ITVI20110243A1 - Riduzione di rumore croma di una immagine - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del Brevetto per Invenzione Industriale avente titolo “RIDUZIONE DI RUMORE CROMA DI UN’IMMAGINEâ€

CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda l’elaborazione di immagini digitali, in particolare un metodo per ridurre il rumore croma in dati di immagine digitali e un corrispondente elaboratore di immagini.

STATO DELL’ARTE DELL’INVENZIONE

Esistono diverse fonti di rumore in immagini digitali acquisite da sensori di immagine in fotocamere digitali, videocamere, e scanner, ivi inclusi rumore a pattern fisso e rumore temporale. Molti fattori determinano le caratteristiche complessive del rumore in un’immagine: tipo di sensore, dimensioni di pixel, temperatura, tempo di esposizione, ecc. Il rumore può variare anche all’interno di una singola immagine. Per fotocamere digitali, regioni più scure contengono più rumore rispetto a quelle più chiare. Inoltre, il rumore à ̈ spazio-variante e dipendente da canale. Il canale blu à ̈ solitamente il canale più rumoroso. Tecniche classiche di riduzione di rumore rimuovono rumore daH’immagine Bayer, prima della fase di interpolazione di colore. Perciò spesso presuppongono che il rumore sia non correlato per pixel diversi. La quantità di rumore che non viene rimosso mediante la tecnica di riduzione di rumore viene spesso diffusa in un intorno attraverso l’algoritmo di interpolazione di colore, che deduce componenti di colore mancanti. Di conseguenza, il rumore può avere variazioni di bassa frequenza (grana grossa) e di alta frequenza (grana fine). Il rumore di alta frequenza à ̈ relativamente più facile da rimuovere rispetto al rumore di bassa frequenza, che à ̈ difficile da distinguere dal segnale reale. Inoltre, il rumore à ̈ composto da due elementi: fluttuazioni di colore e luminanza. II rumore cromatico o “croma†ha solitamente un aspetto più innaturale e può rendere le immagini inutilizzabili se non viene tenuto sotto controllo. Questo tipo di rumore compare sotto forma di macchie colorate, a bassa frequenza, in regioni di bassa frequenza spaziale. Queste macchie colorate hanno una forma irregolare e presentano una larghezza tipicamente da 5 a 25 pixel o più, in una data direzione, e sono solitamente più marcate in regioni più scure rispetto a regioni più chiare.

Un approccio convenzionale alla riduzione di rumore croma divulgato in US 6,980,326 consiste nell’uso di tecniche standard di riduzione di rumore di immagine in scala di grigi su ciascun canale di colore separatamente, ignorando così qualsiasi interazione o correlazione tra i canali di colore. Questa tecnica può produrre una eccessiva desaturazione di dettagli di crominanza genuini. Precedenti tecniche dello stato dell’arte per rimuovere artefatti di rumore croma convertono solitamente l’immagine in uno spazio di luminanza-crominanza (YCrCb o CIELAB), applicano alcuni metodi semplici ma efficaci, quale un filtro di media, o di smoothing o mediano, ai canali di crominanza e infine riconvertono l’immagine nello spazio di colore originale. Un inconveniente di questo approccio à ̈ che non vi à ̈ alcuna differenziazione tra colori falsi e dettagli di crominanza genuini. Di conseguenza, bordi colorati netti nell’immagine iniziano a perdere colore mano a mano che la sfocatura diviene più aggressiva. Il problema della sporcatura di colore può essere limitato utilizzando un piccolo nucleo di sfocatura fisso. Tuttavia, per rimuovere macchie croma a bassa frequenza, sono necessari nuclei di sfocatura grandi.

II riferimento US 7,084,906 affronta il problema della rimozione da immagini, di artefatti moiré di colore mediante crominanze di sfocatura in intorni di attività a bassa frequenza, esclusi bordi. Segnali di luminanza e crominanza sottocampionati vengono utilizzati per separare l’immagine in regioni con texture e senza texture. In particolare, una mappa di texture binaria, che identifica aree di attività di bassa frequenza (LFA), viene costruita mediante operazioni di soglia, erosione e dilatazione. Viene calcolata la media di crominanze appartenenti all’area di LFA entro una regione 7x7 a forma di ragno, rimuovendo così artefatti moiré di colore. Per pulire anche le regioni senza texture dell' immagine, viene eseguito un semplice filtraggio sigma dei canali croma in una regione di supporto 3x3 (9x9 alla risoluzione di pixel originale). In particolare, viene calcolata la differenza assoluta di crominanza tra ciascun pixel attiguo e il pixel centrale. Entrambi i valori di canale cromatico devono rientrare in una soglia (solitamente fissata a 10 per immagini da 8 bit) al fine di includere il pixel nei calcoli di pulizia. Questo significa che il rumore croma viene ridotto calcolando la media di pixel che presentano valori di crominanza molto simili a quello centrale, evitando così lo sporcamento di colore.

