[发明专利]预测图像采集系统的缺陷的方法及其相关系统

说明书

本发明涉及图像采集系统的缺陷。

图像采集系统(固定的或者动画的)可以是例如用于数码相机、单反式照相机、扫描仪器、传真机、内视镜、电影摄像机、便携式摄像机、监视摄像机、玩具电影摄像机、以及与电话机、个人数字助理设备或电脑、红外摄象机、超声装置、MRI(磁共振成像)装置、X射线成像装置集成在一起或者连接在一起的摄像机，等。

它通常包括传感器和光学系统，其中光学系统包括一个或多个用于将光线聚焦在传感器上的透镜。

光学系统以具有的多项特征进行特征化，包括尺寸的大小、透镜的数量、透镜所使用的材料、透镜的形状、系统的不同部件沿着光轴的位置等。

就传感器而言，它是一个光敏元件(例如像素)的系统，可以将其所接收的一些光强转换为数字数值，并且将所对应的数字数值分配给各个像素。由传感器直接采集到的且未经处理的图像通常称为原始图像。最终用于各个像素的数字数值的数量取决于图像采集系统。

传感器可以是，例如，CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补型金属氧化物半导体)、CID(电荷感应器件)、IRCCD(红外CCD)、ICCD(强化CCD)、EBCCD(电子轰击CCD)、MIS(金属绝缘半导体)、APS(有源像素传感器)、QWIP(量子阱红外光电探测器)、MQW(倍增量子阱)以及其它器件。也可能与滤色器有关，例如Bayer滤色器、全色性单元，以便获得彩色图像。

图像采集系统用于产生照片情景的真实图像。尤其是，图像采集系统必须能以照片情景的方式转换物体特性的，例如它们的反照率(它们如何反射光线的)、距离摄像头的距离或其它特性。

然而，实际的图像采集系统一般都会有些缺陷，例如，与设计或制造有关的缺陷，这会在所采集的图像方面产生变化。其结果是，采集图像所呈现出的变化不仅与照片场景特性有关，还会因图像采集系统中的至少一个或多个缺陷而产生。这在人们用肉眼观察这些图像时，就会带来很多麻烦。

图像采集系统会有多种不同类型的缺陷，在使用图像采集系统采集图像时会产生图像至少一个特性的变化。

一个实例是光照渐变。这会使得图像采集系统所采集到的图像其边缘部分明显暗于中心部分。光照渐变缺陷使得图像采集系统所采集到的图像部分产生对应于灰阶的至少一个特性的变化。该缺陷所产生的变化在数量级上概率小于由照明和场景中的物体干扰所产生的灰阶变化。

图像采集系统中的缺陷的另一实例是色彩渐变。该缺陷在图像采集系统所采集的图像场中产生对应于色度的至少一个特征的变化。该缺陷会产生变化，使得其概率上数量级小于由场景中的物体颜色所产生的色度变化。它作为场景的位置函数而对应图像采集系统(传感器+红外滤光器)的频谱响应中的变化。作为结果，就彩色而言，采用单色光源来照亮完全均匀的表面是不会在传感器上产生同样的响应的。该变化取决于照明光源的频谱分布，仅仅只从一个图像以及传感器的各个光敏元件接收光线的入射角度来看，这是不可预测的。这样的问题会产生于包含不同类型光敏元件的任何传感器，例如使用重复4个像素(两个绿色、一个红色、一个蓝色)图形的Bayer阵列以及其它类型阵列的传感器。

图像采集系统的缺陷的另一实例是非均匀性的模糊。该缺陷在图像采集系统所采集图像场内产生对应于模糊的至少一个特征的变化。该缺陷所产生的变化在数量级上概率小于在场景中的物体所产生的明锐度的变化。该缺陷与场景曲率有显著关系。实际上，由于最佳的聚焦位置一般不是平面的而是曲线的，所以当使用平面传感器时就会产生沿着该曲线的模糊变化。

该曲线也取决于波长，使得模糊变化根据所观察的颜色而改变。该缺陷就是众所周知的色差。

值得注意的是，非均匀的模糊也与其它因素有关，例如，由于透镜制造质量所产生的明锐度均匀性的缺乏。

在光学系统使用自动对焦的情况中，在采集图像中的模糊还会受到透镜的移动或透镜相对于传感器的移动或相互移动的影响。透镜的移动并不始终完全受控的并且透镜有时可以调整角度的(偏离中心、光学倾斜，等)，这会影响他们的光轴变化。这些相关的移动都会改变场景的光学性能。例如，作为第一近似，这意味着改变场景中的物体的距离并因此改变在图像中的明锐度。这些移动都是随机的并且因为它们的属性而不可预测的。

另一实例是包括使用Bayer滤色器的传感器的图像采集系统的缺陷，事实上，该缺陷源与在同一阵列的单元中的两个绿色像素(Gr和Gb)完全不同于，并且所述差异可以在区域中变换。该缺陷产生图像采集系统所采集图像中对应噪声结构的至少一个特性的变化。该缺陷所产生的变化在数量级上概率小于由场景物体所产生的结构变化。