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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen den Bereich der Videoverarbeitung
oder digitalen Bildverarbeitung zur Emulation des Tonwertumfangs
und der Farbmetrik von Kinofilmen. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung die Erzeugung eines elektronischen Bildes zur Emulation
einer Filmsystemreproduktion, also zur Erzeugung der Darstellung
eines auf Cine- oder Kinofilm erfassten und angezeigten Bildes.
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Das
digitale Zeitalter vermag die Arbeitsweise im Bereich der Kinofilme
grundlegend zu verändern.
Das traditionelle Verfahren zur Projektion von Kinofilmen war relativ
einfach, weil es nicht sehr viele Optionen gab, die gesteuert oder
kontrolliert werden konnten. Grundsätzlich hat ein Film eine bestimmte „Erscheinung", die durch Verarbeitung,
Belichtung und Laborverfahren modifizierbar ist. Dank der Digitaltechnik
ist die Kinofilmbranche in der Lage, ein Kinofilmbild zu erfassen
und dieses in Form von Daten zu strukturieren. Nachdem die Daten
erfasst sind, können
diese praktisch in jedem gewünschten
Umfang manipuliert werden. Je mehr Variablen es bei der Bearbeitung
gibt, um so schwerer ist es jedoch, den Originalinhalt zu erhalten
oder zu rekonstruieren.
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Nach
dem Stand der Technik findet die digitale Bildverarbeitung anhand
von Variablen statt, die Videobildern zugeordnet sind, wie in
US-A-5,335,013 ,
5,475,425 und
5,831,673 beschrieben, um das Aussehen
des Films für
die Fernsehübertragung
oder das Aussehen des Films nach einer Filmabtastung zu emulieren.
Diese Patente beschreiben Systeme zur Herstellung der Ausgabe einer
Videokamera zur Simulierung der visuellen Erscheinung eines Kinofilms,
der in Videosignale übertragen oder
umgewandelt worden ist, um ihn direkt für die Fernsehübertragung
oder Aufzeichnung auf Videoband auszugeben. Die zuvor genannten
Fundstellen nach dem Stand der Technik beschreiben die Änderung
des Kontrastumfangs des Videobildes, so dass die gewünschte Erscheinung
des Fernsehfilms erzielbar ist. In US-Patent
US-A-5,335,013 wird beispielsweise
ein Grauwertmodifikator in Form einer Transforma tionstabelle (LUT)
verwendet, wobei der Bediener zwischen unterschiedlichen Kurven
wählen kann
(% Lichtpegel vs. Videopegel), die in einem programmierbaren Lesespeicher
(PROM) abgelegt sind, um unterschiedliche Filmtypen zu simulieren
oder unterschiedliche fotografische Effekte zu archivieren. Die
gewünschte
Kurve wird durch Drücken
eines Schalters an dem Gerät
gewählt.
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US-A-5,140,414 ;
5,374,954 ;
5,406,326 ;
5,457,491 und
5,687,011 (jeweils von Mowry) beschreiben
eine Familie aus verwandten Postproduktionstechniken, die darauf
ausgelegt sind, eine ästhetisch
ansprechende Simulation Erscheinung von Bildern zu erreichen, die
von verschiedenen Kinofilmmaterialien stammen, nachdem sie mit einem Flying-Spot-Abtaster
auf Videobänder
umgesetzt worden sind. Eine Komponente dieser Technik behandelt
die Umwandlung des videogestützten
Materials durch eine Transformationstabelle, die auf der Farbtemperatur
der Szenenbeleuchtung, der Szenenhelligkeit und der gewählten Blendeneinstellung beruht.
Die Umwandlungswerte in der Transformationstabelle werden durch
Abfilmen von Farbkarten und Grauwertkarten abgeleitet, wodurch eine
digitale Darstellung des Ansprechverhaltens der Filmkomponenten
bei der Abtastung von Film für
Videoband gewonnen wird, worauf das Ansprechverhalten der filmabtastergestützten Komponenten
auf videogestützte Bilder
derselben Karten unter identischen Belichtungsbedingungen gewonnen
wird. Eine weitere Komponente dieser Technik ermöglicht die physische Einbringung
ausgewählter
Filmkornmuster in Videobilder. Das fertige simulierte Videobild
wird entweder als High-Definition-Signal aufgezeichnet oder in ein NTSC-Signal
umgewandelt und ausgestrahlt oder angezeigt.
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In
den beiden letzten der zuvor genannten Patente von Mowry (
US-A-5,457,491 und
5,687,011 ) kann das digitalisierte
Videosignal an einen Filmbelichter gesendet werden, der die komponentenmodifizierten
Bilder auf einem ausgewählten
Farbumkehrfilmmaterial reproduziert. Der Film wird chemisch mit einem
Filmprozessor verarbeitet und dann optisch projiziert oder auf Video,
Digitalvideo oder einem anderen elektronischen Medium abgetastet.
Bei Verwendung der Filmbelichteroption weisen die genannten Patente
daraufhin, dass es wichtig ist, dass die filmabtastergestützte Transformationstabelle
bei der Komponentenmodifikation Ansprechdaten verwendet, die das
inhärente
Farbansprechverhalten des Filmmaterials kompensieren, auf dem die
Bilder digital aufgezeichnet werden.
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Darüber hinaus
gibt es Techniken zur Erzeugung der Erscheinung von Fernsehfilmen
mit Videobildern oder digital erfassten Bildern, wo die Verarbeitung
in der Kamera erfolgt. So wurden Einrichtungskarten für Beta-Camcorder
und auch digitale Camcorder beschrieben (siehe L. J. Thorpe et al, "The HDTV Camcorder
and the March to Marketplace Realty", SMPTE Journal, März 1998, Seite 164–177). Diese
einsteckbaren, kompakten Einrichtungskarten ermöglichen vorab einen Abgleich
der Kamera, um einem HD-Bild Attribute zu verleihen, die ähnlich denen
sind, die erzielt werden, wenn man einen Film mittels Filmabtaster
auf HD-Video überträgt. Die
Einrichtungskarten lassen sich vorab programmieren, um die gewünschten
digitalen Dateneinstellungen zu speichern, um das Aussehen von beispielsweise Farbwiedergabe,
Tonwiedergabe und Hauttönen wählen zu
können.
