ES2607902T3 - Procedimiento y aparato para ajustar el contraste de una imagen - Google Patents

Procedimiento y aparato para ajustar el contraste de una imagen Download PDF

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ES2607902T3
ES2607902T3 ES06254054.7T ES06254054T ES2607902T3 ES 2607902 T3 ES2607902 T3 ES 2607902T3 ES 06254054 T ES06254054 T ES 06254054T ES 2607902 T3 ES2607902 T3 ES 2607902T3
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Tarik Arici
Huseyin Ozdemir
Yucel Altunbasak
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    • G06T5/75—Unsharp masking
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Abstract

Procedimiento para ajustar el contraste de una imagen de entrada (11), formada por píxeles en la que cada píxel tiene un nivel de brillo de entrada para producir una imagen de salida (16) en la que, al menos, algunos de los píxeles tienen un nivel de brillo de salida que es diferente de su nivel de brillo de entrada, comprendiendo el procedimiento: filtrar (12) datos de nivel de brillo de la imagen de entrada para obtener un componente de alta frecuencia de la imagen de entrada en una sola etapa operativa; amplificar (13) el componente de alta frecuencia; y, sumar (15) la imagen original y el componente de alta frecuencia amplificado para producir datos de nivel de brillo de la imagen de salida (16); en el que el nivel de brillo se filtra en una única etapa operativa, usando un filtro que tiene una respuesta de frecuencia isótropa o cercana a isótropa y, en cada píxel, el componente de alta frecuencia es amplificado por una ganancia que varía dependiendo de la magnitud del componente de alta frecuencia en el píxel obtenido en la etapa de filtrado y caracterizado porque: la ganancia es negativa, cero o positiva relativamente pequeña cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por debajo de un valor umbral relativamente bajo; la ganancia es positiva y aumenta con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente bajo y por debajo de un valor umbral relativamente alto; y la ganancia es positiva y disminuye de manera relativamente rápida con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente alto.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y aparato para ajustar el contraste de una imagen
[0001] La presente invencion se refiere a un procedimiento y aparato para ajustar el contraste de una imagen.
[0002] Se conocen numerosas tecnicas para ajustar el contraste de una imagen, particularmente con el fin de mejorar el contraste y por lo tanto la visibilidad de la imagen y para aumentar la percepcion de profundidad. El ajuste de contraste o la mejora de las imagenes, en particular imagenes digitales, se utiliza en muchos campos, incluyendo la mejora del contraste de una imagen digital para su visualizacion por un receptor de television u otro dispositivo de visualizacion, para imprimir en una impresora, en camaras digitales, etc. La mejora del contraste se utiliza para mejorar el contraste en las imagenes medicas y otras.
[0003] Las tecnicas de mejora del contraste global, solucionan problemas que se manifiestan de manera global, tales como condiciones de iluminacion excesivas o deficientes en el entorno de la fuente. Por otro lado, la mejora del contraste local Intenta mejorar la visibilidad de los detalles locales en la imagen.
[0004] Un procedimiento conocido de mejora de contraste local conocido, utiliza "mascara de enfoque", que se muestra esquematicamente en la figura 1. La imagen original 1 se introduce en un filtro de alisado 2, que "suaviza" la imagen original para eliminar el componente de alta frecuencia de modo que la salida del filtro de alisado 2, es el componente de baja frecuencia de la imagen original. A continuacion, el componente de baja frecuencia de la imagen original se resta de la imagen original 1 en un sumador 3, cuya salida es, por lo tanto, el componente de alta frecuencia de la imagen. Ese componente de alta frecuencia se amplifica entonces mediante una ganancia fija en un multiplicador 4. El componente de frecuencia alta amplificado se vuelve a anadir a la imagen original en un sumador adicional 5, cuya salida es por lo tanto la imagen mejorada 6. Sin embargo, este procedimiento particular amplifica el componente de alta frecuencia por un factor de ganancia fijo. Esto provoca efectos de zumbido (oscilacion) o de rebasamiento alrededor de los bordes u otras regiones de alto contraste en la imagen original, debido a los altos valores del componente de alta frecuencia alrededor de los bordes despues de la amplificacion. Ademas, este procedimiento provoca ruido en areas suaves de la imagen, que se manifiesta por un aspecto granulado en lo que deberian ser areas suaves en la imagen mejorada. Un ejemplo de este tipo de mascara de enfoque se describe en "Digital Image Enhancement and Noise Filtering by Using Local Statistics", IEEE Trans. Pattern Anal. Machine Intell., vol. PAMI - 2, pags. 165 - 168, febrero de 1980, por J.S.Lee.
