DE3629469C2

DE3629469C2 - Verfahren zur Einstellung der Farbsättigung bei der elektronischen Bildverarbeitung

Info

Publication number: DE3629469C2
Application number: DE3629469A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Fuchsberger
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: AgfaPhoto GmbH
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1986-08-29
Publication date: 1994-10-06
Anticipated expiration: 2006-08-30
Also published as: DE3629469A1; US4812902A; JPS6367687A; CH674905A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Farbsättigung bei der elektronischen Bildverarbei tung, bei dem eine zweidimensionale Bildvorlage nach Zeilen und Spalten für drei Primärfarben elektrooptisch abgetastet wird und die resultierenden Bildsignale in ein Luminanzsignal Y und zwei Farbdifferenzsignale bzw. Chrominanzsignale C1, C2 transformiert werden.

Bei der Reproduktion farbiger Originalbilder (posi tiv-positiv) oder bei der Herstellung farbfotografi scher Positiv-Bilder von Color-Negativ-Vorlagen wird in zunehmendem Maße auf die elektronische Bildverarbeitung unter Verwendung von Farbkorrekturschaltungen zurückge griffen (s. z. B. EP 70 680, EP 131 430 und EP 168 818). Grundlage ist dabei, daß die Bildvorlage nach Zeilen und Spalten abgetastet (gescannt) wird und die resultierenden Bildsignale nach bestimmten Krite rien modifiziert werden. Die zu einem Bild gehörenden Bildsignale werden in der Regel digitalisiert und kön nen in Digitalspeichern abgelegt bzw. zwischengespei chert werden.

Die Grundlagen der elektronischen Farbkorrektur sind z. B. beschrieben in den Büchern H. Lang, Farbmetrik und Farbfernsehen, R. Oldenbourg-Verlag, München, Wien, 1978, Seiten 326 bis 334 und Seiten 431 ff. sowie W. K. Pratt, Digital Image Processing, John Wiley & Sons, New York/Chichester/Brisbane/Toronto; 1978, ins besondere Seiten 50 bis 90 und Seiten 155 bis 161.

Die Transformation in Luminanz- und Chrominanzsignale ist grundsätzlich aus der Videotechnik bekannt. Dort geht es in erster Linie darum, mit elektronischen Mit teln Farbkorrekturen vorzunehmen, wenn aufnahmebedingte Farbfehler vorhanden sind (z. B. Farbstichigkeit) oder bei der Übertragung Farbverfälschungen entstehen, die kompensiert werden müssen.

Bei der Erzeugung optimaler Positiv-Bilder z. B. auf Farbkopiermaterial müssen erfahrungsgemäß folgende Bildparameter eingestellt bzw. verändert werden können:

a) Farbbalance,
b) Farbsättigung,
c) Kontrast (Gradation).

Dabei besteht häufig die Schwierigkeit, daß sich diese Parameter nicht unabhängig voneinander einstellen las sen. Bei einer veränderten Einstellung der Gradation verschiebt sich z. B. auch die Farbsättigung. Eine un abhängige Einstellung gelingt jedoch, wenn die hellig keitslinearen Bildsignale, wie in der Fernsehtechnik üblich, in Luminanz- und Farbdifferenzsignale (Chromi nanzsignale) transformiert werden. Die gewünschte Ein stellung der Farbsättigung erfolgt kontinuierlich mit einem Potentiometer oder in Stufen über einzelne Ta sten. Es hat sich nun gezeigt, daß man bei der Herstel lung farbfotografischer Abzüge von Color-Negativen oder auch Color-Positiven besonderen, zum Teil dem physiolo gischen Bereich zugeordneten Kriterien Rechnung tragen muß, wenn die Bilder vom Betrachter als optimal einge stuft werden sollen. Insbesondere hat sich gezeigt, daß die Einstellung der Farbsättigung kritisch wird, wenn in einer Bildvorlage gleichzeitig schwach gesättigte Bereiche neben stärker gesättigten Bereichen vorhanden sind. In der Praxis haben nämlich die Farbkanäle für die Chrominanzsignale (Farbdifferenzsignale) einen be grenzten Aussteuerbereich, so daß der Fall auftreten kann, daß bei einer Anhebung der Farbsättigung in einem Kanal oder beiden Kanälen die Aussteuergrenze erreicht bzw. überschritten wird. Diese Übersteuerung führt zu unerwünschten Veränderung der Farbart; d. h. zu Farb verfälschungen.

