JP2003102021A - カラーテレビジョンカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーテレビジョンカメラにおいて、赤色光
の帯域の感度をより有効に使用して輝度信号レベルを増
大させることにより高感度撮像を実現する。 【解決手段】 高利得時に輪郭強調周波数と輪郭強調量
とマスキング量とを同時に低下させ、青の利得を低下し
赤の利得を増強し、色信号出力をビットシフトダウンし
て色信号利得を低下させ、ラインメモリやフレームメモ
リを用いて、青の暗部信号を、２次元や３次元で加算平
均させ、雑音低減分、Ａ／Ｄ出力を複数ビットシフトア
ップして利得を倍増させ、青、緑、赤を通過し、赤外線
を除去する赤外線除去フィルタとし、青の加算平均と利
得を低下を強化し、青雑音を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高感度撮影に適す
るカラーテレビジョンカメラの改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン半導体による高感度撮像
用の固体撮像素子（ＣＣＤ）としては、赤外線に対する
分光感度が最も高く、以下、赤緑青の各色光の順に分光
感度が下がるものがある。

【０００３】そして、感度を重視すると共に色再現をも
考慮するカラー撮像に用いられるテレビジョンカメラと
しては、特に、青感度や緑感度よりも赤感度を優先した
映像信号が得られるＣＣＤと、上述のＧ，Ｒ，ＩＲｃｕ
ｔフィルタと、を用いてカラー撮像を行うテレビジョン
カメラがある。

【０００４】ここで、図を用いて分光透過率、分光感
度、分光出力について説明する。図２（ａ）は、ＣＩＥ
標準光源Ａ（２８５６Ｋ）に対しての、赤感度を優先し
た映像信号が得られるＣＣＤの分光感度曲線αと、色分
解光学系の赤緑青それぞれの分光透過率曲線βｂ，β
ｇ，βｒを示す図である。それに対し、図２（ｂ）は、
赤外線除去フィルタ（Ｇ，Ｒ，ＩＲｃｕｔフィルタ）の
分光透過率曲線を示すと共に、そのＧ，Ｒ，ＩＲｃｕｔ
フィルタ分光透過率曲線と、上述の分光感度曲線αと、
分光透過率曲線βｂ，βｇ，βｒそれぞれとの積であ
る、分光出力曲線δｂ，δｇ，δｒを示す。

【０００５】図２（ｃ）は、緑出力を１とした信号出力
と雑音出力の分光曲線を示した図であり、この図２
（ｃ）は、赤と青の出力を緑出力に一致させた従来の技
術の撮像装置出力である。図２（ｂ）の分光出力曲線δ
ｂ，δｇ，δｒをそれぞれ積分して得られた面積比でわ
かるように、ＣＩＥ標準光源Ａ（２８５６Ｋ）に対する
各色の出力比は、おおよそ、赤１．４，緑１，青０．３
２となる。そのため、青の出力を１にするために利得を
上げることで、映像信号レベルを約３．２倍（１／０．
３２倍）とすることでは、図２（ｃ）の様に、雑音レベ
ルとしても、約３．２倍となる。

【０００６】従来、単板式の色フィルタを搭載する固体
撮像画素子を１個用いるカラーテレビジョンカメラで
は、通常撮影時はＧ，Ｒ，ＩＲｃｕｔフィルタを用いて
カラー撮像を行い、高感度撮影時はＧ，Ｒ，ＩＲｃｕｔ
フィルタを光軸から外すことで、より高利得な映像信号
レベルが得られるようにした白黒撮影を行うものが製品
化されている。

【０００７】また、三板式の色分解光学系と３個の固体
撮像素子を用いるカラーテレビジョンカメラでは、カッ
ト波長の異なるＧ，Ｒ，ＩＲｃｕｔフィルタを複数備
え、用途に応じてそれらフィルタを入れ替えるようにし
て撮像している。

【０００８】また、緑色光の固体撮像素子の画素に対
し、赤色光の固体撮像素子の画素を半画素水平方向に空
間位置ずらしを行い、輝度信号の高域側で０．５赤＋
０．５緑として、偽信号をなくし、解像度を画素数の倍
にすることも実施されている。

【０００９】また、信号を平均化処理すると、その処理
により雑音は帯域の平方根に比例し、信号レベルは一定
となるので、Ｓ／Ｎ比は帯域の平方根に反比例するもの
である。そのため、多画素からの信号を１度に読み出し
て１画素の信号とする方法（以下多画素読み出し方法と
称す）では、雑音は一定であるが、信号レベルは画素数
に比例することになるので、その場合は、Ｓ／Ｎ比は帯
域に反比例する。そこで、色分解光学系と３個の固体撮
像画素子を用いるカラーテレビジョンカメラの高感度撮
影時は、高利得にした固体撮像画素子の多画素読み出し
方法や、映像信号処理回路での信号加算も併用されてい
る。

