KR0146260B1 - 고체촬상장치 - Google Patents

고체촬상장치

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KR0146260B1
KR0146260B1 KR1019940013058A KR19940013058A KR0146260B1 KR 0146260 B1 KR0146260 B1 KR 0146260B1 KR 1019940013058 A KR1019940013058 A KR 1019940013058A KR 19940013058 A KR19940013058 A KR 19940013058A KR 0146260 B1 KR0146260 B1 KR 0146260B1
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유키히로 타니조에
마사유키 요네야마
야스토시 야마모토
쇼고 사사키
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명의 고체촬상장치는, 2차원주파수의 수평, 수직방향으로 캐리어를 가지고 있지 않은 색필터배열을 구비한 순차주사형 CCD의 출력에 대해서, 2차원주파수특성처리를 실시함으로써, 2차원주파수의 수평, 수직방향으로 모아레가 적은 색신호를 얻고, =g모아레가 적은 색신호의 비를 사용한 보간연산에 의해, 2차원주파수의 수평수직방향으로 모아레가 적은 휘도신호를 얻는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

고체촬상장치
제1도는 본 발명에 의한 고체촬상장치의 일예를 표시한 블록도.
제2도는 색분리필터의 배열을 표시한 평면도.
제3도는 제2도의 색분리필터의 배열의 W, G, Ye, Cy 신호에 대응하는 CCD의 화소로 부터의 색신호의 2차원 샘플링캐리어를 도시한 도면.
제4도는 제1도의 2차원 LPE처리부의 블록도
제5도는 제4도의 2차원 LPE의 탭계수(tap coefficient)를 표시한 도면.
제6도는 도1의 휘도신호보간연산부의 일예를 표시한 블록도.
제7도는 도1의 휘도신호보간연산부의 다른예를 표시한 블록도.
제8도는 도1의 색변화점 검출부의 일예를 표시한 블록도.
제9도는 도1의 의사신호억압수(false signals)의 일예를 표시한 블록도.
제10도는 종래의 예에 의한 색분리필터의 배열을 표시한 개략도.
제11도는 제10도의 색분리필터의 배열의 Mg, G, Ye, Cy신호에 대응하는 CCD의 화소로부터의 색신호의 2차원 샘플링캐리어를 도시한 도면.
제12도는 종래의 예에 의한 촬상소자로부터의 신호출력을 표시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 광학계 2 : 색분리필터
3 : 순차주사형 CCD 4 : 2차원 LPE처리부
5 : 색분리매트릭스연산부 6 : 휘도신호보간연산부
7 : 의사신호억압부 8 : 색변화점검출부
9 : 인코더 10,11~22 : 출력단자
23~28 : 입력단자
본 발명은 고체촬상장치에 관한 것으로서, 특히 순차주사형촬상소자에 색분리필터를 설치하고, 컬러 영상신호를 얻는 고체촬상장치에 관한 것이다.
촬상부에 고체촬상소자를 사용한 컬러카메라에는 복수개의 촬상소자를 사용하는 멀티칩 CCD와 1개의 촬상소자를 사용하는 단일칩CCD가 있다. 단일칩CCD에 있어서는, 화소마다 다른 분광특성을 가진 색분리필터를 설치하고, 이들의 색분리필터에 대응하는 화소신호의 연산에 의해서 색신호와 휘도신호를 얻고 있다. 이와 같은 단일칩CCD에서는, 필연적으로 각 신호의 2차원 샘플링주파수가 낮아지고, 화상의 고역성분에 기인한 의사신호 즉, 색모아레가 휘도신호와 색신호에 발생한다.
