JP2573588B2

JP2573588B2 - カラー・ビデオ装置

Info

Publication number: JP2573588B2
Application number: JP61502854A
Authority: JP
Inventors: ウェルディー，ジョン・エイ; クリスティー，スティーブン・エッチ
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1986-05-09
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: CA1277025C; EP0222873A1; WO1986007227A1; EP0222873B1; JPS62503068A; US4663661A; DE3675894D1

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、カラー・ビデオ像形成技術分野に関し、特
に単一のセンサから輝度とカラーの両情報を取得する信
号処理システムを使用する形式のカラー・ビデオ・カメ
ラに関する。

〔従来技術〕

カラーの情景の正確なビデオ信号の再現には、情景の
各領域の輝度と色量の評価を必要とする。このための１
つの方法は、個別のセンサによる各領域の輝度および色
量を測定することである。輝度は原色から計算すること
ができるため、３つの個別のセンサを用いて赤、緑およ
び青の情報を検出することにより最大の輝度が得られ
る。

しかし、小型で軽量かつ安価なカメラでは唯１つのセ
ンサを用いてこれを切抜けようと試みている。輝度は強
い緑への偏りを持ったカラー情報の組合せであるため、
通常はセンサにより与えられる緑の情報のみに基いてい
る。色量は、通常輝度（即ち、緑の情報）と他の原色
（即ち、赤および青の情報）との間の差に基くものであ
る。各単色は、情景の光がセンサに当る前に、これをカ
ラー・フィルタに通すことにより単離される。第１図に
部分的に示される公知のフィルタの如きストライブ・フ
ィルタは、単一センサ・カメラにおいて使用される形式
のフィルタの典型例である。緑の情報（輝度）は、これ
が像の解像度に比較的大きな影響を及ぼす故に、赤およ
び青の情報の２倍の頻度でサンプルが取られる。

第１図のフィルタ・パターンを調べて判るように、３
つの全ての原色、赤、緑、青と対応する情報は情景の各
離散領域毎に測定されない。情景の各離散領域毎の輝度
および色差を生じるため、隣接する離散領域からの情報
を用いなければならない。その結果生じる情景の各離散
領域からの色情報の欠如は、単一センサ・カメラにおい
て最も厳しい問題の１つをもたらすことになる。この問
題は、像の解像度に最も大きな寄与をもたらすため、輝
度（緑の情報）に特に著しい。更に、色差は、緑の情報
（赤と緑、および青と緑）を含み、一致する赤（また
は）青と緑の色に関して計算されねばならない。もし緑
の情報がその差を生じる色と一致しなければ、色の人為
的結果が通常生じる。

このように、緑の情報のサンプルは、正確な再現のた
めには重要であるが、離散する絵の領域のあるものから
しか得られない。通常、最も近い緑のサンプルを借り
て、緑の情報のない検出された画素（ピクセル）に対し
て使用されるが、第２（ａ）図は色に一致の問題を示す
際有効な緑の情景の事例の領域を示している。第２
（ｂ）図は、第１図により示されたストライブ・フィル
タの部分的ライン断面を示す。赤または青のフィルタ素
子は、緑のフィルタ素子間に混在されている。第２
（ｃ）図は、第２（ｂ）図のフィルタにより覆われたセ
ンサによる緑の信号のピクセル単位のサンプリングによ
り生じる緑の信号の波形を示している。予測されるよう
に、緑でないフィルタ素子上に並置された緑の情景情報
は対応するピクセルに対して一致しない。第２（ｄ）図
に示される如き緑の信号を引伸ばす１つの方法は、隣接
するピクセルの存続する間各緑のサンプルを保持するこ
とである（この手法は、しばしば「ボックス・カー（bo
x-car）処理法」として記述されるが、例えば、米国特
許第4,148,059号においてこの目的のため使用されたサ
ンプルおよび保持回路を参照されたい。）。

「ボックス・カー」処理法は多くの事例において不充
分な手法であって、例えば、この処理法はフィルタ素子
Ｒ₂上に並置された緑の情景情報を完全に欠くことに注
意されたい。別の、またしばしばこれより優れた手法が
第２（ｅ）図により示される。赤および青のフィルタ素
子に重なる緑の情景情報は、２つの隣接する緑のサンプ
ルから補間することにより評価される（例えば、米国特
許第4,065,785号に示される補間法を参照されたい）。
単純な平均値が欠如する緑の情報の評価を提供する（例
えば、Ｒ₁フィルタ素子上に並置された緑の情報は、1/2
（Ｇ₁＋Ｇ₂）として評価される）。しかし、このような
補間法はピクセル単位で緑の情報における規則性を前提
としている。これは常に正しくなく、例えば、単純な補
間法がフィルタ素子Ｂ₁上に重なる（緑でない）情景の
領域に対し緑の情報を不当に割当てることに注意された
い。

単純な補間法も「ボックス・カー」処理法も、緑の情
景情報がいずれも欠如した緑の情報を正確に表わすかあ
るいは赤または青の情景情報と一致することを前提とし
ない。不都合ながら、緑の情報が得られない領域に対し
ては真の緑を割当てることができないという理由は否定
し難いように思われる。

