CN102342089A - 相机模块的校准技术 - Google Patents
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Abstract
一组可以运行的用于协助校准诸如可以旨在被安装至移动消费装置中的相机模块的校准过程。该过程包括透镜阴影校准、白平衡校准、光源色温校准、自动聚焦宏校准、静态缺陷像素校准、以及机械快门延迟校准。可以执行光源色温校准以便协助其它校准,其每一个可以生成用于操作期间使用的数据,所述数据能够被潜在地存储于相机模块上的非易失性存储器中。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C 119要求于2009年3月2日提交的名为“(calibrationtechniques for camera modules(相机模块的校准技术)”的美国临时专利申请第61/156,692号的优先权,其内容被合并于此,如同完全阐明。
背景技术
数字相机模块当前正在被合并到各种主机装置中。这样的主机装置包括蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、计算机等等。对于主机装置中的数字相机模块的消费需求持续增长。
主机装置制造商喜欢数字相机模块小,使得可以将它们合并到主机装置中而不增加主机装置的整体尺寸。此外,主机装置制造商期望相机模块最小地影响主机装置设计。此外,相机模块和主机装置制造商希望将相机模块合并到主机装置中而不损害图像质量。
传统数字相机模块一般包括透镜配件、外壳、印刷电路板或柔性电路、以及图像传感器。装配时,传感器与电路电耦接。然后将外壳固定(affix)在电路或者传感器上。由外壳夹持(retain)透镜以便将穿过透镜传播的入射光聚焦于传感器的图像捕捉表面上。电路包括的多个电触点,其向传感器提供通信路径以便将由传感器生成的图像数据传送到主机装置用于处理、显示和储存。
图像传感器通常由包含被称作光站点(photosite)(也被称作像素)的光敏二极管的大量阵列的小硅芯片形成。当要捕捉图像时,每个光站点通过积累电荷记录入射光的强度或亮度;光越多,电荷越多。传感器将指示各种电荷的未加工的图像数据发送给主机装置,在主机装置中处理未加工的图像数据,例如转换至格式化图像数据(例如,JPEG、TIFF、PNG等)并且转换至用于在例如LCD屏幕显示给用户的可显示的图像数据(例如,图像位图)。可替换地,一些传感器可以在其上进行某些有限的图像处理并且发送例如JPEG文件到主机装置。
这些光站点使用滤镜来测量与各种色彩和阴影(shade)对应的光强度。典型地,每个单独光站点包括三原色滤镜之一,例如,红色滤镜、绿色滤镜和蓝色滤镜。每个滤镜仅允许其指定色彩的光波通过并且因此接触光敏二极管。因此,红色滤镜仅允许红光通过,绿色滤镜仅允许绿光通过,而蓝色滤镜仅允许蓝光通过。积累来自三个相邻光站点的三原色强度提供了充足的数据用于产生精确着色的像素。例如,如果红色滤镜和绿色滤镜积累最小的电荷而蓝色滤镜积累峰值电荷,则捕捉的颜色一定是蓝色。因此,可以显示图像像素为蓝色。
在装配后,可以通过色彩滤镜将相机模块校准到光的已知强度。一种现有技术的方法包括对色表(color chart)(例如,MacBeth色表)拍照,并且通过色彩校正处理运行图像数据。校正记录的强度以便与已知色彩强度对应。可以相对快速地完成这个处理,这是因为可以通过单独曝光来影响(effect)色彩校正。
典型的色表从彩色染料制成。不幸的是,使用典型色表的校准导致对于染料中未呈现的那些色彩的低于标准的校准。传统校准的相机模块难以测量色表没有提供的其它自然色彩。
一些相机模块制造商使用被称为单色仪(monochromator)的装置校准相机模块。单色仪通过棱镜发送光以便输出预定的色彩。然后,对预定色彩拍照。然后校准相机模块至特定色彩的已知强度。针对估计的24个色彩或更多,对于另一色彩,重复该处理。虽然单色仪便于自然色彩的校准,但其具有缺点。这样的装置相对昂贵。此外,必须拍摄若干画面,每个要校准的色彩一个画面。这损害了制造产量,增加了出售时间(time-to-market),并且增加了整个制造成本。
