JP2679053B2 - 撮像信号処理回路 - Google Patents

撮像信号処理回路

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JP2679053B2 JP62189450A JP18945087A JP2679053B2 JP 2679053 B2 JP2679053 B2 JP 2679053B2 JP 62189450 A JP62189450 A JP 62189450A JP 18945087 A JP18945087 A JP 18945087A JP 2679053 B2 JP2679053 B2 JP 2679053B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体撮像素子にて得られる撮像出力からカ
ラービデオ信号を形成する撮像信号処理回路に関し、特
に色差線順次方式のカラービデオカメラの撮像信号処理
回路に関する。 〔発明の概要〕 本発明は、色差線順次方式の固体撮像素子による撮像
出力からカラービデオ信号を形成する撮像信号処理回路
において、色差信号(R−Y′),(B−Y′)と輝度
信号(Y′)を三原色信号(R),(G),(B)に最
適に分離することにより、色温度変化に対する色再現性
および輝度再現性の良好なカラービデオ信号を形成でき
るようにしたものである。 〔従来の技術〕 一般に、カラービデオカメラは、被写体を一枚あるい
は三枚のCCD(Charge Coupled Device)などの固体撮像
素子等にて撮像し、この固体撮像素子により得られる各
色成分の撮像出力を撮像信号処理回路により信号処理す
ることによって、カラービデオ信号を形成して出力する
ように構成されている。 特に、一枚の固体撮像素子にてカラー撮像を行う単板
式のカラービデオカメラでは、光の透過率が高い補色フ
ィルタを色分解に用いて撮像感度を向上させるととも
に、フィールド蓄積の撮像素子を用いて動的解像度を向
上させるようにしている。 すなわち、この種の単板式カラービデオカメラでは、
例えば第6図に示すように固体撮像素子の撮像面に設け
たマゼンタ〔Mg〕,グリーン〔G〕,シアン〔Cy〕,イ
エロー〔Ye〕の4色の色フィルタをモザイク状に配置し
た補色フィルタを介して上記固体撮像素子にて被写体を
撮像し、固体撮像素子の各画素に撮像光による光電荷を
生じさせる。この撮像光による光電荷は、上記固体撮像
素子から、nフィールドの撮像出力としてL(N)ライ
ンの光電荷とL(N+1)ラインの光電荷を加算合成し
た信号電荷が、(n+1)フィールドの撮像出力として
L(N+1)ラインの光電荷とL(N+2)ラインの光
電荷を加算合成した信号電荷が各フィールドごとに取り
出される。 つまり、上記固体撮像素子からは、(Mg+Ye)出力と
(Cy+G)出力とを交互に繰り返す撮像出力信号(So)
と、(Mg+Cy)出力と(Ye+G)出力とを交互に繰り返
す撮像出力信号(Se)とが線順次出力される。 この上記固体撮像素子にて得られる撮像出力(So,S
e)は、 なる第1式にて示される加減算処理が施され、色差信号
(R−Y′),(B−Y′)および輝度信号(Y′)に
変換される。 さらに、これら色差信号(R−Y′),(B−Y′)
および輝度信号(Y′)は、信号分離回路にて、 なる第2式の一般式にて示されるマトリクス演算により
三原色信号(R),(G),(B)に分離される。 これら三原色信号(R),(G),(B)は、レベル
調整回路にてホワイトバランス補正等の信号処理が加え
られた後に、信号合成回路にて色差信号(R−Y),
(B−Y)および輝度信号(Y)に合成される。そし
て、上記カラービデオカメラは、これら色差信号(R−
Y),(B−Y)および輝度信号(Y)からカラービデ
オ信号をエンコーダによって合成して出力している。 なお、上述の信号分離回路で行われる第2式の一般式
にて示される演算として、例えば、なる第3式にて示されるマトリクス演算等が用いられて
いる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、従来の例えば第3式にて示されるマトリク
ス演算を行う信号分離回路を映像信号処理回路に用いた
カラービデオカメラは、被写体像の色温度変化に対して
