專利名稱：基于圖像傳感器的暈逝校正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于數(shù)字?jǐn)z象機(jī)、尤其是關(guān)于暈逝效應(yīng)校正的。
暈逝效應(yīng)是當(dāng)屏幕邊緣的亮度小于屏幕中心的亮度時(shí)，產(chǎn)生的暈影效果。職業(yè)攝影師有時(shí)故意使用合適的鏡頭或?yàn)V光器生成這樣的效果，在照片的邊緣產(chǎn)生一種柔和的圖象。然而，當(dāng)這種效果非特意地出現(xiàn)在數(shù)字照片上時(shí)，是非常惱人的。已經(jīng)開發(fā)出一些技術(shù)用于測量和解決暈逝效應(yīng)。
專利No．4，884，140給出了用于對使用產(chǎn)生暈逝效應(yīng)的變焦鏡頭的視頻攝象機(jī)進(jìn)行暈逝補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)模擬電路。
專利No．5，434，904給出了利用恒定亮度的圖象，對一種X光檢查裝置的暈逝效應(yīng)的測量。
專利No．5，576，797給出了帶有聚焦檢測裝置的攝象機(jī)的暈逝效應(yīng)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(yīng)的校正。
專利No．4，816，663給出了攝象鏡頭和聚焦檢測光學(xué)系統(tǒng)之間的暈逝的檢測。
與個(gè)人電腦一起用于電子會(huì)議的數(shù)字?jǐn)z象機(jī)已經(jīng)變得越來越便宜。這迫使攝象機(jī)制造商使用更便宜的而暈逝效應(yīng)更嚴(yán)重的鏡頭。另外，價(jià)格壓力迫使制造商使用更少的半導(dǎo)體芯片，因而使得利用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)暈逝校正可望而不可及。因此，對制造商來說成本不貴，又可以校正低價(jià)格鏡頭暈逝效應(yīng)的數(shù)字?jǐn)z象機(jī)是市場所需求的。
本發(fā)明提供了一種用于構(gòu)造其電路硬件具有暈逝校正功能的低成本攝象機(jī)的方法和裝置。硬件可以通過使用寄存器存儲(chǔ)對應(yīng)于攝象機(jī)中使用的特定鏡頭的暈逝量的一個(gè)常數(shù)值進(jìn)行編程。這個(gè)寄存器值被送到硬件校正電路，該電路實(shí)現(xiàn)對取決于象素位置的象素暈逝量進(jìn)行校正的算法。
因此，本發(fā)明在制造時(shí)，通過簡單地把不同的計(jì)算值編程到寄存器內(nèi)，在攝象機(jī)里允許使用不同供應(yīng)商的鏡頭或不同的鏡頭類型。傳感器的原始數(shù)據(jù)被變換為數(shù)字形式后，對它進(jìn)行校正。因而，數(shù)據(jù)在可選的收集傳感器數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息和為通過總線傳輸數(shù)據(jù)到主機(jī)而進(jìn)行的數(shù)據(jù)壓縮之前得到校正。本發(fā)明的暈逝校正保持了圖象分辨率并允許實(shí)時(shí)處理。它也使得統(tǒng)計(jì)信息的收集更精確，因而使得主機(jī)的自動(dòng)增益控制(AGC)和自動(dòng)白平衡(AWB)更精確。
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)參考如下帶有附圖的描述。


圖1是演示暈逝效應(yīng)的象素陣列和亮度曲線圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有暈逝校正功能的攝象機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的硬件暈逝校正電路的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
圖1給出了一個(gè)象素陣列11和Y軸上對應(yīng)的亮度曲線13。坐標(biāo)為(x0，y0)的中心象素14對應(yīng)于鏡頭的最大亮度點(diǎn)。第二個(gè)象素樣點(diǎn)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(yīng)的不同。本發(fā)明在X和Y兩個(gè)軸上進(jìn)行暈逝效應(yīng)校正。
在一個(gè)實(shí)施例中，給出了用rT表示的一個(gè)門限，在門限內(nèi)時(shí)，曲線13接近最大值16，則不需要進(jìn)行暈逝校正?？商娲?，可以對所有的象素進(jìn)行校正而不考慮避免在rT點(diǎn)的過渡效應(yīng)。
