专利名称：成像装置分析系统和成像装置分析方法
技术领域：
本公开的方面涉及成像装置分析系统和成像装置分析方法。
相关专利数据 本申请来自2004年4月5日提交的、题为“Imaging Device CalibrationMethods，Imaging Device Calibration Instruments，Imaging Devices，And Articles OfManufacture(成像装置校准方法、成像装置校准仪器、成像装置以及产品)”并列出发明人为Jeffrey M.DiCarlo的美国专利申请No.10/818622的部分继续申请，并要求后者的优先权，通过引用将其全部内容结合于本文。
背景技术：
现在已广泛使用各种设计的成像系统来产生图像。示例性成像系统包括复印机、扫描仪、照相机、近来出现的数码照相机以及其他能够产生图像的装置。彩色成像系统也得到重大改进并得到迅速普及。可校准彩色成像系统来提高各种成像算法(例如，照度估计、色彩校正等)的精确度，同时也提高最终复制件的色彩精度。
例如，即使相同配置的成像系统也可能因为产品公差或设计差异而彼此不同。参考图1，其中示出了相同产品的两百个数字照相机的相对响应度与波长的关系曲线。图1示出由各自的波带4、6和8表示的作为样本的照相机的蓝、绿、红传感器的差异。虽然照相机在结构上包含了相同的元件，但图示波带的宽度示出了各个照相机之间的差异的大小。
单色校准技术使用反射图表(reflective chart)。反射图表能用来快速地校准相机，且它们相对较便宜。但是，使用反射图表来校准相机可能不够精确。另一方面，单色仪能对包括照相机在内的彩色成像系统进行非常精确的校准。然而，需要相对较长的时间来完成用单色仪进行的校准程序，装置也较为昂贵，而且通常还需要使用精确并受控的光源。
其他用来分析成像装置的传统装置都具有类似的缺点。例如，用于测试成像装置(例如，Camlogix SH-T2)的装置使用白炽灯和放置在胶片摄像机的胶片平面上的经过时间校准的传感器，而这种方式对于数码相机的测试是不实际的。而且，使用白炽灯，则需要控制照明的时间长短以及所发射光的色彩和亮度。已使用白卡来校准扫描仪，但这种方法不允许对彩色图像的色彩进行校准。其他用来测试镜头和色彩的装置(例如，由Davidson电子公司销售的K系列TV光画线器(optoliner))使用投射到传感器平面上的测试图案。这些系统的缺点是，安装时要非常小心，且它们是设计用来分析电视摄像机的。此外，常见的传统分析系统使用设备的不同部分来执行不同的测试或分析。
本公开的至少一些方面涉及改进的成像装置分析装置、系统和方法。
发明内容
根据本发明的方面，描述了示例性成像装置分析系统和成像装置分析方法。
根据一个实施例，成像装置分析系统包括光源和处理电路，其中，光源配置成为分析成像装置的至少一个成像部件而输出光，且成像装置配置成响应接收的光产生图像，而处理电路与光源耦合并配置成控制光源以光学方式将光传送到成像装置，且处理电路进一步配置成访问成像装置产生的图像数据并处理该图像数据以分析至少一个成像部件的运行状况，其中该图像数据是成像装置响应来自光源的光的接收而产生的。
根据另一个实施例，成像装置分析方法包括输出传送到成像装置的红外光、访问该成像装置响应传送到其上的光而产生的图像数据、处理该图像数据以确定成像装置的红外光过滤的运行性能，并响应上述处理指明红外光过滤的运行性能，其中成像装置配置成过滤红外光。
显而易见，以下的讨论中描述了其他的实施例。
图1示出成像系统的样本的响应度。
图2示出说明性实施例的示例性校准仪器和成像装置。
图3是一个实施例的校准仪器的电路的功能框图。
图4是一个实施例的成像装置的电路的功能框图。
图5是一个实施例的校准仪器的光接口的说明性图示。
图6是从一个实施例的光接口发出的光的亮度与波长的关系图。
图7是流程图，它表示一个实施例的示例性成像装置校准方法。
图8a是流程图，它表示一个实施例的示例性数据采集方法。
图8b是流程图，它表示另一个实施例的示例性数据采集方法。
图9是流程图，它表示一个实施例的示例性数据处理方法。
图10示出对各种示例性校准技术进行的比较。
图11示出使用Macbeth图表校准技术对估计和测量的相对响应度进行的比较。
图12示出使用MacbethDC图表校准技术对估计和测量的相对响应度进行的比较。
图13示出使用一个实施例的发射校准仪器对估计和测量的相对响应度进行的比较。
图14示出一个实施例的成像系统。
图15示出一个实施例的光源。
图16A-16B示出由一个实施例的成像装置的图像传感器接收的光。
图17是示例性方法的流程图，该方法用于分析一个实施例的成像装置的红外光过滤操作。
图18是根据一个实施例的光源的说明性图示。
图19示出一个实施例的蒙罩(mask)。
图20是一种示例性方法的流程图，该方法用于分析一个实施例的成像装置的光学特性。
图21A-21B示出由一个实施例的图像传感器接收的光 图22A-22B示出由一个实施例的图像传感器接收的光。
图23示出一个实施例的光源。
图24示出一个实施例的蒙罩。
图25A-25B示出由一个实施例的图像传感器接收的光。
图26是一种示例性方法的流程图，该方法用于分析一个实施例的成像装置的光学器件。
图27A-27B示出由一个实施例的图像传感器接收的光，它们分别表示针垫形失真和桶形失真。
图28是一种示例性方法的流程图，该方法用于分析一个实施例的成像装置的光学器件。
图29示出一个实施例的光源。
图30说示出由一个实施例的图像传感器接收的光。
图31是一种示例性方法的流程图，该方法用于分析一个实施例的成像装置的曝光速度。
图32是一种示例性方法的流程图，该方法为一个实施例的成像装置确定校正系数。
具体实施例方式本公开的至少一些方面提供了能快速和准确地校准成像装置的装置和方法。在一个实施例中，可测量诸如成像装置的响应度函数(function)和/或转换(transduction)函数等光学特性来确定相关的成像装置是如何响应光信号的输入的。可以用所确定的光学特性来校准各自的成像装置。根据示例的实施方式，使用与反射装置相对的发光源来确定光学特性，且这些特性允许对成像装置进行实时快速的和代价相对较低的校准(例如，在装配线上)。
参考图2，其中示出了一个实施例的成像系统10。所示的成像系统10包括示例性的成像装置校准仪器12和成像装置14。在至少一个实施例中，可将仪器12称为发光校准仪器，其中仪器12的一个或多个光源发出用于实现确定校准数据和校准装置14的光。
在至少一个实施例中，校准仪器12用来提供校准数据，该数据可以用来校准成像装置14。在此处描述的至少一些实施例中，校准仪器12可以与成像装置14一起工作以提供校准数据。校准数据包括示例性实施例中的各个成像装置14的响应度和/或转换函数等光学特性。校准数据可用来校准用于获取该校准数据的各个装置14。例如，可调整成像装置14的图像处理算法来改进其成像性能，这些性能包括成像装置产生所获取场景的令人满意和/或逼真的图像的能力。
在所示系统中，成像装置14包括彩色数码相机。该装置也可以具有响应所接收图像而产生图像数据的其他配置(例如，扫描仪、彩色复印机、彩色多功能外设，等等)。
再参考校准仪器12，所示的示例性实施例包括光源20、光随机函数发生器22、和光漫射器24。为方便讨论，以分解图示出示例性部件20、22、24。在校准仪器12的典型实施方式中，将元件20、22、24相对于彼此进行密封，以阻止将环境光引入到仪器12中。如以下就图3的示例性电路进行讨论的那样，还可以提供校准仪器12的处理电路来控制校准操作。
在校准仪器12的不同实施例中，光源20可表现为不同的配置。而且，在不同的实施例中可控制光源20来同时和/或依次地发射不同的光。不同的光包括不同的发射特性，如不同的波长、强度或光谱功率分布。
例如，光源20的所示配置包括多个区域26，配置每个这样的区域以发射与其他区域26相比具有不同波长和/或强度的光。因此，在图2中的校准仪器12的实施例中，至少某些区域26的光能够同时在空间上和光谱上与其他区域26的光进行区分。在一些实施例中，可以同时发出具有不同波长和/或强度的光。在其他实施例中(其中的一些如下所述)，可以依次发射具有不同波长和/或强度的光。
区域26的每一个区域可以包括一个或多个发光装置(未示出)。示例性的发光装置包括窄带装置，与宽带反射片(patch)相比，该装置能提供更高的精确度。在示例性实例中，区域26的发光装置包括发光二极管(LED)和激光器。可以使用其他配置的发光装置区域26。在一个实施例中，每个区域26包括3×3的发光装置方形阵列，配置为发射相同波长和强度的光。
在所示的示例性实例中，光随机函数发生器22包括多个与光源20的各个区域26对应的空心管。在所述配置中，光随机函数发生器22用来为每个区域26将基本均匀的光提供给光漫射器24。光随机函数发生器的这些管的内表面可具有相对较亮的白色粗糙表面。光随机函数发生器22还可以具有其他的配置。例如，在仪器12的至少一个其他实施例中，光随机函数发生器22可包括单个的空心管，且该实施例具有如下所述的单个发光区域。
