KR20030096565A - Interpolating method of rgb color signal using soring and average - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이미지 처리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 CCD를 통해 입력되는 RGB 컬러 신호 보간 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image processing method, and more particularly, to an RGB color signal interpolation method input through a CCD.
일반적으로 디지털 스틸 카메라(이하에서 'DSC'라 함)는 영상정보를 전기적 신호로 변환하여 가공, 기록 및 재생 등의 신호 처리를 모두 전기적으로 수행할 수 있는 카메라이다. DSC는 종래의 은영 필름을 사용하는 카메라와는 달리 현상 작업을 위한 양실 작업이나, 화확적 처리가 불필요하고, 촬영한 영상을 즉시 확인할 수 있을 뿐 아니라 기록된 영상 정보가 전자화되어 있으므로 컴퓨터를 통한 후처리 및원격 전송이 가능하다는 장점이 있어 그 사용이 점차 확대되고 있다.In general, a digital still camera (hereinafter, referred to as a 'DSC') is a camera that converts image information into an electrical signal to electrically perform signal processing such as processing, recording, and playback. Unlike conventional cameras using silver film, DSC does not need to work in a studio for developing work, or requires chemical processing, and it is possible to check the captured images immediately. There is an advantage in processing and remote transmission, and its use is gradually expanding.
DSC에 있어서 크기 감소와 화질의 향상은 매우 중요한 기술적 과제이다. 전하 결합 장치(이하에서 'CCD'라 함)의 크기 감소와 컴팩 디스크 같은 기록 장치의 크기 감소로 인해 DSC의 크기가 감소 되었다.Size reduction and image quality enhancement are very important technical issues in DSC. The size of the DSC has decreased due to the reduction in the size of the charge-coupled device (hereinafter referred to as 'CCD') and the size of the recording device such as the compact disc.
크기 및 비용 감소를 위해 DSC가 단일의 CCD를 사용한다. 단일의 DDC는 충분한 컬러 해상도를 제공하지 못한다. 왜냐하면, 단일의 CCD 상에 서로 다른 컬러 필터들이 연속적으로 배열되기 때문이다. 도1은 통상적인 CCD 상의 컬러 필터 어레이들 나타내고 있다. 따라서 컬러 신호의 해상도(화질)를 높이기 위해 픽셀 신호의 보간 방법이 사용되고 있다.DSC uses a single CCD for size and cost reduction. A single DDC does not provide sufficient color resolution. This is because different color filters are successively arranged on a single CCD. 1 shows color filter arrays on a conventional CCD. Therefore, the interpolation method of the pixel signal is used to increase the resolution (image quality) of the color signal.
다시 도1을 참조하여, 컬러 필터 어레이는 RGB 필터가 모자이크 배열을 나타낸다. R, G, B 필터는 각각 단일의 R신호, G신호, B신호를 제공한다. 홀수 라인은 G,B 신호를 짝수 라인은 B,G 신호를 각각 제공한다.Referring back to FIG. 1, in the color filter array, the RGB filter represents a mosaic arrangement. The R, G, and B filters provide a single R, G, and B signal, respectively. Odd lines provide G and B signals and even lines provide B and G signals, respectively.
통상적인 보간 방법은 선형 보간 방법을 사용한다. 즉, 각 픽셀에 없는 컬러 신호는 인접한 두개의 픽셀의 평균을 사용하여 보간된다. 예컨대, 세번째 라인에서 세번째 픽셀 G필터의 경우, R신호는 세번째 라인의 두번째 및 네번째 픽셀 R의 평균으로 R신호가 보간된다. 마찬가지로, B신호는 두번째 라인의 세번째 픽셀 B 및 네번째 라인의 세번째 픽셀 B의 평균으로 B신호가 보간된다. 이와 같은 방법으로 모든 픽셀에서 그 픽셀에 없는 컬러 신호가 인접한 상하 또는 좌우 픽셀들의 평균으로 보간된다. 이러한 선형 보간 방법에서 실재 신호와 보간된 신호에 차이(에러)가 발생하고 이로인해 신호가 급격히 변하는 경우 겹칩(aliasing) 문제가발생한다.Conventional interpolation methods use a linear interpolation method. That is, color signals that are not present in each pixel are interpolated using the average of two adjacent pixels. For example, in the case of the third pixel G filter in the third line, the R signal is interpolated with the average of the second and fourth pixels R in the third line. Similarly, signal B is interpolated with the average of the third pixel B on the second line and the third pixel B on the fourth line. In this way, color signals that are not present in all pixels are interpolated to the average of adjacent top, bottom, left and right pixels. In this linear interpolation method, a difference (error) occurs between the real signal and the interpolated signal, and thus, an aliasing problem occurs when the signal changes rapidly.
