專利名稱：有效完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于處理數(shù)據(jù)的方法，更準(zhǔn)確地說，涉及有效完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
說明對于設(shè)計(jì)者和現(xiàn)代電子設(shè)備生產(chǎn)廠家來說，提供用于處理數(shù)據(jù)的有效方法是一個重要問題。但是用電子裝置有效處理數(shù)據(jù)是對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要挑戰(zhàn)。例如，增加裝置功能和提高系統(tǒng)性能的需要可能要求系統(tǒng)更強(qiáng)的處理能力，并需要增加硬件資源。由于增加了產(chǎn)品成本和降低了操作效率，因而處理能力和硬件需求的增加也可能產(chǎn)生不利的經(jīng)濟(jì)影響。
而且，增強(qiáng)裝置能力實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的操作可以為系統(tǒng)用戶提供附加的效益，但是也可能增加對各種裝置部件的控制和管理方面的要求。例如，由于所涉及的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的量大并且復(fù)雜，所以可以從有效捕獲和處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的增強(qiáng)型電子裝置的有效實(shí)現(xiàn)獲益。
在某些捕獲數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的電子攝像機(jī)中，可能需要用于改變圖像數(shù)據(jù)格式的各種變換過程。由于對系統(tǒng)資源需求的增加和顯著地提高了數(shù)據(jù)量，所以，很明顯，開發(fā)處理數(shù)據(jù)的新方法是關(guān)系到有關(guān)電子技術(shù)的重大事情。因此，對于上述所有原因，開發(fā)有效處理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)仍然是現(xiàn)代電子裝置的設(shè)計(jì)人員、廠家和用戶的重要考慮。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，公開一種用于有效完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的系統(tǒng)和方法。在一個實(shí)施例中，可以在離線設(shè)計(jì)過程期間確定變換參數(shù)界限，以便規(guī)定實(shí)現(xiàn)上述圖像數(shù)據(jù)變換過程的最佳變換參數(shù)的所需的范圍。此外，可以確定用于估算關(guān)于在各種條件下噪聲特性的色彩補(bǔ)片的典型補(bǔ)片集的最佳化度量。
這樣，就可以測量和記錄典型補(bǔ)片集的當(dāng)前光源。接著，可以度量典型補(bǔ)片集的所有色彩補(bǔ)片，以便確定所需的各種色彩和亮度特性。根據(jù)本發(fā)明，可以仔細(xì)選擇最佳變換參數(shù)，以便使最佳化度量最小，從而使對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)中噪聲最小最佳化度量。可以重復(fù)上述過程，以便選擇在各種攝像機(jī)增益下每一種所需的所有光源的額外最佳變換參數(shù)。最后，在已經(jīng)選擇每一種光源和攝像機(jī)增益的最佳變換參數(shù)后，就可以創(chuàng)建參數(shù)對照表，以便把最佳變換參數(shù)存儲在電子攝像機(jī)裝置中。
在在線過程中，最初可以根據(jù)所需攝影目標(biāo)的當(dāng)前照明條件，由電子攝像機(jī)裝置確定和存儲適當(dāng)?shù)臄z像機(jī)增益。然后，電子攝像機(jī)裝置可以估算和存儲攝影目標(biāo)的當(dāng)前光源。電子攝像機(jī)裝置的變換管理程序可以對包含用于實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)變換過程的最佳變換參數(shù)的一個或多個上述參數(shù)對照表進(jìn)行訪問。
在某些實(shí)施例中，變換管理程序可以利用參數(shù)對照表對最佳變換參數(shù)進(jìn)行內(nèi)插，所述最佳變換參數(shù)最接近攝影目標(biāo)的當(dāng)前攝像機(jī)增益和當(dāng)前光源。接著根據(jù)本發(fā)明，變換管理程序可以把合適的最佳變換參數(shù)裝入電子攝像機(jī)裝置的攝像機(jī)寄存器中，并且可以利用最佳變換參數(shù)實(shí)現(xiàn)一次或多次圖像數(shù)據(jù)的變換過程。因此，本發(fā)明提供一種用于有效完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明的攝像機(jī)裝置的一個實(shí)施例的方框圖；圖2是本發(fā)明圖1所示存儲器的一個實(shí)施例的方框圖；圖3是本發(fā)明的變換矩陣的一個實(shí)施例的示意圖；圖4是圖解說明按照本發(fā)明確定標(biāo)準(zhǔn)噪聲偏差的一個實(shí)施例的圖示；圖5是本發(fā)明的參數(shù)對照表的一個實(shí)施例的示意圖；
圖6是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例實(shí)現(xiàn)確定最佳變換參數(shù)的離線過程的方法步驟的流程圖；以及圖7是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例實(shí)現(xiàn)利用最佳變換參數(shù)的在線過程的方法步驟的流程圖。
