JP4214558B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CCD等を用いた撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、高解像度CCDを使用したカメラシステムにおいて、効率的に1画面を読み出すモニタリング機能付き撮像装置が提案されている。
この撮像装置では、垂直ライン数の多いCCDでも、NTSC信号に準拠したVideo信号を生成することができる。しかし、CCDのモニタリング出力信号は、光学的なローパスフィルタを通していないので、激しい折り返し成分を含んでおり、特に上下(垂直走査方向)の各ライン間の信号差を利用してクロマ信号を生成するとき、極端に大きな色偽の成分が発生する。以下、その原理について順次説明する。
【0003】
図5は、従来の一般的な単板式(CCD)イメージャを利用した撮像装置の構成例を示すブロック図である。
まず、被写体からの光は、レンズ41及びシャッタ42を通ってCCD43上に結像する。CCD43では、光電変換された電気信号44が出力され、S/H回路45によってサンプリングされ、ホールドされる。その出力信号46は、A/D回路47によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。そのデジタル信号48は、次のDSP回路49によって信号処理され、映像信号であるY信号及びC信号として生成される。
【0004】
また、TG回路53は、CCD43を動作させるための駆動信号50と、S/H回路45に必要なパルス51を生成し出力するものである。また、マイコン54は、システムに必要な制御を行っている。このマイコン54からのデータはシリアルデータ線52を使って送られ、DSP回路49の制御、あるいはTG回路53の制御を行っている。また、マイコン54は、信号線56によって、IRIS55などの制御も同時に行っている。
【0005】
以上のような高解像度CCDを使用したカメラシステムでは、有効画素数が多いので、1画面分のCCDデータを全て読み出すのに時間がかかってしまう。このようなCCD信号では、時間軸方向のサンプリング周波数が低いので露光制御やAF(AutoFocus)などの制御には利用しにくい。
また、LCDパネルやテレビモニタといった既存の画像再生装置が利用できないので、リアルタイムに画像を確認することができない。
【0006】
そこで、CCD画面上のデータを全て読み出すのではなく、垂直走査方向に間引いて何ラインに1本の割で読み出していき、高速に1画面分のデータを出力するモニタリング機能付きのCCDが提案されている。
これによれば、例えば80万画素を超えるCCDでも、NTSCのように1画面を1/60secのレートで連続的に読み出すことができる。そうすれば、露光制御やAFも従来のカメラ一体型VTRと同じようにかけることができる。また、リアルタイムでNTSCやPAL信号が生成できるので、小型LCDパネルのようなモニタ装置で簡単に撮像画面を確認することもできる。
【0007】
しかしながら、モニタリング画像は多くの折り返し成分が残っており、色偽も顕著に現れる。図4は、モニタリング画像に生じる色偽の様子を示す説明図である。
まず、図4(C)に示すような補色CCD面に、図4(A)に示すような白黒パターンが結像しているとする。図4(B)は、CCD面上に結像する白黒チャートの光量分布を示している。レンズ内にある光学ローパスフィルタによって白黒のチャートはわずかにぼけて結像し、光量変化が穏やかになっている。
【0008】
例えば出力ラインL1を生成するためには、CCDのn+2とn+3が読み出される。そのうちL1の色信号の元になるR信号やB信号は、n+2とn+3の差をとって生成する。例えば、R信号を作るときは、n+3のYeからn+2のGを引き、B信号を作るときは、n+3のCyからn+2のGを引き算する。
このことから、本来n+2、n+3のMg、G、Cy、Yeの4画素には同じ光量の光が分布していなければならないが、白黒パターンのような急峻な光が入射すると、このバランスを崩してしまう。
【0009】
光学ローパスフィルタは、このような時に、信号処理で問題なくなる程度に画像をぼかしている。図4(B)に示すように、n+2のGとn+3のYeに入射する光量がわずかに違っているが、その差はわずかである。
また、電気的にnからn+5の信号を利用して、さらにローパスフィルタをかけることで、事実上n+2とn+3の差は無視できる程度にまで縮めることができる。
【0010】
一方、モニタリング動作時には、例えばnラインを読み出した後、その次にn+5ラインを読み出す。そして、nとn+5でL1を生成することになる。
この場合は、光学ローパスフィルタが入っていても両ライン間の光量差が大きく、Ye−Gを演算すると、大きなエラー信号がR信号となって出力されてしまう。
B信号についても同様であり、CyとGの光量差が大きく、本来とは違ったレベルの信号が出力されてしまう。これが色偽といっている現象で、本来あるはずのない色信号が画像エッジ部分についてしまう。
【0011】
なお、電気的に仕組んだLPF回路でも、nよりさらに前の信号とn+5よりさらに後の信号でLPFをかけることは、サンプリング位置があまりにも離れているので実用的でない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにCCDのモニタリング動作を利用してフィールド画像を得る場合には、光学的なフィルタを通さずして画像を間引きサンプリングするため、出力信号には折り返し成分が激しく発生する。特に垂直走査方向の信号差を利用して生成するクロマ信号においては影響が大きい。