【００１０】また、暗部の小振幅信号のみ、ラインメモ
リやフレームメモリを用いて２次元や３次元で画素を重
み付け加算や循環加算する事により、信号帯域を２次元
や３次元で低減して、解像感を損ねることなく、目立た
ないように暗部雑音を低減することも行われている。

【００１１】さらに青色光に対しては、他の色光に比べ
て人間の目の解像度が低いので、輝度信号の信号帯域
（ＮＴＳＣで４．３ＭＨｚ）の約９分の１の信号帯域
（ＮＴＳＣで０．５ＭＨｚ）で十分とされている。しか
しながら、３個の固体撮像画素子を用いるカラーテレビ
ジョンカメラでは忠実な色再現が特長とされている。そ
のため、固体撮像素子の赤の感度は従来動作には十分な
ものであり、色再現やダイナミックレンジの確保のため
には、緑の感度以上に赤の感度を有することは不必要で
あったため、色再現を犠牲にしてまでも赤の感度を向上
させることはあまり検討されていない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】シリコンフォトダイオ
ードを用いた高感度の固体撮像素子は、赤色光に感度が
より高く、青色光の感度がより低い。色再現を重視する
カラー撮像で、Ｇ，Ｒ，ＩＲｃｕｔフィルタにより、青
色光を通過、緑色光が約０．５倍透過、赤色光が約０．
２５透過するように減衰させたとしても、ＣＩＥ標準光
源Ａ（２８５６Ｋ）に対する各色の固体撮像素子の出力
レベル比はおおよそ、赤１．４，緑１、青０．３２とな
り、青が出力レベル比１となるようにするために利得を
上げることで、雑音が約３．２倍約＋１０ｄＢとなり、
カラー高感度撮影時には、青の雑音が目立つことにな
る。また、青の雑音を低減するため、青の帯域を単純に
減らすと、輝度信号の解像感も低下する。

【００１３】本発明の第１の目的は、色再現性を求めな
いとした高感度撮像の場合に、ＣＣＤの分光感度におけ
る赤色光の帯域の感度をより有効に使用して輝度信号レ
ベルを増大することにより、利得と、信号処理回路のビ
ットシフトと、輪郭強調とマスキングと、加算平均との
制御方法を最適にすることで、高感度撮像を実現するカ
ラーテレビジョンカメラを提供することである。

【００１４】また、本発明の第２の目的は、蓄積高感度
撮像において、合焦点走査が必要なときに、上述の色再
現を求めずにＣＣＤの分光感度における赤色光の帯域の
感度をより有効に使用した高感度撮像動作に切り替わる
と共に、蓄積時間を減少させてフレームレートを通常撮
像時のフレームレートに近づけるようにした動作に切り
替わることで、合焦点走査しやすい動作に切り替わるよ
うにしたカラーテレビジョンカメラを提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために、固体撮像素子と、利得を可変できる増
幅器と、Ａ／Ｄ変換器と、メモリと、色副搬送波変調器
を含むデジタル信号処理回路とを有するカラーテレビジ
ョンカメラにおいて、高利得時に輪郭強調周波数と輪郭
強調量とを同時に低下させる事、マスキング量と青の利
得とを低下し赤の利得を増強する事、前記Ａ／Ｄ変換器
出力または前記デジタル信号処理回路入力をビットシフ
トアップして等価的に利得を倍増する事、前記デジタル
信号処理回路出力をビットシフトダウンして等価的に利
得を半減させる事、ラインメモリやフレームメモリを用
いて、少なくとも青の暗部信号または白圧縮レベル以下
の小振幅信号を、２次元や３次元での画素の重み付けに
よる加算平均や循環加算平均する事、の少なくともいず
れか一つを行うものである。

【００１６】また、本発明は、固体撮像素子と、リセッ
ト付き雑音低減回路と、利得を可変できる増幅器と、Ａ
／Ｄ変換器と、メモリと、デジタル信号処理回路とを有
するカラーテレビジョンカメラにおいて、水平画素加算
時は、前記リセット付き雑音低減回路のリセット動作を
中止すると共に、水平輪郭強調周波数と輪郭強調量の少
なくとも一方を低下するものである。

【００１７】なお本発明は、さらに、青色光および緑色
光が通過し、赤色光を少し減衰し、赤外線を除去する赤
外線除去フィルタと、青色光が通過し、緑色光および赤
色光を減衰し、赤外線を除去する赤外線除去フィルタと
を有するフィルタ回転板と、１１ビット以上のＡ／Ｄ変
換器とを有するとしてもよい。

