TW425816B - Improved dark frame subtraction - Google Patents

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第5頁 425816 五、發明說明（2) 彩内容。 除了製造處理的變化之外，製造該影像偵測器之該等半 導體結構内的熱處理和缺點，亦可於一影像化系統的回應 中導致些微的偏差。此處，該等偏差意指為暗補償雜訊= 該暗補償雜訊的貢獻者為漏電電流（暗電流）和該影像偵測 器中每一個偵測器電路元件中的電路補償。該暗補償雜訊 潜透在每一個圖形圖框中。 可藉和該影像偵測器擷取的該圖形圖框分開的一個暗圖 框，代表該等漏電電流，並進而代表該暗補償雜訊。大部 分的影像化系統企圖僅藉消除該圖形圖框中的該暗圖框，w 抵消該暗補償雜訊至一第一個等級*以獲得一校正的圖 框。該圖形圖框為該期望景物的一個影像，且該暗圖框， 為以該相同的照相機（但該照相機的機械快門為關閉的， 以便沒有光入射在該影像偵測器上）獲得之另一個影像。 藉抵消該圖形圖框中該暗補償雜訊至一有限的等級，該消 除改良了該校正圖框中該影像的品質。否則，該雜訊將導 致該未校正的圖形圖框t出現斑點和多粒狀。 該上述傳統的暗電流消除技藝，可和傳統的校正技藝結 合，以於校正的精確性中達成某種程度的改良。然而，該 一種技藝無法根據CMOS影像偵測器上使用之一校正設計的》 測量能力分析，提供足夠精確和可重複的結果。因此，更 進一步改良影像偵測器該校正的精確性和可重複性係較可 取的。 總結

425816 五、發明說明（3) 於一個體系中，在一種"根據一圖形圖框其暗參考像素 有關的補償值，調整一暗圖框至少一部分"之方法上，引 導本發明。從該相同的影像偵測器中，獲得該暗圖框和該 圖形圖框。此產生一調整的暗圖框部分，並接著從該圖形 圖框一相對應的部分消除該一調整的暗圖框部分。 圖式簡單說明 圖1提出本發明一個體系之一個架構； 圖2例證說明圖1該架構中執行之一連串的操作； 圖3例證說明根據本發明另一個體系、獲得一調整暗圖 框之技藝； 圖4例證說明根據本發明又另一個體系、獲得一調整暗 圖框之技藝； 圖5例證說明根據本發明一個體系、獲得調整影片圖框 之技藝；及 圖6例證說明作為本發明另一個體系、一影像處理系統 之方塊圖。 詳述 如上簡短地概述，於一個體系中，本發明為一種藉消除 該圖形圖框中一理想暗圖框的一較佳估計，用以改良該製 造測試和校正精確性、同時改良該等影像偵測器和影像化 系統性能之方法。該理想暗圖框為一個假想的圖框，於擷 取該圖形圖框的同時擷取該理想暗圖框。然而，實際上， 該等暗圖框和圊形圖框係在不同的時間擷取的。即使該等 圖框間只有一秒的時間差，亦可導致該影像偵測器溫度的

O:\58\58549.ptd 第7頁 425 8 彳 6 五、發明說明（4) 改變，且就該理想暗圖框而言，必然也導致該暗圊框包含 實質的錯誤。於具有整合功能的偵測器（如CMOS影像偵測. 器）中，該溫度的改變特別強烈。 為了獲得該理想暗圖框一個更精確的估計，故根據一利 用該相同影像偵測器擷取之圊形圖框中其暗參考像素有關 的補償值，調整該暗圖框。因於擷取該剩餘的圖形圖框 時，同時擷取該等暗參考像素，故可將該等暗參考像素考 慮為該理想暗圖框的一部分，並因此可利用該等暗參考像 素更佳的估計該理想暗圖框。 圖丨和圖2例證說明本發明的一個體系，作為一種藉執行 一調整暗圖框消除、改良一影像偵測器該回應精確性之方 法。於圖1中，顯示兩個圖框，一個暗圖框11 6和一個圖形 圖框1 2 6。於無特殊的次序下，從該相同的影像偵測器中 獲得該等圖框。每一個圖框包含該暗圖框中的若干參考像 素1 1 2和該圖形圖框中的若干參考像素1 2 2，該等參考像素 典型地位於該每一個圖框的周圍。該等參考像素已知為偵 測器元件產生的暗參考像素，且未曝光至任何入射光中。 圖形圖框1 2 6包括一個Fp部分，於該體系中，Fp代表一個 利用該影像偵測器擷取到之景物的完整影像。該等產生Fp 的偵測器元件，亦以一不同的曝光時間產生暗圖框11 6的 X FD. 。FD.中的一個像素，僅包含一"暗電子"中的貢獻’然 而，Fp中該相對應的像素，卻包含該相同偵測器元件暗電 子和殘像電子中的貢獻。’然而，由於擷取圖形圖框1 2 6的 時間和擷取暗圖框I 1 6的時間之間，該影像偵測器中顯影

