JPH03114378A

JPH03114378A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH03114378A
Application number: JP1250689A
Authority: JP
Inventors: Taku Sasaki; 卓佐々木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1989-09-28
Publication date: 1991-05-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電子スチルカメラ等の撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、　ＣＣＤ　（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄ
ｅｖｉｃｅ）などの固体撮像素子の信号をＡ／Ｄ　（ア
ナログ−ディジタル）変換し、このディジタルデータを
着脱式の半導体メそりや、回転式のフロッピーディスク
にディジタル記録することによって、写真フィルムを不
要にした電子スチルカメラの開発が行われている。

第２図はこの従来例のブロック図であり、例えば、第３
図に示すような色フィルタを各画素に設けたＣＣＤセン
サ２０１からの信号をアナログ処理部２０２でＣＤ５（
相関二重サンプリング）。

ブランキング、ブレニーなどの処理をアナログ回路で行
ったのち、Ａ／Ｄ変換器２０３で、例えば９ビツトのデ
ィジタルデータに変換する。

このディジタルデータをそのまま半導体メモリ２０５へ
格納したのでは、−画面当りの容量が大きすぎて、１個
の半導体メモリに格納できる画像の枚数か少なくなり、
電子スチルカメラとしては、使いにくいものになってし
まう。

そこで、通常、圧縮処理部２０４を設け、ディジタルデ
ータの圧縮を行ったのち、半導体メモリ２０５ヘデータ
か占き込まれる。圧縮の手法としては、様々のものがあ
るが、ＤＰＣＭ（差分符号化）やＤＣＴ（１敗コサイン
変換）がよく用いられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来例における問題点はふたつある。

第１の問題点は、Ａ／Ｄ変換器の構成である。量子化雑
音のない充分な画質を得るためには、Ａ／Ｄ変換部２０
３の量子化数が多いほどよく特に色フィルタが補色の場
合は、色信号かへ一スパントでなく変調信号なので、少
なくとも９ビット以上は必要と考えられ、このとことは
、Ａ／Ｄ変換器の複雑化と装置のコスト高を招いている
。

第２の問題点は、圧縮処理部２０４である。当然のこと
ながら、圧縮処理部はない方が回路が簡単で好ましいが
、全く圧縮しないと、先に述べたように、半導体メモリ
に格納できる画像の数が著しく少なくなって実用的でな
くなってしまう。

従って、圧縮処理部を別に設ける必要があるため、やは
り装置の複雑化とコスト高を招いている。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
で、別個の圧縮処理部を要せず、ビット数の少ないＡ／
Ｄ変換器を用いて充分な画質を確保することのできる撮
像装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段〕本発明は、ｍｌ記目的を達成するため、互いに相関関係
が高い信号の差分、すなわち固体撮像素子における近接
している画素の信号の差分を量子化する差分符号化手段
を用いるものである。

即ち、本発明は餌述の課題を解決するため、撮像装置を
っぎの（１）、（２）のとおりに構成する。

（１）固体撮像素子における近接している画素の信号の
差分を量子化する差分符号化手段、該差分符号化手段の
出力を供給する装置出力端を有する装置本体と、該装置
本体の装置出力端からの出力を記録可能な記憶体とを備
えた撮像装置。

（２）複数種の色フィルタを設けた固体撮像素子、該固
体撮像素子における水平走査方向で近接している同種フ
ィルタの画素からの信号の差分を１量子化する差分符号
化手段、該差分符号化手段の出力を供給する装置出力端
を有する装置本体と、該装置本体の装置出力端からの出
力を記録可能な記憶体とを備えた撮像装置。

〔作用〕

前記（１）、（２）の構成により、固体撮像素子の信号
は圧縮されて符号化され、そのまま記憶体に記憶される
。

そして、これにより、例えば６〜８ビット程度のＡ／Ｄ
変換器を用いて９〜１１ビット以上の精度を得られるの
で前述の第１の問題点が解決でき、また、差分符号化手
段の出力は、出力そのものが圧縮が行われた結果である
ので、これをそのまま半導体メモリへ記録すれば特に別
に圧縮処理部を設ける必要がなく、前述の第２の問題点
も解決できる。

