JPH06205422A - Color image pickup device - Google Patents
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- JPH06205422A JPH06205422A JP43A JP36013192A JPH06205422A JP H06205422 A JPH06205422 A JP H06205422A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 36013192 A JP36013192 A JP 36013192A JP H06205422 A JPH06205422 A JP H06205422A
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Landscapes
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、2次元に複数個の画素
が配置されてなる撮像素子を備えたカラー撮像装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color image pickup apparatus having an image pickup device in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年の半導体技術の急速な進歩により、
ビデオ信号処理の分野では、ディジタル的に信号処理を
行うようにしたものが本命となりつつある。これは、デ
ィジタル信号処理は、アナログ信号処理に比べてICの
集積化・高精度化、種々の調整の容易さ、S/N比の良
さなどの点で有利であるからである。2. Description of the Related Art Due to recent rapid advances in semiconductor technology,
In the field of video signal processing, digital signal processing is becoming a favorite. This is because digital signal processing is advantageous over analog signal processing in terms of IC integration, higher precision, ease of various adjustments, and good S / N ratio.
【0003】このため、撮像素子においても、小型・軽
量・高信頼性などの長所を持つことから、ディジタル対
応の種々の方式が開発されてきた。その中でビデオカメ
ラや電子スチルカメラ用の撮像素子としては、高解像
度、S/N比の良さ、信号処理の容易さなどの観点か
ら、図28、図29に示すようなカラーフィルター配置
を持つCCD型撮像素子が今日最も一般的に用いられて
いる。For this reason, the image pickup device has various advantages such as small size, light weight and high reliability, and various digital systems have been developed. Among them, an image pickup device for a video camera or an electronic still camera has a color filter arrangement as shown in FIGS. 28 and 29 from the viewpoint of high resolution, good S / N ratio, and ease of signal processing. CCD imagers are most commonly used today.
【0004】電子スチルカメラ等で静止画をフレーム撮
影する場合には、図28のような垂直方向に2画素周期
で相異なる色が繰り返されるカラーフィルター配置を持
つ撮像素子を用いる必要がある。これは、撮像素子で形
成された画素信号が奇数(odd)フィールドと偶数
(even)フィールドとから交互に読み出されるた
め、その両フィールドの出力を同じものとしなければな
らないからである。なお、図中のPhは撮像素子の水平
方向のピッチを示し、Pvは垂直方向のピッチを示して
いる。When a still image is frame-photographed by an electronic still camera or the like, it is necessary to use an image pickup device having a color filter arrangement in which different colors are repeated every two pixel periods in the vertical direction as shown in FIG. This is because the pixel signals formed by the image sensor are alternately read from the odd field and the even field, and therefore the outputs of both fields must be the same. In the figure, Ph represents the horizontal pitch of the image sensor, and Pv represents the vertical pitch.
【0005】一方、図29に示すような撮像素子は、垂
直方向に2画素周期で相異なる色が繰り返されるような
カラーフィルター配置とはなっていない。すなわち、こ
の撮像素子は、水平方向に対して2画素周期で相異なる
色を繰り返すカラーフィルターを有している。そして、
そのフィルター配列は、マゼンタMgとグリーンGrと
が繰り返されるラインと、シアンCyとイエローYeと
が繰り返されるラインとからなる。また、MgとGrは
オフセットサンプリング配列になっており、CyとYe
は正方サンプリング配列になっている。なお、これとは
逆に、MgとGrが正方サンプリング配列で、CyとY
eがオフセットサンプリング配列になっているものもあ
る。On the other hand, the image pickup device as shown in FIG. 29 is not arranged in a color filter such that different colors are repeated every two pixel periods in the vertical direction. That is, this image sensor has a color filter that repeats different colors in a two-pixel cycle in the horizontal direction. And
The filter array includes lines in which magenta Mg and green Gr are repeated and lines in which cyan Cy and yellow Ye are repeated. Also, Mg and Gr have an offset sampling arrangement, and Cy and Ye
Is a square sampling array. On the contrary, Mg and Gr are square sampling arrays, and Cy and Y are
In some cases, e is an offset sampling array.
【0006】そこで、図29に示したような撮像素子か
ら信号を読み出すときは、通常、画素混合読み出し(あ
るいはフィールド読み出し)と呼ばれる方法が用いられ
る。これは、光電変換された信号電荷を2行ずつ混合し
て読み出す方法である。この方法によれば、信号電荷
は、AフィールドではAn-1 ,An ,An+1 ,・・・と
いうように読み出される。また、BフィールドではB
n-1 ,Bn ,Bn+1 ,・・・というように読み出され
る。Therefore, when a signal is read from the image pickup device as shown in FIG. 29, a method called pixel mixed read (or field read) is usually used. This is a method of mixing and reading out the photoelectrically converted signal charges by two rows. According to this method, the signal charge is read out as A n-1 , A n , A n + 1 , ... In the A field. In the B field, B
It is read as n-1 , B n , B n + 1 , ....
【0007】この結果、この撮像素子からは、(Mg+
Cy)と(Ye+Gr)、および(Cy+Gr)と(M
g+Ye)の画素信号が交互に出力される。いま便宜上
これら4つの信号を、 C1 =Mg+Cy C2 =Ye+Gr C3 =Cy+Gr C4 =Mg+Ye と呼ぶことにする。As a result, (Mg +
Cy) and (Ye + Gr), and (Cy + Gr) and (M
g + Ye) pixel signals are alternately output. For convenience sake, these four signals will be referred to as C 1 = Mg + Cy C 2 = Ye + Gr C 3 = Cy + Gr C 4 = Mg + Ye.
【0008】このとき、これら4つの信号が得られると
きの空間的な重心の位置の集合は、図30に示すような
C1 、C2 、C3 、C4 によるサンプリング構造と考え
ることができる。したがって、図29の撮像素子は、画
素混合読み出しをするときは垂直方向に2画素周期で相
異なる色が繰り返されるカラーフィルター配置を持つ撮
像素子と同様に考えることができる。そして、この画素
信号を基に各フィールドの輝度信号および色信号を形成
することにより、カラー画像を得るようにしている。At this time, the set of spatial barycentric positions when these four signals are obtained can be considered as a sampling structure by C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 as shown in FIG. . Therefore, the image sensor of FIG. 29 can be considered in the same manner as an image sensor having a color filter arrangement in which different colors are repeated every two pixel periods in the vertical direction when performing pixel mixture reading. Then, a color image is obtained by forming a luminance signal and a color signal of each field based on this pixel signal.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図2
8、図30に示すようなカラーフィルター配置を持つ撮
像素子を用いた場合、輝度信号や色信号を導出するため
には、1行分飛ばした2つの行データ(例えば、奇数フ
ィールドでは1、3行のデータ、偶数フィールドでは
2、4行のデータ)を用いなくてはならない。However, as shown in FIG.
8. When an image sensor having a color filter arrangement as shown in FIG. 30 is used, in order to derive a luminance signal and a color signal, two row data skipped by one row (for example, 1 and 3 for odd fields are used). Row data, 2 or 4 rows for even fields) must be used.
【0010】このため、垂直方向の空間的に離れた2点
の情報を足し合わせることになるので、垂直方向の相関
性が減少する。これにより、垂直方向に対する解像度が
劣化するとともに、偽色(色モアレ)の発生量が増加す
るという問題があった。特に、電子スチルカメラ等によ
る静止画の撮影を行う場合には、画素混合読み出しをす
ると片方のフィールドの画像しか得られないため、解像
度の高い、いわゆるフレーム画を得ることができなかっ
た。Therefore, the information of two spatially distant points in the vertical direction is added, and the correlation in the vertical direction is reduced. As a result, the resolution in the vertical direction is deteriorated, and the amount of false color (color moire) generated is increased. In particular, when a still image is photographed by an electronic still camera or the like, when pixel mixture reading is performed, only an image in one field can be obtained, so that a so-called frame image with high resolution cannot be obtained.
【0011】次に、上述のように色モアレが発生する原
因について、図31、図32を用いて詳細に説明する。
なお、図中のfH は水平方向の周波数を示し、fV は垂
直方向の周波数を示している。Next, the cause of the occurrence of color moire as described above will be described in detail with reference to FIGS. 31 and 32.
In the figure, f H indicates a horizontal frequency, and f V indicates a vertical frequency.
【0012】図31は、図29のようなカラーフィルタ
ー配置を持つ撮像素子の空間周波数平面(fH ,fV )
上におけるキャリアの特性を示す図である。また、図3
2は、図30に示したようなサンプリング構造に基づく
空間周波数平面(fH ,fV)上におけるキャリアの特
性を示す図である。図31、図32において、矢印はM
g、Gr、Cy、Yeの各色のキャリア、およびC1 、
C2 、C3 、C4 の各色のキャリアをそれぞれ表してお
り、また矢印の向きはその各色の位相関係を表してい
る。FIG. 31 is a spatial frequency plane (f H , f V ) of an image pickup device having a color filter arrangement as shown in FIG.
It is a figure which shows the characteristic of the carrier above. Also, FIG.
FIG. 2 is a diagram showing carrier characteristics on the spatial frequency plane (f H , f V ) based on the sampling structure as shown in FIG. 31 and 32, the arrow indicates M
g, Gr, Cy, Ye color carriers, and C 1 ,
The carriers of the respective colors C 2 , C 3 , and C 4 are represented, and the directions of the arrows represent the phase relationship of the respective colors.
【0013】ここで、4色全ての位相が揃っているキャ
リアは無彩色光に対して発生するキャリアであり、これ
が輝度信号のキャリア(以下、「輝度キャリア」とい
う)となる。また、それ以外の位相が揃っていないキャ
リアは、無彩色光に対してはそれぞれが完全に打ち消し
合って消滅するが、色差信号の生成時には互いに打ち消
し合うことなく、色モアレとなって現れる色差信号のキ
ャリア(以下、「色キャリア」という)である。Here, the carrier in which the phases of all four colors are aligned is a carrier generated for achromatic light, and this carrier becomes a carrier of a luminance signal (hereinafter referred to as "luminance carrier"). In addition, the other carriers that are not aligned in phase cancel each other out completely with respect to achromatic light and disappear, but they do not cancel each other out at the time of generation of the color difference signal, and they appear as color moiré. Carrier (hereinafter referred to as "color carrier").
【0014】図31によれば、垂直方向の周波数(0,
1/2Pv)に色キャリアが発生していることがわか
る。この色キャリアは、無彩色の細かい模様の被写体を
撮影した場合に色モアレが発生する原因となる。また、
図32によれば、垂直方向の比較的低い周波数(0,1
/4Pv)に色キャリアが発生していることがわかる。
これは、NTSC規格のビデオカメラでは、240TV
本に相当する。この色キャリアは、垂直方向の比較的低
い周波数で色モアレが発生する原因となる。According to FIG. 31, the frequency (0,
It can be seen that color carriers are generated at 1/2 Pv). This color carrier causes color moire when a subject having an achromatic fine pattern is photographed. Also,
According to FIG. 32, a relatively low frequency in the vertical direction (0, 1
It can be seen that color carriers are generated at / 4 Pv).
This is 240 TV for NTSC standard video camera.
It is equivalent to a book. This color carrier causes color moire at a relatively low frequency in the vertical direction.
【0015】この色モアレの発生は、一般には撮像素子
の前に置かれる光学的ローパスフィルターにより抑制す
るようになされているが、その一方で、この光学的ロー
パスフィルターの使用は、水平方向の解像度の劣化をま
ねく。このため、従来のビデオカメラでは、解像度と色
キャリアが引き起こす色モアレとのトレードオフで光学
的ローパスフィルターを設計し、画質を決定しなければ
ならなかった。The generation of this color moire is generally suppressed by an optical low-pass filter placed in front of the image pickup device. On the other hand, the use of this optical low-pass filter makes it possible to reduce the horizontal resolution. Cause deterioration of. Therefore, in the conventional video camera, it is necessary to design an optical low-pass filter by trade-off between resolution and color moiré caused by a color carrier to determine the image quality.
【0016】この問題について、図33〜図37を用い
て詳細に説明する。図33は、図28および図30に示
した撮像素子のベースバンド近傍におけるキャリア成分
の発生位置を示す周波数特性図である。This problem will be described in detail with reference to FIGS. 33 to 37. FIG. 33 is a frequency characteristic diagram showing the generation position of the carrier component in the vicinity of the base band of the image sensor shown in FIGS. 28 and 30.
【0017】これによれば、図28、図30の撮像素子
のいずれを用いた場合にも、輝度キャリアは周波数(±
1/Ph,0)の位置に発生する。また、どちらの撮像
素子もカラーフィルターの水平方向の繰り返し周期が1
/2Phであることから、色キャリアは周波数(±1/
2Ph,0)の位置に発生することがわかる。According to this, the luminance carrier has a frequency (±
It occurs at the position of 1 / Ph, 0). Both image sensors have a color filter horizontal repetition period of 1
Since it is / 2Ph, the color carrier has a frequency (± 1 /
It can be seen that it occurs at the position of 2Ph, 0).
【0018】ところで、これらの撮像素子より得られる
輝度信号は、サンプリング定理によれば、1/2Phの
周波数まで通過帯域をとることができるはずである。し
たがって、輝度信号の折り返り歪みを発生させないため
には、光学的ローパスフィルターは、ナイキスト周波数
であるfH =1/2Ph以上の周波数成分を全て0にカ
ットするものが理想的である。By the way, according to the sampling theorem, the luminance signals obtained from these image pickup devices should be able to have a pass band up to a frequency of 1/2 Ph. Therefore, in order to prevent the aliasing distortion of the luminance signal, it is ideal that the optical low-pass filter cuts all frequency components above the Nyquist frequency f H = 1 / 2Ph to zero.
【0019】ところが、上述のようにfH =1/2Ph
の位置には色キャリアが発生するので、上述のような周
波数特性を持つ光学的ローパスフィルターを用いると、
色差信号の折り返り歪みにより色モアレが発生してしま
う。このため、光学的ローパスフィルターの周波数特性
は、図34に示すように、色キャリアの発生するfH=
1/2Phの周波数より色差信号の帯域の分だけ低く通
過帯域を設定しなければならない。したがって、原理的
な解像度限界よりも低い解像度しか得ることができない
ということになる。However, as described above, f H = 1 / 2Ph
Since a color carrier is generated at the position of, if an optical low-pass filter having the frequency characteristics as described above is used,
Color moiré occurs due to aliasing distortion of the color difference signals. Therefore, the frequency characteristic of the optical low-pass filter, as shown in FIG. 34, the generation of color carrier f H =
The pass band must be set lower than the frequency of 1/2 Ph by the band of the color difference signal. Therefore, it is possible to obtain only a resolution lower than the theoretical resolution limit.
