JP2006157600A - デジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 固体撮像素子から縮小画像のデータを読み出すとき輝度の劣化を回避する。
【解決手段】 ３原色の第１色の入射光量を検出する第１の色画素と、３原色の第２色の入射光量を検出する第２の色画素と、３原色の第３色の入射光量を検出する第３の色画素と、前記色画素の夫々に隣接して設けられ輝度情報を検出する輝度検出画素とが設けられた固体撮像素子１１を搭載したデジタルカメラにおいて、固体撮像素子１１の全画素分の解像度より解像度を縮小した縮小画像のデータを生成するとき、前記色画素（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のデータと該色画素に隣接する輝度検出画素（Ｙ）のデータとを加算し、加算したデータを信号処理して撮像画像を再生する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色検出用画素の他に輝度検出用画素を有する固体撮像素子を搭載したデジタルカメラに関する。

デジタルカメラに搭載されるカラー画像撮影用の固体撮像素子は、例えばベイヤー配列されたＲ，Ｇ，Ｂの３原色のカラーフィルタを持っているが、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタだけでは、被写体の色が偏っていた場合、撮像画像の輝度解像度が劣化してしまうという問題がある。

この問題を解決するため、下記特許文献１記載の従来技術では、固体撮像素子を構成する各画素のうち、市松配置位置の画素を輝度検出用の画素とし、残りの市松配置位置の各画素の上にＲ，Ｇ，Ｂの３原色のカラーフィルタのいずれかを形成し、撮像画像の輝度解像度が被写体の色に依存しないようにしている。

特開２００３―３１８３７５号公報

輝度検出用画素が形成されたカラー画像撮影用固体撮像素子を搭載したデジタルカメラで、例えば動画を撮影するときなど、フレームレートを高めるために、縮小した画像データを固体撮像素子から読み出す場合がある。

上述した特許文献１にも、縮小した画像データを固体撮像素子から読み出す場合について記載があり、例えば、輝度検出用画素からは画像データを読み出さず、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを持つ色検出用画素からのみ画像データを読み出し、画像解像度を精度良く縦横共に１／２にしている。

しかし、縮小した画像データを固体撮像素子から読み出す場合、上述した様に画素を間引いて読み出すと、間引かれた画素の受光データが全く無駄になってしまう。近年の固体撮像素子は高画素化が技術的限界にまで達しており、１画素で受光できる信号電荷量は非常に小さい。このため、画素間引きを行って画像データを固体撮像素子から読み出すと、輝度感度が小さくなってしまうという問題がある。

本発明の目的は、輝度感度を小さくさせずに縮小画像の画像データを固体撮像素子から読み出すことができるデジタルカメラを提供することにある。

本発明のデジタルカメラは、３原色の第１色の入射光量を検出する第１の色画素と、３原色の第２色の入射光量を検出する第２の色画素と、３原色の第３色の入射光量を検出する第３の色画素と、前記色画素の夫々に隣接して設けられ輝度情報を検出する輝度検出画素とが設けられた固体撮像素子を搭載したデジタルカメラにおいて、前記固体撮像素子の全画素分の解像度より解像度を縮小した縮小画像のデータを生成するとき前記色画素のデータと該色画素に隣接する前記輝度検出画素のデータとを加算する制御手段と、前記輝度検出画素のデータが加算された前記第１，第２，第３の各色画素のデータを信号処理し撮像画像を再生する信号処理手段とを備えることを特徴とする。

この構成により、輝度を劣化させずに縮小画像を得ることが可能となる。

本発明のデジタルカメラの前記固体撮像素子はＣＣＤ型であり、前記制御手段は、該固体撮像素子の前記各画素からデータを読み出すとき前記色画素のデータと該色画素に隣接する前記輝度検出画素のデータとを加算して読み出す加算読出手段を備えることを特徴とする。

この構成により、ＣＭＯＳ型固体撮像素子に比較して色再現性や明るい画像を撮像でき、また、画素データの加算が容易になりフレームレートを高くすることが可能となる。

本発明のデジタルカメラの前記固体撮像素子はＭＯＳ型であり、前記制御手段は、該固体撮像素子の全画素のデータを読み出した後に前記色画素のデータと該色画素に隣接する前記輝度検出画素のデータとを加算するデータ加算手段を備えることを特徴とする。

この構成により、ＭＯＳ型固体撮像素子でも明るい縮小画像を得ることができる。

本発明のデジタルカメラの前記固体撮像素子の表面部には正方格子状に複数の画素が配列され、各画素のうち市松状の配置位置にある画素を前記輝度検出画素とし、残りの市松状の配置位置にある各画素を前記色画素としたことを特徴とする。

