JPH0955951A - ビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 理論的な水平周波数帯域を従来より広げて水
平解像度を向上させることができるビデオカメラを提供
すること。 【解決手段】 ＣＣＤ撮像素子２３のカラーフィルタが
（マゼンタ、グリーン）、（シアン、イエロー）、（グ
リーン、マゼンタ）、（イエロー、シアン）の順に垂直
方向に並ぶ水平方向２画素、垂直方向４画素の周期性を
持つ色配列を有し、 ＣＣＤの光電変換素子により変換
された信号を画素単位で独立に出力する機能を持つＣＣ
Ｄ撮像素子２３と、ＣＣＤ撮像素子２３の画素並びの水
平空間周波数の点を通るトラップ特性を有する光学フィ
ルタ２２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ（電荷結合
素子）撮像素子を用いた単板カラービデオカメラに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２に従来の補色モザイクカラーフィ
ルタのＣＣＤ撮像素子を使用したカメラシステムの構成
を示す。図１２に示すように、従来のカメラシステムで
は、レンズ１より入射した被写体の画像は、光学フィル
タ２により画像に含まれる高域の周波数成分を減衰させ
た後に、ＣＣＤ撮像素子３により光電変換され、該ＣＣ
Ｄ撮像素子３からは垂直２画素混合読みだしによってＴ
Ｖ信号に必要なインターレース走査の処理が施された信
号が出力される。

【０００３】ＣＣＤ撮像素子３出力は、ＣＤＳ／ＡＧＣ
（相関二重サンプリング／オートマチックゲインコント
ロール）回路４により映像信号の分離および信号レベル
の調整が行われ、その後、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタ
ル）コンバータ５により、ディジタル信号に変換され
る。このディジタル値に変換された映像信号はディジタ
ル信号処理回路６において、輝度信号と色信号に分離さ
れ、テレビ信号に必要な変調処理が行われた後、Ｄ／Ａ
（ディジタル／アナログ）コンバータ７、８によりアナ
ログ信号に変換されて出力される。

【０００４】輝度およびクロマ信号の各処理の基本的な
構成を、図１２のディジタル信号処理回路６のブロック
に示している。ディジタル信号処理回路６内では、輝度
信号は、輝度ＬＰＦ（ローパスフィルタ）９にて、ＣＣ
Ｄ出力の隣り合う２画素のディジタル値を加算するなど
の平滑化を行って生成する。次段の同期加算回路１０で
は、輝度信号に同期信号が加えられ、標準のビデオ輝度
信号になって出力される。

【０００５】また、色信号は、ＣＣＤ出力の隣り合う２
画素のディジタル値を減算することで１走査線毎に２Ｒ
−Ｇ、２Ｂ−Ｇに相当する信号が得られるので、１Ｈデ
ィレイライン１１にて１走査線遅れた信号と遅れのない
信号を作り、色分離１２のブロック内にてそれぞれの走
査線毎に隣り合う２画素のデータ間の減算を行って２Ｒ
−Ｇ、２Ｂ−Ｇの同時化された信号を作成し、さらに適
当な演算を行ってＲ−Ｙ、Ｂ−Ｙとして色差信号を作成
する。色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙは次はクロマ変調回路１
３にて色副搬送波での変調がなされ、クロマ信号が作成
される。

【０００６】次に、図１３に前記ＣＣＤ撮像素子の補色
市松モザイクカラーフィルタの配列を示す。なお、ｘは
水平方向（Ｈ）の距離、ｙは垂直方向（Ｖ）の距離を示
す。図１３に示すように、この補色市松モザイクカラー
フィルタは、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇｒ）、シ
アン（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）の各色フィルタが、
（Ｍｇ，Ｇｒ）、（Ｃｙ，Ｙｅ）、（Ｇｒ，Ｍｇ）、
（Ｃｙ，Ｙｅ）の順に垂直方向に並ぶ水平方向２画素、
垂直方向４画素の周期をもつように配置される。

【０００７】上記の色配列の場合の、各色フィルタ毎の
２次元サンプリングに対する２次元周波数スペクトルは
図１４のようになる。図１４において、矢印は空間周波
数でのスペクトルのキャリアを示し、また、矢印の方向
はキャリアの位相を示す。さらに、丸印はスペクトルの
キャリアの存在する位置を示す。

