JPH0524714B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明はデイジタル記録型電子スチルカメラの
入力信号処理回路に関するものである。

（発明の背景） 固体撮像素子より出力された映像信号を１画面
分にわたりAD変換した後、デイジタル的に半導
体メモリ等のデイジタルメモリに記憶し、或いは
それを介して更に大容量のメモリである磁気テー
プや磁気バブル等に記録する形式の電子スチルカ
メラが公知である。

このような電子カメラでは、例えば米国特許第
4131919号にも示される通りAD変換されたデー
タは一旦ラツチ回路で所定時間保持され、その保
持中にデイジタルメモリに書きこみがなされる。

第１図は、このような従来のデイジタル記録電
子スチルカメラの１例を示したものである。第１
図においては、１は結像レンズ、２は絞り、３は
フアインダーに光束を導くためのハーフミラーま
たはクイツクリターンミラー、４は光学的ローパ
スフイルタ、５は撮像素子、例えばCCDである。
第１図では撮像素子５の駆動によつてシヤツター
機能を得るものを示しているが、勿論別個にシヤ
ツター装置を設けてもよい。この場合例えばレン
ズシヤツター、フオーカルプレーンシヤツター等
のメカニカルシヤツター或いはエレクトロクロミ
ツクや液晶等の電気光学素子を用いることもでき
る。CCD５はCCD駆動回路６より一定のシーケ
ンスに沿つた駆動パルスを受けとつた時映像信号
を出力する。アンプ７はプリアンプ、プロセスア
ンプ或いはカラー撮像時は色信号分離回路等を含
む。

アンプ７より出力された映像信号はサンプルア
ンドボールド８及びＡ／Ｄ変換器９により量子化
され、ラツチ１０に保持された後デイジタルメモ
リ１１に書き込まれる。１２，１３はサンプルア
ンドホールドした後、Ａ／Ｄ変換されラツチされ
るまでの遅れ時間を考慮した遅延回路である。こ
こでフラツシユＡ／Ｄ変換器と呼ばれる完全並列
型Ａ／Ｄ変換器を用いる場合には、サンプルアン
ドホールドが不要となる。

前記デイジタルメモリ１１通常、画面１枚分の
メモリ容量を有するデイジタルフレームメモリが
用いられる。複数枚の記憶には更に大容量の記憶
媒体である磁気バブル、デイジタル磁気デイス
ク、デイジタルカテツトテープ等を用いた記録装
置１４が用いられる。１５はスチル撮影時のリレ
ーズスイツチを示しており、このスイツチの接続
によりフリツプフロツプ１６をセツトしタイミン
グ制御回路１７の撮影シーケンスをスタートさせ
る。タイミング制御回路１７がスタートすると
CCD駆動回路６が動作しCCD５に所要の信号電
化蓄積を行なつた後CCD５より１画面の映像信
号が取り出される。

この映像信号はただちに一定のサンプリング間
隔でＡ／Ｄ変換されデイジタルメモリ１１に記憶
される。

デイジタルメモリ１１に記憶された画像データ
は主に大容量メモリ１４に転送される。前記２つ
のメモリ１１と１４の間にはDPCM符号器等の
データ圧接手段或いは符号誤り検出訂正コード付
加回路等を設けることもできる。

これら一連のシーケンスが完了するとタイミン
グ制御回路１７はフリリツプフロツプ１６にリセ
ツトパルスを出力し、撮影は完了する。連写時は
レリーズスイツチを押しつぱなしにすれば、フリ
ツプフロツプ１６がセツト優先としてあるため、
同様のシーケンスを再び繰り返すことができる。
記録のシーケンスが完全に完了しないうちに新た
な撮像素子の信号電化蓄積を開始し、連写速度を
早くすることもできる。このようなデイジタル記
録型の電子カメラの欠点を第２図を用いて説明す
る。撮像系から出力される映像信号には大きく分
けてランダム雑音と固定パターン雑音とが重畳さ
れている。ランダム雑音は例えばプリアンプのノ
イズであり、固定パターン雑音はスイツチングノ
イズであるとかCCDの暗電流の面内不近一等で
ある。固定パターン雑音は、その発生原因、発生
態様が解明されれば原理的にこれを除去すること
ができる。しかしランダム雑音についてはこれを
除去するのは困難である。また、通常映像信号の
SN比を問題にするとき、信号についてはピー
ク・ピーク間の値を、雑音については２乗平均
（RMS）値を用いる方法が採用される。しかしこ
れは、雑音がランダムでビデオカメラの如く繰り
返し信号電荷の蓄積がなされ、且つ視覚的な平滑
化効果が期待できるときには正しいが、デイジタ
ル記録型の電子カメラの如くただ１回の信号電荷
蓄積、読み出ししか行うことのできないシステム
では採用し得ないものである。ここで第２図ａの
実線は、ゆるやかに変化する映像信号（破線で示
す）にランダム雑音が重畳した場合を示してい
る。(b)はサンプルアンドホールドのサンプリング
パルスであり、その立下がり時の電圧がホールド
されＡ／Ｄ変換される。(c)は破線が望ましい映像
信号の値を黒点が実際の雑音により影響を受けた
サンプル値を示し、上記黒点が記憶される。

