JPH06113310A

JPH06113310A - 映像信号処理装置

Info

Publication number: JPH06113310A
Application number: JP4078240A
Authority: JP
Inventors: Egon J Heeb; ジヨセフヒーブイーゴン; Karl H Knop; ハインリツヒクノープカール; Rudolf H Morf; ハンスモーフルドルフ
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1983-03-14
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1994-04-22
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH07118811B2; KR840008247A; FR2542956B1; FR2542956A1; DE3409379A1; KR920009076B1; JP2539592B2; JPS59201595A

Abstract

(57)【要約】【目的】カメラの出力から３種の成分色信号を取出す
のに１Ｈ遅延線の使用を必要としないデコード回路を用
いた、色符号化フィルタを使用した固体電子的撮像カメ
ラを提供する。【構成】デジタル処理技法を用いた形では、デジタル
横型フィルタの３つ組（７０、７２、７４）として、係
数ＲＯＭ（５１８）から抽出した乗算係数を用い、所望
の成分信号のセットを発生させる。アナログ処理技法を
用いた形では、サンプリングシステム（２６、２８、３
０）が、連続的に生じる画素の３つ組から抽出した信号
から、所望の成分信号のセットを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】この発明は、テレビジョン撮像機（カメ
ラ）、特に単板式（シングルチップ）固体テレビジョン
撮像用カメラの色フィルタとこの撮像用カメラから引出
された映像信号の処理装置に関する。

【０００２】ＭＯＳ型またはＣＣＤ型装置のような固体
撮像器の実用化によって、ただ１つの画像感知器（イメ
ージセンサ）を用いて複数の色を持つ画像を関知する色
符号化方式に再び関心が高まった。固体撮像器固有の寸
法形状の安定性により、ビディコンやサチコンのような
撮像管では実現不可能であった計画が可能になる。多く
の色符号化フィルタが開発されているが、これらの従来
法のフィルタは一般に解像度と漏話の問題を有し、その
ためある程度高品質の単板式固体撮像方式には使用不適
であった。

【０００３】フレーム転送型（フィールド転送型ともい
う）の電荷結合装置（ＣＣＤ）では、結像領域全体が感
光性を持ち、各画素は、垂直チャンネルストップにより
水平方向に、また２相、３相または４相の信号が印加さ
れる水平ゲートにより垂直方向に、画定されている。こ
の各画素を垂直方向に画定する方法を採用した結果、１
つのフィールドと次のフィールド間で画素を垂直方向に
一部重ねることにより、正規のテレビジョン信号用の画
像内の別の領域を掩う偶数フィールドと奇数フィールド
の飛越しが得られる。

【０００４】図１は、フレーム転送型の撮像器（イメー
ジャ）１０の一部で、水平破線は偶数フィールド用の垂
直方向の走査境界線を示し、水平実線は奇数フィールド
用の垂直方向の走査境界線を示す。走査線の番号は撮像
器１０の左右に示されている。垂直解像度１単位に対応
する垂直偏倚により２つのフィールドの画素構成を画定
することによって疑似飛越しが得られる。

【０００５】この動作モードは１つの画素が各フィール
ドにおける垂直方向の２単位の垂直解像度の組合せであ
るような、互いに隣接する２走査線からの２単位の垂直
解像度を合計することと等価である。この垂直解像度の
限界はこれにより影響されないが、垂直サンプリングの
ナイキスト周波数付近の垂直空間周波数に対するコント
ラストが低下する。

【０００６】この発明はフレーム転送型ＣＣＤ以外の固
体装置、例えばＭＯＳ型ダイオード配列撮像器のような
非重複型サンプリング素子による動作が可能な撮像器に
も適用し得るが、その説明はフレーム転送型装置につい
て行う。

【０００７】１単位の垂直解像度へのアクセスの不可能
なフレーム転送型ＣＣＤの非重複飛越しモードは、有用
な色符号化パタンの選択について苛酷な境界条件の存在
を意味している。例えば図２（ａ）は色符号化パタンの
古典的な１例、いわゆるベイヤ−パタンの赤、緑、青を
Ｒ、Ｇ、Ｂで示したものを示すが、これはＲ＋Ｇ、Ｂ＋
Ｇの２つの型の信号だけが二者択一的に発生され、Ｇ＋
Ｇのような第３の型の信号がないため、フレーム転送型
ＣＣＤ用の作用をしない。完全な色信号を得るには少な
くとも３種の信号が必要である。

【０００８】フレーム転送型ＣＣＤに適する色符号化パ
タンはすべて図２（ｂ）に示すように黄、緑、シアン
（Ｙｅ、Ｇ、Ｃｙ）の３色周期縞のような垂直縞パタン
である。しかし、垂直縞パタンはこの縞状フィルタ周波
数のすべての空間周波数を除去するための、すなわちエ
リアシングを除去するための、光学的低域濾波を必要と
するため、水平解像度が比較的低い。図２に示すような
３画素周期に対しては、理論的解像度の限界はｂ／ｗ
（単色）チップのそれの２／３であるが、実際はそれよ
り低く、ｂ／ｗ解像度の５０％である。