（発明の開示）欠如した緑の光を近傍のピクセルに対応する近傍のフ
ィルタ素子に分散することにより１つの情景の欠如した
緑の情報の更に良好な評価法を提供することが可能であ
る。情景と色フィルタとの間に配置された光学的ぼかし
フィルタがこれを見事にやってのけよう。しかし、それ
自体では充分ではない。欠如した緑の光が近傍の情景領
域からの緑の光に滲みこれと混合されるため、欠如した
緑の光によるこの緑の寄与度のみを（簡単な補間法によ
り）抽出することは非常に難しい。

本発明は、既知のレスポンス関数を有する公知のぼか
しフィルタと、ぼかし処理された光を受ける画像センサ
から生じた電気的信号を処理するための特殊な電気作用
フィルタとの組合せを含むものである。既知のレスポン
ス関数に対し電気作用フィルタを整合させることによ
り、得られた信号は欠如した緑の光を表わす。その結
果、情景は改善された色の一致を以て再現される。

ぼかしフィルタの既知のレスポンス関数は、周波数の
条件および空間的な条件のいずれにおいても特徴を有す
る。空間的な条件においては、この関数は一般にひろが
り関数として知られる。電気作用フィルタをぼかしフィ
ルタのひろがり関数に対し整合するため、この電気作用
フィルタは一連の画像サンプルに対して作用するディジ
タル・フィルタ（例えば、有限時間インパルス応答（FI
R）フィルタ）として構成される。これらサンプルは、
ピクセルの欠如した緑の光のいずれの側にも少なくとも
２つのピクセルについて取られ、望ましくはいずれの側
の３つのピクセルから取られる（合計で６つのサンプ
ル）。ディジタル・フィルタの加重係数は、もしこれら
係数がぼかしフィルタのひろがり関数で畳み込み（コン
ボリューション）がなされるならば、その結果は同じひ
ろがり関数の即ちぼかしフィルタの接近した近似値とな
る。この畳み込み効果は、ディジタル・フィルタに対す
るある特定の係数範囲を規定することである。これらの
係数を緑のサンプルに適用すると、センサから出た画像
信号に対するディジタル・フィルタの影響は、情景に対
するぼかしフィルタの影響に類似する。従って、ディジ
タル・フィルタから拠って来たるものは、ぼかしフィル
タから生じるものの接近した近似となる。即ち、重要な
ことは、欠如した緑の光に関する情報が両方の場合に存
在することである。

加重係数に対する選択の基準もまた、周波数の条件を
特徴とし得る。加重係数は、ディジタル・フィルタに対
するある周波数応答を定義する。これら係数は、もしデ
ィジタル・フィルタの周波数応答がぼかしフィルタの周
波数応答で乗ぜられるならば、その結果はぼかしフィル
タの周波数応答の接近した近似となるように選択され
る。

本発明ならびに従来技術については図面に関して記述
することにする。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は、単一センサ式ビデオ・カメラに使用される
フィルタのカラー・フィルタ素子を構成する部分の公知
の構成の一事例であり、第２図は、第１図により示されるフィルタのライン部
分、および前記フィルタを用いることにより、また公知
のいくつかの処理法を用いることにより生じる緑の信号
の波形を示す図、第３図は、本発明によるぼかしフィルタおよびディジ
タル・フィルタを使用する単一センサ式カラー・カメラ
を示すブロック図、第４図は、本発明により有効なカラー・フィルタ・パ
ターンのいくつかの図、第５図は、第３図の一部として示されるぼかしフィル
タとして使用するのに適する複屈折フィルタの図、第６図は、第３図の一部として示されるディジタル・
フィルタとして使用するのに適する有限時間インパルス
応答（FIR）フィルタの概略図、および第７図は、本発明による有用な二連センサ・システム
のためのカラー・フィルタの図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

ビデオ・カメラ、画像センサ、光学的およびディジタ
ル・フィルタ等は公知であるため、本文の記述は特に本
発明による装置の一部をなしあるいはこの装置と更に直
接的に共働する素子に限定するものとする。特に示され
あるいは記述しない素子は当技術において公知のものと
する。

次に第３図においては、単一センサ式ビデオ・カメラ
の関連する構成素子が示される。これらの構成素子の関
係は、情景の被写体12の領域ａ₀から出た緑の光10の特
定の光線に記述を絞ることにより単純化される。この緑
の光は、以下本文において輝度として取扱われ、緑対輝
度の整合は、実際において、緑に加えていくらかの赤お
よび青の光を通す広帯域の緑フィルタを用いることによ
り正確に行なうことができる。光線10の緑の光量は、そ
の値が正確な輝度情報、従って光線10と空間的に一致す
る赤と青のサンプルと一致する色の一致を得るため必要
であることから特に関心の的である。（しかし、本発明
の実施はある多次元の被写体の色々な離散領域から出る
複数の光線を含むことを理解すべきである。）緑の光線
10は、集光レンズ14を通過し、ぼかしフィルタ16に当
る。（レンズ14は、その光に対する効果が本文において
は詳細に考察されないため、破線により示される。）ぼ
かしフィルタは、入射する各光線を１つの色フィルタ18
の３つのフィルタ素子に分散する形式のもの（以下に記
述する）である。

