JP3315138B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
度が異なる複数の色分解フィルタがモザイク状に設けら
れてカラー映像信号を得ることができるようにした固体
撮像装置に関し、特に、得られたカラー映像信号に混入
する偽信号の抑圧に関する。
装置としては、複数の固体撮像素子を用いた多板式と1
個の固体撮像素子を用いた単板式とがある。単板式の固
体撮像装置では、固体撮像素子上にモザイク状の色分解
フィルタが設けられ、この固体撮像素子から得られるこ
れら色分解フィルタ毎の色信号を演算処理して、輝度信
号と色差信号とを形成している。
では、必然的に固体撮像素子から得られる各色信号のサ
ンプリング密度が低くなり、このため、輝度信号におい
て、高周波成分が低域にシフトすることによって生じる
偽信号すなわちモアレが大きくなって、再生画像の画質
が劣化してしまう。
抑圧する従来の方法としては、例えば特開平2ー170
692号公報に記載されるように、色分解フィルタ夫々
に対する色信号毎に信号利得を異にする回路を設け、無
彩色の被写体に対して夫々の色信号の信号量が等しくな
るように、夫々の回路の信号利得を設定するようにした
方法が知られている。
のように色分解フィルタによって得られた色信号毎に回
路の信号利得が異なると、N行目の水平走査期間とN+
1行目の水平走査期間とで固体撮像素子から出力される
信号での色信号の組合せが異なるため、N行目の水平走
査期間とN+1行目の水平走査期間とで輝度信号を構成
するR(赤),G(緑),B(青)の比率に違いが生
じ、有彩色の被写体を撮像する場合には、水平走査期間
毎に輝度レベルが変化するという問題がある。
色分解フィルタを用い、上下2画素を混合して読み出す
画素混合方式のCCD撮像素子においては、R、G、B
の比率がR:G:B=3:3:1として、各色分解フィ
ルタに対応する4種類の色信号G+Cy、Mg+Ye、
Mg+Cy、G+Yeの信号量を無彩色の被写体に対し
て等しくなるように夫々の回路の信号利得を設定する
と、夫々の色信号に対する信号利得は10/7、1、1
0/8、10/9である。このとき、2種類の色信号G
+Cy、Mg+Yeが点順次に配列されてなる水平走査
期間の輝度信号のレベルは約2R+3.86G+2.43
Bとなり、色信号Mg+Cy、G+Yeが点順次に配列
されてなる次の水平走査期間の輝度信号のレベルは約
2.36R+3.47G+2.5Bとなり、有彩色の被
写体に対しては水平走査期間毎に輝度信号のレベルに変
化(以下、これをラインペアという)が生じる。
水平走査期間の間での輝度信号のレベル差をなくしてモ
アレの少ない固体撮像装置を提供することにある。
に、本発明は、撮像部の出力信号の色分解フィルタ夫々
に対応する各色信号の信号量を夫々毎に制御する第1の
手段と、該第1の手段の出力信号を隣接する水平走査期
間で加算する第2の手段と、該第1の手段の入力信号で
垂直解像度補正信号を生成し該垂直解像度補正信号によ
って該第2の手段の処理に伴なう該第2の手段の出力信
号の垂直解像度の劣化を補正する第3の手段とを設け
る。
御してモアレの抑圧処理を施した後、上下隣合う水平走
査期間で加算処理を行なうことにより、モアレ抑圧処理
に際して生ずる水平走査期間毎の輝度レベル差(ライン
ペア)が抑圧される。また、かかる水平走査期間での加
算処理によって垂直解像度の劣化が生ずるが、モアレの
抑圧処理前の信号を用いてこれを補正するので、この垂
直解像度の劣化がなくなる。従って、モアレの抑圧処理
を施しても、再生画像の画質が劣化することはない。
る。図1は本発明による固体撮像装置の一実施例を示す
ブロック図であって、1は固体撮像素子、2は駆動回
路、3は信号処理回路、4は可変利得回路、5はノイズ
リデューサ回路、6は垂直解像度補正回路、7は加算回
路、8は輝度信号処理回路、9は色信号生成回路、10
はエンコード回路である。
数の異なる色分解フィルタがモザイク状に設けられて駆
動回路2により駆動される固体撮像素子1の出力信号
は、nライン(水平走査期間)では、色分解フィルタ
G、Cyによる信号((G+Cy)信号)と色分解フィ
ルタMg、Yeによる信号((Mg+Ye)信号)との
点順次信号であり、次の(n+1)ラインでは、(Mg
+Cy)信号と(G+Ye)信号との点順次信号であ
る。
適宜処理が施された後、色信号生成回路9、可変利得回
