TW201919032A - 顏色偏移校正方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

一種顏色偏移校正方法，用以對包含像素之影像畫面進行處理。像素之排列對應於貝爾色彩濾波陣列，並包含紅色像素、藍色像素、與紅色像素相關之第一綠色像素以及與藍色像素相關之第二綠色像素。顏色偏移校正方法包括：計算對應目標綠色像素的周邊區域內的第一及第二綠色像素之區域梯度變化；比較周邊區域內的第一及第二綠色像素間之亮度差距。當區域梯變化小於梯度門檻值且亮度差距超出亮度門檻範圍時，使目標綠色像素根據周邊區域內的第一及第二綠色像素進行像素偏移校正，以產生校正目標綠色像素。

Description

顏色偏移校正方法及裝置
本發明是有關於顏色偏移校正技術，且特別是有關於一種顏色偏移校正方法及裝置。
在許多採用單一感測器元件進行影像擷取的消費性電子產品中，常藉由貝爾色彩濾波陣列的覆蓋使感測器同時記錄多個色彩資訊降低成本。然而，這樣的設計方式經常會造成綠色像素的微小亮度差異，產生色偏現象，進一步使後續經由解馬賽克(demosaicing)產生的影像具有迷宮狀(maze pattern)或是滲色(color tint)失真現象。
因此，如何設計一個新的顏色偏移校正方法及裝置，以解決上述的缺失，乃為此一業界亟待解決的問題。
本發明之目的在於提供一種顏色偏移校正方法，用以對包含複數像素之影像畫面進行處理，其中像素之排列對應於貝爾色彩濾波陣列，並包含複數紅色像素、複數藍色像素、與紅色像素相關之複數第一綠色像素以及與藍色 像素相關之複數第二綠色像素。顏色偏移校正方法包括下列步驟。計算對應影像畫面之目標綠色像素的周邊區域內的第一綠色像素以及第二綠色像素之區域梯度(gradient)變化；比較周邊區域內的第一綠色像素以及第二綠色像素間之亮度差距。當區域梯變化小於梯度門檻值且亮度差距超出亮度門檻範圍時，使目標綠色像素根據周邊區域內的第一綠色像素以及第二綠色像素進行像素偏移校正，以產生校正目標綠色像素。
本發明之另一目的在於提供一種顏色偏移校正裝置，用以對包含複數像素之影像畫面進行處理，其中像素之排列對應於貝爾色彩濾波陣列，並包含複數紅色像素、複數藍色像素、與紅色像素相關之複數第一綠色像素以及與藍色像素相關之複數第二綠色像素。顏色偏移校正裝置包括：計算電路、比較電路以及像素偏移校正電路。計算電路配置以計算對應影像畫面之目標綠色像素的周邊區域內的第一綠色像素以及第二綠色像素之區域梯度變化。比較電路配置以比較周邊區域內的第一綠色像素以及第二綠色像素間之亮度差距。像素偏移校正電路配置以在區域梯變化小於梯度門檻值且亮度差距超出亮度門檻範圍時，使目標綠色像素根據周邊區域內的第一綠色像素以及第二綠色像素進行像素偏移校正，以產生校正目標綠色像素。
應用本發明之優點在於藉由本發明的顏色偏移校正裝置判斷影像畫面中的平坦區出現的綠色偏移現象，進一步對目標綠色像素進行校正。這樣的設計可避免對影像畫面中 的邊緣或紋理區域造成模糊的影響，在保留細節紋理以及邊緣清晰度的情形下，有效地校正綠色像素偏移。
1‧‧‧顏色偏移校正裝置
100‧‧‧計算電路
101‧‧‧影像畫面
102‧‧‧比較電路
103‧‧‧輸出影像畫面
104‧‧‧像素偏移校正電路
106‧‧‧輸出電路
300‧‧‧顏色偏移校正方法
301-305‧‧‧步驟
400‧‧‧顏色偏移校正方法
401-406‧‧‧步驟
第1圖為本發明一實施例中，一種顏色偏移校正裝置的示意圖；第2A圖為本發明一實施例中，影像畫面的示意圖；第2B圖為本發明一實施例中，影像畫面中的一個5×5視窗；第3圖為本發明一實施例中，顏色偏移校正方法的流程圖；以及第4圖為本發明一實施例中，顏色偏移校正方法的流程圖。
請同時參照第1圖。第1圖為本發明一實施例中，一種顏色偏移校正裝置1的示意圖。顏色偏移校正裝置1用以對包含複數像素之影像畫面101進行處理，並包括：計算電路100、比較電路102、像素偏移校正電路104以及輸出電路106。
請參照第2A圖。第2A圖為本發明一實施例中，影像畫面101的示意圖。
於本實施例中，影像畫面101的像素之排列對應於貝爾色彩濾波陣列，並包含紅色像素R、藍色像素B、與紅色像素R相關之第一綠色像素GR以及與藍色像素B相關之第二綠色像素GB。
