TWI510100B - 局部鏡頭陰影補償方法 - Google Patents

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Description

局部鏡頭陰影補償方法
本發明是有關於一種局部鏡頭陰影補償方法。
圖像感測器通常由被稱作像素的光敏二極體(photodiode)陣列構成。像素本身不從光中提取色彩，而是將寬頻頻譜中的光子轉換為電子。為了通過單一感測器以記錄彩色圖像，感測器必須要有彩色濾光器以進行濾光，從而不同的像素接收不同的顏色。不同的彩色濾光器按照預定模式配置在感測器上，而最常用的模式為貝爾(Bayer)模式，但並不限制。在貝爾模式下，像素總數的一半是綠色(G)，而總數的四分之一是紅色(R)，剩餘的四分之一是藍色(B)。為了獲得色彩訊息，紅色、綠色和藍色彩色濾色器以特定順序配置以形成重復的模式。貝爾模式由2×2陣列構成。
然而，現在常見的可攜式圖像感測器由於像素陣列的幾何模式而造成了圖像的失真，這導因於不同顏色的彩色濾光器會造成不同函數的陰影。
本揭露是有關於一種局部鏡頭陰影補償方法，可以校正圖像處理裝置的陰影狀況，解決圖像色偏的問題。
根據本揭露之第一方面，提出一種局部鏡頭陰影補償方法，包括下列步驟。將一圖像區域從內至外劃分為多個局部區域，每一個局部區域均以圖像區域之一光學中心為中心點，且此些局部區域包括一第一局部區域至一第三局部區域。判斷一目標像素是否位於第一局部區域內，且若判斷為是，依據目標像素相對於光學中心的位置決定目標像素之一第一補償增益值。判斷目標像素是否位於第二局部區域內，且若判斷為是，依據目標像素相對於光學中心的位置決定目標像素之一第二補償增益值。判斷目標像素是否位於第三局部區域外，且若判斷為是，依據目標像素相對於光學中心的位置決定目標像素之一第三補償增益值。依據目標像素相對於光學中心的位置決定目標像素之一第四補償增益值。依據第一補償增益值至第四補償增益值決定一混合補償值以對目標像素進行補償。
根據本揭露之第二方面，提出一種局部鏡頭陰影補償方法，包括下列步驟。將一圖像區域從內至外劃分為多個局部區域，每一個局部區域以圖像區域之一光學中心為中心點。分別針對此些局部區域當中每一者，判斷一目標像素是否落於局部區域之內部或外部，並進而依據判斷結果，基於目標像素相對於光學中心的位置來決定目標像素之一對應此局部區域的補償增益值。依據目標像素相對於光學中心的位置決定目標像素之另一補償增益值。依據此些補償增益值決定一混合補償值以對目標像素進行補償。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉一實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本揭露所提出之局部鏡頭陰影補償方法，利用將圖像區域劃分為多個局部區域並以不同的補償增益值進行補償，故可以圖像處理裝置之校正陰影狀況，解決影像色偏的問題。
請參照第1圖，其繪示依照一實施範例之圖像處理裝置之方塊圖。圖像處理裝置100包括一類比數位轉換器110以及一鏡頭陰影校正單元120。類比數位轉換器110從一像素陣列接收一圖像區域之多個像素電壓，並將之轉換為多個數位像素資料。鏡頭陰影校正單元120依據一目標像素之個別位置產生一混合補償值，以對該目標像素進行補償。每一個局部區域均以圖像區域之一光學中心為中心點。此外，圖像處理裝置100可更包括一白平衡單元130以及一色彩內插單元140。白平衡單元130對目標像素進行白平衡補償。色彩內插單元140對白平衡單元130所輸出之一圖像資料進行內插以得到一三原色(RGB)圖像資料。
