KR100468169B1

KR100468169B1 - 위색(僞色)신호발생이억제가능한단판식컬러카메라

Info

Publication number: KR100468169B1
Application number: KR10-1998-0004914A
Authority: KR
Inventors: 히데후미 오까다
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2005-03-16
Also published as: EP0861005A3; CN1192632A; JP3649841B2; CN1171465C; EP0861005A2; JPH10234047A; KR19980071454A; US6133953A

Abstract

CCD(10)는 구동 회로(40)에 의해 구동되고, 전 화소 독립 판독 구동이 행해진다. 주사선 지연 회로(18 내지 22)에 의해 4라인분의 데이터가 병렬로 2차원 레지스터 어레이(30)에 입력하고, 보간 처리 회로(34)에서 4행 4열의 화소에 대응하는 데이터에 기초하여 색 신호 G, Mg, Cy, Ye마다 보간 처리가 행해진다. 색차 신호 생성 회로(36)는 보간 처리된 색 신호를 기초로 색 분리 처리를 행한다.

Description

위색(僞色) 신호 발생이 억제 가능한 단판식 컬러 카메라{SINGLE-PLATED COLOR CAMERA IN WHICH A GENERATION OF PSEUDO COLOR SIGNAL CAN BE SUPPRESSED}

본 발명은, 컬러 카메라에 관한 것으로 특히, 색차 순차 방식에 의해 어레이형으로 배열된 색 필터에 대응하여, 어레이형으로 배치되는 광전 변환 소자를 포함하는 고체 촬상 디바이스로부터의 신호를 처리하는 색 분리 회로를 갖는 단판식(單板式) 컬러 카메라에 관한 것이다.

컬러 카메라에 있어서, 현재 촬상 디바이스로서 널리 이용되고 있는 CCD(Charge Coupled Device)는, 수신된 광의 명암에 따라서 출력하는 신호의 진폭을 변화시키는 것만으로, 그 출력 신호에는 컬러 정보가 포함되지 않는다. 따라서, 컬러 정보를 얻기 위해서는 광학적인 수단을 이용하여, CCD에 입사하는 광에 필터를 개재시키는 등의 연구가 필요해진다.

가정용 컬러 카메라에 있어서는, 단일의 CCD로부터 삼원색 신호를 추출하는 소위, 단판식 방식이 채용되고, 이 CCD의 수광면측에 색 필터 어레이를 이용한 소위, 동시식 컬러 촬상 방식이 채용되고 있다.

[인터라인 전송 CCD의 구성]

도 10은 가정용 컬러 카메라에 있어서의 CCD의 구성으로서, 일반적으로 이용되고 있는 인터라인 전송 CCD(10)의 구성을 도시한 개략 블럭도이다.

인터라인 전송 CCD(10)는 어레이형으로 배치된 pn 접합형 포토다이오드로 이루어지는 감광부(12), CCD에 의해 구성되는 아날로그 시프트 레지스터를 포함하는 전송부(14), 및 전송부(14)에 의해 전송된 전하를 수신하여, 순차 전송된 신호 전하를 전압으로 변환한 신호를 수평 방향으로 전송하여 출력하는 수평 전송 레지스터(16)를 포함한다.

도 10에 있어서, 간단하게 하기 위해 pn 접합형 포토다이오드는 수직 수평 모두 3화소가 배치된 구성을 하고 있다. 실제로, 컬러 카메라에 사용되는 CCD에서는 예를 들면, 수직 방향으로 500 화소, 수평 방향으로는 500∼800 화소에 대응하는 포토다이오드가 어레이 형상으로 배치되어 있다.

다음으로, 그 동작에 대하여 간단하게 설명한다.

포토다이오드에 광이 입사하면 전하가 발생되고, 다이오드 내에 축적되어 간다. 다음, 시프트 게이트에 소정의 전압을 인가함으로써, 축적된 전하는 일제히 아날로그 시프트 레지스터(14)로 전송된다. CCD 아날로그 시프트 레지스터(14)는 클럭 펄스 전압 ψ_V1, ψ_V2, ψ_V3이 인가됨으로써 전하를 순차 수평 전송 레지스터(16)를 향해서 전송해 간다. 수평 전송 레지스터(16)에서는 전송된 신호 전하를 전압으로 변환한 후, 외부로부터 제공되는 수평 구동 신호 ψ_H1, ψ_H2, ψ_H3에 구동되어 순차 촬상 신호 출력으로서 외부로 출력한다.

[인터라인 전송 CCD의 구동 방식]

인터라인 전송 CCD의 구동 방법으로서는 일반적으로 프레임 축적 방식과 필드 축적 방식의 2개의 모드가 존재한다. 컬러 카메라에 있어서는 색차 순차 방식의 색 필터 어레이에 대응하더라도, 전 화소 판독 동작을 전제로 한 프레임 축적 방식이 이용되는 경우가 있다.

이하, 인터라인 전송 CCD는 1화소마다 판독하는 것이 가능한 프레임 축적 모드로 동작하고 있는 경우에 대해 생각하기로 한다.

