JP2603216B2

JP2603216B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP2603216B2
Application number: JP60151791A
Authority: JP
Inventors: 輝夫稗田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-07-10
Filing date: 1985-07-10
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPS6213189A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は信号処理装置及び撮像デバイスを利用した撮
像装置に関し、特に折り返し歪を軽減する為の信号処理
装置及びこれを備えた撮像装置に関するものである。

（従来技術）従来例を第10図に示す、CCD型の撮像素子を利用した
撮像装置を例にとり説明する。

第10図の撮像素子はフレームトランスフア型CCDであ
る。まずストライプフイルタの各色フイルタに対応して
撮像部１で光電変換された情報電荷は駆動パルスφPIと
φPSにより、TV同期の垂直帰線期間にメモリー部２に高
速転送される。又、メモリー部２に蓄積された情報電荷
は１水平ライン分の垂直転送につき、各ストライプフイ
ルタに対応した情報が水平シフトレジスタSR1,SR2,SR3
に分配して転送される。即ち第11図示の如く従来例では
メモリー部２の１水平ライン分の情報は各色情報毎にシ
フトレジスタSR1〜SR3に夫々分配され、水平シフトレジ
スタSR1,SR2,SR3からはおのおのR,G,B信号が出力され
る。従ってレジスタSR1,SR2,SR3は色信号を分離する為
の分離手段を構成している。

第12図は前記CCDから読み出された信号の信号処理回
路ブロツク図である。クロツクIC30、ドライバー20によ
り駆動された撮像デバイス10（例えばCCD）の表面には
例えば図示のような色フイルタが貼付けられており、そ
の出力信号には色分解フイルタに対応したR,G,B信号が
別々に得られる。この信号はクランプ回路40において直
流再生がなされ、次段の50に導かれ、R,G,B信号は同一
レベルになされる。クランプ回路としてはスイツチ回路
60の入力信号の直流電位をクランパに帰還させるフイー
ルドバツククランプ回路を使えばさらに良い。次にこの
AGC回路50の出力信号は、次段の輝度信号形成用の順次
化手段であるスイツチ回路60と、通常のガンマ補正ある
いはホワイトクリツプ等の信号処理とNTSC信号に変換す
る回路が集積されたプロセスエンコーダ回路70に導かれ
る。次にスイッチ回路60の動作を第13図に基づき説明す
る。図示S1,S2,S3は第10図CCDの出力信号である。この
例では水平シフトレジスタの駆動パルスが第13図示の信
号波形と等価な３相駆動パルスであるとする。

この信号S1,S2,S3をスイツチ回路の制御信号SW−R,SW
−G,SW−Ｂのスイツチパルスで抜きとり、抜きとった信
号を加算すると図示Ｙに示す輝度信号が得られる。即ち
色分解フイルタの空間的サンプリングと同一の信号Ｙが
得られ、解像度は非常に良くなる。この様にスイツチン
グにより輝度信号として必要な部分だけを抜きとり加算
して輝度信号を発生させるとノイズの加算はなくなり、
S/Nの劣化はない。

（本発明が解決しようとする問題点）以上の従来例において第10図に示すようにCCDの３系
統の出力信号S1,S2,S3に対してクランプ回路40、AGC回
路50における遅延特性、周波数特性が極めて重要とな
る。

即ち実験によれば遅延特性は±20ns以内、周波数特性
のカツトオフは10MHz以上としなければならない。

ところが、これらのAGC回路は一般に極めて遅延特
性、周波数特性が悪い欠点がある。

この為MTF特性が劣化し解像度の低下につながる欠点
があった。

又、逆にこのAGC回路の遅延特性、周波数特性を上げ
る為には大幅な回路電流の増加を招いたり、特殊な±Ｃ
プロセスにより複雑なIC回路構成としなければならない
欠点があった。

