JP3515585B2 - 2板式撮像装置 - Google Patents

2板式撮像装置

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JP3515585B2 JP26281092A JP26281092A JP3515585B2 JP 3515585 B2 JP3515585 B2 JP 3515585B2 JP 26281092 A JP26281092 A JP 26281092A JP 26281092 A JP26281092 A JP 26281092A JP 3515585 B2 JP3515585 B2 JP 3515585B2
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晴美 青木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2板式撮像装置に関
し、特に画像の色の解像度の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】人間の目では、色に対する感度は輝度に
対するものよりも低い。このためNTSC(National T
elevision System Committee)方式等の規格では、色解
像度は輝度解像度よりも低く定められており、従来の2
板式撮像装置では、G,R/B方式が主に用いられてい
る。すなわちこの撮像装置では、例えば図12に示され
るように、全画素において緑色(グリーン)の光を透過
させるフィルタF1が一方のCCD(固体撮像素子)上
に、また赤(レッド)の光を透過させる画素と青(ブル
ー)の光を透過させる画素とが交互に配設されたフィル
タF2が他のCCD上に設けられている。これらのCC
Dの出力信号は、映像処理回路において、対応する画素
同士に関して重ね合わされる。すなわち輝度は1ドット
の信号によって表されるが、色は2ドットの信号(赤色
に対応するR信号を含む画素信号と青色に対応するB信
号を含む画素信号)によって表される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように従来装置で
は、色信号が2画素の情報から生成されるように構成さ
れており、輝度信号に比較して色信号の情報量が充分で
はないため、良い画質が得られない。このように色解像
度が低い画像信号をコンピュータに入力して画素単位で
画像処理を行う場合には、その画質の劣化が目立つこと
が多い。これに対処するため、CCDを3個設けるとと
もに、各CCDにそれぞれ赤色、緑色および青色を透過
させるフィルタを設けた、いわゆる3板式撮像装置を採
用してRGB信号を得ることも可能であるが、このよう
な構成は、装置の規模が大きくなり、回路構成が複雑に
なるという問題を生じる。
【0004】本発明は、回路構成を複雑にすることなく
色解像度を高め、コンピュータ等で画像処理を行っても
画質が低下することのない画像信号を生成することがで
きる2板式撮像装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
2板式撮像装置は、水平方向および垂直方向にそれぞれ
2画素ずつ並べて成る計4画素を単位にフィルタ配列が
繰り返され、4画素のうち、一方の対角線上の2画素が
ともにグリーン(G)フィルタであるとともに、他方の
対角線上の2画素がそれぞれシアン(Cy)フィルタ及
びイエロー(Ye)フィルタである第1の補色カラーフ
ィルタを備える第1のイメージセンサと、第1の補色カ
ラーフィルタと同一のフィルタ配列を有する第2の補色
カラーフィルタを備え、第1のイメージセンサにおいて
撮像される光学像と同一の光学像を撮像する第2のイメ
ージセンサと、第1のイメージセンサの隣接する2画素
で検出される信号と、2画素の光学像に対して光学的に
同じ位置にある第2のイメージセンサの隣接する2画素
で検出される信号とに基づいて、R信号、G信号および
B信号を抽出するRGB信号抽出手段とを備え、第2の
補色カラーフィルタのフィルタ配列が、光学像に対する
第1の補色カラーフィルタのフィルタ配列に対して、水
平または垂直方向に1画素ピッチ分ずれており、第1の
イメージセンサの隣接する2画素と2画素の光学像に対
して光学的に同じ位置にある第2のイメージセンサの隣
接する2画素を含む4画素からは、2画素分のG信号と
1画素分のCy信号と1画素分のYe信号が得られ、R
GB信号抽出手段において、B信号がG信号とCy信号
から抽出され、R信号がG信号とYe信号から抽出され
ことを特徴としている。また、本発明の請求項3に係
る2板式撮像装置は、第1および第2の方向に2画素ず
つ並べた計4画素から成る第1および第2の配列ユニッ
トを有し、第1の方向には第1および第2の配列ユニッ
トが交互に繰り返し配列され、第2の方向には第1また
は第2の配列ユニットの一方のみが繰り返し配列されて
構成される第1の補色カラーフィルタを備える第1のイ
メージセンサと、第1の補色カラーフィルタと同一のフ
ィルタ配列を有する第2の補色カラーフィルタを備え、
第1のイメージセンサにおいて撮像される光学像と同一
の光学像を撮像する第2のイメージセンサと、第1のイ
メージセンサの隣接する2画素で検出される信号と、2
