Brevet FR2575885A1 — publié le 19860711

Renforçateur de contraste pour images vidéo L'invention concerne les dispositifs appelés renforçateurs de con- traste qui sont utilisés pour améliorer la perception visuelle des images vidéo lorsque le contraste de ces images est faible, par exemple à cause d'un éclairement trop faible. Il est connu de renforcer le contraste d'images vidéo en augmen- tant le gain de la voie transmettant le signal de luminance traduisant ces images, cette augmentation de gain est soit uniforme pour toutes les valeurs de luminance soit variable en fonction de la valeur de luminance. L'inconvénient de ce procédé est cdaugmenter aussi le contraste des parasites dûs au bruit. Ces parasites sont dautant plus gênants que le renforcement de contraste est important. Un autre procédé connu consiste à égaliser la répartition des valeurs de luminance de chaque trame dans la gamme de toutes les valeurs possibles. Pour cela, il consiste à déterminer la répartition des valeurs de luminance d'une trame et à corriger chacune des valeurs de luminance de la trame suivante en fonction de la répartition trouvée pour les valeurs de luminance de la trame précédente. La demande de brevet français n 2 456 448 déposée par la Demanderesse décrit un tel procédé. Ce procédé connu a pour avantage d'utiliser au mieux toute l'échelle des valeurs de luminance mais il renforce les parasites dûs au bruit et il est complexe à mettre en oeuvre. Le renforçateur de contraste selon l'invention n'a pas linconvé- nient de renforcer les parasites dûs au bruit, tout en étant simple à réaliser. Il est donc particulièrement avantageux pour traiter des images fortement affectées par le bruit. Il met à profit le fait que le bruit n'affecte que des points isolés, ou des points connexes peu nombreux. Le renforçateur selon l'invention n'amplifie pas la visibilité de tels points car il commande le gain de la voie transmettant le signal de luminance, d'une manière différente en chaque point d'image, en fonction de la luminance au voisinage de ce point et de la luminance de l'ensembie de l'image. La luminance au voisinage de chaque point est déterminée par un filtrage dit filtrage spatial bidirectionnel consistant en deux filtrages numériques récursifs réalisés successivement. La luminance moyenne dune image peut être estimée en considérant la luminance moyenne de l'image précédente, lorsqu'il s'agit d'une suite d'images vidéo. Selon rinvention, un renforçateur de contraste pour images vidéo, chaque image vidéo étant représentée par la suite des valeurs numériques de la luminance des points de cette image, est caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens pour estimer une valeur moyenne M de la lumi- g nance de tous les points de chaque image successivement; - des moyens pour calculer une valeur moyenne locale M de la v luminance au voisinage d'un point en cours de traitement; - des moyens pour multiplier la valeur de la luminance du point en cours de traitement par un coefficient variable proportionnel au rapport M v, la valeur ainsi obtenue constituant la valeur de luminance d'un point g dont le contraste est renforcé. L'invention sera mieux comprise et dautres détails apparaîtront à raide de la description dun exemple de réalisation du renforçateur de contraste selon invention et à rl'aide de la figure l'accompagnant. Les images considérées sont les trames entrelacées d'une suite d'images vidéo classiques. Cet exemple de réalisation comporte: une borne d'entrée 1; des moyens 2 pour calculer une valeur moyenne M de la luminance de tous g les points d'une trame; des moyens 6 pour calculer une valeur moyenne locale M de la luminance des points voisins d'un point en cours de v traitement pour renforcer son contraste; des moyens 5 pour multiplier la valeur de la luminance de ce point par un coefficient variable propor- M tionnel au rapport -; et une borne de sortie 13 fournissant une suite de valeurs numériques de la luminance dont le