DE19646821A1

DE19646821A1 - Bilddaten-Erfassungsgerät zur Bestimmung der farbmetrischen Koordinaten von Bildpunkten in Aufsicht- oder Durchlichtvorlagen

Info

Publication number: DE19646821A1
Application number: DE19646821A
Authority: DE
Inventors: Axel Prof Ritz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-05-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Bilddaten-Erfassungsgerät nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Das vorgegebene Bilddaten-Erfassungsgerät soll ein Bild in einzelnen Pixeln (klein stes gespeichertes Bildelement) jeweils farbmetrisch beschreiben. Derartige Anwen dungen sind z. B. im Bereich der Reproduktionstechnik in Scannern, in Druckmaschi nen zur Kontrolle des Druckbildes, in Videoanlagen und Digitalkameras für die weite re Verarbeitung der Daten in der praktischen Erprobung. Um Bilddaten in unter schiedlichen, weiteren Geräten farbrichtig verarbeiten zu können (z. B. Bildschirm darstellung, Farbdrucker), nutzt man die allgemeingültige Beschreibungsform der Farbe durch die Farbmetrik. Da in der Praxis Farbmeßgeräte für Bilddaten-Er fassungsgeräte zu aufwendig sind, wird mit densitometrischen Dreifilter-Meßgeräten gearbeitet und mit geeigneten Näherungsverfahren versucht, die densitometrischen Dreifilter-Meßwerte den farbmetrischen Meßwerten möglichst gut anzunähern.

Es ist bekannt, daß heute auf vielen DTP-Systemen Farbbilder verarbeitet werden, die auf unterschiedlichen Systemen ausgegeben werden müssen. Für den Datenaus tausch wählt man in einem Zwischenspeicher Bilddaten, die den Farbmeßwerten (z. B. DIN 5033 Teil 1-9) eindeutig umkehrbar zugeordnet werden können. Da unter schiedliche Ausgabegeräte gewisse Übertragungsdifferenzen haben, benötigt man vor der Ausgabe eine geräteunabhängige, absolut kalibrierbare Datenbasis wie dies z. B. mit den farbmetrischen Meßwerten gegeben ist. Die einzelnen Ausgabegeräte lassen sich mit Hilfe von Kalibrierroutinen derart konfigurieren, daß der wiedergebbare Farbenraum des Ausgabegeräts eine Untermenge des gesamten Farbenraums dem farbmetrischen Zwischenspeicher (siehe unten) eindeutig umkehr bar zugeordnet werden kann. Abgesehen von gewissen Gerätefehlern lassen sich somit die ausgegebenen Bildaten den Farbmeßwerten recht gut annähern oder mit geeignete Farbraumabbildungen gezielt modifizieren. Derart modifizierte Farbraumabbildungen können z. B. erforderlich sein, wenn der Ausgabefarbraum kleiner ist als der Eingabefarbraum. In solchen Fällen kann z. B. der Farbraum be schnitten oder skaliert werden. Weiterhin sind in der Reproduktionspraxis häufig Farbkorrekturen erforderlich, da sich das farbfotografische Material für die industrielle Studiofotografie (z. B. Diapositiv) farblich nicht ausreichend kalibrieren läßt.

Für die Abbildung der Eingabedatensätze bzw. Meßwerte (z. B. Scannerdaten) auf die Pseudo-Farbmeßwerte und weiter auf die Ausgabedatensätze werden in einzel nen Systemen Hilfen angeboten, die z. B. mit der Bezeichnung "Color Management" belegt worden sind. Die Farbraum-Abbildungsvorschriften werden in sog. Farbprofilen (Tags) definiert und den Eingabedatensätzen zugeordnet. Um das zwei malige Umrechnen der sehr umfangreichen Datensätze zu vereinfachen, werden die Abbildungsvorschriften erst im Ausgabegerät auf die Datensätze angewandt. Daraus resultiert, daß der farbmetrisch e Zwischenspeicher (wie oben erwähnt) für Bilddaten in vielen Fällen ein virtueller Speicher ist, in dem anstelle der pseudo-farbmetrischen Daten lediglich die Meßwerte zusammen mit der Abbildungsvorschrift auf den Farbenraum hinterlegt sind.

