JPH03169190A - 画像歪検出装置 - Google Patents

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、撮像素子として固体撮像素子を用いるテレビ
カメラ等の撮像装置における、撮像素子上に形成される
画像の画像歪を検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

レジストレーションずれ測定に関する技術としては、多
管式撮像管テレビカメラで実用化されているＤ　Ｒ　Ｃ
　（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｒｅｇｉｓｔｒａｔ．ｉｏｎ　（
：ｏｒｒｅｃｔｊｏｎ）が有名である。ＤＲＣにおける
レジストレーションずれの測定は以下のように行われる
。

すなわち、画面を多数の領域（例えば、水平３０Ｘ垂直
１　９＝５７０領域）に分け、カメラ運用前に、各領域
対応する位置にテストパターンが描かれたチャートを撮
像し、エッジ信号の位相差からそれぞれの領域毎にＲ，
Ｇ，Ｂ画像間の位置ずれを検出するという手法である．
撮像管式テレビカメラでは、画面走査用電子ビームの偏
向誤りがレジストレーションずれの最大の原因であるが
、倍率色収差など光学系が原因で生ずるレジストレーシ
ョンずれも前述の手法でまとめて検出している。以上の
ように検出された各領域毎の位置ずれは、各領域に対応
して設けられたメモリに記憶され、このデータを用いて
レジストレーションずれの補正が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述の従来技術は撮像管式テレビカメラ
用に開発されたものであり、固体撮像素子テレビカメラ
に通用するには無駄が多い。固体撮像素子テレビカメラ
では像面の走査に電子ビームを用いないので、撮像管式
テレビカメラで問題となった偏向誤りによるレジストレ
ーションずれは存在しない。多板式固体撮像素子テレビ
カメラにおけるレシストレーションずれの原因は、本質
的にはレンズの収差のみである。そのため、レジストレ
ーションずれの発生も画面の中心に関して対称となり、
従来例のように画面を多数の領域に分割して全ての領域
で独立にレジストレーションずれを求めるということは
、全く無意味であるばかりでなく、レジストレーション
ずれを求めるための計算時間及びそのデータを蓄えるメ
モリを浪費することになる。

本発明は、以上のような従来技術の問題に鑑みてなされ
たもので、固体撮像素子テレビカメラ等の撮像装置で生
ずる画像歪，レジストレーションずれを効率的に検出す
ることができる画像歪検出装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明では、固体撮像素子の
二次元画像における、所定方向の一次元画像を用いて画
像歪を検出しており、詳しくは画像歪検出装置をつぎの
（１）．（２），（３）のとおりに構成するものである
。

（１）固体撮像素子から得られる二次元画像から、所定
方向の一次元画像を抽出する一次元画像抽出手段と、抽
出された一次元画像に基ついて前記一次元画像を含む二
次元画像の画像歪を検出する画像歪検出手段とを備えた
ことを特徴とする画像歪検出装置。

（２）固体撮像素子から得られる各色の映像信号から、
所定方向の各色の一次元画像を表わす映像信号を抽出す
る一次元画像抽出手段と、抽出された各色の一次元画像
の映像信号を互に比較してこれら１次元画像を含む各色
の二次元画像間の相対的な画像歪を検出する画像歪検出
手段とを備えた画像歪検出装置。

（３）固体撮像素子から得られる各色の映像信号から５
所定方向の各色の一次元画像の映像信号を抽出する一次
元画像抽出手段と、抽出された各色の一次元画像の映像
信号の信号レベルを比較しほぼ同レベルであるときを検
出する信号レベル比較手段と、該信号レベル比較手段で
前記ほぼ同レベルを検出したときに、前記一次元画像抽
出手段で抽出した各色の一次元画像を互に比較し、各色
の一次元画像間の相対的な画像歪を検出する画像歪検出
手段とを備えた画像歪検出装置。

〔作用〕

前記（１）．（２）．（３）の構成により、固体撮像素
子の二次元画像の画像歪を一次元画像より検出すること
ができる。特に前記（２），（３）の構成によれば各色
の二次元画像間の画像歪が検出でき、（３）の構成によ
ればカメラ運用中に一般画像から画像歪を検出できる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例により詳しく説明する。