Aus der JP 60-83 488 A2 ist es bekannt, in einer Schaltung zur Verarbeitung von Farbbildsignalen einer Kamera die Chrominanzsignale R-Y und B-Y nach einer nicht linearen Kennlinie zu verstärken. Signale mit kleinerer Amplitude werden dabei höher verstärkt als Signale mit größerer Amplitude. Die Fig. 7 zeigt eine entsprechende Schaltungsanordnung als Prinzipschaltbild. Nachteilig bei einer derartigen Schaltung ist jedoch, daß unterschiedliche Signalgrößen in den beiden Chrominanzkanälen zu unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren führen und dadurch Farbverschiebungen entstehen können.

Hier setzt die Erfindung an. Es lag die Aufgabe zugrunde, neue schaltungstechnische Maßnahmen einzuführen, um bei einer externen Einstellung (Anhebung) der Farbsättigung eine Überschreitung der Grenzen des darstellbaren Farbraumes und damit zu Farbverfälschungen führende Übersteuerungseffekte zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß erstens bei einer vorgewählten Einstellung der Farbsättigung entsprechend einer nicht linearen Kennlinie kleine Chrominanzsignale C1, C2 höher verstärkt werden als größere, einem höheren Sättigungsgrad entsprechende Chrominanzsignale. Dies bedeutet, daß bei einer beabsichtigten Verbesserung der Farbsättigung Bildbereiche mit schwacher Sättigung stärker angehoben werden als solche, die bereits schon relativ stark gesättigt sind. Eine vorgewählte Einstellung der Farbsättigung entspricht dabei dem gewünschten Verstärkungsgrad.

Zweitens hängt bei der Erfindung die Verstärkung in jedem der beiden Chrominanzkanäle von der Signalgröße des einen Kanals, von dem Luminanzkanal und von der Signalgröße in dem anderen Kanal ab. Durch die gegenseitige Abhängigkeit der Verstärkungsfaktoren in den beiden Chrominanzkanälen erreicht das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren den Vorteil, daß die verstärkten Signale in beiden Chrominanzkanälen sicher innerhalb der Aussteuergrenzen gehalten werden können. Die Aussteuergrenzen sind dabei sehr einfach durch entsprechende Verstärkungskennlinien festlegbar.

Zur Transformation der Bildsignale in ein die Helligkeit bzw. Leuchtdichte bestimmendes Luminanzsignal und zwei die Farbinformation enthaltende Chrominanzsignale wird zweckmäßig die aus der Fernsehtechnik bekannte RGB → YUV-Transformation herangezogen, bei der den zu den drei Primärfarben R, G, B gehörenden Bildsignalen jeweils ein Luminanzsignal Y und zwei Chrominanzsignale U, V zugeordnet werden.

Die bei der Verstärkung der Chrominanzsignale zugrunde gelegte sublineare Kennlinie hat also bei einer größe ren Aussteuerung eine kleinere Steigung. Die Abnahme der Steigung kann entweder in einzelnen Stufen erfol gen, so daß sich die Kennlinie aus einzelnen Abschnit ten mit verschiedener Steigung zusammensetzt oder ent sprechend einer konvex gekrümmten Kurve stetig und kon tinuierlich. Aufgrund dieser Maßnahmen gelingt es be reits in vielen Fällen, die Bildqualität hinsichtlich der Farbsättigung zu verbessern. Dies gilt in erster Linie für Bildvorlagen, bei denen im gesamten Bildbe reich die Farbsättigung angehoben werden soll, z. B. wenn die Bildvorlage ein unterbelichtetes Color-Negativ ist.

Eine Übersteuerung der systembedingten Aussteuergrenzen der Chrominanzkanäle mit den daraus resultierenden Farbverfälschungen kann in den meisten Fällen vermieden werden, wenn eine Verstärkungskennlinie zugrundegelegt wird, die oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes der Chrominanzsignale C1, C2 horizontal verläuft. Chromi nanzsignale, die bereits an diesem Grenzwert bzw. dar über liegen, werden demgemäß nicht weiter verstärkt. Dieser Grenzwert wird vorteilhaft kleiner gewählt als die systembedingten Aussteuergrenzen der Chrominanz kanäle.