又、AGC回路をプロセス回路の中、例えばγ補正回路
の後に設けるとAGC回路により生じるDC成分の変動がホ
ワイトクリツプやダーククリツプにおけるクリツプレベ
ル誤差を起こす原因となる問題があった。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、容易に
点順次信号レベルが形成できる信号処理装置及び撮像装
置を提供する事を目的とするものである。

［問題点を解決する為の手段］本願発明によれば、撮像手段と、該撮像手段の出力中の複数の色信号の利得を制御する
為の第１の利得制御手段と、該第１の利得制御手段を介した複数の色信号を点順次
化して輝度信号を形成する輝度信号形成手段と、前記第１の利得制御手段を介さない複数の色信号の利
得をそれぞれ自動利得制御する為の、前記第１の利得制
御手段より狭帯域の周波数特性を有する複数の自動利得
制御手段と、該複数の自動利得制御手段を介した信号に対して所定
の帯域制限をするフィルターと、該フィルターを介した信号をクランプするクランプ手
段と、該クランプ手段を介した信号をホワイトバランス制御
すると共にガンマ補正するプロセス手段と、を有する。従って、『撮像手段の出力中の複数の色信号の利得を制御する
為の第１の利得制御手段と、該第１の利得制御手段を介した複数の色信号を点順次化
して輝度信号を形成する輝度信号形成手段と』を有する
ので、折り返し歪みの少ない高域の輝度信号を得ること
ができる。

しかも『第１の利得制御手段を介さない複数の色信号
の利得をそれぞれ自動利得制御する為の、前記第１の利
得制御手段により狭帯域の周波数特性を有する複数の自
動利得制御手段』を有しているので、色信号系の自動利
得制御手段の構成を簡略化できると共に、その分第１の
利得制御手段より高精度化できる。

更に、『複数の自動利得制御手段を介した信号に対し
て所定の帯域制限をするフィルターと、該フィルターを介した信号をクランプするクランプ手
段と、該クランプ手段を介した信号をホワイトバランス制御
すると共にガンマ補正するプロセス手段』を有している
ので、前記複数の自動利得制御手段によりDCレベルが変
動しても後段のクランプ手段によりこれがキャンセルさ
れホワイトバランスやガンマ補正に悪影響を与えること
がない。

即ち、自動利得制御手段のDC変換許容レベルが大きく
取れるため回路設計が容易となる。

（実施例）以下実施例に基づき本発明を説明する。第１図は本発
明の撮像装置の構成例を示す図である。

図中３は第１の光学系、４は絞り、５は第２の光学
系、10は撮像手段としての第７図示のフレームトランス
フアー型CCD、20,30は夫々、クロツクドライバー，クロ
ツクジエネレータである。31はサンプルホールド回路で
あり、水平シフトレジスタSR1,SR2,SR3の各出力の信号
成分のデユーテイーを高める為のものである。

32は本発明に係る信号処理装置としての色分離回路で
あり、各色信号のゲインを調整したり、高域の輝度
（Ｙ）信号を形成したりする為のものである。

33はローパスフイルター（LPF）で、Ｙ信号に対して
は4MHz以下の成分を通し、R,G,B信号に対しては0.5MHz
以下の成分を通す。

34はプロセス手段としてのプロセス回路であり、例え
ばクランプ、γ補正、ホワイトクリツプ等各種補正を加
えると共に色差信号を形成する。

35はエンコーダ回路であり、Y,（Ｒ−Ｙ），（Ｂ−
Ｙ）の各信号を変調し多重化する。色分離回路32の出力
はALC（自動絞り）回路36に導びかれ、CCD10に入力する
光量がCCDのダイナミツクレンジ内に収まるようサーボ
制御を行なう。

