JP5033700B2 - Imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、それぞれ異なる色の光を検出する少なくとも3種類の色検出用の光電変換素子と、光の輝度成分を検出する輝度検出用の光電変換素子とを含む固体撮像素子を有する撮像装置に関する。   The present invention relates to an image pickup apparatus having a solid-state image pickup element including at least three types of color detection photoelectric conversion elements for detecting light of different colors and a luminance detection photoelectric conversion element for detecting a luminance component of light. .

従来、R(赤色)光を検出するR光電変換素子と、G(緑色)光を検出するG光電変換素子と、B(青色)光を検出するB光電変換素子と、光の輝度成分を検出するW光電変換素子とを含む固体撮像素子を有する撮像装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, an R photoelectric conversion element that detects R (red) light, a G photoelectric conversion element that detects G (green) light, a B photoelectric conversion element that detects B (blue) light, and a luminance component of light are detected. An imaging apparatus having a solid-state imaging element including a W photoelectric conversion element is proposed (see, for example, Patent Document 1).

このような撮像装置では、生成すべきカラー画像データの各画素データの輝度信号として、R光電変換素子、G光電変換素子、及びB光電変換素子から得られた色信号によって生成したRGB輝度信号を使う場合と、W光電変換素子から得られた信号によって生成したW輝度信号を使う場合とが考えられる。W輝度信号を使った場合は、RGB輝度信号を使った場合と比較して、W光電変換素子とR光電変換素子、G光電変換素子、及びB光電変換素子との分光特性の違いにより、輝度再現性が低下する。RGB輝度信号を使った場合は、W輝度信号を使った場合と比較して、解像が低下する。   In such an imaging apparatus, as a luminance signal of each pixel data of color image data to be generated, an RGB luminance signal generated by a color signal obtained from the R photoelectric conversion element, the G photoelectric conversion element, and the B photoelectric conversion element is used. It can be considered that the W luminance signal generated from the signal obtained from the W photoelectric conversion element is used. When the W luminance signal is used, the luminance is different due to the difference in spectral characteristics between the W photoelectric conversion element, the R photoelectric conversion element, the G photoelectric conversion element, and the B photoelectric conversion element as compared with the case where the RGB luminance signal is used. Reproducibility decreases. When the RGB luminance signal is used, the resolution is lower than when the W luminance signal is used.

そこで、特許文献1の撮像装置のように、生成すべきカラー画像データの各画素データの輝度信号として、RGB輝度信号の低周波成分とW輝度信号の高周波成分を合成した輝度信号を用いることで、輝度再現性と解像の両立を図ることができる。   Therefore, as in the imaging device of Patent Document 1, a luminance signal obtained by combining a low-frequency component of an RGB luminance signal and a high-frequency component of a W luminance signal is used as the luminance signal of each pixel data of color image data to be generated. In addition, both luminance reproducibility and resolution can be achieved.

しかし、W輝度信号のレベルがRGB輝度信号のレベルよりも低い場合、RGB輝度信号の低周波成分とW輝度信号の高周波成分を合成すると、合成によって得られる輝度信号のレベルが、W輝度信号よりも高くなってしまい、高輝度の被写体があった場合に、その被写体部分の信号レベルが飽和して輝度信号の高周波成分が潰れてしまい、解像が低下してしまう恐れがある。更に、RGB輝度信号とW輝度信号で周波数特性が異なる場合、合成により周波数のつながりが悪くなり、画質低下が発生する。   However, when the level of the W luminance signal is lower than the level of the RGB luminance signal, when the low frequency component of the RGB luminance signal and the high frequency component of the W luminance signal are synthesized, the level of the luminance signal obtained by the synthesis is higher than that of the W luminance signal. If there is a high-luminance subject, the signal level of the subject portion is saturated and the high-frequency component of the luminance signal is crushed, which may reduce the resolution. Further, when the frequency characteristics of the RGB luminance signal and the W luminance signal are different, the frequency connection is deteriorated by the synthesis, and the image quality is deteriorated.

特許文献2には、固体撮像素子の受光面上に配置した複数の色フィルタに起因する輝度情報の感度差を解消し、被写体の構造をよりリアルに再現可能な単板色カラーカメラが開示されている。   Patent Document 2 discloses a single-plate color camera that eliminates a difference in sensitivity of luminance information caused by a plurality of color filters arranged on a light receiving surface of a solid-state image sensor and can reproduce the structure of a subject more realistically. ing.

特許文献3には、輝度信号に対する処理を色信号に対する処理と独立させて行い、色再現及び輝度再現を向上でき、且つ、色信号が輝度信号に及ぼす副作用を低減できる撮像方法が開示されている。   Patent Document 3 discloses an imaging method in which processing for a luminance signal is performed independently of processing for a color signal, color reproduction and luminance reproduction can be improved, and side effects that the color signal has on the luminance signal can be reduced. .

特開2007−243334号公報JP 2007-243334 A 特開平8−46980号公報JP-A-8-46980 特開2001−54133号公報JP 2001-54133 A

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、輝度再現性と解像の両立を図りながら、高輝度被写体があった場合でも解像の低下を防いで画質向上を図ることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to improve image quality by preventing degradation of resolution even when there is a high-luminance subject while achieving both luminance reproducibility and resolution. An object is to provide an imaging device.

本発明の撮像装置は、それぞれ異なる色の光を検出する少なくとも3種類の色検出用の光電変換素子と、光の輝度成分を検出する輝度検出用の光電変換素子とを含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、生成すべきカラー画像データを構成する画素データの座標位置に、前記色検出用の光電変換素子及び前記輝度検出用の光電変換素子から得られた信号を用いてR(赤色)成分の信号と、G(緑色)成分の信号と、B(青色)成分の信号と、輝度成分の信号とを生成する信号生成手段と、前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号から前記座標位置に第一の輝度信号を生成する第一の輝度信号生成手段と、前記座標位置に生成された前記第一の輝度信号の低周波成分と前記座標位置に生成された前記輝度成分の信号の低周波成分とを合成した合成信号と、前記座標位置に生成された前記輝度成分の信号の高周波成分とを合成して、前記座標位置の前記画素データを構成する輝度信号である第二の輝度信号を生成する第二の輝度信号生成手段とを備える。   The imaging apparatus of the present invention includes a solid-state imaging device including at least three types of color detection photoelectric conversion elements that detect light of different colors and a luminance detection photoelectric conversion element that detects a luminance component of light. An imaging device that uses a signal obtained from the color detection photoelectric conversion element and the luminance detection photoelectric conversion element at a coordinate position of pixel data that constitutes color image data to be generated. ) Component signal, G (green) component signal, B (blue) component signal, and luminance component signal generating means; and the R component signal generated at the coordinate position; First luminance signal generation means for generating a first luminance signal at the coordinate position from the G component signal and the B component signal, and a low frequency of the first luminance signal generated at the coordinate position Component and generated at the coordinate position The luminance that composes the pixel data at the coordinate position by synthesizing the synthesized signal obtained by synthesizing the low frequency component of the luminance component signal and the high frequency component of the luminance component signal generated at the coordinate position Second luminance signal generation means for generating a second luminance signal as a signal.

本発明の撮像装置は、前記第一の輝度信号生成手段が、前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号を、所定の輝度生成係数で重み付け加算して前記第一の輝度信号を生成するものであり、前記所定の輝度生成係数が、前記所定の輝度生成係数を前記色検出用の光電変換素子から得られる信号のみでカラー画像データを生成する場合に最適な値としたときの前記第一の輝度信号の低周波成分と前記合成信号とのレベル差が最小となるような値に設定されている。   In the imaging apparatus according to the aspect of the invention, the first luminance signal generation unit may convert the R component signal, the G component signal, and the B component signal generated at the coordinate position with a predetermined luminance generation coefficient. The first luminance signal is generated by weighted addition, and the predetermined luminance generation coefficient is obtained by using only the signal obtained from the color detection photoelectric conversion element as the predetermined luminance generation coefficient. It is set to a value that minimizes the level difference between the low frequency component of the first luminance signal and the synthesized signal when the value is optimal for generation.

