WO2012120705A1 - カラー撮像素子 - Google Patents

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WO2012120705A1
WO2012120705A1 PCT/JP2011/067421 JP2011067421W WO2012120705A1 WO 2012120705 A1 WO2012120705 A1 WO 2012120705A1 JP 2011067421 W JP2011067421 W JP 2011067421W WO 2012120705 A1 WO2012120705 A1 WO 2012120705A1
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WO
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color
filter
array
pixels
filters
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PCT/JP2011/067421
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English (en)
French (fr)
Inventor
林　健吉
田中　誠二
Original Assignee
富士フイルム株式会社
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Priority to EP11860499.0A priority patent/EP2685711B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
    • H04N23/843—Demosaicing, e.g. interpolating colour pixel values

Definitions

  • the present invention relates to a color image sensor, and more particularly to a color image sensor capable of suppressing the occurrence of color moire.
  • FIG. 14A When a black and white vertical stripe pattern (high-frequency image) as shown in FIG. 14A is incident on the Bayer array image sensor shown in FIG. 14B, it is distributed to the Bayer color array for each color.
  • R is a light flat image
  • B is a dark flat image
  • G is a light and shaded mosaic image.
  • FIG. 15A when an oblique black-and-white high-frequency image as shown in FIG. 15A is incident on the Bayer array image sensor shown in FIG. 15B, it is distributed to the Bayer color array for each color.
  • R and B are thin flat images and G is a dark flat color image. If the black value is 0 and the white value is 255, the image is diagonal. The black and white high-frequency image becomes green because only G is 255. In this way, with the Bayer array, an oblique high-frequency image cannot be reproduced correctly.
  • an optical low-pass filter made of a birefringent material such as crystal is disposed in front of the color image pickup device, and this is avoided by optically dropping a high frequency.
  • coloring due to folding of the high-frequency signal can be reduced, but there is a problem that the resolution is lowered due to its adverse effect.
  • the color filter arrangement of the color image sensor is determined based on an arrangement restriction condition in which any target pixel is adjacent in any one of three colors including the color of the target pixel and four sides of the target pixel.
  • Patent Document 1 A color image sensor having a three-color random array that satisfies the above has been proposed.
  • Patent Document 2 an image sensor having a color filter array alternately arranged at the second predetermined period in the other diagonal direction has been proposed (Patent Document 2).
  • Patent Document 3 obtains the correlation in the horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) directions (four directions) using the peripheral pixels of the target pixel of the Bayer-array mosaic image, and A technique for performing pixel interpolation by performing weighting according to a ratio is described.
  • the color filter array of this color image sensor includes a basic array pattern corresponding to 4 ⁇ 4 pixels, and this basic array pattern is repeatedly arranged in the horizontal and vertical directions.
  • the number of pixels is 2 pixels, 12 pixels, and 2 pixels, respectively. That is, the ratio of the number of pixels of RGB pixels is 1: 6: 1, and G pixels are arranged much more than RB pixels.
  • JP 2000-308080 A JP 2005-136766 A JP 2010-104019 A JP-A-8-23543
  • Patent Document 1 The three-color random arrangement described in Patent Document 1 is effective for low-frequency color moire, but is not effective for false colors in the high-frequency part.
  • R, G, and B filters are periodically arranged in the horizontal and vertical lines of the color filter array.
  • the invention extracts a local area of a predetermined image size centered on a target pixel when performing a synchronization process on a mosaic image output from an image sensor having the color filter array, and determines the color of the target pixel in the local area.
  • An estimated value of another color at the target pixel position is calculated.
  • the invention described in Patent Document 2 requires a calculation of a statistic (covariance value) relating to a color distribution shape and a regression calculation process, and has a problem that image processing becomes complicated.
  • the pixel interpolation method described in Patent Document 3 is applied to a mosaic image having a Bayer array.
  • G pixels are not continuous in the horizontal and vertical directions.
  • the degree of correlation in the horizontal and vertical directions cannot be obtained. For example, when a high frequency of vertical stripes or horizontal stripes of one pixel cycle is input, the correlation degree is erroneously determined and pixel interpolation cannot be performed with high accuracy. is there.
  • the color image sensor described in Patent Document 3 has a high ratio of the number of G pixels to the number of R and B pixels, and there are portions where the G pixels are continuous in two or more pixels in the horizontal, vertical and diagonal directions. Therefore, it is possible to determine the direction in which the luminance change is small (the direction with high correlation) and the resolution can be increased. However, since there are lines of only G pixels in the horizontal or vertical direction, the horizontal or vertical direction However, it is not effective against false colors in the high frequency part.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a color imaging device that can suppress the occurrence of false colors in a high-frequency part by simple image processing.
  • a color filter having a predetermined color filter array is disposed on a plurality of pixels including photoelectric conversion elements arranged in a horizontal direction and a vertical direction.
  • the color filter array includes a first filter corresponding to the first color that contributes most to obtain a luminance signal and two or more colors other than the first color.
  • a predetermined basic arrangement pattern in which a second filter corresponding to the second color is arranged is repeatedly arranged in the horizontal and vertical directions, and the first filter and the second filter are ,
  • Horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) is arranged to include two or more adjacent portions in each direction in the direction.
  • the first filter corresponding to the first color that contributes most to obtain the luminance signal is horizontal, vertical, and diagonal in the basic array pattern. Since the two or more adjacent portions are included in each direction in the (NE, NW) direction, the luminance correlation direction is the four directions based on the pixel value of the first color pixel adjacent in each direction. It is possible to discriminate which direction is in the minimum pixel interval. As a result, when calculating pixel values of other colors at the pixel position of the target pixel of the synchronization processing extracted from the mosaic image output from the color image sensor, the pixel value of the minimum pixel interval is used as described above.
  • the pixel values of the pixels of the other colors can be accurately estimated and Color generation can be suppressed.
  • the method described in Patent Document 3 and other various methods can be applied.
  • the first filter and the second filter are arranged in each of the horizontal and vertical lines in the basic array pattern, the occurrence of color moire (false color) is suppressed. Higher resolution. Furthermore, since this color filter array repeats a predetermined basic array pattern in the horizontal direction and the vertical direction, when performing the synchronization (interpolation) process in the subsequent stage, the process can be performed according to the repeat pattern. .
  • the color filter array includes two or more continuous first filters in the horizontal and vertical directions with the filter of any one color of the second filter interposed therebetween. It is preferable that Based on the pixel values of the pixels corresponding to the two or more consecutive first filters, it is possible to determine which of the four directions the luminance correlation direction is based on the minimum pixel interval.
  • the color filter array includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels formed of the first filter. Based on the pixel value between the four pixels in the square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels, it is possible to determine which of the four directions the luminance correlation direction is based on the minimum pixel interval. .
  • the color filter array in the predetermined basic array pattern is point symmetric with respect to the center of the basic array pattern. As a result, the circuit scale of the subsequent processing circuit can be reduced.
  • the predetermined basic array pattern is a square array pattern corresponding to N ⁇ N (N: an integer of 4 to 8) pixels.
  • N an integer of 4 to 8 pixels.
  • the predetermined basic array pattern is a square array pattern corresponding to 6 ⁇ 6 pixels.
  • the predetermined basic array pattern is a square array pattern corresponding to N ⁇ N pixels, and N is preferably an integer of 4 or more and 8 or less, but N is even more advantageous at the time of synchronization than odd.
  • the first filter does not include a portion in which the first filter is continuous in two or more pixels in each line in the horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) directions. Therefore, it is disadvantageous for discrimination of the direction in which the luminance change is small.
  • N 8
  • signal processing becomes more complicated than when N is 6. Therefore, as the basic array pattern, N is 6, that is, a square array pattern corresponding to 6 ⁇ 6 pixels is most preferable.
  • the color filter array includes the first filter arranged vertically and horizontally with a central filter in the 3 ⁇ 3 pixel group, and the 3 ⁇ 3 pixel group. Are preferably arranged repeatedly in the horizontal and vertical directions. Since the first filter is arranged vertically and horizontally with the filter at the center of the 3 ⁇ 3 pixel group interposed therebetween, when the 3 ⁇ 3 pixel group is repeatedly arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the color filter The arrangement is such that the first filter is adjacent to each other in the horizontal and vertical directions by sandwiching the filter at the center of the 3 ⁇ 3 pixel group. Pixel values of pixels corresponding to these first filters (a total of 8 pixels) can be used to determine the correlation direction of the four directions.
