ES2330619T3 - Procedimiento y aparato para captar imagenes utilizando sensores defectuosos. - Google Patents
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Abstract
Aparato para la captación de imágenes por medio de un sensor defectuoso, que comprende: un sensor de imágenes (10), comprendiendo dicho sensor de imágenes (10) unos píxeles y que puede ser accionado para desplazarse entre al menos una primera posición de captación de imágenes y una segunda posición de captación de imágenes, en el que dicho sensor (10) es sustancialmente cuadrangular y puede ser accionado alrededor de dos ejes separados (50, 52) que son diagonales respectivas de dicho sensor (10), un controlador de la captación de imágenes para controlar dicho sensor (10) para su desplazamiento entre dichas posiciones de captación de imágenes durante una operación de captación de imágenes para tomar de esta forma una subimagen de cada una de dichas posiciones para que las partes de una imagen objeto sean captadas por al menos dos píxeles separados de dicho sensor (10), un calibrador que puede ser accionado para calibrar dicho aparato mediante la determinación de dichas posiciones de captación de imágenes, de manera que un mínimo de píxeles defectuosos se superponga sobre los píxeles defectuosos para todas las posiciones de dicha captación de imágenes, un integrador, asociado con dicho sensor (10) para integrar dichas subimágenes en una imagen completa única, caracterizado porque dicho calibrador puede ser accionado para llevar a cabo una prueba de defectos (44) sobre dicho sensor (10) para determinar las posiciones de los píxeles defectuosos y, utilizando dichas posiciones determinadas para calcular un desplazamiento de dicho sensor (10) para reducir al mínimo el número de posiciones defectuosas que se superponen con dicho desplazamiento del sensor.
Description
Procedimiento y aparato para captar imágenes
utilizando sensores defectuosos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y un aparato para captar imágenes utilizando sensores
defectuosos.
Las cámaras digitales y otros dispositivos de
captación de imágenes tienen unos sensores a base de píxeles. En el
caso de una cámara digital el sensor es parte del respaldo de la
cámara digital, en adelante designada simplemente como el
respaldo.
El sensor se presenta en dos tipos, los que
sustancialmente cubren la totalidad de la captación de la imagen de
manera que solo se necesita una sola operación de captación de
imagen, y aquéllos en los cuales el tamaño de la imagen es una
fracción del área total de captación de la imagen, de manera que el
sensor necesita ser desplazado para obtener captaciones separadas
sobre el área de captación. Los primeros son designados en la
presente memoria como sensores de gran área. En el estado de la
técnica de las cámaras digitales o de las cámaras con respaldos de
la cámara digital con sensores de gran área, el componente más
costoso es generalmente el sensor de imagen. Esto se debe sobre
todo al rendimiento de fabricación, que es la proporción de los
sensores fabricados que se han aprobado para su uso, es
aproximadamente proporcional al área. Típicamente, para sensores
mayores de 16 mm x 24 mm, menos de la mitad de los sensores
fabricados pasan la prueba como apropiados para la formación de
imágenes. Los sensores que son apropiados como no considerados para
la formación de imágenes son generalmente rechazados porque tienen
defectos que no pueden ser corregidos utilizando medios
convencionales. Los defectos son zonas de uno o más píxeles no
fiables. En general, los defectos de un solo píxel, o casi de un
solo píxel, pueden ser compensados mediante la utilización de
medios convencionales. Sin embargo, determinados tipos de defectos,
como por ejemplo agrupaciones de más de 2 x 2 píxeles no fiables, o
defectos de múltiples filas o de múltiples columnas adyacentes no
pueden ser compensados mediante la utilización de medios
convencionales y los sensores que presentan dichos defectos son
típicamente rechazados.
Un ejemplo de compensación de defectos
convencional se divulga en el documento JP32963675A2, el cual
divulga un circuito de corrección de defectos para implementar un
procesamiento de corrección de defectos mediante la sustracción de
una señal en un nivel indicativo de los datos del nivel de los
defectos a partir de una señal de salida de un píxel. La patente
estadounidense 5,159,457 transferida a Sony Corporation, divulga un
modo operacional de ajuste en el cual un dispositivo acoplado por
carga (CCD) con unos píxeles con un defecto dependiente de la
temperatura, es accionado para que el CCD acumule N veces tanta
carga como en un modo operacional ordinario. Una tensión de
desplazamiento correspondiente es suministrada a un sensor de la
temperatura para que una señal de compensación de defectos
procedente de un generador de señal de compensación de defectos
pueda ser ajustada con gran precisión. En el modo de ajuste, la
temperatura del CCD se eleva, para que el nivel del componente
defectuoso de la salida de la señal procedente del CCD sea lo
suficientemente grande para ser ajustado con precisión. En un modo
operacional ordinario, la señal de compensación procedente del
generador de señal de compensación de defectos cuyo nivel ha sido
ajustado con gran precisión en el modo operacional de ajuste es
añadido a una señal de salida de toma de imagen del CCD para
producir una señal compensada defectuosa ajustada con gran
precisión. El sistema expuesto no es apropiado, sin embargo, para la
mayoría de los tipos de defectos de fabricación.