詳細(xì)說明本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法。以下說明使本專業(yè)的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┖蛻?yīng)用本發(fā)明，并且以下說明是在專利申請內(nèi)容及其要求的范圍內(nèi)提供的。本專業(yè)的技術(shù)人員將容易明白對所述公開的實(shí)施例的各種修改，本發(fā)明的一般原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施例。因此，本發(fā)明沒有局限于所述實(shí)施例，而符合與本說明書說明的原理和特征一致的最廣泛的范圍。
本發(fā)明包括有效完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的系統(tǒng)和方法，并且可以包括被實(shí)現(xiàn)來捕獲與攝影目標(biāo)對應(yīng)的基本圖像數(shù)據(jù)的電子攝像機(jī)裝置。在電子攝像機(jī)裝置中的變換管理程序可以配置成通過利用可選擇的變換參數(shù)將基本圖像數(shù)據(jù)變換成二次圖像數(shù)據(jù)，其中通過利用最佳化度量來將所述變換參數(shù)最佳化，從而使二次圖像數(shù)據(jù)中噪聲特性最小。變換參數(shù)可以存儲在電子攝像機(jī)裝置中的參數(shù)對照表中，所述參數(shù)對照表由變換管理程序用于實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的變換過程。
現(xiàn)在參考圖1，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的攝像機(jī)裝置110的一個實(shí)施例的方框圖。在圖1的實(shí)施例中，攝像機(jī)裝置110可以包括(但不限于)捕獲子系統(tǒng)118、系統(tǒng)總線138和控制模塊114。在圖1的實(shí)施例中，捕獲子系統(tǒng)118可以光耦合到目標(biāo)對象，并且也可以通過系統(tǒng)總線138電連接到控制模塊114。
在替代的實(shí)施例中，除了(或者代替)結(jié)合圖4說明的那些部件外，攝像機(jī)裝置110可以包括各種其他部件。此外，在某些實(shí)施例中，除了圖1所示的攝像機(jī)裝置110外，本發(fā)明可以替代地體現(xiàn)在任何合適類型的電子裝置中。例如，可以容易地以掃描儀裝置或電視攝像機(jī)裝置的形式來實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)裝置110。
攝像機(jī)裝置的形式來實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)裝置110。
在圖1的實(shí)施例中，一旦系統(tǒng)用戶將捕獲子系統(tǒng)118聚焦在目標(biāo)對象上、并請求攝像機(jī)裝置110捕獲與目標(biāo)對象對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，控制模塊114可以通過系統(tǒng)總線138命令捕獲子系統(tǒng)118捕獲表示目標(biāo)對象的圖像數(shù)據(jù)。然后捕獲的圖像數(shù)據(jù)可以通過系統(tǒng)總線138傳送給控制模塊114，控制模塊114可以以應(yīng)答的方式對圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各種處理和功能。系統(tǒng)總線138也可以在捕獲子系統(tǒng)118和控制模塊114之間雙向傳輸各種狀態(tài)信號和控制信號。
在某些實(shí)施例中，攝像機(jī)裝置110可以包括用于確定當(dāng)前目標(biāo)對象照明的照明估算裝置。例如，攝像機(jī)裝置110可以估算當(dāng)前的照明是任何合適的光源，例如，目光、熒光或白熾光的特定色溫。此外，攝像機(jī)裝置110可以包括用于改變攝像機(jī)裝置110的攝像機(jī)增益的攝像機(jī)增益調(diào)節(jié)裝置，以便補(bǔ)償當(dāng)前目標(biāo)對象上的亮度條件。例如，攝像機(jī)裝置110可以提高攝像機(jī)的增益以補(bǔ)償目標(biāo)對象暗的照明條件，也可以降低攝像機(jī)的增益以補(bǔ)償目標(biāo)對象的明亮的照明條件。
在圖1的實(shí)施例中，捕獲子系統(tǒng)118可以包括(但不限于)圖像傳感器，所述圖像傳感器通過沿光路沖擊圖像傳感器的反射光來捕獲與目標(biāo)對象對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。所述圖像傳感器(最好包括電荷耦合器件(CCD))可以以應(yīng)答的方式產(chǎn)生一組表示目標(biāo)對象的圖像數(shù)據(jù)。然后可以經(jīng)由系統(tǒng)總線138把圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給控制模塊114，以便進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗痛鎯?。也可以考慮其他類型的圖像捕獲傳感器，例如，CMOS和線性陣列，用于與本發(fā)明一起捕獲圖像數(shù)據(jù)。例如，圖像捕獲傳感器可以包括三個或三個以上基色通道(例如，可以考慮紅/綠/藍(lán)(RGB)或深藍(lán)/深紅/黃/綠(C/M/Y/G))。
在圖1的實(shí)施例中，控制模塊114最好包括(但不限于)取景器134、中央處理器(CPU)122、存儲器126和一個或多個輸入/輸出接口(I/O)130。取景器134、CPU 122、存儲器126和I/O 130最好都通過通用系統(tǒng)總線138連接和通信，通用系統(tǒng)總線138也與捕獲子系統(tǒng)118通信。在替代的實(shí)施例中，除了(或代替)結(jié)合圖1的實(shí)施例說明的那些部件外，控制模塊114可以包括各種其他部件。
在圖1的實(shí)施例中，CPU 122最好配置成包括任何合適的微處理器裝置。另外，可以使用其他合適的方法來實(shí)現(xiàn)CPU 122。例如，CPU122可以包括某些專用集成電路(ASIC)或其他合適的電子器件。存儲器126最好用一個或多個合適的存儲裝置實(shí)現(xiàn)，包括(但不限于)只讀存儲器、隨機(jī)存取存儲器和各種類型的非易失性存儲器，例如，軟磁盤驅(qū)動器、硬磁盤驅(qū)動器或快速存儲器。I/O 130最好提供一種或多種有效接口，用于在攝像機(jī)裝置110和任何外部實(shí)體，包括系統(tǒng)用戶或其他電子裝置之間進(jìn)行雙向通信。I/O 130可以使用任何合適的輸入/輸出裝置實(shí)現(xiàn)。下面結(jié)合圖2-7進(jìn)一步說明攝像機(jī)裝置110的功能和應(yīng)用。
