JPS61212170A - 映像信号処理装置 - Google Patents

映像信号処理装置

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JPS61212170A
JPS61212170A JP60053029A JP5302985A JPS61212170A JP S61212170 A JPS61212170 A JP S61212170A JP 60053029 A JP60053029 A JP 60053029A JP 5302985 A JP5302985 A JP 5302985A JP S61212170 A JPS61212170 A JP S61212170A
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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) この発明は、固体撮像素子等のイメージセンサから出力
される映像信号の処理装置に関し、特にイメージセンサ
から出力される信号を補正して正確な映像信号を得る手
段に関する。
(従来の技術) MOS 、 COD等の固体撮像素子を用いるいわゆる
固体撮像テレビジョンカメラは、撮像素子として、LS
I、超LSI等の集積度の高いICの製造技術によシ得
られた半導体単結晶等の表面に光電効果を有するセルを
2次元に配列して画素を構成し、これらの画素に発生す
る光電変換出力を時系列的に出力する固体撮像素子を有
し、その出力によシテレビジョン信号を合成するもので
ある。
との種のテレビジョンカメラでは、固体撮像素子の構造
をなるべく簡素にするために、撮像方法(例えば空間画
素ずらし法)や固体撮像素子の出力を補正する信号処理
方式について多くの提案がなされている。またカラーテ
レピソヨンヵメラでは、固体撮像素子の表面に色分解フ
ィルタを配設して色信号を取シ出すようにするが、この
場合の撮像素子の構成や出力色信号の処理方式について
多くの提案がなされている。
(発明が解決しようとする問題点) ナログ的に蓄積するものであるから、各セルの出1カ特
性のバラツキ、製造時に生じる結晶欠陥等によシセルご
との暗電流に微小な差異があシ、これによシ暗電流ムラ
を生じる。この暗電流ムラを小さく抑えないと出力映像
信号に反映するという問題がある。他方、デソタル信号
を扱う装置では、このような微小レベルの誤差は二値化
の際に消去タル信号を扱うLSI等と比較して、各セル
の出力のバラツキや結晶欠陥を少なくし、かつ多くの画
素を配設するためには製造技術上の困難が大きい〇さら
にテレビジョンカメラの基本的性能のうち、水平解像度
及び垂直解像度の向上及び偽信号の発生の抑制をはかる
ためには、画素数を増加しなければならないが、画素数
を増加しようとすると前記の製造上の困難がさらに増大
する。
一方、固体撮像素子等のイメージセンサをインターレー
ス駆動することによシ垂直解像度を倍加することができ
るが、固体撮像素子の特性のバラツキや色分解フィルタ
の配置等のために正確なインターレースを行うことは困
難である。
したがって、この発明は、前述の問題点にかんがみ、イ
メージセンサの各画素間の特性のバラツキ等にかかわら
ず正確な出力映像信号を得ることができる映像信号処理
装置を提供することを目的とする。
さらに、具体的にいえば、この発明は、イメージセンサ
の画素数を特別に多くしなくても、またその画素間の特
性のバラツキや色分解フィルタ上用いる場合にはその配
置のずれ等にかかわらず、正確なインターレース駆動を
行うことができ、垂直解像特性の向上をはかることがで
きる映像信号処理装置を提供することを目的とする。
さらに、この発明は、所要の垂直解像特性を得るのに、
イメージセンサとして、画素間の特性の均一性や垂直方
向の画素数に厳しい制約が課せられていない固体撮像素
子等を用いることが可能である映像信号処理装置ft−
提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) この発明の映像信号処理装置は、上記の目的を達成する