画素の光学像に対して光学的に同じ位置にある第2のイ
メージセンサの隣接す る2画素で検出される信号とに基
づいて、R信号、G信号およびB信号を抽出するRGB
信号抽出手段とを備え、4画素がグリーン(G)フィル
タとマゼンタ(Mg)フィルタ、イエロー(Ye)フィ
ルタ、シアン(Cy)フィルタから成り、グリーンフィ
ルタとマゼンタフィルタとが第1または第2の方向に隣
接し、第1の配列ユニットにおけるグリーンフィルタと
マゼンタフィルタとの配列に対して、第2の配列ユニッ
トにおけるグリーンフィルタとマゼンタフィルタの配列
が逆であるとともに、第2の補色カラーフィルタのフィ
ルタ配列が、光学像に対する第1の補色カラーフィルタ
のフィルタ配列に対して、第1または第2の方向に1画
素ピッチ分ずれており、第1のイメージセンサの隣接す
る2画素と2画素の光学像に対して光学的に同じ位置に
ある第2のイメージセンサの隣接する2画素を含む4画
素からは、Mg信号、G信号、Ye信号、Cy信号が各
々1画素分得られ、RGB信号抽出手段において、R信
号、G信号、B信号がMg信号、G信号、Ye信号、C
y信号に基づいて抽出されることを特徴としている。
【0006】
【実施例】以下図示実施例により本発明を説明する。図
1は本発明の一実施例であるスチルビデオカメラのブロ
ック図である。
【0007】システムコントロール回路10はマイクロ
コンピュータであり、本スチルビデオカメラの全体の制
御を行う。
【0008】撮像光学系11はレンズ12と絞り13を
備える。レンズ12は、ズーミング動作時、ズーム駆動
回路14によって駆動され、合焦動作時、フォーカス駆
動回路15によって駆動される。絞り13は、露出制御
時、アイリス駆動回路16によって開度を調整される。
ズーム駆動回路14、フォーカス駆動回路15およびア
イリス駆動回路16はシステムコントロール回路10に
よって制御される。
【0009】撮像光学系11を通った光線は、プリズム
21を通って第1および第2のCCD(イメージセン
サ)22、23に導かれ、これらのCCD22、23上
では同じ被写体像が結像される。またこの光線は、プリ
ズム21およびミラー24、29を介してファインダ光
学系25に導かれる。第1および第2のCCD22、2
3には、それぞれフィルタ51、52が設けられる。こ
れらのCCD22、23はCCDドライバ26によって
駆動され、これにより、CCD22、23上に結像され
た被写体像に対応した画像信号が、相関二重サンプリン
グ(CDS)回路31、32に供給される。CCDドラ
イバ26は、システムコントロール回路10によって制
御される同期信号発生回路27から出力されるパルス信
号により作動する。
【0010】CDS回路31、32に入力された画像信
号は、リセット雑音を除去された後、プリプロセス回路
33、34においてガンマ補正等の所定の処理を施され
る。そしてこの画像信号は、A/D変換器35、36に
おいてデジタル信号に変換され、画像メモリ41〜44
に格納される。画像信号が格納される画像メモリ41〜
44のアドレスは、システムコントロール回路10によ
りアドレス制御回路45を介して制御される。
【0011】映像処理回路46は、画像メモリ41〜4
4に格納された画像信号に対して、後述する処理を施
し、これにより、輝度信号とともに、R信号、G信号お
よびB信号が出力される。これらの信号はインターフェ
イス回路を介してコンピュータあるいはディスプレイ装
置に出力される。
【0012】システムコントロール回路10に接続され
たマニュアルスイッチ47は、本スチルビデオカメラを
操作するため、また表示素子48は、マニュアルスイッ
チ47による操作の内容等を表示するために、それぞれ
設けられる。
【0013】プリズム21は第1および第2の光分離面
21a、21bを有しており、これらの光分離面21
a、21bの作用により、第1および第2のCCD2
2、23とファインダ光学系25に導かれる光量が例え
ば4:4:2の比に分離され、各CCD22、23に同
じ強度の光が導かれる。すなわち、撮像光学系11から
プリズム21に入射した光線の一部は、第1の光分離面
21aで反射されて第2のCCD23に導かれ、他の光
線は、第1の光分離面21aを透過して第2の光分離面
21bに導かれる。第2の光分離面21bにおいて、一
部の光線は反射して第1のCCD22に導かれ、他の光
線、すなわち第1および第2の光分離面21a、21b
を透過した光線は、プリズム21の外部に出射される。
この光線は、ミラー24、29で反射されてファインダ
光学系25に導かれる。なお、ミラー24、29はファ
インダ光学系25の光軸を撮影光学系11の光軸からず
らすための部材であり、省略することもできる。
【0014】第1および第2のCCD22、23に導か
れる光量は必ずしも同じである必要はなく、これらの光
量が異なる場合には、CCD22、23の出力のゲイン
調整により、これらの出力信号の大きさを同じにすれば
よい。
【0015】図2は、第1および第2のCCD22、2
3の受光面上に設けられたカラーフィルタ51、52の
配列を示すものである。これらのカラーフィルタ51、
52は、補色市松カラーフィルタであり、同じ構成を有
している。これらのカラーフィルタ51、52では、マ
