專利名稱：表現(xiàn)照相機(jī)的特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于補(bǔ)償制造工藝中的偏差的方法。具體地，本發(fā)明涉及將這種方法應(yīng)用到光學(xué)儀器。
背景技術(shù)：
已經(jīng)證明了膠囊照相機(jī)是一種用于檢查胃腸(GI)道的有效的微創(chuàng)方式。在授權(quán)給(issue to)以色列政府國防部的美國專利5，604，531中描述了可吞咽的膠囊照相機(jī)的一個(gè)示例。轉(zhuǎn)讓到給定成像(Given Imaging)的幾個(gè)專利更詳細(xì)地描述了一種使用發(fā)射機(jī)來向外部接收機(jī)發(fā)送由照相機(jī)捕獲的圖像的膠囊照相機(jī)系統(tǒng)。其他膠囊照相機(jī)的示例包括美國專利6，709，387和6，428，469。還存在關(guān)于膠囊照相機(jī)的奧林巴斯公司(OlympusCorporation)的其他專利。例如，美國專利4，278，077公開了一種對(duì)于胃(stomach)設(shè)計(jì)的膠囊中的膠卷照相機(jī)。美國專利6，939，292公開了一種具有緩沖存儲(chǔ)器和發(fā)射機(jī)的膠囊照相機(jī)。美國專利6，800，060公開了一種用于在原子分辨率存儲(chǔ)(ARS)裝置中存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的膠囊照相機(jī)?，F(xiàn)在，可以將電子設(shè)備中的各種改進(jìn)合并到膠囊照相機(jī)中。例如，LED提供了一種緊湊和低功率的光源。CMOS圖像傳感器減少了組件計(jì)數(shù)和功率。集成電路布局(geometry)的進(jìn)一步微型化允許了使用用于減少膠囊照相機(jī)的尺寸和功率的SOC(片上系統(tǒng))技術(shù)。然而，尺寸減少增大了制造公差(manufacturing tolerance)的限制。例如，用于半導(dǎo)體圖像傳感器的制造工藝固有地不但包括批到批(lot-to-lot)、晶圓到晶圓(wafer-to-wafer)、和芯片到芯片(die-to_die)的偏差，而且包括芯片內(nèi)的像素到像素的偏差。甚至用于感測(cè)在單元(cell)中存儲(chǔ)的電荷以提供數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的模擬電路也在芯片內(nèi)的位置之間變化。另外，LED由于其光譜和強(qiáng)度的偏差而聞名。同樣，因?yàn)殓R頭的中心比邊緣處更好地傳遞光，所以在圖像的中心比邊緣處導(dǎo)致更高的強(qiáng)度。即使通過相同的模具來制造鏡頭，同樣也存在鏡頭之間的偏差。另一示例源自于以下事實(shí)，膠囊照相機(jī)中的照明源照明僅幾厘米遠(yuǎn)的對(duì)象，該對(duì)象接收不一致的光強(qiáng)。而且，用于讓LED光穿過的、在膠囊外殼中提供的透明窗體優(yōu)選地不是透明的。因而，當(dāng)接通膠囊中的光源(例如，LED)時(shí)，透明窗體將照相機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)的一些光反射回到所述光源和圖像傳感器。由于膠囊照相機(jī)意欲允許醫(yī)生檢查病人的GI道的內(nèi)部，所以其準(zhǔn)確性和圖像質(zhì)
量備受關(guān)注
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種用于表現(xiàn)照相機(jī)的特性的方法包括(a)在受控條件下，照明照相機(jī)的光學(xué)元件的視場(chǎng)；(b)在所述受控條件下，將多個(gè)圖像曝光到照相機(jī)的圖像傳感器上；(c)從所述多個(gè)圖像中提取用于要利用照相機(jī)拍攝的圖像的模型的參數(shù)值；以及(d)使用所述參數(shù)值來補(bǔ)償隨后利用照相機(jī)拍攝的圖像。可以通過預(yù)定色彩、對(duì)比度或圖案的對(duì)象來提供用于提取所述參數(shù)值的圖像?？梢酝ㄟ^外部光源來照明所述視場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮所補(bǔ)償?shù)膱D像，以用于在照相機(jī)中進(jìn)行存儲(chǔ)或通過無線來進(jìn)行傳送。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，照相機(jī)在檔案存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)圖像和參數(shù)值。可替換地，照相機(jī)可以通過無線來向外部處理或服務(wù)站傳送所述圖像或參數(shù)值。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述模型是溫度相關(guān)的。