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O:\5S\58549.ptd 第9頁 五、發明說明（6) 一個通訊定義表中，將利用該校正的圖形圖框，判定該影 像偵測器的一個色彩校正矩陣。一旦該色彩校正設計利用 該技藝中已知的技藝時，即可藉執行一個測量能力分析， 察知消除該暗圊框一改良估計的效杲。 於改良該偵測無效像素的精確性中，該校正的圖形圖框 部份亦為有效的。減少該圖形圖框部分Fp中消除之該暗圖 框部分F ’ d中的錯誤，以協助更佳地辮識Fp中該等真正無效 的像素，即具有極高或極低像素值的像素。 圖1該體系中該等暗參考像素R;，於圖形圖框1 2 6中至少 形成一行的像素。正常地來說，Ri利用兩行或三行，其中 該等選取的行位於一群暗參考行的中間。選取該等中間的 行，以避免使用曝光偵測器電路元件所產生、靠近Fp邊界 的像素之可能性。如是，就一個最大解析度為1 〇 2 4 X 7 6 8的 影像偵測器而言，圖1方程式（1 - 1)中的N將近似數千。 如該等R;行的一個選擇，圖3顯示一群包括列和行的暗 參考像素Si，形成圍繞該Fp部分的一個邊界。於該體系 中，該等補償值和暗參考像素Si的一個總和有關，如方程 式（3 - 1 )所示。此導致亦從F u \相對應的圖形圖框部*FP 中消除調整的圖框部份F \，以給定一個校正的圊形圊 框部分，如方程式（3 - 2 )所示。 又於圖4所示之另一個體系中，將該等暗參考像素形成 如若干個部分Ί\，T2，…，TQ。於該事例中，暗圖框1 1 6分 割成F’ DI. ，F’ D2. ’…’ F’阶，其中根據該等個別的參考像 素η有關的補償值，調整每一個個別的部份F ’ Dj，如方程

O:\58\58549.ptd 第10頁 425816 五、發明說明（7) 式（4-1 )所示。一旦調整了該等所有的F’ Dj部分，即各別地 從F’ h相對應的圖形圖框部分FPi中消除每一個F’ Dj，如方程 式（4-2)所示，以獲得該等個別的校正圖形圖框FPKtti)。藉 著這種方式處理暗圖框1 1 6，可減少暗圖框1 1 6中因橫過該 影像偵測器一溫度斜率所導致的錯誤。 如將圖4中的圖形圖框1 2 6分斷，而導致一校正的圖形圖 框於該等相鄰的校正部分FPKtei)之間的邊界中有接縫，則 可藉，例如引用一個裝置相關環境（D C)匹配通則至該等相 鄰的校正部分，以移除該等接缝。例如，一個已知的DC匹 配通則，如一個用於結合攝影專家群組（JPEG)擴充之DC匹1 配通則，可利用.該通則允許該相鄰校正部分間的邊界，以 一 J P E G的巨集區塊排成行列。 到目前為止，該說明以描述了減少暗圖框1 1 6中錯誤的 技藝，其中可因擷取該圖形圖框的時間和擷取該暗圖框的 時間之間該影像偵測器中一溫度差異，而導致該等錯誤。 特別是，圖4的該體系亦導引出一橫過該影像偵測器一溫 度斜率所導致的錯誤。又，對該暗圖框11 6中的錯誤之第 三個貢獻為隨機雜訊。隨機雜訊導致隨機像素的像素值 中，在該暗圖框和該圖形圖框兩種圖框中均具有隨機偏 差。一般而言，和一溫度差異或溫度斜率所導致的該等錯^ 誤相對比，無法抑制或校正隨機雜訊錯誤用以利用上述該 等調整暗圖框消除的技藝。然而，為了更進一步減少該暗 圖框中的隨機雜訊，可將該等技藝和一個利用較大整合或 曝光時間以獲得厂D(和獲$Fp的時間比較）之技藝相結合。