【０００９】解像度は符号化用に結像面の第２の次元を
用いることにより改善することができる。これができて
なおフレーム転送型ＣＣＤに合う種類の符号化パタンが
米国特許第３９８２２７４号明細書に示されている（図
２（ｃ）参照）。ここでは図２（ｃ）の第１組と第３組
の各下側のテレビジョン線上の全画素がＪの色で示され
るように、パタンの線１つおきに一様な色になってい
る。ここでＫ、Ｌ、Ｊは一般色である。

【００１０】このため映像信号中の２つのフィールド
（偶数と奇数）が同じ測色組成を有する。素子ＫＪ／Ｌ
ＪおよびＭＪ／ＮＪを含む各線がその両フィールドに発
生されるが、その唯一の差はＪがＣＣＤ信号の生成に無
関係な他の素子の上に現れるか下に現れるかである。
（これは場合によってフリッカを生ずることがある。）

【００１１】この型のパタンの１つを２（ｄ）に示す。
ここでＷは白色または無色である。ルミナンスについて
は２方向に完全な解像度が得られるが、クロミナンスに
ついては復号用に１Ｈ遅延線を要し、このためこのよう
な遅延線を用いた撮像用カメラはある種の水平線状構造
を有する被写体の画像における色ビートに相当敏感にな
る。このような現象を減ずるために、ここでも光拡散器
（２次元型）が必要である。

【００１２】図２（ｅ）は単板式固体カラー撮像用カメ
ラに用いられる今１つの従来法の碁盤目フィルタ−パタ
ンを示す。このパタンは１９８２年４月発行のアイ・イ
ー・イー・イー・トランザクションズ・オン・エレクト
ロン・デバイシーズ（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎｓｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ）第Ｅ
Ｄ−２９巻第４号第７４５−５０頁に青木等により記載
されたもので、黄、緑、シアン、白の各色フィルタ素子
を有する色フィルタにより４色の垂直周期性が与えられ
ている。

【００１３】隣同志の列では水平方向にパタンが２素子
分ずれて、シアン素子が垂直方向に２つの黄素子の間に
あり、白素子が２つの緑素子の間に来る等のようになっ
ている。このパタンは各フィルタ素子列を各光ダイオー
ド列に整合させたときＸＹアドレス指定型ＭＯＳ光ダイ
オード感知器用に良好な性能を示すことがある。すなわ
ち同時に２列を走査することにより、完全な色信号を
（１Ｈ遅延線なしで）各走査線に対して引出すことがで
きる。

【００１４】しかしこのフィルタ−パタンはフレーム転
送型ＣＣＤのような装置には有用でない。このフィルタ
素子列の各対に対する垂直方向の色の組合せはＹｅ＋Ｃ
ｙとＧ＋Ｗの２種類しかなく、どちらもＲ＋２Ｇ＋Ｂに
なる点で測色学的には同じであることに注意すべきであ
る。従ってこのフィルタ−パタンを用いてフレーム転送
型ＣＣＤからクロミナンス信号を発生することはできな
い。上述のように、ベイヤ−パタンに対しては完全な色
の再生に３種の信号が必要である。

【００１５】米国特許第４２８８８１２号明細書には今
１つの碁盤目状フィルタが記載されている。この特許で
は撮像器の画素領域より小面積を覆うフィルタ素子が各
列ごとにずれている。このフィルタ構造はＣＣＤフレー
ム転送装置には有用であるが、これも復号に１Ｈ遅延線
が必要である。

【００１６】従って固体撮像器特に単板式フレーム転送
型撮像器を用いる撮像用カメラには、複雑な１水平線時
間遅延線を要せずにカラー画像を生成するに要する信号
を生成し得る色フィルタを備えることが望ましい。

【００１７】

【発明の概要】この発明に利用される、従来法の撮像用
カメラの諸問題を克服した新しい撮像用カメラが提供さ
れる。この撮像用カメラは被写体からの輻射エネルギに
応じて発生される未処理信号を供給する複数個の収集部
（受光素子）を持つ固体撮像器を有し、被写体とこの撮
像器の間に列状に配置された色フィルタ素子を持つ色フ
ィルタが挿入される。このフィルタ素子の列の１対は常
にすべての瞬間において収集部の１つの列に整合する。

【００１８】この色フィルタ素子の各列は一連の色の繰
返しを含み、隣同志の列は互いにずれており、隣接２列
からのフィルタ素子の組合せにより、少なくとも２つの
独立した色の組合せが得られる。また撮像器に結合され
たまたは結合し得る信号処理手段があってその未処理信
号から被写体をその色内容に関する情報を含めて表わす
処理済信号を発生するようになっている。

【００１９】

【詳細な説明】図３はこの発明に利用できるパタンを持
つフィルタ１２がどのようにして作られているかを示
す。第１の線はＰ個の色、例えばＰ＝５でＫ、Ｌ、Ｍ、
Ｎ、Ｏを反復して画定されている。この色Ｋ、Ｌ、Ｍ、
Ｎ、Ｏは全部異なっている必要はないが、単板カラー撮
像用カメラにおける全色解像度には少なくとも３つは異
なった独立の色である必要がある。スペクトル的に異な
る２つのチャンネルへの分離が行われる他の用途には最
低２色で充分である。

