ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ФОТОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ ЦВЕТОВ И ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКОЙ ЦВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
INTEGRATED CIRCUIT FOR PHOTODETECTOR WITH VERTICAL COLOUR SEPARATION AND PROGRAMMABLE DIGITAL PROCESSING OF COLOUR SIGNALS

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в устройствах формирования сигналов изображения для различных систем передачи и отображения, в частности в видеокамерах и фотоаппаратах высокого качества.
Известны многоэлементные фотоприемные устройства трех основных цветов с программируемой цифровой обработкой цветовых сигналов, описанные, например, в US Patent 7,129,978 B1, October 31, 2006, K.E.Brehmer et al, "Method and architecture for an improved CMOS color image sensor", в US Patent 6, 323, 959 November 27, 2001, K. Tayama et al, "Color image processor", в US Patent 6,198,841 March 6, 2001, K.Tayama et al, "Color image processor".
В этих источниках описываются фотоприемные устройства с программируемой цифровой обработкой цветовых сигналов, содержащие фотоприемную матрицу с разделением трех основных цветов, схему считывания с аналогово-цифровым преобразованием, схему цифровой обработки считываемых сигналов. Наиболее близким к заявленному изобретению и принятым за прототип является устройство, описанное в US Patent 7,129,978 B1, October 31, 2006, K.E.Brehmer et al, "Method and architecture for an improved CMOS color image sensor".
Указанное устройство содержит фотоприемную матрицу с разделением цветов, схему считывания с аналогово-цифровым преобразованием, схему цифровой обработки считываемых сигналов, выполненные в единой интегральной схеме.
Однако известные устройства имеют недостатки: они недостаточно универсальны для различных применений и типов фотоприемных матриц, не учитывают, например, особенности фотоприемной матрицы с вертикальным разделением цветов.
Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение функциональной полноты цифровой обработки считываемых сигналов, выполненной в единой интегральной схеме вместе с фотоприемной матрицей с разделением цветов по глубине проникновения излучения в полупроводниковую структуру.
Указанный результат достигается за счет того, что в известном фотоприемном устройстве, содержащем фотоприемную матрицу с разделением цветов, схему считывания с аналогово-цифровым преобразованием, схему цифровой обработки считываемых сигналов, выполненные в единой интегральной схеме, предложено в схему цифровой обработки включить последовательно программно настраиваемые блоки, вплоть до отключения влияния каждого из них на прохождение сигналов:
- блок коррекции передаточной характеристики фотоприемной матрицы программируемой кусочно-линейной передаточной функцией с задаваемыми опорными смещениями и значениями тангенсов углов наклона в опорных узловых точках передаточной функции по каждому из цветовых каналов,
- блок замены аномальных точечных отклонений фотоприемной матрицы с заданием порога аномального отклонения, с вычислением второй производной в углах апертуры из 3×3 точек, ограничений коррекции при возможном положении аномальных точек в угловых точках апертуры и с коррекцией значения центральной точки,
- блок коррекции или восстановления красной составляющей, вычисления поправок четкости и насыщенности, вычисления средних значений цветовых составляющих в центре апертуры из 3×3 точек с заданием величин геометрических смещений красного по горизонтали и вертикали относительно зеленого и синего, дополнительного его смещения по горизонтали,
- блок формирования стандартных по параметрам трех основных цветов (R, G, B) умножением R, G, B составляющих на задаваемую матрицу 3×3,
- блок баланса белого и определения автоэкспозиции фотоприемной матрицы с умножением ее сигналов на вычисленные коэффициенты в двух вариантах: для выравнивания средних по кадру яркостей трех основных цветов или для обеспечения заданного отношения средних по кадру яркостей красной и синей составляющих к зеленой, причем заданные абсолютные значения средних яркостей обеспечиваются вычислением соответствующего времени экспозиции фотоприемной матрицы,
- блок гамма-коррекции с заданием значений тангенса углов наклона и опорных значений в узловых точках кусочно-линейной функции преобразования, задаваемой таблично, одинаково для всех цветовых каналов,
- блок увеличения количества пикселов в изображении по формулам интерполяции,
- блок формирования составляющих Y, Cb, Cr умножением R, G, B составляющих на задаваемую матрицу 3×3 и нормирующий коэффициент.
Указанный выше технический результат достигается совокупностью перечисленных выше новых признаков изобретения.
