JPH0541819A - Picture signal processing circuit for video camera - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To compensate the degradation in a high frequency characteristic due to an optical filter and to obtain a video signal with high resolution by combining a low pass filter and a high pass filter. CONSTITUTION:The video signal processing circuit for a video camera is provided with a filter 207-1 with a characteristic in combination with a low pass filter(LPF) 901 passing through an optical low pass filter and passing through the luminance signal of a digitized video signal and a high pass filter(HPF) 902 compensating the deterioration in the broad band frequency component by the optical low pass filter. Thus, the picture signal processing circuit compensates the deterioration in the high frequency level by the optical filter by adding the HPF 902 to the LPF 901, adding both outputs by an adder 903 to adjust properly the signal level of the output of the HPF 903. Thus, the deterioration in the high frequency characteristic by the optical filter is compensated by the digitized picture signal processing circuit to obtain a video signal with high resolution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラのディジ
タル化した画像信号処理回路の改良に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a digitized image signal processing circuit of a video camera.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図４は、ディジタル信号処理方式のビデ
オカメラの輝度信号回路のブロック図である。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a block diagram of a luminance signal circuit of a digital signal processing type video camera.

【０００３】レンズ２０１より入射した被写体像は、光
学フィルタ２０２を通り撮像素子２０３の撮像面上に結
像する。撮像素子２０３において光電変換された映像信
号は、アンプ２０４を通り、Ａ／Ｄコンバータ２０５に
よってディジタル信号に変換される。A subject image incident from the lens 201 passes through the optical filter 202 and is formed on the image pickup surface of the image pickup element 203. The video signal photoelectrically converted by the image sensor 203 passes through the amplifier 204 and is converted into a digital signal by the A / D converter 205.

【０００４】Ａ／Ｄコンバータ２０５の出力は、ディジ
タル方式による後述の画像信号処理回路２０６に入り、
必要な処理が行なわれた後、Ｄ／Ａコンバータ２１０に
出力され、アナログ信号に変換され、たとえば、ＮＴＳ
Ｃ標準の輝度信号となる。The output of the A / D converter 205 enters an image signal processing circuit 206 which will be described later in a digital system,
After necessary processing is performed, it is output to the D / A converter 210 and converted into an analog signal.
It becomes a C standard luminance signal.

【０００５】画像信号処理回路２０６では、まず、ロー
パスフィルタ２０７によって輝度成分のみを抽出し、ガ
ンマ補正回路２０８を通してガンマ補正処理を行ない、
同期信号付加回路２０９によって同期信号が加算され
て、輝度信号が生成される。In the image signal processing circuit 206, first, only the luminance component is extracted by the low-pass filter 207, and the gamma correction circuit 208 performs gamma correction processing.
The sync signal is added by the sync signal adding circuit 209 to generate a luminance signal.

【０００６】ここで、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０
７としては、従来、図７（ａ），（ｂ）または図８
（ａ），（ｂ）に示すような構成と特性を有するディジ
タルフィルタが用いられている。図７（ａ）のフィルタ
においては、１画素分の遅延素子６０１および６０２を
接続し、遅延素子６０１の入力部と、遅延素子６０１お
よび６０２の接続部と、遅延素子６０２の出力側と、加
算器６０６との間をそれぞれ乗算器６０３，６０４およ
び６０５によって接続している。各乗算器の中に記入さ
れている分数１／４，１／２，１／４はそれぞれ乗算器
の係数である。このフィルタの入出力特性は、Ｇ（Ｚ）
＝１／４Ｚ^{- 1} ＋１／２Ｚ⁰ ＋１／４Ｚ¹ となり、画素
単位の撮像素子からの読出クロックの周波数をｆ_{C K} と
すれば、図７（ｂ）に示すような特性となる。Here, the low-pass filter (LPF) 20
7 is a conventional one shown in FIG. 7 (a), (b) or FIG.
A digital filter having the configuration and characteristics shown in (a) and (b) is used. In the filter of FIG. 7A, delay elements 601 and 602 for one pixel are connected to each other, an input section of the delay element 601, a connection section of the delay elements 601 and 602, an output side of the delay element 602, and an addition unit. The multiplier 603, 604 and 605 are connected to the converter 606, respectively. The fractions 1/4, 1/2, and 1/4 entered in each multiplier are the coefficients of the multiplier. The input / output characteristics of this filter are G (Z)
= 1 / 4Z ^-1 + 1 / 2Z ⁰ + 1 / 4Z ¹ , and if the frequency of the read clock from the image sensor in pixel units is f _CK , the characteristics shown in FIG. 7B are obtained.

