JPS59122194A - 単一撮像デバイスカラ−撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はカラー撮像装置に関するもので、家庭用テレビ
カメラ、及び監視用、計測用などの工業用テレビカメラ
などに利用される。

従来例の構成とその問題点 従来、一般に使用されている単管カラーカメラまたは単
板カラーカメラにおいては、色情報全得るために撮像デ
バイヌ上に色フィルタを設け、これによって色信号を空
間変調している。したがって空間変調による色信号の変
虐成分が発生し、輝度信号歪が増加するため、画質の低
下を余儀なくされていた。なお、従来では輝度信号回路
の歪低減を実施したものはない。

本発明者等は、既に特願昭５７−２２３２５号によって
次のような方式全提案している。第１図はその方式に使
用される色フィルタ、第２図はその方式を実行する装置
の構成図である。色フィルタは、ホトダイオード（１０
１）に対して４種類の色素の、マゼンタ（１０２）とシ
アン（１０３）と、グリーン（１０４）とイエロれてい
る〕を２画素について１回の繰返しとし、色信号の変峨
成分の中心となる色信号のキャリアを、撮像素子のサン
プリングで定まる周波数の百とし、色信号の変調成分を
サンプリングの定理で定まる限界周波数の付近に上げて
、輝度信号成分と色信号成分とを分離している。この状
態を第３図に示す。（３０１）は輝度信号成分、（３０
２）は変調色信号成分、（３０３）は色信号のキャリア
、（３０４）は撮像素子（２０１）で定まるサンプリン
グ周波数である。第２因に示す様に、輝度信号用の低域
通過フィルタ（２０２）によって輝度信号成分（３０１
）が分離され、輝度信号ＹとしてＮＴＳＣもしくは他の
規格のテレビ信号のエンコーダ（２０７）に入力される
。変調色信号成分（３０２）は、色信号用の帯域通過フ
ィルタ（２０３）により分離され、検波器（２０４）に
よって検波される。次に、検波器（２０４）で検波して
得られた色の順次信号は、１水平走査時間の遅延器（２
０５）を介して遅延させ、遅延されていない色信号と遅
延させた色信号を切換えスイッチ（２０６）によシ切換
え、同時化してエンコーダ（２０７）の入力とし、テレ
ビ信号（２０８）として出力される。しかし、以上述べ
た方式では、信号透過帯域が一定な低域通過フィルタを
用いて輝度信号と変調色信号の分離を行なっているため
、第３図に破線で示した変調色信号成分（３０２）の輝
度信号成分（３０１）と重なる部分が分離できず、第、
４図に示す様に輝度信号（４０１）の中に、色信号の変
調成分（４０２）が含まれる。そのため、復写体の中に
飽和度の筒い色の境界が存在すると、その境界の近傍に
色信号の変調成分による輝度信号の歪が発生して画質が
低下する。

更に、本出願人は特願昭５７−２５３１８号によって、
既に垂直相関を用いて水平解像度を向上させる方式を提
案している。第５図はこの方式に使用される色フィルタ
、第６図はこれを実行する装置の構成内である。第５図
の色フィルタは、ホトダイオード（５０２）を垂直方向
の１ラインごとに位置を１８０度オフセットし、色フィ
ルタは透明〔図面ではＷ〕（５０２）、イエロー（５０
３）、シアン（５０４）が用いられている。（ｎ＋１　
）ラインにおいては色の配置を１５画素オフセットし、
色フィルタの３種の色素の繰返しはｎラインド（ｎ＋１
）ラインで１８００オフセツトされている。色フィルタ
の繰返しは、水平方向に３画素周期でろるが、垂直相関
を用い、位相が１８００異なる色信号のキャリアを消去
している。これを第７図に示す。、第７図（ａ）は垂直
相関をとる前の１ラインの信号成分を表わし、第７図（
ｂ）は次のラインの信号成分である。この様な撮像素子
（６０１，）からの２種の信号を加算器（６０２）で合
成することにょシ、サンプリング周波数ｆｓとその周波
数０１の所に発生する第１番目のカラーキャリアｆｃを
消去でき、上下の相関を用いて最終的に第７図（ｃｌに
示す信号成分とすることが出来る。そして通過帯域一定
の低域通過フィルタ（６０３）にょシ変調された色信号
成分および第２の色信号のキャリアを輝度信号と分離し
、第７図（ｄ）に示す輝度信号とする。色信号は色信号
処理回路（６０４）により２つの色差信号としてエンコ
ーダ（６０５）に入力され、ここで輝度信号と合わせて
複合カラー信号として出力する。このとき輝度信号成分
は前例と同様に、輝度信号（７０１）の他に、変調色信
号成分（７０２）が含まれる。そのため、被写体の中に
飽和度の高い色の境界が存在すると、その境界の近傍に
色信号の変調成分による輝度信号の歪が発生し、画質が
低下する。

