JP2006148931A - 補色カラーフィルタを採用したＳｏＣカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】色感度の低下を補償するために補色フィルタを採用したＣＭＯＳイメージセンサ及びＣＭＯＳイメージセンサからの映像信号を処理する信号処理回路をシステムオンチップの形態に具現して、小型／軽量化を達成できるカメラシステムを提供すること。
【解決手段】カラーフィルタ２０を有し、光学的に撮影された映像を電気的なアナログ映像信号に変換するピクセルアレイ部２と、ピクセルアレイ部２からのアナログ映像信号を所定レベルに調整してデジタル映像信号を出力するアナログ信号処理部３０、及びデジタル映像信号を元の映像に近づかせるために白色補正、色修正を行うデジタル信号処理部３１を有する信号処理回路部３とを備え、デジタル信号処理部３１は、ピクセルアレイ部２及びアナログ信号処理部３０とともに集積化されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、補色カラーフィルタを採用したＳｏＣカメラシステムに関し、より詳細には、補色カラーフィルタを採用したＣＭＯＳイメージセンサ及びＣＭＯＳイメージセンサからの映像信号を処理する信号処理回路をシステムオンチップ(Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ、以下、ＳｏＣとも記す)の形態に具現し、特に順次走査方式を適用することによって、解像度及び色感度を増加せしめる補色カラーフィルタを採用したＳｏＣカメラシステムに関する。

一般に、イメージセンサは、光子を電子に変換してディスプレイ装置に表示したり、格納装置に格納したりする半導体素子であって、ＣＣＤ(Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、以下「ＣＣＤ」と記す)及びＣＭＯＳ(Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、以下「ＣＭＯＳ」と記す)イメージセンサなど、大きく分けて２種類があり、また、その機能特性によって、デジタルカメラやビデオカメラなどに適用される２次元イメージセンサと、ファクシミリ、スキャナ及び多機能事務機器などに適用される１次元イメージセンサとに分けられ、現在は各種カメラに始まり、カムコーダ、ファクシミリ、医療機器などに至るまで広範に適用されている。

その中でも、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤに比べて価格が安価で、電力消費がＣＣＤの１/１０程度と少ない上、回路の集積度が高く、周辺ＩＣとシステムオンチップの形態に具現可能という長所を有していることから、特に小型／軽量化が要求されるデジタルカメラにＣＣＤよりも好適である。

一方、イメージセンサには、カラー映像を受け取って色彩を認識するために、色分離のためのカラーフィルタが備えられなければならないが、このようなフィルタには、図３Ａに示すような原色カラーフィルタ（以下、「原色フィルタ」と記す）と、図３Ｂに示すような補色カラーフィルタ(以下、「補色フィルタ」と記す）とがある。

図３Ａは、一般的な原色フィルタの配列を示す図であり、原色フィルタはＲ(Ｒｅｄ)、Ｇ(Ｇｒｅｅｎ)、Ｂ(Ｂｌｕｅ)のように３つの色成分から構成され、Ｒ−Ｇ−Ｇ−Ｂ(図３Ａの破線部分を参照)、またはＧ−Ｒ−Ｂ−Ｇ、またはＢ−Ｇ−Ｇ−Ｒ、またはＧ−Ｂ−Ｒ−Ｇからなる画素配列(横２×縦２＝計４画素)を基本単位として周期的に配列されている。

一般に、可視光線を波長別に大別すると、Ｒ、Ｇ、Ｂに分けられるが、イメージセンサに用いられるカラーフィルタは、特定の波長帯の光のみを選択的に通過させる有機物質により形成され、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色成分から構成されるこのような原色フィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色をそのまま通過させて正確な色を再現することができるが、後述する補色フィルタに比べると、画素当りの光量が不足して輝度（Luminance）が落ちるという短所がある。