425816 五、發明說明（8) 為了更進一步協助減缓隨機雜訊，可修改上面圖卜圖4 的該等體系，使獲得暗圖框1 1 6所使用的整合時間，比獲 得圖形圖框1 2 6所使用的整合時間長。除了 一根據第二個 補償值、調整F ’ D的補充步驟之外，其它方面均維持和該 等上述的方法相同，其中該等第二個補償值和該暗圖框之 較長的整合時間有關。例如，將圖1方程式（1 -1 )中該調整 的暗圖框部分F ’’ D更進一步調整如下： F，，1 ’ D = F’ * D X t/t，，t，>t 其中t為用以獲得圖形圊框1 2 6的整合時間，t ’為暗圖框 1 1 6中該等相對應像素之較長的整合時間。 到目前為止，當描述本發明該等不同的體系時，該說明 均意指一單一的圖形圖框和一單一的暗圖框。圖5說明本 發明的另一個體系，特別可應用至一圖形圖框序列1 2 6M1 ， 1 2 6M2，…，且可利用該圖形圖框序列擷取該景物中的移 動。可將上述討論該等單一圖框體系的原則，延伸至一多 重圖形圖框序列。於圖5中*說明該相同影像偵測器擷取 之一連_獨立的移動圊框MFk。藉消除一調整的暗圖框 F’ ’ Dk，校正該等MFk圖框，如（5- 1)所示。於該體系中，藉 擷取該等移動圖框該之該相同的影像偵測器，獲得一單一 的暗圖框1 1 6D。根據該個別的移動圖框1 2 6ΜΚ該等暗參考像 素MRki有關的補償值調整F’ D，以獲得每一個調整的暗圖框 部份F’ ’Dk，如（5-2)所示。因此，從該個別的MFk中消除該 等調整的暗圖框部分F’ \k_，以獲得該校正的移動圖框部分 MFk(校正）。

第12頁 425816 五'發明說明（9) 如利用一單一的暗圖框11 6之另一選擇性，可擷取一個 以上的暗圖框，並用於該等移動框1 2 6Mk上。例如，可擷取 一獨立的暗圖框，並用以調整每五個的移動圖框。以此方 法，可藉著將該暗圖框和其相關的移動圖框在時間中相互 保持的更密接，因而在溫度中更密接，以更佳的估計該理 想暗圖框（因該影像偵測器的溫度隨著連續圖框而變）。 圖6例證說明本發明的數個體系，作為一影像化系統部 分的裝置。於一個體系中，架構一個裝有邏輯電路（如一 個特別應用積體電路（AS 1C))的影像器模組618(如提供給 一個數位照相機原始設備製造商），執行圖2的步驟 2 1 0 - 2 4 0，以改良該模組上該影像偵測器6 1 7回應的精確 性。藉由一個可移式、非揮發性的儲存裝置或一個電腦週 邊裝置匯流排（例如萬用序列匯流排），將該等校正的圖形 或移動圖框轉移至一個處理系統6 1 0中。接著，可更進一 步的處理該等校正的圖形圖框，並根據已知的技藝利用該 等校正的圖形圖框，如用於色彩校正或用於顯示前的影像 處理。 如該特殊應用邏輯電路之另一選擇性，可利用一程式化 的處理器，執行"調整該等暗圖框”和M在該等圖形圖框中 執行消除M之該等步驟。於該事例中，影像器模組6 1 8或數 位照相機6 1 4將包括一個物件，該物件包括一個機器可判 讀媒體，如包含指令的半導體記憶體，當該處理器執行該 等指令時，則導致執行圖_2的該等步驟。 於本發明該等上述的影像器模組和數位照相機體系中*

第13頁 4258 1 6 五、發明說明（ίο) 先校正該等圖形或移動圖框，並接著將其轉移至處理系統 6 1 0 (例如一個電腦）中。選擇性地，可藉影像處理系統6 1 0 執行該校正。於該事例中，安裝系統6 1 0，使一旦從影像 器模組6 1 8或數位照相機6 1 4中接收到未校正的暗圖框和圖 形圖框時，即執行圖2的該等步驟。於該體系中，記憶體 6 3 0和/或大量儲存體裝置6 3 4 (例如硬碟機）將包括指令， 當處理器6 2 6執行該等指令時，將導致該等未校正的暗圖 框和圖形圖框於調整和消除之前（圖1 - 5 )，先經由輸入/輸 出控制裝置622(例如USB控制器）轉移至系統610中。 當然，本發明該等上述的體系受制於其它變化的結構和^ 執行。例如，雖然在補償CMOS偵測器的暗電流雜訊上，上 述該等調整的暗圖框消除技藝特別有效，但可於其它型態 的影像偵測器，如紅外線熱影像化和電荷耦合元件装置 (CCD)偵測器中，引用該等技藝以減緩暗電流不良的效 果《—般而言，不應以該等例證說明的體系判定本發明的 範疇，而應藉該附加的申請專利範圍及其合法的同義性作 判定。

