DE2435980A1

DE2435980A1 - Kontaktschirm und verfahren fuer nichtlineare umwandlungen und filterung in kohaerenten optischen systemen

Info

Publication number: DE2435980A1
Application number: DE2435980A
Authority: DE
Inventors: Hisatoyo Kato
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1973-08-01
Filing date: 1974-07-26
Publication date: 1975-02-13
Also published as: BE818369A; JPS5069935A; CA1010271A; US3885971A; FR2239710B1; FR2239710A1; JPS5641991B2; GB1474810A

Description

Patentanwälte 25.7.1974

Dipl.-Ing. Hans Meissner

Dipl.-Ing. Erich Bolte
28 Bremen
Stevogtstraße 21, Telefon 34 2010

FUJI PHOTO FILM COMP., Ltd.
Tokyo, Japan

"Kontaktschirm und Verfahren für nichtlineare Umwandlungen und Filterung in kohärenten optischen Systemen"

Priorität: 1. August 1973, USA, Serial No. 384.538

Die Erfindung betrifft kohärente optische Bildverarbeitungssysteme und insbesondere ein Verfahren, welches für nichtlinear umgewandelte Eingangsmuster in kohärenten optischen Bildverarbeitungssystemen sorgt.

Kohärente optische Bildverarbeitungssysteme sind in der Vergangenheit auf lineare Filteroperationen, wie z.B. angepaßte Filterung und inverse Filterung (deconvolution), beschränkt gewesen. In vielen Anwendungsfällen ist diese Beschränkung jedoch nachteilig. Zum Beispiel können multiplikative Signale und Störungen, wie z.B. Punktstörungen (speckle noise) bei einer Laserlichtabbildung und Bilder

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von nicht einheitlich belichteten Durchsichtigkeiten mit kohärenter Optik nicht verarbeitet werden. Das Mehrfachschwel lenabschneid en (multiple threshold clipping) von Bildern, welches beim Abtasten von Bildern wichtig ist, stellt ein anderes Beispiel von nichtlinearen Umwandlungen dar, die für eine kohärente optische Verarbeitung nicht realisiert worden sind.

Ein photographischer Film schafft eine Möglichkeit zur Einführung von nichtlinearen Umwandlungen. Falls ein grosser dynamischer Belichtungsbereich erforderlich ist (z.B. 100:1), wie dies oft der Fall ist, sind unglücklicherweise die einzigen nichtlinearen Umwandlungen, die genau verwirklicht werden können, solche, die im linearen Bereich der Hurter- und Driffield-Kurve arbeiten. Im einzelnen steht der Amplitudendurchlaßgrad t, zur Belichtung E" in der Beziehung

t_A = κ ε" ΐ^/2 (D

wobei f die Steigung der Hurter- und Driffield-Kurve ist und positiv oder negativ sein kann. Siehe hierzu z.B. J.W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, McGraw-Hill Book Co. (1968), Section 7-2. Bedauerlicherweise ist diese Energiegesetzumwandlung nicht flexibel genug, um viele der möglicherweise interessierenden nichtlinearen Umwandlungen zu umfassen,

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Unter den wichtigen "? ontiiner.ren Umvandj-ungen, welche in der durch einen photographischen Film erreichbaren Klasse nicht enthalten sind, befinden sich logarithmische Umwandlungen, Exponentialumwandlungen und das Mehrfachschwellenabschneiden.

A.V. Oppenheim und seine Mitarbeiter haben den Einfall einer verallgemeinerten linearen Filterung in "homomorphen" Systemen formuliert und im einzelnen studiert. Darüber hinaus haben sie mittels digitaler Verarbeitung ihre Anwendung auf die Filterung bei multiplikativen Signalen unter Benutzung einer logarithmischen Umwandlung demonstriert. Vgl. z.B. A.V. Oppenheim, Information and Control, 11 (1967), S.528, und A.V. Oppenheim, R.W. Schafer und T.G. Stickham, Jr., Proceedings of the IEEE, 56 (1968), S.1264.

