JP2650062B2 - カラー撮像装置 - Google Patents

カラー撮像装置

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JP2650062B2
JP2650062B2 JP1107829A JP10782989A JP2650062B2 JP 2650062 B2 JP2650062 B2 JP 2650062B2 JP 1107829 A JP1107829 A JP 1107829A JP 10782989 A JP10782989 A JP 10782989A JP 2650062 B2 JP2650062 B2 JP 2650062B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カラービデオカメラ,カラースチルビデオ
カメラ等の撮像装置に関し、特に輝度信号の形成に関す
るものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の装置においては、固定撮像素子に例え
ば第6図に示すような色フィルタを装着し、第7図に示
す従来例1のような信号処理をすることで、最終的に輝
度信号Yと2つの色差信号R−Y,B−Yを得るのが普通
である。
このような従来の方式の色信号処理においては、ま
ず、水平方向に隣り合っていて、かつ異なる色フィルタ
を装着されている画素からの出力を減算した結果である
色差信号から演算処理が行われるのが適当である。例え
ば、第6図に示す色フィルタ配列をインタレース走査す
れば、各フィールドの奇数列目は、第7図の演算器704
によりC1=(Mg−Gr)という減算結果が得られ、偶数列
目は、C2=(Ye−CY)という減算結果が得られる。これ
に対して、色信号処理部705では、適当な手法でホワイ
トバランス、γ変換などの色処理演算が行われる。
次に、これらの線順次化されている色差信号C1/C2
対して、同時化回路706で1H(水平走査時間)遅延線な
どを用いて同時化して、更に、これらを色差マトリクス
回路707に通すことにより色差軸を適当に回転し、最終
的に2つの色差信号R−Y,B−Yを得ている。
しかし、このような方式の色処理には、次のような2
つの根本的な問題がある。
(A)ホワイトバランスがとりにくい。
三板式カメラやRGB原色(純色)タイプのカメラで
は、Gに対するRとBの比を色温度に応じて変化させる
ことで、ホワイトバランスがとれるのに対し、この方式
では、色情報が色差の形で出てくるので、例えば、色温
度に応じて、輝度信号の何割かを色差信号に加減算する
ことによって白色に対する白差信号を強制的に零にし、
ホワイトバランスをとっている。この手法は、原理的に
も正しくなく、幅広い色温度範囲で、輝度良くホワイト
バランスをとることは極めてむずかしい。
(B)色差のままγ変換するので色の再現性が良くな
い。
三板式カメラやRGB原色タイプのカメラでは、HTSC方
式(national television system commitee)に従って
色分離された出力R,G,BにγをかけてRγ,Gγ,Bγを得
たのち、2つの色差信号Rγ−Y,Bγ−Yを得る。但し
輝度信号Yは、Y=0.30Rγ+0.59Gγ+0.11Bγであ
る。
ところが、補色タイプのカメラでは、色信号は、最初
に差をとられてから、γをかけられるので(Mg−Gr)γ
のように差の形のままγをかけられてしまう。従って、
後でどう補正しても正規のNTSC方式と対応のついた色信
号が得られず、色の再現性はよくない。
前述の(A),(B)の問題を解決するために、例え
ば第8図に示す従来例の2のように、2つの色差信号
C1,C2とローパスフィルタ801を通した輝度信号YL′を用
いて、適当な演算によってRGBへ変換し、この状態でホ
ワイトバランス,γ変換を行い、輝度信号,色差信号へ
変換する手法が考えられる。
これによれば、R,G,Bの状態でホワイトバランス、γ
変換を行えるので前述した第7図の例のような問題はあ
る程度解決される。
しかし、このように、一度水平方向の出力の差の色差
を作ってから、これをもとに、色処理を行う手法では、
フィルタの分光感度にマッチした最適な色処理が行え
ず、色再現性が良くならないという問題があった。
