JPH07240931A - カラー・シーケンシャル電子カメラ - Google Patents

カラー・シーケンシャル電子カメラ

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JPH07240931A
JPH07240931A JP6317968A JP31796894A JPH07240931A JP H07240931 A JPH07240931 A JP H07240931A JP 6317968 A JP6317968 A JP 6317968A JP 31796894 A JP31796894 A JP 31796894A JP H07240931 A JPH07240931 A JP H07240931A
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chrominance
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JP6317968A
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Kenneth A Parulski
エー パルルスキー ケネス
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディジタル・カラー・カメラのビット速度お
よび電力消費を低減し、鮮明な動画像を作成する。 【構成】 ＲＧＢの光源２６ａ，２６ｂ，２６ｃを用い
るカラー・シーケンシャル電子カメラにおいて、ＲとＧ
を同時に発光させてルミナンス光ビームを、また、Ｒと
Ｂをそれぞれ独立に発光させてクロミナンス光ビームを
供給する。被写体３０から反射する画像の光をイメージ
センサ３４で捕捉し、一連のルミナンスおよびクロミナ
ンス画像要素を形成するカラー・シーケンシャル信号を
作成する。ルミナンス光ビームの間にクロミナンス光ビ
ームが交互に現われるように光源２６ａ，２６ｂ，２６
ｃを駆動し、クロミナンス画像要素を、ルミナンス画像
要素より低い時間レートで捕捉する。さらに、クロミナ
ンス画像について複数のセンサ・フォトサイトの画像要
素を統合し、クロミナンス要素の空間解像度を、ルミナ
ンス要素より低くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体イメージセンサを
使用した電子カメラに関し、特にカラー・シーケンシャ
ル電子カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】カラー・シーケンシャル電子カメラを医
療に応用する場合、モノクローム・センサを用いた低出
力のカラー・シーケンシャル・カメラのヘッドから得ら
れるディジタルの出力信号を、低ビットレートのディジ
タルリンクを通じて遠隔の基本装置に供給する方法が用
いられる。その典型的な応用例は、身体内の腔の検査に
用いる内視鏡である。カメラヘッドをプローブの先端に
取りつけ、基本装置（ベース・ユニット、base unit ）
に、カメラヘッドにより捕捉される画像を観察するため
のモニタなどを備える。カメラヘッドによって順次、
赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光を対象場面に照射し、モ
ノクロームセンサからのＲ、Ｇ、Ｂのカラー画像を順次
ディジタル化して出力する。さらに、良好な画像解像度
および動画像を維持しながら消費電力の最小化を図るた
め、ディジタル出力信号の画素レートは可能な限り小さ
くする。通常、すべてのＲＧＢ画像においてセンサの解
像度をフルに利用する。モノクロームセンサは、１秒あ
たり６０フィールドをインタレース・モードにより読み
出す。即ち、１秒あたりそれぞれ２０個の赤、緑、青の
フィールドが読み出される。
【０００３】公知の形式の内視鏡に用いる、連続するフ
ィールドによるカラーテレビジョンシステムとして、米
国特許第４，８４５，５５３号に記載された形式が知ら
れている。三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光を器官などの対象
物に当て、各色に対する反射光を電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）により受け、電気信号に変換する。得られた画像信
号は記憶装置に連続的に蓄積した後、処理装置によって
カラーテレビジョン信号に変換し、カラーモニタに表示
する。ここで、特に、上記特許第４，８４５，５５３号