圖2給出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明暈逝校正功能的一個(gè)攝象機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。給出的是攝象機(jī)17和主機(jī)18。視頻攝象機(jī)包含一個(gè)鏡頭10和一個(gè)諸如CMOS或CCD的光敏傳感器陣列12，并被連接到USB(通用串行總線)20上。
來自CMOS芯片的信號被送到模擬前端40，它包含一個(gè)差分放大器或相關(guān)雙倍采樣器(CDS)42，它產(chǎn)生模擬信號送到自動(dòng)增益控制(AGC)電路44。然后數(shù)據(jù)被送到模數(shù)變換器(ADC)46。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器和模擬前端被集成在一個(gè)單一芯片內(nèi)。
數(shù)字化信號，不是象從前那樣被存儲(chǔ)在幀緩存器內(nèi)，而是被直接送到數(shù)字處理電路48。信號首先被送到視頻數(shù)字信號處理器50，它完成壓縮、限幅、定標(biāo)、數(shù)字濾波和其他數(shù)據(jù)處理功能。
從視頻DSP 50輸出的數(shù)據(jù)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(yōu)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(chǔ)兩個(gè)USB幀，或2K字節(jié)。取決于幀速率、壓縮率等等，它一般最大可以變化到10行，或者如果進(jìn)行了抽樣甚至可達(dá)15-20行。
總線控制器58在線60上產(chǎn)生一個(gè)控制信號到定時(shí)發(fā)生器62。定時(shí)發(fā)生器62在線64上產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號到CMOS芯片12。時(shí)鐘信號64包括水平和垂直傳輸脈沖。在一個(gè)實(shí)施例中，模擬前端40和定時(shí)發(fā)生器62作為CMOS陣列12被集成在同一塊半導(dǎo)體基片41上。
DSP單元50包含一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的暈逝校正電路70。這個(gè)電路利用存儲(chǔ)在常數(shù)寄存器72的一個(gè)常數(shù)值完成暈逝校正。取決于選定的鏡頭10，其特定的暈逝量可被用于提供常數(shù)72。因而，通過簡單地把不同的常數(shù)值編程到寄存器72，在制造攝象機(jī)時(shí)可以使用不同的鏡頭。這允許采用多家貨源的鏡頭，并允許針對各種紛繁復(fù)雜的鏡頭的質(zhì)量變化進(jìn)行補(bǔ)償。
正如所見，在統(tǒng)計(jì)單元74收集要傳輸?shù)街鳈C(jī)處理器18的統(tǒng)計(jì)信息之前進(jìn)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(jìn)行校正。
在總線20的主機(jī)一側(cè)，主機(jī)18包含一個(gè)彩色處理單元76，它基于提供給它的統(tǒng)計(jì)信息完成AGC和AWB(自動(dòng)白平衡)校正。因?yàn)闀炇判Ｕ窃诮y(tǒng)計(jì)之前進(jìn)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(jìn)行暈逝校正的應(yīng)用也改善了信號的精確度。如圖所示，在彩色處理之后，信號被送到顯示器78。
一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)執(zhí)行暈逝校正的硬件的方程的實(shí)施例在下面給出。一個(gè)低質(zhì)鏡頭的暈逝效應(yīng)的模型可被認(rèn)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后的象素值，x0和y0是鏡頭中心的坐標(biāo)(如果鏡頭被正確安裝，也應(yīng)是圖象的中心)。那么，po=pi*(a*r2+1)=pi*(a*((x-x0)2+(y-y0)2)+1)‘a(chǎn)’一個(gè)小的正的常數(shù)?？紤]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歸一化后，a=1298。通過在0～1023范圍內(nèi)對a加以限制，并執(zhí)行逆運(yùn)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。對于正方形象素，方程是準(zhǔn)確的，對于12／11的象素縱橫比，結(jié)果略有偏差。如果傳感器格式是非定標(biāo)QCIF(通過丟棄水平和垂直方向的每一個(gè)其他象素，從CIF中二次采樣獲得的QCIF)，a也要被1／4定標(biāo)。