１本の光線10の場合、この光は緑でない（例えば、赤
または青の）フィルタ素子18aに当る偏向されない緑の
光線10aと、緑でない素子18aのどちらかの側の緑フィル
タ素子18bおよび18cに当たる偏向光線10bおよび10cとに
分散される。４つの別のフィルタ素子18d、、、18gはこ
こで述べた３つの素子の外方に配置され、これらの別の
素子もまた本発明によるある役割を演じるが、これらに
ついては後で記述することにする。色フィルタ18は全体
のフィルタの小さな１つの部分を表わすことを理解すべ
きである。緑でない素子のいずれかの側における３つの
緑の素子のパターンは、（例えば、第４（ｄ）図に示さ
れる如く）ライン毎に何回も反復される。

色フィルタ18に当る光の明るさの分布は、空間関数ｏ
（ｘ）で特性化される情景の光の明るさの分布に依存
し、またフィルタのひろがり関数ｈ（ｘ）で特性化され
る情景光に対するぼかしフィルタ16の効果に依存する。
色フィルタ18に対するｉ（ｘ）で特性化される光の明る
さの分布が、フィルタ関数による情景関数の畳み込みと
して述べることができる。即ち、ｉ（ｘ）＝ｏ（ｘ）☆ｈ（ｘ）（但し、記号☆は畳み込みのプロセスを表わし、通常レ
ンズ14の伝達関数の如く考えられる他の因数はこの説明
を簡素化するため無視されている）色フィルタ素子18bおよび18cを通過する光は、画像セ
ンサ20の１セグメント（電荷結合素子（CCD）または他
の種類の従来のセンサの如き遥かに大きな一次元または
二次元のアレイの一部である）の感光領域20および20c
に当る。上記の単純畳み込みはフィルタ18の面上の明る
さの分布について述べているが、感光領域における明る
さの分布については全く述べていない。これは、緑でな
いフィルタ素子18aが、中心の光線10aがセンサ20の対応
する感光領域20aに達することを素子する故である。以
降の処理の目的は、光線10がフィルタ18に当る時この光
線の緑の明るさの分布をできるだけ近似してシミュレー
トさせること、特に光線10a、10bおよび10cによって表
わされる分布をシミュレートさせることである。もしこ
れら光線の明るさの測定あるいは評価が可能であるなら
ば、その結果は、領域20aにおける欠如した緑の情報を
含む光線10の緑の情景の内容に対して用いることができ
る。従って、情景領域ａ₀からの赤（または青）の情報
に関する色の一致が得られる。

次に外側の緑フィルタ素子18d、18eおよび18f、18gに
ついて考察すれば、このような素子を通過する緑の光は
センサ20の感光領域20d、20eおよび20f、20gに当ること
が判るであろう。このような光は、領域ａ₁、ａ₂、
ａ₃、ａ₄および領域ａ_-1、ａ_-2、ａ_-3、ａ_-4の如き情景
12の他の領域から生じる。この光もまた、３つの隣接す
るフィルタ素子にわたってぼかしフィルタ16によって分
散される。例えば、領域ａ₁からの光はフィルタ素子18
a、18cおよび18eにわたり分散され、領域ａ₂からの光は
フィルタ素子18c、18eおよび18gにわたって分散され
る、、、等である。従って、センサ20から復元される信
号ｉ′（ｘ）は画像サンプルの連続するストリームであ
り、各サンプルはいくつかの情景領域によって影響を受
ける（例えば、感光領域20cからの信号は領域ａ₀、ａ₁
およびａ₂から出た光によって影響を受ける）。

センサ20から復元された信号ｉ′（ｘ）は、前置増幅
器22によって増幅され、次いでサンプル保持回路24およ
びマルチプレクサ28に対して送られる。ドライバ30はセ
ンサ20をクロックして、画像信号を前置増幅器22に対し
シフトする。ドライバ30、サンプル保持回路24およびマ
ルチプレクサ28の動作は関連付けられ、制御回路32（通
常はマイクロプロセッサの如きプログラムされたプロセ
ッサである）によって指令される。画像信号の各サンプ
ルはディジタル・フィルタ34に対して送られるが、これ
は一連の遅延回路36と一連の係数乗算回路38からなって
いる。（フィルタ34は、これが離散量を取り扱うためデ
ィジタルとして述べ、横断性フィルタとも呼ばれる有限
時間インパルス応答フィルタは望ましい実施態様におい
て使用される形式のフィルタである。）乗算回路38から
の出力は加算回路40に送られ、この回路はその出力をマ
ルチプレクサ28に対して送る。ディジタル・フィルタ34
およびマルチプレクサ28の作動シーケンスは関連付けら
れ、制御回路32によって指令される。

