ES2265859T3 - Sistema de lectura de imagenes para generar una imagen oscura y una imagen clara. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para generar y procesar imágenes digitales de una escena de objetos por medio de un captador de imágenes (10), que proporciona valores digitales de luminosidad con rango dinámico completo de diversos píxeles de la imagen, conteniendo la escena de objetos por una parte áreas relativamente oscuras y por otra áreas relativamente claras, con medios de almacenamiento digital para almacenar dichos valores digitales de luminosidad y con medios de procesamiento de imagen para procesar los valores digitales de luminosidad almacenados, caracterizado porque en los medios de almacenamiento (14) pueden almacenarse por separado por una parte posiciones con menor significación de valores digitales de luminosidad destinados a generar una imagen oscura (16) con menor rango dinámico y por otra parte posiciones con mayor significación de valores digitales de luminosidad destinados a generar una imagen clara con menor rango dinámico, reproduciéndose en la imagen oscura las partes claras de la imagen con una mayor precisión y reconociéndose en la imagen clara mejor las partes oscuras.

Description

Sistema de lectura de imágenes para generar una imagen oscura y una imagen clara.

Campo técnico

La invención se refiere a un dispositivo para generar y procesar una imagen de una escena de objetos por medio de un captador de imágenes (10), que proporciona valores digitales de luminosidad con rango dinámico completo de diversos píxeles de la imagen, conteniendo la escena de objetos por una parte áreas relativamente oscuras y por otra áreas relativamente claras, con medios de almacenamiento digital para almacenar dichos valores digitales de luminosidad y con medios de procesamiento de imagen para procesar los valores digitales de luminosidad almacenados.

La invención se refiere además a un sistema de vigilancia de tráfico en el que puede generarse una imagen digital de un vehículo con un dispositivo según la invención.

Estado actual de la técnica

Ya se sabe cómo captar imágenes con una cámara digital, cómo procesarlas y cómo almacenarlas en una memoria de datos. Por regla general, las cámaras digitales disponen de captadores de imágenes CCD. Los captadores de imágenes CCD (charge-couple-device [dispositivo de acoplamiento de cargas]) se conocen ya suficientemente por la bibliografía y se describen, por ejemplo, en Laserspektroskopie, Wolfgang Demtröder, 3ª edición, editorial Springer Berlin Heidelberg New York o en Bergmann Schaefer Lehrbuch der Experimentalphysik, Festkörper, tomo 6, editorial de Gruiter.

Estos captadores de imágenes CCD constan de numerosos elementos CCD dispuestos en forma de matriz. Cada elemento CCD, o bien cada sensor CCD, proporciona, para un punto de imagen, distintas informaciones sobre valores cromáticos o acromáticos. Éstas se leen en forma de números digitales. Los buenos sensores CCD disponen de una dinámica de 10 bits o más, con lo que es posible representar en principio como mínimo 2^{10} valores cromáticos o acromáticos. Los sistemas actuales de reproducción de imágenes trabajan habitualmente sólo con gradaciones de gris en 8 bits. Por consiguiente, los 256 matices de gris que pueden representarse de este modo no son suficientes para aprovechar por completo toda la dinámica de los sensores CCD.

Tales sistemas de registro y procesamiento de imagen se utilizan habitualmente en dispositivos de vigilancia de tráfico con cámaras digitales. Los dispositivos de vigilancia de tráfico sirven para registrar infracciones de tráfico, como por ejemplo excesos de velocidad o saltarse un semáforo en rojo, cometidas por un usuario de las vías públicas. En estos dispositivos, una imagen óptima para las acciones penales se logra si es posible ver bien tanto al conductor, que se halla en el relativamente oscuro habitáculo de pasajeros, como la matrícula, de color claro. Esto no es posible con los sistemas de registro de imágenes utilizados en la actualidad. Bien las partes claras de las imágenes son demasiado claras o bien las partes oscuras de las imágenes son demasiado oscuras. Así por ejemplo puede ocurrir que, en el caso de una fotografía de un vehículo, no pueda verse claramente al conductor que se halla en el oscuro habitáculo de pasajeros o no pueda verse claramente la matrícula, de tono claro. Esto ocasiona con frecuencia grandes problemas, especialmente en el procesamiento digital ulterior de las imágenes. Las imágenes han de ser identificables de modo inequívoco en cuanto al conductor y a la matrícula para poder servir como prueba.

