JP3938256B2 - Television camera device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は離散的にサンプリングされた映像信号を生成するテレビジョンカメラ装置において、輝度信号の周波数特性の劣化や、サンプリング折返し歪成分によって発生するモアレ現象、あるいは被写体輪郭の偽色信号の発生とを極力抑えるためのテレビジョンカメラ装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
CCD(Charge Coupled Device)等の固体撮像素子を用いたテレビジョンカメラにおいては、固体撮像素子からの映像信号をサンプリングする際にそのサンプリングされた映像信号に折り返し歪み(エイリアシング)が発生する。ここで、サンプリング周波数fsが充分高くない場合、折返し歪が映像信号帯域内に入り込み、再生画像中にモアレを発生させて画質を劣化させる。
【0003】
従来、折返し歪を低減する方法としては、G(緑色)、R(赤色)、B(青色)の映像信号をそれぞれ生成する固体撮像素子を有するテレビジョンカメラ装置におけるマトリクス演算機能を用いた、所謂「空間画素ずらし」と呼ばれる方法が、例えば、特公昭55−19553号公報に示される様に知られている。この方法は図3に示す様に、例えば、GのCCDの受光部(撮像部)の各画素を、R,BのCCDの受光部(撮像部)の各画素に対して、水平走査方向に水平走査方向の画素間隔Pxの1/2だけ相対的にずらして配置している。
【0004】
このように、各CCDを配置することにより、Gの映像信号に対し、R,Bの映像信号の位相が180度ずれることになり、それぞれ発生する折返し歪の位相も図2の破線、一点鎖線に示すように180度ずれることになる。ここで、G,R,Bの信号をマトリクス演算することにより得られる輝度信号Yは、例えば、下記の式で表わされる。
Y=0.59G+0.30R+0.11B
上記の式でのG,R,Bはそれぞれ、G,R,Bの信号レベルを示す。なお、このG,R,Bの白レベル(白基準位レベル)のレベル比(白レベル比)は1対1対1である。
【0005】
従って、このマトリクス演算することにより得られる輝度信号Yにおいては
Gの折返し歪成分(図2の破線の波形で示される)と、逆位相のR,Bの折返し歪成分(図2の一点鎖線の波形で示される)が部分的にキャンセルされ、折返し歪成分が低減することになる。しかしながら、図2の2点鎖線の波形で示される輝度信号Yの折返し歪成分Ydが、
Yd=G−R−B=0.59−0.30−0.11=0.18
のように、輝度信号Yの18%ほどが残ってしまう。
【0006】
このため、ほぼ、サンプリング周波数fsの3/4付近の周波数帯域(0.75fs付近)では、映像信号成分とほぼ同等の折返し歪成分が存在し、0.75fs以上の周波数帯域では、折返し歪成分のほうが多くなることとなり、S/N比の関係上映像品質に問題が生じ実用に耐えなくなり、映像信号をより高解像度にすることができなくなる。
【0007】
そこで、映像信号をより高解像度にする方法としては、従来の技術として、特開平8−223590号公報に示される様に、R,Bの撮像素子と、Gの撮像素子とで、空間画素ずらしを用い、その空間画素ずらしによりサンプリング位相が相互に反転したRの映像信号とGの映像信号とを、上記サンプリング周波数の逆位相でスイッチングして交互にR信号とG信号とが切り替わる信号を生成し、さらにバンドパスフイルタで帯域制限した後、マトリクス回路出力の輝度信号と合成して、輝度信号の周波数特性の劣化を改善していた。なお、この改善方法は、デジタル・サンプリング・アパーチャ(DSA)と呼ばれる。
【0008】
このDSAでは、R信号とG信号とを、固体撮像素子のサンプリング周波数の2倍の周波数の周期ごとに交互にスイッチングするごとくにサンプリングし、さらに、R信号とG信号との白レベル比を1対1としてスイッチングする。そうすることで、補助用の輝度信号を生成している。従って、この補助用の輝度信号は、サンプリング周波数の2倍の周波数でサンプリングして得た場合のG,R,B信号を基としてマトリクス回路から出力された輝度信号に対して、色バランス特性は多少異なるが周波数特性はほぼ同等の信号となる。また、この補助用の輝度信号は、R信号とG信号との白レベル比を1対1として、スイッチングしたものであり、それぞれの位相は互いに180度異なり逆位相である。それゆえ、この補助用の輝度信号においては、R信号の折返し歪成分とG信号の折返し歪成分とが完全にキャンセルされ、折返し歪成分を含まないものとなる。また、この補助用の輝度信号はバンドパスフィルタにより、帯域制限されている。従って、このような補助用の輝度信号をマトリクス回路から出力された輝度信号に加算することで、最終的に得られた輝度信号はサンプリング周波数に近い高域周波数までSN比が改善される。
【0009】
