能够连接到移动电话类设备的低光拍摄设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电子领域和摄影领域。
[0002] 更具体地，本发明设及一种能够连接到移动电话或者数字平板电脑的拍摄设备。
[0003] 在后文中，术语"平板电脑"是指包括处理器和触摸屏的数字平板电脑。运样的平 板电脑的示例为苹果公司出售的iPad(注册商标)或者S星公司出售的Galaxy Tab 2(注册 商标)。
[0004] 根据本发明的设备具有与反光式或D-化R(数码单镜头反光)类相机相同的拍摄质 量，特别是在低光或极低光的环境下。根据本发明的设备体积小(它可W装入衣服口袋中W 便随时可用）且重量轻。根据本发明的设备能够通过刚性连接器而附接到移动电话或者平 板电脑，W通过用单手或双手握持根据本发明的设备与移动电话或平板电脑的组合来使用 其屏幕。本发明还具有附加的特性，例如大景深。
【背景技术】
[000引在非常低光的环境下对于曝光良好(场景反射率为18%的元素达到所拍摄的可视 图像中的动态范围的中间点）的图像的拍摄，理论上需要使用改变场景环境的闪光灯类的 附加光源，或者使用配备有高灵敏度传感器和用于捕获最大量光线的大光圈镜头的相机， 其对于装进衣服口袋来讲体积过大。
[0006] 在运两种情况下，其应允许使用足够短的曝光时间W限制图像中的运动模糊。一 般针对根据35毫米的焦距值f来限定可用的最大曝光时间T所允许的规则是T= 1/f (Xiao， F,Pincenti J . , John G.和 Johnson K.，（'Camera motion and mobile imaging''， Proceeding of Electronic Imaging(2007))。
[0007] 目前作为定焦装置的基准的35毫米的焦距值，是在28毫米至35毫米之间。可用的 最大曝光时间因此是在1/28秒至1/35秒之间。
[0008] 附加光源的使用通常不受欢迎，因为它改变了场景的低光环境且因此不能够复原 图像拍摄者的亲身体验。
[0009] 配备有非常高的灵敏度的传感器和大光圈镜头的相机通常是指具有可互换镜头 的反光相机。
[0010] 此类设备使得能够获得极高质量的图像，其具有降低的噪声(高信噪比SNR)，高水 平的清晰度和纹理(高SFR边缘值和高SFR纹理值)W及极宽的动态范围。
[001。 用于SNR计算的噪声特性可W作为对于在D.BaxterJ.Cao, H.Eliasson, J.Phillips的('I3ACPIQ spatial metrics. SPIE Conference on Electronic imaging 2012中所描述的"视觉噪声"的测量而得出。运种对噪声的评估能够同时考虑到图像中的照 明和色度的变化。
[0012] SFR边缘和SFR纹理是清晰度和纹理的两个测量值。运两个测量值方式在前一文献 中的分别W名称"锐度边缘"和"模糊纹理"进行描述。
[0013] 然而，此类设备沉重并且体积大，运使得无法在任意情况下随身携带。
[0014]另外，大光圈的使用与大尺寸传感器的使用相结合，会导致景深降低，运一方面使 得聚焦更加困难，另一方面降低了图像中清晰的元素的数量。
[001引现有技术中已知反光式或DSL时目机。此类设备具有体积大和沉重的缺点。DSLR凭 借其大尺寸的传感器(对角线大于或等于22毫米）W及配备具有f/2.0或更大光圈的镜头的 可能性，能够获得优秀的图像质量(很好的SNR和很好的纹理水平）。然而，它的体积和重量 不允许其随时都随身携带。另外，对于大多数人来讲其价格昂贵。
[0016] 现有技术中还已知与移动电话或平板电脑组合的相机。目前在售的大多数移动电 话或平板电脑今后将并入图像或视频拍摄系统。就其使用而言，移动电话或平板电脑体积 减小，使其能够被装在衣服或包的口袋中被带到任何地方。然而，就其减小的体积而言，所 并入的相机也需要尺寸小巧。因而传感器尺寸缩小，其对角线通常小于7mm，并且其光学系 统同样尺寸缩小，其光圈为最大f/2.0。传感器的尺寸小意味着低灵敏度但是具有更大的景 深，上述全部均是相对于反光式或DSLR相机而得出的。由于光学系统应当具有小尺寸，因此 其光圈将缩小。并入电话或者平板电脑中的相机因此远不能令人满意地记录极低光的场 景。在上述条件下，在运些设备上观察到的曝光时间约为1/15秒。该时间大于之前限定的能 够拍摄无移动模糊的照片的最大时间。默认地，在低光情况下，移动电话或平板电脑因而倾 向于使用闪光灯来拍摄无移动模糊的图像。在W高分辨率(视频格式为HD 108化或更高)录 制视频的情况下，该1/15秒的曝光时间不能与至少每秒24个图像的刷新速度相配合。
