FI104521B - Menetelmä kuvasekvenssien kontrastin parantamiseksi - Google Patents

Description

1 104521

MENETELMÄ KUVASEKVENSSIEN KONTRASTIN PARANTAMISEKSI -FÖRFARANDE FÖR FÖRBÄTTRING AV KONTRAST I BILDSEKVENSER

5 Keksintö liittyy televisiokuvien ja muiden luonnollisten kuvasekvenssien kontrastin säätämiseen, tarkemmin yksittäisen kuvan korostamiseen histogrammia tietyllä tavalla muokkaamalla ja kuvasekvenssin kontrastin korostamiseen perättäisten kuvien histogrammien muokkaustapaa säätämällä.

10 Histogrammin tasoitus on tunnettu menetelmä kuvan kontrastin maksimoimiseksi. Histogrammi on kuvan kirkkausarvojen jakauma, eli histogrammin muodostamiseksi luokitellaan kuvan kirkkausarvot luokkiin, ja lasketaan kuhunkin luokkaan kuuluvien kirkkausarvojen määrä. Luokan leveys voi vaihdella histogrammin käyttötarkoituksen mukaan. Kapeimmillaan luokan reuna-arvojen väli voi olla yksi sävyarvon 15 kvantisointiväli, jolloin histogrammi on oleellisesti sama kuin sävyarvojakauma. Esimerkki histogrammista on esitetty kuvassa 1, jossa erään esimerkkikuvan kirkkausarvot on jaettu 256 luokkaan.

Histogrammin tasauksessa histogrammista muodostetaan ns. kuvausfunktio, jolla 20 muunnetaan lähdekuvan kirkkausarvot tuloskuvan kirkkausarvoiksi siten, että tulos-: kuvan kirkkausarvoista mitattu histogrammi on tasainen. Kuvausfunktiolla muunta- • minen vastaa sisäänmenosignaalin epälineaarista vahvistamista, eli kirkkausjakau- ; ·. ·. man tiettyjen välien venyttämistä ja toisten välien supistamista. Histogrammin ta- ' · · soittamiseksi venytetään sävyarvojakauman alueita, joissa alkuperäisessä kuvassa on .; 25 paljon arvoja, eli kuvausfunktion tulee olla jyrkkä näissä kohdissa. Kuvan 1 histo- •. grammista muodostettu histogrammin tasauksen tuottava kuvausfunktio on esitetty ' ·* ' kuvassa 2 (käyrä 1).

Kuvassa olevat laajat, tasaisen kirkkaat alueet näkyvät kapeina ja korkeina huippui-30 na alkuperäisessä histogrammissa. Mitä korkeampi jokin alkuperäisen histogrammin : ‘ . huippu on, sitä leveämmälle tuloskuvan sävyarvoalueelle huipun sisältämät lähtö- ; “ arvot leviävät, jolloin tällaisella kuva-alueella olevat sävyerot vahvistuvat suhteetto- : masti. Tällainen kohta näkyy kuvan 2 kuvausfunktiossa 1 jyrkästi nousevana osana.

Siten histogrammin huipun korkeus voidaan suoraan rinnastaa kyseisen alueen sävy-' · · · ’ 35 arvoerojen vahvistumiseen.

: ·' Histogrammin tasoitus ei sellaisenaan sovellu luonnollisille kuville yhtä hyvin kuten esimerkiksi lääketieteellisten kuvien kontrastin parantamiseen, koska histogrammin 104521 2 tasoitus tekee kuvista epäluonnollisen näköisiä. Histogrammin tasoituksen haittavaikutukset luonnollisille kuville johtuvat juuri liian suuresta vahvistuksesta jossain sä-vyarvojakauman kohdassa.

5 Histogrammin tasoituksen haittoja voidaan vähentää tasoituksen voimakkuutta pienentämällä. Tällöin kuvausfiinktiota muunnetaan tasaisesti täydellisen histogrammin tasoituksen tuottavasta kuvausfunktio sta 1 nollavoimakkuutta vastaavaa kuvaus-funktiota 3 (eli kaavion lävistäjää) kohti. Kuvan 2 esimerkissä vaimennettu kuvaus-funktio 2 on näiden puolivälissä. Tasoituksen voimakkuuden yleinen vähentäminen 10 kuitenkin huonontaa saavutettua lopputulosta muiden kuin histogrammin huippua vastaavien kuvan alueiden osalta.

