JP2011502367A - カメラ運動の検出及び推定 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4A
Description
本出願は、2007年4月23日に出願された米国仮特許出願第60/913,331号の優先権の利益を要求し、かつ、2007年6月21日に出願された米国仮特許出願第60/945,558号の優先権の利益を要求するものであり、また、この出願は、2004年11月10日に出願された米国特許出願第10/985,657号の一部継続分(CIP)である。この出願はまた、米国特許出願第10/985,650号及び第10/986,562号と関連する。これらの明細書の各々は、参照により本書に組込まれる。
I(x,y)により表わされた2次元画像I
動作点広がり関数MPSF(I)
劣化画像I’(x,y)は、I(x,y)及びMPSF(x,y)の畳み込み、すなわち
として、或いは連続関数のための積分形式において、
そして、例えばデジタル画像の離散関数について:
で、数学的に定義できる。
Φ(x)=Φ0exp(−ax)whereΦ0=Φ(x=0) (1)
ここでΦは光束を表示し、またxは侵入の深さである。図1(a)は、吸収係数 対 波長のプロットを表示するシリコン中の光の吸収を示す。図1(b)は、4つの異なる波長用の入射光強度 対 深度の4つのプロットを含んでいる。一般に、光子束は、表面からの距離で指数関数的に減衰する。図1(a)及び1(b)は、中村淳一、テーラー及びフランシス・グループ編による「デジタルカメラ用の画像センサー及び信号処理」第57頁から得られ、この出版物は参照することにより全体に組み入れられる。
Foveonセンサーの例では、図3で示されるように、そのアイデアは、カメラが移動される場合に、フラックス強度が一定であるかのように用いられるのとは異なる機能を持って、フラックスの侵入深さが変化する、ということである。
u1=uBlue+uGreen+ured
u2=uGreen+ured
u3=ured (2)
多層センサー又は他のセンサーが使用されてもされなくても、カメラ運動センサー、または多数のカメラ運動センサーのセットは、通常の光検出器に代わって、主画像センサー内の、正確に決定された位置に置くことができる。主画像センサー及びカメラ運動センサーあるいはセンサーらの様々な他の配置が使用され得るが、以下、図4(a)及び4(b)中で2つの例が提供される。図4(a)では、カメラ運動センサーは、光検出器サブセットを主画像センサーと置き換えるか、あるいは主画像センサーの隣りに配置される。図4(b)では、カメラは、光の或いは他の光学素子の経路に、光のいくらかをカメラ運動センサーへ反射し、残りの、好ましくは50%乃至90%間の過半あるいはもしかすると95%以上の大部分のパーセントの光を伝達する、ビームスプリッター又はビーム分離器あるいはビーム分割器を含む。小規模の参照部分が送信されることができる一方で、光の主要な部分は、主画像センサーに反射されることができる。幾らかの光束は主画像センサーに進行し、一方、第2の光束は、カメラ運動センサー(ビームスプリッター)に進行する。他の実施の形態では、光学素子は、主光束を2つの方角に分割するために使用されてもよい。一方は主画像センサーに向かい、また、他の一方はピンホール(または1セットのピンホール)を渡ってカメラ運動センサーに向かう。
読込み及び主画像システムとの同期の典型的なプロセスを、図5を参照して説明する。主画像システムのダイヤフラムが開いている(主画像センサーが露光される)間、一連のM回の読込み動作が遂行されることができる。多層カメラ運動センサーの例では、多層の各々に関して電荷の統合が行なわれることができる。主画像システム中の単一の照射線量に対しては、MxNの1セットの電荷値が得られることができる:uii(ここでi=1,Nであり、層の番号を発生させ、j=1,Mであり、読込みのインデックス/順序を発生させる。)。読込みの小周期は、図5で示されるように等しくすることができ、或いは変えることもできる。
