JP2018519589A - 高ダイナミックレンジ画像を生成するための効率的な記憶装置 - Google Patents

高ダイナミックレンジ画像を生成するための効率的な記憶装置 Download PDF

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Abstract

処理画像を生成するための多重露光高ダイナミックレンジ処理用の、1組のセンサ出力画像を記憶するための方法、装置、及びコンピュータプログラムが提供される。多重露光高ダイナミックレンジ処理は、1つ又は複数のセンサ出力画像からの画素値を合成して、処理画像を生成する。一実施例において、方法は、イメージセンサから、第1の露光を有する第1のセンサ出力画像を受信することを含む。この方法はまた、イメージセンサから、第1の露光と異なる第2の露光を有する第2のセンサ出力画像を受信することを含む。処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する第1のセンサ出力画像の第1の画像画素が認定され、上記第1の画像画素に関して記憶された情報量が、上記認定するステップに基づいて削減される。【選択図】 図3

Description

本発明は、高ダイナミックレンジ画像を生成するための方法、装置及びコンピュータ可読記憶媒体に関する。
背景
高ダイナミック画像とは、標準的な画像処理技術で通常可能なよりも、より広いダイナミックレンジの光度を表す画像である。高ダイナミックレンジ(HDR)画像を取り込むことができるイメージセンサは、様々なメーカーから市販されている。こうした画像を取り込むために広く採用されている技術は、多数の露出を短い間隔で行い、各露出は異なる光感度(たとえば、露出時間を変えることによって)で計算され、次いで、これらを1つのHDR露出に合成する(又は「ステッチする」)。
一部のイメージセンサは、画素の列として構成された多数の光検出素子を備えている。たとえば、高解像度センサは、各列が1920画素の行を含む、1080列の画素から組み立てることができる。
シーケンスから多数の露出を合成するために、各露出から読み取られた画素は、最初に一時的に記憶されなければならない。それにより、露出を合成するときに(結果として得られるHDR画像を形成するために)、各露出の対応する画素が同時に利用可能となる。
たとえば、HDR画像の左上の画素は、構成する露出のうちのそれぞれの左上の画素を合成することによって生成することができる。こうした画素を合成する方法はよく知られている。
画素データのこの合成を達成するための1つ又は複数の露出から画像データを記憶する要求条件は、カメラシステムにかなりの要求をもたらす。第1に、データ記憶容量は高価であり、オンチップソリューションでは、法外に大きなシリコン領域が必要である。第2に、大量のデータを記憶デバイスに送信するのに必要な高データ帯域幅は、他のシステムリソースと競合する。第3に、記憶装置との間のデータトラフィックは、記憶が、典型的なポータブルデバイスの構成であるDDRメモリなど外部メモリによってなされるときは特に、多くの電力が消費される。
このように、こうした記憶要件を削減する、特に、多重露光HDRカメラシステムの帯域幅要件を削減させるための方法が求められている。
概要
本発明の第1の態様によれば、処理画像を生成する多重露光高ダイナミックレンジ処理用の、1組のセンサ出力画像を記憶するための方法が提供される。この多重露光高ダイナミックレンジ処理は、1つ又は複数のセンサ出力画像からの画素値を合成して処理画像を生成し、この方法は、
イメージセンサから、第1の露出を有する第1のセンサ出力画像を受信するステップと、
イメージセンサから、第1の露出と異なる第2の露出を有する第2のセンサ出力画像を受信するステップと、
処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する第1のセンサ出力画像の第1の画像画素を認定するステップと、
上記認定するステップに基づいて、上記第1の画像画素に関して記憶された情報量を削減するステップと、を含む。
処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素を認定することにより、第1のセンサ出力画像を記憶するために送信するのに必要な帯域幅の削減、第1のセンサ出力画像を記憶するのに必要な記憶スペースの削減が可能となり、且つ、高ダイナミックレンジ画像を生成するのに必要な後続の処理の効率性の向上も可能となる。
この方法は、
処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する第2のセンサ出力画像の第2の画像画素を認定するステップと、
上記認定するステップに基づいて、上記第2の画像画素に関して記憶された情報量を削減するステップと、
を含むことができる。
処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素を認定することにより、第2のセンサ出力画像を記憶するために送信するのに必要な帯域幅の削減、第2のセンサ出力画像を記憶するのに必要な記憶スペースの削減が可能となり、且つ、高ダイナミックレンジ画像を生成するのに必要な後続の処理の効率性の向上も可能となる。
この方法は、第1及び第2の画像を処理して、多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するステップを含み、ここでこの処理は、処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素を有すると認定された画素を除外することができる。実質的な貢献をしそうにないと認定された画素を除外することにより、帯域幅及び記憶装置の削減、並びに処理の効率性の向上が可能となる。
いくつかの実施形態において、第2の露出は第1の露出よりは小さく、第1の画像画素は、所定のしきい値以上である画素値を有することに基づいて認定される。これにより、高ダイナミックレンジ画像に貢献しそうにない過度に飽和状態の画素を、飽和状態にあると認定することが可能となる。その理由は、第2のセンサ出力画像に対応する画素は、高ダイナミックレンジ画像に使用するためにおそらく選択されるからである。
第2の露出が第1の露出より大きい他の実施形態において、第1の画像画素は、所定のしきい値以下である画素値を有することに基づいて認定される。これにより、高ダイナミックレンジ画像に貢献しそうにない比較的低い信号対雑音比を有する比較的暗い画素を、比較的暗いと認定することが可能となる。その理由は、第2のセンサ出力画像に対応する画素は、高ダイナミックレンジ画像に使用するためにおそらく選択されるからである。
この方法は、
イメージセンサから、第1の露出よりは小さく第2の露出よりは大きな露出を有する、第3の画像を受信するステップと、
2つの所定のしきい値の間の画素値を有する、第3の画像の画素を、第3の画像から除外されるものとして認定するステップと、を含む。