Obwohl Computerbildverarbeitung nichtlineare Operationen handhaben kann, sind auf der anderen Seite die Kosten der Berechnung und der Computereinrichtung einschließlich der Bildeingangs- und -ausgangsvorrichtungen äußerst hoch verglichen mit der kohärenten optischen Bildverarbeitung. Ein weiterer Nachteil der digitalen Bildverarbeitung durch Computer besteht darin, daß alle zu verarbeitenden Bilder in winzige Zellensegmente unter dem Auflösungsvermögen menschlicher Augen eingeteilt werden müssen, um eine Feinverarbeitung zu erzielen, und daß eine äußerst lange Berechnungszeit erforderlich ist, was manchmal eine Echtzeitverarbeitung

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unmöglich macht.

Es ist daher ein lange bestehendes Bedürfnis, einfache Verfahren zu schaffen, die nichtlineare Operationen verbunden mit kohärenter optischer Bildverarbeitung durchführen können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Unzulänglichkeiten des bekannten Standes der Technik zu vermeiden und einfache Verfahren zur Erstellung von nichtlinear umgeformten Eingangsmustern zu schaffen, welche direkt in linearen kohärenten optischen Verarbeitungssystemen benutzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Halbtonkontaktschirme gelöst, die Punkte mit dem geeigneten Lichtdurchlaßgradprofil aufweisen. Wo die nichtlineare Umwandlung mathematisch ausgedrückt werden kann, wird das Lichtdurchlaßgradprofil eines Punktes in einem nichtlinearen Halbtonkontaktschirm als eine Funktion des Bruchteilbereiches eines Punktes durch die Gleichung der nichtlinearen Umwandlung abgeleitet. Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung können die Kontaktschirme durch eine Stufen- und Wiederholkamera (step and repeat camera), eine Lochkamera, eine Mehrfachabbildung durch kohärente optische Filterung, durch Mehrfachbelichtung von verschieden großen vollen Punkten als Stufenannäherung des erforderlichen Punktprofils oder durch Regelung der Haupt-, Blitz- und Glanzlichtbelichtungen wie bei herkömmlichen HaIbtonverarbeitungstechniken hergestellt werden.

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Weitere Vorteilsmerkmale und Aiwendungsmogüchkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Figuren.

Es zeigt:

Figur 1 eine gemessene Kennlinie eines logarithmischen Kontaktschirmes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 das experimentelle Ergebnis, welches die Wirkung der logarithmischen Umwandlung zeigt, die durch die Erfindung auf das Fourier-Spektrum realisiert wird, und

Figur 3 ein anderes experimentelles Ergebnis, welches die Wirkung aller einfachen logarithmischen Filterungen eines multiplikativ ausgebildeten Bildes unter Verwendung der logarithmischen Umwandlung der vorliegenden Erfindung zeigt.

Wie allgemein bekannt, werden Halbtonkontaktschirme zur Umwandlung von einen kontinuierlichen Ton aufweisenden Bildern in Halbtonbilder verwendet. Dieses Verfahren ist eine Art zweidimensionaler Pulsbreitenmodulation, welche leicht durch Tiefpassfilterung demoduliert werden kann. Durch Entwurf eines geeigneten Lichtdurchlaßgradprofils für die Punkte auf einem Halbtonkontaktschirm kann irgendeine von vielen nichtlinearen Operationen mit Hilfe des Halbtonschirmprozesses durchgeführt

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werden.

