JP3017310B2 - カラー撮像装置 - Google Patents
カラー撮像装置Info
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Description
光素子(画素)が配置された撮像素子を備えたカラー撮
像装置に関し、特に解像度が良く、モワレが少なくS/
N比の良い画像を出力できるカラー撮像装置に関するも
のである。
るカラー固体撮像素子の色フィルタの配列構成の列を示
す図である。図7は赤色光透過フィルタR,緑色光透過
フィルタG,青色光透過フィルタBが垂直にストライプ
状に並んだいわゆるストライプフィルタと呼ばれる構成
である。これに対し、図8,図9はいわゆるモザイクフ
ィルタと呼ばれる構成で、図8では緑色光透過フィルタ
Gが垂直にストライプ状になっており、赤色光透過フィ
ルタRおよび青色光透過フィルタBがそれぞれ2行おき
2列に水平方向にGフィルタの間に配置され、また、図
9ではマゼンタ光透過フィルタMg,緑色光透過フィル
タGr,シアン光透過フィルタCy,黄色光透過フィル
タYeが水平方向に2画素,垂直方向に4画素の8個の
色フィルタを1単位とし、図に示す順序で配置されてい
る。
持つ撮像素子には次のような問題がある。すなわち、図
7に示す構成の色フィルタを設けた撮像素子では、サン
プリング周波数の1/3の周波数に色信号キャリアが発
生するため、ナイキスト周波数であるサンプリング周波
数の1/2の周波数までを解像できず解像度が劣る。
素子は、垂直方向にバンドの異なるRフィルタとBフィ
ルタが並んでいるため、垂直方向に色モワレが発生しや
すく、特に有彩色画像で見苦しいシーンが出てくる。
素子は、バンドの広い補色フィルタで構成されているた
め、図8に示す構成の色フィルタを設けた撮像素子より
色モワレは出にくいが、画素の出力信号間の差信号で色
信号を形成するため、色信号のS/N比が悪く、さら
に、出力信号を量子化しディジタル処理を行う際に、色
信号の量子化誤差が大きくなり好ましくない。
タを設けた撮像素子ともサンプリング周波数の1/2の
周波数に色信号キャリアが発生するため、ナイキスト周
波数であるサンプリング周波数の1/2の周波数までを
解像することができない。
65号に開示されている、いわゆるベイヤー配列と呼ば
れる色フィルタ配列を有する撮像素子がある。これは図
10に示すように、撮像素子の水平方向のピッチをP
H ,垂直方向のピッチをPV とすると、緑色光透過フィ
ルタGは、水平方向のピッチ2PH ,垂直方向のピッチ
PV で水平方向にPH だけオフセットされたオフセット
サンプリング構造で配置され、赤色光透過フィルタRお
よび青色光透過フィルタBは水平方向のピッチ2PH ,
垂直方向のピッチ2PV の矩形格子状サンプリング構造
で配置されているものである。このようなベイヤー配列
を有する撮像素子を用いると、モワレが少なく、かつ、
S/N比の良い良好な画像が得られることが知られてい
る。
イヤー配列を有する撮像素子を用いても以下に示す問題
が発生する。すなわち、図11(a),(b)はそれぞ
れ図10に示す色フィルタの撮像素子で発生する信号キ
ャリアの位置を2次元周波数平面(fH ,fV )上に表
わしたときの第1象限の特性図である。
の特性図は、図10の撮像素子の各画素からの出力信号
をそのままスイッチングして切り換えることにより輝度
信号を形成しており、図11(b)に示す周波数平面上
の特性図は、図10の撮像素子のGフィルタが配置され
た画素からの信号のみを用いて輝度信号を形成してい
る。
H ,0)および(0,1/2PV )に色信号のキャリア
が発生していることがわかる。すなわち、ベイヤー配列
を有する撮像素子の場合もサンプリング周波数の1/2
の周波数に色信号キャリアが発生するため、ナイキスト
周波数であるサンプリング周波数の1/2の周波数まで
を解像することができない。
ングして切り換えたり、Gフィルタが配置された画素か
らの信号のみを用いる単純合成の輝度信号では、正しい
分光特性を持つ輝度信号が得られず、したがって出力画
像の色再現性等に悪影響を及ぼす。このため、輝度信号
の低域成分だけを正しい分光特性を持つ輝度信号に置き
かえる処理が従来より行われているが、この正しい分光
特性を持つ輝度信号を形成するための回路規模が大幅に
増加する。
もので、簡易な手法で分光特性の補正された輝度信号が
得ることができ、解像度が良く、モワレが少なく、S/