【０００８】輝度信号は、この４色のフィルタを通った
信号を平滑化することによって得られることから、図１
４の各色成分スペクトルをＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕ
ｅに分解して、さらに各周波数毎に加算を行って輝度信
号のスペクトルを表示すると図１５のようになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１５
のように前記加算されたスペクトルでは、垂直空間周波
数が０、水平空間周波数が（１／２）×（２π／ｘ）の
点にてＲｅｄ、Ｂｌｕｅの各色成分が発生しており、こ
の色成分が輝度信号の折り返し成分としてベースバンド
の成分にかかるため、画像の劣化を生じるという問題点
がある。このため、ベースバンドの低域の周波数にかか
る成分である画像に含まれる（１／２）×（２π／ｘ）
付近のスペクトルを、ＣＣＤ撮像素子３の受光面の前面
に設けられている水晶の複屈折特性を用いた光学フィル
タ２により、図１６で示すトラップ点で周波数成分が０
になるように減衰させている。

【００１０】これにより、従来方式のビデオカメラでは
輝度信号の水平周波数特性は、図１７のようになり、理
論的には（１／２）×（２π／ｘ）の周波数帯域に制限
されてしまい、水平解像度を十分にとることができなか
った。

【００１１】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたものであって、理論的な水平周波数帯域を従
来より広げて水平解像度を向上させることができるビデ
オカメラを提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため次の構成を有する。請求項１の発明は、光学
フィルタを含むレンズ部とＣＣＤ撮像素子とＡ／Ｄコン
バータとディジタル信号処理回路とＤ／Ａコンバータに
より構成されるビデオカメラにおいて、ＣＣＤ撮像素子
のカラーフィルタが（マゼンタ、グリーン）、（シア
ン、イエロー）、（グリーン、マゼンタ）、（イエロ
ー、シアン）の順に垂直方向に並ぶ水平方向２画素、垂
直方向４画素の周期性を持つ色配列を有し、ＣＣＤの光
電変換素子により変換された信号を画素単位で独立に出
力する機能を持つＣＣＤ撮像素子と、ＣＣＤ撮像素子の
画素並びの水平空間周波数の点を通るトラップ特性を有
する光学フィルタとを備えることを特徴とするビデオカ
メラである。

【００１３】請求項２の発明は、ＣＣＤ撮像素子の読み
だし周波数を垂直２画素混合読みだしでの読みだし周波
数の２倍にすることを特徴とする請求項１に記載のビデ
オカメラである。

【００１４】請求項３の発明は、ＣＣＤ撮像素子内に水
平転送ＣＣＤを２ライン設け、同時に２画素分の信号を
読みだすことを特徴とする請求項１に記載のビデオカメ
ラである。

【００１５】次に、本発明の説明をする。図２に本発明
のＣＣＤ素子に設ける補色市松モザイクフィルタの配列
を示す。本発明にかかる補色市松モザイクフィルタにお
いて、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇｒ）、シアン
（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）の各色フィルタが、（Ｍ
ｇ，Ｇｒ）、（Ｃｙ，Ｙｅ）、（Ｇｒ，Ｍｇ）、（Ｙ
ｅ，Ｃｙ）の順に垂直方向に並ぶ水平方向２画素、垂直
方向４画素の周期をもつように配置される。この色配列
の場合の各色フィルタ毎の２次元サンプリングに対する
２次元周波数スペクトルは、図３のようになる。

【００１６】輝度信号は、この４色のフィルタを通った
信号を平滑化することによって得られることから、図３
の各色成分スペクトルをＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ
に分解して、さらに各周波数毎に加算を行って輝度信号
のスペクトルを表示すると図４のようになる。

【００１７】図４のように前記輝度信号スペクトルで
は、垂直空間周波数が０、水平空間周波数が（１／２）
×（２π／ｘ）の点にて、従来方式の輝度信号スペクト
ル（図１５参照）のようにＲｅｄ、Ｂｌｕｅの各色成分
が発生しない。このため、図１５の垂直空間周波数が０
で、水平空間周波数が（１／２）×（２π／ｘ）の点で
の折り返し成分が、垂直空間周波数が０、水平空間周波
数が０の点のベースバンドの成分にかかることはない。
よって、本発明により、水平方向の輝度信号の理論的な
有効帯域は（１／２）×（２π／ｘ）となり、従来方式
（有効帯域は（１／４）×（２π／ｘ））の２倍まで拡
張できる。

