Brevet FR2522237A1 — publié le 19830826

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT DES SIGNAUX FOURNIS PAR UN DETECTEUR MATRICIEL D'IMAGES, NOTAMMENT POUR CAMERA DE TELEVISION EN COULEURS L'invention est relative à un procédé et à un dispositif de traitement des signaux fournis par un détecteur matriciel d'images associé à un filtre matriciel trichrome, notamment pour une caméra de télévision en couleurs. Les détecteurs matriciels d'images utilisés dans les caméras de télévision sont constitués par un nombre N, limité, de détecteurs ponctuels. Bien entendu la qualité de l'image est d'autant plus grande qu'est élévé le nombre de points du détecteur. Dans ces conditions, pour un même nombre de points du détecteur matriciel, la qualité d'une image en couleurs est moindre que celle d'une image en noir et blanc.En effet pour détecter des images colorées, on dispose sur le détecteur matriciel un filtre coloré, également matriciel, tel qu'à chaque point du détecteur est associé un élément de filtre, chacun de ces points n'étant ainsi affecté qu'à la détection d'une seule couleur; il faut donc faire intervenir plusieurs points - en général trois-détectant des couleurs différentes pour obtenir une information élémentaire aussi complète qué l'information fournie par un point pour une image achrome, c'est-à-dire en noir et blanc. Si le filtre coloré est constitué par des triplets de bandes verticales, chaque triplet comprenant, par exemple, une bande verte, une bande rouge et une bande bleue, une information élémen taire d'image ne sera obtenue qu'après balayage de trois points de couleurs différentes sur une ligne alors qu'il suffit d'un seul point en noir et blanc. Les images obtenues sont donc moins nettes qu'en noir et blanc. Pour améliorer la qualité de l'image colorée on a déjà proposé de conférer au filtre la structure dite de Bayer représentée sur la figure 1. Dans untel filtre chaque ligne est formée par une suite de couples d'éléments de couleurs différentes: les couleurs A et B sur la ligne nO 1 tandis que la ligne suivante, n02, de la meme trame est formée de couples d'éléments des couleurs B et C. Les éléments de même couleur B se trouvant sur deux lignes successives de la même trame sont disposés en quinconce, c'est-à-dire qu'un élément B de la première ligne est à la verticale d'un élément C de la ligne nO 2 et réciproquement, un élément B de la ligne n" 2 est à la verticale d'un élément A de la ligne nO 1.Cette disposition en quinconce des éléments de couleur B est mise à profit pour restituer la définition horizontale de l'image grâce au montage représenté sur la figure 2.Ce montage, connu en soi, sera cependant décrit ci-après en détail pour mieux faire comprendre l'invention. Dans ce dispositif connu les signaux sortant de l'analyseur 10, c'est-à-dire les signaux correspondants à chaque point du détecteur matriciel sont appliqués à l'entrée Il d'un démultiplexeur 12 à deux sorties, respectivement 13 et 14. Ce démultiplexeur 12 est commandé en synchronisme avec la lecture des points du détecteur matriciel et de telle manière que sur la sortie 13 on obtienne les signaux correspondant aux points du détecteur auxquels sont associés les éléments de filtre de couleur B, et que sur la sortie 14 apparaissent les signaux correspondant aux points associés aux éléments de filtre de couleurs A ou C. La sortie 13 du démultiplexeur 12 est reliée à la première entrée 15 d'un additionneur 16 par l'intermédiaire d'un filtre passebas 17. Cette sortie 13 est également connectée, d'une part, à la première entrée 18 d'un multiplexeur 19 et, d'autre part, à la seconde entrée 20 de ce multiplexeur 19 par l'intermédiaire d'une ligne à retard 21 imposant un temps de retard correspondant exactement au balayage d'une ligne. Le multiplexeur 19 est commandé de la même manière que le démultiplexeur 12. Ainsi pour un point du détecteur matriciel il transmet sur sa sortie 22 le signal provenant de son entrée 18 et pour le point suivant c'est le signai à l'entrée 20 qui est transmis sur la sortie 22. Cette dernière est reliée à la seconde entrée 23 de