JP4029687B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のCCDイメージセンサ(Charge Coupled Device)を備え、少なくとも一つのCCDを空間的にずらして配置し、ずらして配置されたCCDと、その他のCCDの出力信号から高域置換成分を生成し、各チャンネルの高域成分を、生成した高域置換成分に置換することで高解像度を得る、空間画素ずらし法を採用する固体撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、撮像素子としてCCDを備えるビデオカメラにおいて、CCDのサンプリングによる折り返し信号を除去し、より高解像度の映像を実現するために、空間画素ずらし法が用いられている。
【0003】
図17に、従来の空間画素ずらし法を実現する一構成図を示す。本例は、3板式のビデオカメラにおける空間画素ずらし法の一例であり、1Gは緑色画像用CCD、1Bは青色画像用CCD、1Rは赤色画像用CCD、2G、2B、2Rは相関二重サンプリング回路(CDS回路)、3Gはディレイライン、4G、4B、4RはA/D変換器、5G、5B、5Rはローパスフィルタ、6G、6Rはハイパスフィルタ、7G、7Rは除算器、8、9G、9B、9Rは加算器、10は非線型処理回路である。
【0004】
被写体からの入射光を、ここには示していない光学ローパスフィルタ、RGB色分解プリズムによりR、G、Bに分割し、分割されたそれぞれの色の光を、各チャンネル用のCCDにて光電変換する。
【0005】
その後、CCDの読み出しクロックと同じクロックレートでA/D変換し、ガンマ補正処理等のディジタル信号処理を行うのが一般的である。例えば、52万画素CCDを備えるディジタル信号処理カメラでは約18MHzの周波数を、200万画素CCDを備えるHDTV用ディジタル信号処理カメラでは、約74MHzの周波数を持つクロックを使用する。この場合、得られる信号の限界解像度は、クロック周波数fsの1/2であるナイキスト周波数fs/2以下に制限される。
【0006】
光学ローパスフィルタは、上述したナイキスト周波数fs/2以上の成分を除去するような特性を持っているが、一般に光学フィルタの特性は、遮断周波数fs/2で急峻に落ちる特性を得ることは困難であり、図18に示すように、ある程度傾斜を持った特性にならざる追えない。
【0007】
ここで、光学フィルタにより除去できなかったナイキスト周波数fs/2以上の成分は、CCDによる空間的なサンプリングにより、図19の斜線で示すように折り返し成分となり、偽信号が発生してしまう。
【0008】
各チャンネルのCCDは、図20に示すように、緑色画像用のCCDである1Gを、青色画像用CCDである1B、および赤色画像用CCDである1Rよりも半画素空間的にずらして配置し、3板共に同じクロックパルスを用いてCCDを駆動し、映像信号を読み出す。よって、CCDからの出力は、緑色信号のみ空間的に画素ピッチSの半分のみずれた信号が得られることとなる。CCDから出力された信号は、それぞれのCDS回路2G、2B、2Rによりサンプルホールドされ、その後、空間的な半画素分のずれを補正するため、ディレイライン3Gにより、緑色信号のみ半画素に相当する時間1/(2×fs)分遅延を行なう。
【0009】
緑色信号と赤色信号は空間的に半画素ずれてサンプリングを行っているため、ナイキスト周波数fs/2付近の折り返し成分は互いに逆相となる。つまり、赤色成分と緑色成分の加算平均を取ることで、折り返し成分を打ち消すことが可能である。
【0010】
以上が、空間画素ずらし法により偽信号の少ない、高解像度の画像を実現できる原理である。
【0011】
高域置換処理は一般に次のように行われる。ローパスフィルタ5G、5B、5R、ハイパスフィルタ6G、6Rから構成される高域低域分割回路11により、低域成分GL、BL、RLと高域成分GH、RHに分割する。
【0012】
次に、高域置換成分生成回路12において、高域置換成分が生成される。緑色、赤色の高域成分GH、RHは、除算器で各々1/2倍となり、加算器8により加算され高域置換成分Hを得る。
【0013】
H=(GH+RH)/2 (数式1)
次に、加算器9G、9B、9Rにおいて、高域置換成分Hが、各チャンネルの低域成分GL、CL、RLに加算され、信号GP、BP、RPとなる。その後、非線型回路10においてガンマ処理、ニー処理に代表される非線型処理が施され、信号Go、Bo、Roが出力される。
【0014】
次に、図21に示す信号波形を用いて、高域置換処理の動作説明を行なう。例えば、図21(a)に示すように、CCDから出力される信号として、各チャンネルの低域成分Rdc、Bdc、Gdcが同値であり、また、赤色のみ縞模様(振幅w)の高域成分を持つ場合を考える。
【0015】
また、ローパスフィルタ5G、5B、5R、ハイパスフィルタ6G、6Rは、図22のような周波数特性を有するものとし、縞模様の周波数成分は、フィルタの遮断周波数ftより高く、ナイキスト周波数fs/2よりも低いものとする。
【0016】
また、非線型処理回路10に入力される信号は、12bit入力信号とし、ガンマ回路、ニー回路で10bitに変換されることとする。つまり、入力は0から4095の4096段階、出力は0から1023の1024段階の範囲を取るものとする。
【0017】
図21(a)に示すように緑色の高域成分は無く、赤色の高域成分(振幅w)のみが存在するため、高域置換成分Hは振幅w/2の信号となる。その後、それぞれの低域成分、Rdc、Gdc、Bdcに加算されるため、(b)に示すように同じ高域成分を持つ信号GP、BP、RPを得る。
【0018】
その後、非線型処理回路において、ガンマ処理、ニー処理が施され、(c)に示すような信号Ro、Go、Boが得られる。
【0019】
ここで、高域成分に着目すると、緑色、青色、赤色の成分は全く同じ信号から構成されるため、無彩色となり白黒の縞模様が発生することとなる。しかし、一般に、人間の視力においては、明暗に対しては高解像であるが、色彩に関しては低解像であるため、高域成分を無色彩にすることで、例えば使用帯域が限られた場合などに、帯域を有効利用することができる。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、被写体からの入射光が、高域及び低域において、ある特定の色成分が他の色成分よりも突出して多い場合、次のような問題が発生する。
【0021】
例えば図23に示すように、CCDから出力される信号として、赤色低域成分Rdcが緑色低域成分Gdc、青色低域成分Bdcと比べ多く、その上、赤色のみ縞模様(振幅w)の高域成分を持つ場合を考える。
【0022】
ここで、同図(a)に示すように、緑色の高域成分は無く、赤色の高域成分(振幅w)のみが存在するため、高域置換成分Hは振幅w/2の信号となる。その後、それぞれの低域成分、Gdc、Bdc、Rdcに加算されるため、(b)に示すような同じ高域成分を持つ信号GP、BP、RPを得る。
【0023】
その後、非線型処理回路において、ガンマ処理、ニー処理が施されるが、これらは、各色の低域成分Gdc、Bdc、Rdcに依存した処理となる。つまり、(c)に示すように、低域成分の多い赤色成分はニー処理によって圧縮され、赤色の高域成分は減少することとなる。
【0024】
つまり、被写体からの入射光は、本来、画面左から無彩色、赤、無彩色、赤の縞模様であったはずが、上記高域置換処理、および非線型処理を施すことによって、赤、無彩色、赤、無彩色の縞模様に化けてしまう。高域置換処理により、赤色の縞模様を無彩色の縞模様に置換するはずが、本来の画像とは異なる色成分を発生することになり、色の再現性が著しく低下し、画質の劣化を招くことになる。
【0025】
また、上記課題解決手段として、図24に示すような構成が考えられる。本回路は、図17の高域低域分割回路11と高域置換成分生成回路12および、加算器9G、9B、9Rを、非線型処理回路10の後段に設置した構成であり、A/D変換されたディジタル信号に、先ず非線型処理を施し、その後、高域置換処理を行うことを意図した回路である。
【0026】
ここで同様に、図25(a)に示すように、CCDから出力される信号として、赤色低域成分が緑色、青色成分に比べ多く、その上、赤色のみ縞模様(振幅w)の高域成分を持つ信号とすると、同図(b)に示すように、赤色の高域成分がニー処理により圧縮された信号GQ、BQ、RQが得られる。また、ここでは、青色成分、緑色成分は高域を持たない。その後、高域低域分割回路11と高域置換成分生成回路12および加算器9G、9B、9Rにより高域置換が行われるが、既に、赤色の高域成分が減少しているため、高域置換を行っても出力信号Ro、Go、Boは(c)に示すように、ほとんど高域成分を持たない信号となる。つまり、上述した高域成分の色が化ける問題は解決されるが、高域成分そのものが小さいため、解像感の無い画像となってしまう。
【0027】
【課題を解決するための手段】