図３Ｂは、一般的な補色フィルタの配列を示す図であり、補色フィルタはＣｙ(Ｃｙａｎ)、Ｍｇ(Ｍａｇｅｎｔａ)、Ｙｅ(Ｙｅｌｌｏｗ)、Ｇｒ(Ｇｒｅｅｎ）のような４つの色成分から構成され、Ｃｙ−Ｙｅ−Ｇｒ−Ｍｇ(図３Ｂの破線部分を参照)、またはＹｅ−Ｃｙ−Ｍｇ−Ｇｒ、またはＭｇ−Ｇｒ−Ｙｅ−Ｃｙ、またはＧｒ−Ｍｇ−Ｃｙ−Ｙｅからなる画素配列(横２×縦２＝計４画素）を基本単位として周期的に配列されており、補色フィルタを構成する色成分Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅが原色フィルタを構成する色成分Ｒ、Ｇ、Ｂと補色関係にあることから、補色フィルタという。

このような補色フィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、１つの色成分を通過させない、すなわち、ＹｅフィルタはＲとＧの色成分を通過させ(すなわち、Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ)、ＣｙフィルタはＧとＢの色成分を通過させ(すなわち、Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂ)、ＭｇフィルタはＲとＢの色成分を通過させ(すなわち、Ｍｇ＝Ｒ＋Ｂ)、ＲＧＢのうちの残りの１つの色成分を吸収して通過させないため、原色フィルタよりもイメージセンサに入射する原色信号の光量が大きくなる。すなわち、１枚の補色フィルタは原色フィルタよりも約２倍の色成分を通過させるため輝度が大きくなり、暗い被写体を撮影する場合でも、大きい映像信号出力が得られ、さらに、原色フィルタの場合と同様、４つの画素(Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒ)からＲ、Ｇ、Ｂ情報を全部抽出できるため、解像度の低下も殆どないという長所を有する。

特に、計４画素(＝横２×縦２)を基準として説明すると、次の結果が得られ、補色フィルタが原色フィルタよりも約２倍の色成分を通過させることが容易に分かる。

(原色フィルタの場合) Ｒ＋Ｇ＋Ｇ＋Ｂ ＝２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ
(補色フィルタの場合) Ｃｙ＋Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇｒ＝３Ｇ＋２Ｒ＋２Ｂ
このように、原色フィルタの場合は、光量が減少するので、これを補償するために電気的に映像信号の増幅を行うが、そうするとノイズもともに増幅される。それに比べて、補色フィルタは、原色フィルタに比べて約２倍程度透過率が高いので、よりノイズの少ない映像が得られ、高感度のセンサを実現することができる。このことから、近年は感度が重要視されるビデオカメラやデジタルカメラなどの、ＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラシステムにおいて、原色フィルタを採用せず、補色フィルタを一般的に用いている。

一方、補色フィルタを採用したイメージセンサは、映像信号を復元するために飛越走査方式を一般的に用いている。さらに、ＰＣなどでは原色Ｒ、Ｇ、Ｂを用いるので、このような補色フィルタを採用したＣＭＯＳイメージセンサを用いるカメラシステムは、補色信号(Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒ)を原色信号(Ｒ、Ｇ、Ｂ)に変換する機能を有しなければならない。

図４は、図３Ｂに示す補色フィルタを採用したイメージセンサにおいて飛越走査方式を用いて映像信号を復元する方法を概略的に示しているが、飛越走査方式は、一つのフィールドからＲ(Ｒｅｄ)、Ｇ(Ｇｒｅｅｎ)、Ｂ(Ｂｌｕｅ)信号を導出して一つの色信号を構成する方法であり、以下に詳細に説明する。

まず、補色フィルタ配列の２×２画素領域内のＣｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒ値を用いて、Ｙ(輝度)、Ｃｂ(＝Ｂ−Ｙ、Ｂに対する色度)、Ｃｒ(＝Ｒ−Ｙ、Ｒに対する色度)の値を求めた後、これらの値を用いて再びＲ、Ｇ、Ｂの値を導出する。すなわち、
(第１フレームにおいて) Ｃｙ＋Ｍｇ、Ｙｅ＋Ｇｒ、Ｃｙ＋Ｍｇ、Ｙｅ＋Ｇｒ、…
(第２フレームにおいて) Ｇｒ＋Ｃｙ、Ｍｇ＋Ｙｅ、Ｇｒ＋Ｃｙ、Ｍｇ＋Ｙｅ、…
が繰り返され、それにより、Ｙ、Ｃｂ及びＣｒの値が次のように求められる。

