JPH09149323A

JPH09149323A - ディジタルビデオカメラ装置

Info

Publication number: JPH09149323A
Application number: JP7306227A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Ikeyama; 裕政池山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-06-06
Anticipated expiration: 2015-11-24
Also published as: JP3928185B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ｆｓ／２以上の入力信号に対する高調波の折り
返しを除去する。【解決手段】複数の固体撮像素子２０，２２，２４から
得られる複数の撮像信号に対して第１のサンプリング周
波数でＡ／Ｄ変換後、アップコンバータ５０，５６，５
８に供給される。これは第２のサンプリング周波数でア
ップコンバートするレートコンバータとディジタルロー
パスフィルタで構成される。ローパスフィルタは第１の
サンプリング周波数よりも高い第３の周波数２ｆｓ／３
を阻止周波数とするもので、非線形処理される前段階
で、予め通過帯域を制限することで２ｆｓ／３以上の信
号の高調波による折り返しを除去する。これによって第
１の周波数の１／２以下の周波数に折り返る折り返し成
分を除去できるので画質を改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばアナログ
撮像信号をディジタル処理して必要な映像信号を生成す
るようにしたディジタルビデオカメラ装置に関する。詳
しくは、ディジタル化したディジタル撮像信号のうち所
定周波数以上を阻止したものに対して非線形処理を施す
ことによって、撮像信号の高調波が撮像信号帯域中に折
り返えさないようにして画質を改善したものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カラービデオカメラ装置やビデ
オテープレコーダなどで取り扱う映像信号、例えばディ
ジタル処理を主体としたカラービデオカメラ装置におい
ては、ＣＣＤイメージセンサなどから得られるアナログ
撮像信号を一旦ディジタル化し、ディジタル化された輝
度信号やクロマ信号などの撮像信号に対して、ガンマ補
正、ニー補正、ホワイトブラッククリップ、輪郭補正、
ホワイトバランス調整、色相調整、ディテールクリスプ
ニング、レベルディペンドなどの各種非線形信号処理を
施している。

【０００３】ところで、ディジタル撮像信号に対して上
述したような非線形処理を施すと、出力波形が歪むか
ら、撮像信号に含まれる周波数成分の整数倍の成分が発
生する。そしてディジタル処理する場合には、サンプリ
ング定理により、サンプリング周波数ｆｓの半分の周波
数ｆｓ／２までの信号しか再現できない。

【０００４】そして非線形処理で発生したｆｓ／２を越
える周波数成分は、ｆｓ／２を中心にして折り返り、０
〜ｆｓ／２のどこかの周波数成分に置き代わってしま
う。どのように折り返すかというと、信号周波数ｆとサ
ンプリング周波数ｆｓとの関係が、（ｆｓ／２）・ｎｆ＜（ｆｓ／２）・（ｎ＋１）・・・・（１）（ｎは０以上の整数）のとき、折り返した周波数ｆ′
は、ｆ′＝（−１）ⁿ・ｆ＋（１／４）・ｆｓ・｛（２ｎ＋１）・（−１）ⁿ⁺¹＋１｝・・・・（２）となる。撮像信号の基本波成分側に折り返されたこの成
分は偽信号（エリアシング）となり、再生画質を劣化さ
せる原因となる。そこで基本波成分側に折り返さないよ
うに最近ではサンプリング周波数のアップコンバート処
理を行うようにしている。

【０００５】図１０はこのようなアップコンバート処理
を行って所定の映像信号を得るようにしたディジタルビ
デオカメラ装置１０の従来例を示す。

【０００６】同図において、被写体像１２はＣＣＤイメ
ージセンサ２０でＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つ
の撮像信号（原色信号）に変換される。イメージセンサ
２０からは、例えば図１１Ａに示すような周波数ｆの成
分を有する撮像信号が出力され、この周波数ｆの撮像信
号がアナログプロセス部３０に送られる。アナログプロ
セス部３０でプリアンプ処理、補間処理などが行われた
のち、Ａ／Ｄコンバータ４０に送られて撮像信号がディ
ジタル変換される。

【０００７】Ａ／Ｄコンバータ４０からの撮像信号はア
ップコンバータ５０によって、図１１Ａの撮像信号（周
波数ｆ）が、同図ＢのようにＡ／Ｄコンバータ４０での
サンプリング周波数ｆｓよりも充分高い周波数ｆｓ′に
変換（アップコンバート）される。

【０００８】アップコンバートされた撮像信号は、画像
の輪郭部を強調するためイメージエンハンサ７０に送ら
れて輪郭強調信号が生成される。この輪郭強調信号が加
算器９０でアップコンバータ５０からのディジタル撮像
信号に加算される。

