TWI645720B - 影像處理裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種影像處理方法，應用於一裝置，此裝置包括感測器及連接該感測器的處理器，感測器包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外光，處理器執行影像處理方法包括：根據三原色光對紅外光的串音干擾以計算在無三原色光的串音干擾下紅外光的一真實響應值；根據紅外光的真實響應值對三原色光的串音干擾以計算在無紅外光的串音干擾下三原色光的一真實響應值；以及根據紅外光的真實響應值的亮度與三原色光的真實響應值以增強影像的亮度。

Description

影像處理裝置及方法
本發明關於一種影像處理，特別是一種關於紅外線IR訊號的影像處理裝置及方法。
傳統RGB感測器在低光源的環境具有感光度不足的限制，現今一般監視應用等級的影像擷取裝置使用紅外截止濾波器(IR Cut Filter)，分別在日間模式輸出RGB彩色影像及夜晚模式打開人眼看不到的紅外線(IR)主動光源藉以輸出亮度充足的IR影像。然而，機械性的紅外截止濾波器裝置本身容易因為使用過度而損壞，體積及成本也是相對的增大。近年來，由於IR影像逐漸被應用於人臉辨識、瞳孔辨識、深度辨識，如何在有限的機構空間加入IR影像特色，需求便轉向新型的混合型RGBIr感測器。
因為不再使用紅外截止濾波器，所以當環境光線中有IR成分時，都會透過混合型RGBIr濾波陣列中的IR像素吸收感光，然而在R/G/B/IR光譜中，本身就會有重疊的狀況。現今的感測器製造技術並無法完全的阻隔吸收非來自顏色訊號，因此在具有高度IR成分的光能量時，物體顏色就會受到IR串音干擾(Crosstalk)影響發生色彩偏移的色彩流失(color washout)現象。
本發明提出的影像處理裝置及方法可以降低RGB彩色影像受到IR串音干擾的影響，也可以改善RGB彩色影像色彩偏移而造 成色彩流失的現象。
本發明實施例提供一種影像處理裝置，包括：一感測器，包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外光；以及一處理器，連接該感測器；其中，該處理器根據該三原色光對該紅外光的串音干擾以計算在無該三原色光的串音干擾下該紅外光的一真實響應值；其中，該處理器根據該紅外光的該真實響應值對該三原色光的串音干擾以計算在無該紅外光的串音干擾下該三原色光的一真實響應值；其中，該處理器根據該紅外光的該真實響應值的亮度與該三原色光的該真實響應值以增強該影像的亮度。
本發明實施例提供另一種影像處理裝置，包括：一感測器，包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外光；以及一處理器，連接該感測器，該處理器根據每一原色光對該紅外光的一串音干擾程度參數以計算對應該原色光的該紅外光的一第一串音響應值、根據該三原色光的該第一串音響應值與該三原色光對該紅外光的一串音干擾比重以計算該紅外光的一第二串音響應值、以及將該第二串音響應值減去一干擾響應值以取得在無該三原色光的串音干擾下該紅外光的一真實響應值。
本發明實施例提供又一種影像處理裝置，包括：一感測器，包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外光；以及一處理器，連接該感測器，該處理器根據該紅外光的一真實響應值對每一原色光的一距離響應參數以計算該原色光的一第一串音響應值、根據該影像的一影像位元長度與該原色光的該距離響應參數以計算該原色光的一映射比例、以及根據該原色光的該第一串音響應值與該映射比例以取得在無該紅外光的串音干擾下該原色光的一真實響應值。
本發明實施例提供再一種影像處理裝置，包括：一感測器，包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外 光；以及一處理器，連接該感測器，該處理器計算一第一比例的該紅外光的一真實響應值以取得一第一亮度分量、計算一第二比例的該紅外線的該真實響應值以取得一第二亮度分量、依據該第二亮度分量與每一原色光的一真實響應值對該影像的一影像位元長度的比例以取得一第三亮度分量、以及將該原色光的該真實響應值、該第一亮度分量、及該第三亮度分量相加以增強該影像的亮度。
