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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Auswahl von Druckerfarben
zu verbessern, wo das Originaldokument Farben auswählt, die
außerhalb
des Farbtonbereichs sind und insbesondere auf ein Verfahren zur
Umsetzung von Farben außerhalb
des Farbtonbereichs, das räumlich
lokale Luminanzdifferenzen erhält.
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Hintergrund
der Erfindung
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Druckeinrichtungen
und Anzeigeeinrichtungen weisen alle inhärent einen Arbeitsbereich auf, der
manchmal als ein Farbtonbereich bezeichnet wird. Da derartige Bildreproduktionseinrichtungen nicht
ideal sind, können
sie nicht jede mögliche
Farbe reproduzieren, die von einem Menschen gesehen werden können. Die
Farbbereichsumsetzung wird oft verwendet, weil der Farbbereich,
der mit einer bestimmten Anzeige reproduziert werden kann, üblicherweise
nicht identisch mit dem Farbbereich ist, der mit irgendeinem ausgewählten Drucker
reproduziert werden kann. Wenngleich sowohl die Anzeige als auch
der Drucker eine große
Anzahl von Farben aufweisen, die durch beide reproduzierbar sind,
können
daher bestimmte Kombinationen von Sätzen von Farbwerten bestehen,
die sich außerhalb
der Produktionsfähigkeit
von dem einen oder anderen sind. Bilder sind jedoch für das Drucken
auf Anzeigeeinrichtungen aufgebaut und Nutzer erwarten, dass Drucker,
die Bilder in ihrem Sinne reproduzieren. Das Problem wird dadurch
unterstützt,
dass unterschiedliche Drucktechnologien und Materialien inhärent unterschiedliche
Farbtonbereiche bereitstellen, selbst unter jeder Klasse der Geräte.
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Farbtonbereichsumsetzung
dient dazu, Bildelemente, die durch Farben definiert sind, die durch den
Drucker nicht druckbar sind oder die aus einer anfänglichen
Bildverarbeitung resultieren, in Farben umzusetzen, die durch einen
realen Drucker druckbar sind. Hierdurch werden nicht druckbare Farben, die
sich außerhalb
des Farbtonbereichs befinden, in druckbare Farben gemäß irgendeinem
Schema umgesetzt, das aufgebaut ist, die beabsichtigte Farbe und
das ästhetische
Erscheinungsbild zu erhalten. Eines der sehr üblichen Schemata besteht darin,
jedes Bildelement, das sich außerhalb
des Farbtonbereichs befindet, zu seinem nächsten Nachbar innerhalb des
Farbtonbereiches umzusetzen. Dies ist offensichtlicherweise nicht
zufriedenstellend, weil in einem Gebiet mit geringer Farbvariation,
das außerhalb
des Farbtonbereichs liegt, eine Anzahl von ähnli chen Farben auf dieselbe
Farbe innerhalb des Farbtonbereichs umgesetzt werden kann. Einige
Texturen, Hervorhebungen und Schatten in dem Originalbild werden
verloren gehen.
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Dieses
Problem führt
zu einer Generalisierung, dass ein fundamentales Problem von üblichen Prozessen
zur Farbtonbereichsumsetzung darin besteht, dass diese bildelementweise
Operationen sind, die Nachbarschaftseffekte nicht berücksichtigen.
Mit Blick auf ein Beispiel, das in 1 veranschaulicht
ist, hat, wenn blauer Text gegen einen schwarzen Hintergrund gestellt
wird, der Originalmonitor oder -anzeige keine Schwierigkeit, ein
Bild bereitzustellen, das die blauen und schwarzen Gebiete klar
unterscheidet. Die hochgesättigte
blaue Farbe kann jedoch für
einige Drucker außerhalb
des Farbtonbereichs sein und schwarz wird üblicherweise auf die schwärzeste Reproduktion
des Druckers umgesetzt. Für
die Reproduktion von großen
Flächen
kann dies vollständig
akzeptabel sein. Wenn man ein Luminanzprofil wie in 2 betrachtet,
wird jedoch bei benachbarten Farben die Luminanzdifferenz dramatisch
herabgesetzt, wodurch die Differenz des Erscheinungsbildes auf der
gedruckten Seite problematisch wird.
