JP3422027B2 - カラーカメラ及びその信号処理回路における輝度バランス回路 - Google Patents

カラーカメラ及びその信号処理回路における輝度バランス回路

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JP3422027B2
JP3422027B2 JP13605792A JP13605792A JP3422027B2 JP 3422027 B2 JP3422027 B2 JP 3422027B2 JP 13605792 A JP13605792 A JP 13605792A JP 13605792 A JP13605792 A JP 13605792A JP 3422027 B2 JP3422027 B2 JP 3422027B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カラーカメラ及びそ
信号処理回路における輝度バランス回路に関し、特に1
フィールド期間内に全画素の信号電荷を独立に読み出
す、いわゆる全画素読出し方式のCCD(Charge Couple
d Device) 固体撮像素子を用いたカラーカメラ及びそ
信号処理回路に用いて好適な輝度バランス回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】カラーカメラの信号処理回路において、
従来、垂直方向にて隣接する2画素の信号電荷を混合し
て読み出す、いわゆる2画素混合方式のCCD固体撮像
素子を用いたカラーカメラの場合、輝度バランスをとる
方法として、 CCD固体撮像素子から出力された信号、すなわち各
フィールドで2画素混合して読み出された出力信号に対
し、それぞれ違った適当な係数を乗じ、その乗算結果を
加算することによって輝度バランスをとる。 原色分離を行った後のR(赤),G(緑),G(青)
の各色原信号から
【数1】Y=0.30R+0.59G+0.11B なる式を満足する輝度信号Yを生成することによって輝
度バランスをとる。などの方法が知られている。なお、
ここに言う「輝度バランスをとる」とは、数1の式に近
い値となるようにCCD固体撮像素子の出力信号に対し
て処理を行うことである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、の方
法では、係数を乗じる入力信号、すなわちCCD固体撮
像素子の出力信号が、色温度によって制約を受けるの
で、輝度バランスを完全にとることは難しい。一方、
の方法では、完全に輝度バランスをとった信号が得られ
るものの、原色分離した後の信号を使っているので、S
/Nが悪化するという問題がある。
【0004】本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
のであり、比較的S/Nが良く、輝度バランスのとれた
信号を得ることが可能なカラーカメラ及びその信号処理
回路における輝度バランス回路を提供することを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明では、1フィール
ド期間内に全画素の信号電荷を独立に2ライン分ずつ読
み出し、点順次の2チャンネルの色信号として出力する
固体撮像素子を用いたカラーカメラにおいて、その信号
処理回路における輝度バランス回路、色温度情報に応
じて各色信号に対応して設定された第1,第2の係数を
2チャンネルの色信号の一方に対して画素単位で交互に
乗ずる第1の乗算器と、色温度情報に応じて各色信号に
対応して設定された第3,第4の係数を2チャンネルの
色信号の他方に対して画素単位で交互に乗ずる第2の乗
算器と、第1,第2の乗算器を経た2チャンネルの色信
号を2画素分ずつ加算して輝度信号を得る加算回路とか
らなる構成となっている。
【0006】また、本発明による他の輝度バランス回路
は、2チャンネルの色信号を同じ色の画素の組合せから
なる第1の色信号と異なる色の画素の組合せからなる第
2の色信号とに変換する色信号変換回路と、色温度情報
に応じて設定された第1の係数を第1の色信号に乗ずる
第1の乗算器と、色温度情報に応じて各色信号に対応し
て設定された第2,第3の係数を第2の色信号に対して
画素単位で交互に乗ずる第2の乗算器と、第1,第2の
乗算器を経た第1及び第2の色信号を2画素分ずつ加算
して輝度信号を得る加算回路とからなる構成となってい
る。
【0007】
【作用】全画素読出し方式の固体撮像素子を用いたカラ
ーカメラ及びその信号処理回路において、固体撮像素子
から出力される2チャンネルの色信号に対して、色温度
情報に応じて各ライン毎にそれぞれ独立に設定した係数
