JP3049434B2 - カラー撮像装置 - Google Patents

カラー撮像装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カラービデオカメラ,カラースチルビデオ
カメラ等の撮像装置に関し、特に輝度信号の生成に関す
るものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の装置においては、固体撮像素子に例え
ば第7図に示すような3種類以上の色フィルタを装着
し、第8図に示すような信号処理をすることで、最終的
に輝度信号と2つの色差信号R−Y,B−Yを得るのが普
通である。
このような従来の方式の色信号処理においては、ま
ず、水平方向に隣り合っていて、かつ異なる種類の色フ
ィルタが装着されている画素からの出力を減算した結果
である色差信号から演算処理が行われるのが普通であ
る。例えば、第7図に示す色フィルタ配列をインタレー
ス走査すれば、各フィールドの奇数列目は、減算器804
によりC1=(Mg−Gr)という減算結果が得られ、偶数列
目は、C2=(Ye−Cy)という減算結果が得られる。これ
に対して、色信号処理部805では、適当な方法でホワイ
トバランス、γ変換などの色処理演算が行われる。
次に、これらの線順次化されている色差信号C1/C2
対し、同時化回路806で1H(水平走査時間)遅延線など
を用いて同時化して、更に、これを色差マトリクス回路
807に通すことにより色差軸を適当に回転し、最終的に
2つの色差信号R−Y,B−Yを得ている。
しかし、このような方式の色処理方法には、次のよう
な2つの根本的な問題がある。
(A)ホワイトバランスがとりにくい。
三管式カメラやRGB原色(純色)タイプのカメラで
は、G(緑)に対するR(赤)とB(青)の比を色温度
に応じて変化させることで、ホワイトバランスがとれる
のに対し、この種の装置では、色情報が色差の形で出て
くるので、例えば、色温度に応じて、輝度信号の何割か
を色差信号に加減算することによって白色に対する色差
信号を強制的に零にし、ホワイトバランスをとってい
る。この方法は、原理的にも正しくなく、幅広い色温度
範囲で、精度良くホワイトバランスをとることは極めて
むずかしい。
(B)色差のままγ変換するので色の再現性が良くな
い。
三管式カメラのRGB原色タイプのカメラでは、NTSC方
式(national television system commitee)に従って
色分離された出力R,G,BにγをかけてRγ,Gγ,Bγを得
たのち、2つの色差Rγ−Y,Bγ−Yを得る。但しY
(輝度信号)はY=0.30Rγ+0.59Gγ+0.11Bγであ
る。
ところが、補色タイプのカメラでは、色信号は、最初
に差をとられてから、γをかけられるので(Mg−Gr)γ
のように差の形のままγをかけられてしまう。従って、
後でどう補正しても正規のNTSCと対応のついた色信号が
得られず、色の再現性はよくない。
前述の問題を解決するために例えば、第9図のように
2つの色差信号C1,C2とローパスフィルタ902を通して輝
度信号YL′を用いて、適当な演算によってRGBへ変換
し、この状態でホワイトバランス、γ変換を行い、再び
輝度,色差へ変換する手法が考えられる。
これによれば、R,G,Bの状態でホワイトバランス、γ
変換を行えるので前述した第8図の例のような問題点は
ある程度解決される。
しかし、このように、一度水平方向の出力の差の色差
を作ってから、これをもとに、色処理を行う手法では、
フィルタの分光感度にマッチした最適な色処理が行え
ず、色再現性が良くならないという問題があった。
そこで、色再現性を良くするために、以下の様なデジ
タル処理の手法が考えられる。
第10図にそのブロック図を示す。
CCDセンサ(撮像素子)101には、第7図のような4種
類の色フィルタが配置されている。センサ101からイン
タレース走査で一画素ごとに読み出された画像信号は、
102のAGC(automatie gain control)により振幅調整さ
れた後、A/D変換器103で読み出しクロックに同期したタ
イミングでアナログ−デジタル変換される。後で行う色
処理のために、このA/D変換器103は、リニヤ特性,量子
化誤差の点から考えて、8bit以上で行うのが望ましい。
輝度信号は、116のハイパスフィルタ(輝度信号高域
成分生成手段)で高域成分が検出され、後述するような
手法で得られる輝度の低域成分YLと加算器117で加算さ
れ、D/A変換器118でデジタル−アナログ変換され、出力
される。