[0017] 现有技术中还已知"夹式相机"类的设备。在移动电话W准系统的方式配备有相机 之前，某些制造商提出了连接到电话上的外置的相机模块。运些模块并入了光学取景器、 VGA相机和闪光灯。其能够在电话中加入相机功能但无法在低光情况下W极高的分辨率拍 摄图像。
[0018] 现有技术中还已知"运动相机"类的设备，例如GoPro(注册商标)公司出售的设备。 运些设备并不是为了随处携带且W刚性方式连接到电话或平板电脑而提供的。"运动相机" 类的设备主要是为了在所谓运动的环境中实现视频拍摄而提供的。该类设备被设想为与壳 体一起使用。该类设备并没有被优化成在低光条件下W高分辨率拍摄静止的图像。该类设 备是为了远离其控制屏工作而提供的。
[0019] 现有技术中还已知经由无线设备连接到电话或平板电脑的"监视相机"类的设备。 运些设备用于被放在固定的地点，电话或平板电脑仅用于在远距离监视。由于其不与电话 或平板电脑物理地连接，因此其无法拿在手中。
[0020] 现有技术中还已知使用相机矩阵来拍摄图像的系统。作为示例，可W引用W下公 司出售的系统:1八1'0，口61；[。日]1，1?日八1'；[义和1'0311化日(注册商标）。运些系统展示出很多缺点。 例如，Lytro公司的系统具有低分辨率输出（IMP或100万像素)且需要拍摄后处理W得到最 终的图像。Pelican公司的系统具有多个（16个)低分辨率的单色传感器。Ray化ix公司的系 统体积大且需要连接计算机。它们具有中等的分辨率(300万像素）、极高的成本且不广泛适 合于大众。最后，Toshiba公司的系统主要是为了进行远程探测维估测）而设计的，而不 是为了输出高分辨率图像而设计的。
【发明内容】
[0021] 本发明提出解决的问题是实现一种拍摄设备，其在极低光的条件下提供高分辨率 (1300万像素或更高）的可视图像，图像质量与通过使用具有可互换镜头的反射相机(D-化R)获得的图像相似或更高，同时具有减小的体积和重量，运使其能够例如放在(衣服或包 的）口袋中。该设备还提供在极低光的条件下的高分辨率(视频格式皿108化或更高）的视 频，其刷新速度大于或等于每秒30个图像，其图像质量与通过使用具有可互换镜头的反射 相机(D-SLR)获得的图像相似或更高，同时具有减小的体积和重量。
[0022] 在本发明的范围内，低光环境是指场景中的照明低于101ux(勒克斯）。
[0023] 在本发明的范围内，将在去马赛克操作和应用彩色矩阵及色调曲线之前的来自传 感器的图像称为原始图像。原始图像由不同颜色的像素构成且可W是Bayer格式(例如绿色 和红色像素在偶数行交替，蓝色和绿色像素在奇数行交替）或其他格式(例如白色和/或绿 色和/或红色和/或蓝色的像素的其他组合）。在一个变型中，原始图像由多个(特别是4个） 连续拍摄的原始图像构成，或者由一系列原始图像构成的视频序列构成。
[0024] 在本发明的范围内，将彩色图像(YUV，RGB或其他被压缩或未被压缩的编码)称为 可视图像。可视图像是通过对原始图像进行数字处理而得到的，且至少包括去马赛克操作 和彩色矩阵及色调曲线的应用。
[0025] 为了得到可视图像而对原始图像进行的数字处理通常包括W下步骤的全部或部 分：
[0026] -黑化处理
[0027] -校正缺陷像素
[0028] -统计计算和曝光估计，白平衡和自动聚焦
[0029] -校正渐晕和彩色渐晕
[0030] -校正白平衡
[0031 ]-原始图像的空间滤波降噪
[0032] -原始图像的时间滤波降噪
[0033] -去马赛克
[0034] -彩色矩阵
[0035] -色调曲线
[0036] -YUV 矩阵
[0037] -清晰度滤波
[0038] -彩色条纹减少滤波
[0039] -可视图像的空间滤波降噪
[0040] -可视图像的时间滤波降噪
[0041] -通过将曝光不同的图像结合来增加动态范围
[0042] -通过局部色调映射(local tone mapping)算法来提高对比度。
[0043] W上步骤是本领域技术人员已知的，并且在Robe;rt D.Fiete的"Modeling the Imaging Qiain of Digital Cameras" (SPIE I'utorial Text,卷TT92)中进行描述。
[0044] 本发明试图实现一种设备，其展现出至少12Ev的动态范围，即至少与D-化R相机的 动态范围相同。
[004引本发明的目的之一还在于实现一种拍摄设备，其由于使用了图像处理还默认地拥 有大景深，所述图像处理使得能够降低传感器尺寸W