DE69836453T2

DE69836453T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Vergrössern oder Verkleinern von Bildern

Info

Publication number: DE69836453T2
Application number: DE69836453T
Authority: DE
Inventors: Teruo Ohta-ku Hieda; Ken Ohta-ku Terasawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: EP0895412B1; DE69836453D1; US6631216B2; US20010043760A1; EP0895412A2; EP0895412A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildinterpolationseinrichtung, die zur Verwendung bei einer Digitalkamera oder dergleichen angepaßt ist.
Jüngste Fortschritte bei den digitalen Signalverarbeitungsverfahren haben stark zur Ausbreitung der Bilddarstellung beigetragen. Das Aufkommen von digitalen Aufzeichnungsmitteln, wie etwa digitale Videokamera und digitale Festbildkamera, hat eine Umgebung geschaffen, in der das Aufzeichnen, Aufbereiten und Bearbeiten von Bilddaten durch den Personalrechner oder dergleichen unter hoher Bildqualität einfach ausgeführt werden kann.
In einer derartigen Umgebung ist das Verfahren zur Bildverkleinerung und Bildvergrößerung auf Echtzeitbasis innerhalb der Bildaufnahmeeinrichtung selbst vorherbestimmt, um in Zukunft an Bedeutung zu gewinnen.
Die herkömmlichen digitalen Videokameras sind gewöhnlich mit einer Funktion zum sogenannten elektronischen Zoomen ausgestattet, um das aufgenommene Bild durch Interpolation zu vergrößern, um ein Bild zu erhalten, das über das optische Zoomen hinaus vergrößert ist. Ebenso können weitere Verfahren, wie etwa ein elektronisches Aus-Zoomen, ausgeführt werden, um ein verkleinertes Bild zu erhalten.
Im Falle eines linearen Interpolierens von fortlaufenden Bilddaten, die durch Abtasten unter einer bestimmten Abtastfrequenz und unter einer Abtastteilung einer anderen Abtastfrequenz erhalten werden, sind relative Positionsdaten k erforderlich, die die relative zeitliche Beziehung zwischen den ursprünglichen Bildelementdaten neben einem interpolierten Bildelement und einem derartigen interpolierten Bildelement angeben.
Um derartige Daten in fortlaufender Weise zu erhalten, ist ein Verfahren zum Anwenden einer Speicherausleseeinrichtung unter Verwendung eines Akkumulators bekannt, wie bei dem U.S. Patent Nr. 4 774 581 offenbart.
1 ist eine schematische Ansicht mit einem Teil des Bildes eines Feldes, das in einem Feldspeicher gespeichert ist, wobei S_n und S_n-1 gespeicherte Bildelementdaten angeben und S' Daten des interpolierten Bildelements angibt.
Bei der veranschaulichten Situation wird die Beziehung zwischen S_n, S_n-1 und S' ausgedrückt durch: S' = Sn·k + Sn-1·(1-k);
Um diese Berechnung mit einer digitalen Schaltung und mit einer verringerten Anzahl von Multiplikatoren durchzuführen, wird diese Gleichung wie folgt abgewandelt: S' = (Sn – Sn-1)·k + Sn-1;
2 zeigt ein Beispiel des elektronischen Zooms in der horizontalen Richtung bei der herkömmlichen linearen Interpolation, wie bei der Japanischen Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 5-83612 offenbart. Bei diesem Beispiel empfängt ein Feldspeicher 1 über einen Eingangsanschluß das Bildsignal, das bei einer Abtastfrequenz, die durch das Bildaufnahmeelement bestimmt ist, ausgegeben wird, und speichert die Bilddaten eines Feldes.
Eine Speicherausleseeinrichtung 2 empfängt einen Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" von einem Mikrorechner 3, bestimmt entsprechend die Position des interpolierten Bildelements in fortlaufender Weise und sendet ein Auslesesteuersignal Cr in einer derartigen Weise zu dem Feldspeicher 1, daß unter den ursprünglichen Bilddaten, die in dem Feldspeicher gespeichert sind, die Bildelementdaten S_n unmittelbar nach der Position des interpo lierten Bildelements bei der bestimmten Position des interpolierten Bildelements ausgegeben werden.
Auf der Grundlage des Auslesesteuersignals Cr von der Speicherausleseeinrichtung 2 und dem Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" von dem Mikrorechner 3 versorgt eine Koeffizientenerzeugungsschaltung 4 eine lineare Interpolationsschaltung 6 mit relativen Positionsdaten k, die die zeitliche Beziehung zwischen dem interpolierten Bildelement S' und den ursprünglichen Abtastbildelementdaten S_n, die unmittelbar hinter dem interpolierten Bildelement S' angeordnet sind, angeben.
Der Feldspeicher 1 gibt die Bildelementdaten S_n, die durch das Signal Cr angewiesen sind, aus, während eine Verzögerungseinrichtung 5 Bildelementdaten S_n-1, die um einen Takt der ursprünglichen Abtastfrequenz verzögert sind, ausgibt, und beide Daten werden gleichzeitig und auf einmal in die lineare Interpolationsschaltung 6 eingegeben.
Die lineare Interpolationsschaltung 6 führt folgende Berechnung aus: S' = (Sn – Sn-1)·k + Sn-1;diese Berechnung erfolgt gemäß der vorangehenden linearen Interpolationsgleichung unter Verwendung eines Subtrahierers 61, eines Multiplizierers 62 und eines Addierers 63, um interpolierte Bildelementdaten S' auszugeben.
Die herkömmliche lineare Interpolation unter Verwendung der zwei benachbarten Bildelemente, wie vorangehend erläutert, erlaubt ein Vereinfachen der Schaltungskonfiguration, doch das Bild wird vergrößert oder verkleinert ohne Verbesserung der Schärfe, da die Frequenzkenngrößen eine einförmige Neigung besitzen, wie in 6 gezeigt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bildvergrößerungs/verkleinerungsschaltung, die eine hohe Bildqualität mit einer Verbesserung der Bildschärfe liefern kann und einen einfachen Schaltungsaufbau besitzt, und eine Bildaufnahmeeinrichtung unter Verwendung einer derartigen Schaltung zu schaffen.
Eine Schrift mit dem Titel „AN ELECTRONIC ZOOM VIDEO CAMERA USING IMAGER SCANNING CONTROL" von Toshiro Kinugasa u.a. in IEEE Transactions on Consumer Electronics, 37 (1991) August, Nr. 3, New York US, offenbart ein elektronisches Zoomsystem für eine Videokamera, bei dem vier benachbarte Bildelemente, die in einem Rechteck angeordnet sind, verwendet werden, um interpolierte Bildelemente zu erzeugen.
In Übereinstimmung mit Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ist eine Bildinterpolationseinrichtung, wie in Patentanspruch 1 dargelegt, geschaffen, und ein Verfahren zum Vergrößern oder Verkleinern eines Bildes, wie in Patentanspruch 7 dargelegt.
In Übereinstimmung mit dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann durch eine Interpolationsschaltung mit einer einfachen Schaltungskonfiguration bei einer Bildvergrößerung/verkleinerung in der vertikalen/horizontalen Richtung auf Echtzeitbasis bei einem Echtzeitverfahren, wie etwa das elektronische Zoomen oder ein Zoom-Aus-Verfahren, ein vergrößertes oder verkleinertes Bild mit gewünschten Frequenzkenngrößen mit verbesserter Schärfe erhalten werden.
