一種數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法，用于數(shù)碼成像技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]常見的數(shù)碼相機和數(shù)碼攝像機的成像器件都是電荷耦合器件(CXD)，它是以電荷包作為圖像信號載體的器件，利用光子在單晶體硅里激發(fā)出電子——空穴對的光敏效應實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。電荷耦合器件(CCD)上遍布著一個個微小的光電轉(zhuǎn)換單元，即對應數(shù)字圖像的一個一個像素。數(shù)碼相機通過快門激活CCD，把光信號轉(zhuǎn)化為電信號，每一個光電轉(zhuǎn)換單元把它接受的光照強度轉(zhuǎn)化成電壓信號，再將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，按照陣列次序?qū)⒏鱾€值保存在存儲器中，這樣就得到了原始的數(shù)字圖像。
[0003]自然界中常見的各種色光都可由紅(R)、綠(G)、藍(B)三種色光按不同比例相配而成。電荷耦合器件(CCD)本身只能感知光強，為了獲得彩色圖像，CCD器件上使用了色彩濾光片。每個光電轉(zhuǎn)化單元都包含一個不同顏色的微濾光片(或R或G或B)，它們按G-R-G-B的順序像馬賽克一樣陣列。這樣每個光電轉(zhuǎn)化單元就可得到每種色光的反應值，因此原始圖像的每個像素點只有一個三基色分量:或紅R、或綠G、或藍B。但是，真正的彩色數(shù)字圖像的每個像素都需要R、G、B三個分量，這就需要插值算法，從原始信息中插值出各個像素所缺的顏色分量。
[0004]彩色插值是影響最后圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?02116750.8，專利名稱:數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法。該專利提出了一種數(shù)碼相機中的插值算法，其特點在于:綠色象素點的綠色分量由其本身表示，其紅色分量和藍色分量由其上下兩點的均值或左右兩點的均值來表示；紅色象素點的紅色分量由其本身表示，其藍色分量由左上，左下，右上和右下相鄰的四點的藍色量的平均值來表示；其綠色分量由上，下，左和右四點的綠色量的中值來表示；藍色象素點的藍色分量由其本身表示，其紅色分量由左上，左下，右上和右下相鄰的四點的紅色量的平均值來表示；其綠色分量由上，下，左和右四點的綠色量的中值來表示；中值計算方法為:先將四個點的分量值按大小排序，再取其中間兩個值的平均值作為這四個數(shù)的中值。其不足之處在于:圖像中的邊緣處基色值的梯度很大，使用周邊像素的均值和中值進行插值模糊了邊緣，還會導致圖像的邊緣處出現(xiàn)明暗相間的鋸齒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述現(xiàn)有的缺點，本發(fā)明的主要目的在于提供一種實用的數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法，使數(shù)碼照片更清晰，消除噪音，而且還能保證較快的處理速度。
[0006]為達成以上所述的目的，本發(fā)明的一種數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法采取如下技術(shù)方案:
一種數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法，其特征在于，包括步驟如下: 第一步，用邊緣判斷法對R像素和B像素插出缺省的G基色值，同時初步估計B像素的R基色值，即根據(jù)R像素或者B像素上下G像素的差值絕對值與左右G像素差值絕對值進行比較，若前者大于后者，認為該處存在水平邊緣，R像素或者B像素的G基色用上下G像素的均值表示，B像素的R基色值暫時粗略地用它的左上角R像素和右上角R像素的均值表示，相反，認為該處存在垂直邊緣，用左右G像素的均值表示，B像素的R基色值暫時地用它的左上角R像素和左下角R像素的均值表示；
第二步，近似估計R像素的Cr值和B像素的Cb值，即根據(jù)YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式，將R像素的原始R基色和第一步得到的G基色值代入YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式近似計算它的Cr值，此處忽略B基色的影響，將B像素的原始B基色值和第一步得到的G基色值代入YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式，還將它的初步R基色估計值代入，近似計算它的Cb值；
