CN1398108A - 画像信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是将具有排列成马赛克状(mosaic)的固体摄像元件所获得的画像信号，予以显示成高画质。其特征是将红、绿、蓝(RGB)三原色的贝叶(Bayer)排列的固体摄像元件所获得的画像信号，以颜色分离电路4，分离成R、G、B信号。各颜色信号为抑制莫氏云纹(Moire noise)，而通过滤波器6、8、10，衰减成水平取样频率的1/2。G用滤波电路8，将与R用滤波电路6、B用滤波电路10相较而衰减的频带宽予以缩减。将这些经滤波的各颜色信号，以白平衡电路12予以准位调整后，并以合成电路14加算合成并产生亮度信号。通过缩小G信号的衰减频带宽，将可抑制莫氏云纹并维持高分辨率。

Description

画像信号处理装置
技术领域
本发明涉及通过从各颜色像素配置为马赛克状(mosaie)的摄像装置所获得的各颜色信号，以产生画像信号的画像信号处理装置。
背景技术
于电耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)影像传感器(ImageSensor)等固体摄像元件(solid state imaging element)的受光像素(pixel)，配置多个颜色的彩色滤光片(Color Filter)成马赛克状，即可用1个摄像元件获得彩色画像。以彩色滤光片的马赛克状排列而言，有如图5所示的贝叶(Bayer)排列(一般称为马赛克排列)。此排列例如由红色(R)、绿色(G)、及蓝色(B)的3原色的滤光片所构成，且构成该反复的单位的4像素的区块，反复配置于各列方向及行方向。单数列以G及B交互排列，同时双数列以R及G交互排列，平均每一区块G为2像素，R及B则各为1像素。
由摄像元件可获得与各颜色各别对应的画像信号的颜色信号。于画像显示中，须有将这些颜色信号，在白平衡(White Balance)修正后，以预定比率予以合成的画像信号的亮度信号。
此外，在采用CCD影像传感器的单片式CCD摄影机中，为避免随取样所产生的返回扭曲变形失真，而于CCD影像传感器与摄像镜头之间，设置光学低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)。藉此以去除入射至CCD影像传感器的光学影像的高频中的水平取样频率fH1/2以上的成份。
如此，在根据由不同颜色滤光片交互排列的摄像元件而获得的颜色信号，所产生的亮度信号中，将产生与滤光片的排列周期相符的莫氏云纹(Moire Noise)。为去除此莫氏云纹噪声，须于水平取样频率fH1/2的位置，采用反应极小的陷波滤波器(Trap Filter)，以过滤亮度信号。
例如，在以各颜色间的准位平衡经充分调整的状态下，对单色被摄体进行摄影时所获得的亮度信号中，可通过现有的技术以抑制莫氏云纹。但是，例如在白色背景内有红色物体时，当颜色于某边界线的两侧有极大不同情况时，在该边界将容易产生一种称为锯齿状纹(jaggy)的莫氏云纹。此锯齿状纹在陷波滤波器的fH/2附近的衰减特性愈急遽时愈为显著。反而言之，如果使陷波滤波器的特性变为不急遽，即扩大被衰减的频带宽并降低在fH/2附近的反应，则可减轻包含锯齿状纹在内的莫氏云纹。但以此方法，将产生在滤波后的亮度信号分辨率降低的问题。
发明内容
本发明是解决上述问题而创作，其目的是提供即使在颜色的边界亦不容易产生莫氏云纹噪声，且能获得高分辨率画像信号的画像信号处理装置。
本发明的画像信号处理装置，具有取入画像信号，并依各颜色成份分离而产生多个颜色画像信号的颜色分离电路；与前述多个颜色画像信号各别对应设置并在与前述画像信号中像素的排列周期相符的频率为中心的陷波频带宽中，将前述颜色画像信号予以衰减的多个陷波滤波器；以及以预定的比率，将前述各陷波滤波器所输出的各颜色画像信号予以合成，而产生前述亮度信号的合成电路，其中前述陷波频带宽依前述画像信号中前述颜色成份信号的前述各颜色成份的出现频率而设定。
本发明的较佳形态，是一种画像信号处理装置，其特征为：以与出现频率高的颜色成份信号相对应的前述陷波滤波器的前述陷波频带宽，设定成较与出现频率低的颜色成份信号相对应的前述陷波滤波器的前述陷波频带宽狭窄。
