JPWO2019058980A1 - Imaging device - Google Patents
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Abstract
画素ピッチが5波長以下の表面照射型CMOS撮像素子を用いた撮像装置において、低周波数におけるMTFを改善し、望遠端でも焦点合わせを容易にする撮像装置を提供する。画素ピッチが撮像光の中心波長の5倍以下であるCMOS撮像素子を用いた撮像装置であって、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部2と、色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から2の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部11とを備え、fs/2付近の高周波成分を含まない輪郭補正信号を生成する撮像装置としている。Provided is an image pickup device using a surface-illuminated CMOS image sensor having a pixel pitch of 5 wavelengths or less, which improves MTF at low frequencies and facilitates focusing even at the telephoto end. An image pickup device that uses a CMOS image sensor whose pixel pitch is 5 times or less the center wavelength of the image pickup light, from the color separation section 2 that separates the input light for each color and outputs a video signal, and the color separation section. For the video signal of, the difference between the video signal of the pixel to be corrected for contour correction and the video signal of a plurality of pixels having a pixel interval of a power of 2 from the pixel to be corrected is calculated, and the plurality of differences are calculated. It is provided with a contour correction unit 11 that generates a contour correction signal based on the added difference addition signal and adds the contour correction signal to the video signal of the pixel to be corrected to perform contour correction, and includes a high frequency component near fs / 2. It is an image sensor that generates no contour correction signal.
Description
本発明は、撮像装置に係り、特に高周波数成分を含まない輪郭補正を行うことにより、低周波数における変調度を改善した映像信号を出力できる撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device, and more particularly to an imaging device capable of outputting a video signal having an improved degree of modulation at a low frequency by performing contour correction that does not include a high frequency component.
[先行技術の説明]
CCD(Charge Coupled Device)撮像素子から出力された信号から雑音を除去するCDS(Correlated Double Sampling)と、暗電流補正と、利得可変増幅回路(Automatic Gain Control、以下AGC)と、表示装置に出力するためデジタル映像信号Viに変換するADC(Analog Digital Converter)とを内蔵したAFE(Analog Front End)が普及し、従来10ビットだったAFEのADC階調は、12ビットや14ビットが一般的となった。
また、駆動回路や読み出し回路を統合し高速読み出しを可能にしたCMOS(Compleme
ntary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子の改良も進んできた。[Explanation of prior art]
CCD (Charge Coupled Device) CDS (Correlated Double Sampling) that removes noise from the signal output from the image pickup device, dark current correction, and variable gain control (AGC), and output to the display device. Therefore, AFE (Analog Front End) with a built-in ADC (Analog Digital Converter) that converts digital video signal Vi has become widespread, and the ADC gradation of AFE, which was 10 bits in the past, is generally 12 bits or 14 bits. It was.
In addition, CMOS (Compleme) that enables high-speed reading by integrating the drive circuit and reading circuit.
ntary Metal Oxide Semiconductor) Improvements in the image sensor have also progressed.
更に、デジタル信号処理回路の集積化が進み、映像専用のメモリ集積DSPだけでなく、安価な汎用のFPGA(Field Programmable Gate Array)でも、複数ラインの出力信号を記憶し算術処理することが容易に実現できるようになった。 Furthermore, the integration of digital signal processing circuits has progressed, and it is easy to store output signals of multiple lines and perform arithmetic processing not only with a memory-integrated DSP dedicated to video but also with an inexpensive general-purpose FPGA (Field Programmable Gate Array). It has become possible.
それにより、画素数が百万以上のメガピクセルカメラ、HDTV(High Definition Te
leVision;高精細テレビ)カメラ、高速撮像HDTVカメラ、記録部付HDTVカメラ、Internet Protocol(以下IP)伝送部付HDTV(1080×1920)カメラ、より高精細の4K(2160×3840)カメラ、8K(4320×7680)カメラ等が製品化され、HDD(Hard Disk Drive)を用いた非圧縮の記録装置も製品化されている。As a result, HDTV (High Definition Te), a megapixel camera with more than one million pixels
leVision; High-definition TV) camera, high-definition HDTV camera, HDTV camera with recording unit, HDTV (1080 x 1920) camera with Internet Protocol (IP) transmission unit, higher-definition 4K (2160 x 3840) camera, 8K ( 4320 x 7680) Cameras and the like have been commercialized, and uncompressed recording devices using HDDs (Hard Disk Drives) have also been commercialized.
[撮像素子の構成:図6]
ここで、撮像素子の構成について図6用いて説明する。図6は、撮像素子の構成を示す断面説明図であり、(a)はCCDセンサー(撮像素子)、(b)は従来型CMOSセンサー(表面照射型CMOS撮像素子)、(c)はBSI(Back Side Illumination)型CMOSセンサー(裏面照射型CMOS撮像素子)を示している。
図6(a)に示すように、CCDセンサーは、マイクロレンズ91と、カラーフィルタ92と、フォトダイオード93とが積層され、フォトダイオード93とカラーフィルタ92との間にメタル配線層94が形成されている。[Structure of image sensor: FIG. 6]
Here, the configuration of the image sensor will be described with reference to FIG. 6A and 6B are cross-sectional explanatory views showing the configuration of an image sensor, in which FIG. 6A is a CCD sensor (image sensor), FIG. 6B is a conventional CMOS sensor (surface illumination CMOS image sensor), and FIG. 6C is a BSI (c). A Back Side Illumination) type CMOS sensor (back side illumination type CMOS image sensor) is shown.
As shown in FIG. 6A, in the CCD sensor, the
マイクロレンズ91によって集光された入射光は、カラーフィルタ92を通過して、R(赤),G(緑),B(青)の成分に分解され、フォトダイオード93に入射されて電荷が発生し、垂直方向及び水平方向に転送されて画素毎の電圧に変換される。
CCDセンサーは、感度は高いものの、消費電力が大きく、CMOS撮像素子に比べて周辺回路の集積が困難である。The incident light collected by the
Although the CCD sensor has high sensitivity, it consumes a large amount of power, and it is difficult to integrate peripheral circuits as compared with a CMOS image sensor.
図6(b)に示す表面照射型CMOS撮像素子は、画素毎にトランジスタ等が設けられた構成であり、低消費電力、集積化が容易であるものの、感度は低い。
図6(c)に示す裏面照射型CMOS撮像素子は、メタル配線層93がフォトダイオード93の裏面側に設けられており、高感度で、低消費電力、集積化が容易である。The surface-illuminated CMOS image sensor shown in FIG. 6B has a configuration in which a transistor or the like is provided for each pixel, and although it has low power consumption and is easy to integrate, its sensitivity is low.
The back-illuminated CMOS image sensor shown in FIG. 6C has a
特に、一般的な低価格の表面照射型CMOS撮像素子(8Kで1.25型を含め4/3型以下、4Kで2/3型以下)は、5波長以下の画素間隔で、フォトダイオード93とマイクロレンズ(オンチップレンズ)91との間にメタル配線層94が積層されているため、低域の変調度が低い。
また、対域外の高域成分の折り返しの偽信号のモアレを抑圧するために光学低域通過フィルタ(O−LPF;Optical Low Pass Filter)を挿入すると、更に変調度が低くなる。In particular, a general low-priced surface-illuminated CMOS image sensor (4/3 type or less including 1.25 type at 8K or 2/3 type or less at 4K) has a
Further, if an optical low pass filter (O-LPF; Optical Low Pass Filter) is inserted in order to suppress the moire of the folded false signal of the high frequency component outside the counter frequency, the degree of modulation is further lowered.
