Способ коррекции яркости дефектных пикселей цифрового монохромного изображения

СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ЯРКОСТИ ДЕФЕКТНЫХ ПИКСЕЛЕЙ ЦИФРОВОГО МОНОХРОМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Способ коррекции яркости дефектных пикселей цифрового монохромного изображения заключается в том, что значения яркости дефектного пикселя вычисляют по его окружению,составляют карту дефектных пикселей, по которой определяют периметр, преимущественно четырехсвязный, дефектных кластеров и вычисляют яркость каждого дефектного пикселя,принадлежащего периметру; данную процедуру проводят итерационно до тех пор, пока не будет вычислена яркость каждого дефектного пикселя, при этом яркость дефектного пикселя определяют,например, как средневзвешенное значение по яркостям соседних пикселей. Технический результат- повышение качества получаемого изображения путем коррекции яркости дефектных пикселей цифрового монохромного изображения. Косарев Руслан Николаевич (RU) Пронин В.О. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ИМПУЛЬС" (RU) 016450 Изобретение относится к способам обработки изображений, а более конкретно, к способам коррекции яркости дефектных пикселей цифрового монохромного изображения. Предшествующий уровень техники В цифровых детекторах, предназначенных для регистрации изображения и состоящих из большого числа одинаковых ячеек (пикселей), часто встречаются дефекты как отдельных пикселей, так и небольшой группы пикселей. Эти дефекты проявляются на изображениях таким образом, что яркость таких пикселей на глаз заметно отличается от яркости соседних пикселей, регистрирующих истинный сигнал. Такие пиксели называются дефектными, а группы дефектных пикселей называются дефектными кластерами. Приведем наиболее распространенные дефекты. Битый пиксель - дефект пикселя, проявляющийся в неизменности выходного сигнала при различных уровнях входного сигнала. Горячий пиксель - дефект пикселя, при котором выходной сигнал пикселя имеет неверную зависимость от входного сигнала или значительно зависит от иных факторов, например температуры или значений соседних пикселей. Зависимый пиксель - дефект пикселя, при котором сигнал пикселя зависит от сигналов окружающих его пикселей. Координаты дефектных пикселей, номера строк и столбцов, определяют на этапе калибровки цифрового детектора и являются входными параметрами способа коррекции изображения. Как правило, яркость дефектного пикселя вычисляют по его окружению с применением различных вычислительных техник. Коррекция яркости дефектных пикселей способствует лучшему восприятию цифрового изображения при визуализации и упрощает дальнейшую его обработку, например, при подавлении шума, вычислении уровней яркости и контраста, при поисках объектов на изображении и т.д. В данной заявке мы заявляем способ коррекции яркости дефектных пикселей, координаты которых определены на этапе калибровки цифрового детектора и являются входными параметрами способа коррекции. Из уровня техники известен способ синтеза текстурированного изображения в [A. Efros and T.Leug.Texture synthesis by non-parametric sampling. Proc. Int. Conf. Computer Vision, pp. 1033-1038, Greece, September 1999]. Введем обозначения: пусть i и j обозначают координаты пикселей изображения, (i) и (j) яркости указанных пикселей, N(i) и N(j) их окружения. Под окружением N(i) пикселя i будем понимать прямоугольную часть изображения с центром в пикселе i. Известный способ заключается в том, что, если необходимо восстановить сигнал (i), то по окружению N(i) ищется наиболее близкое окружение N(j) пикселя j по некоторой метрике d(i, j) и, после того как такое окружение N(j) найдено, сигнал (i) полагается равным сигналу (j) Поиск окружения N(j) можно проводить как по всему изображению, так и по некоторой ограниченной области изображения, которая и называется областью поиска. Метрику d(i, j) определим следующим образом Здесь b(k) - бинарная маска соответствующего окружения: b(k)=0, если сигнал пикселя к уже известен, и b(k)=1, если сигнал пикселя еще только необходимо определить. Нормирующий фактор Z равен Недостатки известного способа заключаются в следующем. 1) Способ является неустойчивым, например, если окружения N(j) и одинаково близки к окружению N(i), а сигналы пикселей (j) и заметно отличаются друг от друга. 2) В способе восстановленный сигнал пикселя (i) всегда равен какому-либо сигналу пикселя (j) из области поиска, т.