JP2003037848A - Imaging apparatus and its signal processing method - Google Patents

Imaging apparatus and its signal processing method

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JP2003037848A
JP2003037848A JP2002135097A JP2002135097A JP2003037848A JP 2003037848 A JP2003037848 A JP 2003037848A JP 2002135097 A JP2002135097 A JP 2002135097A JP 2002135097 A JP2002135097 A JP 2002135097A JP 2003037848 A JP2003037848 A JP 2003037848A
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pickup device
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寛仁 菰渕
Akito Kidera
昭人 木寺
Toshiya Fujii
俊哉 藤井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the light utilization efficiency of an imaging apparatus having imaging elements of many pixels and prevent the deterioration of the image quality, with a raised frame rate for photographing moving pictures. SOLUTION: A plurality of filter units use each a color filter array 11 composed of a 2×2 array of color elements red(R), green(G) and blue(B). Among a plurality of pixel blocks each composed of a square array of 3×3 pixels greater than the filter unit (2×2 array), signal charges of all pixels belonging to the pixel blocks are added to obtain color information condensed every pixel block from the addition result of each pixel block, using the 2×2 array of the pixel block as a large filter unit.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー撮像が行え
る撮像装置とその信号処理方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus capable of color image pickup and a signal processing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】単板式の固体撮像装置では、単一の撮像
素子の上に色フィルタ配列が重ねられる。例えばCCD
(Charge Coupled Device)型の撮像素子は、複数のフ
ォトダイオード(PD)が2次元配列され、これらPD
の垂直列に対してそれぞれ垂直CCD(VCCD)が設
けられ、これらVCCDの一方端に1本の水平CCD
(HCCD)が共通に連結されてなる。各PDは、入射
光をその光量に応じた信号電荷に変換するための画素を
構成する。色フィルタ配列は、2次元配列された複数の
フィルタ単位を有する。例えば、複数のフィルタ単位の
各々は第1、第2、第3及び第4の色要素の2×2配列
からなり、かつ各色要素が撮像素子の各画素に対応する
ように当該撮像素子上に重ねられる。原色ベイヤ(Baye
r)配列と呼ばれる色フィルタ配列では、第1、第2、
第3及び第4の色要素がそれぞれ、例えばレッド
(R)、グリーン(G)、グリーン(G)及びブルー
(B)の選択的透過特性を有する。2つのRに挟まれた
Gを「Gr」と表記し、2つのBに挟まれたGを「G
b」と表記するのが便利である。また、補色フィルタ配
列の1つとして、第1、第2、第3及び第4の色要素が
それぞれ、マゼンタ(Mg)、グリーン(G)、シアン
(Cy)及びイエロー(Ye)の選択的透過特性を有す
る色フィルタ配列も知られている。
2. Description of the Related Art In a single plate type solid-state image pickup device, a color filter array is superposed on a single image pickup device. CCD
In a (Charge Coupled Device) type image sensor, a plurality of photodiodes (PD) are two-dimensionally arranged and
A vertical CCD (VCCD) is provided for each of the vertical columns, and one horizontal CCD is provided at one end of these VCCDs.
(HCCD) are commonly connected. Each PD constitutes a pixel for converting incident light into a signal charge according to the amount of light. The color filter array has a plurality of two-dimensionally arranged filter units. For example, each of the plurality of filter units is composed of a 2 × 2 array of first, second, third and fourth color elements, and each color element is arranged on the image pickup device so as to correspond to each pixel of the image pickup device. Can be stacked. Primary color Bayer
r) In a color filter array called an array, the first, second,
Each of the third and fourth color elements has, for example, a selective transmission characteristic of red (R), green (G), green (G) and blue (B). G sandwiched between two Rs is expressed as “Gr”, and G sandwiched between two Bs is represented as “Gr”.
It is convenient to write "b". In addition, as one of complementary color filter arrays, the first, second, third, and fourth color elements selectively transmit magenta (Mg), green (G), cyan (Cy), and yellow (Ye), respectively. Color filter arrays having characteristics are also known.

【0003】近年、一層の高解像度撮像を実現するため
に撮像素子の多画素化が進んでいる。現在、200万画
素、あるいは400万画素のCCD型撮像素子を搭載し
たデジタルスチルカメラ(DSC)が商品化されてお
り、1000万画素を超える多画素を持つ撮像素子の試
作報告もある。
In recent years, the number of pixels of the image pickup device has been increased to realize higher resolution image pickup. At present, a digital still camera (DSC) equipped with a CCD type image pickup device having 2 million pixels or 4 million pixels has been commercialized, and there is a report of a prototype of an image pickup device having multiple pixels exceeding 10 million pixels.

【0004】一方、DSCで静止画のみならず動画をも
得ることが求められている。静止画撮像の場合にはシャ
ッタが切られた後の時間的な制約があまりないので、多
画素撮像素子の場合でもVCCD及びHCCDを使って
全画素の信号電荷を個別にゆっくりと読み出すことが可
能である。ところが、例えばシャッタチャンスを窺える
ように液晶モニタに被写体の動画を映し出すモニタリン
グモードでは、VCCD及びHCCDの各々の最高駆動
周波数がHCCD出力側に設けられるアンプの周波数特
性の制約を受ける結果、撮像素子の多画素化に伴って動
画のフレームレートが低下する。
On the other hand, it is required to obtain not only still images but also moving images by DSC. In the case of still image capturing, there are not many time restrictions after the shutter is released, so even in the case of a multi-pixel image sensor, it is possible to slowly read out the signal charges of all pixels individually using VCCD and HCCD. Is. However, for example, in a monitoring mode in which a moving image of a subject is displayed on a liquid crystal monitor so as to indicate a photo opportunity, the maximum drive frequency of each of the VCCD and the HCCD is restricted by the frequency characteristics of the amplifier provided on the HCCD output side. As the number of pixels increases, the frame rate of moving images decreases.