更に、2/3型4Kと1.25型8Kにおいては、撮像素子の画素ピッチが約2.5μmと緑波長0.55μmの約4.5倍となり、高倍率ズームレンズの収差を光学的に補正しきれず、低域での変調度(変調伝達関数特性:MTF;Modulation Transfer Function
)が低下する。Further, in the 2/3 type 4K and the 1.25 type 8K, the pixel pitch of the image sensor is about 2.5 μm, which is about 4.5 times the green wavelength of 0.55 μm, and the aberration of the high magnification zoom lens is optically reduced. Modulation Transfer Function that cannot be corrected and has a low frequency modulation (modulation transfer function characteristic: MTF)
) Decreases.
図7は、絞り値と変調度の関係を示す説明図である。
収差のない理想レンズでも、画素ピッチの波長数以上に絞ると、緑の中心波長0.55μmの光学回折により変調度が低下することが知られている。
例えば、1/3型HDTV(1080×1920)カメラでは、画素ピッチが4.9波長に対し、約F5で400TV本でも変調度50%以下のぼけた画像となり、2/3型4K(2160×3840)カメラでは、画素ピッチが4.5波長に対し、約F4.8で800TV本でも変調度50%以下のぼけた画像となる。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the aperture value and the degree of modulation.
It is known that even with an ideal lens having no aberration, the degree of modulation decreases due to optical diffraction with a green center wavelength of 0.55 μm when the wavelength is narrowed down to the number of wavelengths of the pixel pitch or more.
For example, in a 1/3 type HDTV (1080 × 1920) camera, a pixel pitch is 4.9 wavelengths, and even with 400 TV lines at about F5, a blurred image with a modulation degree of 50% or less is obtained, and a 2/3 type 4K (2160 × 2160 ×). 3840) With a camera, for a pixel pitch of 4.5 wavelengths, an image with a modulation degree of 50% or less is obtained even with 800 TV lines at about F4.8.
実際のレンズでは、一般的に、HDTV(1080×1920)カメラ用でF4付近、4K(2160×3840)カメラ用でF2.8付近、8K(4320×7680)カメラ用でF2付近において変調度が最も高く、絞り開放付近では収差のため変調度が低下し、絞り切り付近では光学回折のため変調度が低下する。 In an actual lens, the degree of modulation is generally around F4 for an HDTV (1080 x 1920) camera, near F2.8 for a 4K (2160 x 3840) camera, and near F2 for an 8K (4320 x 7680) camera. It is the highest, and the degree of modulation decreases due to aberration near the maximum aperture, and the degree of modulation decreases due to optical diffraction near the maximum aperture.
一方、望遠ズームレンズは、望遠端の絞り値が3.7から5.3と5.6に近く、エクステンダと称する焦点距離を2倍にする補助レンズを挿入すると絞り値が倍になり、望遠端の絞り値が7.4から10.6と5.6よりはるかに大きくなる。
更に、望遠端では収差のため変調度が低下する。そのため、望遠端ではfs/2付近の信号成分はほとんどなく、雑音が主成分となる。On the other hand, the telephoto zoom lens has an aperture value close to 3.7 to 5.3 and 5.6 at the telephoto end, and when an auxiliary lens called an extender that doubles the focal length is inserted, the aperture value doubles and the telephoto lens is telephoto. The aperture value at the edge is 7.4 to 10.6, which is much larger than 5.6.
Further, at the telephoto end, the degree of modulation decreases due to aberration. Therefore, at the telephoto end, there is almost no signal component near fs / 2, and noise is the main component.
[関連技術]
尚、撮像装置に関する従来技術としては、特開2007−49216号公報「輪郭強調処理装置及び輪郭強調処理方法」(特許文献1)、特開平7−264442号公報「固体撮像装置」(特許文献2)、特開2003−333369号公報「画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム」(特許文献3)、特開2009−303206号公報「個体撮像装置及び監視システム」(特許文献4)がある。[Related technology]
As the prior art relating to the image pickup apparatus, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-49216 "Contour enhancement processing apparatus and contour enhancement processing method" (Patent Document 1) and JP-A-7-264442 "Solid imaging apparatus" (Patent Document 2). ), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-333369 "Image Processing Device and Method, Recording Medium, and Program" (Patent Document 3), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-303206 "Individual Imaging Device and Monitoring System" (Patent Document 4). ..
特許文献1には、サンプリング周波数fsの半分付近の信号成分と雑音成分を減衰させるため、輪郭補正信号を、低域通過フィルタ(LPF;Low Pass Filter)を通過させる輪郭強調処理装置が記載されている。
特許文献2には、望遠で変調度が低下する場合に、輪郭補正周波数を低下させる撮像装置が記載されている。
また、特許文献3には、基本処理レートの2の累乗数に対応した遅延から輪郭強調(2又は4の単位の画素間隔の差分の輪郭補正)を行うことが記載されている。
特許文献4には、絞り値が大きく、光学回折で変調度が低下すると、輪郭補正の中心周波数を低下させる撮像装置が記載されている。Further, Patent Document 3 describes that contour enhancement (contour correction of the difference between pixel intervals in units of 2 or 4) is performed from a delay corresponding to a power of 2 of the basic processing rate.
上述したように、従来の撮像装置では、表面照射型CMOS撮像素子を用いたUHDTV(Ultra High Definition TeleVision:超高精細テレビ)カメラにおいては、画素ピッチが撮像光の中心波長の5波長以下になると、低周波数におけるMTFが低下するという問題点があった。
また、望遠ズームレンズの望遠端では、特にレンズ収差と回折からMTFが低下し、焦点合わせが困難であるという問題点があった。As described above, in a conventional image pickup device, in a UHDTV (Ultra High Definition TeleVision) camera using a surface-illuminated CMOS image sensor, when the pixel pitch becomes 5 wavelengths or less of the center wavelength of the image pickup light. There is a problem that the MTF at a low frequency is lowered.
Further, at the telephoto end of the telephoto zoom lens, there is a problem that the MTF is lowered due to lens aberration and diffraction, and focusing is difficult.
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、画素ピッチが5波長以下の表面照射型CMOS撮像素子を用いた撮像装置において、低周波数におけるMTFを改善し、望遠端でも焦点合わせを容易にすることができる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in an image pickup device using a surface-illuminated CMOS image sensor having a pixel pitch of 5 wavelengths or less, the MTF at low frequencies is improved and focusing is easily performed even at the telephoto end. It is an object of the present invention to provide an image pickup device capable of performing.
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、画素ピッチが撮像光の中心波長の5倍以下であるCMOS撮像素子を用いた撮像装置であって、撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から2の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部とを備えたことを特徴としている。 The present invention for solving the problems of the above-mentioned conventional example is an image pickup apparatus using a CMOS image pickup element having a pixel pitch of 5 times or less the center wavelength of the image pickup light, comprising the image pickup element, and coloring the input light. A color separation unit that decomposes each time and outputs a video signal, a video signal of a pixel to be corrected for contour correction of the video signal from the color separation unit, and a pixel interval of a power of 2 from the pixel to be corrected. The difference from the video signal of the plurality of pixels is calculated, the contour correction signal is generated based on the difference addition signal obtained by adding the plurality of differences, and the contour correction signal is added to the video signal of the pixel to be corrected to correct the contour. It is characterized by having a contour correction unit for performing the above.