【００１８】さらに、本発明は、音低減回路と、利得を
可変できる増幅器とを有するカラーテレビジョンカメラ
において、固体撮像素子出力を固体撮像素子の電源電圧
と同程度の電源電圧を印可した演算増幅器に入力し、前
記演算増幅器出力の赤緑青の基準信号レベルを揃え、前
記演算増幅器入力に前記演算増幅器出力と基準電位との
差の直流を帰還して前記演算増幅器出力の電位を保持す
るものである。

【００１９】さらに、本発明は、体撮像素子と蓄積時間
を可変できる撮像素子駆動回路と利得を可変できる増幅
器と、１０ビット以上のＡ／Ｄ変換器とフレームメモリ
と色副搬送波変調器を含むデジタル信号処理回路とを有
するカラーテレビジョンカメラにおいて、蓄積時間自動
可変時に蓄積時間の数倍程度の数秒間のみ、輪郭強調周
波数を低下する事、マスキング量と青の利得とを低下し
赤の利得を増強する事、赤と緑の前記Ａ／Ｄ変換器出力
または前記デジタル信号処理回路入力とをビットシフト
アップして等価的に赤と緑の利得を倍増する事、前記デ
ジタル信号処理回路出力をビットシフトダウンして等価
的に利得低下する事、の少なくともいずれか一つを行う
ことにより、輝度信号出力レベルを一定に保ったまま
で、蓄積時間を低減するものである。

【００２０】なお、自動可変蓄積動作時で色温度自動追
尾動作時に、オートホワイトスイッチを押すこと、また
は、光学フィルタを回転する等の操作を行うことで、蓄
積時間の数倍程度の数秒間のみ、上述の、蓄積時間自動
可変時に蓄積時間の数倍程度の数秒間のみ、輪郭強調周
波数を低下する事、マスキング量と青の利得とを低下し
赤の利得を増強する事、赤と緑の前記Ａ／Ｄ変換器出力
または前記デジタル信号処理回路入力とをビットシフト
アップして等価的に赤と緑の利得を倍増する事、前記デ
ジタル信号処理回路出力をビットシフトダウンして等価
的に利得低下する事、の少なくともいずれか一つを行
う、または、オートホワイトスイッチを押すまたは、光
学フィルタを回転する等の操作を行うことで、通常の蓄
積時間自動可変動作に戻るものである。

【００２１】本発明は、さらに、青色光および緑色光が
通過し、赤色光を少し減衰し、赤外線を除去する赤外線
除去フィルタと、青色光が通過し、緑色光および赤色光
を減衰し、赤外線を除去する赤外線除去フィルタとを有
するとしてもよい。

【００２２】さらに、本発明は、固体撮像素子とリセッ
ト付き雑音低減回路と、利得を可変できる増幅器とを有
するカラーテレビジョンカメラにおいて、水平画素加算
時に水平輪郭強調周波数と輪郭強調量の少なくとも一方
を低下するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】図３に本発明の実施の形態である
カラーテレビジョンカメラのブロック構成例の図を示
す。以下、図３を用いて説明する。この図において、カ
ラーテレビジョンカメラへ入射された入射光Ｌｉｎは、
レンズ１１で集光される。集光された入射光Ｌｉｎは、
フィルタ回転板２０に保持された複数フィルタのうちの
いずれかのフィルタを通過して、色分解光学系１２へ入
射される。色分解光学系１２では、入射された入射光Ｌ
ｉｎが、赤色入射光Ｌｉｒ、緑色入射光Ｌｉｇ、青色入
射光Ｌｉｂとなるよう分光される。ここで、光学低域通
過フィルタは色分解光学系１２に内蔵されてあり、入射
光のうちの高帯域の部分をカットする。

【００２４】フィルタ回転板２０には、従来と同じであ
る、青色光を通過させ緑色光と赤色光を減衰させる赤外
線除去フィルタ（以下Ｇ，Ｒ，ＩＲｃｕｔフィルタと称
す）８と、全帯域減衰フィルタ機能とＧ，Ｒ，ＩＲｃｕ
ｔフィルタ機能とを有するフィルタ１０（以下ＮＤ＋
Ｇ，Ｒ，ＩＲｃｕｔフィルタと称す）が装着され、さら
に、本発明に係わる、青色光と緑色光とを通過させ、赤
色光のほとんどを通過させる赤外線除去フィルタ（以下
ＰＩＲｃｕｔフィルタと称す）９が装着されている。

