KR900006466B1

KR900006466B1 - 고체컬러 촬상장치

Info

Publication number: KR900006466B1
Application number: KR1019850000903A
Authority: KR
Inventors: 마고토 후지모토; 요시노리 기다무라; 아쯔시 모리무라; 히로끼 마쯔오가
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤; 야마시다 도시히꼬
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1985-02-14
Publication date: 1990-08-31
Also published as: KR850006619A; JPS60171887A; US4680623A

Abstract

내용 없음.

Description

고체컬러 촬상장치

제1도는 종레의 고체컬러 촬상장치의 색필터를 모식적으로 표시한 평면도.

제2도는 제1도의 색필터에 있어서의 다이나믹 영역을 설명하기 위한 특성도.

제3도는 본 발명의 일실시예에 사용되는 색필터를 모식적으로 표시한 평면도.

제4도는 본 발명에 있어서의 신호처리의 원리를 설명하기 위한 특성도.

제5도는 제4도의 설명을 보충하는 보조 설명도.

제6도는 본 발명에 있어서의 일실시예의 고체컬러 촬상장치의 블록도.

제7도는 제6도에 있어서의 연산기의 구체예를 표시한 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7 : 분배기 10 : 연산기

11 : 레벨 검출기

본 발명은, 비데오 카메라등에 사용되는 고체컬러 촬상장치에 관한 것이다.

비데오 카메라를 구성하는데 있어서, 그 성능의 요점이 되는 것은 해상도, 감도, 다이나믹 영역을 들수있다. 종래 이들의 성능을 향상시키기 위하여 여러가지 제안이 행해져 왔다. 이 점에 관해서는 광전다이오우드둥의 감광소자를 2차원으로 배열해서 이루어진 고체촬상 소자를 사용한 비데오 카메라에 있어서도 마찬가지 이다.

본 발명은 이중에서, 다이나믹 영역과 감도에 관한 것이다.

단일의 고체 촬상소자를 사용한 컬러 비데오 카메라를 예로하여 설명한다.

단판 컬러 카메라의 다이나믹 영역은, 고체 촬상소자의 촬상특성과 컬러화의 방법에 따라서 결정된다. 여기에서, 고체 촬상소자의 다이나믹 영역 혹은 S/N 특성은 다음과 같이 생각할 수 있다. 고체 촬상소자의 입사광이 없는 시점에서의 잡음(이하 다아크 노이즈)은, 주로 촬상소자의 출력 증폭기의 잡음과 암(暗) 전류치에 의해 결정되며, 입사광이 있는 경우의 잡음(이하 포화노이즈)은, 감광소자의 감도의 불균일, 및 감광소자의 산탄잡음으로 결정된다

고체 촬상소자는, 일종의 집적회로이다. 그러므로 수율향상을 위해 작은 칩 사이즈화가 요구되어진다. 또 카메라로서는 고해상도가 요구되기 때문에, 고집적화의 추세에 있다. 이 때문에, 앞에서 설명한 다아크 노이즈 및 포화 노이즈로 결정되는 S/N 특성이 저하되는 경향이 있다. 이 이유를 산탄잡음을 예로 설명한다. 현재 일반적으로 사용되어지고 있는 고체 촬상소자의 포화 신호량은 2.10⁵∼10⁶e 정도이다. 이 시정에서의 산탄잡음량은 300∼10³e 정도, 또 S/N은 53∼60dB가 된다. 그러나, 집적도가 높아지면, 예를 들면CCD의 점유면적이 작아지기 때문에 포화신호량이 작아진다. 이 값을 5×10⁴e라고 하면 산탄잡음은 2×l0²e가 되며, S/N은 47dB로 감소한다. 이와 같이 고체 촬상소자를 사용한 비데오 카메라는, 보다 저하된 소자의 S/N 조건에서 보다 양호한 촬상출력을 출력하는 것이 요망된다.

