JP4306832B2 - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号処理装置、信号処理方法及び記憶媒体に関し、特に補色のカラーフィルターからのデータを処理する信号処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の信号処理装置の概略構成を図3に示す。同図において、101はCCDを示し、光学レンズを通った画像がこのCCDの受光部で結像される。102はCCD101の駆動用パルスやその他のタイミング信号を発生するTG(タイミングジェネレータ)である。103はCCD101からの補色の画像データをデジタル信号に変換するA/D変換器である。この画像データは未処理の生データであり、この後にホワイトバランスやディレイライン等の回路を通って、輝度処理と色処理で、その後の処理が分れて行く。
【0003】
104は色補間回路、105は色処理系のリニアマトリクス回路であり、これらにより色補間処理やRGBへのマトリクス処理が行われ、比較的低域のRGBの色信号に変換される。このようにRGBの色信号に変換しておくことにより、後段の色ガンマ回路や、色差信号への変換を行えるようにする。106は色系のガンマ処理や色差信号へ変換するための色差マトリクス回路である。これは、TVモニターやディスプレイ等の特性に合わすためにノンリニアーな信号処理を行う回路である。107は輝度処理系の色キャリア除去回路であり、主にA/D変換器103の出力について色キャリア成分の除去が行なわれる。108は輝度信号のアパーチャ補正やガンマ処理を行う回路である。
【0004】
即ち、CCD101で取り込まれた映像信号は輝度と色に分かれて処理される。輝度信号処理系においては、色キャリア除去回路107で色キャリア成分が除去された後、回路108でアパーチャ補正やガンマ処理が行なわれ、輝度信号となる。
【0005】
色信号処理系においては、色補間回路104で補間処理され、比較的低帯域の補色(Ye,Cy,G,Mz)の信号になる。そしてリニアマトリクス回路105でRGBの3色に変換され、色差マトリクス回路106で色差信号が作成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、図4に示すような補色のカラーフィルター配列とされている場合、図3に示す回路108の出力から得られる輝度信号の色成分は、単純にYe=G+R、Cy=G+B、Mz=B+Rとすると、
Y=(0.286*R)+(0.428*G)+(0.286*B)
となり、正しい輝度信号の色成分の比率
Y=(0.3*R)+(0.59*G)+(0.11+B)
と異なる。そのため通常は、カラーフィルターの分光感度特性を正しい輝度信号の色成分の比率に近づくように合わせ込んでいる。
【0007】
しかしながら、被写体がCCDの設定色温度と大きくずれた時には、輝度信号中の色成分のバランスが崩れ、画質の劣化が生じていた。
特に、アパーチャ補正回路等の入力輝度信号も、色成分のバランスが崩れた輝度信号から補正信号を作っていたため、誤ったアパーチャ補正を行うことがあり、著しく画質を劣化させていた。
【0008】
そこで、本発明の目的は、被写体の色温度がCCDの設定色温度と大きくずれても、色成分のバランス崩れのない輝度信号を作成することを可能とし、更にまた、CCDのカラーフィルタの変更に対しても回路変更を行うことなく容易に対応でき、更に、被写体の色温度変化に対して、色再現性と輝度信号中の色成分バランスが別々に適応的に対応でき、より最適な映像信号を作成することを可能とする信号処理装置、信号処理方法及び記憶媒体を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の信号処理装置は、撮像素子の出力をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、前記A/D変換器から出力された信号の色キャリアを除去する色キャリア除去手段と、前記A/D変換器から出力された信号の高域成分を除去する補間手段と、前記補間手段から出力された信号から第1の低域輝度信号を作成する第1の作成手段と、補色系の信号をRGBからなる純色系の信号に変換するマトリクス係数を用いて、前記補間手段から出力された信号をマトリクス変換する変換手段と、前記変換手段から出力された信号から第2の低域輝度信号を作成する第2の作成手段と、前記第2の低域輝度信号から前記第1の低域輝度信号を減算する減算手段と、前記減算手段から出力された信号に対して変更可能である係数を掛ける乗算手段と、前記乗算手段から出力された信号と、前記色キャリア除去手段にて色キャリアを除去された信号とを加算する加算手段とを有する。
