JP3570563B2 - 信号の広帯域化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
産業上の利用分野
従来の技術（図１６）
発明が解決しようとする課題（図１６）
課題を解決するための手段（図１〜図１５）
作用（図１〜図１５）
実施例
（１）第１実施例（図１〜図７）
（２）第２実施例（図８〜図１２）
（３）第３実施例（図１３〜図１５）
発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】
本発明は信号の広帯域化装置に関し、特に、テレビジヨン信号などのように、一定の周期で発生する高い相関を有する疑似周期信号（疑似静止画）、または同一の信号に対して、所定の位相差を有する複数のサンプリングを行い、より解像度の高い信号（静止画）を得る場合に用いて好適な信号の広帯域化装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、時間的に連続な信号（連続信号）をサンプリング周波数ｆＳ でサンプリングした場合、この連続信号（被サンプリング信号）のｆＳ ／２以上の周波数成分は、低域側に変換され、いわゆる折り返し歪みが生じる。従来の信号のサンプリングでは、被サンプリング信号が、画像信号のように隣接走査線間または隣接画面間で高い相関性を有する場合、または同一連続信号である場合、それぞれの位相が互いに３６０／ｎ度だけ異なるｎ系列のサンプリングを行い、このサンプリングにより得られた信号を加算することにより、サンプリング信号に含まれる折り返し歪みを除去するようにしている。これは、サブナイキスト・サンプリング法と呼ばれている。
【０００４】
図１６（ａ）乃至図１６（ｇ）を参照して、サブナイキスト・サンプリング法を説明する。図１６（ａ）は、被サンプリング信号のスペクトラムを表している。縦軸は信号レベルを表し、横軸は信号の周波数を表している。一般に、図１６（ａ）に示したスペクトラムを有する被サンプリング信号を、サンプリング周波数ｆＳ でサンプリングすると、図１６（ｂ）に示すようなスペクトラムを有する信号が得られる。図中、斜線で示した部分は、被サンプリング信号の周波数ｆＳ ／２以上の成分が低域に変換されて生じる、いわゆる折り返し歪みを表している。
【０００５】
この折り返し歪みを抑制するために、まず、図１６（ａ）に示したスペクトラムを有する被サンプリング信号に対して、互いに１８０度の相対位相差を有する２系列のサンプリングを行う。その結果、図１６（ｃ）および図１６（ｄ）に示すようなスペクトルを有する信号が得られる。図１６（ｄ）に示した信号のスペクトラムの奇数次の変調成分は、図１６（ｃ）に示した信号のスペクトラムの奇数次の変調成分に対して逆相となる。
【０００６】
従つて、図１６（ｃ）に示したスペクトラムを有する信号と、図１６（ｄ）に示したスペクトラムを有する信号を加算することにより、図１６（ｅ）に示すようなスペクトラムを有する信号が得られる。即ち、図１６（ｃ）に示したスペクトラムを有する信号に含まれる１次の変調成分と、図１６（ｄ）に示したスペクトラムを有する信号に含まれる１次の変調成分とを相殺することができ、折り返し歪みを除去することができる。その結果、信号帯域を２倍にすることができる。
【０００７】
このように、サブナイキスト・サンプリング法においては、２系列のサンプリングの位相差が互いに１８０度である場合、折り返し歪みを除去し、信号帯域を２倍にすることができる。また、サンプリングの位相差が互いにｍ×３６０／ｎ度（ｍ＝１乃至ｎ）のｎ系列のサンプリングを行う場合も、同様にして、各サンプリングで生じる折り返し歪みを除去することができ、信号帯域をｎ倍にすることができる。
【０００８】
次に、図１６（ａ）に示したスペクトラムを有する信号に対して、互いに１８０度でない相対位相差を有する２系列のサンプリングを行つた場合を説明する。
【０００９】
図１６（ａ）に示したスペクトラムを有する信号に対して、互いに１８０度でない相対位相差を有する２系列のサンプリングを行うと、図１６（ｃ）および図１６（ｆ）に示すようなスペクトラムを有する信号が得られる。このように、２系列のサンプリングの相対位相差が１８０度でない場合には、図１６（ｆ）に示したスペクトラムを有する信号の１次の変調成分は、図１６（ｃ）に示したスペクトラムを有する信号の１次の変調成分に対して、完全に逆相にはならない。
【００１０】
従つて、図１６（ｃ）に示したスペクトラムを有する信号と、図１６（ｆ）に示したスペクトラムを有する信号を加算すると、図１６（ｇ）に示すようなスペクトラムを有する信号が得られ、１次の変調成分は完全には相殺されず、折り返し歪みを軽減することはできても、完全に除去することはできない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の信号のサンプリングにおいては、このように、所定の連続信号に対して、互いに１８０度の相対位相差を有する２系列のサンプリングを行い、その結果得られた２つの信号を加算することにより、折り返し歪みを除去する。
【００１２】
また、ｎ系列のサンプリングを行う場合には、各サンプリングの相対位相差を、互いにｍ×３６０／ｎ度となるようにし、各サンプリングにより得られた信号のうち、所定の信号同士を加算することにより、各サンプリングで生じる折り返し歪みを除去する。
【００１３】
従つて、２系列のサンプリングの相対位相差が１８０度でない場合、または、ｎ系列のサンプリングのそれぞれの相対位相差がｍ×３６０／ｎ度でない場合、折り返し歪みを完全に除去することができない課題があつた。このため、サンプリグ位相差が正確にｍ×３６０／ｎ度になるような位相調整が必要となり、装置が複雑かつ高価になる課題があつた。
【００１４】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、サンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることのできる信号の広帯域化装置を提案しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、信号の広帯域化装置に、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を出力するデイジタル信号出力手段（２〜４）と、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）間の各サンプリング位相差（α１）をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段（４）と、サンプリング位相差検出手段（４）の出力（Ｓ２）に基づいて得られる各サンプリング位相差（α１）に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）に施すことにより、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を合成する合成手段（５）とを設け、合成手段（５）が、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を周波数領域に直交変換することにより各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）の各スペクトルデータを得、サンプリング位相差（α１）に応じて各スペクトルデータを位相補正し、合成した後、合成によつて得られたスペクトルデータを空間座標軸に逆変換するようにした。
【００１７】
また本発明においては、信号の広帯域化装置に、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を出力するデイジタル信号出力手段（１１〜１３）と、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）間の各サンプリング位相差（α２）をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段（４）と、サンプリング位相差検出手段（４）の出力（Ｓ１３）に基づいて得られる各サンプリング位相差（α２）に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に施すことにより、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を合成する合成手段（１４）とを設け、合成手段（１４）が、少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含むようにした。
【００１８】
さらに本発明においては、信号の広帯域化装置に、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を出力するデイジタル信号出力手段（１１〜１３）と、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）間の各サンプリング位相差（α２）をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段（４）と、サンプリング位相差検出手段（４）の出力（Ｓ１３）に基づいて得られる各サンプリング位相差（α２）に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に施すことにより、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を合成する合成手段（１４）とを設け、合成手段（１４）が、複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）のうち、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）の位相を直角に変換し、変換により得られた信号（Ｓ２０、Ｓ２２）をそれぞれ出力する複数の移相手段（２０、２３）と、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）と、対応する移相手段（２０、２３）の出力とをサンプリング位相差（α２）に基づいて加重平均することにより、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）をサンプリング位相差（α２）に基づく角度だけ移相させて出力する複数のデイジタル信号移相手段（２１、２４）と、各デイジタル信号移相手段（２１、２４）の出力を所定のタイミングで循環的に順次サンプリングすることにより各デイジタル信号移相手段（２１、２４）の出力を多重化するようにして合成する信号多重化手段（２２）とを有するようにした。
【００１９】
さらに本発明においては、移相手段（２０、２３）が、少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含むようにした。
【００２３】
【作用】
各サンプリング位相差（α１）に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）に施すことにより、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を合成すると共に、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を周波数領域に直交変換することにより各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）の各スペクトルデータを得、サンプリング位相差（α１）に応じて各スペクトルデータを位相補正し、合成した後、合成によつて得られたスペクトルデータを空間座標軸に逆変換するようにしたことにより、当該合成によつて得られた信号（Ｓ３）に折り返し成分が含まれるのを防止することができ、かくして信号の帯域をｎ倍化することができる。
【００２４】
また、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を合成する合成手段（１４）を設け、合成手段（１４）が、少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含むようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができる。
【００２５】
さらに、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を合成する合成手段（１４）を設け、合成手段（１４）が、複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）のうち、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）の位相を直角に変換し、変換により得られた信号（Ｓ２０、Ｓ２２）をそれぞれ出力する複数の移相手段（２０、２３）と、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）と、対応する移相手段（２０、２３）の出力とをサンプリング位相差（α２）に基づいて加重平均することにより、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）をサンプリング位相差（α２）に基づく角度だけ移相させて出力する複数のデイジタル信号移相手段（２１、２４）と、各デイジタル信号移相手段（２１、２４）の出力を所定のタイミングで循環的に順次サンプリングすることにより各デイジタル信号移相手段（２１、２４）の出力を多重化するようにして合成する信号多重化手段（２２）とを有するようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができる。
【００２６】
【実施例】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００２７】
（１）第１実施例
図１において、１は全体として信号の広帯域化装置を示し、水平方向に移動するＣＣＤカメラ２は連続的に得られた２枚の静止画像（第１及び第２の静止画像）を撮像信号Ｓ１としてアナログ／デイジタル変換回路３に供給する。
アナログ／デイジタル変換回路３は、撮像信号Ｓ１をアナログ／デイジタル変換することにより第１及び第２の静止画像のデイジタルデータ（以下、これらをそれぞれ第１及び第２の静止画像データと呼ぶ）Ｄ１Ａ、Ｄ１Ｂを得、これらをそれぞれ第１及び第２のフイールドメモリ３Ａ、３Ｂに格納する。
【００２８】
第１及び第２のフイールドメモリ３Ａ、３Ｂは、それぞれ格納した第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂをそれぞれ第１及び第２の静止画像データ信号Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂとして所定のタイミングで位相ずれ検出部４に送出する。
位相ずれ検出部４は、例えば勾配法又はブロツクマツチング法等の既存の所定方法を利用して第１及び第２の静止画像データ信号Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂに基づいて得られる第１及び第２の静止画像の位相ずれ量を検出し、検出結果と第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂとを画像合成情報信号Ｓ２として画像合成部５に送出する。
【００２９】
画像合成部５は、画像合成情報信号Ｓ２に基づいて所定の演算処理を実行することにより第１の静止画像データＤ１Ａに基づく第１の静止画像と、第２の静止画像データＤ１Ｂに基づく第２の静止画像とを合成する。