本発明の撮像装置は、前記第一の輝度信号生成手段が、前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号を、前記色検出用の光電変換素子から得られる信号のみでカラー画像データを生成する場合に最適な輝度生成係数で重み付け加算して前記第一の輝度信号を生成するものであり、前記第一の輝度信号の生成前に、前記色検出用の光電変換素子から得られる信号のレベルを調整するレベル調整手段を備え、前記レベル調整手段が、前記第一の輝度信号の低周波成分と前記合成信号とのレベル差が最小となるようなゲインを用いて、前記信号のレベルを調整する。   In the imaging apparatus according to the aspect of the invention, the first luminance signal generation unit may convert the R component signal, the G component signal, and the B component signal generated at the coordinate position into the color detection photoelectric signal. When generating color image data only with a signal obtained from the conversion element, the first luminance signal is generated by weighted addition with an optimal luminance generation coefficient, and before the generation of the first luminance signal, Level adjustment means for adjusting the level of a signal obtained from the photoelectric conversion element for color detection, wherein the level adjustment means has a minimum level difference between the low frequency component of the first luminance signal and the synthesized signal. The level of the signal is adjusted using such a gain.

本発明の撮像装置は、前記レベル差が最小となるような前記輝度生成係数を被写体光源毎に記憶する記憶手段を備え、前記第一の輝度信号生成手段が、撮影時に設定された被写体光源に応じた前記輝度生成係数を用いて前記第一の輝度信号を生成する。   The image pickup apparatus of the present invention includes a storage unit that stores the luminance generation coefficient that minimizes the level difference for each subject light source, and the first luminance signal generation unit uses the subject light source set at the time of shooting. The first luminance signal is generated using the corresponding luminance generation coefficient.

本発明の撮像装置は、前記レベル差が最小となるようなゲインを被写体光源毎に記憶する記憶手段を備え、前記レベル調整手段が、撮影時に設定された被写体光源に応じた前記ゲインを用いて前記信号のレベルを調整する。   The imaging apparatus of the present invention includes storage means for storing a gain that minimizes the level difference for each subject light source, and the level adjustment means uses the gain corresponding to the subject light source set at the time of shooting. The level of the signal is adjusted.

本発明の撮像装置は、前記第一の輝度信号生成手段が、前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号を、前記色検出用の光電変換素子から得られる信号のみで画像データを生成する場合に最適な輝度生成係数で重み付け加算して前記第一の輝度信号を生成するものであり、前記第一の輝度信号の低周波成分と前記合成信号とのレベル差が最小となるように、前記座標位置に生成された前記輝度成分の信号のレベルを、前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号に基づいて調整するレベル調整手段を備える。   In the imaging apparatus according to the aspect of the invention, the first luminance signal generation unit may convert the R component signal, the G component signal, and the B component signal generated at the coordinate position into the color detection photoelectric signal. When generating image data only with a signal obtained from the conversion element, the first luminance signal is generated by weighted addition with an optimal luminance generation coefficient, and the low-frequency component of the first luminance signal and the first luminance signal are generated. The level of the luminance component signal generated at the coordinate position is set to the level of the R component signal, the G component signal generated at the coordinate position, and Level adjustment means for adjusting based on the B component signal is provided.

本発明の撮像装置は、前記レベル調整手段が、前記座標位置に生成された前記R成分の信号と、前記G成分の信号と、前記B成分の信号とを所定の係数で重み付け加算して得られる調整データを、前記座標位置に生成された前記輝度成分の信号に加算して前記レベルの調整を行う。   In the imaging apparatus according to the aspect of the invention, the level adjustment unit may obtain the R component signal, the G component signal, and the B component signal generated at the coordinate position by weighted addition with a predetermined coefficient. The level adjustment is performed by adding the adjustment data to the luminance component signal generated at the coordinate position.

本発明の撮像装置は、前記所定の係数を被写体光源毎に記憶する記憶手段を備え、前記レベル調整手段が、撮影時に設定された被写体光源に応じた前記所定の係数を用いて前記輝度成分の信号のレベルを調整する。   The image pickup apparatus of the present invention includes a storage unit that stores the predetermined coefficient for each subject light source, and the level adjustment unit uses the predetermined coefficient corresponding to the subject light source set at the time of shooting to calculate the luminance component. Adjust the signal level.

本発明によれば、輝度再現性と解像の両立を図りながら、高輝度被写体があった場合でも解像の低下を防いで画質向上を図ることが可能な撮像装置を提供することができる。又、第二の輝度信号の低周波成分に、第四の光電変換素子から得られた信号の低周波成分を用いることで、第二の輝度信号の低周波成分と高周波成分のつながりを改善することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus capable of improving image quality while preventing a decrease in resolution even when there is a high-luminance subject while achieving both luminance reproducibility and resolution. Further, by using the low frequency component of the signal obtained from the fourth photoelectric conversion element as the low frequency component of the second luminance signal, the connection between the low frequency component and the high frequency component of the second luminance signal is improved. be able to.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態である撮像装置に搭載される撮像素子の部分平面模式図である。
図1に示す固体撮像素子5は、半導体基板上の水平方向とこれに直交する垂直方向とに正方格子状に配列されたR光を検出する光電変換素子51R(図中に“R”の文字を付してある)、G光を検出する光電変換素子51G(図中に“G”の文字を付してある)、B光を検出する光電変換素子51B(図中に“B”の文字を付してある)からなるRGB光電変換素子群と、半導体基板上の水平方向とこれに直交する垂直方向とに正方格子状に配列された光の輝度成分を検出する光電変換素子51W(図中に“W”の文字を付してある)からなるW光電変換素子群とを備え、これらが、それぞれの光電変換素子配列ピッチの略1/2だけ、水平方向及び垂直方向にずれた位置に配置されている。尚、RGB光電変換素子群の各光電変換素子とW光電変換素子群の各光電変換素子の配列ピッチは同じである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic partial plan view of an image sensor mounted on the image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention.
A solid-state imaging device 5 shown in FIG. 1 includes a photoelectric conversion element 51R (character “R” in the figure) that detects R light arranged in a square lattice in a horizontal direction on a semiconductor substrate and a vertical direction perpendicular thereto. ), Photoelectric conversion element 51G for detecting G light (character “G” in the figure), and photoelectric conversion element 51B for detecting B light (character “B” in the figure) And a photoelectric conversion element 51W for detecting luminance components of light arranged in a square lattice pattern in the horizontal direction on the semiconductor substrate and in the vertical direction perpendicular thereto (see FIG. W photoelectric conversion element group consisting of “W” inside), and these positions are shifted in the horizontal and vertical directions by about ½ of the respective photoelectric conversion element arrangement pitch. Is arranged. The arrangement pitch of each photoelectric conversion element of the RGB photoelectric conversion element group and each photoelectric conversion element of the W photoelectric conversion element group is the same.

RGB光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、垂直方向に並ぶ光電変換素子51Gと光電変換素子51Rとからなる列であるGR光電変換素子列と、垂直方向に並ぶ光電変換素子51Bと光電変換素子51Gとからなる列であるBG光電変換素子列とを、水平方向に交互に配列したものと言うことができる。   The arrangement of the photoelectric conversion elements of the RGB photoelectric conversion element group includes a GR photoelectric conversion element array, which is a line composed of photoelectric conversion elements 51G and 51R arranged in the vertical direction, and photoelectric conversion elements 51B and photoelectric elements arranged in the vertical direction. It can be said that the BG photoelectric conversion element rows, which are rows made of the conversion elements 51G, are alternately arranged in the horizontal direction.

W光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、垂直方向に並ぶ光電変換素子51Wからなる列であるW光電変換素子列を水平方向に複数配列したものと言うことができる。   The arrangement of each photoelectric conversion element of the W photoelectric conversion element group can be said to be a plurality of W photoelectric conversion element arrays that are arrays of photoelectric conversion elements 51W arranged in the vertical direction.

