JPH09181941A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JPH09181941A
JPH09181941A JP7339258A JP33925895A JPH09181941A JP H09181941 A JPH09181941 A JP H09181941A JP 7339258 A JP7339258 A JP 7339258A JP 33925895 A JP33925895 A JP 33925895A JP H09181941 A JPH09181941 A JP H09181941A
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JP7339258A
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Yuichiro Hattori
雄一郎 服部
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被写体の状態や出力デバイスの種類に応じて
垂直輪郭強調特性を変更する。 【解決手段】 全画素読み出しCCD2から得られる画
像信号は伝達特性の異る2つの垂直輪郭抽出回路13、
14に送られて垂直輪郭信号が抽出され、これらの信号
はベースクリップ回路15、16により低レベルをクリ
ップされた後混合回路17で混合される。この混合率を
出力デバイスに応じて変更することにより、垂直輪郭信
号の周波数特性を変化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、全画素読み出し撮
像素子を備える撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体技術の進歩に伴い、順次走
査で信号を読み出すことのできる固体撮像素子(全画素
読み出し固体撮像素子、以下全画素撮像素子)が開発さ
れている。この全画素撮像素子は、従来のインターレー
ス走査(飛び越し走査)の撮像素子に比べて、動きのあ
る被写体に対してもぶれが少なく、解像度の高い画像を
取り込むことができる。つまり、インターレース撮像素
子では、1フレームの画像は1/60秒ずれた2枚のフ
ィールドで構成されるため、動きのある被写体を撮像し
た場合、フィールド間の時間差によりギザギザが生じ
る。また、1フィールドの画像を取り出すと、ギザギザ
は無くなるものの、垂直の解像度が1/2になってしま
う。これに対して全画素撮像素子では、同一時刻での状
態を1フレーム分撮像することができるため、上述のよ
うな問題は生じない。このような特徴を生かして全画素
撮像素子は、静止画取り込みカメラや、コンピュータの
入力装置に応用されている。
【0003】従来、単板の全画素撮像素子の信号処理回
路は、例えば図8に示すような構成となっている。被写
体からの入射光は、結像光学系101により全画素撮像
素子であるCCD102上に結像されて電気信号に変換
される。CCD102上には、カラー撮像のための色フ
ィルタアレイが貼り付けてある。色フィルタアレイは、
図9に示すような配列である。変換された電気信号は、
CCD102の2つの出力端子から走査線2本分の信号
が並列に出力される。すなわち、一方からは奇数番目の
走査線の信号が出力され、他方からは偶数番目の走査線
の信号が出力される。この様な出力方法を取ることで、
インターレース走査のCCDと同じ読み出し速度で、全
画素の信号を出力することができる。
【0004】それぞれの信号は、雑音低減回路103、
104及び増幅回路105、106により処理された
後、AD変換回路107、108でディジタル信号に変
換される。この信号は1Hメモリ109、110によ
り、ライン順次の信号に時間軸変換される。その動作タ
イミングを図10に示す。その後さらに、1Hメモリ1
11、112により3ライン分の信号が同時化され、そ
れぞれが色分離回路113及び輪郭強調回路114に入
力される。色分離回路113で分離されたGBR各信号
は、ホワイトバランス回路115により各信号のレベル
が調節された後、輪郭強調回路114で抽出された輪郭
信号が加算される。この信号はネガフィルム撮像のため
