JPH05304678A - カラーカメラの信号処理回路における輝度バランス回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的Ｓ／Ｎが良く、輝度バランスのとれた
信号を得ることが可能な輝度バランス回路を提供する。 【構成】 全画素読出し方式のＣＣＤ固体撮像素子９を
用いたカラーカメラの信号処理回路において、ＣＣＤ固
体撮像素子９から出力される２チャンネルの色信号Ｇｒ
／Ｙｅ，Ｃｙ／Ｇｂに対して、各ライン毎にそれぞれ独
立のバランス係数ａ／ｂ，ｃ／ｄを、点順次で切り換え
つつ乗算器１５，１６で乗じるとともに、これら係数の
値を色温度情報に応じて係数設定回路１７で設定し、あ
らゆる色温度において輝度バランスをとるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーカメラの信号処
理回路における輝度バランス回路に関し、特に１フィー
ルド期間内に全画素の信号電荷を独立に読み出す、いわ
ゆる全画素読出し方式のＣＣＤ(Charge Coupled Devic
e) 固体撮像素子を用いたカラーカメラの信号処理回路
に用いて好適な輝度バランス回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラーカメラの信号処理回路において、
従来、垂直方向にて隣接する２画素の信号電荷を混合し
て読み出す、いわゆる２画素混合方式のＣＣＤ固体撮像
素子を用いたカラーカメラの場合、輝度バランスをとる
方法として、 ＣＣＤ固体撮像素子から出力された信号、すなわち各
フィールドで２画素混合して読み出された出力信号に対
し、それぞれ違った適当な係数を乗じ、その乗算結果を
加算することによって輝度バランスをとる。 原色分離を行った後のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｇ（青）
の各色原信号から

【数１】Ｙ＝０．３０Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ なる式を満足する輝度信号Ｙを生成することによって輝
度バランスをとる。などの方法が知られている。なお、
ここに言う「輝度バランスをとる」とは、数１の式に近
い値となるようにＣＣＤ固体撮像素子の出力信号に対し
て処理を行うことである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、の方
法では、係数を乗じる入力信号、すなわちＣＣＤ固体撮
像素子の出力信号が、色温度によって制約を受けるの
で、輝度バランスを完全にとることは難しい。一方、
の方法では、完全に輝度バランスをとった信号が得られ
るものの、原色分離した後の信号を使っているので、Ｓ
／Ｎが悪化するという問題がある。

【０００４】本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
のであり、比較的Ｓ／Ｎが良く、輝度バランスのとれた
信号を得ることが可能な輝度バランス回路を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による輝度バラン
ス回路は、１フィールド期間内に全画素の信号電荷を独
立に２ライン分ずつ読み出し、点順次の２チャンネルの
色信号として出力する固体撮像素子を用いたカラーカメ
ラの信号処理回路における輝度バランス回路であって、
色温度情報に応じて各色信号に対応して設定された第
１，第２の係数を２チャンネルの色信号の一方に対して
画素単位で交互に乗ずる第１の乗算器と、色温度情報に
応じて各色信号に対応して設定された第３，第４の係数
を２チャンネルの色信号の他方に対して画素単位で交互
に乗ずる第２の乗算器と、第１，第２の乗算器を経た２
チャンネルの色信号を２画素分ずつ加算して輝度信号を
得る加算回路とからなる構成となっている。

【０００６】また、本発明による他の輝度バランス回路
は、２チャンネルの色信号を同じ色の画素の組合せから
なる第１の色信号と異なる色の画素の組合せからなる第
２の色信号とに変換する色信号変換回路と、色温度情報
に応じて設定された第１の係数を第１の色信号に乗ずる
第１の乗算器と、色温度情報に応じて各色信号に対応し
て設定された第２，第３の係数を第２の色信号に対して
画素単位で交互に乗ずる第２の乗算器と、第１，第２の
乗算器を経た第１及び第２の色信号を２画素分ずつ加算
して輝度信号を得る加算回路とからなる構成となってい
る。

【０００７】

【作用】全画素読出し方式の固体撮像素子を用いたカラ
ーカメラの信号処理回路において、固体撮像素子から出
力される２チャンネルの色信号に対して、色温度情報に
応じて各ライン毎にそれぞれ独立に設定した係数を、点
順次で切り換えつつ乗じて輝度バランスをとる。これに
より、比較的Ｓ／Ｎが良く、輝度バランスのとれた信号
が得られる。