N比の良好な画像を得ることのでき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。
達成するため、カラー撮像装置を次の(1)のとおりに
構成する。
る電気信号に変換するカラー撮像装置であって、つぎの
a,b,c,dの構成要素を備えたカラー撮像装置。 a.画素が水平方向のピッチPH ,垂直方向のピッチP
V の矩形格子状に配置された撮像素子。 b.前記画素に対応して設けられた、水平方向のピッチ
2PH ,垂直方向のピッチPV で水平方向にPH だけオ
フセットされたオフセットサンプリング構造を有する第
1の色フィルタと、水平方向のピッチ2PH ,垂直方向
のピッチ2PVの矩形格子状サンプリング構造を有する
第2の色フィルタおよび第3の色フィルタとを有する色
フィルタアレイ。 c.前記第1の色フィルタ,第2の色フィルタ,第3の
色フィルタに対応する画素から出力された第1の色信
号,第2の色信号,第3の色信号にもとづいて、第1の
色信号のうち第2の色信号の画素と同じ列または同じ行
の画素による信号のみを同時化し、第2の色信号との差
をとった第1の差信号と、第1の色信号のうち第3の色
信号の画素と同じ列または同じ行の画素による信号のみ
を同時化し、第3の色信号との差をとった第2の差信号
とから前記色情報を形成する色情報形成手段。 d.前記第1の差信号と前記第2の差信号とをそれぞれ
定数倍し、これらを前記第1の色信号,第2の色信号,
第3の色信号のうちの少なくとも1つ以上の信号を合成
して得られた信号に、加算することで前記輝度情報を形
成する輝度情報形成手段。
の(1/2PH ,0)また(0,1/2PV )にある白
黒の被写体についての色差信号のキャリアが消滅する。
また合成して得た輝度情報に、第1の差信号,第2の差
信号を定数倍した信号が加算され、輝度情報の分光特性
が補正される。
図1は本発明の第1実施例である“カラー撮像装置”の
ブロック図である。撮像素子(センサ)101には図1
0に示すベイヤー配列のR,G,Bフィルタ(フィルタ
アレイ)が設けられている。撮像素子101から1画素
ごとに読み出された画像信号は色分離部102により
R,G,B信号に分離された後、ホワイトバランス部1
11でR,G,B信号のゲインがホワイトバランスセン
サ(AWB)120より得られた色温度情報をもとにホ
ワイトバランス調整され、次にγ変換部112でγ変換
され、その後A/D(アナログ−ディジタル)変換器1
03でA/D変換される。
によりスイッチングされることにより読み出し順に並べ
られ、高域成分を含む輝度信号YS として取り出され
る。この輝度信号YS は、後述する第1の差信号R(γ
乗)−G1 (γ乗),第2の差信号B(γ乗)−G2
(γ乗)の定数倍を加算した信号と加算器117で加算
され、D/A(ディジタル−アナログ)変換器118で
D/A変換され出力される。
(γ乗)信号は、スイッチ(SW)128により図2に
示すような位置にあるG1 (γ乗)信号とG2 (γ乗)
信号に分離される。これはスイッチ128を例えば1水
平走査期間ごとに切り換えることで可能である。このよ
うに分離されたG1 (γ乗)信号,G2 (γ乗)信号は
R(γ乗)信号,B(γ乗)信号とともに補間フィルタ
106,107,108,109に入力され、各々同時
化された信号R(γ乗),G1 (γ乗),G2(γ
乗),B(γ乗)となる。なお、補間フィルタ106〜
109では補間による同時化のみならず、2次元ローパ
スフィルタリング,エッジ強調等の線形処理も行われ
る。これらの処理は線形処理のため、後で述べる加算処
理やマトリクス処理等の処理と順序を入れかえてもよ
い。
乗)信号は加算器129で第1の差信号R(γ乗)−G
1 (γ乗)となり、B(γ乗)信号とG2 (γ乗)信号
は加算器130で第2の差信号B(γ乗)−G2 (γ
乗)となり、これらが色差信号マトリクス処理部113
に入力され、
−Yが生成される。
にある白黒の被写体が撮像素子101により採取される
とする。この被写体は周期2PH の縦縞であり、このよ
うな被写体に対してはR(γ乗)=G1 (γ乗),B
(γ乗)=G2 (γ乗)となるため、加算器129,1
30より出力されるR(γ乗)−G1 (γ乗)信号,B
(γ乗)−G2 (γ乗)信号はいずれも零となる。ゆえ
に、色差マトリクス処理部113から出力される色差信
号R−Y,B−Yも零となり出力されない。このこと
