TW201334568A - 彩色濾波陣列的影像處理方法及其影像處理裝置 - Google Patents

Abstract

一種彩色濾波陣列的影像處理方法及其影像處理裝置。影像處理方法包括下列步驟。先接收一原始影像，其中此原始影像由多個不同顏色訊號交替排列而成。並且依據顏色差異將此原始影像分離成具單一顏色的多個單色通道影像。然後，針對具特定顏色的單色通道影像進行補償，以輸出多個補償後的單色通道影像。最後，將未經補償的單色通道影像與補償後的單色通道影像進行合併，以產生一彩色陣列補償影像。據此，可降低影像處理所需的時間以提升拍照效能。

Description

彩色濾波陣列的影像處理方法及其影像處理裝置

本發明是有關於一種影像處理技術，且特別是有關於一種彩色濾波陣列(Color Filter Array,CFA)的影像處理方法。

在現今科技發達的時代，大多數的人選擇利用數位相機取代過去的膠卷式相機來拍攝照片。數位相機的電子感光元件在訊號換過程中會產生雜訊。由於成本的考量，一般消費型數位相機在單一像素位置上通常使用單一顏色感應器和彩色濾波陣列設計來記錄每一個像素值，而使得每一個像素只有紅、綠、藍(R、G、B)其中一種顏色。再藉由內插法重建每一像素缺少的顏色。然而內插過程中，帶有雜訊的訊號會造成影像假色問題或邊緣模糊等現象，連帶影響最後輸出的影像品質。

彩色陣列補償(Color Array Compensation,CAC)方法即針對一般消費型數位相機中用來補償影像品質的影像處理技術。以現有CAC流程中，通常以經過貝爾圖形(Bayer Pattern)的彩色濾波陣列的原始影像進行影像處理，如圖1所示，圖1繪示為一種貝爾原始影像的示意圖。貝爾原始影像100包括由紅色(R)訊號、藍色(B)訊號以及綠色(Gr以及Gb)訊號交替排列組合而成。

在現有的CAC流程中，首先需讀取整張貝爾原始影像100，若要針對其中一種顏色訊號做補償，則必須在處理過程中過濾掉其他顏色訊號的資料。同樣地，若要再針對另一種顏色訊號進行補償，則必須再讀取一次整張貝爾原始影像100，在處理過程中再過濾掉其他顏色訊號的資料。因此在經過兩次或兩次以上的影像補償處理程序中就會耗費大量時間在重覆讀取整張貝爾原始影像100及過濾不必要的資料上，進而造成整體拍照效能不彰。

有鑑於此，本發明提供一種彩色濾波陣列的影像處理方法及使用此方法的影像處理裝置，可降低彩色陣列補償流程的處理時間，藉以提升拍照效能。

本發明提出一種彩色濾波陣列的影像處理方法，其包括下列步驟。先接收一原始影像，其中此原始影像由多個不同顏色訊號交替排列而成。並且依據顏色差異將此原始影像分離成具單一顏色的多個單色通道影像。然後，針對單色通道影像中的特定顏色進行補償，以輸出多個補償後的單色通道影像。最後，將未經補償的單色通道影像與補償後的單色通道影像進行合併，以產生一彩色陣列補償影像。

在本發明之一實施例中，上述之原始影像係由紅色(R)、藍色(B)以及綠色(Gr以及Gb)訊號交替排列而成的貝爾圖形(Bayer Pattern)影像。

在本發明之一實施例中，上述之將原始影像分離成具單一顏色的單色通道影像的步驟包括依據紅色、藍色、綠色(Gr以及Gb)之差異將原始影像分離成紅色通道影像、藍色通道影像以及綠色(Gr以及Gb)通道影像。

在本發明之一實施例中，上述之針對單色通道影像中的特定顏色進行補償，並輸出補償後的單色通道影像的步驟包括針對紅色通道影像進行補償以輸出補償後的紅色通道影像，並針對藍色通道影像進行補償以輸出補償後的藍色通道影像。

