УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ С КОРРЕКЦИЕЙ ХРОМАТИЧЕСКОЙ АБЕРРАЦИИ
DEVICE FOR IMAGE PRODUCTION WITH CORRECTION OF CHROMATIC ABERRATION

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения изображения с последующей коррекцией хроматической аберрации [Ландсберг, Г.С. Оптика [Текст] / Г.С. Ландсберг. - М.: Наука, 1976] оптико-электронного датчика, использующего в качестве приемника изображения матричный приемник изображения.
Известно устройство обработки изображений с коррекцией хроматической аберрации [Image processing apparatus and method enabling proper correction of chromatic aberration [Text], United States Patent: 670807: G06K 009/00 / Ishikawa; Atsushi, Minolta Co; 2000], включающее блок ввода изображения, блок расчета коэффициентов коррекции хроматической аберрации для R и В цветовых каналов (где R, G, В - каналы красного, зеленого и синего цвета соответственно), ОЗУ коэффициентов коррекции, блок исправления коэффициентов коррекции, блок коррекции хроматической аберрации и ОЗУ данных изображения. Коррекция хроматической аберрации основывается на вычислении взвешенной суммы значений яркости смежных точек R и В цветовых каналов изображения, используя коэффициенты коррекции хроматической аберрации. G канал остается неизменным.
Недостатком данного устройства является низкая точность коррекции хроматической аберрации, обусловленная сверткой исходных значений яркости в корректируемых точках R и В цветовых каналов изображения, что приводит к потере высокочастотной составляющей изображения и ухудшению качества изображения [Сойфер В.А. Методы компьютерной обработки изображений [Текст] / В.А.Сойфер - М.: Физматлит, 2003].
Наиболее близким является устройство получения изображения с коррекцией хроматической аберрации [Image pick-up apparatus, image processing apparatus and method of correction chromatic aberration of lens [Text], European patent application: EP1523172A2: H04N 5/225/ Okada, Miyuki; 2004], содержащее оптико-электронный датчик (ОЭД), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок расчета параметров, блок масштабирования, ОЗУ, контроллер ОЗУ, блок управления масштабированием. Принцип функционирования устройства заключается в следующем. Аналоговый сигнал изображения с оптико-электронного датчика (ОЭД) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), где производится его преобразование и запись в ОЗУ После того как данные изображения записаны, устройство переходит в режим коррекции. На вход блока расчета параметров поступают значения параметров ОЭД (диафрагма и фокусное расстояние) и координаты текущей корректируемой точки изображения. В блоке расчета параметров рассчитываются масштабные коэффициенты для R и В цветовых каналов изображения, соответствующие заданным интервалам удаления корректируемой точки от центра изображения. На входы блока масштабирования поступают данные изображения из ОЗУ и значения масштабных коэффициентов из блока расчета параметров, после чего производится масштабирование R и В цветовых каналов корректируемого изображения. G канал остается неизменным.
Недостатком данного устройства является низкая точность коррекции вследствие определения масштабных коэффициентов для заданных интервалов удаления корректируемой точки от центра изображения. То есть точкам с разным удалением от центра соответствуют одинаковые масштабные коэффициенты, что при масштабировании приводит к искажениям в точках изменения этих коэффициентов, тоща как это корректно только для малых значений коэффициентов коррекции.
Технической задачей изобретения является повышение точности коррекции хроматической аберрации оптико-электронного датчика.
Техническая задача решается тем, что в известное устройство, содержащее оптико-электронный датчик (ОЭД), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), ОЗУ, контроллер ОЗУ, введены блок расчета коэффициентов коррекции, ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции, блок коррекции, селектор, распределитель, блок управления (БУ), причем выход ОЭД подключен к входу АЦП, группа выходов ОЭД подключена к первой группе входов блока расчета коэффициентов коррекции, группа выходов АЦП подключена к группе входов распределителя, первая группа выходов распределителя подключена к первой группе входов блока коррекции, вторая группа выходов распределителя подключена к первой группе входов селектора, группа выходов блока коррекции подключена к второй группе входов селектора, группа выходов селектора подключена к группе входов контроллера ОЗУ, группа входов-выходов контроллера ОЗУ подключена к группе входов-выходов ОЗУ, первая группа выходов контроллера ОЗУ подключена к второй группе входов блока расчета коэффициентов коррекции, вторая группа выходов контроллера ОЗУ соединена с внешним устройством, группа выходов блока расчета коэффициентов коррекции подключена к группе входов ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции, группа выходов ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции подключена к второй группе входов блока коррекции, первый выход БУ подключен к входу блока расчета коэффициентов коррекции, второй выход БУ подключен к входу блока коррекции, третий выход БУ подключен к входам селектора и распределителя.
