专利名称：用于电视摄象机的成象器配准误差和色差的测定系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及彩色电视摄象机，而具体涉及用于检测与测定具有实况电视内容的电视图象中的色差误差及线性配准误差的系统。
在电视摄象机系统中，来自场景的光通过透镜系统成象并被棱镜分成分别表示场景的红、绿与蓝色光内容的三个分量。通常在制造工艺中这些成象器是仔细地对准的。
然而，即使成象器是完美地对准的，通过透镜系统的色差也能导致图象的不同彩色分量呈现为不对准的。由于不同频率的光以不同速度通过透镜系统行进，而在透镜中出现色差。在图象的边缘附近色差特别明显。
传统上摄象机成象器的配准是通过加上预定波形的线性组合来最佳逼近摄象机的配准误差而完成的。这些波形的加权系数通常是由将摄象机瞄准测试卡时增加不同波形的不同量的技术人员输入的。这些波形用来修正作用在成象器件上的偏转信号来使各器件提供的信号对准。
这一手动方法及许多自动方法通常都需要使用定标卡来构成用于广播校正的测试数据集。已经研制出在将摄象机瞄准在测试卡上时自动集中到最佳调节集上的自动配准系统。这些系统通常通过捕捉来自各摄象器件的测试卡图象并将得出的视频波形的相位或时间位移与其它图象摄象器件所生成的那些进行比较而得出各图象摄象器件的校正波形。
这些调节通常是在进行广播以前作为正常的摄象机调整过程的一部分执行的。然而，一段时间之后，由于温度或电压的改变或者由于电路的漂移，配准可能改变，而必须使摄象机停止广播来重新调整配准。
如果考虑进去变焦、焦距及光圈调节(由于它们对于透镜色差校正是必须的)，则可能需要极为烦琐及耗财的调整过程来建立配准数据集或所有可能的透镜设定值组合。
另一种使用广播测定的方法将屏面分成许多区，然后将检测到的各区的误差存储在存储器中。随着数据的获取更新校正波形。虽然这一方法解决了设置摄象机的问题，但它需要相对大的存储器来为所有的各种变焦距及光圈调节存储各区的所有误差。这一类型的自动配准校正系统在名为“彩色电视摄象机的自动广播配准系统与方法”的美国专利号4,500,916中有所描述，这里通过对其关于配准误差的自动校正的讲解的引用而将其结合在此。
本发明体现在自动校正彩色电视摄象机中的配准及色差误差的系统的误差测定装置中。该误差测定系统包括两个部件。随接收随分析电视图象及定位这些图象中的可能边缘的预处理器及执行样本集的更详细的测试来确定任何配准误差的大小的微处理器。预处理器识别出接收的图象中的可能边缘并使可能的边缘周围的象元(象素)存储在存储器中。用区来标识存储在存储器中的象素(例如，32个水平区乘8个垂直区)。将存储的视频样本传递给微处理器，后者执行更详细的样本测试及确定哪些样本集表示边缘误差及各样本集的误差的大小。其它电路利用微处理器采集的信息来为配准及色差误差生成校正波形。
利用这些校正波形来计算为各种透镜条件(即，变焦、焦距、光圈)存储的内插系数。当摄象机正在产生实况电视图象时，便将这些系数下载到内插电路，后者将偏移的边缘移动到一起，降低误差的大小。此外，微处理器保存关于表示画面的各区中的不对准的边缘的样本的统计信息，并识别各种不同透镜条件中应取更多的样本来获得精确的误差测定的画面的任何区域。本系统是设计成在摄象机正在操作时实时工作的。随着利用摄象机来产生电视图象，它采集新的测定信息。
图1为包含本发明的实施例的图象配准及色差校正系统的方框图。
图2为图1中所示的边缘测定系统的方框图。
图3为适用于图2中所示的边缘测定系统的边缘定位器的部分逻辑图形形式的方框图。
图3A为适用于图3中所示的边缘定位器的最大边缘处理器的方框图。
图4为适用于图1与2中所示的边缘测定系统的存储器控制器的方框图。
图5为展示示范性配准误差测定系统所采用的区的位置的图象图。
图6为展示如何为图象中检测到的边缘存储信息的存储器结构图。
图7为展示图1与2中所示的微处理器所执行的操作的流程图。
图8为对于描述图7中所示的进程有用的数据结构图。
图1中示出了示范性边缘测定与处理系统。电视摄象机将红、绿与蓝视频信号(RGBIN)提供给边缘识别处理器110及内插器118。示范性边缘识别器110为边缘信息扫描整个图象。当识别出边缘时，便将表示水平方向上的边缘周围象素的样本提供给存储器114。微处理器112分析存储的样本并识别出可能对应于红、绿与蓝视频信号中的未对准的垂直边缘(水平平移)的样本集。利用这些识别出的边缘，微处理器112生成校正波形并将表示这些波形的系数存储在校正存储器116中。内插器118从存储器116中抽取校正波形系数并将校正波形作用在红与蓝色信号上以将它们与绿色信号对准。示范性内插器118提供的输出信号RGBOUT是水平配准的红、绿与蓝色信号。
示范性边缘测定系统在两步中定位表示视频信号中的水平平移的图象中的边缘。在第一步中，边缘识别处理器110扫描图象来定位与垂直平移或对角线平移无关的水平信号平移。下面描述的本发明的示范性实施例只处理水平平移。如果垂直平移(即水平边缘)呈现不配准或色差误差，可同样通过将内插器118提供的输出信号作用在调换位置的存储器上并以调节图象的垂直对水平形式比的修改(即对调换位置的图象较少的水平区及较多的垂直区)来复制图1中所示的系统来在垂直方向校正该信号。下面描述的示范性系统只处理水平视频信号平移(图象中的垂直边缘)。由于16×9电视图象的水平跨度较大，这些平移中的误差比垂直信号平移(图象中的水平边缘)中的误差更显眼。
边缘识别处理器110并不为图象中的各水平信号平移存储边缘信息。将电视频图象分成水平上带32个区及垂直上8个区的256个区。边缘识别处理器110监视这些区的标记及已获得的边缘信息。在稳定状态操作中，只为标记存储器(图1中未示出)指示为具有不充分边缘信息的区存储边缘信息。标记存储器是由微处理器112根据从边缘识别处理器110接收的有效样本集维护的。