光漫射器24包括光接口27，该光接口配置为向区域26(以及以下将要讨论的光接口27的各个区域28)的每个区域提供到达成像装置14的、用于校准操作的基本均匀的光。可以用与所示光漫射器24分开的光接口27的其他配置来将光输出给成像装置14。示例性的光漫射器24包括半透明的丙烯酸树脂组件。将所示的示例性光漫发射器24配置成输出与光源20发出的光对应的光。例如，示例性的所示光接口27包括多个与光源20的各个区域26对应的区域28。在其他实施例中，可提供与光源20的所提供数目的区域26对应的更多或更少的区域28。在至少一个实施例中，光随机函数发生器22和漫射器24提供与区域28中的各个区域对应的不同的光，并且，对于区域28中的每个区域，在各个区域28的整个面积(area)内，其光都是基本均匀的。在其他可能的实施方式中，可以在光源20和光随机函数发生器22之间或是在光随机函数发生器22中实施另一个光漫射器。
在一个实施例中，光随机函数发生器22包括对应于光源20的区域26的多个铝质方形管。单个这样的管在光源20和接口27之间可具有2.5英寸的长度和具有1英寸×1英寸的平方尺寸。这些管的内表面可以涂有诸如可从Gigahertz-Optik买到的、零件号为ODMO1-FO1的OP.DI.MA材料的白色涂料。漫射器24可以包括多个尺寸为1英寸×1英寸的、从Cyro Industries买到的、具有020-4的零件号的白色半透明丙烯酸树脂材料所组成的部分，这些部分包含了区域28的各个区域，且每个这样的部分具有1/8英寸的厚度。也可以具有其他配置或实施例。
参考图3，其中示出了校准仪器12的示例性电路30。所示电路30包括通信接口32、处理电路34、存储电路36、光源20和光传感器38。在其他的实施例中，可提供更多、更少或另外的电路部件。
通信接口32配置成建立校准仪器12与外部装置之间的通信。通信接口32的示例性配置包括USB端口、串行或并行接口、IR接口、无线接口或其他任何能进行单向或双向通信的配置。使用通信接口32可以传输任何合适的数据。例如，如下所述，可以用通信接口32传送光源20的一个或多个发射特性和/或要进行校准的各个成像装置14的一个或多个确定的光学特性。
在一个实施例中，处理电路34可包括配置成实施所希望的程序的电路。例如，可将处理电路34实施成处理器或其他结构，且上述处理器或结构配置成用来执行包括软件和/或固件指令在内的可执行指令。处理电路的其他示例性实施例包括硬件逻辑电路、PGA、FPGA、ASIC、状态机和/或其他结构。用处理电路34的这些实例来进行说明，并且其他配置也是可能的。
可以用处理电路34来控制校准仪器12的操作。在一个实施例中，处理电路34用来自动地控制仪器12发光的定时(例如，控制定时，以从仪器12同时和/或依次地发射具有不同波长和/或强度的光)。在一个实施例中，处理电路34可以自动控制定时和光的发射而无需用户干预。
存储电路36配置成存储电子数据和/或诸如可执行指令(例如，软件和/或固件)的程序、校准数据或其他数字信息，并可包括处理器可用介质。除了以上所述的校准数据，额外的示例性校准数据可包括使用校准仪器12的光接口27所发射的光的一个或多个发射特性。如以下所讨论的，根据一个实施例，示例性的发射特性包括在光接口27处发射的光的光谱功率分布(SPD)。光谱功率分布包括了包括所发射的光的波长和各个波长的光的相关光强度在内的发射特性。
处理器可用介质包括任何能包含、存储或保存程序、数据和/或数字信息的产品，且这些程序、数据和/或数字信息能由指令执行系统使用或与该执行系统一起使用，并且上述指令执行系统包括示例性实施例中的处理电路。例如，示例性的处理器可用介质可包括诸如电的、磁的、光的、电磁的、红外线的或半导体介质的物理介质中的任何一种。处理器可用介质的一些更具体的实例包括但不限于便携式的计算机磁盘，例如软盘、压缩盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、闪存、缓存，和/或其他能存储程序、数据或其他数字信息的配置。
光源20可配置成如上所述的示例性装置。例如，在一个实施例中，光源20可配置成发射不同波长和/或强度的光。不同的波长和/或强度可以通过如上所述的多个区域26来定义。在另一个实施例中，将光源20配置成发出波长和/或强度基本为恒定的光，同时用位于光源20的下游与区域26对应的多个空间上相互分隔的滤光器来提供任意具有不同的期望波长和/或强度的光。在以下所述的另一个实施例中，光源20可配置成使用单个区域依次发射不同的光。也可以具有其他的配置。
光传感器38可采用光学的方式与光源20进行耦合并配置成接收光源20发出的光。在一个实施例中，虽然也可以有其他的配置，但仍然用光电二极管实现光传感器38。在一些实施例中，可以将一个或多个光传感器38放置在光随机函数发生器24中(例如，在此处说明的一个示例性配置中，可以将一个光传感器38放置在配置成单个空心管的光随机函数发生器22中)。在其他具有多个区域26的装置中，光传感器38可以通过适当的光导管(未示出)或其他配置与区域26进行光耦合并与发射的具有不同波长和/或强度的光对应。
在一种配置中，将光传感器38配置成为校准仪器12的校准而监视其所发射的光。例如，在光源20中，至少有一些配置发出的光的波长和/或强度会随时间而发生漂移。光传感器38可用来监视这些光，并提示用户，仪器12已失去校准和需要对其进行维护。例如，如果不同波长的光的强度相对于彼此发生变化，则可认为校准仪器12失去校准。校准仪器12的示例性重新校准可包括再次确定光接口27发出的光的发射特性(例如，光谱功率分布)。
参考图4，在示例性的配置中示出了作为数码相机的成像装置14。如前所述，在其他配置中，可将成像装置14实施成从场景或所接收的光中产生图像。所示配置中的成像装置包括处理电路40、存储电路42、闪光灯44、图像传感器46、滤光器48、光学器件50和通信接口52。
在一个实施例中，可将处理电路40实施成类似于上述的处理电路34，且该处理电路包括配置成执行所希望的程序的电路。处理电路的其他示例性实施例包括不同的和/或另外的硬件，以控制成像装置14的操作(例如，控制闪光灯44、光学器件50、数据采集和存储、图像数据的处理、与外部装置通信、以及任何其他希望的操作)。处理电路40的这些实例用于说明，其他的配置也是可以的。
在至少一个实施例中，存储电路42配置成存储电子数据(例如，图像数据)和/或诸如可执行指令(例如，软件和/或固件)的程序或其他数字信息，并可包括类似于上述存储电路36的处理器可用介质。
闪光灯44包括配置成用来提供成像操作中使用的光的光源。在所描述的实施例中，处理电路40控制闪光灯44的操作。可以停用、单独使用闪光灯44，也可以将其与其他外部光源(未示出)一起使用。
将图像传感器46配置成提供多个原始图像的原始图像数据。该原始图像数据包括与图像传感器46形成的原始图像的多个像素对应的数字数据。例如，原始图像包括与示例的RGB应用中各个像素的红、绿和蓝色彩对应的字节。其他实施例可以利用或提供其他色彩信息。图像传感器46可包括多个与像素对应的感光元件、例如光电二极管，并将这些感光元件配置成提供用于产生图像的原始数字数据。例如，在一个可能配置中，图像传感器46可包括由1600列和1280行的感光元件(也可称之为像素元件)排列的光栅。其他光栅配置也是可能的。在示例性配置中，每个感光元件可包括电荷耦合装置(CCD)或CMOS装置。在一个具体的实施例中，图像传感器46可利用Foveon有限公司有售的传感器装置中的X3技术。
将滤光器48设置在图像传感器46的上游，以在图像传感器46进行读出之前对成像装置14接收的光进行任何希望的过滤。例如，在一个实施例中，滤光器48可以除去成像装置14接收的红外光。
光学器件50包括适当的镜头和光圈，且上述镜头和光圈配置成使用图像传感器46为创建图像而聚焦和引导所接收的光。在一个实施例中，通过处理电路40可控制适当的马达(未示出)来对光学器件50执行希望的操作。
通信接口52配置成建立成像装置14与外部装置(例如，校准仪器12)之间的通信。通信接口52的示例性配置包括USB端口、串行或并行接口、IR接口、无线接口或其他任何能进行单向或双向通信的装置。通信接口52可配置成与校准仪器12或其他外部装置的通信接口32耦合并与上述接口交换任何适当的数据。例如，通信接口52可用来接收光源20的一个或多个发射特性和/或各个成像装置14的一个或多个确定的光学特性。而且，如下所述，接口52可输出由图像传感器46产生的传感器数据，且该数据可用来执行包括确定成像装置14的光学特性在内的图像处理操作。
