JP2890774B2 - 画像拡大装置と電子ズーム機能付き撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、画像を電子的に拡大する画像拡大装置、お
よび撮影した画像を電子的に拡大する電子ズーム機能付
撮像装置に関するものである。

従来の技術 画像拡大装置として、画像拡大機能を備えた電子ズー
ム機能付撮像装置を例にとって説明する。

撮像素子で撮影した画像を電子的に拡大する撮像装置
の従来例としては第６図に示すものが代表的である。同
図において、１は撮像素子、２は撮像素子１の駆動回
路、３は撮像素子１からの出力信号を増幅する利得制御
増幅器、４は利得制御増幅器３の利得を制御する制御信
号を発生する利得制御信号発生回路、５は利得制御増幅
器３の出力から輝度信号や色信号を生成するプロセス回
路である。13はプロセス回路５からの出力信号を拡大処
理する電子ズーム回路であり、一般的にメモリ回路６、
メモリ回路６の書き込み，読み出し，アドレス等の制御
信号を発生するメモリ制御信号発生回路10、メモリ回路
６から読み出された２つのラインの信号にそれぞれの補
間重み係数w1,w2を乗算する乗算器７および８、乗算器
7,8の出力信号を加算して補間出力を出力端子15に出力
する加算器９、２つのラインの信号の補間重み係数w1,w
2を操作部からの指令に基づいて発生する補間係数発生
回路11により構成されている。12は電子ズームのズーム
倍率やズームする画面位置（ズーム位置）を指令する操
作部である。

このような画像拡大装置での画像拡大についての概念
図を第７図に示す。いま、撮像素子１は１フィールドに
240ラインの画像を出力するものとする。このうち、第
７図に示すように１フィールドあたり200ラインに相当
する部分を拡大して、正規の１フィールドの画像すなわ
ち240ラインの信号を得る場合について説明する。この
場合の倍率は240÷200＝1.2倍となる。

走査線の本数を200本から240本に増加させるために、
第６図の電子ズーム回路13は第８図（ａ）に示すような
補間処理を行う。つまり、例えばＮ＋１ラインを得るた
めにはメモリ回路６から入力ラインｎとｎ＋１を読み出
し、距離に応じた補間重み係数（この場合は2/12と10/1
2）を乗算して加算する。他の出力ラインについても同
様に、上下の２ラインから距離に応じた補間重み係数を
乗算して加算することにより得られる。なお、前記補間
重み係数と水平ライン補間によって作成される出力水平
ラインに対して入力される水平ライン（のうち最も近い
位置に存在する水平ライン）からの距離との関係につい
て考察する。

例えば、１次線形補間の場合について考えると、出力
水平ラインの位置が入力される２つの水平ラインａ、ｂ
からそれぞれL1、L2（＝１−L1）の距離にあるとすると
（但し、L1＋L2＝１）、出力信号ｙは、 ｙ＝（１−L1）・ａ＋（１−L2）・ｂとなり、 それぞれの補間重み係数をw1,w2（＝１−w1）とおく
と、 ｙ＝w1・ａ＋w2・ｂで表わされるので、 w1＝１−L1、w2＝１−L2 となる。つまり、補間重み係数w1、w2はそれぞれの入力
信号ラインからの距離が小さいほど大きな値となり、補
間重み係数w1、w2のうちの大きい方の値wMは、出力水平
ラインに対して入力される水平ラインのうち最も近い位
置に存在する水平ラインからの距離（L1とL2の小さい
方）が小さいほど大きくなる関係にあることになる。

