JP3017310B2 - カラー撮像装置 - Google Patents
カラー撮像装置Info
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- JP3017310B2 JP3017310B2 JP3100032A JP10003291A JP3017310B2 JP 3017310 B2 JP3017310 B2 JP 3017310B2 JP 3100032 A JP3100032 A JP 3100032A JP 10003291 A JP10003291 A JP 10003291A JP 3017310 B2 JP3017310 B2 JP 3017310B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２次元的に複数個の受
光素子（画素）が配置された撮像素子を備えたカラー撮
像装置に関し、特に解像度が良く、モワレが少なくＳ／
Ｎ比の良い画像を出力できるカラー撮像装置に関するも
のである。
光素子（画素）が配置された撮像素子を備えたカラー撮
像装置に関し、特に解像度が良く、モワレが少なくＳ／
Ｎ比の良い画像を出力できるカラー撮像装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】図７，図８，図９は従来より知られてい
るカラー固体撮像素子の色フィルタの配列構成の列を示
す図である。図７は赤色光透過フィルタＲ，緑色光透過
フィルタＧ，青色光透過フィルタＢが垂直にストライプ
状に並んだいわゆるストライプフィルタと呼ばれる構成
である。これに対し、図８，図９はいわゆるモザイクフ
ィルタと呼ばれる構成で、図８では緑色光透過フィルタ
Ｇが垂直にストライプ状になっており、赤色光透過フィ
ルタＲおよび青色光透過フィルタＢがそれぞれ２行おき
２列に水平方向にＧフィルタの間に配置され、また、図
９ではマゼンタ光透過フィルタＭｇ，緑色光透過フィル
タＧｒ，シアン光透過フィルタＣｙ，黄色光透過フィル
タＹｅが水平方向に２画素，垂直方向に４画素の８個の
色フィルタを１単位とし、図に示す順序で配置されてい
る。
るカラー固体撮像素子の色フィルタの配列構成の列を示
す図である。図７は赤色光透過フィルタＲ，緑色光透過
フィルタＧ，青色光透過フィルタＢが垂直にストライプ
状に並んだいわゆるストライプフィルタと呼ばれる構成
である。これに対し、図８，図９はいわゆるモザイクフ
ィルタと呼ばれる構成で、図８では緑色光透過フィルタ
Ｇが垂直にストライプ状になっており、赤色光透過フィ
ルタＲおよび青色光透過フィルタＢがそれぞれ２行おき
２列に水平方向にＧフィルタの間に配置され、また、図
９ではマゼンタ光透過フィルタＭｇ，緑色光透過フィル
タＧｒ，シアン光透過フィルタＣｙ，黄色光透過フィル
タＹｅが水平方向に２画素，垂直方向に４画素の８個の
色フィルタを１単位とし、図に示す順序で配置されてい
る。
【０００３】しかしながら、これらの色フィルタ配列を
持つ撮像素子には次のような問題がある。すなわち、図
７に示す構成の色フィルタを設けた撮像素子では、サン
プリング周波数の１／３の周波数に色信号キャリアが発
生するため、ナイキスト周波数であるサンプリング周波
数の１／２の周波数までを解像できず解像度が劣る。
持つ撮像素子には次のような問題がある。すなわち、図
７に示す構成の色フィルタを設けた撮像素子では、サン
プリング周波数の１／３の周波数に色信号キャリアが発
生するため、ナイキスト周波数であるサンプリング周波
数の１／２の周波数までを解像できず解像度が劣る。
【０００４】図８に示す構造の色フィルタを設けた撮像
素子は、垂直方向にバンドの異なるＲフィルタとＢフィ
ルタが並んでいるため、垂直方向に色モワレが発生しや
すく、特に有彩色画像で見苦しいシーンが出てくる。
素子は、垂直方向にバンドの異なるＲフィルタとＢフィ
ルタが並んでいるため、垂直方向に色モワレが発生しや
すく、特に有彩色画像で見苦しいシーンが出てくる。
【０００５】図９に示す構成の色フィルタを設けた撮像
素子は、バンドの広い補色フィルタで構成されているた
め、図８に示す構成の色フィルタを設けた撮像素子より
色モワレは出にくいが、画素の出力信号間の差信号で色
信号を形成するため、色信号のＳ／Ｎ比が悪く、さら
に、出力信号を量子化しディジタル処理を行う際に、色
信号の量子化誤差が大きくなり好ましくない。
素子は、バンドの広い補色フィルタで構成されているた
め、図８に示す構成の色フィルタを設けた撮像素子より
色モワレは出にくいが、画素の出力信号間の差信号で色
信号を形成するため、色信号のＳ／Ｎ比が悪く、さら
に、出力信号を量子化しディジタル処理を行う際に、色
信号の量子化誤差が大きくなり好ましくない。
【０００６】さらに、図８，図９に示す構成の色フィル
タを設けた撮像素子ともサンプリング周波数の１／２の
周波数に色信号キャリアが発生するため、ナイキスト周
波数であるサンプリング周波数の１／２の周波数までを
解像することができない。
タを設けた撮像素子ともサンプリング周波数の１／２の
周波数に色信号キャリアが発生するため、ナイキスト周
波数であるサンプリング周波数の１／２の周波数までを
解像することができない。
【０００７】これに対し、米国特許明細書第３９７１０
６５号に開示されている、いわゆるベイヤー配列と呼ば
れる色フィルタ配列を有する撮像素子がある。これは図
１０に示すように、撮像素子の水平方向のピッチをＰ
H ，垂直方向のピッチをＰV とすると、緑色光透過フィ
ルタＧは、水平方向のピッチ２ＰH ，垂直方向のピッチ
ＰV で水平方向にＰH だけオフセットされたオフセット
サンプリング構造で配置され、赤色光透過フィルタＲお
よび青色光透過フィルタＢは水平方向のピッチ２ＰH ，
垂直方向のピッチ２ＰV の矩形格子状サンプリング構造
で配置されているものである。このようなベイヤー配列
を有する撮像素子を用いると、モワレが少なく、かつ、
