CN101754027B - 图像补偿方法及其数字摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像补偿方法及其数字摄像装置，用以降低数字摄像装置以高感光度模式拍摄数字图像时所产生的噪声。图像补偿方法包括以下步骤：取得贝尔图块；根据贝尔图块中分别产生绿色像素信号、低解析的加总原始辉度信号与原始彩度信号；利用绿色像素信号产生高解析的模拟辉度信号；合并高解析的模拟辉度信号与低解析的加总原始辉度信号，并输出补偿后的高解析辉度信号；根据补偿后的辉度信号与原始低噪声的彩度信号合并生成数字图像。

Description

图像补偿方法及其数字摄像装置
技术领域
本发明公开了一种图像补偿方法及其数字摄像装置，特别公开了一种降低噪声的图像补偿方法及其数字摄像装置。
背景技术
随着数字摄像装置的普及，使得更多使用者可以涉足摄影的行列。对于初学者而言，通常会碰到因为拍摄图像时手震而产生图像模糊的情况。为能解决手震所产生模糊图像，因此有人提出了下述几种方式进行改善。第一种方法是利用镜头或相机机身的震动检测机制来校正拍摄时所产生的震动。第二种方法是在拍摄时提高感光度(ISO)。因为提高感光度可以缩短快门的拍摄时间，同时也可以达到与低感光度且长快门时间时相同的受光量。
第一种方法的缺点在于利用震动检测机制需要额外的硬设备，这对于相机的制作成本上是一种负担。第二种方法由于不需要额外的硬设备来达成，相对而言第二种方法的制作成本会低于第一种方法。但是第二种方法的缺点在于提高感光度时容易造成图像中出现噪声(noise)，尤其在感光度提高到800以上时更容易出现噪声。
噪声主要来自数字摄像装置中的感光耦合组件(Charge Coupled Device，CCD)或互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor，CMOS)在接受光线中的光子转换为电子信号过程中所出现的统计上的错误。感光组件的材质、量子效应以及信号放大(Amplified)都是造成此类噪声的来源。此外，在无光的环境之下感光组件会因为温度的变化，而产生电子、电洞，这一种现象称为暗电流效应。这些额外的电子，将造成信号处理器误判，进而产生噪声。暗电流的产生不仅会随着环境温度升高而加剧，更会因为感光原件长时间的使用升温，而更为严重。
所以还有人提出以低感光度并采用像素加总(pixel binning)的方式对数字图像进行处理。像素加总以对一目标像素的周遭像素进行合并，用以将目标像素的亮度提升。这种像素加总的方法虽然可以避免因为提高感光度所造成的噪声，但是利用周遭像素进行加总会影响数字图像的清晰度。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的主要目的在提供一种图像补偿方法，其用以降低数字摄像装置以高感光度模式拍摄数字图像时所产生的噪声。
为达上述目的，本发明公开了一种图像补偿方法，包括以下步骤：取得贝尔图块；根据贝尔图块中分别产生绿色像素信号、低解析的加总原始辉度信号与原始彩度信号；利用绿色像素信号产生高解析的模拟辉度信号；合并高解析的模拟辉度信号与低解析的加总原始辉度信号，并输出补偿辉度信号；根据补偿辉度信号与原始彩度信号产生数字图像。
从本发明的另一观点，本发明提出一种数字摄像装置用以降低数字摄像装置在高感光度模式下拍摄数字图像时所产生的噪声。
为达上述目的，本发明所公开的一种数字摄像装置包括有：图像撷取单元、储存单元与处理单元。图像撷取单元用以撷取贝尔图块；储存单元电性连接于图像撷取单元，储存单元用以储存数字图像与查找表，查找表用以记录在各感光度时所相应的第一权重参数与第二权重参数；处理单元电性连结于图像撷取单元与储存单元，处理单元根据图像补偿程序执行下列步骤：取得贝尔图块；根据贝尔图块中分别产生高解析的绿色像素信号、加总原始辉度信号与原始彩度信号；利用绿色像素信号产生高解析的模拟辉度信号；合并高解析的模拟辉度信号与低解析的加总原始辉度信号，并输出补偿辉度信号；根据补偿辉度信号与原始彩度信号产生数字图像。
