JPS63108885A - カラ−撮像方式 - 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） この発明は１つの撮像素子を用いてカラー画像信号を得
る、いわゆる単管または単板カラー撮像方式に関するも
のである。

（従来の技術） 従来単管または単板によるカラー撮像方式は、大きく分
けて時分割方式と面分割方式に分けられる。

時分割方式はいわゆるＣＢＳカラ一方式と言われるもの
で、１つの撮像素子の前面に全画面同色のカラーフィル
タを置き、これをフィールド同期してフィルターの色を
変える方式である。

面分割方式は、１つの撮像素子の前面に各色フィルター
をモザイク状あるいはストライブ状に配置し、カラー撮
像に必要な各色信号を撮像素子を面分割してうる方式で
ある。

（発明が解決しようとする問題点） 時分割方式においては、静止画はいわゆる３管あるいは
３扱方式と同等の良好なカラー画像が得られる。しかし
動画はフィールドに同期してフィルターの色が変化した
時には同一場所に同一被写体はない、従って被写体を各
色間時に得ることはできない、この時の画像信号を画像
として見ると、動く物体はモノクロ（黒白）被写体でも
色フィルターの順に色がついて見え、いわゆる色割れし
た画像となる。

例えば、色フィルターを赤、緑、青の３原色で構成し、
それらをこの順にフィールドごとに切換えるとする。白
いボール２１が第３図（ａ）図示のように動いている矢
印状態を撮像した場合に得られる映像は、第３回申）図
示のように、赤、緑、青各色信号がボールの大きさで面
積的に独立して見える色割れ現象となる。第３図（ｂｌ
ｌ中ホール楕円になっているのは撮像素子の蓄積効果に
よる。そして上述の色割れ現象はカラーテレビジョン信
号としては好ましくない。

面分割方式においては、前述の時分割方式のような動画
に関する不都合はない、しかし、この場合は各色信号が
各絵素ごとに得られずいくつかの絵素ごとになる０例え
ばその例を周波数分離型カラー撮像方式（特公昭４５−
８６９９号）によれば、この時の色フィルターの等価的
な配置は第４図示のようになる（図中Ｗは白、Ｙは黄、
Ｃはシアン、Ｇは緑である）、この方式で白い物体を撮
像した時、緑信号は各フィルターごと出力され、赤、青
は１つおきに出力される。各色フィルターに１画素を割
り当てると、赤信号、青信号は１画素おきのサンプリン
グとなる。

このため折り返し歪を少なくするためには、そのサンプ
リング周波数に適合した光学フィルターを配置せねばな
らず解像度を抑えることとなる。

またこのフィルターによる解像度の低下を抑えようとし
て、光学フィルターの通過帯域を広くし、ナイキスト周
波数以上を通過させると折り返し歪が増大する。これは
静止画、動画にかかわらず発生し、面分割方式において
も３管あるいは３扱方式と同等な良好な画像は得られな
い。

従って本発明の目的は、１つの撮像素子を用いるカラー
撮像方式で、前述の時分割方式動画における色割れ現象
を除去し、面分割方式における折り返し歪と解像度低下
の問題を除去するカラー撮像方式を提供せんとするもの
である。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するため本発明カラー撮像方式は、１つ
の撮像素子の前面に各色フィルターをモザイク状または
ストライプ状に周期的に配設するとともに、各色フィル
ターの幾何学的位置を等価的に時系列で交換することで
、同一位置から各色信号出力を時系列として得、それら
を記憶装置（フレームまたはフィールドメモリ）に一旦
記憶し、その後これらを合成することでカラー画像信号
を得る。

そして合成に際しては被写体が動画であるか静止画であ
るかを判断し、静止画であれば、フレームまたはフィー
ルドメモリへ記憶された時系列情報を用い、動画であれ
ば同一フレームまたはフィールド内情報を用いることで
カラー画像信号を得ている。

この手法により、静止画については、各色信号は各画素
ごとの情報が得られるので、いわゆる３管式あるいは３
板式と同じ解像度、色再現とも良好なカラー画像が得ら
れ、動画については、撮像素子の蓄積効果と目の解像度
の劣化のため解像度に対する要求はゆるやかで、フィー
ルド内のサブサンプルされた各色信号を内挿することで
十分な画質が得られる。

本発明方式は従来の技術の項でのべた時分割方式と面分
割方式とをとりまぜたハイブリッド方式とも榊すべきも
のである。

（実施例） 以下添付図面を参照し実施例により本発明の詳細な説明
する。

第１図（ａ）に本発明方式を達成するための装置の基本
的構成ブロック線図を示す、撮像素子画としてはＣＯＤ
、　ＭＯＳ、撮像管など様々な素子を用いることができ
るが、第１図（ａ）図示の第１の実施例については撮像
素子としてＣＣＤ素子を用い、かつ走査方式は線順次方
式（３０フレ一ム／秒）としている。