Ｓ／Ｎ比の良い良好な画像が得られることが知られてい
る。
６５号に開示されている、いわゆるベイヤー配列と呼ば
れる色フィルタ配列を有する撮像素子がある。これは図
１０に示すように、撮像素子の水平方向のピッチをＰ
H ，垂直方向のピッチをＰV とすると、緑色光透過フィ
ルタＧは、水平方向のピッチ２ＰH ，垂直方向のピッチ
ＰV で水平方向にＰH だけオフセットされたオフセット
サンプリング構造で配置され、赤色光透過フィルタＲお
よび青色光透過フィルタＢは水平方向のピッチ２ＰH ，
垂直方向のピッチ２ＰV の矩形格子状サンプリング構造
で配置されているものである。このようなベイヤー配列
を有する撮像素子を用いると、モワレが少なく、かつ、
Ｓ／Ｎ比の良い良好な画像が得られることが知られてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このベ
イヤー配列を有する撮像素子を用いても以下に示す問題
が発生する。すなわち、図１１（ａ），（ｂ）はそれぞ
れ図１０に示す色フィルタの撮像素子で発生する信号キ
ャリアの位置を２次元周波数平面（ｆH ，ｆV ）上に表
わしたときの第１象限の特性図である。
イヤー配列を有する撮像素子を用いても以下に示す問題
が発生する。すなわち、図１１（ａ），（ｂ）はそれぞ
れ図１０に示す色フィルタの撮像素子で発生する信号キ
ャリアの位置を２次元周波数平面（ｆH ，ｆV ）上に表
わしたときの第１象限の特性図である。
【０００９】ここで、図１１（ａ）に示す周波数平面上
の特性図は、図１０の撮像素子の各画素からの出力信号
をそのままスイッチングして切り換えることにより輝度
信号を形成しており、図１１（ｂ）に示す周波数平面上
の特性図は、図１０の撮像素子のＧフィルタが配置され
た画素からの信号のみを用いて輝度信号を形成してい
る。
の特性図は、図１０の撮像素子の各画素からの出力信号
をそのままスイッチングして切り換えることにより輝度
信号を形成しており、図１１（ｂ）に示す周波数平面上
の特性図は、図１０の撮像素子のＧフィルタが配置され
た画素からの信号のみを用いて輝度信号を形成してい
る。
【００１０】いずれの場合も周波数空間上、（１／２Ｐ
H ，０）および（０，１／２ＰV ）に色信号のキャリア
が発生していることがわかる。すなわち、ベイヤー配列
を有する撮像素子の場合もサンプリング周波数の１／２
の周波数に色信号キャリアが発生するため、ナイキスト
周波数であるサンプリング周波数の１／２の周波数まで
を解像することができない。
H ，０）および（０，１／２ＰV ）に色信号のキャリア
が発生していることがわかる。すなわち、ベイヤー配列
を有する撮像素子の場合もサンプリング周波数の１／２
の周波数に色信号キャリアが発生するため、ナイキスト
周波数であるサンプリング周波数の１／２の周波数まで
を解像することができない。
【００１１】さらに、各画素からの出力信号をスイッチ
ングして切り換えたり、Ｇフィルタが配置された画素か
らの信号のみを用いる単純合成の輝度信号では、正しい
分光特性を持つ輝度信号が得られず、したがって出力画
像の色再現性等に悪影響を及ぼす。このため、輝度信号
の低域成分だけを正しい分光特性を持つ輝度信号に置き
かえる処理が従来より行われているが、この正しい分光
特性を持つ輝度信号を形成するための回路規模が大幅に
増加する。
ングして切り換えたり、Ｇフィルタが配置された画素か
らの信号のみを用いる単純合成の輝度信号では、正しい
分光特性を持つ輝度信号が得られず、したがって出力画
像の色再現性等に悪影響を及ぼす。このため、輝度信号
の低域成分だけを正しい分光特性を持つ輝度信号に置き
かえる処理が従来より行われているが、この正しい分光
特性を持つ輝度信号を形成するための回路規模が大幅に
増加する。
【００１２】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
もので、簡易な手法で分光特性の補正された輝度信号が
得ることができ、解像度が良く、モワレが少なく、Ｓ／
Ｎ比の良好な画像を得ることのできるカラー撮像装置を
提供することを目的とするものである。
もので、簡易な手法で分光特性の補正された輝度信号が
得ることができ、解像度が良く、モワレが少なく、Ｓ／
Ｎ比の良好な画像を得ることのできるカラー撮像装置を
提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明では、前記目的を
達成するため、カラー撮像装置を次の（１）のとおりに
構成する。
達成するため、カラー撮像装置を次の（１）のとおりに
構成する。
【００１４】（１）被写体像を輝度情報と色情報を有す
る電気信号に変換するカラー撮像装置であって、つぎの
ａ，ｂ，ｃ，ｄの構成要素を備えたカラー撮像装置。 ａ．画素が水平方向のピッチＰH ，垂直方向のピッチＰ
V の矩形格子状に配置された撮像素子。 ｂ．前記画素に対応して設けられた、水平方向のピッチ
２ＰH ，垂直方向のピッチＰV で水平方向にＰH だけオ
フセットされたオフセットサンプリング構造を有する第
１の色フィルタと、水平方向のピッチ２ＰH ，垂直方向
のピッチ２ＰVの矩形格子状サンプリング構造を有する
第２の色フィルタおよび第３の色フィルタとを有する色
フィルタアレイ。 ｃ．前記第１の色フィルタ，第２の色フィルタ，第３の
色フィルタに対応する画素から出力された第１の色信
号，第２の色信号，第３の色信号にもとづいて、第１の
色信号のうち第２の色信号の画素と同じ列または同じ行
の画素による信号のみを同時化し、第２の色信号との差
をとった第１の差信号と、第１の色信号のうち第３の色
信号の画素と同じ列または同じ行の画素による信号のみ
を同時化し、第３の色信号との差をとった第２の差信号
とから前記色情報を形成する色情報形成手段。 ｄ．前記第１の差信号と前記第２の差信号とをそれぞれ
定数倍し、これらを前記第１の色信号，第２の色信号，
第３の色信号のうちの少なくとも１つ以上の信号を合成