【０００７】図８（ａ）に示すフィルタは、１画素分の
遅延素子７０１が、その入力部および出力部において、
乗算器７０２および７０３により加算器７０４に接続さ
れている。それぞれの乗算器の中に記入されている分数
１／２は乗算器の係数である。このフィルタの入出力特
性は、Ｇ（Ｚ）＝１／２Ｚ^{- 1} ＋１／２となり、図７
（ｂ）の７０５に示すような特性となる。In the filter shown in FIG. 8 (a), a delay element 701 for one pixel is provided in its input section and output section.
It is connected to the adder 704 by the multipliers 702 and 703. The fraction ½ entered in each multiplier is the multiplier coefficient. The input / output characteristic of this filter is G (Z) = 1 / 2Z ^-1 + 1/2, which is shown in FIG.
The characteristic is as shown by 705 in (b).

【０００８】ここで、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０
７の必要性について説明する。Here, the low-pass filter (LPF) 20
The necessity of No. 7 will be described.

【０００９】撮像素子２０３の撮像面の各画素の色フィ
ルタ配列を図９に示す。色フィルタは、８０１〜８０８
のように、シアン（Ｃｙ），イエロー（Ｙｅ），マゼン
ダ（Ｍｇ），グリーン（Ｇ）の各色フィルタが、画素上
に水平方向に２画素周期、垂直方向に４画素周期で配置
されている。FIG. 9 shows a color filter array of each pixel on the image pickup surface of the image pickup element 203. The color filters are 801 to 808.
As described above, cyan (Cy), yellow (Ye), magenta (Mg), and green (G) color filters are arranged on a pixel at a 2-pixel cycle in the horizontal direction and a 4-pixel cycle in the vertical direction.

【００１０】撮像素子２０３によって画素信号を読出す
ときは、垂直２画素を加算し、１画素の信号として出力
することとなるため、読出された信号は、あるラインで
は信号８０９，８１０のように、Ｃｙ＋Ｍｇ，Ｙｅ＋Ｇ
が交互に読出され、その隣のラインでは信号８１１，８
１２のように、Ｃｙ＋Ｇ，Ｙｅ＋Ｍｇが交互に読出され
る。When the pixel signal is read out by the image pickup device 203, vertical two pixels are added and output as a signal of one pixel. Therefore, the read signal is like signals 809 and 810 on a certain line. , Cy + Mg, Ye + G
Are alternately read, and signals 811 and 8
As in 12, Cy + G and Ye + Mg are read alternately.

【００１１】ここで、Ｃｙ＋Ｍｇ，Ｙｅ＋Ｇを、Ｒ（レ
ッド），Ｇ（グリーン），Ｂ（ブルー）の成分に分ける
と、Ｃｙ＋ＭｇはＲ＋Ｇ＋２Ｂ、Ｙｅ＋ＧはＲ＋２Ｇと
なり、結局、Ｒ＋Ｇ＋２ＢとＲ＋２Ｇが交互に出力され
ることとなる。さらに、Ｒ＋Ｇ＋２ＢとＲ＋２Ｇは、そ
れぞれ、 Ｒ＋Ｇ＋２Ｂ＝（Ｒ＋１．５Ｇ＋Ｂ）＋（Ｂ−０．５Ｇ） Ｒ＋２Ｇ＝（Ｒ＋１．５Ｇ＋Ｂ）−（Ｂ−０．５Ｇ） と表わされる。When Cy + Mg and Ye + G are divided into R (red), G (green) and B (blue) components, Cy + Mg becomes R + G + 2B and Ye + G becomes R + 2G, and eventually R + G + 2B and R + 2G are alternately output. The Rukoto. Further, R + G + 2B and R + 2G are represented as R + G + 2B = (R + 1.5G + B) + (B-0.5G) R + 2G = (R + 1.5G + B)-(B-0.5G), respectively.

【００１２】すなわち、Ｃｙ＋Ｍｇ，Ｙｅ＋Ｇを交互に
読出した信号は、（Ｒ＋１．５Ｇ＋Ｂ）の成分と、（Ｂ
−０．５Ｇ）の成分とを、１／２ｆ_{C K} にて変調した信
号の混合したものと考えられる。これを周波数スペクト
ルで表わすと、図６に示すようになる。That is, a signal obtained by alternately reading out Cy + Mg and Ye + G has a component of (R + 1.5G + B) and a signal of (B
It is considered that the component of -0.5 G) is mixed with the signal modulated by 1/2 f _CK . This is represented by a frequency spectrum as shown in FIG.