l'additionneur 16 par l'intermédiaire d'un filtre passe-haut 24. La sortie 14 du démultiplexeur 12 est reliée directement à la première entrée 25 d'un multiplexeur 26, identique au multiplexeur 19 et commandé de la même manière, ainsi qu'à la seconde entrée 27 d'un autre multiplexeur 28, également identique au multiplexeur 19. La sortie 14 du démultiplexeur 12 est également reliée, respectivement à la seconde entrée 29 et à la première entrée 30 des multiplexeurs 26 et 28 par l'intermédiaire d'une ligne à retard 31 identique à la ligne à retard 21, c'est-à-dire que les signaux sur sa sortie correspondent aux signaux sur son entrée mais retardés d'une période égale au balayage d'une ligne. La sortie 32 du multiplexeur 26 est connectée à la première entrée 33 d'un additionneur 34 par l'intermédiaire d'un filtre passebas 35 analogue au filtre 17. De même la sortie 36 du multiplexeur 28 est connectée à,la première entrée 37 d'un additionneur 38 par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 39 analogue au filtre 17. Les secondes entrées, respectivement 40 et 41, des additionneurs 34 et 38 sont connectées, comme l'entrée 23 de l'additionneur 16, à la sortie du filtre passe-haut 24. La branche 45 du dispositif de la figure 2, qui comprend la ligne à retard 21, le multiplexeur 19 et le filtre 24, permet d'obtenir la composante achrome de l'image, composante qui est également dénommée "pseudo-luminance HF". En direction horizontale sa définition est la même qu'en noir et blanc. En effet dans cette branche tous les points d'une ligne sont analysés. Cette branche fournit donc les détails de l'image,mais sans couleur. Les informations de couleurs à basse définition sont obtenues aux sorties des filtres 17, 35 et 39. A la sortie du filtre 17 on obtient le signal de couleur B. Sur la sortie du filtre 35 on obtient le signal de couleur A et sur la sortie du filtre 39 on obtient le signal de couleur C.En effet lorsque sur la sortie 14 apparaît un signal de couleur A le multiplexeur 26 est dans l'état tel qu'il transmet sur sa sortie 32 le signal appliqué sur son entrée 25 et l'état du multiplexeur 28 est tel que c'est le signal sur son entrée 30 qui est transmis sur sa sortie 36. Dans ces conditions le signal de la sortie 14 du démultiplexeur 12 se retrouve à la sortie du multiplexeur 26 et donc du filtre 35. Par contre le signal qui apparaîtrait sur la sortie de la ligne à retard 31 correspondrait à un signal de la couleur B qui dest pas apparu sur la sortie 14. Ainsi au moment oll un signal de couleur A apparaît sur la sortie 32 du multiplexeur 26 il apparaît un signal nul sur la sortie 36 du multiplexeur 28.Réciproquement lorsqu'une couleur C apparaît sur la sortie 14 du démultiplexeur 12 les multiplexeurs 26 et 28 sont dans l'état tel que ce sont les entrées, respectivement 29 et 27, qui sont reliées aux sorties 32 et 36. La couleur C est ainsi transmise sur la sortie 36 car elle est appliquée directement sur l'entrée 27 du multiplexeur 28. Par contre sur l'entrée 29 du multiplexeur 26 apparaît un signal nul car il correspond à un instant où apparaissait, à la ligne précédente, un signal de couleur B non transmis sur la sortie 14. Le rôle des additionneurs 16, 34 et 38 est de mélanger les signaux de couleurs à basse définition aux signaux achromes à meilleure définition. Le filtre à structure de Bayer (figure 1) et la branche 45 du dispositif de la figure 2 présentent des inconvénients gênants. En premier lieu, comme le signal achrome est obtenu à l'aide d'un signal d'une seule couleur, en général la couleur verte, la qualité de l'image dépend de la quantité de vert qu'elle contient; en particulier si l'image ne contient pas de vert, la définition sera uniquement celle des signaux de couleurs obtenus en sorties des filtres 17, 35 et 39. En second lieu la définition de l'image en direction verticale est moins bonne qu'en noir et blanc car les informations achromes correspondent à deux lignes successives. En troisième lieu le dispositif de la figure 2 impose une ligne à retard 21 qui est un élément relativement onéreux. Enfin, en quatrième lieu, la