JPH07107496A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 色分離処理を施された信号に二次元周波数特
性処理を施すことにより色モアレを抑圧する。 【構成】 全画素読みだし撮像素子１２の出力は、色分
離手段１４に供給され、色分離処理を施された後、二次
元周波数特性処理ブロック１５に入力され、二次元周波
数特性処理ブロック１５では、色分離手段１４より供給
された信号に対して、例えば二次元ローパスフィルタに
よって帯域制限することにより、色モアレを抑圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、色分離フィルタを有す
る全画素読み出し撮像素子からカラー映像信号を得る固
体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像部に固体撮像素子を用いたカラーカ
メラには、複数個の撮像素子を用いる多板方式と１個の
撮像素子を用いる単板方式とがある。単板方式において
は、画素毎に異なる分光特性を有する色分離フィルタを
設け、これら色分離フィルタに対応する画素の信号の演
算により色信号、輝度信号を得ている。このような単板
方式では、必然的に各信号の空間サンプリング周波数が
低くなり、色信号、輝度信号に画像の高域成分の折り返
しによる偽信号すなわちモアレが発生する。

【０００３】ところで、従来の撮像素子では垂直方向２
画素を加算して読み出すＰＤ（フォトダイオード）ミッ
クス方式がとられている。この方式の撮像素子を用いた
撮像方式の例として、色差順次方式がある。図８は色差
順次方式に用いる色分離フィルタ配列の例である。

【０００４】図９は、色差順次方式において、ＰＤミッ
クス方式の撮像素子から出力される信号を示している。
即ち、ＰＤミックス方式の撮像素子に図８の色分離フィ
ルタを適用した場合、第１のフィールドでは、偶数ライ
ンでＹｅ（黄）＋Ｍｇ（マゼンタ）、Ｃｙ（シアン）＋
Ｇ（緑）が点順次で出力され、（Ｙｅ＋Ｍｇ）−（Ｃｙ
＋Ｇ）の演算より、２ｒ（赤）−ｇ（緑）信号が得られ
る。

【０００５】奇数ラインでは、Ｙｅ＋Ｇ、Ｃｙ＋Ｍｇが
点順次で出力され、（Ｃｙ＋Ｍｇ）−（Ｙｅ＋Ｇ）の演
算より２ｂ（青）−ｇ（緑）信号が得られる。

【０００６】また第二のフィールドでは、偶数ライン
で、Ｇ＋Ｙｅ、Ｍｇ＋Ｃｙが点順次で出力され、（Ｍｇ
＋Ｃｙ）−（Ｇ＋Ｙｅ）の演算より２ｂ−ｇ信号が得ら
れる。奇数ラインでは、Ｍｇ＋Ｙｅ、Ｇ＋Ｃｙが点順次
で出力され、（Ｍｇ＋Ｙｅ）−（Ｇ＋Ｃｙ）の演算よ
り、２ｒ−ｇ信号が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、色差順
次方式では、色のキャリアが水平空間周波数方向に存在
し、色分離が水平方向に隣接する画素間の演算すなわち
一次元演算によってなされるため色モアレが画像の水平
方向に現れる。また、水平１ラインの信号から１つの色
差信号しか得られず、垂直方向のＲ（赤）、Ｂ（青）の
空間サンプリング周波数が低いため、垂直空間周波数方
向に色モアレが発生する。

【０００８】ところが、人間の視覚特性上、水平、垂直
空間周波数方向の色モアレは目立ちやすく、画質劣化の
大きな原因の一つとなっている。これらのモアレは、入
射画像の空間周波数高周波成分が原因であるため、水晶
フィルタ等の光学ローパスフィルタによって空間周波数
高周波成分を抑圧する事により従来ある程度抑圧してい
るが、光学ローパスフィルタによる入射画像の空間高周
波成分の抑圧は、解像度の劣化につながるため限界があ
る。

【０００９】本発明の目的は上記従来の問題点を解決
し、特に水平、垂直空間周波数方向の色モアレが抑圧さ
れた出力が得られる固体撮像装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため本発明では、縦Ｍ画素×横Ｎ画素の所定の配列の繰
り返しを有する色分離フィルタと、前記色分離フィルタ
で分離された光に光・電気変換を行なう全画素読み出し
光電変換手段と、光・電気変換された縦Ｋ画素×横Ｌ画
素領域の画素からの信号に対して色分離処理を施す色分
離手段と、色分離処理された信号に対して二次元周波数
特性処理を施す二次元周波数特性処理ブロックとを備え
た構成をとっている。