路4及び垂直解像度補正回路6に供給される。色信号生
成回路9では、信号処理回路3の出力信号Y1、Y2を
固体撮像素子1に設けられた色分解フィルタG、Cy、
Mg、Ye毎の色信号に分離し、得られた各色信号を演
算して2つ色差信号(R−Y、B−Y)を生成する。こ
れら色差信号(R−Y、B−Y)はエンコード回路10
に供給される。
信号Y1、Y2を色分解フィルタによる(G+Cy)、
(Mg+Ye)、(Mg+Cy)、(G+Ye)毎に利
得制御し、これによって、先の特開平2ー170692
号公報に開示されるように、信号Y1、Y2に対してモ
アレの抑圧処理を施す。この可変利得回路4の各出力信
号はノイズリデューサ回路5に供給され、ここで、モア
レ抑圧された2つの信号Y1、Y2が加算される。ここ
で、これら信号Y1、Y2は隣合う2つの信号であり、
これらが加算されることにより、ノイズが抑圧された輝
度信号が得られる。
ズ低減処理がなされると、輝度信号の垂直解像度が劣化
する。そこで、垂直解像度補正回路6は、信号処理回路
3の出力信号Y1、Y2から垂直解像度補正信号を生成
し、この垂直解像度補正信号が、加算回路7で、ノイズ
リデューサ回路5から出力される輝度信号に加算される
ことにより、垂直解像度が補正された輝度信号が得られ
る。この輝度信号は、輝度信号処理回路8でガンマ処理
等の適宜処理が施された後、エンコード回路10に供給
される。エンコード回路10では、この輝度信号Yと色
信号生成回路9からの色差信号(R−Y、B−Y)とか
らカラー映像信号が生成される。
路4で固体撮像素子1から出力される信号の色分解フィ
ルタ毎の色信号が利得制御されるので、輝度信号に発生
するモアレを抑圧することができ、また、ノイズリデュ
ーサ回路5で上下隣合う複数の水平走査期間での加算処
理が施されるので、上記モアレ抑圧処理に伴なう水平走
査期間毎の輝度レベル変化(ラインペア)を抑圧するこ
とができる。しかも、垂直解像度補正回路6で信号処理
回路3からの上下隣合う水平走査期間の信号Y1、Y2
から垂直解像度補正信号を生成し、これをノイズリデュ
ーサ回路5から出力される輝度信号に加算するものであ
るから、ノイズリデューサ回路5でなされる上記水平走
査期間での加算処理による垂直解像度劣化も補正するこ
とができる。従って、有彩色の被写体におけるラインペ
アや垂直解像度劣化を生じることがなく、輝度信号に発
生するモアレを抑圧することができる。
施例を示すブロック図であって、11はアンプ、12は
A/D変換回路、13、14は1H遅延回路(但し、1
Hは1水平走査期間)、15、16は係数回路、17は
加算回路、18、19は乗算回路、20は加算回路、2
1は減算回路、22はLPF(ローパスフィルタ)、2
3、24はコア回路、25〜27は係数回路、28は振
分回路、29はマトリックス回路、30は色信号処理回
路、31は水平アパーチャ補正回路、32は遅延回路で
あり、図1に対応する部分には同一符号をつけている。
れる上記の点順次信号は信号処理回路3に供給される。
この信号処理回路3では、この供給される固体撮像素子
1の出力信号が、アンプ11で増幅された後、A/D変
換回路12でデジタル信号Sn−1に変換される。この
デジタル信号Sn−1は、係数回路15に供給されて1
/2に減衰されるとともに、1H遅延回路13、14で
1Hずつ計2H遅延され、この1H遅延回路14の出力
信号Sn+1が係数回路16に供給されて1/2に減衰
される。これら係数回路15、16の出力信号は加算回
路17で加算され、第1の輝度信号Y1が得られる。ま
た、1H遅延回路13の出力信号Snは第2の輝度信号
Y2である。従って、この輝度信号Y1は2水平走査期
間分離れた2つの水平走査期間の信号の平均信号であ
り、輝度信号Y2は輝度信号Y1の隣りの水平走査期間
の信号である。
号生成回路9、可変利得回路4及び垂直解像度補正回路
6に供給される。
ックス回路29と色信号処理回路30とで構成されてお
り、信号処理回路3からの輝度信号Y1、Y2は振分回
路28に供給されて、固体撮像素子1に設けられた色分
解フィルタG、Cy、Mg、Ye毎の色信号に振り分け
られ、夫々マトリックス回路29に供給される。マトリ
ックス回路29では、これら色信号が演算処理されて原
色信号R、G、Bが生成される。これら原色信号R、
G、Bは色信号処理回路30に供給されて、ホワイトバ
