JPS61227492A - 固体撮像装置 - 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】 〔発明Ｑ利用分野〕 本発明はカラー撮像装置にかかわシ、特に固体撮像素子
を用いた単板カラーカメラに好適な色モワレの軽減方法
および装置に関する。

〔発明の背景〕

現在、ひとつの固体撮像素子からカラーのビデオ信号を
得る単板カラーカメラが実用に供せられている。とうし
たカメラでは固体撮像素子の各画素に透過光の異なる数
種の色フィルタを周期的に対応させることによって複数
の色信号を得ている。

したがって各色信号の空間的サンプリング周波数は画素
のサンプリング周波数の数分の１に低下するので色モワ
レが発生しやすい。

単板カラーカメラの色モワレを軽減する方法としてたと
えば特開昭５４−１３１８１９号公報に示されるものが
ある。

この方法では次のような動作を行なう。たとえば第１図
に示す色フィルタを、各フィルタ片が固体撮像素子の画
素に１対１で対応するよう組み合わせると第２図（ａ）
に示す信号が得られる。これを分離して得た第２図６）
〜（ｄ）に示すＲ，Ｇ、Ｂ信号では、たとえば時刻ｔ１
にはＲ信号が得られるがＧ、Ｂ信号は得られず、時刻ｔ
！にはＧ信号が得られるがＲ１Ｂ信号は得られない。そ
こでたとえば時刻ｔ１ではＲ１の大きさがＲｅとＵＳの
どちらに近いかを比較し、Ｒｏに近ければＧｏとＢ。

で、またＲ鵞に近いかどちらにも近くなければＧｌ　と
ＢｔでＧ、Ｂ信号を補間する。こうした動作でＲ，Ｇ、
Ｂ信号を補間すると第２図（ｅ）〜＠に示すようにサン
プリング周波数が高く、位相のそろった３信号が得られ
る。この結果画素の繰シ返しく周期）に比べて変化の間
隔が十分大きな被写体の境界部・では本来得られるべき
信号がほぼ正しく補間されるので、こうした境界部で発
生する色モワレが軽減される。

しかし画素の繰シ返し周期の数倍の間隔で変化するパタ
ーンをもった被写体では正しく補間できず、逆に色モワ
レが増加するという問題がある。

たとえば第１図の色フィルタに第３図に示す相対関係で
明暗の被写体を結像させると第４図（ａ）に示す信号が
得られる。これｔ−Ｒ，Ｇ、Ｂに分離して上述の従来処
理を施すと第４図（ｂ）〜（ｄ）の信号となる。これら
の信号を第３図の被写体と比べるとｔ３におけるＧ信号
は本来得られるべき信号と明らかに異なる。この結果ｔ
３ではあたかも緑色の被写体を撮像したような信号とな
シ、再生画上でにせの色が発生する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は固体撮像素子の画素の繰り厚し周期の数
倍の間隔で変化するパターンをもつ被写体に対してもに
せの色が発生しにくい信号補間を行なう単板カラーカメ
ラの色モワレ軽減方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明の固体カラー撮像装置は
、固体撮像素子から順次得られる複数の色信号をそれぞ
れ当該位相でサンプリングして分離し、任意の色信号の
特定時刻における信号とその前で得られる同一色信号と
の間の変化量および後で得られる同一色信号との間の変
化量を求め、特定時刻における他の色信号をその前後に
得られる当該色信号の大きさと得られる時刻差、および
上述の変化量から求めた信号で補間することに特徴があ
る。

〔発明の実施例〕

以下、第５図に示す構成の実施例を用いて本発明の詳細
な説明する。

第５図において固体撮像素子１には例えば第１図に示す
色フィルタを組み合わせているものとする。このとき第
３図に示す相対関係で明暗の被写体が結像すると出力か
らは第６図（ａ）に示す信号が得られる。これを直列に
接続した遅延回路２ａ。

２ｂ、・・・・・・、２ｆに順次加える。ここで各遅延
回路の遅延量を画素信号のサンプリング周期に等しく設
定する。この結果たとえば時刻ｔ６には出力線３ａ、３
ｂ、・・・・・・、３ｇからそれぞれ時刻ｔ６゜ｔＳ　
＋　”””ｅ　　”０に得られたＢ、、Ｇ、、凡２゜Ｂ
ｔ　ｅ　Ｇｌ　＊　Ｒｔ　ｅ　Ｂ（ｌの画素信号が同時
に得られる。