赤色、青色、緑色の少なくとも1チャンネルをその他の 2 チャンネルの固体撮像素子に対して空間的に 1 /2画素ずらして配置した固体撮像素子と、上記固体撮像素子から出力される赤色、青色、緑色の各色成分の信号をアナログディジタル変換するA/D変換器と、上記A/D変換器から出力される信号について各色の低域成分と赤色、青色、緑色の中の少なくとも 2 色の高域成分を出力する第1の高域低域分割回路と、上記第1の高域低域分割回路から出力される少なくとも2色の高域成分の加算を行う第1の高域置換成分生成回路と、上記第1の高域低域分割回路から出力される各色の低域成分と上記第1の高域置換成分生成回路の出力を加算する第1の加算器と、上記第1の加算器の出力信号に対して非線型処理を施す非線型処理回路と、上記非線型処理回路から出力される信号について各色の低域成分と赤色、青色、緑色の中の少なくとも 2 色の高域成分に分割する第2の高域低域分割回路と、上記第2の高域低域分割回路から出力される少なくとも 2 色の高域成分の加算を行う第2の高域置換成分生成回路と、上記第2の高域成分分割回路から出力される各色の低域成分と上記第2の高域置換成分生成回路の出力を加算する第2の加算器とから構成され、非線型処理回路の前段および後段において、高域置換を行うことを特徴とする固体撮像装置である。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0029】
(実施の形態1)
図1は、本発明を適用した固体撮像装置の一構成を表す図である。図1において、1Gは緑色画像用CCD、1Bは青色画像用CCD、1Rは赤色画像用CCD、2G、2B、2Rは相関二重サンプリング回路(CDS回路)、3Gはディレイライン、4G、4B、4RはA/D変換器、11は、ローパスフィルタ5G、5B、5R、ハイパスフィルタ6G、6Rからなる第1の高域低域分割回路、12は除算器7G、7R、加算器8からなる第1の高域置換成分生成回路、9G、9B、9Rは加算器、10は非線型処理回路、18は、ローパスフィルタ13G、13B、13R、ハイパスフィルタ14G、14Rからなる第2の高域低域分割回路、19は、除算器15G、15R、加算器16からなる第2の高域置換成分生成回路、17G、17B、17Rは加算器である。
【0030】
従来例と同じく、図2に示すように、CCDから出力される信号として、赤色低域成分が緑色、青色成分に比べ多く、その上、赤色のみ縞模様(振幅w)の高域成分を持つ場合を考える。
【0031】
先ず、第1の高域低域分割回路11、第1の高域置換成分生成回路12により、高域置換成分H1を得る。
【0032】
H1=(GH1+RH1)/2 (数式2)
その後、上記成分が、加算器9G、9B、9Rによりにより各チャンネル共通に加算され、その結果、信号GP、BP、RP は、同図(b)に示すように振幅w/2の高域成分を持つことになる。その後、非線型処理回路において、ガンマ処理、ニー処理が施されるが、これらは、各色の低域成分Gdc、Bdc、Rdcに依存した処理となる。つまり、同図(c)に示すように、低域成分の多い赤色成分はニー処理によって圧縮され、その結果、赤色の高域成分は減少する。
【0033】
その後、第2の高域低域分割回路18、第2の高域成分生成回路19、加算器17G、17B、17Rにより、再び高域置換が行われる。つまり、ニー処理により圧縮された赤色の高域成分と、緑色の高域成分から高域置換成分H2を生成し、各チャンネルに再び加算する。
【0034】
H2=(GH2+RH2)/2 (数式3)
すると、同図(d)に示すように、非線型処理において圧縮されなかった緑色の高域成分が、再度赤色の高域成分に戻ることなり、赤色の高域成分が再現されることとなる。従来例の図23(c)との比較から明らかなように、各チャンネルに同じ高域成分が存在するため、高域成分に着目すると無彩色の縞模様が再現される。また、図25(c)との比較から明らかなように、高域成分が多く存在するため、従来例に比べ高解像度の画質を得ることが出来る。
【0035】
以上より、CCDから出力される信号において、ある特定の色成分が突出して多い場合に、非線型処理の前段にて置換された高域成分が圧縮されることで発生する高域における色の再現性低下、および、非線型処理の後段で高域置換を行った場合に発生する解像度低下を防ぐことができ、より高画質の映像を再現することが可能となる。
【0036】
なお、本発明において、第1の高域低域分割回路、第2の高域低域分割回路、第1の高域置換成分生成回路、第2の高域置換成分生成回路は、本実施の形態に示す構成でなくとも、同じ演算を行う異なる回路構成でも実現できる。
【0037】
また、本発明においては、水平空間画素ずらし法に適用したが、ライン間の処理を行うことで、垂直空間画素ずらし法においても実現できる。
【0038】
また、本実施の形態では、緑色CCDを半画素空間的にずらして配置し、赤色成分、緑色成分から高域置換成分を生成したが、任意のチャンネルの組み合わせから、同様の画素ずらし法を行っても良い。
(実施の形態2)。
【0039】
図3は、本発明を適用した固体撮像装置の一構成を表す図である。図3において、1Gは緑色画像用CCD、1Bは青色画像用CCD、1Rは赤色画像用CCD、2G、2B、2Rは相関二重サンプリング回路(CDS回路)、3Gはディレイライン、4G、4B、4RはA/D変換器、11は、ローパスフィルタ5G、5B、5R、ハイパスフィルタ6G、6Rからなる第1の高域低域分割回路、12は除算器7G、7R、加算器8からなる第1の高域置換成分生成回路、9G、9B、9Rは加算器、10は非線型処理回路、18は、ローパスフィルタ13G、13B、13R、ハイパスフィルタ14G、14B、14Rからなる第2の高域低域分割回路、19は、セレクタ20からなる第2の高域置換成分生成回路、17G、17B、17Rは加算器である。
【0040】
以下、本発明について、総括的、概念的に説明するが、実施の形態1と重複する個所は説明を省略する。
【0041】
図4に示すように、CCDから出力される信号として、赤色低域成分が緑色、青色成分に比べ多く、その上、赤色のみ縞模様(振幅w)の高域成分を持つ場合を考える。
【0042】
ここで、非線型処理の前段で行われる処理は、実施の形態1と同等であり、非線型処理回路に入力される信号GP、BP、RPは(b)に示すように、振幅w/2の高域成分を持つことになる。その後、非線型処理回路において、ガンマ処理、ニー処理が施され,(c)に示す信号GQ、BQ、RQを得る。
【0043】
その後、第2の高域低域分割回路、第2の高域成分生成回路、加算器により、再び高域置換が行われる。ここで、第2の高域低域分割回路では、各チャンネル毎にハイパスフィルタが備えられており、ハイパスフィルタによってフィルタリングされた高域成分GH2、BH2 、RH2は、セレクタ20に入力される。セレクタには、他方ローパスフィルタ13G、13B、13Rによりフィルタリングされた低域成分GL2、BL2 、RL2が入力されている。セレクタ20は、低域成分GL2、BL2 、RL2の比較を行い、最も低値である信号を選択し、選択されたチャンネルと同チャンネルの高域成分を高域置換成分H2として出力する。
【0044】
例えば、図4の場合は、Rdcが最も大きく、Bdc、Gdcが同値で最も低い。つまり、この場合は、青色高域成分BH2、緑色高域成分GH2のどちらか一方を高域置換成分H2として出力し、高域置換を行なう。
【0045】
つまり、ニー処理による圧縮を最も受けにくい信号である最も低い低域成分を持つチャンネルを選択し、高域置換を行うため、常に、高域成分の多い信号を置換することとなり、実施の形態1と比較し、より高解像度の画質を得ることが出来る。
【0046】
以上より、CCDから出力される信号において、ある特定の色成分が突出して多い場合に、非線型処理の前段にて置換された高域成分が圧縮されることで発生する高域における色の再現性低下、および、非線型処理の後段で高域置換を行った場合に発生する解像度低下を防ぐことができ、より高画質の映像を再現することが可能となる。
【0047】
なお、本発明において、第1の高域低域分割回路、第2の高域低域分割回路、第1の高域置換成分生成回路、第2の高域置換成分生成回路は、本実施の形態に示す構成でなくとも、同じ演算を行う異なる回路構成でも実現できる。
【0048】
また、本実施の形態では、ローパスフィルタ13G、13B、13Rの出力GL2、BL2 、RL2によりセレクタ20の切り替えを行ったが、周波数特性の異なるフィルタを別途設け、それらの出力信号により切替えを行っても良い。
【0049】
また、本発明においては、水平空間画素ずらし法に適用したが、ライン間の処理を行うことで、垂直空間画素ずらし法においても実現できる。
【0050】
また、本実施の形態では、緑色CCDを半画素空間的にずらして配置し、赤色成分、緑色成分から高域置換成分を生成したが、任意のチャンネルの組み合わせから、同様の画素ずらし法をを行っても良い。
(実施の形態3)
図5は、本発明を適用した固体撮像装置の一構成を表す図である。図5において、1Gは緑色画像用CCD、1Bは青色画像用CCD、1Rは赤色画像用CCD、2G、2B、2Rは相関二重サンプリング回路(CDS回路)、3Gはディレイライン、4G、4B、4RはA/D変換器、11は、5G、5B、5Rはローパスフィルタ、6G、6Rはハイパスフィルタからなる第1の高域低域分割回路、12は除算器7G、7R、加算器8からなる第1の高域置換成分生成回路、9G、9B、9Rは加算器、10は非線型処理回路、16は、ローパスフィルタ13G、13B、13R、ハイパスフィルタ14からなる第2の高域低域分割回路、20はセレクタ、17G、17B、17Rは加算器、21G、21B、21R、22G、22B、22Rはディレイラインであり、第2の高域置換成分生成回路19は、セレクタ20とハイパスフィルタ14から構成される。
【0051】
以下、本発明について、総括的、概念的に説明するが、実施の形態2と重複する個所は説明を省略する。
【0052】
本実施の形態は、実施の形態2における第2の高域低域分割回路、および第2の高域置換成分生成回路の構成が異なるが、実施の形態2と同様の効果を得るものである。
