JP3524118B2 - 撮像装置 - Google Patents
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
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- H04N25/447—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array by preserving the colour pattern with or without loss of information
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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、ＣＣＤ等の固体撮像素
子を用いた単板式のカラー撮像装置に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】個々の色フィルタを介して被写体像が結
像する単一の固体撮像素子を有した撮像装置において
は、その固体撮像素子の各画素上に異なる色光を透過す
る色フィルタが順次配置されている。そして、被写体像
が結像した固体撮像素子の出力信号から空間変調された
色信号と輝度信号が生成されるようになっている。 【０００３】図３は上記固体撮像素子の色フィルタ配置
の一例を示したものであり、Ｍｇはマゼンタ、Ｇは緑、
Ｃｙはシアン、Ｙｅはイエローの各色フィルタを示して
いる。そして、このような色フィルタ配列を有した固体
撮像素子は、次のような処理が行われ、その出力から色
信号が生成される。 【０００４】すなわち、まず偶数フィールドと奇数フィ
ールドの走査により映像信号が出力されるが、この時、
偶数フィールドにおいては、垂直方向に隣接する水平方
向のｎラインとｎ＋１ラインの画素（受光素子）の電荷
が加算され、同様にＮ＋２ラインとｎ＋４ラインの画素
の電荷が加算される。 【０００５】また、奇数フィールドにおいても、垂直方
向に隣接するｎ＋１ラインとｎ＋２ラインの画素の電荷
が加算され、同様にｎ＋３ラインとｎ＋４ラインの画素
の電荷が加算される。そして、これらの加算された電荷
は所定のタイミングで転送され、表１に示すような原色
成分構成比を有した信号が出力される。 【０００６】 【表１】 【０００７】次に、上記４種類の信号ＷＢ，ＷＲ，Ｇ
Ｒ，ＧＢに四つの所定の係数を乗じて、３原色のうちの
一つの原色色成分を抽出する。この時、Ｒ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）の各原色信号は、次の演算処理を行う
ことによって得られる。 【０００８】 なお、上記４種類の信号は上述の走査方法によって時分
割で出力されるため、同時には得られない。そこで、水
平ライン及び１画素分の遅延素子と選択回路により同種
の信号が常時得られるようにしている。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような単板式の撮像にあっては、固体撮像素子から得ら
れた４種の色信号成分から輝度信号成分も分離してお
り、前述の色フィルタＭｇ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇの実際の色
透過特性は、上記とは異なったＲ，Ｇ，Ｂ透過特性のも
のとなっている。したがって、色分離処理して得られた
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号も良好な色分離特性を有することができ
ないという問題があった。 【００１０】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、より良好な色分離特性の色信号を得る
ことが可能な撮像装置を提供することを目的としてい
る。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、各
画素上に異なる色フィルタ配置した単一の固体撮像素子
と、前記固体撮像素子の出力信号を演算処理して各原色
成分の信号を生成する色分離回路を備え、前記色分離回
路の演算処理の演算係数である色分離マトリクスＡを
Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの被写体を撮像した前記撮像素子
の撮像出力信号から得られるマトリクスＡ１と、前記
Ｒ、Ｇ、Ｂの補色であるイエロー、シアン、マゼンタの
それぞれの被写体を撮像した前記固体撮像素子の撮像出
力信号から得られるマトリクスＡ０と、から求め、前記
色分離マトリクスＡより各原色成分の信号を生成するよ
うにしたものである。 【００１２】 【作用】本発明の撮像装置においては、色分離回路の演
算係数を固体撮像素子の出力から得ており、原色，補色
に色分離したい被写体の撮像データから該被写体の原色
