TWI684365B - 產生彩色影像的攝影機和方法 - Google Patents

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Abstract

提出一種攝影機。該攝影機包含：一孔徑(110)；一影像感測器(102)，其包含複數對像素，在其中一對中：一第一像素(200)經組態使得其偵測已穿過該孔徑(110)進入該攝影機且經由一第一輻射路徑自該孔徑(110)行進至該影像感測器(102)之輻射，且一第二像素(202)經組態使得其偵測已穿過該孔徑(110)進入該攝影機且經由一第二輻射路徑自該孔徑(110)行進至該影像感測器(102)之輻射，該第二輻射路徑不同於該第一輻射路徑；及一濾光片(112)，其配置於該孔徑(110)中或附近，其中該濾光片(112)包含經組態以阻斷IR輻射或可見光之一第一部分(300)，及經組態以對由該第一部分(300)阻斷之波長透光的一第二部分(302)，其中該濾光片(112)經配置使得通過該第一部分(300)之輻射行進至該複數對像素中之該等第一像素(200)，且使得通過該第二部分(302)之輻射行進至該複數對像素中之該等第二像素(202)。

Description

產生彩色影像的攝影機和方法
本發明係關於產生彩色影像，且尤其關於允許在低光條件下產生彩色影像的攝影機設計。
用於數位攝影機中之影像感測器具有光譜回應，其具有紅外線(IR)中之不可忽略分量。此產生機會以及挑戰。
一機會為，在夜間或在低光條件中，IR分量可提供關於所成像場景之有用資訊。通常，低光條件出現在黃昏或黎明期間。其他低光條件場景為光線較差的房間。低光條件亦可被定義為可見光及IR輻射之量相當的條件，因此低光條件亦可被稱作混合光條件。
在夜間或在低光條件下，可使用來自光譜之IR部分的入射輻射。IR輻射不會含有任何色彩資訊，且代替執行分色(color separation)，唯一的參數為入射輻射之強度，其可呈現為黑白強度影像(或具有任何合乎需要的色標)。
一挑戰存在於日間成像期間，其中添加IR分量可能使得使用數位攝影機俘獲的影像中之色彩平衡失真。在一些情境中，影像感測器之一些或所有像素可能甚至藉由紅外線分量完全飽和。
在抑制不太有利效果的同時維持有利效果的方式為在影像感測器前方的光束路徑中加入可移動的IR截止濾光片。以此方式，IR截止濾光片可在日光條件下使用，從而允許獲取彩色影像。影像感測器之像素將隨後以第一種方式操作，其中入射光被劃分成顏色，且偵測為單獨光偵測器上的電荷，因此允許分色。IR截止濾光片將在夜間或在低光條件下移除，從而允許IR輻射到達影像感測器。影像感測器之像素隨後將以第二種方式操作，其中藉由像素量測的唯一參數為入射輻射之強度。因此，基於強度之影像可被俘獲，並呈現為黑白影像。
然而，可存在將需要能夠甚至在低光條件下俘獲經分色之影像的情況。
鑒於上文，本發明之一目標為提供用於甚至在低光條件下俘獲經分色之影像的構件。
根據一第一態樣，提供一種攝影機。該攝影機包含：一孔徑；一影像感測器，其包含複數對像素，在其中一對中：一第一像素經組態使其偵測已穿過該孔徑進入該攝影機且經由一第一輻射路徑自該孔徑行進至該影像感測器之輻射，且一第二像素經組態使其偵測已穿過該孔徑進入該攝影機且經由一第二輻射路徑自該孔徑行進至該影像感測器之輻射，該第二輻射路徑不同於該第一輻射路徑；及一濾光片，其配置於該孔徑中或附近，其中該濾光片包含經組態以阻斷IR輻射或可見光之一第一部分及經組態以對藉由該第一部分阻斷之波長透光之的一第二部分，其中該濾光片經配置使得通過該第一部分之輻射行進至該複數對像素中之該等第一像素，且使得通過該第二部分之輻射行進至該複數對像素中之該等第二像素。
因此，允用改良式成像。此歸因於IR輻射之分量可藉由比較每一對第一像素及第二像素中之該等第一及第二像素所偵測的輻射來判定，且補償彼IR部分。舉例而言，可藉由判定該影像感測器所偵測到之輻射的該IR部分來產生一彩色影像。以此方式，儘管該所成像場景含有藉由該影像感測器俘獲之IR輻射，但可獲得一真的色彩表示。
術語「輻射」應解釋為包含紅外線光譜範圍及可見光譜範圍兩者中之光譜分量的輻射。
該濾光片之該第一部分可經組態以阻斷IR輻射。
該濾光片之該第一部分可經組態以阻斷可見光。
該濾光片之該第二部分可經組態以對IR輻射及可見光兩者透光。
該濾光片之該第一部分可經組態以阻斷IR輻射，且該濾光片之該第二部分可經組態以阻斷可見光。
該濾光片可以固定方式定位於該孔徑中或附近。可因此提供具有非常少可移動部件之一簡單攝影機。該濾光片無需(常常無法)精確地位於該孔徑平面中，但只要足夠靠近，該濾光片為該孔徑之哪一側並不重要。
