專利名稱：彩色信號插值的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種關(guān)于彩色信號插值的技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種回復綠色的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
一彩色影像處理系統(tǒng)主要由一影像擷取單元、一影像還原及處理單元、一影像顯示單元及一影像壓縮單元所組成。影像擷取單元包含一影像感測裝置及一彩色濾波數(shù)組(color filter array、CFA)。圖1是一貝爾(bayer)型式的彩色濾波數(shù)組及插值的示意圖，其排列的方式以一排GRGRGR，一排BGBGBG交互排列形成。彩色濾波數(shù)組使得每一感光單元(photosite)為僅獲得紅色、綠色或藍色其中之一的色彩值。故需在影像還原及處理單元中，利用插值的方法為每一感光單元重建不存在的其它色彩值。
同時，影像傳感器存在像素干涉(pixel cross-talk)現(xiàn)象。由于像素結(jié)構(gòu)規(guī)劃(pixel layout)與像素制作的半導體制程程序，而導致像素受光時的電荷產(chǎn)生與信號傳輸，會發(fā)生擴散至鄰近像素的現(xiàn)象。根據(jù)觀察與實驗結(jié)果，橫向的像素干涉現(xiàn)象較直向的像素干涉現(xiàn)象明顯許多。以貝爾彩色濾片排列結(jié)構(gòu)(bayercolor filter array)為例，紅色像素與左右的綠色像素產(chǎn)生干涉現(xiàn)像，藍色像素也與左右的綠色像素產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。由于上述的像素干涉現(xiàn)象，既使在接收一樣的光照條件之下，位于紅色像素左右的綠色像素與位于藍色像素左右的綠色像素將產(chǎn)生不一樣的輸出值。由于綠色感光單元的像素受相鄰的紅色像素及藍色像素的影響，使其像素值存有誤差成分。當使用插值方法還原各像素的紅色、綠色及藍色值時，在平坦區(qū)因綠色誤差值會造成的顯而易見的干擾現(xiàn)象。
針對上述問題，于美國第USP6,727,945號專利案公告中，由不同列的綠色感光單元的差值與一門檻值做比較，來判定一感光單元處是否為邊緣(edge)區(qū)域，據(jù)以決定此感光單元處為原始反應值、內(nèi)插產(chǎn)生值或平均值。然而，做為判斷邊緣的參考值是由影像感測裝置所擷取的像素值來計算，該等像素值是在RGB領(lǐng)域，其所計算出的邊緣代表性較低，因此較易產(chǎn)生分辨率降低的問題，同時不易改善因綠色誤差值所造成的干擾現(xiàn)象(crosstalk)。故公知的彩色信號插值的系統(tǒng)及方法仍有予以改善的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種彩色信號插值的系統(tǒng)及方法，以避免公知技術(shù)所產(chǎn)生分辨率降低的問題，同時改善因綠色誤差值所造成的干擾現(xiàn)象。
依據(jù)本發(fā)明的一特色，是提出一種彩色信號插值方法，以對具有交互彩色樣本的信號進行一第一顏色樣本插值，該方法包含下列步驟(A)提供該插值樣本鄰近的彩色樣本；(B)計算該插值樣本及鄰近彩色樣本的亮度值；(C)由步驟(B)的亮度值計算該插值樣本處的邊緣成分值；(D)判斷該邊緣成分值是否小于一預設(shè)的門檻值；(E)若判定該邊緣成分值小于該預設(shè)的門檻值，則計算該插值樣本鄰近的相同顏色樣本的平均值，并以該平均值作為該插值樣本處的第一顏色輸出值。
依據(jù)本發(fā)明的另一特色，是提出一種彩色信號插值方法，以對具有交互彩色樣本的信號進行一第一顏色樣本插值，該方法包含下列步驟(A)提供該插值樣本鄰近的彩色樣本；(B)計算該插值樣本的一平坦值；(C)判斷該平坦值是否小于一預設(shè)的門檻值；(D)若判定該平坦值小于該預設(shè)的門檻值，則計算該插值樣本鄰近的相同顏色樣本的平均值，并以該平均值作為該插值樣本處的第一顏色輸出值。