所述模型包括用于補(bǔ)償像素到像素偏差的函數(shù)。這種函數(shù)的一個(gè)示例包括作為乘法因子和圖像的測(cè)量值的乘積的項(xiàng)。意欲所述函數(shù)補(bǔ)償像素響應(yīng)度中的不一致性。另外，所述函數(shù)還可以包括用于補(bǔ)償圖像傳感器的像素中的泄露電流的項(xiàng)。所述泄露電流隨著曝光時(shí)間而增加，并且也可以是溫度相關(guān)的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于每個(gè)像素來計(jì)算所述參數(shù)值，以用于補(bǔ)償所述像素?？商鎿Q地，基于像素組來計(jì)算所述參數(shù)值，并且其中然后將所計(jì)算的參數(shù)值應(yīng)用于所述像素組中的每個(gè)像素，以用于補(bǔ)償。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，可以從矩形區(qū)域中的像素中選擇所述像素組。當(dāng)進(jìn)行傳送時(shí)，與所述圖像一起來傳送用于標(biāo)識(shí)照相機(jī)的標(biāo)識(shí)符。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于表現(xiàn)具有光學(xué)元件和圖像傳感器的照相機(jī)的特性的方法，所述照相機(jī)被裝在可吞咽的膠囊中，所述方法包括在受控條件下，對(duì)照相機(jī)的光學(xué)元件的視場(chǎng)進(jìn)行照明；在所述受控條件下，通過在所述可吞咽的膠囊中提供的透明窗體，將多個(gè)圖像曝光到照相機(jī)的圖像傳感器上；從所述多個(gè)圖像中提取用于要利用照相機(jī)拍攝的圖像的模型的參數(shù)值；將所提取的參數(shù)值存儲(chǔ)在照相機(jī)內(nèi)的檔案存儲(chǔ)設(shè)備中；以及使用所存儲(chǔ)的參數(shù)值來補(bǔ)償隨后利用照相機(jī)拍攝的圖像。一旦考慮了詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明就更好理解。


圖I示出了 GI道中的膠囊照相機(jī)的示例。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、用于表現(xiàn)膠囊照相機(jī)中的像素到像素偏差和設(shè)計(jì)缺陷的特性的方法。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、用于在膠囊照相機(jī)的自身照明下表現(xiàn)該膠囊照相機(jī)中的像素到像素偏差和設(shè)計(jì)缺陷的特性的方法。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、用于使用利用上述特性表現(xiàn)過程的膠囊照相機(jī)的方法。圖5和圖6分別圖示了結(jié)合圖4來描述的本發(fā)明的替換實(shí)施例。
圖7圖示了圖像傳感器陣列與由光學(xué)系統(tǒng)(諸如，膠囊照相機(jī)的鏡頭系統(tǒng))產(chǎn)生的圖像的足跡(footprint)之間的對(duì)準(zhǔn)(alignment)。圖8A示出了 LED的福射圖案的朗伯(Lambertian)曲線(即，角度對(duì)照度(illuminance)),而圖 8B 示出了 LED 的輝度(luminance)對(duì)角度。圖9示出了鏡頭的網(wǎng)格變形圖示。
具體實(shí)施例方式圖I示出了 GI道中的示范膠囊照相機(jī)。如圖I所示，在身體內(nèi)腔00內(nèi)部看到可吞咽的膠囊照相機(jī)系統(tǒng)01，該身體內(nèi)腔00例如可以是結(jié)腸、小腸、食道、或胃。膠囊照相機(jī)系統(tǒng)01在身體內(nèi)部時(shí)是完全自治的，其所有元件封裝在用于提供潮濕屏蔽的膠囊外殼10中，保護(hù)了內(nèi)部組件免于接觸體液。膠囊外殼10至少包括透明窗體，從而允許來自照明系統(tǒng)12的發(fā)光二極管(LED)的光穿過膠囊外殼10的壁以照明內(nèi)腔壁，并且允許在膠囊照相機(jī)內(nèi)收集來自內(nèi)腔00壁的散射光，并且對(duì)其進(jìn)行成像。膠囊外殼10還保護(hù)內(nèi)腔00免于直接接觸膠囊外殼10內(nèi)部的異物。膠囊外殼10具有一種使得其能夠容易地被吞咽、并且稍后能夠有效地穿過GI道的形狀。一般地，膠囊外殼10是無菌的，由無毒材料制成，并且十分光滑，以最小化搭掛(lodge)在內(nèi)腔內(nèi)的機(jī)率。如圖I所示，膠囊照相機(jī)系統(tǒng)01包括照明系統(tǒng)12和照相機(jī)，該照相機(jī)包括光學(xué)系統(tǒng)14和圖像傳感器16。可以由圖像處理器18來處理由圖像傳感器16捕獲的圖像，該圖像處理器18執(zhí)行各種圖像處理功能，諸如，確定膠囊是否在照相機(jī)的光學(xué)視角內(nèi)相對(duì)于GI道的部分進(jìn)行移動(dòng)?？