Procedimiento para estiramiento en blanco y negro para extensión del rango dinámico.

Procedimiento de estiramiento en blanco y negro de valores de intensidad para aumentar el rango dinámico de una señal de video de entrada que comprende tramas consecutivas comprendiendo las etapas siguientes:

-determinación del histograma de una trama;

-detección del rango dinámico del histograma de trama mediante la averiguación de los valores de intensidad existentes mínimos y máximos;

- determinación de un margen negro diferenciando el citado valor de intensidad existente mínimo y un valor posible mínimo del histograma;

- determinación de un margen blanco diferenciando el valor de intensidad existente máximo y un valor posible máximo del histograma;

- cálculo del valor medio del histograma de trama;

- determinación para el negro de un nivel final de negro que se encuentra entre dicho valor medio calculado y dicho valor de intensidad existente mínimo;

- determinación para el blanco de un nivel inicial de blanco que se encuentra entre dicho valor medio calculado y dicho valor de intensidad existente máximo;

- cálculo de una resistencia a estiramiento de negro por medio de una primera función de supresión lineal por tramos, que relaciona de forma inversa dicha resistencia a estiramiento del negro con la diferencia medida entre los márgenes blanco y negro, y una segunda función de supresión que relaciona de forma inversa la resistencia a estiramiento del negro con la relación del número de píxeles de negro puro y el número total de píxeles de la citada trama;

- cálculo de una resistencia a estiramiento de blanco por medio de una tercera función de supresión lineal por tramos, que relaciona de forma inversa la resistencia a estiramiento del blanco con la resistencia a estiramiento de negro calculada, la segunda función de supresión que relaciona de forma inversa la resistencia a estiramiento del blanco con la relación del número de píxeles de blanco puro y número total de píxeles de la citada trama, y una cuarta función de supresión lineal por tramos, que relaciona de forma inversa la resistencia a estiramiento de blanco con el valor medio calculado;

- actualización de la función de mapeado del histograma mediante el mapeado de la región de estiramiento de negro, que se encuentra entre el nivel final de negro determinado y el nivel existente mínimo, y la región de estiramiento de blanco, que encuentra entre el nivel inicial de blanco determinado y el nivel existente máximo, utilizando respectivamente las resistencia a estiramiento de negro calculada y la resistencia a estiramiento de blanco;

- aplicación de un filtro de paso bajo de orden superior a la función de mapeado de histograma actualizada;

- aplicación de un filtro IIR calculando una suma ponderada de la función de mapeado de histograma actualizada con una función de mapeado de histograma de una trama precedente a dichas tramas sucesivas.

Procedimiento para estiramiento en blanco y negro para extensión del rango dinámico.

Campo de la invención [0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para estiramiento en blanco y negro (BWS) de los valores de intensidad para aumentar el rango dinámico de una señal de video de entrada.