は、周波数(1/2PH ,0)での色差信号のキャリア
が消滅することを意味している。別の解釈をすれば、周
波数(1/2PH ,0)上でのR(γ乗)信号のキャリ
アとG1 (γ乗)信号のキャリアは同位相であり、B
(γ乗)信号のキャリアとG2 (γ乗)信号のキャリア
は同位相であり、したがって、これらの第1,第2の差
信号R(γ乗)−G1 (γ乗),B(γ乗)−G2 (γ
乗)のこの周波数でのキャリアを消滅させることができ
るため、色差信号のキャリアが発生しないのである。こ
れらの色差信号はひき続くD/A変換器114,115
でD/A変換され出力される。
乗),第2の差信号B(γ乗)−G2 (γ乗)は定係数
乗算器132,133により定数倍され、加算器134
で加算され、輝度信号YS に加算器117で加算され、
分光特性の補正された輝度信号Yを得ることができる。
1の各画素からの出力信号を単純合成し、得られた輝度
信号をYS とする。輝度信号YS は本実施例では各画素
からの出力信号をスイッチ回路126によりスイッチン
グされることにより得られるものであるが、色分離され
た色信号のうちの1つ、例えばG信号をそのまま用いた
ものであってもよい。これに対し、分光特性が視感度と
等しくなるよう補正された輝度信号をYL とする。輝度
信号YL は同時化された各色信号の線形結合より形成す
ることができる。
合、 δ=0.30,α+β=0.59,ε=0.11 ……(2) である。輝度信号YL は輝度信号YS に比べて低帯域で
ある。輝度信号YS のうち、YL と同じ帯域を持つ輝度
信号をYSLとする。
SLを正しい分光特性を持つ輝度信号YL に置き換えるこ
とにより、補正される。すなわち、 Y=(YS −YSL)+YL =YL +(YL −YSL) ……(3) ここで輝度信号YSLは各色信号の線形結合で表わすこと
ができる。これを
の中は次のもとなる。すなわち、
の補正は単純合成により得られた輝度信号YS に第1,
第2の差信号R(γ乗)−G1(γ乗),R(γ乗)−
G2 (γ乗)の定数倍を加算することにより行うことが
できる。
スイッチングがされることにより得られるものであると
き、(4)式のs,t,u,wは s=t=u=w=0.25 ……(8) となるから、(2),(5),(6)式より α=0.20,β=0.39, C1 =0.05,C2 =−0.14 ……(9) が得られる。
いたものであるとき、(4)式のs,t,u,wは s=w=0,t=u=0.5 ……(10) となるから、(2),(5),(6)式より α=0.20,β=0.39 C1 =0.30,C2 =0.11 ……(11) が得られる。
度信号YはD/A変換器118でD/A変換され出力さ
れる。なお、一般に色差信号R−Y,B−Y、輝度の低
域成分YL は輝度信号Yに比べ充分帯域が狭いため、補
間し同時化されたR(γ乗),G1 (γ乗),G2 (γ
乗),B(γ乗)信号の加算器129,130、色差マ
トリクス処理部113、輝度信号生成回路117等での
処理は、間引きなどを行って輝度信号Yの処理より遅い
クロックで行ってもよい。
ライプフィルタを用いていないのでモワレの発生が少な
く、補色フィルタを用いていないのでS/N比が良好で
あり、周波数(1/2PH ,0)での色差信号キャリア
の発生が消滅するので解像度が良くなる。また簡易な手
法で分光特性の補正された輝度情報が得られる。
施例の撮像素子101は第1実施例と同様図10に示す
フィルタアレイを設けたものであり、全体構成も図1に
示すと同様のものである。ただ、A/D変換器103よ
り出力されたG(γ乗)信号はスイッチ128により、
図3に示すような位置にあるG1 (γ乗)信号とG2
(γ乗)信号に分離される点で第1実施例と相違する。
ある白黒の被写体が撮像素子101により採取されたと
する。この被写体は周期2PVの横縞であり、このよう
な被写体に対してはR(γ乗)=G1 (γ乗),B(γ
乗)=G2 (γ乗)となるため、加算器129,130
より出力されるR(γ乗)−G1 (γ乗)信号,B(γ
乗)−G2 (γ乗)信号はいずれも零となる。ゆえに色
差マトリクス処理部113から出力される色差信号R−
Y,B−Yも零となり出力されない。このことは、周波
数(0,1/2PV )での色差信号のキャリアが消滅す
ることを意味している。別の解釈をすれば、周波数
(0,1/2PV )上でのR(γ乗)信号のキャリアと
G1 (γ乗)信号のキャリアは同位相であり、B(γ
