JP2922905B2

JP2922905B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP2922905B2
Application number: JP63172709A
Authority: JP
Inventors: 到三村; 俊之秋山; 良純江藤; 直樹小沢; 健二高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1988-07-13
Publication date: 1999-07-26
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: JPH0223790A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はテレビカメラ等の撮像装置のレジストレーシ
ヨン補正に関し、特に固体撮像素子を用いたテレビカメ
ラのレジストレーシヨン補正に好適な方法及び回路に関
する。

〔従来の技術〕

現在、テレビジヨン信号の入力装置としてテレビカメ
ラが広く用いられている。特に高画質を要求する放送局
では、３本の撮像管（赤色用Ｒ、緑色用Ｇ、青色用Ｂ）
を用いたテレビカメラが一般的に使われている。また近
年、固体撮像素子の急速な発展を背景に撮像管の代わり
に固体素子を用いた多板式テレビカメラも普及してき
た。

ところで、３本の撮像管、撮像板を用いる場合、各色
の像の重ね合わせ（以後レジストレーシヨンと記す）が
不十分であると、色のにじみ、あるいは解像度の低下が
生じる。そのため３色の像を精度よく重ね合せることが
必要である。

上述のレジストレーシヨンにおける誤差の原因の一つ
にレンズの収差がある。特に多数のレンズを組み合わせ
て作るズームレンズでは収差量が多い。収差量はレンズ
の中央と周辺、さらに各色によつても異なる。さらに収
差はレンズのパラメータ（ズーム比、絞り値、被写体距
離）によつても様々に変化する。

上述したレジストレーシヨン誤差を補正する方法に
は、「日立評論,vol.67,No.5（1985）」等に記載されて
いるものがある。

第２図に上記文献記載のレジストレーシヨン補正方法
を示す。例示したテレビカメラはレンズ81、色分解プリ
ズム82、撮像管83,84,85、信号処理回路86、偏向信号発
生回路88、レジストレーシヨン誤差演算回路89から構成
されている。なお図示した回路はレジストレーシヨン補
正部分に関する部分だけを抜粋して示した。第２図のテ
レビカメラでは、レジストレーシヨン誤差演算回路89が
レンズ81、あるいはプリズム82で発生するレジストレー
シヨン誤差を検出し、偏向信号発生回路88のビーム偏向
信号に補正信号を重畳する方式が採用されていた。この
構成によれば、ずれて結像した位置に撮像管のビームを
調節できレジストレーシヨン補正が実現できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のような撮像管式のカメラは電子ビームによる走
査のため走査位置を微調整でき、レジストレーシヨン誤
差を取り除けた。しかしながら固体撮像素子では、受光
面上に画素位置が固定されているため、容易に画素点を
移動できない。したがつて、固体撮像素子を用いたテレ
ビカメラ装置では従来技術のような走査位置の微調整に
よる補正はできず、レンズ収差に起因するレジストレー
シヨン誤差はそのまま撮像され、色ずれ、解像度の低下
が生じる。

本発明の目的は上述の問題点を解決し、固体撮像素子
を用いたカラーカメラにおいても色ずれがなく、かつ解
像度の高い映像信号が得られるレジストレーシヨン補正
方法を用いた撮像装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明では、結像点のずれ
を検出する手段と、ずれた位置から撮像された画像信号
を信号処理により移動させる手段を採用する。その手段
とは、レンズのパラメータからレジストレーシヨン誤差
を演算する手段と、レジストレーシヨン誤差に応じて２
次元フイルタの係数を制御する手段と、前記フイルタ係
数により画素信号のサンプリング位置を微調整する２次
元フイルタである。