以上の様に、単一撮像デバイスカラー撮像装置において
は、被写体の条件により輝度信号に歪を生じ、画質の低
下を余儀なくされている。

発明の目的 本発明は、色信号の変調成分による輝度信号の歪が発生
する条件を検出し、輝度信号の歪を最小限にとどめ、画
質の総合的な向上を達成できる単一撮像デバイスカラー
撮像装置を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明の単一撮像デバイスカラー撮像装置は、２次元の
光学信号を電気信号に変換する撮像デバイスと、色情報
全空間変調し色情報を分離する色フィルタと、撮像され
た映像信号の中の輝度信号の帯域を前記映像信号の中の
色信号を用いて制御する帯域制御手段とを設け、被写体
の条件に応じて輝度信号の帯域を制御して輝度信号の歪
を低減することを特徴とする。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。本発
明は大きく３つの部分に分けることが出来る。第１のブ
ロックは、色信号の変調成分が輝度信号に重畳され、輝
度信号が歪む条件を検出するブロックでらる。色信号の
変調成分は、被写体の飽和度が高い所で多くなシ、また
色相が大きく変化する部分でその周波数成分が色のキャ
リア周波数よ！ｌｌ離れる。第７図（Ｃ）を例として説
明すると、破線で示したものが色信号の変調成分であり
、被写体の飽和度が高い所ではそのし７ペルが高くなシ
、実線で示した輝度信号のレベルに近くなる。また被写
体の色相が大きく且つ急激に変化する所では色信号の変
調成分は、色信号のキ、＋Ｊア２ｆｃの周波数より離れ
、丁もしくはｆｓの周波数に近づく８２ｆｃよりも高い
周波数成分は、信号処理回路の低域通過フィルタで帯域
制限され、映像信号として出力されないため画像の歪と
ならないが、２ｆｃよ枳、も低い成分は信号処理回路の
低域通過フィルタを通過するため歪の成分となる。信号
処理回路の低域通過フィルタを通過した成分を第７国側
に示す。前述のように、（７０１）は輝度信号全体、（
７０２）は色信号の変調成分で輝度信号の歪となる成分
である。以上述べた様に、被写体の飽和度が高く且つ急
激に色相が変化する所では、輝度信号の歪となる成分（
７０２）のレベルが高くなり且つ周波数成分が低くなり
、目立ちやすいものとなる。以上に述べた被写体の状態
を検出するために、第８図に示すように、輝度信号歪低
域回路（８０７）では、飽和度検出回路（８０３）及び
色エツジ検出回路（８０４）を用いる。