これにより、少なくとも3つの画像を処理して高ダイナミックレンジ画像を生成する実施形態において、上述のように、帯域幅及び記憶装置の削減、並びに処理の効率性の向上が可能となる。
いくつかの実施形態において、しきい値のうちの少なくとも1つが、イメージセンサのノイズプロファイルに基づいて選択される。これにより、望ましくないノイズレベルと関連付けられた画像強度レベルに対応する画素の除外が可能となる。
いくつかの実施形態において、しきい値のうちの少なくとも1つが、第1の露出の第3の露出に対する比に基づき、及び/又は、
しきい値のうちの少なくとも1つが、第3の露出の第2の露出に対する比に基づき、及び/又は、
しきい値のうちの少なくとも1つが、第1の露出の第2の露出に対する比に基づいている。
これにより、以下でより詳細に説明するように、飽和状態の画素、及び/又は比較的暗い画素を、必要に応じて特定の画像から除外することが可能となる。
上記第1の画像画素に関して記憶された情報量を削減するステップは、ランレングス符号化アルゴリズムを使用して、第1の画像画素を表すステップを含むことができる。これにより、第1及び/又は第2の画像を効率的に圧縮することが可能となり、画像を送信し、記憶するための帯域幅及び記憶装置要件を削減することが可能となる。
いくつかの実施形態において、所定のしきい値は、第1の画像の最大画素値を含むことができる。これにより、第1の画像から飽和状態の画素を除外することが可能となる。同様に、所定のしきい値は、第2の画像の最小画素値を含むことができる。これにより、第1の画像から比較的暗い画素を除外することが可能となる。
本開示の諸態様によれば、処理画像を生成する多重露光高ダイナミックレンジ処理用の1組のセンサ出力画像を記憶するための装置が提供される。ここでは、多重露光高ダイナミックレンジ処理が、1つ又は複数のセンサ出力画像からの画素値を合成して処理画像を生成し、装置が、
イメージセンサと、
第1のエンコーダであり、該第1のエンコーダは、
イメージセンサから、第1の露出を有する第1のセンサ出力画像を受信し、
第1のセンサ出力画像の改変されたバージョンを生成するように構成されており、第1の画像の改変されたバージョンを生成することが、
処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する第1のセンサ出力画像の第1の画像画素を認定するステップ、及び、
上記認定するステップに基づいて、上記第1の画像画素に関して記憶された情報量を削減するステップを含む、第1のエンコーダと、
第1の画像の改変されたバージョンを受信し、記憶するように構成された第1のバッファ記憶装置と、
第2のエンコーダであり、該第2のエンコーダは、
イメージセンサから、第1の露出とは異なる第2の露出を有する第2のセンサ出力画像を受信し、
第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンを生成するように構成されており、第2の画像の改変されたバージョンを生成することが、
処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する第2のセンサ出力画像の第2の画像画素を認定するステップ、及び、
上記認定するステップに基づいて、上記第2の画像画素に関して記憶された情報量を削減するステップを含む、第2のエンコーダと、
第2の画像の改変されたバージョンを受信し、記憶するように構成された第2のバッファ記憶装置と、を備える。上述のように、第1及び第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンを記憶するために必要なバッファ記憶サイズにおける削減がまた可能となり、第1及び第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンを処理する効率性の向上が可能となる。
いくつかの実施形態において、装置は、
第1のセンサ出力画像の改変されたバージョンを第1のバッファから受信し、
第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンを第2のバッファから受信し、
多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するために、第1のセンサ出力画像の改変されたバージョン、及び、第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンを処理して、該処理が、処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有するとして認定された画素を除外する、ように構成された高ダイナミックレンジ画像コンストラクタを備える。実質的な貢献をしそうにないとして認定された画素を除外することにより、高ダイナミックレンジ画像を生成するのに必要な効率的な処理が可能となる。
いくつかの実施形態において、第1のバッファは、第1のセンサ出力画像の改変されたバージョンを第1の圧縮された画像として記憶し、及び/又は、第2のバッファは、第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンを第2の圧縮された画像として記憶する。第1及び/又は第2の圧縮された画像を記憶することは、ランレングス符号化アルゴリズムを使用して、第1及び/又は第2の画像の改変されたバージョンから除外された画素を示すことを含むことができる。これにより、第1及び/又は第2のバッファにおける第1及び/又は第2の画像の改変されたバージョンを、効率的に記憶することが可能となる。
第1及び第2のバッファは、第1及び第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンを、1つ又は所定の高ダイナミックレンジ画像コンストラクタに同時に送信するように構成することができる。これにより、コンストラクタは、第1及び第2の画像の画素を比較することを含む論理を適用することができる。
本開示のさらなる態様によれば、記憶された1組のコンピュータ可読命令を含む非一時的なコンピュータ可読記憶媒体が提供され、コンピュータ可読命令は、少なくとも1つのプロセッサによって実行されるとき、少なくとも1つのプロセッサに、
イメージセンサから、第1の露出を有する第1のセンサ出力画像を受信するステップと、
第1の画像強度に対応する第1のしきい値以上である画素値を有する第1のセンサ出力画像の画素を、第1のセンサ出力画像から除外されるものとして認定するステップと、
イメージセンサから、第1の露出より小さい第2の露出を有する第2のセンサ出力画像を受信するステップと、
第1の画像強度よりも小さい第2の画像強度に対応する、第2のしきい値以下である画素値を有する第2のセンサ出力画像の画素を、第2のセンサ出力画像から除外されるものとして認定するステップと、
イメージセンサから、第1の露出より小さく、第2の露出より大きな第3の露出を有する第3のセンサ出力画像を受信するステップと、