逆に言えば、補間重み係数w1、w2のうちの小さい方の
値wmは、出力水平ラインに対して入力される水平ライン
のうち最も近い位置に存在する水平ラインからの距離
（L1とL2の小さい方）が小さいほど小さくなる関係にあ
ることになる。ここで補間処理により得られる出力信号
の垂直方向の周波数レスポンス特性について調べる。補
間重み係数が1/2と1/2で補間されるラインは入力の２ラ
インの完全平均となるので垂直方向の周波数レスポンス
特性は最も低くなり、補間重み係数が１と０で補間され
るラインは入力０の１ラインがそのまま出力されること
になるので垂直方向の周波数レスポンス特性は最も高く
なる。つぎに、補間処理により得られる出力信号のノイ
ズ特性について調べる。補間重み係数がw1とw2（但し、
w1＋w2＝１）の１次線形補間で補間される場合について
考察すると、ラインの出力信号Ｙは、入力の２ラインの
信号をそれぞれｃ、ｄとおくと、 ｙ＝w1・ｃ＋w2・ｄ ＝wm・ｃ＋（１−wm）・ｄ （但し、wmはw1とw2のうち小さい方、従って、wm≦0.
5） となり、これを変形すると、 ｙ＝wm・（ｃ＋ｄ）＋（１−2wm）・ｄ（但し、wm≦0.
5） となり、この式は、補間処理により得られる出力信号ｙ
は、入力の２ラインの信号の完全平均信号（ｃ＋ｄ）
と、入力信号がそのまま出力される信号とを、wmと（１
−2wm）の比率で加算した信号になることを表してい
る。

入力の２ラインの信号の完全平均信号はS/Nが入力信
号に対して約3dB向上し、入力信号がそのまま出力され
る信号は入力信号のままであるので、この出力信号のS/
Nは、小さい方の補間重み係数wmに応じて変化する。つ
まり、補間重み係数が1/2と1/2で補間されるラインの出
力信号は入力の２ラインの完全平均となりS/Nは入力信
号に対して約3dB向上し、補間重み係数が１と０で補間
されるラインの出力信号は入力信号がそのまま出力され
ることになるのでS/Nは何も改善されない。その他の補
間重み係数の組み合わせで補間されるラインの出力信号
は、小さい方の補間重み係数wmの値により、入力信号に
対するS/N改善度が０〜3dBの間で変化することになる。
つまり、小さい方の補間重み係数wmが小さいほど、S/N
改善度が小さくなる。つまり、補間により得られる出力
水平ラインに対して入力される水平ラインのうち最も近
い位置に存在する水平ラインからの距離が小さいほど、
S/N改善度が小さくなる。したがって、各出力ライン毎
のノイズレベル特性をグラフ化すると第８図（ｂ）に示
す特性となる。したがって、電子ズームされた出力画像
はライン毎にS/Nが異なり、出力画面としては第９図に
示すようにライン毎のノイズ差が横筋状の妨害として見
えることになる。

なお上記の説明は、電子ズーム機能（画像拡大機能）
を備えた撮像装置で説明したが、このような問題は上記
のような撮像装置に限って生じるものではなく、画像を
電子的に拡大する画像拡大装置において一般的に発生す
る。

発明が解決しようとする課題 上記のような従来の電子ズームを行う画像拡大装置お
よび撮像装置には、前述したように電子ズームされた出
力画像はライン毎にS/Nが異なり、出力画面には横筋状
の妨害として見え、一般の画像拡大装置においては、特
に入力信号レベルが小さくて利得制御増幅器の利得を大
きくする必要のあるときには電子ズーム回路に入力され
る信号のS/Nがよくなく、この横筋状の妨害が非常に目
立ち、また撮像装置においては、特に暗い被写体を撮像
して利得制御増幅器の利得を大きくする必要のあるとき
には電子ズーム回路に入力される信号のS/Nがよくな
く、この横筋状の妨害が非常に目立つという問題点があ
る。