[색차 신호의 분리 방식]

도 11은, 색차 순차 방식으로 배열되어 있는 색 필터 어레이의 구성을 도시한 모식도이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 색차 순차 방식의 색 필터에 있어서는, 색 필터로서 마젠타(이하, Mg로 표시), 그린(이하, G로 표시), 시안(이하, Cy로 표시), 옐로우(이하, Ye로 표시)의 색 필터가 모자이크형으로 배치되어 있다.

여기서, 광의 색 혼합에 있어서는 소위, 가색법(加色法)이 성립하므로 삼원색인 적(R), 녹(G), 청(B)에 대해 보색 관계인 Mg, Ye, Cy와의 사이에는 다음 관계가 성립된다.

따라서, 색 필터의 색으로서 상기한 Mg, G, Ye, Cy를 이용함으로써 삼원색의 R, G, B 중 휘도 신호에 대해 큰 비중을 갖는 G 신호의 강도를 R 신호 및 B 신호보다도 크게 취하는 것이 가능해진다.

도 11에 도시한 예에서는, 색차 순차 방식의 색 필터 어레이 중 4행 4열의 어레이 부분을 추출하여 나타내고 있다. 홀수번째의 행(x = 1, 3)에 있어서는 G의 색 필터와 Mg의 색 필터가 수평 방향(y 방향)으로 교대로 배치되어 있다.

한편, 짝수번째의 행(x=0, 2)에 있어서는 Ye의 색 필터와 Cy의 색 필터가 수평 방향으로 교대로 배치되는 구성으로 되어 있다.

도 12는 도 11에 도시한 4행 4열의 색 필터의 배열이 수평 방향으로 1화소분만 어긋난 경우의 색 필터의 배열을 도시한다.

예를 들면, 광전 변환 소자로부터의 출력을 y방향으로 순차 판독하는 경우, 어떤 시점에서 CCD로부터 판독된 4행 4열분의 광전 변환 소자로부터의 출력은 도 11에 도시한 색 필터 어레이로부터의 출력에 대응하는 경우와, 도 12에 도시한 색 필터 어레이로부터의 출력에 대응하는 경우가 교대로 반복되게 된다. 도 11에 도시한 바와 같은 색차 순차 방식의 색 필터의 배열에서는 임의의 4행 4열의 색 필터의 배열은 도 11 또는 도 12에 도시한 경우 외에 도 11 또는 도 12의 배치를 각각 x 방향으로 1 화소분 어긋나게 한 경우를 포함한 4가지 배열 중 어느 하나가 된다.

도 13은 종래의 색 분리 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 도 13에서는 도 11에 도시한 4행 4열의 배열 중 2행 2열을 추출하여 도시한다. 종래의 색 분리 방식에 있어서는, CCD로부터 전 화소 판독에 의해 얻어진 신호 중, 이와 같은 2행 2열의 화소에 대응하는 신호로부터 2행 2열의 화소의 중앙 위치에 대한 휘도 신호 Y, 제1 색차 신호 Cb, 제2 색차 신호 Cr을 생성한다.

여기서, 휘도 신호 Y, 제1 색차 신호 Cb, 제2 색차 신호 Cr은 삼원색에 대응하는 신호 강도를 각각 R, G, B 로 할 때, 다음 수학식으로 표현되는 신호이다.

= (R + G + 2B) + (R + 2G) = 2R + 3G + 2B

= (R + G + 2B) - (R + 2G) = 2B - G

= (2R + G +B) - (B + 2G) = 2R - G

따라서, 도 13에 도시한 2행 2열의 광전 변환 소자로부터의 신호만 얻어지면, 원리적으로 휘도 신호 Y, 제1 색차 신호 Cb, 제2 색차 신호 Cr을 얻을 수 있어, 이것에 의거하여 이하에 나타낸 바와 같은 연산에 의해 3원색 신호를 분리하는 것도 가능하다.

그러나, 상술한 바와 같은 색 분리 방식에서는 이하에 설명한 바와 같은 문제점이 존재한다.

도 14는 도 13에 도시한 바와 같은 종래의 색 분리 방식을 디지털 필터에 의해 실현한 경우의 출력 신호 Ye+G, Cy+Mg, G+Cy, Ye+Mg의 수평 방향의 주파수 특성을 나타낸 도면이다.

도 13에 있어서, CCD로부터의 신호의 판독이 y 방향으로 순차적으로 행해진다고 하면, 신호 Ye+G, Cy+Mg에 대해서는 동일 시점에서 샘플링된 신호로부터 생성되는데 반해, 신호 G+Cy, Ye+Mg에 대해서는 1샘플링 시간만 신호를 홀드하는 것이 필요해진다.

이 때문에, 신호 Ye+G, Cy+Mg의 이득은 주파수 의존성을 갖지 않지 않는데 반해, 신호 G+Cy, Ye+Mg는 나이키스트 주파수에 근접함에 따라 이득은 단조 감소한다고 하는 특성을 나타낸다.

이와 같은 제1 및 제2 색차 신호 Cb, Cr을 생성하는 기본이 되는 신호의 수평 방향의 주파수 특성이 다르면, 위색(僞色) 신호가 발생되고, 화질을 손상시킨다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 각 색 성분 신호의 대역을 맞추고, 위색 신호의 발생을 억제하여 화질을 향상시키는 것이 가능한 단판식 컬러 카메라를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 각 색 성분의 대역을 맞춘 경우에서도 해상도의 저하를 억제하는 것이 가능한 단판식 컬러 카메라를 제공하는 것이다.