【００２５】各色入射光Ｌｉｒ、Ｌｉｇ、Ｌｉｂは、そ
れぞれ、固体撮像素子１，２，３へ入射されて、映像信
号Ｖｉｒ，Ｖｉｇ，Ｖｉｂに変換され、それぞれ出力さ
れる。それら出力された映像信号は、前置増幅回路Ａ
４，Ａ５，Ａ６で基準振幅が揃えられて映像信号Ｖｐ
ｒ，Ｖｐｇ，Ｖｐｂとなる。映像信号Ｖｐｒ，Ｖｐｇ，
Ｖｐｂは利得制御増幅回路Ａ１，Ａ２，Ａ３で、図示し
ていない暗部補正波形発生回路の補正波形を混合し、さ
らに、利得制御電圧Ｅｒｇａｉｎ，Ｅｈ，Ｅｂｇａｉｎ
によりそれぞれ利得を可変して、利得制御増幅回路Ａ
１，Ａ２，Ａ３からそれぞれ映像信号Ｖｍｒ，Ｖｍｇ，
Ｖｍｂを出力する。映像信号Ｖｍｒ，Ｖｍｇ，Ｖｍｂ
は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４，５，６で
デジタル映像信号にそれぞれ変換され、それらデジタル
映像信号はそれぞれメモリ１４〜１９で、１垂直走査期
間分を２回に渡って遅延され、また、信号処理回路７に
おいて、１水平走査期間分を２回に渡って遅延され、そ
れら遅延された映像信号が色副搬送波変調器を含むデジ
タル信号処理回路７で各種信号処理されることで、出力
輝度信号Ｖｏｙ，出力色信号Ｖｏｃ，シリアルデジタル
映像信号Ｖｓｄｉとなる。なお、それら出力信号の代わ
りに、赤映像出力信号Ｖｏｒ、緑映像出力信号Ｖｏｇ、
青映像出力信号Ｖｏｂが出力されるとしてもよい。

【００２６】雑音低減回路としては、上述の前置増幅回
路Ａ４，Ａ５，Ａ６にそれぞれ内蔵されるとした方が、
一般には雑音低減のために有利である。しかし、雑音低
減回路を利得制御増幅回路Ａ１，Ａ２，Ａ３にそれぞれ
内蔵するとし、アナログ／デジタル変換器４，５，６と
共に集積回路化した方が、実装効率と原価低減上、より
有利となる。そこで、前置増幅回路Ａ４，Ａ５，Ａ６と
しては低雑音演算増幅器を用いることで、利得を高くす
る。そうすることで、雑音低減回路や利得可変増幅器や
Ａ／Ｄ変換器を集積した回路等で発生する雑音に影響さ
れないで前置増幅できるため、より小形なカラーテレビ
ジョンカメラを実現することができる。

【００２７】上述のような構成を有するカラーテレビジ
ョンカメラにおいて、本発明は、フィルタ回転板２０の
フィルタと、利得制御増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３の利得
と、デジタル信号処理回路７における入力信号に対する
ビットシフトと、映像出力信号に対するビットシフト
と、輪郭強調周波数と輪郭強調量とマスキング量と、２
次元でもって重み付け加算平均により得られた信号と加
算平均する前の信号との切り換え制御と、フレーム間で
３次元循環加算平均により得られた信号と加算平均前の
信号との切り替え制御とが、それぞれ連動して変化する
ようにされる。

【００２８】そうすることで、演算増幅器入力オフセッ
トを低減し電源電圧を高くして雑音低減回路前の演算増
幅器のダイナミックレンジを確保し、出力の赤緑青の基
準信号レベルを揃え、平坦な周波数特性と高い利得を得
て、雑音低減回路や利得可変増幅器やＡ／Ｄ変換器を集
積した回路等の後段の雑音に影響されないで、撮像装置
の小型化時の実効雑音が低減し、より高いＳ／Ｎ比を確
保するものである。

【００２９】以下、この動作について説明する。図２
（ａ）は、上述したように、ＣＩＥ標準光源Ａ（２８５
６Ｋ）に対しての、赤感度を優先した映像信号が得られ
るＣＣＤの分光感度曲線αと、色分解光学系の赤緑青そ
れぞれの分光透過率曲線βｂ，βｇ，βｒを示す図であ
る。それに対し、図１（ａ）は、赤外線除去フィルタ
（ＰＩＲｃｕｔフィルタ）の分光透過率曲線を示すと共
に、そのＰＩＲｃｕｔフィルタ分光透過率曲線と、上述
の分光感度曲線αと、分光透過率曲線βｂ，βｇ，βｒ
それぞれとの積である、分光出力曲線γｂ，γｇ，γｒ
を示す。

【００３０】ここで、本実施例のカラーテレビジョンカ
メラの動作としては、緑色光の固体撮像素子の画素に対
し、赤色光の固体撮像素子の画素を半画素水平方向に空
間位置ずらしを行い、輝度信号の高域側で０．５赤＋
０．５緑として、偽信号をなくし、高解像度化してい
る。また、暗部の小振幅信号のみ、ラインメモリを用い
て２次元で画素を重み付け加算平均する事により、信号
帯域を２次元で低減して、解像感を損ねることなく、暗
部雑音を目立たなくなるように低減している。

