JPH03226078A

JPH03226078A - ビデオカメラ

Info

Publication number: JPH03226078A
Application number: JP2021001A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Shimomura; 淳下村
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1990-01-30
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1991-10-07

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】上の本発明は、解像度の異なる複数の撮影モードを有するビ
デオカメラに関する。

灸釆火投皿ＣＯＤ等の２次元撮像素子により画像を撮影するビデオ
カメラでは、複屈折板等による光学的ローパスフィルタ
を光路中に配置することにより空間的高周波成分を抑え
、折返しノイズによる偽信号の発生を防止している。

従来、ビデオカメラは主に通常の家庭用テレビ画面に自
然画（景色等）を映し出すことを目、的としており、光
路中に挿入される光学的ローパスフィルタのカットオフ
周波数は、それを前提とした比較的低い値に設定されて
いた。

が　゛　しよ゛とするしかし、近年、ビデオカメラの解像度を高めるための方
策が種々考えられており、例えば特開昭５８−１１１５
８０号、５９−１３４７６号、６０−１１２３７７号、
６０−１４９２６７号等には、撮像素子と結像イメージ
とを相対的に微小な距離だけシフトさせ、各位置におけ
る検出画像を合成することにより、そのシフト方向での
見かけ上の画素数を増やすという撮像方法（いわゆる「
画素すらしＪ法）が開示されている。また、細かい文字
・記号等が記載された書面等を明瞭に撮影するために、
コントラスト情報のみを信号処理することにより白黒高
解像度撮影を行うという方法も考えられている。

このような高解像度撮影を行う場合、従来と同じ光学的
ローパスフィルタをそのまま用いたのでは、せっかくの
高解像度信号もこのローパスフィルタによって低解像度
信号となってしまい、所期の効果が得られないという問
題がある。

本発明はこのような問題を解決し、通常の解像度と高解
像度の２種のモードで各々最適な光学的及び電気的処理
を行うことのできるビデオカメラを提供することを目的
とする。

課　　　′するための上記目的を達成するため、本発明に係るビデオカメラで
は、撮像素子と、映像を撮像素子上に結像させる光学系
と、各々異なったカットオフ周波数を有し、映像の該カ
ットオフ周波数以上の空間的高周波成分を除去する複数
の光学的ローパスフィルタと、上記複数のローパスフィ
ルタのうち、いずれか１つのローパスフィルタを光路中
に挿入する切換手段とを備えることを特徴とする。

ｉ一連切換手段は複数の光学的ローパスフィルタのうちのいず
れか１つを光路中（光学系の前、光学系の中、あるいは
光学系と撮像素子との間）に挿入する。

例えば、高いカットオフ周波数を有するローパスフィル
タを光路中に挿入した場合、撮像素子上に結像される映
像は比較的高い解像度を有することになる。また、低い
カットオフ周波数を有するローパスフィルタを光路中に
挿入すると、比較的解像度の低い映像を撮像素子上に結
像させることとなる。これにより、信号処理系が撮像素
子により生成される画像信号について解像度の異なる複
数のモードで信号処理を行う機能を有する場合に、各解
像度モードに対して、折返しノイズを生ずることなく、
しかもできるだけ高い解像度を有する映像情報を与える
ことができるようになる。

ス」１例− 以下、本発明の第１の実施例として、白黒高解像度撮影
も行うことのできるカラービデオカメラを説明する。第
１図はその光学系の概略を示すものである。レンズ１ｏ
と撮像素子１２との間に切換式ローパスフィルタ１４が
挿入されている。切換式ローパスフィルタ１４には、支
持枠体１７により光軸１８に垂直な方向に並列に保持さ
れた２枚の光学的ローパスフィルタ１５．１６が備えら
れており、各光学的ローパスフィルタ１５’、１６は１
枚の複屈折板で構成されている。支持枠体１７は光軸１
８に垂直な方向（第１図で上下方向）に移動可能となっ
ており、図示せぬ駆動機構により支持枠体１７をそのよ
うに移動させることにより、いずれが一方のローパスフ
ィルタ１５又は１６を光路中に配置することができる。

第２図に撮像素子１２上の感光部の配列を示す。

横方向にはピッチｄｘで、縦方向にはピッチｄｙで、２
次元的に配列された多数の単位感光部２ｏに対し、縦１
列の感光部２０には同一色のフィルタがおおわれ、横方
向の３列毎に各々Ｒ，Ｇ、Ｂの色フィルタが用いられて
いる。