본 발명의 요약에 의하면 단판식 디지털 컬러 카메라에 있어서 고체 촬상 소자와 색 분리 회로를 구비한다.

고체 촬상 소자에는 화소에 각각 대응하는 광전 변환 소자가 어레이형으로 배열된다. 고체 촬상 소자는 수광면측에 대응하는 광전 변환 소자에 대해 그린 필터와 제1 내지 제3 보색 필터가 색차 순차 방식으로 모자이크형으로 배열되는 색 필터 어레이를 포함한다.

색 분리 회로는 고체 촬상 소자의 출력을 수신하여 임의의 k행 k열(k: 짝수)의 중앙 위치에 대응하는 각각에 대해 k행 k열의 화소에 대응하는 복수의 광전 변환 소자로부터의 출력 중, 대응하는 색 필터가 배치된 광전 변환 소자로부터의 출력을 색 필터의 배치에 따른 가중 평균을 행하여 출력하는 색 보간 회로, 색 보간 회로로부터의 출력을 수신하여 중앙 위치에 대응하는 복수의 광전 변환 소자로부터의 출력 중, 대응하는 색 필터가 배치된 광전 변환 소자로부터의 출력을 색 필터의 배치에 따른 가중 평균을 행하여 출력하는 색 보간 회로, 및 색 보간 회로로부터의 출력을 수신하여 중앙 위치에 대응하는 색 데이터를 분리하는 제1 연산 회로를 포함한다.

따라서, 본 발명의 주된 이점은 색 분리 처리를 행하기 전에 보간 처리를 행하고, 각 색 성분의 대역을 맞춤으로써 신호 Ye+G, Cy+ Mg와 신호 G+Cy, Ye + Mg의 대역이 1/2 나이키스트 주파수 부근까지 매우 가까와지기 때문에 1/2 나이키스트 주파수 부근의 위색 신호를 대폭 감소시키는 것이 가능한 것이다.

본 발명의 또 다른 이점은 애퍼처 신호의 생성에 대해서는 보간 처리에 의한 해상도 저하를 억제하는 것이 가능하다는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 단판식 컬러 카메라의 구성 중, 촬상 소자인 CCD(10)에 촬상 대상의 광학상을 연결하는 광학계(12)로부터 색 분리 회로(100)까지를 포함하는 색 신호 처리계(1000)의 구성을 도시한 개략 블럭도이다.

색 신호 처리계(1000)는 촬상 대상의 광을 수광하는 광학계(2), 광학계(2)에 의해 결상된 광학상을 전기 신호로 변환하는 CCD(10), CCD(10)에 대해 전 화소 독립 판독 구동을 행하는 구동 회로(40), CCD(10)의 출력 신호를 수신하여 촬상 신호로부터 주지의 방법으로 노이즈 제거를 행하는 상관 2중 샘플링 회로(이하, CDS 회로라고 함: 44), CDS 회로(44)의 출력을 증폭시키는 오토 게인 컨트롤 회로(이하, AGC 회로라고 함: 46), AGC 회로(46)의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환 회로(48), A/D 변환 회로(48)로부터의 CCD(10)의 짝수 라인의 출력 신호와 홀수 라인의 출력 신호를 상자형으로 1화면분 유지하는 프레임 메모리(50), 및 구동 회로(40)로부터의 CCD 구동 신호를 수신하여 출력 신호가 판독되는 화소의 수평 어드레스 HA, 수직 어드레스 VA를 출력하는 제어 회로(42)를 포함한다.

색 신호 처리계(1000)는 또한 프레임 메모리(50)로부터의 제1 입력 신호를 1주사선 시간분만 지연하여 제2 입력 신호를 출력하는 주사선 지연기(18), 제2 입력 신호를 1주사선 시간분만 지연하여 제3 입력 신호를 출력하는 주사선 지연기(20), 제3 입력 신호를 1주사선 시간분만 지연하여 제4 입력 신호를 출력하는 주사선 지연기(22), 및 제1 내지 제4 입력 신호를 수신하여 휘도 신호 Y, 제1 색차 신호 Cb, 제2 색차 신호 Cr을 출력하는 2차원 비순회형 디지털 필터인 색 분리 회로(100)를 포함한다.

색 분리 회로(100)는 제1 내지 제4 입력 신호를 병렬로 순차 수신하여, 4행 4열분의 화소로부터의 데이터(그 시점에서 신호가 판독된 CCD의 색 필터의 배열에 대응하여, 그린, 옐로우, 시안, 마젠타의 색 신호를 포함함)를 유지하는 2차원 레지스터 어레이(30), 2차원 레지스터 어레이(30)로부터의 신호를 수신하여, 그린, 옐로우, 시안, 마젠타의 각색 신호마다 가중 평균 처리를 행함으로써, 4행 4열의 화소의 중앙 위치에 대응하는 색 신호를 보간 생성하는 보간 처리 회로(34), 보간에 의해 생성된 색 신호로부터 색차 신호 Cb, Cr을 생성하는 색차 신호 생성 회로(36), 2차원 레지스터 어레이(30)로부터의 신호를 수신하여, 휘도 신호 Y를 생성하는 휘도 신호 생성 회로(32), 및 휘도 신호 Y 및 2차원 레지스터 어레이(30)로부터의 신호를 수신하여 애퍼처 신호 AP를 출력하는 애퍼처 신호 생성 회로(38)를 포함한다.

