CN100342719C - 图像信号处理装置 - Google Patents
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Abstract
在进行利用非线性变换特性的灰度修正处理的图像信号处理装置中,抑制干扰成分所导致的画面质量劣化。将图像信号分别输入到透射特性不同的LPF(40、42)中,用选择器(44)选择那些LPF的输出,并向γ修正电路转交。选择器(44)的切换是利用滤波控制电路(32)来进行的。在滤波控制电路(32)中,比较器(60)比较对象像素的信号电平与阈值R。在对象像素的信号电平属于小于变换特性大的R的区域的情况下,控制选择器(44),以便选择截止频率低于LPF(40)的干扰成分除去效果大的LPF(42)的输出。
Description
技术领域
本发明涉及进行图像信号的灰度修正的图像信号处理装置,特别涉及基于非线性特性的灰度修正处理中的干扰的抑制。
背景技术
作为数码相机等摄像装置的图像质量之一,有灰度,一般设有修正其的灰度修正电路。灰度修正电路按照规定的变换特性函数,变换所输入的图像信号的信号电平后输出。例如,γ修正电路也是灰度修正用的电路。图6是表示变换特性的示意性曲线。变换特性一般为非线性,在变换特性曲线中斜率大于1的部分中,灰度被拉长(即,相对于输入图像信号的变化,输出图像信号的变化相对较大),相反,在斜率小于1的部分,灰度被压缩(即,相对于输入图像信号的变化,输出图像信号的变化相对较小)。在通常的灰度调整中,如图6所示,相对比较低的输入图像信号电平的范围,将变换特性斜率设定得大,以确保对比度(灰度);另一方面,在比较高的输入图像信号电平的范围内,缩小变换特性的斜率,抑制对比度。
图7是表示现有的图像信号处理装置的构成的框图。从CCD(ChargeCoupled Device:电荷耦合元件)图像传感器等摄像元件2输出的图像信号,经过模拟信号处理电路4中的处理后,在A/D变换电路6中变换为数字数据,输入到数字信号处理电路8。为了除去成为莫尔条纹原因的干扰,数字信号处理电路8具备低通滤波器(LPF)10。LPF10针对垂直、水平各方向陷波取样频率的1/2频率成分。并且,数字信号处理电路8还进行颜色分离、γ修正、轮廓修正等的信号处理。例如,γ修正电路12对来自LPF10的输入图像信号,根据如图6所示的非线性变换特性,进行变换信号电平的处理。
在如图6所示的变换特性斜率大的图像信号电平中,存在:包含在图像信号中的干扰成分(随机干扰、横拉干扰)也变大的问题。特别是在低输入图像信号电平中,因为相对于图像信号的干扰成分的比率相对较大,在如图6所示的、低输入图像信号电平中变换特性的斜率大的情况下,放大的干扰成分所导致的画面质量劣化变得显著。
发明内容
本发明是为了消除上述问题而进行的,其目的在于,在进行利用非线性变换特性的灰度修正处理的图像信号处理装置中,抑制干扰成分所导致的画面质量劣化。
本发明的图像信号处理装置,其中包括:滤波电路,其是一种串联配置在灰度修正电路中、衰减图像信号所包含的干扰成分的电路,可以变更相对于所述干扰成分的衰减特性;和滤波控制电路,其判定对应于每一个像素的所述图像信号的信号电平,根据该信号电平,选择相对于该像素的所述滤波电路的所述衰减特性。
在本发明的其他图像信号处理装置中,根据所述灰度修正电路的灰度的拉长度,设定多个信号电平范围;所述滤波控制电路根据被检测出的所述信号电平所属的所述信号电平范围,设定所述滤波电路的所述衰减特性。
本发明的优选形态是一种图像信号处理装置,其中所述滤波电路是由数字滤波器构成的低通滤波器;所述滤波控制电路变更所述数字滤波器的抽头系数来变更所述低通滤波器的截止频率。
本发明的其他优选形态是一种图像信号处理装置,其中所述滤波电路具有中值滤波器处理功能;所述滤波控制电路切换:是否执行中值滤波器处理或者中值滤波器的滤波器尺寸。
根据本发明,对应于灰度修正处理的变换特性斜率根据信号电平而变化,使干扰成分衰减的滤波电路的衰减特性也根据信号电平而变化。即,在滤波检测电路中判定画面内变化的图像信号的信号电平,在其信号电平为由于变换特性而使干扰成分变大的电平的情况下,滤波控制电路将滤波电路的衰减特性变更为提高相对于干扰成分的衰减能力的衰减特性。由此,在干扰成分被允许的信号电平中,通过设定相对于干扰成分的衰减能力较低的衰减特性,来维持适当的分辨率,另一方面,在干扰成分变大的信号电平中,通过设定相对于干扰成分的衰减能力较高的衰减特性,从而可以适当抑制干扰所引起的画面质量劣化。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式的图像信号处理装置的构成的概略框图。
图2是表示用来说明本发明的γ修正电路的变换特性一例的示意性曲线。
图3是表示滤波电路和滤波控制电路的一例的概略电路构成的框图。