本发明的另一较佳形态，是一种画像信号处理装置，其特征为：前述画像信号是以双数列以红色及绿色交互排列，同时单数列以绿色及蓝色交互排列，且前述多个陷波滤波器，在与前述画像信号中像素的排列周期相符的水平取样频率的1/2为中心的前述陷波频带宽中具有衰减特性，并且在与前述绿色相对应的前述陷波滤波器，较与前述红色及前述蓝色各别对应的前述陷波滤波器更狭窄的陷波频带宽中具有衰减特性。
本发明的又一较佳形态，是一种画像信号处理装置，其特征为：当前述颜色分离电路读取前述画像信号的双数列时，将与前述蓝色及绿色的颜色成份相对应的各画像信号，于行方向进行内插处理(interpolation)，且当读取单数列时，将与前述红色及绿色颜色成份相对应的各画像信号，于行方向进行内插处理并产生多个颜色画像信号，且前述各陷波滤波器，将由前述颜色分离电路输出的前述多个颜色画像信号，于列方向进行内插处理。
依据本发明的画像信号处理装置，将可获得即使在白色边界亦难以产生云纹噪声，且为高分辨率的画像信号。
附图说明
下面结合实施例及附图对本发明进行详细说明：
图1是有关本发明实施例的画像信号处理装置的概略方块结构图；
图2是显示垂直方向内插处理后各条线的各颜色的各信号的时序列模式图；
图3图3是显示藉各颜色成份滤波电路进行列方向内插处理的各颜色的颜色信号的时序列的模式图；
图4是显示依各颜色的滤波的透过特性的模式性频率特性图；
图5是显示彩色滤光片的贝叶排列的模式图。
图中符号说明
4  颜色分离电路
6  R用滤波电路
8  G用滤波电路
10 B用滤波电路
12 白平衡电路
14 合成电路
具体实施方式
其次，针对本发明的实施例，请参照图面以进行说明。
图1是本发明实施例的画像信号处理装置的概略方块结构图。此画像信号处理装置2，是输入来自采用贝叶排列的CCD影像传感器的单板式CCD摄影机的影像信号D，并产生亮度信号及RGB各颜色信号而输出。
画像信号处理装置2的结构为包含：颜色分离电路4；依RGB各颜色设置的陷波滤波器的R用滤波电路6、G用滤波电路8以及B用滤波电路10；以及将白平衡电路12、RGB各颜色信号予以合成的合成电路14。
所输入的影像信号D，是由CCD影像传感器读取每1水平线，且在各水平线中，于R及G像素，或G及B像素所获得的像素信号将交互出现。
颜色分离电路4，是由所输入的影像信号，分离RGB各颜色的颜色信号D〔R〕、D〔G〕、D〔B〕而输出。在颜色分离电路4中，至少内设保持1条线份影像信号D的线存储器，与作行方向内插处理的滤波电路。所输入的影像信号D，如图2所示，在双数线的读取动作中，将为连续以R像素及G像素所得的画像信号，且在单数线的读取动作中，将为连续以B像素及G像素所得的画像信号。因此，在颜色分离电路4中，至少是以保持1条线份的影像信号，并进行垂直方向的内插处理方式，而于各线在读取之际输出全部的颜色信号D〔R〕、D〔G〕、D〔B〕。亦即，在进行双数列的读取时，分割颜色信号D〔R1〕、D〔R3〕、D〔R5〕、D〔R7〕以及颜色信号D〔G2〕、D〔G4〕、D〔G6〕、D〔G8〕而输出，同时，根据包含在至少1条线前的影像信号中的颜色信号D〔G〕、D〔B〕进行内插处理，以使产生颜色信号D〔B2〕、D〔B4〕、D〔B6〕、D〔B8〕以及D〔G1〕、D〔G3〕、D〔G5〕、D〔G7〕，并且输出。此外，在进行单数线的读取时亦同，在与输出颜色信号D〔G9〕、D〔G11〕、D〔G13〕、D〔G15〕以及颜色信号D〔B10〕、D〔B12〕、D〔B14〕、D〔B16〕的同时，并使产生颜色信号D〔R9〕、D〔R11〕、D〔R13〕、D〔R15〕以及颜色信号D〔G10〕、D〔G12〕、D〔G14〕、D〔G16〕，并且输出。然后，由颜色分离电路4，输出间歇性的颜色信号D〔R〕、D〔B〕以及连续性的颜色信号D〔G〕。
