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WO2018178104A1 - Method and device for acquiring and restoring digital images with extended dynamics - Google Patents

Method and device for acquiring and restoring digital images with extended dynamics Download PDF

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Publication number
WO2018178104A1
WO2018178104A1 PCT/EP2018/057822 EP2018057822W WO2018178104A1 WO 2018178104 A1 WO2018178104 A1 WO 2018178104A1 EP 2018057822 W EP2018057822 W EP 2018057822W WO 2018178104 A1 WO2018178104 A1 WO 2018178104A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
digital image
final
image
threshold
images
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/057822
Other languages
French (fr)
Inventor
Arthur TOULEMONT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Original Assignee
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National dEtudes Spatiales CNES filed Critical Centre National dEtudes Spatiales CNES
Publication of WO2018178104A1 publication Critical patent/WO2018178104A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/45Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from two or more image sensors being of different type or operating in different modes, e.g. with a CMOS sensor for moving images in combination with a charge-coupled device [CCD] for still images
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/741Circuitry for compensating brightness variation in the scene by increasing the dynamic range of the image compared to the dynamic range of the electronic image sensors

Definitions

  • the present invention relates to a method for acquiring digital images with extended dynamics. It also relates to an associated device, a method and a device for rendering associated digital images.
  • HDR High Dynamic Range
  • the dynamic acquisition of conventional digital images is not sufficient for a sufficiently accurate representation of the physical data represented.
  • a digital image is conventionally obtained by an image acquisition device provided with sensors composed of thousands of pixels, each pixel being able to transform photons received during an integration time into an electrical signal, said electrical signal being transformed into a digital image sample value.
  • the numerical values in the dynamic range of representation are therefore representative of the amount of light received and integrated by the pixels. Low numerical values correspond to a small amount of photons, therefore of light, in other words to dark areas, whereas high values correspond to light areas.
  • the SNR Signal to Noise Ratio
  • Such image processing techniques are not applicable in certain applications, for example in on-board image capture on autonomous mobile devices having a limited computing power, for example drones or vehicles designed to move on the road.
  • surface of stars also called “rovers” in English.
  • the invention proposes a digital image acquisition method implemented in a system comprising a digital image acquisition device, said digital image acquisition device being provided with sensors, each sensor being able to transform an illumination detected during an integration time into an electrical signal, said electrical signal being transformed into a digital image sample radiometry value.
  • the method comprises the following steps:
  • the digital image acquisition method of the invention is simple and requires little computational resources, and makes it possible to obtain a final digital image of great dynamics.
  • the digital image acquisition method according to the invention may have one or more of the following characteristics, taken independently or in any technically acceptable combination.
  • the step of clipping is to compare, for each acquired digital image, the value of each sample with the predetermined clipping threshold value, and when said sample value is greater than the clipping threshold value, replacing said sample value with said clipping threshold value.
  • the step of determining the integration times comprises a determination of a minimum integration time and / or a maximum integration time, and the calculation of the other integration times as a function of the maximum integration time. and a number of images to process.
  • the step of determining integration time comprises determining the integration times as a function of a quality objective of the final digital image and a number of images to be processed.
  • the quality objective of the digital image is a minimum signal to noise ratio objective and the determination of the integration times implements the minimum signal-to-noise ratio, the number of images processed and a saturation level of a captor.
  • the invention relates to a computer program comprising software instructions which, when implemented by a programmable device, implement a method of acquiring digital images as briefly described below. above.
  • the invention relates to an information recording medium adapted to store a computer program comprising software instructions which, when implemented by a programmable device, implement a method of acquisition of digital images as briefly described above.
  • the invention relates to a digital image acquisition device implemented in a system comprising a digital image acquisition device, said digital image acquisition device being provided with sensors, each sensor being adapted to transform a detected illumination during an integration time into an electrical signal, said electrical signal being converted into a digital image sample radiometry value.
  • the digital image acquisition device comprises a programmable device comprising at least one processor adapted to implement calculations, comprising:
  • control module for acquiring a corresponding initial digital image for each of the determined integration times, each initial digital image having a corresponding signal level
  • an application module of a clipping function with an associated clipping threshold to obtain a linear signal level according to the illumination, in order to obtain a processed digital image
  • the invention relates to a method for rendering digital images from a final digital image of extended dynamic range obtained by an acquisition method as briefly described above.
  • the restitution process comprises steps of:
  • the digital image rendering method according to the invention may have one or more of the following characteristics, taken independently or in any technically acceptable combination.
  • the step of obtaining at least one rendered image comprises calculating a single image having a linear signal level.
  • the step of obtaining at least one rendered image comprises the calculation of N restored images corresponding to the N initial digital images.
  • the invention relates to a computer program comprising software instructions which, when implemented by a programmable device, implement a method of rendering digital images as briefly described above. .
  • the invention relates to an information recording medium adapted to store a computer program comprising software instructions which, when implemented by a programmable device, implement a restitution process. digital images as briefly described above.
  • the invention relates to a device for restoring digital images from a final digital image of extended dynamic range obtained by acquisition device as briefly described above.
  • the device comprises a programmable device comprising at least one processor adapted to implement modules of:
  • FIG 1 is a diagram showing the functional blocks of a programmable device capable of implementing the invention
  • FIG. 2 is a block diagram of the main steps of an extended dynamic image acquisition method according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 illustrates the signal levels corresponding to images acquired as a function of the quantity of light integrated by the sensors of the image acquisition device, with different integration times
  • FIG. 4 schematically illustrates the signal level of the final image
  • FIG. 5 is a block diagram of the main steps of restoring image signals acquired from a digital image with an extended dynamic according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 diagrammatically illustrates a digital image acquisition / reproduction system 1 capable of implementing the digital image acquisition method with an extended dynamic according to the invention.
  • the system 1 comprises an image acquisition system 2, which can for example be embedded on board an autonomous mobile platform, for example a robot.
  • the image acquisition system 2 comprises an image acquisition device 4, provided with sensors, each sensor being able to transform photons received during an integration time into an electrical signal, said electrical signal being transformed into a digital value of digital image sample.
  • digital output sensors of the CMOS type are used.
  • the image acquisition device 4 is connected to a programmable device 6, able to implement the image acquisition method according to the invention, and in particular to control the acquisition of images by the device. acquiring images 4.
  • the programmable device 6 is implemented in the form of programmable logic components, such as an FPGA (English Field-Programmable Gate Array), or in the form of dedicated integrated circuits, ASIC type (English Application-Specific Integrated Circuit). Programmable device 6 is connected to a memory type storage device for storing digital images.
  • programmable logic components such as an FPGA (English Field-Programmable Gate Array), or in the form of dedicated integrated circuits, ASIC type (English Application-Specific Integrated Circuit).
  • Programmable device 6 is connected to a memory type storage device for storing digital images.
  • the image acquisition system 2 optionally comprises a communication module 8 able to communicate remotely with a rendering system 10, also comprising a communication module 12, according to a dedicated communication protocol. For example, a satellite communication is implemented.
  • the image acquisition system 2 is capable of transmitting digital data, in particular digital images, to the rendering system 10.
  • the rendering system 10 is a programmable device capable of implementing the invention, for example a computer. It comprises a central processing unit 16, or CPU, able to execute computer program instructions when the programmable device is powered up.
  • the programmable device also comprises information storage means 16, for example registers or memories, capable of storing executable code instructions enabling the implementation of programs comprising code instructions able to implement the method according to FIG. the invention.
  • the programmable device 10 comprises a screen 18 and a means 20 for inputting commands from an operator, for example a keyboard, optionally an additional pointing means 22, such as a mouse, for selecting graphic elements displayed on the screen. screen 18.
  • an operator for example a keyboard, optionally an additional pointing means 22, such as a mouse, for selecting graphic elements displayed on the screen. screen 18.
  • the various functional blocks 12 to 22 of the programmable device 10 described above are connected via a communication bus 24.
  • Figure 2 is a block diagram of the main steps of a digital image acquisition method with extended dynamics according to one embodiment of the invention.
  • a number N of digital image acquisitions IM, to be performed by the image acquisition device 2, and an integration time T, associated with each image acquisition, are determined.
  • IM a number N of digital image acquisitions IM, to be performed by the image acquisition device 2, and an integration time T, associated with each image acquisition, are determined.
  • the number N is an integer strictly greater than 1.
  • the number N is predetermined, for example provided by an operator and stored, as well as the associated integration times.
  • N is determined according to the storage capacities in the image acquisition system 2.
  • N 4 image acquisitions made with four integration times T 1 , T 2 , T 3 and T 4 .
  • T 1 ms
  • T 2 2 ms
  • T 3 3 ms
  • T 4 4 ms.
  • the integration time T 4 is the longest, and the other integration times are fixed by a calculation rule with respect to T 4 , for example:
  • a constant time increment is applied to the shortest integration time.
  • each integration time T 1 is determined separately.
  • the number N and the integration times T are calculated as a function of environmental capture conditions or of a fixed quality objective, for example in terms of the minimum signal-to-noise ratio to be obtained.
  • the integration times are chosen so that the amount of motion in the scene observed between the shortest integration time T 1 and the longest integration time T N is negligible.
  • Step 30 is followed by a step 32 of acquisition of each digital image IM, by adjusting the integration time of the sensors of the image acquisition device to the integration time T, previously determined.
  • a digital image is formed of a two-dimensional array of image samples, each image sample having an associated digital value called a signal (corresponding to the sum of the wanted signal and noise).
  • the useful signal corresponds to a radiometry value.
  • the radiometry value is representative of the illumination, or in other words of the quantity of light, received and integrated by the sensor or sensors associated with said sample.
  • the low radiometric values correspond to the dark areas, and the high radiometric values to the illuminated areas.
  • each digital sample image value is represented on P bits, P being for example between 8 and 10, the corresponding dynamic representation range being the range of integer values between 0 and 2 P -1.
  • a digital image is composed of several such three-dimensional matrices of image samples, each matrix corresponding to a color, for example red, green, blue.
  • the shortest integration time, T 1 makes it possible to acquire a digital image having a good representation of the light areas.
  • the longest integration time T N makes it possible to acquire a digital image having a good representation of the dark areas.
  • step 32 is followed by a clipping step 34, making it possible to use the corresponding sensor in its linear zone.
  • the linear zone of the sensor is the area in which the useful signal level is proportional to the number of photons.
  • the step 34 implements a clipping function applied to each initial image IM ,, and consisting of replacing all the values of the signal of IM, greater than or equal to a clipping threshold Seuil_i by the value Seuil_i
  • a digital image IM ' is obtained.
  • the clipping threshold is constant and equal to a predetermined Sat threshold value for all acquired digital images.
  • the threshold value Sat will be the value up to which the signal is linear as a function of the quantity of photons received by the pixel.
  • this value Sat is close to the saturation of the sensor, so as to use almost the entire linear zone of the sensor.
  • this embodiment comprises simple computational operations, easily achievable by an FPGA.
  • IMj (k, l) greater than the clipping threshold Seuil_i are modified.
  • FIG. 3 schematically illustrates the signal level of each image after the clipping step 34 as a function of the amount of light integrated by the sensor (s) of the image acquisition device, for a set of four times of integration T 1 , T 2 , T 3 , T 4 with T 1 ⁇ T 2 ⁇ T 3 ⁇ T 4 .
  • FIG. 3 4 graphs have been illustrated, each having on the abscissa the illumination (denoted "light”), and on the ordinate the signal level, which is a numerical value.
  • the signal level S i corresponds to the clipped image IM ' 1
  • the signal level S 2 corresponds to the clipped image IM' 2 and so on.
  • the integration time corresponding to each image acquisition, noted T int is also specified for each graph.
  • the saturation steps L sa_i are inversely proportional to the integration times T N-i + 1 .
  • the signal levels S are linear between 0 and L sa y, then constant, thanks to the selection of the threshold threshold values Threshold.
  • a step 36 of summation of the clipped digital images IM '' is applied, and a final image of extended representation range, denoted IM F , is obtained:
  • values represented on 10 bits are passed to values represented on 12 bits.
  • the final digital image thus obtained IM F is then stored or transmitted to a rendering device during a storage or transmission step 38.
  • the final digital image IM F is transmitted by wireless communication means, for example by radio communications or satellite communications, to a remote receiving device, which receives and stores or processes the image. final digital extended dynamic range IM F.
  • FIG. 4 illustrates the signal level ⁇ of the final image IM F thus obtained by summation, as a function of the quantity of integrated light.
  • the schematic representation of FIG. 4 comprises a graph showing, on the abscissa, the amount of integrated light (denoted "light”), and the ordinate the signal level, which is a numerical value.
  • the signal level ⁇ is the sum of the respective signal levels of the clipped images:
  • each final threshold value corresponds to each saturation stage L sa_i
  • each final threshold value can be calculated as a function of the clipping threshold values Seuil_i as follows:
  • the final thresholds ⁇ ,. are used either to render each of the N initial images, or to create a single image of extended dynamic.
  • the signal-to-noise ratio of the final digital image IM F can be calculated theoretically as a function of the illumination received. This makes it possible to determine integration times T, making it possible to ensure a quality objective for the final image, for example to ensure that the SNR (IM F ) of the final digital image is greater than a signal-to-image ratio. minimum noise, SNR min , for a final digital image obtained from N initial images.
  • the SNR of the final image IM F is calculated as a function of the N digital images processed:
  • the signal of the processed digital images can be expressed as a function of the response of the sensor R sensor , the illumination received by the pixel of the sensor and the
  • the shortest integration time denoted TV.
  • Sat e- 10000 electrons.
  • the value of SNRmin is set according to the intended application.
  • FIG. 5 is a block diagram of the main restitution steps, in one embodiment, from a final image of extended dynamic range obtained by the method described above.
  • the rendering method comprises a first step 40 for receiving or reading in memory the final digital image IM F.
  • Step 40 is followed by a step 42 for obtaining the parameters used: the number N of acquisitions, the associated integration times, the clipping thresholds Threshold_i used.
  • Step 42 is followed by a step 44 of determining the final thresholds corresponding to each saturation step L sa_i of the signal level, using the calculation formulas given by (Eq 5) to (Eq 8).
  • Step 44 is followed by a step 46 of obtaining a linearized final image.
  • darkness radiometry levels which are specific to the sensors used and which depend on the integration time, are also considered.
  • V obs_i the level of darkness corresponding to the acquisition of the image IM, with the integration time Ti.
  • the IM signal F (k, l) of the pixels of the final image is piecewise linear with the illumination, or, in other words, the IM signal F (k, 1) can be expressed as the affine function of the amount of illumination. To make the interpretation of images easier, it may be interesting to linearize the final image. We note the signal of the
  • the linearized signal is calculated as follows.
  • step 46 the darkness levels are neglected.
  • step 44 is followed by step 48 of restoring the N acquired images, in their initial dynamic range, from the signal
  • the following formulas are applied to determine the signal value of each pixel of each of the final rendered images.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