ところで、差分の量子化による圧縮効率を高めるには、
互いの相関係数の高いものの差分を量子化した方がＤＰ
ＣＭの効率がよいことが知られている。（例えば、日刊
工業新開発行、吹抜著“画像のディジタル信号処理”な
ど）実際に、第３図（ａ）の配列でお互いの相関係数ＲＩＪ
を調べてみた所、つぎの表１のように、同種の色フィル
タの画素からの信号どうしの相関（例えばＲ８０とＲ８
２）が高いという結果となった。なお、Ｒｉ　ｊは、水
平方向、垂直方向のアドレスがＸ、Ｙの画素をＰｘＹと
したとき、Ｐｘ、、とＰ　Ｘ＋ｉ　＋Ｙや、との間の相
関係数である。

表１従って本願の第２の発明の如く差分符号化手段の構成は
、単に水平、垂直方向に隣り合った画素１３号との差を
とらず、近傍の同種色フィルタが装着された画素からの
信号との差をとるよう構成することにより、−層効率的
となる。例えば第３図（ａ）の配列の場合、特に、水平
方向に２つ離れている画素（ＲｏｏとＲ８２）との相関
が極めて高いので、これらの画素の信号の差をとる差分
符号化手段を用いると符号化効率が向上する。

〔実施例〕

以下本発明を実施例により詳しく説明する。

（第１実施例）第１図は、本発明の第１実施例である°゛電子スチルカ
メラ”のブロック図である。図において、センサ１０１
には、例えば第３図に示すような補色の色フィルターが
形成され、トライバ１１４によってインタレース走査で
駆動されている。

センサ１０１で読み出された信号は、アナログ処理部１
０２てＣＤＳ処理、クランプ、ブランキングなどの必要
な映像信号処理が行われ、４個のサンプルアンドホール
ド（Ｓ／Ｈ）回路１０３゜１０４．１０５，１０６へ入
力される。４個の３７８回路は、第４図に示すタイミン
グのパルスＰｉ、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４で、各々の入力をサ
ンプルアンドホールドする。第４図から明らかなように
、パルスＰｉ、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４は、水下転送りロック
周波数をｆｃとすると、周期が４Ｘ（ｔ　／　ｔ　ｃ　
）であり、夫々の位相０，１８０゜９０°、２７０°と
なっている。従って、Ｍｇ（マゼンダ）／Ｇｒ（グリー
ン）のある水平走査期間においては、Ｓ／Ｈ１０３は、
奇数番目のＭｇ信号、Ｓ／Ｈ１０４は偶数番口のＭｇを
サンプルアンドホールドする。Ｓ／Ｈ１０５，１０６に
ついても、ＭｇがＧｒに代わるだけで同様である。差動
増幅器１０７は、Ｓ／Ｈ１０３の出力とＳ／Ｈ１０４の
出力との差をゲインに１倍で増幅する。

同様に、差動増幅器１０８は、Ｓ／ＨＩ　０５の出力と
Ｓ／Ｈ１０６の出力との差とゲインに２倍で増幅する。

スイッチ１０９では、増幅器１０７．１０８の出力端Ｃ
１とＣ２を交互に周期（１／　ｆ　ｃ　）で切り換え出
力する。

非線形処理部１１０において、第５図に示すような入出
力特性の非線形処理を行ったのち、Ａ／Ｄ変換器１１１
で、６ビツトにＡ／Ｄ変換する。第５図の人出力特性は
、次のように決めるとよい。スイッチ１０９の出力信号
をＸとし、このＸの確率密度関数なＰ　（ｘ）とする。

