DE69303545T2

DE69303545T2 - Festkörperbildaufnahmevorrichtung mit einer Farbfiltermatrix

Info

Publication number: DE69303545T2
Application number: DE69303545T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Okayama; Syusuke Ono; Norio Suzuki; Yasutoshi Yamamoto; Masayuki Yoneyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: US5506618A; EP0570204A2; DE69303545D1; EP0570204A3; EP0570204B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung, wie beispielsweise eine Videokamera und dgl., die eine photo-elektrische Umwandlungseinheit aufweist.
In den vergangenen Jahren sind in breitem Umfang Festkörperbildaufnahmevorrichtungen als Bildaufnahmeeinrichtungen, wie beispielsweise Videokameras und dgl. eingesetzt worden. Eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung besitzt im Hinblick auf ihr geringes Gewicht und ihre kompakte Baugröße eine Vielzahl von Vorteilen und weist eine einheitliche räumliche Auflösung über den gesamten Teil eines Bildschirms sowie ein geringes Nachbild (afterimage) usw. auf. Da jedoch durch neue Entwicklungen, wie beispielsweise EDTV und HDTV eine gesteigerte Notwendigkeit für eine hohe Bildqualität sowie für das Entfernen von fehlerhaften Signalen besteht, die durch Moiré-Muster, wie beispielsweise Überlagerungsrauschen (beat noises), vorhanden sind, ist die Verbesserung Hochauflösung ein noch zu lösendes Problem.
Fig. 2(a) zeigt ein Blockdiagramm einer bekannten Festkörperbildaufnahmevorrichtung. Fig. 2(b) gibt eine Farbfiltermatrix 46 einer bekannten Festkörperbildaufnahmevorrichtung wieder, bei der die erste Reihe eine Wiederholung von Magenta (Mg) und Grün (G), die zweite Reihe eine Wiederholung von Gelb (Ye) und Cyan (Cy), die dritte Reihe eine Farbfilteranordnung in umgekehrter Reihenfolge zu der ersten Reihe und die vierte Reihe eine zu der der zweiten Reihe gleiche Farbfilteranordnung ist.
Es wird nun im Detail auf die Figuren 2(a) und 2(b) Bezug genommen. Einfallendes Licht, das durch die Farbfiltermatrix 46 hindurchgelangt ist, wird einer photo-elektrischen Umwandlung in einer photo-elektrischen Umwandlungseinheit 40 unterworfen. Das Ausgangssignal des photo-elektrischen Umwandlungsmittels 40 wird mittels elektrischer Ladungen bzw. Charges, die an der ersten und der zweiten Reihe hinzugefügt werden, entwickelt bzw. erzeugt; entsprechend werden elektrische Ladungen an der dritten und der vierten Reihe in einem ersten Feld hinzugefügt. In einem zweiten Feld werden elektrische Ladungen an der zweiten und der dritten Reihe hinzugefügt und entwickelt. In der photo-elektrischen Umwandlungseinheit 40 wird eine Photodioden-Mischung (PDMIX) üblicherweise durch Hinzufügen zweier vertikaler Pixels bzw. Bildpunkte ausgeführt, um die elektrischen Ladungen auszulesen. Beispielsweise wird in Fig. 2(b) ein Zwischenzeilenabtastsystem in der Weise übernommen, daß die erste und die zweite Reihe sowie die dritte und die vierte Reihe zum Entwickeln in dem ersten Feld zusammenaddiert werden, wogegen die zweite und die dritte Reihe sowie die vierte und die fünfte Reihe zum Entwickeln in dem zweiten Feld zusammenaddiert werden.
Das Ausgangssignal der photo-elektrischen Umwandlungseinheit 40 wird einer Luminanzsignalverarbeitungseinheit 41 und einer Chrominanzsignalverarbeitungseinheit 42 zugeführt. In der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 41 werden benachbarte, horizontale Signale zusammenaddiert, um dadurch ein an einem ersten Ausgangsanschluß 43 zu erzeugendes Luminanzsignal zu produzieren. In der Chrominanzsignalverarbeitungseinheit 42 werden benachbarte, horizontale Signale voneinander abgezogen, um dadurch ein erstes an einem zweiten Ausgangsanschluß 44 zu erzeugendes Farbdifferenzsignal, wie beispielsweise ein B-Y-Signal, und ein zweites, an einem dritten Ausgangsanschluß 45 zu erzeugendes Farbdifferenzsignal, wie beispielsweise ein R-Y-Signal zu produzieren.
Die JP-A-63199590 offenbart eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung, die ähnlich zu der in Fig. 2(a) gezeigten Vorrichtung ist, die jedoch eine Farbfiltermatrix aufweist, bei der die erste Reihe eine Wiederholung von Cyan (Cy) und Gelb (Ye) ist, die zweite Reihe eine Wiederholung von Grün (G) und Weiß (W) ist und die dritte sowie die vierte Reihe Wiederholungen der Farben der ersten bzw. der zweiten Reihe in umgekehrter Reihenfolge sind. Die Bildaufnahmevorrichtung ist eine bekannte ladungsgekoppelte Vorrichtung, die vorgesehen ist, um als Vollbild- bzw. Frame-Akkumulator zu arbeiten. Dies macht es notwendig, daß die Vorrichtung einen Vollbild- bzw. Frame-Speicher aufweist. Darüberhinaus führt dies zu Problemen mit einem Nachbild.
Die WO-A-91/12688 offenbart ladungsgekoppelte Bildsensoren, die sowohl in einem Zwischenzeilenabtastmodus als auch in einem Nicht-Zwischenzeilenabtastmodus arbeiten können. Ein Beispiel für den Sensor ist ein Gesamtpixelauslesesensor.
Obwohl die bekannte Festkörperbildaufnahmevorrichtung die vorstehend erwähnten Vorteile, wie die einfache Signalverarbeitung, aufweist, besteht ein Problem darin, daß sie dann unzureichend ist, wenn bei dem Entfernen eines Moiré-Musters eine gute Auflösung erzielt werden soll.
Fig. 9(c) zeigt eine zweidimensionale Frequenzcharakteristik, die bei Verwendung der bekannten Festkörperbildaufnahmevorrichtung erhalten wird. In Fig. 9(c) repräsentiert die horizontale Achse und die vertikale Achse eine Horizontalfrequenz bzw. eine Vertikalfrequenz. Wie in Fig. 9(c) gezeigt ist, tritt das Moiré-Muster bei den Koordinaten (Nyquist, O-Linie), (Nyquist, 250-Linie), (Nyquist, 500-Linie), (0, 250-Linie) und (0, 500-Linie) auf. Es ist hierbei zu bemerken, daß Nyquist eine Frequenz (1/2 x fs) bezeichnet, wobei fs eine Abtastfrequenz ist.
