Brevet FR2842976A1 — publié le 20040130

CHAMP DE L'INVENTION La présente invention se rapporte d'une manière générale à des dispositifs imageurs électroniques et de manière plus spécifique à des dispositifs et des procédés pour fournir une capacité de zoom numérique de résolution améliorée dans des dispositifs imageurs électroniques portatifs tels qu'un dispositif photographique numérique ou une caméra vidéo numérique. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Les dispositifs imageurs électroniques portatifs, tels que des dispositifs photographiques numériques ou des caméras vidéo numériques incluent souvent un aménagement de zoom. Cet aménagement peut être fourni de manière optique, par l'intermédiaire de l'utilisation d'une lentille de zoom, ou en découpant l'image numérique de manière partielle (et en la remettant éventuellement à l'échelle). Le dernier procédé est souvent appelé " zoom numérique ". Bien que simple et bon marché à mettre en oeuvre, un zoom numérique possède un inconvénient majeur: une perte de résolution lors d'une remise à l'échelle vers une taille d'image plus grande. Une image numérique peut être mise à l'échelle à une taille d'image plus grande en utilisant les informations de pixels existantes pour évaluer les pixels ajoutés. Le procédé le plus simple recopie la valeur du plus proche pixel voisin. Des techniques plus sophistiquées utilisent une interpolation pour engendrer une valeur de pixel intermédiaire à partir de plusieurs pixels avoisinants. Les interpolations bilinéaires et bicubiques sont des exemples de ces techniques. Chaque procédé pour remettre à l'échelle, particulièrement la recopie des -2 pt.xels, produit une image qui souffre en qualité aux facteurs de zoom élevés même si le dispositif imageur électronique portatif possède une résolution raisonnablement élevée. La fourniture d'un dispositif imageur électronique portatif de résolution encore plus élevée pour compenser le zoom numérique augmente le cot du dispositif. Bien qu'une lentille de zoom optique évite l'inconvénient majeur d'un zoom numérique, une lentille de zoom optique peut augmenter le volume, le poids et le cot du dispositif imageur électronique portatif. Il apparaît par conséquent qu'il existe un besoin dans la technique pour une capacité de zoom numérique de résolution améliorée dans un dispositif imageur électronique portatif. RESUM DE L'INVENTION Selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif imageur électronique portatif ayant une capacité de zoom numérique de résolution améliorée, comprenant une lentille pour produire une image optique, la lentille ayant, dans une région centrale, un facteur de grossissement plus élevé que dans une région de bord, la lentille provoquant ainsi une distorsion en tonneau dans l'image optique; au moins un capteur imageur pour convertir l'image optique en une image numérique, l'image numérique ayant, dans une première partie en correspondance à la région centrale de la lentille, une résolution relativement plus élevée que dans une deuxième partie en correspondance à la région de bord de la lentille; une première logique pour extraire une image numérique découpée de l'intérieur de la première partie; et une deuxième logique pour corriger la distorsion en tonneau dans l'image numérique découpée, le dispositif imageur -3 électronique portatif produisant ainsi une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. Dans une variante de mode de réalisation de ce premier aspect, l'invention propose un dispositif imageur électronique portatif comprenant en outre une troisième logique pour remettre à l'échelle, selon une taille prédéterminée, l'image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un dispositif imageur électronique portatif ayant une capacité de zoom numérique de résolution améliorée, comprenant une lentille pour produire une image optique, la lentille ayant, dans une région centrale, un facteur de grossissement plus élevé que dans une région de bord, la lentille provoquant ainsi une distorsion dans l'image optique; au moins un capteur imageur pour convertir l'image optique en une image numérique; une première logique pour corriger la distorsion en tonneau dans l'image numérique pour produire une image numérique corrigée, l'image numérique corrigée ayant, dans une première partie en correspondance à la région centrale de la lentille, une résolution relativement plus élevée que dans une deuxième partie en correspondance à la région de bord de la lentille; et une deuxième logique pour extraire une image numérique découpée de l'intérieur de la première partie, le dispositif imageur électronique portatif produisant ainsi une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. Dans une variante de mode de réalisation de ce deuxième aspect, l'invention propose un dispositif imageur électronique portatif comprenant en outre une troisième logique pour remettre à l'échelle, selon une taille prédéterminée, l'image ayant fait l'objet d'un -4 zoom numérique de résolution améliorée. Selon un troisième aspect, l'invention propose un procédé pour