JPS61502229A - カラ−テレビジヨンカメラの解像度の向上法 - 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】 の向上法 公知技術 本発明は、主（独立）Ｍ求項の上位概念に記載の３つの半導体画像センサを有す るカラーテレビジョンカメラの解像度の向上法を前提とする。

撮影管とは異なり半導体画像センサは、投射された光学的情報が、離散して配置 された画点を介して２次元に走査される走査系を構成する。そのため発生される ビデオ信号の解像度は、走査理論によると、画像センサ上に設けられる画点数か ら直接算出される。

そのため解像度の向上は、技術的に著しくｍ難な、半導体画像センサの画点数の 増加によってのみ可能となる。

しかし半導体画像センサの出力側における信号スペクトルの詳細な研究により、 解像度を、技術的な構成を用いなくても適切な信号処理により向上できることが 示された。このスペクトルは、ベースバンドにおける成分と搬送周波数の複数倍 を中心として集まる成分とから成る、パルス振幅変調される信号のスペクトルで ある。それ故走査理論によれば解像度の固有の制限の結果、搬送同波信号成分が 、ベースバンド信号の品質を低下させる成分をベースバンドに発生させる。しか し搬送周波成分を除去することができれば、画点数が制限される場合でも一層高 い解像度が得られる。

ドイツ連邦共和国特許出願公報第２８４６８６９号に、本発明の請求範囲の独立 請求項の上位概念に記載の、複数個の半導体画像センサを有する固体テレビジョ ンカメラが示されている。この場合半導体画像センサの適■な幾何学的配置と相 応の信号処理てより、同じくテレビジョンカメラの解像度を改善できるようにさ れている。しかしこの場合になされる信号処理はまず第１Ｋ、画像センサの出力 信号を水平方向に相互にずらして位相シフトする目的に用いられる。この場合費 用が著しく高くなる。

したがって本発明の課題は、信号処理が著しく簡単かつ効果的に実施できるよう にした、半導体画像センサを有するテレビジョンカメラの解像度の向上法を提供 することである。

本発明の利点 、請求の範囲の独立請求項の特徴部分に示されている本発明の方法は次の利点を 有する、即ち費用が低減されるだけではなく、まだ存在する障害成分もほとんど 完全に除去できるようになる。

従属請求項に示されている構成により独立請求項に示されている方法の有利な実 施態様および改善が可能となる。特に有利なのは、高域通過フィルタで濾波され た第２の輝度信号から制御信号を導出するための同期復調器を使用したことであ る。これにより次のことが保証される、即ち高い輝度周波数の場合実際に存在場 する色は抑圧されず、他方黒／白−振動σでエイリアス同波から成る本物でない クロミナンスが回避されることが保証される。

図面 本発明の方法を実施する実施例が図面に示されておりそれに絖く記載に詳述され ている。この場合本発明に対して重要な部分だけが示されている。即ち：第１図 は本発明の方法を実施するためのブロック図、第１ａ図は第１図において示され たカラーマトリクス部分のブロック図、第２図は第１図に現われるビデオ信号の 複数個の周波数スペクトル、第６図はカラー原画ないし黒／白−原画の場合の信 号のスペクトルおよび時間経過を示す。

第１図にカラーテレビジョンカメラの一部が示されている。このカラーテレビジ ョンカメラは、６つの半導体−画像センサ１，２．３および相応の（第１図には 図示されていない）カラーフィルタを有する。このカラーフィルタはそれぞれ画 像センサ１，２．３へ集束される画像の緑信号Ｇ、赤信号Ｒおよび青信号Ｂを発 生する。３つの画像センサ１．２．３はそれぞれ任意の個数の離散した画点を有 する。これらの画点の周期はｔ）Ｈである。個々の画像センサ１．２．３を相互 に画点同期の３分の１　（ＴＩＨ／３　）だけ水平にずらすことにより、６つの 出力信号Ｇ、Ｒ，Ｂが発生される。

