JPH09271029A - 単板式カラーカメラおよび色信号の分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平および垂直解像度の高い色分離回路を有
する単板式カラービデオカメラを提供する。 【解決手段】 ＣＣＤ１０は、駆動回路１０２により駆
動され、全画素独立読出駆動が行なわれる。Ｃ_L Ｃ_R Ｃ
_B 生成回路１０４は、ＣＣＤ１０から出力された信号を
受けて、ＲＡＭ１０６に保持させるとともに、ＣＣＤ１
０におけるｙ行ｘ列目の画素（ｘ，ｙ）に対する輝度信
号Ｃ_L ならびに色差信号Ｃ_R およびＣ_B を、ＲＡＭ１０
６に記憶されている２行２列の出力信号をもとに演算し
て生成する。マトリクス回路１０８は、信号Ｃ_L ，
Ｃ_R ，Ｃ_B を受けて、所定の線型演算により、ＣＣＤ１
０の全画素の各々に対してＲＧＢ信号を分離し生成す
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、カラーカメラに
関し、特に、色差順次方式によりアレイ状に配列された
色フィルタに対応して、アレイ状に配置される光電変換
素子を含む固体撮像デバイスからの信号を処理する色分
離回路を有する単板式カラーカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】カラーカメラにおいて、現在撮像デバイ
スとして広く用いられているＣＣＤ（Charge Coupled D
evice ）は、受けた光の明暗に応じて出力する信号の振
幅を変化させるだけで、その出力信号にはカラー情報が
含まれない。したがって、カラー情報を得るためには光
学的な手段を用いて、ＣＣＤに入射する光にフィルタを
かける等の工夫が必要となる。

【０００３】家庭用のカラーカメラにおいては、単一の
ＣＣＤから三原色信号を取出す、いわゆる単板式方式が
採用され、このＣＣＤの受光面側に色フィルタアレイを
用いた、いわゆる同時式のカラー撮像方式が採用されて
いる。

【０００４】［インターライン転送ＣＣＤの構成］図４
は、家庭用カラーカメラにおけるＣＣＤの構成として、
一般に用いられているインターライン転送ＣＣＤ１０の
構成を示す概略ブロック図である。

【０００５】インターライン転送ＣＣＤ１０は、アレイ
状に配置されたｐｎ接合型フォトダイオードからなる感
光部１２と、ＣＣＤにより構成されるアナログシフトレ
ジスタを含む転送部１４と、転送部１４により転送され
た電荷を受けて、順次転送された信号電荷を電圧に変換
した信号を水平方向に転送して出力する水平転送レジス
タ１６とを含む。

【０００６】図４においては、簡単のためｐｎ接合型フ
ォトダイオードは、垂直水平とも３画素が配置された構
成としている。実際に、カラーカメラに使用されるＣＣ
Ｄでは、たとえば、垂直方向に５００画素、水平方向に
は５００〜８００画素に対応するフォトダイオードがア
レイ状に配置されている。

【０００７】次に、その動作について簡単に説明する。
フォトダイオードに光が入射すると電荷が発生し、ダイ
オード内に蓄積されていく。次に、シフトゲートに所定
の電圧を印加することにより、蓄積された電荷は一斉に
アナログシフトレジスタに転送される。ＣＣＤアナログ
シフトレジスタは、クロックパルス電圧φ_V1，φ_V2，φ
_V3が印加されることにより、電荷を順次水平転送レジス
タ１６に向かって転送していく。水平転送レジスタ１６
では、送られてきた信号電荷を電圧に変換した後、外部
から与えられる水平駆動信号φ_H1，φ_H2，φ_H3に駆動さ
れて、順次撮像信号出力として外部に出力する。

【０００８】［インターライン転送ＣＣＤの駆動方式］
インターライン転送ＣＣＤの駆動方法としては、一般に
フレーム蓄積方式とフィールド蓄積方式の２つのモード
が存在する。以下では、後に述べるように色差順次方式
の色フィルタアレイに対応して用いられるフィールド蓄
積方式について説明する。

【０００９】図５は、フィールド蓄積方式におけるイン
ターライン転送ＣＣＤ１０からの信号電荷の読出方法を
示す模式図であり、（ａ）は、奇数フィールドにおける
信号電荷の読出方法を、（ｂ）は偶数フィールドにおけ
る信号電荷の読出方法をそれぞれ示す。

【００１０】図５（ａ）に示すように、奇数フィールド
では垂直方向の奇数番目の画素と偶数番目の画素との信
号を感光部から転送部に同時に転送し、転送部において
両者の信号が加算されるようにする。

【００１１】偶数フィールドにおいては、組合せを変
え、偶数番目の画素と奇数番目の画素との信号を同時に
転送部１４に転送し、転送部１４において両者が加算さ
れるようにする。

【００１２】色フィルタアレイが色差順次方式で配列さ
れている場合には、このようなインターライン転送ＣＣ
Ｄ１０の転送方式を用いることで、色差信号の分離を行
なう。

【００１３】［色差信号の分離方式］図６は、色フィル
タアレイが色差順次方式で配列されている場合のインタ
ーライン転送ＣＣＤ１０から出力された信号の信号処理
の流れを示す模式図である。

【００１４】図６に示すように、色差順次方式の色フィ
ルタにおいては、色フィルタとしてマゼンダ（以下、Ｍ
ｇで表わす），緑色（以下、Ｇで表わす），シアン（以
下、Ｃｙで表わす），黄色（以下、Ｙｅで表わす）の色
フィルタがモザイク状に配置されている。

【００１５】ここで、光の色の混合においては、いわゆ
る加色法が成り立つので、三原色である赤（Ｒ），緑，
青（Ｂ）に対して、補色関係にあるＭｇ，Ｙｅ，Ｃｙと
の間には以下の関係が成り立つ。

