ES2219263T3 - Procedimiento y aparato para el tratamiento de imagenes de video para la compensacion del efecto de falsos contornos. - Google Patents

Abstract

Método para el procesamiento de imágenes de vídeo para compensar efectos de falso contorno constando cada imagen de vídeo de pixels, siendo presentada la imagen de vídeo sobre un panel matricial, donde un pixel es representado por al menos una célula del panel matricial, proporcionándose para una célula, al menos, un parámetro inicial (Pi), propuesto para controlar la activación de la célula, determinándose para la célula un parámetro de corrección (Pc) utilizando un método de compensación para una calidad de imagen mejorada, caracterizado porque el parámetro inicial (Pi) y el parámetro de corrección (Pc) se comparan en cuanto a tamaño y dependiendo de un valor que representa la diferencia entre ambos parámetros, se decide si la activación de la célula es controlada con el parámetro de corrección (Pc) o con el parámetro dado (Pi).

Description

Procedimiento y aparato para el tratamiento de imágenes de vídeo para la compensación del efecto de falsos contornos.

La invención se refiere a un método y aparato para procesar imágenes de vídeo, especialmente para compensación del efecto de falso contorno.

Más específicamente, la invención se refiere más detalladamente a un tipo de procesamiento de vídeo para mejorar la calidad de imagen de imágenes que son presentadas sobre pantallas matriciales tales como paneles de pantalla de plasma (PDP), LCOS o dispositivos de presentación con series digitales de micro-espejos (DMD).

Antecedentes

Aunque los paneles de pantalla de plasma son conocidos desde hace muchos años, las pantallas de plasma están encontrando un interés creciente por parte de los fabricantes de TV. Efectivamente, esta tecnología hace posible alcanzar paneles de color planos de tamaños grandes y con profundidad limitada sin límites de ángulo de visión. El tamaño de las pantallas puede ser mucho más grande que los tubos de imagen CRT clásicos.

Haciendo referencia a la más última generación de aparatos de TV europeos, se ha trabajado mucho para mejorar su calidad de imagen. Como consecuencia, existe una fuerte demanda puesto que un aparato de TV fabricado con la nueva tecnología como la tecnología de pantalla de plasma tiene que proporcionar una imagen tan buena o mejor que la tecnología de TV estándar antigua. Por un lado, la tecnología de pantalla de plasma ofrece la posibilidad de tamaño de pantalla casi ilimitado con un espesor atractivo, pero por otro lado, genera nuevos tipos de artefactos que podrían dañar la calidad de imagen.

La mayoría de estos artefactos son diferentes de los artefactos conocidos que se producen en los tubos de imagen de color CRT clásicos. Puesto que los artefactos son diferentes de los conocidos, son más visibles para el observador puesto que el observador no está acostumbrado a ellos.

La invención hace frente a un nuevo artefacto específico que se denomina "efecto dinámico de falso contorno", que se corresponde las alteraciones de los niveles de gris y colores en forma de aparición en la imagen de bordes coloreados cuando un punto de observación se mueve por la pantalla matricial.

La degradación es mejorada cuando la imagen tiene una gradación uniforme como la piel. Este efecto conduce también a una degradación grave de la nitidez de imagen. Adicionalmente, se produce el mismo problema en imágenes estáticas cuando los observadores están moviendo sus cabezas y esto conduce a la conclusión de que un fallo de este tipo depende de la percepción visual humana y se produce en la retina del ojo del observador.

Un conjunto de algoritmos presentes se basa en un estimador de movimiento con el fin de ser capaz de anticipar el movimiento del ojo para reducir o suprimir este efecto de falso contorno. Sin embargo, el ojo humano es un sistema analógico y es cierto que intenta adaptarse a la presentación con la ayuda de un procesamiento digital en un sistema de visión puramente digital como es un panel de pantalla de plasma con la ayuda de un procesamiento de la imagen de vídeo digital. En dicho caso, pueden generarse algunos artefactos, lo que puede producir más daños que mejoras en la imagen en términos de efecto de falso contorno.

Se ha divulgado un gran número de soluciones en relación con la reducción del efecto de falso contorno PDP basados en la utilización de un estimador de movimiento como se describe en la solicitud de patente EP 0978817 A1. Una solución relacionada puede encontrarse en la solicitud de patente EP 0973147 A1. Esta descripción considera también el problema de la sobre-compensación y toma una decisión si la compensación aplicada o no está basada en la distribución del gradiente de densidad de la imagen. Pero, además, estas soluciones no suministran una calidad de imagen óptima para algunos contenidos de imagen críticos.

Invención

Por tanto, un objeto de la presente invención es describir un método y un aparato que mejore adicionalmente la compensación del efecto de falso contorno sin que afecte al contenido de la imagen y que sea fácil de ejecutar. Este objeto se alcanza por las medidas reivindicadas en las reivindicaciones 1 y 11.

De acuerdo con la solución reivindicada en la reivindicación 1, la mejora adicional de la compensación del efecto de falso contorno está basada en proporcionar al menos un parámetro de corrección para el pixel (punto de imagen) subjetivo además del parámetro inicial para el pixel subjetivo que es requerido para activar un pixel. El parámetro inicial y el parámetro de corrección son comparados en cuanto a tamaño y, dependiendo de la diferencia entre los valores, se decide si la célula es activada con el parámetro de corrección o con el parámetro dado.

Este método tiene como ventaja que antes de utilizar el parámetro de corrección, se comprueba si la calidad de la imagen está realmente mejorada o no. Por tanto, la idea general de la invención es utilizar el resultado del método de compensación solamente si conduce ciertamente a una mayor calidad de la imagen. Esta ventaja es alcanzada de manera fácil comparando el parámetro inicial con el parámetro de corrección y tomando una decisión dependiendo del resultado de la comparación. De modo que no es necesario cambiar el propio método de compensación conocido para mejorar la calidad de imagen. La solución basada en el método propuesto tiene como ventaja adicional que no añade información falsa a la imagen, y adicionalmente, este método es independiente del contenido de la imagen y también de la organización de sub-campo. Además, el método no depende de la técnica de direccionamiento utilizada para el panel de pantalla de plasma.

