JP3443835B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、色フィルタを用いた
撮像装置に関し、特に低域成分側に折り返されたノイズ
によって画質が劣化しないようにした撮像装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】ＣＣＤなどの固体撮像素子を用いた撮像
装置にあって、その色フィルタとして補色と原色を用い
て色コーディックされたモザイク状の色フィルタを使用
する場合がある。 【０００３】図５はその一例を示す色フィルタ１の構成
を示すもので、本例ではその奇数ラインに対しては水平
方向Ｈに緑ＧとシアンＣｙとが所定のピッチＰｘをもっ
て交互に配列され、偶数ラインに対しては垂直方向Ｖに
黄Ｙｌと緑Ｇとが同一のピッチＰｘをもって交互に配列
されて構成された例である。垂直方向Ｖにおける繰り返
しピッチはＰｙであって、本例ではＰｘ＝Ｐｙである。
図では、後述する説明の都合上奇数ラインのＧと偶数ラ
インのＧとを区別するため、便宜的に奇数ライン上のＧ
に対してはＧａが、偶数ラインのＧに対してはＧｂが付
されているが両者は同一である。 【０００４】このように水平方向Ｈに対して所定のピッ
チＰｘで画素が交互に配列された色フィルタ１を使用す
る場合には、色フィルタ１でサンプリングされた信号
（撮像信号のうち輝度成分のみ示す）は図６に示すよう
に基本波成分（実線図示）の他に、サンプリングキャリ
アｆS（＝１／Ｐｘ）でサンプリングされた高周波成分
（破線図示）が得られる。 【０００５】被写体像が細かいときには撮像信号中には
高域成分が存在することになるので、そのような場合に
は高周波成分の周波数領域も広がり、図６のように基本
波成分の低域側まで伸びるような周波数特性となる。高
周波成分が基本波成分の帯域内に存在すると、それによ
って画質が劣化してしまうので、通常は少なくとも無彩
色画像（白黒画像）のとき、サンプリングキャリアｆS
やその１／２のキャリアでＧａとＣｙのキャリアがバラ
ンスし、ＧｂとＹｌのキャリアがバランスするように、
各画素から得られる輝度レベルが調整されている。 【０００６】図７はこのキャリアバランスを示す図であ
って、同図Ａのように繰り返しピッチＰｘ，Ｐｙによっ
て決まるサンプリングキャリアの位置（１／２Ｐｘ，１
／Ｐｘ，・・・）に図のような位相を持つ各色成分（Ｇ
ａ，Ｇｂ，Ｃｙ，Ｙｌ）のキャリアが表れる。そのた
め、今 Ｙｌ＝αＧａ＝βＧｂ＝γＣｙ・・・（１） （ただし、ＧａとＧｂの分光特性は同一であるから、Ｇ
ａ＝Ｇｂである。）のように設定したときで、少なくと
も無彩色画像を撮像した場合には、夫々の色成分におけ
るキャリアがバランスする。 【０００７】そのため、そのときのキャリアの関係を図
示すると、図７Ｂのようになって、少なくともサンプリ
ングキャリアｆSの１／２の点でのキャリアは完全に相
殺されてなくなる。その結果、サンプリングキャリアｆ
Sの１／２付近での高周波成分が０となり、高域での画
質劣化が改善される。 【０００８】（１）式は人間の視感特性とは関係なく画
素のレベルが設定されているので、少なくともその低域
成分に関しては人間の視感特性にマッチするようにその
レベル関係が定められている。人間の視感特性にマッチ
したレベルとは、周知のように輝度信号Ｙが、 Ｙ＝０．５９Ｇ＋０．３０Ｒ＋０．１１Ｂ・・・（２） となるように設定される。 【０００９】このような色フィルタ１を使用したときの
撮像装置１０の一例を図９に示す。同図において、端子
１２にはこの色フィルタ１によってサンプリングされた
撮像信号Ｓｉ（図１０Ａ）が得られ、これがサンプリン
グホールド回路１４において整形される。サンプリング
ホールドされた撮像信号は第１のマトリックス回路１６
に供給されて、上述したように少なくとも無彩色画像を
撮像したときに色成分（Ｇａ，Ｃｙ，Ｇｂ，Ｙｌ）のサ
ンプリングキャリアがバランスするように、（１）式に
示すようなマトリックス演算が行なわれる。これで、色
フィルタ１を使用したときに発生する高域における特有
な画質劣化の防止が図られる。 【００１０】第１のマトリックス回路１６の出力に関し
てはその高域成分のみが利用されるため、バンドパスフ
ィルタ１８に供給されて所定帯域の高域成分ＳＨ（図１