【0005】そこで、特開2000−209599号公
報に開示された技術によれば、モニタリングモードで3
列毎に2列についてVCCDからHCCDへの信号電荷
の転送が禁止される。これにより、3列毎に2列につい
て画素の信号電荷が捨てられる結果、フレームレートを
上げることができる。また、VCCDにおいて3行毎に
2行について画素の信号電荷を捨てることによってもフ
レームレートが上がることが知られている。しかも、色
要素の2×2配列からなるフィルタ単位を採用する限
り、捨てられずに残された信号電荷から所要の色情報が
得られる。
Therefore, according to the technique disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-209599, 3
Transfer of signal charges from the VCCD to the HCCD is prohibited for every two columns. As a result, the signal charges of the pixels are discarded for every two columns for every three columns, so that the frame rate can be increased. It is also known that the frame rate can be increased by discarding the signal charges of pixels in every two rows in the VCCD. Moreover, as long as a filter unit consisting of a 2 × 2 array of color elements is adopted, the required color information can be obtained from the signal charges left undiscarded.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に画素の信号電荷を選択的に捨てる技術を採用する場合
には、光の利用効率が悪くなり、特に低照度での撮像に
適さないという難点があった。また、行、列のいずれか
一方のみで画素の信号電荷を捨てる場合には、垂直方向
と水平方向で空間周波数特性のアンバランスが生じる結
果、映像品質が劣化する。
However, when the technique of selectively discarding the signal charge of the pixel is adopted as described above, the utilization efficiency of light is deteriorated and it is not suitable for image pickup particularly in low illuminance. There were difficulties. Further, when the signal charges of the pixels are discarded in only one of the row and the column, the spatial frequency characteristics are unbalanced in the vertical direction and the horizontal direction, resulting in deterioration of the image quality.

【0007】本発明の目的は、多画素の撮像素子を持つ
撮像装置において、動画撮像におけるフレームレートを
上げつつ光の利用効率を向上させ、かつ映像品質の劣化
を防止することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the utilization efficiency of light while increasing the frame rate in moving image pickup in an image pickup apparatus having a multipixel image pickup element, and prevent deterioration of image quality.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、各々フィルタ単位(2×2配列)より
大きい奇数×奇数画素の正方配列からなる複数の画素ブ
ロックの中で、それぞれ当該画素ブロックに属する全画
素の信号電荷を加算することとした。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a plurality of pixel blocks each having a square array of odd × odd pixels larger than a filter unit (2 × 2 array) are used. The signal charges of all the pixels belonging to the pixel block are added.

