JPS5914949B2

JPS5914949B2 - 信号処理装置

Info

Publication number: JPS5914949B2
Application number: JP51034920A
Authority: JP
Inventors: 俊師西村; 文男名雲; 成介山中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1976-03-30
Filing date: 1976-03-30
Publication date: 1984-04-06
Also published as: AU507784B2; CA1104248A; FR2346922A1; US4141037A; GB1568142A; FR2346922B1; AU2352477A; AT371302B; JPS52119020A; ATA215477A; DE2714233A1; DE2714233C2; NL7703478A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は例えばＣＣＤ（電荷結合素子）等の固体撮像体
を撮像素子として使用した位相分離方式を採るカラー撮
像装置に適用して好適な信号処理装置に関する。

異なる情報内容をもつ２つの情報信号が多重化されてい
るときで、その分離方法として位相分離方式を採る場合
には、垂直相関が問題となる。

すなわち、この分離方式では垂直相関性が強いことが前
提条件であるが、場合によつては垂直相関が弱かつたり
、全くなかつたりすることがある。従５つて、このよ
うな相関性の弱い場合では２つの情報信号を完全に分離
することができず、一方の信号成分中に、多重化された
他方の信号が残留し、この残留成分が他方の信号内容に
対し悪影響を与える場合がある。１０この適切な例とし
て、撮像装置で得たカラー撮像信号を挙げることができ
る。

つまり、撮像素子としてＣＣＤ等の固体撮像体を使用す
る場合にあつては、後述するように輝度成分中に色成分
が多重状態で存在するカラー撮像信号が得られるため、
１５輝度成分と色成分とを分離するに際しては上述した
と同じ現象が生ずることがある。このことを図面を用い
て説明するが、固体撮像体としては、前述もしたように
ＣＣＤ）そのうちでも特に、フレームシフ１・方式を採
るＣＣＤを例■０にとつて説明することにしよう。

第１図はこのフレームシフト方式を採るＣＣＤの概略的
な図であつて、ＩＡは所望とする被写体が投影される撮
像部で、水平方向及び垂直方向に夫々所望とした数の絵
素２が配列形成されて構成フ５される。

ＩＢは撮像部ＩＡで得た被写体の入力光情報に応じたキ
ャリヤをフレーム（又はフィールド）毎に蓄積するため
の蓄積部で、撮像部ＩＡと同様に構成される。ＩＣは読
出しレジスタで、蓄積部ＩＢにおける刃ＩＨ（Ｈは１
水平走査期間）分のキャリヤが直列的に読出される。

なお、３はチャンネルストッパーである。

又、４は出力端子を示す。第２図はこのＣＣＤＩの前面
に配される色フィ３５ルタ５の一例を示す。

この色フィルタ５は絵素２の領域に対応するように透過
領域が複数に分割されると共に、透過領域が市松パター
ンとなるよう、ハ０−に水平走査方向ａに向つて１つお
きの透過領域が遮光される。

そして、隣り合う水平走査線間では配列ピッチτ。だけ
遮光領域がずらして形成される。市松状に配列された透
過領域の透過光は例えば、図のようにＲ，Ｇ，Ｂの各原
色光が選ばれると共に、隣り合う水平走査区間では逆位
相になつてこれら原色光が得られるように選定されるも
のである。

このような市松パターンになされた色フイルタ５を使用
して、被写体を投影し、これを撮像すると、出力端子４
には第３図で示すようなカラー撮像信号Ｓ。

が得られる。すなわち、撮像すべき被写体像に応じた入
力光情報は絵素毎にサンプリングされた状態で電気信号
に変換されるから、第３図Ａで示すようにカラー撮像信
号Ｓ。としては、輝度信号となる変調成分（直流成分）
ＳＤＣのほかに、側波帯成分（交流成分）ＳＭが得られ
る。この場合、変調成分Ｓ。ｃとサンプリング周波数Ｆ
ｃ′（−１／３・τ′Ｈ）との選び方によつては、図の
ように側波帯成分ＳＭが変調成分Ｓ。Ｏ中に混在しない
ようにもすることができるが、このようにすると、変調
成分ＳＤＣの帯域巾を狭くせねばならなかつたり、これ
とは逆に変調成分ＳＤＣの帯域巾を通常と同様に、例え
ば３．５ＭＨｚ程度に選ぶ場合には、それに伴つてサン
プリング周波数ｆ′ｃを高く採る関係上、水平走査方向
における絵素数Ｎを増やす必要があり、いずれも実用的
でない。従つて、一般には巾成分ＳＤＣ，ＳＭが重なり
、絵素数Ｎが少ない場合などでは、側波帯成分ＳＭが変
調成分Ｓ。