El método de la invención es independiente del método de compensación utilizado y puede utilizarse, por tanto, para diferentes métodos de compensación. Por tanto. La idea general de la invención puede utilizarse en todos los métodos de compensación. El método de acuerdo con la invención tiene como ventaja que es fácil de ejecutar. No existe necesidad de una gran memoria puesto que no necesita un gran cambio del método de compensación utilizado.

De manera ventajosa, las formas de realización adicionales del método de la invención y el aparato se describen en las reivindicaciones dependientes respectivas.

Un parámetro importante que se utiliza como parámetro inicial y como parámetro de corrección es el tiempo durante el cual el pixel es iluminado en periodo de trama (cuadro de imagen). El tiempo para iluminar el pixel decide sobre la calidad de la imagen de vídeo. Es por tanto necesaria una determinación precisa del tiempo de iluminación para una alta calidad. Por tanto, el tiempo de iluminación es utilizado como parámetro para determinar si la calidad de la imagen puede mejorarse o no.

Una buena calidad de la imagen de vídeo se mantiene si la diferencia se compara con una función que depende de un vector de movimiento del pixel. El vector de movimiento del pixel es determinado, normalmente, por una unidad de estimación de movimiento.

Experimentos han mostrado que el vector de movimiento del pixel es también un parámetro importante que puede utilizarse para decidir si debería existir una corrección de un parámetro para activar un pixel. Para muchos métodos de compensación conocidos, es ventajoso no utilizar el parámetro de corrección que fue determinado por el método de compensación si el vector de movimiento del pixel es menor que un vector de movimiento de comparación. Para un vector de movimiento pequeño, es ventajoso utilizar el parámetro inicial en lugar del parámetro de corrección.

Otra forma de realización ventajosa del método es comparar la diferencia entre el parámetro inicial y el parámetro de corrección con una función que depende del tiempo de activación del pixel. Dependiendo de la diferencia entre un tiempo de activación inicial y el tiempo de activación de corrección correspondiente, es ventajoso, con frecuencia, utilizar el tiempo de activación inicial en lugar del tiempo de activación de corrección si el tiempo de activación inicial es mayor que el tiempo de activación de corrección. Por tanto, es ventajoso tener en cuenta el tiempo de activación del pixel para decidir si debería utilizarse el tiempo de activación dado o el tiempo de activación de corrección.

Una mejora adicional de la calidad de la imagen puede obtenerse si se consideran los tiempos de activación de los pixels que están situados en la trayectoria del vector de movimiento del pixel. Esto evita la reducción de la nitidez de imagen en caso de transiciones bruscas en la imagen o de estructuras periódicas con transiciones bruscas.

Especialmente, una comparación de la diferencia entre el parámetro inicial y el parámetro de corrección de un pixel actual con una función de la diferencia entre el valor de amplitud de un pixel y el mayor valor de amplitud de los pixels, situados en el vector de movimiento, asegura que no se produce ninguna pérdida en transiciones bruscas (bordes) de la imagen.

Las formas de realización ventajosas de un aparato para el procesamiento de imágenes de vídeo se describen en las reivindicaciones 11 a 13.

Dibujos

Las formas de realización ejemplares de la invención se ilustran en los dibujos y se explican más detalladamente en la siguiente descripción.

En las figuras:

La figura 1 muestra una imagen de vídeo en la que se simula el efecto de falso contorno.

La figura 2 muestra una ilustración para explicar una primera organización de sub-campo de un panel de pantalla de plasma.

La figura 3 muestra una ilustración para explicar una segunda organización de sub-campo de un panel de pantalla de plasma.

La figura 4 muestra una ilustración para explicar el efecto de falso contorno que se produce en áreas homogéneas.

La figura 5 ilustra un fallo producido en la retina del ojo debido al efecto de falso contorno.

La figura 6 ilustra un efecto de falso contorno que se produce en un borde en movimiento de una imagen.

La figura 7 muestra el fallo producido en la retina del ojo para el ejemplo mostrado en la figura 6.

La figura 8 muestra un método existente para compensación dinámica del falso contorno en el nivel de pixel.

La figura 9 muestra un método perfecto de compensación sobre el nivel de sub- pixel.

La figura 10 muestra el resultado de la compensación de falso contorno basada en el método mostrado en la figura 8.

La figura 11 ilustra el concepto de análisis de amplitud para el método de compensación perfecta de la figura 9.

La figura 12 ilustra el resultado de un análisis de amplitud para el ejemplo de compensación mostrado en la figura 10.

La figura 13 ilustra el resultado de un análisis de amplitud para la compensación de falso contorno de un borde en movimiento.

La figura 14 describe una ilustración para explicar porqué es ventajoso tener encuentra los valores de amplitud de los pixels situados en la trayectoria del vector de movimiento para el control de compensación.

La figura 15 muestra un diagrama de bloques de algoritmo completo para la invención, y

La figura 16 muestra la concepción del bloque de limitación.

Formas de realización ejemplares

El artefacto debido a un efecto de falso contorno se muestra en la figura 1. En el brazo de la mujer se muestran dos líneas oscuras, que son provocadas, por ejemplo, por el efecto de falso contorno. Además, en la cara de la mujer, tales líneas oscuras se producen en el lado derecho. Además, las líneas luminosas se producen dependiendo de la codificación de vídeo y de la dirección de movimiento.

Un panel de pantalla de plasma utiliza una serie (array) matricial de células de descarga que solo pueden estar conectadas o desconectadas. Al menos una célula para colores rojo, azul y verde es necesaria para que un pixel presente una imagen coloreada. Para la presentación de una imagen con niveles de gris, es suficiente una sola célula individual para un pixel. Cada célula puede estar controlada y activada independientemente de las otras células. La invención se describe de un modo sencillo utilizando la palabra pixel en el sentido de que dicho pixel consta solamente de una célula individual. Pixel y célula son utilizados como sinónimos. Además, se diferencian un CRT o un LCD en el que los niveles de grises se expresan por el control análogo de la emisión de luz, en un PDP, el nivel de gris de un pixel es controlando modulando el número de impulsos de luz que el pixel envía durante un periodo de trama. Esta modulación de tiempo será integrada por el ojo de un observador durante un periodo correspondiente a la respuesta ojo-tiempo. Cuando un punto de observación (área de ojo-enfoque) se mueve por la pantalla PDP, el ojo seguirá este movimiento. Como consecuencia de ello, en un periodo de trama (estático) (integración estática) no se integrará más la luz desde la misma célula, pero integrará información procedente de las diferentes células situadas en la trayectoria de movimiento. Por tanto, mezclará todos los impulsos de luz durante este movimiento, lo que conduce a una información de señal defectuosa. Este efecto se explicará ahora más detalladamente a continuación.

