JP2693845B2 - カラー撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、補色市松方式の色フィルタを有する固体
撮像素子を用いて構成されるカラー撮像装置に関する。

［従来の技術］ 従来、例えばCCD固体撮像素子を用いて構成されるカ
ラー撮像装置において、高解像度撮像を行なう方法とし
て、多画素の固体撮像素子を用いて構成する方法、２板
以上の固体撮像素子を用いて構成する方法等が提案され
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、多画素の固体撮像素子を使用する方法によれ
ば、高価となると共に大型化する不都合がある。また、
駆動および信号処理を高速で行なうことが必要となって
構成が困難となる。

また、２板以上の固体撮像素子を使用する方法によれ
ば、光学系が複雑となり、高価となると共に大型化する
不都合がある。

そこで、この発明では、上述したような不都合を生じ
ることなく高解像度撮像を行ない得るカラー撮像装置を
提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、補色市松方式の色フィルタを有する固体
撮像素子と、固体撮像素子の同一色に係る画素部分で撮
像される画像位置をフィールドごとに水平方向に1/2画
素ピッチだけ順次ずらしていく画素ずらし機構と、固体
撮像素子より出力される各フィールドの撮像信号の水平
方向のタイミングを画素ずらし機構によるずらし量に対
応させる時間調整手段と、時間調整手段で水平方向のタ
イミングの調整された固体撮像素子からの連続する３フ
ィールドの撮像信号のうち、1/2画素周期でもって一お
よび他の２フィールドの撮像信号を交互に加算して輝度
信号を得る信号処理手段とを有してなるものである。

［作用］ 上述構成において、信号処理手段14からは撮像信号の
1/2の画素周期でもって輝度信号Ｙが出力される。つま
り、固定撮像素子４の画素数を増やさずに、また、固体
撮像素子４の個数を増やさずに水平方向の解像度を上げ
ることが可能となる。

［実施例］ 以下、第１図を参照しながら、この発明の一実施例に
ついて説明する。

同図において、被写体（図示せず）からの像光は、撮
像レンズ１、アイリス２および画素ずらし機構を構成す
る光路変更部３を介して補色市松方式の色フィルタを有
するCCD固体撮像素子４に供給される。

第２図は、この撮像素子４のカラーコーディング模式
図である。同図に示すように、フィールド読み出しが行
なわれる。ＡフィールドではA1、A2のようなペアで電荷
の混合が行なわれたのちに、ＢフィールドではB1のよう
なペアで電荷の混合が行なわれたのちに読み出しが行な
われる。したがって、水平シフトレジスタHregより出力
される電荷の順番は、A1ラインにおいては、（Ｇ＋C
y），（Ye＋Mg），（Ｇ＋Cy），（Ye＋Mg），・・・と
なり、A2ラインにおいては、（Cy＋Mg），（Ye＋Ｇ），
（Cy＋Mg），（Ye＋Ｇ），・・・となる。

通常、この撮像信号を処理して輝度信号Ｙとクロマ
（色差）信号を得るには、輝度信号Ｙは隣接同志を加算
し、クロマ信号は減算する。

つまり、輝度信号Ｙは、 A1ライン・・Ｙ＝｛（Ｇ＋Cy）＋（Ye＋Mg）｝×1/2＝
（2B＋3G＋2R）×1/2 A2ライン・・Ｙ＝｛（Cy＋Mg）＋（Ｇ＋Ye）｝×1/2＝
（2B＋3G＋2R）×1/2 ……（１） と近似される。ここで、Gy＝Ｂ＋G,Ye＝Ｒ＋G,Mg＝Ｂ＋
Ｒである。

また、クロマ信号は、 A1ライン・・Ｒ−Ｙ＝｛（Ye＋Mg）−（Ｇ＋Cy）｝＝
（2R−Ｇ） A2ライン・・（Ｂ−Ｙ）＝｛（Ｇ＋Ye）−（Mg＋Cy）｝
＝−（2B−Ｇ） ……（２） と近似される。つまり、クロマ信号はＲ−Y,−（Ｂ−
Ｙ）が線順次で交互に取り出される。

なお、第２図において、Pxは１画素ピッチを示してい
る。

光路変更部３の動作はコントローラ５によって制御さ
れ、フィールドごとに撮像素子４で撮像される画像位置
が順次ずれるようにされる。つまり第３図に示すよう
に、第１〜第４フィールドまでは水平方向に1/2画素ピ
ッチPx/2だけ順次ずれるようにされ、以下第５〜第８フ
ィールド、第９〜第12フィールド、・・・では第１〜第
４フィールドと同様にずれるようにされる。この場合、
撮像素子４の同一色（例えば、（Ｇ＋Cy）の部分）に係
る画素部分で撮像される画像位置はフィールドごとに水
平方向に1/2画素ピッチだけ順次ずれていく。

