JPS61179695A - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、単一の固体撮像素子を用いてカラー画像を得
るカラー撮像装置に関する。

［発明の技術的背景コ 近年、従来の撮像管に代って、ＣＯＤ等の固体撮像素子
を用いたカラー撮像装置の開発が数多く進められている
。特に単一の固体撮像素子を用いた小型軽量のカラー撮
像装置の開発が盛んとなつている。この単一の固体撮像
素子からカラー画像を得る方式として、赤（Ｒ）、緑（
Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のうち、１つの画素に対しては
１つの原色に対する光のみを透過する色フイルタアレイ
を撮像素子上に配列して、この撮像素子からの信号を画
素毎に３原色信号に分離してカラー画像を得ることがで
きる一般に原色方式と呼ばれる方式がある。しかし、こ
の方式では、色フイルタアレイの透過光が少ないため感
度が悪く、また有彩色の被写体に対して感度のない画素
が多くなるため。

解像度が低い等の欠点がある。

これに対し、３原色全てを通過する画素、あるいは２つ
の原色を通過する画素を有し、画素間の相関によって原
色信号を得ることができる一般に補色方式と呼ばれる方
式がある。この方式では、１水平ライン内の画素信号の
相関演算のみによって３原色を分離するために、水平３
画素の相関演算を行なう必要があり、低い空間周波数に
対して水平方向に偽信号が発生するという欠点がある。

従って、単一の固体撮像素子からカラー画像を得る方式
としては、１水平ライン内の水平２画素と　　　　　″
垂直２ライン問との相関演算とにより、上記欠点を回避
して、カラー画像を得る方式が多く用いられている。

Ｍ４図は上記方式の１つである周波数インタリーブと呼
ばれる方式に用いられる色フイルタアレイの構成例を示
したものである。この例では、ホワイトＷ、グリーンＧ
が交互に水平方向に配置された水平ラインと、シアンＣ
ｙ、イエローｙｅが交互に水平方向に配置された水平ラ
インとが垂直方向に交互に配列されたフィルタ構成が行
なわれでいる。このようなフィルタを装着した撮像素子
の第ｎラインからは変調信号としてＢ＋Ｒ信号が、第ｎ
＋１ラインからは変調信号としてＢ−Ｒ信号が得られる
。

第５図は上記フィルタを用いた撮像素子からの信号を処
理する回路例を示したブロック図である。

レンズ１によって集光された光は色フイルタアレイ２に
よって光学的に空間変調された後、固体撮像素子３上に
光学像を結像する。固体Ｗ＆像素子３が出力する前記光
学像に対応した電気信号はローパスフィルタ４，５及び
バンドパスフィルタ６によって、輝度信号成分Ｙ、低域
輝度信号成分ＹＬ及び変調色信号成分Ｃに分離される。

変調色信号成分Ｃは１Ｈ遅延回路７、加算器８、減算器
９によって青信号成分Ｂと赤信号成分Ｒに分離される。

これら信号成分Ｂ、Ｒは利得制御回路１０Ａ、　１０Ｂ
によってレベルが調整されてホワイトバランスがとられ
た後、検波回路１１Ａ、１１Ｂに入力されて検波され、
それぞれ、青信号Ｂ、赤信号Ｒとなって減算回路１２Ａ
、１２Ｂの正入力端子に入力される。

これら減算回路１２Ａ、１２Ｂの負入力端子には低域輝
度信号成分ＹＬが入力されている。この結果減算回路１
２Ａからは色差信号Ｂ−ＹＬが、減捧回路１２Ｂからは
色差信号Ｒ−ＹＬが出力され、これら信号は直交変調器
１３に入力される。直交変調器１３では入力信号から変
調色信号１００が作出され、これが加算器１４に出力さ
れる。加算器１４では輝度信号Ｙと変調色信号１００と
が混合され、テレビジョン信号の一種であるＮＴＳＣ信
号２００が出力される。