Técnica anterior

El contenido de entrada de los receptores de TV tiene comúnmente un rango dinámico reducido; falta de negro puro o falta de píxeles brillantes puros. Esta situación hace que el usuario perciba un bajo contraste de una imagen en la pantalla. Por tanto, el estrecho rango dinámico deber ser ampliado. Para ampliar el rango dinámico se utiliza generalmente estiramiento de negro debido a su redimiendo para una sensación de alto contraste. Sin embrago, la sola utilización de estiramiento de negro no es suficiente para ampliar el rango dinámico. Por tanto, se debería llevar a cado estiramiento de blanco y negro. [0003] En la solicitud de patente GB 2425670 A se describe un método y un aparato para procesar una señal de video de entrada para llevar a cabo una falta de estiramiento de acuerdo con la distribución de luminancia. En dicho documento, se recibe una señal de video y se forma un histograma de luminancia para detectar la frecuencia de cada una de una pluralidad de luminancias con una luminancia igual o más baja que un umbral de luminancia predeterminado por una unidad de detección de características de luminancia. Después, se realiza un proceso de estiramiento de negro para una señal de luminancia con una luminancia igual o más baja que el nivel de luminancia predeterminado mediante la unidad de procesamiento de estiramiento de negro. La cantidad de estiramiento de negro es calculada para cada una de las áreas de luminancia detectadas. Como se menciona en el documento GB 2425670 A, solo se lleva a cabo estiramiento de negro para ampliar el rango dinamito. Además, la detección de la resistencia a estiramiento en el documento GB 2425670 A solo depende de la frecuencia de ciertos niveles de oscuridad (indicando el total de píxeles para aquellos niveles de intensidad) y su tamaño relativo con respecto a varios umbrales predeterminados por el usuario. Además, en el documento GB 2425670 A, la información de resistencia es utilizada a fin de detectar el punto final de la región de resistencia y aplicar un mapeado lineal desde el punto inicial hasta el punto final determinado. Además, en el documento GB 2425670 A, los umbrales se utilizan para determinar si el correspondiente nivel de intensidad tiene suficiente número de píxeles de tal manera que es requerido menos estiramiento. [0004] Puesto que para la ampliación del rango dinámico se requiere el estiramiento de ambos, negro y blanco, deben considerarse dos cuestiones críticas: El rango de estiramiento indicando los niveles de intensidad que son estirados y la resistencia a estirado, indicando la cantidad de mejora. Estos parámetros cambian para cada señal de video dependiendo de las características de histograma. Por tanto, el algoritmo de estiramiento, que se utiliza para la ampliación del rango dinámico debe manejar las variaciones en el histograma y determinar los valores óptimos. Por tanto, el histograma juega un papel importante en los algoritmos de estiramiento. Además la mayoría de los algoritmos BWS proporcionan mapeado lineal entre las regiones de blanco y negro detectadas. Dichos mapeados lineales resultan en recortes de los niveles más oscuros (más claros) de la señal de video y en falsos contornos, en tanto que la ganancia (o pendiente) de la función lineal sea alta. De esta manera, debería utilizarse una estructura de curva en lugar de un mapeado lineal para eliminar posibles recortes y falsos contornos. Durante el mapeado lineal, se determina el nivel de mapeado del nivel mínimo (máximo) en la trama y se encaja una línea entre este nivel y el nivel inicial determinado. Esta aproximación es también problemática, cuando el nivel mínimo (máximo) es el límite natural inferior (superior) “0” (“250”) , no se puede aplicar estiramiento de negro (blanco) como se ilustra en la figura 1. Desde este punto de vista, un mapeado lineal no puede proporcionar estiramiento de negro (blanco) cuando el nivele mínimo (máximo) es “0” (“255”) y el total de píxeles oscuros (brillantes) es bajo, que es un caso no deseado. En su lugar, el método BWS debe considerar niveles medios además de los niveles mínimos y máximos para aumentar el contraste. [0005] En otra solicitud de patente US 2006/239581 A1, se describe un contraste de estiramiento basado en una distribución de valores de luminiscencia para una imagen de entrada y una distribución de valores de luminiscencia para una señal de salida deseada. En la mencionada solicitud, el estiramiento de blanco y negro es llevado a cabo por un operador lineal (o no lineal) cuya ganancia depende del nivel mínimo, máximo y medio (involucrando el 50% de los píxeles del nivel mínimo) de la trama. El nivel existente mínimo de la trama es mapeado a un determinado límite inferior al nivel mínimo por medio de un mapeado inicial de un determinado nivel medio del histograma de trama. Se realiza una operación similar para el nivel máximo mediante el mapeado a un límite superior que el nivel máximo. Los límites inferior y superior son determinados examinando el rango dinámico existente, que también determina la resistencia a estiramiento. El algoritmo compara los niveles máximos y mínimos e interpreta las propiedades de la trama tales como el grado de oscuridad, luminancia y el número de píxeles localizados en las regiones oscuras y brillantes. De acuerdo con esta información se realiza un estiramiento adaptado, proporcionando un estiramiento de negro más intenso y un estiramiento de blanco más débil para las tramas más luminosas y viceversa para las más oscuras. En dicha solicitud, los algoritmos BWS proporcionan una función de mapeado que incluye algunos puntos de corte (los puntos donde los mapeados lineales se inician o finalizan) en los cuales se interrumpe su continuidad. Dichas funciones de mapeado discontinuo puede resultar en contornos falso en las tramas mejoradas cuando el estiramiento BWS es elevado. Este fenómeno se observa especialmente en tramas que tienen rangos dinámicos muy reducidos, y con las transiciones adicionales bruscas sobre los puntos de corte se puede perturbar la comodidad de visión. En la técnica anterior, no se encuentra el estudio de la recuperación de posibles contornos falsos durante el estiramiento BWS que es un asunto vital para la mejora de la calidad. [0006] Otro documento US 6148103, describe un método para ajustar el contraste en imágenes de televisión y otras secuencias de imágenes naturales. En dicho método, las imágenes de la secuencia de imágenes son reunidas en histogramas que son procesados, en cierta manera para mejorar el contraste en las imágenes, donde después son formadas funciones de mapeado a partir de los histogramas procesados, y los niveles de los píxeles de las imágenes en las secuencia de imagen son después alteradas a partir de dichas funciones de mapeado. Los histogramas son procesados de tal manera que, de cada clase donde, la magnitud de los valores superan un límite predeterminado dado, son limitados todos los valores que superan dicho límite, que son luego redistribuidos en los histogramas, a las clases más próximas a la clase bajo observación. La ponderación de la distribución que controla la redistribución de los valores límite, varían de forma ventajosa de acuerdo con la clase bajo observación, de tal manera que cerca del final del valor inferior del histograma, los valores son redistribuidos principalmente a clases con valores superiores que en la clase bajo observación y cerca del final del valor superior del histograma , los valores límite son redistribuidos principalmente a clases con valores inferiores que en la clase bajo observación . Sin embargo, en el documento US 6148103, los umbrales (valores límite) son utilizados para determinar los niveles de intensidad que tengan un inmenso número de píxeles y para los que se requiere el reparto entre los niveles de intensidad próximos. [0007] En el documento de patente US 6782137 B1, se revela una técnica para mejorar imágenes de píxeles discretos de acuerdo con un rango dinámico deseado, tales como el rango dinámico de un visor de imagen digital. La ecualización flexible se realiza primero en los datos de la imagen para reducir las diferencias globales entre los valores superiores e inferiores, mientras que se mantiene la apariencia global de las regiones oscuras y claras de la imagen reconstruida. El aumento del contrates flexible o mejora, es realizado después en los valores ecualizados para destacar detalles visibles... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de estiramiento en blanco y negro de valores de intensidad para aumentar el rango dinámico de una señal de video de entrada que comprende tramas consecutivas comprendiendo las etapas siguientes: -determinación del histograma de una trama; -detección del rango dinámico del histograma de trama mediante la averiguación de los valores de intensidad existentes mínimos y máximos;

