Color Filter Array Demosaicking Using High-Order Interpolation Techniques With a Weighted Median Filter for Sharp Color Edge Preservation

Demosaicking is an estimation process to determine missing color values when a single-sensor digital camera is used for color image capture. In this paper, we propose a number of new methods based on the application of Taylor series and cubic spline interpolation for color filter array demosaicking. To avoid the blurring of an edge, interpolants are first estimated in four opposite directions so that no interpolation is carried out across an edge. A weighted median filter, whose filter coefficients are determined by a classifier based on an edge orientation map, is then used to produce an output from the four interpolants to preserve edges. Using the proposed methods, the original color can be faithfully reproduced with minimal amount of color artifacts even at edges

Adaptive order-statistics multi-shell filtering for bad pixel correction within CFA demosaicking

As today's digital cameras contain millions of image sensors, it is highly probable that the image sensors will contain a few defective pixels due to errors in the fabrication process. While these bad pixels would normally be mapped out in the manufacturing process, more defective pixels, known as hot pixels, could appear over time with camera usage. Since some hot pixels can still function at normal settings, they need not be permanently mapped out because they will only appear on a long exposure and/or at high ISO settings. In this paper, we apply an adaptive order-statistics multi-shell filter within CFA demosaicking to filter out only bad pixels whilst preserving the rest of the image. The CFA image containing bad pixels is first demosaicked to produce a full colour image. The adaptive filter is then only applied to the actual sensor pixels within the colour image for bad pixel correction. Demosaicking is then re-applied at those bad pixel locations to produce the final full colour image free of defective pixels. It has been shown that our proposed method outperforms a separate process of CFA demosaicking followed by bad pixel removal

Implementation of a distributed real-time video panorama pipeline for creating high quality virtual views

Today, we are continuously looking for more immersive video systems. Such systems, however, require more content, which can be costly to produce. A full panorama, covering regions of interest, can contain all the information required, but can be difficult to view in its entirety. In this thesis, we discuss a method for creating virtual views from a cylindrical panorama, allowing multiple users to create individual virtual cameras from the same panorama video. We discuss how this method can be used for video delivery, but emphasize on the creation of the initial panorama. The panorama must be created in real-time, and with very high quality. We design and implement a prototype recording pipeline, installed at a soccer stadium, as a part of the Bagadus project. We describe a pipeline capable of producing 4K panorama videos from five HD cameras, in real-time, with possibilities for further upscaling. We explain how the cylindrical panorama can be created, with minimal computational cost and without visible seams. The cameras of our prototype system record video in the incomplete Bayer format, and we also investigate which debayering algorithms are best suited for recording multiple high resolution video streams in real-time

Robust density modelling using the student's t-distribution for human action recognition

The extraction of human features from videos is often inaccurate and prone to outliers. Such outliers can severely affect density modelling when the Gaussian distribution is used as the model since it is highly sensitive to outliers. The Gaussian distribution is also often used as base component of graphical models for recognising human actions in the videos (hidden Markov model and others) and the presence of outliers can significantly affect the recognition accuracy. In contrast, the Student's t-distribution is more robust to outliers and can be exploited to improve the recognition rate in the presence of abnormal data. In this paper, we present an HMM which uses mixtures of t-distributions as observation probabilities and show how experiments over two well-known datasets (Weizmann, MuHAVi) reported a remarkable improvement in classification accuracy. © 2011 IEEE

Pixel level data-dependent triangulation with its applications

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Understanding and advancing PDE-based image compression

