專利名稱：一種實現圖像信號自適應的數字增益方法
技術領域：
本發明主要涉及一種數字增益方法，特別是在圖像信號處理過程中對 所獲得的原始數據進行處理，通過噪聲分離和信號建模進行數字增益處理 的方法。
背景技術：
用傳感技術進行圖像生成的過程中，圖像原始數據由像素隊列生成， 由于工藝、版圖布局、電路結構等各方面在像素隊列的差異性，使得每個 像素點產生的圖像數據也存在差異性。主要體現在由列電路結構的差異表 現造成的列差異性上。數字增益是一種對信號數據進行線性處理的一種圖 像處理技術， 一般用在輸入信號數據均值較小或較大時。傳統的數字增益 技術一般考慮的是數據處理后的連續性，如不產生亮度突變和抑制過放大 噪聲等，而對于輸入信號的質量本身沒有評估和處理。由于傳感器像素隊 列成像區域差異性的必然存在，輸入信號的差異性經過傳統的數字增益后 必然會加劇這種差異性，故圖像質量沒有得到保障，造成數字增益后使圖 解亮度增加了，卻使圖像質量下降了的情況。
發明內容
本發明解決的技術問題是提供一種對輸入信號的圖像進行預處理的數 字增益方法，可以隔離圖像信號的固定噪聲，避免固定噪聲的放大和傳遞， 實現信號的同比縮放，有效抑制圖像動態噪聲的產生。
本發明提出的一種實現圖像信號自適應的數字增益方法，包括以下處 理步驟
1)計算各列圖像信號的偏置值和固有增益；
2) 對圖像信號分解建模，使得圖像信號由偏置值部分和線性子信號 部分疊加組成，線性子信號部分為V0Ut —偏置值，其斜率為圖像信號的 固有增益；
3) 將數字增益疊加在圖像信號的線性子信號部分。
優選的，所述步驟1)中還包括計算均值固有增益的步驟；所述步驟 3)中具體包括以下過程線性子信號部分按照以下方式進行修正修正后 的線性子信號二 ((V0Ut —偏置值)/固有增益)X均值固有增益；將數字 增益疊加在修正后的線性子信號部分。
優選的，所述步驟l)中還包括計算均值偏置值的步驟；所述步驟3)
中還包括用均值偏置值替代各列圖像信號的偏置值的步驟。
優選的，所述步驟1)中計算各列圖像信號的偏置值和固有增益具體
為通過在像素隊列中增加兩個不感光的行，并使其中一行的Vin置為0， 另一行的Vm置為一固定值，根據這兩行的Vout計算出各列的偏置值和固 有增益。
本發明提出的另一種實現圖像信號自適應的數字增益方法，包括以下
處理步驟
4) 計算各列圖像信號的偏置值、固有增益以及均值偏置值和均值固 有增益；
5) 對圖像信號分解建模，使得圖像信號由偏置值部分和線性子信號
部分疊加組成，線性子信號部分為V0Ut —偏置值，其斜率為圖像信號的
固有增益；
6) 各列圖像信號的偏置值部分用均值偏置值替代；線性子信號部分 按照以下方式進行修正修正后的線性子信號=((V0Ut —偏置值)/固有
增益)X均值固有增益；
7) 將數字增益疊加在圖像信號的均值偏置值和修正后的線性子信號部分。
優選的，所述步驟4)中計算各列圖像信號的偏置值和固有增益具體 為通過在像素隊列中增加兩個不感光的行，并使其中一行的Vin置為0， 另一行的Vin置為一固定值，根據這兩行的Vout計算出各列的偏置值和 固有增益。
采用上述技術方案產生的有益效果是-
1. 通過對圖像輸入信號進行分解建模，將數字增益疊加在線性子信號 部分;或者將固有增益和偏置值用均值固有增益和均值偏置值修正后疊加 數字增益，可以避免對輸入信號的固定噪聲的放大，抑制圖像動態噪聲的產生。
2. 釆用均值偏置值與均值增益反饋回來控制圖像數據流，降低由于工
藝、版圖布局、電路結構等各方面在像素隊列的差異性導致產生的圖像信 號的差異，從而實現了既增加圖像亮度又改善圖像質量的處理效果。
圖1是本發明的列圖像信號模型解析圖2是本發明的另一列圖像信號模型解析圖3是本發明的像素隊列結構圖4是本發明最佳實施例與其它電路連接的示意圖。
具體實施例方式
下面對本發明進行說明。先定義幾個參數，以便對圖像信號進行建模 分析，參照圖1、圖2:
Offset:像素沒有感受光強時(即黑行)的電壓偏置值； Vim 像素感受到光強時的累計的電壓； V0Ut:像素完成曝光后的讀出電壓； k: 固有增益。