マルチプレクサ28は２つの相互に排他的なモードで作
動する。即ち、１つのモードにおいては、マルチプレク
サは、丁度感光領域20aから得たサンプルがマルチプレ
クサ28に対する入力に達する時、４つのサンプル毎に１
回加算回路40からの出力の和を信号ストリームへ切換
え、他のモードにおいては、信号ｉ′（ｘ）を直接後続
段に切換える。マルチプレクサ28に対する信号が時間的
に感光領域20a（緑でないフィルタ素子18aの下にある）
から得たサンプルの発生に対応する時、マルチプレクサ
28の入力Ａが開かれ入力Ｂが閉じられる。加算回路40か
らの画像信号の加重和はこれにより信号のストリームに
挿入される。マルチプレクサ28はこの時その前の条件と
逆となり、次の緑でないフィルタ素子と対応するサンプ
ルが到着するまで入力Ｂが開かれ入力Ａが閉じられる。
このように、一部は緑のフィルタ素子の下方のセンサの
感光領域から生じた信号から形成され、一部はディジタ
ル・フィルタ34から得た信号から形成される連続する緑
の信号が生じ、緑でないフィルタ素子の下方の感光領域
から生じた信号の代りに挿入されるのである。

ディジタル・フィルタ34は、９つの情景領域ａ₄、、
ａ₀、、ａ_-4からの明るさの寄与度（ぼかし後）を表わ
す７つの画像サンプルのストリームについて作動する。
この画像サンプルは、一連の遅延回路36による同時の処
理のため並べられる。（制御回路32により決定される）
適当な時点において、列をなすサンプルが一連の乗算係
数Ｋ₃、Ｋ₂、Ｋ₁、Ｋ₀、Ｋ_-1、Ｋ_-2、Ｋ_-3により乗ぜら
れ、加算回路40において加算される。この係数は、色フ
ィルタ18の特定の素子を通過するサンプルに対応し、即
ちフィルタ素子18gを通過する光から生じたサンプルに
対する係数Ｋ₃、フィルタ素子18eに対する係数
Ｋ₂、、、等に対応している。係数Ｋ₀は、この係数が緑
を欠くピクセル即ちフィルタ素子18aを通って感光領域2
0aに当る光から得られるサンプルと対応するため通常零
となる。

本発明の主な特質は、下記の条件による乗算係数の選
択である。即ち、ぼかしフィルタ16のひろがり関数によ
る係数Ｋ₃、、、、Ｋ_-3の畳み込みは（ぼかしフィルタ1
6の）同じひろがり関数の近似を生じねばならない。即
ち、［Ｋ₃Ｋ₂Ｋ₁Ｋ₀Ｋ_-1Ｋ_-2Ｋ_-3］☆ｈ（ｘ）＝ｈ′（ｘ）
但し、ｈ′（ｘ）は略々ｈ（ｘ）に等しい。これは、最
適化プログラムによって選択された係数によるひろがり
関数を表わす１組の数の畳み込みによって非常に簡単に
行なわれる。用いられた最適化プログラムは、ENNIPEDE
最適化ルーチンと呼ばれる。Digital Equipment社のVAX
11/750コンピュータ上で走らせるためのENNIPEDE最適
化ルーチンに対するプログラム文は、本明細書の付属書
に示される。このENNIPEDEルーチンは、同様に最適化係
数を提供することができるSPIDERルーチンと呼ばれる類
似のプログラムの改定版である（Miller,Mathew J.著
「SPIDER−最適化プログラム」（1979年Masters Thesi
s、Bucknell大学、米国ペンシルバニア州17837ルイスブ
ルグ;Bucknell大学図書館から入手できる）。使用が可
能な別のプログラムは、文献（例えば、G.B.Dantzig著
「線形プログラミングおよび拡張」（プリンストン大学
出版部、1963年刊）およびD.J.WildeおよびC.S.Beightl
er著「最適化の基礎」（Prentice Hall 1967年刊）に記
載される公知のSimplexルーチンであり、米国テキサス
州77036ヒューストン市Bellaire Boulevard 7500のInte
rnational Mathematical and Statistical Librarians
社から（IMSL Library Contents Dodument第８版の一部
として）市販されている。このようなプログラムは、ひ
ろがり関数ｈ（ｘ）と上記の畳み込み操作から計算され
る近似のひろがり関数ｈ′（ｘ）との間の差の絶対値を
最小に抑えることになる。この最適化に達する際、プロ
グラムは最適の結果が得られるまで連続的に新しい乗算
係数を置換する。これらの係数は、プログラムの出力と
して生成され、ディジタル・フィルタ34の設計のため使
用される。

係数の選択を調べる１つの方法は下記の如くである。
ディジタル・フィルタ34の出力（加算懐炉40における）
は画像信号の加重した組合せである。係数Ｋ_-3、、
Ｋ₀、、Ｋ₃はこれらの加重値からなる。画像信号の加重
組合せは、情景を構成する光の明るさの分布ｏ（ｘ）に
類推することができる。この類推の追跡においては、ぼ
かしフィルタ18のひろがり関数ｈ（ｘ）により畳み込み
を行なった光の明るさ分布ｏ（ｘ）が色フィルタ18の面
上に現われる（ぼかし）分布であることが想起されよ
う。この分布は、情景の分布と正比例し、ある単位とな
る情景値においては、それ自体ひろがり関数である（即
ち、［ａ₀＝１］☆ｈ（ｘ）＝ｈ（ｘ））。同様に、も
しぼかしフィルタ18のひろがり関数により畳み込みを行
なった画像信号の加重組合せがひろがり関数自体に略々
比例するものを生じるならば、ディジタル・フィルタ34
からの画像信号の加重組合せはぼかしフィルタ18に当る
光の再現、即ち情景の被写体の緑色量を含む再現を表わ
す。ある単位の信号値については、この畳み込み操作が
ひろがり関数自体の近似を再現する。このことは、緑で
ないフィルタ素子18aに重なる情景の部分の総緑色量が
正確に評価されたことを意味する。その結果色の一致が
更に良好となる。