【0009】具体的に説明すると、本発明は、カラー撮
像が行える撮像装置において、各々入射光をその光量に
応じた信号電荷に変換するように2次元配列された複数
の画素を有する撮像素子と、2次元配列された複数のフ
ィルタ単位を有し、当該複数のフィルタ単位の各々は第
1、第2、第3及び第4の色要素の2×2配列からな
り、かつ各色要素が撮像素子の各画素に対応するように
撮像素子上に重ねられた色フィルタ配列と、各々フィル
タ単位より大きい奇数×奇数画素の正方配列からなる複
数の画素ブロックに撮像素子の複数の画素をグループ分
けし、複数の画素ブロックの各々について当該画素ブロ
ックに属する全ての画素の信号電荷を加算するように撮
像素子を駆動するための駆動回路と、画素ブロックの2
×2配列を大きいフィルタ単位として画素ブロック毎の
加算の結果から画素ブロック毎の凝縮された色情報を得
るための信号処理回路とを備えることとしたものであ
る。複数の画素ブロックの各々は、例えば3×3画素配
列からなる。第1、第2、第3及び第4の色要素のうち
2つは、同色であってよい。
More specifically, the present invention relates to an image pickup device having a plurality of pixels two-dimensionally arranged so as to convert incident light into signal charges corresponding to the amount of light in an image pickup device capable of color image pickup. A plurality of filter units arranged two-dimensionally, each of the plurality of filter units is a 2 × 2 array of first, second, third and fourth color elements, and each color element is an image sensor. A color filter array superimposed on the image sensor so as to correspond to each pixel, and a plurality of pixels of the image sensor are grouped into a plurality of pixel blocks each formed of a square array of odd number × odd number pixels larger than the filter unit, For each of the plurality of pixel blocks, a drive circuit for driving the image sensor so as to add the signal charges of all the pixels belonging to the pixel block, and the pixel block
The signal processing circuit is provided for obtaining condensed color information for each pixel block from the result of addition for each pixel block with the × 2 array as a large filter unit. Each of the plurality of pixel blocks has, for example, a 3 × 3 pixel array. Two of the first, second, third and fourth color elements may be the same color.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0011】図1は、本発明に係る撮像装置の構成例を
示している。この撮像装置は、静止画モード(全画素モ
ード又はモード1とも言う)と動画モード(モニタリン
グモード又はモード2とも言う)とを持つカラー撮像可
能なDSCであって、CCD型撮像素子10、色フィル
タ配列11、レンズ12、駆動回路13、信号処理回路
14及びモード切換部15を備えている。CCD型撮像
素子10は、各々入射光をその光量に応じた信号電荷に
変換するように2次元配列された複数の画素を有する撮
像素子である。色フィルタ配列11は、2次元配列され
た3色以上の色要素を有し、各色要素が撮像素子10の
各画素に対応するように当該撮像素子10の上に重ねら
れている。レンズ12は、被写体からの入射光を色フィ
ルタ配列11へ導く。駆動回路13は、撮像素子10を
駆動するための複数の駆動パルスを供給するための回路
である。信号処理回路14は、撮像素子10から得られ
たCCD出力信号Voutに基づいて輝度信号Y並びに
色差信号Cr及びCbを作り、これらを映像信号として
出力するための回路である。ただし、映像信号としてR
GB信号を出力する場合もある。モード切換部15は、
モード1又はモード2の指定を表すモード信号MDを駆
動回路13及び信号処理回路14へ供給することによ
り、両回路13,14が指定モードで動作するように制
御するための手段である。
FIG. 1 shows a structural example of an image pickup apparatus according to the present invention. The image pickup apparatus is a DSC capable of color image pickup having a still image mode (also referred to as all-pixel mode or mode 1) and a moving image mode (also referred to as monitoring mode or mode 2), and includes a CCD-type image sensor 10, a color filter. The array 11, the lens 12, the drive circuit 13, the signal processing circuit 14, and the mode switching unit 15 are provided. The CCD type image pickup device 10 is an image pickup device having a plurality of pixels which are two-dimensionally arranged so as to convert incident light into signal charges corresponding to the amount of light. The color filter array 11 has three or more color elements arranged two-dimensionally, and each color element is overlaid on the image sensor 10 so as to correspond to each pixel of the image sensor 10. The lens 12 guides the incident light from the subject to the color filter array 11. The drive circuit 13 is a circuit for supplying a plurality of drive pulses for driving the image sensor 10. The signal processing circuit 14 is a circuit for producing a luminance signal Y and color difference signals Cr and Cb based on the CCD output signal Vout obtained from the image pickup device 10 and outputting these as a video signal. However, R as a video signal
A GB signal may be output in some cases. The mode switching unit 15 is
It is means for controlling both circuits 13 and 14 to operate in the designated mode by supplying a mode signal MD indicating the designation of mode 1 or mode 2 to the drive circuit 13 and the signal processing circuit 14.

【0012】図2は、図1中のCCD型撮像素子10の
概略構成を示している。図2の撮像素子10は、複数の
PD20が2次元配列され、これらPD20の垂直列に
対してそれぞれVCCD22が設けられ、これらVCC
D22の一方端に1本のHCCD23が共通に連結され
てなるものである。各PD20は、入射光をその光量に
応じた信号電荷に変換し、これを蓄積する。各PD20
とVCCD22との間に読み出しゲート21が介在して
おり、PD20に蓄積された信号電荷をVCCD22に
読み出すようになっている。各PD20に対して4相の
転送ゲートφV1,φV2,φV3,φV4が設けら
れ、そのうちφV3は読み出しゲート21を兼ねてい
る。HCCD23には2相の転送ゲートφH1,φH2
が設けられている。HCCD23の電荷転送先は、アウ
トプットゲート(OG)24を介してフローティングデ
ィフュージョン(FD)25に接続されている。FD2
5に貯められた電荷は、アンプ26で検出・増幅され、
電圧信号Voutとして出力されるようになっている。
FD25に残った電荷は、リセットゲート(RG)27
へリセットパルスφRを印加することによりリセットド
レイン(RD)28へ排出されるようにもなっている。
なお、VCCD22の4相転送ゲートφV1〜φV4、
及びHCCD23の2相の転送ゲートφH1,φH2の
各々への駆動パルスと、RG27へのリセットパルスφ
Rとは、図1中の駆動回路13から供給される。
FIG. 2 shows a schematic structure of the CCD type image pickup device 10 in FIG. In the image sensor 10 of FIG. 2, a plurality of PDs 20 are two-dimensionally arranged, and VCCDs 22 are provided for the vertical columns of these PDs 20, respectively.
One HCCD 23 is commonly connected to one end of D22. Each PD 20 converts incident light into a signal charge according to the amount of the light and stores the signal charge. Each PD20
The read gate 21 is interposed between the CCD 22 and the VCCD 22, and the signal charge accumulated in the PD 20 is read to the VCCD 22. Four-phase transfer gates φV1, φV2, φV3, and φV4 are provided for each PD 20, and φV3 also serves as the read gate 21. The HCCD 23 has two-phase transfer gates φH1 and φH2.
Is provided. The charge transfer destination of the HCCD 23 is connected to a floating diffusion (FD) 25 via an output gate (OG) 24. FD2
The electric charge stored in 5 is detected and amplified by the amplifier 26,
The voltage signal Vout is output.
The charges remaining in the FD 25 are reset gate (RG) 27.
By applying a reset pulse φR to the reset drain (RD) 28, the discharge is performed.
The four-phase transfer gates φV1 to φV4 of the VCCD 22,
And a drive pulse to each of the two-phase transfer gates φH1 and φH2 of the HCCD 23 and a reset pulse φ to the RG 27.
R is supplied from the drive circuit 13 in FIG.

