TW425816B - Improved dark frame subtraction - Google Patents
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Description
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第5頁 425816 五、發明說明(2) 彩内容。 除了製造處理的變化之外,製造該影像偵測器之該等半 導體結構内的熱處理和缺點,亦可於一影像化系統的回應 中導致些微的偏差。此處,該等偏差意指為暗補償雜訊= 該暗補償雜訊的貢獻者為漏電電流(暗電流)和該影像偵測 器中每一個偵測器電路元件中的電路補償。該暗補償雜訊 潜透在每一個圖形圖框中。 可藉和該影像偵測器擷取的該圖形圖框分開的一個暗圖 框,代表該等漏電電流,並進而代表該暗補償雜訊。大部 分的影像化系統企圖僅藉消除該圖形圖框中的該暗圖框,w 抵消該暗補償雜訊至一第一個等級*以獲得一校正的圖 框。該圖形圖框為該期望景物的一個影像,且該暗圖框, 為以該相同的照相機(但該照相機的機械快門為關閉的, 以便沒有光入射在該影像偵測器上)獲得之另一個影像。 藉抵消該圖形圖框中該暗補償雜訊至一有限的等級,該消 除改良了該校正圖框中該影像的品質。否則,該雜訊將導 致該未校正的圖形圖框t出現斑點和多粒狀。 該上述傳統的暗電流消除技藝,可和傳統的校正技藝結 合,以於校正的精確性中達成某種程度的改良。然而,該 一種技藝無法根據CMOS影像偵測器上使用之一校正設計的》 測量能力分析,提供足夠精確和可重複的結果。因此,更 進一步改良影像偵測器該校正的精確性和可重複性係較可 取的。 總結
425816 五、發明說明(3) 於一個體系中,在一種"根據一圖形圖框其暗參考像素 有關的補償值,調整一暗圖框至少一部分"之方法上,引 導本發明。從該相同的影像偵測器中,獲得該暗圖框和該 圖形圖框。此產生一調整的暗圖框部分,並接著從該圖形 圖框一相對應的部分消除該一調整的暗圖框部分。 圖式簡單說明 圖1提出本發明一個體系之一個架構; 圖2例證說明圖1該架構中執行之一連串的操作; 圖3例證說明根據本發明另一個體系、獲得一調整暗圖 框之技藝; 圖4例證說明根據本發明又另一個體系、獲得一調整暗 圖框之技藝; 圖5例證說明根據本發明一個體系、獲得調整影片圖框 之技藝;及 圖6例證說明作為本發明另一個體系、一影像處理系統 之方塊圖。 詳述 如上簡短地概述,於一個體系中,本發明為一種藉消除 該圖形圖框中一理想暗圖框的一較佳估計,用以改良該製 造測試和校正精確性、同時改良該等影像偵測器和影像化 系統性能之方法。該理想暗圖框為一個假想的圖框,於擷 取該圖形圖框的同時擷取該理想暗圖框。然而,實際上, 該等暗圖框和圊形圖框係在不同的時間擷取的。即使該等 圖框間只有一秒的時間差,亦可導致該影像偵測器溫度的
O:\58\58549.ptd 第7頁 425 8 彳 6 五、發明說明(4) 改變,且就該理想暗圖框而言,必然也導致該暗圊框包含 實質的錯誤。於具有整合功能的偵測器(如CMOS影像偵測. 器)中,該溫度的改變特別強烈。 為了獲得該理想暗圖框一個更精確的估計,故根據一利 用該相同影像偵測器擷取之圊形圖框中其暗參考像素有關 的補償值,調整該暗圖框。因於擷取該剩餘的圖形圖框 時,同時擷取該等暗參考像素,故可將該等暗參考像素考 慮為該理想暗圖框的一部分,並因此可利用該等暗參考像 素更佳的估計該理想暗圖框。 圖丨和圖2例證說明本發明的一個體系,作為一種藉執行 一調整暗圖框消除、改良一影像偵測器該回應精確性之方 法。於圖1中,顯示兩個圖框,一個暗圖框11 6和一個圖形 圖框1 2 6。於無特殊的次序下,從該相同的影像偵測器中 獲得該等圖框。每一個圖框包含該暗圖框中的若干參考像 素1 1 2和該圖形圖框中的若干參考像素1 2 2,該等參考像素 典型地位於該每一個圖框的周圍。該等參考像素已知為偵 測器元件產生的暗參考像素,且未曝光至任何入射光中。 圖形圖框1 2 6包括一個Fp部分,於該體系中,Fp代表一個 利用該影像偵測器擷取到之景物的完整影像。該等產生Fp 的偵測器元件,亦以一不同的曝光時間產生暗圖框11 6的 X FD. 。FD.中的一個像素,僅包含一"暗電子"中的貢獻’然 而,Fp中該相對應的像素,卻包含該相同偵測器元件暗電 子和殘像電子中的貢獻。’然而,由於擷取圖形圖框1 2 6的 時間和擷取暗圖框I 1 6的時間之間,該影像偵測器中顯影
