JP2890574B2 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2890574B2
JP2890574B2 JP1332043A JP33204389A JP2890574B2 JP 2890574 B2 JP2890574 B2 JP 2890574B2 JP 1332043 A JP1332043 A JP 1332043A JP 33204389 A JP33204389 A JP 33204389A JP 2890574 B2 JP2890574 B2 JP 2890574B2
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明 富樫
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はテレビジョン関連機器に関し、特に固体撮像
素子を用いたビデオカメラ等の撮像装置に関する。
〔従来の技術〕
現在、単板カラー方式のCCDエリアイメージセンサは
主にフィールド読出しが用いられている。これは第5図
に示すように各ホトダイオードに1対1に対応するa,b,
c,dのカラーフィルタを用い、第1フィールドにおいて
は2n−1ラインのホトダイオードと2nラインのホトダイ
オード、あるいは2n+1ラインと2n+2ラインのホトダ
イオード、というように2つのホトダイオードを加算し
て読出し、第2フィールドでは2nラインと2n+1ライ
ン、あるいは2n+2ラインと2n+3ライン、というよう
に、第1フィールドで読み出したラインペアを変えるこ
とによりインターレース走査を実現している。
また色信号は第5図に示すのようにa,bのフィルタは
同位相、c,dのフィルタはラインごとに逆位相に配列す
ることにより、例えば第1フィールドの2n−1,2nライン
の加算ではa+cとb+dの信号が、2n+1,2n+2ライ
ンの加算ではa+dとb+cの信号が得られ、これらカ
ラーフィルタを適当に選ぶことにより線順次にカラー信
号を得ることができる。
具体的には第6図に示すようにaをグリーン(以下
G),bをマゼンタ(以下Mg),cをイエロー(以下Ye),D
をシアン(以下Cy)とすると(但しレッドをR,ブルーを
Bとする)、 a+c=G+Ye=G+(G+R)=2G+R b+d=Mg+Cy=(R+B)+(G+B) =G+R+2B ゆえにa+cの信号とb+dの信号の差信号は (2G+R)−(G+R+2B)=G−2B〜 Y−B=−(B−Y) 同様にa+d,b+cの差信号は (G+(G+B))−((R+B)+(G+R) =G−2R〜Y−R=−(R−Y) となり、線順次に色差信号が得られる。なおここでG−
2B,G−2RをY−B,Y−Rへの近似としているのはフィル
タの分光バランスをこの近似が成立するようにとってい
るためである。
輝度信号については第1フィールド、あるいは第2フ
ィールドで読出される各ラインはa,b,c,dの組合せが同
一である(例えば第6図の例では各列とも輝度信号Y=
G+Mg+Ye+Cyとなる。)ため、輝度相関のあるライン
間においては特にライン間レベルの差は生じない。ただ
この方式では2画素を加算して読出すため、垂直方向の
解像度が落ちる(例えばNTSCの場合350TV本程度)こと
は避けられない。しかし最近EDTVなど高解像度化が進む
につれ垂直解像度改善に対する要求が強まりつつあり、
これに対応するため各水平ラインの信号を単一画素列で
構成する方法が見直されている。これは第7図に示すよ
うに第1フィールドでは2n,2n+2,2n+4…の偶数ライ
ンを読出し、第2フィールドでは2n−1,2n+1,2n+3…
の奇数ラインを読出すことにより垂直解像度を上げる
(例えばNTSC方式の場合400〜450TV本程度)ことができ
る。だがこの場合、例えば第1フィールドで2nラインと
2n+2ラインで比較すると、前のフィールド読出しで見
たように線順次に異なる2つの色信号を得ようとすれば
色フィルタを第7図のe,fとh,iのように線順次に変えな
ければならないことは明らかである。