第１図は３板式固体撮像素子テレビカメラで用いる、本
発明の第１実施例の“画像歪検出装置”のブロック図で
ある。

図において、１は撮像用チャート、２は撮像レンズ、３
は撮像レンズを通して入射した光を赤（Ｒ），緑（Ｇ）
，青（Ｂ）の３原色に分解す・る３色分解プリズム、４
Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、それぞれ３色分解ブワズム３によっ
て得られた赤色光，＆！色光，青色光を電気信号に変換
するための固体撮像素子、５はそれら固体撮像素子４Ｒ
，４Ｇ．４Ｂからの信号読出しを行うための固体撮像素
子駆動回路、６は固体撮像素子４Ｒ，′４Ｇ，４Ｂから
読み出されたアナログ信号をディジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換回路，７は送られてきた信号を１画素分遅延
させる遅延回路、８は遅延回路７で遅延された信号を更
に１画素分遅延させる遅延回路、９は遅延されていない
元の信号と遅延回路７によって１画素分遅延された信号
と７．８によって２画素分遅延された信号とを加え合わ
せる加算回路、１０はこのようにして得られた信号から
ラインメモリ１２に書き込むべき信号を選択するスイッ
チ、１１は固体撮像素子駆動回路５からの信号を受けて
スイッチ１０の制御を行うマイクロプロセッサ、１３は
ラインメモリ１２から読み出された信号から画像歪，レ
ジストレーションずれを検出する画像歪，レジストレー
ションずれ検出回路であり、最後に画像歪．レジストレ
ーションずれデータが出力されるような構成になってい
る。

本実施例の動作の説明に入る前に、テレビカメラで画像
歪，レジストレーションずれが生しる一般的な理由につ
いて述べる。撮像素子として撮像管を用いる３管式カラ
ーテレビカメラの場合は，画像歪，レジストレーション
ずれを引き起こす主たる原因は、像面走査用電子ビーム
の偏向誤りである。これに対して、３板式固体撮像素子
カメラでは、規則正しく並んだ画素から規則正しい順番
で信号を読み出すことにより走査を行うため、前記のよ
うな偏向誤りは存在しない。そこで、偏向誤りほど影響
は大きくないものの、他のいくつかの理由が表面化して
くる。まず、固体撮像素子の取り付け位置ずれの問題が
ある。Ｒ，Ｇ，Ｂ各色用の固体撮像素子が規定の位置か
らわずかでもずれて取り付けられると、それは、即レジ
ストレーションずれにつながる。しかし、固体撮像素子
を精度良く取り付けることは技術的にさほど難しいこと
ではないので、この問題は本質的ではない。

もうひとつの理由として撮像レンズの歪曲収差，倍率色
収差が挙げられる。このことが原因で生ずる画像歪，レ
ジストレーションずれの様子を第２図を用いて説明する
。図には、無彩色の長方形物体２０を撮像したときに、
Ｒ，Ｇ，Ｂ各チャンネルの固体撮像素子上にできる像を
示している。２１，２２．２３はそれぞれＲチャネル，
Ｇチャネル，Ｂチャンネルの像であり、それらは図に示
す通り、レンズの歪曲収差のために樽型に歪んでおり、
かつ、倍率色収差のため大きさも一致していない。

前述のように、本実施例で取り上げる３板式固体撮像素
子テレビカメラで生ずる画像歪，レジストレーションず
れの原因は、本質的には撮像レンズ２に残存している歪
曲収差．倍率色収差のみである。レンズの収差は中心軸
に関して対称なので、画像歪，レジストレーションずれ
の発生の仕方も、当然画像の中心に関して対称となる。

そのため、画像歪．レジストレーションずれの大きさは
、画像の中心から測った像高のみの関数で表わすことが
できる。

以上のことを念頭に置いた上で本実施例の動作の説明に
入る。まず、前述のように、画像歪．レジストレーショ
ンずれは、画像の中心に関して対称なので、両者の検出
は画面全体で行う必要はなく、画像の中心から周辺部へ
向かうある一つの方向について行えばよい。その方向と
しては画面の最も高像高の位置での画像歪，レジストレ
ーションずれの検出を可能にするために、画像の対角線
方向を選ぶのが適当であろう。像の中心と画面の４つの
角のうちの１つの角を結ぶ方向の一次元画像から、画像
歪，レジストレーションずれの検出を行えば、そのデー
タで画面全体の画像歪．レジストレーシランずれを表す
ことができる。

ところが、テレビカメラでは、像面を横方向に走査して
いるので、横方向の一次元画像は容易に得られるが、対
角線方向の一次元画像を得るには工夫が要る。まず、そ
の手法について、第３図を用いて説明する。同図におい
て、３０は固体撮像素子像面、３１，３２．３３などの
矩形はひとつひとつの画素、３４の太線は、画像歪，レ
ジストレーションずれの検出に必要な一次元画像を読み
出すべき範囲，方向を示している。また、３５は本説明
に必要な固休撮像素子の横方向（走査方向〉１ラインを
示している。図からもわかるように、太線３４が走査方
向の１ラインを横切るとき、交点は１画素のみでなく、
２画素又は３画素にまたがっている。そのため、太線３
４に沿ったー次元画像を形成するときに、横方向の１ラ
インを１つの画素の信号で代表することは精度の点で問
題があるので，本実施例では、例えばライン３５ならば
、画素３１，３２．３３というように、横方向の１ライ
ンから太線３４に対してできる限り対称となるような連
続する３画素を選び出し、その３画素の信号の和で各ラ
インを代表することにする。