contraste est renforcé. La borne d'entrée I reçoit une suite de valeurs numériques Yij de la luminance des points d'une image et les transmet à une entrée des moyens 2, à une entrée des moyens 6 et à une première entrée des moyens 5. Les moyens 2 possèdent une sortie reliée à une seconde entrée des moyens 5 pour leur fournir la valeur moyenne Mg. Les moyens 6 possèdent une sortie reliée à une troisième entrée des moyens 5 pour leur fournir la valeur moyenne Mv. Les moyens 2 sont constitués d'un premier dispositif de calcul 3 pour calculer une valeur moyenne de la luminance sur chaque ligne et d'un second dispositif de calcul 4 pour calculer une valeur moyenne de la luminance sur une trame, en calculant la moyenne des valeurs fournies par le premier dispositif 3 pendant la durée d'une trame. Le dispositif de calcul 3 possède une entrée constituant l'entrée dès moyens 2 et possède une sortie reliée à une entrée du second dispositif de calcul 4. Une sortie du second dispositif de calcul 4 constitue la sortie des moyens 2. Le premier dispositif de calcul 3 comporte: un additionneur 20; un registre à un étage 21; et un dispositif 22 de division par 29. L'entrée du dispositif 3 est reliée à une première entrée de l'additionneur 20. Une sortie de l'additionneur 20 est reliée à une entrée de données du registre 21. Une sortie du registre 21 est reliée à une seconde entrée de l'additionneur 20 et à une entrée du dispositif 22. L'additionneur 20 et le registre 21 constituent un accumulateur, le registre 21 recevant un signal d'horloge Hp à la fréquence d'analyse des points et recevant un signaI de remise à zéro RL à la fréquence d'analyse des lignes. Le dispositif 22 de division par 29 est constitué par un câblage particulier décalant les bits fournis par le registre 21 de neuf rangs. Ces bits décalés sont transmis à l'entrée du second dispositif de calcul 4. Le second dispositif de calcul 4 comporte: un additionneur 23; un registre à un étage 24; un dispositif 25 de division par 23; et un registre à un étage 26. L'entrée du dispositif de calcul 4 est reliée à une première entrée de l'additionneur 23. Une sortie de l'additionneur 23 est reliée à une entrée de donnée du registre 24. Une sortie du registre 24 est reliée à une seconde entrée de l'additionneur 23 et à une entrée du dispositif 25. Une sortie du dispositif 25 est reliée à une entrée de données du registre 26, et une sortie de celui-ci constitue la sortie du dispositif 4 et la sortie des moyens 2. L'additionneur 23 et le registre 24 constituent un accumulateur, le registre 24 recevant un signal d'horloge HL à la fréquence des lignes et recevant un signal de remise à zéro Rt à la fréquence des trames. Le 8t dispositif 25 de division par 28 est constitué par un câblage particulier décalant les bits fournis par le registre 24 de huit rangs avant de les transmettre à l'entrée du registre 26. Le registre 26 possède une entrée d'horloge recevant un signal d'horloge Ht à la fréquence des trames, pour stocker une valeur moyenne de luminance pendant toute la durée d'une trame. La valeur de luminance moyenne M calculée pendant la durée d'une trame est utilisée pour renforcer le contraste pendant la durée de la trame suivante. Les moyens 6 pour calculer une valeur moyenne locale Mv de la luminance au voisinage d'un point en cours de traitement, sont constitués cd'un dispositif 7, de filtrage horizontal, relié en série avec un dispositif 8, de filtrage vertical, et de moyens 9 de commande pour l'initialisation. Les dispositifs de filtrage 7 et 8 sont des dispositifs de filtrage numérique récursif. Leur combinaison réalise 'un filtrage dit spatial bidirectionnel comparable à celui qui serait obtenu en calculant la moyenne arithmé- tique des valeurs de luminance dans une "fenêtre" glissante centrée sur le point courant. Elle présente cependant l'avantage d'une plus grande S15 simplicité de réalisation des calculs car ce filtrage horizontal et ce filtrage vertical sont réalisés par deux