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O:\5S\58549.ptd 第9頁 五、發明說明(6) 一個通訊定義表中,將利用該校正的圖形圖框,判定該影 像偵測器的一個色彩校正矩陣。一旦該色彩校正設計利用 該技藝中已知的技藝時,即可藉執行一個測量能力分析, 察知消除該暗圊框一改良估計的效杲。 於改良該偵測無效像素的精確性中,該校正的圖形圖框 部份亦為有效的。減少該圖形圖框部分Fp中消除之該暗圖 框部分F ’ d中的錯誤,以協助更佳地辮識Fp中該等真正無效 的像素,即具有極高或極低像素值的像素。 圖1該體系中該等暗參考像素R;,於圖形圖框1 2 6中至少 形成一行的像素。正常地來說,Ri利用兩行或三行,其中 該等選取的行位於一群暗參考行的中間。選取該等中間的 行,以避免使用曝光偵測器電路元件所產生、靠近Fp邊界 的像素之可能性。如是,就一個最大解析度為1 〇 2 4 X 7 6 8的 影像偵測器而言,圖1方程式(1 - 1)中的N將近似數千。 如該等R;行的一個選擇,圖3顯示一群包括列和行的暗 參考像素Si,形成圍繞該Fp部分的一個邊界。於該體系 中,該等補償值和暗參考像素Si的一個總和有關,如方程 式(3 - 1 )所示。此導致亦從F u \相對應的圖形圖框部*FP 中消除調整的圖框部份F \,以給定一個校正的圊形圊 框部分,如方程式(3 - 2 )所示。 又於圖4所示之另一個體系中,將該等暗參考像素形成 如若干個部分Ί\,T2,…,TQ。於該事例中,暗圖框1 1 6分 割成F’ DI. ,F’ D2. ’…’ F’阶,其中根據該等個別的參考像 素η有關的補償值,調整每一個個別的部份F ’ Dj,如方程
O:\58\58549.ptd 第10頁 425816 五、發明說明(7) 式(4-1 )所示。一旦調整了該等所有的F’ Dj部分,即各別地 從F’ h相對應的圖形圖框部分FPi中消除每一個F’ Dj,如方程 式(4-2)所示,以獲得該等個別的校正圖形圖框FPKtti)。藉 著這種方式處理暗圖框1 1 6,可減少暗圖框1 1 6中因橫過該 影像偵測器一溫度斜率所導致的錯誤。 如將圖4中的圖形圖框1 2 6分斷,而導致一校正的圖形圖 框於該等相鄰的校正部分FPKtei)之間的邊界中有接縫,則 可藉,例如引用一個裝置相關環境(D C)匹配通則至該等相 鄰的校正部分,以移除該等接缝。例如,一個已知的DC匹 配通則,如一個用於結合攝影專家群組(JPEG)擴充之DC匹1 配通則,可利用.該通則允許該相鄰校正部分間的邊界,以 一 J P E G的巨集區塊排成行列。 到目前為止,該說明以描述了減少暗圖框1 1 6中錯誤的 技藝,其中可因擷取該圖形圖框的時間和擷取該暗圖框的 時間之間該影像偵測器中一溫度差異,而導致該等錯誤。 特別是,圖4的該體系亦導引出一橫過該影像偵測器一溫 度斜率所導致的錯誤。又,對該暗圖框11 6中的錯誤之第 三個貢獻為隨機雜訊。隨機雜訊導致隨機像素的像素值 中,在該暗圖框和該圖形圖框兩種圖框中均具有隨機偏 差。一般而言,和一溫度差異或溫度斜率所導致的該等錯^ 誤相對比,無法抑制或校正隨機雜訊錯誤用以利用上述該 等調整暗圖框消除的技藝。然而,為了更進一步減少該暗 圖框中的隨機雜訊,可將該等技藝和一個利用較大整合或 曝光時間以獲得厂D(和獲$Fp的時間比較)之技藝相結合。