ため、イメージセンサをインターレース駆動する手段と
、前記イメージセンサの出力信号の奇数フィールド分及
び偶数フィールド分の少なくとも一方を遅延させる遅延
手段と、前記遅延手段を介して出力される信号と遅延手
段を介しない信号とを前記のインターレース駆動による
感度重心が実質的に等間隔になるように相関的に処理す
る処理手段とを具えるものである。
(作用) 上記の構成によれば、イメージセンサをインク−レース
駆動して得られる信号は、イメージセンサの各画素の特
性のバラツキ等のためにその奇数フィールド分と偶数フ
ィールド分との間で感度重心のずれを生ずるが、前記両
フィールドの信号の少なくとも一方を遅延手段によシ遅
延させ、この遅延手段を介して出力される信号と遅延手
段を介しない信号とを相関的に処理することによシ感度
重心が実質的に等間隔になるようにすることができる。
(実施例) 以下図面を参照してイメージセンサとして固体撮像素子
を使用する例についてこの発明の詳細な説明する。下記
の説明は、この発明が適用される撮像装置、この発明に
おけるインターレース補正の原理、並びに、この発明の
映像信号処理装置の一実施例及び変形実施例の順序で行
う。
(この発明が適用される撮像装置)(第2図)第2図は
、この発明が適用される撮像装置の全体構成を示し、図
中1は撮影光学系、2はイメージセンサとしての固体撮
像素子であり、この例ではフレーム・トランスファCC
Dであるとする。3は、固体撮像素子の出力信号をサン
プルホールドするサンプルホールド回路、4はサンプル
ホールド回路3の出力信号から輝度信号Yを取り出す低
域フィルタ、5はこの発明の主要な特徴を具体化する手
段の一例であるインターレース補正回路であって、輝度
信号Yは、同補正回路において、後に詳述する手段によ
シ、奇数フィールド及び偶数フィールドの信号について
共に処理され、又は、上記のうちの一方のフィールドの
信号についてのみ処理されて各走査線の信号の感度重心
が実質的に等間隔になるようにインターレース補正処理
をされる。6は輝度信号プロセス回路であり、インター
レース補正回路5の出力信号に対してガンマ補正等の所
要の処理を行う。
7は色分離回路であシ、サンプルホールド回路3の出力
を例えばR,G、Bの3成分に分離する。
8は色信号プロセス回路であって上記の色信号にガンマ
補正等の所要の処理を行うとともにこれらの色信号から
色差信号(R−Y)、CB−Y)t”形成し、−1九所
要の変調処理を行う。9は善ンコーダであって輝度プロ
セス回路6から出力される輝度信号Y並びに色信号プロ
セス回路8から出力される色差信号(R−Y)、(B−
Y)を合成して例えばNTSC信号等の標準テレビジョ
ン信号を形成し、これを出力端子IOから外部利用装置
へ供給する。
11はクロック発生回路で1、ここから発生されるクロ
ック信号によシ撮像素子駆動回路12及びその他の信号
処理回路を同期制御するとともに奇数フィールド及び偶
数フィールド切シ換え信号をインターレース補正回路5
に供給する。撮像素子駆動回路12は、固体撮像素子2
の各電極に転送りロック信号を供給し、各画素に蓄積さ
れた信号電荷の転送及び読み出しを行う。
上記の構成におりて、被写体像は撮影光学系1を介して
固体撮像素子2の受光部に投影され、光電変換されてそ
の受光部の各セルに被写体像の各点の光量に相応する信
号電荷が蓄積される。固体撮像素子2では、撮像素子駆
動回路12からの転送りロック信号によシ制御されて前
記の信号電荷が、時系列化された信号として奇数フィー
ルド及び偶数フィールドごとに読み出され、この信号が
サンプルホールド回路3に出力される。
サンプルホールド回路3では、上記の時系列信号がサン
プリング周期ごとに連続化され、その出力は、一方にお
いて低域フィルタ4にょシ輝度信号成分Yが取り出され
、インターレース補正回路5により前記のインターレー
ス補正処理をされ、輝度信号プロセス回路6で前記の処
理をされて工y =r −/ gに供給される。サンプ
ルホールド回路3の出力は、他方において、色分離回路
7で例えばR,G、Bの色信号に分離され1色信号プロ
セス回路8で色差信号(R−Y)、(B−Y)の形成及