を、点順次で切り換えつつ乗じて輝度バランスをとる。
これにより、比較的S/Nが良く、輝度バランスのとれ
た信号が得られる。
【0008】また、固体撮像素子から出力される2チャ
ンネルの色信号を、同じ色の画素の組合せからなる色信
号と異なる色の画素の組合せからなる色信号とに変換
し、これら色信号に対し、同じ色の組合せのラインでは
常に同じ係数を乗じ、異なる色の組合せのラインでは点
順次に独立の係数をそれぞれ乗じることにより、輝度バ
ランスをとる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、全画素読出し方式のCCD固体撮
像素子を用いたカラーカメラの信号処理回路における本
発明の一実施例を示すブロック図である。図において、
画素単位で2次元配列されて入射光に応じた信号電荷を
蓄積する複数個のフォトセンサ1と、これらフォトセン
サ1から垂直列毎に読み出された信号電荷を垂直方向に
転送する垂直CCD2とによって撮像領域3が構成され
ている。撮像領域3上には、カラーフィルタアレイ(図
示せず)が形成される。このカラーフィルタアレイとし
ては、例えば、図2に示す如きG(緑)市松Ye(黄)
/Cy(シアン)線順次とした色配列のものが用いら
れ、この4画素を基本単位とする。図2において、Px
は水平方向の画素ピッチを、Pyは垂直方向の画素ピッ
チをそれぞれ表わす。
【0010】垂直CCD2は、垂直走査に相当する動作
を受け持っており、垂直転送クロックφV1〜φV4に
よって4相駆動される。垂直CCD2の出力側には、垂
直CCD2から移された信号電荷を各々水平方向に転送
する2本の水平CCD4,5が併置されている。これら
水平CCD4,5は、水平走査に相当する動作を受け持
っており、水平転送クロックφH1,φH2によって2
相駆動される。水平CCD4,5には、垂直CCD2か
ら2ライン分ずつ信号電荷が転送され、両者への信号電
荷の振分けは水平CCD4,5の間に配された振分け転
送ゲート6によってライン単位で行われる。
【0011】水平CCD4,5の出力側には、転送され
てきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する例えばフ
ローティング・ディフュージョン・アンプ構成の出力部
7,8が設けられており、これら出力部7,8から2チ
ャンネルの画素信号が出力される。以上により、1フィ
ールド期間内に全画素の信号電荷を独立に2ライン分ず
つ読み出し、点順次の2チャンネルの画素信号(色信
号)として出力する全画素読出し方式のCCD固体撮像
素子9が構成されている。
【0012】CCD固体撮像素子9からの2チャンネル
の出力信号は、CDS(相関二重サンプリング)回路及
びサンプル/ホールド回路(共に図示せず)を経た後、
本発明に係る輝度バランス回路10に入力される。この
輝度バランス回路10において、2チャンネルの入力信
号は先ず、A/D変換器11,12でディジタル化さ
れ、1ビット(画素)のラッチ回路13,14でラッチ
された後乗算器15,16の一入力となる。
【0013】乗算器15,16は、係数設定回路17で
設定されかつ切換えスイッチ18による切換えによって
交互に出力されるキャリアのバランス係数a/b,c/
dを他入力とし、このバランス係数a/b,c/dを2
チャンネルの画素信号にそれぞれ乗ずる。切換えスイッ
チ18は、2チャンネルの画素信号のサンプリング周波
数を4fsc(fsc:色信号の副搬送波周波数)とすると
き、2fscの切換え周波数で切換え制御を行う。
【0014】係数設定回路17は、例えばCCD固体撮
像素子9の出力信号に基づいて算出される色温度情報に
応じて各色信号Gr,Ye,Cy,Gbに対応したバラ
ンス係数a,b,c,dを設定する。これらバランス係
数a/b,c/dを乗ぜられた2チャンネルの画素信号
(a*Gr/b*Ye,c*Cy/d*Gb)は、1ビ
ットのラッチ回路19,20でラッチされた後、加算器
21で相互に加算される。この加算処理により、垂直方
向において隣接する2画素分の画素信号が加算されるこ
とになる。
【0015】この加算出力は、加算器22において1ビ
ットのラッチ回路23でラッチされた1画素前の加算出
力と加算される。この加算処理により、図2の色配列を
基本単位として垂直及び水平方向において隣接する4画
素分の画素信号が相互に加算され、輝度信号Yとして出
力される。このときの輝度信号Yは、
【数2】Y=a*Gr+b*Ye+c*Cy+d*Gb なる式で構成される。この輝度信号Yは、カットオフ周
波数が1MHz程度の水平方向フィルタであるLPF
(ローパス・フィルタ)24を通過することにより、高
域成分がカットされ、低域の輝度信号YL として出力さ
れる。