[0005] Se conocen versiones modificadas de mascaras de enfoque, en las que la ganancia aplicada al componente de alta frecuencia de la imagen original se hace variar segun ciertas condiciones mediante el multiplicador 4. Un ejemplo se describe en "Real time Adaptive Contrast Enhancement", IEEE Trans. Pattern Anal. Machine Intell., vol. PAMI - 3, pags. 655 - 661, junio de 1981, por P. M. Narendra y R. C. Fitch. En el procedimiento de esa publicacion, la ganancia que se utiliza para amplificar el componente de alta frecuencia se hace inversamente proporcional a la varianza local del componente de alta frecuencia. Por lo tanto, este procedimiento modificado adapta la ganancia espacial aplicada al componente de alta frecuencia de acuerdo con las estadisticas locales del componente de alta frecuencia. Sin embargo, esto produce que la ganancia se haga muy grande cuando la varianza local es pequena, lo que conduce a la amplificacion de ruido en zonas lisas (de bajo contraste) de la imagen de entrada 1. Una modificacion adicional de las tecnicas de mejora de contraste adaptativo se describe en "Image Enhancement via Adaptive Unsharp Masking", IEEE Trans. On Image Processing, vol. 9, n° 3, marzo de 2000, por A. Polesel, G. Ramponi y V.J. Matthews. En esta tecnica modificada, se utiliza un filtro adaptativo para enfatizar los detalles de contraste medio en la imagen mas que regiones de contraste grandes tales como bordes. Sin embargo, el filtro que se describe en este documento es un filtro de Laplaciano que por lo tanto tiene tres coeficientes de derivacion y que es por lo tanto complejo desde el punto de vista de calculo. Como se describe, el procedimiento de este documento requiere 17 multiplicaciones y una operacion de division para calcular los datos de nivel de brillo de salida para cada pixel.
[0006] En nuestra solicitud de patente de US 11/340956 de 26 de enero de 2006 y solicitudes de patente relacionadas, se revela otro ejemplo de una tecnica adaptativa de mejora de contraste en la que el filtrado se lleva a cabo por al menos un filtro de respuesta de impulso infinito recursivo que tiene un coeficiente de retardo unico que es adaptable a areas de alto contraste de la imagen de entrada. Aunque este procedimiento es relativamente eficiente desde el punto de vista de calculo, especialmente cuando se compara, por ejemplo, con el procedimiento descrito por Polesel, Ramponi y Matthews, el procedimiento requiere, no obstante, un numero relativamente grande de calculos y una serie de etapas diferentes. Esto dificulta la ejecucion del procedimiento a bajo coste, lo cual es, por supuesto, de particular importancia en equipos de consumo, incluyendo por ejemplo receptores de television u otros equipos domesticos que tienen un dispositivo de visualizacion.
[0007] En el articulo titulado "Adaptive Unsharp Masking for Contrast Enhancement" por A. Polesel y G. Ramponi, publicado en las Proceedings of The International Conference on Image Processing, 1997, Santa Barbara, IEEE Comput. Soc. US vol. 1, 26 de octubre de 1997, paginas 267-270, se describe un esquema de mascara de enfoque para mejorar el contraste de la imagen. Se utiliza un algoritmo adaptativo para que se realice una accion de afilado solo en lugares donde la imagen exhibe una dinamica significativa.
[0008] El documento WO-A-03/100723 describe una unidad de mejora de borde para calcular un borde abrupto para un borde original en una imagen a partir de las propiedades del borde original. Los bordes originales son representados por un regimen transitorio de una senal que representa valores de pixeles de la imagen.
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[0009] En el artfculo titulado "Rational Unsharp Masking Technique" de Ramponi y Polesel publicado en Journal of Electronic Imaging 7(2), 333-338 (abril de 1998) se describe una tecnica de mascara de enfoque lineal utilizada en la mejora de contraste de imagen. La tecnica es modificada por la introduccion de un termino de control expresado como una funcion racional de los datos de entrada locales. Por lo tanto, se dice que se evita la amplificacion de ruido y, al mismo tiempo, los efectos de rebasamiento en los bordes bruscos son limitados.
[0010] En el artfculo titulado "A Cubic Unsharp Masking Technique for Contrast Enhancement" por Ramponi publicado en Signal Processing 67 (1998) 211-222, vol. 67, n° 2, se describe un procedimiento de mascara de enfoque cubico. El procedimiento permite que la mascara de enfoque cubico se realice con una sensibilidad de ruido reducida con respecto a tecnicas de mascara de enfoque lineales y proporciona resultados perceptivamente agradables.
[0011] El documento US-A-5.717.789, describe un procedimiento en el que una imagen de entrada se descompone en una porcion Laplaciana y Gaussiana. La porcion Laplaciana se modifica multiplicando por una constante y "recortando" para reducir su anchura y luego se anade de nuevo a la imagen original que resulta aparentemente en una salida enfocada.