通常の自然画をカラーで撮影する場合、Ｒ，Ｇ。

Ｂの各色信号は、画面の横方向には３組の感光部毎（す
なわち、Ｓｄｘ毎）にサンプリングして取り込むことに
なる。これに対し、画面の縦方向には感光部の配列ピッ
チと同じｄｙの間隔でサンプリングして取り込む。

このように、多数の感光部２０が格子状に配列された撮
像素子１２により発生される信号をサンプリングする場
合、画像信号がサンプリング周波数の１７２（ナイキス
ト周波数）よりも高い空間周波数を持つと、折り返しノ
イズが発生し、偽信号を生じる。

このような偽信号を防ぐために、光路中に複屈折板等に
よる光学的ローパスフィルタを配置し、ナイキスト周波
数以上の成分をカットする必要がある。上記のように通
常の自然画を撮影する場合には、偽信号除去のために、
横方向に３　ｄｘ、　　縦方向にｄｙのサンプリング間
隔に対応したナイキスト周波数以上の成分を除去するよ
うな光学的ローパスフィルタが必要である。

これに対し、同じ撮像素子１２を用いて、撮像素子１２
の各感光部からの信号をＲ，Ｇ、Ｂの色に関係なく平等
に譚度情報として取り扱い、撮像素子上に結像した映像
を白黒画像として取り込むこともできる。この場合には
、サンプリング間隔は上記通常の自然画カラー撮影の場
合とは異なり、横方向にはｄｘ、　　縦方向にはｄｙと
なり、偽信号を除去するための光学的ローパスフィルタ
も、横方向にはナイキスト周波数で３倍以上の成分のみ
を除去すればよいことになる。このように映像を白黒画
像として取り込む方法は、カラー画像として取り込む方
法に比べて高い解像度を得ることができることから、文
字を撮影する場合等、高解像度が要求される場合に有効
である。

本実施例では、前記のように通常の自然画をカラーで撮
影するモード（自然画モード）の他に、このような白黒
高解像モードも設け、撮影者の意図によりいずれかの撮
影モードを選択することができるようになっている。こ
れらの撮影モードでは、上記の通り、各々サンプリング
周波数が異なるため、ナイキスト周波数も異なり、それ
に合わせて光学的ローパスフィルタのカットオフ周波数
を変える必要がある。このため、本実施例では、カット
オフ周波数の異なる２種のローパスフィルタ１５゜１６
が備えられており、各撮影モード（自然画モード、白黒
高解像度モード）に応じて、その撮影モード専用のロー
パスフィルタに切り換えられるようになっているのであ
る。

第３図は第１実施例の電気的構成を示すブロック図であ
る。撮像素子１２からの画像信号は信号処理回路２２で
処理され、所定のフォーマットの信号に変換される。本
実施例のスチルカメラ全体は制御装置２６により制御さ
れ、信号処理回路２２及びローパスフィルタ切換装置２
４．も制御装置２６からの指令に従い動作する。制御装
置２６に接続されたモード選択スイッチ２８を切り換え
ることにより、自然画モードと白黒高解像度モードとが
切り換わる。

すなわち、制御装置２６は、モード選択スイッチ２８の
状態に応じて、そのモードにおけるサンプリング周波数
に従って信号処理回路２２の信号処理手順を変える。更
に、ローパスフィルタ切換装置２４にフィルタ交換指令
を出し、支持枠１７を上下に移動させる二とによトハ　
各撮影モードに応じた光学的ローパスフィルタ１５又は
１６（標準モードではカットオフ周波数の低い方のロー
パスフィルタ、高解像度モードでは高い方のローパスフ
ィルタ）を光路中に挿入する。

第４図に本発明の第２実施例のカラービデオカメラの光
学系の概略を示す。本実施例では、上記第１実施例の構
成（第１図）に加え、レンズ１０と切換式ローパスフィ
ルタ１４との間に、結像移動光学系１１が挿入されてい
る。

本実施例のビデオカメラは、結像移動光学系１１を同定
して撮影する標準モードと、結像移動光学系１１を揺動
させて撮影する高解像度モードの２種のカラー撮影モー
ドを有する。