calculs récursifs qui nécessitent moins de calculs et moins de stockage de valeurs. Le calcul d'une valeur moyenne de la luminance pour chaque ligne est effectué sur 512 points, c'est-à-dire sur un nombre de points un peu inférieur au nombre de points réels que comporte une ligne. Le chiffre 512 permet de simplifier le dispositif 3 car il est très facile de réaliser une division par 29. Le calcul de la valeur moyenne de la luminance des points d'une trame est effectué sur 256 lignes, ce qui est inférieur au nombre réel de lignes dans une trame aux normes européennes, car il est aisé de réaliser une division par 28. Les générateurs de signaux fournissant les signaux d'horloge Ht, RL, Rt, Ht ne sont pas représentés sur la figure car leur réalisation est à la portée de l'homme de l'art. Le signal d'horloge Hp ne fournit que 512 impulsions pour une ligne et le signal d'horloge HL ne fournit que 256 impulsions pour une trame. eme Le dispositif de filtrage horizontal 7 calcule, pour la jme point' sur la ième ligne, une valeur de luminance filtrée horizontalement Yi selon la formule: Y.= 0,25. Y..ij + 0,75. Y. o Yi,j-I est une valeur filtrée calculée pour le point immédiate- ment précédent par le dispositif de filtrage 7. Ce dispositif 7 comporte: un dispositif 27 de multiplication par 0,25; un dispositif 29 de multiplication par 0,75; un additionneur 28; un registre à un étage 30; et un multiplexeur 31. Les dispositifs de multiplication 27 et 29 sont constitués par des mémoires mortes. L'entrée des moyens 6 est reliée à une entrée du dispositif 7 et cette dernière est reliée à une entrée du dispositif 27 de multiplication par 0,25 et à une première entrée du multiplexeur 31. Une seconde entrée du multiplexeur 31 est reliée à une sortie du registre 30 et une sortie du multiplexeur 31 est reliée à une entrée du dispositif 29 de multiplication par 0,75. Une entrée de commande du multiplexeur 31 est reliée à une sortie des moyens 9 de commande pour l'initialisation. Une sortie du dispositif 27 est reliée à une première entrée de l'additionneur 28. Une sortie de l'additionneur 28 est reliée à la sortie du dispositif 7 et à une entrée du registre 30. Une sortie du registre 30 i5 fournit la valeur Y, -1 à la seconde entrée du multiplexeur 31. Une sortie du dispositif 29 est reliée à une seconde entrée de l'additionneur 28. Le registre 30 possède une entrée d'horloge recevant un signal d'horloge H'p à la fréquence d'analyse des points et dont le nombre d'impulsions corres- pond au nombre réel de points dans chaque ligne. Le générateur du signal d'horloge Hp n'est pas représenté sur la figure et sa réalisation est à la p portée de l'homme de l'art. Le dispositif 8 de filtrage vertical a une structure analogue à celle du dispositif de filtrage horizontal 7, mais il comporte un registre 34 procurant un retard correspondant à une ligne au lieu du registre 30 qui procure un retard correspondant à un point d'image. Le registre 34 fournit une valeur de luminance Yi.-, correspondant au point homologue du point en cours de traitement et situé sur la ligne immédiatement précédente, cette valeur étant une valeur filtrée par les dispositifs 7 et 8. Le dispositif 8 comporte: un dispositif 36 de multiplication par 0, 25; un dispositif 33 de multiplication par 0,75; un additionneur 32; le registre 3'4; et un multiplexeur 35. Une entrée du dispositif 8 est reliée à la sortie du dispositif 7 et est reliée à une entrée du dispositif 36 de multiplication par 0,25 et à une première entrée du multiplexeur 35. Une seconde entrée du multiplexeur est reliée à la sortie du registre 34. Une sortie du multiplexeur 35 est reliée à une entrée du dispositif 33 de multiplication par 0,75. Une entrée de commande du multiplexeur 35 est reliée à une sortie des moyens 9. Une sortie du dispositif 36 est reliée à une première entrée de l'additionneur 32. La sortie de l'additionneur 32 est reliée à la sortie du dispositif 8, cette sortie constituant la sortie des moyens 6, et