The invention concerns a method for acquiring digital images with an extended dynamic range and an associated method for restoring digital images, as well as corresponding devices. The method for acquiring digital images comprises steps of: - determining (30) a plurality of different integration times, - and for each of the determined integration times, obtaining (32) an initial digital image acquired with the integration time, each initial digital image having a corresponding signal level, - for each initial digital image, applying (34) a clipping function with an associated clipping threshold to obtain a linear signal level according to the lighting, to obtain a processed digital image, and - combining (36) processed digital images to obtain a final image with extended dynamic range, said combination comprising a summation of the signals of the processed digital images, the final image having a linear signal level by fragments according to the lighting.

Description

Procédé et dispositif d'acquisition et de restitution d'images numériques avec une dynamique étendue  Method and device for acquiring and restoring digital images with extended dynamics

La présente invention concerne un procédé d'acquisition d'images numériques avec une dynamique étendue. Elle concerne également un dispositif associé, un procédé et un dispositif de restitution d'images numériques associés.  The present invention relates to a method for acquiring digital images with extended dynamics. It also relates to an associated device, a method and a device for rendering associated digital images.

Elle se situe dans le domaine du traitement d'images à large gamme dynamique, connu sous le nom de « High Dynamic Range » ou HDR en anglais.  It is located in the field of image processing with wide dynamic range, known as "High Dynamic Range" or HDR in English.

Dans certaines applications, la dynamique d'acquisition d'images numériques classiques n'est pas suffisante pour une représentation suffisamment précise des données physiques représentées.  In some applications, the dynamic acquisition of conventional digital images is not sufficient for a sufficiently accurate representation of the physical data represented.

En effet, une image numérique est obtenue classiquement par un dispositif d'acquisition d'images muni de capteurs composés de milliers de pixels, chaque pixel étant apte à transformer des photons reçus pendant un temps d'intégration en un signal électrique, ledit signal électrique étant transformé en une valeur numérique d'échantillon d'image. Les valeurs numériques dans la gamme dynamique de représentation sont représentatives donc de la quantité de lumière reçue et intégrée par les pixels. De faibles valeurs numériques correspondent à une faible quantité de photons, donc de lumière, en d'autres termes à des zones sombres, alors que des valeurs élevées correspondent à des zones claires.  In fact, a digital image is conventionally obtained by an image acquisition device provided with sensors composed of thousands of pixels, each pixel being able to transform photons received during an integration time into an electrical signal, said electrical signal being transformed into a digital image sample value. The numerical values in the dynamic range of representation are therefore representative of the amount of light received and integrated by the pixels. Low numerical values correspond to a small amount of photons, therefore of light, in other words to dark areas, whereas high values correspond to light areas.