該濾光片必須靠近於該孔徑。其無需(常常無法)精確地位於該孔徑平面中，但只要足夠靠近，該濾光片為該孔徑之哪一側並不重要。
該濾光片可為可移動的，使其可定位於該第一輻射路徑及該第二輻射路徑中且自該等路徑縮回。因此，有可能將該攝影機置於不同模式中，諸如一日間模式，其中基於藉由該複數對像素中之該等第一及第二像素中之每一者偵測的輻射之一量，使用具有該等第一及第二部分的該濾光片計算該場景中之IR輻射的一比例，及一夜間模式，其中該濾光片被移除，且使用該影像感測器之完整光譜回應產生黑白影像。
當該場景包含可見光及IR輻射兩者時，該濾光片係有用的。在此等情境中，有可能補償該IR輻射且獲得良好色彩保真度。此特別適用於混合光(低光，諸如在黃昏及黎明)中，其中在現今之實施中，使用僅僅記錄移除IR截止濾光片的輻射之量的切換。當該可見光位準變得太低時，此係必需的。在日光或良好光照下，不需要IR輻射，此係因為存在大量可見光。然而，根據本發明設定之該攝影機使得有可能補償該IR輻射。在傳統的監視攝影機中，此係在該IR截止濾光片予以插入時。
在夜間，或在其他真實低光中，基本上不存在可見光，且至少存在比可視光略多的IR輻射，因此將極難產生彩色影像。因此，可在夜間移除該濾光片。此使得儘可能多的輻射到達影像感測器(藉由未阻斷任何IR輻射)。此切換至夜間模式可能使用本發明推遲至較低光位準。
該濾光片之該配份(portioning)可與該等第一及第二像素對準，使得：IR輻射不會到達該對像素中之該等第一像素，且IR輻射將到達該對像素中之該等第二像素。
該影像感測器之每一像素可屬於一各別對像素。
該影像感測器經組態以在該攝影機曝露於包含可見光及IR輻射兩者之輻射時，記錄指示到達該複數對像素中之每一者的輻射之一量的一值。該攝影機進一步包含一處理單元，其經組態以：針對該複數對像素中之該等第一像素中之每一者，判定指示藉由該各別第一像素偵測到之輻射的一第一量的一值；針對該複數對像素中之該等第二像素中之每一者，判定指示藉由該各別第二像素偵測到之輻射的一第二量的一值；基於針對該複數對像素中之該等第一及第二像素中之每一者而判定的輻射之該第一量及該第二量，計算該場景中之IR輻射的一比例；及基於IR輻射之該所計算比例，藉由補償該攝影機所俘獲之一影像中之一IR比重來產生該場景之一彩色影像。
根據一第二態樣，提供一種產生由一攝影機俘獲之一場景之一彩色影像的方法，該攝影機曝露於包含可見光及IR輻射兩者之輻射。該方法包含：偵測指示複數對像素中之每一者中的輻射之一量的一值，其中每一對包含一第一像素及一第二像素；針對該複數對像素中之該等第一像素中之每一者，判定指示藉由該各別第一像素偵測到之輻射的一第一量的一值；針對該複數對像素中之該等第二像素中之每一者，判定指示藉由該各別第二像素偵測到之輻射的一第二量的一值；基於針對該複數對像素中之該等第一及第二像素中之每一者而判定的輻射之該第一量及該第二量，計算該場景中之IR輻射的一比例；及基於IR輻射之該所計算比例，藉由補償該攝影機所俘獲之一影像中之一IR比重來產生該場景之該彩色影像。
該方法可進一步包含：阻斷IR輻射或可見光到達該複數對像素中之該等第一像素，且允許被阻斷到達該複數對像素中之該等第一像素的波長到達該複數對像素中之該等第二像素。
該攝影機之上述特徵在適當時同樣應用於此第二態樣。為了避免不當接收，對上文進行參考。
根據一第三態樣，提供一種非暫時性電腦可讀儲存媒體。該非暫時性電腦可讀儲存媒體上儲存有電腦可讀程式碼，該電腦可讀程式碼在具有處理能力之一裝置上進行執行時經組態以執行根據第二態樣之該方法。
本發明之適用性之另一範圍將自下文所給定之詳細描述變得顯而易見。然而，應瞭解，實施方式及特定實例雖然指示本發明之較佳實施例，但僅以說明方式給出，此係因為熟習此項技術者根據此實施方式將顯而易知屬於本發明之範疇內的各種改變及修改。
因此，應理解，本發明不限於所描述之器件之特定組件部分，或描述為此類器件及方法的方法之步驟可變化。亦應理解，本文中所使用之術語僅出於描述特定實施例之目的，且不意欲為限制性的。必須注意，如本說明書及隨附申請專利範圍中所用，冠詞「一」、「該」及「所述」欲意謂除非上下文以其他方式明確規定，否則存在元件中之一或多者。因此，舉例而言，參考「一單元」或「該單元」可包括若干裝置及類似者。此外，詞語「包含」、「包括」、「含有」及類似措辭並不排除其它元件或步驟。
現將參看附圖在下文中更全面地描述本發明，其中展示本發明之當前較佳實施例。然而，本發明可以諸多不同形式體現且不應解釋為限於本文中所闡述之實施例；相反地，出於徹底性及完整性而提供此等實施例，且提供此等實施例以向熟習此項技術者完整地表達本發明之範疇。