Kuvaa varten voidaan määritellä sävyerojen maksimivahvistusraja, jota histogrammin huiput eivät saa ylittää. Histogrammista voidaan leikata pois tämän rajan ylittä-15 vät huippuarvot ennen kuvausfunktion muodostamista. Leikatut arvot on jaettava takaisin histogrammiin, jotta kuvausfunktio muodostuu oikein.

Histogrammista leikattujen arvojen jako takaisin voidaan tehdä joko ottaen leikkaus-raja huomioon siten, että sitä ei ylitetä uudelleen, tai sallimalla ylitys jaon seurauk-20 sena. Edellinen tapaus vaatii useampia iterointikierroksia eli paljon laskentatehoa, ; V jonka vuoksi se sopii huonosti reaaliaikaiseen videosignaalin käsittelyyn. Jälkim mäinen tapaus ei puolestaan tarjoa kunnollista maksimivahvistuksen kontrollointia ; . . maksimivahvistusrajan alhaisilla arvoilla.

.;" 25 Kuvasekvenssien käsittely asettaa histogrammien tasoitukselle lisävaatimuksia. Jos •. *' histogrammin tasaus tehdään jokaiselle kuvalle erikseen, kuvissa olevat pienehköt- * ·* ' kin erot muuttavat kuvausfunktiota siinä määrin että tuloksena syntyy häiritsevää välkyntää. Välkyntää voidaan poistaa suodattamalla histogrammeja temporaalisesti esimerkiksi keskiarvoistamalla perättäisistä kuvista mitattuja histogrammeja, ja 30 muodostamalla kuvausfunktio suodatetun histogrammin perusteella. Yksinkertainen : * ·,. keskiarvo ei kuitenkaan poista välkyntää tarpeeksi tehokkaasti. Tarpeeksi voimak- kaalia perättäisten histogrammien keskiarvoistuksella välkyntä voidaan poistaa, • ; mutta silloin kontrasti vääristyy kuvasekvenssin leikkauskohdassa, missä kuvien si sältö muuttuu voimakkaasti, koska leikkauskohtaa edeltävien kuvien sävyarvojakau-' · · · 35 ma vaikuttaa leikkauskohdan jälkeisten kuvien muokkaukseen.

104521 3 Käytettävissä olevien suodattimien valikoimaa rajoittaa niiden aiheuttama viive.

Kun histogrammit mitataan kuvittain, jokainen suodattimen viive vaatii kuvamuistin, jolla viivästetään kuvasignaalia vastaavasti.

5 Keksinnön tavoitteena on kehittää menetelmä automaattiseen kuvasekvenssien kontrastin säätöön, joka olisi laskennallisesti yksinkertainen. Tavoitteena on myös kehittää menetelmä, joka ei vääristä kuvia luonnottoman näköisiksi. Lisäksi tavoitteena on kehittää yksinkertainen kontrastin automaattinen säätömenetelmä, joka ei aiheuta kontrastin vääristymistä kuvasarjan kuvien sisällön nopeasti vaihtuessa, mutta joka 10 silti estää tehokkaasti välkynnän syntymisen.

Tavoitteet saavutetaan leikkaamalla kerätyistä histogrammeista tietyn maksimivah-vistusrajan ylittävät arvot ja jakamalla ne takaisin histogrammiin leikatun luokan lähiluokkiin, ja suodattamalla tällä tavoin esikäsitellyt histogrammit adaptiivisella, 15 reunat säilyttävällä suotimella.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kerätään kuvasekvenssin kuvista kerätään histogrammeja, joita käsitellään tietyillä tavoilla kuvien kontrastin parantamiseksi, jonka jälkeen käsiteltyjen histogrammien perusteella muodostetaan kuvausfunktioi-20 ta, joiden perusteella kuvasekvenssin kuvien sävyarvoja muunnetaan. Histogramme-: Y ja käsitellään siten, että kustakin luokasta, jonka arvojen määrä ylittää tietyn, ennalta ;;' määritellyn rajan, leikataan tämän rajan ylittävät arvot, jotka sitten jaetaan takaisin : ·. ·. histogrammiin tarkasteltavan luokan läheisiin luokkiin. Leikattujen arvojen takaisin ’·· jakoa ohjaavan jakauman painotus edullisesti vaihtelee tarkasteltavan luokan mu- .. ‘ ’ 25 kaan siten, että lähellä histogrammin pieniarvoista päätä leikatut arvot jaetaan takai- * sin enimmäkseen tarkasteltavaa luokkaa suuriarvoisempiin luokkiin, ja lähellä histo grammin suuriarvoista päätä leikatut arvot jaetaan takaisin enimmäkseen tarkasteltavaa luokkaa pieniarvoisempiin luokkiin. Histogrammin keskialueella arvot jaetaan oleellisesti tasan tarkasteltavan luokan molemmille puolille. Lisäksi leikkausraja 30 voidaan edullisesti määritellä luokasta riippuvaksi siten, että raja on histogrammin ääripäissä matalammalla kuin histogrammin keskialueella. Tällaisella menettelyllä voidaan ottaa huomioon ihmissilmän herkkyys sävyarvojen havaitsemiseen eri sävy-arvoalueilla ja välttää kohinan liiallinen lisääntyminen erityisesti tummilla sävyar-voilla. Tällä tavalla esikäsitellyt histogrammit suodatetaan adaptiivisella, reunat säi-' ·; · 35 lyttävällä suotimella, jolloin saavutetaan tehokas välkynnän esto sekä samalla välte- : ‘ ’ * tään kuvasarjan leikkauskohtien jälkeisten kuvien vääristyminen.

