CN100550979C - 动态缺陷校正方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种一维缺陷的动态校正方法及装置，依据像素的一维阵列，判断本区最大信号强度、本区最小信号强度以及邻近区域的平均值，判断像素是否为缺陷像素。假使像素是要被校正的，则判断如何将值校正，而非如同已知的中值滤波器般，仅对邻近区平均。

Description

动态缺陷校正方法和装置

技术领域

本发明是关于动态地校正成像器中像素缺陷的校正方法及装置、以及使用其的电子装置，特别是，关于使用一维缺陷演绎法的像素缺陷校正方法及装置，以及具有其的电子设备。

背景技术

近年来，电子式摄影或摄像设备广为流行，举例而言，这些设备包含数码相机、数码摄影机、具有拍摄功能的移动电话等等。在这些电子式摄影或摄像设备中，通常都具有电子式成像器。成像器取得的信号会传给影像处理电路、装置或芯片，以进行进一步的影像处理，而在传送给例如影像处理芯片时，需对成像器中的像素缺陷先进行校正，此为影像信号处理的重要部分。

一般而言，成像器包含电荷耦合器件(CCD)成像器或互补金属氧化物半导体(CMOS)成像器，在这些成像器中会具有一些缺陷像素。缺陷的形式有很多种，举例而言，固定于一点、固定于零点、灵敏度极高、灵敏度极低、等等。一种称为静态缺陷校正的方法是建立位址表以记录这些缺陷像素以及根据位址而对其作补偿。这些位址是在工厂的校正处理时记录于存储器中。

成像器的缺陷像素会因装置的热及老化等问题而更加明显，所以，需要校正。一简单的校正方法是施加中值滤波器以在发生大变化时将其滤除。但是，中值滤波器的临界值却难以设定。假使临界值高，则将无法滤除大部分缺陷，假使临界值低，则影像的高频部分将会被误判且中值滤波器将容易产生错误颜色。虽然此方法可以延伸至二维结构，但是误判仍会发生。此类已知技术可见于美国专利号6181830及6947083已揭示具有静态及动态缺陷校正方法的成像器结构。

发表于2005年1月份的IEEE Transaction on ConsumerElectronics上由A.Bosco、A.Bruna、G.Messina、G.Spaminato等所著的「Fast Method for Noise Level Estimation and Denosing」一文中，揭示使用静态方式之一方法以降低包含动态缺陷像素的噪音。此方法虽然可以取得良好的噪音滤除，但是，硬件成本及计算复杂度却更高。

美国专利号6940549揭示低成本动态缺陷校正法。此方法尝试将像素区分为高频影像或低频影像。假使其为高频，则施加中值滤波器。此方法虽然可以避免简单的中值滤波器的某些误判，但是，仍然需要临界值。此外，如同已知的中值滤波器会对高频影像造成重大伤害般，此方法亦会对高频部分原来的良好影像造成重大损害。

因此，需要一种动态的像素缺陷校正方法或装置，以便能够有效地校正低频部分的像素缺陷，又能够避免对高频影像造成重大伤害。

发明内容

虑及上述问题，本发明提供能够动态地校正影像数据的缺陷的方法或装置。

根据本发明的方法，依据像素的一维阵列，判断本区最大信号强度、本区最小信号强度以及邻近区域的平均值，判断像素是否为缺陷像素。假使像素是要被校正的，则判断如何将值校正，而非如同已知的中值滤波器般，仅对邻近区平均。

根据本发明的方法不需要增加线缓冲器或复杂的数学。此外，本发明可以以软件或硬件实施。

根据本发明的一种实施方式，提供影像数据缺陷校正装置，包括二低通滤波器、一中值滤波器、一最大值检测器、一最小值检测器、一渐层计算器、及少数胶合逻辑机构。

根据本发明的上述动态缺陷校正装置，包括：输入装置，用以输入待处理的像素信号及前后相邻的多个连续像素信号；最大值决定装置，根据该相邻的多个连续像素信号强度以决定最大信号强度值；最小值决定装置，根据该相邻的多个连续像素信号强度以决定最小信号强度值；中值决定装置，根据将该待处理的像素的最近的之前及之后的像素的信号强度，以取得平均强度值；判断装置，根据该待处理的像素的信号强度、该最大的信号强度值、该最小信号强度值，决定该待处理的像素的信号是否需要校正；差值计算装置，根据该判断装置的输出，计算该平均强度值与该最大信号强度值或该最小信号强度值之间的差值，以及，包含限值装置，当该差值小于临界值时，将该差值原状输出，当该差值大于该临界值时，将该差值设定为等于预设值，该限值装置的输出经过归一化而作为参数值k输出；渐层装置，根据该判断装置的输出、该平均强度值、该参数值k，以下述公式计算的值作为输出信号：输出值＝(1-k)×该平均强度值+k×I，I是取决于该判断装置的输出而为该最大信号强度值或该最小信号强度值，其中，当该判断装置决定该待处理的像素的信号不需要校正时，该待处理的像素的信号会原状输出，当该判断装置决定该待处理的像素的信号需要校正时，以该渐层装置的输出信号当作该待处理的像素的信号输出。