【００３１】さらに、このカラーテレビジョンカメラ
が、より高感度撮像を行うために、水平画素加算を行
い、水平方向の複数画素の映像信号を合成して１の画素
の映像信号として出力する水平画素加算動作時は、雑音
低減回路のリセット動作を中止していることで、その水
平画素加算されて得られた映像信号には高周波数帯域の
映像信号は含まれていない。そのため、水平輪郭強調周
波数を低下させると共に輪郭強調量も低下させる。

【００３２】さらに、各部の増幅回路の高利得制御時と
蓄積高解像度動作時でも、水平輪郭強調周波数を低下さ
せると共に輪郭強調量も低下させることを行い、赤の利
得を他の色に比べて増強するようにマスキング量と青の
利得低下とを行う。そして、Ａ／Ｄ変換器４，５，６出
力デジタル信号について、複数ビット分シフトアップ処
理を行うことで等価的に利得を倍増した信号を信号処理
回路７へ入力されるようにすると共に、信号処理回路７
で各種信号処理された信号が出力されるときに、その出
力信号をそれぞれ上述のシフトアップ分シフトダウン処
理することで、等価的に利得を半減した信号を信号処理
回路７から出力する。

【００３３】さらに、ラインメモリやフレームメモリを
用いて、青の暗部信号と白圧縮レベル以下の小振幅信号
を、２次元で画素を重み付け加算平均し、フレーム間で
３次元循環加算平均させる。

【００３４】さらに、各部増幅回路の高利得制御時と、
固体撮像素子の画素加算読み出し動作時と、映像信号処
理回路７での信号加算処理時と、長時間蓄積高解像度動
作時等の、超高感度撮影時には、固体撮像素子のダイナ
ミックレンジに余裕があることになる。そのため、上述
のように青色光、緑色光を通過させ、赤色光を少し減衰
させ、赤外線を除去させる純赤外線除去フィルタ（ＰＩ
Ｒｃｕｔフィルタ）でもってフィルタリングし、赤緑青
の暗部信号と白圧縮レベル以下の小振幅信号を、２次元
で画素を重み付け加算平均し、フレーム間で３次元循環
加算平均させる。

【００３５】なお、固体撮像素子出力に固体撮像素子の
電源電圧（約＋１２〜＋１５Ｖ，約−５〜−９Ｖ）と同
程度の電源電圧を印可した演算増幅器を設け、演算増幅
器出力の赤緑青の基準信号レベルを揃え、その演算増幅
器入力に、該演算増幅器出力と基準電位との差の直流を
帰還して演算増幅器出力の直流電位を保持するとしても
よい。

【００３６】以上のように動作させることで、まず、高
感度蓄積動作では、水平画素加算時に水平輪郭強調周波
数と輪郭強調量とを低下させ、低域輪郭強調すること
で、赤緑青の雑音が約３ｄＢ程度低減する。

【００３７】さらに、各部の増幅回路の高利得制御時と
蓄積高解像度動作時では、輪郭強調周波数と輪郭強調量
とを同時に低下させることで、赤緑青の雑音を約３ｄＢ
程度低減する。さらに、マスキング量を低下させること
で、赤緑青の雑音を約３ｄＢ程度低減する。さらに、青
の利得を低下し赤の利得を増強することで、青の雑音を
約３ｄＢ程度低減する。

【００３８】ラインメモリやフレームメモリを用いて、
青の暗部信号と青の白圧縮以下の小振幅信号を、２次元
で画素を重み付け加算平均し、フレーム間で３次元循環
加算平均させ、青の雑音を約６ｄＢ低下する。

【００３９】さらに、信号処理回路７で各種信号処理さ
れた信号が出力されるときに、その出力信号をそれぞれ
シフトダウン処理することで、青の雑音を約６ｄＢ程度
低下する。ここで、雑音が増加し易いとされる、ギルバ
ートセル等の構成を用いたアナログ掛け算器を使用する
ことなく実現するものである。

【００４０】以上の、雑音低減の合計で、赤緑の雑音約
１２ｄＢと青の雑音約２４ｄＢの雑音を低減することが
できる。ここで、赤緑の雑音低減は青の雑音低減に対し
て約＋１０ｄＢ少ないので、実質的には、合わせて約２
２ｄＢの雑音を低減したことになり、その分、Ａ／Ｄ変
換器出力を３ビット分シフトアップして等価的に利得を
８倍増加させることができる。なお、このためには最低
１０ビット、好ましくは１２ビットのＡ／Ｄ変換器が必
要となる。

