JP2001189945A

JP2001189945A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2001189945A
Application number: JP37534799A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Ikeyama; 裕政池山; Takeshi Nakajima; 健中島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】画像信号の処理によって生じる色相の変化
を、彩度を落とすことによって防止したり、画素毎の異
なるノイズによって生じる色ノイズの発生を防止するよ
うにする。【解決手段】色差ゲイン算出回路９は、色分離回路７
から供給されたＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号に基づいて、彩
度を変化させる色差ゲインを算出する。色差乗算回路１
１は、色差ゲイン算出回路９により算出された色差ゲイ
ンを、ＹＣマトリックス回路から供給された色差信号に
対して乗算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号処理によって
生じる高低輝度の色回りを目立たなくさせる撮像装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のデジタルスチルカメラやビデオカ
メラ等では、撮像素子からのアナログ撮像信号を一旦デ
ィジタル化し、このディジタル化された撮像信号に対し
て、ホワイトバランス、ガンマ補正等の信号処理が行わ
れている。

【０００３】つぎに、これらの信号処理を行う従来の撮
像装置について説明する。従来の撮像装置を図５に示
す。

【０００４】従来の撮像装置１００は、この図５に示す
ように、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）１０１と、
ＣＤＳ（Co-related Double Sampling）１０２と、Ａ／
Ｄ変換回路１０３と、ホワイトバランス回路１０４と、
ガンマ補正回路１０５と、色分離回路１０６と、ＹＣマ
トリックス回路１０７と、ニー（Ｋｎｅｅ）回路１０８
とを備える。

【０００５】ＣＣＤ１０１は、各画素にＲ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）のカラー配列の色フイルタを配置した
固体撮像素子であり、図示しないレンズを介して入射し
た光を電気信号である撮像信号に変換してＣＤＳ１０２
に供給する。また、ＣＣＤ１０１が単板式である場合に
は、各画素ごとの色フイルタの配列に応じた各色の撮像
信号が１つの出力ラインにマルチプレクスされた形で順
に出力される。

【０００６】ＣＤＳ１０２は、ＣＣＤ１０１から供給さ
れた撮像信号に対して相関２重サンプリング処理を行
い、相関２重サンプリング処理済みの画像信号をＡ／Ｄ
変換回路１０３に供給する。

【０００７】Ａ／Ｄ変換回路１０３は、ＣＤＳ１０２か
ら供給された画像信号をディジタル方式の画像信号に変
換し、このディジタル方式の画像信号をホワイトバラン
ス回路１０４に供給する。

【０００８】ホワイトバランス回路１０４は、Ａ／Ｄ変
換回路１０３から供給されたディジタル方式の画像信号
のホワイトバランスを調整し、この調整済みの画像信号
をガンマ補正回路１０５に供給する。このホワイトバラ
ンス回路１０４は、ＲＧＢの各色のＣＣＤ１０１の感度
を調節して白バランスをとる回路である。

【０００９】ガンマ補正回路１０５は、ホワイトバラン
ス回路１０４から供給されたホワイトバランス調整済み
の画像信号に対してガンマ補正の処理を行い、このガン
マ補正済みの画像信号を色分離回路１０６に供給する。
このガンマ補正回路１０５は、図示しないモニタのγ特
性を補正する非線型回路であり、広いダイナミックレン
ジを確保するために、高輝度部分にニー特性を持たせて
いる。

【００１０】色分離回路１０６は、ガンマ補正回路１０
５から供給されたガンマ補正済みの画像信号に対して画
素の補間処理を行い、全ての画素について、Ｒ信号，Ｇ
信号，Ｂ信号の画像信号を生成する。色分離回路１０６
は、これらの生成したＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の各画像
信号をＹＣマトリックス回路１０７に供給する。