(第１フレームにおいて) Ｙ＝(Ｃｙ＋Ｍｇ)＋(Ｙｅ＋Ｇｒ)
Ｃｂ＝(Ｃｙ＋Ｍｇ)−(Ｙｅ＋Ｇｒ)
(第２フレームにおいて) Ｙ＝(Ｇｒ＋Ｃｙ)＋(Ｍｇ＋Ｙｅ)
Ｃｒ＝(Ｍｇ＋Ｙｅ)−(Ｇｒ＋Ｃｙ)
従って、上記Ｙ、Ｃｂ及びＣｒ値から原色信号への変換により、次のようにＲ、Ｇ、Ｂの値が導出される。

Ｒ=１／４・(Ｙ−Ｃｂ−Ｃｒ)
Ｇ=１／８・(Ｙ−Ｃｂ＋３Ｃｒ)＝１／２・(Ｇ＋Ｃｒ)
Ｂ=１／８・(Ｙ＋３Ｃｒ−Ｃｒ)＝１／２・(Ｇ＋Ｃｂ)
しかし、通常、飛越走査方式は偶数フィールドと奇数フィールドを順次読み込む方式、すなわち画面を偶数フィールドと奇数フィールドとに分けて一回は偶数フィールドを表示し、次回は奇数フィールドを表示して一つの映像を作る方式であって、半分のデータで比較的に安定した映像が得られ、高い再生率を達成できる反面、画面を２回に分けて走査するので、解像度が半分に低下するという短所から、高精度の情報を伝送するには不適という問題点がある。

従来、補色フィルタを採用したイメージセンサを用いるカメラシステムについて、デジタル信号処理を適用して解像度及び色感度（輝度）を向上させることが可能な種々の方法が提案されてはいたが、こうした従来技術は、いずれも回路の集積化を達成できないため、信号処理回路がイメージセンサと分離されており、小型／軽量化という要求を満足できない。この結果、このような小型／軽量化を満足できないＣＣＤイメージセンサを採用した場合、それを採用したデジタルカメラなどカメラシステムの要求項目である小型／軽量化を満足させ、かつ解像度及び色感度を向上させることは、カメラシステム自体に求めるしかなかった。

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、色感度の低下を補償するために補色フィルタを採用したＣＭＯＳイメージセンサ及びＣＭＯＳイメージセンサからの映像信号を処理する信号処理回路をシステムオンチップの形態に具現して、小型／軽量化を達成できるカメラシステムを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、映像信号を得るための駆動方式として一度にすべての画素を読み込んで色信号を出力する順次走査方式を適用することによって、解像度の増大を図ることができるカメラシステムを提供することにある。

さらに、本発明の別の目的は、信号処理回路を用いた補色−原色変換、白色補正、及び色修正などの映像信号処理を通じて色情報を正確に再現できるカメラシステムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るＳｏＣカメラシステムは、カラーフィルタを有し、光学的に撮影された映像を電気的なアナログ映像信号に変換するピクセルアレイ部と、前記ピクセルアレイ部からの前記アナログ映像信号を所定レベルに調整してデジタル映像信号を出力するアナログ信号処理部と、前記デジタル映像信号を元の映像に近づかせるために白色補正、色修正を行うデジタル信号処理部とを備え、前記デジタル信号処理部は、前記ピクセルアレイ部及び前記アナログ信号処理部とともに集積化されていることを特徴とする。

好ましくは、前記ＳｏＣカメラシステムは、ＣＭＯＳ製造工程により形成され、前記カラーフィルタは、Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒの４つの色成分から構成されている補色フィルタである。また、好ましくは、前記ピクセルアレイ部から前記アナログ映像信号を得るための駆動方式は、順次走査方式である。

