JPH10322711A - カラーセンサの空間的不均一性の補正システム - Google Patents
カラーセンサの空間的不均一性の補正システムInfo
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Abstract
時間で処理して空間的な不均一性を補正する。 【解決手段】 フォトサイトのマトリックスとこれをマ
スクするカラーフィルタ配列(CFA)とを有し、各フ
ォトサイトは第一、第二、第三の色の一つを捕捉し、該
CFAは該第一、第二、第三の色の繰り返しのパターン
を構成し、該センサは該カラーフィルタ配列パターンに
対応する単色の画素のマトリックスを含むカラー画像信
号を発生するカラー画像センサと;各画像軸に沿った簡
約化された二次関数により該カラー画像信号の該単色画
素のそれぞれを補正する空間的不均一カラー補正器とし
てプログラムされた現場でプログラム可能なゲート配列
とからなるカラー画像システム。
Description
り詳細にはカラー画像センサにより形成された画像の空
間的不均一性の補正に関する。
像センサの色相シフトに対する補正をなすための均一性
の補正に対する必要性は認識され続けてきた。そのよう
なセンサは画素毎に一つのカラー成分を捕捉するよう直
接画素サイトにわたる着色染料の規則的なパターンを用
いる。デジタルスチルカメラで用いられる特定のパター
ンの一例はカーネルの規則的な2x2画素配列からな
る。各カーネルは一つの対角線上に2つの緑色の画素
と、他の対角線上に赤色と青色画素のそれぞれ一つを有
する。フルRGB(赤、緑、青)画像を再構成するため
に各画素サイトで失われたカラー情報を再構成する処理
が必要となる。
ズムによる:空間的なスペクトル応答の変化の結果を生
ずるポリ酸化物センサー層の不均一性及び染料がダイ上
にスピンオンされたときの染料の不均一な塗布である。
これらの不均一性の挙動はゆるやかに変化する。二次式
のモデルが実際の不均一プロフィールに適合するため充
分正確であることがわかっている。
がコンピュータに転送されるときに全ての空間的及び色
彩的処理がリアルタイム処理の必要がない故にホストコ
ンピュータのソフトウエアによりなされる。この処理に
含まれるのは不均一に対する赤色及び青色カラー平面を
補正するためのアルゴリズムである。これらの補正がホ
ストコンピュータによりソフトウエアによりなされる故
に、乗算がアルゴリズムの実施に残される。
に)カラー画像で、空間的な不均一性の補正に対するニ
ーズが存在し、ここで生のカラー表示出力を提供可能に
するために実時間でカラー情報を処理することが望まれ
ている。斯くして処理は実時間でなされる必要がある。
故にそのような応用では既成の部品で経済的に実施可能
な方法でコストを削減することが不可欠である。
ニーズに対する解決策を提供することにある。
れば、フォトサイトのマトリックスとこれをマスクする
カラーフィルタ配列(CFA)とを有し、各フォトサイ
トは第一、第二、第三の色の一つを捕捉し、該CFAは
該第一、第二、第三の色の繰り返しのパターンを構成
し、該センサは該カラーフィルタ配列パターンに対応す
る単色の画素のマトリックスを含むカラー画像信号を発
生するカラー画像センサと;各画像軸に沿った簡約化さ
れた二次関数により該カラー画像信号の該単色画素のそ
れぞれを補正する空間的不均一カラー補正器としてプロ
グラムされた現場でプログラム可能なゲート配列とから
なるカラー画像システムが提供される。
るカラー画像化システムを示す。示されるようにカラー
画像化システム10はカラービデオカメラ12、カラー
画像プロセッサ14、カラー画像表示器16を含む。カ
ラービデオカメラ12はレンズ18、CCDカラー画像
センサ20、相関二重サンプリング(CDS)回路2
2、アナログ/デジタル変換器(A/D)24、高速シ
リアルリンクドライバ26、中央処理ユニット(CP
U)28、メモリ30を含む。カラー画像プロセッサ1
4は高速シリアルリンクドライバ32(ドライバ26に