附图说明

图1是流程图，显示根据本发明的动态像素缺陷校正方法的实施例。

图2是方块图，显示根据本发明的动态像素缺陷校正装置的实施例。

图3a及3b是分别显示根据本发明的实施例及已知的中值滤波器的性能量测图。

图4a及4b是分别显示根据本发明的实施例及已知的中值滤波器的又一性能测试图。

具体实施方式

首先，于下说明本发明的原理。

根据本发明，首先，判断像素信号强度是否大于本区最大信号强度(以下简称本区最大值)或小于本区最小信号强度(以下简称本区最小值)。假使为否，则将该像素假定为不是待选的可见缺陷像素。其它情形，则将该像素视为待选的可见缺陷像素。其次，假使像素信号强度大于本区最大值，则检查中值滤波器输出的信号强度与本区最小值之间的差；假使像素强度小于本区最小值，则检查中值滤波器输出与本区最大值之间的差。假使差值小，则将该像素视为缺陷像素。其它情形，将像素信号强度视为高频区的峰值。产生一渐层参数以代表该像素是否为缺陷像素的可信度。当高可信度时，输出为中值滤波器输出；当低可信度时，输出是保留大部分原始的像素强度信息的本区最大值或本区最小值。根据本发明，具有的优点为在低频区执行较多缺陷校正，而在高频区执行较少修改。此外，在高频区时，误判机率低，亦即，可以保留高频信息，且肉眼几乎无法分辨缺陷。在低频部分，缺陷校正的效率与中值滤波器一样或更佳。

接着，将参考附图，以说明根据本发明的实施例。

(动态像素缺陷校正方法)

图1是流程图，说明根据本发明的动态像素缺陷校正方法的实施例。首先，将目前要处理的像素的信号强度(以下，简称目前像素)以P(i)表示，将相同频道中目前像素之前的二个像素的信号强度分别以P(i-4)及P(i-2)表示，以及，将同频道中接续在目前像素之后的二个像素的信号强度分别以P(i+2)及P(i+4)表示。

如同图1所示，在步骤102输入目前像素的信号强度P(i)，接着，找出目前像素强度P(i)与邻近像素强度P(i-4)、P(i-2)、P(i+2)、P(i+4)中的最大值MaxProfile(i)及最小值MinProfile(i)，使这些最大值MaxProfile及最小值MinProfile通过低通滤波处理，然后，取得二曲线，其中之一代表本区最大值MaxProfile，另一曲线代表本区最小值，称为MinProfile。假使考虑硬件共享，则可同时计算中值滤波器输出MedOutput，计算方式为中值滤波器输出MedOutput＝(P(i-2)+P(i+2))/2。

接着，判断P(i)是否大于MaxProfile或小于MinProfile。假使均未符合此二条件，亦即，P(i)即未大于MaxProfile亦未小于MinProfile，则不需校正，输出P(i)。此判断处理如图1所示，首先在步骤104判断P(i)是否小于MinProfile(i)。假使为否，则进行至步骤108，判断P(i)是否大于MaxProfile(i)。假使为否，则进行至步骤114，将P(i)当作输出值输出。

假使步骤104的判断结果为是，亦即，P(i)小于MinProfile，则进行至步骤106，检查MaxProfile与MedOutput之间的差值，将此差值归一化为0至1的范围，并将其称为k。然后，进行至步骤110，取得输出值Output＝(1-k)＊MedOutput(i)+k＊MinProfile(i)，并将其输出。根据上述步骤，清楚可知，参数k会控制MedOutput及MinProfile的渐层。渐层结果即为输出。