して得られた信号に、加算することで前記輝度情報を形
成する輝度情報形成手段。
る電気信号に変換するカラー撮像装置であって、つぎの
ａ，ｂ，ｃ，ｄの構成要素を備えたカラー撮像装置。 ａ．画素が水平方向のピッチＰH ，垂直方向のピッチＰ
V の矩形格子状に配置された撮像素子。 ｂ．前記画素に対応して設けられた、水平方向のピッチ
２ＰH ，垂直方向のピッチＰV で水平方向にＰH だけオ
フセットされたオフセットサンプリング構造を有する第
１の色フィルタと、水平方向のピッチ２ＰH ，垂直方向
のピッチ２ＰVの矩形格子状サンプリング構造を有する
第２の色フィルタおよび第３の色フィルタとを有する色
フィルタアレイ。 ｃ．前記第１の色フィルタ，第２の色フィルタ，第３の
色フィルタに対応する画素から出力された第１の色信
号，第２の色信号，第３の色信号にもとづいて、第１の
色信号のうち第２の色信号の画素と同じ列または同じ行
の画素による信号のみを同時化し、第２の色信号との差
をとった第１の差信号と、第１の色信号のうち第３の色
信号の画素と同じ列または同じ行の画素による信号のみ
を同時化し、第３の色信号との差をとった第２の差信号
とから前記色情報を形成する色情報形成手段。 ｄ．前記第１の差信号と前記第２の差信号とをそれぞれ
定数倍し、これらを前記第１の色信号，第２の色信号，
第３の色信号のうちの少なくとも１つ以上の信号を合成
して得られた信号に、加算することで前記輝度情報を形
成する輝度情報形成手段。
【００１５】
【作用】前記（１）の構成により、２次元周波数空間上
の（１／２ＰH ，０）また（０，１／２ＰV ）にある白
黒の被写体についての色差信号のキャリアが消滅する。
また合成して得た輝度情報に、第１の差信号，第２の差
信号を定数倍した信号が加算され、輝度情報の分光特性
が補正される。
の（１／２ＰH ，０）また（０，１／２ＰV ）にある白
黒の被写体についての色差信号のキャリアが消滅する。
また合成して得た輝度情報に、第１の差信号，第２の差
信号を定数倍した信号が加算され、輝度情報の分光特性
が補正される。
【００１６】
【実施例】以下本発明を実施例により詳しく説明する。
図１は本発明の第１実施例である“カラー撮像装置”の
ブロック図である。撮像素子（センサ）１０１には図１
０に示すベイヤー配列のＲ，Ｇ，Ｂフィルタ（フィルタ
アレイ）が設けられている。撮像素子１０１から１画素
ごとに読み出された画像信号は色分離部１０２により
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号に分離された後、ホワイトバランス部１
１１でＲ，Ｇ，Ｂ信号のゲインがホワイトバランスセン
サ（ＡＷＢ）１２０より得られた色温度情報をもとにホ
ワイトバランス調整され、次にγ変換部１１２でγ変換
され、その後Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器１
０３でＡ／Ｄ変換される。
図１は本発明の第１実施例である“カラー撮像装置”の
ブロック図である。撮像素子（センサ）１０１には図１
０に示すベイヤー配列のＲ，Ｇ，Ｂフィルタ（フィルタ
アレイ）が設けられている。撮像素子１０１から１画素
ごとに読み出された画像信号は色分離部１０２により
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号に分離された後、ホワイトバランス部１
１１でＲ，Ｇ，Ｂ信号のゲインがホワイトバランスセン
サ（ＡＷＢ）１２０より得られた色温度情報をもとにホ
ワイトバランス調整され、次にγ変換部１１２でγ変換
され、その後Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器１
０３でＡ／Ｄ変換される。
【００１７】輝度信号はスイッチ回路（ＳＷＹ）１２６
によりスイッチングされることにより読み出し順に並べ
られ、高域成分を含む輝度信号ＹS として取り出され
る。この輝度信号ＹS は、後述する第１の差信号Ｒ（γ
乗）−Ｇ1 （γ乗），第２の差信号Ｂ（γ乗）−Ｇ2
（γ乗）の定数倍を加算した信号と加算器１１７で加算
され、Ｄ／Ａ（ディジタル−アナログ）変換器１１８で
Ｄ／Ａ変換され出力される。
によりスイッチングされることにより読み出し順に並べ
られ、高域成分を含む輝度信号ＹS として取り出され
る。この輝度信号ＹS は、後述する第１の差信号Ｒ（γ
乗）−Ｇ1 （γ乗），第２の差信号Ｂ（γ乗）−Ｇ2
（γ乗）の定数倍を加算した信号と加算器１１７で加算
され、Ｄ／Ａ（ディジタル−アナログ）変換器１１８で
Ｄ／Ａ変換され出力される。
【００１８】一方、Ａ／Ｄ変換器１０３の出力のうちＧ
（γ乗）信号は、スイッチ（ＳＷ）１２８により図２に
示すような位置にあるＧ1 （γ乗）信号とＧ2 （γ乗）
信号に分離される。これはスイッチ１２８を例えば１水
平走査期間ごとに切り換えることで可能である。このよ
うに分離されたＧ1 （γ乗）信号，Ｇ2 （γ乗）信号は
Ｒ（γ乗）信号，Ｂ（γ乗）信号とともに補間フィルタ
１０６，１０７，１０８，１０９に入力され、各々同時
化された信号Ｒ（γ乗），Ｇ1 （γ乗），Ｇ2（γ
乗），Ｂ（γ乗）となる。なお、補間フィルタ１０６〜
１０９では補間による同時化のみならず、２次元ローパ
スフィルタリング，エッジ強調等の線形処理も行われ
る。これらの処理は線形処理のため、後で述べる加算処
理やマトリクス処理等の処理と順序を入れかえてもよ
い。
（γ乗）信号は、スイッチ（ＳＷ）１２８により図２に
示すような位置にあるＧ1 （γ乗）信号とＧ2 （γ乗）
信号に分離される。これはスイッチ１２８を例えば１水
平走査期間ごとに切り換えることで可能である。このよ
うに分離されたＧ1 （γ乗）信号，Ｇ2 （γ乗）信号は
Ｒ（γ乗）信号，Ｂ（γ乗）信号とともに補間フィルタ
１０６，１０７，１０８，１０９に入力され、各々同時
化された信号Ｒ（γ乗），Ｇ1 （γ乗），Ｇ2（γ
