JP2845602B2 - カラー固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、単板式のカラー固体撮像素子を使用した
カラー固体撮像装置に関する。

［従来の技術］ 第５図は、カラー固体撮像装置の一例を示すものであ
る。

同図において、被写体（図示せず）からの像光は、撮
像レンズ１を介して補色市松方式の色フィルタを有する
単板式のCCDカラー固体撮像素子２に供給される。

第６図は、この撮像素子２のカラーコーディング模式
図である。同図に示すように、フィールド読み出しが行
なわれる。ＡフィールドではA1、A2のようなペアで電荷
の混合が行なわれ、ＢフィールドではB1のようなペアで
電荷の混合が行なわれる。そして、水平シフトレジスタ
Hregより、ＡフィールドではA1,A2,・・・の順に、Ｂフ
ィールドではB1,・・・の順に電荷が出力される。

ここで、電荷の順番a,b,・・・は、第７図に示すよう
に、A1ラインにおいては、（Cy＋Ｇ），（Ye＋Mg），・
・・となり、A2ラインにおいては、（Cy＋Mg），（Ye＋
Ｇ），・・・、B1ラインにおいては、（Ｇ＋Cy），（Mg
＋Ye），・・・となる。

撮像素子２より上述のように出力される電荷はCDS回
路（相関２重サンプリング回路）３に供給され、このCD
S回路３より撮像信号として取り出される。このCDS回路
３を使用することにより、周知のようにリセット雑音を
低減することができる。

なお、上述した撮像素子２およびCDS回路３で必要な
タイミングパルスは、タイミング発生器４より供給され
る。

ここで、CDS回路３より出力される撮像信号より輝度
信号Ｙとクロマ信号（色差信号）を得るための処理につ
いて説明する。

輝度信号Ｙに関しては、隣り同志の信号を加算処理し
て求められる。、第７図において、ａ＋b,b＋c,c＋d,d
＋e,・・・の加算信号が順に形成される。

例えば、A1ラインでは、次式のように近似される。こ
こで、Cy＝Ｂ＋G,Ye＝Ｒ＋G,Mg＝Ｂ＋Ｒである。

Ｙ＝｛（Cy＋Ｇ）＋（Ye＋Mg）｝×1/2 ＝（2B＋3G＋2R）×1/2 ・・・（１） また、A2ラインでは、次式のように近似される。

Ｙ＝｛（Cy＋Mg）＋（Ye＋Ｇ）｝×1/2 ＝（2B＋3G＋2R）×1/2 ・・・（２） Ａフィールドのその他のライン、Ｂフィールドのライ
ンについても同様に近似される。

クロマ信号に関しては、隣り同志の信号を減算処理し
て求められるが、第８図および第９図を参照して詳細を
説明する。

A1ラインは、ａ＝（Cy＋Ｇ）,b＝（Ye＋Mg），・・・
の順に画素信号が出力される（第８図Ａに図示）。A1ラ
インの信号がサンプリングパルスSHP1（同図Ｅに図示）
でサンプリングされて、（Cy＋Ｇ）の連続した信号S1が
形成される（同図Ｂに図示）。また、A1ラインの信号が
サンプリングパルスSHP2（同図Ｆに図示）でサンプリン
グされて、（Ye＋Mg）の連続した信号S2が形成される
（同図Ｃに図示）。そして、信号S2より信号S1が減算さ
れて、赤色差信号Ｒ−Ｙが得られる（同図Ｄに図示）。
つまり、次式のように近似される。

Ｒ−Ｙ＝｛（Ye＋Mg）−（Cy＋Ｇ）｝ ＝（2R−Ｇ） ・・・（３） A2ラインは、ａ＝（Cy＋Mg）,b＝（Ye＋Ｇ），・・・
の順に画素信号が出力される（第９図Ａに図示）。A2ラ
インの信号がサンプリングパルスSHP1（同図Ｅに図示）
でサンプリングされて、（Cy＋Mg）の連続した信号S1が
形成される（同図Ｂに図示）。また、A2ラインの信号が
サンプリングパルスSHP2（同図Ｆに図示）でサンプリン
グされて、（Ye＋Ｇ）の連続した信号S2が形成される
（同図Ｃに図示）。そして、信号S2より信号S1が減算さ
れて、青色差信号−（Ｂ−Ｙ）が得られる（同図Ｄに図
示）。つまり、次式のように近似される。