例えば第8図の示すようにeをMg′,fをG′,hをY
e′,iをCy′としてMg′=R+B, とすれば となり、2つのライン間の輝度分光感度は数式上で一致
させることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の垂直解像度を改善した撮像装置では2n
ラインで得られる輝度信号はe,fのフィルタを通過した
光なのに対し2n+2ラインで得られる輝度信号はh,iの
フィルタを通過しているため、それぞれのラインの分光
感度を完全に一致させることは困難である。ゆえにライ
ン間での分光感度差により、輝度信号にライン間でレベ
ル差が生じ、またこのレベル差は一様に生じるのではな
く入力される光の波長依存性があるため、例えば被写体
の色によってその大きさが異なるという欠点がある。例
えば第7図のe+f及びh+iラインの分光感度特性が
第9図のようであるとすれば、p点近傍の波長の光が入
射した場合には2つのラインはほぼ同一感度のためレベ
ル差は発生しないがq点近傍の波長の光が入射した場合
にはe+fラインの方が感度が高いためh+iラインと
の間にレベル差が生じることは明らかである。
〔課題を解決するための手段〕
上述した映像信号の奇数・偶数ライン間のレベル差を
補正するため、本発明の請求項1に係わる撮像装置は、
光信号を電気信号に変換する複数の画素をマトリクス状
に配列した受光部と、この受光部の第m(mは自然数)
乃至第(m+4)行にそれぞれ、インタレース方式によ
るフレームを構成する第2フィールドの(2n−1)ライ
ン(nは自然数)の画像信号を出力する第1の色フィル
タ、第1フィールドの2nラインの画像信号を出力する第
2の色フィルタ、第2フィールドの(2n+1)ラインの
画像信号を出力する第2の色フィルタ、第1フィールド
の(2n+2)ラインの画像信号を出力する第1の色フィ
ルタとを備えた撮像素子と、 前記各ラインごとの映像信号に含まれる輝度信号を1
水平走査期間遅延させる遅延手段と、 この遅延手段の出力信号と前記輝度信号との差信号を
増幅する増幅回路と、 この増幅回路の出力信号を前記輝度信号に比例した振
幅値以下に振幅制限するリミッタ回路と、 このリミッタ回路の出力信号と前記輝度信号とを加算
する加算回路と、 を備えている。
また、本発明の請求項2に係わる撮像装置は、光信号
を電気信号に変換する複数の画素をマトリクス状に配列
した受光部と、この受光部の第m(mは自然数)乃至第
(m+4)行にそれぞれ、インタレース方式によるフレ
ームを構成する第2フィールドの(2n−1)ライン(n
は自然数)の画像信号を出力する第1の色フィルタ、第
1フィールドの2nラインの画像信号を出力する第2の色
フィルタ、第2フィールドの(2n+1)ラインの画像信
号を出力する第2の色フィルタ、第1フィールドの(2n
+2)ラインの画像信号を出力する第1の色フィルタと
を備えた撮像素子と、 前記各ラインごとの映像信号に含まれる輝度信号を1
水平走査期間ずつ遅延させる第1及び第2の遅延手段
と、 前記第2の遅延手段の出力信号と前記輝度信号と加算
して平均化する第1の加算回路と、 この第1の加算回路の出力信号と前記第1の遅延手段
の出力信号との差信号を増幅する増幅回路と、 この増幅回路の出力信号を前記輝度信号に比例した振
幅値以下に制限するリミッタ回路と、 このリミッタ回路の出力信号と前記第1の遅延手段の
出力信号とを加算する第2の加算回路とを備えている。
〔実施例〕
第1図は本発明の第1の実施例を示すブロック図、第
2図(a)〜(f)は第1の実施例の動作説明を行うた
めのタイミングチャートである。
この実施例は、入力された映像信号を1水平走査期間
遅延させる1Hディレーライン2と、これより得られる遅
延映像信号から入力映像信号(基準映像信号)を減算す
ることによって水平走査線間の信号レベル差を検出し利
得調整する差動増幅器3と、これによって得られる補正
信号の振幅を前記基準映像信号の大きさによって制限す
るリミッタ4と、この制限された補正信号を前記基準映
