TWI524729B - 一種即時抑制色彩內插雜訊之系統與方法 - Google Patents

一種即時抑制色彩內插雜訊之系統與方法 Download PDF

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Description

一種即時抑制色彩內插雜訊之系統與方法
本發明是關於一種影像偵測方法與裝置；特別關於一種抑制色彩內插產生之雜訊之系統與方法。
一般數位相機、視訊攝影機、多媒體手機、監控系統、影像電話...等使用單一感測器元件影像擷取(Single-sensor)裝置的消費性電子產品，常利用覆蓋貝爾色彩濾波陣列(Bayer color filter array,Bayer CFA)於單一影像感測器上來達到同時記錄紅、綠及藍色彩資訊，以降低製造成本之功效，如第1圖所示。於該貝爾色彩濾波陣列BCFA中，每一像素位置只記錄一種色彩強度值。如該圖顯示之R像素位置只紀錄紅色之色彩強度值，如圖式右側之R光譜濾波僅讓紅色光線通過至感測胞Sens；G像素位置只紀錄綠色之色彩強度值，如圖式右側之G光譜濾波僅讓綠色光線通過至感測胞Sens；B像素位置只紀錄藍色之色彩強度值，如圖式右側之B光譜濾波僅讓藍色光線通過至感測胞Sens。而若要得到全彩影像，則需將擷取到的貝爾色彩濾波陣列影像(Raw CFA Image)經由一個針對遺失色彩成份的內插處理程序來取得。
需注意，由於色彩內插演算法包含了對於影像內容結構及色彩的分析，演算之結果對於最後輸出的影像品質具有相當關鍵性的影響。
在色彩內插步驟中，由於受到RGB色彩濾波陣列取樣排列方式關係，在影像中邊緣及紋理區域容易產生色彩重疊(color aliasing)以及假色(false color)等色彩雜訊，造成影像品質下降。
本發明實施例之目的之一，係在提供一種即時抑制色彩內插雜訊系統與方法，而達成抑制影像邊緣及紋理區域產生色彩重疊與假色 等雜訊之功效。
本發明之一實施例提供了一種即時抑制色彩內插雜訊系統，包含有一紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元、一紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元、以及一紅/藍內插顏色訊號雜訊校正單元。紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元，接收紅綠藍彩色濾波影像陣列與紅/綠/藍內插顏色訊號，計算影像陣列之一綠色目標像素或一紅色/藍色目標像素對應之內插綠色像素與綠色目標像素或內插綠色像素鄰近之複數個綠色像素之綠色像素平均訊號之差值，以產生一綠色差值訊號，計算紅/藍內插顏色訊號與紅/藍內插顏色訊號周圍複數相同顏色像素產生的平均訊號，依據綠色差值訊號與平均訊號產生一紅/藍參考準位。紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元，耦接紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元，接收紅/藍參考準位，判斷紅/藍內插顏色訊號之值是否大於紅/藍參考準位與一校正微調參數值之和，及判斷紅/藍內插顏色訊號是否小於紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差，以產生一分析結果。接著，紅/藍內插顏色訊號雜訊校正單元，耦接紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元，接收分析結果，依據分析結果產生一校正後紅/藍內插顏色訊號。
本發明之另一實施例提供了一種抑制色彩內插產生之雜訊之方法，包含有下列步驟。首先，接收紅綠藍彩色濾波影像陣列與紅/綠/藍內插顏色訊號，計算影像陣列之一綠色目標像素或一紅色/藍色目標像素對應之內插綠色像素與綠色目標像素或內插綠色像素鄰近之複數個綠色像素之綠色像素平均訊號之差值，以產生一綠色差值訊號，計算紅/藍內插顏色訊號與該紅/藍內插顏色訊號周圍複數相同顏色像素產生的平均訊號，依據綠色差值訊號與該平均訊號產生一紅/藍參考準位；接收該紅/藍參考準位，判斷紅/藍內插顏色訊號之值是否大於紅/藍參考準位與一校正微調參數值之和，及判斷紅/藍內插顏色訊號是否小於紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差，以產生一分析結果；以及接收分析結果，依據分析結果產生一校正後紅/藍內插顏色訊號。