のネガ/ポジ反転回路116を経てγ補正回路117、
118、119によりγ補正された後、マトリクス回路
120で輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yとに変換
される。さらに、モニタ出力用等で標準ビデオ出力が必
要な場合には、輝度信号と色差信号は走査変換回路12
1に入力される。
【0005】走査変換回路は、例えば図11のような構
成になっており、順次走査信号からインターレース走査
信号への変換を行なうものである。図11において、順
次走査を行う場合は、輝度信号Yはスイッチ202を介
してそのまま取り出されると共に、色差信号R−Y、B
−Yは点順次化回路203で点順次化された後、スイッ
チ205からC出力として取り出される。また、インタ
ーレース走査を行う場合は、スイッチ202、205が
切り換えられ、輝度信号Yは1Hメモリ201及びスイ
ッチ202を介して取り出される。また、点順次化され
た色差信号は、1Hメモリ204及びスイッチ205を
介して取り出される。図12にその動作タイミングを示
す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では以下に述べるような問題があった。従来の信号
処理回路において、垂直の輪郭強調回路は上下3ライン
の信号から垂直方向の輪郭強調信号を生成している。図
13に代表的な垂直輪郭強調回路の構成を示す。図13
において、0H、1H、2Hの3ラインの各信号は、そ
れぞれ乗算器301、302、303により1/4、1
/2、1/4倍された後、加算器304で加算される。
この加算出力はベースクリップ回路305及びローパス
フィルタ306を通じて垂直輪郭信号として出力され
る。この信号処理による空間周波数特性を、640×4
80画素正方格子の撮像システムを例にとって説明す
る。
【0007】この時の垂直方向の伝達特性は図14に示
すように、480TV本に最大を持つ余弦関数形にな
る。即ち、この回路によりステップ状の波形を処理する
と、走査線一本分の幅の輪郭が付加され、プリンタや、
順次走査のディスプレーに出力した場合、鮮鋭度の高い
画像を得ることができる。しかしながら一方で、従来の
テレビジョンモニタ等、インターレースのシステムに出
力する場合には、480TV本付近の周波数成分は、イ
ンターラインフリッカの原因となり、視覚上有害にな
る。このため480TV本付近の周波数成分は十分に抑
圧される必要があり、むしろ240本TV付近が強調さ
れている方が、輪郭強調の効果が得られる。このよう
に、全画素撮像素子を用いた撮像装置では、出力デバイ
スとしてさまざまな装置が想定されるため、垂直輪郭強
調回路の特性も、出力デバイスに適応した伝達特性を備
える必要がある。
【0008】また、従来のネガ/ポジ反転回路は図8に
示すように、ホワイトバランス回路の後に置かれてい
た。図15に被写体輝度とネガフィルム透過率及びビデ
オ信号レベルとの関係を示す。図からわかるように、ホ
ワイトバランス後にネガ/ポジ反転を行う場合、反転後
に再びホワイトバランスを取り直す必要があった。つま
り、ネガ/ポジ反転回路をはさんでホワイトバランス回
路が2回路必要になり、回路規模が大きくなるという問
題があった。
【0009】さらに、全画素読み出し方式のCCDで
は、転送クロックの周波数を下げて消費電力を低下させ
るために、2ライン分の信号を並列に出力するようにな
っている。一方、信号処理回路の方では、並列のまま処
理を行うと、同じ回路が2系統必要になり回路規模が増
大する。従って、従来は、1Hメモリ109、110に
より時間軸変換を行ない、2系統の信号を1系統にまと
めていた。しかしながら、このような形態で信号処理を
行うと、最終段の走査変換回路においても図11のよう
に1Hメモリが必要になり、信号処理回路全体で必要と
する記憶素子の量が多くなるという問題があった。
【0010】本発明の第1の目的は、被写体の状態や出
力デバイスの種類に応じて垂直輪郭強調特性を変えるこ
とのできる撮像装置を得ることにある。また、第2の目
的は、ネガ/ポジ反転を行う場合の回路規模を小さくす
ることのできる撮像装置を得ることにある。第3の目的
は、全画素読み出し撮像素子から2走査線分の信号を出
