Brevet FR2527032A1 — publié le 19831118

ClRCI,IT DE TRAITEMENT DE SIGNAL POUR CAv-RS DE TELEVlS1ON A FILTRE TRICHROME, AVEC DISPOSITIF DE SUPPRESSION DE FAUSSES COULEURS. La présente invention concerne les caméras de télévision en couleurs conportant, pour l'élaboration de signaux de luminance et de chroninance, un détecteur matriciel d'image rHcollvert d'un filtre matriciel trichrome de telle sorte que chaque élément du détecteur ne soit illuminé qu'à travers uoe plage d'une seule couleur du filtre trichrone.Dans ce qui suit, on ne parlera que des couleurs rouge (R), verte (V) et bleue (B) qui sont usuelles, nais l'invention ne dépend pas de ce choix de couleurs Les plages colorées du filtre sont réparties sur la sur- face du filtre selon une organisation qui put être très variable: on a imaginé d'utiliser des bandes colorées verticales alternativement rouge, verte et bleue, correspondant chacune à une colonne de points du détecteur matriciel ; on a aussi proposé des filtres en structure dite de Bayer : sur une trame, une ligne sur deux comporte alternativement des plages verte et rouge ; l'autre ligne comporte des plages bleue et verte, les plages vertes de deux lignes successives étant en quinconce ; une autre structure encore, qui est celle de la figure 1, est une simple modification de la structure de Bayer, dans laquelle les plages vertes sont superposées et non en quinconce. On décrira l'invention à propos de cette structure de Bayer modifiée mais elle est utilisable aussi pour les caméras pourvues de filtres colorés ayant une autre structure. Dans toute la description qui suit, on parlera de lignes consécutives, lignes suivantes, lignes précédentes etc., pour des lignes d'une meme trame de balayage, sachant que deux trames de balayage sont imbriquées sur la meme surface. Ainsi, à la figure 1, les lignes numérotées 1, 2, 3, etc., sont bien des lignes consécutives d'une même trame de n lignes, tandis que les lignes numérotées n + 1, n + 2, n + 3, etc. (qui d'ailleurs correspondent respectivement au même motif de couleurs que les lignes 1, 2, 3, etc.), sont les lignes de la deuxième trame, imbriquée dans la première ; les deux trames, successives dans le temps mais imbriquées dans l'espace, constituent une image complète de 2 n lignes. On va expliquer en référence à la figure 2 comment peut être traité le signal issu du détecteur d'image de la figure 1 pour mieux situer à la fois le problème particulier qu'on cherche à résoudre et la place des éléments de circuit qui permettent de résoudre ce problème. Le détecteur d'image pourvu d'un filtre coloré est désigne par la référence 10. Sans entrer dans les détails de réalisation de ce détecteur, on considérera ici qu'il s'agit d'un analyseur solide dans lequel les signaux sont recueillis dans des registres à transfert de charges couplés à un convertisseur analogique-numérique, de sorte que le signal issu du détecteur 10 est un signal echantillonne et numérisé ; le circuit de traitement de signal de la figure 2 est donc un circuit de traitement numérique de signal, mais on pourrait envisager l'application de l'invention à-une camera à traitement analogique de signal. Le signal issu du détecteur 10 est appliqué à un démultiplexeur 12 travaillant à la moitié de la fréquence-point (Fp/2), ou la fréquence-point Fp est le nombre de points de détecteurs examinés par seconde dans l'exploration de la surface photosensible. Le dénultiplexeur 12 dirige vers une première sortie 121 les signaux correspondant aux points verts et vers une deuxième sortie 122 les autres signaux, c'est à dire les signaux rouges pour une ligne sur deux et les signaux bleus pour les lignes intermédiaires. Les signaux bleus et rouges sont utilisés d'une part tels quels, et d'autre part après passage dans une ligne à retard 14 qui les retarde de la durée d'une ligne. Cette ligne à retard est un registre à décalage ( plusieurs bits en parallèle) actionné à la moitié de la fréquence-point et comportant un nombre de cases égal à