CN1379595A - 信号处理设备和方法 - Google Patents

Abstract

执行用于内插彩色信号的一种信号处理过程。在这一处理过程中,对从图象传感器输出的彩色信号数据进行内插,该图象传感器由形成预定矩阵的多个滤色器覆盖,基于彩色图象数据鉴别水平和垂直相关电平,通过各颜色的彩色分离内插图象数据,在带有较高相关电平的方向,基于鉴别结果计算第一色差信号,并通过不同于第一色差信号计算单元的预定的算术运算,基于各颜色内插的图象数据,计算第二色差信号。基于第一和第二色差信号选择并输出所计算的第一或第二色差信号。

Description

信号处理设备和方法

本发明的领域

本发明涉及图象感测设备和方法，及信号处理设备和方法更具体来说，涉及图象感测设备和方法，及信号处理设备和方法，它们能够执行用于降低彩色图象数据的彩色波纹的信号处理过程。

                 本发明的背景

根据传统的假色抑制方法，当滤色器具有如图9所示的红色(R)，绿色(G)，和蓝色(B)滤色器的一个矩阵时(注意，图9中所示的G1和G2都是G滤色器，但是为了易于理解而区别开)，色差产生电路造成彩色插入，使得各个象素分别有对应于R，G1，BH和G2滤色器的信号(这些信号也由R，G1，B，G2指示)，

(1)然后该电路比较(R-G1)和(R-G2)，矩阵(R-G1)和(R-G2)，或者根据(R-G1)和(R-G2)之间的差选择它们之一，并作为(R-G)信号输出获得的信号，并且

(2)电路比较(B-G1)和(B-G2)，矩阵(B-G1)和(B-G2)，或者根据(B-G1)和(B-G2)之间的差选择它们之一，并作为(B-G)信号输出获得的信号。

这样，通过有选择地产生色差信号进行用于降低假色同时保持色调表达式的处理过程。

然而，传统的方法中，由于独立地选择彩色分离方向以便在产生(R-G)和(B-G)信号时混合彩色，因而可能使用不同方向和不同比例产生色差信号，即(R-G)和(B-G)信号，其结果可能产生另一种假色。

本发明的概述

本发明是在考虑以上情形作出的，其目的是获得Nyquist频率附近的假色抑制效果，而不产生另一种假色。

本发明的另一目的是防止在目标包含很多高频成分时的色损。

本发明的另一目的是防止当目标图象有高饱和并饱和很多高频成分时另一种假色产生。

根据本发明，上述目的是通过提供一种信号处理设备达到的，该设备包括：图象传感器，它由形成一个预定的矩阵的多个滤色器覆盖；内插单元，适合于执行从图象传感器输出的彩色图象数据的内插处理过程；鉴别单元，适合于基于彩色图象数据鉴别水平和垂直相关电平；第一色差信号计算单元，适合于通过由内插单元内插的各颜色的彩色分离图象数据，基于鉴别单元鉴别的结果，在有较高相关电平方向计算第一色差信号；第二色差信号计算单元，适合于通过不同于第一色差信号计算单元的预定的算术运算，基于由内插单元内插的各颜色的图象数据，计算第二色差信号；以及选择器，适合于基于第一和第二色差信号选择并输出第一和第二色差信号两者之一。

根据本发明，上述目的还可以通过提供一种信号处理方法达到，该方法包括：使用图象传感器转换光学图象为电信号，并输出彩色图象数据，该图象传感器由形成一个预定的矩阵的多色滤器覆盖；基于彩色图象数据执行内插处理过程，使得象素分别具有多个不同彩色图象数据；基于彩色图象数据鉴别水平和垂直相关电平；通过各颜色的彩色分离内插的图象数据，基于鉴别的结果，在有较高相关电平方向计算第一色差信号；通过不同于为获得第一色差信号的运算的预定的算术运算，基于内插的各颜色的图象数据，计算第二色差信号；以及基于第一和第二色差信号选择并输出第一和第二色差信号两者之一。