【0053】
実施の形態2と同じく、第1の高域低域分割回路、第1の高域置換成分生成回路、および加算器により高域置換が行われた信号は、非線形処理回路10により、非線形処理が施される。その後、信号GQ、BQ、RQはローパスフィルタ13G、13B、13Rを通り、低域成分GL2、BL2、RL2が生成される。また、信号GQ、BQ、RQはディレイライン21G、21B、21Rでタイミング調整が行われた後、セレクタ20に入力される。セレクタ20には、他方ローパスフィルタ13G、13B、13Rによりフィルタリングされた低域成分GL2、BL2 、RL2が入力されている。セレクタ20は、低域成分GL2、BL2 、RL2の比較を行い、最も低値である信号を選択し、選択されたチャンネルと同チャンネルの信号を出力する。その後、ハイパスフィルタ14によりフィルタリングが行われ、高域置換成分H2が生成される。
【0054】
ディレイライン22G、22B、22Rで低域成分GL2、BL2、RL2のタイミング調整が行われた後、加算器17G、17B、17Rにおいて低域成分GL2、BL2、RL2と高域置換成分H2の加算が行われ信号Go、Bo、Roを得る。
【0055】
本実施の形態では、セレクタ20により、先に、高域置換成分の元になるチャンネルを選択し、その後、ハイパスフィルタにより高域置換成分を生成する。実施の形態2と比較し、ハイパスフィルタを削減することができ、回路規模の減少に繋がり、電力を削減することが可能となる。
【0056】
なお、本発明において、第1の高域低域分割回路、第2の高域低域分割回路、第1の高域置換成分生成回路、第2の高域置換成分生成回路は、本実施の形態に示す構成でなくとも、同じ演算を行う異なる回路構成でも実現できる。
【0057】
また、本実施の形態では、ローパスフィルタ13G、13B、13Rの出力GL2、BL2 、RL2によりセレクタ20の切替えを行ったが、周波数特性の異なるフィルタを別途設け、それらの出力信号により切替えを行っても良い。
【0058】
また、本発明においては、水平空間画素ずらし法に適用したが、ライン間の処理を行うことで、垂直空間画素ずらし法においても実現できる。
【0059】
また、本実施の形態では、緑色CCDを半画素空間的にずらして配置し、赤色成分、緑色成分から高域置換成分を生成したが、任意のチャンネルの組み合わせから、同様の画素ずらし法をを行っても良い。
(実施の形態4)
図6は、本発明を適用した固体撮像装置の一構成を表す図である。1Gは緑色画像用CCD、1Bは青色画像用CCD、1Rは赤色画像用CCD、2G、2B、2Rは相関二重サンプリング回路(CDS回路)、3Gはディレイライン、4G、4B、4RはA/D変換器、11は、ローパスフィルタ5G、5B、5R、ハイパスフィルタ6G、6Rからなる高域低域分割回路、12は、除算器7G、7R、加算器8からなる高域置換成分生成回路、9G、9B、9Rは加算器、10は非線型処理回路、23、25は乗算器、24はゲイン決定回路、17G、17B、17Rは加算器である。
以下、本発明について、総括的、概念的に説明するが、実施の形態1,2,3と重複する個所は説明を省略する。
A/D変換器によって、A/D変換された信号は11の高域低域分割回路により、低域成分GL、BL、RLと、高域成分GH、RHに分割され、高域置換成分生成回路12では、分割した高域成分GH、RHから(数式1)に示す高域成分を生成する。その後、乗算器23において、ゲイン決定回路によって決定される係数mが乗じられ、高域置換成分H1は次式となる
H1=m*H=m(GH+RH)/2 (数式4)
その後、加算器9G、9B、9Rにおいて、低域成分GL、BL、RLとの加算が行われ、信号GP、BP、RPが得らる。その後、非線形回路10により非線形処理が施され信号GQ、BQ、RQが得られる。
高域置換成分生成回路12により生成された高域成分Hは、乗算器25にも入力され、同じく、ゲイン決定回路により決定される係数nが乗じられ、高域置換成分H2が生成される。
【0060】
H2=n*H=n(GH+RH)/2 (数式5)
その後、非線形処理を通った信号GQ、BQ、RQとの加算が加算器17G、17B、17Rによって行われる。
つまり、非線形処理回路の前段で加算される高域置換成分H1は係数mに依存し、非線形処理回路の後段で加算される高域置換成分H2は係数nに依存することとなる。
ここで、図7は、ゲイン決定回路の一構成図であり、比較回路31、減算器32、除算器33、減算器34から構成される。比較回路31には、高域低域分割回路で生成された各チャンネルの低域成分GL、BL、RLが入力され、比較回路により低域成分GL、BL 、RLの中で、最も高値であるチャンネルと最も低値であるチャンネルが選択され、それぞれa、bとして出力される。
その後、減算回路32で、aとbの差であるtが求めらる。
【0061】
t=a-b (数式6)
除算器において除算が行われた後、係数nが出力される。
【0062】
n=t/4095 (数式7)
また、除算器の出力は、減算器34において1との減算が行われ、係数mとして出力される。
【0063】
m= 1- t/4095 (数式8)
次に、図8に示す信号波形を用いて説明する。CCDから出力される信号として、緑色、青色、赤色の低域成分Gdc、Bdc、Rdcが同値であり、各チャンネルに縞模様(振幅w)の高域成分を持つ場合を考える。この場合、ゲイン決定回路に入力される低域成分GL、BL、RLは同値となるため、演算の結果、m=1、 n=0 、(t=0)となる。つまり、高域置換成分は、それぞれH1=H、H2=0となり、これは非線形処理の前段で高域成分Hが加算され、非線形処理の後では加算が行われないことを意味する。よって、信号GP、BP、RPは同図(b)のように振幅wの高域成分を持つ信号となり、その後、非線型処理回路により非線型処理が施され、(c)に示す信号GQ、BQ、RQを得る。
【0064】
乗算器25ではH2=0のため、加算が行われず信号GQ、BQ、RQがそのまま信号Go、Bo、Roとして出力される。この場合は、非線型処理の前段で高域置換を行う図17の従来例と同じ動作をすることになる。
また、図9に示すように、CCDから出力される信号として、赤色低域成分が緑色、青色成分に比べ多く、その上、赤色のみ縞模様(振幅w)の高域成分を持つ場合を考える。例えば、RdcとGdc、Bdcの差dをd=4095×0.8とすると、ゲイン決定回路では、m=0.2 、n=0.8 (t=0.8)が出力される。すると、非線型処理の前段においてH1=0.2Hの高域成分が加算されるため、信号GP、BP、RPは同図(b)のように振幅0.2wの高域を持つ信号となる。その後、非線形処理が施され、低域成分Rdcが高い赤色のみガンマによる圧縮が行われ、同図(c)に示す信号GQ、BQ、RQを得る。その後、乗算器25において高域置換成分Hと係数nとの乗算が行われ 高域置換成分H2=0.8Hが求められ、加算器15G、15B、15Rにおいて信号GQ、BQ、RQとの加算が行われる。その結果、(d)のような信号Go、Bo、Roを得る。
【0065】
つまり、各チャンネルの低域成分の差が小さい場合には、非線型処理の前段で加算する高域置換成分を多くし、逆に、差が小さい場合には非線型処理の後段で加算する高域置換成分を多くする。この様に、チャンネル間の低域成分の差に対して、非線型処理の前段、後段での高域加算の割合を変化させることで、無彩色に近い高域成分を実現し、高域における色の再現性低下、および、解像度低下を防ぐことができ、より高画質の映像を再現することが可能となる。
なお、従来例の問題解決法として、本実施の形態において、m=0、n=1に固定し、常時、非線型処理の後段に置いて高域を置換する解決法が考えられるが、図8(a)に示すような、黒レベル付近で無彩色の高域成分がある場合、高域成分が非線型処理回路を通らないため、同図(b)→(c)に示すガンマ処理による伸張が行われないため、黒レベル付近での解像度が得られない。つまり、本発明では、上述したように、各チャンネル間の低域成分の差が無い場合には、非線型処理の前段で高域が加算され、その後、ガンマ処理を施すため、黒レベル付近での信号の伸張が行われ、黒レベル付近の解像度が得られる。
また、ゲイン決定回路は上述した回路による構成に限らず、また、係数m、nは(数式7)、(数式8)が表す関係式によって求められなくとも良い。例えば、図10は異なるゲイン決定回路の一構成図であり、比較回路31、減算器32、メモリ部35から構成される。
比較回路31には、高域低域分割回路で生成された低域成分GL、BL、RLが入力され、低域成分GL、BL 、RLの中で、最も高値であるチャンネルと、最も低値であるチャンネルが選択され、それぞれa、bとして出力される。その後、減算回路32で、(数式6)に示すa、b の差tが求められ、メモリ部35にアドレスとして入力される。メモリの各アドレスには、あらかじめ任意のデータを入力しておき、指定されたアドレスに保存されたデータを出力する。これにより、予め入力するデータによって、任意の変換式を実現することが可能となる。
【0066】
以上、本発明では、チャンネル間の低域成分の差に対して、非線型処理の前段、後段での高域加算の割合を変化させることで、無彩色に近い高域成分を実現し、高域における色の再現性低下、および、解像度低下を防ぐことができ、より高画質の映像を再現することが可能となる。
【0067】
なお、本発明において、高域低域分割回路、高域置換成分生成回路は、本実施の形態に示す構成でなくとも、同じ演算を行う異なる回路構成でも実現できる。
【0068】