Determinados respaldos están diseñadas para
captar una imagen completa en 3 operaciones o instantáneas de
captación de imágenes separadas. Un ejemplo es el respaldo de la
cámara Leaf Volare el cual implementa la captación de imágenes en
color tomando cada instantánea a través de un filtro coloreado
diferente. Otro ejemplo de captación de imágenes con instantáneas
múltiples es el del respaldo de la cámara Leaf Cantare XY, y
dispositivos similares, los cuales utilizan un sensor de matriz de
filtros de color. El respaldo está diseñado para captar la imagen
en dos o tres instantáneas desplazándose el sensor mediante un
desplazamiento de píxel exacta entre las instantáneas con el fin de
obtener un muestreo a todo color. Dichos respaldos de cámaras
utilizan en general un sensor de pequeño tamaño, el cual no cubre
toda el área de formación de imágenes, dado que el sensor más
pequeño produce un rendimiento de fabricación más alto y, por tanto,
es más barato de fabricar. Los sensores de área grande, los cuales
cubren el área de formación de imágenes son prohibitivamente
costosos.
El documento JP 06 189318 divulga un dispositivo
de toma de color que posibilita que un elemento de toma de imágenes
sea vibrado a lo largo de una dirección de una diagonal del
dispositivo de toma de imágenes con el fin de mejorar un número
efectivo de píxeles del dispositivo de toma de imágenes. La
vibración del dispositivo de toma de imágenes proporciona así mismo
un número aparentemente incrementado de píxeles. La vibración
impide así mismo una señal de color falsa, incluso si un componente
de alta frecuencia de una imagen óptica está en consonancia con el
paso de una matriz de filtros de color.
El documento US 4 581 649 divulga un sistema de
toma de imágenes que comprende un sensor de imágenes y un vibrador
para hacer vibrar la imagen situada sobre el sensor de imágenes
para hacer oscilar los datos fotográficos. Un escáner está
dispuesto para que opere en sincronización con la vibración de la
imagen para cambiar los datos fotográficos oscilados a los datos
para una imagen fija. Una memoria está dispuesta para almacenar los
datos de la imagen fija y un circuito lógico mayoritario está
dispuesto para seleccionar los datos más fiables a partir de los
datos almacenados en la memoria y para producir unos datos
pictóricos para la imagen existente en el sensor de imágenes.
El documento US 4 748 507 divulga un sistema de
formación de imágenes y un procedimiento para compensar una
pluralidad de elementos de imagen defectuosos dentro de una
pluralidad de elementos de formación de imágenes del sistema de
formación de imágenes. El documento divulga así mismo el empleo de
un montaje electroóptico con el fin de reducir una fatiga
incrementada de los elementos de formación de imágenes. El montaje
electroóptico reduce así mismo los zumbidos en el momento del
desplazamiento de los elementos de formación de imágenes. Con la
propuesta sugerida en este documento ya no es necesario el
desplazamiento de los elementos de formación de imágenes al
compensar la pluralidad de elementos de imagen defectuosos dentro
del sistema de formación de
imágenes.
imágenes.
Sería ventajoso contar con un residuo de cámara
con un sensor cuyo tamaño de área fuera más próximo al tamaño del
área de la formación de imágenes ópticas, y a un coste
reducido.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona de este modo un aparato de captación de
imagen por medio de un sensor defectuoso, que comprende:
- un sensor de imagen, comprendiendo dicho sensor de imagen unos píxeles y que puede ser accionado para desplazarse entre al menos una primera posición de captación de imagen y una segunda posición de captación de imagen, en el que dicho sensor es sustancialmente cuadrangular y dichos dos ejes separados son diagonales respectivas de dicho sensor
- un controlador de captación de imagen para controlar dicho sensor para su desplazamiento entre dichas posiciones de captación de imagen durante una operación de captación de imagen para con ello tomar una subimagen en cada una de dichas posiciones para que las partes de dicha imagen objeto sean captadas por al menos dos píxeles separados de dicho sensor,
- un calibrador que puede ser accionado para calibrar dicho aparato mediante la determinación de dichas posiciones de captación de imagen de manera que un mínimo de píxeles defectuosos resulten superpuestos sobre otros píxeles defectuosos para la totalidad de dichas posiciones de captación de imagen, caracterizado porque dicho calibrador puede ser accionado para desarrollar una prueba de defectos sobre dicho sensor para determinar las posiciones de los píxeles defectuosos y utilizando dichas posiciones determinadas para calcular un desplazamiento de dicho sensor para reducir al mínima el número de posiciones defectuosas que se superponen con dicho desplazamiento del sensor, y
- un integrador, asociado con dicho sensor, para integrar dichas subimágenes en una sola imagen total.
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De modo preferente, dicha prueba de defectos
comprende el análisis de una imagen de prueba de un área iluminada
de manera uniforme captada por dicho sensor.
El aparato puede así mismo comprender un
dispositivo de registro para registrar una posición de dicho
sensor.
El dispositivo de registro puede así mismo
comprender dos unidades de proyección para proyectar unos haces
detectables sobre puntos predeterminados alrededor de dicho sensor,
para posibilitar con ello la determinación de la posición del
sensor.