【００１１】ＹＣマトリックス回路１０７は、色分離回
路１０６から供給されたＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号からな
る画像信号を、輝度信号（Ｙ）及び色差信号（Ｃｂ、Ｃ
ｒ）に変換する。ＹＣマトリックス回路１０７は、この
変換後の輝度信号を、ニー回路１０８に供給する。ま
た、ＹＣマトリックス回路１０７は、変換後の色差信号
を出力する。

【００１２】ニー回路１０８は、ＹＣマトリックス回路
１０７から供給された輝度信号に対して、高輝度部での
色付きをよくするために、ニー処理を行う。そして、ニ
ー回路１０８は、ニー処理済みの輝度信号を出力する。

【００１３】以上のように構成された従来の撮像装置１
００では、ニー回路１０８から出力された輝度信号及び
ＹＣマトリックス回路１０７から出力された色差信号
は、その後、例えば、ＪＰＥＧ圧縮されて図示しない記
録媒体に記録されたり、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ等のエンコー
ダを介してビデオ出力される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の撮像
装置１００に備えられたガンマ補正回路１０５では、入
力されたＲ（赤）信号，Ｇ（緑）信号，Ｂ（青）信号か
らなる画像信号に対してガンマ補正の処理が行われてい
る。しかし、このガンマ補正回路１０５を用いても、モ
ニタのγ特性を完全に補正することはできない。特に高
輝度側では広いダイナミックレンジを確保するためにニ
ー特性を持たせているのと、出力のダイナミックレンジ
の回路上の制限のため、ガンマ補正回路１０５により得
られるγ補正の特性は、図６のｄに示すように、理想的
なγ補正カーブから離れてしまっている。

【００１５】また、Ｒ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の各信号が
同じ信号レベルであれば問題は少ないが、上記各信号が
それぞれ異なる信号レベルである場合、即ち、色のつい
た信号である場合には、各信号毎にニー特性がかかった
りかからなかったりすることがある。この結果、同じ色
の被写体を明るさを変えて撮影する場合、明るさだけで
なく色まで変わってしまうという見え方が起こり、画像
の品質を著しく損ねてしまっていた。

【００１６】ここで、ある被写体を撮影しながら絞りを
開けていった場合のＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の各信号の
バランスの変化を、図６のａ〜ｃに示す。

【００１７】例えば、肌色は図６のａに示すようなＲＧ
Ｂバランスを持っており、絞りを開けていくと、ガンマ
補正回路１０５からの出力は、図６のｄに示すγ特性に
沿って変化していく。そして、絞りをさらに開けてい
き、図６のｂまで明るくなった場合を見てみると、Ｒ信
号のみにニー特性がかかっていることが分かる。これ
は、色相はＲＧＢの比率で決まるので、Ｒ信号のみが変
化すると、色相が変わる、即ち、色が変わってしまうこ
とを意味している。

【００１８】さらに絞りを開けていき、図６のｃまで明
るくなった場合を見てみると、出力Ｄレンジ（Ｄ−ｒａ
ｎｇｅ）の制約を受けて、Ｒ信号がクリップされてしま
い、さらに激しく色が変化してしまう。つまり、Ｇ信号
に対してＲ信号の変化が少なくなるため、肌色は黄色へ
と変化してしまう。

【００１９】また、低輝度域においては、ＣＣＤの暗電
流などによるノイズは画素毎に異なるため、これが色ノ
イズとして見えてしまうという問題があった。さらに、
低輝度域のノイズは、γが立っているために目立ちやす
いという問題もある。

【００２０】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
たものであり、画像信号の処理によって生じる色相の変
化を、彩度を落とすことによって防止したり、画素毎の
異なるノイズによって生じる色ノイズの発生を防止する
撮像装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る撮像装置は、画像を撮像して、赤色
信号，緑色信号，青色信号からなる撮像信号を生成する
撮像信号生成手段と、上記撮像信号生成手段により生成
された撮像信号を、輝度信号及び色差信号に変換する信
号変換手段と、上記撮像信号生成手段により生成された
撮像信号に基づいて、彩度を変化させる色差ゲインを算
出する色差ゲイン算出手段と、上記色差ゲイン算出手段
により算出された色差ゲインを、上記信号変換手段によ
り変換された色差信号に対して乗算する色差乗算手段と
を備えることを特徴とする。