（８０１）は輝度信号処理回路、（８０２）は色信号処
理回路で必る。

第２のブロックは、第１のブロックより得られた信号よ
り輝度信号の歪の多い条件を演算し第３のブロックとし
ての帯域制御回路（８０６）を駆動する回路でろる。カ
ラー化方式によυｇ４度信号の歪成分となる色信号の変
調成分の発生量は異なるが、歪が発生する条件は被写体
の色の濃い部分、つまシ色の飽和度が高い部分で且つ被
写体の色相が急激に変化する色のエツジ部分である。し
たがって第２のブロックは、輝度信号の歪が発生する部
分を、第１のブロックの飽和度検出回路（８０３）及び
色エツジ検出回路（８０４）よシの信号を演算し、輝度
信号の色信号の変調成分による歪を低減する輝度信号歪
低減制御回路（８０５）である。輝度信号の歪が発生す
る部分の条件を求めるための演算は以下に示す式で求め
ることができる。輝度信号の歪ｋＹＤとすると、 ＹＤ−α、ＩＣ，ｌ＋α２１Ｃ２１＋β、　１８．　ｌ
＋β２１ご、１＋γ１１Ｃ１・ご、１−ｔ−ｒ２１ｃ２
・こ、１ここでα１．α２．β４．β２．γ４．γ２：
定数Ｃ，，Ｃ２：色差信号のレベル ε、ε　：色差信号レベルの変化成分 ２ となる。カラー化方式にＩり定数の値を最適に定める必
要があるが、各色差信号のレベル及びそれらの変化成分
及びそれらの積による項で求められる。第３のブロック
の帯域制御回路（８０６）は、輝度信号に含まれる歪成
分を低減するための回路で、輝度信号中の歪成分が含ま
れる帯域を輝度信号歪低減制御回路（８０５）よシの信
号によシ制御するものでちる。変調された色信号成分が
多い所ではその含まれる帯域を十分に減衰させ、少ない
所ではその含まれる帯域をわずかに減衰させ、その他の
部分では帯域の制御は行なわないものである。なお、帯
域制御回路（８０６）を、第８図に示した様に輝度信号
全体を制御する方法の他に、輝度信号の高域成分を強調
してＣＲＴ上の解像度を増すアｌ（−チャー補正回路に
挿入し、その帯ｖ、ヲ制御することによっても可能であ
る。さらに輝度信号を、いくつ力・の帯域に分割して変
調された色信号成分が含まれるそれぞれの帯域ごとにそ
の制御を行なうことも可能でおる。

以上述べた様に本発明によると、撮像デバイスｆ　−ツ
Ｌか用いないカラー撮像装置において、色の飽和度が高
く色相が急激に変化する被写体を撮像した状態において
も、その輝度信号に歪が非常に少なく、合せて飽和度の
低い又は無彩色の被写体を撮像した状態では、撮像デバ
イスの限界解像度で定まる解像度まで撮像できるもので
るる。

第９図は全体構成を示す。なお、ここでは第１図に示し
た色フィルタを用いた撮像素子として、以下に説明を行
なう。

撮像素子（９０１）よシの信号（ａｔは、撮像素子（９
０１）のサンプリング周波数ｆｓの１の周波数に無限極
をもつ輝度信号低域通過フィルタ〔以下Ｙ−ＬＰＦと称
す〕（９０２）により輝度信号（ｂ）を分離する。この
輝度信号（ｂ）は第４図に示した様に、歪となる色信号
の変調成分（４０２）を含んでいる。輝度信号（ｂ）は
帯域制御回路（９ｔｌ）において、被写体の状態に応じ
た制御信号（ｋ）により帯域が制御され、色信号の変調
成分を減衰させた歪の少ない輝度信号（Ｉりとされる。

被写体の状態に応じた制御信号（ｋｌは、撮像素子（９
０１）の信号から次のようにして得られる。中心周波数
を色信号キャリア周波数ｆｃとした色信号帯域通過フィ
ルタ〔以下Ｃ−ＢＰＦと称す）　（９０３）により信号
（ａ）から反調色信号（ｃ）が分離される。これを同期
これを信号（ｄ）とする。この信号（ｄｌにより色差信
号（ｅ）のホワイトバランスを加減算回路（９０６）に
おいて調整してホワイトバランスのとれた色差信号（ｆ
）とする。色差信号（ｆ）は各水平走査ライン毎に１種
類づつ得られるため、これを同時化回路（９０７）によ
り同時化し、２種類の色差信号（ｇｌと（ｈｌとする。

これらの色差信号（ｇｌ　（ｈ）から飽和度が飽和度検
出回路（９０８）により検出し、色相が急激に変化する
色エツジが色エツジ検出回路（９０９）により検出され
る。飽和度検出回路（９０８）、色エツジ検出回路（９
０９）の出力をそれぞれ（ｉ）　＝　（ｊ）とする。こ
の飽和度と色エツジの信号（ｉｔと（ｊ）よシ輝度信号
歪が多くなる条件を、輝度信号歪低減制御回路＋（９ｋ
Ｏ）によシ前述のようにして瀘算し、帯域制御回路（９
１１）の制御信号（ｋ）とする。

