METODO Y APARATO PARA AJUSTAR EL CONTRASTE DE UNA IMAGEN.

Un método de ajuste del contraste de una imagen formada por píxeles en la que cada píxel tiene un nivel de luminosidad inicial que está dentro de una gama de niveles de luminosidad entre un nivel de luminosidad mínimo y un nivel de luminosidad máximo,

comprendiendo el método, al menos algunos de los píxeles de la imagen: en cada uno de los niveles de luminosidad dentro de dicha gama contar el número de dichos píxeles que tienen el mismo nivel de luminosidad inicial; y dividir dichos píxeles en al menos dos tipos; siendo realizada dicha división de dichos píxeles en al menos dos tipos identificando el o cada conjunto de píxeles que tienen niveles de luminosidad inicial, en los que cada uno de una pluralidad de píxeles adyacentes de dichos niveles de luminosidad tiene más píxeles que un número umbral, siendo de un primer tipo los píxeles de dicha pluralidad de píxeles adyacentes de dichos niveles de luminosidad, siendo de un segundo tipo los restantes píxeles; caracterizado porque: separadamente para cada el o cada conjunto de píxeles del primer tipo, se efectúa un realce de contraste en los píxeles que forman el conjunto, en el que el realce de contraste se realiza aplicando una igualación de histograma solamente en los píxeles que forman el conjunto usando la función de distribución acumulativa de los píxeles del conjunto

Método y aparato para ajustar el contraste de una imagen.

El presente invento se refiere a un método y un aparato para ajustar el contraste de una imagen.

Se conocen varias técnicas para ajustar el contraste de una imagen, sobre todo con el fin de mejorar el contraste y por tanto la visibilidad de la imagen. El ajuste de contraste o realce de imágenes, sobre todo las imágenes digitales, se usa en muchos campos, que incluyen la mejora del contraste de una imagen digital para visualizarla en un receptor de televisión u otro dispositivo de visualización, para ser imprimida por una impresora, en cámaras digitales, etc, etc. El realce del contraste se usa para mejorar el contraste en imágenes médicas y de otro tipo.

Una técnica conocida es la denominada igualación de histogramas. Una discusión sobre la igualación de histogramas puede encontrarse en, por ejemplo, "Digital Image Processing", Prentice Hall, New Jersey, 2001, de R.C. González y Richard B. Woods. La igualación de histogramas está basada en la asunción de que una imagen que tiene un buen contraste tiene píxeles con niveles de luminosidad que están por lo general igualmente distribuidos sobre el intervalo de niveles de luminosidad posibles que puede ser visualizado por el dispositivo de visualización, imprimido por la impresora, etc. Cada uno de los píxeles conserva su orden de luminosidad (esto es, permanecen más brillantes u oscuros que otros píxeles). Sin embargo, los valores de los niveles de luminosidad de cada uno de los píxeles se ajustan de forma que estén igualmente distribuidos en la escala de luminosidad.

Con referencia a la Figura 1, en la igualación de histogramas los niveles de luminosidad de la imagen digital de entrada son sometidos a la generación de histogramas 1 en la que se genera un histograma de los niveles de luminosidad de los píxeles. A continuación se genera una función de distribución acumulativa del histograma 2. La función de distribución acumulativa se normaliza según sea necesario con la gama dinámica disponible del dispositivo de visualización, impresora, etc. Por ejemplo, la gama dinámica puede tener 256 niveles de gris. Esta función de distribución acumulativa normalizada es después usada para correlacionar los niveles de luminosidad de la imagen digital de entrada con los niveles de luminosidad de una imagen de salida 3, que puede después ser pasada a visualización, impresión, etc. La igualación de histogramas realza el contraste de los valores de luminosidad que están cerca del máximo en el histograma y disminuye el contraste cerca de los mínimos. En otras palabras, la igualación de histogramas mejora el contraste en la imagen en regiones de bajo contraste a expensas de otras regiones en las que ya hay un buen contraste.

