Optimal prefilters for display enhancement - Rocha, Luís Cláudio Gouveia (2020)
Exibir imagens a partir de um conjunto discreto de amostras é certamente uma das operações mais comuns em computação gráfica e processamento de imagens. Ferramentas tradicionais para essa tarefa são baseadas no teorema de Shannon e são modeladas em condições matemáticas que são, na maior parte dos casos, irrealistas; por exemplo, reconstrução com sinc – necessária pelo teorema de Shannon para recuperar um sinal exatamente – é impossível na prática, já que displays LCD realizam uma reconstrução mais próxima de uma interpolação com kernel box. Além disso, profissionais em processamento de imagem perceberam que prefiltragem com sinc – também requerida pelo teorema de Shannon – em geral leva a imagens visualmente desagradáveis devido ao fenômeno de ringing: oscilações próximas a regiões de descontinuidade nas imagens. Desses fatos, deduzimos que não é possível garantir, via ferramentas tradicionais de amostragem e reconstrução, que a imagem que observamos em um display digital é a melhor representação para a imagem original. Neste trabalho, propomos uma família de prefiltros baseada em teoria de amostragem generalizada e em um modelo de como o sistema ótico do olho humano modifica uma imagem. Proposta por Unser and Aldroubi (1994), a teoria de amostragem generalizada é mais geral que o teorema proposto por Shannon, e mostra como é possível pré-filtrar e reconstruir sinais usando kernels diferentes do sinc. Modelamos o sistema ótico do olho como uma câmera com abertura finita e uma lente delgada, o que apesar de ser simples é suficiente para os nossos propósitos. Além de garantir aproximação ótima quando reconstruindo as amostras por um display e filtrando a imagem com o modelo do sistema ótico humano, a teoria de amostragem generalizada garante que essas operações são extremamente eficientes, todas lineares no número de pixels de entrada. Também, analisamos as propriedades espectrais desses filtros e de técnicas semelhantes na literatura, mostrando que é possível obter um bom tradeoff entre aliasing e ringing (principais artefatos quando lidamos com amostragem e reconstrução de imagens), enquanto garantimos que as imagens finais são mais nítidas que aquelas geradas por técnicas existentes na literatura. Finalmente, mostramos algumas aplicações da nossa técnica em melhoria de imagens, adaptação à distâncias de visualização diferentes, redução de imagens e renderização de imagens sintéticas por método de Monte Carlo.