ゼンタ(Mg)、イエロー(Ye)、シアン(Ce)お
よびグリーン(G)を透過させる各フィルタ要素が交互
に配設されている。すなわち、水平方向および垂直方向
にそれぞれ2画素ずつ並べて成る計4画素には、グリー
ン(G)の他に、補色の異なる分光特性を有するマゼン
タ(Mg)、イエロー(Ye)およびシアン(Ce)の
3画素が設けられている。
【0016】第2のカラーフィルタ52のCCD23に
対する位置関係を、第1のカラーフィルタ51のCCD
22に対する位置関係と比較すると、第2のカラーフィ
ルタ52は、CCD23に対し1画素分だけ水平方向
(図2では左方向)にずらして設けられている。例えば
画面の左上隅の画素Pに注目すると、第1のカラーフィ
ルタ51ではマゼンタであるが、第2のカラーフィルタ
52ではグリーンである。
【0017】このようにCCD22、23の画素分光特
性は、それぞれ規則的に変化しており、補色色差線順次
式である。また、第1のCCD22の画素分光特性に対
して、第2のCCD23の画素分光特性は1画素分だけ
水平方向にずれている。
【0018】第1のCCD22の出力信号と第2のCC
D23の出力信号は、デジタル信号として画像メモリ4
1〜44に一旦格納されるが、これらのメモリから読み
出され、映像信号処理回路46において処理される。す
なわち、対応する画素同士が相互に重ね合わせられると
ともに、この重ね合わされた信号から各画素に対応する
R信号、G信号およびB信号が抽出されて映像信号が得
られる。
【0019】図3はこの重ね合わせの状態を示してい
る。この図から理解されるように、第1のCCD22の
フィルタ51のマゼンタ(Mg)と第2のCCD23の
フィルタ52のグリーン(G)が、フィルタ51のグリ
ーン(G)とフィルタ52のマゼンタ(Mg)が、フィ
ルタ51のイエロー(Ye)とフィルタ52のシアン
(Cy)が、フィルタ51のシアン(Cy)とフィルタ
52のイエロー(Ye)が、それぞれ同じ画素に対応し
ている。なお図3において、Pxは水平方向の各画素の
間隔(1ピッチ)、Pyは垂直方向の各画素の間隔(1
ピッチ)をそれぞれ示す。
【0020】まずR信号の抽出について説明する。マゼ
ンタ(Mg)に含まれるR信号をRMg、B信号をBMg
イエロー(Ye)に含まれるR信号をRYe、G信号をG
Ye、シアン(Cy)に含まれるG信号をGCy、B信号を
Cyとすると、 Mg= RMg+BMg、Ye= RYe+GYe、Cy= GCy+B
Cy と表すことができる。
【0021】R信号は、垂直方向に並ぶマゼンタ(M
g)とイエロー(Ye)、およびこれらに重ね合わされ
たグリーン(G)とシアン(Cy)の4画素(図3にお
いて斜線を付された画素)から、次の式により得られ
る。 RS =(Mg+Ye)−α(G+Cy) =RMg+BMg+RYe+GYe−αG−αGCy−αBCy =RMg+RYe+GYe−α(G+GCy)+BMg−αBCy =RMg+RYe (1) ただし、この(1)式が成立するためには、 α=GYe/(G+GCy)=BMg/BCy が成立することが条件である。
【0022】B信号についても同様に、次の式により得
られる。 BS =(Mg+Cy)−β(G+Ye) =RMg+BMg+GCy+BCy−βG−βRYe−βGYe =BMg+BCy+GCy−β(G+GYe)+RMg−βRYe =BMg+BCy (2) ただし、この(2)式が成立するためには、 β=GCy/(G+GYe)=RMg/RYe が成立することが条件である。
【0023】G信号については、輝度信号(Y)と、
(1)式、(2)式により求められたRS 、BS とから
得られる。すなわち、 GS =Y−RS −BS =(Mg+Cy+G+Ye)−RS −BS =G+GYe+GCy (3)
【0024】次に、このようにして得られたRGB信号
および輝度信号Yのスペクトルを考える。
【0025】まず輝度信号Yのスペクトルを説明する。
基本サンプリング列を、 SO (x,y) =Σm Σn δ(x− 2mPx, y− 4nPy) とおく(ただし、δはデルタ関数、xは水平方向の座
標、yは垂直方向の座標、m、nは整数)。そして、M
g、G、Ye、Cyの画素に対する光学像分布を第1の
CCD22に対して、それぞれIA1Mg(x,y) 、IA1G(x,
y) 、IA1Ye(x,y)、IA1Cy(x,y)と表し、また第2のC
CD23に対して、それぞれIA2Mg(x,y)、IA2G(x,
y)、IA2Ye(x,y)、IA2Cy(x,y)と表し、図4において相
互に線Lで結ばれている4画素の組合せに対するスペク
トルを求める。
【0026】ここで、第1および第2のCCD22、2
3の各画素の出力が等しいと仮定して、 IAMg(x,y) =IA1Mg(x,y) =IA2Mg (x,y) IAG (x,y) =IA1G (x,y) =IA2G (x,y) IAYe (x,y) =IA1Ye (x,y)=IA2Ye (x,y) IACy (x,y) =IA1Cy (x,y)=IA2Cy (x,y) とおく。そして、第1および第2フィールドの輝度信号