高速リンク27によりリンクされる)、フレーム記憶装
置34、均一性補正器36、カラー補間器38、CPU
40、タイミング発生器42、デジタル/アナログ変換
器(A/D)44を含む。表示器16はCRT,LC
D,プラズマのようないかなる型のビデオ表示器でも良
い。
動作する。捕捉される場面はレンズ18によりセンサ2
0に投影される。センサ20はCDS回路22によりノ
イズ補正されたアナログビデオ信号を発生する。A/D
24はアナログビデオ信号を高速リンク26によりプロ
セッサ14に転送されるデジタルビデオ信号に変換す
る。メモリ30は本発明の空間的不均一性補正技術が用
いられるセンサ20に固有の空間的な不均一性補正デー
タを記憶する。カメラCPU28はシリアルリンク46
を介してこのデータをプロセッサCPU40に転送す
る。
よりデジタル画像データを受け、それをフレーム記憶装
置34に記憶する。本発明によりデジタル画像データは
補正器36を含む現場でプログラム可能(field−
programmable)なゲート配列で実施される
補正アルゴリズムにより空間的な不均一の補正がなされ
る。補正器36は各カラーR,G,Bに対して一つの、
合計3つの補正器を含む。空間的な不均一補正の後に各
単色画素はRGB三色画素を形成するようカラー補間器
38によりカラー補間される。デジタルカラー画像は表
示器16に表示されるアナログカラー画像にD/A44
により変換される。CPU40及びタイミング発生器4
2は補正器36に補正係数データ及びタイミング信号を
供給する。
ラーフィルタ配列を有するCCDセンサである。一のカ
ラー成分が画素毎に捕捉される。故に補間が画像に対し
てフルRGBカラー平面を構成するために必要である。
例示的なカラーフィルタ配列パターンは1023x15
35画素の動画に対して図2に示される。CFAはカー
ネルの規則的な2x2画素配列からなる。各カーネル5
0は一の対角線上の2つの緑色画素52、54と、他の
対角線上の赤色画素56と青色画素58からなる。
G,Bに対して別の補正器を有する補正器36により空
間的不均一性に対して補正される。好ましい補正アルゴ
リズムを以下に説明する。ここで大きな配列のセンサに
生ずる空間的不均一性を補正することを目的とする。各
画像軸に沿って二次関数により近似されうる空間的に相
関された倍数的な不均一性を補正するために可能な実施
例を考える。これらの倍数的な不均一性を以下の関数に
よって表現する:
小さいと予想する故に以下のような二項式の展開により
この関係を簡約化できる:
ージョンを用いる:
離される:
る:
再構成可能である:
むのみの形に減少された。故にコストのかかる乗算なし
に実施可能な形が得られた。実際に実施したのは上記の
有限差分である。実際のFPGAの実施例の疑似コード
バージョンで用いられる幾つかの変数を以下に定義す
る。 quad(x,y) =現在の画素配置(x,y)で評価され
た関数の値 quad(0,y) =現在のラインの始まり(0,y)で評
価された関数の値 quadΔx(x+1,y) =(x+1,y)でのxに関する
第一の偏導関数(first partial)の値 quadΔy(0,y+1) =(0,y+1)でのyに関する
第一の偏導関数の値 以上のように定義されたので、次に以下のように疑似コ
ードを構成しうる:
nn sum)を等式化しただけである。しかしながら
最も外側の積分に台形公式を用いることにより正確な結
果が得られる。(後者はここで二次関数を扱っているだ
けである故にこうなる。故にその第一の導関数は線形関
数である。最も外側の積分はこの後者の関数であり、そ
れ自体台形公式を介する積分は近似ではなく、正確な解
を与えるものである。)これは上記の注釈をつけた部分
のb及びBの項をb+a及びB+Aでそれぞれ置き換え
ることにより得られる。ラインの最後の画素及びフレー
ムの最後の画素で不必要な実行から数行を除去するため
に2つのif文をまた加える。この後者の変更はソフト
