边缘消色差电路和方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于数字摄像机信号处理的边缘消色差电路和方法，尤其涉及一种使用单板图象拾取元件的数字摄像机信号处理中除去图像边缘伪色的边缘消色差电路和方法。
背景技术
按照惯例，在使用单板图象拾取元件的数字摄像机中，随着摄像机的画面质量的提高，使出现在图像边缘的伪色成为不能忽视的问题。因此，要求抑制伪色以获得高画质。
为了满足该要求，例如，在日本实用新型公开号为NO.070773/1998名称为“消色差边缘处理电路”已经公开了，建议抑制亮度信号地边缘部分的色信号的幅度从而抑制图像边缘的伪色。
图6表示以上指定的文件中公开的消色差边缘处理电路的通常的结构。参照图6，示出的消色差边缘处理电路包括图像传感器(CCD)45，放大器(AMP)46、52和53，自动增益控制和γ变换电路(AGC/γ)47，低通滤波器(LPF)48和49，带通滤波器(BPF)50，边缘提取电路51，色分离电路54，白平衡(WB)电路55，色度调制电路56，YC混合电路57和输出端58。
图像传感器45的输出经过放大器46和自动增益控制和γ变换电路47获得增益控制和γ校正。自动增益控制和γ变换电路47的输出由低通滤波器48限制频带从而转换为包括很多高频成分的亮度信号YH，并且由低通滤波器49限制频带从而转换为不包括很多高频成分的亮度信号YL。而且，自动增益控制和γ变换电路47的输出被带通滤波器50限制频带。带通滤波器50的输出被色分离电路54转换为色信号R和B。
色信号R和B以及不包括很多高频成分的亮度信号YL通过白平衡电路55进行色平衡和算术操作，从而它们将分别转换为色差信号R-Y和B-Y。色差信号R-Y和B-Y由色度调制电路56转换为视频信号的色度信号再输入到放大器53。其间，不包括很多高频成分的亮度信号YH被边缘提取电路51转换为边缘信号，边缘信号被放大器52整形并输入到放大器53。放大器53执行色度信号的增益控制，从而当边缘信号的数量减小时可以增加色度信号的幅度，并且当边缘信号的数量增加时可以减小色度信号的幅度。
照这样，在以上指出的文件中公开的消色差电路边缘处理电路从包括相当小数量的高频成分的亮度成分中提取边缘成分并用提取出的信号执行色度信号的增益控制来抑制伪色。
然而，在以上提到的文件中公开的消色差边缘处理电路中，因为对色度信号的增益控制是通过亮度的边缘信号执行的，所以对已经执行了γ校正的的具有非线性特征的信号执行处理。因此，当信号最终恢复为图像时，消色差边缘处理电路有图象被不自然地抑制的问题。
而且，色差信号被用来分界的地方，色度信号必须被解码回到色差信号。如果色度信号是NTSC系统的色度信号，则由于色差信号受到低通滤波器和带通滤波器的频带限制，消色差边缘处理电路有另一个色信号带宽消失和分辨率恶化的问题。
而且，因为当边缘信号的电平高时增益降低的特征转变为增加的特征，所以消色差边缘处理电路还有应用数字信号处理时要求电路规模大的问题。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种边缘消色差电路和方法，通过它可以消除输出图像的彩色，同时保持亮度，不使输出图像不自然并不增大电路规模。
为了达到上述目的，按照本发明，采用通常用作数字摄像机信号处理的电路的多路化信号的电路，并且在执行γ校正之前处理具有线性特征的信号。
特别是，按照本发明的一个方面，提供一种边缘消色差电路，包括用于在γ校正处理为亮度信号前把从输入端组输入的第一色信号转换为亮度信号的亮度信号转换装置，用于对亮度信号和第一色信号进行算术运算以获得色差信号的第一减法器，用于从亮度信号中检测边缘信号的边缘检测器，用于把边缘信号转换为绝对值的绝对值运算装置，用于把来自绝对值运算装置的绝对值和从输入端组输入的第一系数信号相乘以控制值的增益的第一乘法器，用于从控制的增益值和从输入端组输入的限制电平设定信号获得第二输出系数的电平限制装置，用于把第二输出系数和从第一减法器输出的色差信号相乘的第二乘法器，和用于算术运算第二乘法器相乘的结果和第一色信号以获得从边缘消色差电路输出的第二色信号的第二减法器。