さらに、平成10年特許願第159001号の明細書に記載されている様に、R、Bの撮像素子とGの撮像素子とで空間画素ずらしを行い、その空間画素ずらしによりサンプリング位相が相互に反転したR信号とG信号とを、上記サンプリング周波数の逆位相でスイッチングして交互にR信号とG信号とが切り替わる信号を生成し、マトリクス回路出力の輝度信号の折り返し歪み成分をキャンセルするR信号を混合してから、さらにバンドパスフイルタで帯域制限した後、マトリクス回路出力の輝度信号と合成して、輝度信号の周波数特性の劣化補正と輝度信号の折り返し歪み成分の低減とを両立させていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記の補助用の輝度信号をマトリクス回路から出力された輝度信号に加算して映像信号をより高解像度化する方法は、 G信号をサンプリングする手段と、位相が180度ずれてR,B信号をサンプリングする手段とが必要な上、補助用の輝度信号や補助用のR信号を生成し、位相と帯域を所定にそろえてから加算するため、水平画素数に比例して回路規模が大きく、消費電力と費用の増加を伴う。
【0011】
また、全ての映像信号出力の高域を、交互にR信号とG信号とに切り替わる信号に置き換える方法も水平画素数に比例して回路規模が大きくなり、消費電力と費用の増加を伴う。
【0012】
そのため、小形低価格のテレビジョンカメラ装置や、水平画素数が約1200であるように多画素数の固体撮像素子を用いたテレビジョンカメラ装置では、輝度信号の折り返し歪の補正はあまり施されることがない。また、 G信号のサンプリング位相と、R,B信号のサンプリング位相とが180度ずらされて信号処理されることについても、あまり行われることがない。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために、
R,G、B信号をサンプリングする位相を同一とする。
また、補助用の輝度信号や補助用のR信号の生成、帯域制限、遅延、高域信号の置き換えは行わない。
さらに、輝度信号(Y)はR,G,B信号から固体撮像素子のサンプリング周期(1/fs)の半分の周期ごとに倍速サンプリングのマトリクス演算で生成し、倍速サンプリングで出力する。
さらに、マトリクス演算前に、R,B信号の高域を定格より増幅させ、 R,B信号の位相より、G信号の位相をサンプリング周期(1/fs)のほぼ半分遅延させる。
【0014】
図5に示すように、従来のマトリクス回路出力の輝度信号では、図5の2点鎖線の波形で示される輝度信号Yの折返し歪成分Ydが
Yd=G−R−B=0.59−0.30−0.11=0.18
と輝度信号Yの18%残ってしまう。
【0015】
それに対し本発明の方式では、Gの高域を減衰し、R,Bの高域を増幅した場合に、高域のG,R,Bの信号レベルをGH,RH,BHとすれば、輝度信号Yの高域YHは、例えば下記の式で表わされる。
YH=0.5GH+0.375RH+0.125BH
ここで、高域輝度信号Yの折返し歪成分YdHは、
YdH=GH−RH−BH=0.5−0.375−0.125=0
となって、輝度信号Yの高域YHは折り返し歪み成分が打ち消される。ただし、低域にのみ輝度信号Yの折り返し歪み成分が少し残される。
【0016】
また、 Gは一定で、R、Bの高域増幅を大きくすることで、すなわち、
YH=0.59G+0.432R+0.158B
とすれば、輝度信号の周波数特性の劣化も改善できた上に、高域輝度信号Yの折返し歪成分YdHは、
YdH=GH−RH−BH=0.59−0.432−0.158=0
となって、輝度信号Yの高域YHは折り返し歪み成分が打ち消される。ただし、低域にのみ輝度信号Y‘の折り返し歪み成分が少し残る。
【0017】
ここで、倍速サンプリングでアナログ/デジタル変換して出力するので、アナログ/デジタル変換のサンプリングアパーチャによる輝度信号の周波数特性の劣化も改善できる。
【0018】
また、水平に半画素ずらすことに合わせ、R,B信号の位相より、G信号の高域位相をサンプリング周期(1/fs)のほぼ半分遅延させることで、映像信号レベルが急変する被写体の輪郭に発生する偽色信号が、打ち消される。
【0019】
その結果、上記サンプリング周波数まで最終出力輝度信号のレベルは折返し歪成分より大きくなり、SN比が改善され、テレビジョンカメラ装置の解像度が上記サンプリング周波数まで向上させることと、輪郭に発生する偽色信号の低減とが、回路規模の増加を抑えて両立可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を添付図を参照して説明する。
図1は本発明によるテレビジョンカメラ装置の一実施例の構成を示すブロック図であり、図6は図1の動作を説明するための各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【0021】
図1において、R、G、BのCCD30、32、34は、この例ではIT(Interline Transfer)タイプのCCDであり、それぞれ、撮像部(受光部)30a,32a,34a及び読み出し部30b,32b,34bを有している。なお、CCDとして、FIT(Frame Interline Transfer)やFT(Frame Transfer)タイプのCCD、あるいは、CMOS撮像素子を用いるとしても良い。
