KR20110016438A - 카메라 센서 교정 - Google Patents

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Abstract

카메라 센서 교정을 위한 시스템들 및 방법들이 개시된다. 예시적인 실시예에서, 본 방법은 센서 상의 상이한 공간 위치들에서 복수의 컬러 채널에 대한 스펙트럼 응답을 샘플링하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 상기 센서에 의해 캡처된 이미지 내의 상기 상이한 공간 위치들에 4 x 4 컬러 교정 행렬을 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 각각의 공간 위치에서의 스펙트럼 응답을 변환하여, 상기 이미지 상의 어느 하나의 위치에서의 센서의 스펙트럼 응답에 매칭시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

Description

카메라 센서 교정{CAMERA SENSOR CORRECTION}
디지털 카메라들은 예를 들어 전하 결합 소자, 즉 "CCD" 또는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 센서와 같은 적어도 하나의 카메라 센서를 포함한다. 디지털 카메라는 복수의 감광 셀을 포함하며, 이들 각각은 광에 대한 노출에 응답하여 전하를 증대시키거나 축적한다. 임의의 주어진 픽셀에 대해 축적되는 전하는 광 노출의 강도 및 지속 기간에 비례하며, 디지털 사진들을 생성하는 데 사용된다.
소형 고해상도 카메라의 설계에 있어서의 가장 어려운 문제들 중 하나는 카메라의 전체 볼륨에 대한 제한이다. 통상의 목표 높이가 6mm보다 작은 경우, 매우 작은 센서들이 사용되어야 한다. 이러한 센서들은 감소된 감도, 증가된 잡음, 증가된 컬러 크로스토크 및 증가된 컬러 불균형을 나타내는 소형 픽셀 설계들을 필요로 한다. 종종, 이러한 소형 설계들은 카메라 센서의 에지에 크게 경사진 각도들로 충돌하는 광선들에 비해, 카메라 렌즈 바로 뒤에 있을 수 있는 카메라 센서의 중심에 충돌하는 광선들의 입사각의 편차로 인해 과다한 바림(vignetting)을 보인다.
컬러에 종속하지 않는 바림에 더하여, 디지털 카메라들은 컬러에 종속하는 바림도 보일 수 있다. 예를 들어, 균일하게 조명되는 중성 표면(예컨대, 백색 벽)의 이미지가 캡처될 때, 결과적인 디지털 이미지는 바람직하지 않게도 분홍색, 녹색 또는 청색 색조를 띨 수 있다. 이러한 영역들의 정확한 컬러 및 형상은 조명 타입 및 촬영 장면에 따라 변한다. 광학계, 센서, 전자 장치 및 이들의 상호작용들에 따라 그러한 관측되는 색조 변화의 다양한 원인이 존재한다.
도 1a는 이미징 센서를 따르는 상이한 위치들에서의 컬러 음영의 위치 종속성을 나타내는 개략도이다.
도 1b는 예시적인 카메라 시스템의 컴포넌트 개략도이다.
도 2는 예시적인 카메라 센서의 하이 레벨 개략도이다.
도 3은 예시적인 센서 상의 상이한 공간 위치들에서의 센서 및 렌즈 스펙트럼 응답들의 예시적인 그래프들이다.
도 4는 정규화 및 플로팅(plotting)을 함께 행한 후의 도 3의 예시적인 센서에 대한 센서 및 렌즈 스펙트럼 응답들의 예시적인 그래프들이다.
도 5는 다른 예시적인 센서 상의 상이한 공간 위치들에서의 센서 및 렌즈 스펙트럼 응답들의 그래프들이다.
도 6은 정규화 및 플로팅을 함께 행한 후의 도 5의 예시적인 센서에 대한 센서 및 렌즈 스펙트럼 응답들의 예시적인 그래프들이다.
도 7은 카메라 센서 교정을 위해 구현될 수 있는 예시적인 동작들을 나타내는 흐름도이다.
디지털 카메라 센서들의 컬러 종속 및 컬러 비종속 바림을 교정하기 위한 시스템들 및 방법들이 본 명세서에 개시된다. 이러한 효과들은 센서의 영역을 걸쳐 공간적으로 변하므로, 이러한 바람직하지 않은 효과들을 교정하기 위해 이미지 처리 알고리즘들이 이용될 수 있다. 이러한 알고리즘들은 수학적 모델을 이용하여 교정 마스크(다항식, 타원, 원 등)를 맞추거나, 메모리 제한들로 인해 실제 교정 마스크를 더 낮은 해상도로 저장할 수 있다.