【0020】次に、図35に従来の光学的ローパスフィ
ルターの概略的な構成を示す。図35において、光学的
ローパスフィルター110は、水平方向に距離Phだ
け、入射した光線を2本に分割する複屈折板111と、
直線偏光を円偏光にする位相板112と、水平方向に距
離Ph/2だけ、入射した光線を2本に分割する複屈折
板113とで構成されている。Next, FIG. 35 shows a schematic structure of a conventional optical low-pass filter. In FIG. 35, an optical low-pass filter 110 includes a birefringent plate 111 that divides an incident light beam into two in the horizontal direction by a distance Ph.
It is composed of a phase plate 112 for converting linearly polarized light into circularly polarized light, and a birefringent plate 113 for splitting an incident light ray into two in the horizontal direction by a distance Ph / 2.
【0021】この光学的ローパスフィルターの伝達特性
(MTF特性)は、 H1 (fH ,fV )=|cos(π/2・PhfH )・cos(πPhfH )| ・・・(1) なる式で表される。The transfer characteristic (MTF characteristic) of this optical low-pass filter is H 1 (f H , f V ) = | cos (π / 2 · Phf H ) · cos (πPhf H ) | (1) It is expressed by
【0022】そして、これをグラフに表したものが図3
6であり、空間周波数平面(fH ,fV )上における特
性として表したものが図37である。図37において、
点線114a、114b、115a、115bは光学的
ローパスフィルター110がトラップする共振周波数で
ある。これより、光学的ローパスフィルター110は、
輝度信号のキャリア周波数fH =1/Ph、および色差
信号のキャリア周波数fH =1/2Phをトラップする
ことがわかる。A graph of this is shown in FIG.
FIG. 37 shows the characteristic on the spatial frequency plane (f H , f V ). In FIG. 37,
Dotted lines 114a, 114b, 115a, 115b are resonance frequencies trapped by the optical low pass filter 110. From this, the optical low-pass filter 110 is
It can be seen that the carrier frequency f H = 1 / Ph of the luminance signal and the carrier frequency f H = 1 / 2Ph of the color difference signal are trapped.
【0023】また、上述のような特性を持つ光学的ロー
パスフィルター110では、(1)式または図36から
もわかるように、色差信号のキャリア周波数fH =1/
2Phの約85%の周波数において既にMTFは−15
dbまで落ち込み、fH =1/2PhにいたってはMT
Fは0となっている。したがって、このような光学的ロ
ーパスフィルター110を用いた従来の撮像素子では、
解像度限界であるfH=1/2Phよりも低い解像度し
か得ることができなかった。Further, in the optical low-pass filter 110 having the above-mentioned characteristics, as can be seen from the equation (1) or FIG. 36, the carrier frequency f H = 1 / of the color difference signal.
At a frequency of about 85% of 2Ph, the MTF is already -15.
It dropped to db, and even if f H = 1 / 2Ph, MT
F is 0. Therefore, in the conventional image sensor using such an optical low pass filter 110,
Only a resolution lower than the resolution limit f H = ½Ph could be obtained.
【0024】また、図36から明らかなように、fH =
1/2Ph以上の周波数成分が十分に抑制されていない
ので、これにより色キャリアの折り返り歪みによる色モ
アレが発生してしまうという問題もあった。Further, as is apparent from FIG. 36, f H =
Since the frequency components of 1/2 Ph or more are not sufficiently suppressed, there is also a problem that due to this, color moiré occurs due to aliasing distortion of the color carrier.
【0025】近年、画質の向上を図るために、2つの撮
像素子を用いた2板式カラー撮像装置や、それと同程度
の高画質を得ることができるようにした撮像素子を用い
た単板式カラー撮像装置が採用されているが、これらの
カラー撮像装置においても、前述したような色モアレの
発生の問題、および十分な解像度を得ることができない
という問題があった。In recent years, in order to improve image quality, a two-plate type color image pickup apparatus using two image pickup elements, and a single-plate type color image pickup using an image pickup element capable of obtaining a high image quality comparable thereto. Although the device is adopted, these color image pickup devices also have the problem of occurrence of color moiré as described above and the problem that sufficient resolution cannot be obtained.
【0026】本発明は以上のような問題にかんがみてな
されたもので、解像度がよく、色モアレが少なく、かつ
静止フレーム画も撮影可能なカラー撮像装置を提供する
ことを目的としている。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a color image pickup device having a high resolution, a small amount of color moire, and a still frame image.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】本発明のカラー撮像装置
は、4種類のカラーフィルターを有し、水平方向に対し
ては2画素周期で相異なる色のカラーフィルターが繰り
返され、垂直方向に対しては2画素周期で、かつ水平方
向に1画素だけオフセットされて相異なる色のカラーフ
ィルターが繰り返されるようなオフセットサンプリング
構造を持つ撮像素子と、入射した光線を上記撮像素子の
走査方向に対して時計回りまたは反時計回りにθの角度
をなす方向で、距離Dだけ離れた2本の光線に分離する
光学部材を有し、上記撮像素子の水平方向のピッチをP
h、垂直方向のピッチをPvとしたときに、距離Dが、 1.6PhPv/|Phsinθ+2Pvcosθ|≦D≦2.4PhPv/ |Phsinθ+2Pvcosθ| (0≦θ≦π/2) なる条件を満たすように構成された光学的ローパスフィ
ルターと、上記撮像素子からの出力を一旦記憶するメモ
リとを備え、上記メモリから必要な情報を読み出してデ
ィジタル信号処理を行うことにより画像を得るようにし
たことを特徴とするものである。A color image pickup apparatus according to the present invention has four kinds of color filters, in which color filters of different colors are repeated every two pixel periods in the horizontal direction and in the vertical direction. Is an image pickup device having an offset sampling structure in which a color filter of a different color is repeated with a one-pixel offset in a horizontal direction in a two-pixel cycle, and an incident light beam is directed to a scanning direction of the image pickup device. It has an optical member that separates into two light rays separated by a distance D in a direction that forms an angle θ in the clockwise or counterclockwise direction, and the horizontal pitch of the image pickup element is P.
h, when the vertical pitch is Pv, the distance D is configured to satisfy the condition of 1.6PhPv / | Phsinθ + 2Pvcosθ | ≦ D ≦ 2.4PhPv / | Phsinθ + 2Pvcosθ | (0 ≦ θ ≦ π / 2) And a memory for temporarily storing the output from the image sensor, and an image is obtained by reading out necessary information from the memory and performing digital signal processing. It is a thing.
【0028】本発明の他の特徴とするところは、上記撮
像素子からの出力を、無彩色の被写体に対して、上記4
種類のカラーフィルターからの出力が一定になるように
ゲインを調整するゲイン調整手段と、すべての行におい
て、任意の2つの列の係数の和が残りの2つの係数の和
に等しい3行4列のマトリクス演算を行うことにより、
上記4種類のカラーフィルターの出力からRGB信号を
形成する信号形成手段とを有することを特徴とするもの
である。Another feature of the present invention is that the output from the image pickup device is applied to an achromatic subject in the above-mentioned 4
A gain adjusting unit that adjusts the gain so that the output from each type of color filter is constant, and in all rows, the sum of the coefficients of any two columns is equal to the sum of the remaining two coefficients, and is in a 3 × 4 matrix. By performing the matrix calculation of
It has a signal forming means for forming RGB signals from the outputs of the four types of color filters.
【0029】また、本発明のカラー撮像装置は、4種類
のカラーフィルターを有し、水平方向に対しては2画素
周期で相異なる色のカラーフィルターが繰り返され、垂
直方向に対しては2画素周期で、かつ水平方向に1画素
だけオフセットされて相異なる色のカラーフィルターが
繰り返されるようなオフセットサンプリング構造を持つ
撮像素子と、すべての行において、任意の2つの列の係
数の和が残りの2つの係数の和に等しい3行4列のマト
リクス演算を行うことにより、上記4種類のカラーフィ
ルターの出力からRGB信号を形成する信号形成手段と
を有することを特徴とするものであってもよい。Further, the color image pickup device of the present invention has four kinds of color filters, in which color filters of different colors are repeated in the horizontal direction at a period of two pixels, and two pixels in the vertical direction. An image sensor having an offset sampling structure in which color filters of different colors are repeated by offsetting one pixel in the horizontal direction in the cycle, and the sum of the coefficients of arbitrary two columns remains in all rows. A signal forming means for forming RGB signals from the outputs of the four types of color filters by performing a matrix operation of 3 rows and 4 columns equal to the sum of two coefficients may be provided. .
【0030】本発明の更に他の特徴とするところは、水
平方向と垂直方向の2次元に配された複数個の画素を有
する撮像素子を備えたカラー撮像装置において、上記撮
像素子には所望の画像を得るために必要な水平ライン数
の2倍の水平ラインを設け、上記水平ラインを、第1の
カラーフィルターを配した第1の水平ラインと、第2の
カラーフィルターおよび第3のカラーフィルターを1画
素おきに配した第2の水平ラインとを交互に並べて構成
し、上記第2のカラーフィルターが配された画素より出
力される信号と、それと同列にある上記第1のカラーフ
ィルターが配された画素より出力される信号との差をと
ることにより第1の差信号を形成するとともに、上記第
3のカラーフィルターが配された画素より出力される信
号と、それと同列にある上記第1のカラーフィルターが
配された画素より出力される信号との差をとることによ
り第2の差信号を形成し、上記第1の差信号および第2
の差信号に基づいて色差信号を形成するようにしたこと
を特徴とするものである。Still another feature of the present invention is that in a color image pickup apparatus having an image pickup device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally in the horizontal direction and the vertical direction, a desired image pickup device is used for the image pickup device. The number of horizontal lines required to obtain an image is set to twice, and the horizontal lines are the first horizontal line on which the first color filter is arranged, the second color filter and the third color filter. And a second horizontal line arranged every other pixel are alternately arranged, and the signal output from the pixel to which the second color filter is arranged and the first color filter in the same row as the signal output from the pixel. Form a first difference signal by taking the difference from the signal output from the selected pixel and the signal output from the pixel on which the third color filter is arranged, and the same row as that. By taking the difference between a certain signal the first color filter is output from the pixels arranged to form a second difference signal, said first difference signal and the second
It is characterized in that the color difference signal is formed based on the difference signal.
【0031】また本発明は、第1のカラーフィルターが
配された第1の撮像素子と、第2、第3のカラーフィル
ターが配された第2の撮像素子とを備え、上記第1の撮
像素子および第2の撮像素子を用いて所望の画像を得る
ようにしたカラー撮像装置において、上記第2の撮像素
子中の第2のカラーフィルターが配された画素より出力
される信号と、それと撮像面上等価な位置にある上記第
1の撮像素子中の第1のカラーフィルターが配された画
素より出力される信号との差をとることにより第1の差
信号を形成するとともに、上記第2の撮像素子中の第3
のカラーフィルターが配された画素より出力される信号
と、それと撮像面上等価な位置にある上記第1の撮像素
子中の第1のカラーフィルターが配された画素より出力
される信号との差をとることにより第2の差信号を形成
し、上記第1の差信号および第2の差信号に基づいて色
差信号を形成するようにしたことを特徴とするものであ
ってもよい。Further, the present invention comprises a first image pickup device having a first color filter and a second image pickup device having second and third color filters, and the first image pickup device described above. In a color image pickup apparatus configured to obtain a desired image by using a device and a second image pickup device, a signal output from a pixel in the second image pickup device in which a second color filter is arranged, and a signal output from the signal The first difference signal is formed by taking the difference from the signal output from the pixel in which the first color filter in the first image pickup element is arranged in the equivalent position on the surface, and the second difference signal is formed. Third in the image sensor of
Difference between the signal output from the pixel in which the color filter is arranged and the signal output from the pixel in which the first color filter is arranged in the first image sensor at the position equivalent to it May be used to form the second difference signal, and the color difference signal may be formed based on the first difference signal and the second difference signal.
【0032】このとき輝度信号は、上記第1のカラーフ
ィルターが配された画素より出力される信号と、上記第
1の差信号および第2の差信号とを合成することにより
輝度信号を形成する。また、輝度信号用の上記第1のカ
ラーフィルターが配された画素より出力される信号に基
づいて形成するようにしてもよい。At this time, the luminance signal forms a luminance signal by synthesizing the signal output from the pixel provided with the first color filter with the first difference signal and the second difference signal. . Further, it may be formed based on the signal output from the pixel in which the first color filter for the luminance signal is arranged.
【0033】[0033]
【作用】上述のように構成した本発明によれば、撮像素
子に配される4種類のカラーフィルターを、水平方向に
対して2Ph、垂直方向に対して2Pvで水平方向にP
hだけオフセットされたオフセットサンプリング構造に
よる配列で配置したことにより、水平方向および垂直方
向に発生する色キャリアが少なくなり、これによりこれ
らの色キャリアにより引き起こされる水平方向および垂
直方向の色モアレが低減するとともに、限界解像度まで
高い解像度が得られる。According to the present invention configured as described above, the four types of color filters arranged in the image pickup device are arranged in the horizontal direction at 2Ph and the vertical direction at 2Pv.
Arranging in an array with an offset sampling structure offset by h reduces horizontal and vertical color carriers, which reduces horizontal and vertical color moire caused by these color carriers. At the same time, high resolution can be obtained up to the limit resolution.
【0034】更に、光学的ローパスフィルターを、入射
した光線を撮像素子の走査方向に対して時計回りまたは
反時計回りにθの角度をなす方向で、一定の条件を満た
す距離Dだけ離れた2本の光線に分離する光学部材を用
いて構成したことにより、限界解像度以下の領域で十分
なMTF特性が得られ、これにより限界解像度まで高い
解像度が得られる。また、限界解像度の周波数以上の周
波数成分が充分抑制されるので、色キャリアの折り返し
歪みによる色モアレが低減する。Further, two optical low-pass filters are provided, which are separated by a distance D satisfying a certain condition in a direction in which the incident light beam makes an angle of θ in the clockwise or counterclockwise direction with respect to the scanning direction of the image sensor. By using the optical member that separates into the light rays, sufficient MTF characteristics can be obtained in a region below the limit resolution, and thus high resolution up to the limit resolution can be obtained. Further, since the frequency components above the frequency of the limit resolution are sufficiently suppressed, the color moire due to the aliasing distortion of the color carrier is reduced.
【0035】また、撮像素子からの出力について、4種
類のカラーフィルターからの出力が一定になるようにゲ
インを調整をするとともに、それらの出力からRGB信
号を形成する際に行われるマトリクス演算を、すべての
行における任意の2つの列の係数の和を残りの2つの係
数の和に等しくした3行4列のマトリクスを用いて行う
ことにより、垂直方向に発生する色キャリアが更に少な
くなり、これにより垂直方向の色モアレが更に低減す
る。With respect to the output from the image pickup device, the gains are adjusted so that the outputs from the four types of color filters are constant, and the matrix calculation performed when forming the RGB signals from those outputs is performed. Performing a sum of the coefficients of any two columns in all rows equal to the sum of the remaining two coefficients with a matrix of 3 rows and 4 columns further reduces the color carriers generated in the vertical direction. This further reduces color moiré in the vertical direction.