  • the color filter array includes the first filter arranged in the center and four corners in a 3 ⁇ 3 pixel group, and the 3 ⁇ 3 pixel group in the horizontal direction and It is preferable that they are repeatedly arranged in the vertical direction. Since the first filters are arranged at the four corners of the 3 ⁇ 3 pixel group, when the 3 ⁇ 3 pixel group is repeatedly arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the color filter array is the first filter.
  • a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of the above-described filters is included, and the pixel value of the 2 ⁇ 2 pixels is used, and the correlation among the horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) directions is high. The direction can be determined.
  • the first color is a green (G) color
  • the second color is a red (R) color and a blue (B) color.
  • the color filter includes an R filter, a G filter, and a B filter corresponding to red (R), green (G), and blue (B) colors
  • the filter array is a first array corresponding to 3 ⁇ 3 pixels, an R filter is disposed at the center, B filters are disposed at four corners, and G filters are vertically and horizontally sandwiched with the center R filter interposed therebetween.
  • the center pixel (R) of the 5 ⁇ 5 pixels is extracted.
  • the color filter includes an R filter, a G filter, and a B filter corresponding to red (R), green (G), and blue (B) colors
  • the filter array is a first array corresponding to 3 ⁇ 3 pixels, in which G filters are arranged at the center and four corners, B filters are arranged above and below the center G filter, and R filters are arranged on the left and right Are arranged in the first array and the second array corresponding to 3 ⁇ 3 pixels, and G filters are arranged at the center and four corners, and R filters are arranged above and below the center G filter.
  • the second array in which B filters are arranged on the left and right are alternately arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
  • the first filter corresponding to the first color that contributes most to obtain the luminance signal, and the second filter corresponding to the second color of two or more colors other than the first color are arranged in a horizontal and vertical direction to form a color filter array, in which the first filter is horizontal, Since two or more adjacent portions are included in each of the vertical and oblique (NE, NW) directions, the luminance correlation direction is based on the pixel values of the first color pixels adjacent to each direction. Can be determined by the minimum pixel interval. Further, since one or more of the first filter and the second filter are arranged in each of the horizontal and vertical lines in the basic array pattern, the occurrence of color moire (false color) is suppressed. Higher resolution. Furthermore, since this color filter array repeats a predetermined basic array pattern in the horizontal direction and the vertical direction, when performing the synchronization (interpolation) process in the subsequent stage, the process can be performed according to the repeat pattern. .
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing a basic array pattern included in the color filter array of the color image sensor of the first embodiment
  • FIG. 3A divides the basic array pattern of 6 ⁇ 6 pixels included in the color filter array of the color image sensor of the first embodiment into an A array and a B array of 3 ⁇ 3 pixels, and repeats these in the horizontal and vertical directions. It is a diagram showing a color filter array formed
  • FIG. 3B is a diagram showing a characteristic arrangement of G pixels by the color filter array shown in FIG. 3A;
  • FIG. 3A is a diagram showing a characteristic arrangement of G pixels by the color filter array shown in FIG. 3A
  • FIG. 4 is a diagram used for explaining a pixel interpolation method at the time of synchronization processing when it is determined that there is a correlation direction in the vertical direction
  • FIG. 5 is a diagram used for explaining a pixel interpolation method at the time of synchronization processing when it is determined that there is a correlation direction in the upper left diagonal direction
  • FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention
  • FIG. 7 is a diagram showing a basic array pattern included in the color filter array of the color imaging device of the second embodiment
  • the basic array pattern of 6 ⁇ 6 pixels included in the color filter array of the color image sensor of the second embodiment is divided into an A array and a B array of 3 ⁇ 3 pixels, and these are repeated in the horizontal and vertical directions.
  • It is a diagram showing a color filter array formed
  • FIG. 9 is a diagram showing a characteristic arrangement of G pixels by the color filter array of the color image sensor of the second embodiment
  • FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention
  • FIG. 11 is a diagram showing a fourth embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention
  • FIG. 12 is a diagram showing a fifth embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a sixth embodiment of the single-plate color image sensor according to the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram used for explaining a problem of a color imaging device having a color filter with a conventional Bayer array;
  • FIG. 15 is another diagram used for explaining the problem of a color image sensor having a color filter with a conventional Bayer array.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a single-plate color image pickup device according to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image pickup device.
  • This color image sensor is shown in FIG. 1 arranged on a light receiving surface of a plurality of pixels (not shown) composed of photoelectric conversion elements arranged in a horizontal direction and a vertical direction (two-dimensional array).
  • a color filter of a color filter array is formed, and any one of the three primary color filters of red (R), green (G), and blue (B) is arranged on each pixel.
  • the color image sensor is not limited to a CCD (Charge Coupled Device) color image sensor, but may be another type of image sensor such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the color filter array of the color image sensor of the first embodiment has the following features (1), (2), (3), and (4).
  • the color filter array shown in FIG. 1 includes a basic array pattern P (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 6 ⁇ 6 pixels, and this basic array pattern P is repeatedly arranged in the horizontal and vertical directions. ing. That is, in this color filter array, R, G, and B color filters (R filter, G filter, and B filter) are arrayed with a predetermined periodicity.
  • the R filter, the G filter, and the B filter are arranged with a predetermined periodicity in this way, a repetitive pattern is used when performing the synchronization (interpolation) processing of the R, G, and B signals read from the color image sensor. Can be processed according to
  • the color filter array of the reduced image after the thinning process can be the same as the color filter array before the thinning process, and a common processing circuit is provided. Can be used.
  • the basic array pattern P constituting the color filter array shown in FIG. 1 includes a G filter corresponding to a color (G color in this embodiment) that contributes most to obtain a luminance signal, and other than the G color.
  • G color a color
  • R filters and B filters corresponding to colors (R and B in this embodiment) are arranged in each horizontal and vertical line in the basic array pattern.
  • the R, G, and B filters are respectively arranged in the horizontal and vertical lines in the basic array pattern P, the occurrence of color moire (false color) can be suppressed.
  • an optical low-pass filter for suppressing the generation of false color can be prevented from being arranged in the optical path from the incident surface of the optical system to the imaging surface, or the occurrence of false color can be prevented even when the optical low-pass filter is applied. Therefore, it is possible to apply a low-frequency component for cutting high-frequency components, and not to impair the resolution.
  • the G filters corresponding to the luminance system pixels are arranged in the color filter array P so as to include two or more adjacent portions in each of the horizontal, vertical, and oblique (NE, NW) directions.
  • FIG. 2 shows a state where the basic array pattern P shown in FIG. 1 is divided into 4 ⁇ 3 ⁇ 3 pixels.
  • the basic array pattern P includes a 3 ⁇ 3 pixel A array surrounded by a solid frame and a 3 ⁇ 3 pixel B array surrounded by a broken frame alternately in the horizontal and vertical directions. It can also be understood that the array is arranged.
  • an R filter is arranged at the center, B filters are arranged at the four corners, and G filters are arranged at the top, bottom, left and right with the center R filter interposed therebetween.
  • a B filter is disposed at the center, R filters are disposed at the four corners, and G filters are disposed vertically and horizontally with the center B filter interposed therebetween.
  • the color filter array of the color imaging device of the first embodiment can be regarded as the A array and the B array being alternately arranged in the horizontal and vertical directions.
  • the G filter that is a luminance system pixel is arranged on the top, bottom, left and right of the 3 ⁇ 3 pixel in the A array or B array with the center filter interposed therebetween, and these 3 ⁇ 3 pixels are alternately arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
  • two or more adjacent portions of the G filter are formed in each of the horizontal, vertical, and oblique (NE, NW) directions, and are arranged in a cross shape as shown in FIG. 3B.
  • the feature (2) is satisfied for the above-described features (1), (3), and the G filter.
  • a 5 ⁇ 5 pixel local area (area indicated by a thick frame) is extracted from the mosaic image output from the color image sensor of the first embodiment with the A array as the center.
  • the eight G pixels in the local region are arranged in a cross shape as shown in FIG. 3B.
  • G pixels are G1, G2, G3, G4 in order from left to right and G5, G6, G7, G8 in order from top to bottom
  • the pixels G1G2, G2G3 are adjacent in the horizontal direction
  • the pixels G5G6, G7G8 is adjacent in the vertical direction
  • pixel G6G3 and pixel G2G7 are adjacent in the upper left diagonal direction
  • pixel G6G2 and pixel G3G7 are adjacent in the upper right diagonal direction.
  • the direction in which the change in luminance is the smallest (the correlation direction with the high correlation) among the horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) directions. ) Can be determined by the minimum pixel interval.
  • correlation direction there is a correlation (correlation direction) in the direction of taking the smallest difference absolute value among these four correlation absolute values.