【００１１】

【作用】本発明は上記した構成により、色分離手段で色
信号について周りの画素信号より画素補間を行い、さら
に二次元周波数特性処理でブロック色の高域信号を抑圧
する事によって、色モアレを抑圧する。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明による固体撮像装置の一
実施例を示すブロック図である。

【００１３】図１において、１１は縦Ｍ画素×横Ｎ画素
の所定の配列の繰り返しを有する色分離フィルタ、１２
は全画素読み出し撮像素子（ＣＣＤ）、１３は色分離手
段１４と二次元周波数特性処理ブロック１５とからなる
色信号生成手段のブロックである。図３は、全画素読み
出し個体撮像素子に用いる色分離フィルタ配列におい
て、縦の画素数Ｍ＝４、横の画素数Ｎ＝２の繰り返しを
持つ場合の一例である。

【００１４】また、図４は図３に示す色分離フィルタに
よる場合のｒ、ｂ、ｇ成分のサンプリングキャリア図で
ある。ただし、Ｐｘ、Ｐｙはそれぞれ、水平、垂直の画
素間隔であり、矢印の方向は位相を示している。

【００１５】まず、色分離手段１４における色分離を説
明する。図３の色分離フィルタ１１において色分離を行
うには、例えば、図３の色分離フィルタ１１の上部縦２
×横２の画素領域において、色分離フィルタＷ、Ｇ、Ｙ
ｅ、Ｃｙに対応するＷ信号、Ｇ信号、Ｙｅ信号、Ｃｙ信
号にそれぞれ１、−１、１、−１の重みをつけて加算す
る信号処理手段により赤色信号ｒを色分離できるが、そ
の場合赤色信号ｒの水平方向の空間サンプリング周期は
画素間隔の２倍になっているため、水平空間周波数１／
２Ｐｘ、垂直空間周波数０の周辺に色モアレが発生す
る。

【００１６】ところで、図３の色分離フィルタ１１で
は、赤色信号ｒ、青色信号ｂのサンプリングの位相が水
平２ラインおきに反転しているので、サンプリングの位
相が反転したライン同士、互いに補間することにより水
平方向のモアレを抑圧できる。補間は、例えば図３の色
分離フィルタ１１において、上半分の縦２×横２の画素
領域より得られるＷ、Ｇ、Ｙｅ、Ｃｙ信号にそれぞれ
１、−１、１、−１の重みをつけて加算して分離した赤
色信号ｒと、下半分の縦２画素×横２画素領域より得ら
れるＷ、Ｇ、Ｙｅ、Ｃｙ信号に同様の重み付けをして加
算して分離した赤色信号ｒの平均をとることによりなさ
れる。

【００１７】すなわち、図３の色分離フィルタ１１にお
いて、縦４画素×横２画素領域より得られるＷ、Ｇ、Ｙ
ｅ、Ｃｙ信号にそれぞれ１、−１、１、−１の重みをつ
けて加算することにより赤色信号ｒを分離することにな
る。青色信号ｂも、縦４×横２の画素領域における色フ
ィルタＷ、Ｇ、Ｙｅ、Ｃｙに対応する信号にそれぞれ
１、−１、−１、１の重みをつけて加算することにより
分離でき、赤色信号ｒと同様に補間される。

【００１８】図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ以上に説明
した色信号ｒ、ｂの色分離を行う演算におけるＷ、Ｇ、
Ｙｅ、Ｃｙ信号に対する重み付けを図３の色分離フィル
タ１１のＷ、Ｇ、Ｙｅ、Ｃｙの位置に対応させて並べた
ものである。すなわち、色信号ｒ、ｂは図３に示す色分
離フィルタ１１の配列に対応する縦４×横２領域の各画
素値に対し、図５（ａ），（ｂ）に示すような重み付け
して加算する演算手段により分離される。