第三步，對G像素的Cb、Cr值進行插值，在偶數(shù)行，G像素的Cr值用左右R像素的Cr值的均值表示，Cb值用上下B像素的Cb值的均值表示，在奇數(shù)行，G像素的Cr值用上下R像素的Cr值的均值表示，Cb值用左右B像素的Cb值的均值表示；
第四步，對R像素的Cb值和B像素的Cr值進行插值，都用它的左右G像素的Cb、Cr值的均值表示；
第五步，根據(jù)上面得到每個像素的Cb值和Cr值，根據(jù)YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式反推它們?nèi)笔〉幕怠?br>[0007]所述的YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式為:
Y 0.2990 0.58700R
Cb = -0.1687-0.3313128G
Cr 0.5000-0.4187128B
10 0 11
所述的YCbCr色度空間，是基于人眼視覺反應的顏色表示法，Y表示明亮度，是彩色作用于人眼引起的明亮程度的感覺，表示色度，反映顏色的類別，分別稱為藍色色度和紅色色度，明亮度Y通過肌RGB輸入信號來創(chuàng)建的，方法是將RGB信號的特定部分疊加到一起，而Cr反映了 RGB輸入信號紅色部分與信號度值之間的差異，Cb反映的是RGB輸入信號藍色部分與RGB信號亮度值之同的差異。
[0008]采用如上技術(shù)方案的本發(fā)明，具有如下有益效果:
使數(shù)碼照片更清晰，與RGB三基色插值相比，對數(shù)字圖像像素的CbCr進行插值將更逼近它的真實值，具有更好的效果。既能使圖像的邊緣清晰，消除噪聲，而且還能保證較快的處理速度。
【附圖說明】
[0009]圖1為(XD的微濾光片的分布圖。
[0010]圖2為6*16濾光片陣列圖。
[0011]圖3為本發(fā)明的彩色插值流程圖。
【具體實施方式】
[0012]為了進一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合附圖進一步進行說明:
在電荷耦合器件(CCD)色濾光片的陣列中，紅、綠、藍三色濾光片的分布式有固定規(guī)律的，其中紅色濾光片和藍色濾光片分別只占全部的四分之一，而綠色濾光片占全部的二分之一，其分布如圖1所示。利用C⑶所獲得的原始的數(shù)字圖像如圖2所示。
[0013]針對CCD所獲得的整幅原始圖像實施本發(fā)明涉及的差值方法，是按循環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，以六行像素作為一個循環(huán)的處理對象，從零行至第五行，對中間2、3兩行像素差值，完成一個循環(huán)，往下挪動兩行，進行下一個循環(huán)，如圖3所示，本發(fā)明的處理步驟如下:
(1)用邊緣判斷法對1、3行的B像素插出缺省的G基色值，同時初步估計它的R基色值，對2、4行的R像素插出缺省的G基色值。即根據(jù)R像素或者B像素上下G像素的差值絕對值與左右6像素差值絕對值進行比較，若前者大于后者，認為該處存在水平邊緣，R像素或者B像素的G基色值用上下G像素的均值表示，B像素的R基色值暫時粗略地用它的左上角R像素和右上角R像素的均值表示，相反，認為該處存在垂直邊緣，用左右G像素的均值表示，B像素的R基色值暫時粗略地用它的左上角R像素和左下角R像素的均值表示。
[0014](2)近似估計2、4行R像素的Cr值和1、3行B像素的Cb值。即根據(jù)YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式，將R像素的原始R基色和第一步得到的G基色值代入色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式近似計算它的Cb值，此處忽略B基色的影響，將B像素的原始B基色值、第一步得到的G基色值和它的較基色初步估計值代入色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式，近似計算它的Cb值。
[0015](3)對2、3行G像素的Cb、Cr值進行插值。對于第2行，G像素的Cr值用左右R像素的Cr值的均值表示，Cb值用上下B像素的Cb值的均值表示，對于第3行，G像素的Cr值用上下R像素的Cr值的均值表示，Cb值用左右B像素的Cb值的均值表示；
(4)對R像素的Cb值和B像素的Cr值進行插值，都用它的左右G像素的Cb、Cr值的均值表示；