そこで、色再現性を良くするために、第9図に示す従
来例3のようなデジタル処理の手法が考えられる。
第9図において、CCDセンサ101には、第6図のような
4種の色フィルタが配置されている。センサ101からイ
ンタレース走査で一画素ごとに読み出された画像信号
は、AGC(自動利得制御回路)102により調整された後、
A/D変換器103で読出しクロックに同期したタイミングで
A/D変換される。後で行う色処理のために、このA/D変換
器103は、リニヤ特性,量子化誤差の点から考えて、8bi
t以上のものとするのが望ましい。
輝度信号は、A/D変換器103の出力よりハイパスフィル
タ116で高域成分YHが検出され、後述するような手法で
得られる輝度信号の低域成分YLと加算器117で加算さ
れ、D/A変換器118でD/A変換され、出力される。
一方A/D変換器103の出力は、4つの補間フィルタ106,
107,108,109に入力され、各々同時化された色信号Mg,C
y,Ye,Grとなる。これらの色信号Mg,Cy,Ye,GrはRGB変換
部110に入力し、R,G,Bの3信号に変換される。これは次
のようなマトリクス演算によるものである。
ここで、マトリクス は、センサ101の色フィルタMg,Gr,Cy,Yeの分光特性Mg
(λ),Gr(λ),Cy(λ),Ye(λ)をNTSC方式で定め
られたR,G,Bの理想分光特性R(λ),G(λ),B(λ)
に近づけるように最適化された3行4列のマトリクスで
ある。
次にホワイトバランス部111で、R,G,B信号をホワイト
バランスセンサ120より得られた色温度情報をもとにR,
G,BからαR,G,βBという形に変換することで、ホワイ
トバランスがとられる。
次にγ変換部112ではテーブル変換によってR,G,B信号
がγ変換される。また、色差マトリクス部113では、 というNTSC方式の規格にあった変換を行い、前述した輝
度信号の低域成分YLと色差信号R−Y,B−Yとが生成さ
れる。色差信号R−Y,B−Yは引き続きD/A変換器114,11
5でD/A変換され、出力される。輝度信号の低域成分Y
Lは、前述したように、ハイパスフィルタ116で検出され
た輝度信号の高域成分YHと加算器117で加算され、D/A変
換器118でD/A変換され、出力される。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記(1)式より求まる輝度信号の低域成分YLは、NT
SC方式の規格にあった分光特性を持つ、R,G,B信号から
作られ、しかも前段のホワイトバランス部111で調整さ
れているので、輝度の分光特性が目の視感度と一致し
た、輝度再現性の良い信号となっている。
しかしながら、この信号YLは、補間フィルタ106〜10
9,後段のRGB変換110等の処理によってノイズが混入され
たものとなっている。すなわち、この信号YLは正規の輝
度再現性を有しているがS/Nが悪いという特徴を持って
いる。
本発明は、このような事情のもとでなされたもので、
輝度再現性がよく、ノイズの目立たないカラー撮像装置
を提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、前記目的を達成するため、カラー撮像装置
をつぎの(1)〜(4)のとおりに構成する。
(1)3種類以上の色フィルタが装着された撮像素子か
らの各色フィルタに対応する信号に対し、対応する各色
フィルタの分光特性によって決まる演算を行いR,G,Bの
3色信号を生成するカラー撮像装置であって、つぎのa
〜fの手段を備えるカラー撮像装置。
a.前記撮像素子からの各色フィルタに対応する信号より
輝度信号の高域成分を生成する輝度信号高域成分生成手
段。
b.前記R,G,Bの3色信号より輝度信号の低域成分を生成
する第1の輝度信号低域成分生成手段。
c.前記撮像素子からの各色フィルタに対応する信号より
輝度信号の低域成分を生成する第2の輝度信号低域成分
生成手段。
d.色の評価手段。
e.前記色の評価手段の出力に応じて、前記第1の輝度信
号低域成分生成手段の出力と前記第2の輝度信号低域成
分生成手段の出力とを所要の比で混合する混合手段。
f.前記輝度信号高域成分生成手段の出力と前記混合手段