Angenommen wir wünschen die Regelung des Amplitudendurchlaßgrades derart, daß er proportional zu einer speziellen nichtlinearen Funktion F der Belichtung innerhalb des Belichtungsbereiches E₁ ^E = E„ ist. Es ist zweckmäßig, mit einer genormten Belichtung E - EZE₁ zu rechnen, wobei der hier interessierende Bereich gleich 1 = E - Em und Em = E₂ZE₁ ist. Die zu realisierende nichtlineare Funktion kann wie folgt ausgedrückt werden:

t_a = F (E), wobei 1 = E ^ EM (2)

Da der oben erwähnte Amplitudendurchlaßgrad t in Halbtondurchsichtigkeiten verwirklicht werden wird, indem ein speziell ausgebildeter nichtlinearer Kontaktschirm verwendet wird, stellt sich die Beziehung zwischen dem Amplitudendurchlaßgrad t_A und dem Bruchteilbereich (Prozentbereich) des Halbtonpunktes A in einer Halbtondurchsichtigkeit als

t_A ² = Tw - A (Tw- T_ß) (3)

wobei Tw den Intensitätsdurchlaßgrad des durchlässigen Bereiches einer Halbtondurchsichtigkeit und T„ den Intensitätsdurchlaßgrad des undurchsichtigen Bereiches (Punktbereich) einer Halbtondurchsichtigkeit darstellt. Eine besondere nichtlineare Umwandlung, wie in Gleichung (2) beschrieben, wird nunmehr

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durch Übersendung des Lichtes dar Belichtung E durch den entsprechenden nichtlinearen Kontaktschirm, dessen optische Dichte am Rande des Bruchteilbereiches A durch Ds (A) ausgedrückt wird, und durch Aufzeichnen des übersandten Lichtes auf einem Hartschnittfilm (hard-clip film) mit perfektem Schwelleffekt bewirkt. Diese Beziehung wird wie folgt ausgedrückt:

Ds (A) = log E (4)

Zusammenfassend wird festgestellt, daß ein geeignetes Lichtdurchlaßgradprofil Ds (A) für die Punkte in einem nichtlinearen Halbtonkontaktschirm durch Ableiten eines Punktprofils Ds (A) als einer Funktion des Bruchteilbereiches A eines Punktes durch diese drei Gleichungen, d.h. (2), (3) und (4), bestimmt wird.

Beispiele für Punktprofile für besondere nichtlineare Umwandlungen sind weiter unten erklärt. Ein erstes solches Beispiel stellt eine logarithmische Umwandlung dar, die von besonderer Bedeutung ist, da mit einer solchen Umwandlung multiplikative Signale und Störungen zu einer additiven Form ungewandelt werden und dann mit linearer kohärenter optischer Filterung verarbeitet werden können. Die logarithmische Funktion, welche der Gleichung (2) entspricht, ist unten angeführt, wobei eine Normierung des Amplitudendurchlaßgrades, begründet durch die Bereichsbegrenzung, in

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Rechnung gestellt wirri; c<as beii-t es ist O * t_ = 1:

t_A = log £/log Em (5)

Wenn der Aufzeichnungsfilm aus Halbtondurchsichtigkeit ideal ist (Tw = 1 und T = O), dann wird das Punktprofil des loga-

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rithmischen Kontaktschirms durch die Gleichungen (3), (4) und (5) wie folgt abgeleitet:

Ds (A) = Ϋ 1-A'log Em (6)

Da die in Gleichung (5) ausgedrückte logarithmische Funktion eine monoton ansteigende Funktion der Belichtung ist, wird die Umwandlung leicht durch ein Halbtonpositivverfahren durchgeführt.

