成像设备中依赖于条件的锐化的制作方法

专利名称：成像设备中依赖于条件的锐化的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及数字成像设备，并且尤其涉及减少图像中由大气 条件所导致的散焦模糊。
背景技术：
对成像设备中的光学部件起作用的温度和湿度波动会导致光学部 件的光学特性发生变化，从而对成像设备的性能产生不利的影响。例如 温度和湿度的变化会导致光学部件改变折射率、改变形状以及在其支架 内移动。这些表现在包括塑料光学部件的成像设备中尤其普遍。比如那些在廉价的照相机中找到的塑料光学部件经常具有这样的折射率所述 折射率相比于玻璃光学部件的折射率随大气条件的作用而更大程度地 变化。结果，塑料光学部件可能不能在像玻璃光学部件那样的大的温度 和湿度范围内保持焦点。已做出尝试来校正在各种成像设备中由大气条件所导致的散焦模 糊。由大气条件引起的焦点变化可以通过例如适当的光机设计在某种程 度上补偿。光机设计已在一些容易获得的参考资料中被描述，所述参考 ;斧泮牛，'J长口 A. Ahmad (纟扁者)的Z/a"(iZ)ooA: o/Optomec/zam'ca/ E""gz'ween'wg (光机工程手册)，CRC， 1996。在这样的设计中，以抵消与大气条件 的变化相关联的任何焦点变化的方式来选择响应大气条件的材料和安 装方案。通常这要求选择具有小的热膨胀系数的材料。遗憾的是，由于 这些选择的限制，解决方案常常物理上很大并且不适合于诸如小照相机 之类的尺寸受限制的系统。此外，由于高成本的原因，光机解决方案在 廉价的成像设备中不可行。因此，需要一种可操作用来减少利用表现出由大气条件所导致的散 焦的成像设备所捕获的图像中的模糊的方法和装置。发明内容的散焦的成像设备所捕获的图像中的模糊的方法和装置来解决上述需要。根据本发明的一个方面，通过确定用于图像的一个或多个大气变量 的值来减少由成像设备所生成的图像中的模糊，所述一个或多个大气变 量表征生成所述图像的条件。通过这些值，来确定用于所述图像的锐化 滤波器。锐化滤波器是从处于由所确定的用于所述图像的 一 个或多个大气变量的值所表征的条件下的成像设备的调制传递函数(MTF)而得出 的。随后将所述锐化滤波器应用于所述图像。根据本发明的上面所提到的实施例中的 一个实施例，数字照相机遭 受由大气条件所导致的散焦模糊。所述数字照相机包括温度和湿度传感 器、滤波器存储器(filter memory)和图像处理器。数字照相机的制造 者给滤波器存储器装以对于不同的温度和湿度条件的若干锐化滤波器。 这些锐化滤波器是从制造者在一定的温度和湿度条件范围内所执行的 MTF测量而得出的。当用户拍摄图像时，通过数字照相机中的温度和湿 度传感器为该图像测量温度和湿度。从滤波器存储器中检索对应于这些 温度和湿度测量结果的锐化滤波器。图像处理器将该锐化滤波器应用于 所述图像，从而减少了图像中的模糊。通过结合附图来阅读下面的详细描述，本发明的这些以及其它特征 和优点将变得显而易见。


图1示出了可以将本发明各方面实施于其中的说明性数字成像系统 的框图；图2示出了根据本发明各方面的数字照相机的框图； 图3示出了用于图2的数字照相机中的图像锐化的说明性过程的流 程图；图4A示出了图2的数字照相^L的标称(nomial) MTF曲线； 图4B示出了图2的数字照相机在特定温度和湿度条件下的照相机 MTF曲线；图4C示出了对于图4B的特定温度和湿度条件的图2的数字照相机 的滤波器MTF曲线；以及图5示出了对应于图4C的滤波器MTF曲线的巻积核。
具体实施方式