한편, 고밀도화는, 앞에서의 감광소자의 면적을 저하시킨다. 이것은 명백하게, 광전변환의 효율을 저하시키게되어, 감도 저하를 초래한다. 이때문에 컬러화할 경우에서는, 보다 높은 투과율의 색필터를 사용함으로서, 광전 변환에 있어서의 효율의 향상을 도모하여야만 한다. 이 목적에 적합한 색 필터로서의 보색(補色)계 색 필터를 사용하는 것이 알려져 있다. 제1도는 보색계 색 필터인 백색(W), 황색(Ye), 청색(Cy), 녹색(G)의 각 색을 사용한 다판 컬러화방식에 의한 색 필터 배열의 일례를 표시한다.

동 방법은, 제1의 수평주사에서 (W), (G)색 필터를 개재한 피사체상을 광전 변환한 신호(W) (g)을 독출하고, 제2의 수평주사에서 (Ye), (Cy)필터를 개재한 피사체상을 광전변환한 신호 (y), (Cy)를 독출한다. 독출된 (W), (g) 또는 (y), (Cy)신호를 직접 저역여파해서 각 휘도 신호로 한다. 한편, (W-g)+(y-Cy),(W-g)-(y-Cy)의 연산을 행함으로서, 원색 신호(R), (B)를 분리하여, 앞서의 휘도신호와 함께 복합컬러신호로 하는 것이다.

이와 같은 컬러화 방식을 사용한 경우에는 다이나믹 영역의 저하가 가중되는 단점이 있다. 이것은, 각 색필터의 투과율이 다르기 때문에 발생하는 문제이다. 제2도는 (W), (y), (Cy), (9) 각 신호의 촬상특성과(W-g)와 (y-Cy)와 (W-g)+(y-Cy)의 각 연산결과를 표시한 것이다. 동 도면을 보면 명백한 바와 같이 (W-g)+(y-Cy)는 (W)이 포화점까지는 입사광량에 비례하지만, 포화점에서 급히 감소하게 된다. 즉, 본 예의 방법은,(W)의 포화점까지가 사용가능한 범위이다. 이 시점에서의 다른신호 (y), (Cy), (g)는 포화점에 도달하고 있지 않다. 이 결과, 포화점에서의 휘도의 신호량(Y)은 다음과 같이 된다.

Y = W + g = y + Cy = R + 2G + B

(R), (G), (B)는 각 원색신호, 여기서 R=G=B=1이라하면

즉, 포화점의 신호량은 색 필터를 개재하지 않은 경우 Y=W+W=2W에 대해서

가 된다. 즉색 필터를 개재하지 않은 경우에 비해서, 사용범위를

로 저하시키게 된다.

이것은, 앞에서 설명한 고체 촬상소자가 보다더 좁은 다이나믹 영역에서 사용할 수 있는 컬러화 방식을 필요로 하고 있는 상황에 어굿난다.

이상을 정리하면, 고체 촬상소자를 사용한 컬러 카메라는, 높은 투과율의 색 필터를 사용하고, 낮은 다이나믹 영역의 소자로 사용 가능한 컬러화를 필요로 하고 있다. 그러나, 종래의 방식은 높은 투과율의 색 필터일 경우, 다이나믹 영역에 대해서 불리하다.

본 발명은, 각 화소에 대응하는 촬상출력의 신호레벨을 검출하여, 이 검출신호 레벨에 따라서, 색분리의 방법을 변화하는 제1의 수단과, 포화점을 초과한 화소에 대응하는 신호를 미포화의 화소에 대응하는 신호로부터 산출한 예측치로 보정하는 제2의 수단을 갖춘 고체컬러 촬상장치를 제공하고, 가장 늦게 포화점에 달하는 화소에 대응하는 신호가 포화할때까지 다이나믹 영역을 확장한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예를 제3도에 표시한 색 필터를 사용한 단판 컬러화 방식에 있어서 설명한다.

제3도에 표시한 색 필터는, nH 수평 화소열로 모든 색광을 투과하는 제1의 필터(W) (1)와 녹색광을 투과하는 제2의 필터(G) (2)를 반복 배치하고, n+1H 수평화소열에서는, 청색광을 차단하는 제3의 필터(Ye) (3)와 적색광을 차단하는 제4의 필터(Cy) (4)를 반복 배치하여, 제1의 피일드와 제2의 피일드에서 앞서의 각 필터의 배치는 수평방향으로 반복하여 이루어진다. 제3도에 있어서의 괄호는, 제1, 제2의 피일드 구분을 표시하고 있다. 여기서 필터를 반복하여 배치하는 것은, 수평방향의 화소에 의한 피사체상 표본화수를 향상하고, 해상도의 향상을 목적으로 한다.