於一實施例中，第一綠色像素GR與紅色像素R交錯配置於像素的第m列，第二綠色像素GB與藍色像素B交錯配置於像素的第m-1列及/或第m+1列。第一綠色像素GR配置於像素的第n行，第二綠色像素GB配置於像素的第n-1行及/或第n+1行。其中，m及n分別為偶數或是奇數。
舉例而言，當m及n均為奇數時，第一綠色像素GR與紅色像素R可交錯配置於像素的第1、3、5、...列，而第二綠色像素GB與藍色像素B則交錯配置於像素的第2、4、6、...列。同時，第一綠色像素GR可配置於像素的第1、3、5、...行，第二綠色像素GB則配置於像素的第2、4、6、...行。
須注意的是，於其他實施例中，m及n亦可均為偶數或是一者為奇數一者為偶數，不為上述實施方式所限。
請參照第2B圖。第2B圖為本發明一實施例中，影像畫面101中的一個5×5視窗。
此視窗的中心像素為第一綠色像素GR，並對應於第i列及第j行(以GR(i,j)表示)。第一綠色像素GR以及紅色像素R交錯配置於第i列、第i-2列以及第i+2列，第二綠色像素GB以及藍色像素B交錯配置於第i-1列以及第i+1 列。第一綠色像素GR配置於第j-2行、第j行、第j+2行，第二綠色像素GB配置於像素的第j-1行、第j+1行。
以下將同時參照第1圖及第2B圖，對顏色偏移校正裝置1中各個元件進行詳細的說明。
計算電路100配置以計算對應影像畫面101中的一個目標綠色像素相對周邊區域內的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB之區域梯度變化。
於一實施例中，目標綠色像素可為第2B圖中所繪示，對應於第i列及第j行的中心像素GR(i,j)。於一實施例中，周邊區域相當於以中心像素GR(i,j)為中心，包括距離中心像素GR(i,j)最近的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB所覆蓋的區域。
以第2B圖為例，距離中心像素GR(i,j)最近的第一綠色像素GR為位在(i-2,j)、(i,j-2)、(i,j)、(i,j+2)、(i+2,j)的第一綠色像素GR(以GR(i-2,j)、GR(i+2,j)、GR(i,j)、GR(i,j-2)、GR(i,j+2)表示)，距離中心像素GR(i,j)最近的第二綠色像素GB為位在(i-1,j-1)、(i-1,j+1)、(i+1,j-1)、(i+1,j+1)的第二綠色像素GB(以GB(i-1,j-1)、GB(i-1,j+1)、GB(i+1,j-1)、GB(i+1,j+1)表示)。
實作上，計算電路100可以各種運算單元的組合實現，例如但不限於加法器、減法器、乘法器、除法器、位元偏移單元的組合，以進行數值運算。
於一實施例中，計算電路100根據周邊區域內的第一綠色像素GR計算第一加權平均GRavg，並根據周邊區 域內的第二綠色像素GB計算第二加權平均GBavg。進一步地，計算電路100根據第一加權平均GRavg以及第二加權平均GBavg之差計算區域梯度變化Ggrad(i,j)。
舉例而言，當計算電路100對於第一綠色像素GR(i-2,j)、GR(i+2,j)、GR(i,j)、GR(i,j-2)、GR(i,j+2)進行第一加權平均GRavg的計算時，可由例如下式表示：GRavg=(4×GR(i,j)+1×GR(i-2,j)+1×GR(i+2,j)+1×GR(i,j-2)+1×GR(i,j+2))/8
而當計算電路100對於第二綠色像素GB GB(i-1,j-1)、GB(i-1,j+1)、GB(i+1,j-1)、GB(i+1,j+1)進行第二加權平均GBavg的計算時，可由例如下式表示：GBavg=(1×GB(i-1,j-1)+1×GB(i-1,j+1)+1×GB(i+1,j-1)+1×GB(i+1,j+1))/4
其中，在各第一綠色像素GR及第二綠色像素GB前的數字即為權重。在此範例中，由於部分權重是4，且平均時分別是除以8及4，在實作上可以位元偏移單元進行，而不必須使用耗費面積及複雜度高的除法器。然而不同實施例中，權重的大小亦可視情況調整，不為上述的實施方式所限。
因此，區域梯度變化Ggrad(i,j)則可以下式表示：Ggrad(i,j)=|GRavg-GBavg|
當區域梯度變化Ggrad(i,j)小於梯度門檻值時，表示目標綠色像素(GR(i,j))的周邊為平坦區。而當區域梯度變化Ggrad(i,j)不小於梯度門檻值時，表示目標綠色像素的 周邊為並非平坦區，而具有變化較大的邊緣(edge)或紋理。