그런데, 종래의 촬상소자에서는 수직방향으로 2화소를 가산해서 판독하는 PD믹스방식(Photodiode-Mixing-System)이 채택되고 있다. 이 방식의 촬상소자를 사용한 촬상방식의 예로서, 색차순차방식이 있다. 제10도는 색차순차방식에 사용하는 색분리필터배열의 예이다. 제12도는 색차순차방식에 있어서, PD믹스방식의 촬상소자로부터 출력되는 신호를 표시하고 있다. 즉, PD믹스방식의 촬상소자에 제7도의 색분리필터를 적용하였을 경우, 제 1 피일드에서는, 짝수라인에서는 Ye(황색)+Mg(마젠타), Cy(시안)+G(녹색)이 순차적으로 출력되고, (Ye+Mg)-(Cy+G)의 연산에 의해, 2r(적색)-g(녹색)신호를 얻게 된다. 홀수라인에서는 Cy+Mg, Ye+G가 순차적으로 출력되고, (Cy+Mg)-(Ye+G)의 연산에 의해 2b(청색)-g(녹색)신호를 얻게 된다.
또, 제 2피일드에서는, 짝수라인에서는 Mg+Cy, G+Ye가 순차적으로 출력되고, (Mg+CY)-(G+Ye)의 연산에 의해 2b-g 신호를 얻게 된다. 홀수라인에서는, Mg+Ye, G+Cy가 순차적으로 출력되고,(Mg+Ye)- (G+Cy)의 연산에 의해 2r-g신호를 얻게 된다.
이상과 같이, 색차순차방식에서는 색의 캐리어가 2차원주파수의 수평방향으로 존재하고, 색분리가 수평방향으로 인접하는 화소간의 연산 즉, 1차원연산에 의해서 이루어지기 때문에 색모아레가 화상의 수평방향으로 나타난다. 또, 1수평라인의 신호로부터 1개의 색차신호 밖에 얻지 못하고, 수직방향의 R(적색), B(청색)의 2차원 샘플링주파수가 낮기 때문에, 2차원 주파수의 수직방향으로 색모아레가 발생한다. 그러나, 인간의 시각특성상, 2차원주파수의 수평, 수직방향의 색모아레는 눈에 띄기 쉽고, 화질열화의 큰 원인의 하나로 되어 있다. 이들의 모아레는 입사화상의 2차원주파수의 고주파성분에 의해 발생한다. 따라서, 수정필터등의 광학저역통과필터를 사용하여 2차원주파수의 고주파성분을 억압함으로써 모아레가 어느정도 억압된다. 그러나, 광학저역통과필터에 의한 입사화상의 2차원고주파성분의 억압은, 해상도의 열화에 직접 관련되기 때문에, 한계가 있다.
제11도는 제10도의 색분리필터의배열이 사용되는 경우의 샘플링캐리어를 도시한 도면이고, Px, Py는 각각 수평, 수직방향의 화소간격을 표시하고 있다. 제10도의 색분리필터의 배열에서는, 2차원주파수의 수평방향으로 색의 캐리어가 존재하기 때문에, 2차원주파수의 수평방향으로 휘도모아레가 발생하고, 수평방향의 해상도를 저하시키는 원인으로 되어 있다.
휘도신호는 몇 개의 다른 색분리필터에 대응하는 색신호를 가산해서 얻게되나, 각각의 색신호를 가산해서 휘도신호를 얻을 때의 가산비를 각각의 색신호의 감도비의 역수로 설정하면 휘도모아레를 최소로 할 수 있는 것이 알려져 있다. 단 각각의 색신호의 감도는 입력광의 분광특성에 의존하기 때문에, 가산비도 입사광의 분광특성에 따라서 변경되어야 한다.
일반적인 영상에는, 국소적인 영역에서는 색의 상관이 강하다고 하는 성질이 있다. 이 성질을 이용하여, 모아레를 억압하는 방법이 일본국 특개평2-166988호 공보에 개시된 고체컬러카메라(Solid Color Camera), 또는 텔레비젼 학회지 Vo1. 46, NO. 9, pp. 1153~1160(1992)등에 기술되어 있다.
