JPS6312435B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はデジタル処理してカラーテレビジヨ
ン信号を得るようにしたCCD等の固体撮像素子
を使用したカラー撮像装置に関する。

固体撮像素子から出力された撮像出力（アナロ
グ信号）をデジタル的に中間処理して最終的には
標準のアナログカラーテレビジヨン信号を出力す
るように構成されたカラー撮像装置は、カラーテ
レビジヨン信号を全信号処理区間に亘つてアナロ
グ処理するように構成されたカラー撮像装置に比
し、信号処理、回路構成、信頼性などの点に関し
て格段に秀れているため、最近ではカラー撮像装
置の信号処理がデジタル化される傾向にある。

さて、デジタル処理に必要な基本クロツクは、
一般に通常色副搬送周波数_scの３倍ないし４倍
の周波数に選ばれる。これは、ビデオ信号の帯域
幅及びビデオ信号を２次元のサンプリング系とし
て考えた場合の信号の処理の容易さなどの理由に
よるものである。

しかし、固体撮像素子を駆動するサンプリング
パルスのサンプリングレート、撮像出力をＡ−Ｄ
変換する処理レートなど、デジタル信号処理する
に必要な回路系のすべての処理レートを3_scまた
は4_scのクロツクに統一した構成にすると、回路
系の処理スピードの高速化を来し、また例えば色
信号の帯域を制限するためなどに使用されるデジ
タルフイルターの如く、カツトオフ周波数を一定
とすると、このデジタルフイルターの使用次数は
処理レートに比例して大きくなり、そのためかな
り大規模なデジタル処理回路を用意しなければな
らないなどの問題点が残る。

そこで、一般には固体撮像素子のサンプリング
レートのデジタル処理回路系と、色変調用の処理
レートをもつデジタル処理回路系とに分けて使用
される。第２図がその場合の一例を示すカラー撮
像装置の系統図で、第１図がこれに使用される空
間サンプリング形式の一例を示す。

実施例は２板式のカラー撮像装置であつて、第
１図のように一方のCCD１からは緑信号Ｇが得
られ、他方のCCD２からは赤信号Ｒと青信号Ｂ
とが線順次に得られるようなカラー撮像装置であ
つて、さらに折り返し歪の発生を防止するため、
CCD１と２との間で空間的サンプリング位相が
γ／２（γは水平方向の絵素の配列ピツチ）だけ
ずれるように構成されたものである。

第２図において、撮像出力である赤及び青信号
Ｒ，ＢはＡ−Ｄ変換器３にて１サンプル８ビツト
のデジタル信号（ワード信号）に変換されたのち
プロセス回路４に供給されてプロセス処理され
る。プロセス処理とは周知のようにγ補正、ホワ
イトクリツプ、ペデスタルクランプなどの信号処
理をいう。

プロセス処理されたデジタル信号はフイルタ装
置６に供給される。これは図のように線順次信号
を同時化するための同時化回路７と、所望のフイ
ルタ特性を付与するためのデジタルフイルタ８
と、マトリツクス回路９とで構成される。

すなわち、800kHz程度に帯域制限されたデジ
タル色信号R_L，B_Lは帯域の制限されないデジタ
ル色信号R_W，B_Wとともにマトリツクスされて、
次のようなデジタル輝度信号Y_R，Y_Bが形成され
る。

Y_R＝0.30R_L＋0.25R_H Y_B＝0.11B_L＋0.25B_H ………(1) ここに、R_H，B_Hはデジタル色信号R_W，B_Wの高
域成分である。マトリツクス後のデジタル色信号
R_L，B_LをC_R，C_Bとして表わす。

ここまでの信号処理系がCCD２のサンプリン
グレートで処理される。この例ではCCD２のサ
ンプリングレートが４／３_sc（＝F_S）に選ばれてい るので、Ａ−Ｄ変換器３、プロセス処理回路４及
びフイルタ装置６はいずれもこのサンプリングレ
ート４／３_scで処理される。このクロツクパルス CKFはクロツク発生器１０から供給される。従
つて、以降のデジタル処理回路はいずれも3_scま
たは4_scのクロツクCKBに基いて処理されること
になる。