第3のしきい値以上であり且つ第4のしきい値以下である画素値を有する、第3のセンサ出力画像の画素を、第3のセンサ出力画像から除外されるものとして認定するステップであり、第3のしきい値が、第1の画像強度よりも低い第3の画像強度に対応し、第4のしきい値が、第2の画像強度よりも高い第4の画像強度に対応する、ステップと、
多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するために第1、第2及び第3のセンサ出力画像を処理するステップであり、処理が、第1のセンサ出力画像から除外されるものとして認定された画素を除外し、第2のセンサ出力画像から除外されるものとして認定された画素を除外し、第3のセンサ出力画像から除外されるものとして認定された画素を除外する、ステップと、を実行させる。
これにより、第1、第2及び第3のセンサ出力画像を送信するのに必要な帯域幅の削減が可能となる。またこれにより、上述のように、第1、第2及び第3のセンサ出力画像を記憶するのに必要なバッファ記憶サイズの削減が可能となり、第1、第2及び第3のセンサ出力画像を処理して、高ダイナミックレンジ画像を生成する効率性の向上が可能となる。
さらなる本発明の機能及び利点は、添付の図面を参照して、単なる例として記述された本発明の好ましい実施形態の以下の説明から明白になるであろう。
図1aは、同一の場所の3つの露出を処理して多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成する概略図である。 図1bは、同一の場所の3つの露出を処理して多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するタイミングの概略図である。 図2は、3つの露出から画像データを記憶するための例示のアーキテクチャを示す図である。 図3は、多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するための例示の装置を示す図である。 図4は、多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するための方法の概略図である。 図5は、3つの露出に対する画像強度の関数としての画素値をプロットしたグラフである。 図6は、一実施形態による画像データを記憶するための拡張アーキテクチャを示す図である。 図7は、一実施形態による画像データを記憶するための拡張アーキテクチャを示す図である。 図8は、一実施例による非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を示す図である。
詳細な説明
図1は、同一の場所の3つの画像105、110、115を処理して、多重露光HDR画像120を生成する概略図を示す。入射光に対する画像の感光度を「露出」と言うことができる。露出は、カメラなど撮像装置のパラメータを変更することによって変えることができる。たとえば、露出は、光がイメージセンサに入射する時間の長さを短縮することによって、たとえば、シャッタが開いている時間の長さを短縮することによって、減少させることができる。これを集積化時間と呼ぶことができる。こうしたパラメータの別の例は、イメージセンサのアナログ及び/又はデジタル利得であり、これは、光に対するセンサの感光度を示す。こうしたパラメータの第3の例は焦点比、すなわち「Fストップ」である。画像の露出は、これらのパラメータのうちの少なくとも1つの関数として、たとえば、全体的な光への感光度を示す単一の値として表すことができる。たとえば、イメージセンサの利得を2倍にして集積化時間を半分にしても、露出への正味の影響は無いであろう。光へのより高い感光度となる設定の組合せをより大きな露出、光へのより低い感光度となる設定の組合せをより小さな露出と呼ぶことができる。当技術分野ではよく見られることであるが、「露出」という用語はまた、特定の露出値を有する画像を指すのに使用することができる。以下において、露出は露出時間の観点で変化するが、露出に関係するイメージセンサの他のパラメータを変更することは、同様な結果をもたらすことを理解されたい。
第1の露出105は、第2の露出110よりも長い露出を有し、第2の露出110は、第3の露出115よりも長い露出を有する。より長い露出により、低い光の領域においては、露出が細部に対してより高感度となり、また、より明るい領域を飽和状態にさせる。逆に、より短い露出により、明るい光の領域においては、露出が細部に対してより高感度となり、また、より暗い領域を細部が見えなくする。
任意の単一の露出105、110、115よりも、より広い範囲の光強度にわたって細部を有する、単一の合成されたHDR画像120は、3つの露出の異なる領域を合成することによって生成することができる。図1において、HDR画像120の最も暗い領域125は、最も長い露出105から取り込まれ、中位の暗さの領域130は、中位の長さの露出110から取り込まれ、最も明るい領域135は、最も短い露出115から取り込まれる。従って、露出105、110、115のうちの、飽和状態にある、又は暗い諸領域は、合成されたHDR画像120に貢献することはない。
図1bは、図1aに示すように、同一の場所の3つの露出を処理して多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するタイミングの概略図を示す。第1の取り込みシーケンス140中で、イメージセンサは、順番に、長い露光105、中位の露出110、及び短い露出115を生成する。第1の取り込みシーケンス140の後に、同一の、又は異なる場所の第2の取り込みシーケンス145が続く。
長い露出105の取り込みに続いて、長い露出105からの長い露出データ150が、たとえば、バッファ記憶装置など記憶装置に読み取られる。同様に、中位の露出データ155が、中位の露出110の取り込みに続いて読み取られ、短い露出データ160が、短い露出115の取り込みに続いて読み取られる。こうした操作をまとめて、画像読み取りシーケンス165と呼ぶことができる。
HDR画像を作成するために、各露出からの対応する画素を、HDRコンストラクタにおいて同時に受信することが望ましいであろう。たとえば、長い露出から所定の画素170aを、中位の露出からの画素170b及び短い露出からの画素170cと同時に受信することは望ましいことであろう。ここで、画素170a〜cは同一のx−y位置を有する。これを容易にするために、短い露出データ160は、HDRコンストラクタに直接送信することができる。同時に、長い露出データの遅延バージョン175、及び短い露出データの遅延バージョン180は、画素170a、170b、及び170cがHDRコンストラクタに同時に到着するように、遅延が設定された状態で、HDRに送達することができる。次いで、こうした画素は、知られているHDR作成技術を使用して合成され、合成されたHDR画像185の画素170dを形成することができる。こうした操作をまとめて、HDR作成190又はHDR画像構成と呼ぶことができる。