この際画像合成部５は、第１の静止画像データＤ１Ａ中に含まれる折り返し歪み（エイリアシング）成分を、第２の静止画像データＤ１Ｂ中に含まれる折り返し歪み成分とでキヤンセルさせることにより、第１及び第２の静止画像中に含まれる高域成分を復元するようになされており、かくして得られた折り返し歪みのない、解像度の高い静止画像データを画像信号Ｓ３としてモニタ６又はビデオプリンタ７に送出する。
【００３０】
これにより広帯域化装置１では、上述の演算処理によつて得られた画像信号Ｓ３に基づく解像度の高い画像を当該モニタ６に表示させ、又はビデオプリンタ７にプリントさせ得るようになされている。
実際上画像合成部５は、画像合成情報信号Ｓ２に基づいて第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂを得ると、これら第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂに基づく第１及び第２の静止画像を図２に示す画像合成処理手順ＲＴ０に従つて合成するようになされている。
【００３１】
すなわち画像合成部５は、第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂを得ると、ステツプＳＰ１でこの画像合成処理手順ＲＴ０を開始した後、ステツプＳＰ２に進んで第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂをそれぞれ水平方向に離散フーリエ変換することにより、第１及び第２のスペクトルデータを得る。ここで、一般的に信号を離散フーリエ変換によつて周波数領域に変換すると、得られた第１及び第２のスペクトルデータの各データは振幅及び位相のベクトル量となる。この場合第１のスペクトルデータは、図３（ａ）のように表すことができる。
【００３２】
また図４に示すように、第２の静止画像（黒丸）のサンプリング位相が第１の静止画像（白丸）のサンプリング位相に対して水平方向にα１ 〔ｒａｄ 〕だけずれているものとすると、第２のスペクトルデータはその各データに次式
【数１】
を乗じることによつて真の画像情報成分が第１のスペクトルデータの真の画像情報成分と重なるように空間的にシフトさせることができる。この場合空間的にシフトされた第２のスペクトルデータは、図３（ｂ）のように表すことができる。
【００３３】
このとき信号の帯域がナイキスト周波数ωＳ の２倍で制限されているとすると、第１及び第２のスペクトルデータの折り返し成分はサンプリング周波数ωＳ におけるものだけである。この場合ある任意の周波数ω（０≦ω≦ωＳ ）における第１のスペクトルデータ（以下、これをベクトルＡ１ と呼ぶ）と、この周波数ωにおける空間的にシフトされた後の第２のスペクトルデータ（以下、これをベクトルＢ１ α１ と呼ぶ）とは、それぞれ図５（ａ）及び図５（ｂ）のように表すことができる。この図５（ａ）及び図５（ｂ）では、各ベクトルの長さはレベルの大きさを示し、ベクトルの向きは位相を示している。
【００３４】
この図５（ａ）及び図５（ｂ）からも明らかなように、ベクトルＡ１ では真の画像情報成分（実線）と折り返し成分（破線）とは位相（向き）が一致しているのに対し、ベクトルＢ１ α１ では折り返し成分（破線）が真の画像情報成分（実線）からα１ 〔ｒａｄ 〕だけずれている。従つてベトクルＢ１ α１ の折り返し成分は、ベクトルＡ１ の折り返し成分に対してα１ 〔ｒａｄ 〕だけ位相がずれていることが分かる。
【００３５】
この場合ベクトルＡ１ 及びベクトルＢ１ α１ は、図５（ｃ）のようにベクトルＡ１ を−（π−α１ ）／２だけ回転させ（以下、このようにして得られたベクトルをベクトルＡ１ β１ と呼ぶ）、かつ図５（ｄ）のようにベクトルＢ１ α１ を（π−α１ ）／２だけ回転させた（以下、このようにして得られたベクトルをベクトルＢ１ α１ β１ と呼ぶ）後、図５（ｅ）のように当該ベクトルＡ１ β１ とベクトルＢ１ α１ β１ とを合成することによつてベクトルＡ１ の折り返し成分をベクトルＢ１ の折り返し成分でキヤンセルするようにして合成することができる。
【００３６】
このため画像合成部５は、続くステツプＳＰ３（図２）において第１のスペクトルデータの各データに対して次式
【数２】
を乗算することによりまず第１のスペクトルデータの各データの位相を−（π−α１ ）／２だけ回転させる（図５（ｃ））。
【００３７】
続いて画像合成部５は、ステツプＳＰ４に進んで第２のスペクトルデータの各データに（１）式を乗算することにより第２のスペクトルデータを真の画像情報成分が第１のスペクトルデータの真の画像情報成分と重なるように空間シフトした後（図５（ｂ））、ステツプＳＰ５に進んでステツプＳＰ４の乗算結果に次式
【数３】
を乗じることにより空間シフトされた第２のスペクトルデータの各データの位相を（π−α１ ）／２だけ回転させる（図５（ｄ））。
【００３８】
さらに画像合成部５は、続くステツプＳＰ６において、回転された後の第１のスペクトルデータと、空間シフトされ、回転された後の第２のスペクトルデータとの間の対応する各データどうしを加算することにより、第１のスペクトルデータの各データと第２のスペクトルデータの各データと合成する（図５（ｅ））。この際得られたスペクトルデータ（以下、これを第３のスペクトルデータと呼ぶ）は、０≦ω≦ωＳ の範囲において図６（ａ）のように表わされる。
【００３９】
このとき折り返し成分がキヤンセルされ、第３のスペクトルデータの周波数帯域がωＳ となつたため、これを再現するにはサンプリング周波数は２ωＳ 必要である。
このため画像合成部５は、続くステツプＳＰ７において、離散フーリエ変換において成り立つ次式
【数４】
【数５】
を利用して、第３のスペクトルデータの水平方向の１ラインのデータの共役をとり、さらにそれを逆順にならべ、もとのデータの後に追加することによりデータ数を水平方向に倍にする。
【００４０】
因にこの場合、このようにして得られたスペクトルデータ（以下、これを第４のスペクトルデータと呼ぶ）は図６（ｂ）のようになる。従つてこの図６（ｂ）からも明らかなように、合成により得られた周波数帯域の画像データには折り返し成分がないことが分かる。
さらに画像合成部５は、続くステツプＳＰ８（図２）において第４のスペクトルデータを離散フーリエ逆変換することにより空間座標軸系に逆変換し、この後ステツプＳＰ９においてこの画像合成処理手順ＲＴ０を終了するようになされている。
【００４１】
以上の構成において、この広帯域化装置１は、図７に示す高精細画像形成処理動作手順ＲＴ１に従つて、まずステツプＳＰ１０においてこの高精細画像形成処理動作手順ＲＴ１を開始すると、ステツプＳＰ１１においてＣＣＤカメラ２から連続的な２枚の静止画像を得、続くステツプＳＰ１２においてこの２枚の静止画像のサンプリング位相ずれ量α１ を検出する。
続いて広帯域化装置１では、ステツプＳＰ１３において画像合成部５が画像合成処理手順ＲＴ０に従つて、まず第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂに対して離散フーリエ変換を施すことにより第１及び第２のスペクトルデータを得た後（ステツプＳＰ２）、第１のスペクトルデータの各データに（２）式を乗じることにより当該第１のスペクトルデータの各データの位相を−（π−α１ ）／２だけ回転させる（ステツプＳＰ３）。
【００４２】
続いて広帯域化装置１では、このステツプＳＰ１３において画像合成部５が第２のスペクトルデータの各データに（１）式を乗じることにより当該第２のスペクトルデータを空間シフトさせて第１のスペクトルデータと重ねる（ステツプＳＰ４）と共に、この後空間シフトさせた第２のスペクトルデータの各データに（３）式を乗じることにより当該第２のスペクトルデータの各データを（π−α１ ）／２だけ回転させる（ステツプＳＰ５）。
【００４３】
さらに広帯域化装置１では、このステツプＳＰ１３において画像合成部５が、回転させた第１のスペクトルデータの各データと、空間シフトした後回転させた第２のスペクトルデータの各データとの対応するものどうしを加算することにより第３のスペクトルデータを得た後（ステツプＳＰ６）、当該第３のスペクトルデータの水平方向の１ラインのデータの共役をとり、さらにこれを逆順に並べ、もとのデータの後に追加することにより水平方向のデータ数を倍にする（ステツプＳＰ７）。
【００４４】
さらに広帯域化装置１では、このステツプＳＰ１３において画像合成部５が、このようにして得られた第４のスペクトルデータに対して離散フーリエ逆変換を施すことにより第１及び第２の静止画像を合成した画像を得た後、続くステツプＳＰ１４においてステツプＳＰ１３で得られた高精細な画像を出力し、この後ステツプＳＰ１５においてこの高精細画像形成処理動作手順ＲＴ１を終了するようになされている。
【００４５】
以上の構成によれば、ＣＣＤカメラ２から出力される撮像信号Ｓ１に基づく第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂのサンプリング位相差α１ を検出し、これら第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂを周波数領域に変換し、それぞれに対してサンプリング位相差α１ に応じた所定のスペクトル処理を行つて合成し、合成されたスペクトルを空間座標軸に逆変換するようにしたことにより、第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂに含まれる折り返し歪み成分を除去しながら第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂに基づく第１及び第２の静止画像を合成することができ、かくしてサンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることができる信号の広帯域化装置を実現できる。
【００４６】
なお上述の第１実施例においては、本発明を画像信号の合成に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、大体周期的で異なつた位相でサンプリングされているものであれば画像信号以外の信号の合成にも適用することができる。
【００４７】
また上述の第１実施例においては、２枚の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂから帯域を２倍化した静止画像を生成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、本発明を用いることによつてｎ（ｎは任意の自然数）枚の静止画像から帯域をｎ倍化することもできる。この場合には実施例の処理の中でベクトルの合成、標本点の数を増やす部分を自然に拡張すれば良い。
【００４８】
さらに上述の第１実施例においては、サンプリング位相の異なる２枚の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂを得る手段として、ＣＣＤカメラ２を水平方向に移動させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、サンプリング位相の異なる２枚の静止画像データを得る手段としては、この他撮影者の手振れやＣＣＤのスイング等の積極的な位相ずらし、又は複数台のカメラを用いる等種々の手段を適用できる。
【００４９】
さらに上述の第１実施例においては、第１及び第２の静止画面の全ての部分におけるサンプリング位相差が一定である場合の帯域拡張について述べたが、本発明はこれに限らず、サンプリング位相差が画面の部分によつて異なる場合にも各部分に対して個々の処理を行うようにすれば本発明を用いた帯域拡張を行うことができる。
【００５０】
さらに上述の第１実施例においては、第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂの入力手段としてＣＣＤカメラ２を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばイメージスキヤナから取り込まれた画像や、すでに録画済のビデオテープから得た画像に応用することができる。また合成画像の出力先もモニタやビデオプリンタに限らず、この他の機器であつても良い。
【００５１】
さらに上述の第１実施例においては、第１及び第２のスペクトルデータの各データの位相の回転を第１及び第２のスペクトルデータの双方に施すようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、第１のスペクトルデータのベクトルＡ１ と、空間シフトされた後の第２のスペクトルデータのベクトルＢ１ α１ とが相対的にπの開き角をもつようにすれば良く、従つて例えば片方の画像にのみ位相回転（π−α１ ）をかけ、合成した後合成ベクトルを−（π−α１ ）／２回転させるなどのようにしても良い。
【００５２】
さらに上述の第１実施例においては、第１のスペクトルデータの位相ベクトルＡ１ と空間シフトした後の第２のスペクトルデータの位相ベクトルＢ１ α１ とを合成した後に周波数領域においてデータ数を２倍に増やすようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、空間（時間）領域でまずそれぞれのデータに、間に０を埋めてデータ数を２倍にしてから上述の処理を行うようにしても良い。
【００５３】
さらに上述の第１実施例においては、ＣＣＤカメラ２を水平方向に移動させることによつて合成画像の水平方向の解像度を２倍化するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＣＣＤカメラ２を鉛直方向に移動させることによつて合成画像の鉛直方向の解像度を２倍化することもできる。
【００５４】
（２）第２実施例
図８は第２実施例による信号の広帯域化装置１０を示し、ＣＣＤ１１より出力された撮像信号Ｓ１０は、アナログデイジタル変換回路１２においてアナログデイジタル変換された後、デイジタル撮像信号Ｓ１１として画像メモリ１３及び画像高精細化回路１４に供給される。
画像メモリ１３は、デイジタル撮像信号Ｓ１１に基づいて得られる静止画像データを１画面の構成期間だけ保持した後、これを遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２として画像高精細化回路１４に送出する。
【００５５】
従つて画像高精細化回路１４には、デイジタル撮像信号Ｓ１１に基づいて得られる第１の静止画像データと、当該第１の静止画像データとほぼ同様の遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２に基づいて得られる第２の静止画像データとが供給される。
このときＣＣＤ１１で空間的にサンプリングされる入力光像は撮影者の若干の手振れ等によりフイールド間で水平方向にサンプリング間隔未満のサンプリング位相変位を有しているものとする。従つて第１の静止画像データに基づく第１の静止画像と第２の静止画像データに基づく第２の静止画像との間にはこのサンプリング位相変位分のサンプリング位相差が生じている。
【００５６】
このためこの広帯域化装置１０では、このサンプリング位相差を図示しない既存のフイールド間サンプリング位相変位検出回路により検出し、検出結果をフイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３として画像高精細化回路１４に供給するようになされている。