Ｏの低域側に存する信号Ｓ。として得られる。ここで、
側波帯成分ＳＭを構成するＲ−Ｂの各色成分の位相は、
互に１２０成の位相差を有して得られるが、隣り合う水
平走査区間では逆相となるように色フイルタ５が構成さ
れているものであるから、各色成分の位相関係は第３図
Ａ及びＢで示すようになる。

依つて、変調成分つまり輝度成分と側波帯成分すなわち
色成分とを分離するには垂直相関関係を利用すればよい
。

図の例によれば隣り合う水平走査期間に得られる信号Ｓ
。とＳ′ｏを加算すれば、輝度成分ＳＤＣ（以下これを
ＳＹとして示す）だけが得られ、減算することによつて
色成分ＳＭ（以下これをＳｃとして示す）のみ抽出され
ることになる。しかし、この動作はあくまでも垂直相関
性が強い場合にだけ成立し、その他の場合は必ず不完全
分離となつて、輝度成分ＳＹ中に色成分Ｓ。

が残留する。残留成分による画像への影響を第４図以下
を参照して説明する。説明の便宜上、被写体７として第
４図で示す如く、赤色のみの被写体７Ｒと、青色のみの
被写体７Ｂとを考えることにしよう。

今、１点鎖線で示すように被写体７Ｒと７Ｂとの境界線
８を含むように、水平走査線を仮想した場合には、（Ｎ
−１）から（Ｎ＋２）までの各水平走査位置を走査する
ことにより、第５図Ａ−Ｄに示す信号Ｓ。ｌ〜ＳＯ４が
得られることになる。これら信号Ｓ。

ｌ〜ＳＯ４から輝度成分ＳＹ及び色成分Ｓ。を分離すべ
く上述したような信号処理を施すと、Ｎ−１ラインとＮ
ライン及びＮ＋１とＮ＋２の各ラインに関する信号処理
は夫々垂直相関があるので完全なる分離が行なわれるも
、境界線８を含むＮとＮ＋１ライン間においては、色成
分Ｓ。の分離が不完全となり、第６図にその概略を示す
如く輝度成分ＳＹの帯域内に色成分Ｓｃが残留し、その
ため、画像を再現すると残留成分は２第７図で示すよう
に輝点となつて境界線８上に表われる。従つて、第８図
Ａのように水平方向に延びる帯状の被写体を撮像すると
、その水平方向における境界部分がキサキサになつて再
生される（同図Ｂ）結果、画質が劣化する。この欠点は
特に周波数ＦＪが低い場合に顕著にあられれる。なお、
第７図中、Ｎ，．ｎ＋１、・・・・・・は垂直相関後に
おける水平走査線を便宜的に示す。

本発明はこのような点を考慮して、一方の信号成分中に
他方の信号が残留することのない信号処理装置を提案す
るものである。

本発明装置は所定の時間だけ遅延する遅延回路と、特殊
な論理動作を行なう信号処理回路とで構成される。以下
図面を参照して本発明を説明するも、本例では上述した
ようにカラー撮像装置に適用した場合である。第９図ぱ
本発明による信号処理装置を適用したカラー撮像装置の
一例を示す系統図であつて、被写体７は光学レンズ系９
及び色フイルタ５を夫々介してＣＣＤｌに投影され、こ
のＣＣＤｌで得た力ラ一撮像信号Ｓ。は多重化されてい
る信号を分離すべく、１Ｈの遅延回路１１を介した出力
と共に、加算回路１２及び減算回路１３に夫々供給され
る。従つて加算回路１２からは輝度成分ＳＹが得られ、
減算回路１３からは色成分Ｓｃが得られるものである。
分離された輝度成分ＳＹ中には、被写体７の内容によつ
ては第６図で示したような不完全分離による残留成分が
含まれるは勿論であるが、本発明においては輝度成分Ｓ
Ｙを低域と、少なくとも色成分の存在する高域部分とに
分離し、残留成分が存在する場合には、高域部分を除去
した輝度成分を輝度成分ＳＹとして使用するものである
。