여기서, 광학계(2)에 포함되는 촬상 렌즈는 통상, 조리개, 포커스, 줌 등의 가변 기구를 구비한다.

색 신호 처리계(1000)는 애퍼처 신호에 따라서 애퍼처 보정(윤곽 강조 처리)를 행하는 애퍼처 보정 회로(도시 생략)도 포함한다.

이상의 구성에 있어서, 제1 내지 제4의 4 종류의 입력 신호는 4 주사선분(4 라인분)의 촬상 신호에 해당하고, 이들 신호는 4 라인을 하나로 통합하여 색 분리 회로(100)에 입력되게 된다.

이렇게 해서, 색 분리 회로(100)와 3개의 주사선 지연기(18∼22)에 의해, FIR(Finite Impulse Response) 필터가 실현된다.

[보간 처리 및 색 분리 처리]

도 2는 본 실시예에 있어서의 보간 처리 동작을 설명하기 위한 모식도이다. 도 2의 (a)는 4행 4열의 색 필터 어레이의 배열의 일례를 도시하고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 마젠타 필터의 배열의 경우의 보간 처리시의 가중 계수의 배치를 도시하며, 도 2의 (c)는 도 2의 (a)의 그린 필터의 배열의 경우의 보간 처리시의 가중 계수의 배치를 도시하고, 도 2의 (d)는 도 2의 (a)의 시안 필터의 배열의 경우의 보간 처리시의 가중 계수의 배치를 도시하며, 도 2의 (e)는 도 2의 (a)의 옐로우 필터의 배열의 경우의 보간 처리시의 가중 계수의 배치를 도시한다.

즉, 본 실시예에 있어서는 이하의 가중 평균에 의한 보간 처리에 의해, 4행 4열의 화소의 중앙 위치에 대응하는 마젠타 신호 성분, 그린 신호 성분, 시안 신호 성분 및 옐로우 신호 성분을 생성한다.

도 11 및 도 12에 있어서 설명한 바와 같이, 4행 4열의 화소에 대응한 색 필터의 배열은 4종류가 있고, 도 2의 (a) 이외의 배열의 경우는 그것에 따라 각각의 색 필터에 대한 가중 평균의 가중 계수의 배열도 도 2의 (b) 내지 도 2의 (e) 중의 다른 배열에 각각 대응하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 CCD(10)는 전 화소 독립 판독 동작을 행한다. 즉, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 수직 방향(x 방향) 0번째의 제0 라인에 대해서는 수평 방향(y 방향)에 색 필터 Ye 및 Cy가 교대로 배치되는 것에 대응하여, CCD(10)로부터의 판독 신호는 이 라인에 대응하는 주사선에 대해서는 Ye와 Cy가 교대로 출력되는 신호가 된다. 다음의 제1 라인(x=1에 상당)에 대해서는 신호 Mg와 신호 G가 교대로 출력된다.

도 3은 도 1에 도시한 구성 중, 이와 같은 CCD(10)로부터의 판독 신호를 수신하는 주사선 지연 회로(18, 20, 22) 및 2차원 레지스터 어레이(30)의 구성을 더욱 상세하게 도시한 블럭도이다.

2차원 레지스터 어레이(30)는 A/D 변환기(16)로부터의 출력 신호를 유지하는 프레임 메모리(50)로부터의 출력을 수신하고 1클럭분 지연하여 신호 d01을 출력하는 레지스터(302), 및 신호 d01을 수신하여 1클럭분 지연하여 신호 d01을 출력하는 레지스터(302)를 포함한다.

2차원 어레이 레지스터(30)는 또한 주사선 지연기(18)로부터의 신호 d10을 수신하여 1클럭분 지연하여 신호 d11을 출력하는 레지스터(306), 신호 d11을 수신하여 1클럭분 지연하여 신호 d12를 출력하는 레지스터(308), 신호 d12를 수신하여 1클럭분 지연하여 신호 d13을 출력하는 레지스터(310), 주사선 지연기(20)로부터의 신호 d20을 수신하여 1클럭분 지연하여 신호 d21을 출력하는 레지스터(312), 신호 d21을 수신하여 1클럭분 지연하여 신호 d22를 출력하는 레지스터(314), 신호 d22를 수신하여 1클럭분 지연하여 신호 d23를 출력하는 레지스터(316), 주사선 지연기(22)로부터의 신호를 수신하여 1클럭분 지연하여 신호 d31을 출력하는 레지스터(318), 및 신호 d31을 수신하여 1클럭분 지연하여 신호 d32를 출력하는 레지스터(320)를 포함한다.

즉, 2차원 레지스터 어레이(30)에 의해, 직렬로 판독된 CCD(10)로부터의 신호는 4행 4열의 화소에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 신호가 각각 병렬로 출력되도록 변환된다.