乗），Ｂ（γ乗）となる。なお、補間フィルタ１０６〜
１０９では補間による同時化のみならず、２次元ローパ
スフィルタリング，エッジ強調等の線形処理も行われ
る。これらの処理は線形処理のため、後で述べる加算処
理やマトリクス処理等の処理と順序を入れかえてもよ
い。
【００１９】同時化されたＲ（γ乗）信号，Ｇ1 （γ
乗）信号は加算器１２９で第１の差信号Ｒ（γ乗）−Ｇ
1 （γ乗）となり、Ｂ（γ乗）信号とＧ2 （γ乗）信号
は加算器１３０で第２の差信号Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ
乗）となり、これらが色差信号マトリクス処理部１１３
に入力され、
乗）信号は加算器１２９で第１の差信号Ｒ（γ乗）−Ｇ
1 （γ乗）となり、Ｂ（γ乗）信号とＧ2 （γ乗）信号
は加算器１３０で第２の差信号Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ
乗）となり、これらが色差信号マトリクス処理部１１３
に入力され、
【００２０】
【数１】
【００２１】という変換が行われ、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ
−Ｙが生成される。
−Ｙが生成される。
【００２２】ここで、周波数空間上（１／２ＰH ，０）
にある白黒の被写体が撮像素子１０１により採取される
とする。この被写体は周期２ＰH の縦縞であり、このよ
うな被写体に対してはＲ（γ乗）＝Ｇ1 （γ乗），Ｂ
（γ乗）＝Ｇ2 （γ乗）となるため、加算器１２９，１
３０より出力されるＲ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗）信号，Ｂ
（γ乗）−Ｇ2 （γ乗）信号はいずれも零となる。ゆえ
に、色差マトリクス処理部１１３から出力される色差信
号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙも零となり出力されない。このこと
は、周波数（１／２ＰH ，０）での色差信号のキャリア
が消滅することを意味している。別の解釈をすれば、周
波数（１／２ＰH ，０）上でのＲ（γ乗）信号のキャリ
アとＧ1 （γ乗）信号のキャリアは同位相であり、Ｂ
（γ乗）信号のキャリアとＧ2 （γ乗）信号のキャリア
は同位相であり、したがって、これらの第１，第２の差
信号Ｒ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗），Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ
乗）のこの周波数でのキャリアを消滅させることができ
るため、色差信号のキャリアが発生しないのである。こ
れらの色差信号はひき続くＤ／Ａ変換器１１４，１１５
でＤ／Ａ変換され出力される。
にある白黒の被写体が撮像素子１０１により採取される
とする。この被写体は周期２ＰH の縦縞であり、このよ
うな被写体に対してはＲ（γ乗）＝Ｇ1 （γ乗），Ｂ
（γ乗）＝Ｇ2 （γ乗）となるため、加算器１２９，１
３０より出力されるＲ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗）信号，Ｂ
（γ乗）−Ｇ2 （γ乗）信号はいずれも零となる。ゆえ
に、色差マトリクス処理部１１３から出力される色差信
号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙも零となり出力されない。このこと
は、周波数（１／２ＰH ，０）での色差信号のキャリア
が消滅することを意味している。別の解釈をすれば、周
波数（１／２ＰH ，０）上でのＲ（γ乗）信号のキャリ
アとＧ1 （γ乗）信号のキャリアは同位相であり、Ｂ
（γ乗）信号のキャリアとＧ2 （γ乗）信号のキャリア
は同位相であり、したがって、これらの第１，第２の差
信号Ｒ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗），Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ
乗）のこの周波数でのキャリアを消滅させることができ
るため、色差信号のキャリアが発生しないのである。こ
れらの色差信号はひき続くＤ／Ａ変換器１１４，１１５
でＤ／Ａ変換され出力される。
【００２３】さらに第１の差信号Ｒ（γ乗）−Ｇ1 （γ
乗），第２の差信号Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ乗）は定係数
乗算器１３２，１３３により定数倍され、加算器１３４
で加算され、輝度信号ＹS に加算器１１７で加算され、
分光特性の補正された輝度信号Ｙを得ることができる。
乗），第２の差信号Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ乗）は定係数
乗算器１３２，１３３により定数倍され、加算器１３４
で加算され、輝度信号ＹS に加算器１１７で加算され、
分光特性の補正された輝度信号Ｙを得ることができる。
【００２４】この原理を以下に説明する。撮像素子１０
１の各画素からの出力信号を単純合成し、得られた輝度
信号をＹS とする。輝度信号ＹS は本実施例では各画素
からの出力信号をスイッチ回路１２６によりスイッチン
グされることにより得られるものであるが、色分離され
た色信号のうちの１つ、例えばＧ信号をそのまま用いた
ものであってもよい。これに対し、分光特性が視感度と
等しくなるよう補正された輝度信号をＹL とする。輝度
信号ＹL は同時化された各色信号の線形結合より形成す
ることができる。
１の各画素からの出力信号を単純合成し、得られた輝度
信号をＹS とする。輝度信号ＹS は本実施例では各画素
からの出力信号をスイッチ回路１２６によりスイッチン
グされることにより得られるものであるが、色分離され
た色信号のうちの１つ、例えばＧ信号をそのまま用いた