参考图5，其中显示了光接口27的示例性配置。所示的光接口27对应于图2中所示的校准仪器12的实施例并包括具有不同波长和/或强度的不同光的多个区域28。
在所示的配置中，光接口27包括彩色区域的多个行60和白色区域的单个行62。在光接口27的其他实施例中，还可提供更多、更少的具有其他波长和/或强度的光的区域。
彩色区域的行60提供了具有不同波长的光的多个区域28。例如，在所示的实施例中，行60包括从紫外光(375nm)起波长以25nm的增量依次增加到红外光(725nm)的若干区域28，这便提供了在光谱上和空间上相互分隔的光。在所示的实例中，行62包括多个具有相同的相对光谱功率分布的区域W1-W5，且其强度逐渐增加。白片的相对强度对于W1-W5的各个区域分别为0.01、0.03、0.10、0.30和1。
根据图5的示例性实施例，在各个区域28之间，可以改变发光装置的数量和/或用于发光装置的驱动电流，以提供所发射光的希望的光谱功率分布。在其他实施例中也可以提供其他的配置。
在一个实施例中，对从顶部的行开始到底部的行的每一行，可以从左至右为图5的区域28依次以1至15编号。示例性的发光装置可以包括RoitherLasertechnik公司有售的LED并且该发光装置在各个区域28具有以下零件编号(1)380D30、(5)HUBG-5102L、(13)ELD-670-534、(14)ELD-700-534以及(15)ELD-720-534。其余的示例性发光装置可以包括美国Opto公司有售的LED并且该发光装置在各个区域28具有以下零件编号(2)L513SUV、(3)L513SBC-430NM、(4)L513NBC、(6)L513NBGC、(7)L513NPGC、(8)L513UGC、(9)L513NYC-E、(10)L513UOC、(11)L513NEC、(12)L513TURC以及(W1-W5)L513NWC。
在该实例中，用于行60的所有区域28的发光装置的驱动电流可是恒定不变的(例如，18-20mA)且可根据以下改变每个区域28的发光装置的数目(1)4、(2)1、(3)14、(4)2、(5)4、(6)3、(7)1、(8)27、(9)3、(10)2、(11)1、(12)2、(13)2、(14)2以及(15)1。行62的各个区域28的发光装置的数目可以是相同的(例如，四个)且可为区域28的W1-W5使用以下示例性驱动电流0.2、0.6、2、6和20mA。以上的实例仅用于说明，其他的配置或变更也是可能的。
如以下将要进一步说明的，图5所示的包括不同波长和/或强度的区域28的光接口27的使用能同时确定成像装置14的响应度和转换函数，例如，通过将装置14在成像装置14的光接口27发出的光下进行一次曝光。如此处所述，光接口27的其他配置也是可能的(例如，提供一种光接口，在其中，在区域26之间光仅在波长或强度上发生变化，提供一种光接口，在其中，仅具有一个用于连续发出相同波长和/或强度的光的光发射区，等等)。
由校准仪器12所提供的不同波长的光可以用来确定成像装置14的响应度函数。在图5所示的光接口27的实施例中，由于行60的区域26在光谱和空间上相互分隔的缘故，行60的多个区域26可同时发光从而通过将成像装置14在光下进行一次曝光来确定响应度函数。
参考图6，可以优化经光接口27发出的光(即，由成像装置14所接收的)以便于被校准的成像装置14的响应度函数的确定。图6示出了光源20发出的、在光接口27的区域28处提供的光的光谱功率分布，该分布便于对成像装置14的响应度分析。这些光谱功率分布包括图5所示的光接口27的区域28的示例性辐射亮度值，与这些辐射亮度值相关的波长沿X轴从左到右递增。
如上所述，各个区域26的发光装置源20的数目可以不同，以提供不同的强度。在另一个实施例中，各个区域26的发光装置数目可以相同，而各个区域的发光装置的驱动电流可以不同，以提供所希望的强度。也可以使用其他的配置来提供所需的光谱功率分布。在一个实施例中，在对仪器12本身进行校准的过程中，可以选择强度以接近图6所示的示例性光谱功率分布。一旦确定了各个区域26的发光装置的适当的驱动电流(或其他配置参数)，则可以校准仪器12，以使用所确定的驱定电流或参数驱动发光装置。在一个实施例中，可以使用相同的驱动电流来驱动同一个区域26的发光装置，同时，用于驱动不同区域26的发光装置的驱动电流可以不同。如上所述，在其他实施例中，除改变各个区域26的发光装置的数目或驱动电流外，还可使用其他配置。
此外，在校准仪器12之后，可确定在使用驱动电流的光接口27处发出的光的光谱功率分布。在一个实例中，可使用光谱辐射计测量在光接口27处发出的光的光谱功率分布。可以使用存储电路36或其他适当的电路来存储作为校准仪器12的发射特性的、测得的校准仪器12的光谱功率分布，并在之后校准一个或多个成像装置14的操作过程中利用所存储的光谱功率分布。在仪器12的重新校准过程中，可以确定新的驱动电流和/或光谱功率分布。
也可以为行62的各个区域28提供并存储发射特性。如前面所述，可以配置区域28的至少一些区域来改变给定波长的光(例如，行62的区域)的强度。可以将关于与区域28对应的光的强度的数据作为发射特性进行存储，以便在之后校准一个或多个成像装置14的过程中使用。也可以从来自行62内的区域28的光的光谱功率分布中得出上述强度数据。
参考图7，其中示出了一种使用校准仪器12对成像装置14进行校准的示例性方法。也可能存在包括更多、更少或另外步骤的其他方法。
在步骤S1处，提供了具有光源的校准仪器12的实施例和从光源发出的光的至少一个发射特性。
在步骤S2处，将要校准的成像装置14与校准仪器12进行对准。
在步骤S3处，将成像装置14的图像传感器46在光源发出的光下进行曝光。
在步骤S4处，图像传感器46感光并产生传感器数据，该数据指明由图像传感器46进行的读出。
在步骤S5处，通过使用发射特性和传感器数据，适当的处理电路确定成像装置14的光学特性。该光学特性可用来校准成像装置14。图7的示例性方法可以重复用于其他成像装置14。
参考图8a，其中，流程图说明了使用参考图2而描述的校准仪器12在校准相关成像装置14的过程中用于数据采集的示例性方法。
在步骤S10处，将要校准的成像装置与校准仪器对准，以接收从校准仪器12的光接口发出的光。一旦对准，便控制校准仪器12的光源20，以在光接口27的区域28处发光。配置成像装置14，使光接口27处于焦点位置，并将图像传感器46在来自校准仪器12的光下进行曝光(例如，拍照)，以接收从光接口27发出的光。
在步骤S12处，响应步骤S10的曝光，图像传感器46产生传感器数据。在一个实施例中，配置图像传感器46的各个像素，来提供包含RGB值的传感器数据。图像传感器46的像素位置对应于光接口27的区域28。因此，可以识别图像传感器46的多个与各个区域28对应的像素。在一个实施例中，可以使用处理电路34、40或其他希望的电路对与各个区域28对应的各个像素的RGB值求平均值，以便为每个区域28提供单一的RGB平均值。根据一个实施例并如下所述，可以用包括RGB平均值的传感器数据来校准成像装置14。
以下根据校准仪器12的另一个实施例说明了数据采集操作。另一个当前说明的实施例的校准仪器12包括具有单个区域(未示出)的光接口，以便为校准成像装置14输出光。例如，与如以上所述的在区域26中设置不同波长和/或强度的发光装置相反，具有不同波长或强度的光源的发光装置可以分布在光接口的整个区域面积之中。
在一个实施例中，希望光源的发光装置在光接口的整个区域面积内提供基本均匀的光分布。在一种可能的实施方式中，可以将包括二十种不同波长或强度的各个发光装置彼此相邻依次放置在行和列的方向上，以便为各个波长和强度在光接口的整个区域上提供基本均匀地发射光。也可以存在发光装置的其他分布模式。
在一个操作实施例中，仅控制具有公共波长或强度的发光装置在任意给定的时刻发光。根据该实施例，可以控制具有第一波长的光的发光装置，以在整个区域上基本均匀地发光。此后，可依次并逐个控制剩余波长的发光装置，依次发出各个波长的光，这便使得所发的光在时间和光谱上彼此分隔。如果存在对于给定波长具有不同强度的发光装置，则可以逐个配置这些装置来依次发光，以允许进行以下进一步说明的转换(transduction)校准操作。因此，在一个实施例中，可依次配置各个波长或强度的发光装置，以发出各种光。更具体地的说，可以依次控制具有公共波长的发光装置，以逐个地发出从375nm开始一直到725nm的光，此后，配置成提供公共波长的且强度从W1至W5变化的光的发光装置开始发光。在一个实施例中，成像装置14可读出发光波长为375nm-725nm和强度为W1-W5的光中的每一种光。然后，成像装置14为每种波长和强度的光提供传感器数据。
参考图8b，其中描述了示例性的数据采集操作，该操作是根据第二个上述实施例进行的，且该实施例具有光接口27，而该光接口具有的单个区域可以依次地发出不同的光。