依據(jù)本發(fā)明的再一特色，是提出一種彩色信號插值系統(tǒng)，以對具有交互彩色樣本的信號進行一第一顏色樣本插值運算，該系統(tǒng)包含一感測裝置、一線緩沖裝置、一亮度計算裝置、一邊緣判斷裝置、一重建濾波裝置、一平均裝置、一選擇裝置。該感測裝置提供該具有交互彩色樣本的信號；該線緩沖裝置耦合至該感測裝置，以儲存該信號的彩色樣本；該亮度計算裝置耦合至該線緩沖裝置，用以計算該插值樣本及鄰近彩色樣本的亮度值；該邊緣判斷裝置耦合至該亮度計算裝置，由該亮度值計算該插值樣本處的邊緣(edge)成分值，并判斷該邊緣成分值是否小于一預設(shè)的門檻值；該重建濾波裝置耦合至該線緩沖裝置，以對該插值樣本進行插值計算，以產(chǎn)生一第一顏色的插值；該平均裝置耦合至該線緩沖裝置，以計算該插值樣本鄰近的相同顏色樣本的平均值；該選擇裝置由一原來彩色樣本、該第一顏色插值及該平均值擇一作為該插值樣本處的第一顏色輸出值；其中，當該邊緣成分值小于該預設(shè)門檻值時，選擇該平均值擇一作為該插值樣本處的第一顏色輸出值。
由于本發(fā)明設(shè)計新穎，能提供產(chǎn)業(yè)上利用，且確有增進功效，故依法申請發(fā)明專利。


圖1是一貝爾型式的彩色濾波數(shù)組及插值的示意圖。
圖2是本發(fā)明的彩色信號插值的系統(tǒng)的方塊圖。
圖3A是一感光單元具有綠色時其鄰近綠色像素的示意圖。
圖3B是一感光單元不具有綠色時其鄰近綠色像素的示意圖。
圖4是本發(fā)明線緩沖裝置儲存資料的示意圖。
圖5是本發(fā)明選擇裝置的偽碼的示意圖。
圖6是一富士膠卷微裝置彩色濾波數(shù)組的示意圖。
符號說明感測裝置 210線緩沖裝置 220亮度計算裝置 230邊緣判斷裝置240重建濾波裝置 250平均裝置260選擇裝置 270水平邊緣計算裝置241垂直邊緣計算裝置 242加法器 243比較器 24具體實施方式
圖2是本發(fā)明的彩色信號插值系統(tǒng)的方塊圖，以對具有交互彩色樣本的信號進行一第一顏色(綠色)樣本插值運算。本發(fā)明的彩色信號插值系統(tǒng)是先將像素由RGB領(lǐng)域轉(zhuǎn)換至亮度領(lǐng)域，再計像素的邊緣成分。由于在亮度領(lǐng)域進行邊緣成分評估，故可精確判定欲處理的位置是否為平坦區(qū)域或含邊緣的區(qū)域。該系統(tǒng)包含一感測裝置210、一線緩沖裝置220、一亮度計算裝置230、一邊緣判斷裝置240、一重建濾波裝置250、一平均裝置260及一選擇裝置270。
該感測裝置210提供該具有交互彩色樣本的信號，其為具有貝爾(bayer)彩色濾波數(shù)組的感測裝置。圖3A是一感光單元(photosite)具有綠色時其鄰近綠色像素的示意圖，圖3B是一感光單元不具有綠色時其鄰近綠色像素的示意圖。
線緩沖裝置220耦合至該感測裝置210，以儲存該信號的彩色樣本。于本實施例中，線緩沖裝置220可為具有3條線的線緩沖裝置，其儲存資料如圖4所示。
亮度計算裝置230耦合至該線緩沖裝置220，用以計算該插值樣本及鄰近彩色樣本的亮度值。為配合線緩沖裝置220，亮度計算裝置230可為一3×3的濾波器，其系數(shù)為[1 2 1，2 4 2，1 2 1]，故圖4中G6處的亮度值為1*G1+2*R2+1*G3+2*B5+4*G6+2*B7+1*G9+2*R10+1*G11，同理，圖4中B7處的亮度值為1*R2+2*G3+1*R4+2*G6+4*B7+2*G8+1*R10+2*G11+1*R12。
邊緣判斷裝置240耦合至該亮度計算裝置230，由該亮度值計算該插值樣本處的邊緣(edge)成分值，并判斷該邊緣成分值是否小于一預設(shè)的門檻值Th。邊緣判斷裝置240包含一水平邊緣計算裝置241、一垂直邊緣計算裝置242、一加法器243及一比較器244。
水平邊緣計算裝置241用以計算水平邊緣值Eh，其可為一3×3的濾波器，系數(shù)為[1 2 1，0 0 0，-1 -2 -1]。當亮度計算裝置230輸出的亮度值為[Y1 Y2 Y3，Y4 Y5 Y6，Y7 Y8 Y9]時，水平邊緣值Eh為1*Y1+2*Y2+1*Y3-(1*Y7+2*Y8+1*Y9)。水平邊緣值Eh越小則代表對應處越平坦。垂直邊緣計算裝置242用以計算垂直邊緣值Ev，其可為一3×3的濾波器，系數(shù)為[-1 0 1，-2 0 2，-10 1]。當亮度計算裝置230輸出的亮度值為[Y1 Y2 Y3，Y4 Y5 Y6，Y7 Y8 Y9]時，垂直邊緣值Ev為-1*Y1+1*Y3-2*Y4+2*Y6-1*Y7+1*Y9。垂直邊緣值Ev越小則代表對應處越平坦。
水平邊緣值Eh及垂直邊緣值Ev經(jīng)由加法器243相加獲得一邊緣值E(或平坦值)。邊緣值E與門檻值Th比較，邊緣值若小于門檻值Th，表示對應處是平坦區(qū)域。
重建濾波裝置250耦合至該線緩沖裝置220，以對該插值樣本(Gc、Gc’)進行插值計算，以產(chǎn)生一綠色的插值Gres。Gres可經(jīng)由計算該插值樣本處梯度值(Gradient)，取梯度值較小的方向的平均值產(chǎn)生。對于圖3A的Gc處的梯度值為|G1-G4|及|G2-G3|，其插值Gres可為(G1+G4)/2或(G2+G3)/2。對于圖3B的Gc’處的的梯度值為|G2-G4|及|G1-G3|，其插值Gres可為(G2+G4)/2或(G1+G3)/2。
