ES2590659T3 - Cámara de video - Google Patents

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ES2590659T3 ES10726688.4T ES10726688T ES2590659T3 ES 2590659 T3 ES2590659 T3 ES 2590659T3 ES 10726688 T ES10726688 T ES 10726688T ES 2590659 T3 ES2590659 T3 ES 2590659T3
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Abstract

Un método implementado por ordenador para reducir el ruido en una imagen, el método que comprende: recibir tramas de datos de imagen cada trama de datos comprendiendo unos primeros datos de imagen que representan un primer color, unos segundos datos de imagen que representan un segundo color y unos terceros datos de imagen que representan un tercer color; modificar los primeros datos de imagen y los segundos datos de imagen en una trama actual en base a una media de los terceros datos de imagen; ajustar los datos de imagen dentro de la proximidad espacial entre sí en la trama actual para que estén dentro de un umbral predeterminado, donde dicho ajuste de los datos de imagen comprende el uso de una función espacial que pondera los píxeles circundantes a un píxel actual en la trama actual en base a la diferencia en los niveles de luminosidad entre el píxel actual y los píxeles circundantes, al nivel de luminosidad del píxel actual y a la distancia de los píxeles circundantes al píxel actual; y ajustar la trama actual de datos en base a una trama de datos anterior.

Description

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En algunas realizaciones, el dispositivo de almacenamiento 24 puede montarse en un exterior de la carcasa 12. Además, en algunas realizaciones, el dispositivo de almacenamiento 24 puede conectarse a los otros componentes del sistema 14 a través de puertos de comunicación estándar, incluyendo, por ejemplo, pero sin limitarse a, IEEE 1394, USB 2.0, IDE, SATA, etc. Además, en algunas realizaciones, el dispositivo de almacenamiento 24 puede
5 comprender una pluralidad de unidades de disco duro que funcionan bajo un protocolo RAID. Sin embargo, puede utilizarse cualquier tipo de dispositivo de almacenamiento.
Con referencia continuada a la figura 1, como se ha señalado anteriormente, en algunas realizaciones, el sistema puede incluir un módulo de monitorización 26 y un dispositivo de visualización 30 configurados para permitir que un usuario vea las imágenes de vídeo capturadas por el sensor de imagen 18 durante el funcionamiento. En algunas realizaciones, el módulo de procesamiento de imágenes 20 puede incluir un sistema de submuestreo configurado para producir datos de imagen de resolución reducida para el módulo de monitorización 26. Por ejemplo, tal sistema de submuestreo puede configurarse para producir datos de imagen de vídeo para soportar resoluciones 2K, 1080p, 720p o cualquier otra resolución. En algunas realizaciones, los filtros utilizados para interpolar pueden adaptarse 15 para realizar también el filtrado de la disminución de resolución, de manera que la disminución de resolución y el filtrado se pueden realizar al mismo tiempo. El módulo de monitorización 26 puede configurarse para realizar cualquier tipo de proceso de interpolación a los datos procedentes del módulo de procesamiento de imágenes 20. Después de ello, el módulo de monitorización 26 puede producir unos datos de imagen interpolados a la pantalla 30.
La pantalla 30 puede ser cualquier tipo de dispositivo de monitorización. Por ejemplo, pero sin limitarse a, la pantalla 30 puede ser un panel LCD de cuatro pulgadas soportado mediante la carcasa 12. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la pantalla 30 puede conectarse a un trípode infinitamente ajustable configurado para permitir que la pantalla 30 se ajuste a cualquier posición respecto a la carcasa 12 de manera que un usuario pueda ver la pantalla 30 en cualquier ángulo con relación a la carcasa 12. En algunas realizaciones, la pantalla 30 puede conectarse al
25 módulo de monitorización a través de cualquier tipo de cables de vídeo tales como, por ejemplo, un cable RGB o un cable de vídeo de formato YCC.