【0036】複数個の撮像素子を利用した多板式カラー
撮像装置または水平ライン数を通常の2倍数設けた撮像
素子を利用した単板式カラー撮像装置である場合は、こ
れらの撮像素子の各画素には異なる種類の第1〜第3の
カラーフィルターを配するとともに、第2のカラーフィ
ルターおよび第3のカラーフィルターが配された画素よ
りそれぞれ得られる信号と、その各画素と撮像面上等価
な位置にある第1のカラーフィルターが配された画素よ
り得られる信号との差をとることにより2種類の差信号
を形成し、この2種類の差信号に基づいて色差信号を形
成するようにすることにより、水平方向および垂直方向
に発生する色キャリアが少なくなり、これによりこれら
の色キャリアにより引き起こされる水平方向および垂直
方向の色モアレが低減するとともに、限界解像度まで高
い解像度が得られる。In the case of a multi-plate color image pickup device using a plurality of image pickup devices or a single plate type color image pickup device using an image pickup device having a horizontal line number twice as many as usual, each pixel of these image pickup devices is Are different types of first to third color filters, and the signals respectively obtained from the pixels having the second color filter and the third color filter, and the positions at which the respective pixels are equivalent on the imaging surface. And forming a color difference signal based on the two kinds of difference signals by taking the difference from the signal obtained from the pixel in which the first color filter is arranged. Results in less horizontal and vertical color carriers, which results in horizontal and vertical color moiré caused by these color carriers. As well as reduced, high up to a limit resolution resolution can be obtained.
【0037】このとき、第1のカラーフィルターが配さ
れた画素より得られる信号に上記2種類の差信号を合成
するようにして補正を加えて輝度信号を形成することに
より、視感度に合った良好な輝度信号が得られる。ま
た、第1のカラーフィルターとして視感度と同じ分光特
性を持つカラーフィルターを用い、この第1のカラーフ
ィルターが配された画素より得られる信号に基づいて輝
度信号を形成するようにすれば、処理を簡略化すること
が可能となる。At this time, the luminance signal is formed by correcting the signal obtained from the pixel in which the first color filter is arranged so as to combine the above two kinds of difference signals to form a luminance signal. A good luminance signal can be obtained. Further, if a color filter having the same spectral characteristic as the luminosity factor is used as the first color filter and the luminance signal is formed based on the signal obtained from the pixel in which the first color filter is arranged, the processing is performed. Can be simplified.
【0038】[0038]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、本発明のカラー撮像装置の第1の実施例
を示すブロック図である。図1において、1は後述する
ような光学的ローパスフィルター50からの光を電気的
な信号に変換する撮像素子で、後述するような4種類の
カラーフィルターを配置している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the color image pickup apparatus of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an image pickup device for converting light from an optical low-pass filter 50, which will be described later, into an electrical signal, and four types of color filters, which will be described later, are arranged.
【0039】撮像素子1からは、1画素ごとに撮像信号
が読み出される。撮像素子1から読み出された撮像信号
は、前処理回路2でCDS(撮像素子1の出力信号のリ
セットノイズやクロックノイズの除去)、AGC(入力
信号レベルの適正化)などの処理を受けた後、A/D変
換器3により、読み出しクロックに同期したタイミング
でA/D変換される。このA/D変換器3は、後で行わ
れる色処理のために、リニアな特性を持つものがよく、
量子化誤差の点から考えると8bit以上の精度でA/
D変換を行うものが望ましい。An image pickup signal is read from the image pickup device 1 for each pixel. The image pickup signal read from the image pickup device 1 is subjected to processing such as CDS (removal of reset noise and clock noise of output signal of the image pickup device 1) and AGC (adaptation of input signal level) in the preprocessing circuit 2. After that, the A / D converter 3 performs A / D conversion at a timing synchronized with the read clock. This A / D converter 3 preferably has a linear characteristic for color processing performed later,
Considering the quantization error, A /
Those that perform D conversion are desirable.
【0040】A/D変換された信号は、後で行われる2
次元信号処理のために、一度バッファメモリ4に書き込
まれる。そして、処理に必要な信号は、このバッファメ
モリ4から読み出される。The A / D converted signal is processed later by 2
It is once written in the buffer memory 4 for the dimension signal processing. Then, the signals required for processing are read out from the buffer memory 4.
【0041】輝度信号に対応する信号は、撮像素子1の
画素配列に対応した順序でバッファメモリ4から順次読
み出され、ローパスフィルター5に入力される。ローパ
スフィルター5に入力された信号は、ここで所定の帯域
制限がなされた後、γ変換部14、エンハンサー15で
所定の処理を受けて、高域成分を含む輝度信号YH とさ
れる。なお、この高域成分を含む輝度信号YH は、図2
の第2の実施例に示すようにハイパスフィルタ(HP
F)21を用いて得るようにしてもよい。The signals corresponding to the luminance signals are sequentially read from the buffer memory 4 in the order corresponding to the pixel array of the image pickup device 1 and input to the low pass filter 5. The signal input to the low-pass filter 5 is subjected to a predetermined band limitation here, and then subjected to a predetermined process by the γ conversion unit 14 and the enhancer 15 to be a luminance signal Y H including a high frequency component. The luminance signal Y H including this high frequency component is
Of the high pass filter (HP
F) 21 may be used.
【0042】このようにして得られた高域成分を含む輝
度信号YH は、後述するような方法で得られる輝度の低
域成分YL と輝度信号形成回路16で合成され、輝度信
号Yとして出力される。The luminance signal Y H including the high frequency component thus obtained is combined with the low frequency component Y L of the luminance obtained by the method described later in the luminance signal forming circuit 16 to obtain the luminance signal Y. Is output.
【0043】一方、色信号Mg、Gr、Cy、Yeに対
応する信号は、上記と同様にしてバッファメモリ4から
読み出され、4つの補間フィルター6、7、8、9によ
り、各々同時化された色信号Mg、Gr、Cy、Yeと
される。続いて、これら4種の色信号は、RGB変換部
10に入力され、R、G、Bの3原色信号に変換され
る。なお、この変換は、次に示すマトリクス演算により
行われるものである。On the other hand, the signals corresponding to the color signals Mg, Gr, Cy and Ye are read from the buffer memory 4 in the same manner as described above and are synchronized by the four interpolation filters 6, 7, 8 and 9, respectively. The color signals are Mg, Gr, Cy, and Ye. Subsequently, these four types of color signals are input to the RGB conversion section 10 and converted into three primary color signals of R, G, and B. It should be noted that this conversion is performed by the matrix operation shown below.
【0044】[0044]
【数1】 [Equation 1]
【0045】ここで、マトリクスAは、撮像素子1のM
g、Gr、Cy、Yeの分光特性Mg(λ)、Gr
(λ)、Cy(λ)、Ye(λ)を、NTSC規格で定
められたR、G、Bの理想分光特性R(λ)、G
(λ)、B(λ)に近づけるように最適化された3行4
列のマトリクスである。Here, the matrix A is M of the image sensor 1.
Spectral characteristics of g, Gr, Cy, Ye Mg (λ), Gr
(Λ), Cy (λ), Ye (λ) are the ideal spectral characteristics R (λ), G of R, G, B defined by the NTSC standard.
(Λ), 3 rows 4 optimized to approach B (λ)
It is a matrix of columns.
【0046】次に、ホワイトバランス部11で、RGB
変換部10により形成されたR、G、Bの3つの信号を
それぞれαR、G、βBという形に変換することにより
ホワイトバランスがとられる。このホワイトバランスの
調整は、図2に示すように、ホワイトバランスセンサ2
2を用いて得た色温度情報を基に自動で行うようにして
もよい。Next, in the white balance section 11, RGB
White balance is achieved by converting the three R, G, and B signals formed by the conversion unit 10 into the forms αR, G, and βB, respectively. This white balance adjustment is performed by the white balance sensor 2 as shown in FIG.
Alternatively, it may be automatically performed based on the color temperature information obtained by using 2.
【0047】続いて、RGB信号は、γ変換部12でテ
ーブル変換によりγ変換された後、色差マトリクス部1
3に入力される。色差マトリクス部13では、次に示す
ようなNTSC規格にあった色差変換を行うことによ
り、前述した輝度の低域成分YL と、2つの色差信号R
−Y、B−Yとが生成される。Subsequently, the RGB signals are subjected to γ conversion by table conversion in the γ conversion unit 12, and then the color difference matrix unit 1
Input to 3. The color difference matrix unit 13 performs color difference conversion conforming to the NTSC standard as described below to obtain the above-described low-frequency component Y L of luminance and two color difference signals R
-Y and BY are generated.
【0048】[0048]
【数2】 [Equation 2]
【0049】色差信号R−Y、B−Yは、それぞれ引き
続くローパスフィルター18、19で所定の帯域制限が
なされた後、出力される。また、輝度の低域成分Y
L は、ローパスフィルター17で所定の帯域制限がなさ
れた後、前述したように、高域成分を含む輝度信号YH
と輝度信号形成回路16で合成され、輝度信号Yとして
出力される。そして、これらの各信号は、その後に図示
しないD/A変換器によりD/A変換されてアナログ信
号とされる。The color difference signals R-Y and B-Y are output after being subjected to predetermined band limitation by the low pass filters 18 and 19, respectively. Also, the low-frequency component Y of brightness
L is a luminance signal Y H including a high frequency component after being subjected to a predetermined band limitation by the low pass filter 17, as described above.
And the luminance signal forming circuit 16 synthesizes it with each other and outputs it as a luminance signal Y. Then, each of these signals is thereafter D / A converted by a D / A converter (not shown) to be an analog signal.
【0050】この輝度信号形成回路16による合成は、 Y=YH −δ(LPF17 )*YH +δYL (0≦δ≦1) ・・・(4) で示される変換式により行われるものである。ここで
(LPF17 )は、ローパスフィルター17と同じ帯域を持
つローパスフィルターであり、(LPF17 )*YH は、ロ
ーパスフィルター17と同じ帯域制限を高域成分を含む
輝度信号YH に対して行っていることを表している。[0050] Synthesis according to the luminance signal forming circuit 16, Y = Y H -δ (LPF17 ) * Y H + δY L (0 ≦ δ ≦ 1) intended to be carried out by the conversion formula shown in (4) is there. Here, (LPF17) is a low-pass filter having the same band as the low-pass filter 17, and (LPF17) * Y H is the same band limitation as the low-pass filter 17 applied to the luminance signal Y H including high-frequency components. It means that there is.
【0051】このような変換を行うのは、一般に、輝度
の低域成分YL は、分光特性上正しい輝度になっている
が、S/N比が必ずしもよくなく、また、高域成分を含
む輝度信号YH は、逆にS/N比はよいが、分光特性上
正しい輝度に必ずしもなっていないことによる。In general, such a conversion is performed because the low-frequency component Y L of the luminance has a correct luminance in terms of the spectral characteristics, but the S / N ratio is not necessarily good, and the high-frequency component is included. This is because the luminance signal Y H has a good S / N ratio on the contrary, but the luminance is not always correct due to the spectral characteristics.
【0052】ここでδは、輝度の低域成分YL のS/N
比がよい場合には、1に固定してよい。この場合、輝度
信号形成回路16における処理は、高域成分を含む輝度
信号YH のうちの輝度の低域成分YL と同じ帯域の部分
をそっくり輝度の低域成分YL に置き換えることに相当
する。Here, δ is the S / N of the low frequency component Y L of the luminance.
It may be fixed at 1 if the ratio is good. In this case, the processing in the luminance signal forming circuit 16 is equivalent to replacing the low-frequency component Y L entirety of brightness the same band part of the low-frequency component Y L of the luminance of the luminance signal Y H including a high frequency component To do.
【0053】また、高域成分を含む輝度信号YH の分光
特性が本来の輝度の特性に充分近いものであれば、δは
0に固定してよい。この場合は、輝度信号形成回路16
での処理をまったく行わず、高域成分を含む輝度信号Y
H をそのまま輝度信号Yとして出力する場合に相当す
る。なお、δの値は、S/N比や色再現性などを考慮し
て、被写体の明るさや色の情報などに応じて変化させる
ようにしてもよい。If the spectral characteristic of the luminance signal Y H including the high frequency component is sufficiently close to the characteristic of the original luminance, δ may be fixed to 0. In this case, the luminance signal forming circuit 16
Luminance signal Y including high frequency components without any processing
This corresponds to the case where H is directly output as the luminance signal Y. Note that the value of δ may be changed according to the brightness and color information of the subject in consideration of the S / N ratio and color reproducibility.
【0054】図3、図4は、前述した撮像素子1に配さ
れるカラーフィルター配列の一実施例を示す図である。
このカラーフィルター配列は、Mg、Gr、Cy、Ye
の4色で構成している。そして、水平方向に対しては2
Phで相異なる色を繰り返し、垂直方向に対しては2P
vで、かつ水平方向にPhだけオフセットして相異なる
色を繰り返すようなオフセットサンプリング構造による
配列としている。FIGS. 3 and 4 are views showing an embodiment of the color filter array arranged in the image pickup device 1 described above.
This color filter array is composed of Mg, Gr, Cy, Ye.
It is composed of 4 colors. And 2 for the horizontal direction
Repeat different colors in Ph, 2P in the vertical direction
The array has an offset sampling structure in which v is offset by Ph in the horizontal direction and different colors are repeated.
【0055】なお、このカラーフィルター配列は、必ず
しもこの図3、図4のとおりでなくてもよく、例えば、
MgとCy、あるいはGrとYeを入れ替えたものであ
ってもよい。更には、これらの4色に限らず、例えば、
レッドRd、ブルーBl、ホワイトWhなどの色と、上
記4色とのうちから任意に選んだ4色の組み合わせによ
り配列するようにしてもよい。The color filter array need not necessarily be as shown in FIGS. 3 and 4, for example,
Alternatively, Mg and Cy or Gr and Ye may be replaced with each other. Furthermore, not limited to these four colors, for example,
You may make it arrange | position by the combination of colors, such as red Rd, blue Bl, and white Wh, and 4 colors arbitrarily selected from said 4 colors.
【0056】図5は、このようにカラーフィルターを配
置した撮像素子1のベースバンド近傍におけるキャリア
成分の発生位置を示す周波数特性図である。これによれ
ば、輝度キャリアは水平方向の周波数(±1/Ph,
0)の位置に発生し、色キャリアは周波数(±1/2P
h,±1/4Pv)、(0,±1/2Pv)の位置に発
生することがわかる。FIG. 5 is a frequency characteristic diagram showing the generation position of the carrier component in the vicinity of the base band of the image sensor 1 in which the color filter is arranged in this way. According to this, the luminance carrier has a horizontal frequency (± 1 / Ph,
0) and the color carrier is at frequency (± 1 / 2P
It can be seen that it occurs at the positions of h, ± 1/4 Pv) and (0, ± 1/2 Pv).