【００１６】Ｍｇ＝Ｒ＋Ｂ …（１） Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ …（２） Ｃｙ＝Ｂ＋Ｇ …（３） したがって、色フィルタの色として、上記のＭｇ，Ｇ，
Ｙｅ，Ｃｙを用いることで、三原色のＲ，Ｇ，Ｂのうち
輝度信号に対して大きな比重を有するＧ信号の強度をＲ
信号およびＢ信号よりも大きくとることが可能となる。

【００１７】図６に示した例においては、色差順次方式
の色フィルタアレイのうち、４行４列のアレイ部分を抜
き出して示している。奇数番目の行（ｙ方向）において
はＭｇの色フィルタとＧの色フィルタが水平方向（ｘ方
向）に交互に配置されている。

【００１８】一方、偶数番目の行においてはＹｅの色フ
ィルタとＣｙの色フィルタとが水平方向に交互に配置さ
れる構成となっている。

【００１９】このような配置の色フィルタアレイを有す
るインターライン転送ＣＣＤ１０からの読出方式は、垂
直方向（ｙ方向），２画素加算読出が基本となってい
る。

【００２０】まず奇数フィールドでは、垂直方向奇数番
目の画素と偶数番目の画素を加算し、次の偶数フィール
ドでは組合せ方を変え、偶数番目の画素と奇数番目の画
素を加算する。このようにすると、たとえば、偶数フィ
ールドでは、ｎ番目の走査線ではＧ＋Ｃｙ，Ｍｇ＋Ｙ
ｅ，…の順に、ｎ＋１番目の走査線では、Ｍｇ＋Ｃｙ，
Ｇ＋Ｙｅ，…の順に信号が出力されていく。

【００２１】これらの信号は、図６中に示すようにパル
ス振幅変調の信号である。図６においては、上記式
（１）〜（３）に基づいて、補色信号を三原色信号に置
換えて、三原色信号の振幅変調波形として示している。

【００２２】高調波成分は省略して、直流成分と基本波
成分を示すと以下に示すようになる。

【００２３】まず、偶数フィールドにおけるｎ番目の走
査線の信号Ｓｏは Ｓｏ＝（Ｍｇ＋Ｙｅ）＋（Ｇ＋Ｃｙ）＋１／２・｛（Ｍｇ＋Ｙｅ） −（Ｇ＋Ｃｙ）｝ｓｉｎ２πｆ_n ｔ ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ＋１／２・（２Ｒ−Ｇ）ｓｉｎ２πｆ_n ｔ …（４） となり、一方、ｎ＋１番目の走査線の信号Ｓｅは Ｓｅ＝（Ｍｇ＋Ｃｙ）＋（Ｇ＋Ｙｅ）＋１／２・｛（Ｍｇ＋Ｃｙ） −（Ｇ＋Ｙｅ）｝ｓｉｎ２πｆ_n ｔ ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ＋１／２・（２Ｂ−Ｇ）ｓｉｎ２πｆ_n ｔ …（５） となる。ここで、ｆ_n はサンプリング周波数であるナイ
キスト周波数を表わす。

【００２４】輝度信号は、上記式（４）および（５）に
おける直流成分だけを低域透過フィルタ（以下、ＬＰＦ
と呼ぶ）を通すことによって得られる。

【００２５】一方、２つの色差信号２Ｒ−Ｇ，２Ｂ−Ｇ
は周波数ｆ_n を中心とする帯域透過フィルタ（以下、Ｂ
ＰＦと呼ぶ）を通過させ、検波することによって容易に
分離される。

【００２６】すなわち輝度信号および色差信号が線順次
で得られることになる。しかしながら、このままでは、
１つの走査線に注目した場合、色差信号については、２
Ｒ−Ｇまたは２Ｂ−Ｇのみしか得られず、当該走査線に
対する色信号の再生を行なうことができない。

【００２７】そこで、実際の輝度信号および色信号の再
生は以下に述べる方法で行なわれる。

【００２８】まず、輝度信号Ｃ_L は、ＣＣＤの出力信号
の各行の隣接する画素の和、すなわち Ｃ_L ＝Ｙｅ＋Ｃｙ＋Ｍｇ＋Ｇ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ により作成する。これを実現するためのＬＰＦは、たと
えば、図７（ａ）の回路で実現される。

【００２９】ここで、ＬＰＦ２０は、ＣＣＤ出力信号を
受ける１画素遅延回路２２と、ＣＣＤ出力信号および１
画素遅延回路２２からの信号を受けて、両者を加算して
出力する加算回路２４と、加算回路２４の出力を受け
て、信号強度を２分の１にして出力するアッテネータ２
６とを含む。

【００３０】このＬＰＦ２０の伝達関数ＬＰＦ（ｚ）お
よびその周波数特性は、 ＬＰＦ（Ｚ）＝（１＋Ｚ^-1）／２ …（６） ｜ＬＰＦ（Ｚ）｜＝｜ｃｏｓ（πｆ／２ｆ_n ）｜ …（７） となるので、Ｙ信号のスペクトラムは、図７（ｂ）に示
すように低周波領域から次第に減少し、ナイキスト周波
数ｆ_n で０となる特性となる。

【００３１】ここで、ＣＣＤ１０の有効画素数を、水平
方向にＨ画素、垂直方向にＶ画素とすると、１フィール
ド内の輝度信号については水平解像度はＨ、垂直解像度
はＶ／２となる。つまり、ＣＣＤに配列される画素数に
対して、垂直方向の解像度は半分となってしまう。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】次に、色信号の分離処
理について説明する。