fournir un aménagement de zoom numérique de résolution améliorée dans un dispositif imageur électronique portatif, comprenant les étapes consistant à: produire une image optique contenant une distorsion en tonneau; convertir l'image optique en une image numérique, l'image numérique ayant, dans une première partie centrale, une résolution relativement plus élevée que dans une deuxième partie de bord; produire une image numérique découpée de l'intérieur de la première région centrale; et corriger la distorsion en tonneau dans l'image numérique découpée pour produire une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. Selon un quatrième aspect, l'invention propose un procédé pour fournir un aménagement de zoom numérique de résolution améliorée dans un dispositif imageur électronique portatif, comprenant les étapes consistant à: produire une image optique contenant une distorsion en tonneau; convertir l'image optique en une image numérique; corriger la distorsion en tonneau dans l'image numérique découpée pour produire une image numérique corrigée, l'image numérique corrigée ayant, dans une première région centrale, une résolution relativement plus élevée que dans une deuxième région de bord; et extraire une image numérique découpée de l'intérieur de la première région centrale pour produire une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les figures lA et 1B sont des diagrammes par blocs fonctionnels d'un dispositif imageur électronique portatif conforme à un mode de réalisation donné à -i-re d'exemple de l'invention. La figure 2A est une illustration d'une grille uniforme représentant un objet dont une image optique doit être faite en utilisant une lentille conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. La figure 2B est une illustration de la grille uniforme de la figure 2A telle qu'elle est restituée par une lentille provoquant une distorsion en tonneau conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. La figure 3 est un organigramme d'un procédé pour fournir une capacité de zoom numérique de résolution améliorée dans le dispositif imageur électronique portatif montré aux figures lA et 1B. La figure 4 est un organigramme d'un autre procédé pour fournir une capacité de zoom numérique de résolution améliorée dans le dispositif imageur électronique portatif montré aux figures lA et 1B. La figure 5 est une image créée en utilisant une lentille qui n'introduit pas de distorsion de tonneau de manière intentionnelle. La figure 6 est une version l'image montrée à la figure 5 qui a fait l'objet d'un zoom numérique et d'une remise à l'échelle de. La figure 7 est une image créée en utilisant une lentille qui introduit un degré élevé de distorsion intentionnelle en tonneau conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. La figure 8 est une image engendrée à partir de l'image montrée à la figure 7 qui a fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée et d'une remise à l'échelle conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. DESCRIPTION DETAILL E DE L'INVENTION -6 La qualité de l'image obtenue à partir d'un zoom numérique peut être améliorée en engendrant une image optique avant numérisation en utilisant une lentille qui possède un facteur de grossissement plus élevé près de son centre qu'à ses bords. On dit d'une telle lentille qu'elle provoque " une distorsion en tonneau " dans l'image résultante. Tout au long de cette description, la " résolution " d'une image numérique se rapporte au nombre d'éléments d'image (pixels) par unité linéaire de mesure de l'image optique cible à partir de laquelle elle est engendrée. Lorsque l'image optique distordue en tonneau est numérisée par la suite, la région centrale correspondant à un grossissement plus élevé de la lentille possède par suite une résolution plus élevée que la région du bord. Par conséquent, la région centrale de l'image distordue peut être découpée et remise à l'échelle avec une perte de qualité moindre que ce qui résulterait avec une image conventionnelle (non distordue). En outre, la distorsion en tonneau dans l'image distordue peut être corrigée en utilisant des techniques mathématiques bien connues dans la technique de traitement des images. La correction peut être effectuée soit avant soit après découpe. Cette approche pour exécuter un zoom numérique autorise, par exemple, d'utiliser une lentille ayant un angle modérément large, de distance focale fixe (par exemple équivalente à 28mm, en utilisant la terminologie des appareils photographiques de 35mm) avec une distorsion en tonneau élevée, pour fournir un zoom numérique de trois fois. Un dispositif photographique numérique résultant équipé du zoom numérique 2885mm équivalent peut être très compact, bon marché à produire et utilisable de manière intensive et attrayante pour le consommateur. -7 Les figures lA et 1B sont des diagrammes fonctionnels par blocs d'un dispositif imageur :lLectronique portatif 100 conforme à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. Le dispositif imageur électronique portatif 100 peut être un dispositif photographique