이하 이방법에 대해서 간단히 설명한다. 예를 들면, PD믹스촬상소자와 제8도의 색필터배열을 사용한 색차순차방식에서는, Mg+Ye와 G+Cy 또는 Mg+Cy와 G+Ye가 순차적으로 출력된다. 색의 변화가 없는 경우, Mg+Ye : G+Cy : Mg+Cy : G+Ye의 비는 일정하다고 생각된다. 따라서, 예를 들면 Mg+Ye와 G+Cy가 출력되는 행에 있어서는, Mg+Ye가 출력되는 화소위치에 대해서, (G+Cy)' =(G+Cy) L/(Mg+Ye)L*(Mg+Ye)의 연산에 의해서 G+Cy가 보간되고, G+Cy가 출력되는 화소위치에 대해서, (Mg+Ye)' =(Mg+Ye)L/(G+Cy)L*(G+Cy)의 연산에 의해서 Mg+Ye가 보간된다. (Mg+Ye)L와 (G+Cy)L는 각각 Mg+Ye, G+Cy의 저역성분이고, Mg+Ye, G+Cy신호에 저역통과필터를 실시함으로써 얻어진다. 즉, 저역통과필터에 의해서 색모아레가 억압된 색신호의 비에 따라서 상기 보간연산을 행함으로써 휘도모아레가 억압된다.
그런데, 제10도에 표시한 색분리필터배열과 같이, 수평방향으로 색의 캐리어가 존재하는 색분리필터배열을 사용하였을 경우, 색모아레를 억압하기 위한 저역통과필터는 수평방향의 1/4Px에 영점을 가진 것으로 되나, 이와 같은 필터에 의해서 수평방향의 1/2Px주변의 모아레를 억압하기 위해서는, 대역이 비교적 좁은 저역통과필터를 사용할 필요가 있다. 그러나, 상기 보간연산을 행할 때, 피사체에 급격한 색의 변화점이 있는 경우에는 제한된 대역을 가지는 색시호와, 실제의 색과의 오차에 의한 의사신호가 발생하고, 저역통과필터의 대역이 좁을수록 색의 변화점에서 오차가 크게되고, 이 오차에 의한 의사신호가 광범위하게 발생한다고 하는 문제가 있고, 수평방향의 1/2Px부근에서 휘도의 모아레를 억압하는 것이 곤란하다
본 발명의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고, 특히 2차원주파수에 의해 발생된 수직방향의 색모아레와 휘도모아레를 억압하는 고체촬상장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체촬상소자는, 세로방향의 M화소 X가로방향의 N화소를 가지고 또한 색분리필터를 소정의 반복적인 배열방식으로 설치한 순차주사형 촬상소자를 사용하고, 세로방향의 K화소 X 가로방향의 L화소 영역의 화소로 부터의 신호에 대해서 2차원주파수의 특성처리를 행한 후, 색분리처리를 행하고, 또, 2차원주파수의 특성처리를 행한 색신호의 비에 따라서 휘도신호와 보간연산을 행하는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해서, 색신호에 대해서 주위의 화소신호로부터 화소보간을 행하고, 특히 수평, 수직방향으로 색모아레가 적은 색신호를 얻게 되고, 색모아레가 적은 색신호를 사용해서 보간연산을 함으로써, 특히, 수평, 수직방향으로 휘도모아레가 적으며 해상도가 높은 휘도신호를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서, 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 고체촬상장치의 일예를 표시한 블록도이고, 제2도는 순차주사형 고체촬상소자에 사용되는 색분리필터의 배열의 M=4, N=2인 경우를 도시한 도면이다. 또, 제3도는 제2도에 표시한 색분리필터를 사용한 경우의 2차원샘플링캐리어를 도시한 도면이다. 단, Px, Py는 각각 수직방향의 화소간격이다.
2차원 LPE처리부의 동작을 설명한다. 제4도는, 2차원 LPE처리부의 구성예이다. 제4도의 순차주사형 CCD(3)가 제2도에 도시한 바와 같은 색 필터를 구비하고 있는 것으로 가정하면, CCD로부터의 출력은 W, G가 반복 출력되는 라인과, Ye, Cy가 반복 출력되는 라인이 있다. 제4도의 예의 CCD에서는, 2라인의 수평 전송 CCD를 가지고 있다. 상기 2라인이 동시에 출력된다. 예를 들면, 단자(28)에서는 Ye, Cy의 라인신호가 출력되고, 단자(27)에서는 W, G 라인의 신호가 출력된다.
