用于处理色差和紫色条纹的方法和装置制造方法及图纸

公开了用于检测和校正色差和紫色条纹的方法和系统。可以按如下方式解决色差：将图像分离为若干颜色平面，然后通过使用特定校准图像（校准图）作为经验方法以校准图像捕获设备来对颜色平面进行调整以减少色差。通过首先处理由横向色差（ＬＣＡ）产生的色差来校正紫色条纹。首先去除ＬＣＡ，然后将校正扩展至紫色条纹。一种发现在于在色差的方向上产生紫色条纹，并且在色差的方向上较明显。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及校正数字图像中的色差和紫色条纹的领域。
技术介绍
除真空之外的任何介质的折射率都随着波长改变。由此，任何折射光学系统的 高斯和象差特性是波长的函数，即存在色差。旨在于在可观的波长范围上使用的多种现 代折射系统基本上由于高斯和更加阶的色效应而性能受限。天文望远镜设计的历史提 供了有用的示例。Isaac Newton先生专利技术了反射式望远镜，因为他认为通过组合两个单 透镜以形成我们现在所称的消色差双合透镜来校正单透镜中的色效应是不可能的；实际 上，他认为所有透镜的色效应都与其功率成比例，甚至对于不同的镜片具有相同的比例 常数。然后，在18世纪中叶，John Dollond和Chester Moore Hall表明Newton是错误 的，并且他们制造了消色差双合透镜。这导致了制造出越来越大的望远镜双合物镜。然 而，随着物镜变得较大，而且设计技术变得更加精细，发现“消色差”双合透镜不能完 全消除所出现的色差以及残余误差(称为“次级光谱”)。如上所述，当不同颜色的光在介质中以不同的速度传播时，折射率是波长相关 的。该现象称为色散。公知的示例是玻璃棱镜，其将白光入射光束色散为多种颜色的彩 虹。摄影镜头包括各种色散、介电镜片。这些镜片不以相同的角度折射入射光的所有成 分颜色，并且可能需要巨大的努力来设计使所有的颜色一起集中到相同焦点的全面校正 透镜。色差是由于色散而偏离理想成像。然而塞德尔象差是单色的，即，其还可以利用 单色光发生；色差仅出现于多色光中。轴向色差可以区分两种类型的色差。轴向色差(ACA)也称为纵向色差，指的是透镜无 法将不同颜色聚焦到相同的焦平面上。针对光轴上的主体点，各种颜色的焦点也在光轴 上，但是在纵向(即，沿轴向)上有位移。在图IA-图IB中针对远光源对这种性质进 行了说明。在该略图中，仅绿光锐聚焦到传感器上。蓝光和红光在传感器平面上具有所 谓的模糊圈，并且不是锐利成像的。图IB示出了纵向色差的起因。图IB示出了三种 不同颜色的焦平面不重合。在实际应用中，如果存在接近图像中心的条纹，其在图像轻微散焦时改变颜 色，则这很有可能是纵向色差。这种类型无法使用传统软件来校正，如果光圈缩小则其 会减小，并且其取决于焦点距离。横向色差斜入射光导致横色差，也称为横向色。其是指侧向位移的焦点。在不存在轴向 色时，所有的颜色都聚焦在相同的平面上，但是图像放大取决于波长。横向色的出现意 味着焦距取决于波长，而复透镜中的轴向色的出现不严格需要可变焦距。这看起来是违 反直觉的，但是在对纵向色差进行校正的透镜中，所有颜色的主平面不需要重合。因为 焦距由从后主平面到像平面的距离确定，所以即使当所有的图像都在相同平面中时，焦距也可以取决于波长。图IC示出了横向色差的起因。图像的大小随着颜色而变化。红 色图像放大得大于绿色图像，而红色图像和绿色图像又都放大得大于蓝色图像。总之，当针对纵向色差对透镜进行校正时，不同的颜色或多或少聚焦在光轴的 相同点上，但是其可能聚焦在不同的离轴距离处，导致不同颜色的图像大小不同。这一 类型称为横向或者横色差(TCA)。在实际方面，如果从中心到边角存在渐多的互补色条纹，则这很有可能是横色 差。该类型可以通过软件来校正，其不会由于光圈缩小而改变，并且其与焦点距离无 关。