Eine weitere Verbesserung kann man erreichen, wenn be rücksichtigt wird, daß die Aussteuergrenze für die Chrominanzsignale C1, C2 entsprechend den Transforma tionsgleichungen von dem jeweiligen Luminanzsignal Y abhängt. Es wird also dann nicht wie bei der vorherge henden Ausführungsform mit einer konstanten Aussteuer grenze gearbeitet, sondern die Aussteuergrenze wird entsprechend den Transformationsgleichungen in Abhän gigkeit vom Luminanzsignal Y nachgestellt. Mit diesen Maßnahmen kann in praktisch allen wichtigen Fällen eine Verbesserung der Farbbildqualität im Sinne ausgewogener Farbkontraste durch gezielte Anhebung der Farbsättigung erreicht werden.

Allenfalls geringe Farbartverfälschungen können bei diesem Verfahren noch bei Farbtönen auftreten, die durch stark unterschiedliche Chrominanzkomponenten ge kennzeichnet sind, so daß in dem einen Chrominanzkanal schon die Aussteuergrenze erreicht wird, während in dem anderen Kanal noch eine weitere Sättigungsanhebung ohne Übersteuerung erfolgen könnte. Diesem Problem kann ge mäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah rens dadurch Rechnung getragen werden, daß beim Errei chen der Aussteuergrenze in einem der beiden Chromi nanzkanäle in dem anderen Kanal die Verstärkung auf den an der Aussteuergrenze erreichten Wert begrenzt wird. Diese Problemlösung, die mit einem erhöhten Hard ware-Aufwand erkauft werden muß, stellt daher eine Optimal-Lösung und weitere Ausbaustufe dar.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Blockschaltbildern und Prinzipskizzen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die drei Hauptmodule der elektronischen Bildverarbeitung mit der Bildabtastvorrichtung (Scanner), dem eigentlichen Bildverarbeitungsteil und der Bildausgabevorrichtung (Printer),

Fig. 2 ein schematisiertes Blockschaltbild des Bildprozessors im Bildverarbeitungsteil,

Fig. 3 die Darstellung eines Farbvektors in der Chrominanz-Ebene U, V,

Fig. 4 den systembedingten Wertebereich des RGB-Farbraumes in der Chrominanz-Ebene U, V und die Konsequenzen einer Übersteuerung,

Fig. 5 die für die Chrominanzsignale U, V maßgebliche Verstärkungskennlinie,

Fig. 6 eine Darstellung von Sättigungsstufen in der Chrominanz-Ebene mit subjektiv gleichen Sättigungsunterschieden (qualitative Darstellung!),

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild für eine nichtlinear verstärkende Schaltungsanordnung in den Chrominanz-Kanälen (Stand der Technik),

Fig. 8 ein Prinzipschaltbild für die Berücksichtigung der Abhängigkeit der Chrominanzsignale von dem Luminanzsignal bei der Realisierung einer sublinearen Übertragungskennlinie in den Chrominanzkanälen,

Fig. 9 das bei der Übertragung der Chrominanzsignale nach Fig. 8 maßgebliche Kennlinienfeld,

Fig. 10 die für das Kennlinienfeld nach Fig. 9 maßgeb lichen Wertebereiche für die Chrominanzsignale U, V bei verschiedenen Luminanzwerten Y und

Fig. 11 ein der Optimallösung entsprechendes Block schaltbild für die Sättigungsverstärkung in den Chrominanzkanälen unter Berücksichtigung der bei Übersteuerung auftretenden wechselseitigen Abhängigkeit der beiden Chrominanzsignale.

Gemäß Fig. 1 wird die Bildvorlage mit dem Scanner 1 nach Zeilen und Spalten abgetastet, so daß für jeden Bildpunkt ein elektrisches Bildsignal gewonnen wird. Der Scanner 1 besteht aus einem CCD-Zeilensensor (Zei len horizontal), der in vertikaler Richtung mit kon stanter Geschwindigkeit über die Bildfläche gefahren wird (scanning). Die Abtastung erfolgt nacheinander für die drei Primärfarben rot, grün, blau (R, G, B). Zu die sem Zweck werden geeignete Farbfilter in den Lichtweg zwischen CCD-Zeilensensor und Bildvorlage eingeschwenkt.