成分のスペクトルを、 IY1(u,v)=IAMg(u,v)exp(-jPy v)+IAG(u,v)exp(-jPy v) +IAYe(u,v)+IACy(u,v) IY2(u,v)=IAMg (u,v) +IAG(u,v) +IAYe(u,v)exp(-jPyv) +IACy(u,v)exp(-jPyv) とおくと(ただし、uは水平方向の角空間周波数、vは
垂直方向の角空間周波数、jは虚数)、第1および第2
フィールドの輝度信号スペクトルは、 Y1(u,v)=IY1(u,v)*{SO (u,v)(1+exp( -jPxu))(1+exp(-j2Py v)) } =IY1(u,v)*{SO(u,v)4exp( -jPxu/2)exp( -jPyv) ・cos( Pxu/2) cos(Pyv)} (4) Y2(u,v)=IY2(u,v)*{SO (u,v)exp(-jPyv) (1+exp( -jPxu)) ・(1+exp(-j2Pyv))} =IY2(u,v)*{SO(u,v)4exp( -jPxu/2)exp(-j2Pyv) ・cos( Px u/2) cos(Pyv)} (5) となる。ここでSO (u,v) は基本サンプリング列S
O (x,y) のスペクトルで、 SO (u,v) =( 1/8Px Py ) Σm Σn δ(u − 2πm/2px,v− 2πn/4Py) である。また * 記号はコンボルーション積分を表す。
【0027】(4)式および(5)式から、輝度信号ス
ペクトルは、1/2Px、1/4Py、3/4Pyの成
分が消滅し、また0、1/Px、1/Pyの所で(IY1
(u,v)+IY2(u,v))スペクトルがコンボルートされ
(コンボルーション積分)、1/2Pyの所で(I
Y1(u,v)−IY2(u,v))スペクトルがコンボルートされ
ることが分かる。したがって、この輝度信号スペクトル
は図5に示されるようなものとなる。なお図5におい
て、横軸は水平方向における空間周波数、縦軸は垂直方
向における空間周波数である。
【0028】この図に示されるように、水平方向に関し
ては、1/Pxの所において(IY1(u,v)+IY2(u,
v))の信号の側帯波成分が現れ、垂直方向に関して
は、1/2Pyの所において(IY1(u,v)−IY2(u,
v))の信号の側帯波成分が現れる。なお、この1/2
Pyの所の側帯波成分の振幅は小さく、像の分布I
A (x,y) がフラット(一様)等のようにv=2πm/P
y(mは整数)の周波数の場合や、Mg+GとYe+C
yの値が等しい場合には、IY1=IY2となるので、この
側帯波成分は消滅する。
【0029】R信号のスペクトルも、輝度信号の場合と
同様にして求められる。すなわち、第1および第2のC
CD22、23の各画素の出力が等しいと仮定し、第1
および第2フィールドのR信号成分のスペクトルを、 IR1(u,v)=IAMg (u,v)exp(-jPy v)−αIAG(u,v) exp( -jPy v) +IAYe (u,v)−αIACy (u,v) IR2(u,v) =IAMg (u,v)−αIAG(u,v) +IAYe (u,v)exp(-jPy v) −αIACy(u,v)exp(-jPy v) とおくと、第1および第2フィールドのR信号のスペク
トルは、 R1(u,v)=IR1(u,v)*{SO (u,v)(1+exp( -jPxu))(1+exp(-j2Pyv)) } =IR1(u,v)*{SO (u,v)4exp( -jPxu/2)exp(-jPyv) ・cos( Pxu/2)cos(Pyv)} (6) R2(u,v)=IR2(u,v)*{SO (u,v)exp(-jPyv)(1+exp( -jPxu)) ・ (1+exp(-j2Pyv))} =IR2(u,v)*{SO (u,v)4exp( -jPxu/2)exp(-j2Pyv) ・cos( Pxu/2)cos( Pyv)} (7) となる。
【0030】(6)式および(7)式から理解されるよ
うに、R信号のスペクトルは輝度信号と同じ所に現れる
(図6(a))。また像の分布IA (x,y) がフラット等
のようにv=2πm/Py(mは整数)の周波数の場合
や、Mg−αGとYe−αCyの値が等しい場合には、
R1=IR2となるので、輝度信号と同様に、インターレ
ースによって1/2Pyの成分も消滅する。
【0031】B信号のスペクトルも、輝度信号の場合と
同様にして求められる。すなわち、第1および第2のC
CD22、23の各画素の出力が等しいと仮定し、第1
および第2フィールドのB信号成分のスペクトルを、 IB1(u,v)=IAMg (u,v)exp(-jPyv)−βIAG(u,v)exp(-jPyv) −βIAYe(u,v)+IACy(u,v) IB2(u,v) =IAMg(u,v) −βIAG(u,v)−βIAYe(u,v)exp(-jPyv) +IACy (u,v)exp(-jPyv) とおくと、第1および第2フィールドのB信号のスペク
トルは、 B1(u,v)=IB1(u,v)*{SO (u,v)(1+exp( -jPxu))(1+exp(-j2Pyv)) } =IB1(u,v)*{SO (u,v) 4exp( -jPxu/2)exp( -jPyv) ・cos( Pxu/2)cos( Pyv)} (8) B2(u,v)=IB2(u,v)*{SO (u,v) exp( -jPyv )( 1+exp( -jPxu)) ・ (1+exp(-j2Pyv)) } =IB2(u,v)*{SO (u,v) 4exp( -jPxu/2)exp(-j2Pyv) ・cos( Pxu/2)cos( Pyv)} (9) となる。