在步骤S20处，控制校准仪器，以发出具有单一波长的光。成像装置的图像传感器在所发射的光下进行曝光。
在步骤S22处，使用处理电路34、40或其他希望的电路，可以从图像传感器的像素传感器数据中确定各个波长的RGB平均值。
此后，处理返回到步骤S20，在该步骤中，上述仪器控制下一个波长的光的发出，而这使得使用成像装置14来为各个波长产生传感器数据成为可能。在所述实施例中，因为多种不同波长或强度的光使用校准仪器，因此可重复图8b的过程，以提供包含RGB平均值的传感器数据。
提供了上述实施例，以说明用于执行成像装置校准操作的示例性数据采集技术。在其他一些实施例中，也可以使用其他的数据采集方法和/或装置。
参考图9，在数据采集完成后，处理采集的数据，以确定成像装置14的校准数据。根据一个实施例，示例性的处理包括确定包含各个成像装置14的光学特性(例如，响应度和/或转换函数)的校准数据。如上所述，处理电路34、40和/或其他适当的处理电路可执行数据采集操作。类似地，可以用处理电路34、40和/或其他适当的处理电路来处理采集的数据，如图9所示。而且，可以用相同或不同的处理电路执行数据采集和处理。
在图9所示的示例性处理中，确定了成像装置14的包括响应度和转换函数在内的光学特性。在其他实施例中，仅确定成像装置14的响应度和转换函数和/或其他特性之一。而且，可以确定用于校准成像装置14的额外光学特性或其他信息。例如，还可以通过适当的处理电路34、40或其他处理电路(未示出)进一步处理响应度和/或转换函数。例如，可以从响应度和/或转换函数中得到色彩校正矩阵、照度估计矩阵和/或其他信息。
步骤S30-S34说明了用于确定成像装置14的响应度函数的示例性流程。
步骤S40-S44说明了用于确定成像装置14的转换函数的示例性流程。根据其他配置，也可以采用其他流程(未示出)。
在步骤S30处，从图像传感器46获取的、包括上述实施例的行60的各个区域28的RGB平均值的传感器数据可以定义矩阵r。
在步骤S32处，包括上述实施例的区域28的光谱功率分布(SPD)的发光特性可定义矩阵S。
在步骤S34处，可使用上述实例中的矩阵r、S以及等式R＝pinv(ST)rT来定义响应度函数R。
在所示实例中，可以在确定响应度函数的同时确定转换函数。
参考步骤S40，从图像传感器46获取的、包括上述实施例的行60的各个区域28的RGB平均值的传感器数据可以定义矩阵rW。
在步骤S42处，包括上述实施例的区域28的光谱功率分布(SPD)的发射特性可定义矩阵SW。
在步骤S44处，使用所述实施例的矩阵rW、SW可求解转换函数g(x)-＞g(1TSW)＝rW。
可以用图9中的上述方法来确定各个成像装置14的一个或多个光学特性，这些特性提供了各自的传感器数据，且这些数据表明了各个成像装置14的电路，因此，可以为各个要校准的成像装置14执行上述流程，以确定各个装置14的一个或多个适当的光学特性。图9的上述方法是示例性的，在其他实施例中可以使用其他流程或方法来确定成像装置14的响应度和/或转换函数或其他光学特性。
一旦确定了上述光学特性，则可以用该光学特性来校准各个成像装置14。例如，可以用包括响应度和转换函数的光学特性来提高各个成像装置14的图像处理算法(例如，照度估计和色彩校正)的精确度，同时提高最终复制件的色彩精确度。
如在一个实施例中所述的，可以用示例性的装置和/或方法来确定成像装置14的部件(例如，传感器46、滤光器48，等等)是否有缺陷。例如，使用上述的和配置成发出红外光或其他光的校准仪器也可以监视各个成像装置14除去红外光或其他光的能力。例如，如果由各个传感器装置响应校准仪器12的光接口27发出的光(包括红外光或其他希望的光)而产生的传感器数据表明接收的光包括未经滤光器48过滤的红外光或其他光，则可认为图像装置14的、配置成除去特定的光(如红外光)的滤光器有故障。
在一个实施例中，如果使用校准仪器12的处理电路34(或成像装置14外部的其他处理电路)确定了上述光学特性，则可将确定的光学特性传送到各个成像装置14，从而对这些装置进行适当的校准。或者，成像装置14的处理电路40可确定各个装置14的光学特性。在另一个实施例中，可使用上述确定的光学特性在成像装置14外部执行校准，随后，可以将校准的图像处理算法提供给各个成像装置14。在另一个实施例中，成像装置14的处理电路40可配置成利用所确定的(例如，内部地或外部确定的)光学特性在成像装置14内部执行校准。总之，可将任何适当的处理电路配置成产生各个成像装置14的一个或多个光学特性，并且相同或其他的处理电路可使用一个或多个光学特性来进行校准。
参考图10，其中示出了不同校准方法的奇异值分解，并将此处所描述的示例性光发射方面的特性与使用反射片(Macbeth和Macbeth DC)和单色仪所得的结果进行了比较。
此处所述的和使用图2所示的示例性发光校准仪器12所得的相对较高和恒定的奇异值分解结果与用单色仪得到的结果类似，并大大超出了通过Macbeth和Macbeth DC反射片取得的结果，在后者中，各条曲线非恒定且具有下降相对较快的斜坡。校准方法的精确度取决于反射片或发光装置的光谱在多大程度上彼此相关。反射片或发光装置之间越相关，则校准越不精确。而这是由各校准技术转换图像形成等式来计算相机的响应度函数造成的。当转换在光谱上相关的片或发光装置时，会产生对照相机响应度函数的干扰性估计。发光装置的光谱功率分布或片的反射比函数的奇异值指明了给定方法的精确度。比0.01(少于此值的数表明噪声太大)大的奇异值越多，方法的精确度就越高(例如，参见图10)。基本上，奇异值的数目指明了对最终校准有所贡献的片色彩或发光装置的数目。
此外，图11-13分别示出了通过让Nikon的数码相机D1使用Macbeth反射片(图11)、Macbeth DC反射片(图12)和图2的示例性发光校准仪器12(图13)而确定的、相对于使用单色仪测得的曲线图的示例性相对响应度。从图11-13的比较中可清楚的看出，与使用反射片(如，Macbeth和Macbeth DC)相比，图2的校准仪器12在确定给定的成像装置14的相对响应度时，提供了更高的精确度。
表1比较了使用反射图表、图2的校准仪器12和单色仪的校准方法。对于给定的成像装置14，图2的校准仪器12提供了最短的校准时间(即，比反射图表的校准时间略短)且不象反射图表那样需要外部的均匀光源，而且，它的校准时间比单色仪的校准时间少几个小时(即，在图2的配置中可以以空间的方式测量色彩而不像单色仪那样以时间的方式测量色彩)。由于外部光源不需要为均匀的(例如，示例性仪器12本身发出所希望的光)，因此在所比较的装置中，校准仪器12具有最短的校准时间。
表1
表2比较了配置成执行上述三种校准方法的装置的大致成本。
表2
表3比较了三种方法和包括图12的校准仪器在内的装置的奇异值数目。根据需要，校准仪器12的其他实施例也可以包括更多或更少波长和/或强度的的光。例如，以上所述的仪器12的实施例包括了二十种不同的光。在其他的实施例中，或根据其他恰当的方案，可在多个区域中依次使用任意合适数目的不同类型的光(波长和/或强度)。
表3
由于反射图表具有宽带的、高度相关的片色彩，因此仅提供大约4次可用于校准的测量。通常，对于包括相机的成像装置14的校准，这是不够的。另一方面，由于通常使用窄带光源，因此单色仪产生了超过50个的校准测量。因此，单色仪产生了精度更高的校准结果，但其校准时间相对较长，且成本也相对较高。图2的示例性校准仪器12具有15-20个相关测量，而这为通常的成像装置14(例如，数码照相机)产生了比合格水平更好的校准结果，同时，不需付出象单色仪那样大的成本和那样长的时间，也不需象反射片那样使用外部照明。
因此，本公开的至少某些方面允许快速、精确和相对廉价地确定和校准成像装置14的响应度和转换函数，并在至少一种实施方式中，可用来在生产线上校准成像装置。如上所述，由于传感器和/或滤色器在生产上的差异，相同型号的或使用相同类型部件的成像装置14可能具有不同的响应度和转换函数。可以用此处所述的校准仪器12来确定装置14的光学特性并在成像装置14运抵消费者或商家之前校准装置14。相对快速和精确的校准可改善各个经过校准的成像装置14的整体色彩复制质量。
专业人士或采用高端相机的摄影师也可使用此处讨论的校准仪器12或方法来校准高端成像装置14。相信这样的校准能提高由经过这样校准的成像装置14产生的图像的整体色彩复制质量。因为上述校准的一些方面利用成像装置14的原始图像数据，而通常原始图像数据是由为专业市场开发的成像装置14提供的，因而可以将上述校准的至少一些方面定位于更为专业的市场。