前記連続する３画素の信号の和をとる手法について説明
する。例として、第３図３１．３２．３３の３画素の信
号の和をとることを考える。ライン３５上の信号は、左
端から走査され読み出された信号は、第１図のＡ／Ｄ変
換回路６でディジタル信号に変換される。画ｓ３１の信
号が１画素分の遅延回路７．８の両者を通って２画素分
遅延された時刻には５画素３２の信号は！画素分遅延，
画素３３の信号は遅延なしの状態でいる。

その３つの信号を加算回路９で合計することにより、３
画素３１，３２．３３の信号の和が求まる。

以上のような加算演算は、固体撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４
Ｂから読み出される信号全てについて行われているが、
その中から太線３４に沿った一次元画像を形成するのに
必要な信号を選び出すのがスイッチ１０である。マイク
ロプロセッサ１１は固体撮像素子駆動回路５からの信号
に基づいて、太線３４に沿った信号のみが選ばれるよう
にスイッチ１０のオン．オフを制御する。そして、その
ようにして選択された信号は、ラインメモリ１２に記憶
される。以上の操作を１フレームにわたって行うことに
より、ラインメモリ１２上に、太線３４に沿った一次元
画像のデータが形成される。

次に撮像用チャート１の説明に移る。画像歪，レシスト
レーションずれの検出は、固体撮像素子上の太線３４の
方向で撮像画像の原画像に対する伸び縮みを測定するこ
とにより行われる。そのために撮像チャートとしては、
太１ａ３４の方向でパターンが周期的に繰り返すものを
用いる必要がある。撮像チャートの例を第４＠に示す。

同図中の白ライン，黒ラインの方向が、太線３４の方向
と直交するようにチャートを配置することが望ましい。

前述め撮像用チャート１の像は、撮像レンズ２及び３色
分解プリズム３を通して、固体撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４
Ｂ上に結像される。撮像用チャート１は白色，黒色のみ
で無彩色であるから、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂから出力される
信号のレへルは等しい。

固体撮像素子４Ｇから出力されて、前述の操作を経た後
、ラインメモリ１２上に形成されている画像は、撮像レ
ンズ２に樽型の歪曲収差があるとすると、第５図（ａ）
のようになる。同図には、レンズの樽型歪曲収差のため
に画中心から画隅に向かうに従って黒白パターンの繰り
返しピッチか短くなっている様子が示されている。画中
心付近で黒白パターンの繰り返し周期が角であったもの
が、画隅に向かうに従って周期が角よりも短くなってい
る。画面の中心付近では、レンズの歪曲収差の影響は出
ないので、前記周期２がレンズに歪曲収差がないと仮定
した時の黒白パターンの繰り返し周期となる。すなわち
、レンズに歪曲収差がなく、理想的な状態の時形成され
る画像は第５図（ｂ）のようになるはずである。

第５図（ａ）の信号を読み出す時に得られる黒白の境界
に対応するエッジ信号と電気的に発生された同図（ｂ）
の図形の黒白の境界に対応するエッジ信号の位相差を測
定することにより、図中の長さｄ，，ｄ２，ｄ３が求ま
る。それによって、各像高に対する画像歪量を得ること
ができる。以上の演算は全て画像歪，レジストレーショ
ンずれ検出回路１３で行われる。

ここまでは、固体撮像素子４Ｇから出力されるＧチャン
ネルの信号について、画像歪のデータを求める手法の説
明を行ったが、次にＧチャンネルとＲチャンネル及びＧ
チャンネルとＢチャンネル間の画像のずれ、すなわち、
レジストレーションずれのデータを求める手法の説明を
行う。固体撮像素子４Ｒ．４Ｇ，４Ｂから読み出され、
前述の操作を経てからラインメモリ１２に書き込まれた
Ｒチャンネル，Ｇチャンネル，Ｂチャンネルの像がそれ
ぞれ第６図（ａ），（ｂ）．（ｃ）のようになっている
とする。この時、ＧチャンネルとＲチャンネル間のレジ
ストレーションずれのデータは、図中のＰ１〜Ｐ，の長
さを測定することにより求まる。同様にＧチャンネルと
Ｂチャンネル間のレジストレーションずれのデータは、
図中の９１〜９３の長さを測定することにより求まる。

