SE520701C2 - Färg och skuggningskorrigering i digitala bilder - Google Patents

Description

520 701 2 mm diagonal sensor. Linsmodulen uppfyller kraven på låg vikt och låg tillverkningskostnad.

Det har emellertid visat sig att kameran inte ger bilder av helt tillfredsställande kvalitet. Närmare bestämt blir- bilderna blåaktiga i ytterkanterna. Fenomenet är speci- ellt framträdande i bilder av människohud.

Det är inte klarlagt vad fenomenet beror på. Det kan bero på brister i linsmodulen eller sensorn. Ett sätt att åt- gärda brister i en linsmodul är att byta ut linsen eller linserna mot linser av högre kvalitet. Detta medför dock normalt en högre kostnad. Ett annat sätt är att förse I linsmodulen med en eller flera korrigerande linser. Detta medför dock både högre kostnader och ökad vikt.

Ett sätt att korrigera för brister i sensorn är att kor- rigera den sk vitbalansen. Eftersom det objekt som av- bildas med en kamera ofta finns i mitten av bilden vill man i kameratillämpningen ovan ställa in vitbalansen så att denna är optimal i mitten av bilden. Om man istället ställer in vitbalansen så att man tar större hänsyn till kanterna i bilden kommer det blå fenomenet att reduceras, men å andra sidan kommer vitbalansen inte längre att vara optimal i mitten av bilden som man önskar.

Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att lösa ovan- stående problem.

Ett annat ändamål är att förbättra bildkvaliteten för bilder som registrerats med hjälp av en linsmodul med minst en plastlins, och i synnerhet med hjälp av en sådan linsmodul som dessutom har ett IR-filter och som har stor öppningsvinkel och kort fokallängd. lO 15 20 25 30 35 520 701 3 Dessa och andra ändamål som kommer att framgå av den följande beskrivningen löses helt eller delvis med ett förfarande enligt krav l och en anordning enligt krav 12.

Enligt en första aspekt av uppfinningen avser denna så- ledes ett förfarande för korrigering av en färgbild som registrerats med hjälp av en linsmodul med minst en plastlins, samt en sensor, varvid färgbilden föreligger i form av en RGB-signal med en R-komponent, en G-komponent och en B-komponent. Förfarandet kännetecknas av stegen att förstärka intensiteten hos en av R-, G- och B- komponenterna med ökande förstärkning som funktion av avståndet från sensorns mitt, och att vitbalansera färgbilden.

Enligt uppfinningen förstärks alltså en av R-, G- och B~ komponenterna före eller efter vitbalanseringen. Sökanden har nämligen upptäckt att vid användning av en linsmodul av den inledningsvis beskrivna typen minskar intensiteten i den röda komponenten i riktning mot bildens kanter, vilket i sin tur leder till att bilden blir blàaktig mot kanterna. Om då den röda komponenten förstärks så att minskningen kompenseras kan vitbalanseringen göras så att den blir optimal i mitten av bilden och ändå fullgod vid kanterna av bilden. I bästa fall kommer vitbalansen att vara optimal över hela bilden.

Den använda förstärkningsfunktionen kan vara en linjär funktion av avståndet från mitten av på sensorn, en kvadratisk funktion, en fjärdegradsfunktion eller någon lämplig kombination av dessa funktioner. Funktionen kan ha olika koefficienter för olika typer av linser, men för samma typ av lins tros spridningen vara så liten mellan enskilda exemplar av linserna att samma koefficienter kan användas för alla linser av den aktuella typen. Olika typer av linser kan skilja sig åt vad gäller materialet i linserna och/eller linsernas design. 5 10 15 20 25 *o 35 520 701 Förstärkningen kan göras beroende av ljusförhàllandena.

Exempelvis kan en första förstärkningsfunktion användas vid ett första ljusförhàllande, t ex inomhusljus, och en andra förstärkningsfunktion användas vid ett andra ljus-Ü förhållande, t ex utomhusljus. De bàda förstärknings- “funktionerna kan ha samma typ av radiellt beroende, men _ olika koefficienter. De rådande ljusförhàllandena kan detekteras automatiskt, exempelvis med hjälp av kamerans exponeringstid, eller ställas in manuellt av användaren.