[0012] De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona un procedimiento para ajustar el contraste de una imagen de entrada (11) formada por pixeles en la que cada pixel tiene un nivel de brillo de entrada para producir una imagen de salida (16) en la cual, al menos algunos de los pixeles tienen un nivel de brillo de salida que es diferente de su nivel de brillo de entrada, el procedimiento que comprende: filtrar (12) datos de nivel de brillo de la imagen de entrada para obtener un componente de alta frecuencia de la Imagen de entrada en una unica etapa operativa; amplificar (13) el componente de alta frecuencia; y, sumar (15) la imagen original y el componente de alta frecuencia amplificado para producir datos de nivel de brillo de la imagen de salida (16);
en el que el nivel de brillo se filtra en una unica etapa operativa usando un filtro que tiene una respuesta de frecuencia isotropa o cercana a isotropa y, en cada pixel, el componente de alta frecuencia es amplificado por una ganancia que varia dependiendo de la magnitud del componente de alta frecuencia en ese pixel obtenido en la etapa de filtrado y caracterizado porque: la ganancia es negativa, cero o positiva relativamente pequena cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por debajo de un valor umbral relativamente bajo; la ganancia es positiva y aumenta con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente bajo y por debajo de un valor umbral relativamente alto; y la ganancia es positiva y disminuye relativamente de manera rapida con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente alto.
[0013] El calculo requerido para la realizacion preferida es relativamente pequeno debido al hecho de que el componente de alta frecuencia de la imagen se obtiene usando un filtro en una unica etapa operativa. El filtro puede considerarse equivalente a dos filtros: un primer filtro de alisado luminoso, que puede ser por ejemplo un filtro Gaussiano, y un segundo filtro de alisado intenso, que puede ser, por ejemplo, un filtro medio. Los filtros isotropicos tratan las frecuencias en direcciones diferentes por igual, lo que en el presente contexto ayuda a evitar la produccion de bordes falsos u objetos en la imagen mejorada.
[0014] En una realizacion preferida, el filtrado de los datos de nivel de brillo de la imagen de entrada se lleva a cabo utilizando un filtro que es simetrico. La simetria, o proximidad a simetria, significa que el filtro tiene fase nula o casi nula que se prefiere para evitar diferentes senales de frecuencia en la imagen original que se cambia con desfases variables.
[0015] En una realizacion preferida, el filtrado de los datos de nivel de brillo de la imagen de entrada se lleva a cabo usando un filtro para el cual la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado diagonales es menor que la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado horizontal y la magnitud de los coeficientes de filtrado vertical. Esta es una condicion relajada en los coeficiente de filtrado que proporcionan una funcion de transferencia del filtro proxima a isotropa.
[0016] En una realizacion mas preferida, el filtro es un filtro 3x3 simetrico en el que la magnitud de los coeficientes de borde es el doble de la magnitud de los coeficiente angulares. Preferiblemente, la magnitud del coeficiente central es o es aproximadamente (4 x la magnitud de cada coeficiente de borde + 4 x la magnitud de cada coeficiente angular).
[0017] En una realizacion preferida, el filtro es un filtro paso-alto. Esto es particularmente adecuado en el caso que el filtro sea un filtro 3x3 (es decir uno que funciona en un cuadrado de pixeles que es 3x3 con el pixel central en el cuadrado siendo el pixel que esta siendo actuado en esa parte particular del proceso).
[0018] En otra realizacion preferida, el filtro es un filtro paso-banda. Esto es particularmente adecuado en el caso que el filtro sea mayor que un filtro 3x3, tal como un filtro 5x5.
[0019] El componente de alta frecuencia es amplificado por una ganancia que varia dependiendo de la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado. De esta manera, se puede hacer que la mejora que se aplica a la imagen original, varie de acuerdo con las caracteristicas locales de la imagen.
[0020] La ganancia es negativa, cero o positiva relativamente pequena, cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por debajo de un valor umbral relativamente bajo. Esta region esta asociada en general con ruido en la imagen. Mediante la aplicacion de una ganancia negativa, cero o positiva relativamente pequena, se puede reducir al minimo el efecto del ruido o, en el caso de ganancia negativa en particular, puede reducirse.
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[0021] La ganancia es positiva y aumenta con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado, se encuentra por encima de un valor umbral relativamente bajo y por debajo de un umbral relativamente alto. Esta region esta asociada en general con pixeles de fondo de la imagen y pixeles de textura suave en objetos de primer plano. Se aplica una ganancia positiva a dichos pixeles para obtener niveles de contraste particularmente aumentados en dichas regiones. A medida que aumenta la magnitud del componente de alta frecuencia, disminuye la probabilidad de que el pixel correspondiente sea ruido y, por lo tanto, la ganancia puede aumentarse con seguridad con la magnitud del componente de alta frecuencia.