假使步骤108的判断结果为P(i)大于MaxProfile，则处理会进行至步骤112，检查MinProfile与MedOutput之间的差值。假使差值小，代表本区为低频，以及，P(i)为缺陷像素。假使差值大，代表本区为高频，以及，P(i)可能为缺陷像素或不是缺陷像素。此处，差值大小的判断基准是以目前像素信号强度的一比例为基准值，如果，差值大于此基准值，则差值为大，如果，小于或等于此基准值则差值为小。举例而言，此基准值可以为目前像素信号强度乘以1/5、1/10、或1/20。或者，假使目前像素信号强度以0-255之间的值表示时，则此基准值较佳地在4至18的范围，但不以此为限。此差值为判断MedOutput与MaxProfile的渐层参数k。接着，处理进行至步骤116，取得输出值Output＝(1-k)＊MedOutput(i)+k＊MaxProfile(i)，并将其输出。根据上述步骤，清楚可知，参数k会控制MedOutput及MaxProfile的渐层。渐层结果即为输出。

根据本发明的实施例，缺陷分类为下述三种情形：情形1，「无缺陷」；情形2，「可能的亮缺陷」；情形3，「可能的暗缺陷」。在情形1中，输出与输入相同。在情形2中，输出是在中值滤波器输出至本区最大值的范围。在情形3中，输出是在中值滤波器输出至本区最小值的范围。

动态像素缺陷校正装置

接着，将参考图2，说明根据本发明的实施例的动态缺陷校正装置200。

如图2所示，藉由4个延迟元件202、204、206、208，取得5个连续的像素信号强度数据，P(i-4)、P(i-2)、P(i)、P(i+2)、P(i+4)。P(i-4)、P(i-2)、P(i)、P(i+2)、P(i+4)的代号说明如上所述，此处不再赘述。

这些像素信号强度中，P(i-2)及P(i+2)会馈送至中值滤波器210，P(i-4)、P(i-2)、P(i+2)、P(i+4)会同时馈送给最大值发现器220、及最小值发现器230。而目前信号强度值P(i)会馈送至比较器240的输入端B。

中值滤波器210会将P(i-2)及P(i+2)平均(((P(i-2)+P(i+2))/2)并将平均值MedOutput输出至计算装置270的输入端A。计算装置270的结构及操作将于下详述。

在最大值发现器220中，会找出最大值，并将其馈送至低通滤波器222，然后，输出本区最大值MaxProfile。

在最小值发现器230中，会找出最小值，并将其馈送至低通滤波器232，然后，输出本区最小值MinProfile。

接着，比较器240，会将输入至其的本区最大值MaxProfile、本区最小值MinProfile与P(i)相比较，并将比较结果分别传送给多路复用器260、262、264，以根据比较结果，决定那一数据要传送至参数计算装置270(于下，简称为Calc k)，以及，决定哪一数据要传送给渐层装置280，哪一数据为直接输出至多路复用器264而作为最终输出数据输出。

如图2下方所示，参数计算装置270会将输入端A及B分别输入的信号相减，再取绝对值，将此绝对差值经过截值处理，将任何大于一临界值(例如，如上所述的目前像素信号强度值的1/20至1/10中的一值或是4-18中的任一值)的绝对差值一律视为最大值，最后，再施以归一化处理，然后，将结果作为k值输出至渐层装置280。

接着，说明渐层装置280的操作。如图2所示，渐层装置280会将输入至输入端A的信号MedOutput乘以(1-k)，然后，根据比较器240的输出以将自B输入端输入的信号(MaxProfile或MinProfile)乘上k，接着，将此二乘积相加，例如，(MedOutput＊(1-k))+(MaxProfile＊k)，或(MedOutput＊(1-k))+(MinProfile＊k))。

图3a是显示根据本发明的实施例的功效，图3b是根据已知技术的中值滤波器的性能。在图3a中，虚线L2代表输入信号，实线L1是输出信号。输入信号的左边部分代表高频信息，右边部分代表低频信息中的某些缺陷。中值滤波器需要一临界值以决定校正是否作用。但是，事实上，已知的中值滤波器当在左侧作出很多的错误决定时，其无法拒绝右侧的所有缺陷。假使临界值较低时，则右侧的缺陷将会更少，但是，左侧的错误决定将会更多，反之亦然。根据本发明，在低频部分可以取得非常显著的良好功效，以及，当在高频部发生误判时，可以控制误差。

图4a及4b分别显示根据本发明的实施例与已知的中值滤波器的量测结果。由图4a及4b清楚可知，当已知的中值滤波器的振幅受到严重破坏时，根据本发明的实施例仍然非常强固，几乎不受影响。

虽然已参考较佳实施例特别地显示及说明本发明，但是，本领域普通技术人员在不背离发明的范围及精神之下，可以作不同的改变及修改。因此，发明的范围仅由后附的权利要求所决定。

