JP2893125B2 - 画像信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、色信号を含んだ画素信号から輝度成分信号
を得る処理を施す画像信号処理装置に関する。

（従来の技術） ビデオカメラや電子スチルカメラなどの固体撮像素子
を用いた撮像装置では、これらの出力信号は、テレビジ
ョンモニタに出力することを考え、コンポジット信号や
コンポーネント信号である場合が多く、これらのコンポ
ジット信号やコンポーネント信号を出力するためには、
撮像素子の出力信号から輝度信号成分および色信号成分
を合成する必要がある。

ここで、この種の撮像素子を用いた撮像装置におい
て、RGB縦ストライプの色フィルタを持つCCD（RGBスト
ライプCCD）の出力信号から輝度信号成分および色信号
成分を得る手法について説明する。

まず、第４図により、RGBストライプCCDの一例とし
て、FT（Frame Tramsfer）方式のCCD11を説明する。図
に示すように、被写体像を電気信号に変換するイメージ
エリア11i内の各感光画素の上には、R,G,Bの色フィルタ
が、それぞれ垂直方向に沿って一列ずつ配置されてい
る。したがって、垂直方向に沿う画素列の第１列目はRe
dの分光感度を持ち、第２列目はGreen、第３列目はBlue
の分光感度をそれぞれ有しており、第４列以降も同様
に、順次R,G,Bの分光感度を有している。

そして、このイメージエリアに発生した電荷は、転送
パルスが入力されることにより、図示下方に位置するス
トレージエリア11sに垂直に転送される。また、ストレ
ージエリア11s内の電荷は、対応するシリアルレジスタ1
1R,11G,11Bにそれぞれ転送される。すなわち、Ｒフィル
タ列の最下段電荷はＲ用のシリアルレジスタ11Rに、Ｇ
フィルタおよびＢフィルタ列の最下段電荷も、同様にＧ
用およびＲ用のシリアルレジスタ11G,11Bにそれぞれ転
送される。そして、各シリアルレジスタ11R,11G,11Bに
加わるシリアル転送クロックs1,s2,s3により各色毎に１
ラインずつ信号を出力する。

また、CCD11を撮像素子として用いた信号処理回路の
従来例を第６図に示す。なお、この従来例は、輝度信号
Ｙと、色差信号Ｒ−Y,B−Ｙとのコンポーネント信号を
得るものであるが、コンポジット信号も色差信号を変調
し、輝度信号に重畳する。

CCD11に生じるR,G,B各信号は、パルス発生回路12から
供給される第５図（ａ）の前述したシリアル転送クロッ
クs1,s2,s3により第５図（ｂ）のように各色毎に出力さ
れ、それぞれ対応するサンプルホールド回路13R,13G,13
Bに入力される。これらサンプルホールド回路13R,13G,1
3Bを経たR,G,B各信号は、第５図（ｃ）のようになり、
輝度信号発生回路14を構成するアナログスイッチ15の対
応する端子に入力される。

また、アナログスイッチ15には、第５図（ａ）で示し
たシリアル転送クロックs1,s2,s3と同様なスイッチパル
スがパルス発生回路12から供給されており、シリアル転
送クロックs1が高レベルのときはＲ出力を、シリアル転
送クロックs2が高レベルのときはＧ出力を、シリアル転
送クロックs3が高レベルのときはＢ出力をそれぞれ選択
する。したがって、アナログスイッチ15からは、第５図
（ｄ）で示す信号が出力される。この信号はローパスフ
ィルタ16によって第５図（ｅ）で示すように平滑され、
輝度信号Ｙとして出力される。

また、サンプルホールド回路13R,13G,13Bの各出力
は、色信号を発生させるための色信号処理回路17のマト
リクス回路18に入力され、ここで色差信号Ｒ−Y,B−Ｙ
となった後、帯域制限用のローパスフィルタ19,20を経
て出力される。

ここで、輝度信号Ｙは、アナログスイッチ15からの出
力信号であるスイッチＹ信号をローパスフィルタ16によ
って平滑することにより得られる。すなわち、たとえば
緑色の成分が強い被写体を撮影した場合、スイッチＹ信
号はＧ信号のレベルがＲ信号およびＢ信号のレベルに比
べて大きくなり、これをそのまま輝度信号Ｙとして扱う
と、モニタに出力した場合、縦筋がストライプ状に見え
てしまう。このような縦筋の発生を防ぐためにローパス
フィルタ16で平滑しているが、反面、このローパスフィ
ルタ16を挿入したことにより、輝度信号の帯域を制限
し、周波数特性を表すMTF（Modulation Transfer Funct
ion）を低下させてしまう。