良好な色再現性および輝度再現性を確保することができ
ない。 そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に
鑑み、色温度変化に対する色再現性の良好なカラーテレ
ビジョン信号を形成することができる撮像信号処理回路
を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上述の問題点を解決するために、色差線順
次方式の固体撮像素子による撮像出力から得られる色差
信号(R−Y′),(B−Y′)と輝度信号(Y′)を なるマトリクス演算により三原色信号(R),(G),
(B)に分離する信号分離回路と、上記信号分離回路に
て得られる三原色信号から色差信号(R−Y),(B−
Y)と輝度信号(Y)を形成する信号合成回路と、この
信号合成回路から供給される各色差信号と輝度信号から
カラービデオ信号を合成して出力するエンコーダとを備
えて成ることを特徴とする。 〔作用〕 本発明に係る撮像信号処理回路は、色差信号(R−
Y′),(B−Y′)と輝度信号(Y′)を、 なるマトリクス演算により三原色信号(R),(G),
(B)に分離し、カラービデオ信号を形成する。 〔実施例〕 以下、本発明に係る撮像信号処理回路の一実施例につ
いて、図面に従い詳細に説明する。 第1図に示す実施例は、色差線順次方式のカラービデ
オカメラの撮像信号処理回路に本発明を適用したもので
ある。 第1図のブロック図において、CCD等の固体撮像素子
1の撮像出力は、撮像信号処理回路30により信号処理さ
れ、信号出力端子40からカラービデオ信号として出力さ
れる。上記固体撮像素子1の撮像面には、上述の固体撮
像素子と同様に第6図に示すように、マゼンダ〔Mg〕,
グリーン〔G〕,シアン〔Cy〕,イエロー〔Ye〕の4色
の色フィルタをモザイク状に配置した補色フィルタが設
けられている。そして、上記固体撮像素子1は、各画素
に生じた撮像光による光電荷を、nフィールドの撮像出
力としてL(N)ラインの光電荷とL(N+1)ライン
の光電荷を加算合成した信号電荷を、(n+1)フィー
ルドの撮像出力としてL(N+1)ラインの光電荷とL
(N+2)ラインの光電荷を加算合成した信号電荷を各
フィールドごとに出力する。したがって、上記固体撮像
素子1からは、第2図にAにて示すように(Mg+Ye)出
力と(Cy+G)出力とを交互に繰り返す撮像出力信号
(So)と、(Mg+Cy)出力と(Ye+G)出力とを交互に
繰り返す撮像出力信号(Se)とが1水平同期期間(1H)
ごとに線順次出力される。 上記固体撮像素子1の撮像出力(So/Se)は、第1の
サンプルホールド回路2および第2のサンプルホールド
回路3にそれぞれ供給されるとともに広帯域輝度信号
(Yw)を形成するローパスフィルタ(Yw・LPF)4に供
給されている。 上記ローパスフィルタ(Yw・LPF)4は、上記撮像出
力(So/Se)から上記補色フィルタによる空間サンプリ
ングキャリア成分を除去することにより高域の解像度成
分を含んだ広帯域輝度信号(Yw)を形成する。 上記第1のサンプルホールド回路2は、上記固体撮像
素子1の撮像出力(So/Se)を第2図にB−1にて示す
サンプリングパルスでサンプルホールドすることによ
り、第2図にB−2にて示すように上記撮像出力(So)
のときには(Mg+Ye)出力を、(Se)のときには(Mg+
Cy)出力を常に出力する。また、上記第2のサンプルホ
ールド回路3は、上記固体撮像素子1の撮像出力(So/S
e)を第2図にC−1にて示すサンプリングパルスでサ
ンプルホールドすることにより、第2図にC−2にて示
すように上記撮像出力(So)のときには(Cy+G)出力
を、(Se)のときには(Ye+G)出力を常に出力する。 この第1のサンプルホールド回路2および第2のサン
プルホールド回路3の出力は、加算器5により加算さ
れ、狭域輝度信号(Y′)を分離するローパスフィルタ
(Y′・LPF)6に供給されている。また、上記第1の
サンプルホールド回路2の出力は、第1の演算増幅器7
の非反転入力端に供給さている。上記第2のサンプルホ
ールド回路3の出力は、上記演算増幅器7の反転入力端
に供給されている。この演算増幅器7の出力端は、色差
