JPH01147985A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は固体撮像素子を用いてカラー画像信号を得る装
置に関し、特に撮像素子を１枚用いる単板式の撮像装置
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ＣＣＤやＭＯＳ等の固体撮像素子を用いた単板式
撮像装置は、Ｒ，Ｇ、Ｂ等のカラーフィルタアレイと撮
像素子の各撮像セルを重ね合わせてモザイク状に配列す
る。例えば、ベイア方式と呼ばれるようなカラーフィル
タを用いるのが一般である。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の撮像装置では、輝度信号を得るため
に、前後併せて３ラインの画素の信号を基にして演算を
行わなければならないため、次のような問題があった。

（１）輝度信号を得るために前後３ライン６画素の信号
を必要とするために、回路規模が大きくなる。

（２）色差信号を得るために前後３ライン６画素の信号
を必要とするために、回路規模が大きくなる。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので
、１つの輝度信号及び色差信号を得るために必要な撮像
セル数を少なくして簡単にし、かつ回路構成か簡略化さ
れ、その上解像度の高い撮像装置を提供することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明の撮像装置は撮
像素子の２ラインから得られる信号を１組として信号処
理を行い、撮像素子の読み出し周波数を色副搬送波周波
数の４倍（４ｆ、。）とし、輝度信号の分光特性をシュ
ミレートしたフィルタＷと、カラーフィルタＲ，Ｈの数
を２：１：１とし、前記２ライン１組に対して前記フィ
ルタＷを全ての読み出し時に配し、かつ前記フィルタＲ
２Ｂを点順次に配列した撮像素子を用いて信号処理を行
うものである。

［作用］ 上記の構成によれば、各セルによって形成される撮像素
子の２ラインを４　ｆ、ｃの周波数でサンプリング及び
信号処理することにより、撮像素子のセル数を節約しつ
つ解像度の高い輝度信号を得ることができると同時に、
輝度信号及び変調色差信号を得るための回路を簡略化す
ることができる。

［実施例］ 第１図は本発明の撮像装置の一実施例（第１の実施例）
の主要部の概略を示すブロック図で。

１はレンズ、２は撮像素子、３，４はそれぞれ第１．第
２のサンプルホールド回路、５．６はそれぞれ第１．第
２のγ補正回路、７，８はそれぞれ第１．第２のＡ／Ｄ
変換器、９は第１の連動スイッチ、１０は減算器、１１
は第１のスイッチ、１２．１３はそれぞれ第１．第２の
乗算器、１４は第２のスイッチである。

第２図は撮像素子に配列するカラーフィルタアレイの１
つの色配列例を示した図である。このフィルタエレメン
トの組は水平方向と垂直方向に繰り返し設けられるもの
とする。１６．１８は輝度信号の分光特性をシュミレー
トしたフィルタ。

１５．１７はそれぞれＲ，Ｈの各成分光を透過させるカ
ラーフィルタの各エレメントを示す。

本実施例では映像信号をデジタル処理し、輝度信号を４
ｆ、６でサンプリングし、また各色成分に関しては２　
ｆ、、の周期でサンプリングを行い、Ｙ信号とＲまたは
Ｂ信号とを１対１のセル数で演算する。

撮像素子２については公知の方法で２行同時読み出しと
する。第１のフィールドでは撮像セルの第１行目から第
１行目と第２行目というように２行同時に読み出してい
く。最初の２行の読み出しが終わった後、次の２行を読
み出す、というように繰り返す。次のフィールドでは最
初の行を１行ずらして第２行目と第３行目とを同時に読
み出していく。