第２図は本実施例の色分離回路32の構成例を示す図で
ある。

54〜56は夫々R,G,Bを入力する為のトランジスタ、57
〜59は高域ノイズを除去する為のハイパスコンデンサ、
37〜39はクランプ回路、41〜43はブランキング回路、44
a,44bは第１のゲインコントロール手段としてのゲイン
コントロール回路、45〜47は夫々R,G,Bの信号の自動利
得制御をする色系自動利得制御手段としてのAGC回路、4
8はゲインコントロールされたR,G,B信号を夫々色フイル
タの配列に従ってスイッチングすることにより点順次化
した輝度信号を形成する輝度信号形成手段としてのスイ
ツチ回路、49はＹ信号の出力ゲインを自動的に制御する
為の輝度系自動利得制御手段としてのAGC回路、51はＹ
信号をクランプする為のクランプ回路、52はレベル圧縮
等の非直線変換を行なう為の非直線交換手段としてのKN
EE回路、53はAGC回路45〜47,49のゲインをコントロール
する検出回路である。33aは4MHzのLPF、33bは0.5MHzのL
PFである。

又、61はブランキング回路41〜43の出力の非相加的加
算を行なうNAM回路であり、このNAM回路61の出力はプロ
セス回路34内の高輝度抑圧回路に入力されており、R,G,
Bの各信号の少なくとも１つが飽和すると色信号が抑圧
されるように構成されている。

62はA/DコンバーターでＲゲインコントロール回路44a
とＢゲインコントロール回路44bとをその出力により制
御する。

このようにしているので各ゲインコントロール回路の
構成が容易となり、又回路の駆動電流が小さくなる。

63は制御回路であり、該制御回路の出力はデジタル信
号である。

又、制御回路63の出力とA/Dコンバータ62の出力はワ
イアード・オア回路で接続されている。これについては
後述する。

本実施例ではＹ系と別れた所にRGBのAGC回路45〜47を
設けている。

従ってこのAGC回路の特性は色帯域（例えば1MHz）程
度で良くなる効果がある。従ってAGC回路45〜47の部分
を高域化する必要がないからIC化に際して製造工程の複
雑化を招くことがない。

又、回路駆動電流を低電流化することができる。

又、Ｙ系のAGC回路49とR,G,B系のAGC回路45〜47とで
特性を適宜独立に設定できるので例えば低輝度時の自動
色抑圧等の機能をこれらのAGC回路により持たせること
ができる。

又、プロセス回路の前にAGC回路を色分離回路内に設
けたもので、AGC回路による利得変化があってもプロセ
ス回路におけるガンマ補正、ホワイトクリツプ、ダーク
クリツプ特性等が変化しない。

これはプロセス回路の最初に入れられるクランプ回路
によってAGC回路に起因するDCレベルの変動がキヤンセ
ルされる為である。

従って本実施例のようにAGC回路をプロセス回路の前
に設けた場合にはAGC回路によるDCレベルの変動の許容
値が大きくなるメリツトもある。

又、実施例ではプロセス回路の初段のクランプ回路と
色分離回路の間にLPFを入れているので、このようなAGC
回路をプロセス回路内のクランプ回路の前に入れるとプ
ロセス回路をIC化しようとする場合にこのLPFの為のコ
ンデンサをICの外付けにしなければならず、その為ICの
ピン数がそれだけで２ピン分増えてしまう欠点がある
が、本実施例のようにプロセスICの前の色分離ICの中に
色信号用のAGC回路を入れればこのような問題はすべて
解消する。

この点も本実施例の１つの特徴である。

又、本実施例では色信号用のAGC回路はスイツチ回路4
8とは別の系統に入っているのでAGC回路45〜47における
周波数特性の劣化がスイツチ回路48における高域輝度信
号に悪影響を与える事がない。

又、本実施例によれば、Ｙをスイツチングにより合成
した後、KNEE回路の前にＹ用のAGC回路49を設けている
のでAGC回路49の特性はＹ帯域（例えば6MHz）で良く、
従ってAGC回路の電流を低く抑えることができ、又IC化
も極めて容易となる。又、AGC回路49の後にクランプ回
路を設けてからKNEE回路を設けているので、AGC回路の
利得が変動し、これによってDC変動があってもKNEE特性
に与える影響が小さい。