【００２０】それ以後の各線はその前の線を左へある量
Ｓだけずらして反復することにより得られる。ここで０
＜Ｓ＜Ｐで、図３では第１列の色Ｍと第２列の色Ｍを結
ぶ矢印で示すようにＳ＝２である。このパタンは線Ｐ本
ごとに垂直に反復するが、Ｐ／Ｓが整数であればその反
復が早くなり、すなわち線Ｐ／Ｓ本ごとに反復する。フ
レーム転送型ＣＣＤに用いるとき、映像信号の各線はＳ
個の画素だけ位相のずれた同じ測色学的順列例えばＫ
Ｍ、ＬＮ、ＭＯ、ＮＫ、ＯＬを含んでいる。従って各線
は基本的に同じ処理を必要とする。

【００２１】Ｐ、Ｓと色の順列を任意に選ぶと、好まし
いカラー撮像系が得られないこともある。事実選ばれた
任意のパタンの殆どで、画像の再生が認められないこと
がある。例えば、画像内の空間情報の構造が色符号化パ
タンのそれと似ておれば、色のモアレ模様やビートのよ
うな強いエリアシング効果を生ずることがある。一般に
２列の色の順列の組合せでは少なくとも３つの独立色素
子が必要で、すなわち隣接する２本の水平線からのフィ
ルタ素子を組合せるときは、各走査ごとに少なくとも３
つの独立色が得られる必要がある。

【００２２】しかし、２板式（２チップ）カラー撮像用
カメラの場合は必要な独立色が２つだけのシフトパタン
を用いればよく、例えば一方の撮像器が１つの独立色を
与えれば、他方の撮像器が他の２つの独立色を与える。
独立色とは互いに異なり、測色学的に無関係な原色を言
い、例えば、赤、緑、黄は、黄が赤と緑の組合せのた
め、３つの独立色の悪い選択である。

【００２３】一般に、この３つの独立色を与えるように
偏移させるとき、Ｐ≧５で２≦Ｓ≦Ｐ−２の場合に有用
なパタンが得られることを発見した。Ｓ＝０、１、Ｐ−
１のときは垂直または斜めの縞状パタンが得られ、これ
が特に有望という事例はまだ見付かっていない。

【００２４】シフトパタンのあるものはフレーム転送型
ＣＣＤ装置に特に有用なことが判った。これを次に説明
する。しかし装置の画素の寸法が変わると他のシフトパ
タンの方がよく適し、よい性能を挙げることもあること
に注意すべきである。

【００２５】図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれＰ
＝６でＳ＝２の２つのシフトパタンを示す。このパタン
は垂直方向に線３本ごとに反復して３×６色マトリック
スを形成している。図４（ａ）のパタンはシアン（Ｃ
ｙ）、緑（Ｇ）、白（Ｗ）の３色を含んでいる。３色よ
り成るフィルタは少量の場合でも比較的容易に作ること
ができる。図４（ｂ）のパタンは第４の色の黄（Ｙｅ）
を含むがこれはフィルタを大量に作るときそれほど経費
の増大を示さない。図４（ａ）および図４（ｂ）のフィ
ルタは、黄とシアンを重ねると緑になるので黄とシアン
のパタンを重ねて実現することができる。

【００２６】図４（ａ）および図４（ｂ）により色フィ
ルタを作る技法の例示のためには１９８３年７月１１日
付米国特許願第５１２５４１号明細書を参照すればよ
い。これらの色を比較的容易に作ることができることが
これを選んだ最大の理由ではなく、フィルタの平均透過
率の方が重要で、これはどちらの場合もほぼルミナンス
信号Ｙに対する色組成すなわちＹ＝０．５９Ｇ＋０．３
０Ｒ＋０．１１Ｂである。この与えられた色は良好な性
能を与えるが、他の選択も可能で、場合によっては更に
よいこともある。

【００２７】これらのパタンを光拡散器なしでＣＣＤ撮
像器に用いると、強い色ビートその他の人為現象が生ず
る。特性が２対２フィルタ素子の面積全体の平均に対応
する２次元拡散器を用いるとこのような現象が減り、満
足な性能を示すことが判った。この拡散器の帯域幅はＣ
ＣＤ自身によるサンプリングのナイキスト周波数と一致
するため、ルミナンス解像度は本質的に害されない。

【００２８】図４のパタンの性能がよい理由を説明する
ことは困難であるが、１つの理由は各種の色が表面全体
に多少均一に分布して縞模様の発生を大いに防いでいる
ことにあることは確かである。例えば、図４（ａ）のパ
タンでは、赤感知素子Ｗが６角形頂点にある。これは図
４（ａ）の白色素子のいくつかを点線で結んで６角形を
形成して示す通りである。中央の白色素子は他の６つの
白色素子によりほぼ同じ距離で包囲されていることが判
る。これは周縁近傍を除いて他の白色素子にもいえる。

【００２９】色符号化パタンは良好な単板式カラー撮像
用カメラの基礎を形成するが、発生した映像信号のデマ
ルチプレキシシングも同等に重要で、カメラの綜合性能
の実質的改善は与えられたパタンの電子処理を慎重に調
節することにより得られる。任意のシフトパタンのすべ
てに適用される一般的アナログ処理法の説明は困難であ
るが、デジタル形式で実現し得る一般的処理法は説明す
ることができる。

【００３０】このデジタル処理法の説明のために次の量
を導入する。Ｓｉ・・・・・第ｉ番目の画素（垂直解像度の２単位）
から来る色多重化信号。Ｃ_k ^Jl・・・・この処理を（完全に）説明する係数。ｋ
は同じく線上の近隣画素の和算率で、−ｍ≦ｋ≦ｍ_oＪ
＝１、２、３で、３つの色成分（Ｒ、Ｇ、ＢまたはＩ、
Ｑ、Ｙ）を表わす。ｌ＝１、２、・・・・Ｐで、処理に
おける相の違いを示す。