Die Bilddaten-Erfassungsgeräte in der praktischen Anwendung sind nahezu vollstän dig mit drei Filtern ausgestattet, die es gestatten, drei Meßwerte in den unterschiedli chen Farbbereichen zu erfassen, die in der Norm DIN 16 536 Teil 1 als Farbdichte vollständig mathematisch beschrieben sind (Abb. 2). Mit Hilfe von Kalibriervorlagen und Kalibriervorschriften wird nun der dreidimensionale Raum der Dichtewerte, häu fig im Bereich der Videotechnik und Bildschirmtechnik auch als RGB-Raum bezeich net, auf einen Farbenraum näherungsweise abgebildet, der den Farbmeßwerten nahe kommt. Die so erhaltenen Näherungswerte werden im folgenden als "Pseudo- Farbwerte" bezeichnet.

Dabei ist es allerdings nötig, mit Dichtewerten zu arbeiten, die in der spektralen Bewertung der Bildvorlage völlig andere Bewertungsfunktionen nutzen als dies in der Farbmetrik getan wird. Durch das Einmessen einer Testtafel können nun für eine bestimmte Vorlage Abbildungsvorschriften für die Pseudo-Farbwerte auf die Farbmeßwerte errechnet werden. In der Praxis werden dann aber nach dem Kalibriervorgang Bilder mit dem Bilddaten-Erfassungsgerät verarbeitet, bei denen die Farben eine andere, unbekannte spektrale Charakteristik haben als die Farben der Testtafel zum Kalibrieren. Die daraus entstehende Problematik ist sehr einfach aus den unterschiedlichen Bewertungsintegralen für die Farbmeßwerte (Abb. 1) und die Dichtewerte oder RGB-Werte (Abb. 2) ersichtlich: Gewisse Farben, die mit dem Auge oder mit der Farbmeßtechnik als unterschiedlich bewertet werden, erscheinen in der Dichtebewertung identisch. Umgekehrt gibt es Farben, die in der Dichtebewertung unterschiedlich erscheinen und in der visuellen Bewertung identisch sind. Dieses Phänomen ist in der visuellen Bewertung und in der Farbmetrik als Metamerie bekannt. Farben, die bei einer Lichtart als identisch bewertet werden, können bei einer anderen Lichtart unterschiedlich erscheinen. In ähnlicher Weise erscheinen gewisse Farben in der densitometrischen Bewertung unter einer gegebenen Bewertungsfunktion identisch, während sie in der visuellen und farbmetrischen Be wertung sehr unterschiedlich sind. Daraus folgt, daß die Unterscheidungsfähigkeit von Farben sehr stark von der spektralen Bewertung abhängig ist. Man hat es hier mit einer sog. "Geräte-Metamerie" zu tun; unterschiedliche Farben, die mit einer bestimmten spektralen Bewertungsfunktion eines Bilddaten-Erfassungsgeräts als identisch bewertet werden, erscheinen mit einer anderen Bewertungsfunktion meist unterschiedlich. Es ist in der Druckindustrie weitgehend bekannt, daß z. B. gewisse Holzfarbtöne ähnlicher Holzsorten, die visuell und farbmetrisch deutliche Unterschie de aufweisen, in den densitometrischen Meßwerten nicht hinreichend zu unterschei den sind.

Die mangelnde Differenzierbarkeit von Farben könnte als ein Problem der Meßgenauigkeit der Bilddaten-Erfassungsgeräte interpretiert werden. Leider ist es nicht weiterführend, die Meßgenauigkeit der Bilddaten-Erfassungsgeräte beliebig zu verfeinern, da die auszumessenden Bildvorlagen selbst im Mikrobereich eines Pixels gewisse Abtastungenauigkeiten aufweisen. Da die densitometrischen Meßwerte der Pixel mit einem gewissen Fehler behaftet sind, entstehen von Farben, die in ihren densitometrischen Meßwerten eng beieinander liegen, durch die Abbildung auf den Farbenraum unter gewissen Umständen große Fehler. Bestimmte Bereiche des Farbenraums sind für derartige Fehler kritischer als andere Bereiche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bildorientierte Arbeit zu ermöglichen. Da gewisse Fehler bei der Bildverarbeitung mit Bilddaten-Erfassungsgeräten prinzipi ell unumgänglich sind, müssen die Bilder in bildwichtige und weniger wichtige Bild punkte zerlegt werden. Ein Bildpunkt kann ein einzelnes Pixel oder ein Flächen element aus mehreren Pixeln bestehend sein. Bildwichtige Bildpunkte müssen exakt auf Soll-Farbwerte abgebildet werden, bei unwichtigen Bilddetails können größere Farbabweichungen toleriert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einzelne Bildpunkte für einen Operateur an einem Ausgabegerät (z. B. Drucker, Bildschirm) markierbar sind durch Umrandung, Einfärbung, Kontrastierung, Cursorpositionierung oder ähnliche übliche Techniken. Die Eingabedaten (Meßwerte) dieser Bildpunkte werden mit der bestehenden Abbildungsvorschrift auf die Pseudo-Farbwerte abgebildet und gegen über den gewünschten farbmetrischen Sollwerten verglichen. Bei Abweichungen der erfaßten Pseudo-Farbwerte zu den farbmetrischen Sollwerten wird eine Korrektur dadurch erreicht, daß die spektrale Bewertungsfunktion des Bildes verändert wird, indem die Lichtfarbe und/oder die Filterfarbe in der spektralen Charakteristik verän dert wird/werden. Durch weitere Kontrolle der mit dem Bilddaten-Erfassungsgerät erfaßten Pseudo-Farbwerte und möglicherweise noch vorhandener, kleinerer Abwei chungen zu dem/den Sollwert/en kann eine iterative Näherung an den/die Sollwert/e erreicht werden.

