JP3710189B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は所謂ベイヤー配列に色フィルタが配置されている順次走査固体撮像素子を備える撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体技術の進歩に伴い、順次走査で信号を読み出す事のできる固体撮像素子(全画素読みだし固体撮像素子、以下全画素撮像素子)が開発されている。これらの撮像素子は、従来のインターレース走査(飛び越し走査)の撮像素子に比べて、動きのある被写体に対してもぶれが少なく、解像度の高い画像を取り込むことができる。つまり、インターレース撮像素子では、1フレームの画像は1フィールド期間ずれた2枚のフィールドで構成されるため、動きのある被写体を撮像した場合、フィールド間の時間差により動きブレが生ずる。また、1フィールドの画像を取り出すと、動きブレは無くなるものの、垂直の解像度が1/2になってしまう。これに対し、全画素撮像素子では、1フィールド期間で1フレーム分撮像することができるため、前述のような問題は生じない。
このような特徴を利用して、全画素撮像素子は静止画像取り込みカメラやEDTV II用カメラなどへの応用が期待されている。
【0003】
現在使用されている全画素撮像素子のほとんどは、図3に示すような所謂ベイヤー配列にR、G、Bフィルタが配置されているものである。この色配列では、Gが輝度信号として使われている。全画素撮像素子は1フィールド期間に1フレームの画像データを読み出すために、従来の垂直2画素加算読み出しの撮像素子に比べて電荷の転送速度が2倍となる。そこで、図4に示すように、撮像素子からの出力を従来の1ライン読み出しから、奇数・偶数の走査線信号出力が例えばそれぞれ第1及び第2の信号出力となるような構成の2ライン同時読み出しにすることが望ましい。
【0004】
次に、従来の2ライン読み出しの全画素撮像素子の回路構成を図4及び図5を用いて説明する。図4の撮像装置において、全画素撮像素子1には、TG9から与えられたタイミング信号t1、t2に従って、垂直レジスタ転送、水平レジスタ転送を行い、ch1、ch2からそれぞれ奇数・偶数の走査線信号が出力される。ch1、ch2からの出力信号は、それぞれ全画素撮像素子1の奇数ライン、偶数ラインに対応しており、バッファ21、22を介してそれぞれCDS回路31、32に送られる。CDS回路31、32は、撮像素子のリセットノイズの除去を行い、それぞれAGC回路41、42に映像信号を送る。AGC回路41、42は、カメラプロセス回路6で検知された各チャンネルのゲインの差を元に、指定されたゲインを映像信号に与える。A/D変換器51、52は、アナログの映像信号をディジタル信号に変換して、カメラプロセス回路6にディジタル信号を送る。
【0005】
図5においてカメラプロセス回路6では、まず入力端子600−1、600−2からそれぞれch1、ch2からの出力信号を受け取る。色分離回路601は、図3に示したような画素配列のまま点順次で送られてきたG、B、Rの画像データを、G−lowについては垂直方向の平均値補間で、B、Rについては水平、垂直方向の平均値補間で、それぞれのチャンネルがすべての画素位置についてデータを持つように補間する。本線系のGは、図6(a)のように補間しないでそのまま出力される。また、垂直輪郭補償信号系のGv−highは、図7(a)のように水平方向に補間されて出力される。
色分離回路601からの出力Gは、例えば図8のような空間周波数特性のSPC−FIL(2次元フィルタ)612によってゼロ挿入補間されるとともに、1/2fs_h及び1/2fs_vがトラップされる。(fs_h、fs_vは水平、垂直方向のサンプリング周波数)ここでSPC−FILを使うのは、輝度信号の斜め方向に現れる1/2fs_o(fs_oは斜め方向のサンプリング周波数)のモワレを解消する目的であり、点順次信号をゼロ挿入補間するのに適するように、市松状の2組の係数の和が等しくなるように設計されている。
【0006】
図4において、AGC回路41、42にゲインが与えられると、AGC回路41、42は映像信号を所定のゲインだけ変化させるが、AGC回路41、42には個々に動作のばらつきがあり、AGC回路41、42に同じゲイン指定をしても映像信号レベルが異なってしまうことになる。このような現象が起きると、奇数・偶数ライン、奇数・偶数画素で出力レベルに差が生じるために、全面一様なもの(例えばホワイトチャート)を撮像したときに、図6(b)に示すようにAGC回路のゲインのばらつきは画面上ではマス目状の妨害が入ることになり、これは画像を著しく劣化させるものとなる。しかし、1/2fs_vがトラップされたことによって、この奇数・偶数ラインの出力レベル差は1/2fs_vの周波数振動に置き換えられているので解消され、1/2fs_hがトラップされたことによって、この奇数・偶数画素の出力レベル差は1/2fs_hの周波数振動に置き換えられているので解消される。
【0007】
その後、Gは本線信号と水平輪郭補償信号とに分岐され、H−HPF(水平高域通過フィルタ)604によって水平輪郭信号を抽出する。また、垂直輪郭補償信号系のGv−highは、例えば図9のような周波数特性のV−HPF(垂直高域通過フィルタ)603によって垂直輪郭信号を抽出する。水平、垂直の輪郭補償信号を加算した後、輪郭補償信号は本線信号に加算され、γ処理回路606を経て色変換マトリクス回路607に送られる。G−low、B−low、R−lowは、ホワイトバランス回路605によってホワイトバランスがとられた後、γ処理回路606を経て色変換マトリクス回路607に送られる。色変換マトリクス回路607は、G、G−low、B−low、R−lowを受けて、リニアマトリクス処理及びRGB−YCbCr変換を行う。色変換マトリクス回路607からの出力Y、Cb、Crは、輝度信号Yは出力端子609Yから出力され、色差信号Cb、Crについては点順次化回路608で帯域圧縮と点順次化を行った後、出力端子609Cから出力される。