Como se indicó previamente, un panel de pantalla de plasma (PDP) utiliza una serie matricial de células de descarga que solamente pueden estar "CONECTADAS" O "DESCONECTADAS". El PDP controla el nivel de gris modulando el número de impulsos de luz por trama. El ojo integrará esta modulación de tiempo durante un periodo correspondiente al tiempo-respuesta del ojo humano.

Supongamos que queremos disponer de niveles de luminancia de 8 bits, en este caso, cada nivel será representado por una combinación de 8 bits que tiene los siguientes pesos:

1 - 2 - 4 - 8 - 16 - 32 - 64 - 128

Para realizar una codificación de este tipo con la tecnología PDP, el periodo de trama estará dividido en 8 periodos de iluminación (denominados sub-campos), cada uno correspondiente a un bit. El número de impulsos de luz para el bit "2" es el doble que para el bit "1"... Con estos 8 sub-periodos podemos formar por combinación los 256 niveles de gris. Sin movimiento, el ojo de los observadores integrará aproximadamente en un periodo de trama de estos sub-periodos y captará la impresión del nivel de gris correcto. La figura 2 presenta una descomposición de este tipo.

Con el fin mejorar la calidad de imagen de las imágenes de movimiento, se utilizan actualmente más de 8 sub-campos. Aquí se indica algún ejemplo de tales esquemas de codificación, la elección del óptimo debe realizarse dependiendo de la tecnología del plasma.

Para el ejemplo presentado en la figura 3, la suma de los pesos es todavía 255, pero la distribución de luz de la duración del trama se ha cambiado en comparación con la estructura de 8 bits previa. La organización del sub-campo mostrada en la figura 3 está basada en 12 sub-campos y por tanto, cada palabra de código de sub-campo para una representación de luminancia es una palabra de código de 12 bit.

El patrón de emisión de luz de acuerdo con la organización del sub-campo introduce nuevas categorías de degradación de calidad de imagen correspondiente a las alteraciones de los niveles de gris y colores. Un término específico para estas alteraciones utilizado en la bibliografía es un "efecto dinámico de falso contorno" puesto que el hecho que se corresponde con una aparición de los bordes coloreados en la imagen cuando un punto de observación se mueve por la pantalla PDP. El observador de la imagen tiene la impresión de un contorno brusco que aparece sobre un área homogénea como es la piel representada. La degradación se mejora si la imagen tiene una degradación uniforme y también, cuando el periodo de emisión de luz excede varios milisegundos. Por tanto, en escenas oscuras, el efecto no es tan alterado como en escenas con un nivel de gris medio (por ejemplo, valores de luminancia de 32 a 253).

Adicionalmente, se produce el mismo problema en imágenes estáticas cuando el observador está moviendo su cabeza, lo que conduce a la conclusión de que un fallo de este tipo depende de la percepción visual humana.

Como se ha indicado ya, esta degradación tiene dos aspectos diferentes:

-

en áreas homogéneas como la piel, conduce a la aparición de bordes coloreados,

-

en bordes nítidos como rebordes de objetos, conduce a un efecto borroso que reduce la impresión de nitidez global de la imagen.

Para entender un mecanismo básico de la percepción visual de imágenes en movimiento, se considerarán dos simples casos correspondientes a cada uno de los dos problemas básicos (contorno falso y bordes borrosos). Con el fin de simplificar la exposición, estas dos situaciones serán presentadas en el caso del siguiente esquema de codificación de 12 sub-campos:

1 - 2 - 4 - 8 - 16 - 32 - 32 - 32 - 32 - 32 - 32 - 32

En primer lugar, se considerará una transición entre el nivel de luminancia 128 y 127 moviéndose a una velocidad de trama de 5 pixels suponiendo que el ojo esté siguiendo este movimiento.

La figura 4 muestra un área sombreada más clara correspondiente al nivel de luminancia 127. La organización de sub-campo mostrada en la figura 2 es utilizada para formar el nivel de luminancia 128 y 127 como se muestra en el lado correcto de la figura 4. Las tres líneas paralelas de la figura 4 indican la dirección en la que el ojo está siguiendo el movimiento. Las dos líneas exteriores indican los rebordes del área donde será percibida la señal defectuosa. Entre ellos, el ojo percibirá una falta de luminancia que conduce a la apariencia de un borde oscuro en el área correspondiente que se ilustra en la figura 5. El efecto que se percibirá como falta de luminancia en el área mostrada es debido al hecho de que el ojo no integrará ya todos los periodos de iluminación de un pixel cuando el punto desde el que el ojo recibe la luz es un punto en movimiento. Cuando el punto se mueve, solamente parte de los impulsos de luz serán integrados. Por tanto, existe una falta de luminancia correspondiente y se producirá una zona oscura. En la figura 4, existe en la parte inferior la curva de integración de estímulos del ojo que muestra una luminancia inferior entre el nivel 128 y 127. Esto se muestra en la figura 5 más detalladamente. En el lado izquierdo de la figura 5, se muestra una curva que ilustra el comportamiento de las células del ojo durante la observación de la imagen en movimiento representada en la figura 4. Las células del ojo situadas a una apropiada distancia de la transición horizontal integrarán la luz suficiente a partir de los pixels correspondientes. Solamente las células del ojo que están próximas a la transición no serán capaces de integrar gran cantidad de luz desde el mismo pixel. En el lado derecho de la figura 4, se muestra la imagen que el observador percibe cuando observa los dos tramas mostrados en la figura 4. Entre los dos niveles 128 y 127, existe una zona oscura con una menor cantidad de luminancia.