図2は、3つの露出、たとえば、図1で示された露出からHDR画像を生成するための例示のアーキテクチャを示す。一実施例において、イメージセンサ205は第1の長い露出105を取り込む。第1の露出105からの長い露出データ210は、第1のバッファ215に記憶される。次いで、イメージセンサ205は、第2の中位の露出110を取り込み、イメージセンサに起源を持つ中位の露出データは、第2のバッファ225に記憶される。次いで、イメージセンサ205は、第3の短い露出115を取り込む。露出115からの短い露出データ230は、第1のバッファ215からの長い露出データ、及び第2のバッファ225からの中位の露出データとともにHDRコンストラクタ235に送信される。次いで、HDRコンストラクタは、3つの露出105、110、115から、たとえば図1に示すように、HDR画像を生成する。他の実施例において、3つの露出105、110、115は、図2に示す順番とは異なる順番で生成される。
図3は、処理画像を生成するための、多重露光高ダイナミックレンジ処理用の1組のセンサ出力画像を記憶するための装置を示す。ここで、多重露光高ダイナミックレンジ処理は、本開示の一態様に従って、1つ又は複数のセンサ出力画像からの画素値を合成して処理画像を生成する。装置300は、イメージセンサ305、第1のエンコーダ310、第2のエンコーダ315、第1のバッファ320及び第2のバッファ325を備える。装置は、高ダイナミックレンジ画像コンストラクタ330を備えることができる。第1及び第2のバッファ320、325は、たとえば、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)を備えることができる。第1のエンコーダ310は、イメージセンサ305から第1の露出を有する第1のセンサ出力画像335を受信し、第1の画像の改変されたバージョン345を生成するように構成されている。
第1の画像335の改変されたバージョン345を生成することは、処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する第1のセンサ出力画像335の第1の画像画素を認定し、この認定に基づいて上記第1の画像画素に関して記憶された情報量を削減することを含む。このことは、たとえば、所定のしきい値以上である画素値を有する、第1の画像335の画素を、第1の画像335の改変されたバージョン345から除外されると認定することを含むことができる。たとえば、第1の露出は十分に長く、第1の画像の明るい領域は飽和状態にあり、最大の画素値を有するとすることができる。しきい値は、こうした飽和状態の領域が、以下でより詳細に説明するように、第1の画像335の改変されたバージョン345から除外されるように設定することができる。
第1のバッファ320は、第1の画像335の改変されたバージョン345を受信し、記憶するように構成される。
第2のエンコーダ315は、イメージセンサ305から、第1の露出と異なる第2の露出を有する第2のセンサ出力画像340を受信し、次に、第2のセンサ出力画像340の改変されたバージョン350を生成するように構成される。
第2のセンサ出力画像340の改変されたバージョン350を生成することは、処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する第2のセンサ出力画像340の第2の画像画素を認定し、認定するステップに基づいて上記第2の画像画素に関して記憶された情報量を削減することを含む。第2の露出が第1の露出よりも短い場合、このことは、たとえば、第1のしきい値よりは低い第2のしきい値以下である画素値を有する、第2の画像340の画素を、第2の画像340の改変されたバージョン350から除外されると認定することを含むことができる。たとえば、第2の露出は十分に短く、第2の画像340の暗い領域は比較的暗い。第2のしきい値は、こうした暗い領域が、以下でより詳細に説明するように、第2の画像340の改変されたバージョン350から除外されるように設定することができる。
第2のバッファ325は、第2のセンサ出力画像340の改変されたバージョン350を受信し、記憶するように構成される。いくつかの実施形態において、装置300は、第1及び第2のセンサ出力画像の改変されたバージョン345、350を記憶するように構成された単一のバッファを備える。こうした実施形態において、単一のバッファは通常、各画像が、その画像を、第1及び第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンである、と認定するためのフラグを記憶することができる。
第1のバッファ320は、第1のセンサ出力画像335の改変されたバージョン345を、第1の圧縮された画像として記憶することができる。第2のバッファ325は、第2のセンサ出力画像340の改変されたバージョン350を、第2の圧縮された画像として記憶することができる。画像は通常、暗い画素の連続した領域、及び明るい画素の連続した領域を含むので、この圧縮は、たとえば、知られているランレングス符号化アルゴリズムを使用して、第1及び/又は第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンから除外された画素を示すように実施することができる。これにより、第1及び第2の画像335、340、並びに、これらの改変されたバージョン345、350を送信するのに必要な送信帯域幅が削減される。またこれにより、改変されたバージョン345、350を記憶するために必要なバッファ記憶スペースが削減される。
装置が高ダイナミックレンジ画像コンストラクタ330を備える場合、高ダイナミックレンジ画像コンストラクタ330は、第1のセンサ出力画像335の改変されたバージョン345を、第1のバッファ320から受信し、第2のセンサ出力画像340の改変されたバージョン350を、第2のバッファ325から受信するように構成することができる。高ダイナミックレンジ画像コンストラクタ330は、第1のセンサ出力画像335の改変されたバージョン345、及び、第2のセンサ出力画像340の改変されたバージョン350を処理して、多重露光高ダイナミックレンジ画像355を生成し、出力するように構成される。処理は、処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有するとして認定された画素を除外する。たとえば、飽和状態にあり比較的暗い領域が除外されるように画素が認定される実施形態において、このことは通常、最終的なHDR画像355にほとんど影響しない。それは図1に関して上で述べたように、こうした領域はHDR画像355に貢献しないからである。
高ダイナミックレンジ画像コンストラクタ330は、第1のセンサ出力画像335の改変されたバージョン345を、第1のバッファ320から受信し、第2のセンサ出力画像340の改変されたバージョン350を、第2のバッファ325から同時に受信するように構成することができる。これにより、コンストラクタ330が、知られているHDRコンストラクションアルゴリズムを適用してHDR画像355に含めるために、第1及び第2の改変された画像345、350の領域を選択できるように、画像を、HDR画像355の生成中にともに処理することが可能となる。
