Nuevo Algoritmo Dodge en Image Station 5.2

En este documento se describen los cambios al algoritmo Dodging empleado por aplicaciones ZI en ImageStation OrthoPro, AutoScan, DMC PPS, y como un utilitario, que anteriormente era parte del paquete de software ImageStation Raster Utilities (ISRU). El principal algoritmo cambia la sustitución de LUT locales computados y aplica sub-tile reasignando funciones locales para cada píxel. Tiene un efecto importante sobre los parámetros de selección, que ahora recomienda mayor sub-tiles y principales núcleos para reducir el tiempo de procesamiento.


1. Introducción

La línea de comando Dodge de la aplicación, DodgeCmd.exe, es un conversor de archivos Raster y mejora la utilidad de la imagen. Se dice que soporta cualquier archivo en formato ZIRFL y escribe unos pocos tiled de formato de imagen. Se puede forzar el formato de salida a Tiled TIFF o JP2000, el uso del formato de entrada se apoya en tiles (por ejemplo, Intergraph Raster File Format). Una línea de comandos definidos mejora la corrección de los desequilibrios de tonalidades a través de una imagen mosaico.

El proceso para corregir las condiciones de iluminación desigual a través del frame fotográfico debido a la lente en toda la escena causada por la posición de la cámara con respecto al sol o causados por la fragmentación de la cubierta de nubes. Lo mismo se aplica para corregir el reflejo desigual de baja frecuencia espacial debido a la diferencia en la humedad del suelo, etc. En cualquier caso, la tendencia de tonalidad a ser igualada es una superficie lisa muy definida en la trama de la cuadricula.

Los intentos Dodge de mejorar las diferencias de tonalidades a través de un mosaico con aplicaciones de valores discretos para cada píxel en una imagen que se oscurecen las zonas más brillantes y aclaran las más oscuras, lo que ha cambiado toda la imagen hacia un personalizado centro tonal (por lo general el valor del píxel 127 a 8 bits de imagen) o un histograma promedio para cada banda (modo automático).

Un filtro de paso bajo de referencia sub-imagen (con overview) se usa para definir un centro tonal local para un grupo de valores de píxel dentro de cada sub-tile: un promedio (más concretamente, el valor medio del histograma) de la imagen representa un píxel en la sub-imagen antes del filtro. El tamaño del sub-tile es una potencia de dos números que van de 8 en la producción del tamaño del tiles (tamaño de tiles habitual es de 256). Un centro tonal local para cada posición de píxel en la imagen original se calcula por bi-interpolación lineal dentro de la sub-imagen y se usa para determinar una función de Reasignación que corrige este valor del píxel. Se utiliza para que la función de Reasignación forme una tabla de visión (LUT) y se aplica sobre un subtile por sub-tile con el riesgo de generar un borde visible a lo largo de los límites del sub-tile. Este ya no es el caso desde la corrección de interpolación bilineal la cual se adapta a cada píxel.

El viejo algoritmo debía ser configurado para utilizar un gran número de sub-tiles para representar la imagen (es decir, sub-tile de menor tamaño), y dirigirlos a través de un algoritmo de suavizado (filtro de paso-bajo con gran tamaño del núcleo) antes de calcular la matriz LUTs se crea una transición más gradual de las correcciones en toda la imagen de sub-tile a sub-tile. Esta planificación dio lugar a la creación de una gran sub-imagen de referencia que se filtra por un gran paso-bajo teniendo un considerable tiempo de trabajo. Esto ya no es el caso desde la interpolación bilineal dentro de una pequeña sub-imagen que realiza una interpolación de vecinos más cercanos dentro de una gran sub-imagen suavizada por un gran kernel de paso-bajo.

El nuevo enfoque es especialmente relevante para las imágenes que tengan grandes masas de agua.