이와 같은 선형 보간 방법을 문제점을 해결하기 위해 최근 상관 관계를 이용한 보간 방법이 제안된 바 있다. 국소적인 영역에서, 세 컬러 신호들 사이에는 높은 상관 관계를 나타낸다. 즉, 국소적인 영역에서 세 신호들의 변동은 서로 비슷하다. 도2는 상관 관계를 이용한 컬러 신호 보간 방법을 설명하기 위한 도면이다. 상관 관계를 이용한 보간 방법은 각 신호 성분의 저주파수 성분을 이용하는데, 이는 각 신호 성분의 저주파수 성분 값이 자연영상의 값과 유사한 흐름을 갖기 때문이다. 도2에서, GLPF는 G 신호의 저주파수 성분을 나타내고, RLPF는 R 신호의 저주파수 성분을 나타낸다. 국소적 영역에서 세 신호의 변동은 서로 비슷하기 때문에, x3 위치(R신호만이 존재하는 위치)의 G신호인 G3는 아래 식 1 및 2에 의해 얻어진다.In order to solve this problem, a linear interpolation method has recently been proposed. In the local region, there is a high correlation between the three color signals. That is, the fluctuations of the three signals in the local region are similar to each other. 2 is a diagram for describing a color signal interpolation method using correlation. The interpolation method using correlation uses low frequency components of each signal component because the low frequency components of each signal component have a flow similar to that of the natural image. In Fig. 2, G LPF represents a low frequency component of the G signal, and R LPF represents a low frequency component of the R signal. Since the fluctuations of the three signals in the local region are similar to each other, G3, which is the G signal at the x3 position (the position where only the R signal exists), is obtained by Equations 1 and 2 below.
G3:R3=GLPF:RLPF------- (1)G3: R3 = G LPF : R LPF ------- (1)
G3=R3*(GLPF/RLPF) ----- (2)G3 = R3 * (G LPF / R LPF ) ----- (2)
수직 방향도 마찬가지로 적용된다.The same applies to the vertical direction.
상기 상관 관계를 이용한 보간 방법에서, 각 신호의 저주파수 성분 GLPF, BLPF, RLPF값은 단순히 산술 평균, 즉, 보간하고자 하는 위치에 있는 픽셀의 수직 및 수평 값들을 더해서 그 더한 수 만큼 나누어서 구한다.In the interpolation method using the correlation, the low frequency components G LPF , B LPF , and R LPF values of each signal are obtained by dividing the arithmetic mean, that is, by adding up the vertical and horizontal values of the pixel at the position to be interpolated. .
하지만 픽셀을 점점 크게 보는 줌(zoom) 확대, 스케일 업(scale up) 같은 상태에 있어서는 실제값과의 오차 때문에 화면의 재현성이 좋지 않다.However, in situations such as zoom magnification and scale up where pixels are being enlarged, the reproducibility of the screen is poor because of errors with actual values.
따라서, 본 발명은 색재현성이 뛰어난 컬러 신호 보간 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a color signal interpolation method excellent in color reproducibility.
도1은 CCD의 컬러 필터 어레이를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing a color filter array of a CCD.
도2는 종래의 상관 관계를 이용한 컬러 신호 보간 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a color signal interpolation method using a conventional correlation.