단자(28)에 출력되는 Ye, Cy라인의 신호는 1H지연회로(라인메모리)를 거쳐서 단자(26)에 출력된다. 그때 단자(28)와 단자(26)에 동시에 나타나는 신호는, CCD상에서 2라인 떨어진 신호가 된다. 단자(28)와 단자(26)에 출력된 Ye, Cy라인의 신호는 제4도에 표시한 바와 같이, 출력된 후 즉시 셀렉터에 의하여 Ye와 Cy로 나누어 진다. Ye와 Cy로 나누어진 신호는, 플립플롭, 가산기로 이루어진 회로에 의하여 필터처리를 실시한 후, 단자(21),(22)로부터 출력되는 신호는 제5도의 (e),(f),(i),(j)에 표시한 바와 같은 복수라인에 걸친 탭계수(tap coefficient)를 가진 필터 처리 된 신호로 되어 있다. 즉, 제4도의 회로에 의해서, CCD출력의 복수라인의 신호를 사용한 필터처리가 실현되고 있다.
우선, 색신호의 처리에 대하여 설명한다. 순차주사형CCD(3)에서 2라인(3a), (3b)위의 화소로부터의 신호가 동시에 판독된다. 판독된 출력신호는, A/D 변환처리된 후, 4개의 1H지연회로를 통과한다. 따라서, 2차원LPF처리부(4)의 입력단자(23)~(28)로부터 동시에 6라인분의 셀렉터에 입력된다. 셀렉터는 상기의 입력된 신호를 W, G, Ye, cY에 대응하는 색신호로 분리한다. 분리된 색신호는 2차원적으로 LPF처리되어 출력한다. 그 결과, 제4도의 회로의 출력은 제5도(a)~(l)에 표시하는 바와 같은 탭계수를 가진 2차원 LPF처리를 실시한다. 도면에서, 0으로 에워싼 화소의 위치가 주사 중에 있는 화소의 위치이다. 제5도(a)~(l)의 LPF는 모두 2차원주파수(1/2Px, 0) (0, 1/4Py)에 영점을 가지고 있으며, 제4도의 회로의 (11),(12),(19),(21)로부터 출력되는 W, GL, YeL1, YeL2신호는 파시체의 2차원주파수(1/2Px, 0), (0, 1.4Py)에 대해서 모아레의 발생이 없다. 이상과 같이해서 얻어진 W, G, Ye, Cy신호중에서 수직방향으로 그룹의 지연이 일치한 신호, 즉, 제4도의 회로의 출력(11),(12),(19),(21)로부터 얻어지는 WL, GL, YeL1, YeL2신호가, 색분리매트릭스연산부(5)에 입력되어, R, G, B 신호 중에서 소정의 색신호가 연산되어 출력된다. 이와같이 얻은 색신호는 피사체의 2차원주파수(1/2Px, 0), (0, 1/4Py)에 대해서 모아레가 발생하지 않는다.
다음에는, 휘도신호의 처리에 대해서 설명한다. 상기한 바와같이 순차주사형CCD(3)의 출력신호는 A/D변환된 후, 4개의 1H지연회로를 통과하고, 6라인분의 신호가 동시에 단자(23)~(28)에 나타난다. 휘도신호보간연산부(6)에 입력된다. 제6도에 휘도신호 보간연산부의 구성예를 표시한다. 제4도의 회로에서 2차원 LPF처리에 의해 보간된 후에, (11),(12),(13),(14)로부터 출력되는 W, G, Ye, Cy신호를 각각 WL, GL, YeL, CyL로 가정한다. 제6도의 회로에서는 WL, GL, YeL, CyL를 사용해서 하기의 연산을 행하고, 색분리필터배열의 W, G, Ye, Cy의 위치의 W', G', Ye', Cy'를 보간한다.
