CN1674682A

CN1674682A - 彩色图像处理方法和彩色成像设备

Info

Publication number: CN1674682A
Application number: CNA2005100697100A
Authority: CN
Inventors: 堀江阳介
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2005-01-10
Publication date: 2005-09-28
Also published as: JP2005223898A; TW200536403A; US20050179789A1; KR20050073423A; TWI260169B

Abstract

在能够在拍摄时对图像数据施加白色平衡调整的图像处理方法中，改变不执行白色平衡调整的色彩分量区域的范围，以便不管拍摄时的曝光时间，提供最优的白色平衡调整，从而抑制色彩滚动现象。还公开了一种成像设备，其包括图像处理电路，其中改变不执行白色平衡调整的色彩分量区域的范围。

Description

彩色图像处理方法和彩色成像设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2004年1月19日在日本专利局提交的，日本优先权文本第2004-003979号的优先权，该文本在这里被引用以作为参考。

技术领域

本发明涉及彩色图像处理方法和包括彩色图像处理电路的彩色成像设备。

背景技术

通常，诸如数字摄像机和彩色视频摄像机的彩色成像设备包括：彩色图像处理电路，用于在拍摄或摄取目标时，通过根据照明光源的类型自动调整频谱特性值(三原色分量，即红、绿、蓝的比率)，确定白色(以下称为白色平衡调整)。日本已公开专利公布第8-186626号公开了如上所述的这种彩色图像处理电路。

包括这种彩色图像处理电路的彩色成像设备通过执行下述方法中的白色平衡调整来确定白色(信号)。

首先，如图6所示，在彩色成像设备中，通过设置不敏感区域100，即不执行白色平衡调整的色彩分量区域，来确定白色平衡调整的敏感度。

图6中纵坐标轴表示红色分量，横坐标轴表示蓝色分量。

然后，由用于检测来自图像数据的图像色彩数据的检测电路来获得图像中包括的色彩分量数据。照明光源的频谱特性值根据色彩分量数据来计算。

接下来，判断照明光源的频谱特性值在预先确定的不敏感的区域100之内还是之外。

如果照明光源的频谱特性值在不敏感区域100之内(图6中的点101)，则认为频谱特性值的偏离(deviation)较小，这样该值表示对人类给出视觉上不自然感觉的色彩分量，而且这导致白色平衡调整终止。

另一方面，如果照明光源的频谱特性值在不敏感区域100之外(图6中的点102)，则认为频谱特性值的偏离很大，这样该值表示对人类给出视觉上不自然感觉的色彩分量，并且这就需要进一步通过将频谱特性值移动到不敏感区域100内部，执行白色平衡调整，以便通过白色平衡调整确定白色。

然而，在传统彩色成像设备中，用于确定白色平衡调整敏感度的不敏感区域100是预先设置并固定的，而这可能导致以下的缺点。

当在周期性地重复开启和关闭的照明光源如荧光灯下拍摄或摄取目标时，由于在照明光源的闪烁周期和彩色成像设备的采样周期之间的差异，有可能出现所显示的图像的色彩分量周期性地改变的所谓色彩滚动(rolling)现象。

已知，随着成像装置的曝光时间变短，存在经常出现色彩滚动现象的趋势。因此，如果为了避免色彩滚动现象，而将拍摄图像时的曝光时间设置得相对比较长，则图像质量就可能由于不适当的曝光而降低。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种用于彩色成像设备的彩色图像处理方法，该彩色成像设备包括：成像单元，用于摄取彩色图像，其曝光间隔可调整；白色平衡放大器，用于调整来自成像单元的彩色视频信号的白色平衡；检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中获得图像信息信号；运动检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中检测位置数据信号；以及控制电路，用于基于图像信息信号产生白色平衡控制信号，其中通过向白色平衡放大器提供白色平衡控制信号，来调整彩色成像设备的白色平衡，其中，运动检测电路提供静止图像的位置数据信号，并且在对静止图像的位置数据信号的图像区域进行的白色平衡中，基于曝光间隔和色彩分量数据，改变由开始对白色平衡放大器进行调整的临界值定义的色彩分量范围。