도3은 본 발명에 따른 소팅 및 평균을 이용한 컬러 신호 보간 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a color signal interpolation method using sorting and average according to the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 보간하고자 하는 픽셀의 주변 픽셀들 4개 중 중간값을 갖는 2개의 픽셀 값을 평균하여 저주파수 성분으로 한다. 이에 따라 오차가 거의 없는 보간을 할 수 있다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a low frequency component is obtained by averaging two pixel values having a median value among four peripheral pixels of a pixel to be interpolated. This allows interpolation with little error.
구체적으로, RGB 컬러 신호의 해상도를 높이기 위해 어느 한 컬러 신호 성분을 갖는 픽셀에서 다른 컬러 신호 성분들을 보간 하는 방법에서, CCD의 컬러 필터 어레이를 통해 입력된 RGB 컬러 신호 픽셀값 들을 복수개의 라인 버퍼들에 저장하는 단계와, 상기 복수개의 라인 버퍼들 중 어느 한 라인 버퍼에 저장된 어느 한 컬러 신호 픽셀값 주위의 다른 컬러 신호 픽셀값 4개를 선택하는 단계와, 상기 선택된 4개의 다른 컬러 신호 픽셀값 중에서 중간값을 나타내는 2개의 픽셀값 선택하는 단계와, 상기 선택된 2개의 픽셀값의 평균값을 구하여 저주파수 성분을 결정하는 단계와, 상기 저주파수 성분을 이용하여 선형 보간을 하는 단계를 포함한다.Specifically, in a method of interpolating other color signal components in a pixel having one color signal component to increase the resolution of the RGB color signal, the RGB color signal pixel values input through the color filter array of the CCD are arranged in a plurality of line buffers. Selecting at the other four color signal pixel values around one color signal pixel value stored in any one of the plurality of line buffers, and among the selected four different color signal pixel values. Selecting two pixel values representing an intermediate value, determining a low frequency component by obtaining an average value of the selected two pixel values, and performing linear interpolation using the low frequency components.
상기 다른 컬러 신호 픽셀값 4개는 상기 어느 한 라인 버퍼 내의 상기 어느 한 컬러 신호 픽셀값 전후의 2개의 픽셀값과 상하의 다른 라인 버퍼들 내의 2개의 픽셀값로 부터 선택된다.The four other color signal pixel values are selected from two pixel values before and after the one color signal pixel value in the one line buffer and two pixel values in the other upper and lower line buffers.
상기 다른 컬러 신호 픽셀값 4개는 상기 어느 한 라인 버퍼 상하의 라인 버퍼들에서 각각 2개의 필셀값으로 부터 선택된다.The four other color signal pixel values are selected from two pixel values in line buffers above and below one of the line buffers.
일 실시예에 있어서, 상기 다른 컬러 신호 픽셀값은 G신호값이고, 상기 한 컬러 신호 픽셀값은 R신호값 또는 B신호값이다.In one embodiment, the other color signal pixel value is a G signal value, and the one color signal pixel value is an R signal value or a B signal value.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도3은 본 발명에 따른 컬러 신호 보간 방법을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도1에 도시된 CCD의 컬러 필터 어레이(100)에 저장된 컬러 신호값이 라인 버퍼들(라인 버퍼0(110), 라인 버퍼1(120), 라인 버퍼2(130))을 통해 소팅 엔진(140)에 입력된다. 소팅 엔진(140)에는 컬러 필터 어레이(100)의 세 라인 들이 입력된다. 예컨대, 도1의 컬러 필터 어레이에서, 첫번째 라인(RGRGR..)이 라인 버퍼0(110)를 통해 입력되고, 라인 버퍼1(120)을 통해 한 번 지연되어(라인 버퍼 단위로 지연되어, 결국 컬러 필터 어레이의 두번째 라인) 두번째 라인(GBGBG...)이 입력되고, 라인 버퍼2(130)를 통해 다시 한 번 더 지연되어 결국 세번째 라인(RGRGR...)이 입력된다.3 is a block diagram schematically illustrating a color signal interpolation method according to the present invention. The color signal values stored in the color filter array 100 of the CCD shown in FIG. 1 are sorted by the sorting engine 140 through the line buffers (line buffer 0 110, line buffer 1 120, and line buffer 2 130). ) Is entered. Three lines of the color filter array 100 are input to the sorting engine 140. For example, in the color filter array of FIG. 1, the first line RGRGR .. is input through line buffer 0 110, delayed once through line buffer 1 120 (delay by line buffer, and eventually The second line (GBGBG ...) of the color filter array) is input, and the second line is further delayed through the line buffer 2 130, and finally the third line (RGRGR ...) is input.