En el caso de imágenes negras/blancas, este efecto se corresponde con la aparición de bordes blancos o negros artificiales. En el caso de imágenes coloreadas puesto que este efecto se producirá independientemente de los diferentes componentes de color R, G, B, conducirá a la aparición de bordes coloreados en las áreas homogéneas como la piel.

La figura 6 muestra una situación en la que un borde del objeto se mueve cinco pixels desde la trama N a la trama N+1 hacia el lado derecho. El área luminosa tiene nivel 0 y el área oscura tiene nivel 255 de luminancia. El ojo está siguiendo el movimiento de los cinco pixels por trama. En la figura 6, se muestra la curva de integración de estímulos del ojo que muestra la distribución de la luminancia sobre el área.

En la figura 6 podemos seguir el comportamiento de integración del ojo durante un movimiento. Las dos líneas de integración del ojo diagonales extremas muestran los límites de la señal percibida de forma defectuosa. Entre ellas, el ojo percibirá una luminancia en aumento que conduce a la aparición de un borde sombreado que se muestra en la figura 7. Como consecuencia de ello, la transición pura negro a blanco se perderá durante un movimiento y esto conduce a una reducción de la impresión de nitidez global de la imagen.

Como se explicó previamente, el efecto de falso contorno se produce en la retina del ojo cuando el ojo sigue un objeto en movimiento a medida que integra la información correcta en lugares incorrectos. Existen diferentes métodos para reducir un efecto de este tipo y los más rigurosos se basan en un estimador de movimiento (métodos dinámicos) que proponen detectar el movimiento de cada pixel en una trama con el fin de anticipar el movimiento del ojo o reducir el fallo que aparece en la retina con diferentes correcciones.

El objetivo de cada algoritmo dinámico es definir para cada pixel visualizado por el ojo, la trayectoria del movimiento que el ojo está siguiendo durante una trama con el fin de generar una corrección sobre esta trayectoria. Como consecuencia de ello, para cada pixel de la trama N, se determina un vector de movimiento V = (V_{x}; V_{y}), que describe el movimiento completo del pixel de la trama N a la trama N+1 y el objeto de una compensación de contorno falso es aplicar una compensación en la trayectoria completa definida por este vector. Una compensación aplicada a un borde en movimiento mejorará su nitidez en la retina del ojo y la misma compensación aplicada a un área homogénea en movimiento reducirá la apariencia de bordes coloreados.

Obviamente, puesto que el panel de pantalla de plasma es una serie de células, la trayectoria utilizada para la compensación tiene que convertirse de la definición geométrica de los vectores hasta un conjunto de posiciones de pixel en el panel. Por un lado, la estructura de esta serie matricial permite solamente una corrección aplicada para cada pixel. Por otro lado, el ojo es un sistema analógico e integrará información a nivel de sub-pixel. Esta diferencia, introducirá un nuevo tipo de artefacto que será presentado de aquí en adelante.

La figura 8 muestra el principio de compensación dinámica de falso contorno como se describe en la solicitud de patente EP 0978817 A1 del solicitante. El ejemplo mostrado en la figura 8 es el resultado de un método de compensación de este tipo aplicado al ejemplo mostrado en la figura 4. En comparación con la figura 4, es evidente que el contorno entre la primera área con el nivel de luminancia de 127 y la segundo área con nivel de luminancia de 128 no es mayor que una línea recta horizontal, pero una línea con bordes, donde dentro de una trama, la segunda área está moviéndose hasta el lado derecho de la primera área. La desviación de las entradas de sub-campo dentro de una trama conduce a una mayor calidad de imagen. Se describen más detalles en relación con los métodos de compensación dinámicos de falso contorno en la solicitud de patente EP 0978817 A1, y para la descripción completa de este método se hace referencia expresa a este documento.

Las líneas verticales indican los rebordes de pixel y las franjas horizontales se corresponden con los sub-campos. Para los pixels numerados 110, 11, 12 en la trama N (calculados de izquierda a derecha) y 15, 16, 17 en la trama N+1, las palabras de código de sub-campo han sido corregidas respecto de las originales mostradas en la figura 4. En las palabras de código de sub-campo corregidas, el noveno sub-campo es activado adicionalmente. Mientras que los pixels corregidos tienen niveles de luminancia de 159, que sería incorrecto para imágenes estáticas, esto asegura que el ojo captará la impresión correcta de nivel de luminancia 128 cuando se observa la transición de movimiento a lo largo de la línea en la mitad de las 3 líneas paralelas de la figura 8. Las nuevas palabras de código sub-campo que representan los niveles de luminancia 159 de la imagen son considerada como parámetros de corrección que fueron determinados por el método de compensación de la manera conocida descrita en la solicitud de patente mencionada anteriormente.

En la curva de integración de estímulos del ojo mostrada en la parte inferior de la figura 8, se muestra que el método de compensación utilizado conduce a una correcta transición entre el nivel 128 y 127, de forma que se mejora la calidad de la imagen. Esta técnica muestra muy buenos resultados puesto que hace posible eliminar completamente el efecto de falso contorno para vectores de gran movimiento. En el caso de vectores de pequeño movimiento, entre una trama y el siguiente cuadro, pueden aparecer algunos artefactos provocados por el método de compensación. Esto es debido a una falta de flexibilidad en el desplazamiento del sub-campo. De hecho, es obvio que en una serie matricial como un PDP, es posible solamente mover un sub-campo a una posición de pixel fija de la imagen. Sin embargo, para velocidad baja, el ojo está integrando principalmente sub-campos a nivel de pixel, y esto puede conducir a la generación de algunos otros artefactos de falso contorno que pueden ser mayores que los originales.

Supongamos tomar, por ejemplo, un código de sub-campo en una organización de sub-campo con 9 sub-campos con los pesos descritos como sigue:

2 - 4 - 7 - 11 - 18 - 29 - 43 - 60 - 80

Ahora, supongamos que una pequeña transición 174/176 se está moviendo hacia la izquierda a una velocidad de 2 pixels por cuadro. Este podría ser el caso en caso de la piel representada de una persona que se mueve hacia la izquierda. En este caso, el ojo seguirá todo el conjunto objeto/persona y en la retina aparecerá un efecto de falso contorno para esta transición. La figura 9 ilustra una compensación perfecta de falso contorno realizada a nivel de sub-pixel en esta transición.