這幾個參數之間的關系Vout=Vin*k+Offset。對應于一片有j列像素 的sensor來說，每一列都對應著一個k值和一個Offset值。
在理想狀態下，即不考慮由于工藝、版圖布局、電路結構等各方面對
像素產生的影響，各列的k值和Offset值是相等的-ko=ki = k2 =... = kj-2=kj-1; offseto=offseti = 0ffset2 =... = offsetj-2=offsetj-i;
由此可以知道，在理想狀態下，只要每個像素感受的光強Vin相同，
就可以得到相同的Vout。
而在實際應用當中工藝、版圖布局、電路結構等各方面對像素產生的
影響是不容忽視的，主要表現就是可能導致各列的k值和offset值不相等。 這就使得不同像素在感受相同光強Vin時得到不同的Vout值，如果后端還 經過數字增益對Vout進行放大處理的話，這些誤差將會被一同放大，噪聲 將會變得明顯。假設一組k值和offset值來進行分析
第一列的k值和offset值為ki二4， offseti = 10;
第一列的k值和offset值為k2=3， offset2=16;
感受到的光強為Vin=10 。
由此可以得到
第一列的輸出值為Vout1=50;
第二列的輸出值為V0Ut2=46;
誤差為A。ut二Vout！ -Vout2=4。如果后端還經過數字增益對Vout進行 放大處理的話，A。ut將會被一同放大，造成了數字增益雖然使圖解亮度增 加了，但圖像質量卻下降了。本發明的原理就是將Vout拆分后進行放大， 從而避免對A 。ut放大，還可以通過在疊加數字增益的時候修正k值和offset 值來減小A。ut，從而達到減小噪聲的目的。
如圖3所示，把像素隊列的第0、 l行做成不感光的行。則第0行的 Vin=0，這樣就可以得到各列的offset值；給第1行一個固定的Vin值， 則可以計算得到各列的K值。 所有k值求和
k—sum= ko+ki+k2+.. .+kj-2+kj-i; 求k的均值
k—aver= k—sum /j; 所有offset值求和
offset—sum= offseto+offseti+offset2H-----("offsetj-2+offsetj-i;
求offset的均值
offset—aver= offset—sum /j;
得到出k的平均值和offset的平均值以后就可以對Vout進行處理了 。 先把Vout分成兩部分，分別用A和B表示 A 二 offset;
B=Vout—offset=k* Vin 。
可以看出A為信號的偏置值部分，B為信號的線性子信號部分，線性
子信號部分的斜率為圖像信號的固有增益k。
作數字增益的時候，可以采用將數字增益疊加在固有增益上，即只對 B進行放大，由于Vout的誤差是由兩部分誤差(各列的固有增益k值和各 列的偏置offset值的誤差)造成的，這樣就避免了對offset的誤差進行放 大。
假設數字增益放大的倍數為a。這時最好不要簡單的拿a乘以B來 實現放大，因為固定增益k值也是存在誤差的，如果是這樣直接相乘實現 放大的話同樣會將k值的誤差一起放大，所以還可以對B進行適當的處理， 這樣實現效果才會更好。
由于B=Vout_offset=k*Vin，各列的k值不同導致感受相同光強B 值也會不同，固定增益k值是受由工藝、版圖布局、電路結構等各方面影 響導致各列的k值不一樣的，做成產品后這些都將不可調節，所以要消除 這種差異只能在后端對k值進行適當的修正。前面已經計算出k的平均值， 可以拿這個平均值作為k值的參考值對Vout的B部分進行適當修正 B、 = Vin * k—aver =(B/k) * k_aver =((Vout—offset)/k)* k—aver;
做了這樣的修正以后就相當于把所有列的k值都修正為k一aver，這樣 的話相同的Vin就有相同的B、。再取offset_aver作為各列像素隊列的offset: offsctj=offsct—aver
就可以得到經過兩次修正后的V0Ut、
Vout、= offset—aver+((Vout—offset)/k)* k_aver;
