专利名称：用于图像的差分测量的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于图像的差分测量和用于检测图像数据的方法和装置。本发明特别地涉及基于小波过采样的小波图像测量。
背景技术：
现在，数字图像传感器在几乎每个技术领域中都发现其使用。图像传感器的应用可以从高带宽激光通信到显微成像变化。大多数商用图像传感器被制造为电荷耦合器件 (CCD)或使用CMOS传感器阵列。小波变换是许多信号图像处理应用中的已知工具。小波图像测量方案允许对时间和频率两者进行局部化并提供图像的多分辨率表示。常规的基于软件的小波变换要求广泛的计算资源以用于实时实现。数字信号处理器DSP的使用要求相当大的面积和功率资源。 采用小波图像测量方案的大多数图像传感器是基于Haar小波变换，因为Haar小波变换仅要求适合于硬件实现的移位和加法运算。此固定电路设计由于预定水平的小波分解而仅具有有限的可缩放性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于图像的差分测量的方法和装置，其即使在实现了较高的小波变换时也允许简单的硬件实现。由包括权利要求1的特征的方法来实现此目的。本发明提供了一种用于图像的差分测量的方法， 所述方法包括以下步骤
由具有(NXN)个传感器元件的图像传感器阵列来检测所述图像，其中，N = 2n,n ^ 2， 并且η是整数；
根据由图案控制单元提供的至少一个符号控制图案，读取每个所检测的采样值作为正的或负的采样值，以及
由计算单元生成用于所述图像传感器阵列的测量模板块的测量值，所述计算单元根据预定测量模板针对每个测量模板块来计算各测量模板传感器元件的所读取的采样值的加权和。在可能的实施例中，为所述图像传感器阵列的至少四个相邻传感器元件提供所述测量模板中的每个测量模板块。根据本发明的方法执行独立于照明条件的相邻像素或传感器元件的差分测量。根据本发明的测量方法真实地捕捉目标的各种特征之间的比。差值通常比原始像素值小得多，因此在量化之后要求较少的位。可以容易地将根据本发明的图像测量方法的结果变换成二进(dyadic) Haar小波系数以用于进一步的处理。根据本发明的方法允许在采用过采样的情况下用简单的差分测量来确定高阶小波(例如紧支集小波(daiAachies) 4)。在根据本发明的方法的可能实施例中，所生成的测量值被变换成所述图像的小波系数。在根据本发明的方法的可能实施例中，由所述图案控制单元向所述图像传感器阵列提供三个符号控制图案。在可能的实施例中，第一符号控制图案以交替方式将由所述图像传感器阵列针对所述图像传感器阵列的每列所检测的采样值的符号设置为正负号和负符号。在可能的实施例中，第二符号控制图案以交替方式将由所述图像传感器阵列针对所述图像传感器阵列的每行所检测的采样值的符号设置为正负号和负符号。在可能的实施例中，由棋盘状图案来形成第三符号控制图案，其以交替方式将由所述图像传感器阵列针对所有传感器元件所检测的采样值的所有符号设置为正负号和负符号。在可能的实施例中，连续地向所述图像传感器阵列提供三个符号控制图案。在根据本发明的方法的替换实施例中，并行地向所述图像传感器阵列提供三个符号控制图案。在根据本发明的方法的可能实施例中，由模数转换器ADC对所生成的测量值进行量化。在根据本发明的方法的可能实施例中，由执行图像压缩、图像降噪、图像重构或图像变焦(zooming)的处理单元来处理所述图像的已变换小波系数。本发明还提供一种包括权利要求7的特征的用于图像的差分测量的装置。本发明提供一种用于图像的差分测量的装置，包括
图像传感器阵列，其具有用于检测所述图像的(NXN)个传感器元件， 其中，N = 2η，η彡2，并且η是整数，
其中，根据由图案控制单元提供的至少一个符号控制图案来读取每个检测的采样值作为正的或负的采样值，以及