〔作用〕

上記レジストレーシヨン誤差を演算する手段は、撮像
レンズのズーム比、絞り値、被写体距離等のパラメータ
を検出し、得られたパラメータから各色の収差量、すな
わちＲ−G,B−Ｇ間の距離、ずれる方向を演算する。フ
イルタ係数を制御する回路は、上記演算回路により得ら
れたレジストレーシヨン誤差（ずれ量、方向）の情報を
利用して２次元フイルタの係数を制御する。すなわち結
像すると演算された位置の係数を大きくし、結像しない
位置の係数を小さくする。前記のように係数を制御する
ことで２次元フイルタは画像をわずかに移動させること
ができる。各色の像を正規の位置に移動することで、レ
ンズ収差によるレジストレーシヨン誤差を補正する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。第１図は本発明のレジストレーシヨン補正回路のブ
ロツク図である。本レジストレーシヨン補正回路は、レ
ンズパラメータ検出回路１、収差演算回路２、係数演算
回路３、２次元フイルタによるレジストレーシヨン補正
回路４から構成する。

レンズパラメータ検出回路１はレンズの撮影状態にお
けるズーム比（以下、Ｚと記す）、絞り値（以下Ｆと記
す）、被写体距離（以下Ｌと記す）等を検出する。これ
はレンズ内部に装着したポテンシヨメータ、ロータリエ
ンコーダ等から各レンズの位置、絞りの開き角を検出す
ることで実現できる。収差演算回路２は、レンズパラメ
ータからレンズの収差量を演算する回路、係数演算回路
３は収差演算回路２の出力信号からフイルタの係数を決
定する回路である。レジストレーシヨン補正回路（２次
元フイルタ）４は入力された信号に対し係数を乗じるこ
とでレジストレーシヨン補正を行う。この２次元フイル
タによるレジストレーシヨン補正回路４の動作は後述す
る。

上述のレジストレーシヨン補正回路を使用した多板式
テレビカメラのブロツク図を第３図に示す。本テレビカ
メラは撮像レンズ50、色分解プリズム54、赤色（Ｒ）用
撮像素子51、緑色（Ｇ）用撮像素子52、青色（Ｂ）用撮
像素子53、増幅回路55,56,57、レジストレーシヨン補正
回路（２次元フイルタ）60,61、レンズパラメータ検出
回路１、収差量演算回路２、係数演算回路３、プロセス
回路62、駆動回路64、同期信号発生回路65、時間調整回
路63から構成される。なお本発明の主旨とは直接関係の
ない回路については省略してある。

撮像レンズ50は色分解プリズム54を通じて撮像素子5
1,52,53に各色像を結像する。それぞれの撮像素子は駆
動回路64によつて駆動され、光学像を電気信号に変換す
る。読み出した信号は増幅回路55,56,57により所定のレ
ベルまで増幅され、このうちR,B信号はそれぞれレジス
トレーシヨン補正回路60,61に入力される。レンズパラ
メータ検出回路１はレンズのF,L,Zを検出し、結果を収
差量演算回路２に出力する。収差量演算回路２はＲ−G,
B−Ｇの収差量を検出し、係数演算回路３を制御する。
この係数演算回路３はＲ、Ｂ信号の位置がＧ信号の位置
に一致するような２次元フイルタの係数をレジストレー
シヨン補正回路60,61に出力する。レジストレーシヨン
補正したR,B信号はプロセス回路62に入力する。Ｇ信号
はR,B信号と出力時間を一致させるため時間調整回路63
を通じた後プロセス回路62に入力し、カラーテレビ信号
処理を行う。

収差演算回路２の実施例を第４図に示す。本回路は走
査位置検出回路５、収差データテーブル６から構成す
る。入力信号はレンズパラメータ（F,Z,L）、及び水平
同期信号（HD）、垂直同期信号（VD）、及びクロツク
（CLK）である。走査位置検出回路５は入力されたHD、V
D、及びクロツクから走査位置を検出し、収差データテ
ーブルのアドレス信号を出力する。収差データテーブル
６には、レンズの各領域におけるＲ−Ｇ、Ｂ−Ｇの結像
誤差距離（ズレ量）、及び方向をレンズパラメータ、ア
ドレス位置毎に格納しておく。また予め予測データから
直線、あるいは曲線近似して求めた収差データであつて
もよい。この構成によりレンズパラメータ、走査位置が
入力されるとR,B像が実際に結像している位置が決定で
きる。ここで、これらの回路はレンズの特性を求める回
路であり、少なくとも実データ、あるいは曲線近似した
後の係数を出力する回路部分はレンズ側に内蔵しておく
とこが望ましい。