至少以下所述的一些方面公开了对成像装置进行的示例性分析操作。一些所描述的实施例允许测试并测量成像装置的光学和电子特性，以检查质量控制、装配以及软件或固件程序和/或现场测量并调整的装置。例如，除了以上所述的分析操作，在示例性的实施例中，也可执行关于成像装置的聚焦操作、红外光截止滤光器的滤光、色差、针垫形和桶形失真、曝光速度以及增益图的确定等额外分析。在一些实施例中，可由成像装置测试者用手工控制的方式(例如，在交互模式中)使用此处所述的分析系统，也可以让其以自动的方式执行分析(例如，自助亭)，或是在制造工厂中用其来校验正在制造的成像装置的操作。可通过将成像装置在已知色彩值的光下进行曝光并执行分析操作来测试成像装置的成像管线的程序，为调试或其他目的，可在整个管线中追踪上述色彩值。将至少一些实施例说明成与成像装置接口的单机实施形式。在其他实施例中，可在诸如打印机、计算机、复印机等等的装置内实施上述分析系统或方法。
参考图14，其中示出了成像系统100的另一个实施例。成像系统100包括成像装置分析系统112和成像装置114。在一个实施例中，可将成像系统100配置成类似于上述的成像系统10。例如，在一些实施例中，可将分析系统112配置与校准仪器12相同或类似，而将成像装置114配置成与成像装置14相同或类似，例如，成像装置可以是照相机、数码相机、录像机、扫描仪、复印机、多功能外设或其他能够获取并产生图像的配置。在一些实施例中，成像装置114可包括色彩装置，该装置能获取图像的色彩信息和/或产生表明所获取图像的色彩的数字数据。
在一个实施例中，所示的分析系统112包括分析装置120和计算机122。在一些实施例中，分析装置120配置成发射光116，可通过成像装置114以数字信息的形式获取光116，或是由该成像装置将光116保存到胶片之类的感光胶层上。光116可在外壳121中发射，且该外壳配置成减少未由分析装置120发射的环境光的出现。可将成像装置114与外壳121的内部进行光耦合，以接收所发出的光116。在一个实施例中，在温控设施内提供了分析系统112和成像装置114，以减少温度对分析操作的影响。在一个实例中，可以用HVAC系统来保持外壳121内部和/或外壳121周围环境基本为恒温。在一些配置中，在分析期间，可将成像装置114放置在外壳121内。
在一个实施例中，可根据图3所示的至少一些电路而单个地配置分析装置120和/或计算机122(例如个人计算机)。更具体地，在一个实施例中，分析装置120和/或计算机122中的每一个可以包括与图3的上述部件类似的通信接口、处理电路、存储电路、光源和/或光传感器。在此处和题为“Imaging DeviceAnalysis Systems And Imaging Device Analysis Methods(成像装置分析系统和成像装置分析方法)”的、列出发明人为Steven W.Trovinger，Glen Eric Montgomery和Jeffrey M.DiCarlo的、代理人档案号为200500702-1的共同未决美国专利申请中，以及在题为“Imaging Device Analysis Methods，Imaging Device AnalysisSystems，And Articles of Manufacture(成像装置分析方法、成像装置分析系统和产品)”的、列出发明人为Jeffrey M.DiCarlo和Casey Miller的、卷宗号为200501321-1的同时待决美国专利申请中，说明了示例性实施例的额外细节，且此处通过引用将这两件申请的内容结合于本文中。
例如，依然参考图14，分析装置120可以附加地包括一个或多个蒙罩150、马达152、发光组件157以及延伸管158。此外，分析装置120和/或计算机122中的每个可包括更多或更少的元件或电路或其他配置(例如，此处所述的光源154)。
此外，在一个实施例中，可将成像装置114配置成与图4的实施例类似，且该成像装置可包括配置成与上述成像元件类似的处理电路、闪光灯、光学器件(例如，镜头)、滤光器、图像传感器和/或通信接口。成像装置114的其他实施例也是可能的，且它们可以包括更多或更少的元件或电路。
分析系统100也可以有其他的实施例。例如，在一些配置中可以省略计算机122，并且如果合适，则分析装置120和/或成像装置114可以实现在其他情况下由计算机122提供的功能。更具体地，如果存在计算机，则计算机122可以提供用户界面，该界面包括用于为用户显示信息的显示器和配置成接收来自用户的输入的输入装置。计算机122还可以执行和/或控制分析装置120和/或成像装置114的操作，以对成像装置114进行分析。例如，计算机122的处理电路可以控制分析装置的发光和成像装置114的图像获取操作，以获取所发射光的图像。例如，在一个实施例中，将计算机122配置成启动成像装置114的分析操作，并可将成像装置114的图像获取操作或其他操作与分析装置120的发光操作进行同步。在一个实施例中，适当的处理电路可自动控制和执行分析操作(例如，无需用户输入)。
计算机122的处理电路可将信息传送给分析装置120和/或成像装置114，和/或从分析装置120和/或成像装置114接收信息。处理电路可以处理所接收的数据，和控制用户界面来为用户显示测试结果，以及提供用于成像装置114的校准数据，并执行分析系统100的其他希望的功能。
如上所述，在计算机122被省略的配置中，可以使用分析装置120和/或成像装置114来实现计算机122的上述功能。在计算机122被省略的实施例中，分析装置120和/或成像装置114中的每个可直接与其他装置通信和/或控制其他装置、用户接口，以及执行其他希望的功能和操作以进行分析操作。
可以在光源154和成像装置114之间有选择地配置蒙罩150，以执行对成像装置114的分析。在一个实施例中，提供了多个蒙罩150来对成像装置114执行不同的分析操作。蒙罩150使用来自光源154的光116控制一个或多个光束的发射，以便执行分析操作。如以下所述，可以使用与来自光源154的不同光发射对应的不同蒙罩。在一些分析实施例中，在光源154和成像装置114之间不使用蒙罩150。在一个实施例中，响应来自计算机122的控制，马达152可用于在光源154和成像装置114中间的位置有选择地移动一个或多个蒙罩150。
发光组件157可包括配置成将光源154所发的光进行混合的漫射器。例如，光源154可以包括多个配置成发射光116的发光装置(例如，发光二极管)。在一些分析操作中，多个发光装置与公共波长的光对应。发光组件157可混合来自不同发光装置的光，以便消除频率变化，并在某一时刻将波长不发生变化的、基本为单一波长的光提供给成像装置114。在此处所述的其他实施例中，光源154的发光装置可发出不同波长的光116。在一些实施例中，可由用户、马达152或其他装置将发光组件157从光116的光通道上移开。
根据一些分析方面，希望从发光组件157发出至少一些各个不同波长的光束，这些光束具有基本相同的强度，并传送给成像装置114。此外，光源154可以发出不同强度的光束。与要执行的各个不同的分析操作相对应，可以同时发出和/或依次发出不同波长或强度的光束。
在以下所述的示例性配置中，希望使用位于不同空间位置的发光装置组来发光。在一个实施例中，光源154可以具有矩形的表面区域，且在该整个表面区域上可以放置多个相同或不同波长的发光装置。如以下所述，不同个数或组的发光装置包括可用于不同分析操作的、空间上分隔的装置或组。在另一个实施例中，可以将发光装置移到希望的位置来执行不同的分析操作。在另一个实施例中，可根据各个要执行的分析操作对多个不同配置的光源154进行调整。以下根据一些实施例讨论了关于示例性分析操作的一些细节。
在分析操作中，可能希望进入到成像装置114中的环境光(即不是由分析装置120发出的光)为最小或阻止该环境光进入成像装置114。在一个实施例中，光接口(例如，发光组件157的输出)可以具有足够的尺寸(例如，直径为2”)，该尺寸比成像装置114的光接收组件(例如镜头的光接收表面)大。因此，光接口可配置成完全覆盖正在进行分析的成像装置114的镜头来减少或最小化进入到成像装置114中的环境光。根据一个方面，在分析中，发光组件157的光接口可以接触成像装置114的镜头，或者，在其他情况下，它们可以进行紧密的光耦合。在分析装置120和成像装置114的光耦合周围也可配置延伸管158，以减少进入到成像装置114中的环境光。
根据示例性的分析实施例，从光接口可以发出相同或不同波长和/或强度的光束。可同时或在不同时刻发出光束。对应于光116的发出，可以控制成像装置114来获取图像、在不获取图像时锁定焦点(lock focus)或执行其他用于进行分析操作的操作。根据其他分析方面，分析系统112或成像装置114的其他操作方面也是可能的。
现在参考图15-17，其中描述了关于成像装置114的红外光过滤分析的示例性操作。在一个实施例中，所描述示例性方面对引入红外光截止滤光器和该滤光器的正确安装进行了测试。