Als zweites Beispiel wird eine lineare Abbildung der Intensität in die Amplitude angeführt, welche auch quadratische Abbildung genannt wird und die wesentlich ist, wenn Bilder durch kohärente optische Systeme, deren Verarbeitung auf der Amplitudenbasis linear ist, verarbeitet werden sollen. In diesem Falle wird die nichtlineare Funktion, beschrieben in Gleichung (2), durch

t_A = E/Em (7)

dargestellt und das resultierende Punktprofil des Schirmes wird durch

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Ds (A) = log ( ^Ί-Α Em) (8)

dargestellt, wobei das gleiche Verfahren wie im ersten Beispiel benutzt wird. Die lineare Abbildung der Intensität in die Amplitude wird normalerweise dadurch erzielt, daß man von der mit photographischem Film verbundenen Nichtlinearität Gebrauch macht, welche durch Gleichung (1) beschrieben ist; das heißt, indem ein positiver Abzug mit einem Gesamtgamma von -2 hergestellt wird. Unglücklicherweise erfordert dieses photographische Verfahren jedoch eine sehr sorgfältige Behandlung und hochqualifizierte Arbeitskräfte, da der lineare Bereich der Hurter- und Driffield-Kurve genau eingehalten werden muß, um ein Gesamtgamma von -2 zu erhalten. Im Gegensatz hierzu können wir bei Verwendung des erfindungsgemäßen Kontaktschirmes, beschrieben in Gleichung (8), die lineare Abbildung der Intensität in die Amplitude leicht durch Verwendung der wohlbekannten Halbtonverarbeitungstechniken erzielen. Hierbei treten keine Verarbeitungsschwierigkeiten auf, wie z.B. sorgfältige und genaue Einhaltung von photographischen Charakteristika.

Als drittes Beispiel wird eine Exponentialumwandlung gewählt, welche notwendig ist, um logarithmisch umgeformte Muster zurück in ihre ursprüngliche Gestalt zu verwandeln. Unter Berücksichtigung einer besonderen Exponentialfunktion

t_A = 0,9^~¹ (9)

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als Beispiel, erhalten wir cen entsprechenden Kontaktschirm, dessen Punktprofil wie folgt ausgedrückt wird:

Ds (A) = log (log \J 1-A/log 0,9 + 1) (10)

Da bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel die Exponentialfunktion eine monoton abnehmende Funktion der Belichtung ist, kann diese Umwandlung ebenfalls leicht durch Halbtonnegativverarbeitung erzielt werden.

Wie der Fachmann leicht versteht, gilt die mathematische Ableitung in jedem der vorangehenden drei Beispiele für den Idealfall, daß T_w = 1 und T„ = 0 ist. Darüber hinaus ist klar, daß in jeder der Gleichungen (5), (7) und (9) ein Schwächungsfaktor als Proportionalitätskonstante in einem praktischen Fall verwendet werden kann.

Exponentielle Umwandlungen, gemeinsam mit logarithmischen Umwandlungen, versetzen uns in die Lage, multiplikative Signale und Störungen durch lineare kohärente optische Systeme zu verarbeiten. Es gibt viele Anwendungsgebiete, in welchen diese Verarbeitungsart von Bilddaten wünschenswert ist. Bildgestaltung ist vorherrschend ein multiplikatlver Vorgang, und zwar sowohl bei natürlichen wie auch bei photographischen Bildern. Die Beleuchtung und das Reflexionsvermögen von Gegenständen werden z.B. multiplikativ

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zur Bildung der beobachtbaren Helligkeit vereinigt. Sowohl die Punktstörung bei kohärenter Abbildung als auch Kornstörung in photographischen Prozessen sind gute Beispiele für multiplikative Störungsprozesse. Biomedizinische Bildverarbeitung stellt ein weiteres mögliches Anwendungsgebiet dar. Röntgenstrahlenbilderzeugung bringt z.B. grundsätzlich die multiplikative Wechselwirkung von verschiedenen absorbierenden Strukturen mit sich. Darüber hinaus leiden Y -Strahlenbilder, die in der Nuklearmedizin erhalten werden, unter erheblichen multiplikativen Störungen.