主要附图标记列表

200  动态缺陷校正装置

202-208  延迟元件

210  中值滤波器

220  最大值发现器

222  低通滤波器

230  最小值发现器

232  低通滤波器

240  比较器

260-264  多路复用器

270  计算装置

280  渐层装置

Claims (9)

1.一种动态缺陷校正方法，用于校正像素的缺陷，包括下述步骤：

输入步骤，输入待处理的像素的信号强度及该待处理像素之前及之后的多个像素的信号强度；

比较步骤，将该之前及之后的多个像素的信号强度互相比较，以找出最大信号强度值及最小信号强度值；

平均步骤，将该待处理的像素的之前最近及之后最近的像素的信号强度平均，以取得平均强度值；

判断步骤，根据该待处理的像素的信号强度分别与该最小信号强度值及该最大信号强度值的比较结果，判断该待处理的像素是否为具有缺陷的像素；

校正步骤，当该待处理的像素被判断为具有缺陷时，根据该判断步骤中取得的比较结果而决定一渐层变数k，以校正该待处理的像素的信号强度，

其中，当该待处理的像素的信号强度小于该最小信号强度值时，该待处理的像素被判定为具有缺陷，以及，其中，将该平均强度值与该最大信号强度值之间的差值经过归一化以取得该渐层变数k，而以下述公式取得输出值，作为该待处理的信号的强度的校正输出值：

(1-k)＊(该平均强度值)+k＊(该最小信号强度值)。

2.如权利要求1所述的方法，其中，该判断步骤中，当该待处理的像素的信号强度不小于该最小信号强度值且不大于该最大信号强度值时，该待处理的像素被判定为不具有缺陷，以及，当该待处理的像素的信号强度小于该最小信号强度值或大于该最大信号强度值时，该待处理的像素被判定为具有缺陷。

3.如权利要求1所述的方法，其中，当该待处理的像素的信号强度大于该最大信号强度值时，该待处理的像素被判定为具有缺陷，以及，其中，将该平均强度值与该最小信号强度值之间的差值经过归一化以取得该渐层变数k，而以下述公式取得输出值，作为该待处理的信号的强度的校正输出值：

(1-k)＊(该平均强度值)+k＊(该最大信号强度值)。

4.如权利要求1至3之一所述的方法，其中，该之前及之后的多个像素是在该待处理的像素之前的二连续像素以及之后的二连续像素。

5.一种动态缺陷校正装置，用于校正像素的缺陷，包括：

输入装置，用以输入待处理的像素信号及前后相邻的多个连续像素信号；

最大值决定装置，根据该相邻的多个连续像素信号强度以决定最大信号强度值；

最小值决定装置，根据该相邻的多个连续像素信号强度以决定最小信号强度值；

中值决定装置，根据将该待处理的像素的最近的之前及之后的像素的信号强度，以取得平均强度值；

判断装置，根据该待处理的像素的信号强度、该最大的信号强度值、和该最小信号强度值，决定该待处理的像素的信号是否需要校正；

差值计算装置，根据该判断装置的输出，计算该平均强度值与该最大信号强度值或该最小信号强度值之间的差值，以及，包含限值装置，当该差值小于临界值时，将该差值原状输出，当该差值大于该临界值时，将该差值设定为等于预设值，该限值装置的输出经过归一化而作为参数值k输出；

渐层装置，根据该判断装置的输出、该平均强度值、和该参数值k，以下述公式计算的值作为输出信号：

输出值＝(1-k)×该平均强度值+k×I，

I是取决于该判断装置的输出而为该最大信号强度值或该最小信号强度值，

其中，当该判断装置决定该待处理的像素的信号不需要校正时，该待处理的像素的信号会原状输出，当该判断装置决定该待处理的像素的信号需要校正时，以该渐层装置的输出信号当作该待处理的像素的信号输出。

6.如权利要求5所述的装置，其中，该临界值为该待处理的像素的信号强度的1/20至1/5。

7.如权利要求5所述的装置，其中，当该待处理的像素的信号强度为0-255的数值时，该临界值在4至18的范围。

8.如权利要求5所述的装置，进一步包含第一低通滤波器及第二低通滤波器，分别用以低通滤波该最大值决定装置与该最小值决定装置的输出信号。

9.如权利要求5至8之一所述的装置，其中，该前后相邻的多个像素信号为该待处理的像素信号之前的连续二个像素信号及之后连续二个像素信号。

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