信号を分離するローパスフィルタ(C・LPF)8に接続
されている。 ここで、上記加算器5は、上記第1のサンプルホール
ド回路2および第2のサンプルホールド回路3の出力を
加算することにより、第2図にDにて示すように加算出
力(Mg+Cy+Ye+G)すなわち輝度信号(Y′)を出力
する。 また、上記演算増幅器7は、上記第1のサンプルホー
ルド回路2の出力から第2のサンプルホールド回路3の
出力を減算することにより、第2図にEにて示すように
線順次の色差信号(R−Y′),(B−Y′)を出力す
る。 つまり、上記加算器5と演算増幅器7は、上述の第1
式にて示される加減算処理を行うものである。 上記ローパスフィルタ(Y′・LPF)6は、上記加算
器5から入力する輝度信号(Y′)を色差信号帯域に制
限する。また、上記ローパスフィルタ(C・LPF)8
は、上記演算増幅器7から入力する線順次の色差信号
(R−Y′),(B−Y′)を色差信号帯域に制限す
る。 上記ローパスフィルタ(C・LPF)8の出力は、直接
および1H遅延回路9を介して上記同時化回路10に供給さ
れる。 この同時化回路10は、上記ローパスフィルタ(C・LP
F)8から直接供給される線順次の色差信号(R−
Y′),(B−Y′)と、上記1H遅延回路9を介して供
給される1H遅延の同色差信号とを切り換えることによ
り、第2図にF−1およびF−2にて示すように同時化
した各色差信号(R−Y′),(B−Y′)を出力す
る。 上記同時化回路10から出力される各色差信号(R−
Y′),(B−Y′)と、上記ローパスフィルタ(Y′
・LPF)6から出力される輝度信号(Y′)とは、信号
分離回路50に供給されている。 すなわち、上記同時化回路10から出力される一方の色
差信号(R−Y′)は、加算器11と、第2の演算増幅器
12の反転入力端と、第3の演算増幅器13の反転入力端に
供給されている。また、上記同時化回路10から出力され
る他方の色差信号(B−Y′)は、加算器14と、第3の
演算増幅器13の反転入力端に供給されている。上記ロー
パスフィルタ(Y′・LPF)6から出力される輝度信号
(Y′)は、上記第3の演算増幅器13の非反転入力端に
供給されるとともに、入力信号をα倍にする掛算器15に
供給されている。さらに、上記第2の演算増幅器12の出
力は、入力信号をβ倍にする掛算器16に供給されてい
る。 したがって、上記加算器11からは、 (R−Y′)−α(Y′) にて示される(R)信号が出力される。 また、上記第3の演算増幅器13からは、 (Y′)−(R−Y′)−(B−Y′) にて示される(G)信号が出力される。 さらに、上記加算器14からは、 β(Y′−(R−Y′))+(B−Y′) にて示される(B)信号が出力される。 つまり、上記同時化回路10から出力される色差信号
(R−Y′),(B−Y′)と上記狭域輝度信号分離ロ
ーパスフィルタ(Y′・LPF)6から出力される輝度信
号(Y′)は、上記信号分離回路50によって、なる第4式にて示されるマトリクス演算のが施される。
ここで、この第4式の係数、α,βは、上記補色フィル
タの各色フィルタの分光透過特性および上記固体撮像素
子の分光感度特性に応じた最適値に設定される。 上記信号分離回路50から出力する各三原色信号
(R),(G),(B)は、可変利得増幅器17R,17G,17
Bで構成したホワイトバランス補正回路17および同様に
可変利得増幅器18R,18G,18Bで構成したγ補正回路18を
介して信号合成回路19に供給される。 上記信号合成回路19は、上記ホワイトバランス補正回
路17およびγ補正回路18により補正処理された上記三原
色信号(R),(G),(B)を (Y)=0.59(G)+0.30(R)+0.11(B) (R−Y)=(R)−(Y) (B−Y)=(B)−(Y) なるマトリクス演算によって色差信号(R−Y),(B
−Y)および輝度信号(Y)に合成してカラーエンコー
ダ20に供給する。 上記カラーエンコーダ20は、上記信号合成回路19から
供給される色差信号(R−Y),(B−Y)および輝度
信号(Y)と、上記広帯域輝度信号分離ローパスフィル
タ(Yw・LPF)4から供給される広帯域輝度信号(Yw)
とによって、例えばNTSC方式等の標準テレビジョン信号