画像高精細化回路１４は、フイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３に基づいて、デイジタル撮像信号Ｓ１１及び遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２にそれぞれ含まれる折り返し歪み成分をキヤンセリングしながらこれらデイジタル撮像信号Ｓ１１及び遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２を合成することにより高精細画像信号Ｓ１４を生成し、これをカメラ信号処理回路１５に供給する。カメラ信号処理回路１５は、高精細画像信号Ｓ１４に対して所定の信号処理を施し、これを高精細信号Ｓ１５として出力する。
【００５７】
これによりこの広帯域化装置１０では、ＣＣＤ１１の出力である撮像信号Ｓ１０に比べて水平方向の帯域が２倍広い解像度の高い画像信号Ｓ１５を出力し得るようになされている。
ここで実際上画像高精細化回路１４は、図９のような構成を有し、アナログ／デイジタル変換器１２から出力されたデイジタル撮像信号Ｓ１１を第１の直交成分生成回路２０と第１の信号移相回路２１とで入力するようになされている。
【００５８】
第１の直交成分生成回路２０は、例えばヒルベルト変換器と呼ばれる奇対称なタツプ係数（奇対称なインパルス特性を有する伝達要素）をもつＦＩＲフイルタでなり、供給されるデイジタル撮像信号Ｓ１１に基づいて、当該デイジタル撮像信号Ｓ１１よりも９０度位相が進んだ進相デイジタル撮像信号Ｓ２０を生成し、これを第１の信号移相回路２１に送出する。
このとき第１の信号移相回路２１には、デイジタル撮像信号Ｓ１１及び進相デイジタル撮像信号Ｓ２０の他に上述のフイールド間サンプリング位相変位検出回路から出力されたフイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３が供給される。
【００５９】
かくして第１の信号移相回路２１は、フイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３に基づいて得られる第１及び第２の静止画像のフイールド間のサンプリング位相差に応じて、進相デイジタル撮像信号Ｓ２０とデイジタル撮像信号Ｓ１１とを次式
【数６】
に基づいて加重平均することにより第１の加重平均信号Ｓ２１を生成し、これを信号多重化回路２２に送出するようになされている。
【００６０】
ここで（６）式において、Ｓｉｇ １はデイジタル撮像信号Ｓ１１の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示し、Ｓｉｇ １ｉ は進相デイジタル撮像信号Ｓ２０の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示している。またα２ は第１及び第２の静止画像のフイールド間のサンプリング位相差を示し、Ｓｉｇ １ｓ は第１の加重平均信号Ｓ２１の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示している。
【００６１】
同様にして画像メモリ１３から出力された遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２は、第２の直交成分生成回路２３と第２の信号移相回路２４とに供給される。
第２の直交成分生成回路２３は、第１の直交成分生成回路２１と同様なＦＩＲフイルタ構成でなり、供給される遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２に基づいて当該遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２よりも９０度位相が進んだ進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２を生成し、これを第２の信号移相回路２４に送出する。
【００６２】
このとき第２の信号移相回路２４には、遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２及び進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２の他に上述のフイールド間サンプリング位相変位検出回路から出力されたフイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３が供給される。
かくして第２の信号移相回路２４は、フイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３に基づいて得られる上述のサンプリング位相差α２ に応じて、遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２と進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２とを次式
【数７】
に基づいて加重平均することにより第２の加重平均信号Ｓ２３を生成し、これを信号多重化回路２２に送出するようになされている。
【００６３】
ここで（７）式において、Ｓｉｇ ２は遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示し、Ｓｉｇ ２ｉ は進相デイジタル撮像信号Ｓ２２の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示している。またＳｉｇ ２ｓ は第２の加重平均信号Ｓ２３の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示している。
信号多重化回路２２は、第１及び第２の加重平均信号Ｓ２１、Ｓ２３を交互にサンプリングする。これによりこの広帯域化装置１０では、第１及び第２の加重平均信号Ｓ２１、Ｓ２３に含まれる折り返し歪み成分を除去すると共に撮像信号Ｓ１０よりも帯域が２倍化した上述の画像信号Ｓ１４を生成し得、これを出力するようになされている。
【００６４】
以上の構成において、画像高精細化回路１４に供給される遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２及びデイジタル撮像信号Ｓ１１の位相関係は、例えば図１０のように入力光像ＩＮをフイールド間で位相差α２ なる空間周波数ｆＳ の２系列のサンプリング点「○」及び「×」でサンプリングした場合と等価である。
この場合入力光像ＩＮは各サンプリング系列のナイキスト限界ｆＳ ／２を越える周波数成分を含むため遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２及びデイジタル撮像信号Ｓ１１にはそれぞれ折り返し成分が含まれている。
【００６５】
図１１（ａ）〜図１１（ｅ）はこのようすを示したのもであり、図１１（ａ）において実線のベクトルはデイジタル撮像信号Ｓ１１中のベースバンド成分を示し、破線のベクトルは当該デイジタル撮像信号Ｓ１１中に含まれる折り返し線分を示している。また図１１（ｂ）において実線のベクトルは遅延デイジタル撮像信号中Ｓ１２のベースバンド成分を示し、破線のベクトルは当該遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２中に含まれる折り返し成分を示している。この場合図１１（ａ）〜図１１（ｅ）では、ベクトルの長さはレベルの大きさを示し、ベクトルの向きは位相を示している。
この図１１（ａ）及び図１１（ｂ）からも明らかなように、デイジタル撮像信号Ｓ１１に含まれる折り返し成分と遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２に含まれる折り返し成分との相対的な位相差は、各サンプリング系列の位相差α２ に依存している。
【００６６】
このとき高精細化回路１４の第１の信号移相回路２１においてデイジタル撮像信号Ｓ１１と進相デイジタル撮像信号Ｓ２０との加重平均を求めることは、図１２のようにデイジタル撮像信号Ｓ１１のベクトルと、進相デイジタル撮像信号Ｓ２０のベクトルとを合成することと等しい。従つてこの第１の信号位相回路２１から出力される第１の加重平均信号Ｓ２１の位相は図１１（ｃ）のようにデイジタル撮像信号（図１１（ａ））の位相に対してβ２ だけ位相がシフトしている。
【００６７】
同様にして第２の信号移相回路２４において遅延デイジタル撮像信号Ｓ１３と進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２との加重平均を求めることは、遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２のベクトルと、進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２のベクトルとを合成することと等しい。従つてこの第２の信号移相回路２４から出力される第２の加重平均信号Ｓ２３の位相は図１１（ｄ）のように遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２（図１１（ｂ））の位相に対して−β２ だけ位相がシフトしている。
この場合β２ は（π−α２ ）／２であり、従つて図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）からも分かるように第１の加重平均信号Ｓ２１に含まれる折り返し歪み成分と、第２の加重平均信号Ｓ２３に含まれる折り返し成分とはπの開き角を有している。
【００６８】
さらに高精細化回路１２の多重化回路２２において第１の加重平均信号Ｓ２１と第２の加重平均信号Ｓ２３とを交互にサンプリングすることは、第１の加重平均信号Ｓ２１のベクトルと第２の加重平均信号Ｓ２３のベクトルとを合成することと等しく、このため多重化回路２２から出力される画像信号Ｓ２４には、第１の加重平均信号Ｓ２１のベクトルと第２の加重平均信号Ｓ２３のベクトルとの合成時において第１の加重平均信号Ｓ２１中に含まれる折り返し成分と第２の加重平均信号Ｓ２３とがキヤンセリングされるために、図１１（ｅ）のように折り返し歪み成分が除去されている。
従つてこの広帯域化装置１０では、ＣＣＤ１１から出力される撮像信号Ｓ１０に対して帯域が２倍化した画像信号Ｓ１５を生成することができる。
【００６９】
以上の構成によれば、ＣＣＤ１１から出力される撮像信号Ｓ１０に基づいて所定の位相差をもつ遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２とデイジタル撮像信号Ｓ１１とを生成し、その相対サンプリング位相差α２ に応じて奇対称フイルタリング要素を用いた位相シフトを行つた後、再合成するようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができ、かくしてサンプリング位相のずれ量によらずに複数枚の画像の各画像データから解像度の高いデイジタル画像を得ることができる信号の広帯域化装置を実現できる。
【００７０】
なお上述の第２実施例においては、サンプリング位相の異なる２枚の画像から帯域を２倍に拡張するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、入力画像は２枚以上であつても良い。この場合複数の画像に含まれる折り返し成分の合成ベクトルが零ベクトルになるように第１及び第２の信号移相回路２１、２４の位相シフト量β２ を設定すれば良く、このようにすることによつてさらに広帯域化が期待できる。
【００７１】
また上述の第２実施例においては、本発明をＣＣＤ１１にから出力される撮像信号に基づく第１及び第２の静止画像を合成する際に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、信号がほぼ周期的でありかつ異なつた位相でサンプリングされているのであれば、この他ラインオフセツト画像信号や、複数の撮像装置から得られる画像信号、ＶＴＲ等の再生信号、単板カメラのように複数のサンプリング周期をもつ信号系でのフイールドオフセツト処理等にも適用することができる。
【００７２】
さらに上述の第２実施例においては、画像高精細化回路１４内においてデイジタル撮像信号Ｓ１１の信号処理を第１の直交成分生成回路２０及び第１の移相信号生成回路２１で行い、かつ遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２の信号処理を第２の直交成分生成回路２３及び第２の移相信号生成回路２４で行うようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらデイジタル撮像信号Ｓ１１及び遅延デイジタル撮像信号Ｓ１３の信号処理を第１の直交成分生成回路２０の機能と第１の移相信号生成回路２１の機能とを一体に有する例えばＦＩＲフイルタバンク等を用いて行うようにしても良い。またこの場合ＦＩＲフイルタバンクの代わりにＩＩＲ型のフイルタを使うこともできる。
【００７３】
（３）第３実施例
図１３は、第３実施例による信号の広帯域化装置３０を示し、入射光を光の強度に対応する信号に変換し、出力する撮像素子３１、３２と、撮像素子３１より入力された信号を撮像素子３１における空間サンプリング周波数ｆＳ の４倍の周波数を有するサンプリング信号で補間する補間回路３３と、撮像素子３２より入力された信号を同様に撮像素子３２における空間サンプリング周波数ｆＳ の４倍の周波数を有するサンプリング信号で補間する補間回路３４と、補間回路３３より出力される信号と補間回路３４より出力される信号を加算する第１の加算器３５と、補間回路３３より出力される信号から補間回路３４より出力される信号を減算する減算器３６から構成されている。
【００７４】
信号の広帯域化装置は、さらに、減算器３６より出力される信号の位相に対して、９０度進相した信号を生成する、例えばヒルベルト変換器と呼ばれる奇対称なタツプ係数（奇対称なインパルス特性を有する伝達要素）を持つＦＩＲフイルタからなる直交成分生成回路３７と、直交成分生成回路３７より出力される信号の信号レベルを調整する可変利得回路３８とを備え、第１の加算器３５より出力される信号と、可変利得回路３８より出力される信号は、第２の加算器３９により加算され出力されるようになされている。
【００７５】
次に、その動作を説明する。まず、２枚の撮像素子３１、３２を図示せぬ被写体に向け、被写体からの光を、例えば図示せぬプリズムで２つに分離し、それぞれ２枚の撮像素子３１、３２に入射させる。このとき、２枚の撮像素子３１、３２には、図示せぬ光学系の作用により、ほぼ同一の画像が結像されるようになされている。
【００７６】
撮像素子３１、３２に入射する被写体からの光は、撮像素子３１、３２上に、それぞれ所定の画像を結像する。また、撮像素子３１に入射する被写体からの光が、撮像素子３１上に結像される画像と、撮像素子３２に入射する被写体からの光が、撮像素子３２上に結像される画像は、光学部品などの取り付け精度などにより、互いに、空間的なサンプリング間隔１／ｆＳ 未満のサンプリング位相変位α３ だけずれるものとする。
【００７７】
図１４は、このようすを図示したものである。図１４の実線で示した曲線は、サンプリングする対象となる入力信号（被サンプリング信号）を示している。縦軸は信号レベルを表し、横軸はサンプリング周期（時刻）を表している。また、曲線上の○印は、撮像素子３１上の所定のサンプル点に対応する入力信号上での位置を示している。同様に、曲線上の×印は、撮像素子３１上の所定のサンプル点に対応した、撮像素子３２上の所定のサンプル点に対応する入力信号上での位置を示している。
【００７８】
また、○と○の間隔、または×と×の間隔は、撮像素子３１、３２の画素の間隔（サンプリング周波数ｆＳ の逆数）に対応している。
【００７９】
前述したように、撮像素子３１に結像する画像と、撮像素子３２に結像する画像とは、空間的なサンプリング位相差α３ だけずれている。
【００８０】