【0032】(8)式および(9)式から理解されるよ
うに、B信号もR信号と同様に、輝度信号と同じ所にス
ペクトルが現れる(図6(b))。また像の分布I
A (x,y)がフラット等のようにv=2πm/Py(mは
整数)の周波数の場合や、Mg−βGと−βYe+Cy
の値が等しい場合には、IB1=IB2となるので、輝度信
号と同様に、インターレースによって1/2Pyの成分
も消滅する。
【0033】G信号のスペクトルも、上述したのと同様
にして求められる。すなわち、第1および第2のCCD
22、23の各画素の出力が等しいと仮定し、第1およ
び第2フィールドのB信号成分のスペクトルを、 IG1(u,v) =IY1(u,v) −IR1(u,v) −IB1(u,v) = -IAMg(u,v)exp(-jPyv)+(1−α−β)IAG(u,v)exp(-jPy v) +(2−β)IAYe(u,v)+(2−α)IACy(u,v) IG2(u,v) =IY2(u,v) −IR2(u,v) −IB2(u,v) = -IAMg (u,v) −(1−α−β)IAG(u,v) +(2−β)IAYe(u,v) ・exp( -jPyv)+(2−α)IACy (u,v)exp(-jPyv) とおくと、 G1(u,v)=IG1(u,v)*{SO (u,v)(1+exp( -jPx u))(1+exp(-j2Pyv))} =IG1(u,v)*{SO (u,v)4exp( -jPxu/2)exp( -jPyv) ・cos( Pxu/2)cos( Pyv)} (10) G2(u,v)=IG2(u,v)*{SO (u,v)exp(-jPyv )( 1+exp( -jPx u )) ・ (1+exp(-j2Pyv)) } =IG2(u,v)*{SO (u,v) 4exp( -jPxu/2)exp(-j2Pyv) ・cos( Pxu/2)cos( Pyv)} (11) となる。
【0034】(10)式および(11)式から理解され
るように、G信号もR信号およびB信号と同様に、輝度
信号と同じ所にスペクトルが現れる(図6(c))。ま
た像の分布IA (x,y) がフラット等のようにv=2πm
/Py(mは整数)の周波数の場合や、−Mg+(1−
α−β)Gと(2−α)Cyの値が等しい場合には、I
G1=IG2となるので、輝度信号と同様に、インターレー
スによって1/2Pyの成分も消滅する。
【0035】次に、図6(a)〜(c)に示される本実
施例による各色信号のスペクトルを、図12に示される
ようなG,R/B方式のフィルタを用いた場合のスペク
トルと比較する。
【0036】図7は、G,R/B方式のフィルタを用い
た場合のスペクトルを上述したのと同じ手法により解析
した結果を示す。この図に示されるように、R信号およ
びB信号では、側帯波成分が(1/2Px,1/4P
y)の所に現れている。このため、側帯波成分をカット
して色信号の基本波成分を得るために設けられるローパ
スフィルタのカットオフ周波数は、ナイキストの定理に
より、水平方向については1/4Px、垂直方向につい
ては1/8Pyまで制限される。
【0037】これに対し、本実施例のように補色市松カ
ラーフィルタを用いた構成によると、図6に示されるよ
うに、各色信号では、側帯波成分が(1/Px,0)と
(1/2Py,0)の所に現れている。したがって、色
信号の基本波成分を得るために設けられるローパスフィ
ルタのカットオフ周波数は、水平方向については1/2
Px、垂直方向については1/4Pyよりも低ければよ
い。すなわち本実施例によれば、ローパスフィルタのカ
ットオフ周波数を、図7の比較例に対して2倍だけ高く
することができ、これにより、CCD22、23による
再現可能な色信号のスペクトル範囲が従来よりも拡大さ
れ、解像度が向上している。
【0038】なおG信号に関し、本実施例では(0,1
/2Py)の所に側帯波成分が現れているのに対し、比
較例ではこの所に側帯波成分が現れていないが、この垂
直方向の側帯波成分は上述したようにインターレースに
よって消滅するため、実際にはあまり問題とならない。
【0039】図8は本実施例と比較例における再現可能
なスペクトル範囲を示している。色信号のスペクトル範
囲は、比較例では破線B1で示されるように1/4Px
までであるが、本実施例では破線B2で示されるように
1/2Pxまで拡大されている。なお、輝度信号のスペ
クトル範囲は、比較例、本実施例ともに、実線S1、S
2で示すように同じである。
【0040】次に図9を参照してRGB信号の実際の抽
出方法について説明する。この図の画素配置において、
第1および第2のCCD22、23をそれぞれパラメー
タA、Bで表し、水平方向をパラメータi、垂直方向を
パラメータjで表す。なおこの図において、重ね合わせ
て示された各画素のうち上方に位置するものが第1のC
CD22に対応し、下方に位置するものが第2のCCD
23に対応するものとする。各画素からの信号を、第1
