JP3952391B2 - 高精細単板カラーカメラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精細単板カラーカメラに係り、特に高精細動画像を得るために撮像画像を分割処理しても、連続性のある色処理が可能なカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の高解像度カラーカメラとしては、本願発明者らが先に提案した特開2002−152774公報に開示の発明がある。この発明によるカメラはHDTV画像4倍の画素数に相当する3840×2160のCMOS固体撮像素子3枚を用いて高解像度カラーカメラとしている。
動画像を表示するには、垂直駆動周波数は最小限30Hz以上必要であり、これ以下にするとフリッカーが目立ち、動画像の動きもぎこちなくなる。しかしながら、HDTV画像の駆動周波数は74.25MHzと高速であり、30Hzの垂直駆動周波数を確保しようとすると、4倍の297MHzの高速でCMOS撮像素子を駆動させなければならず、非常に困難である。
【0003】
そこで、CMOS撮像素子を、水平方向を8分割で設定することにより、各画素の駆動周波数を37.125(=74.25/2)MHzに減少させ、CMOS撮像素子の水平駆動周波数を67.5KHzとし、垂直駆動周波数を30Hzに保持さて、良好な動画像を得られる3板式の高解像度カラーカメラとしているものである。
【0004】
一方、複数枚の固体撮像素子を用いず、複数色のカラーフィルターを撮像素子表面に設定し、一枚の固体撮像素子でカラー信号を得る単板カラーカメラ方式が数多く提案されている。その一例として、特開2002−112276公報に記載の発明について、説明する。
【0005】
3色の色フィルタの内、G画素が市松状に配置され、1行毎にRとBがGを穴埋めする形式の色フィルタを用い、G画素の隣接4画素の明暗パターンから補間される画素が、画像の水平エッジ部か垂直エッジ部か斜めエッジ部か相関方向が決定できない部分に該当するかを推定するようにし、RB画素位置のG補間値を制御することにより、高精度に近似されたG信号を得る構成としているものである。
このようにすると、色差信号を作る際のRGB信号の画素数と位置とはそれぞれ同一になり、色信号間での周波数特性の差がなくなり、色偽信号の発生を抑えることができ、一枚の固体撮像素子でも、良好なカラー画像を得ることができる構成のものである。
【0006】
【発明が解決しようとしている課題】
ところで、スポーツや動物等の動画像をテレビカメラで撮像し、これらの撮影映像から写真並みの高解像度表示を行うことは従来考えられていなかった。写真並みの画像を得ようとすると写真機、デジタルスチルカメラのような静止画を中心とした機材を別に用意する必要があった。
写真並みの高解像度とするためには、入力画素数は、例えばA4サイズ(約30cmx20cm)の記録紙に印刷するとして画素密度12ドット/mmとすると、3600ドットx2400ドットがおおよその画素数として必要である。
しかし、このような高解像度の画素数を持つテレビカメラは、RGB3色にそれぞれ固体撮像素子を対応させた3枚で構成しようとすると、高精度の光学装置が必要で3色の重ねあわせが困難であるという問題点があった。
【0007】
そこで、3枚の固体撮像素子を重ね合わせず、1枚の固体撮像素子の上に複数色のカラーフィルターを設置する高精細単板式カラーカメラが考えられるものの、高精細単板式カラーカメラとして固体撮像素子の画素数を多くすると、前述の特開2002−152774公報に開示された発明のように水平方向に分割して駆動周波数を下げる必要がある。その結果、色信号も分割されてしまうので、隣接の色フィルターを使用して偽色信号を除去するためには、前述の特開2002−112276公報に開示された発明では解決することはできず、画面分割した境界部分の連続性をどのように保持するかが新たな問題となっている。
【0008】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、光学的に連続した高解像度画像を複数色のカラーフィルターを介して複数の画像に分割して撮像し、この分割時に生ずる境界部分の連続性を保った高解像度の単板式カラーカメラを提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下に記載の手段よりなる。
すなわち、
レンズを介して撮像された被写体光像を光電変換出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力する前記光電変換出力を、R、G、B各色に対応した電気信号に分離する色分離回路とを具備した高精細単板カラーカメラであって、
前記色分離回路は、前記撮像素子で撮像した1枚の被写体光像を水平方向に等間隔に分割して処理するよう構成され、
分割された互いに隣接する境界部分が連続性を有し色信号再生可能となるように、前記被写体光像を分割することを特徴とする高精細単板カラーカメラ。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高精細単板カラーカメラの発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図1は、カラーフィルタの配列例及び補間例を示したものである。同図(A)はカラーフィルタの配列例であり、(B)はG色のみ取り出したものである。(C)はG色の成分から補間したg色を作り出して合成したものである。例えば,縦横隣接する4つのG色から相関を取り補間したg色とする。(D)のように最も一般的な補間の例としては(G上+G下+G右+G左)/4=gがあげられる。
このような簡単な補間の例でも、高解像度撮像素子を用いて画像を処理するために図2(A)に示すように1点鎖線部分で画面分割を行うと、(B)の斜線部のgは隣接情報が無いために正確な補間を行うことができない。このため、(C)に示すように各画面分割の端面毎に隣接信号を付加して処理を行ない、(B)の斜線部のgを得た後、隣接信号の付加部分を削除すれば、(D)に示すような連続性の有る補間されたgが得られる。
【0011】
