KR20080090315A - 촬상 장치, 신호 처리 회로, 신호 처리 장치, 신호 처리방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

Abstract

신호 처리 방법이 제공된다. 방법은, 입력된 디지털 신호를 구성하는 각각의 화소에 대하여, 주목 화소와 그 주목 화소의 주위의 화소로 구성되는 소정수의 화소의 집합을 얻고, 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 내에 있는 경우에는 주위의 화소의 값에 대하여 필터 연산을 행하고, 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 외인 경우에는 주목 화소의 값에 대하여 필터 연산을 행함으로써, 디지털 신호의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 포함하는 출력 신호를 생성하는 단계; 고정밀도 성분을 포함하는 출력 신호로부터 상기 고정밀도 성분을 분리하는 단계; 및 디지털 신호에, 분리된 고정밀도 성분을 부가하여 출력하는 단계를 포함한다.

아날로그 디지털 변환부, 에지 유지 평활화 필터, 디지털 신호, 비디오 앰프, 마이크로컴퓨터, 이미지 센서, 감마 보정 회로, 휘도 조정 회로

Description

촬상 장치, 신호 처리 회로, 신호 처리 장치, 신호 처리 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품{IMAGING APPARATUS, SIGNAL PROCESSING CIRCUIT, SIGNAL PROCESSING APPARATUS, SIGNAL PROCESSING METHOD, AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT}

<관련 출원의 상호 참조>

본 발명은, 2007년 4월 3일 일본 특허청에 제출된 일본 특허 출원 제2007-097594호에 관한 기술 내용을 포함하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

본 발명은, 촬상 장치, 신호 처리 회로, 신호 처리 장치, 신호 처리 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 디지털 신호로서 출력된 영상 신호로부터 원 신호가 갖는 양자화 정밀도 이하의 정보를 재생하는데 적용되는 기술에 관한 것이다.

아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 경우, 디지털 신호의 정보량은, 샘플링 주파수와 양자화 비트수(양자화 비트 레이트)로 결정된다. 샘플링 주파수는 나이키스트(Nyquist)의 정리에 의해 표현할 수 있는 최대의 주파수를 결정하고, 양자화 비트수는, 진폭 방향의 정밀도를 결정한다. 즉, 양자화 비트수는, 디지털 신 호의 최소의 변화량을 결정한다. 양자화 비트수에 의해 결정된 최소의 변화량이 표현하는 신호에 대하여 지나치게 큰 경우에는, 인간이 소위 양자화 왜곡을 지각하게 된다.

따라서, 양자화 왜곡을 눈에 띄지 못하게 하도록, 미리 아날로그/디지털 변환기(이하, A/D 변환기라고 함)에 입력하는 아날로그 신호의 다이내믹 레인지를 A/D 변환기의 다이내믹 레인지에 조정시키는 것이 행하여진다. 그러나, 이러한 처리가 행하여지면, 원신호가 갖는 양자화 정밀도 이하의 정보가 소실되게 된다고 하는 문제가 있었다.

도 1a에는, A/D 변환기에 입력되는 아날로그 신호의 파형의 예를 도시한다. 도 1b에는, A/D 변환기에 입력된 아날로그 신호의 다이내믹 레인지를, A/D 변환기의 다이내믹 레인지에 맞춘 경우의 신호 파형의 예를 도시한다. 이 예에서는, A/D 변환기의 양자화 비트수를 8비트로 하고 있다. 도 1b에 도시한 예에서는, 도면에서 화살표로 도시한 8비트의 범위를 초과하는 고정밀도 부분의 정보는, A/D 변환기를 통과할 때 소실되게 되는 것이 도시되어 있다.

또한, 비디오 카메라 등에서의 디지털 신호 처리의 단계에서, 디지털 신호의 최소의 변화량이, 표현하는 신호에 대하여 지나치게 커지게 되는 현상이 발생하게 되는 경우가 있다. 예를 들면, 어두운 장소에서 촬영을 행하는 경우 대폭적인 게인 조정(steep gain adjustment)이 행하여진 경우에는, 원신호의 최하위 비트 데이터가 상위 비트로 높아지게 된다. 그 결과, 표현되는 영상에서의 계조감이 부족하게 된다고 하는 문제가 있었다. 모니터의 감마 특성에 맞추어 3색의 원색 신호의 감마 특성을 보정하는 감마 보정에서도, 마찬가지의 문제가 일어날 수 있다.

이러한 문제가 있는 가운데, 출력 신호에서 계조를 순조롭게 표현하기 위해서는, 양자화 비트수를 많이 취하는 것이 유효한 수단으로 된다. 그러나, A/D 변환기의 성능은 일반적으로 한정되어 있다. 따라서, 양자화 비트수를 선택적으로 증가시키는 것은 어렵다. 또한, 제조 원가의 관점에서 양자화 비트수가 큰 A/D 변환기를 이용할 수 없는 경우도 있다.