梢杂蓴?shù)字信號(hào)處理器(DSP)或中央處理單元(CPU)來實(shí)現(xiàn)圖像處理器18。圖像處理器18可以具有一個(gè)或多個(gè)部分幀緩沖器?？梢蕴峁┌雽?dǎo)體非易失性檔案存儲(chǔ)器20，以允許在收回膠囊之后、在身體外部的對(duì)接站或工作站處經(jīng)由輸出端口 28來取回所述圖像?？梢允褂脭?shù)據(jù)壓縮模塊22來以壓縮形式存儲(chǔ)檔案存儲(chǔ)器20中的圖像。(可以以硬件、或以在圖像處理器18上運(yùn)行的軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮模塊22)。由電池電源24來為膠囊照相機(jī)系統(tǒng)01供電?？梢酝ㄟ^腸蠕動(dòng)而經(jīng)過GI道來推動(dòng)膠囊照相機(jī)系統(tǒng)01?？梢杂蒐ED來實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)12。盡管其他的配置也是可能的，但是在圖I中，將LED定位在照相機(jī)的光圈(aperture)附近。還可以例如在光圈后面提供光源。也可以使用諸如激光二極管之類的其他光源。可替換地，也可以使用白色光源或者兩個(gè)或更多窄波長帶光源的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，可以由各種組件(諸如，藍(lán)色LED或紫色LED)、連同由LED的光所激發(fā)以發(fā)射更長波長處的光的磷光材料來形成白色LED?？梢酝ㄟ^生物相容性玻璃或聚合物來制成允許光穿過的膠囊外殼10的部分?？赡馨ǘ鄠€(gè)折射、衍射、或反射鏡頭元件的光學(xué)系統(tǒng)14在圖像傳感器16上提供了其視場(chǎng)內(nèi)的內(nèi)腔00的圖像。圖像傳感器16可以包括用于將所接收的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的電荷耦合裝置(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)類型傳感器裝置。圖像傳感器16可以具有單色響應(yīng)，或包括濾色器陣列，以允許(例如，使用RGB或CYM色彩空間代表法來)捕獲色彩圖像。優(yōu)選地將來自圖像傳感器16的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，以允許使用數(shù)字處理技術(shù)?？梢允褂脠D像傳感器16內(nèi)部(如在當(dāng)前情況下)、或膠囊外殼10內(nèi)部的另一位置處的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換?？梢栽趫D像傳感器16和該系統(tǒng)的剩余部分之間提供A/D單元。將照明系統(tǒng)12中的LED與圖像傳感器16的操作進(jìn)行同步?？刂颇K26(未示出)的一個(gè)功能是在圖像捕獲操作期間控制LED。當(dāng)圖像示出了相對(duì)于前一圖像的充分運(yùn)動(dòng)時(shí)，圖像處理器18可以選擇保留該圖像，以便節(jié)約有限的可用存儲(chǔ)空間。可以在板載檔案存儲(chǔ)器系統(tǒng)20中存儲(chǔ)所捕獲的圖像。雖然在活的有機(jī)體內(nèi)、圖I所示的輸出端口 28不進(jìn)行操作，但是在從經(jīng)過身體的旅程中收回膠囊照相機(jī)之后，該輸出端口 28向工作站上傳數(shù)據(jù)。當(dāng)接通LED時(shí)，它們的光穿過膠囊外殼10中的透明窗體，以照明GI道中的對(duì)象。來自這些對(duì)象的反射光穿過透明窗體并且到達(dá)鏡頭14，該鏡頭14將圖像聚焦在成像傳感器16上。一些從LED發(fā)射的光從透明窗體的表面反射回來(如長短虛線103所示)，經(jīng)過鏡頭14到圖像傳感器16上。因?yàn)閳D像傳感器16中的單元陣列中的每個(gè)像素在某種意義上是唯一的，所以可以在外部提供的一致 光照條件下(在關(guān)斷膠囊照相機(jī)系統(tǒng)01中的LED的情況下)表現(xiàn)圖像傳感器16的特性，以確定圖像傳感器16中的像素到像素的偏差。事實(shí)上，這些像素的不同讀出(readout)代表了像素的偏差、和鏡頭對(duì)于不一致像素值的影響兩者。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、用于表現(xiàn)膠囊照相機(jī)中的像素到像素偏差和設(shè)計(jì)缺陷的特性的方法。如圖2所示，準(zhǔn)備了至少包括鏡頭系統(tǒng)、圖像傳感器、和發(fā)射機(jī)或檔案存儲(chǔ)器的膠囊照相機(jī)(步驟201)。接下來，在步驟202中，由已知色彩、強(qiáng)度、對(duì)比度或圖案的光所照明的對(duì)象被放置在鏡頭系統(tǒng)的視場(chǎng)中，并且進(jìn)行曝光。