ランス等の適宜処理が施された後、2つの色差信号(R
−Y、B−Y)が生成される。これら色差信号(R−
Y、B−Y)がエンコード回路10に供給される。
9で構成されており、信号処理回路3からの輝度信号Y
1は乗算回路18に供給されて係数k1が乗じられ、ま
た、信号処理回路3からの輝度信号Y2は乗算回路19
に供給されて係数k2が乗じられる。係数k1は輝度信
号Y1における(G+Cy)、(Mg+Ye)信号毎に
異なり、また、係数k2は輝度信号Y2における(Mg
+Cy)、(G+Ye)信号毎に異なる。これにより、
これら(G+Cy)、(Mg+Ye)、(Mg+C
y)、(G+Ye)信号に上記のような利得制御が施さ
れて、輝度信号Y1、Y2に対してモアレの抑圧処理が
なされる。乗算回路18、19の出力信号は隣合う水平
走査期間の輝度信号であって、ノイズリデューサ回路5
を構成する加算回路19で加算され、これによってノイ
ズが低減されるが、同時に、ラインペアも除かれる。
度信号は、遅延回路32で遅延された後、加算回路7に
供給されるとともに、水平アパーチャ補正回路31に供
給されて水平方向の輪郭補正信号が生成される。この水
平方向の輪郭補正信号は加算回路7で遅延回路32から
の輝度信号に加算される。これにより、水平解像度が補
償される。
回路31、垂直解像度補正回路6に対する遅延時間合わ
せのためのものである。
PF22、コア回路23、24、係数回路25〜27か
ら構成されている。信号処理回路3からの輝度信号Y2
から減算回路21で輝度信号Y1が減算され、輝度信号
Y2、Y1の差の高域成分が抽出されて垂直解像度補正
信号が生成される。この垂直解像度補正信号は、LPF
22で不要な高周波成分が除去された後、係数回路25
に供給されて係数k3が乘じられる。また、この垂直解
像度補正信号は、コア回路23、24に供給されてー定
レベル以下の信号成分が除去された後、夫々係数回路2
6、27で係数k4、k5が乘じられる。これら係数回
路25〜27から出力される垂直解像度補正信号は加算
回路7に供給され、遅延回路32からの輝度信号に加算
される。加算回路7の出力信号は輝度信号処理回路8に
供給され、ガンマ処理等の補正処理がなされてエンコー
ド回路10に供給される。
8、19で固体撮像素子1に設けられた色分解フィルタ
毎の色信号に利得を制御することにより、輝度信号に発
生するモアレが抑圧され、加算回路20で上下隣合う複
数の水平走査期間での加算処理がなされるので、上記の
モアレ抑圧に伴なうラインペアが抑圧される。また、色
分解フィルタ毎の信号利得制御を施す前の原信号と該原
信号を2水平走査期間遅延した信号の和信号Y1と該原
信号を1水平走査期間遅延した信号Y2とから、減算回
路21で垂直解像度補正信号を生成し、水平走査期間で
の加算処理による垂直解像度劣化を補正するように動作
するので、垂直解像度劣化や有彩色の被写体におけるラ
インペアを生じることがなく、固体撮像装置の輝度信号
に発生するモアレを抑圧することができる。
を高めるために、乗算回路18、19の乗数k1、k2
を、水平走査線毎に、また、光源の色温度や被写体の色
に応じて、外部から自由に設定できるようにすることも
できる。
出力信号をLPF22に通すことにより、垂直解像度補
正信号の周波数成分に応じて垂直解像度の補正量を変え
ることができ、また、LPF22の出力信号と該出力信
号からコア回路23、24で一定レベル以下の信号成分
を除去した信号とで垂直解像度補正信号を形成し、垂直
解像度補正信号のレベルに応じて垂直解像度の補正量を
変えるものであるから、垂直解像度補正信号中の雑音や
モアレが除去され、加算回路7での加算処理による垂直
解像度の改善とともに、固体撮像素子1の垂直アパーチ
ャ補正も同時に施される。
施例を示すブロック図であって、33はマトリックス係
数制御回路、34は色温度検出回路であり、図1に対応
する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略す
る。
の信号利得、即ち、各画素のマトリックス係数(図3に
おける係数k1、k2に相当する)は色温度に対して一
定であったが、この実施例では、かかる係数を色温度変
化に応じて最適化できるようにしたものである。
信号生成回路9中で生成されるホワイトバランス調整前
の原色信号R,Bからその比率を求めることにより、色
温度を検出する。マトリックス係数制御回路33は、色
