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1、数字化的不断演进相机和数码摄影系统K. Parulski，M.拉巴尼伊士曼柯达公司901 Elmgrove路罗切斯特，NY14653，USA摘要：电子摄影成为流行时，它把重点放在将图像输入电脑，而不是电视屏幕上。如台式电脑图像启用，销售数字相机，专业人士和消费者增长迅速发展。在过去，主要重点是增加像素数。现在，摄像头的成本低于1,000美元提供超过0.2万像素，用户的启示，高像素数是一个必要条件，但不是充分条件。照片质量的图像。其结果是，将焦点转移到设计光学，传感器和数字处理产生相机具有更高的的IS0速度，噪音更低，更宽的动态范围，改善色调和色彩还原，和更少的文物。数字图像处理，可以提供产品提
2、高图像质量的分化由两个第二提供新的功能。由于像素数的增加，图像压缩变得越来越重要。虽然大多数数码摄影系统目前使用的基于DCT-JPEG压缩，新的基于小波变换的JPEG2000压缩标准提供许多有价值的功能，为今后的系统。为了支持范围的数码摄影系统，JPEG2000将支持范围的色彩交换的空间和灵活的元数据机制。1、数字摄影系统在1981年I，第一消费电子照相机呗索尼进行了论证。在一个静止的视频，他们用模拟录音软盘格式的磁盘上。这些产品是不成功的，因为设备成本高和有限的图像质量，并因为系统是集中在电视上显示的静止图像。第一个面向消费者的数码摄影系统柯达照片CD系统2。这个系统是不被消费者广泛接受，因
3、为它也集中在电视上显示静止图像的胶片扫描，并要求一个昂贵的电视播放设备。然而，由于照片的CD光盘也可以读取计算机的CD-ROM驱动器，它会继续成功地应用于图形艺术，作为一种低成本的方法高质量的电影影像输入到电脑中。图1是一高层次的框图，显示出两个传统和数码摄影系统。在传统的系统，露出卤化银胶片的照相机中，化学开发，和光学印到卤化银的纸张。数字摄影系统提供了更多的输入和输出选项。例如，图像可以提供由数字相机或摄像机，或通过扫描照相底片，幻灯片或打印。图像可以显示在计算机监视器上或电视接收机。它们可以印有许多不同类型的硬拷贝设备，使用喷墨，热和卤化银技术3。数码摄影的主要优点系统是他们有能力提供无
4、噪音的存储，复制，编辑，和发送的数字图像。增加的处理，存储和通信功能，桌面电脑，再加上其成本的降低，引发了人们对数码摄影的增长。提供了在因特网的增长既是一个显着的数字图像中的应用，和一个数字影像的分享世界各地的网络。在将来，数字电视机顶盒可以提供一个另一种以PC为中心的数字摄影。或者，如手持设备，如手机和手掌大小的组织者提高能力，他们可以提供移动平台数码摄影系统。通过无线，高速数据率因特网连接，这些设备将允许用户发送接收数码照片，无论他们在哪里旅行。2。数码相机架构有各种各样的数码相机的设计，在价格点从50美元至50,000元不等。他们使用了多种图像传感器结构，图像处理方法和数字包括几种类型的
5、Flash EPROM存储器的存储介质，卡，以及磁性硬盘驱动器和软盘。专业相机通常利用传统胶片相机机构和可移动的镜头，并使用一个大的光学格式CCD传感器4。成本较低的相机通常使用自定义缩放或小眼镜设计工作的固定焦距镜头格式感应器51。图2是一个方框图，一个柯达数码相机开发为企业应用和照片爱好者的。在图像处理时，所提供的一个32位的RISC处理器结合一个DSP。该处理器被控制的固件存储在Flash记忆体中。此款摄像机包括一个结合的3倍变焦镜头光学的抗混叠滤波器，以及一个光学取景器。在模拟相关双采样之后6。 200万像素的隔行扫描格式，颜色传感器的信号是每秒10位数字化样品。该数据被暂时存储在一个
