用于抑制数字图像中的色差的方法和装置与流程

本公开涉及数字图像处理领域，并且尤其是，涉及一种用于抑制色差的方法和装置。

背景技术：

1、相机通过成像系统(例如，透镜系统)捕获到的图像将不可避免地包含失真。存在着不同类型的失真，其程度取决于若干个因素，这些因素与成像系统以及被成像的场景的特征、或者这两者的组合相关。色差可归因于如下事实，即，不同波长的光在穿过折射介质，更具体而言在穿过成像系统的透镜时，将发生不同的折射。主要存在两种类型的色差：轴向(或纵向)色差和侧向(或横向)色差。

2、轴向色差与平行于透镜的光轴而入射到该透镜上的光中的各个波长分量的焦点的轴向扩展相对应。作为规则，较短波长的焦点将比相对较长波长的焦点更靠近透镜。为了加以说明，图1示出了具有光轴108的透镜102以及绿色波长分量112的图像平面104。可以看出，蓝色分量106的焦距较短，而红色分量110的焦距较长。作为结果，红色、绿色和蓝色分量各自的锐度在它们之间将是不均匀的。在具有多个折射元件的复杂光学仪器的设计中，针对位于可见光谱的近似中心处的绿色分量112优化这些元件的选择和间隔并不少见。与轴向色差相关的伪影包括图像中的颜色区域，因为并非所有三种颜色(红色、绿色、蓝色)都可以同时聚焦成像，从而使得图像中的边缘呈现模糊的外观。

3、在侧向色差中，不同的波长分量聚焦在公共图像平面上，但相对于光轴展现出侧向扩展。侧向色差通常对于倾斜入射到透镜上的光线更为明显。因此，它不会出现在图像平面的中心处。图2图示了侧向色差的一些影响。除了图像平面104现在对于所有波长而言是公共的之外，使用与图1中相同的附图标记。可以看出，从场景中的一个点产生的不同颜色的光线将以如下方式被折射，即，不同波长的焦点在图像平面104中侧向地偏移。

4、轴向和侧向色差对不同的光学系统有不同程度的影响。通过使用高级消色差光学器件，可以显著地减去少这两种类型，然而对于许多重要的应用而言，这可能过于昂贵。在相对简单的光学系统中使用消色差光学器件是不适当的，用户可能需要接受系统提供有缺陷的原始图像，但可以应用后续图像处理来减去少缺陷或减去少它们的干扰。

5、本发明解决了一种经常被称为蓝边(blue fringing)的色差。蓝边的可见标志是在被成像的对象周围形成了蓝色、紫色或品红色的光环，这种光环在图像中暗黑区域与明亮区域相遇的边缘处尤为明显，例如，在背光对象或高对比度对象的周围。上述产生蓝边或淡蓝边的光学现象也可以产生红边或淡红边。给定的成像系统可能主要受到蓝边的影响，或者不太常见的是主要受到红边的影响。在蓝边和红边同等重要的成像系统中，色差可以被称为紫边。

6、虽然蓝边伪影已经被研究了很长时间并且通常被很好地理解了，但是意在抑制或去除蓝边的可用图像处理技术仍然有待改进。事实上，一些旨在补偿蓝边的技术趋于以在图像中引入新的伪影为代价来补偿蓝边。在最坏情况下，新的伪影可能会被后续处理步骤(例如，动态范围压缩(drc：dynamic-range compression)、色调映射(tone mapping)和锐化(sharpening))放大，这使得伪影给人类观众造成了更大的困扰。例如，drc趋于使蓝边通常所位于的较暗区域变亮，这会使观众更容易看到它们。

技术实现思路

1、本公开的一个目的在于，提供一种适用于在不引入新的视觉伪影的情况下抑制数字图像中的色差。另一个目的在于提供不易引入易被下游图像处理步骤转换为视觉伪影的图案的此类方法和装置。一个特定的目的在于，改善对数字图像中的蓝边的抑制。此外，还希望提供对这种局部操作的抑制，即，无需计算用于表征完整数字图像的全局量。最后，更进一步的目的在于，提出适合与用于对各应用进行监控的数字相机一起使用的此类方法和装置。

2、这些目的中的至少一些通过如在独立权利要求中定义的本发明来实现。从属权利要求涉及本发明的有利实施例。

3、在本发明的第一方面中，提供了一种适用于抑制具有多个颜色通道的数字图像中的色差的方法。该方法包括通过减去第一颜色通道的过冲分量来负校正第一颜色通道的步骤。这种减去操作受限于下阈值，而不是不受限制地减去过冲分量。下阈值取决于至少一个另外的颜色通道的局部值。