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In
einem kombinierten Ansatz beschreibt
US-A-5,319,465 ein Verfahren zur Verwendung
einer modifizierten Kameraproduktion und modifizierter Postproduktionsprozesse
und -geräte
zur Erzeugung filmähnlicher
Bilder. Die Verfahren umfassen folgende Schritte: Erfassen einer
Benchmark aus Grauwertkarte, Farbtestkarte und zwei Auflagenmaßkarten
mit einer Film- und einer Videokamera mit vergleichbarer Szenenbeleuchtung
und Tiefenschärfe. Sobald
die Filmtest-Benchmark erfasst worden ist, wird der Film mit einem
Filmabtaster auf Videoband unter Verwendung von Parameter übertragen,
die einem Film mit Standardeinstellungen entsprechen. Farbton, Sättigung,
Helligkeit und Kontrastwerte des Videokamerabildes werden dann bearbeitet,
um das Videokamerabild so zu korrigieren, dass es dem übertragenen
Filmbild visuell gleicht. Nach Bearbeitung des Videobandes wird
dieses einer Farbkorrektur unterzogen, wobei die Videoband-Benchmark
auf die Filmtest-Benchmark abgeglichen wird.
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Die
zuvor genannte Technik ist im Allgemeinen bestrebt, die Erscheinung
des Films nach dessen Übertragung
per Filmabtaster auf Video zu emulieren. Dies ist in gewissem Maße wünschenswert, weil
Filmabtastersysteme bestimmte Filmattribute bei Fernsehausstrahlung
aufweisen. Der Stand der Technik weist allerdings gewisse Nachteile
auf, wenn es darum geht, das Aussehen eines Films so zu emulieren,
dass der Eindruck entsteht, er wäre
direkt ausbelichtet und dann über
ein Kinoprojektionssystem auf die Leinwand geworfen worden. Dies
ist insbesondere wünschenswert,
wenn eine digitale Ausgabe auf Film für Projektionszwecke aufgezeichnet
wird. Die heutige Technik der Filmaufzeichnung, wie in den beiden
zuvor erwähnten
Patenten von Mowry (
US-A-5,457,491 und
5,687,011 ), erfolgt im Zusam menhang
mit einer per Filmabtaster übertragenen Benchmark.
Wenn man mit der heutigen Technik den Tonwertumfang und die Farbe
eines Videos oder eines digital erfassten Bildes ändert, um
einen Film zu emulieren, erfolgt dies ebenfalls anhand der per Filmabtaster übertragenen
Benchmark. Hierbei handelt es sich um eine unvollkommene Änderung,
weil sie auf die Szenenbelichtung nicht so wirken kann, als würde man
die Szene durch einen Film betrachten.
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Die
Parallelanmeldung mit der US-Seriennummer 09/712,500 und dem Titel „System
and Method for Processing Electronically Captured Images to Emulate
Film Tonescale and Color",
eingereicht am 14. November 2000 im Namen von K.M. Cirulli, J.C.
Brewer und N.M. Rodriguez, beschreibt ein System und ein Verfahren
zur Aufzeichnung elektronisch erfasster Bilder zur Emulation des
Aussehens von Bildern in Bezug auf Tonwertumfang und Farbe, die mit
Kinofilm erfasst worden sind, und das anschließende Ausbelichten auf einen
anderen Kinofilm und die Vorführung
im Kino (Negativ-Positiv-System). Der Tonwertumfang und die Farbe
eines elektronisch erfassten Bildes werden nur geändert, nachdem
diese Parameter verschoben worden sind, um eine Szenenbelichtung
so zu emulieren, wie durch einen Film gesehen. Anschließend werden
die verschobenen elektronischen Belichtungen durch eine vorbestimmte
Transformationstabelle und Matrix abgeglichen, die dem elektronisch
erfassten Bild den Tonwert und die Farbe eines Films verleihen.
Dieses Verfahren ist vorteilhaft, weil es eine Automatisierung der
Filmverarbeitung mit vorbestimmten Algorithmen ermöglicht. Außerdem erfordert
es keine Farbabstimmungsentscheidungen eines Coloristen für jede Szene,
wenn die Video- oder Digitalkameraeinrichtungen konstant bleiben.
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In
der Technik ist zudem die Bearbeitung von Digitalbildern zur Emulation
einer bestimmten „Erscheinung" bekannt.
US-A-5,809,164 und
5,239,370 beschreiben ein
Farbmanagementsystem zum Charakterisieren und Neuabgleichen von
Farben. Beide Patentanmeldungen beschreiben die Möglichkeit zum
Neuabgleichen der Farben im Zuge eines linearen und nicht wahrnehmungsgestützten Prozesses.
US-A-4,839,721 beschreibt,
dass das Ansprechverhalten der gewählten Farbe bei der Transformation zwischen
einem Erfassungsmedium im Wesentlichen linear verläuft.
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Die
vorstehend erwähnte
Technik beschreibt die Umwandlung eines elektronisch erfassten Bildes aus
einer elektronischen Kamera in Daten, die in einen Filmbelichter
eingegeben und anschließend
ausbelichtet werden können.
Wie in der US-Patentanmeldung von Cirulli et al. mit der Seriennummer 09/712,500
beschrieben, ermöglicht
die Bildkette einen Abgleich zwischen dem nach diesem Verfahren hergestellten
Positiv (Print) und einem Positiv aus einer auf Film erfassten Szene
(wobei sich der Begriff „Positiv" hier auf das zur
Projektion verwendete fertige Durchlichtmaterial bezieht).