【0016】上述したように、全画素読出し方式のCC
D固体撮像素子9を用いたカラーカメラの信号処理回路
において、CCD固体撮像素子9から出力される各色信
号に対して、各ライン(Gr/Ye,Cy/Gbライ
ン)毎にそれぞれ独立のバランス係数a,b,c,d
を、周波数2fscのクロックによって点順次で切り換え
つつ乗じるとともに、これら係数の値を色温度情報に応
じて設定することにより、あらゆる色温度において輝度
バランスをとることができる。
【0017】また、上記構成の輝度バランス回路10
を、図3に示すように、YL (低域の輝度信号)用輝度
信号回路25として用いるとともに、YH (高域の輝度
信号)用輝度信号回路26としては、バランス係数を乗
じる構成を採らない通常の輝度信号回路を用い、減算器
27でYL 用輝度信号回路25の出力信号からYH 用輝
度信号回路26の出力信号を減じ、この減算器27の出
力信号をカットオフ周波数が1MHz程度のLPF28
を通した後、加算器29でYH 用輝度信号回路26の出
力信号と加算することにより、図4に示す如く低域の輝
度信号YL と高域の輝度信号YL に帯域分割された輝度
信号Yを得ることができる。
【0018】図5は、本発明の他の実施例を示すブロッ
ク図であり、図1と同等部分には同一符号を付してい
る。本実施例に係る輝度バランス回路30においては、
CCD固体撮像素子9から出力される2チャンネルの各
画素信号は先ず、周波数2fscのクロックに同期して切
換え回路31,32で切り換えることにより、Gr/G
bラインとCy/Yeラインの各色信号に変換してい
る。これら色信号に対し、Gr/Gbラインでは、Gr
とGbを同じレベルのG信号と考え、常に同じバランス
係数aを乗算器15で乗じ、一方Cy/Yeラインで
は、点順次に独立のバランス係数b,cを乗算器16で
それぞれ乗じる。これらバランス係数a,b,cは、図
示せぬ係数設定回路において色温度情報に応じて設定さ
れる。
【0019】そして、その乗算結果を加算器21で加算
し、さらにその加算出力を加算器22においてラッチ回
路23でラッチされた1画素前の加算出力と加算するこ
とにより、輝度信号Yを得る構成となっている。このと
きの輝度信号Yは、
【数3】Y=a*(Gr+Gb)+b*Ye+c*Cy なる式で構成される。
【0020】上述した構成によれば、色温度情報に応じ
て設定するバランス係数がa,b,cの3通りで済むこ
とになる。また、本実施例の場合にも、上記実施例の場
合と同様に、あらゆる色温度において輝度バランスをと
ることができる。さらに、この輝度バランス回路30を
図3のYL 用輝度信号回路25として用いることによっ
ても、図4に示す如く低域の輝度信号YL と高域の輝度
信号YLに帯域分割された輝度信号Yを得ることができ
る。
【0021】ところで、カラーフィルタアレイにおい
て、図2に示したように、Gを市松に配置した場合に
は、図6に示す如くキャリアが立つ。ここで、4画素の
キャリアを加えた結果がゼロになれば、理論的に偽信号
が発生することはない。しかし、G信号に同じバランス
係数を乗じた場合には、色温度によってYe,Cyのキ
ャリアはつり合わないので、偽信号が発生してしまうこ
とになる。
【0022】そこで、図2の市松G信号のうち、片方に
対して負のバランス係数を乗じるようにすることによ
り、すなわち
【数4】 Y=a*Gr+b*Ye+c*Cy−d*Gb (a,b,c,dは正) 又は、
【数5】 Y=(-a)*Gr+b*Ye+c*Cy+d*Gb (a,b,c,dは正) なる式を満足させることにより、垂直又は水平方向の偽
信号のどちらかを抑圧することが可能となるため、輝度
バランスをとりつつ、偽信号をある程度抑圧できること
になる。このことは、図2の色配列に限定されるもので
はなく、市松やストライプの色配列ならば、他の色の配
列でも適用可能である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全画素読出し方式の固体撮像素子を用いたカラーカメラ
及びその信号処理回路において、固体撮像素子から出力
される2チャンネルの色信号に対して、色温度情報に応
じてそれぞれ独立に設定した係数を点順次で切り換えつ
つ乗じて輝度バランスをとるようにしたので、原色分離
後の信号を使う必要がないことから、比較的S/Nの良
い、輝度バランスのとれた輝度信号を得ることができる
効果がある。
【0024】また、固体撮像素子から出力される2チャ
ンネルの色信号を、同じ色の画素の組合せからなる色信
号と異なる色の画素の組合せからなる色信号とに変換
し、これら色信号に対し、同じ色の組合せのラインでは
常に同じ係数を乗じ、異なる色の組合せのラインでは点