前述相关领域的示例和与其有关的限制旨在是示例性的而非穷举性的。在阅读说明书并研究附图时,相关领域的其它限制对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是包括要被校准的相机模块和校准装置的校准设置(set-up)的示意图。
图2是自动聚焦宏校准过程的处理流程。
图3是自动聚焦宏校准过程的建立的示意图。
图4是一些有缺陷的像素的示图。
图5是用于查找有缺陷像素的扫描图案的示图。
图6是示出有缺陷的像素的拜尔(Bayer)图像文件。
图7是示出了用于有缺陷的像素的校正的图表。
图8示出了在机械快门延迟特征化过程中使用的扫描区域。
具体实施方式
以下描述不旨在将本发明限制于在此公开的形式。因此,与以下教导相称的变型和修改,以及相关领域的技术和知识,都在本发明的范围以内。在此描述的实施例进一步旨在阐述实现本发明的已知模式并且使得本领域技术人员能够在这样的或者其它实施例中并且使用本发明的(多个)特定应用或(多个)使用所需要的各种修改来利用本发明。
图1示出了可以使用如在此讨论的校准装置12操作的相机模块10。相机模块10包括安装有图像传感器16的基板或电路板14(诸如柔性印刷电路板)。将透镜外壳或筒18安装到传感器16或电路板14。如所示的,相机模块10可接收来自校准装置12的光。此外,图像传感器15可以是片上系统(SoC)或者其可以与位于相机模块10上或相机模块10以外的单独的图像处理器交互。在这种情况下,在相机模块上示出单独的处理器20。这个处理器20可以与位于内部或外部的非易失性存储器相关联,或者如上文所述的,存储器可以位于SoC传感器内或者与其相关联。此外,相机模块可以具有位于其上的连接器22,用于连接到外部装置(诸如要安装相机模块的移动消费装置),或者诸如经由电缆24连接到测试装备(诸如校准装置12),尽管可以采用在校准装置12和相机模块10之间耦接的任何其它手段,诸如无线通信。
设想到在相机模块组装处理之后或作为其一部分,将要在每个相机模块上执行以下一个或更多校准过程(并且潜在地还有其它)。该过程每个将潜在地在图像传感器上生成将要被传送到相机模块中的非易失性存储器(例如,闪存存储器、EEPROM、一次可编程存储器、aka OPTM或其它合适存储器类型)中并且在其中存储的校准数据。随后,一旦将相机模块安装在主机装置中,就可以使用校准数据生成用于主机装置的图像数据。将要讨论各种校准过程中的一些。
透镜阴影校准过程
透镜阴影是从图像的一部分到另一部分的图像亮度中的变化的现象。其可能由包括不均匀照射、离轴照射、图像传感器的不均匀敏感度、相机的光学设计、相机光学的全部或部分上的污物的各种因素造成。存在三个对透镜阴影校准过程的主要操作。在第一个操作中,捕捉理想光源的10比特拜尔图案图像。在第二个操作中,以适合于可能对于图像信号处理器(ISP)特定的存储器映象(memory map)的格式生成透镜阴影曲线。在示例性主机装置中使用的ISP由富士通(Fujitsu)制造并且在此描述的过程与这样的ISP或基于SoC的图像传感器兼容。在第三个操作中,生成校准二进制数据并且将其闪存(flash)至相机模块用于存储在诸如闪存存储器的非易失性存储器中。
操作1:捕捉10比特拜尔图像
建立:LV设置到10.0的Tsubosaka光盒(light box)。在Tsubosaka光盒照射区域内部Fo V完全建立的Filipa测试密钥的富士通主机板。输入以下分类命令以便建立M5MO:
注意:当曝光等级正确设置时,在中心的平均绿色在10比特标度上大约为750。
操作2:生成透镜阴影曲线
1.安装来自eRoom的DevWare:版本:2.11-alpha10
2.复制拜尔图像所在的目录中的run_lenscalib.bat和xlate.exe
3.为所有名称编辑run_lenscalib
4.双击文件
5.将要被复制到Adjust.xls的Output.txt包含透镜阴影曲线。
操作3:生成校准数据文件
1.安装Excel 2007
2.打开Output.txt,全选,复制全部
3.复制到透镜阴影表1。
4.开启宏,点击创建单独文件
在工厂中,.INI由制造测试软件(SW)生成并且直接写入闪存。
Map_adj.bin包含透镜阴影校准数据。要将其闪存至模块,复制该文件至闪存卡M5MO目录。在超终端(hyperterminal)中输入:
Fw rf