本發明實施例之即時抑制色彩內插雜訊系統與方法，根據原始影像陣列之資訊適當調整紅色或藍色內插訊號之值，不需額外之緩衝記憶體，即可即時並正確地重建影像提升影像品質，解決習知技術之問題。
200‧‧‧即時抑制色彩內插雜訊之系統
201‧‧‧紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元
202‧‧‧紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元
203‧‧‧紅/藍內插顏色訊號雜訊校正單元
204‧‧‧內插裝置
第1圖顯示一習知貝爾型彩色濾波陣列與過濾方式之示意圖。
第2A圖顯示本發明一實施例之即時抑制色彩內插雜訊系統之示意圖。
第2B圖顯示本發明另一實施例之即時抑制色彩內插雜訊系統之示意圖。
第3A圖顯示本發明一實施例之即時抑制色彩內插雜訊方法之流程圖。
第3B圖顯示本發明另一實施例之即時抑制色彩內插雜訊方法之流程圖。
第4A圖顯示本發明一實施例之影像濾波陣列之示意圖。
第4B圖顯示本發明另一實施例之影像濾波陣列之示意圖。
第5A圖之貝爾型式色彩濾波陣列之示意圖。
第5B圖之變化式備爾型式色彩濾波陣列之示意圖。
第5C圖之斜條型式色彩濾波陣列之示意圖。
第5D圖之亂數型式色彩濾波陣列之示意圖。
第2A圖顯示本發明一實施例之即時抑制色彩內插雜訊系統之示意圖。即時抑制色彩內插雜訊系統200用以接收一紅綠藍色彩濾波影像陣列，包含有一紅/藍(R/B)內插顏色訊號參考準位估計單元201、一紅/藍(R/B)內插顏色訊號雜訊分析單元202、以及一紅/藍(R/B)內插顏色訊號雜訊校正單元203。其中紅/藍(R/B)是指像素顏色紅色(Red)或是藍色(Blue)。
紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元201接收影像陣列RGB與影像陣列之紅/藍內插顏色訊號R/B，計算影像陣列RGB‘之一綠色目標像素G(i,j)與綠色目標像素G(i,j)鄰近之複數個綠色像素G之綠色像素平均訊號之差值，以產生一綠色差值訊號△G(i,j)，其中 。一實施例中，可利用一高通濾波遮罩處理來取得綠色 目標像素G(i,j)之高頻資訊而計算出綠色差值訊號△G(i,j)。
接著，紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元201計算紅/藍 內插顏色訊號R/B與紅/藍內插顏色訊號R/B周圍複數相同顏色像素R/B產 生的平均訊號，依據綠色差值訊號△G(i,j)與該平均訊號 產生一紅/藍參考準位。在一實施例中，紅色參考準位 ；而藍色參考準位。
紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元202，耦接紅/藍內插顏色 訊號參考準位估計單元201，接收紅/藍參考準位，判斷紅/ 藍內插顏色訊號R/B之值是否大於紅/藍參考準位與一校正 微調參數值C之和，及判斷紅/藍內插顏色訊號R/B是 否小於該紅/藍參考準位與校正微調參數值C之差 ，以產生一分析結果ru；以及 紅/藍內插顏色訊號雜訊校正單元203，耦接紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元202，接收分析結果ru，依據分析結果ru產生一校正後 紅/藍內插顏色訊號。
其中，紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元202進行分析， 當分析結果ru為紅/藍內插顏色訊號R/B之值大於紅/藍參考準位 與一校正微調參數值C之和，此時 表示紅色或藍色內插顏色訊號之估計值偏高，則紅/藍內插顏色訊號雜 訊校正單元203依據分析結果ru設定校正後紅/藍內插顏色訊號 等於紅/藍參考準位與一校正微調參數值之差 ，以調低估計值。
另一方面，紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元202進行分析 時，當分析結果ru為紅/藍內插顏色訊號R/B之值小於紅/藍參考準位 與一校正微調參數值C之差，此時表示 紅色或藍色內插顏色訊號之估計值偏低，則紅/藍內插顏色訊號雜訊校正單 元203依據分析結果ru設定校正後紅/藍內插顏色訊號等於紅/藍參 考準位與一校正微調參數值之和，以調高估計值。