De modo preferente, dicho sensor puede ser
accionado para tomar una imagen de dichas unidades de proyección
antes de una operación de captación de subimágenes, para
posibilitar que su posición se determine a partir de
aquella.
aquella.
De modo preferente, dichas unidades de
proyección son diodos de emisión de luz.
De modo preferente, dicho integrador puede ser
accionado para tomar una primera subimagen y para insertar sobre
unas posiciones de píxel defectuosas de ésta, unos datos de imagen
provinentes de las posiciones de píxeles correspondientes de otras
subimágenes.
De modo preferente, dicho integrador puede ser
accionado para promediar conjuntamente datos de imagen de las
respectivas posiciones de píxeles no defectuosos de cada
subimagen.
De modo preferente, una distancia entre las
respectivas posiciones de captación de imagen no es un número
entero de píxeles, pudiendo dicho integrador ser accionado para
interpolar con el fin de producir los datos de los píxeles
correspondientes.
De modo preferente, dichos datos de imagen son
captados en una pluralidad de canales de color separados y los
defectos resultan generalmente restringidos a un solo canal de
color. En dicho caso, el integrador puede ser accionado en cada
defecto para utilizar los datos procedentes de cada canal de color
completo y rodear los datos de cada canal de color dañado para
interpolar cada canal de color dañado.
\newpage
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención se proporciona un procedimiento de adaptación de los
píxeles defectuosos en un sensor de imagen pixelada que comprende
fas etapas de:
- la captación de una primera subimagen en una primera posición del sensor, el análisis de dicho sensor para determinar las posiciones de los píxeles defectuosos, y la utilización de dichas posiciones determinadas para calcular el desplazamiento de dicho sensor para reducir al mínimo el número de posiciones defectuosas que se superpongan con dicho desplazamiento del sensor,
- el desplazamiento de dicho sensor,
- la captación de una segunda subimagen de una segunda posición del sensor, y
- la integración de los datos procedentes de los píxeles correspondientes de dicha primera subimagen y dicha segunda subimagen para formar una imagen completa, en el que
- dicho desplazamiento se lleva a cabo alrededor de dos ejes separados (50, 52) que son diagonales respectivas de dicho sensor de manera que un mínimo de píxeles defectuosos se superponga sobre otros píxeles defectuosos para todas las posiciones de captación de la imagen.
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De modo preferente, dicha integración comprende
la toma de una subimagen y la adición a ella de datos procedentes
de otra de dichas subimágenes para cada posición defectuosa de
dicha primera subimagen.
De modo preferente, dicha integración comprende
la promediación de todos los datos disponibles procedentes de las
posiciones de los píxeles no defectuosos de cada subimagen.
De modo preferente, si dicho desplazamiento no
es un número entero de posiciones de píxeles, entonces, dicha
integración comprende la utilización de la interpolación para
proporcionar los datos de los píxeles en una posición no
integral.
De modo preferente, los datos de color son
recogidos por medio de canales de color separados y en el que los
defectos son por color, de manera que al menos un canal de color
está completo en una posición defectuosa y al menos un canal de
color está incompleto en dicha posición defectuosa, comprendiendo el
procedimiento la determinación de los datos de color en dicha
posición defectuosa mediante la interpolación de los datos de
usuario de dichos canales completos en dicha posición defectuosa
junto con los datos de dichos canales incompletos que rodean dicha
posición defectuosa.
Para una mejor compresión de la invención y para
mostrar cómo la invención puede llevarse a efecto, a continuación
se hará referencia, simplemente a modo de ejemplo, a los dibujos
que se acompañan.
A continuación, con referencia específica y
detallada a los dibujos, debe insistirse en que los pormenores
mostrados lo son únicamente a modo de ejemplo y con fines de
exposición ilustrativa en las formas de realización preferentes de
la presente invención, y se presentan para ofrecer lo que se
considera la descripción de los principios y de los aspectos
conceptuales de la invención más útiles y más fácilmente
comprensibles. En este sentido, no se ha pretendido mostrar detalles
estructurales de la invención con mayor detalle del necesario para
una comprensión fundamental de la invención, resultando evidente
para los expertos en la materia que la descripción, tomada en
combinación con los dibujos, es la manera en que las diversas
formas de la invención pueden llevarse a la práctica. En los
dibujos que se acompañan:
la Fig. 1 es un diagrama simplificado que
muestra un sensor con los defectos del tipo que no pueden ser
compensados mediante la utilización de medios convencionales,
sensor cuyo uso es en la actualidad rechazado,
la Fig. 2 es un a ilustración esquemática
simplificada que muestra una imagen tomada con un sensor que
presenta defectos del tipo mostrado en la Fig. 1,
la Fig. 3 es una ilustración esquemática
simplificada que muestra la imagen de la Fig. 2 tomada por el
sensor de la Fig. 1, en el que el sensor de la Fig. 1 ha sido
desplazado, desde la posición de captación de la imagen de la Fig.
