JP3018101B2 - カラー撮像装置 - Google Patents
カラー撮像装置Info
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- JP3018101B2 JP3018101B2 JP2299028A JP29902890A JP3018101B2 JP 3018101 B2 JP3018101 B2 JP 3018101B2 JP 2299028 A JP2299028 A JP 2299028A JP 29902890 A JP29902890 A JP 29902890A JP 3018101 B2 JP3018101 B2 JP 3018101B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カラー撮像装置に関し、特に受光素子がオ
フセットサンプリング構造を有する撮像素子に関するも
のである。
フセットサンプリング構造を有する撮像素子に関するも
のである。
第16図，第18図，第20図は、従来より知られているカ
ラー固体撮像素子の色フィルタの配列構成の例を示す図
である。第16図では、緑色光透過フィルタ（以下“Grフ
ィルタ”という）が垂直にストライプ状になっており、
赤色光透過フィルタ（以下“Rdフィルタ”という）およ
び青色光透過フィルタ（以下“Blフィルタ”という）が
それぞれ２行おきで２列に、Grフィルタの間に配置され
ている。
ラー固体撮像素子の色フィルタの配列構成の例を示す図
である。第16図では、緑色光透過フィルタ（以下“Grフ
ィルタ”という）が垂直にストライプ状になっており、
赤色光透過フィルタ（以下“Rdフィルタ”という）およ
び青色光透過フィルタ（以下“Blフィルタ”という）が
それぞれ２行おきで２列に、Grフィルタの間に配置され
ている。
第18図では、マゼンタ光透過フィルタ（以下“Mgフィ
ルタ”という）,Grフィルタ，シアン光透過フィルタ
（以下“Cyフィルタ”という），黄色光透過フィルタ
（以下“Yeフィルタ”という）が、水平方向に２画素，
垂直方向に４画素の８個の色フィルタを１単位とし、図
に示す順序で配置されている。
ルタ”という）,Grフィルタ，シアン光透過フィルタ
（以下“Cyフィルタ”という），黄色光透過フィルタ
（以下“Yeフィルタ”という）が、水平方向に２画素，
垂直方向に４画素の８個の色フィルタを１単位とし、図
に示す順序で配置されている。
さらに第20図は、例えば特願平１−24433号に記載さ
れているようなオフセットサンプリング構造をつ固体撮
像素子に、Rd,Gr,Blフィルタがそれぞれ水平方向のピッ
チ３画素，垂直方向のピッチ１画素，水平方向のオフセ
ット量1.5画素のオフセットサンプリング構造で配置さ
れている。
れているようなオフセットサンプリング構造をつ固体撮
像素子に、Rd,Gr,Blフィルタがそれぞれ水平方向のピッ
チ３画素，垂直方向のピッチ１画素，水平方向のオフセ
ット量1.5画素のオフセットサンプリング構造で配置さ
れている。
第17図，第19図，第21図は、それぞれ第16図，第18
図，第20図の色フィルタ配列構成における色光キャリア
を２次元周波数平面（fH,fV）で表わしたときの第１象
限の特性図である。いずれも水平方向の画素ピッチを
pH、垂直方向の画素ピッチをpVとし、０≦fH≦1/pH,0≦
fV≦1/2pVの範囲を表わしている。いずれの図も、矢印
は各色のキャリアを表しており、矢印の長さはキャリア
の大きさを、向きは位相関係を示している。
図，第20図の色フィルタ配列構成における色光キャリア
を２次元周波数平面（fH,fV）で表わしたときの第１象
限の特性図である。いずれも水平方向の画素ピッチを
pH、垂直方向の画素ピッチをpVとし、０≦fH≦1/pH,0≦
fV≦1/2pVの範囲を表わしている。いずれの図も、矢印
は各色のキャリアを表しており、矢印の長さはキャリア
の大きさを、向きは位相関係を示している。
なお、本明細書では、“向き”は１つの方角を指し、
“方向”は１つの方角とこれと180゜異なる方角との２
つの方角を示すものとする。
“方向”は１つの方角とこれと180゜異なる方角との２
つの方角を示すものとする。
第17図において、色光キャリアは、（0,0）以外に、
（1/2pH,0），（1/pH,0），（0,1/4pV），（1/2pH,1/4p
V），（1/pH,1/4pV）に発生している。このうち、（0,
0）と（1/pH,0）は無彩色光に対して発生するキャリア
であり、折り返し歪の原因となるものであり、それ以外
のキャリアは無彩色光に対しては完全に打ち消し合い消
滅するが、有彩色光に対しては消滅せず、折り返し歪の
原因となる。
（1/2pH,0），（1/pH,0），（0,1/4pV），（1/2pH,1/4p
V），（1/pH,1/4pV）に発生している。このうち、（0,
0）と（1/pH,0）は無彩色光に対して発生するキャリア
であり、折り返し歪の原因となるものであり、それ以外
のキャリアは無彩色光に対しては完全に打ち消し合い消
滅するが、有彩色光に対しては消滅せず、折り返し歪の
原因となる。
同様に、第19図において、色光キャリアは、（0,0）
以外に（1/2pH,0），（1/pH,0），（1/2pH,1/4pV），
（0,1/2pV），（1/2pH,1/2pV），（1/pH,1/2pV）に発生
し、このうち（0,0）と（1/pH,0）が無彩色光に対して
発生するキャリアであり、それ以外は無彩色光に対して
消滅するキャリアである。
以外に（1/2pH,0），（1/pH,0），（1/2pH,1/4pV），
（0,1/2pV），（1/2pH,1/2pV），（1/pH,1/2pV）に発生
し、このうち（0,0）と（1/pH,0）が無彩色光に対して
発生するキャリアであり、それ以外は無彩色光に対して
消滅するキャリアである。
さらに、第21図においては、固体撮像素子の水平方向
のオフセット量をpH/2とすると、色光キャリアは（0,
0）以外に、（2/3pH,0），（1/3pH,1/2pV），（1/pH,1/
2pV）に発生し、このうち（0,0）と（1/ph,1/2pV）が無