本発明は上記問題点を解決するものであって、画面の
ライン毎のS/N差による横筋状の妨害を抑圧した画像拡
大装置および電子ズーム機能付き撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため本発明は、入力映像信号の水
平ラインの補間処理を行うための水平ライン毎に値の異
なる補間係数を発生する補間係数発生回路と、この補間
係数に基づき入力映像信号の水平ラインの補間を行って
出力映像信号を得る水平ライン補間回路と、該補間回路
の出力信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧回路と、前記
補間係数に応じた制御信号を発生する制御信号発生回路
と、該制御信号により前記ノイズ抑圧回路のノイズ抑圧
特性を、制御信号の値が大きいほど弱めるように制御す
る制御回路を備え、前記補間係数は水平ライン補間によ
って作成される出力水平ラインに対して入力される水平
ラインのうち最も近い位置に存在する水平ラインからの
距離に応じて変化し、前記制御信号は前記距離が小さい
ほど小さいことを特徴とする画像拡大装置と、撮像素子
の出力信号を処理する信号処理回路と、水平ライン毎に
値の異なる補間係数を発生する補間係数発生回路と、こ
の補間係数に基づき前記信号処理回路の出力信号の水平
ラインの補間を行って出力映像信号を得る水平ライン補
間回路と、該補間回路の出力信号のノイズを抑圧するノ
イズ抑圧回路と、前記補間係数に応じた制御信号を発生
する制御信号発生回路と、該制御信号により前記ノイズ
抑圧回路のノイズ抑圧特性を、制御信号の値が大きいほ
ど弱めるように制御する制御回路を備え、前記補間係数
は水平ライン補間によって作成される出力水平ラインに
対して入力される水平ラインのうち最も近い位置に存在
する水平ラインからの距離に応じて変化し、前記制御信
号は前記距離が小さいほど小さいことを特徴とする電子
ズーム機能付き撮像装置である。

作用 本発明は上記した構成により、電子ズーム回路の出力
信号のノイズを抑圧して、横筋妨害を抑圧することがで
きる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明するが、画像拡大装置として画像拡大機能を備えた電
子ズーム機能付撮像装置を例にとって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す電子ズーム機能
付撮像装置のブロック図である。同図において、１は撮
像素子、２は撮像素子１の駆動回路、３は撮像素子１か
らの出力信号を増幅する利得制御増幅器、４は利得制御
増幅器３の利得を制御する制御信号を発生する利得制御
信号発生回路、５は利得制御増幅器３の出力から輝度信
号や色信号を生成するプロセス回路である。13はプロセ
ス回路５からの出力信号を拡大処理する電子ズーム回路
であり、一般的にメモリ回路６、メモリ回路６の書き込
み，読み出し，アドレス等の制御信号を発生するメモリ
制御信号発生回路10、メモリ回路６から読み出された２
つのラインの信号にそれぞれの補間重み係数w1,w2を乗
算する乗算器７および８、乗算器7,8の出力信号を加算
して補間出力を得る加算器９、２つのラインの信号の補
間重み係数w1,w2を操作部からの指令に基づいて発生す
る補間係数発生回路11により構成されている。12は電子
ズームのズーム倍率やズームする画面位置（ズーム位
置）を指令する操作部である。14は電子ズーム回路13の
出力映像信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧回路であ
り、この回路の出力を出力端子15に出力する。なお、ノ
イズ抑圧回路14はノイズ抑圧制御信号発生回路16からの
制御信号Ｃによりその抑圧特性が制御されており、ノイ
ズ抑圧制御信号発生回路16は補間係数発生回路11からの
補間重み係数w1,w2から制御信号Ｃを形成している。

次に、この実施例の動作説明を行うが、電子ズーム回
路13までの動作は第６図の従来例と同様であるので説明
を省略し、ノイズ抑圧回路14とノイズ抑圧制御信号発生
回路16の動作について詳しく説明する。