Изобретение может быть использовано для получения изображения с последующей коррекцией хроматической аберрации в фото- и видеокамерах, в системах технического зрения, применяемых для контроля автоматизированных процессов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема устройства получения изображения с коррекцией хроматической аберрации, на фиг.2 показан калибровочный объект.
Устройство содержит (фиг.1) ОЭД 1, АЦП 2, распределитель 3, блок коррекции 4, селектор 5, контроллер ОЗУ 6, ОЗУ 7, блок расчета коэффициентов коррекции 8, ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции 9, БУ 10, причем выход ОЭД 1 подключен к входу АЦП 2, группа выходов ОЭД 1 подключена к первой группе входов блока расчета коэффициентов коррекции 8 и предназначена для передачи значений фокусного расстоянии и диафрагмы ОЭД 1, группа выходов АЦП 2 подключена к группе входов распределителя 3 и предназначена для передачи цифровых данных изображения из АЦП 2, первая группа выходов распределителя 3 подключена к первой группе входов блока коррекции 4, вторая группа выходов распределителя 3 подключена к первой группе входов селектора 5, группа выходов блока коррекции 4 подключена к второй группе входов селектора 5 и предназначена для передачи обработанных данных изображения из блока коррекции 4, группа выходов селектора 5 подключена к группе входов контроллера ОЗУ 6 и предназначена для передачи данных изображения, группа входов-выходов контроллера ОЗУ 6 подключена к группе входов-выходов ОЗУ 7 и предназначена для передачи данных изображения из/в ОЗУ 7, первая группа выходов контроллера ОЗУ 6 подключена к второй группе входов блока расчета коэффициентов коррекции 8 и предназначена для передачи данных изображения из контроллера ОЗУ 6, вторая группа выходов контроллера ОЗУ 6 соединена с внешним устройством и предназначена для передачи данных изображения во внешнее устройство, группа выходов блока расчета коэффициентов коррекции 8 подключена к группе входов ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции 9 и предназначена для передачи рассчитанных коэффициентов коррекции из блока расчета коэффициентов коррекции 8, группа выходов ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции 9 подключена к второй группе входов блока коррекции 4 и предназначена для передачи коэффициентов коррекции из ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции 9, первый выход БУ 10 подключен к входу блока расчета коэффициентов коррекции 8, второй выход БУ 10 подключен к входу блока коррекции, третий выход БУ 10 подключен к входам селектора 5 и распределителя 3.
ОЭД 1 предназначен для получения изображения и формирования аналогового сигнала изображения. АЦП 2 осуществляет преобразование входного аналогового сигнала изображения в цифровой. Блок расчета коэффициентов коррекции 8 производит расчет коэффициентов коррекции по изображению калибровочного объекта. ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции 9 предназначено для хранения коэффициентов коррекции, позволяющих определить смещение точки цветового канала изображения в зависимости от ее координат. Блок коррекции 4 производит коррекцию хроматической аберрации изображения с использованием коэффициентов коррекции, записанных в ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции 9. ОЗУ 6 предназначено для хранения данных изображения, контроллер ОЗУ 7 - для управления его работой. БУ 10 осуществляет управление режимом работы устройства. Распределитель 3 предназначен для передачи данных изображения из АЦП 2 в блок коррекции 4 или через селектор 5 в ОЗУ 6 в зависимости от режима работы устройства.
Калибровочный объект состоит из окружностей черного цвета, расположенных на белом фоне (фиг.2). Калибровочный объект располагают таким образом, чтобы он весь находился в кадре.
Устройство работает следующим образом. Устройство имеет два режима работы: настройка и коррекция. В режиме настройки производится определение коэффициентов коррекции хроматической аберрации по изображению калибровочного объекта. Переключение режимов работы устройства осуществляется путем формирования на входе БУ сигнала выбора режима работы.
В режиме настройки данные изображения формируются на второй группе выходов распределителя 3 и поступают на первую группу входов селектора 5, на группе выходов селектора 5 формируются данные изображения, поступающие на первую группу входов селектора 5 с второй группы выходов распределителя 3. В режиме коррекции данные изображения формируются на первой группе выходов распределителя 3 и поступают на первую группу входов блока коррекции 4, на группе выходов селектора 5 формируются данные изображения, поступающие на вторую группу входов селектора 5 с группы выходов блока коррекции 4.