０Ｂ）が抽出される。 【００１１】撮像信号Ｓｉはさらに第２のマトリックス
回路２０にも供給され、ここにおいて（２）式に示すよ
うなマトリックス演算が行なわれたのちローパスフィル
タ２２に供給されて、高域成分ＳＨの低域カットオフ周
波数を、そのカットオフ周波数とする抽出処理が行なわ
れる。 【００１２】ローパスフィルタ２２より出力された低域
成分ＳＬ（図１０Ｃ）は高域成分ＳＨと共に加算器２４
に供給されて両成分の加算処理が行なわれ、その加算出
力ＳＯ（図１０Ｄ）が出力端子２６に得られる。 【００１３】なお、第２のマトリックス回路２０にあっ
ては、Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての色成分を用いてマトリックス
演算を行なうのではなく、実際には黄Ｙｌを輝度信号Ｙ
として代用している。これは、黄Ｙｌには周知のように
輝度成分が多く含まれているので、黄のみを用いても全
色を使用する場合と比較して遜色がないからである。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】このように、図５に示
すような色フィルタ１を使用する場合では、輝度信号Ｙ
として利用される色成分は黄Ｙｌである。この場合に注
目すべきキャリアは黄Ｙｌ単独のキャリアであるために
図８のようになって、キャリアバランスが取れないた
め、少なくともサンプリングキャリアｆSの１／２の点
でのキャリア成分 がそのまま残ってしまう。その結
果、輝度信号Ｙに高域成分があると、図６に示すように
低域成分側に高周波成分が残存するためこれが基本波成
分にとってはノイズＮとなり、このノイズＮによって画
質が劣化してしまう。 【００１５】このような画質の劣化は図５に示すような
色フィルタ１ではなく、補色と原色の組み合せによる色
コーディックのフィルタであれば、同じような画質劣化
が発生する。 【００１６】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、高周波成分に基づく画質の劣
化を改善した撮像装置を提案するものである。 【００１７】 【課題を解決するための手段】上述の課題は、原画像の
撮像に関して所定の色フィルタを使用して得た原撮像信
号を処理する撮像装置において、所定の走査期間だけ原
撮像信号を遅延する遅延回路と、この遅延回路の出力と
原撮像信号とを入力すると共に当該原撮像信号の高域成
分側に折り返されたキャリア成分を相殺し、当該原撮像
信号の高域成分を出力する高域成分形成用フィルタと、
遅延回路の出力と原撮像信号とを入力すると共に当該原
撮像信号の低域成分を視感特性に合致するように輝度レ
ベル関係をもって出力する低域成分形成用フィルタと、
高域成分形成用フィルタ及び低域成分形成用フィルタの
両出力の差を増幅するゲインコントロールアンプと、遅
延回路の出力と原撮像信号とを入力する共にゲインコン
トロールアンプのゲインを制御するために原撮像信号か
ら高域成分を検出する回路と、ゲインコントロールアン
プの出力のうちの低域成分と高域成分形成用フィルタの
出力のうちの低域成分とを合成する合成器とを備え、高
域成分を検出する回路は、原撮像信号の高域成分が大き
いときはゲインコントロールアンプのゲインを０に近づ
けるようにゲインコントロールアンプを制御することを
特徴とする撮像装置によって解決される。 【００１８】 【作用】本発明に係る撮像装置によれば、原画像の撮像
に関して所定の色フィルタを使用して得た原撮像信号を
処理する場合に、図１に示す遅延回路３０では所定の走
査期間だけ原撮像信号が遅延される。以下で遅延回路３
０の出力を遅延撮像信号という。高域成分形成用フィル
タの一例となる第１のマトリックス回路１６では原撮像
信号と遅延撮像信号とを入力すると共に当該原撮像信号
の高域成分側に折り返されたキャリア成分を相殺し、当
該原撮像信号の高域成分を出力するようになされる。低
域成分形成用フィルタの一例となる第２のマトリックス
回路２０では遅延撮像信号と原撮像信号とを入力すると
共に当該原撮像信号の低域成分を視感特性に合致するよ
うに輝度レベル関係をもって出力するようになされる。
ゲインコントロールアンプ３６では第１のマトリクス回
路１６及び第２のマトリクス回路２０の両出力の差を増