【０００８】また、固体撮像素子から出力される２チャ
ンネルの色信号を、同じ色の画素の組合せからなる色信
号と異なる色の画素の組合せからなる色信号とに変換
し、これら色信号に対し、同じ色の組合せのラインでは
常に同じ係数を乗じ、異なる色の組合せのラインでは点
順次に独立の係数をそれぞれ乗じることにより、輝度バ
ランスをとる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、全画素読出し方式のＣＣＤ固体撮
像素子を用いたカラーカメラの信号処理回路における本
発明の一実施例を示すブロック図である。図において、
画素単位で２次元配列されて入射光に応じた信号電荷を
蓄積する複数個のフォトセンサ１と、これらフォトセン
サ１から垂直列毎に読み出された信号電荷を垂直方向に
転送する垂直ＣＣＤ２とによって撮像領域３が構成され
ている。撮像領域３上には、カラーフィルタアレイ（図
示せず）が形成される。このカラーフィルタアレイとし
ては、例えば、図２に示す如きＧ（緑）市松Ｙｅ（黄）
／Ｃｙ（シアン）線順次とした色配列のものが用いら
れ、この４画素を基本単位とする。図２において、Ｐｘ
は水平方向の画素ピッチを、Ｐｙは垂直方向の画素ピッ
チをそれぞれ表わす。

【００１０】垂直ＣＣＤ２は、垂直走査に相当する動作
を受け持っており、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４に
よって４相駆動される。垂直ＣＣＤ２の出力側には、垂
直ＣＣＤ２から移された信号電荷を各々水平方向に転送
する２本の水平ＣＣＤ４，５が併置されている。これら
水平ＣＣＤ４，５は、水平走査に相当する動作を受け持
っており、水平転送クロックφＨ１，φＨ２によって２
相駆動される。水平ＣＣＤ４，５には、垂直ＣＣＤ２か
ら２ライン分ずつ信号電荷が転送され、両者への信号電
荷の振分けは水平ＣＣＤ４，５の間に配された振分け転
送ゲート６によってライン単位で行われる。

【００１１】水平ＣＣＤ４，５の出力側には、転送され
てきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する例えばフ
ローティング・ディフュージョン・アンプ構成の出力部
７，８が設けられており、これら出力部７，８から２チ
ャンネルの画素信号が出力される。以上により、１フィ
ールド期間内に全画素の信号電荷を独立に２ライン分ず
つ読み出し、点順次の２チャンネルの画素信号（色信
号）として出力する全画素読出し方式のＣＣＤ固体撮像
素子９が構成されている。

【００１２】ＣＣＤ固体撮像素子９からの２チャンネル
の出力信号は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路及
びサンプル／ホールド回路（共に図示せず）を経た後、
本発明に係る輝度バランス回路１０に入力される。この
輝度バランス回路１０において、２チャンネルの入力信
号は先ず、Ａ／Ｄ変換器１１，１２でディジタル化さ
れ、１ビット（画素）のラッチ回路１３，１４でラッチ
された後乗算器１５，１６の一入力となる。

【００１３】乗算器１５，１６は、係数設定回路１７で
設定されかつ切換えスイッチ１８による切換えによって
交互に出力されるキャリアのバランス係数ａ／ｂ，ｃ／
ｄを他入力とし、このバランス係数ａ／ｂ，ｃ／ｄを２
チャンネルの画素信号にそれぞれ乗ずる。切換えスイッ
チ１８は、２チャンネルの画素信号のサンプリング周波
数を４ｆsc（ｆsc：色信号の副搬送波周波数）とすると
き、２ｆscの切換え周波数で切換え制御を行う。

【００１４】係数設定回路１７は、例えばＣＣＤ固体撮
像素子９の出力信号に基づいて算出される色温度情報に
応じて各色信号Ｇｒ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇｂに対応したバラ
ンス係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを設定する。これらバランス係
数ａ／ｂ，ｃ／ｄを乗ぜられた２チャンネルの画素信号
（ａ＊Ｇｒ／ｂ＊Ｙｅ，ｃ＊Ｃｙ／ｄ＊Ｇｂ）は、１ビ
ットのラッチ回路１９，２０でラッチされた後、加算器
２１で相互に加算される。この加算処理により、垂直方
向において隣接する２画素分の画素信号が加算されるこ
とになる。