HDR画像を生成するとき、さらなる画像もまた、処理のためにHRDコンストラクタに送信することができる。こうした画像のうちの少なくとも1つを、たとえば図2で短い露出データ230について示したように、バッファに記憶することなしに、HRDコンストラクタ330に直接送信することができる。
図4は、処理画像を生成する多重露光高ダイナミックレンジ処理用の、1組のセンサ出力画像を記憶するための方法400の概略図を示し、ここでは、多重露光高ダイナミックレンジ処理が、一実施形態に従って、1つ又は複数のセンサ出力画像からの画素値を合成して処理画像を生成する。
ブロック410において、第1の露出を有する第1のセンサ出力画像が、イメージセンサから受信される。
ブロック415において、第1の露出とは異なる第2の露出を有する第2のセンサ出力画像が、イメージセンサから受信される。
ブロック420において、処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する第1のセンサ出力画像の画素が認定される。たとえば、第2の露出が第1の露出よりも短い場合、画素は、第1の所定のしきい値以上である画素値を有することに基づいて認定することができる。こうした画素は、第1の画像から除外されるものとして認定することができる。他の実施形態において、第2の露出は第1の露出よりも大きく、第1の画像画素は、所定のしきい値以下である画素値を有することに基づいて認定される。
第2の露出が第1の露出よりも短いいくつかの実施形態において、第2のしきい値以下である画素値を有する第2のセンサ出力画像の画素は、第2のセンサ出力画像から除外されるものとして認定される。ここで、第2のしきい値は第1のしきい値よりも小さい。
上で述べたように、飽和状態の画素が第1の画像から除外されるように、しきい値は最大画素値を含むことができる。同様に、暗い画素が第2の画像から除外されるように、しきい値は最小画素値を含むことができる。
ブロック425において、上記第1の画像画素に関して記憶された情報量が、上記認定するステップに基づいて削減される。一実施形態において、このステップは、上記第1の画素に関して記憶された情報量を削減するが、上記第1の画素以外の画素に関して記憶された情報量は削減しない。これにより、全体的な記憶された情報量が削減される一方、完全な情報、すなわち、イメージセンサが生成する画素分解能において、イメージセンサによって出力されるデータ値を、処理画像に貢献することになるであろう画素に関して記憶することができる。たとえば、上記第1の画素に関する情報は、イメージセンサが生成する画素分解能より低い分解能で、圧縮データとして記憶することができ、他の画素に関する情報は、非圧縮データとして記憶することができる。別の実施形態において、上記第1の画素に関する情報は、非可逆圧縮アルゴリズムを使用して記憶され、他の画素に関する情報は、可逆圧縮アルゴリズムを使用して記憶される。非可逆圧縮アルゴリズムは通常、可逆アルゴリズムよりもより大規模な圧縮を可能とし、従って、この実施形態により、可逆圧縮アルゴリズムを使用して、すべての画素が記憶される場合に可能であるよりもより大規模な全体的な圧縮が可能となる。たとえば、可逆圧縮アルゴリズムは、上記第1の画素の位置を記憶することを含むことができるが、上記第1の画素の値を記憶することは含まない。この方法で上記第1の画素に関する情報を記憶する結果としての情報の損失は通常、こうした画素は、今まで処理画像に重大な貢献をしそうになかったので、重大な影響を最終の処理画像に与えることは無いであろう。別の実施例において、上記第1の画素に関する情報は廃棄され、記憶されることはないことが考えられる。
いくつかの実施形態において、第1及び第2のセンサ出力画像を処理して、多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するが、この処理では、処理画像に実質的な貢献をしそうにないとして認定された画素を除外する。
方法400は、様々な露出の任意の数の画像を処理してHDR画像を形成するように拡張することができる。たとえば、方法400は、イメージセンサから第3の画像を受信することを含むができる。ここで、第3の画像は、第1の露出よりは短く、第2の露出よりは長い第3の露出を有する。方法400は、次いで、2つの所定のしきい値の間の画素値を有する、第3の画像の画素を、第3の画像から除外されるものとして認定することを含むことができる。たとえば、方法400は、第3のしきい値以上であり、且つ、第4のしきい値以下である画素値を有する第3の画像の画素を除外することを含むことができる。こうした実施形態において、多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成することは、第3の画像を処理することを含む。ここで、処理は、第3の画像から除外されるものとして認定された画素を除外する。
しきい値のうちの少なくとも1つは、画像強度(イメージセンサに入る光の輝度に対応する)と対応する画素値の間の関係を考慮することに基づいて選択することができる。こうした関係の概略の例を図5に示す。
図5は、3つの露出、長い露出505、中位の露出510、及び短い露出515に対する画像強度の関数としての画素値をプロットしたグラフ500を示す。最大画素値520は、イメージセンサから出力できる最大の画素値を表す。たとえば、12ビットのイメージセンサの場合、最大画素値は4096となろう。最も長い露出520の場合、画素値の全範囲が、最も暗い画像強度の比較的短い範囲525を表すために使用され、最大画素値520は、範囲525より高い任意の画像強度のために使用されることが分かる。従って、最も長い露出により、暗い領域において細部を示し、適度に明るい領域においてさえ飽和状態にある画像が生成される。
中位の露出510の場合、画像強度のより広い範囲525+530を表すために、画素値の全範囲が使用される。従って、中位の露出は、長い露出505よりも飽和状態になることなく、より明るい強度を表す。しかし、ノイズは通常、低い画素値においては比較的大きな影響を有するので、より暗い領域(範囲525など)は、ノイズが原因で低い画像品質を有する、比較的狭い範囲の低い画素値によって表される。
短い露出515の場合、画像強度のより広い範囲525+530+535を表すために、画素値の全範囲が使用される。この実施例において、最大画素値520は、最大の画像強度を表すためにのみ使用される。従って、短い露出515は、飽和状態になることなく画像強度の全範囲を表す。しかし、低い画像強度及び中位の画像強度の領域(範囲525及び530など)は、上で述べたように、ノイズが原因で低い画像品質を有する、比較的狭い範囲の低い画素値によって表される。