【００２２】この撮像装置では、色差ゲイン算出手段
は、撮像信号に基づいて、彩度を変化させる色差ゲイン
を算出し、色差乗算手段は、色差ゲイン算出手段により
算出された色差ゲインを、上記信号変換手段により変換
された色差信号に対して乗算する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した実施の形
態について、図面を参照しながら説明する。

【００２４】本発明を適用した実施の形態である撮像装
置は、単板式ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を用い
た装置である。本発明を適用した実施の形態である撮像
装置を図１に示す。

【００２５】撮像装置１は、図１に示すように、ＣＣＤ
２と、ＣＤＳ（Co-related DoubleSampling）３と、Ａ
／Ｄ変換回路４と、ホワイトバランス回路５と、ガンマ
補正回路６と、色分離回路７と、ＹＣマトリックス回路
８と、色差ゲイン算出回路９と、ニー（Ｋｎｅｅ）回路
１０と、色差乗算回路１１とを備える。

【００２６】ＣＣＤ２は、各画素にＲ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）のカラー配列の色フイルタを配置した
固体撮像素子であり、図示しないレンズを介して入射し
た光を電気信号である撮像信号に変換してＣＤＳ３に供
給する。また、ＣＣＤ２は、単板式であるため、各画素
ごとの色フイルタの配列に応じた各色の撮像信号が１つ
の出力ラインに多重化（マルチプレクス）された形で順
に出力される。

【００２７】ＣＤＳ３は、ＣＣＤ２から供給された撮像
信号に対して相関２重サンプリング処理を行い、相関２
重サンプリング処理済みの画像信号をＡ／Ｄ変換回路４
に供給する。

【００２８】Ａ／Ｄ変換回路４は、ＣＤＳ３から供給さ
れた画像信号をディジタル方式の画像信号に変換し、こ
のディジタル方式の画像信号をホワイトバランス回路５
に供給する。

【００２９】ホワイトバランス回路５は、Ａ／Ｄ変換回
路４から供給されたディジタル方式の画像信号のホワイ
トバランスを調整し、この調整済みの画像信号をガンマ
補正回路６に供給する。このホワイトバランス回路５
は、ＲＧＢの各色のＣＣＤ２の感度を調節して白バラン
スをとる回路である。

【００３０】ガンマ補正回路６は、ホワイトバランス回
路５から供給されたホワイトバランス調整済みの画像信
号に対してガンマ補正の処理を行い、このガンマ補正済
みの画像信号を色分離回路７に供給する。このガンマ補
正回路６は、図示しないモニタのγ特性を補正する非線
型回路であり、広いダイナミックレンジを確保するため
に、高輝度部分にニー特性を持たせている。

【００３１】色分離回路７は、ガンマ補正回路６から供
給されたガンマ補正済みの画像信号に対して画素の補間
処理を行い、全ての画素について、Ｒ信号，Ｇ信号，Ｂ
信号の画像信号を生成する。色分離回路７は、これらの
生成したＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の各画像信号をＹＣマ
トリックス回路８及び色差ゲイン算出回路９に供給す
る。

【００３２】ＹＣマトリックス回路８は、色分離回路７
から供給されたＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号からなる画像信
号を、輝度信号（Ｙ）及び色差信号（Ｃｂ、Ｃｒ）に変
換する。ＹＣマトリックス回路８は、この変換後の輝度
信号をニー回路１０に供給し、変換後の色差信号を色差
乗算回路１１に供給する。

【００３３】色差ゲイン算出回路９は、色分離回路７か
ら供給されたＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号からなる画像信号
に基づいて色差のゲインを算出し、この算出した色差ゲ
インを色差乗算回路１１に供給する。

【００３４】ニー回路１０は、ＹＣマトリックス回路８
から供給された輝度信号に対して、高輝度部での色付き
をよくするために、ニー処理を行う。そして、ニー回路
１０は、ニー処理済みの輝度信号を出力する。

