CN1825973A - 色信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明可以减轻对于色成分信号进行色信号处理的处理负载，所述色成分信号包含由红外光产生的偏移信号成分。当各色成分信号<R>、<G>、<B>实质上与<IR>相等的情况下(S30)，色成分信号基本上就是偏移信号成分，本来RGB的波长区域所对应的信号成分变得微不足道。在该情况下，省略求得色差信号Cr、Cb的运算，生成仅由亮度信号Y构成的黑白信号(S35)。另一方面，当<IR>实质上为0的情况下，在生成Y、Cr、Cb之际，将除去起因于偏移信号成分的影响的补正处理省略。
Description
技术领域
本发明涉及一种互不相同的色成分所对应的色成分信号，与具有目标以外波长的偏移信号成分的情况相对应的色信号处理方法。
背景技术
在摄像机或数码相机中搭载的CCD(Charge Coupled Device)映像传感器等的固体摄像单元具有二维排列的感光部，通过该感光部将入射光进行光电转换并生成电的图像信号。感光部包含形成于半导体基板上的光电二极管，该光电二极管本身，在所有的感光部中具有共同的光谱灵敏度特性。因此，为了得到彩色图像，要在光电二极管上配置透过光的色，也就是透过波长区域不同的多种类型的滤色器。
在滤色器上，具有透过光为红(R)、绿(G)、以及蓝(B)的原色系滤色器组，或者为青绿色(Cy)、品红色(Mg)、以及黄色(Ye)的辅助色系的滤色器组。这些滤色器例如可以将有机材料作为基材，进行着色而形成，虽然透过分别对应之色的可见光，但该材质也透过红外光。各色滤色器的透过率，在可见光区域，与各种着色相对应显示出固有的光谱特性，但是在红外光区域，显示出几乎相同的光谱特性。
另一方面，光电二极管，其波长在380～780nm左右的整个可见光范围基础上，还在长波的近红外区域内具有灵敏度。因此，如果红外光成分(IR成分)入射到感光像素，则该红外光成分就会透过滤色器，并在光电二极管上产生信号电荷。图3是表示分别配置RGB各滤色器的RGB各感光部的光谱灵敏度特性的图形。如图3所显示的那样，由于各感光部对IR成分也具有灵敏度，因此对于对包含IR成分的入射光无法表现正确的色。因此，以往，是在相机的透镜与固体摄像元件之间，另外配置了红外截止滤色器。
该红外截止滤色器，在截止红外光的同时，也会使可见光衰减10～20％左右。因此，也就产生了入射到感光部的可见光强度减少，与之对应输出信号的S/N比降低，从而导致图像质量变差的问题。
作为解决这个问题的方法，提出了一种固体摄像单元的方案，即去除红外截止滤色器，而在配置透过RGB等特定色的光成分的滤色器的感光部(特定色感光部)的基础上，还具有基本上只检测射入光中的IR成分的感光部(IR感光部)。
IR感光部输出的信号(参照信号)给出与在各感光部上由于IR成分的因素而产生的信号量相关的信息。考虑采用该参照信号，可以进行除去从特定色感光部输出的各色信号中包含的IR成分的影响的色信号处理。
除去IR成分的色信号处理，是基于从IR感光部得到的参照信号，来推定在各特定色感光部上得到的色成分信号中作为偏移信号而重叠的IR成分。因此，如果各色成分信号中的IR成分的比率变大，则起因于其推定的误差，会导致除去该成分后的微小信号表示的颜色容易变得不正确。从而产生如此除去IR成分的运算并不总是有效的问题。
发明内容
本发明是用于解决上述问题点而形成的方案，其目的在于，提供一种对于包含目的以外波长的偏移信号成分的色成分信号，既可以减轻处理负载又可实现高速化的恰当的色信号处理。