Nel riferimento EP 1093087 A2, Adams et al. forniscono una soluzione per ridurre il rumore croma con l’uso di grandi nuclei di sfocatura senza causare sporcamente di colore in corrispondenza di bordi colorati netti. Più specificamente, essi in primo luogo individuano tutti i bordi e i confini nell’immagine e poi fanno crescere in modo adattivo una regione di intorno di calcolo fino a quando essa non incontra un bordo. Per creare la mappa di bordo, quattro filtri rilevatori di bordo vengono arrotolati con ciascun canale (Lab) e i risultati vengono sommati. Poi l’algoritmo estrae, in ciascuna delle otto direzioni di bussola, un pixel alla volta, esaminando i valori di mappa di bordo. Se la differenza tra un valore di mappa di bordo e il valore di pixel centrale à ̈ inferiore ad una soglia, tale pixel viene aggiunto all’intorno di smoothing, altrimenti la crescita della regione di smoothing in tale direzione viene arrestata. Un valore di raggio massimo potrebbe rientrare nell’intervallo compreso tra 50 e 100 pixel. All’interno della regione di smoothing, viene calcolata la media dei canali a e b. Infine l’immagine viene riconvertita nello spazio di colore originale.

Nell’articolo “Multiresolution bilateral filtering for image denoising†di M. Zhang e B. K. Gunturk (IEEE Transactions on Image Processing, voi. 17, n.12, die. 2008), viene proposta una tecnica multi-risoluzione per rimuovere rumore da immagini, poiché à ̈ possibile distinguere tra informazioni di rumore e di immagine in modo migliore ad un livello di risoluzione rispetto ad un altro. Il rumore di grana grossa diviene grana fine quando l’immagine viene scomposta ulteriormente nelle sue sottobande, e quindi potrebbe essere eliminato ad un livello inferiore. La struttura proposta scompone il segnale rumoroso nelle sue sottobade di frequenza con scomposizione wavelet; quando il segnale viene nuovamente ricostruito, alle sottobande di approssimazione viene applicato un filtraggio bilaterale. In aggiunta, alle sottobande di dettaglio à ̈ possibile applicare una sogliatura wavelet. Mano a mano che aumenta il numero di livelli di scomposizione, il rumore croma viene rimosso in maniera migliore, ma aumentano anche gli effetti di sporcatura.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

L’obiettivo della presente invenzione à ̈ quello di rimuovere rumore cromatico da immagini digitali senza generare artefatti di sporcatura di colore. Un ulteriore obiettivo della presente invenzione à ̈ quello di rimuovere macchie colorate da immagini digitali utilizzando un sistema con complessità e requisiti di memoria ridotti.

Questo si ottiene tramite le caratteristiche così come riportate nelle rivendicazioni indipendenti. Forme di realizzazione preferite costituiscono l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Il particolare approccio della presente invenzione à ̈ quello di applicare un filtro passa-basso ai segnali di crominanza dell’immagine e di modulare l’intensità del filtraggio passabasso in conformità con il campo dinamico del segnale di luminanza e dei segnali di crominanza.

Secondo un primo aspetto della presente invenzione, viene fornito un metodo per ridurre rumore croma in dati di immagine digitali. Il metodo comprende le fasi di ricevere un segnale di luminanza che rappresenta la luminanza di una pluralità di pixel; ricevere un primo segnale di crominanza che rappresenta un primo piano di crominanza della pluralità di pixel; ricevere un secondo segnale di crominanza che rappresenta un secondo piano di crominanza della pluralità di pixel; determinare un campo dinamico del primo segnale di crominanza, un campo dinamico del secondo segnale di crominanza, e un campo dinamico del segnale di luminanza; applicare un filtro passa-basso al primo segnale di crominanza; calcolare un coefficiente di ponderazione sulla base dei campi dinamici del primo segnale di crominanza, del secondo segnale di crominanza, e del segnale di luminanza; e generare un primo segnale di crominanza di uscita calcolando una somma ponderata del primo segnale di crominanza ricevuto e del primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso, sulla base del coefficiente di ponderazione calcolato.