を形成して、上記ビデオ信号出力端子40に供給する。 ここで、上記信号分離回路50の信号処理を示す第2式
の一般式にて示されるマトリクス演算を、 なる第5式にて示すマトリクス演算にて実現する撮像信
号処理回路30を用いたカラービデオカメラマトリクス演
算出力の分光特性を第3図に示す。つまり第3図は、上
記第4式にて示されるマトリクス演算の係数αとβを、 α=β=0.19 とした、本発明の実施例の撮像信号処理回路30を用いた
カラービデオカメラマトリクス演算出力の分光特性例を
示すものである。 なお、第3図および後述の第4図,第5図に示す分光
特性は、等エネルギーの白色光源を撮像して得られたも
ので、色の波長(横軸)に対する比視感度(縦軸)を各
三原色信号(R),(G),(B)についてそれぞれ示
したものである。 上記信号分離回路50の信号処理を示す第2式の一般式
にて示されるマトリクス演算を、 なる第6式にて示すマトリクス演算にて実現する撮像信
号処理回路30を用いたカラービデオカメラの分光特性を
第4図に示す。つまり第6式は、第2式の係数r3を−0.
19とし、他の係数を第5式の係数と等しくしたものであ
る。 この第4図に示す比較例の分光感度特性は、第3図に
示す分光感度特性と比較して、赤色成分信号(R)の比
視感度が第4図中にrにて示すように青色成分信号
(B)の領域で大きく負になるために、被写体像の色温
度変化に対して良好な色再現性および輝度再現性が確保
されない。 さらに、上記信号分離回路50の信号処理を示す第2式
の一般式にて示されるマトリクス演算を、 なる第7式にて示されるマトリクス演算にて実現する撮
像信号処理回路30を用いたカラービデオカメラの分光特
性を第5図に示す。つまり、第7式は、第2式の係数b2
を0とし、他の係数を第5式の係数と等しくしたもので
ある。 この第5図に示す比較例の分光感度特性は、第3図に
示す分光感度特性と比較して、青色成分信号(B)の比
視感度が第5図中にbにて示すように赤色成分信号
(R)の領域で大きく正になり、被写体像の色温度変化
に対して良好な色再現性および輝度再現性が確保されな
い。 第3図に示す本発明の実施例の撮像信号処理回路30を
用いたカラービデオカメラマトリクス演算出力の分光特
性は、第4図および第5図に示す分光感度特性と比較し
て、赤色成分信号(R)および青色成分信号(B)の比
視感度がともに良好であり、被写体像の色温度変化に対
して良好な色再現性および輝度再現性が確保できる。 〔発明の効果〕 本発明の撮像信号処理回路によれば、色差信号(R−
Y′),(B−Y′)と輝度信号(Y′)を、 なるマトリクス演算より三原色信号(R),(G),
(B)に最適に分離して、色温度変化に対する色再現性
および輝度再現性の良好なカラービデオ信号を形成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係る撮像信号処理回路の一実施例を示
したブロック回路図であり、第2図は上記実施例の撮像
信号処理を説明するためのタイムチャートであり、第3
図は上記実施例の分光特性を示した特性図であり、第4
図および第5図は分光特性の比較例を示した特性図であ
り、第6図は上記実施例に用いる補色フィルタを設けた
固体撮像素子の撮像面の一部を示した模式図である。 1……固体撮像素子 5,11,14……加算器 7,12,13……演算増幅器 15,16……掛算器 19……信号合成回路 20……カラーエンコーダ 30……撮像信号処理回路 50……信号分離回路

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.色差線順次方式の固体撮像素子による撮像出力から
    得られる色差信号(R−Y′),(B−Y′)と輝度信
    号(Y′)を なるマトリクス演算により三原色信号(R),(G),
    (B)に分離する信号分離回路と、 上記信号分離回路にて得られる三原色信号から色差信号
    (R−Y),(B−Y)と輝度信号(Y)を形成する信
    号合成回路と、 この信号合成回路から供給される各色差信号と輝度信号
    からカラービデオ信号を合成して出力するエンコーダと を備えて成る撮像信号処理回路。
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