JP5884847B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置 - Google Patents
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Description
色フィルタ部が前記画素アレイ部に設けられ、
前記画素アレイ部に、輝度信号の主成分の色光または光を入力する複数の画素が市松状に配置され、
前記色フィルタ部の色配列は、
当該市松状に配置された画素以外の複数の画素からなる、前記画素アレイ部内の他の市松状の画素配列において、緑色光を入力する複数の画素が斜め方向に連続する第1の斜め画素ラインと、赤色光を入力する画素と青色光を入力する画素が前記斜め方向に同色2画素単位で交互に並ぶ第2の斜め画素ラインとを有し、前記第1の斜め画素ラインと前記第2の斜め画素ラインが、前記斜め方向と直交する他の斜め方向に交互に配置されるように、前記色フィルタ部の色配列が決められており、
前記画素アレイ部は、前記色フィルタ部の色配列に対応して斜め2画素で同色の信号電荷を加算することが可能に、2行2列の4画素で共有された電荷蓄積部を有し、
前記変換処理部は、前記画素アレイ部から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した第1信号をベイヤ配列に対応した第2信号に変換して出力する、
固体撮像装置が提供される。
また本発明によれば上記固体撮像装置を用いた撮像装置が提供される。
また本発明によれば上記固体撮像装置を用いた撮像及び信号処理方法が提供される。
1.実施形態
1−1.システム構成
1−2.色フィルタアレイのカラーコーディング
1−3.カラーコーディングの具体例
1−4.W:G:R:Bの感度比
1−5.色変換処理
2.適用例(撮像装置)
図1は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置、例えばX−Yアドレス型固体撮像装置の一種であるCMOSイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。
(露光時間)となる。
色を市松状に配列した色配列を言う。ベイヤ配列の基本形としては、輝度信号の寄与する割合の大きい緑色(G)を市松状に配置し、残りの部分にR(赤色)/B(青色)を市松状に配列した色配列のカラーコーディングが挙げられる。
図2は、単位画素20の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本回路例に係る単位画素20は、光電変換素子、例えばフォトダイオード21と、例えば転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の4つのトランジスタとを有する構成となっている。
続いて、本実施形態の特徴の一つとしている色フィルタアレイ30のカラーコーディングについて説明する。
次に、輝度信号の主成分となる色が市松状に配置された色配列に対応した信号から、RGBベイヤ配列に対応した信号への変換が容易なカラーコーディングの具体例について説明する。
図4は、第1具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図4に示すように、第1具体例に係るカラーコーディングは、出力レベルが最も高くなるWフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横2画素ピッチの市松配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め1画素ズレで、残りがGフィルタとなっている。
図5は、第2具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図5に示すように、第2具体例に係るカラーコーディングは、Wフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横4画素ピッチの正方配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め1画素ズレで、残りがGフィルタとなっている。
図6は、第3具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図6に示すように、第3具体例に係るカラーコーディングは、Wフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横4画素ピッチの正方配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め2画素ズレで、残りがGフィルタとなっている。
図7は、第4具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図7に示すように、第4具体例に係るカラーコーディングは、Wフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横2画素ピッチの市松配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め2画素ズレで、残りがGフィルタとなっている。
図8は、第5具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図8に示すように、第5具体例に係るカラーコーディングは、Wフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横2画素ピッチの正方配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め1画素ズレとなっている。