restitution de la définition horizontale ne peut être obtenue qu'avec le filtre à structure de Bayer; le traitement de signal effectué par le dispositif de la figure 2 ne s'applique pas lorsque le détecteur matriciel est associé à un filtre formé de triplets de bandes (figure 3). L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés cidessus. Elle est caractérisée par le fait qu'on fait appel aux trois signaux de couleurs pour constituer le signal achrome permettant de restituer les détails en direction horizontale. A cet effet, dans une réalisation, chaque signal de point est multiplié par un coefficient dépendant de sa couleur et choisi de façon telle que si l'image est achrome et de luminance constante les signaux de couleur ont tous les trois la même amplitude. De cette manière le signal achrome restituant les détails en direction horizontale est peu sensible à l'absence dune couleur. Ce signal achrome peut être formé à partir de n'importe quel type de filtre coloré associé au détecteur matriciel. I1 n'est pas nécessaire d'utiliser une ligne à retard telle que celle de la référence 21 sur la figure 2. Enfin la définition verticale de l'image peut être meilleure que celle obtenue avec le dispositif de la figure 2 car le signal achrome ne fait appel qu'à une seule ligne à la fois. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap paraîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà décrite, représente un filtre à structure de Bayer en soi connu, - la figure 2, également décrite ci-dessus, est un schéma d'un dispositif connu de traitement du signal de sortie d'un analyseur 10 associé à un filtre du type de la figure 1, - la figure 3, que l'on a déjà mentionnée plus haut, est un schéma d'un filtre à triplets de bandes colorées, en soi connu, - la figure 4 est un schéma d'un dispositif de traitement de signal selon l'invention pour des signaux provenant d'un analyseur d'images à filtre coloré à structure de Bayer, - la figure 5 est un schéma d'un dispositif analogue à celui de la figure 4 mais destiné à être utilisé avec un analyseur associé à un filtre à triplets de bandes colorées du type de la figure 3, - les figures 6 à 9 et 10 et 11 sont des diagrammes illustrant le fonctionnement des dispositifs des figures, respectivement 4 et 5, et - la figure 12 est un diagramme montrant une propriété du dispositif de la figure 5. On se réfère tout d'abord à la figure 4. Sur cette figure les éléments qui correspondent à ceux de la figure 2 ont été notés avec les mêmes chiffres de référence. On voit que la partie de restitution des couleurs est, dans cette réalisation, identique à la partie correspondante du dispositif de la figure 2 avec le démultiplexeur 12, la ligne à retard 31, les multiplexeurs 26 et 28 et les filtres passe-bas 17, 35 et 39. On prévoit également trois additionneurs 16, 34, 38 sur les entrées respectivement 15, 33 et 37, desquelles sont appliqués les signaux de sortie des filtres passe-bas 17, 35 et 39. A l'égard de cette partie de restitution des couleurs on notera que la fréquence de coupure haute des filtres passe-bas 17, 35 et 39 est de Pordre de 500 KHz. Le dispositif de la figure 4 comprend par contre une branche 50 de synthèse du signal achrome qui est différente de la branche correspondante 45 du dispositif de la figure 2. Cette branche 50 comporte un multiplicateur 51 à deux entrées 52 et 53. L'entrée 52 est reliée directement à la sortie de l'analyseur 10 tandis que la seconde entrée 53 est reliée à la sortie d'un multiplexeur 54 à trois entrées, respectivement 55, 56 et 57 sur lesquelles sont appliqués des signaux représentant des coefficients constants, respectivement KA, KB et Kc. Ce multiplexeur est commandé au même rythme que les multiplexeurs 26 et 28, c'est-àdire à la demie-fréquence de lecture des points du détecteur matriciel. En outre la séquence de commande de ce multiplexeur 54 est fonction de la structure du filtre associé au détecteur matriciel. Ainsi lorsqu'est lue la ligne nO 1 du filtre 5 (figure 1) ce sont les coefficients KA et KB qui sont alternativement appliqués sur l'entrée 53 du multiplicateur 