2. Descripción del Algoritmo

El algoritmo lleva a cabo las siguientes tareas:

  1. El histograma de valor de medio píxel es calculado para cada subtile. Los cálculos para el histograma medio se pueden usar sólo los píxeles que se extienden en un determinado rango (por ejemplo, 3 < pixel_intensity < 252). Esto es util si su ortofoto tiene zonas negras debido a que faltan DEM o esta incompleta la cobertura fotográfica (opciones -p y +p). Este paso se omite si la opción “-u” (utiliza overview) esta presente.
  2. Los valores de grilla promedio (sub-imagen) es ajustado (recortados) de acuerdo con los valores ‘min_gamma_shift’ y ‘max_gamma_shift’ (opciones -g y +g) a fin de que cada una de las fuentes de rayos gamma no se desvíen por encima del umbral de la gamma de destino central. Un filtro de paso-bajo se utiliza para suavizar la red media de valores sub-tile del píxel. Este proceso reduce el efecto de las anomalías locales. Cuanto mayor sea el tamaño del núcleo, menor es el efecto de un solo parche negro o brillante en la variación tonal de los píxeles. El filtro de sub-imagen representa una determinada resolución general de variación base de tonos en la imagen.
  3. Sobre la base de tonalidad del mapa, a cada píxel se le asignará una corrección sobre la base de una función cuadrática y dirigidos a convertir el ‘valor promedio del píxel’ de cada área local a un valor de píxel de destino (se define el histograma o centro de la banda promedio calculado). El cambio nunca excederá de menos ‘min_gamma_shift’ o más ‘max_gamma_shift’ definido por el usuario, independientemente del perfil de la función de Reasignación.

El procedimiento exacto para la Reasignación del píxel es el siguiente. Para cada píxel, una base local de valor de tonos se calcula dos veces por interpolación lineal dentro de una red de resolución reducida (sub-imagen) de la base de valores de tono. Una diferencia entre la interpolación de centro tonal y el blanco origen tonal se multiplica por una suave ganancia para producir una corrección del valor añadido a este píxel. El LUT ganado tiene el siguiente perfil cuadrático, ver Fig.1, que se realiza en el código como LUT de factores de escala de 12-bit integer.

sen00212Fig.1 Soft-gain LUT

Como resultado de esta operación compuesta, la siguiente forma general de perfiles LUT se obtiene, ver Fig.2, LUTs de corrección diferencial del rango de valores centro de ± 32 píxeles, y ± 64 píxeles se despliegan.

sen00213Fig.2 LUT de la función de Reasignación del píxel

Por el modo de oscurecimiento, un perfil dodging LUT es similar a un perfil LUT gamma, mientras que para el modo óptico, el efecto es diferente debido al hecho de que el dodging de máxima corrección siempre se consigue en el centro gamma del LUT. Por píxeles oscuros en la primera mitad del rango, el LUT óptico realiza un contraste como un tramo lineal. Por comparación, una familia de perfiles de rangos LUT sen00214, se presenta en Fig.3.

sen00215Fig.3 Perfiles de rango LUT

3. Selección de Parámetros: Mejora de Tonos en Casos de Estudios

3.1 Caso Regular

Dodging se aplica mejor a las imágenes que tienen un leve desequilibrio de base y variación de tonos en su histograma que abarcan el rango radiométrico completo. Habida cuenta de cualquier desviación de estas condiciones, lo más probable es que el éxito del dodge podría ser posible sólo a nivel local, es decir, para cualquier región seleccionada dentro de una imagen, un conjunto de parámetros debe aplicarse sólo a dodge en este terreno con el efecto suavemente mezclado en la trama en torno a los datos.
DodgeCmd, por supuesto, es una imagen global de servicios públicos que se aplica un único conjunto de parámetros para cada área en la imagen. Sin embargo, el punto es que el mejor conjunto de parámetros es altamente selectiva de terreno a terreno, y de imagen a imagen de tal manera que no hay escenario perfecto que se pueda aplicar a un bloque de imágenes con el mismo éxito a menos que los tonos en desequilibrio sean muy leves y el contenido de la imagen sea muy homogéneo. El primer parámetro es para seleccionar tamaños de sub-tiles. El número de sub-tiles en una imagen. Los tiles de una imagen se dividen en cuadrados más pequeños (sub-tiles). Cuanto mayor sea el número de sub-tiles en una imagen, mayor es la frecuencia espacial del efecto dodge.
Para evitar la brusca variación de la corrección tonal, se realiza un suavizado con un filtro paso-bajo que se utiliza para el proceso de sub-imagen antes se calculen las correcciones. De este modo, una transición más gradual de los valores de corrección a través de una imagen es obtenida. Este proceso se ilustra en la Figs.4-7.