そして、低照度時の撮影などで画面全体が暗くなると、映像信号レベルを適切に上げるために、H−LPF(水平低域通過フィルタ)610を経たGから求めた情報c1のマイコン8に送る。
【0008】
マイコン8は、カメラプロセス回路6から受け取った情報c1に基づいて、AGC回路41、42のゲインをそれぞれ決定し、制御信号c2を送る。AGC回路41、42は、制御信号c2を受け取って、所望のゲインに調整する。
AGC回路41、42にゲインが与えられると、AGC回路41、42は映像信号を所定のゲインだけ変化させるが、AGC回路は個々に動作のばらつきがあり、AGC回路41、42に同じゲイン指定をしても映像信号レベルが異なってしまうことになる。このような現象が起きても、SPC−FIL612によって1/2fs_h及び1/2fs_vがトラップされることによって解消され、好適な画像を得ることができる。
【0009】
この方式では第1及び第2のAGC回路41、42のゲインのばらつきを水平、垂直周波数軸上のナイキスト周波数振動に置き換えているので、2次元フィルタの設計を1/2fs_hをトラップし、かつ1/2fs_vをトラップするような構成にすることにより、ハード量の増加を招くことなく、第1及び第2のAGC回路のゲインのばらつきを効果的に除去することが可能となる。
また、斜め方向の輝度のキャリアを2次元フィルタで効果的に抑圧することで、O−LPF(光学フィルタ)で結像時の輝度の帯域を狭くすることなく、鮮鋭度のある好適な画像を提供することが可能となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の方式では、垂直輪郭信号を得る際に色分離回路601において水平方向の補間を行った輝度信号を使用しているので、第1及び第2のAGC回路のゲインのばらつきが生じた際には、図7(b)に示すようにAGC回路のゲインのばらつきは横縞状の成分になり、垂直の高周波成分はナイキスト周波数1/2fs_vに集中して現れてしまうことになる。このため画面全体に垂直の高周波成分がのってしまい、画像を著しく劣化させるという問題があった。
【0011】
本発明は上記の問題を解決するために成されたもので、2つのAGC回路のゲインのばらつきによる画質劣化を抑えるようにした撮像装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像装置は、ベイヤー配列された色フィルタを有し、全画素の信号を非加算で読み出し、奇数・偶数の走査線の信号を第1、第2の映像信号として同時に出力する撮像手段と、上記第1、第2の映像信号の利得を制御する第1、第2の利得制御手段と、上記利得制御された第1、第2の映像信号からG信号を輝度信号として分離し水平方向に補間して出力する分離手段と、上記分離された水平方向に補間された信号から上記撮像手段の垂直方向のサンプリング周波数の1/2の周波数成分を除去して垂直輪郭信号と成すフィルタ手段とを備えたことを特徴とする。
【0013】
【作用】
本発明の構成によれば、垂直輪郭補償信号系に設けたフィルタ手段によって1/2fs_vをトラップすることにより、ハード量の増加を招くことなく、第1及び第2の利得制御手段のゲインのばらつきによる影響を効果的に除去することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の実施の形態による撮像装置においては、固体撮像素子の映像信号出力からA/D変換までは、図4の従来例と共通の処理を行うので、図4の説明は省略して、図1の本発明によるカメラプロセス回路6についてのみ説明する。
図4で得られた第1及び第2のディジタル映像信号は図1の本発明によるカメラプロセス回路6に送られる。カメラプロセス回路6では、まず入力端子600−1、600−2からそれぞれch1、ch2からの出力信号を受け取って色分離回路601に入力する。
【0015】
色分離回路601は、図3に示すような画素配列のまま点順次で送られてきたG、B、Rの画素データを、G−lowについては垂直方向の平均値補間で、B、Rについては水平、垂直方向の平均値補間で、それぞれのチャンネルがすべての画素位置についてデータを持つように補間する。本線系のGは、図6(a)のように補間しないでそのまま出力される。また、垂直輪郭補償信号系のGv−highは、図7(a)のように水平方向に補間されて出力される。
色分離回路601からの出力Gは、例えば図8のような空間周波数特性のSPC−FIL612によってゼロ挿入補間されるとともに、1/2fs_h及び1/2fs_vがトラップされる。ここでSPC−FILを使うのは、輝度信号の斜め方向に現れる1/2fs_oのモワレを解消する目的であり、点順次信号をゼロ挿入補間するのに適するように、市松状の2組の係数の和が等しくなるように設計されている。
【0016】
AGC回路41、42にゲインが与えられると、AGC回路41、42は映像信号を所定のゲインだけ変化させるが、前述したようにこれらのAGC回路41、42は個々に動作のばらつきがあり、AGC回路41、42に同じゲイン指定をしても映像信号レベルが異なってしまうことになる。このような現象が起きると、奇数・偶数ライン、奇数・偶数画素で出力レベルに差が生じるために、全面一様なもの(例えばホワイトチャート)を撮像したときに、図6(b)に示すようにAGC回路のゲインのばらつきは画面上ではマス目状の妨害が入ることになり、これは画像を著しく劣化させるものとなる。しかし、1/2fs_vがトラップされたことによって、この奇数・偶数ラインの出力レベル差は1/2fs_vの周波数振動に置き換えられているので解消され、1/2fs_hがトラップされたことによって、この奇数・偶数画素の出力レベル差は1/2fs_hの周波数振動に置き換えられているので解消される。