彩色光に対して発生するキャリアであり、それ以外は無
彩色光に対して消滅するキャリアである。このようなオ
フセットサンプリング構造の利点は、第16図，第18図に
示すような矩形状のサンプリング構造では、水平方向の
（1/pH,0）の位置の周波数に無彩色光に対して発生する
キャリアがあるため、fH＝1/2pHがナイキスト周波数と
なり、それ以上の周波数成分は得ることができずfH＝1/
2pHまでしか水平解像度が得られないが、第20図に示す
オフセットサンプリング構造では、水平方向の（1/pH,
0）の位置には無彩色光に対して発生するキャリアがな
く、fH＝1/pHをナイキスト周波数とすることができるこ
とが一般に知られている。このため、矩形状のサンプリ
ング構造と同じサンプリングピッチであるにもかかわら
ず、水平解像度は倍のfH＝1/pHまで得ることができる。
のオフセット量をpH/2とすると、色光キャリアは（0,
0）以外に、（2/3pH,0），（1/3pH,1/2pV），（1/pH,1/
2pV）に発生し、このうち（0,0）と（1/ph,1/2pV）が無
彩色光に対して発生するキャリアであり、それ以外は無
彩色光に対して消滅するキャリアである。このようなオ
フセットサンプリング構造の利点は、第16図，第18図に
示すような矩形状のサンプリング構造では、水平方向の
（1/pH,0）の位置の周波数に無彩色光に対して発生する
キャリアがあるため、fH＝1/2pHがナイキスト周波数と
なり、それ以上の周波数成分は得ることができずfH＝1/
2pHまでしか水平解像度が得られないが、第20図に示す
オフセットサンプリング構造では、水平方向の（1/pH,
0）の位置には無彩色光に対して発生するキャリアがな
く、fH＝1/pHをナイキスト周波数とすることができるこ
とが一般に知られている。このため、矩形状のサンプリ
ング構造と同じサンプリングピッチであるにもかかわら
ず、水平解像度は倍のfH＝1/pHまで得ることができる。
しかしながら、一般の被写体は無彩色であるとは限ら
ず、一般に色を有しているため、第17図，第19図，第21
図のすべての位置に示す色光キャリアから折り返し歪が
発生し、シーンによっては大変見苦しいものとなってい
る。このため、撮像光学系に光学的ローパスフィルタ等
を用いて有害な色光キャリアをカットしなければなら
ず、解像度の低下をまねいていた。
ず、一般に色を有しているため、第17図，第19図，第21
図のすべての位置に示す色光キャリアから折り返し歪が
発生し、シーンによっては大変見苦しいものとなってい
る。このため、撮像光学系に光学的ローパスフィルタ等
を用いて有害な色光キャリアをカットしなければなら
ず、解像度の低下をまねいていた。
また、第20図に示すオフセットサンプリング構造のカ
ラー固体撮像素子では、（2/3pH,0）の位置に色光キャ
リアが発生するため、水平方向にfH＝2/3pH以上の周波
数成分をカットするような光学的ローパスフィルタが必
要なため、本来無彩色であればfH＝1/pHまで水平解像度
が得られるところをその2/3のfH＝2/3pHまでしか水平解
像度を得ることができない。
ラー固体撮像素子では、（2/3pH,0）の位置に色光キャ
リアが発生するため、水平方向にfH＝2/3pH以上の周波
数成分をカットするような光学的ローパスフィルタが必
要なため、本来無彩色であればfH＝1/pHまで水平解像度
が得られるところをその2/3のfH＝2/3pHまでしか水平解
像度を得ることができない。
本発明は、このような問題を解消するためになされた
もので、水平方向の画素ピッチpH,垂直方向の画素ピッ
チpVであってもfH＝1/pHまで水平解像度を得ることがで
きるような、解像度が良く、モアレの発生が少ないカラ
ー撮像装置を提供することを目的とするものである。
もので、水平方向の画素ピッチpH,垂直方向の画素ピッ
チpVであってもfH＝1/pHまで水平解像度を得ることがで
きるような、解像度が良く、モアレの発生が少ないカラ
ー撮像装置を提供することを目的とするものである。
前記目的を達成するため、本発明ではカラー撮像装置
をつぎの（１），（２）のとおりに構成するものであ
る。
をつぎの（１），（２）のとおりに構成するものであ
る。
（１）水平方向のピッチがPH、垂直方向のピッチがPVで
水平方向のオフセット量がPH/2であるオフセットサンプ
リング構造の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子の
各画素に対して設けた４種類の色フィルタからなる色フ
ィルタアレイであって、夫々の種類の色フィルタが、水
平方向のピッチが2PH、垂直方向のピッチが2PVで水平方
向のオフセット量がPHであるオフセットサンプリング構
造の色フィルタアレイとを備えるカラー撮像装置におい
て、 前記４種類の色フィルタを設けた各画素の出力から３
行４列のマトリクス Ａ＝（aij） （ｉ＝1,2,3;J＝1,2,3,4） を用いて演算することによってRGB信号へ変換を行う変
換手段であって、前記マトリクスＡが以下の式（ｉ）〜
（iii）のいずれか一つを満たす変換手段を備えるカラ
ー撮像装置。
水平方向のオフセット量がPH/2であるオフセットサンプ
リング構造の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子の
各画素に対して設けた４種類の色フィルタからなる色フ
ィルタアレイであって、夫々の種類の色フィルタが、水
平方向のピッチが2PH、垂直方向のピッチが2PVで水平方
向のオフセット量がPHであるオフセットサンプリング構
造の色フィルタアレイとを備えるカラー撮像装置におい
て、 前記４種類の色フィルタを設けた各画素の出力から３
行４列のマトリクス Ａ＝（aij） （ｉ＝1,2,3;J＝1,2,3,4） を用いて演算することによってRGB信号へ変換を行う変
換手段であって、前記マトリクスＡが以下の式（ｉ）〜
（iii）のいずれか一つを満たす変換手段を備えるカラ
ー撮像装置。
（ｉ） ai1＋ai3＝ai2＋ai4（ｉ＝1,2,3） （ii） ai1＋ai4＝ai2＋ai3（ｉ＝1,2,3） （iii） ai1＋ai2＝ai3＋ai4（ｉ＝1,2,3） （２）前記（１）において、撮像光学系に設けられ、入