従って、HDR画像を生成するとき、長い露出505から低い画像強度525の領域を取り込み、中位の露出510から中位の画像強度530の領域を取り込み、短い露出515から高い画像強度535の領域を取り込むのが望ましいであろう。これは、範囲525と530の境界に対応する画素値に等しい第1及び第3のしきい値を、それぞれ長い露出及び中位の露出に設定し、範囲530と535の境界に対応する画素値に等しい第2及び第4のしきい値を、それぞれ短い露出及び中位の露出に設定することによって達成することができる。こうした実施形態において、所与の画素は2つの画像から除外され、1つの画像に含まれる。従って、これにより、3つの画像すべてにわたって記憶すべき画素値の数が最小化される。この結果、HDR画像を生成するための画像処理が、各画像からどの画素を含むかに関してなんらの決定プロセスを含む必要がないため、HDR画像の生成が効率的になる。
いくつかの実施形態において、第3のしきい値は、第1のしきい値に対応する画像強度よりも低い画像強度に対応する。こうした実施形態において、これら2つの画像強度の間の画像強度の画素は、第1の画像又は第2の画像から除外されないであろう。第1及び第2の画像に含まれる画像強度は、その結果、重なり合うと言うことができる。同様に、第4のしきい値は、第2のしきい値に対応する画像強度よりも高い画像強度に対応することができる。その結果、第2及び第3の画像に含まれる画像強度は重なり合う。こうした実施形態において、知られているHDRコンストラクションアルゴリズムを使用して、画素が第1、第2及び第3の画像のうちの2つの画像に含まれる領域内のHDR画像の画素に、値を割り当てることができる。このように、大規模な重なり合いは、より高度で、効率性の低いHDR画像を生成する処理を必要とするが、通常、異なる画像強度の領域間で、境界がはっきりと目立たない高品質の画像も生成する。
しきい値のうちの少なくとも1つは、イメージセンサのノイズプロファイルに基づいて選択することができる。たとえば、所与のイメージセンサは、所与の画素値において確率論的なノイズレベルNを有することは知られているであろう。従って、第1のしきい値は、最大画素値からのNより高い値を有する第1の画像の任意の画素が、飽和状態と扱われ、従って除外されるように設定することができる。同様に、第2のしきい値は、Nより小さな値を有する第2の画像の任意の画素が、0と扱われ、その結果除外されるように設定することができる。
露出が、画像の光感受性に影響を与えるパラメータの関数として、たとえば1つの値として表現される場合、しきい値のうちの少なくとも1つは、第1の画像の露出の第3の画像の露出に対する比に基づいて、選択することができる。たとえば、第1の画像が第3の画像の露出よりも16倍大きな露出を有する場合、第1の画像の不飽和画素は、第3の画像の対応する画素の約16倍の画素を有すると予想することができる。第1及び第3のしきい値は、従って、第1の画像が飽和状態の画素を含まないように、及び、第3の画像が暗い画素を含まないように選択することができる。
同様に、しきい値のうちの少なくとも1つは、第3の画像の露出の第2の画像の露出に対する比に基づいて、選択することができる。たとえば、第2及び第4のしきい値は、第3の画像が暗い画素及び飽和状態の画素を含まないように、並びに、第2の画像が暗い画素を含まないように、この方法で選択することができる。
いくつかの実施形態において、いかに他のしきい値が選択され、又は第3の画像が生成されたかどうかにかかわらず、少なくとも1つのしきい値は、第1の露出の第2の露出に対する比に基づく。たとえば、第1及び第2のしきい値は、第1の画像が飽和状態の画素を含まないように、及び、第2の画像が暗い画素を含まないように選択することができる。
いくつかの実施形態において、上記第1及び/又は第2の画像画素に関して記憶された情報量を削減することは、ランレングス符号化アルゴリズムを使用して、第1及び/又は第2の画像画素を表すことを含む。画像は通常、明るい、又は暗い領域に対応する除外された画素の連続的なブロックを含むので、これにより画像サイズのかなりの減少を表すことができる。従って、画像は、HDR画像の作成前に、たとえば、図3に示したようにバッファ内で効率的に送信及び記憶することができる。
図6は、一実施形態による図3に示したアーキテクチャの拡張を示す図である。イメージセンサ305は、図3に関して上で述べたように、第1のセンサ出力画像335を第1のエンコーダ310に提供する。次いで、第1のセンサ出力画像の改変されたバージョン345は、第1のバッファ記憶装置320又は外部記憶装置605のどちらかに記憶することができる。外部記憶装置605は、たとえばダブルデータレートシンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ(DDR SDRAM)を備えることができる。たとえば、バッファ記憶装置320の有限な量が、第1のセンサ出力画像の改変されたバージョン345を記憶するのに通常は十分であるが、画素データが時々外部記憶装置605に溢れ出る場合、たとえば、通常よりもより多くの記憶スペースが必要な場合にこの方法を使用することができる。図6は、第1のセンサ出力画像の改変されたバージョン345を記憶するように構成された外部記憶装置605を示しているが、外部記憶装置は、第2の画像の改変されたバージョン350を記憶するように、代替的に又は追加的に構成することができる。
バッファ記憶装置320を使用するか、外部記憶装置605を使用するかの選択は、ブロックアドレスコントローラ610によって制御することができる。ブロックアドレスコントローラ610は、たとえば、メモリを適切なサイズのブロックに割り当て、データを回復できるように、どのデータがどこに記憶されたかの記録を保守する方法を含むことができる。
図7は、図3に示したアーキテクチャの拡張を示し、これはまた、図6に示したアーキテクチャと連携して実装することができる。このアーキテクチャは、通常、後続の露出間に存在する強い相関関係を利用する。たとえば、第1のセンサ出力画像335は、第2のセンサ出力画像340の16倍の露出を有することができる。第2のセンサ出力画像340の画素は、次いで、第1のセンサ出力画像335内の同一の画素の値の16分の1の値を有すると予測することができる。これは、第1のセンサ出力画像335の画素値を、第1のバッファ320から受信する第1の予測装置705によって利用することができる。次いで、第1の予測装置705は、第2のセンサ出力画像340の同一の画素の値を予測し、この予測を第2のエンコーダ315に送信する。次いで、エンコーダはこの予測を使用して、より効果的な符号化を提供することができる。たとえば、上で説明したように、いくつかの画素、たとえば、上で記載したしきい値のうちの1つに近似した値を有する画素は2つ以上の画像に含むことができる。こうした画素に関する情報は、画素値としきい値間の値の相違のみを記憶することによって、圧縮することができる。代替的に又は追加的に、画素値が予測される画素に関する情報は、予測値と実際の値間の値の相違のみを記憶することによって、圧縮することができる。