デジタル色信号C_R，C_Bはラツチ回路で構成さ
れたインターポレータ２０に供給される。このイ
ンターポレータ２０は処理レートを変換するデジ
タル−デジタル変調器として機能し、従つてこれ
にはF_Sに同期した4_scのクロツクパルスCKBが供
給されて、F_Sのサンプリングレートのままで処理
されたデジタル色信号C_R，C_Bが4_scのサンプリン
グレートの、零次ホールドされたデジタル色信号
C_R，C_Bに変換される。レート変換後のデジタル
色信号C_R，C_Bはデジタル変調器２１にて例えば
直角２相の信号に変調され、このデジタル被変調
色信号C_RB（＝C_R＋C_B）は、デジタル遅延回路２
２にて所定時間だけ遅延されたデジタル輝度信号
Y_R，Y_Bに合成される。２３はデジタル加算器を
示す。

一方、２４はデジタル同期信号の発生器を示
し、これより得られたバースト信号S_B及び複合同
期信号SYNCは合成器２５にてデジタルビデオ信
号DVS₁と合成される。合成器２５の後段に設け
られたγ／２のデジタル遅延回路１０５はデジタ
ル変調器２１にて進相された変調軸を元に戻し緑
信号Ｇの空間サンプリング位相に一致させるため
に設けられている。従つて、赤、青信号Ｒ，Ｂと
緑信号Ｇとの空間サンプリング位相が同相である
ものにおいては要らない。

γ／２だけ遅延されたデジタルビデオ信号
DVS₁はＤ−Ａ変換器１０２にてアナログ信号に
変換される。

CCD１から出力された緑信号Ｇに関しても同
様なデジタル処理がなされたのち、デジタル被変
調信号C_Gはデジタル輝度信号Y_Gに合成されてデ
ジタルビデオ信号DVS₂が形成され、そしてこの
デジタルビデオ信号DVS₂はDVS₁と合成されて
アナログの標準テレビジヨン信号TVSが形成さ
れる、１０３がその合成器を示す。

なお、第２図において、３３はＡ−Ｄ変換器、
３４はプロセス処理回路、３６はフイルタ装置、
４０はインターポレータ、４１はデジタル変調
器、４２はデジタル遅延回路、４３は合成器、１
０４はＤ−Ａ変換器である。なお、フイルタ装置
３６には同時化回路は設けられていない。

ところで、上述のインターポレータ２０ではF_S
系列の各サンプル間に新たに２個の値が補間され
るものであるが、補間後の出力はインタポレータ
２０がラツチ動作であるため零次ホールドされた
形で出力される。そして、このインターポレータ
２０の伝達特性は第３図Ｃの曲線Laで示すよう
に、４／３n_scに零点を有する4_scで定義されたフイ ルタ特性となる。

そのため、CCD１，２から得られる色信号Ｒ
〜Ｂの周波数成分が第３図Ａであると（破線はサ
イドバンド成分である。）、フイルタ装置６，３６
において帯域制限されて出力されたデジタル色信
号C_R〜C_Bの周波数特性は同図Ｂのようになり、
これが同図Ｃのフイルタ特性をもつインターポレ
ータ２０に供給されるものであるから、同図Ｂに
おける１次及び２次のキヤリヤ自体は完全に抑圧
される。しかし、帯域制限されたデジタル色信号
C_R〜C_Bでも800kHz程度の帯域をもつので、１次
及び２次のサイドバンド成分は完全に抑圧され
ず、同図Ｂのように残存する。

一方、デジタル変調器２１，４１は平衡変調器
であるから、その伝達特性は同図Ｅに示す如くイ
ンパルスである。そして、平衡変調はこのインパ
ルスの実空間における時系列と、インターポレー
タ２０で形成された4_scのレートを有する時系列
との時間領域での積であるから、周波数空間でみ
れば、この平衡変調は同図Ｅの平衡変調伝達関数
と同図Ｄのデジタル色信号C_R〜C_Bのスペクトラ
ムの畳み込みである。従つてデジタル被変調色信
号C_RB，C_Gのスペクトラムは同図Ｆに示すように
（2n−１）_scを中心周波数とする周波数特性をも
つことになる。