, 104521 4

Keksintö kohdistuu menetelmään, joka käsittää vaiheet, joissa - histogrammin kustakin luokasta, jonka arvojen määrä ylittää tietyn, ennalta määritellyn rajan, leikataan mainitun tietyn rajan ylittävät arvot, - leikatut arvot jaetaan takaisin histogrammiin tietyn, mainitun luokan lähiluokkiin 5 painotetun jakauman mukaan, ja - ajallisesti perättäisistä kuvista kerättyjä histogrammeja suodatetaan reunat säilyttävällä adaptiivisella suodatinrakenteella.

Keksintö kohdistuu lisäksi menetelmään, joka käsittää vaiheet, joissa 10 - histogrammin kustakin luokasta, jonka arvojen määrä ylittää tietyn, ennalta määri tellyn rajan, leikataan mainitun tietyn rajan ylittävät arvot, - leikatut arvot jaetaan takaisin histogrammiin tietyn, mainitun luokan lähiluokkiin painotetun jakauman mukaan, - ajallisesti perättäisistä kuvista kerättyjen histogrammien perusteella muodostetut 15 kuvausfunktiot suodatetaan reunat säilyttävällä adaptiivisella suodatinrakenteella, ja - suodatettujen kuvausfunktioiden avulla muunnetaan kuvasekvenssin kuvien sävy-arvoja.

Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitet-20 tyihin edullisiin suoritusmuotoihin ja oheisiin kuviin, joissa kuva 1 esittää esimerkkiä histogrammista, '.kuva 2 esittää esimerkkejä kuvausfunktioista, ’ 25 : t [ kuva 3 esittää lohkokaaviota eräästä keksinnön edullisesta toteutusmuodosta, • » • · kuva 4 havainnollistaa keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaisia histogrammin huippujen tasaustapoja, 30 : * ·,. kuva 5 havainnollistaa keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaista ajal- lisesti perättäisten histogrammien suodatusmenetelmää, ja kuva 6 esittää kahta esimerkkiä edullisista säätöelimen 46 toimintakäyristä, ja 35 kuva 7 esittää lohkokaaviota eräästä keksinnön edullisesta toteutusmuodosta. Kuvissa käytetään toisiaan vastaavista osista samoja viitenumerotta ja -merkintöjä.

5 104521

Kuvassa 3 esitetään kaavamaisesti erään keksinnön edullisen toteutusmuodon toiminta. Keksinnön mukaisessa järjestelmässä tulevista kuvista kerätään 10 histogrammeja, jonka jälkeen histogrammit esikäsitellään 12 histogrammin korkeimpien huippujen tasaamiseksi. Esikäsitellyt histogrammit suodatetaan 14 ajallisesti, ja kuvaus-5 funktio muodostetaan 16 kulloisenkin suodatetun histogrammin perusteella. Lopuksi sisääntulevan signaalin sävyarvot kuvataan 20 kuvausfunktion avulla lähtöarvoiksi. Ennen sävyarvojen kuvausta sisääntulevaa signaalia viivästetään 18 saman verran, kuin histogrammien käsittelyvaiheissa 10-16 syntyy viivettä. Kuvassa 3 esitettyjä vaiheita kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin.