図9は、第6具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図9に示すように、第6具体例に係るカラーコーディングは、Wフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横4画素ピッチの正方配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め方向に2画素単位で並び、残りがGフィルタとなっている。
図10は、第7具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図10に示すように、第7具体例に係るカラーコーディングは、輝度信号の主成分となる色フィルタとしてGフィルタが市松配置され、R/Bの各フィルタが縦横2画素ピッチの市松配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め2画素ズレで、残りがWフィルタとなっている。
図11は、第8具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図11に示すように、第8具体例に係るカラーコーディングは、2×2画素ごとにWRGBの各フィルタで構成され、縦横2画素ピッチの配列となっている。具体的には、Wフィルタが偶数行の偶数列に配置され、Rフィルタが偶数行の奇数列に配置され、Gフィルタが奇数行の奇数列に配置され、Bフィルタが奇数行の偶数列に配置されている。
図12は、第9具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図12に示すように、第9具体例に係るカラーコーディングは、RGBの各フィルタがそれぞれ2×2画素単位で同色のベイヤ配列となっている。具体的には、Gフィルタが1行目、2行目の1列目、2列目と3行目、4行目の3列目、4列目に配置され、Bフィルタが1行目、2行目の3列目、4列目に配置され、Rフィルタが3行目、4行目の1列目、2行目に配置されている。
ここで、W:G:R:Bの感度比について説明する。Wフィルタを含むカラーコーディングでは、出力信号レベルが高いWフィルタの画素が他の色フィルタの画素よりも早く飽和してしまう。したがって、Wフィルタの画素の感度を落とし、相対的に他の色フィルタの画素の感度を上げることで、W:G:R:Bの各画素間で感度のバランスをとる、即ちW:G:R:Bの各画素の感度比を調整する必要がある。
次に、変換処理部16による色変換処理にてRGBベイヤ配列に対応した信号に変換する処理(色変換処理)の詳細について説明する。
先ず、第1具体例に係るカラーコーディングの場合の色変換処理について説明する。最初に、フルスキャン時における高輝度時の色変換処理1について、図13のフローチャートおよび図14の概念図を用いて説明する。
図14(A)に、第1具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列を示す。
先ず、フルスキャン時の色変換処理について図24の概念図を用いて説明する。図24(A)に示す第2具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図24(B)に示すように、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する。次に、W画素とG画素との相関から、図24(C)に示すように、W画素をG画素に置換する。そして、W画素とR/Bの各画素との相関から、図24(D)に示すベイヤ用R/Bの各画素を生成する。
先ず、フルスキャン時の色変換処理について図26の概念図を用いて説明する。図26(A)に示す第3具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図26(B)に示すように、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する。次に、W画素とG画素との相関から、図26(C)に示すように、W画素をG画素に置換する。そして、W画素とR/Bの各画素との相関から、図26(D)に示すベイヤ用R/Bの各画素を生成する。
先ず、フルスキャン時の色変換処理について図28の概念図を用いて説明する。図28(A)に示す第4具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図28(B)に示すように、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する。次に、W画素とG画素との相関から、図28(C)に示すように、W画素をG画素に置換する。そして、W画素とR/Bの各画素との相関から、図28(D)に示すベイヤ用R/Bの各画素を生成する。
先ず、フルスキャン時の色変換処理について図29の概念図を用いて説明する。図33(A)に示す第5具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図33(B)に示すように、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する。次に、W画素とR/Bの各画素との相関から、図33(C)に示すように、R/Bの各画素の成分を全画素に展開する。そして、G=W−R−Bの演算処理後W画素の成分を各画素にフィッティングし、図33(D)に示すRGBベイヤ配列の4画素を生成する。
