JP2007306156A - カラー画像撮像方法及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの固体撮像素子を用いた撮像装置で高解像度のカラー画像を生成する。
【解決手段】撮像素子２の受光面には、シアン（Ｃy）、イエロー（Ｙe）の市松模様配列の色分離フィルタ４を配置する。例えば、レンズ１０の前面には、グリーン（Ｇ）の単色フィルタ６を配置可能とする。単色フィルタ６は、フィルタ駆動機構１４によって、撮像素子２への入射光路上に配置される装着状態と、当該光路上から退避された退避状態とを切り替え可能である。カラー撮像動作では、装着状態及び退避状態それぞれ１フレームずつの画像を撮像する。装着状態では各画素がＧ成分情報のみを表す単原色画像が得られる。退避状態ではＣyとＹeとが配列された補色画像が得られる。高解像度の単原色画像に基づいて輝度データを生成し、単原色画像及び補色画像を用いた演算により色差データを求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、高解像度のカラー撮像を取得する撮像方法及び撮像装置に関する。

ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を用いてカラー画像を撮影可能な撮像装置として、単板式の構成と３板式の構成とが知られている。

単板式のカラー撮像装置は、１つの固体撮像素子を用いるもので、その固体撮像素子の受光面に色分離のためのカラーフィルタ（色分離フィルタ）が配置される。色分離フィルタは、光の三原色またはそれらの補色を有する複数のセグメントが所定の規則に従って配列され、固体撮像素子に行列配置された各受光画素を特定の色成分に対応付ける。近年では通常、この色分離フィルタは、固体撮像素子のチップ上に着色層を積層する、いわゆる、オンチップフィルタとして構成される。

色分離フィルタが配置された固体撮像素子の受光面には、被写体からの光がレンズ等の光学系を介して結像される。各受光画素には、その上に配置された色分離フィルタのセグメントの透過特性に応じた色成分の光が入射し、その受光量に応じた情報電荷が蓄積する。駆動回路は、固体撮像素子の動作を制御し、露光期間において各受光画素に情報電荷を蓄積させ、露光期間が終了すると、各受光画素に蓄積された情報電荷を画像信号として読み出す動作を行う。

固体撮像素子から出力された画像信号は、アナログ処理回路において、サンプルホールド、レベル補正等の処理を施された後、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換回路により１画素毎にデジタル変換され、画像データに変換される。

デジタル処理回路は、Ａ／Ｄ変換回路から入力される画像データに対して色分離、マトリクス演算等の処理を施し、輝度情報を表す輝度データＹ及び色差情報を表す２種類の色差データＵ、Ｖを生成する。例えば、色分離によって生成される光の三原色、すなわち赤（レッド：Ｒ）、緑（グリーン：Ｇ）、青（ブルー：Ｂ）を０．３Ｒ＋０．６Ｇ＋０．１Ｂとして合成することで輝度データＹが生成され、この輝度データＹから赤色成分Ｒ及び青色成分Ｂをそれぞれ差し引くことによって色差データＵ、Ｖが生成される。

３板式のカラー撮像装置は、３つの固体撮像素子を用いる。被写体からの光は、プリズムによりＲＧＢ各成分光に分けられ、それぞれ１つの固体撮像素子の受光面に導かれる。これにより、３つの固体撮像素子それぞれからＲＧＢ各成分毎の３つの画像信号が得られる。これら固体撮像素子から出力された画像信号は、上述した単板式のカラー撮像装置と同様に画像データに変換される。デジタル処理回路は、ＲＧＢ各画像データに基づいて、輝度データＹ、色差データＵ，Ｖを生成する。
特許第３４７５０８４号公報

３板式のカラー撮像装置は、単板式カラー撮像装置より高解像度を実現することが可能である反面、コストが高くなる、また、装置の小型化が制限されるといった問題がある。これに対し、単板式のカラー撮像装置は、比較的コストが低く、また、装置の小型化が容易であるが、色分離フィルタの効果によって解像度が比較的低くなることが問題となり得る。例えば、色分離フィルタを搭載した単板式カラー撮像素子の解像度は、同じ画素数で色分離フィルタを搭載しないモノクロ撮像素子より低くなる。その低下の程度は、色分離フィルタの配列に依存することが知られており、例えば、当該配列が原色縦ストライプ方式の場合の解像度は、モノクロ撮像素子の５３〜５７％、補色市松色差線順次方式の場合は、８０〜８５％になると言われている。