图ID是示出ACA和LCA的发生的比较的示意图。图IB-图IC区分了两种简化的情况，因为在实践中，轴向和横向成分是共存 的。多色体填充了像空间中的体积，其包括各种大小和位置的单色像的连续体。特别 地，横向色在远距镜头和反向远距(反焦)镜头中很明显。色差通常限制了其他方面校 正好的远距设计的性能。色差的原型表现是沿着分隔图像的暗色部分和明亮部分的边界 的彩色条纹。即，色差的可感知效应在文字描述上有所变化。看起来横向色是比轴向色 更严重的象差，因为前者导致彩色条纹而后者仅降低锐度。Oberkochen提出了不同的观 点，并指出轴向色是最显著的色差。Hecht将色差的累积效应描述为发白的模糊或者朦胧 的交叠。具有针对轴向色的消色差(不完全)校正的光学系统的残余颜色误差导致每个 像点周围的品红色光环或者模糊。紫色条纹数字图像的另一相关问题是紫色条纹。该条纹效应可以是紫色之外的其他颜 色，但是通常称为紫色条纹，因为其通常呈现为这个颜色。紫色条纹强度通常与色差相 关联。条纹通常形成在色差位移矢量的方向上。但是条纹的确切起因并不清楚，较广泛 接受的紫色条纹的解释之一是其是传感器晕光造成的。晕光是当传感器像素饱和并且电 荷泄漏到一个或多个相邻像素时产生的现象。图6A-图6B示出了在理想的成像系统中， 期望在中心像素处绿色值为255，同时周围的像素的值为0，而如箭头所指示的沿检测器 行或者列的电荷泄露将把红色和蓝色传感器响应提高到正确值以上。当电荷从一个光电二极管阱泄漏到周围的光电二极管阱时，会在周围产生虚假 的较高信号。如果周围的传感器不产生信号，则该虚假信号将尤其显著，因为这些区域 中的场景应当是暗色的。换言之，可以预期在从亮色到暗色的锐利转变处看到晕光的效 应最强。已经注意到，透镜象差将导致明亮白光的蓝色和红色成分出现在不正确的传感 器位置处。电荷泄漏通过将传感器响应进一步扩大远离真正位置而放大了该效应，并且 位置误差将通过降马赛克处理(demosaicing)而另外传播。可以考虑传感器晕光将如何 出现在图像中的效应。利用由黑暗包围的场景中非常明亮的白点，例如夜景中遥远的街 灯，以及来自该点的光落在绿色传感器上。因此，理论上，期望该传感器处具有较高的 绿色值，并且周围的传感器具有较低的值。然而，由箭头所指示的沿着检测器行或者列 的电荷泄漏将把红色和蓝色传感器响应提高到正确值以上。人们对亮度的感知可以粗略 估计为30%的红色加59%的绿色和11%的蓝色。因此，增强的红色和蓝色值对于增加图 像的亮度几乎没有贡献，却给其带来紫色的色调。如果来自该点的光入射到红色传感器 而不是绿色传感器上，则电荷的泄漏将增加绿色值。尽管这将多少改变色调，但是主要 的贡献是增加亮度，因为绿色对于亮度的感知有很大贡献。(当然，对于蓝色传感器同样如此)。由此，传感器晕光导致图像的较暗区域中的虚假紫色，并且——如果紫色通常定 义为红色和蓝色的变化的混合体——这实际上已证实，因此该效应通常称为紫色条纹。 参见图2A-图2C和图3A-图3D。同一图像有可能包含多个象差颜色，因为传感器晕光与透镜象差和插值误差相 互作用。从其起因可预料，晕光效应的强度高度依赖于亮度。因为传感器晕光增加了任何透镜色差，所以在预期发现透镜象差缺陷之处发现 更高级别的晕光缺陷也不是罕见的。当电荷从一个光电二极管阱泄漏到周围的光电二极管阱时，会在周围产生虚假 的较高信号。如果周围的传感器不产生信号，则该虚假信号将尤其显著，因为在这些区 域中场景是暗的。换言之，可以预期在从亮到暗的锐利转变处看到晕光效应最强。透镜 象差将导致明亮白光的蓝色和红色成分出现在不正确的传感器位置处。电荷泄漏通过将 传感器响应进一步扩大远离真正位置而放大了该效应，并且位置误差通过降马赛克处理 而另外传播。可以考虑传感器晕光将如何在图像中出现的效应。