从以下结合附图的说明，本发明的其它特点和优点将显而易见，其所有附图中相同的标号表示相同或类似的部件。

附图的简要说明

内容并构成说明书一部分的附图，示例说明本发明的实施例，并与描述部分一同用来解释本发明的原理。

图1是一框图，表示根据本发明一个实施例的信号处理单元的配置；

图2是流程图，表示根据本发明的实施例色差信号产生的处理过程；

图3是一框图，表示根据本发明的实施例适配的亮度内插电路；

图4是用来说明根据本发明实施例的内插方法的图示；

图5是一框图，表示根据本发明的第一实施例色差产生电路的配置；

图6示出根据本发明第一实施例的内插滤器的一例；

图7是一框图，表示根据本发明的第二实施例色差产生电路的配置；

图8表示根据本发明第二实施例用于G信号的内插滤器；

图9表示滤色器矩阵一例。

下面根据附图详细描述本发明的优选实施例。

优选实施例的详细说明

<第一实施例>

图1是一框图，表示根据本发明一个实施例的信号处理设备的配置，并特别示出一图象信号单元的配置。

从CCD图象感测元件501输出的信号在白平衡(WB)电路502中受到白增益调节，并然后传送到自适应内插电路600。自适应亮度内插电路600在产生亮度信号时通过计算垂直/水平相关电平自适应产生亮度信号，并向色差产生电路550输出垂直/水平条纹鉴别信号。此后，水平带通滤波器(HBPF)511和垂直带通滤波器(VBPF)514提升稍低于由陷波滤波器减弱的Nyquist频率。

然后PP(孔径峰值)增益电路512和515调节水平和垂直两者的振幅，且基极限幅(BC)电路513和516切割小振幅以去除噪声。加法器517使水平和垂直成分相加，APC(孔径控制)主增益电路518使得和信号乘以主增益，且加法器519把来自电路518的输出加到基带信号。从加法器519的输出受到由伽马转换电路520进行的伽马转换，并然后受到由亮度补偿(YCOMP)电路521进行的亮度信号电平补偿。

作为彩色信号处理，来自白平衡电路502的信号还发送到色差产生电路550，并受到彩色内插，这样基于来自自适应亮度内插电路600的彩色信号输出，产生垂直/水平条纹鉴别信号R-G和B-G。彩色转换矩阵(MTX)504把R-G和B-G信号转换为R-Y和B-Y信号。色度抑制(CSUP)电路505抑制低和高亮度区域的色差增益，且色度低通滤波器(CLPF)506舍弃彩色的高频范围。限带的色度信号被转换为R，G和B信号，并同时受到由伽马转换电路507进行的伽马转换。经过伽马转换的R，G，和B信号再被转换为色差信号R-Y和B-Y，这些信号受到由色度增益(CGain)拐点电路508进行的饱和增益调节。此外，线性限幅矩阵(LCMTX)电路509进行色调补偿的精细校正，并校正由于图象感测元件的个别变化所至色调的配准不良，这样输出色差信号U和V。

注意，自适应亮度差值电路600在产生亮度信号时通过计算垂直/水平相关电平自适应产生亮度信号，并向色差产生电路550输出垂直/水平条纹鉴别信号。色差产生电路550在产生色差信号时使用垂直/水平条纹鉴别信号执行一个处理过程。以下将参照图2的流程图说明本发明的图象信号单元中色差信号产生处理过程。

图3示出自适应亮度内插电路600的配置。基于从WB电路502(步骤S11)输入的图象数据，相关电平检测器601检测垂直和水平相关电平(步骤S12)。相关电平检测方法将简单说明如下。

对于除了绿色之外的所有象素，即红色和蓝色象素，内插绿色信号。当图象感测元件501基于例如如图4所示的滤器矩阵时，在图4的象素P5内插绿色信号(P5(G))(P1到P9指示象素位置，而括号中的符号指示从执行象素获得的彩色信号并对应于滤器的颜色)，检测要被内插的象素的上，下，左和右相邻象素的信号相关，从而鉴别垂直和水平条纹。就是说，计算要被内插的象素的上和下相邻象素，以及右和左相邻象素之间的差的绝对值。