图4是表示LPF透射特性的频率特性图。
图5是表示滤波电路和滤波控制电路的另一例的概略电路构成的框图。
图6是表示γ修正电路的变换特性的示意性曲线。
图7是表示现有的图像信号处理装置的构成的框图。
图中:20-摄像元件,22-模拟信号处理电路,24-A/D变换电路,26-数字信号处理电路,28-滤波电路,30-γ修正电路,32-滤波控制电路,40、42-LPF,44、74-选择器,60-比较器,62-DFF,64-AND电路,70-行存储器,72-中间值运算电路。
具体实施方式
下面,根据附图说明本发明的实施方式(以下称为实施方式)。
图1是表示作为本发明的实施方式的图像信号处理装置的构成的概略框图。根据从摄像元件20输出的图像信号,生成进行过灰度修正的图像数据。在此,摄像元件20为CCD图像传感器,从摄像元件20输出的图像信号Y0(t)被输入到模拟信号处理电路22中。模拟信号处理电路22对图像信号Y0(t)实施取样保持、自动增益控制(AGC:Auto GainControl)等处理,生成遵照规定格式的图像信号Y1(t)。A/D变换电路24将从模拟信号处理电路22输出的图像信号Y1(t)变换为数字数据,输出图像数据D0(n)。数字信号处理电路26从A/D变换电路24取入图像数据D0(n),进行各种处理。在此,为了除去莫尔条纹干扰、随机干扰、横拉干扰等干扰成分,数字信号处理电路26具备作为低通滤波器的滤波电路28。滤波电路28可以改变透射特性,由此改变对干扰成分的衰减特性。滤波控制电路32根据图像信号的信号电平,进行滤波电路28的透射特性的变更控制。γ修正电路30对来自滤波电路28的图像信号,根据非线性变换特性进行变换信号电平的处理,并作为图像数据D1(n)来输出。另外,数字信号处理电路26还可以进行颜色分离、轮廓修正等其他的信号处理,但在此省略说明。
图2是表示γ修正电路30的变换特性一例的示意性曲线,图中,横轴表示输入图像信号的信号电平,纵轴表示输出图像信号的信号电平。
图3是表示滤波电路28和滤波控制电路32的概略电路构成的框图。滤波电路28构成为包括:透射特性不同的两个LPF40、42和选择这些输出的任一个的选择器44。LPF40、42分别包括垂直方向相关的LPF(VLPF)和水平方向相关的LPF(HLPF)而构成。
LPF40、42任意的VLPF也陷波以垂直取样频率fv的1/2为中心的频率成分,并且LPF40、42任意的HLPF也陷波以水平取样频率fh的1/2为中心的频率成分。图4是分别表示LPF40、42的透射特性的一例的频率特性图,取样频率f意味着垂直取样频率fv或水平取样频率fh。LPF40、42均在取样频率f的1/2处具有极小点,在其附近使输出信号衰减,但其被衰减的频带宽度不同。由于LPF40的特性50在滤波中不损失图像分辨率,故将其截止频率设定为高,其结果,在f/2处具有陡峭的衰减特性。另一方面,LPF42的特性52,和特性50相比较,使截止频率降低,设定成具有平缓的衰减特性。其结果,LPF42在更宽频带中产生衰减,与LPF40相比,具有相对于干扰成分高的衰减度。并且,LPF40、42可以由数字滤波器来构成,通过改变其抽头系数,从而可以实现特性50、52。
滤波控制电路32构成为包括:比较器60、多个延迟触发器(Delay FlipFlop:DFF)62的串联连接和AND电路64。图像信号输入到比较器60中,比较器60比较图像数据D0(n)和阈值数据R,例如在D0(n)≥R的情况下,输出逻辑值“H”,在D0(n)<R的情况下,输出逻辑值“L”。在此,阈值R在图2所示的γ修正的变换特性中作为将输入信号范围二分为斜率比较大的低信号电平侧的区域I和斜率比较小的高信号电平侧的区域II的信号电平而被定义。比较器60的输出数据输入到DFF62-1,串联连接的DFF62-1~DFF62-4分别使输入数据与水平取样的时钟同步,按顺序传输到后段。在AND电路64中,输入比较器60的输出和DFF62-1~DFF62-4的每一个输出。AND电路64在沿水平方向连接的五个像素的每一个信号电平都为阈值R以上的情况下,输出逻辑值“H”,另一方面,在五个像素的至少任意一个信号电平小于阈值R的情况下,输出逻辑值“L”。
选择器44在AND电路64的输出为H的情况下,作为进行相对于其输出根源的五个像素的中央像素的滤波处理的LPF,选择相对于干扰成分的衰减度比较低、确保分辨率的LPF40,并将其输出转交给γ修正电路30。另一方面,选择器44在AND电路64的输出为L的情况下,作为进行相对于其输出根源的五个像素的中央像素的滤波处理的LPF,选择相对于干扰成分的衰减度比较高的LPF42,并将其输出转交给γ修正电路30。