現(xiàn)在參考圖2，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的圖1所示存儲器126的一個實(shí)施例的方框圖。在圖2的實(shí)施例中，存儲器126最好包括(但不限于)攝像機(jī)應(yīng)用程序212、操作系統(tǒng)214、變換管理程序216、RGB圖像數(shù)據(jù)218、YCbCr圖像數(shù)據(jù)220、壓縮圖像數(shù)據(jù)216、臨時(shí)存儲器224和雜項(xiàng)信息226。在替代的實(shí)施例中，除了(或代替)結(jié)合圖2的實(shí)施例說明的那些部件外，存儲器126可以包括各種其它部件。
在圖2的實(shí)施例中，攝像機(jī)應(yīng)用程序212可以包括程序指令，所述程序指令最好由CPU 122(圖1)執(zhí)行，以便實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)裝置110的各種功能和操作。攝像機(jī)應(yīng)用程序212的具體特性和功能最好隨各種因素，例如相應(yīng)的攝像機(jī)裝置110的類型和特定用途而變化。
在圖2的實(shí)施例中，操作系統(tǒng)214最好控制和協(xié)調(diào)攝像機(jī)裝置110的低電平功能。根據(jù)本發(fā)明，變換管理程序216最好控制和協(xié)調(diào)由攝像機(jī)裝置110捕獲的圖像數(shù)據(jù)的一個和多個圖像數(shù)據(jù)的變換過程。下面將結(jié)合圖3-7進(jìn)一步說明變換管理程序216的功能。
在圖2的實(shí)施例中，RGB圖像數(shù)據(jù)218、YCbCr圖像數(shù)據(jù)220和壓縮圖像數(shù)據(jù)222可以包括由攝像機(jī)裝置110捕獲的各種格式的圖像數(shù)據(jù)。臨時(shí)存儲器224可以提供任何合適類型的信息和數(shù)據(jù)的臨時(shí)性存儲單元。雜項(xiàng)信息226可以包括任何所需的軟件指令、數(shù)據(jù)和其他信息，用于由攝像機(jī)裝置110執(zhí)行各種功能。
現(xiàn)在參考圖3，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的變換矩陣310的一個實(shí)施例的示意圖。在本發(fā)明的替代的實(shí)施例中，變換管理程序216可以使用各種方法，這些方法與結(jié)合圖3的實(shí)施例說明的那些方法不同。
根據(jù)本發(fā)明，變換管理程序216(圖2)和另一種合適的實(shí)體可以使用變換矩陣310的變換參數(shù)將RGB圖像數(shù)據(jù)218(和其他合適的基本彩色圖像數(shù)據(jù))變換成對應(yīng)的YCbCr圖像數(shù)據(jù)220。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，變換管理程序216可以類似地使用變換矩陣310把基本彩色圖像數(shù)據(jù)變換成適當(dāng)?shù)母袷?，而不是YCbCr圖像數(shù)據(jù)220。
在圖3的實(shí)施例中，變換矩陣310可以包括亮度變換參數(shù)的第一行314、Cb變換參數(shù)的第二行330和Cr變換參數(shù)的第三行334。在圖3的實(shí)施例中，上述亮度變換參數(shù)的第一行314可以包括第一亮度變換參數(shù)“a”(318)、第二亮度變換參數(shù)“b”(322)和第三亮度變換參數(shù)“c”(326)。
在某些實(shí)施例中，變換矩陣310可以使用變換矩陣310實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的變換過程，把RGB圖像數(shù)據(jù)218變換成YCbCr圖像數(shù)據(jù)220，從而便利于隨后把YCbCr圖像數(shù)據(jù)220變換成合適類型的壓縮圖像數(shù)據(jù)222，例如，MPEG圖像數(shù)據(jù)。所述YCbCr格式是電視工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)彩色空間。在圖3的實(shí)施例中，上述圖像數(shù)據(jù)變換過程可以使用來自眾所周知的“601建議書”標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)變換參數(shù)來計(jì)算具有Cb變換參數(shù)的第二行330的“Cb”。601建議書更正式地稱為建議書ITU-R(以前稱為 CCIR)BT.601-4、“演播廳數(shù)字電視編碼參數(shù)”(日內(nèi)瓦ITU，1990)。類似地，上述圖像數(shù)據(jù)變換過程可以使用來自稱作“601建議書”標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)變換參數(shù)來計(jì)算具有Cr變換參數(shù)的第三行330的“Cr”。
使用來自“610建議書”標(biāo)準(zhǔn)的變換參數(shù)，可以用以下公式來描述“Cb”Cb＝dR+eG+fB其中，“R、G和B”為RGB圖像數(shù)據(jù)218的基色值，“d、e和f”為變換矩陣310的Cb變換參數(shù)的第二行330的變換參數(shù)。
類似地，使用“610建議書”標(biāo)準(zhǔn)的變換參數(shù)，可以用以下公式來描描述“Cr”Cr＝gR+hG+iB其中，“R、G和B”為RGB圖像數(shù)據(jù)218的基色值，“g、h和i”為變換矩陣310的Cr變換參數(shù)的第三行334的變換參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，變換管理程序216也可以優(yōu)先選擇變換參數(shù)318、322和326，并根據(jù)以下公式計(jì)算第一亮度值“Y1”Y1＝aR+bG+cB其中，“R、G和B”為RGB圖像數(shù)據(jù)218的基色值，“a、b和c”為變換矩陣310的亮度變換參數(shù)的第一行314的變換參數(shù)。