카메라 센서 교정의 일부 접근법들은 공지된 기준 컬러 온도에서 플랫-필드(flat-field) 이미지로부터 단일 교정 인자가 얻어질 수 있는 것으로 가정할 수 있다. 이러한 접근법은 컬러 크로스토크를 보이지 않는 센서 및 렌즈 결합들에 대해 또는 상이한 타입의 표면들로부터의 반사 광의 파장에 따라 광 크로스토크가 변하지 않는 센서들에 대해 충분한 교정을 제공할 수 있지만, 그러한 가정들은 (예를 들어, 이동 이미징 장치들에서 사용되는 바와 같은) 초소형 장치들에 대해서는 적합하지 않을 수 있다. 즉, 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 단일 선형 배율은 중복 스펙트럼 응답을 생성하지 않을 수도 있다.
디지털 이미징 장치들에 사용되는 소형 렌즈 시스템들은 통상적으로 서너 개의 렌즈 요소 및 렌즈를 통해 투과되는 광의 광 대역 통과를 제한하는 데 사용되는 적외선 컷오프 필터로 구성된다. 그러한 렌즈들은 이미지에 대해 두 가지 바람직하지 않은 효과, 즉 광 크로스토크 및 스펙트럼 크로스토크를 유발하는 매우 가파른 광선 각도들을 갖는다.
다양한 이미징 장치들에 사용되는 영역 센서들은 일반적으로 베이어(Bayer) 패턴으로 배열되는 컬러 필터들의 모자이크를 포함한다. 베이어 패턴은 교대하는 적색 및 녹색 픽셀들(R 및 Gr)을 포함하는 센서의 한 행, 및 교대하는 청색 및 녹색 픽셀들(B 및 Gb)을 포함하는 센서의 제2 행으로 구성된다. 따라서, 적색, 녹색 또는 청색 픽셀을 향하는 광이 상이한 컬러의 인접 픽셀에 의해 수집될 때 광 크로스토크가 발생한다. 광 크로스토크에 의해 유발되는 색조 변화의 양은 이미징 센서의 수평 및 수직 축들에서 변한다. 광 크로스토크는 각각의 픽셀에 의해 수집되는 광의 양을 줄이는 것은 물론, 이미지 처리에 사용되는 컬러 정보를 변형시키는 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명의 예시적인 구현에서는, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 적색 행 상의 녹색 채널들과 청색 행 상의 녹색 채널들의 스펙트럼 응답의 차이가 존재할 때, 4 컬러 공간 가변 교정 스킴이 구현된다.
또한, 광 크로스토크는 이미지 센서에 의해 캡처되는 광의 파장을 제한하는 IR 컷 필터에 의해 영향을 받을 수 있다. 필터에 입사하는 광이 센서의 코팅 표면에 수직이 아닐 때, 컷오프 파장의 더 짧은 파장들로 향하는 공간 가변 스펙트럼 투과율 변화가 존재한다. 이러한 공간 가변 스펙트럼 투과율은 센서에 걸치는 공간 가변 색조 변화를 유발한다. 컬러 필터들의 불균일한 컬러 분리는 때때로 스펙트럼 크로스토크라고 한다.
도 1a는 이미징 센서를 따르는 상이한 위치들에서의 컬러 음영의 위치 종속성을 나타내는 개략도(10)이다. 도 1a는 이미징 렌즈(12), 축외(off-axis) 마이크로렌즈들(14, 16), 축상(on-axis) 픽셀들(18), 축상 마이크로렌즈(20)를 포함하는 센서 어레이, 입사 광선 각도(22)를 포함한다. 광이 작은 값의 각도(22)(
Figure pct00001
)로 축상 마이크로렌즈(20)에 입사할 때, 이미징 렌즈(12)로부터의 실질적으로 모든 광이 축상 픽셀(18)에 의해 수집된다. 이와 달리, 광이 예를 들어 축외 마이크로렌즈(14)에 경사진 각도(22)(θ>>0)로 입사할 때, 입사 광의 상당한 부분은 아래의 픽셀에 의해 캡처되지 않고 손실된다. 따라서, 광의 각도(22)(θ)가 증가하여 축상 마이크로렌즈(20)의 우측으로 또는 좌측으로 이동함에 따라, 더 많은 입사 광이 손실된다. 결과적으로, 픽셀에 의해 캡처되는 광의 양은 이미징 어레이의 중심에 대한 픽셀의 위치에 종속하며, 위치 종속 음영이 발생한다.
도 1b는 예시적인 카메라 시스템(100)의 컴포넌트 개략도이다. 특정 디지털 정지 사진 카메라 시스템(100)을 참조하지만, 여기에 설명되는 시스템들 및 방법들은 현재 알려졌거나 미래에 개발될 수 있는 임의의 다양한 응용들(예를 들어, 카메라 폰, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 스캐너, 의료 이미징 및 기타 전자 이미징 장치들)을 위한 임의의 광범위한 센서들로 구현될 수 있다는 점에 유의한다.