En la figura 9, la curva gris, del fondo, representa el resultado de la integración del ojo en la retina. Esta integración conduce a una transición perfecta 174/176 sin artefactos. Sin embargo, una corrección de este tipo, basada en el nivel de sub-pixel, no es factible; solamente es posible un desplazamiento completo del sub-campo basado en un pixel completo.

Por esta razón, es necesario redondear el desplazamiento del sub-campo con el fin de situar las entradas del sub-campo por completo en una nueva posición de pixel. Esto se muestra en la figura 10.

En la parte inferior de la figura 10, se muestra la curva gris que representa la integración en la retina de un observador que se está moviendo durante la trama a lo largo del eje paralelo. Debido a la falta de flexibilidad del desplazamiento del sub-campo a baja velocidad, en la curva gris es fuertemente visible un área con un nivel de luminancia demasiado alto que se muestra como un área blanca. En dicho caso, esto conduce a un artefacto en la retina que es mucho más fuerte que el efecto de falso contorno original. Este efecto es visible, principalmente, a baja velocidad puesto que para un movimiento de este tipo, el desplazamiento necesario del sub-campo es muy pequeño, y la falta de flexibilidad en una serie matricial conduce fácilmente a artefactos durante este tipo de compensación realizada en la resolución de bit/nivel de bit.

Con el fin de entender cómo puede detectarse un fallo de este tipo, en la figura 11 se describe el campo en el dominio de amplitud del nivel de pixel que resulta de la corrección realizada en el nivel de sub-pixel. El dominio de amplitud representa la energía de iluminación de cada pixel en el panel y que resulta de una integración de luz cuando el movimiento no es seguido. La amplitud es directamente proporcional al tiempo de activación del pixel. La figura 11 muestra una trama en la que se muestran dos áreas, donde el área primera tiene un nivel de luminancia 174 y el área segunda con nivel de luminancia 176. Existen seis pixels ilustrados. Las franjas SF1 y SF9 muestran los nuevos periodos de tiempo del sub-campo que están disponibles para iluminar el pixel con impulsos de luz. Las líneas diagonales se corresponden con el movimiento del ojo de un observador durante la trama. En la parte inferior de la figura 11, observamos la amplitud para el pixel sobre el propio panel, después de realizar la compensación del nivel de sub-pixel. Esto significa que en este momento no se representa la energía situada en la retina (que sigue el movimiento), sino la energía situada en la célula correspondiente del propio panel que no sigue ningún movimiento. El cambio máximo respecto de los valores originales (174/176) es aproximadamente 20 para este ejemplo en el 2º pixel con el nivel de 194.

La figura 12 muestra un ejemplo en el dominio de amplitud de una compensación realizada. Se describe la misma situación que en la figura 11, no obstante, aquí es aplicada una compensación sobre el nivel de pixel y en la parte inferior de la figura 11, los valores de amplitud son diferentes, por tanto, de los pixels de la transición. El cambio máximo de amplitud es aproximadamente \Delta = 80 que se produce entre el primer y segundo pixel. Esto significa que la compensación ha añadido una amplitud de aproximadamente 80 de energía al segundo pixel, que es muy alto para una velocidad de solamente dos pixels por trama, que se utilizó en este ejemplo. Obviamente, el fallo que aparece en la retina es detectado ya en el dominio de amplitud puesto que se corresponde con un tipo de sobre-compensación. La sobre-compensación añade mucha energía a la imagen en comparación con el vector de movimiento de la trama N y a la trama N+1.

Tomando este ejemplo, hemos mostrado que los artefactos generados por compensación, en este ejemplo una sobre-compensación, no son visibles normalmente por la retina humana, sino que pueden detectarse en el dominio de amplitud, también. El dominio de amplitud significa el nivel de luminancia enviado por una célula/pixel. El nivel de luminancia es proporcional al tiempo de activación durante el cual la célula es activada para emitir luz.

Algunos experimentos han revelado que el nivel de falso contorno aumenta con la velocidad del movimiento de los objetos entre una trama y otra. Esto significa que el nivel de falso contorno aumenta con el módulo del vector de movimiento. Por tanto, en el método de acuerdo con la invención, el nivel de compensación es limitado de forma ventajosa en el dominio de amplitud dependiendo del módulo del vector de movimiento para evitar cualquier efecto de sobre-compensación.

El concepto básico tras este método puede describirse como sigue: Antes de utilizar un parámetro de corrección, que fue determinado por un método de compensación, el parámetro de corrección es comparado con el parámetro original sin compensar. La diferencia entre el parámetro de corrección y el parámetro dado puede compararse en una primera forma de realización ventajosa de la invención con el vector de movimiento V (x, y) para la posición (x, y), en la que se localiza el pixel, al que pertenecen el parámetro original y el parámetro de corrección. Si el módulo del vector del movimiento es mayor que la diferencia entre el parámetro de corrección y el parámetro dado, entonces el parámetro de corrección es utilizado para activar la célula de plasma en lugar del parámetro original.

Para aclaración, la expresión parámetro es utilizada como término general. Más específicamente, para la tecnología de pantalla de plasma actual, la expresión "parámetro original" corresponde al nivel de amplitud original de un componente de color R, G, B de un pixel y el parámetro de corrección corresponde al nivel de amplitud después de aplicar el método de compensación.

Este concepto básico debe adaptarse a los diferentes métodos de compensación, de forma que la comparación entre el valor de diferencia entre el parámetro original y el parámetro de corrección puede compararse con una función f(t) que depende de la longitud del vector de movimiento. La función puede ser un polinomio como se expresa en la siguiente fórmula: f(t) = a_{1}t + a_{2}t^{2} + ... + a_{n}t^{n}.

Obviamente, los diferentes valores de a_{1}, a_{2}, ..., a_{n} son variables y dependen grandemente del esquema de codificación utilizado para iluminar el pixel. Adicionalmente, puede definirse cualquier otro tipo de función dependiendo de la codificación de sub-campo utilizada y de los métodos de direccionamiento.

