JP2004513580A - カラーカメラにおけるカラー信号の処理 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ／Ｄ変換ステップの間に発生する量子化誤差が、標準化された信号の少なくとも一つに残存してしまうことに対処し、かつ完全に処理された信号における量子化誤差を最小にすること。
【解決手段】アナログカラー信号の処理方法であって、デジタル量子化誤差の低減させられた量を生じる前処理されたアナログ信号を得るために、センサー出力信号をアナログ前処理することと（２， ３）、前記前処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換することと（５）と、前記デジタル信号から、第一基本カラー信号、第二基本カラー信号および第三基本カラー信号を再生することと（７）、標準化された信号を得るために前記基本カラー信号を補正すること（９）とを有し、前記補正ステップが、前記第一、第二および第三基本カラー信号を含む３つのカラー信号マトリックスと、前記前記アナログ前処理ステップ（２， ３）に依存する係数を含む補正マトリックスとの乗算を有する、処理方法および装置。第一実施例において、アナログ前処理は、白色バランス調整を含む。第二実施例においては、補正マトリックスの水平総計値が、１より大きい水平総計値に対しては、１に調整され、アナログ前処理が、全体の処理乗算が確実に従来技術のものと同じにとどまるように、対応する乗算をアナログ前処理に有する。本発明は、さらに、センサー出力信号生成するＲＧＢバイエルセンサーを有するカラーカメラ、および上述の処理装置にも関する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、カラーカメラにおけるカラー信号を処理する方法および装置、並びにこのような装置を有するカラーカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーカメラの場合、白色バランスは、所定の照明の下でのそのカメラによる中立白色画像が、出力レベルが等しい赤、緑および青信号として表される時に、達成される。シーンの照明が変化すると、通常、カラーカメラにより生成されるＲＧＢ表示も、変化するので、白色バランスが必要となる。ある環境においては、ある照明条件に対するカラーカメラの白色バランスは、他の照明条件に対する白色バランスとは、一致しないであろう。この結果、例え、人間の観測者が、２つの異なる照明の下で対象物が同じカラーを有すると認識しても、２つの異なる照明下の対象物が、２つの異なるＲＧＢ表示を有することがあり得る。公知のカメラの場合、画像はＲＧＢセンサーにより捕らえられる。各々の信号が、基本カラーの一つにおける利得に対応する場合、このセンサーの出力は、基本アナログカラー信号を含む。これらのアナログカラー信号は、続いて、少なくとも一つのデジタル信号に変換される。この少なくとも一つのデジタル信号には、さらには、再生信号を得るための再生方法の処理が行われる。再生された信号は、第一基本カラー信号Ｒ、第二基本カラー信号Ｇおよび第三基本カラー信号Ｂを有する。これらの再生された信号には、さらに、世界的に受け入れられている標準化信号を得るための補正方法の処理が行われる。この補正方法には、第一、第二および第三基本カラー信号Ｒ、ＧおよびＢを含む３つのカラー信号マトリックスに、９つの調整可能な係数を含む補正マトリックスを乗算することが、含まれる。この時、通常のカラーカメラの場合、白色バランス法が、標準化された信号に適用される。
【０００３】
この方法の問題点は、Ａ／Ｄ変換ステップの間に発生する量子化誤差が、標準化された信号の少なくとも一つに残存してしまうことである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、この問題に対処し、かつ完全に処理された信号における量子化誤差を最小にすることである。この目的のために、本発明は、独立請求項に記載の処理方法および装置並びにカラーカメラを提供する。従属項は、有利な実施例を規定する。
【０００５】
好ましくは、本発明は、
デジタル量子化誤差が低減した量を生じさせる前処理されたアナログ信号を得るために、センサー出力信号をアナログ前処理するステップと、
前記前処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するステップと、
前記デジタル信号から、第一基本カラー信号、第二基本カラー信号および第三基本カラー信号を再生するステップと、
前記補正ステップが、前記第一、第二および第三基本カラー信号を含む３つのカラー信号マトリックスと、前記前記アナログ前処理ステップに依存する係数を含む補正マトリックスとの乗算を有する、標準化された信号を得るために前記基本カラー信号を補正するステップとを有する、アナログカラー信号処理方法および装置を提供する。
【０００６】
第一実施例の場合、アナログ前処理には、白色バランス調整が含まれる。アナログカラー信号を少なくとも一つのデジタル信号に変換する前に白色のバランス法を適用することの利点は、少なくとも一つの基本カラー信号における量子化誤差が最小化されることである。この方法およびこのカメラの利点は、白色バランス法を、量子化誤差が無い信号に適用するので、完全に処理された信号における量子化誤差を最終的に下げることが出来る点である。
【０００７】
第二実施例においては、補正マトリックスの水平総計値が、１より大きい水平総計値に対しては、１に調整され、アナログ前処理が、全体の処理乗算が確実に従来技術のものと同じにとどまるように、対応する乗算をアナログ前処理に有する。利点は、この乗算により、量子化誤差がより小さくなることである。そして、増幅が、量子化誤差がより小さくなることによる影響を受けないことである。
【０００８】
【発明を実施するための形態】
本発明のこれらのそしてまた他の観点は、以下に記載する実施例を参照して、明らかになるであろう。
【０００９】
カラーカメラにおいて基本カラー信号を処理する本発明の何れの方法においても、光は、集められ、そしてレンズＬによりセンサー１に向けられる。そして、ＲＧＢバイエルセンサーが、カラー信号が、（線上に交互にＲＧＲＧ．．．およびＧＢＧＢ　 ．．．のように）センサーのカラーマスクに従って多重化されている単一信号を、供給することが好ましい。信号は、基本カラーにおける利得に対応する。図１に示される本発明の第一態様によると、これらの信号は、白色バランス法３に従って予め処理され、そして、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）５に与えられる。この時、センサー出力信号が、各ピクセルに対してこれらのＲＧＢ信号の一つしか有していなかった場合に、デジタル信号には、各ピクセルに対し全ての３つのＲＧＢ信号を生成するＲＧＢ再生ユニット７によって実行される再生方法の処理が行われる。再生された信号は、第一基本カラー信号Ｒ、第二基本カラー信号Ｇおよび第三基本カラー信号Ｂを有する。これらの基本カラー信号は、世界中のテレビジョン受信機およびＰＣモニタに採用されているＥＢＵ標準信号に補正することが必要である。この補正は、第一、第二および第三基本カラー信号Ｒ， Ｇ， Ｂを含む３つのカラー信号マトリックスと、ａ_ｘｙ（ｘが、１、２または３で、かつｙが、１， ２または３）と呼ばれる９つの調整可能な係数を含む補正マトリックスとの乗算を有する。数学的には、この式は、