- determinación de un margen negro diferenciando el citado valor de intensidad existente mínimo y un valor posible mínimo del histograma;

- determinación de un margen blanco diferenciando el valor de intensidad existente máximo y un valor posible máximo del histograma;

- cálculo del valor medio del histograma de trama;

- determinación para el negro de un nivel final de negro que se encuentra entre dicho valor medio calculado y dicho valor de intensidad existente mínimo;

- determinación para el blanco de un nivel inicial de blanco que se encuentra entre dicho valor medio calculado y dicho valor de intensidad existente máximo;

- cálculo de una resistencia a estiramiento de negro por medio de una primera función de supresión lineal por tramos, que relaciona de forma inversa dicha resistencia a estiramiento del negro con la diferencia medida entre los márgenes blanco y negro, y una segunda función de supresión que relaciona de forma inversa la resistencia a estiramiento del negro con la relación del número de píxeles de negro puro y el número total de píxeles de la citada trama;

- cálculo de una resistencia a estiramiento de blanco por medio de una tercera función de supresión lineal por tramos, que relaciona de forma inversa la resistencia a estiramiento del blanco con la resistencia a estiramiento de negro calculada, la segunda función de supresión que relaciona de forma inversa la resistencia a estiramiento del blanco con la relación del número de píxeles de blanco puro y número total de píxeles de la citada trama, y una cuarta función de supresión lineal por tramos, que relaciona de forma inversa la resistencia a estiramiento de blanco con el valor medio calculado;

- actualización de la función de mapeado del histograma mediante el mapeado de la región de estiramiento de negro, que se encuentra entre el nivel final de negro determinado y el nivel existente mínimo, y la región de estiramiento de blanco, que encuentra entre el nivel inicial de blanco determinado y el nivel existente máximo, utilizando respectivamente las resistencia a estiramiento de negro calculada y la resistencia a estiramiento de blanco;