2 hasta una nueva posición de captación de la imagen, para
compensar de esta forma los defectos, de acuerdo con una primera
forma de realización de la presente invención,
la Fig. 4 es un diagrama de flujo simplificado
que muestra esquemáticamente un esquema para la obtención del
desplazamiento para compensar los defectos de acuerdo con una forma
de realización preferente de la presente invención,
la Fig. 5 es un diagrama de flujo simplificado
que muestra la calibración de la etapa de la Fig. 4,
la Fig. 6 es un diagrama esquemático
simplificado que muestra los ejes de desplazamiento de un sensor de
acuerdo con una forma de realización preferente de la presente
invención,
la Fig. 7 es una vista esquemática simplificada
desde arriba de una cámara que muestra el aparato de proyección
para el registro entre imágenes desplazadas, de acuerdo con una
forma de realización preferente de la presente invención,
la Fig. 8 es una vista esquemática simplificada
del aparato mostrado en la Fig. 7 mostrado en una vista
lateral,
la Fig. 9 es un diagrama de flujo simplificado
que muestra una primera forma de realización del procedimiento de
captación de imágenes de la Fig. 4, y
la Fig. 10 es un diagrama de flujo simplificado
que muestra una segunda forma de realización del procedimiento de
captación de imágenes de la Fig. 4.
\vskip1.000000\baselineskip
Las presentes formas de realización divulgan un
procedimiento y un aparato para captar imágenes utilizando un
sensor de área completa defectuoso mediante la toma de al menos dos
captaciones de imágenes y el desplazamiento del sensor entre las
captaciones de las imágenes de manera que la subsecuente
superposición de las imágenes conduzca a la cancelación de los
defectos.
Más concretamente, la finalidad de las presentes
formas de realización consiste en proporcionar unas imágenes de
calidad satisfactoria mediante unos sensores que tienen defectos
que en la actualidad suponen el rechazo del sensor. Más
concretamente, se desea producir imágenes de buena calidad incluso
en los casos en los que los sensores tengan defectos de
agrupaciones mayores de 2 x 2 y/o defectos de columnas múltiples o
de filas múltiples de hasta varias filas y columnas.
Antes de explicar al menos una forma de
realización de la invención con detalle, debe entenderse que la
invención no está limitada en su aplicación a los detalles de
estructura y disposición de los componentes expuestos en la
descripción que sigue o ilustrados en los dibujos. La invención es
aplicable a otras formas de realización o puede ser puesta en
práctica o desarrollada de diversas maneras. Así mismo, debe
entenderse que la fraseología y la terminología empleadas en la
presente memoria tienen finalidad descriptiva y no deben
considerarse como limitativas.
A continuación, se hace referencia a la Fig. 1,
la cual es un diagrama simplificado que muestra un sensor de gran
área con defecto en él. El sensor de gran área 10 tiene los
defectos 12, 14 y 16. El defecto 12 es un defecto de columna. El
defecto 14 es un defecto de fila y el defecto 16 es un defecto de
agrupamiento. En general, si el sensor 10 es utilizado para captar
una imagen, entonces se registrarán datos de la imagen no fiables
en las posiciones de píxeles defectuosos.
A continuación se hace referencia a la Fig. 2,
la cual muestra una imagen que va a ser captada, la cual se
superpone sobre el sensor 10. En la Fig. 2, los píxeles negros 17
se corresponden con las posiciones defectuosas, y habitualmente, no
se registran datos de imagen útiles para las posiciones de los
píxeles defectuosos, reduciendo sustancialmente la calidad de la
imagen.
A continuación se hace referencia a la Fig. 3 la
cual ilustra la forma en que puede llevarse a cabo la compensación
de las posiciones de los píxeles defectuosos de la Fig. 2, de
acuerdo con una forma de realización preferente de la presente
invención. En la Fig. 3, la misma imagen es captada por el sensor
10, como se muestra en la Fig. 2, sin embargo, el sensor ha sido
desplazado a lo largo de la línea de la flecha 20 de manera que las
posiciones de la imagen correspondientes a los píxeles defectuosos
de la Fig. 2 ya no se corresponden con los píxeles defectuosos de
la Fig. 3, con la excepción de dos puntos de coincidencia fila -
columna. Como se expondrá más adelante en la presente memoria, es
posible determinar las posiciones defectuosas y, de esta manera,
calcular un desplazamiento apropiado para reducir al mínimo las
posiciones de los píxeles defectuosos en la imagen final.
A continuación se hace referencia a la Fig. 4,
la cual es un diagrama de flujo simplificado que muestra dos etapas
en la realización del desplazamiento de la Fig. 3. Una primera
etapa 30 es una etapa de calibración, la cual calcula un
desplazamiento apropiado del sensor y una segunda etapa 32 es una
etapa de captación de imagen la cual utiliza el desplazamiento
calculado en un proceso de captación de imágenes. La etapa de
calibración se lleva a cabo, de modo preferente, solo una vez por
el sensor, dado que los defectos son generalmente defectos de
fabricación. La etapa de captación de imágenes se lleva a cabo, de
modo preferente, cada vez que el sensor se utiliza para captar una
imagen.