10

Kuvan 3 vaiheessa 10 kerätään tulevasta kuvasignaalista histogrammeja. Histogrammien keräys voidaan tehdä monella eri tavalla: - koko kuvan alueelta tai vain kuvan osasta; - kustakin kuvasta voidaan kerätä yksi tai useampi histogrammi; 15 - osasta kuvia voidaan jättää histogrammit keräämättä, jolloin histogrammeja kerä tään tarvittavan laskentatehon vähentämiseksi esimerkiksi vain joka kolmannesta kuvasta; - histogrammin keräyksessä voidaan huomioida kaikki kerättävän kuva-alueen kuva-pikselit tai vain tietty osa niistä.

20 ;Y Koska katsottava kohde voi olla suhteellisen pieni koko kuvan alaan verrattuna, kohteen näkyvyys voi huonontua histogrammin tasoituksessa, jos tasoitus tehdään : ·. · koko kuva-alan perusteella. Kuvassa esiintyvät tekstitykset ja laajakangaselokuvien L. ’ yhteydessä käytetyt mustat palkit häiritsevät tasausta. Jos histogrammi kerätään ku- * .;' ’ 25 van keskiosassa olevasta ikkunasta, joka on kuvan kokoinen tai hieman pienempi, • · \ \ saadaan painotettua sitä osaa kuvasta, jossa merkityksellinen informaatio todennä- » · ' ·' köisimmin sijaitsee, eli keskikohtaa. Jättämällä kuvan reunat huomioimatta histo grammin keräämisessä vältetään myös tekstityksen ja palkkien häiritsevä vaikutus.

30 Menetelmän nopeuttamiseksi histogrammin laskennassa voidaan jättää osa keräys- * ’·. ikkunan pikseleistä laskennan ulkopuolelle. Esimerkiksi riittävä tarkkuus on luokkaa joka viides pikseli sekä pysty- että vaakasuunnassa, kun käsiteltävä kuva on CCIR- · 601-standardin mukainen. Tällöin kuva kannattaa alipäästösuodattaa laskostumisesta I i $ johtuvien virheiden välttämiseksi. 1 • · : “' Jos ainakin tietyistä kuvista kerätään kuvan eri alueilta useampi kuin yksi histogram- : . * mi, tietyltä alueelta perättäisistä kuvista kerätyt histogrammit käsitellään ja muunne taan kuvausfunktioiksi edullisesti erillään muilta alueilta perättäisistä kuvista kerät- 104521 6 tyihin histogrammeihin nähden, jolloin sävyarvojen kuvausvaiheessa käytettävissä on useampi kuin yksi kuvan jotain aluetta vastaava kuvausfunktio. Tällaisessa toteutusmuodossa voidaan kunkin kuvapisteen sävyarvon kuvausvaiheessa käytettävä kuvausfunktio valita tai interpoloida kuvapisteen paikan perusteella.

5

Kuvan 3 vaiheessa 12 histogrammeja esikäsitellään korkeimpien histogrammin huippujen leikkaamiseksi. Eräässä keksinnön edullisessa toteutusmuodossa maksi-mivahvistusrajan ylittävät histogrammin arvot levitetään vain ylittävää luokkaa ympäröiviin luokkiin, jolloin tasoituksen vaikutusta ei muuteta kirkkausarvoilla, jotka 10 eroavat paljon histogrammin huippua vastaavasta yleisestä arvosta. Esimerkiksi kolmiomainen, huipun ympärille keskittyvä jakauma tuottaa tunnetun tekniikan mukaista tasaista jakaumaa paremman tuloksen.

Eräässä keksinnön edullisessa toteutusmuodossa maksimivahvistusraja määritellään 15 histogrammin luokan mukaan edullisesti siten, että histogrammin ääripäiden lähellä maksimivahvistusraja on alempana kuin histogrammin keskikohdalla. Tällä tavoin meneteltäessä ääripäiden arvoille saadaan pienempi vahvistus kuin keskikirkkaille arvoille. Tällä menettelyllä vältetään miltei mustista kuvista tulevan kokonaisvalon määrän liiallinen lisääntyminen ja vastaavasti miltei valkoisista kuvista tulevan ko-20 konaisvalon määrän liiallinen vähentyminen. Hyvin tummien tai vaaleiden arvojen jakauman laajentaminen toisi myös kohinan selvemmin näkyviin kuin keskikirkkai-den arvojen kohdalla.