【0057】この周波数特性を更に詳細に表したもの
を、図6および図7に示す。図6、図7は、それぞれ図
3、図4に示したカラーフィルター配置を持つ撮像素子
1における周波数特性図である。A more detailed representation of this frequency characteristic is shown in FIGS. 6 and 7. 6 and 7 are frequency characteristic diagrams of the image sensor 1 having the color filter arrangements shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
【0058】これらの周波数特性を、図31、図32に
示した従来の撮像素子における周波数特性と比較する
と、本実施例においては、垂直方向の周波数(0,1/
4Pv)の位置にも、水平方向の周波数(1/2Ph,
0)の位置にも色キャリアが発生していないことがわか
る。このため、これらの色キャリアからの折り返りによ
り発生する色モアレが生じにくくなる。更に、周波数
(1/2Ph,0)の位置に色キャリアが発生しないた
め、原理的な解像度限界であるfH =1/2Phまでの
解像度を得ることができる。Comparing these frequency characteristics with the frequency characteristics of the conventional image sensor shown in FIGS. 31 and 32, in the present embodiment, the vertical frequency (0, 1 /
At the position of 4Pv, the horizontal frequency (1 / 2Ph,
It can be seen that no color carrier is generated at the position 0). Therefore, color moire caused by folding back from these color carriers is less likely to occur. Furthermore, since the color carrier does not occur at the position of the frequency (1 / 2Ph, 0), it is possible to obtain a resolution of up to f H = 1 / 2Ph a fundamental resolution limit.
【0059】次に、図8に前述した光学的ローパスフィ
ルター50の概略的な構成を示す。図8において、光学
的ローパスフィルター50は、水平方向に対して45°
の方向に第1の距離d1 だけ、入射した光線を2本に分
割する複屈折板51より成る第1の光学部材と、水平方
向に第2の距離d2 だけ、入射した光線を2本に分割す
る複屈折板52より成る第2の光学部材と、水平方向に
対して−45°の方向に第1の距離d1 だけ、入射した
光線を2本に分割する複屈折板53より成る第3の光学
部材とにより構成している。これらの複屈折板51〜5
3の作用により、入射した光線は、図9に示すような軌
跡をたどることになる。Next, FIG. 8 shows a schematic structure of the optical low-pass filter 50 described above. In FIG. 8, the optical low-pass filter 50 has a horizontal angle of 45 °.
The first optical member composed of the birefringent plate 51 that divides the incident light ray into two by a first distance d 1 in the direction of and the two incident light rays by the second distance d 2 in the horizontal direction. A second optical member composed of a birefringent plate 52 which is divided into two parts, and a birefringent plate 53 which divides an incident ray into two parts by a first distance d 1 in the direction of −45 ° with respect to the horizontal direction. It is composed of a third optical member. These birefringent plates 51 to 5
Due to the action of 3, the incident light ray follows the locus shown in FIG.
【0060】この光学的ローパスフィルター50は、第
1の距離d1 について、 1.6PhPv/|Phsinθ+2Pvcosθ|≦d1 ≦2.4PhP v/|Phsinθ+2Pvcosθ| (0≦θ≦π/2) ・・・(5) の不等式で示される条件を満足するように構成してい
る。This optical low-pass filter 50 has a relationship of 1.6PhPv / | Phsin θ + 2Pvcos θ | ≦ d 1 ≦ 2.4PhP v / | Phsin θ + 2Pvcos θ | (0 ≦ θ ≦ π / 2) with respect to the first distance d 1. It is configured to satisfy the condition represented by the inequality (5).
【0061】すなわち、第1の距離d1 が不等式(5)
で示す下限を越えると、色キャリアによる折り返り歪
み、特に色モアレの発生を抑制することができない。逆
に、上限を越えると、充分な解像度を得ることができな
くなる。したがって、色モアレを防止し、かつ充分な解
像度を得るためには、第1の距離d1 は不等式(5)を
満足する必要があるのである。That is, if the first distance d 1 is inequality (5)
If the lower limit is exceeded, it is not possible to suppress the aliasing distortion due to the color carrier, especially the occurrence of color moire. On the contrary, if the upper limit is exceeded, sufficient resolution cannot be obtained. Therefore, in order to prevent color moiré and obtain sufficient resolution, the first distance d 1 needs to satisfy the inequality (5).
【0062】ところで、この光学的ローパスフィルター
50の伝達特性(MTF特性)は、次の式で表される。 H2 (fH ,fV )=|cos(πd2 fH )・cos(π/√2・d1 ( fH +fV ))・cos(π/√2・d1 (fH −fV ))| ・・・(6)By the way, the transfer characteristic (MTF characteristic) of the optical low-pass filter 50 is expressed by the following equation. H 2 (f H , f V ) = | cos (πd 2 f H ) · cos (π / √2 · d 1 (f H + f V )) · cos (π / √2 · d 1 (f H −f V )) | ... (6)
【0063】ここで、例えばNTSC方式で、表示画面
の縦横比が3:4の場合に用いられる撮像素子であっ
て、その有効画素数が水平方向に640、垂直方向に4
80程度の撮像素子においては、ほぼ次の関係が成り立
つ。 Ph=Pv ・・・(7) そこで、本実施例では、第1の距離d1 および第2の距
離d2 を、 d1 =2√2/3・Ph、d2 =Ph/2 ・・・(8) としている。Here, for example, in the NTSC system, the image pickup device is used when the aspect ratio of the display screen is 3: 4, and the number of effective pixels is 640 in the horizontal direction and 4 in the vertical direction.
In the image pickup device of about 80, the following relationship is established. Ph = Pv (7) Therefore, in the present embodiment, the first distance d 1 and the second distance d 2 are set as follows: d 1 = 2√2 / 3 · Ph, d 2 = Ph / 2 ···・ (8)
【0064】この(8)式の条件を満たすMTF特性
は、図10に示すようなグラフで表される。また、空間
周波数平面(fH ,fV )上における特性は、図11の
ように表される。図11において、点線54a、54
b、55a、55b、56a、56aは、光学的ローパ
スフィルター50がトラップする共振周波数である。こ
れより、光学的ローパスフィルター50は輝度、色差両
信号のすべてのキャリア周波数をトラップしていること
がわかる。The MTF characteristic satisfying the condition of the equation (8) is represented by a graph as shown in FIG. The characteristics on the spatial frequency plane (f H , f V ) are expressed as shown in FIG. In FIG. 11, dotted lines 54a, 54
b, 55a, 55b, 56a and 56a are resonance frequencies trapped by the optical low pass filter 50. From this, it is understood that the optical low-pass filter 50 traps all carrier frequencies of both the luminance and color difference signals.
【0065】また、図10からわかるように、解像度限
界周波数fH =1/2Ph以上の周波数成分を充分抑制
しているので、輝度の折り返し歪みが発生することがな
い。したがって、これにより色モアレを低減することが
できる。更に、(6)、(7)、(8)式および図10
から明らかなように、MTFは、fH ≦1/2Phの周
波数領域では、−15dbを越えて落ち込むことはない
ので、ほぼ解像度限界周波数fH =1/2Phまで解像
度を確保することができる。Further, as can be seen from FIG. 10, since the frequency component of the resolution limit frequency f H = 1 / 2Ph or more is sufficiently suppressed, the aliasing distortion of luminance does not occur. Therefore, this can reduce color moire. Further, equations (6), (7), (8) and FIG.
As is apparent from, MTF, in the frequency region of f H ≦ 1 / 2Ph, so does not fall beyond the -15 dB, it is possible to secure the resolution to approximately the resolution limit frequency f H = 1 / 2Ph.
【0066】一方、現在広く用いられている、輝度信号
のサンプリング周波数が色差信号の搬送周波数fSCの4
倍になる撮像素子では、ほぼ次の関係が成り立つ。 Ph=1.2Pv ・・・(9) このときは、第1の距離d1 および第2の距離d2 を、 d1 =Ph、d2 =Ph/2 ・・・(10) とすれば、上述の効果と同等の効果が得られる。On the other hand, the sampling frequency of the luminance signal, which is widely used at present, is 4 which is the carrier frequency f SC of the color difference signal.
In a double image pickup device, the following relationships are almost established. Ph = 1.2Pv (9) At this time, if the first distance d 1 and the second distance d 2 are d 1 = Ph, d 2 = Ph / 2 (10) The same effect as the above effect can be obtained.
【0067】上述のように本実施例によれば、一方で
は、光学的ローパスフィルター50の特性上、限界解像
度まで高い解像度を得ることができ、他方では、撮像素
子1のカラーフィルター配列による作用および光学的ロ
ーパスフィルター50の特性により、色モアレを充分抑
制することができる。したがって、光学的ローパスフィ
ルター50の設計の際に、解像度と色モアレとのトレー
ドオフを考える必要がなくなり、解像度を優先した設計
をすることができるようになる。このため、光学的ロー
パスフィルター50を薄くコンパクトにすることができ
るので、撮像光学系全体をコンパクトに構成することが
可能になる。As described above, according to this embodiment, on the one hand, due to the characteristics of the optical low-pass filter 50, it is possible to obtain a high resolution up to the limit resolution. On the other hand, on the other hand, the action of the color filter array of the image pickup device 1 and Due to the characteristics of the optical low pass filter 50, color moire can be sufficiently suppressed. Therefore, when designing the optical low-pass filter 50, it is not necessary to consider the trade-off between resolution and color moiré, and it is possible to design with priority on resolution. Therefore, the optical low-pass filter 50 can be made thin and compact, so that the entire imaging optical system can be made compact.
【0068】次に、第3の実施例について、図12に基
づいて説明する。図12において、図1の構成要素と対
応する部分には同一符号を付してあり、これらの基本的
動作は図1におけるものと同一であるので、ここでは詳
細な説明は省略する。Next, the third embodiment will be described with reference to FIG. 12, parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and their basic operations are the same as those in FIG. 1, so detailed description thereof will be omitted here.
【0069】本実施例では、A/D変換器3の前段にゲ
イン調整回路20を配設し、このゲイン調整回路20に
より、Mg、Gr、Cy、Yeの各画素で得られる撮像
信号のゲインを、無彩色の被写体に対し均一になるよう
に調整しているところに特徴がある。なお、このゲイン
調整は、図12に示すように、A/D変換前のアナログ
信号に対して行ってもよいが、A/D変換器3の量子化
精度が充分ある場合は、A/D変換の後に行ってもよ
い。In this embodiment, a gain adjusting circuit 20 is arranged in front of the A / D converter 3, and the gain adjusting circuit 20 allows the gain of the image pickup signal obtained at each pixel of Mg, Gr, Cy and Ye. Is characterized in that it is adjusted to be uniform with respect to an achromatic subject. Note that this gain adjustment may be performed on the analog signal before A / D conversion as shown in FIG. 12, but if the quantization accuracy of the A / D converter 3 is sufficient, the A / D conversion is performed. It may be performed after the conversion.
【0070】このようなゲイン調整を行うことにより、
輝度信号に不用な変調成分が重畳することがなくなるば
かりでなく、色信号にも次に示すような改善をもたらす
ことができる。By performing such gain adjustment,
Not only the unnecessary modulation component is not superimposed on the luminance signal, but also the following improvement can be brought to the color signal.
【0071】いま、(2)式に示した変換式において、
マトリクスAを、 A=(aij) (i=1,2,3;j=1,2,3,4)・・・(11) とする。Now, in the conversion equation shown in equation (2),
Let the matrix A be A = (a ij ) (i = 1, 2, 3; j = 1, 2, 3, 4) (11).
【0072】一方、ゲイン調整回路20により、Mg、
Gr、Cy、Yeの各画素のゲインを無彩色の被写体に
対し均一になるように調整しているため、Mg、Gr、
Cy、Yeのベースバンド成分は、周波数空間上のある
関数φ(fH ,fV )を用いて、 Mg(fH ,fV )=Gr(fH ,fV )=Cy(fH ,fV )=Ye(f H ,fV )=φ(fH ,fV ) ・・・(12) と表すことができる。On the other hand, by the gain adjusting circuit 20, Mg,
Gain of each pixel of Gr, Cy, and Ye to an achromatic subject
Since it is adjusted to be uniform with respect to Mg, Gr,
The baseband components of Cy and Ye are in the frequency space.
Function φ (fH, FV), Mg (fH, FV) = Gr (fH, FV) = Cy (fH, FV) = Ye (f H , FV) = Φ (fH, FV) ... (12) can be represented.
【0073】ここで、各色のベースバンド成分は補間フ
ィルタ6、7、8、9等の2次元フィルタにより充分な
帯域制限がされているものとすると、図6、図7におけ
る周波数(0,1/2Pv)の位置にあるキャリア成分
はそれぞれ、 Mg(fH ,fV )=Gr(fH ,fV )=−φ(fH ,fV )、Cy(f H ,fV )=Ye(fH ,fV )=φ(fH ,fV )、 Mg(fH ,fV )=Gr(fH ,fV )=φ(fH ,fV )、Cy(fH ,fV )=Ye(fH ,fV )=−φ(fH ,fV ) ・・・(13) となる。Here, the baseband components of each color are interpolated
Two-dimensional filters such as filters 6, 7, 8, 9 etc.
Assuming that the bandwidth is limited, it is shown in FIGS. 6 and 7.
Carrier component at the frequency (0,1 / 2Pv)
Are Mg (fH, FV) = Gr (fH, FV) = − Φ (fH, FV), Cy (f H , FV) = Ye (fH, FV) = Φ (fH, FV), Mg (fH, FV) = Gr (fH, FV) = Φ (fH, FV), Cy (fH , FV) = Ye (fH, FV) = − Φ (fH, FV) (13)
【0074】したがって、RGB信号のこの点でのキャ
リア成分は、(2)、(11)、(12)、(13)式
により、 R(fH ,fV )=±(−a11−a12+a13+a14)φ(fH ,fV )、 G(fH ,fV )=±(−a21−a22+a23+a24)φ(fH ,fV )、 B(fH ,fV )=±(−a31−a32+a33+a34)φ(fH ,fV ) ・・・(14) のように表される。Therefore, the carrier component of the RGB signal at this point is R (f H , f V ) = ± (−a 11 −a) according to the equations (2), (11), (12) and (13). 12 + a 13 + a 14 ) φ (f H , f V ), G (f H , f V ) = ± (−a 21 −a 22 + a 23 + a 24 ) φ (f H , f V ), B (f H , F V ) = ± (−a 31 −a 32 + a 33 + a 34 ) φ (f H , f V ) ... (14)
【0075】これによれば、マトリクスAの各行で、第
1列と第2列の係数の和が第3列と第4列の係数の和に
等しければ、すなわち、 ai1+ai2=ai3+ai4 (i=1,2,3) ・・・(15) という関係が成り立てば、この点(0,1/2Pv)に
おけるRGB信号のキャリア成分は消滅し、この点にお
ける色キャリアは発生しない。同様に、この(15)式
の関係が成り立てば、図7において点(0,1/2P
v)と原点対称な点(0,−1/2Pv)におけるキャ
リア成分も消滅し、この点における色キャリアも発生し
ない。According to this, in each row of the matrix A, if the sum of the coefficients in the first and second columns is equal to the sum of the coefficients in the third and fourth columns, that is, a i1 + a i2 = a i3 + A i4 (i = 1,2,3) (15) If the relationship holds, the carrier component of the RGB signal at this point (0,1 / 2Pv) disappears and no color carrier occurs at this point. . Similarly, if the relation of the expression (15) is established, the point (0, 1 / 2P
The carrier component at a point (0, -1 / 2Pv) symmetrical with respect to v) at the origin also disappears, and no color carrier occurs at this point.
