KR101001072B1

KR101001072B1 - 색상 분리

Info

Publication number: KR101001072B1
Application number: KR1020050127465A
Authority: KR
Inventors: 요한 쉬리스; 파울 비첸
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2010-12-14
Also published as: EP1675407A1; TW200625969A; JP5192645B2; TWI393450B; JP2006187010A; KR20060074841A; US7639288B2; US20060164558A1

Abstract

본 발명은 색상 분리 회로, 색상 분리 회로를 포함하는 카메라 및 색상 분리 방법에 관한 것이다. 적응 휘도 신호는 광대역 적응 필터를 사용하는 화상 센서 신호로부터 복원되며, 광대역 적응 필터는 화상 센서 신호의 대각선 에너지의 양에 의해 제어된다.

색상 분리 회로, 카메라, 색상 분리 방법, 적응 휘도 신호, 화상 센서 신호

Description

색상 분리 {COLOUR SEPARATION}

도1은 카메라의 블록 선도.

도2는 컬러 필터.

도3은 화상 센서 신호의 주파수 스펙트럼.

도4는 색상 분리 회로의 블록 선도.

도5는 광대역 적응 필터의 전달 함수.

도6은 관계선도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 광학 경로

12: 디지털 경로

14: 아날로그 포스트 필터

18: 화상 센서 신호

20: 색상 분리 회로

22: 윤곽 회로

24: 후미 처리 회로

26: 출력 신호

28: 컬러 필터

30: 휘도 신호

31: 오버랩

32: 색상 신호

34, 36: 라인 메모리

38: 휘도 분리 회로

40: 색상 처리 회로

42: 대각선 분할 필터

44: 제어 신호 발생 회로

46: 광대역 적응 필터

50: 대각선 로우 신호

52: 제어 신호

56: 적응 휘도 신호

58, 60, 62: 전달 함수

[문헌1] WO 99/29101 (DIELHOF, P. B.) 1999-06-10

본 발명은 색상 분리 회로, 색상 분리 회로를 구비한 카메라 및 색상 분리 방법에 관한 것이다.

색상 분리는 국제 공보 WO 99/29101호로부터 이미 공지되어 있다. 이 공보는 센서 출력 신호와 두 개의 색상 성분으로부터 휘도 성분을 선택하는 수단을 구비하는 동적 범위 보정 회로(dynamic range modification circuit)를 개시하고 있다.

색상 분리 회로, 색상 분리 회로를 구비하는 카메라 및 색상 분리 방법은, 휘도 성분이 휘도 신호의 오버슈트(overshoot) 없이 주파수 이퀄라이징 필터(frequency equalising filter)를 사용하여 복원됨으로써 경계부(transient) 주변의 불필요한 흑색 또는 백색 라인들의 도입이 예방된다는 장점을 갖는다. 이것은 화상의 해상도가 높다는 장점을 갖는다.

광학 로우 패스 필터는 모아레 줄무늬(moire fringe)를 제거한다는 장점을 가지며, 따라서 광학 로우 패스 필터는 높은 화상 품질에 기여한다. 광대역 적응 필터가 광학 로우 패스 필터의 사용을 보상하도록 구성되면, 저렴한 카메라를 구성할 수 있기 때문에 유리하다.

다른 장점은 추가 종속항 및 설명에 개시된 특징으로부터 도출된다.

본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있으며 이하 설명에 더 상세히 기술된다.

이하에서, 색상 분리 회로, 색상 분리 회로를 구비하는 카메라 및 색상 분리 방법이 설명된다. 적응 휘도 신호가 광대역 적응 필터를 사용하여 화상 센서 신호로부터 복원되며, 광대역 적응 필터는 화상 센서 신호의 대각선 에너지(diagonal energy)의 양에 의해 제어된다.