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Es
besteht Bedarf nach einem System, das ein abgetastetes Filmbild
in Daten umwandelt und das an einer elektronischen Anzeigevorrichtung
angezeigt werden kann, beispielsweise einem digitalen Projektor,
und das weiterhin wie ein projiziertes Filmbild aussieht. Das projizierte
Filmbild würde
das Aussehen des Ausgangsfilms richtig replizieren, insbesondere
hinsichtlich des Tonwertumfangs und der Farbwiedergabe, und zwar
so, als wäre
ein Negativfilm direkt ausbelichtet und über ein Kinosystem projiziert
worden.
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US-A-5,191,645 betrifft
ebenfalls ein Filmabtast- und Verarbeitungssystem. Das Patent beschreibt
(Spalte 8–9)
eine Transformation der Farben der digitalisierten Bilder, die durch
Abtasten des Kinofilms entstehen, in Farben, die erzeugt worden
waren, wenn das Sujet direkt von einer Videokamera bebildert worden
wäre. Diese
Transformation verwendet auf einer Stufe Daten, die proportional
zu äquivalenten
Cyan-, Magenta- und Gelb-Filmdichten sind.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bildfolge
digital zu manipulieren, um sie für eine Kinofilmanzeige geeignet
zu machen.
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Eine
weitere Aufgabe ist die digitale Manipulation des Tonwertumfangs
und der Farbwiedergabe derart, dass sie auf das Aussehen einer Kinofilmkopie
oder auf eine gewünschte
fotografische „Erscheinung" abgestimmt ist.
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Die
vorliegende Erfindung löst
eines oder mehrere der vorstehend genannten Probleme. Zusammenfassend
gesagt, umfasst die Erfindung nach einem Aspekt ein Verfahren zur
Verarbeitung einer Folge von Digitalbildsignalen zur Übereinstimmung mit
der Erscheinung eines bestimmten Print- oder Positivfilms, etwa
eines Kinofilms, bei Anzeige der Bildsignale, wobei die angezeigten
Bildsignale in einem Tonwertumfang und einer Farbmetrik erscheinen,
die mit dem Tonwertumfang und der Farbmetrik eines projizierten
Bildes des Positivfilms übereinstimmen,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Umwandeln der Digitalbildsignale
in Signalwerte in einen analytischen Positivmaterial-Farbstoffmengenraum,
in dem die Signalwerte proportional zu einem Farbstoffsatz sind,
der dem eines bestimmten Positivfilms entspricht; und b) Umwandeln
der Signalwerte in dem analytischen Positivmaterial-Farbstoffmengenraum
in Ausgabewerte, die für
eine Anzeigevorrichtung geeignet sind, wie etwa einen digitalen
Projektor. Die Signalwerte in dem analytischen Farbstoffmengenraum
des Positivmaterials können
in Bezug auf Betrachtungsbedingungen korrigiert werden, wie Lichtstreuung,
Gammawert, Kontrastverhältnis
oder Neutralwert.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Umwandelns
der Signalwerte in dem analytischen Positivmaterial-Farbstoffmengenraum
in Ausgabewerte zudem folgende Schritte: das Umwandeln der Signalwerte
im analytischen Positivmaterial-Farbstoffmengenraum in einen wahrgenommenen
Farbraum, und zwar basierend auf einer gewählten Beleuchtung für die Anzeige
der Bildsignale, und das Umwandeln der Signale aus dem Wahrnehmungsfarbraum
in Ausgabewerte, die für eine
Anzeigeeinrichtung geeignet sind. Zudem umfasst die Erfindung den
Schritt des Neuabgleichens von Ausgabewerten, die außerhalb
des Farbfächers oder
Gamuts der Anzeigevorrichtung liegen.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein unkomplizierter, zuverlässiger und
praktischer Prozess zur Umwandlung digitaler Bildfolgen in einer
Weise, dass deren Erscheinung dem eines projizierten Kinopositivfilms
entspricht. Die Technik ist zudem zur Unterstützung der Erfassung von Bildfolgen
verwendbar.
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Die
Erfindung stellt einen Standardprozess für die digitale Kinovorführung bereit.
Der Prozess kann nicht nur in der Projektion, sondern auch in der Erfassung
eingesetzt werden. Die in der Industrie derzeit verwendeten Verfahren
sind zeitaufwändig, inkonsistent
und nicht vorhersehbar. Coloristen wenden jährlich endlos viele Stunden
zur Abstimmung von Bildfolgen auf, um diese an ein gewünschtes Ausgabeverhalten
anzupassen. Die vorliegende Erfindung stellt ein schnelles und zuverlässiges Verfahren
für das
Abgleichen einer digitalen Quelle an eine Kinofilmkopie bereit.
Das Verfahren erleichtert damit die Arbeit eines Coloristen erheblich,
wenn es um die Anpassung der Hauttöne und der Farbmetrik der Bildsequenzen
geht, was Zeit spart und die Verwendung digitaler Kinoprojektionen
ermöglicht.
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Die
Erfindung stellt die für
die digitale Kinoprojektion notwendige Steuerung und Flexibilität bereit.
Die Erfindung wandelt die digitale Bildfolge durch Simulation eines „Filmmodells" um, um zu charakterisieren,
wie Filmfarbstoffe bei Betrachtung mit Licht erscheinen. Die Filmfarbstoffmengen
werden dann umgewandelt und mit dem gewünschten digitalen Projektor
abgeglichen. Eine beliebige Farbe aus dem Gamut wird in dem Wahrnehmungsfarbraum
neu abgeglichen, um die Farberscheinung gegenüber dem Betrachter zu minimieren.
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Diese
und weitere Aspekte, Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden unter Berücksichtigung
der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele und
anhängenden
Ansprüche
sowie durch Bezug auf die anliegenden Zeichnungen besser verständlich und
verdeutlicht.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Digitalkinoverarbeitungssystems.
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2 eine
Darstellung eines typischen Farbstoffsatzes für einen Kinopositivfilm.