本发明由贝尔图块中取出原始图像的辉度信号与绿色像素的辉度信号，并根据不同的感光度对于两种辉度信号进行不同权重的迭加。如此一来，可以将人眼视觉较为敏感的信息进行迭加亦不会造成数字图像的分辨率下降。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的运作流程示意图；
图3为贝尔图块示意图；
图4为一实施例的运作示意图。
其中，附图标记：
100  数字摄像装置    110  图像撷取单元
120  储存单元        121  查找表
122  图像补偿程序    130  处理单元
具体实施方式
请参考图1所示，其为本发明的结构示意图。在实现本发明的数字摄像装置100中包括有：图像撷取单元110、储存单元120、查找表121、图像补偿程序122与处理单元130。图像撷取单元110用以撷取贝尔图块。在本发明所述的贝尔图块并未限定其种类，因为方便说明以传统式的贝尔图块进行解说，并非仅限定于此。在感光组件中，由数百万个感光单元(或像素)组成的阵列覆盖在传感器的表面。在受光后整个感光组件的像素阵列上的累积电荷在感光组件的一端读出。将累积电荷通过一个模拟前端芯片或感光处理器进行量化。
为了精确地表现一幅彩色图像，图像撷取单元110的每个像素位置上都需要3种颜色样本，最常见被使用的就是红绿蓝(RGB)三原色。但若在同一个像素位置上设置三层颜色感光组件的话，会使得数字相机的成本大幅的增加。所以有人提出彩色滤光片阵列(color filter array，以下简称CFA)的方式来进行像素颜色受光。目前最广泛使用的CFA为贝尔图块(Bayer pattern)。
储存单元120电性连接于图像撷取单元110，储存单元120用以储存数字图像与查找表121。查找表121用以记录在各感光度时所相应的第一权重参数与第二权重参数。处理单元130电性连结于图像撷取单元110与储存单元120，处理单元130根据图像补偿程序122。
请参考图2所示，其为本发明的运作流程示意图。本发明的实施例包括以下步骤：首先，设定数字摄像装置的感光度(步骤S210)。感光度的设定由使用者所决定。接着，取得贝尔图块(步骤S220)。请另外配合图3所示，其为贝尔图块示意图。贝尔图块利用了人眼对绿色强度的辨别灵敏度大于红色或蓝色的原理。因此，在贝尔图块的彩色滤光片阵列中，绿色滤光片出现了的次数是蓝色滤光片或红色滤光片的两倍，使得每四个像素形成一个单元。滤光片中第一列像素的排列顺序为红色滤光片与绿色滤光片交替排列；滤光片的次一列则是由绿色滤光片与蓝色滤光片交替排列。
根据贝尔图块中分别产生绿色像素信号、低解析的加总原始辉度信号与原始彩度信号(步骤S230)。此产生的绿色信号其分辨率比一般加总图像的分辨率高，此绿色信号与加总的图像信号，分别经一般相机图像处理模块来处理，此时绿色信号经图像处理后，会产生高解析的模拟辉度信号，而加总图像经处理后会产生低解析的辉度信号与彩度信号，此加总图像处理后的图像有低解析与低噪声的特质。
再利用绿色像素信号产生高解析的模拟辉度信号(步骤S240)。根据感光度用以设定第一权重参数与第二权重参数(步骤S250)。利用第一权重参数对高解析的辉度信号进行调整(步骤S260)。利用第二权重参数对低解析的加总原始辉度信号进行调整(步骤S270)。其中，在本实施例中将第一权重参数与第二权重参数之总和设定为1。