射した光線を、撮像素子の走査の向きに対し反時計回り
にθの角度をなす方向または撮像素子の走査の向きとは
逆の向きに対し時計回りにθの角度をなす方向に、距離
Ｄだけ離れた２本の光線に分割する光学的ローパスフィ
ルタであって、つぎの条件を満たす光学的ローパスフィ
ルタを備えたカラー撮像装置。
射した光線を、撮像素子の走査の向きに対し反時計回り
にθの角度をなす方向または撮像素子の走査の向きとは
逆の向きに対し時計回りにθの角度をなす方向に、距離
Ｄだけ離れた２本の光線に分割する光学的ローパスフィ
ルタであって、つぎの条件を満たす光学的ローパスフィ
ルタを備えたカラー撮像装置。
ただし、 〔作用〕 前記（１），（２）の構成により、fH＝1/pHまでの解
像度が得られ、モアレの発生が少ない。
像度が得られ、モアレの発生が少ない。
以下本発明を実施例で詳しく説明する。
第１図は、本発明の第１実施例である“カラー撮像装
置”における色フィルタの配置を示す図である。同図に
示すように、固体撮像素子は、水平方向の画素ピッチ
pH,垂直方向の画素ピッチpV,水平方向の画素オフセット
量pH/2のオフセットサンプリング構造となっており、マ
ゼンタ，緑色，シアン，黄色各光透過フィルタMg,Gr,C
y,Yeが各画素に対応する位置に配列された色フィルタア
レイが設けられている。
置”における色フィルタの配置を示す図である。同図に
示すように、固体撮像素子は、水平方向の画素ピッチ
pH,垂直方向の画素ピッチpV,水平方向の画素オフセット
量pH/2のオフセットサンプリング構造となっており、マ
ゼンタ，緑色，シアン，黄色各光透過フィルタMg,Gr,C
y,Yeが各画素に対応する位置に配列された色フィルタア
レイが設けられている。
各々の色フィルタは、水平2pH,垂直2pV,水平方向のオ
フセット量がpHのオフセットサンプリング構造となって
いる。
フセット量がpHのオフセットサンプリング構造となって
いる。
このような色フィルタ配列における色光キャリアを２
次元周波数平面（fH,fV）で表わした特性図が第２図
で、第１象限の０≦fH≦1/pH,0≦fV≦1/2pVの範囲を示
している。同図において、色光キャリアは（0,0）以外
に、（1/pH,0），（1/2pH,1/4pV），（0,1/2pV），（1/
pH,1/2pV）に発生しており、このうち（0,0）と（1/pH,
1/2pV）が無彩色光に対して発生するキャリアであり、
それ以外は無彩色光に対して消滅するキャリアである。
次元周波数平面（fH,fV）で表わした特性図が第２図
で、第１象限の０≦fH≦1/pH,0≦fV≦1/2pVの範囲を示
している。同図において、色光キャリアは（0,0）以外
に、（1/pH,0），（1/2pH,1/4pV），（0,1/2pV），（1/
pH,1/2pV）に発生しており、このうち（0,0）と（1/pH,
1/2pV）が無彩色光に対して発生するキャリアであり、
それ以外は無彩色光に対して消滅するキャリアである。
同図から明らかなように、水平方向には（1/pH,0）の
位置まで色光キャリアは全く発生しておらず、したがっ
て、fH＝1/pHまでの周波数成分を得ることができる。す
なわち、本実施例におけるカラー撮像装置は、第20図の
サンプリング構造で示すカラー撮像装置の水平解像度の
1.5倍のfH＝1/pHまでの水平解像度を得ることできる。
位置まで色光キャリアは全く発生しておらず、したがっ
て、fH＝1/pHまでの周波数成分を得ることができる。す
なわち、本実施例におけるカラー撮像装置は、第20図の
サンプリング構造で示すカラー撮像装置の水平解像度の
1.5倍のfH＝1/pHまでの水平解像度を得ることできる。
さらに、原点に対して最も近くにある色光キャリアは
（1/2pH,1/4pV）のものであるが、これは原点に対して
充分な距離があり、しかも無彩色光に対しては消滅する
色光キャリアであるため、水平，垂直周波数成分に対
し、著しい折り返し歪は発生しない。
（1/2pH,1/4pV）のものであるが、これは原点に対して
充分な距離があり、しかも無彩色光に対しては消滅する
色光キャリアであるため、水平，垂直周波数成分に対
し、著しい折り返し歪は発生しない。
以上のように本実施例におけるカラー撮像装置は高い
解像度でしかもモアレの発生の少ないものである。
解像度でしかもモアレの発生の少ないものである。
次に、この第１図に示した色フィルタが有するカラー
撮像装置の信号処理を説明する。第３図にそのブロック
図を示す。
撮像装置の信号処理を説明する。第３図にそのブロック
図を示す。
固体撮像素子であるCCDセンサ１には、第１図に示す
ような４種の色フィルタからなる色フィルタアレイが配
置されている。センサ１から一画素ごとに読み出された
画素信号はAGC2により利得調整された後、A/D（アナロ
グ−ディジタル）変換器３で読み出しクロックに同期し
たタイミングでA/D変換される。後で行う色処理のため
に、このA/D変換器３は、リニヤな特性が良く、量子化
誤差の点から考えて、８ビット以上で行うのが望まし
い。
ような４種の色フィルタからなる色フィルタアレイが配
置されている。センサ１から一画素ごとに読み出された
画素信号はAGC2により利得調整された後、A/D（アナロ
グ−ディジタル）変換器３で読み出しクロックに同期し
たタイミングでA/D変換される。後で行う色処理のため
に、このA/D変換器３は、リニヤな特性が良く、量子化
誤差の点から考えて、８ビット以上で行うのが望まし
い。
輝度信号は、補間フィルタ４によりオフセットサンプ
リング構造を２次元的に補間した後、ハイパスフィルタ
５で高域成分が検出され、後述するような手法で得られ
る輝度の低域成分YLと加算器６で加算され、D/A（ディ
ジタル−アナログ）変換器７でD/A変換され、出力され
る。
リング構造を２次元的に補間した後、ハイパスフィルタ
５で高域成分が検出され、後述するような手法で得られ
る輝度の低域成分YLと加算器６で加算され、D/A（ディ
ジタル−アナログ）変換器７でD/A変換され、出力され
る。
一方、A/D変換器３の出力は、４つの補間フィルタ8,