(5)據(jù)上面得到像素的Cb值和Cr值，根據(jù)YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式反推它們?nèi)笔〉幕?；下移動兩行，如果已?jīng)是最后一行，結(jié)束循環(huán)，否則返回步驟
(1)。
[0016]以上就是本發(fā)明插植算法的具體實施例，能在數(shù)碼相機的數(shù)字信號處理器(DSP)中快速實現(xiàn)，所獲圖像不但細節(jié)清晰，而且能減少噪聲。
【主權(quán)項】
1.一種數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法，其特征在于，包括步驟如下: 第一步，用邊緣判斷法對R像素和B像素插出缺省的G基色值，同時初步估計B像素的R基色值，即根據(jù)R像素或者B像素上下G像素的差值絕對值與左右G像素差值絕對值進行比較，若前者大于后者，認為該處存在水平邊緣，R像素或者B像素的G基色用上下G像素的均值表示，B像素的R基色值暫時粗略地用它的左上角R像素和右上角R像素的均值表示，相反，認為該處存在垂直邊緣，用左右G像素的均值表示，B像素的R基色值暫時地用它的左上角R像素和左下角R像素的均值表示； 第二步，近似估計R像素的Cr值和B像素的Cb值，即根據(jù)YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式，將R像素的原始R基色和第一步得到的G基色值代入YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式近似計算它的Cr值，此處忽略B基色的影響，將B像素的原始B基色值和第一步得到的G基色值代入YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式，還將它的初步R基色估計值代入，近似計算它的Cb值； 第三步，對G像素的Cb、Cr值進行插值，在偶數(shù)行，G像素的Cr值用左右R像素的Cr值的均值表示，Cb值用上下B像素的Cb值的均值表示，在奇數(shù)行，G像素的Cr值用上下R像素的Cr值的均值表示，Cb值用左右B像素的Cb值的均值表示； 第四步，對R像素的Cb值和B像素的Cr值進行插值，都用它的左右G像素的Cb、Cr值的均值表示； 第五步，根據(jù)上面得到每個像素的Cb值和Cr值，根據(jù)YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式反推它們?nèi)笔〉幕怠?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法，其特征是，所述的YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式為: Y 0.2990 0.5870 0 R Cb = -0.1687-0.3313128G Cr 0.5000-0.4187128B10 0 1 1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法，其特征在于，所述的YCbCr色度空間，是基于人眼視覺反應的顏色表示法，Y表示明亮度，是彩色作用于人眼引起的明亮程度的感覺，表示色度，反映顏色的類別，分別稱為藍色色度和紅色色度，明亮度Y通過肌RGB輸入信號來創(chuàng)建的，方法是將RGB信號的特定部分疊加到一起，而Cr反映了 RGB輸入信號紅色部分與信號度值之間的差異，Cb反映的是RGB輸入信號藍色部分與RGB信號亮度值之同的差異。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種數(shù)碼相機中色彩濾鏡陣列的彩色重建方法，其特征在于，包括步驟如下，用邊緣判斷法對R像素和B像素插出缺省的G基色值，同時初步估計B像素的R基色值，近似估計R像素的Cr值和B像素的Cb值，對G像素的Cb、Cr值進行插值，對R像素的Cb值和B像素的Cr值進行插值，都用它的左右G像素的Cb、Cr值的均值表示YCbCr色度空間與RGB三基色空間的轉(zhuǎn)化公式反推它們?nèi)笔〉幕?。本發(fā)明使數(shù)碼照片更清晰，與RGB三基色插值相比，對數(shù)字圖像像素的CbCr進行插值將更逼近它的真實值，具有更好的效果，既能使圖像的邊緣清晰，消除噪聲，而且還能保證較快的處理速度。
【IPC分類】H04N5/225, H04N9/64
【公開號】CN105323568
【申請?zhí)枴緾N201410368657
【發(fā)明人】袁博, 馮永強
【申請人】西安司坤電子科技有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年7月30日