CN103945146A - 一种图像传感器输出降噪方法以及一种摄像设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于图像处理技术领域，提供一种图像传感器输出降噪方法以及一种摄像设备，所述方法包括：建立噪点平均值曝光测试数据库；实际曝光时，测得图像传感器各个像素的实际输出电压，根据实际曝光时长调用所述曝光测试数据库，用图像平均值电压替代各个像素的输出电压，生成图像。本发明通过构建噪点平均值曝光测试数据库，实际应用中对每一像素调用所述曝光测试数据库，利用平均值替代方法，根据实际曝光的输出电压值调用曝光测试数据库，生成图像，从而达到降噪的目的。本发明实现简单，降噪效果好，有效解决了图像传感器因制作工艺局限不能解决的背景噪声的问题。

Description

一种图像传感器输出降噪方法以及一种摄像设备

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种图像传感器输出降噪方法以及一种摄像设备。

背景技术

图像传感器在均匀光源的照射下，每个像素接收的光能量是相同的，均匀光源通过摄像机镜头后，输出的图像理论上应该是均匀亮度，但实际上由于光敏二极管及放大电路差异引起的噪声干扰，图像上是有黑白噪点的。特别是随着图像传感器的应用越来越广泛，图像传感器的位数也越来越高，加上许多对低照度场景应用的要求，图像传感器在图像噪点方面的问题日益严重。

传统降噪方法是：根据这个像素与相邻像素差别，经过复杂降噪计算进行降噪处理，部分画面细节被忽略。这种降噪处理方法已经不能满足用户对画质近乎日益苛刻的要求。特别是当像传感器放置时间变长，环境射线对传感器中光敏二极管损害越多，总之目前现降噪技术没有根本性改变。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种图像传感器输出降噪方法以及一种摄像设备，旨在解决现有图像降噪方法计算复杂、降噪效果不佳的技术问题。

一方面，所述图像传感器输出降噪方法包括下述步骤：

建立噪点平均值曝光测试数据库，所述曝光测试数据库包括在不同的光强下、每个常用的曝光时间内，图像传感器每个像素的输出电压值以及图像平均值电压；

实际曝光时，测得图像传感器各个像素的实际输出电压，根据实际曝光时长调用所述曝光测试数据库，用图像平均值电压替代各个像素的输出电压，生成图像。

另一方面，所述摄像设备包括镜头、图像传感器、存储模块和处理器模块，所述处理器模块用于创建噪点平均值曝光测试数据库，以及在实际曝光时，测得图像传感器各个像素的实际输出电压，根据实际曝光时长调用所述曝光测试数据库，用图像平均值电压替代各个像素的输出电压，生成图像；所述存储模块用于存储所述噪点平均值曝光测试数据库，所述曝光测试数据库包括在不同的光强下、每个常用的曝光时间内，图像传感器每个像素的输出电压值以及图像平均值电压。

本发明的有益效果是：本发明通过构建噪点平均值曝光测试数据库，实际应用中根据实际曝光的输出电压值调用测试数据库，生成图像，从而达到降噪的目的，这种方法实现简单，有效解决了图像传感器因制作工艺局限不能解决的背景噪声的问题，将图像传感器像素中光敏二极管和放大电路的不一致性通过均匀光源测试来强制一致，降噪效果有了质的飞跃。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的图像传感器输出降噪方法的流程图；

图2是图1中步骤S101的一种具体优选流程图；

图3是图1中步骤S102的一种具体优选流程图；

图4是本发明第二实施例提供的摄像设备的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明实施例提供的图像传感器输出降噪方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的图像传感器输出降噪方法包括下述步骤：

步骤S101、建立噪点平均值曝光测试数据库。

图像传感器在均匀光源的照射下，每个像素接收的光能量是相同的；均匀光源通过摄像机的图像传感器后，输出图像理论上应该是均匀亮度，但实际上，图像传感器中每个象素都会邻接一个放大器及模数转换电路，由于光敏二极管及放大电路差异会引起噪声干扰，因此图像上是有黑白噪点的。本实施例目的是为了实现对输出图像的降噪处理。

在具体实现构建噪点平均值曝光测试数据库时，需要使用摄像机（或照相机）以及均匀光源进行曝光测试。将可调节光强的RGB光源装在摄像机上，便于测试，而且要求在调节光强时光源照射到每个像素的能量都是一样的。具体构建曝光测试数据库时，开启其中一种颜色的均匀光源，关闭其他颜色光源，设置每一个常用的曝光时间。

