JP2513646B2 - カラ−撮像方式 - Google Patents

カラ−撮像方式

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JP2513646B2
JP2513646B2 JP61253685A JP25368586A JP2513646B2 JP 2513646 B2 JP2513646 B2 JP 2513646B2 JP 61253685 A JP61253685 A JP 61253685A JP 25368586 A JP25368586 A JP 25368586A JP 2513646 B2 JP2513646 B2 JP 2513646B2
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    • H04N25/10Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は1つの撮像素子を用いてカラー画像信号を
得る、いわゆる単管または単板カラー撮像方式に関する
ものである。
(従来の技術) 従来単管または単板によるカラー撮像方式は、大きく
分けて時分割方式と面分割方式に分けられる。
時分割方式はいわゆるCBSカラー方式と言われるもの
で、1つの撮像素子の前面に全画面同色のカラーフィル
タを置き、これをフィールド同期してフィルターの色を
変える方式である。
面分割方式は、1つの撮像素子の前面に各色フィルタ
ーをモザイク状あるいはストライプ状に配置し、カラー
撮像に必要な各色信号を撮像素子を面分割してうる方式
である。
(発明が解決しようとする問題点) 時分割方式においては、静止画はいわゆる3管あるい
は3板方式と同等の良好なカラー画像が得られる。しか
し動画はフィールドに同期してフィルターの色が変化し
た時には同一場所に同一被写体はない。従って被写体を
各色同時に得ることはできない。この時の画像信号を画
像として見ると、動く物体はモノクロ(黒白)被写体で
も色フィルターの順に色がついて見え、いわゆる色割れ
した画像となる。
例えば、色フィルターを赤、緑、青の3原色で構成
し、これらをこの順にフィールドこどに切換えるとす
る。白いボール21が第3図(a)図示のように動いてい
る矢印状態を撮像した場合に得られる映像は、第3図
(b)図示のように、赤、緑、青各色信号がボールの大
きさで面積的に独立して見える色割れ現象となる。第3
図(b)中ボールが楕円になっているのは撮像素子の蓄
積効果による。そして上述の色割れ現象はカラーテレビ
ジョン信号としては好ましくない。
面分割方式においては、前述の時分割方式のような動
画に関する不都合はない。しかし、この場合は各色信号
が各絵素ごとに得られずいくつかの絵素ごとになる。例
えばその例を周波数分離型カラー撮像方式(特公昭45−
8699号)によれば、この時の色フィルターの等価的な配
置は第4図示のようになる(図中Wは白、Yは黄、Cは
シアン、Gは緑である)。この方式で白い物体を撮像し
た時、緑信号は各フィルターごと出力され、赤、青は1
つおきに出力される。各色フィルターに1画素を割り当
てると、赤信号、青信号は1画素おきのサンプリングと
なる。
このため折り返し歪を少なくするためには、そのサン
プリング周波数に適合した光学フィルターを配置せねば
ならず解像度を抑えることとなる。またこのフィルター
による解像度の低下を抑えようとして、光学フィルター
の通過帯域を広くし、ナイキスト周波数以上を通過させ
ると折り返し歪が増大する。これは静止画、動画にかか
わらず発生し、面分割方式においても3管あるいは3板
方式と同等な良好な画像は得られない。
従って本発明の目的は、1つの撮像素子を用いるカラ
ー撮像方式で、前述の時分割方式動画における色割れ現
象を除去し、面分割方式における折り返し歪と解像度低
下の問題を除去するカラー撮像方式を提供せんとするも
のである。
(問題点を解決するための手段) この目的を達成するため本発明カラー撮像方式は、1
つの撮像素子の前面に各色フィルターをモザイク状また
はストライプ状に周期的に配設するとともに、各色フィ
ルターの幾何学的位置を等価的に時系列で交換すること
で、同一位置から各色信号出力を時系列として得、それ
らを記憶装置(フレームまたはフィールドメモリ)に一
旦記憶し、その後これらを合成することでカラー画像信
号を得る。
そして合成に際しては被写体が動画であるか静止画で
あるかを判断し、静止画であれば、フレームまたはフィ
ールドメモリへ記憶された時系列情報を用い、動画であ
れば同一フレームまたはフィールド内情報を用いること
でカラー画像信号を得ている。
この手法により、静止画については、各色信号は各画
素ごとの情報が得られるので、いわゆる3管式あるいは
3板式と同じ解像度、色再現とも良好なカラー画像が得
られ、動画については、撮像素子の蓄積効果と目の解像
度の劣化のため解像度に対する要求はゆるやかで、フィ
ールド内のサブサンプルされた各色信号を内挿すること
で十分な画質が得られる。
本発明方式は従来の技術の項でのべた時分割方式と面