9,10,11に入力され、各々同時化された色信号Mg,Cy,Ye,
Grとなる。
9,10,11に入力され、各々同時化された色信号Mg,Cy,Ye,
Grとなる。
なお、補間フィルタ8,9,10,11および４に入力する水
平ラインの順序をククロックで制御することによりイン
ターレース走査による出力信号もノンインターレース走
査による出力信号も得ることが可能である。
平ラインの順序をククロックで制御することによりイン
ターレース走査による出力信号もノンインターレース走
査による出力信号も得ることが可能である。
補間フィルタ８〜11により同時化された色信号は、RG
B変換部12に入力し、R,G,B3信号に変換される。これは
次のようなマトリクス演算によるものである。
B変換部12に入力し、R,G,B3信号に変換される。これは
次のようなマトリクス演算によるものである。
……（１） ここで、マトリクス は、センサ１のMg,Gr,Cy,Yeの分光特性Mg（λ）,Gr
（λ）,Cy（λ）,Ye（λ）をNTSC方式で定められたRGB
の理想分光特性Ｒ（λ）,G（λ）,B（λ）に近づけるよ
うに最適化された３行４列のマトリクスである。ここ
で、 とする。いま、白黒の被写体でゲインが一定に調整され
ている場合、Mg,Gr,Cy,Yeのベースバンド成分は、周波
数空間上のある関数α（fH,fV）を用いて、 Mg（fH,fV）＝Gr（fH,fV）＝Ye（fH,fV）＝Cy（fH,fV）＝α（fH,fV） ……（３） と現わすことができる。ここで、各色のベースバント成
分は補間フィルタ８〜11等の２次元フィルタにより充分
帯域制限されているものとする。このとき、第２図の
（1/2pH,1/4pV）の位置にあるキャリア成分は、 Mg（fH,fV）＝Cy（fH,fV）＝α（fH,fV）， Gr（fH,fV）＝Ye（fH,fV）＝α（fH,fV） ……（４） となるから、RGB信号のこの点でのキャリア成分は、
（１），（２），（３），（４）式より次のように表さ
れる。
（λ）,Cy（λ）,Ye（λ）をNTSC方式で定められたRGB
の理想分光特性Ｒ（λ）,G（λ）,B（λ）に近づけるよ
うに最適化された３行４列のマトリクスである。ここ
で、 とする。いま、白黒の被写体でゲインが一定に調整され
ている場合、Mg,Gr,Cy,Yeのベースバンド成分は、周波
数空間上のある関数α（fH,fV）を用いて、 Mg（fH,fV）＝Gr（fH,fV）＝Ye（fH,fV）＝Cy（fH,fV）＝α（fH,fV） ……（３） と現わすことができる。ここで、各色のベースバント成
分は補間フィルタ８〜11等の２次元フィルタにより充分
帯域制限されているものとする。このとき、第２図の
（1/2pH,1/4pV）の位置にあるキャリア成分は、 Mg（fH,fV）＝Cy（fH,fV）＝α（fH,fV）， Gr（fH,fV）＝Ye（fH,fV）＝α（fH,fV） ……（４） となるから、RGB信号のこの点でのキャリア成分は、
（１），（２），（３），（４）式より次のように表さ
れる。
Ｒ（fH,fV）＝（a11−a12＋a13−a14）α（fH,fV）， Ｇ（fH,fV）＝（a21−a22＋a23−a24）α（fH,fV）， Ｂ（fH,fV）＝（a31−a32＋a33−a34）α（fH,fV） ……（５） このとき、マトリクス の各行で、第１列と第３列の係数の和が第２列と第４列
の係数の和に等しければ、すなわち、 ai1＋ai3＝ai2＋ai4（ｉ＝1,2,3） ……（６） という関係が成り立てば、この点（1/2pH,1/4pV）にお
けるRGB信号のキャリア成分は減少し、したがって、こ
の点における色信号のキャリア成分は発生しない。同様
に、第２図と原点について対称な第３象限にある点（−
1/2pH,−1/4pV）における色信号のキャリア成分も
（６）式の関係を満足させることにより消滅させること
ができる。
の係数の和に等しければ、すなわち、 ai1＋ai3＝ai2＋ai4（ｉ＝1,2,3） ……（６） という関係が成り立てば、この点（1/2pH,1/4pV）にお
けるRGB信号のキャリア成分は減少し、したがって、こ
の点における色信号のキャリア成分は発生しない。同様
に、第２図と原点について対称な第３象限にある点（−
1/2pH,−1/4pV）における色信号のキャリア成分も
（６）式の関係を満足させることにより消滅させること
ができる。
このときの原点近傍での輝度信号および色信号のキャ
リアの発生する位置を示したものが第４図である。（±
1/2pH,±1/4pV）（複号同順）でのキャリアが消滅して
いるため、ベースバンドへの折り返し歪は（６）式の関
係を満足しないものに比べ、低減する。
リアの発生する位置を示したものが第４図である。（±
1/2pH,±1/4pV）（複号同順）でのキャリアが消滅して
いるため、ベースバンドへの折り返し歪は（６）式の関
係を満足しないものに比べ、低減する。
このように、第３図に示すRGB変換部12は、折り返し
歪を少くして、Mg,Gr,Cy,Ye各信号をRGB信号へと変換す
る。
歪を少くして、Mg,Gr,Cy,Ye各信号をRGB信号へと変換す
る。
つぎに、ホワイトバランス部13で、RGB信号をホワイ
トバランスセンサ18より得られた色温度情報をもとにR,
G,BからαR,G,βＢという形に変換することで、ホワイ
トバランスがとられる。
トバランスセンサ18より得られた色温度情報をもとにR,
G,BからαR,G,βＢという形に変換することで、ホワイ
トバランスがとられる。
つぎに、γ変換部14ではテーブル変換によってRGB信
号がγ変換される。
号がγ変換される。
色差マトリクス部113では、 というNTSC方式の規格にあった変換を行い、前述した輝
度の低域成分YLと色差信号Ｒ−Y,B−Ｙとが生成され
る。色差信号Ｒ−Y,B−Ｙはひき続くD/A変換器16,17でD
/A変換され出力される。輝度の低域成分YLは、前述した
ようにハイパスフィルタ５で検出された輝度の高域成分
と加算器６で加算され、D/A変換器７でD/A変換され出力
される。
度の低域成分YLと色差信号Ｒ−Y,B−Ｙとが生成され
る。色差信号Ｒ−Y,B−Ｙはひき続くD/A変換器16,17でD