la moitié du nombre de points par ligne du détecteur d'image (Np/2). Les signaux bleus et rouges non retardés sont appliqués simultanément à une première entrée 161 d'un multiplexeur 16 et à une première entrée 181 d'un autre multiplexeur 18, tandis que les mêmes signaux retardés par la ligne 14 sont appliqués à une deuxième entrée 162 du multiplexeur 16 et à une deuxieme entrée 182 du second multiplexeur 1.8. Les deux iultipîexeurs 16 et 18 fonctionnent à une fréquence qui est la moitié de la fréquence de ligne F1 soit F1/2 = Fpl2Np, de sorte que pendant une ligne les signaux r lIges non retardés arrivent directement par l'entrée 161 à la sortie du nultiplexcur W6, tandis que les signaux bleus retardés (c'est à dire ceux qui correspondent à la ligne prérédènte) arrivent par l'entrée 182 à la sortie du nultiplexeur 18.A la ligne suivante, les multiplexeurs inversent les entrées actives de sorte que pendant le p ss*Oe direct des signaux bleus non retardés -dans le multiplexeur 18, les signaux rouges retardés, donc les signaux rouges de la ligne précédente, sont à nouveau transmis à la sortie du multiplexeur 16. Ce multiplexage double permet de combler, par une répétition des signaux rouges de la ligne précédente, l'absence de signaux rouges pendant une ligne sur deux, et de même pour les signaux bleus. Les signaux verts issus du démultiplexeur 12, les signaux rouges issus du multiplexeur 16, et les signaux bleus issus du multiplexeur 18, sont respectivement amenés à des filtres passe-bas 20, 22, 24 dont la fréquence de coupure est suffisamment inférieure à Fp/2 pour atténuer les fausses couleurs qui seraient dues aux phénomènes de repliement de spectre lorsque le spectre de fréquences de l'image projetée sur le détecteur d'image s'étend au-delà de la demi-fréquence d'échantillonnage. En traitement numérique, les filtres sont des filtres numériques travaillant à la demi-fréquence point. Ce filtrage passe-bas sur trois voies produit trois signaux de couleur floue qui sont combinés par matriçage dans un circuit 26 pour produire les trois combinaisons linéaires classiques en colorimétrie appliquée à la télévision qui sont Y = 0,59 V + 0,3 R + 0,11 B, signal de luminance achrome et R - Y et B - Y, signaux de chroininance. Ces signaux sont des signaux flous, c'est à dire à bande passante limitée vers le haut. Pour la chrominance, ce caractère flou a peu d'importance mais, pour restituer mieux les transitions de luminance on va constituer un signal net Y' en rajoutant à Y les transitions de brute fréquence qui ont été supprimées par les filtres passe-bas. Pour cela un additionneur 28 eqoit le signal Y issu du circuit de matriçage 26 et un signal dit de "psedo-luninance" HF, ybf, qui reproduit en fait uniquement, -de antre achrome, r1es contours, c'est à dire des transitions de luminance. Ce signal de pseudo-luminance Yhf, ou signal de contours, est établi par une voie séparée recevant le signal issu du détecteur 10. Cette voie colporte un nultiplicateur 30 travaillant à la fréque;ice-point pour multiplier le signal incident pàr un coefficient KV au moment où le signal correspond à un point vert, ou par un coefficient KR ou KB respectivement quand il correspond à un peint rouge ou un point bleu de manière qu une image blanche se traduise par un signal continu uniforme. Ce multiplicateur 30 est suivi d'un filtre passe-haut 32 qui a la même fréquence de coupure que les filtres passe-bas 20, 22, 24, et par un filtre réjecteur 34 qui supprime les fréquences autour de la demi-fréquence point Fp/2 pour supprimer les transitions de signal qui se produisent obligatoirement, à cause de l'alternance de points vert-rouge et vert-bleu, dès que l'image est colorée. Pour donner un exemple, la fréquence de coupure des filtres peut être de 500 kHz pour une demi-fréquence point de 4,4 MHz, les signaux flous étant ceux au-dessous -de 500 kHz et le signal de pseudo-luminanee HF étant compris entre 500 kHz et 2,2 MHz. La sortie du filtre réjecteur 34 fournit le signal