びその他の処理をされて、エンコーダ9Vc供給される
。エンコー/9では、前述のように上記の輝度信号及び
色差信号から標準テレビジョン信号を形成し、この信号
は出力端子10から外部利用装置へ供給される。
(この発明におけるインターレース補正の原理)(第3
図〜第7図) 次に、第3図〜第7図を参照してこの発明におけるイン
ターレース補正の原理について例示説明する。第3図は
、固体撮像素子としてのフレーム・トランスファCCD
 (第2図の2)の内部構成を模式的に示すものであり
、図中21は受光部であって投影される被写体像の各点
の光量建相応する信号電荷が蓄積される。22は蓄積部
であって。
受光部21に蓄積された信号電荷が奇数フィールド、偶
数フィールドごとに転送される。23は水平転送レジス
タ、24けバッファ増幅器、25は第2図のサンプルホ
ールド回路3に接続される出力端子である。25は、そ
の一部を切欠いて示す色分解フィルタであって、受光部
2ノの表面に例えばR,G、B、R,G、・・・の順序
で配列されている。22は転送電極、27′は仮想電極
部、28は受光部転送りロック端子、29は蓄積部転送
りロック端子、3Qは転送1’−ト、sノは転送y−ト
端子である。
上記の構成において、第2図の撮影光学系1を通った被
写体像は1色分解フィルタ26にょシR1G、Bの3成
分に分離され、受光部21の各画素に被写体像の各色の
光量に相応する信号電荷が蓄積される。受光部21では
、1フイ一ルド期間、電荷の蓄積が行われた後受光部転
送りロック端子28に入力されるクロックによシ垂直方
向に電荷転送を行い、電荷が蓄積部22に転送される。
蓄積部22では蓄積部転送りロック端子29に入力され
るクロック及びこれと同期して転送e−)端子31に入
力されるクロックにょシ、1ラインに1回づつ転送ゲー
ト3oを介して水平転送レジスタ23に電荷を転送する
。水平転送レジスタ23に転送された1ライン分の信号
電荷は、バッファ増幅器24で電圧に変換されて時系列
信号として出力端子25からサンプルホールド回路(第
2図の3)に出力される。
第4図は、第3図のA −A’で切断した図であシ、図
中40はP型シリコン等の半導体基板、27は透明で、
導電性を有するポリシリコン膜等で構成される転送電極
、27n、 27n+□#27n+4・・・は転送電極
27の直下の転送電極部、27’   、 、27’n
H+1 ・・・は仮想電極部(Vlrtual Phaaa)で
ある。第4図では、簡単のために、転送電極部27 等
と仮想電極部27′n+1等とは同じ幅で示されている
。41は、半導体基板40内の電荷蓄積中の状態におけ
るポテンシャル分布を示し、W、W、・・・は転n  
   n+2 送電極部におけるポテンシャル井戸、Wn+、。
Wn+3・・・は仮想電極部におけるポテンシャル井戸
をそれぞれ示すものである。
被写体像が固体撮像素子の受光部21に入射されて光電
変換によシポテンシャル井戸wn、Wn+1゜wn+2
1wn+3にそれぞれ蓄積される電荷をan。
na1fi+21 ”H−h5とすると、その感度分布
は、例えば第5図に示す分布になるが、ここでa とa
n+、及びa n+2とan+3との高さが相違するの
け。
転送電極27が透明なポリシリコン膜で構成されている
ので、特に短波長側で感度が低下するためである。
上記の固体撮像素子2t−インターレース駆動して信号
電荷を読み出すに当たシ、奇数フィールド時には、例え
ば、転送電極27に中間レベル(第4図のポテンシャル
分布41に和尚)よシ屯低い(例えばほぼ+Ov)レベ
ルの電位を加えてポテンシャル分布を41′で示すレベ
ルに上昇させ、転送電極部のポテンシャル井戸W に蓄
積された信号電荷を転送方向と同一側の仮想電極部の2
テンシャル井戸Wn+、に蓄積された信号電荷に加え合
わせ、偶数フィールド時には、例えば、中間レベルより
も高い(例えば+15v)電位を転送電極27に加えて
ポテンシャル分布f41’に示すレベルに下降させ、転
送電極部のポテンシャル井戸Wn+2に蓄積された信号
電荷を転送方向と反対側の仮想電極部のポテンシャル井
戸Wn+、に蓄積された信号電荷に加え合わせる。