【0013】図3は、図1中の色フィルタ配列11の一
例を示している。図3の色フィルタ配列11は、前述の
原色ベイヤ配列であって、2次元配列された複数のフィ
ルタ単位を有し、各フィルタ単位は色要素R,Gr,G
b及びBの2×2配列からなる。
FIG. 3 shows an example of the color filter array 11 in FIG. The color filter array 11 of FIG. 3 is the above-mentioned primary color Bayer array and has a plurality of filter units arranged two-dimensionally, and each filter unit is a color element R, Gr, G.
It consists of a 2 × 2 array of b and B.

【0014】さて、図1のDSCでモード1が指定され
ると、CCD型撮像素子10の個々の画素の信号電荷か
ら個別の色情報を得るように駆動回路13及び信号処理
回路14が動作することで、高解像度の静止画撮像が実
行される。
When mode 1 is designated by the DSC of FIG. 1, the drive circuit 13 and the signal processing circuit 14 operate so as to obtain individual color information from the signal charge of each pixel of the CCD type image pickup device 10. Thus, high-resolution still image capturing is executed.

【0015】図4は、図2中のVCCD22におけるモ
ード1の電荷転送の様子を駆動パルス波形とともに示し
ている。図4の上段は、HCCD23に隣接する3つの
PD(画素)20から読み出された信号電荷の流れを表
している。PD20に蓄積された信号電荷は、φV3に
高電圧(VH)の読み出しパルスを与えることによりV
CCD22に読み出される。VCCD22に読み出され
た信号電荷は、φV1〜φV4にそれぞれ図4に示すタ
イミングで中間電圧(VM)と低電圧(VL)とに変化
する駆動パルスを印加することにより、VCCD22の
中で1画素分転送される。この動作により、各VCCD
22の最終段の信号電荷、すなわち1水平ラインのPD
20の信号電荷がHCCD23内に転送される。そし
て、HCCD23による1水平ライン転送の後、次の水
平ラインのPD20の信号電荷がHCCD23内に転送
される。この動作を繰り返すことで、1画面分の静止画
が得られる。
FIG. 4 shows a mode 1 charge transfer state in the VCCD 22 shown in FIG. 2 together with drive pulse waveforms. The upper part of FIG. 4 shows the flow of signal charges read from three PDs (pixels) 20 adjacent to the HCCD 23. The signal charge accumulated in the PD 20 is V by applying a high voltage (VH) read pulse to φV3.
It is read by the CCD 22. The signal charge read out to the VCCD 22 is applied to φV1 to φV4 by applying a drive pulse that changes between an intermediate voltage (VM) and a low voltage (VL) at the timings shown in FIG. Minutes transferred. By this operation, each VCCD
22 final stage signal charge, that is, PD of 1 horizontal line
The 20 signal charges are transferred into the HCCD 23. Then, after one horizontal line transfer by the HCCD 23, the signal charge of the PD 20 of the next horizontal line is transferred into the HCCD 23. By repeating this operation, a still image for one screen can be obtained.

【0016】図5は、図2中のHCCD23におけるモ
ード1の駆動パルス波形をCCD出力信号Voutの波
形とともに示している。HCCD23に転送された信号
電荷は、互いに逆位相の2値駆動パルスを転送ゲートφ
H1,φH2に印加することにより、順次OG24を通
過し、FD25に貯められる。FD25に貯められた電
荷は、アンプ26で検出・増幅され、電圧信号Vout
として出力される。FD25に蓄積され検出された電荷
は、HCCD23の1段転送毎にRG27にリセットパ
ルスφRを印加することにより、RD28に排出され
る。この動作を繰り返すことで、1水平ラインの信号電
荷が検出され、電圧信号Voutとして出力される。な
お、信号処理回路14における処理は従来と同様である
ので、詳細な説明は省略する。
FIG. 5 shows the driving pulse waveform of mode 1 in the HCCD 23 in FIG. 2 together with the waveform of the CCD output signal Vout. The signal charges transferred to the HCCD 23 transfer binary drive pulses of mutually opposite phases to the transfer gate φ.
By being applied to H1 and φH2, they sequentially pass through the OG 24 and are stored in the FD 25. The electric charge stored in the FD 25 is detected and amplified by the amplifier 26, and the voltage signal Vout
Is output as. The charges accumulated and detected in the FD 25 are discharged to the RD 28 by applying a reset pulse φR to the RG 27 every time the HCCD 23 transfers one stage. By repeating this operation, the signal charge of one horizontal line is detected and output as the voltage signal Vout. Since the processing in the signal processing circuit 14 is the same as the conventional one, detailed description will be omitted.

【0017】モード2では、CCD撮像素子10内の信
号電荷加算が行われるように駆動回路13が動作し、か
つそれに応じた処理を信号処理回路14が行うことで、
高フレームレート、かつ高感度の動画撮像が実行され
る。
In the mode 2, the drive circuit 13 operates so that the signal charge in the CCD image pickup device 10 is added, and the signal processing circuit 14 performs the processing corresponding thereto.
High-sensitivity moving image pickup with a high frame rate is executed.