[0022] La ganancia es positiva y disminuye relativamente rapidamente con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado esta por encima de un valor umbral relativamente alto. Esta region esta asociada en general con bordes de la imagen, incluyendo particularmente bordes de objetos de primer plano. Dado el problema de rebasamiento y zumbido (oscilacion) alrededor de tales bordes, esta realizacion sirve para minimizar el realce de contraste que se aplica alrededor de tales bordes, reduciendo asi el riesgo de rebasamiento y zumbido (oscilacion) en la imagen mejorada.
[0023] En una realizacion preferida, la suma de la imagen original y el componente de alta frecuencia amplificado se somete a manipulacion de saturacion para ajustar los datos del nivel de brillo de salida para evitar la saturacion.
[0024] En una realizacion preferida, se obtienen los datos del nivel de brillo de la imagen de entrada que se filtra en la etapa de filtrado para obtener una componente de alta frecuencia de la imagen de entrada en una unica etapa operativa como la salida de un filtro de ruido, siendo la entrada al filtro de ruido datos de nivel de brillo originales de la imagen de entrada. La utilizacion de tal filtro puede contribuir a mejorar el comportamiento de ruido del procedimiento alisando los datos de imagen que se filtran en la etapa de filtrado principal.
[0025] De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invencion, se proporciona un aparato para ajustar el contraste de una imagen de entrada (11) formada de pixeles en la que cada pixel tiene un nivel de brillo de entrada para producir una imagen de salida (16) en la que, al menos algunos de los pixeles tienen un nivel de brillo de salida que es diferente de su nivel de brillo de entrada, comprendiendo el aparato: un filtro (12) construido y dispuesto para filtrar datos de nivel de brillo de una imagen de entrada para obtener un componente de alta frecuencia de la imagen de entrada en una unica etapa operativa; un amplificador (13) construido y dispuesto para amplificar el componente de alta frecuencia; y un sumador (15) construido y dispuesto para sumar la imagen original y el componente de alta frecuencia amplificado para producir datos de nivel de brillo de la imagen de salida (16); en el que el filtro esta construido y dispuesto para filtrar los niveles de brillo en una unica etapa operativa en la que el filtro tiene una respuesta de frecuencia isotropa o proxima a isotropa y en cada pixel el componente de alta frecuencia es amplificado por una ganancia que varia en dependencia de la magnitud del componente de alta frecuencia en ese pixel obtenido en la etapa de filtrado y caracterizado porque el amplificador esta construido y dispuesto de manera que: la ganancia es negativa, cero o positiva relativamente pequena, cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa filtrado se encuentra por debajo de un valor umbral relativamente bajo; la ganancia es positiva y aumenta con la magnitud del componente de alta frecuencia, cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente bajo y por debajo de un valor umbral relativamente alto; y la ganancia es positiva y disminuye de manera relativamente rapida con la magnitud del componente de alta frecuencia, cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente alto.
[0026] En una realizacion preferida, el filtro es simetrico.
[0027] En una realizacion preferida, la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado diagonales del filtro es menor que la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado horizontal y la magnitud de los coeficientes de filtrado vertical del filtro.
[0028] En una realizacion mas preferida, el filtro es un filtro 3x3 simetrico en el que la magnitud de los coeficientes de borde es el doble de la magnitud de los coeficiente angulares. Preferiblemente, la magnitud del coeficiente central es o es aproximadamente (4 x la magnitud de cada coeficiente de borde + 4 x la magnitud de cada coeficiente angular).
[0029] En una realizacion preferida, el filtro es un filtro paso-alto.
[0030] En una realizacion preferida, el filtro es un filtro paso- banda.
[0031] En una realizacion preferida, el aparato comprende un controlador de saturacion construido y dispuesto para someter la suma de la imagen original y el componente de alta frecuencia amplificado a manipulacion de saturacion para ajustar la salida de datos de nivel de brillo para evitar la saturacion.
[0032] En una realizacion preferida, el aparato comprende un filtro de ruido construido y dispuesto para recibir datos de nivel de brillo originales de la imagen de entrada como una entrada y para emitir los datos de nivel de brillo de la imagen de entrada que es filtrado por el filtro proporciona de salida el componente de alta frecuencia de la imagen de entrada.