第5図は、さらに、上記のようKそれぞれの井戸に蓄積
された信号電荷を加え合わせたときの感度重心の位置の
変化を示して。いる。なお感度重心とは、第5図の横軸
上の任意の点t−x、感度重心Je”/(x)・(x−
c)dxJ−1,Cx−c’)dxで与えられる。第5
図中の a、+!Ln+、及び&n+1 + &n+2は、それ
ぞれ、Iテンシャル井戸九とwn+、ニ蓄積された電荷
を奇数フィールド時に加え合わせたもの、及びポテンシ
ャル井戸wn+、とwn+2に蓄積され九電荷を偶数フ
ィールド時に加え合わせたものを示している。図中xt
及びX−は、それぞれ上記の感度分布における感度重心
を示すが、これらは、それぞれ感度分布が均一であると
した場合の感度重心x0及び!、と比較するとインター
レースずれによシそれぞれΔx0及びΔXgだけずれて
おシ、しかもΔx0とΔx8とは等しくない。このため
固体撮像素子2をインターレース駆動しても、再生画面
にムラを生じ、垂直解像度が低下することになる。
この発明において1.+r、、第1図にその実施例を示
すインターレース補正手段によって上記の感度重心のず
れを補正しようとす不ものであって、これ性を知って例
えば補間補正法によシ補正するものである。
いま、簡単の丸めに、ポテンシャル井戸W 〜Wn+4
の感度分布が第6図に示す如くであるとする。ここでA
は転送電極部の透光率を、Bは仮想電極部の透光率を示
すものである。被写体からの光がポテンシャル井戸Wn
−Wn+4にそれぞれ入射したときの各ポテンシャル井
戸中の信号電荷、奇数フィールド時及び偶数フィールド
時の加算出力並びに感度分布が均一であると仮定したと
きのそれぞれ対応する出力(必要出力)は下表に示す如
固体撮像素子の各画素間の特性のバラツキ等のために生
ずる。lF積される信号電荷の場所的変化が一次関数で
表わされるとすると ”m+1  ==  a−十K           
     −−・・−(1)(Kは定数) という関係式が成立する。この場合、信号電荷の任意の
位置における値は、−次補間法(外挿又は内挿)によシ
推定できるから、イメージセンナとしての固体撮像素子
の出力中の2ラインの信号を用いてインターレースを正
確に行った場合の出力を求めることができる。
この合成比率をC及びpとすると。
C3i−、+ DS・=Tt     ・・・・・・・
・・(2)ただし81−1は1ライン前の信号、 Si
は現在のうの イン信号、 Tiは必要出力を示す。式(2)はフィー
ル^ ドごとに成り立つので、先ずこの式に前記の表の奇数フ
ィールドにおける加算出力の値及び式(1)を代入する
と C(Aan+Ban+1) +D(Aan+2+Ban
+3)== a n +2 + a n +5  ・・
・・・・・・・(3)C(Am、+B(an+K))+
D(A(an+2K)十B(an+3K))= an+
2に十m、+3K            ・−−−−
−−−−(4)が得られる。式(4)を&3及びKにつ
いてまとめると6 (CA+CB+DA+DB−2)an+(CB+2DA
+3DB−5)K=0・・・・・・・・・(5) 式(5)はすべてのan及びKKついて成り立つので。
そのan及びKの係数がOとなり、これからc = (
B−A )/2 (A+B )2    ・・・・・・
・・・(6)D = (5A+3 B )/2 (A+
B )2   ・・・・・・・・・ (7)が求められ
る。式(6)及び(7)によって求められたCれが補正
された出力を得ることができる。
次に偶数フィールドについては、前記と同様な2ライン
の信号の合成比率をC′及びD′としてC′5i−4+
D′51=TI      ・・・・・・・・・(8)
が成立し、式(8)に前記の表の偶数フィールドにおけ
る加算出力の値及び式(1)を代入して、前記奇数フィ
ールドの場合と同様にしてC′及びD′を求めるC’ 
= −(B−A )/2 (A+B )2    ・・
・・・・・・・(9)D ’= (3A+5B )/2
 (A+B )     ・・・・・・・・・G1が得
られる。式(9)及び俣0によって求められたC′とD
′との比率で前記の2ラインの信号5i−1及びSlを