51. Par contre lors de la lecture de la ligne nO 2 ce sont les coefficients KB et KC qui sont alternativement appliqués sur l'entrée 53. La sortie 60 du multiplicateur 51 est reliée aux secondes entrées respectivement 23, 40 et 41 des additionneurs 16, 34 et 38 par l'intermédiaire d'une part, d'un filtre passe-haut 24a dont la fréquence de coupure basse est de l'ordre de 500 KHz et d'autre part d'un filtre 61 réjecteur d'une raie parasite à la fréquence d'échantillonnage des couleurs.Avec le filtre en structure de Bayer de la F figure 1, cette dernière fréquence a la valeur Fp, , F p étant la fréquence à laquelle les points du détecteur matriciel sont balayés, appelée également "fréquence-point". La courbe de réponse du filtre 61, avec le gain G en ordonnées et la fréquence F en abscisses, est représentée à l'intérieur du bloc schématisant ce filtre. Les coefficients KA, KB et KC sont choisis de façon telle que lorsqu'on a affaire à un blanc ou un gris (c'est-à-dire une zone sans couleur) l'amplitude du signal apparaissant sur la sortie 60 du multiplicateur 51 est indépendante de la couleur de l'élément de filtre associé au point correspondant. La figure 6 est un diagramme sur lequel le temps t est porté en abscisses et on a porté en ordonnées le niveau S du signal en sortie du multiplicateur 51; ce diagramme correspond à la lecture de la ligne 1 du filtre 5 lors de l'analyse d'une zone blanche ou, de façon plus générale, d'une zone achromatique et de luminance constante. On voit que ce signal S a un niveau constant. Le diagramme de la figure 7 est analogue à celui de la figure 6 mais il correspond à la lecture de la ligne 2 de la même trame; dans ce cas le signal S en sortie du multiplicateur 51 est également constant lors de l'analyse dune zone blanche de luminance constante. Les diagrammes des figures 8 et 9 corEespondent à ceux des figures respectivement 6 et 7 mais lors de l'analyse d'une zone colorée dans laquelle la couleur a est absente. On voit sur ces figures 8 et 9 que le signal de pseudo luminance HF en sortie 60 du multiplicateur 51 contient des raies parasites à la fréquence d'échantillonnage Fc des couleurs, c'est-à-dire dans le cas de l'utilisation d'un filtre de Bayer à la demie-fréquence point, soit 4,4 MHz. C'est le rôle du filtre réjecteur 61 d'éliminer ces raies parasites car, en l'absence d'un tel filtre 61, des raies verticales pourraient apparaître sur l'image reproduite si celle contenait des brusques transitions de couleur. En sortie de chacun des additionneurs 16, 34 et 38 on obtient un signal à deux composantes dont l'une est à fréquence inférieure à 500 KHz et correspond à une information sur une couleur déterminée A, B ou C et dont l'autre est une information à fréquence supérieure à 500 KHz de nature achrome et représentant les détails de Pilage. On se réfère maintenant à la figure 5 qui est une vue analogue à celle de la figure 4 mais pour un analyseur associé à un filtre 6 (figure 3) du type à triplets de bandes verticales, chaque triplet comprenant une bande verticale 7 de couleur A, une bande 8 de couleur B et une bande 9 de couleur C. Dans cette réalisation la branche 50a de synthèse du signal achrome comprend, comme la branche 50 de la figure 4, un multiplicateur 51, un filtre 61a réjecteur de la fréquence FC d'échantillonnage de chaque couleur, c'est-à-dire F et un filtre passe-haut 24a à fréquence de coupure basse de Tordrez de 500 KHz. Les signaux KA, KB, KC appliqués sur l'entrée 53 du multiplicateur 51 ont une séquence qui correspond à celle du filtre 6 c'est-àdire que pour chaque ligne, la suite des couleurs étant A, B, C, A, B, C, etc... les coefficients sont appliqués au même rythme et dans le même ordre: KA, KB, KC, KA, KB, KC, etc... La voie de restitution des couleurs comporte un démulti- plexeur à une entrée 70 reliée à la sortie de l'analyseur 10a et trois sorties 71, 72, 73 sur lesquelles apparaissent les signaux de couleurs A, B et C au rythme de l'analyse. Ces signaux A, B, C, qui ne sont pas les signaux habituels de rouge R, de vert V et de bleu B, sont transformés, grâce à un dispositif de