本発明によれば、順次走査方式を適用することによって、高解像度の映像を得ることができ、特にメモリと付加的な信号処理回路を追加して２×２画素領域でＲ、Ｇ、Ｂ信号が全部抽出されるので、色彩補間の必要性もなくなるという効果を奏する。

また、本発明によれば、色感度の低下を補償する補色フィルタを採用したＣＭＯＳイメージセンサ及びＣＭＯＳイメージセンサからの映像信号を処理する信号処理回路をシステムオンチップの形態に具現することによって小型／軽量化を達成でき、また、信号処理回路においてはアナログ信号処理の他にデジタル信号処理をも導入して補色信号を原色信号に変換する複雑な処理を行うことなく、補色信号を色差信号に変換した後に色差信号を原色信号に変換することによって、信号処理が簡単になり、さらに、信号処理回路を用いた補色−原色変換、自動白色補正、色修正といった映像信号処理によって色情報が正確に再現できるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付する図面を参照して詳細に説明する。尚、各図面において、同じ符号は、同じ構成要素を示す。

図１は、本実施の形態に係るＳｏＣカメラシステムの詳細構成を示すブロック図であり、ＳｏＣカメラシステム１は、カラーフィルタ２０を装備しているピクセルアレイ部２と、ピクセルアレイ部２を制御し、ピクセルアレイ部２からのアナログ映像信号を処理する信号処理回路部３とを備える。さらに、カメラシステム１を構成するこれらの構成要素、即ちピクセルアレイ部２、及び信号処理回路部３は小型／軽量化が達成されるようにシステムオンチップの形態に具現されている。

ピクセルアレイ部２は、一般的なイメージセンサのように光電変換を行う構成要素であって、カラーフィルタ２０及びタイミング発生部２１から構成される。ピクセルアレイ部２の構成及び動作は、本発明の特徴ではなく、また上記構成要素以外の構成要素は、一般的なイメージセンサと同様の機能をするので、ここでは詳細な説明を省略する。

ピクセルアレイ部２は、色感度の低下を補償するためにカラーフィルタ２０として補色フィルタ２０を採用するのが好ましく、こうした場合、本実施の形態に適用された補色フィルタ２０の画素配列は、Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒの４つの色成分から構成されており、Ｙｅ−Ｃｙ−Ｇｒ−Ｍｇ、またはＣｙ−Ｙｅ−Ｍｇ−Ｇｒ、またはＭｇ−Ｇｒ−Ｃｙ−Ｙｅ、またはＧｒ−Ｍｇ−Ｙｅ−Ｃｙの計４画素(＝横２画素×縦２画素)を基本単位として周期的に配列されているが、ここでは、Ｙｅ−Ｃｙ−Ｇｒ−Ｍｇから構成される基本単位(図１の破線部分を参照)のみを参照して説明する。

ピクセルアレイ部２は、タイミング発生部２１によって発生する駆動パルスに応じて動作する。タイミング発生部２１は、後述するＡＷＢ／ＡＥ(Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ／Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）補正部３１１からの制御信号に応答して、補色フィルタ２０の各画素が順次走査方式で読み取られるようにし、また、各画素の光を受け取る時間を制御する。カメラレンズを通して撮影する被写体の映像が入力されると、入力映像はピクセルアレイ部２に装備されている補色フィルタ２０により分離され、そして、内部の光ダイオードによってエネルギー変換を誘発されて、光学的映像は、電気的アナログ映像信号に変換され、信号処理回路部３に出力される。

本実施の形態において、ピクセルアレイ部２は、安価で、電力消費が少ない上、回路の集積度が高く、システムオンチップの形態に具現可能なＣＭＯＳイメージセンサであることが好ましい。

また、色感度の低下を補償するために補色フィルタを採用する場合について説明したが、補色フィルタの代りに原色フィルタを採用して、本実施の形態に係るカメラシステム１を構成することもできる。このような場合には、補色信号を原色信号に変換するための信号処理が不要となる。