温度検出回路34で検出された色温度に応じた最適なマ
トリックス係数を決定し、これを可変利得回路4に供給
する。
なわれる。n番目の水平走査期間と(n+1)番目の水
平走査期間の輝度信号Yn,Y(n+1)は次の式で表
わすことができる。
g+Cy、G+Ye、G+Cy、Mg+Yeの各信号を
表わし、Kwb、Kgr、Kgb、Kwrは夫々の信号
のマトリックス係数を表わす。或る色温度Tにおける無
彩色の被写体に対して、色信号Wb、Gr、Gb、Wr
の信号量をWb0、Gr0、Gb0、Wr0としたとき
に、 Kwb:Kgr:Kgb:Kwr =1/Wb0:1/Gr0:1/Gb0:1/Wr0 (3) の関係をほぼ満たすように、これらマトリックス係数を
設定すれば、例えば先に挙げた特開平2ー170692
号公報に述べられているように、モアレを抑圧できる。
に応じて変化するので、最適なマトリックス係数は色温
度Tと共に変化する。そこで、この実施例では、各色温
度T毎の最適なマトリックス係数の組をマトリックス係
数制御回路33に保持しておき、色温度検出回路34に
よる色温度の検出結果に応じて、最適なマトリックス係
数Kwb、Kgr、Kgb、Kwrの組を選択して可変
利得回路4に与える。可変利得回路4では、信号Wb、
Gr或いは信号Gb、Wrからなる2系統の点順次信号
に対し、マトリックス係数制御回路33から供給された
マトリックス係数を乗ずることにより、上記(1)、
(2)式の演算が行なわれる。
温度が変化しても、それに応じてマトリックス係数を最
適化できるので、常に、モアレの少ない高画質の再生画
像を得ることができる。
他の実施例を示すブロック図であって、図4に対応する
部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。こ
の実施例は、図示するように、図4に示した実施例から
ノイズリデュ−サ回路5を取り除いた構成となってい
る。
の信号処理回路3と同様に、2つの輝度信号Y1、Y2
を出力する。そして、可変利得回路4には、輝度信号Y
2のみが供給され、色信号生成回路9によってマトリッ
クス係数が制御される。
利得回路4との具体構成を示したものであり、信号処理
回路3は図3での信号処理回路3と同じ構成をなしてお
り、可変利得回路4はマトリックス係数制御回路35と
乗算回路36とから構成されている。信号処理回路3の
1H遅延回路13から出力される輝度信号Y2が可変利
得回路4の乗算回路36に供給され、マトリックス係数
制御回路35からのマトリックス係数が乗ぜられる。
は発生せず、原色の被写体のときのみ発生して顕著に現
われる。この実施例では、このラインペアが顕著に現わ
れる一定の飽和度を越えた部分については、可変利得回
路4を、各マトリックス係数がKwb=Kgr=Kgb
=Kwr=1となる1対1マトリックスとしてラインペ
アを除くようにし、むしろモアレが顕著都なるその他の
部分については、マトリックス係数が上記(3)式に従
うようにしてモアレを抑圧する。即ち、マトリックス係
数制御回路35により、色信号生成回路9(図5)で生
成された一方の色差信号(例えば、色差信号R−Y)の
大きさに応じて、飽和度の高いときには1となり、その
他のときには、上記(3)式に従うように、マトリック
ス係数が形成される。
高いときには、可変利得回路4を1対1マトリックスに
することにより、ラインペアを防止することができ、簡
単な回路構成でラインペアを防止することができる。
他の実施例を示すブロック図であって、図5に対応する
部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。図
5に示した実施例では、可変利得回路4は信号処理回路
3の出力信号Y2を処理するものであったが、この実施
例は、図7に示すように、信号処理回路3での処理途中
の信号を可変利得回路4で処理し、その出力信号を再度
信号処理回路3に戻すようにしたものである。
的に説明する。なお、図8において、図6に対応する部
分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
信号は、一旦可変利得回路4に供給され、乗算回路36
でマトリックス係数制御回路35からのマトリックス係
数が乗ぜられ、しかる後、再度信号処理回路3に供給さ
れて残りの処理が施される。マトリックス係数制御回路
35の動作は、図6でのマトリックス係数制御回路35