numérique, une caméra vidéo numérique ou tout autre dispositif imageur électronique portatif numérisant des images optiques. A la figure lA, un contrôleur 105 communique par l'intermédiaire d'un bus de données 110 avec un module imageur 115, une mémoire 120 et un afficheur 125. Une lentille 130 produit des images optiques qui sont converties en images numériques par le module imageur 115. La lentille 130 est choisie de manière à introduire de manière intentionnelle une distorsion en tonneau dans les images optiques qu'elle produit. Ceci signifie que la lentille 130 possède un facteur de grossissement plus élevé près de son centre qu'à ses bords. La mémoire 120 comprend en outre une mémoire à accès aléatoire (RAM) 135, une mémoire non volatile 140 et un logiciel/ microprogramme de zoom numérique 145. En se reportant à la figure lB, un logiciel/ microprogramme de zoom numérique 145 peut inclure des modules " Zoom Numérique " 150, " Correction de la Distorsion en Tonneau " 155 et " Remise de l'Image à l'Echelle " 160. Le module Zoom Numérique 150 découpe à l'intérieur de la partie centrale de l'image une image numérique ayant une résolution relativement plus élevée qu'une partie située au bord conformément à un facteur de zoom numérique souhaité. Le module Correction de la Distorsion en Tonneau 155 corrige la distorsion en tonneau introduite par la lentille 130. La correction de la distorsion en tonneau sera expliquée plus en détail plus loin dans une partie de cette description. Le module Remise de l'Image à l'Echelle 160 agrandit -8 une image découpée soit en reproduisant des pixels, soit, de préférence, par interpolation. Les techniques pour reproduire et interpoler des pixels sont bien connues dans la technique du traitement des images numériques. Le module Remise de l'Image à l'Echelle 160 peut, par exemple, être utilisé pour fournir à un utilisateur d'un dispositif imageur électronique portatif 100 une prévisualisation d'une scène ayant fait l'objet d'un zoom numérique avant capture de l'image finale. Une remise à l'échelle peut aussi être employée comme une étape postérieure au traitement dans certaines applications. Par exemple, un utilisateur peut remettre à l'échelle selon une taille plus grande une image numérique ayant fait l'objet d'un zoom avant d'imprimer l'image. Les frontières fonctionnelles caractérisant les modules Zoom Numérique 150, Correction de la Distorsion en Tonneau 155 et Remise de l'Image à l'Echelle 160 sont purement conceptuelles. Par exemple, ces fonctions peuvent être exécutées sous forme de trois modules logiciels ou microprogrammés séparés, de moins de trois modules logiciels ou microprogrammés, ou de toute autre manière qui est avantageuse, en incluant un matériel sur mesure ou une combinaison de matériel et de logiciel/ microprogramme. Dans une exécution typique, le module imageur 115 comprend des photocapteurs basés sur des dispositifs à couplage de charge (CCD) ou une technologie CMOS, un convertisseur analogique vers numérique (A/D), une commande de gain et un processeur de signal numérique (DSP), comme cela est bien connu dans la technique (non montré à la figure lA). La mémoire non volatile 140 peut être du genre amovible, par exemple sous forme de cartes CompactFlashTM, SmartMediaT ou SecureDigitalTM. Une mémoire amovible est souvent utilisée pour stocker des images numériques que la mémoire interne du dispositif imageur électronique portatif 100 ne contiendrait pas de manière convenable. La figure 2A est une illustration d'un motif formant une grille uniforme représentant un objet dont une image optique doit être faite en utilisant une lentille conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. La figure 2B est une illustration du motif formant une grille uniforme montré à la figure 2A, tel qu'il est restitué par une lentille provoquant une distorsion en tonneau, la lentille 130, conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. La distorsion est provoquée par le fait que la lentille 130 possède un facteur de grossissement plus élevé près de son centre qu'à ses bords. Une telle distorsion peut être caractérisée et corrigée en utilisant des techniques qui sont bien connues dans la technique de traitement des images numériques. Par exemple, un procédé est divulgué dans le brevet des Etats-Unis 5,751,863 accordé à Farr. Une correction d'une distorsion géométrique en général, comprenant la correction de la distorsion en tonneau, est aussi expliquée dans l'article de William K. Pratt, " Digital Image Processing " (traitement des images numériques), chez John Wiley et Sons, Inc., New York City, New York, 1978, pages 429432. Une approche appelée " gauchissement spatial " décrite dans Pratt implique d'ajuster une courbe polynomiale à chaque courbe de la grille distordue 205 dans la figure 2B, dans les directions horizontale et verticale et de calculer ensuite une fonction de correction inverse pour chaque cellule définie par les intersections des courbes de la grille. Une correction de distorsion géométrique est aussi exposée dans le brevet des Etats-Unis N0 