Mit Bezug auf die horizontale Nyquist-Frequenz wird weiterhin das horizontale Luminanzsignalband um das 0,85-fache herabgesetzt, da es in der Bandbreite mittels eines optischen Tiefpasses, wie beispielsweise einem Kristall-Filter, begrenzt ist, und da weiterhin benachbarte Horizontalsignale hinzuaddiert werden, um dadurch bei der Luminanzsignalverarbeitung ein Luminanzsignal zu erhalten. Hinsichtlich des vertikalen Luminanzsignals gibt es ebenso ein Problem, daß darin besteht, daß nur eine Auflösung mit einer Feinheit von 350 Linien nach der Zwischenzeilenabtastung erhalten werden kann, da eine vertikale Auflösung von 500 Linien in der Bandbreite mittels eines optischen Tiefpaßfilters begrenzt ist, und da weiterhin benachbarte vertikale Pixels in der photo-elektrischen Umwandlungseinheit 40 hinzuaddiert werden.
Gemäß der Erfindung enthält eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung: Farbfiltermittel, die eine Farbfiltermatrix von einer Art aufweisen, welche durch Wiederholung von vier Reihen in der Weise gebildet ist, daß sich eine N-te Reihe aus einer Wiederholung eines ersten Farbfilters und eines zweiten Farbfilters zusammensetzt, daß sich eine (N + 1)-te Reihe aus einer Wiederholung eines dritten Farbfilters und eines vierten Farbfilters zusammensetzt, daß sich eine (N + 2)-te Reihe aus einer Wiederholung eines zweiten Farbfilters und eines ersten Farbfilters als eine Umkehrsequenz in der Pixelanordnung zu der N-ten Reihe zusammensetzt, daß sich eine (N + 3)-te Reihe aus einer Wiederholung eines vierten Farbfilters und eines dritten Farbfilters als eine Umkehrsequenz in der Pixelanordnung zu der (N + 1)-ten Reihe zusammensetzt, wobei die vier Reihen in vertikaler Richtung sich wiederholend angeordnet sind;
ein photo-elektrisches Umwandlungsmittel für eine photo-elektrische Konvertierung einer Eingabe aus einfallenden Lichtdatensignalen, die durch die Farbfiltermittel hindurchgehen;
ein Speichermittel zum Speichern einer Ausgabe der photo-elektrisch konvertierten Signale aus dem photo-elektrischen Umwandlungsmittel;
ein Luminanzsignalverarbeitungsmittel zum Erzeugen eines Luminanzsignals aus dem Ausgangssignal des Speichermittels, um an einem ersten Ausgabeanschluß der Vorrichtung anzuliegen; und
ein Chrominanzsignalverarbeitungsmittel zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Chrominanzsignals aus dem Ausgangssignal des Speichermittels, um jeweils an einem zweiten und einem dritten Ausgabeanschluß der Vorrichtung anzuliegen, wobei weiterhin vorgesehen ist, daß das photo-elektrische Umwandlungsmittel von der Art eines alle Pixel auslesenden Mittels ist,
daß das Speichermittel zumindest vier 1H-Speicher enthält, wobei unter den Ausgabesignalen des photo-elektrischen Umwandlungsmittels gerade Reihensignale einem ersten 1H-Speicher zugeführt werden, das Ausgabesignal des ersten 1H- Speichers einem zweiten 1H-Speicher zugeführt wird, ungerade Reihensignale einem dritten 1H-Speicher zugeführt werden, das Ausgabesignal des dritten 1H- Speichers einem vierten 1H-Speicher zugeführt wird und das Eingabesignal an den ersten 1H-Speicher, das Ausgabesignal aus dem zweiten 1H-Speicher, das Eingabesignal an den dritten 1H-Speicher, das Ausgabesignal aus dem dritten 1H- Speicher und das Ausgabesignal aus dem vierten 1H-Speicher dem Luminanzsignalverarbeitungsmittel und dem Chrominanzverarbeitungsmittel zugeführt werden, und
daß das Luminanzsignalverarbeitungsmittel eine Niederfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungseinheit, eine horizontale Hochfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungseinheit, eine vertikale Hochfrequenzband-Luminanzerzeugungseinheit sowie ein Addiermittel aufweist, wobei die Niederfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungseinheit Signale von vertikal und horizontal benachbarten Pixeln addiert und das Ausgabesignal dem Addiermittel zuführt, wobei die horizontale Hochfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungseinheit die horizontale Hochfrequenzkomponente der Signale, die durch Addieren vertikal benachbarter M-Pixels erhalten werden, herauszieht und das Ausgangssignal dem Addiermittel zuführt, wobei die vertikale Hochfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungseinheit die vertikale Hochfrequenzkomponente der Signale, die durch Addieren horizontal benachbarter K-Pixels erhalten werden, herauszieht und das Ausgangssignal dem Addiermittel zuführt, und wobei Signale, die in dem Addiermittel addiert werden, als ein Luminanzsignal ausgegeben werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung geschaffen, die eine hohe Luminanzsignalauflösung sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung aufweist und die eine einzelne CCD bzw. ein einzelnes Ladungsverschiebe-Element schafft. Sie ist so aufgebaut, daß sie auf eine feste Komplementärfarbfiltermatrix einfallendes und dort hindurch hindurchgegangenes Licht einer photo-elektrischen Umwandlung mit einem gleichlaufenden photo-elektrischen Gesamtpixel-Ausleseumwandlungsmittel bzw. einem sämtliche Pixer gleichzeitig auslesenden Umwandlungsmittel unterwirft und einer Luminanzsignalverarbeitungseinheit sowie einer Chrominanzsignalverarbeitungseinheit über eine H- Speichereinheit zuführt, um ein Luminanzsignal zusammen mit einem ersten sowie einem zweiten Chrominanzsignal an Ausgabeanschlüssen zu entwickeln bzw. zu erzeugen.
Besondere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert. Hierbei ist:
Fig. 1(a) ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 1(b) eine Modellansicht, die ein Beispiel einer Farbfiltermatrix der Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2(a) ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer bekannten Festkörperbildaufnahmevorrichtung wiedergibt;
Fig. 2(b) eine Modellansicht, die eine Farbfiltermatrix der bekannten Festkörperbildaufnahmevorrichtung zeigt;
Fig. 3 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer H-Speichereinheit des vorliegenden Ausführungsbeispiels wiedergibt;
Fig. 4 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Luminanzsignalverarbeitungseinheit der Festkörperbildaufnahmevorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 5 eine konzeptionelle Ansicht, die eine Betriebsweise der in Fig. 4 gezeigten Luminanzsignalverarbeitungseinheit wiedergibt;
Fig. 6 eine konzeptionelle Ansicht, die eine Arbeitsweise einer Chrominanzsignalverarbeitungseinheit der Festkörperbildaufnahmevorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 7(a) eine Modellansicht, die ein Beispiel der Farbfiltermatrix der Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wiedergibt;
Fig. 7(b) einen Modellansicht, die ein weiteres Beispiel der Farbfiltermatrix der Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wiedergibt;
Fig. 8(a) eine Modellansicht, die ein Beispiel der Farbfiltermatrix der Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wiedergibt;
Fig. 8(b) eine Modellansicht, die ein weiteres Beispiel der Farbfiltermatrix der Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 8(c) eine Modellansicht, die ein weiteres Beispiel der Farbfiltermatrix der Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 9(a) eine Ansicht, die eine zweidimensionale Frequenzcharakteristik eines auftretenden Moiré-Zustands in der in Fig. 6 gezeigten Farbfiltermatrix zeigt;
Fig. 9(b) eine Ansicht, die eine zweidimensionale Frequenzcharakteristik der in Fig. 8(b) gezeigten Farbfiltermatrix wiedergibt;
Fig. 9(c) eine Ansicht, die eine zweidimensionale Frequenzcharakteristik eines auftretenden Moiré-Zustands in der in Fig. 2 gezeigten Farbfiltermatrix zeigt;
Fig. 9(d) eine Ansicht, die eine zweidimensionale Frequenzcharakteristik in der in Fig. 8(a) gezeigten Farbfiltermatrix zeigt;
Fig. 9(e) eine Ansicht, die ein zweidimensionale Frequenzcharakteristik in der in Fig. 8(c) gezeigten Farbfiltermatrix wiedergibt;
Fig. 10(a) ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer photo-elektrischen Gesamtpixel-Simultanauslese-Umwandlungseinheit wiedergibt;
Fig. 10(b) ein Blockdiagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel einer photo- elektrischen Gesamtpixel-Simultanauslese-Umwandlungseinheit zeigt;
Fig. 11 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung wiedergibt, die einen optischen Farbauswahl- Tiefpaßfilter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
Fig. 12 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung wiedergibt, die einen optischen Farbauswahl- Tiefpaßfilter zusammen mit einem optischen Kristall-Tiefpaßfilter verwendet;
Fig. 13(a) einen Graph, der eine MTF-Charakteristik des optischen Farbauswahl- Tiefpaßfilters zeigt;
Fig. 13(b) einen Graph, der eine MTF-Charakteristik wiedergibt, wenn sowohl ein optischer Farbauswahl-Tiefpaßfilter als auch ein optischer Kristall-Tiefpaßfilter verwendet werden; und
Fig. 14 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau der in Fig. 1(a) gezeigten Chrominanzsignalverarbeitungseinheit wiedergibt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 1(a) zeigt einen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wogegen Fig. 1(b) ein Modell einer Farbfiltermatrix, die in der Bildaufnahmevorrichtung der Fig. 1(a) zum Einsatz gelangt, wiedergibt.
In Fig. 1(a) bezeichnet Bezugszeichen 1 eine photo-elektrische Umwandlungseinheit des Gesamtpixel-Simultanauslesetyps bzw. Typs für ein gleichzeitiges Auslesen sämtlicher Pixel zum Umwandeln optischer Datensignale in elektrische Datensignale, um Ausgangssignale aller gleichzeitigen Pixels bzw. Bildpunkte zu erzeugen. Bezugszeichen 2 bezeichnet eine H-Speichereinheit zum Speichern elektrischer Datensignale, Bezugszeichen 3 kennzeichnet eine Luminanzsignalverarbeitungseinheit zum Erzeugen von Luminanzsignalen, Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Chrominanzsignalverarbeitungseinheit zum Erzeugen von Chrominanzsignalen und Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Farbfiltermatrix. Ein Signal Si eines einfallenden Lichts, welches durch die Farbfiltermatrix 12 hindurchgegangen ist, wird einer photo-elektrischen Umwandlung mittels der photo-elektrischen Umwandlungseinheit 1 des Gesamtpixel-Simultanauslesetyps unterworfen. Die Ausgangssignale Sj infolge des gleichzeitigen Gesamtpixels-Auslesens der photo- elektrischen Umwandlungseinheit 1 werden unabhängig und gleichzeitig innerhalb eines Feldes erzeugt und an der H-Speichereinheit 2 angelegt, in der die photo- elektrisch umgewandelten Signale Sj gespeichert werden. Der Ausgang der H- Speichereinheit 2 ist elektrisch nicht nur mit der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3, sondern ebenso mit der Chrominanzsignalverarbeitungseinheit 4 verbunden.
Ebenso wie die photo-elektrische Umwandlungseinheit 1 des vorstehend erwähnten Gesamtpixel-Simultanauslesetyps verwendet wird, kann jede andere Einheit, wie es beispielsweise in dem Television Society Technical Report [Bd. 13, Nr. 11, S. 79-84, TEBS '89 - 14, ED 89 - 18 (Februar 1989)] offenbart ist, eingesetzt werden.
In der in Fig. 1(b) gezeigten Farbfiltermatrix 12 wird nur ein sehr einfaches Moiré- Muster, wie es in Fig. 9(a) gezeigt ist, erzeugt, was zu einer verbesserten Bildqualität führt.