En plus du signal utile de l'image, plusieurs bruits viennent « polluer » cette image. In addition to the useful signal of the image, several noises come to "pollute" this image.

Lorsque le signal utile est faible, le bruit devient significatif et le signal utile peut être noyé dans le bruit. Le SNR (de l'anglais : Signal to Noise Ratio) correspond au ratio du niveau de signal utile sur le niveau de bruit. When the useful signal is weak, the noise becomes significant and the useful signal can be embedded in the noise. The SNR (Signal to Noise Ratio) is the ratio of the useful signal level to the noise level.

Il existe des techniques de traitement de plusieurs images numériques permettant d'obtenir une image numérique dont la dynamique est augmentée, mais de telles techniques nécessitent en général une puissance calculatoire importante.  There are techniques for processing a plurality of digital images making it possible to obtain a digital image whose dynamics are increased, but such techniques generally require a large computational power.

De telles techniques de traitement d'images ne sont pas applicables dans certaines applications, par exemple dans la capture d'images embarquée sur des dispositifs mobiles autonomes ayant une puissance de calcul limitée, par exemple des drones ou des véhicules conçus pour se déplacer sur la surface d'astres, également appelés « rovers » en anglais.  Such image processing techniques are not applicable in certain applications, for example in on-board image capture on autonomous mobile devices having a limited computing power, for example drones or vehicles designed to move on the road. surface of stars, also called "rovers" in English.

En particulier, un problème se pose dans le cas d'applications spatiales, dans le cadre de l'acquisition d'images par des robots autonomes, équipés de systèmes de communication. Dans de telles applications, la puissance calculatoire embarquée est faible, et la bande passante de communication disponible pour transmettre des données à un système récepteur situé à distance peut être faible également. Il serait donc utile de mettre au point un procédé permettant l'acquisition d'images numériques avec une dynamique étendue, et un bon rapport signal-à-bruit dans l'étendue de la gamme de représentation et ne nécessitant que de faibles moyens calculatoires. In particular, a problem arises in the case of space applications, in the context of the acquisition of images by autonomous robots, equipped with communication systems. In such applications, the onboard computational power is low, and the communication bandwidth available for transmitting data to a remotely located receiver system may also be low. It would therefore be useful to develop a method allowing the acquisition of digital images with extended dynamics, and a good signal-to-noise ratio in the range of representation and requiring only low computational means.

A cet effet, l'invention propose un procédé d'acquisition d'images numériques mis en œuvre dans un système comportant un dispositif d'acquisition d'images numériques, ledit dispositif d'acquisition d'images numériques étant muni de capteurs, chaque capteur étant apte à transformer un éclairement détecté pendant un temps d'intégration en un signal électrique, ledit signal électrique étant transformé en une valeur de radiométrie d'échantillon d'image numérique. Le procédé comporte les étapes suivantes :  For this purpose, the invention proposes a digital image acquisition method implemented in a system comprising a digital image acquisition device, said digital image acquisition device being provided with sensors, each sensor being able to transform an illumination detected during an integration time into an electrical signal, said electrical signal being transformed into a digital image sample radiometry value. The method comprises the following steps:

-détermination d'une pluralité de temps d'intégration différents,  -determination of a plurality of different integration times,

-et pour chacun des temps d'intégration déterminés, obtention d'une image numérique initiale acquise avec ledit temps d'intégration, chaque image numérique initiale ayant un niveau de signal correspondant,  and for each of the determined integration times, obtaining an initial digital image acquired with said integration time, each initial digital image having a corresponding signal level,

-pour chaque image numérique initiale, application d'une fonction d'écrêtage avec un seuil d'écrêtage associé pour obtenir un niveau de signal linéaire en fonction de l'éclairement, pour obtenir une image numérique traitée, et  for each initial digital image, application of a clipping function with an associated clipping threshold to obtain a linear signal level according to the illumination, to obtain a processed digital image, and

-combinaison des images numériques traitées pour obtenir une image finale de gamme dynamique étendue, ladite combinaison comportant une sommation des signaux d'images numériques traités, l'image finale ayant un niveau de signal linéaire par morceaux en fonction de l'éclairement.  combining the processed digital images to obtain an extended dynamic range final image, said combination comprising a summation of the processed digital image signals, the final image having a piecewise linear signal level as a function of illumination.

Avantageusement, le procédé d'acquisition d'images numériques de l'invention est simple et nécessite peu de ressources calculatoires, et permet d'obtenir une image numérique finale de grande dynamique.  Advantageously, the digital image acquisition method of the invention is simple and requires little computational resources, and makes it possible to obtain a final digital image of great dynamics.

Le procédé d'acquisition d'images numériques selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou selon toutes les combinaisons techniquement acceptables.  The digital image acquisition method according to the invention may have one or more of the following characteristics, taken independently or in any technically acceptable combination.

L'étape d'écrêtage, consiste à comparer, pour chaque image numérique acquise, la valeur de chaque échantillon à la valeur de seuil d'écrêtage prédéterminée, et lorsque ladite valeur d'échantillon est supérieure à la valeur de seuil d'écrêtage, à remplacer ladite valeur d'échantillon par ladite valeur de seuil d'écrêtage.  The step of clipping is to compare, for each acquired digital image, the value of each sample with the predetermined clipping threshold value, and when said sample value is greater than the clipping threshold value, replacing said sample value with said clipping threshold value.

Pour chacune des images acquises, une même valeur de seuil d'écrêtage est appliquée.  For each acquired image, the same clipping threshold value is applied.

L'étape de détermination des temps d'intégration comporte une détermination d'un temps d'intégration minimal et/ou d'un temps d'intégration maximal, et le calcul des autres temps d'intégration en fonction du temps d'intégration maximal et d'un nombre d'images à traiter. L'étape de détermination de temps d'intégration comporte la détermination des temps d'intégration en fonction d'un objectif de qualité de l'image numérique finale et d'un nombre d'images à traiter. The step of determining the integration times comprises a determination of a minimum integration time and / or a maximum integration time, and the calculation of the other integration times as a function of the maximum integration time. and a number of images to process. The step of determining integration time comprises determining the integration times as a function of a quality objective of the final digital image and a number of images to be processed.

L'objectif de qualité de l'image numérique est un objectif de rapport signal à bruit minimum et la détermination des temps d'intégration met en œuvre le rapport signal à bruit minimum, le nombre d'images traitées et un niveau de saturation d'un capteur.  The quality objective of the digital image is a minimum signal to noise ratio objective and the determination of the integration times implements the minimum signal-to-noise ratio, the number of images processed and a saturation level of a captor.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont mises en œuvre par un dispositif programmable, mettent en œuvre un procédé d'acquisition d'images numériques tel que brièvement décrit ci-dessus.  According to another aspect, the invention relates to a computer program comprising software instructions which, when implemented by a programmable device, implement a method of acquiring digital images as briefly described below. above.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un support d'enregistrement d'informations adapté à stocker un programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont mises en œuvre par un dispositif programmable, mettent en œuvre un procédé d'acquisition d'images numériques tel que brièvement décrit ci- dessus.  According to another aspect, the invention relates to an information recording medium adapted to store a computer program comprising software instructions which, when implemented by a programmable device, implement a method of acquisition of digital images as briefly described above.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif d'acquisition d'images numériques mis en œuvre dans un système comportant un dispositif d'acquisition d'images numériques, ledit dispositif d'acquisition d'images numériques étant muni de capteurs, chaque capteur étant apte à transformer un éclairement détecté pendant un temps d'intégration en un signal électrique, ledit signal électrique étant transformé en une valeur de radiométrie d'échantillon d'image numérique. Le dispositif d'acquisition d'images numériques comporte un dispositif programmable comportant au moins un processeur adapté à mettre en œuvre des calculs, comportant :  According to another aspect, the invention relates to a digital image acquisition device implemented in a system comprising a digital image acquisition device, said digital image acquisition device being provided with sensors, each sensor being adapted to transform a detected illumination during an integration time into an electrical signal, said electrical signal being converted into a digital image sample radiometry value. The digital image acquisition device comprises a programmable device comprising at least one processor adapted to implement calculations, comprising:

-un module de détermination d'une pluralité de temps d'intégration différents, a module for determining a plurality of different integration times,