圖1說明攝影機100，其具有影像感測器102及攝影機透鏡殼體104。攝影機可為視訊攝影機。攝影機100可為監視攝影機。
攝影機透鏡殼體104及影像感測器102經配置以使得經由攝影機透鏡殼體104進入攝影機100的輻射與影像感測器102互動。因此，攝影機經組態以俘獲藉由攝影機透鏡殼體104之透鏡系統108觀看的場景之影像。進入攝影機100之輻射通常包含可見光及IR輻射兩者。
用於俘獲場景之影像，影像感測器102包含分佈於影像感測器102之平面上的複數個像素。影像感測器之像素通常對可見光及IR輻射(或更特定言之，近紅外輻射(NIR))兩者敏感。若所傳輸輻射經完整光譜解析，則將很有可能監視且評估可見光及IR輻射之不同色彩的比例，但應注意，影像感測器102 (及相關聯組件，包含(例如)影像處理器120)一般會儘量將入射輻射分類為紅色、綠色及藍色分量，該等色彩分量中之每一者包括IR分量，其在圖5中予以指示，以便能夠再生彩色影像。在圖5中，例示了影像感測器之紅色、綠色及藍色像素的回應曲線。一般不可能完全隔離IR分量。對於一些實施，使用IR截止濾光片在輻射到達影像感測器之前阻斷輻射之IR分量。原因為，將IR輻射引入至影像感測器將使由攝影機控制器執行之色彩校正失真，此係由於IR輻射將影響所有像素，參看圖5，且IR截止濾光片必需能夠提供真的色彩表示。
攝影機透鏡殼體104包含透鏡系統108及孔徑110。
孔徑110亦可被稱作振動膜。孔徑110之作用為阻止除穿過孔徑110之光以外的光通過。孔徑110可為具有大小固定之開口的固定孔徑。藉由具有一具有大小固定之開口的固定孔徑，提供具有較少可移動部件的攝影機。替代地，孔徑110可為可變光圈孔徑，其中孔徑開口之大小可變化。藉由控制孔徑110之開口的大小，有可能控制到達影像感測器102之輻射的量，其當然自攝影機中所用的常規可變光圈孔徑所熟知。
孔徑110置放於透鏡系統108之所謂孔徑光闌平面中，或實情為實體上儘可能地靠近孔徑光闌平面。在本發明之剩餘部分，孔徑光闌平面僅被稱作孔徑光闌。在正常組態中，孔徑光闌之平面表示與影像感測器102之平面不存在空間相關性的位置。對於理想透鏡系統，孔徑光闌將定位於透鏡中間，與光軸正交。孔徑光闌限制到達共軛影像點的來自目標(在本狀況中，影像感測器)之每一點的光的量。孔徑光闌因此界定光束路徑中的一平面，且有時針對相同特徵使用術語「孔徑平面」。此平面之特徵在於，其為孔徑之大小的改變將同等地影響整個影像平面的位置(至少在理想情形中)。關於已論述的內容，孔徑光闌之特徵暗示孔徑之大小將僅僅影響到達影像感測器102 (而非實際影像)之光的量。更特定言之，該特徵將不會在影像平面中(亦即，在影像感測器102之平面中)產生任何陰影或類似的效果或假影。出於此原因，標準實踐為將孔徑110 (振動膜)定位於孔徑光闌中。在目前描述之上下文內，「孔徑」對應於配置於孔徑光闌中或孔徑光闌附近的可變光圈孔徑或大小固定之孔徑。濾光片應較佳地與孔徑足夠靠近，使得通過濾光片的所有光同等地影響影像感測器。
返回至影像感測器102，影像感測器102之至少一些像素屬於複數對像素。因此，影像感測器102包含複數對像素。在文獻中，該複數對像素常常被命名為相位像素、相位偵測像素或雙像素。如本發明所用，具有複數對像素之影像感測器現今已用於執行相位偵測自動對焦。一些此等已知感測器具有散佈於感測器區域上方的相對較小數目個相位像素，而在其他感測器中，所有像素為相位像素。
影像感測器102之所有像素可為相位像素。因此，如圖2a中所說明，影像感測器102之每一像素可屬於一各別對像素。每一對像素包含第一像素200及第二像素202。替代地，影像感測器102可具有散佈於感測器區域上方的較小數目個相位像素。因此，如圖2b及圖2c中所說明，影像感測器102之像素之子集可屬於一各別對像素。
在每一對像素中，第一像素200經組態使得其偵測已穿過孔徑110進入攝影機100且經由第一輻射路徑自孔徑110行進至影像感測器102之輻射，且第二像素202經組態使得其偵測已穿過孔徑110進入攝影機100且經由第二輻射路徑自孔徑110行進至影像感測器102之輻射。第二輻射路徑不同於第一輻射路徑。第二輻射路徑可與第一輻射路徑分開。因此，第一及第二輻射路徑可不重疊。
在每一對像素中，第一像素200之第一半可經掩蔽，使得第一像素200偵測已穿過孔徑110進入攝影機100且經由第一輻射路徑自孔徑110行進至影像感測器102之輻射，且第二像素202之第二半可經掩蔽，使得第二像素202偵測已穿過孔徑110進入攝影機100且經由第二輻射路徑自孔徑110行進至影像感測器102之輻射。第二半可與第一半互補。
