JPH06351029A - カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】色収差の補正を電気的に行い、装置を小型化す
るとともに色キャリアによる折り返し歪みの発生を抑圧
したカメラを提供する。 【構成】各撮像素子に対応して設けられた光学的ローパ
ス・フィルタのカットオフ周波数を、画像表示画面領域
全体に対応する出力を得るようにして用いられる場合に
比し低く設定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカメラに関し、特に色キ
ャリアによる折り返し歪みの発生を抑制するカメラに関
する。

【０００２】

【従来の技術】画素数の比較的少ない撮像素子（ＣＣＤ
等）を複数個用い、各撮像素子に一枚の画像を分割した
各分割領域を分担させ、複数個の撮像素子で得られた画
像を合成して高画質（多画素数）の画像を得るような、
いわゆる貼り合わせ撮像装置が提案されている。

【０００３】例えば、図１０に示すように、一枚の画像
Ｇを左右上下（右下部Ｇ１、左下部Ｇ２、右上部Ｇ３、
左上部Ｇ４）の４領域に分割し、各領域の画像は対応す
る撮像素子が出力するように構成する。このような分割
画像は、例えば、図１１に示す如く公知の複数個のプリ
ズムを用いて得られる。図１１のように配設されたプリ
ズムの透過光と反射光を適切に選択し、入射光画像（光
学像）Ｇを上記４つの領域に分割し、適切に配設された
４個の撮像素子Ｉ１〜Ｉ４のそれぞれで各分割画像を受
光する。各撮像素子上にはカラー画素を配設してカラー
画像を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来のカ
メラは、複数に光路を分割した光学系のイメージサーク
ルを複数に分割して受光できるよう複数の撮像素子を取
り付け、各撮像素子の出力信号を合成して一枚の高精細
画像を生成するものである。しかしながら、かかる装置
では、使用する撮像素子の有効エリアのサイズに対して
光学系に要求されるイメージサークルは大きなものが要
求されるため、色収差補償用の光学系も大型化し、装置
が大きくなってしまうという問題があるだけでなく、色
キャリアによる折り返し歪みが発生するという問題があ
る。

【０００５】そこで、本発明の目的は、色収差の補正を
電気的に行い、装置を小型化するとともに色キャリアに
よる折り返し歪みの発生を抑圧したカメラを提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるカメラは、水平方向及び垂直方向に各
所定数の画素配列を以てなる画像表示画面領域を複数に
分割してなる各部分領域毎に対応する部分画像の生成を
賄うべく各所定位置に配された複数の撮像素子と、上記
複数の各撮像素子に対応して設けられ、当該撮像素子が
単独で上記画像表示画面領域全体に対応する出力を得る
ようにして用いられる場合に比し自己のカットオフ周波
数が低く設定されてなる光学的ローパス・フィルタと、
を備えて構成される。

【０００７】

【作用】本発明では、各撮像素子に対応して設けられた
光学的ローパス・フィルタのカットオフ周波数を、画像
表示画面領域全体に対応する出力を得るようにして用い
られる場合に比し低く設定している。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明に関連するカメラの一
例を示す構成ブロック図である。図を参照すると、それ
ぞれ光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１Ａ，１Ｂ，１Ｃ
及び１Ｄが入力側に配設された４個（４枚）の撮像素子
（ＣＣＤ）２Ａ，２Ｂ，２Ｃ及び２Ｄは、それぞれ一枚
の画像を上下左右に分割した左上部、右上部、左下部及
び右下部の画像領域を分担しており、ＴＧ（タイミング
ジェネレータ）１１によって駆動される各撮像素子の出
力は、Ｓ／Ｈ＆ＡＧＣ部３Ａ〜３Ｄでそれぞれサンプル
ホールドされ、ＡＧＣ（自動利得制御）された後、Ａ／
Ｄコンバータ４Ａ〜４Ｄでデジタル信号に変換される。

【０００９】Ａ／Ｄコンバータ４Ａ〜４Ｄからの各出力
は、撮像プロセス部５Ａ〜５Ｄで、例えばγ処理、アパ
ーチャ処理、色分離処理等の所定の撮像プロセスが施さ
れて、それぞれフィールドメモリ６Ａ〜６Ｄに記憶され
る。フィールドメモリ６Ａ〜６Ｄの書き込み及び読み出
しは、メモリコントロール部１２からの制御信号により
制御される。４個の各撮像素子対応に設けられたフィー
ルドメモリ６Ａ〜６Ｄはメモリコントロール部１２によ
り読み出し、書き込みが制御される。フィールドメモリ
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及び６Ｄの出力に対して補間処理を施
す補間処理部７Ａ，７Ｂ，７Ｃ及び７Ｄが設けられてい
る。この補間処理に用いられる補間係数（Ｋx，Ｋy等）
は補間係数発生部１３から発生される。切換スイッチ８
は、補間処理部７Ａ〜７Ｄからの出力を切り換え出力し
てエンコーダ９に送出する。エンコーダ９でエンコード
された信号は、Ｄ／Ａコンバータ１０でアナログ信号に
変換され、ビデオ出力として出力される。

【００１０】図２は、図１に示す例における撮像プロセ
ス回路５Ａ〜５Ｄの詳細構成ブロック図である。Ａ／Ｄ
コンバータ（４Ａ〜４Ｄ）から送出されたデジタル画像
データは、輝度信号処理系Ｙと色信号処理系Ｃでそれぞ
れ処理された後、対応するフィールドメモリ６Ａ〜６Ｄ
のそれぞれに記録される。すなわち、画像データは、ロ
ーパスフィルタ（ＬＰＦ）５１で色キャリア成分が除去
され、１Ｈ遅延部５２で色処理系との時間調整のため１
Ｈ遅延された後、モニタ表示のためγ補正部５３でγ補
正処理が施され、更にアパーチャ補正部５４でアパーチ
ャ補正処理が施された後、対応するフィールドメモリに
記録される。

【００１１】一方、色信号処理系では、画像データは、
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５５で変調色成分が抽出
され、色分離部５６で色分離処理が施された後、原色生
成部５７において、後述するような処理によりＲ，Ｇ，
Ｂの原色成分が生成される。生成された原色成分は、ホ
ワイトバランス部５８で、光源の種類、状態等に応じて
各原色成分レベルを補正され、続いてγ処理部５９にお
いてγ処理が施されて各原色Ｒ，Ｇ，Ｂの信号が対応フ
ィールドメモリに記録される。

【００１２】原色生成部５７における原色生成処理を図
３と図４を参照して説明する。図３は、説明を簡単にす
るため１６画素構成について、市松状に各補色フィルタ
が張られた単板カラーイメージャの動作説明図である。
画素の読み出しは、図示の如く、ＡフィールドではＡ１
とＡ２のようなペアで示した如く、上下の画素に蓄積さ
れた電荷を混合して読み出す。各混合画素データは、水
平シフトレジスタＨregに転送され、矢印の読み出し方
向で読み出される。したがって、水平シフトレジスタＨ
regから出力される信号の順番は、Ａ１ラインでは［Ｇ
＋Ｃｙ］，［Ｍｇ＋Ｙｅ］，［Ｇ＋Ｃｙ］，［Ｍｇ＋Ｙ
ｅ］となる。ここで、上記各フィルタＣｙ，Ｙｅ，Ｍｇ
及びＧを有した画素の出力信号について緑（Ｇ），青
（Ｂ）及び赤（Ｒ）の各原色成分は次のような構成とな
っている。

【００１３】 Ｃｙ＝ Ｇ＋Ｂ Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ Ｍｇ＝Ｒ＋ Ｂ Ｇ＝ Ｇ したがって、Ｈregから出力される信号を用いると、輝
度信号ＹLと色（クロマ）信号Ｃは、次のように隣り同
士を加え、クロマ信号は減ずることにより得られる。

【００１４】すなわち、信号ＹLは、 ＹL＝｛（Ｇ＋Ｃｙ）＋（Ｍｇ＋Ｙｅ）｝ ＝２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒ の近似信号を用い、信号Ｃ1は Ｃ1＝｛（Ｍｇ＋Ｙｅ）−（Ｇ＋Ｃｙ）｝ ＝２Ｒ−Ｇ の近似信号を用いる。

【００１５】次に、Ａ２ラインを考えると、水平シフト
レジスタＨregからの信号は、 （Ｍｇ＋Ｃｙ），（Ｇ＋Ｙｅ），（Ｍｇ＋Ｃｙ），（Ｇ
＋Ｙｅ） の順番で出力される。この信号によって信号ＹLを構成
すると、 ＹL＝｛（Ｇ＋Ｙｅ）＋（Ｍｇ＋Ｃｙ）｝ ＝２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒ となり、Ａ１ラインと同一構成となる。

【００１６】同様に、クロマ信号Ｃ2は、 Ｃ2＝｛（Ｇ＋Ｙｅ）−（Ｍｇ＋Ｃｙ）｝ ＝−（２Ｂ−Ｇ） で近似される。つまり、クロマ信号は線順次で、 （２Ｒ−Ｇ），−（２Ｂ−Ｇ） が交互に取り出せる。Ｂフィールドも同様である。

【００１７】各ライン（ｎ−１，ｎ，ｎ＋１…ライン）
についての信号ＹL，Ｃ1及びＣ2が図４に示されてい
る。図４において、ｎラインに注目すると、このライン
では信号Ｃ1が得られていないので、この信号を上下の
ライン（ｎ−１ラインとｎ＋１ライン）を用いて補間処
理により生成する。こうして、ｎラインの信号ＹLn，Ｃ
1n，Ｃ2nが得られ、結局、信号ＹL,C1，Ｃ2は、次のよ
うに表される。

【００１８】 ＹL＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ Ｃ1＝２Ｒ−Ｇ Ｃ2＝−（２Ｂ−Ｇ） この連立方程式をＲ，Ｇ，Ｂについて解くと、原色信号
Ｒ，Ｇ，Ｂは Ｒ＝（ＹL＋４Ｃ1＋Ｃ2）／１０ Ｇ＝（ＹL−Ｃ1＋Ｃ2）／５ Ｂ＝（ＹL−Ｃ1＋４Ｃ2）／１０ として求められる。

【００１９】さて、上記の如くフィールドメモリ６Ａ〜
６Ｄに記録されたＲ，Ｇ，Ｂ信号の読み出しは、色収差
を考慮して生成された次のようにリードアドレスを用い
て行われる。図５（Ａ）は、複写体の結像（撮影）領域
を上下左右に４分割（領域１〜領域４）し、各領域を４
枚のイメージャで対応付けたときの座標領域を示してお
り、光軸と結像面との交点、すなわち原点０から距離ｒ
の点Ｂに結像するはずの点像は、色収差によって各色波
長に従って直線ＯＢに沿って定まる点に分散して結像す
る。このとき、赤は内側に、青は外側にずれるので、例
えば、Ｂ点に結像するはずの点像は、赤点はＡ点（ｒ
R）に、青点はＣ点（ｒB）に結像することになる。ここ
で、ｒR ，ｒBは、次の一次式で近似することができ
る。

【００２０】 ｒR＝ｒ（１＋ＳR） ｒB＝ｒ（１＋ＳB） ここで、ＳR，ＳBはレンズの焦点距離等のレンズの状態
に依存しており、次式で表される。 ＳR＝ＣR＋ＤRｆ ＳB＝ＣB＋ＤBｆ ここで、ＣR，ＣB，ＤR，ＤBはレンズによって定まる定
数、ｆは焦点距離を示す定数である。

【００２１】上記近似式に基づいて色収差に起因するず
れを考慮して、各色信号毎に定まる位置画素データがフ
ィールドメモリから読み出される。図５（Ｂ）には、図
５（Ａ）の点Ａ，Ｂ，Ｃの画素データを求める原理図が
示されている。図中、白丸がフィールドメモリに記憶さ
れている画素データを示し、赤（Ｒ）信号はＡ点の画素
データであり、この画素データは、その周囲の４個の赤
（Ｒ）の画素データＡ１〜Ａ４を用いた補間処理により
得られる。同様に、青（Ｂ）信号は、Ｃ点の画素データ
であり、周囲の４個の青（Ｂ）の画素データＣ１〜Ｃ４
を用いた補間処理により得られる。緑（Ｇ）信号はＢ点
の画素データそのものを用いる。

【００２２】次に、各フィールドメモリから画像データ
を読み出す際のアドレスの生成方法について説明する。
図５（Ａ）において、実線の太枠が有効撮像エリア、す
なわち、表示エリアを示す。これに対して、イメージャ
ｎを、理想的な取付位置に機械的に取り付けることは、
非常に難しく、座標軸方向のずれや、傾きが生ずるの
で、このずれを補償する座標変換を施す必要がある。図
６において、Ｏが光軸、ＯDが表示座標原点、Ｏnがイメ
ージャｎの原点、点Ｐが色収差のないときの結像位置、
点ＰAが実際の結像位置を示す。座標変換を施すという
ことは、すなわち、表示座標系で示す点Ｐの位置（Ｘ，
Ｙ）から、イメージャｎの座標系で示す点ＰAの位置
（ｘ’，ｙ’）を求めることである。

【００２３】まず、表示座標系で、ＰとＰAの関係は、
上述色収差の補正処理の（数１）式に従うことで求めら
れる。

【００２４】

【数１】

【００２５】次に、表示座標系と、イメージャｎの座標
系のを行う。（ｘn，ｙn）は、各座標系の原点の平行移
動量、θnは各座標系の傾きを表す。このとき、（数
２）式に従って、両座標系を変換することができる。

【００２６】

【数２】

【００２７】（数１）式と（数２）式からｘ′とｋｙ′
は（数３）式で表される。

【００２８】

【数３】

【００２９】ここで、ｋは、例えば、水平７６８画素、
垂直４８０画素で構成するＮＴＳＣのイメージャ（撮像
素子）では、図７に示す如く、画素のピッチが縦と横で
異なり、縦ピッチの方が横ピッチよりも長く、実際の空
間の縦横比とメモリ空間の縦横比を合わせるために用い
る係数で、メモリ空間と実空間のアスペクト比であり、
ｋ＝２．４となる。

【００３０】上述原理に基づいて、表示位置（Ｘ，Ｙ）
からメモリ上のアクセスすべきアドレスｘA，ｋｙAを
（数４）式に従って求めることができる。

【００３１】

【数４】

【００３２】（数４）式中で、Ｓ＝Ｃ＋Ｄｆであり、ｆ
はレンズの焦点距離を、ＣとＤは、前述の如くレンズで
決まる定数を示す。Ｘn，Ｙn及びθnは、イメージャの
取り付け精度で決まる。

【００３３】以上の例によれば、図７において、黒丸の
画素データを求めるとき、白丸（ＡＢ）の他に、より近
い画素データである三角で示される画素データ（ＣＤ）
を利用して補正できるため、より高品質な補正が可能と
なる。また、上述補正アドレスの生成は、上述のように
一次式で表現され、また式中の定数の変化は、イメージ
ャの取付やレンズ状態で定まる定数であるため当該式の
演算を実現する回路規模は小さくて済む。

【００３４】次に、本発明によるカメラの一実施例にお
ける光学ローパスフィルタ１Ａ〜１Ｄについて図８と図
９を参照して説明する。ここでの光学ローパスフィルタ
１Ａ〜１Ｄは、従来の単板カラーイメージャの偽色発
生、色解像度の低下を防止するための光学ローパスフィ
ルタについてのものである。

【００３５】イメージャとして用いられるＣＣＤは、離
散的に空間情報をサンプリングするため、サンプリング
周波数と入力情報の細かさは、サンプリング定理を満足
しないと元の情報を再現できない。特に、図３に示すよ
うな補色市松状フィルタを使用した場合には、２画素周
期で出力信号が変化し、入力信号が変調されてしまうこ
とになり、本来の信号以外の偽信号が発生してしまう。

【００３６】ある空間周波数ｆの信号で、周波数ｆｃの
色キャリアを変調すると、図８（Ａ）に示すように、ｆ
ｃ、ｆｃ＋ｆ、ｆｃ−ｆ、ｆの各周波数成分をもった信
号が生成される。ここで、ｆｃはサンプリング周波数を
示す。 ｆｃ／２＜ｆ＜ｆｃ のとき、ｆがｆｃ／２と３ｆｃ／２の間に入り、偽色の
原因となる。しかしながら、ｆの成分は画像の細かい成
分を表す情報なので、従来は最終画像として偽色、解像
度とも許容レベルに納まるように図１の光学ローパスフ
ィルタ（ＬＰＦ）１Ａ〜１Ｄのカットオフ周波数を最適
化していた。

【００３７】図８（Ｂ）には、従来の光学ＬＰＦを用い
た場合の色キャリアとサンプリング周波数についてのス
ペクトラムが示されている。同図中、実線部は輝度信号
成分を示し、斜線部が色キャリアによる変調成分を示
す。同図から明らかなように、トラップ周波数が略色キ
ャリア周波数に設定されており、上記の偽色信号が生ず
る。

【００３８】そこで、本実施例では、同図（Ｃ）のカッ
トオフ周波数を従来よりも低い周波数（本例では、ｆｃ
／２）とし、色キャリアによる変調成分と輝度信号成分
の重なりを避けることにより、偽色信号の発生を抑制し
ている。つまり、図８（Ａ）において、 ０＜ｆ＜ｆｃ／２ のとき、ｆｃ、ｆｃ±ｆはｆｃ／２と３ｆｃ／２の間に
納まり、偽色の発生が抑制される。

【００３９】一方、解像度を考えると、従来は一画面を
構成する画素数は、図９（Ａ）のように、４８０×７６
８であるのに対し、本実施例では、上述のように同図
（Ｂ）のセンサーが水平方向、垂直方向に各２枚ずつ配
設されているので、総計画素数は従来の２倍となる。セ
ンサー１枚当たりでは、光学ＬＰＦで入力される情報と
しては７６８／２画素でとれる情報誌しか得られない
が、２枚のセンサーが配設されているため、従来と同等
の解像度が得られる。

【００４０】以上説明したように、本発明によれば、色
収差の補正を電気的に行っているので、色収差補正用光
学系の大型化が避けられ、カメラのより一層の小型化を
図ることができるだけでなく、色キャリアによる折り返
し歪みの発生が抑圧される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関連するカメラの一例を示す構成ブロ
ック図である。

【図２】図１に示す例における撮像プロセス回路５Ａ〜
５Ｄのそれぞれの詳細構成ブロック図を示す。

【図３】市松状に各補色フィルタが張られた単板カラー
イメージャの動作説明図である。

【図４】各ライン（ｎ−１，ｎ，ｎ＋１…ライン）につ
いての信号ＹL，Ｃ1及びＣ2を示す図である。

【図５】複写体（撮影）領域を上下左右に４分割（領域
１〜領域４）し、各領域を４枚のイメージで対応付けた
ときの座標領域を示す図である。

【図６】座標軸方向のずれや原点を中心とした回転ずれ
を補償する座標変換を説明するための図である。

【図７】ＮＴＳＣ方式ではメモリ格納画素のピッチを示
す図である。

【図８】本発明によるカメラの一実施例を説明するため
の色キャリアとサンプリング周波数についてのスペクト
ラム図である。

【図９】一画面を構成する画素数を示す図である。

【図１０】画素数の比較的少ない撮像素子を複数個用い
た撮像装置を説明するための図である。

【図１１】図１０に示す撮像装置の構成を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｄ 光学ローパスフィルタ ２Ａ〜２Ｄ 撮像素子（ＣＣＤ） ３Ａ〜３Ｄ Ｓ／Ｈ＆ＡＧＣ部 ４Ａ〜４Ｄ Ａ／Ｄコンバータ ５Ａ〜５Ｄ 撮像プロセス部 ６Ａ〜６Ｄ フィールドメモリ ７Ａ〜７Ｄ 補間処理部 ８ 切換スイッチ ９ エンコーダ １０ Ｄ／Ａコンバータ １１ タイミングジェネレータ １２ メモリコントロール部 １３ 補間係数発生部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平方向及び垂直方向に各所定数の画素配
   列を以てなる画像表示画面領域を複数に分割してなる各
   部分領域毎に対応する部分画像の生成を賄うべく各所定
   位置に配された複数の撮像素子と、 上記複数の各撮像素子に対応して設けられ、当該撮像素
   子が単独で上記画像表示画面領域全体に対応する出力を
   得るようにして用いられる場合に比し自己のカットオフ
   周波数が低く設定されてなる光学的ローパス・フィルタ
   と、 を備えたことを特徴とするカメラ。