【００３５】色差乗算回路１１は、ＹＣマトリックス回
路８から供給された色差信号に対して、色差ゲイン算出
回路９から供給された色差ゲインを乗算する。そして、
色差乗算回路１１は、この乗算済みの色差信号を出力す
る。

【００３６】以上のように構成された撮像装置１では、
ニー回路１０から出力された輝度信号及び色差乗算回路
１１から出力された色差信号は、その後、例えば、ＪＰ
ＥＧ圧縮されて図示しない記録媒体に記録されたり、Ｎ
ＴＳＣ，ＰＡＬ等のエンコーダを介してビデオ出力され
る。

【００３７】つぎに、ＹＣマトリックス回路８，色差ゲ
イン算出回路９，ニー回路１０，色差乗算回路１１から
なる彩度制御部について、詳細に説明する。

【００３８】この彩度制御部では、図２に示すように、
ＹＣマトリックス回路８は、色分離回路７から供給され
たＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号からなる画像信号を輝度信号
（Ｙ）に変換するＹマトリックス回路８ａと、色分離回
路７から供給されたＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号からなる画
像信号を色差信号Ｃｂと色差信号Ｃｒとに変換するＣマ
トリックス回路８ｂと、このＣマトリックス回路８ｂか
ら供給された色差信号Ｃｂと色差信号Ｃｒとを色差の帯
域に制限するＣ用ＬＰＦ８ｃとを有する。

【００３９】また、色差乗算回路１１は、Ｃ用ＬＰＦ８
ｃから供給された帯域制限済みの色差信号Ｃｂ及び色差
信号Ｃｒに対して、色差ゲイン算出回路９から供給され
た色差ゲインを乗算する乗算器１１ａと、この乗算器１
１ａから供給された乗算済みの色差信号Ｃｂと色差信号
Ｃｒとを多重化した１つの色差信号（Ｃｂ，Ｃｒ）を出
力するＣ用ＭＵＸ（multiplexer）１１ｂとを有する。

【００４０】さらに、色差ゲイン算出回路９は、最大値
回路９ａと、Ｃ用ＬＰＦ９ｂと、高輝度算出回路９ｃ
と、低輝度算出回路９ｄと、最小値回路９ｅとを有す
る。

【００４１】まず、最大値回路９ａは、色分離回路７か
ら供給されたＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の各信号レベルを
比較し、信号レベルの最大値を算出する。そして、最大
値回路９ａは、この算出した最大値に関するデータと、
上記Ｒ信号，Ｇ信号，Ｂ信号とをＣ用ＬＰＦ９ｂに供給
する。

【００４２】Ｃ用ＬＰＦ９ｂは、最大値回路９ａから供
給された最大値に関するデータに基づいて、当該最大値
回路９ａにより算出された各信号の中の信号レベルが最
大値の信号を色差の帯域に合わせる。即ち、Ｃ用ＬＰＦ
９ｂは、最終的なゲインの変化を色差の帯域内に制限す
る帯域制限フィルタである。これは、上記ゲインはＣマ
トリックス回路８ｃから供給された色差信号に直接乗算
されるため、制御信号としてのノイズを除去する意味で
低域信号にしておかなければならないからである。そし
て、Ｃ用ＬＰＦ９ｂは、色差の帯域に制限されたＲ信
号，Ｇ信号，Ｂ信号のうち、高輝度側の信号を高輝度算
出回路９ｃに供給し、低輝度側の信号を低輝度算出回路
９ｄに供給する。

【００４３】なお、人間の視覚特性から、人間は色の変
化に対しては輝度の変化に対するよりも鈍感であるた
め、このように色差信号を帯域制限して出力データの圧
縮を行うのが一般的である。