力して処理する回路の構成を簡単にすることのできる撮
像装置を得ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明において
は、撮像面における各画素の信号を非加算で順次に全画
素読み出しする撮像手段と上記撮像手段から読み出され
た複数の走査線分の画像信号からそれぞれ垂直の輪郭信
号を生成するための伝達特性の異なる複数の垂直輪郭信
号生成手段と、上記複数の垂直輪郭信号生成手段により
生成された複数の垂直輪郭信号を任意の比率で混合する
混合手段とを設けている。
【0012】請求項2の発明においては、撮像手段で撮
像した画像信号の色バランス処理を行う前の画像信号の
明暗の極性を反転する反転手段と、上記反転手段の後段
に配置され画像信号の暗部の色バランスを調整する暗部
調整手段と、上記暗部調整手段の後段に配置され画像信
号の色バランスを調整する色調整手段とを設けている。
【0013】請求項3の発明においては、撮像面におけ
る各画素の信号を非加算で順次読み出し2走査線分の画
像信号を同時に2つの出力端子から出力する撮像手段
と、上記2走査線分の画像信号を画素毎に時分割多重す
る時分割多重手段と、上記時分割多重信号を処理する信
号処理手段とを設けている。
【0014】
【作用】請求項1の発明によれば、伝達特性の異なる複
数の垂直輪郭信号生成手段により生成された垂直輪郭信
号を任意の比率で混合することにより、垂直輪郭信号の
周波数特性を連続的に変化させることができ、画像を出
力するデバイスに適応した画質を得ることができる。
【0015】請求項2の発明によれば、画像信号の暗部
の色バランスを調整する暗部調整手段はブラックバラン
ス回路として動作し、画像信号の色バランスを調整する
色調整手段はホワイトバランス回路として動作する。そ
してネガポジ反転後にブラックバランス回路により各色
信号の黒部分のレベルを一致させ、ホワイトバランス回
路により、各色信号の利得を変化させて白部分のレベル
を一致させることにより、簡単な回路構成でネガフィル
ムに写された被写体の階調及び色調を完全にビデオ信号
として再現することができる。
【0016】請求項3の発明によれば、時分割多重手段
により、2走査線分の信号を画素毎に時分割多重するこ
とによって、インターレース走査への走査変換が簡単な
回路構成で実現できる。
【0017】
【発明の実施の形態】図1、図2は本発明を適用したビ
デオカメラの構成を示すブロック図であり、図1の回路
と図2の回路とは接続されて1つの信号処理回路を構成
している。図1、図2において、1は被写体像を撮像素
子上に結像させる結像光学系、2は順次走査で信号を読
み出す固体撮像素子としての全画素読み出しCCD、
3、4はCCD2の出力信号の雑音を低減する雑音低減
回路、5、6はCCD2の信号を適正なレベルに増幅す
る増幅回路、7、8はCCD2の信号をディジタル信号
に変換するAD変換回路、9はディジタル信号に変換さ
れた2走査線分の信号をドット毎にマルチプレクスし
て、時分割多重する時分割多重回路、10、11はライ
ンメモリ、12はラインメモリ10、11で同時化され
た6走査線分の信号から、GBR原色信号を生成する色
分離回路、13、14はラインメモリ10、11で同時
化された6走査線分の信号から、垂直輪郭信号を抽出す
る垂直輪郭抽出回路である。
【0018】15、16は垂直輪郭信号の小振幅部分を
スライスするベースクリップ回路、17はベースクリッ
プ回路15、16の出力を任意の比率で混合する混合回
路、18は垂直輪郭信号の帯域を制限するローパスフィ
ルタ、19、20、21は原色信号の帯域を制限するロ
ーパスフィルタ、22、23、24はネガポジ反転処理
するネガポジ反転回路、25、26、27はブラックバ
ランスを調整するブラックバランス回路、28はホワイ
トバランスを調整するホワイトバランス回路、29はG
信号から水平輪郭信号を抽出する水平輪郭抽出回路、3
0は水平輪郭信号の小振幅部分をスライスするベースク
リップ回路、31は水平輪郭信号の利得を調整する利得
調整回路、32は水平輪郭信号と垂直輪郭信号とを加算
する加算器、33は輪郭信号の利得を調整する利得調整
回路、34は輪郭信号のネガポジ反転処理をするネガポ
ジ反転回路、35はG信号に輪郭信号を加算する加算器
である。