在本發明之一實施例中，上述之將未經補償的單色通道影像與補償後的單色通道影像進行合併以產生彩色陣列補償影像的步驟包括將綠色(Gr以及Gb)通道影像、補償後的紅色通道影像以及補償後的藍色通道影像進行合併，以產生彩色陣列補償影像。

本發明另提出一種影像處理裝置，其包括分離模組、處理模組以及合併模組。其中，分離模組接收一原始影像，此原始影像由多個不同顏色訊號交替排列而成。分離模組依據顏色差異將該原始影像分離成具單一顏色的多個單色通道影像。處理模組耦接至分離模組，處理模組自分離模組接收具特定顏色的單色通道影像，並補償上述單色通道影像以輸出多個補償後的單色通道影像。合併模組耦接至分離模組與處理模組，合併模組將自分離模組接收的未經補償的單色通道影像與自處理模組接收的補償後的單色通道影像進行合併，以產生彩色陣列補償影像。

在本發明之一實施例中，上述之分離模組接收的原始影像係由紅色、藍色、綠色(Gr以及Gb)訊號交替排列而成的貝爾圖形影像。

在本發明之一實施例中，上述之分離模組依據紅色、藍色、綠色(Gr以及Gb)之差異將原始影像分離成紅色通道影像、藍色通道影像及綠色(Gr以及Gb)通道影像。

在本發明之一實施例中，上述之處理模組補償紅色通道影像以輸出補償後的紅色通道影像，並且補償藍色通道影像以輸出補償後的藍色通道影像。處理模組並將補償後的紅色通道影像及補償後的藍色通道影像傳送至合併模組以進行合併。

在本發明之一實施例中，上述之合併模組將綠色(Gr以及Gb)通道影像補償後的紅色通道影像以及補償後的藍色通道影像進行合併，以產生彩色陣列補償影像。

基於上述，本發明所提供之彩色濾波陣列的影像處理方法及其影像處理裝置，藉由將原始影像先分離成具單一顏色的多個單色通道影像，並且針對須做補償的部份單色通道影像分別進行處理，最後再合併未補償與補償後的單色通道影像。如此一來，本發明僅須讀取一次原始影像，有效地降低影像處理所需的時間並可提升拍照效能。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在現有的彩色陣列補償(Color Array Compensation,CAC)方法中，針對如圖1所示的貝爾原始影像100進行影像補償時，每次僅能針對其中一種顏色訊號進行補償，並且在進行補償之前，皆須完整的讀取整張貝爾原始影像100，然而在補償過程中卻必須過濾掉其他顏色訊號的資料。舉例來說，若要針對紅色(R)訊號進行補償，則必須先過濾掉藍色(B)訊號以及綠色(Gr、Gb)訊號。換句話說，使用此方法的影像處理裝置必須執行跳點處理(因紅色訊號在記憶體中之儲存位置並非連續)，造成影像處理效能低落。

為了有效解決上述問題，進而發展出本發明的彩色濾波陣列的影像處理方法及其影像處理裝置，以下列舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之一種影像處理裝置的方塊圖。請參照圖2，本實施例的影像處理裝置200例如是數位相機、單眼相機、數位攝影機或是其他具有影像處理功能的智慧型手機、平板電腦等等，不限於上述。影像處理裝置200包括分離模組210、處理模組220以及合併模組130。

上述之各模組可由軟體、硬體或其組合實作而得，在此不加以限制。軟體例如是原始碼、作業系統、應用軟體或驅動程式等。硬體例如是中央處理單元(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Pfocessor,DSP)等裝置。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之一種影像處理方法流程圖。本實施例的方法適用於圖2的影像處理裝置200，以下即搭配影像處理裝置200中的各模組說明本實施例關於彩色濾波陣列的影像處理方法的詳細步驟：

請同時配合參照圖1、圖2與圖3。首先，如步驟S310所述，分離模組210先接收原始影像Img1。在本實施例中，原始影像Img1例如是圖1所示之貝爾原始影像100，其係由紅色(R)、藍色(B)以及綠色(Gr以及Gb)訊號交替排列而成。