A/D 변환기에서의 양자화 비트수를 늘리는 일없이, 이들 문제를 해결하는 방법으로서는, 예를 들면, A/D 변환기로부터의 출력 신호의 최하위 비트의 방향에 비트수를 확장하고, 확장한 부분에 랜덤 노이즈를 삽입하는 방법이 있다. 또한 그 밖에는, A/D 변환기에 입력되는 원신호의 정보를 보유한 상태로, A/D 변환 후의 디지털 신호로부터, 원신호의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 재생하는 방법도 채용되고 있다.

도 2는, 원신호의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 재생하는 회로 구성예를 도시하고 있다. 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 컴포넌트를 재생하는 회로를, 이후, 양자화 정밀도 재생 회로(quantization-accuracy reproducing circuit)라고 칭한다. 이 회로는, 예를 들면 비디오 카메라 등에 적용될 수 있다. A/D 변환된 원신호 혹은 게인이 대폭 조정된 디지털 신호에서 최하위 비트가 높여졌기 때문에 계조 부족을 보정하기 위해, 회로는 원신호("n" 비트)로부터 최하위 비트에 부가된 고정밀도 성분("m" 비트)을 생성하여, "n + m" 비트의 양자화 비트 레이트를 얻는다.

양자화 정밀도 재생 회로는, 예를 들면 로우 패스 필터(201)와, 고정밀도 성분 분리부(202)와, 고정밀도 성분 부가부(203)로 구성된다. 로우 패스 필터(201)는, 양자화 정밀도 이하의 신호 성분(고정밀도 성분)을 포함하는 "n'+m" 비트 길이의 디지털 신호를 생성한다. 도 3a 내지 도 3d는, m=1로 한 경우의 로우 패스 필터(201)의 출력예를 도시한다. 도 3a 내지 도 3d에 도시한 예에서는, 원신호를 디지털화하여 얻은 디지털 신호의 신호 길이 "n"이, 8비트인 것으로 하고 있다.

로우 패스 필터(201)에서는, 2개의 디지털 신호의 평균값을 산출함으로써, 원신호의 양자화 정밀도 이하의 비트 정보를 포함하는 신호를 출력한다. 도 3a-1 및 도 3a-2는, 처리될 2개의 디지털 신호를 도시한다. 각각 8비트의 디지털 신호이지만, 가산 처리가 행하여짐으로써, 도 3b에 도시한 바와 같이 9비트의 출력 신호로 된다. 즉, 로우 패스 필터(201)를 관통함으로써, 9 비트 길이의(즉, "n(8)+m(1)비트=9 비트") 신호가 생성된다.

도 3a 내지 도 3d에서 수직 방향으로 그려진 파선은, 소수점의 위치를 나타낸다. 도 3b에 도시한 신호에 대하여 제산 처리를 행함으로써, 신호는 도 3c에 도시된 바와 같이 자릿수가 조정된다. 그리고, 도 9c에 도시된 바와 같은 소수점 이후의 산출된 부분(1비트)이 고정밀도 성분으로 된다. 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 고정밀도 성분 분리부(202)는, 로우 패스 필터(201)로부터의 출력 신호로부터, 고정밀도 성분의 "m" 비트를 분리하는 처리를 행한다. 그리고, 고정밀도 성분 부가부(203)는, 고정밀도 성분 분리부(202)에서 분리된 m 비트를, "n" 비트의 디지털 신호(원신호)의 하위 비트에 부가하는 처리를 행한다.

즉, 도 4a에 도시한 바와 같은 "n" 비트의 원신호에서는 양자화 정밀도 이하에서 파선으로 표시된 성분은 삭제되게 되어 있다. 하지만, 로우 패스 필터(201)를 관통함으로써, 도 4b에 도시된 바와 같이 양자화 정밀도 이하의 성분을 포함하는 신호가 생성된다. 연속해서, 고정밀도 성분 분리부(202)에 의해 상기 신호로부터 고정밀도 성분 "m" 비트가 분리된다. 더욱이, 도 4d에 도시된 바와 같이, 고정밀도 성분 부가부(203)에 의해, 도 4c에서 분리된 "m" 비트 신호가 고정밀도 성분 부가부(203)에 의해 도 4a의 원래의 "n" 비트 신호에 부가하도록 신호가 생성된다. 이러한 처리를 행함으로써, A/D 변환부에서의 양자화 비트수를 늘리는 일없이 고정밀도 성분을 재생할 수 있게 된다.

그런데, 상술한 방법에서는 특히 에지나 노이즈 등의 고주파 성분에 의한 영향을 크게 받게 된다고 하는 문제가 있었다. 또한, 양자화 정밀도 재생의 효과를 높이고자 하면 화질의 열화를 가져오는 문제가 있었다. 따라서, 이들 문제를 해결하기 위해, 고정밀도 성분을 검출하여, 검출된 고정밀도 성분의 양에 따라서 고정밀도 성분의 재생 효과를 조정하는 방법이 채택되고 있다.

고정밀도 성분을 검출하여, 검출된 고정밀도 성분의 양에 따라서 고정밀도 성분의 재생 효과를 조정하는 기술은 일본 특허공개공보 제2006-222479호에 개시된다.