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3 eine
Kurvendarstellung der Schwärzung
zum Logarithmus der einwirkenden Lichtmenge oder eine Neutralwert-Belichtungsreihe
eines typischen Kinopositivfilms.
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4 ein
Ablaufdiagramm zur Darstellung der in dem in 1 gezeigten
Verarbeitungssystem verwendeten Positivmaterial-Transferkurven.
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5 ein
Diagramm zur Darstellung der Bildverarbeitungskette, die in dem
in 1 gezeigten System vorhanden ist.
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6 die
maximale Sättigung
der digitalen Projektion durch den Farbwinkelbereich, abgetragen als
a* vs. b* im CIE-Lab-Farbraum.
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7 die
Helligkeitswerte (L) im CIE-Lab-Farbraum mit der maximalen digitalen
Projektionssättigung,
abgetragen über
den Farbwinkelbereich (H).
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8 das
Profil der Helligkeitswerte (L) der primären (RGB) und sekundären (CMY)
Farben des digitalen Projektors.
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9 die
tetraedrische 3D-Interpolationsknotenverteilung des Modellfilmpositivs.
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Weil
Video- oder digitale Bildverarbeitungssysteme, die die „Erscheinung" von Kinofilmen emulieren,
insbesondere nach der Umwandlung mit Filmabtastern, in der Technik
bekannt sind, betrifft die vorliegende Beschreibung vor allem Attribute,
die Teil eines erfindungsgemäßen Systems
oder Verfahrens bilden oder direkt damit zusammenwirken. Hier nicht gezeigte
oder beschriebene Attribute sind aus den nach dem Stand der Technik
bekannten wählbar.
In der folgenden Beschreibung würde
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zumindest in Teilen als Hardware implementiert
werden, obwohl Fachleute selbstverständlich wissen, dass das Äquivalent
zu dieser Hardware auch in Software implementierbar ist. Bezogen
auf das nachfolgend beschriebene, erfindungsgemäße System ist die hier nicht
explizit gezeigte, beschriebene oder vorgesehene Hardware und Software,
die zur Implementierung der vorliegenden Erfindung verwendbar ist,
von herkömmlicher
Art, wie in der einschlägigen Technik üblich.
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Wenn
die Erfindung als Computerprogramm implementiert wird, kann das
Programm auf einem herkömmlichen,
computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden, beispielsweise
auf magnetischen Speichermedien, wie Magnetplatten (z.B. Diskette
oder Festplatte) oder auf Magnetband, optischen Speichermedien,
wie einer optischen Platte, einem optischen Band oder einem maschinenlesbaren
Strichcode, auf Halbleiterspeichervorrichtungen, wie RAM (Random
Access Memory) oder ROM (Read Only Memory) oder auf jeder anderen
physischen Vorrichtung oder jedem anderen Medium, das zur Speicherung
eines Computerprogramms geeignet ist. Wenn die Erfindung als Hardware
implementiert ist, kann diese als integrierte Schaltung implementiert
werden, wie beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte
Schaltung (ASIC/application specific integrated circuit) oder durch
andere in der Technik bekannte Mittel.
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Die
Erfindung ist darauf ausgelegt, ein unkompliziertes und robustes
Verfahren zur Umwandlung und Projektion digitaler Daten bereitzustellen, um
das zu replizieren, was mit herkömmlich
projizierten Filmkopien zu sehen ist. Entsprechend liegen der Erfindung
folgende Aufgaben zugrunde:
- • Abgleichen
des Tonwertumfangs einer Bildfolge A mit einer Bildfolge B;
- • Abgleichen
der Farbmetrik einer Bildfolge A mit einer Bildfolge B;
- • Abgleichen
der wahrgenommenen Erscheinung einer Bildfolge A mit einer Bildfolge
B; und
- • Minimierung
der manuellen Arbeit, die notwendig ist, um Bildfolgen abzugleichen,
die auf verschiedenen digitalen Kinoprojektionssystemen projiziert
werden,
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wobei
Bildfolge A digitale Daten umfasst, die aus der Originalszene erfasst
sind, und wobei Bildfolge B einen Kinopositivfilm umfasst, der in
einer normalen Kinoumgebung mit einem normalen, herkömmlichen
Projektorsystem projiziert wird. Bildfolge A könnte von dem Originalnegativfilm
oder einem Zwischenpositiv abgetastet worden sein oder direkt von
einer digitalen Erfassungsvorrichtung oder von computererzeugter
Grafik. Die Betrachtungsbedingungen für die Bildfolge A entsprechen
denen der Bildfolge B, d.h. der einer normalen Kinoumgebung. Wenn
die Bildfolge A neben der Bildfolge B projiziert wird, erscheinen
die Bildfolgen in der Wahrnehmung gleich. Die Erfindung erübrigt zudem
die Notwendigkeit, die Farbe und den Tonwert der digitalen Daten zum
Abgleichen auf den Positivfilm manuell einzustellen. Dieser Vorteil
minimiert den Aufwand erheblich, den ein Colorist zum Abgleichen
digitaler Bildfolgen auf Positivfilmkopien hat.
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Das
wesentliche Element dieser Erfindung ist ein mathematischer Prozess,
der die eingegebenen digitalen Bilddaten in eine andere digitale
Metrik umwandelt, die zur Projektion auf einem digitalen Projektor
oder einer Röhrenanzeigevorrichtung
geeignet ist. Die Aufgabe besteht darin, eine „Sollerscheinung" in der Betrachtungsumgebung
zu erhalten, die der „Erscheinung" eines Kinopositivfilms
entspricht. Es wird Bezug genommen auf 1, in der die
digitale Umwandlung einer Folge von Digitalbildern dargestellt wird,
die sich auf eine Originalszene beziehen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die Originalszene auf einem fotografischen Element 10 erfasst,
etwa einem Kinonegativfilm, und die Folge der Digitalbilder wird
durch Abtasten des fotografischen Elements oder eines von dem fotografi schen
Element abgeleiteten Zwischenpositivfilms mit einem Filmabtaster
erzeugt, wie etwa einem Telecine-Abtaster 15. Zwar ist
fotografischer Film das bevorzugte Ausgangselement, aber die Erfindung
ist gleichermaßen
auf digitale Ausgangsmaterialien anwendbar, wobei es sich bei den
Digitalbildern entweder um ein computererzeugtes Bild oder um eine
digital erzeugte Erfassung der Szene handeln kann, wie dies bei
einer Digitalkamera der Fall wäre.