一旦已将表示图象中的检测到的边缘的象素集存储进存储器114中，微处理器112便可如下面参照图7描述的那样处理这些样本集，以识别对应于不对准的平移的集及确定为了将红及蓝视频信号与绿视频信号对准而应作用在它们上面的校正。一旦识别与测定了边缘，便可利用称作“电视摄象机的配准校正波形确定方法与系统”的共有未决专利申请号08/807,584中所公开的装置与方法校正红与蓝色信号，通过引用将其关于电视摄象机中的波形不对准及色差畸变的校正的讲解结合在此。
图2为展示图1中所示的边缘识别处理器110、微处理器112及存储器114的细节的方框图。边缘识别处理器110包括三个主要部件边缘定位器210、存储器控制器220及标记RAM224。如图2中所示，延时一个水平行周期加16个象素周期(16p)将红(R)、绿(G)及蓝(B)视频信号作用在边缘定位器上。G视频信号是直接作用在处理器110上的而R与B信号之一则是由多路复用器226响应R/B SEL信号直接作用在处理器110上的。此外，将G视频信号作用在一个水平行(1H)延时元件212上以生成延时的绿色视频信号G′，又将后者作用在1H延时线218上以生成两行延时的绿色视频信号G″。如下面参照图3所描述的，利用信号G、G′与G″来定位可能对应于图象中的水平信号平移的样本群。正如本技术中的熟练人员所熟知的，利用绿色视频信号是因为它包含三色视频信号R、G与B中任何一个的最大亮度信息量。
16P延时元件222延时G′视频信号以生成延时的绿色视频信号GD。IH+16P延时元件214与216分别提供对应的红与蓝色视频信号。它们是信号RD与BD。
如下面参照图3描述的，边缘定位器210监视G、G′及G″来定位输入视频信号中的可能水平亮度平移。边缘定位器210还监视信号G、及R或B来判定识别出的边缘信息是否在图象的白色平衡部分中。实际上，是将绿色信号与红色信号R或蓝色信号B对比来生成平衡信号BAL的。信号BAL为彩色平衡信号，它表明G与B或R信号是在适当的相对强度上以获得关于图象中的不对准水平平移的有效信息。信号BAL是表示红-绿边缘还是蓝-绿边缘是由微处理器112生成的信号R/B SEL判定的。这一信号可在区内切换，以便可为图象的各区获得红与蓝边缘信息两者。它也可在交替的区或交替的图象中切换。
存储器控制器220接收来自边缘定位器210的边缘信息及平衡信号。存储器控制器220还接收来自摄象机的扫描电路(未示出)的垂直脉冲信号VPULSE及水平脉冲信号HPULSE。信号VPULSE是在各场或帧开始时产生脉冲的而信号HPULSE则在被扫描的图象的各行开始时产生脉冲的。存储器控制器220比较边缘与平衡信息来判定边缘是否在图象的平衡区中并从而可表示不对准的彩色信号分量。如果控制器220确定边缘可提供对对准该图象分量有用的信息，它便利用信号HPULSE与VPULSE计算边缘出现的区。然后存储器控制器220将区信息与为那区存储在标记RAM224中的信息做比较。如果标记RAM224指示已为计算的区存储了足够的边缘信息，存储器控制器220便忽略该边缘信息。然而，如果标记RAM224指示该区需要更多的边缘信息，存储器控制器220便为绿、蓝或红色信号提供适当的选通信号，使对应的GD及RD或BD信号的31个样本存储在存储器114的对应存储区228与230中。
如下面参照图7描述的，微处理器112利用存储在存储器114的只读存储器(ROM)中的程序并利用存储器114的随机存取存储区232处理这些存储的象素集，为图1中所示的校正存储器116生成校正系数，并为各种透镜条件(如变焦、焦距及光圈设定值)存储系数及标记RAM图象。
虽然将存储器228、230、232与234示为单一存储器114的部分，但设想这些存储器可分开实现或以不同组合实现。
当微处理器112处理R、G及B视频信号的样本集时，它判定是否已为特定的区存储了有效的边缘信息。如果这一处理判定所有存储的样本集并不表示有效的边缘信息，微处理器112忽略这些信息，同时并不改变对应的单元的状态及标记RAM224。然而，如果微处理器112确定样本集中存在有效的边缘信息，它便增量该区的计数器。当微处理器已处理过设定数目的有效样本集(诸如6)时，它便复位对应于该区的标记RAM224中的位，从而只要透镜条件不改变，便不再为该区存储或分析更多的样本集。
虽然本发明的示范性实施例只存储与分析预定数目的样本集，但设想可通过相对前面为该区获得的若干样本集加权最新获得的样本集中得出的边缘信息而使系统进行操作继续为各区存储样本集，以跟踪透镜系统中及图象配准中的缓慢地出现的变化。
在示范性系统中，标记RAM224包含图象每一个区的一个单元。为摄象机的各种透镜条件的R与B信号维护各自的标记RAM图象及系数集。在这一意义上，透镜条件表示量化的焦距、变焦及光圈设定。在本发明的示范性实施例中，维护了大约1000个标记RAM图象及1000个各自的系数集。然而，设想因为从不同的光圈设定得出的增量误差相对较小存储的关于焦距与变焦的标记RAM图象与系数集是相对地少的。还设想该系统可以只使用来自诸如红与绿的两种颜色的色差误差进行测定，而从校正红色信号中的色差所施加的校正因子推断蓝色信号的误差测定及校正因子。
图3为适合于用作图2中所示的边缘定位器210的边缘定位器的部分逻辑图形式的方框图。如图3中所示，将表示延时了一个行间隔的绿色信号的G′信号作用在一个象素延时元件320上及减法器322的被减数输入端口上。将一个象素延时元件320的输出信号作用在减法器322的减数输入端口上。延时元件320与减法器322的组合形成G′视频信号中的接连的象素的流水差。将这些差作用在将负值样本转换成正值样本的绝对值电路326上。将电路326的输出信号作用在比较器328的一个输入端口上，其另一输入端口耦合用于接收阈值Te。阈值Te区分水平平移与差信号的噪声分量。如果绝对值电路326提供的信号大于阈值Te，比较器328生成逻辑高值，否则生成逻辑低信号。从而，每当G′视频信号的连续样本之间存在明显的电平平移时，比较器328便生成逻辑高输出信号。