Secondo un secondo aspetto della presente invenzione, viene fornito un elaboratore di immagini per ridurre rumore croma in dati di immagine digitali. L’elaboratore di immagini comprende una sezione di calcolo di campo dinamico per determinare un campo dinamico di un primo segnale di crominanza che rappresenta un primo piano di crominanza di una pluralità di pixel, un campo dinamico di un secondo segnale di crominanza che rappresenta un secondo piano di crominanza di una pluralità di pixel, e un campo dinamico di un segnale di luminanza che rappresenta la luminanza della pluralità di pixel; un’unità di filtro per applicare un filtro passa-basso al primo segnale di crominanza; una sezione di calcolo di coefficiente di ponderazione per calcolare un coefficiente di ponderazione sulla base dei campi dinamici del primo segnale di crominanza, del secondo segnale di crominanza, e del segnale di luminanza; e una sezione di calcolo di somma ponderata per generare un primo segnale di crominanza di uscita calcolando una somma ponderata del primo segnale di crominanza ricevuto e del primo segnale di crominanza filtrato con il filtro passa-basso, sulla base del coefficiente di ponderazione calcolato.

Secondo un terzo aspetto della presente invenzione, viene fornita una fotocamera digitale con un elaboratore di immagini secondo il secondo aspetto dell’invenzione.

In una forma di realizzazione preferita, il coefficiente di ponderazione viene calcolato applicando una funzione decrescente al campo dinamico del segnale di luminanza, se il campo dinamico del segnale di luminanza à ̈ inferiore al campo dinamico del primo segnale di crominanza e del secondo segnale di crominanza, e applicando la funzione decrescente al massimo del campo dinamico del segnale di luminanza, del primo segnale di crominanza, e del secondo segnale di crominanza, se il campo dinamico del segnale di luminanza non à ̈ inferiore al campo dinamico del primo segnale di crominanza o del secondo segnale di crominanza; in cui la somma ponderata viene calcolata ponderando il primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso con il coefficiente di ponderazione calcolato. In tal modo, si garantisce che il filtraggio cromatico sia limitato ad aree di immagine piatte, ovvero aree di immagine senza bordi significativi, in modo da prevenire efficacemente lo sporcamento di colore.

In un’altra forma di realizzazione preferita, il filtro passabasso viene applicato al primo segnale di crominanza calcolando una media ponderata del primo segnale di crominanza per pixel all’interno di un intorno di un pixel centrale, ciascun peso della media ponderata essendo una funzione decrescente di una differenza tra una luminanza di un rispettivo pixel all’interno di detto intorno e una luminanza del pixel centrale, nonché una funzione decrescente di una differenza tra un primo piano di crominanza del rispettivo pixel e un primo piano di crominanza del pixel centrale, in cui la media ponderata calcolata à ̈ impostata come primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso per il pixel centrale. Secondo questa struttura, il filtraggio cromatico à ̈ limitato a pixel con valori di luminanza e crominanza simili.

La dimensione dell’intorno del pixel centrale à ̈ preferibilmente impostata sulla base di almeno uno tra un’impostazione ISO, un tempo di esposizione, una luminanza del pixel centrale, e una luminanza media di pixel adiacenti al pixel centrale. In tal modo, la forza del denoising cromatico può essere adattata alle condizioni di formazione di immagini e aree scure dell’immagine possono essere sottoposte ad un denoising cromatico più efficace rispetto ad aree chiare dell' immagine.

Vantaggiosamente, la funzione decrescente à ̈ una funzione sigmoide con valori compresi tra zero e uno.

Secondo un’altra forma di realizzazione preferita, il segnale di luminanza e il primo segnale di crominanza vengono sottocampionati prima di applicare un filtro passa-basso al primo segnale di crominanza sotto-campionato. Il segnale filtrato con filtro passa-basso può quindi essere sovra-campionato per ottenere il primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso. In tal modo, possono essere impiegati nuclei di filtro comparativamente piccoli per rimuovere rumore croma con una bassa frequenza spaziale. Questo si traduce direttamente in requisiti di hardware meno rigidi, in particolare in termini di dimensioni di memoria e potenza computazionale.

Inoltre, un filtro di denoising aggiuntivo può essere applicato al segnale sovra-campionato per ottenere il primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso. In tal modo, il rumore croma può essere efficacemente ridotto a due diverse scale di lunghezza e gamme di frequenza spaziale.

Gli obiettivi e le caratteristiche di cui sopra e altri della presente invenzione diverranno più evidenti dalle seguenti descrizione e forme di realizzazione preferite riportati unitamente ai disegni allegati, in cui:

Fig. 1 à ̈ uno schema a blocchi che mostra una configurazione di un’apparecchiatura di elaborazione di immagini in conformità con forme di realizzazione della presente invenzione;

Fig. 2 à ̈ uno schema a blocchi dettagliato del blocco di riduzione di rumore croma in conformità con forme di realizzazione della presente invenzione;

Fig. 3 à ̈ uno schema a blocchi del sistema di riduzione di rumore croma in conformità con una seconda forma di realizzazione della presente invenzione; and