第５図は収差演算回路の他の実施例である。本回路と
第４図の実施例との相異点は、補間演算回路７を設けた
ことにある。収差データを補間演算回路７により計算す
ることでテーブル６′に格納しておくデータ量の節約が
図れる。補間演算回路７は代表的なデータから、例えば
直線補間、あるいは２次曲線による補間等の演算により
収差データ（距離、方向）を求める。

第６図は前記レジストレーシヨン補正回路として用い
る２次元フイルタの一実施例である。このフイルタはア
ナログ、デジタルいずれの処理方式でも実現できるが、
ここではデジタル処理によるフイルタを説明する。

本回路は１水平走査期間の遅延を行なうシフトレジス
タ（1HDLと記す）10,11と固体撮像素子の水平駆動クロ
ツクで動作するラツチ回路（以後、LDと記す）12,13,1
4,15,16,17、乗算器18〜26、加算器27から構成する。デ
イジタル化した入力信号は２系統に分岐させ、ラツチＬ
回路16、1HDL回路10に入力する。1HDL回路10の出力はラ
ツチ14、1HDL回路11に、また1HDL回路11の出力はラツチ
回路12に入力する。各回路においてラツチLCは２段直列
に接続してある。各1HDL回路、ラツチLCの出力信号は乗
算回路18〜26に入力し、係数を乗じた後、加算回路27に
入力する。

この回路による処理は、第７図に示すように３×３の
画像領域（g₁〜g₉）28に３×３×の２次元デイジタルフ
イルタ処理を施すことに他ならない。乗算器の係数（a₁
〜a₉）はそれぞれフイルタ29の係数となつている。

第１図の係数演算回路３はこの係数a_iをレンズの収差
量によつて調節する。

第８図はデイジタルフイルタによるレジストレーシヨ
ン補正の動作を説明する図である。図中○印は固体撮像
素子の画素点（サンプリング点）を表している。各走査
線にはｎ、ｎ＋1,n＋２……といつたライン番号と、水
平方向にm,m＋1,m＋２……といつた番号を付した。ここ
では被写体として水平方向の線を撮影した場合を示し
た。また理解を容易にするため水平方向の収差はなく、
垂直だけ方向だけに誤差がある場合を説明する。

図中実線はＲ像の線、点線はＧ像の線である。いまＧ
像の撮像板がｎ＋2,m＋１の画素を走査する時刻を考え
る。この時Ｒ像の際像板も同じ位置を走査している。図
示した様な収差による結像点のずれが存在すると、Ｇ像
ではｎ＋2,m＋１の画素点に結像した像もＲ像ではｎ＋
1,m＋１の画素上に結像する。この場合、Ｒ像の撮像板
のレジストレーシヨン誤差を補正するにはｎ＋1,m＋１
の画素点の信号を出力すればよい。そこで３×３のフイ
ルタ係数を第９図（ａ）に示すようにする。このフイル
タ係数によればｎ＋1,m＋１の画素点の信号が出力さ
れ、赤色光の像と緑色光の像を重ね合わせることができ
る。走査位置が右側に進み、ｎ＋2,m＋６の画素を走査
する時刻では、Ｒ像とＧ像が重ねる。この点ではフイル
タ係数を第９図（ｂ）に示すようにし、同時刻に同一画
素点から信号を出力する。