利用由黑暗包围的场景 中非常明亮的白点，例如夜景中遥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校正数字图像捕获设备内的数字图像中的横向色差的由处理器实现的方法，包括：　　校准照相机透镜对；　　捕获数字图像；　　校正所述数字图像内的横向色差，包括：　　在临时缓冲区中查找当前像素的位移；　　将所述位移指定为源缓冲区中的相对位置；对位移值进行插值；　　在所述临时缓冲区中存储插值后的值；以及　　针对下一个或者多个像素重复并且在最后一个像素之后结束；以及　　输出、存储、显示、投影或者传输已经校正了横向色差的校正数字图像，或者所述数字图像的进一步处理版本，或者其组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-1-28 61/023,9461.一种校正数字图像捕获设备内的数字图像中的横向色差的由处理器实现的方法， 包括校准照相机透镜对； 捕获数字图像；校正所述数字图像内的横向色差，包括 在临时缓冲区中查找当前像素的位移； 将所述位移指定为源缓冲区中的相对位置； 对位移值进行插值；在所述临时缓冲区中存储插值后的值；以及 针对下一个或者多个像素重复并且在最后一个像素之后结 束；以及输出、存储、显示、投影或者传输已经校正了横向色差的校正数字图像，或者所述 数字图像的进一步处理版本，或者其组合。2.如权利要求1的方法，其中所述校准包括 检测测试图像的测量点；测量象差；以及 对分散数据进行插值。3.如权利要求2的方法，其中所述测量象差包括设置阈值。4.如权利要求2的方法，其中所述校准进一步包括查找第一维度中的第一数据点和第二数据点并将其存储； 对所述第一数据点与所述第二数据点之间的空点应用线性插值； 用第二点的值来替换第一点的值；以及 增加第二维度并且重复一次或多次。5.如权利要求1的方法，其中所述插值包括应用辛克滤波器。6.如权利要求5的方法，其中所述辛克滤波器包括5x5辛克滤波器。7.—种校正数字图像捕获设备内的数字图像中的横向色差的由处理器实现的方法， 包括捕获数字图像；按照如下计算针对红色(R)和蓝色(B)颜色通道的校正值R' = R+ (G-R) χ corR ； B ‘ = B+(G-B) χ corB,其中 corR 和 corB 是分别针对所述 红色颜色通道和所述蓝色颜色通道所选择的校正比；以及输出、存储、显示、投影或者传输已经校正了横向色差的校正数字图像，或者所述 数字图像的进一步处理版本，或其组合。8.如权利要求7的方法，其中所选择的所述校正比corR和corB包括 CorR = {CR = 0.1 χ clamp([R(x, y)-RC (χ, y)]，10) }xCRB,以及 CorB = {CB = 0.1 χ clamp ([B (χ, y) -BC (χ, y) ]，10) }xCRB ；其中clampC，.)在第一项超过第二项时返回第二项；以及 当 abs(Rc(x，y)-Bc(χ, y))< 200 时， CRB = l+cos[abs(Rc (χ, y) -Bc (χ, y)) η/200 ；以及当 abs(Rc(x，y)-Bc(χ, y))< 200 时，CRB = 0。9.如权利要求8的方法，进一步包括当G< R'且R' <B'时，应用颜色损坏校正。10.如权利要求1的方法，其中所述插值包括选择像素邻居以及单程执行所述方法。11.一种校正数字图像捕获设备内的数字图像中的横向色差的由处理器实现的方法， 包括捕获数字图像；计算每个颜色成分的垂直梯度和水平梯度；基于颜色成分梯度与由像素位置和图像中心形成的矢量之间的点积来计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：P斯特克，L穆雷，A德里姆巴雷安，
申请(专利权)人：泰塞拉技术爱尔兰有限公司，
类型：发明
国别省市：IE