TWI422233B - 用來對縮減取樣拜耳影像進行色彩內插之方法及相關裝置 - Google Patents

用來對縮減取樣拜耳影像進行色彩內插之方法及相關裝置 Download PDF

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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformation in the plane of the image
    • G06T3/40—Scaling the whole image or part thereof
    • G06T3/4015—Demosaicing, e.g. colour filter array [CFA], Bayer pattern

Description

用來對縮減取樣拜耳影像進行色彩內插之方法及相關裝置
本發明係有關於即時影像處理，尤指一種用來對一縮減取樣拜耳影像(Down-sampled Bayer Image)進行色彩內插之方法及相關裝置。
依據相關技術，一影像感測器可於一正常模式中產生一原始影像，其中該原始影像之每一像素僅具有對應於一色彩通道(Color Channel)之像素值，且不具有完整的影像資訊諸如分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之所有的像素值。另外，該影像感測器亦可於一縮減取樣(Down-sampling)模式中捨棄一部分的像素值以產生一縮減取樣拜耳影像(Down-sampled Bayer Image)。相仿地，該縮減取樣拜耳影像之每一像素僅具有對應於一色彩通道之像素值，且不具有完整的影像資訊諸如分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之所有的像素值。
針對該縮減取樣拜耳影像，相關技術往往利用原本為該原始影像所設計之傳統的色彩內插(Color Interpolation)演算法來進行色彩內插，並未顧及這些傳統的色彩內插演算法是否適用於該縮減取樣拜耳影像。於是，藉由利用這些傳統的色彩內插演算法對該縮減取樣拜耳影像進行色彩內插而產生之內插影像會有許多錯誤的影像資訊。因此，需要一種新穎的方法來改善色彩內插影像的品質。
因此本發明之目的之一在於提供一種用來對一縮減取樣拜耳影像(Down-sampled Bayer Image)進行色彩內插之方法及相關裝置，以解決上述問題。
本發明之較佳實施例中提供一種用來對一縮減取樣拜耳影像進行色彩內插之方法，該方法包含有：針對該縮減取樣拜耳影像中之至少一待內插像素，依據縮減取樣所保留之複數個鄰近像素的像素值進行至少一像素預測運作，以產生該縮減取樣所捨棄之至少一鄰近像素之至少一相對應模擬像素的至少一模擬像素值；以及依據該縮減取樣所保留之至少一鄰近像素的至少一像素值以及該至少一模擬像素值進行至少一色彩內插運作，以產生該至少一待內插像素的像素值。
本發明於提供上述方法之同時，亦對應地提供一種用來對一縮減取樣拜耳影像進行色彩內插之裝置，該裝置包含有：至少一像素預測模組，其中針對該縮減取樣拜耳影像中之至少一待內插像素，該至少一像素預測模組依據縮減取樣所保留之複數個鄰近像素的像素值進行至少一像素預測運作，以產生該縮減取樣所捨棄之至少一鄰近像素之至少一相對應模擬像素的至少一模擬像素值；以及至少一色彩內插模組，用來依據該縮減取樣所保留之至少一鄰近像素的至少一像素值以及該至少一模擬像素值進行至少一色彩內插運作，以產生該至少一待內插像素的像素值。
請參考第1A圖與第1B圖。第1A圖為依據本發明一第一實施例之一種電子裝置1000的示意圖，其中電子裝置1000包含一鏡頭50L、一影像感測器50S、一影像訊號處理器100、與一顯示模組180，而顯示模組180包含一驅動器182、與一顯示面板184。影像感測器50S可感測鏡頭50L所接收之影像，並且選擇性地於一正常模式中產生原始影像IB 、或於一縮減取樣(Down-sampling)模式中產生一縮減取樣拜耳影像(Down-sampled Bayer Image)IDB 。尤其是，於該縮減取樣模式中，影像感測器50S於取得原始影像IB 之影像資料時，進行縮減取樣以捨棄原始影像IB 中之一部分像素諸如第1B圖中以陰影繪示之像素的像素值，並輸出非以陰影繪示之像素的像素值作為縮減取樣拜耳影像IDB 之影像資料。在此，不論是原始影像IB 或是縮減取樣拜耳影像IDB ，每一像素僅具有對應於一色彩通道(Color Channel)之像素值，且不具有完整的影像資訊諸如分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之所有的像素值。例如：第1B圖中以標號「R」、「G」、與「B」所標示之像素分別僅具有對應於紅色、綠色、與藍色通道之像素值。