６はタイミング発生器である。このタイミング発生器
６の動作はコントローラ５によって制御されると共に、
このタイミング発生器６よりコントローラ５には水平同
期信号H Dおよび垂直同期信号V Dが供給される。

撮像素子３で必要なタイミングパルスはタイミング発
生器６より供給され、以下の水平方向の出力タイミング
を除いて、撮像素子３は従来周知のものと同様に動作す
るようにされる。

つまり、撮像素子３より出力される各フィールドの撮
像信号の水平方向のタイミングは、撮像素子４で撮像さ
れる画像位置のずらし量に対応して順次調整される。第
４図に示すように、第１フィールドの出力タイミングを
基準とすると、第２フィールドでは1/2画素周期Tx/2だ
け遅延され、第３フィールドでは１画素周期Txだけ遅延
され、第４フィールドでは3/2画素周期3Tx/2だけ遅延さ
れ、以下第５〜第８フィールド、第９〜第12フィール
ド、・・・では第１〜第４フィールドと同様のタイミン
グとされる。

なお、第４図は各フィールドの第１ラインの撮像信号
を示しており、anおよびbn（ｎ＝１、２、３・・・）
は、それぞれ第ｎフィールドにおける（Ｇ＋Cy）および
（Ye＋Mg）の画素信号を示している。

撮像素子４からの撮像信号はAGCアンプ７を介してク
ランプ回路８に供給される。

なお、撮像素子４からの撮像信号はレベル検出器９に
供給され、その検出信号はアイリスドライバ10に制御信
号として供給され、このアイリスドライバ10によってア
イリス２の開きが制御される。また、AGCアンプ７の出
力信号はレベル検出器11に供給され、その検出信号はア
ンプ12を介してAGCアンプ７に制御信号として供給され
る。7aはAGCアンプ９の最大ゲインを設定するためのポ
テンショメータである。

クランプ回路８にはタイミング発生器６よりクランプ
パルスが供給され、黒レベルが一定レベルとなるように
水平ブランキング期間でクランプされる。

クランプ回路８より出力される撮像信号は、A/D変換
器13でディジタル信号に変換されたのちディジタル処理
回路14に供給される。A/D変換器13では撮像素子４で付
与された各フィールドの撮像信号の水平方向の出力タイ
ミングのずれが維持されるように各画素信号のサンプリ
ングが行なわれる。

第５図は、ディジタル処理回路14の構成を示すもので
ある。

同図において、A/D変換器13より供給される撮像信号
は、フィールドメモリ31、切換スイッチ32、33および加
算器34をもって構成される輝度信号処理部30に供給され
る。

フィールドメモリ31の書き込み読み出し、切換スイッ
チ32、33の切り換えはコントローラ５によって制御され
る。すなわち、切換スイッチ32、33はA/D変換器13から
の撮像信号を構成する各画素信号の周期（画素周期）の
前半期間はＨ側に接続され、後半期間はＬ側に接続され
る。また、フィールドメモリ31には切換スイッチ32の出
力信号が1/2画素周期をもって書き込まれ、１フィール
ド期間後に1/2画素周期をもって読み出される。さら
に、加算器34では、それぞれの信号は1/2の係数をもっ
て加算される。

このように輝度信号処理部30が構成され、第３フィー
ルドにおいては、画素周期の前半期間で第１および第２
フィールドの画素信号の加算平均された輝度信号Ｙを構
成する画素信号が出力され、その後半期間で第２および
第３フィールドの画素信号の加算平均された輝度信号Ｙ
を構成する画素信号が出力される（第４図に加算ペアを
実線で結合して図示）。つまり、切換スイッチ33から
は、第１〜第３フィールドの撮像信号をもって形成さ
れ、撮像信号の画素周期に対して1/2の画素周期を有す
る輝度信号Ｙが出力される。

また、第４フィールドにおいては、画素周期の前半期
間で第２および第３フィールドの画素信号の加算平均さ
れた輝度信号Ｙを構成する画素信号が出力され、その後
半期間で第３および第４フィールドの画素信号の加算平
均された輝度信号Ｙを構成する画素信号が出力される
（第４図に加算ペアを破線で結合して図示）。つまり、
切換スイッチ33からは、第２〜第４フィールドの撮像信
号をもって形成され、撮像信号の画素周期に対して1/2
の画素周期を有する輝度信号Ｙが出力される。

また、第５フィールドにおいては、画素周期の前半期
間で第３および第４フィールドの画素信号の加算平均さ
れた輝度信号Ｙを構成する画素信号が出力され、その後
半期間で第４および第５フィールドの画素信号の加算平
均された輝度信号Ｙを構成する画素信号が出力される
（第４図に加算ペアを一点鎖線で結合して図示）。つま
り、切換スイッチ33からは、第３〜第５フィールドの撮
像信号をもって形成され、撮像信号の画素周期に対して
1/2の画素周期を有する輝度信号Ｙが出力される。