Das elektrooptisch abgetastete Bild besteht hier aus 2048 Bildpunkten pro Zeile (horizontal) und 1024 Zeilen (vertikal), so daß einem Bild insgesamt 2048×1024 Bildelemente (Pixel) in jeder der drei Pri märfarben R, G, B zugeordnet sind. Eine Korrekturschal tung (nicht gezeigt) sorgt dafür, daß CCD-spezifische Fehler, z. B. unterschiedliche Empfindlichkeiten der CCD-Elemente und Dunkelströme, eliminiert werden. Die korrigierten Bildsignale werden anschließend digitali siert. Erst danach erfolgt die eigentliche elektroni sche Bildverarbeitung, die in Fig. 1 zu dem Block 2 (strichpunktiert) zusammengefaßt ist. Das letzte Glied in der Bildverarbeitungskette ist die Bildausgabevor richtung 3, hier ein Kathodenstrahl-Printer (CRT-Prin ter), der die elektrischen Bildsignale wieder in ein optisches Bild umwandelt, das dann auf das fotografi sche Aufzeichnungsmaterial, z. B. Color-Negativ-Papier, aufbelichtet wird. Wesentlich ist dabei, daß im Printer das optische Bild Punkt für Punkt durch Umwandlung der elektrischen Bildsignale aufgebaut wird. Im Prinzip kann also jedes Pixel der Bildverarbeitung unterzogen und anschließend an der der Originalvorlage entspre chenden Koordinate auf dem Aufzeichnungsträger ausge geben werden.

Die eigentliche elektronische Bildverarbeitung erfolgt in dem Bildprozessor 4, der über eine Eingabe 5 extern gesteuert werden kann. Vor und nach dem Bildprozessor 4 wird das Bild in den Speichern 6 und 7 (SP1 und SP2) abgelegt. Durch diese Zwischenspeicher erreicht man, daß ein Bild vom Printer 3 aus dem Speicher 7 abgerufen und aufgezeichnet werden kann, während gleichzeitig schon ein neues Bild in den Speicher 6 eingelesen und vom Bildprozessor 4 verarbeitet wird. Die drei Grund vorgänge Abtastung durch den Scanner 1, Bildverarbei tung im Bildprozessor 4 und Bildaufzeichnung durch den Printer 3 können somit entkoppelt werden. Das für die Aufzeichnung bestimmte Bild kann nach Zwischenspeiche rung 8 mittels eines Monitors 9 betrachtet werden. Diese Blöcke werden hier ebenfalls der Bildverarbei tung 2 zugerechnet.

Bei der vorliegenden Erfindung geht es in erster Linie um spezielle elektronische Maßnahmen zur Bildanpassung und Bildverbesserung, wobei letzten Endes die Beurtei lungskriterien bei der visuellen Betrachtung der ferti gen Bilder maßgebend sind. Im einzelnen übernimmt der Bildprozessor 4 folgende Aufgaben und Funktionen:

a) Einstellung der Farbbalance,
b) Einstellung der Farbsättigung in mehreren Stufen,
c) bildbezogene Einstellung der Gradation,
d) Bildschärfeverbesserung.

Die Bildprozessorfunktionen sollen nun im einzelnen an hand von Fig. 2 erläutert werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der bildgerechten Einstellung der Farbsätti gungsverstärkung mit einer Übersteuerungsbegrenzung zur Minimierung von Farbverfälschungen (Punkt b). Gemäß Fig. 2 umfaßt der Bildprozessor die Blöcke 10 bis 17. Die im Bildspeicher 6 (Speicher SP1) abgelegten Bild signale werden zunächst einer Farbmatrix 10 zugeführt, mit deren Hilfe Nebendichten der Farbstoffe (Überspre chen) korrigiert werden können. Bei der Farbmatrix handelt es sich um einen programmierten Festwertspei cher (PROM), bei dem jedem ursprünglichen Bildsignal A (x, y) ein korrigiertes Bildsignal A′ (x, y) zugeordnet ist. Ein in diesem Sinne als Tabelle programmierter Speicher wird daher auch als Look-up-Table (abgekürzt LUT) bezeichnet. Die erwähnten Farbkorrekturen können erst nach dem Speicher 6 vorgenommen werden, weil hier erstmalig die Bildsignale aller drei Farbauszüge RGB parallel anstehen. Anschließend werden die dichte-line aren Bildsignale ebenfalls mit Hilfe einer Look-up-Table 11 delogarithmiert, so daß von diesem Punkt ab wieder transparenzlineare Bildsignale zur Ver fügung stehen.