近年では、固体撮像素子の画素数の増加により、デジタルカメラなどでは広く単板式の構成が採用され、満足し得る解像度が得られている。その一方、撮像装置の中には、従来の単板式カラー撮像素子の解像度では不十分であると共に、上述の問題から３板式の構成を採用することが難しいという用途のものが存在する。例えば、書画カメラやイメージスキャナの用途の中には、Ａ４サイズ等の比較的大きな画像を高精細に、かつカラーで読み込むことが要求される場合があり、このような場合に従来の単板式カラー撮像素子を用いた撮像装置では十分な解像度を提供できないという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、単板の固体撮像素子を用いて低コストで、かつ高解像度のカラー画像が得られるカラー画像撮像方法及び撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係るカラー画像撮像方法は、光の三原色に対する補色である第１乃至第３の補色のうち、それぞれ前記第１の補色と前記第２の補色との一方に対応した感度を有する２種類の受光画素が行列配置された固体撮像素子を用いる方法であって、被写体からの撮像目的光をそのままの色成分で前記固体撮像素子の前記各受光画素に照射して、当該固体撮像素子で撮像し補色画像を取得するステップと、前記撮像目的光を構成する前記光の三原色の各成分のうち前記第３の補色に対応する原色成分光を選択的に抽出して前記固体撮像素子の前記各受光画素に照射して、当該固体撮像素子で撮像し単原色画像を取得するステップと、前記補色画像及び前記単原色画像に対して所定の信号処理を施し、前記カラー画像を生成するステップと、を有する。

本発明に係る撮像装置は、光の三原色に対する補色である第１乃至第３の補色のうち、それぞれ前記第１の補色と前記第２の補色とに対応した感度を有する２種類の受光画素が行列配置された固体撮像素子と、前記光の三原色のうち前記第３の補色に対応する特定原色の光成分を選択的に透過する特定原色フィルタと、前記特定原色フィルタを、前記固体撮像素子の前記各受光画素に照射される光の光路上に配置した状態と配置しない状態とを切り替え可能なフィルタ駆動機構と、前記固体撮像素子及び前記フィルタ駆動機構の駆動を制御して、カラー画像の撮像時に、前記光路上に前記特定原色フィルタを配置せずに前記固体撮像素子で撮像し補色画像を取得する動作と、前記光路上に前記特定原色フィルタを配置して前記固体撮像素子で撮像し単原色画像を取得する動作とを行う駆動部と、前記補色画像及び前記単原色画像に対して所定の信号処理を施し、前記カラー画像を生成する信号処理部と、を有するものである。

他の本発明に係る撮像装置は、光の三原色に対する補色である第１乃至第３の補色のうち、それぞれ前記第１の補色と前記第２の補色とに対応した感度を有する２種類の受光画素が行列配置された固体撮像素子と、被写体に白色の照明光及び、前記光の三原色のうち前記第３の補色に対応する特定原色の照明光を切り替えて照射可能な光源と、前記固体撮像素子及び前記光源の駆動を制御して、カラー画像の撮像時に、前記被写体に前記白色の照明光を照射して前記固体撮像素子で撮像し補色画像を取得する動作と、前記被写体に前記特定原色の照明光を照射して前記固体撮像素子で撮像し単原色画像を取得する動作とを行う駆動部と、前記補色画像及び前記単原色画像に対して所定の信号処理を施し、前記カラー画像を生成する信号処理部と、を有するものである。