［背景技術の問題点］ ところで、第５図で示したような方式を採っても、例え
ば、固体撮像素子３の第ｎ＋１ラインから輝度信号Ｙを
とっている場合は、赤、青信号成分Ｒ，Ｂを第ｎライン
、第ｎ＋１ラインからの信号によって作出するため、輝
度信号Ｙと赤、青信号Ｒ、°Ｂの垂直位置がずれて、偽
信号が発生する欠点がある。また、遅延処理を行なって
からホワイトバランスをとるため、照明の色温度によっ
ては１Ｈ遅延回路７のノイズによってＳＮが低下する等
の欠点があった。

また、上記欠点を回避すべく第６図に示すようなマゼン
ダＭ、グリーンＧを交互に配置した水平ラインと、シア
ンＣｙとイエローＹｅを交互に配置した水平ラインとを
垂直方向に交互に配列した邑フィルタアレイを用いて、
水平ライン毎に異なる２種の色差信号を取り出し、これ
をテレビジョン信号の変調軸に対しそれぞれの色差に相
当する位相で変調した後、遅延加算処理を加えて変調色
信号を得る方式がある。しかし、この方式では３原色の
各信号の利得を制御してホワイトバランスを採ることが
行なわれていないため、照明の色温度の変化によって色
再現性が大きく変化するという欠点があった。

［発明の目的コ 本発明の目的は、上記の欠点に鑑み、偽信号の発生が少
なく、回路系のノイズの影響を受は難く且つ、照明の色
温度変化による色再現性の劣化の少ないカラー撮像装置
を提供することにある。

［発明の概要コ 本発明は、２次元的に配列された多数の画素を有する固
体撮像素子と、前記固体撮像素子の感光面に結像する光
情報を光学的に変調する色フイルタアレイと、前記固体
撮像素子の各画素の出力を１水平ライン毎に順次読み出
す信号読み出し手段と、第１の水平ラインから読み出さ
れた信号の隣接する２画素聞の信号から、第１の信号成
分と第２の信号成分と第３の信号成分を出力する第１の
水平相関演算手段と、前記第１の水平ラインに隣接する
第２の水平ラインから読み出された信号の隣接する２画
素間の信号から、前記第１、第２、第３の信号成分と加
算することにより、それぞれ第１の色信号、第２の色信
号、第３の色信号となる第４の信号成分と第５の信号成
分と第６の信号成分を出力する第２の水平相関演算手段
と、前記第１乃至第６の信号成分から第１、第２の色差
信号を抽出する色差信号抽出手段とを有したことを特徴
とするカラー撮像装置を用いることにより、上記目的を
達成するものである。

［発明の実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。第１
図は本発明のカラー撮像装置の信号処理回路の一実施例
を示したブロック図である。レンズ１５によって集光さ
れた光は色フイルタアレイ１６によって光学的に空間変
調を受け、固体撮像素子１７上に光学像を結像する。固
体撮像素子１７が出力する前記光学像に対応した電気信
号はスイッチング回路１８によって２つの画素グループ
の信号に撮り分けられ、これら信号はそれぞれ信号線１
９．２０に出力される。信号線１９の信号は減衰器２１
．２２に入力されてその撮幅レベルが減衰された掛、加
算器２５．２６．２７に入力される。信号線２０の信号
は減衰器２３．２４によりその娠幅レベルが減衰された
後加算器２５．２６．２７に入力される。ここで、信号
線１９、２０の信号をα、βとすると、加算器２５．２
６゜２７からはα−β、β−α、α＋βの信号が出力さ
れ、信号α−βは利得制御回路３０とスイッチング回路
２８に入力され、信号β−αはスイッチング回路２８．
２９に入力され、信号α＋βはスイッチング回路２９に
入力されている。スイッチング回路２８からの出力信号
は利得制御回路３１に入力され、スイッチング回路２９
からの出力信号は係数用減衰器３４に入力される。但し
、上記利得制御回路３０．３１では、入力信号の利得を
制限して色信号のホワイトバランスがとられる。利得制
御回路３０の出力は演算増幅器（減算器）３５の正入力
端子と係数用減衰器３２に入力され、利得制御回路３１
の出力信号は演算増幅器（減算器）３６の正入力端子と
係数用減衰器３３に人、力される。係数用減衰器３２．
３３．３４の出力信号は加算器３７に入力されて加算さ
れ、この加算結果が演算増幅器３５．３６の負入力端子
に入力されている。なお、係数用減衰器３２．３３．３
４、加算器３７及び演算増幅器３５．３６はマトリック
ス回路を構成している。また、加算器３７からは係数用
減衰器３２．３３．３４によってそのレベルが調整され
た３原色信号Ｒ，Ｇ、Ｂの和から成る低域１度信号成分
ＹＬが出力される。このマトリックス回路からは１Ｈ遅
延加算することで色差信号Ｒ−ＹＬ、ＢＹＬとなる信号
がが出力され、これら信号は直交変調器５０に入力され
る。入力された信号は直交変調器５０によって直交変調
された後、１Ｈ遅延回路３８、加算器３９の回路により
、１Ｈ遅延加算処理を受けて変調色信号Ｐとなり、この
変調色信号Ｐが加算回路４０に入力される。この加算回
路４０には。