도 5는 상술한 양자화 정밀도 재생 회로의 구성예를 도시한다. 도 5에 도시된 양자화 정밀도 재생 회로는, 도 2에 도시한 회로와 마찬가지로, A/D 변환기에서 디지털 신호로 변환되어 게인 조정이 행하여진 영상 신호가 입력된다.

도 5에 도시된 양자화 정밀도 재생 회로는, 로우 패스 필터(201), 고정밀도 성분 분리부(202), 고정밀도 성분 부가부(203), 고주파 검출부(204), 고주파 성분 조정 출력부(205)로 구성된다. 로우 패스 필터(201)는, 입력된 "n" 비트의 원신호로부터 "n+m" 비트 길이의 디지털 신호를 생성한다. 고정밀도 성분 분리부(202)는, 로우 패스 필터(201)로부터 출력된 "n'+m" 비트의 신호로부터, 고정밀도 성분인 "m" 비트의 신호를 분리한다. 고정밀도 성분 부가부(203)에서는, 입력된 "n" 비트의 원신호에 "m" 비트 신호(고정밀도 성분)를 부가하여, "n+m" 비트 길이의 디지털 신호를 출력한다.

도 5를 참조하여 상술한 바와 같은 양자화 정밀도 재생 회로의 구성은 도 2에 도시된 것과 동일하다. 하지만, 도 5에 도시한 양자화 정밀도 회로는, "n" 비트의 원신호에 포함되는 고주파 성분을 검출하는 고주파 검출부(204)와, 고주파 검출부(204)의 검출 결과에 따라서 양자화 정밀도의 재생 효과를 조정하는 고주파 성분 조정 출력부(205)를 갖는다.

고주파 검출부(204)는, 원신호에 포함되는 고주파 성분을 검출하고, 검출한 고주파 성분의 크기에 따른 출력값을 출력한다. 고주파 성분 조정 출력부(205)는, 고주파 검출부(204)의 출력값의 크기에 따른 게인 함수를 생성한다. 그리고, 생성한 게인 함수를 이용하여 원신호와 고정밀도 성분이 부여된 양자화 정밀도 재생 신호의 알파 블렌딩(alpha blending)을 행한다. 혹은, 원신호로부터 생성한 고정밀도 성분에, 고주파 검출부(204)의 검출 결과에 따라서 생성된 게인을 곱한다. 이값을 고정밀도 성분 부가부(203)로부터 출력된 "n+m" 비트 길이의 양자화 정밀도 재생 신호에 가산한다. 이러한 처리를 행함으로써, 원신호의 특성을 거의 모두 남겨두면서 양자화 정밀도를 재생할 수 있다.

이러한 양자화 정밀도 재생 회로에서는, 고주파의 검출 정밀도가 매우 중요하게 된다. 또한, 양자화 정밀도의 재생 효과를 고주파 성분의 검출 결과에 따라서 적절하게 제어하는 것도 중요하게 된다. 이들 처리가 적절하게 행하여지지 않는 경우에는, 생성한 양자화 정밀도 재생 신호의 주파수 특성이 원신호보다 열화되기 때문이다. 이 현상은, 재생 비트수가 많을수록 자주 발생하게 된다. 또한, 부가하는 재생 비트수가 많아지는 경우에는, 에지 등의 값이 크게 변화되는 고주파 부분의 파형에, 링킹(linking)같은 현상이 발생하게 되는 것이 확인되어 있다.

그런데, 이러한 현상을 방지하기 위해서, 에지나 노이즈, 도안 등의 다양한 고주파 성분을 보다 정밀도 좋게 검출하는 구조나, 양자화 정밀도 재생 효과의 적절한 제어를 실현하고자 하면, 처리가 매우 복잡하게 되고, 회로 규모가 커지게 된다고 하는 문제가 있었다. 예를 들면, JPEG(Joint Photographic Experts Group) 등의 처리에서 알려지는 DCT(이산 코사인 변환) 등은 매우 유용하지만, 처리로서는 복잡하고, 매우 큰 회로 규모로 된다.

본 발명은, 상술한 것과 종래의 방법 및 장치와 관련된 문제를 다룬다. 회로 규모가 크지 않게 양자화 정밀도의 적절한 재생을 실행하기 위한, 촬상 장치, 신호 처리 회로, 신호 처리 장치, 신호 처리 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 촬상부와, 촬상부에서 얻은 영상 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부를 포함하는 촬상 장치가 제공된다. 촬상 장치에서 양자화 정밀도의 재생을 행하는 경우에, 아날로그 디지털 변환부로부터 출력된 영상 신호를 구성하는 각각의 화소에 대하여, 주목 화소와 그 주목 화소의 주위의 화소로 구성되는 소정수의 화소의 집합을 얻는다. 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 내에 있는 경우에는 주위의 화소의 값에 대하여 필터 연산을 행한다. 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 외인 경우에는 주목 화소의 값에 대하여 필터 연산을 행한다. 따라서, 아날로그 디지털 변환부의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 포함하는 출력 신호가 생성된다. 더욱이, 출력 신호로부터 고정밀도 성분을 분리하고, 분리한 고정밀도 성분을 아날로그 디지털 변환부로부터의 출력 신호에 부가한다.