成分組成を考慮して色分離マトリクスを近似できるの
で、より良好な色分離特性の信号が得られる。 【００１３】 【実施例】図１は本発明の一実施例による単板式カラー
撮像装置の構成を示すブロック図である。 【００１４】図において、１はレンズなどの撮像光学処
理系、２はその光学処理系（撮像レンズ）１の焦点を制
御する焦点制御系、３は入射光量を制御する絞り制御系
で、絞り４を調整して入射光量を制御する。 【００１５】５は各画素上に図３のように異なる微少色
分解フィルタを配置した光電変換素子であるＣＣＤ等の
固体撮像素子、６はこの固体撮像素子５を駆動する駆動
回路で、テレビジョン信号の垂直ブランキング期間にあ
たる期間内に固体撮像素子５内の各画素に蓄積された電
荷を垂直転送部へ転送するための制御信号を出力し、ま
たテレビジョン信号の映像信号有効期間内に相当する期
間内に垂直転送部から転送された水平転送部の電荷を転
送するための制御信号を出力する。 【００１６】７は固体撮像素子５からの出力信号のリセ
ット信号やクロックノイズを取り除いてサンプリングを
行う相関２重サンプリン回路（ＣＤＳ）、８はこのサン
プリング回路７の出力を制御電圧入力端子の制御電圧に
応じて利得を可変させる利得可変増幅器（ＡＧＣ）、９
は入力映像信号の黒レベルを所定の電圧に固定させるク
ランプ回路、１０は増幅器８の出力信号からテレビジョ
ン信号における輝度信号及び色差信号を生成させるため
の信号処理を行う信号処理回路で、各原色成分の信号を
生成する色分離回路を構成している。 【００１７】１１は信号処理回路１０で得られた原色信
号から色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成するための信号処
理を行う色差マトリクス処理部、１２は信号処理回路１
０より得られた信号に関するディジタルデータが入力さ
れるマイクロコントロールユニット（ＭＵＣ）で、その
ディジタルデータを処理して得られたデータにより、信
号処理回路１０、焦点制御系２、絞り制御系３、及び増
幅器８への制御信号を出力する。 【００１８】１３は信号処理回路１０の出力より得られ
た色差信号から所定の放送規格に準拠させた搬送色信号
を生成するための搬送色信号変調回路、１４はこの変調
回路１３の出力ディジタル信号をアナログ信号へ変換す
るＤ／Ａ変換器、１５は搬送色信号の出力端子、１６は
輝度信号の出力端子、１７は加算器、１８はタイミング
コントローラ（ＳＳＧ）１９に接続された発振器、２０
は入力信号に応じたディジタルデータを出力するＡ／Ｄ
変換器で、発振器１８からタイミング用のクロックが入
力される。 【００１９】なお、上記タイミングコントローラ１９か
らは、水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤ、ＮＴＳ
Ｃ，ＰＡＬ規格切り替え信号Ｎ／Ｐ、各処理部で必要と
する各周波数、位相のクロックＣＬＯＣＫＳ、テレビジ
ョン信号形成のためのブランキングパルスＢＬＫ、バー
ストフラグパルスＢＦ、色副搬送波ＳＣ、線順次信号Ａ
ＬＴ、点順次信号ＰＡＬＴ、複合同期信号ＣＳＹＮＣが
各部に出力される。 【００２０】図２は上記信号処理回路１０の内部構成を
示す図である。図中、１０１は固定長（１水平画素）の
ディジタルデータ遅延回路、１０２は固定長（１水平ラ
イン−２画素）のディジタルデータ遅延回路、１０３は
入力ディジタルデータの加算平均を求める平均回路、１
０４は切り替え回路、１０５はガンマ補正及び高輝度部
分のレベル圧縮を行うガンマニー処理部、１０６は乗算
器、１０７は加算器、１０８はマイクロコントロールユ
ニット１２が前述の各処理系を制御する際に必要なデー
タ信号を該ユニット１２が取り込み処理するのが容易な
ように前処理を行うデータ処理部である。 【００２１】次に動作について説明する。 【００２２】不図示の被写体からの撮像光は、光学処理
系１、絞り制御系３により入射光量を調節され、固体撮
像素子５の受光蓄積部に電荷として蓄積される。この蓄
積さた電荷は、映像信号の垂直ブランキング期間に相当
する期間内に垂直転送部へ転送され、さらに水平ブラン
キング期間に水平転送部へ送出される。そして、水平転
送部に転送された電荷は、有効映像期間内にこの水平転
送部より出力され、電圧信号に変換される。表２に、こ
の読み出される信号のシーケンスと信号組成を示す。 【００２３】 【表２】 【００２４】表２の４種類の信号データからＲ，Ｇ，Ｂ
の信号データを生成するマトリクスは、次のように構成
される。すなわち、復調出力（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が、 である被写体を撮像し、それぞれの被写体について以下
の４種類の信号データＳｉｇ（ＷＢ，ＷＲ，ＧＲ，Ｇ
Ｂ）が得られたとき、 Ｓｉｇｘ＝（ＷＢｘ’，ＷＲｘ’，ＧＲｘ’，ＧＢ
ｘ’） Ｓｉｇｙ＝（ＷＢｙ’，ＷＲｙ’，ＧＲｙ’，ＧＢ
ｙ’） Ｓｉｇｚ＝（ＷＢｚ’，ＷＲｚ’，ＧＲｚ’，ＧＢ
