JPH03205992A

JPH03205992A - 固体カラーカメラ

Info

Publication number: JPH03205992A
Application number: JP2286992A
Authority: JP
Inventors: Ryushi Nishimura; 龍志西村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1991-09-09
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JP2585461B2

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，ＣＯＤ等の固体撮像素子を用いた固体カラー
カメラに関する。

〔従来の技術〕

家庭用の固体カラーカメラでは、単一の固体撮像素子を
用いてカラー映像信号を得るように構成した単板式が一
般的である。単板式の固体カメラの一方式として，撮像
素子の受光部において垂直方向に隣接する２画素の信号
を素子内部で混合して出力する方式が知られている。こ
のような方式の固体カラーカメラの信号処理に関して、
例えば特開昭５７−２０３３８７に述べられている。

上記の固体カラーカメラでは、以下のようにして色信号
を生或している。画像素子の出力信号の高周波成分に重
畳された色信号成分をバンドパスフィルタによって取り
出し，得られた色信号を１水平期間遅延させる。遅延さ
せた色信号と遅延前の色信号を加算した信号と，引き算
した信号を生威し、これらの信号を検波することによっ
て、赤と青の原色信号を得ている。

第６図（ａ）はこのような固体カラーカメラにおいて用
いられる撮像素子の色フィルタ配列を示している。色フ
ィルタは撮像素子上の受光素子に対応して設けられてお
り、第６図に示した配列を１周期として、同じパターン
がくり返し返し配列されている。撮像素子の出力信号は
，垂直方向２画素の信号を加算して読み出すため、ある
１水平走査期間にはＹ　ｅ　十Ｃ　ｙと２Ｇが点順次出
力され、次の水平走査期間にはＹｅ十Ｇとａ十ｃｙの点
順次信号が出力される。ここでＹｅ，Ｃｙ，Ｇは各々黄
色，シアン，緑の信号を示している。

撮像素子の出力信号に含まれる高周波成分（水平方向２
画素周期の成分）は、隣り合った２画素の差信号で変調
されており、１水平期間毎に，（Ｙｅ＋Ｃｙ）　−２Ｇ
，（Ｙｅ＋Ｇ）　　（Ｇ＋Ｃｙ）と表わされる。ここで
、Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇを３［色成分ｒ（赤），ｇ（緑），ｂ
（青）で表わすと、（１）〜（３）式のようになる。

Ｙｅ＝ｒ＋ｇ　　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（１）ｃｙ＝ｇ十ｂ　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・（２）Ｇ＝ｇ　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（３）（１）〜（３）式を用いて、
撮像素子出力の高周波成分をｒ＋ｇｙ　ｂで表わすと、（Ｙｅ＋Ｃｙ）−２０＝ｒ＋ｂ　　−＝−（４）（Ｙｅ
十Ｇ）−　（Ｇ十Ｃｙ）＝ｒ−ｂ　　−・＝（５）とな
り、（４）式と（５）式で表わされる信号が上水平期間
毎に得られる。（４），（５）式で表わされる信号を各
々加算または減算することにより色信号Ｒ（赤），Ｂ（
青）を生成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来例では、各画素に般けられた色フィル
タの分光特性が理想特性からずれたときに色再現性が劣
化する問題があった。

例えば、（１）〜（３）式においてＹｅ，Ｃｙ，Ｇは，
各々等しい緑信号戒分ｇを含むものと仮定したが、現実
には，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇ画素の各色フィルタのｇ成分の透
過率がすべて等しいような理想特性を得ることは困難で
ある。このため（１）〜（３）式のｇ成分は各々わずか
に異なっており、（４）　，　（５）式の右辺にもｇ成
分が誤差として現われる。したがって、（４），　（５
）式を加算，減算して得られるＲ，Ｂ信号にもｇ成分が
混入し、色再現性を劣化させる。

上記の問題は、換言すれば３つの未知数ｒ＋　ｇ＋ｂに
対し２つの方程式（７），　（８）を用いて解を求める
ことに相当し、正し＜Ｒ，Ｂ信号を再生することは不可
能である。