상술한 필터 처리는 고주파수 성분이 제거되도록 할 수 있고, 아날로그 디지털 변환부 내의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분이 재생되도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고주파 검출부나 고주파 성분 조정 출력부 등을 추가로 가질 필요가 없게 되기 때문에, 고주파 성분의 영향을 제거하면서, 아날로그 디지털 변환부의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 재생할 수 있게 된다. 이에 의해, 회로 규모를 최소한으로 억제할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따르는 촬상 장치를, 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 도 6은, 본 실시예에서의 촬상 장치를 적용한 비디오 카메라의 기본적인 구성예의 블록도를 도시한다. 도 6에 도시하는 비디오 카메라는, 이미지 센서(1, 2, 3)와, 비디오 앰프(4, 5, 6)와, A/D 변환기(7, 8, 9)와, 영상 신호 처리부(16)와, 마이크로컴퓨터(17)와, 조작부(18)를 갖는다. 영상 신호 처리부(16)는, 보정 회로(10)와, 게인 조정 회로(11)와, 양자화 정밀도 재생 회로(12)와, 휘도 조정 회로(13)와, 감마 보정 회로(14)와, 출력 신호 생성 회로(15)로 구성된다.

도 6에 도시하는 비디오 카메라에서, 피사체의 광학상은 렌즈(도시되지 않음) 등의 광학계를 통하여, 이미지 센서(1, 2, 3)의 수광부에 입사된다. 이후, R(적색), G(녹색), B (청색)의 색마다 광전 변환된다. 본 예에서는, 적색용, 녹색용 및 청색용의 3개의 이미지 센서를 구비하고 있지만, 이 예에 한하는 것은 아니다. 대안적으로, 예를 들면 비디오 카메라가 4 색분의 이미지 센서를 구비하고 있어도 된다.

이미지 센서(1, 2, 3)는, 피사체 상으로부터 광전 변환에 의해 영상 신호를 구성하는 각 원색 신호를 각각 생성하여, 그들 3색의 원색 신호(R신호, G신호, B신호)를 각각 비디오 앰프(4, 5, 6)에 공급한다. 여기서, 상기 영상 신호는, 동화상 및 정지 화상 중 어디에도 적용 가능하다.

비디오 앰프(4, 5, 6)는 AGC(Automatic Gain Control) 회로와 같은 이득 조정 수단이다. 비디오 앰프(4, 5, 6)는, 원색 신호의 게인을 조정하고, 그 게인이 조정된 원색 신호를 각각 A/D 변환기(7, 8, 9)에 공급한다. 더욱이, A/D 변환기(7, 8, 9)는, 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 영상 신호 처리부(16)에 공급한다.

본 예에서는, 영상 신호 처리부(16)를, 보정 회로(10), 게인 조정 회로(11), 양자화 정밀도 재생 회로(12), 휘도 조정 회로(13), 감마 보정 회로(14), 출력 신호 생성 회로(15)로 구성하고 있다. 우선, 원색 신호 R, G 및 B는 상기 비디오 앰프(4, 5, 6), 및 A/D 변환기(7, 8, 9)에 의해 적절한 레벨로 조정되고, 양자화된 R, G, B의 원색 신호는, 영상 신호 처리부(16)의 보정 회로(10)에 입력된다.

보정 회로(10)는, 입력된 3색의 원색 신호에 대하여 보간 처리와, 이에 수반하는 필터 처리, 셰이딩 처리 등의 신호 처리를 행하여, 게인 조정 회로(11)에 공급한다.

게인 조정 회로(11)는, 보정 회로(10)로부터 입력되는 3색의 원색 신호의 게인을 적절한 레벨로 조정하여, 양자화 정밀도 재생 회로(12)에 신호를 공급한다.

양자화 정밀도 재생 회로(12)는, 게인 조정 회로(11)로부터 입력되는 3색의 원색 신호에 포함되는 고주파 성분의 영향을 배제하면서, 양자화 정밀도를 재생한 신호를 생성한다. 양자화 정밀도 재생 회로(12)의 상세 설명에 대해서는, 후술한다.

휘도 조정 회로(13)는, 영상 신호를 소정의 휘도 범위에 수용하기 위해서, 양자화 정밀도 재생 회로(12)로부터 입력되는 신호로부터 휘도 신호를 추출하고, 그 휘도 신호의 고휘도 영역의 진폭 특성을 억제한다. 그 결과, 이미지 센서로부터 출력된 신호의 다이내믹 레인지는 압축되어 감마 보정 회로(14)에 공급된다.

감마 보정 회로(14)는, 휘도 조정 회로(13)로부터 입력되는 3색의 원색 신호 각각에 대하여, CRT(Cathode Ray Tube)나 액정 표시 패널 등의 모니터(수상기)의 감마 특성에 맞추어 보정을 행하고, 감마 보정한 각 원색 신호를 출력 신호 생성 회로(15)에 공급한다.