Una particular limitación de la igualación de histogramas es que los grandes picos en el histograma pueden ser debidos a grandes regiones de luminosidad similar. Frecuentemente éstas corresponden a regiones de fondo que a menudo no tienen interés. En cualquier caso, el efecto de la igualación de histogramas puede ser un sobrerrealce y una visibilidad de ruido aumentada. En el caso en que el histograma contenga picos altos la función de distribución acumulativa generada se hace aguda y los niveles de luminosidad en la imagen de entrada que están cerca uno de otro pueden ser correlacionados para producir niveles de luminosidad que están lejos uno de otro.

Se conocen varias técnicas para superar este problema de sobrerrealce. Por ejemplo, en "Adaptive Image Contrast Enhancement Using Generalizations of Histogram Equalization", de J. Alex Stara en IEEE Transactions on Image Processing, vol. 9, nº 5, Mayo 2000, se expone una función de distribución acumulativa. Con referencia a la Figura 2, el histograma generado 4 está sometido a una función de acumulación modificada 5 que pondera los valores del histograma. Esta función de ponderación es inversamente proporcional a la distancia desde el nivel de luminosidad del píxel actual. De esta forma, se evitan grandes cambios en la función de acumulación 5, de forma que la correlación 6 no cambia de forma importante las características de la imagen. No obstante, un problema con esta técnica modificada es que las funciones de ponderación deben ser escogidas de antemano, y no es suficiente una única función de ponderación para crear una correlación que impida el sobrerrealce de todas las imágenes. Por ejemplo, para una imagen de entrada que tiene unos picos extremadamente estrechos en el histograma de los niveles de luminosidad, la función de ponderación tiene que ser ajustada en consecuencia. Sin embargo, el ajuste de la función de ponderación para tratar con los histogramas con picos estrechos no darán resultados visuales satisfactorios cuando el histograma no esté con picos estrechos y la gama dinámica sea más ancha.

En Pfizer, S.M. y otros: "Adaptive Histogram Equalization and its Variations" Computer Vision Graphics and Image Processing, Academia Press, Duluth, MA, US, vol 39, nº 3, Septiembre 1987 (1987-09), páginas 355-368, XP001002914, se expone una técnica de realce del contraste. Se forma un histograma de píxeles y sus niveles de luminosidad. Después, se fija un umbral de forma que se puedan identificar estos niveles de luminosidad con más de un número de píxeles umbral. A continuación se "recortan los picos y crestas" de los píxeles que interesan y son redistribuidos, es decir los niveles de luminosidad de al menos algunos de los píxeles en los niveles de luminosidad que excedan el umbral son cambiados de forma que ningún nivel de luminosidad tenga más píxeles que el umbral. Una técnica similar se expone en el documento EP-A-0501728.

De acuerdo con un primer aspecto del presente invento se ha dispuesto un método de ajuste del contraste de una imagen formada por píxeles en la que cada píxel tiene un nivel de luminosidad inicial que está dentro de unos niveles de gama de luminosidad entre un nivel de luminosidad mínimo y un nivel de luminosidad máximo, comprendiendo el método, al menos algunos de los píxeles en la imagen:

1. Un método de ajuste del contraste de una imagen formada por píxeles en la que cada píxel tiene un nivel de luminosidad inicial que está dentro de una gama de niveles de luminosidad entre un nivel de luminosidad mínimo y un nivel de luminosidad máximo, comprendiendo el método, al menos algunos de los píxeles de la imagen:

en cada uno de los niveles de luminosidad dentro de dicha gama contar el número de dichos píxeles que tienen el mismo nivel de luminosidad inicial; y

dividir dichos píxeles en al menos dos tipos;

siendo realizada dicha división de dichos píxeles en al menos dos tipos identificando el o cada conjunto de píxeles que tienen niveles de luminosidad inicial, en los que cada uno de una pluralidad de píxeles adyacentes de dichos niveles de luminosidad tiene más píxeles que un número umbral, siendo de un primer tipo los píxeles de dicha pluralidad de píxeles adyacentes de dichos niveles de luminosidad, siendo de un segundo tipo los restantes píxeles;

caracterizado porque:

separadamente para cada el o cada conjunto de píxeles del primer tipo, se efectúa un realce de contraste en los píxeles que forman el conjunto, en el que el realce de contraste se realiza aplicando una igualación de histograma solamente en los píxeles que forman el conjunto usando la función de distribución acumulativa de los píxeles del conjunto.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el método se realiza en todos los píxeles de la imagen.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que en el paso de recuento se forma un histograma en el que se indica el número de píxeles por nivel de luminosidad, y que comprende atenuar dicho histograma antes del paso de división.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la atenuación se realiza pasando los valores del histograma a través de un filtro de paso bajo.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que los niveles de luminosidad mínimo y máximo en dicho histograma después de la atenuación son los mismos que los niveles de luminosidad iniciales máximo y mínimo de dichos píxeles.