撮像素子３１、３２により、所定の時点で同時に、空間的にサンプリングされた被写体の画像は、それぞれ対応するサンプリング信号に変換される。このサンプリング信号は、画像を表す真の成分と折り返し歪み成分とからなる。図１５（ａ）は、撮像素子３１によりサンプリングされた被写体の画像に対応するサンプリング信号に含まれる真の成分と折り返し歪み成分を表している。実線の矢印が画像の真の成分を表し、破線の矢印が、サンプリングにより発生した第１次の折り返し歪み成分を表している。また、矢印の大きさは信号レベルを表し、矢印の方向は位相を表している。
【００８１】
図１５（ｂ）は、同様に、撮像素子３２によりサンプリングされた被写体の画像に対応するサンプリング信号に含まれる真の成分と折り返し歪み成分を表している。実線で示した矢印が画像の真の成分を表し、破線で示した矢印がサンプリングにより発生した第１次の折り返し歪み成分を表している。図１５（ａ）の破線の矢印で示した折り返し歪み成分と、図１５（ｂ）の破線の矢印で示した折り返し歪み成分を比較すると、大きさは等しいが、その向きは、空間的サンプリングの相対位相差α３ に等しい角度だけ互いにずれる。
【００８２】
撮像素子３１、３２により、所定の時点で同時に、空間的にサンプリングされた被写体の画像は、それに対応するサンプリング信号に変換された後、それぞれ、補間回路３３、または補間回路３４に出力される。補間回路３３に入力された信号は、４倍の周波数４ｆＳ を有するサンプリング信号で補間され、第１の加算器３５、および減算器３６に供給される。補間回路３４に入力された信号は、同様に、４倍の周波数４ｆＳ を有するサンプリング信号で補間され、減算器３６、および第１の加算器３５に供給される。即ち、図１４において、○と○の間および×と×の間に、３個所のデータが補間され、減算器３６と第１の加算器３５に供給される。
【００８３】
第１の加算器３５は、補間回路３３より供給される信号（図１５（ａ））と、補間回路３４より供給される信号（図１５（ｂ））を加算する。図１５（ｃ）は、補間回路３３より供給される信号（図１５（ａ））と、補間回路３４より供給される信号（図１５（ｂ））を加算して得られる信号に含まれる、画像の真の成分と、折り返し歪み成分を示している。実線の矢印が真の成分を表し、破線の矢印が第１次の折り返し歪み成分を表している。
【００８４】
図１５（ｃ）の実線の矢印で示すように、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の実線の矢印で示した画像の真の成分は、同一方向を向いている（位相が同一である）ため、加算された結果、その大きさが２倍にされる。一方、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の破線の矢印で示した画像の折り返し歪み成分は、互いに位相が異なるため、加算された結果、図１５（ｃ）の破線の矢印で示すように、所定の方向と、所定の大きさを有するようになされる（ベクトル合成した状態になる）。第１の加算器３５により加算された信号は、第２の加算器３９に供給される。
【００８５】
減算器３６は、補間回路３３より供給される信号（図１５（ａ））から、補間回路３４より供給される信号（図１５（ｂ））を減算する。図１５（ｄ）は、補間回路３３より供給される信号（図１５（ａ））から、補間回路３４より供給される信号（図１５（ｂ））を減算して得られる信号に含まれる、画像の真の成分と、折り返し歪み成分を示している。実線の矢印が真の成分を表し、破線の矢印が第１次の折り返し歪み成分を表している。
【００８６】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）の実線の矢印で示した画像の真の成分は、同一方向を向いている（互いに、位相差は０度である）ため、減算された結果、相殺される。一方、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の破線の矢印で示した画像の折り返し歪み成分は、互いに位相が異なるため、減算された結果、図１５（ｄ）の破線の矢印で示すように、所定の方向と、所定の大きさを有するようになされる（ベクトル合成した状態となる）。即ち、減算器３６においては、画像の真の成分は相殺され、折り返し歪み成分のみが残る。減算器３６により減算された信号は、直交成分生成回路３７に供給される。
【００８７】
ここで、補間回路３３より出力される信号に含まれる画像の折り返し歪み成分をベクトルＡ２ とし、補間回路３４より出力される信号に含まれる画像の折り返し歪み成分をベクトルＢ２ とすると、加算器３５により、補間回路３３より出力される信号と、加算器３４より出力される信号が加算された結果得られる信号に含まれる折り返し歪み成分（図１５（ｃ）の破線の矢印（ベクトル））は（Ａ２ ＋Ｂ２ ）で表され、減算器３６により、補間回路３３より出力される信号から、補間回路３４より出力される信号が減算された結果得られる信号に含まれる折り返し歪み成分（図１５（ｄ）の破線の矢印（ベクトル））は（Ａ２ −Ｂ２ ）で表される。
【００８８】
従つて、図１５（ｃ）で示される折り返し歪み成分と、図１５（ｄ）で示される折り返し成分との内積（（Ａ２ ＋Ｂ２ ）・（Ａ２ −Ｂ２ ））は、次のような式で表される。
【数８】
【００８９】
このように、ベクトルＡ２ とベクトルＢ２ の大きさは等しいから、ベクトル（Ａ２ ＋Ｂ２ ）とベクトル（Ａ２ −Ｂ２ ）の内積は、ベクトルＡ２ とベクトルＢ２ のなす角度α３ に拘らず０となる。即ち、ベクトル（Ａ２ ＋Ｂ２ ）と、ベクトル（Ａ２ −Ｂ２ ）とは、ベクトルＡ２ とベクトルＢ２ のなす角度α３ に拘らず直交する。
【００９０】
直交成分生成回路３７において、減算器３６より入力された信号（図１５（ｄ）に示した破線の矢印（Ａ２ −Ｂ２ ））の位相に対して、９０度進相した信号（図１５（ｅ）に示した破線の矢印Ｃ）が生成され、可変利得回路３８に出力される。
【００９１】
可変利得回路３８においては、まず、図示せぬ位相変位検出回路より供給されるサンプリング位相差α３ を表す信号に基づいて、直交成分生成回路３７より入力される信号（図１５（ｅ）に示した破線の矢印Ｃ）の信号レベルが、第１の加算器３５から出力される信号（図１５（ｃ）に示した破線の矢印（Ａ２ ＋Ｂ２ ））の信号レベルと等しくなるように、ゲインｋが設定される。
【００９２】
ゲインｋは、第１の加算器３５から出力される信号の信号レベル（図１５（ｃ）に示した破線の矢印の大きさ）と、直交成分生成回路３７より出力される信号（図１５（ｅ）に示した破線の矢印）の信号レベルとの比で表される。これは、図１５（ｃ）および図１５（ｄ）より、幾何学的に導かれ、次のような式で表される。
【数９】
【００９３】
次に、可変利得回路３８により、直交成分生成回路３７より入力された信号が、ゲインｋでその信号レベルが調整された後、第２の加算器３９に供給される。第２の加算器３９により、第１の加算器３５より供給される信号と、可変利得回路３８より供給される信号が加算され、出力される。
【００９４】
前述したように、第１の加算器３５より供給される信号に含まれる折り返し歪み成分の信号レベルは、可変利得回路３８より供給される信号の信号レベルと大きさが等しく、位相が１８０度ずれているため、互いに相殺される。従つて、第２の加算器３９からは、折り返し歪み成分が除去された信号が出力される。
【００９５】
その結果、撮像素子３１、３２によりサンプリング位相差α３ でサンプリングされた画像に対応するサンプリング信号に含まれる折り返し歪み成分が除去され、広帯域の良好な信号を得ることができる。
【００９６】
なお上述の第３実施例においては、同一の被写体からの光を２枚の撮像素子３１、３２で受光し、撮像素子３１、３２に結像する画像に対して、所定のサンプリング位相差α３ を有する２系列の空間サンプリングを行い、得られた信号の折り返し歪みを除去するようにしたが、例えば、静止した被写体を、ビデオカメラで撮影する際の撮影者の手ぶれなどにより生じる、フイールド間の水平方向の空間サンプリング間隔未満のサンプリング位相変位を有する２枚の画像に対しても、同様の方法を適用することにより、折り返し歪みを除去することができる。
【００９７】
また、例えば、ラインオフセツト画像信号や、ＶＴＲなどの再生信号、さらには単板カメラのように複数のサンプリング周期を有する信号系でのフイールドオフセツト処理等にも応用することができる。
【００９８】
さらに、被サンプリング信号がほぼ等しく、各サンプリング系列が、互いに異なつた位相でサンプリングを行つているという条件を満たすものであれば、それに対しても応用が可能である。
【００９９】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号を出力するデイジタル信号出力手段と、各デイジタル信号間の各サンプリング位相差をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段と、サンプリング位相差検出手段の出力に基づいて得られる各サンプリング位相差に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号に施すことにより、各デイジタル信号に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号を合成する合成手段とを設け、合成手段が、各デイジタル信号を周波数領域に直交変換することにより各デイジタル信号の各スペクトルデータを得、サンプリング位相差に応じて各スペクトルデータを位相補正し、合成した後、合成によつて得られたスペクトルデータを空間座標軸に逆変換するようにしたことにより、当該合成によつて得られる信号に折り返し成分が含まれるのを防止でき、かくしてサンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることのできる信号の広帯域化装置を実現できる。
【０１００】
また本発明によれば、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号を出力するデイジタル信号出力手段と、各デイジタル信号間の各サンプリング位相差をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段と、サンプリング位相差検出手段の出力に基づいて得られる各サンプリング位相差に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号に施すことにより、各デイジタル信号に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号を合成する合成手段とを設け、合成手段が、少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含むようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができ、かくしてサンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることのできる信号の広帯域化装置を実現できる。
さらに本発明によれば、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号を出力するデイジタル信号出力手段と、各デイジタル信号間の各サンプリング位相差をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段と、サンプリング位相差検出手段の出力に基づいて得られる各サンプリング位相差に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号に施すことにより、各デイジタル信号に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号を合成する合成手段とを設け、合成手段が、複数系列のデイジタル信号のうち、対応する系列のデイジタル信号の位相を直角に変換し、変換により得られた信号をそれぞれ出力する複数の移相手段と、対応する系列のデイジタル信号と、対応する移相手段の出力とをサンプリング位相差に基づいて加重平均することにより、対応する系列のデイジタル信号をサンプリング位相差に基づく角度だけ移相させて出力する複数のデイジタル信号移相手段と、各デイジタル信号移相手段の出力を所定のタイミングで循環的に順次サンプリングすることにより各デイジタル信号移相手段の出力を多重化するようにして合成する信号多重化手段とを有するようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができ、かくしてサンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることのできる信号の広帯域化装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例による信号の広帯域化装置の全体構成を示すブロツク図である。
【図２】画像合成処理手順を示すフローチヤートである。
【図３】第１のスペクトルデータ及び空間シフト後の第２のスペクトルデータを示す特性曲線図である。
【図４】第１及び第２の静止画像のサンプリング位相ずれの説明に供する略線図である。
【図５】画像合成の動作原理の説明に供する略線図である。
【図６】第３及び第４のスペクトルデータの説明に供する特性曲線図である。
【図７】高精細画像形成処理動作手順を示すフローチヤートである。
【図８】第２実施例による信号の広帯域化装置の全体構成を示すブロツク図である。
【図９】画像高精細化回路の詳細を示すブロツク図である。
【図１０】デイジタル撮像信号及び遅延デイジタル撮像信号のサンプリング位相差の説明に供する略線図である。
【図１１】画像構成の動作原理の説明に供する略線図である。
【図１２】デイジタル撮像信号と進相デイジタル撮像信号とのベクトル合成の説明に供する略線図である。
【図１３】第３実施例の信号の広帯域化装置を示すブロツク図である。
【図１４】第３実施例の広帯域化装置の入力信号を示す図である。
【図１５】第３実施例の信号の広帯域化装置の動作を説明するための図である。
【図１６】従来の信号のサンプリングの一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１、１０、３０……信号の広帯域化装置、２……ＣＣＤカメラ、３、１２……アナログ／デイジタル変換回路、３Ａ、３Ｂ……フイールドメモリ、４……位相ずれ検出部、５……画像合成部、１１……ＣＣＤ、１３……画像メモリ、１４……画像高精細化回路、２０、２３……直交成分生成回路、２１、２４……信号移相回路、２２……信号多重化回路、３１、３２……撮像素子、３３、３４……補間回路、３５……第１の加算器、３６……減算器、３７……直交成分生成回路、３８……可変利得回路、３９……第２の加算器。α１ 、α２ 、α３ ……サンプリング位相差。
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
産業上の利用分野
従来の技術（図１６）
発明が解決しようとする課題（図１６）
課題を解決するための手段（図１〜図１５）
作用（図１〜図１５）
実施例
（１）第１実施例（図１〜図７）
（２）第２実施例（図８〜図１２）
（３）第３実施例（図１３〜図１５）
発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】
本発明は信号の広帯域化装置に関し、特に、テレビジヨン信号などのように、一定の周期で発生する高い相関を有する疑似周期信号（疑似静止画）、または同一の信号に対して、所定の位相差を有する複数のサンプリングを行い、より解像度の高い信号（静止画）を得る場合に用いて好適な信号の広帯域化装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、時間的に連続な信号（連続信号）をサンプリング周波数ｆＳ でサンプリングした場合、この連続信号（被サンプリング信号）のｆＳ ／２以上の周波数成分は、低域側に変換され、いわゆる折り返し歪みが生じる。従来の信号のサンプリングでは、被サンプリング信号が、画像信号のように隣接走査線間または隣接画面間で高い相関性を有する場合、または同一連続信号である場合、それぞれの位相が互いに３６０／ｎ度だけ異なるｎ系列のサンプリングを行い、このサンプリングにより得られた信号を加算することにより、サンプリング信号に含まれる折り返し歪みを除去するようにしている。これは、サブナイキスト・サンプリング法と呼ばれている。