de contours lMf qui est additionné au signal de luminance floue Y pour donner un signal de luminance net Y'. Utilisé tel quel, ce circuit présente un défaut gênant qui est l'apparition de fausses couleurs, c'est à dire de couleurs ntexistant pas sur l'image analysée par la caméra lorsqu'il y a des transitions de luminance brusques entre deux points voisins. Ces'fausses couleurs se manifestent, par exemple sur une image achrome contrastée, sous forme de lignes de couleur cyan ou jaune aux transitions contrastées de l'image achrome. Les figures 3a à 3c permettent d'expliquer la présence de ces lignes colorées. La figure 4 montrera un circuit qui permet d'y remédier. A la figure 3a on a supposé qu'un contraste noir-blanc se produisait selon une ligne horizontale entre la ligne i et la ligne i + 1, et on suppose que les signaux V, R, B sont nuls pour une image noire, chacun égal à 1 pour une image colorée de sa couleur respective, et tous trois égaux à 1 pour une image blanche. Dans ces conditions, l'analyseur fournit les informations - ligne i : V = O, R = O, B = O (B provenant de la ligne i-l retardée), - ligne i + 1 : V = 1, B = 1, R = O (R provenant de la ligne précédente i), - ligne i + 2 : V = 1, R = 1, B = 1 (B provenant de la ligne i + 1). Par conséquent, si la ligne i correspond bien à ltanalyse d'une couleur noire (V = R = B = O) et la ligne i + 2 à l'analyse d'une couleur blanche (V = R = B = 1), la ligne i + 1 quant à elle correspond à l'analyse d'une couleur cyan (V = 1, B = 1, R = O). Cette ligne cyan i + 1 sera visible sur ltécran et est très déplaisante dans l'observation d'une image achrome. De plus, si comme à la figure 3b, la transition noirblanc ne se produit pas entre les lignes i et i + 1 mais entre les lignes i + 1 et i + 2, l'analyseur indiquera bien une ligne i noire et une ligne i + 1 également noire, mais la ligne i + 2 verra un signal V = 1, R = 1 alors que la valeur de B mémorisée de la ligne précédente est égale à 0. I1 en résulte une reproduction en jaune (V = R = 1, B = O) de la ligne i + 2 et c'est seulement la ligne i + 3 qui sera blanche. De la même façon, si la transition entre les lignes i et i + 1 à la figure 3a se faisait du blanc au noir et non du noir au blanc, on aboutirait à l'observation d'une ligne i + 1 de couleur rouge et, si la transition entre les lignes i + 1 et i + 2 de la figure 3b se faisait aussi du blanc au noir et non du noir au blanc, on aurait une ligne i + 2 bleue. Par conséquent, non seulement on est en présence de lignes de couleurs parasites (ou de points si la transition est li,nitée en longueur), mais encore ces couleurs dépendent du sens de la transition dé luminance (noir-blanc ou blanc-noir), et de la phase de cette transition par rapport au motif matriciel du filtre coloré. Dans le cas d'une image mobile, il en resulte un papillo teignent de fausses couleurs changeantes très désagréables à lloeil. De plus, dans le cas de transitions de luminance importantes dans le sens horizontal, par exemple par passage du.noir au blanc le long d'une ligne de transition verticale comme à la figure 3c, on a, juste avant la transition, V = O, R = O, B = O puis, juste après la transition V = 1 et R = B = 1 ; mais, 11 obtention de R = n = 1 est légèrement postérieure (en phase par rapport à la ligne) à 11 obtention de V = 1 si la transition noirblanc se fait juste avant une colonne d'éléments verts (cas de la figure 3c) ; il en résulte une coloration verdâtre qui -s'étale pendant la transition (sur plusieurs points à cause des filtres passe-bas 20, 22, 24). Si la transition brusque noir-blanc se faisait juste après une colonne d'éléments verts, le déphasage entre ltobtention de R = B = 1 et V = 1 introduirait une coloration parasite de teinte magenta (R = B = 1, V = O) au niveau de la transition. Pour éliminer ces problèmes de fausses couleurs, la présente invention propose de compléter le circuit d'élaboration de signaux de luminance et de chrominance par un circuit de détection de variations