Mit dem Farbbalance-Regler 12 können nicht systembe dingte Farbabweichungen (z. B. Farbstich) kompensiert werden oder eine bewußte Abweichung vom standardmäßigen Graupunkt (Unbunt-Punkt) erzeugt werden. Im darauffol genden Block 13 werden die RGB-Bildsignale in ein farb unabhängiges Helligkeitssignal Y (Luminanzsignal) und zwei helligkeitsunabhängige Farbdifferenzsignale U, V (Chrominanzsignale) transformiert. Die Transformation erfolgt dabei in bekannter Weise nach folgenden Glei chungen:

Y = 0,3 R + 0,6 G + 0,1 B
U = B-Y
V = R-Y.

Diese Transformation setzt transparenzlineare Signale voraus. Mittels der Schaltung 14, der nur die Chromi nanzsignale U, V zugeführt werden, kann die Farbsätti gung in mehreren Stufen über Tasten an der Eingabe 5 eingestellt (vorgewählt) werden. Das Luminanzsignal Y durchläuft im unteren Kanal eine Kontrastbewertungs schaltung 15 zur Modifizierung bzw. Anpassung der Gra dation (globale Kontrastverarbeitung) und getrennt da von zur Anhebung hoher Ortsfrequenzen (lokale Kontrast bewertung). Die modifizierten Chrominanz- und Luminanz signale werden im Block 16 entsprechend den Umkehrfunk tionen der obenerwähnten Gleichungen in die entspre chenden RGB-Signale rücktransformiert. Diese Signale werden dann in der Logarithmierschaltung 17 logarith miert, so daß in der darauffolgenden Signalverarbeitung wieder dichte-lineare Bildsignale anstehen.

Die Transformation RGB → YUV wurde aus der Videotech nik übernommen und hat sich bei der elektronischen Bildverarbeitung im vorliegenden Falle gut bewährt. Da neben gibt es jedoch noch andere Transformationen, die ein reines Helligkeitssignal Y und zwei, die Farbinfor mation enthaltende Chrominanzsignale C₁ und C₂ lie fern. Dazu gehören insbesondere die IHS-Transformation und die Lab-Transformation. Bezüglich der Einzelheiten wird auf die Fachliteratur verwiesen (s. z. B. W. K. Pratt, Digital Image Processing, John Wiley & Sons; S. 84 bis 87). Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der Einfachheit halber im mer die RGB → YUV-Transformation vorausgesetzt. An hand der Ausführungsbeispiele sollen nun die schal tungstechnischen Maßnahmen im Zusammenhang mit der Ein stellung der vom Betrachter als optimal empfundenen Farbsättigungsverstärkung erklärt werden. Von besonde rer Bedeutung sind dabei die Vorkehrungen, die getrof fen werden, um die obenerwähnten farbverfälschenden Übersteuerungseffekte zu vermeiden.

Im Luminanz-Chrominanz-System wird der Farbraum durch die Luminanz-Achse Y und die beiden Chrominanz-Achsen U und V gebildet. Dementsprechend hat ein Farbvektor F eine die Helligkeit bzw. die Leuchtdichte bestimmende Komponente Y und zwei nur die Farbinformation enthal tende Chrominanzkomponenten U, V. Man kann sich daher auf eine Darstellung in der Chrominanzebene U, V be schränken, wenn bei der elektronischen Bildverarbeitung nur eine Änderung des Farborts (Farbart und Farbsätti gung) ins Auge gefaßt wird. In Fig. 3 ist ein Farbvek tor F mit den Komponenten U₁, V₁ dargestellt. Der Koordinatenursprung (U=0, V=0) entspricht dem Un bunt-Punkt (Graupunkt). Verläßt man die zu dem Vektor F gehörende Gerade (gestrichelter Pfeil), so gelangt man zu einer anderen Farbart. Verlängert man dagegen den Vektor F durch Multiplikation mit dem konstanten Fak tor k (neuer Vektor F′ (k · U₁, k · V₁), so wird nur die Farbsättigung erhöht, während die Farbart gleich bleibt. Schwach gesättigte Farben liegen daher in der Chrominanz-Ebene in der Nähe des Nullpunkts, während die stark gesättigten Farben weiter außen liegen. Eine gezielte Sättigungsanhebung bedeutet nun, daß die Chrominanzkomponenten U₁, V₁ eines Farbvektors F mit einem bestimmten Verstärkungsfaktor k multipliziert werden. Der Verstärkungsfaktor k kann z. B. kontinuier lich durch ein Potentiometer oder stufenweise über Ta sten vorgewählt und optimal eingestellt werden. In der Praxis haben die Farbkanäle R, G, B (s. Fig. 2) einen be grenzten Aussteuerbereich. Solange die Sättigungsanhe bung in beiden Chrominanzkanälen innerhalb dieses Aus steuerbereiches liegt, treten keine Probleme auf. Bei einer Überschreitung der Aussteuergrenze ist jedoch mit nicht linearen Übersteuerungseffekten zu rechnen. Dies soll mit Hilfe von Fig. 4 verdeutlicht werden.