幅するようになされる。この原撮像信号から高域成分を
検出する回路３８，４０では、遅延撮像信号と原撮像信
号とを入力する共にゲインコントロールアンプ３６のゲ
インを制御するようになされる。合成器３４ではゲイン
コントロールアンプ３６の出力のうちの低域成分と第１
のマトリクス回路１６の出力のうちの低域成分とを合成
するようになされる。これを前提にして、第１のマトリ
ックス回路１６から得られる第１のマトリックス信号Ｙ
Hは図２Ａの帯域を持つ。第１のマトリックス信号ＹHは
無彩色画像を撮像したときにその高域成分中にサンプリ
ングキャリアが残らないように、（１）式を満足するよ
うにそのレベル関係が設定されている。また、第２のマ
トリックス回路２０から得られる第２のマトリックス信
号ＹLは人間の視感特性を満たすように（２）式のレベ
ル関係を満足するようにマトリックス演算される。第１
および第２のマトリックス信号ＹH，ＹLの帯域はほぼ同
じである。 【００１９】第１と第２のマトリックス信号ＹH，ＹLは
ゲインコントロールアンプ３６で次のようなゲイン制御
処理が行なわれる。 Ｓｘ＝Ａ（ＹL−ＹH） ＝Ａ（ＹLL＋ＹLH）−Ａ（ＹHL＋ＹHH） ＝Ａ（ＹLL−ＹHL）＋Ａ（ＹLH−ＹHH）・・・（３） これがローパスフィルタ４２でその低域成分のみ抽出さ
れるから、ローパスフィルタ出力Ｓｙは、 Ｓｙ＝Ａ（ＹLL−ＹHL）・・・（４） これにローパスフィルタ３２を通過した出力、つまり第
１のマトリックス信号ＹHと合成器３４で加算される結
果、その加算出力Ｓｚは、 Ｓｚ＝（ＹHL＋ＹHH）＋Ａ（ＹLL−ＹHL） ＝ＹHH＋（１−Ａ）ＹHL＋Ａ・ＹLL・・・（５） となる。 【００２０】ここで、ゲインＡは高域成分が強いときに
は、Ａ＝０で、高域成分がないときには、Ａ＝１とな
り、その中間のときには、０〈Ａ〈１の範囲内のゲイン
に制御される。その結果、高域成分がないときには、 Ｓｚ＝ＹLL＋ＹHH・・・（６） となる。（１）式の条件によってＹHHにはサンプリング
キャリアによる高周波成分がなく、またＹLL中にはもと
もとこの高周波成分が存在しないので、高周波成分によ
る画質の劣化はない。 【００２１】一方、高域成分が強いときには、Ａ＝０と
なるから、この場合には（５）式より、 Ｓｚ＝ＹHL＋ＹHH・・・（７） となる。高域成分が強いときには第２のサンプリング信
号ＹL中の特に低域側の信号ＹLLにはその高周波成分が
存在している。しかし、第１のサンプリング信号ＹH中
の低域側の信号ＹHL中にはこの高周波成分がないことか
ら、（７）式中にはノイズＮのない信号のみで構成され
たことになる。 【００２２】このように高域成分がないときにはキャリ
アバランスした高域側の成分ＹHHを使用し、高域成分が
あるときにはキャリアバランスした低域側の成分ＹHLを
使用するようにすれば、高周波成分による画質劣化を十
分に軽減できる。 【００２３】 【実施例】続いて、この発明に係る撮像装置の一例を上
述した色フィルタを使用した場合につき、図面を参照し
て詳細に説明する。 【００２４】図１はこの発明に係る撮像装置１０の要部
の一例を示すものであって、これに使用される色フィル
タ１としては図５に示すようなモザイク状の色フィルタ
を使用した場合である。 【００２５】図１において、端子１２に供給された撮像
信号Ｓｉがサンプリングホールド回路１４でサンプリン
グホールドされ、これがさらに遅延回路３０で１水平走
査期間だけ遅延されたのち、原撮像信号と、これに同時
化された遅延撮像信号とが上述した第１および第２のマ
トリックス回路１６、２０に供給される。同時化するの
は色フィルタ１からの色成分の全てを同時に使用してマ
トリックス演算する必要があるためである。 【００２６】第１のマトリックス回路１６は上述したよ
うにサンプリングキャリアによる高周波成分の影響を除
くため、無彩色画像撮像時にキャリアバランスを図るた
めであって、（１）式に示すようなマトリックス演算が
行なわれる。第１のマトリックス信号ＹHは図２Ａに示
すような帯域を通過帯域とするローパスフィルタ３２に
供給される。したがって、ローパスフィルタ３２によっ
ては特に帯域制限を受けない。この第１のマトリックス
信号ＹHにあってその低域側の信号を便宜的にＹHL、高
域側の信号をＹHHとする。 【００２７】第２のマトリックス回路２０も上述した
