CN101083773A - 数字图像处理设备中的伽玛校正装置和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种γ校正的装置和方法，更特别地，提供了一种根据检测的图像信号的亮度级来改变γ曲线，以在数字图像处理器中自适应地进行γ校正的装置和方法。数字图像处理器中的γ校正装置包括：亮度级检测器，从捕获图像而产生的图像信号中检测亮度级；γ曲线计算器，根据检测的亮度级来移动现有γ曲线的起点和/或终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及γ校正器，使用新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
Description
技术领域
本发明涉及γ校正装置和方法，更特别地，涉及采用根据检测的图像信号的亮度级而变化的γ曲线，在数字图像处理器中自适应地执行γ校正装置和方法。
背景技术
人眼根据Weber定律对于亮度进行非线性反应。为此，当提供相对有限比特深度，如每通道8比特时，对光线亮度进行线性编码引起色调分离(posterization)。因此，当给定任意比特深度时，为了获得高图像质量，需要使用非线形函数进行编码。如此，考虑人眼的非线性的编码信息被称为“γ校正”。在传统数字图像处理器的情况下，当由拍摄图像产生的原始数据被图像处理为联合图像专家组(JPEG，Joint Photographic coding Experts Group)数据或标签图像文件格式(TIFF，Tagged Image File Format)数据时，执行γ校正。
图1为包含在传统数字图像处理器中的γ校正装置的框图。
参照图1，由电荷耦合器件(CCD，Charge-Coupled Device)滤波器(未显示)和滤色阵列(CFA，color filter array)滤波器(未显示)获取的12比特(也可以是10比特或16比特)原始数据被模数转换器(ADC)110数字化。
在CCD和CFA滤波器中使用的元件对温度变化敏感，并根据温度变化而产生暗电流，导致在图像信号中包含不期望的黑色电平。黑色电平调整单元115去除这种由暗电流产生的黑色电平。
γ校正单元120通过γ曲线将输入的12比特图像信号的输入亮度级(brightness level)校正为8比特亮度级，并输出该8比特亮度级。图2为说明当用图1所示的γ校正装置进行γ校正时所应用的γ曲线的图。例如，12比特图像信号的亮度级1500通过该γ曲线被校正为8比特图像信号的亮度级200。
CFA内插器125将γ校正后的8比特数据的RGRG行和GBGB行所实现的bayer图案内插为RGB行。CFA内插器125通过首先从仅具有R或B通道值的像素恢复G通道，然后以该顺序或相反顺序将B和R通道值填充到空区域中，从而恢复三通道R、G和B，来进行颜色内插。
YUV转换器130将内插的RGB信号变换为YUV信号。
边缘补偿器135使用高通滤波器(HPF)滤波Y信号以便增强图像的锐度。第一噪声去除单元140从滤波后的Y信号中去除噪声。
色彩校正器145使用标准色彩坐标系来校正U和V信号的色彩值。第二噪声去除单元150从其色彩值已被校正的U和V信号中去除噪声。
联合图像专家组(JPEG，Joint Photographic coding ExpertsGroup)生成器155对已去除噪声的YUV信号进行压缩和信号处理并生成JPEG文件。该JPEG文件被存储在存储器中(未显示)。
然而，当数字图像处理器所拍摄的图像的曝光太长，或当没有信号对应于特定场景中的低亮度时，使用图2所示的γ曲线来进行γ校正引起沿输出亮度级轴低亮度图像数据的较大损失，如图3中所示，从而无法得到稳定的图像。
同样地，当没有信号对应于拍摄的图像中的高亮度时，使用图2所示的γ曲线来进行γ校正引起沿输出亮度级轴高亮度图像数据的较大损失，从而无法得到稳定的图像。
发明内容
本发明提供了一种γ校正装置和方法，根据检测的图像信号的亮度级而改变γ曲线，以便在数字图像处理器中自适应地执行γ校正。
根据本发明的一个方面，一种数字图像处理器中的γ校正装置包括：亮度级检测器，从捕获图像而产生的图像信号中检测亮度级；γ曲线计算器，根据检测的亮度级来移动现有γ曲线的起点和/或终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及γ校正器，使用所述新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
根据本发明的另一个方面，一种数字图像处理器中的γ校正装置包括：最低亮度级检测器，从捕获图像而产生的图像信号中检测最低亮度级；γ曲线计算器，根据检测的最低亮度级或低于检测的最低亮度级，来移动现有γ曲线的起点以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及γ校正器，使用新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