Det är tänkbart att använda ytterligare olika förstärk- ningsfunktioner för andra ljusförhållanden.

Orsaken till blätoningen vid färgbildens kanter är såsom nämnts inte klarlagd. Den skulle kunna bero pà att lins- modulen har stor öppningsvinkel och att en del av strä- larna därigenom gär snett genom IR-filtret, varvid detta absorberar i det röda området. En annan förklaring skulle kunna vara att linsmodulen har ett lateralt färgfel (pä engelska "lateral chromatic aberration”), dvs att linsens brytningsindex är vàglängdsberoende. En ytterligare för- klaring skulle kunna vara att materialet i linserna eller linsernas utformning medför en ökande absorbtion av den röda komponenten mot kanterna av sensorn och därmed färg- bilden. Det är även tänkbart att blàtoningen beror pá en kombination av ovannämnda orsaker.

Oberoende av orsaken kan det emellertid konstateras att förfarande enligt uppfinningen kan användas för att redu- cera och i bästa fall helt avhjälpa blàtoningen. För- farandet skulle också kunna användas vid problem med någon av de andra färgkomponenterna i RGB-signalen.

Förfarandet kan realiseras med hjälp av en signalbehand- lare, som innefattar en processor, och ett datorprogram, som kan vara lagrat pà ett lagringsmedium eller laddas ner fràn ett datornätverk. Förfarandet kan också reali- lO 15 20 25 30 35 520 701 5 seras med hjälp av en signalbehandlare som innefattar specialanpassad hårdvara, såsom en ASIC (Application eller FPGA (Field Programmable Gate Array) eller digitala eller analoga Specific Integrated Circuit) kretsar eller någon kombination av ovanstående.

En anordning enligt uppfinningen kan, såsom framgått ovan, vara en kamera, speciellt en kamera som utgör ett tillbehör till en mobil kommunikationsenhet, såsom en mobiltelefon, en bärbar dator, en PDA eller liknande, varvid funktionen som tillbehör medför att anordningen måste ha låga tillverkningskostnader och låg vikt. Anord- ningen kan alternativt vara en läspenna, en scanner eller någon annan enhet, med vilken bilder registreras med hjälp av en linsmodul och en sensor.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning skall nu beskrivas mera i detalj under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Fig l år ett blockschema över en anordning enligt en utföringsform av uppfinningen.

Fig 2 är en sprängskiss och visar ett exempel på en linsmodul.

Fig 3 år ett snitt på längden genom linsmodulen i sammansatt läge.

Fig 4 är ett flödesschema för ett utförande av ett förfarande enligt uppfinningen.

Detaljerat beskrivning av ett utföringsexempel I fig l visas schematiskt en kamera l som är anordnad att kopplas till en mobiltelefon (visas ej). Kameran 1 inne- fattar följande väsentliga delar: en sensor 2, en signal- behandlare 3, ett kopplingsdon 4 för anslutning av kame- ran till mobiltelefonen och en linsmodul 5. Kameran har naturligtvis fler delar, såsom en hölje och en bländare, men dessa visas inte eftersom de inte är väsentliga för uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 520 701 Sensorn 2 utgörs av ett CMOS sensorchip med beteckningen HDCS-1020 från Agilent Technologies. Den har CIF-format, dvs 352 * 288 bildpunkter med storleken 7,4 pm * 7,4 pm.

Sensorytan är täckt med ett täckglas med en tjocklek av ca 0,55 mm, som ligger framför sensorn med en mellan- liggande luftspalt om ca 0,3 mm. Utsignalen fràn sensorn är en RGB-signal med en R-komponent, en G-komponent och en B-komponent.