  • the determined correlation direction can be used when performing a synchronization (interpolation) process or the like.
  • the direction in which the change in luminance is the smallest is determined based on the difference value between the pixel values of adjacent G pixels.
  • the direction in which the change in luminance is the smallest may be determined based on the ratio of the pixel values of the G pixels.
  • the direction in which the ratio is approximately 1 is the direction in which the change in luminance is small.
  • the G pixel values G22 ′ and G24 ′ at the B22 and B24 pixel positions use the G23 pixel value, and the G pixel values G42 ′ and G44 at the B42 and B44 pixel positions.
  • an average value of G32 and G34 pixel values is used as the G pixel value G33 'at the R33 pixel position.
  • the R pixel value R22 ′ at the B22 pixel position uses the R21 pixel value
  • the R and B pixel values R23 ′ and B23 ′ at the G23 pixel position are The average value of the pixel values of R21 and R25 and the average value of the pixel values of B22 and B24 are used, respectively.
  • the R pixel values R22 ′ and R24 ′ at the pixel positions of B22 and B24 are the pixel values of R21 and R25, respectively. use.
  • the R and B pixel values R32 'and B32' at the G32 pixel position use the pixel values R33 and B30, respectively.
  • the B pixel value B33 'at the R33 pixel position is the average of the B30 and B36 pixel values.
  • the R and B pixel values R34 'and B34' at the pixel position of G34 use the pixel values of R33 and B36, respectively.
  • the R pixel value R42 ′ at the B42 pixel position uses the R41 pixel value
  • the R and B pixel values R43 ′ and B43 ′ at the G43 pixel position are average values of the R41 and R45 pixel values, respectively.
  • the average value of the pixel values of B42 and B44 is used, and the pixel value R44 ′ of R at the pixel position of B44 uses the pixel value of R45.
  • RGB pixel values are interpolated by exchanging R and B and performing the same processing.
  • RGB pixel values are interpolated by repeating the above processing every 3 ⁇ 3 pixels.
  • interpolation is performed from pixels where there are pixels of the color to be interpolated in the interpolation direction.
  • the R pixel value R22 ′ at the B22 pixel position uses the R23 pixel value
  • the R32 pixel value R32 ′ at the G32 pixel position uses the R21 pixel value
  • the B42 pixel position As the G pixel value G42 ′, the average value of the G31 and G53 pixel values is used.
  • R23 ', B33', R43 ', G24', R34 ', and R44' similarly use pixel values of interpolated color pixels existing in the correlation direction.
  • interpolation is performed using the color difference between G13 and the interpolated pixel value B13', and G31 and the interpolated pixel value B31 '. Specifically, the value is calculated by the following formula.
  • RGB pixel values are interpolated by repeating the above processing every 3 ⁇ 3 pixels.
  • the RGB pixel values can be obtained by interpolating in the same manner as in the case where the vertical direction is determined or the case where the upper left direction is determined.
  • the basic array pattern P constituting the color filter array shown in FIG. 1 is point-symmetric with respect to the center of the basic array pattern P.
  • the A array and the B array in the basic array pattern are point-symmetric with respect to the center R filter or G filter, respectively, and are symmetrical (line symmetric) vertically and horizontally. ing.
  • the basic arrangement pattern of the color filter array shown in FIG. 1 is that the numbers of R pixels, G pixels, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic arrangement pattern are 10 pixels, 16 pixels, and 10 pixels, respectively. It has become. That is, the ratio of the number of pixels of RGB pixels is 5: 8: 5, and the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is the ratio of R pixels and B pixels of other colors. It is larger than the ratio of the number of pixels.
  • the ratio between the number of G pixels and the number of R and B pixels is different, and in particular, the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is equal to the number of R and B pixels. Since the ratio is larger than the ratio, aliasing at the time of the synchronization process can be suppressed and high frequency reproducibility can be improved.
  • the basic array pattern P in which is point-symmetric is referred to as a basic array pattern.
  • FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of the color imaging device of the second embodiment includes a basic array pattern P (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 6 ⁇ 6 pixels, and the basic array pattern P is in the horizontal direction. And repeatedly arranged in the vertical direction. That is, in this color filter array, R, G, and B color filters (R filter, G filter, and B filter) are arrayed with a predetermined periodicity.
  • the basic arrangement pattern P that constitutes this color filter arrangement is the same as in the first embodiment, in which the filters of all the colors R, G, and B are included in each line in the horizontal and vertical directions in the basic arrangement pattern. One or more are arranged.
  • the G filter corresponding to the luminance system pixel is arranged in the color filter array P so as to include two or more adjacent portions in each of the horizontal, vertical, and oblique (NE, NW) directions.
  • FIG. 7 shows a state in which the basic array pattern P shown in FIG. 6 is divided into 4 ⁇ 3 ⁇ 3 pixels.
  • the basic array pattern P includes a 3 ⁇ 3 pixel A array surrounded by a solid frame and a 3 ⁇ 3 pixel B array surrounded by a broken frame alternately in the horizontal and vertical directions. It can also be understood that the array is arranged.
  • G filters which are luminance system pixels, are arranged at the four corners and the center, and are arranged on both diagonal lines.
  • the R filter is arranged in the horizontal direction with the central G filter interposed therebetween, and the B filter is arranged in the vertical direction.
  • the B filter is arranged in the horizontal direction with the central G filter interposed therebetween.
  • the R filters are arranged in the vertical direction. That is, in the A array and the B array, the positional relationship between the R filter and the B filter is reversed, but the other arrangements are the same.
  • the G filters at the four corners of the A array and the B array are arranged in a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels by alternately arranging the A array and the B array in the horizontal and vertical directions as shown in FIG. G filter.
  • the G filter which is a luminance system pixel, is arranged at the four corners and the center in the 3 ⁇ 3 pixels in the A array or the B array, and the 3 ⁇ 3 pixels are alternately arranged in the horizontal direction and the vertical direction. This is because a square array G filter corresponding to 2 ⁇ 2 pixels is formed.
  • the color filter array (basic array pattern P) shown in FIG. 6 includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of G filters.
  • a 5 ⁇ 5 pixel local area (area indicated by a thick frame) is extracted from the mosaic image output from the color imaging device of the second embodiment with the A array as the center.
  • the G pixels of 2 ⁇ 2 pixels at the four corners in this local region are arranged as shown in FIG.
  • the absolute difference values in the vertical direction of the pixel values of these G pixels Is (
  • the horizontal difference absolute value is (
  • the difference absolute value in the upper right diagonal direction is
  • the absolute value of the difference in the upper left diagonal direction is
  • the basic array pattern P constituting the color filter array shown in FIG. 6 is point-symmetric with respect to the center of the basic array pattern (the centers of the four G filters). Further, as shown in FIG. 7, the A array and the B array in the basic array pattern are also point-symmetric with respect to the central G filter, and are vertically and horizontally symmetric (line symmetric).
  • the basic array pattern of the color filter array shown in FIG. 6 includes 8 pixels, 20 pixels, and R pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic array pattern, respectively.
  • the color filter array of the color image sensor of the second embodiment has the characteristics (1), (2), (3), (4) and (4) of the color filter array of the color image sensor of the first embodiment. It has the same characteristics as 5).
  • the G filter is arranged in each line in the oblique (NE, NW) direction of the color filter array, and the synchronization processing in the high frequency region is performed. It has a feature not in the color filter array of the color imaging device of the first embodiment that the reproduction accuracy can be further improved.
  • FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of a color image sensor applied to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of this color imaging device includes a basic array pattern (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 4 ⁇ 4 pixels, and this basic array pattern is in the horizontal direction. And repeatedly arranged in the vertical direction. That is, in this color filter array, R, G, and B color filters (R filter, G filter, and B filter) are arrayed with a predetermined periodicity.
  • one or more filters of all the colors R, G, and B are arranged in each horizontal and vertical line in the basic array pattern.
  • the G filter corresponding to the luminance system pixel is arranged so that two or more adjacent portions are included in each of the horizontal, vertical, and oblique (NE, NW) directions in the basic array pattern. Based on the pixel values of the G pixels corresponding to these adjacent G filters, the luminance correlation in each of the horizontal, vertical, and oblique (NE, NW) directions can be determined with the minimum pixel interval.
  • the basic array pattern constituting the color filter array is point-symmetric with respect to the center of the basic array pattern.
  • the basic arrangement pattern of the color filter array shown in FIG. 10 includes 4 pixels, 8 pixels, and R pixels, G pixels, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic arrangement pattern, respectively.