Histogrammin tasoitustulosta voidaan edelleen parantaa käyttämällä luokasta riippu-25 vaa arvojen takaisinjakotapaa, eli esimerkiksi painottamalla mainittua kolmiojakau-:"': maa eri tavalla jaettavan luokan eri puolilla. Esimerkiksi lähellä kirkkausarvojakau- : . man ääripäitä leikattuja huipun arvoja ei kannata jakaa takaisin huipun ja ääripään .··.·. välille jäävälle alueelle, jolloin vältetään ääripäiden sävyerojen liiallinen vahvistu minen, mikä voisi vähentää kokonaiskontrastia. Arvojen takaisinjaon määrittävä ja-30 kauma voidaan edullisesti määritellä erikseen kutakin histogrammin luokkaa kohden. Takaisinjakotapaa voidaan siis muuttaa jaettavan luokan mukaan esimerkiksi kuvassa 4 esitetyllä tavalla.

. Ensimmäisen levityksen jälkeen joidenkin luokkien arvot voivat yhä ylittää raja-ar- ... : 35 von. Keksinnön eräässä edullisessa toteutusmuodossa nämä ensimmäisen levityksen . · ·. jälkeiset huiput leikataan ja jaetaan tasaisesti kaikkiin luokkiin. Tämä tehdään toi minnan nopeuttamiseksi edullisesti vain kerran, jolloin histogrammin huippujen ta-:: saus on nopeaa. Tällöin voi jäljellä edelleen olla maksimivahvistusrajan ylittäviä 7 104521 huippuja, mutta maksimivahvistukselle saadaan tällä tavalla käytännössä riittävän tarkka kontrolli.

Kuvan 3 vaiheessa 14 suodatetaan ajallisesti perättäisiä histogrammeja mm. välkyn-5 täilmiöiden poistamiseksi. Jotta leikkauskohtien jälkeisten kuvien kontrasti ei vääristyisi luonnottomaksi, tulee suodattimen olla reunat säilyttävät. Tällaisia rakenteita ovat esimerkiksi monet tunnetut epälineaariset suodattimet, kuten mediaanisuodat-timet. Nämä kuitenkin tuottavat viiveen, joten niiden käyttö on epäedullista. Rekursiivisilla rakenteilla saavutetaan viiveetön ja tehokas suodatus. Pelkkä rekursiivinen 10 suodatus on kuitenkin kompromissi tehokkaan likimain muuttumattomien sekvenssien välkynnänpoiston ja nopean leikkauskohdan jälkeisen uuteen kuvaan sopeutumisen välillä.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä edullisessa toteutusmuodossa perättäiset 15 histogrammit suodatetaan adaptiivisella suotimella, joka havaitsee äkilliset suuret muutokset kuvan kirkkaudessa ja sopeutuu niihin nopeasti, mutta joka sallii vain hitaat kuvausfunktion muutokset silloin, kun sisääntulevan kuvan kirkkaudessa ei tapahdu suuria muutoksia. Tällaisen suotimen avulla kuvasarjan leikkauskohdassa ei tapahdu havaittavaa sävyarvojakauman vääristymistä, eikä hitaasti muuttuvien kuva-20 sarjojen aikana tapahdu häiritsevää välkyntää.

Esimerkki tällaisesta suotimesta esitetään kuvassa 5. Suodin on perusrakenteeltaan .;. rekursiivinen suodin, johon on lisätty suotimen parametreja säätäviä elimiä 44, 46, jotka tunnistavat voimakkaat muutokset kuvasarjassa. Kuvan 5 esimerkissä erilai-: 25 suuden laskentaelin 44 muodostaa tunnusluvun, joka kuvaa edellisen suodatetun . * * * - histogrammin ja uuden histogrammin erilaisuutta. Laskentaelimen 44 antaman histo- : ·. grammien erilaisuutta kuvaavan tunnusluvun avulla säätöelin 46 muodostaa suodat- [ # ·. timen säätöarvon, jolla painotuselin 46 ohjaa painotuselinten 48, 50 toimintaa.