Bei einem Beispiel für die in Fig. 1(b) gezeigte Farbfiltermatrix 12 werden vier Arten von Farbfiltern verwendet, d. h., daß ein weißer Farbfilter (W) als ein erster Farbfilter 8, ein grüner Filter (G) als ein zweiter Farbfilter 9, ein gelber Filter (Ye) als ein dritter Farbfilter 10 und ein Cyan-Filter (Cy) als ein vierter Farbfilter 11 verwendet werden. Wie in Fig. 1(b) gezeigt ist, ist die erste Reihe eine Wiederholung von Weiß (W) und Grün (G), die zweite Reihe eine Wiederholung von Gelb (Ye) und Cyan (Cy), die dritte Reihe eine Wiederholung der ersten Reihe in umgekehrter Reihenfolge und die vierte Reihe eine Wiederholung der zweiten Reihe in umgekehrter Folge.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel der H-Speichereinheit 2, die zumindest vier 1H-Speicher 30 bis 33 und in diesem Beispiel weiterhin einen zusätzlich fünften 1H-Speicher 34 enthält. Es ist hierbei zu bemerken, daß ein H-Speichermittel ein FIFO- bzw. Schiebe-Speicher entsprechend einer horizontalen Abtastperiode eines Fernsehsignals ist.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind der erste, zweite und fünfte 1H-Speicher 30, 31 und 34 elektrisch in Reihe verbunden, während der dritte und vierte Speicher 32 und 33 elektrisch in Reihe verbunden sind. Wie in Fig. 3 weiter gezeigt ist, sind zwei Ausgangssignalleitungen S1 und S2 der photo-elektrischen Umwandlungseinheit 1 jeweils mit den Eingängen des ersten und des zweiten Speichers 30 und 32 verbunden. Der erste und der zweite Speicher 30 und 31 sind mit ihren Eingängen (S1, S2) bzw. ihren Ausgängen (S3, S4) mit der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 verbunden. Der erste und der dritte Speicher 30 und 32 sind jeweils in Reihe mit dem zweiten und dem vierten Speicher 31 und 33 verbunden, wobei ihre Ausgänge (S5, S6) mit der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 verbunden sind, während die Ausgänge (S3, S4, S5) des ersten, zweiten und dritten Speichers 30, 31 und 32 ebenso jeweils mit der Chrominanzverarbeitungseinheit 4 verbunden sind.
Es ist weiterhin bevorzugt, einen fünften 1H-Speicher 34 vorzusehen, wobei der Ausgang (S5) des zweiten 1H-Speichers 31 mit dem Eingang des fünften 1H- Speicher 34 verbunden ist, dessen Ausgang (S7) mit der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 verbunden ist.
Im einzelnen wird unter den Ausgangssignalen (Sj) der photo-elektrischen Umwandlungseinheit 1 das erste Signal S1, das die geradzahligen Pixelreihen repräsentiert, dem ersten 1H-Speicher 30 zugeführt. Anschließend wird das Ausgangssignal S3 des ersten 1H-Speichers 30 dem zweiten 1H-Speicher 31 zugeführt, während das zweite Signal S2, das die ungeradzahligen Reihen wiedergibt, dem dritten 1H-Speicher 32 zugeführt wird. Daraufhin wird das Ausgangssignal S4 des dritten 1H-Speichers 32 dem vierten 1H-Speicher 33 zugeführt. Das an dem ersten 1H-Speicher 30 anliegende Signal S1 und das in dem ersten 1H-Speicher 30 erzeugte Ausgangssignal S3 zusammen mit dem in dem zweiten 1H-Speicher 31 erzeugten Ausgangssignal S5, das an dem dritten 1H-Speicher 32 anliegende Eingangssignal S2, das in dem dritten 1H-Speicher 32 erzeugte Ausgangssignal S4 und das in dem vierten 1H-Speicher 33 erzeugte Ausgangssignal S6 werden der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 zugeführt, während die Signale S3, S4 und S5 der Chrominanzsignalverarbeitungseinheit 4 zugeführt werden.
Auf der anderen Seite kann, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, die H-Speichereinheit 2 so aufgebaut sein, daß das Ausgangssignal S5 des zweiten 1H-Speicher 31 dem fünften 1H-Speicher 34 und anschließend der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 zugeführt wird, wodurch eine Zwischenzeilenabtastverarbeitung möglich ist. D. h., daß zum Beispiel die H-Speichereinheit 2 in einer Weise aufgebaut sein kann, daß die Signale S1 bis S6 als Videosignale eines ungeradzahligen Feldes verwendet werden, während die Signale S2 bis S7 als die Videosignale eines geradzahligen Feldes eingesetzt werden.
Es wird noch einmal auf Fig. 1 Bezug genommen. Nachdem die Ausgangssignale Sk der H-Speichereinheit 2 der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 und der Chrominanzverarbeitungseinheit 4 zugeführt worden sind, wird ein Luminanzsignal S1 mittels der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 erzeugt, um an einem ersten Ausgangsanschluß 5 anzuliegen. In der Chrominanzsignalverarbeitungeinheit 4 werden ein erstes und ein zweites Chrominanzsignal Sc1 und Sc2 erzeugt und aus einem zweiten bzw. dritten Ausgabeanschluß 6 und 7 ausgegeben.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für einen Aufbau der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, weist die Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 einen Niederfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungsabschnitt 51 (LBLP), einen horizontalen Hochfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungsabschnitt 52 (HHBLP), einen vertikalen Hochfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungsabschnitt 53 (VHBLP) sowie einen Addierer 54 auf. In dem Niederfrequenzband-Luminanzerzeugungsabschnitt 51 (LBLP) werden die Signale von vertikal und horizontal aneinandergrenzenden Pixeln zusammenaddiert und das resultierende Ausgangssignal S11 dem Addierer 54 zugeführt. Der horizontale Hochfrequenzband-Luminanzsignalverarbeitungsabschnitt 52 (HHBLP) extrahiert eine horizontale Hochfrequenzkomponente, die durch Addieren der Signale von M Pixeln, die vertikal aneinandergrenzen, erhalten wird. Das resultierende Ausgangssignal S12 wird dem Addierer 54 zugeführt. Der vertikale Hochfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungsabschnitt 53 (VHBLP) extrahiert eine vertikale Hochfrequenzkomponente, die durch Addieren der Signale von K Pixeln, die horizontal aneinandergrenzen, erhalten wird. Das resultierende Ausgangssignal S13 wird dem Addierer 54 zugeführt. Das resultierende Ausgangssignal S1 des Addierers 54 wird dann aus dem Ausgangsanschluß 5 als ein Luminanzsignal ausgegeben.