在圖3的實(shí)施例中，亮度變換參數(shù)的第一行314也可以另外表示為亮度變換參數(shù)。例如，第一亮度變換參數(shù)“a”(318)可以另外表示為“k1”，第二亮度變換參數(shù)“b”(322)可以表示為“k2”，這樣，根據(jù)本發(fā)明，第三亮度變換參數(shù)“c”(326)可以由以下公式確定c＝1-k1-k2其中“k1”為第一亮度變換參數(shù)318，而“k2”為第二亮度變換參數(shù)322。
因此，變換管理程序216可以選擇變換參數(shù)318和322，以便根據(jù)以下公式計(jì)算第一亮度值“Y1”Y1＝(k1)R+(k2)G+(1-k1-k2)B其中“R、G和B”為RGB圖像數(shù)據(jù)218的基色值，而“k1”和“k2，，是從變換矩陣310的亮度變換參數(shù)的第一行314選擇的變換參數(shù)。
本發(fā)明也可以使用第二亮度值“Y2”，所述第二亮度值可以根據(jù)組合變換參數(shù)“k3”與上述第一亮度值“Y1”組合，從而為YCbCr圖像數(shù)據(jù)220產(chǎn)生最終亮度值“Y”。第二亮度值“Y2”可以是相關(guān)的未處理亮度值，所述未處理亮度值可以用各種恰當(dāng)方法確定。例如，第二亮度值“Y2”可以簡單地為從最初捕獲的圖像數(shù)據(jù)(例如，RGB圖像數(shù)據(jù)和CMYG圖像數(shù)據(jù))選擇的基色值的和或者平均值。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，變換管理程序216可以通過選取組合變換參數(shù)“k3”，并應(yīng)用以下公式計(jì)算上述最終亮度值“Y”Y＝(k3)Y1+(1-K3)Y2其中“Y1”為使用變換矩陣310計(jì)算的第一亮度值，“Y2”為上述第二亮度值。
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明可以對上述變換參數(shù)設(shè)置某些變換參數(shù)極限值。例如，“k1”可以由下式0≤k1≤1限制。類似地，“k2”可以由下式0≤k2≤1限制。此外第三亮度變換參數(shù)“c”(326)可以由下式0≤(1-k1-k2)≤1限制。其中第三亮度變換參數(shù)“c”(326)等于(1-k1-k2)。上述組合變換參數(shù)“k3”可以由下式0≤k3≤2限制。
根據(jù)本發(fā)明，可以有利地優(yōu)化選擇亮度變換參數(shù)“k1”、“k2”和“k3”，以便使YCbCr圖像數(shù)據(jù)220(因而在相應(yīng)的最終顯示的圖像)中各種類型的噪聲特性最小。在某些實(shí)施例中，也可以這樣選擇亮度變換參數(shù)“k1”、“k2”和“k3”，使得YCbCr圖像數(shù)據(jù)220中各種類型的彩色偏移特性最小。下面將結(jié)合圖4-7進(jìn)一步說明上述變換參數(shù)的偏差和應(yīng)用。
現(xiàn)在參考圖4，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的圖解說明用于確定標(biāo)準(zhǔn)偏差的一個實(shí)施例的圖形410。在替代的實(shí)施例中，本發(fā)明可以容易地使用不同于結(jié)合圖4的實(shí)施例說明的各種方法。
如上所述，可以有利地優(yōu)化選擇亮度變換參數(shù)“k1”、“k2”和“k3”，以便使YCbCr圖像數(shù)據(jù)220中各種噪聲特性最小。為了使亮度變換參數(shù)“k1”、“k2”和“k3”最佳化，必須導(dǎo)出最佳化度量，以便估算YCbCr圖像數(shù)據(jù)220中的噪聲特性。本發(fā)明可以使用任何合適和有效的方法導(dǎo)出一個和多個最佳化度量。
在某些實(shí)施例中，可以通過應(yīng)用典型彩色補(bǔ)片的補(bǔ)片集導(dǎo)出最佳化度量。例如，可以采用24種不同的典型彩色補(bǔ)片的標(biāo)準(zhǔn)MacBeth彩色檢查卡來導(dǎo)出有效的最佳化度量。對于給定的攝像機(jī)增益、照明和變換參數(shù)“k1”、“k2”和“k3”，可以測量補(bǔ)片集的每一種彩色補(bǔ)片。然后，可以在適當(dāng)?shù)牟噬臻g(例如，標(biāo)準(zhǔn)的L*a*b*彩色空間)中計(jì)算每一種彩色補(bǔ)片的噪聲方差值。然后可以計(jì)算上述最佳化度量，所述最佳化度量是每一種彩色補(bǔ)片的所有上述噪聲方差值的平均值。
在圖4的實(shí)施例中，圖形410示出垂直軸414上的L*a*b*彩色空間的L*值，并示出水平軸418上給定的彩色補(bǔ)片中的象素。圖形410還示出平均的L*值422。在某些實(shí)施例中，最初可以以非線性YCbCr格式測量彩色補(bǔ)片，然后將其變換成線性的L*a*b*格式，以便導(dǎo)出最佳化度量。在圖4的實(shí)施例中，示出由平均的L*值422上面的線432和平均的L*值422下面的線436限定的平均的L*值422附近的噪聲標(biāo)準(zhǔn)差428。
這樣，可以通過測量平均的L*值422上面和下面的噪聲值來確定噪聲標(biāo)準(zhǔn)差428。根據(jù)圖4的實(shí)施例，可以根據(jù)以下公式，通過求噪聲標(biāo)準(zhǔn)差428的平方來獲得與當(dāng)前彩色補(bǔ)片對應(yīng)的噪聲方差值NV＝(SND)2其中SND為噪聲標(biāo)準(zhǔn)差428，而NV為用于計(jì)算最佳化度量的噪聲方差值中的一個。
在獲得每一個彩色補(bǔ)片的噪聲方差值“NV”之后，就可以根據(jù)以下公式、通過取每一個彩色補(bǔ)片噪聲方差值的平均值來計(jì)算最佳化度量“Ф”Ф(增益，光源，k1，k2，k3)＝(NV1+NV2+NV3+...NVM)/M
其中“M”為補(bǔ)片集中彩色補(bǔ)片的數(shù)目，而“Ф(增益，光源，k1，k2，k3)”為對于具體攝像機(jī)增益、照明和對變換參數(shù)“k1”，“k2”，“k3”的選擇的最佳化度量。在某些實(shí)施例中，最佳化度量也可以包括來自彩色補(bǔ)片的其他測量值的信息。例如，最佳化度量可以包括來自L*a*b*彩色空間的a*值和/或b*值的信息。