按照本发明的另一方面，提供一种边缘消色差电路，包括用于在执行γ校正前可转换地输出从输入端组输入的第一色信号和第二色信号的转换装置，用于将从转换装置可转换地输入的第一色信号或第二色信号亮度信号转换为亮度信号的亮度转换装置，用于算术运算亮度信号和从转换装置可转换地输入的第一色信号或第二色信号以获得色差信号的第一减法器，用于提取从第一减法器获得的色差信号的第一取样保持装置，用于提取从亮度信号转换装置输出的亮度信号的第二取样保持装置，用于从第二取样保持装置提取的亮度信号中检测边缘信号的边缘检测装置，用于把边缘信号转换为绝对值的绝对值运算装置，用于将来自绝对值运算装置的绝对值和从输入端组输入第一系数信号相乘来控制值的增益的第一乘法器，用于获得控制增益的值的第二输出系数以及从输入端组输入的限制电平设定信号的电平限制装置，用于将第二输出系数和从第一取样保持装置提取的色差信号相乘的第二乘法器，用于算术运算第二乘法器相乘的结果和从转换装置可转换输入的第一色信号或第二色信号以获得第三色信号的第二减法器，用于从第一取样保持装置的输出提取色差信号的第三取样保持装置，和用于提取从第二取样保持装置的输出提取亮度信号成分的第四取样保持装置。
在两种边缘消色差电路中，边缘检测装置中可以包括用于将来自亮度信号转换装置的亮度信号延迟单位时间并输出延迟后的亮度信号的延迟装置，和用于算术操作来自延迟装置的延迟后的亮度信号和亮度信号以产生边缘检测信号并输出边缘检测信号的第三减法器。
在两种边缘消色差电路中，输出端组包括输入R信号的第一端口，输入B信号的第二端口，输入G信号的第三端口，输入第一系数信号的第四端口和输入限制电平设定信号的第五端口。
按照本发明的第四方面，提供一种边缘消色差电路，包括第一到第五输入端口，亮度信号运算装置，第一到第六减法器，第一到第四乘法器，边缘检测装置，绝对值运算装置，电平限制装置，和第一到第三输出端口，第一到第三输入端口分别被连接到亮度信号运算装置的R信号输入、G信号输入和B信号输入、第一到第三减法器的被减数输入和第四到第六减法器的被减数输入，亮度信号运算装置的输出被连接到第一到第三减法器的被减数输入和边缘检测装置的输入，第一到第三减法器的输出端分别被输入到第一到第三乘法器的第一输入端，边缘检测装置的输出端被连接到绝对值运算装置的输入端，绝对值运算装置的输出端被连接到第四乘法器的第一输入端，第四输入端被连接到第四乘法器的第二输入端，第四乘法器的输出被连接到电平限制装置的输入，第五输入端口被连接到电平限制装置的限制电平输入，电平限制装置的输出被连接到第一到第三乘法器的第二输入，第一到第三乘法器的输出分别连接到第四到第六减法器的减数输入端，第四到第六减法器的输出分别连接到第一到第三端口。
按照本发明的另一方面，提供一种边缘消色差电路，包括第一到第五输入端口，亮度信号运算装置，第一到第六减法器，第一到第四乘法器，边缘检测装置，绝对值运算装置，电平限制装置，第一到第三2-输入转换装置，第一到第八取样保持装置，和第一到第七输出端，第一到第三2-输入装换装置分别具有输入来自第一到第三输入端的第一色信号的第一端口和输入来自第四到第六减法器的第二色信号的第二端口，第一到第三2-输入转换装置交替地把第一色信号和第二色信号分别输出到亮度信号转换装置和第一到第三减法器，亮度信号转换装置交替地把通过从第一色信号转换获得的第一亮度信号和通过从第二色信号转换获得的第二亮度信号输出到第一到第三减法器和第四取样保持装置的，第一到第三减法器算术运算第一色信号和第一亮度信号或第二色信号和第二亮度信号以产生被输出到第一到第三取样保持装置的第一色差信号或第二色差信号，第四取样保持装置将从亮度信号转换装置输出的亮度信号输出到边缘检测装置和第八取样保持装置，边缘检测装置检测来自亮度信号的边缘信号和向绝对值运算装置输出边缘信号，绝对值运算装置转换边缘信号为绝对值和向第一乘法器输出绝对值，第一乘法器输出通过算术运算来自绝对值运算装置的绝对值和从第四输入端输入到电平限制装置的第一输出系数获得的值，电平限制装置通过来自第一乘法器的值和从第五输入端输入的电平限制设定信号计算第二输出系数并向第二到第四乘法器输出第二输出系数，第二到第四乘法器分别算术运算第二输出系数和从第一到第三取样保持装置输出的第一色差信号或第二色差信号将算术运算的结果输出第四到第六减法器，第四到第六减法器分别算术运算第二到第四乘法器的输出和第一色信号或第二色信号以产生第三色信号并向第一到第三输出端输出第三色信号，第五到第七取样保持装置分别从第二到第四取样保持装置的输出提取色差信号并向第五到第七输出端输出色差信号，第八取样保持装置从第四取样保持装置的输出提取亮度信号成分并向第四输出端输出亮度信号成分。