예시적인 카메라 시스템(100)에서 사용될 수 있는 많은 상이한 타입의 이미지 센서들이 존재한다. 이미지 센서들을 분류하는 한 가지 방법은 그들의 컬러 분리 메커니즘에 의한 것이다. 디지털 이미징 시스템 내의 통상적인 이미지 센서들은 부가적인 컬러들인 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 필터 어레이가 형성된 모자이크 타입의 센서로 구성된다. 센서의 각각의 픽셀은 반복 2 라인 패턴으로 배열되는 대응하는 적색, 녹색 또는 청색 필터 영역을 포함한다. 제1 라인은 교대하는 적색 및 녹색 픽셀들을 포함하고, 제2 라인은 교대하는 청색 및 녹색 픽셀들을 포함한다. 또한, 각각의 픽셀에 의해 형성된 이미지들의 개별 컬러 어레이들이 결합되어, 적절한 처리 후에 풀 컬러 이미지가 생성된다.
다른 모자이크 컬러 필터 패턴들도 가능하다. 본 발명의 실시예들은 CMYK(cyan, magenta, yellow, key), RGBT(red, green, blue, teal), RWBG(red, white, blue, green) 등을 갖는 컬러 필터들을 포함할 수 있다. 모자이크 센서의 하나의 변형에서, 어레이에 걸쳐 줄무늬들로 배열된 컬러 필터들을 포함하는 센서가 사용될 수 있다. 다른 타입의 센서는 상이한 파장들의 광이 상이한 깊이들로 실리콘을 침투하는 현상에 의존한다. 이러한 타입의 센서는 광 사이트들의 어레이를 사용할 수 있으며, 이들 각각은 이차원 격자 구조로 조직화된 3개의 수직 적층된 광 다이오드로 구성된다. 그러한 실시예에서, 3개의 적층된 광 다이오드의 각각은 상이한 컬러의 광에 응답한다. 3개의 광 다이오드로부터의 신호들이 처리되어 이미지가 형성된다. 그러나, 여기에 설명되는 실시예들 모두는 임의의 전술한 센서와 더불어 동작할 것이다.
이제, 도 1b를 참조하면, 예시적인 카메라 시스템(100)은 장면(145) 내의 하나 이상의 물체(140)로부터 카메라 센서(150)로 반사되는 광(130)을 포커싱하기 위해 카메라 시스템(100) 내에 배치되는 렌즈(12)를 포함할 수 있다. 예시적인 렌즈(12)는 장면(145)으로부터 반사된 광(130)을 카메라 센서(150)로 포커싱하는 임의의 적절한 렌즈일 수 있다.
카메라 시스템(100)은 아날로그/디지털 컨버터("A/D")(160)를 더 포함할 수 있다. 디지털 카메라들에서, 아날로그/디지털 컨버터(160)는 카메라 센서(150)로부터의 아날로그 신호를 디지털화하여, 그것을 이미지 처리 파이프라인(170) 및 노출/포커스/WB 분석 모듈(164)에 접속된 공간 가변 컬러 교정 모듈(162)로 출력한다. A/D 컨버터(160)는 장면(145)에 대한 노출 동안에 캡처된 광(130)을 나타내는 이미지 데이터 신호들을 생성한다. 센서 제어기(155)는 단지 몇 가지 예로서 자동 포커싱, 자동 노출, 사전 플래시 계산, 이미지 안정화 및/또는 백색 균형 검출을 위해 카메라에 의해 구현될 수 있는 이미지 센서에 신호들을 제공한다.
카메라 시스템(100)은 센서 제어기(155)와 그리고 옵션으로서 카메라 설정들(180)과 동작 면에서 관련되는 이미지 처리 파이프라인 또는 모듈(170)을 구비할 수 있다. 이미지 처리 모듈(170)은 공간 가변 컬러 교정 모듈(162)로부터의 이미지 데이터 신호들을 입력으로서 수신할 수 있다. 이미지 처리 모듈(170)은 예를 들어 디스플레이(190) 상의 출력을 위해 이미지 데이터 신호들에 대한 다양한 계산들 또는 프로세스들을 수행하도록 구현될 수 있다.
예시적인 구현에서, 공간 가변 컬러 교정 모듈(162)은 광 크로스토크, 스펙트럼 크로스토크 또는 센서 스펙트럼 감도 변화에 의해 유발되는 디지털 이미지의 결함들을 교정하도록 구현될 수 있다. 공간 가변 컬러 교정 모듈(162)은 카메라 센서(150) 상의 픽셀 또는 픽셀들의 그룹의 위치에 기초하여 각각의 픽셀(또는 픽셀들의 그룹)에 교정 인자를 적용할 수 있다.