また、本発明は、上記撮像装置において、輪郭補正部が、補正対象の画素の映像信号と、補正対象の画素から2の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算して差分加算信号を生成する差分加算部と、差分加算信号を、補正対象の画素の映像信号レベルに基づいて調整して補正対象の画素に対応する輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成部と、補正対象の画素の映像信号に輪郭補正信号を加算する輪郭補正信号加算部とを備えたことを特徴としている。 Further, in the above-mentioned imaging device, the contour correction unit calculates the difference between the video signal of the pixel to be corrected and the video signal of a plurality of pixels having a pixel interval of a power of 2 from the pixel to be corrected. , A difference addition unit that adds the plurality of differences to generate a difference addition signal, and adjusts the difference addition signal based on the video signal level of the pixel to be corrected to obtain a contour correction signal corresponding to the pixel to be corrected. It is characterized by including a contour correction signal generation unit for generating and a contour correction signal addition unit for adding a contour correction signal to the video signal of the pixel to be corrected.
また、本発明は、上記撮像装置において、2の累乗の画素間隔を、2画素間隔から32画素間隔までとすることを特徴としている。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-mentioned imaging device, the pixel interval of the power of 2 is set from 2 pixel interval to 32 pixel interval.
また、本発明は、上記撮像装置において、撮像素子を表面照射型のCMOS撮像素子としたことを特徴としている。 Further, the present invention is characterized in that the image pickup device is a surface irradiation type CMOS image pickup device in the above image pickup device.
また、本発明は、上記撮像装置において、望遠端の開放絞り値が、撮像素子の画素ピッチ/中心波長より大きいレンズ、又は収差の大きいレンズから入力される映像信号について、輪郭補正を行うことを特徴としている。 Further, according to the present invention, in the above-mentioned image pickup device, contour correction is performed on a video signal input from a lens in which the open aperture value at the telephoto end is larger than the pixel pitch / center wavelength of the image sensor or a lens having a large aberration. It is a feature.
本発明によれば、画素ピッチが撮像光の中心波長の5倍以下であるCMOS撮像素子を用いた撮像装置であって、撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から2の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部とを備えた撮像装置としているので、高周波成分を含まない輪郭補正信号を生成して、低域の輪郭補正信号を強調し、低域における変調度を改善し、被写界深度の浅い望遠端における焦点合わせを容易にすることができる効果がある。 According to the present invention, an image pickup device using a CMOS image sensor whose pixel pitch is 5 times or less the center wavelength of the image pickup light is provided, and the input light is decomposed for each color to output a video signal. With respect to the image signal from the color separation unit and the color separation unit, the image signal of the pixel to be corrected for contour correction and the image signal of a plurality of pixels having a pixel interval of a power of 2 from the pixel to be corrected. It is provided with a contour correction unit that calculates a difference, generates a contour correction signal based on a difference addition signal obtained by adding the plurality of differences, and adds a contour correction signal to the video signal of the pixel to be corrected to perform contour correction. Since it is an image sensor, it generates a contour correction signal that does not contain high-frequency components, emphasizes the contour correction signal in the low frequency range, improves the degree of modulation in the low frequency range, and focuses at the telephoto end with a shallow depth of view. There is an effect that can be facilitated.
また、本発明によれば、輪郭補正部が、補正対象の画素の映像信号と、補正対象の画素から2の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算して差分加算信号を生成する差分加算部と、差分加算信号を、補正対象の画素の映像信号レベルに基づいて調整して補正対象の画素に対応する輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成部と、補正対象の画素の映像信号に輪郭補正信号を加算する輪郭補正信号加算部とを備えた上記撮像装置としているので、差分加算信号を適切に調整して輪郭補正信号を生成することができ、低域における変調度を改善することができる効果がある。 Further, according to the present invention, the contour correction unit calculates the difference between the video signal of the pixel to be corrected and the video signal of a plurality of pixels having a pixel interval of a power of 2 from the pixel to be corrected, and the plurality of said. The difference addition unit that adds the differences of the above to generate the difference addition signal, and the contour that adjusts the difference addition signal based on the video signal level of the pixel to be corrected and generates the contour correction signal corresponding to the pixel to be corrected. Since the image pickup device is provided with a correction signal generation unit and a contour correction signal addition unit that adds a contour correction signal to the video signal of the pixel to be corrected, the difference addition signal is appropriately adjusted to generate the contour correction signal. This has the effect of improving the degree of modulation in the low frequency range.
また、本発明によれば、2の累乗の画素間隔を、2画素間隔から32画素間隔までとする上記撮像装置としているので、2Kの飛越操作のHDTVの1.05MHzの変調度を改善すると共に、1MHz基準の27.5MHzの変調度を相対的に低下させることができ、回路規模をあまり大きくすることなく、低域における変調度を十分改善することができる効果がある。 Further, according to the present invention, since the image pickup device has the pixel interval of the power of 2 from the interval of 2 pixels to the interval of 32 pixels, the modulation degree of 1.05 MHz of the HDTV for the 2K jump operation is improved. The modulation degree of 27.5 MHz based on 1 MHz can be relatively lowered, and there is an effect that the modulation degree in the low frequency range can be sufficiently improved without increasing the circuit scale so much.
また、本発明によれば、撮像素子を表面照射型のCMOS撮像素子とした上記撮像装置としているので、低コストで低域の変調度を改善した撮像素子を実現することができる効果がある。 Further, according to the present invention, since the image pickup device is the above-mentioned image pickup device in which the image pickup device is a surface irradiation type CMOS image pickup device, there is an effect that an image pickup device having an improved low frequency modulation degree can be realized at low cost.
また、本発明によれば、望遠端の開放絞り値が、撮像素子の画素ピッチ/中心波長より大きいレンズ、又は収差の大きいレンズから入力される映像信号について、輪郭補正を行う上記撮像装置としているので、高価で大型のUHDTV専用レンズを使用することなく、低コストで低域における変調度を改善して、望遠端での焦点合わせを容易にすることができる効果がある。 Further, according to the present invention, the image pickup device performs contour correction for a video signal input from a lens in which the open aperture value at the telephoto end is larger than the pixel pitch / center wavelength of the image sensor or a lens having a large aberration. Therefore, there is an effect that the degree of modulation in the low frequency range can be improved at low cost and focusing at the telephoto end can be facilitated without using an expensive and large UHDTV dedicated lens.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る撮像装置は、画素ピッチが撮像光の中心波長の5波長以下のCMOS撮像素子を用いた撮像装置において、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から2の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算するようにしているので、fs/2付近の高周波成分を含まない輪郭補正信号とすることができ、低域の輪郭補正信号を補強して、低域におけるMTFを改善し、望遠レンズの望遠端においても焦点合わせを容易にすることができるものである。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Outline of Embodiment]
The image pickup device according to the embodiment of the present invention is an image pickup device using a CMOS image pickup device having a pixel pitch of 5 wavelengths or less of the center wavelength of the image pickup light, and the image signal of the pixel to be corrected and the correction thereof. The difference between the target pixel and the video signal of a plurality of pixels having a pixel interval of the power of 2 is calculated, and the contour correction signal is generated based on the difference addition signal obtained by adding the plurality of differences, and the video of the correction target pixel is generated. Since the contour correction signal is added to the signal, it can be a contour correction signal that does not include high frequency components near fs / 2, and the contour correction signal in the low frequency range is reinforced to improve the MTF in the low frequency range. However, focusing can be facilitated even at the telephoto end of the telephoto lens.