边缘消色差电路都可以这样构造，从而边缘检测装置包括一个输入端，单位时间延迟装置，减法器，和一个输出端，并且输入端被连接到单位时间延迟装置的一个输入和减法器的一个输出，而单位时间延迟装置的输出被连接到减法器的另一个输入，减法器的一个输出被连接到输出端。
按照本发明的另一方面，提供一种边缘消色差装置的边缘消色差方法，包括在γ校正处理为亮度信号之前转换从边缘消色差装置的输入端组输入的RGB信号的亮度信号转换步骤，算术运算亮度信号和RGB信号以获得色差信号的第一减法步骤，从亮度信号中检测边缘信号的边缘信号检测步骤，把边缘信号转换为绝对值的绝对值运算步骤，将绝对值和从输入端组输入的第一系数信号相乘以控制值的增益的第一乘法步骤，从控制后的增益值和从输入端组输入的限制电平设定信号获得第二输出系数的电平限制步骤，把第二输出系数和第一减法步骤获得的色差信号相乘的第二乘法步骤，和算术运算第二乘法步骤相乘的结果和RGB信号以获得第二色信号从边缘消色差装置输出的第二减法步骤。
按照本发明的另一个方面，提供一种边缘消色差装置的边缘消色差方法，包括在γ校正处理之前可转换地输出从边缘消色差装置的输入端组输入的第一色信号的转换步骤，把由转换步骤可转换地输入的第一色信号或第二色信号转换为亮度信号的亮度信号转换步骤，算术运算亮度信号和由转换步骤可转换地输入的第一色信号或第二色信号以获得色差信号的第一减法步骤，提取由第一减法步骤获得的色差信号的第一取样保持步骤，提取由亮度信号转换步骤输出的亮度信号的第二取样保持步骤，从第一取样保持步骤提取的亮度信号中检测边缘信号的边缘检测步骤，把边缘信号转换为绝对值的绝对值运算步骤，把绝对值和从输入端组输入的第一系数信号相乘以调整值的增益的第一乘法步骤，从控制后的增益值和从输入端组输入的限制电平设定信号获得第二输出系数的电平限制步骤，把第二输出系数和第一取样保持步骤提取的色差信号相乘的第二乘法步骤，算术运算第二乘法步骤相乘的结果和由转换步骤可转换地输入的第一色信号或第二色信号以获得第三色信号的第二减法步骤，从第一取样保持步骤的输出提取色差信号的第三取样保持步骤，和从第二取样保持步骤的输出提取亮度信号成分的第四取样保持步骤。
在两种边缘消色差方法中，边缘检测步骤可以包括以单位时间延迟由亮度信号转换步骤获得的亮度信号并输出延迟后的亮度信号的延迟步骤，和算术运算由延迟步骤延迟后的亮度信号和亮度信号以产生边缘检测信号并输出边缘检测信号的第三减法步骤。
在按照本发明的边缘消色差电路中，第一色信号或R、G、B信号在受到γ校正处理之前被转换为亮度信号，从亮度信号中检测边缘信号。边缘信号转换为绝对值，并且绝对值的增益被控制。而且，边缘信号的电平被限制以确定输出系数α，并且计算后的输出系数α和色差信号被算术运算。随后，算术运算的结果和原始输入的R、G、B信号被算术运算。
用边缘消色差电路，如果亮度信号的边缘成分增加并且输出系数α接近1，则所有的电路的输出端都输出亮度信号，但是如果亮度信号降低并且输出系数α接近0，则电路的R、G、B输出象它们原来一样被输出。因此，边缘消色差电路的优点在于，如果亮度信号的边缘增加，则R、G、B之间的差和亮度信号降低，因此再生的颜色变亮并且伪色被抑制。
而且，因为执行边缘部分的消色不需要为信号提供快速的变化，图像会看起来自然。
而且，因为执行边缘部分的消色并且不使用除法器或倒数算术运算单元来构成电路不会给图像带来不自然，能够减小电路规模。
而且，因为数字摄像机必要的电路被用作一个成分，考虑电路规模的重点不在于通过电路的再利用施加于系统。