請參照第2圖，其繪示依照一實施範例之局部鏡頭陰影補償方法之流程圖，此局部鏡頭陰影補償方法可由第1圖之鏡頭陰影校正單元實施。於步驟S200中，將一圖像區域從內至外劃分為多個局部區域。請參照第3圖，其繪示依照一實施範例之圖像區域之示意圖。於第3圖中，鏡頭陰影校正單元120劃分圖像區域300為多個局部區域，每一個局部區域均以圖像區域300之一光學中心OC為中心點，且此些局部區域包括一第一局部區域310至一第三局部區域330。圖像區域300以光學中心OC為原點建立一座標平面。於第3圖中，茲舉局部區域310~330為多個同心圓為例做說明，然並不限制，亦可為多個同心橢圓。如第3圖所示，局部區域之邊界可由第一至第三曲率半徑參數R 1 ~R 3 來定義。然而，值得注意的是，於此範例中，R 1 <R 2 <R 3 。然於其他實施例中，可以有其他的相對關係，譬如R 1 <R 3 <R 2 。此外，亦值得注意的是，雖然在第3圖之實施例中，係以三個局部區域來作說明。然此實施例僅作範例說明之用，於其他實施例中，可包括其他數目的局部區域。
關於第一至第三曲率半徑參數R 1 ~R 3 之獲得方法，舉例而言，可以依據一對應鏡頭之不同的顏色陰影曲線(color shading curve)間之偏差，而產生第一至第三曲率半徑參數R 1 ~R 3 。此外，在獲得第一至第三曲率半徑參數R 1 ~R 3 之後，可進一步決定一第一補償增益函數至一第三補償增益函數。以下將進一步說明，這些補償函數之用途在於依據之目標像素之位置以產生混合補償值，進而可以校正該等所觀察到的偏差。
較佳地，第一補償增益函數至第三補償增益函數均為多項式，且多項式具有多個反曲點對應於第一至第三曲率半徑參數R 1 ~R 3 。如前所述，局部區域之邊界可由第一至第三曲率半徑參數R 1 ~R 3 來定義，亦即這些反曲點分別位於第一至第三局部區域之邊界上。於下述依據目標像素相對光學中心的位置決定目標像素之第一至第三補償增益值之步驟中，係使用第一補償增益函數至第三補償增益函數來產生第一補償增益值至第三補償增益值，並進而可基於該第一至第三補償增益值來產生該混合增益值。
於步驟S210中，鏡頭陰影校正單元120判斷一目標像素P是否位於第一局部區域310內。以數學式而言，假定目標像素P相對於相對於光學中心OC的位置由第一方向座標x 與第二方向座標y 表示，則可判別SquarePos =a 0 x 2 +a 1 y 2 R 2 1 是否成立。a 0 與a 1 分別為第一方向座標參數與第二方向座標參數，R 1 為一第一曲率半徑參數。值得注意的是，通常可安排a 0 與a 1 相等，代表第一局部區域310為正圓，但亦可安排為不相等，代表第一局部區域310為橢圓。
若判斷為否，目標像素P之一第一補償增益值為0。則若判斷為是，則於步驟S215中，鏡頭陰影校正單元120依據目標像素P相對於光學中心OC的位置，並使用第一曲率半徑參數所定義之第一補償函數，來決定目標像素P之第一補償增益值。更具體來說，第一補償函數譬如等式(1)所示：
其中Com_Gain 1 為所欲求得之第一補償增益值，Gain 1 為一第一增益參數，及N 1 為一第一多項式階數參數。
較佳地，可安排於第一局部區域310內，第一補償增益值Com_Gain 1 之絕對值之絕對值係單調變化或震盪至第一局部區域310之邊界上實質上為零。請參照第4A圖，其繪示依照一實施範例之第一局部區域陰影補償之示意圖。藉由等式(1)調整第一增益參數Gain 1 而以第一補償增益值Com_Gain 1 對第一局部區域310的像素進行色彩陰影校正以減少色偏問題。請參照第4B圖~第4D圖，其繪示依照一實施例之圖像區域之左上至右下橫切面之一例之示意圖。於第4B圖~第4D圖中，隨著第一增益參數Gain 1 的不同，第一局部區域310內的像素亮度調整程度亦不同，且在邊界R1 處亮度均未被調整而維持於60。
於步驟S220中，鏡頭陰影校正單元120判斷目標像素P是否位於第二局部區域320內。以數學式而言，假定目標像素P相對於相對於光學中心OC的位置由第一方向座標x 與第二方向座標y 表示，則可判別SquarePos =a 0 x 2 +a 1 y 2 R 2 2 是否成立。a 0 與a 1 分別為第一方向座標參數與第二方向座標參數，R 2 為一第二曲率半徑參數。值得注意的是，通常可安排a 0 與a 1 相等，代表第二局部區域320為正圓，但亦可安排為不相等，代表第二局部區域320為橢圓。