また、本実施の形態では、ゲイン決定回路の入力信号としてローパスフィルタ5G、5B、5Rの出力GL、BL 、RLを用いたが、周波数特性の異なるフィルタを別途設け、それらの信号を入力信号としても良い。
【0069】
また、本発明においては、水平空間画素ずらし法に適用したが、ライン間の処理を行うことで、垂直空間画素ずらし法においても実現できる。
【0070】
また、本実施の形態では、緑色CCDを半画素空間的にずらして配置し、赤色成分、緑色成分から高域置換成分を生成したが、任意のチャンネルの組み合わせから、同様の画素ずらし法を行っても良い。
(実施の形態5)
図11は、本発明を適用した固体撮像装置の一構成を表す図である。1Gは緑色画像用CCD、1Bは青色画像用CCD、1Rは赤色画像用CCD、2G、2B、2Rは相関二重サンプリング回路(CDS回路)、3Gはディレイライン、4G、4B、4RはA/D変換器、11は、5G、5B、5Rはローパスフィルタ、6G、6Rはハイパスフィルタからなる高域低域分割回路、12は、除算器7G、7R、加算器8からなる高域置換成分生成回路、9G、9B、9Rは加算器、10は非線型処理回路、41、43はコアリング回路、42はコアリング値決定回路、17G、17B、17Rは加算器である。
【0071】
以下、本発明について、総括的、概念的に説明するが、実施の形態4と重複する個所は説明を省略する。
【0072】
本実施の形態は、実施の形態4におけるゲイン決定回路および乗算器を、コアリング値決定回路42、およびコアリング回路41,43に置き換え、高域成分に係数を乗じる替わりに、コアリング動作により同様の効果を得るものである。
【0073】
図12に示すように、CCDから出力される信号として、赤色低域成分が緑色、青色成分に比べ多く、その上、赤色のみ縞模様(振幅w)の高域成分を持つ場合を考える。
【0074】
実施の形態5と同様に、高域低域分割回路により低域成分GL、BL、RLが分割され、加算器9G、9B、9Rに入力される。また、高域置換成分生成回路により分割された高域成分GH、RHより高域成分H(数式1)が生成される。この場合、高域成分Hは、図13(a)に示すように振幅w/2の信号となり、その後、コアリング回路41に入力される。また、コアリング回路41の他方には、コアリング値決定回路により決定された定数uが入力される。
【0075】
コアリング回路は、図15に示すような特性を保有してる。
【0076】
y=0(-u<x<+u)、y=x-u(x>+u)、y=x+u(x<-u) (数式9)
コアリング回路41に入力された高域成分Hは、図13(a)に示すように、斜線で示す幅2u部分を中抜されることなり、高域置換成分H1は同図(b)に示すような信号となる。その後、H1は加算器9G、9B、9Rにより低域成分GL、BL、RLに加算され、信号GP、BP、RPが得られる。
【0077】
その後、非線型処理回路10により、非線型処理が施され、図12(c)に示す信号GQ、BQ、RQが得られる。また、高域成分Hは、コアリング回路43にも入力されており、図14に示すように、同様にコアリング決定回路により決定された定数vによりコアリングが行われ、高域置換成分H2を得る。その後、加算器17G、17B、17Rにより、信号GP、BP、RPに加算され、信号Go、Bo、Roが得られる。
ここで、図16は、コアリング値決定回路の一構成図であり、比較回路31と、減算器32と、減算器34から構成される。比較回路31には、高域低域分割回路で生成された低域成分GL、BL、RLが入力され、低域成分GL、BL 、RLの中で、最も高値であるチャンネルと、最も低値をとるチャンネルが選択され、それぞれa、bとして出力される。その後、減算回路32で、(数式6)に示すaとbの差tが求められ、それを定数uとして出力する。
【0078】
u=t (数式10)
となる。また、tは減算器34にも入力され、4095との減算が行われ、定数vとして出力される。
【0079】
v=4095-t (数式11)
つまり、各チャンネルの低域成分の差tが小さい程、コアリング量uが減少、vが増大し、非線型処理前段で加算する高域置換成分が支配的になる。
以上より、各チャンネルの低域成分の差が小さい場合には、非線型処理の前段で加算する高域置換成分を多くし、逆に、差が小さい場合には非線型処理の後段で加算する高域成分を多くする。この様に、チャンネル間の低域成分の差に対して、非線型処理の前段、後段での高域加算の割合をコアリング動作により変化させることで、無彩色に近い高域成分を実現し、高域における色の再現性低下、および、解像度低下の両方を防ぐことができ、より高画質の映像を再現することが可能となる。
【0080】
なお、本発明において、高域低域分割回路、高域置換成分生成回路は、本実施の形態に示す構成でなくとも、同じ演算を行う異なる回路構成でも実現できる。
【0081】
また、本実施の形態では、コアリン値決定回路の入力信号としてローパスフィルタ5G、5B、5Rの出力GL、BL 、RLを用いたが、周波数特性の異なるフィルタを別途設け、それらの信号を入力信号としても良い。
【0082】
また、本発明においては、水平空間画素ずらし法に適用したが、ライン間の処理を行うことで、垂直空間画素ずらし法においても実現できる。
【0083】
また、本実施の形態では、緑色CCDを半画素空間的にずらして配置し、赤色成分、緑色成分から高域置換成分を生成したが、任意のチャンネルの組み合わせから、同様の画素ずらし法をを行っても良い。
【0084】
また、本発明におけるコアリング値決定回路は、実施の形態4にて示した図10示すように、本実施の形態に示す構成でなくとも、同じ演算を行う異なる回路構成でも実現できる。
【0085】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、空間画素ずらし法を採用した固体撮像装置において、ある特定の色成分が他の色成分に比べ多い場合に、非線型処理の前段で置換を行なった高域成分が、ニー処理により圧縮されることで発生する高域における色の再現性低下、および、非線型処理の後段で高域を加算することで発生する解像度低下を防ぐことができ、より高画質の映像を再現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における固体撮像装置の回路図
【図2】本発明の実施の形態1における信号を示す図
【図3】本発明の実施の形態2における固体撮像装置の回路図
【図4】本発明の実施の形態2における信号を示す図
【図5】本発明の実施の形態3における固体撮像装置の回路図
【図6】本発明の実施の形態4における固体撮像装置の回路図
【図7】本発明の実施の形態4におけるゲイン決定回路の回路図
【図8】本発明の実施の形態4における信号を示す図
【図9】本発明の実施の形態4における信号を示す図
【図10】本発明の実施の形態4におけるゲイン決定回路の回路図
【図11】本発明の実施の形態5における固体撮像装置の回路図
【図12】本発明の実施の形態5における信号を示す図
【図13】本発明の実施の形態5における信号を示す図
【図14】本発明の実施の形態5における信号を示す図
【図15】本発明の実施の形態5におけるコアリング特性を示す図
【図16】本発明の実施の形態5におけるコアリング値決定回路の回路図
【図17】従来例における固体撮像装置の回路図
【図18】光学ローパスフィルタの特性を示す図
【図19】光学ローパスフィルタの折り返し特性を示す図
【図20】空間画素ずらし法におけるCCDの配置図
【図21】従来例における信号を示す図
【図22】ローパスフィルタ、ハイパスフィルタの特性を示す図
【図23】従来例における信号を示す図
【図24】従来例における固体撮像装置の回路図
【図25】従来例における信号を示す図
【符号の説明】
1G 緑色画像用CCD
1B 青色画像用CCD
1R 赤色画像用CCD
2G、2B、2R 相関二重サンプリング回路(CDS回路)
3G ディレイライン
4G、4B、4R A/D変換器
11 第1の高域低域分割回路
5G、5B、5R ローパスフィルタ
6G、6R ハイパスフィルタ
12 第1の高域置換成分生成回路
7G、7R 除算器
8 加算器
9G、9B、9R 加算器
10非線型処理回路
18 第2の高域低域分割回路
13G、13B、13R ローパスフィルタ
14G、14R ハイパスフィルタ
19 第2の高域置換成分生成回路
15G、15R 除算器
16 加算器
17G、17B、17R 加算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a plurality of CCD image sensors (Charge Coupled Devices), and at least one CCD is spatially shifted, and a high-frequency replacement component is output from the shifted CCD and other CCD output signals. The present invention relates to a solid-state imaging device that employs a spatial pixel shifting method that generates and obtains high resolution by replacing the high-frequency component of each channel with the generated high-frequency replacement component.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a video camera including a CCD as an image sensor, a spatial pixel shifting method is used to remove a folding signal due to CCD sampling and realize a higher resolution image.