5,359,363, - 10 attribué à Kuban et col. Dans Kuban et col., une lentille du genre " fisheye " ou toute autre ayant un Lrès grand angle, est utilisée pour maintenir une surveillance vidéo sur une grande zone (par exemple, un champ de vision hémisphérique de 1800). Le système décrit dans Kuban et col. fournit les fonctions de panoramique, de basculement, de rotation et de zoom (grossissement) dans tout le champ de vision sélectionné sans nécessiter de repositionner la caméra vidéo de manière mécanique. Une lentille à grand angle telle que celle employée dans Kuban et col. introduit une distorsion en tonneau semblable à celle montrée à la figure 2B. Dans la référence à Kuban, une ou plusieurs parties du champ de vision, large, circulaire, sont sélectionnées et une transformation mathématique est effectuée pour corriger la distorsion en tonneau. Bien que la référence à Kuban et col. divulgue la production d'une image optique en utilisant une lentille qui introduit une distorsion en tonneau, la découpe d'un large champ de visualisation à une partie limitée dans une image numérique résultante et la correction de manière mathématique de la distorsion en tonneau dans la partie limitée n'enseignent pas l'utilisation de ces techniques pour obtenir une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée telle que celle fournie par la présente invention. L'objectif fondamental dans Kuban et col. est de fournir une surveillance vidéo d'un large champ de vision et non de produire une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. La figure 3 est un organigramme d'un procédé pour exécuter un zoom numérique dans un dispositif imageur électronique portatif 100 conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. En 305, la lentille 130 peut être utilisée pour produire une image optique contenant une distorsion en tonneau. Le module imageur 115 peut alors convertir l'image optique en une image numérique en 310. L'image produite en 310 possède une résolution relativement plus élevée dans une partie centrale en correspondance à la région centrale de la lentille 130, de grossissement plus élevé, que dans la région du bord de la lentille 130, de grossissement plus faible. En 315, le module Zoom Numérique 150 peut effectuer un zoom numérique (découper) l'image numérique à l'intérieur de sa partie centrale. En 320, le module Correction de la Distorsion en Tonneau 155 peut corriger la distorsion en tonneau dans l'image découpée. L'image résultante ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée peut alors être fournie en sortie en 325 et le processus prend fin en 330. En option, le module Remise de l'Image à l'Echelle 160 peut être appelé pour fournir une prévisualisation avant capture finale de l'image ou pour effectuer un traitement ultérieur de l'image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. La figure 4 est un organigramme d'un autre procédé pour exécuter un zoom numérique dans un dispositif imageur électronique portatif 100 conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. Dans la figure 4, les étapes 305 et 310 sont exécutées comme dans la figure 3. Cependant, le module Correction de la Distorsion en Tonneau 155 corrige la distorsion en tonneau en 405 avant le zoom numérique (la découpe) de l'image en 410 effectué par le module Zoom Numérique 150. Une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée peut alors être fournie en sortie en 415 et le processus prend fin en 330. En option, le module Remise de l'Image à l'Echelle 160 peut être appelé pour - 12 fournir une prévisualisation avant capture finale de l'image ou pour effectuer un traitement ultérieur de l'image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. L'ordre des opérations de zoom numérique (découpe) et de correction de la distorsion en tonneau n'est pas critique et peut être exécuté comme dans la figure 3 ou dans la figure 4. L'exécution montrée à la figure 3 possède toutefois l'avantage qu'un moindre nombre de pixels reste à traiter pendant l'étape de correction de la distorsion en tonneau. Les figures 5-8 sont des images montrant l'opération de l'invention et démontrant ses avantages par rapport à des exécutions conventionnelles de zoom numérique. (Notons que des.images de très faible résolution sont utilisées dans les figures 5-8 pour des objets d'illustration. Des systèmes imageurs typiques produisent des images ayant des millions de pixels.) La figure 5 est une image numérique de référence capturée en utilisant une lentille conventionnelle sans distorsion intentionnelle en tonneau. Lorsque l'image 5 est découpée (c'est-à-dire fait l'objet d'un zoom numérique) et remise à l'échelle à la taille d'origine, une dégradation remarquable de la qualité de l'image se produit, comme nous le montrons à la figure 6. La figure 7 est une image numérique de la même scène que dans la figure 5, capturée avec un capteur CCD de même résolution que dans la figure 5 en utilisant une lentille 130 qui introduit un degré élevé de distorsion en tonneau, conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. La figure 8 est l'image