例えば多層センサーの層の中で、カメラ運動センサーの画素に記録される又は該画素から決定される、輝度、強度、色、電荷、電流、コントラスト、或いはセンサー又は検出器が使用されるものに依存するパラメーターのような値を考慮することによって、動きを検出することは可能である。多層センサーの例において、継続的なモーメントのときの層によって蓄積された電荷における変化がある場合、運動が存在する。シーンに変化が無いままで、CCDまたは他の画像センサー上の画素の強度、輝度あるいは色が変化している場合には、運動が存在するものと判定される。画素間の、及び参照画像間のこれらの値の比較によって、カメラの運動の方向及び大きさを判定することができる。それ故に、動きぼけは、主捕獲画像中で除去或いは縮小することができる。
gj(u1...,uN)=kif u1>=...>=uk>=U0 and U0>=uk+1>=uN (3)
ここで、gjは、モーメントj=1,Mで適用された関数g()である。
ぼけのプロセスは、PSF軌道に沿った画像の相関性を増加させ得る。正確な値を決定しPSFの画素を支援するために、この性質を有効に使う方法が推定されるであろう。一例に沿って仮定された方法の詳細な例の説明が、図7乃至11を参照して提供される。
PSF推定プロセスは、2つのステップに分割されることができる:第1のものは、前項に記述されたように、カメラ運動センサーからの光子が測定され及び/又は計数される場合で、画像獲得の間に起こり、第2は、カメラの軌道がPSFウェイト(weight)と共に推定される場合の後処理のものである。
・ PSFサイズの推定のために:カメラ運動センサーによって測定された光のより大きな変化であり、より大きなものは、推定されたカメラシフトである;そして、
・ PSF支援(カメラ運動配向性)の計算のために:クローザー(closer)が1つの方向からの画素(例えば、カメラ運動センサーに対応する画素の左に置かれた画素)にあり、その後、より適当なのは、カメラがその方角に動くことである。
1.色ベクトル勾配D1,D2,...,DM−1,whereD1=C2−C1,D2=C3−C2,,...,Dk=Ck+1−Ckを計算する。
ここで:
・Texpは、主画像システムの露光期間である。
・texpは、カメラ運動センサーの単一の露光期間である。Texpにおいて、Mの露光がある。しかしながら、Mtexpは、連続する2つの読込み間のギャップのために、Texpに結びつかない。
・DIは、平均化された画像ラプラシアンである。それは、カメラ運動センサーの近辺からの画素における端部の基準を与える。
Tk=a・k・T1,k=1,2,...(7)
ここで、aについての単純な選択は、a=1である。後のチューニングは、効率的に使用され得る。
例えば:
・もしも │D1│<T1ならば 何ら動きは無かった;
・もしも T1<│D1│<T2ならば 1画素を越えた動きがあった;
・もしも T2<│D1│<T3ならば 2画素を越えた動きがあった;
・ルート(P10)がPSFの中で確実に現われる、したがって、その可能性は1である。
・その4つの子の少なくとも1つはPSFの一部だろう。カメラが動いたと判定し得る;つまり、それはジャンプすることができなかったのだから、4つの隣接のうちの1つはPSFの一部であるべきである。4つの子ノードのウェイトは合計1になるだろう:
・ウェイト配分は、測定された色を、対応する画像画素のものと比較することによって、算出されることができる。
同時に:
前の例では、カメラ運動センサーが一定のエリアの真中に収まる場合以外は推定が失敗し、さらにまた、移動検出が失敗する場合の実施の形態が記述された。グラフの同一レベルからの全てのノードは、等しい値を持ち得る。最後には、同一の可能性を備えた多くのPSF可能な支援が存在し得る。そのような状況を回避するために、幾つか(すなわち少なくとも2つ)のカメラ運動センサーが使用されることができる。好ましくは、これらの多数のセンサーは、ランダムに或いは整列されない位置で選択的に配置される。
この節では、PSF推定アルゴリズムの方法の例が提供される。記述の容易化のために、カメラ運動センサーがスカラー色(単一の色調)を提供するものと仮定される。
T1=2,T2=4,T3=6,...である。
D=[0 0 2 0 0 0 −2 −2];
動き配列は(数式で与えられ)、
m=[0 0 1 0 0 0 1 1];
したがって、正規化されていない(そして方向付けられていない)PSFは次のとおりである:
PSF=[2,4,1,1];
正規化されたPSFウェイトは次のとおりである
PSF=[0.25,0.25,0.125,0.125];
D3=C4−C3=5−3=2
[0.025 0.084 0.835 0.056]