计算单元，其通过根据预定测量模板块针对每个测量模板块来计算各测量模板传感器元件的所读取的采样值的加权和来生成用于所述图像传感器阵列的测量模板块的测量值。在可能的实施例中，为所述图像传感器阵列的至少四个相邻传感器元件提供所述测量模板的每个测量模板块。在根据本发明的装置的实施例中，提供了将所生成的测量值变换成所述图像的小波系数的变换单元。在根据本发明的装置的可能实施例中，所述三个不同的符号控制图案被存储在图案存储器中并由所述图案控制单元并行地或连续地提供给所述图像传感器阵列。在根据本发明的装置的可能实施例中，所述三个符号控制图案包括
第一符号控制图案，其以交替方式将由所述图像传感器阵列针对所述图像传感器阵列的每列所检测的采样值的符号设置为正符号和负符号，
第二符号控制图案，其以交替方式将由所述图像传感器阵列针对所述图像传感器阵列的每行所检测的采样值的符号设置为正符号和负符号，以及
由棋盘状图案形成的第三符号控制图案，其以交替方式将由所述图像传感器阵列针对所述图像传感器阵列的每列和每行所检测的采样值的符号设置为正符号和负符号。在根据本发明的装置的可能实施例中，计算单元包括用于每个测量模板块的测量元件，
所述测量元件包括用于各测量模板块的采样值的至少四个采样和保持电路，以及累积电路，其用于将由所述采样和保持电路提供的加权采样值相加。在根据本发明的装置的可能实施例中，所述图像传感器阵列的每个传感器元件包括用于将电磁波转换成电流的至少一个光电二极管，所述电流被存储在具有与施加于所述光电二极管的电磁波的强度相对应的采用电压(sample voltage)的电容器中。在根据本发明的装置的可能实施例中，所述图像传感器阵列由CMOS传感器阵列形成。在根据本发明的装置的另一实施例中，由CCD (电荷耦合器件)传感器阵列来形成图像传感器阵列。
本发明还提供了包括用于图像的差分测量的装置的照相机，包括
(a)图像传感器阵列，其具有用于检测所述图像的(NXN)个传感器元件，其中，N=2n， η彡2，并且η是整数；
(b)其中，根据由图案控制单元提供的至少一个符号控制图案来读取每个所检测的采样值作为正的或负的采样值；以及
(c)计算单元，其通过根据预定测量模板针对每个测量模板块来计算各测量模板传感器元件的所读取的采样值的加权和来生成用于所述图像传感器阵列的测量模板块的测量值。在实施例中，根据本发明的照相机还包括用于处理图像的小波系数的处理单元。
下面，关于附图来更详细地描述用于图像的差分测量的方法和装置的实施例。图1示出根据本发明的用于图像的差分测量的方法的可能实施例的简单流程图； 图2示出举例说明根据本发明的方法的装置的功能的二维空间中的小波变换的图； 图3示出可能实施例中的由本发明所采用的二维传感器阵列的测量方案；
图4示出用于举例说明根据本发明的用于差分测量的方法和装置的功能的图； 图5示出根据本发明的用于图像的差分测量的装置的可能实施例的方框图； 图6示出根据本发明的可能实施例的用于图像的差分测量的装置所采用的采样和保持电路及符号控制；
图7示出根据本发明的可能实施例的用于图像的差分测量的装置所采用的测量元件的实现；
图8示出使用三个符号图案控制和测量模板的16X 16传感器阵列的基于2D过采样的测量的示例。
具体实施例方式如在图1中可以看到的，根据本发明的用于图像的差分测量的方法在可能的实施例中包括三个步骤Si、S2、S3。在第一步骤Sl中，由具有(NXN)个传感器元件的图像传感器阵列来检测图像。此图像传感器阵列可以包括N = 2n个传感器元件，其中，η是整数且η彡2。
