基於圖像傳感器的暈逝校正的製作方法
2023-11-09 00:46:12
專利名稱：基於圖像傳感器的暈逝校正的製作方法
技術領域：
本發明是關於數字攝象機、尤其是關於暈逝效應校正的。
暈逝效應是當屏幕邊緣的亮度小於屏幕中心的亮度時，產生的暈影效果。職業攝影師有時故意使用合適的鏡頭或濾光器生成這樣的效果，在照片的邊緣產生一種柔和的圖象。然而，當這種效果非特意地出現在數字照片上時，是非常惱人的。已經開發出一些技術用於測量和解決暈逝效應。
專利No．4，884，140給出了用於對使用產生暈逝效應的變焦鏡頭的視頻攝象機進行暈逝補償的一個模擬電路。
專利No．5，434，904給出了利用恆定亮度的圖象，對一種X光檢查裝置的暈逝效應的測量。
專利No．5，576，797給出了帶有聚焦檢測裝置的攝象機的暈逝效應的檢測。
專利No．5，381，174給出了通過使用場頻鋸齒信號對變焦鏡頭操作帶來的暈逝效應的校正。
專利No．4，816，663給出了攝象鏡頭和聚焦檢測光學系統之間的暈逝的檢測。
與個人電腦一起用於電子會議的數字攝象機已經變得越來越便宜。這迫使攝象機製造商使用更便宜的而暈逝效應更嚴重的鏡頭。另外，價格壓力迫使製造商使用更少的半導體晶片，因而使得利用半導體存儲器存儲暈逝校正可望而不可及。因此，對製造商來說成本不貴，又可以校正低價格鏡頭暈逝效應的數字攝象機是市場所需求的。
本發明提供了一種用於構造其電路硬體具有暈逝校正功能的低成本攝象機的方法和裝置。硬體可以通過使用寄存器存儲對應於攝象機中使用的特定鏡頭的暈逝量的一個常數值進行編程。這個寄存器值被送到硬體校正電路，該電路實現對取決於象素位置的象素暈逝量進行校正的算法。
因此，本發明在製造時，通過簡單地把不同的計算值編程到寄存器內，在攝象機裡允許使用不同供應商的鏡頭或不同的鏡頭類型。傳感器的原始數據被變換為數字形式後，對它進行校正。因而，數據在可選的收集傳感器數據的統計信息和為通過總線傳輸數據到主機而進行的數據壓縮之前得到校正。本發明的暈逝校正保持了圖象解析度並允許實時處理。它也使得統計信息的收集更精確，因而使得主機的自動增益控制(AGC)和自動白平衡(AWB)更精確。
為了進一步了解本發明的本質和優點，應參考如下帶有附圖的描述。
圖1是演示暈逝效應的象素陣列和亮度曲線圖。
圖2是根據本發明的一個實施例的具有暈逝校正功能的攝象機和計算機系統的方框圖。
圖3是根據本發明的硬體暈逝校正電路的一個實施例的方框圖。
圖1給出了一個象素陣列11和Y軸上對應的亮度曲線13。坐標為(x0，y0)的中心象素14對應於鏡頭的最大亮度點。第二個象素樣點15接近最小亮度，它給出了在曲線13和最大亮度值16之間暈逝效應的不同。本發明在X和Y兩個軸上進行暈逝效應校正。
在一個實施例中，給出了用rT表示的一個門限，在門限內時，曲線13接近最大值16，則不需要進行暈逝校正。可替代地，可以對所有的象素進行校正而不考慮避免在rT點的過渡效應。
圖2給出了實現本發明暈逝校正功能的一個攝象機和計算機系統。給出的是攝象機17和主機18。視頻攝象機包含一個鏡頭10和一個諸如CMOS或CCD的光敏傳感器陣列12，並被連接到USB(通用串行總線)20上。
來自CMOS晶片的信號被送到模擬前端40，它包含一個差分放大器或相關雙倍採樣器(CDS)42，它產生模擬信號送到自動增益控制(AGC)電路44。然後數據被送到模數變換器(ADC)46。在一個實施例中，傳感器和模擬前端被集成在一個單一晶片內。
數位化信號，不是象從前那樣被存儲在幀緩存器內，而是被直接送到數字處理電路48。信號首先被送到視頻數位訊號處理器50，它完成壓縮、限幅、定標、數字濾波和其他數據處理功能。
從視頻DSP 50輸出的數據送到總線接口54，它包含總線控制器緩存器56和總線控制器58。優先考慮地，總線控制器緩存器56有能力以最大可能速率存儲兩個USB幀，或2K字節。取決於幀速率、壓縮率等等，它一般最大可以變化到10行，或者如果進行了抽樣甚至可達15-20行。