つまり、ノイズ抑圧制御信号発生回路16は補間係数発
生回路11からの補間重み係数w1,w2のうち値の小さい方
の補間重み係数wm、つまり補間により得られる出力水平
ラインに対して入力される水平ラインのうち最も近い位
置に存在する水平ラインからの距離Lmに応じた（小さい
方の補間重み係数wmが小さいときには（つまり距離Lmが
小さいときには）、小さな値を、小さい方の補間重み係
数wmが大きな値の時には（つまり距離Lmが大きな値の時
には）、大きな値となる）制御信号Ｃを形成し、ノイズ
抑圧回路14はこの制御信号Ｃが小さいときにはノイズ抑
圧量が大きくなるように制御され、制御信号Ｃが大きい
ときにはノイズ抑圧量が小さくなるように制御される。
したがって、補間重み係数w1,w2のうち値の小さい方の
係数に応じたノイズ抑圧特性は第４図（ａ）に示すよう
になり、補間重み係数w1,w2のうち値の小さい方の係数
が小さいライン、つまり従来例の項で説明したようにノ
イズレベルの大きいラインはノイズがよく抑圧され、補
間重み係数w1,w2のうち値の小さい方の係数が大きいラ
イン、つまり従来例の項で説明したようにノイズレベル
の小さいラインはノイズ抑圧があまり行われず、よっ
て、電子ズーム後の映像信号のライン毎のノイズレベル
の差は第５図に示すように小さくなり、従来例の項で説
明したようなライン毎のノイズ差による横筋状の妨害が
抑圧される。なお、第５図は第８図（ｂ）で示したのと
同様のライン毎のノイズレベル特性を示す図であり、同
図の実線の曲線は電子ズーム回路の出力（つまりノイズ
抑圧前）の特性を示し、点線の曲線はノイズ抑圧後の特
性を示している。なお、以上の第１の実施例では補間係
数発生回路11からの補間重み係数w1,w2に応じてノイズ
抑圧回路14のノイズ抑圧特性を制御するようにしている
が、このように構成せず単に全てのラインを一様にノイ
ズ抑圧するように構成しても、画像全体のS/Nが改良さ
れるので、前記したライン毎のノイズ差による横筋状の
妨害が目立たなくなる効果がある。

なお、ノイズ抑圧回路14の具体構成としては第２図に
示すような例が考えられる。第２図（ａ）はいわゆるラ
インノイズキャンセル回路であり、映像信号はライン間
の相関が強いことを利用してノイズを抑圧する回路であ
る。入力端子17に入力されたズーム処理後の映像信号の
うち略ノイズ成分のみを１水平走査期間遅延回路（以
下、1H遅延回路と略す）18と減算回路19およびリミッタ
回路20により抽出し、この出力を反転増幅器21で増幅し
て加算回路22で入力映像信号に加算することでノイズを
抑圧して出力端子23に出力する回路である。そして、反
転増幅器21の増幅度がノイズ抑圧制御信号発生回路16か
らの制御信号Ｃにより制御されることにより電子ズーム
の補間特性に応じてノイズ抑圧特性が制御される。

第２図（ｂ）はノイズ抑圧回路の他の例であり、映像
信号のノイズは高周波数領域に集中していることを利用
してノイズを抑圧する回路である。入力端子17に入力さ
れたズーム処理後の映像信号のうちノイズ成分が多く含
まれている高周波成分をハイパスフィルタ（HPF）24で
抽出し、これをリミッタ回路25を介することで略ノイズ
成分のみを抽出する。そして、この出力を反転増幅器26
で増幅して加算回路27で入力映像信号に加算することで
ノイズを抑圧して出力端子23に出力する回路である。そ
して、反転増幅器21の増幅度がノイズ抑圧制御信号発生
回路16からの制御信号Ｃにより制御されることにより電
子ズームの補間特性に応じてノイズ抑圧特性が制御され
る。

なお、以上のノイズ抑圧回路では、反転増幅器21,26
の増幅度がノイズ抑圧制御信号発生回路16からの制御信
号Ｃにより制御されることにより電子ズームの補間特性
に応じてノイズ抑圧特性が制御される構成となっている
が、他の例としてリミッタ回路20,21のリミッタ特性を
ノイズ抑圧制御信号発生回路16からの制御信号Ｃにより
制御することにより電子ズームの補間特性に応じてノイ
ズ抑圧特性を制御する構成としてもよい。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