本発明に係るカラー画像撮像方法や撮像装置によれば、第３の補色に対応する原色（特定原色）の光は、固体撮像素子の第１の補色に感度を有する受光画素と第２の補色に感度を有する受光画素とのいずれにおいても検知される。この固体撮像素子に特定原色の光成分を選択的に入射することにより、全ての受光画素に同一の色成分に対応する情報電荷が蓄積される。従って、この場合はモノクロ撮像素子を用いて撮像した場合と同様となり、得られる単原色画像は解像度が高い画像となる。一方、特定原色フィルタを配置しない等により、固体撮像素子に入射する光の分光特性に制限を課さない状態では、第１の補色に感度を有する受光画素には、入射光のうち第１の補色成分に対応する情報電荷が蓄積され、第２の補色に感度を有する受光画素には、入射光のうち第２の補色成分に対応する情報電荷が蓄積される。つまり、補色画像は、第１の補色及び第２の補色についての画像情報を与える。この補色画像から得られる画像情報と上述の単原色画像から得られる特定原色についての画像情報とを組み合わせることで、例えば、画像上の各点での各色成分や色差データといった色情報を得ることができる。補色画像及び単原色画像を順次撮影し、それぞれの画像情報を組み合わせることで、１フレームのカラー画像信号を生成する。

本発明に係る上記撮像装置において、前記信号処理部は、前記単原色画像に基づいて前記カラー画像の輝度信号を生成し、前記補色画像及び前記単原色画像に基づいて前記カラー画像の色信号を生成することができる。

また本発明に係る上記撮像装置は、前記駆動部が、モノクロ画像の撮像時に、前記単原色画像を取得する動作を行い、前記信号処理部が、前記単原色画像に基づいて前記モノクロ画像の輝度信号を生成するように構成することができる。

本発明に係る上記撮像装置の好適な態様は、前記第１の補色及び前記第２の補色を、シアン及びイエローとし、前記特定原色を、グリーンとしたものである。

本発明によれば、補色画像及び単原色画像から得られる色情報と、単原色画像から得られる高解像度の画像情報とを組み合わせることで、１つの固体撮像素子で、高解像度のカラー画像の撮像が可能となる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

本実施形態に係る撮像装置は、カラー画像及びモノクロ画像を読み込み可能な書画カメラシステムであり、図１は、本撮像装置の概略の構成を示すブロック図である。本撮像装置は、撮像素子２、色分離フィルタ４、単色フィルタ６、光源８、レンズ１０、駆動回路１２、フィルタ駆動機構１４、アナログ処理回路１６、Ａ／Ｄ変換回路１８、デジタル処理回路２０、タイミング制御回路２２を含んで構成される。

図２は、撮像素子２の概略の構成を示すブロック図である。この撮像素子２は、フレーム転送方式のＣＣＤイメージセンサであり、半導体基板表面に形成された撮像部２ｉ、蓄積部２ｓ、水平転送部２ｈ及び出力部２ｄを備える。撮像部２ｉ及び蓄積部２ｓは互いに列方向に互いの電荷転送チャネルが連続した垂直シフトレジスタからなり、撮像部２ｉ及び蓄積部２ｓにはそれら垂直シフトレジスタが行方向（画像上の水平方向）に複数配列される。撮像部２ｉの垂直シフトレジスタの各ビットは、入射光に応じて情報電荷を発生し蓄積する受光画素を構成し、撮像部２ｉにはこの受光画素が行列配置される。蓄積部２ｓは遮光膜で覆われ、光の入射による電荷発生を防止されるので、撮像部２ｉからフレーム転送された情報電荷を基本的にそのまま保持することができる。水平転送部２ｈは水平シフトレジスタからなり、その各ビットは蓄積部２ｓの各電荷転送チャネルの出力端に接続され、ライン転送動作により蓄積部２ｓから出力される１行分の情報電荷を、出力部２ｄへ向けて水平方向に転送する。出力部２ｄは、水平転送部２ｈから出力される情報電荷を１ビット単位で電圧値に変換し、時系列の画像信号Ａ_０(t)として出力する。

色分離フィルタ４は、光の透過特性が異なる２種類のセグメントが所定の規則に従って配列されたものであり、撮像素子２の受光面に装着され、各セグメントはそれぞれ受光画素に対応して配置される。この色分離フィルタ４は、半導体基板に構成された撮像素子２のチップ上に着色層を積層する、いわゆる、オンチップフィルタとして構成することが可能である。