Fig. 5 zeigt ein Konzept einer Betriebsweise einer Luminanzsignalverarbeitung, die durch die in Fig. 4 gezeigte Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 ausgeführt wird. In dem Fall, wo vier Arten an Farbfiltern in einer derartigen, in Fig. 5 gezeigten Anordnung vorgesehen sind, wird das Niederfrequenzband-Luminanzsignal S11 durch die Signale der vier Pixels Ye, Cy, G und W, die innerhalb eines mit unterbrochenen Linien bezeichneten Bereichs 61 enthalten sind, erzeugt. Das horizontale Hochfrequenzband-Luminanzsignal S12 wird durch Bilden der Differenz zwischen einem addierten Signal der vier vertikal aneinandergrenzenden Pixel W, Ye, G und Cy, die innerhalb eines Bereichs 64 enthalten sind, und einem addierten Signal der vier vertikal aneinandergrenzenden Pixel G, Cy, W und Ye, die innerhalb eines Bereiches 65 enthalten sind, erzeugt, wobei das Bilden der Differenz mittels einer Abzieheinheit 62 durchgeführt wird.
Ebenso wird das vertikale Hochfrequenz-Luminanzsignal S13 durch Subtraktion zwischen einem addierten Signal zweier horizontaler Pixel Ye und Cy, die innerhalb eines Bereiches 66 enthalten sind, und einem addierten Signal der zwei horizontalen Pixels G und W, die innerhalb eines Bereiches 67 enthalten sind, erzeugt, wobei die Subtraktion mittels einer Subtraktionseinheit 63 ausgeführt wird.
Die Chrominanzsignalverarbeitungseinheit 4 ist so aufgebaut, daß ein erstes und ein zweites Farbdifferenzsignal oder eine erste und eine zweite Hauptfarbe gleichzeitig in dem augenblicklichen Feld durch arithmetische Operationen zwischen aneinandergrenzenden Pixels erhalten werden.
Fig. 14 zeigt ein Beispiel eines Aufbaus der Chrominanzsignalverarbeitungseinheit 4, wobei drei D-flip-flops (jedes durch "D" gekennzeichnet) verwendet werden.
Fig. 6 zeigt ein Konzept einer Chrominanzsignalverarbeitung in der in Fig. 14 gezeigten Chrominanzsignalverarbeitungseinheit 4. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, wird ein rotes Signal R durch Subtraktion zwischen einem addierten Signal, das aus den Signalen der Pixel W und Ye, welche innerhalb eines Bereiches 70 enthalten sind, und einem addierten Signal, das aus Signalen der Pixel G und Cy, welche innerhalb eines Bereiches 71 enthalten sind, erzeugt.
Ebenso wird ein -R-Signal durch Subtraktion eines addierten Signals, welches aus den Signalen der Pixel G und Cy, die innerhalb eines Bereiches 72 enthalten sind, und einem addierten Signal, das aus den Signalen der Pixel W und Ye, die innerhalb eines Bereichs 73 enthalten sind, erzeugt. Durch Subtraktion des -R-Signal von dem R-Signal und Demodulation des Trägers von (Nyquist, 250-Linien) wie es in Fig. 9(a) gezeigt ist, wird das R-Signal erhalten.
Da zusätzlich die Festkörperbildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung eine photo-elektrische Gesamtpixel-Auslese-Umwandlungseinheit verwendet, wird ein B-Signal durch Subtraktion zwischen einem addierten Signal, welches aus Pixeln Ye und G innerhalb eines Bereichs 74 erhalten wird, und einem addierten Signal, das aus Pixeln Cy und W innerhalb eines Bereichs 75 in dem augenblicklichen Feld erhalten wird, erzeugt. Ebenso wird ein -B-Signal in einer ähnlichen Weise erhalten. Da das R- und das B-Signal gleichzeitig erhalten werden, wird eine Farbsplittung erzeugt, wodurch eine exzellente Bildaufnahmecharakteristik realisiert werden kann.
Wenn die Farbfiltermatrix ausgewechselt wird, können die Funktionen hinsichtlich der Luminanz und der Chrominanz, die vorstehend erwähnt worden sind, durch eine ähnliche Signalverarbeitung in Abhängigkeit des Wechsels der Farbfiltermatrix ausgeführt werden. Im Ergebnis können Moiré-Muster vollständig sowohl in der Luminanz als auch in der Chrominanz entfernt werden, während eine einzelne Platte verwendet wird. Obwohl M = 4 als die Zahl der vertikal aneinandergrenzenden Pixel und K = 2 als die Zahl der horizontal aneinandergrenzenden Pixel für den zu addierenden Pixelbereich in dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel gewählt worden sind, kann jede andere Wahl, bei der M und K größer als 2 sind, ebenso verwendet werden.
Weiterhin kann eine andere Filtermatrix verwendet werden, bei der die N-te Reihe der Farbfilter aus einer Wiederholung eine Anordnung eines ersten Farbfilters, eines zweiten Farbfilters, eines dritten Farbfilters und eines vierten Farbfilters, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, gebildet wird; die (N + 1)-te Reihe der Farbfilter wird aus einer Wiederholung der Anordnung eines dritten Farbfilters, eines vierten Farbfilters, eines ersten Farbfilters und eines zweiten Farbfilters, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, aufgebaut, wobei die beiden Reihen sich in vertikaler Richtung wiederholend angeordnet sind. Das heißt, daß eine Farbfiltermatrix, wie sie in Fig. 8(a) gezeigt ist, gewählt werden kann. In diesem Fall ist das Chrominanzmoiré-Muster entsprechend Fig. 9(d).