注意:当以较新的软件刷新(reflash)模块时,应该使用
Fw/rcd
因此保存了校准数据。
白平衡校准过程
白平衡校准过程有两个主要步骤。在第一步骤中,捕捉理想光源的10比特拜尔图案图像。在第二步骤中,计算白平衡校准增益。在已经执行透镜阴影校准之后,使用透镜阴影校准数据来执行白平衡校准。
操作1:捕捉10比特拜尔图像
建立:LV设置到10.0的Tsubosaka光盒。带有以Fo V建立的Filipa测试密钥的富士通主机板完全在Tsubosaka光盒照射区域内部。注意不需要EV补偿。
操作2:生成白平衡增益
白平衡校准试图拍摄(shoot)金模块(gold module)上测量的某些R、G、B值的目标。拜尔模型的当前R、G、B目标如下:Rt=150,Gt=265,Bt=245。
从10比特R、G、B,计算2608x1960中的中间方块256x256的平均Rm、Gm、Bm值。
将绿色通道的校正增益保持为1.0。因此gain_g=0x0100。然后可以计算红色、和蓝色通道上的校准增益为:
gain_r=INT((256*Rt*Gm)/(Gt*Rm))
其中INT()将值转换为整数。注意:写入存储器映象的值应该为十六进制形式。
类似地,可以计算:
gain_b=INT((256*Bt*Gm)/(Gt*Bm))
请注意:ProGain Draft(监控模式),ProGain Still(捕捉模式)以及ProGainAddPixel(监控模式中的进仓(binning))应该写入同一通道增益。
操作3:生成校准数据文件
1.安装Excel 2007
2.复制全部gain_r、gain_g和gain_b值到M5Mo_MemMap_Adjust.xls中的对应的单元
3.开启宏,点击创建单独文件
Map_adj.bin包含白平衡校准数据。要将其闪存至模块,复制该文件至闪存卡M5MO目录。在超终端中输入:
Fw/rf
注意:在工厂中,将校准数据直接写入闪存而不需要经由电子数据表(spread sheet)。
对于红色增益和蓝色增益的存储器映象地址在发布2.50之前和之后为以下不同顺序:
FW版本 | V2.50之前 | V2.50及其之后 |
0x16 | gain_gr | gain_r |
0x18 | gain_r | gain_gr |
0x1A | gain_b | gain_gb |
0x1C | gain_gb | gain_b |
0x1E | gain_gr | gain_r |
0x20 | gain_r | gain_gr |
0x22 | gain_b | gain_gb |
0x24 | gain_gb | gain_b |
0x26 | gain_gr | gain_r |
0x28 | gain_r | gain_gr |
0x2A | gain_b | gain_gb |
0x2C | gain_gb | gain_b |
光源色温校准
对于每个光盒的色温可能稍微不同。这可能影响白平衡校准的精度。在工程的开始时,以及当换灯泡(light bulb)时应该校准每个光盒。通过调整R、G、B目标执行校准使得每个光盒将使用相同的模块生成相同的校准结果。
假设Rt、Gt、Bt为使用金光盒(用来生成白平衡调谐的那一个)的目标,并且Rc、Gc、Bc为使用要校准的光盒的目标。假设在目标光盒上已经校准了单元。在没有擦除白平衡校准的情况下,再次在金光盒上执行白平衡校准并且生成结果gain_rc、gain_bc。设置限制Gc=Gt,则
Rc=Rt*gain_rc/256
Bc=Bt*gain_bc/256
例如,得到
Rt=150
Gt=265
Bt=245
gain_rc=0xF8=0d248
gain_bc=0xF8=0d248
则
Rc=145
Gc=265
Bc=237
自动聚焦宏校准过程
图2示出了自动聚焦宏校准过程的整体处理流程并且图3示出了过程建立的示意图。
对于AF校准站
1.设置宏模式AF命令。
2.向近场目标(10cm)触发自动聚焦。
3.手动步进回退(step back)10VCM位置步长(step)(A)。
4.从(A)开始向宏位置扫描穿过(sweep thru)VCM位置步长直至SFR中心计分失效(score failed)。
5.记录当SFR中心计分失效时的VCM位置步长(B)。