の出力を加算し輝度信号を生成する加算手段。
(2)前記(1)において、色の評価手段は、色差信号
R−Y,B−Yにより評価を行うものであるカラー撮像装
置。
(3)前記(1)において、色の評価手段は、R,G,Bの
3色信号により評価を行うものであるカラー撮像装置。
(4)前記(1)において、色の評価手段は、色差信号
R−Y,B−Yとホワイトバランスセンサからの信号によ
り評価を行うものであるカラー撮像装置。
〔作用〕
前記(1)〜(4)の構成により、被写体の色情報に
応じて、第1の輝度信号低域成分生成手段の出力と第2
の輝度信号低域成分生成手段の出力とが所要の比で混合
され、輝度再現性がよく、ノイズが目立たなくなる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
第1図は、本発明の第1実施例であるカラー撮像装置
のブロック図である。図中、第9図に記載のブロックと
同一又は相当のブロックには、同一符号を付し、ここで
の説明は省略する。
本実施例においては、第2の輝度信号低域成分を作る
べく、ローパスフィルタ121を設けている。ローパスフ
ィルタ121の出力信号はγ変換器119によりγ変換され、
第2の輝度信号低域成分YL2となり、第9図の輝度信号
低域成分YLと同等の第1の輝度信号低域成分YL1ととも
に混合回路123に入る。ここでの混合比は、評価回路122
aにより、色差信号R−Y,B−Yと色温度情報を与えるホ
ワイトバランスセンサ120からの出力により決定され
る。
ところで、第2の輝度信号低域成分YL2は、第6図に
示す色フィルタを装着した撮像素子の信号を各画素毎の
出力をスイッチングしてそのまま読み出し、得られ出力
信号の低域成分である。このため分光特性は、各ライン
毎にMg+Gr,Ye+Cyというフィルタの透過率の平均と等
しくなる。このため第2の輝度信号低域成分YL2は分光
特性が目の視感度と異なり、輝度再現性は悪い。しかし
その一方で第2の輝度信号低域成分YL2はRGB変換等の演
算を行わないためS/Nが良いという特徴を持っている。
本発明は、輝度再現性は良いがS/Nが悪い第1の輝度
信号低域成分YL1と、輝度再現性は悪いがS/Nが良い第2
の輝度信号低域成分YL2の双方の利点を組合せ、信号処
理系で得られる被写体の色情報を利用し、色の飽和度が
高い場合には正規の輝度再現性を有する第1の輝度信号
低域成分YL1を、色の飽和度が低い場合にはS/Nの良い第
2の輝度信号低域成分YL2をより多く導出するように、
評価回路,混合回路を設けている。
本第1実施例の混合回路123の混合比Mは、色の評価
回路122aにおいて、色の飽和度と色温度Tにより決定さ
れる。すなわち、 M=F1(R−Y,B−Y,T) ……(2) 評価回路122aではこれに相当する演算を行い、混合比M
を計算する。
第2図に混合比MがM1,M2,M3の3つの値をとる評価回
路の例を示す。
同図では、ホワイトバランスセンサからの出力AWBが
コンパレー201に入力し、あるしきい値で与えられる色
温度より高ければ“1"の信号、低ければ“0"の信号を出
力する。同様に色差信号B−Y,R−Yもコンパレータ20
2,203に入力し、いずれもあるしきい値で与えられる信
号レベルより大きければ“1"の信号を、小さければ“0"
の信号を出力する。出力の結果はつぎの表のようにな
る。
混合比はM1<M2<M3の順で第1の輝度信号低域成分Y
L1の比率が高くなっていくように設定している。なお、
評価回路の入力を色差信号R−Y,B−Yのみとしてもよ
い。
第3図に本発明の第2実施例を示す。本実施例では、
混合比Mは評価回路122bにより、色信号R,G,Bを用いて
決定される。すなわち、 M=F2(R,G,B) ……(3) 第4図に混合比がM1,M2,M3,M4,M5の5つの値をとる評価
回路の例を示す。
同図ではホワイトバランス調整された色信号B,G,Rが
演算回路401,402に入力し、差信号B−G,R−Gが作られ
る。この差信号がコンパレータ403,404に入力し、それ
らの絶対値があるしきい値と比較され、いずれの場合も
しきい値より小さいとき、混合比MはM1として出力され
る。このときの色信号は無彩色に近いものである。M=
M1となる信号の集合をWとする。Wに属さない信号は第
