增强图像的方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年3月19日，申请号为201080032182. 0,发明名称为"增 强图像的方法"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及摄影图像，具体地，涉及在传感器和电子快门的帮助下拍照。本发明可 以用于在低光照条件下和当没有大光圈光学器件时拍照。
【背景技术】
[0003] 现今存在广泛多样的小型移动照相设备，其是可拆卸的或内置在其他的器具中， 例如内置在允许对各种对象拍照的蜂窝电话中。由于严格的尺寸和重量限制，用于低光照 条件的大光圈光学器件不能用在这些设备中。
[0004] 存在两种公知的在低光照条件下不应用大光圈光学器件时获得图像的方法。这两 种方法可以分开使用或结合使用：
[0005] 1.有时，必要时，较长的曝光时间结合光学图像稳定器或数字图像稳定器（克里 斯韦斯顿的"在数码摄影中的曝光"，ISBN 978-5-9794-0235-2, 978-2-940378-29-6)。
[0006] 这种方法具有缺点：如果长时间曝光和使用在曝光期间并非稳固固定的手持相机 拍照时，所产生的图像是模糊的、失真的和不清晰的。而使用附加的机械设备（例如三脚 架）不能满足移动性要求。这个缺点部分地用数字图像稳定器或光学图像稳定器补偿。然 而，这种设备使相机更大。另外，不能通过使用图像稳定器消除的第一种方法的缺点是场景 中的移动对象看起来是模糊的事实。
[0007] 2.来自传感器的数据读取路径中的密集扩增（相当于增加灵敏度值）（克里斯韦 斯顿的"在数码摄影中的曝光"，ISBN 978-5-9794-0235-2, 978-2-940378-29-6)。
[0008] 第二种方法的缺点是不仅扩大了图像的亮度，而且扩大了来自传感器和图像读取 /数字化路径的噪声。存在之后对噪声进行抑制的方法，然而，这些方法也不可避免地使图 像中的某些细节消失。
[0009] 存在用于接收来自传感器的多个（一系列）曝光的程序描述，包括下列阶 段（http://www. aptina. com/products/image_sensors/_ 用于现代传感器的数据表； http://www.aptina.com/assets/downloadDocument.do ? id = 373-具有电子快门 mt9p013的传感器的详细描述）：
[0010]-确定最佳曝光时间；
[0011] -在时间Tl期间曝光，然后读出数据；
[0012] -在曝光之间间隔；
[0013] -在时间T2期间曝光，然后读出数据；
[0014] -在曝光之间间隔；
[0015] -在时间T3期间曝光，然后读出数据；
[0016] -等等。
[0017] 上述拍照方法的缺点在于曝光随时间分散，这使得在曝光被融合之后，移动对象 的显示质量变得更坏。
[0018] 在第450346号美国专利中描述的图像增强方法与提出的发明最接近。该方法建 议，两个帧被用来作为输入图像，以及这些图像中的一个具有改善的信号/噪声比，然而， 伴随有某些失真。该方法使用来自第一图像的低频数据和来自第二图像的高频数据。附加 逻辑被用来为这两个图像确定临界频率。此频率可以根据图像特征在图像区域上适应地改 变。该方法以下列方式被用来减少图像中的杂散信号：
[0019]-获得对象的多次曝光；
[0020]-取第一曝光（具有低信号/噪声比）；
[0021]-具有高信号/噪声比的多个图像被融合到单一的图像中，生成第二图像；
[0022] -在第一图像上使用低频滤波以减少噪声；
[0023] -对第二图像进行高频滤波；
[0024] -将低频滤波和高频滤波的频率调整到本地失真的程度（伪影）；
[0025] -通过简单的累加组合滤波后的图像。
[0026] 这种方法的缺点是不能消除图像中的模糊。如果在场景中存在移动对象，通过这 种方法拍摄出的具有时间上分开的曝光的图像将不可避免地包含伪影。
【发明内容】
[0027] 本发明的目的是在没有使用大光圈光学器件或任何其他附加设备下采用移动照 相设备获得高质量的图像。
[0028] 实现本发明任务的方案如下：
[0029] -获得具有低信号/噪声比的多个曝光。
[0030] -从这些曝光中，从连续的曝光的组中识别具有最佳清晰度的初始图像，连续的曝 光的组在时间上部分地重叠或具有不超出总曝光时间的1/20的曝光之间的间隔。
[0031] -使用具有较长的曝光时间的图像对具有较短的曝光时间的图像进行滤波。
[0032] -通过融合来自相同的组的具有不同的曝光时间的初始图像获得最终图像。
[0033] 本发明提供了一种图像增强方法，包括：
[0034] (a)获得具有低信号/噪声比的多个曝光；
[0035] (b)从这些曝光中识别具有最佳清晰度的初始图像；
[0036] (C)通过使用来自具有较长的曝光时间的图像的数据来对具有较短的曝光时间的 图像进行滤波，获得具有高信号/噪声比和高清晰度的最终图像。
[0037] 所述初始图像可取自于接连地曝光的组，其中来自相同的组的曝光可在时间上部 分地重叠或在曝光之间的间隔可不超出总曝光时间的1/20。
[0038] 可通过融合来自相同的组的具有不同的曝光时间的所述初始图像建立所述最终 图像。
【附图说明】
[0039] 图1示出了在无损获取传感器像素时可能的数据读取模式。
[0040] 图2示出了在过程中对传感器复位的模式。
[0041] 图3示出了标准的数据读取模式。
[0042] 图4示出了在图像滤波处理期间图像是如何被分割成相同尺寸的小的重叠区域 (图像块）。
[0043] 图5示出了将二维频域变换的系数划分成非重叠区域的第一种方法。
[0044] 图6示出了将二维频域变换的系数划分成非重叠区域的第二种方法。
[0045] 图7是用图表形式示出与已知的方法相比由所提出的方法获得的高质量图像的 百分比的图。
【具体实施方式】
[0046] 所提出的增强照片图像的方法包括两个阶段：
[0047] 1.根据传感器的特殊的图像数据采集模式（读出模式）生成图像的多个帧。
[0048] 2.将获得的图像融合成一个最终图像。
[0049] 阶段一
[0050] 方法 1
[0051] 在图1中示出的读取模式包括：
[0052] -初始逐行复位所有的传感器像素到其初始状态；
[0053] -在时间T1期间曝光；
[0054] -逐行读出在曝光Tl期间获得的图像；
[0055] -在时间T2-T1期间进行额外的曝光；
[0056] -逐行读出在曝光T2期间获得的图像。
[0057] 因此，生成了两个图像：具有曝光时间Tl的第一图像（让我们称它为A)，具有曝 光时间T2的第二图像（让我们称它为B)。
[0058] 这种数据读出模式是更可取的；然