【０００９】加算器９０の出力はクリップ回路９２によ
って特定基準電圧レベル以上或いは以下の信号をクリッ
プした後、ニー補正回路９４、ガンマ補正回路９６にお
いて、ニー補正、ガンマ補正がそれぞれ施される。これ
ら処理は何れも非線形処理であるので、図１１Ｂの撮像
信号には同図Ｃに示すように高次の成分Ｆｈ′が発生す
る。

【００１０】この場合もサンプリング周波数ｆｓ′の半
分の周波数（ｆｓ′／２）を越える周波数成分に対する
折り返し成分Ｆ１′は、０〜ｆｓ′／２の周波数帯域に
偽信号として現れる。

【００１１】そのため、図１０のように例えば０〜ｆ
ｓ″／２の周波数までを通過させる例えばローパスフィ
ルタからなる帯域制限フィルタ９８が設けられ、図１１
Ｃの図中斜線で示す周波数帯域のみが通過する。したが
って帯域制限フィルタ９８の出力は同図Ｄのようにな
る。周波数ｆｓ″は、Ａ／Ｄコンバータ４０におけるサ
ンプリング周波数ｆｓに等しいか若しくは近い周波数で
ある。

【００１２】帯域制限フィルタ９８の出力は、ダウンコ
ンバータ１００でＡ／Ｄコンバータ４０でのサンプリン
グ周波数ｆｓに等しいか若しくは近い周波数ｆｓ″にダ
ウンコンバートされる。ダウンコンバートすることによ
って、同図Ｄの周波数成分は同図Ｅのようになる。した
がって周波数ｆｓ″の半分の周波数以下（０〜ｆｓ″／
２）で、入力信号の周波数ｆよりも低い帯域には非線形
処理によって発生する折り返し成分（偽信号）はなくな
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この帯域制限
フィルタ９８を用いたのでは、周波数ｆがｆｓ／２以上
の帯域の信号が存在したときには、その高調波成分に対
する折り返し成分はｆｓ／２以下に折り返されることに
なるから、非線形処理した後でその周波数通過特性をｆ
ｓ／２近傍に帯域制限してもｆｓ／２以下に折り返され
た成分を除去することはできない。

【００１４】例えば非線形処理系を通すと、２ｆの二次
高調波成分が発生し、これの折り返し成分ｆ′は（２ｆ
−２ｆｓ）となる。この折り返し成分ｆ′が信号帯域以
下になる条件は次の通りである。

【００１５】２ｆｓ−２ｆ〈ｆ・・・・（３） ∴ｆ〉２ｆｓ／３・・・・（４）（４）式の関係は図１１Ｆのようになるから、これの折
り返し成分は同図Ｇの破線図示のようになって、信号帯
域以下の周波数領域（図では周波数ｆｓ／２のところ）
に折り返ることが判る。

【００１６】信号帯域以下の周波数帯域に折り返るの
は、非線形処理の他に後述する画素ずらしが完全でない
ときに発生する折り返し成分（ｆｓ−２ｆ）などが考え
られる。このような高調波の折り返し成分を抑圧するに
は、折り返る元の高調波自体を抑圧しなければならな
い。

【００１７】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、主として非線形処理によって
発生する信号帯域内への折り返しを効果的に除去できる
ディジタルビデオカメラ装置を提案するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、請求項１においては複数の固体撮像素子から得ら
れる複数の撮像信号に対して第１のサンプリング周波数
でＡ／Ｄ変換後、第２のサンプリング周波数でアップコ
ンバートしたのち、上記第１のサンプリング周波数より
も高い第３の周波数を阻止周波数とするディジタルロー
パスフィルタに通して帯域制限することによって、上記
第１の周波数の１／２以下の周波数に折り返る折り返し
成分を除去するようにしたことを特徴とする。

【００１９】請求項２においては、上記固体撮像素子と
してＣＣＤイメージセンサが使用され、第１のＣＣＤイ
メージセンサはＧ信号用として使用され、第２のＣＣＤ
イメージセンサはＲ信号用として使用され、第３のＣＣ
ＤイメージセンサはＢ信号用として使用されたことを特
徴とする。

【００２０】請求項３においては、第１のＣＣＤイメー
ジセンサに対し、第２および第３のＣＣＤイメージセン
サはその水平画素ピッチに対し水平方向に半ピッチだけ
相対的にずらした状態で、それぞれのＣＣＤイメージセ
ンサから撮像信号が読み出されるようになされたことを
特徴とする。