【0022】
撮像部30a,32a,34aの各画素で光電変換されて得られた電荷は、それぞれ読み出し部30b,32b,34bへ順次読み出される。ここでは、GのCCD32の撮像部32aの各画素は、図3と同様に、R、BのCCD30、34の撮像部30a,34aの各画素に対して、水平走査方向に水平走査方向の画素間隔Pxの1/2だけずらして配置している。
【0023】
サンプリングパルス発生器40は所定周期(周波数fs)のサンプリングパルス信号S1(図6の(a))S2(図6の(b))と周波数2fsのクロック信号S3(図6の(g))と周波数2fsのサンプリングパルス信号S4(図6の(h))とを発生する。
【0024】
サンプリングパルス信号S1は、サンプリングホールド回路(SH回路)4,5,6にそれぞれ与えられて、それらサンプリングホールド回路4,5,6は、RのCCD30の読み出し部30b、 GのCCD32の読み出し部32b、BのCCD34の読み出し部34bから出力される映像信号をそれぞれサンプルホールドする。
【0025】
ローパスフイルタ回路(LPF回路)7,8,9は、それぞれ、サンプリングホールド回路4,5,6の出力映像信号Vr,Vg,Vbを所定の帯域まで制限する。
【0026】
10,11,12はシェーデイング補正、白補正、黒補正を行うことが可能なR,G,Bの利得可変映像増幅回路(AGC回路)、13は、利得可変映像増幅回路10,11,12の出力信号をR,G,Bごとにプリガンマ(プリγ)処理を行うプリガンマ増幅回路。24,26はプリガンマ増幅回路から出力されるR,B映像信号の高域部分をそれぞれより増幅するための高域増幅回路で、25はプリガンマ増幅回路から出力されたG映像信号を遅延する遅延回路(Delay
Line :DL)である。
【0027】
14はプリガンマ増幅器13の各R,G,B出力信号をサンプリングパルス信号S2でそれぞれアナログ/デジタル変換(A/D変換)するためのA/D変換器である。15は周波数2fsのクロック信号S3でもって各種デジタル信号処理、例えば、ガンマ補正処理や、R,G,B出力信号から輝度信号Y、色信号Cr,Cbを生成するマトリクス処理(図1の23の部分)などをおこなうための、デジタル信号処理回路、すなわち、DSP(Digital Signal Processor)回路である。
【0028】
ここで、輝度信号Yのマトリクス処理は周波数2fsのサンプリング速度でもって行われるが、それ以外の信号処理は周波数fsで行うことで、回路規模をより少なくすることができる。
【0029】
16はDSP15の出力を周波数2fsのサンプリングパルス信号S4でデジタル/アナログ変換(D/A変換)するD/A変換器である。
【0030】
ここで、GのCCD32の撮像部32aの各画素が、R、BのCCD30、34の撮像部30a,34aの各画素に対して、水平走査方向に水平走査方向の画素間隔Pxの1/2だけずらして相対配置されていることに対応して、Gの映像信号の高域の位相をサンプリングパルス信号S1の位相に対して上記のように遅延回路(Delay Line:DL)25でサンプリング周期の1/2周期遅延させ、VG'(図6の(e))とする。
【0031】
その結果、被写体輪郭の偽色信号が打ち消される。そして、DSP15のマトリクス回路23は、周波数2fsのクロック信号S3でもって、入力されたR,G,B信号から固体撮像素子のサンプリング周期(1/fs)の半分の周期ごとに、倍速サンプリングのマトリクス演算で輝度信号(Y)を生成する。
【0032】
R、BのCCDとGのCCDとは、前述したとおり、水平画素の半分ごとに空間配置がずれているから、DSPのマトリクス回路部分23から出力される信号は、擬似的にCCDの画素ごとの出力周波数の倍の周波数2fsでサンプリングされた輝度信号の切り替わり周期と同等の切り替わり周期を有する、輝度信号Y’となる。
【0033】
さらに、図1に記載のLPF21,22および変調回路27を有さない回路構成の場合、D/A変換器16のY,Cr,Cb信号出力を入力して、D/A変換時のクロック成分を除去するローパスフイルタ回路(LPF)17〜19とを有し、輝度信号Y’は、テレビジョンカメラ装置の輝度信号として出力される。また、LPF21,22および変調回路27とを内蔵することでは、色信号(C)を直接発生させることもできる。
【0034】
以上の動作により、R、B信号の高域を増幅してマトリクス演算された輝度信号Y’の相対利得は、図4に示す様に、元の輝度信号Yと比較して周波数特性が改善され、折返し歪は低域のみに少しのこり折返し歪によるモアレ現象の発生がより低減され、fs付近まで、折返し歪の相対利得より、輝度信号の相対利得が大きく、SN比を改善し、限界解像度を改善できる。
【0035】
図6の(o)の1.5画素幅の白黒被写体に対し、水平画素ずらしにより、図6の(c)のG信号は2画素幅となり、さらに、図6の(p)に対し、図6の(d)のR、B信号は1画素幅となり、遅延させた図6の(e)のG信号と高域を増幅した図6の(f)のR,B信号とを倍速マトリクス演算した図6の(k)の輝度信号Yも、1.5画素幅となる。従って、折り返し歪みの発生がなくなることで、限界解像度がfs付近までとすることができる。