Signalbehandlaren 3 utgörs av ett chip med en ARM-baserad processor och minne för lagring av data och program.¶ Processorn är försedd bl a med programkod för utläsning' av RGB-signalen fràn sensorn, för vitbalansering och för förstärkning av R-komponentsignalen. Den har också programkod för komprimering av de registrerade bilderna och överföring av dem till mobiltelefonen och vidare över Internet till en angiven mottagare, som kan vara en en PDA eller någon annan mobilenhet som är anslutningsbar till mobiltelefon, en server, en persondator, Internet.

Kopplingsdonet 4 innefattar kontakter för inkoppling i mobiltelefonens systemkontakt inklusive strömförsörj- ningskontakter.

Linsmodulen 5 visas mera i detalj i en sprängskiss i fig 2. Den innefattar ett cylindriskt hus 10, en första lins 11, en bländare 12, ett IR-filter 13, 14. Den första linsen 11 är tillverkad av polystyren och och en andra lins den andra linsen 14 av akryl. Linsmodulens effektiva fokallängd är 3,6 mm vid användning av en 3,55 mm diagonal sensor och ett 0,55 mm tjockt sensortäckglas.

I fig 3 visas en längdsnitt genom den sammansatta linsmodulen. Vidare visas sensorns 2 position i lO 15 20 25 30 LU UI 520 701 7 förhållande till linsmodulen. I figuren är även öppnings- vinkeln markerad.

I det följande skall kamerans funktion beskrivas under hänvisning till flödesschemat i fig 4. När användaren indikerar att en bild skall registreras, avbildas det som finns inom linsens synfält på sensorn, steg 40. Proces- sorn läser ut bilden från sensorn i form av en RGB-sig- detek- terar processorn vilken av minst två förstärkningsfunk- nal, steg 4l. I nästa steg 42, som är valfritt, tioner som skall användas beroende på rådande ljusför- hållanden. Detekteringen kan ske med hjälp av expone- ringstiden för den registrerade bilden, varvid exempelvis en exponeringstid över ett första tröskelvärde indikerar att bilden är tagen inomhus och en exponeringstid under det första tröskelvärdet indikerar att bilden är tagen utomhus. Härefter förstärker, steg 43, processorn den röda komponenten i RGB-signalen med hjälp av en förstärk- ningsfunktion av formen G(x,y)=f(x,y)*(1+a*(x-xQ2+b*(y- yfiz), där G är den förstärkta R-komponenten, f är den oförstärkta R-komponenten, X och y är koordinater i ett kartesiskt koordinatsystem i sensorns plan, där mitten på sensorn betecknas med koordinaterna x0,y0 och a och b är koefficienter som är olika för den första och den andra förstärkningsfunktionen. När R-komponenten har för- stärkts, vitbalanseras bilden på sedvanligt sätt, steg 44. Den kan därefter komprimeras och skickas till en förutbestämd eller av användaren angiven Internetadress, steg 45.

Såsom framgått ovan uppkom alltså blåtoningen vid bildens kanter som en följd av att R-komponentens intensitet av- tog radiellt ut mot kanterna på sensorn och därmed bil- den. Att så var fallet kunde sökanden konstatera efter tagit ett antal bilder av en vit yta under olika 4-4- 'ln LL LJ.

Q) ljusföhållanden. Därefter dividerades för var och en av dessa bilder R-komponenten med B-komponenten, B-komponen- 10 15 20 25 30 35 520 701 8 ten med G-komponenten och R-komponenten med G-kompo- nenten. Det visade sig då att R/B-kvoten och R/G-kvoten minskade med avståndet från mitten av sensorn, medan B/G- kvoten inte uppvisade nàgot sådant beroende. Av detta drogs slutsatsen att R-komponenten var den avvikande komponenten. En kvadratisk kurva anpassades till intensi- tetskurvan för R-komponenten med minsta kvadraten metoden enligt fö1jande= ux-XM (y-ym 11 fabaefzn, där x och y är koordinater i ett kartesiskt koordinatsystem i sensorns plan, där sensorns mitt betecknas med koordina- terna xo, yo; a, b och c är koefficienter och z är R¿ komponentens intensitet. Koefficienterna a och b används i de ovan nämnda förstärkningsfunktionerna.