即ちAGC回路によるDCレベル変動の許容値が大きくな
り、KNEE回路の特性曲線（折れ線）の折れ曲がりポイン
トが安定する効果を有する。

又、第３図は本実施例における検出回路53の構成例を
示す図で平滑回路531、比較増巾回路532、基準電源53
3、可変リミツター回路534から成る。

平滑回路531により入力映像信号は平滑され、この平
滑信号は基準レベルと比較される。この比較出力に応じ
てAGC回路45〜47,49のゲインが制御され、比較出力がゼ
ロになるように制御される。ここでリミツター回路534
は比較出力がある上限に達するとこの比較出力を飽和さ
せる為のものであり、露出補正回路によりゲインコント
ロール範囲を可変コントロールできるようになってい
る。

露出補正回路は露出補正時や手動絞り時にAGC回路の
利得可変範囲を狭めるように働く。

これによりこのような露出補正時や手動絞り時に絞り
値が補正されてもAGCより逆補正されることがなく、露
出補正効果が向上する。

しかもAGC回路のゲイン完全に固定するものに比べて
露出補正状態からノーマルなALCによる絞り制御状態に
戻ったときの異和感が全くなくなる効果がある。

又、本実施例のようにリミツター回路534の利得可変
範囲を露出補正回路535により制御するだけでなく、端
子536からの入力によっても制御できるように構成して
いるので色分離プロセス回路全体の利得特性をこの端子
536によっても制御することができる。

又、本実施例の特徴の１つは検出回路53の出力により
Ｙ系のAGC回路49と各色系のAGC回路45〜47の特性の１つ
である利得可変範囲の制御が連動して行なわれる点であ
る。

このように構成していることから各AGC回路の上限の
バラツキを無くすことができ、偽の色信号の発生を抑え
ることができる。

第４図（ａ）はリミツター回路534の構成例を示す図
でQ₁〜Q₃はトランジスタである。

537は信号入力端、538はリミツト値コントロール入力
端、539が信号出力端である。

第４図（ｂ）はその特性を示す図で端子537に入力す
る電圧に応じて出力端子539から出力される電圧はほぼ
線形に変化するが、この入力電圧が端子538に入力され
ている電圧レベルより大きくなると端子539の出力電圧
は飽和する。

次に第５図はゲインコントロール回路44a,44bのゲイ
ンをコントロールする為の構成につき示す図で、本実施
例はゲインコントロール回路44a,44bのゲインをデジタ
ル信号でコントロールしており、プロセス回路34のＲ−
ＹとＢ−Ｙの色差信号の平均値と基準値との差信号に応
じた信号がホワイトバランスコントロール手段としての
ホワイトバランス回路540から出力される。又、ゲイン
コントロール回路44a,44bは上記差信号が小さくなるよ
うここで、このアナログ制御信号は不図示のホワイトバ
ランス設定スイツチを白い被写体の撮像時にオンしたと
きだけ更新され、オフすると、直前の値を次のオンまで
保持する。

尚、このようなホワイトバランス回路は例えば特公昭
48−14369号などで知られている。又、ホワイトバラン
ス回路の出力はプロセス回路内のＲとＢのチヤンネルの
ゲインもコントロールしている。

A/Dコンバータ62はこのホワイトバランス回路540の出
力をA/D変換しR,G,Bチヤンネルのゲイン比を所定の値と
する。このように構成されているのでゲイン調整された
後のR,G,B信号は正しい色温度に従ったものとなり無彩
色に近い被写体に対してもモアレの少ない高域のＹ信号
を形成できる。

又、従来ではゲインコントロール回路としてアナログ
コントロール信号によりゲインを可変しているが、本実
施例のように高域のＹ信号を形成する為にはこのゲイン
コントロール回路44a,44bとして、従来のアナログタイ
プのゲインコントロール回路を使うと遅延特性、周波数
特性を良くする為に駆動電流を増加させ、ICプロセスと
しても特殊なプロセスを用いなければならない。