- aplicación de un filtro de paso bajo de orden superior a la función de mapeado de histograma actualizada;

- aplicación de un filtro IIR calculando una suma ponderada de la función de mapeado de histograma actualizada con una función de mapeado de histograma de una trama precedente a dichas tramas sucesivas.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la citada etapa de averiguación de los valores de intensidad existentes mínimos y máximos comprende detectar valores de intensidad existentes mínimos y máximos que impliquen un número de píxeles superior a un umbral predefinido.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque dicho umbral predeterminado es de 0, 4% de píxeles de la citada trama.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque el nivel de cálculo final de negro es formulado como sigue:

Nivel_final_negro= Media-relación_negro* (Media-Mín)

donde “Nivel_final_negro” representa dicho nivel final de negro, media representa la media calculada del histograma de trama, “relación_negro*” es un número flotante que describe un porcentaje de la trama al que se aplica el procedimiento de estiramiento de negro, y Min representa un valor de intensidad mínima existente.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el nivel de cálculo inicial de blanco es formulado como sigue:

Nivel_inicial_blanco= Media-relación_blanco* (Media-Máx)

donde “Nivel_final_blanco” representa dicho nivel final de blanco, media representa la media calculada del histograma de trama, “relación_blanco*” es un número flotante que indica un porcentaje de la trama al que se aplica el procedimiento de estiramiento de blanco, y Máx representa un valor de intensidad máximo existente.

6. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 4 y 5 caracterizado porque “relación_negro” y/o “relación_blanco” se selecciona con un rango de [0, 1].

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 caracterizado porque dichas relaciones se selecciona por el usuario para determinar la región de aplicación del algoritmo BWS a dicha trama de entrada.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la función de mapeado del histograma actualizada puede ser formulada como sigue:

Curva blanca (i) =1536* (1- 512/512+i) i=1, …1024

Curva negra (i) = 1024 -1536* [1- 512/512+ (1024 – i) ] i=1, …1024

donde “i” representa un valor de intensidad situado entre el mencionado nivel inicial de blanco y el valor máximo posible del histograma o entre el citado nivel final de negro y el valor mínimo posible del histograma, “curva blanca (i) representa el valor de intensidad actualizado de un valor de intensidad situado entre dicho nivel inicial de blanco y el valor máximo posible del histograma y “Curva Negra (i) ” representa el valor de intensidad actualizado de un valor de intensidad que se sitúa entre dicho nivel final de negro y el valor mínimo posible del histograma.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 caracterizado porque la citada función de mapeado puede ser además formulada como sigue:

Curva blanca (i) = i + blanco_estiramiento* (curva blanca (i) – i) i=1, …1024 Curva negra (i) = i + negro_estiramiento* (curva negra (i) – i) i=1, …1024

donde “blanco_estiramiento” representa la citada resistencia a estiramiento del blanco calculada y “negro_estiramiento” representa la citada resistencia a estiramiento del negro calculada.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque dicha etapa de cálculo de la suma ponderada puede ser formulada como sigue:

Mapa_final = Wactual * mapa_actual + (1 – Wactual) * mapa_previo donde “mapa_final” representa la función de mapeado de intensidad calculada para la trama, “Wactual“ representa el valor ponderado de la función de mapeado de intensidad de la trama, y “mapa_previo” representa la función calculada para la trama previa.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 caracterizado porque dicho valor ponderado está referido inversamente a la diferencia de la función de mapeado del histograma de trama y la función de mapeado del histograma de trama previa.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11 caracterizado porque dicha relación puede ser formulada

como sigue: i=1024

Cambio_hist = (∑ hist_actual (i) – hist_ previo (i) I) /tamaño trama i=1 donde “cambio_hist” representa la citada diferencia de la función de mapeado del histograma, “hist (i) _actual” representa la función de mapeado del histograma de trama, “hist (i) _previa” representa la función de mapeado de histograma de trama previa, “i” representa el valor de intensidad, y “tamaño trama” representa el tamaño de la trama.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

La lista de referencias citada por el solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando parte de los 5 documentos de patente europeos. Aún cuando las referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción GB 2425670 A [0003] • US 6782137 B1 [0007]

• US 2006239581 A1 [0005] • US 20050031200 A1 [0008]

• US 6148103 A [0006] • US 200500312500 A1 [0008]