[0033] El aparato y/o procedimiento preferido/s puede ser incorporado en cualquier aparato y/o procedimiento que se use para mejorar el contraste de una imagen digital, incluyendo por ejemplo un procesador de imagenes utilizado en un televisor o similar, impresoras, camaras digitales, tarjetas de captura de emisiones, software de procesamiento de imagenes digitales que puede ser utilizado en muchas aplicaciones, etc., etc. Los procedimientos descritos en el presente documento pueden llevarse a cabo mediante software apropiado que funciona con el equipo informatico apropiado. El software puede estar embebido en un circuito integrado, estando adaptado el circuito integrado para realizar, o para usar en el desempeno de los procesos relevantes. Muchas de las etapas de procesamiento pueden realizarse utilizando software, hardware dedicado (como ASIC) o una combinacion de ellos.
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[0034] A continuacion se describiran realizaciones de la presente invencion a modo de ejemplo con referenda a los dibujos adjuntos, en los que:
- La figura 1 muestra esquematicamente un procedimiento de mejora de contraste de la tecnica anterior;
- La figura 2 muestra esquematicamente una descripcion general de un ejemplo de un procedimiento de acuerdo con la presente invencion;
- Las figuras 3 a 5 muestran ejemplos de filtros paso-alto y filtros paso de banda adecuados para su utilizacion como el filtro que filtra datos de nivel de brillo de la imagen de entrada para obtener el componente de alta frecuencia de la imagen de entrada; y,
- La figura 6 muestra graficamente ejemplos de la variacion de ganancia que puede aplicarse dependiendo de la salida del filtro que filtra datos de nivel de brillo de la imagen de entrada para obtener el componente de alta frecuencia de la imagen de entrada.
[0035] Haciendo referencia a la figura 2, que muestra esquematicamente un resumen de un ejemplo de un procedimiento de acuerdo con la presente invencion, una imagen de entrada original 11 es filtrada por un filtro de mejora 12. Como se explicara mas adelante, el filtro de mejora 12 funciona para emitir el componente de alta frecuencia de la imagen original 11 en una unica etapa operativa.
[0036] La salida del filtro de mejora 12 se pasa a una funcion de modulacion 13 que aplica una ganancia g a la salida del filtro de mejora 12. La naturaleza de la ganancia preferida g se explicara mas adelante.
[0037] La salida de la funcion de modulacion 13 se pasa entonces a un dispositivo manipulador de saturacion 14 que funciona para evitar saturacion de contraste en la imagen mejorada, de nuevo como se discutira mas adelante.
[0038] A continuacion, la salida del dispositivo manipulador de saturacion 14 se anade de nuevo a la imagen original 11 en un sumador 15 para obtener la imagen mejorada 16. El funcionamiento del dispositivo manipulador de saturacion preferido 14 se tratara mas adelante.
[0039] El filtro de mejora preferido 12 tiene una respuesta de frecuencia isotropa, es decir, trata las frecuencias en direcciones diferentes igualmente. Esto ayuda a evitar la creacion de objetos falsos, como bordes falsos, en la imagen mejorada 16.
[0040] El tamano de la mascara de filtro del filtro de mejora 12 puede ser en general de m * n, donde m es menor que el numero de lineas de imagen en la imagen y n es menor que el numero de columnas. Para mascaras de filtro 3x3, el filtro de mejora 12 es preferiblemente un filtro paso-alto.
[0041] La figura 3 muestra un filtro paso-alto 3x3 general que es simetrico con respecto a las dos diagonales y las dos lineas centrales. Esta simetria significa que el filtro tiene fase cero que se prefiere para evitar que senales de frecuencia diferentes en la imagen original sean desplazadas con retardos variables. En fila desde la parte superior, los coeficientes del filtro son:
[{-a/4,-b/4,-a/4};{-b/4,a+b,-b/4};{-a/4,-b/4,-a/4}]
[0042] Dada la simetria y por lo tanto la fase cero, la funcion de transferencia correspondiente es:
H[ u,v] = a + b - b(cos{u))/2 - b(cos(v))/2 -
a(cos(u-v))/2 - a{cos(u+v))/2
[0043] Para conseguir la isotropia, se puede imponer una condicion de igualdad a esta funcion de transferencia de manera que la ganancia sea igual para las direcciones horizontal/vertical y diagonal (es decir, H [±n, ±n] = H [±n, 0] = H [0,±n]. Como H [u, v] es par y simetrica, todas las igualdades revelan la misma relacion para a y b, como sigue:
H[n, n] = H[n, 0 ]
a+b+b/2+b/2-a/2-a/2 = a+b+b/2-b/2+a/2+a/2
que se transforma en:
imagen1
[0044] Este es un hallazgo importante y muestra la relacion optima entre los coeficientes para un filtro paso-alto para utilizar en el presente contexto, es decir, un filtro paso-alto que es simetrico e isotropo. En la practica, los coeficientes reales pueden variar algo de esta relacion optima. Por ejemplo, una condicion mas relajada que todavia produce buenos resultados es que la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado diagonales (por ejemplo, aquellos en las esquinas de un filtro 3x3) sea menor que la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado horizontal y la magnitud de los coeficientes de filtrado vertical (por ejemplo, aquellos en los bordes de un filtro 3x3)
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(es decir, la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado diagonal es menor que la suma: la magnitud de los coeficientes de filtrado horizontal mas la magnitud de los coeficientes de filtrado vertical). En la figura 4 se muestra un ejemplo especffico que satisface perfectamente el requisito derivado del caso general de la figura 3.