以下同様に各フィールドにおいては、切換スイッチ33
からは、現フィールドを含む３フィールドの撮像信号を
もって形成され、撮像信号の画素周期に対して1/2の画
素周期を有する輝度信号Ｙが出力される。

第６図は第１〜第５フィールドにおけるA/D変換器13
の出力、フィールドメモリ31の入出力、加算器34の出
力、切換スイッチ33の出力、切換スイッチ32、33の切換
の関係を示したものである。図面の簡単のため、加算器
34における1/2の係数の図示は省略している。

また第５図において、A/D変換器13より供給される撮
像信号はクロマ信号処理部40に供給される。このクロマ
信号処理部40では上述した（２）式の減算処理が行なわ
れ、撮像信号の画素周期に対して２倍の画素周期を有す
る色差信号Ｒ−Y,−（Ｂ−Ｙ）が線順次で出力される。

第１図に戻って、ディジタル処理回路14より出力され
る輝度信号Ｙは、D/A変換器15でアナログ信号に変換さ
れたのちガンマ補正回路16およびゲインアンプ17を介し
てエンコーダ18に供給される。ディジタル処理回路14よ
り出力される色差信号はD/A変換器19でアナログ信号に
変換されたのちエンコーダ18に供給される。

エンコーダ18では輝度信号Ｙへの同期信号の付加、色
差信号の変調等の処理が行なわれ、例えばNTSC方式の映
像信号SVが形成される。そして、この映像信号SVは出力
端子20に導出される。

このように本例においては、ディジタル処理回路14よ
り出力される輝度信号Ｙの画素周期は、撮像素子４から
の撮像信号の画素周期の1/2となり、高解像度の映像信
号SVを得ることができる。

本例によれば、多画素の固体撮像素子を使用するもの
でないので、高価かつ大型化する不都合はなく、また駆
動および信号処理を高速で行なうことが必要でないこと
から構成が困難となることもない。また固体撮像素子を
２板以上使用するものでもないので、光学系が複雑とな
って高価かつ大型化する不都合はない。

なお、上述実施例においては、動画用の映像信号SVが
出力されるようにしたものであるが、ディジタル処理回
路14より任意の３フィールドで形成される１画面分の映
像信号を繰り返し出力するようにすれば、静止画用の映
像信号を得ることもできる。この場合、３フィールドで
形成される１画面分の輝度信号Ｙをメモリで保持するこ
とが必要となり、また色差信号系にも同様のメモリが必
要となる。

また、上述実施例においては、画素ずらし機構として
光路変更部３を備えるものを示したが、光路は一定とし
て撮像素子４の位置を移動させる構成とすることもでき
る。

また、上述実施例においては、各フィールドの撮像信
号の水平方向の出力タイミングのずれを撮像素子４で付
与するように説明したが、撮像素子４より出力されてか
らディジタル処理回路14の輝度信号処理部30に供給され
るまでの間に付与されればよい。

さらに、上述実施例においては、固体撮像素子として
CCD固体撮像素子４を使用した例を示したものである
が、この発明は補色市松方式の色フィルタを有する固体
撮像素子を使用する場合には、同様に適用して高解像度
の映像信号を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、固体撮像素
子の画素数を増やさずに、また、固体撮像素子の個数を
増やさずに、画素ずらしおよび信号処理によって水平方
向の解像度を上げることができ、高価、大型化、構成困
難等を不都合を生じることなく、高解像度撮像を行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はカ
ラーコーディング模式図、第３図は画素ずらしの説明
図、第４図は輝度信号処理の説明図、第５図はディジタ
ル処理回路の具体構成図、第６図は輝度信号処理部の動
作説明図である。 ３……光路変更部 ４……CCD固体撮像素子 ５……コントローラ ６……タイミング発生器 14……ディジタル処理回路 30……輝度信号処理部 40……クロマ信号処理部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補色市松方式の色フィルタを有する固体撮
   像素子と、 上記固体撮像素子の同一色に係る画素部分で撮像される
   画像位置をフィールドごとに水平方向に1/2画素ピッチ
   だけ順次ずらしていく画素ずらし機構と、 上記固体撮像素子より出力される各フィールドの撮像信
   号の水平方向のタイミングを上記画素ずらし機構による
   ずらし量に対応させる時間調整手段と、 上記時間調整手段で水平方向のタイミングの調整された
   上記固体撮像素子からの連続する３フィールドの撮像信
   号のうち、1/2画素周期でもって一および他の２フィー
   ルドの撮像信号を交互に加算して輝度信号を得る信号処
   理手段とを有してなるカラー撮像装置。