Увеличение функциональной полноты цифровой обработки считываемых сигналов, в том числе с фотоприемной матрицы с разделением цветов по глубине проникновения излучения в полупроводниковую структуру, достигается за счет того, что перечисленные выше блоки осуществляют коррекцию передаточной характеристики фотоприемной матрицы программируемой кусочно-линейной передаточной функцией по каждому из цветовых каналов, замену аномальных точечных отклонений фотоприемной матрицы с заданием порога аномального отклонения, коррекцию или восстановление красной составляющей, вычисление регулировок четкости и насыщенности, вычисление средних значений цветовых составляющих в центре апертуры из 3×3 точек с заданием величин геометрических смещений красного по горизонтали и вертикали относительно зеленого и синего и дополнительного его смещения по горизонтали, формирование стандартных по параметрам трех основных цветов (R, G, B), баланс белого и определение автоэкспозиции фотоприемной матрицы с умножением ее сигналов на вычисленные коэффициенты в двух вариантах: для выравнивания средних по кадру яркостей трех основных цветов (т.н. серый мир) или для обеспечения заданного отношения средних по кадру яркостей красной и синей составляющих к зеленой (т.н. относительный мир), причем заданные абсолютные значения средних яркостей обеспечиваются вычислением соответствующего времени экспозиции фотоприемной матрицы, гамма-коррекцию с заданием значений тангенса углов наклона и опорных значений в узловых точках кусочно-линейной функции преобразования, задаваемой таблично, одинаково для всех цветовых каналов увеличение количества пикселов в изображении по формулам интерполяции, формирование составляющих Y, Cb, Cr.
Чертеж иллюстрирует предлагаемое устройство.
Интегральная схема многоэлементного фотоприемного устройства с вертикальным разделением цветов и программируемой цифровой обработкой цветовых сигналов состоит (см. фиг.1) из фотоприемной матрицы (1) с разделением цветов, со схемой считывания и аналогово-цифровым преобразованием включенных последовательно программно настраиваемых блоков, вплоть до отключения влияния каждого из них на прохождение сигналов: блока (2) коррекции передаточной характеристики фотоприемной матрицы, блока (3) замены аномальных точечных отклонений фотоприемной матрицы, блока (4) коррекции или восстановления красной составляющей, вычисления поправок четкости и насыщенности, вычисления средних значений цветовых составляющих в центре апертуры из 3×3 точек с заданием величин геометрических смещений красного по горизонтали и вертикали относительно зеленого и синего, дополнительного его смещения по горизонтали, блока (5) формирования стандартных по параметрам трех основных цветов (R, G, B), блока (6) баланса белого и определения автоэкспозиции фотоприемной матрицы, блока (7) гамма-коррекции, блока (8) увеличения количества пикселов в изображении, блока (9) формирования составляющих Y, Cb, Cr.
Фотоприемное устройство работает следующим образом:
Фотоприемная матрица (1) генерирует в цифровой форме сигналы трех основных цветов (R, G, B), которые не совершенны. Схема цифровой обработки получает по I2C интерфейсу от внешнего I2C контроллера настроечную информацию, по которой производит: в блоке (2) коррекцию передаточной характеристики фотоприемной матрицы программируемой кусочно-линейной передаточной функцией по каждому из цветовых каналов, в блоке (3) замену аномальных точечных отклонений фотоприемной матрицы с заданием порога аномального отклонения, в блоке (4) коррекцию или восстановление красной составляющей, вычисление регулировок четкости и насыщенности, вычисление средних значений цветовых составляющих в центре апертуры из 3×3 точек с заданием величин геометрических смещений красного по горизонтали и вертикали относительно зеленого и синего и дополнительного его смещения по горизонтали, в блоке (5) формирование стандартных по параметрам трех основных цветов (R, G, B), в блоке (6) баланс белого и определение автоэкспозиции фотоприемной матрицы с умножением ее сигналов на вычисленные коэффициенты в двух вариантах: для выравнивания средних по кадру яркостей трех основных цветов (т.н. серый мир) или для обеспечения заданного отношения средних по кадру яркостей красной и синей составляющих к зеленой (т.н. относительный мир), причем заданные абсолютные значения средних яркостей обеспечиваются вычислением соответствующего времени экспозиции фотоприемной матрицы, в блоке (7) гамма-коррекцию с заданием значений тангенса углов наклона и опорных значений в узловых точках кусочно-линейной функции преобразования, задаваемой таблично, одинаково для всех цветовых каналов в блоке (8) увеличение количества пикселов в изображении по формулам интерполяции, в блоке (9) формирование составляющих Y, Cb, Cr.
Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает его дальнейшее возможное совершенствование специалистами и не содержит каких-либо ограничений в части реализации. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.