This thesis is dedicated to image compression with partial differential equations (PDEs). PDE-based codecs store only a small amount of image points and propagate their information into the unknown image areas during the decompression step. For certain classes of images, PDE-based compression can already outperform the current quasi-standard, JPEG2000. However, the reasons for this success are not yet fully understood, and PDE-based compression is still in a proof-of-concept stage. With a probabilistic justification for anisotropic diffusion, we contribute to a deeper insight into design principles for PDE-based codecs. Moreover, by analysing the interaction between efficient storage methods and image reconstruction with diffusion, we can rank PDEs according to their practical value in compression. Based on these observations, we advance PDE-based compression towards practical viability: First, we present a new hybrid codec that combines PDE- and patch-based interpolation to deal with highly textured images. Furthermore, a new video player demonstrates the real-time capacities of PDE-based image interpolation and a new region of interest coding algorithm represents important image areas with high accuracy. Finally, we propose a new framework for diffusion-based image colourisation that we use to build an efficient codec for colour images. Experiments on real world image databases show that our new method is qualitatively competitive to current state-of-the-art codecs.Diese Dissertation ist der Bildkompression mit partiellen Differentialgleichungen (PDEs, partial differential equations) gewidmet. PDE-Codecs speichern nur einen geringen Anteil aller Bildpunkte und transportieren deren Information in fehlende Bildregionen. In einigen Fällen kann PDE-basierte Kompression den aktuellen Quasi-Standard, JPEG2000, bereits schlagen. Allerdings sind die Gründe für diesen Erfolg noch nicht vollständig erforscht, und PDE-basierte Kompression befindet sich derzeit noch im Anfangsstadium. Wir tragen durch eine probabilistische Rechtfertigung anisotroper Diffusion zu einem tieferen Verständnis PDE-basierten Codec-Designs bei. Eine Analyse der Interaktion zwischen effizienten Speicherverfahren und Bildrekonstruktion erlaubt es uns, PDEs nach ihrem Nutzen für die Kompression zu beurteilen. Anhand dieser Einsichten entwickeln wir PDE-basierte Kompression hinsichtlich ihrer praktischen Nutzbarkeit weiter: Wir stellen einen Hybrid-Codec für hochtexturierte Bilder vor, der umgebungsbasierte Interpolation mit PDEs kombiniert. Ein neuer Video-Dekodierer demonstriert die Echtzeitfähigkeit PDE-basierter Interpolation und eine Region-of-Interest-Methode erlaubt es, wichtige Bildbereiche mit hoher Genauigkeit zu speichern. Schlussendlich stellen wir ein neues diffusionsbasiertes Kolorierungsverfahren vor, welches uns effiziente Kompression von Farbbildern ermöglicht. Experimente auf Realwelt-Bilddatenbanken zeigen die Konkurrenzfähigkeit dieses Verfahrens auf

Understanding and advancing PDE-based image compression

This thesis is dedicated to image compression with partial differential equations (PDEs). PDE-based codecs store only a small amount of image points and propagate their information into the unknown image areas during the decompression step. For certain classes of images, PDE-based compression can already outperform the current quasi-standard, JPEG2000. However, the reasons for this success are not yet fully understood, and PDE-based compression is still in a proof-of-concept stage. With a probabilistic justification for anisotropic diffusion, we contribute to a deeper insight into design principles for PDE-based codecs. Moreover, by analysing the interaction between efficient storage methods and image reconstruction with diffusion, we can rank PDEs according to their practical value in compression. Based on these observations, we advance PDE-based compression towards practical viability: First, we present a new hybrid codec that combines PDE- and patch-based interpolation to deal with highly textured images. Furthermore, a new video player demonstrates the real-time capacities of PDE-based image interpolation and a new region of interest coding algorithm represents important image areas with high accuracy. Finally, we propose a new framework for diffusion-based image colourisation that we use to build an efficient codec for colour images. Experiments on real world image databases show that our new method is qualitatively competitive to current state-of-the-art codecs.Diese Dissertation ist der Bildkompression mit partiellen Differentialgleichungen (PDEs, partial differential equations) gewidmet. PDE-Codecs speichern nur einen geringen Anteil aller Bildpunkte und transportieren deren Information in fehlende Bildregionen. In einigen Fällen kann PDE-basierte Kompression den aktuellen Quasi-Standard, JPEG2000, bereits schlagen. Allerdings sind die Gründe für diesen Erfolg noch nicht vollständig erforscht, und PDE-basierte Kompression befindet sich derzeit noch im Anfangsstadium. Wir tragen durch eine probabilistische Rechtfertigung anisotroper Diffusion zu einem tieferen Verständnis PDE-basierten Codec-Designs bei. Eine Analyse der Interaktion zwischen effizienten Speicherverfahren und Bildrekonstruktion erlaubt es uns, PDEs nach ihrem Nutzen für die Kompression zu beurteilen. Anhand dieser Einsichten entwickeln wir PDE-basierte Kompression hinsichtlich ihrer praktischen Nutzbarkeit weiter: Wir stellen einen Hybrid-Codec für hochtexturierte Bilder vor, der umgebungsbasierte Interpolation mit PDEs kombiniert. Ein neuer Video-Dekodierer demonstriert die Echtzeitfähigkeit PDE-basierter Interpolation und eine Region-of-Interest-Methode erlaubt es, wichtige Bildbereiche mit hoher Genauigkeit zu speichern. Schlussendlich stellen wir ein neues diffusionsbasiertes Kolorierungsverfahren vor, welches uns effiziente Kompression von Farbbildern ermöglicht. Experimente auf Realwelt-Bilddatenbanken zeigen die Konkurrenzfähigkeit dieses Verfahrens auf

Construction de mosaïques de super-résolution à partir de la vidéo de basse résolution. Application au résumé vidéo et la dissimulation d'erreurs de transmission.