根據(jù)本發(fā)明，上述最佳化度量可以用于使對變換參數(shù)“k1”，“k2”，“k3”的選擇最佳化，以便使YCbCr圖像數(shù)據(jù)220中的噪聲特性最小。更準(zhǔn)確地說，可以通過相對于各種攝像機(jī)增益和照明改變變換參數(shù)“k1”，“k2”，“k3”來尋找最佳化度量的最小值。上述最佳化度量的最小值可以用任何有效方法確定。例如，可以使用簡單的試探法，或者可以把更智能化的“最陡下降路徑”(path of steepest descent)法以迭代方式用于確定最佳化度量的極小值。
一旦在具體攝像機(jī)增益的情況下相對于各種光源確定了最佳變換參數(shù)“k1”，“k2”，“k3”，那么，就可以實(shí)現(xiàn)用于存取或內(nèi)插適當(dāng)?shù)淖罴炎儞Q參數(shù)“k1”，“k2”，“k3”以便用于由攝像機(jī)裝置110執(zhí)行圖像數(shù)據(jù)變換過程的參數(shù)對照表。下面將結(jié)合圖5說明參數(shù)對照表的一種實(shí)現(xiàn)方案。
現(xiàn)在參考圖5，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的參數(shù)對照表510的一個實(shí)施例的示意圖。圖5的參數(shù)對照表510用于說明的目的，在本發(fā)明的替代的實(shí)施例中，參數(shù)對照表510可以包括各種配置的其他元件和部件，這些元件和部件與結(jié)合圖5的實(shí)施例說明的那些元件和部件不同。
在圖5的例子中，第一列534表示各個光源A至E的k1值序列，所述光源A至E在對應(yīng)的行514至530中示出。類似地，第二列538表示行514至530中光源A至E的k2值序列。第三列542也表示行514至530中光源A至E的k3值序列。為了說明，圖5的參數(shù)對照表510只示出5個光源。但是在替代的實(shí)施例中，可以包括任何所需數(shù)目和類型的光源。
圖5的對照表510提供了對于攝像機(jī)增益1的最佳變換參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，可以容易地實(shí)現(xiàn)對于其他任何所需數(shù)值的攝像機(jī)增益的附加的參數(shù)對照表510。此外，為了把有價(jià)值的存儲資源存儲到攝像機(jī)裝置110中，可以以包括相當(dāng)少入口數(shù)目的最小化格式有利地實(shí)現(xiàn)參數(shù)對照表510。
根據(jù)本發(fā)明，對于沒有具體列入對照表510中的增益或光源，變換管理程序216可以應(yīng)用各種有效的內(nèi)插方法，內(nèi)插附加的最佳變換參數(shù)。此外，變換管理程序216也可以通過利用一個或多個描述對照表510中變換參數(shù)特性或關(guān)系的數(shù)學(xué)公式或算法來導(dǎo)出附加的最佳變換參數(shù)。
現(xiàn)在參考圖6，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)確定最佳變換參數(shù)的離線設(shè)計(jì)過程的方法步驟的流程圖。圖6的實(shí)施例用于說明目的，在替代的實(shí)施例中，本發(fā)明可以使用各種其它步驟和序列，而不是結(jié)合圖6的實(shí)施例討論的那些步驟和序列。
在圖6的實(shí)施例中，在步驟612可以限定參數(shù)的極限值以便規(guī)定實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)變換過程的最佳變換參數(shù)的所需范圍。在步驟616，可以確定用于估算表示彩色補(bǔ)片的補(bǔ)片集的最佳化度量。然后在步驟620，可以度量和記錄典型補(bǔ)片集的當(dāng)前光源。接著在步驟624，可以測量典型補(bǔ)片集的每一個彩色補(bǔ)片，以便確定各種所需的彩色和亮度特征。
在步驟628，根據(jù)本發(fā)明可以仔細(xì)選擇各種最佳變換參數(shù)，以便使最佳化度量最小，從而使對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)中的噪聲特性最小。在步驟632，如果對于附加光源繼續(xù)選擇最佳變換參數(shù)，那么圖6的過程可以返回步驟620至632，以便為每一個附加光源重新選擇附加的最佳變換參數(shù)。
最后，在步驟636，當(dāng)已經(jīng)為每一個光源選擇了最佳變換參數(shù)時(shí)，那么，就可以為當(dāng)前攝像機(jī)的增益創(chuàng)建參數(shù)對照表510。這時(shí)，圖6的過程就可終止。但是，根據(jù)本發(fā)明，通?？梢詾閿z像機(jī)增益的任何所需值重復(fù)圖6的過程，從而產(chǎn)生由攝像機(jī)裝置110在執(zhí)行圖像數(shù)據(jù)變換過程中應(yīng)用的完整的參數(shù)對照表510的集。下面結(jié)合圖7說明應(yīng)用參數(shù)對照表510的一個實(shí)施例。
現(xiàn)在參考圖7，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例利用最佳變換參數(shù)實(shí)現(xiàn)在線過程的方法步驟的流程圖。圖7的實(shí)施例用于說明目的，在替代的實(shí)施例中，本發(fā)明可以使用各種其它步驟和序列，而不是結(jié)合圖7的實(shí)施例所說明的那些步驟和序列。
在圖7的實(shí)施例中，在步驟712，根據(jù)所需攝影目標(biāo)的當(dāng)前照明條件，最初可以由攝像機(jī)裝置110確定合適的攝像機(jī)增益并將其存儲。然后在步驟716，攝像機(jī)裝置110可以估算攝影目標(biāo)的當(dāng)前光源。在步驟720，攝像機(jī)裝置110的變換管理程序216可以訪問一個或多個包含實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)變換過程的最佳變換參數(shù)的參數(shù)對照表510。