和G′信号一样的方式，将G视频信号作用在1P延时元件330及减法器322上。减法器322所提供的输出信号表示G信号的流水象素差。将这一信号作用在减法器334的被减数输入端口上，其减数输入端口耦合用于接收减法器322的输出信号。以相同的方式，将G＂视频信号作用在1P延时元件310及减法器312上，将后者的输出信号作用在减法器314的被减数输入端口上。减法器314的减数输入端口也耦合用于接收减法器322的输出信号。
如果正在处理的图象只包括垂直边缘(水平平移)，则减法器312、322与332的输出信号应大致相等，因为垂直边缘将延伸跨过该图象的所有三行。在这一情况中，减法器314与334提供的输出信号接近零。然而，如果平移不是单纯的水平平移而包含某些垂直分量，则减法器314或334的输出信号将明显地大于零。将减法器314的输出信号作用在将负值转换成正值的绝对值电路316上，并将输出信号作用在比较器318上。比较器318相对于阈值Te比较该信号，并在绝对值电路316提供的信号大于阈值Te时提供逻辑高输出信号，否则提供逻辑低输出信号。以相同的方式，绝对值电路336及比较器338处理减法器334的输出信号，当电路336提供的信号大于阈值Te时生成逻辑高输出信号，否则提供逻辑低输出信号。
将比较器318与338提供的信号作用在“或非”门342上，其输出信号耦合到“与”门344的一个输入端上。将“与”门344的另一输入端耦合用于接收比较器328提供的信号。
比较器328的输出信号便是当前正在处理的视频信息的边缘信号。如果这一边缘信号表示单纯的水平平移，则比较器318与338的输出信号为逻辑低信号。在这一实施例中“或非”门342的输出信号为逻辑高时允许比较器328提供的平移信号传播通过“与”门344。将“与”门344的输出信号作用在数字单触发电路346上，后者响应检测到的边缘生成具有32个象素周期的逻辑高脉冲。将这一信号作用在“与”门348的一个输入端上。然而，如果“或非”门的输出信号为逻辑低，表示G与G′信号中至少一个指示存在垂直或对角线平移，则“与”门344的输出信号保持逻辑低，并且“与”门348不传递边缘信息。
还将绝对值电路326的输出信号作用在最大边缘检测器340上。如上面参照图3a所描述的，最大边缘检测器电路340判定绝对值电路326所检测到边缘是否为16个象素窗口中的最大边缘。将最大边缘检测器340的输出信号作用在“与”门348的另一输入端口上。“与”门348的输出信号为已在G′信号中定位了水平平移的指示。如上面参照图2所描述的，将输出信号EDGE作用在存储器控制器220上。
也如上所述，图3中所示的边缘定位器电路确定平衡信号BAL。平衡信号是通过在减法器350中从绿色信号G中减去红色信号R或蓝色信号B之一确定的。从G信号减去的信号是由作用在图2中所示的多路复用器226上的信号R/B SEL确定的。这一信号是由微处理器112根据当前加载的标记RAM图象提供的。
减法器350的输出信号是视频信号之间的差的测定值。将这一差作用在比较器352上，如果该差大于负的阈值Tb并且小于正阈值Tb时便生成逻辑高输出信号。比较器352的输出信号便是平衡信号BAL。
边缘定位器210还包含为写入图2中所示的G RAM228及R/BRAM230分别选通延时的绿、红与蓝信号GD、RD、BD的选通电路。将信号GD、RD与BD作用在各自的选通电路358、360与362上。这些电路响应存储器控制器220提供的选通信号将该信号作用在各自的存储区上。信号GD、RD与BD相对于G′信号延时16个象素，从而存储在存储器中的象素值包含检测到的平移前面的样本值以及平移后面的样本值。如上所述，只当信号BAL指示视频信号为彩色平衡的时，才存储信号GD及RD或BD的样本。
图3A为图3中所示的最大边缘检测器340的方框图。图3A中，将来自绝对值电路326的检测到的边缘信息作用在多路复用器370的一个输入端口及减法器374的减数输入端口上。将多路复用器370的输出信号作用在寄存器372的输入端口上，其输出端口耦合在减法器374的被减数输入端口上。寄存器372的输出端口也耦合在多路复用器370的第二输入端口上。将减法器374的输出信号的符号位耦合在多路复用器370的控制输入端上。当该符号位为逻辑高而指示减法器374所提供的输出值为负时，便调节多路复用器370将绝对值电路326所提供的值传递给寄存器372。否则，调节多路复用器将寄存器372的输出值传递回寄存器372的输入端口。
当来自绝对值电路326(图3中所示)的输入样本大于存储在寄存器372中的值时，减法器374的输出值是负的。出现这一情况时，减法器374的输出信号的符号位成为逻辑高，导致将来自绝对值电路326的输入值存储到寄存器372中。用数字单触发376提供的16个象素周期宽的脉冲启动寄存器372来存储数据值。数字单触发376是由减法器374的输出信号的符号位触发的。在16个样本周期的结尾，数字单触发376的输出信号成为逻辑低，而复位寄存器372。从而，在16个脉冲期间减法器374提供给“与”门348的信号的最后平移表示在16个样本周期中检测到的最大平移。
图4为适用于图1与2中所示的边缘识别处理器的存储控制器的方框图。该控制器包含彩色平衡电路400、视频RAM地址发生器425及标记RAM地址发生器435。图4中，来自边缘定位器210(示出在图2中)的信号BAL作用在4位彩色平衡计数器410的上/下端、第一“与”门404的输入端及通过反向器402到第二“与”门406的第一输入端上。将“与”门404与406提供的输出信号作用在提供4位彩色平衡计数器410启动信号的“或”门408上。将计数器410的4位输出信号作用在“与非”门415和“或”门416。“与非”门415在计数值不为15时提供逻辑高输出信号，而当计数器值非零时“或”门416提供逻辑高输出信号。将“与非”门415的输出信号耦合在“与”门404的第二输入端而将“或”门416的输出信号作用在“与”门406的第二输入端上。计数器410的输出信号的最高位(MSB)便是彩色平衡电路的输出信号并作用在“与”门411上。