并且,在本装置中,构成为:利用多个DFF62和AND电路64,根据邻接的多个像素的信号电平与阈值R的比较结果来切换选择器44。根据该构成,可以避免:在具有接近R的信号电平的像素区域中,频繁发生LPF40、42的转换而降低画面质量的现象。为了达到该目的,也可以利用OR电路来替代AND电路64。另外,也可以将成为AND处理(或OR处理)的对象的像素数目从五个增减的构成。此外,作为根据只将位于滤波对象位置的一个像素的图像数据与阈值R比较的结果来切换选择器44的构成,也可以谋求电路的简化。
图5是表示滤波电路28和滤波控制电路32的另一例概略电路构成的框图。在该构成中,滤波电路28构成为包括:由行存储器70-1~70-3和中间值运算电路72构成的中值滤波器;和选择中值滤波器的输出或不介由该中值滤波器的图像信号的任意一个的选择器74。滤波控制电路32可以做成与图3所示构成同样的构成,利用其输出可以切换选择器74。
在此,中值滤波器的滤波器尺寸为3×3像素,对应于这些,采用保持连续的三行份图像数据的行存储器70-1~70-3。行存储器70-1~70-3是互相串联连接,输入到行存储器70-1中的一行份的图像数据联动后续行的输入,按顺序移动到行存储器70-2、行存储器70-3。中间值运算电路72从行存储器70-1~70-3取得构成3×3像素的像素区域的9像素份的图像数据,将这些的中央值作为该像素区域的中心像素的值,向选择器74输出。而另一方面,从行存储器70-2向选择器74输入该中心像素的原来的图像数据。
滤波控制电路32从行存储器70-2取得中心像素和其前后各两个像素的图像数据,在这五个像素的图像数据都为R以上的情况下,控制选择器74,从选择器74向γ修正电路30输出中心像素的原来的图像数据,另一方面,在五个像素的图像数据的至少任意一个小于R的情况下,从选择器74输出中间值运算电路72的输出值。
而且,在图3所示的滤波控制电路32中,在AND电路64中取逻辑积的像素数与中值滤波器的滤波尺寸配合,可以为3。另外,在此,虽然构成为选择滤波器尺寸为3×3像素的中值滤波器和不实施中值滤波处理的原来图像数据的任一个,但也可以是:具备滤波器尺寸不同的多个中值滤波器,根据滤波控制电路32的信号电平的判定结果,选择其输出的构成。例如,可以构成为:具备滤波器尺寸为3×3像素的中值滤波器和5×5像素的中值滤波器,在包括中心像素的五个像素的图像数据都为R以上的情况下,滤波控制电路32选择滤波器尺寸为3×3像素的中值滤波器的输出,另一方面,在五个像素的图像数据的至少任意一个小于R的情况下,滤波控制电路32选择干扰除去效果更大的5×5像素的中值滤波器的输出。
另外,滤波电路28可以组合:切换图3所示的LPF的构成和利用图5所示的中值滤波器的构成。例如,可以将选择器44的输出连接在行存储器70-1的输入上,以便组合两个构成。
在上述构成中,根据γ修正电路30的变换特性斜率,设定一个阈值R,利用该R将输入的图像信号的信号电平区分为两个信号电平范围;但也可以区分为更多的信号电平范围。这种情况下,可以构成为:根据每一个范围中的变换特性斜率,设置干扰成分的衰减度不同的滤波器,用选择器选择那些输出并转交给γ修正电路30。
上述的说明是专门考虑单色CCD图像传感器的装置,但是,本发明的图像信号处理装置,也可以适用于从装载了多色构成的彩色滤波器的CCD图像传感器输出的图像信号。例如,在处理来自装载了嵌镶彩色滤波器的图像传感器的图像信号的情况下,可以构成为:滤波控制电路32的信号电平判定、LPF40、42中的滤波、和中间值运算电路72的中值滤波器处理是对亮度信号进行,或分别利用周期性配置在垂直方向、水平方向上的相同颜色相对应的像素来进行。
Claims (4)
1、一种图像信号处理装置,其中具备根据非线性特性变换图像信号并进行灰度修正处理的灰度修正电路,其特征在于,包括:
滤波电路,其是一种串联配置在灰度修正电路中、衰减图像信号所包含的干扰成分的电路,可以变更相对于所述干扰成分的衰减特性;和
滤波控制电路,其判定对应于每一个像素的所述图像信号的信号电平,根据该信号电平,选择相对于该像素的所述滤波电路的所述衰减特性。
2、根据权利要求1所述的图像信号处理装置,其特征在于,
根据所述灰度修正电路的灰度的拉长度,设定多个信号电平范围;
所述滤波控制电路根据被检测出的所述信号电平所属的所述信号电平范围,设定所述滤波电路的所述衰减特性。
3、根据权利要求1所述的图像信号处理装置,其特征在于,
所述滤波电路是由数字滤波器构成的低通滤波器;
所述滤波控制电路变更所述数字滤波器的抽头系数来变更所述低通滤波器的截止频率。
4、根据权利要求1~3中任一项所述的图像信号处理装置,其特征在于,
所述滤波电路具有中值滤波器处理功能;
所述滤波控制电路切换:是否执行中值滤波器处理或者中值滤波器的滤波器尺寸。
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