[0045] Para mascaras de filtro mas grandes, se pueden usar filtros paso de banda. Un ejemplo de un filtro de paso de banda adecuado 12 se muestra en la figura 5.
[0046] Se comprendera que los ejemplos de mascaras de filtro mostradas en las figuras 3 a 5 son solo ejemplos y que pueden utilizarse versiones escaladas de estas, o en general mascaras que tengan valores relativos diferentes en conjunto. En cualquier caso, es decir, para filtros paso- banda o paso-alto, o incluso cualquier otro filtro adecuado utilizado como filtro de mejora 12, ajustando las derivaciones cuidadosamente y analizando la respuesta de frecuencia, pueden disenarse tambien otros filtros isotropos.
[0047] El filtro de mejora 12 puede considerarse equivalente a la diferencia de dos filtros de suavizado: siendo el primero un filtro de alisado fuerte y el segundo un filtro de suavizado de luz. De hecho, el filtro de mejora 12 puede implementarse realmente mediante dos filtros separados, a saber, un filtro de suavizado fuerte y un filtro de suavizado de luz, cada uno de los cuales opera sobre los datos de imagen de entrada original. El filtro de suavizado de luz puede ser un filtro gaussiano, que en general puede ser de nuevo del tamano m * n expuesto anteriormente. El filtro fuerte puede ser un filtro medio, que en general de nuevo puede ser de tamano m * n discutido anteriormente aunque debe, por supuesto, ser del mismo tamano que el filtro de suavizado de luz. La diferencia de estos dos filtros se obtiene entonces como la salida del filtro de mejora 12.
[0048] La ganancia g que es aplicada por la funcion de modulacion 13 a la salida del filtro de mejora 12 se varfa preferiblemente dependiendo del valor de la salida del filtro de mejora 12 en cada pfxel. En una realizacion preferida, la funcion de modulacion 13, utiliza la salida del filtro de mejora 12 para clasificar los pfxeles originales en uno de entre tres tipos diferentes. El valor de g en cualquier valor particular de la salida del filtro de mejora 12 puede almacenarse en una tabla de consulta.
[0049] El primer tipo corresponde al ruido y corresponde a salidas del filtro de mejora 12 pequenas. Haciendo referencia a la figura 6, para las salidas del filtro de mejora 12 que estan por debajo de un determinado umbral inferior "a", la ganancia g es preferiblemente negativa, nula o positiva pequena y preferiblemente disminuye de manera monotona con el valor decreciente de la salida del filtro de mejora 12. Se entendera que cuando la ganancia g es negativa, la imagen mejorada es la imagen original menos la imagen de alta frecuencia. En tal caso, por lo tanto, en lugar de mejorar las frecuencias altas, la imagen original se suaviza. Esto mejora la calidad visual de las regiones lisas y por lo tanto una ganancia negativa en esta region es la mas preferida. En esta region, la ganancia g puede variar linealmente con el valor de la salida del filtro de mejora 12. Para las salidas del filtro de mejora 12 que son menores que "a", la ganancia puede ser, por ejemplo, de un mmimo de -2,5. En una realizacion, "a" es igual o menor que 5.
[0050] El segundo tipo corresponde al detalle en la imagen original y corresponde a salidas del filtro de mejora 12 que estan en una "banda media", es decir entre el primer umbral "a" y un segundo umbral "b" mas alto. En esta region, la ganancia puede aumentar a medida que disminuye la probabilidad de ruido, es decir, a medida que aumenta la salida del filtro de mejora 12 y, por lo tanto, en esta region la ganancia g aumenta preferentemente de manera monotona con la salida del filtro de mejora 12. Una de dichas ganancias se puede calcular a partir de una funcion seno evaluada en el primer cuadrante. Sin embargo, pueden utilizarse otras funciones y, de hecho, la ganancia g puede ser constante en esta region. Los valores tfpicos para "b" se encuentran en el intervalo de 10 a 20.