【0018】図6は、図3の色フィルタ配列11を用い
た場合の信号電荷加算の範囲を示している。撮像素子1
0の複数の画素は、各々3×3画素の正方配列からなる
複数の画素ブロックにグループ分けされる。図6は、こ
れに対応する色要素ブロックを破線で表している。図6
中の左上隅の色要素ブロック(第1の色要素ブロック)
は、4個のRと、2個のGrと、2個のGbと、1個の
Bとを含む。その右隣の色要素ブロック(第2の色要素
ブロック)は、2個のRと、4個のGrと、1個のGb
と、2個のBとを含む。第1の色要素ブロックの下隣の
色要素ブロック(第3の色要素ブロック)は、2個のR
と、1個のGrと、4個のGbと、2個のBとを含む。
そして、その右隣の色要素ブロック(第4の色要素ブロ
ック)は、1個のRと、2個のGrと、2個のGbと、
4個のBとを含む。これら第1〜第4の色要素ブロック
に対応する第1〜第4の画素ブロック内の信号電荷加算
の結果をそれぞれA、Ba、Bc、Cとし、6×6画素
の領域の新たな色情報をR *、Gr*、Gb*、B*で表す
こととすると、 A=4R*+2Gr*+2Gb*+1B* (1) Ba=2R*+4Gr*+1Gb*+2B* (2) Bc=2R*+1Gr*+4Gb*+2B* (3) C=1R*+2Gr*+2Gb*+4B* (4) が成り立つ。駆動回路13は、このように複数の画素ブ
ロックの各々について当該画素ブロックに属する全ての
画素の信号電荷を加算するように撮像素子10を駆動す
るのである。
FIG. 6 uses the color filter array 11 of FIG.
The range of signal charge addition is shown. Image sensor 1
The plurality of pixels of 0 are each a square array of 3 × 3 pixels.
It is divided into a plurality of pixel blocks. Figure 6
The color element blocks corresponding to these are indicated by broken lines. Figure 6
Color element block in the upper left corner of the inside (first color element block)
Is 4 R, 2 Gr, 2 Gb, 1
Including B and. The color element block to the right of it (the second color element
Block) is 2 R, 4 Gr, and 1 Gb
And two B's. Next to the bottom of the first color element block
The color element block (third color element block) includes two R
, 1 Gr, 4 Gb, and 2 B are included.
Then, the color element block to the right of that (the fourth color element block
Is 1 R, 2 Gr, 2 Gb,
Includes four B's. These first to fourth color element blocks
Signal charge addition in the first to fourth pixel blocks corresponding to
Let A, Ba, Bc, and C be the results of 6 x 6 pixels
The new color information of the area *, Gr*, Gb*, B*Represented by
If so,     A = 4R*+ 2Gr*+2 Gb*+ 1B*          (1)   Ba = 2R*+ 4Gr*+1 Gb*+ 2B*          (2)   Bc = 2R*+ 1Gr*+ 4Gb*+ 2B*          (3)     C = 1R*+ 2Gr*+2 Gb*+ 4B*          (4) Holds. In this way, the drive circuit 13 has a plurality of pixel blocks.
All of the locks belonging to the pixel block
Driving the image sensor 10 so as to add the signal charges of the pixels
It is.

【0019】図7は、図6に基づく信号電荷加算の結果
を示している。等式(1)〜(4)をR*、Gr*、Gb
*、B*について解くと、 R*= (4A−2Ba−2Bc+1C)/9 (5) Gr*=(−2A+4Ba+1Bc−2C)/9 (6) Gb*=(−2A+1Ba+4Bc−2C)/9 (7) B*= (1A−2Ba−2Bc+4C)/9 (8) が得られる。信号処理回路14は、画素ブロックの2×
2配列、すなわち6×6画素の領域を大きいフィルタ単
位として、画素ブロック毎の信号電荷加算の結果から当
該画素ブロック毎の凝縮された色情報R*,Gr*,Gb
*,B*を等式(5)〜(8)に従って得たうえ、従来と
同様にしてY・Cr・Cb映像信号又はRGB映像信号
を作るのである。
FIG. 7 shows the result of signal charge addition based on FIG. Equations (1) to (4) are converted to R * , Gr * , Gb
Solving for * and B * , R * = (4A-2Ba-2Bc + 1C) / 9 (5) Gr * = (-2A + 4Ba + 1Bc-2C) / 9 (6) Gb * = (-2A + 1Ba + 4Bc-2C) / 9 (7) ) B * = (1A-2Ba-2Bc + 4C) / 9 (8) is obtained. The signal processing circuit 14 has 2 × pixel blocks.
Two arrays, that is, a region of 6 × 6 pixels is used as a large filter unit, and the condensed color information R * , Gr * , Gb for each pixel block is calculated from the result of signal charge addition for each pixel block.
* , B * are obtained according to equations (5) to (8), and Y, Cr, Cb video signals or RGB video signals are produced in a conventional manner.