/A変換され出力される。輝度の低域成分YLは、前述した
ようにハイパスフィルタ５で検出された輝度の高域成分
と加算器６で加算され、D/A変換器７でD/A変換され出力
される。
本実施例は、ブロック図にそってハードワイヤードに
構成してもよいが、DSP（digital signal prossesor）
等を用いてソフトウエアで構成してもよい。
構成してもよいが、DSP（digital signal prossesor）
等を用いてソフトウエアで構成してもよい。
前述のように、第１実施例におけるカラー撮像装置で
は、第４図に示す位置に折り返し歪の原因となるキャリ
ア成分が発生する。このようなカラー撮像装置で折り返
し歪を極小にするためには、第５図に示すように、セン
サ１の前に原点から最も近いキャリア（1/2pH,±1/4p
V）（複号同順）からの折り返し歪を防ぐべく、この点
近傍をトラップする光学的ローパスフィルタ50が必要で
ある。
は、第４図に示す位置に折り返し歪の原因となるキャリ
ア成分が発生する。このようなカラー撮像装置で折り返
し歪を極小にするためには、第５図に示すように、セン
サ１の前に原点から最も近いキャリア（1/2pH,±1/4p
V）（複号同順）からの折り返し歪を防ぐべく、この点
近傍をトラップする光学的ローパスフィルタ50が必要で
ある。
このように、第１実施例の撮像光学系に更に光学的ロ
ーパスフィルタを設けたものを、本発明の第２実施例と
して説明する。光学的ローパスフィルタ50は、第６図に
示すように、入射した光線を走査の向きとは逆の向きに
対して時計回りにθの角度をなす方向に、距離Ｄだけ離
れた２本の光線に分割するものであり、以下の条件を満
足するものである。
ーパスフィルタを設けたものを、本発明の第２実施例と
して説明する。光学的ローパスフィルタ50は、第６図に
示すように、入射した光線を走査の向きとは逆の向きに
対して時計回りにθの角度をなす方向に、距離Ｄだけ離
れた２本の光線に分割するものであり、以下の条件を満
足するものである。
ただし、 である。Ｄの値が、不等式（７）の下限を越えると折り
返し歪が増大し、また、上限を越えると解像度が低下
し、いずれの場合も望ましくない。
返し歪が増大し、また、上限を越えると解像度が低下
し、いずれの場合も望ましくない。
なお、本実施例では、 としている。このようにすると、光学的ローパスフィル
タ50は第７図に点線で示す位置をトラップする。このた
め、（1/2pH,±1/4pV）（複号同順）だけでなく、
（±1/pH,0），（0,±1/2pV）の位置にある色信号のキ
ャリアもトラップするため、色信号の折り返し歪を極小
にすることができ、好ましい画質が得られる。
タ50は第７図に点線で示す位置をトラップする。このた
め、（1/2pH,±1/4pV）（複号同順）だけでなく、
（±1/pH,0），（0,±1/2pV）の位置にある色信号のキ
ャリアもトラップするため、色信号の折り返し歪を極小
にすることができ、好ましい画質が得られる。
なお、光学的ローパスフィルタ50の光線分割方向を第
６図に示すのと点対称な方向、すなわち走査の向きに対
し時計回りにθの角度をなす方向としても、全く同様の
特性が得られる。この光学的ローパスフィルタ50は、水
晶など、一軸性結晶を用いた複屈折板で構成すればよ
く、また、プリズム等入射した光線を２本に分割する性
質を持つものであれば何を用いてもよい。
６図に示すのと点対称な方向、すなわち走査の向きに対
し時計回りにθの角度をなす方向としても、全く同様の
特性が得られる。この光学的ローパスフィルタ50は、水
晶など、一軸性結晶を用いた複屈折板で構成すればよ
く、また、プリズム等入射した光線を２本に分割する性
質を持つものであれば何を用いてもよい。
さらに、第８図に示すように、入射した光線を走査の
向き逆の向きに対して時計回りに45゜の角度をなす方向
に距離 だけ離れた２本の光線に分割する複屈折板より成る光学
的ローパスフィルタ81の他に、入射した光線を走査方向
と平行にpH/2だけ離れた２本の光線に分割する複屈折板
より成る光学的ローパスフィルタ82を組み合わせ構成し
た光学的ローパスフィルタ80を用いてもよい。このと
き、光学的ローパスフィルタ80の空間周波数特性は、第
９図に点線で示す位置をトラップする。このため色信号
のキヤリア（1/2pH,±1/4pV）（複号同順）をトラッ
プするだけでなく、（±1/pH,0），（0,±1/2pV）の位
置がある色信号のキャリアもその近傍がトラップされる
ため、充分な抑制が行われる。さらに、（±1/pH,±1/2
pV）（複号任意）にある輝度信号のキャリアもトラップ
されるため、折り返し歪のよく抑制された良好な画像を
得ることができる。
向き逆の向きに対して時計回りに45゜の角度をなす方向
に距離 だけ離れた２本の光線に分割する複屈折板より成る光学
的ローパスフィルタ81の他に、入射した光線を走査方向
と平行にpH/2だけ離れた２本の光線に分割する複屈折板
より成る光学的ローパスフィルタ82を組み合わせ構成し
た光学的ローパスフィルタ80を用いてもよい。このと
き、光学的ローパスフィルタ80の空間周波数特性は、第
９図に点線で示す位置をトラップする。このため色信号
のキヤリア（1/2pH,±1/4pV）（複号同順）をトラッ
プするだけでなく、（±1/pH,0），（0,±1/2pV）の位
置がある色信号のキャリアもその近傍がトラップされる
ため、充分な抑制が行われる。さらに、（±1/pH,±1/2
pV）（複号任意）にある輝度信号のキャリアもトラップ
されるため、折り返し歪のよく抑制された良好な画像を
得ることができる。
次に、本発明の第３実施例を説明する。本実施例は第
１実施例とはRGB変換部のマトリクスの点でのみ異るも
のである。
１実施例とはRGB変換部のマトリクスの点でのみ異るも
のである。
第１図に示したカラー固体撮像素子の色光キャリアの
２次元周波数平面（fH,fV）上の第２象限を表したのが
第10図である。同図において、色光キャリアは、（0,
0）以外に（−1/pH,0），（−1/2pH,1/4pV），（0,1/2p
V），（−1/pH,1/2pV）に発生しており、このうち（0,