计数器410还接收具有等于一个象素时间的周期的信号CLOCK。计数器410连续地计数色彩平衡的象素，如信号BAL所指示。如果象素是平衡的计数器增量其值而如果它是不平衡的计数器则减量其值。从而彩色平衡电路的输出信号，计数值的MSB指示最后16个样本中的8个是否是平衡的。如果是，则输出信号为逻辑高；如果否，输出信号为逻辑低。“与”门404与406以及“或”门408的组合保证只要计数器值不是15而BAL为逻辑高时计数器是启动的，并且只要计数值非零而BAL为逻辑低时是非启动的。这一电路防止计数器上溢或下溢。计数器正在监视所有象素值，因而检测到边缘时它能立即判定该边缘前面的象素值是否是彩色平衡的。
将信号EDGE作用在“与”门411的第二输入端及32个象素计数器420的复位输入端上。将“与”门411的输出信号作用在触发器412的置位输入端S上并将32个象素计数器420的进位出信号作用在触发器412的复位输入端上。从而在检测到边缘时置位触发器412而在计数器420在该边缘后面计数了32个样本时将其复位。将触发器412的输出信号(反向信号RSEL)及图2中所示的计数RAM224提供的输出数据作用在“与”门414的相应输入端上。这一“与”门的输出信号便是视频RAM写启动信号。还将这一信号作用在32个象素计数器420的启动输入端上。计数器420耦合成在启动时计数信号CLOCK的脉冲。当计数器420到达值32时，进位出信号复位触发器。进位出信号还连同彩色平衡电路的输出信号一起作用在“与”门413上。如果平衡计数器的输出信号为逻辑高，则在脉冲进位出信号时，“与”门413生成信号NEW SAMPLE(新样本)，指示已将新的样本集写入视频RAM228与230中(示出在图2中)，信号NEW SAMPLE增量作用在视频RAM上的地址值的较高位，以便将下一样本集存储在新的单元中。
由于信号NEW SAMPLE为彩色平衡电路400的输出信号与计数器420的进位出信号的逻辑“与”，如果集中最后16个样本中不包含至少8个彩色平衡的样本，在样本集结束时NEW SAMPLE是逻辑低的。
32个象素计数器420的一个输出信号是构成视频RAM地址的5个最低位(LSB)的5位值。32个象素计数器420与32768个区计数器418的组合构成视频RAM地址发生器425。将“与’门413提供的信号NEW SAMPLE作用在“与”门419的一个输入端上，其另一个输入端耦合用于接收微处理器112提供的RAM EMPTY(RAM空)信号。“与”门419的输出信号启动计数器418将其值增加一。区计数器418的输出值构成视频RAM地址的15个MSB。出现在电视摄象机所提供的各数据帧或前面的信号V PULSE复位计数器418。
将计数器418与420提供的20位地址作用在多路复用器424的一个输入端口上。多路复用器424的另一输入端口接收经由微处理器数据总线DBUS来自微处理器112的20位地址值。多路复用器424受读选择信号RSEL的控制。当断言这一信号时，便将微处理器提供的20位地址值作用在视频RAM地址输入端口上，允许微处理器112读取存储在视频RAM中的寻址的样本集。在未断言信号R SEL时，将计数器418与420提供的20位地址值作用在视频RAM上以便能将新的样本集写入视频RAM中。在本发明的示范性实施例中，这些地址值是作用在G RAM228及R/B RAM230两者上的。
微处理器数据总线D BUS还耦合在标记RAM控制解码电路426上，后者为图2中所示的标记RAM224生成写启动及输出启动信号。标记RAM的地址信号由256区计数器428生成，后者由信号CLOCK计时并且也耦合成接收信号H-PULSE及V-PULSE。计数器428实际上是两个计数器(未示出)。第一计数器计数出现在水平行间隔上的信号CLOCK的脉冲并且在扫描的视频信号跨越水平区之间的边界时触发水平区计数器的值。这一计数器由信号H脉冲复位并在处理了NHZ个象素(如60)时提供输出脉冲，NHZ为水平区中的象素数，使得NHZ乘32为水平行中活跃的象素数。水平区计数器的值构成标记RAM地址值的5个最低位(LSB)。
区计数器428包含由信号H脉冲增量及由信号V脉冲复位的第二计数器。这一计数器计数区中的行并在接收到数目NVZ(如144)个H脉冲信号时生成垂直区计数值的触发脉冲。垂直区计数值构成标记RAM地址值的3个MSB。从而计数器428的输出信号为当前输入图象中正在提供的象素数据的区号及标记RAM中的区地址。也将这一值作为TAG(标记)值提供给视频RAM。如下面参照图6所述，TAG值是存储在各样本集的第一字节中来标识该样本集所对应的区的。
图5为展示如何配置图象的区的视频图象的图。第一区，区0，在图象的左上角中，横跨图象区增量1直到区31。区32紧靠区0下面。区255在图象的右下方中。标记RAM为各区包含一位，它指示该区是否需要更多数据(逻辑高)或者已采集了足够数据来获得精确的边缘位移信息(逻辑低)。如下面参照图7所述，标记RAM是由包含两种彩色信号R与B中各个的各透镜条件的标记RAM图象的微处理器112加载的。