【0076】すなわち、RGB変換部10aにおけるマ
トリクスAを、(15)式に示す条件を満足するように
構成することにより、色信号の垂直方向のキャリア成分
を消滅させることができるので、これにより無彩色の細
かい模様の被写体で発生する色モアレを低減することが
可能となる。That is, by constructing the matrix A in the RGB conversion section 10a so as to satisfy the condition shown in the expression (15), the carrier component in the vertical direction of the color signal can be eliminated, so that it does not occur. It is possible to reduce color moire that occurs in a subject with a finely colored pattern.
【0077】なお、ゲイン調整回路20によるゲイン調
整が、各色温度で正確に行うことができる場合には、ホ
ワイトバランス部11でのホワイトバランス調整は行う
必要がない。When the gain adjustment by the gain adjusting circuit 20 can be accurately performed at each color temperature, it is not necessary to perform the white balance adjustment in the white balance section 11.
【0078】なお、本実施例においては、ゲイン調整回
路20の有無によらず、出力の輝度信号Y、色差信号R
−Y、B−Yをノンインターレースで出力してもインタ
ーレースで出力してもよい。ノンインターレースで出力
した場合は、カードカメラなどでの画像圧縮に有利であ
り、コンピューター入力にも適している。また、インタ
ーレースで出力した場合は、ビデオカメラや、スチルビ
デオカメラに用いることができる。このときは、出力信
号をアナログ信号に変換するD/A変換器が出力端に必
要となる。In this embodiment, the output luminance signal Y and the color difference signal R are output regardless of the presence or absence of the gain adjusting circuit 20.
-Y and BY may be output non-interlaced or interlaced. When output in non-interlaced format, it is advantageous for image compression with a card camera and is suitable for computer input. When output by interlace, it can be used in a video camera or a still video camera. At this time, a D / A converter for converting the output signal into an analog signal is required at the output end.
【0079】また、上述の補間処理、帯域制限、RGB
変換処理などの各処理はいずれも線型的な処理である。
このため、これらの処理の順序が前後しても結果は同じ
になるので、使用するハードウェアに応じて、これらの
各処理部の順序を入れ変えて構成してもよい。したがっ
て、これらの順序を変更するだけで、以上説明したブロ
ック図と等価になるものは、全て本発明に含まれる。In addition, the above-mentioned interpolation processing, band limitation, RGB
Each processing such as conversion processing is a linear processing.
Therefore, the result is the same even if the order of these processes is changed, so that the order of these processing units may be changed according to the hardware used. Therefore, what is equivalent to the block diagram described above only by changing the order is included in the present invention.
【0080】以上説明したように第1〜第3の実施例に
よれば、撮像素子1に配置するカラーフィルターをオフ
セットサンプリング配列にするとともに、光学的ローパ
スフィルター50を一定条件を満たすように構成する。
更に、撮像素子1より出力される信号からRGB信号を
形成する際に行われるマトリクス演算を、すべての行に
おける任意の2つの列の係数の和を残りの2つの係数の
和に等しくした3行4列のマトリクスを用いて行うこと
により、水平方向および垂直方向に発生する色キャリア
を少なくすることができ、これらの色キャリアにより引
き起こされる水平方向および垂直方向の色モアレを低減
することができる。更に、解像度限界に発生する色モア
レを消滅させることができるので、解像度限界まで高い
解像度を得ることができる。As described above, according to the first to third embodiments, the color filter arranged in the image pickup device 1 has the offset sampling arrangement, and the optical low-pass filter 50 is constituted so as to satisfy a certain condition. .
Furthermore, the matrix calculation performed when forming the RGB signals from the signals output from the image sensor 1 is performed in three rows in which the sum of the coefficients of arbitrary two columns in all rows is made equal to the sum of the remaining two coefficients. By using the matrix of four columns, it is possible to reduce the color carriers generated in the horizontal direction and the vertical direction, and it is possible to reduce the color moire in the horizontal direction and the vertical direction caused by these color carriers. Furthermore, since color moiré that occurs at the resolution limit can be eliminated, it is possible to obtain a high resolution up to the resolution limit.
【0081】ところで、カラー撮像装置における画質の
向上は、S−VHSやハイバンド8m/mなどの高画質
フォーマットの導入により、昨今、急激に進展してい
る。これに対応して、カメラ部での画質も向上させる必
要があるが、1つの撮像素子のみを用いる単板式カラー
撮像装置では限界に近づいている。したがって、一部機
種においては2つの撮像素子を用いる2板式カラー撮像
装置が採用されているのが現状である。By the way, the improvement of the image quality in the color image pickup device has been rapidly advanced in recent years by the introduction of the high image quality formats such as S-VHS and high band 8 m / m. Corresponding to this, it is necessary to improve the image quality in the camera section, but the limit is approached in the single-plate color image pickup apparatus using only one image pickup element. Therefore, in some models, a two-plate type color image pickup device using two image pickup elements is currently used.
【0082】図38は、この2板式カラー撮像装置の構
成例を示す図である。図38において、レンズ121に
より取り込まれた入射光は、プリズム122により2つ
の光路に分離され、輝度信号用撮像素子123と色信号
用撮像素子124とに結像される。FIG. 38 is a diagram showing a structural example of this two-plate type color image pickup device. In FIG. 38, the incident light taken in by the lens 121 is separated into two optical paths by the prism 122, and is imaged on the luminance signal image pickup device 123 and the color signal image pickup device 124.
【0083】輝度信号用撮像素子123から取り出され
た信号は輝度信号処理回路125で所定の処理が施さ
れ、エンコーダ127に導かれる。他方、色信号用撮像
素子124から取り出された信号は色信号処理回路12
6でR,G,Bに分離処理され、エンコーダ127に導
かれる。そして、これらの輝度信号および色信号がエン
コーダ127でNTSC信号に変換されて出力端子12
8より取り出される。The signal taken out from the image pickup device 123 for the luminance signal is subjected to a predetermined processing by the luminance signal processing circuit 125, and is guided to the encoder 127. On the other hand, the signal extracted from the color signal imaging device 124 is the color signal processing circuit 12.
It is separated into R, G, and B in 6 and guided to the encoder 127. Then, these luminance signal and chrominance signal are converted into an NTSC signal by the encoder 127 and output to the output terminal 12
It is taken out from 8.
【0084】従来より、輝度信号用撮像素子123およ
び色信号用撮像素子124には、例えば、図39
(a)、(b)に示すようなカラーフィルター配置を持
つものがそれぞれ用いられていた。これから明らかなよ
うに、輝度信号用撮像素子123には、グリーンGのカ
ラーフィルターが一面に配されている。また、色信号用
撮像素子124は、レッドRおよびブルーBのカラーフ
ィルターが垂直ストライプ状に配されている。Conventionally, the luminance signal image pickup device 123 and the color signal image pickup device 124 are, for example, as shown in FIG.
Those having the color filter arrangements shown in (a) and (b) were used, respectively. As is apparent from this, the image sensor 123 for the luminance signal is provided with a green G color filter over the entire surface. Further, in the color signal imaging device 124, red R and blue B color filters are arranged in a vertical stripe shape.
【0085】2板式カラー撮像装置では、これら2つの
撮像素子123、124が別々に設置されるため、各撮
像素子123、124の特性をそれぞれ最適なものとす
ることができる。更に、情報量としても単板式カラー撮
像装置に対して2倍の情報量が得られるので、単板式カ
ラー撮像装置では得られない高画質を得ることができ
る。In the two-plate type color image pickup device, since these two image pickup elements 123 and 124 are separately installed, the characteristics of each image pickup element 123 and 124 can be optimized. Furthermore, since the information amount is twice as large as that of the single-plate color image pickup device, it is possible to obtain high image quality which cannot be obtained by the single-plate color image pickup device.
【0086】ところが、この2板式カラー撮像装置で
は、光学系が著しく複雑になるとともに、2つの撮像素
子123、124に対応して駆動回路が2個分必要とな
る。したがって、小型軽量およびローコストを目標とし
たカラー撮像装置においては、従来の2板式カラー撮像
装置では大きく、重く、高価なものとなっていた。However, in this two-plate color image pickup apparatus, the optical system becomes extremely complicated, and two drive circuits are required to correspond to the two image pickup elements 123 and 124. Therefore, in the color image pickup device aiming at small size, light weight and low cost, the conventional two-plate type color image pickup device is large, heavy and expensive.
【0087】これに対し、単板式カラー撮像装置であっ
ても2板式カラー撮像装置と同程度の高画質を得ること
ができるようにした撮像素子として、例えば、特開平2
−183677号公報に示されたようなものがある。On the other hand, as an image pickup device capable of obtaining the same high image quality as that of the two-plate type color image pickup device, even a single-plate type color image pickup device is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 2 (1999) -211.
There is one such as shown in Japanese Patent Publication No. 183677.
【0088】これは、図40に示すように、総水平ライ
ン数を所望の走査線数の2倍設け、Yで示される輝度信
号用の水平ライン群と、RおよびBで示される色信号用
の水平ライン群とを交互に並べる。そして、これら2種
類のラインの信号を1組として読み出して所定の信号処
理を行うようにしたものである。なお、Yで示されるカ
ラーフィルターは、その分光特性が視感度に合うように
予め設計されたカラーフィルターである。As shown in FIG. 40, the total number of horizontal lines is twice the desired number of scanning lines, and a horizontal line group for luminance signals indicated by Y and color signals indicated by R and B are provided. Alternate with the horizontal lines of. Then, the signals of these two types of lines are read out as one set, and predetermined signal processing is performed. The color filter indicated by Y is a color filter designed in advance so that its spectral characteristic matches the visual sensitivity.
【0089】ところが、以上のような2板式カラー撮像
装置または単板式カラー撮像装置を用いた場合にも、前
述したような色モアレの発生の問題、および十分な解像
度を得ることができないという問題があった。すなわ
ち、図39、図40に示した撮像素子の周波数特性を示
すと、ともに図41のようになる。これから明らかなよ
うに、水平方向の周波数(±1/2Ph,0)、(±1
/Ph,0)の位置には色キャリアが発生している。し
たがって、この色キャリアの作用により色モアレが発生
してしまい、更に、本来解像できるはずの周波数成分を
解像することができなかった。However, even when the two-plate type color image pickup device or the single-plate type color image pickup device as described above is used, the above-mentioned problem of color moire and the problem that a sufficient resolution cannot be obtained. there were. That is, the frequency characteristics of the image sensor shown in FIGS. 39 and 40 are both as shown in FIG. As is clear from this, the horizontal frequency (± 1 / 2Ph, 0), (± 1
A color carrier is generated at the position of / Ph, 0). Therefore, the color moiré occurs due to the action of the color carrier, and the frequency component that should be originally resolvable cannot be resolved.
【0090】以下に、このような単板式カラー撮像装置
または2板式カラー撮像装置を用いた場合における上述
のような問題を解決するための第4〜第8の実施例につ
いて説明する。なお、第4、第5の実施例は単板式カラ
ー撮像装置を示し、第6〜第8の実施例は2板式カラー
撮像装置を示している。また、各実施例を示す構成図に
おいて、同一符号を付した部分は同一の構成部分である
ことを意味する。The fourth to eighth embodiments for solving the above-mentioned problems in the case of using such a single plate type color image pickup device or a two plate type color image pickup device will be described below. The fourth and fifth embodiments show a single-plate color image pickup device, and the sixth to eighth embodiments show a two-plate color image pickup device. In addition, in the configuration diagrams showing the respective embodiments, portions denoted by the same reference numerals mean the same configuration portions.
【0091】図13は、第4の実施例を示すブロック図
である。図13において、撮像素子61は所望の走査線
数の2倍のライン数を備えた撮像素子で、図14に示す
ような配置のカラーフィルターを有している。この撮像
素子61には、奇数ラインにはGフィルターが配され、
偶数ラインにはRフィルターとBフィルターとが交互に
配されている。ここでは、奇数ラインのGフィルターの
うち、偶数ラインのRフィルターと同列のものをG1 と
し、Bフィルターと同列のものをG2 としている。FIG. 13 is a block diagram showing the fourth embodiment. In FIG. 13, an image pickup device 61 is an image pickup device having twice as many scanning lines as desired, and has color filters arranged as shown in FIG. In this image pickup device 61, a G filter is arranged on an odd line,
R filters and B filters are alternately arranged on even-numbered lines. Here, among the G filters of the odd lines, those in the same column as the R filters in the even lines are designated as G 1, and those in the same column as the B filters are designated as G 2 .
【0092】撮像素子61より出力される撮像信号は、
色分離部63、64によりG1 信号とG2 信号、および
R信号とB信号とにそれぞれ分離される。なお、この色
分離処理に際しては、図14の奇数ラインと偶数ライン
とを1組として同時に読み出して処理することにより、
処理を簡略化することができる。The image pickup signal output from the image pickup device 61 is
The color separation units 63 and 64 separate the G 1 signal and the G 2 signal, and the R signal and the B signal, respectively. Note that in this color separation processing, the odd-numbered line and the even-numbered line in FIG.
The processing can be simplified.
【0093】分離された各信号はそれぞれホワイトバラ
ンス部65、66でホワイトバランスのための適切なゲ
インがかけられ、続くγ変換部67、68でγ変換され
る。このホワイトバランスの処理は、R,B信号に対し
てのみ行ってもよい。この場合、G1 ,G2 信号に対し
てはホワイトバランスのゲインはかけられない。Appropriate gains for white balance are applied to the separated signals in white balance units 65 and 66, respectively, and γ conversion is performed in subsequent γ conversion units 67 and 68. This white balance processing may be performed only on the R and B signals. In this case, the white balance gain cannot be applied to the G 1 and G 2 signals.