ｚ’） 色分離マトリクス、Ａ０＝αｉｊ（ｉ＝０，１，２：ｊ
＝０，１，２，３）は次の式を満たすマトリクスとな
る。 【００２５】 Ａ０＊Ｓｉｇｘ＝（Ｘ，０，０） Ａ０＊Ｓｉｇｙ＝（０，Ｙ，０） Ａ０＊Ｓｉｇｚ＝（０，０，Ｚ） Ｘ＝Ｙ＝Ｚ＝１ これをとくと、 αｉ０＝（ｆ１−ｆ２αｉ３）／ｆ０ αｉ１＝（ｅ１−ｅ２αｉ３）／ｅ０ αｉ２＝（ｄ１−ｄ２αｉ３）／ｄ０ αｉ３ （ｉ＝０．１，
２） となる。ただし ｄ０＝ｂ０ａ１−ｂ１ａ０ ｄ１＝ｂ０ａ３−ａ０ｂ３ ｄ２＝ｂ０ａ２−ｂ２ａ０ ｅ０＝ａ０ ｅ１＝ａ３−ａ１ｄ１／ｄ０ ｅ２＝ａ２−ａ１ｄ２／ｄ０ ｆ０＝ＷＢｘ ｆ１＝ ｛Ｘ−ＷＲｘ ｅｌ／ｅ０−ＧＲｘ ｄ１／ｄ０ （ｉ＝０） −ＷＲｘ ｅｌ／ｅ０−ＧＲｘ ｄ１／ｄ０ （ｉ＝１，２） ｆ２＝ＧＢｘ−ＷＲｘ ｅ２／ｅ０−ＧＲｘ ｄ２／ｄ０ である。 【００２６】ここで、次の関係式が得られる。 【００２７】 WBx=( Y0 Z1 WBx'- Z1 X1 WBy'+ X1 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WBy=( Y1 Z0 WBx'+ Z1 X0 WBy'- X0 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WBz=(-Y0 Z1 WBx'+ Z0 X1 WBy'+ X0 Y0 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WRx=( Y0 Z1 WBx'- Z1 X1 WBy'+ X1 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WRy=( Y1 Z0 WBx'+ Z1 X0 WBy'- X0 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WRz=(-Y0 Z1 WBx'+ Z0 X1 WBy'+ X0 Y0 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GRx=( Y0 Z1 WBx'- Z1 X1 WBy'+ X1 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GRy=( Y1 Z0 WBx'+ Z1 X0 WBy'- X0 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GRz=(-Y0 Z1 WBx'+ Z0 X1 WBy'+ X0 Y0 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GBx=( Y0 Z1 WBx'- Z1 X1 WBy'+ X1 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GBy=( Y1 Z0 WBx'+ Z1 X0 WBy'- X0 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GBz=(-Y0 Z1 WBx'+ Z0 X1 WBy'+ X0 Y0 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) a0 = WBy WRx = WBx WRy a1 = WBy GRx = WBx GRy a2 = WBy GBx = WBx GBy a3 = { WBy X (i=0) - WBx Y (i=1) 0 (i=2) b0 = WBz WRx = WBx WRz b1 = WBz GRx = WBx GRz b2 = WBz GBx = WBx GBz b3 = { WBz X (i=0) 0 (i=1) - WBx Z (i=2) また、 （Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（Ｘ，０，０） （０，Ｙ，０） （０，０，Ｚ） となるようにしたい被写体を撮像し、それぞれの被写体
について以下の４種類の信号データＳｉｇ（ＷＢ，Ｗ
Ｒ，ＧＲ，ＧＢ）が得られたとき、 Ｓｉｇｘ＝（ＷＢｘ，ＷＲｘ，ＧＲｘ，ＧＢｘ） Ｓｉｇｙ＝（ＷＢｙ，ＷＲｙ，ＧＲｙ，ＧＢｙ） Ｓｉｇｚ＝（ＷＢｚ，ＷＲｚ，ＧＲｚ，ＧＢｚ） 色分離マトリクスＡ１＝αｉｊ（ｉ＝０，１，２ ｊ＝
０，１，２，３）は次の式を満たすマトリクスとなる。 【００２８】 Ａ１＊Ｓｉｇｘ＝（Ｘ，０，０） Ａ１＊Ｓｉｇｙ＝（０，Ｙ，０） Ａ１＊Ｓｉｇｚ＝（０，０，Ｚ） これをとくと、 αｉ０＝（ｆ１−ｆ２ αｉ３）／ｆ０ αｉ１＝（ｅ１−ｅ２ αｉ３）／ｅ０ αｉ２＝（ｄ１−ｄ２ αｉ３）／ｄ０ αｉ３ （ｉ＝０，１，