接下來，如步驟S320所述，分離模組210依據顏色差異將原始影像Img1分離成具單一顏色的多個單色通道影像。詳細地說，分離模組210依據紅色(R)、藍色(B)、綠色(Gr以及Gb)之差異將原始影像Img1(即，貝爾原始影像100)分離成紅色通道(R channel)影像Img2、藍色通道(B channel)影像Img3、綠色通道(Gr channel)影像Img4以及綠色通道(Gb channel)影像Img5。圖4是依照本發明一實施例所繪示之原始影像經分割合併處理的流程示意圖，請參照圖4。原始影像Img1經分離模組210分割之後便形成4張獨立的單色通道影像，其中各個通道影像Img2~Img5之尺寸皆為原始影像Img1的四分之一。

分離模組210接著便將紅色通道影像Img2、藍色通道影像Img3傳送至處理模組220做進一步地處理，而綠色通道影像Img4、Img5則直接傳送至合併模組230。

在步驟S330中，處理模組220自分離模組210接收具特定顏色的單色通道影像，並補償上述單色通道影像以產生多個補償後的單色通道影像。在本實施例中，處理模組220接收紅色通道影像Img2以及藍色通道影像Img3，並且分別進行補償，以分別產生補償後的紅色(R’)通道影像Img6以及補償後的藍色(B’)通道影像Img7。處理模組220並且會將補償後的紅色(R’)通道影像Img6以及補償後的藍色(B’)通道影像Img7傳送至合併模組230。

需說明的是，處理模組220所使用的影像補償方法可由本領域具通常知識者依實際情況做設定，在此不加以限制。其中，特定顏色的單色通道影像也非限定於紅色與藍色通道影像，其可由本領域具通常知識者自行選擇欲進行補償的單色通道影像，本實施例僅以紅色與藍色通道影像為例進行說明。

最後，在步驟S340中，合併模組230將未經補償的單色通道影像與補償後的單色通道影像進行合併，以產生彩色陣列補償影像Img8。如圖4所示，合併模組230將未經補償的二張綠色通道影像Img4以及Img5、補償後的紅色通道影像Img6以及補償後的藍色通道影像Img7進行合併，以產生彩色陣列補償影像Img8。

藉由上述實施例可知，本發明藉由分離模組210將原始影像Img1分離成4張獨立的單色通道影像Img2~Img5，其中各個通道影像Img2~Img5之尺寸皆為原始影像Img1的四分之一。如此一來，對於處理模組220而言，不再需要讀入整張原始影像Img1，只需個別讀入所需的紅色通道影像與藍色通道影像，並且只要針對紅色與藍色通道影像兩部份資料做處理，如此大大的降低彩色陣列補償處理的時間，使用本發明之方法流程的影像處理裝置，在拍照效能上有明顯的提升。

表一係為在相同的測試條件下，針對一張16百萬位元(MB)的貝爾原始影像進行測試，分別以使用先前技術所述之影像處理方法進行彩色陣列補償以及使用本發明之影像處理方法進行彩色陣列補償的比較。

請參照表一，使用先前技術進行彩色陣列補償所需的處理時間約為820毫秒(ms)，然而使用本發明之影像處理方法進行彩色陣列補償僅須約360毫秒。以目前拍攝一張照片的總處理時間約為3.1秒的時間來衡量，先前技術進行彩色陣列補償佔整體拍照時間的23.3%，本發明之方法進行彩色陣列補償僅須佔整體拍照時間的11.8%。本發明進行彩色陣列補償的影像處理方法降到大約五分之一的時間。

綜上所述，本發明藉由將原始影像分離成多張單色通道影像，使得影像處理裝置不須重覆讀取整張貝爾原始影像，僅需針對特定顏色的單色通道影像進行補償。由於單色通道影像之影像尺寸較小且在影像處理裝置的記憶體中之儲存位置係為連續，因此在進行補償處理時不須過濾掉不必要的資料，可大幅地節省運算處理的時間，進而提升整體拍照效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．貝爾原始影像