ものであってもよい。これに対し、分光特性が視感度と
等しくなるよう補正された輝度信号をＹL とする。輝度
信号ＹL は同時化された各色信号の線形結合より形成す
ることができる。
【００２５】
【数２】
【００２６】と表わすことができる。ＮＴＳＣ方式の場
合、 δ＝０．３０，α＋β＝０．５９，ε＝０．１１ ……（２） である。輝度信号ＹL は輝度信号ＹS に比べて低帯域で
ある。輝度信号ＹS のうち、ＹL と同じ帯域を持つ輝度
信号をＹSLとする。
合、 δ＝０．３０，α＋β＝０．５９，ε＝０．１１ ……（２） である。輝度信号ＹL は輝度信号ＹS に比べて低帯域で
ある。輝度信号ＹS のうち、ＹL と同じ帯域を持つ輝度
信号をＹSLとする。
【００２７】このとき、輝度信号ＹはＹS の低域部分Ｙ
SLを正しい分光特性を持つ輝度信号ＹL に置き換えるこ
とにより、補正される。すなわち、 Ｙ＝（ＹS −ＹSL）＋ＹL ＝ＹL ＋（ＹL −ＹSL） ……（３） ここで輝度信号ＹSLは各色信号の線形結合で表わすこと
ができる。これを
SLを正しい分光特性を持つ輝度信号ＹL に置き換えるこ
とにより、補正される。すなわち、 Ｙ＝（ＹS −ＹSL）＋ＹL ＝ＹL ＋（ＹL −ＹSL） ……（３） ここで輝度信号ＹSLは各色信号の線形結合で表わすこと
ができる。これを
【００２８】
【数３】
【００２９】とする。このとき（３）式の右辺のカッコ
の中は次のもとなる。すなわち、
の中は次のもとなる。すなわち、
【００３０】
【数４】
【００３１】 ここで δ−ｓ＝ｔ−α ならば ｓ＋ｔ＝α＋δ δ＋α＋β＋ε＝ｓ＋ｔ＋ｕ＋ｗ（＝１）だから β＋ε＝ｕ＋ｗ したがって ε−ｗ＝ｕ−β ここで Ｃ1 ＝δ−ｓ＝ｔ−α ……（５） Ｃ2 ＝ε−ｗ＝ｕ−β ……（６） とおくと、
【００３２】
【数５】
【００３３】これを（３）式に代入して
【００３４】
【数６】
【００３５】となる。したがって輝度信号Ｙの分光特性
の補正は単純合成により得られた輝度信号ＹS に第１，
第２の差信号Ｒ（γ乗）−Ｇ1（γ乗），Ｒ（γ乗）−
Ｇ2 （γ乗）の定数倍を加算することにより行うことが
できる。
の補正は単純合成により得られた輝度信号ＹS に第１，
第２の差信号Ｒ（γ乗）−Ｇ1（γ乗），Ｒ（γ乗）−
Ｇ2 （γ乗）の定数倍を加算することにより行うことが
できる。
【００３６】輝度信号ＹS がスイッチ回路１２６により
スイッチングがされることにより得られるものであると
き、（４）式のｓ，ｔ，ｕ，ｗは ｓ＝ｔ＝ｕ＝ｗ＝０．２５ ……（８） となるから、（２），（５），（６）式より α＝０．２０，β＝０．３９， Ｃ1 ＝０．０５，Ｃ2 ＝−０．１４ ……（９） が得られる。
スイッチングがされることにより得られるものであると
き、（４）式のｓ，ｔ，ｕ，ｗは ｓ＝ｔ＝ｕ＝ｗ＝０．２５ ……（８） となるから、（２），（５），（６）式より α＝０．２０，β＝０．３９， Ｃ1 ＝０．０５，Ｃ2 ＝−０．１４ ……（９） が得られる。
【００３７】また、輝度信号ＹS がＧ信号をそのまま用
いたものであるとき、（４）式のｓ，ｔ，ｕ，ｗは ｓ＝ｗ＝０，ｔ＝ｕ＝０．５ ……（１０） となるから、（２），（５），（６）式より α＝０．２０，β＝０．３９ Ｃ1 ＝０．３０，Ｃ2 ＝０．１１ ……（１１） が得られる。
いたものであるとき、（４）式のｓ，ｔ，ｕ，ｗは ｓ＝ｗ＝０，ｔ＝ｕ＝０．５ ……（１０） となるから、（２），（５），（６）式より α＝０．２０，β＝０．３９ Ｃ1 ＝０．３０，Ｃ2 ＝０．１１ ……（１１） が得られる。
【００３８】このようにして、分光特性の補正された輝
度信号ＹはＤ／Ａ変換器１１８でＤ／Ａ変換され出力さ
れる。なお、一般に色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ、輝度の低
域成分ＹL は輝度信号Ｙに比べ充分帯域が狭いため、補
間し同時化されたＲ（γ乗），Ｇ1 （γ乗），Ｇ2 （γ
乗），Ｂ（γ乗）信号の加算器１２９，１３０、色差マ
トリクス処理部１１３、輝度信号生成回路１１７等での
処理は、間引きなどを行って輝度信号Ｙの処理より遅い
クロックで行ってもよい。
度信号ＹはＤ／Ａ変換器１１８でＤ／Ａ変換され出力さ
れる。なお、一般に色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ、輝度の低
域成分ＹL は輝度信号Ｙに比べ充分帯域が狭いため、補
間し同時化されたＲ（γ乗），Ｇ1 （γ乗），Ｇ2 （γ
乗），Ｂ（γ乗）信号の加算器１２９，１３０、色差マ
トリクス処理部１１３、輝度信号生成回路１１７等での
処理は、間引きなどを行って輝度信号Ｙの処理より遅い
クロックで行ってもよい。
【００３９】以上説明したように、本実施例では、スト
ライプフィルタを用いていないのでモワレの発生が少な
く、補色フィルタを用いていないのでＳ／Ｎ比が良好で
あり、周波数（１／２ＰH ，０）での色差信号キャリア
の発生が消滅するので解像度が良くなる。また簡易な手
法で分光特性の補正された輝度情報が得られる。
ライプフィルタを用いていないのでモワレの発生が少な
く、補色フィルタを用いていないのでＳ／Ｎ比が良好で
あり、周波数（１／２ＰH ，０）での色差信号キャリア
の発生が消滅するので解像度が良くなる。また簡易な手
法で分光特性の補正された輝度情報が得られる。
【００４０】次に本発明の第２実施例を説明する。本実
施例の撮像素子１０１は第１実施例と同様図１０に示す
フィルタアレイを設けたものであり、全体構成も図１に
示すと同様のものである。ただ、Ａ／Ｄ変換器１０３よ
り出力されたＧ（γ乗）信号はスイッチ１２８により、
図３に示すような位置にあるＧ1 （γ乗）信号とＧ2
（γ乗）信号に分離される点で第１実施例と相違する。
施例の撮像素子１０１は第１実施例と同様図１０に示す
フィルタアレイを設けたものであり、全体構成も図１に
示すと同様のものである。ただ、Ａ／Ｄ変換器１０３よ