なお第６図（ａ）の信号をサンプリングにより分離した
Ｒ、、Ｇ、Ｂ信号はそれぞれ第６図（ｂ）〜（ｄ）に示
すとおシである。ここで時刻ｔ３に得られる信号を例に
とるとＢ信号ではＢ１が得られるがＲ信号、Ｇ信号は存
在しない。そこでまずＢｏ−８１間の被写体の変化が直
線的であると近似すると時刻ｔｌおよび１．はＢ、−Ｂ
１間のそれぞれ了および１の位置に対応するから、これ
らの時刻でのＢ信号の大きさＢａ１　、　Ｂａ２はそれ
ぞれ次のとおシである。

同様にＢ＋−Ｂ２間の被写体の変化が直線的であると近
似すると時刻ｔ４．ｔｓのＢ信号の大きさＢ　ａ　４　
ｓ　Ｂ　ａ　＠はそれぞれ次のとおりである。

Ｂｏ　％Ｂ１問およびＢｔ　ｘ１３．間におけるＢ信号
、Ｇ信号の変化もＢ信号と同様直線的であると考えると
たとえば時刻ｔｌで得られるＲ信号（Ｒｓ）とｔｌで得
られる几信号（Ｒ，，３）の間には次の関係を用いるこ
とができる。

（１）、（５）式よシ几、３は次の関係を用いて求める
ことができる。

回春にして時刻ｔ３におけるＲ信号（Ｒ−’ａ　　）と
時刻ｔ４で得られるＲ信号（Ｒｚ）の関係、および時刻
１．におけるＧ信号（Ｇ−ｓ、　Ｇ−’ｓ　　）と時刻
ｔ！および１．で得られるＧ信号（Ｇ１およびＧ雪）と
の関係は次のようになる。

ここで時刻ｔ３におけるＲ信号（Ｒｓｓ）を時刻１Ｋに
得られるＲ１から近似したＲ　ａ　３と時刻ｔ４に得ら
れるＲ雪から近似したＲ、′３の平均値信号として求め
ることとすると次のとおりである。

・・・・・・・・・αＯ 同様に時刻ｔ３におけるＧ信号（Ｇａｓ）は次のとおシ
である。

・・・・・・・・・（１１） 上述の説明は時刻ｔ３に得るべき信号を例にとって行な
ったが、他の時刻に得るべき信号についてもＲ，、Ｇ、
Ｂの関係を各色信号が得られる頴序にしたがって入れか
えればＧ０，００式をそのまｔあてはめることができる
。

以上の信号処理を実現する一例である第５図の実施例で
は出力線３ｇから得られるたとえば時刻ｔ６のＢｅを減
算回路４ａの正極性入力に加え、出力線３ｄから得られ
るＢ、を負極性入力に加えび５ｂに加える。同様に出力
線３ａから得られるＢｔを減算回路４ｂの正極性人力に
加え、Ｂ１　を負極性入力に加える。この結果得られる
減算回路４ｂの出力信号をそれぞれ一倍および１倍の増
幅率をもった増幅回路５Ｃおよび５ｄに加える。さらに
増幅回路５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの出力信号をそれぞれ
出力線３ｄから得られるＢ１と共に加算回路６ａ、６ｂ
、６ｃ、６ｄに加える。

ここで加算回路６ｂの出力信号を除算回路７ａの除信号
入力に加え、一方被除算信号入力には出力線３ｆから得
られるＲ１を加える。また加算回路６Ｃの出力信号は除
算回路７ｂの除信号入力に加え、被除算信号入力には出
力線３Ｃから得られる信号を加える。こうして得られた
除算回路７ａおよび７ｂの出力信号を加算回路８ａで加
算し、出力線３ｄから得られるＢ１と共に乗算回路９ａ
に加え、さらに増幅率ユの増幅回路１０ａに加えれは出
力からは００式で表わされるＲ１３に対応した信号が得
られる。

同様に加算回路６ａの出力信号を除算回路７Ｃの除信号
入力に加えて被除算信号入力には出力線３ｅから得られ
るＧ１を加え、加算回路６ｄの出力信号を除算回路７ｄ
の除信号入力に加えて被除算信号入力には出力線３ｂか
ら得られるＧ：を加える。除算回路７Ｃおよび７ｄの出
力信号を加算回路８ｂで加え合わせて出力線３ｄから得
られるＢＫと共に乗算回路９ｂに加え、増幅率ｉの増幅
回路１０ｂを経れば出力からは００式で表わされるＧｔ
３に対応した信号が得られる。