【0019】36はG信号の高域を取り出すハイパスフ
ィルタ、37、38はハイパスフィルタ36で取り出し
たG信号の高域をR、B信号に加算するための加算器、
39、40、41はγ補正回路、42は原色信号を輝度
信号Yと色差信号R−Y、B−Yに変換するマトリクス
回路、43、44は色差信号の帯域を制限するローパス
フィルタ、45は走査変換回路である。
【0020】次に、上記構成による動作について説明す
る。被写体からの入射光は、結像光学系1により全画素
撮像素子であるCCD2上に結像されて電気信号に変換
される。CCD2上には、カラー撮像のための色フィル
タアレイが貼り付けてある。色フィルタアレイは、例え
ば図9に示すような配列である。変換された電気信号
は、CCD2の2つの出力端子から走査線2本分が並列
に出力される。すなわち、一方からは奇数番目の走査線
の信号が出力され、他方からは偶数番目の走査線の信号
が出力される。
【0021】CCD2からの出力信号は、雑音低減回路
3、4及び増幅回路5、6により処理された後、AD変
換回路7、8によりディジタル信号に変換される。ディ
ジタル信号に変換された2走査線分の信号は、時分割多
重回路9により不図示のタイミング発生手段からのタイ
ミング信号に応じて時分割多重される。この時、時分割
多重信号のサンプリング周波数はCCD2の読み出し周
波数の2倍である。図3は時分割多重回路9の動作タイ
ミングを示すもので、図示のように、1クロック毎に奇
数走査線の信号と偶数走査線の信号とがマルチプレクス
されている。
【0022】時分割多重回路9により時分割多重された
信号は、ラインメモリ10、11により6走査線分の信
号が同時化される。図4にラインメモリの動作タイミン
グを示す。6走査線分の信号は垂直輪郭抽出回路13、
14に入力されて垂直輪郭信号が抽出される。垂直輪郭
信号抽出回路13、14は、垂直方向のハイパスフィル
タで構成されており、CCDの画素数を640×480
とした時、例えばそれぞれ図5(a)、(b)に示すよ
うな伝達特性を持つ。垂直輪郭信号抽出回路13、14
で抽出された垂直輪郭信号はベースクリップ回路15、
16により雑音低減のために小振幅部をスライスした
後、混合回路17により任意の比率で混合される。この
混合比率を変化させることにより、垂直輪郭信号の周波
数特性を図5(c)に示すように連続的に変化させるこ
とができ、画像を出力するデバイスに適応した画質を得
ることが可能になる。混合された垂直輪郭信号は、ロー
パスフィルタ18により水平方向の不要な帯域が取り除
かれる。
【0023】一方、6走査線分の信号は色分離回路12
において、不図示のタイミング発生手段からのタイミン
グ信号に応じてGBR原色信号に分離される。このGB
R原色信号も2走査線分の信号が時分割多重された形態
である。分離された信号のうちG信号は水平輪郭抽出回
路29に入力され、水平の輪郭信号が抽出される。抽出
された水平輪郭信号は、ベースクリップ回路30、利得
調整回路31により処理を受けた後、加算器32で上述
の垂直輪郭信号と加算される。加算された輪郭信号は利
得調整回路33により適正レベルに調整された後、加算
器35でG信号に加算される。
【0024】分離された各原色信号はそれぞれローパス
フィルタ19、20、21で低域成分が取り出される。
この時、図9に示すように、Gのサンプリング点は各列
に存在するため、水平方向の帯域はCCD2の水平サン
プリング周波数に対して1/2になる。従って、ローパ
スフィルタ20の通過帯域はCCD2のサンプリング周
波数の約1/2に設定される。一方、RおよびBのサン
プリング点は2列に1つしかないため、帯域はG信号の
1/2になり、ローパスフィルタ21、22の通過帯域
はCCD2のサンプリング周波数に対して約1/4に設
定される。
【0025】帯域制限された各原色信号は、ネガポジ反
転回路22、23、24において被写体がネガ像の場合
にネガポジ反転処理を受ける。ネガポジ反転回路22、
23、24では信号の明暗を反転する処理を行う。通常
ネガフィルムでは露光量に対するフィルム透過率は、図
6(a)に示すようにGBRで一致していない。従っ
て、ネガポジ反転後にブラックバランス回路25、2
6、27により各原色信号の黒部分のレベルを一致させ