  • the color filter array of the color image sensor of the third embodiment is characterized by the characteristics (1), (2), (3), (4) and (5) of the color filter array of the color image sensor 12 of the first embodiment. ).
  • FIG. 11 is a diagram showing a fourth embodiment of a color image sensor applied to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of this color imaging device includes a basic array pattern (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 5 ⁇ 5 pixels, and this basic array pattern is in the horizontal direction. And repeatedly arranged in the vertical direction. That is, in this color filter array, R, G, and B color filters (R filter, G filter, and B filter) are arrayed with a predetermined periodicity.
  • one or more filters of all colors R, G, and B are arranged in each horizontal and vertical line in the basic array pattern.
  • the G filter corresponding to the luminance system pixel is arranged so that two or more adjacent portions are included in each of the horizontal, vertical, and oblique (NE, NW) directions in the basic array pattern. Based on the pixel values of the G pixels corresponding to these adjacent G filters, the luminance correlation in each of the horizontal, vertical, and oblique (NE, NW) directions can be determined with the minimum pixel interval.
  • the basic arrangement pattern of the color filter array shown in FIG. 11 is that the number of R pixels, G pixels, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic arrangement pattern is 6 pixels, 13 pixels, There are 6 pixels. That is, the ratio of the number of RGB pixels is 6: 13: 6, and the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is the ratio of the R and B pixels of other colors. It is larger than the ratio of the number of pixels.
  • the color filter array of the color image sensor of the third embodiment is the same as the characteristics (1), (2), (3) and (5) of the color filter array of the color image sensor 12 of the first embodiment. have.
  • FIG. 12 is a diagram showing a fifth embodiment of a color image sensor applied to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of this color imaging device includes a basic array pattern (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 7 ⁇ 7 pixels, and this basic array pattern is in the horizontal direction. And repeatedly arranged in the vertical direction. That is, in this color filter array, R, G, and B color filters (R filter, G filter, and B filter) are arrayed with a predetermined periodicity.
  • filters of all the colors R, G, and B are arranged in the horizontal and vertical lines in the basic array pattern.
  • the G filter corresponding to the luminance system pixel is arranged so that two or more adjacent portions are included in each of the horizontal, vertical, and diagonal directions (NE, NW) in the basic array pattern. That is, there are four groups of G pixels including 2 ⁇ 2 pixels adjacent vertically and horizontally in the basic array pattern. Based on the pixel values of the G pixels corresponding to these adjacent G filters, the luminance correlation in each of the horizontal, vertical, and oblique (NE, NW) directions can be determined with the minimum pixel interval.
  • the basic array pattern constituting the color filter array is point-symmetric with respect to the center of the basic array pattern.
  • the basic array pattern of the color filter array shown in FIG. 12 has 12 pixels, 25 pixels, and R pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic array pattern, respectively.
  • the color filter array of the color image sensor of the fourth embodiment has the characteristics (1), (2), (3), (4) and (5) of the color filter array of the color image sensor 12 of the first embodiment. ).
  • FIG. 13 is a diagram showing a sixth embodiment of a color image sensor applied to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of this color imaging device includes a basic array pattern (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 8 ⁇ 8 pixels, and this basic array pattern is in the horizontal direction. And repeatedly arranged in the vertical direction. That is, in this color filter array, R, G, and B color filters (R filter, G filter, and B filter) are arrayed with a predetermined periodicity.
  • filters of all the colors R, G, and B are arranged in the horizontal and vertical lines in the basic array pattern.
  • the G filter corresponding to the luminance system pixel is arranged so that two or more adjacent portions are included in each of the horizontal, vertical, and diagonal directions (NE, NW) in the basic array pattern. That is, there are four groups of G pixels including 2 ⁇ 2 pixels adjacent vertically and horizontally in the basic array pattern. Based on the pixel values of the G pixels corresponding to these adjacent G filters, the luminance correlation in each of the horizontal, vertical, and oblique (NE, NW) directions can be determined with the minimum pixel interval.
  • the basic array pattern constituting the color filter array is point-symmetric with respect to the center of the basic array pattern.
  • the basic arrangement pattern of the color filter array shown in FIG. 13 includes 16 pixels, 32 pixels, and R pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic arrangement pattern, respectively. It has 16 pixels. That is, the ratio of the number of RGB pixels is 1: 2: 1, and the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is the ratio of the R and B pixels of the other colors. It is larger than the ratio of the number of pixels.
  • the color filter array of the color image sensor of the sixth embodiment has the characteristics (1), (2), (3), (4) and (5) of the color filter array of the color image sensor 12 of the first embodiment. ).
  • the color imaging device having the color filters of the three primary colors of RGB has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the four colors of the three primary colors of RGB + other colors (for example, emerald (E)) are described.
  • the present invention can also be applied to a color imaging device having a color filter.