소팅 엔진(140)은 보간하고자 하는 픽셀(예컨대, 도1에서, 두번째 라인의 두번째 픽셀인 B신호) 주위에서 가장 가까이 있는 4개 픽셀값을 취하고, 이들 4개 픽셀값에서 중간값 2개를 취하여 평균을 하고 이를 저주파수 성분으로 한다. 즉, 도1에서 두번째 라인의 두번째 픽셀 B신호 주위의 4개 픽셀, 즉 첫번째 라인의 두번째 픽셀 G신호, 두번째 라인의 첫번째 및 세번째 픽셀 G신호 그리고 세번째 라인의 두번째 픽셀 G신호가 선택된다. 한편, R신호를 보간하고자 하는 경우에는 첫번째 라인 및 세번째 라인 각각의 첫번째 및 세번째 픽셀 R신호 4개가 선택된다.The sorting engine 140 takes the four pixel values closest around the pixel to be interpolated (e.g., signal B, the second pixel of the second line in FIG. 1), and takes two intermediate values from these four pixel values. The average is taken as the low frequency component That is, in Fig. 1, four pixels around the second pixel B signal of the second line, that is, the second pixel G signal of the first line, the first and third pixel G signals of the second line, and the second pixel G signal of the third line are selected. On the other hand, when the R signal is to be interpolated, four first and third pixel R signals of each of the first and third lines are selected.
보간하고자 하는 신호 4개를 취하는 방법은 다음과 같다.The method to take four signals to interpolate is as follows.
g(i,j)=fg{G(01),G(10), G(12),G(21)},g (i, j) = fg {G (01), G (10), G (12), G (21)},
여기서 g(i,j)는 보간하고자 하는 G 픽셀을 나타내며, G(01)은 라인 버퍼0(110)의 두번째 픽셀값(첫번째 픽셀값에 대한 인덱스를 0으로 할 경우)을 의미하고, G(10)은 라인 버퍼1(120)의 첫번째 픽셀값을, G(12)는 라인 버퍼1(120)의 세번째 픽셀값을 그리고, G(21)은 라인 버퍼2(130)의 두번째 픽셀값을 나타낸다. 결국 라인 버퍼1(120)의 두번째 픽셀값(도1의 두번째 라인의 두번째 픽셀 B값) 상하 좌우에 위치한 네개의 G 픽셀이 선택된다.Where g (i, j) represents the G pixel to be interpolated, G (01) means the second pixel value of the line buffer 0110 (if the index of the first pixel value is 0), and G ( 10 denotes the first pixel value of line buffer 1 120, G 12 denotes the third pixel value of line buffer 1 120, and G 21 denotes the second pixel value of line buffer 2 130. . As a result, four G pixels positioned on the top, bottom, left and right of the second pixel value of the line buffer 1 120 (the second pixel B value of the second line of FIG. 1) are selected.
선택된 G신호 4개 픽셀값 중에서 최고값과 최저값을 제외한 가운데 값 2개가 선택되고 이들의 산술평균이 계산되어 그 결과 값이 저주파수 성분으로 된다. 일예로서, 4개 픽셀값으로부터 가운데 값 2개를 얻기 위해, 6개의 비교기를 사용할 수 있다.Among the four selected G signal pixel values, two middle values are selected except for the highest value and the lowest value, and their arithmetic mean is calculated, and the result is a low frequency component. As an example, six comparators can be used to obtain two middle values from four pixel values.
