ES2286875T3 - Procedimiento y dispositivo de tratamiento y de restitucion de imagenes, con nuevo muestreo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de tratamiento de una secuencia de imágenes de vídeo en forma de una matriz de pixels, a partir de una señal procedente de al menos una cámara fija (20) con un campo grande y con una definición superior a la de un órgano de visualización (14), en el cual: - se selecciona de modo dinámico, en el campo de la cámara, una zona de relación ancho/altura correspondiente a la del órgano de visualización y - se genera, por interpolación, a partir de los pixels en la zona seleccionada de la imagen suministrada por la cámara, los pixels de una imagen con el tamaño y la definición del órgano de visualización, caracterizado por el hecho de que el procedimiento consta de una etapa previa en la cual: - se sustituye, una vez por todas, en la imagen suministrada por la cámara, una representación de un modelo de síntesis o de una secuencia de vídeo con un objetivo designado en la imagen suministrada por la cámara, la selección dinámica de la mencionada zona que interviene después de la sustitución.
Description
Procedimiento y dispositivo de tratamiento y de
restitución de imágenes, con nuevo muestreo.
La invención se refiere al tratamiento y la
restitución de imágenes de vídeo constituidas cada una por una
matriz de pixels y representadas por una señal que procederá
habitualmente de una cámara, pero que puede ser una señal
grabada.
Se dirige notablemente a aportar una solución
simple al problema de la restitución de una fracción seleccionable
de la imagen de vídeo de origen con eventualmente un efecto de
zoom.
La práctica actual de toma de imágenes de una
escena en la que los centros de interés se desplazan consiste en
utilizar una cámara cuyo operador cinematográfico hace variar la
orientación, el zoom y la puesta a punto para suministrar una
imagen juzgada óptima que a continuación se difunde y que se
visualiza tal cual, salvo en el caso en que sea necesario un
truncamiento para visualizar una imagen en el formato (relación
ancho/altura) 16/9 en una pantalla con el formato 4/3. Las únicas
modificaciones aportadas eventualmente son la incrustación de
sub-títulos o de símbolos, permaneciendo la imagen
de fondo invariada.
La invención utiliza notablemente el hecho de
que las técnicas actualmente disponibles de nuevo muestreo y de
interpolación permiten obtener, a partir de una imagen de vídeo
numérica del tipo suministrado por una cámara de alta definición,
una representación de calidad satisfactoria de una fracción de la
imagen actual en forma de una matriz de pixels con una definición
superior a la encontrada en la fracción de la imagen. Se pueden
utilizar para ello las técnicas designadas de modo general por el
término anglo-sajón de "warping"
(distorsión).
Tales técnicas de distorsión en una cámara fija
de gran campo se describen en EP-0729275. La
presente invención aplica de modo ventajoso este tipo de técnica
para la incrustación virtual de un modelo de síntesis o de una
secuencia de vídeo en una imagen adquirida por una cámara fija con
gran campo y con una definición superior a la de un órgano de
visualización.
La técnica para la incrustación virtual en una
imagen adquirida por una cámara con campo y definición standard
utilizando una memoria tampón para grabar un conjunto de imágenes
sucesivas de una secuencia con el objetivo de suprimir errores de
sustitución en el caso en que el objetivo es solo parcialmente
visible en la imagen se conoce por US 5 436 672.
La presente invención se dirige a un
procedimiento y un dispositivo tales como los indicados
respectivamente en las reivindicaciones 1 y 9.
Una ventaja mayor que procura la invención
consiste entonces en el hecho de que el modelo de síntesis o la
secuencia de vídeo resultante de la incrustación virtual pueden
pasar parcialmente fuera del campo del órgano de visualización sin
afectar a la calidad de la incrustación virtual.
La invención propone en consecuencia un
procedimiento de visualización de una secuencia de imágenes de
vídeo en forma de una matriz de pixels, a partir de una señal
procedente de al menos una cámara fija con gran campo y una
definición generalmente superior a la del órgano de visualización,
que tiene las siguientes particularidades: se selecciona de modo
dinámico, en el campo de la cámara, una zona de formato
correspondiente al del órgano de visualización (generalmente 4/3),
se generan, por interpolación, a partir de los pixels en la zona
seleccionada de la imagen suministrada por la cámara, los pixels de
una imagen con el tamaño y con la definición del órgano de
visualización.
El procedimiento será tanto más fácilmente
puesto en práctica cuando las imágenes sucesivas de una secuencia
de vídeo presenten un grado de correlación elevado, natural y
debido al hecho de que la cámara sea fija, facilitando la puesta en
práctica de técnicas de compresión que reducen el caudal de datos
necesarios para representar una imagen con una definición muy
elevada.
Cuando se usa una única cámara fija, se le da un
enfoque tal que el conjunto de la escena aparezca en el campo.
Esto conduce a un enfoque corto, facilitando la puesta a punto y
permitiendo en general que se conserve de modo permanente.
La selección del centro de interés se puede
hacer por designación del lugar y del tamaño de la zona o
"ventana" a visualizar. La selección se puede llevar a cabo en
producción de modo simple con la ayuda de una caja de mando con
joystick o con ratón que permite indicar un rincón de la ventana y
consta de un órgano tal como un juego de botones pulsadores de
mando del zoom.
En lugar de una sola cámara de gran campo, se
pueden utilizar varias cámaras que tienen unos campos individuales
que presentan un solapado para limitar los efectos de borde. Las
imágenes de las cámaras se fusionan en producción. Las cámaras
pueden tener unas distancias de puesta a punto diferentes, para
tener en cuenta la distancia a la que se encuentran de la escena
hacia la que se dirigen.
La invención presenta una gran flexibilidad de
realización. Como se verá en adelante, la selección de la ventana
se puede llevar a cabo en producción en el caso de una emisión en
directo en estudio; en caso contrario, se puede llevar a cabo en
cabeza de una red de cableado o por un proveedor de acceso a
Internet que recibe la señal de origen por vía hertziana, filar o
por satélite. En todos los casos, ya no es necesario un operador
cinematográfico detrás de la cámara. 0 al menos ya solo tiene un
papel de regulación inicial y eventualmente de modificación de
puesta a punto de la cámara.
La invención se puede aplicar a unas imágenes
procedentes:
- de una cámara 16/9 de alta definición del tipo
disponible actualmente, que suministra una matriz de 1920 x 1152
pixels, que permite extraer directamente una ventana de 720 x 576
pixels (u otra) visualizable en las pantallas actuales,
- de una única cámara especialmente desarrollada
y que presenta una definición muy superior a la de las cámaras
actualmente disponibles,
- de la fusión de las imágenes de un haz de
cámaras.
En un primer modo de ejecución de la invención,
la ventana es seleccionada por un operador de producción. La
imagen es difundida (en el caso por ejemplo de una difusión
hertziana) o transmitida (por ejemplo hacia un cabeza de red, un
satélite, un proveedor de acceso a Internet) en el estado final.
Esta solución tiene la ventaja de no aumentar el caudal numérico
requerido, salvo entre la cámara y la producción. El operador de
producción puede llevar a cabo de esta forma un panorámica o un
zoom por vía puramente electrónica, sin ningún desplazamiento de la
cámara.
En un segundo modo de ejecución, la selección se
lleva a cabo a la llegada, por el usuario. El caudal requerido
para la unión se aumenta entonces notablemente en caso de uso de un
haz de cámaras o de una cámara con una definición muy elevada. Esta
aproximación, por el hecho de que requiere una banda de paso muy
ancha, solo se presta bien a la televisión profesional o a la unión
entre un lugar de producción y una cabeza de red que solo difunde
o que solo retransmite un caudal reducido hacia el usuario.
En aún otro modo de ejecución, aplicable cuando
la unión con el usuario final consta de una vía de retorno y
cuando se trata más bien de transmisión que de difusión, el
tratamiento puede ser en dos etapas. El usuario indica, por la vía
de retorno, una fracción determinada de la imagen global que
contiene la ventana que desea observar. Las fracciones que el
usuario puede elegir son eventualmente predefinidas. El usuario
selecciona a continuación en local la posición y el tamaño de la
ventana que desea observar en la fracción que recibe. El nuevo
muestreo se lleva a cabo localmente.