２） となる。 【００２９】ただし、 ｄ０＝ｂ０ ａｌ−ｂ１ ａ０ ｄ１＝ｂ０ ａ３−ａ０ ｂ３ ｄ２＝ｂ０ ａ２−ｂ２ ａ０ ｅ０＝ａ０ ｅ１＝ａ３−ａｌ ｄ１／ｄ０ ｅ２＝ａ２−ａｌ ｄ２／ｄ０ ｆ０＝ＷＢｘ ｆ１＝ ｛Ｘ−ＷＲｘ ｅ１／ｅ０−ＧＲｘ ｄ１／ｄ０ （ｉ＝０） −ＷＲｘ ｅ１／ｅ０−ＧＲｘ ｄ１／ｄ０ （ｉ＝１，２） ｆ２＝ＧＢｘ−ＷＲｘ ｅ２／ｅ０−ＧＲｘ ｄ２／ｄ０ である。 【００３０】ここで、次の関係式が得られる。 【００３１】 そして、上記２つのマトリクスＡ０，Ａ１から、次のよ
うに色分離マトリクスＡを構成する。 【００３２】Ａ０，Ａ１のマトリクス係数で、白色に色
分離したい被写体のＲ，Ｇ，Ｂの色分離出力が等しくな
るように、各々のマトリクスの各列にスカラーβ０ｉ，
β１ｉを乗じ、係数ｋ，（１−ｋ）を乗じて加算する。 【００３３】 A_= k β0i α0ij + (1-k) β1i α1ij (i= 0,1,2 j= 0,1,2,3 0= < k =< 1) 上記マトリクスＡ＿の各列にスカラーβ＿ｉ（ｉ＝０，
１，２）を乗じて、いわゆるホワイトバランス処理を行
う。例えば、被写体画面全体のＲ，Ｇ，Ｂの各々の積分
値が等しくなるような係数や、被写体に照射される光源
の色温度等に応じて可変される係数が用いられる。ま
た、αｉ３が任意であっても色分離特性は保存される。
したがって信号のダイナミツクレンジや、色フィルタ配
置によって定まる２次元周波数応答等が所望のようにな
る数を選べば良い。ｋは撮像素子上の色フィルタの素子
毎の個体差・色分離特性を重視する色相等の条件を考慮
して定める。 【００３４】上記操作により色分離マトリクスα＿ｉ＊
β＿ｉが一意に決定される。 【００３５】以下全体の信号処理について説明する。上
記の走査により撮像素子５から読み出された撮像映像信
号は、サンプリング回路７によりクロック成分とリセッ
トノイズが除去された後、利得可変増幅器８により、利
得制御信号に応じた利得で増幅され、クランプ回路９で
黒レベルをＡ／Ｄ変換器２０の入力レンジの概ね下限の
基準に固定され、ディジタルデータ信号に変換される。 【００３６】このディジタル信号は、１画素の遅延回路
１０１、水平画素の遅延回路１０２が接続された遅延回
路に入力され、これらの各遅延回路からの出力は、平均
回路１０３に入力される。このとき、平均回路１０３の
出力及び後段の遅延回路１０１の出力は切り替え回路１
０４に入力されている。また切り替え回路１０４の制御
信号としては、線順次信号ＡＬＴ、点順次信号ＰＡＬＴ
が入力され、これによって切り替え回路１０４の出力か
らは、同種の色信号データ系列が出力される。 【００３７】上述の切り替えデータの出力は、乗算器１
０６に入力されており、乗算器１０６の入力のもう一方
にはコントロールユニット１２の出力が入力されてお
り、切り替え器１０４の出力の乗数がコントロールユニ
ット１２から制御可能なようになっている。またこのコ
ントロールユニット１２からは、ホワイトバランスのた
めの係数を乗じた前述の手法で算出されたマトリクス係
数が出力される。そして、乗算器１０６の出力のうち異
種の信号の乗算結果を加算器１０７で加算して、原色色
信号成分を得る。 【００３８】上記の出力信号データは、ガンマニー処理
部１０５によってガンマ補正処理、高レベルデータの圧
縮が施され、マトリクス処理部１１によって原色信号デ
ータから、所定の比率に従って色差信号データを生成す
る。 【００３９】そして、上記２つの色差信号データの各々
に変調回路１３により所定の放送規格に準拠した位相基
準をカラーバーストフラグタイミング信号ＢＦに従って
加え、信号データと同一振幅で符号が反対であるデータ
を生成する。また上記４つのデータ系列を、所定の規格
の副搬送周波数の４倍の周波数で反対符号のデータ系列
が反対位相になるように、副搬送波の４種の位相に対応
させて出力する。この出力をＤ／Ａ変換器１４によりア
ナログ信号に変換し、副搬送周波数を中心とした不図示
のバンドパスフィルタに入力させる。 【００４０】また輝度信号は、固体撮像素子５の色成分
抽出画素の画素配列により決定される色信号変調搬送波
を低域ろ波器である平均回路１０３により除去し、ガン
マ処理、ニー処理を行う信号生成部で生成する。 【００４１】このように固体撮像素子５より空間変調さ
れた色信号と輝度信号を得る単板式のカラー撮像装置に
おいて、異なる色光に対応する固体撮像素子５の出力信
号を演算処理して原色成分を得る色分離回路の演算係数
を、その固体撮像素子５の撮像出力信号から得るように
しているので、より良好な色分離特性の色信号を得るこ
とができる。 【００４２】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、色分離
回路の演算処理の演算係数を固体撮像素子の出力信号か
ら得るようにしたため、より良好な色分離特性の信号が
得られるという効果がある。
子を用いた単板式のカラー撮像装置に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】個々の色フィルタを介して被写体像が結
像する単一の固体撮像素子を有した撮像装置において
は、その固体撮像素子の各画素上に異なる色光を透過す