（２）式を満たすようなマトリックス演算を行なうため
に設けられたものであって、図２Ｂに示すような帯域を
持つ第２のマトリックス信号ＹLが得られる。この第２
のマトリックス信号ＹLにあってその低域側の信号を便
宜的にＹLLとし、高域側の信号をＹLHとする。 【００２８】第１と第２のマトリックス信号ＹH，ＹLは
ゲインコントロールアンプ３６に供給され、その出力Ｓ
ｘはさらに図２Ｃに示すような帯域のローパスフィルタ
４２に供給されて所定の帯域制限を受ける。このローパ
スフィルタ出力Ｓｙは合成器３４で第１のマトリックス
信号ＹHと同相加算されてその端子より加算出力Ｓｚが
得られる。 【００２９】上述したゲインコントロールアンプ３６で
は、次のような演算とゲインのコントロールが行なわれ
る。ここに、Ａはゲインである。 Ｓｘ＝Ａ（ＹL−ＹH） ＝Ａ（ＹLL＋ＹLH）−Ａ（ＹHL＋ＹHH） ＝Ａ（ＹLL−ＹHL）＋Ａ（ＹLH−ＹHH）・・・（３） これがローパスフィルタ４２でその低域成分のみ抽出さ
れるから、ローパスフィルタ出力Ｓｙは、 Ｓｙ＝Ａ（ＹLL−ＹHL）・・・（４） これにローパスフィルタ３２を通過したその帯域があま
り制限されていない出力、つまり第１のマトリックス信
号ＹHと合成器３４で加算される結果、その加算出力Ｓ
ｚは、 Ｓｚ＝（ＹHL＋ＹHH）＋Ａ（ＹLL−ＹHL） ＝ＹHH＋（１−Ａ）ＹHL＋Ａ・ＹLL・・・（５） となる。 【００３０】ゲインＡは高域成分が強いときには、Ａ＝
０で、高域成分がないときには、Ａ＝１となり、その中
間のときには、０〈Ａ〈１の範囲内のゲインに制御され
る。その結果、高域成分がないときには、 Ｓｚ＝ＹLL＋ＹHH・・・（６） となる（図２Ｄ参照）。 【００３１】（１）式の条件によってＹHHにはサンプリ
ングキャリアによる高周波成分がなく、またＹLL中には
もともとこの高周波成分が存在しないので、（６）式の
加算出力Ｓｚを撮像信号として利用する場合には高域特
性を確保しつつ高周波成分による画質の劣化を防ぐこと
ができる。 【００３２】一方、高域成分が強いときには、Ａ＝０と
なるから、この場合には（５）式より、 Ｓｚ＝ＹHL＋ＹHH・・・（７） となる。 【００３３】高域成分が強いときには第２のサンプリン
グ信号ＹL中の特に低域側の信号ＹLLにはその高周波成
分が存在している。しかし、第１のサンプリング信号Ｙ
H中の低域側の信号ＹHL中にはこの高周波成分がないこ
とから、（７）式によって表わされる加算出力Ｓｚはノ
イズＮのない信号のみで構成されたことになる。そのた
め、（７）式の加算出力Ｓｚを撮像信号として利用する
場合にはノイズＮのない信号を用いることができるか
ら、高域特性を確保しつつ高周波成分による画質の劣化
を改善できる。 【００３４】このように高域成分がないときにはキャリ
アバランスした高域側の成分ＹHHを使用し、高域成分が
あるときにはキャリアバランスした低域側の成分ＹHLを
使用するようにすれば、何れの場合にも高周波成分によ
る画質劣化を十分に軽減できる。そして、高域成分が中
間レベルであるときにはゲインＡが徐々に制御されるの
で、（６）式と（７）式との間の成分構成が非常にスム
ーズとなる。 【００３５】このようなゲインＡの制御を実現するため
には、高域成分をなんらかの形で検出しなければならな
い。検出すべきこの高域成分には上述した高周波成分が
存在しないことが肝心である。それは、高周波成分が存
在するとそれだけ本来の高域成分を正確に検出できなく
なるからである。そして、その分光特性が第２のサンプ
リング信号ＹLと同じである必要がある。そうでない
と、入力した高域成分のレベルを正しく検出できないか
らである。 【００３６】このようなことを総合的に判断すると、高
域成分の検出としては緑成分Ｇを利用するのが最適であ
る。それは、図３に示すようにＧ成分のキャリアはサン
プリングキャリアｆSの１／２でそのキャリアが相殺さ
れるから、高域成分には高周波成分がいないし、Ｇの分
光特性は第２のサンプリング信号のそれとほぼ同じであ
るからである。 【００３７】そのため、図１に示すようにＧ用マトリッ
クス回路３８が設けられて原撮像信号と遅延撮像信号と
からＧ成分がマトリックス演算され、図４に示すような
周波数帯域のマトリックス出力がゲインコントロール回