固体撮像素子１７から出力される信号からローパスフィ
ルタ４１により抽出された輝度信号成分Ｙが入力され、
この輝度信号成分と前記変調色信号Ｐとがこの加算回路
４０にて加算され、テレビジョン信号（カラー画像信号
）３００となって出力される。

次に本実施例の動作について説明する。色フイルタアレ
イ７６の構成はＭ４図に示したものと同じであり、第２
図はこの色フイルタアレイ１６を透過した光を３原色に
分解した図である。この図を基にして以下第１図に示し
た回路の各部に現われる信号を３原色で表わし、Ｒ路内
に加算器３９から変調色信号Ｐが得られることを説明す
る。固体撮像索子１６から得られた信号はスイッチング
回路１８によって１画素おきに２つの出力に撮り分けら
れる。

即ち、色フイルタアレイ１６の第ｎライン（第４図参照
）に相当する固体撮像素子１１の画素列を走査している
期間は、信号線１９にＷ画素の出力が、信号線２０には
０画素からの出力が得られ、第ｎ＋１ラインを走査して
いる時は信号線１９にＣｙ画素からの出力が、信号線２
０にＹｅ８画素らの出力が得られる。従って、第１図の
構成説明において用いた信号線１９に現われる信号αと
信号線２０に現われる信号βと上記各画素から出力され
る信号との関係は第１表に示した如くなる。

（以下余白） 第１表 このため、減衰器２１．２２．２３．２４及び加算器２
５゜２６、２７の減衰及び加算処理によって得られる信
号は以下の如くなる。ここで、スイッチング回路２８゜
２９は上記第ｎラインを走査している時には信号線４５
からの信号を選択して、これを信号線４３．４４に出力
し、第ｎ＋１ラインを走査している時には信号線４６の
信号を選択して、これを信号線４３．４４に出力する。

従って、スイッチング回路２８．２９は１水平走査期聞
毎に交互に信号線４５．４６の信号を選択して、これを
出力する。従って、上記第ｎラインを走査している期間
では、信号線４２．４３は同一の信号、即ち１／２（Ｗ
−Ｇ　）　＝　１／２（Ｒ十Ｂ　＞信号が第２表より得
られ、信号線４４には１／２（Ｇ−Ｗ）　＝−１／２（
Ｒ＋　８　＞信号が第２表より得られる。また上記第ｎ
＋１ラインを走査している期間では、信号線４２１．：
　ハ１／２（ＣＶ　−Ｙ　ｅ）＝　１／２（Ｂ　−Ｒ）
信号が、信号線４３には１／２（Ｙｅ　−ＣＶ）＝　１
／２（Ｒ−Ｂ　）信号が、信号線４４には１／２（ＣＶ
　＋　Ｙ　ｅ）＝　１／２（２Ｇ　＋　Ｒ＋８＞信号が
第２表より得られる。