本发明的色信号处理方法，是采用偏移成分带域的光成分所对应的参照信号，和多种色成分信号的方法，其中，所述多种色成分信号是由各不相同的特定色光成分所对应的信号成分，和所述偏移成分带域的光成分所对应的偏移信号成分合成的；具有：偏移优势状态检测步骤，是基于所述参照信号，对所述各色成分信号中所占的所述偏移信号成分的比重进行评价，从而检测出所述每个色成分信号的所述比重大于规定阈值，即偏移优势状态；黑白信号生成步骤，是在处于所述偏移优势状态的时候，基于所述各色成分信号生成单色的黑白信号；色信号生成步骤，是在处于所述偏移优势以外的情况下，生成所述各色成分信号所对应的有彩色信号。
在本发明其它的色信号处理方法中，所述色信号生成步骤，具有基于所述参照信号，进行所述偏移信号成分所对应的补正处理，从而生成被补正的所述彩色信号的步骤。
在本发明的另一个色信号处理方法中，所述色信号生成步骤，还具有：检测所述参照信号小于规定的阈值即微小偏移状态的步骤；和在所述微小偏移状态的情况下，不进行所述补正处理而生成所述彩色信号的步骤。
本发明恰当实施方式的色信号处理方法，是在所述偏移优势状态检测步骤中，检测出将所述各色成分信号与所述参照信号对应的值的情况作为所述偏移优势状态。
(发明效果)
根据本发明，当色成分信号中所占的偏移信号成分的比重较大时，基于包含该偏移信号成分的色成分信号来生成黑白信号。因此，可以避免由于在色信号处理中得到的信号而发生不正确色的显示，而且在此时，省略了除去偏移信号成分的处理，从而减轻了处理的负载并实现了高速化。而且，当偏移信号成分较小的时候，省略了除去该成分等的补正处理，从而可以进行色成分信号所对应的色差信号等的色信号的生成。省略了补正处理的部分也可以减轻处理的负载并实现高速化。
附图说明
图1是表示实施方式中摄像装置的概要构成的框图。
图2是说明实施方式中色信号处理方法的概要流程图。
图3是表示RGB各感光部的光谱灵敏度特性的图形。
图中：
2-CCD映像传感器，4-模拟信号处理电路，6-A/D转换电路，8-数字信号处理电路，10、12、14、16-感光部。
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施的方式(以下称实施方式)进行说明。
图1是表示本实施方式中摄像装置的概略构成的框图。该摄像装置具备：CCD映像传感器2、模拟信号处理电路4、A/D转换电路6以及数字信号处理电路8。
图1所示的CCD映像传感器2为帧转送型，并包含在半导体基板上形成的摄像部2i、存储部2s、水平转送部2h以及输出部2d而构成。
构成摄像部2i的垂直移位寄存器的各位，起作为构成各个像素的感光部的功能。
各感光部配置有滤色器，并对应于其滤色器的透过特性，来确定感光部所具有灵敏度的光成分。这里，2×2像素的排列构成感光部的排列单位。例如，感光部10、12、14、16构成该单位。
感光部10、12、14分别配置有G滤色器、R滤色器、B滤色器。感光部10就是G感光部，该感光部，如图3的曲线30所示那样，不仅对可见光，对包含IR成分的入射光，也会产生G成分32以及IR成分34所对应的信号电荷。而且，同样地，如图3的曲线50所示那样，感光部12就是产生R成分52以及IR成分54所对应的信号电荷的R感光部，如曲线40所示那样，感光部14就是产生B成分42以及IR成分44所对应的信号电荷的B感光部。
感光部16配置有选择性地透过IR成分的IR滤色器(红外光透过滤色器)，作为IR感光部，它产生入射光中的IR成分所对应的信号电荷。该IR滤色器可以通过将R滤色器与B滤色器层叠而构成。这是由于：在可见光中，透过B滤色器的B成分不会透过R滤色器，而另一方面，透过R滤色器的R成分不会透过B滤色器，因此通过穿过两个滤色器，基本上可以除去可见光，而在透过光只剩下透过两个滤色器的IR成分。
在摄像部2i上，该2×2像素的构成分别反复排列在垂直方向、水平方向上。