【0020】次に、図8及び図9を用いて画素ブロック
毎の信号電荷加算の方法の一例を簡単に説明する。図8
はVCCD22におけるモード2の電荷転送の様子を示
しており、垂直方向の信号電荷加算は、VCCD22か
ら3画素の信号電荷を連続してHCCD23へ転送する
ことにより、HCCD23内で行われる。図9はHCC
D23におけるモード2の駆動パルス波形を示してお
り、水平方向の信号電荷加算は、HCCD23の3段転
送毎に1回の割合でリセットパルスφRを印加すること
により、アンプ26の入力側にて行われるのである。
Next, an example of a method of adding signal charges for each pixel block will be briefly described with reference to FIGS. 8 and 9. Figure 8
Shows the mode 2 charge transfer in the VCCD 22, and signal charge addition in the vertical direction is performed in the HCCD 23 by continuously transferring the signal charges of 3 pixels from the VCCD 22 to the HCCD 23. Figure 9 shows HCC
The drive pulse waveform of mode 2 in D23 is shown, and the signal charge addition in the horizontal direction is performed at the input side of the amplifier 26 by applying the reset pulse φR once every three stages of transfer of the HCCD 23. To be seen.

【0021】図4と図8とを比較して分かるように、モ
ード2ではモード1に比べてHCCD23による水平ラ
イン転送回数が3分の1になる。VCCD22による1
又は3画素の信号電荷の転送に要する時間は、HCCD
23による1水平ラインの転送に要する時間に比べて十
分に短い。したがって、モード2では、上記画素ブロッ
ク毎の信号電荷加算を行わない場合に比べて約3倍の高
フレームレートを実現できる。また、モード2でも全て
の画素の信号電荷が有効利用されるので、光の利用効率
が向上し、低照度での撮像にも適する。しかも、垂直方
向と水平方向で映像の空間周波数特性にアンバランスが
生じることもない。
As can be seen by comparing FIGS. 4 and 8, in mode 2, the number of horizontal line transfers by the HCCD 23 is one-third that in mode 1. 1 by VCCD22
Alternatively, the time required to transfer the signal charge of 3 pixels is HCCD
This is sufficiently shorter than the time required to transfer one horizontal line by 23. Therefore, in mode 2, it is possible to realize a high frame rate which is about three times as high as that in the case where the signal charge addition for each pixel block is not performed. Further, since the signal charges of all the pixels are effectively used even in the mode 2, the utilization efficiency of light is improved and it is also suitable for imaging with low illuminance. Moreover, there is no imbalance in the spatial frequency characteristics of the image in the vertical and horizontal directions.

【0022】なお、色フィルタ配列11は図3に示した
原色ベイヤ配列に限定されるものではない。例えば、前
述のMg、G、Cy及びYeからなる補色フィルタ配列
を採用することも可能である。図10及び図11は、こ
のような補色フィルタ配列を用いた場合の図である。モ
ード2では、画素ブロック毎の信号電荷加算結果α,
β,γ,δ及び新たな色情報Mg*、G*、Cy*、Ye*
について、 α=4Mg*+2G*+2Cy*+1Ye* (9) β=2Mg*+4G*+1Cy*+2Ye* (10) γ=2Mg*+1G*+4Cy*+2Ye* (11) δ=1Mg*+2G*+2Cy*+4Ye* (12) が成り立ち、これらの等式(9)〜(12)から、 Mg*= (4α−2β−2γ+1δ)/9 (13) G*=(−2α+4β+1γ−2δ)/9 (14) Cy*=(−2α+1β+4γ−2δ)/9 (15) Ye*= (1α−2β−2γ+4δ)/9 (16) が得られる。信号処理回路14は、画素ブロック毎の凝
縮された色情報Mg*,G*,Cy*,Ye*を等式(1
3)〜(16)に従って得る。なお、等式(13)〜
(16)中の16個の係数は、人間の視覚特性に応じて
適宜変更することができる。等式(5)〜(8)中の係
数についても同様である。更に、例えば5×5画素配列
を画素ブロックのサイズとして採用してもよい。
The color filter array 11 is not limited to the primary color Bayer array shown in FIG. For example, it is also possible to employ the complementary color filter array composed of Mg, G, Cy and Ye described above. FIG. 10 and FIG. 11 are diagrams when such a complementary color filter array is used. In mode 2, the signal charge addition result α for each pixel block,
β, γ, δ and new color information Mg * , G * , Cy * , Ye *
With respect to α = 4Mg * + 2G * + 2Cy * + 1Ye * (9) β = 2Mg * + 4G * + 1Cy * + 2Ye * (10) γ = 2Mg * + 1G * + 4Cy * + 2Ye * (11) δ = 1Mg * + 2G * + 2Cy * + 4y * (12) is established, and from these equations (9) to (12), Mg * = (4α-2β-2γ + 1δ) / 9 (13) G * = (-2α + 4β + 1γ-2δ) / 9 (14) Cy * = (-2α + 1β + 4γ-2δ) / 9 (15) Ye * = (1α-2β-2γ + 4δ) / 9 (16) is obtained. The signal processing circuit 14 calculates the condensed color information Mg * , G * , Cy * , Ye * for each pixel block by the equation (1).
3) to (16). Note that equation (13)-
The 16 coefficients in (16) can be appropriately changed according to human visual characteristics. The same applies to the coefficients in equations (5)-(8). Furthermore, for example, a 5 × 5 pixel array may be adopted as the size of the pixel block.