このとき、量子化誤差を最小にする人力特性ｙ＝Ｆ　（
ｘ）は、例えば、Ｊ、　Ｍａｘ　”Ｑｕａｎしｉｚ：ｎ
ｇｆｏｒ　　ｍｉｎｉｍｕｍ　　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ
　　″　（ＩＲＥ　　Ｔｒａｎｓ、　　Ｉｎｆｏｒｍａ
ｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｙ　ｖｏｌ、　ＩＴ−６，ｐｐ７
−＋２　Ｍａｒｃｈ　１９６０）に示されているように
、とすればよい。但し、Ｕは正で一〇＜ｘ＜Ｕとなる最小
のもので、また、後段のＡ／Ｄ変換器１１１の変換レン
ジは一Δ〜’ｍ　Ｖであるとす　　２る。もちろん、非線形処理部１１０の出力は、Ａ −丁〜ＨｍＶにクリップしなければならない。

又、Ａ／Ｄ変換器１１１のビット数か６〜８ビツトと比
較的多いときは、非線形処理部１１０では特に面述した
ような非線形処理をせずにクリップ処理だけを行っても
よい。

Ａ／Ｄ変換器１１１は６ビツトのＡ／Ｄ変換器で変換範
囲−Ａ　／　２　ｍ　Ｖ　−Ａ　７２　ｍ　Ｖを６４（
２６）段階に量子化し、−Ａ／２〜−Ａ／２＋Δの範囲
の入力を０、（Ａｌ１−Δ）〜（Ａｌ１）ｍＶの範囲の
人力を６３と変換する。

但し、Δ＝　Ａ　／　６４　ｍ　Ｖである。

もちろん、Ａ／Ｄ変換器１１１の前にレベルシフタなど
をもうけて、０〜ＡｍＶを入力範囲としても良い。

今、Ｓ／Ｈ１０３及びＳ／Ｈ１０４の出力最大値をＶと
する。差動増幅器１０７の出力の採りつる値は−ＫＩ　
ＶｘＫ、　Ｖ　　ｍ　Ｖの範囲である。

しかし、実際にはＡ点での出力は水平方向に１つ隔って
はいるが同じ色フィルタの信号の差には高い相関がある
ので、はとんど−αに’＋　Ｖ〜αに＋ＶｍＶの範囲に
なる。αはほぼ０で、大体１から相関関数を引いた値に
なる。従って、ａ、に、、Ｖ、Ａがａ　Ｋ　＋　Ｖ　＜
　Ｕ　（７）関係を満タシている必要がある。但し、非
常に頻度は少ないが、まれにＡ点の出力が一αに、Ｖよ
り小さいかあるいはαに、Ｖより大きくなることもある
。この場合、第５図のクリップ特性によってクリップさ
れるのでクリップ誤差を生ずる。このような現象はなる
べく避けたく、このためには、αに１が小さいほどよい
。

逆にクリップれさないＡ／Ｄ変換された結果のデータの
等価的量子化精度は、逆にに１がある程度大きい方がよ
い。

従って、相関係数が大きくαが小さくできるということ
は、Ｋ１が比較的大きくてもαに１は小さくできクリッ
プによる誤差も少ないと同時に。

等価的な量子化粒度も細かくできるという点で有利であ
る。実際、相関係数Ｒが０．９５程度ならばαは大体０
．０５と考えられる。少し余裕をみ　　４て、α＝Ｑ、１２５と考えて、Ｋ、＝−・−位に　　ｖ設定すわば、６ビツト精度のＡ／Ｄ変換器を用いて、等
価的に９ビット精度のデータが得られる。

に２についても同様な考え方で設定すればよい。

実用的には、Ｋ＋＝に２＝４程度が好ましい。

最後に、このＡ／Ｄ変換されたデータがそのままカメラ
本体の出力端より、本体に前説可能な半導体メモリ１１
３（記憶体）に直接書き込まれる。

ここで、この半導体メモリ１１３の容量についてみると
、センサ１０１の画素数を７６８×５１２画素とすると
、単に９ビツトでＡ／Ｄ変換した場合は、９ビツトＡ／
Ｄ変換器が必要なうえに、７６８Ｘ５１２Ｘ９＝３．５
Ｍビットの容量が必要であるが１本実施例によれば、６
ビツトのＡ／Ｄ変換器１１１でほぼ同等の画質が得られ
るうえに、容量はわずか７６８ｘ５１２Ｘ６＝２．３Ｍ
ビット（約６５％）である。もし、４ヒツトのＡ／Ｄ変
換器ならば７６８Ｘ５１２Ｘ４＝１．５７ビツトですむ
。