本發明實施例提供一種影像處理方法，應用於一裝置，該裝置包括一感測器及連接該感測器的一處理器，該感測器包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外光，該處理器執行該影像處理方法包括：根據該三原色光對該紅外光的串音干擾以計算在無該三原色光的串音干擾下該紅外光的一真實響應值；根據該紅外光的該真實響應值對該三原色光的串音干擾以計算在無該紅外光的串音干擾下該三原色光的一真實響應值；以及根據該紅外光的該真實響應值的亮度與該三原色光的該真實響應值以增強該影像的亮度。
本發明提出的影像處理裝置及方法可修正鏡頭的角度偏移(angular shift)現象以重建色彩誤差、可消除硬體暗電流效應以準確還原色彩表現、可補償RGB色彩的響應值動態範圍以減少色偏現象、以及在低光源環境下仍可透過IR主動光源以增強RGB彩色影像的亮度。
為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
1‧‧‧影像處理裝置
2‧‧‧感測器
3‧‧‧處理器
4‧‧‧紅外光源發射器
S101、S103、S105、S301、S303、S305、S501、S503、S505、S701、S703、S705、S707‧‧‧步驟
圖1是本發明一實施例的影像處理裝置示意圖。
圖2是本發明一實施例的影像處理方法示意圖。
圖3是本發明另一實施例的影像處理方法示意圖。
圖4是本發明又一實施例的影像處理方法示意圖。
圖5是本發明再一實施例的影像處理方法示意圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但此等元件或信號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
圖1是本發明一實施例的影像處理裝置示意圖。本發明的影像處理裝置1包括：感測器2、處理器3、及紅外光源發射器4，其中處理器3連接感測器2及紅外光源發射器4。感測器2包括多個像素點，感測器2用以感測影像，像素點用以感測影像的三原色光(RGB colors)及紅外光(IR ray)，其中像素點可為陣列或任意排列方式，本發明不以此為限。處理器3用以執行影像處理方法。紅外光源發射器4用以發射IR主動光源。
圖2是本發明一實施例的影像處理方法示意圖。當在環境光源充足的情況下，感測器2感測影像的三原色光RGB及紅外光IR 以便處理器3執行影像處理方法。當在環境光源不足的情況下，紅外光源發射器4發射IR主動光源以使得物件得以反射紅外光IR，而感測器2感測影像的三原色光RGB及紅外光IR以便處理器3執行影像處理方法。處理器3執行影像處理方法包括：S101：根據三原色光RGB對紅外光IR的串音干擾(crosstalk)計算在無三原色光RGB的串音干擾下紅外光IR的真實響應值(true response value)以便輸出IR影像；S103：根據紅外光IR的真實響應值對三原色光RGB的串音干擾計算在無紅外光IR的串音干擾下三原色光RGB的真實響應值以便輸出RGB影像；以及S105：根據紅外光IR的真實響應值的亮度與三原色光RGB的真實響應值增強影像的亮度以便輸出增強型RGB影像。
圖3是本發明另一實施例的影像處理方法示意圖。步驟S101中，處理器3根據三原色光RGB對紅外光IR的串音干擾以計算在無三原色光RGB的串音干擾下紅外光IR的真實響應值包括：S301：根據每一原色光對紅外光IR的串音干擾程度參數以計算對應每一原色光的紅外光IR的第一串音響應值；S303：根據三原色光RGB的第一串音響應值與三原色光RGB對紅外光IR的一串音干擾比重以計算紅外光IR的第二串音響應值；以及S305：將第二串音響應值減去一干擾響應值以取得在無三原色光RGB的串音干擾下紅外光IR的真實響應值。
處理器3計算在無三原色光RGB的串音干擾下紅外光IR的真實響應值的方程式如下表示。
IRcrosstalk_R=IRori-α1Rori
IRcrosstalk_G=IRori-α2Gori
IRcrosstalk_B=IRori-α3Bori
IRcrosstalk_RGB=β1 IRcrosstalk_R+β2 IRcrosstalk_G+β3 IRcrosstalk_B
