Fusión bayesiana de pares de imágenes con diferente exposición

Résumé

En la actualidad, las cámaras DSLR (Digital Single-Lens Reflex), incorporan diversos mecanismos para ayudar al usuario en la obtención de una imagen correctamente expuesta y nítida en condiciones de luminosidad adecuadas. La modificación del tiempo de exposición, tamaño de la apertura y sensibilidad ISO, en conjunción con la utilización de flash, trípode o sistemas estabilizadores de imagen permiten captar imágenes nítidas bajo ciertas condiciones. Por desgracia, existen multitud de situaciones en las que la iluminación no es la adecuada y los mecanismos anteriormente descritos podrían no ser suficientes para evitar el emborronamiento en la imagen captada. Además, los problemas para captar imágenes nítidas se acentúan si la cámara que utilizamos es de bajo coste o la cámara de un teléfono móvil ya que estos dispositivos no permiten captar tanta luz como las cámaras DSLR, ni suelen proporcionar los mecanismos descritos anteriormente. El objetivo de la restauración digital de imágenes es el de recuperar una imagen nítida a partir de observaciones borrosas. La hipótesis de partida de esta trabajo es que la incorporación de observaciones adicionales con diferentes exposiciones, ayuda a la recuperación de una imagen nítida de gran calidad. El objetivo del trabajo de investigación ha consistido en conseguir una imagen nítida en situaciones de baja luminosidad combinando la información proporcionada por imágenes con distintas exposiciones. En nuestro caso demostraremos que un par de imágenes, formado por una correctamente expuesta pero borrosa y otra nítida pero muy ruidosa debido al corto tiempo de exposición, u obtenida con un ISO muy elevado es suficiente para conseguir una imagen libre de emborronamiento y ruido, mediante la combinación de ambas. Las tres contribuciones principales de la tesis se describen a continuación: En primer lugar se han analizado varias técnicas de calibración fotométrica y geométrica, y se ha propuesto un método robusto y automático de calibración de un par de imágenes de distinta exposición para la aplicación posterior del proceso de restauración. Posteriormente se han propuesto diversos algoritmos de restauración que combinan el par de imágenes desde dos puntos de vista, asumiendo un emborronamiento espacialmente invariante y otras dos soluciones que que consideran una degradación espacialmente variante. Los métodos propuestos mantienen una firme base teórica, además requieren muy poca o ninguna supervisión del usuario, con una estimación automática de los parámetros del algoritmo, resolviendo el problema de forma satisfactoria tanto en el dominio lineal del sensor como en la imagen revelada por la cámara.