将参考说明性实施例来描述本发明。可以期望的是，可以对这些实 施例进行许多修改并且其结果仍在本发明的范围之内。并不想要或不应 当推断出关于在此所述的特定实施例的限制。图1示出了可以将本发明的各方面实施于其中的说明性数字成像系统100的框图。该特定的数字成像系统包括数字照相机110和计算机 120。然而，可以设想一些其它配置并且它们落在本发明范围之内。成 像系统不仅包括数字照相机，例如还可以包括胶片照相机，其具有可操 作用来将显影在胶片上的图像转换成数字数据的光学扫描仪。可替换 地，成像系统可以包括摄像机而不是静物照相机。数字照相机可以与诸 如移动电话、个人数字助理(PDA)或无线电子邮件设备之类的另外的 设备相结合。图2示出了数字照相机110的更多细节。镜头210将来自被摄体 (subject)(未示出)的图像光经过光圈/快门控制器212以及防混叠滤 波器(anti-aliasing filter) 214引导到图像传感器216上，该图像传感器 216优选为电荷耦合器件(CCD)传感器或互补型金属氧化物半导体 (CMOS )成像器。图像传感器生成图像信号，该图像信号在被模数(A/D ) 转换器220转换成图像信号之前被模拟视频处理器218处理。数字化的 图像信号被暂时存储在帧存储器222中，然后被图像处理器224处理并 压缩。温度和湿度传感器226和滤波器存储器228耦合到图像处理器， 以使下面更详细地描述的依赖于温度和湿度的图像处理更容易。 一旦被 处理并被压缩，那么被压缩的图像信号就被存储在数据存储器230中， 或者如果存储卡232存在于存储卡槽234中，那么将被压缩的图像信号 通过存储卡接口 236传送到存储卡。照相机微处理器238接收例如来自快门释放开关的用户输入240, 并且通过触发闪光灯装置242 (如果需要)以及发信号给定时发生器244 来开始捕获序列。如图2所示，定时发生器通常被连接到数字照相机的 各元件，以控制图像信号的温度/湿度测量、数字转换、压缩以及存储。 微处理器还处理来自光电二极管(PD) 246的信号，以确定适当的曝光， 并且相应地发信号给曝光驱动器248以设置光圏和快门速度。从定时发 生器经由传感器驱动器250来驱动图像传感器216,以产生图像信号。一旦被存储在照相机数据存储器230或存储卡232中，可以经由主计算机接口 238,或者可替换地，通过从数字照相机移除存储卡并且使送给计算机120。计算机将优选地包括可操作用来存储、发送、打印以 及进一步修改图像的软件。该计算机可以是通用计算机，举例来说，诸 如来自通常被称为"IBM PC可兼容"系列计算机的个人计算机。可替 换地，该计算机可以是特定用途的计算设备。为了达到说明本发明各方面的目的，假设数字照相机110的光学部 件遭受由大气条件所导致的散焦模糊。更具体地，假设两个大气变量(即 温度和湿度)的变化使数字照相机的光学部件改变了焦点。然而，应当 理解，归因于其它大气条件的散焦模糊可以使用相似的技术来减少。图3示出了使用上述的数字照相机110的部件来校正该散焦模糊的 说明性过程的流程图。说明性过程中的步骤310包括向滤波器存储器 228提供图像锐化滤波器。该提供继而包括一些子步骤，这些子步骤优 选地由照相机制造者来执行。在第一子步骤中，使用受控的测试环境在 数字照相机期望运行的温度和湿度条件范围内来确定数字照相机的 MTF。MTF可以被表示成图，该图在水平轴上的空间频率(周期/采样点) 的范围内示出了在垂直轴上的相对于物体对比度的图像对比度(调制)。 例如图4A的曲线示出了对于特定的温度和湿度条件(即25。C、 50%相 对湿度(RH))的数字照相机110的MTF。水平轴上的高空间频率对应 于物体中的小细节。