Die digitalen Bilddaten aus der Folge von Digitalbildern werden
gemäß einem
bestimmten Computermodell 20 digital transformiert, das
in einem Digitalprozessor 25 implementiert ist. Eine Form
der digitalen Transformation besteht darin, die gewünschte „Erscheinung" einer digitalen
Anzeigevorrichtung, wie etwa eines Röhrenmonitors 30, zu
erzeugen, der Bilder für die
direkte Betrachtung erzeugt, oder eines digitalen Projektors 35,
der sequenzielle Vollbilder kinematografischer Digitaldaten auf
einen Schirm 40 projiziert. Die für diesen Zweck geeigneten Projektoren
sind allgemein erhältlich;
hierzu zählt
beispielsweise der von der Texas Instruments Corporation angebotene
DLP Projektor und der von der JVC Corporation angebotene G4000 Projektor.
Das Computermodell 20 umfasst zudem das Neuabgleichen von
Farben, die mit der gewählten
Anzeigevorrichtung nicht darstellbar sind, mit denjenigen, die darstellbar
sind.
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Wie
zuvor erwähnt,
ist die gewünschte „Erscheinung" vorzugsweise die
eines Kinopositivfilm-Projektionssystems. Es gibt verschiedene Möglichkeiten,
um diese „Erscheinung" oder etwas, das dieser „Erscheinung" nahe kommt, zu erzeugen.
Die Originaldaten aus dem Telecine-Filmabtaster 15 können an
einem Röhrenbildschirm 45 auf
einfache 1D-Transformationstabellen (LUT) kalibriert angezeigt werden,
die den „Filmtonwertumfang" erzeugen; allerdings
ist diese Technik bestenfalls eine Annäherung, da sie zwar nahe an
den Neutralwert herankommt, aber in der Farbmetrik versagt. Alternativ hierzu
können
die Originaldaten von einem Filmabtaster 55 auf ein Filmelement 60 als
Negativ geschrieben werden, das nachfolgend auf Kinopositivfilm 65 ausgelichtet
wird, der bereits die richtige „Filmerscheinung" inhärent erzeugt.
In beiden Fällen
ist das Ausgabesystem so ausgelegt, dass es die Eigenschaften des
Kinopositivfilms umfasst oder diesen nahe kommt. Den Originaldaten
fehlen daher die Eigenschaften des Kinopositivfilm-Projektionssystems. Eine
weitere Möglichkeit
zur Erzielung dieser „Erscheinung", die Gegenstand
der Erfindung ist, ist die Angabe fotografischer Parameter in dem
Computermodell 20, die eine Darstellung eines Kinopositivfilm-Projektionssystems
erzielen. Jegliche Änderungen
in der „Erscheinung", die von der „Stan dardfilmerscheinung" abweichen, treten
dann in den Daten als eine Abweichung auf, die das gewünschte Ergebnis
auf der „Standardfilmausgabe" erzeugt.
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Die „Sollerscheinung" wird durch mathematische
Modellierung der Eingabe-/Ausgabedaten erreicht, die in dem Computermodell 20 ausgebildet
ist. Die Berechnungen beruhen auf einigen physischen Messungen,
wie etwa der Sollfarbstoff-Spektrofotometrie (dargestellt in 2)
und den Solltonwertkurven (dargestellt in 3). Beispielsweise
stellen 2 und 3 den Farbstoffsatz
und die Tonwerteigenschaften des Kodak Vision Print Films Nr. 2383 dar.
Die Farbstoffsatzkurven (2) des Kinopositivfilms sind
das Spektrum, das bei Betrachtung mit einem gleichen Energieverteilungsspektrum
in Kombination einen Neutralwert 1 (achromatische visuelle Dichte
von 1,0) erzeugt. Die Kurven werden dann den Werten 1,0, 1,0, 1,0
zugeordnet und daher auf das gleiche Energieverteilungsspektrum
normalisiert. Für
die Normalisierung könnte
auch ein anderes Energiespektrum verwendet werden, was jedoch nur die
Definition der Farbstoffmenge von 1,0 ändern würde. Dies ist der Farbstoffsatz,
auf den die digitale Projektion der digitalen Bildfolgen abgestimmt
wird. Der in 3 gezeigte Kurvensatz der Schwärzung zum
Logarithmus der einwirkenden Lichtmenge (DLE-Reihe) ist eine Neutralwertbelichtungreihe
eines Kinopositivfilms. Die Reihe erstreckt sich von einer Belichtungsdichte
von 0,0 bis 2,0 (oder ggf. von 0,0 bis 3,0 oder einem anderen Bereich),
um die Maximal- bis Minimaldichte (Dmax bis
Dmin) des Positivfilms zu erzeugen. Die
Werte werden im RGB-Raum als Status-A-Dichte gemessen und in den
analytischen Farbstoffmengenraum umgewandelt und dort manipuliert.
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Nach
einem wichtigen Aspekt der Erfindung erfolgen die Operationen und
Manipulationen am Tonwertumfang in einem kanalunabhängigen Raum, vorzugsweise
in einem Raum, der als analytischer Farbstoffmengenraum (Analytical
Dye Amount) bezeichnet wird. Dieser Raum sichert die Orthogonalität der Operationen.
Analytische Farbstoffmengen sind lineare Verhältnisse der einzelnen Cyan-,
Magenta- und Gelb-Farbstoffspektrofotometrie. Die „Sollerscheinung" einer filmgestützten Emulation
ergibt sich aus der Darstellung des Bildes aus Cyan-, Magenta- und
Gelbfarbstoffen.
