MÉTODO PARA ELIMINAR AUTOMÁTICAMENTE DISTORSIONES GEOMÉTRICAS, RADIOMÉTRICAS Y CROMÁTICAS DE IMÁGENES DIGITALES.

Método para eliminar automáticamente distorsiones geométricas,

radiométricas y cromáticas de imágenes digitales.

Elimina de forma precisa las distorsiones geométricas, radiométricas y cromáticas de las imágenes digitales cualquiera que sea la posición de las lentes de enfoque, de zoom (cuando existan) y la apertura del diafragma en el momento de la toma de la imagen. La eliminación de las distorsiones puede realizarse por la propia cámara o posteriormente con software específico. El método requiere el registro por la cámara de la posición de las lentes de enfoque, de zoom y la apertura del diafragma en el momento de la toma de la imagen, y también precisa conocer la variación de las distintas distorsiones en función de la posición de las lentes de enfoque, de zoom y de la apertura del diafragma, para calcular el nivel exacto de correcciones a realizar.

Método para eliminar automáticamente distorsiones geométricas, radiométricas y cromáticas de imágenes digitales

OBJETO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un método para eliminar de forma muy precisa y automática distorsiones geométricas, radiométricas y cromáticas de imágenes digitales, que hayan sido tomadas con cualquier distancia de enfoque, de zoom y/o apertura de diafragma, permitiendo mejorar el uso de las cámaras digitales convencionales.

La invención es aplicable en instrumentos fotográficos, instrumentos de vídeo, equipos fotogramétricos, en equipos de fotografía y cinematografía, así como en cualquier aplicación fotogramétrica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Toda toma fotográfica supone una proyección, es decir, una traslación de todos los elementos geométricos de la escena de un sistema de referencia a otro guardándose entre ambos sistemas una relación biunívoca. En fotografía el sistema de proyección utilizado es la proyección central o proyección cónica cuya característica principal estriba en que todos los rayos pasan por un punto denominado centro de proyección.

Durante una toma fotográfica la transformación mediante proyección cónica sufre alteraciones que distorsionan las imágenes. Estas distorsiones están originadas por múltiples factores como con son la propia forma de las lentes, las imperfecciones resultado del proceso de fabricación del objetivo, el posicionamiento del sensor de la cámara con respecto a las lentes.

La más importante entre las distorsiones geométricas es la distorsión radial, que desplaza los puntos en el plano de la imagen hacia fuera o hacia adentro desde el centro óptico de la imagen. Este desplazamiento es función de la distancia al centro y es concéntrico. El origen de esta distorsión, presente en mayor o menor medida en todas las lentes, está en la refracción de la luz al pasar por lentes con distintos espesores en el centro y en la periferia.

Otro grupo de distorsiones geométricas son las llamadas distorsiones de lentes. La distorsión de lente más importante es la llamada de descentramiento y es debida al hecho de que el centro óptico de los elementos de las lentes no son estrictamente colineares.

Otro grupo de distorsiones que también degrada la calidad de las fotografías son las llamadas distorsiones radiométricas. A diferencia de las distorsiones geométricas, en las que las distorsiones implican desviaciones de forma respecto a la posición central, las distorsiones radiométricas se caracterizan por las diferencias en el color o en la cantidad de luz reflejada en las distintas partes de las fotografías con respecto a la escena real. Una distorsión radiométrica típica por ejemplo es el oscurecimiento o la degradación lumínica entre el centro y la periferia de las fotografías. Otro ejemplo de distorsión, de especial relevancia en este método, es el de las aberraciones cromáticas, causadas por el diferente comportamiento de las diferentes longitudes de onda presentes en la luz.

Las distorsiones geométricas, radiométricas y cromáticas suponen, en general, una degradación o un empeoramiento de la calidad de una fotografía, y su completa eliminación es uno de los principales retos de cualquier sistema fotográfico o video-fotográfico de calidad. Los fabricantes de objetivos y cámaras se centran en diseños que intentan minimizar los efectos de todos tipos de distorsiones, sin embargo su completa eliminación por esta vía es físicamente imposible.