この３つの出力信号においては、位相の等しいベースバンドのはかに、第１およ び第２のオーダーの搬送周波数成分が、相互に１２０だけ位相がずれて端子４゜ ５．６から取り出される。この場合読み出しクロック制御は、クロック発生器７ から発生される６つの相互に１２０°だけ位相のずれた読み出しクロックパルス 周波により行なわれる。この読み出しクロック周波量は画像センサ１．２．３に おける端子８，９．１０へ導びかれる。

端子４，５．６から取り出されるカラー信号Ｇ、Ｒ。

Ｂはカラーマトリクス１１へ導びかれる。このカラーマトリクスにより公知のよ うに規定の輝度信号Ｙ＝０．３Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１　Ｂならびに規定の色 差信号Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙが発生される。これらの信号ＹおよびＲ−ＹないしＢ −Ｙは、それぞれ低域通過フィルタ１２，１３．１４を介して導びかれる。信号 ＹおよびＲ−ＹないしＢ−Ｙの走査スペクトルがａおよびｄが第２図のａおよび ｄに示されている。３つの半導体−画像センサ１，２．３の前述のオフセット配 置−このオフセット配置により公知のように、得られる解像度が個々の画像セン サの６倍の値を有するーが、一層、高い解像度を有するカラー信号の輝度成分を 形成するために用いられる。このことは次のことを前提とする、即ちこの輝度成 分を発生させるために、この３つの半導体−画像センサの出力信号Ｒ，Ｇ、Ｂを 同じ重み付けで、Ｙ’＝０．３３Ｒ＋０．３３Ｇ＋０．３３ＢＫ従って加算する 必要がある。この加算は、カラーマトリクス１１における第１ａ図に示されてい る回路において実施される。入力端子４．５．６に加わるカラー信号Ｇ、Ｒ，Ｂ は、それぞれエミッタフォロワ段２４゜２．５．２６を介して、それぞれ同じ値 （例えば１ＫＯ）の抵抗２７，２８．２９へ導びかねる。抵抗２７゜２８．２９ の相互に接続された第２端子は差動増幅器３０の一方の入力側に接続され、他方 の入力側は抵抗３１を介してアースに接続されている。出力側３２から輝度信号 Ｙ′が取り出される。矢印３４．３５．３６ないし３７，３８．３９で示されて いる入力信号の転送は、規格通りの色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙないし規格通りの輝 度信号Ｙを形成するための公知の処理に関連する。カラーマトリクス１１におい て付加的に発生されたこの輝度信号Ｙ′は％　Ｙ＝０．３Ｒ＋０．５９Ｇ十０． １１　Ｂにもとづく輝度マトリクス化を必要とする配色とは、当然異なる。一方 では一層高い解像度を他方では配色に対する要請を満たすため、輝度フンポーネ ／トτを高域通過フィルタ１５を介して導びくようにし、かつ低域通過フィルタ １２を介して導びかれる規格通りの輝度コンボーネン）Ｙと共に、加算段１６に おいて合成輝度信号Ｙ８Ｋまとめられる。

３つの信号Ｙ、Ｙ’およびＹ８の同波数スペクトルが第２図のａ、ｂ、ｃに示さ れている。Ｒ，Ｇ、Ｂの等しくない重み付けのためＹの場合はいわゆる信号折り 重なりが、周波数領域において読み出し周波数ｆＡの整数倍の値を中心に現われ て、有効信号（０からｆＡまで）に重畳される。しかしＲ，Ｇ、Ｂの等しい重み 付けによるＹ′の場合は、相応に歪の補正された部分スペクトルを有する３倍の 読み出し同波数が現われる。

低域通過／高域通過−分岐１２，１５．１６を介してのＹとＹ′との結合は、ま だ残留折り重なり誤差（第２Ｃ図において交差斜線で示す）だけを生ぜさせる。

この残留折り重なり誤差は、信号から使用された低域通過フィルタ１２の遮断周 波数ｆＰ１までに達する値を、Ｙｓ−信号において占める。

白／黒だけの原画の撮影の場合は次の作用が現われる、即ちオフセット走査によ る幾何学的画点の走査周波数の上昇と共に色干渉がエイリアス周波数としてその 都度の光学的同波数へ読み出し周波数ｆＡを中心に折り重ねられて発生される（ 第２図のｄ）。この場合輝度スペクトルがクロミナンス領域においてｆＡおよび ２ｆＡを中心として折り重ねられる。他方０および３　ｆＡを中心とするエイリ アスコンポーネントは生じない。このクロミナンス障害をできるだけ小さくする ために、両色差信号Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙに対して低域通過フィルタ１３および１ ４が必要とされる。配色の理由から低域通過フィルタ１２および１３．１４の同 一の遮断周波数ｆＰ１だけが意味がある。そのためさらに、輝度信号の走行時間 とクロミナンス信号の走行時間とを適合させる必要がなくなる。