Um eine solche Veränderung der spektralen Bewertungsfunktion zu erreichen, wird in das Bilddaten-Erfassungsgerät eine Softwareroutine implementiert, mit der einzel ne/mehrere Bildpunkte für einen Operateur auswählbar gemacht sind. Diese Soft wareroutine ist mit einem Bilddarstellungsgerät derart verknüpft, daß auf diesem die Position/en des/der Bildpunkts/e angezeigt wird/werden. Für diese Bildpunkte können wahlweise die farbmetrischen Koordinaten berechnet und ausgegeben werden oder die Bildpunkte werden mit einem im Sinne des Color Managements kalibrierten Ausgabegerät visuell veranschaulicht. Das Ausgabegerät, das die Bildpunkte frei von Farbfehlern ausgibt, ermöglicht somit eine visuelle Abmusterung mit den Färbungs mustern. Eine weitere Vorrichtung ist im Bilddaten-Erfassungsgerät gegeben, die es einem Operateur erlaubt, die pseudo-farbmetrischen Koordinaten zu verändern, wobei diese Vorrichtung derart gebaut ist, daß die Lichtfarbe S_λ und/oder die Filter farbe τ_i(λ) in der spektralen Charakteristik für das Bild-Datenerfassungsgerät verstell bar ist/sind. Die Veränderung der spektralen Charakteristik der Lichtfarbe kann unter anderem sehr leicht durch Mischen mehrerer farblich unterschiedlicher Lichtfarben oder bei thermischen Strahlern durch Veränderung der Temperatur des Strahlers elektrisch gesteuert werden. Die Filterfarbe kann in der spektralen Charakteristik unter anderem sehr leicht verändert werden, indem unterschiedliche Filter einge schwenkt werden.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Bild von einem Operateur willentlich einzelne, besonders bildwichtige Bildpunkte ausge wählt werden können, die in ihren pseudo-farbmetrischen, fehlerbehafteten Werten im virtuellen, farbmetrischen Zwischenspeicher näher an die farbmetrischen Soll werte angenähert werden können. Damit kann erreicht werden, daß einzelne Farben in der Bildvorlage, die für densitometrische Meßwerte zunächst nicht unterscheidbar waren (Geräte-Metamerie), aufgrund der veränderten spektralen Bewertung besser unterscheidbar werden. Die veränderte spektrale Bewertung kann sich in anderen Bereichen des Farbenraums zwar in der Farbdifferenzierung negativ auswirken, was aber in den weniger bildwichtigen Bilddetails i. a. akzeptiert wird. Aufgrund dieser neuen, verbesserten Datenbasis ist es dann möglich, in einem Ausgabegerät (z. B. Druckmaschine) die gewünschten Farben bildwichtiger Details besser den Wünschen oder den Sollwerten entsprechend wiederzugeben.

In der Praxis der Bildverarbeitung ist häufig die Forderung gestellt, daß bestimmte Schmuckfarben, Produktfarben, Farben für das Corporate Identity und weiterhin allgemein bekannte Objektfarben wie z. B. die Hautfarbe mit bestimmten, eng tole rierten Farbwerten wiedergegeben werden müssen. In ausgewählten Bildpunkten läßt sich mit der beschriebenen Erfindung exakt die Farbe einer Vorlage oder ein ander vorgegebener Sollwert (z. B. Färbungsmuster) in dem virtuellen, farbmetrischen Zwischenspeicher erreichen, was mit der bisher bekannten densitometrischen Bewertung nicht möglich war.

