JPH099274A - デジタルカメラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡素な構成で広帯域の輝度信号を得ることがで
きるカメラ用の色信号処理回路を提供する。 【構成】重み付け加算により輝度信号を合成するマトリ
ックス回路１０４の前に各色信号毎にサンプリングレー
ト変換器１０１、１０２、１０３を設け、このサンプリ
ングレート変換器の低域利得と高域利得を異ならせるこ
とで、広帯域の輝度信号を得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像素子を用い
たデジタルカメラ装置に関するもので、特に輝度信号の
合成手法の改善を図ったものである。

【０００２】

【従来例】図９には、従来のデジタルカメラの基本的な
構成例を示している。撮像レンズ１から入射した光のう
ち、青（Ｂ）光成分は、ダイクロイックミラー２、ミラ
ー３により反射されて固体撮像素子０４の結像面に導か
れる。ダイクロイックミラー２を透過した光のうち、赤
（Ｒ）光成分は、ダイクロイックミラー５、ミラー６に
より反射されて固体撮像素子７の結像面に導かれる。ダ
イクロイックミラー５を透過した光は、緑（Ｇ）光成分
であり固体撮像素子８の結像面に導かれる。

【０００３】ここで、光学的な画角において、固体撮像
素子４、７、８の画素の配置関係は、図１０に示すよう
な関係となっている。つまり、Ｇ用の固体撮像素子８の
画素に対して水平方向に１／２画素分左側の画像が撮れ
るように、Ｒ、Ｂ用の固体撮像素子４、７の画素が位置
するように配置されている。こられの固体撮像素子４、
７、８を同一タイミングで駆動した場合には、Ｇ信号を
１／２クロック分水平方向へ遅延することにより、Ｒ、
Ｂ信号と同時化することができる。また撮像素子の２倍
のクロックレートでサンプリングされた信号を得ること
ができる。

【０００４】このＲ、Ｇ、Ｂ信号は、信号処理回路に入
力される。図１０において、マトリックス回路１１は、
Ｒ、Ｇ、Ｂ信号を用いて、正規の混合比により輝度信号
Ｙと色差信号Ｉ、Ｑを作り出す。マトリックス回路１１
の輝度信号Ｙは、低域フィルタ１２に供給され、低域成
分を抽出される。

【０００５】一方、マルチプレクサ１３は、Ｒ、Ｇ信号
を用いて１：１にミックスし、帯域通過フィルタ１４に
供給する。この帯域通過フィルタ１４の出力は、輝度信
号の高域成分である。この高域成分と先の低域フィルタ
１２から得られた低域成分とは、加算器１５にて加算さ
れ、広帯域の輝度信号として遅延器１６で遅延され、デ
ジタルアナログ変換器１７に供給される。

【０００６】また先のマトリックス回路１１から得られ
たＩ、Ｑ信号は、それぞれサンプリングレート変換器１
８、１９でレート変換された後、低域フィルタ２０、２
１で帯域制限され、変調器２２で色副搬送波により変調
され、デジタルアナログ変換器２３に供給される。

【０００７】輝度信号を遅延する遅延器１６は、色信号
側で帯域制限が行われるときに生じる遅延時間分を補正
し、輝度信号と色信号との同時化を図るためのものであ
る。上記した従来のデジタルカメラによると、高域の輝
度信号を作り低域の輝度信号と合成する回路が必要であ
り、回路規模が大きくなるという問題がある。また固体
撮像素子の出力信号レートの２倍（または３倍）での動
作が必要になり、高速に動作させるために回路の並列化
が必要となり、クロック周波数の増加とともに消費電力
の増加をもたらすという問題もある。