Fig. 4 à ̈ uno schema a blocchi del sistema di riduzione di rumore croma in conformità con una terza forma di realizzazione della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La Figura 1 à ̈ uno schema a blocchi che mostra una configurazione di un’apparecchiatura di elaborazione di immagini in conformità con forme di realizzazione della presente invenzione. L’apparecchiatura di elaborazione di immagini riceve dati di immagine grezzi (Bayer pattern, BP) e applica elaborazione scalare (blocco 110), riduzione del rumore (111), e interpolazione di colore (112) al fine di ottenere dati di immagine digitali nel dominio RGB (rosso, verde, blu). Dopo elaborazione di matrice cromatica (113) e gamma (114) i dati di immagine vengono convertiti in un dominio di luminanza-crominanza (ad esempio YCrCb, in cui Y à ̈ la componente luma e Cr e Cb sono le componenti croma di differenza di rosso e di differenza di blu) attraverso l’unità convertitore (115). La componente di luminanza (Y) viene sottoposta ad un’elaborazione separata al fine di ridurre il rumore luma (120) e definire i contorni dell’immagine (130). Le componenti di crominanza, dall’altra parte, vengono sottoposte ad un’elaborazione di riduzione di rumore croma dedicata (150), che sarà descritti più in dettaglio qui di seguito.

Il blocco 70 esegue un sotto-campionamento di crominanza prima della codifica Jpeg. I rapporti a cui viene solitamente eseguito il sotto-campionamento per immagini JPEG sono 4:4:4 (nessun sotto-campionamento), 4:2:2 (riduzione di un fattore di 2 nella direzione orizzontale) o il più comune 4:2:0 (riduzione di un fattore di 2 nelle direzioni sia orizzontale sia verticale). Ogni immagine JPEG viene memorizzata sotto forma di una serie di tessere di immagini compresse, denominate Unità Minima Codificata [Minimum Coded Unit] (MCU). La dimensione dell’Unità Minima Codificata per immagini JPEG à ̈ solitamente di 8x8 (4:4:4), 16x8 (4:2:2) o 16x16 (4:2:0) pixel. La suddivisione dei dati di immagine in MCU viene eseguita nel blocco MCU 180. Le singole MCU vengono quindi fornite al blocco codificatore 190 per la codifica JPEG.

Il denoiser di crominanza (150) lavora sul dominio YCbCr (o YUV, Lab). Nella forma di realizzazione preferita viene posizionato dopo la conversione di RGB in YCbCr. La conversione di spazio colorimetrico non aumenta la complessità del sistema proposto, dato che viene eseguita in ogni caso per ottenere la compressione JPEG. Dato che il rumore di crominanza può essere rimosso filtrando solo i piani di crominanza, la riduzione di rumore croma può essere effettuata mentre la luminanza viene elaborata da un riduttore di rumore di luminanza (se necessario) e attraverso una fase di rinforzo dei contorni, come mostrato nella Lig. 1. Sebbene la luminanza sia fornita come input nel denoiser di crominanza (150), essa non viene modificata all’interno di questo blocco, ma viene utilizzata per modulare l’intensità del filtro da applicare a crominanze. Inoltre, la potenza del filtro di denoising di crominanza dipende anche dalla dimensione del filtro (dimensione di finestra), che viene fornita come input nel denoiser di crominanza (150). La dimensione di finestra può essere un valore fisso o può dipendere dai parametri di esposizione, dal guadagno analogico, da impostazioni ISO, ecc. Inoltre, la dimensione di finestra può variare anche in base al valore di intensità del pixel che viene elaborato o al valore di intensità media in un intorno.

Come sopra spiegato, il piano di luminanza non viene modificato all’interno del denoiser di crominanza (150), ma viene fornito al fine di modulare l’intensità del filtro da applicare a crominanze. In generale, il denoising dovrebbe essere più forte su aree di immagine piatte, evitando il filtraggio di segnali di crominanza su aree di bordo. Anziché sfocare i piani di crominanza attraverso un semplice filtro di media, può essere applicato un filtro di media ponderata, dando pesi più elevati a pixel attigui che sono più simili a quello centrale, evitando l’inclusione di pixel di bordo nel processo di media. Inoltre, al fine di ridurre artefatti di sporcamento di colore, à ̈ preferibile evitare il filtraggio separato dei due piani di crominanza. Per questo motivo, i campi dinamici cromatici (DCr e DCb) e il campo dinamico di luminanza (DY) vengono valutati in un intorno NxN del pixel da correggere. Per ciascun pixel di interesse, campi dinamici di luminanza e crominanza possono essere calcolati come differenza tra il valore massimo e minimo nell’intorno locale, come espresso nell’Eq. (1),

DCr = max(Cr) — min{Cr)

DCb = max(Cb) — min(Cb) ^ ^

DY = max{Y )

in cui I (NxN) à ̈ l’intorno locale del pixel centrale, che può essere per esempio una finestra 5x5.

