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ES2284478T3 - Procedimiento y aparato para el tratamiento de imagenes en color. - Google Patents

Procedimiento y aparato para el tratamiento de imagenes en color. Download PDF

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ES2284478T3 ES00904102T ES00904102T ES2284478T3 ES 2284478 T3 ES2284478 T3 ES 2284478T3 ES 00904102 T ES00904102 T ES 00904102T ES 00904102 T ES00904102 T ES 00904102T ES 2284478 T3 ES2284478 T3 ES 2284478T3
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Yang Lim Choi
Yining Deng
B.S. Manjunath
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University of California Berkeley
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Abstract

Procedimiento de representación de una imagen en color que comprende las etapas siguientes: (a) segmentar una imagen de entrada en una pluralidad de regiones; (b) obtener vectores de color para las regiones; (c) clasificar los vectores de color para obtener colores dominantes de la imagen entrada y proporciones de los mismos; y (d) representar los colores dominantes y de las proporciones de los mismos como un descriptor de las características de color de la imagen de entrada.

Description

Procedimiento y aparato para el tratamiento de imágenes en color.
La presente invención se refiere a un procedimiento y un aparato para el tratamiento de imágenes en color y, más particularmente, a un procedimiento de tratamiento de imágenes en color parar recuperar un descriptor de características de color utilizado en la indexación y búsqueda de una imagen en color.
Entre las características visuales para la descripción de contenidos multimedia, el color es la característica más dominante. Según los procedimientos convencionales de tratamiento de imágenes en color, se utiliza un histograma de colores para expresar la información de color de una imagen. No obstante, los procedimientos convencionales de tratamiento de imágenes en color que utilizan un histograma de colores consistente en 1024 niveles presentan inconvenientes porque la complejidad de cálculo de las etapas de tratamiento de imágenes para describir una imagen es elevada y se necesita mucho tiempo de tratamiento.
En Scharcanski, J. et al., "Colour quantisation for colour texture analysis", 8049e IEE Proceedings-E, 140(1993) Marzo, nº 2, Stevenage, Herts., GB, se da a conocer una técnica de cuantificación de colores que identifica colores dominantes.
El lector también puede consultar los documentos JP-A-11238077 y Artesian et al. "Windsurf: region-based image retrieval using wavelets", Proceedings ICASSP-96, IEEE, 1999, pp. 167-173.
Según la invención, se dispone un procedimiento de representación de una imagen en color según la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas.
Según la invención, se dispone, además, un aparato de tratamiento de imágenes en color según la reivindicación 9 de las reivindicaciones adjuntas.
Según la presente invención, también se dispone un medio legible informáticamente que dispone de códigos de programa ejecutables por un ordenador para llevar a cabo un procedimiento según la presente invención.
En las reivindicaciones subordinadas se definen características adicionales preferidas y opcionales.
Los objetivos anteriores y las ventajas de la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto mediante la descripción detallada de formas de realización preferidas de la misma, considerada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento de tratamiento de imágenes en color según la presente invención;
la figura 2 es un diagrama que ilustra la segmentación de imágenes realizada en la etapa 106 de la figura 1;
la figura 3 es un diagrama de bloques de un aparato de tratamiento de imágenes en color según la presente invención; y
las figuras 4A y 4B muestran el resultado obtenido realizando una búsqueda basada en regiones respecto a imágenes indexadas mediante un programa informático basándose en el procedimiento de tratamiento de imágenes en color según la presente invención.
En lo sucesivo se describen de forma detallada formas de realización de la presente invención consideradas conjuntamente con los dibujos adjuntos.