Es gibt viele andere Nichtlinearitäten, die nicht mathematisch ausgedrückt werden können, aber doch in praktischen Anwendungen wichtig sind. Mehrfachschwellenabschneiden^-St unter dieser Klasse. Die Nichtlinearitäten, die unausweichlich durch Bildaufzeichnungsprozesse eingeführt werden, wie z.B. die Schulter- und Schwanzeffeke-photographischer Kennlinien, können entfernt werden, indem man sie mit dem kompensierenden Kontaktschirm der vorliegenden Erfindung, welcher zur Löschung von Nichtlinearitäten ausgebildet ist, JLitvers umwandelt.

Es sollte ebenfalls angemerkt werden, daß die nichtlinearen Operationen, die mit der Kontaktschirmmethode der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, auf solche beschränkt sind, welche bis zu einem gewissen Grade als monotone Funktionen beschrieben werden können.

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Es gibt verschiedene excerimenteila Techniken zur Verwirklichung der oben beschriebenen nichtlinearen Kontaktschirme. Die Verwendung einer Stufen- und Wiederholkamera stellt das direkteste Vorgehen dar. Nach Herstellung eines einzigen vergrößerten Punktes, dessen Dichteprofil entsprechend der theoretischen Berechnung, oben als ein grundsätzliches Punktmuster beschrieben, verwirklicht ist, wird dieser photographisch verkleinert und periodisch wiederholt durch eine Stufen- und Wiederholkamera. Zwei Verkleinerungs- und Wiederholungsschritte sind wünschenswert, um einen nichtlinearen Kontaktschirm großen Formats und feiner Struktur zu erhalten. Sehr sorgfältige Überwachung und Kompensation der Eigenschaften der Filme, die bei der Herstellung des Schirmes verwendet werden, sind erforderlich, um eine hohe Qualität des Kontaktschirmes zu erzielen.

Eine Lochkamera und Mehrfachabbildung durch kohärente optische Filterung können einfachere und alternative Mittel darstellen, um einen einzigen Grundpunkt zu einer periodischen Punktstruktur auszuweiten, wenn der zu verwirklichende Schirm sehr klein ist.

Eine andere Technik besteht in der Mehrfachbelichtung von verschieden großen vollen Punkten zur stufenweisen Annäherung an das erforderliche Punktprofil. Bei dieser Technik wird eine Anzahl von verschieden großen vollen Punktmustern mit

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derselben Frequenz hergestellt. Diese Muster können leicht durch Schaffung von Halbtondurchsichtigkeiten verschiedener Belichtungsniveaus einheitlicher Beleuchtung hergestellt werden. Der nächste Schritt dieser Technik besteht darin, einen einen kontinuierlichen Ton aufweisenden Film mit diesen Mustern mehrfach zu belichten, wobei die Belichtungsniveaus geändert werden, so daß das gesamte Belichtungsprofil schrittweise das gewünschte Dichteprofil des einen kontinuerlichen Ton aufweisenden Films anstrebt, welcher schließlich ein entsprechend der theoretischen Berechnung ausgebildeter nichtlinearer Kontaktschirm wird. Obwohl man sich bei dieser Technik dem Punktprofil stufenweise annähert, hat der resultierende Schirm ein ziemlich sanftes Profil aufgrund des Schmiereffekts des Kontaktdruckes während der Mehrfachbelichtung. Die mit dieser Technik verbundene Schwierigkeit besteht in der genauen Registrierung der verschieden großen vollen Punktmuster. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, kann eine vergrößerte Version der Muster verwendet werden und dann photographisch auf eine geeignete Schirmgröße reduziert werden.

Zusammenfassend werden im folgenden die Vorteile und Verbesserungen der Erfindung gegenüber bekannten Methoden dargestellt:

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1. Während mit photographs sehen Fi".m nuc elae beschränkte Klasse von nichtlinearen Umwandlungen auf Bilder angewendet werden kann, kann eine erheblich größere Klasse durch Verwendung von besonders ausgebildeten Halhonkontaktschirmen gemäß der Erfindung verwirklicht werden.