【0013】
そこで本発明の目的は、CCDのモニタリング動作においても色偽の少ないきれいな画像を得ることができる撮像装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、撮像手段より入力した画像データからクロマ信号を生成する撮像装置において、前記撮像手段より入力した画像データから画像の相関性を検出する検出手段と、前記検出手段の検出信号に基づいて、クロマ信号のゲインをコントロールする演算手段と、前記撮像手段からの画像データを間引いて読み出し、1画面分のデータを出力する出力機能部とを有し、前記演算手段は、前記出力機能部の動作時において画像のエッジが急峻な部分ではクロマ信号のレベルを抑圧し、前記出力機能部の動作時以外にはクロマ信号のコントロールを行わないようにしたことを特徴とする。
【0015】
本発明の撮像装置において、検出手段では、撮像手段より入力した画像データから画像の相関性を検出する。
また、演算手段では、前記検出手段の検出信号に基づいて、クロマ信号のゲインをコントロールする。この演算手段により、画像のエッジが急峻な部分では、その程度に応じてクロマ信号のレベルが抑圧され、この部分における色偽が抑制される。また、画像のエッジ以外の部分では、クロマ信号のレベルが抑圧されることなく出力される。
したがって、撮像手段の画像データを間引いて出力するモニタリング動作においても、色偽の少ないきれいな画像を得ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による撮像装置の実施の形態について説明する。
本発明の撮像装置は、撮像した画像データにおける画像の相関性、つまりエッジ情報を基に、クロマ信号のゲインをコントロールする回路を信号処理回路(DSP回路)に追加し、エッジの立っている画像部分では、クロマ信号のレベルを抑圧するようにして、撮像手段(CCD)の間引き動作で発生する見苦しい色偽を低減するものである。
【0017】
図1は、本発明による撮像装置におけるCCDの信号処理回路の構成例を示すブロック図である。
本図に示す構成は、図5におけるDSP回路49に相当するものである。信号処理回路(Pri)1は、入力されたCCD信号についてノイズ除去やクランプといったY信号、C信号、それぞれの処理前に行うべき信号処理を行う回路である。
【0018】
また、遅延回路(DL)2は、内部にディレーラインまたは同等の機能を有するSRAMあるいはDRAMを具備し、入力信号を順にディレーさせ、複数の信号ライン(n〜n+5)を出力する回路である。
出力した複数の信号は、それぞれ垂直走査方向に位相があっていて、任意の信号を所定比率で加算することにより、垂直同期(V)方向にBPFあるいはLPFを構成できる。このDL回路2の出力信号によって輝度信号であるY信号あるいは色信号であるC信号を生成している。なお、図1の例では、6ライン(n〜n+5)出力の例を示したが、DL回路2の構成により、4ラインあるいは3ライン出力もあり得る。
【0019】
また、第1のフィルタ回路(BPF1)3は、Y信号を生成するために必要なローパスフィルタ(LPF)を構成している。このフィルタ回路3の出力は、Y処理回路4において、所定の信号処理(例えばガンマ処理やレベル調整など)を経て出力Yとなる。
また、第2のフィルタ回路(BPF2)5では、画像信号の輪郭情報つまりエッジ信号を取り出すためのバンドパスフィルタである。水平同期(H)方向、垂直同期(V)方向と、それぞれ取り出したエッジ信号は、AP処理回路6で適当なレベルに調整されて信号13として出力され、Y処理回路4に送られてY信号に加えられる。AP処理回路6には、もう1つ出力を有し、この出力信号14は、レベル検出回路9に送られる。AP処理回路6から出力される信号13と信号14は、いずれも画像エッジ信号であり、全く同じ信号である場合もあるが、違う場合もある。
【0020】
また、図1において、第3のフィルタ回路7、相関検出回路8、レベル検出回路9及び演算回路(×)12は、本発明の機能を実現するために新たに追加された回路である。
第3のフィルタ回路(BPF3)7は、信号14を補う形で構成されるバンドパスフィルタであり、信号14だけだけでは消しきれないエラー信号の検出のために、第2のフィルタ回路5とは別に設けられたものである。
【0021】
そして、信号14と信号15は、相関検出回路8内でミキシングされ、絶対値に変換される。そして、この相関検出回路8から出力される相関エラー検出信号16は、画像の相関性を示す信号であり、一面が白や赤といった単調な画面であれば0となり、上述した図4に示すように、ステップ信号を含む場合や、高周波成分があるような画面では、その振幅によってレベルが上がるものである。
この相関エラー検出信号16を受けて、レベル検出回路9では、図2に示すような特性で、相関エラー検出信号16の大きさ、つまり画像の相関性の強弱で、Cレベルをコントロールする制御信号17を発生させる。
【0022】
第4のフィルタ回路(BPF4)10は、クロマ信号用のローパスフィルタ(LPF)であり、信号nからn+5までのうち、同一色を選択して加算するような回路である。このフィルタ回路10の出力は、C処理回路11によってクロマ信号となる。
演算回路(×)12は、制御信号17によってクロマ信号のレベルをコントロールする掛け算回路である。これによって単一色の平面的な画像はそのままクロマ出力するが、高周波成分を含む画像の場合、エッジ部分の色を抑圧し、見苦しい色偽を低減している。
【0023】