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In
einem weiteren, in 3 gezeigten Beispiel resultiert
eine gesättigte
Rot/Grün-Kante,
die mit JEPG-Kompression und -Dekompression verarbeitet wurde, in
einer gelben Zwischenfarbe, die an der Kante erzeugt wird. Der Streifen
der gelben Farbe ist jedoch nicht leicht sichtbar, wenn dessen Luminanz
mit seiner grünen
Nachbarschaft übereinstimmt.
Wie in 4 veranschaulicht, wird jedoch Farbtonbereichsumsetzung,
die auf die Rot/Grün-Kante
angewandt wird, dazu neigen, die Luminanz der grünen Seite der Kante zu verringern, während das
Gelb, das sich innerhalb des Farbbereichs befindet, auf dessen gleichen
Luminanzniveau gedruckt wird, wodurch dies viel auffälliger und
störender
auftritt.
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Ein ähnliches
Problem entsteht beim Antialiasing, bei dem das Abschwächen von
Kanten von gesättigten
Farbkanten druckbare Farben erzeugt und inkonsistente Umsetzung
von Farben außerhalb des
Farbtonbereiches der gesättigten
Farben verursacht, dass die abgeschwächte Kante von den Hintergrund-
und Vordergrundfarben absticht.
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US 6,611,030 beschreibt
subjektiv zufriedenstellende Farbtonbereichsumsetzung in einem Farbcomputer-Grafiksystem.
Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umsetzung von Farben einer
Quelleinrichtung zu Farben einer Zieleinrichtung in einem Computergrafiksystem
offenbart, das eine Farbbild-Quelleinrichtung und eine Farbbild-Zieleinrichtung aufweist,
die nicht übereinstimmende Farbtonbereiche
derart aufweisen, dass eine Vielzahl von Farben innerhalb eines
Farbtonbereiches der Quelleinrichtung Farben außerhalb eines Farbtonbereiches
der Zieleinrichtung sind.
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Weitere
Techniken zur Farbumsetzung werden beispielsweise in US-A-5,579,031, US-A-5,883,632
und US-A-5,903,275 beschrieben.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Auswahl von Druckerfarben
zu verbessern, wo das Originaldokument Farben auswählt, die
außerhalb
des Farbtonbereichs sind. Dieses Ziel wird durch Bereitstellen eines
Verfahrens zur Farbtonbereichsumsetzung gemäß Anspruch 1 und eines Systems
zur Farbumsetzung gemäß Anspruch
9 erreicht. Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
niedergelegt.
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Die
Erfindung kann in verschiedenen Komponenten und Anordnung von Komponenten
und in verschiedenen Schritten und Anordnungen von Schritten ihre
Form annehmen. Die Zeichnungen dienen ausschließlich zum Zweck der Veranschaulichung
einer bevorzugten Ausführung
und werden nicht als begrenzend für die Erfindung erachtet:
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1, 2, 3 und 4 veranschaulichen
Artefakte, die bei Verarbeitung außerhalb des Farbtonbereichs
erzeugt werden;
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5 veranschaulicht
ein Drucksystem in dem die vorliegende Erfindung Vorteile erbringt;
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6 veranschaulicht
ein Blockschaltbild, das eine Ausführung der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht, die in Verbindung mit dem Drucksystem der 5 verwendet
werden kann.
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7 veranschaulicht
ein Verfahren zur Farbtonbereichsumsetzung, das als eine Technik
zur Farbtonbereichsumsetzung nützlich
ist und weichen Farbton erhält;
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8 veranschaulicht
die Farbtonbereichsumsetzung für
einen nächsten
Punkt, die als eine Technik der Farbtonbereichsumsetzung nützlich ist;
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9 veranschaulicht
ein Verfahren zur Farbtonbereichsumsetzung, das die wieder umgesetzten
Punkte zu Schwarz und Weiß des
Druckers bewegt; und
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10 ist
ein Ablaufdiagramm und veranschaulicht den Betrieb eines linearen,
adaptiven, räumlichen
Filters, das in Verbindung mit der Erfindung nützlich ist.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, deren Darstellungen zum Zweck der Veranschaulichung
einer Ausführung
der Erfindung und nicht zur Beschränkung derselben sind, wird
ein Basissystem zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung in 5 gezeigt. In
einem derartigen System erzeugt eine Quelle von Originalbildern 10,
vielleicht ein Farbscanner, ein Personalcomputer oder Arbeitsstation
mit geeigneter Dokumenten- oder Bilderzeugungssoftware, eine Kamera
oder eine Datenspeichereinrichtung, ein Bild, üblicherweise in einer geräteunabhängigen Weise und
stellt geeignete elektronische Bilder bereit. Die Bilder werden
in Bildelementen festgelegt, wobei jedes mit einer Farbe verknüpft ist,
die in der Darstellung des CIE-Farbraums L*, a*, b* oder irgendeinem anderen
Luminanz-Chrominanzraum
(L, C1, C2) oder einer analytischen Transformation derselben festgelegt
ist.