然后，將這些圖像用于表現(xiàn)膠囊照相機(jī)系統(tǒng)的特性或校準(zhǔn)該膠囊照相機(jī)系統(tǒng)?？梢栽跈n案存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)所述圖像，或傳送所述圖像。在隨后的時(shí)間(步驟203)處，將這些圖像用于校準(zhǔn)從病人捕獲的圖像，以用于臨床診斷目的。一種用于補(bǔ)償像素響應(yīng)度(responsivity)中的偏差和對(duì)于照相機(jī)響應(yīng)的場(chǎng)相關(guān)性(dependence) ( S卩，即使在存在一致的對(duì)象照明時(shí)，傳感器照明中的不一致性)的方法在于在校準(zhǔn)期間提供具有一致色彩和亮度的場(chǎng)的照相機(jī)。然后，在該照明條件下拍攝測(cè)試圖像，并且將其用于獲得用于所有像素的紅色分量的平均值Ακ。如果具體像素的紅色分量信號(hào)是PRi,則可以在正常操作期間，通過將所測(cè)量的像素值的紅色分量乘以因子VPRi來補(bǔ)償該像素的紅色分量。可以以同樣的方式來補(bǔ)償其他色彩分量。(還可以將該方法同樣地應(yīng)用于其他色彩空間域中的色彩分量)?？梢赃M(jìn)行在其自身照明(例如，照明系統(tǒng)12)下的膠囊照相機(jī)系統(tǒng)的特性表現(xiàn)。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、用于在膠囊照相機(jī)的自身照明下表現(xiàn)該膠囊照相機(jī)中的像素到像素偏差和設(shè)計(jì)缺陷的特性的方法?？梢孕ＵM合的照明和成像系統(tǒng)的“白平衡”。如圖3所示，準(zhǔn)備了至少包括鏡頭系統(tǒng)、圖像傳感器、膠囊照相機(jī)的外殼內(nèi)的照明系統(tǒng)、和發(fā)射機(jī)或檔案存儲(chǔ)器的膠囊照相機(jī)(步驟301)。接下來，在步驟302中，在鏡頭系統(tǒng)的視場(chǎng)中，通過照明系統(tǒng)來照明已知色彩、對(duì)比度、和圖案的對(duì)象，并進(jìn)行曝光。然后，將這些圖像用于表現(xiàn)膠囊照相機(jī)系統(tǒng)的特性或校準(zhǔn)該膠囊照相機(jī)系統(tǒng)?？梢栽跈n案存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)所述圖像，或傳送所述圖像。在隨后的時(shí)間(步驟303)處，將這些圖像用于校準(zhǔn)從病人捕獲的圖像，以用于臨床診斷目的。在校準(zhǔn)期間，可以從各種彩色場(chǎng)拍攝圖像。可以將用于每個(gè)測(cè)試場(chǎng)的平均的紅色、綠色、和藍(lán)色像素響應(yīng)與理想的響應(yīng)和所確定的校正因子進(jìn)行比較。例如，如果用于紅色分量的所測(cè)量的平均值是Ακ、并且所期望的平均像素值是A/，則可以通過將所測(cè)量的圖像中的每個(gè)像素乘以因子ake/ak來將該因子用于校正色彩保真度。可以對(duì)于綠色和藍(lán)色分量推導(dǎo)出類似的因子。不同的測(cè)試色彩場(chǎng)可以產(chǎn)生用于三原色的不同校準(zhǔn)因子?？商鎿Q地，可以將白色場(chǎng)用于校準(zhǔn)所有色彩?？梢耘臄z相同測(cè)試圖案的多個(gè)圖像，并且對(duì)結(jié)果進(jìn)行平均，使得在所測(cè)量的像素值中減少時(shí)間相關(guān)的噪聲?？梢源_定并且存儲(chǔ)測(cè)試條件上的校準(zhǔn)因子的加權(quán)平均，以用于稍后的圖像校正。可以在膠囊照相機(jī)系統(tǒng)01、在數(shù)據(jù)記錄器、或在工作站軟件中存儲(chǔ)所述補(bǔ)償因子?？梢愿髯允褂玫仁?、曲線、分段曲線或查找表來定義補(bǔ)償因子。每個(gè)像素的參數(shù)的數(shù)目也可以多于一個(gè)。在圖像傳感器16內(nèi)，與光輸入無關(guān)的作用(effect)也影響每個(gè)像素值?？梢栽凇鞍?dark)”像素的輸出值中看到這種作用。暗像素可以是不在光學(xué)系統(tǒng)14的視場(chǎng)內(nèi)并且典型地被不透明材料覆蓋的像素。雖然這種像素的輸出值不是由光輸入而引起的，但是招 致諸如熱感應(yīng)電荷泄露?？梢酝ㄟ^作為偏移來添加在暗像素處測(cè)量的熱感應(yīng)泄露電流(或暗像素組的平均熱感應(yīng)泄露電流)來補(bǔ)償操作的像素。熱感應(yīng)泄露電流是溫度和時(shí)間兩者的函數(shù)。期望操作中的膠囊照相機(jī)的溫度相對(duì)固定在人類體溫、加上通過膠囊照相機(jī)的功耗和熱傳導(dǎo)兩者確定的幾度處。作為一階估計(jì)，熱感應(yīng)泄露電流與像素的預(yù)充電和讀出之間的時(shí)間成比例?？