乗)信号のキャリアとG2 (γ乗)信号のキャリアは同
位相であり、したがって、これらの差信号R(γ乗)−
G1 (γ乗),B(γ乗)−G2 (γ乗)のこの周波数
でのキャリアを消滅させることができるため色差信号の
キャリアが発生しないのである。輝度情報は第1実施形
と同様にして形成する。
号をアナログ記録する場合、D/A変換器118,11
4,115は必要であるが、何らかの磁気媒体,光磁気
媒体,E2 PROM(electrically erasable PROM)等に
ディジタル記録する場合は、これらのD/A変換器を用
いなくてもよい。
は本発明の第3実施例である“カラー撮像装置”のブロ
ック図である。撮像素子(センサ)401には図10に
示すベイヤー配列のR,G,Bフィルタが設けられてい
る。撮像素子401から1画素ごとに読み出された画像
信号は色分離部402によりR,G,B信号に分離され
た後、ホワイトバランス部411でR,G,B信号のゲ
インをホワイトバランスセンサ402より得られた色温
度情報をもとにホワイトバランス調整され、次にγ変換
部412でγ変換され、その後A/D変換器403でA
/D変換される。
タ425によりオフセットサンプリング構造を2次元的
に補間し、加算器417で後述の第1の差信号,第2の
差信号により分光特性を補正し、D/A変換器418で
D/A変換し出力される。なお、補間フィルタ425で
は補間による同時化のみならず2次元ローパスフィルタ
リング,エッジ強調等の処理も含まれる。
(γ乗)信号は、スイッチ(SW)428により図2に
示すような位置にあるG1 (γ乗)信号とG2 (γ乗)
信号に分離される。これはスイッチ428を例えば1水
平走査期間ごとに切り換えることで可能である。このよ
うに分離されたG1 (γ乗)信号,G2 (γ乗)信号は
R(γ乗)信号,B(γ乗)信号とともに補間フィルタ
406,407,408,409に入力され、各々同時
化された信号R(γ乗),G1 (γ乗),G2(γ
乗),B(γ乗)となる。なお、補間フィルタ406〜
409では補間による同時化のみならず、2次元ローパ
スフィルタリング,エッジ強調等の線形処理も含んでい
る。これらの処理は線形処理のため、後で述べる加算処
理等の処理と順序を入れかえてもよい。
乗)信号は加算器429で第1の差信号R(γ乗)−G
1 (γ乗)となり、B(γ乗)信号とG2 (γ乗)信号
は加算器430で第2の差信号B(γ乗)−G2 (γ
乗)となり、第1,2の実施例と同様、色差信号マトリ
クス処理部413により色差信号R−Y,B−Yが生成
される。
にある白黒の被写体が撮像素子401により採取される
とする。この被写体は周期2PH の縦縞であり、このよ
うな被写体に対しては加算器429,430より出力さ
れるR(γ乗)−G1 (γ乗)信号,B(γ乗)−G2
(γ乗)信号はいずれも零となる。ゆえに、色差信号R
−Y,B−Yは零となり出力されない。このことは、周
波数(1/2PH ,0)での色差信号のキャリアが消滅
することを意味している。
明における、YsにG信号をそのまま用いる例に示すと
おりに形成される。
素子は第3実施例と同様図10に示すベイヤー配列のも
のであり、全体構成も図4に示すと同様のものである。
ただ、A/D変換器403より出力されたY(γ乗)信
号はスイッチ428により、図3に示すような位置にあ
るG1 (γ乗)信号とG2 (γ乗)信号に分離される。
にある白黒の被写体が撮像素子401により採取された
とする。この被写体は周期2PV の横縞であり、このよ
うな被写体に対しては、加算器429,430より出力
されるR(γ乗)−G1 (γ乗)信号,B(γ乗)−G
2(γ乗)信号はいずれも零となる。ゆえに、色差信号
R−Y,B−Yは零となり出力されない。このことは、
周波数(0,1/2PV )での色差信号のキャリアが消
滅することを意味している。輝度信号は第3実施例と同
様にして形成される。
もR,G,Bフィルタでなくてもよく、図5に示すよう
に第1,2,3の色フィルタが、Y(輝度信号の分光特
性に近いフィルタ),R,Bであるベイヤー配列や、図
6に示すように第1,2,3の色フィルタがW(白
色),R,Bであるベイヤー配列などでもよく、第1の
色信号を図2あるいは図3に示すごとく分離し、第1の
差信号および第2の差信号を形成したとき、色差信号R
−Y,B−Yが前記“数1”に示すがごとく、第1,第
2の差信号からマトリクスにより線型演算で求められる