  • the present invention can also be applied to a color image pickup device having four color complementary color filters in which G is added to C (cyan), M (magenta), and Y (yellow) which are complementary colors of the primary colors RGB.
  • the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain the luminance signal is higher than the ratio of the number of R and B pixels.
  • the number of G pixels is preferably 1.5 or more and 3 or less of the number of R and B pixels.

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Abstract

　水平及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設されてなる単板式のカラー撮像素子である。このカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色のフィルタが、水平及び垂直方向の全ラインに配列された所定の基本配列パターンＰを含み、この基本配列パターンＰが水平方向及び垂直方向に繰り返して配置されている。特にＧフィルタは、基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向（４方向）にそれぞれ２以上隣接する部分が含まれるように配置されており、これらの隣接するＧフィルタに対応するＧ画素の画素値により、４方向の輝度の相関度を最小画素間隔で判断することができる。

Description

カラー撮像素子
　本発明はカラー撮像素子に係り、特に色モワレの発生を抑圧することができるカラー撮像素子に関する。
　単板式のカラー撮像素子を有するカラー撮像装置では、カラー撮像素子からの出力画像がＲＡＷ画像（モザイク画像）であるため、欠落している色の画素を、周囲の画素から補間する処理（同時化処理）により多チャネル画像を得ている。この場合に問題となるのが、高周波の画像信号の再現特性である。
　単板式のカラー撮像素子で最も広く用いられている色配列である原色系ベイヤー配列は、緑（Ｇ）画素を市松状に、赤（Ｒ）、青（Ｂ）を線順次に配置しているため、各色の再現帯域を越えた高周波信号の折り返りと各色の位相のずれにより低周波の色付き（色モアレ）が発生するという問題がある。
　図１４の（Ａ）に示すような白黒の縦縞模様（高周波画像）が、図１４の（Ｂ）に示すベイヤー配列の撮像素子に入射した場合、これをベイヤーの色配列に振り分けて色毎に比較すると、図１４の（Ｃ）から（Ｅ）に示すようにＲは薄い平坦、Ｂは濃い平坦、Ｇは濃淡のモザイク状の色画像となり、本来、白黒画像であるのに対し、ＲＧＢ間に濃度差（レベル差）は起きないものが、色配列と入力周波数によっては色が付いた状態となってしまう。
　同様に、図１５の（Ａ）に示すような斜めの白黒の高周波画像が、図１５の（Ｂ）に示すベイヤー配列の撮像素子に入射した場合、これをベイヤーの色配列に振り分けて色毎に比較すると、図１５の（Ｃ）から（Ｅ）に示すようにＲとＢは薄い平坦、Ｇは濃い平坦の色画像となり、仮に黒の値を０、白の値を２５５とすると、斜めの白黒の高周波画像は、Ｇのみ２５５となるため、緑色になってしまう。このようにベイヤー配列では、斜めの高周波画像を正しく再現することができない。
　一般に単板式のカラー撮像素子を使用するカラー撮像装置では、水晶などの複屈折物質からなる光学ローパスフィルタをカラー撮像素子の前面に配置し、高周波を光学的に落とすことで回避していた。しかし、この方法では、高周波信号の折り返りによる色付は軽減できるが、その弊害で解像度が落ちてしまうという問題がある。
　このような問題を解決するために、カラー撮像素子のカラーフィルタ配列を、任意の着目画素が該着目画素の色を含む３色と該着目画素の４辺のいずれかにおいて隣接する配列制限条件を満たす３色ランダム配列としたカラー撮像素子が提案されている（特許文献１）。
　また、分光感度が異なる複数のフィルタを有し、そのうち第１のフィルタと第２のフィルタが、画像センサの画素格子の一方の対角方向に第１の所定の周期で交互に配置されているとともに、他方の対角方向に第２の所定の周期で交互に配置されているカラーフィルタ配列の画像センサが提案されている（特許文献２）。
　一方、特許文献３には、ベイヤー配列のモザイク画像の注目画素の周辺画素を用いて、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向（４方向）における相関度を求め、求めた相関度の比率に応じた重み付けを行って画素補間を行う技術が記載されている。
　更に、ＲＧＢの３原色のうちのＲ，Ｂを水平方向及び垂直方向にそれぞれ３画素おきに配置し、これらのＲ，Ｂの間にＧを配置したカラー撮像素子が提案されている（特許文献４）。
　このカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、４×４画素に対応する基本配列パターンを含み、この基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置されて構成されており、基本配列パターン内のＲＧＢの画素数は、それぞれ２画素、１２画素、２画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、１：６：１になっており、Ｇ画素が、ＲＢ画素に比べて非常に多く配置されている。
特開２０００－３０８０８０号公報 特開２００５－１３６７６６号公報 特開２０１０－１０４０１９号公報 特開平８－２３５４３号公報
　特許文献１に記載の３色ランダム配列は、低周波の色モアレには有効であるが、高周波部の偽色に対しては有効でない。
　特許文献２に記載の画像センサのカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂフィルタがカラーフィルタ配列の水平方向及び垂直方向の各ライン内に周期的に配置されているが、特許文献２に記載の発明は、上記カラーフィルタ配列を有する画像センサから出力されるモザイク画像を同時化処理する際に、注目画素を中心に所定の画像サイズの局所領域を抽出し、局所領域内の注目画素の色の色分布形状、及び推定しようとする他の色の色分布形状に関する統計量を算出し、注目画素位置の色の強度と色分布形状の統計量とに基づいて色分布形状を線形回帰することにより注目画素位置の他の色の推定値を算出するようにしている。この特許文献２に記載の発明は、色分布形状に関する統計量（共分散値）の演算や回帰演算処理を行う必要があり、画像処理が複雑になるという問題がある。
　一方、特許文献３に記載の画素補間方法は、ベイヤー配列のモザイク画像に適用されるものであるが、ベイヤー配列の場合、Ｇ画素は、水平及び垂直方向に連続していないため、最小画素間隔で水平及び垂直方向における相関度を求めることができず、例えば、１画素周期の縦縞や横縞の高周波を入力した場合に相関度を誤判定し、画素補間を精度よく行うことができないという問題がある。
　また、特許文献３に記載のカラー撮像素子は、Ｒ、Ｂそれぞれの画素数に対するＧの画素数の比率が高く、Ｇ画素が水平、垂直及び斜め方向に２画素以上連続する部分が存在しており、輝度の変化の小さい方向（相関の高い方向）の判別が可能であり、また高解像度化も可能であるが、水平又は垂直方向にＧ画素のみのラインが存在するため、水平又は垂直方向に高周波部の偽色に対しては有効でない。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高周波部の偽色の発生を簡単な画像処理で抑圧することができるカラー撮像素子を提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために本発明の一の態様に係る発明は、水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設されてなる単板式のカラー撮像素子であって、前記カラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する第１の色に対応する第１のフィルタと前記第１の色以外の２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとが配列された所定の基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置され、前記第１のフィルタ及び第２のフィルタは、それぞれ前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタ配列の水平及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置され、前記第１のフィルタは、更に前記基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されている。
　本発明の一の態様に係るカラー撮像素子によれば、輝度信号を得るために最も寄与する第１の色に対応する第１のフィルタが、前記基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されるため、各方向に隣接する第１の色の画素の画素値に基づいて輝度の相関方向が前記４方向のうちのいずれの方向にあるかを、最小画素間隔で判別することができる。これにより、カラー撮像素子から出力されるモザイク画像から抽出される同時化処理の対象画素の画素位置における他の色の画素値を算出する際に、上記のようにして最小画素間隔の画素値により判別した輝度の相関方向に応じて、相関方向に存在する他の色の画素の画素値を使用することにより、他の色の画素の画素値を精度よく推定することができ、高周波部の偽色の発生を抑圧することができる。尚、相関方向の判別結果に基づいて他の色の画素値を推定する処理方法は、特許文献３等に記載の方法やその他の種々の方法が適用できる。
　また、前記第１のフィルタ及び第２のフィルタは、それぞれ前記基本配列パターン内に水平及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置されているため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧して高解像度化を図ることができる。更に、このカラーフィルタ配列は、所定の基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返されているため、後段での同時化（補間）処理を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができる。
　本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、前記カラーフィルタ配列は、前記第２のフィルタのいずれか１色のフィルタを挟んで水平及び垂直方向にそれぞれ前記第１のフィルタが２以上連続配置されていることが好ましい。これらの２以上連続する第１のフィルタに対応する画素の画素値に基づいて輝度の相関方向が前記４方向のうちのいずれの方向にあるかを、最小画素間隔で判別することができる。
　本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含むことを特徴としている。２×２画素に対応する正方配列の４画素の各画素間の画素値に基づいて輝度の相関方向が前記４方向のうちのいずれの方向にあるかを、最小画素間隔で判別することができる。
　本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記所定の基本配列パターン内のカラーフィルタ配列は、該基本配列パターンの中心に対して点対称であることが好ましい。これにより、後段の処理回路の回路規模を小さくすることが可能になる。
　本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記所定の基本配列パターンは、Ｎ×Ｎ（Ｎ：４以上８以下の整数）画素に対応する正方配列パターンであることが好ましい。Ｎが４よりも小さい場合には、本発明に係るカラーフィルタ配列の条件を満足せず、Ｎが８を超える場合には、同時化等の信号処理が複雑化するのに対し、基本配列パターンのサイズを大きくすることによる格別な効果が得られないからである。
　本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記所定の基本配列パターンは、６×６画素に対応する正方配列パターンであることが好ましい。
　上記のように所定の基本配列パターンは、Ｎ×Ｎ画素に対応する正方配列パターンであり、Ｎは４以上８以下の整数が好ましいが、Ｎは偶数の方が奇数よりも同時化処理時に有利であり、また、Ｎが４の場合は、前記基本配列パターン内に前記第１のフィルタが水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内で２画素以上連続する部分を含まないため、輝度の変化の小さい方向の判別に不利であり、Ｎが８の場合には、Ｎが６の場合に比べて信号処理が煩雑になる。したがって、前記基本配列パターンとしては、Ｎが６、即ち、６×６画素に対応する正方配列パターンが最も好ましい。
　本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが３×３画素群において中心のフィルタを挟んで上下左右に配置され、該３×３画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されていることが好ましい。前記３×３画素群の中心のフィルタを挟んで上下左右に前記第１のフィルタが配置されているため、該３×３画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されると、前記カラーフィルタ配列は、前記３×３画素群の中心のフィルタを挟んで前記第１のフィルタが、水平及び垂直方向にそれぞれ２画素ずつ隣接することになる。これらの第１のフィルタに対応する画素（合計８画素）の画素値は、４方向の相関方向の判別に使用することができる。
