[发明专利]图像拾取系统及图像处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像处理领域，特别涉及一种具有较宽动态范围的图像拾取系统及图像处理方法。

背景技术

图像拾取系统主要包括图像传感器及图像处理单元。其中，图像传感器是指将光学图像转换成电信号的半导体器件。现有的图像传感器主要分为两类，一为电荷耦合器件(CCD，Charge Couple Device)图像传感器，二为互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal-OxideSemiconductor)图像传感器。其中，因具有价格低、制造工艺简单、耗电量低的优点，CMOS图像传感器已受到越来越多的关注，尤其在便携式设备中更得到了广泛的应用。

评价图像传感器(或说图像拾取系统)质量的一个重要指标是动态范围。动态范围为不失真情况下可以处理的输入信号的最大范围，其代表了图像传感器分辨同一幅图像中亮处与暗处细节的能力。通常可以将动态范围理解为在图像传感器所拍摄的一幅画面中，所能分辨细节的最亮处与最暗处的亮度之比。

现有技术中，常用的扩展图像传感器的动态范围的方法有两种：

A、提高像素光电子容量的方法。光电子容量越大，图像整体可分辨的层次越多，动态范围越宽。

然而，提高像素的光电子容量需要增大面积，或增加技术上的复杂性，导致图像传感器芯片的制造成本增加。

B、多次曝光的方法。分别采用较短的曝光时间，分辨图像中较亮的区域；采用较长的曝光时间，分辨图像中较暗的区域；再将多次曝光的图像原始数据综合到一起，就可以同时分辨图像中亮和暗的部分，实现了动态范围的扩展。

对于多次曝光方法现有技术中主要有两种实现手段：

B1：利用双图像信号处理单元(ISP)结构进行处理。图1为现有的具有双图像信号处理单元结构的图像拾取系统示意图，如图1所示，分别设置长时间曝光条件与短时间曝光条件，利用图像传感器101在不同曝光条件下对图像进行感应，生成相应的图像原始数据，再将感应得到的长时间曝光的图像原始数据和短时间曝光的图像原始数据分别传送至两个图像信号处理单元102a和102b进行合成处理，形成图像数字信号。由于该方法采用了两个ISP结构，其所需的硬件成本和系统复杂度将大大增加。

B2：利用带自动增益控制器(AGC)的像素结构进行处理。该方法中可以在曝光时对每一个像素均进行量度检测，从而通过AGC实现放大倍数调节。但该方法极大的增加了图像传感器(像素)设计的复杂性和系统成本。

上述现有的扩展图像传感器动态范围的各种方法，均需增加系统的硬件成本及复杂性，对于价格低廉的CMOS图像传感器而言并不适用。而实际上，CMOS图像传感器因普遍采用光电二极管线性有源像素，感光能力有限，动态范围较小，其对于扩展动态范围的需求更为迫切。

发明内容

本发明提供一种图像拾取系统及图像处理方法，以改善现有的具有较宽动态范围的图像拾取系统较为复杂、成本较高的现象。

为达到上述目的，本发明提供的一种图像拾取系统，包括图像传感器，按不同曝光时间进行交替曝光，将图像转换为图像原始数据；

预处理器，将所述图像原始数据按所述曝光时间的长短进行合成处理，输出合成图像数据；

图像信号处理器，对所述合成图像数据进行图像恢复处理，输出图像信号。

优选地，所述预处理器包括算术平均运算单元，所述算术平均运算单元依次对所述图像原始数据中相邻的两个曝光时间长短不同的帧图像原始数据进行算术平均计算，输出由长曝光帧与短曝光帧合成的长短曝光帧图像数据，以及由短曝光帧与长曝光帧合成的短长曝光帧图像数据。

优选地，所述预处理器还包括帧存储单元，所述帧存储单元缓存所述图像原始数据中的至少一帧，并提供至所述算术平均运算单元。

可选地，所述预处理器还包括存储固形噪声数据的固形噪声存储单元，所述图像原始数据先与所述固形噪声存储单元内存储的所述固形噪声数据相减，再缓存至所述帧存储单元内。

可选地，所述图像拾取系统还包括曝光控制单元，所述曝光控制单元根据对曝光条件的预先设定，控制所述图像传感器按不同曝光时间进行交替曝光。

可选地，所述图像信号处理器包括自动曝光控制单元，所述自动曝光控制单元根据预先设定向所述曝光控制单元发出包含所述交替曝光的时间设定的曝光控制信息。

可选地，所述图像信号处理器还包括用于对所述合成图像数据进行图像恢复处理的自动白平衡控制单元和自动增益控制单元。

本发明提供的一种用于上述的图像拾取系统的图像处理方法，包括步骤：