如果有可能产生物体的传真图像(facsimile image),那么在所有频率处图像的对比度应该与物体的对比度相同， 并且MTF应该由调制级为1. O处的水平直线来描述。然而，在图4A中， 所示出的在特定温度和湿度条件下的调制随着空间频率的增加而下降。可以利用一些常规的技术来表征在不同温度和湿度条件下的数字 照相机110的MTF,并且本领域技术人员熟悉这些技术。例如，数字照 相机可以被用来对根据国际标准组织(ISO) 12233配置的测试卡成像。 这种类型的测试卡包括大量具有不同空间频率以及倾斜边缘(slant edge)特征的不同的线图案，这些线图案使得MTF容易被计算。作为另 一个例子，数字照相才几的MTF可以通过对光的窄线成^象来确定，光的窄 线典型地通过照射狭缝来形成。也可以使用这些技术和其它技术的结 合。一旦在预期的温度和湿度条件范围内确定了数字照相机110的 MTF,就可以确定对于这些相同大气条件的锐化滤波器。术语"锐化滤 波器"应当被广义地解释，并且意在包括滤波器数据集合而不是有形的 光学设备。锐化滤波器被优选地设计成具有下面这样的MTF ("滤波器 MTF"):所述MTF仅是特定温度和湿度条件下的数字照相机的MTF("照 相机MTF")与在制造者所认为的标称温度和湿度条件下的数字照相机 的MTF("标称MTF")之间在逐点基础上的比值。例如，如果标称MTF 如图4A所示，并且照相机MTF如图4B所示，那么滤波器MTF应该呈现 成如图4C所示。因此，锐化滤波器应用于利用特定照相机MTF而生成 的图像将会锐化该图像的MTF,从而使得该图像获得与数字照相机的标 称MTF曲线相似的MTF曲线。换句话说，在如图4A至图4C所示的特定 例子中，锐化滤波器会多少补偿中间空间频率处的较低的照相机MTF 。通过这种方式，锐化滤波器可以;故确定成数字照相机110的温度和 湿度的函数。 一旦被导出，这些锐化滤波器优选地被存储在数字照相机 的滤波器存储器228中。例如它们可以被存储成对于每个温度和湿度条 件的个别的锐化滤波器，或者由将期望的锐化滤波器描述成湿度和温度 的函数的一个或多个数学关系来表示。物理上，滤波器存储器例如可以 包括常规的可编程只读存储器(PR0M)、可擦除可编程只读存储器 (EPR0M)或电可擦除可编程只读存储器(EEPR0M)。它可以是还用于别 的目的的更大的照相机存储器的一部分。再次返回到图3,步骤320包括用户开始用数字照相机110生成图 像。在生成图像时，定时发生器244发信号给温度和湿度传感器226, 以确定对于步骤330中的该特定图像所出现的大气条件。数字温度传感器(例如数字温度计)和数字湿度传感器(例如数字 湿度计)被用在广泛范围的电子应用中，并且因此它们是本领域技术人 员所熟知的。数字温度计例如可以包括热阻器、热电偶或电阻温度检测 器。与此相对照，数字湿度计可以包括用以改变传感器中的电容或电阻 的吸湿性聚合物膜。一旦为图像确定了温度和湿度，在步骤340中该信息就被发送到滤 波器存储器，并且检索对于该大气条件的适当的锐化滤波器(例如对于 最接近刚刚测量的温度和湿度条件的锐化滤波器)。然后所检索到的锐 化滤波器被发送到图像处理器224。在步骤350中，图像处理器将锐化滤波器应用于该图像。可以在频域中或在空间域中执行将锐化滤波器应用于图像。在频域中执行滤波可以包括例如用图像的傅里叶变换乘以滤波器MTF。与此相 对照，在空间域中应用锐化滤波器典型地需要将滤波器MTF转换成巻积 核。这样的转换是按照常规的方法来执行的，并且因此被本领域技术人 员所熟知。此外，在许多容易得到的参考文献中都描述了这样的转换， 例如 A. Oppenheim等的 "/《/7s/ i7g/7a/尸/^ce5^/'/ 《(数字寸言号处 理)，Prentice-Hall, 1975,其被结合于此作为参考。