なお増幅回路１０ａ、１０ｂの出力信号は出力線３ｄか
ら得られる信号と共にゲート回路１１ａ。

１１ｂ、ｌｌｃに加える。このとき固体撮像素子の駆動
パルスに同期した発振回路１２からの信号でゲート回路
１１ａ、１１ｂ、１１Ｃを制御し、それぞれの出力から
Ｂ信号、Ｇ信号、Ｒ信号が分離して得られるようにする
。

以上の結果、第６図（ａ）の信号からは（ｅ）〜（ｇ）
に示すとおシサンプリング周波数が画素のサンプリング
周波数に等しく、位相のそろったＲ、Ｂ、Ｇ信号を得る
ことができる。これらの信号は時刻ｔ６゜ｔ７に対応し
たＧ信号等が本来得られるべき信号とは若干異なるが、
全体に第４図（Ｃ）に示した従来例のものに比べると極
端なにせ信号の発生がおさえられている。この結果再生
画上で発生するにせの色が軽減される。

なお第５図に示す実施例はαＯ９αυ式を実現するため
の一方法であシ、たとえば第７図に示すように減算回路
４ａ、４ｂと加算回路６ａ、６ｂ。

５ｃ、６ｄの機能を合わせもった加減算回路１３ａ。

１３ｂ、１３Ｃ，１３ｄを用いる方法など、Ｇ０゜００
式おるいはこれを変形した次式を満足するあらゆる構成
が可能である。

・・・・・・・・・ＱＯ’ ・・・・・・・・・αυ′ 第５図に示す実施例ではある時刻の信号をその前後に得
られる同色の信号から予測した値の平均として求めたが
、当該時刻と前後の信号が得られる時刻との差に対応し
た比率で加算する方法も有効である。

たとえば時刻ｔ３に対応するＲ信号を求めるに際して時
刻ｔ３からＲ１の得られる時刻ｔ１までの差がＲ雪の得
られる時刻ｔ４までの差の２倍であることがらＲ１から
予測した（６）式に示すＲａ　３の１倍とＲ２から予測
した（７）式に示すＲ１′３の１倍を加算して求めたＰ
Ｌ＊’３　　を補間信号に用いる。同様に時刻ｔ３に対
応するＧ信号を求めるにはＧｔ測した（９）式に示すＧ
、′３の１倍を加算して求めたＧＡ’ｓを補間信号に用
いる。この結果Ｒｔ’ｓ。

ＧＡ’ｓはそれぞれ次式で表わされる。

・・・・・・・・・α２ ・・・・・・・・・（Ｉ３ α２．１３式を実現するための実施例を第８図に示す。

第８図の実施例では出力線３ｆおよび３ｃから得られる
信号をそれぞれ増幅率１倍の増幅回路１３ａおよび増幅
率２倍の増幅回路１３．ｂを介して除算回路７ａおよび
７ｂの緑信号入力に加えると同時に、増幅回路１０ａの
増幅率を１倍に変更することによってα２式で示すＲｔ
’ｓを得る。同様に出力線３ｅおよび３ｂから得られる
信号をそれぞれ増幅率２倍の増幅回路１３Ｃおよび増幅
率１倍の増幅回路１３ｄを介して除算回路７ｃおよび７
ｄの緑信号入力に加え、増幅回路１０ｂの増幅率を丁に
変更してα２式に示すＧｔ’ｓｆ得る。

こうして得られたＲ、Ｂ、Ｇ信号は第６図（ｈ）〜（ｊ
）に示すとおりである。これらの信号は第５図に示す実
施例で得られる（ｅ）〜（ｇ）の信号と同様、本来得ら
れるべき信号に近いものである。また（１Ｂ、０３式の
関係を満足すれば第８図に示すもの以外の構成、あるい
は変形した式に対応する構成が可能なことは第５図の実
施例と同様である。

また補間信号を合成する他の方法として、ある時刻の信
号をその前後に得られる同色の信号から予測した値と当
該時刻に得られる信号の大きさとその前後に得られる同
色信号の大きさの差に対応した係数とから求めることが
有効である。