　本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが３×３画素群において中心と４隅に配置され、該３×３画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されていることが好ましい。前記３×３画素群の４隅に前記第１のフィルタが配置されているため、該３×３画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されると、前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含むようになり、この２×２画素の画素値を使用して、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向のうちの相関の高い方向を判別することができる。
　本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記第１の色は、緑（Ｇ）色であり、前記第２の色は、赤（Ｒ）色及び青（Ｂ）色である。
　本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、前記フィルタ配列は、３×３画素に対応する第１の配列であって、中心にＲフィルタが配置され、４隅にＢフィルタが配置され、中心のＲフィルタを挟んで上下左右にＧフィルタが配置された第１の配列と、３×３画素に対応する第２の配列であって、中心にＢフィルタが配置され、４隅にＲフィルタが配置され、中心のＢフィルタを挟んで上下左右にＧフィルタが配置された第２の配列とが、交互に水平及び垂直方向に配列されて構成されている。
　上記構成のカラーフィルタ配列によれば、前記第１の配列又は第２の配列を中心に５×５画素（モザイク画像の局所領域）を抽出した場合、前記５×５画素の中心の画素（Ｒ画素又はＢ画素）を挟んで、水平及び垂直方向にそれぞれ隣接するＧ画素が存在することになる。これらのＧ画素（合計８画素）の画素値は、４方向の相関方向の判別に使用することができる。
　本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、前記フィルタ配列は、３×３画素に対応する第１の配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで上下にＢフィルタが配置され、左右にＲフィルタが配列された第１の配列と、３×３画素に対応する第２の配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで上下にＲフィルタが配置され、左右にＢフィルタが配列された第２の配列とが、交互に水平方向及び垂直方向に配列されて構成されている。
　上記構成のカラーフィルタ配列によれば、前記第１の配列又は第２の配列を中心に５×５画素（モザイク画像の局所領域）を抽出した場合、前記５×５画素の４隅に２×２画素のＧ画素が存在することになる。これらの２×２画素のＧ画素の画素値は、４方向の相関方向の判別に使用することができる。
　本発明によれば、輝度信号を得るために最も寄与する第１の色に対応する第１のフィルタと前記第１の色以外の２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとが配列された所定の基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置されてカラーフィルタ配列が構成され、この基本配列パターン内において、前記第１のフィルタが、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されるため、各方向に隣接する第１の色の画素の画素値に基づいて輝度の相関方向が前記４方向のうちのいずれの方向にあるかを、最小画素間隔で判別することができる。また、前記第１のフィルタ及び第２のフィルタは、それぞれ前記基本配列パターン内に水平及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置されているため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧して高解像度化を図ることができる。更に、このカラーフィルタ配列は、所定の基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返されているため、後段での同時化（補間）処理を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができる。
図１は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第１の実施形態を示す図であり; 図２は第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる基本配列パターンを示す図であり; 図３Ａは第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる６×６画素の基本配列パターンを３×３画素のＡ配列とＢ配列に分割し、これらを水平及び垂直方向に繰り返し配置してなるカラーフィルタ配列を示す図であり; 図３Ｂは図３Ａに示したカラーフィルタ配列によるＧ画素の特徴的な配置を示す図であり; 図４は縦方向に相関方向があると判別された場合の同時化処理時の画素補間方法を説明するために用いた図であり; 図５は左斜め上方向に相関方向があると判別された場合の同時化処理時の画素補間方法を説明するために用いた図であり; 図６は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第２の実施形態を示す図であり; 図７は第２の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる基本配列パターンを示す図であり; 図８は第２の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる６×６画素の基本配列パターンを３×３画素のＡ配列とＢ配列に分割し、これらを水平及び垂直方向に繰り返し配置してなるカラーフィルタ配列を示す図であり; 図９は第２の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列によるＧ画素の特徴的な配置を示す図であり; 図１０は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第３の実施形態を示す図であり; 図１１は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第４の実施形態を示す図であり; 図１２は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第５の実施形態を示す図であり; 図１３は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第６の実施形態を示す図であり; 図１４は従来のベイヤー配列のカラーフィルタを有するカラー撮像素子の課題を説明するために使用した図であり; 図１５は従来のベイヤー配列のカラーフィルタを有するカラー撮像素子の課題を説明するために使用した他の図である。
　以下、添付図面に従って本発明に係るカラー撮像素子の好ましい実施の形態について詳説する。
　［カラー撮像素子の第１の実施形態］
　図１は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第１の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
　このカラー撮像素子は、水平方向及び垂直方向に配列（二次元配列）された光電変換素子からなる複数の画素（図示せず）と、各画素の受光面上に配置された、図１に示すカラーフィルタ配列のカラーフィルタとから構成されており、各画素上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカラーフィルタのうちのいずれかが配置される。
　尚、カラー撮像素子は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）カラー撮像素子に限らず、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）撮像素子などの他の種類の撮像素子であってもよい。
　＜カラーフィルタ配列の特徴＞
　第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、下記の特徴（１）、（２）、（３）、及び（４）を有している。
　〔特徴（１）〕
　図１に示すカラーフィルタ配列は、６×６画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターンＰ（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンＰが水平及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のフィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）が所定の周期性をもって配列されている。
　このようにＲフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが所定の周期性をもって配列されているため、カラー撮像素子から読み出されるＲ、Ｇ、Ｂ信号の同時化（補間）処理等を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができる。
　また、基本配列パターンＰの単位で間引き処理して画像を縮小する場合、間引き処理した縮小画像のカラーフィルタ配列は、間引き処理前のカラーフィルタ配列と同じにすることができ、共通の処理回路を使用することができる。
　〔特徴（２）〕
　図１に示すカラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンＰは、輝度信号を得るために最も寄与する色(この実施形態では、Ｇの色)に対応するＧフィルタと、Ｇの色以外の他の色（この実施形態では、Ｒ，Ｂ）に対応するＲフィルタ、Ｂフィルタとが、基本配列パターン内の水平及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置されている。
　Ｒ、Ｇ、Ｂフィルタが、それぞれ基本配列パターンＰ内の水平及び垂直方向の各ライン内に配置されるため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧することができる。これにより、偽色の発生を抑制するための光学ローパスフィルタを光学系の入射面から撮像面までの光路に配置しないようにでき、又は光学ローパスフィルタを適用する場合でも偽色の発生を防止するための高周波数成分をカットする働きの弱いものを適用することができ、解像度を損なわないようにすることができる。
　〔特徴（３）〕
　輝度系画素に対応するＧフィルタは、カラーフィルタ配列Ｐ内において、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されている。
　図２は、図１に示した基本配列パターンＰを、３×３画素に４分割した状態に関して示している。
　図２に示すように基本配列パターンＰは、実線の枠で囲んだ３×３画素のＡ配列と、破線の枠で囲んだ３×３画素のＢ配列とが、水平、垂直方向に交互に並べられた配列となっていると捉えることもできる。
　Ａ配列は、中心にＲフィルタが配置され、４隅にＢフィルタが配置され、中心のＲフィルタを挟んで上下左右にＧフィルタが配置されている。一方、Ｂ配列は、中心にＢフィルタが配置され、４隅にＲフィルタが配置され、中心のＢフィルタを挟んで上下左右にＧフィルタが配置されている。これらのＡ配列とＢ配列とは、ＲフィルタとＢフィルタとの位置関係が逆転しているが、その他の配置は同様になっている。
　図３Ａに示すように、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、上記Ａ配列とＢ配列とが、水平及び垂直方向に交互に配置されていると捉えることもできる。
　また、輝度系画素であるＧフィルタが、Ａ配列またはＢ配列における３×３画素において中心のフィルタを挟んで上下左右に配置され、この３×３画素が水平方向、垂直方向に交互に配置されることで、Ｇフィルタが水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が形成され、図３Ｂに示すように十字形状に配置される。なお、このような配列とすることで、前述の特徴（１），（３），およびＧフィルタについては特徴（２）が満たされる。
　いま、図３Ａに示すように、第１の実施形態のカラー撮像素子から出力されるモザイク画像を、Ａ配列を中心にして５×５画素の局所領域（太枠で示した領域）を抽出した場合、この局所領域内の８個のＧ画素は、図３Ｂに示すように十字形状に配置される。これらのＧ画素を左から右の順にＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４とし、上から下の順にＧ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８とすると、画素Ｇ１Ｇ２、画素Ｇ２Ｇ３が水平方向に隣接し、画素Ｇ５Ｇ６、画素Ｇ７Ｇ８が垂直方向に隣接し、画素Ｇ６Ｇ３、画素Ｇ２Ｇ７が左上斜め方向に隣接し、画素Ｇ６Ｇ２、画素Ｇ３Ｇ７が右上斜め方向に隣接している。
　従って、これらの隣接する画素の画素値の差分絶対値を求めることにより、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向のうち、輝度の変化が最も小さい方向（相関の高い相関方向）を、最小画素間隔で判別することができる。