제 3도의 색 필더를 배치한 고체 촬상소자에 의한 촬상특성은, 제 4도와 같다. 여기서, 각 원색신호의 분리는, 다음과 같이 행해진다.

R= (W-Cy+y-g)/2

B= (W-y+Cy-g)/2

G= (W+g+y+Cy-2R-2B) /4

제4도에 상기 각 원색신호를 점선으로 표시하고 있다.

이와 같은 분리는, 가장 투과율이 높은 (W)필터에 의한 (W)신호가 최초로 포화점에 도달한다(제4도 A점).

이 시점에서 색의 분리를 다음과 같이 변경한다.

R=y-g

B=Cy-g

G=g

즉, 포화한 (W)신호를 빼서 분리를 행한다. 다음에 (y)신호가 포화점에 도달한다(제4도 B점). 색분리를 행하는 데는 적어도 3종류의 다른 필터를 개재한 신호가 필요하기 때문에, (B)점 이후는, 분리 방법의 변경을 할 수 없다. 그레서 제5도에 표시한 바와 같은 보정을 행한다.

제5도는, (y)신호와 (9)신호의 특성을 표시한다.

점선은, 백색 입력시의 (y)신호 레벨에 대해서 (g)신호 레벨을 같게하기 위한 계수(K₁)를 곱한 (g)신호를 표시한다. 이것으로부터 명백한 바와 같이, 적어도 백색 입력에 대한 (y)신호 특성은 (K₁×g)신호로 치환할 수 있다. 실제로 포화점 이상을 (K₁×g)신호로 대치하면, 피사제의 분광특성에 의해서 보정된 (y)신호는, 1점 쇄선으로 표시한 바와 같이 특성이 D→D'의 폭으로 변화한다. 이 결과 얻어진 (R)신호는, 2점쇄선으로 표시한 바와 같이 F→F'→F"의 변화를 일으킨다. 단, 백색 입력시는 이상적으로 보정되고 있다. 또, 오차의 크기(F')(F")는 실제로는 γ보정을 행하기 때문에 오차는 더욱 감소됨과 동시에 일반적인 피사체 조건에서는, 순도가 높은 적색 피사체의 휘도 레벨이 화각내의 평균적인 휘도 레벨에 비해서 높아지는 경우는 생각하기 어렵고 동도면의 F나 F"의 조건을 만족시키는 경우는 적다. 만일, 이러한 조건이 있어도 γ 특성을 고려하면 그 오차는 감소하여 실질적으로 문제는 없다. 오히려 백색의 높은 휘도부가 착색되어 재현되는 것이 문제가 되지만, 이 점은 상술한 바와 같이 이상적인 보정이 가능하다. 이것으로부터, (y)신호의 포화점 이상을 (K₁×g)신호로 보정함으로서 실질적으로 (y)신호를 (g)신호의 포화점까지 확대할 수있다.

제4도의 (B)점 이후의 (R)신호는 이와 같이 해서 만를어진다. (B)신호에 대해서는, (C)점에서 (Cy)신호가 포화하므로, (R)신호와 마찬가지의 방법으로 보정하여 (K₂×g)신호로 바꿔놓는다. 여기서 (K₂)는 백색 입력시의 (g)신호량을 (Cy)신호량과 같게하기 위한 계수이다. 이렇게 함으로서,(g)신호의 포화점까지(B)신호를 확장할 수 있다. 이와 같이하면, 모든 원색신호를, 포화점이 가장 늦은 (g)신호의 포화시까지 확장할 수 있다.

다음에 상기의 처리를 실시하기 위한 처리 블록을 제6도 및 제7도에 표시한다.

제6도에 있어서, 고체 촬상소자(5)에는 제3도에 표시된 색 필터가 배치되어 있다. 이 절결, (a)점에는 nH 수평주사에서 (W), (g)신호가 출력되고, n+1_H수평주사에서 (Cy), (y)신호가 출력된다. 이 신호는 1_H지연선(6)을 개재해서, 앞서의 (a)점의 신호와 함께 분배기(7)에 입력된다.