Die durch die erfindungsgemäße Methode nichtlinear umgewandelten Muster werden direkt als Eingangsmuster für eine kohärente optische Bildverarbeitung verwendet. Die Erfindung erhöht daher deutlich die Anpassungsfähigkeit und Nützlichkeit von kohärenterioptischen Bildverarbeitungsanlagen.

2. Da kohärente optische Systeme linear auf einer Amplitudenbasis arbeiten, müssen alle Eingangsmuster, welche auf einer Intensitätsbasis beschrieben sind, linear in Amplitude umgewandelt werden. Dies wird gewöhnlich durch Herstellung eines positiven Abzuges mit einem gesamten Gamma von -2 bewirkt. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird Intensität automatisch und direkt in Amplitude abgebildet, so daß dieses Verfahren keine Extraverarbeitung und Komplexität über bekannte Verfahren hinaus mit sich bringt. Der einzige Unterschied besteht in der Verwendung eines Kontaktschirmes während des Abbildungsverfahrens.

3. Um ein nichtlinear umgewandeltes Halbtonbild mit Hilfe der erfindungsgemäßen Methode zu erhalten, können allgemein bekannte Techniken der Halbtonechirmverarbeitung benutzt wer den. Es entstehen keine Schwierigkeiten bei der Verarbeitung

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wie z.B. eine sorgfältige überwachung photcgraphischer Eigenschaften, auf die man oft bei Verwendung eines photographischen Filmes zur Einführung von Nichtlinearitäten trifft.

Als besonderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde ein Kontaktschirm, welcher eine logarithmische Umwandlung durchführt, verwirklicht. Dieser logarithmische Kontaktschirm bildet ein einen kontinuierlichen Ton aufweisendes Bild in ein Halbtonbild ab, dessen Amplitudendurchlaßgrad proportional zu dem Logarithmus des Intensitätsdurchlaßgrades des einen kontinuierlichen Ton aufweisenden Bildes ist, und hat ein Lichtdurchlaßgradprofil eines Punktes, wie in Gleichung (6) beschrieben.

Zur Herstellung des logarithmischen Kontaktschirmes wurde eine Mehrfachbelichtungstechnik von verschieden großen vollen Punkten zur schrittweisen Annäherung an das erforderliche Punktprofil verwendet. Ein vergrößerter logarithmischer Kontaktschirm von 25 cm χ 25 cm mit einer Punktfrequenz von 6 !eilen pro cm (15 Zeilen pro inch) wurde durch Mehrfachbelichtung von 10 verschieden großen vollen Puritmustern desselben Formats mit der gleichen Punktfrequenz, welche durch Aufzeichnung der vergrößerten Lichtverteilung eines konventionellen Kontaktschirmes auf einen lithographischen Film hergestellt wurden, verwirklicht. Eine genaue Registrierung der Muster wurde mit Registerstabsystemen (register pin

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systems) erzielt. Die geeignete Belichtung eines jeden Punktmusters wurde so bestimmt, daß die schrittweise Annäherung des theoretischen Punktprofils für eine logarithmische Umwandlung gemäß Gleichung (6) erzielt wurde, wobei die Nichtlinearitäten der für die Herstellung eines logarithmischen Kontaktschirmes verwendeten Filme in Rechnung gestellt wurden. Daraufhin wurde dieser Schirm 4 χ photographisch für die tatsächlichen Anwendungsfälle verkleinert.

Ein einfacherer und leichterer Weg zur Herstellung eines logarithmischen Kontaktschirmes wurde zufällig durch Verwendung eines im Handel erhältlichen Kontaktschirmes gefunden. Durch Herstellung eines Kontaktnegativduplikates eines Kodak Graukontaktschirmes (40 Zeilen pro cm (100 Zeilen pro inch) , elliptischer Punkt) auf einem Kodak Kontrastverfahren-Orthof ilm wurde ein logarithmischer Kontaktschirm mit einem dynamischen Belichtungsbereich von 100:1 (2,0 logarithmische Einheiten) erhalten. Die gemessene Kennlinie des so erhaltenen Schirmes ist in Figur 1 gezeigt. Es sollte angemerkt werden, daß die experimentellen Ergebnisse (offene Kreispunkte) weitgehend mit der durchgezogenen Linie, welche einen idealen logarithmischen Schirm anzeigt, übereinstimmen.