HDiff＝|P4(G2)-P6(G2)|

VDiff＝|P2(G1)-P8(G1)|

HDiff与VDiff之间的差用作为内插方向鉴别信号MatSw。就是说，

MatSw＝HDiff-VDiff

根据由上述方法检测的相关电平，通过选择水平或垂直内插，G信号内插单元602自适应进行内插，使得所有象素具有绿色信号。更具体来说，如果从相关电平检测器601输出的内插方向鉴别信号MatSw是负的，则表示水平相关强，因而单元602使用水平方向的象素信号进行内插。另一方面，如果差是正的，则单元602使用垂直方向的象素信号进行内插。注意，MatSw可用作为指示正或负的二进制信号输出(例如，对于正则MatSw＝0，对于负则MatSw＝1，或相反)。

RB信号内插单元603基于绿色信号进行内插，使得所有象素具有R和B信号。使用对于各个象素获得的R，G和B信号，亮度产生器604例如通过以下计算产生并输出亮度信号：

0.33R+0.59G+0.11B

以下将参照图5说明本发明第一实施例中色差产生电路550的详细配置。

标号551到554表示对应于滤色器R，G1，G2和B彩色内插电路，并作为使彩色信号同步化的电路装设。使用图6中所示的内插滤器进行内插，以便对每一象素计算并内插R，G1，G2和B信号(步骤S13)。

标号556表示一开关，该开关基通过相关电平检测器601获得的内插方向鉴别信号MatSw进行选择，如果水平相关强(在步骤S14中YES)，即如果MatSw为负，则选择路线1，或者如果垂直相关强(在步骤S14中NO)，即如果MatSw为正，则选择路线2。标号558和559标记减法器，用于减去各象素的彩色信号。在通过开关556切换时，当水平相关强(步骤S15)时减法器558和559输出(R-G1)和(B-G2)，或者当垂直相关强(步骤S16)时减法器558和559输出(R-G2)和(B-G1)。使用这一配置，在水平和垂直方向之一，即在相关强的方向，进行色分离。为了说明的简化，从减法器558输出的信号(R-G1)或(R-G2)以下将称为(R-Ga1)，而从减法器559输出的信号(B-G1)或(B-G2)以下将称为(B-Ga2)。

标号557标记一线性运算电路，该电路使用由彩色内插电路552内插的G1和G2信号通过(G1+G2)/2产生Gb信号。这一Gb信号可通过另一算术公式计算。标号560和561标记减法器。减法器560和561分别计算(R-Gb)和(B-Gb)(步骤S17)。

标号562和563标记饱和计算电路，它们分别输出饱和值SatA和SatB(步骤S18)。饱和值SatA和SatB分别由以下给出：

SatA＝|R-Ga1|+|B-Ga2|

SatB＝|R-Gb|+|B-Gb|or $\mathrm{SatA}=\sqrt{{(R-\mathrm{Ga}1)}^2+{(B-\mathrm{Ga}2)}^2}$ $\mathrm{SatB}=\sqrt{{(R-\mathrm{Gb})}^2+{(B-\mathrm{Gb})}^2}$

注意，用于计算饱和值的计算公式不限于这些公式。例如，可计算平方和代替之。

标号564标记色差信号选择/判断电路；而565和566标记选择器，用于根据从色差信号选择/判断电路564输出的选择信号对信号进行选择。色差信号选择/判断电路564基于饱和值SatA和SatB产生用于选择(R-Ga1)和(B-Ga2)或(R-Gb)和(B-Gb)的选择信号，并向选择器565和566提供选择信号。如果SatA-SatB＜0(步骤S19中YES)，则色差信号选择/判断电路564产生用于选择(R-Ga1)和(B-Ga2)的信号(步骤S20)；如果SatA-SatB≥0(步骤S19中NO)，则它产生用于选择(R-Gb)和(B-Gb)的信号(步骤S21)。

注意，用于获得选择信号的计算公式不限于这些特定的公式。

由选择器565和566选择的信号作为(R-G)和(B-G)信号输出到后继的彩色转换MTX电路504(步骤S22)。

如上所述，根据第一实施例，把从通过由相关电平鉴别信号指示的水平或垂直方向的色分离获得的色差信号而获得的饱和值，与从通过在水平和垂直两个方向色分离获得的色差信号而获得的饱和值进行比较，并选择对应于较小饱和值的色差信号。这样，在低于Nyquist频率的频率区域，则输出通过在相关电平鉴别信号指示的方向的色分离获得的色差信号；在具有超过Nyquist频率的频率且其中可能获得错误的垂直/水平鉴别结果的区域中，输出通过在垂直和水平两个方向的色分离获得的彩色信号。其结果是，能够进行彩色内插而不会损失DC分量彩色，且不会产生另一种高频中的假色，高饱和目标图象。