【００３３】図８は、ＣＣＤ出力信号から三原色信号
Ｒ，Ｇ，Ｂを分離する従来の色分離回路２００の構成を
示す概略ブロック図である。

【００３４】色分離回路２００は、ＣＣＤ出力信号を受
けて、サンプリングパルスＳＰ１に応じてサンプルホー
ルド（Ｓ＆Ｈ）を行ない、Ｓ１信号（ｎラインではＹｅ
＋Ｍｇ、…）を出力するサンプルホールド回路２０２
と、ＣＣＤ出力信号を受けて、サンプリングパルスＳＰ
１とは１８０度位相の異なるサンプリングパルスＳＰ２
に応じてサンプルホールドを行ない、Ｓ２信号（ｎライ
ンではＣｙ＋Ｇ、…）を出力するサンプルホールド回路
２０４と、信号Ｓ１およびＳ２を受けて両者を加えた信
号Ｓ１＋Ｓ２を出力する加算回路２０６と、信号Ｓ１お
よびＳ２を受けて、両者の差信号Ｓ１−Ｓ２を出力する
減算回路２０８とを含む。

【００３５】色分離回路２００は、さらに、信号Ｓ１−
Ｓ２を受けて、１水平走査時間遅延して出力する１Ｈ遅
延線２１０と、信号Ｓ１−Ｓ２と１Ｈ遅延線２１０から
の出力を受けて、ライン選択パルスに応じていずれかを
切換えて出力することにより、各ラインごとの色差信号
Ｃ_R （＝２Ｒ−Ｇ）および色差信号Ｃ_B （＝２Ｂ−Ｇ）
を出力する選択回路２１２と、選択回路２１２からの出
力と信号Ｓ１＋Ｓ２、すなわち輝度信号Ｃ_L とを受け
て、所定の線形演算を行なうことにより三原色信号Ｒ、
Ｇ、Ｂを分離して出力するマトリクス回路２１４とを含
む。

【００３６】図９は、ＣＣＤ１０から出力される信号
と、それらをサンプルホールドするサンプルホールドパ
ルスＳＰ１およびＳＰ２との関係を示す模式図である。

【００３７】以下では、図８および図９を参照して、図
８に示した従来の色分離回路２００の動作について説明
する。

【００３８】以下では、偶数フィールドにおける信号処
理に注目して説明するが、奇数フィールドにおいても信
号加算が行なわれる行がずれるのみで、その基本的な動
作は全く同様である。

【００３９】まず偶数フィールドにおけるｎラインから
のＣＣＤ出力に対してサンプリングパルスＳＰ１および
ＳＰ２によりサンプルホールドされた後、サンプルホー
ルド回路２０２および２０４から出力される信号Ｓ１お
よびＳ２について考える。

【００４０】図９を参照して、サンプリングパルスＳＰ
１によりサンプルホールドされる信号Ｓ１は、ｎライン
については、信号Ｙｅと信号Ｍｇとの和信号となる。一
方、サンプリングパルスＳＰ２に応じてサンプルホール
ドされた信号Ｓ２は、信号Ｃｙと信号Ｇとの和信号とな
る。

【００４１】したがって、Ｓ１信号とＳ２信号との和お
よび差をとると以下のようになる。 Ｓ１＋Ｓ２＝Ｙｅ＋Ｍｇ＋Ｃｙ＋Ｇ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ …（８） Ｓ１−Ｓ２＝（Ｙｅ＋Ｍｇ）−（Ｃｙ＋Ｇ）＝２Ｒ−Ｇ …（９） 一方、偶数フィールドにおけるＣＣＤのｎ＋１ラインか
らの出力信号をサンプリングパルスＳＰ１によりサンプ
ルホールドした信号Ｓ１は、信号Ｙｅと信号Ｇとの和信
号となり、サンプリングパルスＳＰ２によりサンプルホ
ールドした信号Ｓ２は、信号Ｃｙと信号Ｍｇとの和信号
となる。

【００４２】したがって、信号Ｓ１と信号Ｓ２との差信
号は、以下のようになる。 Ｓ１−Ｓ２＝（Ｇ＋Ｙｅ）−（Ｍｇ＋Ｃｙ）＝−（２Ｂ−Ｇ） …（１０） 以下、２Ｒ−Ｇ＝Ｃ_R 、−（２Ｂ−Ｇ）＝Ｃ_B 、２Ｒ＋
３Ｇ＋２Ｂ＝Ｃ_L とすると、差信号Ｓ１−Ｓ２の作成に
より、信号Ｃ_R 、信号Ｃ_B が１ラインごとに交互に得ら
れることになる。

【００４３】１つの走査線に対して、色信号を生成する
ためには１つの走査線ごとに上記輝度信号Ｃ_L 、色差信
号Ｃ_R 、Ｃ_B が必要となる。

【００４４】色分離回路２００においては、特定の走査
線、たとえばｎ＋１ラインに対しては、ｎ＋１ラインか
ら得られる色差信号Ｃ_B とｎラインから得られた色差信
号Ｃ _R とを用いることで、ｎ＋１ラインにおける色信号
の生成・分離を行なっている。

【００４５】すなわち、減算回路２０８から出力される
信号Ｓ１−Ｓ２（Ｃ_R ，Ｃ_B ，…）と、この信号を１Ｈ
遅延線２１０を通して得られる信号（Ｃ_B ，Ｃ_R ，…）
とをライン選択パルスにより切換えられる選択回路２１
２に入力することで、１走査線分前の色差信号Ｓ１−Ｓ
２を現在読出中の走査線に対する色差信号として用いる
ことができる。つまり、選択回路２１２は、現在読出中
の走査線に対応する信号Ｓ１−Ｓ２が、たとえば信号Ｃ
_R である場合は、その信号をそのまま色差信号Ｃ_R とし
てマトリクス回路２１４に対して出力し、同時に１Ｈ遅
延線２１０から出力される１走査線分前の色差信号を信
号Ｃ_B としてマトリクス回路２１４に出力する。一方、
現在の走査線から読出される色差信号Ｓ１−Ｓ２が信号
Ｃ_B に対応する場合は、上記の場合とは逆に１Ｈ遅延線
２１０からの信号を色差信号Ｃ_Rとして、減算回路２０
８からの信号Ｓ１−Ｓ２を色差信号Ｃ_B としてマトリク
ス回路２１４に出力する。