各光電変換素子列の右側部には、各光電変換素子列に対応させて、各光電変換素子列を構成する光電変換素子に蓄積された電荷を垂直方向に転送するための垂直電荷転送部(不図示)が形成されている。垂直電荷転送部の終端には、ここを転送されてきた電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送部(不図示)が接続され、この水平電荷転送部の終端には、該水平電荷転送部を転送されてきた電荷に応じた撮像信号を出力する出力アンプ(不図示)が設けられている。尚、各光電変換素子に蓄積された電荷に応じた信号を、MOSトランジスタからなるMOS回路によって外部に出力させる構成であっても良い。   On the right side of each photoelectric conversion element array, a vertical charge transfer unit (for transferring charges accumulated in the photoelectric conversion elements constituting each photoelectric conversion element array in the vertical direction corresponding to each photoelectric conversion element array ( (Not shown) is formed. A horizontal charge transfer unit (not shown) for transferring the charges transferred here in the horizontal direction is connected to the end of the vertical charge transfer unit, and the horizontal charge transfer is connected to the end of the horizontal charge transfer unit. An output amplifier (not shown) that outputs an imaging signal corresponding to the charge transferred through the unit is provided. In addition, the structure according to which the signal according to the electric charge accumulate | stored in each photoelectric conversion element is output outside by the MOS circuit which consists of a MOS transistor may be sufficient.

各光電変換素子は同一構造となっており、それぞれの受光面上方に形成されるフィルタによって、それぞれの検出する光の成分が異なるものとなっている。   Each photoelectric conversion element has the same structure, and the components of light to be detected differ depending on the filters formed above the respective light receiving surfaces.

光電変換素子51Rは、光のR成分を透過するRカラーフィルタが受光面上に形成されており、これにより、R光を検出する光電変換素子として機能する。光電変換素子51Gは、光のG成分を透過するGカラーフィルタが受光面上に形成されており、これにより、G光を検出する光電変換素子として機能する。光電変換素子51Bは、光のB成分を透過するBカラーフィルタが受光面上に形成されており、これにより、B光を検出する光電変換素子として機能する。光電変換素子51Wは、光の輝度成分と相関のある分光特性を持った輝度フィルタが受光面上に形成されており、これにより、光の輝度成分を検出する光電変換素子として機能する。   In the photoelectric conversion element 51R, an R color filter that transmits an R component of light is formed on the light receiving surface, thereby functioning as a photoelectric conversion element that detects R light. In the photoelectric conversion element 51G, a G color filter that transmits the G component of light is formed on the light receiving surface, thereby functioning as a photoelectric conversion element that detects G light. In the photoelectric conversion element 51B, a B color filter that transmits the B component of light is formed on the light receiving surface, and thus functions as a photoelectric conversion element that detects B light. In the photoelectric conversion element 51W, a luminance filter having a spectral characteristic correlated with the luminance component of light is formed on the light receiving surface, thereby functioning as a photoelectric conversion element that detects the luminance component of light.

輝度フィルタは、NDフィルタや、透明フィルタ、白色フィルタ、グレーのフィルタ等が該当するが、光電変換素子51Wの受光面の上方に何も設けずに光が直接受光面に入射する構成も、輝度フィルタを設けたということができる。   The luminance filter corresponds to an ND filter, a transparent filter, a white filter, a gray filter, or the like, but the configuration in which light is directly incident on the light receiving surface without providing anything above the light receiving surface of the photoelectric conversion element 51W is also possible. It can be said that a filter is provided.

以下では、光電変換素子51Rから得られるR成分の撮像信号をR信号、光電変換素子51Gから得られるG成分の撮像信号をG信号、光電変換素子51Bから得られるB成分の撮像信号をB信号、光電変換素子51Wから得られる輝度成分の撮像信号をW信号と言う。   Hereinafter, an R component imaging signal obtained from the photoelectric conversion element 51R is an R signal, a G component imaging signal obtained from the photoelectric conversion element 51G is a G signal, and a B component imaging signal obtained from the photoelectric conversion element 51B is a B signal. An imaging signal of a luminance component obtained from the photoelectric conversion element 51W is referred to as a W signal.

図2は、本発明の第一実施形態である撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図2に示す撮像装置は、図1に示した撮像素子5と、撮像素子5から出力されるアナログ信号に所定のアナログ信号処理及びデジタル変換処理を行うアナログフロントエンド(AFE)11と、AFE11からのデジタルの撮像信号に補間演算やガンマ補正演算,RGB/YC変換処理等を行ってカラー画像データを生成するデジタル信号処理部10とを備える。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The image pickup apparatus shown in FIG. 2 includes the image pickup device 5 shown in FIG. 1, an analog front end (AFE) 11 that performs predetermined analog signal processing and digital conversion processing on analog signals output from the image pickup device 5, and an AFE 11 A digital signal processing unit 10 that generates color image data by performing interpolation calculation, gamma correction calculation, RGB / YC conversion processing, and the like on the digital imaging signal.

AFE11は、R信号、G信号、及びB信号の各々に一律のゲインを乗じて、各信号のレベルを調整するレベル調整処理も行う。このレベルを調整するためのゲインは、設定された撮影感度(ISO)に応じて最適な値が予め決められており、AFE11は、設定されたISO感度に応じたゲインを各信号に乗じることで、レベル調整を行う。AFE11から出力された撮像信号は、図示しないメモリに一時的に記憶される。このメモリには、撮像素子5の各光電変換素子に対応する画素位置に、その光電変換素子から得られた撮像信号が配置された状態で撮像信号が記憶される。   The AFE 11 also performs level adjustment processing for adjusting the level of each signal by multiplying each of the R signal, G signal, and B signal by a uniform gain. The gain for adjusting the level is determined in advance according to the set photographing sensitivity (ISO), and the AFE 11 multiplies each signal by the gain corresponding to the set ISO sensitivity. Adjust the level. The imaging signal output from the AFE 11 is temporarily stored in a memory (not shown). In this memory, an imaging signal is stored in a state where an imaging signal obtained from the photoelectric conversion element is arranged at a pixel position corresponding to each photoelectric conversion element of the imaging element 5.

デジタル信号処理部10は、メモリ上の各画素位置にその周囲から信号を補間してR信号,G信号,B信号,W信号を生成するRGBW補間部12と、各画素位置に生成された信号から輝度信号Yを生成する輝度信号生成部13と、各画素位置に生成された信号から色差信号を生成する色差信号生成部14と、輝度信号生成部13で生成された輝度信号YとW信号とに基づいて、カラー画像データの1画素データを構成する輝度信号Y’を生成する輝度信号生成手段を構成する低周波成分抽出部15、低周波・高周波成分分離部16、低周波成分合成部17、及び低周波・高周波成分合成部18とを備える。   The digital signal processing unit 10 interpolates signals from the surroundings to each pixel position on the memory to generate an R signal, G signal, B signal, and W signal, and a signal generated at each pixel position. The luminance signal generation unit 13 that generates the luminance signal Y from the color signal, the color difference signal generation unit 14 that generates the color difference signal from the signal generated at each pixel position, and the luminance signal Y and the W signal generated by the luminance signal generation unit 13 The low frequency component extraction unit 15, the low frequency / high frequency component separation unit 16, and the low frequency component synthesis unit constituting luminance signal generation means for generating a luminance signal Y ′ constituting one pixel data of color image data based on 17 and a low frequency / high frequency component synthesis unit 18.

RGBW補間部12は、メモリに記憶されたR信号、G信号、B信号、及びW信号から、メモリ上の光電変換素子51R,51G,51B,51Wの各々に対応する画素位置に、該画素位置に対応する光電変換素子から得られる撮像信号と、該光電変換素子の周囲の該光電変換素子とは異なる種類の光電変換素子から得られる撮像信号とを用いて、R信号、G信号、B信号、及びW信号を生成する処理を行う。   The RGBW interpolation unit 12 converts the pixel position from the R signal, G signal, B signal, and W signal stored in the memory to pixel positions corresponding to the photoelectric conversion elements 51R, 51G, 51B, and 51W on the memory. An R signal, a G signal, and a B signal using an imaging signal obtained from a photoelectric conversion element corresponding to 1 and an imaging signal obtained from a photoelectric conversion element of a type different from the photoelectric conversion element around the photoelectric conversion element , And a process of generating a W signal.