合成すれば、偶数フィールドにおける感度重心のずれが
補正された出力を得ることができる。
前述の補正法は、奇偶側フィールドについて補正を行う
ものであるが、一方のフィールドについては補正を行わ
ず、他方のフィールドについてのみ補正を行い、感度重
心の間隔が等間隔になるように補正することもできる。
例えば、偶数フィールドについてのみ補正を行うとして
、第5図の感度重心xIの位置をx8の位置よりもΔx
0だけ転送方向(図の右方)へずれた位置に移動させる
ように補正すればよい。また信号電荷の場所的変化が二
次関数で表わされると仮定して二次方程式による補間を
行うようにすれば5さらに正確な補正(この発明の映像
信号処理装置の実施例)側1図)第1図は、前記のイン
ターレース駆動による感度重心のずれを補正する回路の
一例を示し、この回路は第2図のインターレース補正回
路5の詳細を示すものである。
第1図において51はバッファ増幅器であり。
52は1水平ライン期間(IH)信号を遅延させる遅延
線であってその出力から正極出力及び負極出力が取シ出
される。53.54は、それぞれ前記の正極出力及び負
極出力を増幅する増幅器であってその利得(又は減衰)
をそれぞれGo及びG。
とする。55.56は、入力信号を直接増幅する増幅器
であってその利得(又は減衰)をそれぞれG2及びG3
とする。57及び58は切り換え器であって、それぞれ
第2図のクロック発生回路11から出力される奇偶切り
換え信号により増幅器53及び54並びに55及び56
の出力を切り換える。この例では、切り換え器57及び
58が。
それぞれ、上側の接点に切シ換えられたときが奇数フィ
ールド、下側の接点に切り換えられたときが偶数フィー
ルドであるとする。59は加算器であって切り換え器5
7及び58から出力される信号を各フィールドごとに加
算して出力する。このように、フィールドごとに、IH
遅延線52を介して出力される信号とこれを介しない信
号とを合成するのは、第5図のΔx0とΔXつとの絶対
値が異なるので1式(6) 、 (7)及び式(9)、
αQで与えられる合成比率(C,D等)をフィールドご
とに変えるためである。
具体的な数値例を掲げると、式(6) 、 (7) 、
 (9) 、αqにおけるAとBがA=0.5.B=1
であるとすとと C=0.11 、 D=1.22 (奇数フィールド)
C’= −0,11、D’=1.44 (偶数フィール
ド)となる。ここでバッファ増幅器51の利得をH6゜
IH遅延線52の損失をH9とすると G0=C/(H0×H1) G1=C/(HoxHl) G2=D G3=D’ と定めればよい。上記のc、c’の値は小さいのでIH
遅延線52として帯域の少ない安価なものを使用するこ
とができる。
第1図のインターレース補正回路の作用を説明すると、
奇数フィールドにおいては、IH遅延線52の正極出力
が増幅器53で増幅されたものと増幅器55の出力とが
加算器59で加算されるが。
増幅器53及び55の利得がそれぞれGo及びG2に設
定されているので、その加算出力は前記の必要出力Ti
に等しくなる。また偶数フィールドにおいては、II(
遅延線52の負極出力が増幅器54で増幅されたものと
増幅器56の出力とが加算されるが、増幅器54及び5
6の利得がそれぞれG1及びG、に設定されているので
、その加算出力は前記の必要出力T1に等しくなる。し
たがって、加算器59の出力信号は、それぞれフィール
ドごとにインターレース駆動による感度重心のずれが補
正されているので垂直解像特性が向上し、その結果上記
の映像信号処理装置によれば、イメージセンサとしてめ
固体撮儂素子の画素数を特別に多くしなくても、また画
素間の特性のバラツキや色分解フィルタを用いる場合の
その配置のずれ等にかかわらず正確な出力映像信号を得
ることができる。
(この発明の映像信号処理装置の変形実施例)第1図の
実施例では、奇偶両フィールドについて補正を行ったが
、前述のように一方のフィールドについてのみ補正して
総合的に感度重心の間隔が等間隔になるようにすること
もできる。
信号電荷が二次関数に従う変化をすると仮定して、二次
方程式による補間を行うようKすれば。