色分離フィルタ４を構成する２種類のセグメントは、特定の色成分を共通に透過するような色の組み合わせに設定される。例えば、２種類のセグメントは、光の三原色に対する３つの補色のうちの２つに対応した透過特性を有する。図２の撮像部２ｉには、本撮像装置で用いる色分離フィルタ４のセグメントの配列を示している。本撮像装置の色分離フィルタ４は、シアン（Ｃy）の色成分を透過するセグメントと、イエロー（Ｙe）の色成分を透過するセグメントとが市松模様に配列された構成を有する。Ｃyのセグメントを配置された受光画素は入射光のうちＣy成分に感度を有する画素を構成し、またＹeのセグメントを配置された受光画素は入射光のうちＹe成分に感度を有する画素を構成する。

レンズ１０は、色分離フィルタ４と被写体との間に配置され、被写体からの光を色分離フィルタ４を介して撮像素子２の受光面へ導く。

単色フィルタ６は、撮像素子２の各受光画素に照射される光の光路上に配置されるか否かを切り替え可能に構成される。例えば、単色フィルタ６は、スライド移動が可能なように構成され、レンズ１０の前面の位置に挿入された状態（装着状態）と当該位置から退避した状態（退避状態）とを切り替えられる。

単色フィルタ６は、装着状態においては、色分離フィルタ４を介して撮像素子２の受光面へ入射される光を特定の色成分に制限する。その特定の色成分は、色分離フィルタ４の２種類のセグメントが共通に透過する色成分に設定される。例えば、色分離フィルタ４を２つの補色セグメントで構成する場合には、単色フィルタ６の色は、当該色分離フィルタ４に用いられていない残り１つの補色に対応する原色（特定原色）に設定される。本撮像装置で用いる色分離フィルタ４は上述のようにＣy、Ｙeのセグメントで構成され、この場合、単色フィルタ６はＧの色成分を透過するように構成される。

なお、装着状態では、撮像素子２の受光面全体に単色フィルタ６の透過光が照射される。一方、退避状態では、単色フィルタ６は、それを通過する光が撮像素子２のいずれの受光画素にも入射しない位置にあり、色分離フィルタ４には被写体からの光がそのままの色成分で照射される。

フィルタ駆動機構１４は、後述するタイミング制御回路２２からの指示に応答して、単色フィルタ６を移動させ、装着状態と退避状態とを相互に切り換える。例えば、フィルタ駆動機構１４は、電磁モータ及びモータ制御回路を含んで構成される。単色フィルタ６は電磁モータの回転軸に取り付けられる。モータ制御回路はタイミング制御回路２２からのクロック信号に応じて、電磁モータを正逆両方向に回転可能であり、単色フィルタ６は電磁モータの駆動力により回転軸を中心として回転し、装着状態と退避状態との相互間を移動する。例えば、単色フィルタ６に鉄などの強磁性金属からなる枠を取り付け、装着状態及び退避状態それぞれにて単色フィルタ６の回転を停止させるストッパを永久磁石で構成することにより、電磁モータが駆動力を発生していない期間において、単色フィルタ６をストッパに当接された状態に静止させることができる。

光源８は、読み込み台にセットされた書類等の被写体に光を照射する。光源８はタイミング制御回路２２からの指示に応じて、画像読み込みに連動して点灯し、例えば白色光を照射する。

駆動回路１２は、後述するタイミング制御回路２２からの指示に応答して、垂直転送クロックφ_Ｖ、水平転送クロックφ_Ｈ、及び排出クロックφ_Ｄ等の各種駆動信号を生成し、駆動信号によって撮像素子２を駆動する。

アナログ処理回路１６は、撮像素子２に接続され、撮像素子２から入力される画像信号Ａ_０(t)に対してサンプルホールド、レベル補正等の処理を施し、所定のフォーマットに従う画像信号Ａ_１(t)を生成する。Ａ／Ｄ変換回路１８は、アナログ処理回路１６に接続され、アナログ処理回路１６から入力される画像信号Ａ_１(t)を１画素毎にデジタル変換することで、画像データＤ_１(t)を生成する。