【００１８】さらに、光学フィルタのトラップ特性を図
５のようにすることで、入射画像の垂直空間周波数が
０、水平空間周波数が（１／２）×（２π／ｘ）の点の
成分を減衰させることなく、また、それ以外の折り返し
成分に対しては減衰させることができることから、前記
トラップ特性の光学フィルタにより、図６のような空間
周波数特性となり、総合的に水平解像度を最大２倍にま
で伸ばすことが可能となる。

【００１９】なお、本発明に係るＣＣＤ撮像素子を用い
て従来のＣＣＤ読みだしである垂直２画素混合読みだし
を行うと、１フィールド内ではＭｇ＋Ｃｙ、Ｇｒ＋Ｙｅ
か、または、Ｍｇ＋Ｙｅ、Ｇｒ＋Ｃｙのいずれかの信号
しか得ることができない。よって、１フールド内でＲｅ
ｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの３種類の信号を生成するこ
とができない。そこで、ＣＣＤの読みだしを垂直２画素
混合読みだしではなく、全画素独立に読みだす必要があ
る。

【００２０】ＣＣＤ撮像素子の全画素読みだしの方式
（手法）としては、読みだす信号の画素数が従来方式に
比べて２倍になることから、（１）読みだし周波数を２
倍に高速化する方法、（２）ＣＣＤ撮像素子内の水平転
送ＣＣＤを２ライン設け、同時に２画素分の信号を従来
の読みだし周波数と同じ周波数で読みだす方法の２つの
方法が考えられる。

【００２１】（１）の読みだし方法によれば、ＣＣＤ撮
像素子から読みだした画素信号を処理するＡ／Ｄコンバ
ータやディジタル信号処理回路等の各回路はそれぞれ１
つでよいので、全体の回路が単純化する。また、（２）
の読みだし方法によれば、前記各回路は高速性を要求さ
れないので、処理の高速化のための特殊な素子や回路を
要求されず、汎用の安価な素子や回路を採用できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。実施の形態においては、前
記（２）のＣＣＤ撮像素子内の水平転送ＣＣＤを２ライ
ン設け、同時に２画素分の信号を従来の読みだし周波数
と同じ周波数で読みだす方法を採用した場合について説
明する。

【００２３】図１は実施形態に係る単板カラービデオカ
メラシステムの説明図である。このビデオカメラシステ
ムは、光学系としてレンズ２１、光学フィルタ２２、お
よび、ＣＣＤ撮像素子２３（受光面）を有し、信号系と
してＣＣＤ撮像素子２３（信号出力側）、ＣＤＳ／ＡＧ
Ｃ回路２４、２５、Ａ／Ｄコンバータ２６、２７、ディ
ジタル信号処理回路２８、および、Ｄ／Ａコンバータ２
９、３０を有している。

【００２４】すなわち、このビデオカメラシステムにお
いては、レンズ２１から入射した被写体の画像は、図５
で示した特性を持つ光学フィルタ２２で帯域制限された
後、ＣＣＤ撮像素子２３の受光面に結像する。このＣＣ
Ｄ撮像素子２３は、前記図２の補色市松モザイクフィル
タの配列を持っており、２本の水平転送ＣＣＤにより垂
直方向に隣り合う２ラインの信号を同時に２つの出力端
子から読みだしを行う。

【００２５】前記ＣＣＤ撮像素子２３の２つの出力端子
からの出力Ｄａ、Ｄｂは、それぞれＣＤＳ／ＡＧＣ２
４、２５にて映像信号の分離、信号レベルの調整が行わ
れ、Ａ／Ｄコンバータ２６、２７にてディジタル値に変
換される。ディジタル変換された映像信号は次段のディ
ジタル信号処理回路２８にて処理がなされ、輝度信号と
クロマ信号が生成されて出力される。ディジタル信号処
理回路２８から出力された輝度信号とクロマ信号は、そ
れぞれＤ／Ａコンバータ２９、３０にてアナログ信号に
変換される。