425816 五、發明說明(8) 為了更進一步協助減缓隨機雜訊,可修改上面圖卜圖4 的該等體系,使獲得暗圖框1 1 6所使用的整合時間,比獲 得圖形圖框1 2 6所使用的整合時間長。除了 一根據第二個 補償值、調整F ’ D的補充步驟之外,其它方面均維持和該 等上述的方法相同,其中該等第二個補償值和該暗圖框之 較長的整合時間有關。例如,將圖1方程式(1 -1 )中該調整 的暗圖框部分F ’’ D更進一步調整如下: F,,1 ’ D = F’ * D X t/t,,t,>t 其中t為用以獲得圖形圊框1 2 6的整合時間,t ’為暗圖框 1 1 6中該等相對應像素之較長的整合時間。 到目前為止,當描述本發明該等不同的體系時,該說明 均意指一單一的圖形圖框和一單一的暗圖框。圖5說明本 發明的另一個體系,特別可應用至一圖形圖框序列1 2 6M1 , 1 2 6M2,…,且可利用該圖形圖框序列擷取該景物中的移 動。可將上述討論該等單一圖框體系的原則,延伸至一多 重圖形圖框序列。於圖5中*說明該相同影像偵測器擷取 之一連_獨立的移動圊框MFk。藉消除一調整的暗圖框 F’ ’ Dk,校正該等MFk圖框,如(5- 1)所示。於該體系中,藉 擷取該等移動圖框該之該相同的影像偵測器,獲得一單一 的暗圖框1 1 6D。根據該個別的移動圖框1 2 6ΜΚ該等暗參考像 素MRki有關的補償值調整F’ D,以獲得每一個調整的暗圖框 部份F’ ’Dk,如(5-2)所示。因此,從該個別的MFk中消除該 等調整的暗圖框部分F’ \k_,以獲得該校正的移動圖框部分 MFk(校正)。
第12頁 425816 五'發明說明(9) 如利用一單一的暗圖框11 6之另一選擇性,可擷取一個 以上的暗圖框,並用於該等移動框1 2 6Mk上。例如,可擷取 一獨立的暗圖框,並用以調整每五個的移動圖框。以此方 法,可藉著將該暗圖框和其相關的移動圖框在時間中相互 保持的更密接,因而在溫度中更密接,以更佳的估計該理 想暗圖框(因該影像偵測器的溫度隨著連續圖框而變)。 圖6例證說明本發明的數個體系,作為一影像化系統部 分的裝置。於一個體系中,架構一個裝有邏輯電路(如一 個特別應用積體電路(AS 1C))的影像器模組618(如提供給 一個數位照相機原始設備製造商),執行圖2的步驟 2 1 0 - 2 4 0,以改良該模組上該影像偵測器6 1 7回應的精確 性。藉由一個可移式、非揮發性的儲存裝置或一個電腦週 邊裝置匯流排(例如萬用序列匯流排),將該等校正的圖形 或移動圖框轉移至一個處理系統6 1 0中。接著,可更進一 步的處理該等校正的圖形圖框,並根據已知的技藝利用該 等校正的圖形圖框,如用於色彩校正或用於顯示前的影像 處理。 如該特殊應用邏輯電路之另一選擇性,可利用一程式化 的處理器,執行"調整該等暗圖框”和M在該等圖形圖框中 執行消除M之該等步驟。於該事例中,影像器模組6 1 8或數 位照相機6 1 4將包括一個物件,該物件包括一個機器可判 讀媒體,如包含指令的半導體記憶體,當該處理器執行該 等指令時,則導致執行圖_2的該等步驟。 於本發明該等上述的影像器模組和數位照相機體系中*
第13頁 4258 1 6 五、發明說明(ίο) 先校正該等圖形或移動圖框,並接著將其轉移至處理系統 6 1 0 (例如一個電腦)中。選擇性地,可藉影像處理系統6 1 0 執行該校正。於該事例中,安裝系統6 1 0,使一旦從影像 器模組6 1 8或數位照相機6 1 4中接收到未校正的暗圖框和圖 形圖框時,即執行圖2的該等步驟。於該體系中,記憶體 6 3 0和/或大量儲存體裝置6 3 4 (例如硬碟機)將包括指令, 當處理器6 2 6執行該等指令時,將導致該等未校正的暗圖 框和圖形圖框於調整和消除之前(圖1 - 5 ),先經由輸入/輸 出控制裝置622(例如USB控制器)轉移至系統610中。 當然,本發明該等上述的體系受制於其它變化的結構和^ 執行。例如,雖然在補償CMOS偵測器的暗電流雜訊上,上 述該等調整的暗圖框消除技藝特別有效,但可於其它型態 的影像偵測器,如紅外線熱影像化和電荷耦合元件装置 (CCD)偵測器中,引用該等技藝以減緩暗電流不良的效 果《—般而言,不應以該等例證說明的體系判定本發明的 範疇,而應藉該附加的申請專利範圍及其合法的同義性作 判定。
第14頁