本発明の信号処理装置の一態様において、前記乗算手段は、前記撮像素子の出力が前記RGBからなる補色系の信号であった場合に、前記係数を零に設定する。
本発明の信号処理方法は、撮像素子の出力をデジタル信号に変換するA/D変換工程と、前記A/D変換工程にて変換された信号の色キャリアを除去する色キャリア除去工程と、前記A/D変換工程にて変換された信号の高域成分を除去する補間工程と、前記補間工程にて高域成分が除去された信号から第1の低域輝度信号を作成する第1の作成工程と、補色系の信号をRGBからなる純色系の信号に変換するマトリクス係数を用いて、前記補間工程にて高域成分が除去された信号をマトリクス変換する変換工程と、前記変換工程にてマトリクス変換された信号から第2の低域輝度信号を作成する第2の作成工程と、前記第2の低域輝度信号から前記第1の低域輝度信号を減算する減算工程と、前記減算工程にて得られた信号に対して変更可能である係数を掛ける乗算工程と、前記乗算工程にて得られた信号と、前記色キャリア除去工程にて色キャリアを除去された信号とを加算する加算工程とを有する。
本発明の信号処理方法の一態様において、前記乗算工程では、前記撮像素子の出力が前記RGBからなる補色系の信号であった場合に、前記係数を零に設定する。
【0022】
【作用】
本発明においては、色信号を補間し、補色からRGB純色へマトリクス変換した後、色処理系のRGB信号から輝度信号中の色成分のバランス崩れのない低域の輝度信号YL を作成し、同時にマトリクス変換前の補色(Ye,Cy,G,Mz)の4色を加算して平均化した低域の輝度信号Yi を作る。そして輝度信号YL から輝度信号Yi を減算し、それに所定の係数(K)を乗じて低域置換信号とし、それを輝度信号処理系の色キャリア成分が除去された広帯域の輝度信号に足し合わせる構成(低域置換)により、極めて色成分バランスに優れた輝度信号を作成することが可能となる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る信号処理装置の概略構成を図1に示す。同図において、1はCCDを示し、光学レンズを通った映像がこのCCD1の受光部で結像される。また、CCD1のカラーフィルタには補色系(Ye:イエロー,Cy:シアンG:グリーン,Mz:マゼンタ)や純色系(R:レッド,G:グリーン,B:ブルー)があり、その配列の組み合わせなどを考慮すると様々な種類のCCDがあるが、ここでは特に図4に示すような補色のカラーセンサを使用した場合を述べる。2はCCD1の駆動用パルスやその他のタイミング信号を発生するTG(タイミングジェネレータ)である。
【0024】
3はCCD1からの画像データを補色の状態でデジタル信号に変換するA/D変換器である。このデジタル信号は未処理のデジタル生データであり、この後にホワイトバランスやディレイライン等の回路を通って、輝度処理系と色処理系へ分かれてゆく。
【0025】
4は色処理系の色補間回路であり、ここで色補間処理が行われ各画素毎の色データが揃い、高域成分が除去され、低域の色信号が作られる。5は色補間回路4の色補間処理後のデータをRGBの3色の信号に変換するマトリクス変換回路である。ここで、被写体の色温度によって適応的にマトリクス係数を変えて、RGBの純色に変換することにより、マトリクス変換回路5からの出力は、色再現性良く色ガンマ処理や色差信号への変換を行うことができる。更に、本実施形態の重要ポイントとなる色成分バランスの良い低域の輝度信号を作るための元の信号でもある。
【0026】
6は色系のガンマ処理や色差信号へ変換するための色差マトリクス回路である。これは、TVモニター等のブラウン管の特性にマッチングした映像信号を作成するためのノンリニアーな処理回路である。また、TVモニターばかりでなく、プリンター出力やJPEG圧縮する場合も、高画質を維持するために重要な回路である。
【0027】
7は輝度処理系の色キャリア除去回路であり、A/D変換器3のデジタル信号の色キャリア成分の除去が行なわれる。例えば、垂直と水平の2次元に対して、LPF(ローパスフィルタ)処理が行われる。
【0028】
8は輝度信号のアパチャー補正やガンマ処理等を行う回路である。この回路8にて、色差マトリクス回路6と同様に輝度信号をTVモニター等に映し出すための処理を行なう。
【0029】
本実施形態では、この前段の回路(図1中、破線で囲む。)でマトリクス変換回路5のRGB出力信号から作成された低域の輝度信号YL で、色キャリア除去回路7の輝度信号出力の低域部分を置換する。