第2のセンサ出力画像340が、第1の画像335の後に取り込まれる場合、第1の画像335の所与の画素は、常に第2のセンサ出力画像340の同一の画素の前に取り込まれてきた。これは、第2の予測装置710によって利用することが可能であり、この装置は、第1のセンサ出力画像335の画素値を第1のバッファ320から受信し、第2のセンサ出力画像340の同一の画素の値を予測する。次いで、第2の予測装置710は、この予測をHDR画像生成に使用するために、HRDコンストラクタ330に送信する。代替的に、アーキテクチャが、第2のセンサ出力画像の改変されたバージョン350を復号するための復号器(図7に図示せず)を備える場合、第2の予測装置710は予測を復号器に送信することができる。
実施形態は、第1の予測装置710のみ、第2の予測装置720のみ、又は第1及び第2の予測装置710、720の両方を備えることができる。
図8は、少なくとも1つのプロセッサ810によって実行されると、少なくとも1つのプロセッサ810に、本明細書に記載の実施例による方法を実施させる1組のコンピュータ可読命令805を含む、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体800の一例を示す。コンピュータ可読命令805は、マシン可読媒体から、たとえば、命令実行システムにより、又はそれと連携して使用するためのプログラム及びデータを含み、記憶し、又は保守することができる任意の媒体から、取り出すことができる。このケースでは、マシン可読媒体は、たとえば、電子的媒体、磁気媒体、光学的媒体、電磁的媒体、又は半導体媒体といった多くの物理的媒体の任意の1つを含むことができる。適切なマシン可読媒体のより具体的な例としては、これだけには限らないが、ハードドライブ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ、又はポータブルディスクがある。
ブロック815において、命令805はプロセッサ810に、イメージセンサから第1のセンサ出力画像を受信させる。ここで、第1のセンサ出力画像は、第1の露出を有する。
ブロック820において、命令805は、プロセッサ810に、第1のしきい値以上である画素値を有する、第1のセンサ出力画像の第1の画像画素から除外されると認定させる。第1のしきい値は、第1の画像強度に対応する。
ブロック825において、命令805はプロセッサ810に、イメージセンサから第2のセンサ出力画像を受信させる。第2のセンサ出力画像は、第1の露出よりは短い第2の露出を有する。
次いで、命令805はプロセッサ810に、ブロック830において、第2のしきい値以下である画素値を有する、第2のセンサ出力画像の第2のセンサ出力画像画素から除外されると認定させる。第2のしきい値は、第1の画像強度よりも低い第2の画像強度に対応する。
ブロック835において、命令805はプロセッサ810に、イメージセンサから第3のセンサ出力画像を受信させる。第3のセンサ出力画像は、第1の露出よりは短く第2の露出よりは長い第3の露出を有する。
次いで、ブロック840において、命令805はプロセッサ810に、第3のしきい値以上であり且つ第4のしきい値以下である画素値を有する、第3の画像の第3のセンサ出力画像画素から除外されると認定させる。第3のしきい値は、第1の画像強度よりも低い第3の画像強度に対応し、第4のしきい値は、第2の画像強度よりも高い第4の画像強度に対応する。
最後に、ブロック845において、命令805はプロセッサ810に、第1、第2、及び第3のセンサ出力画像を処理して、たとえば上で述べたように、多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成させる。この処理では、第1のセンサ出力画像から除外されるものとして認定された画素を除外し、第2のセンサ出力画像から除外されるものとして認定された画素を除外し、第3のセンサ出力画像から除外されるものとして認定された画素を除外する。
上記の実施形態は、本発明の説明のための一例として理解すべきである。本発明のさらなる実施形態を考えることができる。たとえば、第1、第2、及び適切な場合には、第3、第4の画像を取り込み、示され、記載された順番とは異なる順番で処理することができる。いずれの実施形態に関して記載した任意の機能は、単独で、又は、記載された他の機能と組み合わせて使用することができ、また、任意の他の実施形態の1つ又は複数の機能と組み合わせて、又は、任意の他の実施形態を任意に組み合わせて使用することができると理解されるべきである。さらに、上で記載していない同等なもの及び変更形態も、添付の特許請求の範囲で定義される、本発明の範囲から逸脱することなく使用することができる。

Claims (17)

  1. 処理画像を生成するために、多重露光高ダイナミックレンジ処理用の1組のセンサ出力画像を記憶するための方法であって、前記多重露光高ダイナミックレンジ処理が、前記センサ出力画像のうちの1つ又は複数からの画素値を合成して、前記処理画像を生成し、前記方法が、
    イメージセンサから、第1の露出を有する第1のセンサ出力画像を受信するステップと、
    前記イメージセンサから、前記第1の露出と異なる第2の露出を有する第2のセンサ出力画像を受信するステップと、
    前記処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する、前記第1のセンサ出力画像の第1の画像画素を認定するステップと、
    前記認定するステップに基づいて、前記第1の画像画素に関して記憶された情報量を削減するステップと、
    を含む、方法。
  2. 前記処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する、前記第2のセンサ出力画像の第2の画像画素を認定するステップと、
    前記認定するステップに基づいて、前記第2の画像画素に関して記憶された前記情報量を削減するステップと、を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するために前記第1及び第2の画像を処理するステップであって、前記処理が、前記処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有するとして認定された画素を除外する、ステップを含む、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記第2の露出が前記第1の露出よりも小さく、前記第1の画像画素が、所定のしきい値以上である画素値を有することに基づいて認定される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第2の露出が前記第1の露出よりも大きく、前記第1の画像画素が、所定のしきい値以下である画素値を有することに基づいて認定される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第1の露出よりも小さく前記第2の露出よりも大きな第3の露出を有する第3の画像を、前記イメージセンサから受信するステップと、