【0017】
その後、Gは本線信号と水平輪郭補償信号とに分岐され、H−HPF604によって水平輪郭信号を抽出する。また、垂直輪郭補償信号系のGv−highは、例えば図2のような周波数特性のV−BPF(垂直帯域通過フィルタ)611によって垂直輪郭信号を抽出するとともに、1/2fs_vがトラップされる。水平、垂直の輪郭補償信号を加算した後、輪郭補償信号は本線信号に加算され、γ処理回路606を経て色変換マトリクス回路607に送られる。G−low、B−low、R−lowは、ホワイトバランス回路605によってホワイトバランスがとられた後、γ処理回路606を経て色変換マトリクス回路607に送られる。
【0018】
色変換マトリクス回路607は、G、G−low、B−low、R−low、を受けて、リニアマトリクス処理及びRGB−YCbCr変換を行う。色変換マトリクス回路607からの出力Y、Cb、Crは、輝度信号Yは出力端子609Yから出力され、色差信号Cb、Crについては点順次化回路608で帯域圧縮と点順次化を行った後、出力端子609Cから出力される。
そして、低照度時の撮影などで画面全体が暗くなると、映像信号レベルを適切に上げるために、H−LPF610を経たGから求めた情報c1をマイコン8に送る。
【0019】
マイコン8は、カメラプロセス回路6から受け取った情報c1に基づいて、AGC回路41、42のゲインをそれぞれ決定し、制御信号c2を送る。AGC回路41、42は、制御信号c2を受け取って、所望のゲインに調整する。
AGC回路41、42にゲインが与えられると、AGC回路41、42は映像信号を所定のゲインだけ変化させるが、AGC回路は個々に動作のばらつきがあり、AGC回路41、42に同じゲイン指定をしても映像信号レベルが異なってしまうことになる。このような現象が起きても、SPC−FIL612によって1/2fs_h及び1/2fs_vがトラップされることによって解消され、好適な画像を得ることができる。
【0020】
この方式では第1及び第2のAGC回路41、42のゲインのばらつきを水平、垂直周波数軸上のナイキスト周波数振動に置き換えているので、2次元フィルタの設計を1/2fs_hをトラップし、かつ1/2fs_vをトラップするような構成にすることにより、ハード量の増加を招くことなく、第1及び第2のAGC回路のゲインのばらつきを効果的に除去することが可能となる。
また、斜め方向の輝度のキャリアを2次元フィルタで効果的に抑圧することで、O−LPFで結像時の輝度の帯域を狭くすることなく、鮮鋭度のある好適な画像を提供することが可能となる。
【0021】
ここで前述したように垂直輪郭信号を得る際に水平方向の補間を行った輝度信号を使用しているので、第1及び第2のAGC回路41、42のゲインのばらつきが生じた際には、図7(b)に示すようにAGC回路のゲインのばらつきは横縞状の成分になり、垂直の高周波成分はナイキスト周波数1/2fs_vに集中して現れてしまうことになる。しかし、本発明においては、垂直の高周波成分を抽出するフィルタとして、1/2fs_vをトラップするように設計されたV−BPF611を用いているので、AGC回路のゲインのばらつきが起きても、好適な輪郭補償信号を得ることができ、鮮鋭度のある画像を保つことができた。
【0022】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、第1及び第2のAGC回路のゲインのばらつきを水平、垂直周波数軸上のナイキスト周波数振動に垂直輪郭補償信号系に1/2fs_vをトラップするフィルタ手段を設けたことにより、垂直輪郭補償信号系における第1及び第2の利得制御手段のゲインのばらつきを効果的に除去することができ、これにより鮮鋭度のある好適な画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】図1のV−BPFのフィルタ特性を示す特性図である。
【図3】本発明を適用し得る色フィルタ配列を示す構成図である。
【図4】本発明を適用し得る撮像装置を示すブロック図である。
【図5】図4のカメラプロセス回路の従来例を示すブロック図である。
【図6】垂直水平補間の方法を示す構成図である。
【図7】垂直輪郭補償信号系の補間方法を示す構成図である。
【図8】2次元フィルタの特性を示す特性図である。
【図9】垂直HPFの特性を示す特性図である。
【符号の説明】
1 全画素読み出し撮像素子
41 第1のAGC回路
42 第2のAGC回路
6 カメラプロセス回路
611 V−BPF[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus including a progressive scanning solid-state imaging device in which color filters are arranged in a so-called Bayer array.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the advance of semiconductor technology, solid-state imaging devices (all-pixel reading solid-state imaging devices, hereinafter referred to as all-pixel imaging devices) capable of reading signals by progressive scanning have been developed. These image sensors have less blur even with respect to a moving subject and can capture a