再者，紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元202進行分析，當 分析結果ru為紅/藍內插顏色訊號R/B之值不大於紅/藍參考準位與一校正微調參數值之和+C/+C，且不小於紅/藍參考準位與一校正微調參數值之差-C/-C，表示紅色或藍色內插顏色訊號之估計值不會偏高也不會偏低，則紅/藍內插顏色訊號雜訊校正單元203依據分析結果ru設定校正後紅/藍內插顏色訊號/等於紅/藍參考準位/。其中，設定為紅色參考位準=±△G(i,j)或者是藍色參考準位=±△G(i,j)之原因，是因為此兩參考位準是根據與本身相同顏色之鄰近複數個像素值與鄰近複數個綠色像素值之來產生，較能夠得到足夠的像素資訊重建正確無雜訊之影像。
依此方式，本發明實施例之即時抑制色彩內插雜訊系統200可根據原始影像陣列之資訊適當調整紅色或藍色內插訊號R/B之值，以正確重建影像提升影像品質，解決習知技術影像中邊緣及紋理區域容易產生色彩重疊與假色(false color)等色彩雜訊之問題。
需注意，本發明實施例之即時抑制色彩內插雜訊系統200可適用於目前現有或未來發展出之各種內插裝置，如第2B圖所示之內插裝置201。
第3A圖顯示本發明一實施例之即時抑制色彩內插雜訊方法之流程圖。請同時參考2B、3A、3B圖。該方法包含下列步驟：
步驟S302：開始。
步驟S304：接收一紅綠藍色彩濾波影像陣列。如圖第2B圖所示，內插裝置204接收紅綠藍色彩濾波影像陣列RGB，經內插處理後輸出處理紅藍內插顏色顏色訊號R/B’至紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元201。紅綠藍色彩濾波陣列RGB一示例如第4圖所示。
步驟S306：計算紅綠藍色彩濾波影像陣列RGB之一綠色目標像素G(i,j)或一紅/藍色目標像素R(i,j)/B(i,j)對應之內插綠色顏色像素與綠色目標像素G(i,j或內插綠色像素鄰近之複數個綠色像素之綠色像素平均訊號之差值-G (i,j)，以產生一綠色差值訊號△G(i,j)。紅色訊號與藍色訊號處理方式相同，以下舉紅色訊號為例說明。假設目標像素點為綠色顏色G(i,j)，如第4A圖虛線TG所示，紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元201接收該影像陣列RGB與影像陣列之紅/藍內插顏色訊號R/B， 計算影像陣列RGB之綠色目標像素G(i,j)與綠色目標像素鄰近之複數個綠色 像素之綠色像素平均訊號之差值，以產生一綠色差值訊號 △G(ij)，。一實施例，綠色像素平均訊號可為虛線 NG處之鄰近之複數個綠色像素G(i-1,j-1)、G(i-1,j+1)、G(i+1,j-1)、G(i+1,j+1)之平均值。需注意，鄰近之複數個綠色像素之選擇並不限於此，可再增加或減少鄰近像素的數目來產生平均值。
假設目標像素點為藍色顏色B(i,j)，如第4B圖虛線TB所示，紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元201接收該影像陣列RGB與影像陣列之紅/藍內插顏色訊號R/B，計算影像陣列RGB之藍色目標像素B(i,j) 對應之內插綠色顏色像素與內插綠色顏色像素鄰近之複數個綠色 像素之綠色像素平均訊號之差值，以產生一綠色差值訊號 △G(i,j)，。一實施例，綠色像素平均訊號可為虛線 NB處之鄰近之複數個綠色像素G(i-1,j-1)、G(i-1,j+1)、G(i+1,j-1)、G(i+1,j+1)之平均值。需注意，鄰近之複數個綠色像素之選擇並不限於此，可再增加或減少鄰近像素的數目來產生平均值。需注意，內插綠色顏色像素是由內插裝置204產生，熟悉本領域之技術者應可了解，不再贅述細節。需注意，藍色訊號處理方式熟悉本領域之技術者應可由上述步驟推得，不再贅述。