在每一對像素中，第一像素200可經成形，使得第一像素200偵測已穿過孔徑110進入攝影機100且經由第一輻射路徑自孔徑110行進至影像感測器102之輻射，且第二像素202可經成形，使得第二像素202偵測已穿過孔徑110進入攝影機100且經由第二輻射路徑自孔徑110行進至影像感測器102之輻射。第二像素202可關於第一像素200互補成形。
攝影機透鏡殼體104進一步包含一濾光片112。濾光片112經配置於孔徑110中或附近。濾光片112較佳地與孔徑平面足夠靠近，使得僅僅光的量受影響，而非空間影像。使濾光片112位於孔徑110中或附近存在額外益處，且藉此靠近孔徑光闌之平面。此係由於，在正常組態中，孔徑光闌之平面表示與影像感測器102之平面不存在空間相關性的位置。
在濾光片112經配置於孔徑110附近之狀況中，濾光片112可經配置於孔徑110與影像感測器102之間，或配置於孔徑之外。
如圖3a、圖3b及圖3c中所說明，濾光片112包含經組態以阻斷IR輻射或可見光之一第一部分300，及經組態對由第一部分阻斷之波長透光之一第二部分302。
濾光片112可由對可見光及IR輻射透光之材料製造。此等材料之實例係玻璃及塑膠。濾光片可包含實心板。該板可由一或多個塗層部分地覆蓋。濾光片112中具有一或多個塗層的部分可為濾光片112之第一部分300。同樣，濾光片112之第二部分302可由一或多個塗層覆蓋。然而，濾光片之第二部分302亦可未由任何波長阻斷塗層覆蓋。一或多個塗層之特定組成可阻斷波長處於特定波長範圍的輻射，且可允許波長處於另一特定波長範圍的輻射通過。此將關於圖4a、圖4b及圖4c進一步論述。
正如圖3a中所說明，可將濾光片112配份，使得第一部分300表示濾光片112之第一半，且第二部分302表示濾光片112之第二半，其中第二半與第一半互補。然而，可以不同方式進行配份，此現將關於圖3b及圖3c進一步論述。
圖3b及圖3c說明濾光片112之兩個不同例示實施例，其中第一部分300大於第二部分302。根據此等例示實施例，第一部分300經組態以阻斷IR輻射。圖3b及圖3c中進行例示的濾光片設計僅為許多可能設計中的兩個實例，其中第一部分300大於第二部分302。藉由使得濾光片112之IR阻斷部分大於濾光片112之非IR阻斷部分，IR輻射洩漏至不應偵測到IR輻射的像素對中之像素的風險降低。仍然，此可以場景中的IR輻射之估計可能不精確為代價而出現，此係由於第二路徑中之像素將獲得經濾光及未經濾光之輻射的混合物。根據圖3c中所說明的濾光片設計，濾光片112可具有雙功能。除部分地阻斷IR輻射之外，由於適用於如本發明之上下文內所論述的低光條件，因此濾光片112亦可在日光條件下用作IR截止濾光片。此係由於在日光條件下，呈可變光圈孔徑形式的孔徑110通常大小減小，使其在位於濾光片112之第一部分300內的區域306內操作。在使用濾光片之此設計的情況下，若像素對中之像素經形成有不同大小，則第二路徑中的上述混合經濾光及未經濾光之輻射的問題可緩解，使得其接收不同量的光。
濾光片112可為可移動的，使其可定位於第一及第二輻射路徑中且自該等路徑縮回。替代地，濾光片112可以固定方式定位於孔徑110中或附近。
濾光片112及影像感測器102經配置使得濾光片112之配份與複數對像素中之第一像素200及第二像素202的定向對準或平行。該對準會導致第一像素200接收已通過濾光片112之第一部分300的輻射，且第二像素202接收已通過濾光片112之第二部分302的輻射。濾光片112及影像感測器102因此相對於彼此進行配置，使得通過濾光片112之第一部分300的輻射行進至複數對像素中之第一像素200，且使得通過濾光片112之第二部分302的輻射行進至複數對像素中之第二像素202。濾光片112及影像感測器102可進行對準，使得濾光片112之配份經配置平行於影像感測器102之第一像素200及第二像素202的定向。
在所展示的實施例中，像素對以及濾光片被劃分成左部分及右部分。應注意，其他劃分亦係可能的，諸如上部分及下部分，或任何其他定向。
如上文所定義的，濾光片112具有經組態以阻斷IR輻射或可見光之一第一部分300及經組態以對藉由第一部分阻斷之波長透光之一第二部分302，且影像感測器102包含複數對像素的當前設定使得包含在進入攝影機100之輻射中的IR輻射之量能夠進行估計。此使用影像感測器，其本身不對可見光與IR輻射進行辨別。IR輻射之量的估計可(例如)用於甚至在低光條件下產生彩色影像。此將在本說明書下文中進一步更詳細地論述。
存在可結合本發明使用的濾光片112之若干可能組態。