従つて、１次及び２次のキヤリヤ近傍に残存す
るデジタル色信号C_R〜C_Bのサイドバンド成分も、
このような変調過程により、そのベースバンド成
分と同じく、１／３_sc，５／３_sc，７／３_sc，…
のところ に周波数変換される。このうち、１／３_scを中心と するサイドバンド成分は輝度信号帯域内にあるの
で、デジタル輝度信号Y_R〜Y_B中に混入する。１／３_sc 近傍の周波数領域は視感度の高い領域にある
ためこのサイドバンド成分（偽信号）の混入は大
きな障害となる。

第４図は変調前後の２次元空間スペクトラムを
示す。同図Ａは平衡変調の伝達関数と入力信号
（デジタル色信号C_R〜C_B）のスペクトラムを示
し、横軸ｕは水平周波数で、縦軸ｖは垂直方向に
おける１画面当りのサンプリング数（周波数）Ｎ
である。

デジタル色信号C_R，C_Bのベースバンド成分に
あつて、水平方向は上述の場合と同じくフイルタ
装置６，３６とインターポレータ２０，４０で帯
域制限され、垂直方向は平均値補助間のレート変
換操作で、ｖ＝525／４を零点とするローパスフイル タ特性となつて同じく帯域制限される。そして、
平衡変調の伝達関数は、 ｛ｕ（_sc），ｖ（Ｎ）｝＝｛１，525／４）｝ を基本格子とするインパルス群である。

従つて、デジタル被変調色信号C_RBは第４図Ｂ
のような変調形態となり、偽信号のうち垂直周波
数及び時間軸周波数はデジタル被変調色信号C_RB
と同一になるが、水平周波数が低いために、入力
画像の水平高域部分（エツジ部など）で、隣接水
平ライン間の偽信号が強調され、さらにラインク
ロールするので、水平解像度が著しく劣化してし
まう。

そこで、この発明はインターポレータ２０，４
０の伝達特性を変更して偽信号の発生を抑え、水
平解像度の劣化を防止したものである。

すなわち、この発明では F_S＝ｎ／ｍ・Pf_sc ……(2) Ｐ＝３又は４ ｍ，ｎは比較的小さな整数 で定義されるサンプリングレートのデジタル色信
号をF_S′＝P_scのレートのデジタル色信号に変換
するインターポレータとして、F_S系列の２隣接サ
ンプル間にF_S系列のサンプル信号を少くとも２つ
用いるだけの次数を有し、かつ周波数領域で少く
ともkF_S（ｋはｍの倍数でない整数）に零点を有
するようなFIR型のデジタルフイルタで構成され
る。ここに、FIRとはFinite Impulse Response
の略である。

以下図面と共にこの発明の一例を示す。以下に
説明する例は上述したものと同じく、Ｐ＝４、ｍ
＝３、ｎ＝１に選ばれており、従つてF_Sのサンプ
リングレートからF_S′＝4_scにレート変換するに
は、F_S系列の２つの隣接サンプル間に、F_S系列の
２つのサンプル信号を内挿すればよい。そして、
平均化操作のFIR型デジタルフイルタの伝達関数
Ｈ（ｚ）は で与えられるから、ｍ＝３のときは、 Ｈ（ｚ）＝１／３（１＋Z^-1＋Z^-2）² ……(4) となり、９次のデジタルフイルタとしてのこのイ
ンターポレータ２０を構成すればよい。９次のデ
ジタルフイルタを構成する場合、F_S系列からF_S′
系列に変換する過程が零次ホールド機能をもつか
ら、実際にはｍ＝３の場合のインターポレータ２
０は第５図で示すように演算子が２個用いられた
非常に簡単な構成となる。

図において、２０Ｒは一方のデジタル色信号
C_R系のインターポレータであり、２０Ｂは他方
のデジタル色信号C_B系のインターポレータであ
つて、両者は同一に構成される。従つて、一方の
系のみ説明する。