CCD映像传感器2，由未图示的驱动电路提供的时钟脉冲等来驱动，在摄像部2i的各感光部上产生的信号电荷，经过存储部2s、水平转送部2h而转送到输出部2d。输出部2d将从水平转送部2h输出的信号电荷转变为电压信号，并作为图像信号而输出。
模拟信号处理电路4，对输出部2d所输出的模拟信号的图像信号实施增幅或取样保持等的处理。A/D转换电路6通过将从模拟信号处理电路4输出的图像信号转换成规定的量子化位数的数字数据，生成图像数据，并对此进行输出。例如，A/D转换电路6进行8位的数字值的A/D转换，由此图像数据可以由0到255范围内的值来表示。
数字信号处理电路8从A/D转换电路6读取图像数据，进行各种处理。例如，数字信号处理电路8，与摄像部2i中的R、G、B、IR各感光部的排列相对应，对在各自不同的取样点上得到的R、G、B、IR各数据进行插补处理，并在构成图像的各个取样点上定义R、G、B、IR数据。将这些R、G、B、IR所对应的数据分别表示为<R>、<G>、<B>、<IR>。数字信号处理电路8，进而使用这些数据，进行生成各取样点的亮度数据(亮度信号)Y以及色差数据(色差信号)Cr、Cb的处理。
下面，对生成Y、Cr、Cb的色差信号处理方法进行说明。图2是说明该色信号处理方法的概要流程图。如果在<R>、<G>、<B>中，将入射光的R、G、B成分所对应的信号成分定义为R0、G0、B0，将红外光所对应的偏移信号成分定义为Ir、Ig、Ib，则以下公式成立。
<R>＝R0+Ir
<G>＝G0+Ig ...(1)
<B>＝B0+Ib
数字信号处理电路8，基于<IR>对占据<R>、<G>、<B>的偏移信号成分Ir、Ig、Ib的比重进行评价，进而检测出该比重在高于规定阈值即偏移优势状态。在检测该偏移状态的处理中，需要考虑到：在RGB各感光部上分别配置的滤色器以及在IR感光部上配置的IR滤色器各自的透过特性，与RGB各感光部和IR感光部的面积的差异等。预先取得与该因素相关的信息，并反映到数字信号处理电路8的处理中。这里，如上所述，IR滤色器由与RGB滤色器相同的基材构成，并相对于这些滤色器的红外光其透过特性基本相同。而且，各感光部的面积也基本构成相同。由此可以实质上得到公式：
Ir＝Ig＝Ib＝<IR> ...(2)
利用该关系，数字信号处理电路8判断实质上下面的公式是否成立(S30)。
<R>＝<G>＝<B>＝<IR> ...(3)
当该公式被认为成立时，<R>、<G>、<B>大致的比例为Ir、Ig、Ib，即入射光的R、G、B各自的波长范围所对应的信号成分R0、G0、B0是很微小的情况。数字信号处理电路8，把认为上述公式成立的情况判定为偏移优势状态，执行单色运算S35。
例如，作为处理S30，对各采样点计算出各个比值<IR>/<R>、<IR>/<G>、<IR>/<B>，如果这些比值在1个画面内的平均值的任何一个大于预先设定的阈值γ，则数字信号处理电路8判定为偏移优势状态。将阈值γ设定为小于1但接近于1的值。另一方面，当所有比值的平均值都小于阈值γ的情况下，则判定不是偏移优势状态。
在单色运算S35中，使用<R>、<G>、<B>，只生成亮度数据Y，并省略了生成色差数据Cr、Cb的运算。由此，可以减轻单色运算S35的处理负载以及实现高速化。由该单色运算S35生成的图像数据，作为表示红外光图像的单色图像信号。
另一方面，当在处理S30中，数字信号处理电路8判断为不是偏移优势状态时，则生成表示可见光图像的彩色图像信号，该可见光图像基于入射光的R、G、B各个波长区域所对应的信号成分。在生成该彩色图像信号的处理中，数字信号处理电路8，首先判断偏移信号成分Ir、Ig、Ib是否微小即是否是微小偏移状态。这里利用公式(2)，基于实质上<IR>是否微小，来进行微小偏移状态的判定(S40)。
例如，作为处理S40，如果<IR>在1个画面内的平均值，小于预先设定的阈值ξ，则数字信号处理电路8判定为微小偏移状态。将阈值ξ设定为接近于0的正数值。另一方面，当<IR>的平均值大于阈值ξ时，则判定为不是微小偏移状态。