在另一步骤S2中，根据由图案控制单元提供的至少一个符号控制图案SCP来读取每个所检测的采样值作为正的或负的采样值。在可能的实施例中，诸如下文参考图5所示的硬件实现所述，向图像传感器阵列提供三个符号控制图案SCP1、SCP2、SCP3。在另一步骤S3中，由计算单元针对所述图像传感器阵列的测量模板块MTB来生成测量值，所述计算单元根据预定测量模板MT针对每个测量模板块MTB来计算各测量模板传感器元件的所读取的采样值的加权和。在可能实施例中，为所述图像传感器阵列的至少四个相邻传感器元件提供所述测量模板MT的每个测量模板块MTB。在另一步骤中(图1中未示出)，所生成的测量值随后被变换成图像的小波系数，并且可以被进行进一步处理。在优选实施例中，在读取图像传感器阵列的所检测的采样值时， 由图案控制单元提供三个符号控制图案SCP。第一符号控制图案SPC1以交替方式将由图像传感器阵列针对所述图像传感器阵列的每列所检测的采样值的符号设置为正符号和负符号。第二符号控制图案SPC2以交替方式将由图像传感器阵列针对所述图像传感器阵列的每行所检测的采样值的符号设置为正符号和负符号。由棋盘状图案形成第三符号控制图案SPC3，其以交替方式将由所述图像传感器阵列针对所有传感器元件所检测的采样值的所有符号设置为正符号和负符号。图3、4示出三个不同的符号控制图案SCP，即第一符号控制图案SCP1、第二符号控制图案SCP2和第三棋盘状符号控制图案SCP3。在可能实施例中，可以如图4所示在时间上连续地或并行地向图像传感器阵列提供三个符号控制图案SCP作为图案控制单元。在另一步骤中，由模拟数字转换器对在图1的步骤S3中生成的已生成测量值进行量化以用于进一步的处理。可以将这些测量值变换成图像的小波系数。在可能实施例中， 随后由执行例如图像压缩、图像降噪、图像重构或图像变焦的处理单元来处理所述图像的已变换小波系数。由硬接线装置实时地执行如图1所示的用于图像的差分测量的方法。所生成的测量值可以被变换成用于进一步处理的图像的小波系数。Haar小波变换是最简单的小波变换，因为其低通子频带是平均值且高通子频带是数据采样的差。Haar小波函数被定义为阶跃函数
由于基本小波的缩放(scaling)和膨胀(dilation)能够生成基本Haar函数，所以可以借助于以下公式来生成任何Haar函数因此，可以将Haar变换表示为缩放函数和多个Haar小波ψ] t的组合。
权利要求
1.一种用于图像的差分测量的方法，所述方法包括(a)由具有(NXN)个传感器元件的图像传感器阵列(2)来检测(Si)所述图像，其中，N = 2n，n彡2，并且η是整数；(b)根据由图案控制单元(3)提供的至少一个符号控制图案(SCP)，读取(S2)每个所检测的采样值读取作为正的或负的采样值；以及(c)由计算单元(4)生成(S3)用于所述图像传感器阵列的测量模板块(MTB)的测量值 (Mu)，所述计算单元(4)根据预定测量模板(MTB)针对每个测量模板块(MTB)来计算各测量模板传感器元件的所读取的采样值的加权和。
2.权利要求1的方法，其中，为所述图像传感器阵列的至少四个相邻传感器元件提供所述测量模板(MT)的每个测量模板块，并且将所生成的测量值(Mij)变换成所述图像的小波系数。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，由所述图案控制单元(3)向所述图像传感器阵列(2)提供三个符号控制图案 (SCP)；其中，第一符号控制图案(SCP1)以交替方式将由所述图像传感器阵列(2)针对所述图像传感器阵列(2)的每列所检测的采样值的符号设置为正符号和负符号；其中，第二符号控制图案(SCP2)以交替方式将由所述图像传感器阵列(2)针对所述图像传感器阵列(2)的每行所检测的采样值的符号设置为正负号和负符号；其中，由棋盘状图案来形成第三符号控制图案(SCP3),其以交替方式将由所述图像传感器阵列(2)针对所有传感器元件所检测的采样值的所有符号设置为正负号和负符号。
4.根据权利要求3的方法，其中，所述三个符号控制图案(SCP)被连续地或并行地提供给所述图像传感器阵列(2)。
5.根据权利要求1-4的方法，其中，由模数转换器(6)对所生成的测量值(Mij)进行量化。