[0.739 0.031 0.082 0.148]
2次元の画像Iは、I(x,y)として与えられ得る。
画像Iのぼけを記述する運動点広がり関数は、MPSF(I)として与えられ得る。
劣化した画像I’(x,y)は、数学上、I(X,Y)及びMPSF(x,y)の畳み込みとして定義することができ、すなわち、
ここで[tStart,tend]は、参照画像用の獲得区間である。この制約は、任意の時間間隔で積分されるエネルギーの量が当該間隔の長さに比例することを示す。
Claims (34)
- 光学系と、
前記光学系を通じて提供される主画像を捕獲するための主イメージセンサーと、
画像捕獲の間のカメラ−物体の相対的な運動を推定するためのカメラ運動フォトセンサーと、
当該カメラがシーンの画像に露光される間に、前記カメラ運動フォトセンサーによって得られた情報に基づいてカメラ運動を推定し、前記主画像から動きぼけ効果を弱める或いは除去して、その後にレンダリングされる、前記動きぼけ効果が弱められた或いは除去された前記主画像を含む、主画像の処理されたバージョンを可能とするプロセッサーと、
を含むデジタルカメラ。 - 前記カメラ運動フォトセンサーは、多数のシリコン層を含む多層センサーを含む請求項1記載のカメラ。
- 前記プロセッサーは、前記多層フォトセンサーのシリコン層間の光電流の測定値を統合する請求項2記載のカメラ。
- 前記プロセッサーは、前記光電流の測定値に基づく前記シリコン層内の計算された光束又は光束深度の変化あるいはこの両方に基づいて、運動を推定する請求項3記載のカメラ。
- 前記光電流の測定は、前記多層フォトセンサーの連続するp型及びn型シリコン層の間で実行される請求項4記載のカメラ。
- 前記多層フォトセンサーは、p型及びn型シリコン層の既知の深さの連続する井戸を含む請求項4記載のカメラ。
- 前記光学系は、一連の一又は複数のレンズ及び開口部を含む請求項1記載のカメラ。
- 前記主画像センサーの単一の露光期間内に、多数のカメラ運動センサーの測定が遂行される請求項1記載のカメラ。
- カメラ運動の方向が、最も高い相関性の方向として推定される請求項1記載のカメラ。
- さらに、カメラ運動を推定するための一又は複数の追加的なカメラ運動フォトセンサーを含む請求項1記載のカメラ。
- 2つ以上のカメラ運動フォトセンサーが、整列されない仕方で選択的に空間に分配される請求項10記載のカメラ。
- カメラ運動の量は、2つ以上の参照画像間の測定されたパラメーターの分散の程度を計算することに基づいて推定される請求項1記載のカメラ。
- デジタルカメラにおいてシーンを捕獲するための露光期間中にカメラ運動を推定する方法であって、
露光期間に対して光学系を介して主画像センサーを露光することによって、シーンの主画像を捕獲し、
露光期間の前、期間中または後あるいはこれらの組合わせにおいて、実質的に同じシーンの一の参照画像をカメラ運動フォトセンサーで獲得し、
一又は複数の前記参照画像の分析に基づいて一又は複数のパラメーターを決定し、
前記一又は複数のパラメーターに基づいて計算することを含めて、カメラ運動を推定し、
該推定されたカメラ運動に基づいて、主画像からカメラ動きぼけ効果を除去或いは弱め、それによって、前記カメラ動きぼけ効果が除去或いは弱められた前記主画像を含む、主画像の処理されたバージョンのレンダリングを可能にすること
を含む方法。 - 前記カメラ運動フォトセンサーは、多数のシリコン層を含む多層センサーを含む請求項13記載の方法。
- さらに、測定された光電流の測定結果を統合すること、及び、
該光電流の測定結果に基づいて、多層フォトセンサーの層内の光束又は光束深度の変化あるいはこの両方を計算することを含み、
前記カメラ運動は、該計算された変化に基づくことを特徴とする請求項14記載の方法。 - さらに、前記多層フォトセンサーの連続するp型及びn型シリコン層の間の光電流測定を実行することを含む請求項15記載の方法。
- 前記多層フォトセンサーは、p型及びn型シリコン層の既知の深さの連続する井戸を含む請求項15記載の方法。
- 前記光学系は、一連の一又は複数のレンズ及び開口部を含む請求項13記載の方法。
- 前記主画像センサーの単一の露光期間内に、カメラ運動フォトセンサーにより多数の測定を遂行することを含む請求項13記載の方法。
- 前記推定は、カメラ運動の方向を、最も高い相関性の方向として推定することを含む請求項13記載の方法。