步驟S308：計算紅/藍內插顏色訊號R/B與紅/藍內插顏色訊 號R/B周圍複數個相同顏色像素產生的平均訊號，依據綠色差值 訊號△G(i,j)與該平均訊號產生一紅/藍參考準位。 其中，紅色參考準位；而藍色參考準位 。一實施例，舉紅色訊號處理為例說明，紅/藍內插顏 色訊號參考準位估計單元201計算紅色內插顏色訊號與紅色內插顏色 訊號周圍複數相同顏色像素產生的平均訊號，例如第4A圖之位置 (i,j)經內插裝置204處理後產生一紅色內插顏色訊號及其周圍複數相同 顏色像素R(i-2,j-1)、R(i-2,j+1)、R(i,j-1)、R(i,j+1)、R(i+2,j-1)、R(i+2,j+1)。接 著，依據綠色差值訊號△G(i,j)與平均訊號產生一紅色參考準位 。需注意，紅色內插顏色訊號是在第4A圖之G(i,j)處，是經由內 插裝置204後輸出的估計值；再者，第4A圖中RGB原始影像陣列中心位 置G(i,j)之及是由內插單元204內插後產生之紅色及藍色顏色訊號 值；而在第4B圖中心位置B(i,j)之及是由內插單元204內插後產生 之紅色及綠色顏色訊號值。而，藍色訊號處理方式熟悉本領域之技術者應可由上述步驟推得，不再贅述。
步驟S310：接收該紅/藍參考準位，判斷該紅/藍內插顏色訊號之值是否大於該紅/藍參考準位與一校正微調參數值之和，及判斷該紅/藍內插顏色訊號是否小於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差，以產生一分析結果。第3B圖顯示第3A圖步驟S310之分析方法之一實施例之流程圖。該分析方法包含下列步驟： 步驟S3101：判斷紅/藍內插顏色訊號R/B之值是否大於紅/ 藍參考準位與一校正微調參數值之和，若是，進入步驟S3102； 若否進入步驟S3103。
步驟S3102：設定校正後紅/藍內插顏色訊號等於紅/藍 參考準位與一校正微調參數值之差。
步驟S3103：判斷紅/藍內插顏色訊號之值R/B是否小於紅/ 藍參考準位與一校正微調參數值之差，若是，進入步驟S3104；若 否，進入步驟S3105。
步驟S3104：設定校正後紅/藍內插顏色訊號等於紅/藍 參考準位與校正微調參數值之和。
步驟S3105：此時紅/藍內插顏色訊號R/B之值不大於紅/藍 參考準位與校正微調參數值之和，且不小於紅/藍參考準位與校正 微調參數值之差，設定校正後紅/藍內插顏色訊號等於該紅/ 藍參考準位。
步驟S312：接收分析結果，依據該分析結果ru產生一校正 後紅/藍內插顏色訊號。
步驟S314：結束。
需注意，本發明實施例之即時抑制色彩內插雜訊系統與方法可適用於例如第5A圖之貝爾型式色彩濾波陣列、第5B圖之變化式貝爾型式色彩濾波陣列、第5C圖之斜條型式色彩濾波陣列、第5D圖之亂數型式色彩濾波陣列。當然，本發明不限於此，本發明實施例之即時抑制色彩 內插雜訊系統與方法適用於各種目前現有或未來發展出之RGB色彩濾波陣列。
本發明實施例之即時抑制色彩內插雜訊系統與方法，可根據原始影像陣列之資訊適當調整紅色或藍色內插訊號R/B之值，以正確重建影像提升影像品質，解決習知技術影像中邊緣及紋理區域容易產生色彩重疊與假色(false color)等色彩雜訊之問題。再者，本發明實施例之即時抑制色彩內插雜訊系統與方法，不需額外之緩衝記憶體，也不需先將緩衝記憶體內的像素陣列顏色皆插補完成，再進行校正，而可達成即時進行色彩雜訊抑制之功效。
200‧‧‧即時抑制色彩內插雜訊之系統
201‧‧‧紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元
202‧‧‧紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元
203‧‧‧紅/藍內插顏色訊號雜訊校正單元

Claims (12)

  1. 一種即時抑制色彩內插雜訊系統，接收一紅綠藍色彩濾波影像陣列及紅/綠/藍內插顏色訊號，包含：一紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元，接收該紅綠藍色彩濾波影像陣列與該紅/綠/藍內插顏色訊號，計算該紅綠藍色彩濾波影像陣列之一綠色目標像素或一紅/藍色目標像素對應之內插綠色像素與該綠色目標像素或該內插綠色像素鄰近之複數個綠色像素之綠色像素平均訊號之差值，以產生一綠色差值訊號，計算該紅/藍內插顏色訊號與該紅/藍內插顏色訊號周圍複數相同顏色像素產生的平均訊號，依據該綠色差值訊號與該平均訊號產生一紅/藍參考準位；一紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元，耦接該紅/藍內插顏色訊號參考準位估計單元，接收該紅/藍參考準位，判斷該紅/藍內插顏色訊號之值是否大於該紅/藍參考準位與一校正微調參數值之和，及判斷該紅/藍內插顏色訊號是否小於