一方、A/D変換器102の出力は、4つの補間フィルタ10
6,107,108,109に入力され、各々同時化され色信号Mg,C
y,Ye,Gr(マゼンタ,シアン,黄,緑)となる。
これらの色信号はRGB変換部110に入力し、R,G,Bの3
信号に変換される。これは次のようなマトリクス演算に
よるものである。
ここで、マトリクスAはセンサ101のMg,Gr,Cy,Yeの分
光特性Mg(λ),Gr(λ),Cy(λ),Ye(λ)をNTSCの
規格で定められたRGBの理想分光特性R(λ),G(λ),
B(λ)に近づけるように最適化された3行4列のマト
リクスである。
次にホワイトバランス部111でRGB信号をホワイトバラ
ンスセンサ102により得られた色温度情報をもとにR,G,B
からαR,G,βBという形に変換することでホワイトバラ
ンスがとられる。
次に、γ変換部112ではテーブル変換によってRGB信号
がγ変換される。
色差マトリクス部113では、 というNTSCの規格にあった変換を行い、前述した輝度の
低域成分YLと色差信号R−Y,B−Yとが生成される。色
差信号R−Y,B−Yは、ひき続きD/A変換器114,115でデ
ジタル−アナログ変換されて出力される。輝度信号の低
域成分YLは前述したようにハイパスフィルタ116で検出
された輝度信号の高域成分YHと加算器117で加算され、D
/A変換器118でデジタル−アナログ変換されて出力され
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記(1)式より求まる輝度信号の低域成分YLは、NT
SCの規格にあった分光特性を持つRGB信号から作られ、
しかも前段のホワイトバランス部111で調整されている
ので、輝度の分光特性が目の視感度と一致した輝度再現
性の良い信号となっている。
しかしながら、この輝度信号YLは、補間フィルタ106
〜109後段のRGB変換等の処理によってノイズが混入され
たものとなっている。すなわち、この信号YLは正規の輝
度再現性を有しているがS/Nが悪いという特徴を持って
いる。
本発明は、このような事情のもとでなされたもので、
輝度再現性がよく、ノイズの目立たないカラー撮像装置
を提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明では、カラー撮像装
置を次の(1)〜(3)のとおりに構成する。
(1)3種類以上の色フィルタが装着された撮像素子か
らの各色フィルタに対応する信号に対し、対応する各色
フィルタの分光特性によって決まる演算を行い、R,G,B
の3色信号を生成するカラー撮像装置であって、前記撮
像素子から各色フィルタに対応する信号より輝度信号の
高域成分を生成する輝度信号高域成分生成手段と、前記
R,G,Bの3色信号より輝度信号の低域成分を生成する第
1の輝度信号低域成分生成手段と、前記撮像素子から各
色フィルタに対応する信号より輝度信号の低域成分を生
成する第2の輝度信号低域成分生成手段と、被写体の色
情報および輝度情報を評価する評価手段と、前記評価手
段の出力に応じて、前記第1の輝度信号低域成分生成手
段の出力と前記第2の輝度信号低域成分生成手段の出力
とを所定の割合で混合する混合手段と、前記輝度信号高
域成分生成手段の出力と前記混合手段の出力とを加算し
て輝度信号を生成する加算手段とを備えるカラー撮像装
置。
(2)前記(1)記載のカラー撮像装置において、前記
評価手段による色情報の評価は色素信号R−Y,B−Yに
より評価を行うものであるカラー撮像装置。
(3)前記(1)記載のカラー撮像装置において、前記
評価手段による色情報の評価は前記R,G,Bの3色信号に
よって評価を行うものであるカラー撮像装置。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
第1図は、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。第10図と対応する部分には同
一符号は付してここでの説明を省略する。
本実施例においては、第2の輝度信号を作るべく、セ
ンサ101よりアナログ−デジタル変換された信号の低域
成分を導出するローパスフィルタ121を設けている。ロ
ーパスフィルタ121により得た信号はγ変換器119により
γ変換され、第2の輝度信号YL2となり、第10図の輝度
信号YLと同等の第1の輝度信号YL1とともに混合回路123
に入る。ここでの混合比は、評価回路122により、色差
信号R−Y,B−Yと、色温度情報を与えるホワイトバラ
ンスセンサ120のセンサ出力と出力レベル信号生成回路1