0）と（−1/pH,1/2pV）が無彩色光に対して発生するキ
ャリアであり、それ以外は彩色光に対して発生するキャ
リアである。これらは、第２図とfV軸に関して対称なも
のとなっているが、（−1/2pH,1/4pV）のものだけ各色
のキャリアの符号が異なっている。
２次元周波数平面（fH,fV）上の第２象限を表したのが
第10図である。同図において、色光キャリアは、（0,
0）以外に（−1/pH,0），（−1/2pH,1/4pV），（0,1/2p
V），（−1/pH,1/2pV）に発生しており、このうち（0,
0）と（−1/pH,1/2pV）が無彩色光に対して発生するキ
ャリアであり、それ以外は彩色光に対して発生するキャ
リアである。これらは、第２図とfV軸に関して対称なも
のとなっているが、（−1/2pH,1/4pV）のものだけ各色
のキャリアの符号が異なっている。
これらの色信号Mg,Gr,Cy,Yeを第３図に示すRGB変換部
110でRGB信号に変換する際、第10図の（−1/2pH,1/4
pV）の位置にあるキャリア成分は（３）式を用いると、 Mg（fH,fV）＝Ye（fH,fV）α（fH,fV）， Gr（fH,fV）＝Cy（fH,fV）α（fH,fV） ……（10） となるから、RGB信号のこの点でのキャリア成分は
（１），（２），（３），（10）式より次のように表さ
れる。
110でRGB信号に変換する際、第10図の（−1/2pH,1/4
pV）の位置にあるキャリア成分は（３）式を用いると、 Mg（fH,fV）＝Ye（fH,fV）α（fH,fV）， Gr（fH,fV）＝Cy（fH,fV）α（fH,fV） ……（10） となるから、RGB信号のこの点でのキャリア成分は
（１），（２），（３），（10）式より次のように表さ
れる。
Ｒ（fH,fV）＝（a11−a12−a13＋a14）α（fH,fV）， Ｇ（fH,fV）＝（a21−a22−a23＋a24）α（fH,fV）， Ｂ（fH,fV）＝（a31−a32−a33＋a34）α（fH,fV） ……（11） このとき、マトリクス の各行で、第１列と第４列の係数の和が第２列と第３列
の係数の和に等しければ、すなわち、 ai1＋ai4＝ai2＋ai3（ｉ＝1,2,3） ……（12） という関係が成り立てば、この点（−1/2pH,1/4pV）に
おけるRGB信号のキャリア成分は消滅し、したがってこ
の点における色信号のキャリア成分は発生しない。同様
に、第10図と原点について対称な第４象限にある点（1/
2pH,−1/4pV）における色信号のキャリアの場合も（1
2）式の関係を満足させることにより消滅させることが
できる。
の係数の和に等しければ、すなわち、 ai1＋ai4＝ai2＋ai3（ｉ＝1,2,3） ……（12） という関係が成り立てば、この点（−1/2pH,1/4pV）に
おけるRGB信号のキャリア成分は消滅し、したがってこ
の点における色信号のキャリア成分は発生しない。同様
に、第10図と原点について対称な第４象限にある点（1/
2pH,−1/4pV）における色信号のキャリアの場合も（1
2）式の関係を満足させることにより消滅させることが
できる。
このときの原点近傍での輝度信号および色信号のキャ
リアの発生する位置を示したものが第11図である。
リアの発生する位置を示したものが第11図である。
第１実施例と同様に、このようなカラー撮像装置で折
り返し歪を極小にするためには、第５図に示すように、
センサ１の前に原点から最も近いキャリア（±1/2pH,±
1/4pV）（複号同順）からの折り返し歪を防ぐべく、こ
の点近傍をトラップする光学的ローパスフィルタ50が必
要である。
り返し歪を極小にするためには、第５図に示すように、
センサ１の前に原点から最も近いキャリア（±1/2pH,±
1/4pV）（複号同順）からの折り返し歪を防ぐべく、こ
の点近傍をトラップする光学的ローパスフィルタ50が必
要である。
このように、第３実施例の撮像光学系に更に光学的ロ
ーパスフィルタを設けたものを、本発明の第４実施例と
して説明する。光学的ローパスフィルタ50は、第12図に
示すように、入射した光線を走査の向きに対し、反時計
回りにθの角度をなす向きに、距離Ｄだけ離れた２本の
光線に分割するものであり、以下の条件を満足するもの
である。
ーパスフィルタを設けたものを、本発明の第４実施例と
して説明する。光学的ローパスフィルタ50は、第12図に
示すように、入射した光線を走査の向きに対し、反時計
回りにθの角度をなす向きに、距離Ｄだけ離れた２本の
光線に分割するものであり、以下の条件を満足するもの
である。
ただし、 である。Ｄの値が、不等式（７）の下限を越えると折り
返し歪が増大し、また、上限を越えると解像度が低下
し、いずれの場合も望ましくない。
返し歪が増大し、また、上限を越えると解像度が低下
し、いずれの場合も望ましくない。
なお、本実施例では、 としている。このようにすると、光学的ローパスフィル
タ50は第13図に点線で示す位置をトラップする。このた
め、（±1/2pH,±1/4pV）（複号同順）だけでなく、
（±1/pH,0），（0,±1/2pV）の位置にある色信号のキ
ャリアもトラップするため、色信号の折り返し歪を極小
にすることができ、好ましい画質が得られる。
タ50は第13図に点線で示す位置をトラップする。このた
め、（±1/2pH,±1/4pV）（複号同順）だけでなく、
（±1/pH,0），（0,±1/2pV）の位置にある色信号のキ
ャリアもトラップするため、色信号の折り返し歪を極小
にすることができ、好ましい画質が得られる。
また、光学的ローパスフィルタ50の光線分離方向を第
12図に示すのと点対称な向き、すなわち走査の向きとは
逆の向きに対し反時計回りにθの角度をなす方向として
も、全く同様の特性が得られる。この光学的ローパスフ
ィルタ50は、水晶など、一軸性結晶を用いた複屈折板で
構成すればよく、また、プリズム等入射した光線を２本
に分割する性質を持つものであれば何を用いてもよい。
さらに、第８図に示す第１実施例の光学的ローパスフィ
ルタと同様な効果をもたせるものを得るには、光学的ロ
ーパスフィルタ81を入射した光線を走査の向きに対し反