例如，图5以逗 号分隔的格式示出了对应于图4C所示的滤波器MTF的7x7巻积核。通 常更优选在空间域中将锐化滤波器应用于图像，而不是在频域中应用该 滤波器，因为这样做往往需要较少的计算资源。但是，这两者中的任一 种方法都会产生相似的结果，并且落在本发明的范围内。在应用了锐化滤波器之后，如结果360所指示的，已对于生成图像 时所存在的大气条件而对该图像进行了校正。在压缩图像之后，如上所 述，图像可以被存储在数据存储器230或存储卡232中。然后，数字照 相机110准备生成另一图像。应当再次强调的是，尽管已在此处参考

了本发明的说明性 实施例，但本发明不限于那些明确的实施例。例如，根据本发明各方面 的方法或装置可以校正除了温度和湿度之外或不同于温度和湿度的大 气变量，例如压力(因此需要数字照相机装配有数字气压计)，所导致 的散焦模糊。此外，尽管上述成像系统100中的锐化滤波器均被存储在 数字照相机110中，并且又被应用于该数字照相机中的图像，但是作为 代替，它们可以被存储在计算机120中，并且在图像被从数字照相机转 移之后作为计算机的图像修改功能的 一 部分应用于计算机中的所述图 像。在这种情况下，数字照相机将优选地利用生成图像时所出现的大气 条件(例如温度和湿度)来对每个图像进行编码。用于数字照相机的锐 化滤波器可以在购买数字照相机时连同数字照相机一起提供的计算机 可读介质(例如磁盘、光盘或数字化通用磁盘)上或者可替换地在购买 之后通过因特网来提供给终端用户以供计算机使用。本领域技术人员将 会认识到可以做出这些和各种其他变化和修改而不偏离所附权利要求 的范围。100数字成像系统iio数字照相机120计算机 210镜头212光圈/快门控制器214防混叠滤波器216图像传感器218模拟视频处理器220模数转换器222帧存储器224图像处理器226温度和湿度传感器228滤波器存储器230数据存储器2 32存储卡2 34存储卡槽236存储卡接口238照相机孩t处理器240用户输入242闪光灯装置244定时发生器246光电二极管248曝光驱动器250传感器驱动器310—360处理步骤
权利要求
1.一种用于减少由成像设备生成的图像中的散焦模糊的方法，该方法包括确定用于所述图像的一个或多个大气变量的值，所述一个或多个大气变量表征生成所述图像的条件；确定用于所述图像的锐化滤波器，所述锐化滤波器是从处于由所确定的用于所述图像的一个或多个大气变量的值所表征的条件下的所述成像设备的调制传递函数而得出的；以及将所述锐化滤波器应用于所述图像。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个大气变量中的一 个包括温度。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个大气变量中的一 个包括湿度。
4. 如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个大气变量中的一 个包括压力。
5. 如权利要求1所述的方法，其中用于所述图像的所述锐化滤波器 包括调制传递函数，其基本上等于处于由所确定的用于所述图像的一 个或多个大气变量的值所表征的条件下的所述成像设备的调制传递函 数与处于由 一个或多个大气变量的不同值所表征的条件下的所述成像 设备的调制传递函数之间的逐点的比值。
6. 如权利要求1所述的方法，其中确定用于所述图像的锐化滤波器 的步骤包括从存储器检索表征锐化滤波器的信息。
7. 如权利要求l所述的方法，其中将所述锐化滤波器应用于所述 图像的步骤包括在频域中将所述锐化滤波器应用于所述图像。