4、第一颜色通道可以对应于此类波长，成像系统不对这种波长最优地执行，因此其被相对更多地被暴露于成像缺陷。例如，如上面更详细解释的，第一颜色通道的焦点可能轴向地或侧向地从位于成像系统的设计光谱中相对更中心位置的波长的焦点处偏离。根据所使用的颜色系统，第一颜色通道可以是蓝色或淡蓝色色相(以解决蓝边)或者红色或淡红色色相(以解决红边)。发明人已经意识到，在第一颜色通道上执行的补偿应与数字图像的一个或多个另外的颜色通道保持平衡。这避免了过度补偿，从而避免了过多反边的形成；对于蓝边，反边是淡黄色的。实现这种平衡的一种方法是，根据另外的颜色通道形成下阈值，并使减去操作以该下阈值为条件，从某种意义上说，第一颜色通道的结果值不应小于该下阈值。

5、在一些实施例中，下阈值是第二颜色通道的局部值。第二颜色通道可以对应于成像系统的设计光谱的中心波长，例如绿色或淡绿色。

6、在其它实施例中，下阈值是第二和第三(以及任意其它的)颜色通道的局部值的组合。该组合可以是算术平均值、几何平均值或调和平均值，其中，这些平均值中的每一个都可以具有所涉及的颜色通道的均匀或非均匀加权。这可以帮助确保第一颜色通道的负校正产生视觉上可接受的结果，即使第二和第三颜色通道之间存在显著差异时也是如此。

7、在一些实施例中，下阈值具有一个像素的粒度，由此“局部值”是像素值。在其它实施例中，下阈值具有一组多个像素的粒度，例如4、9、16、25个等方形、菱形或不同形状的像素组。这减去少了形成下阈值的计算工作量。例如，可以将一个像素组的下阈值设置为位于中心的像素的值，或者可以将其设置为像素组中像素值的平均值或中值。

8、在一些实施例中，在整个数字图像中均匀地实施下阈值。也就是说，尽管下阈值仍然基于另外的颜色通道的局部值，并因此可能会随着数字图像而变化，但过冲分量的减去处处以该下阈值为条件，而无论其值是什么。可替代地，下阈值仅在数字图像的子区域中实施，并且在其它地方不受限制地减去完全的过冲分量。这种实施例中的总计算工作量可以更低。

9、在一些实施例中，过冲分量被计算为数字图像的第一颜色通道与相同颜色通道的低通过滤副本之间的差。该差可以是逐像素的差或者是具有更高粒度的差，例如，使用以上概述的像素组中的一个。该差可以进一步经历斜坡(即，可以保留其正或负部分)、线性和非线性缩放中的一种或多种。为避免疑问，本公开中的术语“过冲分量”是指数字图像或数字视频帧的静态量；它与某些高阶动力系统中的同名瞬态没有直接联系。

10、可以理解，负校正可以应用于多于一个的颜色通道。例如，根据一些实施例，可以通过对同一数字图像的蓝色和红色的颜色通道应用负校正来减去少紫边的影响。

11、还应理解，第一颜色通道的负校正可以与正校正一起执行。可以将正校正应用于数字图像中的第一颜色通道或一个不同颜色通道。正校正可以包括加上相同颜色通道主题的下冲分量。可选地，下冲分量的添加可以以上阈值为条件，该上阈值取决于与对其应用了正校正的颜色通道不同的至少一个颜色通道的局部值。

12、在一些实施例中，负校正(和任意正校正)在数字图像的任意动态范围压缩、色调映射或锐化之前执行。因为动态范围压缩、色调映射和锐化可能会趋于放大与色差相关的未被补偿的伪影，所以这种排序更为可取。

13、在本发明的第二方面中，提供了一种被配置为抑制具有多个颜色通道的数字图像中的色差的图像处理装置。该图像处理装置包括存储器和被配置为执行根据第一方面的方法的处理电路。该图像处理装置可以是数字相机(尤其是用于对相关应用场景进行监控的相机)的嵌入式组件。

14、第二方面共享第一方面的效果和优点，并且可以通过相应程度的技术变化来实施。

15、本发明进一步涉及一种包含指令的计算机程序，该指令用于使计算机或者特别是图像处理装置执行上述方法。计算机程序可以存储或分布在数据载体上。如本文中所使用的，“数据载体”可以是瞬态数据载体(例如调制的电磁波或光波)，或者是非瞬态数据载体。非瞬态数据载体包括易失性和非易失性存储器，例如磁性、光学或固态类型的永久性和非永久性存储介质。仍在“数据载体”的范围内，此类存储器可以是固定安装的或者是便携式的。

16、在本公开中，“蓝边”和指示特定颜色的类似术语应被广义地解释，即，应理解红边、品红色边等是由常见的折射相关现象产生的。还可以理解，不同颜色的伪影通常可以通过类似的技术来修复。

17、通常，除非本文种另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语均应根据其在技术领域中的普通含义来进行解释。除非另有明确说明，否则所有对“一/一个/该元件、设备、组件、手段、步骤等”的引用均应被公开地解释为指代元件、设备、组件、手段、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文所公开的任意方法的步骤都不必按所描述的确切顺序执行。