La solicitud de patente canadiense CA 2230434 da a conocer un procedimiento y un dispositivo para captación de imágenes digitales, especialmente para sistemas de vigilancia de tráfico. Para representar la matrícula de color claro de un vehículo fotografiado de modo que pueda verse bien, la señal de imagen con el rango dinámico completo del captador de imágenes se reproduce en una señal de imagen de rango menor dinámico, con lo que, para representar la gama de luminosidad de la matrícula, se utiliza un número relativamente elevado de valores de luminosidad. El documento no se ocupa en lograr al mismo tiempo una buena resolución de las áreas oscuras de la imagen, como por ejemplo el habitáculo de pasajeros del vehículo fotografiado.

El documento DE 4331965 A da a conocer un procedimiento para aumentar la resolución de la gradación de grises en la visualización de un modelo explorado con un sensor CCD. El modelo se explora dos veces, es decir que las partes más claras del modelo se exploran con una luz que produce en los elementos sensores una integración de carga relativamente menor, mientras que las partes más oscuras del modelo se exploran con una luz que produce una integración de carga relativamente mayor. Este procedimiento está limitado a la exploración de un modelo o similar. No es aplicable para la captación de escenas de objetos en movimiento, por ejemplo para los sistemas de vigilancia de tráfico.

Un libro de Gonzales y Winz "Digital Image Processing", 1987, Addison Wesley, Reading USA XP 002187343, páginas 139 a 175, describe procedimientos para la amplificación de imagen, en los que se corrige la densidad de la imagen píxel a píxel, en función de los píxeles contiguos, para poner detalles de relieve o mejorar contrastes. Esto requiere costosos procesos de cálculo.

El documento US 5317427 A describe un aparato para el procesamiento de imagen compuesta por datos con un gran rango dinámico. Mediante un filtro digital se separan los datos de imagen en datos de imagen clara y datos de imagen oscura. Los datos de imagen clara y los datos de imagen oscura se comprimen por separado para lograr una adaptación óptima al área de datos. Los datos de imagen comprimidos obtenidos se componen a continuación de tal modo que el valor de luminosidad del punto más oscuro de la imagen oscura coincida con el valor de luminosidad del punto más claro de la imagen clara. Se obtiene entonces una imagen uniforme con un menor rango dinámico, en la que no obstante pueden percibirse mejor detalles de ambas áreas gracias a la diferente compresión, optimizada en cada caso, de los datos de la imagen clara y de la imagen oscura.

El documento US 5237434 describe una copiadora en color, en la que mediante un sensor se explora un original que se ha de copiar. El poder de reflexión del original en cada punto de imagen se convierte en un valor digital mediante un convertidor A/D. Estos valores digitales se convierten en valores de densidad de color mediante un dispositivo de cálculo logarítmico. Este dispositivo de cálculo logarítmico produce una "tabla" con tres áreas del poder de reflexión y una curva característica en diente de sierra, en la que la ordenada constituye 8 bits, o sea 256 grados. Los valores de salida digitales del dispositivo de cálculo logarítmico se multiplican en cada caso por 2 ó por 4 mediante un desplazamiento de bits en las áreas con menor poder de reflexión.

Descripción de la invención

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es crear un dispositivo y un procedimiento para sistemas de reproducción de imágenes con los que se aprovechen en su totalidad las informaciones registradas por los sensores CCD.

Según la invención, este objetivo se logra gracias a que, en un dispositivo del tipo mencionado al principio, pueden almacenarse por separado en los medios de almacenamiento por una parte posiciones con menor significación de valores digitales de luminosidad destinados a generar una imagen oscura con menor rango dinámico y por otra parte posiciones con mayor significación de valores digitales de luminosidad destinados a generar una imagen clara con menor rango dinámico, reproduciéndose en la imagen oscura las partes claras de la imagen con una mayor precisión y reconociéndose en la imagen clara mejor las partes oscuras.

La invención se basa en el conocimiento de que, en los sistemas digitales de registro de imágenes con sensores CCD convencionales, como los utilizados en las cámaras digitales de los sistemas de vigilancia de tráfico, la dinámica de los sensores CCD no se aprovecha en su totalidad. Por consiguiente, la invención sigue el principio de generar, a partir de las posiciones con menor significación de valores digitales de luminosidad de los datos de imagen, una imagen oscura y, a partir de las posiciones con un mayor significado de valores digitales de luminosidad de los datos de imagen, una imagen clara con menor rango dinámico, utilizándose en su totalidad la dinámica del sensor CCD. Mediante la creación de, al menos, dos imágenes con distintos porcentajes de luminosidad se logra que en una de las imágenes -la así llamada imagen oscura- pueda verse mejor la matrícula y en la otra -la así llamada imagen clara- pueda verse mejor el conductor. Esto se realiza mediante lecturas diferentes de los sensores CCD.