−（Ｂ−Ｙ）＝｛（Ye＋Ｇ）−（Cy＋Mg）｝ ＝−（2B−Ｇ） ・・・（４） Ａフィールドのその他のライン、Ｂフィールドのライ
ンについても、同様にして赤色差信号Ｒ−Ｙおよび青色
差信号−（Ｂ−Ｙ）が線順次に交互に得られる。

第５図に戻って、CDS回路３より出力される撮像信号
は、AGC回路５を介してガンマ補正回路６に供給され
る。

そして、ガンマ補正回路６より出力される撮像信号
は、輝度処理部を構成するローパスフィルタ７に供給さ
れる。このローパスフィルタ７では、（１）式、（２）
式に示すような隣り同志の信号の平均化が行なわれる。
そのため、このローパスフィルタ７からは、輝度信号Ｙ
が出力される。

また、ガンマ補正回路６より出力される撮像信号は、
クロマ処理部を構成するサンプルホールド回路８および
９に供給される。サンプルホールド回路８および９に
は、タイミング発生器４よりそれぞれサンプリングパル
スSHP1およびSHP2（第８図および第９図のE,F参照）が
供給される。

サンプルホールド回路８からは、（Cy＋Ｇ）または
（Cy＋Mg）の連続した信号S1が出力されて減算器10に供
給される（第８図Ｂおよび第９図Ｂに図示）。サンプル
ホールド回路９からは、（Ye＋Mg）または（Ye＋Ｇ）の
連続した信号S2が出力されて減算器10に供給される（第
８図Ｃおよび第９図Ｃに図示）。

減算器10では信号S2よりS1が減算される。そのため、
この減算器10からは、それぞれ（３）式、（４）式で示
す赤色差信号Ｒ−Ｙ、青色差信号−（Ｂ−Ｙ）が線順次
に交互に出力される（第８図Ｄおよび第９図Ｄに図
示）。

また、図示せずも、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｒ−Y/
−（Ｂ−Ｙ）はエンコーダに供給され、例えばNTSC方式
の映像信号SVが形成される。

［発明が解決しようとする課題］ 第10図は、撮像素子２の画素配列を示すものである、
対角長1/2インチにおいて、例えば水平有効総画素数Nh
は768、垂直有効総画素数Nvは494とされている。なお、
Phは水平方向の画素ピッチ、Pvは垂直方向の画素ピッチ
である。

一般に、水平解像度ｎは、0.63Nh（TV本）で表され
る。Nh＝768であるとき、水平解像度ｎは483（TV本）と
なる。

このように、カラー撮像装置の高解像度化は、撮像素
子２における画素の高密度化に依存している。

しかし、画素数の増大にはCCD製造上の問題から限界
があり、画素の高密度化による高解像度化には限界があ
った。

そこで、この発明では、撮像素子の画素数の増加によ
らずに、輝度信号の高解像度化を図るものである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、相互に加算すると輝度信号になる第１お
よび第２の信号が１画素周期毎に順次出力される単板式
のカラー固体撮像素子と、第１〜第2Nフレーム（Ｎは２
以上の整数）において、固体撮像素子で撮像される画像
の位置を水平方向に1/N画素ピッチだけずらす画素ズラ
シ駆動器と、固体撮像素子より出力される第１〜第2Nフ
レームの撮像信号をそれぞれ記憶する第１〜第2Nのフレ
ームメモリと、この第１〜第2Nのフレームメモリより読
み出しタイミングを撮像信号の画素周期の1/Nずつ順次
ずらして第１〜第2Nフレームの撮像信号を並行して読み
出す読み出し制御回路と、第１〜第2Nのフレームメモリ
より読み出される第１〜第2Nフレームの撮像信号のなか
で（Ｎ−１）フレームおきの撮像信号をそれぞれ加算す
る第１〜第Ｎの加算器と、この第１〜第Ｎの加算器の出
力信号を撮像信号の画素周期の1/Nの周期で順次繰り返
し選択して輝度信号を出力するスイッチ回路とを備えて
なるものである。

［作用］ 上述構成において、スイッチ回路18からは固体撮像素
子２より出力される撮像信号の画素周期の1/Nの画素周
期の輝度信号が出力される。つまり、実質的に固体撮像
素子２の画素数をＮ倍にしたと同様の輝度信号が得ら
れ、最大画素限界以上の解像度を得ることが可能とな
る。