图15显示了光源154的示例性配置，根据一个实施例，该配置允许对成像装置114的红外光过滤进行分析。图15示出可由光源154提供的发光装置155的多个组153。如上所述，在一个实施例中，发光装置155可以覆盖光源154的整个表面区域，根据所述实施例，示出所示的组153仅仅为了指明哪些发光装置155用来执行对红外光截止滤光器的分析操作。在另一个实施例中，图15表示光源154的发光装置155的实际配置。如实例所示，在不同的空间位置使用多个组153，以允许在不同空间位置的成像装置114进行分析操作。在所述示例性红外光分析中未使用蒙罩，且光源154的其他实施例也可以用于执行分析。
在一个操作实施例中，每个组153均可以同时从不同波长的各个发光装置155发光，并包括波长为700nm以下和以上的光。例如，在一种实施形式中，从左到右，发光装置155可发出波长为660nm、740nm、860nm、890nm、935nm以及1030nm的光。
参考图16A-16B，其中示出了与一个组153对应的图像传感器的像素位置的输出。在一个实施例中，示出了成像装置114的图像传感器的多个感光装置(例如，电荷耦合装置)的输出。这些实例示出了成像装置114(图16A)的功能正常的红外光截止滤光器和有故障的红外光截止滤光器(图16B)的结果。具体地，可控制成像装置114来获取从光源154的组153发出的光。如图16A所示，如果红外光截止滤光器工作正常，则与最左侧的发光装置155对应的图像传感器的各个传感装置的像素值指明了对660nm的光的接收，而与剩余的发光装置155和波长大于700nm的光对应的传感装置的像素值指明这些传感装置几乎未反射或未接收到光。如果红外光截止滤光器工作不正常，如图16B，则与各组153的发光装置155对应的图像传感器的各个传感装置的像素值指明接收到了包括红外光在内的所有发出的光。如果红外光截止滤光器工作不正常，则可以采取适当的措施。
参考图17，其中示出了用于分析红外光过滤操作的示例性流程。在一个实施例中，分析系统112和/或成像装置114的适当的处理电路可以控制或执行至少一些所示的步骤。包括更多、更少或另外步骤的其他方法也是可能的。
在步骤S110处，光源配置成在至少与图15所示的发光装置对应的位置上发光，且该光包括了红外光谱以内和以外的光。
在步骤S112处，控制成像装置的图像传感器来获取与所发的光对应的图像，并因此产生图像数据。
在步骤S114处，可以处理图像传感器的图像数据。在一个示例性实施例中，成像装置114相对于光源154的位置受控或已知，且与发光装置155的位置对应的图像传感器的各个像素位置为已知，同时可从适当的像素位置直接读图像数据。如果上述像素位置未知，则可执行一种算法来确定像素的位置，且这些像素包含了用于每个发光装置155的、响应发出的光产生的所希望的图像数据。在美国专利No.5371690中说明了示例性的搜索算法，通过引用将该文献的内容结合于本文之中。一旦确定了像素位置，则可以通过处理电路访问图像数据。该处理电路可以将由来自每个发光装置155的光形成的各个像素位置的光强度信息与阈值进行比较，以确定红外光截止滤光器是否工作正常。在所示实施例中，对于装置155的每个光束，可以将来自相邻像素的图像数据平均值或峰值用于比较。对于不同波长的光，感光装置的灵敏度可能不同。在示例性实施例中，对于由像素位置提供的数据，处理电路可使用不同的阈值，或者，处理电路将感光装置的输出规格化，以便于将它们与单一阈值进行比较。
在步骤S116处，可以输出分析结果以将其传送给用户。例如，计算机122可以显示类似于16A-16B的曲线图和/或提供红外光过滤操作通过/失败的指示。
现在参考图18-22B，其中描述了用于分析成像装置114的色差的示例性操作。在一个实施例中，在成像装置114的视场内测量了色差。图18显示了用于执行所述分析的、光源154的发光装置155的示例性配置，图19示出了蒙罩150的示例性配置，根据一个实施例，该蒙罩与图18中使用的装置155对应。当要执行色差分析时，计算机122可控制马达152来将蒙罩150移到光源154和发光组件157之间的适当位置。
如图18所示，可在不同的空间位置提供组153a，以使用不同的空间位置对成像装置114进行分析操作。组153a中的各个发光装置包括配置成发出不同波长的光(例如，在一个实施例中，发出400-450nm的蓝光、500nm的绿光以及650-700nm的红光)的发光装置155。
图19示出了蒙罩150的两个尺寸(即宽和高)，且这两个尺寸定义了一个面积。在一个实施例中，该面积与光源154的发光装置的面积相对应。例如，如上所述，光源154可包括多个分布在一个面积上的发光装置155(例如，虽然在图18中仅示出了组153a的装置155，但上述面积可以与图18-19中所示的面积相对应)。蒙罩150包括多个与发光装置155的各个组153a对应的光圈160。光圈160可包含小孔，这些小孔配置成让对应于发光装置155的光通过，且这些发光装置与光圈160对准，并位于光圈160的后侧。在一个实施例中，配置组153a，使得当通过蒙罩150观看时，混合来自各个装置155的光。其他配置可包括在相同封装中具有多个二极管的LED、使用具有蒙罩150的漫射器和/或其他混合的实施方式。
参考图20，其中示出了试图检测成像装置114的色差的示例性流程。在一个实施例中，分析系统112和/或成像装置114的适当的处理电路可以控制或执行至少一些所示步骤。包括更多、更少或另外步骤的其他方法也是可能的。
在步骤S120处，配置组153a的适当的发光装置155来进行发光。在所述示例性实施例中，在步骤S120处，仅中间波长(例如，绿光)的发光装置155发光。
在步骤S122处，成像装置114接收光束并在步骤120的发光期间锁定焦点。
在步骤S124处，同时控制长波长和短波长的发光装置155(例如，红光和蓝光)来发出通过蒙罩150的各个光圈160的光。可将来自发光装置155的光进行混合，以提供波长不同于步骤S120中所发射光束的波长的光束。例如，在可能的实施例中，可以使用发光组件157的漫射器和/或在光通过光圈160以前用漫射器(未示出)提供混合。
在步骤S126处，控制成像装置114，以获取进行步骤S124时在步骤S122中确定的焦点处所发出光束的图像。在示例性实施例中，该获取的图像可能曝光不足，或者，在其他情况下，可控制成像装置114，使其在希望的曝光设置下获取图像。在一些实施例中，控制曝光可避免或减少“模糊”或其他由于过度曝光造成的放大，以提高分析的精确度。
在步骤S128处，处理所获取图像的图像数据。参考图21A和21B，其中示出了图像传感器146的、在可能的场景下接收图像数据的示例性像素位置147。图21A示出了一个实例，在其中，成像装置未出现色差或其色差最小。图21B示出了一个实例，在其中出现了色差。与图21B相比，图21A的接收发出的光(例如，在所述实例中的紫光)的像素位置147更为集中。图21B的像素位置147示出了在所描述实例中接收紫光的像素148和在所描述实例中接收蓝光的周围像素149。图22A示出了图21A的结果的另一种图示，在其中，示出了接收紫光170的像素位置的相当集中的组。图22B示出了图21B的结果的另一种图示，在其中，示出了接收紫光170的像素位置的集中的组和数目相对较大的接收至少一些蓝光172的像素位置。图21B中存在接收光的像素149，而这表明在成像装置114中存在色差。在一个实施例中，适当的处理电路可搜寻图像传感器146的像素位置，以确定接收光的像素位置147的面积。一旦确定了上述面积，则处理电路可以为像素位置147比较感光装置的面积或数目，而这些像素位置接收与从组153a发出的每个光束对应的光。在一个实施例中，如果有一个或多个面积大于阈值，则存在色差。可以基于成像装置114所希望的精确度来确定该阈值。在另一个实施例中，可以对上述图像数据执行对色彩敏感的清晰度检测算法来辨别图21A和21B的结果，以确定是否存在色差。其他方法也是可能的。
在步骤S130处，可将分析的结果输出，以将其传送到用户。例如，计算机122可以显示类似于图21A-21BA或22A-22B的图示或提供通过/失败的指示。
现在参考图23-26，其中描述了与分析成像装置114正确聚焦图像的能力相关的示例性操作。在一些实施方式中，这些操作可以分析成像装置114的聚焦机构和/或算法。
图23示出了设置在网格图案(pattern)中的光源154的多个在空间上分隔的发光装置155的示例性配置，在一个实施例中，该网格格局被照明来测试成像装置114的聚焦操作。在所示实施例中，在成像装置114的视场内，发出光的发光装置155沿两个维度(例如，所描述实施例中的矩形配置的x和y维度)在空间上相互分隔。在一个实施例中，可以发出任何合适波长的光。在分析聚焦操作时，可以将图24中的蒙罩150a移到光源154和发光组件157之间的合适位置。蒙罩150a包括多个与图23中的发光装置155对应的小孔光圈160。
