מבוא לזום דיגיטלי על וידאו.

שכפול שכנים, אינטרפולציה בילינארית, אינטרפולצית ביקובי, זום דיגיטלי של INTERLACE VIDEO .rnrnלפרטים נוספים היכנסו...

8:00
  /  
23.01.2005
  
rnהמאמר נכתב ע"י rnrnקובי בוכשטב (kobb).

בניגוד לאפליקצית זום דיגיטלי של תמונה בודדת אשר מימושה עשוי להמשך מספר שניות (שיטות נפוצות: אינטרפולציה מבוססת QUBIC SPLINE, אינטרפולציה מבוססת חציון ממושקל, אינטרפולציה מבוססת זיהוי קצוות, אינטרפולציה פראקטאלית וכו’) ולצופה יש דקות רבות לצפייה, בזום דיגיטלי של וידאו יש צורך לבצע את כל החישובים בזמן אמת (20MSsec לשדה של PAL) ולצופה יש זמן זהה (20MSsec) לצפייה. הבעיות הקשורות במימוש זום דיגיטלי על וידאו הינם בעיקר: מציאת מיקום הפיקסלים החסרים, מציאת מיקום מרכז התמונה, חישוב הפיקסלים החסרים תוך מימוש אינטרפולציה בזמן אמת והתחשבות בשדות עקב שיטת INTERLACE.rn


<img src = "/images/articles/Digital Zoom/pic1.JPG"


1. מימוש זום דיגיטלי על וידאו בעזרת שכפול שכנים.


ביצוע זום (כיווץ והרחבה) דיגיטלי בעזרת שכפול שכנים קרובים (Nearest Neighbored) הינו מימוש השערוך הפשוט ביותר. אינטרפולציה זו מתאימה לערכי זום של בין 0.5 ל 2.

הגדלה מעל פי 2 בכל ציר תוך שימוש בשכנים קרובים גורמת לתמונה להראות ריבועית ולכן דורשת התייחסות למימוש שיערוך מורכב יותר מאשר שכפול פיקסלים.rn


<img src = "/images/articles/Digital Zoom/pic2.JPG"


2. מימוש זום דיגיטלי על וידאו בעזרת אינטרפולציה בילינארית.


אינטרפולציה נפוצה הינה אינטרפולציה לינארית בריבוע (דו ממדית). אינטרפולציה זו נקראת אינטרפולציה בילינארית.

אינטרפולציה זו נותנת תוצאות טובות למדי אולם כמו במקרה הקודם של שכפול שכנים גם כאן התמונה המתקבלת מעט מטושטשת.rn


<img src = "/images/articles/Digital Zoom/pic3.JPG"


3. זום דיגיטלי על וידאו בעזרת אינטרפולציה מסדר שלישי דו ממדי.


אינטרפולצית ביקובי (Bicubic) הינה אינטרפולציה נפוצה למדי במערכות לעיבוד תמונות Stills ובחלק ממערכות לעיבוד וידאו.

זו למעשה אינטרפולציה מסדר שלישי בריבוע אשר נותנת תוצאות נעימות לעין וכמעט שלא מורגש טשטוש. כל פיקסל משוערך מתוך 16 הפיקסלים הסמוכים בתמונה המקורית. המקדמים בהם נהוג להשתמש באינטרפולציות של תמונות מתקבלים מתוך מטריצת קרדינל ספליין (נותנת תוצאה חדה יותר) או מתוך B-spline (נותנת תוצאה חלקה יותר).

מקדמי המשערך תלויים במרחק הפיקסל המשוערך מהפיקסלים המקוריים. חישוב המקדמים מתבצע באופן הבא:rn


<img src = "/images/articles/Digital Zoom/pic4.JPG"


4. זום דיגיטלי של INTERLACE VIDEO.


בסעיפים הקודמים, הגישה של יצירת הזום הניחה כי הפיקסלים והשורות בתמונה מגיעים באופן רציף ועוקב. בפועל תקני הוידאו הנפוצים מעבירים מסגרת בשני חלקים (שדות), בשדה הראשון מגיעות השורות האי זוגיות ואח"כ בשדה השני מגיעות השורות הזוגיות. בדר"כ שדות אלו צולמו במצלמה בזמנים שונים. תקני וידאו העובדים בשיטה זו נקראים תקני INTERLACE. יישום של זום על חוזי INTERLACE יוצר עיוותים ולכן דורש התייחסות מעמיקה יותר.rn


4.1. אינטרפולציה על שדה אחד בלבד – One Field Interpolation Zoom.


