[发明专利]具有降低噪声的电子图像捕获

说明书

技术领域

本发明涉及用于例如从数字照相机设备捕获具有降低噪声的电子图像的电子图像捕获系统以及捕获具有降低噪声的电子图像的方法。 

背景技术

许多种类的图像捕获设备的趋势是小型化，并且也存在对这些设备小型化的需求。例如，数字照相机可以被集成在甚至更紧凑的蜂窝电话中。与更传统的专用手持式数字照相机中的镜头相比，这种相机需要具有小直径的镜头。为此，并且也为了节约成本，蜂窝电话和其它小型化的数字照相机中所使用的检测器阵列已变得越来越小。同时，用户期望更大数量的图像捕获像素单元(pixel element)，以用于提高图像分辨率，结果，像素单元的尺寸被大大降低了。 

较小的固态像素单元(例如CCD或CMOS型的固态像素单元)具有降低的保持电荷的容量。尽管小像素单元的固有效率可能比得上较大单元的效率，但是减小的检测器的“粒径(well size)”会限制每个像素单元能够感测的光子总数。检测器散粒噪声随着捕获的图像强度的平方根而变化，最佳信噪比一般处于具有最大图像强度的区域中。因此，具有较小像素单元和较低最大信号的较小阵列通常比具有较大尺寸的像素单元的检测器阵列的噪声更大。不依赖图像强度的其它更为恒定的噪声源，特别是读出噪声，将会加到散粒噪声，并且通常在具有较低的最大信号的阵列中将贡献较大部分的总信号。 

结果，在许多电子图像捕获设备中更多地需要较好的噪声降低，而不会过度增加这种设备的硬件成本或者使其它图像捕获性能度量(例如每秒的最大帧数，或者便携电源的寿命)变差。 

另一个问题在于，由于缩小的像素而引起的增加的噪声会对使用色调映射来提高视觉图像质量有所限制，这是由于色调映射要求在信号范围的一些部分中施加增益，而这将使得噪声更明显。 

电子图像中噪声的相对强度通常在场景的光线昏暗区中最高，在该区中对于给定的曝光时间、光圈(aperture)限制或电子增益设置(为 了简便，下面共同地并且单独地简称为“曝光”)，捕获的光子数最低。该曝光需要使得图像的最亮部分在像素单元的饱和度极限之内，结果是相同曝光下的光线暗淡(dimly lit)区域可以很好地在饱和度之下，并且具有相应较低的信噪比(S/N)。 

但是，从感觉的角度来说，如果暗淡区并非是图像的观看者所关注的区域，则与较亮部分中的噪声相比，在场景的光线暗淡部分中的噪声可能不那么明显或者不那么重要。考虑电子图像中的噪声降低的重要性，因此仅考虑场景的光线暗淡区中的噪声的影响是不够的。 

本发明的目的是提供一种用于捕获具有降低的可见噪声的电子图像的更方便的装置和方法。 

发明内容

根据本发明，提供了一种用于捕获场景的降噪图像的电子图像捕获系统，所述电子图像捕获系统包括检测器阵列和图像处理装置，该检测器阵列被配置为向图像处理装置提供表示由该阵列所检测的场景的至少一个图像的数据，并且该图像处理装置持有基本上表征该图像捕获系统的噪声性能的噪声模型，其中该图像处理装置被配置为： 

-使用所述图像数据和所述噪声模型来识别所述场景中会对根据所述图像数据形成的图像中的可见噪声不成比例地做出贡献的一个或多个部分；以及 

-基于如下条件选择曝光模式，所述条件为：当组合来自所述选择的曝光模式的曝光以形成所述降噪图像时，所述选择的曝光模式将降低所述部分对该可见噪声的贡献。 

所述降噪图像可以是例如由静止照相机拍摄的单个图像，或者可以是来自视频捕获系统的形成视频序列的一部分的单个图像。 

所述噪声模型还可以通过包括来自组合所选择的曝光模式的过程的贡献来表征图像处理的噪声性能。 

所述图像处理装置可以被配置为使用所述噪声模型和所述图像数据来估计从单次曝光或曝光组合导出(derive)的图像的至少一部分的可见噪声，并且使用该噪声估计来识别该场景的上述部分。 

该图像处理装置可以被配置为使用所述噪声模型和所述图像数据来识别一个或多个合适的曝光以降低对可见噪声的贡献。 

该场景的所识别的部分可以是至少部分基于所述图像数据中它们的空间位置而定义的空间部分。 

该场景的所识别的部分可以是至少部分基于所述图像数据中它们的色调特性而定义的色调部分。