In Fig. 4 sind die bei +255 bzw. -255 liegenden, durch eine Übertragungsbreite von 8 Bit bestimmten (9. Bit= Vorzeichen-Bit) Kanalgrenzen für die Chrominanzsignale dargestellt. Innerhalb dieses Quadrates liegt der durch die RGB-Kanäle übertragbare Farbraum in Form eines sym metrischen Sechseckes, dessen Eckpunkte den aus der Video-Technik bekannten Farbbalken, rot, gelb, grün, cyan, blau, purpur entsprechen. Bezüglich der Einzel heiten wird auf das Buch von H. Lang, Farbmetrik und Farbfernsehen, Seite 333, verwiesen. Der verfügbare Wertebereich für die Chrominanz-Vektoren in bezug zum RGB-Raum entspricht der durch das Sechseck aufgespann ten Fläche. Die eingezeichneten Chrominanz-Vektoren F₁ und F₂ liegen beide innerhalb des Sechseckes. Soll nun z. B. die Farbsättigung um den Faktor 2 erhöht werden, so überschreitet der mit dem Faktor 2 multipli zierte Farbvektor F₁ die Aussteuergrenze (neuer Vek tor F_1′), während der kleinere Farb-Vektor F₂ noch innerhalb des Sechsecks liegt. Die Überschreitung der Aussteuerungsgrenze bei der Verstärkung von F₁ führt nun dazu, daß der Farb-Vektor entlang der Aussteuer grenze zum Purpurpunkt (PP) abwandert (neuer Vektor F₁′′), da der Vektor F₁′ nicht darstellbar ist. Dies führt zu einer unerwünschten Veränderung der Farb art, d. h. zu Farbverfälschungen. Bei einer zu großen Sättigungsanhebung wandert also der Farbvektor zu den Primärfarben R, G, B bzw. zu den Mischfarben GE, CY, PP ab.

Besonders gravierend ist dabei die Tatsache, daß Farb vektoren, die sich bezüglich der Farbart relativ wenig unterscheiden, aber schon eine relativ hohe Sättigung aufweisen, bei einer weiteren Verstärkung im Falle der Übersteuerung auf der Aussteuergrenze praktisch in einem Punkt zusammenlaufen. Dadurch gehen die ursprüng lich vorhandenen Farbkontraste verloren. Es entstehen grobe, "klotzige" Farbstrukturen, weil im Extremfall ja nur noch sechs Farben verfügbar sind; d. h. der Farb wertebereich stark reduziert wird.

Abhilfe bringt eine in den Chrominanzkanälen wirksame Schaltung, die für eine Reduzierung bzw. Begrenzung der Verstärkung sorgt, wenn der Farbvektor an oder in der Nähe der Aussteuergrenze liegt.