La imagen oscura se genera ventajosamente leyendo los primeros ocho bits del sensor CCD. Estos primeros ocho bits contienen más información utilizable sobre la parte clara. En esta imagen oscura puede identificarse con mayor facilidad -en relación con el habitáculo de pasajeros- la brillante matrícula. Sin embargo, en la imagen oscura el conductor aparece en el mejor de los casos sólo como una sombra oscura. Por consiguiente con los últimos ocho bits del sensor CCD se genera la imagen clara. Los últimos ocho bits contienen más información utilizable sobre la parte oscura de la imagen. De este modo es posible determinar sin problemas la identidad del conductor. En esta imagen, la matrícula blanca sólo se ve como una superficie clara. Con ello se aprovecha la dinámica de un sensor CCD de 10 bits en su totalidad.

Resulta ventajoso combinar las dos imágenes digitales entre sí. Para ello es necesario prever medios para mezclar la imagen con las partes claras con la imagen con las partes oscuras. Se genera una única imagen que quizás parezca un poco artificial, pero en la que pueden verse bien la matrícula y el conductor.

Otra configuración ventajosa de la invención resulta si se prevén medios de compensación de imagen para adaptar las imágenes a informaciones ya conocidas, por ejemplo comportamiento en fotografías diurnas o nocturnas, relacionadas con la imagen. Los medios de compensación de imagen pueden presentar un histograma digital en el que estén almacenadas las informaciones relevantes. El histograma digital se compone de datos que son necesarios para realizar con éxito la evaluación de imagen y que se suministran al sistema de procesamiento de imagen antes de procesarse la imagen. Con ayuda de este histograma digital puede realizarse una compensación en las imágenes digitales a procesar.

La compensación de los valores cromáticos o acromáticos se realiza ventajosamente mediante un histograma de valores cromáticos o de valores acromáticos. Los valores cromáticos o los valores acromáticos proporcionados por los sensores CCD se comparan con los valores cromáticos o los valores acromáticos del histograma digital de valores cromáticos o de valores acromáticos y se optimizan correspondientemente.

Se logra un grado aún mayor de optimización teniendo en cuenta en el procedimiento según la invención los valores de luminosidad o de contraste de las imágenes de acuerdo con información ya existente.

Del objeto de las subreivindicaciones se desprenden otras ventajas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra un esquema de principio en forma de un diagrama de bloques de un dispositivo según la invención.

La figura 2 muestra un esquema de principio en forma de un diagrama de bloques de un procedimiento según la invención.

Ejemplo de realización preferido

La figura 1 es un esquema de principio en forma de diagrama de bloques de un dispositivo según la invención. Un dispositivo de este tipo se emplea preferentemente en un dispositivo para la vigilancia de tráfico. En esta representación de la figura 1 se designa con 10 un sensor CCD. El sensor CCD 10 es un captador de imagen, como el empleado también en las cámaras digitales. En el presente caso, el sensor CCD 10 dispone de una dinámica de 10 bits. Esto se indica mediante los campos 12. Sin embargo, también pueden emplearse sensores CCD con mayor dinámica y este ejemplo de realización no debe considerarse con carácter restrictivo.

El bit más bajo del sensor CCD -el campo 12 con cero- representa la parte más oscura de la imagen. El bit más alto -el campo 12 con el número 9- representa la parte más clara de la imagen. Los bits intermedios del sensor CCD van subiendo de luminosidad proporcionalmente.

En una memoria de datos de imagen 14 -re-
presentada en línea en trazos- se almacenan los datos de imagen leídos por el sensor CCD 10 por una parte como una, así llamada, imagen oscura 16 y por otra parte como una, así llamada, imagen clara 18. La imagen oscura 16 se genera leyendo los primeros ocho bits del sensor CCD 10. En consecuencia, en esta imagen oscura las partes claras se reproducen con mayor precisión y no presentan hiper-luminosidad. La imagen clara 18 se forma leyendo los últimos ocho bits del sensor CCD 10. En esta imagen, las partes oscuras se ven mejor porque se iluminan de un modo óptimo mediante "sobre-exposición". La lectura de los primeros ocho bits se indica con las líneas 20 y la de los últimos ocho bits con las líneas 22.

El desarrollo del procesamiento digital de los datos de imagen se controla mediante un procesador programado, no mostrado en esta figura. Las líneas de unión entre los distintos bloques son conexiones eléctricas o circuitos eléctricos o componentes de programa correspondientes para la realización de los procesos.

Tanto la imagen oscura 16 como la imagen clara 18 se compensan en un compensador de imagen 24, con un histograma 26 respectivo, para su optimización. El histograma tiene almacenadas informaciones en forma de datos que proceden de fotografías realizadas previamente y que se han optimizado correspondientemente. Estas informaciones se incluyen en las nuevas imágenes digitales creadas que han de procesarse. Las informaciones pueden presentarse por ejemplo en forma de datos relativos a las condiciones de luz, colores y grises, el contraste, etc.