[0003]
FIG. 17 shows a configuration diagram for realizing the conventional spatial pixel shifting method. This example is an example of a spatial pixel shift method in a three-panel video camera. 1G is a CCD for green images, 1B is a CCD for blue images, 1R is a CCD for red images, 2G, 2B, 2R are correlated double sampling Circuit (CDS circuit), 3G is a delay line, 4G, 4B and 4R are A / D converters, 5G, 5B and 5R are low pass filters, 6G and 6R are high pass filters, 7G and 7R are dividers, 8, 9G, 9B and 9R are adders, and 10 is a non-linear processing circuit.
[0004]
Incident light from the subject is divided into R, G, and B by an optical low-pass filter and RGB color separation prism not shown here, and each divided color light is photoelectrically converted by the CCD for each channel To do.
[0005]
Thereafter, A / D conversion is generally performed at the same clock rate as the CCD readout clock, and digital signal processing such as gamma correction processing is performed. For example, a digital signal processing camera having a 520,000 pixel CCD uses a frequency of about 18 MHz, and a HDTV digital signal processing camera having a 2 million pixel CCD uses a clock having a frequency of about 74 MHz. In this case, the limit resolution of the obtained signal is limited to the Nyquist frequency fs / 2 or less which is 1/2 of the clock frequency fs.
[0006]
The optical low-pass filter has a characteristic that removes the above-described component of the Nyquist frequency fs / 2 or higher. In general, however, it is difficult to obtain a characteristic that the optical filter sharply drops at the cutoff frequency fs / 2. Yes, as shown in FIG.
[0007]
Here, the component having the Nyquist frequency fs / 2 or higher that could not be removed by the optical filter becomes a folded component as shown by the hatched line in FIG. 19 due to spatial sampling by the CCD, and a false signal is generated.
[0008]
As shown in FIG. 20, the CCD of each channel is arranged such that 1G, which is a CCD for a green image, is shifted by a half pixel space from 1B, which is a CCD for a blue image, and 1R, which is a CCD for a red image. The CCD is driven using the same clock pulse on all three plates, and the video signal is read out. Therefore, as the output from the CCD, a signal in which only the green signal is spatially shifted by half the pixel pitch S is obtained. The signal output from the CCD is sampled and held by the
[0009]
Since the green signal and the red signal are spatially shifted by half a pixel and sampled, the aliasing components near the Nyquist frequency fs / 2 are out of phase with each other. That is, the aliasing component can be canceled out by taking the average of the red component and the green component.
[0010]
The above is the principle that can realize a high-resolution image with few false signals by the spatial pixel shifting method.
[0011]
The high-frequency replacement process is generally performed as follows. A high-frequency low-frequency dividing
[0012]
Next, a high frequency replacement
[0013]
H = (GH + RH) / 2 (Formula 1)
Next, in the
[0014]
Next, the operation of the high-frequency replacement process will be described using the signal waveform shown in FIG. For example, as shown in FIG. 21A, as a signal output from the CCD, the low frequency components Rdc, Bdc, and Gdc of each channel have the same value, and the high frequency component of only a red stripe pattern (amplitude w). If you have
[0015]
Further, the low-
[0016]
The signal input to the
[0017]
Since there is no green high-frequency component and only a red high-frequency component (amplitude w) is present as shown in FIG. 21A, the high-frequency replacement component H is a signal having an amplitude w / 2. Thereafter, since it is added to the respective low frequency components, Rdc, Gdc, and Bdc, signals GP, BP, and RP having the same high frequency components are obtained as shown in FIG.