6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el número umbral es el promedio del número de píxeles por nivel de luminosidad obtenido en el paso de recuento multiplicado por una constante mayor que 0 y menor que o igual a 1.

7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende aplicar una transformación lineal a los niveles de luminosidad inicial de los píxeles del segundo tipo.

8. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende, antes del paso de realce de contraste, expandir la gama de niveles de luminosidad en el o en cada conjunto de píxeles del primer tipo.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende expandir la gama de niveles de luminosidad en el o en cada conjunto de píxeles del primer tipo en (1+g.L_R/D_R), en donde g es un multiplicador escalar, L_R es la gama de niveles de luminosidad en el conjunto, y D_R es una medida de la gama dinámica de niveles de luminosidad de la imagen.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que D_R está definido como (1+P_MAX-P_MIN), en donde P_MAX es el nivel máximo de luminosidad, y P_MIN es el nivel mínimo de luminosidad.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que D_R está definido como (1+P_MAX-P_MIN), en donde P_MAX es el nivel máximo de luminosidad inicial, y P_MIN es el nivel mínimo de luminosidad inicial mostrados por al menos un porcentaje predeterminado de dichos píxeles, siendo dicho porcentaje predeterminado menor del 100%.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que D_R está definido como (1+P_MAX-P_MIN), en donde P_MIN es el nivel mínimo de luminosidad inicial, y P_MAX es el nivel máximo de luminosidad inicial mostrados por al menos un porcentaje predeterminado de dichos píxeles, siendo dicho porcentaje predeterminado menor del 100%.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que D_R está definido como (1+P_MAX-P_MIN), en donde P_MIN es el nivel mínimo de luminosidad inicial mostrado por al menos un primer porcentaje predeterminado de dichos píxeles, y P_MAX es el nivel máximo de luminosidad inicial mostrado por al menos un segundo porcentaje predeterminado de dichos píxeles, siendo dicho primer porcentaje predeterminado menor que dicho segundo porcentaje predeterminado y siendo cada uno de los porcentajes predeterminados primero y segundo menor del 100%.

14. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que dicha imagen es una imagen de una sucesión de imágenes, siendo el método aplicado a cada una de las imágenes de la sucesión de imágenes utilizando el mismo realce de contraste hasta que se detecta un cambio suficiente en el contraste de la imagen, cuando se aplica un realce de contraste diferente a imágenes posteriores de la sucesión de imágenes.

15. Aparato para ajustar el contraste de una imagen formada por píxeles en la que cada píxel tiene un nivel de luminosidad inicial que está dentro de una gama de niveles de luminosidad entre nivel de luminosidad mínimo y un nivel de luminosidad máximo, comprendiendo el aparato:

un contador elaborado y dispuesto para contar, al menos algunos de los píxeles en la imagen y para cada uno de los niveles de luminosidad dentro de dicha gama, el número de dichos píxeles que tienen el mismo nivel inicial de luminosidad; y

un clasificador elaborado y dispuesto para dividir dichos píxeles en al menos dos tipos;

estando dicho clasificador elaborado y dispuesto para dividir dichos píxeles en al menos dos tipos identificando el o cada conjunto de píxeles que tienen niveles de luminosidad iniciales en los que cada uno de la pluralidad de píxeles adyacentes de dichos niveles de luminosidad tiene más píxeles que un número umbral, siendo un primer tipo los píxeles de cada pluralidad de píxeles adyacentes de dichos niveles de luminosidad, siendo el resto de píxeles de un segundo tipo;

caracterizado porque:

un realzador de contraste está elaborado y dispuesto para realizar el realce del contraste separadamente en el o en cada conjunto de píxeles del primer tipo aplicando la igualación de histograma solamente en los píxeles que forman el conjunto utilizando la función de distribución acumulativa a los píxeles del conjunto.

