TWI296394B - Method and apparatus of image dynamic response re-mapping and digital camera using the same - Google Patents

Description

1296394 · 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於影像處理裝置與方法，特別是關於將貝 爾影像（Bayer image)做動態響應重新分佈之影像動態響應 重新分佈裝置與方法，以及使用該影像動態響應重新分佈 裝置與方法的數位相機。 【先前技術】 # 數位相機及其他影像處理裝置的組成單元主要包含 有影像感測器、影像處理單元、影像顯示單元以及影像壓 縮單元等。這些單元對同一影像源所能處理的資訊量都有 所不同’因而在影像處理過程中會造成資訊的損失。在這 二負Λ中’灰階的知失會讓影像的細部紋理（detaii texture) 因而喪失’亦即會降低影像處理裝置系統的動態響應範圍 (dynamic response range)。尤其是當所擷取的影像其灰階 的動態幅度非常寬時，例如使用閃光燈或是逆光攝影時， φ 最後一級所產出的影像在強光區域（high-light)或者陰影部 . 份（shadow)的細部明亮變化，將因所能提供的資訊不足下 而無法表示出來。 美國第6,256,424專利「影像過濾電路（Image Filter Circuit)」利用一個無限脈衝響應（Infinite impulse

Response ’ IIR)的低頻濾波器產生邊緣模糊（unsharp)的影 像用來做動態幅度壓縮的硬體架構。其缺點為在動態幅度 壓縮率大的情況下’會造成處理過後的影像在各邊緣（edge) 6 1296394 ' 產生擬似的邊緣（pseudo-edge)而造成失真。而美國第 6,807,316專利「影像處理方法與裝置（Image PfQeessing Method and Image Processing Apparatus)」利用多個低頻濾 波器產生邊緣模糊的影像用來做動態幅度壓縮的方法及 機制，可解決上篇專利產生擬似的邊緣的缺點。 .第1圖顯示美國第6,807,316專利「影像處理方法與 裝置」的架構圖。如該圖所示，該影像處理方法與裝置是 先利用第一過濾處理（Filtering Process 1)與第二過濾處理 • (Filtering Process 2)將輸入信號分別轉換成第一邊緣模糊 影像信號（Unsharp Image signal 1)與第二邊緣模糊影像信 號（Unsharp Image signal 2)。之後，利用查表合成（L〇〇k-up

Table ’ LUT Synthsis)將第一邊緣模糊影像信號與第二邊緣 模糊影像信號合成單一影像信號。接著，再利用查表計算 (LUT Computation)產生一補償信號。最後，將輸入信號與 補償信號相加後產生輸出信號。 上述的技術主要是利用低通濾波器分離出原影像的 鲁低頻和高頻信號，然後對低頻信號做增益（gain)的降低， ^ 以壓縮原影像低頻區的動態響應幅度。最後利用此一壓縮 _ 後的低頻信號和原影像的高頻信號做結合，期許能得出既 保有原影像高頻信號亦即細部紋理，同時動態響應幅度亦 壓縮至影像處理單元所能提供之資訊量的範圍。此種技術 的缺失在於所有的影像其頻率響應屬連續性的，如果單純 用某一頻率做低頻和高頻信號的切分點，最後影像將導致 如美國第6,256,424專利所述邊緣模糊的現象，以至於需 7 1296394 如美國第6,807,316專利所述需再加數級的頻帶切分點， 試圖降低邊緣模糊的現象。此外，此種技術的另一缺失是 其著重在處理低頻的動態響應，而對高頻信號在不同亮熊 區的增盈未做處理。此方法對於高對比度的影像而言，雖 然旎適當的降低其對比度，但對於影像中暗態以及亮熊區 的南頻部份卻無法提供適當的增益，以至於最終影像趨於 平坦而缺乏影像的傳真度。 再者，數位相機及其他影像擷取系統的組成單元，主 春 要包含有影像感測器（sensor)、影像還原單元、影像顯示單 . 元以及影像壓縮單元等。影像感測器能將自然影像的亮度 以及色彩度轉變成數位訊息。之後這些數位訊息再經由影 像還原、顯示以及壓縮等單元，轉換成數位影像。目前數 位相機之影像感測器所產出的資訊結構是以貝爾影像 (Bayer image)為主。貝爾影像的每一畫素（pixel)值僅能感 /貝J R G、B二色彩原素之其一，例如第2圖所示。因此需 影像還原單元將其它的二色彩原素予以還原，並進行色彩 # 校正等，以還原至原自然影像的色彩度。由於自然影像的 - 亮度範圍报廣，數位相機系統為了能擷取更多的自然影像 • 訊息，因此也提高影像感測器對三原色的響應幅度，亦即 感測器灰階度的提高。當影像感測器的灰階度提昇時會造 成後續影像處理單元所需的運算量也隨之增加。另一方面 由於標準的影像壓縮格式如（JPEG)與顯示器所能表現的灰 階度有所限制，無法表現原感測器的響應幅度，而造成資 訊的損失。尤其數位相機在使用閃光燈或是逆光攝影時， 8 1296394 最後所產出的影像，在強光區域或者陰影部份的細部明亮 變化，將因所能提供的資訊不足下而無法表示出來。對系 統而吕其動態響應範圍因而無法提昇。 【發明内容】 有鑒於上述問題，本發明提出一種對貝爾影像做動態 響應重新分佈（dynamic response re-mapping)的方法及機