以上の説明ではレンズによる結像点が固体撮像素子の
画素上にくる場合を説明した。しかし必ずしも結像点は
他の画素上にあるとは限らない。例えば第10図のｎ＋2,
m＋３では画素と画素の中間に結像している。この場合
はｎ＋1,m＋３の画素信号とｎ＋2,m＋３の画素信号の平
均を求めればよく、フイルタ係数は第11図（ａ）に示し
たものとすればよい。また結像点と画素からの距離に応
じて係数を調節してもよい。第11図（ｂ）に示したよう
に、結像位置と画素からの距離p,qに応じて計数比を定
めてもよい。第11図（ｃ）は結像点の周囲４画素の信号
に計数を乗じて演算する実施例である。さらに精度よく
補間するには周囲の３×３の領域、あるいはそれ以上の
領域の画素信号にフイルタ係数を乗じて補間演算を行え
ばよい。

また、乗宛の補正ほど効果が得られないものの、結像
位置に一番近い画素の信号を代用してもよい。これは第
12図に示す実施例の回路で実現できる。第12図は第６図
の実施例から乗算回路18〜26を取り除き、加算回路27の
代わりに信号選択回路33を用いている。信号選択回路33
は収差情報（結像点の距離、方向）により接続する画素
を切り替え、接続点に一番近い画素の信号を出力する。

上述の３×３のフイルタによるレジストレーシヨン補
正では収差が２走査線間隔以上になる場合は補正できな
い。この場合はフイルタ領域を大きくすればよく、第７
図の1HDL回路、ラツチLCの個数を増やせばよい。ｆ×ｇ
のフイルタを実現するにはｆ個の1HDLとｇ個のラツチL
C、ｆ×ｇ個の乗算回路、ｆ×ｇ個の入力端子を持つ加
算回路を用いる。

第13図に収差量が２走査線間隔以上ある場合のレジス
トレーシヨン補正回路の他の実施例を示す。この補正方
法では画像メモリ50、メモリの読み出しアドレスを制御
するアドレス制御回路58、２次元フイルタ51、及びフイ
ルタ係数演算回路60とを用いる。

画像メモリ50は原画像の全て、あるいはその一部を保
持する。アドレス制御回路58は、収差量に応じてメモリ
50の読み出しアドレスを制御する。これによりフイルタ
リングを施す領域がメモリ50から出力される。収差演算
回路59はアドレス制御回路58、係数演算回路60を動作さ
せる。

第13図の実施例の補正動作を第14図を用いて説明す
る。第14図（ａ）において、実線はＲ光の結像位置、点
線はＧ光の結像位置を示している。Ｇ像の撮像板のｎ＋
3,mの画素上に結像した被写体はＲ像の撮像板のｎ、ｍ
の画素に結像している。レジストレーシヨンを補正する
には、Ｒ信号を読み出すアドレスをＧ信号のアドレスか
ら−３ライン分シフトし、フイルタ65で示した領域から
信号を得ればよい。この信号を用いて補間演算、あるい
は一番近い画素の信号で置き換えるといつたフイルタリ
ング処理を行う。ｎ＋3,m＋３の画素位置では誤差量が
走査線の１間隔分になつているのでシフトするアドレス
量を−１として信号を読み出す。フイルタの係数は第14
図（ｂ）とする。上記の実施例によればアドレス制御回
路58により補間する領域が自由に選択でき、フイルタ領
域が小さくとも大きなレジストレーシヨン誤差に対処で
きる。

以上垂直方向のレジストレーシヨン補正について詳述
したが、水平方向のレジストレーシヨン補正も垂直方向
と同様な動作により実現できる。それには水平方向にフ
イルタ係数を調節すればよい。また水平方向のアドレス
を制御することでも実現できる。

第15図の水平方向のレジストレーシヨンを補正する他
の実施例を示す。この回路では画素点のシフト動作をク
ロツク周波数を制御することで実現する。そのためレン
ズパラメータ検出回路１、収差演算回路２、クロツク制
御回路71、電圧制御型発振器（VCO）72、水平駆動回路7
3を用いる。レンズパラメータ検出回路１、収差演算回
路２の動作は第１図の実施例と同じである。クロツク制
御回路71は演算された収差量に応じて制御電圧を出力す
る。VCO72は制御電圧によつて発振周波数を可変する。
水平駆動回路73は、この発振器出力から駆動パルスを作
り撮像素子74を駆動する。さらに収差演算回路２は、駆
動パルスのスタート位相も収差量に応じて制御する。固
体撮像素子74では駆動周波数、駆動パルスのスタート位
相を変化させることで画素からの信号出力時刻を調整す
ることができ、R,G,B像のずれがなくなるように信号出
力時刻を制御できる。