[0051] El tercer tipo corresponde a transiciones de alta luminancia y corresponde a salidas del filtro de mejora 12 que estan por encima del segundo umbral "b". Para estas salidas mas grandes del filtro de mejora 12, la ganancia g disminuye rapidamente a cero para evitar cualquier rebasamiento. En este caso, la ganancia g disminuye a cero para un tercer umbral mas alto "c" y permanece en cero despues. Una de estas ganancias en la region entre "b" y "c" puede calcularse a partir de un coseno evaluado en su primer cuadrante. Sin embargo, pueden usarse otras funciones y, por ejemplo, la ganancia g puede disminuir linealmente en ersta region con el valor de la salida del filtro de mejora 12. Los valores tfpicos para "c" se encuentra en el intervalo de 25 a 30.
[0052] El pseudo-codigo para este ejemplo particular es:
si (dev <= a)
ganancia = -2 + 2/(a-1 )*(dev-1);
%ganancia = 0; sino si(dev < b)
ganancia = K*sen(pi/2*(dev-a)/(b-a)); sino si (dev <c)
ganancia = K*cos(pi/2*(dev-b)/(c-b)); sino
ganancia=0;
fin
volver;
donde K es la ganancia maxima seleccionada por el usuario.
[0053] El manipulador de saturacion 14 modifica la salida del filtro modulado cuando el valor del pfxel original esta proximo a valores de luminancia mrnimos o maximos con el fin de evitar la saturacion de la imagen mejorada en
5
10
15
20
25
30
valores de luminancia bajos o altos. En una realizacion preferida, se definen dos niveles de saturacion: un nivel de saturacion mmimo y un nivel de saturacion maximo. Cuando el valor de pfxel original es menor que el nivel de saturacion mmimo o mayor que el nivel de saturacion maximo, la magnitud de la salida modulada del filtro de mejora 12 de la funcion de modulacion 13 se disminuye. La cantidad de disminucion puede ser proporcional a la cantidad que el valor de pfxel original difiere del nivel de saturacion mmimo o maximo respectivamente. A continuacion se muestra el pseudo-codigo para manipulacion de saturacion en una ejecucion especffica, en este caso suponiendo que hay 255 niveles de gris disponibles en el dispositivo de visualizacion que presentara la imagen mejorada:
Dif1=MinSL-Y(m,n); si (Dif1>0)
YY=Y+salidafiltro*[1-(Dif1/MinSL)]Aroll;
fin
Dif2=Y-MaxSL
isi(Dif2>0)
YY=Y+salidafiltro*[1-(Dif2/(255-MaxSL))]Aroll;
fin,
donde Y es el valor de luminancia original, YY es el valor de luminancia mejorado, MinSL es el nivel de saturacion mmimo, MaxSL es el nivel de saturacion maximo y roll es cualquier entero, tfpicamente 1.
[0054] La imagen original 11 puede ser filtrada por un filtro de ruido (no mostrado) antes de que los datos de nivel de brillo de la imagen de entrada sean pasados al filtro de mejora 12. Un ejemplo de un filtro adecuado es un filtro de Wiener. En general, el filtro de ruido puede ser un m * n donde m es menor que el numero de lmeas de imagen de la imagen y n es menor que el numero de columnas. En un ejemplo, el filtro de ruido es un filtro 3x3. Cuando funciona dicho filtro de ruido, los datos de nivel de brillo de la imagen de entrada se suavizan lo que mejora el comportamiento de ruido del aparato y procedimiento.
[0055] Se han descrito realizaciones de la presente invencion con particular referencia a los ejemplos ilustrados. Sin embargo, se apreciara que se pueden hacer variaciones y modificaciones a los ejemplos descritos dentro del alcance de la presente invencion.

Claims (18)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para ajustar el contraste de una imagen de entrada (11), formada por pixeles en la que cada pixel tiene un nivel de brillo de entrada para producir una imagen de salida (16) en la que, al menos, algunos de los pixeles tienen un nivel de brillo de salida que es diferente de su nivel de brillo de entrada, comprendiendo el procedimiento:
    filtrar (12) datos de nivel de brillo de la imagen de entrada para obtener un componente de alta frecuencia de la imagen de entrada en una sola etapa operativa; amplificar (13) el componente de alta frecuencia; y,
    sumar (15) la imagen original y el componente de alta frecuencia amplificado para producir datos de nivel de brillo de la imagen de salida (16);
    en el que el nivel de brillo se filtra en una unica etapa operativa, usando un filtro que tiene una respuesta de frecuencia isotropa o cercana a isotropa y, en cada pixel, el componente de alta frecuencia es amplificado por una ganancia que varia dependiendo de la magnitud del componente de alta frecuencia en el pixel obtenido en la etapa de filtrado y caracterizado porque:
    la ganancia es negativa, cero o positiva relativamente pequena cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por debajo de un valor umbral relativamente bajo; la ganancia es positiva y aumenta con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente bajo y por debajo de un valor umbral relativamente alto; y
    la ganancia es positiva y disminuye de manera relativamente rapida con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente alto.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el filtrado de los datos de nivel de brillo de la imagen de entrada (11) se lleva a cabo usando un filtro que es simetrico.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que el filtrado de los datos de nivel de brillo de la imagen de entrada se lleva a cabo utilizando un filtro para el cual la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado diagonales es menor que la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado horizontal y la magnitud de los coeficientes de filtrado vertical.