IRoutput=IRcrosstalk_RGB-IRoffset
其中，串音干擾程度參數αi是使用者根據感測器2吸收光譜 特性而設定的比例參數，每一原色光的串音干擾程度參數αi不相同，其中i=1~3。串音干擾比重βi是紅外光IR分別被三原色光RGB影響的比重，每一原色光的串音干擾比重βi不相同，其中i=1~3。IRori是紅外光IR的原始響應值。α1Rori是原色光R的串音干擾程度參數α1與原色光R的原始響應值Rori的乘積。IRcrosstalk_R是紅外光IR的原始響應值IRori減去乘積α1Rori後取得的紅外光IR的第一串音響應值。α2Gori是原色光G的串音干擾程度參數α2與原色光G的原始響應值Gori的乘積。IRcrosstalk_G是紅外光IR的原始響應值IRori減去乘積α2Gori後取得的紅外光IR的第一串音響應值。α3Bori是原色光B的串音干擾程度參數α3與原色光B的原始響應值Bori的乘積。IRcrosstalk_B是紅外光IR的原始響應值IRori減去乘積α3Bori後取得的紅外光IR的第一串音響應值。β1 IRorosstalk_R是原色光R的第一串音響應值IRcrosstalk_R與第一串音干擾比重β1的乘積。β2 IRcrosstalk_G是原色光G的第一串音響應值IRcrosstalk_G與第一串音干擾比重β2的乘積。β3 IRcrosstalk_B是原色光B的第一串音響應值IRcrosstalk_B與第一串音干擾比重β3的乘積。IRcrosstalk_RGB是將三原色光RGB的乘積相加後取得的紅外光IR的第二串音響應值。IRoffset是暗電流干擾響應值。IRoutput是紅外光IR的真實響應值。
步驟S101所達成的功效為找出無三原色光RGB的串音干擾與硬體影響下紅外光IR的真實響應值IRoutput。在紅外光源發射器4關閉以及感測器2感測無紅外光IR的影像時找出硬體影響的偏差，即假設環境光源並無紅外光IR且感測器2感測紅外光IR時，感測器2感測紅外光IR的響應值數值應為0，然而紅外光IR的響應值仍然存在某些數值，如不為0的數值，此時即表示硬體影響所產生的偏差，如感測器2產生干擾響應值IRoffset，其中干擾響應值不限制由感測器2產生，亦可由其他硬體所產生，本發明不以此為限。步驟S101不但扣除三原色光RGB的串音干擾，同時 也消除硬體影響所產生的響應值偏差。
圖4是本發明又一實施例的影像處理方法示意圖。步驟S103中，處理器3根據紅外光IR的真實響應值對三原色光RGB的串音干擾以計算在無紅外光IR的串音干擾下三原色光RGB的真實響應值包括：S501：根據紅外光IR的真實響應值對每一原色光的距離響應參數以計算每一原色光的第三串音響應值；S503：根據影像的影像位元長度與距離響應參數以計算每一原色光的映射比例；以及S505：根據每一原色光的第三串音響應值與映射比例以取得在無紅外光IR的串音干擾下每一原色光的真實響應值。
處理器3計算在無紅外光IR的串音干擾下三原色光RGB的真實響應值的方程式以原色光R為例如下表示。
γloc_R=f_distance(γR)
Routput=(Rori-γloc_RIRoutput)* N/(((N-1)-γloc_RIRoutput)+1)
其中，γR是感測器2的原色光R光譜特性響應參數，γloc_R是原色光R的距離響應參數，f_distance(x)是感測器2的每一原色光光譜特性響應參數隨著像素點中每一原色光與影像的中心點之間的距離遞增而線性產生距離響應參數的方程式，每一原色光的距離響應參數不相同。Rori是原色光R的原始響應值。IRoutput是紅外光IR的真實響應值。γloc_RIRoutput是紅外光IR的真實響應值IRoutput與對原色光R的距離響應參數γloc_R的乘積。(Rori-γloc_RIRoutput)是原色光R的原始響應值Rori減去乘積γloc_RIRoutput後取得原色光R的第三串音響應值。N是影像的影像位元長度，即N=2j，j=位元數。(((N-1)-γloc_RIRoutput)+1)是影像位元長度N與乘積γloc_RIRoutput的差值。N/(((N-1)-γloc_RIRoutput)+1)是影像位元長度N除以差值後取得的映射比例。Routput是原色光R的第三串音響應值與映射比例相乘後取得的原色光R的真實響應值。