分割方式とをとりまぜたハイブリット方式とも稱すべき
ものである。
(実施例) 以下添付図面を参照し実施例により本発明を詳細に説
明する。
第1図(a)に本発明方式を達成するための装置の基
本的構成ブロック線図を示す。撮像素子3としてはCDD,
MOS,撮像管など様々な素子を用いることができるが、第
1図(a)図示の第1の実施例については撮像素子とし
てCCD素子を用い、かつ走査方式は線順次方式(30フレ
ーム/秒)としている。
被写体は撮像カメラのレンズ1により色フィルター2
を介してCCD撮像素子3の画素面に結像する。CCD撮像素
子3の画素と色フィルター2の各色の位置関係を第1図
(b)に示すが、色フィルター2の各色はこの場合たて
型のストライプ状になっており、この色フィルターは、
第1図(a)図示の色フィルター制御回路10によりフレ
ームに同期して色配列が切換わる。すなわち第1図
(b)図示のように第1フレームにおいてはR,G,B,…、
第2フレームにおいてはB,R,G,…、第3フレームにおい
てはG,B,R,…、となり、これらの動作は3フレームごと
に巡回する。従って第1図(b)図示の1つの画素Pを
列にとると、色信号としてはR,B,Gという順に信号が得
られる。これはまさに“時分割・面分割ハイブリッド色
信号”であり、各色信号は時間的にも空間的にもサブサ
ンプルされている。
これら各色信号は、3フレームを合成することで1枚
の画面の全画素を構成することができる。この様子を第
1図(c)に示す。R,G,B各色チャンネルの信号は図中
の番号1,2,3で示される3フレームで全画素に対応する
信号が得られる。これは各色チャンネルに対応するフレ
ームメモリに3フレームかかって全画素分の情報を書き
込むことで実現できる。この3フレームの合成は静止画
についてのみ行ない、動画についてはぼけが生じるため
同一フレーム内信号で内挿し、3つのフレームを用いて
の合成は行なわない。
内挿については第1の実施例では第1図(c)図示中
のある1つのチャンネルについて考えれば、同一番号の
間をつなぐ内挿を行なえばよく、これは低域フィルター
で実現できる。従ってCCD素子から出力された信号は動
き検出回路6により動画であるか静止画であるかを判定
し、動画の場合はフレーム内内挿を用い、静止画の場合
は3つのフレームを用いて合成することで各色信号の信
号を得ることができる。この動き検出回路6の判定によ
り上述の動作を行なうのが色信号分離回路7である。
第1図(d)に色信号分離回路7の1例を示す。これ
は主にフレームメモリから構成され、第1図(d)は1
つの色信号について図示したもので実際にはかかる回路
構成が3つ用意される。1つの色信号について考えれ
ば、3フレームで1巡する空間位置が異なる信号である
が、これに対応してフレームメモリ10,11,12を第1,第2,
第3フレーム用として割り当てておき、フレームごとに
スイッチ13,14,15を順次切替えて対応するフレームメモ
リへ映像信号を書き込んでいく。
一方巡回された映像信号は動き検出回路6に入力さ
れ、スイッチ19,20,21を切替えて得られる3フレーム前
の映像信号と比較し動き検出を行なう。この検出された
結果により静止画ならばスイッチ16,17,18を各画素単位
で切替えて着目する1つの色について1枚の画面を形成
する。動画である場合、フレームメモリ10,11,12のうち
最新の映像信号が書き込まれているフレームメモリーを
用いてそのフレーム内で内挿して1枚の画面を形成す
る。内挿は低域フィルタ8で行なう。動き検出は、1つ
の色信号についてのみ行なってもよいが、この場合静止
画であるか動画であるかの情報は、各色信号の処理へ供
給される。
色信号分離回路7により色分離された信号が、補間フ
ィルターとしての低域フィルター8を通過する時、その
低域フィルターの遮断周波数は静止画か動画かによって
当然切替えられる。低域フィルター8を出た信号は,次
にプロセス回路9によりカメラ出力信号としての最終的
な調整、例えばγ補正、ホワイトクリップ,ブラックク
リップ、利得調整などが行なわれて出力される。
以上の操作により静止画は各画素ごとに各色信号が得
られて良好なカラー画素が再現され、動画は同一フレー
ム内信号で内挿処理するためこの内挿によるぼけは気に
ならない。
第1図(a)図示のVTR5は色フィルター処理後の信号
を一旦VTR5に収録しておいて再処理することを想定して
付加したもので、前処理回路4は収録のための前処理で
ある。従ってVTR5、前処理回路4は本発明の構成上必ら
ずしも必要ではない。
第2図は第2の実施例を説明するための図である。第
2図(a)に示す使用されるカラーフィルターはモザイ
ク状に配列してあり、この配列はBayer配列として知ら
れている。撮像素子としてはCCD,走査は2:1の飛越走査
とする。色フィルター内の1つの色フィルターにはCCD
の2画素が割り当てられ、それぞれの画素は図示のよう
に奇数フィールド偶数フィールドにおいて交互に読み出
される。本実施例の場合4フィールドで1回巡回する方
式をとることで各画素から各色信号出力を得ることがで