そのため、撮像素子の撮像セル数については以下に示す
ようになる。テレビジョン方式にはＮＴＳＣ，ＰＡＬ等
があるが、本実施例では、ＮＴＳＣを例に取って説明す
る。

ＮＴＳＣの場合、 垂直の有効画素数は有効走査線が９３％とすると、 ５２５Ｘ０．９３＝４８８ 撮像素子２の水平の有効画素数は輝度信号のサンプリン
グ周波数を４ｆ、ｃ、有効期間を８３％とすると、 ４Ｘ　ｆ、、ＸＯ，８３／　　ｆｎ＝７５４従って総セ
ル数は、 ４８８　（Ｖ）　Ｘ　７５４　（Ｈ）　＝　３６７．９
５２つまり、　３６７．９５２画素、必要となる。

本実施例では映像信号をデジタル処理するため、撮像素
子２をドライブするクロック周波数とＡ／Ｄ変換のサン
プリング周波数及び各スイッチを駆動する信号周波数は
全て同期させる。

次に本発明の基本原理である色差信号の変調方法の概念
について述べる。変調されたクロマ信号Ｃは、次式で与
えられる。

Ｃ＝　０．４９３（Ｂ　−Ｙ）ｓｉ口２πｆ、、ｔ＋０
．８７７（Ｒ−Ｙ）ｃｏｓ２　πｆ、ｃｔ今、サンプリ
ング周波数を４ｆ、ｃとし、位相が０となる時点を基準
とするとサンプリング点での位相はＯ，”／２π、π、
３／２πとなり、（Ｂ−Ｙ）ｃｏｓ２πＬｃｔ、　　（
Ｒ−Ｙ）ｓｉｎ２πｆＰｃｔは第５図に示す値になる。

従って各サンプリング点におけるクロマ信号Ｃは第６図
に示す値になる。この様な信号を４ｆ、ｃ毎に１頃次作
り出し、Ｄ／Ａ変換変換−ローパスフィルタすと、ナイ
キストの定理によりクロマ信号か得られる。

以下に第１図と第２図を用いて動作を説明する。第１の
サンプルホールド回路３に入力される信号は第２図にお
けるアの撮像セルの配列を有するライン、第２のサンプ
ルホールド回路４に入力される信号は第２図におけるイ
の撮像セルの配列を有するラインである。第１図におい
てクロック周波数４　ｆ、ｃとあるが、これらはすべて
同期させる。第２図においてフィルタ１６のセルから得
られる信号はＹ信号である。このＹ信号は第２のサンプ
ルホールド回路４．第２のγ補正回路６で処理された後
、撮像素子２のクロック周波数と同期している第２のＡ
／Ｄ変換器８でデジタル化される。このとき第１の連動
スイッチ９．第２のスイッチ１４を通過後、Ｙ信号はそ
のままＹ信号として出力される。またＹ信号は第１の連
動スイッチ９を通過後、減算器１０にも入力される。一
方カラーフィルタ１５のセルから得られる信号はＲであ
る。Ｒ信号は同様の処理を経て第１の連動スイッチ９を
通過後、減算器１０に入力される。これらＲ信号、Ｙ信
号により、減算器出力にＲ−Ｙ信号を得る。この信号は
第５図に示すようにＬｃの周期を持っているので色副搬
送波といえる。

第１のスイッチ１１を通過後、第１の乗算器１２で係数
を掛けて色差信号を得る。同様にしてＢ−Ｙを変調する
。撮像セルの配列はこれらの演算の順序によって決定さ
れる。

クロック、スイッチ及び得られる信号の関係を奇数フレ
ーム時について第３図に、偶数フレーム時について第４
図に示す。連動スイッチ９のｆ、周期の切替により奇数
フレーム時と偶数フレーム時では色差信号の位相が逆に
なるようになっている。

このようにして得られたデジタルの輝度信号。

色差信号は、前述のようにＤ／Ａ変換後、ローパスフィ
ルタを通すことによってアナログの信号に直してもよい
し、また、例えば記録のための処理をデジタル信号のま
ま行っても良い。