【００３１】するとカラー画像を表わす３つの処理済信
号ｖ^ij（ｊ＝１、２、３）は次式の演算により得られ
る。

【００３２】

【数１】

【００３３】ここでｍは和算窓の幅を決定し、ｌ＝ｆ
（ｉ）である。ｆ（ｉ）は周期Ｐの周期性関数で、画素
ｉに対応するパタンの色の順列における特定の場所を表
わす値１、２、・・・・Ｐを有する。例えば図４（ａ）
のパタンでｌ＝２は中央の素子Ｓｉが和でＣｙＧの型を
持ち、その左隣がＧＧであることを意味し、ｌ＝３は右
隣にＧＧを持つＧＷを意味する。

【００３４】図５は単板式カラー撮像用カメラのブロッ
ク図を示す。図５の撮像用カメラの信号処理はデジタル
技法で行われる。像５１０はレンズ５１１によりＣＣＤ
撮像器１３上に結合される。この撮像器はその上に碁盤
目状の色フィルタ５１４が形成され、例えばそのフィル
タ５１４のカラーパタンは図４（ａ）の型のものであ
る。像５１０と撮像器１３の間には拡散器５１６が挿入
されてエリアシング効果（上記）を減ずるようになって
いる。

【００３５】ＣＣＤ撮像器１３はクロック発生器１７の
制御の下にサンプリングされたアナログ信号を発生し、
これがアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１５により
デジタル信号に変換される。得られたデジタル信号は横
型濾波器７０、７２、７４に印加される。各横型濾波器
にはクロック発生器１７の制御の下に係数用ＲＯＭ５１
８から１組の係数が切換え印加される。Ｒ、Ｇ、Ｂの各
信号を表わす濾波器７０、７２、７４の出力信号はそれ
ぞれガンマ補正回路（γ）４２、４４、４６に印加さ
れ、その出力は合成ＮＴＳＣ信号を発生するＮＴＳＣ符
号器４８に印加される。

【００３６】図６には図５の応用に使用する横型濾波器
の詳細が示されている。素子６１０〜６１８は直列の縦
続遅延断（例えば１４段）で、それぞれＡ／Ｄ１５（図
５）から印加される信号Ｓｉを１サンプル周期（１画
素）遅らせる。入力信号Ｓｉと各素子６１０〜６１８の
出力信号はそれぞれ（例えば１４の）係数乗算器６２０
〜６３０に印加され、各乗算器は出力信号Ｃ_k ^jlＳ_i+k
を発生する。ここでｋは入力信号Ｓｉに加えられた遅延
の回数、Ｃ_k ^jlは各係数の値である。各係数乗算器６２
０〜６３０の出力信号は加算器６３２で合成されて濾波
器の出力信号ｖ_ijとなる。

【００３７】係数ＲＯＭ５１８は各係数の値を定め、所
要の区間ごとに供給する係数を変える。この係数ＲＯＭ
５１８は種々のアドレスコードを介して周期的に循環
し、既知の係数を所定順序で乗算器に供給する記憶装置
とすることができる。図６には１つの横型濾波器に対す
る実施例を示したが、図５の方式は、勿論同じ係数ＲＯ
Ｍから供給される３つの濾波器（各色成分に付き１つず
つ）を要することに注意すべきである。

【００３８】Ｃ_k ^jlは周期的にカラーパタンの順列と同
相で変化する。各Ｃ_k ^jlは得られた画像をカメラの入力
と比較することによる若干の調節処理によって得ること
ができる。撮像用カメラシミュレーション用の入力とし
て用いるもとの画像に対するｖ_iの最小自乗適合法によ
り１組の値が得られた。

【００３９】数学的適合はＩ、Ｑ、Ｙスペースで行わ
れ、もとの画像のＩ値とＱ値がＮＴＳＣ標準に従って低
域低域濾波されたが、この手順は明らかにもとの画像に
依存している。無作為白色ノイズパタンを中実の着色領
域と組合せることにより最良の結果が得られたが、顔面
や風景等の一般の被写体を用いると結果はそれより良く
なかった。

【００４０】この１組の値は図４（ａ）のＰ＝６、Ｓ＝
２の場合でＫ＝１５（−７≧ｍ≧７）のときのＲ、Ｇ、
Ｂ信号について後記の表１に掲げてある。これらの値は
シミュレーション機器を用いて得られたもので、図４
（ａ）と図４（ｂ）に示す２つのシフトパタンに対して
優れたカメラの性能が得られた。表１のＫ＝１５に対す
る係数値はこのデジタル処理を完全に決定する合計Ｋ×
３×Ｐ＝１５×３×６＝２７０個の係数を表わす。

【００４１】図７はアナログ回路網に適する図４（ａ）
のパタン用の処理方式を示す。ＣＣＤ撮像器１３からの
色符号化信号は公知の増幅器、クランプ回路、ノイズ逓
減回路等（図式せず）を介して縦続接続された２つの１
画素遅延線１４、１６に供給される。この撮像器１３か
らの信号と遅延線１４、１６の出力信号は３つの隣接画
素からの画像値を表わすもので、クロミナンス信号と混
合高周波（ミックスド・ハイス）信号を引出してルミナ
ンスに対する解像度を良好にするために用いられる。詳
言すれば、減算器１８、２０において中央の画素の値を
その左右の画素の値からそれぞれ差引き、加算器２２は
減算器１８、２０の出力信号を組合せて信号Ａを形成す
る。