Uno de los parámetros más importantes es el tiempo de iluminación, que es proporcional a la amplitud de luminancia del pixel/célula. Por tanto, se describe una forma de realización de la invención con la siguiente fórmula: El resultado de compensación es válido cuando

(1)|A_{i} (x, y) - A_{c} (x,y) |\leq f_{loc} (||\vec{V} (x, y)||)

En esta fórmula A_{i}(x,y) representa la amplitud inicial de luminancia del pixel situado en la posición (x, y), A_{c} (x,y) representa el nuevo valor de amplitud que fue determinado por el método de compensación utilizado,

||\vec{V} (x, y))||

representa el módulo del vector de movimiento en el lugar actual y f_{loc} representa una función matemática, denominada, "función de limitación local". Cuando la amplitud de compensación aumenta por encima de esta función de limitación local, la compensación será desactivada en este lugar, es decir, para este pixel.

Adicionalmente, la función puede incluir un tipo de proporcionalidad con el valor de amplitud inicial puesto que el ojo humano es más sensible a la luminancia relativa (Ley de Weber Fechner). Esto significa que las diferencias de luminancia son mejor percibidas en áreas oscuras que en las claras. En dicho caso, la prueba no debería limitarse a un valor de amplitud, pero también a un valor porcentual similar al presentado por la siguiente fórmula:

(2)|A_{i} (x, y) - A_{c} (x, y)| \leq f_{loc} (||\vec{V} (x, y)||, A_{i} (x, y)).

En este caso, la función de limitación local f_{loc} depende de la amplitud del vector ||V(x,y)|| y depende de la amplitud original A_{i}(x,y) del pixel actual. La siguiente fórmula muestra una simple versión de la función de limitación local:

(3)|A_{i} (x, y) - A_{c} (x, y)| \leq kx||\vec{V} (x, y)||x|A_{i} (x, y)|

donde k es un valor a elegir experimentalmente.

Ha de repetirse que de acuerdo con la invención pueden utilizarse diferentes tipos de función. No es necesario utilizar una función polinómica. El principal concepto es limitar el nivel de la corrección por una función que depende de diferentes parámetros tales como el vector de movimiento, la amplitud original, un tiempo de activación, etc. El tipo de parámetros utilizados depende de la tecnología de presentación, la organización del sub-campo, modo de nivel de potencia, esquema de direccionamiento, etc. Los parámetros mostrados son únicamente ejemplos de muchos parámetros que conducirán también a una mayor calidad de imagen cuando se utilizan para limitar la cuantía de compensación.

Sin embargo, estos tipos de funciones de limitación no son suficientes para asegurar un mejor comportamiento de compensación de falso contorno para la imagen completa. En el caso de un área homogénea con pequeñas transiciones solamente, (por ejemplo, la transición entre el nivel 174 a 176) las funciones previas descritas aseguran que en estas áreas homogéneas no habrá demasiada energía lo que constituye el objetivo de este nuevo concepto.

No obstante, en el caso de una brusca transición, cambiando, por ejemplo, de nivel de luminancia 0 a nivel 255 de un pixel a otro, el fenómeno es bastante diferente a como se muestra en la figura 13.

A partir de la figura 13, puede observarse que la compensación de movimiento en una transición de blanco a negro necesita el desplazamiento de la información de luminancia en el área negra en el propio panel para situar la luz donde el ojo pueda visualizarla. En este caso, la gran cantidad de energía añadida al área negra no proviene de un fallo de compensación sino solamente del desplazamiento de otro contenido de imagen en esta área negra. Incluso en caso de compensación perfecta, se producirá un efecto de este tipo y es completamente normal. Una compensación de este tipo de estructura aumentará en gran medida la nitidez global de la imagen, mejorando la calidad de los bordes en movimiento. A partir de los valores de amplitud de la parte inferior de la figura 13, puede observarse que existe una lenta elevación del valor de amplitud del valor 0 al valor 80 y del valor 230 al valor 254.

En este caso, incluso si no existe una corrección perfecta en el nivel de sub-pixel, el ojo no observará alteraciones en el reborde negro/blanco, puesto que existe ya una brusca transición y el denominado efecto de protección del ojo (fenómeno Mach que se produce entre los foto-receptores del ojo y el aumento de la transición para el cerebro humano) captará cualquier problema de redondeado debido a la desviación realizada en el nivel de pixel y no en el nivel de sub-pixel. Por estas razones, es muy importante en este caso no limitar el parámetro de corrección calculado por el método de compensación.

A continuación, la figura 14 presenta dos situaciones similares diferentes que pueden aparecer en una imagen. Las dos imágenes muestran dos situaciones en las que la energía puede moverse y no debería limitarse. En estos casos, conducirá a una limitación de la compensación a una reducción de la resolución y provocará bordes borrosos o a la destrucción de las estructuras periódicas. En estas figuras, parece obvio que la energía transmitida a la parte actual de la imagen puede proceder de toda la trayectoria del vector y no solamente del origen del vector (caso de estructura periódica). En el lado izquierdo de la figura 14, se muestra un área blanca y una negra, donde un área se encuentra en movimiento desde el área negra hacia dentro del área blanca, se muestra también el vector de movimiento correspondiente. En este caso, el nivel de compensación depende de la velocidad y del origen del vector, que está situado en el área negra. El vector de movimiento V mostrado describe el movimiento entre una trama y la siguiente.

En el lado derecho de la figura 14, se muestra una estructura periódica que consta de áreas negras y blancas diferentes, donde un objeto se está moviendo desde un área blanca sobre un área negra hacia otra área blanca. El movimiento del área de una trama al otro se muestra con una flecha que ilustra el vector de movimiento. En este caso, el nivel de compensación depende de la velocidad del movimiento, es decir el módulo del vector de movimiento, y la trayectoria del vector de movimiento.