【００１５】この加算出力は、加算器２２において１ビ
ットのラッチ回路２３でラッチされた１画素前の加算出
力と加算される。この加算処理により、図２の色配列を
基本単位として垂直及び水平方向において隣接する４画
素分の画素信号が相互に加算され、輝度信号Ｙとして出
力される。このときの輝度信号Ｙは、

【数２】Ｙ＝ａ＊Ｇｒ＋ｂ＊Ｙｅ＋ｃ＊Ｃｙ＋ｄ＊Ｇｂ なる式で構成される。この輝度信号Ｙは、カットオフ周
波数が１ＭＨｚ程度の水平方向フィルタであるＬＰＦ
（ローパス・フィルタ）２４を通過することにより、高
域成分がカットされ、低域の輝度信号Ｙ_L として出力さ
れる。

【００１６】上述したように、全画素読出し方式のＣＣ
Ｄ固体撮像素子９を用いたカラーカメラの信号処理回路
において、ＣＣＤ固体撮像素子９から出力される各色信
号に対して、各ライン（Ｇｒ／Ｙｅ，Ｃｙ／Ｇｂライ
ン）毎にそれぞれ独立のバランス係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ
を、周波数２ｆscのクロックによって点順次で切り換え
つつ乗じるとともに、これら係数の値を色温度情報に応
じて設定することにより、あらゆる色温度において輝度
バランスをとることができる。

【００１７】また、上記構成の輝度バランス回路１０
を、図３に示すように、Ｙ_L （低域の輝度信号）用輝度
信号回路２５として用いるとともに、Ｙ_H （高域の輝度
信号）用輝度信号回路２６としては、バランス係数を乗
じる構成を採らない通常の輝度信号回路を用い、減算器
２７でＹ_L 用輝度信号回路２５の出力信号からＹ_H 用輝
度信号回路２６の出力信号を減じ、この減算器２７の出
力信号をカットオフ周波数が１ＭＨｚ程度のＬＰＦ２８
を通した後、加算器２９でＹ_H 用輝度信号回路２６の出
力信号と加算することにより、図４に示す如く低域の輝
度信号Ｙ_L と高域の輝度信号Ｙ_L に帯域分割された輝度
信号Ｙを得ることができる。

【００１８】図５は、本発明の他の実施例を示すブロッ
ク図であり、図１と同等部分には同一符号を付してい
る。本実施例に係る輝度バランス回路３０においては、
ＣＣＤ固体撮像素子９から出力される２チャンネルの各
画素信号は先ず、周波数２ｆscのクロックに同期して切
換え回路３１，３２で切り換えることにより、Ｇｒ／Ｇ
ｂラインとＣｙ／Ｙｅラインの各色信号に変換してい
る。これら色信号に対し、Ｇｒ／Ｇｂラインでは、Ｇｒ
とＧｂを同じレベルのＧ信号と考え、常に同じバランス
係数ａを乗算器１５で乗じ、一方Ｃｙ／Ｙｅラインで
は、点順次に独立のバランス係数ｂ，ｃを乗算器１６で
それぞれ乗じる。これらバランス係数ａ，ｂ，ｃは、図
示せぬ係数設定回路において色温度情報に応じて設定さ
れる。

【００１９】そして、その乗算結果を加算器２１で加算
し、さらにその加算出力を加算器２２においてラッチ回
路２３でラッチされた１画素前の加算出力と加算するこ
とにより、輝度信号Ｙを得る構成となっている。このと
きの輝度信号Ｙは、

【数３】Ｙ＝ａ＊（Ｇｒ＋Ｇｂ）＋ｂ＊Ｙｅ＋ｃ＊Ｃｙ なる式で構成される。

【００２０】上述した構成によれば、色温度情報に応じ
て設定するバランス係数がａ，ｂ，ｃの３通りで済むこ
とになる。また、本実施例の場合にも、上記実施例の場
合と同様に、あらゆる色温度において輝度バランスをと
ることができる。さらに、この輝度バランス回路３０を
図３のＹ_L 用輝度信号回路２５として用いることによっ
ても、図４に示す如く低域の輝度信号Ｙ_L と高域の輝度
信号Ｙ_Lに帯域分割された輝度信号Ｙを得ることができ
る。

【００２１】ところで、カラーフィルタアレイにおい
て、図２に示したように、Ｇを市松に配置した場合に
は、図６に示す如くキャリアが立つ。ここで、４画素の
キャリアを加えた結果がゼロになれば、理論的に偽信号
が発生することはない。しかし、Ｇ信号に同じバランス
係数を乗じた場合には、色温度によってＹｅ，Ｃｙのキ
ャリアはつり合わないので、偽信号が発生してしまうこ
とになる。