4図の評価回路により、以下の領域に分類される。
(R>G∩R≧B)∩ ……(4) (G≧R∩G<B)∩ ……(5) (B>R>G)∩ ……(6) (B≧G≧R)∩ ……(7) 但しはWの補集合である。
(4),(5),(6),(7)で示される領域で混
合比MはそれぞれM2,M3,M4,M5となる。混合比MがM1〜M
5の値をとる領域をL色空間で示すと第5図
のようになる。
なお、以上の実施例では、混合比Mを離散的な値とし
て与えたが、本発明はこれに限定されるのではなく、例
え第1図の構成のとき 但しCは比例定数 などのような連続値として与えてやってもよい。
また、本発明は、センサは第6図に示した補色モザイ
クタイプのもの以外に、補色ストライプでもよく、色フ
ィルタがRGBタイプのものであってもマトリクス変換等
によりRGB信号を作り直すものであれば適用できる。さ
らに、第1図等に示されるRGB変換は、マトリクスを用
いたいわゆるアフィン変換のような線型変換以外に R=FR(C1,C2,……Cn) ……(9) G=FG(C1,C2,……Cn) ……(10) B=FB(C1,C2,……Cn) ……(11) 但し、Ci(i=1,……,n)はセンサの色フィルタの色 の形の非線型変換であっても本発明は、同様に適用でき
る。
〔発明の効果〕 本発明によれば、被写体の色情報に応じて輝度再現性
の良い第1の輝信号低域成分YL1またはS/Nの良い第2の
輝度信号低域成分YL2を選択することができるので、常
に最適な輝度信号を形成することができるカラー撮像装
置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1実施例のブロック図、第2図は
同実施例で用いる評価回路の回路図、第3図は本発明の
第2実施例のブロック図、第4図は同実施例で用いる評
価回路の回路図、第5図は第4図の評価回路で分割され
る色空間での領域を示す図、第6図は色フィルタの配列
を示す図、第7図は従来例1の要部のブロック図、第8
図は従来例2のブロック図、第9図は従来例3のブロッ
ク図である。 101……センサ 110……RGB変換部 113……色差マトリクス部 116……ハイパスフィルタ 117……加算器 120……ホワイトバランスセン 121……ローパスフィルタ 122……評価回路 123……混合回路

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3種類以上の色フィルタが装着された撮像
    素子からの各色フィルタに対応する信号に対し、対応す
    る各色フィルタの分光特性によって決まる演算を行いR,
    G,Bの3色信号を生成するカラー撮像装置であって、つ
    ぎのa〜fの手段を備えていることを特徴とするカラー
    撮像装置。 a.前記撮像素子からの各色フィルタに対応する信号より
    輝度信号の高域成分を生成する輝度信号高域成分生成手
    段。 b.前記R,G,Bの3色信号より輝度信号の低域成分を生成
    する第1の輝度信号低域成分生成手段。 c.前記撮像素子からの各色フィルタに対応する信号より
    輝度信号の低域成分を生成する第2の輝度信号低域成分
    生成手段。 d.色の評価手段。 e.前記色の評価手段の出力に応じて、前記第1の輝度信
    号低域成分生成手段の出力と前記第2の輝度信号低域成
    分生成手段の出力とを所要の比で混合する混合手段。 f.前記輝度信号高域成分生成手段の出力と前記混合手段
    の出力を加算し輝度信号を生成する加算手段。
  2. 【請求項2】色の評価手段は、色差信号R−Y,B−Yに
    より評価を行うものであることを特徴とする請求項1記
    載のカラー撮像装置。
  3. 【請求項3】色の評価手段は、R,G,Bの3色信号により
    評価を行うものであることを特徴とする請求項1記載の
    カラー撮像装置。
  4. 【請求項4】色の評価手段は、色差信号R−Y,B−Yと
    ホワイトバランスセンサからの信号により評価を行うも
    のであることを特徴とする請求項1記載のカラー撮像装
    置。
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