Darüber hinaus kann eine weitere Farbfiltermatrix verwendet werden, bei der die N-te Reihe der Farbfilter aus einer Wiederholung eines ersten Farbfilters, eines zweiten Farbfilters, eines dritten Farbfilters und eines vierten Farbfilters gebildet ist; die (N + 1)-te Reihe der Farbfilter ist aus einer Wiederholung eines dritten Farbfilters, eines vierten Farbfilters, eines ersten Farbfilters und eines zweiten Farbfilters gebildet; die (N + 2)-te Reihe der Farbfilter ist aus einer Wiederholung eines zweiten Farbfilters, eines ersten Farbfilters, eines vierten Farbfilters und eines dritten Farbfilters gebildet; die (N + 3)-te Reihe der Farbfilter ist aus einer Wiederholung eines vierten Farbfilters, eines dritten Farbfilters, eines zweiten Farbfilters und eines ersten Farbfilters gebildet, wobei die vier Reihen in vertikaler Richtung sich wiederholend angeordnet sind. Das heißt, daß Farbfiltermatrizen, wie sie in den Fig. 8(b) und 8(c) gezeigt sind, gewählt werden können. Das zu Fig. 8(b) entsprechende Moiré-Muster ist in Fig. 9(b) gezeigt und das zu Fig. 8(c) entsprechende Moiré-Muster ist in Fig. 9(e) gezeigt.
Obwohl eine weiße Farbe für die Farbe der Farbfilter in dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist es wünschenswert, die Permeabilität des weißen Farbfilters zu verringern und grau zu machen, um dadurch eine Balance in den Ausgangslademengen zwischen Photodioden zu erhalten. In diesem Fall ist es wünschenswert, daß auftretendes Moiré aufgrund der Verwendung von Grau durch Verstärken der Farbe Grau in der Luminanzsignalverarbeitungseinheit 3 und der Chrominanzsignalverarbeitungseinheit 4 unterdrückt wird. Alternativ kann Magenta anstelle von Weiß verwendet werden, wie es in Fig. 7(a) gezeigt ist.
Wenn der vertikalen Auflösung erlaubt wird, verringert zu werden, kann die bekannte, in Fig. 2(b) gezeigte Farbfiltermatrix verwendet werden.
In der Festkörperbildaufnahmevorrichtung kann eine Analog-/Digital-Umwandlungseinheit zwischen einer photo-elektrischen Gesamtpixel-Auslese-Umwandlungseinheit und einer Speichereinheit 2 vorgesehen werden. Die gesamte Signalverarbeitung nach der Analog-/Digital-Umwandlung kann als digitale Signalverarbeitung ausgeführt werden.
In Verbindung mit der in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung verwendeten photo-elektrischen Gesamtpixel-Auslese-Umwandlungseinheit 1 ist es wünschenswert, daß die photo-elektrische Umwandlungseinheit 1 ihr Ausgangssignal als ein Zwei-Wege-Signal über eine erste horizontale Transfereinheit 20 und eine zweite horizontale Transfereinheit 21 an der H-Speichereinheit 2 erzeugt, wie es in Fig. 10(a) gezeigt ist. Alternativ kann eine einzelne horizontale Transfereinheit 22, eine Schalteinheit 26 und ein erster sowie ein zweiter 2H-Speicher 23 und 24 zwischen der photo-elektrischen Umwandlungseinheit 1 und der H-Speichereinheit 2 vorgesehen sein, wie es in Fig. 10(b) gezeigt ist, um dadurch Signale von der photoelektrischen Umwandlungseinheit 1 zu dem Schalter 26 zu führen, welcher für jedes Signal einer Reihe durch die horizontale Transfereinheit 21 umschaltet, und um in dem ersten 2H-Speicher 23 und dem zweiten 2H-Speicher 24 abwechselnd mit einer Rate einzuschreiben, die zweimal so schnell ist wie die Rate eines arbeitenden Taktgebers in der H-Speichereinheit 2, und um mit dem Taktgeber in der H- Speichereinheit 2 für die gleiche Verarbeitung, wie sie vorstehend erläutert worden ist, auszulesen.
Es ist wünschenswert, einen optischen Farbauswahl-Tiefpaßfilter 80 als eine Farbfiltermatrixeinheit in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung zu verwenden.
Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das einen optischen Farbauswahl-Tiefpaßfilter 80 in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt. Für den optischen Farbauswahl-Tiefpaßfilter 80 kann ein optischer Farbauswahl- Tiefpaßfilter verwendet werden, wie es in der ungeprüften japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 9915/1992 offenbart ist.
Fig. 13(a) zeigt ein charakteristisches Beispiel eines optischen Farbauswahl-Tiefpaßfilter 80. Wenn der Nullpunkt des optischen Farbauswahl-Tiefpaßfilter 80 ausgewählt wird, um z. B. als die Abtastfrequenz von R und B gesetzt zu werden, d. h. die Nyquist-Frequenz zu sein, können nur Faltsignale (folding signals) aufgrund der R- und B-Signale ohne Verringerung der G-Komponente, d. h. der Auflösungskomponente, verringert werden.
Es ist weiterhin wünschenswert, einen Kristall-Tiefpaßfilter 81 zusammen mit dem optischen Farbauswahl-Tiefpaßfilter 80 in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung zu verwenden. Es ist ebenso wünschenswert, den Nullpunkt des Kristall-Tiefpaßfilter 81 auszuwählen, um z. B. als die Abtastfrequenz der G-Komponente gesetzt zu werden.
Fig. 13 (b) zeigt eine MTF-Charakteristik, wenn sowohl der optische Farbauswahl- Tiefpaßfilter 80 als auch der Kristall-Tiefpaßfilter 81 verwendet werden. Bei einem derartigen Aufbau können Faltsignale aufgrund der G-Komponente ebenso abgeschwächt werden, was zu einer Verbesserung der Bildqualität führt.
Gemäß der Festkörperbildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung, die ein einzelnes Plattensystem verwendet, kann gegenüber einer bekannten Vorrichtung eine höhere Auflösung sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung zusammen mit geringeren Moiré-Mustern durch Einsatz des vorstehend erläuterten Aufbaus erreicht werden. Die Verbesserung in der Auflösung kann verwendet werden, um den Betrag der Aperturekorrektur herabzusetzen, um so eine Verringerung des S/N-Verhältnisses zu verringern.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung kein Farbaufbruch (colour breakup) bei dem aufeinanderfolgenden Feldabtasten hervorgerufen werden. Da weiterhin eine Abtastlinieninterpolation ausgeführt werden kann, kann elektronisches Zoomen oder Korrigieren der Deflektion aufgrund manueller Einstellungen ausgeführt werden.

