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Für das menschliche Auge optimiert

Neuer Algorithmus zur In-Kamera-Bildoptimierung

Damit eine digitale Kamera sehr gute Bildqualität liefert, müssen ihre verschiedenen Komponenten und Features optimal aufeinander abgestimmt sein. Ein ganzes Bündel an bildverbessernden Funktionen bietet die neue In-Kamera-Bildoptimierung PGI.
PGI ist eine abgestimmte Kombination aus 5×5-Debayering, Farb-Anti-Aliasing, Bildschärfe-Optimierung und Rauschunterdrückung. Sie sorgt für verbesserte Brillanz, Detailtreue und Schärfe des Bildes, während gleichzeitig das Rauschen sinkt. Durch die kompakte Integration in das Kamera-FPGA arbeitet PGI voll echtzeitfähig, nahezu latenzfrei und ohne zusätzliche Prozessorlast.

Debayering

Farbkameras werden in der Bildverarbeitung immer beliebter. Ihre Farbbilder liefern deutlich mehr Informationen als Monochrombilder. In einem Farbbild besteht jeder Pixel aus mehreren Farbwerten, z.B. aus den Werten für die Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Dieses Bild nennt man RGB-Farbbild. Eine gute und günstige Alternative zu den aufwändigen und sehr teuren Farbkameras mit echten Dreifarben-Bildsensoren bilden Farbkameras mit Bildsensoren mit der sogenannten Bayer-Matrix. Bei einem Bayer-Sensor sieht jeder Pixel nur eine Farbe anstelle der für ein korrektes RGB-Farbbild notwendigen drei Farben pro Pixel. Die fehlenden Farben werden durch Interpolation eingefügt. Diesen Prozess bezeichnet man als Debayering, Demosaicing oder auch als Color-Filter-Array Interpolation. Sind z.B. nur 25% der Pixel rot, muss für 75% der Pixel ein Rotwert interpoliert werden. Dazu muss ein Debayering-Algorithmus Pixel aus seiner Umgebung einbeziehen, weil nur dort Farbwerte für die fehlenden Farben zu finden sind. Je nachdem, wie groß der dabei zur Verfügung stehende Bildausschnitt rund um den zu bearbeitenden Pixel ist, spricht man von einer 2×2-, 3×3-, 4×4-, 5×5- usw. Umgebung. PGI-Debayering arbeitet mit einer Umgebung von 5×5 Pixeln. Ziel des PGI-Algorithmus ist es, die Bildqualität eines Farbbildes für den menschlichen Betrachter deutlich zu verbessern. Dafür sind neben dem Debayering noch weitere Rechenschritte nötig, nämlich das Beseitigen von Fehlfarben (Farb-Anti-Aliasing), Bildschärfeoptimierung und Rauschunterdrückung.

Farb-Anti-Aliasing

Verwendet man weniger gute Debayering-Algorithmen, kommt es besonders an scharfen Kanten leicht zu Fehlfarben. PGI analysiert den auftretenden Farbfehler und korrigiert ihn für alle möglichen Frequenzen unterhalb des theoretischen Limits, der sogenannten Nyquistfrequenz. Das Ergebnisbild mit PGI zeigt, dass die Fehlfarben bis zur Nyquistfrequenz für die Grünpixel beseitigt werden. Die Nyquistfrequenz für die Grünpixel verläuft diagonal von oben rechts nach unten links und ist im Bild klar als Grenze der Fehlfarben zu erkennen. Der Effekt ist auch in realen Bildern gut zu erkennen.

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