30 Havaitsemattomissakin oleva pieni muutos kuvassa voi aiheuttaa suuria muutoksia alkuperäisessä histogrammissa, joten havaittavan erilaisuuden laskenta alkuperäisistä histogrammeista on vaikeaa. Koska erilaisuuden tunnusluku muodostetaan esi-: · · käsitellyistä histogrammeista, joiden korkeimmat huiput on levitetty edellä kuvatulla tavalla, voidaan laskentaelimessä 44 erilaisuuden mittana käyttää yksinkertaisia · 35 malleja, kuten esimerkiksi luokittaisten absoluuttisten erojen summaa: • * bins «=ΣΚ-*.Ι (!) : : ι=ι 104521 8 jossa bins on luokkien määrä, hj on mainitun edellisen suodatetun histogrammin luokan / arvo ja k, on mainitun uuden histogrammin luokan / arvo. Erilaisuutta kuvaava tunnusluku voidaan keksinnön mukaisessa menetelmässä laskea monella muullakin tunnetulla tavalla.

5

Eräitä edullisia esimerkkejä säätöelimen 46 mahdollisesta toimintakäyrästä esitetään kuvassa 6. Kuvaajassa laskentaelimen 44 tuottama erilaisuutta kuvaava tunnusluku on vaaka-akselilla ja säätöelimen 46 ulostulon arvo eli suodattimen ohjausparamet-rin A arvo pystyakselilla.

10 Säätöelimen 46 toimintakäyrän avulla voidaan toteuttaa suodattimen halutunlainen reagointi kuvasarjan muutoskohtiin. Edullisesti suodatin suodattaa pienet histogrammin muutokset, jolloin laskentaelimen ulostulon pienillä arvoilla säätöelimen ulostulon arvo on lähellä nollaa ja suodatin suodattaa suhteellisen voimakkaasti. Jos edel-15 Unen ja tarkasteltavana oleva histogrammi eroavat toisistaan voimakkaasti, kyseessä on todennäköisesti kuvasarjan leikkauskohta, jolloin edellisistä kuvista laskettujen histogrammien ei ole edullista vaikuttaa leikkauskohdan jälkeisiin kuviin. Tällöin säätöelimen ulostulon arvo on edullisesti lähellä ykköstä, jolloin suodatin päästää tarkasteltavana olevan histogrammin läpi ilman merkittäviä muutoksia. Näiden ääri-20 arvojen välillä voidaan edullisesti käyttää esimerkiksi kuvassa 6 esitettyjä toiminta-käyriä. Esimerkkeinä edullisista säätöelimen 46 toimintakäyristä esitetään kuvassa 6 eräänlainen ramppityyppinen funktio 100 ja sigmoid-tyyppinen funktio 102.

:,: Tässä eri parametrien vaihtelualueina arvoalue nollasta ykköseen on vain keksinnön : 25 eri toteutusmuotoja rajoittamaton esimerkki, missä arvo nolla kuvaa vaihtelualueen : alarajaa ja ykkönen vaihtelualueen ylärajaa. Edellä laskentaelin 44 ja säätöelin 46 :·. on esitetty erillisinä toiminnallisina lohkoina ainoastaan selostuksen selkeyden vuoksi. Nämä elimet voidaan myös yhdistää yhdeksi vastaavan lopputuloksen tuottavaksi elimeksi.

30

Kuvan 3 vaiheessa 16 muodostetaan esikäsitellyistä ja suodatetuista histogrammeis-ta kuvausfunktioita. Kuvausfunktio voidaan määrittää joko kaikille mahdollisille sä-vyarvojakauman arvoille tai vain tietyille arvoille, jolloin puuttuvat arvot voidaan interpoloida sävyarvojen kuvaamisen yhteydessä.

...' ' 35 • · Kuvassa 7 esitetään eräs keksinnön edullinen suoritusmuoto, jossa hyödynnetään sitä, että kuvausfunktiossa ja histogrammissa on sama informaatiosisältö, eli histogrammin perusteella voidaan aina muodostaa kuvausfunktio, joka tasaa histogram- 104521 9 min, ja toisaalta kuvausfunktion perusteella voidaan aina muodostaa histogrammi, jonka mainittu kuvausfunktio tasaa. Kuvan 7 toteutusmuodossa perättäisten histo-grammien suodattamisen (vaihe 14 kuvassa 3) asemesta suodatetaankin 22 histo-grammeista muodostettuja kuvausfimktioita. Kuvausfunktioiden suodatus voidaan 5 toteuttaa samalla tavoin kuin histogrammin suodatus käyttäen esimerkiksi edellä kuvan 6 selostuksen yhteydessä selostettuja tapoja suodattaa ajallisesti perättäisiä histogrammeja.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää myös väri-informaation käsittele-10 miseen. Kuvausfunktion avulla voidaan muuntaa myös kuvasignaalin värikompo-nenttien arvoja.