Der Bildspeicher kann aus einem Feldspeicher oder einem Rahmenspeicher zum weiteren Verbessern der Auflösung in der vertikalen Richtung bestehen, falls die Bilddaten zum Beispiel durch eine Zeilenfolgeabtast-CCD erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht mit dem Konzept einer linearen Interpolation;
2 ein Blockschaltbild mit einer herkömmlichen Konfiguration;
3 ein Blockschaltbild mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockschaltbild mit einer zweiten Erfindung;
5A eine schematische Ansicht mit dem Konzept einer horizontalen Interpolation gemäß der vorliegenden Erfindung;
5B eine schematische Ansicht mit dem Konzept einer vertikalen Interpolation gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ein Schaubild mit den Frequenzkenngrößen einer linearen Interpolation;
7 ein Schaubild mit dem Vergleich in Bezug auf Frequenzkenngrößen zwischen linearer Interpolation und einer dritten Erfindung;
8 ein Blockschaltbild mit einem ersten Ausführungsbeispiel der dritten Erfindung;
9 ein Blockschaltbild mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der dritten Erfindung;
10 ein Schaltbild mit einem Beispiel des Koeffizientengenerators der dritten Erfindung;
11 ein Schaltbild mit einem Beispiel des Koeffizientengenerators der ersten und zweiten Erfindung;
12, die aus 12A und 12B besteht, Blockschaltbilder mit einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
13 ein Schaltbild mit einem Beispiel der vertikalen Interpolationsschaltung;
14 ein Schaltbild mit einem Beispiel des horizontalen Koeffizientengenerators;
15 ein Schaltbild mit einem genauen Beispiel der horizontalen Interpolationsschaltung;
16, die aus 16A und 16B besteht, Blockschaltbilder mit einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
17, die aus 17A und 17B besteht, Blockschaltbilder mit einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
18, die aus 18A und 18B besteht, Blockschaltbilder mit einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. 3 zeigt ein Beispiel einer Interpolation unter hoher Bildqualität unter Verwendung von vier in der horizontalen Richtung nahe beieinander liegenden Punkten.
5A ist eine schematische Ansicht eines Teils des Bildes eines Feldes, das in einem Feldspeicher, der das Bildsignal, das mit einer durch das Bildaufnahmeelement bestimmten Abtastfre quenz ausgegeben wird, von einem Eingangsanschluß empfängt und die Bilddaten eines Feldes speichert, gespeichert ist.
Der Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" definiert das Zoomverhältnis R folgendermaßen: R = 256/(256 + Zoom);falls das Zoomen ein Auflösungsvermögen von acht Bit besitzt. Das Bild wird verkleinert oder vergrößert, wenn „Zoom" einen positiven ganzzahligen Wert bzw. einen negativen ganzzahligen Wert annimmt.
Eine Speicherausleseeinrichtung 2 empfängt den Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" von einem Zoomeinstell-Eingangsanschluß 3, bestimmt demgemäß die Position des interpolierten Bildelements in fortlaufender Weise und führt ein Auslesesteuersignal Cr in einer derartigen Weise zu einem Feldspeicher 1, daß Bilddaten S_n-2 unmittelbar nach der Position des interpolierten Bildelements unter den ursprünglichen in dem Feldspeicher gespeicherten Bilddaten ausgegeben werden.
Auf der Grundlage des Zoomverhältnis-Einstellwerts „Zoom" erzeugen ebenso Koeffizientenerzeugungsschaltungen 40, 41, 42, 43, die wie in 11 gezeigt aufgebaut sind, Interpolationskoeffizienten k₀, k₁, k₂ bzw. k₃ entsprechend den ursprünglichen Abtastbildelementdaten S_n, S_n-1, S_n-2 bzw. S_n-3.
In 11 sind eine ABS(Absolutwert)-Schaltung 100, ein Addierer 101, eine Taktverzögerungsschaltung 102 und eine Erzeugungseinrichtung 103 für eine Funktion dritter Ordnung gebildet, die später erläutert werden.
Diese Interpolationskoeffizienten werden durch Verarbeiten der Zeitkenngrößen, die durch eine Fouriertransformation eines Interpolationsfilters mit gewünschten Frequenzkenngrößen erhalten werden, zum Beispiel durch die folgende Funktion dritter Ordnung erhalten: k = aX3 + bX2 + cX + d;wobei X die Entfernung zwischen der Position der ursprünglichen Abtastbildelementdaten und der Position der interpolierten Bildelementdaten ist.
Jede der Koeffizientenerzeugungsschaltungen aktualisiert die Interpolationskoeffizienten k₀, k₁, k₂ oder k₃ auf der Grundlage der Entfernung zwischen der Position der nächsten ursprünglichen Abtastbildelementdaten und der Position der interpolierten Bildelementdaten lediglich bei dem Hochschalten eines Erneuerungssteuersignals inc für die ursprünglichen Abtastbildelemente zum Erzeugen des interpolierten Bildelements.
Die Interpolationskoeffizienten k₀, k₁, k₂, k₃, die auf diese Weise erhalten werden, werden durch Verzögerungseinrichtungen 500 bis 505 zeitlich angepaßt, dann durch Multiplizierer 60, 61, 62, 63 jeweils mit den entsprechenden ursprünglichen Abtastbildelementdaten S_n, S_n-1, S_n-2, S_n-2 multipliziert und durch Addierer 70, 71, 72 addiert, um die interpolierten Bildelementdaten S' zu erhalten.
Somit erhaltene vertikale Interpolationsbildelementdaten S', die die gewünschten Frequenzkenngrößen aufrechterhalten, können ein vergrößertes oder verkleinertes Bild mit verbesserter Schärfe erzeugen. Die Verzögerungseinrichtungen 500 bis 505 können ebenso geeignet vereinfacht werden.
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, dessen Konfiguration in 4 gezeigt ist, erläutert. 4 zeigt ein Beispiel einer Interpolation unter hoher Bildqualität unter Verwendung von vier in der horizontalen Richtung nahe beieinander liegenden Punkten.
5A ist eine schematische Ansicht eines Teils des Bildes eines Feldes, das in einem Feldspeicher, der das Bildsignal, das mit einer durch das Bildaufnahmeelement bestimmten Abtastfrequenz ausgegeben wird, von einem Eingangsanschluß empfängt und die Bilddaten eines Feldes speichert, gespeichert ist.
Der Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" definiert das Zoomverhältnis R folgendermaßen: R = 256/(256 + Zoom);falls das Zoomen ein Auflösungsvermögen von acht Bit besitzt. Das Bild wird verkleinert oder vergrößert, wenn „Zoom" einen positiven ganzzahligen Wert bzw. einen negativen ganzzahligen Wert annimmt.
Eine Speicherausleseeinrichtung 2 empfängt den Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" von einem Zoomeinstell-Eingangsanschluß 3, bestimmt demgemäß die Position des interpolierten Bildelements in fortlaufender Weise und führt ein Auslesesteuersignal Cr in einer derartigen Weise zu einem Feldspeicher 1, daß Bilddaten S_n-2 unmittelbar nach der Position des interpolierten Bildelements unter den ursprünglichen in dem Feldspeicher gespeicherten Bilddaten ausgegeben werden.
Auf der Grundlage des Zoomverhältnis-Einstellwerts „Zoom" erzeugen ebenso Koeffizientenerzeugungsschaltungen 40, 41, die wie in 11 gezeigt aufgebaut sind, Interpolationskoeffizienten k₀ bzw. k₁ entsprechend Interpolationsschaltungen 6, 7 und einer Signalsyntheseschaltung 9.
Diese Interpolationskoeffizienten k₀, k₁ werden durch Verarbeiten der Zeitkenngrößen, die durch eine Fouriertransformation eines Interpolationsfilters mit gewünschten Frequenzkenngrößen erhalten werden, zum Beispiel durch die folgende Funktion dritter Ordnung k = aX3 + bX2 + cX + d;und Sammeln der Ausdrücke, die für eine Hardwareerzeugung geeignet sind, erhalten, wobei X die Entfernung zwischen der Position der ursprünglichen Abtastbildelementdaten und der Position der interpolierten Bildelementdaten ist.
Jede der Koeffizientenerzeugungsschaltungen aktualisiert die Interpolationskoeffizienten k₀, k₁ auf der Grundlage der Entfernung zwischen der Position der nächsten ursprünglichen Abtastbildelementdaten und der Position der interpolierten Bildelementdaten lediglich bei dem Hochschalten eines Erneuerungssteuersignals inc für die ursprünglichen Abtastbildelemente zum Erzeugen des interpolierten Bildelements.
Die Interpolationskoeffizienten k₀, k₁, die von den Koeffizientenerzeugungsschaltungen 40, 41, erhalten werden, werden durch Verzögerungseinrichtungen 500, 501 um eine Taktperiode der ursprünglichen Abtastfrequenz verzögert, um den ursprünglichen Abtastbildelementdaten S_n zu entsprechen.