【００４６】マトリクス回路２１４は、受取った輝度信
号Ｃ_L ならびに色差信号Ｃ_R およびＣ_B の３つの信号か
ら、以下の変換式に従って三原色信号であるＲＧＢ信号
を出力する。

【００４７】 Ｇ＝（２Ｃ_L −２Ｃ_R −２Ｃ_B ）／１０ …（１１） Ｒ＝（Ｃ_L ＋４Ｃ_R −Ｃ_B ）／１０ …（１２） Ｂ＝（Ｃ_L −Ｃ_R ＋４Ｃ_B ）／１０ …（１３） ここで、信号Ｓ１およびＳ２は、ＣＣＤの出力信号をサ
ンプリング周波数ｆｎでサンプルホールドした結果であ
る。図１０は、この信号Ｓ１、信号Ｓ２の周波数特性を
示すグラフである。

【００４８】信号Ｓ１およびＳ２は、サンプルホールド
されている結果、図１０に示すように、そのレスポンス
は低周波領域から次第に減少し、周波数ｆｎ／２におい
て０となるような特性を有する。

【００４９】ここで、輝度信号Ｃ_L 、色差信号Ｃ_R およ
びＣ_B ならびにこれらから生成されるＲＧＢ信号につい
ても図１０と同様な周波数特性を有する。

【００５０】したがって、ＲＧＢ信号の水平解像度はＨ
／２となる。また、１フィールド内の垂直解像度は、信
号Ｃ_R および信号Ｃ_B についてはＶ／４となり、輝度信
号Ｃ _L についてはＶ／２となる。このため、これらから
生成されるＲＧＢ信号については、その垂直解像度は約
Ｖ／４となる。

【００５１】以上のように、ＲＧＢの解像度は有効画素
数の１／２ないし１／４しか得ることができない。

【００５２】本発明は、上記のような有効画素数よりも
解像度が劣化してしまうという問題点を解決するために
なされたものであって、その目的は、高い解像度で輝度
信号および色差信号を再生することが可能な単板式カラ
ーカメラを提供することである。

【００５３】この発明の他の目的は、ＣＣＤから全画素
独立読出された出力信号に基づいて、画素ごとに対応す
る輝度信号および色差信号を生成することが可能な色分
離方法を提供することである。

【００５４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の単板式カ
ラーカメラは、画素に各々対応する光電変換素子がアレ
イ状に配列された固体撮像手段を備え、固体撮像手段
は、受光面側に光電変換素子に対応して色フィルタが色
差順次方式で配列された色フィルタアレイを含み、固体
撮像手段から全画素独立に読出される出力信号を受け
て、各画像に対応する色信号を生成する色分離手段をさ
らに備え、色分離手段は、固体撮像手段から順次出力さ
れた出力信号を保持する記憶手段と記憶手段に保持され
た、ｙ行ｘ列目の画素（ｘ，ｙ）を含む２行２列の画素
群からの出力信号に対する線型演算により、画素（ｘ，
ｙ）に対応する色信号を生成する演算手段とを含む。

【００５５】請求項２記載の単板式カラーカメラは、請
求項１記載の単板式カラーカメラの構成において、演算
手段は、ｙ行ｘ列目の画素（ｘ，ｙ）に対応する光電変
換素子からの出力信号をＤ（ｘ，ｙ）とするとき、画素
群に対応する色フィルタアレイの配列に応じた線型演算
により、画素群からの出力信号Ｄ（ｘ，ｙ），Ｄ（ｘ＋
１，ｙ），Ｄ（ｘ，ｙ＋１）およびＤ（ｘ＋１，ｙ＋
１）から、輝度信号ならびに第１および第２の色差信号
を生成する色信号生成手段と、輝度信号ならびに第１お
よび第２の色差信号に対する所定の線型演算により三原
色信号を分離する分離演算手段とを有する。

【００５６】請求項３記載の単板式カラーカメラは、請
求項２記載の単板式カラーカメラの構成において、色フ
ィルタアレイは、交互に配置されるマゼンダ色フィルタ
と、緑色フィルタとを含む複数の第１の行と、交互に配
置される黄色フィルタとシアン色フィルタとを含む複数
の第２の行とを含み、ｎを自然数とするとき、第２の行
は、ｙ＝４ｎ−４およびｙ＝４ｎ−２の行に属し、か
つ、ｘが偶数の列に黄色フィルタを含み、第１の行は、
ｙ＝４ｎ−３およびｙ＝４ｎ−１の行に属し、かつ、ｙ
＝４ｎ−３の行に属する場合、ｘが奇数の列に緑色フィ
ルタを含み、ｙ＝４ｎ−１の行に属する場合、ｘが偶数
の列に緑色フィルタを含み、色差信号生成手段は、ｉ）
ｙ行ｘ列の画素（ｘ，ｙ）に対応する輝度信号Ｃ
_L （ｘ，ｙ）をＣ _L （ｘ，ｙ）＝Ｄ（ｘ，ｙ）＋Ｄ（ｘ
＋１，ｙ）＋Ｄ（ｘ，ｙ＋１）＋Ｄ（ｘ＋１，ｙ＋１）
として求め、ii）前記第１の色差信号Ｃ_R （ｘ，ｙ）
を、Ｃ_R （ｘ，ｙ）＝Ｋ_R （ｘ，ｙ）・Ｄ（ｘ，ｙ）＋
Ｋ_R （ｘ＋１，ｙ）・Ｄ（ｘ＋１，ｙ）＋Ｋ_R （ｘ，ｙ
＋１）・Ｄ（ｘ，ｙ＋１）＋Ｋ_R （ｘ＋１，ｙ＋１）・
Ｄ（ｘ＋１，ｙ＋１）において、画素（Ｘ，Ｙ）に対応
する色フィルタが黄色およびマゼンダのときＫ_R （Ｘ，
Ｙ）＝１、シアンおよび緑のときＫ_R （Ｘ，Ｙ）＝−１
として求め、iii ）第２の色差信号Ｃ_B （ｘ，ｙ）をＣ
_B （ｘ，ｙ）＝Ｋ_B （ｘ，ｙ）・Ｄ（ｘ，ｙ）＋Ｋ
_B （ｘ＋１，ｙ）・Ｄ（ｘ＋１，ｙ）＋Ｋ_B （ｘ，ｙ＋
１）・Ｄ（ｘ，ｙ＋１）＋Ｋ_B （ｘ＋１，ｙ＋１）・Ｄ
（ｘ＋１，ｙ＋１）において、 画素（Ｘ，Ｙ）に対応
する色フィルタがシアンおよびマゼンダのときＫ
_B （Ｘ，Ｙ）＝１、黄色および緑のときＫ_B （Ｘ，Ｙ）
＝−１として求める。