例えば、光電変換素子51Rに対応する画素位置には、該光電変換素子51Rから得られたR信号と、該光電変換素子51Rの周囲にある光電変換素子51G,51B,51Wから得られた撮像信号を用いてR信号、G信号、B信号、及びW信号を生成し、光電変換素子51Gに対応する画素位置には、該光電変換素子51Gから得られたG信号と、該光電変換素子51Gの周囲にある光電変換素子51R,51B,51Wから得られた撮像信号を用いてR信号、G信号、B信号、W信号を生成し、光電変換素子51Bに対応する画素位置には、該光電変換素子51Bから得られたB信号と、該光電変換素子51Bの周囲にある光電変換素子51R,51G,51Wから得られた撮像信号を用いてR信号、G信号、B信号、W信号を生成し、光電変換素子51Wに対応する画素位置には、該光電変換素子51Wから得られたW信号と、該光電変換素子51Wの周囲にある光電変換素子51R,51G,51Bから得られた撮像信号を用いてR信号、G信号、B信号、W信号を生成する。   For example, at a pixel position corresponding to the photoelectric conversion element 51R, an R signal obtained from the photoelectric conversion element 51R and an imaging signal obtained from the photoelectric conversion elements 51G, 51B, and 51W around the photoelectric conversion element 51R. Are used to generate an R signal, a G signal, a B signal, and a W signal. At a pixel position corresponding to the photoelectric conversion element 51G, the G signal obtained from the photoelectric conversion element 51G and the photoelectric conversion element 51G R signals, G signals, B signals, and W signals are generated using imaging signals obtained from the surrounding photoelectric conversion elements 51R, 51B, and 51W, and the photoelectric conversion is performed at the pixel position corresponding to the photoelectric conversion element 51B. An R signal, a G signal, a B signal, and a W signal are generated using the B signal obtained from the element 51B and the imaging signals obtained from the photoelectric conversion elements 51R, 51G, and 51W around the photoelectric conversion element 51B. , At the pixel position corresponding to the photoelectric conversion element 51W, the W signal obtained from the photoelectric conversion element 51W and the imaging signals obtained from the photoelectric conversion elements 51R, 51G, and 51B around the photoelectric conversion element 51W are used. R signal, G signal, B signal, and W signal are generated.

この処理により、メモリ上の光電変換素子51R,51G,51B,51Wの各々に対応する画素位置には、R信号、G信号、B信号、及びW信号の4つの撮像信号が生成されることになる。   By this processing, four imaging signals of R signal, G signal, B signal, and W signal are generated at pixel positions corresponding to the photoelectric conversion elements 51R, 51G, 51B, and 51W on the memory. Become.

輝度信号生成部13は、RGBW補間部12で生成された各画素位置にあるR信号、G信号、及びB信号を、下記式(1)に示すように、所定の係数(α、β、γ)で重み付け加算して、各画素位置に輝度信号Yを生成する。この演算式は、カラー画像データの1画素のデータを構成する輝度信号を求めるときに用いる一般的なものである。
輝度信号Y=α×R信号+β×G信号+γ×B信号・・・(1)
The luminance signal generation unit 13 converts the R signal, the G signal, and the B signal at each pixel position generated by the RGBW interpolation unit 12 into predetermined coefficients (α, β, γ, as shown in the following equation (1). ) To generate a luminance signal Y at each pixel position. This arithmetic expression is a general expression used when obtaining a luminance signal constituting one pixel data of color image data.
Luminance signal Y = α × R signal + β × G signal + γ × B signal (1)

この係数α、β、γは、光電変換素子51R,51G,51Bから得られる撮像信号のみを用いてカラー画像データを生成する場合に最適な値が用いられる。光電変換素子51R,51G,51Bから得られる撮像信号のみを用いてカラー画像データを生成する場合というのは、ベイヤー配列の公知の単板式撮像素子から得られる撮像信号に基づいてカラー画像データを生成する場合と同じである。つまり、この最適な値とは、ベイヤー配列の公知の単板式撮像素子から得られる撮像信号に基づいてカラー画像データを生成する際に使用する一般的な係数(α=0.3、β=0.59、γ=0.11)のことである。   The coefficients α, β, and γ are optimal values when color image data is generated using only imaging signals obtained from the photoelectric conversion elements 51R, 51G, and 51B. When color image data is generated using only the imaging signals obtained from the photoelectric conversion elements 51R, 51G, and 51B, the color image data is generated based on imaging signals obtained from a well-known single-plate imaging element having a Bayer array. Is the same as That is, the optimum value is a general coefficient (α = 0.3, β = 0) used when color image data is generated based on an imaging signal obtained from a known single-plate imaging device having a Bayer array. .59, γ = 0.11).

色差信号生成部14は、RGBW補間部12によって各画素位置に生成されたR信号、G信号、及びB信号から、その画素位置に色差信号Cを生成する。色差信号Cの生成方法は公知の方法を採用することができる。   The color difference signal generation unit 14 generates a color difference signal C at the pixel position from the R signal, the G signal, and the B signal generated at each pixel position by the RGBW interpolation unit 12. A known method can be adopted as a method of generating the color difference signal C.

低周波成分抽出部15は、輝度信号生成部13で任意の画素位置に生成された輝度信号Yの低周波成分を抽出して低周波成分合成部17に入力する。低周波成分抽出部15は、例えばローパスフィルタによって構成することができる。   The low frequency component extraction unit 15 extracts a low frequency component of the luminance signal Y generated at an arbitrary pixel position by the luminance signal generation unit 13 and inputs the low frequency component to the low frequency component synthesis unit 17. The low frequency component extraction part 15 can be comprised by a low pass filter, for example.

低周波・高周波成分分離部16は、該任意の画素位置に生成されたW信号を高周波成分と低周波成分に分離し、低周波成分を低周波成分合成部17に入力し、高周波成分を低周波・高周波成分合成部18に入力する。W信号を高周波成分と低周波成分に分離する方法としては、まず、W信号からローパスフィルタにより低周波成分を抽出し、その後、元のW信号から該抽出した低周波成分の信号を減算してW信号の高周波成分を得る、といった方法が一例として挙げられる。   The low frequency / high frequency component separation unit 16 separates the W signal generated at the arbitrary pixel position into a high frequency component and a low frequency component, and inputs the low frequency component to the low frequency component synthesis unit 17 to reduce the high frequency component. This is input to the frequency / high frequency component synthesizer 18. As a method of separating the W signal into a high frequency component and a low frequency component, first, a low frequency component is extracted from the W signal by a low-pass filter, and then the extracted low frequency component signal is subtracted from the original W signal. An example is a method of obtaining a high frequency component of the W signal.

低周波成分合成部17は、該任意の画素位置に生成された輝度信号Yの低周波成分と、該任意の画素位置に生成されたW信号の低周波成分とを所定の重み付けで合成した合成信号Y(L)を生成して、これを低周波・高周波成分合成部18に入力する。例えば、輝度信号Yの低周波成分とW信号の低周波成分と1:1で重み付けを行って合成する。この場合の合成演算式は、{(輝度信号Yの低周波成分)+(W信号の低周波成分)}/2となる。   The low frequency component combining unit 17 combines the low frequency component of the luminance signal Y generated at the arbitrary pixel position and the low frequency component of the W signal generated at the arbitrary pixel position with a predetermined weight. A signal Y (L) is generated and input to the low frequency / high frequency component synthesizer 18. For example, the low frequency component of the luminance signal Y and the low frequency component of the W signal are weighted at a ratio of 1: 1 and combined. In this case, the synthesis arithmetic expression is {(low frequency component of luminance signal Y) + (low frequency component of W signal)} / 2.