La compensación de imagen sirve para optimizar de modo selectivo sólo los datos de imagen relevantes para la posterior evaluación. En un dispositivo de vigilancia de tráfico, por ejemplo, éstos son la matrícula y el habitáculo de pasajeros. Los demás datos de imagen carecen más bien de importancia.

La alimentación de los datos de imagen 16, 18 al compensador de imagen 24 se indica mediante las flechas 28, 30. Del compensador de imagen 24, los datos de imagen 16, 18 se alimentan a un mezclador de imágenes 32 (flecha 33). El mezclador de imágenes 32 compone, a partir de la imagen clara optimizada 18 y la imagen oscura optimizada 16, una única imagen 34 que se almacena en una memoria 36 (flecha 38). La imagen compuesta 34 está representada como un bloque en puntos en la memoria 36.

La mezcla de las imágenes 16, 18 se realiza colocando las partes relevantes de la imagen oscura, por ejemplo la matrícula de color claro y los faros, en la imagen clara en la misma posición. De este modo puede verse con precisión en una imagen tanto el habitáculo de pasajeros con el conductor como la matrícula.

De la memoria 36 puede descargarse la imagen clara/oscura compuesta 34 para continuar procesándola o para visualizarla en una pantalla. Esto se representa mediante el bloque 40. La flecha 42 indica la transmisión de datos a un dispositivo de salida 40.

En la figura 2 están representadas las etapas de proceso correspondientes en forma de un diagrama de bloques, por el que se rige básicamente el procedimiento. Del sensor CCD 10 se leen los datos de imagen. El proceso de lectura está representado por el bloque 44. Con la lectura, se generan una imagen clara y una imagen oscura, lo que está simbolizado por el bloque 46. A continuación se almacenan en una memoria tanto la imagen clara como la imagen oscura - bloque 48. La compensación de las imágenes así generadas con un histograma se indica con el bloque 50. La mezcla de la imagen clara con la imagen oscura se muestra en el gráfico con el bloque 52. Por último, esta imagen se almacena en una memoria - bloque 54 del diagrama. Los datos de imagen contenidos en esta última pueden ser descargados por otro dispositivo para su procesamiento subsiguiente, por ejemplo compresión o evaluación por medio de un reconocimiento de texto, o bien emitirse por un dispositivo de salida, tal como una pantalla o una impresora. El procesamiento subsiguiente de la imagen o su salida se representa con el bloque 56.

Claims (6)

1. Dispositivo para generar y procesar imágenes digitales de una escena de objetos por medio de un captador de imágenes (10), que proporciona valores digitales de luminosidad con rango dinámico completo de diversos píxeles de la imagen, conteniendo la escena de objetos por una parte áreas relativamente oscuras y por otra áreas relativamente claras, con medios de almacenamiento digital para almacenar dichos valores digitales de luminosidad y con medios de procesamiento de imagen para procesar los valores digitales de luminosidad almacenados, caracterizado porque en los medios de almacenamiento (14) pueden almacenarse por separado por una parte posiciones con menor significación de valores digitales de luminosidad destinados a generar una imagen oscura (16) con menor rango dinámico y por otra parte posiciones con mayor significación de valores digitales de luminosidad destinados a generar una imagen clara con menor rango dinámico, reproduciéndose en la imagen oscura las partes claras de la imagen con una mayor precisión y reconociéndose en la imagen clara mejor las partes oscuras.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque están previstos medios (32) para mezclar la imagen oscura (16) con la imagen clara (18) con el fin de generar una imagen compuesta, en la que áreas de imagen que representan áreas oscuras de la escena de objetos se toman de la imagen clara, mientras que áreas de imagen que representan áreas claras de la escena de objetos son tomadas de la imagen oscura.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque, a través de los medios para mezclar imágenes, partes de la imagen oscura se colocan en la posición correspondiente de la imagen clara.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el dispositivo de procesamiento de imagen (24, 32, 34, 40) presenta medios de compensación de imagen (24) para optimizar los datos de imagen de las imágenes digitales de acuerdo con un histograma (26), obtenido de fotografías diurnas y nocturnas conocidas.

5. Sistema de vigilancia de tráfico en el que puede generarse una imagen digital de un vehículo, con un dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque una primera área, en la que aparece la matrícula en la imagen del vehículo, se toma de la imagen oscura.

6. Sistema de vigilancia de tráfico según la reivindicación 5, caracterizado porque mediante el captador de imagen (10) puede captarse el vehículo desde delante, en sentido contrario al de circulación, y en la imagen compuesta un segundo área, en la que se ve el parabrisas con el habitáculo de pasajeros, es tomada de la imagen clara.