更に、ハフマン符号化などの手法を用いて可変長符号化
し、より高い圧縮効率を得ることも可能である。

なお、本発明における記憶体としては、前記半導体メそ
り１１３に限られず、例えば本体内蔵型のものであって
もよい。

第６図に再生装置を示す。第１図のような手順で着脱式
半導体メモリ１１３に圧縮して書き込まれた画像データ
は、６０２の復号器で、もとの信号に復号され、６０３
の映像信号処理部で映像信号処理され、ディジタルの標
準テレビ信号に変換される。これは、６０４のＤ／Ａ変
換器でＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換され、標準テ
レビ信号となる。

復号器６０２では、第７図のような処理が行われる。即
ち、読み出されたディジタルデータに対し、７０１の逆
変換部では前述の非線形処理の逆変換が実行される。こ
れはテーブル変換の手法を用いて実施される。次に、ス
イッチ７０３では、７０１の出力と、これを反転器７０
２で反転した出力を切り換える。第１図のような手順で
古き込まれたデータについて考える。第１センサ１０１
の画素ごとの出力をＸ。とする。ｘｎはｔｎ＝ｎ（１／
ｆｃ）秒におけるセンサの出力に対応する。

第１図のＡ点テノ出力は、（Ｘ　４に＋＋　　Ｘ　ａｋ
＋ｓ）と＜　Ｘ　４に＋ｓ　　Ｘ　４に＋３）　カ交互
ニ出力すレ、Ｂ点での出力は（Ｋ４に＋、　−Ｋ４に＋
、）と（Ｋ４に＋６Ｘ４に＋４）が交互に出力される。

よって、半導体メモリ１１３へ書き込まわる情［Ｕ、は
、に対応したもの（非線形変換されたもの）となる。

これを読み出した逆変換部７０１の出力Ｕｎは、となる。

つまり、となる。

従って、読み出し画素の数ｎが４ｍ＋１又は４ｍ＋２の
とき反転出力を選択するようにすれば、出力■。は、 ■ｎ＝ｘｏ＋２−ｘｎ　　となる。　　（４）加算器７
０４は人力と自分自身の出力をデイレイ７０５によって
２段デイレイしたものの加算をとる。

従って、この出力Ｙ。は従って、Ｙ　ｎ　＝Ｘ　ｎ　＋２となり　　　　　（６
）７０４の出力に、もとの信号ｘｎか復号される。この
復号された信号をもとにクランプ、γ変換、輝度／色差
分離などの必要な信号処理が映像信号処理部６０３で実
行され、所要の映像出力が得られる。

尚、前述の説明においては、第３図（ａ）のような色フ
ィルタ配列をもつＣＯＤをインタレース走査よみ出しす
る場合を考えたが、第３図（ｂ）のような色フィルタ配
列をもつＣＣＤを、インタレース走査よみ出しする場合
でも、本発明は有効である。

この場合、再生時に最終的に、映像信号をつるためにフ
ィールドメモリが必要となるが、垂直方向の偽色信号が
少なくなるという利点がある。

（第２実施例）第８図は、本発明の第２実施例である“電子スチメカメ
ラ”のブロック図である。

第１実施例は、同種の色フィルタの画素からの信号の差
をフィードフォワードの形でとる差分符号化手段を用い
るものであったが、本実施例は、復号器のフィードバッ
クループ内にいれる差分符号化手段を用いるものであり
、これによりクリップ回路８０４及びＡ／Ｄ変換器８０
５で発生する誤差の波及を防ぐことができる。