梢愿鶕?jù)以下的等式(I)分別對(duì)于R、G和B色彩分量來補(bǔ)償包括鏡頭系統(tǒng)14的作用的、像素到像素偏差或不一致像素響應(yīng)度R = FEXPE+C1EXG = FcXPG+C^Xt^Q (I)B = FbX Pb+C1b X !^+Cb其中，PK、Pe、和Pb是用于從圖像傳感器16中的像素讀取的三個(gè)色彩分量的所測(cè)量的分量值，F(xiàn)e, Fe、和Fb是用于校正像素到像素偏差和用于調(diào)整平均像素值所提供的乘法因子，而CK、Ce、和Cb是用于每個(gè)像素的可為正或負(fù)的偏移。在該模型中，假設(shè)像素響應(yīng)與由像素所吸收的已接收輻射能量線性相關(guān)。線性相關(guān)性的斜率是“響應(yīng)度”。在暗像素處(即，在零輸入輻射能量處)，零光響應(yīng)(“暗電流”)代表偏移。因?yàn)槌朔ㄒ蜃雍?jiǎn)單，所以便于使用它以用于補(bǔ)償。然而，如果像素特性相對(duì)于分量值來說是非線性的，則可能需要更復(fù)雜的補(bǔ)償函數(shù)。在一般情況下，可以用fk(Pk)來代替項(xiàng)FkXPk，k = R，G，B。例如，這種函數(shù)可以是包括對(duì)數(shù)或指數(shù)項(xiàng)的多項(xiàng)式或函數(shù)。當(dāng)然，fk(Pk)也可以是其他參數(shù)(諸如，如下面討論的溫度)的函數(shù)。R、G、和B是原色。Ρκ、P,、和Pb是非負(fù)值(當(dāng)其計(jì)算值為負(fù)時(shí)，將每個(gè)值固定(clamp)到零；或者對(duì)于N比特分辨率，當(dāng)計(jì)算值超過2n-1時(shí)，將每個(gè)值固定到2n-1)。提供參數(shù)CyClg和Clb以補(bǔ)償熱感應(yīng)泄露電流。泄露電流對(duì)于每個(gè)色彩分量的影響與時(shí)間^成比例，該h是單元預(yù)充電和單元讀出之間的時(shí)間持續(xù)時(shí)間。為了求解FK、C1K、和CK，必須拍攝包括兩個(gè)不同照明強(qiáng)度和h的兩個(gè)不同值的三個(gè)測(cè)試圖像。讀出用于每個(gè)色彩分量的數(shù)據(jù)。作為一階估計(jì)(例如，在沒有進(jìn)行下面討論的、補(bǔ)償熱感應(yīng)泄露電流的情況下)，可以對(duì)于每個(gè)色彩分量來存儲(chǔ)或傳送兩個(gè)參數(shù)Fi和C”還可以存儲(chǔ)或傳送原始色彩圖像數(shù)據(jù)，以減少空間需求或傳送功率。這些原始色彩圖像數(shù)據(jù)可以對(duì)應(yīng)于在不同強(qiáng)度處照明的紅色、藍(lán)色、和綠色對(duì)象的少量圖像?？商鎿Q地，其每一個(gè)具有一致的已知色彩的多個(gè)對(duì)象的圖像可用于推導(dǎo)這些系數(shù)。例如，其中雖然使用了相同的RGB比例、但是提供了不同的強(qiáng)度的光照條件可以用于求解C；、Cg和Cb參數(shù)。
提供參數(shù)CyClg和Clb以補(bǔ)償熱感應(yīng)泄露電流。泄露電流對(duì)于每個(gè)色彩分量的影響與時(shí)間h成比例，該&是單元預(yù)充電和單元讀出之間的時(shí)間持續(xù)時(shí)間?？梢栽谀z囊照相機(jī)中或膠囊照相機(jī)外部計(jì)算該泄露電流。對(duì)于在膠囊照相機(jī)外部的計(jì)算，在閃存中存儲(chǔ)或通過無線來傳送用于每個(gè)圖像的定時(shí)參數(shù)。用于存儲(chǔ)這些定時(shí)參數(shù)所需的存儲(chǔ)器空間相對(duì)于圖像的尺寸來說是極小的。在上面討論中，盡管為了闡明性目的而在該示例中使用了 RGB空間，但是也可以使用其他色彩空間。因?yàn)榘惦娏骱晚憫?yīng)度兩者在像素之間變化，所以對(duì)于每個(gè)像素來計(jì)算這些參數(shù)的值，并且根據(jù)與每個(gè)像素相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值來將補(bǔ)償應(yīng)用到該像素?？商鎿Q地，可以使用在整個(gè)像素塊的像素上計(jì)算的相同參數(shù)值(例如，相同的加法和乘法因子)來為像素塊中的每個(gè)像素提供補(bǔ)償。一個(gè)塊可以是任何像素組，而不必是圖像的矩形區(qū)域上的像素。