ずれ量ＰＩ〜Ｐａ，ｑ＋〜ｑ３の算出は全て画像歪，レ
ジストレーションずれ検出回路１３で行われる。

以上の操作によって得られた画像歪，レジストレーショ
ンずれのデータによって画面全体の画像歪．レジストレ
ーションが表せる。そのデータをレンズの歪曲収差，倍
率色収差の評価に用いてもよいし、また、第２実施例で
も述べるように、そのデータを画像補正装置に人力して
画像歪，レジストレーションずれの補正を行うようにし
てもよい。

以上の第１実施例では画面中の対角線方向の一次元画像
を用いて画像歪，レジストレーションずれを検出すると
したが、もちろん他の方向の一次元画像を用いても同様
に行える。その場合は、最大像高までのデータが得られ
ないという問題はあるが、例えば、画面中心から水平方
向に取り出した一次元画像を用いることにすれば、ライ
ンメモリ１２への信号読込みが簡単に行えるという利点
がある。

また、第１実施例は、本発明を３板式固体撮像素子カラ
ーテレビカメラに用いたものであるが、撮像用チャート
１を撮像して、画像歪を検出するという手法は単板式の
モノクロテレビカメラにおいても用いることができるこ
とは言うまでもない。

次に本発明の第２実施例について説明する。

第１実施例では撮像用チャートを撮像することにより、
画像歪．レジストレーションずれのデータを求めたが、
一般にレンズの使用状Ｓ（焦点距離，フォーカス位置，
絞り値）が変化するとそのデータも変化する。

そのため、前記データを用いて、画像歪，レジストレー
ションずれの補正を行う場合、カメラ運用前に、第１実
施例の手法で補正データを求めておいても、ズーミング
などでレンズ状態が変化してしまうと、前記補正データ
を用いたのでは良好な歪補正を行うことができなくなっ
てしまう。

そこで、本発明の第２実施例として、カメラ運用中に一
般画像からレジストレーションずれの補正データを求め
ることのできる“画像歪検出装置”を説明する。その補
正データに基づいてレジストレーションずれの補正を行
うことにより常にレジストレーションずれのないテレビ
信号を得ることができる。説明は第７図により行う。撮
像レンズ２で取り込まれ一般画像が、３色分解プリズム
３でＲ．Ｇ．８３色に色分解され、Ｒ，Ｇ，Ｂ各チャン
ネルの像が最終的に第３図に示すように撮像素子上の太
＠３４に沿った一次元画像としてラインメモリ１２に記
憶される過程は、第１実施例と同様なので、ここでの説
明は省略する。

ただ、一般画像は５当然無彩色ではないので、極端な例
として例えば緑一色の被写体を撮像した場合、固体撮像
素子４Ｇからのみ映像信号が得られ、４Ｒ，４Ｂからの
出力は零となる。そのような場合に、レジストレーショ
ンずれ検出回路５２では、正確なレジストレーションず
れデータを求めることはできなくなる。そこで、信号レ
ベル比較回路５１で、Ｒ，Ｇ，Ｂ各チャンネルのライン
メモリから読み出される信号のレベルを比較して各チャ
ンネルの信号レベルがほぼ同レベルのとき、即ち、撮像
した被写体がほぼ無彩色と見なされるときのみ、レジス
トレーションずれ検出回路５２でレジストレーションず
れデータを求めるようにしている。

次に、レジストレーションずれ検出回路５２でレジスト
レーションずれを求める手法について説明する。今、１
２のＲ，Ｇ，Ｂ各チャンネル用のラインメモリにそれぞ
れ第８図（ａ），（ｂ），（Ｃ）に示す一次元画像デー
タが記憶されているとする。同図の横軸は画面中心から
画面隅までを表し、像高に対応する。画像のずれ量は像
高によって変化するので、レジストレーションずれのデ
ータは像高の関数として求める必要がある。

第８図（ｂ）のＧチャンネルの画像を基準にして、同図
（ａ）のＲチャンネルの画像のＧチャンネルの画像から
のずれを像高の関数として求める手法を説明する．第８
図（ａ）の画像を第９図（ａ）に示すように数個の区間
に等分割する。