比較電路102配置以比較周邊區域內的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB間之亮度差距。
實作上，比較電路102可由例如，但不限於多個比較器(comparator)實現，以分別對兩個數值進行比較。
於一實施例中，比較電路102對周邊區域內至少部分的第一綠色像素GR之亮度與最接近的各第二綠色像素GB之亮度兩兩進行比較，並統計第一綠色像素GR之亮度大於第二綠色像素GB之亮度的第一次數以及第二綠色像素GB之亮度大於第一綠色像素G之亮度的第二次數。
舉例而言，比較電路102可將第一綠色像素GR(i,j)分別與最接近的第二綠色像素GB(i-1,j-1)、GB(i-1,j+1)、GB(i+1,j-1)及GB(i+1,j+1)進行比較，將第一綠色像素GR(i-2,j)分別與最接近的第二綠色像素GB(i-1,j-1)、GB(i-1,j+1)進行比較，將第一綠色像素GR(i,j-2)分別與最接近的第二綠色像素GB(i-1,j-1)、GB(i+1,j-1)進行比較。
進一步地，比較電路102將第一綠色像素GR(i,j+2)分別與最接近的第二綠色像素GB(i-1,j+1)、GB(i+1,j+1)進行比較，以及將第一綠色像素GR(i+2,j)分別與最接近的第二綠色像素GB(i+1,j-1)、GB(i+1,j+1)進行比較。
因此，在上述的實施方式中，比較電路102將進行共12次比較，並進一步產生比較的統計結果，做為第一綠色像素GR與第二綠色像素GB間的亮度差距BD。
於一實施例中，當其中一個第一綠色像素GR之亮度大於與其中一個第二綠色像素GB之亮度時，可記錄為1，而當其中一個第一綠色像素GR之亮度不大於與其中一個第二綠色像素GB之亮度時，可記錄為0。於其他實施例中，亦可選擇性地以其他數值來記錄次數。
比較的統計結果，將包含第一綠色像素GR之亮度大於第二綠色像素GB之亮度的第一次數(以“1”的數目表示)，以及第二綠色像素GB之亮度大於第一綠色像素GR之亮度的第二次數(以“0”的數目表示)，而可作為亮度差距BD。
當比較的統計結果愈接近12時，表示第一綠色像素GR的亮度有大於第二綠色像素GB的亮度的趨勢。而比較的統計結果愈接近0時，表示第二綠色像素GB的亮度有大於第一綠色像素GR的亮度的趨勢。
因此，當亮度差距BD大於一個第一門檻值，或是當亮度差距BD小於一個第二門檻值，表示第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB間的亮度差距超出亮度門檻範圍。亦即，第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB間具有綠色偏移的情形。
以上述統計方式為範例，第一門檻值可例如，但不限於為10，而第二門檻值可例如，但不限於為2。當亮 度差距BD在10以上，即表示第一綠色像素GR的亮度較大，綠色偏紅。而亮度差距BD在2以下，即表示第二綠色像素GB的亮度較大，綠色偏藍。
像素偏移校正電路104配置以在區域梯變化Ggrad(i,j)小於門檻值，且亮度差距BD超出亮度門檻範圍時，對周邊區域內的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB進行像素偏移校正。
像素偏移校正電路104可包含例如，但不限於加法器、減法器、乘法器、除法器、位元偏移單元的組合，以進行數值運算。
於一實施例中，像素偏移校正電路104使目標綠色像素GR(i,j)與周邊區域內的第一綠色像素GR及/或第二綠色像素GB進行平均，以進行低通濾波，達到像素偏移校正的目的。
舉例而言，對於本身為第一綠色像素GR的目標綠色像素GR(i,j)，像素偏移校正電路104可先對第二綠色像素GB進行平均：Gbavg=(GB(i-1,j-1)+GB(i-1,j+1)+GB(i+1,j-1)+GB(i+1,j+1))/4
接著，像素偏移校正電路104進一步將第二綠色像素GB的平均再與目標綠色像素GR(i,j)進行平均，作為校正目標綠色像素GR’(i,j)：GR’(i,j)=(Gbavg+GR(i,j))/2