在步驟724，變換管理程序216可以使用參數(shù)對照表510內(nèi)插最接近攝影目標(biāo)的當(dāng)前攝像機(jī)增益和當(dāng)前光源的最佳變換參數(shù)。接著在步驟728，變換管理程序216可以把上一步驟724獲得的合適的最佳變換參數(shù)裝入攝像機(jī)裝置110的攝像機(jī)寄存器中。最后，在步驟732，根據(jù)本發(fā)明，變換管理程序216可以利用最佳變換參數(shù)實(shí)現(xiàn)一個或多個圖像數(shù)據(jù)變換過程。然后終止圖7的過程。
上面參照某些實(shí)施例說明了本發(fā)明。根據(jù)本說明，對于本專業(yè)的技術(shù)人員來說其它實(shí)施例將是顯而易見的。例如，可以使用與上述實(shí)施例中說明的不同的配置和方法來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，可以同與上述不同的系統(tǒng)一起有效地使用本發(fā)明。因此，本發(fā)明覆蓋了關(guān)于上述實(shí)施例的所有變型，本發(fā)明僅僅由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于有效完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電子攝像機(jī)裝置，它配置成捕獲與攝影目標(biāo)對應(yīng)的基本圖像數(shù)據(jù)；以及變換管理程序，它配置成通過利用被最佳化的變換參數(shù)來把所述基本圖像數(shù)據(jù)變換成二次圖像數(shù)據(jù)，以便使所述二次圖像數(shù)據(jù)中的噪聲特性最小。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述基本圖像數(shù)據(jù)具有RGB格式，在所述圖像變換過程中所述變換管理程序把所述基本圖像數(shù)據(jù)變換成YCbCr格式的所述二次圖像數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述變換管理程序利用所述變換參數(shù)執(zhí)行所述圖像數(shù)據(jù)變換過程，所述變換參數(shù)包括第一變換參數(shù)“k1”、第二變換參數(shù)“k2”和組合參數(shù)“k3”。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述變換管理程序利用變換矩陣執(zhí)行所述圖像數(shù)據(jù)變換過程，所述變換矩陣具有亮度變換行，所述亮度變換行包括所述第一變換參數(shù)“k1”、所述第二變換參數(shù)“k2”和等于(1-k1-k2)的第三變換參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述變換管理程序根據(jù)以下公式計(jì)算第一亮度值“Y1”Y1＝(k1)R+(k2)G+(1-k1-k2)B其中“R”、“G”和“B”分別為所述基本圖像數(shù)據(jù)的紅、綠和藍(lán)基色值，“k1”為所述第一變換參數(shù)，“k2”為所述第二變換參數(shù)，而(1-k1-k2)為所述變換矩陣的所述亮度變換行的第三變換參數(shù)。
6.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中通過估算最佳化度量來將所述變換參數(shù)最佳化。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中在線性L*a*b*彩色空間中估算所述最佳化度量，以便使所述二次圖像數(shù)據(jù)中的所述噪聲特性最小。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中計(jì)算典型補(bǔ)片集的每一個彩色補(bǔ)片的平均L*值之上和平均L*值之下的標(biāo)準(zhǔn)噪聲偏差，所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲偏差用于根據(jù)以下公式計(jì)算每個所述彩色補(bǔ)片的噪聲方差值NV＝(SND)2其中SND為所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲偏差之一，而NV是用于計(jì)算所述最佳化度量的所述各噪聲方差值中對應(yīng)的一個噪聲方差值。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中根據(jù)以下公式，通過計(jì)算各個彩色補(bǔ)片的所述噪聲方差值的平均值來所述最佳化度量Φ(增益，光源，k1，k2，k3)＝(NV1+NV2+NV3+...NVM)/M其中“M”為所述補(bǔ)片集中所述彩色補(bǔ)片的總數(shù)目，“NV”為所述各噪聲方差值中的一個，而“Φ(增益，光源，k1，k2，k3)”是相對于攝像機(jī)增益、光源和對所述變換參數(shù)k1，k2和k3的選擇的特定值的所述最佳化度量。
10.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述組合參數(shù)“k3”用于確定組合所述第一亮度值“Y1”和第二亮度值“Y2”以便產(chǎn)生所述YCbCr格式的所述二次圖像數(shù)據(jù)的最終亮度值“Y”的組合比率。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第二亮度值“Y2”是從所述基本圖像數(shù)據(jù)中選擇的基色值的簡單的未處理的平均值。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述變換管理程序應(yīng)用以下公式計(jì)算所述最終亮度值“Y”Y＝(k3)Y1+(1-k3)Y2其中“Y1”為利用所述變換矩陣計(jì)算的所述第一亮度值，“Y2”為所述第二亮度值，而“k3”為所述組合參數(shù)。