さらに正確な補正を行うことができる。この場合。
遅延線を2徨類設け、原信号、1ライン遅延信号及び2
ライン遅延信号の合成によって補正を行うようにする。
前記の遅延手段を介して出力される信号とこれを介しな
い信号との相関的処理は1両信号の振幅及び必要に応じ
極性について行うことを可とする。
第1図の実施例では1画面のフィールドの奇偶により原
信号及びIH遅延信号を切シ換えた後両信号を加算する
ようにしたが、前記の相関的処理をした両信号を加算し
てから切り換えるようにしてもよい。また第1図に示す
インターレース補正回路の挿入位置は、第2図のように
サンプルホールド回路3の出力側だけでなく、輝度信号
プロセス回路6内又はその出力側、あるいは色信号につ
いて補正を行う場合には1色消号処理系中でもよい。
前記の実施例は、イメージセンサとして仮想電極部を有
するフレームトランスファCCDを用いるものであるが
、この発明は、その他のイメージセンサ(固体撮像素子
又は撮像管)についても、素子の特性や色分解フィルタ
の配置方法等により正確なインターレースが行われない
場合に適用することができる。
(発明の効果) 前述のように、この発明によれば、イメージセンサのイ
ンターレース4M< 勅による感度重心のずれが補正さ
れ、垂直解儂特性が向上するので、イメージセンサの各
画素間の特性のバラツキや色分解フィルタを用いる場合
にはその配置のずれ等にかかわらず正確なインターレー
ス駆動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の映像信号処理装置の一実施例のブロ
ック図、第2図はこの発明の映像信号処理装置が適用さ
れる撮像装置の一例を示すブロック図、第3図はイメー
ジセンサとしてのフレームトランスファCCDの構成図
、第4図は第3図のA−A/で切断した断面図、第5図
は第4図のポテンシャル井戸に蓄積された電荷を加え合
わせたものの感度分布及びそれらの感度重心のずれの説
明図、第6図は第4図のポテンシャル井戸の感度分布の
説明図、第7図は固体撮像素子に蓄積される信号電荷の
場所的変化の1態様を示す説明図である。 符号の説明 1:撮影光学系、2:イメージセンサとしての固体撮像
素子、3:サンダルホールド回路、4:低域フィルタ、
5:インターレース補正回路%6:輝度信号プロセス回
路、7二色分離回路、8:゛色信号プロセス回路、9:
エンコーダ、1ノ:クロック発生回路、12:撮像素子
駆動回路、27n。 27n+2.27n+4:固体撮像素子の一例であるフ
レームトランスファCCDの転送電極部、27^+1 
。 2べ+5:その仮想電極部、5ノ=・々ツファ増幅器。 52:1ライン期間遅延線、53ないし56:増幅器、
sr、sg:切シ換え器、59:加算器。 Wnな−シWn+4=フンームトランスファCCDのポ
テンシャル井戸。 第2図 第5図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)イメージセンサをインターレース駆動する手段と
    、 前記イメージセンサの出力信号の奇数フィールド分及び
    偶数フィールド分の少なくとも一方を遅延させる遅延手
    段と、 前記遅延手段を介して出力される信号と遅延手段を介し
    ない信号とを前記のインターレース駆動による感度重心
    が実質的に等間隔になるように相関的に処理する処理手
    段と、 を具える映像信号処理装置
  2. (2)前記処理手段は、前記の遅延手段を介して出力さ
    れる信号の振幅及び遅延手段を介しない信号の振幅を相
    関的に調整する手段である特許請求の範囲(1)記載の
    映像信号処理装置。
  3. (3)前記処理手段は、さらに、前記両信号の極性を相
    関的に調整する手段である特許請求の範囲(2)記載の
    映像信号処理装置。
JP60053029A 1985-03-16 1985-03-16 映像信号処理装置 Expired - Lifetime JP2644475B2 (ja)

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