JP3089423B2 - 信号処理装置 - Google Patents

信号処理装置

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JP3089423B2 JP01117212A JP11721289A JP3089423B2 JP 3089423 B2 JP3089423 B2 JP 3089423B2 JP 01117212 A JP01117212 A JP 01117212A JP 11721289 A JP11721289 A JP 11721289A JP 3089423 B2 JP3089423 B2 JP 3089423B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、色分離フィルタを装着した撮像素子を用い
るカラービデオカメラ,カラースチルビデオカメラ等の
撮像装置のための信号処理装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の信号処理装置においては、第4図
(a)の様な色分離フィルタ(以下色フィルタという)
を装着した固体撮像素子から逐次読み出される信号を入
力し、第5図のような信号処理を行うことで最終的に輝
度信号Yと2つの色差信号R−Y,B−Yとを供給するの
が普通である。
このような従来の方式における色信号処理において
は、例えば第4図(a)の配列をもつ色フィルタを装着
した固体撮像素子(以下、CCDセンサという)をインタ
レース走査した場合、まず奇数列目にはマゼンタ(M
g),グリーン(Gr)のみの色情報、偶数列目にはシア
ン(Cy),イエロー(Ye)のみの色情報しか持たないの
で、適当な補間フィルタを用いて、各画素毎に全ての色
情報が揃うように同時化が行われる。
MOS型センサのように、4線同時読出しが可能な構造
であれば赤(R),緑(G),青(B)信号への変換は
容易であるが、CCDセンサのように同時読出しができな
いセンサでは、Mg,Gr,Cy,Yeの4色に対して補間フィル
タによる同時化を行わなければRGB信号への変換はでき
ない。
この補間フィルタについて第4図(a)の色フィルタ
配列の例で説明する。この場合のCCDセンサ出力につい
てMgに注目すると、そのサンプリングの位置は第4図
(b)に○印で示した部分になる。その他の×印の部分
は、他の色情報はあるがMgの色情報がないので、○印の
ついたデータ(A〜D等)の適当な重みづけで補間を行
う。これが2次元補間フィルタによる同時化である。
例えば第6図に示すような構成の補間フィルタの場
合、A/D変換された後の信号は、1H(1水平走査時間)
毎に(Mg/Gr)のラインの出力と(Cy/Ye)のラインの出
力とに切り換わるので、1H毎に(Mg/Gr)と(Cy/Ye)の
信号が交互に補間フィルタへの入力となる。このとき、
垂直補間フィルタは、1Hメモリ101,102と係数器106,10
8,110により構成されているので、106,108.110の係数を
それぞれ1/2,1,1/2に設定した場合、係数器108の出力F2
を(Mg/Gr)のラインの信号であるとすると、加算器114
の出力F1には(Cy/Ye)ラインの平均値が出力される。
したがって、1H毎に、出力F1にはそれぞれ(Cy/Ye)と
(Mg/Gr)のラインの信号が、出力F2には(Mg/Gr)と
(Cy/Ye)のラインの信号が交互に出力されることにな
る。この出力F1と出力F2に対して1H毎にスイッチ116を
切り換えることにより、垂直方向に同時化された(Mg/G
r)信号と(Cy/Ye)信号を得ることができる。
次に各々の(Mg/Gr)信号と(Cy/Ye)信号は、ディレ
イ素子117〜122及び係数器123〜129よりなる水平補間フ
ィルタに入力される。加算器130,131,133,134は2タッ
プ毎の出力を加算するようにしているので、例えば加算
器130と131の出力には1読出しクロック(φ)毎に、Mg
とGrの信号が交互に出力される。したがって、スイッチ
132でクロックφ毎に130と131の出力を切り換えれば、
2次元的に補間されたMg及びGr信号を得ることができ
る。同様に、2次元的に変換されたCy及びYe信号も得ら
れる。
この様に、2次元の補間フィルタにより同時化して得
られたMg,Gr,Cy,Yeの4つの色信号に対して、適当なマ
トリクス処理を行うことで3色のR,G,B信号が生成され
る。
その後、ホワイトバランス調整,γ変換等の通常行わ
れている色信号処理を行い、色差マトリクスにより2つ
の色差信号R−Y,B−Yを得る。
また、輝度信号処理においはて、第4図(a)のよう
な色フィルタを用いて得たMg,Gr,Cy,Yeの各色信号が、
白色に対して等しい応答を示すように、自動利得調整器
(AGC)202によりゲイン調整した後、A/D変換器203によ
りA/D変換を行い、γ変換やKnee変換等の通常行われる
処理を行った後、ローパスフィルタ(以下LPFという)2