のCCD22に関しては、 VA,i,j =Mg、VA,i+1,j =G VA,i,j+1=Ye、VA,i+1,j+1 =Cy VA,i,j+2 =G 、VA,i+1,j+2 =Mg VA,i,j+3 =Ye、VA,i+1,j+3 =Cy となるように配置し、第2のCCD23に関しては、 VB,i,j =G 、VB,i+1,j =Mg VB,i,j+1 =Cy、VB,i+1,j+1 =Ye VB,i,j+2 =Mg、VB,i+1,j+2 =G VB,i,j+3 =Cy、VB,i+1,j+3 =Ye となるように配置する。ここで、i=1,3,5,...;j=1,5,
9,... の値をとるものとする。
【0041】一回目の走査で第1フィールドの信号すな
わち、 VA,i,j =Mg、VA,i+1,j =G VA,i,j+2 =G 、VA,i+1,j+2 =Mg VB,i,j =G 、VB,i+1,j =Mg VB,i,j+2 =Mg、VB,i+1,j+2 =G が抽出され、二回目の走査で第2フィールドの信号すな
わち、 VA,i,j+1 =Ye、VA,i+1,j+1 =Cy VA,i,j+3 =Ye、VA,i+1,j+3 =Cy VB,i,j+1 =Cy、VB,i+1,j+1 =Ye VB,i,j+3 =Cy、VB,i+1,j+3 =Ye が抽出される。
【0042】以上の全画素信号が画像メモリ41〜44
に記憶される。これらの画素信号は、映像処理回路46
に読み出され、演算により奇フィールドの奇偶数走査線
のi番目の画素に対し、 Ri,k =(VA,i,j +VA,i,j+1 )−α(VB,i,j +VB,i,j+1 ) =(Mg+Ye )−α(G+Cy) (12) Ri,k+1 =(VB,i,j+2+VA,i,j+3 )−α(VA,i,j+2 + VB,i,j+3) =(Mg+Ye)−α(G+Cy) (13) Bi,k =(VA,i,j + VB,i,j+1 )−β(VB,i,j + VA,i,j+1) =(Mg+Cy)−β(G+Ye) (14) Bi,k+1 =(VB,i,j+2 +VB,i,j+3 )−β(VA,i,j+2 +VA,i,j+3) =(Mg+Cy)−β(G+Ye) (15) Gi,k = (VA,i,j +VA,i,j+1 +VB,i,j +VB,i,j+1)−pRk −qBk =(Mg+Ye+G+Cy)−pRk −qBk (16) Gi,k+1 =(VB,i,j+2 +VA,i,j+3 +VA,i,j+2 +VB,i,j+3 ) −pRk+1 −qBk+1 =(Mg+Ye+G+Cy)−pRk+1−qBk+1 (17) のRGB信号が得られる。
【0043】同様にして、奇フィールドの奇偶数走査線
のi+1番目の画素に対し、 Ri+1,k =(VB,i+1,j +VB,i+1,j+1 )−α(VA,i+1,j +VA,i+1,j+1) =(Mg+Ye)−α(G+Cy) (18) Ri+1,k+1 = (VA,i+1,j+2 +VB,i+1,j+3 ) −α(VB,i+1,j+2 +VA,i+1,j+3) =(Mg+Ye)−α(G+Cy) (19) Bi+1,k =(VB,i+1,j +VA,i+1,j+1 )−β(VA,i+1,j +VB,i+1,j+1) =(Mg+Cy)−β(G+Ye) (20) Bi+1,k+1 =(VA,i+1,j+2 +VA,i+1,j+3 ) −β(VB,i+1,j+2 +VB,i+1,j+3 ) =(Mg+Cy)−β(G+Ye) (21) Gi+1,k =(VB,i+1,j +VB,i+1,j+1 +VA,i+1,j +VA,i+1,j+1 ) −pRi+1,k −qBi+1,k =(Mg+Ye+G+Cy)−pRi+1,k −qBi+1,k (22) Gi+1,k+1 = (VA,i+1,j+2 +VB,i+1,j+3 +VB,i+1,j+2 +VA,i+1,j+3 ) −pRi+1,k+1 −qBi+1,k+1 =(Mg+Ye+G+Cy) − pRi+1,k+1 − qBi+1,k+1 (23) のRGB信号が得られる。ここで、p,q は(3)式を参
照すれば1であっても良いが、Y成分の値に応じ、適当
に調整できる方が好ましい。
【0044】α、β、p、qの定数は、システムコント
ロール回路10において実行されるソフトウェアのパラ
メータを調整することによって定められる。
【0045】偶フィールドについては、j+1番目とj
+2番目の画素を組み合わせることにより、上記(1
2)〜(23)式と同様な式によりRGB信号が得られ
る。なお、以上の式はガンマ補正を施していないリニア
な演算方法であり、ガンマ補正された信号が画像メモリ
41〜44に記憶されているのであれば、一旦リニアに
変換した後、それらの演算が行われ、その演算後、正規
のガンマ補正が行われる。
【0046】図10は、以上説明したRGB信号の抽出
を実施するための演算回路構成の一例を示し、この回路
は映像信号処理回路46の内部に設けられる。この図に
おいて、第1のCCD22からの出力信号はスイッチ5
1を介して画像メモリ41、42の一方に入力され、第
2のCCD23からの出力信号はスイッチ52を介して
画像メモリ43、44の一方に入力される。スイッチ5
1、52はシステムコントロール回路10の制御によっ
て切り換えられ、第1フィールドの画像信号が入力され
る時、一方の端子51a、52a側に、また第2フィー
ルドの画像信号が入力される時、他方の端子51b、5
2b側にそれぞれ接続される。すなわち画像メモリ4
1、43には第1フィールドの画像信号が格納され、画