その各区間の信号は、レジストレーションずれの量だけ
左右どちらかに移動させることによって第８図（ｂ）の
Ｇチャンネルの信号の一部に重ね合わせることができる
。その移動量の決定は、例えば、移動させるべき部分を
第９図（ａ）の斜線部としたとき、その斜線部の信号を
微小量ずつ移動させて、Ｇチャンネルの信号との差の２
乗を斜線の範囲で積分したものが最小となる位置を求め
ることによって行える。第９図（ａ）のＲチャンネルの
像の斜線部の左端か第９図（ｂ）のＧチャンネルの像の
像高ｈの位置に来た時に、前記両信号の差の２乗を積分
したものが最小になったとすると、像高ｈにおけるＲチ
ャンネルの信号のＧチャンネルの信号に対するずれは、
図に示す通り、ｄであると言える。以上の操作を第９図
（ａ）に示した区間全てについて行えば、像高の関数と
してのＧチャンネルとＲチャンネル間のレジストレーシ
ョンずれのデータが求まる。

また、第８図（ｅ）のＢチャンネルの像についても同様
の操作を行うことにより、完全なレジストレーションず
れ補正データを得ることができる。

以上のようじして求められたレジストレーションずれ補
正データは、第７図のＲＡＭ５３に記憶される。その補
正データは、信号レベル比較回路５１によってレジスト
レーションずれ検出に適切な信号であると判断された４
３号によって求められた新たなレジストレーションずれ
データがＲＡＭ５３に入力された時点でその新しいデー
タに置き換わる。

第７図において、固体撮像素子４Ｒ．４Ｇ．４Ｂから読
み出され、Ａ／Ｄ変換回路６でデイジタル信号に変換さ
れた映像信号は、直接映像信号補正回路５０にも入力さ
れる。映像信号補正回路５０は、フレームメモリ，マイ
クロプロセッサ等を用いて構成され、ディジタル信号処
理によってＲＡＭ５３の補正データに基づいてレジスト
レーションずれの補正を行う。補正が終了した映像信号
は、Ｄ／Ａ変換回路でアナログ信号に変換され通常のテ
レビ信号として出力される。

以上の構成によって、レンズの使用状態変化によってレ
ジストレーションずれ量が変化した場合にも、ほぼリア
ルタイムで最通なレジストレーションずれ補正を施した
テレビ信号を出力できるテレビカメラが実現できる。

第２実施例は、本発明を３板式固体撮像素子カラーテレ
ビカメラに用いた例であるが、複数の固体撮像素子を用
いずに、一つの固休撮像素子から複数の色信号を出力さ
せる単板式固体撮像素子カラーテレビカメラにも通用可
能なことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明しように、本発明によれば、固体撮像素子から
得られる二次元画像から、該二次元画像の中心から周辺
に向う対角線上の一方向の一次元画像を抽出してもとの
二次元画像の画像歪を検出しているので、少ない演算量
，少ないメモリで効率的に画面の画像歪を検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示すブロック図、
第２図はレンズの歪曲収差，倍率色収差の画像へのＦＷ
を説明する図、第３図はラインメモリに記憶させる画素
の位置を示す図、第４図は第１実施例で用いる撮像用チ
ャート、第５図は画像歪を説明するための図、第６図は
レジストレーションずれを説明するための図、第７図は
本発明の第２実施例の構成を示すブロック図、第８図は
ラインメモリに記憶されたＲＧ，Ｂ各色の画像を示す図
、第９図はレジストレーションずれを説明するための図
である。 ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ−−一固体撮像素子 １０−−−−−スイッチ １１−−−−−マイクロプロセッサ １２−−−−ラインメモリ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子から得られる二次元画像から、所定
   方向の一次元画像を抽出する一次元画像抽出手段と、抽
   出された一次元画像に基づいて前記一次元画像を含む二
   次元画像の画像歪を検出する画像歪検出手段とを備えた
   ことを特徴とする画像歪検出装置。
2. （２）固体撮像素子から得られる各色の映像信号から、
   所定方向の各色の一次元画像を表わす映像信号を抽出す
   る一次元画像抽出手段と、抽出された各色の一次元画像
   の映像信号を互に比較してこれら１次元画像を含む各色
   の二次元画像間の相対的な画像歪を検出する画像歪検出
   手段とを備えたことを特徴とする画像歪検出装置。
3. （３）固体撮像素子から得られる各色の映像信号から、
   所定方向の各色の一次元画像の映像信号を抽出する一次
   元画像抽出手段と、抽出された各色の一次元画像の映像
   信号の信号レベルを比較しほぼ同レベルであるときを検
   出する信号レベル比較手段と、該信号レベル比較手段で
   前記ほぼ同レベルを検出したときに、前記一次元画像抽
   出手段で抽出した各色の一次元画像を互に比較し、各色
   の二次元画像間の相対的な画像歪を検出する画像歪検出
   手段とを備えたことを特徴とする画像歪検出装置。