本発明の目的は上記問題点を解決し，色再現性の良好な
固体カラーカメラを提供することにある．〔課題を解決
するための手段〕？記目的を達成するために、本発明では，線順次信号を
出力する撮像素子と、撮像素子が出力する線順次信号を
色分離する手段と、色分離した４種類の色信号から３原
色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを生成する手段により固体カラーカメ
ラを構成した。

〔作用〕

撮像素子は、一水平期間毎に種類の異なる線順次信号を
出力する。この線順次信号は、撮像素子の受光部に配列
された色フィルタの種類に応じた点順次信号となってお
り、ある水平期間ではＳ１およびＳ２からなる点順次信
号であり，次の水平期間ではＳ３およびＳ，からなる点
順次信号である．色分離する手段によって、これら４種
類の信号を分離し、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を生成する手段によ
り，色分離されたＳ■〜Ｓ４を演算してＲ，Ｇ，Ｂ信号
を生成する。

８１〜Ｓ４はａｙＫ色信号成分の和で表わされる信号で
あり、これら４種の信号を分離することは、３つの未知
数Ｒ，Ｇ，Ｂに対し４つの１次方程式を持つことに相当
する。従って、８１〜Ｓ４のうち？なくとも３つの信号
を演算することにより、色フィルタの分光特性の３Ｍ色
成分の比率が多少変化しても、正確にＲ，Ｇ，Ｂ信号を
再生でき、良好な色再現性を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第５図により説明する
。

第１図は本発明による固体カメラの構成を示すブロック
図であって、１は撮像素子、２はプリアンプ、３は色分
離回路、４■，４■はＩＨ遅延線、５はスイッチ回路、
６はマトリクス回路、７■〜７４はローバスフィルタ、
８は信号処理回路、９はエンコーダ、１０は撮像素子駆
動回路である。

第１図における各ブロックの動作について説明する。撮
像素子１は、入射した光信号を光電変換して出力し、プ
リアンプ２は撮像素子１の出力信号を増幅する。撮像素
子１には、後述するように、所定の色分解フィルタが配
列されており、その出力信号は、色分解フィルタの種類
に対応した色信号の点順次信号となっている。色分離回
路３は、？のような点順次信号を、対応する色分解フィ
ルタの種類に応じて色分離する。色分離回路３の出力す
る線順次色信号と、この線順次色信号をＬＨ遅延回路４
１，４■によってｌ水平期間遅延させた信号は、スイッ
チ回路５によって同時化される。

マトリクス回路６では、同時化された色信号を演算し、
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を生成する。Ｒ，Ｇ，Ｂ信号は色信号帯
域のローパスフィルタ７２〜７４によって帯域制限され
た後、信号処理回路８へ入力される。

信号処理回路８では、これらのＲ，Ｇ，Ｂ信号の各々に
白バランス補正、ガンマ補正を行ない、２つの色差信号
Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙを出力する。またローバスフィルタの出
力する輝度信号にも、クランプ，ガンマ補正等、公知の
信号処理を行なう。

エンコーダ９では、この輝度信号Ｙおよび色差信号Ｒ−
Ｙ，Ｂ−ＹからＮＴＳＣ方式等のテレビジョン信号を生
成する。

以下、本実施例の動作についてさらに詳しく説明する。

第２図は第Ｉ図における撮像素子１の構？を示す平面図
であり，１２は水平転送部．１３は出力部、１４は画素
，１５は垂直転送部である。

本撮像素子は一般にインターライン形ＣＣＤ撮像素子と
呼ばれており、水平転送部１２，垂直転送部１５は．　
Ｃ　Ｃ　Ｄ　（　Ｃｈａｒｇｅ　　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄ
ｅｖｉｃｅ）によって構成されている。