【００２２】そこで、図２の市松Ｇ信号のうち、片方に
対して負のバランス係数を乗じるようにすることによ
り、すなわち

【数４】 Ｙ＝ａ＊Ｇｒ＋ｂ＊Ｙｅ＋ｃ＊Ｃｙ−ｄ＊Ｇｂ （ａ，ｂ，ｃ，ｄは正） 又は、

【数５】 Ｙ＝(-a)＊Ｇｒ＋ｂ＊Ｙｅ＋ｃ＊Ｃｙ＋ｄ＊Ｇｂ （ａ，ｂ，ｃ，ｄは正） なる式を満足させることにより、垂直又は水平方向の偽
信号のどちらかを抑圧することが可能となるため、輝度
バランスをとりつつ、偽信号をある程度抑圧できること
になる。このことは、図２の色配列に限定されるもので
はなく、市松やストライプの色配列ならば、他の色の配
列でも適用可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全画素読出し方式の固体撮像素子を用いたカラーカメラ
の信号処理回路において、固体撮像素子から出力される
２チャンネルの色信号に対して、色温度情報に応じてそ
れぞれ独立に設定した係数を点順次で切り換えつつ乗じ
て輝度バランスをとるようにしたので、原色分離後の信
号を使う必要がないことから、比較的Ｓ／Ｎの良い、輝
度バランスのとれた輝度信号を得ることができる効果が
ある。

【００２４】また、固体撮像素子から出力される２チャ
ンネルの色信号を、同じ色の画素の組合せからなる色信
号と異なる色の画素の組合せからなる色信号とに変換
し、これら色信号に対し、同じ色の組合せのラインでは
常に同じ係数を乗じ、異なる色の組合せのラインでは点
順次に独立の係数をそれぞれ乗じて輝度バランスをとる
ようにしたことにより、上記の効果に加え、設定する係
数が３通りで済むという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】輝度信号の処理に適用した本発明の一実施例を
示すブロック図である。

【図２】カラーフィルタの一例の色配列を示す図であ
る。

【図３】低域と高域に帯域分割された輝度信号の生成回
路のブロック図である。

【図４】低域と高域に帯域分割された輝度信号の周波数
特性図である。

【図５】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図６】図２の色配列におけるキャリアバランス図であ
る。

【符号の説明】

４，５ 水平ＣＣＤ ９ ＣＣＤ固体撮像素子 １０，３０ 輝度バランス回路 １５，１６ 乗算器 １７ 係数設定回路 ２５ Ｙ_L 用輝度信号回路 ２６ Ｙ_H 用輝度信号回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １フィールド期間内に全画素の信号電荷
   を独立に２ライン分ずつ読み出し、点順次の２チャンネ
   ルの色信号として出力する固体撮像素子を用いたカラー
   カメラの信号処理回路における輝度バランス回路であっ
   て、 色温度情報に応じて各色信号に対応して設定された第
   １，第２の係数を前記２チャンネルの色信号の一方に対
   して画素単位で交互に乗ずる第１の乗算器と、 色温度情報に応じて各色信号に対応して設定された第
   ３，第４の係数を前記２チャンネルの色信号の他方に対
   して画素単位で交互に乗ずる第２の乗算器と、 前記第１，第２の乗算器を経た前記２チャンネルの色信
   号を２画素分ずつ加算して輝度信号を得る加算回路とか
   らなることを特徴とする輝度バランス回路。
2. 【請求項２】 １フィールド期間内に全画素の信号電荷
   を独立に２ライン分ずつ読み出し、点順次の２チャンネ
   ルの色信号として出力する固体撮像素子を用いたカラー
   カメラの信号処理回路における輝度バランス回路であっ
   て、 前記２チャンネルの色信号を同じ色の画素の組合せから
   なる第１の色信号と異なる色の画素の組合せからなる第
   ２の色信号とに変換する色信号変換回路と、 色温度情報に応じて設定された第１の係数を前記第１の
   色信号に乗ずる第１の乗算器と、 色温度情報に応じて各色信号に対応して設定された第
   ２，第３の係数を前記第２の色信号に対して画素単位で
   交互に乗ずる第２の乗算器と、 前記第１，第２の乗算器を経た前記第１及び第２の色信
   号を２画素分ずつ加算して輝度信号を得る加算回路とか
   らなることを特徴とする輝度バランス回路。