[发明专利]校正图像色偏的方法与相关装置

说明书

【技术领域】

本发明关于一种用于校正图像的方法及相关装置，且特别是有关于一种校正图像色偏(color artifact)的方法与相关装置。

【背景技术】

对现代信息社会而言，具有整合图像系统而可获取静态及/或动态图像(视频)的电子装置而已变成流行、普遍及不可或缺的，例如，移动电话、智能手机、可穿戴装置、平板计算机、便携计算机、手持式计算机、数字照相机、数字摄录像机、导航机、互动玩具、游戏主机、远程会议终端机、监控系统等。为符合轻量及小巧的需求，可采用CMOS传感器及微小光学(镜头)模块以形成嵌入式图像系统。然而，这种图像系统会受色偏影响，例如，镜头色影偏差(lens color shading)或简称为色影偏差(color shading)。

色影偏差为一种普遍存在于数字图像系统的已知色偏，且在CMOS传感器所获取的图像中特别明显。当图像系统获取均匀照明的灰色墙壁的图像时，期望得到均匀的灰色图像。然而，此获取的图像将显示从图像中心至图像角落及边缘的强度不均匀及色彩不均匀。一般而言，在获取图像中，强度不均匀会导致图像边缘及角落比图像中心更暗。这是由图像成形的轴线外(off axis)几何因素导致的，会使光线向图像边缘衰减。

再者，色彩不均匀也存在于获取图像中。图像色彩的色相(hue)与色度(chroma)会逐渐地从图像中心向外改变，但不一定遵循径向对称图案，也不一定会依固定衰减率而衰减。这种色彩不均匀的色偏可称为色影偏差。色影偏差会大幅降低图像色彩质量。

请参考图1，其所示意的是不同色彩的色偏。如图1的三维表面所示，获取图像的绿色通道(每个像素的绿色成分的分布)会有不均匀，其会于图像的边缘及角落衰减，即使此图像应该是均匀的。图1也包括剖面图以示意绿色、蓝色及红色通道的不均匀。由图1可知，不同的色彩通道会有不同的不均匀。相较于绿色及蓝色通道，红色通道朝向边缘的衰减会更严重。

在远离图像中心的位置的整体逐渐衰减，可视为渐晕(vignetting)或亮度衰减(fall off)。不同色彩通道的不同衰减导致图像的色彩失真。为了校正整体衰减及色影偏差，可通过图像信号处理(ISP)而将额外增益应用至此些色彩通道，以补偿衰减均匀性。在任一空间位置上，因为任何两个色彩通道的衰减程度可以是不同的，所以这些校正增益应补偿在不同色彩通道之间的衰减差。

构成色影偏差的形成的各种因素，包括镜头渐晕、像素渐晕、像素串扰及IR-截止滤光镜的特性等等。镜头渐晕为光学镜头的固有光学特性。通过光学镜头的光会从中心衰减至镜头的周边。理论上的分析显示图像辐照度的衰减率会呈余弦函数的四次方幂(fourth power law)，虽然真正的镜头不一定遵循此余弦四次方幂定律。镜头渐晕则对强度不均匀有重大影响。

色影偏差的另一因素为像素结构的像素渐晕，亦即，辐照度因像素结构而衰减。像素渐晕会受多种因素影响，例如，像素布局设计或微镜头的结构。

色影偏差的另一因素为像素串扰。像素串扰这一现象指某一像素的信号会错误地被另一像素获取，通常发生在不同的色彩通道间。像素串扰可包括光学串扰及电子串扰。它们的最终效果是类似的，会使某一色彩通道的信号泄漏到另一色彩通道。串扰可以是相互的。

为了屏蔽掉红外光，图像系统会采用IR-截止滤光镜。然而，对某些类型的IR-截止滤光镜而言，有效的截止频率并不会随光入射角改变而保持不变。由镜头中心至镜头周边会有波长偏移。如果光的波长接近IR-截止滤光镜的截止频率，则在镜头周边会比镜头中心阻挡更多光。因此，相较于绿色及蓝色通道的信号，红色通道信号在图像角落及边缘的衰减更大。

色影偏差的特征对光源的类型是敏感的；更明确而言，对入射光的光谱成分是敏感的。亦即，当在不同光源下获取图像时，图像会经历不同的不均匀，即使当被获取的场景是相同时也是如此。不同类型的镜头-传感器组合也可导致不同特征的色影偏差。再者，由于工艺变异，即使在相同光源下，相同批次的不同单元间也会有特征相异的色影偏差。因此，对图像系统而言，色影偏差校正是必要的。