A continuación se hace referencia a la Fig. 5,
la cual es un diagrama de flujo simplificado que muestra la etapa
de calibración 30 con mayor detalle. En la etapa de calibración 30
los defectos son primeramente cartografiados, en una etapa 40. El
cartografiado puede efectuarse mediante efectos visuales. Como
alternativa, el cartografiado puede llevarse a cabo mediante el
análisis de una imagen de prueba efectuada utilizando el sensor
sobre un área iluminada de manera uniforme. Sobre la base del
cartografiado, en la etapa 42, se selecciona una primera posición
de desplazamiento y una distancia con la propiedad de que ningún
punto de la escena cae por debajo de un defecto en dos instantáneas,
si la segunda instantánea está desplazada con respecto a la
primera, excepción mencionada anteriormente con respecto a defectos
coincidentes en filas y columnas donde determinados puntos de las
filas de una imagen se cartografían sobre puntos de columnas de la
otra imagen. La superposición de los defectos de este tipo se
resuelve de modo preferente mediante el cálculo de un tercer
desplazamiento. En general, dos o tres posiciones de desplazamiento
son suficientes pero se prevén cuatro o más posiciones de
desplazamiento para situaciones de defectos graves.
La selección de las distancias y de las
direcciones de desplazamiento puede efectuarse, por ejemplo,
mediante simple enumeración y comprobación, y etapa 44, de
direcciones diagonales posibles desde un píxel hacia abajo y un
píxel transversal, hasta, digamos 50 píxeles hacia abajo y 50
píxeles transversales. Dicha extensión proporciona un total de 50 x
50 = 2500 posibilidades de prueba. Si se prueba cada dirección
diagonal del cuadrante entonces se consiguen unas posibilidades de
prueba totales de 4 x 2500 = 10000. Debe apreciarse que pueden así
mismo emplearse procedimientos de investigación más refinados. De
modo preferente, un criterio de prueba utilizado para cada
distancia y dirección seleccionadas puede así mismo ser utilizado,
etapa 46, para rechazar errores potenciales dentro de la tolerancia
física de la disposición de desplazamiento. Por ejemplo, si se ha
seleccionado una distancia de N píxeles, ningún defecto de columna
debe coincidir sobre el mismo emplazamiento en dos instantáneas
cuando las instantáneas son desplazadas mediante un número entre N
- T y N + T píxeles, siendo T un umbral apropiado en base a la
tolerancia de desplazamiento conocida.
Con respecto a la etapa de calibración, y para
que sea posible el subsecuente desplazamiento, es necesario
proporcionar una capacidad de accionamiento con el fin de conseguir
un rápido y preciso desplazamiento del sensor. Así mismo, es
necesario contar con la necesidad de efectuar una determinación
precisa de la posición del sensor. A continuación se hace
referencia a la Fig. 6, la cual es un diagrama simplificado que
muestra un sensor 10 con dos ejes de movimiento 50 y 52 definido a
lo largo de sus diagonales. De modo preferente, dos accionadores se
disponen para desplazar el sensor a lo largo de sus diagonales en
cualquier combinación deseada. El uso de diagonales es preferente
dado que los defectos de fila y columna son relativamente
habituales y el movimiento diagonal es útil para gestionar el
movimiento combinado de filas y columnas.
Más concretamente, el aparato requerido para la
utilización de sensores defectuosos comprende una característica
funcional para desplazar el sensor 10 o la placa electrónica que
contiene el sensor 10 a una distancia determinada en el plano focal
trasero, en dirección diagonal. De modo preferente, el aparato
comprende dos motores, posibilitando cada uno que el sensor o la
placa sean desplazados en una dirección diagonal diferente. Como se
mencionó con anterioridad, las diagonales son preferentes en cuanto
que esta es la mejor forma de tratar con los defectos de filas y
columnas. No se requiere una precisión extrema del desplazamiento,
como se mencionó con anterioridad con respecto a la tolerancia
física de la posición del desplazamiento. El límite de tolerancia de
los accionadores necesita solo que sea el suficiente para asegurar
que, después de la etapa de calibración descrita con anterioridad,
la instantánea desplazada pueda llevarse a cabo para no situar un
defecto por encima de otro.
A continuación se hace referencia a la Fig. 7,
la cual es un diagrama de bloques simplificado que muestra un
sistema de registro para la alineación del sensor 10 para confirmar
los desplazamientos que han sido aplicados para que las imágenes
resultantes puedan ser integradas de forma correcta entre sí. El
sensor 10 es situado dentro de la cámara 60. La cámara 60 tiene un
cuerpo 62 de la cámara y un respaldo 64 de la máquina, y el sensor
10 está situado en el respaldo 64 de la máquina. Dos dispositivos
de proyección, de modo preferente los diodos láser 66 y 68, están
situados en las inmediaciones del sensor 10 para proyectar luz
sobre dos esquinas opuestas en diagonal del sensor. La Figura 8
muestra la misma disposición observada desde el lateral.