做了這樣的修正以后相當于把由于不同列的不同k值和offset值產生 的誤差給消除了，避免了在做數字增益時對誤差的放大，這樣就可以達到 既增加了圖像的亮度又保證了圖像質量的效果了 。
還可以通過將數字增益疊加在經過修正后的整體圖像信號中，由于對 圖像信號中的固有增益和偏置值先采用均值固有增益和均值偏置值進行修 正，所以在做數字增益時就不會將誤差放大。
以前的數字增益都是簡單的將增益疊加到輸出信號上，沒有對輸出信 號本身存在的誤差(包括固有增益k值和偏置offset的誤差)進行分離修 正，導致信號放大了誤差也放大了；本發明的方法就是通過分離噪聲，也 就是將輸出信號中存在誤差的固有增益k值和偏置offset值進行分離修正 后再進行各種方式的數字增益，從而避免了對誤差的放大，達到減小圖象 噪聲的目的。
圖4所示的優選實施例中ADC為模數轉換模塊，用于將模擬信號轉
換成數字信號；SRAM為存儲模塊，用來存儲k值和offset值；D—gain module 為數字增益處理模塊，從ADC出來的信號在這里實現分離放大。
工作過程Vout經過ADC轉換成數字信號，通過兩行black pixel得 到的每列固有增益k值和固有偏置offset值存儲在SRAM中，D一gain module 模塊根據SRAM中的k值和offset值計算出k—aver值和offset—aver值，并對 輸出信號采用均值進行修正后放大輸出，實現數字增益。
權利要求
1.一種實現圖像信號自適應的數字增益方法，其特征在于，所述方法包括以下處理步驟1)計算各列圖像信號的偏置值和固有增益；2)對圖像信號分解建模，使得圖像信號由偏置值部分和線性子信號部分疊加組成，線性子信號部分為Vout-偏置值，其斜率為圖像信號的固有增益；3)將數字增益疊加在圖像信號的線性子信號部分。
2. 根據權利要求1所述的數字增益方法，其特征在于，所述步驟l)中還包括計算均值固有增益的步驟；所述步驟3)中具體包括以下過程線性子信號部分按照以下方式進行修正修正后的線性子信號= ((Vout—偏置值)/固有增益)X均值固有增益；將數字增益疊加在修正后的線性子信號部分。
3. 根據權利要求2所述的數字增益方法，其特征在于， 所述步驟l)中還包括計算均值偏置值的步驟；所述步驟3)中還包括用均值偏置值替代各列圖像信號的偏置值的步驟。
4. 根據權利要求1-3任一所述的數字增益方法，其特征在于，所述步 驟1)中計算各列圖像信號的偏置值和固有增益具體為通過在像素隊列中增加兩個不感光的行，并使其中一行的Vin置為0，另一行的Vin置為 一固定值，根據這兩行的Vout計算出各列的偏置值和固有增益。
5. —種實現圖像信號自適應的數字增益方法，其特征在于，所述方法 包括以下處理步驟4) 計算各列圖像信號的偏置值、固有增益以及均值偏置值和均值固 有增益；5) 對圖像信號分解建模，使得圖像信號由偏置值部分和線性子信號 部分疊加組成，線性子信號部分為Vout—偏置值，其斜率為圖像信號的 固有增益；6) 各列圖像信號的偏置值部分用均值偏置值替代；線性子信號部分 按照以下方式進行修正修正后的線性子信號=((V0Ut —偏置值)/固有 增益)X均值固有增益；7) 將數字增益疊加在圖像信號的均值偏置值和修正后的線性子信號 部分。
6.根據權利要求5所述的數字增益方法，其特征在于，所述步驟4) 中計算各列圖像信號的偏置值和固有增益具體為通過在像素隊列中增加兩個不感光的行，并使其中一行的Vin置為0，另一行的Vin置為一固定 值，根據這兩行的Vout計算出各列的偏置值和固有增益。
全文摘要
本發明公開了一種實現圖像信號自適應的數字增益方法，通過對圖像信號中存在的固有增益k值和偏置offset的誤差進行分離并使用其均值進行修正后，再進行數字增益。從而避免了對誤差的放大，達到減小圖象噪聲，抑制圖像動態噪聲的產生，實現了既增加圖像亮度又改善圖像質量的處理效果。
文檔編號H04N5/217GK101197933SQ200610157428
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月7日 優先權日2006年12月7日
發明者朱子宇, 黃勇濤 申請人:比亞迪股份有限公司