由於原始影像IB 與縮減取樣拜耳影像IDB 之每一像素均不具有完整的影像資訊，故電子裝置1000中需要一種用來對原始影像IB 或縮減取樣拜耳影像IDB 進行色彩內插之裝置諸如影像訊號處理器100，才能產生完整的影像資訊以供顯示模組180進行即時顯示之用。例如：影像訊號處理器100可對縮減取樣拜耳影像IDB 進行色彩內插以產生相對應之色彩內插影像IC (其每一像素包含完整的影像資訊諸如分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之所有的像素值)，而驅動器182可接收色彩內插影像IC 並據以驅動顯示面板184以顯示色彩內插影像IC ，其中影像訊號處理器100亦可進行某些影像處理運作來改變色彩內插影像IC 中之影像資訊。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之一變化例，影像訊號處理器100亦可對原始影像IB 進行色彩內插以產生相對應之色彩內插影像IC (其每一像素亦包含完整的影像資訊諸如分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之所有的像素值)。
請參考第1C圖。第1C圖繪示第1A圖所示之影像訊號處理器100於一實施例中之實施細節。影像訊號處理器100包含至少一像素預測模組諸如像素預測模組112、114、與116，且另包含至少一色彩內插模組諸如色彩內插模組122、124、與126。依據本實施例，針對縮減取樣拜耳影像IDB 中之至少一待內插像素，上述之至少一像素預測模組依據該縮減取樣所保留之複數個鄰近像素的像素值進 行至少一像素預測運作，以產生該縮減取樣所捨棄之至少一鄰近像素之至少一相對應模擬像素的至少一模擬像素值。另外，上述之至少一色彩內插模組依據該縮減取樣所保留之至少一鄰近像素的至少一像素值以及該至少一模擬像素值進行至少一色彩內插運作，以產生該至少一待內插像素的像素值。
實作上，影像訊號處理器100可實施為執行程式碼之一控制器，而該控制器包含硬體電路，用來執行該程式碼，其中上述之至少一像素預測模組與上述之至少一色彩內插模組係為該程式碼中之程式模組。例如：該程式碼可為韌體碼(Firmware Code)；又例如：該程式碼可為唯讀記憶體碼(ROM Code)。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之一變化例，影像訊號處理器100中之至少一部分(例如：第1C圖所示之模組中之一部分；又例如：第1C圖所示之模組中之全部)可藉由利用邏輯電路來實現。影像訊號處理器100進行上述之色彩內插的相關細節可參考第2圖來進一步說明。
第2圖為依據本發明一實施例之一種用來對一縮減取樣拜耳影像諸如上述之縮減取樣拜耳影像IDB 進行色彩內插之方法910的流程圖。該方法可應用於第1A圖所示之影像訊號處理器100，尤其是上述之控制器。另外，該方法可藉由利用第1A圖所示之影像訊號處理器100來實施，尤其是藉由利用上述之控制器來實施。該方法說明如下：步驟912：針對縮減取樣拜耳影像IDB 中之至少一待內插像素，上述之至少一像素預測模組(例如：像素預測模組112、114、及/或116)依據該縮減取樣所保留之複數個鄰近像素的像素值進行至少一像素預測運作，以產生該縮減取樣所捨棄之至少一鄰近像素之至少一相對應模擬像素的至少一模擬像素值。
步驟914：上述之至少一色彩內插模組(例如：色彩內插模組122、124、及/或126)依據該縮減取樣所保留之至少一鄰近像素的至少一像素值以及該至少一模擬像素值進行至少一色彩內插運作，以產生上述之至少一待內插像素的像素值。尤其是，上述之至少一色彩內插運作包含分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之色彩內插運作，用來產生分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之像素值。
依據本實施例，該縮減取樣所保留之至少一鄰近像素以及上述之至少一相對應模擬像素係用來模擬縮減取樣拜耳影像IDB 於該縮減取樣之前的原始影像IB 之模擬影像IS 中之至少一部分。請注意，不論模擬影像IS 中之該部分是否完全等同於或是相似於原始影像IB 中之相對應部分，利用方法910所實現之色彩內插的效能總是優於相關技術中未對該縮減取樣所捨棄之像素進行任何模擬之架構的效能。
第3A圖至第3F圖為第2圖所示之方法910於一實施例中之不同狀況下所分別涉及之像素的示意圖。於第3A圖至第3B圖所示之任一狀況中，用來產生對應於綠色通道之像素值的色彩內插運作(例如：色彩內插模組122所進行之一部分色彩內插運作)所涉及之像素於模擬影像IS 中排列成一菱形；其細節說明如下。
如第3A圖所示，用來產生對應於綠色通道之像素值的色彩內插運作(例如：色彩內插模組122所進行之一部分色彩內插運作)所涉及之像素於模擬影像IS 中可排列成菱形310R。尤其是，菱形310R所對應的像素包含13個像素，其中菱形310R內之正中央像素代表此狀況下之待內插像素，且已具有紅色通道之像素值，故標示為「R」。如此，在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於紅色通道之像素值的狀況下，於模擬影像IS 中，菱形310R之每一對角線上之像素對應於紅、綠、紅、綠、紅之色彩型樣(於第3A圖中即「R-G-R-G-R」之色彩型樣)。由於像素預測模組112可依據該縮減取樣所保留之鄰近像素的像素值逐一計算菱形310R中被該縮減取樣所捨棄之像素(於第3A圖中即以較淡的陰影繪示之像素)的模擬像素值，故色彩內插模組122於計算該待內插像素於綠色通道之像素值時，可利用菱形310R中對應於不同色彩通道(例如：紅色通道、藍色通道)的像素所形成的影像之明暗變化趨勢，來調整該待內插像素於綠色通道之像素值以求逼近真實影像。