6.记录在扫描期间的最好的SFR中心计分。
7.将来自5和6二者的信息写入存储器映象区域x1FA000。
对于校准站
8.从存储器映象区域x1FA000中读取VCM位置步长(B)。
9.将其写入回存储器映象区域x1F8006。
静态缺陷像素校正校准
图4示出了有缺陷像素和怎样处理这样的有缺陷像素的示图。
1.使用光场目标以传感器捕捉RAW拜尔图像。光条件应该为中间级,如果图像过暗或者饱和则其可以允许缺陷逃逸(escape)。基本上与粒子测试(Particles Test)一样的设置。
2.从拜尔图像中提取每个色彩平面。由于以下原因需要这样做:
a.每个色彩平面上的平均值(means)的变化将导致错误通过或者有缺陷像素的检测。
b.模式设置(参见5)是基于查找相同色彩平面的缺陷。
3.在每个色彩平面上运行粒子测试算法。为了更好的相关性应该将ROI设置为主要粒子测试ROI的一半。例如,如果在传感器捕捉(Sensor Cap)站中的例子测试中的ROI被设置为32像素,则在单独色彩平面中的ROI应该为16以便与相同的区域对应。阈值应该与粒子测试相同或者更宽,这是由在拜尔图像中像素到像素变化的更高等级引起的。
4.以纵(y)坐标的顺序收集阵列中检测的每个有缺陷像素的坐标(y,x)的列表。在阵列内为每个坐标还建立第三个参数以便存储模式设置(用于在步骤5中使用)。
5.对于每个有缺陷像素,检验前一个和下一个有缺陷坐标以便确定是否它们直接在当前像素的左边或右边。这将确定模式设置。如果有缺陷像素在其左边具有缺陷,则其将具有模式1。如果缺陷具有在在其右边的缺陷像素,则其将具有模式2。而在任何一侧没有缺陷将意味着其为模式0。然而,如果有缺陷像素在其左右两侧都呈现缺陷,则不能以当前固件对其进行修复并且其坐标将对于测试的剩余部分被忽略。对于关于模式设置和静态像素校正的更多信息请参见eRoom的富士通部分中的文件Statistical_DefectPixelCorrection_inJDSPRO.pdf。
图4示出每个模式怎样校正中心的缺陷像素。在该系统的情况下,模式0是最准确的缺陷校正。
6.一旦确定了用于所有色彩平面的所有坐标和模式设置,则必须将它们转变为整个拜尔图像的坐标并且组合在一起。必须以扫描顺序来拣选(sort)坐标列表(例如见图5)。注意当前256为能够校正的有缺陷像素的最大数目。优选的方法将优先用于中心区域中的缺陷而保留外部边缘为较低优先级的校正(在当前实现方式中这不可用)。
7.在将其写入存储器映象之前,必须将所有坐标对于真实拜尔阵列坐标偏移+5。
8.缺陷像素寄存器地址开始于地址0x0001F8FE。
9.将ADD_NUM(0x0001F8FE)设置到要校正的有缺陷像素的数目,最大256个。然后将剩余的地址设置为有缺陷像素坐标的列表。V_ADD是纵(y)分量并且H_ADD是水平(x)分量。V_ADD的3个MSB为MOD预留。例如见图6和图7:
10.在捕捉任何图像之前将校正写入到存储器映象之后,设置类别2,字节0x04(STNR_EN)到0x01以便设置像素校正开启。到固件版本3.1为止,静态像素校正在流捕捉中运行。任何直至2.65的先前固件发布将依赖于捕捉模式来正确地观看校正。
11.重新运行粒子测试以便确保缺陷校正调整(fix)所有粒子。推荐在这个测试期间将动态缺陷校正保持为开启以便看到具有增加收益的所有校正的图像。
12.为了将存储器映象中的静态有缺陷像素校正坐标转变成YUV图像,添加(x,y)=(-10,-14)偏移。对于JPEG捕捉这个偏移是(-14,-14)。
机械快门延迟的Filippa校准
参数
光值 | F数 | 快门速度(秒) | ISO |
12.0 | 2.8 | 1/500 | 100 |
以上参数用于当需要校准机械快门延迟时捕捉图像。光值是光盒值上的数字。图8示出了对于曝光值的评估区域。计算出来自整个图像中绿色1/9区域的平均数据。
在此讨论的所有技术的任何其它组合也是可能的。已经呈现前述描述用于图示和描述目的。此外,本描述不旨在将本发明限制于在此公开的形式。虽然以上讨论了许多示例性方面以及实施例,但本领域技术人员将认识其的某些变型、修改、置换、添加和子结合。因此其旨在将以下所附权利要求和以下引入的权利要求解释为包括所有这些变型、修改、置换、添加和子结合在它们真实精神和范围以内。
Claims (17)