ものであれば、何であってもよい。(マトリクスの係数
は“数1”と同じである必要はない。)
簡易な手法で分光特性の補正された輝度情報が得られ、
解像度が良く、モワレが少なく、S/N比の良好な画像
を得ることのできるカラー撮像装置を提供できる。
説明図
説明図
図
Claims (1)
- 【請求項1】 被写体像を輝度情報と色情報を有する電
気信号に変換するカラー撮像装置であって、つぎのa,
b,c,dの構成要素を備えたことを特徴とするカラー
撮像装置。 a.画素が水平方向のピッチPH ,垂直方向のピッチP
V の矩形格子状に配置された撮像素子。 b.前記画素に対応して設けられた、水平方向のピッチ
2PH ,垂直方向のピッチPV で水平方向にPH だけオ
フセットされたオフセットサンプリング構造を有する第
1の色フィルタと、水平方向のピッチ2PH ,垂直方向
のピッチ2PVの矩形格子状サンプリング構造を有する
第2の色フィルタおよび第3の色フィルタとを有する色
フィルタアレイ。 c.前記第1の色フィルタ,第2の色フィルタ,第3の
色フィルタに対応する画素から出力された第1の色信
号,第2の色信号,第3の色信号にもとづいて、第1の
色信号のうち第2の色信号の画素と同じ列または同じ行
の画素による信号のみを同時化し、第2の色信号との差
をとった第1の差信号と、第1の色信号のうち第3の色
信号の画素と同じ列または同じ行の画素による信号のみ
を同時化し、第3の色信号との差をとった第2の差信号
とから前記色情報を形成する色情報形成手段。 d.前記第1の差信号と前記第2の差信号とをそれぞれ
定数倍し、これらを前記第1の色信号,第2の色信号,
第3の色信号のうちの少なくとも1つ以上の信号を合成
して得られた信号に、加算することで前記輝度情報を形
成する輝度情報形成手段。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3100032A JP3017310B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | カラー撮像装置 |
US07/846,174 US5253046A (en) | 1991-03-07 | 1992-03-05 | Color image pickup apparatus for object image conversion |
DE69222671T DE69222671T2 (de) | 1991-03-07 | 1992-03-06 | Farbbildaufnahmegerät |
EP92103872A EP0502539B1 (en) | 1991-03-07 | 1992-03-06 | Color image pickup apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3100032A JP3017310B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | カラー撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04329786A JPH04329786A (ja) | 1992-11-18 |
JP3017310B2 true JP3017310B2 (ja) | 2000-03-06 |
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ID=14263192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3100032A Expired - Fee Related JP3017310B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-05-01 | カラー撮像装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3017310B2 (ja) |
-
1991
- 1991-05-01 JP JP3100032A patent/JP3017310B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH04329786A (ja) | 1992-11-18 |
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