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Claims (1)

1. 425816 六、申請專利範圍 1 , 一種方法，包括： 根據一與圖形圖框之暗參考像素有關的補償值，調整一 暗圖框至少一部分，以獲得一调整的暗圖框部分，已從該 相同的影像偵測器中，獲得該暗圖框和該圖形圖框；以及 從該圖形圖框一相對應的部分中，消除該調整的暗圖框 部分，以獲得一校正的圖形圖框。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等補償值1與 該圖形圖框中_該等暗參考像素的加總對該暗圖框中相對應 像素的加總之比率有關。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該暗參考像素於一 該圖形圖框中形成至少一個像素行。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該調整的步驟包 括： 根據該等暗參考像素有關的補償值，調整該暗圖框的多 個部分，以獲得多個調整的暗圖框部份， 且其中該消除的步驟包括： 從該圖形圖框一相對應的多個部分中，消除該等多個調 整的暗圖框部分，以獲得多個校正的部分。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，更進一步包括： 移除該等多個校正部分間的任何接縫。 ~ 6. 如申請專利範圍第1項之方法，更進一步包括： 根據第二補償值調整該暗圖框，該等第二補償值與用於 獲得該圖形圖框和該暗圖'框的整合時間有關，該暗圖框的 積分時間比該圖行圖框的積分時間長。

   -425816__ π、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第1項之方法，更進一步包括： 於獲得該校正的圖形圖框之後，產生該影像偵測器的一 ， 個色彩校正矩陣= 8. 如申請專利範圍第1項之方法，更進一步包括： 福測該校正的圖形圖框中無效的像素3 9. 一種方法1包括： 根據一暗圖框和多個個別的圖形圖框，產生多個調整的 暗圖框部分，根據該個別的圖形圖框其暗參考像素有關的 補償值，藉調整該暗圖框的一部份，獲得每一個調整的暗 圖框部分，已利用該相同的影像偵測器獲得該等個別的圖 γ 形圖框和該暗圖框；以及 從該等多個個別的圖形圖框中，消除該等多個調整的暗 圖框部分，以獲得多個校正的圖形圖框。 1 0. —種影像器，包括： 一個影像偵測器； 利用一第二個縮放因素，量化該等和該等非DC子象限相 關的Haar係數；以及 邏輯電路，架構成根據一圖形圖框其暗參考像素有關的 補償值，調整一暗圖框的至少一部分，以獲得一調整的暗 圖框部分，已從該影像偵測器中獲得該暗圖框和該圖形圖 ^ 框，並從該圖形圖框一相對應的部分中消除該調整的暗圖 框部分，以獲得一校正的圖形圖框。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之影像器，更進一步包括： 用以將該校正的圖形圖框轉移至一影像處理系統之裝

   第16頁 4 258 ί ρ 六、申請專利範圍 置。 1 2.如申請專利範圍第1 0項之影像器，更進一步包括： 可移除非揮發性儲存裝置，用以將該校正的圖形圖框轉 移至一影像處理系統。 1 3. —種物件，包括： —個機器可判讀之媒體，具有指令當由一個處理器執行 時，使得： 根據一與圖形圖框之暗參考像素有關的補償值，調整一 暗圖框至少一部分，以獲得一調整的暗圖框部分，已從該 相同的影像偵測器中，獲得該暗圖框和該圖形圖框；以及w 從該圖形圖框一相對應的部分中，消除該調整的暗圖框 部分，以獲得一校正的圖形圖框。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之物件，更進一步包括： 可移除非揮發性儲存裝置*其中該機器可判讀媒體具有 更進一步的指令，當該處理器執行該等指令時，更進一步 使得產生該等補償值，其與該圖形圖框中該等暗參考像素 的一加總對該暗圖框中相對應像素的一加總之比率有關。

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