【００４４】高輝度算出回路９ｃは、Ｃ用ＬＰＦ９ｂか
ら供給された高輝度側の信号と、図３ａに示す高輝度側
の特性図とに基づいて、高輝度側の色差のゲインを算出
する。そして、高輝度算出回路９ｃは、この算出した高
輝度側の色差のゲインを最小値回路９ｅに供給する。

【００４５】なお、図３ａに示す高輝度側の特性図で
は、図３ｂに示すように、高輝度判定スタートレベル、
即ち、高輝度側の彩度を落とし始めるレベルをＣＳＨＴ
Ｈとし、高輝度彩度ゲイン（傾き）、即ち、高輝度側の
彩度を落とす度合いをＣＳＨＧとする。

【００４６】低輝度算出回路９ｄは、Ｃ用ＬＰＦ９ｂか
ら供給された低輝度側の信号と、図３ｃに示す低輝度側
の特性図とに基づいて、低輝度側の色差のゲインを算出
する。そして、低輝度算出回路９ｄは、この算出した低
輝度側の色差のゲインを最小値回路９ｅに供給する。

【００４７】なお、図３ｃに示す低輝度側の特性図で
は、図３ｂに示すように、低輝度判定スタートレベル、
即ち、低輝度側の彩度を落とし始めるレベルをＣＳＬＴ
Ｈとし、低輝度彩度ゲイン（傾き）、即ち、低輝度側の
彩度を落とす度合いをＣＳＬＧとする。

【００４８】最小値回路９ｅは、高輝度算出回路９ｃか
ら供給された高輝度側の色差のゲインと、低輝度算出回
路９ｄから供給された低輝度側の色差のゲインとに基づ
いて、それぞれの色差のゲインの最小値を選択し、この
選択した最小値を図３ｄに示すような最終的な色差ゲイ
ンとして乗算器１１ａに供給する。

【００４９】そして、乗算器１１ａは、Ｃ用ＬＰＦ８ｃ
から供給された帯域制限済みの色差信号Ｃｂ及び色差信
号Ｃｒに対して、最小値回路９ｅから供給された色差ゲ
インを乗算し、この乗算済みの色差信号Ｃｂと色差信号
ＣｒとをＣ用ＭＵＸ１１ｂに供給する。Ｃ用ＭＵＸ１１
ｂは、乗算器１１ａから供給された乗算済みの色差信号
Ｃｂと色差信号Ｃｒとを多重化して、１つの色差信号
（Ｃｂ，Ｃｒ）として出力する。

【００５０】つぎに、上記彩度制御部において行われる
具体的な処理について、詳細に説明する。

【００５１】撮像装置１における輝度信号及び色差信号
の変化を、図４に示す。

【００５２】まず、高輝度側では、肌色を想定したＲＧ
Ｂバランスを持つ信号の絞りを開けていった場合の輝度
信号及び色差信号の変化が、図４ａに示されている。

【００５３】従来の撮像装置においては、図４ｂに示す
ような信号レベルでは、Ｒ信号のみにニー特性がかかっ
ていたが、本発明を適用した実施の形態である撮像装置
１では、色差ゲインが絞られている。つまり、２つの色
差信号（Ｃｂ，Ｃｒ）のそれぞれには同じゲインがかか
るため、彩度制御部では、色相を変化させる代わりに彩
度を変化させている。また、もし信号にニー特性がかか
っていても彩度を落とし始めているため、色回りは目立
たなくなっている。

【００５４】さらに絞りを開けていき、図４ｃまで明る
くなった場合では、彩度制御部は、図３ｄに示す特性に
従ってさらに色差ゲインを絞っていくが、図４ｄまで明
るくなった場合では、Ｒ信号が出力ダイナミックレンジ
の制限を受けてクリップされてしまい、これ以上の変化
には追随できずに色が回ってしまう。しかし、この時点
では、彩度が絞られて、色回りの変化も目立たなくなっ
ているため、大きな問題とはならない。

【００５５】また、低輝度側でも、彩度制御部は、高輝
度側と同様に、図４ｅに示すように、図３ｃに示す特性
に従って色差ゲインを絞ることにより色付きを抑えて、
色ノイズを目立たなくさせている。