根據第一組態，第一部分300經組態以阻斷IR輻射，且第二部分302經組態以對IR輻射透光。對此第一組態，濾光片112之第一部分300及第二部分302兩者經組態以允許可見光通過。因此，濾光片112之第一部分300經組態以阻斷IR輻射而允許可見光通過，且濾光片112之第二部分302經組態以允許可見光及IR輻射兩者通過。此在圖4a中進行說明。具有可見光譜範圍中之強度Ivis 及IR光譜範圍中之強度IIR 兩者的輻射進入濾光片112。濾光片112之第一部分300將阻斷IR輻射而允許可見光通過，因此，通過濾光片112之第一部分300的輻射將僅僅具有可見光譜範圍中之強度Ivis 。濾光片112之第二部分302將允許IR輻射及可見光兩者通過，因此，通過濾光片112之第二部分302的輻射將具有IR光譜範圍中之強度IIR 及可見光譜範圍中之強度Ivis 兩者。複數個像素中之第一像素200隨後會產生與Ivis 成比例的信號S1 ，且複數個像素中之第二像素202隨後會產生與Ivis +IIR 成比例的信號S2 。自此，IR輻射之量可經估計為S2 -S1 。此外，信號Stot 中之可見光的比重、偵測IR輻射及可見光兩者的影像感測器102之像素的比重可接著經估計為Stot -(S2 -S1 )。
根據第二組態，第一部分300經組態以阻斷可見光，且第二部分302經組態以對可見光透光。對此第二組態，濾光片112之第一部分300及第二部分302兩者經組態以允許IR輻射通過。因此，濾光片112之第一部分300經組態以阻斷可見光而允許IR輻射通過，且濾光片112之第二部分302經組態以允許可見光及IR輻射兩者通過。此在圖4b中進行說明。具有可見光譜範圍中之強度Ivis 及IR光譜範圍中之強度IIR 兩者的輻射進入濾光片112。濾光片112之第一部分300將阻斷可見光而允許IR輻射通過，因此，通過濾光片112之第一部分300的輻射將僅僅具有IR光譜範圍中之強度IIR 。濾光片112之第二部分302將允許IR輻射及可見光兩者通過，因此，通過濾光片112之第二部分302的輻射將具有IR光譜範圍中之強度IIR 及可見光譜範圍中之強度Ivis 兩者。複數個像素中之第一像素200隨後會產生與IIR 成比例的信號S1 ，且複數個像素中之第二像素202隨後會產生與Ivis +IIR 成比例的信號S2 。自此，IR輻射之量可經估計為S1 。此外，信號Stot 中之可見光的比重、偵測IR輻射及可見光兩者的影像感測器102之像素的比重可接著經估計為Stot -S1 。
根據第三組態，第一部分300經組態以阻斷IR輻射，且第二部分302經組態以對IR輻射透光。此外，第一部分300經組態以對可見光透光，且第二部分302經組態以阻斷可見光。因此，濾光片112之第一部分300經組態以阻斷IR輻射而允許可見光通過，且濾光片112之第二部分302經組態以允許IR輻射通過而阻斷可見光。此在圖4c中進行說明。具有可見光譜範圍中之強度Ivis 及IR光譜範圍中之強度IIR 兩者的輻射進入濾光片112。濾光片112之第一部分300將阻斷IR輻射而允許可見光通過，因此，通過濾光片112之第一部分300的輻射將僅僅具有可見光譜範圍中之強度Ivis 。濾光片112之第二部分302將允許IR輻射通過但阻斷可見光，因此，通過濾光片112之第二部分302的輻射將具有IR光譜範圍中之強度IIR 。複數個像素中之第一像素200隨後會產生與Ivis 成比例的信號S1 ，且複數個像素中之第二像素202隨後會產生與IIR 成比例的信號S2 。自此，IR輻射之量可經估計為S2 。此外，信號Stot 中之可見光的比重、偵測IR輻射及可見光兩者的影像感測器102之像素的比重可接著經估計為Stot -S2 。
因此，無論濾光片112之組態如何，可計算場景中的IR輻射之比例。
攝影機100可包含處理器124。處理器124可為單核心處理器或多核心處理器。處理器124可為用於執行數位資料處理的任何合適的處理器。處理器124可經組態以處理來自複數對像素中之第一像素200的信號及來自複數對像素中之第二像素202的信號。替代地，影像處理器120可經組態以處理來自複數對像素中之第一像素200的信號及來自複數對像素中之第二像素202的信號。另外替代地，來自第一像素200及第二像素202之信號可部分藉由處理器124處理，且部分藉由影像處理器120處理。
攝影機100可進一步包含記憶體122。記憶體122可為任何種類之揮發性或非揮發性記憶體。此外，記憶體122可包含複數個記憶體單元。記憶體122可被用作用於在藉由處理器124及/或影像處理器120執行處理的同時緩衝資料的緩衝器記憶體。記憶體可(例如)經組態以緩衝與用於影像感測器102之像素的像素值信號有關的資訊。