信号処理回路部３は、補色フィルタ２０を採用したピクセルアレイ部２を制御し、ピクセルアレイ部２からの映像信号を処理して好ましいデジタル映像信号を生成する構成要素であって、アナログ信号処理部３０及びデジタル信号処理部３１を備える。以下、信号処理回路部３の構成要素を参照して、映像信号の復元から出力に至るまでの好ましいデジタル映像信号を生成する動作をより詳細に説明する。

アナログ信号処理部３０は、ピクセルアレイ部２からのアナログ映像信号を所定レベルに調整して、アナログ映像信号に対応したデジタル値を有するデジタル映像信号を出力する構成要素であって、ＣＤＳ＆カラムデコーダ３００、プリアンプ３０１、及びＡ／Ｄ変換部３０２から構成される。

ＣＤＳ＆カラムデコーダ３００は、ピクセルアレイ部２の補色フィルタ２０からの出力信号の雑音を軽減する低雑音処理を行う構成要素である。ピクセルアレイ部２では製造工程上の微細な差により、オフセット電圧による固定パターンの雑音が発生する。ＣＤＳ＆カラムデコーダ３００は、ピクセルアレイ部２から出力されるデータ成分と雑音成分とが混合されている信号を相関二重サンプリング（Corelated Double Sampling）し、すなわち電気的な映像信号を入力し、雑音を除去することによって低雑音処理を行い、そして、雑音が除去された信号であるデータ成分のみを列毎に分離して出力し、マルチプレクサ(図示せず)を通じてＣｙ、Ｍｇ、Ｙｅ及びＧｒを時系列に含む信号としてプリアンプ３０１に伝達する。

プリアンプ３０１は、画像の明るさを調節する構成要素であって、デジタル信号処理部３１のＡＷＢ／ＡＥ補正部３１１からの制御信号に応答して、画像の明るさが所定レベルよりも高いまたは所定レベルよりも低い場合に、画像の明るさを適切に調節するためにＣＤＳ＆カラムデコーダ３００からマルチプレクサを通じて入力される雑音が除去された信号のレベルを所定レベルに調整してＡ／Ｄ変換部３０２に出力する。

Ａ／Ｄ変換部３０２は、アナログ映像信号をデジタル映像信号に変換する構成要素であって、ピクセルアレイ部２の補色フィルタ２０によって発生しプリアンプ３０１によって所定レベルに調整されたアナログ映像信号を受信し、オフセット制御信号によって制御されるオフセットに応じてデジタル映像信号に変換してデジタル信号処理部３１に出力する。

デジタル信号処理部３１は、アナログ信号処理部３０からデジタル映像信号を受信してＲ、Ｇ、Ｂ信号への変換、白色補正、及び色差信号を生成するための信号処理などのデジタル信号処理を行い、出力端子を通じて外部の記録／再生装置(図示せず)などに出力する機能を有する構成要素であって、補色−原色変換部３１０、ＡＷＢ／ＡＥ補正部３１１、色彩空間変換部３１２、輝度処理部３１３、色彩処理部３１４及び出力部３１５を備える。

補色−原色変換部３１０は、３×３または３×４のマトリックス回路を採用してアナログ信号処理部３０のＡ／Ｄ変換部３０２から出力された４種類のデジタル映像信号Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒを３種類の原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂに変換し、変換されたＲ、Ｇ、Ｂのカラー応答特性を国際標準に合わせて変え、ピクセルアレイ部２により歪曲された色彩を補正する色修正を行う。

ピクセルアレイ部２からアナログ映像信号を得るための駆動方式として、順次走査方式を適用する場合、色彩補間を行う必要がなくなるが、色彩補間とは、隣接する画素の単一の色彩値から該当画素のＲ、Ｇ、Ｂ色彩値を類推して出力することによって、イメージセンサの低解像度の映像データを高解像度の映像データに変換することである。本実施の形態においては、補色−原色変換部３１０と接続されたメモリ４を備えており、メモリ４に少なくとも１ライン分の映像データを保持できるので、次のようにフィールド毎にＲ、Ｇ、Ｂを全部抽出することができるため、色彩補間の必要性がなくなる。