de la figure 7 après découpage (zoom numérique), correction de la distorsion en tonneau et remise à l'échelle à la taille d'origine conformément à un mode de réalisation donné à titre d'exemple de l'invention. La figure 8 est d'une qualité remarquablement plus élevée que la figure 6. La précédente description de la présente invention a été présentée dans un objet d'illustration et de description. Elle n'est pas destinée à être exhaustive ni à limiter l'invention à la forme précise divulguée et d'autres modifications et variations peuvent être possibles à la lumière des enseignements précédents. Les modes de réalisation ont été choisis et décrits de manière à expliquer au mieux les principes de l'invention et de son application pratique pour permettre ainsi à d'autres personnes compétentes dans la technique d'utiliser au mieux l'invention dans différents modes de réalisation et différentes modifications qui conviendront pour l'usage particulier envisagé. L'intention est que les revendications jointes soient interprétées pour inclure d'autres variantes de mode de réalisation de l'invention excepté dans la mesure o elles sont limitées par la technique ancienne. REVENDICATIONS 1. Dispositif imageur électronique portatif 100 ayant une capacité de zoom numérique de résolution améliorée, comprenant: une lentille 130 pour produire une image optique, la lentille 130 ayant, dans une région centrale, un facteur de grossissement plus élevé que dans une région de bord, la lentille 130 provoquant ainsi une distorsion en tonneau dans l'image optique; au moins un capteur imageur pour convertir l'image optique en une image numérique, l'image numérique ayant, dans une première partie en correspondance à la région centrale de la lentille 130, une résolution relativement plus élevée que dans une deuxième partie en correspondance à la région de bord de la lentille 130; une première logique 150 pour extraire une image numérique découpée de l'intérieur de la première partie; et une deuxième logique 155 pour corriger la distorsion en tonneau dans l'image numérique découpée, le dispositif imageur électronique portatif 100 produisant ainsi une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. 2. Dispositif imageur électronique portatif 100 de la revendication 1, comprenant en outre: une troisième logique 160 pour remettre à l'échelle selon une taille prédéterminée l'image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. 3. Dispositif imageur électronique portatif 100 ayant une capacité de zoom numérique de résolution améliorée, comprenant: une lentille 130 pour produire une image optique, la lentille 130 ayant, dans une région centrale, un facteur de grossissement plus élevé que dans une région de bord, la lentille 130 provoquant ainsi une distorsion dans l'image optique; au moins un capteur imageur pour convertir l'image optique en une image numérique; une première logique 155 pour corriger la distorsion en tonneau dans l'image numérique pour produire une image numérique corrigée, l'image numérique corrigée ayant, dans une première partie en correspondance à la région centrale de la lentille 130, une résolution relativement plus élevée que dans une deuxième partie en correspondance à la région de bord de la lentille 130; et une deuxième logique 150 pour extraire une image numérique découpée de l'intérieur de la première partie, le dispositif imageur électronique portatif 100 produisant ainsi une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. 4. Dispositif imageur électronique portatif 100 de la revendication 3, comprenant en outre: une troisième logique 160 pour remettre à l'échelle selon une taille prédéterminée l'image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. 5. Procédé pour fournir un aménagement de zoom numérique de résolution améliorée dans un dispositif imageur électronique portatif 100, comprenant les étapes consistant à: produire une image optique contenant une - 16 distorsion en tonneau; convertir l'image optique en une image numérique, l'image numérique ayant, dans une première partie centrale, une résolution relativement plus élevée que dans une deuxième partie de bord; produire une image numérique découpée de l'intérieur de la première région centrale; et corriger la distorsion en tonneau dans l'image numérique découpée pour produire une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée. 6. Procédé pour fournir un aménagement de zoom numérique de résolution améliorée dans un dispositif imageur électronique portatif 100, comprenant les étapes consistant à: produire une image optique contenant une distorsion en tonneau; convertir l'image optique en une image numérique; corriger la distorsion en tonneau dans l'image numérique découpée pour produire une image numérique corrigée, l'image numérique corrigée ayant, dans une première région centrale, une résolution relativement plus élevée que dans une deuxième région de bord; et extraire une image numérique découpée de l'intérieur de la première région centrale pour produire une image ayant fait l'objet d'un zoom numérique de résolution améliorée.