に示されているように、緑色光に対しては全解像度の出
力（フル・レゾリューション・アウトプット、full res
olution output）を用いるが、赤および青色光に対する
ＣＣＤの全解像度出力はサブ・サンプリング（sub-samp
ling）を施し、これによって記憶装置の容量を削減す
る。
【０００４】米国特許第４，６８５，４５１号では、上
記と同様、赤および青色光についてサブ・サンプリング
を行なうが、同一のタイミング内で実施する点が異な
る。これには、シアンおよび黄色のフィルタを用いた単
一のセンサを使用する。奇数番のフィールドで、緑色光
で照明されたセンサによって緑の全解像度画像を作成し
（シアンおよび黄色のフォトサイト（photosite ）はと
もに緑色光に感応する）、偶数番のフィールドで、白色
（またはマゼンダ）光で照明されたセンサによって、よ
り解像度の低い青および赤の画像を作成する。（シアン
および黄色のフォトサイトはそれぞれ個別に、青色光お
よび赤色光に感応する。）光の入力方法としては、ファ
イバを用いて内視鏡のシース（sheath、さや）へ入力す
るか、あるいは、米国特許第４，０７４，３０６号に記
されているように、内視鏡のシース内に搭載可能な複数
の固体発光チップ（light emitting chips）を封止した
パッケージを用いて入力する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サブ・
サンプリングによって解像度と記憶容量を削減した上述
のシステムをはじめ、従来システムでは、１２ＭＨｚ程
度のかなり高速のデータレートを必要とし、さらに、サ
ブ・サンプリングにより生ずる色のアーティファクト
（artifacts ）のため画像品質が劣化するという欠点が
あった。従って、それらを改良したカメラの提供には、
画素レート（pixel rate）をより低減して消費電力を少
なくし、一方、フィールドレート（field rate）を増
し、アーティファクトのない動画像を作成することが必
要がある。
【０００６】人間の目の機構はクロミナンス（chromina
nce 、色度）よりもルミナンス（luminance 、輝度）の
波長により敏感である。本発明の目的は、時間解像度
上、クロミナンスよりもルミナンスに対してより感度の
よい電子カメラを構成し、それによって動画像の描画を
改善することにある。
【０００７】また、本発明の目的は、クロミナンス解像
度を低下させることにより画素レートを低減した電子カ
メラを提供することにある。
【０００８】さらに、本発明の目的は、時間的な更新レ
ートを低下させることにより露出時間を増し、また、ビ
ニング・ファクタ（binning factor）を増加してより多
くの画素を統合し（sum together）、これらによって暗
い照明下の対象物における信号レベルを上げることにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】以上により、
本発明は、被写体に対し順次照明を行なう複数の光源
と、ａ）ルミナンス光ビームを発生するための２つ以上
の前記光源と、ｂ）第１および第２の少なくとも２つの
クロミナンス光ビームを発生するための選択された前記
光源とを駆動し、あらかじめ定められたシーケンスによ
り、ルミナンス光ビームおよびクロミナンス光ビームを
発生する手段と、被写体から反射するルミナンスおよび
クロミナンス光ビームを受光し、一連のルミナンスおよ
びクロミナンス画像要素からなるカラー・シーケンシャ
ル信号を発生するよう配設したイメージセンサを有する
電子カラー・シーケンシャル・カメラを提供する。それ
によってカメラは、クロミナンスの時間解像度よりもル
ミナンスの時間解像度に対し、よりよく感応する。
【００１０】さらに詳細には、本発明は、第１あるいは
第２のクロミナンス光ビームの交互のシーケンスと独立
した、ルミナンス光ビームのシーケンスの照明を含む。
イメージセンサは次に、クロミナンス画像要素（chromi
nance image components）の交互のシーケンスと独立し
たルミナンス画像要素（luminance image components）
からなるカラー・シーケンシャル信号を生成する。これ
によって、クロミナンス画像要素は、ルミナンス画像要
素より低い時間レートで捕捉され、結果として画素レー
トが低減される。
【００１１】さらに、イメージセンサは行と列に配列し
たフォトサイトによって構成する。そしてルミナンス画
像要素は全フォトサイトから作成し、一方、クロミナン
ス画像要素は、フォトサイトの選択された行および（ま