第７図は上述した現象を説明するものであり、同図
（ａ）は緑色の成分が強い単色の被写体を撮影したとき
のスイッチＹ信号を示し、同図（ｂ）はこのスイッチＹ
信号の画面水平方向のスペクトル分布を示している。

第７図（ｂ）において、fsは第７図（ａ）で示した各
画素出力の周波数であり、第７図（ａ）のピークレベル
のエンベロープは、第７図（ｂ）で示すように、1/3fs,
2/3fs,fsのスペクトルとして現れている。ここで、画像
信号のスペクトルは、被写体が単色であるため、周波数
零の直流成分となっている。ローパスフィルタ16を入れ
ないために生じる縦筋は、画像信号とは関係のない1/3f
s,2/3fs,fsなどのスペクトルが見えるためである。

また、ローパスフィルタ16を挿入する意味は、第７図
（ｃ）で示すように、これら不要なスペクトル1/3fs,2/
3fs,fsを検知限以下に低下させ、縦筋が見えないように
するためである。しかし、このために画像の高周波成分
もほぼ1/3fsに制限されてしまうことになる。

また、前記スイッチＹ信号は、R,G,Bの各信号をアナ
ログスイッチ15により画素毎に切り換えて得ているた
め、色の飽和度の高い被写体を撮像した場合は、R,G,B
の各信号レベルが等しくならず、ローパスフィルタ16に
より平滑することを要したが、色の飽和度の低い被写体
を撮像した場合は、第８図（ａ）で示すように、スイッ
チＹ信号におけるR,G,Bの各信号レベルの差は少ない。
このため、1/3fs付近にカットオフ周波数を持つ前記ロ
ーパスフィルタ16を通過させなくても、第８図（ｂ）で
示すように1/3fs,2/3fs,fsのスペクトルレベルは検知限
以下になっている。このときは、色の飽和度の低い画像
に対しては、MTFをfsまで延ばせることを意味している
が、ローパスフィルタ16により、画像の高周波成分はぼ
ぼ1/3fsに制限されMTFを低下させてしまう。

さらに、無彩色で輝度信号の変化がある画像信号に対
しては、実際の被写体が無彩色であるにも拘らず、マト
リクス回路18により偽の色差信号が出力されて第８図
（ｃ）に示すスイッチ信号Ｙが発生するので、この偽の
色差信号の出力レベルを小さくする必要がある。

（発明が解決しようとする課題） このように、色の飽和度が低く、1/3fs,2/3fs,fsのス
ペクトルレベルが検知限以下であり、MTFをfsまで延ば
せるにもかかわらず、従来装置では画像の高周波成分は
ぼぼ1/3fsに制限されてしまう。また、被写体が無彩色
である場合、偽の色差信号が生じることがあるがこの出
力レベルを小さくする必要がある問題を有している。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、色の飽
和度の高い被写体の場合は画像に悪影響を与えることな
く、被写体が無彩色の場合や色の飽和度が低い場合は、
MTFを高い値に延ばせるようにし、無彩色の画像につい
ても高い水平解像度が得られ、偽色差信号を低く抑える
ことができる画像信号処理装置を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明による画像信号処理装置は、色情報を含んだ画
素信号を出力する画素信号出力装置と、ローパスフィル
タを有しこの画素信号出力装置の出力から前記ローパス
フィルタにより少なくとも２種類のカットオフ周波数を
異ならせた輝度情報を発生させる輝度信号発生回路と、
前記画素信号出力装置の出力から色信号を発生させ、前
記ローパスフィルタのカットオフ周波数が高く設定され
たことに連動して前記色信号の減衰特性が大きくなる色
信号処理回路と、前記画素信号出力装置の出力に含まれ
た色情報のレベルを判別し、このレベルが設定レベル以
下であれば前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が
高くなるように制御する色情報判別回路とを具備したも
のである。