それがため、まず輝度成分ＳＹはローパスフイルタ１４
に供給され所望とする低域成分Ｓ。Ｌのみ抽出された後
、加算器１５に供給されると共に、この低域成分ＳＤＬ
が減算器１６に供給されて演算処理されることにより、
輝度成分ＳＹの高域成分ＳＤＨが得られる。高域成分Ｓ
ＤＨは１Ｈの遅延回路１７に供給されたのち、非遅延出
力と共に残留成分の信号処理回路２０に供給され、残留
成分の有無に関連した出力ＳＨが取出される。回路２０
の動作は後述するも、回路２０の出力ＳＨは加算回路１
５にて上述の低域成分と合成され、この合成出力が以後
の回路処理における輝度成分Ｓ′７として使用されるも
のである。従つて、この輝度成分を色成分の復調出力と
共にマトリツクス回路２１に供給すれば、その出力端子
２１ａ〜２１ｃから所望とするカラー映像信号、例えば
ＮＴＳＣ方式の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ
を得ることができるものである。

なお、図において、２２はフイルタ１４の介在によつて
生ずる時間遅れを補償するための遅延回路である。

色成分Ｓｃの伝送路上に介在された遅延回路２３も同様
に時間遅れの補償用である。又、２１Ａ，２１Ｂは復調
軸の異なる復調回路で、こＧ＋Ｂれより例えば（Ｂ−Ｇ
）、（Ｒ−？）なる色成分が復調される。

ところで、残留成分が存在するか否かは垂直相関処理後
における輝度成分を考察すれば判る。

すなわち、残留成分にて画質が劣化する場合は、相関処
理後のｎラインとｎ＋１ラインにおいて、ｎラインから
は低域成分のみが得られ、ｎ＋１ラインからは高域成分
までが得られるような関係にあるときのみ、輝点が現わ
れ、画質が劣化する。ここで、残留成分に対する信号処
理回路２０の各端子２０Ａ，２０Ｂに入力する信号成分
の関係を分類するとすれば、第１０図Ａ−Ｄまでの４組
に分類できる。図は隣り合う水平走査期間に得られる信
号の相関後における信号、従つて加算回路１２の合成出
力ＳＹを示し、信号関係はｎ＋１ラインから夫々得られ
る出力ＳＹが共に低域のみの場合（同図Ａ）を始めとし
て、共に高域を含む場合（同図Ｂ）、いずれか一方のみ
高域を含む場合（同図Ｃ，Ｄ）が考えられる。これらの
類型のうち、画質劣化は同図Ｃに示すケースのときのみ
であるから、少なくとも、いずれか一方の信号成分が低
域のみの場合、高域成分を除去し、従つて、合成器１５
の合成出力Ｓ″Ｙを低域成分Ｓ。

Ｌだけにすれば、残留成分による輝点は発生せず、画質
の劣化（解像度の劣化）を防止できるものである。その
ため、信号処理回路２０は一対の入力端子２０Ａ，２０
Ｂに供給される高域成分が共に存在するときのみ出力Ｓ
Ｈが得られ、しかも出力ＳＨのレベルは両入力信号のう
ちレベルの小さな入力信号のレベルに対応したものとな
るような論理動作が行なわれる回路として構成される。

第１１図はこの処理回路２０の基本的な回路構成を示し
、これは２つの出力ＳＤＨとＳ′ＤＨの同相入力同志を
論理して出力するようになされる。

それがため、２個の論理回路２５Ａ，２５Ｂが設けられ
ると共に、夫々には信号の極性判別回路２６Ａ，２６Ｂ
が設けられる。本例ではダイオード２７ａ〜２７ｄで判
別回路２６Ａ，２６Ｂが構成され、論理回路２５Ａ，２
５Ｂは逆極性に接続された一対のダイオード２８ａ〜２
８ｄで構成される。