る色フィルタが順次配置されている。そして、被写体像
が結像した固体撮像素子の出力信号から空間変調された
色信号と輝度信号が生成されるようになっている。 【０００３】図３は上記固体撮像素子の色フィルタ配置
の一例を示したものであり、Ｍｇはマゼンタ、Ｇは緑、
Ｃｙはシアン、Ｙｅはイエローの各色フィルタを示して
いる。そして、このような色フィルタ配列を有した固体
撮像素子は、次のような処理が行われ、その出力から色
信号が生成される。 【０００４】すなわち、まず偶数フィールドと奇数フィ
ールドの走査により映像信号が出力されるが、この時、
偶数フィールドにおいては、垂直方向に隣接する水平方
向のｎラインとｎ＋１ラインの画素（受光素子）の電荷
が加算され、同様にＮ＋２ラインとｎ＋４ラインの画素
の電荷が加算される。 【０００５】また、奇数フィールドにおいても、垂直方
向に隣接するｎ＋１ラインとｎ＋２ラインの画素の電荷
が加算され、同様にｎ＋３ラインとｎ＋４ラインの画素
の電荷が加算される。そして、これらの加算された電荷
は所定のタイミングで転送され、表１に示すような原色
成分構成比を有した信号が出力される。 【０００６】 【表１】 【０００７】次に、上記４種類の信号ＷＢ，ＷＲ，Ｇ
Ｒ，ＧＢに四つの所定の係数を乗じて、３原色のうちの
一つの原色色成分を抽出する。この時、Ｒ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）の各原色信号は、次の演算処理を行う
ことによって得られる。 【０００８】 なお、上記４種類の信号は上述の走査方法によって時分
割で出力されるため、同時には得られない。そこで、水
平ライン及び１画素分の遅延素子と選択回路により同種
の信号が常時得られるようにしている。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような単板式の撮像にあっては、固体撮像素子から得ら
れた４種の色信号成分から輝度信号成分も分離してお
り、前述の色フィルタＭｇ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇの実際の色
透過特性は、上記とは異なったＲ，Ｇ，Ｂ透過特性のも
のとなっている。したがって、色分離処理して得られた
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号も良好な色分離特性を有することができ
ないという問題があった。 【００１０】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、より良好な色分離特性の色信号を得る
ことが可能な撮像装置を提供することを目的としてい
る。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、各
画素上に異なる色フィルタ配置した単一の固体撮像素子
と、前記固体撮像素子の出力信号を演算処理して各原色
成分の信号を生成する色分離回路を備え、前記色分離回
路の演算処理の演算係数である色分離マトリクスＡを
Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの被写体を撮像した前記撮像素子
の撮像出力信号から得られるマトリクスＡ１と、前記
Ｒ、Ｇ、Ｂの補色であるイエロー、シアン、マゼンタの
それぞれの被写体を撮像した前記固体撮像素子の撮像出
力信号から得られるマトリクスＡ０と、から求め、前記
色分離マトリクスＡより各原色成分の信号を生成するよ
うにしたものである。 【００１２】 【作用】本発明の撮像装置においては、色分離回路の演
算係数を固体撮像素子の出力から得ており、原色，補色
に色分離したい被写体の撮像データから該被写体の原色
成分組成を考慮して色分離マトリクスを近似できるの
で、より良好な色分離特性の信号が得られる。 【００１３】 【実施例】図１は本発明の一実施例による単板式カラー
撮像装置の構成を示すブロック図である。 【００１４】図において、１はレンズなどの撮像光学処
理系、２はその光学処理系（撮像レンズ）１の焦点を制
御する焦点制御系、３は入射光量を制御する絞り制御系
で、絞り４を調整して入射光量を制御する。 【００１５】５は各画素上に図３のように異なる微少色
分解フィルタを配置した光電変換素子であるＣＣＤ等の
固体撮像素子、６はこの固体撮像素子５を駆動する駆動
回路で、テレビジョン信号の垂直ブランキング期間にあ
たる期間内に固体撮像素子５内の各画素に蓄積された電
荷を垂直転送部へ転送するための制御信号を出力し、ま
たテレビジョン信号の映像信号有効期間内に相当する期
間内に垂直転送部から転送された水平転送部の電荷を転
送するための制御信号を出力する。 【００１６】７は固体撮像素子５からの出力信号のリセ
ット信号やクロックノイズを取り除いてサンプリングを
行う相関２重サンプリン回路（ＣＤＳ）、８はこのサン
プリング回路７の出力を制御電圧入力端子の制御電圧に
応じて利得を可変させる利得可変増幅器（ＡＧＣ）、９