低周波・高周波成分合成部18は、該任意の画素位置に対応して生成した合成信号Y(L)と、該任意の画素位置に生成されたW信号の高周波成分とを合成して輝度信号Y’を生成する。   The low frequency / high frequency component synthesizing unit 18 synthesizes the synthesized signal Y (L) corresponding to the arbitrary pixel position and the high frequency component of the W signal generated at the arbitrary pixel position to generate a luminance signal. Y ′ is generated.

図3は、図2に示した低周波成分合成部17による信号合成処理による効果を説明するための図である。図3では、輝度信号Yの低周波成分とW信号の低周波成分とを1:1で重み付けを行って合成する例を示した。   FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the signal synthesis processing by the low-frequency component synthesis unit 17 shown in FIG. FIG. 3 shows an example in which the low frequency component of the luminance signal Y and the low frequency component of the W signal are weighted by 1: 1 and combined.

図3に示すように、輝度信号Yの低周波成分とW信号の低周波成分とを1:1の重み付けで合成すると、合成信号はY(L)のようになり、輝度信号Yの低周波成分を、カラー画像データの画素データを構成する輝度信号の低周波成分として使う場合と比較して、飽和レベルに達するまでの光量を多くすることができる。この結果、高輝度被写体があった場合でも、画素データを構成する輝度信号の高周波成分の潰れを改善することができる。
又、輝度信号Yの低周波成分を、カラー画像データの画素データを構成する輝度信号の低周波成分として使う場合と比較して、該輝度信号の低周波成分と高周波成分のつながりを改善することができる。
又、画素データを構成する輝度信号としてW信号をそのまま使う場合に比べて、輝度再現性を改善することができる。
As shown in FIG. 3, when the low frequency component of the luminance signal Y and the low frequency component of the W signal are combined with a weight of 1: 1, the combined signal becomes Y (L), and the low frequency component of the luminance signal Y is obtained. Compared with the case where the component is used as a low-frequency component of the luminance signal constituting the pixel data of the color image data, the amount of light until reaching the saturation level can be increased. As a result, even when there is a high-luminance subject, it is possible to improve the collapse of the high-frequency component of the luminance signal constituting the pixel data.
Further, compared with the case where the low frequency component of the luminance signal Y is used as the low frequency component of the luminance signal constituting the pixel data of the color image data, the connection between the low frequency component and the high frequency component of the luminance signal is improved. Can do.
Further, the luminance reproducibility can be improved as compared with the case where the W signal is used as it is as the luminance signal constituting the pixel data.

以上のように構成された撮像装置の動作を説明する。
撮像が行われて撮像素子5から出力された撮像信号は、AFE11でゲイン調整がなされてデジタル変換された後、撮像装置の内部メモリに記憶される。内部メモリには、撮像素子5の各光電変換素子に対応する画素位置に、その光電変換素子から得られた撮像信号が配置された状態で撮像信号が記憶される。次に、内部メモリに記憶された撮像信号から、撮像素子5の各光電変換素子に対応する画素位置にR信号、G信号、B信号、及びW信号が生成される。そして、撮像素子5の各光電変換素子に対応する画素位置に、そこにある信号から、その画素位置に対応する画素データを構成する色差信号Cと輝度信号Yが生成される。次に、画素位置に生成された輝度信号Y及びW信号に基づいて、その画素位置に対応する画素データを構成する輝度信号Y’が生成される。このような処理により、撮像素子5の各光電変換素子に対応する画素位置には、色差信号Cと輝度信号Y’が生成されることになる。
The operation of the imaging apparatus configured as described above will be described.
The image pickup signal that has been picked up and output from the image pickup device 5 is subjected to gain adjustment by the AFE 11 and digitally converted, and then stored in the internal memory of the image pickup apparatus. The internal memory stores the imaging signal in a state where the imaging signal obtained from the photoelectric conversion element is arranged at the pixel position corresponding to each photoelectric conversion element of the imaging element 5. Next, an R signal, a G signal, a B signal, and a W signal are generated at the pixel position corresponding to each photoelectric conversion element of the image sensor 5 from the image signal stored in the internal memory. Then, a color difference signal C and a luminance signal Y constituting pixel data corresponding to the pixel position are generated from a signal at the pixel position corresponding to each photoelectric conversion element of the image sensor 5. Next, based on the luminance signal Y and the W signal generated at the pixel position, a luminance signal Y ′ constituting pixel data corresponding to the pixel position is generated. By such processing, the color difference signal C and the luminance signal Y ′ are generated at the pixel positions corresponding to the photoelectric conversion elements of the image sensor 5.

最後に、撮像素子5の各光電変換素子に対応する画素位置に生成した色差信号C及び輝度信号Y’を用いて、撮像素子5のRGB光電変換素子群の各光電変換素子の中間の位置に対応する画素位置と、撮像素子5のW光電変換素子群の各光電変換素子の中間の位置に対応する画素位置に、色差信号C及び輝度信号Y’が補間されて、正方配列の画素データからなるカラー画像データが生成される。このカラー画像データは圧縮された後、外部に出力可能な記録媒体に記録される。   Finally, using the color difference signal C and the luminance signal Y ′ generated at the pixel position corresponding to each photoelectric conversion element of the image sensor 5, the image sensor 5 has an intermediate position between the photoelectric conversion elements of the RGB photoelectric conversion element group. The color difference signal C and the luminance signal Y ′ are interpolated at the pixel position corresponding to the corresponding pixel position and the intermediate position of each photoelectric conversion element of the W photoelectric conversion element group of the image pickup element 5, and the pixel data of the square array is obtained. The color image data is generated. The color image data is compressed and then recorded on a recording medium that can be output to the outside.

以上のように、本実施形態の撮像装置は、撮像素子5の各光電変換素子に対応する画素位置に生成する輝度信号Y’の低周波成分を、その画素位置に生成した輝度信号Yの低周波成分と、その画素位置に生成したW信号の低周波成分とを合成して得られる合成信号Y(L)とし、輝度信号Y’の高周波成分を、その画素位置に生成したW信号の高周波成分としている。このため、輝度信号Yの低周波成分とW信号の高周波成分の合成信号を輝度信号Y’としている従来と比較して、輝度信号Y’の低周波成分の飽和を改善することができ、輝度信号Y’の高周波成分での潰れを防いで解像劣化を防ぐことができる。
又、輝度信号Yの低周波成分とW信号の高周波成分の合成信号を輝度信号Y’としている従来と比較して、輝度信号Y’の低周波成分と高周波成分のつながりを改善することができる。
又、画素データを構成する輝度信号としてW信号をそのまま使う場合と比較して輝度再現性を向上させることができる。
As described above, the imaging apparatus according to the present embodiment uses the low-frequency component of the luminance signal Y ′ generated at the pixel position corresponding to each photoelectric conversion element of the imaging element 5 as the low-frequency component of the luminance signal Y generated at the pixel position. A synthesized signal Y (L) obtained by synthesizing the frequency component and the low frequency component of the W signal generated at the pixel position, and the high frequency component of the luminance signal Y ′ as the high frequency of the W signal generated at the pixel position. As an ingredient. For this reason, the saturation of the low frequency component of the luminance signal Y ′ can be improved compared to the conventional case where the luminance signal Y ′ is a combined signal of the low frequency component of the luminance signal Y and the high frequency component of the W signal. It is possible to prevent degradation of the resolution by preventing the signal Y ′ from being crushed by high frequency components.
In addition, the connection between the low frequency component and the high frequency component of the luminance signal Y ′ can be improved as compared with the conventional case where the luminance signal Y ′ is a composite signal of the low frequency component of the luminance signal Y and the high frequency component of the W signal. .
Further, the luminance reproducibility can be improved as compared with the case where the W signal is used as it is as the luminance signal constituting the pixel data.