En estos casos, debería añadirse una segunda prueba para control de compensación que comprueba si la limitación de la compensación no está relacionada solamente con el pixel actual en la posición x, y, sino también a la información situada en la trayectoria del vector. De este modo, el tipo de análisis se realiza si el pixel actual se encuentra en la proximidad de una transición brusca que requiere un tratamiento extra. Esta nueva prueba denominada "función de limitación de trayectoria" puede describirse con el siguiente algoritmo:

DeltaMAX = 0

1

En este algoritmo A_{i}(x,y) representa la amplitud inicial del pixel situado en la posición (x, y); A_{c} (x,y) representa el nuevo valor obtenido después de la compensación,

||\vec{V}(x, y))||

representa la amplitud del vector de movimiento en la posición actual, AmplitudMAX representa el valor de amplitud del pixel en la trayectoria del vector de movimiento con la diferencia mayor respecto al valor actual (DetalMAX representa esta diferencia = energía importada) y f_{traj} representa una función matemática, denominada función de limitación de la trayectoria. Cuando la amplitud de compensación supera la función de limitación de la trayectoria, la compensación será desactivada en esta posición (pixel).

Como ya ha sido explicado, los diferentes tipos de funciones pueden definirse dependiendo del esquema de codificación y del método de direccionamiento. Como ejemplo, se propone una función muy ventajosa en la siguiente fórmula:

(5)|A_{i} (x, y) - A_{c} (x, y)| \leq /x||\vec{V} (x, y)||x|A_{i} (x, y) - AmplitudMAX|.

El valor l necesita ser mejorado experimentalmente.

La idea principal de esta forma de realización de la invención es tener en cuenta la trayectoria del vector de movimiento para control de la compensación, es decir, determinar de manera más fiable si están implicadas transiciones bruscas.

La figura 15 ilustra el principio del algoritmo completo de falso contorno que incluye la función de limitación de amplitud en forma de diagrama de bloques. Una entrada 1 está conectada a una memoria de imagen 2 que a su vez está conectada a un estimador de movimiento 3. El estimador de movimiento 3 envía a la unidad de cálculo 4 los datos del componente del vector de movimiento V_{x}, V_{y} a través de las respectivas líneas de datos 7, 8. La unidad de cálculo 4 está conectada a una unidad de limitación 5 a través de una línea de salida 9. La unidad de limitación 5 comprende una salida 6 que está conectada a una unidad de codificación de sub-campo (no mostrada). Después de la codificación de sub-campo, los datos son transmitidos a la electrónica de presentación. En esta electrónica, los periodos de direccionamiento, mantenimiento y borrado son generados para cada sub-campo. El tiempo de activación durante el cual un pixel es iluminado es controlado por esta unidad mediante exploración de las células de plasma y la escritura de las correspondientes señales de direccionamiento de las células. Los componentes electrónicos correspondientes se encuentran disponibles en la técnica anterior y no se explican detalladamente
aquí.

La unidad de limitación 5 envía a la electrónica de presentación bien las palabras de código de sub-campo o las palabras de código de sub-campo original sin corregir. La entrada 1 está conectada también a una entrada del estimador de movimiento 3, la unidad de cálculo 4 y la unidad de limitación 5.

En la entrada 1, el parámetro original P_{i} de un pixel P es enviado a la memoria de imagen 2, el estimador de movimiento 3, la unidad de cálculo 4 y la unidad de limitación 5. El parámetro dado P_{i}está en una forma de realización, simplemente los datos R, G, B, de cada pixel. La memoria de imagen 2 almacena los datos R, G, B para el tiempo de un periodo de trama y proporciona al estimador de movimiento 3 estos valores una trama después. El estimador de movimiento 3 a partir de los valores R, G, B o los valores de luminancia derivados de estos de la trama N y a la trama N+1, calcula un vector de movimiento para cada pixel P_{i}. La unidad de cálculo 4 determina fuera de los componentes del vector de movimiento V_{x}, V_{y} y de los valores R, G, B correspondientes un parámetro de corrección P_{c}basado en el nivel de amplitud con el que debería activarse el pixel en lugar del parámetro original P_{i} para mejorar la calidad de la imagen. Los detalles del método de compensación sobre el nivel de amplitud son bien conocidos por la bibliografía y no se describirán aquí más detalladamente.

El parámetro de corrección P_{c} y el parámetro inicial P_{i} son alimentados en paralelo a la unidad de limitación 5. La unidad de limitación 5 decide si el parámetro inicial P_{i} o el parámetro de corrección P_{c} serán transmitidos a la electrónica de presentación como se muestra. La limitación se realiza si el parámetro original y el parámetro de corrección tienen una diferencia de acuerdo con las fórmulas 1 a 5 mencionadas anteriormente. Cualquiera de estas instrucciones de limitación puede aplicarse individualmente o combinadas entre sí de cualquier forma. La unidad de limitación 5 propone elegir entre la salida de la unidad de cálculo 4 y el parámetro inicial P_{i}.

La figura 16 muestra una forma de realización preferida de la unidad de limitación 5. La unidad de limitación 5 proporciona como salida el parámetro inicial P_{i} si la diferencia entre el parámetro inicial P_{i} y el parámetro de corrección P_{c} es mayor que una función local f_{loc} que depende de la cuantía del vector de movimiento V(x,y) y/o el parámetro inicial P_{i}(x,y). Adicionalmente, se comprueba si la diferencia entre el parámetro inicial P_{i} y el parámetro de corrección determinado P_{c} es mayor que una función de trayectoria f_{tray} que depende del valor de amplitud MAX y el vector de movimiento V(x,y) y/o el parámetro inicial P_{i}(x,y). En caso de cumplirse ambas condiciones, la unidad de limitación proporciona en su salida el parámetro inicial P_{i}(x,y). En los demás casos, el parámetro de corrección es emitido desde la unidad de limitación 6. Las fórmulas correspondientes se muestran también en la figura 16.

En una forma de realización alterativa de la invención, la compensación de falso contorno en la unidad de cálculo 4 se realiza sobre el nivel de sub-campo como se explicó anteriormente, y en particular en el documento EP-A-0978817 A1. Esto significa que a la unidad de cálculo 4 y la unidad de limitación 6, se alimentan las palabras de código de sub-campo. La unidad de cálculo 4 determina las palabras de código de sub-campo corregidas correspondientes. Una unidad de codificación de sub-campo debe añadirse al diagrama de bloques de la figura 15 por encima del bloque delimitación 6. Las fórmulas aplicadas en el bloque de limitación 6 no necesitan cambiarse si el bloque de limitación incluye un bloque de transformación en el que las palabras de código de sub-campo son transformadas de nuevo a niveles de amplitud, lo que puede realizarse fácilmente de acuerdo con la organización del sub-campo dada. No obstante, las palabras de código de sub-campo originales o corregidas de la salida de la unidad de limitación 6, se envían a la electrónica de representación.