Opcionalmente, el módulo de reproducción 28 puede configurarse para recibir datos del dispositivo de almacenamiento 24, los datos de imagen descomprimidos e interpolados y a continuación producir los datos de imagen a la pantalla 30. En algunas realizaciones, el módulo de monitorización 26 y el módulo de reproducción 28 pueden conectarse a la pantalla a través de un controlador de visualización intermedio (no mostrado). Como tal, la pantalla 30 puede conectarse con un solo conector al controlador de visualización. El controlador de visualización puede configurarse para transferir datos tanto desde el módulo de monitorización 26 como desde el módulo de reproducción 28 a la pantalla 30.
35 La figura 8 incluye un diagrama de flujo 50 que ilustra el procesamiento de datos de imagen mediante la cámara 10. En algunas realizaciones, el diagrama de flujo 50 puede representar una rutina de control almacenada en un dispositivo de memoria, tal como el dispositivo de almacenamiento 24 u otro dispositivo de almacenamiento (no mostrado) dentro de la cámara 10. Además, una unidad de procesamiento central (CPU por sus siglas en inglés central processing unit) (no mostrada) puede configurarse para ejecutar la rutina de control. La siguiente descripción de los métodos correspondientes al diagrama de flujo 50 se describe en el contexto del procesamiento de una sola trama de datos de imagen de vídeo. Por lo tanto, las técnicas pueden aplicarse al procesamiento de una sola imagen fija. Estos procesos también pueden aplicarse al procesamiento de vídeo continuo, por ejemplo, a frecuencias de trama mayores de 12, así como a frecuencias de trama de 20, 23´976, 24, 30, 60 y 120 o a otras
45 frecuencias de trama entre estas frecuencias de trama o mayores.
Con referencia continuada a la figura 8, la rutina de control puede comenzar en el bloque de operación 52. En el bloque de operación 52, la cámara 10 puede obtener datos del sensor. Por ejemplo, con referencia a la figura 1, el sensor de imagen 18, que puede incluir un sensor Bayer y un conjunto de chips, puede producir datos de imagen.
Por ejemplo, pero sin limitarse a, con referencia a la figura 3, el sensor de imagen puede comprender un dispositivo CMOS que tiene un filtro de patrón Bayer en su superficie de recepción de luz. Por lo tanto, la imagen enfocada procedente del hardware óptico 16 se enfoca en el filtro de patrón Bayer en el dispositivo CMOS del sensor de imagen 18. La figura 3 ilustra un ejemplo del patrón Bayer creado por la disposición del filtro de patrón Bayer en el
55 dispositivo CMOS.
En la figura 3, la columna m es la cuarta columna desde el borde izquierdo del patrón Bayer y la fila n es la cuarta fila desde la parte superior del patrón. El resto de columnas y filas se etiquetan con relación a la columna m y la fila
n. Sin embargo, esta disposición se elige simplemente de forma arbitraria con fines ilustrativos y no limita ninguna de las realizaciones o invenciones divulgadas en el presente documento.
Como se ha señalado anteriormente, los filtros de patrón Bayer conocidos a menudo incluyen el doble de elementos verdes que de elementos azules y rojos. En el patrón de la figura 5, los elementos azules solo aparecen en filas n 3, n -1, n + 1 y n + 3. Los elementos rojos solo aparecen en filas n -2, n, n + 2 y n + 4. Sin embargo, los elementos
65 verdes aparecen en todas las filas y columnas, intercalados con los elementos rojos y azules.
De este modo, en el bloque de operación 52, los datos de imagen rojos, azules y verdes producidos por el sensor de imagen 18 pueden recibirse en el módulo de procesamiento de imágenes 20 y organizarse en componentes de datos de color separados, tales como las que se ilustran en la figura 7. Como se muestra en la Figura 7, y como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 4, el módulo de procesamiento de imágenes 20 puede separar
5 los datos de imagen rojos, azules y verdes en cuatro componentes separados. La figura 7 ilustra dos componentes verdes (Verde 1 y Verde 2), un componente azul y un componente rojo. Sin embargo, esto es simplemente una forma de procesamiento de datos de imagen de ejemplo del sensor de imagen 18. Además, como se ha señalado anteriormente, el módulo de procesamiento de imágenes 20, opcionalmente, puede eliminar de forma arbitraria o selectiva la mitad de los datos de imagen verdes.