Der Feldspeicher 1 gibt die Bildelementdaten S_n, die durch das Signal Cr bezeichnet sind, aus, während die seriellen Verzögerungseinrichtungen 51, 52, 53 Bildelementdaten S_n-1, S_n-2, S_n-3, die durch aufeinanderfolgendes Verzögern der Bildelementdaten S_n um ein Taktintervall der ursprünglichen Abtastfrequenz erhalten werden, ausgeben, und die Daten S_n, S_n-3 werden zu einer bestimmten Zeitgebung gleichzeitig zu der ersten Interpolationsschaltung 6 geführt, während die Daten S_n-1, S_n-2 gleichzeitig zu der zweiten Interpolationsschaltung 7 geführt werden. Der Interpolationskoeffizient k₀, der um ein Taktintervall der ursprünglichen Abtastfrequenz verzögert ist, wird ebenso auf einmal eingegeben.
Die Interpolationsschaltung 6 führt eine Berechnung Pn = (Sn – Sn-3)·k0 + Sn-3 durch einen Subtrahierer 61, einen Multiplizierer 62 und einen Addierer 63 durch, um P_n auszugeben, während die Interpolationsschaltung 7 eine Berechnung Pn-1 = (Sn-1 – Sn-2)·k0 + Sn-2 durch einen Subtrahierer 71, einen Multiplizierer 72 und einen Addierer 73 durchführt, um P_n-1 auszugeben.
Zu einer bestimmten Zeitgebung werden P_n und P_n-1 gleichzeitig in eine Signalsyntheseschaltung 9 eingegeben. Gleichzeitig wird der Interpolationskoeffizient k₁, der um ein Taktintervall der ursprünglichen Abtastfrequenz verzögert ist, in die Signalsyntheseschaltung 9 eingegeben.
Die Signalsyntheseschaltung 9 führt eine Berechnung S' = (Pn-1 – Pn)·k1 + Pn-1 durch einen Subtrahierer 91, einen Multiplizierer 92 und einen Addierer 93 durch, um interpolierte Bildelementdaten S' auszugeben.
Somit erhaltene vertikale Interpolationsbildelementdaten S', die die gewünschten Frequenzkenngrößen aufrechterhalten, können ein vergrößertes oder verkleinertes Bild mit verbesserter Schärfe liefern. Die Verzögerungseinrichtungen 500, 501 können ebenfalls geeignet vereinfacht werden.
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, deren Konfiguration in 8 gezeigt ist, erläutert. 8 zeigt ein Beispiel einer Interpolation unter hoher Bildqualität unter Verwendung von vier in der horizontalen Richtung nahe beieinander liegenden Punkten.
5A ist eine schematische Ansicht eines Teils des Bildes eines Feldes, das in einem Feldspeicher, der das Bildsignal, das mit einer durch das Bildaufnahmeelement bestimmten Abtastfrequenz ausgegeben wird, von einem Eingangsanschluß empfängt und die Bilddaten eines Feldes speichert, gespeichert ist.
Der Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" definiert das Zoomverhältnis R folgendermaßen: R = 256/(256 + Zoom);falls das Zoomen ein Auflösungsvermögen von acht Bit besitzt. Das Bild wird verkleinert oder vergrößert, wenn ein Zoom einen positiven ganzzahligen Wert oder einen negativen ganzzahligen Wert annimmt.
Eine Speicherausleseeinrichtung 2 empfängt den Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" von einem Zoomeinstell-Eingangsanschluß 3, bestimmt demgemäß die Position des interpolierten Bildelements in fortlaufender Weise und führt ein Auslesesteuersignal Cr in einer derartigen Weise zu einem Feldspeicher 1, daß Bilddaten S_n-2 unmittelbar nach der Position des interpolierten Bildelements unter den ursprünglichen in dem Feldspeicher gespeicherten Bilddaten ausgegeben werden.
Unter Verwendung des Zoomverhältnis-Einstellwerts „Zoom" erzeugt ebenso eine Koeffizientenerzeugungsschaltung 4 einen Interpolationskoeffizienten k auf der Grundlage der relativen zeitlichen Position des interpolierten Bildelements S' und der ursprünglichen Abtastbildelementdaten S_n, die unmittelbar hinter dem interpolierten Bildelement S' angeordnet sind. Der Koeffizient k wird aufeinanderfolgend durch einen in 10 gezeigten Akkumulator lediglich bei dem Hochschalten des Signals inc ohne Übertrag akkumuliert, wie durch folgenden Ausdruck angegeben: k = k + |Zoom|
In diesem Zustand stimmt die Anzahl von Bits des Addierers mit der Auflösung eines Zoomens überein.
Der Interpolationskoeffizient k, der von der Koeffizientenerzeugungsschaltung 4 ausgegeben wird, wird durch eine Verzögerungseinrichtung 50 um ein Taktintervall der ursprünglichen Abtastfrequenz verzögert, um den ursprünglichen Abtastbildelementdaten S_n zu entsprechen.
Der Feldspeicher 1 gibt die Bildelementdaten S_n, die durch das Signal Cr bezeichnet sind, aus, während die seriellen Verzögerungseinrichtungen 51, 52, 53 Bildelementdaten S_n-1, S_n-2, S_n-3, die durch aufeinanderfolgendes Verzögern der Bildelementdaten S_n um ein Taktintervall der ursprünglichen Abtastfrequenz erhalten werden, ausgeben, und die Daten Sn, S_n-3 werden zu einer bestimmten Zeitgebung gleichzeitig zu der ersten Interpolationsschaltung 6 geführt, während die Daten S_n-1, S_n-2 gleichzeitig zu der zweiten Interpolationsschaltung 7 geführt werden. Der Interpolationskoeffizient k₀, der um ein Taktintervall der ursprünglichen Abtastfrequenz verzögert ist, wird ebenso auf einmal eingegeben.
Die Interpolationsschaltung 6 führt eine Berechnung Pn = (Sn – Sn-3)·k + Sn-3 durch einen Subtrahierer 61, einen Multiplizierer 62 und einen Addierer 63 durch, um P_n auszugeben, während die Interpolationsschaltung 7 eine Berechnung P_n-1 = (S_n-1 – S_n-2)·k + S_n-2 durch einen Subtrahierer 71, einen Multiplizierer 72 und einen Addierer 73 durchführt, um P_n-1 auszugeben.
Zu einer bestimmten Zeitgebung werden P_n und P_n-1 gleichzeitig in eine Signalsyntheseschaltung 9 eingegeben. Gleichzeitig wird der Interpolationskoeffizient k, der um ein Taktintervall der ursprünglichen Abtastfrequenz verzögert ist, durch einen Koeffizi entenumwandler 8 in k·(1 – k) umgewandelt und gleichzeitig zu P_n, P_n-1 in die Signalsyntheseschaltung 9 eingegeben.
Die Signalsyntheseschaltung 9 führt eine Berechnung S' = (Pn-1 – Pn)·k·(1 – k) + Pn-1 durch einen Subtrahierer 91, einen Multiplizierer 92 und einen Addierer 93 durch, um interpolierte Bildelementdaten S' auszugeben. Die Verzögerungseinrichtung 50 kann entbehrt werden.
Somit erhaltene horizontale Interpolationsbildelementdaten S', die im Vergleich zu der in 6 gezeigten herkömmlichen linearen Interpolation eine deutlich verbesserte Frequenzantwort aufweisen, wie in 7 gezeigt, können ein vergrößertes oder verkleinertes Bild mit verbesserter Schärfe liefern. Die Interpolationsschaltungen 6, 7 und die Signalsyntheseschaltung 9, die die gleiche Konfiguration wie diejenige bei der linearen Interpolationsschaltung aufweisen, können ebenso einfach als Hardware ausgeführt werden.
Nachfolgend wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, deren Konfiguration in 9 gezeigt ist, erläutert. 9 zeigt ein Beispiel einer Interpolation unter hoher Bildqualität unter Verwendung von vier in der vertikalen Richtung nahe beieinander liegenden Punkten.
5B ist eine schematische Ansicht eines Teils des Bildes eines Feldes, das in einem Feldspeicher, der das Bildsignal, das mit einer durch das Bildaufnahmeelement bestimmten Abtastfrequenz ausgegeben wird, von einem Eingangsanschluß empfängt und die Bilddaten eines Feldes speichert, gespeichert ist.