En uso, los dos dispositivos de proyección 66 y
68, proyectan una imagen, como por ejemplo un punto láser o un haz
de cuchilla sobre el sensor en dos emplazamientos, de modo
preferente los dos emplazamientos diagonalmente opuestos referidos
con anterioridad. La luz es proyectada y la imagen de calibración
es captada justo antes de la toma de cada imagen real. La imagen de
calibración registra fielmente el desplazamiento rotativo del sensor
entre cada imagen. Existen procedimientos sencillos para computar
el desplazamiento y la rotación sobre la base de estas imágenes de
calibración. Los procedimientos se relacionan en el trabajo de Lisa
Gottesfeld Brown, "Informe sobre Técnicas de Registro de
Imágenes" ["A Survey of Image Registration Techniques"], ACM
Computing Surveys, 1992, cuyo contenido se incorpora por este medio
por referencia.
Las mismas imágenes pueden también ser
analizadas y utilizadas para computar el desplazamiento y la
rotación.
Volviendo ahora a la Fig. 4, y, en la segunda
etapa 32, los resultados de la calibración son utilizados para
filmar y procesar imágenes. Para cada fotografía o imagen captada,
se toman dos o más instantáneas, donde cada instantánea es
desplazada con respecto a la primera utilizando las distancias
ofrecidas y las direcciones determinadas en la etapa de
calibración.
A continuación se hacer referencia a la Fig. 9,
la cual es un diagrama de flujo simplificado de una primera forma
de realización preferente del proceso de captación de imágenes. El
número de instantáneas requerido par la captación de imágenes, y la
forma en que las instantáneas son procesadas se describe a
continuación.
En los párrafos que siguen, el término
"filmar" se utiliza para indicar la toma de una sola imagen
una sola vez en una única posición del sensor. El término
"captación de imágenes" se utiliza para describir el proceso
completo que implica la toma de múltiples instantáneas en múltiples
posiciones del sensor implicadas en la obtención de una imagen
compensada defectuosa. En el caso de sensores mosaico, como por
ejemplo los que se encuentran en el Leaf Cantare XY, se requiere
solo una instantánea para cada emplazamiento no defectuoso de la
imagen. Para cada punto de la escena es posible, utilizando el
desplazamiento calibrado descrito con anterioridad, asegurar que
hay al menos una instantánea en la que cualquier punto determinado
no ha caído sobre un defecto. Es fácil apreciar que, para los
defectos tipo agrupación, dos instantáneas son suficientes. Sin
embargo, si el sensor tiene defectos tanto de columna como de fila,
entonces para cada unión de fila - columna generalmente habrá un
punto que forme parte de la columna en una posición de
desplazamiento y parte de la fila en otro. Estos puntos
coincidentes pueden solo ser muestreados de forma adecuada con una
tercera instantánea que utilice una dirección y una distancia de
desplazamiento diferentes.
Una serie de instantáneas son tomadas en
posiciones del sensor desplazadas en las etapas 80, 82 y 84.
Típicamente, el número de instantáneas es dos, pero si hay defectos
de fila y columna, entonces el número es, de modo preferente tres,
de acuerdo con lo expuesto con anterioridad.
En la etapa 86, las imágenes son geométricamente
registradas con el fin de que se fundan en una imagen final sin
defectos. El registro entre dos instantáneas puede llevarse a cabo
mediante el empleo de múltiples formas diversas. Una forma
preferente de obtener desplazamientos ha sido ya descrita con
respecto a las Figs. 7 y 8 anteriores. En base a los desplazamientos
obtenidos de esta o de otra forma, las imágenes son registradas, de
modo preferente utilizando desplazamiento de píxeles totales. Así
mismo, cuando el desplazamiento afecta a un número total de
píxeles, es posible utilizar una interpolación de subpíxeles para
obtener valores de datos precisos. En una etapa 88, las
instantáneas individuales son normalizadas en mayor medida para
compensar las diferencias de la intensidad de la luz entre
instantáneas. Un proceso de normalización preferente comporta la
normalización de forma multiplicativa de todas las instantáneas
para obtener el mismo valor medio en cada canal, donde las medias
son tomadas respecto de todos los píxeles de la escena comunes.
Para la captación de imágenes en color, el término "canal" se
refiere a la captación de imágenes por color.
Como se muestra en la Fig. 9, a continuación se
compone una captación de imagen final mediante la selección, en la
etapa 90, de una primera instantánea registrada, normalizada, como
imagen principal y a continuación, en la etapa 92, la sustitución
de muestras de datos a partir de otras instantáneas en
emplazamientos que son defectuosos en la imagen principal.
A continuación se hace referencia a la Fig. 10,
la cual es un diagrama de flujo simplificado que muestra un
procedimiento alternativo de captación de imágenes. Las etapas
coincidentes con las de la Fig. 9 se ofrecen con las mismas
referencias numerales y no se exponen de nuevo excepto cuando
resulten necesarias para la compresión de la presente forma de
realización de la invención. Una vez que todas las instantáneas han
sido normalizadas en la etapa 88, se constituye una captación de
imagen final tomando una media de todas las muestras de píxeles
normalizadas válidas disponibles para cada posición final de los
píxeles de la imagen.