時計回りに45゜の角度をなす方向に距離 だけ離れた２本の光線に分割する複屈折板にすればよ
く、これと、入射した光線を走査方向と平行にpH/2だけ
離れた２本の光線に分割する複屈折板より成る光学的ロ
ーパスフィルタ82に組み合わせ構成した光学的ローパス
フィルタ80を用いればよい。このとき、光学的ローパス
フィルタ80の空間周波数特性は、第14図に点線で示す位
置をトラップする。このため色信号のキヤリア（±1/2p
H,±1/4pV）（複号同順）をトラップするだけでなく、
（±1/pH,0），（0,±1/2pV）の位置にある色信号のキ
ャリアもその近傍がトラップされるため、充分な抑制が
行われる。さらに、（±1/pH,±1/2pV）（複号任意）に
ある輝度信号のキャリアもトラップされるため、折り返
し歪のよく抑制された良好な画像を得ることができる。
12図に示すのと点対称な向き、すなわち走査の向きとは
逆の向きに対し反時計回りにθの角度をなす方向として
も、全く同様の特性が得られる。この光学的ローパスフ
ィルタ50は、水晶など、一軸性結晶を用いた複屈折板で
構成すればよく、また、プリズム等入射した光線を２本
に分割する性質を持つものであれば何を用いてもよい。
さらに、第８図に示す第１実施例の光学的ローパスフィ
ルタと同様な効果をもたせるものを得るには、光学的ロ
ーパスフィルタ81を入射した光線を走査の向きに対し反
時計回りに45゜の角度をなす方向に距離 だけ離れた２本の光線に分割する複屈折板にすればよ
く、これと、入射した光線を走査方向と平行にpH/2だけ
離れた２本の光線に分割する複屈折板より成る光学的ロ
ーパスフィルタ82に組み合わせ構成した光学的ローパス
フィルタ80を用いればよい。このとき、光学的ローパス
フィルタ80の空間周波数特性は、第14図に点線で示す位
置をトラップする。このため色信号のキヤリア（±1/2p
H,±1/4pV）（複号同順）をトラップするだけでなく、
（±1/pH,0），（0,±1/2pV）の位置にある色信号のキ
ャリアもその近傍がトラップされるため、充分な抑制が
行われる。さらに、（±1/pH,±1/2pV）（複号任意）に
ある輝度信号のキャリアもトラップされるため、折り返
し歪のよく抑制された良好な画像を得ることができる。
さらに、本発明の第５実施例を説明する。
第２図の（1/pH,0）および（0,1/2pV）の位置にある
色信号のキャリア成分は、（３）式を用いると、 Mg（fH,fV）＝Gr（fH,fV）＝α（fH,fV）， Cy（fH,fV）＝Ye（fH,fV）＝α（fH,fV） ……（13） となるから、第３図に示すRGB変換部12でRGB信号に変換
すると、この点でのキャリア成分は、（１），（２），
（３），（13）式より次のように表される。
色信号のキャリア成分は、（３）式を用いると、 Mg（fH,fV）＝Gr（fH,fV）＝α（fH,fV）， Cy（fH,fV）＝Ye（fH,fV）＝α（fH,fV） ……（13） となるから、第３図に示すRGB変換部12でRGB信号に変換
すると、この点でのキャリア成分は、（１），（２），
（３），（13）式より次のように表される。
Ｒ（fH,fV）＝（a11＋a12−a13−a14）α（fH,fV）， Ｇ（fH,fV）＝（a21＋a22−a23−a24）α（fH,fV）， Ｂ（fH,fV）＝（a31＋a32−a33−a34）α（fH,fV） ……（14） このとき、マトリクス の各行で、第１列と第２列の係数の和が第３列と第４列
の係数の和に等しければ、すなわち、 ai1＋ai2＝ai3＋ai4（ｉ＝1,2,3） ……（15） という関係が成り立てば、点（1/pH,0）および（0,1/2p
V）におけるRGB信号のキャリア成分は消滅し、したがっ
てこれらの点における色信号のキャリア成分は発生しな
い。同様に、第２図と原点について対称な点（−1/pH,
0）および（0,−1/2pV）における色信号のキャリア成分
も（15）式の関係を満足させることにより消滅させるこ
とができる。
の係数の和に等しければ、すなわち、 ai1＋ai2＝ai3＋ai4（ｉ＝1,2,3） ……（15） という関係が成り立てば、点（1/pH,0）および（0,1/2p
V）におけるRGB信号のキャリア成分は消滅し、したがっ
てこれらの点における色信号のキャリア成分は発生しな
い。同様に、第２図と原点について対称な点（−1/pH,
0）および（0,−1/2pV）における色信号のキャリア成分
も（15）式の関係を満足させることにより消滅させるこ
とができる。
このときの原点近傍での輝度信号および色信号のキャ
リアの発生する位置を示したものが第15図である。
リアの発生する位置を示したものが第15図である。
このようなカラー撮像装置で折り返し歪を極小にする
ためには、第１実施例で用いた第６図に示す光線分割特
性を持つ光学的ローパスフィルタと、第４実施例で用い
た第12図に示す光線分割特性を持つ光学的ローパスフィ
ルタを組み合わせて用いればよく、いずれの光学的ロー
パスフィルタの分割距離も（７）式で示した条件を満足
していればよい。
ためには、第１実施例で用いた第６図に示す光線分割特
性を持つ光学的ローパスフィルタと、第４実施例で用い
た第12図に示す光線分割特性を持つ光学的ローパスフィ
ルタを組み合わせて用いればよく、いずれの光学的ロー
パスフィルタの分割距離も（７）式で示した条件を満足
していればよい。
以上説明したように、本発明によれば、fH＝1/pHの周
波数までの水平解像度を得ることができ、解像度がよ
く、かつ、モアレの発生の少ないカラー撮像装置を提供
することができる。
波数までの水平解像度を得ることができ、解像度がよ
く、かつ、モアレの発生の少ないカラー撮像装置を提供
することができる。
第１図は本発明の第１実施例で用いる色フィルタ配列を
示す図、第２図は第１図の色フィルタ配列による色光キ
ャリアの２次元周波数特性図（第１象限）、第３図は第
１実施例のブロック図、第４図は同実施例の特性の説明
図、第５図は本発明の第２実施例の光学的ローパスフィ
ルタの配置を示す図、第６図は同実施例の光学的ローパ
スフィルタの構成の説明図、第７図は同実施例の光学的
ローパスフィルタの特性図、第８図は同実施例の光学的