【0023】また、本発明はDSCに限らず、ビデオカ
メラにも適用可能である。この場合、モード1では高解
像度かつ低フレームレートの動画撮像が、モード2では
低解像度かつ高フレームレートの動画撮像がそれぞれ達
成される。
The present invention is applicable not only to DSC but also to video cameras. In this case, high resolution and low frame rate moving image capturing is achieved in mode 1, and low resolution and high frame rate moving image capturing is achieved in mode 2.

【0024】また、本発明はCCD型撮像素子10に限
らず、MOSイメージセンサ等の他の種類の撮像素子を
搭載した撮像装置にも、信号電荷の加算手段又は加算平
均手段を備える限り適用可能である。
The present invention is not limited to the CCD type image pickup device 10, but can be applied to an image pickup device having another type of image pickup device such as a MOS image sensor as long as it has a signal charge adding means or an averaging means. Is.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明によれ
ば、各々フィルタ単位(2×2配列)より大きい奇数×
奇数画素の正方配列からなる複数の画素ブロックの中
で、それぞれ当該画素ブロックに属する全画素の信号電
荷を加算することとしたので、動画撮像におけるフレー
ムレートを上げつつ光の利用効率を向上させ、かつ映像
品質の劣化を防止することができる。
As described above, according to the present invention, an odd number larger than each filter unit (2 × 2 array) ×
Since the signal charges of all the pixels belonging to the pixel block are added to each of the plurality of pixel blocks formed of a square array of odd-numbered pixels, the light utilization efficiency is improved while increasing the frame rate in moving image capturing, In addition, it is possible to prevent deterioration of image quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る撮像装置の構成例を示すブロック
図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an image pickup apparatus according to the present invention.

【図2】図1中のCCD型撮像素子の概略構成図であ
る。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a CCD type image pickup device in FIG.

【図3】図1中の色フィルタ配列の一例を示す説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a color filter array in FIG.

【図4】図2中の垂直CCDにおけるモード1の電荷転
送の様子を駆動パルス波形とともに示すタイミングチャ
ート図である。
FIG. 4 is a timing chart showing the state of charge transfer in mode 1 in the vertical CCD shown in FIG. 2 together with drive pulse waveforms.

【図5】図2中の水平CCDにおけるモード1の駆動パ
ルス波形をCCD出力信号の波形とともに示すタイミン
グチャート図である。
5 is a timing chart showing a driving pulse waveform of mode 1 in the horizontal CCD shown in FIG. 2 together with a waveform of a CCD output signal.

【図6】図3の色フィルタ配列を用いた場合の信号電荷
加算の範囲を示す説明図である。
6 is an explanatory diagram showing a range of signal charge addition when the color filter array of FIG. 3 is used.

【図7】図6に基づく信号電荷加算の結果を示す説明図
である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a result of signal charge addition based on FIG. 6;

【図8】図2中の垂直CCDにおけるモード2の電荷転
送の様子を駆動パルス波形とともに示すタイミングチャ
ート図である。
8 is a timing chart showing the state of charge transfer in mode 2 in the vertical CCD shown in FIG. 2 together with drive pulse waveforms.

【図9】図2中の水平CCDにおけるモード2の駆動パ
ルス波形をCCD出力信号の波形とともに示すタイミン
グチャート図である。
9 is a timing chart showing a driving pulse waveform of mode 2 in the horizontal CCD in FIG. 2 together with a waveform of a CCD output signal.

【図10】図3の色フィルタ配列に代えて補色フィルタ
配列を用いた場合の信号電荷加算の範囲を示す説明図で
ある。
10 is an explanatory diagram showing a range of signal charge addition when a complementary color filter array is used instead of the color filter array of FIG.

【図11】図10に基づく信号電荷加算の結果を示す説
明図である。
11 is an explanatory diagram showing a result of signal charge addition based on FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 CCD型撮像素子 11 色フィルタ配列 12 レンズ 13 駆動回路 14 信号処理回路 15 モード切換部 20 フォトダイオード(PD) 21 読み出しゲート 22 垂直CCD(VCCD) 23 水平CCD(HCCD) 24 アウトプットゲート(OG) 25 フローティングディフュージョン(FD) 26 アンプ 27 リセットゲート(RG) 28 リセットドレイン(RD) 10 CCD image sensor 11-color filter array 12 lenses 13 Drive circuit 14 Signal processing circuit 15 Mode switching unit 20 Photodiode (PD) 21 Read gate 22 Vertical CCD (VCCD) 23 Horizontal CCD (HCCD) 24 Output Gate (OG) 25 Floating Diffusion (FD) 26 amplifiers 27 Reset gate (RG) 28 Reset drain (RD)

フロントページの続き (72)発明者 木寺 昭人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤井 俊哉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H083 AA02 AA26 5C024 AX01 BX01 CX37 CX41 EX52 GX03 GY01 GZ29 HX28 5C065 AA03 BB22 CC01 CC08 DD02 DD17 EE03 EE06 EE08 GG21Continued front page    (72) Inventor Akito Kitera             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. (72) Inventor Toshiya Fujii             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F-term (reference) 2H083 AA02 AA26                 5C024 AX01 BX01 CX37 CX41 EX52                       GX03 GY01 GZ29 HX28                 5C065 AA03 BB22 CC01 CC08 DD02                       DD17 EE03 EE06 EE08 GG21