另外，取得原色光G與B的真實響應值的方式相似於原色光R，故於此不在贅述。因此，影像處理裝置1可分別透過三原色光 RGB的方程式以取得三原色光RGB的真實響應值。
步驟S103所達成的功效為調整受到紅外光IR影響的三原色光RGB的響應值動態範圍、找出無紅外光IR的串音干擾下三原色光RGB的真實響應值、以及修正影像的色彩誤差。假設8位元時，則N=256，即理想上三原色光RGB的響應值動態範圍為0~255。而當受到紅外光IR影響時，三原色光RGB的響應值動態範圍可能為0~k，k<255，即三原色光RGB的響應值動態範圍受到紅外光IR影響而變動，因此藉由步驟S103調整三原色光RGB的響應值動態範圍以接近影像的三原色光RGB的響應值動態範圍。另外，由於鏡頭的物理特性(角度偏移現象)，使得影像由中心到邊緣的紅外光IR滲透三原色光的程度逐漸產生偏移，因此藉由步驟S103透過影像中心點到影像上任一像素點的距離遞增而線性補償三原色光RGB的響應值以改善影像周圍因紅外光IR滲透導致色彩偏移而造成色彩流失的現象。
圖5是本發明再一實施例的影像處理方法示意圖。步驟S105中，處理器3根據紅外光IR的真實響應值的亮度與三原色光RGB的真實響應值以增強影像的亮度包括：S701：計算第一比例的紅外光IR的真實響應值以取得第一亮度分量；S703：計算第二比例的紅外線IR的真實響應值以取得第二亮度分量；S705：依據第二亮度分量與每一原色光的真實響應值對影像的影像位元長度的比例以取得第三亮度分量；以及S707：將每一原色光的真實響應值、第一亮度分量、及第三亮度分量相加以增強影像的亮度。
處理器3增強影像的亮度的方程式以原色光R為例如下表示。
Renhanced_output=Routput+IRoutput*(X-δ)/X +IRoutput*(Routput/(N-1))*(δ/X)
其中，X是混合精確度參數，δ是混合比例參數，混合精確度參數X大於0，混合比例參數δ小於混合精確度參數X。(X-δ)是混合精確度參數與混合比例參數的差值。(X-δ)/X是差值(X-δ) 除以混合精確度參數X後取得的第一比例。(δ/X)是混合比例參數δ除以混合精確度參數X後取得的第二比例。(Routput/(N-1))是原色光R的真實響應值除以影像的影像位元長度。IRoutput*(X-δ)/X是第一亮度分量。IRoutput*(δ/X)是第二亮度分量。IRoutput*(Routput/(N-1))*(δ/X)是第三亮度分量。Renhanced_output是原色光R的真實響應值Routput、第一亮度分量IRoutput*(X-δ)/X、及第三亮度分量IRoutput*(Routput/(N-1))*(δ/X)相加後增強影像的原色光R的亮度。
另外，增強影像的原色光G與B的亮度方式相似於原色光R，故於此不在贅述。因此，影像處理裝置1可分別透過三原色光RGB的方程式以增加影像的亮度。
步驟S105所達成的功效為在低光源環境下，透過IR主動光源提供的亮度，使得三原色光RGB的真實響應值加入紅外光IR的真實響應值的部分亮度以便增加RGB彩色影像的亮度。
綜上所述，本發明提供的影像處理裝置及方法，可達成的功效為修正鏡頭的角度偏移(angular shift)現象以重建色彩誤差、消除硬體暗電流效應以準確還原色彩表現、降低RGB彩色影像受到IR串音干擾的影響以改善RGB彩色影像色彩偏移而造成色彩流失的現象、補償RGB色彩的響應值動態範圍以減少色偏現象、以及在低光源環境下透過IR主動光源以增強RGB彩色影像的亮度。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (10)

  1. 一種影像處理裝置，包括：一感測器，包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外光；以及一處理器，連接該感測器，該處理器根據每一原色光對該紅外光的一串音干擾程度參數以計算對應該原色光的該紅外光的一第一串音響應值、根據該三原色光的該第一串音響應值與該三原色光對該紅外光的一串音干擾比重以計算該紅外光的一第二串音響應值、以及將該第二串音響應值減去一干擾響應值以取得在無該三原色光的串音干擾下該紅外光的一真實響應值。