は入力映像信号の黒レベルを所定の電圧に固定させるク
ランプ回路、１０は増幅器８の出力信号からテレビジョ
ン信号における輝度信号及び色差信号を生成させるため
の信号処理を行う信号処理回路で、各原色成分の信号を
生成する色分離回路を構成している。 【００１７】１１は信号処理回路１０で得られた原色信
号から色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成するための信号処
理を行う色差マトリクス処理部、１２は信号処理回路１
０より得られた信号に関するディジタルデータが入力さ
れるマイクロコントロールユニット（ＭＵＣ）で、その
ディジタルデータを処理して得られたデータにより、信
号処理回路１０、焦点制御系２、絞り制御系３、及び増
幅器８への制御信号を出力する。 【００１８】１３は信号処理回路１０の出力より得られ
た色差信号から所定の放送規格に準拠させた搬送色信号
を生成するための搬送色信号変調回路、１４はこの変調
回路１３の出力ディジタル信号をアナログ信号へ変換す
るＤ／Ａ変換器、１５は搬送色信号の出力端子、１６は
輝度信号の出力端子、１７は加算器、１８はタイミング
コントローラ（ＳＳＧ）１９に接続された発振器、２０
は入力信号に応じたディジタルデータを出力するＡ／Ｄ
変換器で、発振器１８からタイミング用のクロックが入
力される。 【００１９】なお、上記タイミングコントローラ１９か
らは、水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤ、ＮＴＳ
Ｃ，ＰＡＬ規格切り替え信号Ｎ／Ｐ、各処理部で必要と
する各周波数、位相のクロックＣＬＯＣＫＳ、テレビジ
ョン信号形成のためのブランキングパルスＢＬＫ、バー
ストフラグパルスＢＦ、色副搬送波ＳＣ、線順次信号Ａ
ＬＴ、点順次信号ＰＡＬＴ、複合同期信号ＣＳＹＮＣが
各部に出力される。 【００２０】図２は上記信号処理回路１０の内部構成を
示す図である。図中、１０１は固定長（１水平画素）の
ディジタルデータ遅延回路、１０２は固定長（１水平ラ
イン−２画素）のディジタルデータ遅延回路、１０３は
入力ディジタルデータの加算平均を求める平均回路、１
０４は切り替え回路、１０５はガンマ補正及び高輝度部
分のレベル圧縮を行うガンマニー処理部、１０６は乗算
器、１０７は加算器、１０８はマイクロコントロールユ
ニット１２が前述の各処理系を制御する際に必要なデー
タ信号を該ユニット１２が取り込み処理するのが容易な
ように前処理を行うデータ処理部である。 【００２１】次に動作について説明する。 【００２２】不図示の被写体からの撮像光は、光学処理
系１、絞り制御系３により入射光量を調節され、固体撮
像素子５の受光蓄積部に電荷として蓄積される。この蓄
積さた電荷は、映像信号の垂直ブランキング期間に相当
する期間内に垂直転送部へ転送され、さらに水平ブラン
キング期間に水平転送部へ送出される。そして、水平転
送部に転送された電荷は、有効映像期間内にこの水平転
送部より出力され、電圧信号に変換される。表２に、こ
の読み出される信号のシーケンスと信号組成を示す。 【００２３】 【表２】 【００２４】表２の４種類の信号データからＲ，Ｇ，Ｂ
の信号データを生成するマトリクスは、次のように構成
される。すなわち、復調出力（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が、 である被写体を撮像し、それぞれの被写体について以下
の４種類の信号データＳｉｇ（ＷＢ，ＷＲ，ＧＲ，Ｇ
Ｂ）が得られたとき、 Ｓｉｇｘ＝（ＷＢｘ’，ＷＲｘ’，ＧＲｘ’，ＧＢ
ｘ’） Ｓｉｇｙ＝（ＷＢｙ’，ＷＲｙ’，ＧＲｙ’，ＧＢ
ｙ’） Ｓｉｇｚ＝（ＷＢｚ’，ＷＲｚ’，ＧＲｚ’，ＧＢ
ｚ’） 色分離マトリクス、Ａ０＝αｉｊ（ｉ＝０，１，２：ｊ
＝０，１，２，３）は次の式を満たすマトリクスとな
る。 【００２５】 Ａ０＊Ｓｉｇｘ＝（Ｘ，０，０） Ａ０＊Ｓｉｇｙ＝（０，Ｙ，０） Ａ０＊Ｓｉｇｚ＝（０，０，Ｚ） Ｘ＝Ｙ＝Ｚ＝１ これをとくと、 αｉ０＝（ｆ１−ｆ２αｉ３）／ｆ０ αｉ１＝（ｅ１−ｅ２αｉ３）／ｅ０ αｉ２＝（ｄ１−ｄ２αｉ３）／ｄ０ αｉ３ （ｉ＝０．１，
２） となる。ただし ｄ０＝ｂ０ａ１−ｂ１ａ０ ｄ１＝ｂ０ａ３−ａ０ｂ３ ｄ２＝ｂ０ａ２−ｂ２ａ０ ｅ０＝ａ０ ｅ１＝ａ３−ａ１ｄ１／ｄ０ ｅ２＝ａ２−ａ１ｄ２／ｄ０ ｆ０＝ＷＢｘ ｆ１＝ ｛Ｘ−ＷＲｘ ｅｌ／ｅ０−ＧＲｘ ｄ１／ｄ０ （ｉ＝０） −ＷＲｘ ｅｌ／ｅ０−ＧＲｘ ｄ１／ｄ０ （ｉ＝１，２） ｆ２＝ＧＢｘ−ＷＲｘ ｅ２／ｅ０−ＧＲｘ ｄ２／ｄ０ である。 【００２６】ここで、次の関係式が得られる。 