次に本撮像素子の動作について第２図を用いて説明する
。この撮像素子では画素に蓄積した信号をフィールド周
期で読み出す。画素配列における水平行を上から順にＱ
．．　Ｑ２，　Ｑ，・・・・・・とすると、奇数フィー
ルドでは、先ずＱ２，Ｑ■Ｑ６に対応する画素の信号を
垂直帰線期間に、各々の画素に隣接する垂直転送部に転
送し、さらに垂直転送部において信号を１段転送する。

次にｋエｔ　Ｑ３１　ＱＳ・・・・・・に対応する画素
の信号を各々の画素に隣接する垂直転送部に転送する。

この結果Ｑ２，　Ｑ４，　Ｑ１・・゛゛に対応する画素
の信号とｎ，，Ｑ３，Ｑ，・・・・・・に対応する画素
の信号電荷は垂直転送部の内部で加算される。

こうして得られた（ｔ■＋Ｑｚ，Ｑｓ＋Ｑ＜−Ｑｓ＋Ｑ
ｓ・・・・・・に対応する信号は水平帰線期間内に、垂
直転送部内で１段ずつ転送される。こうして垂直上方に
転送された信号は垂直転送部の最上段まで転送されると
、次に水平転送部１２に転送される。水平転送部１２に
転送された信号は、走査期間中に出力部１３から順次、
出力される。

偶数フィールドでは加算する行の組み合わせを変えて、
Ｑ，＋ｎ，，Ｑ４＋ｍｓ，・・・・・・の信号を読み出
す。このようにフィールド毎に加算する行の組み合わせ
を変えて，疑似的にインターレース走査を行なっている
。

次に、このようにして読み出した信号からカラー映像信
号を生成する方法を説明する。奇数フィールドにおける
最初の１水平期間に出力される信号Ｑ、十Ｑ２は、水平
方向に並んだ画素列に対応した点順次信号である。この
点順次信号は、画素上に配列された色フィルタの種類に
より２Ｗ，Ｙｅ＋Ｇ，２Ｗ，Ｙｅ＋Ｇ・・・・・・と表
わすことができる。

但し、Ｗ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇは各々、全色、黄色，シアン
，緑色の光を透過する色フィルタを示して？る。以下、
同様にして次の１水平期間ではＷ＋Ｃ　ｙ　，　２　Ｙ
　ｅ　，　Ｗ　＋　Ｃ　ｙ　，　２　Ｙ　ｅ　”’　”
’の点順次信号が出力される。

第３図は、撮像素子の出力信号波形を示す図である。同
図において１６は，撮像素子の氾■十氾，行に対応する
信号、１７は次の水平期間に出カされＤ，＋Ｑ，に対応
する信号波形を示している。但し、Ｗ’　，Ｇ’　，Ｃ
ｙ’　，Ｙｅ’　は各々２Ｗ，Ｙｅ　＋　Ｇ　，　Ｗ　
＋　Ｃ　ｙ　，　２　Ｙ　ｅを略して記したものである
。また、第３図において１８．１９は各々偶数フィール
ドに出力され、ｈ＋１および氾，＋　ｎ　Ｓ　ニ対応す
る信号波形を示している。いずれの信号も、奇数フィー
ルドに出力される信号と同様に、１水平期間毎にＷ’　
，Ｇ’　，Ｗ’　，Ｇ’・・・・・・およびＹｅ’　，
Ｃｙ’　，Ｙｅ　　，Ｃｙ’　−・＝が交互に出力され
ることになる。

これらの信号を３原色信号成分ｒｒ　ｇｔ　ｂに分解し
て示すと以下のように表わされる。

Ｗ’　＝２Ｗ＝２　（ｒ＋ｇ＋ｂ）　　−・−（７）Ｇ
’　＝Ｙｅ十Ｇ＝（ｒ＋ｇ）＋ｇ＝ｒ＋２ｇ・−＝（８
）Ｃｙ’＝Ｗ＋Ｃ　ｙ＝（ｒ＋ｇ＋ｂ）＋（ｇ＋ｂ）＝
ｒ＋２ｇ＋２ｂ−（９）Ｙｅ’＝２Ｙｅ＝２（ｒ＋ｇ）
　　　・・＝・−”・（１０）撮像素子の出力信号の平
均的な組成は１水平期間毎に（Ｗ’　＋　Ｇ’　）　／
　２ｓ　（Ｃ　ｙ’　＋　Ｙ　ｅ　’　）　／　２と表
わすことができこれを’ｐｇｙｂ成分で示すと（１１）
式のようになる。