［実施例］ 以下、第１図を参照しながら、この発明の一実施例に
ついて説明する。本例は静止画を撮像するようにした例
である。

この第１図において、第５図と対応する部分には同一
符号を付し、その詳細説明は省略する。

本例においては、画素ズラシ駆動器11でもって撮像レ
ンズ１を介して撮像素子２に供給される像光の光路変
更、あるいは撮像素子２の位置移動が行なわれ、撮像素
子２で撮像される画像位置がフレームごとに順次ずれる
ようにされる。つまり、第２図に示すように、第１〜第
４フレームまで、水平方向に1/2画素ピッチPh/2だけ順
次ずれるようにされる。

画素ズラシ駆動器11の動作は、コントローラ12によっ
て制御される。このコントローラ12には、タイミング発
生器４より水平同期信号ＨD、垂直同期信号ＶDが供給さ
れる。

また、ガンマ補正回路６より出力される撮像信号は、
A/D変換器13でディジタル信号に変換されたのち、フレ
ームメモリ14a〜14dに供給される。これらフレームメモ
リ14a〜14dの書き込みおよび読み出しは、コントローラ
12によって制御される。

すなわち、フレームメモリ14a〜14dには、それぞれ上
述したように画像位置がずらされて撮像された第１〜第
４フレームの撮像信号が順次書き込まれる。

そして、これらフレームメモリ14a〜14dからは並行し
て撮像信号が読み出される。この場合、各フレームメモ
リ14a〜14dからの撮像信号の読み出しタイミングは、撮
像素子２で撮像される画像位置のずらし量に対応して順
次調整される。第３図に示すように、フレームメモリ14
aの読み出しタイミングを基準にすると、フレームメモ
リ14bの読み出しタイミングはTx/2（TxはCDS回路３より
出力される撮像信号の画素周期）だけ遅延され、フレー
ムメモリ14cの読み出しタイミングはTxだけ遅延され、
フレームメモリ14dの読み出しタイミングは3Tx/2だけ遅
延される。

なお、フレームメモリ14a〜14dからは、同一フレーム
の撮像信号が繰り返し読み出され、静止画用の撮像信号
となる。

フレームメモリ14a、14cより出力される撮像信号は、
それぞれD/A変換器15a、15cを介して加算器16に供給さ
れる。加算器16では、Tx周期でもって、 1/2×｛（Cy＋Ｇ）＋（Ye＋Mg）｝ ＝1/2×（2B＋3G＋2R） ・・・Ａフィールド あるいは 1/2×｛（Cy＋Mg）＋（Ye＋Ｇ）｝ ＝1/2×（2B＋3G＋2R） ・・・Ｂフィールド の演算が行なわれる。そのため、加算器16からは画素周
期がTxである輝度信号Y1が出力される（第４図Ａに図
示、ただし、同図には1/2の係数は記載せず）。

また、フレームメモリ14b、14dより出力される撮像信
号は、それぞれD/A変換器15b、15dを介して加算器17に
供給される。加算器17でも、Tx周期でもって、 1/2×｛（Cy＋Ｇ）＋（Ye＋Mg）｝ ＝1/2×（2B＋3G＋2R） ・・・Ａフィールド あるいは 1/2×｛（Cy＋Mg）＋（Ye＋Ｇ）｝ ＝1/2×（2B＋3G＋2R） ・・・Ｂフィールド の演算が行なわれる。そのため、加算器17からは画素周
期がTxである輝度信号Y2が出力される（第４図Ｂに図
示）。なお、この輝度信号Y2は、輝度信号Y1を基準する
と、Tx/2だけ遅延されたものとなる。

また、加算器16および17より出力される輝度信号Y1お
よびY2は、それぞれ切換スイッチ18のＨ側およびＬ側の
固定端子に供給される。この切換スイッチ18には、タイ
ミング発生器４より切換制御信号SW1が供給される。こ
の切換制御信号SW1は、輝度信号Y1の各画素期間の前半
でハイレベル「Ｈ」となると共に、その後半でローレベ
ル「Ｌ」となり、Tx周期でデューティ50％の矩形波信号
である（第４図Ｃに図示）。

切換スイッチ18は、切換制御信号SW1がハイレベル
「Ｈ」となる期間はＨ側に接続され、ローレベル「Ｌ」
となる期間はＬ側に接続される。そのため、切換スイッ
チ18では輝度信号Y1およびY2がTx/2周期で交互に選択さ
れ、この切換スイッチ18からは画素周期がTx/2である輝
度信号Ｙが出力される（同図Ｄに図示）。