のように表される。ここで、Ｒ_ｏ， Ｇ_ｏ， Ｂ_ｏは、出力ＲＧＢ信号で、Ｒ_ｉ， Ｇ_ｉ， Ｂ_ｉは、マトリックス９の入力ＲＧＢ信号である。標準化された出力信号Ｒ_ｏ， Ｇ_ｏおよびＢ_ｏは、次いで、処理されて、かつ白色バランス測定−および−マトリックス−制御−ユニット Ａに与えられる。それらがそのシーンに分布する場合、それがピクセルの数を制限することが出来るオプションのもとに、このユニットＡにより、全部のシーンについて測定された各カラーの総貢献が、測定される。本発明の方法をより詳細に示すために、Ｗｏｒｌｄ Ｇｒａｙ Ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ法が、白色バランス法の一例として適用される。ＷＧＡ法の場合、ａｗｂＲは、赤の総貢献／緑の総貢献で、ａｗｂＢは、ユニットＡにより測定され／決定される、青の総貢献／緑の総貢献である。標準化された信号Ｒ_ｏ， Ｇ_ｏおよびＢ_ｏに基づくこれらのパラメータａｗｂＲおよびａｗｂＢは、白色バランス法の調整に使用される。アナログ基本カラー信号Ｒ_ａ， Ｇ_ａおよびＢ_ａに適用される白色バランス法は、この時、白色−バランス−測定−および−マトリックス−制御−ユニット Ａに含まれるパラメータとの乗算に関する。白色バランス法としてＷＧＡ方法を使用すると、調整は、

に従う基本カラー信号Ｒ_ａ， Ｇ_ａ， Ｂ_ａの乗算に関することになろう。この結果、赤と青に対する白色のバランス利得は、緑のそれに正規化される。ＲＧＢ再生ユニット７の入力は、

となり、記号「’」は、信号に、白色バランス法の処理が行われた事実を示す。
【００１０】
標準化のための補正方法の処理後、すなわち、マトリックスを乗算させた後、基本カラー信号は、