【００４２】クロミナンスチャンネル（図７の左側）は
サンプル・アンド・ホールド回路２４によりサンプリン
グされて６画素区間ごとに２つのサンプル値を供給す
る。すなわちスイッチ２６、２８は独立に切換えられ、
信号は２つのクロミナンスチャンネルＣ１、Ｃ２に交互
に供給される。サンプル・アンド・ホールド動作のサン
プリング部分はスイッチ２６または２８の閉成時に起こ
る。遅延線の中央素子が垂直のＧＧ素子（図４（ａ）の
線１、２参照）に対応するときは常にスイッチ２６また
は２８が閉成する。

【００４３】すなわち、垂直ＧＧ素子の左右の素子がＣ
ｙＧのときは常にスイッチ２６が閉成し、垂直ＧＧ素子
の左右の素子がＷＧのときは常にスイッチ２８が閉成す
る。従ってスイッチ２６、２８はそれぞれ６画素ごとに
１回閉成するが、それぞれ互いに離相している。従って
視野が均一な色のときはＣ１、Ｃ２がそれぞれ次の値を
表わす。

【００４４】バー（−）はテレビジョン方式のＲＧＢと
等価でない画素信号の値を示す。下述のようにバーＲ、
バーＢ、バーＧをＲ、Ｂ、Ｇに変換するためマトリック
ス動作が行われる。

【００４５】

【数２】

【００４６】第３のクロミナンス成分Ｃ₃はサンプル・
アンド・ホール回路３０を用いて（ＧＧ）値をサンプリ
ングすることにより得られる。従ってＣ₃信号のクロミ
ナンスサンプリングは６画素から２つ行われる。遅延線
３２は１／２画素の遅延を与えるが、この遅延線３２は
３つのクロミナンスチャンネルの各信号を整合させるた
めのものである。

【００４７】信号Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ６組の画素から
１画素サンプリングされる。従って信号Ｃ１、Ｃ２と信
号Ｃ３の間には１．５画素のずれが必要であるが、Ｃ
１、Ｃ２に対するＣ３の１画素の遅延は遅延線１６によ
り与えられ、残り１／２画素の遅延が遅延線３２により
与えられる。従ってＧ₃＝２（バーＧ）である。

【００４８】次に、図８について信号Ｃ３の中心合わせ
動作の説明を行う。図８はスイッチの閉成と各クロミナ
ンスチャンネルの信号の有無すなわちＣ₁＝（バー
Ｂ）、Ｃ₂＝（バーＢ）＋（バーＲ）、Ｇ₃＝（バー
Ｇ）を示す。スイッチ２６の閉成後、信号（バーＢ）が
６画素間存在し、スイッチ２８の閉成後、信号（バー
Ｂ）＋（バーＲ）が６画素間存在する。（バーＧ）チャ
ンネルでは、スイッチ３０が６画素間に２回閉成する。
（バーＢ）と（バーＢ）＋（バーＲ）の組合せの中心は
スイッチ３０の閉成時点の一方にある緑色信号の中心線
に対して１／２画素だけずれている。

【００４９】信号（バーＧ）は画素遅延線１６で他の２
信号に対して１画素だけ遅延されていることを想起され
たい。従って（バーＢ）と（バーＢ）＋（バーＲ）の組
合せの中心線を（バーＧ）と一致させるには、信号（バ
ーＧ）を（図８に示すように）さらに１／２画素だけ遅
延させる必要がある。この追加の１／２画素の遅延は遅
延線３２で与えられる。

【００５０】図９は図７のスイッチ２６、２８、３０に
よってどのように信号のサンプリングが行われるかを説
明するためのタイミング図である。波形図ａ〜ｒは各ス
イッチのサンプリングを表わす（高レベルがスイッチ閉
成を示す）。

【００５１】例えば波形ａについて言えば、スイッチ２
６がｔ０からｔ１までとｔ６からｔ７まで（すなわち波
形が高レベルのとき）閉成され、従って図７の信号Ａが
ｔ０からｔ１までサンプリングされて、そのｔ１時点の
値がＣ１チャンネル用のコンデンサ（図示せず）等の信
号蓄積装置によりｔ１からｔ６まで保持される。ｔ０か
らｔ１まで、ｔ１からｔ２まで等の期間は画素信号期間
中のサンプリングされたアナログ信号の周期を表わし、
ｔ０はラスタの各水平走査の始点時刻を表わす。

【００５２】波形ａ、ｂ、ｃ（およびｇ、ｈ、ｉとｍ、
ｎ、ｏ）は奇数フィールドに対する水平走査の順序を示
し、この順序がそのフィールドの残部についても反復さ
れる。波形ｄ、ｅ、ｆ（およびｊ、ｋ、ｌとｐ、ｑ、
ｒ）は偶数フィールドに対するものである。各走査線に
対する波形すなわちａ、ｂ、ｃ等は各サンプル線につい
て６サンプル後反復する（すなわちｔ０〜ｔ６が反復す
る）。