ここで、上記第ｎラインの走査時に信号線４２゜Ａ３．
４４から得られる信号をＢ１．Ｒ７，Ｇｌ　とし、上記
第ｎ＋１ラインの走査時に信号線４２．４３．４４から
得られる信号をＢＺ、Ｒ２，Ｇ２とすると、次の関係が
成り立つ。

Ｂ＋　　＋８２　＝１／２（Ｒ＋８＞　＋１／２（Ｂ−
Ｒ）＝Ｂ・・・・・・（１） ＲＩ　　＋　Ｒ２＝　１／２（Ｒ＋　Ｂ　）　＋　１／
２（ＲＢ　）−Ｒ・・・・・−（２） Ｇｌ　十Ｇ２　＝−１／２（Ｒ＋８）＋７／２（２Ｇ＋
Ｒ＋Ｂ）＝Ｇ・−・・・・（３） このような関係を有する信号８１．　Ｂ２．Ｒ１，Ｒ２
゜Ｇｌ、Ｇ２を係数用減衰器３２．３３．３４、加算器
３７、演算増幅器３５．３６から成るマトリックス回路
に入れると、第ｎラインの走査では信号線４７には［３
，−（０，３Ｒ，＋０．５９Ｑ、　＋０．Ｈ［３，）が
、信号線４８にはＲ，−（０，３Ｒ，＋０．５９Ｇ、　
＋０．１１Ｂ、）が得られ、第ｎ＋１ラインの走査では
信号線４７にはＢ２　　　（０，３Ｒ２＋０．５９Ｇ２
　＋０．１１３２）が、信号線４８にはＲ２（０，３Ｒ
２＋０．５９Ｇ２＋０ｉ１１３２　）が出力される。従
って、この信号線４７、４８の出力信号をそれぞれＩＨ
Ｍ延回路及び加算器にて構成される１Ｈ遅延加算回路に
通すことによって、Ｂ−（０，３Ｒ＋０．５９Ｇ−０，
１１Ｂ）とＲ−（０，３Ｒ−０，５９Ｇ−０，１１Ｂ＞
信号が得られる。

なお、０．３　Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂは低域輝度
信号成分Ｙ、に弛ならないため、結局この処理によって
色差信号Ｂ−ＹＬ　、Ｒ−ＹＬ　Ｓ得られることになる
。従って、これら色差信号Ｂ−ＹＬ　、Ｒ−ＹＬを直交
変調すれば色変調信号が得られるが、第１図の回路では
遅延加算回路に信号線４７．４８からの信号を入力する
前に、直交変調器５０により直交変調をしているため、
加算器３９から直接変調色信号Ｐを得ることができる。

なお、１Ｈ遅延加算処理をした後、直交変調を行なって
も良い。

本実施例によれば、Ｒ，Ｇ、Ｂの３原色は同じ２ライン
での（１）、　（２）、　（３）式に示す相関演算によ
って作られるため、信号の高域成分のみを遅延して演算
処理をする場合に生ずるような色ずれを生じない。また
、遅延回路３８にて遅延処理を加える前に利得制御回路
３０．３１によりホワイトバランスをとっているため色
温度変化によって１日遅延回路３８によるＳＮの劣化が
大きくなることはなく、常に良好なＳＮを維持すること
ができる。更に、無彩色信号に対して、３原色信号の出
力が同一となるように利得制御回路３０．３１にてホワ
イトバランスをとることが可能なため色再現性の劣化を
生じることもなく、上記諸効果も加えて優れたカラー撮
像装置を得ることができる。