この構成により、固体撮像素子の各画素から夫々データを読み出して全画素分の解像度の撮像画像を再生するとき、被写体の色が偏っていた場合でも輝度解像度が色に依存してしまう事態を回避することができる。

本発明のデジタルカメラは、垂直方向に隣接する前記色画素及び前記輝度検出画素のデータを加算することを特徴とする。

この構成により、ＣＣＤ型の固体撮像素子の場合には垂直転送路での画素加算が容易となる。

本発明によれば、縮小画像を固体撮像素子から読み出す場合に輝度劣化を回避可能なため、明るい縮小画像を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。この実施形態ではデジタルスチルカメラを例に説明するが、デジタルビデオカメラや携帯電話機等の小型電子機器に搭載されたカメラ等の他の種類のデジタルカメラにも本発明を適用可能である。

図１に示すデジタルスチルカメラは、撮影レンズ１０と、ＣＣＤ型の固体撮像素子１１と、この両者の間に設けられた絞り１２と、赤外線カットフィルタ１３と、光学ローパスフィルタ１４とを備える。デジタルスチルカメラ全体を制御するＣＰＵ１５は、フラッシュ用の発光部１６及び受光部１７を制御し、また、レンズ駆動部１８を制御して撮影レンズ１０の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部１９を介し絞りの開口量を制御して露光量が適正露光量となるように調整する。

固体撮像素子１１は、本実施形態では、赤色（Ｒ）の入射光量に応じた信号を検出する色画素と、緑色（Ｇ）の入射光量に応じた信号を検出する色画素と、青色（Ｂ）の入射光量に応じた信号を検出する色画素の他に、輝度情報（Ｙ）を検出する輝度検出画素とが設けられている。尚、固体撮像素子１１は、ＣＣＤ型でなくＣＭＯＳ型などの他の形式のものでも良い。

また、ＣＰＵ１５は、撮像素子駆動部２０を介して、固体撮像素子１１を詳細は後述するようにして駆動し、撮影レンズ１０を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。ＣＰＵ１５には、操作部２１を通してユーザの指示信号が入力され、ＣＰＵ１５はこの指示に従って各種制御を行う。

操作部２１はシャッタボタンを含み、シャッタボタンが半押し状態（スイッチＳ１）になったときにフォーカス調整が為され、シャッタボタンが全押し状態（スイッチＳ２）になると、撮像が行われる。

デジタルスチルカメラの電気制御系は、固体撮像素子１１の出力に接続されたアナログ信号処理部２２と、このアナログ信号処理部２２から出力されたＲ，Ｇ，Ｂの各色信号及び輝度検出信号Ｙを夫々デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２３とを備え、これらはＣＰＵ１５によって制御される。

更に、このデジタルスチルカメラの電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）２４に接続されたメモリ制御部２５と、詳細は後述する信号処理を行うデジタル信号処理部２６と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部２７と、測光データを積算してホワイトバランスのゲインを調整させる積算部２８と、着脱自在の記録媒体２９が接続される外部メモリ制御部３０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部３１が接続される表示制御部３２とを備え、これらは、制御バス３３及びデータバス３４によって相互に接続され、ＣＰＵ１５からの指令によって制御される。

図２は、図１に示すデジタル信号処理部２６の詳細構成図である。このデジタル信号処理部２６は、Ａ／Ｄ変換回路２３から出力されるデジタルのＲＧＢ色信号及び輝度検出信号Ｙを取り込んでオフセット処理を行うオフセット補正回路４１と、ホワイトバランスをとるゲイン補正回路４２と、ホワイトバランス補正後の色信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正回路４３を備える。オフセット補正後の信号に対してリニアマトリクス処理やニー補正を行う場合には、ゲイン補正回路４２とガンマ補正回路４３との間で行う。

このデジタル信号処理部２６は更に、ガンマ補正後のＲＧＢ色信号及び輝度検出信号Ｙを補間演算して各画素位置におけるＲＧＢ３色の信号を求めるＲＧＢ補間演算部４４と、ＲＧＢ信号及び輝度検出信号Ｙから輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｒ，Ｃｂを求めるＲＧＢ／ＹＣ変換部４５と、変換部４５から出力される輝度信号Ｙからノイズを低減するノイズフィルタ４６と、ノイズ低減後の輝度信号Ｙに対して輪郭補正を行う輪郭補正回路４７と、色差信号Ｃｒ，Ｃｂに対して色差マトリクスを乗算して色調補正を行う色差マトリクス回路４８とを備える。

ＲＧＢ補間演算部４４は、３板式の撮像素子であれば不要であるが、本実施形態で使用する固体撮像素子１１は単板式の固体撮像素子であり、各画素からは、Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの一色の信号または輝度検出信号Ｙしか出力されないため、出力しない色、即ち、Ｒを出力する画素では、この画素位置においてＧ，Ｂの色信号がどの程度になるかを、周りの画素のＧ，Ｂ信号から補間演算により求めるものである。