在图2所示的流程图中，在检测相关电平之后内插彩色信号，并在产生色差信号R-Ga1和B-Ga1之后，产生色差信号R-Gb和B-Gb。然而，这些处理过程的顺序不限于此，且这些处理过程的顺序可以反向，或者这些处理过程可以同时执行。

<第二实施例>

以下将说明本发明的第二实施例。由于根据第二实施例的图象感测设备的信号处理单元的配置与参照图1第一实施例中所述相同，因而其说明从略。在第二实施例中，色差产生电路550的配置与第一实施例中不同。以下将说明第二实施例的色差产生电路550。

图7是一框图，表示第二实施例中色差产生电路550的详细配置。图7中相同的标号标记与图5中相同的部件，且其说明从略。

在第一实施例中，分别对各个象素内插G1和G2，且线性运算电路557计算Gb(＝(G1+G2)/2)。

然而，这一线性算术运算等价于使用图8所示的内插滤器G信号的G1和G2彼此不区分的简单内插。因而，G1和G2信号输入到彩色内插电路570，并使用图8中所示内插滤器代替图5中的线性运算电路557，这样获得与第一实施例相同的效果。由于其它的配置与参照图5的第一实施例中所述相同，其说明从略。

如上所述，根据第二实施例，能够获得与第一实施例相同的效果。

<其它实施例>

本发明能够用于由多个装置(例如，主计算机，接口，扫描器，视频像机)构成的系统，或用于包含单一装置的设备(例如，复印机，传真机)。

而且，本发明的目的还能够通过以下方式实现，即向计算机系统或设备(例如个人计算机)提供一种用于进行上述处理过程的存储程序代码的存储介质，通过计算机系统或设备的CPU或MPU从该存储介质读取该程序代码，然后执行该程序。

这种情形下，从存储介质读取的程序代码实现根据实施例的功能，且存储程序代码的存储介质构成本发明。

进而，存储介质，诸如软盘，硬盘，光盘，磁光盘，CD-ROM，CD-R，磁带，非易失型存储卡，及ROM能够用来提供程序代码。

进而，除了通过执行由计算机读取的程序代码实现根据以上实施例的上述功能之外，本发明还包含一种情形，其中工作在计算机上的OS(操作系统)等，根据程序代码的目的进行部分或全部的处理过程，并实现根据以上实施例的功能。

此外，本发明还包括一种情形，即在从存储介质读取的程序代码写入插入到计算机的功能扩展卡或写入与计算机连接的功能扩展单元中装设的存储器之后，包含在功能扩展卡或单元中的CPU等根据程序代码的指定进行部分或全部处理过程，并实现以上实施例的功能。

在本发明用于上述存储介质的情形下，存储介质存储对应于实施例中所述图2所示的流程。

本发明不限于以上实施例，在本发明的精神和范围内可作出各种改变和修改。因而为了公告本发明的范围，作出以下诸权利要求。

Claims (19)