-un module de commande d'acquisition d'une image numérique initiale correspondante pour chacun des temps d'intégration déterminés, chaque image numérique initiale ayant un niveau de signal correspondant, a control module for acquiring a corresponding initial digital image for each of the determined integration times, each initial digital image having a corresponding signal level,

-pour chaque image numérique acquise, un module d'application d'une fonction d'écrêtage avec un seuil d'écrêtage associé pour obtenir un niveau de signal linéaire en fonction de l'éclairement, pour obtenir une image numérique traitée,  for each digital image acquired, an application module of a clipping function with an associated clipping threshold to obtain a linear signal level according to the illumination, in order to obtain a processed digital image,

-un module combinaison des images numériques traitées pour obtenir une image finale de gamme dynamique étendue, ladite combinaison comportant une sommation des signaux d'images numériques traités, l'image finale ayant un niveau de signal linéaire par morceaux en fonction de l'éclairement. Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de restitution d'images numériques à partir d'une image numérique finale de gamme dynamique étendue obtenue par un procédé d'acquisition tel que brièvement décrit ci-dessus. Le procédé de restitution comporte des étapes de : a combination module of the processed digital images to obtain an extended dynamic range final image, said combination comprising a summation of the processed digital image signals, the final image having a piecewise linear signal level according to the illumination. In another aspect, the invention relates to a method for rendering digital images from a final digital image of extended dynamic range obtained by an acquisition method as briefly described above. The restitution process comprises steps of:

-obtention d'une pluralité de temps d'intégration différents et de seuils d'écrêtage utilisés pour obtenir l'image numérique finale de dynamique étendue, correspondant à un nombre N d'images numériques initiales ;  obtaining a plurality of different integration times and clipping thresholds used to obtain the final digital image of extended dynamic, corresponding to a number N of initial digital images;

-calcul de N seuils finaux à partir des temps d'intégration et des seuils d'écrêtage ; -calculating N final thresholds from integration times and clipping thresholds;

-obtention d'au moins une image restituée ayant un niveau de signal linéaire avec l'éclairement à partir de l'image numérique finale et des seuils finaux calculés. obtaining at least one rendered image having a linear signal level with the illumination from the final digital image and the final calculated thresholds.

Le procédé restitution d'images numériques selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou selon toutes les combinaisons techniquement acceptables.  The digital image rendering method according to the invention may have one or more of the following characteristics, taken independently or in any technically acceptable combination.

L'étape d'obtention d'au moins une image restituée comporte le calcul d'une seule image ayant un niveau de signal linéaire.  The step of obtaining at least one rendered image comprises calculating a single image having a linear signal level.

L'étape d'obtention d'au moins une image restituée comporte le calcul de N images restituées correspondant aux N images numériques initiales.  The step of obtaining at least one rendered image comprises the calculation of N restored images corresponding to the N initial digital images.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont mises en œuvre par un dispositif programmable, mettent en œuvre un procédé de restitution d'images numériques tel que brièvement décrit ci-dessus.  According to another aspect, the invention relates to a computer program comprising software instructions which, when implemented by a programmable device, implement a method of rendering digital images as briefly described above. .

Selon un autre aspect, l'invention concerne un support d'enregistrement d'informations adapté à stocker un programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont mises en œuvre par un dispositif programmable, mettent en œuvre un procédé de restitution d'images numériques tel que brièvement décrit ci- dessus.  According to another aspect, the invention relates to an information recording medium adapted to store a computer program comprising software instructions which, when implemented by a programmable device, implement a restitution process. digital images as briefly described above.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de restitution d'images numériques à partir d'une image numérique finale de gamme dynamique étendue obtenue par dispositif d'acquisition tel que brièvement décrit ci-dessus. Le dispositif comporte un dispositif programmable comportant au moins un processeur adapté à mettre en œuvre des modules de :  According to another aspect, the invention relates to a device for restoring digital images from a final digital image of extended dynamic range obtained by acquisition device as briefly described above. The device comprises a programmable device comprising at least one processor adapted to implement modules of:

-obtention d'une pluralité de temps d'intégration différents et de seuils d'écrêtage utilisés pour obtenir l'image numérique finale de dynamique étendue, correspondant à un nombre N d'images numériques initiales ;  obtaining a plurality of different integration times and clipping thresholds used to obtain the final digital image of extended dynamic, corresponding to a number N of initial digital images;

-calcul de N seuils finaux à partir des temps d'intégration et des seuils d'écrêtage ; -obtention au moins une image restituée ayant un niveau de signal linéaire avec l'éclairement à partir de l'image numérique finale et des seuils finaux calculés. -calculating N final thresholds from integration times and clipping thresholds; obtaining at least one rendered image having a linear signal level with the illumination from the final digital image and the final calculated thresholds.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : Other features and advantages of the invention will emerge from the description given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended figures, among which:

-la figure 1 est un schéma représentant les blocs fonctionnels d'un dispositif programmable apte à mettre en œuvre l'invention ;  FIG 1 is a diagram showing the functional blocks of a programmable device capable of implementing the invention;

-la figure 2 est un synoptique des principales étapes d'un procédé d'acquisition d'images de dynamique étendue selon un mode de réalisation de l'invention ;  FIG. 2 is a block diagram of the main steps of an extended dynamic image acquisition method according to one embodiment of the invention;

-la figure 3 illustre les niveaux de signal correspondant à des images acquises en fonction de la quantité de lumière intégrée par les capteurs du dispositif d'acquisition d'images, avec des temps d'intégration différents ;  FIG. 3 illustrates the signal levels corresponding to images acquired as a function of the quantity of light integrated by the sensors of the image acquisition device, with different integration times;

-la figure 4 illustre schématiquement le niveau de signal∑ de l'image finale ;  FIG. 4 schematically illustrates the signal level of the final image;

-la figure 5 est un synoptique des principales étapes de restitution de signaux d'images acquis à partir d'une image numérique avec une dynamique étendue selon un mode de réalisation de l'invention.  FIG. 5 is a block diagram of the main steps of restoring image signals acquired from a digital image with an extended dynamic according to one embodiment of the invention.

La figure 1 illustre schématiquement un système 1 d'acquisition/restitution d'images numériques apte à mettre en œuvre le procédé d'acquisition d'images numériques avec une dynamique étendue selon l'invention. FIG. 1 diagrammatically illustrates a digital image acquisition / reproduction system 1 capable of implementing the digital image acquisition method with an extended dynamic according to the invention.

Le système 1 comprend un système d'acquisition d'images 2, qui peut par exemple être embarqué à bord d'une plateforme mobile autonome, par exemple un robot.  The system 1 comprises an image acquisition system 2, which can for example be embedded on board an autonomous mobile platform, for example a robot.

Le système d'acquisition d'images 2 comprend un dispositif d'acquisition d'images 4, muni de capteurs, chaque capteur étant apte à transformer des photons reçus pendant un temps d'intégration en un signal électrique, ledit signal électrique étant transformé en une valeur numérique d'échantillon d'image numérique.  The image acquisition system 2 comprises an image acquisition device 4, provided with sensors, each sensor being able to transform photons received during an integration time into an electrical signal, said electrical signal being transformed into a digital value of digital image sample.

De préférence, des capteurs à sortie numérique de type CMOS sont utilisés.  Preferably, digital output sensors of the CMOS type are used.

Le dispositif d'acquisition d'images 4 est connecté à un dispositif programmable 6, apte à mettre en œuvre le procédé d'acquisition d'images selon l'invention, et notamment à commander l'acquisition d'images par le dispositif d'acquisition d'images 4.  The image acquisition device 4 is connected to a programmable device 6, able to implement the image acquisition method according to the invention, and in particular to control the acquisition of images by the device. acquiring images 4.

Dans un mode de mise en œuvre, le dispositif programmable 6 est réalisé sous forme de composants logiques programmables, tel qu'un FPGA (de l'anglais Field- Programmable Gâte Array), ou encore sous forme de circuits intégrés dédiés, de type ASIC (de l'anglais Application-Specific Integrated Circuit). Le dispositif programmable 6 est connecté à un dispositif de stockage de type mémoire permettant de stocker des images numériques. In one embodiment, the programmable device 6 is implemented in the form of programmable logic components, such as an FPGA (English Field-Programmable Gate Array), or in the form of dedicated integrated circuits, ASIC type (English Application-Specific Integrated Circuit). Programmable device 6 is connected to a memory type storage device for storing digital images.