たは）列に対しビニング（binning ）を行なって作成
し、画素値の数を減らす。これによって、クロミナンス
画像要素は、ルミナンス画像要素より低い空間解像度で
捕捉され、画素レートはさらに低減される。さらに、ビ
ニング処理を施すことにより、クロミナンス要素の信号
レベルが増し、このため低出力の光源の使用が可能とな
り、消費電力を減少させることができる。
【００１２】
【実施例】本発明は、その一部分を、センサの照明期間
中、１色以上の発光器（エミッタ、emitter ）を点灯し
うることに依っている。これにより、カメラが、通常、
赤、緑、青色光の加重総和（weighted sum）により定義
されるルミナンス・フレームを捕捉することが可能とな
る。一般の情景を撮影するテレビジョンカメラの場合、
ルミナンスはおおよそ、緑色光６０％、赤色光３０％、
青色光１０％により構成される。しかし、医用として身
体の腔内部へ適用する場合、対象物からの反射は、一般
の情景に比し赤色が強く青色が弱いため、上と異なる
赤、緑、青の加重とする方がより良好な画像が得られ
る。そこで本発明の実施においては、赤と緑を組み合わ
せた（combined）光によってルミナンスを供給する。他
の２つのカラー・シーケンシャル・フレームは、フレー
ム集積時間（インテグレーション・タイム、integratio
n time）あたり、１色のみ（例えば赤または青）を発光
する照明により、クロミナンスの解像度の提供に使用さ
れる。空間解像度に関しルミナンスの方がクロミナンス
より視覚的に重要であるだけでなく、時間解像度の点で
もルミナンスの方がクロミナンスより重要であるとの精
神物理学上の研究結果がある。従って、緑フレームの代
りにルミナンス・フレームを用いることにより、与えら
れた画素データレートに対し知覚される時間解像度が増
し、画像品質が向上する。さらに、ルミナンス・フレー
ムに対する赤および青のフレーム数を減らし、空間解像
度を下げることによって、画像品質を向上させながらカ
メラヘッドの出力データレートを低減させることができ
る。
【００１３】図１および図２は、本発明の方法と従来の
方法との相違を簡略化して描いた図である。従来の方法
は、図１に示すように、赤、緑、青（それぞれＲ、Ｇ、
Ｂとも記す）のフレーム数（あるいは、インタレース形
式のビデオ・フォーマットにおけるＲ、Ｇ、Ｂのフィー
ルド数）および解像度が等しい。一方、本発明の時間解
像度の読み出しシーケンスは、図２のように、赤および
青のフレーム（以下、赤・青フレームと略記する）の２
倍のルミナンス・フレームがあることを示している。さ
らに、ルミナンス・フレームは、赤・青フレームに比
し、より高い空間解像度（２倍の行数、および行あたり
２倍の画素数）を有している。
【００１４】図３は、本発明による電子的カラー・シー
ケンス・カメラのブロック図であり、基本装置２２とデ
ィジタル・データリンク２４によって接続したカメラヘ
ッド２０を示す。本発明は特定の応用のみに限定される
ものではないが、ここでは、医療への応用である内視鏡
の長い挿入部分に用いるカラー・シーケンシャル・カメ
ラヘッド２０を示している。挿入部分（図示しないディ
ジタル・データリンク２４を含む）が身体腔内に挿入さ
れ、カメラヘッド２０が画像を作成する。画像は基本装
置２２に送出され、それをモニタ（図示しない）により
担当医が観察する。
【００１５】カメラヘッド２０には、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光
素子（ＬＥＤ）２６ａ，２６ｂ，２６ｃがＬＥＤ制御素
子２８によって駆動され、カメラヘッド２０から被写体
３０に対しＲ、Ｇ、Ｂの光ビームを放射する。閉鎖空間
にある被写体３０はＲ、Ｇ、Ｂの光ビームのみにより照
明される。被写体３０から反射するＲ、Ｇ、Ｂの光は、
レンズ３２により集光され、イメージセンサ３４の方向
に進む。本発明に有用なセンサの商品例として、図４に
示す、コダックＫＡＩ−３１０ＣＣＤイメージセンサが
ある。このセンサは、垂直方向の読み出しレジスタ３７
に接続されたフォトダイオード３５をもつ、インタライ
ン・トランスファＣＣＤ（interline transfer CCD）素
子である。（図４にその部分を示す。）ＣＣＤは非イン
タレース方式のプログレッシブ・スキャン（progressiv
e scan）アーキテクチャを有し、各画素は各フレーム読
み出し時間中に、垂直レジスタ３７に移送される。この
センサは、４８４のアクティブな行と、各行あたり６４
８のアクティブなフォトサイト、および１組の読み出し