このように、ランダム雑音が固定化されて記憶
されてしまつた後は、もはやこれを取り除くこと
は困難であつた。もちろんメモリ１１に一旦記憶
した後にデイジタル的に平滑化等の処理を行えば
ある程度は、この雑音を画面上で抑制可能である
が、これは解像度の劣化につながり、満足できる
効果が得られる方法とはいえなかつた。

（発明の目的） 本発明はこのような欠点を解決し、デイジタル
メモリの記憶容量を増加させることなくSN比を
向上させ、良好な画質のスチル画像が得られるよ
うなデイジタル記録電子スチルカメラを得ること
を目的とする。

（発明の概要） 本発明におけるデイジタル記録電子スチルカメ
ラにおいては、メモリーの１画素データを得るの
に、従来とは異なり、複数個のサンプリングデー
タを用い、該データを平均化する等の演算を施し
てSN比を向上した上でデイジタルメモリに記憶
することを技術的要点としている。

（実施例） 第３図は本発明のもつとも単純な構成の第１の
実施例であり、光学系は簡単のため省略されてい
る。第３図において２１はCCD、２２はCCD駆
動回路、２３はアンプ、２４はサンプルアンドホ
ールド回路、２５はＡ／Ｄ変換器、２６はラツ
チ、２７，２８は遅延回路、２９はリレーズスイ
ツチ、３０はフリツプフロツプ、３１はタイミン
グ制御回路であり、各々第１の５，６，７，８，
９，１０，１１，１２，１３，１５，１７に対応
する。また３２はデイジタルメモリであり、第１
図の１１に対応している。尚、第１図に対応する
大容量メモリ１４及び光学系１〜４は第３図では
省略した。又、第４図、第６図に於いても上記大
容量メモリ及び光学系は省略した。

ここで第１図と第３図の基本的な相違点はデイ
ジタルメモリに記憶させる直前のラツチのクロツ
ク周波数をfsとした時、第１図ではサンプリング
周波数もfsであつたのに対して、第３では１０に
対応するラツチ３３のクロツクをfsとした時、サ
ンプリング周波数に２倍の周波数2fsを用いてい
る点にある。

また、第３図ではラツチ３４をラツチ２６に接
続し、相続く２サンプル点のデータを同時に得ら
れるようにし、それらの平均値を平均値回路３５
で求めて、メモリ３２の入力ラツチ３３に送り込
んでいる。1/2分周器３６は、2fsよりfsを求める
ためのもので、例えば具体的にはトグルフリツプ
フロツプである。この結果、デイジタルメモリ３
２に記憶される１データは２回のサンプリングに
より求められたデータの平均値となる。従つて、
条件が良ければノイズは入力映像信号の１／√２
程度に改善される。

第４図は、本発明の第２の実施例を示してい
る。第４図における構成要素のうち第３図のもの
とまつたく同じか或いはほとんど同じ機能のもの
については共通の番号を付している。

第４は第３図をより一般化したものであり、第
３図におけるサンプリングクロツク周波数の2fs、
ラツチ２６，３４による２段のシフトレジスタ、
平均値回路３５、1/2分周器３６を各々第４図で
はＮ・Fs、Ｍ段シフトレジスタ４１と平均値回
路４２とよりなるデイジタルフイルタ４０、１／
Ｎ分周回路４４で置きかえて得られる。

このような構成とした結果、デイジタルメモリ
３２の１画素はＮケのサンプル点毎に、そのサン
プル点を中心とするＭサンプル点についてデイジ
タル的にフイルタリング演算を行ない求められて
いる。