【００２１】請求項４においては、上記第２のサンプリ
ング周波数は上記第１のサンプリング周波数の２倍であ
ることを特徴とする。

【００２２】請求項５においては、上記第３の周波数
は、上記第１のサンプリング周波数の２／３に選定され
たことを特徴とする。

【００２３】撮像信号をＡ／Ｄ変換したあとのアップコ
ンバート処理後であって、非線形処理の前の段階で帯域
制限を行う。この帯域制限は第１のサンプリング周波数
をｆＳとしたとき２ｆｓ／３を阻止周波数とする処理で
あって、２ｆｓ／３の周波数成分の通過は完全に阻止さ
れる。帯域制限後に輪郭強調処理や非線形処理が行われ
る。非線形処理の前段階で帯域制限を行う関係上、２ｆ
ｓ／３以上の信号成分の高調波による折り返しは発生し
ない。

【００２４】画素ずらし処理が正確でないときに発生す
る折り返し成分も同時に抑圧されるから、折り返しによ
る画質劣化が大幅に改善される。

【００２５】

【発明の実施の形態】続いて、この発明に係るディジタ
ルビデオカメラ装置の一実施態様を図面を参照して詳細
に説明する。

【００２６】この発明では撮像素子として３個の固体撮
像素子（以下はＣＣＤイメージセンサ）が使用され、そ
れらよりＧ，Ｒ，Ｂの各原色信号が撮像信号として得ら
れるようになされているディジタルビデオカメラ装置を
例示する。さらにこれら３個のＣＣＤイメージセンサか
ら得られる撮像信号をディジタル化したときに、その基
本波成分中に混入する折り返し成分を除去するため、画
素ずらし法を採用した光学系が使用される。

【００２７】画素ずらし法とは、図２に示すように例え
ばＧ信号を得るＣＣＤイメージセンサに対し、Ｒ信号お
よびＢ信号を得るＣＣＤイメージセンサを、水平方向に
対して１／２画素ピッチｐ／２だけ相対的にずらして同
一被写体像を撮像するようにしたものである。

【００２８】こうすると、図３Ａに示すようにＧ信号の
サンプリングキャリア（その周波数はｆｓ）の位相（０
相）に対して、Ｒ信号およびＢ信号のサンプリングキャ
リアの位相が同図Ｂのように１８０°（π相）だけずれ
る。したがって両者をマトリックスして合成すれば、同
図Ｃのようにサンプリングキャリアが相殺される結果、
側波帯成分（鎖線図示）が相殺されて基本波成分のみと
なる。したがって画質劣化の原因を除去できる。

【００２９】しかし、実際には上述したようにＣＣＤイ
メージセンサの関係をｐ／２に完全に調整することが不
可能なこと、非線形処理により基本波成分の高調波が発
生すること、などに起因して基本波成分中に高調波成分
が折り返されてしまう。この発明はこれらの要因による
高調波成分、特にその二次成分に対する折り返し成分を
できるだけ抑圧するようにしたものである。

【００３０】図１はこの発明に係るディジタルビデオカ
メラ装置１０の一実施態様を示すものである。被写体像
１２はＣＣＤイメージセンサ２０，２２，２４によって
撮像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂの原色信号）に変換される。その
スペクトラムを図４Ａ，Ｂに示す。撮像信号はＡ／Ｄ変
換器４０，４２，４４に供給されて、第１のサンプリン
グ周波数（ｆｓとする。ｆｓは例えば１８ＭＨｚ）によ
ってディジタル化される。

【００３１】ディジタル化された撮像信号はプリプロセ
ッサ３０においてプリプロセス処理が行われる。プリプ
ロセス処理とは、プリアンプ処理、補間処理、それに伴
うフィルタ処理、シェーディング処理などを総称した信
号処理を言う。プリプロセス処理を施された撮像信号は
アップコンバータ５０，５６，５８においてアップコン
バート処理などが行われる。アップコンバータ５０（５
６，５８も同様）は図６に示すようにレートコンバータ
５２とディジタルローパスフィルタ５４とで構成され
る。

【００３２】レートコンバータ５２では第１のサンプリ
ング周波数ｆｓよりも高い第２のサンプリング周波数ｆ
２を使用してアップコンバートされる。アップコンバー
ト処理は、できるだけ高調波成分による折り返し成分が
基本波成分内に混入しないようにするためで、ｆ２とし
てこの例では２ｆｓを示す。