【０００８】また放送用のＥＤＴＶカメラのように横長
の撮像面で撮った画像と中央部の通常の画角の部分のみ
の画像を選択できるカメラの場合には、画像のでアスペ
クトレシオを変換する回路では、メモリに中央部分の映
像信号を書き込み、読み出し、サンプリングレートを変
化させて、同一映像期間に押し込めるという処理を行っ
ている。この場合には、輝度信号処理回路の入力信号の
サンプリング周波数が変わるために、信号処理回路は複
数の周波数で動作させるために複雑な設計が必要であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
デジタルカメラにおいて、輝度信号の処理回路では高域
の輝度信号を作り低域の輝度信号と合成する回路が必要
で回路規模が大きくなるという問題がある。また固体撮
像素子の信号出力レートの２倍（または３倍）での動作
が必要になり、高速に動作させるために回路の並列化が
必要となり、クロック周波数の増加とともに消費電力の
増加をもたらすという欠点がある。さらにまた信号処理
において画像のアスペクトレシオを変換するカメラで
は、信号処理回路は複数の周波数で動作させるために複
雑な設計が必要であった。

【００１０】そこでこの発明では、（ａ）簡素な構成で
広帯域の輝度信号を得ることができ、（ｂ）回路の動作
周波数を下げることができて低消費電力化が可能であ
り、（ｃ）信号処理において画像のアスペクトレシオを
変換するカメラでも信号処理回路の動作周波数を一定に
できるデジタルカメラ装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、重み付け加
算により輝度信号を合成するマトリックス回路の前に各
色信号毎にサンプリングレート変換器を設けものであ
る。そして、サンプリングレート変換器の低域利得と高
域利得とを異ならせることで広帯域の輝度信号を得る。
また、サンプリングレート変換として、入力信号のサン
プリングレートの簡単な整数比（例えば３／２倍）のサ
ンプリングレートに選択することができるようにする。
さらにまた、入力のアスペクト比に係わらず複数の入力
に対して、一定のサンプリングレートに変換して出力す
ることができるようにするものである。

【００１２】

【作用】上記の手段により、（ａ）色信号毎のサンプリ
ングレート変換器の低域利得と高域利得とを異ならせる
と、低域と高域とで輝度信号を構成する色信号の構成比
を変えることができる。これにより、低域成分は正規の
色信号の構成比とし、高域成分はモアレキャンセル条件
を満たす色信号の構成比とした広帯域の輝度信号を得る
ことができる。（ｂ）またサンプリングレート変換によ
り、入力信号のサンプリングレートの簡単な整数比（例
えば３／２倍）のサンプリングレートの信号に変換でき
るため、輝度信号の処理回路を入力のサンプリングレー
トの２倍未満の動作周波数で動作させ、消費電力を低減
することもできる。（ｃ）さらにまたＥＤＴＶカメラで
通常と横長のアスペクトレシオの映像信号を切り替えて
出力できるカメラでは、アスペクトレシオ変換器により
信号サンプリング周波数が変化するが、マトリックス回
路の前に設けたサンプリングレート変換器によりアスペ
クトレシオによらないで、一定のサンプリングレートの
信号にすることができ、輝度信号・色差信号の処理回路
の設計を容易にすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例である。サンプリン
グレート変換器１０１、１０２、１０３には、それぞれ
Ｒ、Ｇ、Ｂ信号が供給される。このＲ、Ｇ、Ｂ信号は、
先の図９、図１０で説明したような撮像素子４、７、８
から得られたものであり、Ｇ用の固体撮像素子に対し
て、Ｒ／Ｂ用の固体撮像素子が水平方向へ１／２画素分
オフセットされているものとする。

【００１４】この場合は、例えば白黒被写体の場合は、
１個の撮像素子を使った場合の２倍のサンプリング点を
持つことができ、約２倍の解像度を持たせることができ
る。まず、サンプリングレート変換器１０１、１０２、
１０３は、入力サンプリングレートの２倍のサンプリン
グレートの出力を得る。

【００１５】ここで、このシステムでは、サンプリング
レート変換器に対して、入力サンプリング周波数に応じ
て利得が変化する特性が設定されている。以下、サンプ
リングレート変換器に対して上記ような周波数特性を設
定する方法に付いて説明する。

