JP5359465B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置 - Google Patents
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Description
市松配列に準拠し、上下左右の少なくとも一方の隣接2画素が同色の色フィルタアレイを有し、
前記色フィルタアレイは、
近似的に、空間サンプリング点x,yがx=3*(2n−1+oe)+1±2、y=3m−2(n,m=整数、oe=mが奇数のとき0/偶数のとき1)と、x=3*(2n−1+oe)+1、y=3m−2±2(n,m=整数、oe=mが奇数のとき0/偶数のとき1)の少なくとも一方に配列された色配列となっている。
1.本発明が適用される固体撮像装置(CMOSイメージセンサの例)
2.本発明の特徴部分の要旨
3.第1実施形態(同色4画素単位のRGBベイヤ配列を45度回転させた例)
4.第2実施形態(同色4画素単位のWRGB市松配列を45度回転させた例)
5.第3実施形態(同色4画素単位のW市松配列を45度回転させた例)
6.画素配列の変形例
7.適用例(撮像装置の例)
[システム構成]
図1は、本発明が適用される固体撮像装置、例えばX−Yアドレス型固体撮像装置の一種であるCMOSイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。
図2は、単位画素20の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本回路例に係る単位画素20は、光電変換素子、例えばフォトダイオード21と、例えば転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の4つのトランジスタとを有する構成となっている。
ところで、一般的に、動画撮像のときにはフレームレートを上げ、高速動画撮像を実現するために、隣接する複数の画素の信号を加算して読み出す画素加算が行われる。この画素加算については、画素内や、垂直信号線19上や、カラム処理部14や、後段の信号処理部などで行うことができる。ここで、一例として、例えば上下左右に隣接する4画素の信号を画素内で加算する場合の画素構成について説明する。
以上説明したCMOSイメージセンサ10において、色解像度の低下を抑えつつ輝度の感度向上を図るに当たって、画像メモリ32の容量を低減するための色フィルタアレイ33のカラーコーディングおよびDSP回路31でのデモザイク処理を特徴としている。画像メモリ32は、DSP回路31でのデモザイク処理等の信号処理に用いられる。
(カラーコーディング)
図4は、本発明の第1実施形態に係る色フィルタアレイ33Aのカラーコーディングを示す図である。
第1実施形態に係る色フィルタアレイ33Aのカラーコーディングに対応した画素信号は、画像メモリ32に一時的に記録した画素信号を基にDSP回路31において、RGBベイヤ配列を45度回転させた市松配列を正方配列にするデモザイク処理が行われる。
(カラーコーディング)
図9は、本発明の第2実施形態に係る色フィルタアレイ33Bのカラーコーディングを示す図である。
第2実施形態に係る色フィルタアレイ33Bのカラーコーディングに対応した画素信号は、画像メモリ32に一時的に記録した画素信号を基にDSP回路31において、WRGB市松配列を45度回転させたカラーコーディング(市松配列)を正方配列にするデモザイク処理が行われる。
(カラーコーディング)
図14は、本発明の第3実施形態に係る色フィルタアレイ33Cのカラーコーディングを示す図である。
DSP回路31において、第1実施形態の場合と同様のデモザイク処理が、第3実施形態に係る色フィルタアレイ33Cのカラーコーディングに対応した画素信号に対して行われる。このデモザイク処理において、輝度信号の主成分となる白色や緑色の解像度を重視する場合は、先ず上下左右に隣接するW/Gの4画素の中心に、当該4画素のW/Gの信号から、例えば加算平均をとるなどの補間処理によってG信号を生成する。そして、残りの上下左右に隣接するR/Bの画素部分では、同色斜め2画素を加算平均し、その中心に画素重心を設定する。
続いて、第1、第2、第3実施形態に係る色フィルタアレイ33A,33B,33Cに関して、上下左右隣接4画素が同色となるカラーコーディングにおいて、同色4画素の信号を加算する画素加算(同色4画素加算)について述べる。
ここで、先述した、光学的画素中心をマイクロレンズの中心に寄せた寄り目の画素配列(寄り目配列)について説明する。