Después del bloque de operación 52, el diagrama de flujo 50 puede pasar al bloque de operación 54. Los datos de imagen se pueden procesar adicionalmente en el bloque de operación 56. Por ejemplo, opcionalmente, uno cualquiera o todos los datos resultantes (por ejemplo, verde 1, verde 2, los datos de imagen azules de la figura 9 y los datos de imagen rojos de la figura 10) se puede procesar adicionalmente.
15 Por ejemplo, los datos de imagen pueden preacentuarse o procesarse de otras formas. En algunas realizaciones, los datos de imagen pueden procesarse para ser más (matemáticamente) no lineales. Algunos algoritmos de compresión se benefician de realizar tal linealización en los elementos de imagen antes de la compresión. Sin embargo, también pueden utilizarse otras técnicas. Por ejemplo, los datos de imagen pueden procesarse con una curva lineal, que esencialmente no proporciona ninguna acentuación.
En algunas realizaciones, el bloque de operación 54 puede procesar los datos de imagen utilizando la curva definida por la función y = xΛ0,5. En algunas realizaciones, esta curva puede utilizarse donde estaban los datos de imagen, por ejemplo, pero sin limitarse a, los datos de coma flotante en el intervalo normalizado 0 -1. En otras realizaciones, 25 por ejemplo, donde los datos de imagen son datos de 12 bits, la imagen puede procesarse con la curva y = (x/4095)Λ0,5. Además, los datos de imagen pueden procesarse con otras curvas, tales como y = (x+c)Λg donde 0,01 <g <1 y c es un desfase, que puede ser 0 en algunas realizaciones. Además, también pueden utilizarse curvas logarítmicas. Por ejemplo, curvas de la forma y = A*log (B*x+C), donde A, B, y C son constantes elegidas para proporcionar los resultados deseados. Además, las curvas y los procesos anteriores pueden modificarse para proporcionar más áreas lineales en las proximidades del negro, similares a las técnicas utilizadas en la bien conocida curva de gamma REC709. Al aplicar estos procesos a los datos de imagen, pueden aplicarse los mismos procesos a todos los datos de imagen o pueden aplicarse diferentes procesos a los diferentes colores de los datos de imagen. Sin embargo, estas son simplemente curvas de ejemplo que pueden utilizarse para procesar los datos de imagen, o también pueden utilizarse curvas o transformadas. Además, estas técnicas de procesamiento pueden
35 aplicarse utilizando funciones matemáticas tales como los que se han indicado anteriormente o con tablas de referencia (LUT por sus siglas en inglés Look up tables). Además, pueden utilizarse diferentes procesos, técnicas o transformadas para diferentes tipos de datos de imagen, diferentes ajustes de ISO utilizados durante la grabación de los datos de imagen, la temperatura (que puede afectar a los niveles de ruido), etc.
Después del bloque de operación 54, el diagrama de flujo de 50 puede pasar a un bloque de operación 56. En el bloque de operación 56, los elementos de imagen rojos y azules pueden transformarse. Por ejemplo, como se ha señalado anteriormente, los datos de imagen verdes pueden restarse de cada uno de los componentes de datos de imagen azules y rojos. En algunas realizaciones, un valor de datos de imagen rojo o azul puede transformarse restando un valor de datos de imagen verde de al menos uno de los elementos de imagen verdes adyacentes al
45 elemento de imagen rojo o azul. En algunas realizaciones, puede restarse un valor medio de los valores de datos de una pluralidad de elementos de imagen verdes adyacentes del valor de datos de imagen rojo o azul. Por ejemplo, pero sin limitarse a, pueden calcularse valores medios de 2, 3, 4, o más valores de datos de imagen verdes y restarse de los elementos de imagen rojos o azules en las proximidades de los elementos de imagen verdes.