る。この時の被写体輝度とビデオ信号レベルとの関係を
図6(c)に示す。その後、ホワイトバランス回路29
によりRB信号の利得を変化させて白部分のレベルを一
致させる。この時の被写体輝度とビデオ信号レベルとの
関係を図6(d)に示す。これらの処理により、ネガフ
ィルムに写された被写体の階調及び色調は完全にビデオ
信号として再現される。また輪郭信号に対してもネガポ
ジ反転回路34によって反転処理が施される。
【0026】次に、ハイパスフィルタ36によりG信号
の高域を取り出し、これを加算器37、38によりR、
B信号に加算する。このハイパスフィルタ36の特性は
ローパスフィルタ21、22と相補的な特性であり、R
BGの帯域を揃えることを目的とする。その後、γ補正
回路39、40、41によりγ補正された後、マトリク
ス回路42で輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yとに
変換され、R−Y、B−Yはローパスフィルタ13、1
4によりYの帯域の約1/2に帯域制限される。
【0027】最後に、Y、R−Y、B−Y信号は走査変
換回路45に入力される。走査変換回路45では、入力
されたY、R−Y、B−Yを不図示のタイミング発生手
段により発生される切り換えパルスにより切り換え、走
査線別に時分割された2系統のビデオ信号を生成する。
例えば、Yの2画素についてR−Y、B−Yをそれぞれ
1画素ずつ選択し、Y、R−Y、Y、B−Yという順番
に時分割する。また、この時のY、R−Y、B−Yは全
て同一走査線上の信号である。この動作タイミングを図
7に示す。この時、出力信号の1クロック分はY信号の
サンプリングレートの2倍になる。2系統のうち片方を
取り出すとインターレース走査の信号であり、両方を使
用すると順次走査の信号になる。
【0028】上述したように、信号処理回路内部を2走
査線の点順次処理にすることによって、従来例に比べて
信号処理回路全体で使用する記憶素子の数が少なくて済
み、従って、回路規模が小さく、消費電力の少ない構成
を実現することができる。また、走査変換に関する回路
規模も小さくなるという利点がある。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、伝達特性の異なる複数の垂直輪郭信号生成手段
により生成された垂直輪郭信号を任意の比率で混合する
ことにより、垂直輪郭信号の周波数特性を連続的に変化
させることができ、画像を出力するデバイスに適応した
画質を得ることができる。
【0030】また、請求項2の発明によれば、ネガポジ
反転後にブラックバランス回路により各色信号の黒部分
のレベルを一致させ、ホワイトバランス回路により各色
信号の利得を変化させて白部分のレベルを一致させるこ
とにより、簡単な回路規模でネガフィルムに写された被
写体の階調及び色調を完全にビデオ信号として再現する
ことができる。
【0031】また、請求項3の発明によれば、時分割多
重手段により、2走査線分の信号を画素毎に時分割多重
することにより、インターレース走査への走査変換が簡
単な回路構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明をビデオカメラに適用した実施の形態を
示すブロック図である。
【図2】本発明をビデオカメラに適用した実施の形態を
示すブロック図である。
【図3】時分割多重回路9の動作を示すタイミングチャ
ートである。
【図4】ラインメモリ10、11、12の動作を示すタ
イミングチャートである。
【図5】垂直輪郭強調回路の伝達特性を示す特性図であ
る。
【図6】ネガフィルム撮像時の信号処理各部におけるビ
デオ信号のレベルを示す特性図である。
【図7】走査変換回路43の動作を示すタイミングチャ
ートである。
【図8】従来の信号処理回路を示すブロック図である。
【図9】色フィルタアレイの一例を示す構成図である。
【図10】1Hメモリ109、110の動作を示すタイ
ミングチャートである。
【図11】走査変換回路の構成を示すブロック図であ
る。
【図12】走査変換回路の動作を示すタイミングチャー
トである。
【図13】従来の垂直輪郭強調回路の構成を示すブロッ
ク図である。
【図14】垂直輪郭強調回路の伝達特性を示す特性図で
ある。