根据本发明的另一个方面，一种数字图像处理器中的γ校正装置包括：亮度级检测器，从捕获图像而产生的图像信号中检测最低亮度级和最高亮度级；γ曲线计算器，根据检测的最低亮度级和检测的最高亮度级或低于检测的最低亮度级和检测的最高亮度级，来移动现有γ曲线的起点和终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及γ校正器，使用新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
根据本发明的另一个方面，一种数字图像处理器中的γ校正方法包括：从捕获图像而产生的图像信号中检测亮度级；根据检测的亮度级来移动现有γ曲线的起点和/或终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及使用新的γ曲线来校正图像信号的亮度级，并输出校正后的亮度级。
根据本发明的另一个方面，一种数字图像处理器中的γ校正方法包括：从捕获图像而产生的图像信号中检测最低亮度级；根据检测的最低亮度级或低于检测的最低亮度级来移动现有γ曲线的起点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及使用新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
根据本发明的另一个方面，一种数字图像处理器中的γ校正方法包括：从捕获图像而产生的图像信号中检测最高亮度级；根据检测的最高亮度级或低于检测的最高亮度级来移动现有γ曲线的终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及使用新的γ曲线来校正图像信号的亮度级，并输出校正后的亮度级。
根据本发明的另一个方面，一种数字图像处理器中的γ校正方法包括：从捕获图像而产生的图像信号中检测最低亮度级和最高亮度级；根据检测的最低亮度级和检测的最高亮度级或低于检测的最低亮度级和检测的最高亮度级，来移动现有γ曲线的起点和终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及使用新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
附图说明
本发明的以上和其它特征和优点将通过参考附图在详细的示范实施例中的说明而变得更清楚，其中：
图1为包含在传统数字图像处理器中的γ校正装置的框图；
图2为当用图1所示的γ校正装置来进行γ校正时所应用的γ曲线的示例；
图3为显示当用图1所示的γ校正装置来进行γ校正时，关于输出信号级的图像数据损失的图；
图4为根据本发明一个实施例，包含在数字图像处理器中的γ校正装置的框图；
图5为解释当用图4所示的γ校正装置来进行γ校正时所使用的自动曝光(AE，Auto Exposure)数据的图；
图6A、6B和6C为说明新的γ曲线相对于现有γ曲线的关系的图；
图7说明了通过图1所示的γ校正装置来进行γ校正后的图像，以及通过图4所示的γ校正装置来进行γ校正后的图像；
图8为说明根据本发明的一个实施例，由数字图像处理器执行的γ校正方法的流程图；
图9为说明根据本发明的另一个实施例，由数字图像处理器执行的γ校正方法的流程图；以及
图10为说明根据本发明的另一个实施例，由数字图像处理器执行的γ校正方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，本发明将参考附图被详细说明。通过阐释，这些图显示了，并且该详细描述提供了本发明详尽的解释性实施例。这些实施例被充分详尽地说明以使本领域技术人员能够实施本发明。当然，可以使用其它实施例，并且可以进行不背离本发明范围的各种改变。因此，以下示范性的详细描述将不在限制意义下被采用。
图4为根据本发明一个实施例的包含在数字图像处理器中的γ校正装置的框图。该γ校正装置包括数字信号处理器(DSP)410，随机存取存储器(RAM)415，模数转换器(ADC)420，黑色电平调整单元425，亮度级检测器430，γ曲线计算器435，γ校正器440，滤色阵列(CFA)内插器445，YUV转换器450，边缘补偿器455，第一噪声去除单元460，色彩校正器465，第二噪声去除单元470，以及JPEG生成器475。图4中所示的组成部分的具体类型及其特定排列可以在可选择的实施例中被改变。
数码相机通过将从物体反射的光转换为电信号的电荷耦合器件(CCD)来获取图像。为了使用这样的CCD来获取彩色图像，需要滤色器，并且CFA主要用作滤色器。当然，也可以使用其它类型的滤色镜。
CFA仅让表征各像素特定颜色的光通过，具有规则排列的结构，并且根据其结构而具有各种形状。