Claims

1. Festkörperbildaufnahmevorrichtung, enthaltend:

Farbfiltermittel (12), die eine Farbfiltermatrix von einer Art aufweisen, welche durch Wiederholung von vier Reihen in der Weise gebildet ist, daß sich eine N-te Reihe aus einer Wiederholung eines ersten Farbfilters (8) und eines zweiten Farbfilters (9) zusammensetzt, daß sich eine (N + 1)-te Reihe aus einer Wiederholung eines dritten Farbfilters (10) und eines vierten Farbfilters (11) zusammensetzt, daß sich eine (N + 2)-te Reihe aus einer Wiederholung eines zweiten Farbfilters (9) und eines ersten Farbfilters (8) als eine Umkehrsequenz in der Pixelanordnung zu der N-ten Reihe zusammensetzt, daß sich eine (N + 3)-te Reihe aus einer Wiederholung eines vierten Farbfilters (11) und eines dritten Farbfilters (10) als eine Umkehrsequenz in der Pixelanordnung zu der (N + 1)-ten Reihe zusammensetzt, wobei eine Gruppe aus den vier Reihen in der vertikalen Richtung sich wiederholend angeordnet ist;

ein photo-elektrisches Umwandlungsmittel (1) für eine photo-elektrische Konvertierung einer Eingabe aus einfallenden Lichtdatensignalen (Si), die durch die Farbfiltermittel (12) hindurchgehen;