rapides importantes de luminance de l'image dans le sens horizontal et/ou dans le sens vertical, et un circuit de suppression des signaux de chrominance, commandé par ce circuit de détection, pour annuler les signaux de chrominance R - Y et B - Y à des instants correspondant à la position d'une transition rapide de luminance d'amplitude supérieure à un seuil déterminé. Les transitions de luminance d'une ligne à la suivante sont de préférence examinées sur le signal correspondant aux éléments verts du filtre, ou plus généralement aux éléments de la couleur qui présente la plus grande définition dans le sens vertica1. Une ligne à retard permet de comparer point par point les éléments de cette même couleur d'une ligne à la suivante. Les transitions d'un point au suivant dans le sens horizontal sont de préférence détectées à partir de l'aleplitude du signal de eontours (voie de pseudo-iuminnce haute fréquence). La figure 4 représente un mode de réalisation du circuit selon l'invention. Ce circuit reprend intégralement le schéma de la figure 2 avec les memes références nl-nériques. On y a rajouté une voie de détection de transitions horizontales brusques (test à dire de transitions brusques entre un point d'une ligne et un point correspondant de la ligne suivante) et une voie de détection de transitions verticales (entre deux points d'une même ligne). La voie de détection de transitions horizontales peut être seule présente car ce sont les transitions horizontales entre lignes qui créent les défauts les plus visibles ; mais la voie de détection des transitions verticales peut également être seule présente, par exemple si le filtre est un filtre à triplets de bandes colorées verticales, car dans ce cas il n'y a pas de fausses couleurs aux transitions horizontales. La voie de détection des transitions horizontales brusques coinprend un soustracteur 36 dont une entrée reçoit le signal issu de la sortie 121 du démultiplexeur 12, et l'autre entrée reçoit ce même signal retardé de la durée d'une ligne à travers une ligne à retard 38. On rappelle que la sortie 121 voit passer le signal correspondant uniquement aux points de couleur- verte. Ce signal a été choisi comme représentation de la luminance car d'une part ce signal est présent a chaque ligne (alors que le rouge et le bleu ne sont présents qu'unie ligne sur deux et ne peuvent donc être comparés ligne à ligne), d'autre part il est rare que le vert soit absent de la lumière reçue ; enfin, le problème des fausses couleurs est surtout critique pour des transitions entre le blanc et le noir et le choix du vert comme test de luminance risque seulement de laisser subsister une ligne de fausse couleur jaune ou cyan a une transition de couleur vert-blanc ou blanc-vert. La ligne a retard 38, en traitement numérique de signal, est un registre a décalage à plusieurs bits en parallèle (signal vert codé sur plusieurs bits) et le nombre de cases en série de ce registre est egal à Np/2 puisque le nombre de points verts d'une ligne est égal à Np/2. Le registre à décalage est actionné à la det fréquence-point Fi/2. Cette disposition serait inchangée si le filtre était un-filtre de Bayer. La valeur de sortie du soustracteur 36 représente l'amplitude d'une transition de luminance (dans le vert) ; sa valeur absolue est déterminée dans un circuit de calcul de valeur absolue 40, et elle est comparée dans un comparateur 42 à une valeur de seuil Sh pour commander la suppression des signaux de ehrorinance si ce seuil est dépassé. Un retard 44 d'une durée t appropriée est prévu dans la voie de détection de transitions horizontales, par exemple après le comparateur 44, pour assurer que l'ordre de suppression de signaux de chrominance parvient en synchronisme avec l'apparition des signaux de chroninance correspondant au point de fausse couleur que l'on veut supprimer. Ce retard t depend essentiellement du retard obligatoirement introduit par les filtres passe-bas 20, 22, 24 des votes d'établissement des signaux de