【００１６】図２（ａ）の特性例は、例えば直流利得が
１で、入力サンプリング周波数ではａ倍の利得の周波数
特性を持つ変換器の特性を示している。このような変換
器を実現するためには、図２（ｂ）に示すように、入力
信号Ｉn と、入力サンプリングレートのクロック信号ｆ
inとをアンド回路２０１に供給して、その論理積出力
は、クロックが高レベルの期間は入力信号が、低レベル
の期間は値が０を繰り返す２倍レートの出力が得られ
る。この論理積出力は、ラッチ回路２０２、２０３と順
次送られる。ラッチ回路２０３の出力と、アンド回路２
０１の出力とは加算器２０４に入力され、この加算器２
０４の出力と先のラッチ回路２０２の出力とは加算器２
０５で加算されて出力される。ラッチ回路２０２、２０
３は、入力サンプリングレートの２倍のクロック信号２
ｆinで駆動されている。この回路は、タップ係数は、
（１−ａ）／４、（１＋ａ）／２、（１−ａ）／４のＦ
ＩＲフィルタとなって、直流利得は｛（１−ａ）／４｝
＋｛（１＋ａ）／２｝＋｛（１−ａ）／４｝＝１とな
り、入力サンプリングレートの利得は、−｛（１−ａ）
／４｝＋｛（１＋ａ）／２｝−｛（１−ａ）／４｝＝ａ
のコサイン二乗型の利得周波数特性となる。

【００１７】また、図２（ｃ）に示すようなＦＩＲフィ
ルタであっても実現できる。即ち、入力信号Ｉn は、ク
ロック信号ｆinで駆動されるラッチ回路３２１と、加算
器３２２に供給される。ラッチ回路３２１の出力は、加
算器３２２に供給されている。加算器３２２の出力とラ
ッチ回路３２１の出力とは、スイッチ３２３の一方と他
方の入力端に供給され、このスイッチ３２３は、クロッ
ク信号ｆinで駆動されるもので、ｆinのハイレベルとロ
ーレベルとで交互に入力を選択導出する。このフィルタ
のタップ係数は、（１−ａ）／４、（１＋ａ）／２であ
り、ＦＩＲフィルタの出力（１−ａ）／４倍と（１＋
ａ）／２倍の信号を交互に選択導出している。

【００１８】上記したようにサンプリングレート変換器
には、周波数特性を持たせることができるもので、この
実施例では、サンプリングレート変換器１０１、１０
２、１０３に対して、それぞれ図３（ａ）に示すような
特性を持たせている。

【００１９】即ち、Ｇ信号については、利得が１から
（０．５／０．５９）へ変化するようにようにし、Ｒ信
号、Ｂ信号については、利得が１から（０．５／０．４
１）へ変化するように設定する。このようにすると、マ
トリックス回路１０４では、低域側に対しては、Ｙ＝
０．３Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂという規定どおりの
重み付けを加算を行う演算が行われ、正規の比率演算に
よる輝度信号となり、高域側に対しては、Ｙ＝０．３７
Ｒ＋０．５０Ｇ＋０．１３Ｂという演算により求めた輝
度信号となる。重み付けとしては、図３（ｂ）の如く、
周波数により変化することになる。

【００２０】この演算内容に注目すると補間関係にある
Ｇ信号と、Ｒ／Ｂ信号の和信号とが同率で加算、つまり
０．５０Ｇ＝（０．３７＋０．１３）ＲＢという関係が
あり、輝度モアレを最小にした高解像度の輝度信号を得
ていることになる。また色差信号のＩ、Ｑについても、
周波数が高くなると構成比が変化してしまうが、色差信
号はＩ信号では１．５ＭＨｚ、Ｑ信号では０．５ＭＨｚ
というふうに狭帯域の低域フィルタリングが行われるた
めに、色差信号の信号構成比に関しては問題はない。

【００２１】上記のように得られるマトリックス回路１
０４からの輝度信号Ｙは、色差信号と時間合わせを行う
ための遅延器１０５を介してＤ／Ａ変換器１０６に入力
される。また色差信号Ｉ、Ｑは、それぞれサンプリング
レート変換器１０７、１０８で、色差信号用ＬＰＦに適
したレートに変換され、さらに低域フィルタ１０９、１
１０で高域成分がカットされ、変調器１１１に入力され
る。そしてこの変調器１１１で色副搬送波により変調が
施され、Ｄ／Ａ変換器１１２に供給される。