카메라 센서(150)에 의한 출력은 임의의 다양한 인자들(예컨대, 테스트 조건, 광 파장, 고도, 온도, 배경 잡음, 센서 손상, 줌, 포커스, 개구 등)로 인하여 다양한 조건 하에서 상이할 수 있다는 점에 유의한다. 이미징 시스템의 광학적 거동을 변화시키는 것들은 컬러 음영에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 예시적인 구현들에서, 센서는 연구 개발 팀 또는 제조자에 의한 카메라 센서(150)의 초기 보정에 기초하여 교정되는 것이 아니라, 각각의 디지털 이미지에 대해 또는 다양한 시간에(예를 들어, 다양한 계절, 지리적 위치, 또는 카메라 설정들 또는 사용자 선택들에 기초하여) "온더플라이(on-the-fly)" 방식으로 교정될 수 있다. 카메라 센서 교정에 대한 예시적인 구현들은 도 2에 도시된 예시적인 카메라 센서 및 도 3-6에 도시된 도면들을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
도 2는 도 1b에 도시된 카메라 시스템(100)에 대해 전술한 카메라 센서와 같은 예시적인 카메라 센서(150)의 하이 레벨 개략도이다. 본 설명의 목적으로, 카메라 센서(150)는 인터라인 CCD로서 구현된다. 그러나, 카메라 센서(150)는 인터라인 CCD들로 한정되지 않는다. 예컨대, 카메라 센서(150)는 프레임 전송 CCD, 인터레이싱 CCD, CMOS 센서, 또는 현재 공지되었거나 미래에 개발될 임의의 광범위한 다른 카메라 센서들로서 구현될 수 있다. 예컨대, 본 설명은 카메라에서의 컬러 종속 음영의 교정과 관련되지만, 이러한 동작들은 컴퓨터 상에서 처리되지 않은("원시") 이미지들에 대해서도 수행될 수 있다.
인터라인 CCD에서는, 시프트 레지스터들(도시되지 않음)로서 사용할 활성 광 셀들(또는 픽셀들)(200) 및 활성 광 셀들(200)의 각각에 인접하는 비활성 영역들을 형성하기 위해 실리콘 센서 기판의 열들이 하나씩 걸러 마스킹된다. 광 셀들의 n개의 열 및 i개의 행이 도시되지만, 카메라 센서(150)는 임의 수의 광 셀들(200)(및 대응하는 시프트 레지스터들)을 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 광 셀들(200)(및 시프트 레지스터들)의 수는 예를 들어 이미지 크기, 이미지 품질, 동작 속도, 비용 등과 같은 다수의 고려 대상에 의존할 수 있다.
동작 동안, 활성 광 셀들(200)은 장면으로부터 반사되는 광에 노출되는 동안에 충전된다. 이어서, 이러한 전하 축적(또는 "픽셀 데이터")은 원하는 노출 시간 후에 시프트 레지스터들로 전송되며, 시프트 레지스터들로부터 판독될 수 있다.
예시적인 구현들에서, 카메라 센서는 광 셀 윈도들(210a-i)로 도시된 바와 같이 샘플링될 수 있다. 설명의 목적으로, 카메라 센서의 코너들, 에지들 및 중앙에 실질적으로 대응하는 9개의 윈도(210a-i)가 도시된다.
이미지는 폭(DimX) 및 이미지 높이(DimY)를 갖는 것으로 기술될 수 있다. 또한, 각각의 윈도(좌에서 우로 그리고 위에서 아래로)의 중앙의 공간 위치는 아래의 좌표들을 이용하여 기술된다.
Figure pct00002
좌상 코너의 좌표들은 좌표들 (0,0)에 의해 주어진다. 이 예에서, 각각의 윈도(210a-i)는 약 100 x 100개의 픽셀이다. 그러나, 카메라 센서에 대한 픽셀 데이터를 얻기 위해 임의의 적절한 크기의 윈도가 구현될 수 있으며, 적어도 어느 정도는 설계 고려 사항들(예를 들어, 처리 능력, 컴퓨팅 능력, 원하는 완료 시간 등)에 의존할 것임을 이해할 것이다. 예를 들어, 더 작은 윈도들(예를 들어, 단일 픽셀 윈도들)은 초기 보정 절차에 사용될 수 있는 반면, 더 큰 윈도들은 온더플라이 데이터 수집에 사용될 수 있다. 여하튼, 픽셀 데이터는 도 3-6과 관련하여 더 상세히 설명되는 바와 같이 개별 픽셀들 또는 픽셀들의 그룹들에 대한 광 크로스토크 및 스펙트럼 크로스토크를 식별하는 데 사용될 수 있다.