【0036】
また、R、B信号の高域増幅は増幅器13の高域補償容量の変更でも実現でき、本実施例は、従来のテレビジョンカメラの形態にG信号の遅延回路としてπ型フイルタ(インダクタ1ヶと容量を2ヶ)を追加するだけの簡単な構成となる。
【0037】
なお、上述の説明の構成では、R,Bの映像信号について高域増幅を行い、その増幅された高域部分が、Gの映像信号の高域部分と比較してレベルが相対的に増加するようになされる。しかしながら、図示していないが、R,Bの映像信号を高域増幅する回路を有さずに、その代わり、Gの映像信号の高域部分を減衰させる高域減衰回路を付加することで、上述の動作と同様に、Gの映像信号の高域部分と比較してR,Bの映像信号の高域部分のレベルが相対的に増加するようにできることはいうまでもない。また、R,Bの映像信号の高域部分を増幅する高域増幅回路と、Gの映像信号の高域部分を減衰させる高域減衰回路とを両方用いることによって、Gの映像信号の高域部分と比較してR,Bの映像信号の高域部分のレベルが相対的に増加するようにしてもかまわない。
【0038】
図7は本発明によるテレビジョンカメラ装置の別の実施例を示すブロック図であり、図8は図7の実施例の動作を説明するための各部の信号波形を示すタイミングチャートである。図7において、図1実施例と同一機能を有するものは同一符号を付してその説明を省略する。
【0039】
本実施例においては、サンプリングホールド回路4,5,6と利得可変増幅回路10、11,12とA/D変換器14とが1つのASP(Analog Signal Processor)・IC28に集積されている。なお、ここには図示していないが、プリガンマ増幅回路13も集積されているASP・ICを用いてもよい。
【0040】
また、図7に示す本実施例においては、R,Bの映像信号の高域信号を増幅する高域増幅回路24,26と、Gの映像信号を遅延させる遅延回路25,マトリクス演算回路から出力された輝度信号を遅延させる遅延回路20、さらに、LPF回路21,22とは、DSP15内の信号処理回路で実現するよう集積されたものが用いられている。
【0041】
従って、マトリクス回路23においては図1の実施例と同様な信号Y’が得られ、図8(0)の1.5画素幅の白黒被写体に対し、図8(k)の輝度信号Yも1.5画素幅となり、折り返し歪みの発生がなく限界解像度がfs付近まであることを示している。
【0042】
また、遅延回路20、LPF回路21,22と、変調器27とを内蔵している場合は、クロマ信号Cや複合同期信号VBSを直接発生させることもできる。
【0043】
【発明の効果】
その結果、小形デジタル3板カラーカメラの回路規模が低減し、小型化、低消費電力化、低価格化が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるテレビジョンカメラ装置の一実施例の構成を示すブロック図
【図2】映像信号と折返し歪の相対利得の周波数特性を示す図
【図3】R,G,Bの固体撮像素子の撮像部間における画素を空間的にずらす方法を説明する図
【図4】本発明に関わる輝度信号等と折返し歪の相対利得の周波数特性を示す図
【図5】本発明に関わる輝度信号等と折返し歪の相対利得の周波数特性を示す図
【図6】図1の動作を説明するための各部の信号波形を示すタイミングチャート
【図7】本発明によるテレビジョンカメラ装置の別の実施例の構成を示すブロック図
【図8】図7の動作を説明するための各部の信号波形を示すタイミングチャート
【符号の説明】
4,5,6:サンプリング回路(SH回路)、 7,8,9,17,18,19,21,22:ローパスフィルタ回路(LPF回路)、10,11,12:シェーデイング補正・白補正・黒補正を含む可変増幅回路、 13:プリガンマ増幅器、 14:A/D変換器、 15:DSP、 16:D/A変換器、 20,25:遅延回路、 23:マトリクス回路、 27:変調器、 24,26:高域増幅回路、 28:ASP、 30,32,34:CCD等の固体撮像素子、 40:サンプリングパルス発生器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a television camera device that generates discretely sampled video signals, such as deterioration of frequency characteristics of luminance signals, moire phenomenon caused by sampling aliasing distortion components, or generation of false color signals of subject outlines. The present invention relates to an improvement of a television camera device for minimizing it.