本發(fā)明人同樣認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的方法還可以應(yīng)用到用于除了如在身體內(nèi)腔條件下進(jìn)行操作的膠囊照相機(jī)之外的應(yīng)用的照相機(jī)。對(duì)于這些其他應(yīng)用，可能必須考慮Cy Clg和(:113、(;、(:8和(；以及乘法因子&匕、和&(或其函數(shù)形式)中的溫度相關(guān)性。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，在多個(gè)溫度處進(jìn)行測(cè)量。在每個(gè)溫度處，根據(jù)上述過程來求解Fk(或其函數(shù)形式)、Clk、和 Ck, k = r, g, b 的值。如上面討論的，為了在操作期間使得補(bǔ)償可用，可以在制造的時(shí)間處對(duì)于每個(gè)像素來計(jì)算系數(shù)，并且進(jìn)行存儲(chǔ)。可替換地，可以存儲(chǔ)在已知的一致照明條件下拍攝的圖像數(shù)據(jù)，以用于隨后的系數(shù)計(jì)算。由于膠囊照相機(jī)中在操作期間拍攝的圖像的數(shù)目為好幾萬的數(shù)量級(jí)，所以對(duì)于用于特性表現(xiàn)的幾個(gè)乃至幾十個(gè)測(cè)試圖像的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求很小，并且可以將其存儲(chǔ)在板載檔案存儲(chǔ)器(例如，存儲(chǔ)器20)中。還可以通過無線來向外部記錄器傳送這些測(cè)試數(shù)據(jù)，該外部記錄器可以稍后用在醫(yī)生對(duì)圖像的檢查中?？梢韵蛎總€(gè)膠囊照相機(jī)提供標(biāo)識(shí)數(shù)字(ID)?；谒鯥D，可以向網(wǎng)站上提供測(cè)試數(shù)據(jù)，并在醫(yī)生檢查所捕獲的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，從該網(wǎng)站上下載所述測(cè)試數(shù)據(jù)。用于基于上面討論的簡(jiǎn)單關(guān)系提取系數(shù)的計(jì)算需求(例如，在電路面積和功率方面)相對(duì)低，并且可以容易地存儲(chǔ)或傳送測(cè)試圖像數(shù)據(jù)(例如，用于每個(gè)色彩分量的值)、或者可以通過板載電路來計(jì)算的系數(shù)。為了闡明功率和電路需求，考慮對(duì)于用于處理三十個(gè)300k分辨率圖像所需的JPEG電路的數(shù)量級(jí)估計(jì)。(存在從各種普通的鑄造廠庫(foundries’libraries)中可獲得的JPEG電路的許多選擇,其每一個(gè)由不超過大約50k個(gè)門而組成。)對(duì)于O. 09 μ m工藝,將平均的本征門電容(gate capacitance)估計(jì)為4CiffL ^ (5ff/μ m2) (O. 5 μ m) (O. 09 μ m+0. 2 μ m) ^ 3ff(因子4假設(shè)了等效門具有4個(gè)晶體管。)0.2μπι項(xiàng)代表了邊緣電容。對(duì)于現(xiàn)今廣泛采用的每個(gè)碼字一個(gè)塊的JPEG標(biāo)準(zhǔn)，需要大約30MHz來運(yùn)行每秒三十幀的實(shí)時(shí)速度。因此，假設(shè)布線電容是本征電容的兩倍，并且激活率是所有電路的1/3，則將所需的功率估計(jì)為O. 5CV2*30MHz = O. 5* (2+1) *3ff*50k* (1/3) * (IV) 2*30MHz = 2. 25mff用于處理30巾貞的能量是2. 25mffX Isec = 2. 25mJ,這是膠囊照相機(jī)的電池容量內(nèi)的極小值。通過比較，用于計(jì)算上面的補(bǔ)償系數(shù)的等式比用于JPEG處理的計(jì)算需求要簡(jiǎn)單得多，該用于JPEG處理的計(jì)算需求包括在IS010918-2JPEG編碼標(biāo)準(zhǔn)中指定的其他步驟之中的、空間-頻率域離散余弦變換(DCT)運(yùn)算和熵編碼。此外，用于特性表現(xiàn)所需的測(cè)試圖像的數(shù)目通常實(shí)質(zhì)上少于30個(gè)圖像。因此，提取膠囊照相機(jī)中的系數(shù)本身在實(shí)踐中也容易實(shí)現(xiàn)。因而，使用在這里討論的方法和其他方法來校正所捕獲的圖像的成本不是麻煩的操作。另外，因?yàn)閷⑽葱Ｕ膱D像中的像素到像素偏差表示為圖像數(shù)據(jù)中的噪聲，所以壓縮圖像的壓縮率和質(zhì)量在校正后的圖像中比在未校正的圖像中更加有利。在沒有去除過程的情況下，這些噪聲混合在有用信息中，并且因此增加了壓縮圖像中的比特?cái)?shù)目。(例如，相鄰像素之間的)近距離差異增加了頻域數(shù)據(jù)，因而影響了壓縮文件尺寸和圖像質(zhì)量兩者。在壓縮期間，對(duì)于圖像數(shù)據(jù)中的噪聲的處理進(jìn)一步增加了功耗。例如，在MPEG處理的情況下，必須將先前的參考幀解壓縮，以便對(duì)當(dāng)前幀和參考幀之間的差異進(jìn)行編碼。遠(yuǎn)距離差異(即，傳感器陣列內(nèi)彼此距離充分遠(yuǎn)的像素之間的差異)影響了 MPEG之類壓縮中的運(yùn)動(dòng)估計(jì)。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)估計(jì)之后通過空間域和頻率域變換來進(jìn)行壓縮，所以近距離差異和遠(yuǎn)距離差異兩者均影響這種壓縮算法中的運(yùn)動(dòng)估計(jì)。 