Dies gelingt mit Hilfe von Verstärkerschaltungen in den beiden Chrominanzkanälen U, V, denen eine sublineare Kennlinie gemäß Fig. 5 zugrundeliegt. Die Kennlinie weist eine mit zunehmender Amplitude abnehmende Stei gung auf. Sie kann stetig gekrümmt (gestrichelte Linie) sein oder Abschnitte 1, 2, 3 mit verschiedener Steigung aufweisen. Oberhalb eines vorgewählten Grenzwertes t verläuft die Kennlinie im dritten Abschnitt horizontal; hier findet also keine weitere Verstärkung der Sätti gung statt. Der Grenzwert t wird zweckmäßig etwas klei ner gewählt als die Aussteuergrenze (Fig. 4), damit bei der Sättigungsverstärkung möglichst alle Werte U′, V′ in dem zugelassenen Wertebereich liegen. Der Grenzwert t liegt in der Praxis zwischen 150 und 200. Die Steigung im ersten Kennlinienabschnitt beträgt etwa 1 bis 3. Der Knickpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Ab schnitt liegt bei 50 bis 100. Die Steigung des zweiten Kennlinienabschnittes beträgt nur noch 0,3 bis 1. Eine solche Verstärkungskennlinie bewirkt, daß in beiden Chrominanzkanälen kleine Signale höher verstärkt werden als größere, einem höheren Sättigungsgrad entsprechende Signale, und daß bei Erreichen des Schwellwertes t kei ne weitere Verstärkung mehr stattfindet. Durch diese Maßnahme werden erfahrungsgemäß für die Mehrheit der Bildsignale die Werte U′, V′ auf den erlaubten Bereich in Fig. 4 begrenzt. Eine Übersteuerung wird in der Re gel vermieden.

Außerdem hat diese sublineare Verstärkung den Vorteil, daß eine Anpassung an die physiologische Farbkontrast empfindlichkeit des Auges erfolgt. In Fig. 6 ist quali tativ dargestellt, wie die Empfindlichkeit des mensch lichen Auges für die Wahrnehmung von Sättigungsdiffe renzen mit zunehmender Sättigung ebenfalls zunimmt. In dem Diagramm sind Linien gleicher Sättigung (Kreise) dargestellt, wobei der Abstand der Kreise Sättigungs differenzen a₁<a₂<a₃ kennzeichnet, die (quali tativ) zu gleichen Wahrnehmungsunterschieden hinsicht lich der Farbsättigungsempfindung gehören. Die Kenn linie nach Fig. 5 beinhaltet demnach auch eine physio logisch angepaßte Bildverbesserung hinsichtlich der Anhebung von Farbkontrasten.

Technisch realisiert wird die sublineare Kennlinie mit der Aussteuerbegrenzung durch je eine Look-up-Table 18 in den Chrominanzkanälen U und V, d. h. die Farbsätti gungsschaltung 14 nach Fig. 2 besteht in diesem Fall aus den beiden LUT_s 18. Die LUT_s 18 sind mit dem gleichen Speicherinhalt geladen.

Bei großer Verstärkung (starke Anhebung der Farbsätti gung) können bei dieser Anordnung noch Farbverfälschun gen in Richtung der nächstliegenden Primärfarbe bzw. der Mischfarbe der Primärfarben auftreten. Farbverfäl schungen dieser Art sind vor allem dann zu erwarten, wenn Chrominanzsignale U, V mit unterschiedlichen Kenn linienabschnitten (s. Fig. 5) behandelt werden. Eine weitere Fehlerquelle liegt darin, daß der Wertebereich für die Chrominanzsignale U, V und damit auch die Aus steuergrenzen vom jeweiligen Luminanzsignal Y abhängig sind. Man kann demnach eine wesentliche Verbesserung der Bildqualität bei der elektronischen Korrektur bzw. Anhebung der Farbsättigung erreichen, wenn nicht mit einer konstanten Aussteuergrenze gearbeitet wird, son dern die Aussteuergrenze entsprechend den Transforma tionsgleichungen für die Chrominanzkomponenten in Ab hängigkeit des Luminanzsignals Y nachgestellt werden. Diesen Sachverhalt kann man sich anhand der Fig. 9 und 10 verdeutlichen. Aufgrund der Transformatations gleichungen RGB → YUV (siehe Seite 10) gilt für den Wertebereich von U, V

-Y ≦ U ≦ 255-Y
= -Y ≦ V ≦ 255-Y.

Aufgrund dieser Abhängigkeit müssen - wie in Fig. 9 ge zeigt - verschiedene Kennlinien mit unterschiedlichen Aussteuerungsgrenzen für verschiedene Helligkeitsstufen zugrundegelegt werden. So ist z. B. bei einem Luminanz signal Y=50 die Kennlinie I für die Sättigungsver stärkung maßgebend, während bei einem Luminanzsignal von Y=150 auf die Kennlinie II umgeschaltet wird. Bei der Kennlinie II wird also schon bei einem deutlich niedrigeren Grenzwert auf den horizontalen Abschnitt umgeschaltet, so daß von diesem Wert ab keine weitere Verstärkung mehr stattfindet.