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Um die Wirkungsweise des ]ogar.\thmischen Kontaktschirmes zu zeigen, wurden die folgenden Experimente durchgeführt. Das erste Experiment erläutert die Wirkung der erfindungsgemäß vorgenommenen logarithmischen Umwandlung auf das Fourier-Spektrum eines Objektes. Figur 2a zeigt das ursprüngliche Muster, welches aus zwei zueinander senkrechten vervielfachten Bildrastern besteht. Der dynamische Dichtebereich dieses Musters reicht von O bis 2. Unter Verwendung des logarithmischen Schirmes wurde ein Halbtonpositivabzug dieses Musters hergestellt. Zusätzlich wurde aus Vergleichszwecken eine Positivdurchsichtigkeit mit einem Amplitudendurchlaßgrad linear proportional zur Belichtung durch Erstellung eines Positivabzuges mit einem gesamten Gamma von -2 hergestellt.

Figur 2b zeigt das optisch erhaltene Fourier-Spektrum des linear abgebildeten gekreuzten Rasters. Das Spektrum der zwei vervielfältigten Raster ist die Zusammenwicklung der Spektra der einzelnen Raster,und die resultierenden Intermodulationskomponenten des Spektrums sind deutlich zu sehen. Figur 2c zeigt das Spektrum der logarithmisch umgewandelten gekreuzten Raster, welches man mit Hilfe des logarithmischen Kontaktschirmes erhält. Die Spektra der zwei Raster sind nunmehr additiv, was durch das Verschwinden der Inter-modulationskomponenten bewiesen ist.

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In Figur 3 ist ein einfaches Iog&rithuni3chö& Filterungsexperiment illustriert. Figur 3a zeigt das Originalmuster, welches aus einem einen kontinuierlichen Ton aufweisenden Bild (ein Mädchengesicht) und einem Ronchi-Typ-Raster besteht. Dieses Muster erhält man durch Abbildung von zwei übereinandergelagerten Durchsichtigkeiten. Jede Durchsichtigkeit hat einen dynamischen Dichtebereich von 1, und der dynamische Bereich des Endmusters ist daher 2.

Zur Ausfilterung des Rasterspektrums wurde eine einfache kohärente optische Filterungsanordnung verwendet, indem Absorptionspunkte in der Frequenzebene an den Stellen der Rasterharmonischen angeordnet wurden. Figur 3b und 3c zeigen die Ergebnisse einer logarithmischen bzw. linearen Filterung. In beiden Fällen wurde das gleiche Absorptionsfilter in der Frequenzebene verwendet. Das Raster wird bei dem logarithmischen Filterverfahren erfolgreich entfernt. Das lineare Filterverfahren kann jedoch die Wirkungen des Rasters nicht vollständig entfernen, da die beiden Spektren mehr zusammengewickelt als addiert sind.

Ein zusätzlicher praktischer Vorteil der logarithmischen Umwandlung gegenüber einer linearen Umwandlung besteht im Zusammendrücken des dynamischen Bereiches. Wenn ein Dichtemuster mit einem dynamischen Bereich von zwei logarithmischen Einheiten linear in den Amplitudendurchlaßgrad abgebildet wird, weist der dynmaische Bereich des resultierenden

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Dichtemusters vier logaritimische Finheiten auf, was mit einem photographischen Film nur schwer zu realisieren ist. Auf der anderen Seite wird der dynamische Bereich durch eine logarithmische Umwandlung erheblich zusammengedrückt. Ein Dichtebereich von zwei in dem ursprünglichen Muster ist experimentell in einen Bereich des Amplitudendurchlaßgrades von 20 % bis 95 % in dem logarithmisch umgewandelten Muster abgebildet worden, wie in Figur 1 gezeigt. Dies entspricht einem dynamischen Bereich von 1,35 auf einer Dichteskala.