Esta solución está particularmente adaptada a la
televisión por Internet - o más generalmente por una red extendida
de ordenadores - porque el usuario dispone entonces de un ordenador
doméstico que tiene una potencia de cálculo elevada. Además, la
cantidad de usuarios conectados a un centro de un proveedor de
acceso permanece limitado y en consecuencia la puesta en práctica
es compatible con la banda de paso disponible, que de todos modos
debe ser elevada a la salida del centro, dado que las uniones de
tipo Internet son individuales.
La señal de televisión de alta definición está
siempre sometida a una compresión elevada, antes de la difusión o
transmisión. Esta compresión se facilita por la fuerte correlación
temporal entre imágenes sucesivas de una misma secuencia. Los modos
de compresión utilizados en el momento actual, tales como las
diferentes variantes de la norma MPEG, son perfectamente
compatibles con el procedimiento de acuerdo con la invención.
De hecho, se conoce un algoritmo de compresión
llamado "piramidal", cuyos principios básicos están indicados
notablemente en el artículo "extracción basada en pirámide de
características de imagen local con aplicaciones para análisis de
movimiento y de textura" SPIE vol 360 p. 114 de Peter J. Burt.
Este algoritmo suministra una representación en forma de un primer
modelo, con una definición muy débil, y de modelos sucesivos que
añaden los datos requeridos para llegar a la definición máxima
buscada.
En aún otro modo de ejecución, la imagen de
origen está sometida a un tratamiento de este tipo y la selección
provoca la transmisión de datos únicamente hasta el nivel necesario
para llegar a una resolución satisfactoria de la ventana
seleccionada a restituir, teniendo en cuenta la extensión de esta
ventana.
El uso del algoritmo piramidal impone sin
embargo una restricción: el número de escalas seleccionables, por
tanto de tamaños de ventana, está limitado.
La representación de una ventana obtenida por
nuevo muestreo simple no provoca las mismas deformaciones o
desenfocados ópticos que los que generan las imperfecciones de las
ópticas de las cámaras a las que está acostumbrado el
telespectador. Para dar a la visualización un aspecto comparable al
obtenido durante una difusión directa de la señal de televisión, se
puede aportar una deformación artificial de los bordes, añadiendo
a los términos de zoom y de selección de posición del algoritmo de
nuevo muestreo, un término de deformación que da un efecto
comparable al de una proyección esférica.
La invención se presta particularmente bien a la
sustitución de una representación de un "modelo" o
"patrón" constituido por una imagen de síntesis memorizada o
por una secuencia de vídeo, con un "objetivo" designado en la
imagen suministrada por la cámara. De hecho, la cámara está fija y
basta en consecuencia indicar una vez el objetivo a sustituir para
todas. Una vez que el modelo está incrustado, la continuación de
las operaciones o tratamientos es la misma que en ausencia de una
incrustación previa.
La invención propone igualmente un dispositivo
que permite la puesta en práctica del procedimiento anteriormente
indicado.
Las características anteriores así como otras
aparecerán con la lectura de la descripción que sigue de unos modos
en particular de realización, dados a título de ejemplos no
limitativos. La descripción se refiere a los dibujos que se
acompañan, en los cuales:
- la figura 1 es un esquema que muestra una
ventana seleccionada en una imagen de televisión 16/9 y la
representación de esta ventana en un órgano de visualización tal
como un monitor de televisión, solo se han representado unos pixels
mediante unas cruces;
- la figura 2 muestra un ejemplo de paso de
pixels de la imagen de origen (representados por cruces) a los
pixels de la imagen visualizada (representados por puntos);
- la figura 3 muestra los parámetros que
intervienen en un algoritmo de nuevo muestreo bilineal;
- la figura 4 muestra un solapado de los campos
(representados respectivamente en trazos plenos; en rayas
intermitentes, en trazos mixtos y en puntos) de cuatro cámaras que
permiten obtener un gran campo global;
- la figura 5 es un organigrama de principio de
un dispositivo;
- la figura 6 muestra una fracción de un
organigrama que constituye una variante del de la figura 5;
- la figura 7 muestra un posible ejemplo de
repartición de las funciones entre los diferentes componentes de un
sistema de difusión en tiempo real; y
- la figura 8 muestra un recorte predeterminado
de la imagen de origen.