Die zu den beiden Kennlinien I und II gehörenden Werte bereiche für U, V sind in das Sechseck nach Fig. 10 eingezeichnet. Der Wertebereich I (kreuzschraffiert) gehört dabei zu Y=50 und der Wertebereich II (schraf fiert) zu Y=150.

Schaltungstechnisch wird der Abhängigkeit der Aus steuergrenze vom Luminanzwert Y durch je eine dreidi mensionale LUT 19 in den Chrominanzkanälen U, V nach Fig. 8 Rechnung getragen. Die LUT 19 beinhaltet mehre re, den verschiedenen Helligkeitsstufen Y zugeordnete Kennlinien. Beim Übergang zu einer anderen Grauwert stufe wird jeweils die LUT 19 mit einer neuen Kennlinie geladen. Die Berücksichtigung der Abhängigkeit der Aus steuergrenze vom Luminanzsignal Y ist in Fig. 2 durch die von der Kontrastbewertungsschaltung 15 zur Farbsät tigungsschaltung 14 führende Leitung und in Fig. 8 durch die vom Luminanzkanal zu den beiden LUT_s füh rende Leitung angedeutet.

Mit der Sättigungsverstärkung gemäß Fig. 8 bis 10 kann bei den meisten Bildstrukturen eine befriedigende Bild verbesserung durch Anhebung der Sättigung erreicht wer den. Nur unter besonders ungünstigen Voraussetzungen können noch Farbverfälschungen sichtbar werden, wenn die eine Chrominanzkomponente im Verhältnis zu der an deren Komponente sehr groß ist und dementsprechend für die kleine Chrominanzkomponente der untere Kennlinien abschnitt und für die große Chrominanzkomponente der obere Kennlinienabschnitt in der Nähe der Aussteuer grenze maßgebend ist. Diese Fehlerquelle kann auch noch dadurch beseitigt werden, daß in dem Chrominanzkanal beim Erreichen der Aussteuergrenze in einem Chrominanz kanal in beiden Kanälen keine weitere Verstärkung stattfindet, d. h. in dem anderen, noch nicht ausge steuerten Kanal die Verstärkung auf den an der Aus steuergrenze erreichten Wert begrenzt wird. Diese Opti mallösung kann allerdings nur mit einem stark ver größerten Hardware-Aufwand und einer verlängerten Ver arbeitungszeit erkauft werden. Um die gegenseitige Ab hängigkeit der Chrominanzkanäle U, V an der Aussteuer grenze und die Abhängigkeit der Aussteuergrenze von dem Luminanzsignal Y zu berücksichtigen, ist in den Chro minanzkanälen U, V nach Fig. 11 je eine vierdimensionale LUT 10 erforderlich. Von dieser aufwendigen Lösung mit einer unsymmetrischen Signalverarbeitung in den beiden Chrominanzkanälen wird man nur in Ausnahmefällen Ge brauch machen, wenn extreme Anforderungen an die Bild qualität gestellt werden.

Claims

1. Verfahren zur Einstellung der Farbsättigung bei der elektronischen Bildverarbeitung, bei dem eine zweidimensionale Bildvorlage nach Zeilen und Spalten für drei Primärfarben (R, G, B) elektrooptisch abgetastet wird und die resultierenden Bildsignale in ein Luminanzsignal (Y) und zwei Chrominanzsignale (C1, C2) transformiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorgewählten Einstellung der Farbsättigung in den beiden Chrominanzkanälen nicht linear verstärkt wird, wobei jeweils kleine Chrominanzsignale (C1, C2) höher verstärkt werden als größere und daß die Verstärkung in jedem der beiden Chrominanzkanäle von der Signalgröße in dem einen Kanal, von dem Luminanzsignal (Y) und von der Signalgröße in dem anderen Kanal abhängt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Chrominanzsignale (C1, C2) entsprechend einer mit zunehmender Amplitude eine abnehmende Steigung aufweisenden, abgeknickten oder konvex gekrümmten Kennlinie erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Chrominanzkanal ein Aussteuergrenzwert vorgesehen ist, über den ein Signal nicht hinaus verstärkt werden kann.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten der Aussteuergrenze in einem Kanal auch die Verstärkung im anderen Kanal auf den an der Aussteuergrenze erreichten Wert begrenzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaktoren für die beiden Chrominanzkanäle in Look-up-Tables (LUT) abgespeichert sind.