13.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中在每一種攝像機(jī)增益下，對每一個光源，將所述變換參數(shù)最佳化并將其存儲在所述攝像機(jī)裝置的參數(shù)對照表中。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中是用以具有減少的所述變換參數(shù)的數(shù)目的最小化的格式實(shí)現(xiàn)所述參數(shù)對照表，對未具體列在所述參數(shù)對照表中的某些所述攝像機(jī)增益和所述光源，所述變換管理程序使用內(nèi)插方法對附加變換參數(shù)進(jìn)行內(nèi)插。
15.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中利用參數(shù)極限值來限制所述變換參數(shù)，其中所述第一變換參數(shù)“k1”由第一公式0≤k1≤1限制，所述第二變換參數(shù)“k2”由第二公式0≤k2≤1限制，所述第三變換參數(shù)(1-k1-k2)由第三公式0≤(1-k1-k2)≤1限制，而所述組合變換參數(shù)“k3”由第四公式0≤k3≤2限制。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在確定變換參數(shù)極限值的離線設(shè)計(jì)過程中選擇所述變換參數(shù)，并且為估算補(bǔ)片集中的典型彩色補(bǔ)片而確定最佳化度量。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中相對于一序列所述典型彩色補(bǔ)片的所需光源和攝像機(jī)增益，將最佳化度量最小化，從而確定所述各變換參數(shù)中哪一些是最佳的，以便將所述二次圖像數(shù)據(jù)中的所述噪聲特性最小化。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述變換參數(shù)用于在所述攝像機(jī)裝置中為執(zhí)行所述圖像數(shù)據(jù)變換過程而創(chuàng)建參數(shù)對照表。
19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述攝像機(jī)裝置測量和記錄與攝影目標(biāo)對應(yīng)的當(dāng)前攝像機(jī)增益和當(dāng)前光源。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述變換管理程序訪問所述變換參數(shù)的參數(shù)對照表，所述變換管理程序根據(jù)所述當(dāng)前攝像機(jī)增益和所述當(dāng)前光源對所述變換參數(shù)中的合適的變換參數(shù)值進(jìn)行內(nèi)插，然后所述變換管理程序利用所述變換參數(shù)中的合適變換參數(shù)值執(zhí)行所述圖像數(shù)據(jù)變換過程，以便產(chǎn)生所述二次圖像數(shù)據(jù)。
21.一種有效完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的方法，所述方法包括以下步驟利用電子攝像機(jī)裝置捕獲與攝影目標(biāo)對應(yīng)的基本圖像數(shù)據(jù)；以及應(yīng)用變換管理程序，通過利用變換參數(shù)將所述基本圖像數(shù)據(jù)變換成二次圖像數(shù)據(jù)，將所述變換參數(shù)最佳化以便使所述二次圖像數(shù)據(jù)中的噪聲特性最小。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述基本圖像數(shù)據(jù)具有RGB格式，在所述圖像變換過程中所述變換管理程序把所述基本圖像數(shù)據(jù)變換成YCbCr格式的所述二次圖像數(shù)據(jù)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述變換管理程序利用所述變換參數(shù)執(zhí)行所述圖像數(shù)據(jù)變換過程，所述變換參數(shù)包括第一變換參數(shù)“k1”、第二變換參數(shù)“k2”和組合參數(shù)“k3”。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述變換管理程序利用變換矩陣執(zhí)行所述圖像數(shù)據(jù)變換過程，所述變換矩陣具有亮度變換行，所述亮度變換行包括所述第一變換參數(shù)“k1”、所述第二變換參數(shù)“k2”和等于(1-k1-k2)的第三變換參數(shù)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述變換管理程序根據(jù)以下公式計(jì)算第一亮度值“Y1”Y1＝(k1)R+(k2)G+(1-k1-k2)B其中“R”、“G”和“B”分別為所述基本圖像數(shù)據(jù)的紅、綠和藍(lán)基色值，“k1”為所述第一變換參數(shù)，“k2”為所述第二變換參數(shù)，而(1-k1-k2)為所述變換矩陣的所述亮度變換行的第三變換參數(shù)。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中通過估算最佳化度量來將所述變換參數(shù)最佳化。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中在線性L*a*b*彩色空間中估算所述最佳化度量，以便使所述二次圖像數(shù)據(jù)中的所述噪聲特性最小。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中計(jì)算典型補(bǔ)片集的每一個彩色補(bǔ)片的平均L*值之上和平均L*值之下的標(biāo)準(zhǔn)噪聲偏差，所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲偏差用于根據(jù)以下公式計(jì)算每個所述彩色補(bǔ)片的噪聲方差值NV＝(SND)2其中SND是所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲偏差之一，而NV是用于計(jì)算所述最佳化度量的所述各噪聲方差值中對應(yīng)的一個噪聲方差值。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中根據(jù)以下公式，通過計(jì)算各個彩色補(bǔ)片的所述噪聲方差值的平均值來所述最佳化度量Φ(增益，光源，k1，k2，k3)＝(NV1+NV2+NV3+...NVM)/M其中“M”為所述補(bǔ)片集中所述彩色補(bǔ)片的總數(shù)目，“NV”為所述各噪聲方差值中的一個，而“Φ(增益，光源，k1，k2，k3)”是相對于攝像機(jī)增益、光源和對所述變換參數(shù)k1，k2和k3的選擇的特定值的所述最佳化度量。