【００５７】請求項４記載の色信号の分離方法は、色差
順次方式の色フィルタアレイおよび対応する光電変換素
子アレイを有する固体撮像素子を含む単板式ビデオカメ
ラにおける色信号の分離方法であって、ｙ行ｘ列の画素
（ｘ，ｙ）に対応する固体撮像素子からの出力信号に基
づいて、ｉ）画素（ｘ，ｙ）に対応する輝度信号Ｃ
_L（ｘ，ｙ）を画素（ｘ，ｙ）を含む２行２列の画素群
からの出力信号の所定の線型演算により求め、 ii）画
素（ｘ，ｙ）に対応する第１の色差信号Ｃ_R （ｘ，ｙ）
を、画素群からの出力信号に対する、画素群に対応する
色フィルタアレイの配列に応じた第１の線型演算により
求め、iii ）画素（ｘ，ｙ）に対応する第２の色差信号
Ｃ_B （ｘ，ｙ）を、画素群からの出力信号に対する、画
素群に対応する色フィルタアレイの配列に応じた第２の
線形演算により求める。

【００５８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の色分離回路１０
０の構成を示す概略ブロック図であり、図８の従来の色
分離回路２００の構成と対比される図である。

【００５９】色分離回路１００は、ＣＣＤ１０と、ＣＣ
Ｄ１０に対して全画素独立読出駆動を行なう駆動回路１
０２と、ＣＣＤ１０の出力信号を受けて、輝度信号Ｃ_L
ならびに色差信号Ｃ_R およびＣ_B を生成するＣ_L Ｃ_R Ｃ
_B 生成回路１０４と、Ｃ_L Ｃ _R Ｃ_B 生成回路１０４との
間で、ＣＣＤ１０からの読出信号Ｄ（ｘ，ｙ）、輝度信
号Ｃ_L 、色差信号Ｃ_R およびＣ_B の授受を行ない、少な
くとも１走査線分以上のこれらの信号を保持することが
可能なランダムアクセスメモリ１０６（以下、ＲＡＭと
呼ぶ）と、Ｃ_L Ｃ_R Ｃ_B 生成回路１０４からの信号を受
けて、所定の演算により三原色信号ＲＧＢを分離して出
力するマトリクス回路１０８とを含む。

【００６０】図２は、本実施の形態における色フィルタ
アレイの配列とこの配列を有する色フィルタアレイを含
むＣＣＤ１０からの信号読出を説明する模式図である。

【００６１】図８に示した従来のフィールド加算読出方
式と異なり、本実施の形態では全画素独立読出動作を行
なう。すなわち、駆動回路１０２は、図８における従来
例と異なり、ＣＣＤ１０内での垂直方向２画素の混合を
行なわない駆動パルスを発生する。つまり、ＣＣＤ１０
の出力信号は、図５に示したフィールド読出ではなく、
いわゆるフレーム読出となる。

【００６２】すなわち、図２に示すように、垂直方向
（Ｙ方向）０番目の第０ラインについては、水平方向
（Ｘ方向）に色フィルタＹｅおよびＣｙが交互に配置さ
れていることに対応して、ＣＣＤ１０からの読出信号
は、このラインに対応する走査線については、ＹｅとＣ
ｙとが交互に出力される信号となる。次の第１ライン
（ｙ＝１に相当）については、信号Ｍｇと信号Ｇとが交
互に出力される。

【００６３】以上述べたような、ＣＣＤ出力信号におけ
る各画素（ｘ，ｙ）とフィルタ色との関係は、ｎを自然
数とするとき、以下のような関係になる。

【００６４】ｉ） ｙ＝４ｎ−４またはｙ＝４ｎ−２の
場合（すなわち、ｙ＝０，２，４…） ｘが偶数であれば、色フィルタの色はＹｅであり、ｘが
奇数であれば、色フィルタの色はＣｙである。

【００６５】ii） ｙ＝４ｎ−３の場合（すなわち、ｙ
＝１，５，９，…） ｘが偶数であれば、色フィルタの色はＭｇであり、ｘが
奇数であれば、色フィルタの色はＧである。

【００６６】iii ） ｙ＝４ｎ−１の場合（すなわち、
ｙ＝３，７，１１，…） ｘが偶数であれば、色フィルタの色はＧであり、ｘが奇
数であれば、色フィルタの色はＭｇである。

【００６７】次に、図２において説明したような全画素
独立読出が行なわれた場合のＣ_L Ｃ _R Ｃ_B 生成回路１０
４の動作を説明する。

【００６８】図３は、Ｃ_L Ｃ_R Ｃ_B 生成回路１０４にお
けるデータ処理とＲＡＭ１０６とのデータのやり取りを
模式的に示した図である。

【００６９】まず、ＣＣＤ１０の出力信号がＲＡＭ１０
６に書込まれる。次に、画素（ｘ，ｙ）に対応してＲＡ
Ｍ１０６に保持されているＣＣＤ１０からの読出信号Ｄ
（ｘ，ｙ）、Ｄ（ｘ＋１，ｙ）、Ｄ（ｘ，ｙ＋１）、Ｄ
（ｘ＋１，ｙ＋１）のデータを、Ｃ_L Ｃ_R Ｃ_B 生成回路
１０４は読出した後、これら各読出データの対応するフ
ィルタの色に応じて、それぞれの読出信号に対して係数
Ｋｃ（ｘ，ｙ）、Ｋｃ（ｘ＋１，ｙ）、Ｋｃ（ｘ，ｙ＋
１）、Ｋｃ（ｘ＋１，ｙ＋１）を乗算した後に、加え合
せることで、信号Ｃｃ（ｘ，ｙ）を生成する。