Entrambi i campi dinamici cromatico e di luminanza possono essere utilizzati per calcolare un parametro, denominato Cf, che determina l’intensità del filtro su crominanze. In presenza di un bordo netto, dovrebbe essere evitata qualsiasi azione di filtraggio. Dall’altra parte, se la regione à ̈ piatta l’azione di denoising dovrebbe essere più forte. Per ottenere questo effetto, può essere utilizzata la seguente equazione:

Γ DY if DY = min(DF, DCr, DCb ) , _ ,

C/ = (2)

I max(DF, DCr, DCb ) altrimenti

Il valore di Cf, che può essere un valore che va da 0 a 255 (per immagini da 8 bit), determina la potenza della riduzione di rumore croma, secondo l’equazione (3),

Cr = originalCr+ f( Cf )<■>denoisedCr— originalCr

(3)

Cb = originalCb+ f( Cf H denoisedCb— originalCb

In questo contesto, f(x) Ã ̈ un coefficiente di ponderazione, preferibilmente una funzione decrescente di x, con valori che vanno da zero a uno. In una forma di realizzazione preferita, f(x) Ã ̈ definito come

f(x) = e -<2>i^—<Sigma>T<)>xe \o,maxvalue\ (4)

È semplice notare che l’equazione (3) aggiorna ciascun valore di crominanza con una media ponderata della crominanza originale (originalCr e originalCb) e del valore sottoposto a denoising (denoisedCr e denoisedCb) della crominanza nell’intorno L. In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, la dimensione dell’intorno L può essere resa dipendente dai parametri di esposizione. In particolare, la dimensione dell’intorno (dimensione di finestra) può aumentare mano a mano che aumenta il tempo di esposizione, poiché il rumore croma influenza pesantemente immagini scure. Come esempio della relazione tra dimensione di finestra e tempo di esposizione, la dimensione di finestra per rimozione di rumore di crominanza può aumentare in modo logaritmico rispetto al tempo di esposizione. Tuttavia, possono anche essere utilizzate altre funzioni (crescenti), ivi incluse una relazione lineare o una relazione quadratica.

La dimensione di finestra L potrebbe dipendere anche da guadagno analogico, impostazioni ISO, ecc., e, inoltre, può variare a seconda del valore di intensità del pixel che viene corretto (pixel più scuri dovrebbero essere filtrati con dimensioni di finestre più grandi) o in base all’intensità di luminanza media in un determinato intorno del pixel corrente. Come spiegato sopra, il peso tra valori originale e sottoposto a denoising dipende dal parametro Cf, attraverso la funzione f(x). Con riferimento all’equazione (3), bassi valori del parametro Cf implicano un maggiore contributo del valore di crominanza sottoposto a denoising. Al contrario, quando Cf aumenta, al valore originale viene assegnato un peso più alto, riducendo lo sporcamento di colore in presenza di bordi. La funzione f(x) evita correzioni discontinue quando variano i campi dinamici. Infatti, per formare il valore finale vengono continuamente variate proporzioni sia del valore originale sia del valore sottoposto a denoising. Questa metodologia di soglia morbida evita bruschi passaggi tra pixel corretti e non corretti, producendo così immagini di alta qualità. Inoltre, entrambi i valori di crominanza vengono corretti in base allo stesso valore f(Cf), e quindi, per correggere entrambi i piani di crominanza, vengono utilizzate le stesse proporzioni di valori sottoposto a denoising e originale. Questo significa che ciascun valore di crominanza non viene corretto indipendentemente dall’altro, ma viene presa in considerazione la correlazione cromatica, riducendo così ancor di più il rischio di sporcamento di colore.

Crominanze sottoposte a denoising vengono calcolate attraverso una media opportunamente ponderata dei valori di crominanza circostante, come mostrato nell’Eq. (5), k essendo l’indice dell’elemento generico all’interno di un intorno L (dimensione MxM), con &e [l ,MxM];

denoisedCr = V Oli - O \k ]/c\

kâ–  sumweightCr t U )

denoisedCb = ∑ - - Cb[k]

tâ–  sumweightCb

I termini più importanti di questa formula sono WCrke WCbk, che ponderano in modo diverso le crominanze circostanti, secondo l’equazione (6):

<y>(*)-<y>(e)|<'>] ιΠο(*)-ο(Εη/r \

WCrt= e «Ï ηαΥ ], eA *tm*Cr J Q )

MxM

sumweightCr = ∑WCrk

i pr(*)-r(c)|<'>| i r|cb(*)-o(^

WCbk= e ^ *"“<r J>-e<2>^ **<maCb>'

M xM

sumweightCb = J'WCbk

Qui, c rappresenta la posizione del pixel centrale all’interno dell’intorno L.