[0018]
Thereafter, gamma processing and knee processing are performed in the non-linear processing circuit, and signals Ro, Go, and Bo as shown in (c) are obtained.
[0019]
Here, paying attention to the high-frequency component, the green, blue, and red components are composed of exactly the same signal, so that the color becomes achromatic and a black and white striped pattern is generated. However, in general, human vision has high resolution for light and dark, but low resolution for color. For example, the use band is limited by making the high-frequency component colorless. In some cases, the bandwidth can be used effectively.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the incident light from the subject has a specific color component that protrudes more than the other color components at high and low frequencies, the following problem occurs.
[0021]
For example, as shown in FIG. 23, as a signal output from the CCD, the red low-frequency component Rdc is larger than the green low-frequency component Gdc and the blue low-frequency component Bdc, and only the red stripe pattern (amplitude w) is high. Consider a case with band components.
[0022]
Here, as shown in FIG. 6A, since there is no green high-frequency component and there is only a red high-frequency component (amplitude w), the high-frequency replacement component H is a signal having an amplitude w / 2. . Thereafter, the signals GP, BP, and RP having the same high frequency components as shown in (b) are obtained because they are added to the respective low frequency components, Gdc, Bdc, and Rdc.
[0023]
Thereafter, gamma processing and knee processing are performed in the non-linear processing circuit, which are processing dependent on the low-frequency components Gdc, Bdc, and Rdc of each color. That is, as shown in (c), the red component with many low-frequency components is compressed by the knee processing, and the red high-frequency component is reduced.
[0024]
In other words, the incident light from the subject should have originally been an achromatic, red, achromatic, and red striped pattern from the left of the screen, but by applying the above high-frequency replacement processing and non-linear processing, It turns into a striped pattern of chromatic, red and achromatic colors. The high-frequency replacement process should replace the red stripe pattern with an achromatic stripe pattern, but it will generate a color component that is different from the original image, resulting in a significant reduction in color reproducibility and degradation in image quality. Will be invited.
[0025]
Further, as the problem solving means, a configuration as shown in FIG. 24 is conceivable. This circuit has a configuration in which the high-frequency and low-
[0026]
Similarly, as shown in FIG. 25 (a), as the signal output from the CCD, the red low frequency component is larger than the green and blue components, and in addition, only the red high frequency band is shown (amplitude w). Assuming that the signal has a component, as shown in FIG. 5B, signals GQ, BQ, and RQ in which the red high frequency component is compressed by knee processing are obtained. Here, the blue component and the green component do not have a high frequency. Thereafter, high-frequency replacement is performed by the high-frequency low-
[0027]
[Means for Solving the Problems]
At least one channel of red, blue and green other 2 Spatial to the solid-state image sensor 1 / Solid-state imaging device arranged by shifting 2 pixels,From the solid-state image sensorThe output red, blue and greeneachColor componentA / D converter for analog-digital conversion of signal and signal output from the A / D converterAbout the low frequency component of each color and at least among red, blue and green 2 Outputs the high frequency component of the colorFirst high-frequency low-frequency division circuitAnd at least two color high frequency components output from the first high frequency low frequency dividing circuit are added.First high-frequency replacement component generation circuitAnd a first high-frequency component that outputs the low-frequency component of each color output from the first high-frequency low-frequency dividing circuit and the output of the first high-frequency replacement component generation circuitAn adder;For the output signal of the first adderFrom the non-linear processing circuit that performs non-linear processing and the above non-linear processing circuitOutputsignalAbout the low frequency component of each color and at least among red, blue and green 2 Divide into high frequency components of colorSecond high-frequency low-frequency division circuitAnd at least output from the second high frequency / low frequency dividing circuit 2 Add high frequency component of colorSecond high-frequency replacement component generation circuitAnd a second high-frequency component dividing circuit that adds the low-frequency component of each color output from the second high-frequency component dividing circuit and the output of the second high-frequency replacement component generating circuit.AdderWhenThe solid-state imaging device is characterized in that high-frequency replacement is performed before and after the nonlinear processing circuit.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0029]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. In FIG. 1, 1G is a CCD for green image, 1B is a CCD for blue image, 1R is a CCD for red image, 2G, 2B, 2R are correlated double sampling circuits (CDS circuits), 3G is a delay line, 4G, 4B, 4R is an A / D converter, 11 is a first high-frequency / low-frequency dividing circuit including low-
[0030]
As in the conventional example, as shown in FIG. 2, as a signal output from the CCD, the red low-frequency component is larger than the green and blue components, and furthermore, only the red has a high-frequency component with a striped pattern (amplitude w). Think about the case.
[0031]
First, the high-frequency replacement component H1 is obtained by the first high-frequency low-
[0032]
H1 = (GH1 + RH1) / 2 (Formula 2)
Thereafter, the above components are added by the
[0033]
Thereafter, the high-frequency replacement is performed again by the second high-frequency low-
[0034]
H2 = (GH2 + RH2) / 2 (Formula 3)
Then, as shown in FIG. 4D, the green high-frequency component that has not been compressed in the non-linear processing returns again to the red high-frequency component, and the red high-frequency component is reproduced. . As is clear from comparison with FIG. 23C of the conventional example, since the same high frequency component exists in each channel, an achromatic stripe pattern is reproduced when attention is paid to the high frequency component. Further, as apparent from the comparison with FIG. 25C, since there are many high frequency components, it is possible to obtain a higher resolution image quality than in the conventional example.
[0035]
As described above, when a specific color component is prominent in the signal output from the CCD, color reproduction in the high frequency generated by compressing the high frequency component replaced in the previous stage of the non-linear processing. Degradation and resolution reduction that occurs when high-frequency replacement is performed later in the non-linear processing can be prevented, and higher-quality video can be reproduced.
[0036]
In the present invention, the first high-frequency low-frequency division circuit, the second high-frequency low-frequency division circuit, the first high-frequency replacement component generation circuit, and the second high-frequency replacement component generation circuit are Even if it is not the structure shown to a form, it can implement | achieve also in the different circuit structure which performs the same calculation.
[0037]
Although the present invention is applied to the horizontal space pixel shifting method, it can also be realized in the vertical space pixel shifting method by performing processing between lines.
[0038]
Further, in this embodiment, the green CCD is arranged in a half-pixel spatial manner and the high-frequency replacement component is generated from the red component and the green component. However, a similar pixel shifting method is performed from any combination of channels. May be.
(Embodiment 2).
[0039]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. In FIG. 3, 1G is a CCD for a green image, 1B is a CCD for a blue image, 1R is a CCD for a red image, 2G, 2B, 2R are correlated double sampling circuits (CDS circuits), 3G is a delay line, 4G, 4B, 4R is an A / D converter, 11 is a first high-frequency / low-frequency dividing circuit including low-
[0040]
Hereinafter, the present invention will be described generally and conceptually, but the description of the same parts as those in
[0041]
As shown in FIG. 4, a case is considered in which the signal output from the CCD has more red low-frequency components than green and blue components, and in addition, only red has a high-frequency component with a striped pattern (amplitude w).
[0042]
Here, the processing performed before the nonlinear processing is equivalent to that of the first embodiment, and the signals GP, BP, and RP inputted to the nonlinear processing circuit have an amplitude w / 2 as shown in FIG. It will have a high frequency component. Thereafter, gamma processing and knee processing are performed in the non-linear processing circuit to obtain signals GQ, BQ, and RQ shown in (c).
[0043]
Thereafter, the high-frequency replacement is performed again by the second high-frequency low-frequency dividing circuit, the second high-frequency component generating circuit, and the adder. Here, in the second high-frequency low-frequency dividing circuit, a high-pass filter is provided for each channel, and the high-frequency components GH2, BH2, and RH2 filtered by the high-pass filter are input to the
[0044]
For example, in the case of FIG. 4, Rdc is the largest, and Bdc and Gdc are the same and the lowest. That is, in this case, one of the blue high-frequency component BH2 and the green high-frequency component GH2 is output as the high-frequency replacement component H2, and high-frequency replacement is performed.