Der Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" definiert das Zoomverhältnis R folgendermaßen: R = 256/(256 + Zoom); falls das Zoomen ein Auflösungsvermögen von acht Bit besitzt. Das Bild wird verkleinert oder vergrößert, wenn ein Zoom einen positiven ganzzahligen Wert bzw. einen negativen ganzzahligen Wert annimmt.
Eine Speicherausleseeinrichtung 2 empfängt den Zoomverhältnis-Einstellwert „Zoom" von einem Zoomeinstell-Eingangsanschluß 3, bestimmt demgemäß die Position des interpolierten Bildelements in fortlaufender Weise und führt ein Auslesesteuersignal Cr in einer derartigen Weise zu einem Feldspeicher 1, daß Bilddaten S_n unmittelbar nach der Position des interpolierten Bildelements unter den ursprünglichen in dem Feldspeicher gespeicherten Bilddaten ausgegeben werden.
Unter Verwendung des Zoomverhältnis-Einstellwerts „Zoom" erzeugt ebenso eine Koeffizientenerzeugungsschaltung 4 einen Interpolationskoeffizienten k auf der Grundlage der relativen zeitlichen Position des interpolierten Bildelements S' und der ursprünglichen Abtastbildelementdaten S_n, die unmittelbar hinter dem interpolierten Bildelement S' angeordnet sind. Der Koeffizient k wird aufeinanderfolgend durch einen in 10 gezeigten Akkumulator lediglich bei dem Hochschalten des Signals inc ohne Übertrag akkumuliert, wie durch folgenden Ausdruck angegeben: k = k + |Zoom|
In diesem Zustand stimmt die Anzahl von Bits des Addierers mit der Auflösung eines Zoomens überein.
Der Feldspeicher 1 gibt die Bildelementdaten S_n, die durch das Signal Cr bezeichnet sind, aus, während die seriellen Verzögerungseinrichtungen 51, 52, 53, die aus Zeilenspeichern bestehen, Bildelementdaten S_n-1, S_n-2, S_n-3, die durch aufeinanderfolgendes Verzögern der Bildelementdaten S_n um eine Abtastzeilenperiode der ursprünglichen Abtastfrequenz erhalten werden, ausgeben, und die Daten S_n, S_n-3 werden zu einer bestimmten Zeitgebung gleichzeitig zu der ersten Interpolationsschaltung 6 geführt, während die Daten S_n-1, S_n-2 gleichzeitig zu der zweiten Interpolationsschaltung 7 geführt werden. Der Interpolationskoeffizient k wird ebenso zur gleichen Zeit eingegeben.
Die Interpolationsschaltung 6 führt eine Berechnung Pn = (Sn – Sn-3)·k + Sn-3 durch einen Subtrahierer 61, einen Multiplizierer 62 und einen Addierer 63 durch, um P_n auszugeben, während die Interpolationsschaltung 7 eine Berechnung Pn-1 = (Sn-1 – Sn-2)·k + Sn-2 durch einen Subtrahierer 71, einen Multiplizierer 72 und einen Addierer 73 durchführt, um P_n-1 auszugeben.
Zu einer bestimmten Zeitgebung werden P_n und P_n-1 gleichzeitig in eine Signalsyntheseschaltung 9 eingegeben. Gleichzeitig wird der Interpolationskoeffizient k durch einen Koeffizientenumwandler 8 in k·(1 – k) umgewandelt und gleichzeitig mit P_n, P_n-1 in die Signalsyntheseschaltung 9 eingegeben.
Die Signalsyntheseschaltung 9 führt durch einen Subtrahierer 91, einen Multiplizierer 92 und einen Addierer 93 eine Berechnung S' = (Pn-1 – Pn)·k·(1 – k) + Pn-1 durch, um interpolierte Bildelementdaten S' auszugeben.
Somit erhaltene vertikale Interpolationsbildelementdaten S', die im Vergleich zu der in 6 gezeigten herkömmlichen linearen Interpolation eine deutlich verbesserte Frequenzantwort aufweisen, wie in 7 gezeigt, können ein vergrößertes oder verkleinertes Bild mit verbesserter Schärfe liefern. Die Interpolationsschaltungen 6, 7 und die Signalsyntheseschaltung 9, die die gleiche Konfiguration wie diejenige bei der linearen Interpolationsschaltung aufweisen, können ebenso einfach als Hardware ausgeführt werden.
12A und 12B zeigen eine Bildaufnahmeeinrichtung, die die Bildinterpolationsschaltung verwendet und ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet.
In 12A und 12B sind im einzelnen gezeigt: eine CCD (ladungsgekoppelter Baustein) 201, die ein Farbbildaufnahmeelement bildet; eine Zeitgebungsimpuls-Erzeugungsschaltung 202 zum Erzeugen von Ansteuerzeitgebungsimpulsen für die CCD 201 gemäß einem vertikalen Übertragungssteuersignal STV; eine Abtast-Halte-Schaltung (S/H-Schaltung) 203 zum Abtasten und Halten des Ausgangssignals der CCD 201 zum Erhalten eines fortlaufenden Signals; ein Analog-Digital-Wandler (AD) 204 zum Umwandeln des eingegebenen analogen Signals in ein digitales Signal; 1H-Verzögerungsschaltungen 205, 206 zum Verzögern des Eingangssignals um eine horizontale Abtastperiode oder Zurückhalten der laufenden Daten gemäß einem gegebenen Einschreib-Steuersignal WC; eine Farbtrennungsschaltung 207 zum Trennen des Eingangssignals in Farbsignale R, G, B; ein Tiefpaßfilter 208; eine Farbsignal-Verarbeitungsschaltung 209 zum Ausführen von Verfahren, wie etwa Blockieren, Weißabgleich, Gammakorrektur, Schwarz-Weiß-Begrenzung und Farbdifferenz-Matrixverfahren, bei den eingegebenen RGB-Signalen, um ein Farbsignal C zu erhalten; eine Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsschaltung 210 zum Ausführen von Verfahren, wie etwa Blockieren, Gammakorrektur, Schwarz-Weiß-Begrenzung und Randerhöhung, um ein Leuchtdichtesignal Y zu erhalten; 1H-Verzögerungsschaltungen 211, 212 zum Ausgeben eines Signals, das durch Verzögern des Eingangssignals um eine horizontale Abtastperiode erhalten wird, oder zum Beenden des Signalauslesens gemäß einem gegebenen Auslesesteuersignal RC; horizontale Interpolationsschaltungen 213, 214 zum Ausführen einer horizontalen Vierpunktinterpolation bei dem eingegebenen Bildsignal gemäß einem gegebenen Interpolationskoeffizienten SCH; 3H-Verzögerungsschaltungen 215, 216 zum Erhalten von Aus gangssignalen, die gegenuber dem Eingangssignal um eine, zwei bzw. drei horizontale Abtastperioden verzögert sind; vertikale Interpolationsschaltungen 217, 218 zum Ausführen einer vertikalen Interpolation bei dem Eingangssignal gemäß einem gegebenen Interpolationskoeffizienten SCV; ein Ausgang 219 des Farbsignals C; ein Ausgang 220 des Leuchtdichtesignals Y; ein Eingangsanschluß 221 für das Zoomverhältnis „Zoom"; ein vertikaler Koeffizientengenerator 222 zum Erzeugen des vertikalen Übertragungssteuersignals STV, des Einschreib-Steuersignals WC für die 1H-Verzögerungsschaltungen 205, 206 und des Interpolationskoeffizienten SCV für die vertikalen Interpolationsschaltungen 217, 218 gemäß dem eingegebenen Zoomverhältnis „Zoom"; und ein horizontaler Koeffizientengenerator 223 zum Erzeugen des Auslesesteuersignals RC für die 1H-Verzögerungsschaltungen 211, 212 und des Interpolationskoeffizienten SCH für die horizontalen Interpolationsschaltungen 213, 214 gemäß dem eingegebenen Zoomverhältnis „Zoom".