В режиме настройки на вход БУ 10 поступает сигнал выбора режима «настройка», по которому на первом выходе БУ 10 формируется сигнал разрешения работы блока расчета коэффициентов коррекции 8, поступающий на вход блока расчета коэффициентов коррекции 8, на третьем выходе БУ 10 формируется сигнал, поступающий на входы распределителя 3 и селектора 5 и переводящий их в первый режим работы. Сигнал изображения с выхода ОЭД 1 поступает на вход АЦП 2, данные изображения с группы выходов АЦП 2 поступают на группу входов распределителя 3, с второй группы выходов распределителя 3 - на первую группу входов селектора 5, с группы выходов селектора 5 - на группу входов контроллера ОЗУ 6, с группы входов-выходов контроллера ОЗУ 6 - на группу входов-выходов ОЗУ 7. Через время, достаточное для записи данных изображения в ОЗУ 7, с группы выходов ОЭД 1 на первую группу входов блока расчета коэффициентов коррекции 8 поступают значения параметров ОЭД 1, и блок расчета коэффициентов коррекции 8 начинает расчет коэффициентов коррекции. В процессе расчетов на вторую группу входов блока расчета коэффициентов коррекции 8 с группы выходов контроллера ОЗУ 6 поступают данные изображения калибровочного объекта из ОЗУ 7.
Блок расчета коэффициентов коррекции 8 производит расчет коэффициентов коррекции по смещению цветовых каналов изображения в точках контура калибровочного объекта.
После окончания расчетов на группе выходов блока расчета коэффициентов коррекции 8 формируются значения рассчитанных коэффициентов коррекции, поступающие на вход ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции 9.
В режиме коррекции на вход БУ 10 поступает сигнал выбора режима «коррекция», по которому на втором выходе БУ формируется сигнал разрешения работы блока коррекции 4, поступающий на вход блока коррекции 4, на третьем выходе БУ 10 формируется сигнал, поступающий на входы распределителя 3 и селектора 5 и переводящий их во второй режим работы. Сигнал изображения с выхода ОЭД 1 поступает на вход АЦП 2, данные изображения с группы выходов АЦП 2 поступают на группу входов распределителя 3, с группы выходов распределителя 3 - на первую группу входов блока коррекции 4. В процессе работы блока коррекции 4 на вторую группу его входов поступают значения коэффициентов коррекции с группы выходов ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции 9.
Блок коррекции 4 производит коррекцию хроматической аберрации путем масштабирования цветовых каналов изображения согласно формуле
R
R(x)
R
R(x)
x'=k·x, y'=k·y,
B
B(x)
B
B(x)
x'=k·x, y'=k·y,
R
R
B
B
R(x)
B(x)
где х', y', х', y' - скорректированные координаты истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения, k, k - масштабные коэффициенты R и В цветовых каналов изображения в точке с координатами (x, y), x, y - координаты точки изображения,
Блок коррекции 4 рассчитывает масштабные коэффициенты для каждой точки изображения на основании коэффициентов коррекции по формуле
R(x)
R(1)
R(2)
R(3)
2
2
2
k=r(c+r(c+r·c)),
B(x)
B(1)
B(2)
B(3)
2
2
2
k=r(c+r(c+r·c)),
,
R(x)
B(x)
где k, k - масштабные коэффициенты R и В цветовых каналов изображения в точке с координатами (x, y), r - радиальное расстояние до точки изображения,
B(1)
B(2)
B(n)
R(1)
R(2)
R(n)
c, c, … , c, c, c, … , c - коэффициенты коррекции хроматической аберрации R и В цветовых каналов изображения, х, у - координаты точки изображения.
Обработанные данные изображения с группы выходов блока коррекции 4 поступают на вторую группу входов селектора 5, с группы выходов селектора 5 - на группу входов контроллера ОЗУ 6, с группы входов-выходов контроллера ОЗУ 6 - на группу входов-выходов ОЗУ 7.
После проведения коррекции хроматической аберрации данные изображения записаны в ОЗУ 6, откуда они могут быть считаны для дальнейшего использования.
Для реализации БУ можно использовать ПЛИС, например Мах 7128 фирмы Altera. Для контроллера ОЗУ можно использовать 32-разрядный микроконтроллер, например AT32UC3A фирмы Atmel. Для реализации блока коррекции, блока расчета коэффициентов коррекции можно использовать сигнальные процессоры, например Z89373 фирмы Zilog. Для реализации ОЗУ можно использовать микросхемы памяти, удовлетворяющие требуемому быстродействию и размеру кадра изображения, например K9K2G08UOMYCB0 фирмы Sumsung. Для реализации ППЗУ таблицы коэффициентов коррекции можно использовать ППЗУ, удовлетворяющих требуемому объему, например DS1973.
Изобретение позволяет повысить точность коррекции хроматической аберрации оптико-электронного датчика за счет определения масштабных коэффициентов для каждой точки R и В цветовых каналов изображения.