【００２２】上記の実施例では、輝度信号の高域成分を
作成する信号として、Ｇ信号、Ｒ、Ｂ信号を用いた。し
かし、Ｂ信号については信号が小さいため雑音が他の色
信号に比べて大きいことが知られている。そこでＢ信号
を用いずに輝度信号の高域成分を作成する場合は、例え
ば図４（ａ）に示すような特性をサンプリングレート変
換器１０１、１０２、１０３に設定してもよい。

【００２３】即ち、Ｇ信号については利得１から（０．
５０／０．５９）と変化するようにし、Ｒ信号について
は利得１から（０．５０／０．３０）と変化するように
し、Ｂ信号については利得１から０へと変化するように
設定するものである。このようにすると、重み付けとし
ては、図４（ｂ）に示すような配分となる。高域成分に
関しては、０．５０Ｒ＋０．５０Ｇとなり、輝度モアレ
が最小となり高解像度化を実現できる。

【００２４】図５（ａ）にはさらにこの発明の他の実施
例を示している。この実施例は、固体撮像素子のカラー
フィルタとして、水平方向へ画素ＧＲＧＲＧＲ…と配列
されるラインと、水平方向へ画素ＧＢＧＢＧＢ…と配列
されるラインとが垂直方向へ交互に配置されたものを用
いている。このフィルタを有する固体撮像素子である
と、１つの固体撮像素子から周波数多重された色信号が
出力される。この多重化信号は、サンプルホールド（Ｓ
／Ｈ）回路４０１、４０２に供給される。サンプルホー
ルド回路４０１は、色分離パルスによりＧ信号をサンプ
ルして導出し、サンプルホールド回路４０２は、色分離
パルスによりＲ信号、Ｂ信号を分離導出する。サンプル
ホールド回路４０２で分離されたＲ／Ｂ信号は、１Ｈ遅
延器４０３及び同時化スイッチ４０４に供給される。

【００２５】同時化スイッチ４０４は、サンプルホール
ド回路４０２の出力または、１Ｈ遅延器４０３のいずれ
かの出力を選択導出する２つのスイッチＳＷ１とＳＷ２
を有し、ＳＷ１の出力部にはＲ信号、ＳＷ２の出力部に
はＢ信号を導出する。それぞれの信号は、ホワイトバラ
ンスを調整するための増幅器４０５、４０６を介してサ
ンプリングレート変換器４０７、４０８に入力される。
サンプリングレート変換されたＲ信号、Ｂ信号は、マト
リックス回路４０９に入力される。このマトリックス回
路４０９には、Ｇ信号もサンプリングレート変換器４１
１でレート変換されて入力されている。これによりマト
リックス回路４０９からは、輝度信号Ｙ、色差信号であ
るＲ−Ｙ信号、Ｂ−Ｙ信号が導出される。

【００２６】固体撮像素子においては、感度を高めるた
めとモアレを減少させるために画素の開口面積を大きく
しているので、図５（ｂ）に示すように撮像素子の信号
出力周波数の近くでは変調度がほとんど零になってい
る。したがって、サンプリングレート変換器で出力サン
プリングレートを入力サンプリングレートの２倍以下に
設定しても、解像感はあまり変化しない。

【００２７】信号処理回路をＣＭＯＳで構成した場合に
は、消費電力は（電源電圧）² ×（動作周波数）に比例
し、電源電圧の下限はほぼ動作周波数に比例することか
ら消費電力は（動作周波数）³ に比例することになる。
つまり動作周波数はできるだけ下げた方が消費電力的に
有利となる。例えばサンプリングレート変換器で入力サ
ンプリングレートの１．５倍の出力サンプリングレート
にした場合には、マトリックス回路以降の回路の消費電
力は、２倍にしたときの消費電力の半分以下にすること
ができる。