30.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述組合參數(shù)“k3”用于確定組合所述第一亮度值“Y1”和第二亮度值“Y2”以便產(chǎn)生所述YCbCr格式的所述二次圖像數(shù)據(jù)的最終亮度值“Y”的組合比率。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第二亮度值“Y2”是從所述基本圖像數(shù)據(jù)中選擇的基色值的簡單的未處理的平均值。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述變換管理程序應(yīng)用以下公式計(jì)算所述最終亮度值“Y”Y＝(k3)Y1+(1-k3)Y2其中“Y1”為利用所述變換矩陣計(jì)算的所述第一亮度值，“Y2”為所述第二亮度值，而“k3”為所述組合參數(shù)。
33.如權(quán)利要求23所述的方法，其中在每一種攝像機(jī)增益下，對每一個光源，將所述變換參數(shù)最佳化并將其存儲在所述攝像機(jī)裝置的參數(shù)對照表中。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中是用以具有減少的所述變換參數(shù)的數(shù)目的最小化的格式實(shí)現(xiàn)所述參數(shù)對照表，對未具體列在所述參數(shù)對照表中的某些所述攝像機(jī)增益和所述光源，所述變換管理程序使用內(nèi)插方法對附加變換參數(shù)進(jìn)行內(nèi)插。
35.如權(quán)利要求23所述的方法，其中利用參數(shù)極限值來限制所述變換參數(shù)，其中所述第一變換參數(shù)“k1”由第一公式0≤k1≤1限制，所述第二變換參數(shù)“k2”由第二公式0≤k2≤1限制，所述第三變換參數(shù)(1-k1-k2)由第三公式0≤(1-k1-k2)≤1限制，而所述組合變換參數(shù)“k3”由第四公式0≤k3≤2限制。
36.如權(quán)利要求21所述的方法，其中在確定變換參數(shù)極限值的離線設(shè)計(jì)過程中選擇所述變換參數(shù)，并且為估算補(bǔ)片集中的典型彩色補(bǔ)片而確定最佳化度量。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中相對于一序列所述典型彩色補(bǔ)片的所需光源和攝像機(jī)增益，將最佳化度量最小化，從而確定所述各變換參數(shù)中哪一些是最佳的，以便將所述二次圖像數(shù)據(jù)中的所述噪聲特性最小化。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述變換參數(shù)用于在所述攝像機(jī)裝置中為執(zhí)行所述圖像數(shù)據(jù)變換過程而創(chuàng)建參數(shù)對照表。
39.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述攝像機(jī)裝置測量和記錄與攝影目標(biāo)對應(yīng)的當(dāng)前攝像機(jī)增益和當(dāng)前光源。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述變換管理程序訪問所述變換參數(shù)的參數(shù)對照表，所述變換管理程序根據(jù)所述當(dāng)前攝像機(jī)增益和所述當(dāng)前光源對所述變換參數(shù)中的合適的變換參數(shù)值進(jìn)行內(nèi)插，然后所述變換管理程序利用所述變換參數(shù)中的合適變換參數(shù)值執(zhí)行所述圖像數(shù)據(jù)變換過程，以便產(chǎn)生所述二次圖像數(shù)據(jù)。
41.一種計(jì)算機(jī)可讀媒體，它包含用于通過執(zhí)行以下步驟來完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的程序指令利用電子攝像機(jī)裝置捕獲與攝影目標(biāo)對應(yīng)的基本圖像數(shù)據(jù)；以及應(yīng)用變換管理程序，通過利用變換參數(shù)將所述基本圖像數(shù)據(jù)變換成二次圖像數(shù)據(jù)，將所述變換參數(shù)最佳化以便使所述二次圖像數(shù)據(jù)中的噪聲特性最小。
42.一種用于有效完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于捕獲與攝影目標(biāo)對應(yīng)的基本圖像數(shù)據(jù)的裝置；以及用于通過利用變換參數(shù)將所述基本圖像數(shù)據(jù)變換成二次圖像數(shù)據(jù)的裝置，其中將所述變換參數(shù)最佳化以便使所述二次圖像數(shù)據(jù)中噪聲特性最小。
全文摘要
一種用于有效完成圖像數(shù)據(jù)變換過程的系統(tǒng)和方法，包括配置成捕獲與攝影目標(biāo)對應(yīng)的基本圖像數(shù)據(jù)的電子攝像機(jī)裝置。電子攝像機(jī)裝置中的變換管理程序可以配置成通過使用可選擇的變換參數(shù)把基本圖像數(shù)據(jù)變換成二次圖像數(shù)據(jù)，通過使用最佳化度量把所述可選擇的變換參數(shù)最佳化，從而使二次圖像數(shù)據(jù)中的噪聲特性最小?？梢园炎儞Q參數(shù)存儲在電子攝像機(jī)裝置的參數(shù)對照表中，以便由變換管理程序用于實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的變換過程。
文檔編號G06K1/00GK101019131SQ200480034532
公開日2007年8月15日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者F·A·巴凱, T·J·庫珀, 松井啟, 西尾研一 申請人:索尼電子有限公司