à une entrée du registre 34. La sortie du registre 34 fournit la valeur Yi 1-j à la seconde entrée du multiplexeur 35. Une sortie du dispositif 33 est reliée à une seconde entrée de l'additionneur 32. Le registre 34 possède une entrée de commande recevant le signal d'horloge H'. P Le dispositif de filtrage horizontal 7 et le dispositif de filtrage vertical 8 étant reliés en série, ils réalisent un filtrage spatial fournissant une valeur filtrée Mv analogue à la valeur moyenne qui serait obtenue en calculant la moyenne arithmétique des valeurs de luminance des points situés dans une fenêtre glissante centrée sur le point en cours de traitement. Le filtrage récursif réalisé par le dispositif 7 n'est pas possible pour le premier point de chaque ligne et le filtrage récursif vertical réalisé par le dispositif 8 n'est pas possible pour la première ligne, c'est pourquoi il est prévu des moyens 9 pour l'initialisation. Les moyens 9 reçoivent les signaux d'horloge H' et Ht et un p signal d'horloge 'L. Le signal d'horloge I-'L fournit, au rythme des lignes d'analyse, un nombre d'impulsions égal au nombre réel de lignes de chaque trame. Pendant la durée du traitement du premier point de chaque ligne, les moyens 9 fournissent un signal de commande du multiplexeur 31 tel que ce multiplexeur relie l'entrée du dispositif 29 à l'entrée du dispositif 7. Ainsi la valeur filtrée Yi,j-1 de la luminance du point précédent inexistant est remplacée par la valeur non filtrée Yi.. de la luminance du J point en cours de traitement. Le dispositif 7 calcule donc: 0,25.Yij + 0,75.Yij = Yij ' Pour le premier point de chaque ligne la valeur filtrée est donc strictement identique à la valeur originale. Pendant la durée du traitement des autres points de chaque ligne, les moyens 9 fournissent un signal de commande du multiplexeur 31 tel que celui-ci relie l'entrée du dispositif 29 à la sortie du registre 30. Le dispositif 7 calcule alors une valeur filtrée selon la formule de récurrence: Yj = 0,25.Y..ij + 0,75.Yij- Pendant la durée du traitement de tous les points de la première ligne de chaque trame, les moyens 9 fournissent un signal de commande du multiplexeur 35 tel que celui-ci relie l'entrée du dispositif 33 à l'entrée du dispositif 8. Ainsi la valeur filtrée Yi Ij du point homologue du point courant sur la ligne précédente inexistante est remplacée par la valeur filtrée horizontalement, Yij, du point courant. Le dispositif 8 calcule donc 0,25.Yij + 0,75.Yi. = Yij Pour les points de la première ligne le filtrage spatial est donc réduit au filtrage horizontal. Pendant la durée du traitement des autres lignes de chaque trame, les moyens 9 fournissent un signal de commande du multiplexeur 35 tel que celui-ci relie la sortie du registre 34 à l'entrée du dispositif 34. Le dispositif 8 calcule alors une valeur filtrée selon la formule de récurrence 1_ Yij = 0,25.Yij + 0,75.-Yi-l, Cette valeur filtrée Y.i constitue la valeur moyenne Mv de la luminance au voisinage du point considéré. Les moyens 5 pour multiplier la valeur Yij de la luminance du point en cours de traitement par un coefficient variable proportionnel au M rapport M, sont constitués dune mémoire morte 14 et de trois multipli- cateurs numériques 10, 11, et 12. Une entrée d'adresses de la mémoire morte 14 est reliée à la seconde entrée des moyens 5 pour recevoir la valeur moyenne M. Une sortie de la mémoire 14 fournit une valeur a une première entrée du multiplicateur 10.o Une seconde entrée du multipli- cateur 10 est reliée à la première entrée des moyens 13 pour recevoir la valeur de luminance non filtrée Yij. Une sortie du multiplicateur 10 est reliée à une première entrée du multiplicateur 11 pour lui fournir une valeur Yi 1 g Une seconde entrée du multiplicateur 11 est reliée à la troisième entrée des moyens 5 pour recevoir la valeur Mv de la moyenne locale. Une 5885 sortie du multiplicateur Il est reliée à une première entrée du multiplica- M teur 12 pour lui fournir une valeur Yij '. M ' Une seconde entrée du g multiplicateur 12 reçoit une valeur constante K réglable par un opérateur pour ajuster le contraste à sa volonté. Une sortie du multiplicateur 12 constitue la sortie des moyens 5 et est reliée à la borne de sortie 13 du M v renforçateur de contraste. Elle fournit une valeur Y ij - M-. K. M g Le coefficient Kv peut être inférieur ou supérieur à I selon que g le voisinage du point considéré a une luminance moyenne inférieure ou supérieure à la luminance moyenne de la trame précédente. Selon le cas, l'effet du renforçateur de constraste est donc de diminuer la luminance du point courant pour la rapprocher de la valeur du noir ou, respectivement, de l'augmenter pour la rapprocher de la valeur du blanc pur. Le bruit granulaire se traduit par des points gris isolés, particu- lièrement visibles dans les zones sombres. Grâce au filtrage spatial bidirectionnel, les valeurs de luminance affectées par le bruit perturbent très peu le calcul de la moyenne locale Mv, par conséquent elles sont traitées comme celles des points voisins. Dans le cas des zones plus sombres que la moyenne globale, celles-ci apparaissent encore plus sombres après le traitement, y compris les points affectés par le bruit, contrairement à ce qu'on constate avec le procédé classique consistant simplement à augmenter le gain d'une manière uniforme pour toutes les valeurs de luminance, et qui augmente donc la luminosité des points gris isolés dans les zones sombres. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit ci- dessus, de nombreuses variantes sont à la portée de l'homme de l'art, il est notamment possible de permuter Pordre du dispositif 7 de filtrage horizontal et du dispositif 8 de filtrage vertical, ou de permuter l'ordre M des deux multiplications nécessaires pour le calcul de Yij. M. K. Il est possible aussi de remplacer les moyens 6 par tout autre dispositif connu permettant de calculer une valeur moyenne de la lumi- nance au voisinage du point en cours de traitement. L'invention peut être appliquée notamment aux images de télévi- sion à bas niveau de lumière. REVENDICATIONS 1. Renforçateur de contraste pour images vidéo, chaque image vidéo étant représentée par la suite des valeurs numériques de la lumi- nance des points de cette image, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens (2) pour estimer une valeur moyenne M de la g luminance de tous les points de chaque image successivement; - des moyens (6) pour calculer une valeur moyenne locale Mv de la luminance au voisinage d'un point en cours de traitement; - des moyens (5) pour multiplier la valeur de la luminance du point en cours de traitement par un coefficient variable proportionnel au M rapport v, la valeur ainsi obtenue constituant la valeur de luminance g d'un point dont le contraste est renforcé. 2. Renforçateur de contraste selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour calculer une valeur moyenne locale Mv de la luminance au voisinage d'un point comportent: - des premiers moyens de filtrage récursif (7) recevant la suite des valeurs X de la luminance pour calculer une valeur filtrée X, selon la formule X =(l. X + (1 - O(1). A avec 0\ même ligne et celui qui est son homologue sur la ligne analysée immédia- tement précédemment; - et des seconds moyens de filtrage récursif (8), en série avec les premiers, pour calculer la valeur Mv selon la formule: v=(2 ' + (1 - (2). B avec O\ deux points immédiatement voisins du point considéré. 3. Renforçateur de contraste selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (2) pour estimer une valeur moyenne M de la luminance de tous les points de chaque image, comportent: luminance de tous les points de chaque image, comnportent: - un premier dispositif (3) pour calculer une valeur moyenne de la luminance des points sur chaque ligne d'une image, - un second dispositif (4) pour calculer une valeur moyenne de toutes les valeurs moyennes calculées par le premier dispositif (3) pour chaque image.