通过与附图联系一起的随后的说明和权利要求，本发明以上和其他的目的、特征和改进将变得明显，在附图中相同的部分或部件用相同的附图标记表示。
【附图说明】
图1是表示本发明中应用的边缘消色差电路的总的构造的框图；
图2是表示图1所示的边缘检测电路的总的构成的框图；
图3是说明图1的边缘消色差电路的操作的实施例的时序图；
图4是表示本发明应用的另一个边缘消色差电路的总的结构的框图；
图5是说明图4的边缘消色差电路的操作的实施例的时序图；
图6是表示传统的边缘消色差电路的总的构成的框图。
实施例说明
第一实施例
参照图1，示出了本发明中应用的边缘消色差电路的总的构成。示出的边缘消色差电路包括输入端1到5，输出端6到8，亮度信号运算矩阵电路9，边缘检测电路10，绝对值运算电路11，电平限制电路12，乘法电路13到16，和减法电路17到22。
分别从输入端1到3输入的色信号R、G、B被提供到亮度信号运算矩阵电路9，通过它色信号被转换为亮度信号Y。亮度信号运算矩阵电路9的输出被减法电路17到19处理，通过这些电路亮度信号被转换为色差信号，即分别是R-Y信号、G-Y信号和B-Y信号。其间，由亮度信号运算矩阵电路9确定的亮度信号Y由边缘检测电路10转换为边缘信号ΔY。
边缘信号ΔY由绝对值运算电路11转换为绝对值|ΔY|。绝对值|ΔY|被从输入端4输入的系数信号β通过乘法电路16相乘产生信号|β|。信号|β|用从输入端5输入的限制电平设定信号ε通过电平限制电路12限制电平，从而获得输出系数α。
输出系数α用色差信号R-Y、G-Y、B-Y算术运算，从而分别被转换为输出信号α(R-Y)、α(G-Y)、α(B-Y)。通过转换获得的输出信号α(R-Y)、α(G-Y)、α(B-Y)用从输入端1到3输入的色信号R、G、B通过减法电路20到22算术运算，从而被转换为信号R-α(R-Y)、G-α(G-Y)、B-α(B-Y)。信号R-α(R-Y)、G-α(G-Y)、B-α(B-Y)分别被提供到输出端6到8，并作为色信号输出。
图2表示图1的边缘消色差电路的总的结构。参照图2，示出的边缘检测电路10包括输入端101，延迟电路102，加法电路103，和输出端104。
从输入端101输入的信号以单位时间由延迟电路102延迟。延迟电路102的输出信号和来自输入端101的输入信号被减法电路103算术运算，并且结果信号从输出端104输出。输入到输入端101的亮度信号Y受到上述由边缘检测电路10执行的处理，并且在随后的阶段中边缘信号(ΔY)输出到绝对值运算电路11。
已经注意到由于图1所示的亮度信号运算矩阵电路9、绝对值运算电路11、电平限制电路12等电路是本领域技术人员所公知的，并目这些电路的结构不直接与本发明相关，它们的详细构造在这里被忽略。
图3是说明按照本发明的第一实施例的边缘消色差电路的运算的实施例的时序图。参照图3，色信号R、G、B分别从输入端1到3输入。输入信号由亮度信号运算矩阵电路9转换为亮度信号Y，并且主要的不同由边缘检测电路10取出形成边缘信号ΔY。接着，如果边缘信号ΔY为负值，则该负值被绝对值运算电路11改变为正值，结果是其作为绝对值|ΔY|输出。接着，通过乘法电路16绝对值|ΔY|乘以系数信号β，并且由相乘获得的值被电平限制电路12依据限制电平设定信号ε受到电平调整以获得输出系数α。
减法电路17到19算术运算从输入端1到3输入的R、G、B信号和被亮度信号运算矩阵电路9通过转换获得的亮度信号Y并输出色差信号R-Y、G-Y、B-Y。乘法电路13到15算术运算电平限制电路12的输出的输出系数α和减法电路17到19的输出R-Y、G-Y、B-Y，以分别获得信号α(R-Y)、α(G-Y)、α(B-Y)。减法电路20到22算述运算减法电路17到19输出的R-Y、G-Y、B-Y和从输入端1到3输入的R、G、B信号以分别获得值R-α(R-Y)、G-α(G-Y)、B-α(B-Y)。数值从输出端6到8输出。
从电平限制电路12输出的输出系数α展示出按照边缘信号的数量的连续变化，并且如果限制电平被设为1(ε＝1)，则输出系数α假定值的范围从0到1。当α为0时，向边缘消色差电路输入的信号象它们原来一样被输出，但当α为1时，所有的输入R、G、B信号成为亮度信号Y并表示消色差的彩色。