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Ein
Bild von der Bilddatenquelle 10 wird zu einer Bildverarbeitungseinheit
(image processing unit: IPU) 20 geleitet, die zum Zwecke
der Beschreibung alle Bildverarbeitungsanforderungen einschließt, um ein
Bild von dessen Darstellung in Originaldaten zu einem Format umzusetzen,
das zum Drucken auf dem Drucker 30 geeignet ist. Abhängig von
der Bilddarstellung wird Bilddekomposition aus einer PDL, die Binärrasterung
aus Grauniveaubildern, Farbtransformationen, Skalierung und irgendwelche
anderen notwendigen Prozesse durch die IPU 20 repräsentiert.
Die IPU 20 kann verschiedene Formen und funktionsmäßige Details
annehmen und reicht von einem fest verdrahteten oder softwarebetriebenen
Ablauf in Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeits-Druckeinrichtungen
zu Druckertreibern, die auf einen PC oder einer Arbeitsstation laufen,
die persönliche
Drucker ansteuern. Insbesondere wird die Funktion der Farbtonbereichsumsetzung 24 hervorgehoben,
die nachfolgend eingehender beschrieben werden wird. Es ist selbstverständlich zu würdigen,
dass die Farben in einem rgb-Farbraum empfangen werden können und
einfach in andere, geräteunabhängige Farbräume umgesetzt
werden, in denen Berechnungen einfacher durchgeführt werden können. Dies
kann ohne Weiteres Teil der Funktionalität der IPU 20 sein.
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Der
Drucker 30 kann jeglicher Farbdrucker sein, der eine Vielzahl
von Trennungen druckt, die in Superposition ein Vielfarbenbild ausbilden.
Zum Zweck der vorliegenden Erfindung und deren Beschreibung könnte die
Druckerfunktionalität
ersetzt oder parallel mit einer Anzeige oder einem Monitor aufgebaut
sein.
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Die
Funktion 24 der Farbtonbereichsumsetzung dient dazu, Bildelemente,
die durch Farben festgelegt sind, die durch den Drucker nicht druckbar sind,
oder aus einer anfänglichen
Bildverarbeitung resultieren, in Farben umzusetzen, die durch den
realen Drucker druckbar sind. Auf diese Weise werden außerhalb
des Farbtonbereichs liegende, nicht druckbare Farben in druckbare
Farben gemäß irgendeinem
Schema umgesetzt, das versucht, die Wiedergabe der Farbbeziehungen
innerhalb des Dokumentes zu optimieren. Farben, die in den AusgabeFarbtonbereich
fallen, können
ebenso angepasst werden, um die Beziehungen zu den umgesetzten Farben
zu erhalten.
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Wenn
auf colorimetrische oder geräteunabhängige Räume Bezug
genommen wird, wird auf Farbraumdefinitionen Bezug genommen, die
Transformationen des CIE XYZ-Raumes (1931) sind. Wenn man sich auf
einen geräteabhängigen Raum
bezieht, bezieht man sich auf einen Farbraum, der nur in Bezug auf
den Betrieb der Einrichtung, die diesen verwendet, festgelegt ist.
Wenngleich viele Farbräume drei
Dimensionen aufweisen, ist es möglich,
Farbräume
mit weniger als drei Dimensionen oder mehr als drei Dimensionen
zu haben und es ist in ähnlicher Weise
möglich,
dass Drucker weniger als drei Farbmittel oder mehr als vier Farbmittel
verwenden.