도 3은 표준 디지털 카메라에서 구현될 수 있는 바와 같은, 예시적인 센서 상의 상이한 공간 위치들에서의 센서 및 렌즈 스펙트럼 응답들의 예시적인 그래프들(300, 310)을 나타낸다. 표준 디지털 카메라에서, 렌즈는 더 텔레센트릭(telecentric)(의사 텔레센트릭)하며, 이는 광의 각도들이 광축에 거의 평행하여(예를 들어, 수 도 이내), 광이 센서에 충돌할 때, 광이 센서에 거의 수직으로 충돌한다는 것을 의미한다. 동작 동안, 카메라 센서는 촬영되고 있는 장면으로부터 반사되는 광에 노출된다. 이 예에서는, 다양한 파장의 픽셀 출력을 생성하기 위해 단색화기(monochromator)가 사용되었다. 물론, 이러한 응답은 단색화기에 의해 생성되는 것으로 한정되지 않는다. 이러한 응답을 생성하는 다른 방법들은 공지된 값의 스펙트럼 가변 광을 출력할 수 있는 한 세트의 광원들 또는 다른 타입의 장치의 공지된 스펙트럼 특성을 이용하는 것을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
원하는 노출 시간 후에, 픽셀 데이터는 활성 광 셀들로부터 시프트 레지스터들(도시되지 않음)로 전송되고, 판독되며, 그래프들(300, 310)에 도시된 바와 같이 픽셀 데이터가 분석될 수 있다. 간략화 및 대조의 목적으로, 픽셀 데이터는 센서의 좌상 코너(예를 들어, 도 2의 윈도 210a)에 대해 그래프(300)로 도시되며, 센서의 중앙(예를 들어, 도 2의 윈도 210e)에 대해서는 그래프(310)로 도시된다. 개별 응답들은 적색, 청색 및 녹색에 대해 도시된 것이다. 도시된 응답은 컬러 음영을 유발하는 컬러 크로스토크를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 윈도(예컨대, 100 x 100개의 픽셀)로부터의 픽셀 데이터를 평균하여, 정규화된 스펙트럼 응답 곡선들을 생성한다.
도 4는 정규화 및 플로팅을 함께 행한 후의 도 3의 예시적인 센서에 대한 고성능 디지털 카메라의 전형적인 센서 및 렌즈 스펙트럼 응답들의 예시적인 그래프들(400, 410, 420)을 나타낸다. 이 그래프들은 도 3에 도시된 것들만이 아니라 모든 윈도를 포함한다는 점에 유의한다. 공간 위치에 관계없이 스펙트럼 응답들이 중복된다는 것을 알 수 있다. 이 경우에, 정규화된 그래프들은 주어진 공간 위치에서 주어진 컬러 채널의 스펙트럼 응답이 선형으로 스케일링될 수 있음을 지시한다. 따라서, 이득 마스크는 공간 위치에 따라 상이한 배율들을 사용하는 컬러 평면들 각각의 선형 조합에 의해 기술된다. 이러한 선형 교정들은 많은 양의 컬러 크로스토크, 픽셀 바림, 스펙트럼 감도 편차를 포함하지 않는 센서 및 렌즈 조합들에 대해, 또는 많은 디지털 정지 카메라에서 그러한 바와 같이 상이한 타입의 표면들로부터의 반사 광의 파장에 따라 광 크로스토크가 변하지 않는 센서들에 대해 적합하다.
도 5는 소형 디지털 카메라(예컨대, 셀 폰 카메라)에서 구현될 수 있는 바와 같은, 다른 예시적인 센서 상의 상이한 공간 위치들에서의 센서 및 렌즈 스펙트럼 응답들의 그래프들을 나타낸다. 소형 디지털 카메라에서, 렌즈는 덜 텔레센트릭하며, 이는 광선 각도들이 센서의 중앙에 충돌하는 광선들에 비해 가파른 입사각으로 센서의 코너에 충돌한다는 것을 의미한다. 이 예에서도, 다양한 파장의 픽셀 출력을 생성하기 위해 단색화기가 사용되었지만, 단색화기에 의해 생성되는 것으로 한정되지 않는다. 이러한 응답을 생성하는 다른 방법들은 공지된 값의 스펙트럼 가변 광을 출력할 수 있는 한 세트의 광원들 또는 다른 타입의 장치의 공지된 스펙트럼 특성을 이용하는 것을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
원하는 노출 시간 후에, 픽셀 데이터는 활성 광 셀들로부터 시프트 레지스터들(도시되지 않음)로 전송되고, 판독되며, 그래프들(500, 510)에 도시된 바와 같이 픽셀 데이터가 분석될 수 있다. 간략화 및 대조의 목적으로, 픽셀 데이터는 센서의 좌상 코너(예를 들어, 도 2의 윈도 210a)에 대해 그래프(500)로 도시되며, 센서의 중앙(예를 들어, 도 2의 윈도 210e)에 대해서는 그래프(510)로 도시된다. 이러한 응답은 또한 소형 센서 응용에서 컬러 음영을 유발하는 컬러 크로스토크를 나타낸다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 윈도(예컨대, 100 x 100개의 픽셀)로부터의 픽셀 데이터를 평균하여, 정규화된 스펙트럼 응답 곡선들을 생성한다.