【0094】加算器69では、γ変換部67、68より
出力されたG1 信号とR信号との差がとられ、差信号R
−G1 が形成される。また、加算器70では、γ変換部
67、68より出力されたG2 信号とB信号との差がと
られ、差信号B−G2 が形成される。In the adder 69, the difference between the G 1 signal and the R signal output from the γ conversion units 67 and 68 is calculated, and the difference signal R
-G 1 is formed. Further, in the adder 70, the difference between the G 2 signal output from the γ conversion units 67 and 68 and the B signal is calculated to form a difference signal B−G 2 .
【0095】これらの差信号R−G1 、B−G2 は色差
信号処理回路72に入力され、以下示す変換式により色
差信号R−Y、B−Yにそれぞれ変換される。続いて、
図示しないローパスフィルタ等により、所望の周波数帯
域を持つ色差信号R−Y、B−Yがそれぞれ生成され
る。These difference signals R-G 1 and B-G 2 are input to the color difference signal processing circuit 72 and converted into color difference signals R-Y and B-Y by the conversion formulas shown below. continue,
Color difference signals R-Y and B-Y having desired frequency bands are generated by a low-pass filter (not shown) or the like.
【0096】[0096]
【数3】 [Equation 3]
【0097】ここで、空間周波数平面上の(1/2P
h,0)の位置にある無彩色の被写体が撮像素子61に
より採取されるとする。この被写体は周期2Phの縦縞
であり、このような被写体に対しては、 R=G1 ,B=G2 となるため、加算器69、70より出力される差信号R
−G1 、B−G2 はいずれも零となる。Here, (1 / 2P on the spatial frequency plane
It is assumed that an achromatic subject at the position h, 0) is sampled by the image sensor 61. This subject is vertical stripes having a period of 2Ph. Since R = G 1 and B = G 2 for such a subject, the difference signal R output from the adders 69 and 70 is
Both -G 1, B-G 2 is zero.
【0098】ゆえに、色差信号処理回路72から出力さ
れる色差信号R−Y、B−Yも零となり、出力されな
い。このことは、周波数(1/2Ph,0)の位置にお
ける色キャリアが消滅することを意味している。別の解
釈をすれば、周波数(1/2Ph,0)上でのR信号の
キャリアとG1 信号のキャリアとは同位相であり、ま
た、B信号のキャリアとG2 信号のキャリアとは同位相
である。したがって、これらの差信号R−G1 、B−G
2 のこの周波数でのキャリアを消滅させることができる
ため、色キャリアが発生しないのである。Therefore, the color difference signals RY and BY output from the color difference signal processing circuit 72 are also zero and are not output. This means that the color carrier disappears at the position of the frequency (1 / 2Ph, 0). In other words, the R signal carrier and the G 1 signal carrier have the same phase on the frequency (1 / 2Ph, 0), and the B signal carrier and the G 2 signal carrier have the same phase. It is a phase. Therefore, these difference signals R-G 1 and B-G
Since carriers at 2 in this frequency can be extinguished, color carriers are not generated.
【0099】加算器69、70より出力された差信号R
−G1 、B−G2 は輝度補正信号形成回路73にも入力
される。この輝度補正信号形成回路73は、これらの差
信号R−G1 、B−G2 に対する定数乗算器および加算
器とで構成されている。すなわち、輝度補正信号形成回
路73では、 S=C1 (R−G1 )+C2 (B−G2 ) ・・・(17) なる変換式により差信号R−G1 、B−G2 から輝度補
正信号Sが形成される。なお、C1 ,C2 は定数で、例
えば、C1 =0.30,C2 =0.11とすることがで
きる。Difference signal R output from the adders 69 and 70
-G 1 and B-G 2 are also input to the brightness correction signal forming circuit 73. The brightness correction signal forming circuit 73 is composed of a constant multiplier and an adder for the difference signals R-G 1 and B-G 2 . That is, in the luminance correction signal forming circuit 73, the difference signals R-G 1 and B-G 2 are converted from the difference signals R-G 1 and B-G 2 by the conversion formula S = C 1 (R-G 1 ) + C 2 (B-G 2 ) ... (17) A brightness correction signal S is formed. Note that C 1 and C 2 are constants, and can be set to C 1 = 0.30 and C 2 = 0.11.
【0100】一方、γ変換部67より出力されたG1 ,
G2 信号は、輝度信号処理回路71に入力され、適切な
ローパスフィルタリング、エンハンスメント等の処理が
行なわれる。そして、前述のようにして形成された輝度
補正信号Sが加算器74で加算される。このように
G1 ,G2 信号に輝度補正信号Sを加算することによ
り、輝度信号の分光特性が補正され、視感度に合った良
好な輝度信号を得ることができる。On the other hand, G 1 output from the γ conversion unit 67,
The G 2 signal is input to the luminance signal processing circuit 71, and appropriate processing such as low-pass filtering and enhancement is performed. Then, the brightness correction signal S formed as described above is added by the adder 74. By thus adding the brightness correction signal S to the G 1 and G 2 signals, the spectral characteristics of the brightness signal are corrected, and a good brightness signal matching the visual sensitivity can be obtained.
【0101】以上説明したように本実施例によれば、周
波数fH =1/2Phにおける色キャリアを消滅させる
ことができるので、色モアレの発生量が少なく、解像度
の高いカラー撮像装置を得ることができる。As described above, according to this embodiment, it is possible to eliminate the color carrier at the frequency f H = 1 / 2Ph, so that it is possible to obtain a color image pickup device having a small amount of color moire and a high resolution. You can
【0102】次に、第5の実施例について説明する。図
15は、本実施例の構成を示すブロック図である。図1
5において、撮像素子62は所望の走査線数の2倍のラ
インを備えた撮像素子で、図16に示すような配置のカ
ラーフィルターを有している。この撮像素子62には、
奇数ラインには分光特性が視感度に合うように予め設計
されたYフィルターが配され、偶数ラインにはRフィル
ターとBフィルターとが交互に配されている。ここで
は、奇数ラインのYフィルターのうち、偶数ラインのR
フィルターと同列のものをY1 とし、Bフィルターと同
列のものをY2 としている。Next, the fifth embodiment will be described. FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. Figure 1
5, the image pickup device 62 is an image pickup device having a line twice as many as the desired number of scanning lines, and has a color filter arranged as shown in FIG. The image sensor 62 includes
Y filters, which are designed in advance so that the spectral characteristics match the visual sensitivity, are arranged on the odd lines, and R filters and B filters are alternately arranged on the even lines. Here, among the Y filters of the odd lines, the R of the even lines is used.
The one in the same row as the filter is designated as Y 1, and the one in the same row as the B filter is designated as Y 2 .
【0103】本実施例では、前述の第4の実施例と同様
に、色分離部75、64により分離されたY1 信号とY
2 信号、およびR信号とB信号とから、加算器69、7
0により差信号R−Y1 ,B−Y2 が形成される。ここ
で形成される各差信号は、色差信号R−Y,B−Yであ
るので、色差信号処理回路76では(16)式で示した
ような色差信号への変換処理は行なわなくてよい。ま
た、輝度信号処理回路71には予め視感度に合わせられ
たY1 信号およびY2 信号が入力されるので、(17)
式で示したような輝度補正信号Sの形成処理を行う必要
もなくなる。したがって、本実施例においては、第4の
実施例に比べて処理を簡略化することができる。In this embodiment, the Y 1 signal and Y separated by the color separation units 75 and 64 are used as in the fourth embodiment.
From the two signals and the R and B signals, adders 69, 7
The difference signals R-Y 1 and BY 2 are formed by 0. Since the respective difference signals formed here are the color difference signals RY and BY, the color difference signal processing circuit 76 does not have to perform the conversion processing into the color difference signals as shown in the equation (16). Further, since the Y 1 signal and the Y 2 signal which have been adjusted to the luminosity in advance are input to the luminance signal processing circuit 71, (17)
It is not necessary to perform the formation processing of the brightness correction signal S as shown in the equation. Therefore, in this embodiment, the processing can be simplified as compared with the fourth embodiment.
【0104】このように構成された本実施例において
も、第4実施例と同様に周波数fH =1/2Phにおけ
る色キャリアを消滅させることができるので、色モアレ
の発生量が少なく、解像度の高いカラー撮像装置を得る
ことができる。Also in the present embodiment having such a configuration, the color carrier at the frequency f H = 1 / 2Ph can be eliminated in the same manner as in the fourth embodiment, so that the amount of color moire generated is small and the resolution is high. A high color imaging device can be obtained.
【0105】次に、第6の実施例について説明する。図
17は、本実施例の構成を示すブロック図である。図1
7において、撮像素子81、82は、それぞれ図18
(a)、(b)に示すような配置のカラーフィルターを
有している。すなわち、撮像素子81には輝度信号用の
Gフィルターが一面に配されている。一方、撮像素子8
2には色信号用のRフィルターおよびBフィルターが垂
直ストライプ状に配されている。ここでは、撮像素子8
1のGフィルターのうち、撮像素子82のRフィルター
群と撮像面上等価な位置にあるものをG1 とし、Bフィ
ルター群と等価な位置にあるものをG2 としている。Next, a sixth embodiment will be described. FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. Figure 1
7, the image pickup elements 81 and 82 are respectively arranged in FIG.
The color filters are arranged as shown in (a) and (b). That is, the image sensor 81 is provided with a G filter for luminance signals on one surface. On the other hand, the image sensor 8
In FIG. 2, R filters and B filters for color signals are arranged in a vertical stripe pattern. Here, the image sensor 8
Among the G filters of No. 1, those at the position equivalent to the R filter group of the image sensor 82 on the image pickup surface are designated as G 1, and those at the position equivalent to the B filter group are designated as G 2 .
【0106】本実施例は、このように2つの撮像素子8
1、82を備えているところに特徴があり、その他の部
分については、図13に示した第4の実施例と同じであ
る。各部の動作も第4の実施例と同様にして行なわれ
る。したがって、本実施例においても周波数fH =1/
2Phにおける色キャリアを消滅させることができ、色
モアレの発生量が少なく、解像度の高いカラー撮像装置
を得ることができる。In this embodiment, the two image pickup devices 8 are thus provided.
1 and 82, and other parts are the same as those in the fourth embodiment shown in FIG. The operation of each part is performed in the same manner as in the fourth embodiment. Therefore, also in this embodiment, the frequency f H = 1 /
The color carrier at 2Ph can be eliminated, the amount of color moire generated is small, and a color image pickup device with high resolution can be obtained.
【0107】次に、第7の実施例について説明する。図
19は、本実施例の構成を示すブロック図である。図1
9において、撮像素子83、84はそれぞれ図20
(a)、(b)に示すような配置のカラーフィルターを
有している。すなわち、撮像素子83には輝度信号用の
Gフィルターが一面に配されている。一方、撮像素子8
4には色信号用のRフィルターおよびBフィルターが2
ライン毎に水平ストライプ状に配されている。ここで
は、撮像素子83のGフィルターのうち、撮像素子84
のRフィルター群と撮像面上等価な位置にあるものをG
1 とし、Bフィルター群と等価な位置にあるものをG2
としている。Next, the seventh embodiment will be described. FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. Figure 1
9, the image pickup devices 83 and 84 are respectively shown in FIG.
The color filters are arranged as shown in (a) and (b). That is, the image sensor 83 is provided with a G filter for the luminance signal on one surface. On the other hand, the image sensor 8
4 has 2 R and B filters for color signals
The lines are arranged in horizontal stripes. Here, of the G filters of the image sensor 83, the image sensor 84
G at the position equivalent to the R filter group of
1 is set to the position equivalent to the B filter group as G 2
I am trying.
【0108】このようなフィルター配置を持つ撮像素子
において色キャリアは、図23に示すような位置に発生
する。In the image pickup device having such a filter arrangement, color carriers are generated at the positions shown in FIG.
【0109】撮像素子83、84は、いずれもインター
レース方式により1水平ラインおきに走査され、それぞ
れからG1 ,G2 信号およびR,B信号が読み出され
る。これらの信号は、それぞれホワイトバランス部6
5、66およびγ変換部67、68により所定の処理が
施された後、1H遅延回路85、86によりG1 信号と
G2 信号、およびR信号とB信号とにそれぞれ分離され
る。The image pickup devices 83 and 84 are scanned every other horizontal line by the interlace method, and the G 1 and G 2 signals and the R and B signals are read out from them. These signals are output to the white balance unit 6 respectively.
After predetermined processing by 5, 66 and γ conversion units 67, 68, 1H delay circuits 85, 86 separate G 1 signal and G 2 signal, and R signal and B signal, respectively.
【0110】そして、このようにして分離されたG1 信
号とR信号、およびG2 信号とB信号とから加算器6
9、70で差信号R−G1 、B−G2 が形成される。続
いて、色差信号処理回路72により色差信号R−Y、B
−Yが形成されるとともに、不図示のローパスフィルタ
等により所望の帯域制限がなされる。The G 1 signal and the R signal, and the G 2 signal and the B signal thus separated are added to the adder 6
At 9, 70, the difference signals R-G 1 and B-G 2 are formed. Then, the color difference signal processing circuit 72 causes the color difference signals R-Y, B
-Y is formed, and a desired band is limited by a low-pass filter (not shown) or the like.
【0111】ここで、周波数(0,1/4Pv)の位置
にある無彩色の被写体が撮像素子83、84により採取
されるとすると、このような被写体に対しては、 R=G1 ,B=G2 が成り立つ。したがって、差信号R−G1 、B−G2 、
ひいては色差信号R−Y、B−Yが零となり、出力され
ない。If an achromatic subject at the frequency (0, 1 / 4Pv) is sampled by the image pickup devices 83 and 84, R = G 1 , B for such a subject. = G 2 holds. Therefore, the difference signals R-G 1 , B-G 2 ,
As a result, the color difference signals R-Y and B-Y become zero and are not output.
【0112】このことは、周波数(0,1/4Pv)の
位置における色キャリアが消滅することを意味してい
る。別の解釈をすれば、周波数(0,1/4Pv)上で
のR信号のキャリアとG1 信号のキャリアとは同位相で
あり、また、B信号のキャリアとG2 信号のキャリアと
は同位相である。したがって、これらの差信号R−
G1、B−G2 のこの周波数でのキャリアを消滅させる
ことができるため、色キャリアが発生しないのである。This means that the color carrier disappears at the position of frequency (0, 1/4 Pv). In other words, the carrier of the R signal and the carrier of the G 1 signal on the frequency (0, 1 / 4Pv) have the same phase, and the carrier of the B signal and the carrier of the G 2 signal have the same phase. It is a phase. Therefore, these difference signals R-
Since the carriers of G 1 and B-G 2 at this frequency can be extinguished, no color carrier is generated.