画像信号の加重組合せが外側の感光領域20d、、、20g
からの緑のサンプルを含み、そのいずれも近似化されつ
つある他ならぬ光線10からの緑色光を受取らないことは
奇異に思われよう。しかし、これら画像信号の存在は、
画像信号のストリームによるぼかしフィルタのひろがり
関数の畳み込みを最適化するために必要である。換言す
れば、ぼかしフィルタのひろがり関数は、緑を欠く感光
領域30aの周囲の感光領域20b、20cからのサンプルのみ
を用いることによっては正確に評価することはできな
い。もしひろがり関数による加重係数の畳み込みがひろ
がり関数を再生することがあるならば、別のサンプルが
必要であることが判った。

マルチプレクサ28からの緑の信号は信号処理回路42へ
加えられ、その輝度出力を形成する。赤および青の信号
もまた、信号経路から信号処理回路42へ送られる。赤
（または青）の各信号値は、緑でないフィルタ素子18a
を通過する赤（または青）の光から感光領域20aによっ
て生成される信号に対応する。実際においては、緑の信
号の形成においてマルチプレクサ28によりブロックされ
る信号ｉ′（ｘ）の一部は（図示しない手段により）懐
炉42と結合される赤（または青）の信号からなる。同期
パルスが加えられ、色差信号が信号処理回路42内で生じ
る。この色差信号は、赤（または青）の色がこの時同じ
情景領域からの緑の色の正確な評価値を以て差を見出す
ことができるため、色の一致に関して改善される。この
改善された色差信号は、介在する緑のフィルタ素子と対
応するピクセルを覆うため従来周知の「ボックス・カ
ー」処理法により、あるいは単純な補間法（平均化）に
よって拡張される。この色差信号（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）お
よび輝度（緑）の信号（Ｙ）は、エンコーダ44によって
所要の信号に組込まれてビデオ出力ポートへ送られる。
この出力の目的は本発明の一部をなすものではなく、例
えばテープまたはディスクにおける記録あるいはモニタ
ー上での表示のため関連付けることができる。例えば、
このエンコーダは、コンポーネント記録のための個々の
キャリアにおける信号差を表示するかあるいは変調する
ためビデオ信号をNTSCフォーマットに符号化することが
できる。

第３図に示される色フィルタ18は、より大きな望まし
くは二次元のフィルタからのセグメントと考えられる。
第４図は、色フィルタに対するいくつかの形態（これも
また比較的大きなフィルタからのセグメントと考えられ
る）を示し、どんな形態においても、赤または青の要素
のいずれの側でも少なくとも２つの緑のフィルタ素子を
有することが必要である。２つの緑要素間および３つの
緑の要素間に混在した赤と青のストライプを有する色の
ストライプ・フィルタは、第４（ａ）図および第４
（ｂ）図によりそれぞれ示される。第４（ｃ）図および
第４（ｄ）図により示されるフィルタ形態は、交互に垂
直方向に置かれかつ３つの緑の要素により水平方向に分
離された赤と青の要素を有する（第４（ｄ）図は望まし
い形態である）。第４（ｅ）図は、１つのテレビジョン
・フレームの両フィールドを検出するため有効な第４
（ｄ）図のフィルタの変更例を示している。第４（ｆ）
図および第４（ｇ）図は、赤または青のフィルタ要素の
いずれかの側に水平方向および垂直方向に配列された３
つの緑のフィルタ素子を含むフィルタ形態を示してい
る。これらフィルタの各々は単一センサ式カメラにおい
て有効である。

前置ぼかしフィルタは、既知のひろがり関数を有する
どんな形式の低域フィルタでもよい。しかし、望ましい
フィルタとしては、複屈折材料の板材から作られた従来
周知の光学的フィルタである。この形式のフィルタ−従
来複屈折フィルタとして公知のもの−は、画像を２つ以
上の僅かに位置がずれた画像に分解する。このようなず
れの効果は入力画像をぼかすことである。第５図に示さ
れるように、複屈折フィルタ50は複屈折材料52、54およ
び56の３つの要素を含む。（実施においては、これら３
つの要素は一体のフィルタを形成するよう一緒に挾持す
ることができる。）第１の要素52は、偏光されない光線
ωが要素を直進する常光線ｏと、距離ｄだけ要素でずれ
を生じて常光線と平行な要素から出てくる異常光線ｅと
に分割されるように、光軸58を有する。周知の通り、こ
の２つの光線は、２つの異なる偏光状態を有する光を表
わす。光線ｏに対する偏光面は、図（第５図）の面に対
して直角をなすが、光線ｅに対する偏光面は図の面と一
致している。