(第二実施形態)
第一実施形態では、図3に示したように、合成信号Y(L)の輝度再現性はW信号の低周波成分よりも良くなるが、色再現性は輝度信号Yの低周波成分よりも悪くなってしまう。本実施形態では、第一実施形態の撮像装置で生成される合成信号Y(L)の色再現性と輝度再現性をより向上させることが可能な撮像装置について説明する。
(Second embodiment)
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the luminance reproducibility of the combined signal Y (L) is better than the low frequency component of the W signal, but the color reproducibility is better than the low frequency component of the luminance signal Y. It gets worse. In the present embodiment, an imaging apparatus capable of further improving the color reproducibility and luminance reproducibility of the combined signal Y (L) generated by the imaging apparatus of the first embodiment will be described.

本実施形態の撮像装置では、図2に示した撮像装置の輝度信号生成部13が輝度信号Yを生成する際に用いる係数(α、β、γ)を、輝度信号Yの低周波成分と合成信号Y(L)とのレベル差が最小となるように最小二乗法等によって予め求めておき、図2に示した撮像装置の輝度信号生成部13が、この係数を用いて輝度信号Yを生成することで、色再現性と輝度再現性の向上を実現している。上記レベル差が最小となるような係数(α、β、γ)は、例えば、製品出荷前に、所定の画像を撮影して得られる信号から求めておくことが可能である。   In the imaging apparatus of the present embodiment, the coefficients (α, β, γ) used when the luminance signal generation unit 13 of the imaging apparatus shown in FIG. 2 generates the luminance signal Y are combined with the low-frequency component of the luminance signal Y. The luminance signal generation unit 13 of the imaging apparatus shown in FIG. 2 generates the luminance signal Y using this coefficient in advance by the least square method or the like so that the level difference with the signal Y (L) is minimized. As a result, the color reproducibility and luminance reproducibility are improved. The coefficients (α, β, γ) that minimize the level difference can be obtained from a signal obtained by photographing a predetermined image before product shipment, for example.

例えば、図3に示すように、Y(低周波)とY(L)とのレベル差を最小にするような係数(α、β、γ)で生成した輝度信号YをY_corrとすると、低周波成分合成部17から出力される信号Y(L)’は図示したようになる。   For example, as shown in FIG. 3, when a luminance signal Y generated with coefficients (α, β, γ) that minimizes the level difference between Y (low frequency) and Y (L) is Y_corr, The signal Y (L) ′ output from the component synthesizer 17 is as illustrated.

この信号Y(L)’は、途中まではY(低周波)と同じ特性となり、Y_corrが飽和する光量を超えた時点で、Wと同じ傾きに変化するニー特性をとる。このため、Y(低周波)と同等の色再現性を確保しつつ、飽和を確保することができる。この場合の輝度再現は、ニー特性より低い輝度は最適化が可能で、且つ、ニー特性により、輝度信号Y’の高周波成分が潰れないメリットが得られる。   This signal Y (L) 'has the same characteristics as Y (low frequency) until halfway, and has a knee characteristic that changes to the same slope as W when Y_corr exceeds the amount of light that saturates. For this reason, saturation can be ensured while ensuring color reproducibility equivalent to Y (low frequency). The luminance reproduction in this case can be optimized for luminance lower than the knee characteristic, and the knee characteristic provides an advantage that the high frequency component of the luminance signal Y ′ is not crushed.

尚、図2に示した撮像装置において、上記係数(α、β、γ)は第一実施形態で説明したように最適な値のままとし、AFE11でのレベル調整時の各信号に乗じるゲインを、上記レベル差が最小となるような値に変更しておくことでも、輝度再現性と色再現性を向上させることができる。上記レベル差が最小となるようなゲインは、例えば、製品出荷前に、所定の画像を撮影して得られる信号から求めておくことが可能である。   In the imaging apparatus shown in FIG. 2, the coefficients (α, β, γ) are set to optimum values as described in the first embodiment, and gains to be multiplied by signals at the time of level adjustment in the AFE 11 are set. The luminance reproducibility and color reproducibility can also be improved by changing to a value that minimizes the level difference. The gain that minimizes the level difference can be obtained, for example, from a signal obtained by photographing a predetermined image before product shipment.

又、図2には図示していないが、本実施形態の撮像装置には、輝度信号生成部13の前段に、R信号、G信号、及びB信号の各々にホワイトバランスゲインを乗じてホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正部が設けられている。このホワイトバランスゲインは、色信号毎に異なり、又、被写体光源に応じて変化するものである。このため、ホワイトバランス補正部には、被写体光源毎に、異なるホワイトバランスゲインが記憶されている。   Although not shown in FIG. 2, the imaging apparatus according to the present embodiment multiplies each of the R signal, the G signal, and the B signal by the white balance gain before the luminance signal generation unit 13 to obtain the white balance. A white balance correction unit is provided to correct the above. The white balance gain differs for each color signal and changes depending on the subject light source. For this reason, the white balance correction unit stores different white balance gains for each subject light source.

上記レベル差を最小にするために、係数(α、β、γ)を変更する場合を例にすると、ホワイトバランスゲインが変更されれば、上記レベル差も当然変化することになり、上記レベル差が最小となるような係数(α、β、γ)も当然変化する。このため、撮像装置内には、上記レベル差が最小となるような係数(α、β、γ)を被写体光源毎に記憶しておき、輝度信号生成部13が、撮影時に設定された被写体光源に応じた係数を読み出して、輝度信号Yの生成を行うことが好ましい。このようにすることで、被写体光源の変化にも対応することができる。   Taking the case of changing the coefficients (α, β, γ) as an example in order to minimize the level difference, if the white balance gain is changed, the level difference naturally changes. Naturally, the coefficients (α, β, γ) that minimize the value also change. Therefore, coefficients (α, β, γ) that minimize the level difference are stored for each subject light source in the imaging device, and the luminance signal generation unit 13 sets the subject light source set at the time of photographing. It is preferable to generate the luminance signal Y by reading out the coefficient corresponding to. In this way, it is possible to cope with changes in the subject light source.

又、上記レベル差を最小にするために、AFE11でのゲインを変更する場合を例にすると、ホワイトバランスゲインが変更されれば、上記レベル差も当然変化することになり、上記レベル差が最小となるようなゲインも当然変化する。このため、撮像装置内には、上記レベル差が最小となるようなゲインを被写体光源毎に記憶しておき、AFE11が、撮影時に設定された被写体光源に応じたゲインを読み出して、ゲイン調整を行うことが好ましい。このようにすることで、被写体光源の変化にも対応することができる。
(第三実施形態)
第二実施形態の撮像装置では、上記係数及びゲインは固定とし、W信号のレベルを調整することで、上記レベル差を最小にするようにしている。
Further, in the case of changing the gain at the AFE 11 in order to minimize the level difference, if the white balance gain is changed, the level difference naturally changes, and the level difference is minimized. Naturally, such a gain also changes. For this reason, the gain that minimizes the level difference is stored for each subject light source in the imaging apparatus, and the AFE 11 reads the gain corresponding to the subject light source set at the time of shooting and performs gain adjustment. Preferably it is done. In this way, it is possible to cope with changes in the subject light source.
(Third embodiment)
In the imaging apparatus according to the second embodiment, the coefficient and gain are fixed, and the level difference is minimized by adjusting the level of the W signal.

図4は、本発明の第三実施形態である撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図4において図2と同様の構成には同一符号を付してある。図4に示す撮像装置は、図2に示す撮像装置にW調整部19を追加した構成となっている。   FIG. 4 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same components as those in FIG. The imaging apparatus shown in FIG. 4 has a configuration in which a W adjustment unit 19 is added to the imaging apparatus shown in FIG.

W調整部19は、上記レベル差が最小となるように、RGBW補間部12で各画素位置に生成されたW信号のレベルを下記式(2)による演算を行って調整するものである。
調整後のW信号=調整前のW信号+xR信号+yG信号+zB信号 ・・・(2)
The W adjustment unit 19 adjusts the level of the W signal generated at each pixel position by the RGBW interpolation unit 12 by performing calculation according to the following equation (2) so that the level difference is minimized.
W signal after adjustment = W signal before adjustment + xR signal + yG signal + zB signal (2)

式(2)において、R信号、G信号、及びB信号は、RGBW補間部12によって、調整対象となるW信号と同じ画素位置に生成された信号である。又、x、y、zは重み付け係数である。   In Expression (2), the R signal, the G signal, and the B signal are signals generated by the RGBW interpolation unit 12 at the same pixel position as the W signal to be adjusted. X, y, and z are weighting coefficients.