【００４１】なお、青の暗部信号と白圧縮レベル以下の
小振幅信号を加算平均した場合の輝度信号の解像度劣化
は、少なく抑えられるものである。

【００４２】さらに、ＰＩＲｃｕｔフィルタでは、従来
の緑が約０．５倍、赤が約０．２５倍に減衰する赤外線
除去フィルタ（Ｇ，Ｒ，ＩＲｃｕｔフィルタ）の場合に
比して、赤が約３．５倍、緑が約２倍にされる分、輝度
感度が０．３×３．５＋０．６×２＝２．２５、すなわ
ち、約２．２５倍に高感度化されることで、感度として
は、８×２．２５＝１８、すなわち、１８倍となる。ま
た赤、緑は青に対し３．２×２＝６．４、すなわち、約
＋１６ｄＢ雑音が少なくなるので、合計で赤、緑の雑音
は約１２＋１６＝２８ｄＢが低減されることとなり、青
の雑音低減の約２４ｄＢを上回ることになる。そこで、
信号処理回路７からの出力信号に対してはもう１ビット
分、計２ビット分のシフトダウン処理を行い、等価的に
さらに利得を半減させて、青の雑音をさらに約６ｄＢ低
下するようにする。

【００４３】上述よりもさらに高感度化を行う場合に
は、最低１１ビット、できれば１２ビットのＡ／Ｄ変換
器が必要となる。そして、赤緑の暗部信号と白圧縮レベ
ル以下の小振幅信号をも、２次元で画素を重み付け加算
平均し、フレーム間で３次元循環加算平均させること
で、赤緑の雑音をさらに約６ｄＢ程度低下させることに
なる。したがって、青の雑音が合計約３０ｄＢ低減した
ことから、Ａ／Ｄ出力を追加１ビットして、合計５ビッ
ト分のシフトアップ処理を行うことで、等価的に利得を
１８×２＝３６、すなわち、３６倍増加させることがで
きる。

【００４４】なお、上述したような動作や処理を行うこ
とでは、映像信号における色情報は劣化するので、例え
ば、輝度情報確認用の映像信号を得るための動作として
行われる。

【００４５】以上のようにすることで、演算増幅器入力
オフセットを低減し電源電圧を高くして雑音低減回路前
の演算増幅器のダイナミックレンジを確保し、出力の赤
緑青の基準信号レベルを揃え、平坦な周波数特性と高い
利得を得て、雑音低減回路や利得可変増幅器やＡ／Ｄ変
換器を集積した回路等の後段の雑音に影響されない。撮
像装置の小型化時の実効雑音が低減し、Ｓ／Ｎ比を充分
確保することができる。

【００４６】次に、別の実施の形態について説明する。
以下、蓄積高感度カラーテレビジョンカメラにおいて、
その操作性を向上させる場合について説明する。

【００４７】この実施例では、上述の実施例と同様に、
水平画素加算動作時に水平輪郭強調周波数と輪郭強調量
とを低下する。それと共に、自動可変蓄積動作時で色温
度自動追尾動作時に、オートホワイトスイッチを押す
か、あるいは、光学フィルタを回転する等の操作を行う
ことにより、蓄積時間の数倍程度の数秒間のみ、蓄積時
間を低減すると共に、焦点合わせをしやすくするため
に、利得制御増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３の利得と、デジタ
ル信号処理回路７の入力信号のビットシフトと、出力色
信号のビットシフトと、輪郭強調周波数とマスキング量
とが連動して変化するようにする。そうことで、赤外線
除去フィルタの分光透過率を工夫し、利得と、信号処理
回路のビットシフトと輪郭強調とマスキングの制御方法
とを変更するだけで、高感度と毎秒撮像枚数を両立し、
焦点合わせをしやすくすることができる。したがって、
高価で不安定な自動合焦装置や、高価で大型のレンズと
高価で重い雲台とが不要となり、低消費電力で小型で軽
量で高感度な撮像装置が安価に実現できる。

【００４８】ここで、本実施例のカラーテレビジョンカ
メラの動作としては、輪郭強調周波数を低下して焦点合
わせをしやすくし、マスキング量と青の利得とを低下し
赤の利得を増強し、さらに、赤と緑のＡ／Ｄ変換器出力
またはデジタル信号処理回路入力とを複数ビットシフト
アップして等価的に赤と緑の利得を倍増する。色副搬送
波変調器を含むデジタル信号処理回路で色信号出力をビ
ットシフトダウンして等価的に利得を低下させる。

【００４９】以上のように動作させることで、まず、高
感度蓄積動作で、水平輪郭強調周波数と輪郭強調量とを
低下させ、低域輪郭強調することで、約３ｄＢの雑音低
減を行う。

【００５０】そして、焦点合わせを行うために必要な、
蓄積時間の数倍程度である、例えば、数秒間のみ、輪郭
強調周波数を低下させて、焦点合わせを行いやすくさせ
る。さらに、マスキング量を低下させることで、青の利
得を低下させ赤の利得を増強させて、雑音を約９ｄＢ低
下させた上で、輝度信号利得を約５ｄＢ増強する。