第16図に水平方向のレジストレーシヨンを行う他の実
施例を示す。この水平レジストレーシヨン補正では可変
遅延回路（線）77を用いる。遅延時間制御回路76は、レ
ンズパラメータ検出回路１、収差演算回路２によつて求
められた収差に応じて、画素信号の遅延時間を調節す
る。可変遅延回路77は入力された信号の遅延時間調整を
行い、上記第15図の実施例と同様に画素信号の出力時刻
を調節する。第15図、および第16図の水平レジストレー
シヨン補正方法と垂直方向のレジストレーシヨン補正を
組み合わせてもよいことは明かである。

また、上記２次元フイルタを用いる場合は、フイルタ
係数により雑音抑圧フイルタ（スムージングフイルタ）
や、高域強調フイルタも同時に実現できる。これにはサ
ンプリング点シフトの係数と上記周波数変換フイルタの
係数を掛け合わせたものを用いればよい。

第17図にフイルタ係数に高域強調フイルタの機能を付
加した実施例を示す。

第17図（ａ）は画素点をシフトする係数である。第17
図（ｂ）は高域強調フイルタである。この２つのフイル
タの機能を同時に実現するには、高域強調のフイルタと
レジストレーシヨン補正用の係数を掛け合わせた第17図
（ｃ）に示したフイルタ係数とすればよい。入力画像と
このフイルタ係数の掛け合わせた値を積算し、第17図
（ｄ）に示すようにマスク中央の画素の値として出力す
る。

上記実施例では、水平方向、垂直の両方向にレジスト
レーシヨン補正を行う場合を説明してきたが、補正の効
果は上述の実施例ほど得られないが、補正する方向を水
平、垂直いずれか一方向の補正だけにしてももちろんよ
い。また、収差の補正方法として緑色光に対する相対的
な赤色光、青色光のズレを補正する場合を説明したが、
緑色光に対してもレンズは収差があり、画像歪が生じ
る。そこで歪の無いように、緑色光の像、赤色光の像、
青色光の像の結像位置全てを補正し、画像歪全体を除去
してもよいことは言うまでもない。

さらに上記実施例は固体撮像素子を用いたテレビカメ
ラのレジストレーシヨン補正を中心に説明してきたが、
撮像管を用いたテレビカメラにおいても同様な方法でレ
ジストレーシヨン補正が行える。特にデジジタル的な信
号処理を行う撮像管カメラでは２次元デイジタルフイル
タによるレジストレーシヨン補正の実現は容易である。

以上、レジストレーシヨン誤差の主たる原因がレンズ
収差であるため、レンズ収差に応じたレジストレーシヨ
ン補正の実施例を説明してきた。しかしながらレジスト
レーシヨン誤差の原因は、上記のレンズ収差以外に、例
えば色分解プリズムの熱変形、撮像素子の取り付け位置
の熱変動など様様なものがあり、これらによつて発生す
るレジストレーシヨン誤差を検出し補正を行つてもよ
い。