Das Bild eines nicht dargestellten Gegenstands wird durch ein nicht dargestelltes optisches Bildaufnahmesystem auf der Bildempfangsfläche der CCD 201 fokussiert und fotoelektrisch umgewandelt. Die durch die fotoelektrische Umwandlung erhaltenen Ladungen werden gemäß den durch den Zeitgebungsimpulsgenerator 202 erzeugten Ansteuerzeitgebungsimpulsen in die vertikale und horizontale Richtung übertragen. Wenn bei diesen Vorgängen die vertikalen Übertragungssteuerimpulse STV erzeugt werden, gibt der Zeitgebungsimpulsgenerator 202 die Impulse für eine vertikale Übertragung bei der CCD 201 nicht aus, sodaß die vertikale Ladungsübertragung darin nicht ausgeführt wird. Betrachtet man beispielsweise einen Fall einer Bildvergrößerung mit einer Vergrößerung von Zwei, so wird nach dem Auslesen der fotoelektrisch umgewandelten Ladungen für eine horizontale Abtastperiode die vertikale Übertragung bei der nächsten horizontalen Abtastperiode nicht ausgeführt, sodaß die Ladungen nicht ausgelesen werden. Diese Zyklen werden aufeinanderfolgend wiederholt. Die in der vorstehend erläuterten Weise übertragenen Ladungen werden bei der Ausgangseinheit der CCD 201 in eine Spannung umgewandelt, wodurch ein Bildaufnahmesignal ausgegeben wird.
Dieses Bildsignal wird durch die Abtast-Halte-Schaltung (S/H) 203 fortlaufend gemacht, dann durch den Analog-Digital-Wandler (AD) 204 in ein digitales Signal umgewandelt und zu der 1H-Verzögerungsschaltung 205 geführt.
Das Ausgangssignal, das bei der 1H-Verzögerungsschaltung 205 um eine horizontale Abtastperiode verzögert wird, wird zu der Farbtrennungsschaltung 207 und dem Tiefpaßfilter 208 geführt, und ebenso zu der 1H-Verzögerungsschaltung 206 geführt, um es um eine horizontale Abtastperiode noch weiter zu verzögern.
Wenn die vertikale Übertragung bei der CCD 201 ausgesetzt wird, wie vorangehend erläutert, erzeugt der vertikale Koeffizientengenerator 222 das Einschreib-Steuersignal WC, wodurch der Einschreibvorgang bei den 1H-Verzögerungsschaltungen 205, 206 nicht ausgeführt wird, doch das gleiche Signal bei der nächsten horizontalen Abtastperiode ebenfalls ausgelesen wird.
Die Farbtrennungsschaltung 207 empfängt das Ausgangssignal der 1H-Verzögerungsschaltungen 205, 206. Die Konfiguration der Farbtrennungsschaltung 207 ändert sich gemäß der Konfiguration der Farbmosaikfilter auf der Bildaufnahmefläche der CCD 201, doch im Falle der allgemein verwendeten Konfiguration, bestehend aus einer Wiederholung von Gelb-, Zyan-, Grün- und Magentafiltern, mit verschachteltem Signalauslesen können die Signale R, G, B durch Verarbeiten der Signale von zwei horizontalen Abtastperioden erhalten werden. Bei der Farbsignal-Verarbeitungsschaltung 209 werden derartige RGB-Signale dem vorstehend erläuterten Verfahren unterzogen, um ein Farbsignal C zu erhalten, das in einem Format, das für die nachfolgende digitale Verarbeitung geeignet ist, wie etwa zeitlich verzahnte Multiplexsignale Cr, Cb, ausgegeben wird.
Der Tiefpaßfilter 208 wird so ausgewählt, um das Leuchtdichtesignal durch Beseitigen der Farbträger, die durch die Mosaikfarbfilter der CCD 201 erzeugt werden, herauszuziehen. Bei der Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsschaltung 210 wird die Ausgabe des Tiefpaßfilters dem vorstehend erläuterten Verfahren unterzogen, um das Leuchtdichtesignal Y zu erhalten.
Die somit erhaltenen Signale C, Y werden zuerst zu den 1H-Verzögerungsschaltungen 211, 212 geführt, bei denen das darin eingeschriebene Eingangssignal um eine horizontale Abtastperiode verzögert wird und gemäß dem Auslesesteuersignal RC, das durch den horizontalen Koeffizientengenerator 223 erzeugt wird, gelesen wird. Die Ausgaben der 1H-Verzögerungsschaltungen 211, 212 werden zu den horizontalen Interpolationsschaltungen 213 bzw. 214 geführt, die gemäß dem durch den horizontalen Koeffizientengenerator 223 erzeugten Interpolationskoeffizienten SCH die Vierpunktinterpolation in der horizontalen Richtung ausführen.
Die Ausgaben der horizontalen Interpolationsschaltungen 213, 214 werden zu den 3H-Verzögerungsschaltungen 215 bzw. 216 geführt, die jeweils Ausgaben erzeugen, die durch Verzögern des Eingangssignals um eine, zwei und drei horizontale Abtastperioden gebildet werden, und derartige Ausgaben werden zusammen mit dem unverzögerten Signal zu den vertikalen Interpolationsschaltungen 217, 218 geführt.
Die vertikalen Interpolationsschaltungen 217, 218 führen die Vierpunktinterpolation auf der Grundlage der eingegebenen vier Signale und gemäß dem durch den vertikalen Koeffizientengenerator 222 erzeugten Interpolationskoeffizienten SCV aus, um die interpolierten Signale über den Farbsignal-Ausgangsanschluß 219 und den Leuchtdichtesignal-Ausgangsanschluß 220 zu einer äußeren Vorrichtung, wie etwa ein nicht dargestellter Videokassettenrekorder oder ein Fernsehmonitor, auszugeben.
Das Zoomverhältnis „Zoom", das durch eine Einstelleinrichtung, wie etwa ein veränderlicher Zoomwiderstand oder ein Zoomschal ter, eingestellt wird, wird von dem Eingangsanschluß 21 eingegeben und zu dem vertikalen Koeffizientengenerator 222 und dem horizontalen Koeffizientengenerator 223 geführt. Gemäß dem eingegebenen Zoomsignal erzeugt der vertikale Koeffizientengenerator 222 das vertikale Übertragungssteuersignal STV für den Zeitgebungsimpulsgenerator 202, das Einschreib-Steuersignal WC für die 1H-Verzögerungsschaltungen 205, 206 und den Interpolationskoeffizienten SCV für die vertikalen Interpolationsschaltungen 217, 218, um dadurch ein Bildsignal zu erzeugen, das um einen vorbestimmten Vergrößerungsfaktor in der vertikalen Richtung vergrößert oder verkleinert ist.
Der horizontale Koeffizientengenerator 223 erzeugt ebenso gemäß dem eingegebenen Zoomsignal das Auslesesteuersignal für die 1H-Verzögerungsschaltungen 211, 212, und den Interpolationskoeffizienten SCH für die horizontalen Interpolationsschaltungen 213, 214, um dadurch ein Bildsignal zu erzeugen, das um einen vorbestimmten Vergrößerungsfaktor in der horizontalen Richtung vergrößert oder verkleinert ist.
13 ist ein Schaltbild mit einem genauen Beispiel der vertikalen Interpolationsschaltung 218 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wobei in 13 folgendes gezeigt ist: Eingangsanschlüsse 301, 302, 303, 304, 305; Subtrahierer 306, 309, 312, 315; Multiplizierer 307, 310, 313, 316; Addierer 308, 311, 314; und ein Ausgangsanschluß 317. Der Eingangsanschluß 301 empfängt das Ausgangssignal S_n der horizontalen Interpolationsschaltung 214, die in 12B gezeigt ist. Der Eingangsanschluß 302 empfängt unter den Ausgaben der 3H-Verzögerungsschaltung 216 das um eine horizontale Abtastperiode verzögerte Signal S_n-1, während der Eingangsanschluß 303 unter den vorstehend erläuterten Ausgaben das um zwei horizontale Abtastperioden verzögerte Signal S_n-2 empfängt, und der Eingangsanschluß 304 empfängt unter den vorstehend erläuterten Ausgaben das um drei horizontale Abtastperioden verzögerte Signal S_n-3. Der Eingangsanschluß 305 empfängt unter den Ausgaben des vertikalen Koeffizientengenerators 222 den Interpolationskoeffizienten SCV.
Die Signale S_n und S_n-3 werden durch den Subtrahierer 306 einer Subtraktion unterzogen und das erhaltene Ergebnis wird durch den Multiplizierer 307 mit dem Interpolationskoeffizienten SCV multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation wird durch den Addierer 308 zu S_n-3 addiert, um das Signal P_n zu erhalten.