06により帯域制限することで輝度信号Yを得るのが普通
である(第5図参照)。
ところで、第4図(a)の様な色フィルタに限らず、
同一水平ライン内に装着される色フィルタの種類が1H毎
に異なる場合、この色フィルタ配列をインタレース走査
した例で説明すると、水平方向のローパスフィルタリン
グにより1H毎に1/2(Mg+Gr)と1/2(Cy+Ye)の輝度信
号が得られる。しかし、常に1/2(Mg+Gr)と1/2(Cy+
Ye)の輝度信号が等しくなるとは限らないので、1H毎に
明るいラインと暗いラインとを生じるという輝度段差の
問題があった。
この輝度段差を解決するために、輝度段差は低周波成
分の多い平坦な部分では目立ち易く高周波成分の多いエ
ッジ部分では目立ちにくいということに注目して、第7
図に示す構成で、垂直アパーチャ(以下VAPCという)信
号を得て、低周波成分の多い部分と高周波成分の多い部
分の領域を判別し、低周波成分の多い部分では、垂直方
向にローパスフィルタリングされた輝度信号YLPFを出力
し、高周波成分の多い部分では、ローパスフィルタリン
グしない元の輝度信号YORGを出力するように、スイッチ
ングする手法が従来行われていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前記第5図,第6図,第7図の構成例
は、色信号の同時化と輝度段差除去のために1Hメモリを
それぞれ2個ずつ用いるので、回路規模,消費電力の増
大を招くといった問題が生じた。
本発明は、このような問題を解消するためなされたも
ので、回路規模,消費電力を縮小できる撮像装置のため
の信号処理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、本発明では信号処理装置を
次の(1)〜(5)のとおりに構成する。
(1)撮像素子から逐次読み出される信号を1水平走査
時間遅延する第1の遅延手段と、前記第1の遅延手段に
よって遅延された遅延信号をさらに1水平走査時間遅延
する第2の遅延手段と、前記第1の遅延手段から出力さ
れる第1の輝度信号と、前記撮像素子から読み出される
信号と前記第1の遅延手段から出力される遅延信号と前
記第2の遅延手段から読み出される遅延信号とをそれぞ
れ所定の係数をかけた後に加算することにより垂直方向
に平均化された第2の輝度信号と、を撮像素子から逐次
読み出される信号の周波数成分に応じて選択的に出力す
ることにより輝度段差を除去する輝度段差除去手段と、
前記撮像素子から読み出される信号と前記第2の遅延手
段から出力される遅延信号とをそれぞれ所定の係数をか
けた後に加算して得られた第1の出力信号と、前記第1
の遅延手段から出力される遅延信号を所定の係数をかけ
て出力された第2の出力信号とにより、同時化された色
信号を生成する色信号の同時化手段とを備えていること
を特徴とする信号処理装置。
(2)色信号の同時化手段は、2つの色信号間でディレ
イ素子とタップを共通化した2次元ディジタル補間フィ
ルタを有する前記(1)記載の信号処理装置。
(3)遅延手段が、1水平走査時間メモリである前記
(1)記載の信号処理装置。
(4)遅延手段が、1水平走査時間遅延線である前記
(1)記載の信号処理装置。
(5)遅延手段が、輝度段差除去手段と色信号の同時化
手段に共通の垂直方向のローパスフィルタの一部となっ
ている前記(1)記載の信号処理装置。
〔実施例〕
以下本発明を実施例により説明する。
(第1実施例) 第2図は、第4図(a)に示すような色フィルタを装
着したCCDセンサをインタレース走査して得た信号を処
理する、本発明の第1実施例の信号処理装置のブロック
図であり、第1図はその要部のブロック図である。
本実施例では、同時化のための補間フィルタと輝度段
差除去のための1Hメモリとを共通化している。第2図に
おいて、CCDセンサ201には、第4図(a)のような4種
類の色フィルタが装着されている。CCDセンサ201よりイ
ンタレース走査で一画素毎に読出された画像信号は、ま
ず自動利得調整器(AGC)202により、各々の信号が白色
に対して等しい応答を示すように利得調整され、次にA/
D変換器203で読出しクロック(φ)に同期したタイミン
グでA/D変換される。後で行う色処理のために、このA/D
変換器203はリニアな特性が良く、量子化誤差の点から8
bit以上で行うのが望ましい。
次に、A/D変換器203の出力信号は信号処理部204に入
力される。信号処理部204は第1図に示す構成になって
いる。輝度信号処理部(輝度段差除去手段)は、1Hメモ
リ101,102と係数器103〜105および加算器112により構成
された垂直ハイパスフィルタ(以下VHPFという)部と、
1Hメモリ101,102と係数器107,109,111および加算器113
とにより構成された垂直ローパスフィルタ(以下VLPFと
いう)部と、スイッチ136とから構成されている。
輝度段差を含んだA/D出力信号が信号処理部204に入力