根据本发明的另一个实施例，随着曝光时间变短，不执行白色平衡的色彩分量范围逐渐收缩。

根据本发明的另一个实施例，不执行白色平衡的色彩分量区域仅相对于黄色和蓝色分量而改变。

根据本发明的另一个实施例，一种彩色成像设备，包括：成像单元，用于摄取彩色图像，其曝光间隔可调整；白色平衡放大器，用于调整来自成像单元的彩色视频信号的白色平衡；检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中获得图像信息信号；运动检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中检测位置数据信号；以及控制电路，用于基于图像信息信号产生白色平衡控制信号，其中，通过向白色平衡放大器提供白色平衡控制信号，来调整彩色成像设备的白色平衡；其中，所述运动检测电路提供静止图像的位置数据信号；并且在对静止图像的位置数据信号的图像区域进行的白色平衡中，基于曝光间隔和色彩分量数据，改变由开始白色平衡放大器调整的临界值所定义的色彩分量范围。

从而，本发明提供以下优点。

根据本发明的实施例，一种用于彩色成像设备的彩色图像处理方法，该彩色成像设备包括：成像单元，用于摄取彩色图像，其曝光间隔可调整；白色平衡放大器，用于调整来自成像单元的彩色视频信号的白色平衡；检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中获得图像信息信号；运动检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中检测位置数据信号；以及控制电路，用于基于图像信息信号产生白色平衡控制信号，其中通过向白色平衡放大器提供白色平衡控制信号，来调整彩色成像设备的白色平衡，其中，运动检测电路提供静止图像的位置数据信号，并且在对静止图像的位置数据信号的图像区域进行的白色平衡中，基于曝光间隔和色彩分量数据，改变由开始对白色平衡放大器进行调整的临界值定义的色彩分量范围，从而有效地抑制了色彩滚动现象。

根据本发明的另一个实施例，随着曝光时间变短，不执行白色平衡的色彩分量区域的范围逐渐收缩。这允许在抑制随着曝光时间的变化而趋于出现的色彩滚动现象的同时，将曝光时间调整为适当的曝光时间，结果能够改善图像质量。

根据本发明的另一个实施例，不执行白色平衡的色彩分量区域的范围仅相对于黄色和蓝色分量而改变。这在抑制朝着频谱特性因目标改变而引起的改变方向的跟踪能力的同时，有效地抑制了色彩滚动现象。

附图说明

根据以下结合附图进行的详细说明，本发明的目的和特征将变得更加容易明白，所有附图中同样的附图标记表示相同或相应的要素或部件，其中：

图1是根据本发明一个实施例的彩色成像设备的方框图；

图2图解了描述根据本发明一个实施例的彩色图像处理方法的流程图；

图3A和图3B是根据本发明一个实施例的静止图像块的例子；

图4是描述根据本发明一个实施例的、不敏感区域和色谱特性之间的关系的示图；

图5是描述根据本发明一个实施例的、曝光时间和不敏感区域的面积(area)之间的关系的示图；以及

图6是根据相关技术的、不敏感区域和频谱特性之间的关系的示图。

具体实施方式

根据本发明的彩色成像设备包括图像处理单元，用于通过拍摄或摄取目标而获得的图像信号施加白色平衡调整。特别地，图像处理单元根据拍摄目标时的曝光间隔改变不执行白色平衡调整的色彩分量区域。这有效地抑制了随着曝光间隔的变化(variation)而趋于出现的所谓色彩滚动现象。

此外，根据本发明一个实施例处理彩色图像的方法对拍摄目标时获得的图像数据施加白色平衡调整，并且根据由拍摄目标时的成像部分的电子快门确定的曝光间隔，改变不执行白色平衡调整的色彩分量区域的范围。