【００２８】図６（ａ）は、サンプリングレート比１．
５倍のサンプリングレート変換器の構成例を示してい
る。入力信号Ｉinは、縦列接続されたフリップフロップ
回路５０１〜５０９の初段のフリップフロップ回路５０
１に入力される。フリップフロップ回路５０１〜５０９
の出力は、それぞれ係数器５１１〜５１９に供給され
る。係数器５１１〜５１９には、タップ係数ファイル５
２０から係数が与えられる。各係数器５１１〜５１９の
出力は、それぞれ加算器５２１〜５２８により加算され
て出力となる。フリップフロップ回路５０１〜５０９
は、クロックｆout （＝（３／２）ｆin）でドライブさ
れ、またタップ係数ファイル５２０には、クロックｆou
t が１／３分周器５３０で分周されてタイミング信号と
して供給される。これにより、タップ係数ファイル５２
０から出力されている係数は、クロックｆout の１／３
の周波数で切り替えられる。

【００２９】ここで、図６（ｂ）に示すような周波数応
答特性を持たせたい場合には、入出力のサンプリング周
波数の最小公倍数のサンプリングレート（この場合は入
力サンプリングレートの３倍）で、まず図７（ａ）に示
すようなインパルス応答を求める。そして、これに対し
て、図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に三角形で示すように
入力のサンプリング間隔（３倍の間隔）でインパルス応
答値をサブサンプルし、すべてのインパルス応答値がカ
バーできるようにすると、３通りのパターンとなる。

【００３０】ＦＩＲは、出力サンプリングレートで動作
するため、白三角を黒丸のタイミングで係数演算するこ
とになる。また、入力信号の方がサンプル数（サンプル
レート）は少ないために、×印の位置では、係数を０に
して無視する。この様にして求めた図７（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）のタップ係数値をタップ係数ファイル５
２０に格納して置く。そして、動作時には、上記タップ
係数値をタップ係数ファイル５２０から、クロックｆou
t の１／３の周波数で切り替えて出力すれば、入力のサ
ンプリングレートの１．５倍のサンプリングレートの出
力を得ることができる。

【００３１】またＥＤＴＶカメラでは、アスペクト比
９：１６のワイド画面の撮影の他に、中央部分の映像信
号を時間軸伸張して、アスペクト比３：４の通常画面で
の撮影もできるものが望まれている。これを実現するた
めに、中央部分の映像信号をデジタルメモリに書き込
み、読み出しクロックを書き込みクロックの３／４倍の
周波数にするという方法がある。この場合には、デジタ
ルデータのサンプリングレートが変わるためにＮＴＳＣ
エンコーダのように周波数特性が定められている場合に
は、デジタルエンコーダ内の複数のフィルタのタップ係
数を変えなければならず、特性を一定に保つことが困難
であった。

【００３２】そこで、図８に示すように、９：１６の撮
像素子から読み出した信号（ＦIN＝ｆimager）をワイド
アスペクト信号として用いる場合には、サンプリングレ
ートを３／２に変換して、マトリックス処理を行うよう
にし、また９：１６の撮像素子から読み出した信号の中
央（３：４）分の信号（ＦIN＝（３／４）ｆimager）を
用いて通所のアスペクト信号として処理する場合には、
サンプリングレートを２倍に変換して、マトリックス処
理を行うようにする。このようにするといずれの場合に
も、サンプリングレート変換後は、周波数（３／２）ｆ
imagerとなっておりクロック周波数はアスペクト比に係
わらず一定にすることができる。なおｆimagerは、固体
撮像素子からの読み出し信号のレート周波数であり、Ｆ
INは、サンプリングレート変換器に入力する信号の周波
数を意味する。図８には、このシステムを模式的に示し
ている。