８０Ｒ，８１Ｒは4_scのクロツクCKBで駆動さ
れるＤ型フリツプフロツプ等で構成された演算子
で、夫々において１／４_scの遅延が与えらる。演算 子８０Ｒ，８１Ｒは縦属接続され、各段の出力が
加算器８２Ｒに供給されて、現出力１／４_scだけ遅 れた出力と、さらに１／２_scだけ遅れた出力の合 計、３サンプル出力が加算される。その加算出力
はレベルシフト回路８３Ｒにて1/3にレベルダウ
ンされて出力される。

この信号処理操作によつて２サンプル間に１／４_sc の周期で新たに２つのサンプルが内挿されて、
処理レートの変換が行なわれると共に、２サンプ
ル間が直線近似される。

ところで、第５図の構成のインターポレータ２
０の伝達関数は(4)式で与えられるため、伝達特性
は第３図Ｃの破線Lbのように、kF_S、すなわち
４／３_sc、８／３_sc、16／３_sc、20／３_sc、…
が零点となる フイルタ特性となる。

そのため、１次及び２次のキヤリヤ自体は完全
に抑圧され、これらキヤリヤ近傍のサイドバンド
成分もそのフイルタ特性に基づき十分に抑圧され
る（第３図Ｄ破線図示）。その結果、残存するサ
イドバンド成分が無視できる程度に僅かになつ
て、これを平衡変調して周波数変換することによ
り１／３_scを中心にサイドバンド成分（第３図Ｆの 破線図示）が存在していても、それによる影響が
殆んどない。

第６図に示す実施例は高次のインターポレータ
２０の一例であつて、図は１５次の実施例であ
る。インターポレータ２０Ｒについてのみ説明す
る。演算子９１ａ〜９１ｆは６段に亘り縦属接続
され、各段間には第７図に示すインパルレスポン
ス係数h₀〜h₇を決める要素９２ａ〜９２ｅと複数
のスイツチSWa〜SWfと加算器９３ａ〜９３ｃ
が接続される。

スイツチSWa〜SWfは１／F_S′の周期でスイツ
チングされるが、１／F_S′周期中に含まれる１／
F_S′の周期は３周期となるので、その３周期を順
に、「０，１，２」とすれば、これらスイツチ
SWa〜SWfは図のような周期でスイツチングさ
れるものである。

このように構成した場合の伝達特性は第５図の
場合よりも一層良くなるので、偽信号の発生をほ
ぼ完全に抑圧できる。

以上説明したようにこの発明によれば従来とは
異なる伝達特性をもつように構成したので、１次
及び２次のキヤリヤ近傍のサイドバンド成分を抑
圧することができ、その結果輝度信号帯域に混入
する偽信号を無視しうる程度に抑圧することがで
きるから、水平解像度の劣化を来たすことがな
い。

なお、上述した実施例は、４／３_scのサンプリン グレートを4_scのレートに変換する場合のインタ
ーポレータに適用したが、その他の処理レートの
変換用にもこの発明に係るインターポレータを適
用することができる。デジタルフイルタの次数も
一例に過ぎない。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体撮像素子の空間サンプリング位相
の説明図、第２図はこの発明に適用して好適なカ
ラー撮像装置の要部の系統図、第３図及び第４図
は夫々インターポレータの特性を説明するための
図、第５図及び第６図は夫々この発明に係るイン
ターポレータの一例を示す系統図、第７図はイン
パルスレスポンスを示す図である。 １，２は固体撮像素子、６，３６はフイルタ装
置、２０，２０Ｒ〜２０Ｇはインターポレータで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固体撮像素子を用い、デジタル的に被変調色
   信号を形成するようにしたカラー撮像装置に使用
   されるデジタル処理レートを変換するためのイン
   ターポレータにおいて、 Fs＝ｎ／ｍ・P_sc ｛_sc；色副搬送波周波数 Ｐ＝３または４ ｍ，ｎ；ｍ＞ｎでｍ，ｎは比較的小さな正の整
   数｝ で定義されるサンプリングレートをFs′＝P_scの
   処理レートに変換するに際し、このインターポレ
   ータがFs系列の２隣接サンプル間に、Fs′の処理
   レートで定義され、Fs系列のサンプル信号を少
   くとも２つ用いるだけの次数を有すると共に、周
   波数領域で少くともkFs（ｋはｍの倍数でない整
   数）に零点を有するデジタルフイルタで構成され
   てなるインターポレータ。