以上述べたことに関して、若干の回路構成の変更、撮像
セル数の違いはあるが、ＰＡＬの場合モ同様の原理が適
用可能である。

本実施例では、１ラインではＷ、Ｗ、Ｒ，Ｂというよう
に配列されているため、水平線を撮影したときの偽の信
号が出にくいという利点もある。

第７図は本発明の第２の実施例を示すブロック図であり
、同図においてｌはレンズ、２は撮像素子、３，４はそ
れぞれ第１．第２のサンプルホールド回路、５．６はそ
れぞれ第１．第２のγ補正回路、７．８はそれぞれ第１
．第２のＡ／Ｄ変換器、１９は第１のスイッチ、２０は
連動スイッチ、２１は減算器、２２は第２のスイッチ、
２３．２４はそれぞれ第１．第２の乗算器である。

第８図は撮像素子に配列するカラーフィルタアレイの１
つの色配列例を示した図である。このフィルタエレメン
トの組は水平方向に繰り返し設けられるものとする。ま
た、垂直方向にはアの配列とイの配列が、ア、ア、イ、
イ、ア、ア、イ、イ・・・・・・と連続するパターンと
する。１７．１８は輝度信号の分光特性をシュミレート
したフィルタ、１５．１６はそれぞれＲ，Ｂの各成分光
を透過させるカラーフィルタの各エレメントを示す。

本実施例においても第１の実施例と同様に映像信号をデ
ジタル処理し、輝度信号を４　ｆ、ｃでサンプリングし
、各色成分に関しては２ｆ０の周期でサンプリングを行
い、Ｙ信号とＲまたはＢ信号とを１対ｌのセル数で演算
する。撮像素子については公知の方法で２行同時読み出
しとする。最初の２行の読み出しが終わった後、次の２
行を飛ばしてその次の２行を読み出す、というように繰
り返す。次のフィールドでは前のフィールドで読み出さ
なかった行について同様に読み出していく。

そのため、撮像素子の撮像セル数については以下に示す
ようになる。第１の実施例と同様、本実施例ではＮＴＳ
Ｃを例に取って説明する。

垂直の有効画素数は有効走査線が９３％とすると、 ５２５ｘ　Ｏ，９３＝　４８８ ＣＣＤの水平の有効画素数は輝度信号のサンプリング周
波数を４ｆ、ｃ、有効期間を８３％とすると、 ４ＸＬｃ　　×０．８３／　　ｆ、＝７５４故に総セル
数は、 ４８８（Ｖ）　ｘ２ｘ　７５４（Ｈ）　＝７３５，９０
４つまり、　７３５，９０４画素、必要となる。

本実施例においても映像信号をデジタル処理するため、
撮像素子をドライブするクロック周波数とＡ／Ｄ変換の
サンプリング周波数及び各スイッチを駆動する信号周波
数はすべて同期させる。

以下に第７図と第８図を使って説明する。第７図におい
て、クロック周波数４　ｆ、ｃとあるか、これらはすべ
て同期させる。第８図においてフィルタ１７のセルから
得られる信号はＹ信号である。

このＹ信号は第２のサンプルホールド回路４゜第２のγ
補正回路６で処理された後、撮像素子のクロック周波数
と同期している第２のＡ／Ｄ変換器８でデジタル化され
る。このとき第１のスイッチ１９を通過後、Ｙ信号はそ
のままＹ信号とじて出力される。また同時にこのＹ信号
は連動スイッチ２０を通過後、減算器２１にも入力され
る。−方、カラーフィルタ１５のセルから得られる信号
はＲであり、このＲ信号は同様の処理を経て連動スイッ
チ２０を通過後、減算器２１に入力される。これ等Ｙ信
号、Ｒ信号により、減算器２１の出力にＲ−Ｙ信号を得
る。この信号は第１の実施例と同様にｆｓｃの成分から
成っているため色副搬送波といえる。また、ＮＴＳＣの
場合、フレーム毎で色差信号の位相が反転するために３
０Ｈ２の周期で連動スイッチ２０に切り換える。第２の
スイッチ２２を通過後、第１の乗算器２３で係数を掛け
て色差信号を得る。同様にしてＢ−Ｙを変調する。撮像
セルの配列はこれらの演算の順序により決定される。