Por ejemplo, pero sin limitarse a, con referencia a la figura 3, la producción bruta para el elemento rojo R m-2, n-2 está rodeada por cuatro elementos de imagen verdes G m-2, n-3, G m-1, n-2, G m-3, n-2, y G m-2, n-1. Por lo tanto, el elemento
imagen7
Del mismo modo, los elementos azules pueden transformarse de una manera similar restando la media de los 55 elementos verdes circundantes como sigue:
imagen8
La figura 9 ilustra un componente de datos azul resultante, donde los datos en bruto azules originales B m-1, n-1 se transforman, el nuevo valor etiquetado como B ' m-1, n-1, ni (solo se rellena un valor en el componente y puede utilizarse la misma técnica para todos los elementos azules). Del mismo modo, la figura 10 ilustra el componente de datos rojos que se ha transformado en el que el elemento rojo transformado R m-2, n-2 se identifica como R ' m-2, n-2. En
este estado, los datos de la imagen todavía pueden considerarse datos "en bruto". Por ejemplo, el proceso matemático realizado en los datos es totalmente reversible de tal manera que pueden obtenerse todos los valores originales mediante la inversión de esos procesos.
5 Con referencia continuada a la figura 8, después del bloque de operación 56, el diagrama de flujo 50 puede pasar a un bloque de operación 58. En el bloque de operación 58, los datos resultantes, que están en bruto o pueden estar sustancialmente en bruto, pueden comprimirse adicionalmente usando cualquier algoritmo de compresión conocido. Por ejemplo, el módulo de compresión 22 (Figura 1) puede configurarse para realizar tal algoritmo de compresión. Después de la compresión, los datos en bruto comprimidos pueden almacenarse en el dispositivo de almacenamiento 24 (Figura 1).
La Figura 8A ilustra una modificación del diagrama de flujo 50, identificada por el número de referencia 50'. Algunas de las etapas descritas anteriormente con referencia al diagrama de flujo 50 pueden ser similares o las mismas que algunas de las etapas correspondientes del diagrama de flujo 50' y por lo tanto se identifican con los mismos
15 números de referencia.
Como se muestra en la figura 8A, el diagrama de flujo 50', en algunas realizaciones, puede omitir opcionalmente el bloque de operación 54. En algunas realizaciones, el diagrama de flujo 50' también puede incluir un bloque de operación 57 en el que puede aplicarse una tabla de referencia a los datos de imagen. Por ejemplo, puede utilizarse una tabla de referencia opcional, representada por la curva de la figura 11, para mejorar aún más la compresión. En algunas realizaciones, la tabla de referencia de la figura 11 solo se utiliza para los elementos de imagen verdes. En otras realizaciones, la tabla de referencia también puede utilizarse para los elementos de imagen rojos y azules. La misma tabla de referencia puede utilizarse para los tres colores diferentes, o cada color puede tener su propia tabla de referencia. Además, también pueden aplicarse otros procesos que no sean los representados por la curva de la
25 figura 11 también se puede aplicar.
Al procesar los datos de imagen de la manera que se ha descrito anteriormente con referencia a las figuras 8 y 8A, se ha descubierto que los datos de imagen procedentes del sensor de imagen 18 pueden comprimirse mediante una relación de compresión de 6 a 1 o mayor y permanecer sin pérdida visual. Además, aunque los datos de imagen se hayan transformado (por ejemplo, por la resta de datos de imagen verdes) todos los datos de imagen en bruto aún están disponibles para un usuario final. Por ejemplo, mediante la inversión de ciertos procesos, pueden extraerse la totalidad o sustancialmente la totalidad de los datos en bruto originales y por lo tanto procesarse, filtrarse y/o interpolarse posteriormente, usando cualquier procedimiento que el usuario desee.
35 Por ejemplo, con referencia a la figura 12, los datos almacenados en el dispositivo de almacenamiento 24 puede descomprimirse e interpolarse. Opcionalmente, la cámara 10 puede configurarse para realizar el método ilustrado por el diagrama de flujo 60. Por ejemplo, pero sin limitarse a, el módulo de reproducción 28 puede configurarse para realizar el método ilustrado por el diagrama de flujo 60. Sin embargo, un usuario también puede transferir los datos del dispositivo de almacenamiento 24 en una estación de trabajo separada y aplicar cualquiera o todas las etapas y/u operaciones del diagrama de flujo 60.