6、64兆位DRAM。 DRAM拥有多项未处理的图像，让“突发”的图像被捕获。传感器图像的数据进行处理瓷砖，JPEG压缩，并存储在一个紧凑型闪存，这是可移动的存储卡。第一图像处理的任务是提供一个“缩略图”尺寸图像显示在LCD上。这允许用户立即查看图像，并终止在主图像处理，并采取一个新的形象，如果他们不满意照片。可以立即查看拍摄的照片，是一个数码相机最吸引人的特点。该相机程序还可以提供棕褐色的图像，或合并创作背景把拍摄的图像存储在CF卡上。3。彩色图像传感数码相机使用几种方法来产生彩色图像：CFA - 大多数数码相机都使用这种方法。镶嵌彩色滤色器阵列（CFA），是制作在顶部的各个传感器的感光。许多不
7、同的颜色的安排是可能的7，但每个感光敏感只有一个光谱带。一个通常用于光学抗混叠滤波器，以减少假伪色8。颜色顺序-创建与使用三个连续的曝光采取的不同的光的红色，绿色，和蓝色（RGB）的过滤器，或一个可调谐的LCD，在光路中的单色传感器的彩色图像。这些相机用于无生命的场景的摄影工作室，但不能用于人像拍摄,是因为主体运动造成的彩色边缘构件。多传感器的颜色 - 分束器分离的光被聚焦到三个独立的单色传感器191成RGB分量图像从相机镜头。这是一种昂贵的方法，因为它需要一个分色棱镜分束器和三个昂贵和精确地对准的图像传感器。大多数数字相机使用区域阵列电荷耦合器件（CCD）传感器，其中行的电荷包被顺序时钟的串
8、行读出寄存器的电荷到电压转换器中终止。最专业的相机使用全画幅的CCD，与大（如100平方微米）像素IO。大多数低成本万像素的CCD摄像头使用隔行扫描CCD的1I，更小（如小于20平方微米）像素。一些低成本的，有限的分辨率数码相机使用CMOS有源像素传感器12。 CMOS传感器提供了降低的成本和功率消耗，并提供随机存取读出，但还没有的动态范围，灵敏度，或低噪声电平的CCD s。终审法院都覆盖着彩色CCD或CMOS传感器的光电检测器。 RGB原色和白色，青色，品红色，黄色的组合（WCMY）ANDOR绿色滤光器被使用。实施例在图3中示出的RGB和互补化模式。拜耳色彩滤波阵列（CFA）左侧有50的绿色
9、像素排列在棋盘，为客户提供高亮度的第131号决议。传感器可以有空间偏移的行的象素14，如在右侧所示，与伯或互补滤波器。然而，产生图像文件的数码相机，与相同数量的像素可能提供非常不同的图像质量。虽然这是不可能的生产标准尺寸照片的打印质量，使用不到100万像素，增加更多的像素并不总是提供更高质量的，尤其是当维持相同的光学格式的图像传感器。传感器像素设计了几个关键因素，包括像素数（传感器的光电探测器） 感光度（IS0速度）信号 - 噪声比使用一个更小的区域，每个感光降低的灵敏度和信号噪声比。在过去，这通常是一个很好的权衡，因为低像素数的限制摄像机的分辨率，这是图像质量因子的限制。随着像素数的增加，然
10、而，其他因素开始对图像质量的影响更占优势。在未来，像素计数可提供较少的相机比色彩保真度或低光能力的分化。已经开发了一些IS0标准测量数码相机的客观质量15。这些标准包括分辨率的测量，噪声测量值，IS0的速度。的标准，测量从数码相机的输出图像的特点，因为由所述传感器产生的图像的质量取决于相机的图像处理，而不只是传感器输出信号。4。数码相机处理图4显示了在数码相机或在主机电脑，数码相机所提供的原始图像文件处理实现的关键图像的处理步骤。传感器数据可以处理隐瞒缺陷或嘈杂的像素，并纠正灵敏度变化引起的透镜或传感器。终审法院的传感器数据进行插值重建“丢失”的颜色的像素值。虽然可以使用简单的FIR滤波器，得到更好的结果，使用自适应技术16。白平衡校正的场景光源，由于日光比钨灯具有更大比例的蓝色的能量。R和B信号被乘以由旨在提供相等的RGB像素值的中性（例如，白色或灰色）对象的R和B增益值。颜色校正可以使用33矩阵纠正相机光谱感光度，色调校正使用的查找表中的一组。图像锐化，实现简单或自适应空间滤波器，补偿镜头模糊和主观上更清晰的图像。 图4。数字图像处理算法。在未来，在图像处理算法的创新可以允许不同的图像内的对象（例如，脸，天空等）被确认，并适当地处理。算法可能也有个性化的不同类型的用户，可以具有不同的颜色再现或图像锐度偏好。
