Conversión de imágenes Bayer a RGB mediante interpolación con gradientes

Implementación del algoritmo GBTF (Gradient-Based Threshold-Free) en MATLAB para transformar imágenes monocromáticas en formato Bayer a RGB completo. Esta técnica utiliza ponderación por gradientes para minimizar artefactos de color en regiones de alto contraste.

function imagenRGB = demosaico_gbtf(imagenBayer, patron)
    [alt, anc] = size(imagenBayer);
    imagenRGB = zeros(alt, anc, 3, 'like', imagenBayer);
    
    switch lower(patron)
        case 'rggb'
            R = imagenBayer(1:2:end, 1:2:end);
            VerR = imagenBayer(1:2:end, 2:2:end);
            VerB = imagenBayer(2:2:end, 1:2:end);
            Az = imagenBayer(2:2:end, 2:2:end);
        case 'bggr'
            Az = imagenBayer(1:2:end, 1:2:end);
            VerR = imagenBayer(1:2:end, 2:2:end);
            VerB = imagenBayer(2:2:end, 1:2:end);
            R = imagenBayer(2:2:end, 2:2:end);
        otherwise
            error('Patrón Bayer no soportado');
    end
    
    Verde = interpolar_verde(R, VerR, VerB, Az);
    R_VerB = interpolar_R_VerB(VerR, VerB, Verde);
    Az_VerR = interpolar_Az_VerR(VerR, VerB, Verde);
    
    R = interpolar_R(R, R_VerB, Verde);
    Az = interpolar_Az(Az, Az_VerR, Verde);
    
    imagenRGB(:,:,1) = R;
    imagenRGB(:,:,2) = Verde;
    imagenRGB(:,:,3) = Az;
end

function Verde = interpolar_verde(R, VerR, VerB, Az)
    [h, w] = size(R);
    Verde = zeros(h, w);
    margen = 2;
    
    R_pad = padarray(R, [margen margen], 'symmetric');
    VerR_pad = padarray(VerR, [margen margen], 'symmetric');
    VerB_pad = padarray(VerB, [margen margen], 'symmetric');
    Az_pad = padarray(Az, [margen margen], 'symmetric');
    
    for fila = 3:h+2
        for col = 3:w+2
            if mod(fila-2,2)==1 && mod(col-2,2)==0
                valor_centro = R_pad(fila, col);
                vecinos = [VerR_pad(fila, col+1), VerR_pad(fila, col-1);
                           VerB_pad(fila, col+1), VerB_pad(fila, col-1)];
            elseif mod(fila-2,2)==0 && mod(col-2,2)==1
                valor_centro = Az_pad(fila, col);
                vecinos = [VerR_pad(fila, col+1), VerR_pad(fila, col-1);
                           VerB_pad(fila, col+1), VerB_pad(fila, col-1)];
            else
                continue
            end
            
            dif_h = diff(vecinos, 1, 2);
            dif_v = diff(vecinos, 1, 1);
            magnitud_grad = hypot(dif_h, dif_v);
            
            pesos = 1./(magnitud_grad + eps);
            pesos = pesos / sum(pesos(:));
            
            ajuste = sum(pesos(:) .* (vecinos(:) - valor_centro));
            Verde(fila-2, col-2) = valor_centro + ajuste;
        end
    end
    
    Verde(1:2:end, 2:2:end) = VerR;
    Verde(2:2:end, 1:2:end) = VerB;
end

function R = interpolar_R(R, R_VerB, Verde)
    [h, w] = size(R);
    R_completo = R;
    margen = 1;
    
    R_pad = padarray(R, [margen margen], 'replicate');
    R_VerB_pad = padarray(R_VerB, [margen margen], 'replicate');
    Verde_pad = padarray(Verde, [margen margen], 'replicate');
    
    for fila = 2:h+1
        for col = 2:w+1
            if mod(fila,2)==1 && mod(col,2)==0
                deriv_h = (R_VerB_pad(fila, col+1) - R_VerB_pad(fila, col-1))/2;
                deriv_v = (R_VerB_pad(fila+1, col) - R_VerB_pad(fila-1, col))/2;
                R_completo(fila-1, col-1) = Verde_pad(fila, col) + deriv_h + deriv_v;
            end
        end
    end
    R = R_completo;
end

Mecanismo del algoritmo

• Interpolación del canal verde: Calcula gradientes en ventanas 5×5 para ajustar pesos de interpolación, priorizando píxeles en regiones homogéneas
• Recuperación de canales rojo/azul: Emplea diferencias cromáticas en ventanas 3×3 usando valores verdes interpolados como referencia
• Manejo de bordes: Aplica relleno simétrico para evitar discontinuidades en los límites de la imagen

Ejemplo de uso

% Cargar datos RAW en formato Bayer
datosBayer = imread('imagen_raw.tiff');  
rgb = demosaico_gbtf(datosBayer, 'RGGB');

% Visualizar resultados
imshow(rgb);
imwrite(rgb, 'resultado_rgb.jpg');

Mejoras sugeridas

• Conversión a C/MEX para optimización de rendimiento en procesamiento de video
• Incorpoar corrección de balance de blancos antes de la interpolación
• Aplicar matriz de corrección cromática post-demosaico