第一权重参数对绿色像素产生的高解析的模拟辉度信号进行调整。而第二权重参数对低解析的加总原始辉度信号进行调整，第二权重参数是根据传感器本身的噪声分布与实际拍摄时所需的感光值所决定。当在高感光值拍摄图像时，数字摄像装置所产生的噪声亦相对较大。此时第一权重参数就不可太大，避免带进过多的噪声，以避免噪声的图像导致补偿效果的低落。反之，若拍摄时的感光值较小时，则模拟辉度信号本身的噪声亦相对地小，此时可以调高第一权重值。若是对数字图像做更进一步的调整时，则不限定第一权重参数与第二权重参数之总和设定为1，在此仅先叙明。
合并高解析的模拟辉度信号与低解析的加总原始辉度信号，并输出补偿辉度信号(步骤S280)。根据补偿辉度信号与原始低噪声彩度信号，用以产生数字图像(步骤S290)。其中，在取得补偿辉度信号与原始彩度信号，利用联合图像专家小组(JPEG)的方式进行压缩，用以产生压缩的数字图像。为了清楚解释本发明的运作过程，在此以下述例子进行说明。并请配合图4所示，其为此一实施例的运作示意图。
本发明由贝尔图块中取出原始图像的辉度信号与以绿色像素产生的模拟辉度信号，并根据不同的感光度对于两种辉度信号进行不同权重的迭加。如此一来，可以将人眼视觉较为敏感的信息进行迭加而提高原来加总的数字图像分辨率，并维持原有加总图像的低噪声质量。

Claims (7)

1.一种图像补偿方法，用以降低一数字摄像装置在高感光度模式拍摄一数字图像时所产生的噪声，其特征在于，该图像补偿方法包括有：
取得一贝尔图块；
根据该贝尔图块中分别产生一绿色像素信号、一加总原始辉度信号与一原始彩度信号；
利用该绿色像素信号产生一高解析的模拟辉度信号；
合并该高解析的模拟辉度信号与该原始辉度信号，并输出一补偿辉度信号；以及
根据该补偿辉度信号与该原始彩度信号，产生该数字图像。
2.如权利要求1所述的图像补偿方法，其特征在于，在取得该贝尔图块前还包括以下步骤：
设定该数字摄像装置的一感光度。
3.如权利要求2所述的图像补偿方法，其特征在于，在合并该高解析的模拟辉度信号与该原始辉度信号的步骤前还包括以下步骤：
设定一第一权重参数与一第二权重参数；
利用该第一权重参数对该高解析的模拟辉度信号进行调整；以及
利用该第二权重参数对该原始辉度信号进行调整。
4.如权利要求1所述的图像补偿方法，其特征在于，产生该数字图像还包括以下步骤：取得该补偿辉度信号与该原始彩度信号，利用联合图像专家小组的方式进行压缩，用以产生该数字图像。
5.一种图像补偿的数字摄像装置，用以降低数字摄像装置在高感光度拍摄一数字图像时所产生的噪声，其特征在于，该数字摄像装置包括有：
一图像撷取单元，用以撷取一贝尔图块；
一储存单元，电性连接于该图像撷取单元，该储存单元用以储存该数字图像与一查找表，该查找表用以记录在各感光度时所相应的一第一权重参数与一第二权重参数；以及
一处理单元，电性连结于该图像撷取单元与该储存单元，该处理单元根据一图像补偿程序执行下列步骤：该处理单元取得该贝尔图块，根据该贝尔图块中分别产生一高解析绿色像素信号、一原始加总的低解析辉度信号与一原始彩度信号，该处理单元利用该绿色像素信号产生一高解析的模拟辉度信号，该处理单元合并该高解析的模拟辉度信号与该原始加总的低解析辉度信号，并输出一补偿辉度信号，以及根据该补偿辉度信号与该原始彩度信号，用以产生该数字图像。
6.如权利要求5所述的图像补偿的数字摄像装置，其特征在于，在取得该贝尔图块前还包括以下步骤：
设定该数字摄像装置的一感光度。
7.如权利要求5所述的图像补偿的数字摄像装置，其特征在于，在合并该绿色像素信号产生的高解析的模拟辉度信号与该原始加总的低解析辉度信号的步骤前还包括以下步骤：
设定一第一权重参数与一第二权重参数；
利用该第一权重参数对该绿色像素信号产生的高解析的模拟辉度信号进行调整；以及
利用该第二权重参数对该原始加总的低解析辉度信号进行调整。 
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