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カラー撮像が行える撮像装置であって、 各々入射光をその光量に応じた信号電荷に変換するよう
に2次元配列された複数の画素を有する撮像素子と、 2次元配列された複数のフィルタ単位を有し、前記複数
のフィルタ単位の各々は第1、第2、第3及び第4の色
要素の2×2配列からなり、かつ各色要素が前記撮像素
子の各画素に対応するように前記撮像素子上に重ねられ
た色フィルタ配列と、 各々前記各フィルタ単位より大きい奇数×奇数画素の正
方配列からなる複数の画素ブロックに前記撮像素子の複
数の画素をグループ分けし、前記複数の画素ブロックの
各々について当該画素ブロックに属する全ての画素の信
号電荷を加算するように前記撮像素子を駆動するための
駆動回路と、 前記画素ブロックの2×2配列を大きいフィルタ単位と
して、前記画素ブロック毎の加算の結果から前記画素ブ
ロック毎の凝縮された色情報を得るための信号処理回路
とを備えたことを特徴とする撮像装置。
1. An image pickup device capable of color image pickup, comprising: an image pickup device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally so as to convert incident light into a signal charge corresponding to the amount of light; and an image pickup device arranged two-dimensionally. A plurality of filter units, each of the plurality of filter units consisting of a 2 × 2 array of first, second, third and fourth color elements, each color element corresponding to a pixel of the image sensor; As described above, a color filter array is superimposed on the image sensor, and a plurality of pixels of the image sensor are grouped into a plurality of pixel blocks each of which is a square array of odd number × odd pixel larger than each filter unit, For each of the plurality of pixel blocks, a drive circuit for driving the image sensor so as to add the signal charges of all the pixels belonging to the pixel block, and a 2 × 2 array of the pixel blocks is large. As filter unit, an imaging apparatus characterized by comprising a signal processing circuit for obtaining a condensed color information of each pixel block from the result of the addition of each of the pixel blocks.
【請求項2】 請求項1記載の撮像装置において、 前記画素ブロック毎の加算によらず、前記撮像素子の個
々の画素の信号電荷から個別の色情報を得るように前記
駆動回路及び前記信号処理回路を制御するための手段を
更に備えたことを特徴とする撮像装置。
2. The image pickup device according to claim 1, wherein the drive circuit and the signal processing are performed so as to obtain individual color information from signal charges of individual pixels of the image pickup element, without depending on addition for each pixel block. An image pickup apparatus further comprising means for controlling a circuit.
【請求項3】 請求項1記載の撮像装置において、 前記複数の画素ブロックの各々は、3×3画素配列から
なることを特徴とする撮像装置。
3. The image pickup device according to claim 1, wherein each of the plurality of pixel blocks comprises a 3 × 3 pixel array.
【請求項4】 請求項1記載の撮像装置において、 前記第1、第2、第3及び第4の色要素はそれぞれ、レ
ッド、グリーン、グリーン及びブルーの選択的透過特性
を有することを特徴とする撮像装置。
4. The image pickup device according to claim 1, wherein the first, second, third, and fourth color elements have selective transmission characteristics of red, green, green, and blue, respectively. Image pickup device.
【請求項5】 請求項1記載の撮像装置において、 前記第1、第2、第3及び第4の色要素はそれぞれ、マ
ゼンタ、グリーン、シアン及びイエローの選択的透過特
性を有することを特徴とする撮像装置。
5. The image pickup device according to claim 1, wherein the first, second, third, and fourth color elements have selective transmission characteristics of magenta, green, cyan, and yellow, respectively. Image pickup device.
【請求項6】 各々入射光をその光量に応じた信号電荷
に変換するように2次元配列された複数の画素を有する
撮像素子と、2次元配列されかつ各々色要素の2×2配
列からなる複数のフィルタ単位を有し、かつ各色要素が
前記撮像素子の各画素に対応するように前記撮像素子上
に重ねられた色フィルタ配列とを備えた撮像装置の信号
処理方法であって、 各々前記各フィルタ単位より大きい奇数×奇数画素の正
方配列からなる複数の画素ブロックに前記撮像素子の複
数の画素をグループ分けし、前記複数の画素ブロックの
各々について当該画素ブロックに属する全ての画素の信
号電荷を加算するステップと、 前記画素ブロックの2×2配列を大きいフィルタ単位と
して、前記画素ブロック毎の加算の結果から前記画素ブ
ロック毎の凝縮された色情報を得るステップとを備えた
ことを特徴とする信号処理方法。
6. An image pickup device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally so as to convert incident light into a signal charge corresponding to the amount of light, and a two-dimensional arrangement and a 2 × 2 arrangement of color elements. A signal processing method for an image pickup apparatus, comprising: a plurality of filter units; and a color filter array that is superimposed on the image pickup element so that each color element corresponds to each pixel of the image pickup element, A plurality of pixel blocks of the image sensor are grouped into a plurality of pixel blocks each having a square array of odd number × odd number pixels larger than each filter unit, and signal charges of all pixels belonging to the pixel block for each of the plurality of pixel blocks. And a condensed color for each pixel block from the result of addition for each pixel block, with the 2 × 2 array of pixel blocks as a large filter unit. Signal processing method characterized by comprising the steps of: obtaining a distribution.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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