[0002]
[Prior art]
In a television camera using a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device), aliasing occurs in the sampled video signal when sampling the video signal from the solid-state imaging device. Here, when the sampling frequency fs is not sufficiently high, aliasing distortion enters the video signal band, and moire is generated in the reproduced image to deteriorate the image quality.
[0003]
Conventionally, as a method for reducing the aliasing distortion, a so-called matrix operation function in a television camera apparatus having a solid-state image sensor that respectively generates G (green), R (red), and B (blue) video signals is used. A method called “spatial pixel shifting” is known, for example, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 55-19553. In this method, as shown in FIG. 3, for example, each pixel of the light receiving unit (imaging unit) of the G CCD is arranged in the horizontal scanning direction with respect to each pixel of the light receiving unit (imaging unit) of the R and B CCDs. The pixels are arranged so as to be relatively shifted by a half of the pixel interval Px in the horizontal scanning direction.
[0004]
Thus, by arranging each CCD, the phase of the R and B video signals is shifted by 180 degrees with respect to the G video signal, and the phase of the aliasing distortion that occurs is also shown by the broken line and the alternate long and short dash line in FIG. As shown in FIG. Here, the luminance signal Y obtained by performing the matrix operation on the G, R, and B signals is represented by the following equation, for example.
Y = 0.59G + 0.30R + 0.11B
G, R, and B in the above formulas indicate G, R, and B signal levels, respectively. The level ratio (white level ratio) of the white levels (white reference level) of G, R, and B is 1: 1.
[0005]
Therefore, in the luminance signal Y obtained by this matrix operation, the G aliasing distortion component (indicated by the broken line waveform in FIG. 2) and the anti-phase R and B aliasing distortion components (indicated by the one-dot chain line in FIG. 2). (Indicated by the waveform) is partially canceled, and the aliasing distortion component is reduced. However, the aliasing distortion component Yd of the luminance signal Y shown by the two-dot chain line waveform in FIG.
Yd = GRB = 0.59-0.30-0.11 = 0.18
As shown, about 18% of the luminance signal Y remains.
[0006]
For this reason, there is a aliasing distortion component almost equal to the video signal component in the frequency band near ¾ of the sampling frequency fs (near 0.75 fs), and the aliasing distortion component in the frequency band of 0.75 fs or higher. As a result, there is a problem in the video quality due to the S / N ratio, and the video signal cannot be put into practical use, and the video signal cannot be made higher in resolution.
[0007]
Therefore, as a conventional method for increasing the resolution of the video signal, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-223590, spatial pixel shift is performed between the R and B image sensors and the G image sensor. Is used to switch the R video signal and G video signal whose sampling phases are reversed by the spatial pixel shift, with the opposite phase of the sampling frequency to generate a signal that alternately switches between the R signal and the G signal. Further, after the band is limited by a band pass filter, it is combined with the luminance signal output from the matrix circuit to improve the deterioration of the frequency characteristic of the luminance signal. This improvement method is called digital sampling aperture (DSA).
[0008]
In this DSA, the R signal and the G signal are sampled in such a manner that they are alternately switched every cycle of a frequency twice as high as the sampling frequency of the solid-state imaging device, and the white level ratio between the R signal and the G signal is set to 1. Switch as
[0009]
Furthermore, as described in the specification of 1998 Patent Application No. 159001, spatial pixel shifting is performed between the R and B imaging elements and the G imaging element, and the sampling phase is mutually changed by the spatial pixel shifting. The inverted R signal and G signal are switched at the opposite phase of the sampling frequency to generate a signal in which the R signal and the G signal are alternately switched, and the R signal that cancels the aliasing distortion component of the luminance signal output from the matrix circuit After mixing, the band was further limited by a bandpass filter, and then combined with the luminance signal output from the matrix circuit to achieve both the correction of the frequency characteristic degradation of the luminance signal and the reduction of the aliasing distortion component of the luminance signal. .
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The method of adding the auxiliary luminance signal to the luminance signal output from the matrix circuit to increase the resolution of the video signal includes a means for sampling the G signal and the R and B signals that are 180 degrees out of phase. A sampling means is required, and an auxiliary luminance signal and an auxiliary R signal are generated and added after the phase and the band are set to a predetermined value. With increased power and costs.
[0011]
In addition, the method of replacing the high frequencies of all video signal outputs with signals that are alternately switched between the R signal and the G signal increases the circuit scale in proportion to the number of horizontal pixels, resulting in an increase in power consumption and cost.