16. Aparato de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el aparato está dispuesto para operar sobre todos los píxeles de la imagen.

17. Aparato de acuerdo con la reivindicación 15 o la reivindicación 16, en el que el contador está dispuesto para formar un histograma en el que está indicado el número de píxeles por nivel de luminosidad, comprendiendo el aparato un atenuador elaborado y dispuesto para atenuar dicho histograma antes de la operación del clasificador.

18. Aparato de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el atenuador está dispuesto para operar pasando los valores del histograma a través de un filtro de paso bajo.

19. Aparato de acuerdo con la reivindicación 17 o reivindicación 18, en el que el atenuador está dispuesto de forma que los niveles de luminosidad mínimo y máximo en dicho histograma después de la atenuación son los mismos que los niveles mínimo y máximo de luminosidad iniciales de dichos píxeles.

20. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, en el que el número umbral es el promedio del número de píxeles por nivel de luminosidad obtenido en el paso de recuento multiplicado por una constante mayor que 0 y menor que o igual a 1.

21. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20, que comprende un realzador de contraste elaborado y dispuesto para aplicar una transformación lineal a los niveles de luminosidad iniciales de los píxeles del segundo tipo.

22. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, que comprende un expansor de la gama elaborado y dispuesto para expandir la gama de niveles de luminosidad en el o en cada conjunto de píxeles del primer tipo antes de la operación del realzador de contraste.

23. Aparato de acuerdo con la reivindicación 22, en el que el expansor de gama está dispuesto para expandir la gama de niveles de luminosidad en el o en cada conjunto de píxeles del primer tipo en (1+g.L_R/D_R), en donde g es un multiplicador escalar, L_R es la gama de niveles de luminosidad en el conjunto, y D_R es una medida de la gama dinámica de niveles de luminosidad de la imagen.

24. Aparato de acuerdo con la reivindicación 23, en el que D_R está definido como (1+P_MAX-P_MIN), en donde P_MAX es el nivel de luminosidad máximo y P_MIN es el nivel de luminosidad mínimo.

25. Aparato de acuerdo con la reivindicación 23, en el que D_R está definido como (1+P_MAX-P_MIN), en donde P_MAX es el nivel de luminosidad máximo y P_MIN es el nivel de luminosidad mínimo mostrados por al menos un porcentaje predeterminado de dichos píxeles, siendo dicho porcentaje predeterminado menor del 100%.

26. Aparato de acuerdo con la reivindicación 23, en el que D_R está definido como (1+P_MAX-P_MIN), en donde P_MIN es el nivel de luminosidad mínimo y P_MAX es el nivel de luminosidad máximo mostrados por al menos un porcentaje predeterminado de dichos píxeles, siendo dicho porcentaje predeterminado menor del 100%.

27. Aparato de acuerdo con la reivindicación 23, en el que D_R está definido como (1+P_MAX-P_MIN), en donde P_MIN es el nivel de luminosidad mínimo mostrado por al menos un primer porcentaje predeterminado de dichos píxeles y P_MAX es el nivel de luminosidad máximo mostrado por al menos un segundo porcentaje predeterminado de dichos píxeles, siendo dicho primer porcentaje predeterminado menor que dicho segundo porcentaje predeterminado y siendo cada uno de los porcentajes predeterminados primero y segundo menor del 100%.

28. Aparato de acuerdo con las reivindicaciones 15 a 27, en el que dicha imagen es una imagen de una sucesión de imágenes, comprendiendo el aparato un detector de cambio de escena para detectar cambios en el contraste entre imágenes de la sucesión de imágenes, estando el aparato dispuesto para aplicar el mismo realce de contraste a las imágenes de la sucesión de imágenes hasta que se detecta un cambio suficiente en el contraste de las imágenes, cuando se aplica un realce de contraste diferente a las imágenes posteriores de la sucesión de imágenes.