（Ｗ’　＋　Ｇ’　）／２＝（Ｃ　ｙ　’　＋　Ｙ　ｅ
’　）／２＝’−ｒ＋２ｇ＋ｂ−　（１１）２（１１）式に示した組成は，視感度特性に比較的近く、
撮像素子の出力信号は輝度信号として用いることができ
る．一方，色信号を生成するには，（７）〜（９）式に示し
たＷ’　，Ｇ’　，Ｃｙ’　，Ｙｅ’　を以下に表わす
式に従ってＲ，Ｇ，Ｂ信号を演算すれば良い。

Ｒ＝　ａ　（Ｗ’−Ｃｙ’）＋（１−α）（Ｙｅ’−Ｇ
’）＝　ｒ−（１２）Ｂ＝β（Ｗ’　−　Ｙ　ｅ’　）
＋（１−β）（Ｃｙ’−Ｇ’）＝２ｂ−（１３）Ｇ　＝
　ｙ　（Ｃｙ’　＋−ＬＹｅ’　−Ｗ’　）＋　（１−
ｙ）　（Ｇ’　−ＬＹｅ’　）＝ｇ−　（１４）２２但し、（１２）〜（１４）式においてα，β，γは任意
の定数である。

（１２）〜（ｌ４）式により色信号を生成するためには
、撮像素子の出力信号に含まれるＷ’　，Ｇ’　，Ｃｙ
’？ｅ’　を分離する必要がある。このため、第１図に
おける色分離回路３は、増幅された撮像素子の出力信号
をサンプルホールドして色分離する。第４図は、第３図
に示した信号を色分離した後の信号波形を示す図である
。第４図において２０は、第３図に示した信号１６また
は１８においてＷ′をサンプルホールドして分離した信
号であり、２１はＧ′をサンプルホールドして分離した
信号である。同様に２２．２３は第３図に示した信号工
７あるいは１９においてＣｙ’　，Ｙｅ’　を各々サン
プルホールドして分離した波形を示している。

このようにして色分離することにより１水平期間毎にＷ
′とＣｙ′またはＧ′とＹｅ’　を交互に繰り返す２種
類の線順次信号が得られる。

第１図における遅延線４■，４■では、これら２種類の
線順次信号と、これらを■水平期間遅延させた信号をス
イッチ回路３で１水平期間毎に切り換えることにより、
Ｗ’　，Ｇ’　，Ｃｙ’　，Ｙｅ’の各信号を、毎水平
期間、得られるようにする。こうして同時化されたＷ’
　，Ｇ’　，Ｃｙ　　，Ｙｅ’？用い、マトリクス回路
６において（Ｉ２）〜（Ｉ４）式の演算を実行すれば、
３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを得ることができる。

第５図は、第１図におけるマトリクス回路６の構成を示
すブロック図であり、６１〜６１■は増＃ｉ回路、６■
３〜６１■は加算回路、６■８〜６．。は引算回路であ
る。

６１〜６１■の増幅回路では、（ｌ２）〜（１３）式に
従って．Ｗ’　，Ｇ’　，Ｃｙ’　，Ｙｅ’の各々の信
号を増幅する。増幅された信号は各々加算回路、減算回
路によって演算され、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号が生成される。

以上のようにすれば、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号が正確に再生され
るので、良好な色再現性を得ることができる。