となる。
【００１１】
マトリックス係数が　白色バランス３がマトリックス９の前に行われる図１の状況に対して有効となるであろうセッティングに、白色バランス法が、マトリックス９の後に行われる従来技術の状況に対し有効であるこれらの値から、調整されなければならないことは、明確にしておく必要がある。この目的のために、白色バランス法がマトリックスと信号の乗算の後に行われる状況に対して、白色バランス法の出力が計算される。ＷＧＡ法が適用されると仮定すると、出力は、

となるであろう。
【００１２】
式４と５を比較すると、元のマトリックス係数ａ_ｘｙを、マトリックス係数ｂ_ｘｙに調整しなければならないことは、明確である。ここで、ｘは１， ２， ３、かつｙは１， ２または３、

である。
【００１３】
マトリックス係数に対する新規な値は、増幅器制御およびマトリックス制御ユニットにより計算される。計算は、理想的には、マイクロコントローラにより実行される。この場合、この方法は、連続的に適用できる。マトリックス９の出力で、ガンマ補正およびＲＧＢ−ＹＵＶ変換（両方とも図示されていない）を行っても良い。
【００１４】
本発明の別の態様に従って、量子化誤差を低減させるために有用な他の方法が、図２に示されている。この方法の場合、アナログカラー信号は、増幅器２により増幅される。このために、アナログカラー信号には、以下に詳しく述べられるように少なくとも１のファクタが乗算される。この方法を概説すると、水平マトリックス係数の総計は、

のように書ける。
【００１５】
より具体的には、この方法は、ファクタｃＲ， ｃＧ およびｃＢと、センサー１からの第一、第二および第三アナログ基本カラー信号Ｒ_ａ， Ｇ_ａおよびＢ_ａとの乗算に関する。これらの値ｃＲ， ｃＧおよびｃＢは、次のルール

により決定される。
【００１６】
元の信号振幅を維持するために、再生された信号には、増幅に対する補償処理が必要である。したがって、標準化に対する補正は、

となるべきである。
【００１７】
元のマトリックスの係数

は、次のルール

に従って、新規なマトリックス係数係数ｂ_ｘｙ（ｘ は、１， ２または３で、ｙ は、１， ２または３である）により置換させる必要がある。これに対し、公知の方法に比較して量子化誤差が低い、補償された再生信号に、白色バランス法１１を適用することができる。マトリックス係数を新しく導出されたマトリックス係数により置換することは、例えば、カメラをスイッチオンするときのみに、一回行えば良い。ｂ_ｘｙによるａ_ｘｙの置換および増幅器の調整は、増幅器制御及びマトリックス制御ユニットＢにより実行される。
【００１８】
本発明の顕著な態様には、カメラ機能（補正マトリックスの白色バランスまたはデフォルト調整）をデジタルドメインからアナログドメインにシフトさせることにより、デジタル量子化を向上させる技術思想が含まれる。ＲＧＢバイエルイメージセンサからの多重化アナログ生データについて白色バランスを実現することは、赤および青カラー信号における量子化誤差の発生がより少なくなることを意味する。デジタル量子化の向上のためには、アナログドメインにおいて白色バランスが連続的に変化する場合、デジタルドメインにおけるマトリックスも、連続的に補正することが好ましい。これによって、まずマトリックスを使用し、その後、白色バランスを使用する完全にデジタル化された方法と同等に、色再現は、維持される。これに代えて、アナログドメインの場合、補正マトリックス係数の水平総計は、デジタルドメインにおいて、水平総計が、ほとんど１となるように調整される。ここに使用された方法は、色再現のメンテナンスを保証し、かつ、例えば、カメラをスイッチするときのみ、一度だけ実行すれば良い。
【００１９】
ここでは、本発明の実施例が詳細に記述されたが、本発明が、これらの正確な実施例に限定されることがないこと、および添付の請求項に記載の本発明の範囲内において、当業者が変更および修正を行うことが出来ることは、理解されるべきである。請求項において、括弧間に置かれたいかなる引用符号も、請求項を制限しないことは理解すべきである。「を有している」という語は、請求項に記載されている素子またはステップ以外の存在を除外するものではない。冠詞「ａ」または「ａｎ」が、このような素子の複数の存在を除外することはない。本発明は、異なったいくつかの素子を有するハードウェアによって、かつ適切にプログラムされたコンピュータによって、実行することができる。いくつかの手段を列挙している装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、全く同一のハードウェアにより具体化させることができる。ある手段が相互に異なる従属項に詳述されている事実から、これらの手段の組合せを、有利に使用することができないと言うことは出来ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一態様に従う方法の実施例を示す。
【図２】本発明の第一態様に従う方法の実施例を示す。
【符号の説明】
１　センサー
３　白色バランス法
５　アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）
７　ＲＧＢ再生ユニット
９　マトリックス
１１　白色バランス法

