[發明專利]在產生數字圖像時曝光像素組

有效

• 申請號: 201080015712.0
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN102365861B
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: A·T·迪弗爾;B·H·皮爾曼;J·T·康普頓;A·D·恩格
• 申請（專利權）人: 美商豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/345
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 錢孟清

技術領域

本發明涉及一種使用二維圖像傳感器陣列進行多次曝光和讀出來產生數 字圖像的圖像捕捉裝置。

背景技術

在數字成像中，期望捕捉具有高圖像品質、高空間分辨率和高時間分辨率 (亦稱為幀速率)的圖像序列。然而，使用許多當前的圖像序列捕捉裝置不可能 獲得這種高品質圖像序列。在許多情況下，所期望的圖像序列屬性之一是以(犧 牲)其他圖像序列屬性為代價來獲得的。例如，在公知的圖像序列捕捉裝置中， 給定圖像的曝光持續時間受限于幀速率。幀速率越高，各圖像曝光必然越短。 在弱光環境中，圖像序列內的個別圖像捕捉可接收不充足的光并產生有噪聲圖 像。藉由對各圖像利用較長的曝光持續時間可改良給定圖像關于噪聲的品質， 但這是以較低幀速率為代價的。或者，藉由通過像元合并(binning)技術組合 若干像素可改良關于噪聲的圖像品質，然而此改良是以較低空間分辨率為代價 的。在許多情況下，圖像序列的空間和時間分辨率受傳感器的讀出能力所限制。 傳感器每秒能夠讀取一定數目的像素。此讀出能力在讀出的空間與時間分辨率 之間達到平衡。增加一個分辨率必須以另一分辨率為代價，以將所讀取像素的 總數目保持在傳感器的可達到范圍之內。

已經提出許多解決方案以允許數字圖像序列捕捉裝置捕捉具有改良的品 質和分辨率的圖像序列。減少數字圖像序列中的噪聲的一種方法為通過時間噪 聲清除。美國專利No.7,330,218中給出這種技術的一示例。時間噪聲減少技術 利用鄰近圖像之間的高度時間關聯以實現噪聲減少。在靜態場景中，可在連續 圖像中獲得相同圖像場景內容的多次讀出，從而允許有效的噪聲減少。時間噪 聲減少的缺點包含緩沖多個圖像的存儲器需要以及過濾這些圖像的計算需要， 尤其在運動估計和補償被用來對齊局域或全域運動區域的情況下。另外，時間 噪聲減少絲毫未改良圖像序列的空間或時間分辨率。

改良時間分辨率的一種方法為時間幀內插。然而，本領域技術人員將理解， 這種技術是計算復雜、存儲器密集的且經常在經內插幀中產生偽像。

改良圖像序列的空間分辨率的一種方法為通過超級分辨率技術。美國專利 No.7,215,831和7,379,612中提供超級分辨率算法的示例。視頻超級分辨率技 術使用鄰近幀來估計各高分辨率視頻幀。空間視頻超級分辨率的缺點包含計算 復雜性和存儲器需求。空間超級分辨率算法亦難以處理動態場景。

改良數字圖像序列的品質的另一種方法為通過使用雙傳感器相機。題為 “Digital?Camera?Using?Multiple?Image?Sensors?to?Provide?Improved?Temporal? Sampling″(使用多個圖像傳感器來提高改良時間采樣)的美國專利申請No. 2008/0211941中提出這種系統。藉由交錯雙傳感器的曝光可實現改良的時間分 辨率。藉由使兩個傳感器同等地曝光然后組合所得的圖像，改良的圖像品質和 噪聲減少是可能的。此解決方案的缺點包含與雙傳感器相機相關聯的成本。另 外，在雙透鏡裝置中，需要空間對齊從不同透鏡系統捕捉的圖像。

改良空間分辨率的另一種方法是藉由捕捉斷續的高分辨率圖像連同低分 辨率圖像序列，然后進行處理)以從聚合數據產生整個高分辨率圖像序列。這 種解決方案的示例為美國專利No.7,110,025和7,372,504。此解決方案的缺點 包含在某些情況下需要附加傳感器及其他硬件來捕捉高分辨率圖像而不中斷 圖像序列捕捉過程。其他缺點包含取決于在產生最終高分辨率圖像序列時這些 高分辨率圖像的頻率和使用率，需要緩沖多個圖像。