【００５１】さらに、信号処理回路７で各種信号処理さ
れた信号が出力されるときに、その出力信号をそれぞれ
シフトダウン処理することで、等価的に利得を低下して
色ずれを見えにくくすることで、雑音を約６ｄＢ低下す
る。ここで、雑音が増加し易いギルバートセル等の構成
を用いたアナログ掛け算器を使用することなく実現する
ものである。

【００５２】以上のようにして、約１８ｄＢ雑音低減を
行った分の利得を上げるようにしたことで、赤と緑のデ
ジタル信号処理回路入力信号を３ビット分シフトアップ
処理して等価的に赤と緑の利得を約１８ｄＢ、すなわ
ち、約８倍とするとともに、蓄積時間を（約１／８以下
に）低減して、焦点合わせをしやすくする。

【００５３】さらに、上述したように、ＰＩＲｃｕｔフ
ィルタを用いることでは、従来の緑が約０．５倍、赤が
約０．２５倍に減衰する赤外線除去フィルタ（Ｇ，Ｒ，
ＩＲｃｕｔフィルタ）の場合と比較して、赤が約３．５
倍、緑が約２倍にされる分、輝度感度が０．３×３．５
＋０．６×２＝２．２５、すなわち、約２．２５倍に高
感度化されることで、感度としては、８×２．２５＝１
８、すなわち、約１８倍に高感度化される。

【００５４】そこで、色信号出力と色差信号出力をもう
１ビット分、計２ビット分のシフトダウン処理を行って
等価的に利得をさらに半減させて、青の雑音をさらに約
６ｄＢ低下させる。

【００５５】したがって、雑音が約２４ｄＢ低減したこ
とから、雑音同等の感度が約１６倍向上させることがで
きる。

【００５６】なお、上述したような動作や処理を行うこ
とでは、映像信号における色情報は劣化するので、例え
ば、焦点合わせのためや輝度情報確認用の映像信号を得
るための動作として行われる。

【００５７】なお、オートホワイトスイッチを押すまた
は、光学フィルタを回転する等の操作でもって、通常の
蓄積時間自動可変動作に戻るようにした動作を有すると
してもよい。

【００５８】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、利得と、
信号処理回路の、ビットシフトと、輪郭強調とマスキン
グと、加算平均との制御方法を変更するだけで、高感度
を実現することができる。

【００５９】また、赤外線除去フィルタの分光透過率を
工夫すれば、さらに、色再現を犠牲にして高感度を実現
することができ、また、低雑音演算増幅器を用いれば、
小型撮像装置で雑音が低減する。

【００６０】１２ビットのＡ／Ｄ変換器のＳＰＴ７８１
２は、１１＄と安価で、１６５ｍＷと低消費電力で、２
８ＳＳＯＰと小型になった。１２ビットのＡ／Ｄ変換器
のＡＤ９２４４も、４００ｍＷと低消費電力で、４４Ｌ
ＱＦＰと小型にすることができる。低雑音演算増幅器の
ＡＤ８０５５は、１＄と安価で、５５ｍＷと低消費電力
で、ＳＣ−２３−５と超小型になった。したがって、安
価で低消費電力で小型で高感度な撮像装置が実現でき
る。

【００６１】さらに本発明によれば、赤外線除去フィル
タの分光透過率を工夫し、利得と、信号処理回路のビッ
トシフトと輪郭強調とマスキングの制御方法とを変更す
るだけで、高感度と毎秒撮像枚数を両立し、焦点合わせ
をしやすくすることができる。したがって、高価で不安
定な自動合焦装置や、高価で大型のレンズと高価で重い
雲台とが不要となり、低消費電力で小型で軽量で高感度
な撮像装置が安価に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の動作を示す分光透過率と分
光感度曲線と分光出力のグラフ。