【００２６】ディジタル信号処理回路２８では、輝度信
号の処理として、まず、２系統のディジタル変換された
ＣＣＤ出力信号Ｄａ、Ｄｂに対して、図７に示すような
特性を持った輝度ＬＰＦ３１、３２を通して平滑化を行
う。２系統の輝度信号は垂直方向に隣り合う２ラインの
信号であるから、フィールド毎にＤａかまたはＤｂのい
ずれかの信号を選択することでインターレース走査の処
理ができる。この処理をセレクタＳＥＬ３３により行
う。セレクタＳＥＬ３３より出力された輝度信号は同期
加算回路３４にて同期信号が加えられ、標準のビデオ輝
度信号として出力される。

【００２７】色信号処理では、最初にＣＣＤ撮像素子２
３出力信号Ｄａ、Ｄｂを補間回路３５によりＭｇ、Ｇ
ｒ、Ｃｙ、Ｙｅの４種類の信号を同時化する。同時化さ
れたＭｇ、Ｇｒ、Ｃｙ、Ｙｅの信号から次段の色分離回
路３６によりＲ−Ｙ、Ｂ−Ｙの色差信号が生成され、そ
のあと、クロマ変調回路３７により色副搬送波による変
調がなされて標準のクロマ信号が作成される。

【００２８】次に、図１の個々のブロックについて説明
する。図８は、実施形態のＣＣＤ撮像素子２３の動作を
示したものである。ＣＣＤ撮像素子２３には前記図２で
示した配列のカラーフィルタが配置されており、また、
全画素読みだしのために、水平転送ＣＣＤが２本設けら
れている。

【００２９】図８の（ａ）に示すように、ＣＣＤ撮像素
子２３では、受光部２３ａにて適当な時間、電荷の蓄積
が行われた後、光電変換された映像信号電荷は、それぞ
れ独立に隣の垂直転送ＣＣＤ２３ｂに移動する。次い
で、図８の（ｂ）に示すように、垂直転送処理により垂
直方向に電荷は移動するが、このとき、Ｍｇ／Ｇｒの色
信号を含むラインの信号電荷は下側の水平転送ＣＣＤ２
３ｃに、Ｃｙ／Ｙｅの色信号を含むラインの信号電荷は
上側の水平転送ＣＣＤ２３ｄに転送される。その後、図
８の（ｃ）に示すように、２本の水平転送ＣＣＤ２３
ｃ、２３ｄに溜まった電荷が２ライン同時に出力され
る。

【００３０】図９は前記ディジタル信号処理回路２８の
色信号処理の中の補間回路３５の説明図である。（ａ）
に構成を（ｂ）に入出力信号タイミングをそれぞれ示
す。前記補間回路３５では、（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、入力信号としてＤａ、Ｄｂが入力される。信号Ｄ
ａ、ＤｂよりＤＦ１、ＤＦ２によって画素クロック１ク
ロック分に相当する時間だけ遅れた信号が作成される。
この遅れた信号と前記入力信号Ｄａ、Ｄｂとをセレクタ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４により選択してＭｇ、Ｇｒ、Ｃ
ｙ、Ｙｅのそれぞれの連続した信号を作成する。