【００３３】アップコンバートされた撮像信号は後段の
ディジタルローパスフィルタ５４によって通過帯域が制
限される。上述したようにｆｓ／２以上ｆｓまでの周波
数成分を有する撮像信号（周波数をｆとする）の場合、
その高調波による折り返し成分は周波数ｆよりも低い帯
域側に折り返る。特に非線形処理系を通すと、２ｆの二
次高調波成分が発生し、これの折り返し成分ｆ′は（２
ｆ−２ｆｓ）となる。この折り返し成分ｆ′が信号帯域
以下になる条件は上述したように、２ｆｓ−２ｆ〈ｆ・・・・（３） ∴ｆ〉２ｆｓ／３・・・・（４）である。

【００３４】信号帯域以下の周波数帯域に折り返るの
は、非線形処理の他に後述する画素ずらしが完全でない
ときに発生する折り返し成分（ｆｓ−２ｆ）などが考え
られる。

【００３５】このような高調波の折り返し成分を抑圧す
るため、この発明では折り返る元の高調波自体を抑圧す
る。そのため、図６に示すようなディジタルローパスフ
ィルタ５４が設けられ、図７のように撮像信号に対し、
２ｆｓ／３を阻止周波数とした帯域制限を加える（図４
Ｃ，Ｄ）。つまり、この発明では２ｆｓ／３のレスポン
スが完全にゼロになるようにディジタルフィルタ特性が
設定される。このフィルタ特性については後述する。帯
域制限された撮像信号は次段の色補正回路６０で画像全
体に対する色補正処理が行われる。

【００３６】プリプロセッサ３０でプリプロセス処理を
施された撮像信号はさらに画像の輪郭部を強調するため
イメージエンハンサ７０に送られて輪郭強調信号が生成
される。本例では撮像信号のうちＧ信号とＲ信号が使用
され、これらから低域側（２ｆｓ／３以下の帯域）と高
域側（２ｆｓ／３以上の帯域）に分けた輪郭強調信号が
それぞれ生成される。

【００３７】図８はこのイメージエンハンサ７０の具体
例を示すものであり、Ｇ信号ＳｇとＲ信号Ｓｒがミキサ
７２において、２ｆｓのスイッチングパルスを使用して
ミックスされる。ミックスされた合成信号Ｓｇｒのスペ
クトルを図４Ｅに示す。信号を合成することによって側
波帯成分は相殺される。

【００３８】合成信号Ｓｇｒはアパーチャー強調回路７
４に供給されて図９曲線ＦＡで示すような高域補強特性
となされた高域補強信号（アパーチャー補強信号）Ｓａ
が生成される（図４Ｆ）。そのゲインは後段の乗算器７
６に与えられる係数Ｋａによって調整される。したがっ
て端子７６ａにはゲイン調整された高域補強信号Ｓａが
得られる。

【００３９】合成信号Ｓｇｒはさらに低域側の補強を行
うべく、本例では低域側をさらに３つの帯域に分けた周
波数領域に対する補強信号が生成される。本例では第１
のローパスフィルタ（ディジタルローパスフィルタ）７
８で図９曲線ＦＨで示すように、比較的高域側（例えば
７ＭＨｚ近傍）のゲインがアップするようなフィルタ特
性が付与される（図４Ｇ）。

【００４０】第２のローパスフィルタ８０では曲線ＦＭ
で与えられるように、中域例えば５ＭＨｚ近傍のゲイン
がアップするようなフィルタ特性が付与される（図４
Ｈ）。同様に、第３のローパスフィルタ８２によって曲
線ＦＬで示されるような低域（４ＭＨｚ近傍）のゲイン
がアップするようなフィルタ特性が付与される（図４
Ｉ）。

【００４１】これらフィルタ出力Ｓｈ，Ｓｍ，Ｓｌが対
応するゲイン調整用の乗算器８４，８６，８８にそれぞ
れ供給されて、所望の係数Ｋｈ，Ｋｍ，Ｋｌによるゲイ
ン調整がなされる。図９に示すようなゲイン（一例とし
て示す）に調整された後加算器９０で加算されて低域補
強信号Ｓｃが生成される（図５Ｊ）。端子９０ａに得ら
れるこの低域補強信号Ｓｃが色補正された撮像信号のそ
れぞれに加算器６２，６４，６６を使用して加算されて
低域補償される（図５Ｋ，Ｌ）。

【００４２】帯域制限を受けることによって撮像信号Ｓ
ｇｌ，Ｓｒｌ，Ｓｂｌの周波数特性は図９曲線ＬＬで示
すように特に高域側が劣化している。これに図５Ｊのよ
うな低域補強信号Ｓｃを加えることによって図９曲線Ｌ
Ｌ′のようになるから、これによって帯域制限された撮
像信号の高域側を効果的に補償できる。