La combinación de la función de limitación local f_{loc} y la función de limitación de trayectoria f_{tray} asegura una reducción de la visibilidad del artefacto dentro de las áreas homogéneas y en transiciones bruscas horizontales y verticales utilizando una compensación de falso contorno.

La invención reivindicada mejora la eficiencia de cada corrección dinámica de falso contorno basada en cualquier tipo de método de compensación, especialmente una corrección basada en un estimador de movimiento puesto que reduce sus artefactos sin afectar a sus actuaciones. El algoritmo propuesto concentra sus esfuerzos en áreas homogéneas y como consecuencia de ello, no afecta a la mejora en términos de nitidez procedente de la compensación y que se producen sobre bordes bruscos. Adicionalmente, las estructuras periódicas no se ven afectadas por el algoritmo de la invención y seguirá aún mejorada su nitidez. La invención no exige modificaciones de los algoritmos de compensación existentes. Existe solamente una comparación post-procesamiento que decide si será utilizado el parámetro original o el parámetro corregido.

La invención se describe para el ejemplo del tiempo de activación del pixel como parámetro inicial, pero la invención no se encuentra limitada a este ejemplo. La invención es ventajosa para cualquier tipo de parámetros a cambiar por un parámetro de corrección calculado de acuerdo con un método de compensación.

En un panel de presentación de color, en el que al menos tres células corresponden a un pixel (de acuerdo con los componentes de tres colores R, G, B). Para cada célula, se utilizan un parámetro dado y un parámetro de corrección. De este modo, antes de utilizar el parámetro de corrección en lugar del parámetro dado para activar la célula, existe una comparación de acuerdo con la invención necesaria para cada componente de color.

Claims (14)

1. Método para el procesamiento de imágenes de vídeo para compensar efectos de falso contorno constando cada imagen de vídeo de pixels, siendo presentada la imagen de vídeo sobre un panel matricial, donde un pixel es representado por al menos una célula del panel matricial, proporcionándose para una célula, al menos, un parámetro inicial (P_{i}), propuesto para controlar la activación de la célula, determinándose para la célula un parámetro de corrección (P_{c}) utilizando un método de compensación para una calidad de imagen mejorada,

caracterizado porque el parámetro inicial (P_{i}) y el parámetro de corrección (P_{c}) se comparan en cuanto a tamaño y dependiendo de un valor que representa la diferencia entre ambos parámetros, se decide si la activación de la célula es controlada con el parámetro de corrección (P_{c}) o con el parámetro dado (P_{i}).

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los parámetros determinan un periodo de tiempo, en el que la célula es iluminada durante un periodo de trama.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la diferencia entre el parámetro de corrección (P_{c}) y el parámetro inicial (P_{i}) de un pixel actual es comparado con un valor predeterminado,

controlando la activación de la célula con el parámetro de corrección (P_{c}) si la diferencia es menor que el valor predeterminado, y

controlando la activación de la célula con el parámetro inicial (P_{i}) si la diferencia es mayor que el valor predeterminado.

4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 1 a 3, caracterizado porque el valor predeterminado es derivado de una función que depende de un vector de movimiento de un pixel al que pertenece el parámetro de corrección (P_{c}) y el parámetro inicial (P_{i}).

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la función es adicional o alternativamente dependiente del tamaño del parámetro inicial (P_{i}) del pixel actual.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque para control de la activación se realiza adicionalmente una prueba de mejora de la nitidez de la imagen en la que se analiza si el pixel actual se encuentra en la proximidad de una transición brusca o de una estructura periódica de la imagen.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque para la prueba de mejora de la nitidez de imagen, la diferencia entre el parámetro de corrección (Pc) y el parámetro inicial (Pi) de un pixel se compara con un valor predeterminado,

controlando la activación de la célula con el parámetro de corrección (P_{c}) si la diferencia es menor que el valor predeterminado, y

controlando la activación de la célula con el parámetro inicial (P_{i}) si la diferencia es mayor que el valor predeterminado.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el valor predeterminado se deriva de una función que depende de la diferencia máxima entre el parámetro inicial (P_{i}) del pixel actual y los parámetros iniciales de los pixels situados en la trayectoria del vector de movimiento para el pixel actual.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la función depende adicionalmente del vector de movimiento del pixel actual al que pertenece el parámetro de corrección (P_{c}) y el parámetro inicial (P_{i}).

10. Método de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque la función depende adicionalmente del tamaño del parámetro inicial (P_{i}) del pixel actual.

11. Aparato para procesar imágenes de vídeo para compensar efectos de falso contorno, constando las imágenes de vídeo de pixels,

estando representado cada pixel por al menos una célula de un panel de pantalla,

proporcionándose para la célula un parámetro dado para activar la célula, que comprende:

una memoria de imagen (2) para almacenar el parámetro dado de la célula,

una unidad de compensación de falso contorno (4) para calcular un parámetro de corrección para la célula,

caracterizado porque

el aparato comprende una unidad de limitación (5), estando adaptada dicha unidad de limitación (5) para comparar, en cuanto a tamaño, el parámetro inicial (P_{i}) con el parámetro de corrección (P_{c}) y decidir a partir de un valor que representa la diferencia entre el parámetro de corrección y el parámetro inicial si la célula se activará con el parámetro inicial (P_{i}) o con el parámetro de corrección (P_{c}).

12. Aparato de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque el aparato comprende un estimador de movimiento (3) para determinar el movimiento de un pixel, donde la unidad de limitación (5) se encuentra adaptada para utilizar el vector de movimiento para determinar si será utilizado el parámetro inicial o el parámetro de corrección (P_{c}).

13. Aparato de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la unidad de limitación (5) está adaptada para calcular una diferencia entre el parámetro inicial y el parámetro de corrección (P_{c}) y para comparar la diferencia con una función dependiente del vector de movimiento.

14. Aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la unidad de limitación (5) está adaptada para calcular una diferencia entre el parámetro inicial y el parámetro de corrección (P_{c}) y para comparar la diferencia con una función que depende del parámetro inicial (P_{i}).