平均裝置260耦合至該線緩沖裝置220，以計算該插值樣本(Gc、Gc’)鄰近的相同顏色樣本的平均值avG。對于圖3A的Gc處及圖3B的Gc’處的平均值avG為(G1+G2+G3+G4)/4。由于使用平均值運算，故可將綠色感光單元的像素受相鄰的紅色像素及藍色像素的影響降低，而減少干擾現(xiàn)象(crosstalk)。
選擇裝置270由一原來彩色樣本Gc、該綠色插值Gres及該平均值avG擇一作為該插值樣本(Gc、Gc’)處的綠色輸出值Go。對于圖3B的Gc’處的情形，當該邊緣成分值E小于該預設(shè)門檻值Th時，表示Gc’處是平坦區(qū)域，故選擇該平均值avG作為該綠色輸出值Go。當該邊緣成分值E不小于該預設(shè)門檻值Th時，表示Gc’處可能為非平坦區(qū)域，故選擇該插值Gres作為該綠色輸出值Go。
對于圖3A的Gc處的情形，當該邊緣成分值E小于該預設(shè)門檻值Th時，表示Gc處是平坦區(qū)域，Gc處的綠色值應與鄰近像素綠色值相近，故選擇該平均值avG作為該綠色輸出值Go。當該邊緣成分值E不小于該預設(shè)門檻值Th時，表示Gc處可能為非平坦區(qū)域，故選擇該Gc作為該綠色輸出值Go。圖5是該選擇裝置270的偽碼，可輕易轉(zhuǎn)換為Verilog、VHDL或SystemC等硬件描述語言。
本實施例中，感測裝置210為具有貝爾(bayer)彩色濾波數(shù)組的感測裝置，但也可使用如圖6所是的富士膠卷微裝置(Fuji film microdevice)彩色濾波數(shù)組的感測裝置，此是為熟悉該技術(shù)者基于上述說明所能輕易完成。
相較于紅色像素色彩值與藍色像素色彩值，由于綠色像素色彩值含有較大成分的亮度值(luminance)，針對綠色色彩值所做的噪聲衰減(noise reduction)就相對非常重要。本發(fā)明技術(shù)先將像素由RGB領(lǐng)域轉(zhuǎn)換至亮度領(lǐng)域，再計像素的邊緣成分。由于在亮度領(lǐng)域進行邊緣成分評估，故可精確判定欲處理的位置是否為平坦區(qū)域或含邊緣的區(qū)域。故本發(fā)明技術(shù)可避免公知技術(shù)所產(chǎn)生分辨率降低的問題，同時改善因綠色誤差值所造成的干擾現(xiàn)象。
上述較佳具體實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的保護范圍自應以權(quán)利要求所述為準，而非僅限于上述實施例。
權(quán)利要求
1.一種彩色信號插值方法，以對具有交互彩色樣本的信號進行一第一顏色樣本插值，其特征在于該方法包含下列步驟(A)提供該插值樣本鄰近的彩色樣本；(B)計算該插值樣本及鄰近彩色樣本的亮度值；(C)由步驟(B)的亮度值計算該插值樣本處的邊緣成分值；(D)判斷該邊緣成分值是否小于一預設(shè)的門檻值；以及(E)若判定該邊緣成分值小于該預設(shè)的門檻值，則計算該插值樣本鄰近的相同顏色樣本的平均值，并以該平均值作為該插值樣本處的第一顏色輸出值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該步驟(E)若判定該邊緣成分值不小于該預設(shè)的門檻值，則對該插值樣本鄰近的相同顏色樣本進行插值計算，并以該計算的插值作為該插值樣本處的第一顏色輸出值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該步驟(C)是計算該插值樣本的一水平邊緣成分值及一垂直邊緣成分值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于該步驟(D)的邊緣成分值是該水平邊緣成分值及該垂直邊緣成分值之和。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于該插值計算是計算該插值樣本處的梯度值，并取梯度值較小的方向的平均值，作為該插值。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該第一顏色為綠色。