本実施例の説明において、Ｗ’　，Ｇ’　，（：ｙ’Ｙ
ｅ’の組成は、（７）〜（ＩＯ）式で表わされるものと
したが、これは，色フィルタが（１）〜（３）式で表わ
されるように理想的な特性を持っている場合のみ戒り立
つ。（７）〜（９）式では，右辺のｒ，ｇ，ｂの係数は
Ｏ〜２の整数となっているが、実際のフィルタの場合に
はある程度の誤差を含んでおり整数値をとるとは限らな
い。しかし、このような場合でも以下のようにすれば、
正確にＲ，Ｇ，Ｂ信号を再生できる。実際の色フィルタ
特性を表わすように（７）〜（ＩＯ）の右辺のｒ＋　ｇ
ｐ　ｂの係数を修正した後、（ｌ１）〜（１４）式に対
応する演算式を求めて実行すれば良い。このように、本
方式では色フィルタの特性が理想的な特性から多少ずれ
ている場合にも良好な色再現性を実現できる。

さらに本方式では、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を正確に再現できる
ので、光源の色温度が変化しても正確にホワイトバラン
ス調整ができ、どのような照明条件下においても常に良
好な色再現性を得ることができる。

以上説明した実施例における色フィルタ配列は第２図に
示したものであるが、第５図（．）〜（ｄ）に示した配
列を基本単位とする色フィルタを持った撮像素子を用い
た場合も同様にして本発明を適用することができる。す
なわち、各色フィルタ配？について（７〉〜（１０）式
に対応するｒ＋　ｇ＋　ｂの組成を示す式からｒｅ　ｇ
ｒ　ｂを求めて（１１）〜（ｌ４）に対応する演算を行
なえば．Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を再生することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば常にＲ，Ｇ，Ｂ信号を忠実に再生できる
ので、色再現性の良い固体カラーカメラを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である固体カラーカメラの構
成を示すブロック図、第２図は撮像素子の構成を示す平
面図、第３図，第４図は信号波形図、第５図はマトリク
ス回路の構成を示すブロック図、第６図は色フィルタ配
列を示す平面図である。工・・・撮像素子、　　　　　３・・・色分離回路、４
■，４■・・ＩＨ遅延線，　５・・・スイッチ回路、６
・・・マトリクス回路、７１〜７４・・・ローバスフィルタ、８・・・信号処理回路、　　　１４・・・画素、？１〜
６■２・・・増幅回路、？■，〜６■７・・・加算回路、？１，ｌ〜６■。・・・減算回路。第３閃ｌ４＋ｌ）＋ｊ心バＪ＼爾Ｊ元 −−−−ｐ３＋ｉ，一一〉ｔ第４図２θ 第５図６第６図

Claims

【特許請求の範囲】１）光電変換素子と該光電変換素子上に設けた色分解フ
ィルタからなる画素の２次元配列を有し、該色分解フィ
ルタは水平方向２画素×垂直方向４画素を基本単位とし
て周期的に配列されており、該画素配列の垂直方向に隣
接する２水平行の画素群に蓄積した信号を、垂直方向に
隣接する２画素毎に混合して読み出し、上記色分解フィ
ルタの基本単位における垂直方向４画素の内の隣接する
２画素と、他の隣接する２画素に各々対応する第１およ
び第２の映像信号を１水平走査毎に交互に出力するよう
に構成した固体撮像素子と、上記第１および第２の映像信号を用いてカラー映像信号
を生成する信号処理回路からなる固体カラーカメラにお
いて、上記固体撮像素子の出力信号を、上記第１の映像信号に
含まれ、前記色分解フィルタの基本単位における水平方
向の２画素に各々対応する信号Ｓ＿１とＳ＿２と、上記
第２の映像信号に含まれ、前記色分解フィルタの基本単
位における水平方向の２画素に各々対応する信号Ｓ＿３
とＳ＿４の４種の信号に分離する第１の手段と、上記第１の手段により分離された信号Ｓ＿１，Ｓ＿２，
Ｓ＿３，Ｓ＿４から３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを生成する第
２の手段を設けたことを特徴とする固体カラーカメラ。