当数字信号处理电路8判定为微小偏移状态时，则对<R>、<G>、<B>实施通常色运算S45。另外，通常色运算可由以下公式，对RGB各成分求出Y、Cr、Cb。
Y≡αR+βG+γB ...(4)
Cr≡λ(R-Y) ...(5)
Cb≡μ(B-Y) ...(6)
这里，α、β、γ、λ、μ是系数，尤其是在α、β、γ之间存在关系式α+β+γ＝1。
本来，作为R、G、B，该运算公式(4)～(6)应该采用除去偏移信号成分而剩下的R0、G0、B0来进行运算，但是，当数字信号处理电路8判定为微小偏移状态时，作为R、G、B，采用<R>、<G>、<B>，并通过公式(4)～(6)来计算出Y、Cr、Cb。也就是，在通常色运算S45中，无视包含于<R>、<G>、<B>中的偏移信号成分Ir、Ig、Ib，而将<R>、<G>、<B>分别看作是入射光的R、G、B各波长区域所对应的信号成分R0、G0、B0，从而生成亮度数据Y以及色差数据Cr、Cb。
当在处理S40判定为不是微小偏移状态时，数字信号处理电路8执行除去IR的色运算S50从而计算出Y、Cr、Cb。该除去IR的色运算S50是基于<IR>进行偏移信号成分Ir、Ig、Ib所对应的补正处理，除去由偏移信号成分Ir、Ig、Ib产生的影响，生成被缓和的Y、Cr、Cb。
由于在除去IR的色运算S50中，进行了补正处理，而在通常色运算S45中，省略了该补正处理，因此可以减轻处理的负载并实现高速化。
Claims (5)
1.一种色信号处理方法，是采用从具有规定参照光谱灵敏度特性的感光元件得到的参照信号，和从具有合成光谱灵敏度特性的多个感光元件得到的多种色信号的色信号处理方法，其中，所述合成光谱灵敏度特性是由各不相同的特定色光所对应的固有灵敏度特性和所述参照光谱灵敏度特性所对应的偏移灵敏度特性合成的，所述色信号处理方法具有：
补正步骤，基于所述参照信号，决定包含于所述各色成分信号的所述偏移灵敏度特性所对应的偏移信号成分量，并通过对该偏移信号成分量，改变所述各色信号之间的比率，来从所述各色信号分别生成补正色信号；
所述各补正色信号之间的所述偏移信号成份量的所述比率，根据白色光中的所述各特定色相关的成分比而确定。
2.一种色信号处理方法，是采用从具有规定参照光谱灵敏度特性的感光元件得到的参照信号，和从具有合成光谱灵敏度特性的多个感光元件得到的多种色信号的色信号处理方法，其中，所述合成光谱灵敏度特性是由各不相同的特定色光所对应的固有灵敏度特性和所述参照光谱灵敏度特性所对应的偏移灵敏度特性合成的，所述色信号处理方法具有：
补正色差信号生成步骤，从所述各色信号生成补正色信号所对应的补正色差信号，
所述补正色信号，是在所述各色信号中，对所述偏移灵敏度特性所对应的偏移信号成分量，改变所述各色信号之间的比率，
所述各补正色信号之间的所述偏移信号成分量的所述比率，根据白色光中的所述各特定色相关的成分比而确定。
3.根据权利要求2所述的色信号处理方法，其特征在于，所述补正色差信号生成步骤，具有：
生成所述色信号所对应的亮度信号的亮度信号生成步骤；
求得由于所述各色信号与所述各补正色信号的所述偏移信号成分量的差而引起的色差信号变化量的步骤；
基于所述色信号、所述亮度信号以及所述变化量，生成所述补正色差信号的步骤。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的色信号处理方法，其特征在于，与可见光带域相比，所述参照光谱灵敏度特性在红外光带域具有较大的灵敏度。
5.根据权利要求4所述的色信号处理方法，其特征在于，所述特定色是指红、绿以及蓝3原色。
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