[0012]
For this reason, in a small and low-priced television camera device or a television camera device using a solid-state imaging device having a large number of pixels so that the number of horizontal pixels is about 1200, correction of the aliasing distortion of the luminance signal is performed so much. There is nothing. Also, it is not often performed to process the signal by shifting the sampling phase of the G signal and the sampling phases of the R and B signals by 180 degrees.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention
The phases for sampling the R, G, and B signals are the same.
Also, generation of auxiliary luminance signals and auxiliary R signals, band limitation, delay, and replacement of high-frequency signals are not performed.
Further, the luminance signal (Y) is generated from the R, G, B signals by a matrix calculation of double speed sampling every half of the sampling period (1 / fs) of the solid-state imaging device, and is output by double speed sampling.
Further, before the matrix calculation, the high frequencies of the R and B signals are amplified from the ratings, and the phase of the G signal is delayed by approximately half of the sampling period (1 / fs) from the phase of the R and B signals.
[0014]
As shown in FIG. 5, in the luminance signal output from the conventional matrix circuit, the aliasing distortion component Yd of the luminance signal Y indicated by the waveform of the two-dot chain line in FIG. 5 is Yd = GRB = 0.59-0. .30-0.11 = 0.18
18% of the luminance signal Y remains.
[0015]
On the other hand, in the method of the present invention, when the high frequency band of G is attenuated and the high frequency bands of R and B are amplified, if the signal levels of the high frequency bands G, R, and B are GH, RH, and BH, the luminance The high frequency range YH of the signal Y is expressed by the following equation, for example.
YH = 0.5GH + 0.375RH + 0.125BH
Here, the aliasing distortion component YdH of the high frequency luminance signal Y is
YdH = GH-RH-BH = 0.5-0.375-0.125 = 0
Thus, the aliasing distortion component is canceled in the high frequency range YH of the luminance signal Y. However, a little aliasing distortion component of the luminance signal Y is left only in the low frequency range.
[0016]
G is constant, and by increasing the high frequency amplification of R and B, that is,
YH = 0.59G + 0.432R + 0.158B
Then, the deterioration of the frequency characteristic of the luminance signal can be improved, and the aliasing distortion component YdH of the high frequency luminance signal Y is
YdH = GH-RH-BH = 0.59-0.432-0.158 = 0
Thus, the aliasing distortion component is canceled in the high frequency range YH of the luminance signal Y. However, a slight distortion component of the luminance signal Y ′ remains only in the low frequency range.
[0017]
Here, since the analog / digital conversion is performed by double-speed sampling and output, deterioration of the frequency characteristic of the luminance signal due to the sampling aperture of analog / digital conversion can be improved.
[0018]
In addition to the horizontal shift of half a pixel, the high-frequency phase of the G signal is delayed from the phase of the R and B signals by approximately half of the sampling period (1 / fs), so that the contour of the subject whose video signal level changes suddenly The false color signal generated in is canceled out.
[0019]
As a result, the level of the final output luminance signal becomes higher than the aliasing distortion component up to the sampling frequency, the SN ratio is improved, the resolution of the television camera device is improved to the sampling frequency, and the false color signal generated in the contour It is possible to achieve both reductions in the circuit while suppressing an increase in circuit scale.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a television camera apparatus according to the present invention, and FIG. 6 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts for explaining the operation of FIG.
[0021]
In FIG. 1, R, G, and
[0022]
Charges obtained by photoelectric conversion in the pixels of the
[0023]
The
[0024]
The sampling pulse signal S1 is supplied to sampling hold circuits (SH circuits) 4, 5, and 6, respectively. The
[0025]
Low-pass filter circuits (LPF circuits) 7, 8, and 9 limit the output video signals Vr, Vg, and Vb of the
[0026]
Line: DL).
[0027]
[0028]
Here, the matrix processing of the luminance signal Y is performed at the sampling rate of the frequency 2fs, but the other signal processing is performed at the frequency fs, whereby the circuit scale can be further reduced.
[0029]
[0030]
Here, each pixel of the
[0031]
As a result, the false color signal of the subject outline is canceled. The
[0032]
As described above, the spatial arrangement of the R and B CCDs and the G CCD is shifted every half of the horizontal pixels, so that the signal output from the
[0033]
Further, in the case of the circuit configuration not including the
[0034]
Through the above operation, the relative gain of the luminance signal Y ′ obtained by amplifying the high frequencies of the R and B signals and matrix-calculated has improved frequency characteristics as compared with the original luminance signal Y as shown in FIG. The aliasing distortion is reduced only in the low frequency, and the occurrence of the moire phenomenon due to the aliasing distortion is further reduced, and the relative gain of the luminance signal is larger than the aliasing distortion relative gain up to near fs, the SN ratio is improved, and the limit resolution is improved. Can improve.