すなわち、補色−原色変換のためには、Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒの４つのデジタル映像信号を必要とするので、例えば第２ラインのＧｒ、Ｍｇ信号を読み取っているとき第１ラインのＹｅ、Ｃｙ信号が必要となるので、この第１ラインのＹｅ、Ｃｙ信号を格納するために、少なくとも１ライン分のメモリ４を備えていることが好ましい。

ここで、図１に示すピクセルアレイ部２の補色フィルタ２０から出力されたＣｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、ＧｒをＲ、Ｇ、Ｂ信号に変換する方法についてより詳細に説明する。本実施の形態において、ピクセルアレイ部２から順次走査方式により各ライン毎に次のようなＹ、Ｃｒ(＝Ｒ−Ｙ)、Ｃｂ(＝Ｂ−Ｙ)信号が生成される。

Ｙ＝(Ｃｙ＋Ｇｒ＋Ｙｅ＋Ｍｇ)／４＝(２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒ)／４
Ｃｒ＝(Ｍｇ＋Ｙｅ)−(Ｇｒ＋Ｃｙ) ＝(２Ｒ−Ｇ)
Ｃｂ＝(Ｍｇ＋Ｃｙ)−(Ｇｒ＋Ｙｅ) ＝(２Ｂ−Ｇ)
上式では、補色フィルタ２０を適用したので、Ｍｇ＝Ｒ＋Ｂ、Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ、Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂであることを考慮している。従って、補色−原色変換部３１０の３×４マトリックス回路における変換を通じて各ライン毎にＣｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒの４つの画素から次のようなＲ、Ｇ、Ｂ値が導出される。

Ｒ＝１／４・(Ｙ−Ｃｂ−Ｃｒ)
Ｇ＝１／８・(Ｙ−Ｃｂ＋３Ｃｒ)＝１／２・(Ｇ＋Ｃｒ)
Ｂ＝１／８・(Ｙ＋３Ｃｒ−Ｃｒ)＝１／２・(Ｇ＋Ｃｂ)
この結果は、図４を参照して説明した飛越走査方式により映像信号を復元する方法の場合と類似するが、図４では一つのフィールドから導出されたＲ、Ｇ、Ｂ信号である。画面を偶数フィールドと奇数フィールドとに分けて一回は偶数フィールドを表示し、次回は奇数フィールドを表示して１フレームの映像を表示する方式である飛越走査方式と異なって、本実施の形態においては、メモリ４を追加し、順次走査方式を適用して一つのフィールドとメモリ４に格納されているもう一つのフィールドを共に、すなわち偶数フィールドと奇数フィールドを全部１画面に表示するので、高解像度の映像を得ることができる。

ＡＷＢ／ＡＥ補正部３１１は、例えば、太陽光、蛍光灯、白熱灯などのような光源によって他の色に表現される純白色の物体を白色として表現させる構成要素である。一般的に太陽光の場合、視角、天、影などの要素により色温度が微妙に変化し、また太陽光の下での写真と蛍光灯の下での写真の雰囲気が若干異なってユーザの感じる色が得られないため、最上の画面を撮影するには、その場所の照明状態によってホワイトバランスを変えなければならない。そのため、図２に示すように、ＣｂとＣｒ値を１２７コードの近くに調整して、現在画素の色彩情報値を目標値に変換することにより、自動的にホワイトバランスを調節する。

また、ＡＷＢ/ＡＥ補正部３１１は、所定レベルの一定の明るさの映像信号を得るために、輝度(Ｙ)値を用いて制御信号を発生し、タイミング発生部２１を介して各画素が光を受け取る時間である露出時間、及びプリアンプ３０１を介して画像の明るさ、すなわちピクセルアレイ部２から出力されて雑音が除去された信号のレベルを常に所定レベルに調整する。