Claims (9)

1. アナログカラー信号の処理方法であって、
   デジタル量子化誤差が低減した量を生じさせる前処理されたアナログ信号を得るために、センサー出力信号をアナログ前処理するステップと、
   前記前処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するステップと、
   前記デジタル信号から、第一基本カラー信号、第二基本カラー信号および第三基本カラー信号を再生するステップと、
   前記補正ステップが、前記第一、第二および第三基本カラー信号を含む３つのカラー信号マトリックスと、前記前記アナログ前処理ステップに依存する係数を含む補正マトリックスとの乗算を有する、標準化された信号を得るために前記基本カラー信号を補正するステップとを有する、処理方法。
2. 前記アナログ前処理ステップが、白色バランス調整を含む請求項１の方法。
3. ａｗｂＢが、青の総貢献を緑の総貢献により除したものに等しく、かつａｗｂＲが、赤の総貢献を緑の総貢献により除したものに等しく、さらに赤、緑および青の前記総貢献が、前記標準化された信号から決定されている、係数ｂ_ｘｙ
   

   

   により、補正マトリックス係数ａ_ｘｙを置換する前記アナログ前処理ステップに、前記補正マトリックスの前記係数が、依存する請求項２の方法。
4. 前記センサー出力信号が、第一、第二および第三アナログカラー信号Ｒ_ａ， Ｇ_ａおよびＢ_ａを有し、かつ当該アナログ前処理ステップが、
   ｃＲ
   ｃＧ
   ｃＢ
   を、前記カラー信号に、それぞれ、乗算するステップを有し、
   ここで、
   

   

   であり、
   

   

   のもとで、
   ａ_ｘｙが、前記補正マトリックスが前記アナログ前処理ステップを受けない前記係数で、かつ、前記補正マトリックスの前記係数ａ_ｘｙが、
   

   

   である係数ｂ_ｘｙにより置換される、請求項１の処理方法。
5. アナログカラー信号を処理する装置であって、
   デジタル量子化誤差の低減させられた量を生じる前処理されたアナログ信号を得る、センサー出力信号をアナログ前処理する手段と、
   前記前処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換する手段と、
   前記デジタル信号から、第一基本カラー信号、第二基本カラー信号および第三基本カラー信号を再生する手段と、
   標準化された信号を得るために前記基本カラー信号を補正する手段とを有し、
   前記補正手段が、前記第一、第二および第三基本カラー信号を含む３つのカラー信号マトリックスと、前記アナログ前処理手段に依存する係数を含む補正マトリックスとを乗算する手段を有する、装置。
6. 前記アナログ前処理手段が、白色バランス調整を実行する手段を含む請求項５の装置。
7. ａｗｂＢが、青の総貢献を緑の総貢献により除したものに等しく、かつａｗｂＲが、赤の総貢献を緑の総貢献により除したものに等しく、さらに赤、緑および青の前記総貢献が、前記標準化された信号から決定されている、係数ｂ_ｘｙ
   

   

   により、補正マトリックス係数を置換する前記アナログ前処理ステップに、前記補正マトリックスの前記係数が、依存する、請求項６の方法。
8. 前記センサー出力信号が、第一、第二および第三アナログカラー信号Ｒ_ａ， Ｇ_ａおよびＢ_ａを有し、かつ
   当該アナログ前処理手段が、前記カラー信号に、それぞれ、
   ｃＲ
   ｃＧ
   ｃＢ
   を乗算することを含み、
   ここで
   

   

   で、ａ_ｘｙが、前記補正マトリックスが前記アナログ前処理ステップを受けない前記係数で、かつ、前記補正マトリックスの前記係数ａ_ｘｙが、
   

   

   の係数ｂ_ｘｙにより置換される、請求項５の装置。
9. センサー出力信号を生成するセンサーと、請求項５に記載の装置を有するカラーカメラ。

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