レジスタ３６ａ，３６ｂを有する。ＣＣＤはデュアル
（dual）信号出力が可能であるが、この実施例では、読
み出しレジスタ３６ａのみを用いて単一レジスタのビデ
オ信号を出力している。ＣＣＤは他に、ブラック（光を
遮蔽された）フォトサイトを垂直および水平方向に有
し、垂直サイクルあたり６９４の水平クロックをもつ合
計４９６の垂直サイクルが各画像フレームの転送に用い
られる。
【００１６】本発明によれば、ルミナンス画像要素に対
するセンサの集積時間中、赤および緑の発光素子２６ａ
および２６ｂを駆動することによって、ルミナンス光ビ
ームを作成する。次に、赤および青の発光素子２６ａ，
２６ｃを順次駆動し、クロミナンス画像要素に対するセ
ンサの集積時間中、赤および青のクロミナンス光ビーム
を作成する。赤および緑のＬＥＤを点灯することによ
り、ルミナンス画像要素の信号レベルは相当に向上し、
ＳＮ比が改善されることに注目されたい。現在入手でき
る青のＬＥＤは効率が低いため、青のＬＥＤはルミナン
ス画像要素の場合には点灯させず、電力消費を節約す
る。
【００１７】センサ３４のクロックおよびバイアス回路
３８は、タイミング回路４０によりクロックされ、セン
サのすべての画素をクロックし、あるいは全画素を例え
ば２４２行、３２４画素／行の低解像度画像にビニング
する（統合する）ことができる。図５および図６はそれ
ぞれ、通常動作および２×２のビニング動作に対するタ
イムチャートである。ビニング動作の場合、フォトサイ
トの電荷はまず垂直方向に、ついで水平方向に統合さ
れ、隣接する４つのフォトサイトからの信号電荷を含む
画素値を生成する。通常のタイミングにおいては、信号
電荷は、フレーム・タイミング１００の転送パルス期間
１０２の間に、フォトサイト３５から垂直読み出しレジ
スタ３７に移送される。図５に示す行タイミング波形１
１０により、行が１行単位で水平レジスタ３６に移さ
れ、図５の画素タイミング波形１２０により、画素がレ
ジスタ３６から取り出される。
【００１８】電荷の垂直方向の統合即ち「ビン（bin
）」を行なうために、図６の「行タイミング」部分２
１０の波形部分２１２に示すように、２つの行が、１行
あたりＶ１およびＶ２の高低２回、水平読み出しレジス
タ３６ａに移送される。これは、図５の「行タイミン
グ」部分１１０の波形部分１１２に示す、行あたり１回
とは異なっている。電荷を水平方向に統合即ち「ビン」
を行なうために、第２の画素が読み出される度に、フロ
ーティング・ディフュージョン（floating diffusion）
の出力がリセットされ、それによって２つの水平画素が
イメージセンサ３４の出力増幅器５０の出力ディフュー
ジョン上に累積される（図４参照）。これら２つの水平
画素は、隣接する垂直２行からの電荷を含んでおり、出
力信号レベルは、図５に示すタイミング波形を用いる
「通常動作」（即ちビンを行なわない動作）の信号レベ
ルに対し、公称値で４倍となる。
【００１９】「ビニング」のための画素タイミングにつ
いては、図６の「画素タイミング」部分２２０に示すよ
うに、出力シーケンスはまず、時刻２２２において、φ
Ｒサイクルの高低によってフローティング・ディフュー
ジョン出力をリセットし、それにより出力増幅器５０の
出力ディフュージョンを、リセット・ドレイン電圧（dr
ain voltage ）ＶＲＤにより制御される公称電圧にセッ
トする。次に、時刻２２４において、相関二重サンプリ
ング回路（correlated double sampling circuit）５２
（図１０参照）の高低を制御する「クランプ信号」のサ
イクルによって、上記のリセットレベルにクランプす
る。隣接する２個の水平画素からの電荷は、時刻２２６
および２２８において、それぞれφＨ１の立ち上がりに
より、フローティング・ディフュージョン出力に移送さ
れる。第２の水平画素の電荷が出力ディフュージョンに
転送された後、時刻２３０の「サンプル信号」によっ
て、出力ディフュージョンの電圧がサンプルされる。こ
のサンプル値２３２が、垂直２個×水平２個の画素の
「ビン」統合値である。
【００２０】タイミング回路４０はまた、ＬＥＤ制御素
子２８を通じて発光素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃを制御
し、ディジタル・データリンク２４に対する同期信号を
供給する。イメージセンサ３４上の出力増幅器５０の出
力は、図１０にも示してある相関二重サンプリング回路
（ＣＤＳ）５２、およびＡ−Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）５４に