    2つの所定のしきい値の間の画素値を有する、前記第3の画像の画素を、前記第3の画像から除外されるものとして認定するステップと、
    を含む、請求項4又は5に記載の方法。
  7. 前記しきい値のうちの少なくとも1つが、前記イメージセンサのノイズプロファイルに基づいて選択される、請求項4〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記しきい値のうちの少なくとも1つが、前記第1の露出の第3の露出に対する比に基づき、及び/又は、
    前記しきい値のうちの少なくとも1つが、前記第3の露出の前記第2の露出に対する比に基づき、及び/又は、
    前記しきい値のうちの少なくとも1つが、前記第1の露出の前記第2の露出に対する比に基づく、請求項6又は7に記載の方法。
  9. 前記第1の画像画素に関して記憶された前記情報量を削減するステップが、ランレングス符号化アルゴリズムを使用して前記第1の画像画素を表すステップを含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記所定のしきい値が、前記第1の画像の最大画素値を含む、請求項4に記載の方法。
  11. 第2のしきい値が、前記第2の画像の最小画素値を含む、請求項5に記載の方法。
  12. 処理画像を生成する多重露光高ダイナミックレンジ処理用の1組のセンサ出力画像を記憶するための装置であって、前記多重露光高ダイナミックレンジ処理が、1つ又は複数の前記センサ出力画像からの画素値を合成して前記処理画像を生成し、
    イメージセンサと、
    第1のエンコーダであり、該第1のエンコーダは、
    前記イメージセンサから、第1の露出を有する第1のセンサ出力画像を受信し、 前記第1のセンサ出力画像の改変されたバージョンを生成するように構成されており、前記第1の画像の前記改変されたバージョンを生成することが、
    前記処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する前記第1のセンサ出力画像の第1の画像画素を認定するステップ、及び、
    前記認定するステップに基づいて、前記第1の画像画素に関して記憶された情報量を削減するステップを含む、第1のエンコーダと、
    前記第1の画像の前記改変されたバージョンを受信し、記憶するように構成された第1のバッファ記憶装置と、
    第2のエンコーダであり、該第2のエンコーダは、
    前記イメージセンサから、前記第1の露出とは異なる第2の露出を有する第2のセンサ出力画像を受信し、
    前記第2のセンサ出力画像の改変されたバージョンを生成するように構成されており、前記第2の画像の前記改変されたバージョンを生成することが、
    前記処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有する前記第2のセンサ出力画像の第2の画像画素を認定するステップ、及び、
    前記認定するステップに基づいて、前記第2の画像画素に関して記憶された情報量を削減するステップを含む、第2のエンコーダと、
    前記第2の画像の前記改変されたバージョンを受信し、記憶するように構成された第2のバッファ記憶装置と、
    を備える、装置。
  13. 前記第1のバッファから、前記第1のセンサ出力画像の前記改変されたバージョンを受信し、
    前記第2のバッファから、前記第2のセンサ出力画像の前記改変されたバージョンを受信し、
    多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するために、前記第1のセンサ出力画像の前記改変されたバージョン、及び前記第2のセンサ出力画像の前記改変されたバージョンを処理して、前記処理が、前記処理画像に実質的な貢献をしそうにない画素値を有するとして認定された画素を除外する、ように構成された高ダイナミックレンジ画像コンストラクタを備える、請求項12に記載の装置。
  14. 前記第1のバッファが、第1の圧縮された画像として前記第1のセンサ出力画像の前記改変されたバージョンを記憶し、及び/又は、前記第2のバッファが、第2の圧縮された画像として前記第2のセンサ出力画像の前記改変されたバージョンを記憶する、請求項12又は13に記載の装置。
  15. 前記第1及び/又は第2の圧縮された画像を記憶することが、ランレングス符号化アルゴリズムを使用して、前記第1及び/又は第2の画像の前記改変されたバージョンから除外された画素を示す、請求項14に記載の装置。
  16. 前記第1及び第2のバッファが、前記第1及び第2のセンサ出力画像の前記改変されたバージョンを、前記高ダイナミックレンジ画像コンストラクタへ同時に送信するように構成されている、請求項12〜15のいずれか一項に記載の装置。
  17. 記憶された1組のコンピュータ可読命令を含む非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータ可読命令は、少なくとも1つのプロセッサによって実行されるとき、少なくとも1つの前記プロセッサに、
    イメージセンサから、第1の露出を有する第1のセンサ出力画像を受信するステップと、
    第1の画像強度に対応する第1のしきい値以上である画素値を有する前記第1のセンサ出力画像の画素を、前記第1のセンサ出力画像から除外されるものとして認定するステップと、
    前記イメージセンサから、前記第1の露出より小さい第2の露出を有する第2のセンサ出力画像を受信するステップと、
    前記第1の画像強度よりも低い第2の画像強度に対応する第2のしきい値以下である画素値を有する前記第2のセンサ出力画像の画素を、前記第2のセンサ出力画像から除外されるものとして認定するステップと、
    前記イメージセンサから、前記第1の露出より小さく、前記第2の露出より大きな第3の露出を有する第3のセンサ出力画像を受信するステップと、
    第3のしきい値以上であり且つ第4のしきい値以下である画素値を有する、前記第3のセンサ出力画像の画素を、前記第3のセンサ出力画像から除外されるものとして認定するステップであり、前記第3のしきい値が、前記第1の画像強度よりも低い第3の画像強度に対応し、前記第4のしきい値が、前記第2の画像強度よりも高い第4の画像強度に対応する、ステップと、
    多重露光高ダイナミックレンジ画像を生成するために前記第1、第2及び第3のセンサ出力画像を処理するステップであり、前記処理が、前記第1のセンサ出力画像から除外されるものとして認定された画素を除外し、前記第2のセンサ出力画像から除外されるものとして認定された画素を除外し、前記第3のセンサ出力画像から除外されるものとして認定された画素を除外する、ステップと、
    を実行させる、コンピュータ可読記憶媒体。
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