そして、デジタル処理回路２０は、Ａ／Ｄ変換回路１８に接続され、Ａ／Ｄ変換回路１８から入力される画像データＤ_１(t)に対して所定の信号処理を行う。デジタル処理回路２０は、カラー画像を読み込むカラー撮像時とモノクロ画像を読み込むモノクロ撮像時とで信号処理の内容を切り換える。カラー撮像時には、Ａ／Ｄ変換回路１８から入力される画像データＤ_１(t)に対して色分離、マトリクス演算等の処理を施し、輝度情報を表す輝度データＹ及び色差情報を表す２種類の色差データＵ、Ｖを生成する。一方、モノクロ撮像時には、色分離を行わず、全てのデータに対してガンマ補正や輪郭補正等の処理を施し、輝度データＹを生成する。このモノクロ撮像時には、色差データＵ、Ｖは、全てが固定値「０」として出力される。このデジタル処理回路２０の処理についてはさらに後述する。

タイミング制御回路２２は、基準クロックＣＫに基づいて各部の動作を制御する。例えば、駆動回路１２に対しては、撮像素子２の露光状態に応じて情報電荷の蓄積時間Ｌを設定し、画像信号Ｙ_０(t)を適正なレベルで得られるようにしている。また、アナログ処理回路１６やデジタル処理回路２０に対しては、撮像素子２の動作に各処理のタイミングを同期させると共に、各処理の条件の設定を行う。フィルタ駆動機構１４に対しては、例えば、単色フィルタ６を退避状態から装着状態にする際と、装着状態から退避状態にする際とにクロックパルスを供給する。

図３は、本撮像装置のカラー撮像の動作を説明する模式的なタイミング図である。本撮像装置は、単色フィルタ６を退避状態にして１フレームの画像を撮像し、さらに単色フィルタ６を装着状態にして１フレームの画像を撮像し、デジタル処理回路２０がこれら２フレームの画像から１フレームのカラー画像を生成する。

図３において、Ｍopen信号及びＭclose信号はそれぞれタイミング制御回路２２からフィルタ駆動機構１４のモータ制御回路に供給されるクロック信号である。モータ制御回路はＭopen信号がＨレベル（オン状態）のとき、電磁モータを動作させて、単色フィルタ６を装着状態から退避状態へ向けて移動させる駆動力を発生させる。一方、モータ制御回路はＭclose信号がＨレベル（オン状態）のとき、電磁モータを動作させて、単色フィルタ６を退避状態から装着状態へ向けて移動させる駆動力を発生させる。

例えば、本実施形態では、まず、タイミング制御回路２２は、時刻ｔ_１にてＭopenにパルス４０を発生させてオン状態とし、単色フィルタ６を退避状態とする。その後、時刻ｔ_２にて、排出クロックφ_Ｄにパルス４２を発生させて電子シャッタ動作を行い、一旦、受光画素の情報電荷を全て排出する。なお、光源８は排出クロックφ_Ｄのパルス４２に先行して点灯され、露光期間が終了すると消灯することができる。時刻ｔ_２からの期間Ｌが露光期間であり、当該期間の経過後、撮像部２ｉ及び蓄積部２ｓに対する垂直転送クロックφ_Ｖｉ，φ_Ｖｓにクロックパルス群４４を発生させて、撮像部２ｉの受光画素に期間Ｌにて蓄積される情報電荷を、蓄積部２ｓへフレーム転送する。蓄積部２ｓへ転送された情報電荷は、φ_Ｖｓのクロックパルス４６により、水平転送部２ｈへ向けて１行ずつライン転送される。タイミング制御回路２２は、水平転送クロックφ_Ｈに発生させるクロックパルス群４８により水平転送部２ｈを動作させ、蓄積部２ｓから読み出された１行分の情報電荷を出力部２ｄへ転送する。この水平転送部２ｈの転送動作に連動して、出力部２ｄからの出力信号Ａ_０(t)として１行分の画像信号５０が得られる。