像メモリ42、44には第2フィールドの画像信号が格
納される。
【0047】画像メモリ41〜44から読み出された信
号は、加算器61〜65、減算器66〜69およびレベ
ルシフト回路71〜76の何れかにおいて、所定の演算
を施され、G信号、R信号およびB信号が求められる。
G信号は直接G端子81から出力されるが、R信号およ
びB信号は、スイッチ53、54を介して、R端子82
あるいはB端子83から出力される。図10の演算回路
による演算は(12)〜(23)式に従ったものであ
り、(12)式を例にとってこの回路の作用を説明す
る。
【0048】まず、スイッチ51、52はそれぞれ一方
の端子51a、52a側に切り換えられており、画像メ
モリ41には第1フィールドのマゼンタの信号 (VA,i,
j)が格納され、画像メモリ43には第1フィールドのグ
リーンの信号 (VB,i,j)が格納される。次いでスイッチ
51、52が他方の端子51b、52b側に切り換えら
れ、画像メモリ42には第2フィールドのイエローの信
号 (VA,i,j+1)が格納され、画像メモリ44には第2フ
ィールドのシアンの信号 (VB,i,j+1)が格納される。
【0049】第1フィールドのマゼンタの信号 (VA,i,
j)と第2フィールドのイエローの信号 (VA,i,j+1)は、
加算器61において加算される。また第1フィールドの
グリーンの信号 (VB,i,j)と第2フィールドのシアンの
信号 (VB,i,j+1)は、加算器63において加算される。
加算器61の出力信号はレベルシフト回路74において
係数1を乗じられ、また加算器63の出力信号はレベル
シフト回路73において係数αを乗じられる。減算器6
7では、レベルシフト回路74の出力信号からレベルシ
フト回路73の出力信号が減算され、これにより(1
2)式が実行されたこととなる。この時スイッチ53は
R出力端子側に切り換えられており、このR端子82か
らR信号が出力される。
【0050】なお、レベルシフト回路71〜76におけ
るレベルシフト量は、システムコントロール回路10に
より、演算の内容に応じて制御される。すなわち、レベ
ルシフト回路71〜74は、α、βおよび1のいずれか
に定められ、レベルシフト回路75、76は、pおよび
qのいずれかに定められる。スイッチ53、54は、i
番目の画素の演算の時、図の上側に切り換えられ、i+
1番目の画素の演算の時、図の下側に切り換えられる。
【0051】図11は補色フィルタの他の実施例を示す
ものである。このフィルタは、シアン(Cy)、イエロ
ー(Ye)およびグリーン(G)から成り、マゼンタを
有していない。このフィルタの場合、B信号、R信号お
よびG信号は、図において破線で囲まれた4画素の信号
から、以下の式により求められる。 B=Cy1 −(G1 +G2 )/2 R=Ye2 −(G1 +G2 )/2 G=(G1 +G2 )/2 なお、ここで添字1は図11の上側の画素信号、添字2
は下側の画素信号を示す。
【0052】この図11のフィルタによっても補色市松
カラーフィルタを用いた場合と同等な効果が得られる
が、特に演算式が簡単になるため、回路構成をさらに簡
単にすることができる。
【0053】以上のように本実施例によれば、色信号の
解像度が輝度信号と同等程度まで高められるので、この
ような画像信号をコンピュータに入力して画素単位で画
像処理を行った場合であっても、画質が劣化が目立つと
いう問題はない。また本実施例は、2板式であって、し
かも同じ構成のフィルタ51、52を用いているため、
装置の規模を大きくすることなく、また簡単かつ安価な
回路構成で色信号の解像度を向上させることができる。
【0054】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、簡単な回
路構成によって色解像度を高めることができ、コンピュ
ータ等で画像処理を行っても画質が低下することがない
という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を適用したスチルビデオカメ
ラの回路構成を示すブロック図である。
【図2】第1および第2のCCDの受光面上に設けられ
たカラーフィルタの配列を示す図である。
【図3】第1および第2のCCDの出力信号に関し、対
応する画素同士を重ね合わせた状態を示す図である。
【図4】第1および第2フィールドにおける色信号の抽
出方法を説明するための図である。
【図5】実施例における輝度信号のスペクトル分布を示
す図である。
【図6】実施例における色信号のスペクトル分布を示す
図である。
【図7】比較例における色信号のスペクトル分布を示す
図である。
【図8】比較例と実施例における再現可能なスペクトル
の範囲を示す図である。
【図9】実施例における色信号の抽出方法を説明するた
めの図である。
【図10】映像信号処理回路の構成例を示す回路図であ
る。
【図11】補色カラーフィルタの他の例を示す図であ
る。
【図12】従来の2板式撮像装置に設けられるカラーフ
ィルタを示す図である。
【符号の説明】
51、52 フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 9/04 - 9/11