總線控制器58在線60上產生一個控制信號到定時發生器62。定時發生器62在線64上產生一個時鐘信號到CMOS晶片12。時鐘信號64包括水平和垂直傳輸脈衝。在一個實施例中，模擬前端40和定時發生器62作為CMOS陣列12被集成在同一塊半導體基片41上。
DSP單元50包含一個根據本發明的暈逝校正電路70。這個電路利用存儲在常數寄存器72的一個常數值完成暈逝校正。取決於選定的鏡頭10，其特定的暈逝量可被用於提供常數72。因而，通過簡單地把不同的常數值編程到寄存器72，在製造攝象機時可以使用不同的鏡頭。這允許採用多家貨源的鏡頭，並允許針對各種紛繁複雜的鏡頭的質量變化進行補償。
正如所見，在統計單元74收集要傳輸到主機處理器18的統計信息之前進行暈逝校正，另外，它也在總線接口54完成的任何壓縮之前進行校正。
在總線20的主機一側，主機18包含一個彩色處理單元76，它基於提供給它的統計信息完成AGC和AWB(自動白平衡)校正。因為暈逝校正是在統計之前進行的，所以這種處理更為精確。另外，在壓縮和通過總線傳輸之前進行暈逝校正的應用也改善了信號的精確度。如圖所示，在彩色處理之後，信號被送到顯示器78。
一個用於實現執行暈逝校正的硬體的方程的實施例在下面給出。一個低質鏡頭的暈逝效應的模型可被認為是，在鏡頭的中心直接通過，而在鏡頭邊緣附近是一條拋物線。變換功能是各向同性的。令pi和po分別為暈逝校正前和校正後的象素值，x0和y0是鏡頭中心的坐標(如果鏡頭被正確安裝，也應是圖象的中心)。那麼，po=pi*(a*r2+1)=pi*(a*((x-x0)2+(y-y0)2)+1)『a』一個小的正的常數。考慮到可靠性，最大50％的暈逝可以得到校正，即1．0=0．5*(a*(176*176+144*144)+1)a=1．9338*10-5被226歸一化後，a=1298。通過在0～1023範圍內對a加以限制，並執行逆運算，最大可校正暈逝是56％。
注意，在上面給出的公式中，沒有考慮象素的比例。對於正方形象素，方程是準確的，對於12／11的象素縱橫比，結果略有偏差。如果傳感器格式是非定標QCIF(通過丟棄水平和垂直方向的每一個其他象素，從CIF中二次採樣獲得的QCIF)，a也要被1／4定標。
如果yi是10比特，(x-x0)2和(y-y0)2是16比特(用於CIF格式)，且yo是10比特，那麼可以確定a需要是10比特(0到1023)。
圖3是一個用於實現上述方程的硬體系統的實施例的方框圖。具體地說，一個可選的選通電路80被加到復用(MUX)器82的選通輸入端。在象素的位置小於門限r2時，線84上的輸入象素pi直接通過而成為線86上的輸出象素po。如果大於門限，則通過用圖3所示硬體實現上述公式來進行暈逝校正。
具體的說，象素的當前x值xi被送到算術電路88，在這裡減去中心象素的坐標x0，然後作為兩個數值通過復用器90送到乘法器92，對它進行平方運算，所得結果在加法／累加器94內被累加。同樣地，y值yi被送到電路96，在這裡得到與中心象素的坐標y0的差值。它同樣地作為兩個數值通過復用器90送到乘法器92，在這裡它被平方並被送到加法／累加器94，在累加器它與x軸差值的平方相加。復用器的使用只是為了通過時分復用，允許使用同一個乘法器92進行兩次計算。顯然，一個替代方案就是提供兩個單獨的乘法單元。
然後累加器94的輸出被送到第二個乘法器96，在這裡它與來自寄存器72的常數值相乘，然後在單元98中減去值1，所得值在乘法器100與pi相乘，在線102上產生的輸出通過復用器82送到輸出線86。顯然，可以提供不同的電路，諸如使用同一個乘法電路代替乘法器92、96和100，乘法器在不同的時隙用作不同的用途。
可選電路80提供了一個比較器104，它把加法／累加器94的輸出(徑向範圍值x2+y2)與寄存器106內的徑向值門限比較。
優選地，常數a有與象素值pi一樣多的比特數。因此，如果pi是10比特，而x和y值是16比特，則a應該是10比特。如果傳感器格式是非定標的QCIF(剪輯過的)，則a也可以用1／4定標。因而，在暈逝校正之前圖象被剪輯時，就進行了校正。
另外，對於TV要用的有縱橫比的象素，可以通過把y值乘以11／12進行校正。