被写体は撮像カメラのレンズ１により色フイルタ−２を
介してＣＣＤ撮像素子３の画素面に結像する。　ＣＣＤ
撮像素子３の画素と色フイルタ−２の各色の位置関係を
第１回申）に示すが、色フイルタ−２の各色はこの場合
たて型Φストライブ状になっており、この色フィルター
は、第１図（ａ）図示の色フィルター制御回路１０によ
りフレームに同期して色配列が切換ねる。すなわち第１
図（ｂ）図示のように第１フレームにおいてはＲ，Ｇ、
Ｂ、・・・、第２フレームにおいてはＢ、Ｒ，Ｇ、・・
・、第３フレームにおいてはＧ、Ｂ、Ｒ，・・・、とな
り、これらの動作は３フレームごとに巡回する。従って
第１図（ｂ）図示の１つの画素Ｐを例にとると、色信号
としてはＲ，Ｂ、Ｇという順に信号が得られる。これは
まさに“時分割・面分割ハイブリッド色信号”であり、
各色信号は時間的にも空間的にもサブサンプルされてい
る。

これら各色信号は、３フレームを合成することで１枚の
画面の全画素を構成することができる。

この様子を第１図（Ｃ）に示す、Ｒ，Ｇ、Ｂ各色チャン
ネルの信号は図中の番号１．２．３で示される３フレー
ムで全画素に対応する信号が得られる。

これは各色チャンネルに対応するフレームメモリに３フ
レームかかって全画素骨の情報を書き込むことで実現で
きる。この３フレームの合成は静止画についてのみ行な
い、動画についてはぼけが生じるため同一フレーム内信
号で内挿し、３つのフレームを用いての合成は行なわな
い。

内挿については第１の実施例では第１図（Ｃ）図示中の
ある１つのチャンネルについて考えれば、同一番号の間
をつなぐ内挿を行なえばよく、これは低域フィルターで
実現できる。従って６０口素子から出力された信号は動
き検出回路６により動画であるか静止画であるかを判定
し、動画の場合はフレーム内内挿を用い、静止画の場合
は３つのフレームを用いて合成することで各色信号の信
号を得るこ、とができる、この動き検出回路６の判定に
より上述の動作を行なうのが色信号分離回路７である。

第１図（ｄ）に色信号分離回路７の１例を示す、これは
主にフレームメモリから構成され、第１図（ｄ）は１つ
の色信号について図示したもので実際にはかかる回路構
成が３つ用意される。１つの色信号について考えれば、
３フレームで１巡する空間位置が異なる信号であるが、
これに対応してフレームメモリ１０．１１．１２を第１
．第２．第３フレーム用として割り当てておき、フレー
ムごとにスイッチ１３、１４．１５を順次切替えて対応
するフレームメモリへ映像信号を書き込んでいく。

一方巡回された映像信号は動き検出回路６に入力され、
スイッチ１９．２０．２１を切替えて得られる３フレー
ム前の映像信号と比較し動き検出を行なう。

この検出された結果により静止画ならばスイッチ１６、
１７．１８を各画素単位で切替えて着目する１つの色に
ついて１枚の画面を形成する。動画である場合、フレー
ムメモリ１０．１１．１２のうち最新の映像信号が書き
込まれているフレームメモリーを用いてそのフレーム内
で内挿して１枚の画面を形成する。

内挿は低域フィルタ８で行なう、動き検出は、１つの色
信号についてのみ行なってもよいが、この場合静止画で
あるか動画であるかの情報は、各色信号の処理へ供給さ
れる。

色信号分離回路７により色分離された信号が、補間フィ
ルターとしての低域フィルター８を通過する時、その低
域フィルターの遮断周波数は静止画か動画かによって当
然切替えられる。低域フィルター８を出た信号は９次に
プロセス回路９によりカメラ出力信号としての最終的な
調整、例えばγ補正、ホワイトクリップ、ブラッククリ
ップ、利得調整などが行なわれて出力される。

以上の操作により静止画は各画素ごとに各色信号が得ら
れて良好なカラー画素が再現され、動画は同一フレーム
内信号で内挿処理するためこの内挿によるぼけは気にな
らない。

第１図（ａ）図示のＶＴＲ５は色フィルター処理後の信
号を一旦ＶＴＲ５に収録しておいて再処理することを想
定して付加したもので、前処理回路４は収録のための前
処理である。従ってＶＴＲ５、前処理回路４は本発明の
構成上必らずしも必要ではない・第２図は第２の実施例
を説明するための図である。第２図（ａ）に示す使用さ
れるカラーフィルターはモザイク状に配列してあり、こ
の配列ハＢａｙｅｒ配列として知られている。撮像素子
としてはＣＣＤ。