由CCD和CFA获取的原始数据在DSP 410的控制下存储在RAM 415中。ADC 420将通过CCD和CFA获取的12比特原始数据转换为数字数据。在当前实施例中，使用了12比特的原始数据，然而，本发明并不限于该数字，也可以使用10比特或16比特的原始数据，以及其它比特数目的数据。
诸如CCD的图像传感器的动态温度范围通常在0℃和40℃之间。然而，该图像传感器在温度甚至高于60℃的移动设备或特定环境中必须正常运行。此外，由于图像传感器由半导体设备构成，在高温下由于热而产生电流分量。因此，当产生这样的电流，例如暗电流时，图像传感器接收除了与光学因子相关的分量的信号分量，使得即使在非常暗的环境中，例如当没有光存在时，也能检测到信号的一部分。为热噪声和系统噪声的信号部分被称为黑色电平并且是图像传感器的噪声分量中最重要的因素。
黑色电平调整单元425去除由暗电流产生的黑色电平，并且在DSP 410的控制下进行所述去除。
亮度级检测器430在DSP 410的控制下从存储在RAM 415中的原始数据中检测亮度级。每个像素的原始数据存储在RAM 415的预定区域中。亮度级检测器430从每个像素的原始数据中检测最低亮度级和/或最高亮度级。拍摄图像的自动曝光(AE，Auto Exposure)数据存储在RAM 415的不同区域中。通过将原始数据分为多个块并计算包含在每块中的多个像素数据的平均亮度级，来获得图5说明了它的一个示例的AE数据。亮度级检测器430从该AE数据中检测最低亮度级和/或最高亮度级。因此，亮度级检测器430可以是最低亮度级检测器(未显示)或最高亮度级检测器(未显示)，或最低和最高亮度级检测器(未显示)。γ曲线计算器435根据亮度级检测器430所检测的亮度级，来移动现有γ曲线的起点和/或终点，并计算新的γ曲线。
由DSP 410来执行对于计算新的γ曲线的控制。DSP 410将现有γ曲线应用于拍摄的图像信号(原始数据或AE数据)，并确定预定低和/或高亮度区的数据是否存在，从而控制新γ曲线的计算。
如果预定低亮度区的数据存在，则γ曲线计算器435在DSP 310的控制下检测最低亮度级，并如图6A所示，根据检测的最低亮度级来移动现有γ曲线的起点，从而计算新的γ曲线。或者，如果预定高亮度区的数据存在，则γ曲线计算器435在DSP 310的控制下检测最高亮度级，并如图6B所示，根据检测的最高亮度级来移动现有γ曲线的终点，从而计算新的γ曲线。或者，如果预定低和高亮度区的数据存在，则γ曲线计算器435在DSP 310的控制下检测最低和最高亮度级，并如图6C所示，根据检测的最低和最高亮度级来移动现有γ曲线的起点和终点，从而计算新的γ曲线。
在当前实施例中，现有γ曲线的起点和/或终点的移动距离被设置为最低和/或最高亮度级。然而，为了防止图像质量的急剧变化，该移动距离可以被设置为低于所述最低和/或最高亮度级，例如，设置为所述最低和/或最高亮度级的1/2或1/3。
该γ曲线以查找表(LUT，lookup table)的格式存储在RAM 415的预定区域中。新的γ曲线被存储在RAM 415的不同区域中，或者现有γ曲线被更新为新的γ曲线。
γ校正器440通过新的γ曲线将12比特图像信号输入的输入亮度级校正为8比特亮度级，并输出该8比特亮度级。图7A说明了使用现有γ曲线进行γ校正后的图像，并且图7B说明了使用新的γ曲线进行γ校正后的图像，即，通过检测最低亮度级，根据检测的最低亮度级或低于最低亮度级来移动现有γ曲线的起点，并进行γ校正，而获得的图像。
比较图7A和图7B，图7B中所示的图像较图7A中所示的图像更清楚，因为在输出亮度级中不存在损失。
CFA内插器445将在DSP 410控制下经γ校正后的8比特数据的RGRG行和GBGB行所实现的bayer图案内插为RGB行。
CFA内插器125通过首先从仅具有R或B通道值的像素中恢复G通道，然后以该顺序或相反顺序将B和R通道值填充到空区域中，从而恢复三通道R、G和B，来进行色彩内插。
在当前实施例中，在执行γ校正后，执行CFA内插。然而，也可以在执行CFA内插后进行γ校正。即，数据γ校正可以针对经过CFA内插后的12比特数据进行。
YUV转换器450将在DSP 410的控制下内插的RGB信号转换为YUV信号。该YUV转换器450将每个RGB信号乘以适当的系数，然后相加或相减三项，以将内插的RGB信号转换为YUV信号。例如，可以使用等式Y＝0.299R+0.598G+0.114B，等式U＝-0.147R-0.289G+0.436B，以及等式V＝0.615R-0.515G-0.100B。
边缘补偿器455对在DSP 410控制下由HPF转换的Y信号进行滤波，从而增强图像的锐度。第一噪声去除单元460从Y信号中去除噪声。
色彩校正器465在DSP 410的控制下使用标准色彩坐标系来校正U和V信号的色彩值。第二噪声去除单元470从其色彩值被校正的U和V信号中去除噪声。
JPEG生成器475在DSP 410的控制下对已去除噪声的Y，U和V信号进行压缩和信号处理，并生成JPEG文件。该JPEG文件被存储在RAM 415中。