されると、VHPFにより112の出力に垂直アパーチャ信号V
APCを、又VLPFにより113の出力に垂直方向に平均化され
た輝度信号YLPFを得る。本実施例の場合、A/D変換器203
の出力は、インタレース走査により1H毎に(Mg/Gr)の
ラインの出力と(Cy/Ye)のラインの出力に切り換わ
る。
したがって、係数器107,111の係数を1/4,109の係数を
1/2に設定すると、加算器113の出力には、YLPF1=1/2
(Mg+Cy)またはYLPF2=1/2(Gr+Ye)の垂直方向に平
均化された輝度信号を得る。YLPF1とYLPF2の輝度信号は
読出しクロックφ毎に交互に出力される信号である。
また係数器103,105の係数を−1/2,104の係数を1に設
定した場合、加算器112にはVHPFによるVAPC信号を得
る。例えば、104の出力が(Mg/Gr)ラインの信号であっ
た時、112の出力にはVAPC1=Mg−CyまたはVAPC2=Gr−Y
e、104の出力が(Cy/Ye)ラインの信号であった時、112
の出力にはVAPC3=Cy−MgまたはVAPC4=Ye−Grの垂直ア
パーチャ信号VAPCを得る。このVAPC信号の振幅が大のと
き即ちエッジ部分等のときは、輝度段差は目立たないと
いう理由でVLPFを通さない元の輝度信号YORGをスイッチ
136で選択し、VAPC信号の振幅が小のとき即ち平坦な部
分等のときは、輝度段差が目立つので垂直方向に平均化
した輝度信号YLPFをスイッチ136で選択するようにし
て、輝度段差を除去することができる。
こうして得られた輝度信号Yは、Knee変換,γ変換等
の通常行われている処理を行った後、水平方向のローパ
スフィルタリング(HLPF206)で帯域制限を受け、最後
にD/A変換213を行い出力される。
次に色信号処理部(色信号の同時化手段)では、A/D
変換器203の出力信号を輝度段差除去と共通の1Hメモリ1
01,102と、係数器106,108,110とで構成される垂直補間
フィルタの入力信号とする。このとき、係数器106,108,
110の係数を1/2,1,1/2に設定し、係数器108の出力F2を
(Mg/Gr)のライン信号であるとすると、加算器114の出
力F1には、(Cy/Ye)ラインの平均値が出力される。し
たがって、出力F1,F2には、1H毎に(Mg/Gr)ラインの信
号と(Cy/Ye)ラインの信号とが交互に出力されること
になる。この出力F1,F2信号に対して1H毎にスイッチ116
を切り換えることで垂直方向に色信号の同時化が行われ
る。
その後、垂直方向に同時化された(Mg/Gr),(Cr/Y
e)信号は、ディレイ素子117〜122及び係数器123〜129
よりなる水平補間フィルタに入力される。加算器130,13
1,133,134は、2タップ毎の遅延出力を加算するように
してあるので、水平方向に1画素おきに繰返し配列され
ている色フィルタを用いた場合、本実施例の色フィルタ
配列では、130と131の出力には、MgまたはGr信号が読出
しクロックφごとに交互に出力される。(Cy/Ye)信号
の水平補間フィルタも同様に133,134の出力にCyまたはY
e信号がクロックφごとに交互に出力される。
以上の4信号をスイッチ132,135においてクロックφ
毎に切り換えて出力することにより、垂直及び水平方向
に同時化されたMg,Gr,Cy,Yeの4信号を得ることができ
る。
以上第1図の構成で得られたY信号,Mg,Gr,Cy,Ye信号
は、第2図で示す信号処理部204の出力となり、Y信号
は、通常行われるKnee変換,γ変換等の処理が行われ、
HLPF206により帯域制限された後D/A変換されて出力さ
れ、Mg,Gr,Cy,Ye信号は、RGB変換マトリクス回路208でR
GB信号に変換された後、通常のホワイトバランス調整,
γ変換等を行った後色差マトリクス回路210により色差
信号R−Y,B−Yに変換されD/A変換されて出力される。
なお、本実施例で共通化された遅延手段は1Hメモリを
2つ用いた場合についての説明であったが、遅延手段の
数は1つでも良いし、3つ以上でも輝度段差除去手段と
色の同時化手段は共通化することが可能である。
(第2実施例) 第3図は本発明の第2実施例要部のブロック図であ
る。前述の第1実施例において、同時化用のLPFの係数
器と、輝度段差除去用のLPFの係数器とは異なるものと
して構成していたが、回路規模の異なる縮小化のために
同時化用と輝度段差除去用のLPFの係数の間に相関があ
る場合、本実施例を用いると有効である。
第1図において、同時化用の係数器106,108,110の係
数が1/2,1,1/2で、輝度段差除去用の係数器107,109,111
の係数が1/4,1/2,1/4に設定されているので、第3図に
おいて、係数器301,302,303の係数を1/2,1,1/2に、係数
器304の係数を1/2に設定した場合に、第1図と同等の出
力を得ることができ、係数器の削減が行える。