若判斷為否，目標像素P之一第二補償增益值為0。則若判斷為是，則於步驟S225中，鏡頭陰影校正單元120依據目標像素P相對於光學中心OC的位置，並使用第二曲率半徑參數所定義之第二補償函數，來決定目標像素P之第二補償增益值。更具體而言，第二補償函數譬如等式(2)所示：
其中Com_Gain 2 為所欲求得之第二補償增益值，Gain 2 為一第二增益參數，N 2 為一第二多項式階數參數，及Factor 為一控制因子。
較佳地，可安排於第二局部區域320內，第二補償增益值Com_Gain 2 之絕對值係單調變化或震盪至第二局部區域320之邊界上實質上為零。請參照第5A圖，其繪示依照一實施範例之第二局部區域陰影補償之示意圖。藉由等式(2)調整第二增益參數Gain 2 而以第二補償增益值Com_Gain 2 對第二局部區域320的像素進行色彩陰影校正以減少色偏問題。請參照第5B圖~第5D圖，其繪示依照一實施例之圖像區域之左上至右下橫切面之另一例之示意圖。於第5B圖~第5D圖中，隨著第二增益參數Gain 2 的不同，第二局部區域320內的像素亮度調整程度亦不同，且在邊界R2 處亮度均未被調整而維持於70。
於步驟S230中，鏡頭陰影校正單元120判斷目標像素P是否位於第三局部區域330外。以數學式而言，假定目標像素P相對於相對於光學中心OC的位置由第一方向座標x 與第二方向座標y 表示，則可判別SquarePos =a 0 x 2 +a 1 y 2 R 3 2 是否成立。a 0 與a 1 分別為第一方向座標參數與第二方向座標參數，R 3 為一第三曲率半徑參數。值得注意的是，通常可安排a 0 與a 1 相等，代表第三局部區域330為正圓，但亦可安排為不相等，代表第三局部區域330為橢圓。
若判斷為否，目標像素P之一第三補償增益值為0。則若判斷為是，則於步驟S235中，鏡頭陰影校正單元120依據目標像素P相對於光學中心OC的位置，並使用第三曲率半徑參數所定義之第三補償函數，來決定目標像素P之第三補償增益值。更具體而言，第三補償函數譬如等式(3)所示：
其中Com_Gain 3 為所欲求得之第三補償增益值，Gain 3 為一第三增益參數，以及N 3 為一第三多項式階數參數。
較佳地，可安排於第三局部區域330外，第三補償增益值Com_Gain 3 之絕對值於第三局部區域330之邊界上係實質上為零並往外單調變化或震盪。請參照第6A圖，其繪示依照一實施範例之第三局部區域陰影補償之示意圖。藉由等式(3)調整第三增益參數Gain 3 而以第三補償增益值Com_Gain 3 對第三局部區域330的像素進行色彩陰影校正以減少色偏問題。請參照第6B圖~第6D圖，其繪示依照一實施例之圖像區域之左上至右下橫切面之再一例之示意圖。於第6B圖~第6D圖中，隨著第三增益參數Gain 3 的不同，第三局部區域330內的像素亮度調整程度亦不同，且在邊界R3 處亮度均未被調整而維持於70。
於步驟S240中，鏡頭陰影校正單元220依據目標像素P相對於光學中心OC的位置，並使用一第四補償函數，來決定目標像素P之一第四補償增益值。更具體而言，第四補償函數譬如等式(4)所示：
Comp_Gain 4 =Gain 4 ×SquarePos 　eq.(4)
其中Com_Gain 4 為所欲求得之第四補償增益值，Gain 4 為一第四增益參數，x 與y 分別為目標像素P相對於光學中心OC之第一方向座標與第二方向座標，SquarePos =a 0 x 2 +a 1 y 2 ，a 0 與a 1 分別為第一方向座標參數與第二方向座標參數。
較佳地，可安排於光學中心OC上，第四補償增益值Com_Gain 4 之絕對值實質上為零並往外單調遞增或震盪。請參照第7A圖，其繪示依照一實施範例之鏡頭陰影補償之示意圖。藉由等式(4)調整第四增益參數Gain 4 而以第四補償增益值Com_Gain 4 對圖像區域300的像素進行鏡頭陰影校正以減少色偏問題。請參照第7B圖~第7C圖，其繪示依照一實施例之圖像區域之左上至右下橫切面之又一例之示意圖。