Edellä esitetty tapa jakaa histogrammista leikatut arvot takaisin painottaen kolmionmuotoista jakaumaa leikatun huipun lähiympäristössä on vain eräs esimerkki mah-15 dollisista takaisinjakotavoista. Kyseisessä menetelmävaiheessa voidaan käyttää myös muunlaisia, tasaisesta jakaumasta poikkeavia takaisinjakojakaumia.

Tämän hakemuksen eri toteutusmuotojen esimerkeissä on käytetty esimerkinomaisesti 256-luokkaisia histogrammeja. Keksinnön eri toteutusmuodoissa voidaan 20 käyttää myös muunlaisia histogrammeja, joissa luokkajako on määritelty eri tavalla kuin tämän hakemuksen esimerkeissä.

•. ·. · Keksinnön mukainen järjestelmä voidaan toteuttaa monella eri tavalla, esimerkiksi •V. tarkoitukseen suunnitellulla asiakaskohtaisella mikropiirillä (ASIC-piiri) tai ohjel- :’·25 mallisesti digitaalisen signaaliprosessorin ohjausohjelmana.

• · · • · · : ·. Menetelmän mukainen histogrammin huippujen leikkaus ja leikattujen arvojen ta- .·.· kaisin jako on nopeata, koska iterointikierroksien määrä on vakio ja edullisesti pieni, jolloin laskennasta ei tule liian raskasta reaaliaikatoteutusta varten.

30

Adaptiivisen perättäisten histogrammien tai kuvausfunktioiden suodatuksen ansiosta ohjelman leikkauskohtien jälkeiseen uuteen kuvaan sopeudutaan nopeasti, kun taas : likimain muuttumattomien kuvien muokkauksessa käytetään hitaasti muuttuvaa his- togrammia tai vastaavaa kuvausfunktiota ja vältetään näin häiritsevät välkynnät.

.: 35

Edellä keksintöä on selostettu eräisiin sen edullisiin sovellusmuotoihin viittaamalla, ':'. mutta on selvää, että keksintöä voidaan muunnella monin eri tavoin oheisten patent- ... ti vaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen mukaisesti.

Claims (7)

104521 10

1. Förfarande för att förbättra kontrasten av bildsekvenser, varvid 20. histogram samlas av bildema i bildsekvensen, • · · ' ·'; ‘ - de samlade histogrammen bearbetas för att ändra bildkontrasten, ::: - de samlade histogrammen filtreras, • · I : - utgäende ffän de bearbetade histogrammen bildas bildupptagningsfimktioner, och « | · *.fi<: - med hjälp av bildupptagningsfunktionema omvandlas tonvärdena av bildema i 25 bildsekvensen, varvid förfarandet kännetecknas av att • : det vidare innefattar steg för att - i varje klass av histogrammet vars värden överskrider en given fömtbestämd gräns . skära bort de värden som överskrider nämnda givna gräns, • · · I.·' - äterfördela de bortskuma värdena i histogrammet enligt en given distribution vägd • * · *. 30 i närklassema av nämnda klass, och • · · • - filtrera histogram som samlats ur tidsmässigt efter varandra följande bilder med en :” ’: adaptiv filterkonstruktion som bibehäller kantema. • ·

1. Menetelmä kuvasekvenssien kontrastin parantamiseksi, jossa menetelmässä - kuvasekvenssin kuvista kerätään histogrammeja, - kerättyjä histogrammeja muokataan kuvien kontrastin muuttamiseksi, 5. kerättyjä histogrammeja suodatetaan, - muokattujen histogrammien perusteella muodostetaan kuvausfunktioita, ja - kuvausfunktioiden avulla muunnetaan kuvasekvenssin kuvien sävyarvoja, ja joka menetelmä on tunnettu siitä, että menetelmä lisäksi käsittää vaiheet, joissa 10. histogrammin kustakin luokasta, jonka arvojen määrä ylittää tietyn, ennalta määri tellyn rajan, leikataan mainitun tietyn rajan ylittävät arvot, - leikatut arvot jaetaan takaisin histogrammiin tietyn, mainitun luokan lähiluokkiin painotetun jakauman mukaan, ja - ajallisesti perättäisistä kuvista kerättyjä histogrammeja suodatetaan reunat säilyttä-15 väliä adaptiivisella suodatinrakenteella.