低域通過フィルタ１２．１３．１４の遮断周波数ｆｐ１は必ず読み出し周波数ｆ Ｎ（ナイキスト周波数）の半分よりも小さくする必要がある。何故ならばこの周 波数の輝度信号Ｙは、輝度チャネルならびにクロミナンスチャネルにおいて読み 出し周波数ｆＡを中心として発生されるエイリアス成分を有する低周波のうなり を生ぜさせるからである。特にクロミナンス折り重なりは、ナイキスト周波数ｆ Ｎ（０，５ｆＡ）を有する輝度コンポーネントを、正しい色を有しないバックグ ランｒとなるように著しい障害として現われるからである。

しかし依然として低周波のクロミナ７２周波数が前述の低域通過フィルタ１３． １４を通過して色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ中へ達する、例えば輝度信号Ｙの場合は 読み出し周波数ｆＡの近傍中に達する。輝度信号の周波数とサンプリング速度と の差周波数が低域通過フィルター遮断周波数ｆｐ１よりも小さい限り、クロミナ ンスチャネルにおいて真のカラー情報とは区別がつかない著しいカラーパターン が画像に現われる。高域通過フィルタ１５の出力側に現われる第２の輝度信号Ｙ ′からの情報だけが、真のクロミナンスの発生と折り重ねられたクロミナンスの 発生との区別を可能とする。

それ故、高域通過フィルタ１５の出力側において、発生した信号振幅から制御電 圧が導出される。この制御電圧が、色差チャネルにおける各被制御増幅器１Ｔな いし１８を介して、低域通過フィルター遮断周波数ｆＰ１の上側に輝度コンポー ネントが発生する場合にクロミナンス信号において発生、することのあるエイリ アス同波を抑圧する。

同波ｆＡにより駆動される同期復調器１９−これは第２の輝度信号Ｙ′から制御 電圧を導出する−の使用により、次のことが保証される。即ち付加的な低周波の カラーバックグランド構成を有する高いルミネサンス闇波数の場合、この実際の 場面に含まれているカラースは回避されることが保証される。

前記のことを第３図を用いて光学的原画の例を用いて説萌する。この場合この光 学的原画は赤に対するセンサだけを、読み出し周波数ｆＡの近傍にｉける周波数 で。により作動する。唯１つの画像センサ２だけが信号走査に関与するため、こ の場合当然オフセット法は必要とされない。その結果第２の輝度信号Ｙ／　ｂ’ ＝、規格通りの輝度信号Ｙと同様に正確に、読み出し同波数ｆＡＫより再生され るスペクトルを有するようになる（第３図ａ）。この第２の輝度信号Ｙ′はこの 場合高域通過フィルタ１５の出力側に、スペクトル成分子。および２ｆＡ−ｆｏ を有する。このｆ。と２ｆＡ−ｆｏの相互作用によりうなりｆ８が形成される。

同期復調により差振動ｆ＝ｆＡ、−ｆｏが、発生した低周波の輝度コンポーネン トと同じ同波数において生ずる。そのため実際の場面から導出された別の等しい クロミナンス値が被制御増幅器１７．１８を通過できる、しかも存在する輝度障 害の重畳されている飽和変調を有している。

重要なことは、障害となる輝度構成が、使用しない色のためさらに不快に目立つ ことがな（・ことである。そうでないと例えば赤い画像においては、より高い信 号周波数を表わす全部の画像細部は、色かうすくなり明るく現われるであろう。

反対に同じ周波数ｆｏが黒／白−信号としてだけ現われる場合（第６図ｂ）は、 全部の６つの半導体−画像センサ１．２．３が光電変換および走査にするように なり、エイリアスを改善するＹ′−信号に寄与する。