於步驟S250中，鏡頭陰影校正單元120依據第一補償增益值Com_Gain 1 至第四補償增益值Com_Gain 4 決定混合補償值以對目標像素P進行補償。於一範例中，可安排此混合補償值實質上等於第一補償增益值Com_Gain 1 至第四補償增益值Com_Gain 4 之和與目標像素P之一原始像素值之乘積。之後，目標像素P經過混合補償值補償後，具有一像素值等於其原始像素值與混合補償值之和。
值得注意的是，根據設計需求與實際上顏色陰影曲線間之偏差，第2圖所述之局部鏡頭陰影補償方法可延伸至應用至不同數目及/或不同形狀的局部區域，並搭配不同形式之補償函數，以求精確地進行像素值補償。再者，將一圖像區域劃分為多個局部區域，其中每一局部區域安排有一對應的補償函數，並根據像素之所在位置，判斷是使用該些補償函數當中之何者來對像素進行補償，係屬於本發明之範疇。再者，只要能根據設計需求，使用多個適當形式的不同補償函數，在適當的位置(譬如多個局部區域之內部或外部)，來對像素之像素值進行補償，以彌補不同顏色陰影曲線之偏差，亦屬本發明之範疇。
本揭露另提出一種局部鏡頭陰影補償方法，包括下列步驟。將一圖像區域從內至外劃分為多個局部區域，每一個局部區域之形狀較佳地為圓或橢圓形，並以圖像區域之一光學中心為中心點。可安排此些局部區域之邊界係分別由多個曲率半徑參數來定義，並且這些曲率半徑參數可定義不同的補償函數。接下來，可分別針對此些局部區域當中每一者，判斷一目標像素是否落於局部區域之內部或外部。進而依據判斷結果，來求得補償增益值，譬如只有位於局部區域內或局部區域外才需要進行。而於此求得補償增益值之過程中，可基於目標像素相對於光學中心的位置以及該局部區域所對應之曲率半徑參數，譬如藉由使用該些曲率半徑參數所定義之補償函數，來決定目標像素之一對應此局部區域的補償增益值。接下來，可再依據目標像素相對於光學中心的位置決定目標像素之另一補償增益值。最後，即可依據此些補償增益值決定一混合補償值以對目標像素進行補償。
本揭露上述實施例所揭露之圖像處理裝置及其局部鏡頭陰影補償方法，利用將圖像區域劃分為多個局部區域，並調整原有的增益參數而以不同的補償增益值分別對不同的局部區域進行補償，故可以校正陰影狀況，解決影像色偏的問題。此外，本揭露之圖像處理裝置及其局部鏡頭陰影補償方法利用反曲點進行補償，改善傳統二次函數補償方法所需補償係數眾多且難調整的缺點，具有計算複雜度簡單且不消耗記憶體空間等優點，易於整合到各種圖像處理平台。
綜上所述，雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．圖像處理單元
110．．．類比數位轉換器
120．．．鏡頭陰影校正單元
130．．．白平衡單元
140．．．色彩內插單元
300．．．圖像區域
310．．．第一局部區域
320．．．第二局部區域
330．．．第三局部區域
第1圖繪示依照一實施範例之圖像處理裝置之方塊圖。
第2圖繪示依照一實施範例之局部鏡頭陰影補償方法之流程圖。
第3圖繪示依照一實施範例之圖像區域之示意圖。
第4A圖繪示依照一實施範例之第一局部區域陰影補償之示意圖。
第4B圖~第4D圖繪示依照一實施例之圖像區域之一例之左上至右下橫切面之示意圖。
第5A圖繪示依照一實施範例之第二局部區域陰影補償之示意圖。
第5B圖~第5D圖繪示依照一實施例之圖像區域之左上至右下橫切面之另一例之示意圖。
第6A圖繪示依照一實施範例之第三局部區域陰影補償之示意圖。
第6B圖~第6D圖繪示依照一實施例之圖像區域之左上至右下橫切面之再一例之示意圖。
第7A圖繪示依照一實施範例之鏡頭陰影補償之示意圖。
第7B圖~第7C圖繪示依照一實施例之圖像區域之左上至右下橫切面之又一例之示意圖。

Claims (21)