도1은 광학 경로(10)와 디지털 경로(12)를 포함하는 본 발명에 따르는 카메라의 블록 선도를 도시한다. 광학 경로(10)에서, 화상 센서는 씬(scene)으로부터 빛(16)을 받아서 디지털 경로(12)에 화상 센서 신호(18)를 공급한다. 디지털 경로(12)는 색상 분리 회로(20), 윤곽 회로(contour circuit, 22) 및 후미 처리 회로(back-end processing circuit, 24)를 포함한다. 색상 분리 회로(20)의 한 실시예가 도4에 도시되어 있다. 윤곽 회로(22)는 고객 또는 세트-메이커 적응 필터(customer or set-maker adaptive filter)이다. 바람직한 실시예에서, 윤곽 회로(22)는 [-a, 1+2a, -a], [-b, 0, 1+2b, 0, -b] 및 [-c, 0, 0, 1+2c, 0, 0, -c]를 계수로 갖는 3개의 FIR 필터의 조합체이며, 적응성은 a, b 및 c를 설정하여 얻어진다. 휘도 신호는 3개 필터들에 의해 필터링되며, 그 출력들이 가산된다. 디지털 경로(12)의 출력 신호(26)가 아날로그 포스트 필터(analogue post filter, 14)에 인가된다. 아날로그 포스트 필터(14)는 디지털에서 아날로그로의 변환 후 잔류하는 반복되는 스펙트럼을 제거한다. 한 바람직한 실시예에서 아날로그 포스트 필터(14)는, 샘플 주파수(fs)에서 영이고 fs/2에서 10dB 이상의 감쇠도를 갖는 3차 및/또는 5차 필터이다.

도2는 화상 센서의 표면 상에서 사용할 컬러 필터(28)이다. 한 바람직한 실시예에서는, 화상 센서가 단일 CCD(charge couple device) 컬러 화상 센서이다. 3-CCD 카메라에서는 3개의 휘도 신호가 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)용으로 각각 이용 가능한 반면, 1-CCD 컬러 화상 센서로부터의 화상 센서 신호(18)는 휘도 정보 및 색상 정보를 모두 포함한다. "Ye"는 화상 센서의 옐로우 픽셀을 나타내며, "Cy"는 사이언 픽셀을 나타내며, "Mg"는 마젠타 픽셀을 나타내며, "G"는 그린 픽셀을 나타낸다. 또 다른 실시예에서는, 보색 모자이크 필터 또는 RGB 바이엘 컬러 필터가 사용된다.

도3은 휘도 신호(30)와 색상 신호(32)가 화상 센서 신호(18)의 주파수 영역 내에 어떻게 분포되는지를 나타낸다. 바람직한 실시예에서, 화상 센서 신호(18)는 휘도 신호(30)가 기저 대역 및 샘플 주파수(fs)의 모든 고조파(m*fs) 부근에 존재하는 주파수 스펙트럼을 갖는다. 색상 신호(32)는 전술한 센서 표면 상의 컬러 필터(28)에서 유래하며, 교번되는 픽셀은 교번되는 색상에 의해 커버된다. 수평 리드-아웃(read-out) 방향으로의 2개의 교번 색상으로, 절반 샘플 주파수(half sample frequency)(fs/2)의 주파수 오프셋으로 주파수 스펙트럼을 반복하는 것이 화상 센서 신호(18)에서 얻어진다. 색상 신호(32)는 절반 샘플 주파수(fs/2) 부근에 위치된다. 휘도 신호(30)의 스펙트럼과 색상 신호(32)의 스펙트럼이 겹쳐지며(31), 휘도 신호(30)는 fs/2에서 급강하(dip)를 갖는 곡선이다. 오버랩(31)은 모아레 및 거짓 색(false color)의 주원인이다.