Alternativa utföringsformer Ovan har beskrivits att förstärkningen av den röda komponenten och vitbalanseringen görs i kameran. I ett alternativt förfarande vitbalanseras bilden i kameran, därefter komprimeras den, exempelvis i JPEG-format, och skickas via mobiltelefonen till en server eller annan Internet-ansluten enhet. I denna mottagande enhet de- komprimeras bilden, varefter förstärkningen av den röda komponenten utförs. I ett sista steg kan eventuellt en slutlig vitbalansering utföras.

Förfarandet enligt uppfinningen kan således antingen utföras i samma enhet som registrerar bilden via lins- modulen och sensorenheten eller i en enhet till vilken bilden skickas. En fördel med att utföra förfarandet i en extern enhet, såsom en server, är att denna kan ha större arbetsminne (RAM) än vad som finns tillgängligt i kame- ran. En annan fördel är att programvaran är enklare att uppdatera i servern än i kameran.

Ovan har angetts att sensorn har CIF-format. Naturligtvis kan den ha andra format, säväl större som mindre. 10 520 701 9 Linsmodulen kan naturligtvis vara uppbyggd pä annat sätt än vad som visas ovan. Den kan innefatta en eller flera linser. Materialet i linserna kan variera, liksom ut- formningen av dessa. IR-filtret behöver inte finnas med.

Det kan vara ersatt med ett filter med andra egenskaper." Ovan anges att bilden vitbalanseras vid olika tillfällen.

Denna vitbalanseringen kan vid ett eller flera av dessa tillfällen göras så att vitbalansen blir optimal i den centrala delen av bilden.

Claims (13)

.5 . . . - _ \_ 10 15 20 25 30 35 520 701 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för korrigering av en digital färgbild, som registrerats med hjälp av en linsmodul med minst en plastlins samt en sensor, varvid färgbilden föreligger i form av en RGB-signal med en R-komponent, en G-komponent och en B-komponent, k ä'n n e t e c k n a t av stegen att förstärka intensiteten hos en av R-, G- och B- komponenterna med ökande förstärkning som funktion av avståndet från sensorns mitt, och att vitbalansera färgbilden.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid steget att förstärka innefattar att förstärka intensiteten hos komponenten med linjärt ökande förstärkning.

3. Förfarande enligt krav l, varvid steget att förstärka innefattar att förstärka komponenten med kvadratiskt ökande förstärkning.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid komponenten som förstärks är R-komponenten.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid en första förstärkningsfunktion för förstärkningen av kompo- nenten används vid ett första ljusförhàllande och en andra förstärkningsfunktion för förstärkning av komponen- ten används vid ett andra ljusförhàllande.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid färgbilden vitbalanseras innan komponenten förstärks.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid färgbilden vitbalanseras efter det att komponenten har förstärkts. lO 15 20 25 30 520 701 ll

8. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid linsmodulen innefattar ett IR-filter.

9. Datorprogram för korrigering av en digital färgbild, som registrerats med hjälp av en linsmodul som innefattar_ minst en plastlins, samt en sensor, varvid färgbilden föreligger i form av en RGB-signal med en R-komponent, en G-komponent och en B-komponent, innefattande dator- programkod som när den ekekveras i en dator utför ett förfarande enligt nàgot av krav l-8.

10. Datorprogramprodukt innefattande ett lagringsmedium pà vilket är lagrat ett datorprogram enligt krav 9.

11. ll. Anordning för àstadkommande av en digtal färgbild, vilken anordning innefattar en linsmodul med minst en plastlins samt en sensor för registrering av färgbilden i form av en RGB-signal med en R-komponent, en G-komponent och en B-komponent, k ä n n_e t e c k n a d av en signalbehandlare, vilken är anordnad att förstärka inten- siteten hos en av R-, G- och B-komponenterna med ökande förstärkning som funktion av avståndet fràn sensorns mitt, och att vitbalansera färgbilden.

12. Anordning enligt krav ll, varvid linsmodulen inne- fattar ett IR-filter.

13. Anordning enligt krav ll eller 12, varvid anordningen är en kamera som är anslutningsbar till en mobil kommu- nikationsenhet.