そして、一方の論理回路２５Ａで正方向の論理が行なわ
れ、他方の論理回路２５Ｂで負方向の論理が行なわれ、
別々に論理して得たこれら論理出力ＳＡ，ＳＢはアンド
構成の回路３０にて合成されてのち処理回路２０の出力
ＳＨとして後段の合成回路１５に供給される。第１２図
は処理回路２０の他の例を示し、これは第１１図に示し
た回路を更に簡略化した場合で、ブリツジ構成の４個の
ダイオードＤ１〜Ｄ４を有し、接続点ａと電源端子３３
との間にはツエナーダィオード３４ａと抵抗器３４ｂよ
りなる論理動作を行なう直列回路３４が接続される。

接続点ｃと接地間との間にも同様構成の直列回路３５が
接続される。そして、接続点ＰＵ，ＰＬより出力端子３
１ａ，３１ｂが導出される。なお、３６ａ，３６ｂは放
電用に設けられた抵抗器である。

接続点Ｂ，ｄには信号Ｓ。Ｈ，Ｓ′ＤＨが夫々供給され
るも、これらには電源電圧Ｖｃｃの一の電圧が重畳され
る。このように構成された残留成分に対する信号処理回
路２０の動作を説明するも、本例では第１２図に示す実
施例について付記する。

但し、回路条件を次のように定める。ツエナーダイオー
ド３４ａ，３５ａは同一特性で、そのツエナ一電圧をＶ
Ｚｌ電流を１２、抵抗器３４ｂ，３５ｂの値をＲぃ抵抗
器３６ａ，３６ｂの値をＲＤ、ダイオードＤ１〜Ｄ４の
順方向降下電圧をＶｆとする。

従つて、端子２３と接続点ｂとの間の電圧Ｖｂｌで与え
られる。

接続点ｂと接地間の電圧Ｖｂ２も同様に（１）式で与え
られるから、次の関係式が成立する。一方、信号Ｓ。

Ｈ，Ｓ′ＤＨともに零の場合には、接続点ｂと接地間に
は−Ｖｃｃなる電圧が印加されているから、これらの条
件より、ダイオードブリツジは平衡し、出力ＳＡ，ＳＢ
は零である。すなわち、信号ＳＤＨ，Ｓ′ＤＨが共に入
力しないときには、論理出力が零になる。この論理動作
を含めて回路２０の動作を整理すれば、く表−１〉に示
すようになる。続いて、代表的な論理動作のいくつかを
説明しよう。

まず、正の信号Ｓ／ＤＨのみ入力した場合には、ダイオ
ードＤ４がオンになり、信号Ｓ′ＤＨに応じた電流が流
れ、それに伴つてツエナーダイオード３５ａを通じて電
流１ｚも増えるが、ツエナーダイオード３５ａは逆バイ
アス状態を保持するため、そのツエナ一電圧Ｖ２は一定
である。

すなわち、電流１ｚが流れても端子３１ａには出力が得
られず、無人力状態と同じである。端子２０Ａのみに正
の信号ＳＤＨが供給された場合も同様であるからその説
明は省略する。端子２０Ｂに上述とは逆に、負の信号Ｓ
′ＤＨが供給された場合にはダイオードＤ３がオンし、
ダイオード３４ａを通じて電流１ｚが流れるも、点Ｐｕ
は負側に引かれるため、ツエナーダイオード３４ａの逆
バイアスが深くなるだけで、出力は変化を受けない。

つまり、出力ＳＡは零である。このように、信号ＳＤＨ
，Ｓ′０Ｈのいずれか一方が入力しても出力の変化はな
い。位相が異なる信号Ｓ。Ｈ，Ｓ′ＤＨが供給された場
合でも、同様である。例えば、端子２０Ａに負の信号Ｓ
ＤＨが、他方には正の信号Ｓ′ＤＨが供給された場合を
考察すると、この場合では信号ＳＤＨによつてダイオー
ドＤ１が、他方の信号Ｓ′ＤＨの到来でダイオードＤ４
が夫々オンするも、これらはいずれも、ツエナーダイオ
ード３４ａ，３５ａが逆バイアスされる方向の動作であ
るから、上述した理由に基づき出力ＳＡ，ＳＢは共に零
である。信号ＳＤＨ，Ｓ″０Ｈが同相状態で入力した場
合には、次に述べるような出力が得られる。