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Die
Wahl des analytischen Farbstoffmengenraums erlaubt das Ausgleichen
(Verschieben) der Tonwertkurven, ohne Fehler durch Übersprechen zwischen
den Kanälen
einzuführen.
Die Erfindung nutzt daher analytische Dichten zur Transformation einer
digitalen Bildfolge in das Sollfilmmodell. Da die Verleihung einer
Filmerscheinung notwendigerweise eine nicht lineare Operation ist,
ist die erfindungsgemäße Transformation
nicht linear und benötigt
auch keine lineare Kombination zwischen dem Erfassungsmedium und
dem gewählten
Ausgabefarbraum. Außerdem
werden Farben außerhalb
des Gamuts (die Eingabefarben, die an der Ausgabevorrichtung nicht
einwandfrei dargestellt werden können)
so abgeglichen, dass die Wahrnehmung einer Farbveränderung
minimiert wird. Die Ausgabe-Anzeigevorrichtung ist eine Vorrichtung
mit den Grundfarben Rot, Grün
und Blau. Die Erfindung setzt sich daher mit den Schwierigkeiten
der Transformation zwischen einem subtraktiven (CMY) und einem additiven
(RGB) System auseinander.
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Die
Bildverarbeitungsfolge beginnt mit digitalisierten Daten, die logarithmischen
Positivdichten entsprechen. Die Druckdichten sind die Belichtungsdichten
eines Kinofilm-Positivmaterials. Die Modellierung berücksichtigt
mehrere Eigenschaften des Kopier- und Betrachtungsprozesses. Die
Zustände
dieser Eigenschaften bestimmen die gewünschte „Erscheinung". Das Ergebnis wird
von zahlreichen Faktoren beeinflusst, wie der Farbbalance, der Vorbelichtung,
der Gammawertänderung,
der achromatischen vs. nicht achromatischen Tonwertumfänge, einer
unvollständigen
oder nicht übersprungenen
Gleichung und dem Dynamikumfang der Anzeigevorrichtung. Die interne
Darstellung der Kolorimetrie einer RGB-Eingabetriade wird mit den Grundfarben
und den Tonwerteigenschaften der Anzeigevorrichtung abgestimmt.
Wenn eine Farbe nicht darstellbar ist (außerhalb des Gamuts), wird sie
sinnvoll in den Bereich der darstellbaren Farben abgebildet, ohne künstliche
Artefakte in die Erscheinung des Bildes einzubringen.
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Der
erste Schritt ist die Erstellung der endgültigen Kurven der Schwärzung zum
Logarithmus der einwirkenden Lichtmenge (log E), wie in 4 gezeigt,
aus den eingegebenen Status-A-Dichten. Die
Status-A-Dichtekurven 80 des Kinopositivfilms im RGB-Raum,
d.h. die in 2 gezeigte DLE-Reihe, wird in
einer Dichteumwandlungsstufe 82 in analytische Farbstoffmengen
(AD) umgewandelt. Die analytischen Farbstoffmengen beziehen sich
auf die proportionale Farbstoffmenge, die zur Erzeugung einer bestimmten
RGB-Dichte erforderlich ist. Die Status-A-Umwandlung in analytische
Farbstoffmengen erfolgt explizit über einen „harten" Farbstoffmengenabgleich mit den Status-A-Werten.
Obwohl die Umwandlung nicht genau linear verläuft, hat sich in der Praxis
gezeigt, dass eine 3×3
Matrix eine einfache und gute Schätzung der Übersetzung ergibt. Das folgende
Beispiel steht für
einen typischen Filmfarbstoffsatz (konkret für den Kodak Vision Print Film
Nr. 2383).
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Jede
Instanz einer Kombination eines Farbstoffsatzes mit einer Lichtquelle
erfordert eine andere eindeutige Matrix, die von einschlägigen Fachleuten ohne
Schwierigkeiten berechnet werden kann. Das bevorzugte Verfahren
ist die explizite Berechnung der AD-Werte aus den Status-A-Werten.
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Die
DLE-Reihe enthält
ein Feld, das als Kontrollfeld für
die Farbabstimmung während
des Filmkopiervorgangs dient. Die Farbabstimmung des Positivs wird
an ein bestimmtes Target angepasst. Dieses Target wird normalerweise
als LAD (Labor-Solldichtefeld) bezeichnet. Die Status-Dichte im RGB-Raum
ist 1,09, 1,06 und 1,03. Die Werte entsprechen der Status-A-Dichte im RGB-Raum
für den Kodak
Vision Print Film Nr. 2383, die erforderlich sind, um mit einer
standardmäßigen Kinoprojektionslichtquelle
eine visuelle Neutraldichte von 1,0 zu erhalten. Die digitale DLE-Reihe
wird ebenfalls auf das LAD abgestimmt. Die LAD-Werte für die Status-A-Dichte
werden vor der Abstimmung in analytische Farbstoffmengen umgewandelt.
Dadurch erhält man
einen gemeinsamen Ausgangspunkt für die Berechnung eines Modells
für jedes
Filmpositiv oder -negativ.
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Falls
erforderlich, wird die DLE-Reihe dann auf Streulicht, Vorbelichtung
des Positivmaterials und Gammawertänderungen im System abgestimmt.
Beispielsweise und wie in 4 gezeigt,
kann die DLE-Reihe im analytischen Farbstoffmengenraum in einer
Additionsstufe 84 auf Streulicht, in einer Gamma-Abstimmungsstufe 86 auf
Gammawertänderungen,
in einer Kontrastabstimmungsstufe 88 auf Kontrastverhältnisgrenzen
(„Black
Flare") und in einer Neutralabstimmungsstufe 90 auf
Neutralwertänderungen
eingestellt werden, ohne den Tonwertumfang zu beeinträchtigen.