相仿地，如第3B圖所示，用來產生對應於綠色通道之像素值的色彩內插運作(例如：色彩內插模組122所進行之一部分色彩內插運作)所涉及之像素於模擬影像IS 中可排列成菱形310B。尤其是，菱形310B所對應的像素包含13個像素，其中菱形310B內之正中央像素代表此狀況下之待內插像素，且已具有藍色通道之像素值，故標示為「B」。如此，在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於藍色通道之像素值的狀況下，於模擬影像IS 中，菱形310B之每一對角線上之像素對應於藍、綠、藍、綠、藍之色彩型樣(於第3B圖中即「B-G-B-G-B」之色彩型樣)。由於像素預測模組112可依據該縮減取樣所保留之鄰近像素的像素值逐一計算菱形310B中被該縮減取樣所捨棄之像素(於第3B圖中即以較淡的陰影繪示之像素)的模擬像素值，故色彩內插模組122於計算該待內插像素於綠色通道之像素值時，可利用菱形310B中對應於不同色彩通道(例如：紅色通道、藍色通道)的像素所形成的影像之明暗變化趨勢，來調整該待內插像素於綠色通道之像素值以求逼近真實影像。
另外，於第3C圖至第3F圖所示之任一狀況中，用來產生對應於一非綠色通道之像素值的色彩內插運作(例如：色彩內插模組124與126之任一者所進行之一部分色彩內插運作)所涉及之像素於模擬影像IS 中排列成一正方形，其中該非綠色通道代表該紅色通道或該藍色通道；其細節說明如下。
如第3C圖所示，用來產生對應於藍色通道之像素值的色彩內插運作(例如：色彩內插模組124所進行之一部分色彩內插運作)所涉及之像素於模擬影像IS 中可排列成正方形320R。尤其是，正方形320R所對應的像素包含9個像素，其中正方形320R內之正中央像素代表此狀況下之待內插像素，且已具有紅色通道之像素值，故標示為「R」。如此，在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於紅色通道之像素值的狀況下，於模擬影像IS 中，正方形320R之邊上之像素對應於藍、綠、藍之色彩型樣(於第3C圖中即「B-G-B」之色彩型樣)。由於像素預測模組114可依據該縮減取樣所保留之鄰近像素的像素值逐一計算正方形320R中被該縮減取樣所捨棄之像素(於第3C圖中即以較淡的陰影繪示之像素)的模擬像素值，故色彩內插模組124於計算該待內插像素於藍色通道之像素值時，可利用正方形320R中對應於不同色彩通道(例如：綠色通道)的像素所形成的影像之明暗變化趨勢，來調整該待內插像素於藍色通道之像素值以求逼近真實影像。
相仿地，如第3D圖所示，用來產生對應於紅色通道之像素值的色彩內插運作(例如：色彩內插模組124所進行之一部分色彩內插運作)所涉及之像素於模擬影像IS 中可排列成正方形320B。尤其是，正方形320B所對應的像素包含9個像素，其中正方形320B內之正中央像素代表此狀況下之待內插像素，且已具有藍色通道之像素值，故標示為「B」。如此，在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於藍色通道之像素值的狀況下，於模擬影像IS 中，正方形320B之每一對角線上之像素對應於紅、綠、紅之色彩型樣(於第3D圖中即「R-G-R」之色彩型樣)。由於像素預測模組114可依據該縮減取樣所保留之鄰近像素的像素值逐一計算正方形320B中被該縮減取樣所捨棄之像素(於第3D圖中即以較淡的陰影繪示之像素)的模擬像素值，故色彩內插模組124於計算該待內插像素於紅色通道之像素值時，可利用正方形320B中對應於不同色彩通道(例如：綠色通道)的像素所形成的影像之明暗變化趨勢，來調整該待內插像素於紅色通道之像素值以求逼近真實影像。
如第3E圖所示，用來產生對應於該非綠色通道(例如：紅色通道或藍色通道)之像素值的色彩內插運作(例如：色彩內插模組126所進行之一部分色彩內插運作)所涉及之像素於模擬影像IS 中可排列成正方形330Gr。尤其是，正方形330Gr所對應的像素包含9個像素，其中正方形330Gr內之正中央像素代表此狀況下之待內插像素，且已具有綠色通道之像素值，故標示為「G」。如此，在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於綠色通道之像素值的狀況下，於模擬影像IS 中，正方形330Gr之一邊上之像素對應於綠、藍、綠之色彩型樣(於第3E圖中即「G-B-G」之色彩型樣)，且正方形330Gr之另一邊上之像素對應於綠、紅、綠之色彩型樣(於第3E圖中即「G-R-G」之色彩型樣)。由於像素預測模組116可依據該縮減取樣所保留之鄰近像素的像素值逐一計算正方形330Gr中被該縮減取樣所捨棄之像素(於第3E圖中即以較淡的陰影繪示之像素)的模擬像素值，故色彩內插模組126於計算該待內插像素於該非綠色通道之像素值時，可利用正方形330Gr中對應於不同色彩通道(例如：綠色通道及另一非綠色通道)的像素所形成的影像之明暗變化趨勢，來調整該待內插像素於該非綠色通道之像素值以求逼近真實影像。