像信号に加算する加算器5とを有するというものであ
る。
なお、フィルタ配列及び走査方式は第7図及び第8図
を参照して説明した従来例と同じである。
第2図(a)の波形は1水平走査期間(以下1Hと呼
ぶ)ごとにレベル差のある映像信号列であり、これは例
えば第9図のp近傍の波長の光がセンサに弱く照射され
ているのがt1の期間、強く照射されているのがt2の期間
に相当する。つまりこの光によるセンサのライン間感度
差が5%あるとすれば、t1の期間で100mVの平均出力電
圧が得られているとすれば5mVのレベル差が生じ、t2
期間で200mVの平均出力電圧が得られているとすれば10m
Vのレベル差が発生する。この信号が本装置に入力され
ると、まず1Hディレーライン2を通過した第2図(c)
に示すような波形の信号を得る。この信号と入力信号を
利得−6dBで減算すると第2図(c)に示すように入力
信号に対するレベル差補正信号が得られる。しかしこの
時、入力信号のライン間レベル差ではなく、本来の画像
情報としてのレベル差、すなわち映像の輪郭信号に対す
る補正信号c′も同時に発生してしまう。c′の成分は
このまま加算すると第2図(f)に示すようにこの映像
信号の輪郭部のレベル差を小さくするよう補正が行なわ
れるため、このままでは輪郭部のコントラストが弱ま
り、垂直解像度を著しく損ねてしまう。そこで差動増幅
器3の出力信号に入力映像信号に比例した振幅制限(以
下リミッタと呼ぶ)を行ない、第2図(d)に示すよう
に補正信号振幅が入力信号振幅に対してある決められた
割合以上にならないように補正信号の処理を行なう。つ
まり前述のように1Hごとのライン間レベル差はカラーフ
ィルタの1Hごとの分光感度特性差に起因するものであ
り、この特性差は基本的にはフィルタ設計時にできるだ
け発生しないよう考慮されているため、通常は5%程度
(ライン間レベル差は約1%以上になると映像上で認識
されてしまう)の値であり、これに対して映像の輪郭部
におけるレベル差は通常十分に大きい。そこで1Hごとの
ライン間レベル差が補正できる限度で振幅制限レベルを
設定(例えば7〜8%の補正信号でリミットするように
設定する。)すれば、これ以下の弱い輪郭部ではコント
ラストが弱まるが、これ以上の輪郭部では補正量がリミ
ッタにより制限されるためコントラストの低下をほぼ防
止することができ、垂直解像度の低下を大幅に軽減する
ことができる。
このようにして垂直解像度低下をほとんど伴うことな
く輝度信号のレベル差をなくすことができる。
第3図は本発明の第2の実施例を示すブロック図、第
4図は第2の実施例の動作説明をするためのタイミング
チャートである。
この実施例は入力された映像信号を1水平走査期間遅
延させる1Hディレーライン2a,2bと、これより得られる1
H遅延映像信号を基準映像信号として、前記基準映像信
号と1水平走査期間前後する映像信号、すなわち入力映
像信号と2H遅延映像信号の加算平均信号から前記基準映
像信号を減算することによって水平走査線間の信号レベ
ル差を検出し利得調整する差動増幅器3と、これによっ
て得られる補正信号の振幅を前記基準映像信号の大きさ
によって制限するリミッタと、この制限された補正信号
を前記基準映像信号に加算する加算器5bとを有してい
る。
本実施例では1Hディレーラインを2本用い、入力映像
信号と2H遅延した信号を加算平均した信号(第4図
(d))を作り、1H遅延した映像信号(第4図(b))
を基準映像信号として差をとることにより補正信号(第
4図(e))を作る。そしてこれを基準映像信号のレベ
ルに応じたリミッタをかけることにより補正量を制限し
た補正信号(第4図(f))を得る。この信号を基準映
像信号と加算すればライン間レベル差が補正された信号
(第4図(g))となり、基準映像信号及び補正信号の
取り出し方法は異なるが、他は第1の実施例と同様の方
法で補正を行なうことができる。
この第2の実施例では、第2図(e)と第4図(g)
とを比較すると明らかなように補正誤差信号が輪郭部の
前後に発生するため第1の実施例よりも誤差発生範囲が
広がっているが、補正なしの場合に比べればレベル差改