図3は、図1に示す構成の信号処理回路において、入力画像が変化したときの、それぞれの信号波形を示したものである。
図3(A)では、画面上下でわずかに段差のある階段波形の場合であり、図1に示す信号15(もしくは信号14)に白黒変化点で小さい出力信号が現れる。信号16では、この信号15の変化に応じて相関検出パルスが出るので、これを基にレベル検出回路9では、クロマレベル変調用の制御信号17を生成する。
【0024】
図3(B)では、上下に大きな段差を有している場合であり、先程の(A)に比較し、信号15のレベルが大きくなっている。すると同時に、信号16の相関エラー検出信号が大きくなり、これによって制御信号17では、相関のない部分でレベルを0倍にしてしまう、いわゆる色消しパルスを出力することになる。先に説明したとおり、このような条件下では、最も大きな色偽信号を発生する。
【0025】
一方、図3(C)は、画面上部からゆっくり変化する場合であり、また図3(D)は、全く輝度変化のない場合である。いずれも信号15に出力が現れないので、信号17の色消し信号の出力もない。
以上のような構成により、モニタリング動作のCCD信号であっても色偽の少ないきれいな画像を得ることができる。また、色が抑圧されるのは画像のエッジ部分だけなので、平坦部分の色については影響ない。また、モニタリング画像ではない通常のイメージャ読み出し信号の場合は、制御信号17を強制的に1にすれば、本例の回路7、8、9、12を追加した副作用は全くない。
【0026】
なお、以上の例において、次のように変形も可能である。
まず、信号14だけでその色偽抑圧の効果が充分である場合には、第3のフィルタ回路7による補正信号は不要である。また、演算回路12の掛け算処理は、C処理回路11内にある同様なゲイン調整用の掛け算回路によって構成することもできる。
また、制御信号17を1ビットのデータ線にすれば、レベル検出回路9は単純なコンパレータになり、演算回路12は掛け算回路ではなく、簡単なミュート回路として構成することもできる。
【0027】
また、上記の例では、補色信号CCDについて説明したが、原色CCDについても、上述した回路7、8、9、12により同様の処理が可能である。
また、撮像素子としては、CCDに限らす、他の素子を用いてものであってもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の撮像装置では、撮像手段より入力した画像データから画像の相関性を検出し、この検出信号に基づいて、クロマ信号のゲインをコントロールして、画像のエッジが急峻な部分ではクロマ信号のレベルを抑圧するようにした。
このため、画像のエッジが急峻な部分では、その程度に応じてクロマ信号のレベルが抑圧され、この部分における色偽が抑制されることから、例えば撮像手段の画像データを間引いて出力するモニタリング動作等において、色偽の少ないきれいな画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による撮像装置におけるCCDの信号処理回路の構成例を示すブロック図である。
【図2】図1に示す信号処理回路における画像の相関性の強弱とクロマ信号の制御信号の関係を示す説明図である。
【図3】図1に示す信号処理回路において入力画像が変化したときの信号波形を示す説明図である。
【図4】モニタリング画像に生じる色偽の様子を示す説明図である。
【図5】従来の一般的な撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1……信号処理回路、2……遅延回路、3……第1のフィルタ回路、4……Y処理回路、5……第2のフィルタ回路、6……AP処理回路、7……第3のフィルタ回路、8……相関検出回路、9……レベル検出回路、10……第4のフィルタ回路、11……C処理回路、12……演算回路。
Claims (4)
- 撮像手段より入力した画像データからクロマ信号を生成する撮像装置において、
前記撮像手段より入力した画像データから画像の相関性を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出信号に基づいて、クロマ信号のゲインをコントロールする演算手段と、
前記撮像手段からの画像データを間引いて読み出し、1画面分のデータを出力する出力機能部とを有し、
前記演算手段は、前記出力機能部の動作時において画像のエッジが急峻な部分ではクロマ信号のレベルを抑圧し、前記出力機能部の動作時以外にはクロマ信号のコントロールを行わないことを特徴とする撮像装置。 - 前記クロマ信号は、画像データの各ラインデータの垂直走査方向の信号差に基づいて生成することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記検出手段は、前記撮像手段から遅延回路を介して得られる複数のラインデータを2つのバンドパスフィルタを介すことによって得られるデータを互いにミキシングして各ライン間の相関値を検出する相関検出手段と、前記相関検出手段の検出信号に基づいて前記クロマ信号をコントロールするレベル信号を生成するレベル検出手段とを有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記演算手段は、クロマ信号処理回路より出力されるクロマ信号と前記レベル検出手段から出力されるレベル信号とを掛け算する手段であることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
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