【０００４】
図１６（ａ）乃至図１６（ｇ）を参照して、サブナイキスト・サンプリング法を説明する。図１６（ａ）は、被サンプリング信号のスペクトラムを表している。縦軸は信号レベルを表し、横軸は信号の周波数を表している。一般に、図１６（ａ）に示したスペクトラムを有する被サンプリング信号を、サンプリング周波数ｆＳ でサンプリングすると、図１６（ｂ）に示すようなスペクトラムを有する信号が得られる。図中、斜線で示した部分は、被サンプリング信号の周波数ｆＳ ／２以上の成分が低域に変換されて生じる、いわゆる折り返し歪みを表している。
【０００５】
この折り返し歪みを抑制するために、まず、図１６（ａ）に示したスペクトラムを有する被サンプリング信号に対して、互いに１８０度の相対位相差を有する２系列のサンプリングを行う。その結果、図１６（ｃ）および図１６（ｄ）に示すようなスペクトルを有する信号が得られる。図１６（ｄ）に示した信号のスペクトラムの奇数次の変調成分は、図１６（ｃ）に示した信号のスペクトラムの奇数次の変調成分に対して逆相となる。
【０００６】
従つて、図１６（ｃ）に示したスペクトラムを有する信号と、図１６（ｄ）に示したスペクトラムを有する信号を加算することにより、図１６（ｅ）に示すようなスペクトラムを有する信号が得られる。即ち、図１６（ｃ）に示したスペクトラムを有する信号に含まれる１次の変調成分と、図１６（ｄ）に示したスペクトラムを有する信号に含まれる１次の変調成分とを相殺することができ、折り返し歪みを除去することができる。その結果、信号帯域を２倍にすることができる。
【０００７】
このように、サブナイキスト・サンプリング法においては、２系列のサンプリングの位相差が互いに１８０度である場合、折り返し歪みを除去し、信号帯域を２倍にすることができる。また、サンプリングの位相差が互いにｍ×３６０／ｎ度（ｍ＝１乃至ｎ）のｎ系列のサンプリングを行う場合も、同様にして、各サンプリングで生じる折り返し歪みを除去することができ、信号帯域をｎ倍にすることができる。
【０００８】
次に、図１６（ａ）に示したスペクトラムを有する信号に対して、互いに１８０度でない相対位相差を有する２系列のサンプリングを行つた場合を説明する。
【０００９】
図１６（ａ）に示したスペクトラムを有する信号に対して、互いに１８０度でない相対位相差を有する２系列のサンプリングを行うと、図１６（ｃ）および図１６（ｆ）に示すようなスペクトラムを有する信号が得られる。このように、２系列のサンプリングの相対位相差が１８０度でない場合には、図１６（ｆ）に示したスペクトラムを有する信号の１次の変調成分は、図１６（ｃ）に示したスペクトラムを有する信号の１次の変調成分に対して、完全に逆相にはならない。
【００１０】
従つて、図１６（ｃ）に示したスペクトラムを有する信号と、図１６（ｆ）に示したスペクトラムを有する信号を加算すると、図１６（ｇ）に示すようなスペクトラムを有する信号が得られ、１次の変調成分は完全には相殺されず、折り返し歪みを軽減することはできても、完全に除去することはできない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の信号のサンプリングにおいては、このように、所定の連続信号に対して、互いに１８０度の相対位相差を有する２系列のサンプリングを行い、その結果得られた２つの信号を加算することにより、折り返し歪みを除去する。
【００１２】
また、ｎ系列のサンプリングを行う場合には、各サンプリングの相対位相差を、互いにｍ×３６０／ｎ度となるようにし、各サンプリングにより得られた信号のうち、所定の信号同士を加算することにより、各サンプリングで生じる折り返し歪みを除去する。
【００１３】
従つて、２系列のサンプリングの相対位相差が１８０度でない場合、または、ｎ系列のサンプリングのそれぞれの相対位相差がｍ×３６０／ｎ度でない場合、折り返し歪みを完全に除去することができない課題があつた。このため、サンプリグ位相差が正確にｍ×３６０／ｎ度になるような位相調整が必要となり、装置が複雑かつ高価になる課題があつた。
【００１４】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、サンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることのできる信号の広帯域化装置を提案しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、信号の広帯域化装置に、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を出力するデイジタル信号出力手段（２〜４）と、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）間の各サンプリング位相差（α１）をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段（４）と、サンプリング位相差検出手段（４）の出力（Ｓ２）に基づいて得られる各サンプリング位相差（α１）に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）に施すことにより、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を合成する合成手段（５）とを設け、合成手段（５）が、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を周波数領域に直交変換することにより各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）の各スペクトルデータを得、サンプリング位相差（α１）に応じて各スペクトルデータを位相補正し、合成した後、合成によつて得られたスペクトルデータを空間座標軸に逆変換するようにした。
【００１７】
また本発明においては、信号の広帯域化装置に、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を出力するデイジタル信号出力手段（１１〜１３）と、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）間の各サンプリング位相差（α２）をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段（４）と、サンプリング位相差検出手段（４）の出力（Ｓ１３）に基づいて得られる各サンプリング位相差（α２）に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に施すことにより、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を合成する合成手段（１４）とを設け、合成手段（１４）が、少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含むようにした。
【００１８】
さらに本発明においては、信号の広帯域化装置に、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を出力するデイジタル信号出力手段（１１〜１３）と、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）間の各サンプリング位相差（α２）をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段（４）と、サンプリング位相差検出手段（４）の出力（Ｓ１３）に基づいて得られる各サンプリング位相差（α２）に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に施すことにより、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を合成する合成手段（１４）とを設け、合成手段（１４）が、複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）のうち、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）の位相を直角に変換し、変換により得られた信号（Ｓ２０、Ｓ２２）をそれぞれ出力する複数の移相手段（２０、２３）と、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）と、対応する移相手段（２０、２３）の出力とをサンプリング位相差（α２）に基づいて加重平均することにより、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）をサンプリング位相差（α２）に基づく角度だけ移相させて出力する複数のデイジタル信号移相手段（２１、２４）と、各デイジタル信号移相手段（２１、２４）の出力を所定のタイミングで循環的に順次サンプリングすることにより各デイジタル信号移相手段（２１、２４）の出力を多重化するようにして合成する信号多重化手段（２２）とを有するようにした。
【００１９】
さらに本発明においては、移相手段（２０、２３）が、少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含むようにした。
【００２３】
【作用】
各サンプリング位相差（α１）に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）に施すことにより、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を合成すると共に、各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）を周波数領域に直交変換することにより各デイジタル信号（Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂ）の各スペクトルデータを得、サンプリング位相差（α１）に応じて各スペクトルデータを位相補正し、合成した後、合成によつて得られたスペクトルデータを空間座標軸に逆変換するようにしたことにより、当該合成によつて得られた信号（Ｓ３）に折り返し成分が含まれるのを防止することができ、かくして信号の帯域をｎ倍化することができる。
【００２４】
また、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を合成する合成手段（１４）を設け、合成手段（１４）が、少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含むようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができる。
【００２５】
さらに、各デイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）を合成する合成手段（１４）を設け、合成手段（１４）が、複数系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）のうち、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）の位相を直角に変換し、変換により得られた信号（Ｓ２０、Ｓ２２）をそれぞれ出力する複数の移相手段（２０、２３）と、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）と、対応する移相手段（２０、２３）の出力とをサンプリング位相差（α２）に基づいて加重平均することにより、対応する系列のデイジタル信号（Ｓ１１、Ｓ１２）をサンプリング位相差（α２）に基づく角度だけ移相させて出力する複数のデイジタル信号移相手段（２１、２４）と、各デイジタル信号移相手段（２１、２４）の出力を所定のタイミングで循環的に順次サンプリングすることにより各デイジタル信号移相手段（２１、２４）の出力を多重化するようにして合成する信号多重化手段（２２）とを有するようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができる。
【００２６】
【実施例】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００２７】
（１）第１実施例
図１において、１は全体として信号の広帯域化装置を示し、水平方向に移動するＣＣＤカメラ２は連続的に得られた２枚の静止画像（第１及び第２の静止画像）を撮像信号Ｓ１としてアナログ／デイジタル変換回路３に供給する。
アナログ／デイジタル変換回路３は、撮像信号Ｓ１をアナログ／デイジタル変換することにより第１及び第２の静止画像のデイジタルデータ（以下、これらをそれぞれ第１及び第２の静止画像データと呼ぶ）Ｄ１Ａ、Ｄ１Ｂを得、これらをそれぞれ第１及び第２のフイールドメモリ３Ａ、３Ｂに格納する。
【００２８】
第１及び第２のフイールドメモリ３Ａ、３Ｂは、それぞれ格納した第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂをそれぞれ第１及び第２の静止画像データ信号Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂとして所定のタイミングで位相ずれ検出部４に送出する。
位相ずれ検出部４は、例えば勾配法又はブロツクマツチング法等の既存の所定方法を利用して第１及び第２の静止画像データ信号Ｓ４Ａ、Ｓ４Ｂに基づいて得られる第１及び第２の静止画像の位相ずれ量を検出し、検出結果と第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂとを画像合成情報信号Ｓ２として画像合成部５に送出する。
【００２９】
画像合成部５は、画像合成情報信号Ｓ２に基づいて所定の演算処理を実行することにより第１の静止画像データＤ１Ａに基づく第１の静止画像と、第２の静止画像データＤ１Ｂに基づく第２の静止画像とを合成する。
この際画像合成部５は、第１の静止画像データＤ１Ａ中に含まれる折り返し歪み（エイリアシング）成分を、第２の静止画像データＤ１Ｂ中に含まれる折り返し歪み成分とでキヤンセルさせることにより、第１及び第２の静止画像中に含まれる高域成分を復元するようになされており、かくして得られた折り返し歪みのない、解像度の高い静止画像データを画像信号Ｓ３としてモニタ６又はビデオプリンタ７に送出する。
【００３０】
これにより広帯域化装置１では、上述の演算処理によつて得られた画像信号Ｓ３に基づく解像度の高い画像を当該モニタ６に表示させ、又はビデオプリンタ７にプリントさせ得るようになされている。
実際上画像合成部５は、画像合成情報信号Ｓ２に基づいて第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂを得ると、これら第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂに基づく第１及び第２の静止画像を図２に示す画像合成処理手順ＲＴ０に従つて合成するようになされている。
【００３１】