ローパスフィルタの変形を示す図、第９図は第８図に示
す光学的ローパスフィルタの特性図、第10図は第１図の
色フィルタ配列による色光キャリアの２次元周波数特性
図（第２象限）、第11図は本発明の第３実施例の特性の
説明図、第12図は本発明の第４実施例の光学的ローパス
フィルタの構成の説明図、第13図は同実施例の光学的ロ
ーパスフィルタの特性図、第14図は同実施例の光学的ロ
ーパスフィルタの変形の特性図、第15図は本発明の第５
実施例の特性の説明図、第16図は従来の色フィルタ配列
例１を示す図、第17図は同色フィルタ配列例１の色光キ
ャリアの２次元周波数特性図、第18図は従来の色フィル
タ配列例２を示す図、第19図は同色フィルタ配列例２の
２次元周波数特性図、第20図は従来の色フィルタ配列例
３を示す図、第21図は同色フィルタ配列例３の色光キャ
リアの２次元周波数特性図である。
示す図、第２図は第１図の色フィルタ配列による色光キ
ャリアの２次元周波数特性図（第１象限）、第３図は第
１実施例のブロック図、第４図は同実施例の特性の説明
図、第５図は本発明の第２実施例の光学的ローパスフィ
ルタの配置を示す図、第６図は同実施例の光学的ローパ
スフィルタの構成の説明図、第７図は同実施例の光学的
ローパスフィルタの特性図、第８図は同実施例の光学的
ローパスフィルタの変形を示す図、第９図は第８図に示
す光学的ローパスフィルタの特性図、第10図は第１図の
色フィルタ配列による色光キャリアの２次元周波数特性
図（第２象限）、第11図は本発明の第３実施例の特性の
説明図、第12図は本発明の第４実施例の光学的ローパス
フィルタの構成の説明図、第13図は同実施例の光学的ロ
ーパスフィルタの特性図、第14図は同実施例の光学的ロ
ーパスフィルタの変形の特性図、第15図は本発明の第５
実施例の特性の説明図、第16図は従来の色フィルタ配列
例１を示す図、第17図は同色フィルタ配列例１の色光キ
ャリアの２次元周波数特性図、第18図は従来の色フィル
タ配列例２を示す図、第19図は同色フィルタ配列例２の
２次元周波数特性図、第20図は従来の色フィルタ配列例
３を示す図、第21図は同色フィルタ配列例３の色光キャ
リアの２次元周波数特性図である。
Claims (2)
- 【請求項１】水平方向のピッチがPH、垂直方向のピッチ
がPVで水平方向のオフセット量がPH/2であるオフセット
サンプリング構造の画素を有する撮像素子と、前記撮像
素子の各画素に対して設けた４種類の色フィルタからな
る色フィルタアレイであって、夫々の種類の色フィルタ
が、水平方向のピッチが2PH、垂直方向のピッチが2PVで
水平方向のオフセット量がPHであるオフセットサンプリ
ング構造の色フィルタアレイとを備えるカラー撮像装置
において、 前記４種類の色フィルタを設けた各画素の出力から３行
４列のマトリクス Ａ＝（aij） （ｉ＝1,2,3;J＝1,2,3,4） を用いて演算することによってRGB信号へ変換を行う変
換手段であって、前記マトリクスＡが以下の式（ｉ）〜
（iii）のいずれか一つを満たす変換手段を備えること
を特徴とするカラー撮像装置。 （ｉ） ai1＋ai3＝ai2＋ai4（ｉ＝1,2,3） （ii） ai1＋ai4＝ai2＋ai3（ｉ＝1,2,3） （iii） ai1＋ai2＝ai3＋ai4（ｉ＝1,2,3） - 【請求項２】撮像光学系に設けられ、入射した光線を、
撮像素子の走査の向きに対し反時計回りにθの角度をな
す方向または撮像素子の走査の向きとは逆の向きに対し
時計回りにθの角度をなす方向に、距離Ｄだけ離れた２
本の光線に分割する光学的ローパスフィルタであって、
つぎの条件を満たす光学的ローパスフィルタを備えたこ
とを特徴とする請求項１記載のカラー撮像装置。 ただし、
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2299028A JP3018101B2 (ja) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | カラー撮像装置 |
| US07/782,620 US5280347A (en) | 1990-10-30 | 1991-10-25 | Color image sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2299028A JP3018101B2 (ja) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | カラー撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04172093A JPH04172093A (ja) | 1992-06-19 |
| JP3018101B2 true JP3018101B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=17867284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2299028A Expired - Fee Related JP3018101B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-11-06 | カラー撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018101B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3617887B2 (ja) | 1996-10-14 | 2005-02-09 | シャープ株式会社 | 撮像装置 |
-
1990
- 1990-11-06 JP JP2299028A patent/JP3018101B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04172093A (ja) | 1992-06-19 |
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