이 결과, 모든 수평주사에서, 분배기(7)의 입력에는, (W), (g), (y), (Cy)신호가 인가된다. 분배기(7)는, 이들 신호를 각각 특정의 출력포오트 (b), (c), (d), (e)에 수평 및 수직주사에 동기해서 분배출력시키는 회로이다. (b), (c), (d), (e)각 신호는, 저역 통과필터(8)에서 저역 여과된 후, 에지보정기(9)에 입력된다. 에지보정기(9)는, 수직 방향의 휘도 신호차가 분리된 색 신호에 혼입되는 것을 휘도의 수직 변화에 따라서 보정하는 회로이다. 이런 종류의 회로는, 예를 들면 단일 단송파 주파수 분리방식에 있어서 행해지는 것과 마찬가지의 것이다.

수직에지부를 보정한 신호는, 연산기(10)에 보내진다. 연산기(10)는 각 신호(W), (g), (y), (Cy)로부터,원색 신호 (R), (G), (B)를 분리하는 회로이며, 연산의 내용은 앞에서 설명한 바와 같이, 각 신호의 신호량에 따라서 변화할 수 있다.

연산기(10)의 실시예는, 제 7도를 사용해서 후술한다. 한편, 저역통과필터(8)의 출력은, 연산기(10)에 입력되는 신호의 레벨에 따라 연산기(10)의 연산모우드를 절환하는 제어수단의 역할을 하는 레벨 검출기(11)에 접속되여, 각 신호(W), (y), (Cy), (g)가 포화됨에 도달하있는지 아닌지가 연산기(10)에 전해진다. 연산기(10)는, 레벨 검출기(11)의 정보에 따라서 연산모우드를 절환함으로써, (g)신호의 포화점까지 각 원색신호의 포화점을 확장해서 처리한다.

연산기(10)로부터 출력된 각 원색신호 (R), (G), (B)는 γ 회로(12)에서 γ 보정된 후, 매트릭스II(13)를 개재해서, 색차신호(R-Y), (B-Y)로 변환된다. 한편, 앞서의 (R), (G),( B)신호는, 매트릭스I (14)에 접속되어 휘도의 저역 신호가 된다.

즉, 매트릭스I (14)는, 예를 를면 0.34R+0.6G+0.11G의 연산을 행하는 회로이다. 한편, 고체 촬상소자(5)의 소자 출력은, 휘도 대역에 제한하는 저역통과 필터(15)와, 휘도의 고주파 영역을 끌어대는 고역통과필터(16)을 개재해서, 회도의 고역 성분으로되어, 가산기(17)에서, 앞서의 매트릭스I(14)으로부터의 휘도의 저역성분과 가산되고, 또 γ회로(18)를 재재해서 휘도 신호로되며, 매트릭스Ⅱ(13)의 2개의 색차 신호와 함께 부호기(19)를 개재해서 복합 컬러신호로 된다.

여기서, γ회로가 (12)와 (18)의 2개조인것은, 휘도의 저역 성분만, 큰 γ보정량으로하고, 색 및 휘도의고역성분은 작은 보정량으로 함으로서 S/N 개선을 행하는 것올 목적으로하고 있으며, 본 발명의 주체는 아니다

또, 감산기(20)는, 회도의 수직에지량을 검출하기위한 것으로서, 이 출력은, 저역통과 필터(8)와 같은 대역에 제한된다. 감산기(20)의 출력은 보정치 변경기(21)를 개재해서, 에지보정기(9)의 보정량이 된다. 여기서, 보정치 변경기(21)는, 각 신호(W), (y), (Cy), (g)가 포화됨으로서 수직에지 신호의 양이 변화하기 때문에, 포화점 이상의 점에서 앞서의 수직에지 신호량을 보정하는 회로이다.