奇数フレーム時のクロック、スイッチ及び得られる信号
の関係を第９図に示す。偶数フレーム時は色差信号の位
相が反転する。

以上述べたことに関してＰＡＬの場合も回路構成や撮像
セルの数は異なるが、同様の原理が適用可能である。

第１０図は本発明の第３の実施例を示すブロック図であ
り、同図においてｌはレンズ、２は撮像素子、３，４は
それぞれ第１．第２のサンプルホールド回路、５，６は
それぞれ第１．第２のγ補正回路、７．８はそれぞれ第
１、第２のＡ／Ｄ変換器、２９は連動スイッチ、３０は
極性反転器、３１は加算器、３２はスイッチ、３３．３
４はそれぞれ第１．第２の乗算器である。

第１１図は撮像素子に配列するカラーフィルタアレイの
１つの色配列例を示した図である。このフィルタエレメ
ントの組は水平方向に繰り返し設けられるものとする。

また、垂直方向にはアの配列とイの配列がア、イ、ア、
イ・・・・・・と連続するものとする。１７．１８は輝
度信号の分光特性をシュミレートしたフィルタ、１５．
１６はそれぞれＲ，Ｈの各成分光を透過させるカラーフ
ィルタの各エレメントを示す。

本実施例においても第１の実施例と同様に映像信号をデ
ジタル処理し、輝度信号を４ｆ、、てサンプリングし、
また各色成分に関しては２ｆ、ｃの周期でサンプリンタ
を行い、Ｙ信号とＲまたはＢ信号とを１対ｌのセル数で
演算する。

撮像素子については公知の方法で２行同時読み出しとす
る最初の２行の読み出しが終わった後、次の２行を飛ば
してその次の２行を読み出す、というように繰り返す。

次のフィールドでは前のフィールドで読み出さなかった
行について同様に読み出していく。

そのため、撮像素子の撮像セル数については以下に示す
ようになる。前述の第１．第２の実施例と同様、本実施
例ではＮＴＳＣを例に取って説明する。

垂直の有効画素数は有効走査線が９３％とすると、 ５２５ｘ　０．９３＝　４８８ ＣＣＤの水平の有効画素数は輝度信号のサンプリング周
波数を４ｆ、ｃ、有効期間を８３％とすると、 ４ｘ　ｆ、ｃｘｏ、８３／　ｆｏ＝７５４従って総セル
数は、 ４８８　（Ｖ）　ｘ　２ｘ　７５４　（Ｈ）　＝７３５
，９０４つまり、　　７３５，９０４画素、必要となる
。

本実施例においても、第１．第２の実施例と同様に映像
信号をデジタル処理するため、撮像素子をドライブする
クロック周波数とＡ／Ｄ変換のサンプリング周波数及び
各スイ、ツチを駆動する信号周波数は全て同期させる。

以下に第１Ｏ図と第１１図を使って説明する。

第１０図においてクロック周波数４　ｆ、ｅとあるが、
これらはすべて同期させる。第１１図においてフィルタ
１５のセルから得られる信号はＹ信号である。このＹ信
号は第１のサンプルホールド回路３．第１のγ補正回路
５で処理された後、撮像素子のクロック周波数と同期し
ている第１のＡ／Ｄ変換器７でデジタル化される。この
Ｙ信号はそのままＹ信号として出力されると同時に連動
スイッチ２９を通過後、極性反転器３０を通過し、加算
器３１にも入力される。一方、カラーフィルタ１７のセ
ルから得られる信号はＲであり、このＲ信号は同様の処
理を経て連動スイッチ２９を通過後、加算器３１に入力
される。これ等Ｙ信号、Ｒ信号により、加算器３１の出
力がＲ−Ｙ信号を得る。ここでＹ信号及びＲ信号は２　
ｆ、ｅの周期でサンプリングされ、なおかつ連動スイッ
チ２９が２　ｆ、ｅて切り替えられ、信号の位相が反転
するため得られる信号はｆｇｃの周波数の被変調波とな
る。次にスイッチ３２を通過後、第１の乗算器３３で係
数を掛けて色差信号を得る。同様にして、Ｂ−Ｙの変調
信号を得る。撮像セルの配列はこれらの演算の順序によ
り決定される。