Mediante aplicaciones informáticas de postprocesado es posible corregir en buena medida estas distorsiones, sin embargo varios factores limitan la eficacia del postproceso. Además del coste adicional en tiempo y dinero que supone esta labor, las correcciones aplicadas a posteriori son obtenidas por tanteo, o en el mejor de los casos por aproximación en función del nivel de zoom, pero sin tener en cuenta ni la apertura del diafragma ni la distancia de enfoque, variables que afectan a la geometría interna de cámara y por lo tanto a la magnitud de las distorsiones. Por último, las correcciones a posteriori están reservadas únicamente a profesionales o aficionados con conocimientos avanzados de fotografía, no siendo aplicables sus beneficios al público en general.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención proporciona un nuevo método que permite eliminar, de forma automática y con gran precisión las distorsiones geométricas, radiométricas y cromáticas de las fotografías o videos digitales, mediante corrección de dichas distorsiones. El método se sustancia en que las correcciones pueden formularse como función de las posiciones de las lentes (las de enfoque y las de zoom cuando las incluya la cámara) y la apertura del diafragma. La corrección puede aplicarse inmediatamente tras la toma de la imagen, por la propia cámara, o a posteriori, mediante software especializado.

El método exige el conocimiento preciso, en el momento de la toma, de la posición de la posición de las lentes de enfoque, de las lentes de zoom (cuando existan) y la apertura del diafragma. Esta información puede registrarse en la cabecera de la imagen (al igual que se registran otras informaciones como la fecha y la hora) para posibilitar que las correcciones se puedan aplicar <<a posteriori>> mediante postproceso.

El método se basa en que la magnitud y la distribución de las distorsiones puede describirse como función de la posición de las lentes de zoom, la distancia de enfoque y la apertura de diafragma. Así pues, conocida la posición de las lentes de zoom, la distancia de enfoque y la apertura del diafragma con que se realizó una toma, se puede aplicar el grado exacto de corrección geométrica, radiométrica y cromática, tal y como se indica en las reivindicaciones.

El método es aplicable para todo tipo de correcciones geométricas: distorsión radial, distorsión por descentramiento, distorsiones de prisma, etc., así como todo tipo de correcciones radiométricas y cromáticas tales como las aberraciones cromáticas longitudinales, aberraciones cromáticas transversales, defocus, coma, astigmatismo, etc.

Para posibilitar la aplicación de las diferentes correcciones es necesario, además de que la cámara registre las posiciones de las lentes de zoom, de enfoque y la apertura, la caracterización de las distintas distorsiones. Esta caracterización se realiza mediante calibraciones que se deben repetir para cada apertura de diafragma, para todo el rango de las diferentes posiciones de las lentes de enfoque, y adicionalmente para todo el rango de las diferentes posiciones de las lentes de zoom cuando la cámara dispone de dicho zoom. Todos los valores obtenidos de cada parámetro se ajustan a funciones continuas cuya variable independiente es la posición de las lentes de enfoque, y adicionalmente también lo es la posición de las lentes de zoom cuando la cámara dispone de dicho zoom. Para la corrección de distorsiones cromáticas es necesaria la obtención individualizada de funciones por cada canal de color RGB.

Caracterizadas las diferentes distorsiones y registrada la posición de las lentes de enfoque y en su caso la posición de las lentes de zoom así como la apertura del diafragma en el momento de la toma fotográfica, se extraen los parámetros de corrección de dichas funciones, que permitirán la corrección precisa de las distorsiones geométricas, radiométricas y/o cromáticas.

La información de la posición de las lentes de enfoque, apertura de diafragma y adicionalmente de la posición de las lentes de zoom, se almacena en la cabecera EXIF (Exchangeable Image File Format) que convencionalmente incorporan las fotografías.

DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACION PREFERIDA

La descripción de la forma de realización preferida no requiere el empleo de figuras por lo que no se hace alusión a figuras en este apartado.

El método de corrección de distorsiones se describe par una cámara que comprende lentes de enfoque y lentes de zoom, y comprende 3 fases diferenciadas:

1. Obtener las curvas de correcciones de las distorsiones geométricas, radiométricas y cromáticas en función de la posición de las lentes de zoom, de las lentes de enfoque y de la apertura de diafragma.

2. Registrar durante la toma fotográfica la posición de las lentes del zoom, lentes de enfoque y apertura del diafragma.

3. Extraer los parámetros de corrección introduciendo en las curvas obtenidas en la fase 1 los valores registrados en la fase 2 y aplicar las correcciones según los parámetros de corrección extraídos.