第５図は上記第２の実施例に用いることのでき
る非線型のデイジタルフイルタの１例であつてパ
イプライン構成としている。ここでＭ＝４、Ｎ＝
２である。第５図において、Ａ／Ｄ変換器から出
力された8bit程度のデータは４段のラツチよりな
るシフトレジスタ回路５１に入力され、同時に４
サンプル点のデータが並列に出力される。５２は
エツジ検出部であり、４サンプル点の範囲での３
通りの隣接画素間で差分を求め、それらが一定値
Ｔより大か小かを求め、もし１つでもＴより大き
ければ出力として論理１を与える。５３は平均値
回路であつて、２通りの範囲での平均値を求め、
その一方を選択して出力する回路であり、４段の
シフトレジスタ出力全体の平均値と中央部２段の
平均値とを求め、もしもエツジ検出部５２の出力
に論理１が与えられ、エツジ部であると判定され
た時は、２段の平均値を選択して出力し、論理０
が与えられた時はエツジが無いので、４段全体に
わたる平均値を出力するようになつている。従つ
て、エツジ部では狭い範囲で、平坦な部分では広
い範囲で平均がなされ、視覚の性質、即ちエツジ
部の雑音は余り気にならないが、平坦な部分では
気になるという性質に合致した効果的な雑音の抑
圧が可能となる。第５図で、５４，５５，５６は
隣接画素間の差分を求める減算器、５７，５８，
５９は平均演算のための加算器、６０，６１，６
２はデイジタル比較器、６３はそれら出力の１つ
でも論理１となつた時論理１を出力するオアゲー
トであり、６４，６５は単なるビツトシフトによ
るバイナリー除算が行なわれることを示す記号で
ある。また６６はセレクターであり、２通りの平
均値の一方を選択するのに用いられる。６７〜７
３のラツチ及びフリツプフロツプ７４は演算を複
数のクロツクサイクルで行なう、即ち、パイプラ
イン処理を行なうための同期記憶手段である。こ
こでは、水平方向の１次元デイジタルフイルター
について示したが、もちろんこれは２次元に拡張
するのは容易であり、例えば複数の1Hデイジタ
ル遅延線を用いた窓領域切出しによる局所並列処
理技術として広く知られているので、ここでは詳
細に説明しない。

以上の実施例では、主としてモノクロームの画
像、即ち１チヤンネルの画像についての説明を行
なつてきた。これをカラーに適用しようとすれば
単に２ないし３チヤンネル分の本回路をＡ／Ｄ変
換器の後に接続すれば良い。第６図は第７図ａ及
びｂに示した如き緑市松赤青線順次の単板カラー
フイルターや白市松シアンイエロー線順次のカラ
ーフイルターを有する固体撮像素子に本発明を適
用した例である。例えば第７図ａにおいて各走査
線を見た時、緑信号は毎ライン、赤（青）信号は
１ライン置きにあらわれ、しかも１画素置きに色
信号が交互に出力される。

以下第６図構成の回路動作を第８図のタイミン
グチヤートを用いて説明していく。

第６図において８０は単板カラーCCD撮像素
子、８１はその駆動回路、８２はアンプ、８３は
サンプルアンドホールド回路、８４はＡ／Ｄ変換
器、８５，８６は遅延回路でタイミング調整に用
いられる。９８はリレーズスイツチ、９９はフリ
ツプフロツプ、１００はタイミング制御回路であ
り、本実施例ではＡ／Ｄ変換のサンプリングクロ
ツク周波数は、4fsとした。これを第８図ａに示
す。遅延回路８６の出力クロツクは２つのアンド
ゲート８７，８８とインバータ８９でシフトレジ
スタ９０，９１への第８図ｄ，ｅに示す如きクロ
ツクに４パルスを組として分割される。そのため
のゲート信号には、第８図ｂに示す周波数fs／２
のクロツクが用いられ、これは1/8分周回路９２
の出力である。アンプ８２の出力であるカラー撮
像信号は第８図ｃに示したようにfs／２の半周期
毎に１フイルター色の出力が与えられており、図
では緑Ｇと赤Ｒのフイルターのあるラインの走査
出力を示している。この結果、このライン走査に
おいては、シフトレジスタ９０には常に緑信号デ
ータが、シフトレジスタ９１には常に赤信号デー
タが入力される。これらのデータは４つづつまと
めて各々平均値回路９３，９４で処理され、処理
結果はラツチ９５，９６に一時記憶されてデイジ
タルメモリ９７に書き込まれる。