W' = WL/GL × G
G' = GL/WL × W
Ye' = YeL/CyL × Cy
Cy' = CyL/YeL × Ye ......................................(1)
제2도의 색분리필터배열인 경우, 상기의 보간연산에 의해 각화소에 대해서, W신호와 G신호 또는 Ye신호와 Cy신호가 갖추어지게 된다. 그래서, W+Ge=Ye+Cy=r+2g+b를 휘도신호로 함으로써, 수평, 수직방향에서 모아레가 적고, 해상도가 높은 휘도신호를 얻을 수 있다. 상기의 보간연산에서, WL, GL, YeL, CyL를 얻기 위한 2차원 LPF는, 2차원주파수(1/2Px, 0)에 영점을 가진 것으로 되어 있기 때문에 제10도의 색분리필터의 배열을 사용하는 경우에 비해서, 수평방향으로 광대역의 저역통과필터에 의해서 2차원 주파수(1/2Px, 0)부근의 모아레를 억압할 수 있다. 그 때문에 제10도의 색분리필터에 의한 경우에 비해 색의 변화점에서 보간연산의 의산신로가 발생하는 범위가 좁다.
상기한 바와 같이, 식(1)에 의한 보간연산에서는, 색의 변화점에서 의사신호가 발생한다. 특히 식(1)의 연산에서 저역색신호의 비율 즉, WL:GL 또는 YeL:CyL의 변동이 큰 경우에, 특시 큰 의사신호를 발생하는 성질을 가진다. 제7도는 각 화소신호에 대해서 색마다에 일정한 값을 가산함으로써, 색의 변화점에서 의사신호를 저감하도록 한 실시예를 표시한 휘도신호보간연산부(6)의 블록도이다. 제7도의 블록도에서의 보간연산은 아래식과 같이 표시한다.
W' + WB = (WL + WB) / (GL + GB) × (G + GB)
G' + GB = (GL + GB) / (WL + WB) × CW + WB)
Ye' + YeB = (YeL + YeB) / (CyL + CyB) × (Cy + CyB)
Cy' + CyB = (CyL + CyB) / (YeL + YeB) × (YE + YeB) ............(2)
여기에서, WB, GB, YeB, CyB는 정수이고, 그 값은, 예를들면, 색온도에서 휘도의 레벨이 일정한 백색피사체를 촬상하였을 경우 W:G:Ye:Cy와 WB:GB:YeB:CyB가 동등하게 되는 값으로 결정하면 된다. 정수를 가산함으로써 색의 변화점에서 (WL + WB) : (GL + GB) 또는 (YeL + YeB) : (CyL + CyB)의 변동을 억제할 수 있으며, 특히 큰 의사신호가 발생하는 일은 없어진다. 단, WB, GB, YeB, CyB의 값을 크게 할 수록, 색의 변화점의 의사신호는 억압되나, 색의 변화가 없는 부분에서 모아레를 억압하는 효과는 감소하는 경향에 있다.
식(1)의 보간연산에서는, 급준한 색의 변화가 없을 것을 전제로 하고 있고, 즉 W, G, Ye, Cy의 각신호의 저주파성분과 고주파성분의 진폭의 비가 동등할 것을 전제로 하고 있다. 그러나, 렌즈의 색수차가 큰 경우, 또는, 일본국 특개평 4-9915호 공보에 개시된 색선택용 광학저역통과필터를 사용하는 경우에는, 고체촬상소자에 입사하는 입사광의 공간주파수의 고주파성분중에서, r(적색), b(청색)성분만이 억압되는 경우가 있다. 이 경우에는, 고주파성분의 진폭비가 저주파성분의 진폭비가 동등하지 않게 되고, 식(1)의 보간연산으로는, 모아레의 억압을 할 수 없게 된다. 여기에서, 제2도에 표시한 색분리필터를 사용하였을 경우의 출력 W, G, Ye, Cy신호는,
M = r + g + b
G = g
Ye = r + g
Cy = g + b ....................(3)
로 가정하면, 4종류의 신호의 각각은 입사광의 g(녹색)성분에 대응하는 성분이 포함되어 있다. 따라서, 입사광의 공간주파수의 고주파성분 중에서, r(적색), b(청색)성분만이 억압되는 경우에는 W, G, Ye, Cy신호의 공간주파수의 고주파성분의 비 W:G:Ye:Cy는 1:1:1:1에 근접하게 된다. 이와같은 경우에는 WB:GB:YeB:CyB의 비를 1:1:1:1에 근접시킴으로써, 모아레를 바람직하게 억압할 수 있다. 또, WB, GB, YeB, CyB의 값을 모두 동등한 값으로 하면, 회로구성이 간단하게 되고, 회로규모의 점에서 유리하다.