善は著しいものがある。又、通常の撮像装置には両エッ
ジの垂直輪郭部補正回路が使用されているがそこに用い
られているディレーライン及び差動増幅器を本実施例と
共用できるため、回路規模が比較的小さくて済む。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、水平ライン信号を単一
画素列から取り出す構成の撮像装置において、奇・偶数
水平ライン信号間のレベル差を検出したレベル差補正信
号映像信号レベルに比例した振幅制御を施すことによっ
てライン間レベル差のみを補正し、通常の輪郭部コント
ラストの低下を最小限におさえつつ水平ライン間レベル
差をなくし高画質化を達成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すブロック図、第2
図(a)〜(f)は第2の実施例の動作説明を行うため
のタイミングチャート、第3図は第2の実施例を示すブ
ロック図、第4図(a)〜(g)は第2の実施例の動作
説明を行うためのタイミングチャート、第5図,第6図
はフィールド読出し撮像装置のカラーフィルタ配列を示
す図、第7図,第8図は単一画素列読出し撮像装置のカ
ラーフィルタ配列を示す図、第9図は第7図の撮像装置
の輝度分光感度を示す図である。 1……映像信号入力端子、2,2a,2b……1Hディレーライ
ン、3……差動増幅器、4……リミッタ、5,5a,5b……
加算器、6……映像信号出力端子。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光信号を電気信号に変換する複数の画素を
    マトリクス状に配列した受光部と、この受光部の第m
    (mは自然数)乃至第(m+4)行にそれぞれ、インタ
    レース方式によるフレームを構成する第2フィールドの
    (2n−1)ライン(nは自然数)の画像信号を出力する
    第1の色フィルタ、第1フィールドの2nラインの画像信
    号を出力する第2の色フィルタ、第2フィールドの(2n
    +1)ラインの画像信号を出力する第2の色フィルタ、
    第1フィールドの(2n+2)ラインの画像信号を出力す
    る第1の色フィルタとを備えた撮像素子と、 前記各ラインごとの映像信号に含まれる輝度信号を1水
    平走査期間遅延させる遅延手段と、 この遅延手段の出力信号と前記輝度信号との差信号を増
    幅する増幅回路と、 この増幅回路の出力信号を前記輝度信号に比例した振幅
    値以下に振幅制限するリミッタ回路と、 このリミッタ回路の出力信号と前記輝度信号とを加算す
    る加算回路と、 を備えた撮像装置。
  2. 【請求項2】光信号を電気信号に変換する複数の画素を
    マトリクス状に配列した受光部と、この受光部の第m
    (mは自然数)乃至第(m+4)行にそれぞれ、インタ
    レース方式によるフレームを構成する第2フィールドの
    (2n−1)ライン(nは自然数)の画像信号を出力する
    第1の色フィルタ、第1フィールドの2nラインの画像信
    号を出力する第2の色フィルタ、第2フィールドの(2n
    +1)ラインの画像信号を出力する第2の色フィルタ、
    第1フィールドの(2n+2)ラインの画像信号を出力す
    る第1の色フィルタとを備えた撮像素子と、 前記各ラインごとの映像信号に含まれる輝度信号を1水
    平走査期間ずつ遅延させる第1及び第2の遅延手段と、 前記第2の遅延手段の出力信号と前記輝度信号と加算し
    て平均化する第1の加算回路と、 この第1の加算回路の出力信号と前記第1の遅延手段の
    出力信号との差信号を増幅する増幅回路と、 この増幅回路の出力信号を前記輝度信号に比例した振幅
    値以下に制限するリミッタ回路と、 このリミッタ回路の出力信号と前記第1の遅延手段の出
    力信号とを加算する第2の加算回路と、 を備えた撮像装置。
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