次の緑と青のフイルターをもつライン走査にお
いても処理はまつたく同様である。

以上の結果、デイジタルメモリ９７にはカラー
フイルター配置に対応した色信号が、SN比良く
書きこまれるので、再生する際はこれらから表示
に必要な例えばRGB三原色信号、或いは輝度、
色差信号を合成しNTSC信号を作れば良い。

この例では１つの色フイルタに対して４つのサ
ンプル点に対応させているが、本発明はこれに限
られることなく、同色の隣接画素間で更に多くの
サンプル点を用いて、実施することも可能なこと
はいうまでもない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、撮像素子より得
られた雑音を含む映像信号をＡ／Ｄ変換し、デイ
ジタルメモリに記憶させる際、記憶させたデータ
を処理して雑音を除去するのでは無く、デイジタ
ルメモリの単位画素データ当り複数回の入力信号
のサンプリングとＡ／Ｄ変換を行つた後に雑音を
除去し、その後に記憶するので、記憶容量を増加
させることなく雑音の少い良好な画質を得ること
ができるという利点がある。更に、上記複数回の
サンプリングデータを処理して雑音を除去するに
あたつては、単純な平均値処理だけでなく、例え
ば第５図に示す如く、容易に非線型なフイルタリ
ング処理を用い得るため、解像度劣化をともなわ
ずにより大きなSN比の改善が可能である。

また、記憶手段にて記憶されるデイジタル信号
の数の２以上の整数倍の数のアナログ信号をサン
プリングし、そのサンプリングで得た画像信号を
用いて平均化する、すなわち、平均化に用いる画
像信号の取り込みと撮像素子列からの画像信号の
読出しとはそれぞれ１回のみで済むから、静止し
ている被写体のみでなく、動いている被写体に対
しても、元の情報を損なわずSN比を改善でき、
しかも画像信号の読出しにかかる時間は短くて済
む。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のデイジタル記録電子スチルカメ
ラの構成図、第２図はその際の不都合を示すため
の概念図、第３図は本発明の一実施例、第４図は
本発明のより一般的な実施例、第５図は第４図の
実施例に用いられる非線型デイジタルフイルタの
回路構成を示すブロツク図、第６図は本発明をカ
ラー撮像に適用した一実施例、第７図は第６図の
撮像素子に用いられるカラーフイルター色配置の
例、第８図は第６図の動作を説明するためのタイ
ミングチヤートである。 （主要部分の符号の説明）、２１，８０……
CCD、２４，８３……サンプルホールド回路、
２５，８４……AD変換回路、２６，３３，３
４，４３，６７，６８，６９，７０，７１，７
２，７３，９５，９６……ラツチ回路、３５，４
２，５３，９３，９４……平均値回路、４０……
デイジタルフイルタ、４１，５１，９０，９１…
…シフトレジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 撮像素子列内にあつて、それぞれ画像信号を
   出力する撮像素子列の複数の素子と、 前記複数の素子の出力する画像信号を用いて前
   記複数の素子間にわたる１つのアナログ画像信号
   を形成するアナログ信号形成手段と、 該アナログ信号形成手段の出力を一定の周波数
   でサンプリングする為のサンプリング周波数を発
   生するタイミング手段と、 該タイミング手段にてサンプリングされたアナ
   ログ信号をデイジタル信号に変換するアナログ・
   デイジタル変換手段と、 該アナログ・デイジタル変換手段から得られる
   デイジタル信号を記憶する記憶手段と、を備えた
   デイジタル記録電子スチルカメラにおいて、 前記タイミング手段は、前記記憶手段にて記憶
   されるデイジタル信号の数の２以上の整数倍の数
   のアナログ信号をサンプリングする如く、サンプ
   リング周波数を定められており、 該カメラは、更に、アナログ・デイジタル変換
   手段にて得られた２以上の整数倍の数のデイジタ
   ル信号を前記記憶手段にて記憶される数に減らす
   如く、互いに近接する複数のデイジタル信号をそ
   れぞれ平均化する処理手段を有する ことを特徴とするデイジタル記録電子スチルカメ
   ラ。