für die Darstellung der Strukturprogramme, die zur Erläuterung der Abläufe verwendeten, wurde eine Darstellungsweise von Nassi-Shneidermann nach DIN 66261 verwendet.
In Fig. 2 ist ein Strukturdiagramm nach Nassi Shneidermann für die Erzeugung einer Kalibrierung dargestellt.
Die Erstellung solcher Kalibrierungen kann beliebig oft wiederholt oder erweitert werden. Die Erstellung kann sowohl vom Hersteller, als auch vom Benutzer durchgeführt werden.
Alle Kalibrierfüllungen erzeugen dadurch die gleichen Farben für eine festgelegte Lichtart (D50 im Normalfall). Dieser Vorgang wird nun für unterschiedliche Beleuchtungsarten wiederholt. Beispielhaft ist folgende Aufteilung:
  • - Tungsten (ca. 3000 K)
  • - Normlicht (ca. 5000 K)
  • - Sonnenlicht (ca. 6000 K)
  • - Schatten (ca. 8000 K).
Anm.: Die Kelvin Ermittlung ist nicht Bestandteil des Verfahrens und auch nicht notwendig; sie wurde hier nur der Verständlichkeit wegen zugefügt.
II) Anwendung bei der späteren Bearbeitung von Bildern
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Auswahl einer geeigneten Farbkalibrierung für ein aktuell aufgenommenes Bild.
Phase a) Farbstichanalyse
Die Analyse wird hier durch eine Histogrammfunktion für jede Farbe durchgeführt. Optional können Farbstichinformationen der Kamera oder Benutzer gesetzte Bildpunkte benutzt werden. Fig. 4 zeigt Histogramme für die Farbanteile Rot, Grün und Blau.
Phase b) Suche der besten Kalibrierung
Der Farbstich der Aufnahme wird mit allen registrierten Lichtarten in Korrelation gesetzt. Erfüllt die Lichtart mit der besten Korrelation eine definierte Minimalbedingung wird sie ausgewählt. Sonst wird eine Default Kalibrierung gewählt. Zur Bestimmung der Korrelation werden alle Steigungen aller Farben benutzt.
Der folgende Programmauszug verdeutlicht das Verfahren:
Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine gute Korrelation und Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine weniger gute Korrelation. Die Korrelation wird hier auf logarithmierten lichtlinearen Werten durchgeführt. Dadurch ist ein helligkeitsunabhängiger Vergleich möglich. Zusätzliche Vergleiche wie Blende, Entfernung, Belichtungszeit, Blitz etc. sind möglich. Neu ist hierbei das Regelwerk, daß automatisch die richtige Farbkalibrierung wählt und zusätzlich bei unkorreliertem Farbstichen eine Sonderbehandlung anstößt.
Phase c) Auswahl der Kalibrierung
Bei Erfolg von b) wird automatisch oder halbautomatisch die beste Kalibrierung ausgewählt.
Bei Mißerfolg von b) sind in der Regel eine der 2 Bedingungen eingetreten:
  • - Das Licht wurde nicht kalibriert und sollte nachkalibriert werden. Alternative kann der Benutzer die nach seiner Erfahrung beste Kalibrierung auswählen oder das System benutzt eine mittlere Kalibrierung.
  • - Das Bild enthält einen hohen Farbstich. Der Benutzer muß hier eine nach seiner Erfahrung beste Kalibrierung auswählen oder das System benutzt eine mittlere Kalibrierung.
Die Ermittlung des "Mißerfolges" ist eine genauso wichtiger Fall, wie die Selektion einer Kalibrierung!
Phase d) Farbstichausgleich durch LookUp Tabellen
Für jede Farbe wird eine möglichst lineare Funktion auf möglichst lichtlineare Daten ausgeführt. Dadurch werden in der Realität neutrale Töne auf die Grauachse gezogen.
Der Farbstich der Aufnahme wird mit der ausgewählten Lichtart in Korrelation gesetzt. Erfüllt die Korrelation eine definierte Bedingung wird der Farbstich aus der Analyse genommen, ansonsten aus der Kalibrierung. Dadurch werden leichte Abweichungen der Lichtart ausgeglichen. Größere Abweichungen dürfen nicht alleine vom Farbstich, sondern nur durch die passende Kalibrierung ausgeglichen werden. Größere Abweichungen entstehen oft durch Bilder ohne neutrales Weiß. Hier führt die Anwendung des Farbstiches aus der verwendeten Kalibrierung zu den besten Ergebnissen.
Die Korrelation wird hier auf logarithmierten lichtlinearen Werten durchgeführt (siehe b). Dadurch ist ein helligkeitsunabhängiger Vergleich möglich. Der Grenzwert kann sich von dem bei b) angewandten Grenzwert unterscheiden.
Zum Schluß wird die ausgewählte Kalibrierung auf die farbstichkorrigierten Bilddaten angewendet. Das Bild wird nun die richtigen Farben zeigen.

Claims (2)

1. Verfahren zur automatischen Auswahl von Farbkalibrierungen für die digitale Farbbildaufzeichnung, insbesondere für die digitale Photographie oder die digitale Videoaufzeichnung unter beliebigen Beleuchtungsverhältnissen wobei ein Farbbild korrigiert werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine Kalibrierung erzeugt wird, indem eine Analyse des Farbstichs eines Farbbildes durchgeführt wird, ein Ausgleich des Farbstichs vorgenommen wird und der Farbstichausgleich gespeichert wird, mittels einer Kalibriersoftware mindestens eine Kalibrierfüllung errechnet und gespeichert wird und in die Kalibrierfüllung oder Füllungen jeweils ein Eintrag über den analysierten Farbstich vorgenommen wird
eine Bearbeitung des aktuellen Bildes erfolgt, indem eine Analyse des aktuellen Bildes durchgeführt wird, wobei der Farbstich des Bildes mit den Farbstichen der gespeicherten Kalibrierungen verglichen wird und eine Auswahl aus den gespeicherten Kalibrierungen mittels einer Korrelation durchgeführt wird,
wobei anhand der Korrelation zwischen dem Farbstich des aktuellen Bildes und dem Farbstich der jeweiligen Kalibrierung, die Kalibrierung ausgewählt wird, die die beste Näherung zu dem Farbstich des Bildes hat, und die ausgewählte Kalibrierung zur Erzeugung einer geräteunabhängigen Farbtransformation vorgesehen wird,
wobei im Falle, daß beim Vergleich des Farbstiches des Bildes mit den Farbstichen der gespeicherten Kalibrierungen keine passende Kalibrierung gefunden wird, eine Auswahl getroffen wird, indem aus den gespeicherten Kalibrierungen eine Standardkalibrierung ausgewählt wird und zur Erzeugung einer geräteunabhängigen Farbtransformation der Bilddaten des aktuellen Bildes vorgesehen wird und
wobei weiterhin der Farbstich des aktuellen Bildes mit dem Farbstich der ausgewählten Kalibrierung verglichen wird und bei guter Korrelation der Farbstich des Bildes für die Transformation ausgesucht wird und bei schlechter Korrelation der Farbstich der ausgewählten Kalibrierung für die Transformation ausgesucht wird und daß mit dem ausgesuchten Farbstich und mit der ausgesuchten Kalibrierung die geräteunabhängige Farbtransformation durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Variablen Farbstich und Kalibrierung bei der Auswahl eine der Variablen bestimmt und festgehalten wird wobei man entweder den Farbstich des aktuellen Bildes oder den Farbstich der ausgewählten Kalibrierung für die Durchführung der geräteunabhängigen Farbtransformation verwendet.
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