すなわち画像合成部５は、第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂを得ると、ステツプＳＰ１でこの画像合成処理手順ＲＴ０を開始した後、ステツプＳＰ２に進んで第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂをそれぞれ水平方向に離散フーリエ変換することにより、第１及び第２のスペクトルデータを得る。ここで、一般的に信号を離散フーリエ変換によつて周波数領域に変換すると、得られた第１及び第２のスペクトルデータの各データは振幅及び位相のベクトル量となる。この場合第１のスペクトルデータは、図３（ａ）のように表すことができる。
【００３２】
また図４に示すように、第２の静止画像（黒丸）のサンプリング位相が第１の静止画像（白丸）のサンプリング位相に対して水平方向にα１ 〔ｒａｄ 〕だけずれているものとすると、第２のスペクトルデータはその各データに次式
【数１】
【００３３】
このとき信号の帯域がナイキスト周波数ωＳ の２倍で制限されているとすると、第１及び第２のスペクトルデータの折り返し成分はサンプリング周波数ωＳ におけるものだけである。この場合ある任意の周波数ω（０≦ω≦ωＳ ）における第１のスペクトルデータ（以下、これをベクトルＡ１ と呼ぶ）と、この周波数ωにおける空間的にシフトされた後の第２のスペクトルデータ（以下、これをベクトルＢ１ α１ と呼ぶ）とは、それぞれ図５（ａ）及び図５（ｂ）のように表すことができる。この図５（ａ）及び図５（ｂ）では、各ベクトルの長さはレベルの大きさを示し、ベクトルの向きは位相を示している。
【００３４】
この図５（ａ）及び図５（ｂ）からも明らかなように、ベクトルＡ１ では真の画像情報成分（実線）と折り返し成分（破線）とは位相（向き）が一致しているのに対し、ベクトルＢ１ α１ では折り返し成分（破線）が真の画像情報成分（実線）からα１ 〔ｒａｄ 〕だけずれている。従つてベトクルＢ１ α１ の折り返し成分は、ベクトルＡ１ の折り返し成分に対してα１ 〔ｒａｄ 〕だけ位相がずれていることが分かる。
【００３５】
この場合ベクトルＡ１ 及びベクトルＢ１ α１ は、図５（ｃ）のようにベクトルＡ１ を−（π−α１ ）／２だけ回転させ（以下、このようにして得られたベクトルをベクトルＡ１ β１ と呼ぶ）、かつ図５（ｄ）のようにベクトルＢ１ α１ を（π−α１ ）／２だけ回転させた（以下、このようにして得られたベクトルをベクトルＢ１ α１ β１ と呼ぶ）後、図５（ｅ）のように当該ベクトルＡ１ β１ とベクトルＢ１ α１ β１ とを合成することによつてベクトルＡ１ の折り返し成分をベクトルＢ１ の折り返し成分でキヤンセルするようにして合成することができる。
【００３６】
このため画像合成部５は、続くステツプＳＰ３（図２）において第１のスペクトルデータの各データに対して次式
【数２】
【００３７】
続いて画像合成部５は、ステツプＳＰ４に進んで第２のスペクトルデータの各データに（１）式を乗算することにより第２のスペクトルデータを真の画像情報成分が第１のスペクトルデータの真の画像情報成分と重なるように空間シフトした後（図５（ｂ））、ステツプＳＰ５に進んでステツプＳＰ４の乗算結果に次式
【数３】
【００３８】
さらに画像合成部５は、続くステツプＳＰ６において、回転された後の第１のスペクトルデータと、空間シフトされ、回転された後の第２のスペクトルデータとの間の対応する各データどうしを加算することにより、第１のスペクトルデータの各データと第２のスペクトルデータの各データと合成する（図５（ｅ））。この際得られたスペクトルデータ（以下、これを第３のスペクトルデータと呼ぶ）は、０≦ω≦ωＳ の範囲において図６（ａ）のように表わされる。
【００３９】
このとき折り返し成分がキヤンセルされ、第３のスペクトルデータの周波数帯域がωＳ となつたため、これを再現するにはサンプリング周波数は２ωＳ 必要である。
このため画像合成部５は、続くステツプＳＰ７において、離散フーリエ変換において成り立つ次式
【数４】
【００４０】
因にこの場合、このようにして得られたスペクトルデータ（以下、これを第４のスペクトルデータと呼ぶ）は図６（ｂ）のようになる。従つてこの図６（ｂ）からも明らかなように、合成により得られた周波数帯域の画像データには折り返し成分がないことが分かる。
さらに画像合成部５は、続くステツプＳＰ８（図２）において第４のスペクトルデータを離散フーリエ逆変換することにより空間座標軸系に逆変換し、この後ステツプＳＰ９においてこの画像合成処理手順ＲＴ０を終了するようになされている。
【００４１】
以上の構成において、この広帯域化装置１は、図７に示す高精細画像形成処理動作手順ＲＴ１に従つて、まずステツプＳＰ１０においてこの高精細画像形成処理動作手順ＲＴ１を開始すると、ステツプＳＰ１１においてＣＣＤカメラ２から連続的な２枚の静止画像を得、続くステツプＳＰ１２においてこの２枚の静止画像のサンプリング位相ずれ量α１ を検出する。
続いて広帯域化装置１では、ステツプＳＰ１３において画像合成部５が画像合成処理手順ＲＴ０に従つて、まず第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂに対して離散フーリエ変換を施すことにより第１及び第２のスペクトルデータを得た後（ステツプＳＰ２）、第１のスペクトルデータの各データに（２）式を乗じることにより当該第１のスペクトルデータの各データの位相を−（π−α１ ）／２だけ回転させる（ステツプＳＰ３）。
【００４２】
続いて広帯域化装置１では、このステツプＳＰ１３において画像合成部５が第２のスペクトルデータの各データに（１）式を乗じることにより当該第２のスペクトルデータを空間シフトさせて第１のスペクトルデータと重ねる（ステツプＳＰ４）と共に、この後空間シフトさせた第２のスペクトルデータの各データに（３）式を乗じることにより当該第２のスペクトルデータの各データを（π−α１ ）／２だけ回転させる（ステツプＳＰ５）。
【００４３】
さらに広帯域化装置１では、このステツプＳＰ１３において画像合成部５が、回転させた第１のスペクトルデータの各データと、空間シフトした後回転させた第２のスペクトルデータの各データとの対応するものどうしを加算することにより第３のスペクトルデータを得た後（ステツプＳＰ６）、当該第３のスペクトルデータの水平方向の１ラインのデータの共役をとり、さらにこれを逆順に並べ、もとのデータの後に追加することにより水平方向のデータ数を倍にする（ステツプＳＰ７）。
【００４４】
さらに広帯域化装置１では、このステツプＳＰ１３において画像合成部５が、このようにして得られた第４のスペクトルデータに対して離散フーリエ逆変換を施すことにより第１及び第２の静止画像を合成した画像を得た後、続くステツプＳＰ１４においてステツプＳＰ１３で得られた高精細な画像を出力し、この後ステツプＳＰ１５においてこの高精細画像形成処理動作手順ＲＴ１を終了するようになされている。
【００４５】
以上の構成によれば、ＣＣＤカメラ２から出力される撮像信号Ｓ１に基づく第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂのサンプリング位相差α１ を検出し、これら第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂを周波数領域に変換し、それぞれに対してサンプリング位相差α１ に応じた所定のスペクトル処理を行つて合成し、合成されたスペクトルを空間座標軸に逆変換するようにしたことにより、第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂに含まれる折り返し歪み成分を除去しながら第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂに基づく第１及び第２の静止画像を合成することができ、かくしてサンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることができる信号の広帯域化装置を実現できる。
【００４６】
なお上述の第１実施例においては、本発明を画像信号の合成に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、大体周期的で異なつた位相でサンプリングされているものであれば画像信号以外の信号の合成にも適用することができる。
【００４７】
また上述の第１実施例においては、２枚の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂから帯域を２倍化した静止画像を生成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、本発明を用いることによつてｎ（ｎは任意の自然数）枚の静止画像から帯域をｎ倍化することもできる。この場合には実施例の処理の中でベクトルの合成、標本点の数を増やす部分を自然に拡張すれば良い。
【００４８】
さらに上述の第１実施例においては、サンプリング位相の異なる２枚の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂを得る手段として、ＣＣＤカメラ２を水平方向に移動させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、サンプリング位相の異なる２枚の静止画像データを得る手段としては、この他撮影者の手振れやＣＣＤのスイング等の積極的な位相ずらし、又は複数台のカメラを用いる等種々の手段を適用できる。
【００４９】
さらに上述の第１実施例においては、第１及び第２の静止画面の全ての部分におけるサンプリング位相差が一定である場合の帯域拡張について述べたが、本発明はこれに限らず、サンプリング位相差が画面の部分によつて異なる場合にも各部分に対して個々の処理を行うようにすれば本発明を用いた帯域拡張を行うことができる。
【００５０】
さらに上述の第１実施例においては、第１及び第２の静止画像データＤ１Ａ、Ｄ１Ｂの入力手段としてＣＣＤカメラ２を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばイメージスキヤナから取り込まれた画像や、すでに録画済のビデオテープから得た画像に応用することができる。また合成画像の出力先もモニタやビデオプリンタに限らず、この他の機器であつても良い。
【００５１】
さらに上述の第１実施例においては、第１及び第２のスペクトルデータの各データの位相の回転を第１及び第２のスペクトルデータの双方に施すようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、第１のスペクトルデータのベクトルＡ１ と、空間シフトされた後の第２のスペクトルデータのベクトルＢ１ α１ とが相対的にπの開き角をもつようにすれば良く、従つて例えば片方の画像にのみ位相回転（π−α１ ）をかけ、合成した後合成ベクトルを−（π−α１ ）／２回転させるなどのようにしても良い。
【００５２】
さらに上述の第１実施例においては、第１のスペクトルデータの位相ベクトルＡ１ と空間シフトした後の第２のスペクトルデータの位相ベクトルＢ１ α１ とを合成した後に周波数領域においてデータ数を２倍に増やすようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、空間（時間）領域でまずそれぞれのデータに、間に０を埋めてデータ数を２倍にしてから上述の処理を行うようにしても良い。
【００５３】
さらに上述の第１実施例においては、ＣＣＤカメラ２を水平方向に移動させることによつて合成画像の水平方向の解像度を２倍化するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＣＣＤカメラ２を鉛直方向に移動させることによつて合成画像の鉛直方向の解像度を２倍化することもできる。
【００５４】
（２）第２実施例
図８は第２実施例による信号の広帯域化装置１０を示し、ＣＣＤ１１より出力された撮像信号Ｓ１０は、アナログデイジタル変換回路１２においてアナログデイジタル変換された後、デイジタル撮像信号Ｓ１１として画像メモリ１３及び画像高精細化回路１４に供給される。
画像メモリ１３は、デイジタル撮像信号Ｓ１１に基づいて得られる静止画像データを１画面の構成期間だけ保持した後、これを遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２として画像高精細化回路１４に送出する。
【００５５】
従つて画像高精細化回路１４には、デイジタル撮像信号Ｓ１１に基づいて得られる第１の静止画像データと、当該第１の静止画像データとほぼ同様の遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２に基づいて得られる第２の静止画像データとが供給される。
このときＣＣＤ１１で空間的にサンプリングされる入力光像は撮影者の若干の手振れ等によりフイールド間で水平方向にサンプリング間隔未満のサンプリング位相変位を有しているものとする。従つて第１の静止画像データに基づく第１の静止画像と第２の静止画像データに基づく第２の静止画像との間にはこのサンプリング位相変位分のサンプリング位相差が生じている。
【００５６】
このためこの広帯域化装置１０では、このサンプリング位相差を図示しない既存のフイールド間サンプリング位相変位検出回路により検出し、検出結果をフイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３として画像高精細化回路１４に供給するようになされている。
画像高精細化回路１４は、フイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３に基づいて、デイジタル撮像信号Ｓ１１及び遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２にそれぞれ含まれる折り返し歪み成分をキヤンセリングしながらこれらデイジタル撮像信号Ｓ１１及び遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２を合成することにより高精細画像信号Ｓ１４を生成し、これをカメラ信号処理回路１５に供給する。カメラ信号処理回路１５は、高精細画像信号Ｓ１４に対して所定の信号処理を施し、これを高精細信号Ｓ１５として出力する。
【００５７】
これによりこの広帯域化装置１０では、ＣＣＤ１１の出力である撮像信号Ｓ１０に比べて水平方向の帯域が２倍広い解像度の高い画像信号Ｓ１５を出力し得るようになされている。
ここで実際上画像高精細化回路１４は、図９のような構成を有し、アナログ／デイジタル変換器１２から出力されたデイジタル撮像信号Ｓ１１を第１の直交成分生成回路２０と第１の信号移相回路２１とで入力するようになされている。
【００５８】
第１の直交成分生成回路２０は、例えばヒルベルト変換器と呼ばれる奇対称なタツプ係数（奇対称なインパルス特性を有する伝達要素）をもつＦＩＲフイルタでなり、供給されるデイジタル撮像信号Ｓ１１に基づいて、当該デイジタル撮像信号Ｓ１１よりも９０度位相が進んだ進相デイジタル撮像信号Ｓ２０を生成し、これを第１の信号移相回路２１に送出する。
このとき第１の信号移相回路２１には、デイジタル撮像信号Ｓ１１及び進相デイジタル撮像信号Ｓ２０の他に上述のフイールド間サンプリング位相変位検出回路から出力されたフイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３が供給される。
【００５９】
かくして第１の信号移相回路２１は、フイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３に基づいて得られる第１及び第２の静止画像のフイールド間のサンプリング位相差に応じて、進相デイジタル撮像信号Ｓ２０とデイジタル撮像信号Ｓ１１とを次式
【数６】
【００６０】