より処理される。Ａ／Ｄの出力は露出レベル決定回路４
２に供給され、また、ディジタル・データリンク２４を
通じて基本装置２２に送出される。基本装置２２では、
カラー・シーケンシャル・ディジタル画像フレームは、
ルミナンス（Ｙ）、赤（Ｒ）および青（Ｂ）フレームの
蓄積部５６、５８、６０に独立に蓄積される。Ｒおよび
Ｂフレームは、Ｙフレームの１／２の行数と１／２の画
素数をもつのみであり、より小さいディジタルメモリを
用いることができる。カメラヘッド２０から受信する最
終のＹ、ＲおよびＢフレームは、通常のＮＴＳＣ走査形
式（合計５２５行、６０フィールド／秒）のカラー画像
の作成に用いられる。これは、ルミナンス（Ｙ）およ
び、減算器６２および６４により、Ｒ画像およびＢ画像
から、平均回路６６で生成された蓄積画像Ｙの２×２の
画素の平均値を減算して得られる色差信号（Ｒ−Ｙおよ
びＢ−Ｙ）を作成して求められる。これらの信号を結合
し（図示しない後続の回路による）、複合ＮＴＳＣ信号
またはＳ−ビデオ信号を作成するか、あるいはマトリッ
クス化してＮＴＳＣ画像のＲＧＢ要素を作成する。この
処理は従来からよく知られる技術による。
【００２１】図３の露出決定回路４２は、タイミング回
路４０およびＬＥＤ制御素子２８との協調動作によっ
て、適切な露出を供給する。内視鏡への応用の場合、対
象物から反射する光のレベルは、対象物とカメラヘッド
２０内の光源２６ａ，２６ｂ，２６ｃとの間の距離に依
存する。光源と対象物間の距離が増すと、照明レベルは
著しく減少する。従って、センサの露出を制御し、撮影
したい距離範囲にわたり適切な画像を得られるようにす
る必要がある。露出レベル決定回路４２は、特定のフレ
ームの露出を、例えばそのフレームの画素の平均ディジ
タルコード値を計算することによって決定する。あるい
は、コードレベルのピーク値を測定することにより行な
ってもよい。次にこの回路は、レベルを基準レベルと比
較し、上記の平均あるいはピーク信号レベル値が許容し
うる範囲にあるか否かを判定する。もしレベルが所望範
囲外であれば、同一形式（ルミナンス、赤または青）の
次のフレームの間に露出レベルを調整する。
【００２２】図１１は、イメージセンサ３４の読み出し
シーケンスと、通常の距離にある対象物に対しＲ、Ｇ、
Ｂの各ＬＥＤ２６ａ，２６ｂ，２６ｃを制御するための
信号を示している。信号Ｒ ＬＥＤ、Ｇ ＬＥＤ、Ｂ
ＬＥＤは、各ＬＥＤが点灯（オン）状態のとき高位、滅
火（オフ）状態のとき低位である。ここで、読み出しの
カラー・シーケンスは照明のカラー・シーケンスより１
フレーム周期分の遅れがあることに留意されたい。例え
ば、赤のＬＥＤ２６ａをオンとすることによって赤フレ
ームの露出を完了する間に、センサからルミナンス・フ
レームを読み出す。次に、赤のＬＥＤ２６ａと緑のＬＥ
Ｄ２６ｂをオンとしてルミナンス・フレームの露出を行
なう間に、赤フレームを読み出す。次に、青のＬＥＤ２
６ｃをオンとして青フレームの露出を行なう間に、ルミ
ナンス・フレームを読み出す。また、ルミナンス・フレ
ームの読み出し時間は、赤フレームあるいは青フレーム
の読み出し時間の約２倍であることにも留意されたい。
これは、赤，青の信号を読み出すのに２×２の「ビニン
グ」が行なわれるためである。図６の時間長２１２に示
すように、水平読み出しレジスタ３６ａで２行を集積す
るため、２×２のビニングを用いた水平行の読み出し周
期は、フレーム・タイミング波形２００に示すように、
２４８回しかない。これに対し、ルミナンス・フレーム
の読み出しに用いられる通常の読み出しモードでは、フ
レーム・タイミング波形１００に示したように、４９６
回の読み出し周期が存在する。
【００２３】図１１では、照明時間と読み出し時間は等
しい。これは、通常の距離にある対象物に対して、適切
な露出となる。しかし、近距離の対象物に対し照明時間
を読み出し時間と同じにすると、対象物からの反射光の
量が大となる。従って、この場合には図１２に示すよう
に照明時間を短縮する。図１２において、ＬＥＤはセン
サの読み出し時間の一部分しか照明されていない。これ
によって、カメラヘッドの電力消費が減少するという利
点も生ずる。
【００２４】照明レベルは、光源と対象物との距離の２
乗に反比例するので、遠方の距離にある対象物からの反
射光は非常に弱くなる。このような場合、従来システム
では、信号を電気的に増幅して利得を得る方法を採るも
のもある。しかし、これによってセンサのノイズも増幅
されてしまうため、得られる画像はノイズが多くなる。
他の従来システムでは、照明光源の電流を増加させるこ