【００４３】低域補償された撮像信号Ｓｇｃ，Ｓｒｃ，
Ｓｂｃは非線形処理回路１１０，１１２，１１４に供給
されて各種の非線形処理が施される。非線形処理とは従
来例で説明したように、クリップ処理を始めとして、ニ
ー処理、ガンマ処理、ホワイトクリップ処理などを指
す。

【００４４】非線形処理後の各撮像信号に対して加算器
１１６，１１８，１２０で高域補強信号Ｓａの加算処理
が行われ、図９曲線ＬＨのように高域までブロードな周
波数特性となされた撮像信号Ｓｇａ，Ｓｒａ，Ｓｂａが
得られる（図５Ｍ，Ｎ）。このような周波数特性の補正
処理が施されたのち、各撮像信号がマトリックス回路１
３０に供給されて、この例では輝度信号Ｙと一対のクロ
マ信号Ｃｒ，Ｃｂとが形成される。加減算などのマトリ
ックス処理を行うことによって、特定撮像条件の下では
撮像信号の基本波成分中に混入していた側波帯成分が相
殺される（図５のＯ）。

【００４５】輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃｒ，ＣｂはＤ／
Ａ変換器１３２，１３４，１３６でアップコンバートし
たままの状態でアナログ信号に戻すこともできれば、レ
ートコンバータ１４０に供給して第１のサンプリング周
波数ｆｓを使用して元のサンプリングレートにダウンコ
ンバートすることもできる。レートコンバータ１４０の
出力はディジタルＶＴＲ（Ｄ１型ディジタルＶＴＲな
ど）を使用してディジタル撮像信号のまま記録すること
もできる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、この発明に係るディジタ
ルビデオカメラ装置では、撮像信号の高調波成分の折り
返しによって撮像信号の周波数よりも低域側に折り返る
ことのある折り返し成分を効果的に除去できる。したが
って折り返し成分による画質劣化を大幅に改善できる特
徴を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るディジタルビデオカメラ装置の
一実施態様を示す要部の系統図である。

【図２】画素ずらし法を説明するための図である。

【図３】そのときの周波数スペクトラムの図である。

【図４】ディジタル処理を説明するための波形図（１／
２）である。

【図５】ディジタル処理を説明するための波形図（２／
２）である。

【図６】アップコンバータの一例を示す系統図である。

【図７】ディジタルローパスフィルタの特性図である。

【図８】イメージエンハンサの一例を示す系統図であ
る。

【図９】イメージエンハンサのフィルタ特性図である。

【図１０】従来のディジタルビデオカメラ装置の系統図
である。

【図１１】その動作説明に供する波形図である。

【符号の説明】

１０ディジタルビデオカメラ装置２０，２２，２４撮像素子４０，４２，４４Ａ／Ｄ変換器５０アップコンバータ５２レートコンバータ５４ディジタルローパスフィルタ７０イメージエンハンサ１１０，１１２，１１４非線形処理回路１４０レートコンバータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の固体撮像素子から得られる複数の
撮像信号に対して第１のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変
換後、第２のサンプリング周波数でアップコンバートし
たのち、非線形処理の前段階で上記第１のサンプリング
周波数よりも高い第３の周波数を阻止周波数とするディ
ジタルローパスフィルタに通して帯域制限することによ
って、上記第１の周波数の１／２以下の周波数に折り返る折り
返し成分を除去するようにしたことを特徴とするディジ
タルビデオカメラ装置。
【請求項２】上記固体撮像素子としてＣＣＤイメージ
センサが使用され、第１のＣＣＤイメージセンサはＧ信
号用として使用され、第２のＣＣＤイメージセンサはＲ
信号用として使用され、第３のＣＣＤイメージセンサは
Ｂ信号用として使用されたことを特徴とする請求項１記
載のディジタルビデオカメラ装置。
【請求項３】第１のＣＣＤイメージセンサに対し、第
２および第３のＣＣＤイメージセンサはその水平画素ピ
ッチに対し半ピッチだけ水平方向に相対的にずらした状
態で、それぞれのＣＣＤイメージセンサから撮像信号が
読み出されるようになされたことを特徴とする請求項２
記載のディジタルビデオカメラ装置。
【請求項４】上記第２のサンプリング周波数は上記第
１のサンプリング周波数の２倍であることを特徴とする
請求項１記載のディジタルビデオカメラ装置。
【請求項５】上記第３の周波数は、上記第１のサンプ
リング周波数の２／３に選定されたことを特徴とする請
求項１記載のディジタルビデオカメラ装置。