【００５３】チャンネルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の各信号はサ
ンプリングにより生ずる高い周波数をなくするため次第
にロールオフする約７００ＫＨｚの遮断周波数を持つ低
域濾波器（ＬＰＦ）３４、３６、３８で低域濾波され
る。

【００５４】カラーテレビジョン方式にはすべて２つの
基本端子動作すなわち適当なピックアップ装置による撮
像器からの色情報の取出しと適当な画像再生装置による
その色情報からの画像の再生がある。ピックアップ動作
では一般に画像からの光を特定の成分色に分解する必要
があるが、画像再生動作では一般に何等かの方法で組合
わされて信号画像の映像を視聴者に複製する特定の成分
色で画像を再生する必要がある。

【００５５】画像再生装置に供給される画像情報がその
装置が画像の再構成に用いる成分色と合わなければ、も
との画像の忠実な再生ができないことはよく理解できる
から、ピックアップ装置が被写体の像から光を分解する
原色が再生装置で成分画像を形成する原色と対応しなけ
れば、忠実な再生をするためには、この方式に最初取出
した色情報を再生装置の原色に変換するためのマスク回
路のような手段が必要である。この変換は最初取出され
た信号を適当に混合して再生装置の原色に実質的に対応
する混合信号を生成することにより行うことができる。

【００５６】各画素位置（ｘ、ｙ）において色Ｃ_xy黄、
シアン等の色を表わす。各色Ｃ_xyは３つの係数ｔ^k（Ｃ
_xy）により特徴付けることができる。ただしｋ＝１、
２、３で、その画像位置から取出された信号を表わす任
意の画像入力Ｉ^k _(xy)に対してＲ、Ｇ、Ｂ原色によりそ
の画素で発生される下記の電気出力Ｐ_xyで定義する。

【００５７】

【数３】

【００５８】各フィルタ素子の透過特性を示す係数ｔ^k
（Ｃ_xy）は被写体の照度（色温度Ｔ）とＣＣＤのスペク
トル応答が判れば任意のフィルタのスペクトル透過度に
ついて計算することができる。下表２はＴ＝３２００°
Ｋ（白熱電灯）と薄型背面照明式ＣＣＤの代表的応答を
仮定したＲ、Ｇ、Ｂ原色に対する係数ｔ^kの代表的な非
規準化値を示す。

【００５９】

【表２】

【００６０】従ってマトリックス４０はサンプル・アン
ド・ホールド回路から取出されたクロミナンス信号Ｃ
１、Ｃ２、Ｃ３を実質的にテレビジョン信号に対応する
Ｒ、Ｇ、Ｂ信号に変換する。このマトリックス４０は
Ｒ、Ｇ、Ｂ信号を形成する抵抗回路網により形成するこ
とができる。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３からＲ、Ｇ、Ｂを引出す
式は次の通りである。

【００６１】Ｒ＝−０．４５Ｃ１＋０．５８Ｃ２−０．２Ｃ３Ｂ＝０．６６Ｃ１＋０．０５Ｃ２−０．１３５Ｃ３Ｇ＝−０．１８Ｃ１＋０．１３５Ｃ２＋０．３６Ｃ３

【００６２】このＲ、Ｇ、Ｂ信号はそれぞれ回路４２、
４４、４６でガンマ補正されてマトリックス９０に印加
される。このマトリックス９０で低周波数のＲ、Ｇ、Ｂ
信号が例えば抵抗マトリックス回路網のような通常の回
路網により組合されて低周波数のルミナンス信号ＹＬと
赤の色差信号Ｒ−Ｙと青の色差信号Ｂ−Ｙを生成する。

【００６３】高周波数のルミナンス信号を生成するため
に別のいわゆる混合高周波チャンネル（図７の右側）が
用いられる。この基本信号は連続する２つの画素を加算
器５０で加算し（２画素の合計はエリアシングの低減を
行い、ルミナンスを表わす測色学的平衡を与えるために
行われる）、得られた和信号を低域濾波器（ＬＰＦ）３
４、３６、３８で生じた遅延によって必要な等化用遅延
線５２に印加することにより得られる。混合高周波信号
の測色学的組成は一定ではなく、図４（ａ）のパタンに
ついて図示のフィルタの線１では次の順序で周期的に
（Ｐ＝６）変わる。

【００６４】

【数４】

【００６５】このため色と輝度の一様なフィールドで
も、混合高周波信号は一般にルミナンスチャンネルのフ
ィルタを表わす一定パタンに導く高周波数を含む。

【００６６】図７は上記の問題を解決する比較的簡単で
シフトパタン以外の色符号化パタンに適用し得る方法を
示す。この原理は混合高周波チャンネルに低域濾波され
たクロミナンスチャンネル（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）からの
信号を加えて合計信号が一定の測色学的組成を持つよう
にすることである。

【００６７】図４（ａ）のパタンについてはこれはスイ
ッチ５４、５６を用いて信号３（バーＧ）（バーＷ）に
１／２Ｃ１＝（バーＢ）を信号３（バーＧ）（バーＣ
ｙ）に１／２Ｃ２〔（バーＢ）＋（バーＲ）〕をそれぞ
れ加え、１／２振幅減衰器５８と加算器６０を用いて６
ｄＢを加え、第３の信号２（バーＧ）（バーＣｙ）（バ
ーＷ）をそのままにしておくことにより達せられる。各
スイッチを閉成するための６画素の手順は５６（閉成せ
ず）、５４（閉成せず）、５６（この手順を反復する）
である。