도 6은 정규화 및 플로팅을 함께 행한 후의 도 5의 예시적인 센서에 대한 센서 및 렌즈 스펙트럼 응답들의 예시적인 그래프들(600, 610, 620)을 나타낸다. 스펙트럼 응답들은 공간 위치에 기초하여 변한다는 것을 알 수 있다. 이 경우에, 정규화된 그래프들은 주어진 공간 위치에서 주어진 컬러 채널의 스펙트럼 응답이 선형으로 스케일링될 수 없음을 지시한다.
대신에, M x N(예컨대, 컬러들의 수에 따라 4 x 4 이상)의 컬러 교정 행렬이 이미지 내의 픽셀들의 그룹들(또는 충분한 계산 능력 및 메모리를 가정할 경우에는 각각의 픽셀)에 대해 구현될 수 있다. 예시적인 행렬이 다음과 같이 주어진다.
Figure pct00003
위의 예에서 Rsensor, Grsensor, Gbsensor, Bsensor 및 Rcorr, Grcorr, Gbcorr, Bcorr은 고유하지 않으며, 단일 컬러 픽셀 값들로 한정된다는 점에 유의한다. 이 분야의 전문가들은 예를 들어 국지적 평균 픽셀 값들의 그룹들과 같은 임의의 컬러 평면 표현들이 사용될 수 있음을 알 것이다.
공간 가변 컬러 음영 교정 전후의 픽셀 값들은, 교정되지 않은 컬러 채널 데이터가 행렬에 입력되고, 그 행렬에 의해 연산되어, 컬러 음영이 교정된 데이터 세트로서 출력되는 프로세스로 고려될 수 있다. 컬러 종속 바림을 교정할 수 있는 여러 가능한 경우들이 존재한다. 그 중 하나는 역모자이크(demosaic) 프로세스 전에 교정된 컬러 채널들의 벡터를 반환하는 M x N 교정 행렬에 의해 교정되지 않은 센서 데이터가 연산되는 것이다. 다른 예는 교정되지 않은 데이터가 역모자이크되고 나서, 역모자이크 후에 컬러 음영 교정된 센서 값들의 벡터를 반환하는 교정 행렬에 의해 연산되는 것이다. 마지막 시나리오는 교정되지 않은 센서 값들이 역모자이크되고, 역모자이크 프로세스의 일부로서 공간 가변 컬러 종속 바림에 대해 교정되는 것이다. 이러한 프로세스는 또한 센서 RGB로부터 sRGB, YUV 또는 YCC 등으로의 변환과 같은 하나의 컬러 공간으로부터 다른 컬러 공간으로의 변환의 일부로서 완성될 수 있다. 다른 컬러 공간 변환들을 포함하는 경우, 다음과 같이 주어지는 예시적인 행렬이 사용될 수 있다.
Figure pct00004
예시적인 실시예에서, 4개의 컬러(R, Gr, Gb, B)는 적색, 적색 행 상의 녹색, 청색 행 상의 녹색 및 청색 컬러 채널들을 각각 나타낸다. K00 내지 K33은 교정 계수들을 나타낸다. 컬러 교정 행렬들의 수는 실제 이미지 해상도와 동일하며, 4 x 4 행렬은 주어진 공간 위치에서의 각각의 컬러 평면의 스펙트럼 응답을 변환하여, 이미지의 중심에서의 센서의 스펙트럼 응답에 매칭시킨다.
이러한 접근 방식은 추가적인 보정 이미지를 필요로 하지 않고 모듈 스펙트럼 응답을 찾기 위한 절차 내에 통합될 수 있다. 이것은 컬러 교정 행렬들 및 스펙트럼 응답들이 보정 이미지들의 상이한 공간 위치들로부터 요구되지만, 본 발명의 교정 및 보정 프로세스는 이미지들의 수의 증가를 필요로 하지 않는다는 사실에 기인한다. 따라서, 계산 시간은 증가하지만, 필요한 보정 이미지들의 수는 증가하지 않는다. 전통적인 컬러 음영 및 바림 교정 및 컬러 렌더링은 더 이상 필요하지 않은데, 그 이유는 이제는 그러한 작업들이 제안되는 공간 가변 m x n 컬러 교정의 일부이기 때문이다. 예시적인 실시예에서, 이러한 공간 가변 컬러 교정은 센서 RGB 대 sRGB, 센서 RGB 대 YUV, 또는 센서 RGB 대 YCC와 같은 다른 컬러 공간들로의 변환과 결합될 수 있다. 그러나, 다양한 변경들 및 수정들도 이루어질 수 있음이 이 분야의 전문가들에게 명백할 것이다.