とによって照明レベルを向上させているが、この方法で
は遺憾ながら、カメラヘッドの電力消費が増し、温度上
昇も生ずる。本発明では、遠方の対象物に対してフレー
ム・レートを低下させ、それによってセンサの露出を増
加させる。この方法は、図１３に示すように、各フレー
ムに対する露出時間が長くなる。それぞれの照明時間
は、図１１の場合の２倍となっていることに注目された
い。従ってセンサからの信号レベルが２倍となる。これ
は、適切なＬＥＤが照明されている間に、フレームの各
読み出しの間に「休眠（ドーマント、dormant ）」時間
を設けることによって達成される。「休眠」時間によっ
てフレーム・レートは減少するが、遠方の対象物は近く
の対象より動きが相対的に小さいため、画像の劣化は少
ない。露出レベルの増大によって画像のＳＮ比が増し、
品質が著しく向上する。
【００２５】極めて微小な光レベルとなる遠方の対象物
に対し、ルミナンス・フレームに２×２のビニングを施
し、またＲとＢのフレームに４×４のビニングを施すこ
とによって、信号レベルをさらに上げることができる。
これによって画像細部の量は減少するが、信号レベルは
さらに４倍となる。ノイズの減少は画像の鮮明さの低下
よりもはるかに知覚されやすいので、画像全体の品質は
改善される。ＬＥＤの照明時間、フレーム・レート、ビ
ニングの量を調整するほかに、従来行なわれているよう
に、露出レベル決定回路４２によってＣＤＳ回路５２内
の増幅器の電気的利得を調整することができる。
【００２６】図７は基本装置２２の第２の実施例を示し
ている。基本装置２２は、１つのフレームから次に移る
ルミナンスの運動量を検出するＹ運動検出器６８を有す
る。Ｙ運動検出器６８はルミナンス・フレーム全体の平
均的な運動（例えばカメラぶれによる）あるいはルミナ
ンス・フレーム内の小さいブロック（例えば１６×１６
画素ブロック）の運動を検出し、ルミナンスの運動ベク
トルを発生することができる。ルミナンス運動ベクトル
は、赤および青の蓄積データを読み出すのに用いるアド
レス発生器７０のタイミングの調整に使用し、これによ
って、これらの画像平面をルミナンスの運動と同一の方
向に適切に遷移させる。
【００２７】運動ベクトル（motion vector ）を決定す
るに適した方法は、ヒンツ（Hintz）らにより１９９３
年９月９日発行され、イーストマン・コダック社に譲渡
された米国特許出願第０８／１１８，８９７号「メソッ
ド・フォア・プロセッシング・カラー・イメージ・レコ
ーズ・サブジェクト・ツー・ミスレジストレーション
（Method for processing color image records subjec
t to misregistration）」に記述されている。ヒンツ
は、１つの部分（サブセクション、subsection）は赤の
画像レコードから、第２の部分は緑の画像レコードから
なる画像の２つの部分を相関させる方法を示している。
２つの部分に対する相関処理の結果、２つの画像平面の
間の水平および垂直のミスレジストレーション（misreg
istration ）を表わす整数の画素シフト値（pixel shif
t value ）が得られる。同じ方法を、２つの異なる時間
における２つのルミナンス画像の間の運動ベクトルの計
算にも使用することができる。この場合には、２つのル
ミナンス・フレームに対する相関処理の結果、２つのル
ミナンス画像の間の水平および垂直の運動を表わす画素
シフト値が得られる。この画素シフト値が「運動ベクト
ル」であって、２つのルミナンス・フレーム間に生ずる
画像の運動の大きさと方向を表わす。赤、青の平面を運
動ベクトルの方向にシフトすることによって、シーケン
シャルなカラーの赤・青フレームおよびルミナンス・フ
レームの間に生ずる運動に起因するミスレジストレーシ
ョンを減少させることができる。
【００２８】シフトの量は、赤・青フレームとルミナン
ス・フレームが捕捉される相対的な時間によって異な
る。例えば、毎秒あたり２０個のルミナンス・フレーム
と、それぞれ１０個の赤フレームおよび青フレームを設
け、ルミナンス・フレームを赤フレームの直後におく場
合、赤のレコードではルミナンス運動ベクトルの大きさ
の１／２倍をシフトし、青のレコードではルミナンス運
動ベクトルの大きさの３／２倍をシフトすべきである。
例えばカメラの移動により生ずる運動のように、画像
全体について一様な運動である場合には、単一の運動ベ
クトルによって画像全体を修正することができよう。こ
れは通常、内視鏡に応用する場合に当てはまる。しか
し、画像の部分によって運動が異なる場合には、異なる