まず、正の信号ＳＤＨ，ＳＺＨが共に入力したときには
、ＳＤＩ［くＳ５ＯＨの場合において、ダイオードＤ４
がオンすると共に、点ｄの電位よりも点ｂの電位の方が
低いため、ダイオードＤ１がオンすることになる。従つ
て、ダイオードＤ４のオンによつては出力ＳＢが変化を
受けないことは前述した通りであるが、ダイオードＤ１
がオンする結果、ａ点の電位は上昇し、このことはダイ
オード３４ａに順方向のバイアスが印加されたことにな
るため、ダイオード３４ａのツエナ一効果が喪失する。

そのため、信号Ｓ。Ｈのレベル変化に相応して点Ｐｕの
電位が変化し、依つて信号ＳＤＨに対応した出力ＳＡが
得られることになる。Ｓ′１〈ＳＤＨでは、信号Ｓ′Ｄ
Ｈに基づく出力ＳＡが得られる。信号Ｓ。

Ｈ，ＳＩ５Ｈが共に負の場合では、ダイオードＤ２，Ｄ
４がオンし、ダイオードＤ２のオンに基いて信号ＳＤＨ
，Ｓ′ＤＨに対応した出力ＳＡ，ＳＢが得られるは容易
に理解できよう。第１３図は以上説明した動作を最も簡
単に説明するための図であつて、信号Ｓ。

Ｈ，Ｓ６Ｈを夫々正弦波に置換した場合である。依つて
、回路２０からは斜線で示す出力ＳＨが得られることを
示す。以上のように、残留成分に対する信号処理回路２
０は同相の信号ＳＤＨ，Ｓ２ＤＨが共に入力したときの
み、すなわち、第１０図Ｂに示す入力関係のときだけ、
出力が得られるような論理動作が行なわれる。そのため
、残留成分が輝度信号ＳＹの高域側に存する場合には、
これを有効に除去した出力が得られるものである。なお
、今まで説明した例は第４図のような模型的な被写体７
についての考察であるが、このような単純化されたパタ
ーンでなく第１４図や第１５図に夫々示される被写体を
撮像した場合においても、本発明においては残留成分を
有効に除去することができ、画質の劣化を防止すること
ができる。

第１４図の例、すなわち縦型ストライプの被写体から説
明すると、処理回路２０にｎラインとｎ＋１ラインに夫
々対応する信号が入力した場合には、前述したと同様に
ＳＨ−０になるから、輝度成分Ｓ′Ｙは低域成分のみに
なり、次にｎ＋１ラインとｎ＋２ラインの場合には、い
ずれも高域成分を含む関係で、出力ＳＨが得られ、依つ
て輝度成分Ｓ′Ｙは高域成分まで含むことになる。ｎ＋
３ライン以後も同様である。依つて、垂直相関のある被
写体（ストライプ状のパターン）の最初の輪郭、図では
ｎとｎ＋１ライン間に存在する端部が再生されなくなる
だけで、それ以後は完全に再現されるから、本発明のよ
うな信号処理を施しても全く問題にならない。

次に、第１５図で示すような斜めのパターンの５被写体
の場合では垂直相関が弱いが、このような被写体を撮像
しても、前述したと同様な理由から、ｎラインとｎ＋１
ライン間の輪郭が再生されなくなるだけで、再現画像に
は全く影響を与えない。従つて、如何なるパターンを有
した被写体７をつ撮像しても、水平方向の輪郭部分に
生ずるキサキサを除去できるものである。以上説明した
ように、本発明では一定時間遅延された信号とそうでな
い信号とを比較し、非遅延出力と遅延出力が共に存在す
るときのみこれら出力に関連した出力を得るようにした
ものであるから、冒頭で述べたカラー撮像装置の信号処
理回路に適用して極めて好適である。

すなわち、本発明回路を適用すれば、水平方向に延びる
境界部分（模様等）を含む被写体を撮像する場合でも、
残留成分を確実に除去することができるため、画質の劣
化がなく、常時良質の画像を再現できる大きな特徴を有
するものである。