즉, 상술한 신호 d01 내지 d32는 CCD(10) 중의 화소(x, y)에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 출력 신호를, 기호 dxy로 나타낸 것에 상당한다.

도 4는 도 1에 도시한 보간 처리 회로(34)의 구성을 보다 상세하게 도시한 블럭도이다.

보간 처리 회로(34)는 신호 d12, d10, d32를 수신하여 제1 보간 신호를 출력하는 보간 연산부(342), 신호 d11, d13, d31을 수신하여 제2 보간 신호를 출력하는 보간 연산부(344), 신호 d21, d01, d23을 수신하여 제3 보간 신호를 출력하는 보간 연산부(346), 신호 d22, d02, d20을 수신하여 제4 보간 신호를 출력하는 보간 연산부(348), 및 제어 회로(42)에 제어되고, 제1 내지 제4 보간 신호의 각각을, 그린 신호 G, 시안 신호 Cy, 마젠타 신호 Mg 및 옐로우 신호 Ye로서 출력하는 선택 회로(350)를 포함한다.

여기서, 보간 연산부(342)는 신호 d12를 수신하여 2배로 하여 출력하는 승산기(3422), 신호 d10 및 신호 d32의 가산 결과를 출력하는 가산기(3424), 및 가산기(3424)와 승산기(3422)의 가산 결과를 제1 보간 신호로서 출력하는 가산기(3426)를 포함한다. 보간 연산부(344, 346, 348)의 구성도 수신한 신호가 다른 것 외에는 기본적으로 보간 연산부(342)의 구성과 마찬가지이다.

따라서, 보간 연산부(342)는 색 필터의 배치가 도 2의 (a)인 경우, 도 2의 (c)에 도시한 가중 계수의 배치에 의한 가중 평균 처리를 행하는 것에 대응하고, 보간 연산부(344)는 도 2의 (b)에 도시한 가중 계수의 배치에 의한 가중 평균 처리를 행하는 것에, 보간 연산부(346)는 도 2의 (d)에 도시한 가중 계수의 배치에 의한 가중 평균 처리를 행하는 것에, 보간 연산부(348)는 도 2의 (e)에 도시한 가중 계수의 배치에 의한 가중 평균 처리를 행하는 것에 각각 대응한다.

선택 회로(350)는 제어 회로(42)로부터 출력되는 CCD(10)로부터의 현재의 판독 위치를 도시한 수평 어드레스 HA의 최하위 비트 h-add LSB 및 수직 어드레스 VA의 최하위 비트 v-add LSB에 따라서 제1 내지 제4 보간 신호와 그린 신호 G, 시안 신호 Cy, 마젠타 신호 Mg 및 옐로우 신호 Ye의 대응시켜 전환하여 출력한다.

예를 들면, 색 필터가 도 2의 (a)인 경우는, 제1 보간 신호가 그린 신호 G에, 제2 보간 신호가 마젠타 신호 Mg에, 제3 보간 신호가 시안 신호 Cy에, 제4 보간 신호가 옐로우 신호 Ye에 각각 대응하기 위해, 선택 회로(350)는 이와 같이 대응시키도록 신호를 출력한다.

신호를 판독하는 4행 4열의 화소에 대응하는 색 필터의 배열이 변화한 경우에는 그것에 따라서, 선택 회로(350)는 상술한 바와 같이 대응하여 변화시킨다.

이상의 보간 처리 회로(34)의 동작에 의해, 그린 신호 G, 시안 신호 Cy, 마젠타 신호 Mg 및 옐로우 신호 Ye의 각각에 대해, 4행 4열의 화소에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 판독 신호에 대한 소정의 가중 평균 처리에 의해, 4행 4열의 화소의 중앙 위치에 대응하는 신호가 생성되게 된다.

도 5는 도 4에 도시한 바와 같은 디지털 필터에 의해 보간 처리를 실현한 경우의 출력 신호 Ye+G, Cy+Mg, G+Cy, Ye+Mg의 주파수 특성을 도시한 도면이고, 도 14와 대비되는 도면이다.

보간 처리에 의해, 출력 신호 Ye+G, Cy+Mg, G+Cy, Ye+Mg의 주파수 특성은 1/2 나이키스트 주파수 부근까지 일치한다. 이 때문에, 이들 신호에 기초하여 색 분리 처리를 행하고 색차 신호 Cb 및 Cr을 얻은 경우, 위색의 발생을 억제하는 것이 가능하여 화질을 향상시킬 수 있다.

이상의 설명에서는, 4행 4열의 화소에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 출력 신호에 대해 도 2의 (b) 내지 도 2의 (e)로 도시되는 가중 계수의 배치의 가중 평균에 의한 보간 처리를 행하는 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 보간 처리를 행하는 대상이 되는 화소는, 보다 일반적으로 k를 짝수로 할 때, k행 k열의 화소이어도 상관 없다. 또한, 가중 계수의 배치도 4개의 색 신호, 즉, 그린 신호, 시안 신호, 마젠타 신호 및 옐로우 신호의 각각에 대응하는 가중 계수의 배치가 중앙 위치에 대해 상호 90도씩 회전한 관계로 될 수도 있다.