【0113】輝度信号処理回路71、輝度補正信号形成
回路73および加算器74による処理は、前述の第4の
実施例と同様である。これにより、輝度信号の分光特性
が補正され、視感度に合った良好な輝度信号を得ること
ができる。The processing by the luminance signal processing circuit 71, the luminance correction signal forming circuit 73 and the adder 74 is the same as that of the above-mentioned fourth embodiment. As a result, the spectral characteristic of the luminance signal is corrected, and a good luminance signal that matches the luminosity can be obtained.
【0114】撮像素子83、84をノンインターレース
方式で走査する場合は、撮像素子84のフィルター配置
は、図21(b)に示すように、Rフィルター群とBフ
ィルター群とが1ライン毎に繰り返される水平ストライ
プ状の配置とすればよい。この場合も撮像素子83のG
1 フィルターとG2 フィルターの配置は、図21(a)
に示すように、撮像素子84のフィルター配置に対応し
て決められる。この配置によれば、色キャリアは、図2
4に示すような位置に発生する。When scanning the image pickup devices 83 and 84 in the non-interlaced mode, the filter arrangement of the image pickup device 84 is such that the R filter group and the B filter group are repeated every line as shown in FIG. 21 (b). The arrangement may be horizontal stripes. In this case as well, G of the image sensor 83
The arrangement of 1 filter and G 2 filter is shown in Fig. 21 (a).
As shown in (4), it is determined corresponding to the filter arrangement of the image sensor 84. According to this arrangement, the color carrier is
It occurs at the position as shown in FIG.
【0115】この場合は、前述のインターレース方式で
信号を読み出す場合と同様に装置を動作させることによ
り、周波数(0,1/2Pv)の位置のキャリアを消滅
させることができ、これにより良好な画像を得ることが
できる。更に、信号を1フレーム分記憶させておくメモ
リを利用すれば、インターレース画像を得ることも可能
である。In this case, by operating the device in the same manner as in the case of reading the signal by the above-mentioned interlace method, the carrier at the position of the frequency (0,1 / 2Pv) can be eliminated, and a good image can be obtained. Can be obtained. Furthermore, it is possible to obtain an interlaced image by using a memory that stores signals for one frame.
【0116】更に、撮像素子83、84のフィルター配
置は、図22(a)、(b)に示すような配置としても
よい。ここでは、撮像素子84には、図22(b)のよ
うにRフィルターとBフィルターとがオフセット状に配
されている。その配置に対応して撮像素子83のG1 フ
ィルターとG2 フィルターも、図22(a)のようにオ
フセット状に配されている。この配置によれば、色キャ
リアは、図25に示すような位置に発生する。Furthermore, the filters of the image pickup devices 83 and 84 may be arranged as shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b). Here, in the image pickup device 84, the R filter and the B filter are arranged in an offset shape as shown in FIG. Corresponding to the arrangement, the G 1 filter and the G 2 filter of the image pickup device 83 are also arranged in an offset shape as shown in FIG. According to this arrangement, the color carrier is generated at the position shown in FIG.
【0117】この場合も前述と同様の処理を施すことに
より、周波数(±1/2Ph,1/2Pv)の位置の色
キャリアを消滅させることができ、これにより良質な画
像を得ることができる。In this case as well, by performing the same processing as described above, the color carrier at the position of the frequency (± 1 / 2Ph, 1 / 2Pv) can be eliminated, and a high quality image can be obtained.
【0118】なお本実施例では、1水平信号期間(1
H)毎に差信号R−G1 と差信号B−G2 とが切り換え
られるため、色差信号処理回路72における(16)式
で示される変換処理、および輝度補正信号形成回路73
における(17)式で示される輝度補正信号Sの形成処
理により所望の色差信号および輝度補正信号Sを得るた
めには、各回路への入力信号を1H毎に切り換えるなど
の処理が必要となる。In this embodiment, one horizontal signal period (1
Since the difference signal R-G 1 and the difference signal B-G 2 are switched for each H), the conversion process shown by the equation (16) in the color difference signal processing circuit 72 and the luminance correction signal forming circuit 73.
In order to obtain the desired color difference signal and luminance correction signal S by the processing of forming the luminance correction signal S represented by the equation (17) in (1), processing such as switching the input signal to each circuit every 1H is required.
【0119】次に、第8の実施例について説明する。図
26は、本実施例の構成を示すブロック図である。図2
6において、撮像素子87、88は、それぞれ図27
(a)、(b)に示すような配置のカラーフィルターを
有している。すなわち、撮像素子87には輝度信号用の
Yフィルターが一面に配されている。一方、撮像素子8
8には色信号用のRフィルターおよびBフィルターが垂
直ストライプ状に配されている。ここでは、撮像素子8
7のGフィルターのうち、撮像素子88のRフィルター
群と撮像面上等価な位置にあるものをY1 とし、Bフィ
ルター群と等価な位置にあるものをY2 としている。Next, the eighth embodiment will be described. FIG. 26 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. Figure 2
6, the image pickup devices 87 and 88 are respectively shown in FIG.
The color filters are arranged as shown in (a) and (b). That is, the image sensor 87 is provided with a Y filter for luminance signals on one surface. On the other hand, the image sensor 8
In FIG. 8, R filters and B filters for color signals are arranged in a vertical stripe pattern. Here, the image sensor 8
Among the G filters of No. 7 , those at the position equivalent to the R filter group of the image sensor 88 on the image pickup surface are designated as Y 1, and those at the position equivalent to the B filter group are designated as Y 2 .
【0120】本実施例は、このように2つの撮像素子8
7、88を備えているところに特徴があり、その他の部
分については、図15に示した第5の実施例と同じであ
る。各部の動作も第5の実施例と同様にして行なわれ
る。したがって、本実施例においても周波数fH =1/
2Phにおける色キャリアを消滅させることができ、色
モアレの発生量が少なく、解像度の高いカラー撮像装置
を得ることができる。また、本実施例の場合、第6の実
施例および第7の実施例に比べて輝度信号の形成処理を
簡略化することができる。In this embodiment, the two image pickup devices 8 are thus provided.
7 and 88, and other parts are the same as in the fifth embodiment shown in FIG. The operation of each part is performed in the same manner as in the fifth embodiment. Therefore, also in this embodiment, the frequency f H = 1 /
The color carrier at 2Ph can be eliminated, the amount of color moire generated is small, and a color image pickup device with high resolution can be obtained. Further, in the case of the present embodiment, the process of forming the luminance signal can be simplified as compared with the sixth embodiment and the seventh embodiment.
【0121】なお、本実施例においては、撮像素子88
に配するカラーフィルターとして、図27(b)に示す
ものを用いた場合について説明したが、これに限定する
ものではなく、図20(b)、図21(b)、図22
(b)に示したいずれのカラーフィルターを用いてもよ
い。この場合は、撮像素子87におけるY1 信号とY2
信号の分離処理を、それぞれ図20(a)、図21
(a)、図22(a)におけるG1 信号とG2 信号の分
離処理と同様の処理にすればよい。In this embodiment, the image pickup device 88
The case where the color filter shown in FIG. 27B is used as the color filter arranged in FIG. 27 has been described, but the color filter is not limited to this, and the color filters shown in FIG. 20B, FIG. 21B, and FIG.
Any of the color filters shown in (b) may be used. In this case, the Y 1 signal and the Y 2
The signal separation processing is shown in FIG.
The same processing as the separation processing of the G 1 signal and the G 2 signal in (a) and FIG. 22 (a) may be performed.
【0122】以上説明した第4〜第8の実施例において
は、ビデオカメラ等の動画像撮像装置に対しても、電子
スチルカメラ等の静止画像撮像装置に対しても、色モア
レが少なく、解像度の高い良好な画像を得ることができ
る。In the fourth to eighth embodiments described above, the color moire is small and the resolution is small for both the moving image pickup device such as a video camera and the still image pickup device such as an electronic still camera. It is possible to obtain a high quality image.
【0123】[0123]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撮
像素子に配置するカラーフィルター配列を、水平方向に
対しては2画素周期で相異なる色を繰り返し、垂直方向
に対しては2画素周期で、かつ水平方向に1画素だけオ
フセットして相異なる色を繰り返すようなオフセットサ
ンプリング構造による配列としたので、水平方向および
垂直方向に発生する色キャリアを少なくすることがで
き、これらの色キャリアにより引き起こされる水平方向
および垂直方向の色モアレを低減することができる。更
に、解像度限界に発生する色モアレを消滅させることが
できるので、解像度限界まで高い解像度を得ることがで
きる。As described above, according to the present invention, the color filter array arranged in the image pickup device repeats different colors with a period of two pixels in the horizontal direction and two pixels in the vertical direction. Since the array has an offset sampling structure in which different colors are repeated by offsetting only one pixel in the horizontal direction in the cycle, it is possible to reduce the number of color carriers generated in the horizontal direction and the vertical direction. It is possible to reduce the horizontal and vertical color moire caused by. Furthermore, since color moiré that occurs at the resolution limit can be eliminated, it is possible to obtain a high resolution up to the resolution limit.
【0124】更に、光学的ローパスフィルターを、入射
した光線を撮像素子の走査方向に対して時計回りまたは
反時計回りにθの角度をなす方向で、一定の条件を満た
す距離Dだけ離れた2本の光線に分離する光学部材を用
いて構成したので、解像度限界以下の領域において十分
なMTF特性が得られ、限界解像度まで高い解像度を得
ることができるとともに、限界解像度の周波数以上で発
生する色キャリアの折り返し歪みによる色モアレを低減
することができる。したがって、光学的ローパスフィル
ターの設計の際には、解像度と色モアレとのトレードオ
フを考える必要がなくなり、解像度を優先した設計を行
うことができ、高解像度の静止フレーム画をも撮影する
ことができる。Further, two optical low-pass filters are provided, which are separated from each other by a distance D satisfying a certain condition in the direction in which the incident light ray makes an angle of θ in the clockwise or counterclockwise direction with respect to the scanning direction of the image sensor. Since it is configured by using an optical member that separates into the light rays of the above, a sufficient MTF characteristic can be obtained in a region below the resolution limit, a high resolution up to the limit resolution can be obtained, and a color carrier generated at a frequency above the limit resolution It is possible to reduce the color moire due to the aliasing distortion. Therefore, when designing an optical low-pass filter, it is not necessary to consider the trade-off between resolution and color moiré, it is possible to design with priority on resolution, and it is possible to capture high-resolution still frame images. it can.
【0125】また、撮像素子からの出力について、4種
類のカラーフィルターからの出力が一定になるようにゲ
インを調整をするとともに、それらの出力からRGB信
号を形成する際に行われるマトリクス演算を、すべての
行における任意の2つの列の係数の和を残りの2つの係
数の和に等しくした3行4列のマトリクスを用いて行う
ようにしたので、垂直方向に発生する色キャリアが更に
少なくなり、これにより、垂直方向の色モアレの更なる
低減が図れ、良好な画像を得ることができる効果があ
る。With respect to the output from the image pickup device, the gain is adjusted so that the outputs from the four types of color filters are constant, and the matrix calculation performed when forming the RGB signals from those outputs is performed. Since the sum of the coefficients of any two columns in all rows is made equal to the sum of the remaining two coefficients by using a matrix of 3 rows and 4 columns, the number of color carriers generated in the vertical direction is further reduced. As a result, the color moiré in the vertical direction can be further reduced, and an excellent image can be obtained.
【0126】また、カラー撮像装置が、複数個の撮像素
子を利用した多板式カラー撮像装置または水平ライン数
を通常の2倍数設けた撮像素子を利用した単板式カラー
撮像装置である場合は、これらの撮像素子の各画素には
異なる種類の第1〜第3のカラーフィルターを配し、第
2のカラーフィルターおよび第3のカラーフィルターが
配されたそれぞれの画素より得られる信号と、その各画
素と撮像面上等価な位置にある第1のカラーフィルター
が配された画素より得られる信号とから2種類の差信号
を形成し、この差信号に基づいて色差信号を形成するよ
うにしたので、水平方向および垂直方向に発生する色キ
ャリアを減少させることができ、これにより色モアレを
少なくするとともに、解像度の高い画像が得られるよう
にすることができる。When the color image pickup device is a multi-plate color image pickup device using a plurality of image pickup devices or a single plate type color image pickup device using an image pickup device in which the number of horizontal lines is twice the normal number, Different types of first to third color filters are arranged in each pixel of the image pickup device, and a signal obtained from each pixel in which the second color filter and the third color filter are arranged, and each pixel And two types of difference signals are formed from the signals obtained from the pixels in which the first color filters are arranged at equivalent positions on the image pickup surface, and the color difference signals are formed based on these difference signals. It is possible to reduce the color carrier generated in the horizontal direction and the vertical direction, thereby reducing the color moire and obtaining a high-resolution image. .
【0127】また、第1のカラーフィルターが配された
画素より得られる信号に対してこの差信号を用いて適正
な補正を加えて輝度信号を形成するようにしたので、S
/N比の良好な画像を得ることができる。また、第1の
カラーフィルターとして、上述の補正分を予め考慮して
構成した輝度信号用のカラーフィルターを用い、これに
より得られる信号に基づいて輝度信号を形成するように
したので、良質な画像を得ることができることはもちろ
ん、その輝度信号形成処理を簡略化することができる。Further, the difference signal is used to appropriately correct the signal obtained from the pixel in which the first color filter is arranged to form the luminance signal.
An image with a good / N ratio can be obtained. Further, as the first color filter, a color filter for a luminance signal, which is configured in consideration of the above-mentioned correction amount in advance, is used, and the luminance signal is formed based on the signal obtained by this, so that a high-quality image is obtained. Of course, the luminance signal forming process can be simplified.
【0128】また、これらの処理をディジタル的に行う
ようにしたので、性能の均質、安定などの点で利点があ
る。Further, since these processes are performed digitally, there are advantages in that the performance is uniform and stable.
【図1】本発明のカラー撮像装置の第1の実施例を示す
ブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a color image pickup apparatus of the present invention.
【図2】本発明のカラー撮像装置の第2の実施例を示す
ブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the color image pickup apparatus of the present invention.
【図3】第1の実施例および第2の実施例に用いる撮像
素子のフィルター配置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a filter arrangement of an image pickup element used in the first and second embodiments.
【図4】第1の実施例および第2の実施例における撮像
素子のフィルター配置を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a filter arrangement of an image sensor in the first and second embodiments.
【図5】第1の実施例および第2の実施例に用いる撮像
素子の周波数特性図である。FIG. 5 is a frequency characteristic diagram of image pickup elements used in the first and second embodiments.
【図6】第1の実施例および第2の実施例に用いる撮像
素子の周波数特性図である。FIG. 6 is a frequency characteristic diagram of image pickup devices used in the first and second embodiments.
【図7】第1の実施例および第2の実施例に用いる撮像
素子の周波数特性図である。FIG. 7 is a frequency characteristic diagram of the image sensor used in the first and second embodiments.
【図8】本発明の光学的ローパスフィルターの構成図で
ある。FIG. 8 is a configuration diagram of an optical low-pass filter of the present invention.