結像移動光学系１１は、所定の屈折率ｎを有する平行平
板３０と、平行平板３０を回動可能に支持する支持体３
１から成る。高解像度モードの場合、平行平板３０の光
軸１８に対する角度を僅かに変化させることより撮像素
子１２上での映像の結像位置をわずかにずらせ、各位置
において撮像素子１２により撮影された画像データを合
成する。これによドパ　見かけ上、画素数を多くしたの
と同様の効果が得られ、高解像度撮影を行うことができ
る。

これを第５図により詳しく説明する。第５図は撮像素子
１２上の感光部２０の配列状態を示し、実線で囲まれた
部分が実際の感光部２０の位置を示す。

平行平板３０が第１の位置にあるときに撮像素子１２上
に結像した映像は、この実線位置の感光部２０により、
まず第１画像信号として取り出される。次に、支持体３
１を所定の角度だけ回動させることによトハ　平行平板
３０が第１の位置から所定の角度だけ傾いた第２の位置
に来たときには、映像の結像位置は撮像素子１２上でｄ
ｙ／２だけ上下方向にずれる。

この状態で、再び感光部２０により第２画像信号を取り
出す。このように映像の結像位置をｄｙ／２だけずらせ
て２度撮影することは、第５図に示すように、縦方向に
ピッチｄｙ／２で感光部２０を配置したと等価となる。

すなわち、結像映像を移動させることにより、画素数は
縦方向に実質的に２倍となり、サンプリングの空間周波
数も縦方向に２倍となる。

従って、上記第１実施例の場合と同様、この場合におい
ても、光学的ローパスフィルタ１４を縦方向のサンプリ
ング周波数の変化に応じて切換えることが必要となる。

第６図に本実施例の電気的構成を示す。上記第１実施例
の構成（第３図）に加え、画像データを一時記憶してお
く記憶装置２３と平行平板３０の支持体３１を回動させ
る結像移動装置２５とが備えられている。本実施例では
、モード切換スイッチ２８が標準モード又は高解像度モ
ードのいずれかに切り換えられたとき、制御装置２６は
ローパスフィルタ切換装置２４に指令を送り、各々のモ
ードに適したカットオフ周波数（標準モードでは低く、
高解像度モードでは高い）を有するローパスフィルタに
切り換える。ま、た、高解像度モードが選択された場合
は結像移動装置２５に制御信号を送り、１撮影毎に平行
平板３０を回動させて結像位置を撮像素子１２上の２箇
所に移動させるとともに、記憶装置２３を用いて、各位
置における画像データを合成して１つの完全な画像デー
タを生成するように制御する。

なお、第２実施例で用いた結像移動装置２５は、上記の
ような平行平板３０を移動させるものに限らず、電気光
学素子の屈折率変化によるものや、第７図のようなくさ
び形ガラス３４の上下移動によるもの、あるいは第８図
のように撮像素子１２を圧電素子やソレノイド等のアク
チュエータ３６により光軸に垂直に移動させ、撮像素子
１２に対する結像位置を移動させるものであってもかま
わない。

第９図に本発明の第３実施例であるスチルビデオカメラ
の光学系を示す。レンズ１０を通った光は、ハーフミラ
−４０及びシャッター４２を通り、ローパスフィルタ１
４へと導びかれる。ハーフミラ−４０は入射光の一部を
ファインダ系４１に導くために用いられているが、その
代わりにクイックリターンミラーを用いてもよい。

ローパスフィルタ１４は、中心軸４４の回りに回転する
回転支持体４５に複数の複屈折板等の光学的ローパスフ
ィルタ４６が支持された構成となっておシバこの回転支
持体４５をモータ４７によって回動させることによりロ
ーパスフィルタ４６を交換することができる。複数のロ
ーパスフィルタ４６は各々カットオフ周波数が異なって
おり、撮影モードに応じてそれに適したカットオフ周波
数を有するものが選択される。

ローパスフィルタ１４を通った光は結像移動光学系１１
に導びかれる。結像移動光学系１１は、ガラス平面板と
、それを保持して回転軸回りに回動する支持体とから成
っており、この平面板と光軸１８との角度を変化させる
ことにより、撮像素子１２上での結像位置を変えること
ができる。

結像移動光学系１１の後部には、３板プリズム光学系４
８が配置されている。この３板プリズム光学系４８のダ
イクロイック膜により、入射光はＲ，Ｇ。

Ｂの３原色に分解され、各々対応する撮像素子１２ａ、
　１２ｂ、　１２ｃに導かれる。

各撮像素子１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃは、第１０図に
示すように、横方向にｄｘｌ　　縦方向にａｙのピッチ
で配列された多数の感光部から構成される。また、３枚
の撮像素子１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃは、第１１図に
示すように、横方向に１７３ピツチ（ｄｘ／３）ずつず
らして配置されている。