クロック、スイウチ及び得られる信号の関係を第１２図
に示す。

以上述べたことに関して、ＰＡＬの場合も回路構成や撮
像セルの数は異なるが、その原理は同一である。

第１Ｏ図は本発明の第４の実施例にも適用される。同図
において各部の符号及び名称は第３の実施例と同一であ
る。

第１１図の撮像素子の配列例はこの実施例ニモ適用され
る。

本実施例においても第１．第２及び第３の実施例と同様
、輝度信号を４　ｆ、、でサンプリングし、また、色差
信号に関してはＹ信号とＲまたはＢ信号とを１対１のセ
ル数で演算する。

撮像素子については公知の方法て２行同時読み出しとす
る。第１のフィールドでは撮像セルの第１行目から第１
行目と第２行目というように２行同時に読み出していく
。最初の２行の読み出しが終わった後、次の２行を読み
出す、というように繰り返す。次のフィールドでは最初
の行を１行ずらして第２行目と第３行目と同時に読み出
していく。

そのため、撮像素子の撮像セル数については以下に示す
ようになる。第１．第２及び第３の実施例と同様、本実
施例てはＮＴＳＣを例に取って説明する。

垂直の有効画素数は有効走査線か９３％とすると、 ５２５ｘ　Ｏ，９３＝４８８ 撮像素子２の水平の有効画素数は輝度信号のサンプリン
グ周波数を４ｆ、ｃ、有効期間を８３％とすると、 ４ｘ　ｆ、ｃＸｏ、８３／　ｆｎ＝７５４故に総セル数
は。

４８８　（Ｖ）　Ｘ　７５４　（Ｈ）　＝　３６７．９
５２つまり、　　３６７．９５２画素、必要となる。

本実施例においても第１．第２及び第３の実施例と同様
に映像信号をデジタル処理するため、撮像素子２をドラ
イブするクロック周波数とＡ／Ｄ変換のサンプリング周
波数及び各スイッチを駆動する信号周波数は全て同期さ
せる。

以下に第１Ｏ図と第１１図を使って説明する。

第１０図においてクロック周波数４　ｆ、ｅとあるが、
これらはすべて同期させる。第１１図においてフィルタ
１５のセルから得られる信号はＹ信号である。このＹ信
号は第１のサンプルボード回路３、第１のγ補正回路５
で処理された後、撮像素子のクロック周波数と同期して
いる第１のＡ／Ｄ変換器７てデジタル化される。このＹ
信号はそのままＹ信号として出力される。と同時に連動
スイッチ２９を通過後、極性反転器３ｏを通過し、加算
器３１にも入力される。一方、カラーフィルタ１７のセ
ルから得られる信号はＲであり、このＲ信号は同様の処
理を経て連動スイッチ２９を通過後、加算器３１に入力
される。これ等Ｙ信号。

Ｒ信号により、加算器３１の出力にＲ−Ｙ信号を得る。

実施例３と同様、Ｙ信号、Ｒ信号はそれぞれ２　ｆ、ｃ
の周期でサンプリンタされ、なおかつ連動スイーツチ２
９が２　ｆ、、、で切替えられ、信号の位相が反転する
ため得られる信号はｆ、ｃの周波数の被変調波となる。