【図9】本発明の光学的ローパスフィルターによる光路
を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an optical path by the optical low pass filter of the present invention.
【図10】本発明の光学的ローパスフィルターのMTF
特性図である。FIG. 10: MTF of the optical low pass filter of the present invention
It is a characteristic diagram.
【図11】本発明の光学的ローパスフィルターの周波数
特性図である。FIG. 11 is a frequency characteristic diagram of the optical low-pass filter of the present invention.
【図12】本発明のカラー撮像装置の第3の実施例を示
すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing a third embodiment of the color image pickup apparatus of the present invention.
【図13】本発明のカラー撮像装置の第4の実施例を示
すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a fourth embodiment of the color image pickup apparatus of the present invention.
【図14】第4の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a filter arrangement of an image sensor used in a fourth embodiment.
【図15】本発明のカラー撮像装置の第5の実施例を示
すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing a fifth embodiment of the color image pickup apparatus of the present invention.
【図16】第5の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a filter arrangement of an image sensor used in a fifth embodiment.
【図17】本発明のカラー撮像装置の第6の実施例を示
すブロック図である。FIG. 17 is a block diagram showing a sixth embodiment of the color image pickup apparatus of the present invention.
【図18】第6の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a filter arrangement of an image pickup element used in a sixth embodiment.
【図19】本発明のカラー撮像装置の第7の実施例を示
すブロック図である。FIG. 19 is a block diagram showing a seventh embodiment of the color image pickup apparatus of the present invention.
【図20】第7の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a filter arrangement of an image sensor used in a seventh embodiment.
【図21】第7の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a filter arrangement of an image sensor used in a seventh embodiment.
【図22】第7の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a filter arrangement of an image sensor used in a seventh embodiment.
【図23】第7の実施例に用いる撮像素子の周波数特性
図である。FIG. 23 is a frequency characteristic diagram of the image sensor used in the seventh embodiment.
【図24】第7の実施例に用いる撮像素子の周波数特性
図である。FIG. 24 is a frequency characteristic diagram of the image sensor used in the seventh embodiment.
【図25】第7の実施例に用いる撮像素子の周波数特性
図である。FIG. 25 is a frequency characteristic diagram of the image sensor used in the seventh embodiment.
【図26】本発明のカラー撮像装置の第8の実施例を示
すブロック図である。FIG. 26 is a block diagram showing an eighth embodiment of the color image pickup apparatus of the present invention.
【図27】第8の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing the filter arrangement of the image sensor used in the eighth embodiment.
【図28】従来のカラー撮像装置に用いる撮像素子のフ
ィルター配置を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing a filter arrangement of an image pickup element used in a conventional color image pickup apparatus.
【図29】従来のカラー撮像装置に用いる撮像素子のフ
ィルター配置を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing a filter arrangement of an image pickup element used in a conventional color image pickup apparatus.
【図30】図29の撮像素子について、画素混合読み出
しをしたときのサンプリング構造を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing a sampling structure when pixel mixture reading is performed on the image sensor of FIG. 29;
【図31】図28のフィルター配置に基づく周波数特性
図である。FIG. 31 is a frequency characteristic diagram based on the filter arrangement of FIG. 28.
【図32】図30のフィルター配置に基づく周波数特性
図である。32 is a frequency characteristic diagram based on the filter arrangement of FIG. 30.
【図33】図28、図30のフィルター配置に基づく周
波数特性図である。FIG. 33 is a frequency characteristic diagram based on the filter arrangements of FIGS. 28 and 30.
【図34】従来の光学的ローパスフィルターの通過帯域
を示す特性図である。FIG. 34 is a characteristic diagram showing a pass band of a conventional optical low pass filter.
【図35】従来の光学的ローパスフィルターの構成図で
ある。FIG. 35 is a configuration diagram of a conventional optical low-pass filter.
【図36】従来の光学的ローパスフィルターのMTF特
性図である。FIG. 36 is an MTF characteristic diagram of a conventional optical low pass filter.
【図37】従来の光学的ローパスフィルターの周波数特
性図である。FIG. 37 is a frequency characteristic diagram of a conventional optical low-pass filter.
【図38】従来の2板式カラー撮像装置の概略構成を示
すブロック図である。FIG. 38 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional two-plate type color imaging device.
【図39】従来の2板式カラー撮像装置に用いる撮像素
子のフィルター配置を示す図である。FIG. 39 is a diagram showing a filter arrangement of an image pickup element used in a conventional two-plate type color image pickup apparatus.
【図40】従来の2板式カラー撮像装置に相当する画質
を得るための単板式カラー撮像装置に用いる撮像素子の
フィルター配置を示す図である。FIG. 40 is a diagram showing a filter arrangement of image pickup elements used in a single-plate type color image pickup device for obtaining image quality equivalent to that of a conventional two-plate type color image pickup device.
【図41】図39、図40のフィルター配置に基づく周
波数特性図である。41 is a frequency characteristic diagram based on the filter arrangements of FIGS. 39 and 40. FIG.
1 撮像素子 3 A/D変換器 4 バッファメモリ 10、10a RGB変換部 20 ゲイン調整回路 50 光学的ローパスフィルター 51、52、53 複屈折板 54a、54b、55a、55b、56a、56b 光
学的ローパスフィルターがトラップする周波数の軌跡 61、62、81、82、83、84、87、88 撮
像素子 63、64、75 色分離部 69、70 加算器 71 輝度信号処理回路 72、76 色差信号処理回路 73 輝度補正信号形成回路 74 加算器1 Image sensor 3 A / D converter 4 Buffer memory 10, 10a RGB converter 20 Gain adjustment circuit 50 Optical low pass filter 51, 52, 53 Birefringent plate 54a, 54b, 55a, 55b, 56a, 56b Optical low pass filter Trajectories of frequencies trapped by 61, 62, 81, 82, 83, 84, 87, 88 Image sensor 63, 64, 75 Color separation unit 69, 70 Adder 71 Luminance signal processing circuit 72, 76 Color difference signal processing circuit 73 Luminance Correction signal forming circuit 74 Adder
Claims (7)
方向に対しては2画素周期で相異なる色のカラーフィル
ターが繰り返され、垂直方向に対しては2画素周期で、
かつ水平方向に1画素だけオフセットされて相異なる色
のカラーフィルターが繰り返されるようなオフセットサ
ンプリング構造を持つ撮像素子と、 入射した光線を上記撮像素子の走査方向に対して時計回
りまたは反時計回りにθの角度をなす方向で、距離Dだ
け離れた2本の光線に分離する光学部材を有し、上記撮
像素子の水平方向のピッチをPh、垂直方向のピッチを
Pvとしたときに、距離Dが、 1.6PhPv/|Phsinθ+2Pvcosθ|≦D≦2.4PhPv/ |Phsinθ+2Pvcosθ| (0≦θ≦π/2) なる条件を満たすように構成された光学的ローパスフィ
ルターと、 上記撮像素子からの出力を一旦記憶するメモリとを備
え、 上記メモリから必要な情報を読み出してディジタル信号
処理を行うことにより画像を得るようにしたことを特徴
とするカラー撮像装置。1. A color filter having four types of color filters, wherein color filters of different colors are repeated every two pixel periods in the horizontal direction and every two pixel periods in the vertical direction.
And an image sensor with an offset sampling structure in which the color filters of different colors are repeated by horizontally offsetting one pixel, and the incident light beam is rotated clockwise or counterclockwise with respect to the scanning direction of the image sensor. When an optical member for separating two light beams separated by a distance D in a direction forming an angle of θ is provided and the horizontal pitch of the image pickup element is Ph and the vertical pitch thereof is Pv, the distance D Is 1.6PhPv / | Phsinθ + 2Pvcosθ | ≦ D ≦ 2.4PhPv / | Phsinθ + 2Pvcosθ | (0 ≦ θ ≦ π / 2) An image is provided by including a memory for storing once, and reading out necessary information from the memory to perform digital signal processing. The color image pickup apparatus characterized by being obtained manner.
写体に対して、上記4種類のカラーフィルターからの出
力が一定になるようにゲインを調整するゲイン調整手段
と、 すべての行において、任意の2つの列の係数の和が残り
の2つの係数の和に等しい3行4列のマトリクス演算を
行うことにより、上記4種類のカラーフィルターの出力
からRGB信号を形成する信号形成手段とを有すること
を特徴とする請求項1記載のカラー撮像装置。2. Gain adjusting means for adjusting the output from the image pickup device so that the outputs from the four types of color filters are constant for an achromatic subject, and in all rows, Signal forming means for forming RGB signals from the outputs of the four types of color filters by performing a matrix operation of 3 rows and 4 columns in which the sum of the coefficients of any two columns is equal to the sum of the remaining two coefficients. The color image pickup apparatus according to claim 1, further comprising:
方向に対しては2画素周期で相異なる色のカラーフィル
ターが繰り返され、垂直方向に対しては2画素周期で、
かつ水平方向に1画素だけオフセットされて相異なる色
のカラーフィルターが繰り返されるようなオフセットサ
ンプリング構造を持つ撮像素子と、すべての行におい
て、任意の2つの列の係数の和が残りの2つの係数の和
に等しい3行4列のマトリクス演算を行うことにより、
上記4種類のカラーフィルターの出力からRGB信号を
形成する信号形成手段とを有することを特徴とするカラ
ー撮像装置。3. A color filter having four kinds of color filters, wherein color filters of different colors are repeated in a horizontal direction at a 2-pixel cycle, and in a vertical direction at a 2-pixel cycle.
And an image sensor having an offset sampling structure in which color filters of different colors are repeated by offsetting one pixel in the horizontal direction, and the sum of the coefficients of any two columns in all rows is the remaining two coefficients. By performing a matrix operation of 3 rows and 4 columns equal to the sum of
A color image pickup apparatus comprising: a signal forming unit that forms RGB signals from outputs of the four types of color filters.
複数個の画素を有する撮像素子を備えたカラー撮像装置
において、 上記撮像素子には所望の画像を得るために必要な水平ラ
イン数の2倍の水平ラインを設け、 上記水平ラインを、第1のカラーフィルターを配した第
1の水平ラインと、第2のカラーフィルターおよび第3
のカラーフィルターを1画素おきに配した第2の水平ラ
インとを交互に並べて構成し、 上記第2のカラーフィルターが配された画素より出力さ
れる信号と、それと同列にある上記第1のカラーフィル
ターが配された画素より出力される信号との差をとるこ
とにより第1の差信号を形成するとともに、 上記第3のカラーフィルターが配された画素より出力さ
れる信号と、それと同列にある上記第1のカラーフィル
ターが配された画素より出力される信号との差をとるこ
とにより第2の差信号を形成し、 上記第1の差信号および第2の差信号に基づいて色差信
号を形成するようにしたことを特徴とするカラー撮像装
置。4. A color image pickup apparatus comprising an image pickup device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally in a horizontal direction and a vertical direction, wherein the image pickup device has a number of horizontal lines required to obtain a desired image. 2 times the horizontal line, and the horizontal line is the first horizontal line on which the first color filter is arranged, the second color filter and the third horizontal line.
Second horizontal line in which every other pixel is arranged alternately, the signal output from the pixel in which the second color filter is arranged and the first color in the same column as the signal output from the pixel in which the second color filter is arranged. The first difference signal is formed by taking the difference from the signal output from the pixel in which the filter is arranged, and is in the same column as the signal output from the pixel in which the third color filter is arranged. A second difference signal is formed by taking a difference from the signal output from the pixel on which the first color filter is arranged, and a color difference signal is generated based on the first difference signal and the second difference signal. A color imaging device characterized by being formed.
の撮像素子と、第2のカラーフィルターおよび第3のカ
ラーフィルターが配された第2の撮像素子とを備え、上
記第1の撮像素子および第2の撮像素子を用いて所望の
画像を得るようにしたカラー撮像装置において、 上記第2の撮像素子中の第2のカラーフィルターが配さ
れた画素より出力される信号と、それと撮像面上等価な
位置にある上記第1の撮像素子中の第1のカラーフィル
ターが配された画素より出力される信号との差をとるこ
とにより第1の差信号を形成するとともに、 上記第2の撮像素子中の第3のカラーフィルターが配さ
れた画素より出力される信号と、それと撮像面上等価な
位置にある上記第1の撮像素子中の第1のカラーフィル
ターが配された画素より出力される信号との差をとるこ
とにより第2の差信号を形成し、 上記第1の差信号および第2の差信号に基づいて色差信
号を形成するようにしたことを特徴とするカラー撮像装
置。5. A first color filter provided with a first color filter.
Image pickup device and a second image pickup device provided with a second color filter and a third color filter, and a desired image is obtained using the first image pickup device and the second image pickup device. In the color image pickup device described above, a signal output from a pixel in the second image pickup element in which the second color filter is arranged and a signal output from a pixel in the first image pickup element at a position equivalent to the signal on the image pickup surface. The first difference signal is formed by taking the difference from the signal output from the pixel in which the first color filter is arranged, and from the pixel in which the third color filter in the second image sensor is arranged. The second difference signal is obtained by taking the difference between the output signal and the signal output from the pixel in which the first color filter in the first image sensor is arranged at a position equivalent to the output signal. To form Serial color imaging device being characterized in that so as to form a color difference signal based on the first difference signal and the second difference signal.
画素より出力される信号と、上記第1の差信号および第
2の差信号とを合成することにより輝度信号を形成する
ようにしたことを特徴とする請求項4または5記載のカ
ラー撮像装置。6. A luminance signal is formed by synthesizing a signal output from a pixel provided with the first color filter with the first difference signal and the second difference signal. The color image pickup apparatus according to claim 4, wherein the color image pickup apparatus is a color image pickup apparatus.
ーフィルターが配された画素より出力される信号に基づ
いて輝度信号を形成するようにしたことを特徴とする請
求項4または5記載のカラー撮像装置。7. The luminance signal is formed on the basis of a signal output from a pixel in which the first color filter provided for the luminance signal is arranged. Color imaging device.
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---|---|---|---|
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US08/644,251 US5737017A (en) | 1992-10-09 | 1996-05-10 | Color image pickup apparatus having a plurality of color filters |
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ID=18468040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country | Link |
---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09312848A (en) * | 1996-05-21 | 1997-12-02 | Hitachi Ltd | Image pickup device |
JP2003070010A (en) * | 2001-08-24 | 2003-03-07 | Nikon Corp | Two-plate image capture device |
US6853748B2 (en) | 2000-05-12 | 2005-02-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Signal processing apparatus and method for reducing generation of false color by adaptive luminance interpolation |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP36013192A patent/JP3450366B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH09312848A (en) * | 1996-05-21 | 1997-12-02 | Hitachi Ltd | Image pickup device |
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---|---|
JP3450366B2 (en) | 2003-09-22 |
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