Verschiedene Verbesserungen können ins Auge gefaßt werden, welche einen besseren logarithmischen Schirm ergeben würden als denjenigen, der bei den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Experimenten verwendet wurde. Zunächst können feinere Punkte verwendet werden, um den Frequenzgang des Schirmes zu verbessern. Darüber hinaus können Verfahren zur Erzielung eines größeren dynamischen Bereiches in Aussicht genommen werden. Eine praktische Grenze wird jedoch der äußerst niedrige durchschnittliche Lichtdurchlaßgrad eines Schirmes mit viel größerem dynamischen Bereich sein.

Es ist klar, daß die beschriebenen Ausführungsformen nur beispielhaft sind und daß verschiedene Abänderungen im Aufbau und der Anordnung vorgenommen werden können, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegt ist, zu verlassen.

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Claims

Fätentan-sprüche

p .1 Nichtlinearer HalbtonKotftafctscKLrm, daSurdh gekennzeichnet, daß dieser Schirm zur Verwirklichung nichtlinearer Umwandlungen in kohärenten optischen Bildverarbeitungssystemen verwendbar ist und in diesen Systemen den Amplitudendurchlaßgrad t derart regelt, daß dieser proportional zu der speziellen nichtlinearen Funktion F der Belichtung innerhalb des Belichtungsbereiches E₁ - E ^έ E₃ ist, daß die nichtlineare Funktion durch

t_A = F (E), wobei 1 & E - Em, E = EZE₁ und Em = E₃ZE₁

ausgedrückt ist, daß der Amplitudendurchlaßgrad t_a und der Bruchteilbereich A eines Halbtonpunktes durch

t = Tw - A (Tw - T)

ausgedrückt ist, wobei Tw der Intensitätsdurchlaßgrad des durchlässigen Bereiches einer Halbtondurchsichtigkeit und T der Intensitätsdurchlaßgrad des undurchlässigen Bereiches einer Halbtondurchsichtigkeit ist und daß der Schirm eine Menge von Punkten aufweist, von denen jeder ein Lichtdurchlaßgradprofil Ds (A) von

Ds (A) = log E

hat, welches die Dichte des Halbtonschirmpunktes am Rande des Bereiches A darstellt.

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2. Nichtlinearer Halbtonkontaktschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Funktion F eine logarithmische Funktion der Form

t, = log E/log Em

ist und das Lichtdurchlaßgradprofil der Punkte die Form

Ds (A) = "f 1 -A log Em

aufweist.
3. Nichtlinearer Halbtonkontaktschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Funktion F eine quadratische Funktion der Form

t_A = E/Em

ist und das Lichtdurchlaßgradprofil der Punkte die Form

I '—

Ds (A) = log (-J 1-A Em)

aufweist.
4. Nichtlinearer Halbtonkontaktschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Funktion F eine Exponentialfunktion der Form

t_A - κ

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ist, worin K eine Kon^tSäfute Siät," und.'das! »Lichtdurchlaßgradprofil der Punkte die Form

Ds (A) = log (log-y 1-A/log K)

aufweist.
5. Nichtlinearer Halbtonkontaktschirm, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm optisch einen kontinuierlichen Ton aufweisende Bilder in Halbtonbilder abbildet, deren Amplitudendurchlaßgrad proportional zu einer speziellen nichtlinearen Umwandlung des Intensxtatsdurchlaßgrades der einen kontinuierlichen Ton aufweisenden Bilder ist.

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Hans Meissner Dipl.-!ng. Erich Balte 28 B r β m © η Slevogtstroße 21, Telefon 34 2010

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