相仿地，如第3F圖所示，用來產生對應於該非綠色通道(例如：紅色通道或藍色通道)之像素值的色彩內插運作(例如：色彩內插模組126所進行之一部分色彩內插運作)所涉及之像素於模擬影像IS 中可排列成正方形330Gb。尤其是，正方形330Gb所對應的像素包含9個像素，其中正方形330Gb內之正中央像素代表此狀況下之待內插像素，且已具有綠色通道之像素值，故標示為「G」。如此，在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於綠色通道之像素值的狀況下，於模擬影像IS 中，正方形330Gb之一邊上之像素對應於綠、藍、綠之色彩型樣(於第3F圖中即「G-B-G」之色彩型樣)，且正方形330Gb之另一邊上之像素對應於綠、紅、綠之色彩型樣(於第3F圖中即「G-R-G」之色彩型樣)。由於像素預測模組116可依據該縮減取樣所保留之鄰近像素的像素值逐一計算正方形330Gb中被該縮減取樣所捨棄之像素(於第3F圖中即以較淡的陰影繪示之像素)的模擬像素值，故色彩內插模組126於計算該待內插像素於該非綠色通道之像素值時，可利用正方形330Gb中對應於不同色彩通道(例如：綠色通道及另一非綠色通道)的像素所形成的影像之明暗變化趨勢，來調整該待內插像素於該非綠色通道之像素值以求逼近真實影像。
本發明的好處之一是，本發明的方法及相關裝置能提供具有極佳品質之色彩內插影像。相較於相關技術，本發明的方法及相關裝置於對該縮減取樣拜耳影像進行色彩內插時會進行至少一像素預測運作，以產生該縮減取樣所捨棄之至少一鄰近像素之至少一相對應模擬像素的至少一模擬像素值；因此，本發明能避免錯誤的影像資訊之產生。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
50L．．．鏡頭
50S．．．影像感測器
100．．．影像訊號處理器
112,114,116．．．像素預測模組
122,124,126．．．色彩內插模組
180．．．顯示模組
182．．．驅動器
184．．．顯示面板
310R,310B,320R,320B,330Gr,330Gb．．．像素排列形狀
910．．．用來對一縮減取樣拜耳影像進行色彩內插之方法
912,914．．．步驟
1000．．．電子裝置
IC ．．．色彩內插影像
IDB ．．．縮減取樣拜耳影像
第1A圖為依據本發明一第一實施例之一種電子裝置的示意圖。
第1B圖繪示第1A圖所示之影像訊號處理器於一實施例中所涉及之原始影像的至少一部分像素。
第1C圖繪示第1A圖所示之影像訊號處理器於一實施例中之實施細節。
第2圖為依據本發明一實施例之一種用來對一縮減取樣拜耳影像(Down-sampled Bayer Image)進行色彩內插之方法的流程圖。
第3A圖至第3F圖為第2圖所示之方法於一實施例中之不同狀況下所分別涉及之像素的示意圖。
910．．．用來對一縮減取樣拜耳影像進行色彩內插之方法
912,914．．．步驟

Claims (20)

  1. 一種用來對一縮減取樣拜耳影像(Down-sampled Bayer Image)進行色彩內插之方法，該方法包含有：針對該縮減取樣拜耳影像中之至少一待內插像素，依據縮減取樣所保留之複數個鄰近像素的像素值進行至少一像素預測運作，以產生該縮減取樣所捨棄之至少一鄰近像素之至少一相對應模擬像素的至少一模擬像素值；以及依據該縮減取樣所保留之至少一鄰近像素的至少一像素值以及該至少一模擬像素值進行至少一色彩內插運作，以產生該至少一待內插像素的像素值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一色彩內插運作包含分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之色彩內插運作，用來產生分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之像素值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該縮減取樣所保留之至少一鄰近像素以及該至少一相對應模擬像素係用來模擬該縮減取樣拜耳影像於該縮減取樣之前的原始影像之模擬影像中之至少一部分。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中用來產生對應於綠色通道之像素值的色彩內插運作所涉及之像素於該模擬影像中排列成一菱形。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於紅色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該菱形之每一對角線上之像素對應於紅、綠、紅、綠、紅之色彩型樣。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於藍色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該菱形之每一對角線上之像素對應於藍、綠、藍、綠、藍之色彩型樣。