影像處理器120、記憶體122及處理器124可經由資料匯流排126連通。
攝影機100之處理單元(處理器124、影像處理器120抑或其一組合)可經組態以針對複數對像素中之第一像素200中之每一者判定指示藉由各別第一像素200偵測的輻射之第一量。攝影機100之處理單元可經進一步組態以針對複數對像素中之第二像素202中之每一者判定指示藉由各別第二像素202偵測的輻射之第二量。基於針對複數對像素中之第一像素200及第二像素202中之每一者而判定的指示輻射之第一及第二量的值，處理單元可經組態以計算場景中之IR輻射的比例。IR輻射之比例可針對場景之不同區域而不同。由於影像感測器102包含複數對像素，因此可判定場景之不同區域中的IR輻射之比例。若像素對均勻分佈於影像感測器102之區域上，則尤其如此。
藉由判定IR輻射之比例，評估可視光之比重將係可能的。可對影像的任何位準之解析度執行評估，其範圍為自像素之個別像素或群組至影像圖框之較大部分，或整個影像圖框。又，評估可係基於單一圖框，但出於較佳統計之目的，在執行評估之前，數個影像圖框可經組合以形成平均值。
在評估之後，有可能將可視光與紅外波長的比重隔離開，且因此補償所得影像。因此，基於場景中之IR輻射的所計算比例，處理單元可經組態以藉由補償藉由攝影機100俘獲之影像中的IR比重，產生場景之彩色影像。
概言之，為了甚至在低光條件下產生彩色影像，意識到以下會產生良好結果： · 使儘可能多的輻射(亦即，可見光及IR輻射兩者)到達影像感測器102。此為了減少影像感測器上所需的增益，且因此降低來自影像感測器之信號的雜訊位準。 · 判定到達偵測可見光及IR輻射兩者之影像感測器102之像素的輻射中之IR輻射的比例。此藉由以不同方式對到達像素對中之第一像素200及第二像素202的輻射進行濾光而達成。 · 藉由補償由攝影機俘獲之影像中之IR比重來產生彩色影像。
結合圖6，將論述一種產生由攝影機所俘獲之場景之彩色影像的方法，該攝影機曝露於包含可見光及IR輻射兩者之輻射。該方法包含：偵測S602指示複數對像素中之每一者中的輻射之量，其中每一對包含第一像素及第二像素。因此，攝影機包含一影像感測器，其包含如上文所論述之複數對像素。針對複數對像素中之第一像素中之每一者，判定S604指示由各別第一像素偵測到之輻射的第一量之值。針對複數對像素中之第二像素中之每一者，判定S606指示由各別第二像素偵測到之輻射的第二量之值。基於針對複數對像素中之第一像素及第二像素中之每一者而判定的輻射之第一及第二量，計算S608場景中之IR輻射的比例。基於IR輻射之所計算比例，藉由補償攝影機所俘獲之影像中之IR比重來產生S610場景之彩色影像。
該方法可進一步包含：阻斷IR輻射或可見光到達複數對像素中之第一像素，且允許被阻斷到達複數對像素中之第一像素的波長到達複數對像素中之第二像素。
熟習此項技術者實現認識到，本發明決不限於上文所描述之較佳實施例。相反，在隨附申請專利範圍之範疇內的許多修改及變化係可能的。
舉例而言，關於其正常操作，孔徑110可在控制及設計方面具有一些額外特徵。設計特徵可涉及濾光片112之合併。
此外，濾光片112可經組態以在第一及第二輻射路徑中以不同方式對IR輻射進行濾光。舉例而言，濾光片112之第一部分300可經組態以阻斷所有IR輻射，且濾光片112之第二部分302可經組態以阻斷除IR光譜中之波長之預定子部分之外的所有IR輻射。此可(例如)用於使用IR照明器來照明藉由攝影機100觀看的場景的實施，其中IR照明器經組態以用IR光譜中之波長之預定子部分內的波長來照明場景。隨後，濾光片之第二部分經組態以允許IR光譜中之波長之預定子部分中的IR輻射到達影像感測器。隨後，可補償IR光譜中之波長之預定子部分中的IR輻射。IR照明器可經配置於攝影機中或攝影機上，或場景其他處。
其他類型之濾光片亦可用於以不同方式對到達像素對之第一像素及第二像素的輻射進行濾光。舉例而言，可見光譜之不同部分可以不同方式進行濾光。僅為提及一個可能實施，可以不同方式對綠色光進行濾光以便研究植物。在得知關於環境中之一或多個干擾光源的光譜資訊的情況下，此等光源之比重可藉由使用濾光片來補償，該濾光片具有阻斷一或多個干擾光源之波長的第一部分及允許相同波長通過的第二部分，連同包含複數對像素之影像感測器。在使用對輻射光譜之其他部分敏感的感測器的情況下，可藉由選擇性地阻斷或傳輸UV輻射，使用(例如)用於研究入射輻射中之紫外線輻射內容的相同原理。