本発明の主旨は２次元フイルタ、あるいは画素点をシ
フトする事によりレジストレーシヨン補正を行う手段を
提供することにあり、補正の対象となるレジストレーシ
ヨン誤差の原因がいかなるものであろうと本発明の主旨
を損なうものではない。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、画素位置が固定された固体撮像
素子を複数用いたカラーテレビカメラにおいて、レンズ
収差により発生したレジストレーシヨン誤差、あるいは
画像歪を修正した後出力するので、各色の映像は互いに
重なり、色ずれや解像度低下のない良好な画素を撮影す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレジストレーシヨン補正回路のブ
ロツク図、第２図は従来のレジストレーシヨン補正回路
のブロツク図、第３図は本発明のレジストレーシヨン補
正回路を用いた３板式テレビカメラのブロツク図、第４
図，第５図は収差演算回路のブロツク図、第６図は２次
元フイルタの実施例を示すブロツク図、第７図はフイル
タによるレジストレーシヨン補正動作の説明図、第８
図，第10図はレジストレーシヨン補正動作の説明図、第
９図，第11図はフイルタ係数を示す図、第12図，第13図
はレジストレーシヨン補正回路のブロツク図、第14図は
レジストレーシヨン補正動作の説明図、第15図，第16図
は水平レジストレーシヨン補正回路のブロツク図、第17
図は高域強調とレジストレーシヨン補正を同時に行うフ
イルタ係数の例を示す説明図である。１……レンズパラメータ検出回路、２……収差演算回
路、３……係数演算回路、４……レジストレーシヨン補
正回路（２次元フイルタ）、６……収差データテーブ
ル、10,11……１水平走査期間遅延用シフトレジスタ、1
2〜17……ラツチ、18〜26……乗算回路、27……加算回
路、33……選択回路、50……画像メモリ、58……アドレ
ス制御回路、71……クロツク制御回路、72……電圧制御
型発振回路、73……水平駆動回路、76……遅延時間制御
回路、77……可変遅延回路（線）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小沢直樹東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者高橋健二東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献特開昭58−186283（ＪＰ，Ａ) 特開平１−138875（ＪＰ，Ａ) 特開平１−251888（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 9/093

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子、あるいは撮像管からなる画
像変換手段によって光学像を画像電気信号に変換する撮
像装置において、上記画像電気信号を記憶する記憶回路
の読み出しアドレスをレジストレーション誤差に応じて
シフトさせる第１のレジストレーション補正回路と、該
第１のレジストレーション補正回路からの出力信号を上
記レジストレーション誤差に応じてフィルタリング処理
する第２のレジストレーション補正回路を有することを
特徴とする撮像装置。
【請求項２】上記第２のレジストレーション補正回路
は、２次元フィルタからなることを特徴とする請求項１
記載の撮像装置。
【請求項３】上記第１のレジストレーション補正回路に
おける読み出しアドレスシフトおよび上記第２のレジス
トレーション補正回路におけるをフィルタリング処理
は、レンズのパラメータから上記レジストレーション誤
差である収差を演算する収差演算回路と、該収差演算回
路によって動作するアドレス制御回路および係数演算回
路によってなされ、上記アドレス制御回路は上記第１の
レジストレーション補正回路に上記読み出しアドレスシ
フトのための信号を送り、上記係数演算回路は上記第２
のレジストレーション補正回路に上記フィルタリング処
理のための信号を送ることを特徴とする請求項２記載の
撮像装置。
【請求項４】固体撮像素子、あるいは撮像管からなる画
像変換手段によって光学像を画像電気信号に変換する撮
像装置において、水平駆動における発振周波数を制御可
能な発振回路と、上記水平駆動における駆動開始タイミ
ングを制御可能な駆動回路を備え、上記画像変換手段か
ら得られるレジストレーション誤差に応じて、上記駆動
開始タイミングと上記発振周波数の両方を制御する手段
を設けたことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】固体撮像素子、あるいは撮像管からなる画
像変換手段によって光学像を画像電気信号に変換する撮
像装置において、上記画像電気信号をレジストレーショ
ン誤差に応じてフィルタリング処理する互いに隣接した
Ｍ×Ｎ（M,Nは正整数）個の配列要素を有する２次元フ
ィルタと、上記レジストレーション誤差の補正信号に高
域強調フィルタ又はノイズ抑圧フィルタの機能を加味し
て上記２次元フィルタへ送られる上記フィルタリング処
理のための係数信号を作成する回路を有することを特徴
とする撮像装置。