In Anwendungen, in denen Bilddaten-Erfassungsgeräte zur Prozeßkontrolle einge setzt werden, ist es entscheidend, daß in bildwichtigen Details eine hinreichende Farberkennungs-Differenzierung durch geeignete Bewertungsfunktionen erreicht werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit einem Bildscanner und einem Bildverarbeitungscomputer ausgestattet, in dem eine zusätzliche Routine die Markie rung gewisser Bildpunkte zuläßt. Eine weitere Routine bestimmt nach der bestehen den Gerätekalibrierung die Pseudo-Farbwerte für die ausgewählten Bildpunkte. Mit einem Farbmeßgerät werden in dem Bild die ausgewählten Bildpunkte farbmetrisch ausgemessen. Mit Hilfe der veränderbaren spektralen Bewertung durch Veränderung der Lichtfarbe oder durch Veränderung der Filterfarbe werden nun die ausgewählten Bildpunkte an die zuvor meßtechnisch erfaßten Farbwerte angenähert.

Anstelle eines Farbmeßgeräts ist es auch möglich, einen Farbatlas zu verwenden, so wie dies in der Reproduktionstechnik und Farblithographie bisher allgemein üblich war, wobei allerdings an den einzelnen Farbfeldern im Farbatlas anstelle der bisher verwendeten Flächendeckungen die farbmetrischen Meßwerte stehen müssen. Einzelne bildwichtige Farben einer Vorlage können so visuell mit den Feldern des Farbatlasses abgemustert werden, um so die erforderlichen Farbmeßwerte (Farbkoordinaten) zu bestimmen. Dieser Abmusterungsvorgang hat bisher in der grafischen Industrie zur "Bestmöglichen-Farbabstimmung" sowohl in der Reprodukti onstechnik als auch im Druck geführt. Ein derartiger Abmusterungsvorgang farbmetrisch basiert oder auf visuelle Abmusterung basiert soll in allen Bilddaten- Erfassungsgeräten verfügbar gemacht werden.

Bezugszeichenliste

X, Y, Z: Normfarbwerte
x

, y

, z

: Normspektralwerte (z. B. Tabelle in der DIN 5033 Teil 2)
S_(λ)

: Lichtart mit der Strahlungsfunktion (z. B. Normlichtart: A, D 65, C)
ϕ_(λ)

: Farbreizfunktion:
ϕ_(λ)

= S_λ

: für Selbstleuchter,
ϕ_(λ)

= S_λ

τ(λ): für Durchlicht-Vorlagen,
ϕ_(λ)

= S_λ

R(λ): für Körperfarben
R(λ): Funktion des spektralen Reflexionsfaktors (z. B. DIN 5036 Teil 1, 6.9)
τ(λ): spektraler Transmissionsgrad der Durchlicht-Vorlage
D_C

, D_M

, D_Y

: Dichte, gemessen jeweils in einem Schwerpunktsbereich des sichtbaren Spektralbereichs, z. B. angepaßt an die Druckfarben Cyan, Magenta und Gelb,
β(λ): spektraler Remissionsgrad der Auflicht-Meßprobe oder spektraler Transmissionsgrad der Durchlicht-Meßprobe
S_λ

: Lichtart mit der Strahlungsfunktion (z. B. Normlichtart: A, D 65, C) oder allgemeiner: relative spektrale Strahlungsverteilung
s(λ)_rel

: relative spektrale Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers
τ_C

(λ), τ_M

(λ), τ_Y

(λ): spektraler Transmissionsgrad der Meßfilter für die Schwerpunktsbereiche des sichtbaren Spektralbereichs, z. B. angepaßt an die Druckfarben Cyan, Magenta und Gelb, oder allgemeiner τ_i

(λ).

Claims

Bilddaten-Erfassungsgerät zur Bestimmung der farbmetrischen Koordinaten von Bildpunkten in Aufsicht- oder Durchlichtvorlagen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Softwareroutine implementiert ist, mit der einzelne/mehrere Bildpunkte für einen Operateur auswählbar gemacht sind und diese Softwareroutine mit einem Bildaus gabegerät derart verknüpft ist, daß auf diesem die Position/en des/der ausgewählten Bildpunkts/e angezeigt wird/werden und eine weitere Vorrichtung im Bild- Datenerfassungsgerät derart gebaut ist, daß die Lichtfarbe S_λ und/oder die Filter farbe τ_i(λ) des Bilddaten-Erfassungsgeräts in der spektralen Charakteristik verstellbar ist/sind.