ein Speichermittel (2) zum Speichern einer Ausgabe der photo-elektrisch konvertierten Signale (Sj) aus dem photo-elektrischen Umwandlungsmittel (1);

ein Luminanzsignalverarbeitungsmittel (3) zum Erzeugen eines Luminanzsignals (Sl) aus dem Ausgangssignal (Sk) des Speichermittels (2), um an einem ersten Ausgabeanschluß (5) der Vorrichtung anzuliegen; und

ein Chrominanzsignalverarbeitungsmittel (4) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Chrominanzsignals (Sc1, Sc2) aus dem Ausgangssignal (Sk) des Speichermittels (2), um jeweils an einem zweiten und einem dritten Ausgabeanschluß der Vorrichtung anzuliegen,

dadurch gekennzeichnet, daß das photo-elektrische Umwandlungsmittel (1) von der Art eines alle Pixel auslesenden Mittels ist,

daß das Speichermittel (2) zumindest vier 1H-Speicher (30, 31, 32, 33) enthält, wobei unter den Ausgabesignalen (Sj) des photo-elektrischen Umwandlungsmittels gerade Reihensignale einem ersten 1H-Speicher (30) zugeführt werden, das Ausgabesignal (S3) des ersten 1H-Speichers (30) einem zweiten 1H-Speicher (31) zugeführt wird, ungerade Reihensignale einem dritten 1H-Speicher (32) zugeführt werden, das Ausgabesignal (S4) des dritten 1H-Speichers (32) einem vierten 1H-Speicher (33) zugeführt wird und das Eingabesignal (S1) an den ersten 1H-Speicher (30), das Ausgabesignal (S5) aus dem zweiten 1H-Speicher (31), das Eingabesignal (S2) an den dritten 1H-Speicher (32), das Ausgabesignal (S4) aus dem dritten 1H-Speicher (32) und das Ausgabesignal (S6) aus dem vierten 1H-Speicher (33) dem Luminanzsignalverarbeitungsmittel (3) und dem Chrominanzverarbeitungsmittel (4) zugeführt werden, und

daß das Luminanzsignalverarbeitungsmittel (3) eine Niederfrequenzband- Luminanzsignalerzeugungseinheit (51), eine horizontale Hochfrequenzband- Luminanzsignalerzeugungseinheit (52), eine vertikale Hochfrequenzband- Luminanzerzeugungseinheit (53) sowie ein Addiermittel (54) aufweist, wobei die Niederfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungseinheit (51) Signale von vertikal und horizontal benachbarten Pixel addiert und das Ausgabesignal (S11) dem Addiermittel (54) zuführt, wobei die horizontale Hochfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungseinheit (52) die horizontale Hochfrequenzkomponente der Signale, die durch Addieren vertikal benachbarter M-Pixels erhalten werden, herauszieht und das Ausgangssignal (S12) dem Addiermittel (54) zuführt, wobei die vertikale Hochfrequenzband-Luminanzsignalerzeugungseinheit (53) die vertikale Hochfrequenzkomponente der Signale, die durch Addieren horizontal benachbarter K-Pixels erhalten werden, herauszieht und das Ausgangssignal (S13) dem Addiermittel (54) zuführt, und wobei Signale, die in dem Addiermittel (54) addiert werden, als ein Luminanzsignal (S1) ausgegeben werden.

2. Festkörperbildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die N-te Reihe der Farbfiltermatrix (12) sich aus einer Wiederholung eines ersten Farbfilters (8), eines zweiten Farbfilters (9), eines dritten Farbfilters (10) und eines vierten Farbfilters (11) zusammensetzt, und bei der die (N + 1)-te Reihe sich aus einer Wiederholung eines dritten Farbfilters (10), eines vierten Farbfilters (11), eines ersten Farbfilters (8) und eines zweiten Farbfilters (9) zusammensetzt.

3. Festkörperbildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die N-te Reihe der Farbfiltermatrix (12) sich aus einer Wiederholung eines ersten Farbfilters (8), eines zweiten Farbfilters (9), eines dritten Farbfilters (10) und eines vierten Farbfilters (11) zusammensetzt, die (N + 1)-te Reihe sich aus einer Wiederholung eines dritten Farbfilters (10), eines vierten Farbfilters (11), eines ersten Farbfilters (8) sowie eines zweiten Farbfilters (9) zusammensetzt und die (N + 3)-te Reihe sich aus einer Wiederholung eines vierten Farbfilters (11), eines dritten Farbfilters (10), eines zweiten Farbfilters (9) sowie eines ersten Farbfilters (8) zusammensetzt.

4. Festkörperbildaufnahmevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Luminanzsignalverarbeitungsmittel (3) so angeordnet ist, daß ein erstes sowie ein zweites Farbdifferenzsignal oder eine erste und eine zweite Hauptfarbe gleichzeitig in dem laufenden Halbbild durch arithmetische Operationen zwischen benachbarten Pixel erhalten werden kann.

5. Festkörperbildaufnahmevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der einfallendes Licht, welches durch den optischen Farbauswahl-Tiefpassfilter (80) hindurchgeht, dem photo-elektrischen Umwandlungsmittel über die Farbfiltermittel (12) zugeführt wird.

6. Festkörperbildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der einfallendes Licht, welches durch den optischen Tiefpassfilter (80) hindurchgeht, der sowohl mit einem optischen Farbauswahl-Tiefpassfilter (80) als auch mit einem optischen Kristall-Tiefpassfilter (81) ausgerüstet ist, dem photo-elektrischen Umwandlungsmittel über die Farbfiltermittel (12) zugeführt wird.