[実施の形態に係る撮像装置の概略構成:図1]
本発明の実施の形態に係る撮像装置(本撮像装置)の概略構成について図1を用いて説明する。図1は、本撮像装置の概略構成を示す構成ブロック図である。
図1に示すように、本撮像装置1は、色分解光学系2と、撮像素子3(3R,3G,3B)と、映像信号処理部4と、パラレル/シリアル(P/S)変換部5と、CPU(Cent
ral Processing Unit)6とを備えており、レンズ7及びビューファインダー(映像表示装置)8に接続されている。[Rough configuration of the imaging device according to the embodiment: FIG. 1]
The schematic configuration of the image pickup apparatus (the present imaging apparatus) according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the present imaging apparatus.
As shown in FIG. 1, the
It includes a ral Processing Unit 6) and is connected to a lens 7 and a viewfinder (image display device) 8.
本撮像装置1の各部について説明する。
色分解光学系2は、レンズ7から入射された入射光を赤色(R)と、緑色(G)と、青色(B)に色分解する。
撮像素子3は、CMOS撮像素子であり、撮像素子3Rは赤色光を光電変換し、撮像素子3Gは緑色光を光電変換し、撮像素子3Bは青色光を光電変換して、各色の光の強弱に応じた電荷を発生する。
ここで、撮像素子3は、緑色光の波長(0.55μm)を基準として5波長以下の画素ピッチで画素が配列されている。
色分解光学系2及び撮像素子3は、請求項に記載した色分解部に相当している。Each part of the
The color separation
The image pickup element 3 is a CMOS image pickup element, the
Here, in the image pickup device 3, pixels are arranged at a pixel pitch of 5 wavelengths or less with reference to the wavelength of green light (0.55 μm).
The color separation
映像信号処理部4は、輪郭補正部11と、ガンマ色補正部12と、マトリクス部13とを備え、大容量メモリ内蔵FPGAや、DDR(Double-Data-Rate)メモリ外付けFPGA等で構成される。
The video
輪郭補正部11は、本撮像装置の特徴部分であり、赤、緑、青の各色成分毎に、映像の輪郭を補正する輪郭補正処理を行う。
輪郭補正部11は、垂直輪郭補正処理を行う直輪郭補正部と、水平輪郭補正処理を行う水平輪郭補正処理部とを備えている。The
The
そして、本撮像装置の特徴として、輪郭補正部11は、補正対象の画素の映像信号と、2の累乗の画素間隔(例えば、2,4,8,16,32画素間隔)となる画素の映像信号との差分の合計に基づいて、輪郭補正信号を生成する。輪郭補正部11の構成及び動作については後述する。
Then, as a feature of this image pickup apparatus, the
ガンマ色補正部12は、画像の階調を補正(ガンマ色補正)する処理を行う。
マトリクス部13は、映像の輝度や色を調整する処理を行う。
パラレル/シリアル変換部5は、パラレルデータをシリアルデータに変換して、外部に出力する。
CPU6は、撮像装置全体の制御を行うものであり、特に、輪郭補正部11の制御を行って適切な輪郭補正を実現する。
また、CPU6は、レンズ絞り値に応じて輪郭補正信号のレベルを制御する。The gamma
The
The parallel /
The
Further, the
本撮像装置の動作について簡単に説明する。
レンズ7から入力された光は、色分解光学系2において赤、緑、青の成分に分離され、それぞれ、撮像素子3R,3G,3Bで光電変換されて電気信号となる。
そして、各色の信号は、輪郭補正部11において、それぞれ垂直輪郭補正及び水平輪郭補正処理を施され、ガンマ色補正部12でガンマ色補正が為され、マトリクス部13で色調整を施され、パラレル/シリアル変換部5でシリアルデータに変換されて、映像信号として外部に出力される。The operation of this imaging device will be briefly described.
The light input from the lens 7 is separated into red, green, and blue components in the color separation
Then, the signals of each color are subjected to vertical contour correction and horizontal contour correction processing in the
[垂直輪郭補正部の構成:図2]
次に、本撮像装置の特徴部分である、輪郭補正部11の垂直輪郭補正部の構成について図2を用いて説明する。図2は、本撮像装置の垂直輪郭補正部の構成図である。
垂直輪郭補正部11は、垂直方向に配列された画素間の映像信号を比較して、垂直方向の輪郭を補正するものである。
図2に示すように、垂直輪郭補正部は、複数のラインメモリ部M20〜M29と、複数の負の乗算器N20〜N24及びN26〜N30と、正の乗算器P25と、複数の加算器20〜29と、映像レベル判定器28と、乗算器29,32と、小振幅大振幅圧縮制限器31と、補正信号加算部33とを備えている。[Structure of vertical contour correction unit: Fig. 2]
Next, the configuration of the vertical contour correction unit of the
The vertical
As shown in FIG. 2, the vertical contour correction unit includes a plurality of line memory units M20 to M29, a plurality of negative multipliers N20 to N24 and N26 to N30, a positive multiplier P25, and a plurality of adders 20. ~ 29, an image
ここで、ラインメモリ部M20〜M29と、負の乗算器N20〜N24及びN26〜N30と、正の乗算器P25と、複数の加算器20〜29とが請求項に記載した差分加算部に相当し、映像レベル判定器28と、乗算器29,32が輪郭補正信号生成部に相当している。
Here, the line memory units M20 to M29, the negative multipliers N20 to N24 and N26 to N30, the positive multiplier P25, and the plurality of adders 20 to 29 correspond to the difference adder described in the claim. However, the image
垂直輪郭補正部の各部について説明する。
ラインメモリ部は、補正対象となるライン(32Hとする)の映像信号と、本装置の特徴部分である補正対象ラインから垂直方向に2,4,8,16,32画素だけ離れたラインの映像信号との差分を求めるために、必要な映像信号を保持して出力するものである。Each part of the vertical contour correction part will be described.
The line memory unit is the image signal of the line to be corrected (assumed to be 32H) and the image of the line vertically separated by 2, 4, 8, 16, 32 pixels from the correction target line, which is a feature of this device. It holds and outputs the necessary video signal in order to obtain the difference from the signal.