図３は、本実施形態で使用する固体撮像素子１１の表面模式図である。固体撮像素子１１には、多数の画素が正方格子状に配列されており、そのうちの５×５＝２５の画素部分を図３に示している。

固体撮像素子１１の縦横に配列形成された図示しない多数の画素（フォトダイオード）の個々の表面部分に、フィルタＹと、カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂとを設けている。フィルタＹは、縦横に配列された個々の画素のうち、市松状の配置位置となっている画素の表面に設けられ、カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂは、残りの市松状の配置位置となっている画素の表面に設けられる。

即ち、図３に例示する固体撮像素子１１では、偶数行の画素の個々の表面に「Ｙ，Ｇ，Ｙ，Ｇ，…」とフィルタが並び、奇数行の画素の個々の表面には、「Ｒ，Ｙ，Ｂ，Ｙ，Ｒ，…」と並ぶ行と、「Ｂ，Ｙ，Ｒ，Ｙ，Ｂ，…」と並ぶ行とが交互に配置される。

フィルタＹは、輝度情報と相関のある分光特性を持ったフィルタすなわち輝度フィルタといえるものであり、ＮＤフィルタや、透明フィルタ、白色フィルタ、グレーのフィルタ等が該当するが、画素表面に何もフィルタを設けずに光が直接画素表面に入射する構成も、輝度フィルタを設けたということができる。

以下、フィルタＲを持つ画素を「Ｒ画素」、フィルタＧを持つ画素を「Ｇ画素」、フィルタＢを持つ画素を「Ｂ画素」、フィルタＹを持つ画素を「Ｙ画素」として説明する。

上述した構成の固体撮像素子１１で撮像した画像データを用い、例えば最大解像度の静止画像を生成する場合には、従来と同様に固体撮像素子１１の個々の画素から個別にＲ，Ｇ，Ｂ，Ｙの画像データを読み出し、デジタル信号処理部２６で画像処理する。

これに対し、固体撮像素子１１で撮像した画像データを用い、縦横ともに１／２の解像度の縮小画像を生成する場合には、本実施形態では、図４に示す様に、縦方向（垂直方向）に隣接する２画素の画像データを加算して固体撮像素子１１から読み出す様に、ＣＰＵ１５が撮像素子駆動部２０を制御する。ＣＣＤ型の固体撮像素子１１であれば、垂直転送路上で画像データ（信号電荷量）を加算しても良いし、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子１１であれば、各画素の信号電荷量に応じて信号読出用トランジスタが読み出した信号量を加算すればよい。

従来は、１／２の解像度の縮小画像を読み出す場合、Ｙ画素の画像データ（輝度信号）は固体撮像素子１１から読み出さず破棄していたが、本実施形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像データ（色信号）にＹ画素の画像データ（輝度信号Ｙ）が加算されるため、Ｙ画素が受光した信号（輝度データ）量が無駄になることはない。

以下、Ｙ画素の輝度データが加算されたＲ，Ｇ，Ｂの色信号から精度良く色情報及び輝度情報が再現できることを説明する。今、本来のＲ信号を「Ｒ」、本来のＧ信号を「Ｇ」、本来のＢ信号を「Ｂ」と表し、固体撮像素子１１から読み出されガンマ補正等が施されＲＧＢ補間回路４４で補間演算されたＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号を夫々「Ｒ’」、「Ｇ’」、「Ｂ’」と表すと、
Ｒ’＝Ｒ＋Ｙ
Ｇ’＝Ｇ＋Ｙ
Ｂ’＝Ｂ＋Ｙ
となっている。これらの式を、ＲＧＢ信号を輝度信号に変換する一般式
Ｙ＝0.299R+0.587G+0.114B
に代入すると（ここで、ＲＧＢから計算する輝度をＹrgbと表す）、
Ｙrgb＝0.299(R'-Y)+0.587(G'-Y)+0.114(B'-Y)
＝0.299R'+0.587G'+0.114B'-(0.299+0.587+0.114)Y
＝Ｙ’−Ｙ
となる。

ここで、
Ｙ’＝0.299R'+0.587G'+0.114B'
は、Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’から上記一般式に基づいて求められる輝度である。

従って、
Ｙ’＝Ｙrgb＋Ｙ
となり、Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’から求めた輝度Ｙ’は、ＲＧＢから求めた輝度Ｙrgbに対して、Ｙ画素から読み出した輝度Ｙが加算された値となり、輝度感度が増加していることが分かる。