high-resolution image compared to conventional interlaced scan (interlaced scan) image sensors. That is, in the interlace imaging device, an image of one frame is composed of two fields that are shifted by one field period. Therefore, when a moving subject is imaged, motion blur occurs due to the time difference between the fields. Further, when an image of one field is extracted, the vertical resolution is halved although motion blur is eliminated. On the other hand, since the all-pixel image sensor can capture one frame in one field period, the above-described problem does not occur.
Utilizing such characteristics, the all-pixel imaging device is expected to be applied to a still image capturing camera, an EDTV II camera, and the like.
[0003]
Most of the all-pixel imaging devices currently used are ones in which R, G, and B filters are arranged in a so-called Bayer array as shown in FIG. In this color arrangement, G is used as a luminance signal. Since the all-pixel image sensor reads out one frame of image data in one field period, the charge transfer rate is doubled as compared with the conventional vertical two-pixel addition readout image sensor. Therefore, as shown in FIG. 4, the output from the image sensor is the same as that of the conventional one-line readout, and the odd-numbered and even-numbered scanning line signal outputs are, for example, the first and second signal outputs, respectively. It is desirable to read.
[0004]
Next, the circuit configuration of a conventional 2-pixel readout all-pixel imaging device will be described with reference to FIGS. In the image pickup apparatus of FIG. 4, all pixel
[0005]
In FIG. 5, the
The output G from the
[0006]
In FIG. 4, when gain is given to the
[0007]
Thereafter, G is branched into a main line signal and a horizontal contour compensation signal, and a horizontal contour signal is extracted by an H-HPF (horizontal high-pass filter) 604. Further, Gv-high of the vertical contour compensation signal system extracts a vertical contour signal by a V-HPF (vertical high-pass filter) 603 having a frequency characteristic as shown in FIG. After the horizontal and vertical contour compensation signals are added, the contour compensation signal is added to the main line signal and sent to the color
Then, when the entire screen becomes dark due to shooting at low illuminance or the like, in order to appropriately increase the video signal level, it is sent to the microcomputer 8 of information c1 obtained from G that has passed through an H-LPF (horizontal low-pass filter) 610.