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In
der folgenden Erörterung
wird der Begriff "Luminanz" generalisierend
verwendet, um die strikten Definitionen der Luminanz (d. h. die
Y-Komponente in XYZ) und die Helligkeit (d. h. die L*-Komponente
in L*a*b*) zu umfassen. Die Chrominanzkomponenten C1 und C2 sind
in ähnlicher
Weise generalisierte Erscheinungsformen von entgegengesetzten Farbsignalen
oder die äquivalenten
polaren Darstellungen, Chrominanz und Farbton. Es ist anzumerken,
dass genaue Eingabeluminanzwerte durch Farbtonbereichsumsetzung
nicht immer erhalten werden können,
da dies in ungewünschten
Abwägungen
bei anderen Attributen, Farbton und Chrominanz resultiert. Die optimalen
Abwägungen
in diesen Attributen für
verschiedene Kombinationen von GeräteFarbtonbereichen, Bildtypen
und Wiedergabeintentionen ist nicht der Schwerpunkt der Erfindung und
wird hier nicht eingehend erörtert.
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Eingangs
wird angenommen, dass eine Funktion G1 der Farbtonbereichsumsetzung
eine vernünftige,
bildelementweise Strategie für
große Farbflecken
oder weiche Bereiche eines Bildes ist. Die Erfindung erhält die Eigenschaften
von G1 bei geringen räumlichen
Frequenzen, während
die Luminanzänderungen
hoher Frequenz in dem Originalbild erhalten werden, die G1 verloren
oder geändert
haben könnte.
Die zweite Farbton bereichsumsetzung G2 ist so aufgebaut, dass sie
diese Luminanzänderungen
im Wesentlichen erhält.
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Mit
nachfolgendem Bezug auf die 6 wird ein
Bild, das beispielsweise in dem Y (Luminanz), C1, C2 (Chrominanzraum)
definiert ist, ursprünglich
empfangen und bei der Funktion 100 der Farbtonbereichsumsetzung
analysiert, die die Funktion G1 auf dasselbe anwendet. Wie angemerkt,
kann die Funktion G1 irgendeine Funktion von Farbtonbereichsumsetzung
sein, vielleicht dargestellt durch entweder eine optimierte, nicht
lineare Funktion, oder eine einfache Umsetzungsfunktion, bei der
Bildelemente außerhalb
des Farbtonbereichs zu der nächsten
Ebene „innerhalb
des Farbtonbereichs" bewegt
werden. Es gibt viele derartige Funktionen, die genaue gewählte Funktion
ist nicht relevant für
die Erfindung. Die Ausgabe von der Funktion kann als Y', C1', C2' charakterisiert
werden. Von dieser Ausgabe wird das Luminanzsignal Y' mit Y verglichen,
vielleicht in einer einfachen, differenzbildenden Funktion, 102,
die ΔY erzeugt.
Im Allgemeinen könnten
die anderen Farbkanäle
in die Differenzbildung ebenso eingeschlossen werden. Ein räumliches
Filter 104, das auf einem n × m-Block der ΔY-Werte arbeitet,
wird so verwendet, dass die Rückwirkung
auf die Funktion der Farbtonbereichsumsetzung auf einem lokalen
Gebiet basiert, anstatt auf einer Basis von Bildelement zu Bildelement
abgeleitet zu werden. Die Ausgabe des räumlichen Filters 104, ΔY', wird daraufhin
verwendet, um Y' zu ändern, um
Y'' zu erhalten. In
diesem Beispiel wird ΔY' zu Y' bei dem Addierer 106 addiert.
Die durch Y'', C1', C2' festgelegten Farben
werden daraufhin einer zweiten Funktion 110 zur Farbtonbereichsumsetzung
unterworfen, die die Funktion G2 zur Farbtonbereichsumsetzung implementiert,
die dieselbe Funktion wie G1 sein kann oder nicht. Die resultierenden
Signale werden zu der Druckerkorrekturfunktion 112 geleitet
zur Umsetzung auf geräteabhängige Signale
in Vorbereitung zum Drucken. G1 und G2 können bereitgestellt werden,
wie in R. S. Gentile, E. Walowit und J. P. Allebach, A Comparison of
Techniques for Color Gamut Mismatch Compensation, SPSE/SPIE Symposium
on Electronic Imaging, Los Angeles, S. 176–181; und E. G. Pariser, An
Investigation of Color Gamut Reduction Techniques, IS&T 2. Symposium
on Electronic Publishing, S. 105–107, 1991, beschrieben.