の動作と同様であり、この実施例も図5に示した実施例
と同様の効果が得られ、しかも、信号処理回路3での1
H遅延処理前の信号にマトリックス係数を最適化してモ
アレを抑圧しているので、垂直解像度補正回路6で生成
される輝度信号の垂直方向の高域成分でのモアレもある
程度の抑圧が可能となる。
他の実施例を示すブロック図であって、37はマトリッ
クス係数生成回路であり、図5に対応する部分には同一
符号をつけて重複する説明を省略する。
の各部について、リアルタイムで補正するものであり、
図9に示すように、マトリックス係数生成回路37を設
け、、これでもって色信号生成回路9の信号からマトリ
ックス係数を生成し、信号処理回路3からの輝度信号Y
1、Y2によってこのマトリックス係数を補正するもの
である。
回路37の1具体例を説明する。但し、38〜43はL
PF、44はマルチプレクサ、45は加算回路、46は
割算回路である。
信号処理回路3(図9)からの輝度信号Y1、Y2は夫
々LPF42、43に供給され、低周波成分が抽出され
て加算回路45で加算される。この加算回路45の出力
信号はライン間の輝度信号の平均の低域成分である。ま
た、図9における色信号生成回路9は図3に示した色信
号処理回路9と同様の構成をなしており、その振分回路
28(図3)から得られる色分解フィルタ毎の信号が夫
々LPF38〜41に供給されてそれらの低周波成分が
抽出され、マルチプレクサ44によって再び点順次信号
に戻される。この点順次信号は、各画素信号の平均値信
号である。
均値は、割算回路46により、マルチプレクサ44から
出力される各画素信号の平均値で割算され、この割算回
路46の出力が求めるマトリックス係数となる。かかる
マトリックス係数は、画面の画素単位で上記の(3)式
の関係を満足する。
被写体だけでなく、色飽和度の高い被写体でもモアレを
抑圧できるし、また、ラインペアも発生しないので、理
想的な画質を実現できる。
撮像素子から出力される信号の各色分解フィルタ毎の利
得制御によるモアレの抑圧に伴なって生ずるラインペア
も除くことができ、良好な画質の再生画像を得ることが
できる。
ロック図である。
フィルタの一具体例を示す図である。
ブロック図である。
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
例を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
例を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 分光感度の異なる複数の種類の色分解フ
ィルタを備え、N行目とN+1行目との隣り合う水平走
査期間の間で、該色分解フィルタの種類が異なることに
より、異なる色信号成分からなる信号を出力する撮像部
と、 該撮像部から出力される信号の利得を、該信号の色信号
成分毎に、該色信号成分に対応する該色分解フィルタの
種類に応じて制御する利得制御手段と、 該利得制御手段によって利得制御された隣り合う水平走
査期間の信号を加算処理する加算手段と、該利得制御手段の入力信号から垂直解像度補正信号を生
成し、該垂直解像度補正信号により、該加算手段によっ
て生ずる該加算手段の出力信号の垂直解像度の劣化を補
正する垂直解像度補正手段と を有することを特徴とする
固体撮像装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記加算手段で加算される前記隣り合う水平走査期間の
信号の一方が、前記撮像部から出力される信号とこの信
号を2水平走査期間遅延した信号との和信号であり、他
方が、前記撮像部から出力される信号を1水平走査期間
遅延した信号であることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項3】 請求項1において、 前記垂直解像度補正手段は、前記垂直解像度補正信号の
周波数成分に応じて、前記加算手段の出力信号の垂直解
像度の補正量を可変とすることを特徴とする固体撮像装
置。 - 【請求項4】 請求項1,2または3において、 前記利得制御手段は、水平走査期間毎に、また、光源の
色温度や被写体の色に応じて、前記利得を可変とするこ
とを特徴とする固体撮像装置。
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