路４０に供給されて、これより得られるゲインコントロ
ール信号によって上述したようなゲインのコントロール
が行なわれる。 【００３８】Ｇ用のマトリックス回路３８とゲインコン
トロール回路４０を設ける代わり、例えばＧ成分を用い
た水平アパーチャーコントロール回路を用意し、これよ
り図４に示す帯域が増強された高域信号を検出し、この
高域信号の絶対値に基づいてゲインコントロールアンプ
３６を制御するようにしてもよい。 【００３９】なお、この発明に適用できる色フィルタと
しては、図５の例に限られるものではない。 【００４０】 【発明の効果】以上のように、この発明に係る撮像装置
によれば、原撮像信号とその所定の遅延信号を入力する
と共に当該原撮像信号の高域成分側に折り返されたキャ
リア成分を相殺し、当該原撮像信号の高域成分を出力す
る高域成分形成用フィルタと、原撮像信号とその所定の
遅延信号を入力すると共に当該原撮像信号の低域成分を
視感特性に合致するように輝度レベル関係をもって出力
する低域成分形成用フィルタとの両出力の差を増幅する
ゲインコントロールアンプを備え、この原撮像信号とそ
の所定の遅延信号を入力して当該原撮像信号から高域成
分を検出する回路によって、ゲインコントロールアンプ
のゲインを制御するようになされる。 【００４１】この構成によって、原撮像信号に高域成分
が含まない場合にはキャリアバランスした高域側の成分
ＹHHを使用することができ、この原撮像信号に高域成分
が含まれる場合には、キャリアバランスした低域側の成
分ＹHLを使用することがきる。従って、高周波成分によ
る画質劣化を大幅に改善できる。そして、高域成分が中
間レベルであるときにはゲインコントロールアンプのゲ
インＡが徐々に制御されるので、不自然な高域補償とは
ならないなどの実益を有する。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明に係る撮像装置の一例を示す系統図で
ある。 【図２】その動作説明に供する波形図である。 【図３】Ｇ成分におけるキャリア成分の関係を示す図で
ある。 【図４】高域検出のための周波数特性図である。 【図５】色フィルタの一例を示す構成図である。 【図６】撮像信号の周波数特性を示す図である。 【図７】サンプリングキャリアの関係を示す図である。 【図８】サンプリングキャリアの関係を示す図である。 【図９】従来の撮像装置の一例を示す系統図である。 【図１０】撮像信号の周波数特性を示す図である。 【符号の説明】 １ 色フィルタ １０ 撮像装置 １６ 高域成分形成用のマトリックス回路 １８ バンドパスフィルタ ２０ 低域成分形成用のマトリックス回路 ２２，３２，４２ ローパスフィルタ ３０ 遅延回路 ３６ ゲインコントロールアンプ ３８ Ｇ用マトリックス回路 ４０ ゲインコントロール回路

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 原画像の撮像に関して所定の色フィルタ
   を使用して得た原撮像信号を処理する撮像装置におい
   て、 所定の走査期間だけ原撮像信号を遅延する遅延回路と、 前記遅延回路の出力と前記原撮像信号とを入力すると共
   に当該原撮像信号の高域成分側に折り返されたキャリア
   成分を相殺し、当該原撮像信号の高域成分を出力する高
   域成分形成用フィルタと、 前記遅延回路の出力と前記原撮像信号とを入力すると共
   に当該原撮像信号の低域成分を視感特性に合致するよう
   に輝度レベル関係をもって出力する低域成分形成用フィ
   ルタと、 前記高域成分形成用フィルタ及び低域成分形成用フィル
   タの両出力の差を増幅するゲインコントロールアンプ
   と、 前記遅延回路の出力と前記原撮像信号とを入力する共に
   前記ゲインコントロールアンプのゲインを制御するため
   に前記原撮像信号から高域成分を検出する回路と、 前記ゲインコントロールアンプの出力のうちの低域成分
   と前記高域成分形成用フィルタの出力のうちの低域成分
   とを合成する合成器とを備え、 前記高域成分を検出する回路は、 前記原撮像信号の高域成分が大きいときは前記ゲインコ
   ントロールアンプのゲインを０に近づけるように前記ゲ
   インコントロールアンプを制御する ことを特徴とする撮
   像装置。