此外，可在與攝影機100分開的裝置中進行以下項中之一或多者：偵測指示複數對像素中之每一者中之輻射的量的值；針對複數對像素中之第一像素中之每一者判定指示藉由各別第一像素偵測到之輻射的第一量的值；針對複數對像素中之第二像素中之每一者判定指示藉由各別第二像素偵測到之輻射的第二量的值；基於針對複數對像素中之第一像素及第二像素中之每一者而判定的輻射之第一及第二量計算場景中之IR輻射的比例；及基於IR輻射之所計算比例，藉由補償攝影機所俘獲之影像中之IR比重來產生場景之彩色影像。因此，攝影機100可經組態以與攝影機分開之裝置連通。此裝置可(例如)為伺服器。伺服器可(例如)經組態以伺服產生彩色影像之複數個攝影機。伺服器可經組態以控制如上文所述之攝影機100的一或多個攝影機，以將一或多個攝影機設定於日間模式或夜間模式中。在日間模式中，較佳地未使用濾光片112，而實情為使用阻斷所有IR輻射到達影像感測器的IR截止濾光片。因此，濾光片112可自各別攝影機100之光束路徑縮回，且IR截止濾光片可插入至各別攝影機100之光束路徑中。在夜間模式中，濾光片112插入至各別攝影機100之光束路徑中，且IR截止濾光片自各別攝影機100之光束路徑縮回。
如上文所論述，濾光片112之第一部分300可經組態以阻斷所有IR輻射，且濾光片112之第二部分302可經組態以阻斷除IR光譜中之波長之預定子部分之外的所有IR輻射，該預定子部分對應於配置於攝影機中或場景其他處的IR照明器發射的波長。在此組態之變體中，濾光片之第一部分可對可見光及IR輻射之IR照明器子部分透光，而濾光片之第二部分阻斷所有IR輻射且僅僅允許可見光穿過。在混合光場景(亦即，具有IR輻射及低位準可見光之場景)中，此組態可適用於IR照明器在場景中提供所有或近乎所有IR輻射，且存在極少或不存在照明器子光譜之外的IR輻射的情況。藉由照明器增加的IR輻射增大場景中之輻射的總量，且因此減小對影像感測器上的增益之需求。像素對及分裂濾光片使得有可能判定IR分量並對其進行補償，使得亦可在低光中(諸如在黃昏及黎明)產生具有良好色彩保真度之彩色影像。又，在日間，日光可提供IR照明器之光譜範圍之外的大量IR輻射，且因此將不可能判定入射輻射中之IR輻射的總量。因此，濾光片配置可具備一額外的可移動濾光片，其阻斷所有IR輻射，或至少阻斷IR照明器之光譜範圍，但對可見光透光。使用固定濾光片與可移動濾光片之組合的濾光片配置描述於申請人之歐洲專利申請案第16207126.0號中。當場景中存在高光位準時，可插入額外濾光片。在此照明條件中，IR分量對於保持雜訊足夠低而言並非必要的。在混合光中，當可見光位準太低而無法給出可接受的信號雜訊比時，可移除可移動IR截止濾光片，且開啟IR照明器，由此允許來自照明器之IR輻射到達每一像素對之一個像素。在黑暗中，諸如在夜間，應保留移除可移動IR截止濾光片，且可基於來自照明器及其他源之IR輻射產生黑白影像，然而可見光比重並不顯著。
在圖2a至圖2c中所示之實施例中，第一像素及第二像素各自為一像素對之部分。然而，應注意，第一像素及第二像素可為像素之較大群組之部分，諸如像素之三聯組或四聯組。在像素之三聯組中，可存在(例如)一個第一像素及兩個第二像素，或反之亦然。在像素之四聯組中，可存在兩個第一像素及兩個第二像素，但同樣可存在一個第一像素及三個第二像素，或反之亦然。
所揭示之實施例的變體可由熟習此項技術者自圖式、揭示內容及隨附申請專利範圍的研究中藉由實踐所主張之本發明而理解並實現。
100‧‧‧攝影機102‧‧‧影像感測器104‧‧‧攝影機透鏡殼體108‧‧‧透鏡系統110‧‧‧孔徑112‧‧‧濾光片120‧‧‧影像處理器122‧‧‧記憶體124‧‧‧處理器126‧‧‧資料匯流排200‧‧‧第一像素202‧‧‧第二像素300‧‧‧第一部分302‧‧‧第二部分306‧‧‧區域
參看展示本發明之實施例之隨附圖式，現將更詳細地描述本發明之上方及其他態樣。諸圖不應被視為將本發明限於特定實施例；實情為，其用於解釋且理解本發明。 如在圖中所說明，層及區之大小可出於說明之目的而被放大，且因此，經提供以說明本發明之實施例的大體結構。類似參考編號貫穿全文指類似元件。 圖1說明攝影機。 圖2a、圖2b及圖2c說明包含像素對之影像感測器的不同實施例。 圖3a、圖3b及圖3c說明濾光片之不同實施例。 圖4a、圖4b及圖4c說明濾光片之不同組態及其如何阻斷IR輻射及/或可見光。 圖5說明影像感測器之紅色、綠色及藍色像素的回應曲線。 圖6為產生彩色影像之方法的流程圖。
100‧‧‧攝影機
102‧‧‧影像感測器
104‧‧‧攝影機透鏡殼體
108‧‧‧透鏡系統
110‧‧‧孔徑
112‧‧‧濾光片
120‧‧‧影像處理器
122‧‧‧記憶體
124‧‧‧處理器
126‧‧‧資料匯流排

Claims (11)