제안되는 발명을 단순화하기 위하여, 더 낮은 해상도에서 공간 가변 스펙트럼 응답들을 측정하는 것을 선택할 수 있다. 예를 들어, 9개의 동일한 간격의 4 x 4 행렬의 윈도가 구현될 수 있다. 9개의 윈도 사이의 다른 픽셀들에 대해, 보간을 이용하여, 다른 공간 샘플 위치들에 대한 행렬들을 찾을 수 있다. 공간 위치의 수의 선택은 컬러 정밀도와 계산 및 메모리 성능 사이의 트레이드 오프(trade off)이다.
임의의 전술한 센서의 컬러 데이터를 풀 컬러 이미지로 변환하기 위하여, 소정 종류의 픽셀 처리 알고리즘이 필요하다. 모자이크 센서들에서는 역모자이크 알고리즘이 사용된다. 이 분야의 전문가들은 공간 가변 컬러 교정이 역모자이크 알고리즘의 일부로서 적용될 수 있다는 점에 유의한다. 역모자이크 알고리즘을 필요로 하지 않는 센서들의 경우, 이 단계는 더 광범위한 이미징 작업의 일부로서 적용될 수 있다.
도 3-6과 관련하여 전술한 설명들은 단지 예시적일 뿐, 한정을 의도하지 않는다는 점에 유의한다. 이 분야의 통상의 전문가들이 본 명세서의 가르침들에 익숙하게 된 후에 쉽게 인식하는 바와 같이, 다른 특징들 및/또는 변형들도 구현될 수 있다.
도 7은 카메라 센서 교정을 위해 구현될 수 있는 예시적인 동작들을 나타내는 흐름도이다. 동작들(700)은 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체 상의 로직 명령어들로서 구현될 수 있다. 프로세서 상에서 실행될 때, 로직 명령어들은 범용 컴퓨팅 장치가 설명되는 동작들을 구현하는 특수 목적 기계로서 프로그래밍되게 한다. 예시적인 실시예에서, 도면들에 도시된 컴포넌트들 및 접속들이 사용될 수 있다.
동작 710에서, 센서 상의 상이한 공간 위치들에서 복수의 컬러 채널들에 대해 스펙트럼 응답이 샘플링된다. 동작 720에서, 센서에 의해 캡처된 이미지 내의 상이한 공간 위치들에 컬러 교정 행렬이 적용된다. 동작 730에서, 각각의 공간 위치에서의 스펙트럼 응답을 변환하여, 이미지 상의 어느 하나의 위치(예를 들어, 중심 또는 실질적으로 중심 또는 다른 위치)에서의 센서의 스펙트럼 응답에 매칭시킨다.
본 명세서에 도시되고 설명된 동작들은 카메라 센서 교정을 위한 예시적인 구현들을 설명하기 위해 제공된다. 동작들은 제시된 순서로 한정되지 않는다. 또한, 본 명세서의 가르침들에 익숙해진 후에 이 분야의 통상의 전문가들에게 쉽게 자명하듯이, 다른 동작들도 구현될 수 있다.
도시되고 설명된 예시적인 실시예들은 설명의 목적으로 제공되며, 한정을 의도하지 않는다는 점에 유의한다. 카메라 센서 교정을 위한 다른 실시예들도 고려된다.

Claims (25)

  1. 광 크로스토크 및 스펙트럼 크로스토크에 대해 센서를 교정하기 위한 방법으로서,
    센서 상의 상이한 공간 위치들에서 복수의 컬러 채널에 대한 스펙트럼 응답을 샘플링하는 단계;
    상기 센서에 의해 캡처된 이미지 내의 상기 상이한 공간 위치들에 4 x 4 컬러 교정 행렬을 적용하는 단계; 및
    각각의 공간 위치에서의 스펙트럼 응답을 변환하여, 상기 이미지 상의 어느 하나의 위치의 스펙트럼 응답에 매칭시키는 단계
    를 포함하는 센서 교정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이미지 상의 복수의 윈도에 대해 스펙트럼 응답이 결정되는 센서 교정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이미지 상의 각각의 픽셀에 대해 스펙트럼 응답이 결정되는 센서 교정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답이 공간 위치에 기초하여 변하는지를 먼저 결정하는 단계를 더 포함하는 센서 교정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 주어진 공간 위치에서의 컬러 채널의 스펙트럼 응답이 선형으로 스케일링될 수 없는지를 먼저 결정하는 단계를 더 포함하는 센서 교정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 컬러 채널의 스펙트럼 응답이 공간 위치에 기초하여 중복되는지를 결정하는 단계를 더 포함하는 센서 교정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 컬러 채널의 스펙트럼 응답을 정규화하는 단계를 더 포함하는 센서 교정 방법.