【００７０】すなわち、式で表わすと、以下のようにな
る。 Ｃｃ（ｘ，ｙ）＝Ｋｃ（ｘ，ｙ）・Ｄ（ｘ，ｙ）＋Ｋｃ（ｘ＋１，ｙ）・Ｄ（ ｘ＋１，ｙ）＋Ｋｃ（ｘ，ｙ＋１）・Ｄ（ｘ，ｙ＋１）＋Ｋｃ（ｘ＋１，ｙ＋１ ）・Ｄ（ｘ＋１，ｙ＋１） …（１４） （ここで、ｃは、_L ，_R ，_B のいずれかである） このとき、画素（Ｘ，Ｙ）のフィルタの色とＣ_L Ｃ_R Ｃ
_B 信号を作成するための係数Ｋ_L （Ｘ，Ｙ）、Ｋ
_R （Ｘ，Ｙ）、Ｋ_B （Ｘ，Ｙ）とは以下の関係があるも
のとする。ここで、Ｘ＝ｘ，ｘ＋１、Ｙ＝ｙ，ｙ＋１で
ある。

【００７１】ｉ） 画素（Ｘ，Ｙ）のフィルタの色がＣ
ｙである場合 Ｋ_L （Ｘ，Ｙ）＝１、Ｋ_R （Ｘ，Ｙ）＝−１、Ｋ
_B （Ｘ，Ｙ）＝１ ii） 画素（Ｘ，Ｙ）のフィルタの色がＹｅである場合 Ｋ_L （Ｘ，Ｙ）＝１、Ｋ_R （Ｘ，Ｙ）＝１、Ｋ_B （Ｘ，
Ｙ）＝−１ iii ） 画素（Ｘ，Ｙ）のフィルタの色がＭｇである場
合 Ｋ_L （Ｘ，Ｙ）＝１、Ｋ_R （Ｘ，Ｙ）＝１、Ｋ_B （Ｘ，
Ｙ）＝１ iv） 画素（Ｘ，Ｙ）のフィルタの色がＧである場合 Ｋ_L （Ｘ，Ｙ）＝１、Ｋ_R （Ｘ，Ｙ）＝−１、Ｋ
_B （Ｘ，Ｙ）＝−１ 以上のフィルタの色と係数Ｋ_L 、Ｋ_R 、Ｋ_B との関係に
基づいて、実際に輝度信号および色差信号が生成される
過程をより具体的に説明する。

【００７２】具体的な例として、図２において丸印で示
した画素（１，２）について、この画素に対応する輝度
信号および色差信号を上記の手順に従って求めてみるこ
とにする。

【００７３】［輝度信号Ｃ_L （１，２）の生成］画素
（１，２）を含む２行２列の画素群としては、画素
（１，２）、画素（２，２）、画素（１，３）および画
素（２，３）が存在する。

【００７４】この場合、画素（１，２）に対応する色フ
ィルタはＣｙであり、画素（２，２）に対応する色フィ
ルタはＹｅであり、画素（１，３）に対応する色フィル
タはＭｇであり、画素（２，３）に対応する色フィルタ
はＧである。

【００７５】したがって、式（１４）に基づいて輝度信
号Ｃ_L （１，２）を求めると、以下のようになる。

【００７６】 Ｃ_L （１，２）＝Ｋ_L （１，２）・Ｄ（１，２）＋Ｋ_L （２，２）・Ｄ（２， ２）＋Ｋ_L （１，３）・Ｄ（１，３）＋Ｋ_L （２，３）・Ｄ（２，３） …（１５） ＝Ｄ（１，２）＋Ｄ（２，２）＋Ｄ（１，３）＋Ｄ（２，３） …（１６） ＝Ｃｙ＋Ｙｅ＋Ｍｇ＋Ｇ ＝（Ｂ＋Ｇ）＋（Ｒ＋Ｇ）＋（Ｂ＋Ｒ）＋Ｇ ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ …（１７） ここで、式（１５）から式（１６）への変形にあたって
は、上記フィルタの色と係数Ｋ_L （Ｘ，Ｙ）との関係を
用い、式（１６）から式（１７）への変形は式（１）〜
（３）を用いた。

【００７７】以上の線型演算により、画素（１，２）に
対する輝度信号Ｃ_L （１，２）を得ることができる。

【００７８】［色差信号Ｃ_R （１，２）の生成］第１の
色差信号Ｃ_R （１，２）についても、式（１４）に基づ
いて、以下のようにして求めることができる。

【００７９】 Ｃ_R （１，２）＝Ｋ_R （１，２）・Ｄ（１，２）＋Ｋ_R （２，２）・Ｄ（２， ２）＋Ｋ_R （１，３）・Ｄ（１，３）＋Ｋ_R （２，３）・Ｄ（２，３） …（１８） ＝（−１）・Ｄ（１，２）＋１・Ｄ（２，２）＋１・Ｄ（１， ３）＋（−１）・Ｄ（２，３） …（１９） ＝（−１）（Ｂ＋Ｇ）＋（Ｒ＋Ｇ）＋（Ｂ＋Ｒ）−Ｇ ＝２Ｒ−Ｇ …（２０） ここで、式（１８）から式（１９）への変形にあたって
は、画素（Ｘ，Ｙ）のフィルタの色と作成係数Ｋ
_R （Ｘ，Ｙ）との関係を用い、式（１９）から式（２
０）への変形にあたっては、式（１）〜（３）を用い
た。