色彩空間変換部３１２は、原色系信号であるＲ、Ｇ、Ｂ信号を、色差系信号である輝度(Ｙ)と色差成分(Ｃｂ、Ｃｒ)とに分離されるカラー空間に変換する機能を有する。ここで、Ｙは輝度値、Ｃｂは青い色に対する色差、Ｃｒは赤い色に対する色差をそれぞれ表す。

輝度処理部３１３及び色彩処理部３１４は、それぞれ明るさと色彩を調整して元の映像に近づかせるために映像処理を行う構成要素であって、輝度処理部３１３は増幅回路で輝度信号を処理し、色彩処理部３１４は色マトリックス回路の出力信号から色差信号用の輝度信号(Ｙ)を用いて、色差信号を発生する。

出力部３１５は、デジタル信号処理部３１のその他の構成要素でのＲ、Ｇ、Ｂ信号への変換、白色補正、及び色差信号を生成するといった信号処理のように、元の映像に類似するようにデジタル信号処理された映像を所望の様々な形態のフォーマットで出力する構成要素であって、これを通じて、映像信号は外部の記録／再生装置などに伝送されて記録または再生される。

即ち、本実施の形態においては、アナログ映像信号を得るのに順次走査方式を適用し、また信号処理回路を用いた補色−原色変換、自動白色補正、色修正のような映像信号処理を行うことで、出力部３１５を通じて出力される映像の解像度を増大し、色情報を正確に再現することができた。この利点は従来技術に係るカメラシステムと本実施の形態に係るＳｏＣカメラシステムとの出力映像信号の比較を通じてより明確になる。

次に、表１に記述されるような条件を有する従来技術に係るカメラシステム及び本実施の形態に係るＳｏＣカメラシステムを用いてシミュレーションを行い、その出力映像信号を解像度の側面から比較した結果について説明する。なお、表１の条件はシミュレーションを行う主体によって変更されうること、及びシミュレーションは本発明に係るＳｏＣカメラシステムをより具体的に説明しようとする目的で行われていることに注目すべきである。

表１に示されているように、補色フィルタと順次走査方式を適用しシステムオンチップの形態に具現された本実施の形態に係るＳｏＣカメラシステムに対する比較例としては、１)原色フィルタと飛越走査、２)原色フィルタと順次走査、３)補色フィルタと飛越走査、及び４)補色フィルタと順次走査を採用したカメラシステムがあり、上記４つの比較例のいずれも、システムオンチップの形態に具現されず、イメージセンサと信号処理回路が分離されていると仮定する。

表１の条件を利用したシミュレーションの解像度の側面での比較結果によれば、補色フィルタに飛越走査を適用した比較例３と比較して、順次走査方式を適用したカメラシステムは、解像度が約２倍向上し、特に、本実施の形態に係るＳｏＣカメラシステムを利用すれば、映像信号処理により、比較例４の場合よりも解像度がさらに向上することが分かった。

このように、本実施の形態に係るＳｏＣカメラシステムによれば、４種類の補色信号Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒの変換を通じて、原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂを得ることとしたので、色信号の誤りが少なく、色再現性が良好な優れた品質の画像を得ることができると同時に、色感度の低下を補償し、解像度をも向上させることができる。

また、ＣＭＯＳイメージセンサと信号処理回路をシステムオンチップの形態に具現することによって、小型／軽量化が達成され、小型／軽量化が要求されるＰＣなどの映像入力装置であるデジタルカメラに特に好適である。

以上では、本発明を特定の実施の形態に関連して図示し、説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲により定められる技術的思想と範囲から逸脱しない範囲内で、上記の実施の形態を多様に改変できることは、当技術分野で通常の知識を有する者であれば容易に分る。

本発明に係るＳｏＣカメラシステムの詳細構成を示すブロック図である。 本発明に係るＳｏＣカメラシステムにおいて白色補正を行う方法を概略的に説明する図である。 一般的な原色カラーフィルタの配列を示す図である。 一般的な補色カラーフィルタの配列を示す図である。 図３Ｂに示す補色カラーフィルタを採用したイメージセンサにおいて飛越走査方式を用いて映像信号を復元する方法を概略的に説明する図である。