【００６８】図１０は混合高周波ルミナンス信号に一定
の測光学的組成を与えるスイッチ５６、５８の動作を理
解するためのタイミング図である。波形ａ〜ｌは各スイ
ッチのサンプリング（高レベルがスイッチ閉成）を示
す。この図１０の時間は適当量遅延された画素信号期間
中にサンプリングされた図９のアナログ信号の時間に対
応する。ｔ０′はラスタの各水平走査線の始点時刻を表
わし、ｔ０′−ｔ１′が加算器６０の入力に最初の画素
（４つのフィルタ素子から取出された信号の合計）が生
ずる時間を表わす。

【００６９】波形ａ、ｂ、ｃとｇ、ｈ、ｉは奇数フィー
ルドに対して反復し、波形ｄ、ｅ、ｆとｊ、ｋ、ｌは偶
数フィールドに対して反復する。さらに各波形は６サン
プル（すなわちｔ０′〜ｔ６′）ごとに反復する。容易
に判るように、ここで混合高周波信号は下記の一定の組
成を持つことになる。

【００７０】

【数５】

【００７１】（バーＲ）、（バーＧ）、（バーＢ）が映
像面では純粋なＲ、Ｇ、Ｂ信号ではなく、上述のような
次第にロールオフするスペクトル透過特性を持つ代表的
な非理想的フィルタを用いて得られたような信号であれ
ば、このルミナンスに対する近似は良好である。

【００７２】この補正された混合高周波信号は次に理想
的に低域濾波器（ＬＰＦ）３４、３６、３８と相補的特
性を持つ高域濾波器（ＨＰＦ）６２により高域濾波され
た後、混合器９２で低周波数のルミナンス信号に加えら
れて広帯域ルミナンス信号を形成する。色差信号とルミ
ナンス信号は次にＮＴＳＣ符号器４９に印加され、ここ
で公知の技法により合成カラーテレビジョン信号が発生
される。高域濾波された信号は低域濾波されたクロミナ
ンス信号に要したようなガンマ補正をしなくても充分で
あることが判った。

【００７３】図７のような図４（ａ）のパタンに対する
電子処理の長時間シミュレーションを行ったが、極めて
よい性能を示した。図４（ｂ）のパタンに対し図７と同
様の処理法のシミュレーションも行ったが、このシミュ
レーションでこの信号対雑音比（約３ｄＢ）と対角線に
沿うエリアシングにおける図４（ａ）に対する顕著な改
善が見られた。

【００７４】図１１は図４（ｂ）のパタンのアナログ符
号化用の回路を示す。図において図７の素子に対応する
素子には対応する引用数字を付してある。この動作は図
７の回路の動作と同様のため、簡単に説明する。互いに
独立の３つの色成分信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は次のように
して得られる。まず加算器６４、６８、増幅器６６およ
び差増幅器７０により隣接素子の加重和信号が２つ形成
される。

【００７５】信号Ａは重み１、−２、１を有する隣接素
子の加重和であり、信号Ｂは重み１、２、１を有する素
子の加重和である。サンプル・アンド・ホールド回路２
４はこれらの信号を３画素周期で、すなわち中心素子が
ＹｅＹｅまたはＧＧのときは常にサンプリングする。ス
イッチ３０は３画素ごとに閉成するが、スイッチ２６、
２８は交互に閉成する。すなわち、スイッチ２６は中心
素子がＹｅＹｅのときは常に閉じ、スイッチ２８は中心
素子がＧＧのときは常に閉じ、スイッチ３０はスイッチ
２６、２８と共に閉じる。

【００７６】図１２は図１１のスイッチ２６、２８、３
０により信号のサンプリングがどのように行われるかを
理解する助けとなるタイミング図を示す。波形ａ〜ｒは
各スイッチのサンプリングを示す。図１２の動作の細部
は図９のそれと全く同様であるから、詳細な説明は行わ
ない。視野の色が一様なときはＣ１、Ｃ２、Ｃ３が常の
信号値を表わす。

【００７７】

【数６】

【００７８】信号Ｃ３は各クロミナンスチャンネルの各
画素の中心合わせを行うため遅延線３２で１．５画素だ
け遅延される。３信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ３
４、３６、３８で低域濾波されて低周波数のクロミナン
ス信号を生成する。隣接画素信号の和は何等補正回路を
追加することなく混合高周波信号に用いることができ
る。青色内容に対する小さな補正は出来たが、スクリー
ン上の誤差はそれほど顕著でなかった。

【００７９】低域濾波されたクロミナンス信号Ｃ１、Ｃ
２、Ｃ３はカラーマトリックス４０で混合されてＲ、
Ｇ、Ｂ信号となり、これがガンマ補正されてマトリック
ス９０に印加される。ガンマ補正された信号はマトリッ
クス９０に印加されて色差信号Ｂ−ＹとＲ−Ｙおよび低
周波数のルミナンス信号ＹＬを形成する。低周波数と高
周波数の両ルミナンス信号は混合器９２で加算されて広
帯域ルミナンス信号を生成する。このルミナンス信号と
色差信号は符号器４９に印加されて合成ＮＴＳＣ信号を
形成する。