[0035]
With respect to the black and white subject having a width of 1.5 pixels in FIG. 6 (o), the G signal in FIG. 6 (c) becomes 2 pixels wide by shifting the horizontal pixels. 6 (d) R and B signals are 1 pixel wide, and the delayed G signal of FIG. 6 (e) and the R and B signals of FIG. The luminance signal Y in (k) of FIG. 6 is also 1.5 pixels wide. Accordingly, since the occurrence of aliasing distortion is eliminated, the limit resolution can be up to about fs.
[0036]
Further, the high-frequency amplification of the R and B signals can be realized by changing the high-frequency compensation capacity of the
[0037]
In the configuration described above, high-frequency amplification is performed for the R and B video signals, and the level of the amplified high-frequency portion is relatively increased compared to the high-frequency portion of the G video signal. It is made like. However, although not shown, it does not have a circuit for amplifying the R and B video signals at high frequencies, but instead, by adding a high frequency attenuation circuit for attenuating the high frequency part of the G video signals, It goes without saying that the level of the high frequency part of the R and B video signals can be relatively increased as compared with the high frequency part of the G video signal, as in the above-described operation. Further, by using both a high-frequency amplification circuit that amplifies the high-frequency portion of the R and B video signals and a high-frequency attenuation circuit that attenuates the high-frequency portion of the G video signal, the high frequency of the G video signal is obtained. The level of the high frequency part of the R and B video signals may be relatively increased as compared with the part.
[0038]
FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the television camera apparatus according to the present invention, and FIG. 8 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts for explaining the operation of the embodiment of FIG. 7, components having the same functions as those in the embodiment of FIG.
[0039]
In this embodiment, the
[0040]
Further, in the present embodiment shown in FIG. 7, output is performed from the high-
[0041]
Therefore, the
[0042]
Further, when the
[0043]
【The invention's effect】
As a result, the circuit scale of the small digital three-plate color camera is reduced, and it is easy to reduce the size, reduce the power consumption, and reduce the price.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a television camera device according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing frequency characteristics of relative gains of a video signal and aliasing distortion. FIG. 4 is a diagram illustrating a method of spatially shifting pixels between imaging units of an image sensor. FIG. 4 is a diagram illustrating a frequency characteristic of a relative gain of a luminance signal and aliasing distortion related to the present invention. FIG. 6 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts for explaining the operation of FIG. 1. FIG. 7 is another embodiment of the television camera apparatus according to the present invention. FIG. 8 is a block diagram showing an example configuration. FIG. 8 is a timing chart showing signal waveforms at various parts for explaining the operation of FIG.
4, 5, 6: Sampling circuit (SH circuit) 7, 8, 9, 17, 18, 19, 21, 22: Low-pass filter circuit (LPF circuit) 10, 11, 12: Shading correction, white correction, Variable amplification circuit including black correction, 13: pre-gamma amplifier, 14: A / D converter, 15: DSP, 16: D / A converter, 20, 25: delay circuit, 23: matrix circuit, 27: modulator, 24, 26: High-frequency amplifier circuit, 28: ASP, 30, 32, 34: Solid-state imaging device such as CCD, 40: Sampling pulse generator.
Claims (3)
上記固体撮像素子からの上記の映像信号を所定の周期(1/fs)でサンプリングするためのサンプリング手段と、該サンプリングされたG,R,Bの映像信号のうちの2つの映像信号の所定周波数以上の周波数帯域の信号をそれぞれ増幅(高域増幅)する高域増幅手段と、Sampling means for sampling the video signal from the solid-state image sensor at a predetermined period (1 / fs), and a predetermined frequency of two of the sampled G, R, and B video signals High-frequency amplification means for amplifying (high-frequency amplification) signals in the above frequency bands,
上記サンプリングされたG,R,Bの映像信号のうちの上記高域増幅に供された2つの映像信号以外の映像信号と、上記高域増幅された2つの映像信号とから上記第サンプリング手段のサンプリング周期(1/fs)の半分の周期(1/2fs)でデジタル信号処理する所定のマトリクス演算を行い輝度信号を生成するマトリクス演算回路と、Of the sampled G, R, and B video signals, a video signal other than the two video signals subjected to the high frequency amplification and the two high frequency amplified video signals of the first sampling means. A matrix operation circuit that performs a predetermined matrix operation for digital signal processing at a half period (1/2 fs) of the sampling period (1 / fs) and generates a luminance signal;