【００３１】図１０、図１１は前記色分離回路３６の説
明図である。図１０は構成回路図、図１１は、各部信号
の説明図である。図１０、図１１に示すように、色分離
回路３６は、前記補間回路３５から出力されたＭｇ、Ｇ
ｒ、Ｃｙ、Ｙｅの信号から加算回路ＦＡ１、ＦＡ２、Ｆ
Ａ３、ＦＡ４によって、Ｍｇ＋Ｃｙ、Ｇｒ＋Ｙｅ、Ｍｇ
＋Ｙｅ、Ｇｒ＋Ｃｙの各信号が作られる。次に、減算回
路ＳＵＢ１、ＳＵＢ２によって、（Ｍｇ＋Ｃｙ）−（Ｇ
ｒ＋Ｙｅ）、（Ｍｇ＋Ｙｅ）−（Ｇｒ＋Ｃｙ）が作成さ
れる。この（Ｍｇ＋Ｃｙ）−（Ｇｒ＋Ｙｅ）、（Ｍｇ＋
Ｙｅ）−（Ｇｒ＋Ｃｙ）の信号は２Ｂ−Ｇ、２Ｒ−Ｇの
成分を持っており、この信号に対して次段のマトリック
ス回路［ＭＡＴＲＩＸ］にて適当な値が掛けられた後、
加算回路ＦＡ５、ＦＡ６により加算されることで色差信
号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙが作成される。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、従来
方式と同じ画素数のＣＣＤ撮像素子を用いていながら、
水平周波数帯域を従来の２倍の帯域に広げることができ
るので、従来方式での水平解像度に対して２倍の水平高
解像度を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る単板単板ビデオカメラ
システムの説明ブロック図である。

【図２】図１のカメラに使用するＣＣＤ撮像素子のカラ
ーフィルタの配列の説明図である。

【図３】図２のカラーフィルタによる各色信号のスペク
トル図である。

【図４】図１のＣＣＤ撮像素子での輝度信号のスペクト
ル図である。

【図５】図１のカメラに使用する光学フィルタの特性を
示す図である。

【図６】図１のカメラによる輝度信号の帯域を示した図
である。

【図７】図１のカメラでの輝度信号を作成するフィルタ
の特性図である。

【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図１のカメ
ラのＣＣＤ撮像素子の２ライン同時読みだしを順に説明
する図である。

【図９】図１のカメラに用いる色信号処理の補間回路の
説明図であって、（ａ）は構成を、（ｂ）はタイミング
説明図である。

【図１０】図１のカメラに用いる色信号処理の色分離回
路の構成説明図である。

【図１１】色分離回路のタイミング説明図である。

【図１２】従来方式の単板カラービデオカメラの構成説
明図である。

【図１３】従来方式のカメラに使用されているＣＣＤ撮
像素子のカラーフィルタの配列の説明図である。

【図１４】従来方式のＣＣＤ撮像素子でのカラーフィル
タによる各色信号のスペクトル図である。

【図１５】従来方式のＣＣＤ撮像素子での輝度信号のス
ペクトル図である。

【図１６】従来方式のカメラに使用されている光学フィ
ルタの特性を示す図である。

【図１７】従来方式のカメラによる輝度信号の帯域を示
した図である。

【符号の説明】

２１ レンズ ２２ 光学フィルタ ２３ ＣＣＤ撮像素子 ２４、２５ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路 ２６、２７ Ａ／Ｄコンバータ ２８ ディジタル信号処理回路 ２９、３０ Ｄ／Ａコンバータ ３１、３２ 輝度ＬＰＦ ３３ セレクタＳＥＬ ３４ 同期加算回路 ３５ 補間回路 ３６ 色分離回路 ３７ クロマ変調回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学フィルタを含むレンズ部とＣＣＤ撮
   像素子とＡ／Ｄコンバータとディジタル信号処理回路と
   Ｄ／Ａコンバータにより構成されるビデオカメラにおい
   て、 ＣＣＤ撮像素子のカラーフィルタが（マゼンタ、グリー
   ン）、（シアン、イエロー）、（グリーン、マゼン
   タ）、（イエロー、シアン）の順に垂直方向に並ぶ水平
   方向２画素、垂直方向４画素の周期性を持つ色配列を有
   し、 ＣＣＤの光電変換素子により変換された信号を画素単位
   で独立に出力する機能を持つＣＣＤ撮像素子と、 ＣＣＤ撮像素子の画素並びの水平空間周波数の点を通る
   トラップ特性を有する光学フィルタとを備えることを特
   徴とするビデオカメラ。
2. 【請求項２】 ＣＣＤ撮像素子の読みだし周波数を垂直
   ２画素混合読みだしでの読みだし周波数の２倍にするこ
   とを特徴とする請求項１に記載のビデオカメラ。
3. 【請求項３】 ＣＣＤ撮像素子内に水平転送ＣＣＤを２
   ライン設け、同時に２画素分の信号を読みだすことを特
   徴とする請求項１に記載のビデオカメラ。