如果yi是10比特，(x-x0)2和(y-y0)2是16比特(用于CIF格式)，且yo是10比特，那么可以確定a需要是10比特(0到1023)。
圖3是一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)上述方程的硬件系統(tǒng)的實(shí)施例的方框圖。具體地說，一個(gè)可選的選通電路80被加到復(fù)用(MUX)器82的選通輸入端。在象素的位置小于門限r(nóng)2時(shí)，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。如果大于門限，則通過用圖3所示硬件實(shí)現(xiàn)上述公式來進(jìn)行暈逝校正。
具體的說，象素的當(dāng)前x值xi被送到算術(shù)電路88，在這里減去中心象素的坐標(biāo)x0，然后作為兩個(gè)數(shù)值通過復(fù)用器90送到乘法器92，對它進(jìn)行平方運(yùn)算，所得結(jié)果在加法／累加器94內(nèi)被累加。同樣地，y值yi被送到電路96，在這里得到與中心象素的坐標(biāo)y0的差值。它同樣地作為兩個(gè)數(shù)值通過復(fù)用器90送到乘法器92，在這里它被平方并被送到加法／累加器94，在累加器它與x軸差值的平方相加。復(fù)用器的使用只是為了通過時(shí)分復(fù)用，允許使用同一個(gè)乘法器92進(jìn)行兩次計(jì)算。顯然，一個(gè)替代方案就是提供兩個(gè)單獨(dú)的乘法單元。
然后累加器94的輸出被送到第二個(gè)乘法器96，在這里它與來自寄存器72的常數(shù)值相乘，然后在單元98中減去值1，所得值在乘法器100與pi相乘，在線102上產(chǎn)生的輸出通過復(fù)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(gè)乘法電路代替乘法器92、96和100，乘法器在不同的時(shí)隙用作不同的用途。
可選電路80提供了一個(gè)比較器104，它把加法／累加器94的輸出(徑向范圍值x2+y2)與寄存器106內(nèi)的徑向值門限比較。
優(yōu)選地，常數(shù)a有與象素值pi一樣多的比特?cái)?shù)。因此，如果pi是10比特，而x和y值是16比特，則a應(yīng)該是10比特。如果傳感器格式是非定標(biāo)的QCIF(剪輯過的)，則a也可以用1／4定標(biāo)。因而，在暈逝校正之前圖象被剪輯時(shí)，就進(jìn)行了校正。
另外，對于TV要用的有縱橫比的象素，可以通過把y值乘以11／12進(jìn)行校正。
在一個(gè)實(shí)施例中，只在一個(gè)預(yù)定直徑范圍外進(jìn)行校正。它假定在鏡頭中心附近的效果是令人滿意的，這經(jīng)常是一個(gè)合理的假定。通過這樣做，可以得出一個(gè)更為精確的校正模型。令rT是在它內(nèi)部的暈逝效應(yīng)可以忽略的直徑，那么，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(fā)明允許鏡頭的多樣化，同時(shí)允許采用更便宜的鏡頭。它在主機(jī)處改進(jìn)了AGC和AWB。另外，它允許更好地進(jìn)行目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)是通過假定當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到傳感器邊緣時(shí)亮度值相同來判斷的，因此可以通過尋找相同的亮度值進(jìn)行跟蹤。顯然，暈逝效應(yīng)可以威脅到目標(biāo)定位的努力。這可以通過在傳感器附近進(jìn)行暈逝校正來克服。本發(fā)明也提供了改進(jìn)的視頻質(zhì)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(jìn)行圖象壓縮，讓主機(jī)做暈逝校正會(huì)導(dǎo)致降低精度。本發(fā)明在總線的傳感器一側(cè)提供暈逝校正的方案實(shí)現(xiàn)了在為通過總線傳輸而進(jìn)行的壓縮之前進(jìn)行校正。