此外，通过随着曝光时间缩短而逐渐收缩(narrow)不执行白色平衡调整的色彩分量区域的范围，抑制了根据曝光时间的变化而趋于发生的色彩滚动现象的出现。

如此，当拍摄目标时，适当地调节电子快门的曝光时间，以改善图像质量，并且这带来最优的白色平衡调整。

此外，只考虑黄色和蓝色分量的色彩区域，而改变不执行白色平衡调整的色彩分量区域的范围。这在抑制朝着频谱特性因目标改变而引起的改变方向的跟踪能力的同时，有效地抑制了色彩滚动现象。

此外，当对通过连续拍摄目标而获得的所有图像数据施加白色平衡调整时，所有图像数据被划分成多个图像块。对每个图像块检测存在或不存在目标的运动。基于不存在目标运动的图像块中的图像数据，而对所有图像数据施加白色平衡调整。如此，只有当照明光源的频谱特性改变时，才可对所有图像数据都施加最优的白色平衡调整。

下面将参考附图更具体地描述根据本发明一个实施例的彩色成像设备。

下面，特别地，将以监视照相机设备来描述彩色成像设备。然而，根据本发明的彩色成像设备不限于监视照相机设备，并因此，本发明可适用于需要白色平衡控制的任何彩色成像设备。

如图1所示，监视照相机设备1包括：成像部分2，用于拍摄目标；图像处理部分3，用于处理通过成像部分2的拍摄而获得的图像数据；以及图像显示部分4，用于显示经图像处理部分3处理的图像。

成像部分2包括：成像装置5，例如CCD(电荷耦合装置)以及CMOS(互补金氧半导体)传感器，用于对光信号S1进行光电转换；以及输出信号调整电路6，用于调整来自成像装置5的输出信号。这一成像部分2具有电子快门的功能，能够确定曝光时间。这里，在这一实施例中，示范性地描述CCD和CMOS传感器作为成像装置5，然而，成像装置5不限于这些传感器。

更具体地，输出信号调整电路6包括：AGC(自动增益控制)电路6a、S&H(采样及保持)电路6b等。

图像处理部分3包括：ADC(模拟-数字转换器)8，用于将从成像部分2输入的模拟图像数据信号S2转换成作为数字化的图像信号的数字图像数据信号S4；白色平衡调整电路9，用于对经ADC 8转换的数字图像信号S4施加白色平衡调整，以输出显示图像信号S7；检测电路10，用于基于数字图像数据信号S4，输出图像信息信号S9，所述图像信息信号S9包括执行曝光控制所需的亮度分量数据、色彩分量数据等；运动检测电路11，用于基于数字图像数据信号S4，检测目标的运动；以及微处理器12，用于控制白色平衡调整电路9。

此外，图像处理部分3具备同步信号产生电路13，其产生同步信号，并将其提供给成像部分2，以使成像部分2与图像处理部分3同步。

白色平衡调整电路9具备白色平衡放大器9a，其是可变增益放大器，用于放大或衰减从ADC 8输入的数字图像数据信号S4，以便通过基于从微处理器12输入的白色平衡控制信号S6，改变白色平衡放大器9a的增益设置，而对数字图像数据信号S4中的一帧图像数据施加白色平衡调整。

如图1、3A和3B所示，运动检测电路11包括：第一视频存储器11a，用于连续地存储从数字图像数据信号S4获得的第一图像数据14b；第二视频存储器11b，用于连续地存储先前保存在第一个视频存储器11a的第二图像数据14a；以及比较电路11c，用于比较第一视频存储器11a中的第一图像数据14b和第二视频存储器11b中的第二图像数据14a。

比较电路11c通过检测在第一图像数据14b中存在或不存在目标15a的运动，而比较第一图像数据14b与第二图像数据14a。反之，目标15a的运动信息提供了对第一图像数据14b中的静止图像数据的检测。