La figura 1 muestra una imagen (10), en el
formato 16/9, suministrada por una cámara de alta definición, en la
cual el procedimiento permite seleccionar una ventana (12) en el
formato 4/3, destinada a ser restituida en la pantalla (14) de un
televisor, en forma de una matriz de pixels que consta de una
cantidad de pixels superior a la que se encuentra en la imagen de
origen y sin que haya en general coincidencia entre los pixels de
origen y ciertos pixels restituidos, como lo muestra la figura 2
donde los pixels (16) de la imagen en la pantalla están
representados en puntos.
Existen diferentes técnicas de nuevo muestreo
que permiten asignar una intensidad radiométrica (brillo o color)
a los pixels (16). Una solución simple, pero que solo da unos
resultados en bruto, consiste en asimilar cada pixel de la imagen
restituida al pixel más próximo de la imagen primitiva. Se usará
más bien, en general, una interpolación bilineal que permite
calcular una intensidad para un pixel (16a) de la imagen final a
partir de las intensidades de los cuatro pixels de origen (18) que
lo rodean, representados en un marco en trazos mixtos en la figura
2. En la figura 3, los pixels de la imagen de origen que rodean el
pixel (16a) están designados por (0,0; 0,1; 1,0 y 1,1).
La primera operación llevada a cabo consiste en
determinar para cada pixel de la imagen final, que tiene unas
coordenadas (x, y) en la matriz de visualización, las coordenadas
(x', y') del lugar correspondiente en la imagen de origen. Esta
correspondencia es lineal
x' = Zx +
D_{x}
y
y' = Zy +
D_{y}.
En esta fórmula, (Z) designa el grado de zoom y
(D) designa el desplazamiento global en (x) o en (y).
\global\parskip0.900000\baselineskip
Si se designa entonces por (\alphax) la parte
decimal de (x') y por (\alphay) la parte decimal de (y') (figura
3), se pueden calcular unos coeficientes de ponderación de la
forma:
Si se designa entonces por (I_{0,0},
I_{0,1}, I_{1,0} e I_{1,1}) las intensidades radiométricas
para los cuatro pixels de origen, el valor a destinar al pixel
(16a) será (I = \beta_{0,0} . I_{0,0} + ... + B_{1,1} .
I_{1,1}).
Como se indica en la figura 5, la fuente (20),
tal como una cámara, puede suministrar una señal numérica de alta
definición con una memoria de imagen (22). Una caja (24) suministra
los valores (Z, D y D_{x} y D_{y}) a un módulo (26), que puede
ser de material o de programas y sistemas de programación. Este
módulo calcula la posición de los pixels que corresponden, en la
imagen de origen, a los pixels de la matriz de visualización.
Estas posiciones se suministran a un módulo (28), de material o de
programas y sistemas de programación, que lleva a cabo el nuevo
muestreo necesario. Eventualmente, un módulo (30) efectúa unas
correcciones en las zonas de borde de la imagen visualizada. Estas
correcciones pueden también llevarse a cabo al nivel del cálculo de
posición, al añadir un término corrector aditivo a las fórmulas de
paso de (x, y) a (x', y').
A continuación se somete la imagen a compresión
por unos algoritmos que pueden ser tradicionales y la señal de
modulación obtenida de esta forma se dirige a un módulo de
codificación, de modulación y de difusión (34).
Se puede aplicar el mismo procedimiento cuando
la imagen de origen proviene de la yuxtaposición de varias
imágenes (36). En este caso, la fuente (20) está constituida por
las cámaras y por un módulo de fusión de las imágenes, y se lleva a
cabo una ponderación en las zonas de solapado.