如图4中所示，将计数器428提供的地址值作用在多路复用器430的一个输入端口上，其另一输入端口耦合成接收来自微处理器总线D BUS的8位。多路复用器430受解码电路426生成的用作标记RAM224的写启动信号的选择信号控制。当断言了这一信号时，微处理器为改变对应于标记RAM地址(区号)的单元中的数据而访问在其数据总线上提供的标记RAM地址值。响应这一信号，将微处理器112提供的TALLY RAM DATA OUT(标记RAM数据输出)信号写入寻址的标记RAM单元中。当未断言选择线时，便将计数器428提供的地址传递给标记RAM地址输入端口并将信号TALLY RAM DATA IN(标记RAM数据进入)从标记RAM提供给存储器控制器220。
操作中，当边缘定位器210检测到边缘时，信号EDGE成为逻辑高，如果前面16个象素值至少8个是彩色平衡的便复位32象素位计数器420及置位触发器412。如果微处理器不是正在从视频RAM读数据，且如果当前正在扫描的区的标记RAM项是逻辑高，则断言视频RAM写启动信号并启动计数器420来生成地址值，以便将当前样本集存储到视频RAM228与230中。当复位计数器420时，视频RAM地址值的5个LSB为0而15个MSB则为计数器418提供的值。如上所述，每当计数器420计数到32且平衡计数器410指示边缘后面的16个样本中至少8个为彩色平衡的时，便增量计数器418提供的值。如果这些最后的样本不是正确地平衡的，便不增量计数器并且下一个样本集改写可能已存储在视频RAM中的当前样本集中的任何样本。
计数器420响应信号CLOCK的脉冲从0计数到31。将计数器418与420提供的组合地址值通过多路复用器424作用在视频RAM地址端口上。当计数器420的输出值为0时，视频RAM G RAM228及R/B RAM230两者将TAG DATA写入存储器单元中。当计数器值大于0时，G RAM 228存储延时的绿色视频信号GD的接连的样本，而R/B RAM则存储延时的红色视频信号RD的接连的样本或延时的蓝色视频信号BG的样本，这是由信号R/B SEL所确定的。
如果在信号EDGE的脉冲后面的16个象素中未检测到在幅度上大于第一边缘的垂直边缘，则将31个象素存储在视频RAM 228及230的每一个中，在检测到边缘的象素位置两边各15个及对应于检测到的边缘的象素位置上。
如果在第一EDGE脉冲后面的16个象素中检测到更大的垂直边缘，则信号EDGE复位计数器420，使存储的样本集定中在较大幅值的边缘附近。
图6示出样本集是如何存储在视频RAM228与230中的。各视频RAM是设计成具有32768个32字节记录的数据结构的。各记录有两个字段，标记字段及数据字段。标记字段包含数据字段中31个样本的信号。
虽然上面的资料描述检测图象中的垂直边缘并将对应于这些图象的样本集存在视频RAM中。但设想这些边缘是可由直接处理图象象素的微处理器112检测到的。如上所述，微处理器112还评估对应于检测到的边缘的象素数据集来确定它们是否包含能用来测定由光学系统中的水平成象器不对准或水平色差(LCA)引起的各种彩色图象的配准不良。
图7为展示微处理器112的操作的流程图。为了简单起见，下面的材料描述微处理器112关于R与G彩色信号所执行的进程。也为B与G彩色信号实现相同的进程。在示范性进程中，微处理器112定位对应于图象中的垂直边缘的样本集，测试这些样本集在表示边缘配准误差中的有效性及测定任何边缘误差。步骤710、712与714执行等效于上面参照图1至6描述的边缘识别器处理器110所执行的操作。对于步骤710、712与714，假定微处理器112正在处理保存在场或帧存储器(未示出)中的存储的图象。
在图7所示的进程的第一步骤710中，微处理器112检索存储的图象的R与G彩色信号中各个的31个连续的样本。所用的样本数是示例性的，设想也可采用其它样本数而不影响本发明的操作。进程在检索出的样本上操作两遍。如图8中所示，第一遍使用起始在样本号5上的16个样本。在第二遍中，起始样本成为样本号13。两个样本集中都包含应对应于水平平移的中心的中心象素(C)。
在步骤712，微处理器判定R与G彩色信号的检索到的象素是否充分彩色平衡来提供有效的边缘信息。为了检验这一条件，微处理器112计算16个样本上的各彩色信号的平均值及方差，如式(1)与(2)中为信号R所示。在上列等式中，在第一遍上X＝5而在第二遍上X＝13。
然后，将两种彩色(如R与G)的平均值之差的大小与彩色平均值阈值设定值(THCM)进行比较，如不等式(3)中所示。下面，将各彩色样本集的方差之差的大小与彩色方差阈值设定值(THCV)比较，如不等式(4)中所示。
如果彩色信号样本集通过了这两种测试，则认为它们足够接近于代表亮度信号来提供有意义的边缘信息。
如上所述，在测定配准误差或LCA时，样本中不包含垂直或对角边缘是重要的。这些边缘中可能包含错误地解释成水平配准误差或LCA的垂直配准误差或垂直色差(VCA)。为了防止垂直配准误差或VCA影响水平测定，图7中所示的示范性进程在步骤714中执行垂直边缘测试。为了这一测试，微处理器112从步骤710检索样本集的行的直接上方与直接下方的行中各检索16个样本。在步骤714，微处理器112计算出现在这三行中的最大垂直平移VMAX，如式(5)中所示，及出现在当前行中的最大水平平移，如式(6)中所示，并按照不等式(7)判定最大水平平移的相对幅值是否大于阈值THHV。
如果在步骤710获得的样本集通过步骤712中的彩色测试及步骤714中的垂直边缘测试，则它可能包含测定水平配准误差及LCA所需的信息。通过这两种测试的样本等价于存储在视频RAM228与230中的样本，如上面参照图1至6所示描述的。
在本发明的示范性实施例中，在步骤716与718中执行判定样本集对边缘测定是否有效的测试。定义了判定样本集能否用作配准不良或LCA边缘测定的有效边缘的两种分类。随意地将这两种分类定义为类型1与类型2。如果象素样本能分类为这两种类型之一，则在该位置上能进行有效的测定。发明人已确定这些类型的样本集给出各式各样不同图象场景及测试图案中的有效误差测定。下面定义的统计数字是为N个象素的参照彩色(诸如绿色)样本计算的。在本发明的示范性实施例中，N＝16。这些统计数字用来判定样本区能否分类成包含两种类型的边缘之一。