An diesem Punkt stellt die DLE-Reihe eine nicht achromatische Kurvenform
der Datenmenge dar. Falls eine achromatische Kurvenmenge erwünscht ist,
wird die DLE-Reihe mit der Helligkeit (L*) der aktuellen DLE-Reihe
rekonstruiert und die Farbwerte werden auf null gesetzt (a* = b*
= 0). Das Ergebnis ist ein Satz von Positivtrans ferkurven 92,
die in der nachfolgend beschriebenen Bildverarbeitungskette verwendet
werden.
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Ein
Blockdiagramm der Bildverarbeitungskette zur Umwandlung der von
dem Abtaster 15 bereitgestellten Bildfolgen wird in 5 gezeigt.
Die Kette ist als Computermodell 20 im Prozessor 25 implementiert.
Die Eingabe 100 aus dem Telecine-Abtaster 20 ist
eine logarithmische 10-Bit-Positivmaterial-Dichtefolge der Bilddaten.
10-Bit-Folgen werden bevorzugt, aber es sind auch andere Bittiefen
verwendbar. Da jedes Bild in der Folge somit gleich definiert ist,
kann eine nachfolgende Umwandlung für jedes Bild ebenfalls gleich
sein. Eine lineare 3×3
große
Farbraum-Umwandlungsmatrix 110 wird angewandt, um die abgetastete
Bilddatenposition zu korrigieren oder abzustimmen (z.B. lineare
Belichtungsfehler beim Abtasten aufgrund des spektralen Ansprechverhaltens
der Abtastvorrichtung). Diese Korrektur ist notwendig, weil das
Spektralverhalten eines typischen Abtasters nicht mit dem Spektralverhalten des
Kinopositivfilms identisch ist. Diese Korrekturen führen somit
die Eingabebilddaten zum Sollwert zurück. Um Korrekturen vorzunehmen,
werden die Bilddaten in den linearen Raum umgewandelt, worauf die Berechnungen
vorgenommen und die Bilddaten zurück in den logarithmischen Raum
umgewandelt werden.
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Die
Bilddaten werden dann durch die konstruierte DLE-Reihe (gemäß 4)
in einer DLE-Abgleichsstufe 120 mit
dem gewählten
Positivfilm-Farbstoffsatz abgeglichen. Diese Operation wird in einem analytischen
Farbstoffmengenraum durchgeführt. Die
analytischen Farbstoffmengendaten werden in einer Farbstoffumwandlungsstufe 130 in
einen Wahrnehmungsfarbraum umgewandelt, etwa den CIE XYZ Farbraum,
und zwar basierend auf einer gewählten
Filmbeleuchtung für
die Anzeigeumgebung. Eine 3×3
große
Umwandlungsmatrix 140 wandelt dann das CIE XYZ-Bild in
normalisierte, lineare RGB-Werte für den digitalen Projektor um.
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An
diesem Punkt und wenn die RGB-Werte des digitalen Projektors außerhalb
des Datenbereichs liegen, könnte
die gewünschte
Farbe nicht direkt abgeglichen werden. Eine einfache Neuabgleichtechnik
würde darin
bestehen, die RGB-Werte auf den kleinsten und/oder größten Datenbereich
des Projektors zu beschneiden. Das erfindungsgemäße Modell verwendet für den Farbneuabgleich
eine komplexere Neuabgleichstufe 150. Die Farbneuabgleichtechnik
wird detailliert in einem folgenden Absatz beschrieben.
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Nachdem
die normalisierten, linearen RGB-Werte für den digitalen Projektor einwandfrei definiert
und in eine lineare Umwandlungsstufe
160 eingegeben worden
sind, werden die RGB-Werte in einer Neuskalierungsstufe
170 auf
die tatsächliche Bittiefe
des Projektors skaliert. An diesem Punkt werden die minimalen und
maximalen Datenbereiche angegeben. Die Werte müssen nicht bei dem Minimum
oder Maximum der gewählten
Bittiefe definiert werden. Dies lässt in dem System einen gewissen Spielraum
frei. Die endgültige
Gammaanwendungsstufe wendet eine inverse Gammafunktion auf die RGB-Daten
für den
digitalen Projektor wie folgt an:
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Die
resultierenden Anzeigedaten 190 werden normalerweise in
einer Speichervorrichtung gespeichert, etwa einem Magnetband oder
einer DV-ROM, und anschließend
zu der Anzeigevorrichtung transportiert, z.B. zu dem digitalen Projektor 35 (siehe 1),
der eine Speicherlesevorrichtung umfasst, die die Anzeigedaten aus
der Speichervorrichtung abruft. Alternativ hierzu können die
Anzeigedaten direkt an den Ort des digitalen Projektors übertragen
werden, z.B. durch Satellitenübertragung.
In beiden Fällen
würde dies
normalerweise bedeuten, dass die Bildverarbeitungskette an dem Ort
des Kinofilmabtasters oder an einem Zwischenort implementiert ist.
Die Bildverarbeitungskette kann zudem an dem digitalen Projektor
angeordnet sein, so dass die Signale von dem Abtaster nur noch zum
Ort des Projektors übertragen
zu werden brauchen.
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Das
in der Neuabgleichstufe 150 verwendete Farbneuabgleichverfahren
nutzt die folgende Methodik, wenn die Farben außerhalb des Gamuts liegen. Ein
RGB-Farbensatz liegt außerhalb
des Gamuts, wenn eine der folgenden Annahmen wahr ist:
- • Ein
oder mehrere RGB-Kanäle
liegen unter dem Sollbereich (z.B. RGB < 0)
- • Ein
oder mehrere RGB-Kanäle
liegen über
dem Sollbereich (z.B. 1023 (10 Bit))
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Das
Beschneiden oder der Neuabgleich in einem absoluten Farbraum könnte eine
Farbe reproduzieren, die im Wahrnehmungsfarbraum nirgendwo eingeordnet
werden kann. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Abtastschritte
zwischen jedem Farbkanal nicht gleich sind. Der Neuabgleich muss
daher in dem Wahrnehmungsfarbraum erfolgen.