Nimmt man den Wert des Interpolationskoeffizienten SCV als K, so ist das Signal P_n ein gewichteter Mittelwert von S_n und S_n-3. die durch K bzw. (1 – K) gewichtet sind.
Die Signale S_n-1 und S_n-2 werden durch den Subtrahierer 309 einer Subtraktion unterzogen und das erhaltene Ergebnis wird durch den Multiplizierer 310 mit dem Interpolationskoeffizienten SCV multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation wird durch den Addierer 311 zu S_n-2 addiert, um das Signal P_n-1 zu erhalten.
Das Signal P_n-1 ist ein gewichteter Mittelwert von S_n-1 und S_n-2, die durch K bzw. (1 – K) gewichtet sind. Die Signale P_n und P_n-1 werden durch den Subtrahierer 312 einer Subtraktion unterzogen und das erhaltene Ergebnis wird durch den Multiplizierer 313 mit dem später erläuterten Interpolationskoeffizienten SCV₂ multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation wird durch den Addierer 314 zu P_n-1 addiert, um das vertikal interpolierte Leuchtdichtesignal S_v von dem Leuchtdichtesignal-Ausgangsanschluß 317 auszugeben.
Der eingegebene Interpolationskoeffizient SCV wird durch den Multiplizierer 316 mit sich selbst multipliziert und von dem erhaltenen Ergebnis wird der Interpolationskoeffizient SCV subtrahiert, um einen Koeffizienten SCV₂ zu erhalten, der wie vorstehend erläutert zu dem Multiplizierer 313 geführt wird.
Die vertikale Interpolationsschaltung 217 kann die gleiche Konfiguration wie diejenige von 13 besitzen.
14 ist ein genaues Schaltbild mit einem Beispiel des horizontalen Koeffizientengenerators 223 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
In 14 ist folgendes gebildet: ein Eingangsanschluß 321 zum Empfangen des Zoomkoeffizienten, der von dem Zoomkoeffizienten-Eingangsanschluß 321 eingegeben wird; ein Addierer 322; ein Register 323; ein Ausgangsanschluß 324 für das Auslesesteuersignal RC; und ein Ausgangsanschluß 325 für den Interpolationskoeffizienten SCH.
Der Zoomkoeffizient, der von dem Eingangsanschluß 321 eingegeben wird, wird durch den Addierer 322 zu einem Signal, das durch Ausschließen des höchstwertigen Bits von der Ausgabe des Registers 323 erhalten wird, addiert, und die erhaltene Ausgabe wird bei dem Register 323 gehalten. Die Daten in dem Register 323 werden bei jedem Taktsignal erneuert. Das Register 323 führt das Ausgabesignal ausschließlich dem höchstwertigen Bit, wie vorstehend erläutert, zu dem Addierer 322 und gibt ebenso das höchstwertige Bit als das Auslesesteuersignal RC von dem Ausgangsanschluß 324 aus und gibt den Wert ausschließlich dem höchstwertigen Bit als den Interpolationskoeffizient SCH von dem Ausgangsanschluß 325 aus. Falls beispielsweise der Interpolationskoeffizient SCH aus acht Bit besteht und das Auslesesteuersignal RC aus einem Bit besteht, besitzt das Register 323 eine Kapazität von neun Bit. Der Zoomkoeffizient besitzt neun Bit und es werde angenommen, daß er im Falle eines Zoomvergrößerungsfaktors von Eins den Wert 256 besitzt. Wegen einer Addition von 256 durch den Addierer 322 sind in diesem Zustand die niedrigeren acht Bit stets Null, während das höchstwertige Bit stets Eins wird. Das Register 323 hält diese Werte, wodurch das Auslesesteuersignal RC stets Eins wird und der Interpolationskoeffizient SCH stets Null wird, sodaß die Daten ständig von den 1H-Verzögerungsschaltungen gelesen werden, während die horizontalen Interpolationsschaltungen keine Interpolationsfunktion ausführen. Folglich werden die Bilddaten in der horizontalen Richtung nicht vergrößert und der Vergrößerungsfaktor wird Eins.
Im Falle eines Zoomverhältnisses von etwa Zwei nimmt das Zoomsignal den Wert 128 an, wodurch der Inhalt des Registers 323 sich in der Reihenfolge 0, 128, 256, 128 und 256 ändert. Das höchstwertige Bit ändert sich in der Reihenfolge 0, 0, 1,0 und 1, sodaß ein Bildelement in einer Periode von jeweils zwei Bildelement gelesen wird, und der Koeffizient ändert sich in der Reihenfolge 0, 0,5, 0, 0,5 und 0.
Der vertikale Koeffizientengenerator 222 kann unter Berücksichtigung der Tatsache, daß ein Bildelement um eine horizontale Abtastperiode in der vertikalen Richtung versetzt ist, ebenso mit einer gleichwertigen Konfiguration ausgeführt werden.
15 ist ein genaues Schaltbild mit einem Beispiel der horizontalen Interpolationsschaltung 214 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wobei folgendes gebildet ist: Eingangsanschlüsse 1201, 1202; Eintakt-Verzögerungsschaltungen 1203, 1204, 1205 für eine Bildelementverzögerung; Subtrahierer 1206, 1209, 1212, 1215; Multiplizierer 1207, 1210, 1213, 1216; Addierer 1208, 1211, 1215; und ein Ausgangsanschluß 1201.
Der Eingangsanschluß 1201 empfängt das Ausgangssignal S_n der 1H-Verzögerungsschaltung 212, die in 12B gezeigt ist. Der Eingangsanschluß 1202 empfängt den Interpolationskoeffizient S_ch von dem horizontalen Koeffizientengenerator 223. Der eingegebene Interpolationskoeffizient S_n wird bei den Eintakt-Verzögerungsschaltungen 1203, 1204, 1205 jeweils um ein Bildelement verzögert, um jeweilige Ausgaben S_n-1, S_n-2, S_n-3 zu bilden.
Die Signale S_n und S_n-3 werden durch den Subtrahierer 1206 einer Subtraktion unterzogen und das erhaltene Ergebnis wird durch den Multiplizierer 1207 mit S_ch multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation wird durch den Addierer 1208 zu S_n-3 addiert, um das Signal P_n zu erhalten.
Die Signale S_n-1 und S_n-2 werden durch den Subtrahierer 1209 ebenfalls einer Subtraktion unterzogen und das erhaltene Ergebnis wird durch den Multiplizierer 1210 mit SCV multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation wird durch den Addierer 1211 zu S_n-2 addiert, um das Signal P_n-1 zu erhalten.
Die Signale P_n und P_n-1 werden durch den Subtrahierer 1212 einer Subtraktion unterzogen und das erhaltene Ergebnis wird durch den Multiplizierer 1213 mit dem später erläuterten Koeffizienten S_ch2 multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation wird durch den Addierer 1214 zu P_n-1 addiert, um das horizontal interpolierte Leuchtdichtesignal S_h von dem Leuchtdichtesignal-Ausgangsanschluß 1207 auszugeben.
Der eingegebene Koeffizient S_ch wird durch den Multiplizierer 1216 mit sich selbst multipliziert und von dem erhaltenen Ergebnis wird S_ch selbst subtrahiert, um S_ch2 zu bilden, welcher wie vorstehend erläutert zu dem Multiplizierer 1213 geführt wird.
Die Konfiguration der horizontalen Interpolationsschaltung 1213 kann weitgehend ähnlich zu der Konfiguration von 15 sein, mit den Ausnahmen, daß die Eintakt-Verzögerungsschaltungen durch Zweitakt-Verzögerungsschaltungen- ersetzt sind, da das Farbsignal aus Punktfolgesignalen Cr, Cb besteht, und daß der Koeffizient halbiert ist, da die Entfernung des Bildelements verdoppelt ist.
16A und 16B zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Darin sind Komponenten, die mit denjenigen bei den vorhergehenden Figuren gleich oder gleichwertig sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Es sind Feldspeicher 1301, 1302 und ein Ausleseadreßgenerator 1303 gebildet.