Con referencia continuada a la figura 12, el diagrama de flujo 60 puede comenzar con el bloque de operación 62, en el que se descomprimen los datos procedentes del dispositivo de almacenamiento 24. Por ejemplo, la descompresión de los datos en el bloque de operación 62 puede ser el inverso del algoritmo de compresión
45 realizado en el bloque de operación 58 (Figura 8).Después del bloque de operación 62, el diagrama de flujo 60 puede pasar al bloque de operación 64.
En el bloque de operación 64, puede invertirse un proceso realizado en el bloque de operación 56 (Figura 8). Por ejemplo, puede aplicarse a los datos de imagen la inversa de la curva de la figura 11 o la inversa de cualquiera de las otras funciones que se han descrito anteriormente con referencia a bloque de operación 56 de las Figuras 8 y 8A. Después del bloque de operación 64, el diagrama de flujo 60 puede pasar a una etapa 66.
En el bloque de operación 66, los elementos de imagen verdes pueden interpolarse. Por ejemplo, como se ha señalado anteriormente, todos los valores de los componentes de datos Verde 1 y/o Verde 2 (Figura 7) pueden
55 almacenarse en el dispositivo de almacenamiento 24. Por ejemplo, con referencia a la figura 5, los datos de imagen verdes de los componentes de datos Verde 1, Verde 2 pueden disponerse de acuerdo con el patrón original Bayer aplicado por el sensor de imagen 18. Los datos verdes pueden interpolarse además mediante cualquier técnica conocida, tal como, por ejemplo, interpolación lineal, bilineal, etc.
La figura 13 ilustra una disposición de ejemplo de datos de imagen verdes interpolados procedentes de todos los datos de imagen verdes en bruto. Los elementos de imagen verdes identificados con la letra G x representan los datos de imágenes en bruto (descomprimidos) originales y los elementos identificados con "DG x" representan elementos que se derivaron de los datos originales a través del proceso de interpolación. Esta nomenclatura se utiliza con respecto a las siguientes descripciones del proceso de interpolación para los otros colores. La figura 14
65 ilustra una disposición de datos de imagen de ejemplo para datos de imagen verdes interpolados procedentes de la mitad de los datos de imagen verdes originales.
Con referencia continuada a la figura 12, el diagrama de flujo 60 puede, después del bloque de operación 66, pasar a un bloque de operación 68. En el bloque de operación 68, los datos de imagen verdes interpolados pueden procesarse adicionalmente. Por ejemplo, pero sin limitarse a, pueden aplicarse técnicas de reducción de ruido a los datos de imagen verdes. Sin embargo, también puede aplicarse a los datos de imagen verdes, cualquier otra técnica
5 de procesamiento de imágenes, tales como técnicas anti-solape. Después del bloque de operación 68, el diagrama de flujo 60 puede pasar a un bloque de operación 70.
En el bloque de operación 70, los datos de imagen rojos y azules pueden interpolarse. Por ejemplo, en primer lugar, los datos de imagen azules de la figura 9 pueden reorganizarse de acuerdo con el patrón Bayer original (Figura 15). Los elementos circundantes, como se muestra en la figura 16, pueden interpolarse a partir de los datos de imagen azules existentes utilizando cualquier técnica de interpolación conocida, incluyendo la interpolación lineal, bilineal, etc. Como resultado de la etapa de interpolación, habrá datos de imagen azules para cada píxel como se muestra en la figura 16. Sin embargo, estos datos de imagen azules se interpolan en base a los datos de imagen azules modificados de la Figura 9, es decir, los valores de datos de imagen azules de los que se restaron los valores de
15 datos de imagen verdes.
El bloque de operación 70 también puede incluir un proceso de interpolación de los datos de imagen rojos. Por ejemplo, los datos de imagen rojos de la figura 10 pueden reorganizarse de acuerdo con el patrón Bayer original e interpolarse a continuación mediante cualquier proceso de interpolación conocido tal como interpolación lineal, bilineal, etc.