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Wenn
man mögliche
Funktionen zur Farbtonbereichsumsetzung betrachtet, sind in der
vorliegenden Erfindung verschiedene möglich und nützlich. Die Auslegung der Funktionen
G1 und G2 zur Farbtonbereichsumsetzung und das räumliche Filter 104 können von
vielen Faktoren abhängen,
einschließlich
globaler und lokaler Bildeigenschaften, Geräteeigenschaften, Wiedergabeintention
und Präferenz.
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In
einer möglichen
Ausführung
wurde die Funktion G1 zur Farbumsetzung so gewählt, dass sie Farben außerhalb
des Farbtonbereichs auf die nächsten
Oberflächenpunkte
desselben Farbtons umsetzt und G2 wurde so gewählt, dass diese Farben außerhalb
des Farbtonbereichs auf einen Oberflächenpunkt umsetzt, der durch
vier Schritte festgelegt ist: i) Feststellen eines Farbtons einer
gegebenen Farbe außerhalb
des Farbtonbereichs; ii) Berechnen eines Scheitelpunktes, der als
Farbe innerhalb des Farbtonbereichs der maximalen Chrominanz bei
dem gegebenen Farbton festgelegt ist; iii) Bestimmen des Fokalpunktes
durch Projizieren des Scheitelpunktes auf die neutrale Achse, während die Luminanz
erhalten wird; und iv) Umsetzen der Farbe außerhalb des Farbtonbereichs
zu der Fläche
in einer Richtung zu dem Fokalpunkt. In dieser Ausführung werden
die Farben innerhalb des Farbtonbereichs sowohl für G1 als
auch G2 nicht geändert.
Das Filter F wurde als lineares Filter gewählt mit Bezug über einen
N × N-Bildblock, der so
ausgelegt ist, dass bei niedrigen Frequenzen ΔY' = 0, während bei hohen Frequenzen, ΔY' = ΔY ist. Dies
ist im Wesentlichen ein Hochpassfilter. Mit diesen Eigenschaften wird
der erfindungsgemäße Prozess
zur Farbtonbereichsumsetzung nahezu die Änderungen in Y bei hohen räumlichen
Frequenzen reproduzieren, während
sich dieser auf die bildelementweise Umsetzung G1 bei niedrigen
räumlichen
Frequenzen reduziert.
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Die
Beispiele veranschaulichen, wo es wünschenswert ist, die Farben
zu ändern,
die durch herkömmliche
Farbumsetzung vorausgesagt werden, um Information aus dem ursprünglichen
Bild zu erhalten. In jedem Fall wären die Ausgabefarbe oder -farben,
die durch den vorgeschlagenen Algorithmus ausgewählt werden, unterschiedlich,
wenn die Farben große
Gebiete von durchgehender Farbe wären. Die Zielsetzung bei der
Farbreproduktion von Bildern besteht nicht darin, die zu dem Original
nächsten
Farben zu reproduzieren, sondern die Information und die Intention
des Originals zu reproduzieren.
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Weitere Verfahren zur
Farbereichsumsetzung schließen
ein:
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Mit
Bezug auf die 7 wird für eine gegebene Eingabefarbe
der Farbtonwinkel derselben erhalten und daraufhin wird die Eingabefarbe
auf den nächsten
Punkt der Farbtonbereichsfläche
innerhalb eines Bereiches von Farbtönen um den Farbbereichswinkel
umgesetzt, wobei der Bereich größer als
0 und kleiner als 90 Grad ist. Ein gegebener Punkt P mit einem Farbtonwinkel
H wird auf den nächsten Punkt
auf der Farbtonbereichsfläche
innerhalb des Gebietes umgesetzt, das durch die Linien W-H1 und W-H2
begrenzt ist.
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Mit
Bezug auf 8 wird ein reduzierter Farbtonbereich
durch Reduzieren der Chrominanz jedes Flächenpunktes um einen vorbestimmten
Skalenfaktor festgelegt. Für
eine gegebene Eingabefarbe wird ein Vektor der Farbtonbereichsumsetzung
als der kürzeste
Abstand zu dem reduzierten Farbtonbereich festgelegt. Die Eingabefarbe
wird auf die ursprüngliche
Farbtonbereichsfläche
in der durch diesen Vektor gegebenen Richtung umgesetzt.