Die Signale C und Y werden in die Feldspeicher 1301, 1302, in denen die eingeschriebenen Eingangssignale um eine Feldperiode verzögert werden und gemäß Ausleseadressen RAC, RAY, die durch die Ausleseadreß-Erzeugungsschaltung 1303 erzeugt werden, gelesen werden, eingegeben. Die Ausleseadressen RAC, RAY werden durch ein vertikales Auslesesteuersignal RCV, das durch den vertikalen Koeffizientengenerator 222 erzeugt wird, bzw. ein horizontales Auslesesteuersignal RCH, das durch den horizontalen Koeffizientengenerator erzeugt wird, gesteuert, um somit eine Ausleseadresse gemäß dem von dem Zoomkoeffizienten-Eingangsanschluß 221 eingegebenen Wert zu erzeugen. Falls zum Beispiel der Zoomkoeffizient eine zweifache Vergrößerung angibt, wird das Auslesen so gesteuert, daß ein Bildelement in einer Periode von jeweils zwei Bildelementen sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung gelesen wird.
Die Ausgaben der Feldspeicher 1301, 1302 werden zu den horizontalen Interpolationsschaltungen 213 bzw. 214, welche die Vierpunktinterpolation in der horizontalen Richtung gemäß dem durch den horizontalen Koeffizientengenerator 223 erzeugten Interpolationskoeffizienten SCH ausführen, geführt.
Wie vorangehend erläutert, gemäß dem eingegebenen Zoomsignal erzeugt der vertikale Koeffizientengenerator 222 das vertikale Auslesesteuersignal RCV zum Steuern des Ausleseadreßgenerators 1303 und der 3H-Verzögerungsschaltung 215, und den Interpolationskoeffizienten SCV für die vertikalen Interpolationsschaltungen 217, 218, um dadurch ein Bildsignal zu erzeugen, das in der vertikalen Richtung unter einem vorbestimmten Vergrößerungsfaktor vergrößert oder verkleinert wird.
Gemäß dem eingegebenen Zoomsignal erzeugt ebenso der horizontale Koeffizientengenerator 223 das horizontale Auslesesteuersignal RCH für den Ausleseadreßgenerator 1303 und den Interpolationskoeffizienten SCH für die horizontalen Interpolationsschaltungen 213, 214, um dadurch ein Bildsignal zu erzeugen, das in der horizontalen Richtung unter einem vorbestimmten Vergrößerungsfaktor vergrößert oder verkleinert wird.
17A und 17B zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In 17A und 17B sind gebildet: ein Taktgenerator 1310 zum Erzeugen von Taktsignalen einer Frequenz, die von der Frequenz der Zeitgebungsimpulse verschieden ist; und 1H-Speicher 1311, 1312 mit einer Kapazität einer horizontalen Abtastperiode und von einer sogenannten Dual-Port-Art, bei der die Eingangssignale in Synchronisation zu Einschreib-Taktsignalen fortlaufend geschrieben werden, während die Ausgangssignale gemäß Auslesetaktsignalen und gemäß Ausleseadressen gelesen werden.
Der Signalfluß von der CCD 201 bis zum Ende der Farbsignal-Verarbeitungsschaltung 209 und der Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsschaltung 210 ist der gleiche wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen.
Die Ausgabe C der Farbsignal-Verarbeitungsschaltung 209 und die Ausgabe Y der Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsschaltung 210 werden in die 1H-Speicher 1311, 1312 eingegeben.
In den 1H-Speichern 1311, 1312 wird das Signalschreiben in Synchronisation zu einem Taktsignal CK1, das mit dem horizontalen Übertragungstaktsignal der CCD 201, das durch den Zeitgebungsimpulsgenerator 203 erzeugt wird, synchronisiert ist, in fortlaufender Weise ausgeführt.
Das Signalauslesen wird gemäß den Ausleseadressen RAC, RAY, die bei dem Ausleseadreßgenerator erzeugt werden, gemäß einem Taktsignal CK2, das durch den Taktgenerator 1310 mit einer Frequenz, die von der Frequenz des Taktsignals CK1 verschieden ist, erzeugt wird, und ebenso gemäß dem horizontalen Auslesesteuersignal RCH, das durch den horizontalen Koeffizientengenerator 223 erzeugt wird, ausgeführt.
Der Signalfluß von der CCD 201 bis zum Ende der Farbsignal-Verarbeitungsschaltung 209 und der Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsschaltung 210 ist der gleiche wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen.
Die Ausgabe C der Farbsignal-Verarbeitungsschaltung 209 und die Ausgabe Y der Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsschaltung 210 werden in die 3H-Verzögerungsschaltungen 215 bzw. 216 eingegeben.
Die 3H-Verzögerungsschaltungen 215, 216 geben jeweils Signale aus, die um eine, zwei und drei horizontale Abtastperioden verzögert sind. Die Ausgangssignale der 3H-Verzögerungsschaltungen 215, 216 werden jeweils zusammen mit dem Eingangssignal in die vertikalen Interpolationsschaltungen 217 bzw. 218 eingegeben.
Die vertikalen Interpolationsschaltungen 217, 218 führen durch das vorstehend erläuterte Vierpunktinterpolationsverfahren gemäß dem durch den vertikalen Koeffizientengenerator 222 erzeugten Interpolationskoeffizienten SCV eine Bildelementinterpolation in der vertikalen Richtung durch und senden Ausgaben zu den horizontalen Interpolationsschaltungen 213, 214, die durch das vorstehend erläuterte Vierpunktinterpolationsverfahren gemäß dem durch den horizontalen Koeffizientengenerator 223 erzeugten Interpolationskoeffizienten SCH eine Bildelementinterpolation in der horizontalen Richtung durchführen und Ausgaben zu den Feldspeichern 1320, 1321 senden.
Das Eingangssignal wird gemäß einer Einschreibadresse WAY, die durch den Einschreib-Adreßgenerator 1322 erzeugt wird, in den Feldspeicher 1321 geschrieben. Die Adresse WAY wird so erzeugt, daß gemäß dem durch den Zoomverhältnis-Eingangsanschluß 221 eingegebenen Zoomverhältnis ein verkleinertes Bild in den Feldspeicher geschrieben wird.
Falls zum Beispiel das Zoomverhältnis eine Bildverkleinerung um die Hälfte angibt, wird für jeweils zwei Bildelemente in der ho rizontalen Richtung eine Adresse erzeugt, während für zwei Zeilenperioden in der vertikalen Richtung eine gleiche Adresse erzeugt wird, wodurch das Bild im Feldspeicher auf die Hälfte verkleinert wird.
Falls das Zoomverhältnis zwischen 1 und ½ liegt, wird nach der Interpolation in der vertikalen und horizontalen Richtung durch die vertikale Interpolationsschaltung 218 bzw. die horizontale Interpolationsschaltung 214 das Signalschreiben unter der Steuerung einer Adreßerhöhung gemäß dem Zoomverhältnis ausgeführt, wodurch das Bild in dem Feldspeicher gemäß dem Zoomverhältnis verkleinert wird.
Der Feldspeicher 1320 funktioniert weitgehend ähnlich wie vorangehend erläutert, doch bei dem Farbsignal werden die Daten von zwei Bildelementen als eine Gruppe verarbeitet, da das Farbsignal einem Zeitmultiplex unterzogen wird.
Aus den Feldspeichern 1320, 1321 wird das Farbsignal und das Leuchtdichtesignal des verkleinerten Bildes durch aufeinanderfolgendes Lesen des durch den vorstehend erläuterten Vorgang geschriebenen Bildes erhalten und von den Ausgangsanschlüssen 219 bzw. 220 ausgegeben.