控制成像装置114，使其通过蒙罩150a的光圈160获取由发光装置155同时发出的光。参考图25A-25B，其中示出了与接收图23中的发光装置155发出的光束之一的图像传感器的多个感光装置对应的像素位置的输出，该输出用于成像装置114的正常聚焦操作(图25A)，并指明了成像装置114聚焦和处理其接收到的光的能力，也指明了存在故障的聚焦操作(图25B)，当存在故障时，从光源154发出的其中一个光束的光经成像装置114接收和处理后将变得模糊。如果聚焦操作不正常，则可以采取适当的措施，例如，更换聚焦机构。在所述的实施例中，接收由发光装置155发出的光束的图像传感器的像素位置通常与发光装置155的空间配置对应，并可用来在多个空间位置上分析成像装置114的聚焦能力。
参考图26，其中示出了用于分析成像装置114的聚集操作的示例性流程。在一个实施例中，分析系统112和/或成像装置114的适当的处理电路可以控制或执行至少一些所示步骤。包括更多、更少或另外步骤的其他方法也是可能的。
在步骤S140处，配置适当的发光装置155来进行发光。
在步骤S142处，指示成像装置114获取所接收的光的图像。在示例性实施例中，所获取的图像可能曝光不足，或者，在其他情况下，可控制成像装置114，使其在希望的曝光设置下获取图像。
在步骤S144处，对图像数据进行处理，以分析聚焦操作。与图20的方法类似，处理电路可以识别接收了发出的光的图像传感器的感光装置并确定接收了来自每个发光装置155的光的光传感器的感光装置的面积(或数目)。在一个实施例中，如果每一个面积均小于阈值，则可以认定成像装置114的聚焦是可接受的。在一个实施例中，如果有一个或多个面积大于阈值，则认定聚焦操作存在故障。在另一个实施例中，可以用清晰度检测算法来分析来自图像传感器的结果。
在步骤S146处，可将分析结果输出，以将其传送到用户。例如，计算机122可以显示类似于图25A-25B的图示和/或提供通过/失败的指示来说明镜头聚焦和处理所接收的图像的能力。
参考图27A-28，其中描述了与分析成像装置114的光学器件有关的示例性方面，这些方面包括根据一个示例性实施例识别针垫形(pin cushion)或桶形(barrel)失真。在一个实施例中，在为各个成像装置114执行完与聚焦测试有关的上述操作且聚焦测试结果可接受时，可以执行与分析光学器件有关的操作。
在一个实施例中，可以利用图23中发光的发光装置155的图案和图24中的蒙罩150a。例如，可以将发光装置155设置成包括多条包含网格的行和列的直线的图案。装置155的其他图案也是可能的。图27A和图27B示出了由图像传感器响应所接收的光而获取的图像数据所确定的示例性结果，其中，图27A中的结果指明了光学器件中的针垫形失真，图27B中的结果指明了光学器件中的桶形失真(即，接收光的所示像素位置147的数目大于图23中的发光装置155的数目，其中，上述发光装置发光，以便于针垫形失真和桶形失真的图形显示)。如果不存在失真，则接收光的图像传感器的感光装置应当具有类似于网格的图案，且该图案类似于以与行和列对应的示例性直线151表示的、发出通过各个光圈160的光的发光装置155的阵列。一旦识别了接收光的图像传感器的感光装置的像素位置147(例如，使用搜索算法)，则处理电路试图确定像素位置147是否出现在某一图案内，并且，该图案与发出光束的发光装置155的图案对准，或者，在其他情况下，该图案与发光装置155的图案对应。例如，处理电路可以确定光是否是由感光装置接收的，在可接受的公差水平内，将这些感光装置配置成属于各个图案的行和列的直线151。处理电路可识别与行和列对应的一些像素位置147。如果一个或多个剩余的像素位置147偏离确定的行或列的距离超过一个阈值，则可以识别存在故障的成像装置114。在另一个实施例中，可以向用户显示像素位置147，并由用户确定成像装置114通过还是未通过测试分析。可以用其他流程来识别失真和/或确定结果是否可接受。
参考图28，其中示出了用于分析成像装置114中的针垫形失真或桶形失真的示例性流程。在一个实施例中，分析系统112和/或成像装置114的适当的处理电路可以控制或执行至少一些所示步骤。包括更多、更少或另外步骤的其他方法也是可以的。
在步骤S150处，在一个实施例中，用配置在网格内的合适的发光装置154(例如，图23)来进行发光。
在步骤S152处，成像装置114获取所接收的光的图像。在示例性实施例中，所获取的图像可能曝光不足，或者，在其他情况下，可控制成像装置114，使其在希望的曝光设置下获取图像。
在步骤S154处，处理图像数据来确定是否存在失真。处理电路可识别接收所发射的光的图像传感器的感光装置的像素位置，并试图将这些像素位置映射到网格的行和列。如果在可接受的公差范围内完成了该映射，则可指明装置已通过测试，否则，指明成像装置114存在故障。
在步骤S156处，可输出分析结果，以将其传送到用户。例如，计算机122可以显示与图27A-27B类似的图示和/或提供通过/失败的指示。
参考图29-31，其中描述了与根据一个实施例对成像装置114的曝光操作进行分析(例如，快门和/或图像传感器的曝光速度)有关的示例性方面。
参考图29，其中示出了根据所描述实施例的发光的光源154的发光装置155的实例。根据一个实施例，从已知时刻开始，在已知的时间段内发出多个光束，以测试成像装置114的快门(如果存在)和成像装置114的图像传感器的图像获取或曝光时间。在图29的实例中，示出了第一组153b和第二组153c，这些组包括了在空间上彼此分隔的多个发光装置155。第一组153b的发光装置155用作辅助分析操作的控制或参照物(reference)，并可以在分析过程中连续发光。第二组153c的发光装置155被配置成执行相关操作来测试成像装置114的快门速度操作。在所示实施例中，第二组153c的最左侧和最右侧的发光装置155可以是控制或参照物装置，并且，在分析过程中它们可以连续发光。在图29的实例中，示出了作为参照物180的用作控制装置的发光装置155。在所述实施例中，将处于第二组153c的控制装置180之间的发光装置155称为分析装置182。
为分析曝光速度操作，当分析装置182依次发光时，指示成像装置114以希望的曝光速度获取图像。在所述实施例中，每个分析装置182的发光时间均为一个公共的持续时间，且该持续时间比与选定的曝光速度(例如，对于1/125秒的曝光速度，分析装置182可采用示例性的1/1000秒的发光时间)对应的、成像装置114的曝光时间(例如，当成像装置114的快门打开时和/或图像传感器的曝光时间长度)短。在一个实施例中，分析装置182的数目指明了曝光速度，且在曝光期间，由成像装置114获取来自上述分析装置的光。
更具体地，参考图30，其中示出了正常工作的成像装置114在曝光速度设置为1/125秒时的测试结果。如图30所示，其中示出了接收光的图像传感器的多个像素位置147。在像素位置184处示出了来自控制装置180的光，而在像素位置186处示出了来自八个分析装置182的光。来自八个分析装置182的光指明，在所述示例性实施例中，曝光操作是可接收的(即，8×1/1000＝1/125)。更多或更少像素位置186处的光分别指明了曝光速度过慢或过快的情形。在其他实施例中，可改变每个分析装置182的发光持续时间来测试其他曝光速度。
参考图31，其中示出了用于分析成像装置114的快门速度的示例性流程。在一个实施例中，分析系统112和/成像装置114的合适的处理电路可以控制或执行至少一些所示步骤。包括更多，更少或另外的步骤的其他方法也是可能的。
在步骤S160处，控制适当的发光装置154来进行发光。在一个实施例中，上述发光包括控制装置180持续进行发光和分析装置182依次在希望的持续时间内发光。
在步骤S162处，成像装置114根据希望的快门速度设置获取了所接收的光的图像。在示例性实施例中，所获取的图像可能曝光不足，或者，在其他情况下，可控制成像装置114，使其在希望的曝光设置下获取图像。
在步骤S164处，处理来自成像装置114的光传感器的图像数据，以执行关于快门速度的分析操作。处理电路可以求出接收光的像素位置186的数目之和，并将该结果与各个分析装置182的发光持续时间相乘，以提供关于快门速度操作的信息。
在步骤S166处，可以输出分析结果，以便将其传送给用户。例如，计算机122可以显示类似于图30的图示，提供计算出的快门速度和/或提供通过/失败指示。
参考图32，其中描述了根据一个实施例计算各个成像装置114的增益图的示例性方面。增益图可以为各个成像装置114的图像传感器的不均匀的亮度响应提供校准/补偿。可以计算上述这些增益图并将它们存储在各个成像装置114中，并将它们应用于随后产生的图像数据，以降低由不同成像装置114的图像传感器差异和/或各个成像装置114的镜头脱落所造成的影响(如果装置114包括镜头)。在一个实施例中，分析系统112和/或成像装置114的适当的处理电路可以控制或执行至少一些所示的步骤。包括更多、更少或另外的步骤的其他方法也是可能的。