そこで本実施例ではスイツチ回路48の前段のゲインコ
ントロール回路を２ビツトのデジタルコントロール入力
により段階的に制御するようにし、不連続にゲイン調整
をしている。従って回路構成が極めて簡単となり、しか
も駆動電流も極めて少なくて済む。

又、本実施例ではゲインコントロール回路44a,44bの
コントロール信号の入力端をA/Dコンバータ62の出力に
接続するだけでなくワイアードオア接続で外部端子63a
に導いている。従ってこの外部端子63aにバイパスコン
デンサを接続すればA/Dコンバーターの出力のスイツチ
ングノイズを除去できる。

又、第５図示の如く、制御回路63を接続し、この制御
回路63によりゲインコントロール回路44a,44bを制御す
ることもできる。

制御回路63はＹ信号を入力し、その平均レベルを検出
することにより平均レベルが所定の値を下まわったとき
に低照度検出信号LLを出力することによりホワイトバラ
ンス回路とA/Dコンバータの間に設けたゲートを閉じA/D
コンバータへの入力をゼロとする。

又、このときゲインコントロール回路44a,44bのゲイ
ンを比較的低くする。これにより低照度時にノイズを抑
圧しS/Nを向上させて解像度をアツプさせている。

したがって被写体が暗い場合にはモアレ等よりS/Nを
優先させた高品質の画像を得ることができる。

次に第６図はA/Dコンバータ62、ワイアードオア部541
の構成例を示す図である。

543〜545はコンパレータであり、ホワイトバランス回
路540からのコントロール入力CIは各コンパレータ543〜
545で基準電源542の各基準値V₁〜V₃と夫々比較される。
ここでV₁＞V₂＞V₃となっている。

546,549,550はインバータ、547はANDゲート、548はOR
ゲート、Q4,Q5はトランジスタである。このように構成
されているのでCIのレベルに対する出力04,05のレベル
は次のようになる。

従ってCIのレベルが下がるのに応じて04,05は11,10,0
1,00の順に出力が変化する。

この2bitのデータに応じてゲインコントロール回路44
a,44bは夫々４段階にゲインを切換える。

このようにスイツチング回路48の前のゲインコントロ
ール回路44a,44bは周波数特性が重要であるが、そのゲ
インのバランスはそれ程厳密でなくても良い。

従って本実施例の如く、簡単な構成のゲインコントロ
ール回路とすることにより実質的に充分高域のＹ信号を
容易に得ることができる。

一方色信号系のホワイトバランスは高精度なものとし
なければいけないので本実施例ではＹ系のホワイトバラ
ンスと別にプロセス回路内で行なっている。

次に第７図はプロセス回路の構成図であり、図中341
はクランプ回路で入力されたY,R,G,B信号の直流レベル
を基準レベルに合わせる。342はγ補正回路で所定の非
直線変換を行なう。343はホワイトクリツプ回路で所定
レベル以上の信号をクリツプする。344はダーククリツ
プ回路で所定レベル以下の信号をクリツプする。345は
マトリクス回路でY,R,G,Bの各信号を演算してY,（Ｒ−
Ｙ），（Ｂ−Ｙ）を形成する。

又、541,542は色信号用の第２のゲインコントロール
手段としてのゲインコントロール回路で前記のホワイト
バランス回路540の出力によりゲインがコントロールさ
れる。

前述のようにホワイトバランス回路540の出力のＲ−
Y,B−Ｙの夫々の平均値は所定の基準値と比較され、そ
の差に応じた信号が夫々出力される。

各ゲインコントロール回路541,542は夫々この差に応
じた信号がゼロになるよう動作する。

第８図はこのゲインコントロール回路541,542の構成
例を示す図で、Q6〜Q11はトランジスタ、R₁〜R₅,RLは抵
抗、E₁は電源、SIG INは信号入力端、SIG OUTは信号出
力端、CONT INは制御入力端である。