Le système d'acquisition d'images 2 comporte, de manière optionnelle, un module de communication 8 apte à communiquer à distance avec un système de restitution 10, comportant également un module de communication 12, selon un protocole de communication dédié. Par exemple, une communication par satellite est mise en œuvre.  The image acquisition system 2 optionally comprises a communication module 8 able to communicate remotely with a rendering system 10, also comprising a communication module 12, according to a dedicated communication protocol. For example, a satellite communication is implemented.

Ainsi, le système d'acquisition d'images 2 est apte à transmettre des données numériques, en particulier des images numériques, au système de restitution 10.  Thus, the image acquisition system 2 is capable of transmitting digital data, in particular digital images, to the rendering system 10.

Dans un mode de réalisation, le système de restitution 10 est un dispositif programmable apte à mettre en œuvre l'invention, est par exemple un ordinateur. Il comprend une unité centrale de traitement 16, ou CPU, apte à exécuter des instructions de programme informatique lorsque le dispositif programmable est mis sous tension. Le dispositif programmable comporte également des moyens de stockage d'informations 16, par exemple des registres ou des mémoires, aptes à stocker des instructions de code exécutable permettant la mise en œuvre de programmes comportant des instructions de code aptes à mettre en œuvre le procédé selon l'invention.  In one embodiment, the rendering system 10 is a programmable device capable of implementing the invention, for example a computer. It comprises a central processing unit 16, or CPU, able to execute computer program instructions when the programmable device is powered up. The programmable device also comprises information storage means 16, for example registers or memories, capable of storing executable code instructions enabling the implementation of programs comprising code instructions able to implement the method according to FIG. the invention.

En option, le dispositif programmable 10 comprend un écran 18 et un moyen 20 de saisie des commandes d'un opérateur, par exemple un clavier, optionnellement un moyen supplémentaire de pointage 22, tel une souris, permettant de sélectionner des éléments graphiques affichés sur l'écran 18.  Optionally, the programmable device 10 comprises a screen 18 and a means 20 for inputting commands from an operator, for example a keyboard, optionally an additional pointing means 22, such as a mouse, for selecting graphic elements displayed on the screen. screen 18.

Les divers blocs fonctionnels 12 à 22 du dispositif programmable 10 décrits ci- dessus sont connectés via un bus de communication 24.  The various functional blocks 12 to 22 of the programmable device 10 described above are connected via a communication bus 24.

La figure 2 est un synoptique des principales étapes d'un procédé d'acquisition d'images numériques avec une dynamique étendue selon un mode de réalisation de l'invention.  Figure 2 is a block diagram of the main steps of a digital image acquisition method with extended dynamics according to one embodiment of the invention.

Lors d'une première étape 30, on détermine un nombre N d'acquisitions d'images numériques IM, à effectuer par le dispositif d'acquisition d'images 2, et un temps d'intégration T, associée à chaque acquisition d'image IM,.  In a first step 30, a number N of digital image acquisitions IM, to be performed by the image acquisition device 2, and an integration time T, associated with each image acquisition, are determined. IM ,.

Le nombre N est un nombre entier strictement supérieur à 1 .  The number N is an integer strictly greater than 1.

Dans un mode de réalisation, le nombre N est prédéterminé, par exemple fourni par un opérateur et mémorisé, ainsi que les temps d'intégration associés.  In one embodiment, the number N is predetermined, for example provided by an operator and stored, as well as the associated integration times.

En variante, N est déterminé en fonction des capacités de stockage dans le système d'acquisition d'images 2.  In a variant, N is determined according to the storage capacities in the image acquisition system 2.

Par exemple, N=4 acquisitions d'images effectuées avec quatre temps d'intégration T1 , T2, T3 et T4. Dans un mode de réalisation, T1= ms, T2=2ms, T3=3ms, T4=4ms. Dans un mode de réalisation, le temps d'intégration T4, est le plus long, et les autres temps d'intégration sont fixés par une règle de calcul par rapport à T4, par exemple :For example, N = 4 image acquisitions made with four integration times T 1 , T 2 , T 3 and T 4 . In one embodiment, T 1 = ms, T 2 = 2 ms, T 3 = 3 ms, T 4 = 4 ms. In one embodiment, the integration time T 4 is the longest, and the other integration times are fixed by a calculation rule with respect to T 4 , for example:

Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001

Bien sûr, ce mode de réalisation est donné à titre d'exemple.  Of course, this embodiment is given as an example.

II est possible d'appliquer d'autres règles de calcul en fonction du temps d'intégration le plus long et/ou en fonction du temps d'intégration le plus court.  Other calculation rules can be applied depending on the longest integration time and / or the shortest integration time.

Par exemple, un incrément temporel constant est appliqué au temps d'intégration le plus court.  For example, a constant time increment is applied to the shortest integration time.

Selon une variante, on détermine séparément chaque temps d'intégration T,.  According to a variant, each integration time T 1 is determined separately.

Selon une autre variante, le nombre N et les temps d'intégration T, sont calculés en fonction de conditions environnementales de capture ou d'un objectif de qualité fixé, par exemple en termes de rapport signal à bruit minimum à obtenir.  According to another variant, the number N and the integration times T are calculated as a function of environmental capture conditions or of a fixed quality objective, for example in terms of the minimum signal-to-noise ratio to be obtained.

De préférence, les temps d'intégration sont choisis de manière à ce que la quantité de mouvement dans la scène observée entre le temps d'intégration le plus court T1 et le temps d'intégration le plus long TN soit négligeables. Preferably, the integration times are chosen so that the amount of motion in the scene observed between the shortest integration time T 1 and the longest integration time T N is negligible.

Tel est par exemple le cas si le dispositif de capture d'images est fixe et si la luminosité de la scène observée est stable pendant toute la durée des prises d'images, que les acquisitions d'images soient effectuées en série par un seul capteur ou en parallèle par plusieurs capteurs.  Such is the case, for example, if the image capture device is fixed and if the brightness of the observed scene is stable throughout the duration of the images, that the image acquisitions are performed in series by a single sensor. or in parallel by several sensors.

L'étape 30 est suivie d'une étape 32 d'acquisition de chaque image numérique IM, en réglant le temps d'intégration des capteurs du dispositif d'acquisition d'images au temps d'intégration T, préalablement déterminé.  Step 30 is followed by a step 32 of acquisition of each digital image IM, by adjusting the integration time of the sensors of the image acquisition device to the integration time T, previously determined.

Une image numérique est formée d'une matrice bidimensionnelle d'échantillons d'image, chaque échantillon d'image ayant une valeur numérique associée appelée signal (correspondant à la somme du signal utile et des bruits). Le signal utile correspond à une valeur de radiométrie. Dans une gamme dynamique de représentation, la valeur de radiométrie est représentative de l'éclairement, ou en d'autres termes de la quantité de lumière, reçue et intégrée par le ou les capteurs associé audit échantillon.  A digital image is formed of a two-dimensional array of image samples, each image sample having an associated digital value called a signal (corresponding to the sum of the wanted signal and noise). The useful signal corresponds to a radiometry value. In a dynamic range of representation, the radiometry value is representative of the illumination, or in other words of the quantity of light, received and integrated by the sensor or sensors associated with said sample.

Les faibles valeurs de radiométrie correspondent aux zones sombres, et les fortes valeurs de radiométrie aux zones éclairées.  The low radiometric values correspond to the dark areas, and the high radiometric values to the illuminated areas.

Par exemple, chaque valeur numérique d'échantillon d'image est représentée sur P bits, P étant par exemple compris entre 8 et 10, la gamme dynamique de représentation correspondante étant la gamme des valeurs entières entre 0 et 2P-1. En variante, une image numérique est composée de plusieurs telles matrices tridimensionnelles d'échantillons d'images, chaque matrice correspondant à une couleur, par exemple rouge, vert, bleu. For example, each digital sample image value is represented on P bits, P being for example between 8 and 10, the corresponding dynamic representation range being the range of integer values between 0 and 2 P -1. In a variant, a digital image is composed of several such three-dimensional matrices of image samples, each matrix corresponding to a color, for example red, green, blue.

Le temps d'intégration le plus court, T1 , permet d'acquérir une image numérique ayant une bonne représentation des zones claires. The shortest integration time, T 1 , makes it possible to acquire a digital image having a good representation of the light areas.

Le temps d'intégration le plus long TN permet d'acquérir une image numérique ayant une bonne représentation des zones sombres. The longest integration time T N makes it possible to acquire a digital image having a good representation of the dark areas.

Pour chaque image numérique initiale IM,, l'étape 32 est suivie d'une étape 34 d'écrêtage, permettant d'utiliser le capteur correspondant dans sa zone linéaire. La zone linéaire du capteur est la zone dans laquelle le niveau de signal utile est proportionnel au nombre de photons.  For each initial digital image IM ,, step 32 is followed by a clipping step 34, making it possible to use the corresponding sensor in its linear zone. The linear zone of the sensor is the area in which the useful signal level is proportional to the number of photons.