蓄積部２ｓにて順次、ライン転送を行い、これに同期して水平転送部２ｈにて水平転送動作を繰り返すことにより、単色フィルタ６を退避状態として撮像した１フレームの画像信号Ａ_０(t)の読み出しが行われる。この画像読み出しが完了すると、次に、タイミング制御回路２２は、時刻ｔ_３にてＭcloseにパルス６０を発生させてオン状態とし、単色フィルタ６を装着状態とする。以降、退避状態について上述した動作と同様にして撮像及び情報電荷の読み出しを行って、単色フィルタ６を装着状態として撮像した１フレームの画像信号Ａ_０(t)が生成される。

退避状態及び装着状態それぞれでの撮像にて得られた画像信号Ａ_０(t)は、アナログ処理回路１６及びＡ／Ｄ変換回路１８を経て、デジタル処理回路２０に順次入力される。デジタル処理回路２０は、時系列で得られる両状態での画像信号を、一旦、フレームメモリに格納し、そのフレームメモリに格納された両画像信号を用いて、１フレームのカラー画像を生成する信号処理を行う。

単色フィルタ６を退避状態として得た画像信号は、被写体からの撮像目的とする光のうち、色分離フィルタ４の透過特性に応じた色成分の情報を表す。すなわち、当該画像信号は、各受光画素に対応してＣy成分又はＹe成分の情報を表すものであり、これら２つの補色成分Ｃy，Ｙeの情報を表す当該画像をここでは補色画像と呼ぶ。

一方、単色フィルタ６を装着状態として得た画像信号は、被写体からの撮像目的とする光のうち、単色フィルタ６と色分離フィルタ４との透過特性の積に応じた色成分の情報を表す。上述のように、単色フィルタ６は、色分離フィルタ４を構成する２種類のセグメントの色Ｃy及びＹeの共通成分である色Ｇを有する。よって、当該画像信号は、全ての受光画素にてＧ成分の情報を表すものであり、この１つの原色成分Ｇの情報を表す当該画像をここでは単原色画像と呼ぶ。

デジタル処理回路２０は、上述のようにＡ／Ｄ変換回路１８から画素単位の画像データＤ_１(t)を入力される。単原色画像の画像データＤ_１(t)は各行の全画素について得られる。すなわち、単原色画像を構成するＧ成分は、色分離フィルタを搭載しないモノクロ撮像素子と同様の高解像度の画像信号を構成する。これに対して、補色画像を構成するＣy成分、Ｙe成分の画像データＤ_１(t)はそれぞれ各行において１画素置きに交互に得られる。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路１８から得られた単原色画像及び補色画像の各画像データＤ_１(t)は、同一のサンプリング点にてＧ，Ｃy，Ｙe全成分を与えるようにはなっていない。そこで、デジタル処理回路２０は水平及び垂直方向の補間処理を行って、画面内の共通のサンプリング点群にて、それぞれＧ，Ｃy，Ｙe各成分の画像データＤ(G)，Ｄ(Cy)，Ｄ(Ye)を定義する。これらＤ(G)，Ｄ(Cy)，Ｄ(Ye)から演算により各サンプリング点での三原色の成分又はその補色の成分を求めることが可能である。例えば、Ｒ，Ｂ各成分の画像データＤ(R)，Ｄ(B)は次式により求めることができる。
Ｄ(R)＝Ｄ(Ye)−Ｄ(G)
Ｄ(B)＝Ｄ(Cy)−Ｄ(G)

また、デジタル処理回路２０は例えば、このようにして得られたＤ(R)，Ｄ(G)，Ｄ(B)を用いて、輝度データＹ，色差データＵ，Ｖを求めることができる。例えば、輝度データＹは、一般にはＤ(R)，Ｄ(G)，Ｄ(B)各データに、単色フィルタ６や色分離フィルタ４の透過特性や人間の視覚の分光感度特性等を考慮した係数を乗じて、互いに加算した値で定義される。例えば、デジタル処理回路２０は、次のような式により、輝度データＹを求めることができる。
Ｙ＝０．３Ｄ(R)＋０．６Ｄ(G)＋０．１Ｄ(B)

このように、通常、三原色のうちＧ成分が輝度データＹにおいて大きな比率を占める。画像信号の解像度は基本的にはＹの解像度に応じて定まるため、Ｙの大きな成分となるＤ(G)が高解像度である本撮像装置では、高解像度のカラー画像の撮像が可能となる。