上記マトリクス演算回路に入力される上記Gの映像信号の位相を、上記マトリクス演算回路に入力される上記R,Bの映像信号の位相より上記サンプリング周期(1/fs)の半分の周期遅延させる手段とMeans for delaying the phase of the G video signal input to the matrix arithmetic circuit by a half of the sampling period (1 / fs) from the phase of the R and B video signals input to the matrix arithmetic circuit When
を有することを特徴とするテレビジョンカメラ装置。A television camera device comprising:
上記固体撮像素子からの上記の映像信号を所定の周期(1/fs)でサンプリングするためのサンプリング手段と、該サンプリングされたG,R,Bの映像信号のうちの1つの映像信号の所定周波数以上の周波数帯域の信号を減衰(高域減衰)する高域減衰手段と、Sampling means for sampling the video signal from the solid-state imaging device at a predetermined cycle (1 / fs), and a predetermined frequency of one of the sampled G, R, and B video signals High-frequency attenuation means for attenuating signals in the above frequency band (high-frequency attenuation);
上記サンプリングされたG,R,Bの映像信号のうちの上記高域減衰に供された1つの映像信号以外の2つの映像信号と、上記高域減衰された映像信号とから上記第サンプリング手段のサンプリング周期(1/fs)の半分の周期(1/2fs)でデジタル信号処理する所定のマトリクス演算を行い輝度信号を生成するマトリクス演算回路と、Of the sampled G, R, and B video signals, two video signals other than the one video signal subjected to the high-frequency attenuation and the high-frequency attenuated video signal are used for the first sampling means. A matrix operation circuit that performs a predetermined matrix operation for digital signal processing at a half period (1/2 fs) of the sampling period (1 / fs) and generates a luminance signal;
上記マトリクス演算回路に入力される上記Gの映像信号の位相を、上記マトリクス演算回路に入力される上記R,Bの映像信号の位相より上記サンプリング周期(1/fs)の半分の周期遅延させる手段とMeans for delaying the phase of the G video signal input to the matrix arithmetic circuit by a half of the sampling period (1 / fs) from the phase of the R and B video signals input to the matrix arithmetic circuit When
を有することを特徴とするテレビジョンカメラ装置。A television camera device comprising:
上記固体撮像素子からの上記の映像信号を所定の周期(1/fs)でサンプリングするためのサンプリング手段と、該サンプリングされたG,R,Bの映像信号のうちの2つの映像信号の所定周波数以上の周波数帯域の信号をそれぞれ増幅(高域増幅)する高域増幅手段と、
上記サンプリングされたG,R,Bの映像信号のうちの上記高域増幅に供された2つの映像信号以外の映像信号と、上記高域増幅された2つの映像信号とから上記第サンプリング手段のサンプリング周期(1/fs)の半分の周期(1/2fs)でデジタル信号処理する所定のマトリクス演算を行い輝度信号を生成するマトリクス演算回路と、
上記マトリクス演算回路に入力される上記Gの映像信号の位相を、上記マトリクス演算回路に入力される上記R,Bの映像信号の位相より上記サンプリング周期(1/fs)の半分の周期遅延させる手段と
上記高域増幅に供された2つの映像信号以外の映像信号を減衰(高域減衰)する高域減衰手段とを有し、
上記マトリクス演算手段は上記高域増幅された2つの映像信号と上記高域減衰された映像信号とから、所定のマトリクス演算を行い輝度信号を生成するとなることを特徴とするテレビジョンカメラ装置。 G (green), R (red), B (blue) has a first, a second, a third solid-state image sensor for generating video signals, respectively, each light-receiving unit of each solid-state image sensor, A plurality of light receiving pixels arranged at predetermined intervals in the horizontal scanning direction and the vertical scanning direction, respectively, and the second and third solid-state image sensors relative to the light-receiving pixels of the light-receiving unit of the first solid-state image sensor. In the television camera device, the light receiving pixels of the light receiving unit are arranged to be spatially shifted in the horizontal scanning direction by 1/2 of the predetermined interval of the light receiving pixels.
Sampling means for sampling the video signal from the solid-state image sensor at a predetermined period (1 / fs), and a predetermined frequency of two of the sampled G, R, and B video signals High-frequency amplification means for amplifying (high-frequency amplification) signals in the above frequency bands,
Of the sampled G, R, and B video signals, a video signal other than the two video signals subjected to the high frequency amplification and the two high frequency amplified video signals of the first sampling means. A matrix operation circuit that performs a predetermined matrix operation for digital signal processing at a half period (1/2 fs) of the sampling period (1 / fs) and generates a luminance signal;
Means for delaying the phase of the G video signal input to the matrix arithmetic circuit by a half of the sampling period (1 / fs) from the phase of the R and B video signals input to the matrix arithmetic circuit When
High frequency attenuation means for attenuating (high frequency attenuation) video signals other than the two video signals subjected to the high frequency amplification,
The television camera apparatus according to claim 1, wherein the matrix calculation means generates a luminance signal by performing a predetermined matrix calculation from the two high-frequency amplified video signals and the high-frequency attenuated video signal.
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