具体的には、ラインメモリ部M20は16ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部M21は8ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部M22は4ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部M23は2ライン分の映像信号を蓄積して、それぞれ1ラインずつ負の乗算器N21〜N24に出力する。
Specifically, the line memory unit M20 stores 16 lines of video signals, the line memory
ラインメモリ部M24は、補正対象ライン(32H)とその次のライン(31H)とを保持して、補正対象ラインを正の乗算器P25、映像レベル判定器28、及び輪郭補正信号加算部33に出力する。
The line memory unit M24 holds the correction target line (32H) and the next line (31H), and transfers the correction target line to the positive multiplier P25, the image
また、ラインメモリ部M25及びM26は、それぞれ2ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部M27は4ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部M28は8ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部M29は16ライン分の映像信号を蓄積して、それぞれ1ラインずつ負の乗算器N26〜N30に出力する。 Further, the line memory units M25 and M26 each store video signals for two lines, the line memory unit M27 stores video signals for four lines, and the line memory unit M28 stores video signals for eight lines. The line memory unit M29 accumulates video signals for 16 lines and outputs one line to each of the negative multipliers N26 to N30.
負の乗算器N21〜N24は、ラインメモリ部M20〜M23から出力された映像信号に負の係数を乗算し、加算器21〜24に出力する。
負の乗算器N26〜N30は、ラインメモリ部M25〜M29から出力された映像信号に負の係数を乗算し、加算器26〜29に出力する。
負の乗算器N20は、補正前の信号に負の係数を乗算し、加算器20に出力する。
正の乗算器P25は、ラインメモリM24から出力された補正対象ライン(32H)の映像信号に、正の係数を乗算する。The negative multipliers N21 to N24 multiply the video signals output from the line memory units M20 to M23 by a negative coefficient and output them to the
The negative multipliers N26 to N30 multiply the video signals output from the line memory units M25 to M29 by a negative coefficient and output them to the adders 26 to 29.
The negative multiplier N20 multiplies the uncorrected signal by a negative coefficient and outputs it to the adder 20.
The positive multiplier P25 multiplies the video signal of the correction target line (32H) output from the line memory M24 by a positive coefficient.
加算器20〜29は、負の乗算器N20〜N24、N26〜N30と、正の乗算器P25の出力を加算して、加算器20から差分加算信号を出力する。加算器20〜29は、請求項における差分加算部に相当している。
ここで、加算器20において、各負の乗算器からの出力と正の乗算器P25からの出力との差分の合計が算出されるよう、正の乗算器P25の係数又は/及び負の乗算器N20〜N24、N26〜N30の係数がCPU6からの指示により調整されている。The adders 20 to 29 add the outputs of the negative multipliers N20 to N24 and N26 to N30 and the positive multiplier P25, and output the difference addition signal from the adder 20. The adders 20 to 29 correspond to the difference addition unit in the claim.
Here, in the adder 20, the coefficient of the positive multiplier P25 and / and the negative multiplier so that the sum of the differences between the output from each negative multiplier and the output from the positive multiplier P25 is calculated. The coefficients of N20 to N24 and N26 to N30 are adjusted according to the instruction from the
つまり、加算器20から出力される差分加算信号は、補正対象ライン(32H)の映像信号と、補正対象ラインから2の累乗数(ここでは、2,4,8,16,32)だけ離れたラインの映像信号との差分の合計となる。
このように2の累乗数の間隔で差分信号を求め、加算して輪郭補正信号を生成することで、高周波数成分のない輪郭補正信号を生成できるものである。That is, the difference addition signal output from the adder 20 is separated from the video signal of the correction target line (32H) by a power of 2 (here, 2, 4, 8, 16, 32) from the correction target line. It is the total difference from the video signal of the line.
By obtaining the difference signals at intervals of powers of 2 and adding them to generate the contour correction signal in this way, it is possible to generate the contour correction signal without high frequency components.
映像レベル判定器28は、補正対象ラインの映像信号のレベルを判定して、しきい値判定により暗部を検出する。
乗算器29は、暗部の輪郭補正信号を減衰させるため、正負及び増幅度を可変調整する。
映像レベル判定器28及び乗算器29により、映像レベルが低い領域では、輪郭補正信号付加によるノイズを低減するために、輪郭補正信号を小さくする制御を行い、任意の映像レベル以上の場合には、輪郭補正信号のレベルを一定とする制御を行う。The image
The
In the region where the image level is low, the image
CPU6は、各負の乗算器N20〜N24,N26〜N30と正の乗算器P25の係数を制御すると共に、乗算器29で乗算される増幅値の正負及び増幅度を制御する。
具体的には、CPU6は、加算器20からの出力が、補正対象ライン(32H)の映像信号と、補正対象ラインから2の累乗数(ここでは、2,4,8,16,32)だけ離れたラインの映像信号との差分の合計となるよう、係数を制御する。
また、本撮像装置のCPU6は、レンズ絞りを絞った場合の映像信号変調度の劣化を改善するために、レンズ絞り値に応じて輪郭補正信号のレベルを制御する。具体的には、レンズアイリスが絞り側になると、乗算器29の係数を調整して、輪郭補正信号を増幅する制御を行う。The
Specifically, the
Further, the
小振幅大振幅圧縮制限器(以下、制限器とする)31は、差分加算信号が大振幅であれば圧縮し、小振幅の場合には圧縮を制限する。
乗算器32は、制限器31からの出力に乗算器29からの係数を乗算して、適切な極性及びレベルの垂直輪郭補正信号を生成する。
補正信号加算部33は、ラインメモリ部M24から出力される補正対象ライン(32H)に、垂直輪郭補正信号を加算して、垂直輪郭補正を行う。The small-amplitude large-amplitude compression limiter (hereinafter referred to as a limiter) 31 compresses when the difference addition signal has a large amplitude, and limits the compression when the difference addition signal has a small amplitude.
The
The correction
このように、本撮像装置では、1画素間隔の周辺画素差分処理を行わないため、超低域の変調度を増強でき、高域変調度を相対的に低下させるものである。
例えば、NTSC(National Television System Committee;全米テレビジョンシステム委員会)の0.5MHzを100%として定義される5MHz変調度や、2Kの飛越走査のHDTVの1MHzを100%として定義される27.5MHz変調度等の高域変調度を相対的に低下させる。As described above, since the peripheral pixel difference processing at one pixel interval is not performed in this imaging device, the degree of modulation in the ultra-low region can be increased and the degree of modulation in the high region is relatively lowered.
For example, NTSC (National Television System Committee) 0.5MHz is defined as 100% 5MHz modulation degree, and 2K jump scanning HDTV 1MHz is defined as 100% 27.5MHz. The high-frequency modulation degree such as the modulation degree is relatively lowered.
[垂直輪郭補正部の動作:図2]
本撮像装置の垂直輪郭補正部の動作について図2を用いて説明する。
補正前信号は、負の乗算器N20及びラインメモリ部M20に入力され、ラインメモリ部M20〜M29において、クロックのタイミングで、蓄積されると共に1ラインずつ負の乗算器N21〜N30及び正の乗算器P25に出力される。[Operation of vertical contour correction unit: Fig. 2]
The operation of the vertical contour correction unit of this image pickup apparatus will be described with reference to FIG.
The pre-correction signal is input to the negative multiplier N20 and the line memory unit M20, and is accumulated in the line memory units M20 to M29 at the clock timing, and the negative multipliers N21 to N30 and the positive multiplication are performed line by line. It is output to the device P25.