由颜色分离电路4所输出的R信号、G信号以及B信号，分别输入至R用滤波电路6、G用滤波电路8、B用滤波电路10。然后，在各颜色成份用滤波电路6、8、10中，施以滤波并进行方向的内插处理，并输出如图3所示连续性的颜色信号D〔r1〕至D〔r16〕、D〔g1〕至D〔g16〕、D〔b1〕至D〔b16〕。图4，是显示这些滤波电路的透过特性的模式性频率特性图，其横轴表示频率，纵轴则表示透过率。任何一个滤波器均于fH/2具有极小点，且在该附近使输出信号衰减。在此，G用滤波电路8的特性20，设定成较R用滤波电路6以及B用滤波电路10的特性22，具有急遽的衰减特性。换言之，特性20，是在频率fH/2为中心的狭窄的频带宽中使信号衰减，另一方面，特性22，是在频率fH/2为中心的较宽的频带宽中使信号衰减。例如，如将此频带宽表示为透过率变成1/2以下的半值宽度，则在对于G的特性20的半值宽度ΔG与对于R及B的特性22的半值宽度ΔRB之间，将给予ΔG＜ΔRB关系。
亦即，在将画像信号中出现频率高的颜色成份G的信号进行衰减的G用滤波电路8中，其陷减的频带宽ΔG设定成较小，而另一方面，与颜色成份G相较，在将出现频率低的颜色成份R及B的信号予以衰减的R用滤波电路6及B用滤波电路10中，其陷减的频带宽ΔRB设定成ΔG较大。藉此，在颜色信号D〔g〕中，其再生画像的分辨率设定成变高，而另一方面，在颜色信号D〔r〕及D〔b〕中，其在颜色边界中的莫氏云纹设定成适于抑制。
由R用滤波电路6、G用滤波电路8及B用滤波电路10各别输出的R信号、G信号及B信号，输出至白平衡电路12。
白平衡电路12，是针对R信号D〔r〕、G信号D〔g〕、B信号D〔b〕，各别乘上原有的增益(gain)系数而调整相互的平衡，并使在再生画像上的颜色再现性提高。亦即，是防止受到被摄体的照明状态及彩色滤光片的各颜色成份的分光透过特性不同的影响，而使被摄体的颜色在再生画面上无法正确再现。通常，在白色平衡控制中，是以1画面乃至多画面单位，进行各颜色信号D〔r〕、D〔g〕、D〔b〕的积分值收缩至预定的值的回授控制。
合成电路14是根据由白平衡电路12输出的各颜色信号D〔r〕、D〔g〕、D〔b〕而产生亮度信号Y及色差信号U、V。亦即，在再生画面上由于人类肉眼在视觉上所能识别亮度的比例，针对3原色R、G、B是3∶6∶1，故以此比例合成而产生亮度信号Y。然后，通过将此亮度信号Y由B信号D〔b〕扣除的方式，以产生色差信号U，并通过由R信号D〔r〕扣除的方式，以产生色差信号V。此外，由白平衡电路12所输出的各颜色信号D〔r〕、D〔g〕、D〔b〕，亦可不供给至合成电路14，而进行个别输出。
由画像信号处理装置2所输出的Y信号及RGB各信号，用于画像显示。上述ΔG设定成较小，以使所显示的画像的分辨率变高，而另一方面，ΔRB设定成大到颜色边界中的云纹适于抑制的程度。

Claims (4)

1.一种画像信号处理装置，将多个颜色成份各别依像素指定对应，并由反复排列的画像信号中产生亮度信号的画像信号处理装置，其特征在于：具有取入画像信号，并依各颜色成份分离而产生多个颜色画像信号的颜色分离电路；与前述多个颜色画像信号各别对应设置，并以在与前述画像信号中像素的排列周期相符的频率为中心的陷波频带宽，将前述颜色画像信号予以衰减的多个陷波滤波器；以及以预定的比率，将前述各陷波滤波器所输出的各颜色画像信号予以合成，并产生前述亮度信号的合成电路，其中前述陷波频带宽，是依前述画像信号中前述颜色成份信号的前述各颜色成份的出现频率而设定。
2.根据权利要求1所述的画像信号处理装置，其特征在于：以与出现频率高的颜色成份信号相对应的前述陷波滤波器的前述陷波频带宽，设定成较与出现频率低的颜色成份信号相对应的前述陷波滤波器的前述陷波频带宽狭窄。
3.根据权利要求1或2项所述的画像信号处理装置，其特征在于：前述画像信号是以双数列以红色及绿色交互排列的同时，单数列则以绿色及蓝色交互排列，且前述多个陷波滤波器，在与前述画像信号中像素的排列周期相符的水平取样频率的1/2为中心的前述陷波频带宽中具有衰减特性，并且在与前述绿色相对应的前述陷波滤波器，较前述红色及前述蓝色各别对应的前述陷波滤波器狭窄的陷波频带宽中具有衰减特性。
4.根据权利要求3所述的画像信号处理装置，其特征在于：当前述颜色分离电路，读取前述画像信号的双数列时，将与前述蓝色及绿色的颜色成份相对应的各画像信号，于行方向进行内插处理，且当读取单数列时，将与前述红色及绿色颜色成份相对应的各画像信号，于行方向进行内插处理并产生多个颜色画像信号，且前述各陷波滤波器，将由前述颜色分离电路输出的前述多个颜色画像信号，于列方向进行内插处理。
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