Para obtener las curvas de correcciones de la primera fase, se elige una apertura del... [Seguir leyendo]

1. MÉTODO PARA ELIMINAR AUTOMÁTICAMENTE DISTORSIONES GEOMÉTRICAS DE FOTOGRAFÍAS DIGITALES, caracterizado por que comprende las siguientes fases:

-Calcular mediante calibración los parámetros de corrección de las distorsiones geométricas para cada apertura de diafragma según diferentes posiciones de las lentes de enfoque, y los valores obtenidos de cada parámetro se ajustan a funciones continuas cuya variable independiente es la posición de las lentes de enfoque,

-Registrar, en el momento de la toma de la imagen, la posición de las lentes de enfoque,

-introducir en las funciones continuas obtenidas la posición registrada en el momento de la toma de la imagen de las lentes de enfoque, y extraer los parámetros de corrección de dichas funciones continuas obtenidas y corregir las distorsiones geométricas.

2. MÉTODO PARA ELIMINAR AUTOMÁTICAMENTE DISTORSIONES RADIOMÉTRICAS DE FOTOGRAFÍAS DIGITALES, caracterizado por que comprende las siguientes fases:

- Calcular mediante calibración los parámetros de corrección de las distorsiones radiométricas para cada apertura de diafragma según diferentes posiciones de las lentes de enfoque, y los valores obtenidos de cada parámetro se ajustan a funciones continuas cuya variable independiente es la posición de las lentes de enfoque,

-Registrar, en el momento de la toma de la imagen, la posición de las lentes de enfoque,

-introducir en las funciones continuas obtenidas la posición registrada en el momento de la toma de la imagen de las lentes de enfoque, y extraer los parámetros de corrección de dichas funciones continuas obtenidas y corregir las distorsiones radiométricas.

3. MÉTODO PARA ELIMINAR AUTOMÁTICAMENTE DISTORSIONES CROMÁTICAS DE FOTOGRAFÍAS DIGITALES, caracterizado por que comprende las siguientes fases:

- Calcular mediante calibración los parámetros de corrección de las distorsiones cromáticas para cada canal de color (RGB) y para cada apertura de diafragma según diferentes posiciones de las lentes de enfoque, y los valores obtenidos de cada parámetro se ajustan a funciones continuas cuya variable independientes es la posición de las lentes de enfoque,

-Registrar, en el momento de la toma de la imagen, la posición de las lentes de enfoque,

-introducir en las funciones continuas obtenidas la posición registrada en el momento de la toma de la imagen de las lentes de enfoque, y extraer los parámetros de corrección de dichas funciones continuas obtenidas y corregir las distorsiones cromáticas.

4. MÉTODO PARA ELIMINAR DISTORSIONES DE FOTOGRAFÍAS DIGITALES, según reivindicaciones 1, 2 ó 3; caracterizado por que:

- las fases de cálculo mediante calibración de los parámetros de corrección de las distorsiones seleccionadas entre geométricas, radiométricas y cromáticas para cada apertura de diafragma según diferentes posiciones de las lentes de enfoque comprende calcular mediante calibración de los parámetros de corrección de las distorsiones seleccionadas entre geométricas, radiométricas y cromáticas para diferentes posiciones de las lentes de zoom; y los valores obtenidos de cada parámetro se ajustan a funciones continuas cuyas variables independientes son la posición de las lentes de enfoque y la posición de las lentes de zoom,

-las fases de registro realizadas, en el momento de la toma de de la imagen, de la posición de las lentes de enfoque, para corregir las distorsiones seleccionadas entre geométricas, radiométricas y cromáticas además comprende registrar la posición de las lentes de zoom, y

- las fases de introducir en las funciones continuas obtenidas la posición registrada en el momento de la toma de la imagen de las lentes de enfoque, para corregir las distorsiones seleccionadas entre geométricas, radiométricas y cromáticas, además comprenden introducir en dichas funciones continuas obtenidas la posición registrada en el momento de la toma de la imagen de las lentes de zoom.

5. MÉTODO PARA ELIMINAR DISTORSIONES DE FOTOGRAFÍAS DIGITALES, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la información acerca de la posición de las lentes seleccionada entre las lentes de enfoque, lentes de zoom y una combinación de ambas, se almacena en la cabecera EXIF (Exchangeable Image File Format) que convencionalmente incorporan las fotografías.