  1. 一種局部(partial)鏡頭陰影(lens shading)補償方法，包括：將一圖像區域從內至外劃分為複數個局部區域，每一個局部區域均以該圖像區域之一光學中心為中心點，且該些局部區域包括一第一局部區域至一第三局部區域；判斷一目標像素是否位於該第一局部區域內，且若判斷為是，依據該目標像素相對於該光學中心的位置決定該目標像素之一第一補償增益值；判斷該目標像素是否位於該第二局部區域內，且若判斷為是，依據該目標像素相對於該光學中心的位置決定該目標像素之一第二補償增益值；判斷該目標像素是否位於該第三局部區域外，且若判斷為是，依據該目標像素相對於該光學中心的位置決定該目標像素之一第三補償增益值；依據該目標像素相對於該光學中心的位置決定該目標像素之一第四補償增益值；以及依據該第一補償增益值至該第四補償增益值決定一混合補償值以對該目標像素進行補償，其中該混合補償值實質上等於該第一補償值至第四補償值之和與該目標像素之一原始像素值之乘積。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該些局部區域係複數個同心橢圓或同心圓。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中於依據該目標像素相對於該光學中心的位置決 定該目標像素之該第一至第四補償增益值之步驟中，係依據SquarePos =a 0 x 2 +a 1 y 2 來實施，其中a 0 與a 1 分別為第一方向座標參數與第二方向座標參數，x 與y 分別為該目標像素之第一方向座標與第二方向座標。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該第一至第三局部區域之邊界係分別由第一至第三曲率半徑參數來定義，以及其中於依據該目標像素相對於該光學中心的位置決定該目標像素之該第一至第三補償增益值之步驟，分別更依據該第一至第三曲率半徑參數來實施。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中於該第一局部區域內，該第一補償增益值之絕對值係單調變化或震盪至該第一局部區域之邊界上實質上為零。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該第一補償增益值Com_Gain 1 係依據一第一補償函數來決定，該第一補償函數係表示為：，其中Gain 1 為一第一增益參數，SquarePos =a 0 x 2 +a 1 y 2 ，a 0 與a 1 分別為第一方向座標參數與第二方向座標參數，x 與y 分別為該目標像素之第一方向座標與第二方向座標，R 1 為一第一曲率半徑參數，及N 1 為一第一多項式階數參數。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中於該第二局部區域內，該第二補償增益值之絕對值係單調變化或震盪至該第二局部區域之邊界上實質 上為零。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之局部鏡頭陰影補償方法，該第二補償增益值Com_Gain 2 係依據一第二補償函數來決定，該第二補償函數係表示為：，其中Gain 2 為一第二增益參數，SquarePos =a 0 x 2 +a 1 y 2 ，a 0 與a 1 分別為第一方向座標參數與第二方向座標參數，x 與y 分別為該目標像素之第一方向座標與第二方向座標，R 2 為一第二曲率半徑參數，N 2 為一第二多項式階數參數，及Factor 為一控制因子。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中於該第三局部區域外，該第三補償增益值之絕對值於該第三局部區域之邊界上係實質上為零並往外單調變化或震盪。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之局部鏡頭陰影補償方法，該第三補償增益值Com_Gain 3 係依據一第三補償函數來決定，該第三補償函數係表示為，其中Gain 3 為一第三增益參數，SquarePos =a 0 x 2 +a 1 y 2 ，a 0 與a 1 分別為第一方向座標參數與第二方向座標參數，x 與y 分別為該目標像素之第一方向座標與第二方向座標，R 3 為一第三曲率半徑參數，及N 3 為一第三多項式階數參數。