先ず、フルスキャン時の色変換処理1について図35の概念図を用いて説明する。図35(A)に示す第6具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図35(B)に示すように、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する。次に、W画素とG画素との相関から、図35(C)に示すように、W画素をG画素に置換する。そして、W画素とR/Bの各画素との相関から、図35(D)に示すベイヤ用R/Bの各画素を生成する。
先ず、フルスキャン時の色変換処理について図39の概念図を用いて説明する。図39(A)に示す第7具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図39(B)に示すように、市松状のG画素の成分をR/Bの各画素に展開する。次に、W画素とR/Bの各画素との相関から、図39(C)に示すように、W画素をR/Bの各画素に置換する。そして、図39(D)に示すRGBベイヤ配列の4画素を生成する。
先ず、フルスキャン時の色変換処理について図41の概念図を用いて説明する。図41(A)に示す第8具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図41(B)に示すように、G/Wの各画素について市松状に展開する。次に、図41(C)に示すように、W画素の成分をG画素にフィッティングし、図41(D)に示すRGBベイヤ配列の4画素を生成する。
先ず、フルスキャン時の色変換処理について図43の概念図を用いて説明する。図43(A)に示す第9具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図42(B)に示すように、G画素の成分をR/Bの各画素に展開する。次に、G画素とR/Bの各画素との相関から、図42(C)に示すRGBベイヤ配列の4画素を生成する。
[撮像装置]
図45は、本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
そして、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108がバスライン109を介して相互に接続された構成となっている。
Claims (14)
- 複数の画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部と、
変換処理部と、
を有し、
色フィルタ部が前記画素アレイ部に設けられ、
前記画素アレイ部に、輝度信号の主成分の色光または光を入力する複数の画素が市松状に配置され、
前記色フィルタ部の色配列は、
当該市松状に配置された画素以外の複数の画素からなる、前記画素アレイ部内の他の市松状の画素配列において、緑色光を入力する複数の画素が斜め方向に連続する第1の斜め画素ラインと、赤色光を入力する画素と青色光を入力する画素が前記斜め方向に同色2画素単位で交互に並ぶ第2の斜め画素ラインとを有し、前記第1の斜め画素ラインと前記第2の斜め画素ラインが、前記斜め方向と直交する他の斜め方向に交互に配置されるように、前記色フィルタ部の色配列が決められており、
前記画素アレイ部は、前記色フィルタ部の色配列に対応して斜め2画素で同色の信号電荷を加算することが可能に、2行2列の4画素で共有された電荷蓄積部を有し、
前記変換処理部は、前記画素アレイ部から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した第1信号をベイヤ配列に対応した第2信号に変換して出力する、
固体撮像装置。 - 当該固体撮像装置は、前記画素アレイ部を制御する制御部を有し、
当該制御部は、低解像度撮像時に、前記輝度信号の主成分に対応した信号電荷の加算を、斜めの第1方向に隣接する2画素間で行い、赤色、青色、緑色の各信号電荷の加算を、それぞれ、前記第1方向と直交する斜めの第2方向に隣接する同色2画素間で行い、当該2種類の加算後の信号電荷に基づく前記第1信号を前記画素アレイ部から出力させる、
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記変換処理部は、4行4列の画素から出力された前記第1信号に対する前記低解像度撮像時のベイヤ配列変換において、前記第1方向の加算により得られた前記第1信号の主信号を、前記第2方向の加算により得られた、前記第1信号の赤色、青色、緑色の各色信号にフィッティングして、2行2列のベイヤ配列に対応した前記第2信号を生成する、
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記変換処理部は、前記4画素内で前記加算を行うことなく画素ごとに出力された前記第1信号に対する高解像度撮像時のベイヤ配列変換において、前記輝度信号の主成分に対応した前記第1信号の主信号と前記第1信号の緑色信号を加算して、前記第2信号の緑色信号を生成する、
請求項1〜3のいずれか一項記載の固体撮像装置。 - 前記変換処理部は、前記高解像度撮像時のベイヤ配列変換において、前記画素アレイ部へ入力される光の輝度値が基準値より高い場合は、前記輝度信号の主成分に対応した前記第1信号の主信号を前記第2信号の緑色信号に置換し、前記輝度値が前記基準値より低い場合は、互いに隣接する画素から得られた前記主信号と前記第1信号の緑色信号を加算して前記第2信号の緑色信号を生成する、
請求項4記載の固体撮像装置。 - 前記変換処理部は、前記画素アレイ部の各画素から出力される前記画素の色配列に対応した第1信号をベイヤ配列に対応した第2信号に変換し、当該変換において、前記輝度信号の主成分に対応した前記第1信号の主信号に、当該主信号を出力した画素に隣接する画素から出力された前記第1信号の緑色信号を加算して、前記第2信号の緑色信号を生成する、