このようにして色信号の変調成分を含んだ輝度信号（ｂ
）は、帯域制御回路（９１１）によりその成分を低減し
、歪の少ない輝度信号（ＩりとしてＮＴＳＣエンコーダ
（９１２）に入力される。このＮＴＳＣエンコーダ（９
１２）には同時に２つの色差信号（ｇ）と（ｈ）が入力
されており、ＮＴＳＣ信号ｍとして出力される。

上記実施例では映像信号の中の輝度信号の帯域を色信号
の色相が変化する部分および飽和度のレベルに応じて制
御したが、これは映像信号中の色信号の色相が変化する
部分または映像信号中の色信号の飽和レベルに応じて制
御してもほぼ同様の効果が得られるが、両信萼に基づい
て制御した方が一層良好な結果が得られる。

発明の詳細 な説明の様に本発明の単一撮像デバイスカラー撮像装置
によると、色の飽和度が高く色相が急激に変化する被写
体を撮像した状態においても、輝度信号における歪の発
生が非常に少なく、且つ無彩色や低彩度の被写体を撮像
した場合、撮像素子の特性で定まる限界の解像度までの
高解像度が得られ、被写体の色の飽和度が高く、−色相
が急激に変化するエツジにおいても輝度信号の歪の発生
が非常に少なく、総合的に性能の良い画質が得られるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図と第５図はそれぞれ従来用いられている単一撮像
デバイ７カラー撮像装置における色フィルタの平面図、
第２図と第６図はそれぞれ第１図、第５図に示した色フ
ィルタを用いる方式の信号処理回路の構成図、第３図と
第４図、第７図はそれぞれ第２図、第６図の要部スペク
トル分布図、第８図は本発明の単一撮像デバイスカラー
撮像装置の一実施例の要部構成図、第９図は単一撮像デ
バイスカラー撮像装置の一実施例の全体構成図である。 （１０１Ｘ５０１）・・・ホトダイオード、（１０２）
〜（１０５Ｘ５０２票５０４）・・・色フィルタ、　（
８０１）・・・輝度信号処理回路、（８０２）・・・色
信号処理回路、（８０３Ｘ９０８）・・・飽和度検出回
路、（８０４）［９０５）・・・色エツジ検出回路、（
８０５Ｘ９１０）・・・輝度信号歪低域制御回路、（８
０６Ｘ９１１　）・・・帯域制御回路、（８０７）・・
・輝度信号歪低減回路、（２０１Ｘ６０１Ｘ９０１）・
・・撮像素子、（９０２）・・−輝度信号低域通過フィ
ルタ、（９０３）・・・色信号帯域通過フィルタ、（９
０４）・・・色信号低域通過フィルタ、（９０５）・・
・同期検波回路、（９０６）・・・加減算回路、・（９
０７）・・・同時化回路、（９１０）・・・輝度信号歪
低減制御回路、（９１２）・・・ＮＴＳＣエンコーダ 代理人　　　　森　　　本　　　義　　　弘第１図 Ｍ２図 第３図 第５図 第７図 第β因 獣射幼 第７図 ＮＴＳ（、出力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２次元の光学信号を電気信号に閲摸する撮像デバイ
   スと、色情報を空間変調し色情報を分離する色フィルタ
   と、撮像された映像信号の中の輝度信号の帯域を前記映
   像信号の中の色信号を用いて制御する帯域制御手段とを
   設けた単一撮像デバイスカラー撮像装置。 ２、帯域制御手段を、映像信号の中の色信号の色相が変
   化する部分を検出して輝度信号の帯域を制御するよう構
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の単
   一撮像デバイスカラー撮像装置。 ３、　帯域制御手段を、映像信号の中の色信号の飽和度
   のレベルに応じて輝度信号の帯域を制御するよう構成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の単一撮
   像デバイヌカラー撮像装置。 ４、帯域制御手段を、映像信号の中の色信号の色相が変
   化する部分および飽和度のレベルに応じて輝度信号の帯
   域を制御するよう構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の単一撮像デバイスカラー撮像装置。