Claims

Bildverarbeitungseinheit, die fähig ist zum Vergrößern oder Verkleinern eines Bildes, das durch das Ausgangssignal eines Bildaufnahmeelements dargestellt wird, das Bilddaten in Bildelementform erzeugt, in zumindest einer der horizontalen und der vertikalen Richtung, mit einer Eingabeeinrichtung (1) zum Empfangen der Bilddaten in Bildelementform; und dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinheit dazu dient, um basierend auf den Bilddaten von vier Bildelementpunkten, die in einer sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckenden Linie angeordnet sind, interpolierte Bilddaten von einer Position zu erzeugen, die sich auf der Linie zwischen den vier Bildelementpunkten befindet, wobei die Bildverarbeitungseinheit angepasst ist zum Erzeugen der interpolierten Bilddaten auf Grundlage des gewichteten Mittelwerts der Bilddaten von vorbestimmten zwei der vier Bildelementpunkte und des gewichteten Mittelwerts der Bilddaten von den anderen zwei der vier Bildelementpunkte, und wobei die Bildverarbeitungseinheit in Benutzung für die Interpolation einen Algorithmus einsetzt, der für Daten D0, D1, D2 und D3, die vier benachbarte Bildelemente darstellen, wobei sich die zu interpolierende Position zwischen D1 und D2 befindet, und ein Verhältnis k, das als die Entfernung zwischen der Position und D1 geteilt durch die Entfernung D1 und D2 definiert ist, aufweist: erstens Bestimmen von zwei Mittelwerten, die mit k beziehungsweise (1-k) gewichtet sind, für die ersteren und letzteren Daten in jeder von zwei Kombinationen von D0, D3 und D1, D2 und Verwenden dieser zwei Mittelwerte, um die Bilddaten an der zu interpolierenden Position zu bestimmen.
Bildverarbeitungseinheit gemäß Anspruch 1, mit: einem Speicher (1) für die Bilddaten in Bildelementform; einer Speicherausleseeinrichtung (2) zum Lesen von Bildelementdaten nacheinander aus dem Speicher; einer ersten, einer zweiten und einer dritten aufeinanderfolgenden Verzögerungseinrichtung (51, 52, 53) zum jeweiligen Verzögern des Bildsignals S_n, das von der Speicherausleseeinrichtung gelesen wird, um entsprechend Bildelementsignale S_n-1, S_n-2, S_n-3 zu bilden; einer ersten und einer zweiten Koeffizientenerzeugungsschaltung (40, 41) zum Erzeugen von Interpolationskoeffizienten k₁, k₀, die durch Funktionen N-ter Ordnung aus der Position des interpolierten Bildelements S' bestimmt werden, das zwischen den Bildelementsignalen S_n-1 und S_n-2 positioniert ist; einer ersten und einer zweiten Interpolationsschaltung (6, 7) zum Ausführen einer Berechnung P = k·S_x + (1-k)·S_y auf zwei beliebigen Bildelementsignalen S_x, S_y; und einer Signalsyntheseschaltung (9); wobei im Betrieb die Bildelementsignale S_n, S_n-3 an die erste Interpolationsschaltung geliefert werden, während die Bildelementsignale S_n-1, S_n-2 an die zweite Interpolationsschaltung geliefert werden, wobei die erste und die zweite Interpolationsschaltung eine Interpolation mit dem Interpolationskoeffizienten k₀ ausführen, während die Ausgaben P_n, P_n-1 der ersten und der zweiten Interpolationsschaltung an die Signalsyntheseschaltung geliefert werden, die angepasst ist zum Ausgeben eines interpolierten Bildelementsignals S' basierend auf einer Gleichung k₁·(P_n-1 – P_n) + P_n-1 unter Ausnutzung des Interpolationskoeffizienten k₁.
Bildverarbeitungseinheit gemäß Anspruch 1, mit: einem Speicher (1) zum Speichern der Bilddaten in Bildelementform; einer Speicherausleseeinrichtung (2) zum Lesen von Bildelementen in der horizontalen Richtung nacheinander aus dem Speicher; einer ersten, einer zweiten und einer dritten aufeinanderfolgenden Verzögerungseinrichtung (51, 52, 53) zum jeweiligen Verzögern des von der Speicherausleseeinrichtung gelesenen Bildsignals; einer Koeffizientenerzeugungsschaltung (4) zum Bestimmen eines Interpolationskoeffizienten k, der die Position eines interpolierten Bildelements S' angibt, das zwischen den Bildelementsignalen S_n-1 und S_n-2 positioniert ist, durch einen Akkumulator basierend auf dem aktuellen Bildelementsignal S_n, das von der Speicherausleseeinrichtung gelesen wird, dem Bildelementsignal S_n-1 von der ersten Verzögerungseinrichtung (51), dem Bildelementsignal S_n-2 von der zweiten Verzögerungseinrichtung (52) und dem Bildelementsignal S_n-3 von der dritten Verzögerungseinrichtung (53); einer ersten und einer zweiten Interpolationsschaltung (6, 7) zum Ausführen der Berechnung P = k·S_x + (1-k)·S_y auf zwei beliebigen Bildelementsignalen S_x, S_y; und einer Signalsyntheseschaltung (9); wobei im Betrieb die Bildelementsignale S_n, S_n-3 an die erste Interpolationsschaltung geliefert werden, während die Bildelementsignale S_n-1, S_n-2 an die zweite Interpolationsschaltung geliefert werden, wobei die erste und die zweit Interpolationsschaltung eine Interpolation mit dem Interpolationskoeffizienten k ausführen, während die Ausgaben P_n, P_n-1 der ersten und der zweiten Interpolationsschaltung an die Signalsyntheseschaltung geliefert werden, die das interpolierte Bildelementsignal S' basierend auf der Gleichung M·(P_n-1 – P_n) + P_n-1 ausgibt, in der M ein Koeffizient ist, der durch M = k·(1-k) aus dem Interpolationskoeffizienten k hergeleitet wird.
Bildverarbeitungseinheit gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die Verzögerungseinrichtung einen Verzögerungsbetrag aufweist, der einer Abtastzeile der ursprünglichen Abtastfrequenz vor der Interpolation entspricht, und angepasst ist zum Ausführen einer Interpolation in der vertikalen Richtung.
Bildverarbeitungseinheit gemäß Anspruch 4, bei der die Koeffizientenerzeugungsschaltung angepasst ist zum Erneuern des Interpolationskoeffizienten in Erwiderung auf ein Erneuerungssteuersignal für die ursprünglichen Abtastbildelemente zum Erzeugen des interpolierten Bildelements.
Bildverarbeitungseinheit gemäß Anspruch 3, bei der der Akkumulator der Koeffizientenerzeugungsschaltung in dem Fall, dass der zwischen den ursprünglichen Abtastbildelementen erzeugte interpolierte Punkt eine Auflösung von 2ⁿ Bits aufweist, aus einem kumulativen Addierer einer Breite von n Bits besteht und angepasst ist zum Ausführen einer kumulativen Addition der Konstanten, die das Interpolationsverhältnis mit einer Breite von n Bits darstellt, in Erwiderung auf ein Steuersignal zum Erneuern der ursprünglichen Abtastbildelemente zum Erzeugen des interpolierten Bildelements.
Verfahren, das fähig ist zum Vergrößern oder Verkleinern eines Bildes, das durch das Ausgangssignal eines Bildaufnahmeelements dargestellt wird, das Bilddaten in Bildelementform erzeugt, in zumindest einer der horizontalen und vertikalen Richtung, mit den Schritten zum Empfangen der Bilddaten in Bildelementform; und den Schritten zum Erzeugen, auf Grundlage der Bilddaten von vier Bildelementpunkten, die in einer sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckenden Linie angeordnet sind, von interpolierten Bilddaten von einer Position, die sich auf der Linie zwischen den vier Bildelementpunkten befindet, und dadurch gekennzeichnet, dass der Erzeugungsschritt ein Erzeugen der interpolierten Bilddaten auf Grundlage des gewichteten Mittelwerts der Bilddaten von vorbestimmten zwei der vier Bildelementpunkte und des gewichteten Mittelwerts der Bilddaten von den anderen zwei der vier Bildelementpunkte aufweist, wobei ein Algorithmus eingesetzt wird, der für Daten D0, D1, D2 und D3, die vier benachbarte Bildelemente darstellen, wobei sich die zu interpolierende Position zwischen D1 und D2 befindet, und ein Verhältnis k, das als die Entfernung zwischen der Position und D1 geteilt durch die Entfernung zwischen D1 und D2 definiert ist, aufweist: erstens Bestimmen von zwei Mittelwerten, die mit k beziehungsweise (1-k) gewichtet sind, für die ersteren und letzteren Daten in jeder von zwei Kombinationen von D0, D3 und D1, D2 und Verwenden dieser zwei Mittelwerte, um die Bilddaten an der zu interpolierenden Position zu bestimmen.