도4는 제1 라인 메모리(34), 제2 라인 메모리(36), 휘도 분리 회로(38) 및 색상 처리 회로(40)로 구성되는 색상 분리 회로(20)의 블록 선도이다. 휘도 분리 회로(38)는 대각선 분할 필터(diagonal split filter)(42), 제어 신호 발생 회로(44) 및 광대역 적응 필터(46)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 색상 분리 회로(20) 및/또는 휘도 분리 회로(38)는 집적 회로(IC)이다. 색상 분리 회로(색상 분리기)(20)는 1개의 휘도 성분과 2개의 색상 성분(Cr, Cb)을 전달하는데, 여기서 "Cr"은 레드 성분 또는 YUV에서 V이고 "Cb"는 블루 성분 또는 YUV에서 U이며, Y는 휘도 성분(휘도)이고 U와 V는 색차(색상) 성분이다. 바람직한 실시예에서 매 라인마다 단 1개의 색상 성분 만이 이용 가능한 반면, 다른 성분은 전후 라인으로부터 색상 성분을 평균하여 보간된다. 따라서, 3개의 라인 입력이 필요하다. Cr과 Cb 모두 이전 픽셀로부터 센서 픽셀을 감산하여 그 결과를 픽셀 기반 방식으로 각각 +1 및 -1과 교대로 곱하여 얻어지며, 최종 함수는 fs/2에서의 색상 캐리어를 기저 대역으로 복조한다. 화상 센서 신호(18)가 휘도 분리 회로(38)의 대각선 분할 필터(42)의 제1 입력, 색상 처리 회로(40)의 제1 입력 및 제1 라인 메모리(34)의 입력에 인가된다. 제1 및 제2 라인 메모리(34, 36)가 화상 센서의 1개 화상 라인을 저장하도록 구성된다. 제1 라인 메모리(34)의 출력이 제2 라인 메모리(36)의 입력, 휘도 분리 회로(38)의 대각선 분할 필터(42)의 제2 입력 및 색상 처리 회로(40)의 제2 입력에 인가되며, 제2 라인 메모리(36)의 출력이 휘도 분리 회로(38)의 대각선 분할 필터(42)의 제3 입력 및 색상 처리 회로(40)의 제3 입력에 적용된다. 색상 처리 회로(40)는 3개의 입력 신호를 처리하여 2개의 색상 출력 신호(Cr, Cb)를 공급한다. 대각선 분할 필터(42)는 2개의 필터와 2개의 출력 신호를 구비한 이차원 필터이다. 대각선 분할 필터(42)의 대각선 하이 패스 필터는 후속 제어 신호 발생 회로(44)에서 사용될 대각선 하이 신호(48)를 제공하는데 사용되며, 모든 패스 필터에 스케일링이 가능한 대각선 분할 필터(42)의 대각선 로우 패스 필터는 광대역 적응 필터(46)의 입력으로 사용될 대각선 로우 신호(50)를 제공하는데 사용된다. 바람직한 실시예에서, 제어 신호 발생 회로(44)는 사각 함수(square function)의 근사인 대각선 하이 패스 필터의 절대값을 계산하여 대각선 에너지(54)를 측정한다. 부가적으로, 그 결과가 색상 경계(color transient)를 포함하도록 광대역 FIR 필터(wide FIR filter)에 의해 넓혀진다. 제어 신호 발생 회로(44)는 대각선 에너지(54)를 근거하여 대각선 하이 신호(48)로부터 제어 신호(52)를 발생시켜서 광대역 적응 필터(48)에 제어 신호(52)를 공급한다. 광대역 적응 필터(48)는 대각선 로우 신호(50)와 제어 신호(52)를 처리하여 적응 휘도 신호(56)를 공급한다. 제어 신호 발생 회로(44)와 광대역 적응 필터(46)의 기능은 도5 및 도6을 참조하여 설명된다.

도6은 대각선 에너지(54)의 제어 신호(52)의 함수 종속성을 도시한 관계선도이다. 함수 종속성은 3개의 매개변수(제어_최대[CONTROL_MAX], 제어_임계[CONTROL_THRESHOLD] 및 제어_이득[CONTROL_GAIN])에 의해 설정되며, 제어_최대는 광학 경로(10) 내의 광학 로우 패스 필터에 필요한 보상의 양을 정의한다. 예로서 광학 로우 패스 필터가 색상 모아레 줄무늬를 제거하는데 사용된다. 바람직한 실시예에서, 제어_최대는 64로부터 128까지 통과하며, 매개변수 "제어_최대"는 표준 코사인 광학 로우 패스 필터를 사용하여 128로 설정되며, 광학 로우 패스 필터가 사용되지 않으면 64로 설정된다. 매개변수 "제어_임계"는 곡선이 감소하기 시작하는 시작 지점을 정의하며, 매개변수 "제어_이득"은 제로 레벨에 도달할 때까지의 곡선의 기울기를 정의한다. 그러므로, 제어 신호 발생 회로(44)는 화상 센서 신호(18)의 대각선 에너지(54)의 양에 비례하는 출력[제어 신호(52)]을 갖는다.