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中用來產生對應於一非綠色通道之像素值的色彩內插運作所涉及之像素於該模擬影像中排列成一正方形；以及該非綠色通道代表該紅色通道或該藍色通道。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於紅色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該正方形之邊上之像素對應於藍、綠、藍之色彩型樣。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於藍色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該正方形之邊上之像素對應於紅、綠、紅之色彩型樣。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於綠色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該正方形之一邊上之像素對應於綠、藍、綠之色彩型樣，且該正方形之另一邊上之像素對應於綠、紅、綠之色彩型樣。
  11. 一種用來對一縮減取樣拜耳影像(Down-sampled Bayer Image)進行色彩內插之裝置，該裝置包含有：至少一像素預測模組，其中針對該縮減取樣拜耳影像中之至少一待內插像素，該至少一像素預測模組依據縮減取樣所保留之複數個鄰近像素的像素值進行至少一像素預測運作，以產生該縮減取樣所捨棄之至少一鄰近像素之至少一相對應模擬像素的至少一模擬像素值；以及至少一色彩內插模組，用來依據該縮減取樣所保留之至少一鄰近像素的至少一像素值以及該至少一模擬像素值進行至少一色彩內插運作，以產生該至少一待內插像素的像素值。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中該至少一色彩內插運作包含分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之色彩內插運作，用來產生分別對應於紅色、綠色、與藍色通道之像素值。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該縮減取樣所保留之至少一鄰近像素以及該至少一相對應模擬像素係用來模擬該縮減取樣拜耳影像於該縮減取樣之前的原始影像之模擬影像中之至少一部分。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，其中用來產生對應於綠色通道之像素值的色彩內插運作所涉及之像素於該模擬影像中排列成一菱形。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於紅色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該菱形之每一對角線上之像素對應於紅、綠、紅、綠、紅之色彩型樣。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於藍色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該菱形之每一對角線上之像素對應於藍、綠、藍、綠、藍之色彩型樣。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，其中用來產生對應於一非綠色通道之像素值的色彩內插運作所涉及之像素於該模擬影像中排列成一正方形；以及該非綠色通道代表該紅色通道或該藍色通道。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之裝置，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於紅色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該正方形之邊上之像素對應於藍、綠、藍之色彩型樣。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之裝置，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於藍色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該正方形之邊上之像素對應於紅、綠、紅之色彩型樣。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之裝置，其中在該待內插像素被該縮減取樣所保留的像素值係為對應於綠色通道之像素值的狀況下，於該模擬影像中，該正方形之一邊上之像素對應於綠、藍、綠之色彩型樣，且該正方形之另一邊上之像素對應於綠、紅、綠之色彩型樣。
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