步骤S102、实际曝光时，测得图像传感器各个像素的实际输出电压，根据实际曝光时长调用所述曝光测试数据库，用图像平均值电压替代各个像素的输出电压，生成图像。

摄像机实际曝光后，图像传感器的每个像素输出相应的电压，本实施例中首选需要测量各个像素的实际输出电压，然后调用曝光测试数据库，曝光测试数据库中存储的是在不同的光强下、每个常用的曝光时间内，图像传感器每个像素的输出电压值以及图像平均值电压。针对每个像素，根据测得的实际输出电压在曝光测试数据库中选择对应的图像平均值电压，将所述选择的图像平均值电压作为当前像素的输出电压，最后生成图像。本发明实施例通过构建曝光测试数据库，将均匀光源测试的图像平均值电压作为图像传感器像素的输出电压，然后得到图像，以达到降噪效果，

作为一种具体优选实施方式，如图2所示，所述步骤S101包括：

步骤S201、针对开启的每一种颜色的均匀光源以及设置的每一个常用的曝光时间，在图像传感器的模数转换器的转换范围内，逐步调整均匀光源的光强，并实时计算当前颜色像素的图像平均值电压。

均匀光源包括有RGB三种颜色，在进行曝光测试时，首先将增益设为固定值比如0dB，然后针对每一种颜色的均匀光源做测试，建立的噪点平均值曝光测试数据库包括三种颜色的曝光测试数据库。当开启其中一种颜色的均匀光源时，关闭其他颜色光源。所述常用曝光时间可设置，假设有n个，时间由短到长依次为T1、T2、T3…Tn。

本步骤中，需要针对每种颜色、每个常用的曝光时间分别建立曝光测试数据库。图像传感器每个像素点都连接有一个模数转换器，由于模数转换器有转换范围限制，光强太强，输出电压会超过模数转换器的转换范围。因此，本步骤中，需要在模数转换的转换范围内调整均匀光源的光强。

图像传感器通过彩色滤镜接收彩色信号，每个像素有R像素、G像素和B像素三个分量值，并按照一定顺序保存，比如第一行排列为RGRGRG…,第二行排列为GBGBGB…；当用红色均匀光源时只读出R的值，当用绿色均匀光源时只读出G的值，当用蓝色均匀光源时只读出B的值。

步骤S202、每当所述图像平均值电压变化最低有效位电压时，记录并保存当前颜色每个像素的输出电压以及图像平均值电压。

本步骤中，所述最低有效位电压为参考电压Vcc的1/2^N，其中N为图像传感器的模数转换器的位数。一般情况下，CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器中，模数转换器的位数为10位（或者12位），因此每当图像平均值电压变化（或者）时，记录当前颜色像素的输出电压以及当前的图像平均值电压，并将两者相关联。当三种颜色的、每个常用曝光时间的像素实际输出电压数据和图像平均值电压数据记录完毕后，完成建立噪点平均值曝光测试数据库。

比如首先选用红色均匀光源，设置常用曝光时间T1，在图像传感器的模数转换器的转换范围内逐步调整均匀光源的光强，每当图像平均值电压变化最低有效位电压时，读取R像素电压值和图像平均值电压，然后设置常用曝光时间T2，同样调整光源光强，读取R像素电压值和图像平均值电压，同理设置常用曝光时间T3、T4…，进行曝光测试，当设置好最后一个常用曝光时间Tn时，调整光源光强，读取R像素电压值和图像平均值电压；接着选用绿色均匀光源，按照前述选用红色均匀光源类似，记录下各个常用曝光时间下的G像素电压值和图像平均值电压；最后选用蓝色均匀光源，进行同样处理，至此完成建立噪点平均值曝光测试数据库。

作为一种具体优选实施方式，如图3所示，所述步骤S102包括：

步骤S301、测得图像传感器各个颜色像素的实际输出电压；

步骤S302、针对每种颜色像素的实际输出电压以及实际曝光时长，调用对应颜色的曝光测试数据库得到当前颜色的图像平均值电压，用所述图像平均值电压替代当前颜色像素的输出电压；

步骤S303、结合所有的各个颜色像素的输出电压，生成降噪后的图像。

在实际曝光时，首先在摄像机上设置实际曝光时长，曝光后，读取图像传感器各个颜色像素的实际输出电压，然后针对每个颜色像素，查找对应颜色的曝光测试数据库，根据实际曝光时长，找到当前颜色像素的实际输出电压对应的图像平均值电压，并用所述图像平均值电压代替当前颜色像素的输出电压，在得到每个颜色像素的输出电压后，输出图像。此时得到的图像为降噪后的图像。