【００３３】ワイドアスペクトモードのときは、固体撮
像素子５０１の読み出し信号は、サンプリングレート変
換器５０２でレート変換されマトリックス回路５０３に
入力される。ノーマルアスペクトモードのときは、固体
撮像素子５０１の読み出し信号は、アスペクトレシオ変
換器５１１にてアスペクトレシオが変換された後、サン
プリングレート変換器５１２で２倍にレート変換されマ
トリックス回路５１３に入力される。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
マトリックス回路の前段で各色信号毎に低域利得と高域
利得が異なったサンプリングレート変換器を設けること
により、低域成分側は正規の色信号の構成比で輝度信号
を作成し、高域成分側はモアレキャンセル条件を満たす
色信号の構成比により輝度信号を作成し、結果として広
帯域の品位の高い輝度信号を得ることができる。またサ
ンプリングレート変換により、入力信号のサンプリング
レートの簡単な整数比（例えば３／２倍）のサンプリン
グレートの信号に変換できるために、輝度信号の処理回
路を入力のサンプリングレートの２倍未満の動作周波数
で動作させ、消費電力を低減することもできる。さらに
また、ＥＤＴＶカメラでは通常と横長のアスペクトレシ
オの映像信号を切り替えて出力できるようにした場合、
アスペクトレシオ変換器により信号サンプリング周波数
が変化するが、マトリックス回路の前に設けたサンプリ
ングレート変換器により、アスペクトレシオによらない
一定のサンプリングレートの信号にすることができ、そ
の後の輝度信号、色差信号の処理回路の設計を容易にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図。

【図２】ＦＩＲフィルタの特性及びその回路の例を示す
図。

【図３】この発明の一実施例の動作を説明するために示
した特性図。

【図４】この発明の他の実施例の動作を説明するために
示した特性図。

【図５】この発明のさらに他の実施例を説明するための
説明図。

【図６】サンプリングレート変換器の実施例を示す図。

【図７】図６の変換器の動作を説明するために示した入
力パルス応答及び動作説明図。

【図８】この発明を適用したワイドアスペクトカメラ装
置の構成例を示す図。

【図９】従来のデジタルカメラの構成説明図。

【図１０】従来のデジタルカメラの信号処理回路を示す
図。

【符号の説明】

１０１、１０２、１０３…サンプリングレート変換器、
１０４…マトリックス回路、１０５…遅延器、１０６、
１１２…デジタルアナログ変換器、１０７、１０８…サ
ンプリングレート変換器、１０９、１１０…低域フィル
タ、１１１…変調器。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像部から得られた複数の色信号を用いて
   デコード処理を行う色信号処理回路において、 重み付け加算により輝度信号を合成するマトリックス回
   路の前の前記各色信号毎に対して設けられ、各色信号を
   重み付け加算したときに広帯域の輝度信号が得られるよ
   うに、周波数特性の低域側と高域側とで利得が異なるよ
   うに設定されたサンプリングレート変換器を設けたこと
   を特徴としたデジタルカメラ装置。
2. 【請求項２】前記撮像部は、それぞれの画素が互いに補
   間する位置となるように配置された複数の固体撮像素子
   と、この複数の固体撮像素子のそれぞれに色分解された
   被写体像を結像する光学系と、前記複数の固体撮像素子
   から撮像信号を読取り前記各色信号を得る手段とを具備
   したことを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラ装
   置。
3. 【請求項３】前記撮像部は、単一の固体撮像素子上に色
   フィルタアレイが設けられ、この固体撮像素子から互い
   に補間する位置関係にある前記複数の色信号を得ている
   ことを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラ装置。
4. 【請求項４】前記複数の固体撮像素子は、緑色用の固体
   撮像素子に対して、赤色用、青色用の固体撮像素子を１
   ／２画素分ずらして配置したことを特徴とする請求項２
   記載のデジタルカメラ装置。
5. 【請求項５】輝度信号の高域成分は、緑色用、赤色用の
   固体撮像素子の出力信号のみから作成することを特徴と
   する請求項４記載のデジタルカメラ装置。
6. 【請求項６】前記マトリックス回路の前の前記サンプリ
   ングレート変換器は、その入力信号のサンプリング周波
   数以上で２倍未満のサンプリング周波数に変換すること
   を特徴とする請求項１記載のデジタルカメラ装置。
7. 【請求項７】前記各色信号としての入力信号のサンプリ
   ングレートを変化させたときには、前記マトリックス回
   路の前の前記サンプリングレート変換器の出力サンプリ
   ングレートを一定にするために、そのレート変換比率を
   変えることを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラ
   装置。