[发明专利]使用多个暗帧的暗帧抵消法

说明书

优选权和相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年8月31日提交的美国专利申请系列号11/514,684的优先权。

技术领域

本发明总体涉及一种包括照相机的电子设备，更具体地，涉及使用多个暗帧的暗帧抵消法(dark frame subtraction)。

背景技术

图像传感器是数字照相机中将可见光转换为电子信号的组件。在该光传感处理中出现若干噪声分量，其使得图像质量产生了恶化。

图像传感器包括像素阵列，通常，对于每个像素产生一个数字值。该数字值包括：a)光引起的实际信号；b)暗信号；以及c)具有各种噪声分量的信号。为了改进图像质量，可以使用多种方法来将实际信号从暗信号和噪声分量中提取出来。

其中的一种方法称为暗帧抵消法。这里，捕捉两个图像：A)要捕捉的场景(主帧)；以及B)传感器未被照亮的暗帧。当这两个帧被捕捉到时，可以逐个像素地对暗信号进行补偿(例如抵消)。

暗信号是曝光时间的线性函数，并且是温度的指数函数。此外，暗信号随着像素而发生变化(即使它们的温度和曝光时间可能是相同的)。暗信号随着像素而发生的变化被称为暗信号非均一性(DSNU)。为了补偿该DSNU，可以使用暗帧抵消法。

在简单的暗帧抵消法中，除了主帧之外仅捕捉一个暗帧。然而，这种简单方法的问题在于：当图像传感器被读取的时候，总是出现不相关的噪声分量。抵消暗帧提高了与非相关噪声分量有关的噪声量(它们之所以不能被抵消是因为它们是非相关的，即在主帧和暗帧中是不同的)。如果非相关噪声分量的幅度大于暗信号非均一性的幅度，那么抵消暗帧可以提高总体噪声，并且能够使图像质量产生恶化，如下列的简化方程式所示：

主帧(单像素)：s(信号)+d(暗信号)+n1(噪声)；

暗帧(单像素)：d(暗信号)+n2(噪声，其与在主帧中有所不同)；从主帧中抵消暗帧给出了：s+d+n1-d-n2＝s+(n1-n2)，从而，由于非相关噪声分量n1和n2而潜在地提高了系统噪声。

为了解决该问题，可以使用若干暗帧并对其进行平均，从而对时间上非相关噪声分量进行平均。在该方法的简单实现中，主帧被捕捉并存储到帧存储单元(存储器)中，而暗帧被存储到另一帧存储区中并且被进行平均。然而，该方法至少需要两个帧存储单元(或两个用于帧存储的存储器区域)，这可能会提高系统的成本和大小。

发明内容

根据本发明第一方面，一种方法，包括：通过电子设备捕捉主帧和多个暗帧；通过在捕捉和执行暗帧抵消法期间的任意时刻仅存储一个帧，由所述电子设备根据预定算法并使用所述主帧和暗帧来执行暗帧抵消法。

根据本发明第一方面，执行暗帧抵消法可以包括：在所述电子设备的存储器中存储所述主帧的像素值；以及将所述多个暗帧中每个暗帧的像素值除以等于所述多个暗帧数的预定数目，以生成除商像素值，并且从存储在所述存储器中的主帧的相应像素值中减去所述多个暗帧中每个暗帧的除商像素值。此外，可以在捕捉到所述多个暗帧中的每个暗帧之后紧接着针对每个暗帧来执行所述除法和减法，从而没有暗帧的像素值存储在存储器中，并且在除法和减法期间的任意时刻仅有一个帧存储在存储器中。

进一步根据本发明第一方面，执行暗帧抵消法可以包括：将主帧的每个像素值乘以等于所述多个暗帧数的预定数目以生成乘积像素值，并将乘积像素值存储在电子设备的存储器中；以及，从乘积像素值的相应像素值中减去多个暗帧中每个暗帧的像素值，以生成减差像素值，并将该减差像素值除以预定数目。此外，可以在捕捉到每个暗帧之后紧接着针对多个暗帧中的每个暗帧来执行该减法，从而没有暗帧的像素值存储在存储器中，并且在乘法和减法期间的任意时刻仅有一个帧存储在存储器中。

进一步根据本发明第一方面，执行暗帧抵消法可以包括：将多个暗帧中每个暗帧的每个像素值除以等于所述多个暗帧数的预定数目以生成除商像素值，并将该多个暗帧中每个暗帧的除商像素值逐个相加以生成加和像素值，并将该加和像素值存储在电子设备的存储器中；以及，从主帧的相应像素值中减去多个暗帧的加和像素值。此外，可以在捕捉到多个暗帧中的每个暗帧之后紧接着针对每个暗帧来执行该除法和加法，从而在除法、加法和减法期间的任意时刻仅有一个帧存储在存储器中。