次にスイッチ３２を通過後、第１の乗算器３３て係数を
掛けて色差信号を得る。同様にして、Ｂ−Ｙの変調信号
を得る。撮像セルの配列はこれらの演算の順序によって
行われる。

クロック、スイッチ及び得られる信号の関係を第１２図
に示す。

以上述べたことに関して、ＰＡＬの場合も回路構成や撮
像セルの数は異なるが、その原理は同一である。

［発明の効果］ 以上説明したように、撮像素子の２ラインから得られる
信号を１組として、信号処理を行い、撮像素子の読み出
し周波数を４ｆ、ｃとし、輝度信号の分光特性をシュミ
レートしたフィルタＷと、Ｒ，Ｂのカラーフィルタの数
を２：１：１とし、２ライン１組で考えた場合、Ｗのフ
ィルタの全ての読み出し時に配し、Ｒ，Ｈのフィルタを
点順次に配列した撮像素子を用いて信号処理を行うこと
によって、撮像素子の撮像セル数を節約しつつ次のよう
な効果がある。

（１）１つの輝度信号を得るために必要な撮像セルを１
とできる。

（２）輝度信号を得るための演算を実施する回路か簡略
化される。

（３）１つの色差信号を得るために必要な撮像セル数を
２とできる。

（４）変調した色差信号を得るための処理を簡略化でき
る。

（５）解像度の高い輝度信号が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮像装置の一実施例（第１の実施例）
の主要部の概略を示すブロック図、第２図は撮像素子に
配列するカラーフィルタアレイの１つの色配列例を示し
た図で、第３図、第４図はクロック、スイッチ及び得ら
れる信号の関係を示した図、第３図は奇数フレーム時に
ついて、第４図は偶数フレーム時について示した図、第
５図はサンプリング点での位相と色差信号の関係を示す
図、第６図はサンプリング点での位相とクロマ信号との
関係を示す図、第７図は本発明の第２の実施例を示すブ
ロック図、第８図は撮像素子に配列するカラーフィルタ
アレイの１つの色配列例を示した図、第９図は第７図に
おける奇数フレーム時のクロック、スイッチ及び得られ
る信号の関係を示した図、第１０図は本発明の第３の実
施例を示すブロック図、第１１図は撮像素子に配列する
カラーフィルタアレイの１つの色配列例を示した図、第
１２図は第１Ｏ図におけるクロック、スイッチ及び得ら
れる信号の関係を示した図である。 図中。 ２：撮像素子 ３．４：サンプルホールド回路 ５．６：γ補正回路 ７．８：Ａ／Ｄ変換器 ９：連動スイッチ ｌＯ二減算器 １１．１４＋スイツチ １２．１３：乗算器 代理人　弁理士　１）北　嵩　晴 奇数プレー４　奇数フイ＞＠ｊｒ　　５Ｗ９＝１奇数フ
レーム　ｇ４数ライ＞４　５Ｗ９＝０電軍１図又”スイ
−＋４か”工の碕点１；羽１味Ｌ１いる状肱ｔ１ヒする
。 第３図 偶数７レー４．　　ｅ＆５イ＞時　５Ｗ９＝１１！Ｉｃ
７レーム、＊Ｊｋう４＞峙　５Ｗ９＝１罐寥１５！ｌｔ
“スイー９４ゴ上の踏点に羽慣啄Ｌ　ｌ　ｂｓる４（−
１１と７６゜第　　　図 ト　　Ｖ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像素子の２ラインから得られる信号を１組として信号
   処理を行い、撮像素子の読み出し周波数を色副搬送波周
   波数の４倍とし、輝度信号の分光特性をシュミレートし
   たフィルタＷと、カラーフィルタＲ及びＢの数を２：１
   ：１とし、前記２ライン１組に対して前記フィルタＷを
   全ての読み出し時に配し、かつ前記フィルタＲ及びＢを
   点順次に配列した撮像素子を用いて信号処理を行うこと
   を特徴とする撮像装置。