色差信号Ｃｒ，Ｃｂについては、
Ｃｒ＝Ｒ’−Ｙ’＝（Ｒ＋Ｙ）−（Ｙrgb＋Ｙ）＝Ｒ−Ｙrgb
Ｃｂ＝Ｂ’−Ｙ’＝（Ｂ＋Ｙ）−（Ｙrgb＋Ｙ）＝Ｂ−Ｙrgb
となり、色情報が復元されていることが分かる。

図５は、解像度を１／４に縮小した画像を固体撮像素子１１から読み出す例を説明する図であり、固体撮像素子１１の５列１０行の計５０画素分を示している。本実施形態では、各列で楕円で示す縦方向（垂直方向）３画素分の画像データを加算して読み出し、垂直方向４画素のうち楕円で囲われていない１画素を画素間引きして画像データを読み出さない構成としている。即ち、例えば第１列では、Ｂ画素の画像データをその上下の２画素分のＹ画素の画像データと加算して読み出し、Ｒ画素については画素間引きしてその画像データは破棄する様にしている。

この読み出し方法では、
Ｒ’＝Ｒ＋２Ｙ
Ｇ’＝Ｇ＋２Ｙ
Ｂ’＝Ｂ＋２Ｙ
となり、図４の説明で示した数式中の「Ｙ」を「２Ｙ」と置き換えるだけとなる。従って、全画素の１／４を読み出さないことで、解像度を１／４に間引くことができ、しかも、色情報や輝度情報を高精度に再現することができることが分かる。

尚、図５で分かる通り、画素加算する３画素の画素配分が各列において上下で同じため、更に画素加算して、６画素分（第１列では、Ｂ画素２画素分，Ｙ画素４画素分）を加算することで、輝度を落とさずに更に輝縮小画像を読み出すことが可能となる。

以上述べた実施形態では、ＣＣＤ型の固体撮像素子１１を用い、固体撮像素子１１から画素データを読み出すときに画素加算を行って読み出すことを前提としている。これに対し、ＣＭＯＳなどのＭＯＳ型固体撮像素子を用いる場合には、全画素の画素データを読み出した後、例えば図２に示すオフセット補正回路４１の前または後にデータ加算回路を設け、上述した実施形態と同様に、画素データの加算、すなわち、デジタルデータになったＲ，Ｇ，Ｂ，Ｙデータの加算を行えばよい。

本発明では、縮小画像を固体撮像素子から読み出すときに輝度を落とさずに読み出すことができるため、高輝度な縮小画像を容易に得ることができ、動画撮影機能や縮小画像をスルー画像として液晶表示部などに表示する機能を備えるデジタルカメラに好適である。

本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラの機能ブロック構成図である。 図１に示すデジタル信号処理部の詳細構成図である。 図１に示す固体撮像素子の５×５画素分の表面模式図である。 図３に示す固体撮像素子から解像度を１／２にした縮小画像を読み出す例を説明する図である。 図３に示す固体撮像素子から解像度を１／４にした縮小画像を読み出す例を説明する図である。

符号の説明

１０ 撮影レンズ
１１ 固体撮像素子
１５ ＣＰＵ
２６ デジタル信号処理部

Claims (5)

1. ３原色の第１色の入射光量を検出する第１の色画素と、３原色の第２色の入射光量を検出する第２の色画素と、３原色の第３色の入射光量を検出する第３の色画素と、前記色画素の夫々に隣接して設けられ輝度情報を検出する輝度検出画素とが設けられた固体撮像素子を搭載したデジタルカメラにおいて、前記固体撮像素子の全画素分の解像度より解像度を縮小した縮小画像のデータを生成するとき前記色画素のデータと該色画素に隣接する前記輝度検出画素のデータとを加算する制御手段と、前記輝度検出画素のデータが加算された前記第１，第２，第３の各色画素のデータを信号処理し撮像画像を再生する信号処理手段とを備えることを特徴とするデジタルカメラ。
2. 前記固体撮像素子はＣＣＤ型であり、前記制御手段は、該固体撮像素子の前記各画素からデータを読み出すとき前記色画素のデータと該色画素に隣接する前記輝度検出画素のデータとを加算して読み出す加算読出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
3. 前記固体撮像素子はＭＯＳ型であり、前記制御手段は、該固体撮像素子の全画素のデータを読み出した後に前記色画素のデータと該色画素に隣接する前記輝度検出画素のデータとを加算するデータ加算手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
4. 前記固体撮像素子の表面部には正方格子状に複数の画素が配列され、各画素のうち市松状の配置位置にある画素を前記輝度検出画素とし、残りの市松状の配置位置にある各画素を前記色画素としたことを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
5. 垂直方向に隣接する前記色画素及び前記輝度検出画素のデータを加算することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のデジタルカメラ。

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