更具体地，比较电路11c将第一图像数据14b和第二图像数据14a分别划分为多个图像块，以通过在第一和第二图像数据14b和14a的每一对相应图像块之间比较图像数据，来检测存在或不存在目标15a的运动。

此外，检测不存在目标15a运动的静止图像块15，以向微处理器12提供静止图像块15的位置数据作为位置数据信号S8。

检测电路10连续地检测来自数字图像数据信号S4的色彩分量数据和亮度分量数据，以产生提供给微处理器12的图像信息信号S9。微处理器12根据从检测电路10输入的图像信息信号S9和从运动检测电路11输入的位置数据信号S8，检测静止图像块15的色彩分量数据，以根据色彩分量数据计算照明光源的频谱特性值。

这里，如果仅仅利用图像信息信号S9而不利用位置数据信号S8来计算频谱特性，则可以计算整个一帧图像数据的频谱特性值。

微处理器12基于从检测电路10输入的图像信息信号S9，计算成像装置5的曝光时间，并产生要提供给同步信号产生电路13以根据计算结果控制成像装置5的曝光时间的控制信号S10，而且根据所计算的曝光时间改变不敏感区域16的设置，即对应于从那里开始白色平衡调整的临界值的色彩分量区域，如图4所示。在这种情况下，不敏感区域16代表到来信号的信号强度。此外，只要妥善处理图2的流程图的控制，在任何地方都可以提供不敏感区域16的设置数据，并且如图1所示的本实施例中，在微处理器12或白色平衡调整电路9提供设置数据。

更具体地，如图5所示，进行设置使得当曝光时间相对比较长时，不敏感区域16的面积相对比较大，并且随着曝光时间变短而逐渐收缩。

此外，微处理器12基于频谱特性值和不敏感区域16而为白色平衡放大器9a计算增益调整量，产生白色平衡控制信号S6，并且将这个白色平衡控制信号S6提供给白色平衡调整电路9。

基于从白色平衡调整电路9输入的图像时钟信号S5和从微处理器12输入的控制信号S10，同步信号产生电路13为成像部分2产生控制时钟信号S3，并且将控制时钟信号S3提供给成像部分2，用于使成像部分2与图像处理部分3同步。

图像显示部分4包括已知的图像显示装置，例如LCD(液晶显示器)和CRT(阴极射线管)，以便基于从图像处理部分3输入的显示图像信号S7而显示图像。

下面参考图2所示的流程图以及图3a、3B和图4，描述根据本发明调整白色平衡的方法。

首先，如图2所示，将拍摄时由成像部分2产生的模拟图像数据信号S2提供给图像处理部分3(步骤T1)。

在图像处理部分3中，ADC 8将模拟图像数据信号S2转换成为数字图像数据信号S4，该数字图像数据信号S4被施加给白色平衡调整电路9，也被施加给检测电路10和运动检测电路11。

在运动检测电路11中，从数字图像数据信号S4检测出的图像数据被连续地存储在第一视频存储器11a和第二视频存储器11b中。如图3A和3B所示，比较电路11c将第一视频存储器11a中的第一图像数据14b和第二视频存储器11b中的第二图像数据14a分别划分成多个图像块，并且在相应的每一对图像块之间比较第一和第二图像数据14b和14a，以便检测目标15a没有运动(没有变化)的静止图像块15，以产生静止图像块15的位置数据信号S8，该位置数据信号S8提供给微处理器12。

此外，检测电路10数字图像数据信号S4中连续地检测色彩分量数据和亮度分量数据，以产生要提供给微处理器12的图像信息信号S9(step T2)。

微处理器12利用从检测电路10输入的图像信息信号S9和从运动检测电路11输入的位置数据信号S8，在静止图像块15计算照明光源的频谱特性值(步骤T3)。

然后，微处理器12基于从检测电路10输入的图像信息信号S9，计算成像装置15的曝光时间，

接下来，根据成像装置5的曝光时间设置不敏感区域16(见图4和图5)。更具体地，如图5所示，进行设置使得当曝光时间相对比较长时，不敏感区域16的面积相对比较宽，并且随着曝光时间变短而逐渐收缩(步骤T5)。