前述の２つの周波数ｆｏおよび２　ｆＡ−ｆＱではなく、ｆＯの成分だけが含ま れる。この成分は同期変調後に同じく周波数ｆＡ−ｆｏの振動を発生させる、た だし振幅は半分になる。この振幅差が可制御増幅器１７．１８の、下記のための 判別用閾値として用いることができる。即ちこの閾値を用いて、この実施例にお ける第１の場合はクロミナンスが通過させられ、他方筒２の場合はクロミナンス がエイリアス成分として検出されて抑圧されるようになる。

前述の方法は変形された形式で作動することができる。この場合６つ設けられる 画像センサのうち２つだけを例えば赤と緑に対する画像センサだけを２−位相− オフセットに構成する。この場合筒２の輝度信号Ｙ′に対して解像度が係数２だ け向上する。この解決はＳＺＮ比の向上のために重要である、何故ならば青に対 する画像センサ３は通常はもつとも感度の低い画像センサを形成し、そのため第 ２の輝度信号での発生のためには用いられないからである。

ａ）カラー脚の場合の　ｂ）黒／白−被写体の場合のスペクトルおよび時間経過 　スペクトルおよび時間経過ＦＩＧ、　３ 国隙調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．カラーテレビジョンカメラの解像度の向上法であって、この場合、水平方向 および垂直方向に等間隔に配置され水平方向に走査線毎に読み出されるそれぞれ 同数の光電素子を有する３つの半導体面像センサに同じ像が同時に投射されるよ うにし、この場合３つの半導体画像センサの１つが隣りの光電センサ素子の水平 間隔の３分の１だけ前記の同じ像に対して水平方向へずらされており、さらにも う１つの半導体画像センサが隣りの光電センサ素子の水平間隔の３分の２だけ前 記の同じ像に対して水平方向へずらされており、さらに第１の半導体面像センサ 用の読み出しクロツクパルスに対して第２の半導体画像センサ用の読み出しクロ ツクパルスが１２０°だけおよび第３の半導体面像センサ用の読み出しクロツク パルスが２４０°だけ、３つの各半導体面像センサの単位時間に読み出される光 電センサ素子の個数により定められる読み出し周波に関して位相がずらされてお り、さらにこの場合、３つの半導体画像センサの出力信号が規格通りに輝度信号 および２つの色差信号にマトリクス化され低域通過フィルタで濾波されるように した、カラーテレビジョンカメラの解像度の向上法において、第２の輝度信号（ Ｙ′）を発生するために半導体面像センサ（１，２ないし１，２，３）の出力信 号（Ｇ，ＲないしＧ，ＲＢ）を同じ重み付けで加算するようにし、該第２の輝度 信号（Ｙ′）を高城通過フィルタで濾波するようにしさらに低域通過フイルタで 濾波された規格通りの輝度信号（Ｙ）と共に合成輝度信号（ＹＳ）にまとめるよ うにし、さらに高城通過フィルタで濾波された第２の輝度信号（Ｙ′）から制御 信号を導出するようにし、該制御信号により色差信号（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）の信号 振幅を制御するようにしたことを特徴とするカラーテレビジヨンカメラの解像度 の向上法。
2. ２．制御信号を、読み出し周波の導びかれる同期復調器を用いて、高城通過フィ ルタにより濾波された第２の輝度信号（Ｙ′）から導出するようにした請求の範 囲第１項記載の方法。
3. ３．低域通過フイルタにより濾波された輝度信号および色差信号がそれぞれ等し い遮断周波数（ｆｐ１）を有するようにした請求の範囲第１項記載の方法。
4. ４．遮断周波数（ｆｐ１）を読み出し周波数（ｆＮ）の半分よりも小さくした請 求の範囲第３項記載の方法。
5. ５．高城通過フィルタにより濾波された第２の輝度信号（Ｙ′）の６ｄＢ−遮断 周波数を、低域通過フィルタで濾波された輝度信号（Ｙ）の６ｄＢ−遮断周波数 （ｆｐ１）に等しくした請求の範囲第１項および第４項に記載の方法。