次に、図3に高解像度用の撮像素子の例を示す。水平同期信号駆動部2、垂直同期信号駆動部3にハイビジョン用水平同期信号の2倍の周波数の同期信号2HD、垂直同期信号VD、駆動周波数の半分の1/2Clockを外部から加え、水平同期信号駆動部2からはHad0,Had1,....,Had7,垂直同期信号駆動部3からはVadが形成され画素構成部1に加えられる。画素構成部1では4K画素が8分割されA0,A1,....A7となっている。この8分割された画素は同期信号の駆動により被写体光像を電気信号にそれぞれ変換して、CDS4(相関雑音除去回路)、OFFSET/GAIN6(直流電圧/利得調整回路)、あるいはA/D6(A/D変換回路)を経由して8並列の画像データD0,D1,...D7を出力する。このようにすると垂直駆動周波数が標準のものが得られ、動画となる。
【0012】
カラーフィルタを撮像素子上に装着し、撮像素子にA/D変換装置を含まない場合の、動作例を図4に示す。図において撮像装置11に被写体光像を結像させてカラーフィルター情報を含んだ8並列アナログ電気信号A0,A1,...A7を得る。このアナログ電気信号をA/D変換装置12に加えデジタル信号D0,D1,....D7を得る。このデジタル信号を信号処理装置13に加え白傷、縦筋ノイズ等を除去したのち境界画像付加装置14に加え境界部分の信号を付加した後、色分離装置15に加える。色分離装置15でカラーフィルター情報を含んだデジタル信号を各RGBのカラー信号に分離する。分離後付加された境界信号を削除してR0,R1,....R7、G0,G1,....G7、B0,B1,....B7の8並列カラーデジタル信号を得る。この3色の8並列カラーデジタル信号を標準信号変換装置16に加え4並列のハイビジョン並列デジタル標準信号H0,H1,H2,H3に変換する。次に並列/直列変換装置17により4並列のハイビジョン直列デジタル信号S0,S1,S2,S3に変換する。この4並列のハイビジョン直列デジタル信号を表示装置に加えて画像表示する。
【0013】
図5を用いさらに詳細に説明する。撮像装置11からの出力からA1を中心に境界画像の付加例を示す。まず水平画素数をハイビジョンの2倍とすると1920×2=3840画素となる。これを8分割すると1分割あたり480画素である。従って標準水平映像信号時間位置として(A)に示すようにA0は水平画素位置0〜479,A1は480〜959,A2は960〜1439となる。各分割された信号の水平映像信号期間は図に示すように同じである。従って隣接信号を付加する場合は(B)に示すようにA1を1画素シフトし、A2を2画素シフトして、A1にA0から479位置の画素、A2から960位置の画素を付加して、(C)に示す様にA1の画素範囲を479〜960とする。
【0014】
更に図6を用いて画素シフトの構成を詳細に説明する。撮像素子の端部A0,A7は情報が無い為、両端はそのままの処理とする。従って画素構成部1のA0はそのまま、加算器0に加えられ、A1をシフトレジスターA1で1画素分シフトして加算器0に加え、A0に1画素加えて画素構成位置を0〜479に対し0〜480とする。
次の画素構成部1のA1はシフトレジスターA1で1画素分シフトして加算器1に加えられる。この加算器1にはA0はそのままで、A2は2画素分シフトして各1画素分付加する。これにより加算器1からはA1用として479〜960の画素構成位置の信号が出力される。
以下同様にしてA2用に959〜1440,A3用に1439〜1920、…の画素構成位置の信号が出力される。
【0015】
図7に加算器の回路例を示す。まずA0をAND0に加えGATE1パルスによりA0の画素位置の479のみを抽出しLatch3に加える。次にA1をシフトレジスターA1により1画素遅延させたものをやはりLatch3に加える。最後にA2をシフトレジスターA2−0,A2−1により2画素遅延させたものをAND1に加えGATE2バルスによりA2の960のみ抽出し、Latch3に加える。Latch3では1画素毎にClockにより位相を揃えて479〜960の画素位置のデータを出力する。
このようにして得たデータを色分離装置15に加え、境界部の隣接信号を含めて各分離部分の補間を行ない、色分離終了後隣接信号は削除して標準信号変換装置16に加えて3色分の8分割色信号から4並列の標準信号に変換すれば境界部も連続した画像が得られる。
説明を簡単にする為、Gの単色の処理方法のみ説明したが、従来例に示した単板カラーカメラにおける偽色信号を低減する為の処理方法等にも摘要できることはもちろんである。
【0016】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高精細動画像を得るために画素数が多い撮像素子を用い信号処理を水平方向に分割しても、連続性の有る色処理が可能で、偽色信号を低減した良好な色信号が得られる高精細単板カラーカメラを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に適用されるカラーフィルタの配列例とG色を取り出したときの配置例を示す図である。
【図2】分割画面境界部のカラーフィルタの位置の例を示す図である。
【図3】本実施例に適用される撮像素子を示す図である。
【図4】本実施例に適用されるカラーカメラの構成例である。
【図5】本実施例に適用されるカラー信号処理例である。
【図6】本実施例に適用される隣接信号付加回路の構成例を示す図である。
【図7】本実施例に適用される回路の詳細構成を示す図である。
【符号の説明】
1…撮像素子の画素構成部
2…水平同期信号駆動部
3…垂直同期信号駆動部
4…CDS(相関雑音除去回路)
5…Offset/GAIN制御回路
11…撮像装置
12…A/D変換装置
13…信号処理装置
14…境界画像付加装置
15…色分離装置
16…標準親信号変換装置
17…並列/直列変換装置
18…表示装置
Claims (1)
- レンズを介して撮像された被写体光像を光電変換出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力する前記光電変換出力を、R、G、B各色に対応した電気信号に分離する色分離回路とを具備した高精細単板カラーカメラであって、
前記色分離回路は、前記撮像素子で撮像した1枚の被写体光像を水平方向に等間隔に分割して処理するよう構成され、
分割された互いに隣接する境界部分が連続性を有し色信号再生可能となるように、前記被写体光像を分割することを特徴とする高精細単板カラーカメラ。
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