6.根据权利要求2-5的方法，其中，由执行图像压缩、图像降噪、图像重构或图像变焦的处理单元来处理所述图像的已变换小波系数。
7.一种用于图像的差分测量的装置(1)，包括(a)图像传感器阵列(2)，其具有用于检测所述图像的(NXN)个传感器元件，其中，N= 2η，η彡2，并且η是整数；(b)其中，根据由图案控制单元(3)提供的至少一个符号控制图案(SCP)来读取每个所检测的采样值作为正的或负的采样值；以及(c)计算单元(4)，其通过根据预定测量模板(MT)针对每个测量模板块(MTB)来计算各测量模板传感器元件的所读取的采样值的加权和来生成用于所述图像传感器阵列(2)的测量模板块(MTB)的测量值(Mu)。
8.根据权利要求2的装置，其中，为所述图像传感器阵列(2)的至少四个相邻传感器元件提供所述测量模板(MT) 的每个测量模板块(MTB)。
9.根据权利要求7或8的装置，其中，提供了变换单元，其将所生成的测量值(Mij)变换成所述图像的小波系数。
10.根据权利要求7-9的装置，其中，三个不同的符号控制图案(SCP)被存储在图案存储器(5)中并由所述图案控制单元(3)并行地或连续地提供给所述图像传感器阵列(2)。
11.根据权利要求10的装置，其中，符号控制图案(SCP)包括-第一符号控制图案(SCP1),其以交替方式将由所述图像传感器阵列(2)针对所述图像传感器阵列(2)的每列所检测的采样值的符号设置为正符号和负符号；-第二符号控制图案(SCP2),其以交替方式将由所述图像传感器阵列(2)针对所述图像传感器阵列(2)的每行所检测的采样值的符号设置为正负号和负符号；以及-由棋盘状图案形成的第三符号控制图案(SCP3),其以交替方式将由所述图像传感器阵列(2)针对所述图像传感器阵列(2)的每列和每行所检测的采样值的符号设置为正负号和负符号。
12.根据权利要求7-11的装置，其中，所述计算单元(4)包括用于每个测量模板块(MTB)的测量元件， 所述测量元件包括用于各测量模板块(MTB)的采样值的至少四个采样和保持电路，以及累积电路，其用于将由所述采样和保持电路提供的加权采样值相加。
13.根据权利要求7-12的装置，其中，所述图像传感器阵列(2)的每个传感器元件包括用于将电磁波转换成电流的至少一个光电二极管(PD)，所述电流被存储在具有与施加于所述光电二极管(PD)的电磁波的强度相对应的采样电压的电容器中。
14.根据权利要求7-13的装置，其中，所述图像传感器阵列(2)是CMOS传感器阵列或CCD (电荷耦合器件)传感器阵列。
15.一种包括根据权利要求7-14的装置的照相机。
16.一种根据权利要求15所述的照相机，还包括用于处理图像的小波系数的图像处理单元。
全文摘要
用于图像的差分测量的方法和装置，所述方法包括步骤由具有(N×N)个传感器元件的图像传感器阵列(2)来检测(S1)所述图像，其中，N＝2n，n≥2，并且n是整数；根据由图案控制单元(3)提供的至少一个符号控制图案(SCP)，读取(S2)每个所检测的采样值读取作为正的或负的采样值；以及由计算单元(4)生成(S3)用于所述图像传感器阵列(2)的测量模板块(MTB)的测量值(Mij)，所述计算单元(4)根据预定测量模板(MTB)针对每个测量模板块(MTB)来计算各测量模板传感器元件的所读取的采样值的加权和。为图像传感器阵列(2)的至少四个相邻传感器元件提供所述测量模板(MT)的测量模板块(MTB)。所述方法和装置可以在任何种类的数字照相机中使用，并允许用低复杂性的硬件实现进行图像数据的快速生成。
文档编号H04N5/357GK102158659SQ20111003423
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月1日 优先权日2010年2月5日
发明者吉尔格 A., 韦弗 U., 周雅赟 申请人:西门子公司