En una variante de realización mostrada en la
figura 6, donde los módulos que corresponden a los de la figura 5
están designados por el mismo número de referencia, el nuevo
muestreo (28) está precedido por una incrustación de un modelo,
constituido por una secuencia de vídeo puesta a escala o por un
modelo de síntesis. Se usa un módulo (36), que es según el caso
una fuente de vídeo grabada en directo o una memoria que contiene
un modelo de síntesis. Un módulo (38) permite llevar a cabo una
selección del "objetivo" a sustituir en la imagen. Este
apuntamiento de selección puede ser puramente manual, sin ninguna
operación de reconocimiento de forma y ser hecho una vez por todas
dado que la imagen procedente de la fuente (20) es fija. Las
operaciones ulteriores serán invariadas en relación con las de la
figura 5.
En la implementación indicada en la figura 7,
las operaciones de selección y de nuevo muestreo se llevan a cabo
en producción (40). El operador selecciona la ventana que se
difundirá y puede por ejemplo hacerla evolucionar en el tiempo de
la posición (12) a la posición (12a) de la figura 1. La señal de
imagen obtenida de esta forma está sometida en (42) a unas
operaciones clásicas de compresión, de codificación, de modulación
y de transmisión (eventualmente completados por una
radio-interferencia y/o un cifrado). En el caso
ilustrado, la señal se emite en una vía de subida hacia un satélite
de retransmisión (44) que alimenta una cabeza de red (46) que
distribuye a continuación el programa a unos usuarios (48).
En una variante de realización, la señal
transmitida por el satélite (44) es la señal de origen. Las
operaciones de selección de nuevo muestreo se hacen en cabeza de
red. Esto permite, por ejemplo a unos operadores que alimentan
diferentes países, llevar a cabo unas selecciones diferentes. Se
puede por ejemplo citar el caso de competiciones de atletismo donde
varias pruebas se desarrollan al mismo tiempo y donde el operador
en cada país elegirá la prueba en la que participa un representante
del país.
En aún otro modo de realización, utilizable si
existe una vía de retorno, se ofrece una posibilidad de selección
limitada al usuario final.
Por ejemplo, la imagen de gran campo de origen
(50) 1 se fracciona en varias zonas, limitada por unos guiones en
la figura 8.
Entonces es posible ofrecer al menos dos
posibilidades al usuario abonado:
- una primera posibilidad consiste en dejarle
elegir entre varias fracciones predefinidas de la imagen: en este
caso la cabeza de red difunde o transmite hacia él únicamente la
parte de la señal que representa la fracción elegida, lo que se
hace fácilmente por el modo de codificación y de compresión
espacial habitual, que trabaja sobre unos bloques de 16 x 16 o 8 x
8 pixels y utiliza un transformado espacio - frecuencia; la
compresión temporal habitual, por ejemplo MPEG. La cabeza de red
puede formar además una señal de una compresión muy fuerte (por
ejemplo al primer nivel de un algoritmo piramidal) que permite
tener una visión bruta de la totalidad del campo en vista de una
selección.
Otra solución, particularmente interesante para
la televisión por Internet, es decir en una red de ordenadores
donde cada suscriptor recibe una señal que le es propia, consiste
en dirigir una señal codificada por un algoritmo piramidal.
En este caso, el suscriptor - usuario dispone de
una potencia de cálculo que le permitirá llevar a cabo una
descompresión que, de acuerdo con el extendido que desea
visualizar, se obtendrá utilizando:
- o bien todos los niveles del algoritmo
piramidal (que es un algoritmo puramente espacial), pero únicamente
en una fracción de señal que representa una ventana de débil
extensión a visualizar,
- o bien unos niveles bajos de la representación
suministrada por el algoritmo piramidal, que será suficiente por
el hecho de la elevada definición de la imagen inicial, cuando se
desea representar una ventana muy extendida, hasta incluso la
totalidad de la imagen de origen.