上記重み付け係数を、所定の画像を撮影したときに得られる信号から、合成信号Y(L)と輝度信号Yの低周波成分とのレベル差が最小となるように予め求めおけば良い。   The weighting coefficient may be obtained in advance from a signal obtained when a predetermined image is captured so that the level difference between the synthesized signal Y (L) and the low frequency component of the luminance signal Y is minimized.

このように、W信号のレベルを事前に調整しておくことでも、輝度再現性及び色再現性を向上させることができる。更に、輝度信号Y’の低周波成分と高周波成分のつながりを改善することができる。   As described above, the luminance reproducibility and the color reproducibility can be improved by adjusting the level of the W signal in advance. Furthermore, the connection between the low frequency component and the high frequency component of the luminance signal Y ′ can be improved.

本実施形態の撮像装置においても同様に、ホワイトバランス補正部が設けられている。つまり、ホワイトバランスゲインが変更されれば、上記レベル差も当然変化することになり、上記レベル差が最小となるような係数(x、y、z)も当然変化する。このため、撮像装置内には、上記レベル差が最小となるような係数(x、y、z)を被写体光源毎に記憶しておき、W調整部19が、撮影時に設定された被写体光源に応じた係数を読み出して、W信号のレベル調整を行うことが好ましい。このようにすることで、被写体光源の変化にも対応することができる。   Similarly, in the imaging apparatus of the present embodiment, a white balance correction unit is provided. That is, if the white balance gain is changed, the level difference naturally changes, and the coefficients (x, y, z) that minimize the level difference naturally change. For this reason, in the imaging apparatus, coefficients (x, y, z) that minimize the level difference are stored for each subject light source, and the W adjustment unit 19 sets the subject light source set at the time of photographing. It is preferable to adjust the level of the W signal by reading the corresponding coefficient. In this way, it is possible to cope with changes in the subject light source.

(第四実施形態)
第一実施形態〜第三実施形態で説明した撮像素子5の光電変換素子の配列は、図1に示したものに限らず、光電変換素子51Rと、光電変換素子51Gと、光電変換素子51Bと、光電変換素子51Wとが一次元状又は二次元状に配設された構成であれば良い。
(Fourth embodiment)
The arrangement of the photoelectric conversion elements of the imaging element 5 described in the first embodiment to the third embodiment is not limited to that shown in FIG. 1, but includes the photoelectric conversion element 51R, the photoelectric conversion element 51G, and the photoelectric conversion element 51B. The photoelectric conversion element 51W may be configured in a one-dimensional or two-dimensional manner.

図5は、撮像素子5の光電変換素子の配列の変形例を示す図である。
図5に示すように、半導体基板上に光電変換素子51R,51G,51B,51Wからなる多数の光電変換素子を正方格子状に配列し、光電変換素子51R,51G,51BからなるRGB光電変換素子群と、光電変換素子51WからなるW光電変換素子群とで市松模様を構成するように、RGB光電変換素子群とW光電変換素子群を互いに市松状に配置した構成としても良い。
FIG. 5 is a diagram illustrating a modification of the arrangement of the photoelectric conversion elements of the image sensor 5.
As shown in FIG. 5, a large number of photoelectric conversion elements composed of photoelectric conversion elements 51R, 51G, 51B, 51W are arranged in a square lattice pattern on a semiconductor substrate, and an RGB photoelectric conversion element composed of photoelectric conversion elements 51R, 51G, 51B. The RGB photoelectric conversion element group and the W photoelectric conversion element group may be arranged in a checkered pattern so that the group and the W photoelectric conversion element group including the photoelectric conversion elements 51W form a checkered pattern.

(第五実施形態)
図1及び図5に示すRGB光電変換素子群の上方に設けるフィルタは、原色フィルタではなく、補色フィルタであっても良い。
補色フィルタを用いた場合でも、撮像素子5の各光電変換素子に対応する画素位置に、R成分の信号、G成分の信号、B成分の信号、及び輝度成分の信号を生成することは可能であるため、本発明を適用することができる。又、フィルタの色数は、3つに限らず、4つ以上であっても良い。
(Fifth embodiment)
The filter provided above the RGB photoelectric conversion element group shown in FIGS. 1 and 5 may be a complementary color filter instead of a primary color filter.
Even when the complementary color filter is used, it is possible to generate an R component signal, a G component signal, a B component signal, and a luminance component signal at the pixel position corresponding to each photoelectric conversion element of the image sensor 5. Therefore, the present invention can be applied. Further, the number of colors of the filter is not limited to three, and may be four or more.

(第六実施形態)
第一実施形態の撮像装置において、RGB光電変換素子群を構成する光電変換素子の数と同じ数の画素データからなるカラー画像データを生成する撮影モードがあっても良い。
(Sixth embodiment)
In the imaging device of the first embodiment, there may be a photographing mode for generating color image data composed of the same number of pixel data as the number of photoelectric conversion elements constituting the RGB photoelectric conversion element group.

この場合、RGBW補間部12は、AFE11から出力されたR信号、G信号、B信号、及びW信号から、メモリ上の光電変換素子51R,51G,51Bの各々に対応する画素位置に、該画素位置に対応する光電変換素子から得られる撮像信号と、該光電変換素子の周囲の該光電変換素子とは異なる種類の光電変換素子から得られる撮像信号とを用いて、R信号、G信号、B信号、及びW信号を生成する処理を行う。   In this case, the RGBW interpolation unit 12 uses the R signal, the G signal, the B signal, and the W signal output from the AFE 11 at the pixel position corresponding to each of the photoelectric conversion elements 51R, 51G, and 51B on the memory. Using an imaging signal obtained from a photoelectric conversion element corresponding to a position and an imaging signal obtained from a photoelectric conversion element of a type different from the photoelectric conversion element around the photoelectric conversion element, an R signal, a G signal, and a B signal A process of generating a signal and a W signal is performed.

光電変換素子51R,51G,51Bの各々に対応する画素位置に生成すべきW信号は、該画素位置に隣接する光電変換素子51Wから得られたW信号をそのまま利用すれば良い。   As the W signal to be generated at the pixel position corresponding to each of the photoelectric conversion elements 51R, 51G, and 51B, the W signal obtained from the photoelectric conversion element 51W adjacent to the pixel position may be used as it is.

そして、光電変換素子51R,51G,51Bの各々に対応する画素位置に、上記生成した信号から色差信号Cと輝度信号Yを生成し、輝度信号YとW信号から輝度信号Y’を生成して、カラー画像データを完成させれば良い。   Then, the color difference signal C and the luminance signal Y are generated from the generated signal at the pixel position corresponding to each of the photoelectric conversion elements 51R, 51G, and 51B, and the luminance signal Y ′ is generated from the luminance signal Y and the W signal. Color image data may be completed.

つまり、最終的に輝度信号Y’と色差信号Cが生成される画素位置が、特許請求の範囲のカラー画像データを構成する画素データの座標位置に相当する。
第一実施形態の場合には、固体撮像素子5に含まれる全ての光電変換素子に対応する画素位置が上記座標位置になり、第六実施形態の場合には、RGB光電変換素子群を構成する光電変換素子に対応する画素位置が上記座標位置になる。
That is, the pixel position where the luminance signal Y ′ and the color difference signal C are finally generated corresponds to the coordinate position of the pixel data constituting the color image data in the claims.
In the case of the first embodiment, the pixel positions corresponding to all the photoelectric conversion elements included in the solid-state imaging device 5 are the coordinate positions, and in the case of the sixth embodiment, an RGB photoelectric conversion element group is configured. The pixel position corresponding to the photoelectric conversion element is the coordinate position.