ここで（６）式において、Ｓｉｇ １はデイジタル撮像信号Ｓ１１の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示し、Ｓｉｇ １ｉ は進相デイジタル撮像信号Ｓ２０の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示している。またα２ は第１及び第２の静止画像のフイールド間のサンプリング位相差を示し、Ｓｉｇ １ｓ は第１の加重平均信号Ｓ２１の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示している。
【００６１】
同様にして画像メモリ１３から出力された遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２は、第２の直交成分生成回路２３と第２の信号移相回路２４とに供給される。
第２の直交成分生成回路２３は、第１の直交成分生成回路２１と同様なＦＩＲフイルタ構成でなり、供給される遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２に基づいて当該遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２よりも９０度位相が進んだ進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２を生成し、これを第２の信号移相回路２４に送出する。
【００６２】
このとき第２の信号移相回路２４には、遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２及び進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２の他に上述のフイールド間サンプリング位相変位検出回路から出力されたフイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３が供給される。
かくして第２の信号移相回路２４は、フイールド間サンプリング位相変位情報信号Ｓ１３に基づいて得られる上述のサンプリング位相差α２ に応じて、遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２と進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２とを次式
【数７】
【００６３】
ここで（７）式において、Ｓｉｇ ２は遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示し、Ｓｉｇ ２ｉ は進相デイジタル撮像信号Ｓ２２の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示している。またＳｉｇ ２ｓ は第２の加重平均信号Ｓ２３の振幅及び位相で決定されるベクトル量を示している。
信号多重化回路２２は、第１及び第２の加重平均信号Ｓ２１、Ｓ２３を交互にサンプリングする。これによりこの広帯域化装置１０では、第１及び第２の加重平均信号Ｓ２１、Ｓ２３に含まれる折り返し歪み成分を除去すると共に撮像信号Ｓ１０よりも帯域が２倍化した上述の画像信号Ｓ１４を生成し得、これを出力するようになされている。
【００６４】
以上の構成において、画像高精細化回路１４に供給される遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２及びデイジタル撮像信号Ｓ１１の位相関係は、例えば図１０のように入力光像ＩＮをフイールド間で位相差α２ なる空間周波数ｆＳ の２系列のサンプリング点「○」及び「×」でサンプリングした場合と等価である。
この場合入力光像ＩＮは各サンプリング系列のナイキスト限界ｆＳ ／２を越える周波数成分を含むため遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２及びデイジタル撮像信号Ｓ１１にはそれぞれ折り返し成分が含まれている。
【００６５】
図１１（ａ）〜図１１（ｅ）はこのようすを示したのもであり、図１１（ａ）において実線のベクトルはデイジタル撮像信号Ｓ１１中のベースバンド成分を示し、破線のベクトルは当該デイジタル撮像信号Ｓ１１中に含まれる折り返し線分を示している。また図１１（ｂ）において実線のベクトルは遅延デイジタル撮像信号中Ｓ１２のベースバンド成分を示し、破線のベクトルは当該遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２中に含まれる折り返し成分を示している。この場合図１１（ａ）〜図１１（ｅ）では、ベクトルの長さはレベルの大きさを示し、ベクトルの向きは位相を示している。
この図１１（ａ）及び図１１（ｂ）からも明らかなように、デイジタル撮像信号Ｓ１１に含まれる折り返し成分と遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２に含まれる折り返し成分との相対的な位相差は、各サンプリング系列の位相差α２ に依存している。
【００６６】
このとき高精細化回路１４の第１の信号移相回路２１においてデイジタル撮像信号Ｓ１１と進相デイジタル撮像信号Ｓ２０との加重平均を求めることは、図１２のようにデイジタル撮像信号Ｓ１１のベクトルと、進相デイジタル撮像信号Ｓ２０のベクトルとを合成することと等しい。従つてこの第１の信号位相回路２１から出力される第１の加重平均信号Ｓ２１の位相は図１１（ｃ）のようにデイジタル撮像信号（図１１（ａ））の位相に対してβ２ だけ位相がシフトしている。
【００６７】
同様にして第２の信号移相回路２４において遅延デイジタル撮像信号Ｓ１３と進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２との加重平均を求めることは、遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２のベクトルと、進相遅延デイジタル撮像信号Ｓ２２のベクトルとを合成することと等しい。従つてこの第２の信号移相回路２４から出力される第２の加重平均信号Ｓ２３の位相は図１１（ｄ）のように遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２（図１１（ｂ））の位相に対して−β２ だけ位相がシフトしている。
この場合β２ は（π−α２ ）／２であり、従つて図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）からも分かるように第１の加重平均信号Ｓ２１に含まれる折り返し歪み成分と、第２の加重平均信号Ｓ２３に含まれる折り返し成分とはπの開き角を有している。
【００６８】
さらに高精細化回路１２の多重化回路２２において第１の加重平均信号Ｓ２１と第２の加重平均信号Ｓ２３とを交互にサンプリングすることは、第１の加重平均信号Ｓ２１のベクトルと第２の加重平均信号Ｓ２３のベクトルとを合成することと等しく、このため多重化回路２２から出力される画像信号Ｓ２４には、第１の加重平均信号Ｓ２１のベクトルと第２の加重平均信号Ｓ２３のベクトルとの合成時において第１の加重平均信号Ｓ２１中に含まれる折り返し成分と第２の加重平均信号Ｓ２３とがキヤンセリングされるために、図１１（ｅ）のように折り返し歪み成分が除去されている。
従つてこの広帯域化装置１０では、ＣＣＤ１１から出力される撮像信号Ｓ１０に対して帯域が２倍化した画像信号Ｓ１５を生成することができる。
【００６９】
以上の構成によれば、ＣＣＤ１１から出力される撮像信号Ｓ１０に基づいて所定の位相差をもつ遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２とデイジタル撮像信号Ｓ１１とを生成し、その相対サンプリング位相差α２ に応じて奇対称フイルタリング要素を用いた位相シフトを行つた後、再合成するようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができ、かくしてサンプリング位相のずれ量によらずに複数枚の画像の各画像データから解像度の高いデイジタル画像を得ることができる信号の広帯域化装置を実現できる。
【００７０】
なお上述の第２実施例においては、サンプリング位相の異なる２枚の画像から帯域を２倍に拡張するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、入力画像は２枚以上であつても良い。この場合複数の画像に含まれる折り返し成分の合成ベクトルが零ベクトルになるように第１及び第２の信号移相回路２１、２４の位相シフト量β２ を設定すれば良く、このようにすることによつてさらに広帯域化が期待できる。
【００７１】
また上述の第２実施例においては、本発明をＣＣＤ１１にから出力される撮像信号に基づく第１及び第２の静止画像を合成する際に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、信号がほぼ周期的でありかつ異なつた位相でサンプリングされているのであれば、この他ラインオフセツト画像信号や、複数の撮像装置から得られる画像信号、ＶＴＲ等の再生信号、単板カメラのように複数のサンプリング周期をもつ信号系でのフイールドオフセツト処理等にも適用することができる。
【００７２】
さらに上述の第２実施例においては、画像高精細化回路１４内においてデイジタル撮像信号Ｓ１１の信号処理を第１の直交成分生成回路２０及び第１の移相信号生成回路２１で行い、かつ遅延デイジタル撮像信号Ｓ１２の信号処理を第２の直交成分生成回路２３及び第２の移相信号生成回路２４で行うようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらデイジタル撮像信号Ｓ１１及び遅延デイジタル撮像信号Ｓ１３の信号処理を第１の直交成分生成回路２０の機能と第１の移相信号生成回路２１の機能とを一体に有する例えばＦＩＲフイルタバンク等を用いて行うようにしても良い。またこの場合ＦＩＲフイルタバンクの代わりにＩＩＲ型のフイルタを使うこともできる。
【００７３】
（３）第３実施例
図１３は、第３実施例による信号の広帯域化装置３０を示し、入射光を光の強度に対応する信号に変換し、出力する撮像素子３１、３２と、撮像素子３１より入力された信号を撮像素子３１における空間サンプリング周波数ｆＳ の４倍の周波数を有するサンプリング信号で補間する補間回路３３と、撮像素子３２より入力された信号を同様に撮像素子３２における空間サンプリング周波数ｆＳ の４倍の周波数を有するサンプリング信号で補間する補間回路３４と、補間回路３３より出力される信号と補間回路３４より出力される信号を加算する第１の加算器３５と、補間回路３３より出力される信号から補間回路３４より出力される信号を減算する減算器３６から構成されている。
【００７４】
信号の広帯域化装置は、さらに、減算器３６より出力される信号の位相に対して、９０度進相した信号を生成する、例えばヒルベルト変換器と呼ばれる奇対称なタツプ係数（奇対称なインパルス特性を有する伝達要素）を持つＦＩＲフイルタからなる直交成分生成回路３７と、直交成分生成回路３７より出力される信号の信号レベルを調整する可変利得回路３８とを備え、第１の加算器３５より出力される信号と、可変利得回路３８より出力される信号は、第２の加算器３９により加算され出力されるようになされている。
【００７５】
次に、その動作を説明する。まず、２枚の撮像素子３１、３２を図示せぬ被写体に向け、被写体からの光を、例えば図示せぬプリズムで２つに分離し、それぞれ２枚の撮像素子３１、３２に入射させる。このとき、２枚の撮像素子３１、３２には、図示せぬ光学系の作用により、ほぼ同一の画像が結像されるようになされている。
【００７６】
撮像素子３１、３２に入射する被写体からの光は、撮像素子３１、３２上に、それぞれ所定の画像を結像する。また、撮像素子３１に入射する被写体からの光が、撮像素子３１上に結像される画像と、撮像素子３２に入射する被写体からの光が、撮像素子３２上に結像される画像は、光学部品などの取り付け精度などにより、互いに、空間的なサンプリング間隔１／ｆＳ 未満のサンプリング位相変位α３ だけずれるものとする。
【００７７】
図１４は、このようすを図示したものである。図１４の実線で示した曲線は、サンプリングする対象となる入力信号（被サンプリング信号）を示している。縦軸は信号レベルを表し、横軸はサンプリング周期（時刻）を表している。また、曲線上の○印は、撮像素子３１上の所定のサンプル点に対応する入力信号上での位置を示している。同様に、曲線上の×印は、撮像素子３１上の所定のサンプル点に対応した、撮像素子３２上の所定のサンプル点に対応する入力信号上での位置を示している。
【００７８】
また、○と○の間隔、または×と×の間隔は、撮像素子３１、３２の画素の間隔（サンプリング周波数ｆＳ の逆数）に対応している。
【００７９】
前述したように、撮像素子３１に結像する画像と、撮像素子３２に結像する画像とは、空間的なサンプリング位相差α３ だけずれている。
【００８０】
撮像素子３１、３２により、所定の時点で同時に、空間的にサンプリングされた被写体の画像は、それぞれ対応するサンプリング信号に変換される。このサンプリング信号は、画像を表す真の成分と折り返し歪み成分とからなる。図１５（ａ）は、撮像素子３１によりサンプリングされた被写体の画像に対応するサンプリング信号に含まれる真の成分と折り返し歪み成分を表している。実線の矢印が画像の真の成分を表し、破線の矢印が、サンプリングにより発生した第１次の折り返し歪み成分を表している。また、矢印の大きさは信号レベルを表し、矢印の方向は位相を表している。
【００８１】
図１５（ｂ）は、同様に、撮像素子３２によりサンプリングされた被写体の画像に対応するサンプリング信号に含まれる真の成分と折り返し歪み成分を表している。実線で示した矢印が画像の真の成分を表し、破線で示した矢印がサンプリングにより発生した第１次の折り返し歪み成分を表している。図１５（ａ）の破線の矢印で示した折り返し歪み成分と、図１５（ｂ）の破線の矢印で示した折り返し歪み成分を比較すると、大きさは等しいが、その向きは、空間的サンプリングの相対位相差α３ に等しい角度だけ互いにずれる。
【００８２】
撮像素子３１、３２により、所定の時点で同時に、空間的にサンプリングされた被写体の画像は、それに対応するサンプリング信号に変換された後、それぞれ、補間回路３３、または補間回路３４に出力される。補間回路３３に入力された信号は、４倍の周波数４ｆＳ を有するサンプリング信号で補間され、第１の加算器３５、および減算器３６に供給される。補間回路３４に入力された信号は、同様に、４倍の周波数４ｆＳ を有するサンプリング信号で補間され、減算器３６、および第１の加算器３５に供給される。即ち、図１４において、○と○の間および×と×の間に、３個所のデータが補間され、減算器３６と第１の加算器３５に供給される。
【００８３】
第１の加算器３５は、補間回路３３より供給される信号（図１５（ａ））と、補間回路３４より供給される信号（図１５（ｂ））を加算する。図１５（ｃ）は、補間回路３３より供給される信号（図１５（ａ））と、補間回路３４より供給される信号（図１５（ｂ））を加算して得られる信号に含まれる、画像の真の成分と、折り返し歪み成分を示している。実線の矢印が真の成分を表し、破線の矢印が第１次の折り返し歪み成分を表している。
【００８４】
図１５（ｃ）の実線の矢印で示すように、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の実線の矢印で示した画像の真の成分は、同一方向を向いている（位相が同一である）ため、加算された結果、その大きさが２倍にされる。一方、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の破線の矢印で示した画像の折り返し歪み成分は、互いに位相が異なるため、加算された結果、図１５（ｃ）の破線の矢印で示すように、所定の方向と、所定の大きさを有するようになされる（ベクトル合成した状態になる）。第１の加算器３５により加算された信号は、第２の加算器３９に供給される。