　即ち、水平方向の差分絶対値の和は｜Ｇ１－Ｇ２｜＋｜Ｇ３－Ｇ４｜、水平方向の差分絶対値の和は｜Ｇ５－Ｇ６｜＋｜Ｇ７－Ｇ８｜、右上斜め方向の差分絶対値の和は｜Ｇ６－Ｇ２｜＋｜Ｇ３－Ｇ７｜、左上斜め方向の差分絶対値の和は｜Ｇ６－Ｇ３｜＋｜Ｇ２－Ｇ７｜となる。
　これらの４つの相関絶対値のうち最小となる差分絶対値をとる方向に相関（相関方向）があると判別することができる。尚、判別された相関方向は、同時化（補間）処理等を行う際に利用することができる。
　尚、上記の実施の形態では、隣接するＧ画素の画素値の差分値に基づいて輝度の変化が最も小さい方向（相関の高い相関方向）を判別するようにしたが、これに限らず、隣接するＧ画素の画素値の比に基づいて輝度の変化が最も小さい方向を判別するようにしてもよい。隣接するＧ画素の画素値の比に基づいて輝度の変化を判別する場合、その比がほぼ１となる方向が輝度の変化が小さい方向となる。
　＜相関方向を使用した補間方法＞
　次に、上記のようにして方向判別された相関方向を利用した補間方法について説明する。
　図４に示すように縦方向に相関方向があると判別され、図４に示す太枠内の３×３画素（Ａ配列）の各画素の画素位置における他の色の画素値を補間して求める場合、相関方向の近傍に存在する同じ色の画素の画素値を使用する。
　Ｇの画素値を補間する場合、Ｂ22，Ｂ24の画素位置におけるＧの画素値Ｇ22’，Ｇ24’は、Ｇ23の画素値を使用し、Ｂ42，Ｂ44の画素位置におけるＧの画素値Ｇ42’，Ｇ44’は、Ｇ43の画素値を使用する。一方、Ｒ33の画素位置におけるＧの画素値Ｇ33’は、Ｇ32とＧ34の画素値の平均値を使用する。
　Ｒ、Ｂの画素値を補間する場合、Ｂ22の画素位置におけるＲの画素値Ｒ22’は、Ｒ21の画素値を使用し、Ｇ23の画素位置におけるＲ，Ｂの画素値Ｒ23’，Ｂ23’は、それぞれＲ21とＲ25の画素値の平均値、Ｂ22とＢ24の画素値の平均値を使用し、Ｂ22，Ｂ24の画素位置におけるＲの画素値Ｒ22’，Ｒ24’は、それぞれＲ21，Ｒ25の画素値を使用する。
　Ｇ32の画素位置におけるＲ，Ｂの画素値Ｒ32’，Ｂ32’は、それぞれＲ33，Ｂ30の画素値を使用し、Ｒ33の画素位置におけるＢの画素値Ｂ33’は、Ｂ30とＢ36の画素値の平均値を使用し、Ｇ34の画素位置におけるＲ，Ｂの画素値Ｒ34’，Ｂ34’は、それぞれＲ33，Ｂ36の画素値を使用する。
　Ｂ42の画素位置におけるＲの画素値Ｒ42’は、Ｒ41の画素値を使用し、Ｇ43の画素位置におけるＲ，Ｂの画素値Ｒ43’，Ｂ43’は、それぞれＲ41とＲ45の画素値の平均値、Ｂ42とＢ44の画素値の平均値を使用し、Ｂ44の画素位置におけるＲの画素値Ｒ44’は、Ｒ45の画素値を使用する。
　Ｂ配列の場合はＲ、Ｂを入れ替えて同様の処理を行うことでＲＧＢの画素値の補間を行う。
　以上の処理を３×３画素毎に繰り返すことでＲＧＢの画素値が補間される。
　一方、図５に示すように左斜め上方向に相関方向があると判別され、図５に示す太枠内の３×３画素（Ａ配列）の各画素の画素位置における他の色の画素値を補間して求める場合、相関方向の近傍に補間する色の画素が存在する場合には、その画素値を使用し、相関方向に補間する色の画素が存在しない場合には、近傍に存在する補間済みの画素のＲＧＢの画素値の差又は比（色差又は色比)の関係を利用して補間する。
　まず、補間方向に補間する色の画素が存在する画素から補間を行う。図５では、Ｂ22の画素位置におけるＲの画素値Ｒ22’は、Ｒ23の画素値を使用し、Ｇ32の画素位置におけるＲの画素値Ｒ32’は、Ｒ21の画素値を使用し、Ｂ42の画素位置におけるＧの画素値Ｇ42’は、Ｇ31とＧ53の画素値の平均値を使用する。以降、Ｒ23’，Ｂ33’，Ｒ43’，Ｇ24’，Ｒ34’，Ｒ44’も同じように相関方向に存在する補間する色の画素の画素値を使用する。
　次に、相関方向に補間する色の画素が存在しない画素の補間の処理方法を説明する。
　図５のＢ22の画素位置におけるＧの画素値Ｇ22’を補間して求める場合、Ｇ13と補間した画素値Ｂ13’，及びＧ31と補間した画素値Ｂ31’の色差を用いて補間を行う。具体的には下式の計算により値を算出する。
　［数１］
　Ｇ22’＝Ｂ22＋(Ｇ13＋Ｇ31)/2－(Ｂ13’＋Ｂ31’)/2
　同様に、Ｇ32の画素位置におけるＢの画素値Ｂ32’、Ｂ42の画素位置におけるＲの画素値Ｒ42’の補間方法は、下式のようになる。
　［数２］
　Ｂ32’＝Ｇ32＋Ｂ31’－Ｇ31
　Ｒ42’＝Ｂ42＋Ｒ33－Ｂ33’
　同様の処理を行ってＢ32’，Ｇ33’，Ｂ43’，Ｒ24’，Ｂ34’，Ｇ44’の補間を行う。
　以上の処理を３×３画素毎に繰り返すことでＲＧＢの画素値が補間される。
　尚、Ａ配列、Ｂ配列におけるＲＧＢのカラーフィルタの対称性により、相関方向が横方向と判別された場合、又は右斜め上方向に相関方向があると判別された場合であっても、上述したように縦方向と判別された場合、又は左斜め上方向と判別された場合と同様にしてＲＧＢの画素値を補間して求めることができる。
　また、上記［数１］式、［数２］式では、色差を用いて補間を行っているが、色比を用いて補間を行うようにしてもよい。
　〔特徴（４）〕
　図１に示すカラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンＰは、その基本配列パターンＰの中心に対して点対称になっている。
　図２に示したように、基本配列パターン内のＡ配列及びＢ配列は、それぞれ中心のＲフィルタ、又はＧフィルタに対して点対称になっており、かつ上下左右が対称（線対称）になっている。
　このような対称性により、後段の処理回路の回路規模を小さくしたり、簡略化することが可能になる。
　〔特徴（５）〕
　図１に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ１０画素、１６画素、１０画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、５：８：５になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
　上記のようにＧ画素の画素数とＲ，Ｂ画素の画素数との比率が異なり、特に輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率を、Ｒ，Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくするようにしたため、同時化処理時におけるエリアシングを抑制することができるとともに、高周波再現性もよくすることができる。
　尚、基本配列パターンを水平方向及び垂直方向に繰り返し配置することで、図１に示すカラーフィルタ配列を構成することができる基本配列パターンは複数存在するが、第１の実施形態では、基本配列パターンが点対称になっている基本配列パターンＰを、便宜上、基本配列パターンという。
　また、後述する他の実施形態のカラーフィルタ配列においても、各カラーフィルタ配列に対して複数の基本配列パターンが存在するが、その代表的なものをそのカラーフィルタ配列の基本配列パターンという。
　［カラー撮像素子の第２の実施形態］
　図６は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第２の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
　第２の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、６×６画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターンＰ（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンＰが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のフィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）が所定の周期性をもって配列されている。
　また、このカラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンＰは、第１の実施形態と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置されている。
　また、輝度系画素に対応するＧフィルタは、カラーフィルタ配列Ｐ内において、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されている。
　図７は、図６に示した基本配列パターンＰを、３×３画素に４分割した状態に関して示している。
　図７に示すように基本配列パターンＰは、実線の枠で囲んだ３×３画素のＡ配列と、破線の枠で囲んだ３×３画素のＢ配列とが、水平、垂直方向に交互に並べられた配列となっていると捉えることもできる。
　Ａ配列及びＢ配列は、それぞれ輝度系画素であるＧフィルタが４隅と中央に配置され、両対角線上に配置されている。また、Ａ配列は、中央のＧフィルタを挟んでＲフィルタが水平方向に配列され、Ｂフィルタが垂直方向に配列され、一方、Ｂ配列は、中央のＧフィルタを挟んでＢフィルタが水平方向に配列され、Ｒフィルタが垂直方向に配列されている。即ち、Ａ配列とＢ配列とは、ＲフィルタとＢフィルタとの位置関係が逆転しているが、その他の配置は同様になっている。
　また、Ａ配列とＢ配列の４隅のＧフィルタは、図８に示すようにＡ配列とＢ配列とが水平、垂直方向に交互に配置されることにより、２×２画素に対応する正方配列のＧフィルタとなる。
　これは、輝度系画素であるＧフィルタが、Ａ配列またはＢ配列における３×３画素において４隅と中央に配置され、この３×３画素が水平方向、垂直方向に交互に配置されることで２×２画素に対応する正方配列のＧフィルタが形成されるためである。尚、このような配列とすることで、前述の特徴（１），（３），（５），およびＧフィルタについては特徴（２）が満たされる。
　即ち、図６に示すカラーフィルタ配列（基本配列パターンＰ）は、Ｇフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含んでいる。
　いま、図８に示すように、第２の実施形態のカラー撮像素子から出力されるモザイク画像を、Ａ配列を中心にして５×５画素の局所領域（太枠で示した領域）を抽出した場合、この局所領域内の４隅の２×２画素のＧ画素は、図９に示す配置になっている。
　図９に示すように、２×２画素のＧ画素の画素値を、左上から右下の順にＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４とした場合、これらのＧ画素の画素値の垂直方向の差分絶対値は（｜Ｇ１－Ｇ３｜＋｜Ｇ２－Ｇ４｜）／２、水平方向の差分絶対値は（｜Ｇ１－Ｇ２｜＋｜Ｇ３－Ｇ４｜）／２、右上斜め方向の差分絶対値は｜Ｇ２－Ｇ３｜、左上斜め方向の差分絶対値は｜Ｇ１－Ｇ４｜となる。
　これらの４つの相関絶対値のうち最小となる差分絶対値をとる方向に相関（相関方向）があると判別することができる。
　いま、図８又は図９に示すように中央に３×３画素のＡ配列が位置するように、モザイク画像から５×５画素の局所領域を抽出した場合、４隅に２×２画素のＧ画素が配置されることになる。したがって、上記局所領域内のＡ配列の３×３画素を同時化処理の対象画素とした場合、４隅の各方向別の相関絶対値の総和（又は平均値）を求め、各方向別の相関絶対値の総和（又は平均値）のうち最小となる値をとる方向を、同時化処理の対象画素における輝度の相関方向として判別する。
　また、図６に示すカラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンＰは、その基本配列パターンの中心（４つのＧフィルタの中心）に対して点対称になっている。また、図７に示すように、基本配列パターン内のＡ配列及びＢ配列も、それぞれ中心のＧフィルタに対して点対称になっており、かつ上下左右が対称（線対称）になっている。
　また、図６に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ８画素、２０画素、８画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、２：５：２になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
　このように第２の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴（１）、（２）、（３）、（４）及び（５）と同じ特徴を有している。
　更に、第２の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタが、カラーフィルタ配列の斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されており、高周波領域での同時化処理の再現精度をより向上させることができるという、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列にない特徴を有している。
　［カラー撮像素子の第３の実施形態］
　図１０は本発明に適用されるカラー撮像素子の第３の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
　図１０に示すように、このカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、４×４画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のフィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）が所定の周期性をもって配列されている。
　また、図１０に示すカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置されている。