השיטה הפשוטה ביותר ליישום זום על חוזי INTERLACE נקראת One Field Interpolation Zoom. במימוש זה יצירת השורות החדשות מתבצעת ע”י אינטרפולציה על שדה אחד בלבד (יצירת שני שדות חדשים מתוך שדה מקורי אחד). היתרון בגישה זו הינו מימוש פשוט וקבלת תמונה יציבה שאינה מהבהבת. החסרון הינו אבדן של חצי מהרזולוציה עקב השימוש בשדה אחד מתוך שניים במסגרת.rn


<img src = "/images/articles/Digital Zoom/pic5.JPG"


בתמונה למעלה: אינטרפולציה על שדה אחד בלבד ליצירת זום פי 2. כפי שניתן לראות באיור, אין שימוש בשורות 2,4,6 ולכן מתבצע שיערוך לא מדויק עבור השורות L2,L4,L6.rn


4.2. אינטרפולציה על כל שדה בנפרד – Fields Interpolation Zoom.


שיטה אחרת ליישום זום על חוזי INTERLACE נקראתFields Interpolation Zoom (נקראת לעיתים, עקב הרעידות המתקבלות, (Bob. בגישה זו, יצירת השורות החדשות מתבצעת ע”י אינטרפולציה על כל שדה בנפרד. היתרון הינו מימוש פשוט תוך ניצול של כמעט מלא הרזולוציה. החיסרון הינו תמונה רועדת עקב מעבר מידע בין השדות ועיוות של גופים בעלי קונטרסט גבוה.rn


<img src = "/images/articles/Digital Zoom/pic6.JPG"


בתמונה למעלה: אינטרפולציה על כל שדה בנפרד בלבד ליצירת זום פי 2. באיור מוצגות ערכי השורות עבור אינטרפולצית FIZ מקורבת המסומנת F'IZ ועבור אינטרפולצית FIZ.rn


F'IZ : כפי שניתן לראות באיור, שורה L3 במוצא הזום משוערכת משתי שורות הרחוקות ממנה והשורות הזוגיות מכילות שגיאה בשערוך. מימוש זה גורם להבהוב מציק מאד ולשגיאה גדולה בשערוך כאשר יש גופים בעלי קונטרסט גבוה.
rn FIZ : כפי שניתן לראות באיור, שורה L3 והשורות הזוגיות משוערכת משורות הרחוקות מהן. מימוש זה גורם להבהוב מציק ולשגיאה גדולה בשערוך כאשר יש גופים בעלי קונטרסט גבוה. rn


4.3. אינטרפולציה על כל המסגרת – Weave Interpolation Zoom.


שיטה שלישית ליישום זום על חוזי INTERLACE נקראתWeave Interpolation Zoom. בגישה זו יצירת השורות החדשות מתבצעת ע”י אינטרפולציה על כל המסגרת (שני שדות משולבים). יתרון מימוש זה הינו ניצול מלא של הרזולוציה.

החיסרון הינו עיוות של גופים נעים ועיוות תמונה נעה (סריקה של הנוף).rn


<img src = "/images/articles/Digital Zoom/pic7.JPG"


בתמונה למעלה: אינטרפולציה על כל המסגרת ליצירת זום פי 2. כפי שניתן לראות באיור יש מעבר של מידע בין השדות. מעבר זה גורם לעיוות של גופים בתנועהrn


4.4. אינטרפולציה אדפטיבית – Adaptive Interpolation Zoom.


השיטה האופטימאלית, הידועה לי, ליישום זום על חוזי INTERLACE הינה Adaptive Interpolation Zoom.

בגישה זו מתבצעת יצירת השורות החדשות ע”י FIZ באזורים נעים ו WIZ באזורים נייחים. זיהוי האזורים הנעים מתבצע ע"י מימוש אלגוריתמי גילוי תנועה בבלוקים. היתרון של פתרון זה הינו ניצול מלא של הרזולוציה. החיסרון הינו מימוש מורכב ויקר.rn


8:00
  /  
23.1.2005
  
rnהמאמר נכתב ע"י rnrnקובי בוכשטב (kobb).

1