在一個實施例中，只在一個預定直徑範圍外進行校正。它假定在鏡頭中心附近的效果是令人滿意的，這經常是一個合理的假定。通過這樣做，可以得出一個更為精確的校正模型。令rT是在它內部的暈逝效應可以忽略的直徑，那麼，如果r＜=rT，po=pi，如果r＞=rT，po=pi*(a*(r2-rT2)+1)=Pi*(a*(((x-x0)2+(y-y0)2)-((xT-x0)2+(yT-y0)2)+1)本發明允許鏡頭的多樣化，同時允許採用更便宜的鏡頭。它在主機處改進了AGC和AWB。另外，它允許更好地進行目標運動跟蹤。目標運動是通過假定當目標運動到傳感器邊緣時亮度值相同來判斷的，因此可以通過尋找相同的亮度值進行跟蹤。顯然，暈逝效應可以威脅到目標定位的努力。這可以通過在傳感器附近進行暈逝校正來克服。本發明也提供了改進的視頻質量。
同樣，通過諸如通用串行總線(USB)等總線來傳輸圖象，需要進行圖象壓縮，讓主機做暈逝校正會導致降低精度。本發明在總線的傳感器一側提供暈逝校正的方案實現了在為通過總線傳輸而進行的壓縮之前進行校正。
正如本技術領域內的人可以理解的，本發明可以以不脫離其必要特徵的其他特定形式體現，因此，前面的描述被認為是示意性的和非嚴格限定的，本發明的範圍通過附加的權利要求來指明。
權利要求
1．一種用於製造連接到計算機的攝象機的方法，包括確定第一個鏡頭的暈逝效應；在第一個鏡頭的機殼內安裝上述第一個鏡頭；確定第二個鏡頭的暈逝效應；在第二個鏡頭的機殼內安裝上述第二個鏡頭；把一個光傳感器陣列安裝在每一個機殼內上述鏡頭後面；把一個模擬處理電路耦合到每一個上述光傳感器陣列；把一個模數變換器耦合到上述模擬處理電路；把一個數字處理電路耦合到每一個上述模數變換器的輸出端，所述數字處理電路包括一個用於存儲對應於上述鏡頭暈逝率的常數的寄存器，一個耦合到上述寄存器的校正電路，它根據使用上述常數值的一個公式校正選定象素的值，來校正上述鏡頭的暈逝效應；為了連接到總線以便把數據傳輸到上述計算機，把一個總線接口電路耦合到每一個上述數字處理電路的輸出；把第一個常數值存儲在上述第一個攝象機機殼內的寄存器，所述第一個常數值對應於上述第一個鏡頭的暈逝效應；把第二個常數值存儲在上述第二個攝象機機殼內的寄存器，所述第二個常數值對應於上述第二個鏡頭的暈逝效應。
2．權利要求1的方法，其中上述校正電路不校正距上述鏡頭中心一定距離內的象素值。
3．權利要求1的方法，其中上述校正電路也校正有縱橫比的象素。
4．權利要求1的方法，其中上述常數的比特數等於代表上述選定象素亮度的比特數。
5．權利要求1的方法，其中上述校正電路進一步包括一個用於對上述常數定標的定標輸入。
6．一個連接到計算機的攝象機，包括鏡頭；安裝在鏡頭後面的光傳感器陣列；耦合到上述光傳感器陣列的模擬處理電路；耦合到上述模擬處理電路的模數變換器；耦合到每一個上述模數變換器的輸出的數字處理電路，所述數字處理電路包括用於存儲對應於上述鏡頭暈逝率的常數的寄存器，耦合到上述寄存器的校正電路，它根據使用上述常數值的一個公式校正選定象素的值，來校正上述鏡頭的暈逝效應；耦合到上述數字處理電路的輸出的總線接口電路，用於連接到總線以便把數據傳輸到上述計算機。
7．權利要求6的攝象機，其中上述校正電路不校正距上述鏡頭中心一定距離內的象素值。
8．權利要求6的攝象機，其中上述校正電路也校正有縱橫比的象素。
9．權利要求6的攝象機，其中上述常數的比特數等於代表上述選定象素亮度的比特數。
10．權利要求6的攝象機，進一步包括一個用於對上述常數定標的上述校正電路的定標輸入。
全文摘要
本發明提供了一種用於構造其電路硬體具有暈逝校正功能的低成本攝象機的方法和裝置,硬體可以通過使用寄存器存儲對應於攝象機中使用的特定鏡頭的暈逝量的一個常數值進行編程。這個寄存器值被送到硬體校正電路,該電路實現對取決於象素位置的象素暈逝量進行校正的算法。
文檔編號H04N5/335GK1292622SQ0011998
公開日2001年4月25日 申請日期2000年6月30日 優先權日1999年6月30日
發明者李偉 申請人:羅技電子股份有限公司