たとえば時刻ｔ３に対応するＲ信号を求めるに際して時
刻ｔ３に得られるＢ１と時刻１ｏに得られるＢｏとの差
（ＩＢｏ　　Ｂｓ１）およびＢｌと時刻ｔ６に得られる
Ｂ２との差（ＩＢ鵞−Ｂ１１）を求め、Ｂ１がＢｅある
いはＢｔのどちらにどれだけ近い値であるかを で表わす。これｆｉ’　Ｒｓから予測した（６）式に示
すＲｓ　３とＲｓから予測した（７）式に示すＲ１′３
の係数に用いると時刻ｔ３の補間信号Ｒ１“３は次式と
なる。

・・・・・・・・・α荀 同様に時刻ｔ３に対応するＧ信号（Ｇｔ“３）はＧＧｌ
から予測した（８）式に示すＧａ３と０２から予測した
（９）式に示すＧ、′３に上述の係数を用いればよく、
次式のようになる。

・・・・・・・・・（ｉｓ α４．α９を実現するための実施例を第９図に示す。

第９図において減算回路４ａ、４ｂの出力から得られる
たとえば時刻ｔ６における信号を例にとるとＢｅ−Ｂ５
およびＢｓ　　Ｂｔの差信号をそれぞれ絶対値回路１４
ａ、１４ｂに加えて絶対値信号に変換する。さらに絶対
値回路１４ａ、１４ｂの出力を加算回路１５に加えると
同時にそれぞれ除算回路１６ａおよび１６ｂの被除算信
号入力に加え、除信号入力には加算回路１５の出力信号
を加えれば出力から の係数に対応した信号が得られる。さらに除算回路１６
ａの出力を除算回路７ｂの出力と共に乗算回路１７ｂに
加え、得られた出力信号を加算回路８ａに加える。同時
に除算回路１６ｂの出力を除算回路７ａの出力と共に乗
算回路１７ａに加え、この出力を加算回路８ａに加える
。同様にして除算回路１６ａの出力を除算回路７ｄの出
力と共に乗算回路１７ｄに加えて得られた出力と除算回
路１６ｂの出力を除算回路７Ｃの出力と共に乗算回路１
７Ｃに加えて得られた出力とを加算回路８ｂＫ加える。

加算回路８ａ、８ｂの出力を出力線３ｄから得られた出
力と共に乗算回路９ａ、９ｂに加えれば出力からはα４
）、（１５式で示されるＲ１“３゜Ｇｉ“３　が得られ
る。この際増幅回路ＩＱａ、１０ｂの増幅率は１倍とす
るかあるいは省けば良い。

なお、検出器１８は絶対値回路１４ａ、１４ｂの出力が
ともＫＯであった場合を検出し、このと、１　。

き除算回路１６ａ、１６ｂの出力から　百　に対応する
信号が得られるよう制御する。

以上の動作で得られるＲ、、Ｂ、Ｇ信号は第６図［有］
）〜に）に示すとおり本来得られるべき信号にごく近い
ものとなるので再生画上でにせの色の発生を大幅に改善
することができる。また（１４）、（１５１式の関係を
満足すれば、別の構成あるいは式を変形した他の構成で
同様の結果が得られることは第５図の実施例と同様であ
る。

また第５図、第７〜９図の実施例において遅延回路２ａ
〜２ｆは直列接続としたが、第１０図に示すように遅延
時間が画素のサンプリング周期の１倍〜６倍である遅延
回路１９３〜１９ｆｔ−並列接続して用いることもでき
る。

なお乗算回路、除算回路等はアナログ回路で実現するこ
とは回路的にむずかしいが、固体撮像素子１の出力をデ
ィジタル信号に変換することによってディジタル信号で
の演算処理が可能である。