【0030】
9はマトリクス変換回路5のRGB信号から低域輝度信号YL を作成するためのマトリクス変換回路である。10は低域置換のための減算回路と係数倍回路である。12はマトリクス変換前の低域信号から輝度信号Yi を作成する作成回路である。ここで、輝度信号Yi は色補間回路4の出力(Ye,Cy,G,Mz)を平均化して輝度信号としたものであり、色キャリア除去回路7の輝度信号出力の低域部分に相当する。そして、マトリクス変換回路9の低域輝度信号出力である輝度信号YL からYi を減算し、その出力を係数倍回路で係数(K)倍して、色キャリア除去回路7の光輝度信号出力に加算している。
【0031】
この回路構成により、係数(K)の変更により低域置換量を任意に変更することができる。そして、この係数(K)を適応的に変えることにより、最終的に出力する輝度信号の色成分バランスや輝度信号の特性補正を最適なものとすることが可能となる。例えば、係数(K)をK=0にすることにより、CCD1を純色のセンサーに置き換えても回路変更をする必要がなく、低域置換しない場合にも対応できるようになっている。
【0032】
11は、低域置換信号を色キャリア除去回路7の輝度信号出力に加算する加算器である。
【0033】
以下、本実施例に係る信号処理装置の主要動作を説明する。図2は、この主要動作を示すフローチャートである。
【0034】
先ず、CCD1で取り込まれた映像信号は、A/D変換(ステップS1)後、輝度と色で別々に処理される。
【0035】
色信号処理系による色信号処理プロセスにおいて、色補間回路4で補間処理され(ステップS2)、比較的低帯域の補色(Ye,Cy,G,Mz)の信号になる。そして、リニアマトリクス回路5で補色の(Ye,Cy,G,Mz)4色からRGBの3色に変換を行う(ステップS3)。更に、色差マトリクス回路6でガンマ処理や色差マトリクス変換を行い色差信号を作成する(ステップS4)。
【0036】
この色信号処理プロセスでは、ステップS3と同時に、補色の4色を加算して平均化することにより低域の輝度信号Yi を作成する(ステップS5)。そしてマトリクス変換回路9で、マトリクス変換回路5の出力のRGBから輝度信号中の色成分のバランス崩れのない低域の輝度信号YL を作成する(ステップS6)。そして、この輝度信号YL から前述の輝度信号Yi を減じ(ステップS7)、それに係数(K)を乗じることにより、低域置換用の輝度信号を作成する(ステップS8)。
【0037】
他方、輝度信号処理系による輝度信号処理プロセスにおいて、色キャリア除去回路7で色キャリア成分が除去された(ステップS9)後、加算器11で上記の低域置換用の輝度信号を足し合わせることにより低域置換を行う(ステップS10)。そして、回路8でアパーチャ補正やガンマ処理を行い、輝度信号を作成する(ステップS11)。
【0038】
即ち、色キャリア除去7の輝度出力から低域部分のYi を減じ、RGBからの輝度信号YL を加算することにより、低域部分を輝度信号中の色成分のバランス崩れのない輝度信号に置換することが可能となる。
【0039】
なお、本実施形態において説明した信号処理装置の機能を実現するように、各種のデバイス(手段)を動作させるためのプログラムコード自体及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段や、信号処理方法の各動作(ステップS1〜S11)を実行するための手段、例えば、かかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明の範疇に属する。
【0040】
またこの場合、所定の記憶再生装置により、記憶媒体に格納されているプログラムコードが読み出され、EEPROMが動作する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
【0041】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、本実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して本実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明に含まれる。
【0042】