この場合は、再生時に、７０２及び７０３に相当する反
転処理が不要になり好ましい。

８０６．８０８のデイレイは、水平方向の２画素分のク
ロックに相当しており、１画素にするよりも、ｍｌ述し
たように相関係数の高い同一色の画素の差分がとれる点
及びループ内の周期が１画素の場合の倍になるのでルー
プ内の演算速度に対する要求が緩和されるので好ましい
。

第８図について説明する。差動増幅器８０３は、第１実
施例と同様なアナログ処理８０２の出力と、フィードバ
ックされてくる２画素前の同種色フィルターに対応する
信号をディジタル−アナログ変換したものとの差をとフ
で増幅する。

８０４のクリップ回路は、−Ａ／２〜Ａ／２の範囲に出
力を押えるクリップ処理を行う。差動増幅器８０３の非
反転入力をＸ。、反転入力をＷｎとする。Ａ／Ｄ変換器
８０５は、例えば８ビツトで、その出力Ｓｎはクリップ
誤差と量子化誤差を含むので、Ｓｎ＝　（ｘｎ−Ｗｏ）”Ｑｎ　　　　　（７）従って
、Ｗ　ｎ　”　Ｓ　ｎ−２”　Ｗ　ｎ−２（８）（７）、
（８）を２変換すると、Ｗ　（Ｚ）を消去すると、となる。

という情報が半導体メモリ８１１に書き込まれる。

これは、第２項は、クリップ誤差及び量子化誤差の項で
小さく、はとんど第１項のように信号の差分である。こ
れを第７図に示した復号器の後半の部分のみ（７０４と
７０５）で再生すれば、この部分の伝達関数は、復号される信号は、Ｘ　（Ｚ）　＋Ｑ　（Ｚ）となり　　　　　　（１３）
誤差は波及せず、もとの信号のみがとり出せる。

（第３実施例）第９図に示すような垂直ストライブ色フィルタを設けた
センサを使用する場合も、第８図のように構成すること
で本発明は、有効に実施できる。

この場合８０６，８０８のデイレイは、３水平画素の分
だけ行えばよい。

なお、以上の各実施例は、近接している同種色フィルタ
の画素の１５号の差分を量子化する差分符号化手段を用
いるものであるが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、近接している水平方向又は垂直方向の画素の信号
の差分を量子化する形においても実施できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子に
おける近接している画素の信号の差分を量子化し符号化
して、記憶体に記録しているので、ビット粒度の高いＡ
／Ｄ変換器を用いなくても量子化雑音の少ない復調画質
が得られ、また、特に圧縮処理を行わなくても、差分符
号化手段の出力自身がすでに圧縮されているので記憶体
に記録できる画像の枚数が多くなり、実用上の効果は非
常に大きい。

特に、請求項２に記載の発明では、差をとる画素間の信
号の相関が極めて高いので、よりよい結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のブロック図、第２図は従
来例のブロック図、第３図はＣＣＤセンサの色フィルタ
のの配列を示す図、第４図はＳ／Ｈ１０３〜１０６への
パルスのタイミングを示す図、第５図は非線形処理部１
１０の入出力特性図、第６図は再生装置のブロック図、
第７図は復号器６０２のブロック図、第８図は第２実施
例のブロック図、第９図は垂直ストライブ色フィルタを
示す図である。１０１・・・・・・センサ１０３〜１０６・・・・・・サンプルアンドホールド回
路１０７．１０８・・・・・・差動増幅器１１１・・・
・・・Ａ／Ｄ変換器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固体撮像素子における近接している画素の信号の
差分を量子化する差分符号化手段、該差分符号化手段の
出力を供給する装置出力端を有する装置本体と、該装置
本体の装置出力端からの出力を記録可能な記憶体とを備
えていることを特徴とする撮像装置。
（２）複数種の色フィルタを設けた固体撮像素子、該固
体撮像素子における水平走査方向で近接している同種フ
ィルタの画素からの信号の差分を量子化する差分符号化
手段、該差分符号化手段の出力を供給する装置出力端を
有する装置本体と、該装置本体の装置出力端からの出力
を記録可能な記憶体とを備えていることを特徴とする撮
像装置。