り出力されたＧ（γ乗）信号はスイッチ１２８により、
図３に示すような位置にあるＧ1 （γ乗）信号とＧ2
（γ乗）信号に分離される点で第１実施例と相違する。
【００４１】ここで周波数空間上（０，１／２ＰV ）に
ある白黒の被写体が撮像素子１０１により採取されたと
する。この被写体は周期２ＰVの横縞であり、このよう
な被写体に対してはＲ（γ乗）＝Ｇ1 （γ乗），Ｂ（γ
乗）＝Ｇ2 （γ乗）となるため、加算器１２９，１３０
より出力されるＲ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗）信号，Ｂ（γ
乗）−Ｇ2 （γ乗）信号はいずれも零となる。ゆえに色
差マトリクス処理部１１３から出力される色差信号Ｒ−
Ｙ，Ｂ−Ｙも零となり出力されない。このことは、周波
数（０，１／２ＰV ）での色差信号のキャリアが消滅す
ることを意味している。別の解釈をすれば、周波数
（０，１／２ＰV ）上でのＲ（γ乗）信号のキャリアと
Ｇ1 （γ乗）信号のキャリアは同位相であり、Ｂ（γ
乗）信号のキャリアとＧ2 （γ乗）信号のキャリアは同
位相であり、したがって、これらの差信号Ｒ（γ乗）−
Ｇ1 （γ乗），Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ乗）のこの周波数
でのキャリアを消滅させることができるため色差信号の
キャリアが発生しないのである。輝度情報は第１実施形
と同様にして形成する。
ある白黒の被写体が撮像素子１０１により採取されたと
する。この被写体は周期２ＰVの横縞であり、このよう
な被写体に対してはＲ（γ乗）＝Ｇ1 （γ乗），Ｂ（γ
乗）＝Ｇ2 （γ乗）となるため、加算器１２９，１３０
より出力されるＲ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗）信号，Ｂ（γ
乗）−Ｇ2 （γ乗）信号はいずれも零となる。ゆえに色
差マトリクス処理部１１３から出力される色差信号Ｒ−
Ｙ，Ｂ−Ｙも零となり出力されない。このことは、周波
数（０，１／２ＰV ）での色差信号のキャリアが消滅す
ることを意味している。別の解釈をすれば、周波数
（０，１／２ＰV ）上でのＲ（γ乗）信号のキャリアと
Ｇ1 （γ乗）信号のキャリアは同位相であり、Ｂ（γ
乗）信号のキャリアとＧ2 （γ乗）信号のキャリアは同
位相であり、したがって、これらの差信号Ｒ（γ乗）−
Ｇ1 （γ乗），Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ乗）のこの周波数
でのキャリアを消滅させることができるため色差信号の
キャリアが発生しないのである。輝度情報は第１実施形
と同様にして形成する。
【００４２】なお、図１に示す装置より得られる出力信
号をアナログ記録する場合、Ｄ／Ａ変換器１１８，１１
４，１１５は必要であるが、何らかの磁気媒体，光磁気
媒体，Ｅ2 ＰＲＯＭ(electrically erasable PROM)等に
ディジタル記録する場合は、これらのＤ／Ａ変換器を用
いなくてもよい。
号をアナログ記録する場合、Ｄ／Ａ変換器１１８，１１
４，１１５は必要であるが、何らかの磁気媒体，光磁気
媒体，Ｅ2 ＰＲＯＭ(electrically erasable PROM)等に
ディジタル記録する場合は、これらのＤ／Ａ変換器を用
いなくてもよい。
【００４３】次に本発明の第３実施例を説明する。図４
は本発明の第３実施例である“カラー撮像装置”のブロ
ック図である。撮像素子（センサ）４０１には図１０に
示すベイヤー配列のＲ，Ｇ，Ｂフィルタが設けられてい
る。撮像素子４０１から１画素ごとに読み出された画像
信号は色分離部４０２によりＲ，Ｇ，Ｂ信号に分離され
た後、ホワイトバランス部４１１でＲ，Ｇ，Ｂ信号のゲ
インをホワイトバランスセンサ４０２より得られた色温
度情報をもとにホワイトバランス調整され、次にγ変換
部４１２でγ変換され、その後Ａ／Ｄ変換器４０３でＡ
／Ｄ変換される。
は本発明の第３実施例である“カラー撮像装置”のブロ
ック図である。撮像素子（センサ）４０１には図１０に
示すベイヤー配列のＲ，Ｇ，Ｂフィルタが設けられてい
る。撮像素子４０１から１画素ごとに読み出された画像
信号は色分離部４０２によりＲ，Ｇ，Ｂ信号に分離され
た後、ホワイトバランス部４１１でＲ，Ｇ，Ｂ信号のゲ
インをホワイトバランスセンサ４０２より得られた色温
度情報をもとにホワイトバランス調整され、次にγ変換
部４１２でγ変換され、その後Ａ／Ｄ変換器４０３でＡ
／Ｄ変換される。
【００４４】輝度信号は、Ｇ（γ乗）信号を補間フィル
タ４２５によりオフセットサンプリング構造を２次元的
に補間し、加算器４１７で後述の第１の差信号，第２の
差信号により分光特性を補正し、Ｄ／Ａ変換器４１８で
Ｄ／Ａ変換し出力される。なお、補間フィルタ４２５で
は補間による同時化のみならず２次元ローパスフィルタ
リング，エッジ強調等の処理も含まれる。
タ４２５によりオフセットサンプリング構造を２次元的
に補間し、加算器４１７で後述の第１の差信号，第２の
差信号により分光特性を補正し、Ｄ／Ａ変換器４１８で
Ｄ／Ａ変換し出力される。なお、補間フィルタ４２５で
は補間による同時化のみならず２次元ローパスフィルタ
リング，エッジ強調等の処理も含まれる。
【００４５】一方、Ａ／Ｄ変換器４０３の出力のうちＧ
（γ乗）信号は、スイッチ（ＳＷ）４２８により図２に
示すような位置にあるＧ1 （γ乗）信号とＧ2 （γ乗）
信号に分離される。これはスイッチ４２８を例えば１水
平走査期間ごとに切り換えることで可能である。このよ
うに分離されたＧ1 （γ乗）信号，Ｇ2 （γ乗）信号は
Ｒ（γ乗）信号，Ｂ（γ乗）信号とともに補間フィルタ
４０６，４０７，４０８，４０９に入力され、各々同時
化された信号Ｒ（γ乗），Ｇ1 （γ乗），Ｇ2（γ
乗），Ｂ（γ乗）となる。なお、補間フィルタ４０６〜
４０９では補間による同時化のみならず、２次元ローパ