【００１３】図６において、Ｒ＋１．５Ｇ＋Ｂは、曲線
５０１のように分布し、Ｂ−０．５Ｇは曲線５０２のよ
うに、１／２ｆ_{C K} を中心に分布する。輝度信号は、本
方式の撮像素子では、（Ｒ＋１．５Ｇ＋Ｂ）で近似され
るため、図６の曲線５０１の成分をローパスフィルタに
よって分離し、輝度信号を得ることができる。この曲線
５０１の成分を分離するために、ＬＰＦ２０７が必要と
なる。In FIG. 6, R + 1.5G + B is distributed as shown by the curve 501, and B-0.5G is distributed around 1 / 2f _CK as shown by the curve 502. Since the luminance signal is approximated by (R + 1.5G + B) in the image pickup device of this system, the component of the curve 501 in FIG. 6 can be separated by the low-pass filter to obtain the luminance signal. The LPF 207 is required to separate the components of this curve 501.

【００１４】次に、光学フィルタ２０２の必要性につい
て述べる。撮像素子２０３は、水平および垂直方向に配
列されたフォトダイオードによる画像サンプリングを行
なう素子と考えられることから、水平方向について考え
ると、図６の曲線５０１に示すように、ｆ_{C K} の整数倍
を中心にスペクトルが繰返すような特性となる。よって
ナイキストのサンプリング定理により、入力画像の周波
数スペクトルは、１／２ｆ_{C k} 以下に帯域制限する必要
が生じる。Next, the necessity of the optical filter 202 will be described. Center imaging device 203, it is considered an element for performing an image sampling by photodiodes arranged in the horizontal and vertical directions, considering the horizontal direction, as indicated by a curve 501 in FIG. 6, the integral multiples of f _CK The characteristics are such that the spectrum repeats. Therefore, according to the Nyquist sampling theorem, the frequency spectrum of the input image needs to be band-limited to ½f _{C k} or less.

【００１５】この帯域制限を行なうために、撮像素子２
０３の前に光学フィルタ２０２が設けられている。これ
は通常水晶板の複屈折効果を利用したものであり、一般
によく使われているフィルタの水平方向の特性を図５に
示す。In order to perform this band limitation, the image pickup device 2
The optical filter 202 is provided before 03. This generally utilizes the birefringence effect of a quartz plate, and FIG. 5 shows the horizontal characteristics of a commonly used filter.

【００１６】図５に示されるように、光学フィルタは通
常、水晶板を３枚組合せ、水平方向の周波数に対しｆ
_{C k} にて、入出力特性が０になるような破線で示す曲線
４０２の特性と、１／２ｆ_{C k} に対し入出力特性が０に
なるような一点鎖線で示す曲線４０１の特性の合成特性
である実線で示される曲線４０３のような特性を示すよ
うに構成されている。As shown in FIG. 5, the optical filter is usually a combination of three quartz plates, and is f for horizontal frequency.
A combined characteristic of the characteristic of the curve 402 shown by the broken line so that the input / output characteristic becomes 0 at _{C k} , and the characteristic of the curve 401 shown by the dashed line so that the input / output characteristic becomes 0 at 1/2 f _{C k} Is configured so as to exhibit a characteristic like a curve 403 indicated by a solid line.

【００１７】[0017]

【発明が解決しようとする課題】ここで図４に戻って、
被写体像に対する輝度信号の周波数特性を見ると、まず
光学フィルタ２０２により、図５の曲線４０３の特性が
入り、さらに、図７（ｂ）又は図８（ｂ）のＬＰＦ特性
が入ることとなる。このため、輝度信号の１／４ｆ_{C k}
付近の高域成分は、この２つの特性により大きく減衰す
ることとなり、解像度の劣化を生じるという問題が生じ
る。Here, returning to FIG. 4,
Looking at the frequency characteristic of the luminance signal with respect to the subject image, the characteristic of the curve 403 of FIG. 5 is first entered by the optical filter 202, and further, the LPF characteristic of FIG. 7B or 8B is entered. Therefore, 1/4 f _{C k} of the luminance signal
The high frequency components in the vicinity are greatly attenuated by these two characteristics, which causes a problem of deterioration of resolution.