【００２７】 WBx=( Y0 Z1 WBx'- Z1 X1 WBy'+ X1 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WBy=( Y1 Z0 WBx'+ Z1 X0 WBy'- X0 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WBz=(-Y0 Z1 WBx'+ Z0 X1 WBy'+ X0 Y0 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WRx=( Y0 Z1 WBx'- Z1 X1 WBy'+ X1 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WRy=( Y1 Z0 WBx'+ Z1 X0 WBy'- X0 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) WRz=(-Y0 Z1 WBx'+ Z0 X1 WBy'+ X0 Y0 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GRx=( Y0 Z1 WBx'- Z1 X1 WBy'+ X1 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GRy=( Y1 Z0 WBx'+ Z1 X0 WBy'- X0 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GRz=(-Y0 Z1 WBx'+ Z0 X1 WBy'+ X0 Y0 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GBx=( Y0 Z1 WBx'- Z1 X1 WBy'+ X1 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GBy=( Y1 Z0 WBx'+ Z1 X0 WBy'- X0 Y1 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) GBz=(-Y0 Z1 WBx'+ Z0 X1 WBy'+ X0 Y0 WBz')/(X0 Y0 Z1 + X1 Y1 Z0) a0 = WBy WRx = WBx WRy a1 = WBy GRx = WBx GRy a2 = WBy GBx = WBx GBy a3 = { WBy X (i=0) - WBx Y (i=1) 0 (i=2) b0 = WBz WRx = WBx WRz b1 = WBz GRx = WBx GRz b2 = WBz GBx = WBx GBz b3 = { WBz X (i=0) 0 (i=1) - WBx Z (i=2) また、 （Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（Ｘ，０，０） （０，Ｙ，０） （０，０，Ｚ） となるようにしたい被写体を撮像し、それぞれの被写体
について以下の４種類の信号データＳｉｇ（ＷＢ，Ｗ
Ｒ，ＧＲ，ＧＢ）が得られたとき、 Ｓｉｇｘ＝（ＷＢｘ，ＷＲｘ，ＧＲｘ，ＧＢｘ） Ｓｉｇｙ＝（ＷＢｙ，ＷＲｙ，ＧＲｙ，ＧＢｙ） Ｓｉｇｚ＝（ＷＢｚ，ＷＲｚ，ＧＲｚ，ＧＢｚ） 色分離マトリクスＡ１＝αｉｊ（ｉ＝０，１，２ ｊ＝
０，１，２，３）は次の式を満たすマトリクスとなる。 【００２８】 Ａ１＊Ｓｉｇｘ＝（Ｘ，０，０） Ａ１＊Ｓｉｇｙ＝（０，Ｙ，０） Ａ１＊Ｓｉｇｚ＝（０，０，Ｚ） これをとくと、 αｉ０＝（ｆ１−ｆ２ αｉ３）／ｆ０ αｉ１＝（ｅ１−ｅ２ αｉ３）／ｅ０ αｉ２＝（ｄ１−ｄ２ αｉ３）／ｄ０ αｉ３ （ｉ＝０，１，
２） となる。 【００２９】ただし、 ｄ０＝ｂ０ ａｌ−ｂ１ ａ０ ｄ１＝ｂ０ ａ３−ａ０ ｂ３ ｄ２＝ｂ０ ａ２−ｂ２ ａ０ ｅ０＝ａ０ ｅ１＝ａ３−ａｌ ｄ１／ｄ０ ｅ２＝ａ２−ａｌ ｄ２／ｄ０ ｆ０＝ＷＢｘ ｆ１＝ ｛Ｘ−ＷＲｘ ｅ１／ｅ０−ＧＲｘ ｄ１／ｄ０ （ｉ＝０） −ＷＲｘ ｅ１／ｅ０−ＧＲｘ ｄ１／ｄ０ （ｉ＝１，２） ｆ２＝ＧＢｘ−ＷＲｘ ｅ２／ｅ０−ＧＲｘ ｄ２／ｄ０ である。 【００３０】ここで、次の関係式が得られる。 【００３１】 そして、上記２つのマトリクスＡ０，Ａ１から、次のよ
うに色分離マトリクスＡを構成する。 【００３２】Ａ０，Ａ１のマトリクス係数で、白色に色
分離したい被写体のＲ，Ｇ，Ｂの色分離出力が等しくな
るように、各々のマトリクスの各列にスカラーβ０ｉ，
β１ｉを乗じ、係数ｋ，（１−ｋ）を乗じて加算する。 【００３３】 A_= k β0i α0ij + (1-k) β1i α1ij (i= 0,1,2 j= 0,1,2,3 0= < k =< 1) 上記マトリクスＡ＿の各列にスカラーβ＿ｉ（ｉ＝０，
１，２）を乗じて、いわゆるホワイトバランス処理を行
う。例えば、被写体画面全体のＲ，Ｇ，Ｂの各々の積分
値が等しくなるような係数や、被写体に照射される光源
の色温度等に応じて可変される係数が用いられる。ま
た、αｉ３が任意であっても色分離特性は保存される。
したがって信号のダイナミツクレンジや、色フィルタ配
置によって定まる２次元周波数応答等が所望のようにな
る数を選べば良い。ｋは撮像素子上の色フィルタの素子