색의 변화점에서 의사신호는, 색의 변화점을 검출하고 또한 색의 변화점의 회도신호에 대해서 저역통과필터처리를 행함으로써 억압할 수 있다. 제8도, 제9도는 수직방향(줄무늬형상)의 색의 변화점에서 의시신호중, W:G의 변동에 의해 발생하는 의사신호를 억압하는 회로의 일례이다. 색변화점 검출부(8)에서는, 인접하는 상하 2라인성분의 WL/CL의 비를 감시함으로써 W:G의 변화점이 검출된다. 색변화점 검출부(8)에 있어서의 연산을 식으로 표시하면 다음과 같이 된다. 단, WL1, GL1은 제5도(e),(f),(g),(h)에 도시된 2차원 LPF의 탭계수중에서 어느 한 탭계수에 의해 필터처리된 W, G 신호이고, WL2, GL2는 제5도(i),(j),(k),(l)에 도시된 2차원 LPF의 탭계수중에서 어느 한 탭계수에 의해
α = 10g [(WL1 × GL2) / (GL1 × WL2)] . . . . . (4)
a = F(α) . . . . . (5)
여기에서, F(α)는 0내지 1의 범위에서 연속적으로 변화시키고, α의 절대치가 클수록 커지는 함수이다.
제2도의 색분리필터배열을 사용하였을 경우, 줄무늬형상의 색의 변화점에서는, 2차원주파수(1.2Px, 0)부근에 의사신호가 발생한다. 따라서, 2차원주파수(1.2Px, 0)부근의 신호를 억압하는 필터처리에 의해 의사신호를 색의 변화점에서 억압할 수 있다. 제9도의 의사신호억압부(7)는,
H (Z) = a×(Z+1-2 +Z-1)/ 4 + 1 . . . . . . (6)
의 특성을 가진 필터이다.
제8도, 제9도는 W와 G의 변화점에서 발생되는 의사신호를 억압하는 회로의 예이지만, Ye와 Cy의 변화점에서 발생하는 신호도 마찬가지의 수단에 의해 억압할 수 있다.
색분리매트릭스연산부(5) 및 의사신호억압부(7)의 출력은 인코더(9)에서 소정의 신호형식으로 변환되고, 출력단자(10)으로부터 출력된다.

Claims (4)

  1. 세로방향의 M화소 × 가로방향의 N화소를 가진 순차주사형CCD에 소정의 반복적인 배열방식으로 설치된 색분필터와; 상기 색분리필터를 통과한 입사광을 광전기변환하는 순차주사형CCD와; 광전기변환된 신호에 대해 2차원주파수의 특성처리를 행하는 2차원LPF처리부와; 상기 2차원 LPF부의 출력을 색분리처리함으로써 색모아레를 억압하는 색분리매트릭스연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  2. 세로방향의 M화소 × 가로방향의 N화소를 가진 순차주사형 CCD에 소정의 반복적인 배열방식으로 설치된 색분리필터와; 상기 색분리필터를 통과한 입사광을 광전기 변환하는 순차주사형 CCD와; 광전기변환된 신호중에서 K×L영역의 화소에 대응하는 신호에 대해서 2차원 연산을 행함으로써 색신호를 색분리하는 2차원 LPF처리부와; 주목되는 화소에 대해서 상기 색분리된 색신호의 비율에 따라서 소정의 화소보간연산을 행하는 휘도신호 보간연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  3. 제2항에 있어서, 2차원 LPF처리부의 출력에 소정의 연산을 행함으로써, 수평방향 또는 수직방향의 색의 변환점을 감시하는 색변화점검출부와; 의사신호억압부는, 탭계수가 가변인 필터로 구성되고, 또한 상기 색변화점검출부의 출력에 의해 필터의 탭계수를 결정하여, 상기 휘도신호보간연산부의 출력에 대하여 주파수특성처리를 행하는 의사신호억압부를 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 휘도신호생성수단은, 각각의 색필터의 출력에 대하여 소정의 값을 가산하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
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