다음에 제7도를 참조하여, 연산기(10)에 대해서 설명한다

제7도는, 연산기(10)의 구체예이다. 입력된 (W)신호는 감산기(22), (23)에 접속된다. 또,(y)신호는 가산기(24)를 재재하여, 감산기(23), (25)에 접속된다. (Cy)신호는 가산기(26)를 개재해서 감산기(22), (27)에 접속된다. (9)신호는 감산기(25), (27)에 접속된다. 모든 신호가 포화점 이하인 경우, 스위치(28), (29)는연리며, 감산기(22) ,(23) ,(25) ,(27)의 각 출력은 (W-Cy), (y-g), (W-y), (Cy-9)가 된다. 또, 스위치(30), (3l)는, 각각 감산기(22), (23)쪽에 접속되어 있으며, 이 결과, 가산기(32)의 출력은, W-Cy+y-g=2R이 되고, 또 가산기(33)의 출력은 W-y+Cy-g=2B가 된다. 한편, 가산기(34)의 입력은 (W), (y), (Cy), (9)이며, 이 출력은 앞서의 가산기(32), (33)의 출력과 함께 감산기(35)에 가해진다. 이 결과, 감산기(35)의 출력은, W+y+Cy+g-2B-2R=4G가된다. 스위치(36)은, (W)신호의 포화점까지는, 감산기(35)에 접속되어 있으므로, 출력단에는 앞서의 4G가 출력된다. 한편, (g)신호는 계수기(37)를 재재해서 계수배된 신호가 비교제어회로(38)에 접속된다. 비교 제어회로(38)는, 앞서의 계수기(37)에 제어정보를 출력하여, (g)신호에 곱해지는 계수를 바꾸어서, (y)신호와 계수배된 (g)신호를 동일한 레벨로하는 회로이다. 계수기(39), 비교제어회로(40)는 마찬가지로 (Cy)신호와 동일한 레벨로 계수배된 (g)신호를 얻는 회로이다. 이들 회로 블록은, 백색피사체를 촬상하였을 때만 동작하고,(f)점 및 (g)정에, 백색 피사체를 촬상하였을 경우의 각각 계수배된 (g)신호를 출력하는 블록이다.

여기서, (W)신호가 포화점에 도달하면, 스위치(30), (31), (36)는 각각, 감산기(25), (27) 및 계수기(41)에 접속된다. 이 결과, 가산기(32)는 (y-g)+(y-g)=2R를 출력하고, 가산기(33)는 (Cy-g)+(Cy-g)=2B를 출력하며, 계수기(41)는, 4배의 계수를 곱하여, 4G를 출력한다. 이렇게 함으로서, 각 출력은, (W)의 포화점 이하의 출력을 연장할 수 있다. 다음에 (y)신호가 포화점에 도달하면, 스위치(28)가 닫혀진다.

스위치(28)에는, (f)점 신호로부터 감산기(42)를 개재해서, 신호의 포화치를 감하고, 검파기(43)에 의해서 포화치를 초과한 (f) 점신호가 가해진다. 이 결과, (y)신호가 포화된 후, 가산기(24)에 (g)신호로 보정된 (y)신호가 입력되어, 가산기(24)의 출력은 (g)신호의 포화점까지 확장된다. 마찬가지로 (Cy)신호가 포화된 후는, 스위치(29)가 닫혀지고, 감산기(44), 검파기(45)를 개재한 보정신호가 가산기(26)에 입력되어, (g)신호로 보정된 (Cy)신호가 (g)신호의 포화점까지 확장된다.

상기와 같은 방법으로, 모든 분리된 원색 색신호는 (g)신호의 포화점까지 확장된다.

상기의 설명은, 제3도의 색 필터에 따라 행해지지만, 같은 수단은, 단일의 고체촬상 소자를 사용하는 경우에 한정하지 않고, 각 색을 배치한 복수의 소자 출력을 사용해도 된다. 또, 색 배열에 관해서도 포화점에 달한 신호를 제하여 색 분리를 행하는 일이나, 가장 포화점이 늦은 신호에서 이전에 포화된 신호를 보정하는 점에 대해서는, 다른 색 배연에서도 마찬가지로 행해진다.

본 발명의 고체컬러 촬상장치에서는, 입사광량에 대한 포화점이 가장 높은 신호가 포화할때까지 각 원색신호의 분리를 확장할 수 있고, 이렇게 함으로서 다이나믹 영역의 확대를 도모할 수 있으며, 결과적으로 고화질의 고체컬러 촬상장치가 얻어진다.