도5는 라인들로 표현된 주파수(64)에 의존하는 광대역 적응 필터(46)의 전달 함수(58, 60, 62)를 도시한다. 광대역 적응 필터(46)는 색상 변조를 제거하기 위해 570개 라인의 절반 샘플 주파수(fs/2)에서 영점을 가지며, 그 대역폭은 570개 라인까지의 스펙트럼용으로 가능한 한 편평하게 만들어지는데, 여기서 편평하다는 것은 완전한 스펙트럼의 경우 거의 0dB을 의미한다. 바람직한 실시예에서, 540개 라인에서의 전달 함수(58, 60, 62)의 감쇠도는 8dB이지만, 적어도 가시도(visibility) 한계(-20dB) 보다 높다. 광대역 적응 필터(46)는 카메라가 작동하는 동안 제어 신호(52)에 의해 제어되며, 제어 신호(52)는 광대역 전달 함수(58, 60)를 협대역 전달 함수(62) 쪽으로 점진적으로 변화시킨다. 도5는 3개의 전달 함수(58, 60, 62)를 도시한다. 표준 코사인 광학 로우 패스 필터를 보상하기 위해 제어 신호(52)가 제어_최대 = 128로 설정되면, 제1 전달 함수(58)가 적용된다. 광학 로우 패스 필터가 사용되지 않기 때문에 제어 신호(52)가 제어_최대 = 64로 설정되면, 제2 전달 함수(60)가 적용된다. 대각선 에너지(54)가 높기 때문에 제어 신호(52)가 영으로 설정되면, 제3 전달 함수(62)가 적용된다. 요약하면, 광학 로우 패스 필터 보상을 포함하는 필터 전달은 최대한 편평해지도록 구성된다. 휘도 분리 회로(38)는 화상 센서 신호(18) 내의 로우 색상 변조를 갖는 씬에 대해 540개 라인을 초과하는 해상도를 가지며, 표준 광대역 필터를 색상 경계와 포화 색상 영역에 적용할 때 생기는 인공물(artefact) 없이 높은 색상 변조를 갖는 영역에서는 표준 해상도를 갖는다.

본 발명의 색상 분리 회로, 색상 분리 회로를 구비하는 카메라 및 색상 분리 방법에 의하면, 높은 해상도를 유지하면서도 그리고 불필요한 라인들의 발생을 방지할 수 있으면서도, 저가인 색상 분리 회로/카메라를 제공할 수 있다.

Claims

화상 센서 신호로부터 적어도 하나의 색상 신호를 분리하는 분리 수단과,

색상 신호로부터 제어 신호를 발생시키는 제어 신호 발생 수단과,

제어 신호에 따라 화상 센서 신호로부터 적응 휘도 신호를 공급하는 적응 휘도 신호 공급 수단을 포함하고,

상기 적응 휘도 신호 공급 수단은 광대역 적응 필터인 것을 특징으로 하는 는 색상 분리 회로.
제1항에 있어서, 상기 분리 수단은 대각선 분할 필터인 것을 특징으로 하는 색상 분리 회로.
제2항에 있어서, 상기 대각선 분할 필터는 하이 패스 필터 또는 로우 패스 필터 또는 이 두 필터를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 색상 분리 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 수단은 화상 센서 신호로부터 휘도 신호 또는 2개의 색상 신호 또는 이 두 신호를 모두 분리하는 것을 특징으로 하는 색상 분리 회로.
제4항에 있어서, 상기 적응 휘도 신호 공급 수단은 제어 신호에 따라 휘도 신호로부터 적응 휘도 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 색상 분리 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 신호 발생 수단은 대각선 에너지를 측정하는 것을 특징으로 하는 색상 분리 회로.
삭제
제1항에 있어서, 광대역 적응 필터의 전달 함수는 상기 제어 신호에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 색상 분리 회로.
제8항에 있어서, 광대역 적응 필터의 전달 함수의 형상은 상기 제어 신호에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 색상 분리 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적응 휘도 신호 공급 수단은 광학 로우 패스 필터를 보상하는 것을 특징으로 하는 색상 분리 회로.
화상 센서 신호를 발생시키는 화상 센서와,

화상 센서 신호로부터 적응 휘도 신호를 얻기 위해 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따르는 색상 분리 회로를 포함하는 카메라.
제11항에 있어서, 화상 센서는 단일 CCD 컬러 화상 센서인 것을 특징으로 하는 카메라.
화상 센서 신호로부터 적어도 하나의 색상 신호를 분리하는 단계와,

색상 신호로부터 제어 신호를 발생시키는 단계와,

제어 신호에 따라 화상 센서 신호로부터 광대역 적응 필터를 사용하여 적응 휘도 신호를 공급하는 단계를 포함하는 색상 분리 방법.