画像部分についてそれぞれ運動ベクトルを計算すること
ができる。カラーのミスレジストレーション誤差を減ら
すため、蓄積した赤・青フレームに対して「ワープ（wa
rp）」を行なう。パーカーらによって１９９１年７月１
０日に発行され、イーストマン・コダック・カンパニー
に譲渡された、米国特許出願第０７／７１２，８６５号
「クロス・コリレーション・イメージセンサ・アライン
メント・システム（Cross correration image sensor a
lignment system ）」には、画像の各部分毎にシフト量
を変化させることのできるミスレジストレーション修正
回路の記述がある。その場合、修正信号入力として、運
動ベクトル位置（location motion vectors ）を用い
る。
【００２９】運動を予測する方法としては他にも多くの
方法がある。下記の論文に記されているＪ．Ｋ．アガー
ワル（Aggarwal）およびＮ．ナンダクマール（Nandhaku
mar）による方法を用いることができる。即ち、「ザ・
プロシーディングス・オブ・ザ・ＩＥＥＥ（The Procee
dings of the IEEE ）」誌の第７６卷、１９８８年８月
号の９１７頁〜９３５頁に掲載された「オン・ザ・コン
ピューテーション・オブ・モーション・フロム・シーケ
ンシズ・オブ・イメージズ（On the computation of mo
tion from sequences of images ）」、および同誌第１
３６巻、１９８９年１２月号のパート１、３９７頁〜４
０４頁に掲載の「レビュー・オブ・モーション・アナリ
シス・テクニークス（Review of motion analysis tech
niques）」である。
【００３０】図８に、ＲＧＢ出力信号を供給する簡易な
処理を行なう、基本装置２２の第３の実施例を示してい
る。ルミナンス蓄積部（Ｙフレーム蓄積部）５６の出力
（Ｒ＋Ｇ、赤および緑の両ＬＥＤの点灯により得られ
る）は、平均化回路６６内で２×２画素の群で平均化
し、Ｙ＿低（lows）信号を作成する。Ｒの蓄積部５８の
出力は、減算器７２においてＹ＿低信号から減算し、Ｇ
＿低信号を作成する。Ｙ＿高（highs ）信号（ルミナン
ス詳細信号）は、減算器７４において、蓄積されたＹ信
号からＹ＿低信号を減算することにより作成する。この
「ルミナンス詳細」Ｙ＿高信号は、加算器７６，７８，
８０においてＲＧＢ低信号に加算し、高精細ＲＧＢ信号
を作成する。図７に示した運動検出方法は、このＲＧＢ
処理においても同様に用いられる。
【００３１】図９に、クロミナンスの４対１の時間・空
間サブサンプリングを用いた、本発明の第４の実施例を
示す。Ｒ信号およびＢ信号について、各方向に４対１の
ビン（平均化）を行ない、１２１×１６２画素の画像を
作成する。各ＲおよびＢ画像に対し４つの全解像度のＹ
画像があり、Ｒ画像およびＢ画像は時間的に隣接してい
る。
【００３２】以上の説明から明らかなように、本発明の
様相は、例示された特定の詳細に限定されるものではな
く、従って、本分野に通じた技術者による他の修正ない
し応用が予想される。よって、本請求項は、本発明の精
神および範囲から逸脱することなく、かかる修正および
応用を網羅することを企図している。
【００３３】
【発明の効果】本発明の利点は、人間の目はクロミナン
スの波長よりもルミナンスの波長により敏感であり、ク
ロミナンスの解像度を減少させても適切に見えることか
ら、目の機構に合わせたルミナンスの放射を行なうこと
にある。その結果、より良好な時間解像度をもち、即ち
より良好な動画像を作成することができ、かつ、カラー
のエッジのアーティファクトが少なく、カメラヘッドの
データレートが小さい電子シーケンシャル・カメラの提
供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の方法による、フレームの時間的読み出
し順序および空間解像度を示す図である。
【図２】 本発明の方法による、フレームの時間的読み
出し順序および空間解像度を示す図である。
【図３】 本発明のカメラヘッドおよび基本装置のブロ
ック図である。
【図４】 図３に示したカメラヘッドに使用するイメー
ジセンサの図である。
【図５】 図４に示したセンサの、「通常」動作に対す
るタイミング波形を示す図である。
【図６】 図４に示したセンサの、２×２のビニング動
作に対するタイミング波形を示す図である。
【図７】 ルミナンスの運動ベクトルを用いて、蓄積さ
れたクロミナンスの要素をシフトする機能を含む基本装