第1乃至第3実施形態では、異なる色を跨ぐように4画素(上下2画素×左右2画素)単位で1つのマイクロレンズ34A,34B,34Cを共有する構成を採っている。これらの実施形態のうち、第1、第3実施形態では、単位となる4画素のうち、2画素が同一色となっている。
上述した位相差検出では、1つのマイクロレンズ内に属する同色2画素の信号を用いるとしている。これに対して、1つのマイクロレンズ内に属する全色の画素の信号を用いた処理を行うことで、2次元視差画像を得る周知の「Light Field Photography」と呼ばれる手法を用いた撮像装置を構築することができる。
第1乃至第3実施形態では、色配列の単位となる上下左右隣接4画素が同一色となる画素配列(色配列)としているが、本発明はこの色配列への適用に限られるものではなく、例えば、同色4画素と同色2画素とが混在する色配列にも適用可能である。以下に、同色4画素と同色2画素とが混在する変形例について説明する。
(カラーコーディング)
図26は、第1変形例に係るカラーコーディングを示す図である。本変形例に係るカラーコーディングは、第3実施形態に係る色フィルタアレイ33Cのカラーコーディング、即ち4画素を単位とするW市松配列を45度回転させたカラーコーディングを基本としている。
続いて、第1変形例に係るカラーコーディングの市松配列を正方配列にするデモザイク処理について説明する。
(カラーコーディング)
図34は、第2変形例に係るカラーコーディングを示す図である。本変形例に係るカラーコーディングは、第1変形例に係るカラーコーディング、即ちW/Gフィルタについては4画素が共に同一色となり、R/BフィルタについてはR2画素とB2画素の組合せとなるカラーコーディングを基本としている。
続いて、第2変形例に係るカラーコーディングの市松配列を正方配列にするデモザイク処理について説明する。
(カラーコーディング)
図41は、第3変形例に係るカラーコーディングを示す図である。本変形例に係るカラーコーディングは、各画素の感度の高低の組合せを第2変形例に係るカラーコーディングと異にしたカラーコーディングとなっている。
続いて、第3変形例に係るカラーコーディングの市松配列を正方配列にするデモザイク処理について説明する。第2変形例の場合とは各画素の感度の高低の組合せが異なるだけであり、基本的なデモザイク処理については同じである。
[撮像装置]
図48は、本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
Claims (19)
- 市松配列に準拠し、上下左右の少なくとも一方の隣接2画素が同色の色フィルタアレイを有し、
前記色フィルタアレイは、
近似的に、空間サンプリング点x,yがx=3*(2n−1+oe)+1±2、y=3m−2(n,m=整数、oe=mが奇数のとき0/偶数のとき1)と、x=3*(2n−1+oe)+1、y=3m−2±2(n,m=整数、oe=mが奇数のとき0/偶数のとき1)の少なくとも一方に配列され、
n,m単位でm値が奇数または偶数の空間サンプリング点同士が同色となり、当該同色が輝度信号の主成分となる緑色または白色となる色配列である固体撮像装置。 - 前記色フィルタアレイは、上下左右に隣接する4つの画素のうち、当該4つの画素の全てが同色となる色配列である請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記色フィルタアレイは、上下左右に隣接する4つの画素のうち、少なくとも点対称の位置関係にある2画素が同色となる色配列である請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記色フィルタアレイは、前記同色が緑色であり、当該緑色以外の部分が上下左右に隣接する4つの画素で赤色と青色の同色となる色配列である請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記色フィルタアレイは、前記同色が緑色または白色であり、当該緑色または白色以外の部分が上下左右に隣接する4つの画素で赤色と青色の同色となる色配列である請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記色フィルタアレイは、前記同色が白色であり、当該白色以外の部分が上下左右に隣接する4つの画素で緑色と赤色と青色の同色となる色配列である請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記色フィルタアレイは、前記同色が白色であり、当該白色以外の部分が上下左右に隣接する4つの画素で緑色の同色と、上下左右に隣接する4つの画素で赤色と青色が点対称の位置関係にある2画素で同色となる色配列である請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記色フィルタアレイは、前記4つの画素のうち、点対称の位置関係にある2画素同士の感度が異なる請求項4に記載の固体撮像装置。