本発明の第一実施形態である撮像装置に搭載される撮像素子の部分平面模式図Schematic diagram of a partial plane of an image sensor mounted on the image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態である撮像装置の概略構成を示すブロック図1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2に示した低周波成分合成部による信号合成処理による効果を説明するための図The figure for demonstrating the effect by the signal synthetic | combination process by the low frequency component synthetic | combination part shown in FIG. 本発明の第三実施形態である撮像装置の概略構成を示すブロック図The block diagram which shows schematic structure of the imaging device which is 3rd embodiment of this invention. 図1に示す撮像素子の光電変換素子の配列の変形例を示す図The figure which shows the modification of the arrangement | sequence of the photoelectric conversion element of the image pick-up element shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

5 撮像素子
12 RGBW補間部
13 輝度信号生成部
51R,G,B 色検出用の光電変換素子
51W 輝度検出用の光電変換素子
5 Image sensor 12 RGBW interpolation unit 13 Luminance signal generation unit 51R, G, B Color detection photoelectric conversion element 51W Luminance detection photoelectric conversion element

Claims (8)

それぞれ異なる色の光を検出する少なくとも3種類の色検出用の光電変換素子と、光の輝度成分を検出する輝度検出用の光電変換素子とを含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、
生成すべきカラー画像データを構成する画素データの座標位置に、前記色検出用の光電変換素子及び前記輝度検出用の光電変換素子から得られた信号を用いてR(赤色)成分の信号と、G(緑色)成分の信号と、B(青色)成分の信号と、輝度成分の信号とを生成する信号生成手段と、
前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号から前記座標位置に第一の輝度信号を生成する第一の輝度信号生成手段と、
前記座標位置に生成された前記第一の輝度信号の低周波成分と前記座標位置に生成された前記輝度成分の信号の低周波成分とを合成した合成信号と、前記座標位置に生成された前記輝度成分の信号の高周波成分とを合成して、前記座標位置の前記画素データを構成する輝度信号である第二の輝度信号を生成する第二の輝度信号生成手段とを備える撮像装置。
An imaging apparatus having a solid-state imaging device including at least three types of color detection photoelectric conversion elements for detecting light of different colors and a luminance detection photoelectric conversion element for detecting a luminance component of light,
R (red) component signals using the signals obtained from the color detection photoelectric conversion elements and the luminance detection photoelectric conversion elements at the coordinate positions of the pixel data constituting the color image data to be generated; Signal generating means for generating a G (green) component signal, a B (blue) component signal, and a luminance component signal;
First luminance signal generation means for generating a first luminance signal at the coordinate position from the R component signal, the G component signal, and the B component signal generated at the coordinate position;
A synthesized signal obtained by synthesizing a low frequency component of the first luminance signal generated at the coordinate position and a low frequency component of the signal of the luminance component generated at the coordinate position, and the generated at the coordinate position An imaging apparatus comprising: a second luminance signal generating unit configured to combine a high frequency component of a luminance component signal and generate a second luminance signal that is a luminance signal that constitutes the pixel data at the coordinate position.
請求項1記載の撮像装置であって、
前記第一の輝度信号生成手段が、前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号を、所定の輝度生成係数で重み付け加算して前記第一の輝度信号を生成するものであり、
前記所定の輝度生成係数が、前記所定の輝度生成係数を前記色検出用の光電変換素子から得られる信号のみでカラー画像データを生成する場合に最適な値としたときの前記第一の輝度信号の低周波成分と前記合成信号とのレベル差が最小となるような値に設定されている撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1,
The first luminance signal generation means weights and adds the R component signal, the G component signal, and the B component signal generated at the coordinate position with a predetermined luminance generation coefficient. The luminance signal of
The first luminance signal when the predetermined luminance generation coefficient is an optimum value when color image data is generated only from a signal obtained from the color detection photoelectric conversion element. An imaging device that is set to a value that minimizes the level difference between the low-frequency component and the synthesized signal.
請求項1記載の撮像装置であって、
前記第一の輝度信号生成手段が、前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号を、前記色検出用の光電変換素子から得られる信号のみでカラー画像データを生成する場合に最適な輝度生成係数で重み付け加算して前記第一の輝度信号を生成するものであり、
前記第一の輝度信号の生成前に、前記色検出用の光電変換素子から得られる信号のレベルを調整するレベル調整手段を備え、
前記レベル調整手段が、前記第一の輝度信号の低周波成分と前記合成信号とのレベル差が最小となるようなゲインを用いて、前記信号のレベルを調整する撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1,
The first luminance signal generation means uses only the signal obtained from the color detection photoelectric conversion element for the R component signal, the G component signal, and the B component signal generated at the coordinate position. And generating the first luminance signal by weighted addition with an optimal luminance generation coefficient when generating color image data at
A level adjusting means for adjusting a level of a signal obtained from the photoelectric conversion element for color detection before the generation of the first luminance signal;
An image pickup apparatus in which the level adjusting unit adjusts the level of the signal using a gain that minimizes a level difference between a low frequency component of the first luminance signal and the synthesized signal.
請求項2記載の撮像装置であって、
前記レベル差が最小となるような前記輝度生成係数を被写体光源毎に記憶する記憶手段を備え、
前記第一の輝度信号生成手段が、撮影時に設定された被写体光源に応じた前記輝度生成係数を用いて前記第一の輝度信号を生成する撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 2,
Storage means for storing the luminance generation coefficient that minimizes the level difference for each subject light source;
An imaging apparatus in which the first luminance signal generation unit generates the first luminance signal using the luminance generation coefficient corresponding to a subject light source set at the time of shooting.
請求項3記載の撮像装置であって、
前記レベル差が最小となるようなゲインを被写体光源毎に記憶する記憶手段を備え、
前記レベル調整手段が、撮影時に設定された被写体光源に応じた前記ゲインを用いて前記信号のレベルを調整する撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 3,
Storage means for storing a gain that minimizes the level difference for each subject light source;
An imaging apparatus in which the level adjusting means adjusts the level of the signal using the gain according to a subject light source set at the time of photographing.
請求項1記載の撮像装置であって、
前記第一の輝度信号生成手段が、前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号を、前記色検出用の光電変換素子から得られる信号のみで画像データを生成する場合に最適な輝度生成係数で重み付け加算して前記第一の輝度信号を生成するものであり、
前記第一の輝度信号の低周波成分と前記合成信号とのレベル差が最小となるように、前記座標位置に生成された前記輝度成分の信号のレベルを、前記座標位置に生成された前記R成分の信号、前記G成分の信号、及び前記B成分の信号に基づいて調整するレベル調整手段を備える撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1,
The first luminance signal generation means uses only the signal obtained from the color detection photoelectric conversion element for the R component signal, the G component signal, and the B component signal generated at the coordinate position. And generating the first luminance signal by weighted addition with an optimal luminance generation coefficient when generating image data at
The level of the luminance component signal generated at the coordinate position is set to the R position generated at the coordinate position so that the level difference between the low frequency component of the first luminance signal and the synthesized signal is minimized. An imaging apparatus comprising level adjusting means for adjusting based on a component signal, the G component signal, and the B component signal.
請求項6記載の撮像装置であって、
前記レベル調整手段が、前記座標位置に生成された前記R成分の信号と、前記G成分の信号と、前記B成分の信号とを所定の係数で重み付け加算して得られる調整データを、前記座標位置に生成された前記輝度成分の信号に加算して前記レベルの調整を行う撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 6,
Adjustment data obtained by weighting and adding the R component signal, the G component signal, and the B component signal generated at the coordinate position by a predetermined coefficient by the level adjusting means, An imaging apparatus that adjusts the level by adding to the luminance component signal generated at a position.
請求項7記載の撮像装置であって、
前記所定の係数を被写体光源毎に記憶する記憶手段を備え、
前記レベル調整手段が、撮影時に設定された被写体光源に応じた前記所定の係数を用いて前記輝度成分の信号のレベルを調整する撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 7,
Storage means for storing the predetermined coefficient for each subject light source;
An imaging apparatus in which the level adjusting means adjusts the level of the signal of the luminance component using the predetermined coefficient corresponding to a subject light source set at the time of shooting.
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