輸出電路106進一步配置以產生輸出影像畫面103。其中，在區域梯變化Ggrad(i,j)小於門檻值，且亮度差距BD超出亮度門檻範圍時，輸出電路106輸出校正目標綠色像素GR’(i,j)做為輸出影像畫面103在(i,j)位置的像素。並且，輸出電路106在區域梯變化Ggrad(i,j)不小於門檻值，或亮度差距BD未超出亮度門檻範圍時，直接輸出原本的目標綠色像素GR(i,j)做為輸出影像畫面103在(i,j)位置的像素。
於一實施例中，比較電路102亦可選擇性地在區域梯變化Ggrad(i,j)不小於門檻值時，不繼續進行比較的運算，而由輸出電路106直接輸出原本的目標綠色像素GR(i,j)。
因此，本發明的顏色偏移校正裝置1可判斷影像畫面101中的平坦區出現的綠色偏移現象，進一步對目標綠色像素進行校正。這樣的設計可避免對影像畫面101中的邊緣或紋理區域造成模糊的影響，在保留細節紋理以及邊緣清晰度的情形下，有效地校正綠色像素偏移。
需注意的是，上述的計算電路100、比較電路102以及像素偏移校正電路104的架構以及相關的計算方式僅為一範例。於其他實施例中，亦可採用其他方式計算區域梯度變化、亮度差距以及進行低通濾波的處理，不為上述的實施方式所限。
請參照第3圖。第3圖為本發明一實施例中，顏色偏移校正方法300的流程圖。顏色偏移校正方法300可應用於第1圖的顏色偏移校正裝置1中。顏色偏移校正方法300包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟， 除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。
於步驟301，計算電路100計算對應影像畫面1之目標綠色像素GR(i,j)的周邊區域內的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB之區域梯度變化Ggrad(i,j)。
於步驟302，比較電路102比較周邊區域內的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB間之亮度差距BD。
於步驟303，判斷是否區域梯度變化Ggrad(i,j)小於梯度門檻值且亮度差距BD超出亮度門檻範圍。
於步驟304，當區域梯度變化Ggrad(i,j)小於梯度門檻值且亮度差距BD超出亮度門檻範圍時，像素偏移校正電路104使目標綠色像素GR(i,j)根據周邊區域內的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB進行像素偏移校正，以產生校正目標綠色像素GR’(i,j)並由輸出電路106輸出。
於步驟305，而當區域梯度變化Ggrad(i,j)不小於梯度門檻值或亮度差距BD並未超出亮度門檻範圍時，輸出電路106直接輸出目標綠色像素GR(i,j)。
請參照第4圖。第4圖為本發明一實施例中，顏色偏移校正方法400的流程圖。顏色偏移校正方法400可應用於第1圖的顏色偏移校正裝置1中。顏色偏移校正方法400包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。
於步驟401，計算電路100計算對應影像畫面1之目標綠色像素GR(i,j)的周邊區域內的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB之區域梯度變化Ggrad(i,j)。
於步驟402，判斷區域梯度變化Ggrad(i,j)是否小於梯度門檻值。
當區域梯度變化Ggrad(i,j)小於梯度門檻值時，流程進行至步驟403，比較電路102比較周邊區域內的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB間之亮度差距BD。
於步驟404，判斷亮度差距BD是否超出亮度門檻範圍。
於步驟405，當亮度差距BD超出亮度門檻範圍時，像素偏移校正電路104使目標綠色像素GR(i,j)根據周邊區域內的第一綠色像素GR以及第二綠色像素GB進行像素偏移校正，以產生校正目標綠色像素GR’(i,j)。
當步驟402中判斷區域梯度變化Ggrad(i,j)不小於梯度門檻值，或是步驟404中判斷亮度差距BD並未超出亮度門檻範圍時，流程進行至步驟406，輸出電路106直接輸出目標綠色像素GR(i,j)。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本發明的保護範圍之內。

Claims (10)