置を有する、本発明の第２の実施例を示す図である。
【図８】 ＲＧＢ信号の提供のための簡単な処理を行な
う基本装置を有する、本発明の第３の実施例を示す図で
ある。
【図９】 クロミナンスの時間および空間のサブサンプ
ルを４：１により行なう、本発明の第４の実施例を示す
図である。
【図１０】 図３のカメラヘッドに用いる相関二重サン
プリング回路を示す図である。
【図１１】 各露出レベルに対する、読み出しおよび照
明波形を示す図である。
【図１２】 各露出レベルに対する、読み出しおよび照
明波形を示す図である。
【図１３】 各露出レベルに対する、読み出しおよび照
明波形を示す図である。
【符号の説明】
２０ カメラヘッド、２２ 基本装置、２４ ディジタ
ル・データリンク、２６ａ 赤色発光素子、２６ｂ 緑
色発光素子、２６ｃ 青色発光素子、２８ ＬＥＤ制御
素子、３０ 被写体、３２ レンズ、３４ イメージセ
ンサ、３５ フォトダイオード、３６ａ，３６ｂ 読み
出しレジスタ、３７ 垂直読み出しレジスタ、３８ ク
ロックおよびバイアス回路、４０ タイミング回路、４
２ 露出レベル決定回路、５０ 出力増幅器、５２ Ｃ
ＤＳ回路、５４ Ａ−Ｄ変換器、５６ ルミナンス蓄積
部、５８ 赤フレーム蓄積部、６０ 青フレーム蓄積
部、６２，６４，７２，７４ 減算器、６６ 平均化回
路、６８ Ｙ運動検出器、７０アドレス発生器、７６，
７８，８０ 加算器、１００ フレーム・タイミング、
１０２ 転送パルス期間、１１０ 行タイミング部、１
１２ 波形部、１２０画素タイミング波形、２００ フ
レーム・タイミング波形、２２２，２２４，２２６，２
２８，２３０ 時刻、２３２ サンプル値。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被写体に対し順次照明を行なうよう配設
    した複数の光源と、 ａ）ルミナンス光ビームを発生するための２つ以上の前
    記光源と、ｂ）第１および第２の少なくとも２つのクロ
    ミナンス光ビームを発生するための選択された前記光源
    とを駆動し、あらかじめ定められたシーケンスにより、
    ルミナンス光ビームおよびクロミナンス光ビームを発生
    する手段と、 被写体から反射するルミナンスおよびクロミナンス光ビ
    ームを受光し、一連のルミナンスおよびクロミナンス画
    像要素からなるカラー・シーケンシャル信号を発生する
    よう配設されたイメージセンサを有することを特徴とす
    る、カラー・シーケンシャル電子カメラ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載されたカメラであって、
    さらに、 前記イメージセンサと接続され、ルミナンスおよびクロ
    ミナンス画像要素を独立に蓄積するための複数の記憶ユ
    ニットを有することを特徴とする、カラー・シーケンシ
    ャル電子カメラ。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載されたカメラであって、 前記光ビームのあらかじめ定めたシーケンスは、第１ま
    たは第２のクロミナンス光ビームの交互のシーケンスと
    独立した、一連のルミナンス光ビームを含み、前記イメ
    ージセンサは、クロミナンスの画像要素の交互のシーケ
    ンスと独立した一連のルミナンス画像要素からなるカラ
    ー・シーケンシャル信号を発生し、それによってクロミ
    ナンス画像要素をルミナンス画像要素より小さい時間レ
    ートにより捕捉することを特徴とする、カラー・シーケ
    ンシャル電子カメラ。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載されたカメラであって、 前記イメージセンサは、フォトサイトの行および列によ
    る配列を有し、前記ルミナンス画像要素は、実質上すべ
    てのフォトサイトから作成し、また、クロミナンス画像
    要素は、フォトサイトの選択された行および列の少なく
    とも１つを統合して求め、それによって画素値の数をよ
    り少なくし、クロミナンス画像要素をルミナンス画像要
    素より小さい空間レートにより捕捉することを特徴とす
    る、カラー・シーケンシャル電子カメラ。
JP6317968A 1993-12-22 1994-12-21 カラー・シーケンシャル電子カメラ Pending JPH07240931A (ja)

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