第３図は本発明の第２の実施例を示す電子ズーム機能
付撮像装置のブロック図であり、第１図の第１の実施例
との差異は、第１の実施例では補間係数発生回路11から
の補間重み係数w1,w2だけでノイズ抑圧回路14のノイズ
抑圧特性を制御していたのを補間係数発生回路11からの
補間重み係数w1,w2と利得制御増幅器３の増幅度に応じ
てノイズ抑圧回路14のノイズ抑圧特性を制御するように
したことにある。つまり、ノイズ抑圧制御信号発生回路
28は利得制御信号発生回路４からの利得制御増幅器３の
増幅度を制御する信号と補間係数発生回路11からの補間
重み係数w1,w2のうち値の小さい方の係数に応じた制御
信号Ｃを形成し、ノイズ抑圧回路14は第４図（ｂ）に示
すように、利得制御増幅器３の増幅度が大きいほど、ま
た補間重み係数w1,w2のうち値の小さい方の係数が小さ
いほどノイズを抑圧するように制御される。したがっ
て、利得制御増幅器３の増幅度が大きく補間重み係数w
1,w2のうち値の小さい方の係数が大きいライン、つまり
ノイズレベルが大きいほどノイズ抑圧がされ、よって電
子ズーム後の映像信号のライン毎のノイズレベルの差は
第５図に示すように小さくなり、従来例の項で説明した
ようなライン毎のノイズ差による横筋状の妨害が抑圧さ
れる。以上のように構成することで、特に暗い被写体を
撮像して利得制御増幅器の利得を大きくする必要のある
ときに非常に目立つ横筋状の妨害を抑圧することがで
き、利得制御増幅器の利得が小さくて横筋状の妨害があ
まり目立たないときにはノイズ抑圧により解像度が劣化
するという副作用を小さくすることができる。なお、以
上の第２の実施例では補間係数発生回路11からの補間重
み係数w1,w2と利得制御増幅器３の増幅度に応じてノイ
ズ抑圧回路14のノイズ抑圧特性を制御するようにしてい
るが、利得制御増幅器３の増幅度のみに応じてノイズ抑
圧回路14のノイズ抑圧特性を制御するようにしてもこの
ような効果を得ることができる。

なお、以上の本発明の実施例では電子ズーム回路13と
しては、メモリを用いた例で説明したが、この例に限ら
れることはなく、いかなる電子ズーム回路を用いても本
発明は構成できることは明らかであり、例えばメモリを
用いず撮像素子の垂直走査のオン／オフ制御や読み出し
位置の制御とラインメモリを組み合わせた簡易的な電子
ズーム回路と組み合わせてもよい。