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記変換処理部は、前記画素アレイ部へ入力される光の輝度値が基準値より高い場合は、前記輝度信号の主成分に対応した前記第1信号の主信号を前記第2信号の緑色信号に置換し、前記輝度値が前記基準値より低い場合は、前記主信号と前記第1信号の緑色信号を加算して前記第2信号の緑色信号を生成する、
請求項6記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、
入射光を光電変換して信号電荷を発生させる受光部と、
前記受光部で発生した信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部内の電荷をリセットするリセットトランジスタと、
前記受光部から前記電荷蓄積部への前記信号電荷の転送を制御する転送トランジスタと、
前記電荷蓄積部に蓄積された信号電荷に基づく電圧を増幅して前記第1信号を出力する増幅トランジスタと、
画素選択を行う選択トランジスタと、
を有する、
請求項1〜7のいずれか一項記載の固体撮像装置。 - 撮像素子と、
前記撮像素子に光を集光するレンズ群と、
信号処理部と、
を備え、
前記撮像素子において、
画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部と、変換処理部と、を有し、
色フィルタ部が前記画素アレイ部に設けられ、
前記画素アレイ部に輝度信号の主成分の色光または光を入力する複数の画素が市松状に配置され、
前記色フィルタ部の色配列は、当該市松状に配置された画素以外の複数の画素からなる、前記画素アレイ部内の他の市松状の画素配列において、緑色光を入力する複数の画素が斜め方向に連続する第1の斜め画素ラインと、赤色光を入力する画素と青色光を入力する画素が前記斜め方向に同色2画素単位で交互に並ぶ第2の斜め画素ラインとを有し、前記第1の斜め画素ラインと前記第2の斜め画素ラインが、前記斜め方向と直交する他の斜め方向に交互に配置されるように、前記色フィルタ部の色配列が決められており、
前記画素アレイ部は、前記色フィルタ部の色配列に対応して斜め2画素で同色の信号電荷を加算することが可能に、2行2列の4画素で共有された電荷蓄積部を有し、
前記変換処理部は、前記画素アレイ部から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した第1信号をベイヤ配列に対応した第2信号に変換して出力し、
前記信号処理部は、前記変換処理部から出力される前記第2信号を基に輝度信号および色差信号を生成する、
撮像装置。 - 光電変換素子を有する複数の画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部と、変換処理部と、前記画素アレイ部に設けられた色フィルタ部とを有する固体撮像装置であって、 前記画素アレイ部に、輝度信号の主成分の色光または光を入力する複数の画素が市松状に配置され、
前記色フィルタ部の色配列は、緑色光を入力する複数の画素が斜め方向に連続する第1の斜め画素ラインと、赤色光を入力する画素と青色光を入力する画素が前記斜め方向に同色2画素単位で交互に並ぶ第2の斜め画素ラインとを有し、前記第1の斜め画素ラインと前記第2の斜め画素ラインが、前記斜め方向と直交する他の斜め方向に交互に配置されるように、色配列が決められており、
前記画素アレイ部は、前記色フィルタ部の色配列に対応して斜め2画素で同色の信号電荷を加算することが可能に、2行2列の4画素で共有された電荷蓄積部を有し、
前記変換処理部は、前記画素アレイ部から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した第1信号をベイヤ配列に対応した第2信号に変換して出力する、
固体撮像装置を用いた撮像及び信号処理方法であって、
前記色フィルタ部を通して、被写体から入射する光を前記画素アレイ部の光電変換素子で受光させ、
前記画素アレイ部から出力される前記第1信号を、ベイヤ配列に対応した第2信号に変換し、
前記第2信号を基に輝度信号および色差信号を生成する、
撮像及び信号処理方法。 - 低解像度撮像時に、
前記輝度信号の主成分に対応した信号電荷の加算を、斜めの第1方向に隣接する2画素間で行い、
赤色、青色、緑色の各信号電荷の加算を、それぞれ、前記第1方向と直交する斜めの第2方向に隣接する同色2画素間で行い、
当該2種類の加算後の信号電荷に基づく前記第1信号を前記画素アレイ部から出力させる、
請求項10記載の撮像及び信号処理方法。 - 4行4列の画素から出力された前記第1信号に対する前記低解像度撮像時のベイヤ配列変換において、
前記第1方向の加算により得られた前記第1信号の主信号を、前記第2方向の加算により得られた、前記第1信号の赤色、青色、緑色の各色信号にフィッティングして、2行2列のベイヤ配列に対応した前記第2信号を生成する、
請求項11に記載の撮像及び信号処理方法。 - 前記画素アレイ部内で前記加算を行うことなく画素ごとに出力された前記第1信号に対する高解像度撮像時のベイヤ配列変換において、前記輝度信号の主成分に対応した前記第1信号の主信号と前記第1信号の緑色信号を加算して、前記第2信号の緑色信号を生成する、
請求項11または12記載の撮像及び信号処理方法。 - 前記高解像度撮像時のベイヤ配列変換において、
前記画素アレイ部へ入射する光の輝度値が基準値より高い場合は、前記輝度信号の主成分に対応した前記第1信号の主信号を前記第2信号の緑色信号に置換し、
前記輝度値が前記基準値より低い場合は、互いに隣接する画素から得られた前記主信号と前記第1信号の緑色信号を加算して前記第2信号の緑色信号を生成する、
請求項13記載の撮像及び信号処理方法。
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