Con referencia a la figura 1, que ilustra un procedimiento de imágenes en color según la presente invención, se introduce una imagen en color A (etapa 100). La imagen en color se segmenta en una pluralidad de regiones F_{1}, F_{2}, F_{3} y F_{4} (etapa 102). La segmentación puede realizarse basándose, por ejemplo, en el flujo de bordes. A continuación se obtienen vectores de color cuantificados para las regiones respectivas F_{1}, F_{2}, F_{3} y F_{4} (etapa 104).
La etapa de obtención de vectores de color cuantificados comprende preferentemente las etapas siguientes. En primer lugar, como etapa de pretratamiento, se realiza una etapa predeterminada de filtrado para nivelar la imagen y eliminar el ruido de la misma. A continuación, se analiza la probabilidad de píxeles de la imagen filtrada que son píxeles ruidosos para aplicar a continuación un valor adecuado a la misma. La probabilidad de píxeles de la imagen filtrada que son píxeles ruidosos se obtiene mediante la distancia de color desde píxeles vecinos. Por ejemplo, i píxeles, siendo i un número entero arbitrario, que oscila a partir de un píxel que presenta la distancia de color mínima se seleccionan entre los píxeles clasificados según la distancia de color desde un píxel central, y entre los píxeles seleccionados, el valor de píxel que presenta la distancia de color mayor se ajusta a la distancia de color máxima, representada por T(n).
\newpage
A continuación, se ponderan los píxeles respectivos mediante exp(-T(n)). exp(-T(n)) se define por v(n). Seguidamente, suponiendo que la media de los valores de T(n) de todos los píxeles es Tavg, el número N de clústeres iniciales que deben utilizarse en la cuantificación es igual a Tavg x una constante arbitraria, por ejemplo 2. A continuación se aplica el algoritmo de Lloyd general a los vectores de color correspondientes a los píxeles ponderados para cuantificar los vectores de color. En primer lugar se utiliza el centroide (c_{i}) de los clústeres representado por la expresión
(1):
100
en el que X (n) es el valor de píxel del píxel n-avo entre los píxeles clasificados, y se calcula un valor de D_{i} representado por la expresión (2):
101
para a continuación dividir el cluster que presenta el mayor valor de D_{i}. Este procedimiento se repite hasta que se han generado N clústeres. Después de generar N clústeres, se realiza un algoritmo Lloyd general. Una vez efectuado el algoritmo de Lloyd general, se calcula el centroide de los clústeres mediante la expresión (1) para llevar a cabo la actualización.
A continuación, se aglomeran los clústeres que presentan vectores de color semejantes mediante clustering aglomerativo. El clustering aglomerativo ha sido dado a conocer por R.O. Duda y P.E. Hart en "Pattern Classificaction and Scene Analysis, John Wiley and Sons, New York, 1973" y no se describirá de forma detallada en esta memoria.
Seguidamente, se clasifican los vectores de color y se obtienen los colores dominantes representados por los vectores de color [cL_{p} cU_{p} cV_{i}] y sus porcentajes P_{i} (etapa 106). Aquí, i representa el número de serie arbitrario de las regiones primarias, que oscila de 1 a N. L, U y V representan coordenadas del sistema de coordenadas de color CIE LUV. Los porcentajes P_{i} se expresan con decimales. La suma de los porcentajes P_{i} para i regiones es 1, como representa la expresión (3):
102
A continuación, los colores dominantes representados por vectores de color [cL_{p} cU_{p} cV_{i}] y sus porcentajes P_{i} se expresan como descriptores de las características de color de una región correspondiente obtenida (etapa 108). En otras palabras, el descriptor de las características de color F puede representarse mediante la expresión (4):
103
en la que N es un número entero positivo predeterminado. El descriptor de las características de color puede designarse como un histograma de color de niveles variables.
Combinando los datos de valores de píxeles en la región k-ava, es decir la Región_{k} y los datos de los descriptores de las características de color de esta región, es decir F_{k}, la imagen completa A' se representa mediante la expresión (5):
104
en la que k es un número entero positivo predeterminado que representa el número de regiones segmentadas de la imagen A (etapa 110).