第２の要素54は1/4波長板で、これを通過する光の偏
光状態を直線偏波から円偏波の状態に変化させる。しか
し、この板は光線を偏光しない。第３の要素56は第１の
要素52と類似するが、その光軸60は異常光線を反対方向
にずれを生じるように配向されている。図面の面内で偏
波される成分と図面の面と直角に偏波される成分が等し
い円偏波された入力光は、第３の要素56によって光線ｅ
およびｏに分けられる。第３の要素56から出た４つの光
線はその原点を示すラベルが付され、即ち光線eoは要素
52から出たそれまで異常光線であった光線の常光線部分
であり、光線oeは要素52から出たそれまで常光線であっ
た異常光線部分、、、となる。２つの光線即ちooおよび
eeは一致し、これにより外側の光線に対する中心部の光
線の強さを増大させる。この相対的強さは、要素の構
成、および1/4波長板の厚さを即ち遅れ量によって制御
される。点のひろがり関数を決定するのはこの相対的強
さの分布である。本発明による一実施態様においては、
複屈折フィルタは下記のひろがり関数を特徴としてい
る。即ち、 0.256 0.488 0.256 （１）これらの数の和は１であり、光の48.8％が中心部に分配
される25.6％がいずれかの側に分配されることを示して
いる。

異常光線の偏り量は複屈折材料の屈折率、材料の表面
に対する直角方向と光線がなす角度および要素の厚さに
依存している。これらのパラメータは、複屈折光学フィ
ルタ50から出た光線間のずれｄがセンサ20における個々
の感光領域20a、、、20g間の距離と等しくなるように選
択される。本発明はまた、1984年４月６日出願のJ.E.Gr
eivenkampの米国特許出願第597,290号（名称「空間周波
数光学フィルタ」、本願と同じ譲受人に譲渡）において
開示された形式の色に依存する複屈折フィルタの使用と
関連して実施することができる。このようなフィルタに
おいては、赤および青の光は緑の光（例えば、２つの要
素）よりも多くの要素（例えば、４つの要素）にわたっ
て分散される。従って、ディジタル・フィルタを、輝度
（緑の）信号に対する１つの緑の値に適合させ、また色
差信号に対する別の緑の値に適合させることが可能であ
る。

点のひろがり関数、前述の（１）を特徴とする３つの
数および加重係数の初めのセットはENNIPEDEプログラム
において処理される（このプログラムは、これをしてあ
る可能な加重係数のセットと最適に整合する１組のひろ
がり関数を拾わせることによりやや逆に用いることもで
き、従って選択されたひろがり関数と整合するように適
当なぼかしフィルタを設計することもできる。）。最適
値が得られた後、このプログラムは下記の係数を与え
る。即ち、Ｋ₃ ＝ 0.224 Ｋ₂ ＝−0.512 Ｋ₁ ＝ 0.788 Ｋ₀ ＝０（２）Ｋ_-1＝ 0.788 Ｋ_-2＝−0.512 Ｋ_-3＝ 0.224 点のひろがり関数によるこれら係数（２）の畳み込み
操作で下記の結果（最初の行）を得る。即ち、 0.057 −0.022 0.009 0.253 0.403 0.253 0.009 −0.022 0.057 ０ 0 ０ 0.256 0.488 0.256 ０ 0 ０これらは２番目の行により示される元の点のひろがり
関数（１）と近似する。

第３図に示されるディジタル・フィルタ34の図は本発
明の理解に有効である。しかし、画像信号の連続するス
トリームの取扱いは、第６図に示される如きフィルタ要
素の構成を含む。この異なる構成とした主な理由は、こ
のフィルタが画像信号を間欠的に変更すること、即ちこ
れがそのメモリー内の他の全てのサンプルを与えて置換
値を計算するが４つの画像サンプル（緑でないサンプ
ル）毎に置換することである。この操作に含まれる係数
Ｋ₃、、、Ｋ_-3（第３図参照）は、変更されたサンプル
に対するその「場所」に依存する値を有する。変更され
るべきものに最も近いサンプルに対して与えられた係数
Ｋ₁およびＫ_-1は、２回または３回取出される係数
（Ｋ₂、Ｋ_-2およびＫ₃、Ｋ_-3）とは異なる値を有する。
従って、次に対する緑でない１つのサンプルからの係数
の順序は逆でなければならない。（これは、順序を逆に
しても中心部の係数は変化しないままであるので、単に
係数Ｋ₁とＫ₃、およびＫ_-1とＫ_-3に影響を与えるのに過
ぎない。）次に第６図においては、入力画像信号ｉ′（ｘ）は４
サンプルの遅延線70と１組の６つのサンプリング／保持
回路72、73、74、75、76および77に対して同時に与えら
れる。各サンプリング／保持回路は７つのピクセルの持
続期間に１つの緑のサンプルを保持する。これらサンプ
リング／保持回路は、３つの緑のサンプルを順次サンプ
ルし、次いで次の３つの緑のサンプルを順次サンプルす
る前に、１つのピクセルの持続期間（緑でないサンプル
が通過する間）を待機するように、制御回路32（第３
図）によって順次トリガーされる（第６図の上部から下
部へ）。換言すれば、サンプリング／保持回路は、サン
プリング／保持回路74とサンプリング／保持回路75間、
およびサンプリング／保持回路77とサンプリング／保持
回路72間に１つのピクセルの待機期間があるように、順
次反復される。