当目标拍摄时，曝光时间越短，色彩滚动现象的出现率变得越高，因此当曝光时间变短时，不敏感的区域16设置为被收缩，而这提高了白色平衡调整的敏感度，以允许白色平衡调整跟踪因色彩滚动现象而导致的色彩分量的周期性变化。

此外，判断静止图像块15的频谱特性值在不敏感的区域16之内还是不敏感的区域16之外。

如果静止图像块15的频谱特性值在不敏感区域16之内(图4中的点17)，换句话说，如果频谱特性值相对平滑(even)，则终止白色平衡调整。

另一方面，如果静止图像块15的频谱特性值在不敏感区域16之外(图4中的点18)，换句话说，如果频谱特性值朝着一种颜色方面(color side)偏离，则继续白色平衡调整(步骤T6)。

然后，在步骤T4，如果静止图像块15的频谱特性值在不敏感区域16之外，则在静止图像块15内部，基于静止图像块15的图像信息信号S9，进行白色检测。如果不能检测出白色，则终止白色平衡调整，并且如果检测到白色，则继续白色平衡调整(步骤T7)。

此外，计算用于将步骤T5中检测到的白色部分的频谱特性值移动到不敏感区域16内部的变化量，并且基于该变化量计算用于白色平衡放大器9a的增益调整量，以将包括增益调整量的白色平衡控制信号S6提供给白色平衡调整电路9(步骤T8)。

接下来，白色平衡调整电路9基于白色平衡控制信号S6改变白色平衡放大器9a的增益设置，以对数字图像数据S4施加白色平衡调整，以便确定白色，而且基于这个白色执行对其它颜色的色彩分量调整，然后终止白色平衡调整(步骤T9)。

Claims

1、一种用于彩色成像设备的彩色图像处理方法，该彩色成像设备包括：成像单元，用于摄取彩色图像，其曝光间隔可调整；白色平衡放大器，用于调整来自成像单元的彩色视频信号的白色平衡；检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中获得图像信息信号；运动检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中检测位置数据信号；以及控制电路，用于基于图像信息信号产生白色平衡控制信号，其中，通过向白色平衡放大器提供白色平衡控制信号，来调整彩色成像设备的白色平衡，其中，

所述运动检测电路提供静止图像的位置数据信号，并且

在对静止图像的位置数据信号的图像区域进行的白色平衡中，基于曝光间隔和色彩分量数据，改变由开始对白色平衡放大器进行调整的临界值定义的色彩分量范围。

2.如权利要求1所述的彩色图像处理方法，其中

随着曝光时间变短，不执行白色平衡的色彩分量范围逐渐收缩。

3.如权利要求1或2所述的彩色图像处理方法，其中

不执行白色平衡的色彩分量区域仅相对于黄色和蓝色分量而改变。

4.一种彩色成像设备，包括：

成像单元，用于摄取彩色图像，其曝光间隔可调整；

白色平衡放大器，用于调整来自成像单元的彩色视频信号的白色平衡；

检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中获得图像信息信号；

运动检测电路，用于从来自成像单元的彩色视频信号中检测位置数据信号；以及

控制电路，用于基于图像信息信号产生白色平衡控制信号，

其中，通过向白色平衡放大器提供白色平衡控制信号，来调整彩色成像设备的白色平衡；

所述运动检测电路提供静止图像的位置数据信号；并且

在对静止图像的位置数据信号的图像区域进行的白色平衡中，基于曝光间隔和色彩分量数据，改变由开始白色平衡放大器调整的临界值所定义的色彩分量范围。