El descriptor de las características de color recuperado por el procedimiento de tratamiento de imágenes en color según la presente invención se representa de forma compacta mediante una cantidad reducida de números con respecto a una región. La representación compacta del descriptor de características de color puede reducir de forma notable la complejidad de cálculo. Esto permite la búsqueda y recuperación rápida de contenidos basados en multimedia. El procedimiento de tratamiento de imágenes en color según la presente invención puede aplicarse a un procedimiento de tratamiento de imágenes basadas en objetos como por ejemplo el MPEG-7.
El procedimiento de tratamiento de imágenes en color es programable mediante un programa informático.
Los códigos y segmentos de códigos que constituyen el programa informático pueden ser fácilmente obtenidos por un programador informático experto en la materia. Además, el programa se almacena en medios legibles informáticamente y puede ser leído y ejecutado por el ordenador, incluyendo el procedimiento de tratamiento de imágenes en color. Los medios comprenden medios de grabación magnéticos, medios de grabación ópticos, medios de onda portadora y similares.
Además, el procedimiento de tratamiento de imágenes en color puede implementarse en un aparato de tratamiento de imágenes en color. La figura 3 es un diagrama de bloques de un aparato de tratamiento de imágenes en color según la presente invención. Con referencia a la figura 3, el aparato de tratamiento de imágenes en color comprende una unidad segmentadora 300, una unidad de recuperación de vectores de color 302, una unidad de generación de descriptores de características de color 304 y una unidad combinadora 306.
Durante la operación del aparato de tratamiento de imágenes en color, la unidad de segmentación 300 segmenta una imagen de entrada A en k regiones y envía secuencialmente Región_{k} de datos de valores de píxeles en la región k-ava. La unidad de recuperación del color 302 recibe la Región_{k} de datos de valores de píxeles en la región k-ava y recupera los vectores de color [cL_{p} cU_{p} cV_{i}]. Cuando se han recibido todos los i vectores de color, [cL_{p} cU_{p} cV_{i}], la unidad de generación de descriptores de características de color 304 obtiene los porcentajes P_{i} de colores dominantes representados por los vectores de color [cL_{p} cU_{p} cV_{i}] y genera y envía los datos F_{k} descriptores de características de color. Los datos descriptores de características de color F comprenden información sobre los colores dominantes representados por los vectores de color [cL_{p} cU_{p} cV_{i}] y sus porcentajes P_{i}.
Para obtener los porcentajes P_{i} de los colores respectivos, es más preferente que la cuantificación de color se realice dentro de cada región segmentada. Por lo tanto, el aparato de tratamiento de imágenes en color preferentemente comprende una unidad de cuantificación (no mostrada). El aparato de tratamiento de imágenes en color preferentemente también comprende una unidad de filtrado (no mostrada) para efectuar el proceso de filtrado predeterminado para la nivelación y la eliminación del ruido de la imagen de entrada. La unidad de cuantificación analiza la probabilidad de píxeles de la imagen filtrada que son píxeles ruidosos, aplica un valor apropiado a los mismos y cuantifica los vectores de color correspondientes a los píxeles valorados mediante un algoritmo de Lloyd general.
La unidad combinadora 306 combina los datos de los valores de píxeles en la región k-ava, es decir, Region_{k} y los datos descriptores de características de color de esta región, es decir F_{k}, para enviar la imagen procesada A'. El aparato de tratamiento de imágenes en color según la presente invención puede aplicarse a un procedimiento de tratamiento de imágenes basadas en objetos tal como el MPEG-7. Además, en el aparato de tratamiento de imágenes en color según la presente invención, la expresión una imagen en color utilizando los colores dominantes de la imagen también puede aplicarse a otros diversos campos dentro del ámbito del tratamiento de imágenes en color.
Como se ha descrito anteriormente, el procedimiento de tratamiento de imágenes en color según la presente invención se aplica a un procedimiento de tratamiento de imágenes basadas en objetos, permitiendo una rápida busca y recuperación de los contenidos multimedia.
Aplicabilidad industrial
La presente invención puede aplicarse a los campos de tratamiento de imágenes basadas en objetos.