1、NumTransitions-这是N个象素上的样本数据中的斜率极性变化的数目的计数。斜率极性变化定义为相邻的象素之间的差的极性变化。如果相邻象素差不大于噪声阈值(THNoise)，便忽略它(这类似于摄象机光圈信号中的“成核现象”)。
2、VarNumTrans-差信号的零交点的间距的方差。这一统计是为了避免误读恒定频率脉冲串而计算的。例如，没有配准误差的3个象素/周期的恒定频率，由于重复的图案而在测定时可得出3个象素的误差。测定VarNumTrans给出零交点的间距中的变化的量的测定值。
3、MaxDiff-样本范围中任何两个水平相邻的象素之间的最大差的幅值。这是与两个阈值相比的THMaxDiff及THMaxDiff_One。当平移数高时用第一阈值而当平移数正好是一时用后者。如果MaxDiff足够大，样本区中很可能包含“好”边缘。
4、Variance-样本集的方差。这是由上面的式1与2给出的。如果这一值大于方差阈值THv且满足所有其它条件，则能在这一样本集上作出测定。
在图7中所示的进程的步骤716上，为样本集计算这些统计数字。在步骤716与718上，将计算出的统计数字与一组阈值比较来判定样本集中的边缘能分类成类型1还是类型2边缘。如果样本通过测试之一，则在该位置上作出测定。
如果满足全部下面的三个条件，1.(MaxDiff＞THMaxDiff)OR(Variance＞THv)
2.NumTransitions＞＝THNumTrans3.VarNumTrans＞THVarNumTrans则在步骤716，将样本分类为类型1并认为是“好”的测定点。如果边缘不是类型1，则在步骤718试验类型2测试。
如果满足下列两个条件便通过了类型2测试1.MaxDiff＞THMaxDiff_One2.NumTransitions＝1如果在步骤714或步骤716通过了类型1或类型2测试，并在步骤720在两个起始点上分析了样本集，则在步骤726上进程判定标记RAM中当前区的项是否应复位并将红与绿象素传递给测定进程。否则，在步骤724，进程丢弃测定样本并检验新的位置(诸如视频RAM中下一项)。
通常在摄象机配准图案及其它图中类型1边缘更常见。类型1统计数字表明不同频率的大量平移连同大的步幅或AC成分。类型2边缘在具有样本范围内的单一大平移的一般场景更多找见。
为了增强搜索算法并将单一边缘放在样本范围的中央(而不是靠近边上)，将一个“好”位置测定两次。在所有上述测试的第一遍之后发现样本是好的时，便执行图7的步骤720并将控制传递给步骤722，将样本区(即16个象素)向前移位半个样本范围(即8个象素)并以这一8个象素移位重复位置测试(步骤712、714、716及718)。只有在第一遍与第二遍中样本区都通过类型1或类型2测试时，才认为整个样本是测定的好的候选物。然后使用移位的样本执行测定过程。
两遍方法将只带单一边缘或脉冲的样本放置在关联窗口的中央并提供比单遍方法更精确的读数。此外，如果原来未移位的样本是用于测定的边界候选物，则第二遍可淘汰该区作为好的样本。换言之，如果第一个16样本区是可接受的而8个样本后面开始的第二个样本区是不能接受的，则整个样本集可能不是提供配准误差或LCA测定的好的候选物。
样本集中的边缘误差是由图7中所示的进程在步骤728上测定的。在测定进程中，两个不同彩色信号(即G与R或G与B)中的边缘之间的差是通过将G彩色视频信号的样本与R或B彩色信号的样本相关而确定的。
可采用两种不同的相关技术来测定两个彩色信号中的边缘之间的位移。第一种技术为样本范围上的R与G或B象素值的古典互相关。这一方法产生好的结果但在计算互相关函数中包含相对大的计算需求。第二种技术采用两种颜色的象素之间的绝对差之和并通过将一个样本集跨越另一样本集“滑动”而改变象素之间的对应。各种不同的象素对应记录两个样本集的绝对差之和。两种方法得出不同的测定精度及不同的计算复杂性。
第一种方法是在样本区上的两种颜色信号的基本互相关R(x，d)。这是利用式(8)计算的。其中x为象素列，d为在x上的位移误差，而r(x)与g(x)则为如式(9)与(10)中所示去掉平均值后的红与绿象素值。
误差测定是用位移(d)表示的。在样本范围上产生R(x，d)的最大值的位移便是到最近的图象象素的测出的误差。
虽然互相关是非常精确的，但计算中需要的乘法次数为m，其中m由式(11)给出。
m＝N×(2×maxerror+1) (11)从而，在带有16个象素测定样本的±3个象素的范围上测定需要112次乘法。
第二技术简化用于确定产生两个彩色信号之间的最佳匹配的位移的计算。这一方法随着两个样本集之间的位移的增加计算两个彩色信号的象素之间的差的幅值之和。这一技术在计算上比互相关技术简单并且本发明人已确定它们几乎一样精确。在计算下面式(12)中所示的差函数Diff(x，d)之前，首先，在样本范围上规一化R与G彩色信号的样本。这是通过找出各彩色信号样本集的最小与最大样本值并将R样本乘以一个因子使得R信号的最大与最小样本与G信号的相应最大与最小样本相等而完成的。
当Diff(x，d)在位移范围±d区域上达到其最小值时便确定了最近的象素误差d。
这一技术只需要加法器不需要乘法器，因此，它比互相关技术更容易计算。
虽然在一些情况中差之和技术可能没有互相关技术精确，但本发明人已确定当将若干样本集中的若干测定点一起平均时，精度上的差别是不明显的。
为了减少测定进程中的计算次数，相关是在两个阶段中完成的。第一阶段进行到最近的象素的误差的粗略测定。作为精测定阶段的第二阶段，测定紧靠第一阶段所识别的位移误差周围的亚象素精度。两步法的优点在于减少了测定次数，因为精测定只需要在第一阶段中识别出的象素位置周围的邻域中进行。
第一阶段简单地采用上述相关函数之一来得出到最近的象素位置精度的位移误差d。