在步骤S170处，控制光源154来为分析操作发光。在一个实施例中，控制光源的足够数目的发光装置155，以便用光源154提供基本均匀的照明。在一个实施例中，发出的光基本为中性(白色)的。可以使用诸如发光组件157的漫射器来混合上述的光。
在步骤S172处，控制成像装置114，以获取所发出的光的图像。响应于所发出的光，图像传感器可以独立地对多个色彩通道(如红、绿和篮)进行测量。
在步骤S174处，访问了来自成像装置114的图像传感器的图像数据。可以为图像传感器和图像数据定义多个部分。单个这样的部分可以如单个像素位置一样小或是比其更大。例如，如果图像传感器为矩形，则可以将多个部分定义成网格，在一个实施例中，该网格包括x方向上的七个部分和y方向上的五个部分。在一个实施例中，可以将这些部分配置成大小相同，以使它们包括相同数目的像素位置。
在一个实施例中，对于各个部分，为各个色彩通道中计算了平均像素值，且对于每一部分，求出所确定的平均像素值之和。识别具有最大的上述和值的部分(例如，通常是位于图像传感器中心的那个部分)。在进行识别之后，可以为其他可用的部分识别多个校正系数，以便使上面部分的平均值等于所确定的最大值。例如，对于给定的部分n，可以用以下公式计算其给定通道(例如红色)的校正系数红色校正系数n＝红色的最大平均值/红色部分n的平均值可以以类似的方式为该部分的其他色彩通道确定校正系数。此后，可以为剩余部分的各个通道计算额外的校正系数。根据以上的示例性等式确定的校正系数是比率，它们表示了各个部分的像素的图像数据的强度之间的关系。
在步骤S176处，将所计算的校正系数作为各个成像装置114的增益图进行存储，并在随后将它们应用于由成像装置的图像传感器获取的图像数据。例如，可以将适当的校正系数与成像装置114的光传感器的各个部分获取的数据进行相乘。在一个实施例中，使用各自的成像装置114的存储电路存储增益图。
上述的示例性方法提供了一点校正(例如，在所述实施例中的均匀白色校正系数)。在其他实施例中，也可以提供其他校正(例如，用于提高精确度的三点校正)。在一个三点校正的实施例中，从光源154的发光装置155发出了不同强度(例如，完全强度、用于50％的均匀灰色的50％的强度以及用于20％的均匀灰色的20％的强度)的光。此后，针对不同的强度，可以为单个部分的单条通道确定多个校正系数。在一个实施例中，可以使用与步骤S174有关的上述的公式来确定用于完全强度的校正系数。可使用强度为50％和20％的多个不同光发射和与以上相同的公式来确定强度为50％和20％时的校正系数，但是，需要将公式的分子用固定值进行替换(例如，对于各个像素位置处的八位输出，可以将128用于50％的均匀灰色，并将值51用于20％的均匀灰色)。
此后，根据用于各自通道的图像数据的值，可以选择各自部分的各自通道的三个校正系数中的一个系数。例如，如果由像素位置提供的八位值处于0-80的强度范围内，则可以使用20％强度的校正系数。如果该值处于81-191的强度范围内，则可以使用50％强度的校正系数。如果该值处于192-256的强度范围内，则可以使用均匀白色校正系数。在识别各自的校正系数后，可以使用各自的校正系数来修改上述像素位置的图像数据。在其他的实施例中，可以计算并使用更多或更少的校正系数。
至少一个实施例的示例性方面允许用上述分析系统对成像装置执行许多种不同的分析操作(例如，测量、校准、调整和/或升级成像装置)。一些实施例的优点包括以更低的成本在更短的时间内提供分析操作，而这便于它们在诸如制造环境的大批量场合中的应用。在一个实施例中，由于来自用户的输入为最少或不需用户输入，因而实现了分析操作的自动化。因此，新手也可以与所公开的系统和装置进行交互，以对他们的成像装置进行分析。使用此处所述的设备和方法，可以对经过分析的成像装置进行调整，以得到改进的图像质量和/或其他特征。由于成像装置的传感器可能随时间改变其特性，而这会造成图像质量的下降，因而可以在生产成像装置时和在成像装置出售后执行所述的示例性分析方法。
所寻求的保护并不限于仅作为实例给出的公开的实施例，相反，它仅由所附的权利要求进行限定。
权利要求
1.一种成像装置分析系统100，包括光源154，配置成输出用于分析成像装置114的至少一个成像部件的光116，其中，所述成像装置114配置成响应所接收的光116而产生图像；和与所述光源154耦合的处理电路，配置成控制所述光源154以光学方式将所述光116传送到所述成像装置114，其中，所述处理电路还配置成访问图像数据，所述图像数据由所述成像装置114响应它对来自所述光源154的光116的接收而产生，并处理所述图像数据以分析至少一个成像部件的运行状况。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述光源154配置成输出所述光116，所述光116包括在测试所述至少一个成像部件时使用的红外光116，并且所述至少一个成像部件包括配置成过滤红外光116的红外光截止滤光器。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述光源154配置成发出第一波长的光116，以锁定所述成像装置114的镜头的焦点，并且在所述镜头的焦点被锁定时，发出第二波长的光116，其中所述处理电路配置成利用响应第二波长的光116的接收而产生的图像数据来确定包括所述至少一个成像部件的失真的运行状况，所述至少一个成像部件包括镜头。
4.如权利要求1、2或3所述的系统，其中所述光源154配置成输出所述光116，所述光116包括位于不同空间位置的多个光束，其中所述处理电路配置成处理在与所述不同的空间位置对应的所述成像装置114的图像传感器的多个像素位置147处产生的图像数据，来确定包括所述至少一个成像部件的失真的运行状况，所述至少一个成像部件包括所述成像装置114的镜头。
5.如权利要求1、2、3或4所述的系统，其中所述光源154配置成输出包括多个光束的所述光116，其中每个所述光束在比所述成像装置114的曝光时间短的持续时间内进行输出，并且所述处理电路配置成处理所述图像数据，来确定包括所述至少一个成像部件的快门速度的运行状况，所述至少一个成像部件包括所述成像装置114的快门。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的系统，其中所述处理电路配置成确定包括图像传感器的所述至少一个成像部件的运行状况，并确定至少一个校正系数，所述至少一个校正系数用于修改使用所述图像传感器产生的图像数据。
7.一种成像装置分析方法，包括输出多个光束，将所述光束传送到成像装置114，所述成像装置114配置成响应所接收的光116而产生图像；访问由所述成像装置114响应传送到该装置的所述光束而产生的图像数据；处理所述图像数据；和响应所述处理，提供关于所述成像装置114的光学器件的失真的信息。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述输出包括以一种图案输出多个光束，并且所述处理包括识别接收所述光束的所述成像装置114的多个像素位置147，并将所述像素位置147与所述图案进行比较。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述图案提供了以多条直线151排列的光束，并且所述处理包括识别接收所述光束的所述成像装置114的多个像素位置147，并分析所述像素位置147与所述直线151的对准情况。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述图案包括以多条直线151排列的光束，并且所述多条直线包括网格的行和列。
全文摘要
本公开说明了成像装置分析系统100和成像装置分析方法。根据一个实施例，成像装置分析系统100包括光源154，和与光源154耦合的、且配置成控制光源154以光学方式将光116传送到成像装置114的处理电路，其中，光源154配置成为分析成像装置114的至少一个成像部件而输出光116，而成像装置114配置成响应接收的光116产生图像，且上述处理电路进一步配置成通过成像装置114访问成像装置114产生的图像数据和处理图像数据114来分析至少一个成像部件的运行状况，而上述图像数据是成像装置114响应对来自光源154的光116的接收而产生的。
文档编号H04N17/00GK1856121SQ200610079370
公开日2006年11月1日 申请日期2006年2月8日 优先权日2005年2月8日
发明者T·L·科勒, S·D·施特克尔, J·M·迪卡洛, L·格曼, G·J·迪斯波托, E·蒙特戈梅里, C·L·米勒 申请人:惠普开发有限公司