また、以上の本発明の説明では、画像拡大機能を備え
た電子ズーム機能付撮像装置を例にとって説明したが、
このような撮像装置に限ることなく、一般に電子的に画
像を拡大する画像拡大装置に本発明を適用できることは
明らかである。このときには、第１図および第３図の撮
像素子１および駆動回路２を省いて利得制御増幅器３に
直接入力映像信号を導く構成とすればよく、またプロセ
ス回路５も必要なければ省略すればよい。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、簡単な構成で画
像拡大装置および電子ズーム機能付撮像装置でライン毎
のノイズレベルが異なることによる横筋状の妨害を抑圧
することができ、画像拡大装置および電子ズーム機能付
撮像装置の画質を向上することかができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における電子ズーム機能
付撮像装置のブロック図、第２図は本発明の実施例に使
用されるノイズ抑圧回路の具体的な構成例を示すブロッ
ク図、第３図は本発明の第２の実施例における電子ズー
ム機能付撮像装置のブロック図、第４図は本発明の実施
例におけるノイズ抑圧回路のノイズ抑圧特性を示す特性
図、第５図は本発明の実施例における電子ズーム動作に
より得られる画像のライン毎のノイズレベルを示す特性
図、第６図は従来の電子ズーム機能付撮像装置の構成を
示すブロック図、第７図は電子ズームの画像の拡大処理
の概念を示す模式図、第８図は従来の撮像装置の電子ズ
ーム動作の補間処理と垂直方向のノイズレベルとを説明
するための動作説明図、第９図は従来例における電子ズ
ーム動作により得られる画像のライン毎のノイズレベル
差により発生する横筋状妨害を説明する模式図である。 １……撮像素子、２……駆動回路、３……利得制御増幅
器、４……利得制御信号発生器、５……プロセス回路、
13……電子ズーム回路、14……ノイズ抑圧回路、16……
ノイズ抑圧制御信号発生回路。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力映像信号の水平ラインの補間処理を行
   うための水平ライン毎に値の異なる補間係数を発生する
   補間係数発生回路と、この補間係数に基づき入力映像信
   号の水平ラインの補間を行って出力映像信号を得る水平
   ライン補間回路と、該補間回路の出力信号のノイズを抑
   圧するノイズ抑圧回路と、前記補間係数に応じた制御信
   号を発生する制御信号発生回路と、該制御信号により前
   記ノイズ抑圧回路のノイズ抑圧特性を、制御信号の値が
   大きいほど弱めるように制御する制御回路を備え、前記
   補間係数は水平ライン補間によって作成される出力水平
   ラインに対して入力される水平ラインのうち最も近い位
   置に存在する水平ラインからの距離に応じて変化し、前
   記制御信号は前記距離が小さいほど小さいことを特徴と
   する画像拡大装置。
2. 【請求項２】入力映像信号を増幅するゲインコントロー
   ル増幅器と、水平ライン毎に値の異なる補間係数を発生
   する補間係数発生回路と、前記ゲインコントロール増幅
   器の出力信号を前記補間係数に応じて水平ライン補間を
   行って出力映像信号を得る水平ライン補間回路と、該補
   間回路の出力信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧回路
   と、前記ゲインコントロール増幅器の増幅度および前記
   補間係数に応じた制御信号を発生する制御信号発生回路
   と、該制御信号により前記ノイズ抑圧回路のノイズ抑圧
   特性を、制御信号の値が大きいほど弱めるように制御す
   る制御回路を備え、前記補間係数は水平ライン補間によ
   って作成される出力水平ラインに対して入力される水平
   ラインのうち最も近い位置に存在する水平ラインからの
   距離に応じて変化し、前記制御信号は前記増幅度が小さ
   いほど小さく且つ前記距離が小さいほど小さいことを特
   徴とする画像拡大装置。
3. 【請求項３】撮像素子の出力信号を処理する信号処理回
   路と、水平ライン毎に値の異なる補間係数を発生する補
   間係数発生回路と、この補間係数に基づき前記信号処理
   回路の出力信号の水平ラインの補間を行って出力映像信
   号を得る水平ライン補間回路と、該補間回路の出力信号
   のノイズを抑圧するノイズ抑圧回路と、前記補間係数に
   応じた制御信号を発生する制御信号発生回路と、該制御
   信号により前記ノイズ抑圧回路のノイズ抑圧特性を、制
   御信号の値が大きいほど弱めるように制御する制御回路
   を備え、前記補間係数は水平ライン補間によって作成さ
   れる出力水平ラインに対して入力される水平ラインのう
   ち最も近い位置に存在する水平ラインからの距離に応じ
   て変化し、前記制御信号は前記距離が小さいほど小さい
   ことを特徴とする電子ズーム機能付き撮像装置。
4. 【請求項４】撮像素子の出力信号を増幅するゲインコン
   トロール増幅器と、このゲインコントロールの増幅器の
   出力信号を処理する信号処理回路と、水平ライン毎に値
   の異なる補間係数を発生する補間係数発生回路と、この
   補間係数に基づき前記信号処理回路の出力信号の水平ラ
   インの補間を行って出力映像信号を得る水平ライン補間
   回路と、該補間回路の出力信号のノイズを抑圧するノイ
   ズ抑圧回路と、前記ゲインコントロール増幅器の増幅度
   および前記補間係数に応じた制御信号を発生する制御信
   号発生回路と、該制御信号により前記ノイズ抑圧回路の
   ノイズ抑圧特性を、制御信号の値が大きいほど弱めるよ
   うに制御する制御回路を備え、前記補間係数は水平ライ
   ン補間によって作成される出力水平ラインに対して入力
   される水平ラインのうち最も近い位置に存在する水平ラ
   インからの距離に応じて変化し、前記制御信号は前記増
   幅度が小さいほど小さく且つ前記距離が小さいほど小さ
   いことを特徴とする請求項３記載の電子ズーム機能付き
   撮像装置。