符号の説明

１ カメラシステム
２ ピクセルアレイ部
３ 信号処理回路部
４ メモリ
２０ 補色フィルタ
２１ タイミング発生部
３０ アナログ信号処理部
３１ デジタル信号処理部
３００ ＣＤＳ&カラムデコーダ
３０１ プリアンプ
３０２ Ａ／Ｄ変換部
３１０ 補色−原色変換部
３１１ ＡＷＢ／ＡＥ補正部
３１２ 色彩空間変換部
３１３ 輝度処理部
３１４ 色彩処理部
３１５ 出力部

Claims (10)

1. カラーフィルタを有し、光学的に撮影された映像を電気的なアナログ映像信号に変換するピクセルアレイ部と、
   前記ピクセルアレイ部からの前記アナログ映像信号を所定レベルに調整してデジタル映像信号を出力するアナログ信号処理部と、
   前記デジタル映像を元の映像に近づかせるために白色補正、色修正を行うデジタル信号処理部とを備え、
   前記デジタル信号処理部は、前記ピクセルアレイ部及び前記アナログ信号処理部とともに集積化されていることを特徴とするＳｏＣカメラシステム。
2. ＣＭＯＳ製造工程により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＳｏＣカメラシステム。
3. 前記カラーフィルタは、Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒの４つの色成分から構成されている補色フィルタであることを特徴とする請求項１に記載のＳｏＣカメラシステム。
4. 前記ピクセルアレイ部を制御するタイミング発生部をさらに備え、
   前記タイミング発生部は、駆動パルスを発生して前記カラーフィルタの各画素が光を受け取る露出時間を調節し、且つ、前記アナログ映像信号を得るために各前記画素が所定の走査方式により読み取られるようにすることを特徴とする請求項１に記載のＳｏＣカメラシステム。
5. 前記ピクセルアレイ部から前記アナログ映像信号を得るための駆動方式は、順次走査方式であることを特徴とする請求項１または請求項４に記載のＳｏＣカメラシステム。
6. 前記アナログ信号処理部は、
   前記ピクセルアレイ部から出力された前記アナログ映像信号の雑音を、相関二重サンプリングを行うことにより軽減するＣＤＳ＆カラムデコーダと、
   雑音軽減された前記アナログ映像信号のレベルを所定レベルに調整するプリアンプと、
   前記所定レベルに調整された前記アナログ映像信号を前記デジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換部とを備え、
   前記デジタル信号処理部は、
   前記デジタル映像信号である４種類の補色信号Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇｒを、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色信号に変換し、色修正を行う補色−原色変換部と、
   光源によって他の色に表現される純白色の物体を白色に白色補正するＡＷＢ／ＡＥ補正部と、
   前記原色系信号であるＲ、Ｇ、Ｂを色差系信号であるＹ、Ｃｂ、Ｃｒに変換する色彩空間変換部と、
   元の映像に近づくように前記デジタル映像の明るさ及び色彩を調整する輝度処理部及び色彩処理部と、
   明るさ及び色彩が調整された前記デジタル映像を所定のフォーマットで外部装置に出力する出力部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のＳｏＣカメラシステム。
7. 前記補色−原色変換部は、３×４マトリックス回路、或いは３×３マトリックス回路で具現されることを特徴とする請求項６に記載のＳｏＣカメラシステム。
8. 前記補色−原色変換部と接続され、映像データを保持するメモリをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のＳｏＣカメラシステム。
9. 前記メモリは、少なくとも１ライン分の映像データを保持することを特徴とする請求項８に記載のＳｏＣカメラシステム。
10. 前記ＡＷＢ/ＡＥ補正部は、前記カラーフィルタの各画素が光を受け取る露出時間及び画像の明るさを調整するために輝度値を用いて制御信号を発生し、前記タイミング発生部及び前記プリアンプを制御することを特徴とする請求項６に記載のＳｏＣカメラシステム。

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