24からの信号により決定される。
出力レベル信号生成回路124は第3図のように構成さ
れる。
同図では、ローパスフィルタ121からの出力である輝
度信号の低域成分YL′があるしきい値T1でクランプされ
る。このしきい値T1は後述する評価回路中のコンパレー
タ204(第2図参照)のしきい値refと同一である。クラ
ンプされた信号はAGC回路102より得られるセンサ101の
平均出力レベル信号と加算器803で加算され、出力レベ
ル信号YDとなり出力される。
ところで、第2の輝度信号は、第7図に示す色フィル
タを装着したセンサ101の信号を、各画素毎の出力をス
イッチングしてそのまま読み出して得られた出力信号の
低域成分である。このため、分光特性は各ライン毎にMg
+Gr,Ye+Cyというフィルタの透過率の平均と等しくな
る。このため、第2の輝度信号は分光特性が目の視感度
と異なり、輝度再現性は悪い。しかし、その一方で第2
の輝度信号はRGB変換等の演算を行わないためS/Nが良い
という特徴を持っている。
本発明は、輝度再現性は良いがS/Nが悪い第1の輝度
信号と輝度再現性は悪いがS/Nが良い第2の輝度信号の
双方の利点が組合わせるものである。即ち、信号処理系
が得られる被写体の色情報と、出力レベル信号生成回路
124より得られる入射光量の情報とを利用し、ノイズが
目立ちにくい場合、すなわち、色の飽和度(彩度)が高
い場合には輝度再現性が良好な第1の輝度信号を優先
(混合比を多く)するとともに、ノイズが目立ちやすい
場合、すなわち色の飽和度が低い場合にはSNが良好な第
2の輝度信号を優先し、また、色飽和度とは別に、入射
光量が多くて(明るくて)ノイズが目立たない場合には
第い1の輝度信号を優先するとともに、入射光量が少な
くてノイズが目立つ場合には第2の輝度信号を優先す
る。
さらに、本実施例においては、色温度が高い場合、す
なわち青系の被写体におけるノイズが目立つ場合には、
青系の色が多いときにはSNが良い第2の輝度信号を優先
させ、赤系の色が多いときには輝度再現性が良い第1の
輝度信号を優先させる。反対に、色温度が低い場合、す
なわち赤系の被写体におけるノイズが目立つ場合には、
青系の色が多いときに第1の輝度信号を優先させ、赤系
の色が多いときには第2の輝度信号を優先させる。
そして、本実施例は、前述のような各要素(色飽和
度,色温度,光量)に応じて前記第1及び第2の輝度信
号の混合比を変化させる評価回路122及び混合回路123を
備えている。
評価回路122では、色の飽和度,色温度T即ち色情報
と、出力レベル信号YDを評価し、混合比Mを決定する。
即ち、 M=F1(R−Y,B−Y,T,YD) ……(2) 第2図に、混合する割合MがM1,M2,M3,M4の4つの値
をとる評価回路を示す。
同図ではホワイトバランスセンサからの出力AWBがコ
ンパレータ201に入力し、あるしきい値refで与えられる
色温度より高ければ“1"の信号、低ければ“0"の信号を
出力する。同様にB−Y,R−Yの色差信号および出力レ
ベル信号YDもコンパレータ202,203,204に入力し、いず
れもあるしきい値refで与えられる信号レベルより大き
ければ“1"の信号を、小さければ“0"の信号を出力す
る。
出力結果は次の表のようになる。
混合比はM4<M3<M2<M1の順で第1の輝度信号低域成
分の比率が高くなってゆくよう設定している。
第4図に本発明の第2実施例である“カラー撮像装
置”のブロック図を示す。
本実施例では図示のように、混合比Mは、評価回路12
2により、色信号R,G,Bと出力レベル信号YDを用いて決定
される。すなわち、 M=F2(R,G,B,YD) ……(3) 第5図に混合比がM1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8の8つの
値をとる評価回路122を示す。
同図ではホワイトバランス調整された色信号B,G,Rが
演算回路601,602に入力し、差信号B−G,R−Gが作られ
る。この差信号がコンパレータ603,604に入力し、それ
らの絶対値があるしきい値refと比較され、いずれの場
合もしきい値refより小さいとき、混合比MはM1として
出力される。このときの色信号は無彩色に近いものであ
る。M=M1となる信号の集合をWとする。Wに属さない
信号は第5図の評価回路122により、以下の領域に分類
される。