通常の自然画を撮影する場合には、３枚の撮像素子１２
ａ、　１２ｂ、　１２ｃがＲ，Ｇ、Ｂの光をそれぞれ光
電変換するので、第１０図から明らかな通り、横方向に
は距離ｄｘごと、縦方向にはｄｙごとに画像データをサ
ンプリングすることになる。これを自然画モードＩとす
る。この場合のローパスフィルタ１４も含めた光学系の
周波数特性を第１２図（（ａ）が横方向、（ｂ）が縦方
向。いずれも、横軸は空間周波数Ｕ又はＶ（本／ｍｍ）
、縦軸は相対強度ＲＨ（ｕ）又はＲｕ　（ｖ）。）に示
す。この場合のサンプリング周波数を横方向、縦方向に
それぞれｆ　ｓｓ＋、ｆ　ｓυ１とし、これに対応する
ナイキスト周波数をｆ　ＮＨ＋　（−（１／２）　ｆ　
５Ｈ＋）、ｆＮＵＩ　（＝　（１／２）　ｆ　ｓｕ＋　
）とする。

前記第２実施例のように、撮像素子１２上での映像の結
像位置を移動させて撮影し、高解像度画像データを得る
場合（これを自然画モードＩＩとする）の等価感光部配
列を第１３図に示す。この場合、１回目の露光と２回目
の露光との間で結像移動光学系１１を移動させ、縦方向
に、撮像素子１２の感光部配列ピッチの半分（ｄｙ／２
）だけ光学像をずらして２枚の画像データを取り込む。

これらを合成することにより、縦方向の感光部の数が２
倍になったと同等の効果が得られるのである。この場合
の横及び縦方向のサンプリング周波数をｆ　８Ｈ２，ｆ
　５Ｌ１２とすると、横方向には自然画モード■と等し
く、ｆｓＨ２＝ｆｓｒ＋となるが、縦方向のサンプリン
グ周波数は２倍（ｆ　ＳＬ＋２＝　２　・ｆ　ｓｕ＋）
となる。このため、光学系の縦方向の周波数特性も、ロ
ーパスフィルタ１４を切換えることにより、第１４図（
ｂ）のように、第１２図（ｂ）よりも高周波域の延びた
周波数特性を持ったものにすることが望ましい。

次に、文字等を白黒高解像度で撮影する文字モードにつ
いて説明する。この文字モードは、ｄｘ／３ずつずれた
３枚の撮像素子１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃで得られる
信号を、コントラストのみを表す輝度信号として取り扱
い、それらを重ね合わせることにより、撮像素子の感光
部の数を横方向に実質的に３倍に増大させる。更に、縦
方向には上記同様のｄｙ／２の結像位置移動により感光
部の数を２倍にしたと同等の効果を得て、これら双方の
効果によりきわめて高い解像度を得るというものである
。

これにより、サンプリング周波数は横方向に関しては自
然画モード■及びＩＩの３倍のｆｓｎｚ（−３ｆ　５ｓ
１＝　３　ｆ　５−２）、縦方向に関しては自然画モー
ドＩＩと等しいｆ　５ｕ３（−ｆ　ＳＬ＋２＝　２　ｆ
　ｓｕ＋）となる。したがって、それに応じて、光学系
の横方向の周波数特性を、ローパスフィルタ１４を切換
えることにより第１５図（ａ）のように高周波域まで延
びたものとし、解像度を高めることが望ましい。

本第３実施例では、このように、上記３つの撮影モード
（自然画モードエ、自然画モードＩＩ、　　文字モード
）に応じて、それぞれに対応したローパスフィルタ４６
に切換える必要がある。そこで、例えば第９図のような
ローパスフィルタ切換機構を用い、３枚のローパスフィ
ルタ４６をステッピングモータ４７等で切り換える構成
にしている。この場合の電気的構成を第１６図に示す。