图8为说明根据本发明的一个实施例，由数字图像处理器执行的γ校正方法的流程图。
参照图4和8，亮度级检测器430从原始或AE数据中检测最低亮度级(操作810)。
然后，γ曲线计算器435根据检测的最低亮度级或低于检测的最低亮度级来移动现有γ曲线的起点，并计算新的γ曲线(操作815)。
DSP 410在RAM 415的预定区域内存储其起点被移动的新的γ曲线，或将现有γ曲线更新为新的γ曲线(操作820)。
然后，γ校正器440通过新的γ曲线将输入的12比特图像信号的输入亮度级校正为8比特亮度级，并输出该8比特亮度级(操作825)。
然后，该γ校正后的图像信号在DSP 410的控制下被信号处理，以生成JPEG文件并存储在RAM 415中(操作830)。
图9为说明根据本发明的另一个实施例，由数字图像处理器执行的γ校正方法的流程图。
参照图4和9，首先，亮度级检测器430从原始或AE数据中检测最高亮度级(操作910)。
该γ曲线计算器435根据检测的最高亮度级或低于检测的最高亮度级来移动现有γ曲线的终点，并计算新的γ曲线(操作915)。
DSP 410在RAM 415的预定区域中存储新的γ曲线，或将现有γ曲线更新为新的γ曲线(操作920)。
然后，γ校正器440通过新的γ曲线将输入的12比特图像信号的输入亮度级校正为8比特亮度级，并输出该8比特亮度级(操作925)。
该γ校正后的图像信号在DSP 410的控制下被信号处理，以生成JPEG文件。该JPEG文件存储在RAM 415中(操作930)。
图10为说明根据本发明的另一个实施例，由数字图像处理器执行的γ校正方法的流程图。
参照图4和10，首先，亮度级检测器430从原始或AE数据中检测最低和最高亮度级(操作1010)。
γ曲线计算器435根据检测的最低和最高亮度级或低于检测的最低和最高亮度级，来移动现有γ曲线的起点和终点，并计算新的γ曲线(操作1015)。
DSP 410在RAM 415的预定区域中存储新的γ曲线，或将现有γ曲线更新为新的γ曲线(操作1020)。
然后，γ校正器440通过新的γ曲线将输入的12比特图像信号的输入亮度级校正为8比特亮度级，并输出该8比特亮度级(操作1025)。
然后，该γ校正后的图像信号在DSP 410的控制下被信号处理，以生成JPEG文件并存储在RAM 415中(操作1030)。
如上所述，根据本发明，通过根据数字图像处理器所检测的图像信号的亮度级来改变γ曲线，自适应地进行γ校正，可以得到清楚的图像而在输出亮度级中没有任何损失。
虽然本发明已参考示范实施例被特别地显示和说明，本领域技术人员应该知道，在不背离以下权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式上和细节上的不同改变。
对相关专利申请的交叉引用
本申请要求2006年5月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2006-0048286号的权益，其公开内容在此通过引用而并入。
Claims (20)
1.一种数字图像处理器中的γ校正装置，包括：
亮度级检测器，用于从捕获图像而产生的图像信号中检测亮度级；
γ曲线计算器，根据检测的亮度级来移动现有γ曲线的起点和终点中的至少一个，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及
γ校正器，使用所述新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
2.权利要求1所述的γ校正装置，其中，通过捕获图像而产生的图像信号为自动曝光(AE)数据，其中，通过将捕获图像而产生的图像的至少一个像素数据分为预定数目的块，并计算每块的平均亮度值，来获得所述自动曝光(AE)数据。
3.权利要求2所述的γ校正装置，其中，所述γ曲线计算器将现有γ曲线的起点和终点中的至少一个移动到低于检测的亮度级的级。
4.权利要求1所述的γ校正装置，进一步包括：
存储器，用于存储所述图像信号以及现有γ曲线和新的γ曲线中的至少一个，
其中，所述新的γ曲线被存储在包含现有γ曲线的至少一个存储器区域中以便更新现有γ曲线，或存储在不包含现有γ曲线的存储器区域中。
5.一种数字图像处理器中的γ校正装置，包括：
最低亮度级检测器，用于从捕获图像而产生的图像信号中检测最低亮度级；
γ曲线计算器，用于根据检测的最低亮度级和低于检测的最低亮度级的级中的至少一个，来移动现有γ曲线的起点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及
γ校正器，使用新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
6.权利要求5所述的γ校正装置，进一步包括：
存储器，用于存储所述图像信号以及现有γ曲线和新的γ曲线，