  2. 如請求項1所述的影像處理裝置，其中該處理器計算每一該三原色光的該第一串音響應值與該第一串音干擾比重的一乘積並且將該三原色光的該乘積相加以取得該紅外光的該第二串音響應值。
  3. 一種影像處理裝置，包括：一感測器，包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外光；以及一處理器，連接該感測器，該處理器根據該紅外光的一真實響應值對每一原色光的一距離響應參數以計算該原色光的一第一串音響應值、根據該影像的一影像位元長度與該原色光的該距離響應參數以計算該原色光的一映射比例、以及根據該原色光的該第一串音響應值與該映射比例以取得在無該紅外光的串音干擾下該原色光的一真實響應值。
  4. 如請求項3所述的影像處理裝置，其中該處理器計算該紅外光的該真實響應值與對該原色光的該距離響應參數的一乘積並且將該原色光的一原始響應值減去該乘積以取得該原色光的該第一串音響應值，且該處理器計算該影像位元長度與該乘積的一差值並且將該影像位元長度除以該差值以取得該映射比例。
  5. 一種影像處理裝置，包括：一感測器，包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外光；以及一處理器，連接該感測器，該處理器計算一第一比例的該紅外光的一真實響應值以取得一第一亮度分量、計算一第二比例的該紅外線的該真實響應值以取得一第二亮度分量、依據該第二亮度分量與每一原色光的一真實響應值對該影像的一影像位元長度的比例以取得一第三亮度分量、以及將該原色光的該真實響應值、該第一亮度分量、及該第三亮度分量相加以增強該影像的亮度。
  6. 一種影像處理方法，應用於一裝置，該裝置包括一感測器及連接該感測器的一處理器，該感測器包括多個像素點，每一像素點用以感測一影像的三原色光及一紅外光，該處理器執行該影像處理方法包括：根據該三原色光對該紅外光的串音干擾以計算在無該三原色光的串音干擾下該紅外光的一真實響應值；根據該紅外光的該真實響應值對該三原色光的串音干擾以計算在無該紅外光的串音干擾下該三原色光的一真實響應值；以及根據該紅外光的該真實響應值的亮度與該三原色光的該真實響應值以增強該影像的亮度。
  7. 如請求項6所述的影像處理方法，其中根據該三原色光對該紅外光的串音干擾以計算在無該三原色光的串音干擾下該紅外光的該真實響應值包括：根據每一原色光對該紅外光的一串音干擾程度參數以計算對應該原色光的該紅外光的一第一串音響應值；根據該三原色光的該第一串音響應值與該三原色光對該紅外光的一串音干擾比重以計算該紅外光的一第二串音響應值；以及將該第二串音響應值減去一干擾響應值以取得在無該三原色光的串音干擾下該紅外光的該真實響應值。
  8. 如請求項6所述的影像處理方法，其中根據該紅外光的該真實響應值對該三原色光的串音干擾以計算在無該紅外光的串音干擾下該三原色光的該真實響應值包括：根據該紅外光的該真實響應值對該原色光的一距離響應參數以計算該原色光的一第三串音響應值；根據該影像的一影像位元長度與該原色光的該距離響應參數以計算該原色光的一映射比例；以及根據該原色光的該第三串音響應值與該映射比例以取得在無該紅外光的串音干擾下該原色光的該真實響應值。
  9. 如請求項8所述的影像處理方法，其中該處理器計算該紅外光的該真實響應值與對該原色光的該距離響應參數的一乘積並且將該原色光的一原始響應值減去該乘積以取得該原色光的該第三串音響應值，且該處理器計算該影像位元長度與該乘積的一差值並且將該影像位元長度除以該差值以取得該映射比例。
  10. 如請求項6所述的影像處理方法，其中根據該紅外光的該真實響應值的亮度與該三原色光的該真實響應值以增強該影像的亮度包括：計算一第一比例的該紅外光的該真實響應值以取得一第一亮度分量；計算一第二比例的該紅外線的該真實響應值以取得一第二亮度分量；依據該第二亮度分量與每一原色光的一真實響應值對該影像的一影像位元長度的比例以取得一第三亮度分量；以及將該原色光的該真實響應值、該第一亮度分量、及該第三亮度分量相加以增強該影像的亮度。
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