本發(fā)明的方法可應(yīng)用于在照相機(jī)外部表現(xiàn)圖像傳感器的特性。因?yàn)檫@種方法引入更少的噪聲，允許更好的匹配，并且導(dǎo)致更少的頻域項(xiàng)，所以該方法實(shí)現(xiàn)了更好的質(zhì)量、更好的壓縮率，并且提供了更少的功率需求。對(duì)于MPEG壓縮的影響是雙重的校正了近距離偏差和遠(yuǎn)距離偏差兩者。所述校正改善了傳感器內(nèi)的近距離、相鄰或鄰近像素的壓縮率，同時(shí)遠(yuǎn)距離像素到像素偏差比近距離偏差高一個(gè)數(shù)量級(jí)。還可以單獨(dú)地表現(xiàn)照相機(jī)的物鏡光學(xué)元件的特性。典型地，無需單獨(dú)地測(cè)量各個(gè)物鏡光學(xué)元件中的每一個(gè)?？梢越M合用于圖像傳感器和物鏡光學(xué)元件的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，(在提供或沒有提供鏡頭的情況下并且在一致或已知條件下)使用上面討論的方法之一來表現(xiàn)圖像傳感器的特性。由于壓縮噪聲而導(dǎo)致圖像傳感器典型地具有更多高頻分量。如果提供了鏡頭，則應(yīng)該使用幾乎理想的鏡頭(這種鏡頭將是昂貴的)。否則，在考慮其缺陷的情況下，應(yīng)該在使用之前離線地在光學(xué)上表現(xiàn)鏡頭的特性。然后，推導(dǎo)出校正數(shù)據(jù)，然后將其與具體傳感器相關(guān)聯(lián)。然后可以將校正數(shù)據(jù)提供到照相機(jī)制造商，以用于隨后使用。通過膠囊外殼10的內(nèi)表面和外表面以及膠囊外殼10內(nèi)的其他對(duì)象(例如，微粒污染)來在某種程度上反射來自照明源的光。這種反射既可以是鏡面的，又可以是散射的。一些反射光可以傳遞到照相機(jī)的輸入光瞳(pupil)中，以在圖像傳感器上進(jìn)行收集。在到達(dá)圖像傳感器16之前，光可能從多個(gè)對(duì)象反射多次。源自于LEG光的反射的亂真(spurious)信號(hào)與所拍照的場(chǎng)景無關(guān)。為了表現(xiàn)由圖像傳感器16從膠囊外殼10中的透明窗體的表面拾取的所反射的照明光的特性，可以將膠囊照相機(jī)完全放置在光吸收的環(huán)境中(即，沒有光從該環(huán)境中反射)。在該安排下，在圖像傳感器16處感測(cè)的光僅僅由從LED發(fā)射的、從膠囊外殼10或從膠囊內(nèi)的其他對(duì)象反射的光組成。雖然簡(jiǎn)單起見、以下討論假設(shè)了 LED光源，但是代替地可以使用其他光源，諸如，基于白熾、熒光、場(chǎng)離子化、磷光、或任何其他發(fā)光處理的那些光源?？梢詫⑺鶞y(cè)量的紅色、綠色、和藍(lán)色像素信號(hào)表達(dá)為，
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/=權(quán)利要求
1.一種用于表現(xiàn)具有光學(xué)元件和圖像傳感器的照相機(jī)的特性的方法，所述照相機(jī)被裝在可吞咽的膠囊中，所述方法包括在受控條件下，對(duì)照相機(jī)的光學(xué)元件的視場(chǎng)進(jìn)行照明；在所述受控條件下，通過在所述可吞咽的膠囊中提供的透明窗體，將多個(gè)圖像曝光到照相機(jī)的圖像傳感器上；從所述多個(gè)圖像中提取用于要利用照相機(jī)拍攝的圖像的模型的參數(shù)值；將所提取的參數(shù)值存儲(chǔ)在照相機(jī)內(nèi)的檔案存儲(chǔ)設(shè)備中；以及使用所存儲(chǔ)的參數(shù)值來補(bǔ)償隨后利用照相機(jī)拍攝的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中，所述多個(gè)圖像包括具有預(yù)定色彩、對(duì)比度或圖案的對(duì)象的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中，所述受控條件包括使用外部光源，在指定的亮度強(qiáng)度和色度下對(duì)所述視場(chǎng)進(jìn)行照明。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述圖像傳感器對(duì)于多個(gè)色彩分量敏感。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述曝光包括對(duì)于每個(gè)色彩分量以預(yù)定的光強(qiáng)提供所述照明。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述多個(gè)圖像包括預(yù)定圖案。