きる。第2図(b)はその例を示したもので、第1フィ
ールドから第4フィールドまでの色フィルター配列を示
したものである。第1フィールドを基準にとると、第2
フィールドは垂直方向に2画素、色フィルターで言えば
1色分ずらしたもの、第3フィールドはそれを水平方向
に1画素分、色フィルターも1色分ずらし、第4フィー
ルドはさらに垂直方向に2画素ずらしたものである。そ
れらをベクトルで示せば第2図(c)のようになる。色
フィルターの各フィールドにおける相対的な位置関係が
示されている。
このような構成がとられたCCDからの出力信号は第1
の実施例と同様に、色信号分離回路7に送られ、静止
画、動画に応じて色分離が行なわれ、さらに補間フィル
ター8、プロセス増幅器9を介してカメラ出力信号とな
る。当然ながら静止画の場合は4フィールド1巡のため
4フィールドの信号を合成して得られる。
以上実施例については2例を示したが、色フィルター
の配列や、CCDの読み出し方や撮像素子に何を使用する
かによって種々の組み合わせ方法ができる。しかしいず
れの方法においても面分割型の色フィルターの配列を用
い、その配列をフレームまたはフィールドに同期して変
化させることで本発明を実施することができる。
色フィルターの配列を変化させる手段については何ら
かの方法で行なえばよく、手段に限定はないが、色フィ
ルターの色を電気的に変化させる方法と、機械的に色フ
ィルターを移動させる方法とがある。機械的に変化させ
る方法では、色フィルターのみ機械的に位置を変化させ
る方法と、色フィルターと撮像素子とを一体構造とし同
時に動かす方法がある。両者では撮像素子上の画素と色
フィルターの各色との相対的位置関係が異なるが、撮像
素子上の各画素の読出しタイミングを制御することで両
者は等価的なものとなる。
また色フィルターはR,G,Bの3原色で説明してきたが
これに限定されるものでなく、補色フィルターを用いる
こともできる。
さらにこれまでの説明では色信号分離回路において、
静止画、動画により異なる処理を行なってきたが、動画
について動きベクトルを検出して動きベクトル分だけ合
成画面をシフトさせ、移動物体画像を画面上同一の場所
に固定し、前述の巡回したフィールドを合成し、色分離
することも可能である。
(発明の効果) 単管または単板カラーカメラにおいて、色フィルター
による面分割方式と時分割方式とを併用する本発明方式
を使用することにより、静止画においては、3管あるい
は3板カラーカメラと同等のカラー画質を得ることがで
き、動画においてももともと撮像素子に蓄積ぼけがある
ため、3管または3板方式に比しその劣化は認めにく
く、総合的に3管または3板方式と遜色のない画質が得
られた。
単管または単板方式は、多管あるいは多板方式とは異
なり色分解光学系が不要となり、カメラ自体が小型化さ
れるとともに、カメラレンズの設計も容易となりカメラ
の低廉価に寄与する。
【図面の簡単な説明】 第1図(a),(b),(c),(d)は本発明第1の
実施例を説明するための図、 第2図(a),(b),(c)は本発明第2の実施例を
説明するための図、 第3図(a),(b)は色割れ現象を説明するための
図、 第4図は従来例の面分割方式用色フィルターの配列の1
例を示す図である。 1……カメラレンズ、2……色フィルター 3……撮像素子(CCD)、4……前処理回路 5……VTR、6……動き検出回路 7……色信号分離回路、8……低域フィルター 9……プロセス回路 10,11,12……フレームメモリ 13〜18……スイッチ、21……白いボール

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1個の撮像素子を用いるカラー撮像カメラ
    において、前記撮像素子の画素の前面に周期的に配設さ
    れたストライプ状またはモザイク状の複数の色を有する
    各色フィルターの位置を、フレームまたはフィールド周
    期に同期して巡回させ、得られた前記撮像素子の出力信
    号を静止画像領域ではフレーム間またはフィールド間合
    成し、動画像領域ではフレーム内またはフィールド内内
    挿してカラー画像信号を得ることを特徴とするカラー撮
    像方式。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の方式におい
    て、前記複数の色が3原色であることを特徴とするカラ
    ー撮像方式。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項に記載の方式におい
    て、前記複数の色が補色であることを特徴とするカラー
    撮像方式。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項から第3項のいずれ
    かに記載の方式において、前記撮像素子が固体撮像素子
    であることを特徴とするカラー撮像方式。
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