　更に、輝度系画素に対応するＧフィルタは、基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されている。これらの隣接するＧフィルタに対応するＧ画素の画素値により、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向のそれぞれの方向の輝度の相関を、最小画素間隔で判断することができる。
　また、カラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
　また、図１０に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ４画素、８画素、４画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、１：２：１になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
　この第３の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子１２のカラーフィルタ配列の特徴（１）、（２）、（３）、（４）及び（５）と同じ特徴を有している。
　［カラー撮像素子の第４の実施形態］
　図１１は本発明に適用されるカラー撮像素子の第４の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
　図１１に示すように、このカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、５×５画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のフィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）が所定の周期性をもって配列されている。
　また、図１１に示すカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置されている。
　更に、輝度系画素に対応するＧフィルタは、基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されている。これらの隣接するＧフィルタに対応するＧ画素の画素値により、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向のそれぞれの方向の輝度の相関を、最小画素間隔で判断することができる。
　また、図１１に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ６画素、１３画素、６画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、６：１３：６になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
　この第３の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子１２のカラーフィルタ配列の特徴（１）、（２）、（３）及び（５）と同じ特徴を有している。
　［カラー撮像素子の第５の実施形態］
　図１２は本発明に適用されるカラー撮像素子の第５の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
　図１２に示すように、このカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、７×７画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のフィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）が所定の周期性をもって配列されている。
　また、図１２に示すカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平方向及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
　更に、輝度系画素に対応するＧフィルタは、基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め方向（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されている。即ち、基本配列パターン内で上下左右に隣接する２×２画素を含むＧ画素のかたまりが４組存在する。これらの隣接するＧフィルタに対応するＧ画素の画素値により、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向のそれぞれの方向の輝度の相関を、最小画素間隔で判断することができる。
　また、カラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
　また、図１２に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ１２画素、２５画素、１２画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、１２：２５：１２になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
　この第４の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子１２のカラーフィルタ配列の特徴（１）、（２）、（３）、（４）及び（５）と同じ特徴を有している。
　［カラー撮像素子の第６の実施形態］
　図１３は本発明に適用されるカラー撮像素子の第６の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
　図１３に示すように、このカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、８×８画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のフィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）が所定の周期性をもって配列されている。
　また、図１３に示すカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平方向及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
　更に、輝度系画素に対応するＧフィルタは、基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め方向（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されている。即ち、基本配列パターン内で上下左右に隣接する２×２画素を含むＧ画素のかたまりが４組存在する。これらの隣接するＧフィルタに対応するＧ画素の画素値により、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向のそれぞれの方向の輝度の相関を、最小画素間隔で判断することができる。
　また、カラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
　また、図１３に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ１６画素、３２画素、１６画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、１：２：１になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
　この第６の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子１２のカラーフィルタ配列の特徴（１）、（２）、（３）、（４）及び（５）と同じ特徴を有している。
　［その他］
　上記実施形態では、ＲＧＢの３原色のカラーフィルタを有するカラー撮像素子について説明したが、本発明は、これに限らず、ＲＧＢの３原色＋他の色（例えば、エメラルド（Ｅ））の４色のカラーフィルタを有するカラー撮像素子にも適用できる。
　また、本発明は、原色ＲＧＢの補色であるＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）に、Ｇを加えた４色の補色系のカラーフィルタを有するカラー撮像素子にも適用できる。
　また、第１から第６の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、いずれも輝度信号を得るために最も寄与するＧの画素数の比率が、Ｒ，Ｂの各画素数の比率よりも大きくなっているが、Ｇの画素数の比率が大きすぎると、Ｒ，Ｂの画素数の比率が小さくなり、高周波部に偽色が発生しやすくなる。したがって、Ｇの画素数は、Ｒ，Ｂそれぞれ画素数の１．５以上３以下が好ましい。
　更に、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

Claims (11)

  1. 　水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設されてなる単板式のカラー撮像素子であって、
    　前記カラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する第１の色に対応する第１のフィルタと前記第１の色以外の２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとが配列された所定の基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置され、
    　前記第１のフィルタ及び第２のフィルタは、それぞれ前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタ配列の水平及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置され、
    　前記第１のフィルタは、更に前記基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各方向に２以上隣接する部分が含まれるように配置されているカラー撮像素子。
  2. 　前記カラーフィルタ配列は、前記第２のフィルタのいずれか１色のフィルタを挟んで水平及び垂直方向にそれぞれ前記第１のフィルタが２以上連続配置されている請求項１に記載のカラー撮像素子。
  3. 　前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含む請求項１に記載のカラー撮像素子。
  4. 　前記所定の基本配列パターン内のカラーフィルタ配列は、該基本配列パターンの中心に対して点対称である請求項１から３のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  5. 　前記所定の基本配列パターンは、Ｎ×Ｎ（Ｎ：４以上８以下の整数）画素に対応する正方配列パターンである請求項１から４のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  6. 　前記所定の基本配列パターンは、６×６画素に対応する正方配列パターンである請求項５に記載のカラー撮像素子。
  7. 　前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが３×３画素群において中心のフィルタを挟んで上下左右に配置され、該３×３画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている請求項１から６のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  8. 　前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが３×３画素群において中心と４隅に配置され、該３×３画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている請求項１から６のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  9. 　前記第１の色は、緑（Ｇ）色であり、前記第２の色は、赤（Ｒ）色及び青（Ｂ）である請求項１から８のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  10. 　前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、
    　前記カラーフィルタ配列は、３×３画素に対応する第１の配列であって、中心にＲフィルタが配置され、４隅にＢフィルタが配置され、中心のＲフィルタを挟んで上下左右にＧフィルタが配置された第１の配列と、３×３画素に対応する第２の配列であって、中心にＢフィルタが配置され、４隅にＲフィルタが配置され、中心のＢフィルタを挟んで上下左右にＧフィルタが配置された第２の配列とが、交互に水平及び垂直方向に配列されて構成されている請求項９に記載のカラー撮像素子。
  11. 　前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、
    　前記カラーフィルタ配列は、３×３画素に対応する第１の配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで上下にＢフィルタが配置され、左右にＲフィルタが配列された第１の配列と、３×３画素に対応する第２の配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで上下にＲフィルタが配置され、左右にＢフィルタが配列された第２の配列とが、交互に水平方向及び垂直方向に配列されて構成されている請求項９に記載のカラー撮像素子。
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