制，藉由此方法，本發明能保有影像感測器所擷取的影像 資訊不被後續影像處理單元所損失。 為達成上述目的，本發明影像動態響應重新分佈裝 置，係接收一原始貝爾影像資料，並對該原始貝爾影像資 料進行動態響應重新分布後產生調變後貝爾影像資料，該 影像動態響應重新分佈裝置包含：一色彩座標轉換單元^ 係接收原始貝爾影像資料，並將該原始貝爾影像資料轉換 =新，像座標系統之影像資料，該新影像座標系統之影像 t料量低於原始貝爾影像資料的資料量；一高增益值產生 早疋，係接收新影像座標系統之影像資料並對欲處理之書 素依據其資料I出高增益動態響應分佈曲線在該資料= 之最大增益值低增錄產生單元，係接收新影像座標 :統，影像資料並對欲處理之晝素依據其資料求出低二 ▲動態響應分佈曲線在該資料下之最小增益值；—: 元，是接收新影像座標系統之影像資料:並對 斤衫像座杯糸統之欲處理之畫素附近之影 的影像分析，計算出該區域影像的特徵值，此影二= 9 1296394 時亦能保持色彩在運算過程中的一致性。 第4圖為本發明應用影像動態響應重新分佈裝置之數 位相機的影像處理系統方塊圖。如該圖所示，數位相機的 影像處理系統40包含了 一影像感測器（image sensor)41 、 一動態響應重新分佈單元（dynamic response re-mapping unit)42、一 影像處理單元（image pr〇eessing unit)43、一影 像壓縮單元（image compression unit)44、一儲存單元 (storage unit)45、以及一顯示單元（display unit)46。 p 影像感測器41是擷取欲拍攝的影像後，轉換成貝爾 影像之數位資料。影像動態響應重新分佈單元42係接收 - 該貝爾影像資料，並調變該貝爾影像資料的動態響應後， 產生調變後的貝爾影像資料。影像處理單元43接收調變 後的貝爾影像資料，並對該影像資料進行包含有影像還 原、白平衡（white balance)、色彩插補（c〇i〇r

interpolation)、色彩校正（e〇i〇r correction)、RGB 至 YUV 轉換等的影像處理。而該等影像處理為一般的技術，在此 不重複說明。影像壓縮單元44接收影像處理單元43所處 理之影像，並將影像壓縮後儲存至儲存單元45。而顯示單 元46則接收並顯示影像處理單元43所處理之影像。因 - 此’應用本發a月影像處理裝置之數位相機可藉由影像動態 調變的功能’來提升在使用閃光燈或是逆光攝影時，在強 光區域或者陰影部份的細部明亮變化。 第5圖顯示本發明影像動態響應重新分佈方法之流程 圖。如該圖所示，本發明影像動態響應重新分佈方法之實 施步驟如下： 13 ^296394 步驟S516 :結束。 因此，本發明能避免習知專利因利用頻帶切分點所導 =，緣模糊的缺失。同時，本發明亦進一步的提供對不同 二態區的影像之咼頻信號做增益的變化。本發明藉由改變 如像的動態、響應/分佈’提高影像細節部份❸紋理變化量， 从期降低在影像處理過程中因資訊的損失所造成的系統 的動態響應範圍下降，同時亦能因影像動態響應的重新分 佈而提高影像的傳真度。 以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明 之範圍，只要不脫離本發明之要旨，該行業者可進行各種 變形或變更。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示美國第6,807,3 16專利「影像處理方法與 裝置」的架構圖。 第2圖顯示一般貝爾影像之示意圖。 第3圖為本發明影像動態響應重新分佈裝置之架構 圖。 第4圖為本發明應用影像動態響應重新分佈裝置之數 位相機的影像處理系統方塊圖。 第5圖顯示本發明影像動態響應重新分佈方法之流程 圖。 圖式編號 30影像動態響應重新分佈裝置 31高增益值產生單元 16 1296394 32低增益值產生單元 33影像特徵值產生單元 34權值計算單元 35計算單元 36色彩座標轉換單元 37影像合成單元 351、352乘法器 353加法器 40數位相機的影像處理系統 41影像感測器 42動態響應重新分佈單元 43影像處理單元 44影像壓縮單元 45儲存單元 46顯示單元 17

Claims (1)

1296394 14.如申請專利範圍第13項所記載之具有影像動態響應重新分佈 功能的數位相機，其中前述影像處理單元所進行之影像處理有 影像還原、白平衡、色彩插補、色彩校正、RGB對YUV轉換 等影像處理。 23