또한, 색 신호에 대해서도 반드시 그린 신호, 시안 신호, 마젠타 신호 및 옐로우 신호에 한정되지 않고, 다른 색 신호의 조합, 예를 들면 프레임 색차 순차 방식의 색 필터로 이용되는 YM, CG, YG, CM의 조합에 대해 적용하는 것도 가능하다.

도 6은 도 1에 도시한 색차 신호 생성 회로(36)의 구성을 보다 상세하게 도시한 블럭도이다.

도 6을 참조하여, 색차 신호 생성 회로(36)는 옐로우 신호 Ye와 마젠타 신호 Mg를 수신하여 가산하는 가산기(362), 그린 신호 G와 시안 신호 Cy를 수신하여 가산하는 가산기(368), 가산기(368)의 출력에 -1을 승산하는 승산기(374), 및 가산기(362)의 출력과 승산기(374)의 출력을 가산하여 신호 Cr을 출력하는 가산기(376)를 포함한다.

색차 신호 생성 회로(36)도 마젠타 신호 Mg와 시안 신호 Cy를 수신하여 가산하는 가산기(364), 그린 신호 G와 옐로우 신호 Ye를 수신하여 가산하는 가산기(366), 가산기(366)의 출력에 -1을 승산하는 승산기(372), 및 가산기(364)의 출력과 승산기(372)의 출력을 가산하여 신호 Cb를 출력하는 가산기(370)를 포함한다.

즉, 색차 신호 생성 회로(36)는 이하에 도시한 연산 처리에 의해 그린 신호 G, 시안 신호 Cy, 마젠타 신호 Mg 및 옐로우 신호 Ye로부터 색차 신호 Cb 및 Cr을 생성한다.

= (R + G + 2B) - (R + 2G) = 2B - G

= (2R + G + B) - (B + 2G) = 2R - G

[휘도 신호 생성 및 애퍼처 신호 생성]

여기서, 휘도 신호로서는 상기 보간 처리에 의해 얻어진 그린 신호 G, 시안 신호 Cy, 마젠타 신호 Mg 및 옐로우 신호 Ye로부터 이하의 수학식에 의해 생성되는 구성으로 하는 것도 가능하다.

= (R + G + 2B) + (R + 2G) = 2R + 3G + 2

그러나, 휘도 신호로서는 4행 4열의 화소에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 신호 중, 중앙 위치를 둘러싸는 2행 2열의 화소에 대응하는 신호로부터 직접 상기 식에 기초하여 연산하고, 생성하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 즉, 이 경우에는 휘도 신호 Y의 생성에 대해서는 도 13에서 설명한 종래의 색 분리 방식과 마찬가지의 방법으로 행하게 된다.

보간 처리를 행함으로써 위색 발생을 억제하는 것이 가능하지만, 동시에 보간에 의해 해상도는 저하된다. 인간의 눈의 감도는 색 정보에 비해 휘도 정보에 대해 높으므로, 휘도 신호 Y에 대해서는 보간 처리를 행하지 않은 신호를 직접 이용함으로써, 인간이 느끼는 해상도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.

이것은 예를 들면, 애퍼처 보정을 행하기 위한 애퍼처 신호의 생성에도 마찬가지로 적용된다. 즉, 애퍼처 신호를 생성하는 기초가 되는 휘도 신호는 되도록이면 높은 해상도를 갖는 것이 바람직하고, 보간 처리 등을 행한 후의 신호를 이용할 경우에도 해상도의 저하를 초래하게 된다.

도 7은 상술한 바와 같은 휘도 신호 Y의 생성과 애퍼처 신호 AP의 제1 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8은 애퍼처 신호 AP의 제2 생성 과정을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하여, 우선, 이하에 도시한 수학식에 의해 신호 Y01, Y10, Y11, Y12, Y21을 생성한다.

즉, Y11은 휘도 신호 Y에 대응한다. 또한, 신호Y01, Y10, Y12, Y21은 각각 Y11을 생성하는데 이용한 중앙의 2행 2열의 화소 중, 2개를 포함하는 2행 2열의 화소에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 신호로부터 생성되게 된다.

계속해서, 도 8을 참조하면, 이상과 같이 하여 생성된 신호 Y01, Y10, Y11, Y12, Y21에 기초하여, 이하의 수학식에 의한 연산으로 애퍼처 신호 AP가 생성된다.

도 9는 도 1에 도시한 휘도 신호 생성 회로(32) 및 애퍼처 신호 생성 회로(38)의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 모식도이다.

휘도 신호 생성 회로(32)는 신호 d11 및 d21을 수신하여 가산하는 가산기(322), 신호 d12 및 d22를 수신하여 가산하는 가산기(324), 및 가산기(322, 324)의 출력을 수신하여 가산하고 휘도 신호 Y(Y11)를 출력하는 가산기(326)를 포함한다.