- さらに、一又は複数の追加的なカメラ運動フォトセンサーを用いて前記カメラ運動の推定を遂行することを含む請求項13記載の方法。
- 2つ以上のカメラ運動フォトセンサーが、整列されない仕方で選択的に空間に分配される請求項21記載の方法。
- 前記推定は、前記カメラ運動フォトセンサーによって測定された一又は複数のパラメーターの分散の程度を計算することに基づいて、カメラ運動の量を推定すること
を含む請求項13記載の方法。 - デジタルカメラにおいてシーンを捕獲するための露光期間中にカメラ運動を推定する方法を遂行するように一又は複数のプロセッサーをプログラミングするための具体化されたデジタルコードを備えた、一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体であって、
前記方法は、
露光期間に対して光学系を介して主画像センサーを露光することによって、シーンの主画像を捕獲し、
露光期間の前、期間中または後あるいはこれらの組合わせにおいて、実質的に同じシーンの一の参照画像をカメラ運動フォトセンサーで獲得し、
一又は複数の前記参照画像の分析に基づいて一又は複数のパラメーターを決定し、
前記一又は複数のパラメーターに基づいて計算することを含む、カメラ運動を推定し、
該推定されたカメラ運動に基づいて、主画像からカメラ動きぼけ効果を除去或いは弱め、それによって、前記動きぼけ効果が除去或いは弱められた前記主画像を含む、主画像の処理されたバージョンのレンダリングを可能にすること
を含む、一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。 - 前記カメラ運動フォトセンサーは、多数のシリコン層を含む多層センサーを含む請求項24記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。
- 前記方法は、さらに、測定された光電流の測定値を統合すること;及び、
前記光電流の測定値に基づく前記多層フォトセンサーの層内の光束又は光束深度の変化あるいはこの両方を計算すること、を含み、
前記カメラ運動は、該計算された変化に基づくことを特徴とする請求項25記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。 - 前記方法は、さらに、前記多層フォトセンサーの連続するp型及びn型シリコン層の間の光電流測定を遂行することを含む請求項26記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。
- 前記多層フォトセンサーは、p型及びn型シリコン層の既知の深さの連続する井戸を含む請求項26記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。
- 前記光学系は、一連の一又は複数のレンズ及び開口部を含む請求項24記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。
- 前記方法は、さらに、主画像センサーの単一の露光期間内に、多数の測定を遂行することを含む請求項24記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。
- 前記推定は、カメラ運動の方向を、最も高い相関性の方向として推定することを含む請求項24記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。
- 前記方法は、さらに、一又は複数の追加的なカメラ運動フォトセンサーを使用してカメラ運動の推定を遂行することを含む請求項24記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。
- 2つ以上のカメラ運動フォトセンサーが、整列されない仕方で選択的に空間に分配される請求項32記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。
- 前記推定は、カメラ運動フォトセンサーで測定されたパラメーターの分散の程度を計算することに基づいて、カメラ運動の量を推定することを含む請求項24記載の一又は複数のプロセッサー読込み可能な媒体。
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