Claims (9)
1. Procedimiento de tratamiento de una secuencia
de imágenes de vídeo en forma de una matriz de pixels, a partir de
una señal procedente de al menos una cámara fija (20) con un campo
grande y con una definición superior a la de un órgano de
visualización (14), en el cual:
- se selecciona de modo dinámico, en el campo de
la cámara, una zona de relación ancho/altura correspondiente a la
del órgano de visualización y
- se genera, por interpolación, a partir de los
pixels en la zona seleccionada de la imagen suministrada por la
cámara, los pixels de una imagen con el tamaño y la definición del
órgano de visualización,
caracterizado por el hecho de que el
procedimiento consta de una etapa previa en la cual:
- se sustituye, una vez por todas, en la imagen
suministrada por la cámara, una representación de un modelo de
síntesis o de una secuencia de vídeo con un objetivo designado en
la imagen suministrada por la cámara,
la selección dinámica de la mencionada zona que
interviene después de la sustitución.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que se
designa el lugar y el tamaño de la zona a visualizar con la ayuda
de una caja de mando que permite indicar un rincón de la ventana y
que consta de un órgano de mando de zoom.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 o 2, de acuerdo con el cual se utiliza una única
cámara fija, de focal y de puesta a punto invariables.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 o 2, de acuerdo con el cual se utilizan varias
cámaras que tienen unos campos individuales que presentan un
solapado para limitar los efectos de borde cuyas imágenes se
fusionan.
5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado por el
hecho de que la zona es seleccionada por un operador de
producción.
6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado por el
hecho de que la zona se selecciona al nivel de una cabeza de red
que recibe la imagen de origen desde un lugar de producción y solo
difunde o retransmite un caudal reducido hacia el usuario.
7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones de 1 a 4, aplicable cuando la unión con el
usuario final consta de una vía de retorno, caracterizado
por el hecho de que el usuario indica, por vía de retorno, una
fracción predeterminada de la imagen global que contiene la zona
que desea observar y selecciona la posición y el tamaño de la zona
en la fracción que recibe, para provocar el nuevo muestreo en
local.
8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones de 1 a 4, aplicable cuando la unión con el
usuario consta de una vía de retorno, y el usuario dispone de una
potencia de cálculo según la cual:
en la emisión, se comprime la imagen de origen
por un algoritmo piramidal y en la recepción, se lleva a cabo la
selección utilizando:
- o bien todos los niveles del algoritmo
piramidal (que es un algoritmo puramente espacial), pero
únicamente en una fracción que incorpora una ventana de débil
extensión a visualizar, indicada por la vía de retorno,
- o bien unos niveles bajos de la representación
suministrada por el algoritmo piramidal, cuando se representa una
ventana extendida, de la imagen de origen.
9. Dispositivo de tratamiento de una secuencia
de imágenes de vídeo, en forma de una matriz de pixels, a partir
de una señal procedente de al menos una cámara fija, con un gran
campo y con una definición superior con una matriz de
visualización, que consta de:
una caja (24) de selección del zoom y de
colocación de una ventana a visualizar, en el campo de la cámara,
que ordena un módulo (26) de cálculo de la posición de los pixels
que corresponden, en la imagen de origen, a los pixels de la matriz
de visualización;
un módulo (28) que lleva a cabo un nuevo
muestreo a partir de las indicaciones recibidas del módulo de
cálcu-
los; y
los; y
unos medios de compresión, de codificación, de
modulación y de difusión (34),
\newpage
caracterizado por el hecho de que el
dispositivo consta además de un módulo (38) de sustitución de la
representación de un modelo de síntesis o de una secuencia de vídeo
con un "objetivo" designado en la imagen suministrada por la
cámara,
y por el hecho de que la caja de selección de
zoom (24) y el módulo de nuevo muestreo (28) están dispuestos para
operar en unos pixels de imagen que suministra el módulo de
sustitución (38),
los mencionados medios de compresión, de
codificación, de modulación y de difusión operan entonces en unas
señales que corresponden con los pixels de la matriz de
visualización.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99400986A EP1047264B1 (fr) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | Procédé et dispositif de traitement et de restitution d'images, à rééchantillonnage |
| US09/332,884 US6606422B1 (en) | 1999-04-22 | 1999-06-15 | Method and apparatus for processing and recovering images |
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|---|---|
| ES2286875T3 true ES2286875T3 (es) | 2007-12-01 |
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ID=29271939
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|---|---|
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| EP (1) | EP1047264B1 (es) |
| ES (1) | ES2286875T3 (es) |
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- 1999-06-15 US US09/332,884 patent/US6606422B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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