【００８０】ＣＣＤにおける垂直漏話（ある線からの信
号が隣の線からの信号に入り込む現象）があるレベルに
なると、図４（ａ）または図４（ｂ）のパタンが青と緑
の識別ができない２色符号化パタンに劣化する。垂直漏
話が問題なら、ｐ＝８、ｓ＝２の図１３のパタンを用い
ると、１．５倍程度の実質的にさらに大きな漏話を呈す
るＣＣＤ撮像器でも満足な結果が得られ、少なくとも図
４（ａ）のそれに等しい性能を挙げることができる。図
１３の色順列はＧ、Ｃｙ、Ｇ、Ｃｙ、Ｗ、Ｇ、Ｗ、Ｇで
ある。この信号対雑音比は図４（ｂ）のパタンの場合よ
り実質的に向上する。

【００８１】この図１３のパタンで発生された信号の処
理に適するアナログのデマルチプレキシング法は見付か
っていないが、図５の一般的デジタル処理法で極めて満
足な結果が得られる。図１３のパタンから引出された信
号を処理するための１組の係数を、ｐ＝８、ｓ＝２の場
合のＫ＝１５（−７≦ｍ≦７）のＲ、Ｇ、Ｂ信号につい
て後記の表３に示す。

【００８２】以上吾々は吾々自信を周期ｐ≦８に制限し
て多数のシフトパタンを解析して来たが、ｐ＝８の異な
るパタンの総数は系統的検討をするには多過ぎる。図４
（ａ）、図４（ｂ）および図１３について上述したシフ
トパタンの３つの特例は今日まで吾々が最良と考えてい
るものを表すが、特にｐ＞８の場合にさらに良好なパタ
ンがあることも極めて可能性がある。

【００８３】

【表１】

【００８４】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】フレーム転送型撮像器の一部を示す図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）
は何れも従来法の符号化フィルタを示す図である。

【図３】一般化された色を持つ、この発明で利用される
色符号化フィルタを示す図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は共にこの発明で使用される碁
盤目状色符号化フィルタパターンを示す図である。

【図５】この発明の装置を使用した、デジタル復号回路
を具えたカラー撮像用カメラを示す図である。

【図６】図５のデジタル復号回路の要部の詳細を示す図
である。

【図７】この発明による、アナログ式の信号処理回路を
持つカラー撮像用カメラのブロック図である。

【図８】図７の回路における各スイッチの動作と各チャ
ンネルの信号の関係を示す図である。

【図９】図７の信号処理回路の動作説明のための波形図
である。

【図１０】図７の信号処理回路の動作説明のための波形
図である。

【図１１】この発明によるまた別の信号処理装置を使用
したカラー撮像用カメラを示す図である。

【図１２】図１１の信号処理装置の動作説明のための波
形図である。

【図１３】この発明で使用される碁盤目状色フィルタパ
タンの一例を示す図である。

【符号の説明】

１２色フィルタ１３撮像器１５Ａ／Ｄ変換器（変換手段）１８、２０共に減算器（差信号形成手段）２６、２８共にスイッチ（第１のサンプリング手段）３０スイッチ（第２のサンプリング手段）４０カラーマトリックス（マトリックス手段）６４加算器（第１の和算手段）６８加算器（第２の和算手段）７０差増幅器（減算手段）７０横型濾波器（図５においては）７２横型濾波器７４横型濾波器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ルドルフハンスモーフスイス国ツエーハー 8400 ビンターツールライヘンベルクシユトラーセ 163

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体からそれとの間に挿入した色符号
化フィルタを通して受入れた輻射エネルギに応じて発生
された未処理信号を供給する収集部の配列体を有する撮
像器から引出された信号を処理する装置であって、１つ
の収集部の左右両側の１対の収集部から供給される各信
号からその１つの収集部から供給される信号を差引いて
１対の差信号を形成する手段と、この差信号を交互にサ
ンプリングする第１のサンプリング手段と、この第１の
サンプリング手段と離相して動作し、上記１つの収集部
からの信号をサンプリングする第２のサンプリング手段
と、サンプリングされた上記１対の差信号と上記１つの
収集部からの信号をそれぞれ受入れる３つの入力を有
し、成分色信号を生成する色マトリックス手段とを含む
映像信号処理装置。
【請求項２】被写体からそれとの間に挿入した色符号
化フィルタを通して受入れた輻射エネルギに応じて発生
された未処理信号を供給する収集部の配列体を有する撮
像器から引出された信号を処理する装置であって、１つ
の収集部の左右両側の１対の収集部から供給される信号
を合計して第１の和信号を形成する第１の和算手段と、
この第１の和信号から上記１つの収集部から供給される
未処理信号の加重値を差引いて差信号を形成する減算手
段と、上記加重信号と上記第１の和信号を合計して第２
の和信号を形成する第２の和算手段と、上記差信号と上
記第２の和信号をサンプリングし、サンプリングした両
信号を組合せて上記被写体の色内容に従うクロミナンス
信号を発生させるサンプリングマトリックス手段とを含
む映像信号処理装置。
【請求項３】被写体との間に多色フィルタを有し、未
処理信号を生成する固体撮像器からその被写体を表す少
なくとも１つの信号を供給する装置であって、上記未処
理信号を受けてこれをデジタル形式に変換するように結
合された変換手段と、上記デジタル化未処理信号を濾波
して上記信号を表す濾波済デジタル信号を生成する横型
濾波回路とを含む映像信号処理装置。