L'étape 34 met en œuvre une fonction d'écrêtage appliquée à chaque image initiale IM,, et consistant à remplacer toutes les valeurs du signal de IM, supérieures ou égales à un seuil d'écrêtage Seuil_i par la valeur Seuil_i  The step 34 implements a clipping function applied to each initial image IM ,, and consisting of replacing all the values of the signal of IM, greater than or equal to a clipping threshold Seuil_i by the value Seuil_i

Si Yes

Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001

Sinon,

Figure imgf000010_0002
If not,
Figure imgf000010_0002

pour 1 < k≤ L,1≤ l≤ C , L, C étant les dimensions respectives, en nombre de lignes et nombre de colonnes, de la matrice d'image IM,.  for 1 <k≤L, 1≤l≤C, L, C being the respective dimensions, in number of rows and number of columns, of the image matrix IM ,.

A l'issue de l'étape 34 on obtient, pour chaque indice i, une image numérique IM',, appelée image traitée.  At the end of step 34, for each index i, a digital image IM ', called the processed image, is obtained.

Dans un mode de réalisation, le seuil d'écrêtage est constant et égal à une valeur de seuil Sat prédéterminée pour toutes les images numériques acquises.  In one embodiment, the clipping threshold is constant and equal to a predetermined Sat threshold value for all acquired digital images.

On choisira par exemple comme valeur de seuil Sat, la valeur jusqu'à laquelle le signal est linéaire en fonction de la quantité de photons reçue par le pixel.  For example, the threshold value Sat will be the value up to which the signal is linear as a function of the quantity of photons received by the pixel.

De préférence, cette valeur Sat est proche de la saturation du capteur, de manière à utiliser quasiment la totalité de la zone linéaire du capteur.  Preferably, this value Sat is close to the saturation of the sensor, so as to use almost the entire linear zone of the sensor.

Avantageusement, ce mode de réalisation comporte des opérations calculatoires simples, facilement réalisables par un FPGA. En pratique, seules les valeurs de IMj(k,l) supérieures au seuil d'écrêtage Seuil_i sont modifiées.  Advantageously, this embodiment comprises simple computational operations, easily achievable by an FPGA. In practice, only the values of IMj (k, l) greater than the clipping threshold Seuil_i are modified.

La figure 3 illustre schématiquement le niveau de signal de chaque image après l'étape d'écrêtage 34 en fonction de la quantité de lumière intégrée par le ou les capteurs du dispositif d'acquisition d'images, pour un ensemble de quatre temps d'intégration T1 , T2, T3, T4 avec T1<T2<T3<T4. FIG. 3 schematically illustrates the signal level of each image after the clipping step 34 as a function of the amount of light integrated by the sensor (s) of the image acquisition device, for a set of four times of integration T 1 , T 2 , T 3 , T 4 with T 1 <T 2 <T 3 <T 4 .

A la figure 3 on a illustré 4 graphes, chacun présentant en abscisse l'éclairement, (noté « light »), et en ordonnée le niveau de signal, qui est une valeur numérique. Le niveau de signal Si correspond à l'image écrêtée IM'1, le niveau de signal S2 correspond à l'image écrêtée IM'2 et ainsi de suite. Le temps d'intégration correspondant à chaque acquisition d'image, noté Tint, est également précisé pour chaque graphe. In FIG. 3 4 graphs have been illustrated, each having on the abscissa the illumination (denoted "light"), and on the ordinate the signal level, which is a numerical value. The signal level S i corresponds to the clipped image IM ' 1 , the signal level S 2 corresponds to the clipped image IM' 2 and so on. The integration time corresponding to each image acquisition, noted T int , is also specified for each graph.

Comme illustré à la figure 3, plus le temps d'intégration est long, plus la valeur d'éclairement nécessaire pour saturer le pixel est faible. Les paliers de saturation Lsa_i sont inversement proportionnels aux temps d'intégration TN-i+1. As illustrated in FIG. 3, the longer the integration time, the lower the illumination value necessary to saturate the pixel. The saturation steps L sa_i are inversely proportional to the integration times T N-i + 1 .

Les niveaux de signal S, sont linéaires entre 0 et Lsay, puis constants, grâce à la sélection des valeurs de seuil d'écrêtage SeuilJ-The signal levels S, are linear between 0 and L sa y, then constant, thanks to the selection of the threshold threshold values Threshold.

De retour à la figure 2, suite à l'étape 34 d'écrêtage, on applique une étape 36 de sommation des images numériques écrêtées IM',, et on obtient une image finale de gamme de représentation étendue, notée IMF :

Figure imgf000011_0001
Returning to FIG. 2, following the step 34 of clipping, a step 36 of summation of the clipped digital images IM '' is applied, and a final image of extended representation range, denoted IM F , is obtained:
Figure imgf000011_0001

Lorsque chaque image IM', est codée sur P bits, l'image finale IMF de gamme de représentation étendue est codée sur P'= P + log2 (N) bits. When each image IM 'is encoded on P bits, the final image IM F of extended representation range is coded on P' = P + log 2 (N) bits.

Par exemple, si N=4, les valeurs de signal de IMF sont représentées sur P+2 bits.For example, if N = 4, the signal values of IM F are represented on P + 2 bits.

Ainsi, on passe par exemple de valeurs représentées sur 10 bits à des valeurs représentées sur 1 2 bits. Thus, for example, values represented on 10 bits are passed to values represented on 12 bits.

L'image numérique finale ainsi obtenue IMF est ensuite mémorisée ou transmise à un dispositif de restitution lors d'une étape de stockage ou de transmission 38. The final digital image thus obtained IM F is then stored or transmitted to a rendering device during a storage or transmission step 38.

Dans un mode de réalisation, l'image numérique finale IMF est transmise par des moyens de communication sans fil, par exemple par communications radio ou par communications par satellite, à un dispositif de réception distant, qui reçoit et stocke ou traite l'image numérique finale de gamme dynamique étendue IMF. In one embodiment, the final digital image IM F is transmitted by wireless communication means, for example by radio communications or satellite communications, to a remote receiving device, which receives and stores or processes the image. final digital extended dynamic range IM F.

La figure 4 illustre le niveau de signal ∑ de l'image finale IMF ainsi obtenue par sommation, en fonction de la quantité de lumière intégrée. FIG. 4 illustrates the signal level Σ of the final image IM F thus obtained by summation, as a function of the quantity of integrated light.

La représentation schématique de la figure 4 comprend un graphe présentant en abscisse la quantité de lumière intégrée (notée « light »), et en ordonnée le niveau de signal, qui est une valeur numérique.  The schematic representation of FIG. 4 comprises a graph showing, on the abscissa, the amount of integrated light (denoted "light"), and the ordinate the signal level, which is a numerical value.

Le niveau de signal ∑ correspond à la somme des niveaux de signal respectifs des images écrêtées:

Figure imgf000011_0002
The signal level Σ is the sum of the respective signal levels of the clipped images:
Figure imgf000011_0002

Le niveau de signal ∑ est linéaire par morceaux, en fonction des paliers de saturation Lsa_i correspondants. Une valeur de seuil final correspond à chaque palier de saturation Lsa_i Avantageusement, on peut calculer chaque valeur de seuil final en fonction des valeurs de seuil d'écrêtage Seuil_i de la manière suivante :

Figure imgf000012_0004
The signal level Σ is piecewise linear, depending on the saturation levels L sa_i corresponding. A final threshold value corresponds to each saturation stage L sa_i Advantageously, each final threshold value can be calculated as a function of the clipping threshold values Seuil_i as follows:
Figure imgf000012_0004

Et ensuite :  And then :

Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001

Les formules se simplifient dans les cas particulier où tous les seuils d'écrêtage SeuilJ sont égaux à une valeur prédéterminée Sat :  The formulas are simplified in the particular cases where all the threshold thresholds ThresholdJ are equal to a predetermined value Sat:

Figure imgf000012_0002
Figure imgf000012_0002

Les seuils finaux ∑,. sont utilisés soit pour restituer chacune des N images initiales, soit pour créer une image unique de dynamique étendue.  The final thresholds Σ ,. are used either to render each of the N initial images, or to create a single image of extended dynamic.