【００８０】以上のような線型演算により、画素（１，
２）に対応する第１の色差信号Ｃ_R（１，２）が生成さ
れる。

【００８１】［色差信号Ｃ_B （１，２）の生成］第２の
色差信号Ｃ_B （１，２）についても、第１の色差信号Ｃ
_B （１，２）と同様にして、以下のように求めることが
できる。

【００８２】 Ｃ_B （１，２）＝Ｋ_B （１，２）・Ｄ（１，２）＋Ｋ_B （２，２）・Ｄ（２， ２）＋Ｋ_B （１，３）・Ｄ（１，３）＋Ｋ_B （２，３）・Ｄ（２，３） …（２１） ＝１・Ｄ（１，２）＋（−１）・Ｄ（２，２）＋１・Ｄ（１， ３）＋（−１）・Ｄ（２，３） …（２２） ＝（Ｂ＋Ｇ）−（Ｒ＋Ｇ）＋（Ｂ＋Ｒ）−Ｇ ＝２Ｂ−Ｇ …（２３） ここでも、式（２１）から式（２２）への変形にあたっ
ては、画素（Ｘ，Ｙ）のフィルタの色と作成係数Ｋ
_B （Ｘ，Ｙ）との関係を用い、式（２２）から式２３）
への変形は式（１）〜（３）を用いている。

【００８３】以上のようにして、ＣＣＤ１０を構成する
全画素の各々に対して、輝度信号Ｃ _L ならびに色差信号
Ｃ_R および色差信号Ｃ_B を生成することができる。

【００８４】ここで、上述のとおり、ＣＣＤ出力信号が
対応する画素（ｘ，ｙ）と色フィルタの色との間には簡
単な関係が成り立っているので、この関係をもとにＣ_L
Ｃ_RＣ_B 生成回路１０４は、上述の演算により輝度信号
Ｃ_L ならびに色差信号Ｃ_R およびＣ_B を生成することが
できる。

【００８５】［ＲＧＢ信号の分離］次に、図１に示した
マトリクス回路１０８の動作について簡単に説明する。

【００８６】マトリクス回路１０８は、Ｃ_L Ｃ_R Ｃ_B 生
成回路１０４からの出力信号Ｃ_L ，信号Ｃ_R ，信号Ｃ_B
を受けて、以下に示す演算を行なうことで、ＣＣＤの全
画素の各々に対応するＲＧＢ信号の分離を行なう。

【００８７】 Ｇ（ｘ，ｙ）＝｛２Ｃ_L （ｘ，ｙ）−２Ｃ_R （ｘ，ｙ）−２Ｃ_B （ｘ，ｙ）｝ ／１０ …（２４） Ｒ（ｘ，ｙ）＝｛Ｃ_L （ｘ，ｙ）＋４Ｃ_R （ｘ，ｙ）−Ｃ_B （ｘ，ｙ）｝ ／１０ …（２５） Ｂ（ｘ，ｙ）＝｛Ｃ_L （ｘ，ｙ）−Ｃ_R （ｘ，ｙ）＋４Ｃ_B （ｘ，ｙ）｝ ／１０ …（２６） したがって、ＣＣＤ１０における全画素の各々に対応し
てＲＧＢ信号を生成することが可能となる。このため、
従来の色分離回路とは異なり、水平解像度はＨ−１、垂
直解像度はＶ−１となる。

【００８８】ここで、水平解像度および垂直解像度にお
いて−１がつくのは、本実施の形態においては２行２列
の画素群から、それらに含まれる１つの画素（ｘ，ｙ）
に対応したＲＧＢ信号を生成しているので、２行２列の
画素群を生成するために水平および垂直とも有効画素数
が１列または１行ずつ減少するためである。

【００８９】以上の説明においては、色フィルタアレイ
の配置として図２に示したような色差順次方式の配列の
場合を例にとって説明したが、本発明はこのような色フ
ィルタアレイの配列に限定されるものでなく、他の色フ
ィルタアレイの配列に対しては、それに応じて作成係数
Ｋ_L ，Ｋ_R ，Ｋ_B を変更することで、適用することが可
能となる。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
ＣＣＤの有効画素数が、水平方向にＨ画素、垂直方向に
Ｖ画素存在する場合に、（Ｈ−１）×（Ｖ−１）画素の
それぞれについてＲＧＢ信号を生成することができるの
で、従来例に比べて高い解像度を実現することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の色分離回路１００の構成を示す概略ブ
ロック図である。

【図２】色差順次方式の全画素独立読出の動作を示す模
式図である。

【図３】Ｃ_L Ｃ_R Ｃ_B 作成回路１０４の動作を説明する
模式図である。

【図４】インターライン転送ＣＣＤの構成を示す概略図
である。

【図５】インターライン転送ＣＣＤのフィールド蓄積読
出を示す模式図であり、（ａ）は奇数フィールドに対す
る読出動作を、（ｂ）は偶数フィールドに対する読出動
作をそれぞれ示している。

【図６】従来の色差順次方式色フィルタアレイからの色
分離処理を示す概念図である。

【図７】ローパスフィルタの構成と動作を説明するため
の図であり、（ａ）はローパスフィルタの構成を示す概
略ブロック図を、（ｂ）はローパスフィルタの周波数特
性を示すグラフである。