また本発明の説明は第１図に示す色フィルタを例にとっ
て行なったが、数種の信号が顆次繰り返す時系列信号に
適用できることは明らかである。

したがって第１１図（ａ）、Φ）などの補色系フィルタ
を用いたもの、（Ｃ）、　（ｄ）などの＊ｂ返しが３画
素以外のもの、（ｅ）などの縦方向が同色でないもの、
（ｆ）などの、１ラインおきに画素が水平方向にずれた
固体撮像索子に対応したものなどあらゆる色フィルタと
組み合わせた単板カラーカメラに適用可能である。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば固体撮画素子の画素間隔の
数倍で変化するパターンをもった被写体に対してもＫせ
信号が発生しにくい信号補間を行なうことができ、単板
カラーカメラの色モワレを大幅に軽減することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は単板カラー用フィルタの一例を示す図、第２図
は従来例の動作を説明するための信号の模式図、第３図
は従来例での問題点を指摘するための被写体の一例を示
す図、第４図は第３図に示す被写体で得られる信号の模
式図を示す図、第ｐ図および第７図〜第１０図は本発明
の実施例を示す図、第６図は本発明の実施例で得られる
信号の模式図を示す図、第１１図は本発明が適用可能な
単板カラーカメラの色フィルタの例を示す図である。 ４・・・減算回路、６・・・加算回路、７・・・除算回
路、８・・・加算回路、９・・・乗算回路、１１・・・
ゲート回路、１３・・・増幅回路、１４・・・絶対値回
路、１５・・・加算回路、１６・・・除算回路、１７・
・・乗算回路、１８・・・蒸　　１　　図 冨　　Ｚ　　目 りン　　０．：・　　、・′、；°゛、・　　・　　。 冨　３　図 ′ｆＪｄ　　　図 （ｄ、）　（、−７，、、、、−１：・　：百　５　図 尺　　　ｑ６ 基　６　図 （ＭＬ）Ｂ　　・旨　・ミ　　　　　　　　　　ミ・　
二ｍ″ｉｆ基　７　囚 ｇ４　　　ρ 夏ｇ図 に　　　１４ｉ　　　　υ ￥Ｊ　ｌｏ　図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも水平方向に画素を配置した撮像素子と透
   過光がたがいに異なる複数種の微小光学色フィルタを上
   記撮像素子の上記各画素に対応させて繰り返し配列させ
   たフィルタとを用いた撮像装置において、上記撮像素子
   から順次得られる上記画素の信号をそれぞれ上記複数種
   の微小光学色フィルタに対応した複数系列の画素信号群
   に分離し、上記複数系列の画素信号群から任意に選んだ
   第１の画素信号群に属する特定の時刻に得られる第１の
   画素信号と上記第１の画素信号群に属する上記第１の画
   素信号の直前に得られる第２の画素信号と上記第１の画
   素信号群に属する上記第１の画素信号の直後に得られる
   第３の画素信号と上記複数系列の画素信号群のうちの上
   記第１の画素信号群とは異なる第２の画素信号群に属す
   る上記特定時刻の直前に得られる第４の信号と上記第２
   の画素信号群に属する上記特定時刻の直後に得られる第
   ５の信号を得、上記第１の信号と上記第２の信号とから
   求めた上記第４の信号が得られる第２の時刻に対応する
   第６の信号と上記第１の信号との比と上記第４の信号と
   から求めた第１の近似信号と上記第１の信号と上記第３
   の信号とから求めた上記第５の信号が得られる第３の時
   刻に対応する第７の信号と上記第１の信号との比と上記
   第５の信号とから求めた第２の近似信号を得、上記第１
   の近似信号と上記第２の近似信号とから上記第２の画素
   信号群の上記第１の信号が得られる上記特定時刻に対応
   する補間信号を求めることを特徴とした固体撮像装置。 ２、上記第２の信号が得られる第４の時刻と上記特定時
   刻との間の信号変化を直線近似することにより上記第１
   の信号と上記第２の信号とから上記第６の信号を求め、
   上記第３の信号が得られる第５の時刻と上記特定時刻と
   の間の信号変化を直線近似することにより上記第１の信
   号と上記第３の信号とから上記第７の信号を求めること
   を特徴とした特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置
   。 ３、上記第１の近似信号と上記第２の近似信号との平均
   値に対応する信号を上記補間信号とすることを特徴とし
   た特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。 ４、上記第１の近似信号を上記第５の信号が得られる上
   記第３の時刻と上記特定の時刻との差に対応した増幅率
   で増幅した信号と上記第２の近似信号を上記第４の信号
   が得られる上記第２の時刻と上記特定の時刻との差に対
   応した増幅率で増幅した信号とを加算して上記補間信号
   とすることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の固
   体撮像装置。 ５、上記第２の信号と上記第１の信号との第１の差と上
   記第３の信号と上記第１の信号との第２の差を得、上記
   第１の近似信号を上記第２の差を上記第１の差と上記第
   ２の差との和で除した大きさに対応した増幅率で増幅し
   た信号と上記第２の近似信号を上記第１の差を上記第１
   の差と上記第２の差との和で除した大きさに対応した増
   幅率で増幅した信号とを加算して上記補間信号とするこ
   とを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装
   置。 ６、上記第１の差と上記第２の差がともに０であつたと
   き上記第１の近似信号と上記第２の近似信号との加算信
   号の１／２倍に対応した信号を上記補間信号とすること
   を特徴とした特許請求の範囲第５項記載の固体撮像装置
   。