サンプルされた各画像信号は、次いで各フィルタの係
数だけ加重される。中心の係数Ｋ₀が０であるため落さ
れ、また緑でないサンプルが単にこれを無視することに
よりゼロ化されることに注意されたい。また、緑でない
サンプルのいずれかの側におけるサンプルに対して加え
られた係数が（好ましい実施態様によれば）同じ場所の
関係にあり、従って「−」の符号は省かれ、係数の値が
Ｋ₁、Ｋ₂、Ｋ₃で示される場合もある。加重操作は、乗
算素子の回路80によって生じる（抵抗回路はこれを行な
う１つの従来の方法である）。サンプリング／保持回路
72、74、75および77の出力線における２つの加重値の存
在は、本文において前に説明したように、周期的な逆の
係数の順序を反映する。これは制御回路32（第３図）に
より行なわれ、例えば適当な抵抗についてトランジスタ
のスイッチング動作の使用を含む。

加重された画像信号のサンプルが１対の加算回路82、
84（その各々は例えば多重入力加算増幅器として構成さ
れた演算増幅器でよい）に対して与えられる。加算され
た値は１対のサンプリング／保持回路86、88によって格
納され、これらの値は緑でないサンプルを置換する最終
和を生じる加算回路90に結合されている。この最終和は
マルチプレクサ28に対して与えられる。

入力する画像信号ｉ′（ｘ）は遅延線70において４つ
のピクセルの期間（４つのサンプルと対応する）だけ遅
らされ、発生と同時に、マルチプレクサ28に対して送ら
れる。マルチプレクサ28の機能は、遅延線70から出てき
た緑の各画像サンプルを通して、加算回路90からのこの
和の信号を遅延線70からの緑でない画像サンプルに代替
することである。これは、制御回路32からの命令に従っ
て行なわれる（第３図）。

本発明により記述されるディジタル・フィルタは、有
限数の項に基く非循環即ち有限時間インパルス応答（FI
R）フィルタである。評価値Ｘ₁のいずれかの側の２つの
項、即ちＧＧＸ₁ ＧＧは有効な評価のために必要な最小値と思われる。しか
し、項数は所要のどんな数も包含するように拡張できる
ことは明らかである。例えば、望ましい色フィルタにお
いて、評価される項のいずれかの側の３つの項が用いら
れる。同じ色フィルタにおいて、評価値Ｘ₁のいずれか
の側の６つの項もまた使用できる。即ち、 GGGXGGGX₁GGGXGGG 別の緑でないサンプルの発生は、この分析に対して有
害ではない（これらは無視される）。第４（ａ）図に示
される如きフィルタを用いる評価値Ｘ₁のいずれかの側
の４つの項もまた使用できる。即ち、 GGXGGX₁GGXGG しかし、明らかにこのような付加される複数さからほと
んど利益は得られない。

ディジタル・フィルタにおける係数は、空間領域（ひ
ろがり関数）の最適化法によって取得された。これら係
数は、別の周波数領域の最適化法によっても得ることが
できる。後者のプロセスによれば、（1.0−ディジタル
・フィルタ34の周波数応答）で乗じた前置光学フィルタ
16（第３図）の周波数応答の絶対値を最小に抑える係数
が選択される。この最適化措置はまた、ENNIPEDE（また
はSimplex）ルーチンによっても行なわれる。この周波
数領域の最適化の利益は、これが別の自由度即ち周波数
を加えることにある。最適化措置において用いられる周
波数範囲を制限すると共に空間的領域を最適化する（ひ
ろがり関数の最適化措置が行なう）ことが可能である。
もし通常の如くビデオ・システム（ディジタル・フィル
タを含む）が固有の周波数の上限を有するならば、ある
空間の係数のセットを得ることができ、これがこの周波
数の上限までの改善されたひろがり関数の最適化を提供
する。これは、これまで得られたものとは異なる数のセ
ットであり、これらは前記周波数まで最適であるに過ぎ
ない。しかし、比較的高い周波数応答がシステム全体に
対し不要であるため、これらの周波数において失うもの
はない。この形式の最適化は望ましい方法であり、これ
から得られる係数が望ましい係数を構成している。

