[发明专利]从场景到成像传感器的动态范围压缩的可调中灰过滤系统

说明书

技术领域

本发明涉及成像领域。更具体地，本发明涉及高动态范围成像。

背景技术

摄影涉及用相机捕捉场景。观察被捕捉图像通常在监视器或打印机上完成。动态范围被定义为介质、装置或格式能够支持、且不损失细节的最亮值与最暗值的对比度。

通常，场景的动态范围超出了输出装置(例如，打印机或监视器)的动态范围能力。传统打印机的正常动态范围大约为7比特或128:1的对比度，并且传统监视器的正常动态范围大约为8比特的数据或256:1的对比度。高动态范围成像涉及捕捉更大的动态范围，且动态范围压缩涉及该较高动态范围到通常是8比特或256:1的对比度的较低动态范围的转换。

成像装置还捕捉有限的灰度范围(intensity range)，而真实世界的场景常常超出该范围。所以，实际上，动态范围压缩的问题可以被分为两个主要部分，捕捉时的动态范围压缩和处理时的动态范围压缩。图1示出了动态范围压缩的各个阶段。原始场景100具有最高的动态范围，其中，大地的暗度与太阳的亮度被高度区分开。相机内的在捕捉阶段具有动态范围压缩的被捕捉场景102显示该动态范围仍相对较高，所以大地仍很暗，而太阳仍是亮的。最后，输出阶段的输出场景104具有最低的动态范围，其中，大地和太阳的反差被降低。

大多数用于动态范围压缩的方法关注处理时的动态范围压缩，即，如何压缩成像传感器的动态范围以匹配通常为7或8比特数据的输出装置的动态范围。

传统上，摄像者已意识到成像装置的有限动态范围和对捕捉阶段的动态范围压缩的需要。在传统的摄影中，这个问题通过渐变中灰密度过滤器来减轻。该过滤器对各种对比度级别起作用并且被设计成主要用于户外场景或者场景中高对比度区域的分布模式可被预测的地方。渐变中灰密度过滤器是圆的或方的，并被安装在相机的前部元件的顶部。渐变中灰密度过滤器的主要限制在于这样的事实：它们只模拟场景中的预定分布的高对比度区域。

Nayar等人所著的第6,864,916号美国专利公开了用于使用低动态范围图像传感器来获取高动态范围图像的设备和方法。场景的图像由使用空间变化的曝光功能(exposure function)的图像传感器来捕捉。空间变化的曝光功能被以多种方式实现，如通过将固定的空间衰减图案用作光学掩模，或者通过使用具有空间变化的感光性的感光元件的阵列来实现。然后，关于空间变化的曝光功能，对被捕获图像进行归一化。然后，经过归一化的图像数据被内插，以解决被饱和或变黑的像素进而增强图像传感器的动态范围。

Collins等人所著的第6,683,645号美国专利公开了包含图像检测单元和过滤器单元的成像系统。像素图像信号被并列地从图像检测单元传递到过滤器单元。每个像素内的电路元件利用与该像素处的图像灰度的对数成比例的幅度来生成像素图像信号。过滤器单元执行空间过滤操作并输出结果。

发明内容

描述了一种通过实现相机内的可调中灰密度过滤器(neutral densityfilter)来扩展渐变中灰密度过滤器步骤的设备和方法。可调中灰密度过滤器通过透射式LCD来实现。透射式LCD被控制以形成掩模图像(maskimage)。该掩模图像可以使用已获取的信号来计算，其中，该已获取的信号随后被反转和模糊化。在一个实施例中，利用分离器和附加的传感器来获取分离信号然后修改分离信号以用作掩模图像。另一个分离信号通过掩模图像和透射式LCD来过滤。最后，具有高动态范围压缩的图像被捕捉。

一方面，用于获取场景的一个或多个图像信号的设备包括：成像传感器，用于捕捉一个或多个图像信号；以及内部过滤装置，被耦合以从成像传感器接收掩模图像，其中，掩模图像是从一个或多个图像信号形成的。内部过滤装置包括透射式液晶显示器。所述设备是从包括相机、摄像机、摄像放像机、数码相机、蜂窝电话和PDA的组中选择的。成像传感器是从包括电荷耦合器件和互补金属氧化物半导体的组中选择的。掩模图像是通过对一个或多个信号进行反转和模糊化形成的。