なお、上述の例では本発明回路を固体撮像体を利用した
撮像装置に適用した場合につき説明したが、本発明は異
なる情報内容をもつ２つの情報信号が多重化されている
ときで、これら情報信号を位相分離方式に基いて分離す
るような場合の信号処理回路系に適用して好適なるは例
示するまでもない。第２図に示す色フイルタ５の構成は
一例に過ぎず、透過光などの選定は任意である。

ＣＣＤｌは１個だけでなく、それ以上の個数を使用して
撮像装置を構成できるので、この場合にも勿論利用でき
る。ところで、上述した実施例はいずれも情報信号とし
て映像信号の場合であるが、例えば雑音を含むデジタル
信号でも勿論よい。

この場合には雑音の除去されたデジタル信号を簡単に得
ることができるから、雑音除去回路として使用しても有
用である。デジタル信号は周期性を有するのに対し、雑
音はランダムであるから上述したように、一定時間遅延
した出力と、そうでない出力とを上述した信号処理回路
２０に供給すれば、同相入力はデジタル信号のみと考え
てよいから、デジタル信号のみが出力される。

一方、雑音成分は、く表−１〉の１〜４に相当すること
が多いので、雑音成分が存在するときは出力がなく、依
つてこの設例によれば、雑音成分の除去されたデジタル
信号が得られるものである。又、信号伝送方式によつて
は、同一のデジタル信号を２本の伝送線（無線の場合は
キャリャ周波数を変更して使用する）を用いて伝送する
場合もあるが、このような場合では夫々の伝送線を通し
て得た出力中に混在する雑音成分の位相は相違するのが
常であるから、この伝送方式を採る場合においても、適
用できる。

第１６図を用いて、その一例を説明すると、４０は伝送
用デジタル信号で、一方の伝送線を通過したデジタル信
号４０Ａは同図Ａのように、他方の伝送線を通過した信
号４０Ｂは同図Ｂのように夫々雑音成分４１が混在する
ものとすれば、これらの信号４０Ａ，４０Ｂを信号処理
回路２０に供給することによつて、同図Ｃで示すような
デジタル信号４０が得られることになる。

因みに従来の処理回路、例えばアナログ回路を設け、両
出力４０Ａ，４０Ｂをアナログ加算し、これを一にレベ
ルダウンした場合には、同図Ｄのようになり、雑音成分
を完全には除去し得ない。

上述した信号処理回路によれば、雑音成分の混入しない
出力を容易に得ることができる特徴を有するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は撮像素子として使用される固体撮像体の一例を
示す図、第２図は色フィルタの一部拡大平面図、第３図
は色成分の位相関係を含めたカラー撮像信号の一例を示
す周波数スペクトル図、第４図は模型的な被写体の図、
第５図は第４図の被写体を撮像して得たカラー撮像信号
の周波数スペクトル図、第６図は信号処理後の一部の周
波数スペクトル図、第７図は第４図の再現画像を示す図
、第８図は一般的な信号処理の説明に供する図、第９図
は本発明装置をカラー撮像装置に適用した場合の一例を
示す要部の系統図、第１０図は垂直相関処理後の周波数
スペクトル図、第１１図及び第１２図は信号処理回路の
一例を示す接続図、第１３図はその動作説明に供する図
、第１４図及び第１５図は夫々被写体のパターンの他の
例を示す説明図、第１６図は信号処理回路の他の適用例
を示す説明図である。１は固体撮像体、５は色フイルタ、１０は信号処理装置
、１７は遅延回路、２０は信号処理回路、２１はマトリ
ツクス回路、２４Ａ，２４Ｂは色復調回路、３４，３５
は直列回路、Ｄはブリツジ、３０は合成回路である。

Claims

【特許請求の範囲】

１互いに隣りあう水平走査区間から垂直相関をとつて
得られた輝度信号の高域成分が入力され、この信号を１
水平走査期間遅延させる遅延回路と、信号処理回路とを
有し、上記遅延回路を通じて得た入力信号と、遅延され
ない入力信号を夫々上記信号処理回路に供給して、これ
らの入力信号の位相を比較し、上記両入力信号が同極性
で存在するときのみ、両入力信号のうちレベルの低い信
号のレベルに対応したレベルを有する出力信号を得るよ
うにしたことを特徴とする信号処理装置。