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Fig.4 Entrada y salida de datos: -p=15 +p=220 -g=-64 +g=64 -k=5 -t=128 -c=127

Por el tamaño de la imagen 1500×1500 y de los tiles 256×256, el tamaño del sub-tile se selecciona 128×128, y el tamaño del kernel es 5×5. El resultado de la sub-imagen es sólo de 12×12. Uno puede ver en la Fig.7 que los principales brillos ocurren en dos esquinas inferiores, mientras que el oscurecimiento principal ocurre en la parte superior de la sección.

sen00219Fig.5 Sub-imagen antes y después del suavizado (vista del vecino más cercano)
sen00220Fig.6 Histograma de la base de tonos lumínica del mapa (suavizado sub-imagen)
sen00221Fig.7 Base de tono lumínica con desviación del centro (-c = 127)

3.2 Oscuridad y Puntos Brillantes

sen00222Fig.8 Imagen con sombras de nubes y variación de humedad del suelo (visión auto-estirado)

Imagen en Fig.8 tiene áreas oscuras debido a la nubosidad y las zonas brillantes debido a la diferencia de luz entre la reflexión con diferentes áreas de humedad del suelo. Esta es una imagen de 12 bits de color que tiene fuente histograma centro a 583. El completo histograma encaja en la primera mitad del rango de valores para que esta imagen sea efectivamente de 11-bit si no una de 10 bits. Un conjunto de parámetros por defecto para esta resolución de bit.

-p=31 +p=4094 -g=-655 +g=655 -k=9 -t=32 -c=2047

El resultado del dodging con auto-selección de histograma centro (583 en este caso) y el objetivo central de 2047 se muestra en Fig.9. El histograma resultante centro es 549 para el centro de imagen y 1251 para el lado derecho de la imagen. Debido al hecho de que la fuente del histograma centro de 583 esta demasiado lejos del centro del rango 2047, un tramo de contraste de la parte izquierda puede conducir el histograma de salida centro sólo en lo que respecta a 1251. Se puede observar que, desde puntos brillantes han tenido menos desviación de fuente centro oscuro que la mayoría de los que desaparecen en la salida (véase la imagen de centro). El efecto sombra de las nubes es algo así como atenuados. El resultado radiométricas en el centro de la imagen se reduce significativamente (véase la propagación de histograma). Esto puede no ser el efecto deseado, por otra parte, uno de ellos podrá necesitar preservar la parte más brillante de la modulación radiométrica (manchas blancas), mientras otras la reducción del efecto de sombras solamente.

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Fig.9 Entrada, auto-selección y con objetivos centrados en los productos

 

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Fig.10 Salida de la configuración: -p=31 +p=3087 -g=-30 +g=2047 -k=3 -t=8 -c=3071

La solución a este problema puede ser el establecer objetivos más lejanos del centro a la derecha y restringir el oscurecimiento máximo, ver Fig.10. Dado que no existe una entrada al histograma de valores demasiado lejanos a la derecha que podría ser cortado en la corrección óptica, un objetivo del valor 3071 es la elección adecuada, que impulsa el objetivo del histograma hacia el centro 1744. Los pequeños tamaños del sub-tiles tamaño y menor tamaño del núcleo también ayudan a amplificar el efecto en los puntos oscuros que parecen relativamente fuertes en el bosque de fondo.
Hay que destacar que la aplicación de dodge dos veces (tratando de amplificar el efecto) no prevé los óptimos resultados, por tanto, no es recomendable. Un ejemplo de repetir el proceso esta en la Fig.10 y Fig.11.