2. Förfarande för att förbättra kontrasten i en bildsekvens, varvid * * 35 - histogram samlas av bildema i bildsekvensen, - de samlade histogrammen bearbetas för att ändra bildkontrasten, varvid förfarande kännetecknas av att det vidare innefattar steg för att 104521 12 - i varje klass av histogrammet vars värden överskrider en förutbestämd gräns skära bort de värden som överskrider nämnda givna gräns, - äterfördela de bortskuma värdena i histogrammet enligt en given distribution vägd i närklassema av nämnda klass, 5. filtrera bildupptagningsfunktioner som bildats utgäende frän histogram samlade frän tidsmässigt efter varandra föjande bilder med en adaptiv fllterkonstruktion som bibehäller kantema, och - med hjälp av de filtrerade bildupptagningsfunktionema omvandla nyansvärdena av bildema i bildsekvensen. 10

2. Menetelmä kuvasekvenssien kontrastin parantamiseksi, jossa menetelmässä - kuvasekvenssin kuvista kerätään histogrammeja, - kerättyjä histogrammeja muokataan kuvien kontrastin muuttamiseksi, 20. muokattujen histogrammien perusteella muodostetaan kuvausfunktioita, ja joka menetelmä on tunnettu siitä, että menetelmä lisäksi käsittää vaiheet, joissa ;;. - histogrammin kustakin luokasta, jonka arvojen määrä ylittää tietyn, ennalta määri- : V tellyn rajan, leikataan mainitun tietyn rajan ylittävät arvot, ' ‘ 25 - leikatut arvot jaetaan takaisin histogrammiin tietyn, mainitun luokan lähiluokkiin .' · * painotetun jakauman mukaan, : ·. - ajallisesti perättäisistä kuvista kerättyjen histogrammien perusteella muodostetut kuvausfunktiot suodatetaan reunat säilyttävällä adaptiivisella suodatinrakenteella, ja ' - suodatettujen kuvausfunktioiden avulla muunnetaan kuvasekvenssin kuvien sävy- 30 arvoja.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att nämnda distribution vägd i närklassema är en triangular distribution.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ; ’· lähiluokkiin painottunut jakauma on kolmiomainen jakauma. ... 35 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tietystä luokasta leikattujen arvojen takaisinjaossa käytettävä jakauma riippuu mainitusta luokasta. 104521 11

4. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att den distribution 15 som används vid äterfördelningen av värdena som avskurits frän en given klass beror pä nämnda klass.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av att - i histogrammets lägvärdesände överväger distributionen mot klasser med högre 20 värde än nämnda klass, - i histogrammets högvärdesände överväger distributionen mot klasser med mindre :. *. * värde än nämnda klass, och : - i histogrammets mittomräde balanseras distributionen väsentligen lika mycket pä :,,.: vardera sidan av nämnda klass. 25 :*·*: 6. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att förfarandet vidare innefattar ett steg för att, efter den första bortskämingen av värden och äterfördel-ningen i varje klass vars värdetal överskrider en viss förutbestämd gräns, skära bort • · · de värden som överskrider nämnda givna gräns, och de bortskuma värdena aterför- • · · \ 30 delas i histogrammet väsentligen enligt en jämn distribution. • · · • · · • · • ·

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - histogrammin pieniarvoisessa päässä jakauma painottuu mainittua luokkaa suuri-arvoisempiin luokkiin, - histogrammin suuriarvoisessa päässä jakauma painottuu mainittua luokkaa pieni-5 arvoisempiin luokkiin, ja - histogrammin keskialueella mainittu jakauma on painottunut oleellisesti yhtä paljon mainitun luokan kummallekin puolelle.

6. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetel-10 mä lisäksi käsittää vaiheen, jossa ensimmäisen arvojen leikkauksen ja takaisin jaon jälkeen kustakin luokasta, jonka arvojen määrä ylittää tietyn, ennalta määritellyn rajan, leikataan mainitun tietyn rajan ylittävät arvot, ja leikatut arvot jaetaan takaisin histogrammiin oleellisesti tasaisen jakauman mukaan.

7. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu tietty, ennalta määritetty raja riippuu tarkasteltavasta histogrammin luokasta.

7. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att nämnda givna . · , förutbestämda gräns beror pä klassen av histogram som skall undersökas.