La numérisation des vidéos existantes ainsi que le développement explosif des services multimédia par des réseaux comme la diffusion de la télévision numérique ou les communications mobiles ont produit une énorme quantité de vidéos compressées. Ceci nécessite des outils d’indexation et de navigation efficaces, mais une indexation avant l’encodage n’est pas habituelle. L’approche courante est le décodage complet des ces vidéos pour ensuite créer des indexes. Ceci est très coûteux et par conséquent non réalisable en temps réel. De plus, des informations importantes comme le mouvement, perdus lors du décodage, sont reestimées bien que déjà présentes dans le flux comprimé. Notre but dans cette thèse est donc la réutilisation des données déjà présents dans le flux comprimé MPEG pour l’indexation et la navigation rapide. Plus précisément, nous extrayons des coefficients DC et des vecteurs de mouvement. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes en particulier intéressés à la construction de mosaïques à partir des images DC extraites des images I. Une mosaïque est construite par recalage et fusion de toutes les images d’une séquence vidéo dans un seul système de coordonnées. Ce dernier est en général aligné avec une des images de la séquence : l’image de référence. Il en résulte une seule image qui donne une vue globale de la séquence. Ainsi, nous proposons dans cette thèse un système complet pour la construction des mosaïques à partir du flux MPEG-1/2 qui tient compte de différentes problèmes apparaissant dans des séquences vidéo réeles, comme par exemple des objets en mouvment ou des changements d’éclairage. Une tâche essentielle pour la construction d’une mosaïque est l’estimation de mouvement entre chaque image de la séquence et l’image de référence. Notre méthode se base sur une estimation robuste du mouvement global de la caméra à partir des vecteurs de mouvement des images P. Cependant, le mouvement global de la caméra estimé pour une image P peut être incorrect car il dépend fortement de la précision des vecteurs encodés. Nous détectons les images P concernées en tenant compte des coefficients DC de l’erreur encodée associée et proposons deux méthodes pour corriger ces mouvements. Unemosaïque construite à partir des images DC a une résolution très faible et souffre des effets d’aliasing dus à la nature des images DC. Afin d’augmenter sa résolution et d’améliorer sa qualité visuelle, nous appliquons une méthode de super-résolution basée sur des rétro-projections itératives. Les méthodes de super-résolution sont également basées sur le recalage et la fusion des images d’une séquence vidéo, mais sont accompagnées d’une restauration d’image. Dans ce cadre, nous avons développé une nouvelleméthode d’estimation de flou dû au mouvement de la caméra ainsi qu’une méthode correspondante de restauration spectrale. La restauration spectrale permet de traiter le flou globalement, mais, dans le cas des obvi jets ayant un mouvement indépendant du mouvement de la caméra, des flous locaux apparaissent. C’est pourquoi, nous proposons un nouvel algorithme de super-résolution dérivé de la restauration spatiale itérative de Van Cittert et Jansson permettant de restaurer des flous locaux. En nous basant sur une segmentation d’objets en mouvement, nous restaurons séparément lamosaïque d’arrière-plan et les objets de l’avant-plan. Nous avons adapté notre méthode d’estimation de flou en conséquence. Dans une premier temps, nous avons appliqué notre méthode à la construction de résumé vidéo avec pour l’objectif la navigation rapide par mosaïques dans la vidéo compressée. Puis, nous établissions comment la réutilisation des résultats intermédiaires sert à d’autres tâches d’indexation, notamment à la détection de changement de plan pour les images I et à la caractérisation dumouvement de la caméra. Enfin, nous avons exploré le domaine de la récupération des erreurs de transmission. Notre approche consiste en construire une mosaïque lors du décodage d’un plan ; en cas de perte de données, l’information manquante peut être dissimulée grace à cette mosaïque