具体的には、ラインメモリ部M24から出力される補正対象ラインを32Hとすると、負の乗算器N20〜N24には、それぞれ、0H,16H,24H,30Hが入力され、正の乗算器P25にはH32が入力され、負の乗算器N26〜N30には、それぞれ34H,36H,40H,48H,64Hが入力される。
すなわち、補正対象ラインから2の累乗だけ離れたラインの映像信号が負の乗算器N21〜N24,N26〜N30に入力される。Specifically, assuming that the correction target line output from the line memory unit M24 is 32H, 0H, 16H, 24H, and 30H are input to the negative multipliers N20 to N24, respectively, and the positive multiplier P25 is input. H32 is input, and 34H, 36H, 40H, 48H, and 64H are input to the negative multipliers N26 to N30, respectively.
That is, the video signal of the line separated by the power of 2 from the correction target line is input to the negative multipliers N21 to N24 and N26 to N30.
そして、各負の乗算器N20〜N24、N26〜N30、正の乗算器P25において負又は正の係数が乗算され、加算器20〜29で加算されて、補正対象ラインの映像信号と他のラインの映像信号との差分の合計が算出されて、加算器20から差分加算信号として出力される。 Then, the negative or positive coefficients are multiplied by the negative multipliers N20 to N24, N26 to N30, and the positive multiplier P25, and added by the adders 20 to 29, so that the video signal of the correction target line and other lines are added. The total difference from the video signal is calculated and output from the adder 20 as a difference addition signal.
差分加算信号は、制限器31で振幅調整が施され、更に乗算器32において映像レベルに応じた調整が為されて、垂直輪郭補正信号が生成され、補正信号加算部33において、補正対象ラインの映像信号と垂直輪郭補正信号とが加算されて、垂直方向の輪郭補正が行われる。
このようにして垂直輪郭補正部の動作が行われるものである。The amplitude of the difference addition signal is adjusted by the
In this way, the operation of the vertical contour correction unit is performed.
尚、本実施の形態においては、垂直方向に32画素間隔までの差分の合計に基づいて垂直輪郭補正信号を生成するようにしているが、64画素間隔や128画素間隔の差分の合計を求めて垂直輪郭補正信号を生成してもよい。 In the present embodiment, the vertical contour correction signal is generated based on the total difference up to 32 pixel intervals in the vertical direction, but the total difference between 64 pixel intervals and 128 pixel intervals is obtained. A vertical contour correction signal may be generated.
[水平輪郭補正部の構成:図3]
次に、本撮像装置の特徴部分である、水平輪郭補正部の構成について図3を用いて説明する。図3は、本撮像装置の水平輪郭補正部の構成図である。
水平輪郭補正部は、水平方向に配列された画素間の映像信号を比較して、水平方向の輪郭を補正するものである。
図3に示すように、水平輪郭補正部は、複数の画素遅延部D40〜D49と、複数の負の乗算器N40〜N44及びN46〜N50と、正の乗算器P45と、複数の加算器40〜49と、映像レベル判定器51と、乗算器52,54と、小振幅大振幅圧縮制限器53と、補正信号加算部55とを備えている。[Structure of horizontal contour correction unit: Fig. 3]
Next, the configuration of the horizontal contour correction unit, which is a characteristic portion of the image pickup apparatus, will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram of a horizontal contour correction unit of this imaging device.
The horizontal contour correction unit compares video signals between pixels arranged in the horizontal direction and corrects the contour in the horizontal direction.
As shown in FIG. 3, the horizontal contour correction unit includes a plurality of pixel delay units D40 to D49, a plurality of negative multipliers N40 to N44 and N46 to N50, a positive multiplier P45, and a plurality of
つまり、水平輪郭補正部は、図2に示した垂直輪郭補正部のラインメモリ部M20〜M29の代わりに、画素遅延部D40〜D49が設けられ、水平方向に配列された画素について処理を行う点が異なるが、その他の基本的な構成及び動作は垂直輪郭補正部と同等であるため、詳細な説明は省略する。 That is, the horizontal contour correction unit is provided with pixel delay units D40 to D49 in place of the line memory units M20 to M29 of the vertical contour correction unit shown in FIG. 2, and processes the pixels arranged in the horizontal direction. However, since the other basic configurations and operations are the same as those of the vertical contour correction unit, detailed description thereof will be omitted.
そして、水平輪郭補正部では、補正対象画素の映像信号と、当該補正対象画素から水平方向に2,4,8,16,32画素だけ離れた画素の映像信号との差分の合計が加算器40から加算差分信号として出力され、小振幅大振幅圧縮制限器53において、加算差分信号の振幅補正が行われ、映像レベル判定器51での判定結果に基づいて乗算器54で調整されて水平輪郭補正信号が生成され、補正信号加算部55において、補正対象画素(32d)の映像信号と水平輪郭補正信号とが加算されて、水平方向の輪郭補正が行われる。
Then, in the horizontal contour correction unit, the sum of the differences between the video signal of the correction target pixel and the video signal of the pixels horizontally separated from the correction target pixel by 2, 4, 8, 16, 32 pixels is the sum of the
水平方向の輪郭補正においても、1画素間隔の周辺画素差分処理を行わないため、超低域の変調度を増強でき、高域変調度を相対的に低下させるものである。 Even in the contour correction in the horizontal direction, since the peripheral pixel difference processing at one pixel interval is not performed, the degree of modulation in the ultra-low region can be increased and the degree of modulation in the high region is relatively lowered.
[本撮像装置における差分加算信号の例:図4]
ここで、本撮像装置における差分加算信号の例について図4を用いて説明する。図4は、2,4,8,16画素間隔の差分加算信号の周波数軸表示である。
図2を例として説明すると、図4(a)に示す2画素間隔の差分加算信号は、正の乗算器P25と、負の乗算器N24及びN26に0(ゼロ)以外の係数が設定され、他の負の乗算器には係数0が設定された状態で、加算器40から得られる差分加算信号である。[Example of difference addition signal in this imaging device: FIG. 4]
Here, an example of the difference addition signal in the present imaging apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a frequency axis display of the difference addition signal at 2, 4, 8, and 16 pixel intervals.
Taking FIG. 2 as an example, in the difference addition signal with a two-pixel interval shown in FIG. 4A, a coefficient other than 0 (zero) is set in the positive multiplier P25 and the negative multipliers N24 and N26. The other negative multiplier is a difference addition signal obtained from the
同様に、図4(b)に示す4画素間隔の差分加算信号は、2画素間隔の場合に加えて、負の乗算器N23とN27が0以外の係数となった場合の差分加算信号であり、8画素間隔の差分加算信号は、更に負の乗算器N22とN28に0以外の係数が設定され、16画素間隔の差分加算信号は、更に負の乗算器N21とN29にも0以外の係数が設定された場合の差分加算信号である。 Similarly, the 4-pixel interval difference addition signal shown in FIG. 4B is a difference addition signal when the negative multipliers N23 and N27 have a coefficient other than 0 in addition to the case of 2-pixel interval. , The difference addition signal with an interval of 8 pixels is further set with a coefficient other than 0 in the negative multipliers N22 and N28, and the difference addition signal with an interval of 16 pixels is further set with a coefficient other than 0 in the negative multipliers N21 and N29. Is the difference addition signal when is set.