(第3実施例) 第8図(a)のような色フィルタ配列で、フィールド
蓄積モードでインタレース読出しする場合においても、
本発明は有効であり、この場合の実施例を示す。
即ち、各フィールドの奇数番目のラインでは、(Mg+
Cy)と(Gr+Ye)が水平方向に交互に出力され、偶数番
目のラインでは、(Mg+Ye)と(Gr+Cy)が各々交互に
出力される。従って、C1=(Mg+Cy),C2=(Gr+Ye),
C3=(Mg+Ye),C4=(Gr+Cy)の4つの異なる色信号
が空間的にサンプリングされているので、第1実施例同
様の2次元補間フィルタリングで同時化を行い、輝度段
差除去も同時に行える。
また、この配列でフレーム蓄積モードで、インタレー
ス或はノンインタレース読出しを行った結果を、一旦A/
D変換してフレームメモリに入れ、これから読み出しな
がら同様な処理を行ってもよい。この場合、垂直相関距
離が短くなるので垂直方向の偽色除去に効果がある。
(第4実施例) 第8図(b)のように、一画素上に2つの異なる色フ
ィルタを形成し、フレーム蓄積させてインタレース走査
で読み出す方式のスチルビデオカメラにおいて、フレー
ム撮影を可能にしたセンサが提案されている。このよう
な場合においても、奇数番目からC1=(Mg+Ye),C2
(Gr+Cy)の2つの色信号、偶数番目からC3=(Mg+C
y),C4=(Gr+Ye)の2つの色信号が得られるので、第
1,2及び第3実施例と同じく本発明が有効である。
(第5実施例) 以上1水平走査時間遅延手段として1H(水平走査時
間)メモリを用いたディジタル処理に関して説明した
が、1水平走査時間遅延手段を1H遅延線とし、他の係数
器を適当な増幅器で構成することにより、アナログ処理
としても本発明が有効であることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、輝度段差除去
用の1水平走査時間遅延手段と色信号の同時化用の1水
平走査時間遅延手段とを共通化したため回路規模を縮小
でき、さらには回路規模縮小により消費電力を低く抑え
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例要部のブロック図、第2図
は同実施例のブロック図、第3図は本発明の第2実施例
要部ブロック図、第4図は色フィルタ配列を示す図、第
5図は従来例のブロック図、第6図は補間フィルタのブ
ロック図、第7図は輝度段差除去回路のブロック図、第
8図は色フィルタ配列を示す図である。 201……CCDセンサ 101,102……1Hメモリ 103〜111……係数器 112〜114……加算器 204……信号処理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 9/04 - 9/11

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像素子から逐次読み出される信号を1水
    平走査時間遅延する第1の遅延手段と、 前記第1の遅延手段によって遅延された遅延信号をさら
    に1水平走査時間遅延する第2の遅延手段と、 前記第1の遅延手段から出力される第1の輝度信号と、
    前記撮像素子から読み出される信号と前記第1の遅延手
    段から出力される遅延信号と前記第2の遅延手段から読
    み出される遅延信号とをそれぞれ所定の係数をかけた後
    に加算することにより垂直方向に平均化された第2の輝
    度信号と、を撮像素子から逐次読み出される信号の周波
    数成分に応じて選択的に出力することにより輝度段差を
    除去する輝度段差除去手段と、 前記撮像素子から読み出される信号と前記第2の遅延手
    段から出力される遅延信号とをそれぞれ所定の係数をか
    けた後に加算して得られた第1の出力信号と、前記第1
    の遅延手段から出力される遅延信号を所定の係数をかけ
    て出力された第2の出力信号とにより、同時化された色
    信号を生成する色信号の同時化手段とを備えていること
    を特徴とする信号処理装置。
  2. 【請求項2】色信号の同時化手段は、2つの色信号間で
    ディレイ素子とタップを共通化した2次元ディジタル補
    間フィルタを有することを特徴とする請求項(1)記載
    の信号処理装置。
  3. 【請求項3】遅延手段が、1水平走査時間メモリである
    ことを特徴とする請求項(1)記載の信号処理装置。
  4. 【請求項4】遅延手段が、1水平走査時間遅延線である
    ことを特徴とする請求項(1)記載の信号処理装置。
  5. 【請求項5】遅延手段が、輝度段差除去手段と色信号の
    同時化手段に共通の垂直方向のローパスフィルタの一部
    となっていることを特徴とする請求項(1)記載の信号
    処理装置。
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