スフィルタリング，エッジ強調等の線形処理も含んでい
る。これらの処理は線形処理のため、後で述べる加算処
理等の処理と順序を入れかえてもよい。
（γ乗）信号は、スイッチ（ＳＷ）４２８により図２に
示すような位置にあるＧ1 （γ乗）信号とＧ2 （γ乗）
信号に分離される。これはスイッチ４２８を例えば１水
平走査期間ごとに切り換えることで可能である。このよ
うに分離されたＧ1 （γ乗）信号，Ｇ2 （γ乗）信号は
Ｒ（γ乗）信号，Ｂ（γ乗）信号とともに補間フィルタ
４０６，４０７，４０８，４０９に入力され、各々同時
化された信号Ｒ（γ乗），Ｇ1 （γ乗），Ｇ2（γ
乗），Ｂ（γ乗）となる。なお、補間フィルタ４０６〜
４０９では補間による同時化のみならず、２次元ローパ
スフィルタリング，エッジ強調等の線形処理も含んでい
る。これらの処理は線形処理のため、後で述べる加算処
理等の処理と順序を入れかえてもよい。
【００４６】同時化されたＲ（γ乗）信号，Ｇ1 （γ
乗）信号は加算器４２９で第１の差信号Ｒ（γ乗）−Ｇ
1 （γ乗）となり、Ｂ（γ乗）信号とＧ2 （γ乗）信号
は加算器４３０で第２の差信号Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ
乗）となり、第１，２の実施例と同様、色差信号マトリ
クス処理部４１３により色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙが生成
される。
乗）信号は加算器４２９で第１の差信号Ｒ（γ乗）−Ｇ
1 （γ乗）となり、Ｂ（γ乗）信号とＧ2 （γ乗）信号
は加算器４３０で第２の差信号Ｂ（γ乗）−Ｇ2 （γ
乗）となり、第１，２の実施例と同様、色差信号マトリ
クス処理部４１３により色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙが生成
される。
【００４７】ここで、周波数空間上（１／２ＰH ，０）
にある白黒の被写体が撮像素子４０１により採取される
とする。この被写体は周期２ＰH の縦縞であり、このよ
うな被写体に対しては加算器４２９，４３０より出力さ
れるＲ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗）信号，Ｂ（γ乗）−Ｇ2
（γ乗）信号はいずれも零となる。ゆえに、色差信号Ｒ
−Ｙ，Ｂ−Ｙは零となり出力されない。このことは、周
波数（１／２ＰH ，０）での色差信号のキャリアが消滅
することを意味している。
にある白黒の被写体が撮像素子４０１により採取される
とする。この被写体は周期２ＰH の縦縞であり、このよ
うな被写体に対しては加算器４２９，４３０より出力さ
れるＲ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗）信号，Ｂ（γ乗）−Ｇ2
（γ乗）信号はいずれも零となる。ゆえに、色差信号Ｒ
−Ｙ，Ｂ−Ｙは零となり出力されない。このことは、周
波数（１／２ＰH ，０）での色差信号のキャリアが消滅
することを意味している。
【００４８】輝度信号は、前述の輝度信号補正の原理説
明における、ＹｓにＧ信号をそのまま用いる例に示すと
おりに形成される。
明における、ＹｓにＧ信号をそのまま用いる例に示すと
おりに形成される。
【００４９】次に本発明の第４実施例を説明する。撮像
素子は第３実施例と同様図１０に示すベイヤー配列のも
のであり、全体構成も図４に示すと同様のものである。
ただ、Ａ／Ｄ変換器４０３より出力されたＹ（γ乗）信
号はスイッチ４２８により、図３に示すような位置にあ
るＧ1 （γ乗）信号とＧ2 （γ乗）信号に分離される。
素子は第３実施例と同様図１０に示すベイヤー配列のも
のであり、全体構成も図４に示すと同様のものである。
ただ、Ａ／Ｄ変換器４０３より出力されたＹ（γ乗）信
号はスイッチ４２８により、図３に示すような位置にあ
るＧ1 （γ乗）信号とＧ2 （γ乗）信号に分離される。
【００５０】ここで、周波数空間上（０，１／２ＰV ）
にある白黒の被写体が撮像素子４０１により採取された
とする。この被写体は周期２ＰV の横縞であり、このよ
うな被写体に対しては、加算器４２９，４３０より出力
されるＲ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗）信号，Ｂ（γ乗）−Ｇ
2（γ乗）信号はいずれも零となる。ゆえに、色差信号
Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは零となり出力されない。このことは、
周波数（０，１／２ＰV ）での色差信号のキャリアが消
滅することを意味している。輝度信号は第３実施例と同
様にして形成される。
にある白黒の被写体が撮像素子４０１により採取された
とする。この被写体は周期２ＰV の横縞であり、このよ
うな被写体に対しては、加算器４２９，４３０より出力
されるＲ（γ乗）−Ｇ1 （γ乗）信号，Ｂ（γ乗）−Ｇ
2（γ乗）信号はいずれも零となる。ゆえに、色差信号
Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは零となり出力されない。このことは、
周波数（０，１／２ＰV ）での色差信号のキャリアが消
滅することを意味している。輝度信号は第３実施例と同
様にして形成される。
【００５１】なお、撮像素子のカラーフィルタは必ずし
もＲ，Ｇ，Ｂフィルタでなくてもよく、図５に示すよう
に第１，２，３の色フィルタが、Ｙ（輝度信号の分光特
性に近いフィルタ），Ｒ，Ｂであるベイヤー配列や、図
６に示すように第１，２，３の色フィルタがＷ（白
色），Ｒ，Ｂであるベイヤー配列などでもよく、第１の
色信号を図２あるいは図３に示すごとく分離し、第１の
差信号および第２の差信号を形成したとき、色差信号Ｒ
−Ｙ，Ｂ−Ｙが前記“数１”に示すがごとく、第１，第
２の差信号からマトリクスにより線型演算で求められる
ものであれば、何であってもよい。（マトリクスの係数