Le rapport signal-à-bruit de l'image numérique finale IMF , noté ici SNR(IMF), peut être calculé théoriquement en fonction de l'éclairement reçu. Cela permet de déterminer des temps d'intégration T, permettant d'assurer un objectif de qualité pour l'image finale, par exemple d'assurer que le SNR(IMF) de l'image numérique finale est supérieur à un rapport signal à bruit minimum, SNRmin, pour une image numérique finale obtenue à partir de N images initiales. The signal-to-noise ratio of the final digital image IM F , noted here SNR (IM F ), can be calculated theoretically as a function of the illumination received. This makes it possible to determine integration times T, making it possible to ensure a quality objective for the final image, for example to ensure that the SNR (IM F ) of the final digital image is greater than a signal-to-image ratio. minimum noise, SNR min , for a final digital image obtained from N initial images.

Le SNR de l'image finale IM F est calculé en fonction des N images numériques traitées :

Figure imgf000012_0005
The SNR of the final image IM F is calculated as a function of the N digital images processed:
Figure imgf000012_0005

Le signal des images numériques traitées peut être exprimé en fonction de la réponse du capteur Rcapteur , de l'éclairement reçu par le pixel du capteur et du

Figure imgf000012_0006
The signal of the processed digital images can be expressed as a function of the response of the sensor R sensor , the illumination received by the pixel of the sensor and the
Figure imgf000012_0006

temps d'intégration Ti [s] :

Figure imgf000012_0003
En considérant que le bruit majoritaire des capteurs actuels est le bruit photonique, (le bruit photonique est égal à la racine carrée du signal en électrons), au premier ordre, on peut donc écrire le SNR comme suit : integration time T i [s]:
Figure imgf000012_0003
Considering that the majority noise of the current sensors is the photonic noise, (the photonic noise is equal to the square root of the signal in electrons), in the first order, we can write the SNR as follows:

Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001

On en déduit :

Figure imgf000013_0003
We can deduce :
Figure imgf000013_0003

Pour assurer un rapport signal à bruit SNR(IMF) minimal, selon un mode de réalisation, on fixe le temps d'intégration le plus court, noté TV To ensure a minimum signal-to-noise ratio SNR (IM F ), according to one embodiment, the shortest integration time, denoted TV, is set.

En considérant le niveau de saturation en électrons, note Sate-, et le niveau de SNR minimum souhaité, noté SNRmin, on obtient les temps d'écrêtage successifs par les équations suivantes :

Figure imgf000013_0002
Considering the saturation level in electrons, note Sat e- , and the desired minimum SNR level, denoted SNR min , we obtain the successive clipping times by the following equations:
Figure imgf000013_0002

Par exemple, Sate- =10000 électrons. La valeur de SNRmin est fixée en fonction de l'application visée. For example, Sat e- = 10000 electrons. The value of SNRmin is set according to the intended application.

La figure 5 est un synoptique des principales étapes de restitution, dans un mode de réalisation, à partir d'une image finale de gamme dynamique étendue obtenue par le procédé décrit ci-dessus.  FIG. 5 is a block diagram of the main restitution steps, in one embodiment, from a final image of extended dynamic range obtained by the method described above.

Le procédé de restitution comprend une première étape 40 de réception ou de lecture en mémoire de l'image numérique finale IMF. The rendering method comprises a first step 40 for receiving or reading in memory the final digital image IM F.

L'étape 40 est suivie d'une étape 42 d'obtention des paramètres utilisés : le nombre N d'acquisitions, les temps d'intégration associés, les seuils d'écrêtage Seuil_i utilisés.  Step 40 is followed by a step 42 for obtaining the parameters used: the number N of acquisitions, the associated integration times, the clipping thresholds Threshold_i used.

L'étape 42 est suivie d'une étape 44 de détermination des seuils finaux correspondant à chaque palier de saturation Lsa_i du niveau de signal∑, en utilisant les formules de calcul données par (Eq 5) à (Eq 8). Step 42 is followed by a step 44 of determining the final thresholds corresponding to each saturation step L sa_i of the signal level, using the calculation formulas given by (Eq 5) to (Eq 8).

L'étape 44 est suivie d'une étape 46 d'obtention d'une image finale linéarisée. Step 44 is followed by a step 46 of obtaining a linearized final image.

Dans un mode de réalisation, on prend également en considération en niveaux de radiométrie d'obscurité, qui sont spécifiques aux capteurs utilisés et qui dépendent du temps d'intégration. On note Vobs_i le niveau d'obscurité correspondant à l'acquisition de l'image IM, avec le temps d'intégration Ti. In one embodiment, darkness radiometry levels, which are specific to the sensors used and which depend on the integration time, are also considered. We denote V obs_i the level of darkness corresponding to the acquisition of the image IM, with the integration time Ti.

Le signal IMF(k,l) des pixels de l'image finale est linéaire par morceaux avec l'éclairement, ou, en d'autres termes, le signal IMF (k,l) peut être exprimé comme fonction affine de la quantité d'éclairement. Pour rendre l'interprétation des images plus facile, il peut être intéressant de linéariser l'image finale. On note le signal du

Figure imgf000014_0004
The IM signal F (k, l) of the pixels of the final image is piecewise linear with the illumination, or, in other words, the IM signal F (k, 1) can be expressed as the affine function of the amount of illumination. To make the interpretation of images easier, it may be interesting to linearize the final image. We note the signal of the
Figure imgf000014_0004

pixel (k,l) linéarisé. pixel (k, l) linearized.

Par exemple, pour 4 temps d'intégrations T1 < T2 < T3 < T4 avec des seuils d'écrêtage égaux à une valeur Sat, le signal linéarisé est calculé comme suit.For example, for 4 integration times T 1 <T 2 <T 3 <T 4 with clipping thresholds equal to a value Sat, the linearized signal is calculated as follows.

Figure imgf000014_0003
Figure imgf000014_0003

Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001

Dans un mode de réalisation simplifié de l'étape 46, les niveaux d'obscurité sont négligés.  In a simplified embodiment of step 46, the darkness levels are neglected.

Dans ce cas, les relations précédentes se simplifient :  In this case, the previous relationships are simplified:

Figure imgf000014_0002
Figure imgf000015_0003
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000015_0003

Sur la figure 4, on a illustré en pointillés le niveau de signal correspondant à

Figure imgf000015_0004
In FIG. 4, the signal level corresponding to FIG.
Figure imgf000015_0004

l'image finale de gamme dynamique étendue linéarisée. the final image of linearized extended dynamic range.

En alternative ou en complément, l'étape 44 est suivie de l'étape 48 de restitution des N images acquises, dans leur gamme dynamique initiale, à partir du signal Alternatively or additionally, step 44 is followed by step 48 of restoring the N acquired images, in their initial dynamic range, from the signal

Figure imgf000015_0005
des pixels de l'image finale.
Figure imgf000015_0005
pixels of the final image.

Dans le mode de réalisation sans prise en compte des niveaux d'obscurité, les formules suivantes sont appliquées pour déterminer la valeur de signal de chaque pixel de chacune des images finales restituées In the embodiment without taking into account the darkness levels, the following formulas are applied to determine the signal value of each pixel of each of the final rendered images.

Figure imgf000015_0002
Figure imgf000015_0002

Figure imgf000015_0001
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Figure imgf000016_0001

En variante, il est bien sûr possible de tenir compte des niveaux d'obscurité, de manière analogue à ce qui a été explicité ci-dessus en référence à l'étape 46.  As a variant, it is of course possible to take into account the darkness levels, in a manner analogous to that explained above with reference to step 46.

Bien évidemment, les formules ont été détaillées dans le mode de réalisation à N=4 images acquises, mais le principe s'applique de manière analogue à un nombre N d'images acquises, avec N quelconque.  Of course, the formulas have been detailed in the embodiment with N = 4 images acquired, but the principle applies analogously to an N number of images acquired, with any N.

De plus, sur le même principe, il est possible de déterminer les formules à appliquer pour restituer une image finale linéarisée ou pour restituer N images finales correspondant aux images acquises lorsqu'on utilise des valeurs de seuil SeuilJ différentes.  In addition, on the same principle, it is possible to determine the formulas to be applied for rendering a linearized final image or for restoring N final images corresponding to the images acquired when using different threshold values Threshold J.