第３図は本発明の他の実施例を示したブロック図である
。この例では加算器２５．２６．２７以降の回路が第１
図の回路に比べて簡単化されている。なお、第３図にお
いて第２図と同一部分に同一符号を付す。この実施例の
場合にも利得制御回路３０．３１から得られる信号は１
日遅延加算することにより、色信号Ｂ、Ｒとなる信号で
あり、加算器２７から得られる信号は係数用減衰器４９
を通ることにより１Ｈ遅延加算することによりＹＬとな
る信号である。よって演算増幅器３５．３６から得られ
る信号も１Ｈ遅延加姉することにより色差信号Ｂ−Ｙ、
　、Ｒ−ＹＬとなる信号であり、第１図と同様な信号処
理によってテレビジョン信号となる。

この実施例の場合、カラー画像信号を第１図の回路より
は安価に得ることができる。

なお、第１図及び第３図の信号処理回路で用いられる色
フイルタアレイ１６としては第４図に示した構成のもの
の他に、第６図に示した構成の色フイルタアレイによっ
ても同様の処理が可能であり、要する１、：１水平ライ
ン内の画素間の相関演算と２水平ライン間の相関演算に
よって３原色信号を分離することが可能な全ての色フイ
ルタアレイを用いて同様の効果を得ることができる。

Ｃ発明の効果］ 以上記述した如く本発明のカラー撮像装置によれば、邑
フィルタアレイに対応する固体撮像素子の１水平ライン
の各画素により得られる信号の相関演算と、２水平ライ
ンの画素間より得られる信号の相関演算によって３原色
信号を分離すると共に、色差信号を作出する遅延加算処
理以前に、ホワイトバランスをとる回路を挿入する構成
とすることにより、偽信号の発生を少なくでき、回路系
のノイズの影響を受は難く、且つ、照明の色温度変化に
よる色再現性の劣化を少なくし得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラー搬像装置の信号処理回路の一実
施例を示したブロック図、第２図は第１図で用いる色フ
イルタアレイの透過光の３原色分解図、第３図は本発明
の他の実施例を示したブロック図、第４図は色フイルタ
アレイの一例を示した図、第５図は従来のカラー撮像装
置の信号処理回路の一例を示したブロック図、第６図は
邑フィルタアレイの他の構成例を示した図である。 １５・・・レンズ　　　　　　１６・・・色フイルタア
レイ１７・−・固体撮像素子 １８、２８．２９〜・・スイッチング回路２１〜２４・
・・減衰器 ２５、２６．２７．３７．３９・・・加算器３０、３１
・・・利得制御回路 ３２〜３４・・・係数用減衰器 ３５、３６・・・減算器　　　　３８・・・１日遅延回
路４０・・・加算回路　　　　　４１・・・ローパスフ
ィルタ５０・・・直交変調器 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑（ほか１名）″べ；
） ″）ご） 第４図 第６図 メ；）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、２次元的に配列された多数の画素を有する固体撮
   像素子と、前記固体撮像素子の感光面に結像する光情報
   を光学的に変調する色フィルタアレイと、前記固体撮像
   素子の各画素の出力を１水平ライン毎に順次読み出す信
   号読み出し手段と、第１の水平ラインから読み出された
   信号の隣接する２画素間の信号から、第１の信号成分と
   第２の信号成分と第３の信号成分を出力する第１の水平
   相関演算手段と、前記第１の水平ラインに隣接する第２
   の水平ラインから読み出された信号の隣接する２画素間
   の信号から、前記第１、第２、第３の信号成分と加算す
   ることにより、それぞれ第１の色信号、第２の色信号、
   第３の色信号となる第４の信号成分と第５の信号成分と
   第６の信号成分を出力する第２の水平相関演算手段と、
   前記第１乃至第６の信号成分から第１、第２の色差信号
   を抽出する色差信号抽出手段とを有したことを特徴とす
   るカラー撮像装置。 ２）、前記第１、第２、第３の信号と前記第４、第５、
   第６の信号のそれぞれから第１の色差対応信号と第２の
   色差対応信号を作成し、それら第１、 第２の色差対応信号を直交変調したのちその変調信号を
   １水平走査期間遅延させた信号と遅延させない信号とを
   加算して、変調された第１、第２の色差信号からなる色
   信号を作成するようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のカラー撮像装置。