【図８】従来の色分離回路の構成を示す概略ブロック図
である。

【図９】色差線順次方式の色フィルタ配列とインターレ
ース読出を説明する概念図である。

【図１０】従来の色分離回路２００の出力信号の周波数
特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ ＣＣＤ １２ 感光部 １４ 転送部 １６ 水平転送レジスタ １００ 色分離回路 １０２ 駆動回路 １０４ Ｃ_L Ｃ_R Ｃ_B 生成回路 １０６ ＲＡＭ １０８ マトリクス回路 ２００ 従来の色分離回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単板式カラーカメラであって、 画素に各々対応する光電変換素子がアレイ状に配列され
   た固体撮像手段を備え、 前記固体撮像手段は、 受光面側に前記光電変換素子に対応して色フィルタが色
   差順次方式で配列された色フィルタアレイを含み、 前記固体撮像手段から全画素独立に読出される出力信号
   を受けて、前記各画素に対応する色信号を生成する色分
   離手段をさらに備え、 前記色分離手段は、 前記固体撮像手段から順次出力された前記出力信号を保
   持する記憶手段と、 前記記憶手段に保持された、ｙ行ｘ列目の画素（ｘ，
   ｙ）を含む２行２列の画素群からの前記出力信号に対す
   る線型演算により、前記画素（ｘ，ｙ）に対応する色信
   号を生成する演算手段とを含む、単板式カラーカメラ。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、 ｙ行ｘ列目の前記画素（ｘ，ｙ）に対応する前記光電変
   換素子からの前記出力信号をＤ（ｘ，ｙ）とするとき、 前記画素群に対応する色フィルタアレイの配列に応じた
   線型演算により、前記画素群からの出力信号Ｄ（ｘ，
   ｙ），Ｄ（ｘ＋１，ｙ），Ｄ（ｘ，ｙ＋１）およびＤ
   （ｘ＋１，ｙ＋１）から、輝度信号ならびに第１および
   第２の色差信号を生成する色信号生成手段と、 前記輝度信号ならびに前記第１および前記第２の色差信
   号に対する所定の線型演算により三原色信号を分離する
   分離演算手段とを有する、請求項１記載の単板式カラー
   カメラ。
3. 【請求項３】 前記色フィルタアレイは、 交互に配置されるマゼンダ色フィルタと、緑色フィルタ
   とを含む複数の第１の行と、 交互に配置される黄色フィルタとシアン色フィルタとを
   含む複数の第２の行とを含み、 ｎを自然数とするとき、 前記第２の行は、ｙ＝４ｎ−４およびｙ＝４ｎ−２の行
   に属し、かつ、ｘが偶数の列に黄色フィルタを含み、 前記第１の行は、ｙ＝４ｎ−３およびｙ＝４ｎ−１の行
   に属し、かつ、ｙ＝４ｎ−３の行に属する場合、ｘが奇
   数の列に緑色フィルタを含み、ｙ＝４ｎ−１の行に属す
   る場合、ｘが偶数の列に緑色フィルタを含み、 前記色差信号生成手段は、 ｉ） ｙ行ｘ列の画素（ｘ，ｙ）に対応する輝度信号Ｃ
   _L （ｘ，ｙ）を Ｃ_L （ｘ，ｙ）＝Ｄ（ｘ，ｙ）＋Ｄ（ｘ＋１，ｙ）＋Ｄ
   （ｘ，ｙ＋１）＋Ｄ（ｘ＋１，ｙ＋１） として求め、 ii） 前記第１の色差信号Ｃ_R （ｘ，ｙ）を、 Ｃ_R （ｘ，ｙ）＝Ｋ_R （ｘ，ｙ）・Ｄ（ｘ，ｙ）＋Ｋ_R
   （ｘ＋１，ｙ）・Ｄ（ｘ＋１，ｙ）＋Ｋ_R （ｘ，ｙ＋
   １）・Ｄ（ｘ，ｙ＋１）＋Ｋ_R （ｘ＋１，ｙ＋１）・Ｄ
   （ｘ＋１，ｙ＋１） において、画素（Ｘ，Ｙ）に対応する色フィルタが黄色
   およびマゼンダのときＫ _R （Ｘ，Ｙ）＝１、シアンおよ
   び緑のときＫ_R （Ｘ，Ｙ）＝−１として求め、 iii ） 前記第２の色差信号Ｃ_B （ｘ，ｙ）を Ｃ_B （ｘ，ｙ）＝Ｋ_B （ｘ，ｙ）・Ｄ（ｘ，ｙ）＋Ｋ_B
   （ｘ＋１，ｙ）・Ｄ（ｘ＋１，ｙ）＋Ｋ_B （ｘ，ｙ＋
   １）・Ｄ（ｘ，ｙ＋１）＋Ｋ_B （ｘ＋１，ｙ＋１）・Ｄ
   （ｘ＋１，ｙ＋１） において、 画素（Ｘ，Ｙ）に対応する色フィルタがシ
   アンおよびマゼンダのときＫ_B （Ｘ，Ｙ）＝１、黄色お
   よび緑のときＫ_B （Ｘ，Ｙ）＝−１として求める、請求
   項２記載の単板式カラーカメラ。
4. 【請求項４】 色差順次方式の色フィルタアレイおよび
   対応する光電変換素子アレイを有する固体撮像素子を含
   む単板式ビデオカメラにおける色信号の分離方法であっ
   て、 ｙ行ｘ列の画素（ｘ，ｙ）に対応する前記固体撮像素子
   からの出力信号に基づいて、 ｉ） 前記画素（ｘ，ｙ）に対応する輝度信号Ｃ
   _L （ｘ，ｙ）を前記画素（ｘ，ｙ）を含む２行２列の画
   素群からの前記出力信号の所定の線型演算により求め、 ii） 前記画素（ｘ，ｙ）に対応する第１の色差信号Ｃ
   _R （ｘ，ｙ）を、前記画素群からの前記出力信号に対す
   る、前記画素群に対応する前記色フィルタアレイの配列
   に応じた第１の線型演算により求め、 iii ） 前記画素（ｘ，ｙ）に対応する第２の色差信号
   Ｃ_B （ｘ，ｙ）を、前記画素群からの前記出力信号に対
   する、前記画素群に対応する前記色フィルタアレイの配
   列に応じた第２の線形演算により求める、色信号の分離
   方法。