（作用） 本発明は、画素信号出力装置の出力に含まれた色情報
のレベルが設定レベル以上であれば色の飽和度が高いと
判断し、ローパスフィルタのカットオフ周波数を通常の
カットオフ周波数として縦筋の発生を防止し、色情報の
レベルが設定レベル以下であれば色の飽和度は小さいと
判別し、ローパスフィルタのカットオフ周波数を前記通
常のカットオフ周波数より高くして、MTFを高い値に延
ばし、色の飽和度が小さい場合は、ローパスフィルタの
カットオフ周波数を高くし、色信号処理回路の減衰特性
を大きくし、被写体が無彩色の場合に生じる偽の色差信
号を小さくする。

（実施例） 以下、本発明の画像信号処理装置の一実施例を図面を
参照して説明する。

第１図において、画像信号出力装置としての撮像素子
であるCCD11としては、第４図および第５図で説明したR
GBストライプの一つであるFT方式を用いており、パルス
発生回路12からのクロックにより、R,G,Bの各信号が出
力され、対応するサンプルホールド回路13R,13G,13Bに
て処理された後、輝度信号発生回路14に出力される。

また、輝度信号発生回路14では、アナログスイッチ15
によりR,G,Bの画素毎に切換えられ、第５図（ｄ）で示
す状態となり、アナログスイッチ15の出力側には２つの
ローパスフィルタ16a,16bが接続されており、後続する
アナログスイッチ22により、いずれかが選択されるよう
に構成されている。すなわち、ローパスフィルタ16a,16
bのいずれかを通った信号が輝度信号Ｙとして出力され
る。

ここで、一方のローパスフィルタ16aは、第６図で示
した従来のローパスフィルタ16と同様に、1/3fs近くに
カットオフ周波数を持つものである。これに対し、他方
のローパスフィルタ16bは、前記ローパスフィルタ16aよ
り高い周波数であるfs近くのカットオフ周波数を有して
いる。

また、サンプルホールド回路13R,13G,13Bの各出力
は、色信号を発生させるための色信号処理回路17にも出
力され、マトリクス回路18および対応するローパスフィ
ルタ19,20を経て色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙとなった後、
それぞれ後続するアナログスイッチ23,24の切り換え状
態に応じて接点ａ側を介して出力されるか、または、出
力減衰用アッテネータ25,26の対応するものおよびアナ
ログスイッチ23,24の接点ｂ側を介して出力される。

さらに、アナログスイッチ22,23,24は、それぞれ色情
報判別回路28の出力により切換え制御され、この色情報
判別回路28は、撮像素子11の出力に含まれる色情報のレ
ベルを判別するもので、検波回路29,30により色差信号
Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの振幅レベルを検出し、積分回路31,32
で積分し、これら積分値をコンパレータ33,34により、
予め設定された基準電圧35と比較するものである。

そして、検波回路29,30としては、第３図（ａ）で示
すように、同相アンプA1、反転アンプA2を用いて、色差
信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙを両波検波し、それらの出力により
対応するトランジスタTR1,TR2をオン動作させ、エミッ
タ・アース間に設けられた抵抗r1の端子電圧を出力とす
る回路を用いればよい。また、積分回路31,32として
は、第３図（ｂ）で示すように、抵抗r2とコンデンサc1
とで構成したものを用いればよい。

ここで、図示しない被写体の色の飽和度が高い場合
は、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの振幅レベルは大きくな
り、検波回路29,30および積分回路31,32のDC出力レベル
は基準電圧35より高くなるので、コンパレータ33,34の
出力は高レベルとなり、それらの論理和を取るオアゲー
ト36を介して各アナログスイッチ22,23,24を接点ａ側に
切り換える。また、輝度信号発生回路14では、アナログ
スイッチ15によって画素毎に切り換えられたスイッチＹ
信号が、オン状態になったアナログスイッチ22の接点ａ
側により、1/3fs近くにカットオフ周波数を持つローパ
スフィルタ16aに入力される。

そして、ここで第７図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で説明
したように平滑され、輝度信号Ｙとして出力される。こ
のため、不要なスペクトル1/3fs,2/3fs,fsは検知限以下
に低下されるので、この輝度信号をモニターに出力して
も縦筋が見えることはない。

また、色信号処理回路17では、アナログスイッチ23,2
4の接点ａ側がオン状態になることにより、ローパスフ
ィルタ19,20を経た色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙがそのまま
出力される。