走査は２：ｌの飛越走査とする０色フィルター内の１つ
の色フィルターにはＣＣＤの２画素が割り当てられ、そ
れぞれの画素は図示のように奇数フィールド偶数フィー
ルドにおいて交互に読み出される。本実施例の場合４フ
イールドで１回巡回する方式をとることで各画素から各
色信号出力を得ることができる。第２回申）はその例を
示したもので、第１フイールドから第４フイールドまで
の色フィルター配列を示したものである。第１フイール
ドを基準にとると、第２フイールドは垂直方向に２画素
、色フィルターで言えば１色分ずらしたちの（第３フイ
ールドはそれを水平方向に１画素分、色フィルターも１
色分ずらし、第４フイールドはさらに垂直方向に２画素
ずらしたものである。それらをベクトルで示せば第２図
（Ｃ１のようになる０色フィルターの各フィールドにお
ける相対的な位置関係が示されている。

このような構成がとられたＣＣＤからの出力信号は第１
の実施例と同様に、色信号分離回路７に送られ、静止画
、動画に応じて色分離が行なわれ、さらに補間フィルタ
ー８、プロセス増幅器９を介してカメラ出力信号となる
。当然ながら静止画の場合は４フイ一ルド１巡のため４
フイールドの信号を合成して得られる。

以上実施例については２例を示したが、色フィルターの
配列や、ＣＣＤの読み出し方や撮像素子に何を使用する
かによって種々の組み合わせ方法ができる。しかしいず
れの方法においても面分割型の色フィルターの配列を用
い、その配列をフレームまたはフィールドに同期して変
化させることで本発明を実施することができる。

色フィルターの配列を変化させる手段については何らか
の方法で行なえばよく、手段に限定はないが、色フィル
ターの色を電気的に変化させる方法と、機械的に色フィ
ルターを移動させる方法とがある０機械的に変化させる
方法では・色フィルターのみ機械的に位置を変化させる
方法と・色フィルターと撮像素子とを一体構造とし同時
に動かす方法がある。両者では撮像素子上の画素と色フ
ィルターの各色との相対的位置関係が異なるが、撮像素
子上の各画素の読出しタイミングを制御することで両者
は等価的なものとなる。

また色フィルターはＲ，Ｇ、Ｈの３原色で説明してきた
がこれに限定されるものでなく、補色フィルターを用い
ることもできる。

さらにこれまでの説・明では色信号分離回路において、
静止画、動画により異なる処理を行なってきたが、動画
について動きベクトルを検出して動きベクトル分だけ合
成画面をシフト４させ、移動物体画像を画面上同一の場
所に固定し、前述の巡回したフィールドを合成し、色分
離することも可能である。

（発明の効果） 単管または単板カラーカメラにおいて、色フィルターに
よる面分割方式と時分割方式とを屏用する本発明方式を
使用することにより、静止画においては、３管あるいは
３板カラーカメラと同等のカラー画質を得ることができ
、動画においてももともと撮像素子に蓄積ぼけがあるた
め、３管または３扱方式に比しその劣化は認めにりく、
総合的に３管または３扱方式と遜色のない画質が得られ
た。

単管または単板方式は、多管あるいは多板方式とは異な
り色分解光学系が不要となり、カメラ自体が小型化され
るとともに、カメラレンズの設計も容易となりカメラの
低廉価に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）、　（ｄ）は本発明
第１の実施例を説明するための図、 第２図（ａｌ、　（ｂ）、　（Ｃ）は本発明第２の実施
例を説明するための図、 第３図（ａ）、　（ｂ）は色割れ現象を説明するための
図、第４図は従来例の面分割方式用色フィルターの配列
の１例を示す図である。 ｌ・・・カメラレンズ　　　２・・・色フィルター３・
・・撮像素子（ＣＣＤ）　　　４・・・前処理回路５・
・・ＶＴＲ６・・・動き検出回路 ７・・・色信号分離回路　　８・・・低域フィルター９
・・・プロセス回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１個の撮像素子を用いるカラー撮像カメラにおいて
   、前記撮像素子の画素の前面に周期的に配設されたスト
   ライプ状またはモザイク状の複数の色を有する各色フィ
   ルターの位置を、フレームまたはフィールド周期に同期
   して巡回させ、得られた前記撮像素子の出力信号を静止
   画像領域ではフレーム間またはフィールド間合成し、動
   画像領域ではフレーム内またはフィールド内内挿してカ
   ラー画像信号を得ることを特徴とするカラー撮像方式。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の方式において、前記
   複数の色が３原色であることを特徴とするカラー撮像方
   式。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の方式において、前記
   複数の色が補色であることを特徴とするカラー撮像方式
   。 ４、特許請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載
   の方式において、前記撮像素子が固体撮像素子であるこ
   とを特徴とするカラー撮像方式。