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Mit
Bezug auf 9 wird der Punkt C als der Punkt
der maximalen Chrominanz in der Farbtonebene der Eingabefarbe definiert.
Es werden zwei Linien WC von Weiß zu C und KC von Schwarz zu
C gezogen. Alle Punkte in dem schraffierten Gebiet (d. h. P3) werden
auf den Punkt C umgesetzt. Alle Punkte außerhalb des schraffierten Gebietes,
deren Helligkeit größer als
die von C ist (z. B. P1) werden auf die Fläche in einer Richtung zu Schwarz
K umgesetzt. Alle Punkte außerhalb
des schraffierten Gebietes, deren Helligkeit geringer als diejenige
von C ist (z. B. P2) werden auf die Fläche in der Richtung zu Weiß W hin
zugesetzt.
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Mit
erneutem Bezug auf die 6 wendet der Prozess die bildelementweise
Farbtonbereichsumsetzung G1 auf Eingabefarben an und berechnet ein
Differenzbild ΔY
zwischen den Luminanzen der Eingabesignale und der Farbtonbereich-umgesetzten
Farbsignale. Daraufhin addiert dieser eine gefilterte Version ΔY' dieser Differenz
zurück
auf das Farbtonbereich-umgesetzte Signal Y'. Dieser Vorgang kann Bildelemente wiederum
aus dem Farbtonbereich hinaus bewegen, und daher wird eine zweite Farbtonbereichsumsetzungsoperation
G2 benötigt, um
sicherzustellen, dass alle Farben sich innerhalb des Farbtonbereichs
befinden. Es ist anzumerken, dass G1 und G2 nicht dieselben Algorithmen
sein müssen.
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Mit
nachfolgendem Bezug auf die 6 und das
räumliche
Filter 104 ist ein mögliches
Filter, das in Bezug auf die Erfindung Verwendung findet, ein adaptives,
lineares Filter. Unter Verwendung des vorstehenden Farbtonbereichsumsetzungsprozesses ist
ersichtlich, dass bildhafte Bilder eine große Filterbasisfläche benötigen, um
einen visuellen Effekt zu erzeugen. Hier bezieht sich "groß" auf ungefähr 15 bis
30 Bildelemente (1-dimensional)
für einen
300 dpi (dot per Inch)-Drucker. Kleinere Filter sind nicht so wirkungsvoll.
Es ist anzumerken, dass es im Allgemeinen wünschenswert ist, F als ein
nichtlineares Filter zu wählen.
Das einfache lineare Filter wurde aus Gründen der einfachen Darstellung
gewählt.
Es ist ebenso anzumerken, dass das Filter optional eine Verstärkung größer als
1 aufweisen kann, um Einzelheiten hervorzuheben.
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Bei
grafischen Daten führen
jedoch große Filtergrößen zu einem
deutlichen und störenden
Haloeffekt um Kanten. Dieser Effekt ist insbesondere für Text auf
farbigem Hintergrund störend.
Dementsprechend sollten kleine Filterfenster oder Basisflächen verwendet
werden. Wenn die falsche Filtergröße verwendet wird, könnten Bildqualitätverbesserungen nicht
erreicht werden.
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Das
Filter kann eingerichtet werden, seine Anwendung durch Ändern der
Filterbasisfläche
als eine Funktion der lokalen Bilddaten zu verbessern. Auf diese
Weise passt sich die Filterfunktion an den lokalen Bildinhalt an.
Es ist anzumerken, dass man ebenso die Filterwerte oder Koeffizienten
(anstelle der Basisfläche)
verändern
könnte.
Die Änderung
der Filterbasisfläche
ist jedoch eine bevorzugte Option, weil eine schnelle Implementierung
für ein
einfaches Verschmierungsfilter mit konstanter Gewichtung vorhanden
ist.
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Eine
Möglichkeit,
das Problem der Filterauswahl zu betrachten, kann in dem Zusammenhang von
bildhaften Daten gegenüber
grafischen Daten beschrieben werden. Eine genauere Überprüfung zeigt
jedoch, dass das Problem mit der Variation lokaler Bilddaten in
Bezug auf lokale Aktivität
und "Rauschen" verbunden ist. Scharfe
Kanten in den Daten des Eingabebildes werden am besten unter Verwendung
einer kleineren Filterbasisfläche
umgesetzt. Verrauschte und schwache Kanten werden am besten unter
Verwendung einer großen
Filterbasisfläche
umgesetzt. Es wird eine erhebliche Verbesserung durch die Verwendung
unterschiedlicher Filterbasisflächen
basierend auf lokalen Bildeigenschaften erreicht. Es können unterschiedliche
fokale Bildaktivitätsmaße verwendet
werden, wobei jedoch alle gemeinsam haben, dass:
- a)
sehr geringe Aktivität
[flache Gebiete] entsprechen einer kleinen Filterbasisfläche (= 1;
5 × 5-Basisfläche, beispielsweise).