[0045]
In other words, since the channel having the lowest low-frequency component, which is the signal that is most difficult to be compressed by the knee processing, is selected and high-frequency replacement is performed, a signal having many high-frequency components is always replaced. Compared with, higher resolution image quality can be obtained.
[0046]
As described above, when a specific color component is prominent in the signal output from the CCD, color reproduction in the high frequency generated by compressing the high frequency component replaced in the previous stage of the non-linear processing. Degradation and resolution reduction that occurs when high-frequency replacement is performed later in the non-linear processing can be prevented, and higher-quality video can be reproduced.
[0047]
In the present invention, the first high-frequency low-frequency division circuit, the second high-frequency low-frequency division circuit, the first high-frequency replacement component generation circuit, and the second high-frequency replacement component generation circuit are Even if it is not the structure shown to a form, it can implement | achieve also in the different circuit structure which performs the same calculation.
[0048]
In this embodiment, the
[0049]
Although the present invention is applied to the horizontal space pixel shifting method, it can also be realized in the vertical space pixel shifting method by performing processing between lines.
[0050]
Further, in this embodiment, the green CCD is arranged in a half-pixel space and the high-frequency replacement component is generated from the red component and the green component. However, a similar pixel shift method is used from any combination of channels. You can go.
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. In FIG. 5, 1G is a CCD for green image, 1B is a CCD for blue image, 1R is a CCD for red image, 2G, 2B, 2R are correlated double sampling circuits (CDS circuits), 3G is a delay line, 4G, 4B, 4R is an A / D converter, 11 is 5G, 5B, 5R is a low-pass filter, 6G and 6R are first high-frequency and low-frequency dividing circuits including high-pass filters, 12 is
[0051]
In the following, the present invention will be described generally and conceptually, but the description overlapping with the second embodiment will be omitted.
[0052]
The present embodiment is different from the second high-frequency low-frequency dividing circuit and the second high-frequency replacement component generating circuit in the second embodiment in that the same effects as those of the second embodiment are obtained. .
[0053]
As in the second embodiment, the
[0054]
After the timing adjustment of the low frequency components GL2, BL2, and RL2 is performed in the
[0055]
In the present embodiment, the
[0056]
In the present invention, the first high-frequency low-frequency division circuit, the second high-frequency low-frequency division circuit, the first high-frequency replacement component generation circuit, and the second high-frequency replacement component generation circuit are Even if it is not the structure shown to a form, it can implement | achieve also in the different circuit structure which performs the same calculation.
[0057]
In this embodiment, the
[0058]
Although the present invention is applied to the horizontal space pixel shifting method, it can also be realized in the vertical space pixel shifting method by performing processing between lines.
[0059]
Further, in this embodiment, the green CCD is arranged in a half-pixel space and the high-frequency replacement component is generated from the red component and the green component. However, a similar pixel shift method is used from any combination of channels. You can go.
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. 1G is CCD for green image, 1B is CCD for blue image, 1R is CCD for red image, 2G, 2B, 2R is correlated double sampling circuit (CDS circuit), 3G is delay line, 4G, 4B, 4R is A /
In the following, the present invention will be described generally and conceptually, but the description overlapping with the first, second, and third embodiments will be omitted.
The signal A / D-converted by the A / D converter is divided into the low-frequency components GL, BL, RL and the high-frequency components GH, RH by the 11 high-frequency low-frequency dividing circuits to generate high-frequency replacement components The
H1 = m * H = m (GH + RH) / 2 (Formula 4)
Thereafter, the
The high-frequency component H generated by the high-frequency replacement
[0060]
H2 = n * H = n (GH + RH) / 2 (Formula 5)
Thereafter, addition with the signals GQ, BQ, and RQ having undergone nonlinear processing is performed by the
That is, the high-frequency replacement component H1 added at the previous stage of the nonlinear processing circuit depends on the coefficient m, and the high-frequency replacement component H2 added at the subsequent stage of the nonlinear processing circuit depends on the coefficient n.
Here, FIG. 7 is a block diagram of a gain determination circuit, which includes a
Thereafter, the subtracting
[0061]
t = a-b (Formula 6)
After division is performed in the divider, the coefficient n is output.
[0062]
n = t / 4095 (Formula 7)
The output of the divider is subtracted from 1 by the
[0063]
m = 1- t / 4095 (Formula 8)
Next, a description will be given using the signal waveforms shown in FIG. Consider a case where the low-frequency components Gdc, Bdc, and Rdc of green, blue, and red have the same value as signals output from the CCD, and each channel has a high-frequency component with a striped pattern (amplitude w). In this case, since the low frequency components GL, BL, and RL input to the gain determination circuit have the same value, m = 1, n = 0, and (t = 0) are obtained as a result of the calculation. That is, the high-frequency replacement components are H1 = H and H2 = 0, respectively, which means that the high-frequency component H is added before the nonlinear processing, and no addition is performed after the nonlinear processing. Therefore, the signals GP, BP, and RP are signals having a high-frequency component with an amplitude w as shown in FIG. 5B, and thereafter, nonlinear processing is performed by the nonlinear processing circuit, so that the signals GQ, Get BQ, RQ.
[0064]
In the
Further, as shown in FIG. 9, as a signal output from the CCD, a case is considered in which the red low-frequency component is larger than the green and blue components, and in addition, only the red has a high-frequency component with a striped pattern (amplitude w). . For example, if the difference d between Rdc, Gdc, and Bdc is d = 4095 × 0.8, the gain determination circuit outputs m = 0.2 and n = 0.8 (t = 0.8). Then, since the high frequency component of H1 = 0.2H is added before the non-linear processing, the signals GP, BP, and RP are signals having a high frequency of 0.2 w as shown in FIG. Thereafter, non-linear processing is performed, and only the red color having a high low frequency component Rdc is compressed by gamma to obtain signals GQ, BQ, and RQ shown in FIG. Thereafter, the
[0065]
In other words, if the difference between the low-frequency components of each channel is small, the high-frequency replacement component to be added before the nonlinear processing is increased. Conversely, if the difference is small, the high-frequency component to be added after the nonlinear processing is increased. Increase the range replacement component. In this way, by changing the ratio of high-frequency addition in the first and second stages of nonlinear processing for the difference in low-frequency components between channels, a high-frequency component close to achromatic color is achieved, It is possible to prevent a decrease in color reproducibility and a decrease in resolution, and to reproduce a higher quality video.
As a problem solving method of the conventional example, in this embodiment, m = 0 and n = 1 are fixed, and a solution that always replaces the high frequency after the nonlinear processing can be considered. When there is an achromatic high-frequency component near the black level as shown in FIG. 8 (a), the high-frequency component does not pass through the non-linear processing circuit, so the gamma processing shown in FIG. Since expansion is not performed, resolution near the black level cannot be obtained. That is, in the present invention, as described above, when there is no difference in the low frequency component between the channels, the high frequency is added before the non-linear processing, and then the gamma processing is performed. The signal is expanded to obtain a resolution near the black level.
Further, the gain determining circuit is not limited to the above-described configuration, and the coefficients m and n may not be obtained by the relational expressions represented by (Expression 7) and (Expression 8). For example, FIG. 10 is a configuration diagram of a different gain determination circuit, which includes a
The
[0066]
As described above, the present invention realizes a high-frequency component close to an achromatic color by changing the ratio of high-frequency addition in the first and second stages of nonlinear processing with respect to the difference in low-frequency component between channels. It is possible to prevent a decrease in color reproducibility and resolution in a region, and to reproduce a higher quality image.
[0067]
In the present invention, the high-frequency low-frequency dividing circuit and the high-frequency replacement component generating circuit can be realized not only with the configuration shown in the present embodiment but also with different circuit configurations that perform the same calculation.
[0068]
In this embodiment, the outputs GL, BL, and RL of the low-
[0069]
Although the present invention is applied to the horizontal space pixel shifting method, it can also be realized in the vertical space pixel shifting method by performing processing between lines.