【００１８】また、従来、解像度の補償のために輪郭強
調回路が付加されているが、この輪郭強調信号を作成す
る原信号は、前述の高域成分の低下した信号であるた
め、十分な高域成分が得られず、満足のいく解像度補正
が得られなかった。Further, conventionally, a contour emphasizing circuit is added for compensating the resolution, but since the original signal for creating this contour emphasizing signal is the signal in which the high frequency component is lowered, it is sufficiently high. No region component was obtained, and satisfactory resolution correction was not obtained.

【００１９】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明においては、ビデ
オカメラの映像信号処理回路に、光学ローパスフィルタ
を通過しディジタル化された映像信号の輝度信号を通過
させるローパスフィルタと、光学ローパスフィルタによ
る広域周波数成分の低下を補償するハイパスフィルタと
を組合せた特性のフィルタを設けた。According to the present invention, a video signal processing circuit of a video camera is provided with a low-pass filter which passes an optical low-pass filter and a luminance signal of a digitized video signal, and an optical low-pass filter wide area. A filter having a characteristic in combination with a high-pass filter that compensates for the decrease in frequency component is provided.

【００２０】[0020]

【作用】本発明によるビデオカメラの画像信号処理回路
は、従来の図７（ｂ）または図８（ｂ）に示されるＬＰ
Ｆ特性に対し、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を付加し
て、双方の出力を加算する構成をとり、ＨＰＦ出力の信
号レベルを適当に調整することにより、光学フィルタに
よる高域レベル低下を補償することができる。The image signal processing circuit of the video camera according to the present invention is the same as the conventional LP shown in FIG. 7 (b) or 8 (b).
A high-pass filter (HPF) is added to the F characteristic to add both outputs, and by appropriately adjusting the signal level of the HPF output, it is possible to compensate for the high-frequency level drop due to the optical filter. it can.

【００２１】[0021]

【実施例】図１は本発明の一実施例に使用されるフィル
タの等価回路図である。フィルタ２０７−１は、ＬＰＦ
９０１と、それに並列に接続された光学フィルタの高域
補償のＨＰＦ９０２と各フィルタの出力を加算する加算
器９０３によって構成されている。1 is an equivalent circuit diagram of a filter used in an embodiment of the present invention. The filter 207-1 is an LPF
901, an HPF 902 that is connected in parallel with the optical filter for high-frequency compensation of an optical filter, and an adder 903 that adds the outputs of the filters.

【００２２】図３は、このフィルタによる高域特性の改
善される状態を示す。すなわち、ＬＰＦ９０１とＨＰＦ
９０２の出力を加算することにより、このフィルタの特
性は曲線３０１のようになる。一方、光学フィルタ２０
２の特性は、破線で示される曲線３０２であり、これが
図４に示されるように直列に特性がつながるため、光学
フィルタ２０２とＬＰＦ２０７−１との合成特性は、一
点鎖線の曲線３０３のようになり、１／４ｆ_{C k} 付近の
高域が改善される。FIG. 3 shows a state where the high frequency characteristic is improved by this filter. That is, LPF901 and HPF
By adding the outputs of 902, the characteristic of this filter becomes as shown by the curve 301. On the other hand, the optical filter 20
The characteristic of No. 2 is a curve 302 shown by a broken line, and since the characteristics are connected in series as shown in FIG. 4, the combined characteristic of the optical filter 202 and the LPF 207-1 is as shown by a chain line curve 303. Therefore, the high frequency band near 1 / 4f _{C k} is improved.

【００２３】ここで、特にＬＰＦ９０１の特性を、Ｇ
（Ｚ）＝１／４Ｚ^-1 ＋１／２Ｚ⁰ ＋１／４Ｚ¹ 、ＨＰ
Ｆ９０２の特性を、Ｇ（Ｚ）＝−１／８Ｚ^{- 2} ＋１／４
Ｚ⁰ −１／８Ｚ² とすると、一般的に用いられている図
５のような特性の光学フィルタに対し、良好な高域補償
が可能となる。よって、このような特性のＬＰＦ９０１
とＨＰＦ９０２を組合せることで、図２に示す回路が実
現でき、光学フィルタによる高域劣化を補償したＬＰＦ
が構成できる。Here, in particular, the characteristics of the LPF 901 are
(Z) = 1 / 4Z ⁻¹ + 1 / 2Z ⁰ + 1 / 4Z ¹ , HP
The properties of the F902, G (Z) = - 1 / 8Z - 2 +1/4
When Z ⁰ -1 / 8Z ² , good high-frequency compensation is possible with respect to an optical filter having a characteristic as shown in FIG. 5, which is generally used. Therefore, the LPF 901 having such characteristics
2 can be realized by combining the HPF902 and the HPF902, and the LPF that compensates the high frequency deterioration due to the optical filter.
Can be configured.