ウエアの実施にそれほど重要ではない一方で後述するよ
うにハードウエアでの実施に極めて大きな効果を有す
る。これらの変更により、以下の結果を得る:
された形で付加的に用いるだけで実施可能である。等式
の右辺の全ての乗算(2・aのような)及び加算(c+
C−1のような)は以前に知られている定数である。故
にそれら全ては通常の構成の一部分として回路で予め計
算され、供給されうる。更にまた二つの加算のみが発生
したquad(x,y)の各値に対して必要なだけであ
る(”if”文がない場合にはより多くの加算が疑似コ
ードにより実施される)。変数をレジスタで置き換える
ことにより、この関数を直接実施可能である。更にまた
レジスタをアドレス可能にすることにより同じアドレス
を分割する多数の二次曲面を、実際の補正に適用される
よう用いられる最後の乗算器と同様に実施可能である。
この分割された使用はこの応用の場合のように唯一の二
次曲面の結果がどの時点でも必要である限り用いられ
る。
てアルゴリズムが各カラーRGBに対して単一のFPG
A補正器36で実施されるかを示す。示されるように補
正器36はアドレス可能な一時的(スクラッチパッド)
レジスタ60、62、64、66と、アドレス可能な係
数レジスタ68、70、72、74`76と、加算器7
8、80と、マルチプレクサ82、84、86、88、
90、92、94とを含む。補正器に対する入出力は図
に楕円で示される。入力は2つの1ビット入力からな
り、一の入力100は現在のカラー成分に対するフレー
ムの第一の画素を示し、他の入力102は現在のカラー
成分に対するラインの第一の画素を示す。アクセスされ
た現在のカラー成分は「現在のカラー成分インデック
ス」と称される入力104により示される。例えばR,
G,Bの3つのカラー成分に対してこれは2ビット入力
として実施される。第四の入力は構成インターフェイス
106であり、これは出力108で発生されるカラー成
分プロファイルのそれぞれに対する5つのパラメータを
アップロードするために用いられる。最終的に出力10
8は現在の画素に対して二次曲面の値を出力する。入力
100、102はタイミング発生器42により発生さ
れ、入力104はフレーム記憶装置34に結合され、入
力106はCPU40に結合される。
ことを示すために図3、4を縮小した3つのバージョン
を作成した(「現在のカラーに対するフレームの第一の
画素」及び「現在のカラーに対するラインの第一の画
素」入力に対する3つの正しい(リーガル)組合せが存
在する)。図5から7は以下の条件を示す。 1. (図5)「現在のカラーに対するフレームの第一
の画素」=1、「現在のカラーに対するラインの第一の
画素」=1により示されるフレームの第一の画素。
レームの第一の画素」=0、「現在のカラーに対するラ
インの第一の画素」=0により示されるラインの最初以
外の全ての画素。 3. (図7)「現在のカラーに対するフレームの第一
の画素」=0、「現在のカラーに対するラインの第一の
画素」=1により示される第一のライン以外のラインの
第一の画素。
カラーに対するフレームの第一の画素」、「現在のカラ
ーに対するラインの第一の画素」)の順序対とする場合
には正しい値は(00b),(01b),又は(11
b)、又は十進数で(0)、(1)、又は(3)であ
る。これらの縮小された概略図5から7が示される(明
確に示すために構成インターフェイス106はプロファ
イル発生動作の中で用いるように意図されていない故に
除去してある)。
プロファイルの第一の値を出力するだけであるのと同様
に一時的レジスタ60から66は全て初期化されるのみ
である。図5は一時的レジスタ(60−66)の書込イ
ネーブル制御(wen)の全てがイネーブル化されてい
ることを示す。斯くしてquad(x,y) 、quad(0
,y) はc+C−1に、quadΔx(x+1,y) はa+b
に、quadΔy(0,y+1)はA+Bに適切に初期化され
る。更にまたquad(x,y) の初期値はc+C−1であ
る。これは疑似コードの最初の4つの割り当て文(as