は“数１”と同じである必要はない。）
もＲ，Ｇ，Ｂフィルタでなくてもよく、図５に示すよう
に第１，２，３の色フィルタが、Ｙ（輝度信号の分光特
性に近いフィルタ），Ｒ，Ｂであるベイヤー配列や、図
６に示すように第１，２，３の色フィルタがＷ（白
色），Ｒ，Ｂであるベイヤー配列などでもよく、第１の
色信号を図２あるいは図３に示すごとく分離し、第１の
差信号および第２の差信号を形成したとき、色差信号Ｒ
−Ｙ，Ｂ−Ｙが前記“数１”に示すがごとく、第１，第
２の差信号からマトリクスにより線型演算で求められる
ものであれば、何であってもよい。（マトリクスの係数
は“数１”と同じである必要はない。）
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易な手法で分光特性の補正された輝度情報が得られ、
解像度が良く、モワレが少なく、Ｓ／Ｎ比の良好な画像
を得ることのできるカラー撮像装置を提供できる。
簡易な手法で分光特性の補正された輝度情報が得られ、
解像度が良く、モワレが少なく、Ｓ／Ｎ比の良好な画像
を得ることのできるカラー撮像装置を提供できる。
【図１】 第１実施例，第２実施例のブロック図
【図２】 第１実施例，第３実施例における信号処理の
説明図
説明図
【図３】 第２実施例，第４実施例における信号処理の
説明図
説明図
【図４】 第３実施例，第４実施例のブロック図
【図５】 ベイヤー配列の例を示す図
【図６】 ベイヤー配列の例を示す図
【図７】 色フィルタの配列例を示す図
【図８】 色フィルタの配列例を示す図
【図９】 色フィルタの配列例を示す図
【図１０】 ベイヤー配列の例を示す図
【図１１】 ベイヤー配列の信号キャリアの位置を示す
図
図
１０１ 撮像素子 １０６〜１０９ 補間フィルタ １２８ スイッチ １２９，１３０ 加算器 １３２，１３３ 定係数乗算器 １１７，１３４ 加算器
Claims (1)
- 【請求項１】 被写体像を輝度情報と色情報を有する電
気信号に変換するカラー撮像装置であって、つぎのａ，
ｂ，ｃ，ｄの構成要素を備えたことを特徴とするカラー
撮像装置。 ａ．画素が水平方向のピッチＰH ，垂直方向のピッチＰ
V の矩形格子状に配置された撮像素子。 ｂ．前記画素に対応して設けられた、水平方向のピッチ
２ＰH ，垂直方向のピッチＰV で水平方向にＰH だけオ
フセットされたオフセットサンプリング構造を有する第
１の色フィルタと、水平方向のピッチ２ＰH ，垂直方向
のピッチ２ＰVの矩形格子状サンプリング構造を有する
第２の色フィルタおよび第３の色フィルタとを有する色
フィルタアレイ。 ｃ．前記第１の色フィルタ，第２の色フィルタ，第３の
色フィルタに対応する画素から出力された第１の色信
号，第２の色信号，第３の色信号にもとづいて、第１の
色信号のうち第２の色信号の画素と同じ列または同じ行
の画素による信号のみを同時化し、第２の色信号との差
をとった第１の差信号と、第１の色信号のうち第３の色
信号の画素と同じ列または同じ行の画素による信号のみ
を同時化し、第３の色信号との差をとった第２の差信号
とから前記色情報を形成する色情報形成手段。 ｄ．前記第１の差信号と前記第２の差信号とをそれぞれ
定数倍し、これらを前記第１の色信号，第２の色信号，
第３の色信号のうちの少なくとも１つ以上の信号を合成
して得られた信号に、加算することで前記輝度情報を形
成する輝度情報形成手段。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100032A JP3017310B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | カラー撮像装置 |
| US07/846,174 US5253046A (en) | 1991-03-07 | 1992-03-05 | Color image pickup apparatus for object image conversion |
| EP92103872A EP0502539B1 (en) | 1991-03-07 | 1992-03-06 | Color image pickup apparatus |
| DE69222671T DE69222671T2 (de) | 1991-03-07 | 1992-03-06 | Farbbildaufnahmegerät |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100032A JP3017310B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | カラー撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04329786A JPH04329786A (ja) | 1992-11-18 |
| JP3017310B2 true JP3017310B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=14263192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3100032A Expired - Fee Related JP3017310B2 (ja) | 1991-03-07 | 1991-05-01 | カラー撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3017310B2 (ja) |
-
1991
- 1991-05-01 JP JP3100032A patent/JP3017310B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04329786A (ja) | 1992-11-18 |
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