Claims

REVENDICATIONS 1 . - Procédé d'acquisition d'images numériques mis en œuvre dans un système comportant un dispositif d'acquisition d'images numériques, ledit dispositif d'acquisition d'images numériques étant muni de capteurs, chaque capteur étant apte à transformer un éclairement détecté pendant un temps d'intégration en un signal électrique, ledit signal électrique étant transformé en une valeur de radiométrie d'échantillon d'image numérique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : 1. - Digital image acquisition method implemented in a system comprising a digital image acquisition device, said digital image acquisition device being provided with sensors, each sensor being able to transform a detected illumination during an integration time in an electrical signal, said electrical signal being converted into a digital image sample radiometry value, characterized in that it comprises the following steps: -détermination (30) d'une pluralité de temps d'intégration (T1 ; T2, T3, T4) différents,-determining (30) a plurality of different integration times (T 1; T 2 , T 3 , T 4 ), -et pour chacun des temps d'intégration (T1 ; T2, T3, T4) déterminés, obtention (32) d'une image numérique initiale acquise avec ledit temps d'intégration, chaque image numérique initiale ayant un niveau de signal correspondant, and for each of the integration times (T 1, T 2 , T 3 , T 4 ) determined, obtaining (32) an initial digital image acquired with said integration time, each initial digital image having a level of corresponding signal, -pour chaque image numérique initiale, application (34) d'une fonction d'écrêtage avec un seuil d'écrêtage associé (Seuil_ 1, Seuil_2, Seuil_3, Seuil_4) pour obtenir un niveau de signal (S1 ; S2, S3, S4) linéaire en fonction de l'éclairement, pour obtenir une image numérique traitée, et for each initial digital image, application (34) of a clipping function with an associated clipping threshold (Threshold_ 1, Threshold_2, Threshold_3, Threshold_4) to obtain a signal level (S 1; S 2 , S 3 , S 4 ) linearly according to the illumination, to obtain a processed digital image, and -combinaison (36) des images numériques traitées pour obtenir une image finale de gamme dynamique étendue, ladite combinaison comportant une sommation des signaux d'images numériques traités, l'image finale ayant un niveau de signal (∑) linéaire par morceaux en fonction de l'éclairement.  -combining (36) the processed digital images to obtain an extended dynamic range final image, said combination including a summation of the processed digital image signals, the final image having a piecewise linear signal level (Σ) as a function of illuminance. 2. - Procédé d'acquisition d'images numériques selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape d'écrêtage (34), consiste à comparer, pour chaque image numérique acquise, la valeur de chaque échantillon à la valeur de seuil d'écrêtage (Seuil_ 1, Seuil_2, Seuil_3, Seuil_4), et lorsque ladite valeur d'échantillon est supérieure à la valeur de seuil d'écrêtage (Seuil_ 1, Seuil_2, Seuil_3, Seuil_4), à remplacer ladite valeur d'échantillon par ladite valeur de seuil d'écrêtage. 2. The method of acquiring digital images as claimed in claim 1, characterized in that the clipping step (34) consists in comparing, for each digital image acquired, the value of each sample at the threshold value. of clipping (Threshold_1, Threshold_2, Threshold_3, Threshold_4), and when said sample value is greater than the clipping threshold value (Threshold_1, Threshold_2, Threshold_3, Threshold_4), to replace said sample value by said clipping threshold value. 3.- Procédé d'acquisition d'images numériques selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour chacune des images acquises, une même valeur de seuil d'écrêtage est appliquée. 3. A digital image acquisition method according to claim 2, characterized in that for each of the acquired images, the same clipping threshold value is applied. 4.- Procédé d'acquisition d'images numériques selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de détermination (30) des temps d'intégration comporte une détermination d'un temps d'intégration minimal et/ou d'un temps d'intégration maximal, et le calcul des autres temps d'intégration en fonction du temps d'intégration maximal et d'un nombre d'images à traiter. 4. A digital image acquisition method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the step of determining (30) the integration times comprises a determination of a minimum integration time and / or an integration time maximum, and the calculation of other integration times as a function of the maximum integration time and a number of images to be processed. 5. - Procédé d'acquisition d'images numériques selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de détermination de temps d'intégration comporte la détermination des temps d'intégration en fonction d'un objectif de qualité de l'image numérique finale et d'un nombre d'images à traiter. 5. - digital image acquisition method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the step of determining integration time comprises the determination of the integration times according to a goal of quality of the final digital image and a number of images to be processed. 6. - Dispositif d'acquisition d'images numériques mis en œuvre dans un système comportant un dispositif d'acquisition d'images numériques, ledit dispositif d'acquisition d'images numériques étant muni de capteurs, chaque capteur étant apte à transformer un éclairement détecté pendant un temps d'intégration en un signal électrique, ledit signal électrique étant transformé en une valeur de radiométrie d'échantillon d'image numérique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif programmable comportant au moins un processeur adapté à mettre en œuvre des calculs, comportant : 6. Digital image acquisition device implemented in a system comprising a digital image acquisition device, said digital image acquisition device being provided with sensors, each sensor being capable of transforming an illumination. detected during an integration time in an electrical signal, said electrical signal being converted into a digital image sample radiometry value, characterized in that it comprises a programmable device comprising at least one processor adapted to implement calculations, including: -un module de détermination d'une pluralité de temps d'intégration différents, -un module de commande d'acquisition d'une image numérique initiale correspondante pour chacun des temps d'intégration déterminés, chaque image numérique initiale ayant un niveau de signal correspondant,  a module for determining a plurality of different integration times, a control module for acquiring a corresponding initial digital image for each of the determined integration times, each initial digital image having a corresponding signal level; , -pour chaque image numérique acquise, un module d'application d'une fonction d'écrêtage avec un seuil d'écrêtage associé pour obtenir un niveau de signal linéaire en fonction de l'éclairement, pour obtenir une image numérique traitée,  for each digital image acquired, an application module of a clipping function with an associated clipping threshold to obtain a linear signal level according to the illumination, in order to obtain a processed digital image, -un module combinaison des images numériques traitées pour obtenir une image finale de gamme dynamique étendue, ladite combinaison comportant une sommation des signaux d'images numériques traités, l'image finale ayant un niveau de signal linéaire par morceaux en fonction de l'éclairement.  a combination module of the processed digital images to obtain an extended dynamic range final image, said combination comprising a summation of the processed digital image signals, the final image having a piecewise linear signal level according to the illumination. 7. - Procédé de restitution d'images numériques à partir d'une image numérique finale de gamme dynamique étendue obtenue par une procédé d'acquisition conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de : 7. - Method for restoring digital images from a final digital image of extended dynamic range obtained by an acquisition method according to one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises steps of : -obtention (42) d'une pluralité de temps d'intégration différents et de seuils d'écrêtage utilisés pour obtenir l'image numérique finale de dynamique étendue, correspondant à un nombre N d'images numériques initiales ;  obtaining (42) a plurality of different integration times and clipping thresholds used to obtain the final digital image of extended dynamic, corresponding to a number N of initial digital images; -calcul (44) de N seuils finaux (∑1 , ...,∑4) à partir des temps d'intégration et des seuils d'écrêtage ; -obtention (46, 48) d'au moins une image restituée ayant un niveau de signal linéaire avec l'éclairement à partir de l'image numérique finale et des seuils finaux calculés. calculating (44) N final thresholds (Σ 1 , ..., Σ 4 ) from the integration times and the clipping thresholds; obtaining (46, 48) at least one rendered image having a linear signal level with the illumination from the final digital image and the final calculated thresholds. 8. - Procédé de restitution d'images numériques selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'obtention d'au moins une image restituée (46) comporte le calcul d'une seule image de gamme dynamique étendue ayant un niveau de signal linéaire. 8. The method of restoring digital images as claimed in claim 7, characterized in that the step of obtaining at least one rendered image (46) comprises computing a single image of extended dynamic range having a level linear signal. 9. - Procédé de restitution d'images numériques selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'obtention d'au moins une image restituée (48) comporte le calcul de N images restituées correspondant aux N images numériques initiales. 9. - Method of restoring digital images according to claim 7, characterized in that the step of obtaining at least one restored image (48) comprises the calculation of N restored images corresponding to N initial digital images. 10. - Dispositif de restitution d'images numériques à partir d'une image numérique finale de gamme dynamique étendue obtenue par dispositif d'acquisition conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif programmable comportant au moins un processeur adapté à mettre en œuvre des modules de : 10. - Device for restoring digital images from a final digital image of extended dynamic range obtained by acquisition device according to claim 6, characterized in that it comprises a programmable device comprising at least one adapted processor. to implement modules of: -obtention d'une pluralité de temps d'intégration différents et de seuils d'écrêtage utilisés pour obtenir l'image numérique finale de dynamique étendue, correspondant à un nombre N d'images numériques initiales ;  obtaining a plurality of different integration times and clipping thresholds used to obtain the final digital image of extended dynamic, corresponding to a number N of initial digital images; -calcul de N seuils finaux à partir des temps d'intégration et des seuils d'écrêtage ; -calculating N final thresholds from integration times and clipping thresholds; -obtention au moins une image restituée ayant un niveau de signal linéaire avec l'éclairement à partir de l'image numérique finale et des seuils finaux calculés. obtaining at least one rendered image having a linear signal level with the illumination from the final digital image and the final calculated thresholds.
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