Claims (15)

1. Procedimiento de representación de una imagen en color que comprende las etapas siguientes:
(a)
segmentar una imagen de entrada en una pluralidad de regiones;
(b)
obtener vectores de color para las regiones;
(c)
clasificar los vectores de color para obtener colores dominantes de la imagen entrada y proporciones de los mismos; y
(d)
representar los colores dominantes y de las proporciones de los mismos como un descriptor de las características de color de la imagen de entrada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los vectores de color son vectores de color cuantificados.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que las proporciones se expresan mediante decimales, la suma de los cuales es uno.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, que comprende además la etapa de combinación de los vectores de color y el descriptor de características de color y representación de la imagen completa con el resultado de la combinación.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la etapa de realización de un proceso de filtrado predeterminado para nivelar la imagen de entrada, antes de la clasificación de los vectores de color para obtener los colores dominantes de la imagen de entrada y las proporciones de los mismos.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la etapa de realización de un proceso de filtrado predeterminado para eliminar el ruido de la imagen de entrada, antes de la clasificación de los vectores de color para obtener los colores dominantes de la imagen de entrada y las proporciones de los mismos.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además las etapas siguientes:
analizar la probabilidad de píxeles de la imagen de entrada que son píxeles ruidosos y aplicar los valores adecuados a los mismos;
aplicar un algoritmo de Lloyd general a los vectores de color, correspondiente a los píxeles ponderados, para efectuar una cuantificación del color, antes de la clasificación de los vectores de color para obtener los colores dominantes de la imagen de entrada y las proporciones de los mismos.
8. Medio legible por ordenador que presenta unos códigos de programa ejecutables mediante un ordenador para llevar a cabo el procedimiento de tratamiento de imágenes en color según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
9. Aparato de tratamiento de imágenes en color para recuperar un descriptor de características de color para describir las características de color de una imagen, que comprende:
una unidad de segmentación para segmentar una imagen de entrada en k regiones, en la que k es un número entero positivo arbitrario, y enviar secuencialmente datos de valores de píxeles correspondientes a la región k-ava;
una unidad de recuperación de vectores de color (302) para recibir los datos de valores de píxeles y recuperar vectores de color para un sistema de coordenadas de color predeterminado; y
una unidad de generación de descriptores de características de color (304) para obtener el porcentaje de colores dominantes representado por los vectores de color cuando se han recibido todos los vectores de color y generar y enviar datos descriptores de características de color que contienen la información sobre los colores dominantes y los porcentajes de los mismos.
10. Aparato según la reivindicación 9, que comprende además una unidad de combinación (306) para combinar datos de valores de píxeles y datos descriptores de características de color para enviar una imagen procesada.
11. Aparato según la reivindicación 9 ó 10, que comprende además una unidad combinadora para combinar datos de valores de píxeles correspondientes a la región k-ava y datos descriptores de características de color de la región correspondientes, con respecto a todas las regiones k segmentadas, para enviar una imagen procesada.
12. Aparato según la reivindicación 9, 10 u 11, que comprende además una unidad de cuantificación para efectuar la cuantificación de color en las regiones segmentadas.
13. Aparato según la reivindicación 12, en el que la unidad de cuantificación analiza la probabilidad de píxeles de la imagen filtrada que son píxeles ruidosos y aplica los valores adecuados a los mismos, y aplica un algoritmo de Lloyd general a los vectores de color correspondientes a los píxeles ponderados para efectuar cuantificaciones de color.
14. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, que comprende además una unidad de filtrado para efectuar un proceso de filtrado predeterminado para nivelar la imagen de entrada.
15. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, que comprende además una unidad de filtrado para efectuar un proceso de filtrado predeterminado para eliminar el ruido de la imagen de entrada.
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