signmentstatement)を通して見いだ
され、これはフレームの第一の画素に対して必要な全て
である。
内側の”for”ループの実行を示す。このモードでは
quad(x,y) 及びquadΔx(x+1,y) がそれぞれの
書込イネーブル(wen)制御を介して更新に対してイ
ネーブルされる。これらの値(quantity)の両
方はquadΔx(x+1,y) 及び2・aの値それぞれによ
りインクリメントされ、斯くして最も内側の”for”
ループが実施される。
ープの終わりに続き、最も内側の”for”ループの始
まりへの疑似コードに対する実施を示す。コードのこの
部分はフレームの第一の画素以外の各ラインの第一の画
素の発生に含まれる動作にアドレスする。レジスタ60
から66の全ては以下のレジスタ更新が生ずるのを許容
するようそれぞれの”wen”入力を介して更新に対し
てイネーブルされる。
uad(0,y) レジスタ62の両方は(quad(0,y) +
quadΔy(0,y+1) )に初期化される。 2. quadΔx(x+1,y) レジスタ64は値(a+
b)に更新される。 3. quadΔy(0,y+1) レジスタ66は2・Aによ
りインクリメントされる。
望のアルゴリズムを実施するかが明らかとなった。本発
明はその特定の好ましい実施例を特に参照して詳細に説
明されてきたが、変更及び改善は本発明の精神及び範囲
内で有効である。
は生のカラー表示出力をなすためにビデオレートで実時
間になされる。 2. 補正技術は既成の部品で経済的に実施される。
ック図である。
したブロック図である。
したブロック図である。
したブロック図である。
タ 68、70、72、74、76 アドレス可能な係数レ
ジスタ 78、80 加算器 82、84、86`88、90、92、94 マルチプ
レクサ 100、102、104 入力 106 構成インターフェイス 108 出力
Claims (2)
- 【請求項1】フォトサイトのマトリックスとこれをマス
クするカラーフィルタ配列(CFA)とを有し、各フォ
トサイトは第一、第二、第三の色の一つを捕捉し、該C
FAは該第一、第二、第三の色の繰り返しのパターンを
構成し、該センサは該カラーフィルタ配列パターンに対
応する単色の画素のマトリックスを含むカラー画像信号
を発生するカラー画像センサと;各画像軸に沿った簡約
化された二次関数により該カラー画像信号の該単色画素
のそれぞれを補正する空間的不均一カラー補正器として
プログラムされた現場でプログラム可能なゲート配列と
からなるカラー画像システム。 - 【請求項2】フォトサイトのマトリックスとこれをマス
クするカラーフィルタ配列とを有し、各フォトサイトは
第一、第二、第三の色の一つを捕捉し、該カラーフィル
タ配列は該第一、第二、第三の色の繰り返しのパターン
を構成し、該センサは該カラーフィルタ配列パターンに
対応する単色の画素のマトリックスを含むカラー画像信
号を発生するカラー画像センサと;該第一、第二、第三
の色のそれぞれに対する空間的不均一補正係数を記憶す
る該センサと関連するメモリーと;補正された単色画素
を形成するために該カラー画像信号の該単色画素を補正
する空間的不均一カラー補正器としてプログラムされ、
以下の疑似コード: 【数1】 によりプログラムされ、ここで、 quad(x,y) =現在の画素配置(x,y)で評価され
た関数の値 quad(0,y) =現在のラインの始まり(0,y)で評
価された関数の値 quadΔx(x+1,y) =(x+1,y)でのxに関する
第一の偏導関数の値 quadΔy(0,y+1) =(0,y+1)でのyに関する
第一の偏導関数の値である現場でプログラム可能なゲー
ト配列と;該ゲート配列にタイミング信号を供給するタ
イミング発生器と;メモリーから該ゲート配列に該補正
係数を供給するコンピュータ処理ユニットとからなるカ
ラー画像システム。
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