其中，所述新的γ曲线存储在包含现有γ曲线的至少一个存储器区域中以更新现有γ曲线，或存储在不包含现有γ曲线的存储器区域中。
7.一种数字图像处理器中的γ校正装置，包括：
最高亮度级检测器，用于从捕获图像而产生的图像信号中检测最高亮度级；
γ曲线计算器，根据检测的最高亮度级和低于检测的最高亮度级的级中的至少一个，来移动现有γ曲线的终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及
γ校正器，使用所述新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
8.权利要求7所述的γ校正装置，进一步包括：
存储器，用于存储所述图像信号以及现有γ曲线和新的γ曲线，
其中，所述新的γ曲线被存储在包含现有γ曲线的至少一个存储器区域中以更新现有γ曲线，或存储在不包含现有γ曲线的存储器区域中。
9.一种数字图像处理器中的γ校正装置，包括：
亮度级检测器，用于从捕获图像而产生的图像信号中检测最低亮度级和最高亮度级；
γ曲线计算器，根据检测的最低亮度级和检测的最高亮度级的第一级集合以及低于检测的最低亮度级的级和低于检测的最高亮度级的级的第二级集合中的至少一个，来移动现有γ曲线的起点和终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及
γ校正器，使用新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
10.权利要求9所述的γ校正装置，进一步包括：
存储器，用于存储所述图像信号以及现有γ曲线和新的γ曲线，
其中，所述新的γ曲线被存储在包含现有γ曲线的至少一个存储器区域中以更新现有γ曲线，或存储在不包含现有γ曲线的存储器区域中。
11.一种数字图像处理器中的γ校正方法，包括：
从捕获图像而产生的图像信号中检测亮度级；
根据检测的亮度级来移动现有γ曲线的起点和终点中的至少一个，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及
使用所述新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
12.权利要求11的所述方法，其中，捕获图像而产生的所述图像信号为自动曝光(AE)数据，其中，通过将捕获图像而产生的图像的至少一个像素数据分为预定数目的块，并计算每块的平均亮度值，来获得所述自动曝光(AE)数据。
13.权利要求11所述的方法，其中，在移动现有γ曲线的起点和终点中的至少一个的过程中，所述γ曲线的起点被移动低于检测的亮度级。
14.权利要求13所述的方法，其中，在移动现有γ曲线的起点和终点中的至少一个之后，所述新的γ曲线被存储在包含现有γ曲线的至少一个存储器区域中以更新现有γ曲线，或存储在不包含现有γ曲线的存储器区域中。
15.一种数字图像处理器中的γ校正方法，包括：
从捕获图像而产生的图像信号中检测最低亮度级；
根据检测的最低亮度级和低于检测的最低亮度级的级中的至少一个，来移动现有γ曲线的起点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及
使用新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
16.权利要求15所述的方法，其中，在移动现有γ曲线的起点之后，所述新的γ曲线被存储在包含现有γ曲线的至少一个存储器区域中以更新现有γ曲线，或存储在不包含现有γ曲线的存储器区域中。
17.一种数字图像处理器中的γ校正方法，包括：
从捕获图像而产生的图像信号中检测最高亮度级；
根据检测的最高亮度级和低于检测的最高亮度级的级中的至少一个，来移动现有γ曲线的终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及
使用所述新的γ曲线来校正图像信号的亮度级，并输出校正后的亮度级。
18.权利要求17所述的方法，其中，在移动现有γ曲线的起点之后，所述新的γ曲线被存储在包含现有γ曲线的至少一个存储器区域中以更新现有γ曲线，或存储在不包含现有γ曲线的存储器区域中。
19.一种数字图像处理器中的γ校正方法，包括：
从捕获图像而产生的图像信号中检测最低亮度级和最高亮度级；
根据检测的最低亮度级和检测的最高亮度级的第一级集合以及低于检测的最低亮度级的级和低于检测的最高亮度级的级的第二级集合中的至少一个，来移动现有γ曲线的起点和终点，以便将输入亮度级校正为预定输出亮度级，并计算新的γ曲线；以及
使用所述新的γ曲线来校正图像信号的输入亮度级，并输出校正后的亮度级。
20.权利要求19所述的方法，其中，在移动现有γ曲线的起点和终点之后，所述新的γ曲线被存储在包含现有γ曲线的至少一个存储器区域中以更新现有γ曲线，或存储在不包含现有γ曲线的存储器区域中。
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