  4. 4. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el filtro es un filtro 3x3 simetrico en el que la magnitud de los coeficientes de borde es el doble de la magnitud de los coeficiente angulares.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que la magnitud del coeficiente central es o es aproximadamente (4 x la magnitud de cada coeficiente de borde + 4 x la magnitud de cada coeficiente angular).
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el filtro es un filtro paso-alto.
  7. 7. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el filtro es un filtro paso-banda.
  8. 8. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la suma de la imagen original y el componente de alta frecuencia amplificado, se somete a manipulacion de saturacion para ajustar los datos de nivel de brillo de salida para evitar la saturacion.
  9. 9. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que los datos de nivel de brillo de la imagen de entrada que se filtran en la etapa de filtrado para obtener un componente de alta frecuencia de la imagen de entrada en una unica etapa operativa, se obtiene como salida de un filtro de ruido, siendo la entrada al filtro de ruido los datos de nivel de brillo original de la imagen de entrada.
  10. 10. Aparato para ajustar el contraste de una imagen de entrada (11) formada por pixeles en la que cada pixel tiene un nivel de brillo de entrada para producir una imagen de salida (16) en la que, al menos, algunos de los pixeles tienen un nivel de brillo de salida diferente de su nivel de brillo de entrada, comprendiendo el aparato:
    un filtro (12) construido y dispuesto para filtrar datos de nivel de brillo de una imagen de entrada para obtener un
    componente de alta frecuencia de la imagen de entrada en una sola etapa operativa;
    un amplificador (13) construido y dispuesto para amplificar el componente de alta frecuencia; y,
    un sumador (15) construido y dispuesto para sumar la imagen original y el componente de alta frecuencia
    amplificado para producir datos de nivel de brillo de la imagen de salida (16);
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    en el que el filtro esta construido y dispuesto para filtrar los niveles de brillo en una sola etapa operativa en la que el filtro tiene una respuesta de frecuencia isotropa o cercana a isotropa y en cada pixel el componente de alta frecuencia es amplificado por una ganancia que varia dependiendo de la magnitud del componente de alta frecuencia en ese pixel obtenido en la etapa de filtrado y caracterizado porque el amplificador esta construido y dispuesto de modo que:
    la ganancia es negativa, cero o positiva relativamente pequena, cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por debajo de un valor umbral relativamente bajo; la ganancia es positiva y aumenta con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente bajo y por debajo de un valor umbral relativamente alto; y
    la ganancia es positiva y disminuye de manera relativamente rapida con la magnitud del componente de alta frecuencia cuando la magnitud del componente de alta frecuencia obtenido en la etapa de filtrado se encuentra por encima de un valor umbral relativamente alto.
  11. 11. Aparato segun la reivindicacion 10, en el que el filtro es simetrico.
  12. 12. Aparato segun la reivindicacion 10 o la reivindicacion 11, en el que la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado diagonales del filtro (12) es menor que la suma de la magnitud de los coeficientes de filtrado horizontal y la magnitud de los coeficientes de filtrado vertical del filtro.
  13. 13. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el filtro (12) es un filtro 3x3 simetrico en el que la magnitud de los coeficientes de borde es el doble de la magnitud de los coeficientes angulares.
  14. 14. Aparato de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que la magnitud del coeficiente central es o es aproximadamente (4 x la magnitud de cada coeficiente de borde + 4 x la magnitud de cada coeficiente angular).
  15. 15. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que el filtro (12) es un filtro paso-alto.
  16. 16. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 10 o 11, en el que el filtro es un filtro paso-banda.
  17. 17. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, que comprende un dispositivo manipulador de saturacion construido y dispuesto para someter la suma de la imagen original y el componente de alta frecuencia amplificado a manipulacion de saturacion para ajustar los datos del nivel de brillo de salida para evitar la saturacion.
  18. 18. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17, que comprende un filtro de ruido construido y dispuesto para recibir datos de nivel de brillo original de la imagen de entrada como entrada y para emitir los datos de nivel de brillo de la imagen de entrada que son filtrados por el filtro que proporciona de salida el componente de alta frecuencia de la imagen de entrada.
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