  1. 一種顏色偏移校正方法，用以對包含複數像素之一影像畫面進行處理，其中該等像素之排列對應於一貝爾色彩濾波陣列，並包含複數紅色像素、複數藍色像素、與該等紅色像素相關之複數第一綠色像素以及與該等藍色像素相關之複數第二綠色像素，該顏色偏移校正方法包括：計算對應該影像畫面之一目標綠色像素相對一周邊區域內的該等第一綠色像素以及該等第二綠色像素之一區域梯度(gradient)變化；比較該周邊區域內的該等第一綠色像素以及該等第二綠色像素間之一亮度差距；以及當該區域梯變化小於一梯度門檻值且該亮度差距超出一亮度門檻範圍時，使該目標綠色像素根據該周邊區域內的該等第一綠色像素以及該等第二綠色像素進行像素偏移校正，以產生一校正目標綠色像素。
  2. 如請求項1所述的顏色偏移校正方法，其中計算該區域梯度變化之步驟更包含：根據該周邊區域內的該等第一綠色像素計算一第一加權平均；根據該周邊區域內的該等第二綠色像素計算一第二加權平均；以及 根據該第一加權平均以及該第二加權平均之差計算該區域梯度變化。
  3. 如請求項1所述的顏色偏移校正方法，其中比較該亮度差距之步驟更包含：根據該周邊區域內各該等第一綠色像素之亮度與各鄰近的該等第二綠色像素之亮度兩兩進行比較，以統計該等第一綠色像素之亮度大於該等第二綠色像素之亮度的一第一次數以及該等第二綠色像素之亮度大於該等第一綠色像素之亮度的一第二次數；以及使該第一次數以及該第二次數相加產生該亮度差距；其中當該亮度差距大於一第一門檻值，或是當該亮度差距小於一第二門檻值時，判斷該亮度差距超出該亮度門檻範圍。
  4. 如請求項1所述的顏色偏移校正方法，其中該等第一綠色像素與該等紅色像素交錯配置於該等像素的第m列，該等第二綠色像素與該等藍色像素交錯配置於該等像素的第m-1列及/或第m+1列，該等第一綠色像素對應配置於該等像素的第n行，該等第二綠色像素配置於該等像素的第n-1行及/或第n+1行，其中m及n分別為偶數或是奇數。
  5. 如請求項1所述的顏色偏移校正方法，更包含：當該區域梯變化小於該門檻值且該亮度差距超出該亮度門檻範圍時，輸出該校正目標綠色像素做為一輸出影像畫面的像素；以及當該區域梯變化不小於該門檻值或該亮度差距未超出該亮度門檻範圍時，輸出該目標綠色像素做為該輸出影像畫面的像素。
  6. 如請求項1所述的顏色偏移校正方法，進行像素偏移校正更包含：使該目標綠色像素根據該周邊區域內的該等第一綠色像素以及該等第二綠色像素進行低通濾波，以產生該校正目標綠色像素。
  7. 一種顏色偏移校正裝置，用以對包含複數像素之一影像畫面進行處理，其中該等像素之排列對應於一貝爾色彩濾波陣列，並包含複數紅色像素、複數藍色像素、與該等紅色像素相關之複數第一綠色像素以及與該等藍色像素相關之複數第二綠色像素，該顏色偏移校正裝置包括：一計算電路，配置以計算對應該影像畫面之一目標綠色像素的一周邊區域內的該等第一綠色像素以及該等第二綠色像素之一區域梯度變化； 一比較電路，配置以比較該周邊區域內的該等第一綠色像素以及該等第二綠色像素間之一亮度差距；以及一像素偏移校正電路，配置以在該區域梯變化小於一梯度門檻值且該亮度差距超出一亮度門檻範圍時，使該目標綠色像素根據該周邊區域內的該等第一綠色像素以及該等第二綠色像素進行像素偏移校正，以產生一校正目標綠色像素。
  8. 如請求項7所述的顏色偏移校正裝置，其中該計算電路更配置以根據該周邊區域內的該等第一綠色像素計算一第一加權平均，根據該周邊區域內的該等第二綠色像素計算一第二加權平均以及根據該第一加權平均以及該第二加權平均之差計算該區域梯度變化。
  9. 如請求項7所述的顏色偏移校正裝置，其中該比較電路更配置以根據該周邊區域內各該等第一綠色像素之亮度與各鄰近的該等第二綠色像素之亮度兩兩進行比較，以統計該等第一綠色像素之亮度大於該等第二綠色像素之亮度的一第一次數以及該等第二綠色像素之亮度大於該等第一綠色像素之亮度的一第二次數，並使該第一次數以及該第二次數相加產生該亮度差距，該像素偏移校正電路在該亮度差距大於一第一門檻值，或是該亮度差距小於一第二門檻值時，判斷該亮度差距超出該亮度門檻範圍。
  10. 如請求項7所述的顏色偏移校正裝置，其中該像素偏移校正電路更配置以使該目標綠色像素與該周邊區域內的該等第一綠色像素及/或該等第二綠色像素進行平均。
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