  1. 一種攝影機，其包含：一孔徑(110)；一影像感測器(102)，其包含複數對像素，其中各對像素包括：一第一像素(200)，經組態使得其偵測經由一第一輻射路徑穿過該孔徑(110)進入該攝影機且自該孔徑(110)行進至該影像感測器(102)之輻射，且一第二像素(202)，經組態使得其偵測經由一第二輻射路徑穿過該孔徑(110)進入該攝影機且自該孔徑(110)行進至該影像感測器(102)之輻射，該第二輻射路徑不同於該第一輻射路徑；及一濾光片(112)，其配置於該孔徑(110)中或附近，其中該濾光片(112)包含經組態以阻斷IR輻射或可見光之一第一部分(300)及經組態以對由該第一部分(300)阻斷之波長透光之一第二部分(302)，其中該濾光片(112)經配置使得通過該第一部分(300)之輻射行進至該複數對像素中之該等第一像素(200)，且使得通過該第二部分(302)之輻射行進至該複數對像素中之該等第二像素(202)；其中該影像感測器經組態以在該攝影機曝露於包含可見光及IR輻射兩者之輻射後，記錄指示到達該複數對像素中之每一者的輻射之一量之一值，其中該攝影機進一步包含一處理單元(120；124)，其經組態以：針對該複數對像素中之該等第一像素(200)中之每一者，判定指示由該各別第一像素(200)偵測到之輻射的一第一量之一值，針對該複數對像素中之該等第二像素(202)中之每一者，判定指示 由該各別第二像素(202)偵測到之輻射的一第二量之一值，基於針對該複數對像素中之該等第一及第二像素(200；202)中之每一者而判定的輻射之該第一量及該第二量，計算場景中之IR輻射的一比例，及基於IR輻射之該所計算比例，藉由補償該攝影機所擷取之一影像中之一IR比重(contribution)來產生該場景之一彩色影像。
  2. 如請求項1之攝影機，其中該濾光片(112)之該第一部分(300)經組態以阻斷IR輻射，且其中該濾光片(112)之該第二部分(302)經組態以對IR輻射及可見光兩者透光。
  3. 如請求項1之攝影機，其中該濾光片(112)之該第一部分(300)經組態以阻斷可見光，且其中該濾光片(112)之該第二部分(302)經組態以對IR輻射及可見光兩者透光。
  4. 如請求項1之攝影機，其中該濾光片(112)之該第一部分(300)經組態以阻斷IR輻射，且其中該濾光片(112)之該第二部分(302)經組態以阻斷可見光。
  5. 如請求項1至4中任一項之攝影機，其中該濾光片(112)以固定方式定位於該孔徑中或附近。
  6. 如請求項1至4中任一項之攝影機，其中該濾光片(112)係可移動的， 使其可定位於該第一輻射路徑及該第二輻射路徑中且自該等路徑縮回(retract)。
  7. 如請求項2或4之攝影機，其中該濾光片之配份與該等第一及第二像素對準，使得：IR輻射將不到達該對像素中之該等第一像素，且IR輻射將到達該對像素中之該等第二像素。
  8. 如請求項1至4之攝影機，其中該影像感測器(102)之每一像素屬於一各別對像素。
  9. 一種產生由一攝影機擷取之一場景之一彩色影像之方法，該攝影機曝露於包含可見光及IR輻射兩者之輻射，該方法包含：偵測指示複數對像素中之每一者中的輻射之一量之一值，其中每一對包含一第一像素及一第二像素，該第一像素經組態使得其偵測經由一第一輻射路徑穿過該孔徑進入該攝影機且自該孔徑行進至該影像感測器之輻射，且該第二像素經組態使得其偵測經由一第二輻射路徑穿過該孔徑進入該攝影機且自該孔徑行進至該影像感測器之輻射，該第二輻射路徑不同於該第一輻射路徑，針對該複數對像素中之該等第一像素中之每一者，判定指示由該各別第一像素偵測到之輻射的一第一量之一值，針對該複數對像素中之該等第二像素中之每一者，判定指示由該各別第二像素偵測到之輻射的一第二量之一值， 基於針對該複數對像素中之該等第一及第二像素中之每一者而判定的輻射之該第一量及該第二量，計算該場景中之IR輻射的一比例，及基於IR輻射之該所計算比例，藉由補償該攝影機所俘獲之一影像中之一IR比重來產生該場景之該彩色影像。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包含：阻斷IR輻射或可見光到達該複數對像素中之該等第一像素，及允許被阻斷到達該複數對像素中之該等第一像素的波長到達該複數對像素中之該等第二像素。
  11. 一種其上儲存有電腦可讀程式碼之非暫時性電腦可讀儲存媒體，該電腦可讀程式碼當在具有處理能力之一裝置上進行執行時經組態以執行如請求項9或10之方法。
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