因为亮度信号在图像的边缘部分以这种方式连续地被转换为消色差的彩色，结果图像看起来更自然。而且，边缘消色差电路展示出由于不使用除法器、倒数算术运算电路等类似电路等类似电路元件因而电路规模不增加的效果。
第二实施例
图4表示本发明申请的另一个边缘消色差电路的总的构成。按照本发明的第二实施例的边缘消色差电路具有与上述的第一实施例相同的基本结构，但是不同之处在于亮度信号运算矩阵9和减法电路17到19被再利用来改变从R、G、B到Y、R-Y、G-Y和B-Y信号的输出。
参照图4，按照本发明的第二实施例的边缘消色差电路包括输入端1到5，输出端6到8和37到40，亮度信号运算矩阵电路9，边缘检测电路10，绝对值运算电路11，电平限制电路12，乘法电路13到16，减法电路17到22，2-输入转换电路27到29，和取样保持(S/H)电路30到36和41。
来自输入端1到3的色信号R、G、B分别被输入到2-输入转换电路27到29的第一输入，并且减法器20到22的输出色信号R、G、B′分别被输入到2-输入转换电路27到29的另一个或第二输入。输入信号R、G、B或R′、G′、B′被交替地输入分别作为来自2-输入转换电路27到29的信号Rs、Gs和Bs。
输出Rs、Gs和Bs分别被连接到亮度信号运算矩阵9的R、G、B输入和减法电路17到19的第一输入。减法电路17到19的输出分别被连接到取样保持电路30到32。
输入到亮度信号运算矩阵电路9的信号Rs、Gs和Bs被转换为亮度信号Ys。作为亮度信号Ys，通过从R、G、B信号转换获得的Ys信号和通过从R′、G′、B′转换获得的Y′s信号通过2-输入转换电路27到29的转换操作被交替地输出。
亮度信号运算矩阵电路9的输出通过减法电路17到19与色信号R、G、B进行算术运算处理，从而分别被转换为色差信号Rs-Ys、Gs-Ys、Bs-Ys。作为色差信号，R-Y信号、G-Y信号和B-Y信号和R′-Y′信号、G′-Y′信号和B′-Y′信号分别被2-输入转换电路27到29交替地输出。从由亮度信号运算矩阵电路9确定的亮度信号Y或Y′中，用取样保持电路33提取Y信号或Y′信号，并且Y信号或Y′信号被边缘检测电路10转换为边缘信号ΔY或ΔY′。
而且，Y信号成分由取样保持电路41从亮度信号Ys中提取。Y信号成分从输出端37输出。边缘信号ΔY被绝对值运算电路11转换为绝对值|ΔY|。
由绝对值运算电路11获得的绝对值|ΔY|由乘法电路16乘以从输入端4输入的系数信号β得出信号β|ΔY|。该信号β|ΔY|用从输入端5输入的限制电平设定信号γ限制电平从而获得输出系数α。输出系数α由乘法电路13到15与取样保持电路30到32从色差信号中通过提取获得的R-Y、G-Y、B-Y信号进行算术运算，这些色差信号已经通过减法电路17到19用算术运算获得，从而这些信号被转换为α(R-Y)、α(G-Y)、α(B-Y)。
乘法电路13到15的输出信号α(R-Y)、α(G-Y)、α(B-Y)与来自输入端1到3的色信号R、G、B用减法电路20到22进行算术运算，从而将它们分别被转换为信号R-α(R-Y)、R-α(G-Y)、R-α(B-Y)。信号R-α(R-Y)、R-α(G-Y)、R-α(B-Y)被作为R′、G′、B′信号分别输出到输出端6到8并且也输出到2-输入转换电路27到29的其他或第二输入端。
其间，从由取样保持电路30到32提取的色差信号中，由取样保持电路30到32和取样保持电路34到36分别提取R′-Y′信号、G′-Y′信号和B′-Y′信号。R′-Y′信号、G′-Y′信号和B′-Y′信号分别被输出到输出端38到40。
图5说明了图4的边缘消色差电路的运算的实施例。该运算与图3中描述的图1的边缘消色差电路的运算不同，其中示出了关于2-输入转换电路27到29的输出信号Rs、Gs、Bs被用作输入获得的亮度信号Ys的波形和取样保持电路30到32的输出信号RY、G-Y、B-Y和R′-Y′、G′-Y′、B′-Y′。
尽管本发明的优选的实施例已经用特定的术语被描述，但是这样的描述仅是为了说明的目的，并且可以理解不背离权利要求的宗旨和范围本发明可以作出改动和变化。