출력 신호 생성 회로(15)는, 감마 보정 회로(14)로부터 입력되는 3색의 원색 신호를 최종적인 영상 신호 출력 형식으로 변환하고, 외부에 출력한다. 예를 들면, 출력 신호 생성 회로(15)는 인코더 회로로서 가능할 수 있다. 즉, 회로는 NTSC(National Television System Committee) 방식 또는 PAL(Phase Alternating Line) 방식 등의 신호 규격을 따르도록, 3색의 원색 신호를 색차 신호로 변환하고, 서브 캐리어 신호(도시되지 않음)를 이용하여 변조하는 인코더 회로로서의 기능을 갖는다. 또한, 출력할 영상 신호가 아날로그 신호인 경우에는, 상기 인코더 회로가 출력한 양자화된 색차 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기를 포함하는 구성으로 한다.

마이크로컴퓨터(17)는, 제어부의 일례이며, 영상 신호 처리부(16)를 구성하는 각 회로를 제어한다. 또한, 렌즈(도시되지 않음) 등의 광학계, 비디오 앰프(4, 5, 6) 등의 각 부의 동작을 제어한다. 조작부(18)는, 비디오 카메라에 배설된 버 튼 키나 해당 비디오 카메라에 탑재된 모니터의 화면에 표시되는 아이콘에 할당된 소프트 키 등으로 이루어지고, 조작에 따른 조작 신호가 인터페이스(도시되지 않음)를 통하여 마이크로컴퓨터(17)에 입력된다. 마이크로컴퓨터(17)는, 이용자가 조작부(18)를 조작하여 입력한 조작 신호, 혹은 미리 규정된 설정 등에 기초하여, 소정의 연산 및 각 회로에 대한 제어를 행한다. 컴퓨터 프로그램은 내장형 ROM(built-in read only memory)과 같은 비휘발성 메모리에 저장된다.

또한, 마이크로컴퓨터(17)에는, 필요에 따라, 드라이브 회로(도시되지 않음)가 접속된다. 또한, 자기 디스크, 광 디스크, 광 자기 디스크, 혹은 반도체 메모리 등이 필요에 따라서 마이크로컴퓨터(17)에 설치된다. 그들로부터 읽어내어진 컴퓨터 프로그램이, 마이크로컴퓨터(17)에 내장되는 RAM 등에 인스톨되도록 해도 된다.

상술한 바와 같이 구성되는 비디오 카메라에서, 피사체상이 이미지 센서(1, 2, 3)에서 광전 변환되어 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 원색 신호가 생성된다. 그리고, 다음으로, 비디오 앰프(4, 5, 6)와 A/D 변환기(7, 8, 9)에 의해 적절한 레벨의 아날로그 신호로 조절되며, 양자화되어 디지털 신호로 변환된다. 양자화된 각 원색 신호는 보정 회로(10) 및 게인 조정 회로(11)에 의해 적절한 보정 및 게인 조정 처리가 이루어진다. 그리고, 신호는 양자화 정밀도 재생 회로(12)에 입력된다. 양자화 정밀도 재생 회로(12)에 입력된 신호는, 고주파 성분의 영향이 배제되고, 양자화 정밀도가 재생된다. 그리고, 양자화 정밀도 재생 신호로서 휘도 조정 회로(13)에 입력된다. 휘도 조정 회로(13)에서 적절한 휘도 압축 처리가 이루어진 후, 감마 보정 회로(14)에 입력된다. 감마 보정된 각 원색 신호가 출력 신호 생성 회로(15)에 의해 최종적인 영상 신호 출력 형식으로 변환되어 출력된다.

도 6에 도시된 비디오 카메라에 포함되는 양자화 정밀도 재생 회로(12)의 구성예를, 도 7에 도시한다. 도 7에 도시한 양자화 정밀도 재생 회로는, 에지 유지 평활화 필터(121)와, 고정밀도 성분 분리부(123)와, 고정밀도 성분 부가부(124)로 구성된다. 본 예에서는, 에지 유지 평활화 필터(121)로서, 입실론(ε) 필터를 이용하고 있다. 입실론(ε) 필터는, 신호에서의 돌발적인 큰 진폭 변화 성분을 유지하면서, 신호에 가해진 랜덤 잡음 등의 소진폭 신호를 평활화하는 특성을 갖는다. 에지 유지 평활화 필터(121)는, 필터 연산에 사용하는 화소값 중, 주목 화소값을 기준으로 한 경우의 변화량이 임계값 이내인 경우에는 그 화소값을 필터 연산의 대상으로 한다. 반대로, 주목 화소값으로부터의 변화량이 임계값보다 초과하는 경우에는, 주목 화소값을 필터 연산의 대상으로서 대용하는 것이다. 그리고, 이와 같이 해서 구해진 연산 대상의 화소값에 대하여 필터 연산을 행한다. 그 결과, 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 포함하는 신호를 생성한다. 도 8 및 도 9에, 에지 유지 평활화 필터(121)의 필터 처리예를 도시하고 있다.