毎の個体差・色分離特性を重視する色相等の条件を考慮
して定める。 【００３４】上記操作により色分離マトリクスα＿ｉ＊
β＿ｉが一意に決定される。 【００３５】以下全体の信号処理について説明する。上
記の走査により撮像素子５から読み出された撮像映像信
号は、サンプリング回路７によりクロック成分とリセッ
トノイズが除去された後、利得可変増幅器８により、利
得制御信号に応じた利得で増幅され、クランプ回路９で
黒レベルをＡ／Ｄ変換器２０の入力レンジの概ね下限の
基準に固定され、ディジタルデータ信号に変換される。 【００３６】このディジタル信号は、１画素の遅延回路
１０１、水平画素の遅延回路１０２が接続された遅延回
路に入力され、これらの各遅延回路からの出力は、平均
回路１０３に入力される。このとき、平均回路１０３の
出力及び後段の遅延回路１０１の出力は切り替え回路１
０４に入力されている。また切り替え回路１０４の制御
信号としては、線順次信号ＡＬＴ、点順次信号ＰＡＬＴ
が入力され、これによって切り替え回路１０４の出力か
らは、同種の色信号データ系列が出力される。 【００３７】上述の切り替えデータの出力は、乗算器１
０６に入力されており、乗算器１０６の入力のもう一方
にはコントロールユニット１２の出力が入力されてお
り、切り替え器１０４の出力の乗数がコントロールユニ
ット１２から制御可能なようになっている。またこのコ
ントロールユニット１２からは、ホワイトバランスのた
めの係数を乗じた前述の手法で算出されたマトリクス係
数が出力される。そして、乗算器１０６の出力のうち異
種の信号の乗算結果を加算器１０７で加算して、原色色
信号成分を得る。 【００３８】上記の出力信号データは、ガンマニー処理
部１０５によってガンマ補正処理、高レベルデータの圧
縮が施され、マトリクス処理部１１によって原色信号デ
ータから、所定の比率に従って色差信号データを生成す
る。 【００３９】そして、上記２つの色差信号データの各々
に変調回路１３により所定の放送規格に準拠した位相基
準をカラーバーストフラグタイミング信号ＢＦに従って
加え、信号データと同一振幅で符号が反対であるデータ
を生成する。また上記４つのデータ系列を、所定の規格
の副搬送周波数の４倍の周波数で反対符号のデータ系列
が反対位相になるように、副搬送波の４種の位相に対応
させて出力する。この出力をＤ／Ａ変換器１４によりア
ナログ信号に変換し、副搬送周波数を中心とした不図示
のバンドパスフィルタに入力させる。 【００４０】また輝度信号は、固体撮像素子５の色成分
抽出画素の画素配列により決定される色信号変調搬送波
を低域ろ波器である平均回路１０３により除去し、ガン
マ処理、ニー処理を行う信号生成部で生成する。 【００４１】このように固体撮像素子５より空間変調さ
れた色信号と輝度信号を得る単板式のカラー撮像装置に
おいて、異なる色光に対応する固体撮像素子５の出力信
号を演算処理して原色成分を得る色分離回路の演算係数
を、その固体撮像素子５の撮像出力信号から得るように
しているので、より良好な色分離特性の色信号を得るこ
とができる。 【００４２】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、色分離
回路の演算処理の演算係数を固体撮像素子の出力信号か
ら得るようにしたため、より良好な色分離特性の信号が
得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の構成を示すブロック図
【図２】 図１の信号処理回路の内部構成を示すブロッ
ク図 【図３】 単板カラー固体撮像素子の色フィルタの配置
例を示す説明図 【符号の説明】 ５ 固体撮像素子 １０ 信号処理回路（色分離回路）
ク図 【図３】 単板カラー固体撮像素子の色フィルタの配置
例を示す説明図 【符号の説明】 ５ 固体撮像素子 １０ 信号処理回路（色分離回路）
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 各画素上に異なる色フィルタ配置した単
一の固体撮像素子と、前記 固体撮像素子の出力信号を演算処理して各原色成分
の信号を生成する色分離回路を備え、前記 色分離回路の演算処理の演算係数である色分離マト
リクスＡをＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの被写体を撮像した前
記撮像素子の撮像出力信号から得られるマトリクスＡ１
と、 前記Ｒ、Ｇ、Ｂの補色であるイエロー、シアン、マゼン
タのそれぞれの被写体を撮像した前記固体撮像素子の撮
像出力信号から得られるマトリクスＡ０と、から求め、前記色分離マトリクスＡより 各原色成分の信
号を生成することを特徴とする撮像装置。
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|---|---|---|---|
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