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，還包括在存儲(chǔ)設(shè)備中存儲(chǔ)在所述受控條件下拍攝的圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中按照從由等式、曲線、分段曲線和查找表組成的組中選擇的形式來表達(dá)所存儲(chǔ)的參數(shù)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述參數(shù)值包括在各種溫度處從圖像傳感器中的一個(gè)或多個(gè)暗像素測(cè)量的信號(hào)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中補(bǔ)償所述圖像還包括測(cè)量捕獲每個(gè)圖像的溫度，以及使用該溫度作為對(duì)于為所存儲(chǔ)的參數(shù)值構(gòu)造的模型的輸入。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述模型包括用于補(bǔ)償像素到像素偏差的函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述函數(shù)包括乘法因子與圖像的測(cè)量值的乘積。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述函數(shù)補(bǔ)償多個(gè)像素上的平均像素值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述函數(shù)補(bǔ)償不一致的像素響應(yīng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述函數(shù)補(bǔ)償平均像素值。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述函數(shù)基于從受控條件獲得的期望像素值。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述模型包括用于補(bǔ)償圖像傳感器的像素中的泄露電流的加法因子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中在曝光時(shí)間上對(duì)所述泄露電流進(jìn)行積分。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述加法因子是溫度相關(guān)的。
20.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中基于圖像傳感器上的像素組處的測(cè)量信號(hào)來計(jì)算所述參數(shù)值，并且其中，隨后將所計(jì)算的參數(shù)值應(yīng)用于所述組中的每個(gè)像素。
21.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，還包括壓縮所補(bǔ)償?shù)膱D像。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中還包括向外部儲(chǔ)藏庫傳送所壓縮的圖像。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中將所述圖像傳感器與標(biāo)識(shí)符相關(guān)聯(lián)，并且其中將所壓縮的圖像與所述標(biāo)識(shí)符一起傳送。
24.根據(jù)權(quán)利要求10的方法,其中所述模型包括對(duì)于反射光的校正。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述校正是發(fā)光二極管中的電流的函數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述校正還是曝光時(shí)間的函數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中在照相機(jī)外部的處理器處執(zhí)行所述補(bǔ)償。
全文摘要
提供了一種用于表現(xiàn)具有光學(xué)元件和圖像傳感器的照相機(jī)的特性的方法，所述照相機(jī)被裝在可吞咽的膠囊中，所述方法包括在受控條件下，對(duì)照相機(jī)的光學(xué)元件的視場(chǎng)進(jìn)行照明；在所述受控條件下，通過在所述可吞咽的膠囊中提供的透明窗體，將多個(gè)圖像曝光到照相機(jī)的圖像傳感器上；從所述多個(gè)圖像中提取用于要利用照相機(jī)拍攝的圖像的模型的參數(shù)值；將所提取的參數(shù)值存儲(chǔ)在照相機(jī)內(nèi)的檔案存儲(chǔ)設(shè)備中；以及使用所存儲(chǔ)的參數(shù)值來補(bǔ)償隨后利用照相機(jī)拍攝的圖像。
文檔編號(hào)H04N5/225GK102638650SQ201210082410
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日
發(fā)明者戈登.威爾森, 王康懷 申請(qǐng)人:卡普索影像股份有限公司