在精测定阶段中可采用两种不同的方法(1)多相有限脉冲响应(FIR)滤波技术，或(2)定位第一阶段误差函数R(x，d)的峰值的抛物线拟合。第一种方法采用内插及古典相关函数的重复，但在较高的空间分辨率上。第二种方法拟合抛物线函数到第一阶段产生的三个最佳相关点上。
第一种方法使用FIR滤波器将基准波形插入使用多相内插所要求的亚象素精度。例如，为了测定到最近的1/4个象素，采用4个内插滤波器4对1向上抽样参照图象。内插是在W个象素范围上的参照波形中完成的，其中W由式(13)给出。
W＝N+2(1+内插滤波器中的抽头数) (13)在本发明的示范性实施例中，N为16。
为第一阶段的结果与其每侧的邻接象素(例如，对于1/4象素测定的7个亚象素)之间的各亚象素位移计算一次精相关求和。
第二精测定方法假设相关函数的峰值在形状上是抛物线形的，并能通过将二次曲线拟合到三点定义的函数而估算出峰值点。这三点对应于位移值d的函数Diff(x，d)的值，它生成两个样本集与一个小于及一个大于d的位移值的函数值之间的最佳匹配。
假定R0＝Diff(x，d-1)，R1＝Diff(x，d)及R2＝Diff(x，d+1)，精确的位移误差峰值点Δ是从R0、R1与R2确定的，如式(14)中所示。
然后将得出的Δ四舍五入到所要求的精度(如到最近的1/4象素)并加在来自第一阶段的粗位移(R0上的d值)上或从其中减去，以给出最终的误差测定。如果R2表示比R0更佳的匹配则将值Δ加在d上，如果R0表示比R2更佳的匹配则从d减去Δ，如式(15)所示。
E＝d+Δ|R0＝≤R2E＝d-Δ|R0＞R2 (15)表1示出产生可接受的结果的示例性阈值设定。假定水平误差的最大范围为±6个象素而每一样本区的象素数为16。图象象素是表示为具有0至255的范围的8位值的。
<表1>
参数值THCM12THCV8THHV0.75THNoise8THMaxDiff18THMaxDiffOne25THV10THNumTrans1THvarNumTrans0.5虽然已用示范性实施例描述了本发明，它是设想为可用下面的权利要求的范围内的修改实行的。
权利要求
1.一种用于测定视频信号中的配准误差及色差的方法，至少将所述视频信号表示为第一与第二彩色信号并且所述配准误差及色差呈现为从该视频信号再生的图象中的第一与第二彩色信号不对准的边缘，该方法包括下述步骤a)选择第一彩色信号的N个样本的第一集及第二彩色信号的N个样本的第二集，其中N为大于2的整数；b)分析第一彩色信号的样本集以确定第一样本集是否包含表示图象中的边缘的M个样本，其中M为小于N的整数，以及如果确定第一样本包含表示边缘的M个样本，便存储第一与第二样本集；以及c)将存储的第一样本集与存储的第二样本集比较，以确定第一样本集中的M个样本与第二样本集中M个对应的样本之间的位移。
2.按照权利要求1的方法，其中步骤a)还包括下述步骤计算第一样本集与第二样本集之间的彩色平衡的测定值；以及如果彩色平衡的测定值具有不在预定范围内的值，便丢弃第一与第二样本集。
3.按照权利要求2的方法，其中第一与第二样本集表示图象中的图象画面元件(象素)并且步骤a)还包括下述步骤选择所述第一彩色信号的第三与第四样本集，第三与第四样本集中的各样本对应于紧接所述第一样本集中的相应象素元素的象素；分析第一、第三与第四样本集以判定第一样本集是否邻接于平行于图象的行的边缘或表示与图象的行呈对角线的边缘；以及如果第一样本集邻接于平行边缘或表示对角线边缘便丢弃第一、第二、第三与第四样本集。
4.按照权利要求1的方法，其中M等于2及步骤b)包括下述步骤计算第一样本集中相继的样本之间的差值；将计算出的每个差值与边缘阈值比较；以及如果任何计算出的差值大于边缘阈值，表示该样本组代表边缘。
5.按照权利要求1的方法，其中步骤c)包括下述步骤在存储的第一样本集与存储的第二样本集之间执行互相关，以识别出第一与第二样本集中各自的边缘到最近的样本间距离之间的粗位移；从存储的第一样本集中选择M个样本及从存储的第二样本集中选择M个对应的样本，其中来自第二集的各样本从第一集中的相应样本位移了识别出的位移量；在第一与第二样本集的各个的M个样本的接连的样本之间插入S个样本，其中S为整数；在第一与第二样本集的各自的M个原来的与插入的样本之间执行互相相关，以识别出第一与第二样本集之间小于原来的样本距第一样本集的M个样本的中心样本的样本间距离的精位移；以及组合粗位移与精位移以获得视频信号中的配准误差及色差的测定值。
6.按照权利要求1的方法，其中步骤c)包括下述步骤在存储的第一样本集与存储的第二样本集之间执行互相关，以识别第一与第二样本集中各自的边缘到最近的样本间距离之间的粗位移并存储互相关中考虑的各位移上的相关值；选择包括对应于识别出的位移的相关值在内的至少三个存储的相关值；将抛物线曲线拟合到选择的相关值上；确定抛物线曲线的最大点作为精位移；以及组合粗位移与精位移以获得视频信号中的配准误差与色差的测定值。
7.按照权利要求1的方法，其中步骤c)包括下述步骤为第一存储的样本集与第二存储的样本集之间分别不同的位移生成第一存储的样本集的M个样本与第二存储的样本集的M个样本之间的绝对差之和的各自的测定值；识别作为小于或等于绝对差测定值之和中任何其它和的绝对差测定值之和的粗位移；从存储的第一样本集中选择M个样本及从存储的第二样本集中选择M个对应的样本，其中来自第二集的各样本从第一集中相应的样本位移粗位移量；在第一与第二样本集的各个的M个样本中的相继的样本之间插入S个样本，其中S为整数；在第一与第二样集各自的M个原来的与S个插入的样本之间执行互相关，以识别出小于原来的样本距第一样本集的M样本的中心样本的一个样本间距离的第一与第二样本集之间的精位移；以及组合粗位移与精位移以得出视频信号中的配准误差及色差误差的测定值。