상기 본 발명의 사상은, 애널로그 신호처리, 디지탈 신호처리의 어느 경우에도 구체적으로 실현시킬 수 있다. 다만, 애널로그 신호처리에 있어서는, 크로스 토오크의 발생이나 처리속도의 저하라는 단점이 있다. 한편 디지탈 신호처리에서는, 본 발명을 극히 용이하게 구성할 수 있으며, 애널로그 경우에 비해서 괄목할 만큼의 큰 효과를 얻을 수 있다.

Claims

소정의 색광을 투과시키고 소정의 배치를 이루는 복수의 색 필터와, 상기의 색필터를 개재해서 피사체의 광을 받아서 n 종류의 색신호를 만드는 고체 촬상소자(5)와, 상기의 고체 촬상소자(5)로부터 n 종류(W, G, Cy, Ye=4)의 색신호(W, g, Cy, y)를 받아서 상기 n 종류의 색신호를 사용하여 색신호와 휘도신호를 만드는 제1의 방법이나, 상기 (n-1)종류의 색신호를 사용하여 색신호와 휘도신호를 만드는 제2의 방법으로 색신호와 휘도신호를 발생하기 위한 연산을 행하는 연산수단(10)과, 상기 연산수단에 입력되는 입력신호의 레벨에 따라 상기 연산수단의 연산모우드를 절환하는 제어수단(11)으로서 구성된 것을 특징으로 하는고체컬러 촬상장치.
소정의 색광을 투과시키고 소정의 배치를 이루는 복수의 색 필터와, 상기의 색 필터를 개재해서 피사체의 광을 받아서 n 종류의 색신호를 만드는 고체 촬상소자(5)와, 상기의 고체 촬상소자로부터 상기 n 종류의 다른 색신호(W, G, Cy, Ye)를 받아서 보정신호를 만들고 제1종류의 색신호에 따라서 제2종류의 색신호를 보정하고, 상기의 보정신호나 상기 제2종류의 색신호를 선택할 수 있고, 상기의 보정신호나 상기의 제2종류의 색신호를 상기 제2종류의 색신호가 제외된 상기 n 종류의 색신호와 함께 연산하여 색신호나 휘도신호를 만드는 연산수단(10)으로서 구성된 것을 특징으로 하는 고체컬러 촬상장치.
상기 제2항에 있어서 상기의 보정신호는 외삽처리에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 고체컬러 촬상장치.
소정의 색광을 투과시키고 소정의 배치를 이루는 복수의 색필터와, 상기의 색 필터를 개재해서 피사체의 광을 받아서 n 종류의 색신호를 만드는 고체 촬상소자(5)와, 상기 고체 촬상소자로부터 상기 n 종류의 색신호를 받아서 색신호와 휘도신호중의 적어도 하나를 만들기 위한 연산을 행하는 연산수단(10)과, 상기 연산수단의 연산 모우드를 절환하는 제어수단(11)으로서 구성되고, 상기의 연산수단은, 제1종류의 색신호에 따라서 제2종류의 색신호를 보정함으로써 보정신호를 만들고, 상기 제어수단으로부터의 제어신호에 따라 상기의 보정신호나 상기 제2종류의 색신호를 선택하고, 또한 상기의 선택된 신호와 상기 제1종류의 색신호를 제외한 나머지 색신호와 상기 제2종류의 색신호로써 구성된 n'종류의 색신호로부터, 색신호와 휘도신호를 만드는 제1신호처리회로와, n'종류의 다른 신호로부터 색신호나 휘도신호를 만드는 제2신호처리회로와,(n'-1)의 종류 이하의 다른 색신호로부터 색신호나 휘도신호를 만드는 제3신호처리회로와, 상기 제어수단의 출력신호에 따라 상기의 제1신호처리회로, 혹은 상기의 제2신호처리회로나 상기의 제3신호처리회로를 선택적으로 절환하는 스위치(28), (29), (30), (31), (36)를 구비한 것을 특징으로 하는 고체컬러 촬상장치.