En el caso de respaldos, como por ejemplo el
Leaf Volare, en las cuales se toman tres instantáneas mediante
diferentes filtros coloreados, tres veces cuantas sean las
instantáneas tomadas para formar la imagen final, esto es, tres en
lugar de una para cada localización desplazada. Así, se constituye
una imagen separada para cada color en cada emplazamiento del
sensor.
Como alternativa, es posible interpolar canales
de color que falten sobre la base de canales de color conocidos. La
mayoría aunque no todos, los defectos son defectos de un solo
color. De esta forma, para tres instantáneas de canal de un solo
color, la mayoría de los defectos tienen dos canales completos y un
canal que falta, de forma que el canal que falta puede ser
interpolado utilizando valores circundantes conocidos en el canal
que falta y la información completa en los otros dos canales. Por
el contrario, las posibilidades son que defectos de filas y
columnas separadas sean de diferentes colores. Por consiguiente,
para puntos de unión de filas y columnas a partir de instantáneas
desplazadas, las posibilidades son que, de tres, habrá dos canales
que falten. En general, sin embargo, dichos puntos de unión son
únicamente pequeñas agrupaciones, y esto puede asegurarse poniendo
un límite permitido en el número de columnas y filas defectuosas o
adyacentes, antes de que el sensor sea rechazado.
En una forma de realización preferente
adicional, es posible llevar a cabo una adicional, digamos una
cuarta, instantánea en un desplazamiento diagonal adicional del
sensor. En la cuarta instantánea es posible añadir un canal extra
sin filtro. Como alternativa, puede ser utilizado un cuarto canal
coloreado, o puede tomarse una instantánea de repetición, digamos,
el canal verde. En general, las uniones de fila/columna a partir de
dos instantáneas de acuerdo con lo descrito con anterioridad tienen
n - 2 (n menos 2) muestras donde n es el número total de
instantáneas. Canales de color adicionales pueden incrementar la
información en los emplazamientos defectuosos y reducir la
posibilidad de errores de interpolación. Un procedimiento de
interpolación apropiado para datos omitidos en un canal de color se
describe en el trabajo de R. Kimmel, Desenmosaicado: reconstrucción
de imágenes a partir de muestras de CCD en color [Demosaicing:
Imagen reconstruction from color CDD simples IEEE Trans. on Image
Processing, 8(9): 1221-8, Sept. 1999],
cuyo contenido se incorpora en la presente memoria por
referencia.
Una ventaja concreta de las formas de
realización preferentes es que es posible obtener sensores muy
grandes para cámaras multiinstantánea en un volumen de producción
eficaz considerablemente incrementado, dado que aumentan la
tolerancia a los defectos.
Aunque las formas de realización expuestas se
han concentrado en la captación de imágenes por medio de una
cámara, debe apreciarse que los principios de la invención se
aplican igualmente a otros dispositivos en los cuales la captación
de imágenes se efectúa sobre sensores pixelados susceptibles de
defectos, incluyendo microscopios, telescopios, videocámaras,
dispositivos de infrarrojos, de microondas y de visión
nocturna.
Podrá apreciarse que determinados rasgos
distintivos de la invención, los cuales, por razones de claridad,
se han descrito en el contexto de formas de realización separadas,
pueden así mismo disponerse combinados en una sola forma de
realización. Al revés, diversos rasgos distintivos de la invención
los cuales, por razones de brevedad, se han descrito en el contexto
de una sola forma de realización, pueden así mismo disponerse de
forma separada o en cualquier subcombinación apropiada.
A menos que se exprese lo contrario, todos los
términos técnicos y científicos utilizados en la presente memoria
tienen los mismos significados que los habitualmente empleados por
la persona experta en la materia a la que pertenece la presente
invención. Aunque pueden utilizarse procedimientos similares o
equivalentes a los descritos en la presente memoria en la puesta en
práctica o en el ensayo de la presente invención, en la presente
memoria se describen procedimientos apropiados.
Debe apreciarse por parte de expertos en la
materia que la presente invención no está limitada a lo que se ha
mostrado y descrito en las líneas anteriores de forma concreta. Por
el contrario, el alcance de la presente invención se define por las
reivindicaciones adjuntas e incluye tanto combinaciones como
subcombinaciones de los distintos rasgos distintivos descritos en
las líneas anteriores, así como variantes y modificaciones de ellas
las cuales serán sin duda advertidas por las personas expertas en
la materia tras la lectura de la descripción precedente.