Questo significa che il processo di denoising viene effettuato ponderando in misura maggiore i pixel aventi sia una luminanza inferiore sia differenze della stessa crominanza con il pixel centrale. Pertanto i pesi dipendono non solo dal valore di crominanza da correggere, ma anche dal segnale di luminanza. La forza di correzione viene modulata dai valori di sigmaY, sigmaCr, sigmaCb e dalla dimensione di finestra M. Dato che il rumore di crominanza sembra influenzare in particolare il canale blu, ai due piani di crominanza possono essere applicate forze di correzione diverse. Specificamente, può essere scelto un valore di sigmaCb maggiore del valore di sigmaCr. In tal modo, il rumore blu può essere efficacemente ridotto, senza desaturare dettagli di rosso genuini.

La Fig. 2 mostra uno schema a blocchi di un denoiser di crominanza in conformità con una forma di realizzazione della presente invenzione. Il denoiser di crominanza riceve dati di immagine digitali sotto forma di un segnale di luminanza Y e due segnali di differenza cromatica Cr e Cb (componenti di crominanza), nonché informazioni indicanti una dimensione di finestra M per eseguire il filtraggio. In una prima fase, dati di immagine corrispondenti ad una finestra MxM vengono estratti dai dati di immagine ricevuti per mezzo dell’unità 151. Poi, una versione sottoposta a denoising dei segnali di crominanza viene calcolata dall’unità di calcolo della media ponderata 153 in conformità con la formula fornita nell’Eq. (5). I pesi WCr e WCb vengono calcolati nell’unità di calcolo dei pesi 152 in conformità con l’Eq. (6).

L’intensità del filtro di denoising viene modulata in conformità con i campi dinamici delle componenti di luminanza e crominanza. A questo scopo, campi dinamici di tutte le componenti di immagine vengono calcolati nell’unità di calcolo di campo dinamico 154 in conformità con l’Eq. (1). I campi dinamici vengono quindi alimentati nell’unità di calcolo di Cf 155, in cui il parametro Cf viene calcolato in conformità con l’Eq. (2). Infine, l’unità di filtro adattivo 156 genera componenti di crominanza di uscita filtrate Cr e Cb calcolando somme ponderate delle componenti di crominanza originale e delle componenti di crominanza sottoposta a denoising in conformità con l’Eq. (3).

Come à ̈ evidente ad un tecnico del ramo, le componenti di crominanza vengono filtrate ponderando in modo adattivo i contributi dei valori di crominanza sia originale sia sottoposta a denoising a seconda del valore del parametro Cf. I valori di crominanza sottoposta a denoising vengono prodotti dal blocco di calcolo di media ponderata 153 che pondera le componenti di crominanza nelle vicinanze del pixel centrale in base ai pesi WCr e WCb, che sono calcolati nel blocco di calcolo dei pesi 152 seguendo l’equazione (6). La Fig. 3 à ̈ uno schema a blocchi del sistema di riduzione di rumore croma in conformità con una seconda forma di realizzazione della presente invenzione. Elementi uguali sono indicati con numeri di riferimento uguali e una ripetizione della loro spiegazione dettagliata sarà omessa a scopi di brevità.

Come citato sopra, rumore cromatico o “croma†compare solitamente sotto forma di macchie colorate di bassa frequenza, in regioni di bassa frequenza spaziale. Per questo motivo, sono necessari grandi nuclei per ridurlo in modo efficace. Al fine di utilizzare dimensioni di nucleo inferiori, segnali di luminanza e di crominanza possono essere in primo luogo sotto-campionati mediante un’unità di subcampionamento 140 prima dell’applicazione del denoiser di crominanza 150 a segnali di crominanza sotto-campionati. L’uscita del denoiser di crominanza 150 può quindi essere sovra-campionata mediante un’unità di sovra-campionamento 160, a seconda delle necessità.

I blocchi sia di sub-campionamento sia di sovracampionamento (140, 160) possono essere collegati al valore di luce (tempo di esposizione, guadagno analogico, ecc.), ed essi possono utilizzare tecniche diverse come conversione discendente (conversione ascendente), interpolazioni complesse e sub-campionamento (sovra-campionamento). In una forma di realizzazione particolarmente preferita della presente invenzione, essi eseguono un sotto-campionamento e un sovra-campionamento di un fattore di tre in entrambe le dimensioni, rispettivamente. Tuttavia, possono anche essere impiegati altri rapporti di sotto- e sovra-campionamento, ad esempio di un fattore di due.

La Fig. 4 à ̈ uno schema a blocchi del sistema di riduzione di rumore croma in conformità con una terza forma di realizzazione della presente invenzione. Elementi uguali sono ancora una volta indicati con numeri di riferimento uguali e una ripetizione della loro spiegazione dettagliata sarà omessa a scopi di brevità.