[0008]
The microcomputer 8 determines the gains of the
When gain is given to the
[0009]
In this method, the gain variation of the first and
In addition, by effectively suppressing the oblique luminance carrier with a two-dimensional filter, a suitable image with sharpness can be obtained without narrowing the luminance band at the time of image formation with an O-LPF (optical filter). It becomes possible to provide.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described method, since the luminance signal obtained by performing horizontal interpolation in the
[0011]
The present invention has been made to solve the above problem, and an object of the present invention is to obtain an imaging apparatus capable of suppressing image quality deterioration due to gain variations of two AGC circuits.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
An imaging apparatus according to the present invention includes a color filter arranged in a Bayer array, reads out signals of all pixels by non-addition, and simultaneously outputs odd and even scanning line signals as first and second video signals. Means, first and second gain control means for controlling the gain of the first and second video signals, and separating the G signal as a luminance signal from the gain-controlled first and second video signals. Separating means for interpolating in the horizontal direction and outputting, and a filter for removing a frequency component of ½ of the sampling frequency in the vertical direction of the imaging means from the separated signal interpolated in the horizontal direction to form a vertical contour signal Means.
[0013]
[Action]
According to the configuration of the present invention, the variability of the gains of the first and second gain control means can be obtained without increasing the hardware amount by trapping 1 / 2fs_v by the filter means provided in the vertical contour compensation signal system. It is possible to effectively remove the influence of the above.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention, the processing common to the conventional example of FIG. 4 is performed from the video signal output of the solid-state imaging device to A / D conversion, and therefore the description of FIG. 4 is omitted. Only the
The first and second digital video signals obtained in FIG. 4 are sent to the
[0015]
The
The output G from the
[0016]
When gain is given to the
[0017]
Thereafter, G branches to a main line signal and a horizontal contour compensation signal, and a horizontal contour signal is extracted by the H-
[0018]
The color
When the entire screen becomes dark due to shooting at low illuminance or the like, information c1 obtained from G that has passed through the H-
[0019]
The microcomputer 8 determines the gains of the
When gain is given to the
[0020]
In this method, the gain variation of the first and
In addition, by effectively suppressing the luminance carrier in the oblique direction with the two-dimensional filter, it is possible to provide a suitable image with sharpness without narrowing the luminance band at the time of image formation with the O-LPF. It becomes possible.
[0021]
Here, as described above, when the vertical contour signal is obtained, the luminance signal subjected to the horizontal interpolation is used, so when the gain variation of the first and
[0022]
【The invention's effect】
According to the configuration of the present invention, the filter means for trapping 1/2 fs_v in the vertical contour compensation signal system to the Nyquist frequency oscillation on the horizontal and vertical frequency axes is provided for the gain variation of the first and second AGC circuits. Thus, variation in gains of the first and second gain control means in the vertical contour compensation signal system can be effectively removed, and thus a suitable image with sharpness can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
2 is a characteristic diagram showing filter characteristics of the V-BPF of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a color filter array to which the present invention can be applied.
FIG. 4 is a block diagram illustrating an imaging apparatus to which the present invention can be applied.
5 is a block diagram showing a conventional example of the camera process circuit of FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a method of vertical and horizontal interpolation.
FIG. 7 is a configuration diagram showing an interpolation method of a vertical contour compensation signal system.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing characteristics of a two-dimensional filter.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing characteristics of a vertical HPF.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記第1、第2の映像信号の利得を制御する第1、第2の利得制御手段と、
上記利得制御された第1、第2の映像信号からG信号を輝度信号として分離し水平方向に補間して出力する分離手段と、
上記分離された水平方向に補間された信号から上記撮像手段の垂直方向のサンプリング周波数の1/2の周波数成分を除去して垂直輪郭信号と成すフィルタ手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。An imaging means having a color filter arranged in a Bayer array, reading out signals of all pixels by non-addition, and simultaneously outputting odd and even scanning line signals as first and second video signals;
First and second gain control means for controlling the gain of the first and second video signals;
Separating means for separating the G signal as a luminance signal from the first and second gain-controlled video signals, interpolating in the horizontal direction, and outputting the separated signal;
An image pickup apparatus comprising: filter means for removing a frequency component ½ of the sampling frequency in the vertical direction of the image pickup means from the separated signal interpolated in the horizontal direction to form a vertical contour signal. .
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