[发明专利]产生高动态范围图像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过组合多个图像生成改善的图像，尤其是涉及用于产生具有增加的动态范围的高分辨率图像的方法。

背景技术

图像感应器件，例如电荷耦合器件（CCD），通常在例如数字照相机、扫描仪和摄像机的产品中发现。当与传统的胶片产品相比时，这些图像感应装置具有非常有限的动态范围。标准的图像感应装置具有大约5个光圈的动态范围。结果，必须以相当的精度确定典型场景的曝光水平，以便避免削波信号。正如本文所限定的，曝光水平是在感应场景而产生图像的过程期间，允许落到图像感应装置上的光总量。当以具有固定光圈的光程的成像系统在固定照明下感应场景时，通过设置成像系统的曝光时间（快门速度）控制曝光水平。当用具有可变光圈的光程的成像系统在固定照明下感应场景时，通过设置成像系统的曝光时间和光圈控制曝光水平。

由于多个光源（例如，场景的前照明和背光照明部分），很多时候场景具有非常宽的动态范围。在宽动态范围场景的情况下，为物体选择适当的曝光常常需要裁剪在图像的另一个部分中的数据。因此，图像感应装置相对于场景的更窄动态范围导致图像感应装置获得的图像图像质量更低。

增加由图像感应装置捕获的图像的动态范围的方法允许这样的图像重新平衡，以实现图像更令人满意的再现。而且，带有高动态范围的图像允许更令人满意的对比度改善，例如由Lee等人在共同授让的题为“Interactive dynamic range adjustment system for printing digital images”的美国专利5012333所描述的那样。

用于用图像感应装置获得改善的图像的一个方法是包围曝光，其中，相同分辨率的多个静态图像在不同曝光水平的范围被捕获，所述图像中的一个被选择作为具有最佳整体曝光水平的图像。不过，这种技术不增加由图像感应装置捕获的任何单个图像的动态范围。正如本文所限定的，术语分辨率用于表示图像中像素的数量。

获得高动态范围的图像的一个方法是，通过捕获具有不同曝光水平的、相同分辨率的多个静态图像，接着将所述图像组合为具有增加的动态范围的单输出图像。这种方法在Mann的共同授让的题为“Method and apparatus for producing digital images having extended dynamic ranges”的美国专利5828793和Ikeda的共同授让的题为“Method and apparatus for expanding the dynamic range of sensed color images”的美国专利6040858中描述。这个方法常常要求数字照相机具有单独的捕获模式和处理路径。此外，多个捕获的瞬时接近度由可从图像传感器读出图像的速率限制。无论是和手抖动相关的照相机运动，还是物体在场景内运动导致的场景运动，捕获之中更大的瞬时不一致增加了捕获之中存在运动的可能性。运动增加了将多个图像合并为单个输出图像的难度。

解决多个图像之中存在运动的问题、获得高动态范围的图像的另一个方法是同时捕获具有不同曝光水平的多个图像。随后，所述图像被组合为具有增加的动态范围的单个输出图像。通过使用多个成像路径和传感器，这种捕获过程可以实现。不过，由于多个成像路径和传感器，这种解决方案招致额外的成本。而且，由于传感器不在同一位置，并且因此生成具有不同视角的图像，这还引入在多个图像之中的对应性问题。替代地，分束器可以用于将入射光透射到单图像捕获装置内的多个传感器上。由于分束器和多个传感器，这种解决方案招致额外的成本，而且减少了可用于任何单个图像传感器的光量，从而由于信噪性能的降低，降低了图像质量。

获得具有高动态范围的图像的另一个方法是，通过使用具有对曝光量具有标准响应的某些像素和对曝光量具有非标准响应的其他像素的图像传感器。这样的解决方案在共同授让的Gallagher等人题为“Method and apparatus to extend the effective dynamic range of an image sensing device”的美国专利6909461中描述。不过，由于场景具有窄的动态范围，带有照相更慢、非标准响应的像素比带有标准响应的像素具有更差的信噪性能，因此，这样的传感器具有较差的性能。