7.一種彩色信號插值方法，以對具有交互彩色樣本的信號進行一第一顏色樣本插值，其特征在于該方法包含下列步驟(A)提供該插值樣本鄰近的彩色樣本；(B)計算該插值樣本的一平坦值；(C)判斷該平坦值是否小于一預設(shè)的門檻值；以及(D)若判定該平坦值小于該預設(shè)的門檻值，則計算該插值樣本鄰近的相同顏色樣本的平均值，并以該平均值作為該插值樣本處的第一顏色輸出值。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該步驟(D)若判定該平坦值不小于該預設(shè)的門檻值，則對該插值樣本鄰近的相同顏色樣本進行插值計算，并以該計算的插值作為該插值樣本處的第一顏色輸出值。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該步驟(B)還包含(B1)計算該插值樣本及鄰近彩色樣本的亮度值；(B2)由步驟(B1)的亮度值計算該插值樣本的一水平邊緣成分值及一垂直邊緣成分值；以及(B3)將該水平邊緣成分值及該垂直邊緣成分值相加，以作為該插值樣本的平坦值。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該插值計算是計算該插值樣本處的梯度值，并取梯度值較小的方向的平均值，作為該插值。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該第一顏色為綠色。
12.一種彩色信號插值系統(tǒng)，以對具有交互彩色樣本的信號進行一第一顏色樣本插值運算，其特征在于該系統(tǒng)包含一感測裝置，提供該具有交互彩色樣本的信號；一線緩沖裝置，耦合至該感測裝置，以儲存該信號的彩色樣本；一亮度計算裝置，耦合至該線緩沖裝置，用以計算該插值樣本及鄰近彩色樣本的亮度值；一邊緣判斷裝置，耦合至該亮度計算裝置，由該亮度值計算該插值樣本處的邊緣成分值，并判斷該邊緣成分值是否小于一預設(shè)的門檻值；一重建濾波裝置，耦合至該線緩沖裝置，以對該插值樣本進行插值計算，以產(chǎn)生一第一顏色的插值；一平均裝置，耦合至該線緩沖裝置，以計算該插值樣本鄰近的相同顏色樣本的平均值；以及一選擇裝置，由一原來彩色樣本、該第一顏色插值及該平均值擇一作為該插值樣本處的第一顏色輸出值；其中，當該邊緣成分值小于該預設(shè)門檻值時，選擇該平均值擇一作為該插值樣本處的第一顏色輸出值。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于該感測裝置為貝爾數(shù)組型式的感測裝置。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于該感測裝置為富士膠卷微裝置型式的感測裝置。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于該亮度計算裝置為一數(shù)字濾波器。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于該亮度計算裝置使用該插值樣本及鄰近彩色樣本的R、G及B信號值，以計算其亮度值。
17.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于該邊緣判斷裝置包含一水平邊緣計算裝置，耦合至該亮度計算裝置，由該亮度值計算該插值樣本處的一水平邊緣值；一垂直邊緣計算裝置，耦合至該亮度計算裝置，由該亮度值計算該插值樣本處的一垂直邊緣值；一加法器，耦合至該水平邊緣計算裝置及該垂直邊緣計算裝置，將該水平邊緣值與該垂直邊緣值相加，以輸出該邊緣成分值；以及一比較器，耦合至該加法器，用以判斷該邊緣成分值是否小于一預設(shè)的門檻值。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于該水平邊緣計算裝置為一數(shù)字濾波器。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于該垂直邊緣計算裝置為一數(shù)字濾波器。
全文摘要
本發(fā)明提出一種彩色信號插值的系統(tǒng)及方法，以對具有交互彩色樣本的信號進行一綠色樣本插值，該方法包含下列步驟(A)提供該插值樣本鄰近的彩色樣本；(B)計算該插值樣本及鄰近彩色樣本的亮度值；(C)由步驟(B)的亮度值計算該插值樣本處的邊緣成分值；(D)判斷該邊緣成分值是否小于一預設(shè)的門檻值；(E)若判定該邊緣成分值小于該預設(shè)的門檻值，則計算該插值樣本鄰近的相同顏色樣本的平均值，并以該平均值作為該插值樣本處的第一顏色輸出值。
文檔編號H04N9/04GK1835598SQ20051005532
公開日2006年9月20日 申請日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月15日
發(fā)明者吳政育 申請人:凌陽科技股份有限公司