Claims (15)
-
\global\parskip0.960000\baselineskip
1. Aparato para la captación de imágenes por medio de un sensor defectuoso, que comprende:- un sensor de imágenes (10), comprendiendo dicho sensor de imágenes (10) unos píxeles y que puede ser accionado para desplazarse entre al menos una primera posición de captación de imágenes y una segunda posición de captación de imágenes, en el que dicho sensor (10) es sustancialmente cuadrangular y puede ser accionado alrededor de dos ejes separados (50, 52) que son diagonales respectivas de dicho sensor (10), un controlador de la captación de imágenes para controlar dicho sensor (10) para su desplazamiento entre dichas posiciones de captación de imágenes durante una operación de captación de imágenes para tomar de esta forma una subimagen de cada una de dichas posiciones para que las partes de una imagen objeto sean captadas por al menos dos píxeles separados de dicho sensor (10),
- un calibrador que puede ser accionado para calibrar dicho aparato mediante la determinación de dichas posiciones de captación de imágenes, de manera que un mínimo de píxeles defectuosos se superponga sobre los píxeles defectuosos para todas las posiciones de dicha captación de imágenes,
- un integrador, asociado con dicho sensor (10) para integrar dichas subimágenes en una imagen completa única,
- caracterizado porque
- dicho calibrador puede ser accionado para llevar a cabo una prueba de defectos (44) sobre dicho sensor (10) para determinar las posiciones de los píxeles defectuosos y, utilizando dichas posiciones determinadas para calcular un desplazamiento de dicho sensor (10) para reducir al mínimo el número de posiciones defectuosas que se superponen con dicho desplazamiento del sensor.
- 2. El aparato de la reivindicación 1 en el que dicha prueba de defectos (44) comprende un análisis de una imagen de prueba de un área iluminada de manera uniforme captada por dicho sensor (10).
- 3. El aparato de cualquier reivindicación precedente, que comprende así mismo un dispositivo de registro para registrar una posición de dicho sensor (10).
- 4. El aparato de la reivindicación 3, en el que dicho dispositivo de registro comprende dos unidades de proyección (66, 68) para proyectar unos haces detectables sobre puntos predeterminados alrededor de dicho sensor (10), para de esta forma permitir la determinación de la posición de dicho sensor (10).
- 5. El aparato de la reivindicación 4, en el que dicho sensor (10) puede ser accionado para tomar una imagen de dichas unidades de proyección (66, 68) antes de una operación de captación de subimágenes, para posibilitar a partir de éstas que la posición del sensor sea determinada.
- 6. El aparato de la reivindicación 4, en el que dichas unidades de proyección (66, 68) son diodos emisores de
luz (66, 68). - 7. El aparato de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho integrador puede ser accionado para tomar una primera subimagen y para insertar sobre las posiciones de píxeles defectuosos de aquella, unos datos de imágenes procedentes de las posiciones de los píxeles correspondientes de las otras subimágenes.
- 8. El aparato de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho integrador puede ser accionado para promediar conjuntamente los datos de las imágenes de las respectivas posiciones de los píxeles no defectuosos de cada subimagen.
- 9. El aparato de cualquier reivindicación precedente, en el que una distancia entre unas posiciones de captación de imágenes respectivas no es un número entero de píxeles, pudiendo dicho integrador ser accionado para interpolar con el fin de producir los correspondientes datos de los píxeles.
- 10. El aparato de cualquier reivindicación precedente, siendo dichos datos de imágenes captados en una pluralidad de canales de color separados y estando los defectos genéricamente restringidos a un solo canal de color, en el que dicho integrador puede ser accionado en cada defecto para utilizar los datos procedentes de cada canal de color completo y de los datos que rodean a cada canal de color dañado para interpolar para cada canal de color dañado.
- 11. Un procedimiento de adaptación de píxeles defectuosos en un sensor de imágenes (10) pixeladas sustancialmente cuadrangular que comprende las etapas de:
- la captación (80) de una primera subimagen en una primera posición del sensor,
- la probatura (44) de dicho sensor (10) para determinar las posiciones de los píxeles defectuosos, y la utilización de dichas posiciones determinadas para calcular un desplazamiento de dicho sensor (10) para reducir la mínimo el número de posiciones defectuosas que se superponen con dicho desplazamiento del sensor,
\global\parskip1.000000\baselineskip
- el desplazamiento (82) de dicho sensor (10),
- la captación (84) de una segunda subimagen en una segunda posición del sensor, y
- la integración de los datos procedentes de los píxeles correspondientes de dicha primera subimagen y dicha segunda subimagen para formar una imagen completa, en el que dicho desplazamiento (82) se lleva a cabo alrededor de dos ejes separados (50, 52) que son diagonales respectivas de dicho sensor (10), de manera que un mínimo de píxeles defectuosos se superponga sobre otros píxeles defectuosos para todas las posiciones de captación de imágenes.
- 12. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que dicha integración comprende la toma de una subimagen y la adición a ella de los datos procedentes de otra de dichas subimágenes para cada posición defectuosa en dicha primera subimagen.
- 13. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que dicha integración comprende la promediación de todos los datos disponibles provinentes de las posiciones de los píxeles no defectuosos a partir de cada subimagen.
- 14. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que, si dicho desplazamiento no es un número completo de posiciones de los píxeles, entonces dicha integración comprende la utilización de una interpolación para proporcionar unos datos de los píxeles en una posición no integral.
- 15. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en los que los datos de color son recogidos por medio de canales de color separados y en el que los defectos son por color, de manera que al menos un canal de color está completo en una posición defectuosa y al menos un canal de color está completo en dicha posición defectuosa, y comprendiendo el procedimiento la determinación de los datos de color en dicha posición defectuosa mediante interpolación utilizando los datos de dichos canales completos en dicha posición defectuosa junto con los datos de dichos canales incompletos que rodean dicha posición defectuosa.
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