また、フレームメモリ14dより出力される撮像信号はD
/A変換器15dを介してサンプルホールド回路８および９
に供給される。そのため、減算器10からは、第５図例と
同様に、赤色差信号Ｒ−Ｙおよび青色差信号−（Ｂ−
Ｙ）が線順次に交互に得られる。

このように本例においては、切換スイッチ18より画素
周期がTx/2である輝度信号Ｙが得られる。したがって、
実質的に撮像素子２の画素数を２倍にしたと同様の輝度
信号Ｙを得ることができ、最大画素限界以上の解像度を
得ることができる。

また、本例においては、加算器16、17で１フレームお
きの撮像信号を加算することで輝度信号が得られるの
で、輝度信号を得るための信号平均化用のローパスフィ
ルタが不要となる利益がある。

なお、上述実施例においては、静止画を撮像するよう
にした例であるが、動画を撮像するようにすることもで
きる。この場合には、フレームメモリ14a〜14dの記憶内
容を順次新たな撮像信号に更新することになる。ただ
し、フレーム間の信号処理をするものであるため、動き
の大きな動画の撮像では画像のずれが問題となる。

また、上述実施例においては、撮像素子２で撮像され
る画像位置をPh/2ずつ順次ずらした第１〜第４フレーム
の撮像信号をフレームメモリ14a〜14dに書き込み、読み
出しタイミングをTx/2ずつ順次ずらしてフレームメモリ
14a〜14dより第１〜第４フレームの撮像信号を並行して
読み出し、１フレームおきの撮像信号をそれぞれ加算
し、Tx/2周期で順次繰り返し選択することで、画素周期
がTx/2の輝度信号Ｙを得るものである。このことから、
一般に、撮像素子で撮像される画像位置をPh/N（Ｎは２
以上の整数）ずつ順次ずらした第１〜第2Nフレームの撮
像信号を2N個フレームメモリに書き込み、読み出しタイ
ミングをTx/Nずつ順次ずらして2N個のフレームメモリよ
り第１〜第2Nフレームの撮像信号を並行して読み出し、
（Ｎ−１）フレームおきの撮像信号をそれぞれ加算し、
Tx/N周期で順次繰り返し選択することで、画素周期がTx
/Nの輝度信号Ｙを得ることができる。

また、上述実施例においては、撮像素子２が補色市松
方式の色フィルタを有するものを示したが、これに限定
されるものではない。つまり、相互に加算すると輝度信
号になる第１および第２の信号が１画素周期毎に順次出
力される撮像素子であれば、この発明を同様に適用する
ことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、スイッチ回
路から固体撮像素子より出力される撮像信号の画素周期
の1/Nの画素周期の輝度信号が出力され、実質的に固体
撮像素子の画素数をＮ倍にしたと同様の輝度信号をが得
ることができ、最大画素限界以上の解像度を得ることが
できる。またフレームメモリより読み出される撮像信号
が加算処理されて輝度信号が得られるので、撮像信号を
平均化して輝度信号を得るためのローパスフィルタが不
要となる利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図〜第
４図はその説明のための図、第５図は従来例の構成図、
第６図〜第10図はその説明のための図である。 １……撮像レンズ ２……CCDカラー固体撮像素子 8,9……サンプルホールド回路 11……画素ズラシ駆動器 12……コントローラ 14a〜14d……フレームメモリ 16,17……加算器 18……切換スイッチ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相互に加算すると輝度信号になる第１およ
   び第２の信号が１画素周期毎に順次出力される単板式の
   カラー固体撮像素子と、 第１〜第2Nフレーム（Ｎは２以上の整数）において、上
   記固体撮像素子で撮像される画像の位置を水平方向に1/
   N画素ピッチだけずらす画素ズラシ駆動器と、 上記固体撮像素子より出力される上記第１〜第2Nフレー
   ムの撮像信号をそれぞれ記憶する第１〜第2Nのフレーム
   メモリと、 上記第１〜第2Nのフレームメモリより読み出しタイミン
   グを上記撮像信号の画素周期の1/Nずつ順次ずらして上
   記第１〜第2Nフレームの撮像信号を並行して読み出す読
   み出し制御回路と、 上記第１〜第2Nのフレームメモリより読み出される上記
   第１〜第2Nフレームの撮像信号のなかで（Ｎ−１）フレ
   ームおきの撮像信号をそれぞれ加算する第１〜第Ｎの加
   算器と、 上記第１〜第Ｎの加算器の出力信号を上記撮像信号の画
   素周期の1/Nの周期で順次繰り返し選択して輝度信号を
   出力するスイッチ回路とを備えてなるカラー固体撮像装
   置。