- n,m値が異なる隣接する4画素を単位とし、当該4画素ごとに1つのマイクロレンズが配置されてなるマイクロレンズアレイを有する請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記4画素は、各光学的画素中心が1つのマイクロレンズの中心に寄せて配置されている請求項9に記載の固体撮像装置。
- 前記マイクロレンズアレイは、マイクロレンズの曲率がn方向とm方向で異なる請求項9に記載の固体撮像装置。
- 上下左右に隣接する4つの画素ごとに当該4つの画素の中央部にフローティングディフュージョン部を有し、当該フローティングディフュージョン部において隣接する4つの同色画素間または点対称の位置関係にある2つの同色画素間で電荷の加算を行う請求項2または請求項3に記載の固体撮像装置。
- 上下左右に隣接する4つの画素ごとに当該4つの画素の中央部にフローティングディフュージョン部を有し、
前記フローティングディフュージョン部は、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズ相互間のギャップに配置されている請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記4つの画素を構成する素子は、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズ相互間のギャップに配置されている請求項9に記載の固体撮像装置。
- 白色の画素については、実際に存在する画素の情報から画素が存在しない部分の画素情報をその周囲の画素情報を基に生成して全画素に展開し、隣接する4つの白色の画素の情報から当該4つの白色の画素の真ん中の位置の白色の画素情報を求める信号処理回路を有する請求項7に記載の固体撮像装置。
- 前記信号処理回路は、緑色、赤色、青色の各画素については、当該画素の情報と前記真ん中の位置の白色の画素情報との色相関から画素情報を求めることによって色情報を再現し、当該色情報と前記白色の画素情報とを合成し、この合成した信号に対して空間帯域ローパスフィルタをかける請求項15に記載の固体撮像装置。
- 市松配列に準拠し、上下左右の少なくとも一方の隣接2画素が同色の色フィルタアレイを有し、
前記色フィルタアレイは、
近似的に、空間サンプリング点x,yがx=3*(2n−1+oe)+1±2、y=3m−2(n,m=整数、oe=mが奇数のとき0/偶数のとき1)と、x=3*(2n−1+oe)+1、y=3m−2±2(n,m=整数、oe=mが奇数のとき0/偶数のとき1)の少なくとも一方に配列され、
n,m単位でm値が奇数または偶数の空間サンプリング点同士が同色となり、当該同色が輝度信号の主成分となる緑色または白色であり、当該白色以外の部分が上下左右に隣接する4つの画素で緑色の同色と、上下左右に隣接する4つの画素で赤色と青色が点対称の位置関係にある2画素で同色となる色配列である
固体撮像装置の信号処理に当たって、
白色の画素については、実際に存在する画素の情報から画素が存在しない部分の画素情報をその周囲の画素情報を基に生成して全画素に展開し、隣接する4つの白色の画素の情報から当該4つの白色の画素の真ん中の位置の白色の画素情報を求める固体撮像装置の信号処理方法。 - 緑色、赤色、青色の各画素については、当該画素の情報と前記真ん中の位置の白色の画素情報との色相関から画素情報を求めることによって色情報を再現し、当該色情報と前記白色の画素情報とを合成し、この合成した信号に対して空間帯域ローパスフィルタをかける請求項17に記載の固体撮像装置の信号処理方法。
- 市松配列に準拠し、上下左右の少なくとも一方の隣接2画素が同色の色フィルタアレイを有し、
前記色フィルタアレイは、
近似的に、空間サンプリング点x,yがx=3*(2n−1+oe)+1±2、y=3m−2(n,m=整数、oe=mが奇数のとき0/偶数のとき1)と、x=3*(2n−1+oe)+1、y=3m−2±2(n,m=整数、oe=mが奇数のとき0/偶数のとき1)の少なくとも一方に配列され、
n,m単位でm値が奇数または偶数の空間サンプリング点同士が同色となり、当該同色が輝度信号の主成分となる緑色または白色となる色配列である固体撮像装置を有する撮像装置。
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