chrominance. L'ordre de suppression est appliqué à travers une porte OU 46 (qui permét d'appliquer par ailleurs un ordre de suppression provenant de la voie de détection des transitions verticales) au circuit de suppression des signaux de chrominance. Ce circuit est constitué simplement par un moyen de mise à zéro des sorties R - Y et B - v de la matrice 26 ; on peut prévoir par exemple un multiplexeur 48 recevant d'une part R - Y et d'autre part 0, et un autre multiplexeur 50 recevant B - Y et 0, ces deux multiplexeurs étant normalement en position de passage des signaux R - Y et B - Y et basculant dans la position de passage d'un signal nul pendant le temps d'application de l'ordre de suppression par la sortie de la porte OU 46. La voie de détection des transitions verticales de luminance quant à elle utilise comme représentation de la luminance non pas les signaux verts mais le signal Yhf. Ce signal est en fait un signal de contours qui a subi un filtrage passe-haut de sorte que ses pointes d'amplitude représentent justement les transitions raides de luminance. I1 suffît donc d'établir une valeur absolue (circuit de valeur absolue 52) du signal Yhf en sortie du réjecteur 34, et de cokyarer cette valeur absolue, dans un comparateur 54, à un seuil Sv, pour fournir un ordre de suppression tant que ce seuil sera dépassé. La sortie du comparateur 54 est appliqué à une deuxième entrée de la porte OU 44, apres un retard si cela est nécessaire pour la synchronisation de la suppression. On a ainsi décrit un moyen simple pour éliminer les points de fausses couleurs (dues à la structure matricielle du filtre coloré) par suppression de la chrominance pour ces points. Le choix des seuils Sv et Sh doit bien entendu être tel que cette suppression n'affecte un point que si les transitions de luminance sont suffisamment raides pour engendrer effectivement une fausse couleur gênante pour l'oeil. REVENDICATIONS 1. Circuit de traitement de signal vidéo issu d'un ana lyscur solide d'image (10) à filtre trichrome, comprenant un circuit d'élaboration de signaux de luminance et de chrominance (Y, R - Y et B - Y), caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit de r'-et.ction de variations rapides importantes de luminonce de 1' i -.age dans le sens horizontal (36, 38, 40, 42, 44) et/ou dans le sens vertical (52, 54), et un circuit de suppression des signaux de chrominance (48, 50) commandé par ce circuit de détection pour supprimer les signaux de chrominance (R - Y, B - Y) à des instants correspondant a la position d'une transition rapide de luminance d'amplitude supérieure à un seuil déterminé (Sh, Sv). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit comporte une ligne à retard (38) et un soustracteur (36) recevant d'une part le signal vidéo correspondant à une couleur déterminée (V) et d'autre part ce signal vidéo retardé d'une durée correspondant a une ligne de balayage, le circuit comprenant encore un comparateur à seuil (42) comparant la valeur absolue de la sortie du soustracteur (36) à un seuil déterminé. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la ligne à retard (38) est un registre à décalage ayant un nombre de cases égal au nombre de points par ligne de ladite couleur déterminée. 4. Circuit selon l'une des revendications 1 à 3, comportant, pour l'établissement des signaux de luminance, une voie de production d'un signal de contours achrome (Yhf) à superposer à un signal de luminance basse fréquence, caractérisé par le fait que la sortie de cette voie est appliquée à un comparateur à seuil (54) dont la sortie permet de commander le circuit de suppression de signaux de chrominance. 5. Circuit selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le circuit de détection de variations de luminance est un circuit comportant un retard (44) propre à assurer la suppression des signaux de chrominance à un moment correspondant effectivement aux points dont on veut supprimer la chrominance au niveau de la transition de luminance de l'image.