8.按照权利要求1的方法，其中步骤c)包括下述步骤为第一存储的样本集与第二存储的样本集之间分别不同的位移生成第一存储的样本集的M个样本与第二存储的样本集的M个样本之间的绝对差之和的各自的测定值；识别出作为小于或等于任何其它一个绝对差测定值之和的绝对差测定值之和的粗位移；选择包含对应于该粗位移的测定值在内的至少三个绝对差之和的测定值；拟合抛物线曲线到选择的测定值上；确定该抛物线曲线的最小点，作为要与识别出的位移组合来产生测定的位移值的分数样本间距离。
9.用于测定视频信号中的配准误差及色差的装置，所述视频信号表示为至少第一与第二彩色信号，及所述配准误差及色差呈现为从视频信号再生的图象中的第一与第二彩色信号的不对准的边缘，该装置包括用于选择第一彩色信号的N个样本的第一集及第二彩色信号的N个样本的第二集的装置，其中N为大于2的整数；视频存储器；用于分析第一彩色信号的样本集来判定第一样本集中是否包含表示图象中的边缘的M个样本，其中M为小于N的整数，及如果判定第一样本集中包含表示边缘的M个样本便将第一与第二样本集存储在视频存储器中的装置；以及用于将存储的第一样本集与存储的第二样本集进行比较以确定第一样本集中的M个样本与第二样本集中的M个对应样本之间的位移的装置。
10.按照权利要求9的装置，其中用于选择的装置进一步包括用于计算第一样本集与第二样本集之间的彩色平衡的测定值的装置；以及用于在彩色平衡的测定值具有不在预定的范围内的值时，禁止将第一与第二样本集存储在存储器中的装置。
11.按照权利要求10的装置，其中第一与第二样本集表示图象的一行中的图象画面元素(象素)，且用于选择的装置进一步包括用于选择所述第一彩色信号的第三与第四样本集的装置，第三与第四样本集中的各样本对应于紧接所述第一样本集中的相应象素元件的象素；用于分析第一、第三及第四样本集以确定第一样本集是否邻接一条边缘的装置，该边缘平行于图象的行或表示与图象的行相交的对角线上的边缘；以及用于在确定了第一样本集是邻接于平行边缘或表示对角边缘时禁止存储第一与第二样本集的装置。
12.按照权利要求9的装置，其中M等于2及用于分析的装置包括用于计算第一样本集中的相继样本之间的差值的装置；用于将各计算的差值与边缘阈值进行比较的装置，如果计算的差值中任何一个大于边缘阈值，便指示该样本集表示边缘。
13.按照权利要求9的装置，其中用于比较的装置包括用于在存储的第一样本集与存储的第二样集之间执行互相关以识别第一与第二样本集中各自的边缘到最近的样本间距离之间的粗位移的第一相关装置；用于从存储的第一样本集中选择M个样本及从存储的第二样本集中选择M个对应的样本的装置，其中来自第二集的样本从第一集中的相应样本位移了识别出的位移量；用于在第一与第二样本集的各M个样本的相继样本之间插入S个样本的装置，其中S为整数；用于在第一与第二样本集的各自的M个原来的与S个插入的样本之间执行互相关以识别第一与第二样本集之间的精位移的第二相关装置，该精位移小于原来的样本距第一样本集的M个样本的中心样本的一个样本间距离；以及用于组合粗位移与精位移以得出视频信号中的配准误差及色差误差的测定值的装置。
14.按照权利要求9的装置，其中用于比较的装置包括用于在存储的第一样本集与存储的第二样本集之间执行互相关以识别第一与第二样本集中各自的边缘到最近的样本间距离之间的粗位移及存储经互相关中所考虑的各位移上的相关值的装置；用于选择包含对应于识别出的位移的相关值在内的存储的相关值中至少三个的装置；用于拟合抛物线曲线到选择的相关值上的装置；用于确定抛物线曲线的最大点作为精位移的装置；以及用于组合粗位移与精位移以得出视频信号中的配准误差及色差误差的测定值的装置。
15.按照权利要求9的装置，其中用于比较的装置包括用于为第一存储的样本集与第二存储的样本集之间分别不同的位移生成第一存储的样本集的M个样本与第二存储的样本集的M个样本之间的绝对差之和的各自的测定值的装置；用于识别作为小于或等于任何另一个绝对差测定值之和的绝对差测定值之和的粗位移的装置；用于从存储的第一样本集中选择M个样本及从存储的第二样本集中选择M个对应的样本的装置，其中来自第二集的各样本从第一集中相应的样本位移了粗位移量；用于在第一与第二样本集的各个的M个样本的相继样本之间插入S个样本的装置，其中S为整数；用于分别在第一与第二样本集的M个原来的与S个插入的样本之间执行互相关以识别第一与第二样本集之间的精位移的装置，该精位移小于原来的样本距第一样本集的M个样本的中心样本的一个样本间距离；以及用于组合粗位移与精位移以得出视频信号中的配准误差及色差误差的测定值。
16.按照权利要求9的装置，其中用于比较的装置包括用于为第一存储的样本集与第二存储的样本集之间的分别不同的位移生成第一存储的样本集的M个样本与第二存储的样本集的M个样本之间的绝对差之和的各自测定值的装置；用于识别作为绝对差测定值之和的粗位移的装置，该绝对差测定值之和小于或等于任何另一绝对差测定值之和；用于选择包含对应于粗位移的测定值在内的绝对差之和的测定值中至少三个的装置；用于拟合抛物线曲线到选择的测定值上的装置；用于确定抛物线曲线的最小点作为要与识别出的位移组合来产生测定的位移值的分数样本间距离的装置。
全文摘要
一种用于检测及测定从彩色电视摄象机导出的彩色图象中的配准误差及色差的系统,包括在彩色图象的各区中找出边缘及存储至少两个分量彩色信号的各个的画面元件的样本集的边缘定位器。微处理器处理存储的样本集以识别这两个分量彩色信号的对应象素之间的粗位移。然后微处理器确定两个彩色信号之间的精位移。将精位移加在粗位移上或从其中减去而得出达到亚象素分辨率的图象中的配准误差与/或色差的测定值。
文档编号H04N9/093GK1200625SQ9810214
公开日1998年12月2日 申请日期1998年5月14日 优先权日1997年5月16日
发明者李·罗伯特·迪斯彻特, 罗伯特·J·托佩尔, 托马斯·詹姆斯·利科克 申请人:松下电器产业株式会社