順次に独立の係数をそれぞれ乗じて輝度バランスをとる
ようにしたことにより、上記の効果に加え、設定する係
数が3通りで済むという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】輝度信号の処理に適用した本発明の一実施例を
示すブロック図である。
【図2】カラーフィルタの一例の色配列を示す図であ
る。
【図3】低域と高域に帯域分割された輝度信号の生成回
路のブロック図である。
【図4】低域と高域に帯域分割された輝度信号の周波数
特性図である。
【図5】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図6】図2の色配列におけるキャリアバランス図であ
る。
【符号の説明】
4,5 水平CCD 9 CCD固体撮像素子 10,30 輝度バランス回路 15,16 乗算器 17 係数設定回路 25 YL 用輝度信号回路 26 YH 用輝度信号回路
───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1フィールド期間内に全画素の信号電荷
    を独立に2ライン分ずつ読み出し、点順次の2チャンネ
    ルの色信号として出力する固体撮像素子と、 色温度情報に応じて各色信号に対応して設定された第
    1,第2の係数を前記2チャンネルの色信号の一方に対
    して画素単位で交互に乗ずる第1の乗算器と、色温度情
    報に応じて各色信号に対応して設定された第3,第4の
    係数を前記2チャンネルの色信号の他方に対して画素単
    位で交互に乗ずる第2の乗算器と、前記第1,第2の乗
    算器を経た前記2チャンネルの色信号を2画素分ずつ加
    算して輝度信号を得る加算回路とからなる輝度バランス
    回路を有する信号処理回路と を備えたことを特徴とする
    カラーカメラ。
  2. 【請求項2】 1フィールド期間内に全画素の信号電荷
    を独立に2ライン分ずつ読み出し、点順次の2チャンネ
    ルの色信号として出力する固体撮像素子と、 前記2チャンネルの色信号を同じ色の画素の組合せから
    なる第1の色信号と異なる色の画素の組合せからなる第
    2の色信号とに変換する色信号変換回路と、色温度情報
    に応じて設定された第1の係数を前記第1の色信号に乗
    ずる第1の乗算器と、色温度情報に応じて各色信号に対
    応して設定された第2,第3の係数を前記第2の色信号
    に対して画素単位で交互に乗ずる第2の乗算器と、前記
    第1,第2の乗算器を経た前記第1及び第2の色信号を
    2画素分ずつ加算して輝度信号を得る加算回路とからな
    る輝度バランス回路を有する信号処理回路と を備えたこ
    とを特徴とするカラーカメラ。
  3. 【請求項3】 1フィールド期間内に全画素の信号電荷
    を独立に2ライン分ずつ読み出し、点順次の2チャンネ
    ルの色信号として出力する固体撮像素子を用いたカラー
    カメラの信号処理回路における輝度バランス回路であっ
    て、 色温度情報に応じて各色信号に対応して設定された第
    1,第2の係数を前記2チャンネルの色信号の一方に対
    して画素単位で交互に乗ずる第1の乗算器と、 色温度情報に応じて各色信号に対応して設定された第
    3,第4の係数を前記2チャンネルの色信号の他方に対
    して画素単位で交互に乗ずる第2の乗算器と、 前記第1,第2の乗算器を経た前記2チャンネルの色信
    号を2画素分ずつ加算して輝度信号を得る加算回路とか
    らなることを特徴とする輝度バランス回路。
  4. 【請求項4】 1フィールド期間内に全画素の信号電荷
    を独立に2ライン分ずつ読み出し、点順次の2チャンネ
    ルの色信号として出力する固体撮像素子を用いたカラー
    カメラの信号処理回路における輝度バランス回路であっ
    て、 前記2チャンネルの色信号を同じ色の画素の組合せから
    なる第1の色信号と異なる色の画素の組合せからなる第
    2の色信号とに変換する色信号変換回路と、 色温度情報に応じて設定された第1の係数を前記第1の
    色信号に乗ずる第1の乗算器と、 色温度情報に応じて各色信号に対応して設定された第
    2,第3の係数を前記第2の色信号に対して画素単位で
    交互に乗ずる第2の乗算器と、 前記第1,第2の乗算器を経た前記第1及び第2の色信
    号を2画素分ずつ加算して輝度信号を得る加算回路とか
    らなることを特徴とする輝度バランス回路。
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