【００１９】また、緑色信号ｇは図３の色分離フィルタ
１１の縦４×横２の領域の画素値を全て加算したものが
４ｒ＋８ｇ＋４ｂになるので、縦４×横２の領域の画素
値を全て加算したものから４ｒ、４ｂを減算することに
より分離できる。図５（ｃ）は、ｇ信号の分離を行う演
算におけるＷ、Ｇ、Ｙｅ、Ｃｙ領域に対する重み付けを
図３の色分離フィルタ１１のＷ、Ｇ、Ｙｅ、Ｃｙの位置
に対応させて並べたものである。即ち、Ｗ、Ｇ、Ｙｅ、
Ｃｙ信号に対して、それぞれー１、３、１、１の重み付
けをして加算することによりｇ信号が分離できる。

【００２０】以上のような演算を色分離手段１４におい
て行うことにより色信号ｒ、ｂ、ｇが得られる。なお、
色分離手段１４はデジタルフィルタ及び検波器によって
実現されることが望ましい。

【００２１】色分離手段１４の出力は、図１の二次元周
波数特性処理ブロック１５に入力される。以下、二次元
周波数特性処理ブロック１５について説明する。図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような重み付けをして加算す
る演算による色分離において、ｒ、ｂ、ｇ各信号成分
は、水平方向には、２画素加算、垂直方向には４画素加
算されている。そのため、各信号は水平空間周波数０、
垂直空間周波数０、１／２Ｐｙに零点を持つように抑圧
されるが、これだけでは空間周波数高域成分の抑圧が十
分でないため、モアレが発生する。

【００２２】目立つものを挙げると、ベースバンド信号
と、ｒ、ｂのキャリアのビートにより水平空間周波数１
／４Ｐｘ、垂直空間周波数１／８Ｐｙを中心とする色モ
アレが発生し、更にｒ、ｂのキャリアにより、垂直空間
周波数１／４Ｐｙ付近の横線に縦筋状の色モアレが発生
する。また、垂直方向も垂直空間周波数１／４Ｐｙ〜１
／２Ｐｙのｒ、ｇ、ｂ信号の抑圧が不十分なため、垂直
空間周波数０〜１／４Ｐｙの横線にマゼンタ／グリーン
の色モアレが現れる。

【００２３】これらの色モアレは色分離手段１４の出力
に対して更に、二次元周波数特性処理ブロック１５にお
いて、２次元のローパスフィルタ処理を施すことによっ
て抑圧される。２次元のローパスフィルタには、水平、
垂直方向それぞれ、空間周波数１／４Ｐｘ、１／４Ｐｙ
以上の信号を抑圧するようなものを用いれば良い。その
一例を図６に示す。図６において、２０は２次元のロー
パスフィルタ、２２は入力端子、２３は出力端子、Ｈは
一水平走査期間遅延手段、ｚは一画素遅延手段を示して
いる。

【００２４】なお、図６のフィルタは、水平空間周波数
１／３Ｐｘ、１／４Ｐｘ、垂直１／３Ｐｙを零点に持つ
２次元ローパスフィルタになっているが、水平、垂直方
向の空間周波数１／４Ｐｘ、１／４Ｐｙ以上の空間周波
数を抑圧するローパスフィルタであれば、どのようなロ
ーパスフィルタを用いてもかまわない。

【００２５】二次元周波数特性処理ブロック１５は、
ｒ、ｂ、ｇ信号に対する図６のようなフィルタにより構
成され、色分離手段１４の出力に対して図６のフィルタ
処理を施すことにより色モアレの抑圧されたｒ、ｇ、ｂ
信号が得られ、出力端子１６、１７、１８より出力され
る。

【００２６】以上で述べた実施例では、色分離手段にお
けるフィルタと二次元周波数特性ブロックにおけるフィ
ルタを別々に構成するように説明したが、両者を組み合
わせて、ｒ、ｇ、ｂそれぞれ１つの色信号の色分離につ
いて、１つの２次元フィルタを用いると考えてもよい。
その場合、色信号生成手段１３における演算は、縦６画
素×横６画素領域の信号に対して重み付けをして加算す
る演算と考えられる。

【００２７】図７はその例を示したもので、(a)は図３
の色分離フィルタを縦６×横６画素領域において示した
もので、(b)、(c)、(d)はそれぞれｒ、ｂ、ｇ信号の分
離を行う演算における、Ｗ、Ｇ、Ｙｅ、Ｃｙ信号に対す
る重み付けを(a)の色分離フィルタにおける色フィルタ
Ｗ、Ｇ、Ｙｅ、Ｃｙの位置に対応させて並べたものであ
る。