また、本来の輝度において大きな比率を占めるＤ(G)そのものを近似的にＹとして出力する構成とすることもできる。この場合、Ｄ(G)の解像度が好適にＹに反映され、一層、高解像度のカラー画像信号が生成される。

以上説明した撮像装置では、単色フィルタ６の色がＧであり、色分離フィルタ４をＣy及びＹeからなる配列とする構成であったが、他の色の組み合わせも可能である。例えば、単色フィルタ６をＲ、色分離フィルタ４をＹe及びマゼンタ（Ｍg）からなる配列とする構成や、単色フィルタ６をＢ、色分離フィルタ４をＣy及びＭgからなる配列とする構成が可能である。例えば、被写体である書類が赤色を基調としたものであり、Ｇ成分やＢ成分が少ない場合には、Ｄ(G)がＹにおいて大きな影響を有し得る。このような場合には、単色フィルタ６をＲとして、Ｄ(R)を高解像度に得ることで、カラー画像の高解像度化を図ることができる。

本撮像装置は、上述のように１フレームのカラー画像を生成する際に、単原色画像の撮像と補色画像の撮像とを行う。上述の構成では、補色画像を先に撮像する例を示したが、単原色画像を先に撮像してもよい。また、単原色画像は上述のように、各画素が同一の色成分の画像データを与え、その色は、輝度データにおいて大きな比率を占め得るもの、例えば、上述の例ではＧに設定される。よって、単原色画像をモノクロ画像として扱うことが可能である。そこで、本撮像装置のモノクロ撮像動作は、単色フィルタ６を装着状態として単原色画像を取得し、この単原色画像のみに基づいて、モノクロ画像を表す輝度信号を生成するように構成される。すなわち、タイミング制御回路２２は、フィルタ駆動機構１４を制御して単色フィルタ６を装着状態とし、駆動回路１２を制御して単原色画像の撮像を行い、デジタル処理回路２０が単原色画像の画像データＤ_１(t)のみに基づいてＹを生成する処理を行うように制御する。なお、この場合、デジタル処理回路２０は上述したように、色差データＵ、Ｖを全て固定値「０」として出力する。

上述の実施形態の書画カメラシステムは、単色フィルタ６を用いて単原色画像と補色画像との切り替えを実現する。この構成は、書画カメラシステムに限らず、各種の撮像装置に適用することができる。例えば、自ら被写体に光を照射せずに撮像を行う撮像装置にも適用することができる。そしてこの構成を適用した各種撮像装置によれば、１つの固体撮像素子で高解像度のカラー画像の撮像が可能となる。

さらに書画カメラシステム等、被写体に光を照射して撮像を行う撮像装置では、次に述べる構成により、単色フィルタ６を用いずに同様の効果を得ることができる。その構成では、上述の構成における単色フィルタ６及びフィルタ駆動機構１４を有さない代わりに、光源８を、白色光のように各色成分を含んだ全色光と、単色フィルタ６に相当する色の単色光とに切り替え可能に構成する。例えば、書画カメラシステムでは、書類を読み込み台にセットしてカラー読み込み動作を指示すると、全色光を書類に照射して補色画像を撮像し、また単色光を照射して単原色画像を撮像する。デジタル処理回路２０は、このように光源の色の切り替えによって得られた単原色画像及び補色画像に基づいて、上述の実施形態と同様にカラー画像信号を生成する。このような光源の切り替えにより単原色画像及び補色画像を取得できる撮像装置の他の例は、イメージスキャナや、胃カメラのような内視鏡装置である。

なお、上述の実施形態では、撮像素子２はフレーム転送方式のＣＣＤイメージセンサとしたが、インターライン転送方式等の他の構成のＣＣＤイメージセンサであってもよいし、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。また、色分離フィルタ４の配列は、市松模様に限定されず、例えば、ストライプ配列のものであってもよい。また、色分離フィルタ４を構成するセグメントとして、２つの補色に加えて、白（Ｗ）のセグメントを混在させても、単色フィルタ６の装着状態にて単原色画像を得ることができ、高解像度のカラー画像信号の生成が可能である。