Secondo la terza forma di realizzazione della presente invenzione, la capacità di denoising del sistema viene ulteriormente migliorata introducendo un altro blocco denoiser 165 dopo il sovra-campionamento di crominanza, come mostrato nella Fig. 4. In tal modo, à ̈ possibile rimuovere anche piccole macchie colorate. Il secondo blocco denoiser (165) può essere uguale al primo blocco (150).

La presente invenzione fornisce una soluzione architettonica in grado di rimuovere in modo efficiente macchie cromatiche da immagini digitali senza causare artefatti di sporcamento di colore. Dato che il rumore croma à ̈ generalmente più marcato in regione scure rispetto a regioni chiare, l’intensità del filtro di denoising viene preferibilmente modulata in base al tempo di esposizione e/o al valore di intensità. In aggiunta, la presente invenzione permette di impostare intensità di correzione diverse per i due piani di crominanza. Questo à ̈ particolarmente vantaggioso, poiché il rumore croma sembra influenzare il canale blu in modo più pesante rispetto al canale rosso.

La presente invenzione affronta il problema di rumore croma a livello di luminanza/crominanza, ovvero dopo demosaicizzazione e interpolazione di colore. Questo approccio può anche essere integrato con uno stadio/fase aggiuntivo di riduzione di rumore croma a livello di CFA (array di filtri di colore), ovvero prima della demosaicizzazione e dell’interpolazione di colore. Tale metodo per la riduzione di rumore croma a livello di CFA à ̈ divulgato nella domanda co-pendente n. ... della stessa richiedente.