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Fig.11 Un ejemplo del doble efecto dodge

Este ejemplo pone de manifiesto una grave degradación de contraste de transferencia de modulación, amplifica el efecto de sombra de nubes.

3.3 Profundidad del Bit de Imagen y Rango del Histograma

Hay una gran diferencia en el dodge en relación con el mismo conjunto de parámetros de la misma imagen si se aplica dos bit de resolución.
Consideremos el siguiente ejemplo el siguiente ejemplo de la Sección 3,2. Se ha dicho que todo el rango de entradas de histogramas se ajusta a 2048 bins, 11 bits de serie de datos. Si se cambia el paquete de bit de resolución de la imagen en la cabecera a 11 bits, el resultado de la misma operación como en la Fig.9 pueden ser muy diferentes, ver Fig.12.

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Fig.12 Un ejemplo de dodging de imagen de 11-bit

-p=31 +p=2044 -g=-655 +g=655 -k=9 -t=32 -c=1023

El único cambio significativo es el centro que especificará 1023 para el lado derecho de la imagen ya que es un centro de rango de 11 bits. Las principales opciones de configuración ±g, -k, -t siguen siendo las mismas, pero la forma del histograma de salida es bastante diferente debido a una diferencia en posición de la fuente del histograma con respecto al valor den rango centro. En este último caso, el efecto dodging en el ámbito espacial de mayor frecuencia es más profunda (compare el lado derecho de la imagen en la Figs.9 y histogramas 12). Si este efecto no es deseado, el tamaño del sub-tile tamaño y el tamaño del núcleo deben aumentar.

3.4 Preservación de la Modulación en Histograma Anómalos

Un ejemplo del objetivo móvil del histograma centro-derecho (en general para lograr contraste de tramos) funciona bien si no hay zonas anómalas en la derecha que contienen valiosos datos radiométricos de modulación. De lo contrario, la información podría perderse como se ha demostrado en la Fig.13 (pretender el lugar seleccionado es una valiosa área de datos).

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Fig.13 Entrada/Salida: -p=31 +p=3087 -g=-1024 +g=1024 -k=5 -t=128 -c=2047

Para evitar esta situación, la recomendación es seleccionar el histograma objetivo centro más cerca de la entrada del histograma centro o no especificar ninguno. La solución se muestra en Fig.14.

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pFig.14 Entrada/Salida: -p=31 +p=3087 -g=-1024 +g=1024 -k=5 -t=128 -c=1024

3.4 Preventing Overcompensation and Color Shift

Existen situaciones en que los parámetros por defecto llevan un grave exceso, lo que suele suceder cuando la fuente de imagen no necesita ningún dodge al inicio. Igualmente con grandes cambios en las intensidades de banda, incluso manteniendo el mismo tono, se percibe como cambia de color, ver Fig.15

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Fig.15 Entrada/Salida: -p=1 +p=254 -g=-63 +g=63 -k=5 -t=16 -c=127

No hay necesidad de dodge a la imagen (por lo menos en todo su contenido en su conjunto).
Sin embargo, si se quiere llevar a cabo determinados equilibrios significativos, lo siguiente puede ser recomendado para el conjunto derecho de parámetros. Desde la entrada del histograma está bien centrado y abarcó 150, uno quiere preservar. Por lo tanto, la tarea puede ser aclarar algunas zonas en la parte inferior, permanecer en el centro del histograma 150, y no admitir el oscurecimiento. La siguiente opción es mucho mejor opción para esta tarea, ver Fig.16.

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Fig.16 Entrada/Salida: -p=1 +p=254 -g=-1 +g=63 -k=5 -t=16 -c=150

Fuente:

Intergraph

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