【図２】従来の技術のカラーテレビジョンカメラの動作
例を示す分光透過率と分光感度曲線と分光出力のグラ
フ。

【図３】本発明の一実施例のカラーテレビジョンカメラ
のブロック構成図。

【符号の説明】

１，２，３：固体撮像素子、 ４，５，６：アナログ／
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、 ７：デジタル信号処理回
路、 ８：Ｇ，Ｒ，ＩＲｃｕｔフィルタ、 ９：ＰＩＲ
ｃｕｔフィルタ、 １０：ＮＤ＋Ｇ，Ｒ，ＩＲｃｕｔフ
ィルタ、 １１：レンズ、 １２：色分解光学系、 １
４〜１９：メモリ、 ２０：フィルタ回転板、 Ａ１，
Ａ２，Ａ３：利得制御増幅回路、 Ａ４，Ａ５，Ａ６：
前置増幅回路。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子と、利得を可変できる増幅
   器と、Ａ／Ｄ変換器と、メモリと、色副搬送波変調器を
   含むデジタル信号処理回路とを有するカラーテレビジョ
   ンカメラにおいて、高利得時に輪郭強調周波数と輪郭強
   調量とを同時に低下させる事、マスキング量と青の利得
   とを低下し赤の利得を増強する事、前記Ａ／Ｄ変換器出
   力または前記デジタル信号処理回路入力をビットシフト
   アップして等価的に利得を倍増する事、前記デジタル信
   号処理回路出力をビットシフトダウンして等価的に利得
   を半減させる事、ラインメモリやフレームメモリを用い
   て、少なくとも青の暗部信号または白圧縮レベル以下の
   小振幅信号を、２次元や３次元での画素の重み付けによ
   る加算平均や循環加算平均する事、の少なくともいずれ
   か一つを行うことを特徴とするカラーテレビジョンカメ
   ラ。
2. 【請求項２】 固体撮像素子と、リセット付き雑音低減
   回路と、利得を可変できる増幅器と、Ａ／Ｄ変換器と、
   メモリと、デジタル信号処理回路とを有するカラーテレ
   ビジョンカメラにおいて、水平画素加算時は、前記リセ
   ット付き雑音低減回路のリセット動作を中止すると共
   に、水平輪郭強調周波数と輪郭強調量の少なくとも一方
   を低下する事を特徴とするカラーテレビジョンカメラ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２のカラーテレビ
   ジョンカメラにおいて、青色光および緑色光が通過し、
   赤色光を少し減衰し、赤外線を除去する赤外線除去フィ
   ルタと、青色光が通過し、緑色光および赤色光を減衰
   し、赤外線を除去する赤外線除去フィルタとを有するフ
   ィルタ回転板と、１１ビット以上のＡ／Ｄ変換器とを有
   する事を特徴とするカラーテレビジョンカメラ。
4. 【請求項４】 固体撮像素子と、雑音低減回路と、利得
   を可変できる増幅器とを有するカラーテレビジョンカメ
   ラにおいて、固体撮像素子出力を固体撮像素子の電源電
   圧と同程度の電源電圧を印可した演算増幅器に入力し、
   前記演算増幅器出力の赤緑青の基準信号レベルを揃え、
   前記演算増幅器入力に前記演算増幅器出力と基準電位と
   の差の直流を帰還して前記演算増幅器出力の電位を保持
   する事を特徴とする固体撮像装置。
5. 【請求項５】 固体撮像素子と蓄積時間を可変できる撮
   像素子駆動回路と利得を可変できる増幅器と、１０ビッ
   ト以上のＡ／Ｄ変換器とフレームメモリと色副搬送波変
   調器を含むデジタル信号処理回路とを有するカラーテレ
   ビジョンカメラにおいて、蓄積時間自動可変時に蓄積時
   間の数倍程度の数秒間のみ、輪郭強調周波数を低下する
   事、マスキング量と青の利得とを低下し赤の利得を増強
   する事、赤と緑の前記Ａ／Ｄ変換器出力または前記デジ
   タル信号処理回路入力とをビットシフトアップして等価
   的に赤と緑の利得を倍増する事、前記デジタル信号処理
   回路出力をビットシフトダウンして等価的に利得低下す
   る事、の少なくともいずれか一つを行うことにより、輝
   度信号出力レベルを一定に保ったままで、蓄積時間を低
   減する事を特徴とするカラーテレビジョンカメラ。
6. 【請求項６】 請求項５のカラーテレビジョンカメラに
   おいて、自動可変蓄積動作時で色温度自動追尾動作時
   に、オートホワイトスイッチを押すこと、または、光学
   フィルタを回転する等の操作を行うことで、蓄積時間の
   数倍程度の数秒間のみ、請求項５の動作をおこなう、ま
   たは、オートホワイトスイッチを押すまたは、光学フィ
   ルタを回転する等の操作を行うことで、通常の蓄積時間
   自動可変動作に戻る事を特徴とするカラーテレビジョン
   カメラ。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６のカラーテレビ
   ジョンカメラにおいて、青色光および緑色光が通過し、
   赤色光を少し減衰し、赤外線を除去する赤外線除去フィ
   ルタと、青色光が通過し、緑色光および赤色光を減衰
   し、赤外線を除去する赤外線除去フィルタとを有するこ
   とを特徴とするカラーテレビジョンカメラ。
8. 【請求項８】 固体撮像素子とリセット付き雑音低減回
   路と、利得を可変できる増幅器とを有するカラーテレビ
   ジョンカメラにおいて、水平画素加算時に水平輪郭強調
   周波数と輪郭強調量の少なくとも一方を低下する事を特
   徴とするカラーテレビジョンカメラ。