1.一种信号处理设备，包括：

图象传感器，它由形成一个预定的矩阵的多个滤色器覆盖；

内插单元，适合于执行从所述图象传感器输出的彩色图象数据的内插过程；

鉴别单元，适合于基于彩色图象数据鉴别水平和垂直相关电平；

第一色差信号计算单元，适合于通过由所述内插单元内插的各颜色的彩色分离图象数据，基于所述鉴别单元鉴别的结果，在有较高相关电平方向计算第一色差信号；

第二色差信号计算单元，适合于通过不同于所述第一色差信号计算单元的预定的算术运算，基于由所述内插单元内插的各颜色的图象数据，计算第二色差信号；以及

选择器，适合于基于第一和第二色差信号选择并输出第一和第二色差信号两者之一。

2.根据权利要求1的设备，其中所述第二色差信号计算单元使用与由所述鉴别单元(600)鉴别的垂直和水平相关电平无关的预定的算术运算。

3.根据权利要求1的设备，其中所述第二色差信号计算单元通过线性算术运算计算第二色差信号。

4.根据权利要求1的设备，其中算术选择器包括第一计算单元，适合于从第一色差信号计算第一饱和值，以及第二计算单元，适合于从第二色差信号计算第二饱和值。

5.根据权利要求4的设备，其中所述第一计算单元计算第一色差信号的绝对值和作为第一饱和值，且所述第二计算单元计算第二色差信号的绝对值和作为第二饱和值。

6.根据权利要求4的设备，其中所述第一计算单元计算第一色差信号的平方和或平方根作为第一饱和值，且所述第二计算单元计算第二色差信号的平方和或平方根作为第二饱和值。

7.根据权利要求4的设备，其中所述选择器比较第一和第二饱和值，并选择对应于较小饱和值的色差信号。

8.根据权利要求4的设备，其中所述选择器包括比较器件，适合于比较第一和第二饱和值，并基于比较结果输出选择信号，并基于选择信号选择且输出第一或第二色差信号。

9.根据权利要求8的设备，其中所述比较器件输出选择信号，该信号用于选择对应于较小饱和值的色差信号。

10.一种信号处理方法，包括：

使用图象传感器转换光学图象为电信号，并输出彩色图象数据，该图象传感器由形成一个预定的矩阵的多色滤器覆盖；

基于彩色图象数据执行内插过程，使得象素分别具有多个不同颜色的图象数据；

基于彩色图象数据鉴别水平和垂直相关电平；

通过各颜色的彩色分离内插的图象数据，基于鉴别的结果，在有较高相关电平方向计算第一色差信号；

通过不同于为获得第一色差信号的运算的预定的算术运算，基于内插的各颜色的图象数据，计算第二色差信号；以及

基于第一和第二色差信号选择并输出第一和第二色差信号两者之一。

11.根据权利要求10的方法，其中在计算第二色差信号时，使用与鉴别的垂直和水平相关电平无关的预定算术运算。

12.根据权利要求10的方法，其中在计算第二色差信号时，通过线性算术运算计算第二色差信号。

13.根据权利要求10的方法，其中在选择第一和第二色差信号任何之一时，第一饱和值从第一色差信号计算，而第二饱和值从第二色差信号计算。

14.根据权利要求13的方法，其中在计算第一饱和值时，计算第一色差信号绝对值的和作为第一饱和值，并在计算第二饱和值时，计算第二色差信号绝对值的和作为第二饱和值。

15.根据权利要求13的方法，其中在计算第一饱和值时，计算第一色差信号的平方和或平方根作为第一饱和值，并在计算第二饱和值时，计算第二色差信号的平方和或平方根作为第二饱和值。

16.根据权利要求13的方法，其中在选择第一和第二色差信号任何之一时，比较第一和第二饱和值，并选择对应于较小的饱和值的色差信号。

17.根据权利要求13的方法，其中在选择第一和第二色差信号任何之一时，比较第一和第二饱和值，输出基于比较结果的选择信号，并基于选择信号选择且输出第一或第二色差信号。

18.根据权利要求15的方法，其中在比较第一和第二饱和值时，输出用于选择对应于较小饱和值的色差信号的选择信号。

19.一种包括计算机可用介质的计算机程序产品，该介质具有体现在所述介质中用于一种信号处理方法的计算机可读程序代码工具，所述产品包括：

第一计算机可读程序代码工具，用于使用图象传感器转换光学图象为电信号，并输出彩色图象数据，该图象传感器由形成一个预定的矩阵的多色滤器覆盖；

第二计算机可读程序代码工具，用于基于彩色图象数据执行内插过程，使得象素分别具有多个不同颜色的图象数据；

第三计算机可读程序代码工具，用于基于彩色图象数据鉴别水平和垂直相关电平；

第四计算机可读程序代码工具，用于通过各颜色的彩色分离内插的图象数据，基于鉴别的结果，在有较高相关电平方向计算第一色差信号；

第五计算机可读程序代码工具，用于通过不同于为获得第一色差信号的运算的预定的算术运算，基于内插的各颜色的图象数据，计算第二色差信号；以及

第六计算机可读程序代码工具，用于基于第一和第二色差信号选择并输出第一和第二色差信号两者之一。

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