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Zunächst wird
der maximale Gamut des Systems im Wahrnehmungsfarbraum ermittelt.
Der gewählte
Wahrnehmungsfarbraum ist CIE Lab, der einschlägigen Fachleuten bekannt ist,
aber jeder andere Wahrnehmungsfarbraum, wie der XYZ-Tristimulus oder
der CIE LUV-Farbraum,
sind ebenfalls verwendbar. Diese Farbräume sind geräteunabhängige Farbräume, die
darauf ausgelegt sind, die von einem menschlichen Beobachter wahrgenommene
Farbe direkt zu beschreiben. Sie beruhen allgemein auf dem System,
das von der Commission International de l'Eclairage (CIE) entwickelt worden ist.
Im CIE-Lab-Farbraum wird der maximale Gamut durch Einstellen der
maximalen Sättigung
(in Bezug auf CIE Lab sind das die Koordinaten a* und b*) bei jedem
der Farbwinkel (wie in 6 gezeigt, wo die maximale Sättigung
anhand der durchgehenden Linie dargestellt ist) und durch Berechnen
der Helligkeit (L) an jedem Ort (wie in 7 für die Koordinate
L des CIE-Lab-Raums dargestellt) bestimmt. Der berechnete Helligkeitswert
wird als Ausgangsposition für
die Umordnung einer Farbe verwendet, die außerhalb des Gamuts liegt.
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Das
Profil jeder Farbe ist abhängig
von dem Farbton (wie in 8 gezeigt, wobei c* der Vektorabstand
der Koordinaten a*b* zum Ursprung ist). Die Einstellung des Helligkeitswerts
auf den mittleren Wert (50) würde
für einige
Farben funktionieren (z.B. Rot und Magenta), für andere (z.B. Gelb und Blau)
jedoch nicht. Die außerhalb
des Gamuts liegende Farbe wird daher zuerst in den CIE-Lab-Farbraum
umgewandelt und dann in den HSV-Farbraum (Farbton (H), Sättigung
(S) und Dunkelstufe (V)), um den Farbwinkel zu erhalten. Dieser
Farbwinkel wird benutzt, um den Helligkeits-Ausgangswert für die betreffende Farbe
abzurufen.
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Der
Algorithmus für
den Gamut-Neuabgleich versucht, den Farbwinkel der Sollfarbe zu
erhalten. Von der Wahrnehmung her sind Änderungen am Farbwinkel deutlicher
sichtbar als Änderungen
der Helligkeit oder Sättigung.
Da der Farbwinkel beibehalten wird, müssen Helligkeit und Sättigung
geändert
werden, um die Sollfarbe in den Farbraum der Anzeigevorrichtung
zu bringen. Die Farbwinkelprofile (7 u. 8)
zeigen die Helligkeit bei maximaler Sättigung für jeden Farbwinkel. Wenn die
Sollfarbe heller als die maximale Sättigungshelligkeit ist, wird die
Sollfarbe abgedunkelt und entsättigt,
so dass sie sich mit dem Farbraum der Anzeigevorrichtung schneidet.
Wenn die Sollfarbe dunkler als die maximale Sättigungshelligkeit ist, wird
die Sollfarbe aufgehellt und entsättigt, so dass sie sich mit
dem Farbraum der Anzeigevorrichtung schneidet.
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Obwohl
die vorausgehend beschriebene Gamut-Abgleichstechnik bevorzugt wird,
sind auch andere Gamut-Abgleichstechniken verwendbar, um gültige RGB-Werte
auf ansonsten nicht darstellbare Farben abzugleichen.
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Wie
bereits gesagt, kann die in
5 gezeigte
Bildverarbeitungskette als mathematisches Modell dargestellt werden.
Für jede
RGB-Eingabemenge gibt es eine potenziell eindeutige Menge an RGB-Ausgabewerten,
die durch das mathematische Modell definiert sind. Die Verarbeitung
des Modells ist von der Implementierung unabhängig. Für diesen Vorgang ist ein schnelles
Berechnungsmodell zur Durchführung
der Umwandlung erforderlich. Ein dreidimensionales Tetraeder-Interpolationsverfahren wird
benutzt, um die Menge der notwendigen Modellierungsberechnungen
zu vereinfachen. Detaillierte Informationen bezüglich eines dreidimensionalen
Tetraeder-Interpolationsverfahrens lassen sich der Parallelanmeldung
US-A-4,992,861 von
John D'Errico entnehmen,
die durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird.
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Die
Modellierungswerte werden an verschiedenen Referenzpunkten in dem
System berechnet. Diese Referenzpunkte werden in diesen dreidimensionalen
Tetraeder-Interpolationsberechnungen als Knoten bezeichnet. Ein
Knoten wird als eine Menge von RGB-Werten bezeichnet. Bei einem
System mit 17 Knoten ergibt sich eine Kombination von 173 oder 4913 Werten. Werte, die nicht auf
einen Knoten fallen, werden dann interpoliert. Die Knoten werden
zudem im gesamten System als nicht gleichabständig erzeugt. Die schrittweise Änderung
der Codewerte von einem Knoten zum nächsten ist im mittleren Bereich
des Codewertebereichs kleiner. Dies lässt eine höhere Genauigkeit in der Region
zu, in der Helligkeitsänderungen
visuell stärker
wahrgenommen werden (siehe 9, die die
3D-LUT-Knotenkonzentration darstellt). Die Modellierungsberechnungen
werden bei Knotenreferenzpunkten neu verarbeitet und als eine Datei
in das Computermodell 20 geschrieben (siehe 1).
Zur Laufzeit wird die Datei in eine Transformationstabelle (LUT)
im Prozessor 25 hochgeladen, so dass auf diese zugegriffen
werden kann, wenn Daten verarbeitet werden.