図4に示すように、本撮像装置の差分加算信号は、いずれも、雑音も含めてfs/2付近の高周波成分がないため、低周波数(低域)の変調度を改善した映像信号を出力することができるものである。
そのため、入力信号が変調度の低い状態であっても、被写界深度の浅い望遠端での焦点合わせを容易にすることができるものである。As shown in FIG. 4, since the difference addition signal of this imaging device does not have a high frequency component near fs / 2 including noise, it outputs a video signal with an improved degree of modulation in the low frequency (low frequency range). Is something that can be done.
Therefore, even if the input signal has a low degree of modulation, it is possible to easily focus at the telephoto end having a shallow depth of field.
[本撮像装置における輪郭補正:図5]
本撮像装置における輪郭補正信号及び輪郭補正後の信号例について図5を用いて説明する。図5は、本撮像装置の輪郭補正信号及び輪郭補正後の信号例を示す模式説明図である。
図5(a)は、補正前信号、(b)は、17H成分/17画素成分(8画素間隔)の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、(c)は、9H成分/9画素成分(4画素間隔)の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、(d)は、7H成分/7画素成分(3画素間隔)の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、(e)は、5H成分/5画素成分(2画素間隔)の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、(f)は、3H成分/3画素成分(1画素間隔)の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、(g)は、17H9H5H成分/17画素9画素5画素成分(8画素4画素2画素間隔)の輪郭補正信号による輪郭補正後の信号、(h)は、9H5H成分/9画素5画素成分(4画素2画素間隔)の輪郭補正信号による輪郭補正後の信号を示している。
ここで、(d)と(f)は、本撮像装置では生成されない信号であるが、参考のために示している。[Contour correction in this imaging device: FIG. 5]
An example of the contour correction signal and the signal after contour correction in this imaging device will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a contour correction signal of the present imaging apparatus and a signal example after contour correction.
5A shows a pre-correction signal, FIG. 5B shows a contour correction signal based on a 17H component / 17 pixel component (8 pixel interval) difference addition signal, and FIG. 5C shows a 9H component / 9 pixel component (4). Pixel spacing) contour correction signal based on difference addition signal, (d) is contour correction signal based on 7H component / 7 pixel component (3 pixel spacing) difference addition signal, (e) is 5H component / 5 pixel component The contour correction signal based on the difference addition signal of (2 pixel interval), (f) is the contour correction signal based on the difference addition signal of 3H component / 3 pixel component (1 pixel interval), and (g) is 17H9H5H component / 17 The signal after contour correction by the contour correction signal of 9
Here, (d) and (f) are signals that are not generated by the present imaging apparatus, but are shown for reference.
(g)の信号は、(b)の8画素間隔の差分加算信号と、(c)の4画素間隔の差分加算信号と、(e)の2画素間隔の差分加算信号との合計に基づいて生成された輪郭補正信号と、(a)の補正前信号とを加算して得られる信号である。
(g)に示した輪郭補正後の信号は、例えば、17H15H13H11H9H7H5H3H輪郭補正信号(17H15H13H11H9H7H5H3H成分/17画素15画素13画素11画素9画素7画素5画素3画素成分の差分加算信号に基づく輪郭補正信号)で補正した場合と比べると、高周波数成分の細かい輪郭を再生できないものの、高域雑音が少ないので、輪郭補正信号を大きくすることができ、強く輪郭補正でき、輪郭を十分明瞭にすることができるものである。The signal (g) is based on the sum of the difference addition signal of (b) 8-pixel interval, the difference addition signal of (c) 4-pixel interval, and the difference addition signal of (e) 2-pixel interval. This is a signal obtained by adding the generated contour correction signal and the pre-correction signal (a).
The contour-corrected signal shown in (g) is, for example, a 17H15H13H11H9H7H5H3H contour correction signal (contour correction signal based on a difference addition signal of 17H15H13H11H9H7H5H3H component / 17 pixel 15
また、(h)の信号は、(c)の4画素間隔の差分加算信号と、(e)の2画素間隔の差分加算信号との合計に基づいて生成された輪郭補正信号と、(a)の補正前信号とを加算して得られる信号である。
(h)の輪郭補正後の信号は、例えば、9H7H5H3H輪郭補正信号(9H7H5H3H成分/9画素7画素5画素3画素成分の差分加算信号に基づく輪郭補正信号)で補正した場合と比べると、高周波成分の細かい輪郭を再生できないが、高域雑音が少ないので、輪郭補正信号を大きくすることができ、輪郭を明瞭にすることができるものである。Further, the signal of (h) is a contour correction signal generated based on the sum of the difference addition signal of (c) 4-pixel interval and the difference addition signal of (e) 2-pixel interval, and (a). It is a signal obtained by adding the signal before correction of.
The signal after contour correction in (h) has a high frequency component as compared with the case of correction with, for example, a 9H7H5H3H contour correction signal (a contour correction signal based on a difference addition signal of 9H7H5H3H component / 9 pixel 7
そのため、望遠端における開放絞り値が、画素ピッチ/撮像光の中心波長の値より大きいレンズ、又は収差が大きいレンズなど、低周波数において変調度が低い特性を有するレンズを用いた場合にも、被写界深度の浅い望遠端での焦点合わせを容易にすることができるものである。 Therefore, even when a lens having a low degree of modulation at a low frequency such as a lens in which the open aperture value at the telephoto end is larger than the value of the pixel pitch / center wavelength of the imaging light or a lens having a large aberration is used, the lens is covered. This makes it easy to focus at the telephoto end, which has a shallow depth of field.
したがって、図7に示した、アスペクト比16:9の撮像素子のサイズとレンズの口径比による変調度の変化のように、口径比Fの超望遠ズームレンズの変調度が低下しても、輪郭補正が容易になる。 Therefore, even if the degree of modulation of the super-telephoto zoom lens with the aperture ratio F decreases, as in the change in the degree of modulation due to the size of the image pickup element with an aspect ratio of 16: 9 and the aperture ratio of the lens shown in FIG. 7, the contour Correction becomes easy.
[実施の形態の効果]
本発明の実施の形態に係る撮像装置によれば、画素間隔が5波長以下のCMOS撮像素子を用いた撮像装置において、輪郭補正部11が、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、補正対象画素と2の累乗の画素間隔(2,4,8,18,32等)となる複数の画素の映像信号との差分をそれぞれ算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正信号加算部が、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算するようにしているので、fs/2付近の高周波成分が含まれない輪郭補正信号を生成でき、低域の輪郭補正信号を補強して、低域におけるMTFを改善し、被写界深度の浅い望遠レンズの望遠端においても焦点合わせを容易にすることができる効果がある。[Effect of Embodiment]
According to the image pickup device according to the embodiment of the present invention, in the image pickup device using the CMOS image pickup element having a pixel interval of 5 wavelengths or less, the
また、本撮像装置では、補償対象画素と、2,4,8,16,32画素間隔となる画素との差分の合計を算出しているが、64画素、128画素等、より多くのラインメモリ部又は画素遅延部、乗算器、加算器を備えた構成としてもよく、多いほど輪郭補正の効果は大きくなるため、回路規模が許容されるならば、多くすることが望ましい。
また、映像レベル判定器出力信号が小信号大振幅圧縮制限器から出力する輪郭補正信号レベルを制御することから、レンズ絞り値に応じて映像レベル判定器出力信号レベルを制御することにより輪郭補正信号レベルを制御することも容易となる。Further, in this imaging device, the total difference between the compensation target pixel and the pixel having the interval of 2, 4, 8, 16, 32 pixels is calculated, but more line memory such as 64 pixels and 128 pixels is calculated. A configuration may include a unit or a pixel delay unit, a multiplier, and an adder, and the more the number is, the greater the effect of contour correction. Therefore, if the circuit scale is acceptable, it is desirable to increase the number.