8. 如权利要求1所述的方法，其中将所述锐化滤波器应用于所述图 像的步骤包括在空间域中将所述锐化滤波器应用于所述图像。
9. 如权利要求1所述的方法，其中将所述锐化滤波器应用于所述图 像的步骤包括将巻积核应用于所述图像。
10. 如权利要求1所述的方法，还包括对于由所述一个或多个大气变量所表征的各个条件来确定所述成像设备的调制传递函数的步骤。
11. 如权利要求10所述的方法，其中确定所述成像设备的调制传递 函数的步骤由所述成像设备的制造者来执行。
12. —种成像设备，对于由一个或多个大气变量所表征的各个条件 确定了所述成像设备的调制传递函数，该成像设备可操作用来生成图像 并且该成4象设备包括传感器，所述传感器可操作用来确定用于所述图像的 一个或多个大 气变量的值，所述一个或多个大气变量表征生成所述图像的条件；存储滤波器表的存储器，所述滤波器表可操作用来返回用于所述图 像的锐化滤波器，所述锐化滤波器是从处于由所确定的用于所述图像的 一个或多个大气变量的值所表征的条件下的所述成像设备的调制传递 函数而得出的；以及处理器，所述处理器可操作用来将所述锐化滤波器应用于所述图像。
13. 如权利要求12所述的成像设备，其中所述传感器包括数字温度 计、数字湿度计以及数字气压计中的至少一个。
14. 如权利要求12所述的成像设备，其中所述滤波器表被实施在可 编程只读存储器、可擦除可编程只读存储器或电可擦除可编程只读存储 器中。
15. —种成像系统，该成像系统可操作用来生成图像并且该成像系 统包括成像设备，已经对于由一个或多个大气变量所表征的各个条件确定 了所述成像设备的调制传递函数，所述成像设备包括传感器，所述传感 器可操作用来确定用于所述图像的所述一个或多个大气变量的值，所述 一个或多个大气变量表征生成所述图像的条件；以及计算设备，所述计算设备包括存储滤波器表的存储器，所述滤波 器表可操作用来返回用于所述图像的锐化滤波器，所述锐化滤波器是从 处于由所确定的用于所述图像的一个或多个大气变量的值所表征的条 件下的所述成像设备的调制传递函数而得出的；以及处理器，所述处理 器可操作用来将所述锐化滤波器应用于所述图像。
16. 如权利要求15所述的成像系统，其中所述成像设备包括数字照 相机。
17. 如权利要求16所述的成像系统，其中所述数字照相机利用所 确定的用于所述图像的一个或多个大气变量的值来数字地对所述图像 进行编码。
18. —种用于配置成像系统的方法，用以在所述成像系统中提供用 于减少由该成像系统的成像设备所生成的图像中的模糊的能力，该方法 包括对于由一个或多个大气变量所表征的各个条件来确定所述成像设 备的调制传递函数；对于由所述一个或多个大气变量所表征的各个条件来确定所述成 像设备的锐化滤波器，所述锐化滤波器是从所确定的调制传递函数得出 的；以及将所述锐化滤波器存储在存储器中。
19. 如权利要求18所述的方法，其中所述存储器被实施在所述成像 设备中。
20. 如权利要求18所述的方法，其中所述存储器被实施在与所述成 像设备分离的计算设备中。
全文摘要
通过确定用于图像的一个或多个大气变量的值来减少由成像设备生成的所述图像中的模糊，所述一个或多个大气变量表征所述图像生成的条件。利用这些值来确定用于所述图像的锐化滤波器。所述锐化滤波器是从处于由所确定的用于所述图像的一个或多个大气变量的值所表征的条件下的成像设备的调制传递函数而得出的。随后将所述锐化滤波器应用于所述图像。
文档编号G06T5/00GK101606178SQ200780048317
公开日2009年12月16日 申请日期2007年11月20日 优先权日2006年12月28日
发明者S·C·凯利, S·C·卡哈尔 申请人:伊斯曼柯达公司