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差，以產生一分析結果；以及一紅/藍內插顏色訊號雜訊校正單元，耦接該紅/藍內插顏色訊號雜訊分析單元，接收該分析結果，依據該分析結果產生一校正後紅/藍內插顏色訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，當該紅/藍內插顏色訊號之值大於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之和，設定該校正後紅/藍內插顏色訊號等於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，當該紅/藍內插顏色訊號之值小於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差，設定 該校正後紅/藍內插顏色訊號等於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之和。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，當該紅/藍內插顏色訊號之值不大於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之和，且不小於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差，設定該校正後紅/藍內插顏色訊號等於該紅/藍參考準位。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，計算該綠色差值訊號，係利用一高通濾波遮罩處理取得該綠色目標像素之高頻資訊求出。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該系統係即時進行色彩雜訊抑制。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，耦接一色彩內插裝置。
  8. 一種即時抑制色彩內插雜訊之方法，包含：接收一紅綠藍色彩濾波影像陣列與紅/綠/藍內插顏色訊號；計算該紅綠藍色彩濾波影像陣列之一綠色目標像素或一紅/藍色目標像素對應之內插綠色像素與該綠色目標像素或該內插綠色像素鄰近之複數個綠色像素之綠色像素平均訊號之差值，以產生一綠色差值訊號；計算該紅/藍內插顏色訊號與該紅/藍內插顏色訊號周圍複數相同顏色像素產生的平均訊號，依據該綠色差值訊號與該平均訊號產生一紅/藍參考準位；接收該紅/藍參考準位，判斷該紅/藍內插顏色訊號之值是否大於該紅/藍參考準位與一校正微調參數值之和，及判斷該紅/藍內插顏色訊號是否小於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差，以產生一分析結果；以及接收該分析結果，依據該分析結果產生一校正後紅/藍內插顏色 訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，當該紅/藍內插顏色訊號之值大於該紅/藍參考準位與一校正微調參數值之和，設定該校正後紅/藍內插顏色訊號等於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，當該紅/藍內插顏色訊號之值小於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差，設定該校正後紅/藍內插顏色訊號等於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之和。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，當該紅/藍內插顏色訊號之值不大於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之和，且不小於該紅/藍參考準位與該校正微調參數值之差，設定該校正後紅/藍內插顏色訊號等於該紅/藍參考準位。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，計算該綠色差值訊號，利用一高通濾波遮罩處理取得該綠色目標像素之高頻資訊求出。
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