【００２４】図２において、１画素分の遅延素子１０１
〜１０４が図のように順次接続され、それぞれの入力部
は乗算器１０５，１０６，１０７，１０８を介して加算
器１１０に接続される。また、最後の遅延素子１０４の
出力部は乗算器１０９を介して加算器１１０に接続され
ている。各乗算器に記入されている分数−１／８，１／
４，３／４，１／４，−１／８はそれぞれの乗算器の乗
算の係数である。このＬＰＦとＨＰＦを１つにまとめた
フィルタの特性は、 Ｇ（Ｚ）＝−１／８Ｚ^{- 2} ＋１／４Ｚ^{- 1} ＋３／４Ｚ⁰
＋１／４Ｚ¹ −１／８Ｚ² となる。In FIG. 2, a delay element 101 for one pixel is provided.
To 104 are sequentially connected as shown in the figure, and the respective input parts are connected to the adder 110 via the multipliers 105, 106, 107 and 108. The output of the last delay element 104 is connected to the adder 110 via the multiplier 109. Fractions entered in each multiplier-1 / 8,1 /
4, 3/4, 1/4, -1/8 are multiplication coefficients of the respective multipliers. Characteristic of the filter summarizing the LPF and HPF on one, G (Z) = - 1 / 8Z - 2 + 1 / 4Z - 1 + 3 / 4Z 0
It becomes + 1 / 4Z ¹ -1 / 8Z ² .

【００２５】[0025]

【発明の効果】本発明により、従来の光学フィルタによ
る高域特性の劣化を補償することができ、高解像度の映
像信号を得ることができる。According to the present invention, it is possible to compensate for the deterioration of the high frequency characteristics due to the conventional optical filter and to obtain a high resolution video signal.

【００２６】また、この補償されたフィルタの出力より
輪郭強調信号を作ることで、従来のような高域の低下し
た信号から輪郭強調信号を作る場合に比べて、Ｓ／Ｎ比
の良好な輪郭強調信号を作ることが可能となる。Further, by generating the contour emphasis signal from the output of the compensated filter, the contour having a good S / N ratio can be obtained as compared with the conventional case where the contour emphasis signal is generated from a signal having a lowered high frequency band. It becomes possible to create an emphasis signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に使用されるフィルタの等価回路図であ
る。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a filter used in the present invention.

【図２】本発明に使用されるディジタルフィルタのブロ
ック図である。FIG. 2 is a block diagram of a digital filter used in the present invention.

【図３】本発明における周波数特性の改善の説明図であ
る。FIG. 3 is an explanatory diagram of improvement of frequency characteristics in the present invention.

【図４】ディジタル方式のビデオカメラの輝度信号回路
のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a luminance signal circuit of a digital video camera.

【図５】光学フィルタの特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram of an optical filter.

【図６】撮像素子によるサンプリングの特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of sampling by an image sensor.

【図７】（ａ）は従来のＬＰＦの一例のブロック図であ
り、（ｂ）はその特性を示す。FIG. 7A is a block diagram of an example of a conventional LPF, and FIG. 7B shows its characteristics.

【図８】（ａ）は、従来のＬＰＦの他の一例のブロック
図を示し、（ｂ）はその特性を示す。FIG. 8A is a block diagram of another example of a conventional LPF, and FIG. 8B shows its characteristic.

【図９】撮像素子の画素配列の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a pixel array of an image sensor.

【符号の説明】 １０１，１０２，１０３，１０４ 遅延素子 １０５，１０６，１０７，１０８，１０９ 乗算器 １１０ 加算器 ２０７−１ フィルタ ９０１ ＬＰＦ ９０２ ＨＰＦ ９０３ 加算器[Description of Reference Signs] 101, 102, 103, 104 Delay Element 105, 106, 107, 108, 109 Multiplier 110 Adder 207-1 Filter 901 LPF 902 HPF 903 Adder

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 光学ローパスフィルタを通過しディジタ
ル化された映像信号の輝度信号を通過させるローパスフ
ィルタと、光学ローパスフィルタによる広域周波数成分
の低下を補償するハイパスフィルタとを組合せた特性の
フィルタを有することを特徴とするビデオカメラの画像
信号処理回路。1. A filter having a characteristic in which a low-pass filter that passes an optical low-pass filter and a luminance signal of a digitized video signal passes, and a high-pass filter that compensates for a reduction in a wide-range frequency component due to the optical low-pass filter. An image signal processing circuit for a video camera, characterized in that