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水平方向および垂直方向にそれぞれ2画
    素ずつ並べて成る計4画素を単位にフィルタ配列が繰り
    返され、前記4画素のうち、一方の対角線上の2画素が
    ともにグリーン(G)フィルタであるとともに、他方の
    対角線上の2画素がそれぞれシアン(Cy)フィルタ及
    びイエロー(Ye)フィルタである第1の補色カラーフ
    ィルタを備える第1のイメージセンサと、 前記第1の補色カラーフィルタと同一のフィルタ配列を
    有する第2の補色カラーフィルタを備え、前記第1のイ
    メージセンサにおいて撮像される光学像と同一の光学像
    を撮像する第2のイメージセンサと、前記第1のイメージセンサの隣接する2画素で検出され
    る信号と、前記2画素の光学像に対して光学的に同じ位
    置にある前記第2のイメージセンサの隣接する2画素で
    検出される信号とに基づいて、 R信号、G信号およびB
    信号を抽出するRGB信号抽出手段とを備え、 前記第2の補色カラーフィルタのフィルタ配列が、前記
    光学像に対する前記第1の補色カラーフィルタのフィル
    タ配列に対して、前記水平または垂直方向に1画素ピッ
    チ分ずれており、前記第1のイメージセンサの隣接する
    2画素と前記2画素の光学像に対して光学的に同じ位置
    にある前記第2のイメージセンサの隣接する2画素を含
    む4画素からは、2画素分のG信号と1画素分のCy信
    号と1画素分のYe信号が得られ、前記RGB信号抽出
    手段において、前記B信号が前記G信号と前記Cy信号
    から抽出され、前記R信号が前記G信号と前記Ye信号
    から抽出されることを特徴とする2板式撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記第1のイメージセンサに対する前記
    第1の補色カラーフィルタの配置と前記第2のイメージ
    センサに対する前記第2の補色カラーフィルタの配置と
    が同一であって、前記1画素ピッチ分のずれが、前記光
    学像に対し前記第1および第2のイメージセンサの配置
    を相対的に前記水平または垂直方向に1画素ピッチ分ず
    らすことにより行われることを特徴とする請求項1の2
    板式撮像装置。
  3. 【請求項3】 第1および第2の方向に2画素ずつ並べ
    た計4画素から成る第1および第2の配列ユニットを有
    し、前記第1の方向には前記第1および第2の配列ユニ
    ットが交互に繰り返し配列され、前記第2の方向には前
    記第1または第2の配列ユニットの一方のみが繰り返し
    配列されて構成される第1の補色カラーフィルタを備え
    る第1のイメージセンサと、 前記第1の補色カラーフィルタと同一のフィルタ配列を
    有する第2の補色カラーフィルタを備え、前記第1のイ
    メージセンサにおいて撮像される光学像と同一の光学像
    を撮像する第2のイメージセンサと、前記第1のイメージセンサの隣接する2画素で検出され
    る信号と、前記2画素の光学像に対して光学的に同じ位
    置にある前記第2のイメージセンサの隣接する2画素で
    検出される信号とに基づいて、 R信号、G信号およびB
    信号を抽出するRGB信号抽出手段とを備え、 前記4画素がグリーン(G)フィルタとマゼンタ(M
    g)フィルタ、イエロー(Ye)フィルタ、シアン(C
    y)フィルタから成り、前記グリーンフィルタと前記マ
    ゼンタフィルタとが前記第1または第2の方向に隣接
    し、前記第1の配列ユニットにおける前記グリーンフィ
    ルタと前記マゼンタフィルタとの配列に対して、前記第
    2の配列ユニットにおける前記グリーンフィルタと前記
    マゼンタフィルタの配列が逆であるとともに、 前記第2の補色カラーフィルタのフィルタ配列が、前記
    光学像に対する前記第1の補色カラーフィルタのフィル
    タ配列に対して、前記第1または第2の方向に1画素ピ
    ッチ分ずれており、前記第1のイメージセンサの隣接す
    る2画素と前記2画素の光学像に対して光学的に同じ位
    置にある前記第2のイメージセンサの隣接する2画素を
    含む4画素からは、Mg信号、G信号、Ye信号、Cy
    信号が各々1画素分得られ、前記RGB信号抽出手段に
    おいて、前記R信号、G信号、B信号が前記Mg信号、
    G信号、Ye信号、Cy信号に基づいて抽出されること
    を特徴とする2板式撮像装置。
  4. 【請求項4】 前記第1のイメージセンサに対する前記
    第1の補色カラーフィルタの配置と前記第2のイメージ
    センサに対する前記第2の補色カラーフィルタの配置と
    が同一であって、前記1画素ピッチ分のずれが、前記光
    学像に対し前記第1および第2のイメージセンサの配置
    を相対的に前記第1または第2の方向に1画素ピッチ分
    ずらすことにより行われることを特徴とする請求項3の
    2板式撮像装置。
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