본 예에서는, 필터의 중심에 위치하는 주목 화소, 및 그 주변에 위치하는 4개의 화소(합계 5화소)에 대하여 필터 처리를 행하도록 하고 있고, 도 8a 및 도 9a에서, 필터 처리를 행하는 각 화소를 점 P0 내지 P5로서 도시하고 있다. 또한, 도면에 Th로서 도시한 상하 방향의 화살표는, 임계값의 범위를 나타내고 있다. 또한, 필터 처리의 대상으로 하는 화소의 개수는, 5개에 한정되는 것이 아니라, 임의 의 값으로 설정이 가능한 것에 유의한다.

도 8a에서는 화소 P2를 주목 화소로 설정하여 도시한다. 또한, 도 8a에는 주목 화소 P2와, 그 주변에 위치하는 화소 P0, P1, P3, P4가, 필터 처리의 대상으로 되어 있는 모습이 도시되어 있다. 화소 P0과 P1은, 주목 화소 P2로부터의 변화량이 임계값 Th의 범위 내에 수용되어 있다. 따라서, 화소 P0과 P1의 값이 그대로 필터 연산의 대상으로 된다. 반대로, 화소 P3과 P4는, 주목 화소 P2로부터의 변화량이 임계값 Th의 범위를 초과하고 있다. 따라서, 주목 화소 P2가 필터 연산의 대상으로 된다. 도 8b에는, 필터 연산 대상 화소값의 분포를 도시하고 있다. 이 도면에서, 화소값은 각각의 화소값을 F0~F4로서 도시하고 있다.

도 8a에서의 화소값 P0과 P1은, 주목 화소값 P2로부터의 변화량이 임계값 Th의 범위 내이다. 따라서, 화소값 P0, P1의 값이 그대로 F0, F1로서 출력되고 있다. 화소값 P3과 P4는, 주목 화소값 P2로부터의 변화량이 임계값 Th의 범위를 초과한다. 따라서, 주목 화소값 P2의 값이 사용되고, 화소값 F3(=P2), F4(=P2)로서 출력되고 있다.

도 9a에는, 주목 화소값이 P2로부터 P3으로 이동한 경우의 처리예에 대하여 도시하고 있다. 주목 화소값이 P3으로 설정되면, 임계값 Th도 주목 화소값 P3을 중심으로 다시 설정된다. 주목 화소값을 P3으로 한 경우에는, 주위의 화소 중, 화소 P1과 P4, P5와 주목 화소 P3과의 변화량이 임계값의 범위 내에 있는 데 반하여, 화소 P2와의 변화량은 임계값의 범위 외로 된다. 이 때문에, 도 9b에 도시하는 바와 같이, 주목 화소 P3과의 변화량이 임계값 Th의 범위 내에 있는 화소값 F1, F4, F5는, 각각 도 9a에서의 화소값 P1, P4, P5의 값을 그대로 유지한다. 화소값 F2는, 주목 화소 P3의 값을 대용하고 있다.

도 10에, 에지 유지 평활화 필터(121)의 처리예를 플로우차트로서 도시하고 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 우선, 주목 화소의 주위 화소의 화소값의, 주목 화소의 화소값으로부터의 변화량이 추출된다(스텝 S1). 그리고, 그 변화량이 임계값 Th의 범위 내인지의 여부의 판단이 이루어진다(스텝 S2). 변화량이 임계값 Th의 범위 내인 경우에는, 주위 화소의 화소값에 대하여 필터 연산이 행하여진다(스텝 S3). 변화량이 임계값 Th를 초과하는 경우에는, 주목 화소의 화소값에 대하여 필터 연산이 행하여진다(스텝 S4). 또한 필터 연산은, 연산 대상의 화소값을 결정하는 처리가 필터의 탭수만큼 반복된 후에, 마지막으로 행하도록 하고 있다.

이러한 처리가 행하여짐으로써, 예를 들면 도 3(a)에서의 화소값 P2로부터 P3으로의 비교적 큰 변화는 유지되면서, 주목 화소값을 중심으로 설정된 임계값을 기준으로 한 비교적 작은 진폭(고주파 성분)이 평활화된다. 그리고, 이 평활화된 신호에 기초하여 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분이 재생된다. 여기서, 생성되는 고정밀도 성분을 포함하는 신호는, 랜덤 노이즈 등에 비하여, 원신호와의 상관성이 높은 것으로 된다.

도 7로 되돌아가서 설명을 계속하면, 에지 유지 평활화 필터(121)에 "a" 비트의 디지털 신호가 입력된다. 신호는 에지 유지 평활화 필터(121)에서 상술한 바와 같은 처리가 행하여지도록 진행한다. 그 결과, "b"비트의 고정밀도 성분을 포함하는 "a'+b"비트 길이의 신호로서 출력된다. 이 신호는 고정밀도 성분 분리 부(123)에 입력되어, 고정밀도 성분인 "b"비트가 분리된다. 그리고, 고정밀도 성분 부가부(124)에 의해, 원신호인 "a" 비트의 최하위 비트 이하로, 고정밀도 성분 분리부(123)에서 분리된 "b" 비트의 신호가 부가된다. 이에 의해, 양자화 정밀도를 재생한 신호를 얻을 수 있다. 또한, 고정밀도 성분 분리부(123)에서 분리하는 비트수는 임의의 비트수로 설정 가능한 것으로 한다.