1.一种操作用于便携式消费装置的相机模块的方法,包括:
操作相机模块以便获得具有已知光学特征的光学目标的图像;
基于捕捉的图像和已知光学特征计算相机模块的校正数据;
在与相机模块相关联的非易失性存储器中存储校正数据;以及
利用校正数据操作相机模块以便生成校正图像。
2.如权利要求1所述的方法,其中非易失性存储器位于相机模块中。
3.一种校准相机模块的方法,所述相机模块用于便携式消费装置,所述方法包括:
获得具有已知光学特征的光源的图像;
生成与存储器映象有关的透镜阴影曲线;以及
在与相机模块相关联的非易失性存储器中存储代表与存储器映象有关的透镜阴影曲线的信息。
4.如权利要求3所述的方法,还包括:操作相机模块并使用存储的信息以便生成校正图像。
5.一种校准相机模块的方法,所述相机模块用于便携式消费装置,所述方法包括:
获得具有已知光学特征的光源的图像;
基于捕捉的图像和已知光学特征计算白平衡增益;以及
在与相机模块相关联的非易失性存储器中存储代表白平衡增益的信息。
6.如权利要求5所述的方法,还包括:操作相机模块并使用存储的信息以便生成校正图像。
7.如权利要求5所述的方法,还包括:执行光源的色温校准。
8.一种校准相机模块的方法,所述相机模块用于便携式消费装置,所述方法包括:
将相机模块设置到对具有已知光学特征的近场(宏)目标自动聚焦;
将相机模块的聚焦位置远离近场(宏)位置移动预定数目的步长;
在聚焦位置向近场(宏)位置步进时,捕捉目标的一系列图像;
确定给出最佳图像的聚焦位置;
在与相机模块相关联的非易失性存储器中存储代表给出近场(宏)目标的最佳图像的聚焦位置的信息。
9.如权利要求8所述的方法,还包括:操作相机模块并使用存储的信息以便选择近场(宏)聚焦位置。
10.如权利要求8所述的方法,还包括:确定没有获得可接受图像的聚焦位置。
11.一种校准相机模块的方法,所述相机模块用于便携式消费装置,所述方法包括:
获得具有已知光学特征的光源的图像;
为图像的三种色彩的每一个,单独地计算每个有缺陷像素的位置;以及
在与相机模块相关联的非易失性存储器中存储代表有缺陷像素位置的信息。
12.如权利要求11所述的方法,还包括:操作相机模块并使用存储的信息以便生成校正图像。
13.如权利要求11所述的方法,其中,如果在有缺陷像素的任何一侧对于相同的色彩的相邻像素没有缺陷,则所述有缺陷像素的值将为相邻像素的函数。
14.如权利要求13所述的方法,其中,相邻像素的函数是相同色彩的相邻像素的平均值。
15.如权利要求11所述的方法,如果在有缺陷像素的任何一侧对于相同的色彩的相邻像素有缺陷,则所述有缺陷像素的值将为相同色彩的无缺陷相邻像素的值。
16.一种校准相机模块的方法,所述相机模块用于便携式消费装置,所述方法包括:
设置相机模块以便以相对快的f数和快门速度来捕捉图像;
获得具有已知光学特征的光源的图像;
基于f数、快门速度、以及已知光学特征计算机械快门延迟;以及
在与相机模块相关联的非易失性存储器中存储代表机械快门延迟的信息。
17.如权利要求16所述的方法,还包括:操作相机模块并使用存储的信息以便生成校正图像。
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Owner name: DIGITAL OPTICS CORP. Free format text: FORMER OWNER: FLEXTRONICS INTERNAT USA INC. Effective date: 20140416 |
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C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140416 Address after: American California Applicant after: Digital Optics Corp. Address before: American Colorado Applicant before: Flextronics Internat USA Inc. |
|
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120201 |