[0070]
Further, in this embodiment, the green CCD is arranged in a half-pixel spatial manner and the high-frequency replacement component is generated from the red component and the green component. However, a similar pixel shifting method is performed from any combination of channels. May be.
(Embodiment 5)
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. 1G is CCD for green image, 1B is CCD for blue image, 1R is CCD for red image, 2G, 2B, 2R is correlated double sampling circuit (CDS circuit), 3G is delay line, 4G, 4B, 4R is A / D converter, 11 is 5G, 5B, 5R is a low-pass filter, 6G, 6R is a high-frequency low-frequency dividing circuit consisting of a high-pass filter, 12 is a high-frequency permutation component generator consisting of
[0071]
In the following, the present invention will be described generally and conceptually, but the description overlapping with the fourth embodiment will be omitted.
[0072]
In the present embodiment, the gain determination circuit and the multiplier in the fourth embodiment are replaced with a coring
[0073]
As shown in FIG. 12, a case is considered in which the signal output from the CCD has more red low-frequency components than green and blue components, and in addition, only red has a high-frequency component with a striped pattern (amplitude w).
[0074]
Similarly to the fifth embodiment, the low-frequency components GL, BL, and RL are divided by the high-frequency and low-frequency dividing circuit and input to the
[0075]
The coring circuit has characteristics as shown in FIG.
[0076]
y = 0 (-u <x <+ u), y = x-u (x> + u), y = x + u (x <-u) (Formula 9)
As shown in FIG. 13 (a), the high frequency component H input to the
[0077]
Thereafter, nonlinear processing is performed by the
Here, FIG. 16 is a configuration diagram of the coring value determination circuit, which includes a
[0078]
u = t (Formula 10)
It becomes. In addition, t is also input to the
[0079]
v = 4095-t (Formula 11)
That is, as the difference t between the low frequency components of each channel is smaller, the coring amount u decreases and v increases, and the high frequency permutation component added in the previous stage of nonlinear processing becomes dominant.
From the above, when the difference between the low-frequency components of each channel is small, the high-frequency replacement component to be added is increased before the nonlinear processing, and conversely, when the difference is small, it is added after the nonlinear processing. Increase the high frequency component. In this way, for the difference in low-frequency components between channels, the high-frequency component close to achromatic color is realized by changing the ratio of high-frequency addition in the upstream and downstream of nonlinear processing by coring operation. Thus, it is possible to prevent both the color reproducibility degradation and the resolution degradation in the high frequency range, and it is possible to reproduce a higher quality image.
[0080]
In the present invention, the high-frequency low-frequency dividing circuit and the high-frequency replacement component generating circuit can be realized not only with the configuration shown in the present embodiment but also with different circuit configurations that perform the same calculation.
[0081]
In this embodiment, the outputs GL, BL, and RL of the low-
[0082]
Although the present invention is applied to the horizontal space pixel shifting method, it can also be realized in the vertical space pixel shifting method by performing processing between lines.
[0083]
Further, in this embodiment, the green CCD is arranged in a half-pixel space and the high-frequency replacement component is generated from the red component and the green component. However, a similar pixel shift method is used from any combination of channels. You can go.
[0084]
Further, as shown in FIG. 10 shown in the fourth embodiment, the coring value determination circuit according to the present invention can be realized not only with the configuration shown in this embodiment but also with different circuit configurations that perform the same calculation.
[0085]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in a solid-state imaging device that employs the spatial pixel shifting method, when a specific color component is larger than other color components, the high-frequency component that is replaced in the previous stage of nonlinear processing However, it is possible to prevent deterioration in color reproducibility in the high frequency region caused by compression by knee processing and resolution degradation caused by adding the high frequency after the non-linear processing. It is possible to reproduce the video.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to
FIG. 2 is a diagram showing signals in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to
FIG. 4 is a diagram showing signals in the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to
FIG. 6 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to
FIG. 7 is a circuit diagram of a gain determination circuit according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing signals in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing signals in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram of a gain determination circuit according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram of a solid-state imaging device according to
FIG. 12 is a diagram showing signals in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing signals in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing signals in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a coring characteristic in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a circuit diagram of a coring value determination circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a circuit diagram of a solid-state imaging device in a conventional example.
FIG. 18 is a diagram illustrating the characteristics of an optical low-pass filter.
FIG. 19 is a diagram illustrating the folding characteristics of an optical low-pass filter.
FIG. 20 is a layout diagram of CCDs in the spatial pixel shifting method.
FIG. 21 is a diagram showing signals in a conventional example.
FIG. 22 is a diagram illustrating characteristics of a low-pass filter and a high-pass filter.
FIG. 23 is a diagram showing signals in a conventional example.
FIG. 24 is a circuit diagram of a solid-state imaging device in a conventional example.
FIG. 25 is a diagram showing signals in a conventional example.
[Explanation of symbols]
CCD for 1G green image
1B CCD for blue image
1R CCD for red image
2G, 2B, 2R correlated double sampling circuit (CDS circuit)
3G delay line
4G, 4B, 4R A / D converter
11 First high-frequency low-frequency division circuit
5G, 5B, 5R low-pass filter
6G, 6R high-pass filter
12 First high-frequency replacement component generation circuit
7G, 7R divider
8 Adder
9G, 9B, 9R adder
10 Nonlinear processing circuit
18 Second high-frequency low-frequency division circuit
13G, 13B, 13R Low-pass filter
14G, 14R high-pass filter
19 Second high-frequency replacement component generation circuit
15G, 15R divider
16 Adder
17G, 17B, 17R Adder
Claims (4)
上記固体撮像素子から出力される赤色、青色、緑色の各色成分の信号をアナログディジタル変換するA/D変換器と、
上記A/D変換器から出力される信号について各色の低域成分と赤色、青色、緑色の中の少なくとも2色の高域成分を出力する第1の高域低域分割回路と、
上記第1の高域低域分割回路から出力される少なくとも2色の高域成分の加算を行う第1の高域置換成分生成回路と、
上記第1の高域低域分割回路から出力される各色の低域成分と上記第1の高域置換成分生成回路の出力を加算する第1の加算器と、
上記第1の加算器の出力信号に対して非線型処理を施す非線型処理回路と、
上記非線型処理回路から出力される信号について各色の低域成分と赤色、青色、緑色の中の少なくとも2色の高域成分に分割する第2の高域低域分割回路と、
上記第2の高域低域分割回路から出力される少なくとも2色の高域成分の加算を行う第2の高域置換成分生成回路と、
上記第2の高域成分分割回路から出力される各色の低域成分と上記第2の高域置換成分生成回路の出力を加算する第2の加算器と
から構成され、非線型処理回路の前段および後段において、高域置換を行うことを特徴とする固体撮像装置。A solid-state image sensor in which at least one channel of red, blue, and green is spatially shifted by 1/2 pixel with respect to the other two-channel solid-state image sensors;
An A / D converter for analog-digital conversion of signals of each color component of red, blue, and green output from the solid-state imaging device;
A first high-frequency low-frequency dividing circuit that outputs a low-frequency component of each color and a high-frequency component of at least two colors of red, blue, and green for the signal output from the A / D converter;
A first high-frequency replacement component generation circuit for adding high-frequency components of at least two colors output from the first high-frequency low-frequency dividing circuit;
A first adder for adding the low-frequency component of each color output from the first high-frequency low-frequency dividing circuit and the output of the first high-frequency replacement component generating circuit;
A non-linear processing circuit that performs non-linear processing on the output signal of the first adder;
A second high-frequency low-frequency dividing circuit that divides the signal output from the nonlinear processing circuit into a low-frequency component of each color and a high-frequency component of at least two colors of red, blue, and green;
A second high-frequency replacement component generating circuit for adding high-frequency components of at least two colors output from the second high-frequency low-frequency dividing circuit;
A second adder for adding the low-frequency component of each color output from the second high-frequency component dividing circuit and the output of the second high-frequency replacement component generating circuit, and preceding the non-linear processing circuit And a solid-state imaging device characterized by performing high-frequency replacement in a subsequent stage.
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