Después del bloque de operación 70, el diagrama de flujo puede pasar a un bloque de operación 72. En el bloque de operación 72, los datos de imagen rojos y azules interpolados pueden reconstruirse a partir de los datos de imagen verdes interpolados.
25 En algunas realizaciones, cada uno de los elementos de datos de imagen rojos y azules puede reconstruirse sumando en el valor verde de elemento de imagen verde co-localizado (el elemento de imagen verde en la misma posición de la columna "m" y de la fila "n"). Por ejemplo, después de la interpolación, los datos de imagen azules incluyen un valor de elemento DB m-2, n-2. Como el patrón Bayer original de la figura 3 no incluía un elemento azul en esta posición, este valor azul DB m-2, n-2 se ha derivado a través del proceso de interpolación indicado anteriormente, en base a, por ejemplo, valores azules de cualquiera de los elementos B m-3, n-3, B m-1, n-3, B m-3, n-1 y B m-1, n-1 o por cualquier otra técnica u otros elementos de imagen azules. Como se ha señalado anteriormente, estos valores se modifican en el bloque de operación 54 (Figura 8) y por lo tanto no se corresponden con los datos de imagen azules originales detectados por el sensor de imagen 18. Por el contrario, se ha restado un valor verde medio de cada uno
35 de estos valores. Por lo tanto, los datos de imagen azules resultantes DB m-2, n-2 también representan los datos azules de los que se han restado los datos de imagen verdes. Por lo tanto, en una realización, pueden sumarse los datos de imagen verdes interpolados para el elemento de DG m-2, n-2 al valor de la imagen azul DB m-2 n-2 dando lugar a un valor de datos de imagen azules reconstruido.
En algunas realizaciones, opcionalmente, los datos de imagen azules y/o rojos pueden reconstruirse antes de interpolarse. Por ejemplo, la transformada de los datos de imagen azules B' m-1, n-1 puede reconstruirse primero sumando el valor medio de los elementos verdes circundantes. Esto daría lugar a obtener o recalcular los datos de imagen azules originales B m-1, n-1. Este proceso puede realizarse en todos los datos de imagen azules. Posteriormente, los datos de imagen azules pueden interpolarse adicionalmente mediante cualquier técnica de 45 interpolación conocida. Los datos de imagen rojos también pueden procesarse de la misma forma o de forma similar.
La Figura 12A ilustra una modificación del diagrama de flujo 60, identificada por el número de referencia 60'. Algunas de las etapas que se han descrito anteriormente con referencia al diagrama de flujo 60 pueden ser similares o las mismas que algunas de las etapas correspondientes del diagrama de flujo 60' y por lo tanto se identifican con los mismos números de referencia.
Como se muestra en la figura 12A, el diagrama de flujo 60' puede incluir el bloque de operación 68' posterior al bloque de operación 62. En el bloque de operación 68', puede realizarse en los datos de imagen una técnica de reducción de ruido. Por ejemplo, pero sin limitarse a, pueden aplicarse técnicas de reducción de ruido a los datos de
55 imagen verdes. Sin embargo, también puede aplicarse a los datos de imagen verdes, cualquier otra técnica de procesamiento de imágenes, tales como técnicas de anti-solape. Después del bloque de operación 68', el diagrama de flujo puede pasar al bloque de operación 70'.
En el bloque de operación 70', los datos de imagen pueden interpolarse. En la descripción que se ha expuesto anteriormente con referencia a los bloques de operación 66 y 70, los datos de imagen verdes, rojos y azules pueden interpolarse en dos etapas. Sin embargo, en el presente diagrama de flujo 60', el interpolado de los datos de imagen de los tres colores se representa en una sola etapa, aunque pueden utilizarse las mismas técnicas de interpolación que se han descrito anteriormente para este proceso de interpolado. Después del bloque de operación 70', el diagrama de flujo puede pasar al bloque de operación 72, en el que los datos de imagen rojos y azules pueden
65 reconstruirse y al bloque de operación 64 en el que puede aplicarse una tabla de referencia inversa.
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Claims (1)

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