애퍼처 신호 생성 회로(38)는 신호 d01 및 d11을 수신하여 가산하는 가산기(382), 신호 d02 및 d12를 수신하여 가산하는 가산기(386), 가산기(382, 386)의 출력을 수신하여 가산하는 가산기(384), 신호 d10 및 d20을 수신하여 가산하는 가산기(388), 가산기(388) 및 휘도 신호 생성 회로(32) 중 가산기(322)의 출력을 수신하여 가산하는 가산기(392), 및 가산기(384, 392)의 출력을 가산하는 가산기(390)를 포함한다.

애퍼처 신호 생성 회로(38)는 또한 신호 d21 및 d31을 수신하여 가산하는 가산기(398), 신호 d22 및 d32를 수신하여 가산하는 가산기(402), 가산기(398, 402)의 출력을 수신하여 가산하는 가산기(402), 신호 d13 및 d23을 수신하여 가산하는 가산기(396), 가산기(396) 및 휘도 신호 생성 회로(32) 중 가산기(324)의 출력을 수신하여 가산하는 가산기(394), 가산기(394, 400)의 출력을 가산하는 가산기(404), 가산기(390, 404)의 출력을 가산하는 가산기(406), 가산기(406)의 출력에 -1을 승산하는 승산기(410)와, 휘도 신호 Y와 4를 승산하는 승산기(408), 및 승산기(408, 410)의 출력을 수신하여 가산하고, 신호 AP를 출력하는 가산기(412)를 포함한다.

즉, 휘도 신호 생성 회로(32)는 수학식 19에 도시한 연산에 의해 휘도 신호 Y를 출력하여, 애퍼처 신호 생성 회로(38)는 수학식 17 내지 수학식 22에 나타낸 연산에 의해 애퍼처 신호 AP를 생성하여 출력한다.

이상과 같은 구성으로 함으로써, 애퍼처 신호 AP를 생성할 때에는, 4행 4열의 중앙 위치에 대해, 그것을 둘러싸는 2행 2열의 화소에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 신호에 기초를 둔 휘도 신호 Y를 이용하기 때문에, 보간 처리에 의한 해상도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 색 신호 처리계(1000)의 구성을 도시한 개략 블럭도.

도 2는 본 발명의 보간 처리를 설명하기 위한 모식도이고, 도 2의 (a)는 색차 순차 방식의 색 필터 어레이의 배열을, 도 2의 (b) 내지 도 2의(e)는 각 색 신호 성분에 대한 보간 처리시의 가중 계수의 배치를 설명하기 위한 모식도.

도 3은 도 1에 도시한 색 신호 처리계(1000)의 2차원 레지스터 어레이(30)의 구성을 도시한 블럭도.

도 4는 도 1에 도시한 색 신호 처리계(1000)의 보간 처리 회로(34)의 구성을 도시한 블럭도.

도 5는 본 발명의 색 신호의 주파수 특성을 도시한 도면.

도 6은 도 1에 도시한 색 신호 처리계(1000)의 색 분리 회로(36)의 구성을 도시한 블럭도.

도 7은 애퍼처 신호의 생성 과정을 설명하는 제1 모식도.

도 8은 애퍼처 신호의 생성 과정을 설명하는 제2 모식도.

도 9는 도 1에 도시한 색 신호 처리계(1000)의 휘도 신호 생성 회로(32) 및 애퍼처 신호 생성 회로(38)의 구성을 도시한 블럭도.

도 10은 CCD(10)의 구성을 도시한 개략 블럭도.

도 11은 색차 순차 방식의 색 필터 배열 중 4행 4열의 색 필터 배열의 일례를 도시한 모식도.

도 12는 색차 순차 방식의 색 필터 배열 중 4행 4열의 색 필터의 배열의 다른 예를 도시한 모식도.

도 13은 종래의 색 분리 방식을 설명하는 개념도.

도 14는 종래의 색 분리 방식의 출력 신호의 주파수 특성을 도시한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : CCD

12 : 감광부

14 : 전송부

16 : 수평 전송 레지스터

18, 20, 22 : 주사선 지연기

30 : 2차원 레지스터 어레이

32 : 휘도 신호 생성 회로

34 : 보간 처리 회로

36 : 색차 신호 생성 회로

38 : 애퍼처 신호 생성 회로

40 : 구동 회로

Claims

단판식(單板式) 디지털 컬러 카메라에 있어서,

화소에 각각 대응하는 광전 변환 소자가 어레이형으로 배열되며, 수광면측에, 대응하는 상기 광전 변환 소자에 대해 그린 필터와 제1 내지 제3 보색 필터가 모자이크형으로 배열되는 색 필터 어레이를 포함하는 고체 촬상 수단(10, 40); 및

상기 고체 촬상 수단의 출력을 수신하여 임의의 k행 k열(k: 짝수)의 중앙 위치에 대응하는 색 데이터를 생성하는 색 분리 수단(100)

을 구비하며,

상기 색 분리 수단은 그린 및 제1 내지 제3 보색의 각각에 대해, 상기 k행 k열의 화소에 대응하는 복수의 상기 광전 변환 소자로부터의 출력 중, 대응하는 색 필터가 배치된 광전 변환 소자로부터의 출력을 상기 색 필터의 배치에 따른 가중 평균을 행하여 출력하는 색 보간 수단(34), 및