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中於該光學中心上，該第四補償增益值之絕對值實質上為零並往外單調遞增或震盪。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該第四補償增益值Com_Gain 4 係依據一第四補償函數來決定，該第四補償函數係表示為：Comp_Gai n4 =Gain 4 ×SquarePos ，Gain 4 為一第四增益參數，SquarePos =a 0 x 2 +a 1 y 2 ，其中a 0 與a 1 分別為第一方向座標參數與第二方向座標參數，x 與y 分別為該目標像素之第一方向座標與第二方向座標。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該目標像素經過該混合補償值補償後，具有一像素值等於其原始像素值與該混合補償值之和。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該第一局部區域小於該第二局部區域與該第三局部區域。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之局部鏡頭陰影補償方法，更包括：依據一對應鏡頭之不同的顏色陰影曲線(color shading curve)間之偏差而產生第一至第三曲率半徑參數；依據該第一至第三曲率半徑參數分別獲得一第一補償增益函數至一第三補償增益函數以校正該等偏差；以及於依據該目標像素相對該光學中心的位置決定該目標像素之該第一至第三補償增益值之步驟中，係使用該第一補償增益函數至該第三補償增益函數來產生該第一補償增益值至該第三補償增益值。
  16. 如申請專利範圍第16項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該第一補償增益函數至該第三補償增益函數 均為多項式，且該多項式具有多個反曲點分別位於該第一至第三局部區域之邊界上。
  17. 一種局部鏡頭陰影補償方法，包括：(i)將一圖像區域從內至外劃分為複數個局部區域，每一個局部區域均以該圖像區域之一光學中心為中心點；(ii)分別針對該些局部區域當中每一者，判斷一目標像素是否落於該局部區域之內部或外部，並進而依據判斷結果，基於該目標像素相對於該光學中心的位置，來決定該目標像素之一對應該局部區域的補償增益值；(iii)依據該目標像素相對於該光學中心的位置決定該目標像素之另一補償增益值；以及(iv)決定一混合補償值以對該目標像素進行補償，其中該混合補償值實質上等於依據步驟(ii)所獲得之該些補償增益值以及步驟(iii)所獲得之該另一補償增益值之和與該目標像素之一原始像素值之乘積。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該些局部區域係分別對應多個補償函數當中之一者，以及步驟(ii)中係使用所對應之該補償函數來決定該目標像素之對應該局部區域的該補償增益值。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該些局部區域之邊界係分別由複數個曲率半徑參數來定義，以及各該補償函數係由所為應的該局部區域之該曲率半徑參數來定義。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該些補償增益值當中之複數者之絕對值，於 所對應之該些局部區域之邊界上係實質上為零。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之局部鏡頭陰影補償方法，其中該另一補償增益值於該光學中心上係實質上為零。
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