【図15】被写体輝度とネガフィルム透過率及びビデオ
信号レベルとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
2 全画素読み出しCCD 9 時分割多重回路 12 色分離回路 13、14 垂直輪郭抽出回路 17 混合回路 22、23、24 ネガポジ反転回路 25、26、27 黒クランプ回路 28 ホワイトバランス回路

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 撮像面における各画素の信号を非加算で
    順次に全画素読み出しする撮像手段と、 上記撮像手段から読み出された複数の走査線分の画像信
    号からそれぞれ垂直の輪郭信号を生成するための伝達特
    性の異なる複数の垂直輪郭信号生成手段と、 上記複数の垂直輪郭信号生成手段により生成された複数
    の垂直輪郭信号を任意の比率で混合する混合手段とを備
    えた撮像装置。
  2. 【請求項2】 撮像手段で撮像した画像信号の色バラン
    ス処理を行う前の画像信号の明暗の極性を反転する反転
    手段と、 上記反転手段の後段に配置され画像信号の暗部の色バラ
    ンスを調整する暗部調整手段と、 上記暗部調整手段の後段に配置され画像信号の色バラン
    スを調整する色調整手段とを備えた撮像装置。
  3. 【請求項3】 撮像面における各画素の信号を非加算で
    順次読み出し2走査線分の画像信号を同時に2つの出力
    端子から出力する撮像手段と、 上記2走査線分の画像信号を画素毎に時分割多重する時
    分割多重手段と、 上記時分割多重信号を処理する信号処理手段とを備えた
    撮像装置。
  4. 【請求項4】 上記撮像手段によりネガフィルムをポジ
    反転して撮像するモードを有する請求項2記載の撮像装
    置。
  5. 【請求項5】 上記暗部調整手段は、画像信号の暗部の
    色バランス調整を加減算により行うことを特徴とする請
    求項2記載の撮像装置。
  6. 【請求項6】 上記色調整手段は、画像信号の色バラン
    ス調整を乗算により行うことを特徴とする請求項2記載
    の撮像装置。
  7. 【請求項7】 上記撮像手段から得られる画像信号から
    色分離された色信号に基づいて水平の輪郭信号を生成す
    る水平輪郭信号生成手段と、 上記水平輪郭信号生成手段で生成された水平輪郭信号と
    上記混合手段で混合された垂直輪郭信号とを加算する加
    算手段とを設けた請求項1記載の撮像装置。
  8. 【請求項8】 上記色信号がG信号である請求項7記載
    の撮像装置。
  9. 【請求項9】 上記撮像手段から得られる画像信号に基
    づいて水平、垂直の輪郭信号を生成する輪郭信号生成手
    段と、 上記輪郭信号生成手段で生成された輪郭信号の極性を反
    転する反転手段と、 上記反転手段で極性反転された輪郭信号と上記色調整手
    段で色バランス調整された色信号とを加算する加算手段
    とを設けた請求項2記載の撮像装置。
  10. 【請求項10】 上記色信号がG信号である請求項9記
    載の撮像装置。
  11. 【請求項11】 上記撮像手段で撮像した画像信号がR
    GBの色信号から成るものである請求項2記載の撮像装
    置。
  12. 【請求項12】 上記暗部調整手段が画像信号のブラッ
    クバランスを調整するように成されている請求項2記載
    の撮像装置。
  13. 【請求項13】 上記色調整手段が画像信号のホワイト
    バランスを調整するように成されている請求項2記載の
    撮像装置。
  14. 【請求項14】 上記暗部調整手段及び色調整手段は上
    記各色信号毎に設けられている請求項11記載の撮像装
    置。
  15. 【請求項15】 上記撮像手段が全画素読み出しCCD
    を用いている請求項1、2、3のいずれか1項記載の撮
    像装置。
JP7339258A 1995-12-26 1995-12-26 撮像装置 Pending JPH09181941A (ja)

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