更に、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって本実施形態の機能が実現されるシステムも本発明に含まれる。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、色処理系のRGB信号から輝度信号中の色成分のバランス崩れのない低域の輝度信号YL を作成し、同時に補色(Ye,Cy,G,Mz)の4色を加算して平均化することにより低域の輝度信号Yi を作成して、輝度信号YL から前述の輝度信号Yi を減じ、それに係数(K)を乗じて、それを輝度信号処理系の色キャリア成分が除去された広帯域の輝度信号に足し合わせる構成(低域置換)により、被写体の色温度がCCDの設定色温度と大きくずれても、色成分のバランス崩れのない輝度信号を作成することができる。更にまた、前記低域置換量を係数(K)を用いて調節することにより、CCDのカラーフィルタの変更にも回路変更を行うことなく容易に対応できる。更に、被写体の色温度変化に対して、色再現性と輝度信号中の色成分バランスが別々に適応的に対応でき、より最適な映像信号を作り出すことが可能となる。
【0044】
そして、これらにより、後段のアパーチャー補正回路等でも、色成分のバランス崩れのない輝度信号から正確な補正信号を作成することができ、高画質な映像が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る信号処理装置の主要構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施形態に係る信号処理方法の主要構成を示すフローチャートである。
【図3】従来の信号処理装置の主要構成を示すブロック図である。
【図4】補色のCCDカラーフィルター配列の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
1 CCD
2 タイミングジェネレータ
3 A/D変換器
4 色補間回路
5 マトリクス変換回路
6 色差マトリクス回路
7 色キャリア除去回路
8 (アパチャー補正やガンマ処理等を行う)回路
9 マトリクス変換回路
10 係数倍回路
11 加算器
12 作成回路
Claims (4)
- 撮像素子の出力をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換器から出力された信号の色キャリアを除去する色キャリア除去手段と、
前記A/D変換器から出力された信号の高域成分を除去する補間手段と、
前記補間手段から出力された信号から第1の低域輝度信号を作成する第1の作成手段と、
補色系の信号をRGBからなる純色系の信号に変換するマトリクス係数を用いて、前記補間手段から出力された信号をマトリクス変換する変換手段と、
前記変換手段から出力された信号から第2の低域輝度信号を作成する第2の作成手段と、
前記第2の低域輝度信号から前記第1の低域輝度信号を減算する減算手段と、
前記減算手段から出力された信号に対して変更可能である係数を掛ける乗算手段と、
前記乗算手段から出力された信号と、前記色キャリア除去手段にて色キャリアを除去された信号とを加算する加算手段と
を有することを特徴とする信号処理装置。 - 前記乗算手段は、前記撮像素子の出力が前記RGBからなる補色系の信号であった場合に、前記係数を零に設定することを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
- 撮像素子の出力をデジタル信号に変換するA/D変換工程と、
前記A/D変換工程にて変換された信号の色キャリアを除去する色キャリア除去工程と、
前記A/D変換工程にて変換された信号の高域成分を除去する補間工程と、
前記補間工程にて高域成分が除去された信号から第1の低域輝度信号を作成する第1の作成工程と、
補色系の信号をRGBからなる純色系の信号に変換するマトリクス係数を用いて、前記補間工程にて高域成分が除去された信号をマトリクス変換する変換工程と、
前記変換工程にてマトリクス変換された信号から第2の低域輝度信号を作成する第2の作成工程と、
前記第2の低域輝度信号から前記第1の低域輝度信号を減算する減算工程と、
前記減算工程にて得られた信号に対して変更可能である係数を掛ける乗算工程と、
前記乗算工程にて得られた信号と、前記色キャリア除去工程にて色キャリアを除去された信号とを加算する加算工程と
を有することを特徴とする信号処理方法。 - 前記乗算工程では、前記撮像素子の出力が前記RGBからなる補色系の信号であった場合に、前記係数を零に設定することを特徴とする請求項3に記載の信号処理方法。
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