また、撮像素子２は、エリアセンサに限られず、イメージスキャナのように撮像素子２をラインセンサとして機械的な走査により二次元画像を撮像する装置にも本発明を適用することができる。

本発明の実施形態である撮像装置の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態で用いる撮像素子の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態である撮像装置におけるカラー撮像の動作を説明する模式的なタイミング図である。

符号の説明

２ 撮像素子、４ 色分離フィルタ、６ 単色フィルタ、８ 光源、１０ レンズ、１２ 駆動回路、１４ フィルタ駆動機構、１６ アナログ処理回路、１８ Ａ／Ｄ変換回路、２０ デジタル処理回路、２２ タイミング制御回路。

Claims (6)

1. 光の三原色に対する補色である第１乃至第３の補色のうち、それぞれ前記第１の補色と前記第２の補色との一方に対応した感度を有する２種類の受光画素が行列配置された固体撮像素子を用いて、カラー画像を撮像する方法であって、
   被写体からの撮像目的光をそのままの色成分で前記固体撮像素子の前記各受光画素に照射して、当該固体撮像素子で撮像し補色画像を取得するステップと、
   前記撮像目的光を構成する前記光の三原色の各成分のうち前記第３の補色に対応する原色成分光を選択的に抽出して前記固体撮像素子の前記各受光画素に照射して、当該固体撮像素子で撮像し単原色画像を取得するステップと、
   前記補色画像及び前記単原色画像に対して所定の信号処理を施し、前記カラー画像を生成するステップと、
   を有することを特徴とするカラー画像撮像方法。
2. 光の三原色に対する補色である第１乃至第３の補色のうち、それぞれ前記第１の補色と前記第２の補色とに対応した感度を有する２種類の受光画素が行列配置された固体撮像素子と、
   前記光の三原色のうち前記第３の補色に対応する特定原色の光成分を選択的に透過する特定原色フィルタと、
   前記特定原色フィルタを、前記固体撮像素子の前記各受光画素に照射される光の光路上に配置した状態と配置しない状態とを切り替え可能なフィルタ駆動機構と、
   前記固体撮像素子及び前記フィルタ駆動機構の駆動を制御して、カラー画像の撮像時に、前記光路上に前記特定原色フィルタを配置せずに前記固体撮像素子で撮像し補色画像を取得する動作と、前記光路上に前記特定原色フィルタを配置して前記固体撮像素子で撮像し単原色画像を取得する動作とを行う駆動部と、
   前記補色画像及び前記単原色画像に対して所定の信号処理を施し、前記カラー画像を生成する信号処理部と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
3. 光の三原色に対する補色である第１乃至第３の補色のうち、それぞれ前記第１の補色と前記第２の補色とに対応した感度を有する２種類の受光画素が行列配置された固体撮像素子と、
   被写体に白色の照明光及び、前記光の三原色のうち前記第３の補色に対応する特定原色の照明光を切り替えて照射可能な光源と、
   前記固体撮像素子及び前記光源の駆動を制御して、カラー画像の撮像時に、前記被写体に前記白色の照明光を照射して前記固体撮像素子で撮像し補色画像を取得する動作と、前記被写体に前記特定原色の照明光を照射して前記固体撮像素子で撮像し単原色画像を取得する動作とを行う駆動部と、
   前記補色画像及び前記単原色画像に対して所定の信号処理を施し、前記カラー画像を生成する信号処理部と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の撮像装置において、
   前記信号処理部は、
   前記単原色画像に基づいて前記カラー画像の輝度信号を生成し、
   前記補色画像及び前記単原色画像に基づいて前記カラー画像の色信号を生成すること、
   を特徴とする撮像装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１つに記載の撮像装置において、
   前記駆動部は、モノクロ画像の撮像時に、前記単原色画像を取得する動作を行い、
   前記信号処理部は、
   前記単原色画像に基づいて前記モノクロ画像の輝度信号を生成すること、
   を特徴とする撮像装置。
6. 請求項２から請求項５のいずれか１つに記載の撮像装置において、
   前記第１の補色及び前記第２の補色は、シアン及びイエローであり、
   前記特定原色は、グリーンであること、
   を特徴とする撮像装置。
   

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