Further, since the image level judge output signal controls the contour correction signal level output from the small signal large amplitude compression limiter, the contour correction signal is controlled by controlling the image level judge output signal level according to the lens aperture value. It also makes it easier to control the level.
64画素間隔の差分を加えて輪郭補正信号を生成すれば、例えば、2Kの飛越操作のHDTVの0.5MHz変調度を改善することができ、更に128画素間隔の差分を加えれば、2Kの飛越操作のHDTVの0.25MHzの変調度を改善することができる効果がある。 If the contour correction signal is generated by adding the difference of 64 pixel intervals, for example, the 0.5 MHz modulation degree of the HDTV of the 2K jump operation can be improved, and if the difference of 128 pixel intervals is further added, the 2K jump can be improved. There is an effect that the modulation degree of 0.25 MHz of the operation HDTV can be improved.
また、監視用1/3型HD2K撮像素子と、報道用2/3型4K撮像素子と、中継用4/3型8K撮像素子は、2.5μmの同一画素間隔となっており、超望遠での収差が大きく、絞りが暗く、MTFが低い状態になるが、本装置によれば、それらの特性を許容して、低周波でのMTFを改善することができ、撮像装置の低価格化を実現できる効果がある。
つまり、本装置は、高価で大型の低域MTFの高いUHDTVレンズを使用することなく、電子的に補正することにより、低コストで輪郭強調を可能とする効果がある。In addition, the 1 / 3-inch HD2K image sensor for monitoring, the 2 / 3-inch 4K image sensor for news coverage, and the 4 / 3-inch 8K image sensor for relay have the same pixel spacing of 2.5 μm, and are super-telephoto. The aberration is large, the aperture is dark, and the MTF is low. However, according to this device, it is possible to improve the MTF at low frequencies by allowing these characteristics, and to reduce the price of the image sensor. There is an effect that can be realized.
That is, this device has an effect of enabling contour enhancement at low cost by electronically correcting without using an expensive and large UHDTV lens having a high low-frequency MTF.
更に、本装置によれば、監視用1/3型HD2Kカメラや4Kカメラや8Kカメラの拡販だけではなく、放送局や中継会社が多数保有している2Kカメラのファームウェアバージョンアップによる画質向上にも活用することができる効果がある。 Furthermore, according to this device, not only sales expansion of 1 / 3-inch HD2K cameras, 4K cameras and 8K cameras for surveillance, but also image quality improvement by upgrading the firmware of 2K cameras owned by many broadcasting stations and relay companies. There is an effect that can be utilized.
本発明は、高周波数成分のない輪郭補正を行うことにより、低周波数における変調度を改善した映像信号を出力できる撮像装置に適している。この出願は、2017年9月25日に出願された日本出願特願2017−183338を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。 The present invention is suitable for an imaging device capable of outputting a video signal with an improved degree of modulation at low frequencies by performing contour correction without high frequency components. This application claims the benefit of priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2017-183338 filed on September 25, 2017, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
1…撮像装置、 2…色分解光学系、 3,3R,3G,3B…撮像素子、 4…映像信号処理部、 5…パラレル/シリアル変換部、 6…CPU、 7…レンズ、 8…ビューファインダー、 11…輪郭補正部、 12…ガンマ色補正部、 13…MATRIX部、 M20〜M29…ラインメモリ部、 N20〜N24,N26〜N30,N40〜N44,N46〜N50…負の乗算器、 P25,P45…正の乗算器、 20〜29,40〜49…加算器、 28,51…映像レベル判定器、 29,30,52,54…乗算器、 31,53…小振幅大振幅圧縮制限器、 33,55…補正信号加算部、 D40〜D49…画素遅延部、 91…マイクロレンズ、 92…カラーフィルタ、 93…フォトダイオード、 94…メタル配線層 1 ... Imaging device, 2 ... Color separation optical system, 3,3R, 3G, 3B ... Image sensor, 4 ... Video signal processing unit, 5 ... Parallel / serial conversion unit, 6 ... CPU, 7 ... Lens, 8 ... Viewfinder , 11 ... Contour correction unit, 12 ... Gamma color correction unit, 13 ... MATRIX unit, M20 to M29 ... Line memory unit, N20 to N24, N26 to N30, N40 to N44, N46 to N50 ... Negative multiplier, P25, P45 ... Positive multiplier, 20-29, 40-49 ... Adder, 28, 51 ... Video level judge, 29, 30, 52, 54 ... Multiplier, 31, 53 ... Small amplitude Large amplitude compression limiter, 33, 55 ... Correction signal adder, D40 to D49 ... Pixel delay, 91 ... Microlens, 92 ... Color filter, 93 ... Photodiond, 94 ... Metal wiring layer
Claims (5)
前記撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、
前記色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から2の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、前記補正対象画素の映像信号に前記輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備えたことを特徴とする撮像装置。An image pickup device using a CMOS image sensor whose pixel pitch is 5 times or less the center wavelength of the image pickup light.
A color separation unit provided with the image sensor, which separates input light into colors and outputs a video signal
With respect to the video signal from the color separation unit, the difference between the video signal of the pixel to be corrected for contour correction and the video signal of a plurality of pixels having a pixel interval of a power of 2 from the pixel to be corrected is calculated. It is characterized by having a contour correction unit that generates a contour correction signal based on the difference addition signal obtained by adding the plurality of differences and adds the contour correction signal to the video signal of the correction target pixel to perform contour correction. Imaging device.
前記差分加算信号を、前記補正対象の画素の映像信号レベルに基づいて調整して前記補正対象の画素に対応する輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成部と、
前記補正対象の画素の映像信号に前記輪郭補正信号を加算する輪郭補正信号加算部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。The contour correction unit calculates the difference between the video signal of the pixel to be corrected and the video signal of a plurality of pixels having a pixel interval of a power of 2 from the pixel to be corrected, and adds the plurality of differences to make a difference. The difference addition part that generates the addition signal and
A contour correction signal generation unit that adjusts the difference addition signal based on the video signal level of the pixel to be corrected and generates a contour correction signal corresponding to the pixel to be corrected.
The imaging device according to claim 1, further comprising a contour correction signal addition unit that adds the contour correction signal to the video signal of the pixel to be corrected.
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WO2015129120A1 (en) * | 2014-02-26 | 2015-09-03 | 富士フイルム株式会社 | Method for manufacturing image-capturing module, and device for manufacturing image-capturing module |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004260421A (en) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Fujitsu General Ltd | Contour correction circuit |
WO2015129120A1 (en) * | 2014-02-26 | 2015-09-03 | 富士フイルム株式会社 | Method for manufacturing image-capturing module, and device for manufacturing image-capturing module |
WO2016152343A1 (en) * | 2015-03-20 | 2016-09-29 | 株式会社日立国際電気 | Image-capture device and image-capture method |
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