е. в некоторых случаях не воспроизводится эффект изменения освещенности. Раскрытие изобретения Задача изобретения заключается в коррекции яркости дефектных пикселей цифрового монохромного изображения. Технический результат заявляемого способа заключается в повышении качества получаемого изображения путем коррекции яркости дефектных пикселей цифрового монохромного изображения. Технический результат достигается тем, что в способе коррекции яркости дефектных пикселей цифрового монохромного изображения, заключающемся в том, что значения яркости дефектного пикселя вычисляют по его окружению, согласно изобретению, составляют карту дефектных пикселей, по которой определяют периметр дефектных кластеров и вычисляют яркость каждого дефектного пикселя, принад-1 016450 лежащего периметру; данную процедуру проводят итерационно до тех пор, пока не будет вычислена яркость каждого дефектного пикселя, при этом яркость дефектного пикселя вычисляют как средневзвешенное значение по яркостям соседних пикселей. В целях улучшения качества изображения в качестве периметра дефектных кластеров используют четырехсвязный периметр. В целях улучшения качества изображения яркость дефектного пикселя определяют согласно оценке Надарая-Ватсона, проводя суммирование по области поиска,b(k) и b(n) - значение k -того и n -того пикселей на карте дефектных пикселей. В целях улучшения качества изображения и уменьшения времени исполнения программной реализации заявляемого способа дефектные пиксели периметра классифицируют по их окружению 33 пикселя и для коррекции яркости дефектных пикселей, принадлежащих различным классам, используют различные значения размеров окружения и области поиска, при этом используют следующие классификацию и значения размеров окружения и области поиска: кластеры с числом дефектных пикселей три и менее, размеры окружения 33 и области поиска 33; кластеры с числом дефектных пикселей четыре и более, размеры окружения 55 и области поиска 55; дефектные кластеры в виде линии шириной в один пиксель, размеры окружения 55 и области поиска 37 для строки и 73 для столбца; дефектные кластеры в виде линии шириной в два пикселя, размеры окружения 55 и области поиска 57 для строки и 75 для столбца. Особенность заявляемого способа заключается в следующем. 1) Способ не зависит от геометрии дефектных пикселей, т.е. позволяет корректировать яркость дефектных кластеров произвольной геометрии без каких-либо дополнительных ограничений. 2) Способ реалистично восстанавливает текстуру изображения, например, сигнал на границе резкого изменения яркости и в области локальных периодических текстур. Чтобы обеспечить независимость заявляемого способа от геометрии дефектных кластеров, процедуру коррекции яркости дефектных пикселей проводят итерационно - по периметру дефектных кластеров. Сначала по заданным координатам дефектных пикселей строят карту дефектных пикселей бинарное изображение, на котором дефектные пиксели обозначены единицами, а пикселы с истинным сигналом нулями. По карте дефектных пикселей находят четырехсвязный периметр и вычисляют яркость каждого дефектного пикселя, принадлежащего периметру, после чего пиксели с исправленной яркостью отмечают нулями на карте дефектных пикселей. После чего итерационно продолжают данную процедуру до тех пор, пока не будет вычислена яркость последнего дефектного пикселя. Для определения периметра дефектных кластеров мы использовали известный способ с использованием поисковых таблиц (lookup table) [Р. Гонсалес, Р. Вудс, С. Эддинс, Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. Техносфера, 2006, стр. 370]. Суть способа коррекции яркости дефектных пикселей заключается в том, чтобы вычислить яркость дефектного пикселя как среднее взвешенное значение по яркостям окружающих пикселей. При этом окружение дефектного пикселя рассматривают как регрессор, а яркость дефектного пикселя как зависимую величину (здесь мы используем терминологию, принятую в регрессионном анализе). Для вычисления яркости дефектного пикселя, которая есть зависимая величина, мы используем оценку Надарая-Ватсона из метода непараметрической регрессии [A. W. Bowman and A. Azzalini, Applied Smoothing Techniques for Здесь K - ядерная функция сглаживания и h - параметр сглаживания (ширина окна). В нашем случае х обозначает окружение дефектного пикселя, а y - вычисленную яркость дефектного пикселя. Осуществление изобретения Осуществление способа коррекции яркости дефектных пикселей поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображен пример дефектного кластера размером 1010 пикселей. Белым цветом и цифрой 1 обозначены дефектные пиксели. Серым цветом и цифрой 2 обозначены пиксели с истинным сигналом. На фиг. 2 изображен четырехсвязный периметр дефектного кластера, изображенного на фиг. 1. Белым цветом и цифрой 3 обозначены пиксели, которые образуют четырехсвязный периметр кластера дефектных пикселей. Цифрой 4 обозначен один из дефектных пикселей периметра, а цифрой 5 его окружение размером 33. На фиг. 3 представлен пример части изображения с дефектными пикселями. Цифрой 6 обозначены дефектные столбцы и строки шириной в один пиксель. Цифрой 7 обозначены дефектные столбцы и строки шириной в два