これに対し、無彩色を含む被写体の色の飽和度が低い
場合は、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの振幅レベルは小さく
なり、検波回路29,30および積分回路31,32のDC出力レベ
ルは基準電圧35より低くなるので、コンパレータ33,34
の出力はそれぞれ低レベルとなり、それらの論理和を取
るオアゲート36を介して各アナログスイッチ22,23,24を
接点ｂ側に切り換える。また、輝度信号発生回路14で
は、スイッチＹ信号がオン状態になったアナログスイッ
チ22の接点ｂ側により、fs近くにカットオフ周波数を持
つローパスフィルタ16bに入力される。このため、輝度
信号Ｙの、周波数特性を表すMTFはfsまで伸び、水平方
向の解像度が向上する。なお、不要なスペクトル1/3fs,
2/3fs,fsは、もともと検知限以下なのでモニタに出力さ
せても縦筋が見えることはない。また、色信号処理回路
17では、アナログスイッチ23,24の接点ｂ側がオン状態
となることにより、ローパスフィルタ19,20を経た色差
信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙはアッテネータ25,26で減衰され
る。このため、被写体が無彩色の場合に生じる偽色差信
号の出力レベルを小さく抑えられる。

ここで、被写体の色の飽和度が低い場合に選択される
ローパスフィルタ16bのカットオフ周波数をfs近くに設
定したのは、輝度信号Ｙの周波数がfs以上になると、折
り返し歪みの影響により、正確な画像が復元できないた
めである。

このように、被写体の色の飽和度が高い場合は、カッ
トオフ周波数を1/3fs近くに低く設定したローパスフィ
ルタ16aを選択して、不要なスペクトル1/3fs,2/3fs,fs
を検知限以下に低下させるので、モニタ出力時における
縦筋の発生を防止できる。また、被写体の色の飽和度が
低い場合は、カットオフ周波数をfs近くの高い値に設定
したローパスフィルタ16bを選択するとともに、色差信
号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙをアッテネータ25,26で減衰するの
で、輝度信号のMTFを高い周波数まで延ばして水平解像
度を向上させるとともに、無彩色の被写体の場合に生じ
る偽色差信号の出力レベルを小さく抑えることができ
る。これらの結果、たとえば白黒の文字原稿を高い解像
度で撮像できる。

第２図で示す実施例は、輝度信号発生回路14に設けら
れた画素切換え用アナログスイッチ15の出力側に、カッ
トオフ周波数を任意に可変することができるローパスフ
ィルタ16Aを設けている。また、色信号処理回路17に
は、第１図で示したアッテネータ25,26およびアナログ
スイッチ23,24に代って、電子ボリューム38,39を設けて
いる。さらに、色情報判別回路28には、積分回路31,32
からの、いずれか大きい方の電圧レベルを出力するMAX
回路40を設け、その出力電圧によりローパスフィルタ16
Aのカットオフ周波数を変化させたり、電子ボリューム3
8,39のゲインを変化させたりしている。

また、MAX回路40としては、第３図（ｃ）で示すよう
に、２つのトランジスタTR1,TR2のコレクタ・エミッタ
間を互いに並列接続し、かつ、これらのエミッタ・アー
ス間に出力抵抗r1を設けたものを用いる。さらに、トラ
ンジスタTR1,TR2のベースにはそれぞれ入力が印加され
るように構成されており、これらトランジスタTR1,TR2
は対応する入力の電圧レベルによりバイアスされる。し
たがって、出力抵抗の両端には、２つの入力、すなわち
積分回路31,32の出力電圧のいずれか高いほうの電圧レ
ベルに比例した出力電圧が生じ、これが出力される。

さらに、ローパスフィルタ16Aは、MAX回路40の出力が
大きいとき、すなわち被写体の色の飽和度が高い場合、
カットオフ周波数は低く、MAX回路40の出力が低くなる
に連れて、すなわち被写体の色の飽和度が低くなるに連
れて、カットオフ周波数が高くなるように構成されてい
る。また、電子ボリューム38,39はMAX回路40の出力が大
きいときゲインが高くなり、MAX回路40の出力が低くな
るに連れてゲインも低下するように構成されている。す
なわち、MAX回路40の出力は、ローパスフィルタ16Aおよ
び電子ボリューム38,39に対するコントロール電圧とし
て機能する。