【００２８】図３の色分離フィルタに対して上記実施例
の色分離をおこなうと、水平空間周波数０、垂直空間周
波数１／２Ｐｙを中心にマゼンタ／グリーンの色モアレ
が発生する。この色モアレは、入射光の垂直空間周波数
１／２Ｐｙ付近のｒ、ｂ成分が原因になっている。従っ
て、垂直空間周波数１／２Ｐｙ付近を抑圧する水晶フィ
ルタ等の光学ローパスフィルタによって抑圧できる。

【００２９】しかし、水晶ローパスフィルタは、ｒ、ｂ
成分だけでなくｇ成分も抑圧するので、垂直方向の輝度
の解像度が劣化する。従って、ｇを残したままｒ、ｂの
空間高周波数成分を選択的に抑圧することが望ましい。
これを実現するものとして、特開平４−９９１５号公報
に記載の色選択性光学ローパスフィルタがある。

【００３０】色選択性光学ローパスフィルタとは、光の
波長即ち色毎に屈折率の異なる硝材を組み合わせること
により、色毎に異なるローパスフィルタ特性が得られる
ものである。この色選択性光学ローパスフィルタによっ
てｇの垂直空間周波数成分を残したまま、ｒ、ｂの垂直
空間周波数１／２Ｐｙ付近を選択的に抑圧することによ
り、垂直方向の輝度の解像度の劣化を抑えながら、色モ
アレを抑圧できる。

【００３１】図２は色選択性光学ローパスフィルタ１９
を使用した場合の固体撮像装置の他の実施例のブロック
図である。なお、図２は色選択性光学ローパスフィルタ
１９以外は図１と同一である。

【００３２】以上で述べた実施例は、Ｍ＝４、Ｎ＝２の
場合の例であるが、他のＭ、Ｎの組み合わせを採用して
も差し支えない。また、上記の説明では、図３に示した
色分離フィルタを用いたが、他の色分離フィルタを用い
ても差し支えない。

【００３３】

【発明の効果】以上に述べたように本発明の固体撮像装
置は、色分離手段によって縦Ｋ画素×横Ｌ画素領域の画
素からの信号が色分離処理を施された後、さらに二次元
信号処理手段で二次元周波数特性処理を行うことによ
り、色モアレが抑圧された信号を得ることができる。

【００３４】特に、色のキャリアが画像の水平、垂直方
向に存在しない色分離フィルタの場合、色選択性光学ロ
ーパスフィルタと組み合わせることによって、水平、垂
直方向に色モアレのない信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における固体撮像装置のブロ
ック図

【図２】本発明の他の実施例における固体撮像装置のブ
ロック図

【図３】全画素読み出し固体撮像素子に用いる色分離フ
ィルタの一例を示す図

【図４】図３に示す色分離フィルタのｒ、ｂ、ｇ成分の
サンプリングキャリア図

【図５】色分離フィルタの重み付けを色分離フィルタの
位置に対応させて並べた図

【図６】２次元ＬＰＦの一例を示す図

【図７】色分離フィルタとフィルタの重み付けとの対応
を示す図

【図８】色差線順次方式に使用される色分離フィルタ配
列の例を示す図

【図９】図８の色分離フィルタ配列を用いた場合の色差
線順次方式におけるＰＤミックス方式撮像素子の出力信
号を示す図

【符号の説明】

１１ 色分離フィルタ １２ 全画素読み出しＣＣＤ １３ 色信号生成手段 １４ 色分離手段 １５ 二次元周波数特性処理ブロック １９ 色選択性光学ローパスフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 省吾 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】縦Ｍ画素×横Ｎ画素の所定の配列の繰り返
   しを有する色分離フィルタを通過した入射光が、全画素
   読み出し光電変換手段を介して光・電気変換を施された
   後、色分離手段に入力され、前記色分離手段において色
   分離処理を施された信号が二次元信号処理手段に入力さ
   れ、前記二次元信号処理手段において色モアレを抑圧す
   るために二次元周波数特性処理を施すことを特徴とする
   固体撮像装置。
2. 【請求項２】選択性光学ローパスフィルタを通過した光
   が色分離フィルタに入射されることを特徴とする請求項
   １記載の固体撮像装置。