이와 같이 구성함으로써, 고주파 성분의 영향을 배제하면서 동시에 양자화 정밀도의 재생도 행할 수 있게 된다. 따라서, 회로의 규모를 최소한으로 억제할 수 있게 된다.

또한, 입실론(ε) 필터를 이용함으로써 고주파 성분의 영향을 제거할 수 있기 때문에, 보다 적절한 양자화 정밀도 재생을 행할 수 있게 된다.

또한, 입실론(ε) 필터에서는 신호에서의 돌발적인 큰 진폭 변화 성분이 유지되기 때문에, 특히 에지나 임펄스 등의 진폭에 큰 변화가 있는 부분에서도, 원신호와의 상관성이 높은 고정밀도 성분을 생성할 수 있게 된다.

또한, 상술한 실시예에서는, 에지 유지 평활형 필터로서 입실론(ε) 필터를 이용한 경우를 예로 들어 설명하였다. 하지만, 에지 유지 평활형 필터라고 불리는 필터이면, 가우시안(Gaussian) 필터나 박스 필터 등의 바이래터럴(bilateral) 필터나, 다른 필터를 이용하도록 해도 된다.

또한, 상술한 실시예에서는, 양자화 정밀도 재생 회로를, 촬상부 및 아날로그 디지털 변환부를 갖는 비디오 카메라에 적용된다. 대안적으로, 본 발명의 일 실시예는, 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 입력하여 상술한 신호 처리(양자화 정밀도 재생 처리)를 행하는 신호 처리 장치나, 정보 처리 장치 등에도 적용하는 것이 가능하다.

정보 처리 장치로서는, 컴퓨터나 인쇄 장치, 게임 장치, 휴대 정보 단말기(예컨대, 휴대형의 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대형 게임기, 전자 서적 등), 화상 재생 장치(예컨대, 광 디스크 장치, 홈 서버 등), 모니터, 텔레비전 수상기, 오디오 신호 재생 장치 등의 장치가 생각된다.

도 11에는, 정보 처리 장치(310)에 양자화 정밀도 재생 회로(304)를 탑재한 예를 도시하고 있다. 도 10에 도시한 정보 처리 장치(310)는, 송신 장치(301)나 미디어(302)로부터 송신되는 방송 신호나 통신 데이터를 수신하는 외부 인터페이스부(306)와, 신호 처리부(305)와, 양자화 정밀도 재생 회로(304)와, 표시부(303)를 구비한다. 또한, 도 11에 도시한 예에서는 정보 처리 장치(310)가 표시부(303)를 갖는 구성으로 하였다. 하지만, 정보 처리 장치(310)는 그러한 구성에 한정되지 않고, 표시부를 구비하지 않는 정보 처리 장치에 적용하도록 해도 된다.

당업자라면, 첨부된 특허청구범위나 그 균등물의 범위를 벗어나지 않고 설계요구 및 다른 인자에 따라서 다양한 변형, 조합, 부조합 및 변경이 가능할 수 있음을 이해해야 한다.

도 1a 및 도 1b는 관련 기술에 따른 A/D 변환기에서 고주파수 컴포넌트를 잃는 일례를 도시하는 특성 차트이며, 도 1a는 A/D 변환기에 입력하기 전에 신호의 특성을 도시하고, 도 1b는 A/D 변환기로부터 출력시 신호의 특성을 도시한다.

도 2는 관련 기술의 양자화 정밀도 재생 회로의 구성예를 도시하는 블록도.

도 3a 내지 도 3d는 양자화 정밀도 재생의 관련 기술 처리를 도시하는 개략도이며, 도 3a-1, 도 3a-2, 도 3b, 도 3c, 및 도 3d는 각각 신호를 도시한다.

도 4a 내지 도 4d는 양자화 정밀도 재생의 관련 기술 처리를 도시하는 개략도이며, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 각각 신호를 도시한다.

도 5는 관련 기술 양자화 정밀도 재생 회로의 구성예를 도시하는 블록도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서 비디오 카메라의 내부 구성예를 도시하는 블록도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자화 정밀도 재생 회로의 내부 구성예를 도시하는 블록도이다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 유지 평활화 필터의 필터 처리 예를 도시하는 특성 차트이며, 도 8a 및 도 8b는 필터 처리예를 도시한다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 유지 평활화 필터의 다른 필터 처리예를 도시하는 특성 차트이며, 도 9a 및 도 9b는 각각 필터 처리예를 도시한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 유지 평활화 필터의 필터 처리예 를 도시하는 플로우차트이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정보 처리 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2, 3 : 이미지 센서

4, 5, 6 : 비디오 앰프

7, 8, 9 : A/D 변환기

10 : 보정 회로

11 : 게인 조정 회로

12 : 양자화 정밀도 재생 회로

13 : 휘도 조정 회로

14 : 감마 보정 회로

15 : 출력 신호 생성 회로

16 : 영상 신호 처리부

17 : 마이크로컴퓨터

18 : 조작부

121 : 에지 유지 평활화 필터

123 : 고정밀도 성분 분리부

124 : 고정밀도 성분 부가부

Claims (9)