制御装置２６は、モード選択スイッチ２８の状態に応じ
てローパスフィルタ切換装置２４に対してフィルタ切換
指令を出し、また、信号処理回路２２における画像デー
タの処理方法を制卸する。更に、自然画モードＩＩ及び
文字モードが選択された場合には、結像移動装置２５に
より結像移動光学系１１を移動させ、信号処理回路２２
と記憶装置２３を用いて、結像位置を移動させて撮像し
た２枚の画像データの合成を行う以上のように、テレビ等で再生するための画像を撮影す
るための通常の自然画だけでなく、文字等より高解像度
を必要とする画像データ入力機器としてビデオを用いる
ための高解像度モードを設けた場合でも、それに対応す
るようにローパスフィルタが切換可能となっている。

なお、本発明は３枚式に限られるものではなく、単板式
や２枚式にも適用可能である。また、上記実施例ではス
チルビデオカメラに適用した場合についてのみ説明した
が、ムービー（動画）ビデオカメラにおいても本発明は
同様に適用することができる。

発泗ｊ弓加艮以上説明した通し八　本発明では、画像信号の処理モー
ドに応じて、各モードに最適の空間的（光学的）ローパ
スフィルタを光路中に挿入するものであるため、その後
の画像信号のサンプリング処理において折返しノイズが
発生することがなく、しかも、最大限の解像度を得るこ
とができる。従って、１つのカメラ内に、画素ずらしゃ
白黒高解像度モード等の種々の方法により、解像度の異
なった複数の撮影モードを備えている場合、各撮影モー
ドの特長を最大限に生かして、しかも折返しノイズの無
い撮影を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の光学系の概略図、第２
図はその撮像素子の構成図、第３図はその電気的構成を
示すブロック図、第４図は第２実施例の光学系の概略図
、第５図は第２実施例で結像位置をずらして撮影すると
きの等価撮像素子構成図、第６図はその電気的構成を示
すブロック図、第７図は結像位置をずらすための別の方
法を示す光学系の概略図、第８図は更に別の方法を示す
概略図、第９図は第３実施例の光学系を示す断面図、第
１０図は第３実施例の１枚の撮像素子の構成図、第１１
図は３枚の撮像素子の配置図、第１２図は自然画モード
Ｉでの画像信号の横方向（ａ）及び縦方向（ｂ）の周波
数分布とサンプリング周波数を示すグラフ、第１３図は
結像位置をずらして撮影するときの等価撮像素子構成図
、第１４図は自然画モードＩＩでの画像信号の横方向（
ａ）及び縦方向（ｂ）の周波数分布とサンプリング周波
数を示すグラフ、第１５図は文字モードでの画像信号の
横方向（ａ）及び縦方向（ｂ）の周波数分布とサンプリ
ング周波数を示すグラフ、第１６図は第３実施例の電気
的構成を示すブロック図である。１０・・・レンズ　　　　　　１２・・・撮像素子１４
・・・交換式ローパスフィルタ１５、１８・・・ローパスフィルタ１７・・・支持枠１
８・・・光軸　　　　　　　２０・・・感光部２８・・
・モード切換スイッチｌｌ・・・結像移動光学系　　　３０・・・平行平板３
１・・・支持体３４・・・くさび形ガラス

Claims

【特許請求の範囲】

（１）撮像素子と、映像を撮像素子上に結像させる光学系と、各々異なったカットオフ周波数を有し、映像の該カット
オフ周波数以上の空間的高周波成分を除去する複数の光
学的ローパスフィルタと、上記複数のローパスフィルタのうち、いずれか１つのロ
ーパスフィルタを光路中に挿入する切換手段とを備えることを特徴とするビデオカメラ。
（２）ビデオカメラが、低解像度で画像信号処理を行う
第１撮影モードと高解像度で画像信号処理を行う第２撮
影モードとを有する信号処理装置を備え、上記切換手段
が、第１撮影モード時にはカットオフ周波数の低いロー
パスフィルタを光路中に挿入し、第２撮影モード時には
カットオフ周波数の高いローパスフィルタを光路中に挿
入する、請求項１記載のビデオカメラ。
（３）撮像素子を構成する各画素が３組の検出部を有し
、第１撮影モードでは各画素の各検出部からの信号は３
原色の各色に対応した強度信号として処理され、第２撮
影モードでは各画素の各検出部からの信号は一律に輝度
信号として処理される請求項２記載のビデオカメラ。
（４）第１撮影モードでは撮像素子を停止して１回だけ
撮影して画像データとし、第２撮影モードでは結像した
映像に対して撮像素子を相対的に移動させて複数回撮影
し、合成したものを画像データとする請求項２記載のビ
デオカメラ。