(R>G∩R≧B)∩∩(YD>T1) …(4) (G≦R∩G>R)∩∩(YD>T1) …(5) (B>R>G)∩∩(YD>T1) …(6) (B≧G≧R)∩∩(YD>T1) …(7) (R>G∩R≧B)∩∩(YD≦T1) …(8) (G≧R∩G>B)∩∩(YD≦T1) …(9) (B>R>G∪B≧G≧R)∩∩(YD≦T1) …(10) (4),(5),(6),(7),(8),(9),
(10)で示される領域で混合比MはそれぞれM2,M3,M4,M
5,M6,M7,M8となる。混合比MがM1〜M8の値をとる領域を
色空間で示すと第6図のようになる。
なお、以上の実施例では、混合比Mを離散的な値とし
て与えたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
例えば第1図の構成のとき、 但しC1,C2は比例定数 などのような連続値として与えてやってもよい。
また、本発明のセンサは、第7図に示した補色モザイ
クタイプのもの以外に、補色ストライプでもよい。色フ
ィルタがRGBタイプのものであっても、マトリクス変換
等によりRGB信号を作り直すものであれば本発明が適用
できる。
さらに、第1図等に示されるRGB変換は、マトリクス
を用いたいわゆるアフィン変換のような線型変換以外
に、 R=FR(C1,C2,……Cn) ……(9) G=FG(C1,C2,……Cn) ……(10) B=FB(C1,C2,……Cn) ……(11) 但しCi(i=1,……,n)はセンサの色フィルタの色 の形の非線型変換であっても本発明は同様に適用でき
る。
なお、本発明における第1,第2の輝度成分としては、
前述のものに限られることなく、他の方法によって抽出
されたものであってもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、輝度再現性が
良く、ノイズの目立たないカラー撮像装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例のブロック図、第2図は同
実施例における評価回路の回路図、第3図は同実施例に
おける出力レベル信号生成回路のブロック図、第4図は
本発明の第2実施例のブロック図、第5図は同実施例に
おける評価回路の回路図、第6図は同実施例における評
価回路で分割されるL色空間での領域を示す
図、第7図は色フィルタの配列を示す図、第8図,第9
図,第10図は従来例のブロック図である。 101……CCDセンサ(撮像素子) 106〜109……補間フィルタ 110……RGB変換部 113……色差マトリクス部 116……ハイパスフィルタ(輝度信号高域成分生成手
段) 117……加算器 120……ホワイトバランスセンサ 121……ローパスフィルタ 122……評価回路 123……混合回路 124……出力レベル信号生成回路

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3種類以上の色フィルタが装着された撮像
    素子からの各色フィルタに対応する信号に対し、対応す
    る各色フィルタの分光特性によって決まる演算を行い、
    R,G,Bの3色信号を生成するカラー撮像装置であって、 前記撮像素子から各色フィルタに対応する信号より輝度
    信号の高域成分を生成する輝度信号高域成分生成手段
    と、 前記R,G,Bの3色信号より輝度信号の低域成分を生成す
    る第1の輝度信号低域成分生成手段と、 前記撮像素子から各色フィルタに対応する信号より輝度
    信号の低域成分を生成する第2の輝度信号低域成分生成
    手段と、 被写体の色情報および輝度情報を評価する評価手段と、 前記評価手段の出力に応じて、前記第1の輝度信号低域
    成分生成手段の出力と前記第2の輝度信号低域成分生成
    手段の出力とを所定の割合で混合する混合手段と、 前記輝度信号高域成分生成手段の出力と前記混合手段の
    出力とを加算して輝度信号を生成する加算手段とを備え
    ることを特徴とするカラー撮像装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のカラー撮像装置において、
    前記評価手段による色情報の評価は色素信号R−Y,B−
    Yにより評価を行うものであることを特徴とするカラー
    撮像装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載のカラー撮像装置において、
    前記評価手段による色情報の評価は前記R,G,Bの3色信
    号によって評価を行うものであることを特徴とするカラ
    ー撮像装置。
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