1. 촬상부와,

   상기 촬상부에서 얻은 영상 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부와,

   상기 아날로그 디지털 변환부로부터 출력된 상기 영상 신호를 구성하는 각각의 화소에 대하여, 주목 화소(target pixel)와 그 주목 화소의 주위 화소로 구성되는 소정수의 화소의 집합을 얻고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 내에 있는 경우에는 상기 주위 화소에 대하여 필터 연산을 행하고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 외인 경우에는 상기 주목 화소에 대하여 필터 연산을 행함으로써, 상기 아날로그 디지털 변환부의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 포함하는 출력 신호를 생성하는 에지 유지 평활화 필터와,

   상기 에지 유지 평활화 필터로부터의 출력 신호로부터, 상기 고정밀도 성분을 분리하는 고정밀도 성분 분리부와,

   상기 아날로그 디지털 변환부로부터의 출력 신호에, 상기 고정밀도 성분 분리부에서 분리된 상기 고정밀도 성분을 부가하는 고정밀도 성분 부가부를 포함하는 촬상 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 에지 유지 평활화 필터는, 입실론(ε) 필터인 촬상 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 에지 유지 평활화 필터는, 바이래터럴(bilateral) 필터인 촬상 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 고정밀도 성분 부가부는, 상기 고정밀도 성분 분리부에서 분리된 고정밀도 성분을, 상기 아날로그 디지털 변환부로부터 출력된 영상 신호의 최하위 비트에 부가하는 촬상 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 고정밀도 성분 분리부는, 상기 에지 유지 평활화 필터로부터의 출력 신호로부터, 소정 비트수의 고정밀도 성분을 분리하는 촬상 장치.
6. 입력된 디지털 신호를 구성하는 각각의 화소에 대하여, 주목 화소와 그 주목 화소의 주위 화소로 구성되는 소정수의 화소의 집합을 얻고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 내에 있는 경우에는 상기 주위 화소에 대하여 필터 연산을 행하고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 외인 경우에는 상기 주목 화소에 대하여 필터 연산을 행함으로써, 상기 아날로그 디지털 변환부의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 포함하는 출력 신호를 생성하는 에지 유지 평활화 필터와,

   상기 에지 유지 평활화 필터로부터의 출력 신호로부터, 상기 고정밀도 성분을 분리하는 고정밀도 성분 분리부와,

   상기 입력된 디지털 신호에, 상기 고정밀도 성분 분리부에서 분리된 상기 고정밀도 성분을 부가하는 고정밀도 성분 부가부

   를 포함하는 신호 처리 회로.
7. 입력된 디지털 신호를 구성하는 각각의 화소에 대하여, 주목 화소와 그 주목 화소의 주위 화소로 구성되는 소정수의 화소의 집합을 얻고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 내에 있는 경우에는 상기 주위 화소에 대하여 필터 연산을 행하고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 외인 경우에는 상기 주목 화소에 대하여 필터 연산을 행함으로써, 상기 아날로그 디지털 변환부의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 포함하는 출력 신호를 생성하는 에지 유지 평활화 필터와,

   상기 에지 유지 평활화 필터로부터의 출력 신호로부터, 상기 고정밀도 성분을 분리하는 고정밀도 성분 분리부와,

   상기 입력된 디지털 신호에, 상기 고정밀도 성분 분리부에서 분리된 상기 고정밀도 성분을 부가하는 고정밀도 성분 부가부

   를 포함하는 신호 처리 장치.
8. 상기 입력된 디지털 신호를 구성하는 각각의 화소에 대하여, 주목 화소와 그 주목 화소의 주위 화소로 구성되는 소정수의 화소의 집합을 얻고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 내에 있는 경우에는 상기 주위 화소에 대하여 필터 연산을 행하고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 외인 경우에는 상기 주목 화소에 대하여 필터 연산을 행함으로써, 상기 아날로그 디지털 변환부의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 포함하는 출력 신호를 생성하는 단계와,

   에지 유지 평활화 필터로부터의 출력 신호로부터 상기 고정밀도 성분을 분리하는 단계와,

   고정밀도 성분 분리부로부터 분리된 상기 고정밀도 성분을 상기 디지털 신호에 부가하는 단계

   를 포함하는 신호 처리 방법.
9. 상기 입력된 디지털 신호를 구성하는 각각의 화소에 대하여, 주목 화소와 그 주목 화소의 주위 화소로 구성되는 소정수의 화소의 집합을 얻고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 내에 있는 경우에는 상기 주위 화소에 대하여 필터 연산을 행하고, 상기 주목 화소로부터의 변화량이 소정의 임계값의 범위 외인 경우에는 상기 주목 화소에 대하여 필터 연산을 행함으로써, 상기 아날로그 디지털 변환부의 양자화 정밀도 이하의 고정밀도 성분을 포함하는 출력 신호를 생성하는 단계와,

   에지 유지 평활화 필터로부터의 출력 신호로부터 상기 고정밀도 성분을 분리 하는 단계와,

   상기 입력된 디지털 신호에, 고정밀도 성분 분리부로부터 분리된 고정밀도 성분을 부가하는 단계

   를 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램 제품.

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