实施例二：

图4示出了本发明实施例提供的摄像设备的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的摄像设备包括包括镜头400、图像传感器401、存储模块402和处理器模块403。所述存储模块402中存储有噪点平均值曝光测试数据库，所述处理器模块403用于创建噪点平均值曝光测试数据库，以及在实际曝光时，测得图像传感器各个像素的实际输出电压，根据实际曝光时长调用所述曝光测试数据库，用图像平均值电压替代各个像素的输出电压，生成图像；所述存储模块402用于存储所述噪点平均值曝光测试数据库，所述曝光测试数据库包括在不同的光强下、每个常用的曝光时间内，图像传感器每个像素的输出电压值以及图像平均值电压。

在具体实现时，优选的，所述图像传感器为CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体传感器）传感器。所述存储模块402中存储的曝光测试数据库包括针对RGB三种颜色均匀光源、每个常用的曝光时间进行曝光测试得到的数据。在实际曝光时，根据实际曝光时间查找对应颜色、对应曝光时间的曝光测试数据库，得到的图像平均值电压代替当前颜色像素的输出电压，最后结合所有的像素的输出电压，得到降噪后的图像。所述存储模块402优选为FLASH存储器，摄像设备掉电或关机重启后，曝光测试数据库不会丢失。

另外，随着CMOS传感器放置时间变长，环境射线随对CMOS传感器中光敏二极管损害越多，在一段时间内还是可以接收的，当画质明显变化时可重新建立噪点平均值曝光数据库。

综上，本发明通过均匀光源进行曝光测试，根据画面中像素输出电压的实际值和平均值，建立噪点平均值曝光测试数据库，实际应用中对每一像素调用测试数据库，利用平均值替代方法，对实际曝光的输出电压值转换处理，最后生成图像，从而达到降噪的目的。本发明从理论上实现了过滤掉图像传感器因光敏二极管及放大电路差异引起的噪声，起到大幅度提高传感器输出的画面质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种图像传感器输出降噪方法，其特征在于，所述方法包括：

建立噪点平均值曝光测试数据库，所述曝光测试数据库包括在不同的光强下、每个常用的曝光时间内，图像传感器每个像素的输出电压值以及图像平均值电压；

实际曝光时，测得图像传感器各个像素的实际输出电压，根据实际曝光时长调用所述曝光测试数据库，用图像平均值电压替代各个像素的输出电压，生成图像。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述建立噪点平均值曝光测试数据库步骤，具体包括：

针对开启的每一种颜色的均匀光源以及设置的每一个常用的曝光时间，在图像传感器的模数转换器的转换范围内，逐步调整均匀光源的光强，并实时计算当前颜色像素的图像平均值电压；

每当所述图像平均值电压变化最低有效位电压时，记录并保存当前颜色每个像素的输出电压以及图像平均值电压。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述最低有效位电压为参考电压的1/2^N，其中N为图像传感器的模数转换器位数。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述均匀光源为RGB光源，开启其中一种颜色的光源时，关闭其他颜色光源，建立的噪点平均值曝光测试数据库包括三种颜色的曝光测试数据库。

5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述测得图像传感器各个像素的实际输出电压，根据实际曝光时长调用所述曝光测试数据库，用图像平均值电压替代各个像素的输出电压，生成图像步骤，具体包括：

测得图像传感器各个颜色像素的实际输出电压；

针对每种颜色像素的实际输出电压以及实际曝光时长，调用对应颜色的曝光测试数据库得到当前颜色的图像平均值电压，用所述图像平均值电压替代当前颜色像素的输出电压；

结合所有的各个颜色像素的输出电压，生成降噪后的图像。

6.一种摄像设备，包括镜头、图像传感器、存储模块和处理器模块，其特征在于：

所述处理器模块用于创建噪点平均值曝光测试数据库，以及在实际曝光时，测得图像传感器各个像素的实际输出电压，根据实际曝光时长调用所述曝光测试数据库，用图像平均值电压替代各个像素的输出电压，生成图像；

所述存储模块用于存储所述噪点平均值曝光测试数据库，所述曝光测试数据库包括在不同的光强下、每个常用的曝光时间内，图像传感器每个像素的输出电压值以及图像平均值电压。

7.如权利要求6所述摄像设备，其特征在于，所述图像传感器为互补金属氧化物半导体传感器。

8.如权利要求7所述摄像设备，其特征在于，所述处理器模块为FLASH存储器。