200．．．影像處理裝置

210．．．分離模組

220．．．處理模組

230．．．合併模組

Img1~Img8．．．影像

S310~S340．．．影像處理方法之各步驟

圖1繪示為一種貝爾原始影像的示意圖。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之一種影像處理裝置的方塊圖。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之一種影像處理方法流程圖。

圖4是依照本發明一實施例所繪示之原始影像經分割合併處理的流程示意圖。

S310~S340．．．影像處理方法之各步驟

Claims (10)

1. 一種彩色濾波陣列的影像處理方法，包括：接收一原始影像，其中該原始影像由多個不同顏色訊號交替排列而成；依據顏色差異將該原始影像分離成具單一顏色的多個單色通道影像；針對該些單色通道影像中的特定顏色進行補償，並輸出多個補償後的單色通道影像；以及將未經補償的該些單色通道影像與該些補償後的單色通道影像進行合併，以產生一彩色陣列補償影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之彩色濾波陣列的影像處理方法，其中該原始影像係由紅色(R)、藍色(B)以及綠色(Gr以及Gb)訊號交替排列而成的貝爾圖形影像。
3. 如申請專利範圍第2項所述之彩色濾波陣列的影像處理方法，其中依據顏色差異將該原始影像分離成具單一顏色的該些單色通道影像的步驟包括：依據紅色、藍色、綠色(Gr以及Gb)之差異將該原始影像分離成一紅色通道影像、一藍色通道影像以及一綠色(Gr以及Gb)通道影像。
4. 如申請專利範圍第3項所述之彩色濾波陣列的影像處理方法，其中針對該些單色通道影像中的特定顏色進行補償，並輸出該些補償後的單色通道影像的步驟包括：針對該紅色通道影像進行補償以輸出一補償後的紅色通道影像，並針對該藍色通道影像進行補償以輸出一補償後的藍色通道影像。
5. 如申請專利範圍第4項所述之彩色濾波陣列的影像處理方法，其中將未經補償的該些單色通道影像與該些補償後的單色通道影像進行合併以產生該彩色陣列補償影像的步驟包括：將該綠色(Gr以及Gb)通道影像與該補償後的紅色通道影像、該補償後的藍色通道影像進行合併，以產生該彩色陣列補償影像。
6. 一種影像處理裝置，包括：一分離模組，接收一原始影像，其中該原始影像由多個不同顏色訊號交替排列而成，該分離模組依據顏色差異將該原始影像分離成具單一顏色的多個單色通道影像；一處理模組，耦接至該分離模組，該處理模組自該分離模組接收具特定顏色的該些單色通道影像，並補償該些單色通道影像以輸出多個補償後的單色通道影像；以及一合併模組，耦接至該分離模組與該處理模組，該合併模組將自該分離模組接收的未經補償的該些單色通道影像與自該處理模組接收的該些補償後的單色通道影像進行合併，以產生一彩色陣列補償影像。
7. 如申請專利範圍第6項所述之影像處理裝置，其中該分離模組接收的該原始影像係由紅色、藍色、綠色(Gr以及Gb)訊號交替排列而成的貝爾圖形影像。
8. 如申請專利範圍第7項所述之影像處理裝置，其中：該分離模組依據紅色、藍色、綠色(Gr以及Gb)之差異將該原始影像分離成一紅色通道影像、一藍色通道影像、以及一綠色(Gr以及Gb)通道影像。
9. 如申請專利範圍第8項所述之影像處理裝置，其中：該處理模組補償該紅色通道影像以輸出一補償後的紅色通道影像，並且補償該藍色通道影像以輸出一補償後的藍色通道影像，該處理模組並將該補償後的紅色通道影像及該補償後的藍色通道影像傳送至該合併模組以進行合併。
10. 如申請專利範圍第9項所述之影像處理裝置，其中：該合併模組將該綠色(Gr以及Gb)通道影像與該補償後的紅色通道影像、該補償後的藍色通道影像進行合併，以產生該彩色陣列補償影像。