пикселя. Цифрой 8 обозначены столбцы шириной в один пиксель, содержащие дефекты типа штрихпунктирной линии. На фиг. 4 представлен пример части изображения с дефектными пикселями. Цифрой 6 обозначена дефектная строка шириной в один пиксель. Цифрой 7 обозначены дефектные столбцы и строки шириной в два пикселя. На фиг. 5 представлено изображение фиг. 3 после коррекции. На фиг. 6 представлено изображение фиг. 4 после коррекции. В заявляемом способе яркость (i) дефектного пикселя i вычисляется как средне взвешенное значение где (i,j) - весовые множители с обычным ограничением 0(i, j)1 и знаменатель дроби есть условие нормировки. Суммирование в вышеприведенной формуле проводится по заданной области поиска. Пусть N(i) и N(j) обозначают, как и раньше, окружения пикселей с координатами i и j. Вычислим расстояние между этими окружениями как Здесь b(k)=1, если пиксель отмечен как дефектный, и b(k)=0 в противном случае. Нормирующий множитель Z(i,j) равен Веса (i, j) вычисляют по следующей формуле Параметр сглаживания h выбирают пропорциональным параметру сглаживания, вычисленному по правилу Сильвермана [A. W. Bowman and A. Azzalini, Applied Smoothing Techniques for Data Analysis,Clarendon Press, 1997, стр.31] Безразмерный множитель k является параметром заявляемого способа коррекции и введен для того,чтобы иметь возможность регулировать значение параметра сглаживания h. Параметрами заявляемого способа коррекции яркости дефектных пикселей являются: 1) Размеры окружения дефектного пикселя по вертикали и горизонтали. 2) Размеры области поиска по вертикали и горизонтали. 3) Безразмерный множитель k. Лучший вариант осуществления изобретения Вычислительная сложность заявляемого способа коррекции яркости дефектных пикселей довольно высока. Первая возможность ускорить алгоритм, не меняя сам способ вычислений, заключается в том,-3 016450 чтобы оптимизировать параметры алгоритма в зависимости от геометрии дефекта. В заявляемом способе используют следующую классификацию дефектных кластеров в окружении 33 пикселя. 1) Малый кластер - кластер с числом дефектных пикселей три и менее. 2) Большой кластер - кластер с числом дефектных пикселей четыре и более. 3) Дефектный кластер в виде линии шириной в один пиксель. 4) Дефектный кластер в виде линии шириной в два пикселя. Для конкретного цифрового детектора, дефектные кластеры которого не превышают размеров 77 пикселей и дефектные линии не превышают два пикселя в ширину, можно использовать следующие параметры алгоритма (см. табл.). Таблица В примерах коррекции яркости дефектных пикселей использованы указанные в табл. значения параметров, а множитель k равен единице. В качестве примера на фиг. 3 и 4 представлены изображения с дефектами в виде строк и столбцов шириной один и два пикселя, а также столбцы шириной в один пиксель, содержащие дефекты типа штрихпунктирной линии. На фиг. 5 и 6 представлены те же изображения, но уже после коррекции заявляемым способом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ коррекции яркости дефектных пикселей цифрового монохромного изображения, заключающийся в том, что значения яркости дефектного пикселя вычисляют по его окружению, отличающийся тем, что составляют карту дефектных пикселей, по которой определяют периметр дефектных кластеров и вычисляют яркость каждого дефектного пикселя, принадлежащего периметру; данную процедуру проводят итерационно до тех пор, пока не будет вычислена яркость каждого дефектного пикселя, при этом яркость дефектного пикселя вычисляют как средневзвешенное значение по яркостям соседних пикселей. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве периметра дефектных кластеров используют четырехсвязный периметр. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что яркость дефектного пикселя определяют согласно оценке Надарая-Ватсона, проводя суммирование по области поиска,(i, j) - веса вычисляются по формулеd(i, j) - расстояние между окружениями N(i) и N(j)b(k) и b(n) - значение k-го и n-го пикселей на карте дефектных пикселей. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что дефектные пиксели периметра классифицируют по их окружению 33 пикселя и для коррекции яркости дефектных пикселей, принадлежащих различным классам, используют различные значения размеров окружения и области поиска, при этом используют следующие классификацию и значения размеров окружения к области поиска: кластеры с числом дефектных пикселей три и менее, размеры окружения 33 и области поиска 33; кластеры с числом дефектных пикселей четыре и более, размеры окружения 55 и области поиска 55; дефектные кластеры в виде линии шириной в один пиксель, размеры окружения 55 и области поиска 37 для строки и 73 для столбца; дефектные кластеры в виде линии шириной в два пикселя, размеры окружения 55 и области поиска 57 для строки и 75 для столбца.