【００５６】以上述べたように、本発明を適用した実施
の形態である撮像装置１では、色差ゲイン算出回路９に
よりＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の各信号レベルを検出し、
いずれかの信号レベルがニー領域に入った場合に色差信
号のゲインを調節することにより、ニーやクリップによ
る高輝度信号の色回りを防止することができる。

【００５７】また、本発明を適用した実施の形態である
撮像装置１では、人の顔等の高輝度部分が黄色く変化し
てしまうことや、太陽光による空の色の変化に不自然な
色の変化が混じってしまうことが低減されるため、撮影
画質を向上させることができる。

【００５８】さらに、本発明を適用した実施の形態であ
る撮像装置１では、低輝度部分において色差信号のゲイ
ンを調節して彩度を落とすことにより、ＣＣＤや回路の
影響による色ノイズを低減させることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る撮像
装置によれば、高輝度部分の色が変化してしまうこと
や、自然光による色の変化に不自然な色の変化が混じっ
てしまうことが低減されるため、撮影画質を向上させる
ことができる。

【００６０】また、本発明に係る撮像装置によれば、低
輝度部分において彩度を落とすことにより、固体撮像素
子や回路の影響による色ノイズを低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の撮像装置のブロック構成
図である。

【図２】上記第１の実施の形態の撮像装置における彩度
制御部のブロック構成図である。

【図３】彩度制御の伝達特性を説明するための図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態の撮像装置における輝度信
号及び色差信号の変化を説明するための図である。

【図５】従来の撮像装置のブロック構成図である。

【図６】従来の撮像装置における色回りの原因を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１撮像装置、２ＣＣＤ、３ＣＤＳ、４Ａ／Ｄ変
換回路、５ホワイトバランス回路、６ガンマ補正回
路、７色分離回路、８ＹＣマトリックス回路、９
色差ゲイン算出回路、１０ニー回路、１１色差乗算
回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C066 AA01 BA20 CA07 CA08 DA05 DC06 DD07 EA03 EA14 EB01 EB03 EC05 EC12 EE03 GA01 GA02 GA05 KA12 KD07 KE03 KE04 KE19 KG01 KM02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を撮像して、赤色信号，緑色信号，
青色信号からなる撮像信号を生成する撮像信号生成手段
と、上記撮像信号生成手段により生成された撮像信号を、輝
度信号及び色差信号に変換する信号変換手段と、上記撮像信号生成手段により生成された撮像信号に基づ
いて、彩度を変化させる色差ゲインを算出する色差ゲイ
ン算出手段と、上記色差ゲイン算出手段により算出された色差ゲイン
を、上記信号変換手段により変換された色差信号に対し
て乗算する色差乗算手段とを備えることを特徴とする撮
像装置。
【請求項２】上記色差ゲイン算出手段は、上記撮像信号生成手段により生成された赤色信号，緑色
信号，青色信号の各信号の中から、信号レベルが最大値
の信号を算出する最大値算出手段を備え、上記最大値算出手段により算出された算出結果に基づい
て、上記色差ゲインを算出することを特徴とする請求項
１記載の撮像装置。
【請求項３】上記色差ゲイン算出手段は、上記最大値算出手段により算出された算出結果に基づい
て、高輝度側の色差ゲインを算出する高輝度用算出手段
と、上記最大値算出手段により算出された算出結果に基づい
て、低輝度側の色差ゲインを算出する低輝度用算出手段
と、上記高輝度用算出手段により算出された色差ゲインと、
上記低輝度用算出手段により算出された色差ゲインとの
最小値の色差ゲインを選択する最小値選択手段とを備
え、上記最小値選択手段により選択された最小値の色差ゲイ
ンに基づいて、上記彩度を変化させる色差ゲインを算出
することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】上記色差ゲインは、色差信号の周波数帯
域に帯域制限されていることを特徴とする請求項１記載
の撮像装置。