Riassumendo, la presente invenzione fornisce un metodo per ridurre rumore croma in dati di immagine digitali e un corrispondente elaboratore di immagini. Componenti di crominanza vengono sottoposte a filtraggio passa-basso. La forza del filtraggio passa-basso viene modulata in conformità con il campo dinamico del segnale di luminanza e il campo dinamico di ciascuno dei due segnali di crominanza al fine di evitare lo sporcamento di colore ai bordi. Inoltre, il filtraggio passa-basso viene selettivamente applicato a pixel con solo valori di luminanza e crominanza simili. Viene impiegata una combinazione di unità di sotto-campionamento e di sovracampionamento in modo da poter utilizzare nuclei di filtro comparativamente piccoli per rimuovere rumore croma con una bassa frequenza spaziale.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per ridurre rumore croma in dati di immagine digitali, detto metodo comprendendo le fasi di ricevere un segnale di luminanza che rappresenta la luminanza di una pluralità di pixel; ricevere un primo segnale di crominanza che rappresenta un primo piano di crominanza della pluralità di pixel; ricevere un secondo segnale di crominanza che rappresenta un secondo piano di crominanza della pluralità di pixel; determinare un campo dinamico del primo segnale di crominanza, un campo dinamico del secondo segnale di crominanza, e un campo dinamico del segnale di luminanza; applicare un filtro passa-basso al primo segnale di crominanza; calcolare un coefficiente di ponderazione sulla base dei campi dinamici del primo segnale di crominanza, del secondo segnale di crominanza, e del segnale di luminanza; e generare un primo segnale di crominanza di uscita calcolando una somma ponderata del primo segnale di crominanza ricevuto e del primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso, sulla base del coefficiente di ponderazione calcolato.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 , in cui il coefficiente di ponderazione viene calcolato applicando una funzione decrescente al campo dinamico del segnale di luminanza, se il campo dinamico del segnale di luminanza à ̈ inferiore al campo dinamico del primo segnale di crominanza e del secondo segnale di crominanza, e applicando la funzione decrescente al massimo del campo dinamico del segnale di luminanza, del primo segnale di crominanza, e del secondo segnale di crominanza, se il campo dinamico del segnale di luminanza non à ̈ inferiore al campo dinamico del primo segnale di crominanza o del secondo segnale di crominanza; in cui la somma ponderata viene calcolata ponderando il primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso con il coefficiente di ponderazione calcolato.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l' applicazione del filtro passa-basso al primo segnale di crominanza comprende inoltre le fasi di calcolare una media ponderata del primo segnale di crominanza per pixel all ’interno di un intorno di un pixel centrale, ciascun peso della media ponderata essendo una funzione decrescente di una differenza tra una luminanza di un rispettivo pixel all’interno di detto intorno e una luminanza del pixel centrale, nonché una funzione decrescente di una differenza tra un primo piano di crominanza del rispettivo pixel e un primo piano di crominanza del pixel centrale; e impostare la media ponderata calcolata come primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso per il pixel centrale.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, comprendente inoltre la fase di impostare una dimensione dell’intorno del pixel centrale sulla base di almeno uno tra un’impostazione ISO, un tempo di esposizione, una luminanza del pixel centrale, e una luminanza media di pixel adiacenti al pixel centrale.
5. 5. Metodo secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui la funzione decrescente à ̈ una funzione sigmoide con valori compresi tra zero e uno.
6. 6. Metodo secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, comprendente inoltre la fase di sotto-campionare il segnale di luminanza ricevuto e il primo segnale di crominanza ricevuto; applicare il filtro passa-basso al primo segnale di crominanza sotto-campionato; e sovra-campionare il segnale filtrato con filtro passa-basso per ottenere il primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, comprendente inoltre la fase di applicare un filtro di denoising al segnale sovra-campionato per ottenere il primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso.
8. 8. Prodotto di programma di computer comprendente un supporto leggibile da computer avente incorporate su di esso istruzioni di programma, dette istruzioni di programma, quando eseguite da un computer, essendo atte ad attuare tutte le fasi di un metodo secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7.
9. 9. Elaboratore di immagini per ridurre rumore croma in dati di immagine digitali, detto elaboratore di immagini comprendendo una sezione di calcolo di campo dinamico per determinare un campo dinamico di un primo segnale di crominanza che rappresenta un primo piano di crominanza di una pluralità di pixel, un campo dinamico di un secondo segnale di crominanza che rappresenta un secondo piano di crominanza della pluralità di pixel, e un campo dinamico di un segnale di luminanza che rappresenta la luminanza della pluralità di pixel; un’unità di filtro per applicare un filtro passa-basso al primo segnale di crominanza; una sezione di calcolo di coefficiente di ponderazione per calcolare un coefficiente di ponderazione sulla base dei campi dinamici del primo segnale di crominanza, del secondo segnale di crominanza, e del segnale di luminanza; e una sezione di calcolo di somma ponderata per generare un primo segnale di crominanza di uscita calcolando una somma ponderata del primo segnale di crominanza ricevuto e del primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso, sulla base del coefficiente di ponderazione calcolato.
10. 10. Elaboratore di immagini secondo la rivendicazione 9, in cui la sezione di calcolo del coefficiente di ponderazione à ̈ atta a calcolare il coefficiente di ponderazione applicando una funzione decrescente al campo dinamico del segnale di luminanza, se il campo dinamico del segnale di luminanza à ̈ inferiore al campo dinamico del primo segnale di crominanza e del secondo segnale di crominanza, e applicando la funzione decrescente al massimo del campo dinamico del segnale di luminanza, del primo segnale di crominanza, e del secondo segnale di crominanza, se il campo dinamico del segnale di luminanza non à ̈ inferiore al campo dinamico del primo segnale di crominanza o del secondo segnale di crominanza; in cui la somma ponderata viene calcolata ponderando il primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso con il coefficiente di ponderazione calcolato.
11. 11. Elaboratore di immagini secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui l’unità di filtro à ̈ inoltre atta a calcolare una media ponderata del primo segnale di crominanza per pixel aH’interno di un intorno di un pixel centrale, ciascun peso della media ponderata essendo una funzione decrescente di una differenza tra una luminanza di un rispettivo pixel all’interno di detto intorno e una luminanza del pixel centrale, nonché una funzione decrescente di una differenza tra un primo piano di crominanza del rispettivo pixel e un primo piano di crominanza del pixel centrale; e per impostare la media ponderata calcolata come primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso per il pixel centrale.
12. 12. Elaboratore di immagini secondo la rivendicazione 11 , in cui l’unità di filtro à ̈ inoltre atta a impostare una dimensione dell’intorno del pixel centrale sulla base di almeno uno tra un’impostazione ISO, un tempo di esposizione, una luminanza del pixel centrale, e una luminanza media di pixel adiacenti al pixel centrale.
13. 13. Elaboratore di immagini secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 12, in cui la funzione decrescente à ̈ una funzione sigmoide con valori compresi tra zero e uno.
14. 14. Elaboratore di immagini secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 13, comprendente inoltre: un’unità di sotto-campionamento per sotto-campionare il segnale di luminanza e il primo segnale di crominanza, in cui il filtro passa-basso viene applicato al primo segnale di crominanza sotto-campionato; e un’unità di sovra-campionamento per sovra-campionare il segnale filtrato con filtro passa-basso per ottenere il primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso.
15. 15. Elaboratore di immagini secondo la rivendicazione 15, comprendente inoltre: una seconda unità di filtro per applicare un filtro di denoising al segnale sovra-campionato per ottenere il primo segnale di crominanza filtrato con filtro passa-basso.
16. 16. Fotocamera digitale con un elaboratore di immagini secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 15.