  8. 제1항에 있어서, 샘플링되지 않은 다른 공간 위치들에 대해 보간하는 단계를 더 포함하는 센서 교정 방법.
  9. 제1항에 있어서, 추가적인 보정(calibration) 이미지들을 필요로 하지 않고 상기 센서에 대한 스펙트럼 응답을 찾는 단계를 더 포함하는 센서 교정 방법.
  10. 광 크로스토크 및 스펙트럼 크로스토크에 대해 센서를 교정하기 위한 시스템으로서,
    촬영되는 장면에 대응하는 픽셀 값들을 출력하도록 구성되는 센서; 및
    상기 센서 상의 상이한 공간 위치들에서 복수의 컬러 채널에 대한 스펙트럼 응답을 결정하고, 상기 센서에 의해 캡처된 이미지 내의 상기 상이한 공간 위치들에 컬러 교정 행렬을 적용하고, 각각의 공간 위치에서의 스펙트럼 응답을 변환하여 상기 이미지 상의 어느 하나의 위치에서의 스펙트럼 응답에 매칭시키도록 실행되는 신호 처리 로직
    을 포함하는 센서 교정 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 컬러 교정 행렬은 4 x 4 행렬인 센서 교정 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 컬러 교정 행렬은
    Figure pct00005

    로서 정의되고,
    여기서, R, Gr, Gb 및 B는 적색, 적색 상의 녹색, 청색 상의 녹색, 및 청색 컬러 채널들을 각각 나타내고,
    K00 내지 K33은 교정 계수들을 나타내는 센서 교정 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 신호 처리 로직은 상기 이미지 상의 복수의 윈도에 대한 스펙트럼 응답을 더 결정하는 센서 교정 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 상기 신호 처리 로직은 상기 이미지 상의 각각의 픽셀에 대한 스펙트럼 응답을 더 결정하는 센서 교정 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 신호 처리 로직은 상기 스펙트럼 응답이 공간 위치에 기초하여 변하는지를 더 결정하는 센서 교정 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 신호 처리 로직은 컬러 채널의 스펙트럼 응답을 더 정규화하는 센서 교정 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 신호 처리 로직은 주어진 공간 위치에서의 컬러 채널의 스펙트럼 응답이 선형으로 스케일링될 수 없는지를 더 결정하는 센서 교정 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 신호 처리 로직은 컬러 채널의 스펙트럼 응답이 공간 위치에 기초하여 중복되는지를 더 결정하는 센서 교정 시스템.
  19. 카메라 센서 교정을 위한 시스템으로서,
    센서 상의 상이한 공간 위치들에서 복수의 컬러 채널에 대한 스펙트럼 응답을 샘플링하기 위한 수단; 및
    각각의 공간 위치에서의 스펙트럼 응답을 변환하여, 이미지의 중심에서의 상기 센서의 스펙트럼 응답에 매칭시켜, 광 크로스토크 및 스펙트럼 크로스토크에 대해 카메라 센서를 교정하기 위한 수단
    을 포함하는 카메라 센서 교정 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 센서에 의해 캡처된 이미지 내의 상기 상이한 공간 위치들에 4 x 4 컬러 교정 행렬을 적용하기 위한 수단을 더 포함하는 카메라 센서 교정 시스템.
  21. 컬러 종속 바림(color-dependent vignetting)을 교정하는 방법으로서,
    교정되지 않은 컬러 채널 데이터를 행렬에 입력하는 단계;
    상기 행렬에 의해 상기 교정되지 않은 컬러 채널 데이터를 연산하는 단계; 및
    컬러 음영이 교정된 데이터 세트를 출력하는 단계
    를 포함하는 컬러 종속 바림 교정 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 교정되지 않은 컬러 채널 데이터는 역모자이크 프로세스(demosaic process) 전에 교정된 컬러 채널들의 벡터를 반환하는 m x n 교정 행렬에 의해 연산되는 컬러 종속 바림 교정 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 교정되지 않은 컬러 채널 데이터는 역모자이크 후에 컬러 음영 교정된 센서 값들의 벡터를 반환하는 교정 행렬에 의해 연산되기 전에 역모자이크되는 컬러 종속 바림 교정 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 교정되지 않은 컬러 채널 값들은 역모자이크되고, 역모자이크 프로세스의 일부로서 공간 가변 컬러 종속 바림에 대해 교정되는 컬러 종속 바림 교정 방법.
  25. 제24항에 있어서, 하나의 컬러 공간으로부터 다른 컬러 공간으로의 변환을 더 포함하는 컬러 종속 바림 교정 방법.
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