そして、被写体の色の飽和度がある程度高く、アナロ
グスイッチ15から生じるスイッチＹ信号の、1/3fs,2/3f
s,fsのスペクトルが検知限より高い場合は、これら1/3f
s,2/3fs,fsのスペクトルが検知限以下となるようにすれ
ば良いので、この場合における積分回路31,32の出力電
圧、すなわちMAX回路40の出力電圧により、ローパスフ
ィルタ16Aのカットオフ周波数を、1/3fsが検知限となる
ように、バリアブルに調整する。すなわち、第１図に示
す実施例と異なり、２つのローパスフィルタ16a,16bを
切換えるのではなく、MAX回路40の出力電圧に応じて、
バリアブルにローパスフィルタ16Aのカットオフ周波数
を変化させる。したがって、1/3fsのスペクトルを検知
限以下に保ちつつ、かつ、MAX回路40の出力電圧に従
い、最高のMTFを得る。また、この場合は、色差信号の
出力レベルを減衰させる必要はないので、電子ボリュー
ム38,39は、積分回路31,32の出力電圧により、ゲインが
高くなるように調整される。

これに対し、被写体の色の飽和度が低く、アナログス
イッチ15から生じるスイッチＹ信号の、1/3fs,2/3fs,fs
のスペクトルが検知限より低い場合は、ローパスフィル
タ16Aのカットオフ周波数を低くする必要は無い。した
がって、この場合は、前記積分回路31,32の出力電圧、
すなわちMAX回路40の出力電圧により、ローパスフィル
タ16Aのカットオフ周波数がfsとなるように調整する。
このとき、電子ボリューム38,39は、積分回路31,32の出
力電圧により、ゲインが低くなるように調整される。こ
れは被写体が無彩色の場合に生じる偽の色差信号を減衰
させてその出力電圧レベルを低くするためである。

これらの結果、色の飽和率の高い信号については、モ
ニタ時における縦筋の発生を防ぐことができ、また、色
の飽和率の低い信号についてはローパスフィルタ16Aの
カットオフ周波数をfsまで高めることによりMTFを高
め、水平解像度を延ばすことができる。さらに被写体が
無彩色の場合に生じる偽の色差信号を低く抑えることが
できる。

上記実施例では、撮像素子11としてCCDからの信号を
処理する場合について説明したが、一旦記録済みの信号
を再生する場合にも適用できる。すなわち、画像信号出
力装置はCCDに限らず、第５図で示した信号を出力する
ものであれば何にでも適用できる。

また、撮像素子11として、R,G,B縦ストライプカラー
フィルタ方式のものを示したが、他の方式のカラーフィ
ルタ、たとえばＧ縦ストライプ、Ｒ、Ｂ線順次方式のも
のを用いても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、色の飽和度の高い画像については再
生時における縦筋の発生を防止し、色の飽和度の低い画
像については、MTFを延ばして水平解像度を向上でき、
さらに、無彩色の画像についても高い水平解像度が得ら
れるとともに、偽色差信号を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による画像信号処理装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は同上他の実施例を示すブロック
図、第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上検波回路、積分回
路、MAX回路の構成例を示す回路図、第４図は一般的な
撮像素子のRGBストライプCCDの動作説明図、第５図は処
理対象とする出力信号の関係を示すタイムチャート、第
６図は従来例を示すブロック図、第７図および第８図は
第６図で示した装置の動作および問題点を示す図であ
る。 11……画素信号出力装置としてのCCD、14……輝度信号
発生回路、16a,16b,16A……ローパスフィルタ、17……
色信号処理回路、28……色情報判別回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】色情報を含んだ画素信号を出力する画素信
   号出力装置と、 ローパスフィルタを有しこの画素信号出力装置の出力か
   ら前記ローパスフィルタにより少なくとも２種類のカッ
   トオフ周波数を異ならせた輝度情報を発生させる輝度信
   号発生回路と、 前記画素信号出力装置の出力から色信号を発生させ、前
   記ローパスフィルタのカットオフ周波数が高く設定され
   たことに連動して前記色信号の減衰特性が大きくなる色
   信号処理回路と、 前記画素信号出力装置の出力に含まれた色情報のレベル
   を判別し、このレベルが設定レベル以下であれば前記ロ
   ーパスフィルタのカットオフ周波数が高くなるように制
   御する色情報判別回路と を具備したことを特徴とする画像信号処理装置。