【００８５】
減算器３６は、補間回路３３より供給される信号（図１５（ａ））から、補間回路３４より供給される信号（図１５（ｂ））を減算する。図１５（ｄ）は、補間回路３３より供給される信号（図１５（ａ））から、補間回路３４より供給される信号（図１５（ｂ））を減算して得られる信号に含まれる、画像の真の成分と、折り返し歪み成分を示している。実線の矢印が真の成分を表し、破線の矢印が第１次の折り返し歪み成分を表している。
【００８６】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）の実線の矢印で示した画像の真の成分は、同一方向を向いている（互いに、位相差は０度である）ため、減算された結果、相殺される。一方、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の破線の矢印で示した画像の折り返し歪み成分は、互いに位相が異なるため、減算された結果、図１５（ｄ）の破線の矢印で示すように、所定の方向と、所定の大きさを有するようになされる（ベクトル合成した状態となる）。即ち、減算器３６においては、画像の真の成分は相殺され、折り返し歪み成分のみが残る。減算器３６により減算された信号は、直交成分生成回路３７に供給される。
【００８７】
ここで、補間回路３３より出力される信号に含まれる画像の折り返し歪み成分をベクトルＡ２ とし、補間回路３４より出力される信号に含まれる画像の折り返し歪み成分をベクトルＢ２ とすると、加算器３５により、補間回路３３より出力される信号と、加算器３４より出力される信号が加算された結果得られる信号に含まれる折り返し歪み成分（図１５（ｃ）の破線の矢印（ベクトル））は（Ａ２ ＋Ｂ２ ）で表され、減算器３６により、補間回路３３より出力される信号から、補間回路３４より出力される信号が減算された結果得られる信号に含まれる折り返し歪み成分（図１５（ｄ）の破線の矢印（ベクトル））は（Ａ２ −Ｂ２ ）で表される。
【００８８】
従つて、図１５（ｃ）で示される折り返し歪み成分と、図１５（ｄ）で示される折り返し成分との内積（（Ａ２ ＋Ｂ２ ）・（Ａ２ −Ｂ２ ））は、次のような式で表される。
【数８】
このように、ベクトルＡ２ とベクトルＢ２ の大きさは等しいから、ベクトル（Ａ２ ＋Ｂ２ ）とベクトル（Ａ２ −Ｂ２ ）の内積は、ベクトルＡ２ とベクトルＢ２ のなす角度α３ に拘らず０となる。即ち、ベクトル（Ａ２ ＋Ｂ２ ）と、ベクトル（Ａ２ −Ｂ２ ）とは、ベクトルＡ２ とベクトルＢ２ のなす角度α３ に拘らず直交する。
【００９０】
直交成分生成回路３７において、減算器３６より入力された信号（図１５（ｄ）に示した破線の矢印（Ａ２ −Ｂ２ ））の位相に対して、９０度進相した信号（図１５（ｅ）に示した破線の矢印Ｃ）が生成され、可変利得回路３８に出力される。
【００９１】
可変利得回路３８においては、まず、図示せぬ位相変位検出回路より供給されるサンプリング位相差α３ を表す信号に基づいて、直交成分生成回路３７より入力される信号（図１５（ｅ）に示した破線の矢印Ｃ）の信号レベルが、第１の加算器３５から出力される信号（図１５（ｃ）に示した破線の矢印（Ａ２ ＋Ｂ２ ））の信号レベルと等しくなるように、ゲインｋが設定される。
【００９２】
ゲインｋは、第１の加算器３５から出力される信号の信号レベル（図１５（ｃ）に示した破線の矢印の大きさ）と、直交成分生成回路３７より出力される信号（図１５（ｅ）に示した破線の矢印）の信号レベルとの比で表される。これは、図１５（ｃ）および図１５（ｄ）より、幾何学的に導かれ、次のような式で表される。
【数９】
次に、可変利得回路３８により、直交成分生成回路３７より入力された信号が、ゲインｋでその信号レベルが調整された後、第２の加算器３９に供給される。第２の加算器３９により、第１の加算器３５より供給される信号と、可変利得回路３８より供給される信号が加算され、出力される。
【００９４】
前述したように、第１の加算器３５より供給される信号に含まれる折り返し歪み成分の信号レベルは、可変利得回路３８より供給される信号の信号レベルと大きさが等しく、位相が１８０度ずれているため、互いに相殺される。従つて、第２の加算器３９からは、折り返し歪み成分が除去された信号が出力される。
【００９５】
その結果、撮像素子３１、３２によりサンプリング位相差α３ でサンプリングされた画像に対応するサンプリング信号に含まれる折り返し歪み成分が除去され、広帯域の良好な信号を得ることができる。
【００９６】
なお上述の第３実施例においては、同一の被写体からの光を２枚の撮像素子３１、３２で受光し、撮像素子３１、３２に結像する画像に対して、所定のサンプリング位相差α３ を有する２系列の空間サンプリングを行い、得られた信号の折り返し歪みを除去するようにしたが、例えば、静止した被写体を、ビデオカメラで撮影する際の撮影者の手ぶれなどにより生じる、フイールド間の水平方向の空間サンプリング間隔未満のサンプリング位相変位を有する２枚の画像に対しても、同様の方法を適用することにより、折り返し歪みを除去することができる。
【００９７】
また、例えば、ラインオフセツト画像信号や、ＶＴＲなどの再生信号、さらには単板カメラのように複数のサンプリング周期を有する信号系でのフイールドオフセツト処理等にも応用することができる。
【００９８】
さらに、被サンプリング信号がほぼ等しく、各サンプリング系列が、互いに異なつた位相でサンプリングを行つているという条件を満たすものであれば、それに対しても応用が可能である。
【００９９】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号を出力するデイジタル信号出力手段と、各デイジタル信号間の各サンプリング位相差をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段と、サンプリング位相差検出手段の出力に基づいて得られる各サンプリング位相差に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号に施すことにより、各デイジタル信号に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号を合成する合成手段とを設け、合成手段が、各デイジタル信号を周波数領域に直交変換することにより各デイジタル信号の各スペクトルデータを得、サンプリング位相差に応じて各スペクトルデータを位相補正し、合成した後、合成によつて得られたスペクトルデータを空間座標軸に逆変換するようにしたことにより、当該合成によつて得られる信号に折り返し成分が含まれるのを防止でき、かくしてサンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることのできる信号の広帯域化装置を実現できる。
【０１００】
また本発明によれば、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号を出力するデイジタル信号出力手段と、各デイジタル信号間の各サンプリング位相差をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段と、サンプリング位相差検出手段の出力に基づいて得られる各サンプリング位相差に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号に施すことにより、各デイジタル信号に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号を合成する合成手段とを設け、合成手段が、少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含むようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができ、かくしてサンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることのできる信号の広帯域化装置を実現できる。
さらに本発明によれば、互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号を出力するデイジタル信号出力手段と、各デイジタル信号間の各サンプリング位相差をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段と、サンプリング位相差検出手段の出力に基づいて得られる各サンプリング位相差に応じた所定の信号処理を各デイジタル信号に施すことにより、各デイジタル信号に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら複数系列のデイジタル信号を合成する合成手段とを設け、合成手段が、複数系列のデイジタル信号のうち、対応する系列のデイジタル信号の位相を直角に変換し、変換により得られた信号をそれぞれ出力する複数の移相手段と、対応する系列のデイジタル信号と、対応する移相手段の出力とをサンプリング位相差に基づいて加重平均することにより、対応する系列のデイジタル信号をサンプリング位相差に基づく角度だけ移相させて出力する複数のデイジタル信号移相手段と、各デイジタル信号移相手段の出力を所定のタイミングで循環的に順次サンプリングすることにより各デイジタル信号移相手段の出力を多重化するようにして合成する信号多重化手段とを有するようにしたことにより、実時間で折り返し歪み成分を除去した広帯域の画像信号を得ることができ、かくしてサンプリング位相の異なる複数系列のデイジタル信号から周波数帯域の広い信号を得ることのできる信号の広帯域化装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例による信号の広帯域化装置の全体構成を示すブロツク図である。
【図２】画像合成処理手順を示すフローチヤートである。
【図３】第１のスペクトルデータ及び空間シフト後の第２のスペクトルデータを示す特性曲線図である。
【図４】第１及び第２の静止画像のサンプリング位相ずれの説明に供する略線図である。
【図５】画像合成の動作原理の説明に供する略線図である。
【図６】第３及び第４のスペクトルデータの説明に供する特性曲線図である。
【図７】高精細画像形成処理動作手順を示すフローチヤートである。
【図８】第２実施例による信号の広帯域化装置の全体構成を示すブロツク図である。
【図９】画像高精細化回路の詳細を示すブロツク図である。
【図１０】デイジタル撮像信号及び遅延デイジタル撮像信号のサンプリング位相差の説明に供する略線図である。
【図１１】画像構成の動作原理の説明に供する略線図である。
【図１２】デイジタル撮像信号と進相デイジタル撮像信号とのベクトル合成の説明に供する略線図である。
【図１３】第３実施例の信号の広帯域化装置を示すブロツク図である。
【図１４】第３実施例の広帯域化装置の入力信号を示す図である。
【図１５】第３実施例の信号の広帯域化装置の動作を説明するための図である。
【図１６】従来の信号のサンプリングの一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１、１０、３０……信号の広帯域化装置、２……ＣＣＤカメラ、３、１２……アナログ／デイジタル変換回路、３Ａ、３Ｂ……フイールドメモリ、４……位相ずれ検出部、５……画像合成部、１１……ＣＣＤ、１３……画像メモリ、１４……画像高精細化回路、２０、２３……直交成分生成回路、２１、２４……信号移相回路、２２……信号多重化回路、３１、３２……撮像素子、３３、３４……補間回路、３５……第１の加算器、３６……減算器、３７……直交成分生成回路、３８……可変利得回路、３９……第２の加算器。α１ 、α２ 、α３ ……サンプリング位相差。
Claims (4)
- 互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号を出力するデイジタル信号出力手段と、
各上記デイジタル信号間の各サンプリング位相差をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段と、
上記サンプリング位相差検出手段の出力に基づいて得られる各上記サンプリング位相差に応じた所定の信号処理を各上記デイジタル信号に施すことにより、各上記デイジタル信号に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら上記複数系列の上記デイジタル信号を合成する合成手段と
を具え、
上記合成手段は、
各上記デイジタル信号を周波数領域に直交変換することにより各上記デイジタル信号の各スペクトルデータを得、上記サンプリング位相差に応じて各上記スペクトルデータを位相補正し、合成した後、上記合成によつて得られたスペクトルデータを空間座標軸に逆変換する
ことを特徴とする信号の広帯域化装置。 - 互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号を出力するデイジタル信号出力手段と、
各上記デイジタル信号間の各サンプリング位相差をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段と、
上記サンプリング位相差検出手段の出力に基づいて得られる各上記サンプリング位相差に応じた所定の信号処理を各上記デイジタル信号に施すことにより、各上記デイジタル信号に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら上記複数系列の上記デイジタル信号を合成する合成手段と
を具え、
上記合成手段は、
少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含む
ことを特徴とする信号の広帯域化装置。 - 互いに異なる位相でサンプリングされた複数系列のデイジタル信号を出力するデイジタル信号出力手段と、
各上記デイジタル信号間の各サンプリング位相差をそれぞれ検出するサンプリング位相差検出手段と、
上記サンプリング位相差検出手段の出力に基づいて得られる各上記サンプリング位相差に応じた所定の信号処理を各上記デイジタル信号に施すことにより、各上記デイジタル信号に含まれる折り返し歪み成分を除去しながら上記複数系列の上記デイジタル信号を合成する合成手段と
を具え、
上記合成手段は、
上記複数系列の上記デイジタル信号のうち、対応する系列の上記デイジタル信号の位相を直角に変換し、上記変換により得られた信号をそれぞれ出力する複数の移相手段と、
上記対応する系列の上記デイジタル信号と、対応する上記移相手段の出力とを上記サンプリング位相差に基づいて加重平均することにより、上記対応する系列の上記デイジタル信号を上記サンプリング位相差に基づく角度だけ移相させて出力する複数のデイジタル信号移相手段と、
各上記デイジタル信号移相手段の出力を所定のタイミングで循環的に順次サンプリングすることにより各上記デイジタル信号移相手段の出力を多重化するようにして合成する信号多重化手段と
を具えることを特徴とする信号の広帯域化装置。 - 上記移相手段は、
少なくとも奇対称な時間領域インパルス特性を有する伝達要素を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の信号の広帯域化装置。
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|---|---|---|---|
| JP181794 | 1994-01-13 | ||
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-
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