SIG INの入力が一定と仮定するとQ10は定電流源とし
て働き、Q6,Q7に夫々流れる電流の和がQ10に流れる。

従ってCONT INの電圧が高くなるとQ7の電流が増えQ6
の電流が減る。Q7の電流が増えるとＲLを流れる電流が
増えてゲインがアツプする。

一方、Q7の電流が増えるとQ8の電流も増える。

一方、R2とR3の接続点の電位は一定なのでQ11は定電
流源として働いている。

従ってQ8の電流増加によりQ9の電流が減る。これによ
りQ7の電流が増大した場合でもSIG OUTの直流レベルは
一定になるよう補正される。

このような構成ではCONT INのレベルに応じて極めて
精度の良いゲインコントロールが可能となる。

しかし、これに反して周波数特性を良くする為には大
電流を流さねばならずICプロセスも複雑化する欠点があ
る。

第９図はゲインコントロール回路44a,44bの構成例を
示す図でR₆〜R₈は抵抗、Q12〜Q13はトランジスタ、CONT
A,CONT Bはゲインコントロール入力端である。R₇,Q12
とR₈,Q13が２段のラダー接続を構成している。

この場合、CONT A,CONT Bの入力とゲインの関係は次
のようになる。

このような構成にすることにより周波数特性の充分良
いゲインコントロール回路が得られる。尚、実施例では
２段のラダー接続としたが３段のラダー接続でも良い。
但し、４段以上になると周波数特性が落ちる為スイツチ
回路48のスイツチ動作に適さない。

尚、ゲインの制御は２段の場合４通り、３段の場合は
８通りしかできないが、輝度信号形成時のゲインコント
ロールは格別の精度を必要としないのでこれで充分実用
になることが確められた。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本願発明によれば、『撮像手段の出力中の複数の色信号の利得を制御する
為の第１の利得制御手段と、該第１の利得制御手段を介した複数の色信号を点順次
化して輝度信号を形成する輝度信号形成手段と』を有す
るので、折り返し歪みの少ない高域の輝度信号を得るこ
とができる。

しかも『第１の利得制御手段を介さない複数の色信号
の利得をそれぞれ自動利得制御する為の、前記第１の利
得制御手段より狭帯域の周波数特性を有する複数の自動
利得制御手段』を有しているので、色信号系の自動利得
制御手段の構成を簡略化できると共に、その分第１の利
得制御手段より高精度化できる。

即ち、自動利得制御手段のDC変動許容レベルが大きく
取れるため回路設計が容易となるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮像装置の構成例図、第２図は色分離回路の構成例図、第３図は検出回路の構成例図、第４図はリミツター回路の構成例図、第５図はホワイトバランス制御の為の構成を示す図、第６図はA/Dコンバータ回路周辺の構成図、第７図はプロセス回路34の構成例図、第８図はゲインコントロール回路541,542の構成例図、第９図はゲインコントロール回路44a,44bの構成例図、第10図は撮像素子の例を示す図、第11図は色フイルターと水平レジスターの関係図、第12図は従来の撮像装置の構成図、第13図は輝度信号の形成方法の説明図である。 44a,44b……ゲインコントロール回路、45〜47……AGC回
路、48……スイツチ回路、32……色分離回路、34……プ
ロセス回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像手段と、該撮像手段の出力中の複数の色信号の利得を制御する為
の第１の利得制御手段と、該第１の利得制御手段を介した複数の色信号を点順次化
して輝度信号を形成する輝度信号形成手段と、前記第１の利得制御手段を介さない複数の色信号の利得
をそれぞれ自動利得制御する為の、前記第１の利得制御
手段より狭帯域の周波数特性を有する複数の自動利得制
御手段と、該複数の自動利得制御手段を介した信号に対して所定の
帯域制限をするフィルターと、該フィルターを介した信号をクランプするクランプ手段
と、該クランプ手段を介した信号をホワイトバランス制御す
ると共にガンマ補正するプロセス手段と、を有する撮像装置。