matriçage 74, en lesdits signaux de rouge R, de vert V et de bleu B apparaissant alors sur les sorties respectivement 75, 76 et 77 dudit dispositif 74. Cette voie de restitution des couleurs est par ailleurs identique à la voie correspondante de la figure 4, c'est à-dire qu'elle comporte des filtres passe-bas 17aux 35a et 39a dont les entrées sont reliées aux sorties respectivement 75, 76 et 77 du dispositif 74. La figure 10 est un diagramme analogue à celui des figures 6 et 7 montrant le signal en sortie du multiplicateur 51 du dispositif de la figure 5 lors de l'analyse d'une zone blanche, ou achromatique, de luminance constante, pour une ligne. La figure 11 correspond aux figures 8 et 9 et montre donc le signal sur la sortie 60 du multiplicateur 51 de la figure 5 lors de l'analyse d'une zone qui est colorée de façon telle que la couleur B est absente. Cette dernière figure permet de comprendre, comme les figures 8 et 9, pourquoi il est nécessaire de prévoir le filtre 61a réjecteur de la fréquence FC d'échantillonnage de chaque couleur qui est égale au tiers de la fréquence-point dans ce cas. La figure 12 montre l'allure de la bande passante en sortie de la voie 50a. La fréquence de coupure F est la fréquence maximum a qui, théoriquement, peut être reproduizce. On sait en effet que la fréquence d'échantillonnage (la fréquence-point Fp dans l'exemple) doit avoir une valeur au moins égale au double de la fréquence maximum du signal à échantillonner; dans le cas contraire l'information que contient ce signal peut être perdue. F Le creux de la bande passante à la fréquence S correspond à la présence du filtre 61a. 3 Quels que soient leurs modes de réalisation, le procédé et le dispositif selon l'invention ont de nombreuses applications. L'application préférée est cependant la caméra de télévision en couleurs à traitement numérique du signal. REVENDICATIONS 1. Procédé de synthèse de signaux d'image achromes à partir des signaux d'images fournis par un analyseur (10, 10a) comprenant un détecteur matriciel associé à un filtre trichrome matriciel (5, 6) permettant que chaque point du détecteur ne soit affecté à la détection que d'une seule couleur (A, B ou C), caractérisé en ce que les signaux achromes sont formés à partir de chacune des trois couleurs (A, B et C). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque signal sortant de l'analyseur (10, 10a) est multiplié par un coefficient constant (KA, KB ou KC) mais qui dépend de la couleur de l'élément de filtrage associé au point analysé, les coefficients (KA, KB et KC) étant choisis de façon telle que pour l'analyse d'une image achrome de luminance constante les signaux correspondant à des points de couleurs (A, B, C) différentes ont des amplitudes égales. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on élimine du signal achrome la fréquence d'échantillonnage de chaque couleur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on élimine du signal achrome les fréquences inférieures à une valeur déterminée, par exemple de l'ordre de 500 KHz. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un multiplicateur (51) dont une entrée (52) est reliée à la sortie de l'analyseur (10, 10a) et dont l'autre entrée (53) est reliée à la sortie d'un multiplexeur (54) délivrant les signaux de coefficients (KA, KB ou KC) en synchronisme avec l'analyse du détecteur matriciel. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal achrome est superposé à chacun des signaux de couleurs (A, B ou C) grâce à des additionneurs (16, 34, 38). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le filtre associé au détecteur matriciel a une structure en triplets de bandes verticales (7, 8, 9). 8. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le filtre (5) associé au détecteur matriciel a une structure de Bayer. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande des multiplexeurs et démultiplexeurs dans la voie achrome et/ou dans la voie de restitution des couleurs qui agissent en synchronisme avec la lecture des points et qui sont donc fonction de la structure du filtre associé au détecteur matriciel.