Claims (1)
- 425816 六、申請專利範圍 1 , 一種方法,包括: 根據一與圖形圖框之暗參考像素有關的補償值,調整一 暗圖框至少一部分,以獲得一调整的暗圖框部分,已從該 相同的影像偵測器中,獲得該暗圖框和該圖形圖框;以及 從該圖形圖框一相對應的部分中,消除該調整的暗圖框 部分,以獲得一校正的圖形圖框。 2. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該等補償值1與 該圖形圖框中_該等暗參考像素的加總對該暗圖框中相對應 像素的加總之比率有關。 3. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該暗參考像素於一 該圖形圖框中形成至少一個像素行。 4. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該調整的步驟包 括: 根據該等暗參考像素有關的補償值,調整該暗圖框的多 個部分,以獲得多個調整的暗圖框部份, 且其中該消除的步驟包括: 從該圖形圖框一相對應的多個部分中,消除該等多個調 整的暗圖框部分,以獲得多個校正的部分。 5. 如申請專利範圍第4項之方法,更進一步包括: 移除該等多個校正部分間的任何接縫。 ~ 6. 如申請專利範圍第1項之方法,更進一步包括: 根據第二補償值調整該暗圖框,該等第二補償值與用於 獲得該圖形圖框和該暗圖'框的整合時間有關,該暗圖框的 積分時間比該圖行圖框的積分時間長。-425816__ π、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第1項之方法,更進一步包括: 於獲得該校正的圖形圖框之後,產生該影像偵測器的一 , 個色彩校正矩陣= 8. 如申請專利範圍第1項之方法,更進一步包括: 福測該校正的圖形圖框中無效的像素3 9. 一種方法1包括: 根據一暗圖框和多個個別的圖形圖框,產生多個調整的 暗圖框部分,根據該個別的圖形圖框其暗參考像素有關的 補償值,藉調整該暗圖框的一部份,獲得每一個調整的暗 圖框部分,已利用該相同的影像偵測器獲得該等個別的圖 γ 形圖框和該暗圖框;以及 從該等多個個別的圖形圖框中,消除該等多個調整的暗 圖框部分,以獲得多個校正的圖形圖框。 1 0. —種影像器,包括: 一個影像偵測器; 利用一第二個縮放因素,量化該等和該等非DC子象限相 關的Haar係數;以及 邏輯電路,架構成根據一圖形圖框其暗參考像素有關的 補償值,調整一暗圖框的至少一部分,以獲得一調整的暗 圖框部分,已從該影像偵測器中獲得該暗圖框和該圖形圖 ^ 框,並從該圖形圖框一相對應的部分中消除該調整的暗圖 框部分,以獲得一校正的圖形圖框。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之影像器,更進一步包括: 用以將該校正的圖形圖框轉移至一影像處理系統之裝第16頁 4 258 ί ρ 六、申請專利範圍 置。 1 2.如申請專利範圍第1 0項之影像器,更進一步包括: 可移除非揮發性儲存裝置,用以將該校正的圖形圖框轉 移至一影像處理系統。 1 3. —種物件,包括: —個機器可判讀之媒體,具有指令當由一個處理器執行 時,使得: 根據一與圖形圖框之暗參考像素有關的補償值,調整一 暗圖框至少一部分,以獲得一調整的暗圖框部分,已從該 相同的影像偵測器中,獲得該暗圖框和該圖形圖框;以及w 從該圖形圖框一相對應的部分中,消除該調整的暗圖框 部分,以獲得一校正的圖形圖框。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之物件,更進一步包括: 可移除非揮發性儲存裝置*其中該機器可判讀媒體具有 更進一步的指令,當該處理器執行該等指令時,更進一步 使得產生該等補償值,其與該圖形圖框中該等暗參考像素 的一加總對該暗圖框中相對應像素的一加總之比率有關。第17頁
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