상기 색 보간 수단으로부터의 출력을 수신하여 상기 중앙 위치에 대응하는 색 데이터를 분리하는 제1 연산 수단(36)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제1항에 있어서, 상기 색 보간 수단의 가중 평균 처리에 있어서는,

상기 가중 평균을 행하는 대상이 되는 복수의 광전 변환 소자의 출력에 대한 가중 계수는 상기 그린 및 상기 제1 내지 제3 보색의 각각에 대해 상기 중앙 위치를 중심으로 하여 90도마다 회전한 배치로 되어 있는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제2항에 있어서, 상기 색 필터 어레이는 교대로 배치된 복수의 제1 행 및 복수의 제2 행을 포함하며,

각 상기 제1 행은 교대로 배치된 그린 필터 및 제1 보색 필터를 갖고,

각 상기 제2 행은 교대로 배치된 제2 보색 필터 및 제3 보색 필터를 갖는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제2항에 있어서, 상기 색 분리 수단은

상기 광전 변환 소자의 어레이의 행마다 직렬로 출력되는 신호를 수신하여 상기 k행마다의 병렬 신호로 변환하는 변환 수단(18, 20, 22), 및

상기 변환 수단의 출력을 수신하여 k행 k열분의 신호를 유지하는 제1 유지 수단(30)

을 더 구비하며,

상기 색 보간 수단은 상기 유지 수단에 유지된 신호를 기초하여 가중 평균 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제4항에 있어서, 상기 고체 촬상 수단의 출력을 수신하여 상기 광전 변환 소자의 어레이의 짝수행으로부터의 출력 신호와 홀수행으로부터의 출력 신호를 상자형으로 1화면분 유지하고 상기 변환 수단에 제공하는 제2 유지 수단(50)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제2항에 있어서, 상기 짝수 k의 값은 4인 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제6항에 있어서, 상기 색 분리 수단은 상기 4행 4열의 화소에 대응하는 상기 광전 변환 소자로부터의 출력 중, 상기 중앙 위치를 둘러싸는 2행 2열의 상기 광전 변환 소자로부터의 출력을 가산함으로써 휘도 신호를 출력하는 제2 연산 수단(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제6항에 있어서, 상기 색 분리 수단은

상기 광전 변환 소자의 어레이의 행마다 직렬로 출력되는 신호를 수신하여 상기 k행마다의 병렬 신호로 변환하는 변환 수단, 및

상기 변환 수단의 출력을 수신하여 4행 4열분의 신호를 유지하는 제1 유지 수단

을 더 구비하고,

상기 색 보간 수단은 상기 유지 수단에 유지된 신호에 기초하여 가중 평균 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제8항에 있어서, 상기 고체 촬상 수단의 출력을 수신하여 상기 광전 변환 소자의 어레이의 짝수행으로부터의 출력 신호와 홀수행으로부터의 출력 신호를 상자형으로 1화면분 유지하고, 상기 변환 수단에 제공하는 제2 유지 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제6항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 보색은 각각 마젠타, 옐로우, 시안이고,

상기 4행 4열의 화소에 대응하는 광전 뱐환 소자로부터의 출력을 D(x, y), (x=0∼3, y=0∼3)로 하고, 가중 평균 처리에 있어서, 상기 D(x, y)에 대응하는 가중 계수를 w(x, y)로 할 때,

상기 보간 수단은

w(1, 2)=2, w=(1, 0)=1 및 w(3, 2)=1로 하는 제1 가중 평균 처리,

w(1, 1)=2, w=(3, 1)=1 및 w(1, 3)=1로 하는 제2 가중 평균 처리,

w(2, 1)=2, w=(2, 3)=1 및 w(0, 1)=1로 하는 제3 가중 평균 처리, 및

w(2, 2)=2, w=(0, 2)=1 및 w(2, 0)=1로 하는 제4 가중 평균 처리 중 어느 하나를 상기 4행 4열의 화소에 대응하는 색 필터의 배열에 따라 선택하여 실행하는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제10항에 있어서, 상기 색 분리 수단은

상기 4행 4열의 화소에 대응하는 상기 광전 변환 소자로부터의 출력 중, 상기 중앙 위치를 둘러싸는 2행 2열의 상기 광전 변환 소자로부터의 출력을 가산함으로써 휘도 신호를 출력하는 제2 연산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.
제7항에 있어서, 상기 4행 4열의 화소에 대응하는 광전 변환 소자로부터의 출력을 D(x, y) (x=0∼3, y=0∼3)로 할 때,

상기 4행 4열의 화소에 대응하는 상기 광전 변환 소자로부터의 출력 중, D(0, 1), D(0, 2), D(1, 1) 및 D(1, 2)의 합인 제1 신호와, D(1, 0), D(1, 1), D(2, 0) 및 D(2, 1)의 합인 제2 신호와, D(2, 1), D(2, 2), D(3, 1) 및 D(3, 2)의 합인 제3 신호와, D(1, 2), D(1, 3), D(2, 2) 및 D(2, 3)의 합인 제4 신호와, 상기 휘도 신호에 기초하여 애퍼처 신호를 출력하는 애퍼처 신호 생성 수단(38), 및

상기 애퍼처 신호에 따라서 애퍼처 보정을 행하는 보정 수단(39)

을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 컬러 카메라.