第５図の望ましい複屈折フィルタは、下記のディスク
リートなフィルタ周波数応答を有する。即ち、Ｂ₀＋2B₁ cos2πＦ（３）但し、Ｂ₀、Ｂ₁はひろがり関数の係数（即ち、Ｂ₁、
Ｂ₀、Ｂ₁）であり、Ｆは空間的サンプリング周波数で、
０から1/2サイクル／ピクセルまで変動する（ナイキス
ト周波数）。（特に、これは有限時間インパルス応答
（FIR）フィルタとして３つの点の複屈折フィルタを取
扱うことを含む。）ディジタル・フィルタのディスクリ
ートなフィルタ周波数応答は下記の如くである。即ち、Ａ₀＋2A₁ cos2πＦ＋2A₂cos4πＦ＋2A₃cos6πＦ（４）但し、Ａ₀、、、Ａ₃はフィルタの係数である。その目的
は、ディジタル・フィルタの周波数応答（４）で複屈折
フィルタの周波数応答（３）を乗じること、および複屈
折フィルタの周波数応答（３）の近似値を得ることにあ
る。周波数領域の最適化法により得られる係数は下記の
如くである。即ち、Ａ₃（＝Ｋ₃）＝ 0.149 Ａ₂（＝Ｋ₂）＝−0.483 Ａ₁（＝Ｋ₁）＝ 0.834 Ａ₀（＝Ｋ₀）＝０（５）Ａ₁（＝Ｋ_-1）＝ 0.834 Ａ₂（＝Ｋ_-2）＝−0.483 Ａ₃（＝Ｋ_-3）＝ 0.149 これらの数は、システムにおけるレンズを考慮すること
なく計算され、また0.6ナイキスト周波数の最大周波数
を前提とした。（Ｆ＝0.3は0.6×ナイキスト周波数と対
応する。）複屈折フィルタおよびディジタル・フィルタ
の周波数応答は、最適化ルーチンにおけるレンズの周波
数応答で乗じて、異なる「最適の」数のセットを得るこ
とができる。周波数領域の最適化法は、下記の如く（最
初の行）複屈折フィルタのひろがり関数（１）の近似値
を生じる。即ち、 0.038 −0.051 0.016 0.283 0.427 0.283 0.016 −0.051 0.038 ０００ 0.256 0.488 0.256 ０００これは２番目の行により示される元の点のひろがり関数
（１）を近似化する。これは、少なくとも本例において
規定された周波数制限内で空間領域の最適化法のみで得
られるものより優れた近似である。また、これら最適化
法は、もしナイキスト周波数の約3/4以上で用いられる
ならばうまく行かないことに注意されたい（赤、緑およ
び青のサンプルの全数に基いて）。この理由から、前置
光学フィルタ手法は必要である。

前置光学フィルタ手法は必要であるが、これは色々な
方法で行なうことができる。従来の光学的フィルタ以外
に、既知のレベルの収差を有するレンズ自体のみで必要
な前置フィルタ操作を提供し得る。また、光学的な補助
フィルタ装置を用いずに前置フィルタ効果を提供するた
め複式センサ装置を構成することができる。第７図にお
いては、１つのセンサ100が全てが緑のレセプタのパタ
ーン（センサの重なる緑のみのフィルタ）を有し、他の
センサ102は垂直方向に交互に位置する赤と青のレセプ
タを分離する緑のレセプタを有する。各レセプタを定義
する感光領域は、１つの感光領域の巾（Ｗ）の半分で分
離されている。例えば、両方のセンサの最初のラインか
ら取出されて、時間に関してインターリーブされた信号
は下記の形態を有することになる。即ち、Ｇ₁Ｇ′₁Ｇ₂Ｒ₁Ｇ₃Ｇ′₂Ｇ₄Ｒ₂、、、、本発明の実施において有効な形態の他に、赤のレセプタ
Ｒ₁と一致する緑の光は緑のレセプタＧ₂およびＧ₃の両
方にわたって分散（即ち、フィルタ）された。この形式
の二連センサの場合は、高解像度の単一センサの利点が
２つの比較的粗い解像度のセンサを用いて得ることがで
きる。

本文の各項において示したように、ある特に選択され
たフィルタ係数のセットにより定義されるディジタル・
フィルタ34が、ぼかしフィルタ16に当る光の再現を表わ
す画像信号を生じる。この効果は、このような再現が色
フィルタ18の緑でない部分に重なる情景の部分の緑の量
を正確に評価する故に技術的に有利となる。その結果が
遥かに改善された色の一致を有する単一センサ式カラー
・ビデオ・カメラとなるのである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像からの光を電気信号に変換し、該電気
信号を処理するカラー・ビデオ装置において、検出される前記画像からの光の明るさに対応する電気信
号を発生するセンサ（20）と、既知の空間的レスポンス関数または周波数レスポンス関
数に従って前記センサに向けられる光をぼかす光学フィ
ルタ（16）と、前記光学フィルタと前記センサとの間に挿入され、特定
の色を通過させるが他の色を阻止する複数のフィルタ素
子（18a〜18g）を有する単一のカラー・フィルタ手段
（18）であって、前記複数のフィルタ素子が一方向に配
列されて、前記特定の色を阻止する単一のフィルタ素子
が、前記特定の色を通過させる両側に２つづつの少なく
とも４つのフィルタ素子によって囲まれるように構成さ
れた前記カラー・フィルタ手段（18）と、前記特定の色を阻止する前記単一のフィルタ素子を囲む
前記少なくとも４つのフィルタ素子に対応する一連の信
号サンプルから重み付けられた信号サンプルの線形組合
せとして前記電気信号を処理する、１組の係数を有する
電気的フィルタ手段（34）であって、前記信号サンプル
は、前記１組の係数と前記光学フィルタの前記空間的レ
スポンス関数との畳み込みによって、または前記１組の
係数と前記光学フィルタの前記周波数レスポンス関数と
の乗算によって、前記光学フィルタの対応するレスポン
ス関数の近似値を再現するように選択された前記１組の
係数に従って重み付けされるように構成された前記電気
的フィルタ手段（34）と、を備えたことを特徴とするカラー・ビデオ装置。
【請求項２】前記処理された信号を、前記特定の色を阻
止する前記単一のフィルタ素子に対応する電気信号の該
当部分と置換する手段を更に備えたことを特徴とする請
求の範囲第１項記載のカラー・ビデオ装置。