正如本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的人可以理解的，本發(fā)明可以以不脫離其必要特征的其他特定形式體現(xiàn)，因此，前面的描述被認(rèn)為是示意性的和非嚴(yán)格限定的，本發(fā)明的范圍通過附加的權(quán)利要求來指明。
權(quán)利要求
1．一種用于制造連接到計(jì)算機(jī)的攝象機(jī)的方法，包括確定第一個(gè)鏡頭的暈逝效應(yīng)；在第一個(gè)鏡頭的機(jī)殼內(nèi)安裝上述第一個(gè)鏡頭；確定第二個(gè)鏡頭的暈逝效應(yīng)；在第二個(gè)鏡頭的機(jī)殼內(nèi)安裝上述第二個(gè)鏡頭；把一個(gè)光傳感器陣列安裝在每一個(gè)機(jī)殼內(nèi)上述鏡頭后面；把一個(gè)模擬處理電路耦合到每一個(gè)上述光傳感器陣列；把一個(gè)模數(shù)變換器耦合到上述模擬處理電路；把一個(gè)數(shù)字處理電路耦合到每一個(gè)上述模數(shù)變換器的輸出端，所述數(shù)字處理電路包括一個(gè)用于存儲(chǔ)對應(yīng)于上述鏡頭暈逝率的常數(shù)的寄存器，一個(gè)耦合到上述寄存器的校正電路，它根據(jù)使用上述常數(shù)值的一個(gè)公式校正選定象素的值，來校正上述鏡頭的暈逝效應(yīng)；為了連接到總線以便把數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴鲜鲇?jì)算機(jī)，把一個(gè)總線接口電路耦合到每一個(gè)上述數(shù)字處理電路的輸出；把第一個(gè)常數(shù)值存儲(chǔ)在上述第一個(gè)攝象機(jī)機(jī)殼內(nèi)的寄存器，所述第一個(gè)常數(shù)值對應(yīng)于上述第一個(gè)鏡頭的暈逝效應(yīng)；把第二個(gè)常數(shù)值存儲(chǔ)在上述第二個(gè)攝象機(jī)機(jī)殼內(nèi)的寄存器，所述第二個(gè)常數(shù)值對應(yīng)于上述第二個(gè)鏡頭的暈逝效應(yīng)。
2．權(quán)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(nèi)的象素值。
3．權(quán)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(quán)利要求1的方法，其中上述常數(shù)的比特?cái)?shù)等于代表上述選定象素亮度的比特?cái)?shù)。
5．權(quán)利要求1的方法，其中上述校正電路進(jìn)一步包括一個(gè)用于對上述常數(shù)定標(biāo)的定標(biāo)輸入。
6．一個(gè)連接到計(jì)算機(jī)的攝象機(jī)，包括鏡頭；安裝在鏡頭后面的光傳感器陣列；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(shù)變換器；耦合到每一個(gè)上述模數(shù)變換器的輸出的數(shù)字處理電路，所述數(shù)字處理電路包括用于存儲(chǔ)對應(yīng)于上述鏡頭暈逝率的常數(shù)的寄存器，耦合到上述寄存器的校正電路，它根據(jù)使用上述常數(shù)值的一個(gè)公式校正選定象素的值，來校正上述鏡頭的暈逝效應(yīng)；耦合到上述數(shù)字處理電路的輸出的總線接口電路，用于連接到總線以便把數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴鲜鲇?jì)算機(jī)。
7．權(quán)利要求6的攝象機(jī)，其中上述校正電路不校正距上述鏡頭中心一定距離內(nèi)的象素值。
8．權(quán)利要求6的攝象機(jī)，其中上述校正電路也校正有縱橫比的象素。
9．權(quán)利要求6的攝象機(jī)，其中上述常數(shù)的比特?cái)?shù)等于代表上述選定象素亮度的比特?cái)?shù)。
10．權(quán)利要求6的攝象機(jī)，進(jìn)一步包括一個(gè)用于對上述常數(shù)定標(biāo)的上述校正電路的定標(biāo)輸入。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于構(gòu)造其電路硬件具有暈逝校正功能的低成本攝象機(jī)的方法和裝置,硬件可以通過使用寄存器存儲(chǔ)對應(yīng)于攝象機(jī)中使用的特定鏡頭的暈逝量的一個(gè)常數(shù)值進(jìn)行編程。這個(gè)寄存器值被送到硬件校正電路,該電路實(shí)現(xiàn)對取決于象素位置的象素暈逝量進(jìn)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(yōu)先權(quán)日1999年6月30日
發(fā)明者李偉 申請人:羅技電子股份有限公司