먼저 비교기 두개(제1비교기 및 제2비교기)를 사용하여 선택된 4개 픽셀을 두개씩 비교한다. 예컨대, 제1비교기에 제1픽셀 및 제2픽실이 입력되고, 제2비교기에 제3픽셀 및 제4픽셀이 입력된다. 제2비교기의 일 입력인 제3픽셀에 대해서 제1비교기 각각의 입력 픽셀들(제1픽셀 및 제2필셀)을 두개의 비교기(제3비교기 및 제4비교기)를 사용하여 비교한다. 예컨대, 제3비교기에 다시 제1픽셀 및 제3픽셀이, 제4비교기에 제2픽셀 및 제3픽셀이 입력된다. 마지막으로 제2비교기의 다른 입력 픽셀인 제4픽셀에 대해서 제1비교기 각각의 입력 픽셀들(제1픽셀 및 제2픽셀)을두개의 비교기(제5비교기 및 제6비교기)를 사용하여 비교한다. 예컨대, 제1픽셀 및 제4픽셀이 제5비교기에, 제2픽셀 및 제4픽셀이 제6비교기에 입력된다.First, four selected pixels are compared by two using two comparators (a first comparator and a second comparator). For example, a first pixel and a second pixel are input to the first comparator, and a third pixel and a fourth pixel are input to the second comparator. An input pixel (first pixel and a second pixel) of each of the first comparators is compared with respect to a third pixel which is one input of the second comparator using two comparators (a third comparator and a fourth comparator). For example, the first pixel and the third pixel are again input to the third comparator, and the second pixel and the third pixel are input to the fourth comparator. Finally, the input pixels (first pixel and second pixel) of each of the first comparators are compared to the fourth pixel, which is another input pixel of the second comparator, using two comparators (a fifth comparator and a sixth comparator). . For example, the first pixel and the fourth pixel are input to the fifth comparator, and the second pixel and the fourth pixel are input to the sixth comparator.
이로써, 4개의 값 중에서 최대값 및 최소값을 구할 수 있어 중간값 2개를 얻을 수 있다.In this way, the maximum and minimum values can be obtained from the four values, and two intermediate values can be obtained.
중간값 2개를 평균하여 G신호의 저주파수 성분(GLPF)를 구한다. 같은 방법으로 R신호 저주파수 성분(RLPF)를 구한다.The two intermediate values are averaged to obtain the low frequency component (G LPF ) of the G signal. In the same way, the R signal low frequency component (R LPF ) is obtained.
이상과 같은 방법으로 각 픽셀에서 존재하지 않는 다른 컬러 신호의 저주파수 성분을 구할 수 있다.In this way, low-frequency components of other color signals that do not exist in each pixel can be obtained.
저주파수 성분이 구해지면, 상술한 식(1) 및 식(2)를 이용하여 선형 보간부(150)에서 컬러 신호를 보간한다. 라인 버퍼1(120)에서 보간하고자 하는 픽셀(도1의 두번째 라인의 세번째 픽셀인 B픽셀)과 보간된 신호(G신호 및 R신호)를 가산기(160)에서 더하여 특정 픽셀에서 RGB컬러 신호를 형성한다. 이와 같은 과정을 반복적으로 수행함으로써 어느 특정 픽셀에 존재하지 않는 다른 픽셀을 보간할 수 있다.When the low frequency component is obtained, the linear interpolator 150 interpolates the color signal using the above-described equations (1) and (2). In the line buffer 1 120, the pixel to be interpolated (B pixel, which is the third pixel of the second line of FIG. 1) and the interpolated signals (G and R signals) are added by the adder 160 to form an RGB color signal at a specific pixel. do. By repeating this process, it is possible to interpolate other pixels that do not exist in any particular pixel.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예(들)를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할수 있을 것이다. 그러므로 본 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to the preferred embodiment (s). Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.
상술한 본 발명에 따르면, 종래의 저주파수 필터를 사용한 신호의 보간 방법과 비교해서, 실제 색상 값과 보간된 색상 사이의 오차가 거의 발생하지 않아 우수한 화질의 스틸 영상을 제공한다.According to the present invention described above, compared with a conventional method of interpolating a signal using a low frequency filter, an error between the actual color value and the interpolated color hardly occurs, thereby providing a still image of excellent image quality.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |