JPS59168790A - カラ−撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送撮像素子（以下ＣＣＤ撮像素子と略記
する。）を用いたカラー撮像装置に関するものである。

１個の撮像素子を用いてカラーテレビジョン信号を得る
方法ζこついては、透明と黄、透明とシアンよりなる２
種のフィルターを被写体の実像を結ぶ位置におき赤信号
と青信号を空間変調して緑信号と周波数多重化して撮像
素子より取り出す方法が知られている。この方法では撮
像素子の出力を低域フィルターに通して輝度信号を得、
−万、赤信号と青信号は空間変調の周波数で決まる搬送
波成分（以下変調成分と略記する。）として撮像素子の
出力に多重化して含まれているのでこれを帯域フィルタ
ーで抜き出し、この抜き出した変調成分からさらに赤信
号と青信号を分離して得るようになされている。

従来変調成分から赤信号と青信号を分離する方法として
、隣り合った２本の走査線に含まれている赤の変調成分
と青の変調成分が周波数インターリ−ピングの関係を持
つように２種の色フィルターの配列を選び、帯域フィル
ターで抜き出した変調成分を１水平走査に相当する遅延
線（以下ＩＨ遅延線と略記する。）で遅延し、２本の走
査線の変調成分から周波数インターリ−ピングの関係を
用いて赤の変調成分と背の変調成分を分離し、その後そ
れぞれの変′調成分を＆Ｈして赤信号と青信号を得る方
法が知られている。ＩＨ遅延線は従来ガラス遅延線が一
般的に使用されている。ところでこのガラス遅延線は入
力の電気信号を圧電素子で超音波に変換し、この超音波
をガラスの中を伝播させ、出力側で再び圧電素子で超音
波から電気信号に変換して信号を遅延させるもので、ガ
ラスの中の超音波の伝播時間が一水平疋査に相当する時
間になされている。ガラス遅延線ではこの超音波がガラ
スの中を伝播する時に不要な反射を生じて出力信号の中
にこの不要な反射によって生じた信号（スプリアス信号
）が含まれ、これによって赤信号と青信号の画質が低下
する欠点があった。

また赤信号と青信号は２本の走査線の変調成分から得る
ため画像の垂直方向で輝度信号との位相が走査線のＶ２
本相当分ずれ、この位相のすれた信号で２つの色差信号
、Ｒ−Ｙ信号とＢ−Ｙ信号を形成すると画像の垂直方向
の輪郭部分で偽の色差信号が形成されて偽の色が着く現
象と、画像の垂直相関の無い垂直輪郭部分で垂直相関誤
差によって偽の赤信号と青イキ号が発生する現象との２
つの本質的な欠点をこの方法は持っている。これら２つ
の欠点によって画質が劣化するのを防止するには、色差
信号を形成するための輝度信号の低域成分を２本の走査
線の輝度信号で形成して赤信号と青信号と画像の垂直方
向での位相が一致した輝度信号の低域成分を得るき同時
に垂直輪郭信号を形成し、この垂直輪郭信号で垂直相関
誤差による偽の赤信号と青信号を抑える必要がある。と
ころが従来は２本の走査線の輝度信号を得るには別にＩ
Ｈ遅延線を用いて輝度信号をＩＨ遅延しなければならず
、これによって装置が複雑になる欠点があった。

このような従来の欠点を解決するために、本願と同一出
願人は特願昭５７−６１９０４号にて全色光と緑色光の
成分に相当する映像信号が走査線方向に交互に得られ、
シアン色光と黄色光の成分に相当する映像信号が走査線
方向に交互に得られてかつ全色光と緑色光の成分に相当
する映像信号とシアン色光と黄色光の成分に相当する映
像信号が走査線毎に緋順次に得られるように構成された
固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力信号を一水平
走査線に相当する時間遅延するＩＨ遅延線と、遅延しな
い第１の出力信号と前記のＩＨ遅延線で遅延された第２
の出力信号との２つ出力信号を走査線毎に切りかえて連
続した全色光と緑色光の成分に相当する映像信号と連続
したシアン色光と黄色光の成分に相当する映像信号とを
作る切り換え回路と、前記の連続した２つの映像信号か
ら全色光と緑色光とシアン色光と黄色光の成分に相当す
る４つの映像信号をそれぞ°れ分離する分離回路と、分
離された前記の全色光と緑色光とシアン色光と黄色光の
成分に相当する４つの映像信号から赤色光と青色光の成
分に相当する映像信号を形成するマトリクス回路とを少
なくとも備えているカラー撮像装置を提案した。ところ
がこの既提案のカラー撮像装置では垂直相関誤差によっ
て大きな偽の赤信号と青信号が生ずる欠点が明らかとな
り、垂直輪郭信号でこの偽の赤信号と青信号を抑える必
要があった。また、輝度信号は８／Ｎの良好な信号が得
られるものの赤信号と青信号についてはＳ／′へか悪く
、こイ１、が画質を劣化させ、さらに−次微分形の垂直
輪郭信号しか得られないために低域の輝度信号と垂直方
向でＶ２走査線相当の位相ずれを生ずるために不自然な
輪郭強調となるため解像度を高くすることができない婢
の問題が明らかとなった。

本発明の目的は前記の欠点を無くシ、簡単な構成で画質
の劣化がない改善されたカラー撮像装置を提供すること
にある。

本発明によれは、全色光と緑色光の成分に相当する映像
信号が走査線方向に交互に得られ、シアン色光と黄色光
の成分に相当する映像信号が走査線方向に交互に得られ
てかつ全色光と緑色光の成分に相当する映像信号とジア
ジ色光と黄色光の成分に相当する映像信号が走査線毎に
線順次に得られるように構成された固体撮像素子と、前
記固体撮像素子の出力信号を一水平走査期間に相当する
時間遅延する第１の遅延線と二水平走査期間に相当する
時間遅延する第２の遅延線とを備え、遅延しない第１の
出力信号と前記の第２の遅延線で遅延された第３の出力
信号とを加え合せた信号と前記の第１の遅延線で遅延さ
れた第２の出力信号を走査線毎に切りかえて連続した全
色光と緑色光の成分１こ相当する映像信号と連続したシ
アン色光と黄色光の成分に相当する映像信号を作り、こ
の連続した２つの映像信号から全色光と緑色光とシアン
色光と黄色光の成分に相当する４つの映像信号をそれぞ
れ分離する分離回路と、分離された前記の４つの映像信
号から赤色光と青色光の成分に相当する映像信号を形成
するマｌ−ＩＪクス回路とを少なくとも備えていること
を特徴とするカラー撮像装置が得られる。

以下本発明について図面を用いて詳述する。

第１図は本発明の画素の配列の一例を示すものである。

この画素の配列は、第２図に示すように画像の垂直方向
に対して走査線ごとに位相が１８０゜ずつ変化するよう
な角度で傾斜している透明（５）とシアン（Ｃｙ）より
なるフィルターで赤信号が空間変調され、同様に画像の
垂直方向に対して走査線ごとの位相が一定な透明と黄（
Ｙｅ）よりなるフィルターで青信号が空間変調されるよ
うに構成されている。第１図および第２図で符号１１で
示される画素は透明（Ｗ）で、符号１２の画素はシアン
（Ｃｙ）と黄（Ｙｅ）が重なりあっているので双方のフ
ィルターを通過できる線（Ｇ）となっている。符号１３
はシアン（Ｃｙ）、符号１４は黄（ｙｅ　）である。

第１図で第ｎ番目（ｎ：１，３，５・・・）の走査線か
らは透明（９）と緑ＣＧ）が、第ｎ＋１番目の走査線か
らはシアン（Ｃｙ）と黄（Ｙｅ）　　が１画素おきに交
互に得られる。

前述した特願昭５７−０６１９０４号で提案したカラー
撮像装置では固体撮像素子の出力信号を一水平走査期間
に相当する遅延時間を持ったＩＨ遅延線で遅延して固体
撮像素子から第ｎ　（Ｈ）の出力信号が得られている時
、ＩＨ遅延線から第ｎ−１（Ｈ）の出力信号を得て、こ
の２つの出力信号を走査線□ ごとに切りかえて連続したＷおよび緑（Ｇ）の信号とシ
アン（Ｃｙ）および黄（Ｙｅ）の信号を作り、次にこの
２つの信号を４つのゲート回路を用いてＷと緑（Ｇ）と
シアン（Ｃｙ）と黄（Ｙｅ）の４つの信号に分離した後
マｌ−ＩＪクス回路を用いてこの４つの信号から赤（Ｂ
）と青（Ｂ）の映像信号を分離している。

以上のような赤（Ｒ）と青（Ｂ）の映像信号の分離方式
では固体撮像素子の第ｎ　（Ｈ）と第ｎ−１（Ｈ）の２
つの信号を用いていることから２つの信号に垂直方向で
相関があることが必要である。すなわち第１図において
赤（Ｒ）と青（Ｂ）の映像信号を分離するために必要な
Ｗ１緑（Ｇ）、シアン（ＣＹ）、黄（Ｙｅ）の４つの信
号のうちＷと緑（Ｇ）の２色が基準となる第ｎ　（Ｈ）
の走査線から得られる場合について考慮すると他のシア
ン（Ｃｙ）と黄（Ｙｅ）の２色はＩＨ前の第ｎ−１（Ｈ
）　　の走査線から得られる信号を用いることになる。

したがってこのシアン（Ｃｙ）と黄（Ｙｅ）の２つの出
方信号は基準となる第ｎ　（Ｈ）の走査線の位置におけ
るシアン（Ｃｙ）と黄（Ｙｅ）の成分に相当する映像信
号とは同一ではない。このため第ｎ　（Ｈ）の走査線と
第ｎ−１（Ｈ）の走査線の位置で輝度、色相、彩度が異
なる場合には赤（Ｒ）と青（Ｂ）の映像信号に垂直相関
誤差による偽の色信号が生ずる。従来のカラー撮像装置
ではこの偽信号は垂直方向のわずかな輝度や色相、彩度
の変化に対しても大きく発生するため垂直輪郭信号を用
いて色信号を抑制して目立たなくする手法や垂直方向に
被写体像を光学的にぼかして偽信号を抑制する手法を用
いさるを得ない。

このように同一の色光成分に相当する映像信号が走査線
の奇数番目のみあるいは偶数番目のみのよ−うに間欠的
にしか得ることができない点が従来のカラー撮像装置の
欠点の原因であった。

このように同一の色光成分に相当する映像信号が走査線
の奇数番のみあるいは偶数番のみのように一本おきに間
欠的に発生する場合には例えば特開昭５７−１１１１９
３号に述べられているように欠落した走査線に隣接する
二つの信号を加算して用いる方法が知られているが、本
発明のような補色のカラーフィルターを用いた撮像装置
では分離して得ようとする赤（Ｒ）と青（Ｂ）の映像信
号は各走査線にすべて周波数多重化されて含まれており
、単純に映像信号を遅延して平均するだけでは赤（Ｒ）
と青（Ｂ）の映像信号を得ることができない。

次に第３図は以上の従来の欠点を無くした本発明による
カラー撮像装置の原理を示す模式図である。第３図（ａ
）と（ｂ）は赤（Ｒ）信号の分離方式、第３図（Ｃ）と
（ｄ）は青（Ｂ）信号の分離方式を示す。図において固
体撮像素子の出力信号をＩＨ遅延線を２個用いてＩＨ遅
延と２Ｈ遅延を行なうと固体撮像素子から第ｎ　＋ｌ　
（Ｈ）の出力信号が得られている時、ＩＨ遅延した信号
は第ｎ（Ｈ）、２Ｈ遅延した信号は第ｎ　−ｌ　（Ｈ）
の信号が得られている。第３図（ａ）を例にとると、第
ｎ−１（Ｈ）のシアン（ｃｙ　’）信号と第ｎ＋１（Ｈ
）のシアン（Ｃｙ）信号をそれぞれ１／２ずつ加え合わ
せて平均値を作ると基準となる第ｎ　（Ｈ）におけるＷ
信号の位置のシアン（Ｃｙ’）信号を補間して得ること
ができる。

この補間して得たシアン（Ｃｙ’）信号は第ｎ　−ｉ（
■１）と第ｎ　＋　１　（）リ　の平均値であるから垂
直方向をこおいて被写体の輝度、色相、彩度がゆるやか
に変化するような垂直相関がかなり強い場合には第ｎ　
（Ｈ）でのシアン（Ｃｙ）　＋ｉ号とほとんど等しい値
が得られる。得られたシアン（Ｃｙ’）信号とＷ信号を
演算すれば赤（Ｒ）信号を得ることができる。第３図（
ｂ）〜（ｄ）についても動作は全く同一である。

以上に述べた本発明のカラー撮像装置の色信号分離の方
式によれは垂直相関がかなり強い場合【こは垂直相関誤
差による偽の色信号はほとんど発生しない。また垂直相
関が全く無い場合においても２本の走査線の信号を平均
していることから垂直相関誤差はいに軽減される。周知
のとおり一般的な被写体では垂直相関がかなり強いので
本発明の色信号分離方式によれは従来の方式に比較して
大幅に偽の色信号が低減され従来のカラー撮像装置で必
要であった垂直輪郭信号で偽の色信号を抑制するような
手法を用いることな〈従来よりも良好な画質を得ること
ができる。

また以上の説明から明らかなように走査線３本分の映像
信号から赤（Ｒ）信号と青（Ｂ）信号を分離するので得
られた色信号のいが従来よりも改善され、これによって
画質はさらに良好となる。

第４図は本発明の実施例を示す模式図である。

図においてカラーフィルターを組合せた固体撮像素子１
５の出力（以下ＯＨ信号と略記する。）はＩＨ遅延線］
６で１走査線に相当する時間遅延される。

ＩＨ遅延された信号（以後ＩＨ倍信号略記する。）ＯＨ
信号とＩＨ倍信号よび２Ｈ信号は、前述したとおりＩＨ
倍信号基準となる信号とし、この基準信号ζこ対して上
下方向で隣接しているＯ　Ｈ信号と２Ｈ信号から基準信
号の走査線位置で欠落している映像信号を補間する。す
なわち第４図においてＯＨ信号と２Ｈ信号は加算回路１
８で７２　（ＯＨ信号）　＋　１．’２　（２Ｈ信号）
なる加算を行なわれ欠落している走査線位置の補間信号
を得る。

次にＩＨ倍信号前述の補間信号は走査線毎にスイッチ１
９と２０で切り換えられろ。スイッチ１９の出力はＩＨ
１信号→補間信号→ＩＨ信号→・・・、スイッチ２０の
出力は補間信号→１）（信号→補間信号→・・・、とな
る。第１図において基準となる走査線はｎ　（Ｈ）であ
ったからスイッチ１９の出力は走査線ごとに連続したＷ
と緑（Ｇ）の信号、同様にスイッチ２０の出力は連続し
たシアン（ＣＹ）と黄（’Ｙｅ）　　の信号となる。こ
の２つの信号は４つのゲート回路２１〜２４に□加えら
れる。グー１−回路２１と２４はケート信号２５が印加
されケート回路２］ではＷ信号、ゲート回路２４ではシ
アン（Ｃｙ）信号が分離される。同様にゲート回路２２
と２３はケート信号２６が印加されゲート回路２２では
緑（Ｇ）信号、ゲート回路ｎでは黄（Ｙｅ　）信号が分
離される。

分離された４つの信号は次の２つの式で示される演算を
行なって赤（Ｒ）信号と青（Ｂ）信号を分離される。

Ｒ＝Ｗ十Ｙｅ−ｏ−Ｃｙ　　−（１） Ｂ　＝Ｗ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ　　−（２）なお（１）式と
（２）式の演算を行なうための演算回路に送られる４つ
の信号は演算回路に加える前にリミッタ２７〜３０にお
いて振幅を制限する処理を受ける。

リミッタ２７　ｚ　３０は前述の特願昭５７−０６１９
０４号にも述べられているが固体撮像素子１５の出力が
飽和した状態においても赤（Ｒ）信号と青（Ｂ）信号が
零とならないようにこの４つの信号の最大の振幅を制限
している。すなわち赤（Ｒ）信号と青（Ｂ）信号を得る
（１）式と（２）式において固体撮像素子１５の出力が
飽和状態となり、Ｗ二Ｇ：Ｙｅ：’ＣＹとなると（１）
式と（２）式の演算結果は共に零となるように演算の誤
差を生ずるがリミッタ２７〜３０はこの演算の誤差を防
ぐものでＷ　＞　Ｙｅ　、　Ｃｙ　）　Ｇ　　となるよ
うに４つの信号の振幅を制限して固体撮像素子１５の出
力が飽和状態でも赤（Ｒ）信号と青（Ｂ）信号が零とな
らないように働いている。

リミッタ２７〜３０の出力は次に演算回路３１と３２に
加えられ前述の（１）式と（２）式の演算を行なって赤
（Ｒ）信号と青（Ｂ）信号を得る。なお、この演算回路
では（１）式と（２）式の４つの信号に係数を掛けて次
式の演算を行なわせることによって、色再現性を最適化
することが可能であり、このような係数操作を行なうこ
とができない従来の撮像管を用いた周波数分離方式のカ
ラー像像装置に比較して非常に優れた色再現性を得るこ
とができる。

Ｒ＝Ｗ＋ａＹｅ　−ｂＧ　−ｃＣｙ　　　−（３ｉＢ　
＝Ｗ＋ｄＣｙ−ｅＧ−ｆＹｅ−（４）各係数は固体撮像
素子１５の撮像特性とカラーフィルターの分光特性から
色再現性を最適となす値に決定される。

赤（助信号と青（Ｂ）信号は次にローパスフィルタ３３
と３４で色差信号を形成するに必要な帯域に制限される
。

一方ＯＨ信号とＩＨ倍信号２Ｈ信号はそれぞれローパス
フィルタ３５〜３７に印加されてクロック成分と変調成
分を除去した輝度信号を得る。得られたＯＨの輝度信号
（Ｙ（ｏｉｉ）信号）とＩＨの輝度信号（Ｙ（ＩＨ）信
号）と２Ｈの輝度信号（Ｙ（２Ｍ）信号）は赤（Ｒ）信
号および青（Ｂ）信号と共にプロセス・エンコーダ回路
側に加えられる。

プロセス・エンコーダ回路３８ではこのＹ（０）１）信
号とＹ（ＩＨ）信号およびＹ（２Ｈ）信号を用いて周知
の２Ｈ型の輪郭補正信号を形成する。すなわちＹ（ＯＨ
）信号とＹ（ＩＨ）信号とＹ（２Ｈ）信号を次式の比率
で加え合わせれば赤（Ｒ）信号および青（Ｂ）信号と垂
直方向の位相が一致した広帯域の輝度信号（Ｙ（Ｗ）信
号ンが形成される。

Ｙ（Ｗ）信号二％（Ｙ（ＯＨ）信号）十％（Ｙ（Ｈ（）
信号）＋３（Ｙ（２Ｈ）信号） このＹ（Ｗ）信号を水平方向で２次微分して水平輪郭補
正信号を得る。−万Ｙ（ＯＨ）信号とＹ（ＩＨ）信号と
ｙ（２Ｈ）信号を次式の比率で加減算すれば垂直方向の
垂直輪郭信号を得ることができる。

垂直輪郭信号”　−３Ａ（Ｙ（ＯＨ）信号）＋Ｙ（１１
（）信号３Ａ　（Ｙ（２Ｈ）信号） この垂直輪郭信号は走査線３本の輝度信号を用いて形成
された２次微分形の輪郭信号であるから自然な輪郭強制
を行なうことができ、従来のカラー撮像装置に比較して
解像度か改善される。この２つの輪郭信号は周知の方法
で水平および垂直の輪郭強調を行なって解像度を改善さ
せる。

次にＹ（Ｗ）信号はその低域成分を色差信号を形成する
ための狭帯域の輝度信号（Ｙ（Ｌ）信号）として用いる
。前述したとおりＹ（Ｗ）信号と赤（Ｒ）信号および青
（Ｂ）信号は垂直方向の位相が一致しているから垂直輪
郭部で偽の色差信号が形成されることがない。

プロセス・エンコーダ回路３８は以上に述べた赤（１％
）信号、青（Ｂ）信号、Ｙ（■・）信号、Ｙ（Ｌ）信号
、水平および垂直輪郭信号をそれぞれ周知のカンマ補正
、白クリ、ブ、黒クリップ、フランキング混合などの処
理を行なった後複合カラー映像信号を形成する。

以上図面を用いて説明したよう（こ本発明は走査線３本
の映像信号を用いて赤（Ｒ）信号と青（Ｂ）信号および
輝度信号を得るもので、本発明によれば垂直相関誤差に
よる嫡の色信号の発生か極めて少なく、画質の非常に良
好な固体撮像装置が実現できる。

なお、以上の説明では第２図のように黄（Ｙｅ）フィル
タが縦、シアン（Ｃｙ）フィルタが斜めに配置されてい
たが、これは黄（Ｙｅ）フィルタとシアン（Ｃｙ）フィ
ルタを逆に入れかえても全く同様である。

【図面の簡単な説明】 第１図と第２図は本発明のカラー撮像装置に用いるカラ
ーフィルターの配列を示す模式図、第３図は本発明の原
理を示す模式図、第４図は本発明の実施例を示す模式図
である。図ζこおいて、１１は透明Ｇηフィルタ、１２
は緑（Ｇ）フィルタ、１３はシアン（Ｃｙ　）　フィル
タ、１４は黄（Ｙｅ）フィルタ、１５は固体撮像素子、
１６と１７はＩＨ遅延線、１８は加算回路、１９と２０
はスイッチ、２１〜２４はゲート回路、５と２６はゲー
ト信号、２７〜３０はリミッタ、３１と３２はツ戸回路
、３３〜３７はローパスフッルア７３８はプロセス・エ
ンコーダ回路である。 代理人り１遡上　内　原　　　背、 第１　図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 全色光と緑色光の成分に相当する映像信号が走査線方向
   に交互に得られ、シアン色光と黄色光の成分に相当する
   映像信号が走査線方向に交互ｌこ得られてかつ全色光と
   緑色光の成分に相当する映像信号とシアン色光と黄色光
   の成分に相当する映像信号が走査線毎に線順次に得られ
   るように構成された固体撮像素子と、前記固体撮像素子
   の出力信号を一水平走査期間に相当する時間遅延する第
   １の遅延線と三水半走査期間に相当する時間遅延する第
   ２の遅延線とを備え、遅延しない第１の出力信号と前記
   の第２の遅延線で遅延された第３の出力信号とを加え合
   せた信号と前記の第１の遅延線で遅延された第２の出力
   信号を走査線毎に切りかえて連続した全色光と緑色光の
   成分に相当する映像信号と連続したシアン色光と黄色光
   の成分に相当する映像信号とを作り、この連続した２つ
   の映像信号から全色光と緑色光とシアン色光と黄色光の
   成分に相当する４つの映像信号をそれぞれ分離する分離
   回路と、分離された前記の４つの映像信号から赤色光と
   青色光の成分に相当する映像信号を形成するマトリクス
   回路と、前記の固体撮像素子の出力が飽和状態ｌこおい
   ても前記の赤色光と青色光の成分に相当する映像信号が
   得られるように前記の分離された全色光と緑色光とシア
   ン色光と黄色光の成分に相当する映像信号のそれぞｎの
   振幅を制限するリミッタ回路と、前記の第１の出力信号
   と第２の出力信号と第３の出力信号を加え合わせて広帯
   域の輝度信号を形成し、この広帯域輝度信号から色差信
   号を形成するための輝度信号の低域成分を作る映像信号
   回路と、前記の広帯域輝度信号から水平輪郭信号を形成
   する水平輪郭形成回路と、前記の第１の出力信号と第２
   の出力信号と第３の出力信号から２次微分形の垂直輪郭
   信号を形感する垂直輪郭形成回路とを少なくとも備えて
   いることを特徴とするカラー撮像装置。