- b) Mittlere Aktivität
[sanfte Bildvariationen] entsprechen einer großen Filterbasisfläche (15 × 15-Basisfläche, beispielsweise).
- c) Hohe Aktivität
[scharte Kanten] entsprechen einer kleinen Filterbasisfläche (> 1; 5 × 5-Basisfläche, beispielsweise).
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Die
am meisten nahe liegende Metrik ist die Datennorm der Ordnung p: ai = ||ei||p
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Hier
ist ei der Luminanzfehler bei dem mittleren
Bildelement i und ej ist der Luminanzfehler
bei dem Bildelement j in der vorbestimmten Nachbarschaft des Bildelementes
i. Die gängigsten
Formen dieses Aktivitätsmaßes sind:
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Für eine schnelle
Implementierung wird hier ein modifiziertes Aktivitätsmaß verwendet:
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Der
Vorteil des vorstehenden Aktivitätsmaßes liegt
in der Tatsache, dass die als Aktivität verwendete Größe bereits
als Teil der beschriebenen Standardfilterung berechnet wird.
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Die
beschriebene Filterfunktion kann durch Erzeugen einer Aktivitätsmetrik
bei der Aktivitätsmetrikfunktion 400 implementiert
werden, die ihre Ausgabe auf die Filterauswahleinrichtung 302 anwendet, um
ein geeignetes Filter für
das räumliche
Filter 104 auszuwählen.
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Die 10 zeigt
ein Ablaufdiagramm des adaptiven Filterverfahrens. Im Schritt 300 wird
eine Aktivitätsmetrik
as für
ein kleines Gebiet berechnet, bequemerweise unter Verwendung des
absoluten Wertes der Filterberechnung für das kleine Gebiet. Im Schritt 302 wird
das kleinräumige
Filter verwendet (Schritt 304), wenn die Aktivität as für
das kleine Gebiet außerhalb
eines mittleren Bereiches fällt.
Wenn as in den Bereich fällt, wird in Schritt 306 die
Aktivität aL für
ein großes
Gebiet berechnet, wiederum bequemerweise unter Verwendung des absoluten
Wertes der Filterberechnung für
das große
Gebiet. Im Schritt 308 werden die Werte der Aktivitätsmetrizes
verglichen. Wenn das Verhältnis
der zwei Aktivitätsmetrizes
as/aL größer als
ein festgelegter Schwellwert T3 ist, wird
im Schritt 310 ein kleines Filter verwendet. Andernfalls
wird im Schritt 312 ein großes Filter verwendet. Es ist
anzumerken, dass Renormalisierungskonstanten in den Aktivitätsmetrizes
basierend auf der Filtergröße weggelassen
worden sind.
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Die
erforderlichen Filter variieren mit der Zielsetzung oder dem Bildtyp
der Eingabe, wobei aber einfache Aktivitätsmaße, wie vorstehend beschrieben,
ausreichend sind, um die richtigen Filter auszuwählen. Es sollte klar sein,
dass die Auswahl zwischen zwei diskreten Filtern aus Gründen der
Einfachheit und Schnelligkeit verwendet wurde, und dass in dem allgemeinen
Fall das Aktivitätsmaß verwendet
werden kann, um ein Filter abzuleiten oder sanft zwischen einer
Anzahl von voraus ausgewählten
Filtern zu mischen.
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Es
ist zweifellos zu würdigen,
dass die vorliegende Erfindung durch die Anwendung von Software,
die die beschriebenen Funktionen erzielt, um einen digitalen Computer
oder Mikroprozessor zu betreiben, durch eine Hardwareschaltung,
die wahrscheinlich die optimale Geschwindigkeit erreicht, oder durch
irgendeine Kombination aus Software und Hardware erzielt werden
kann.
