JPS5912681A - カラ−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】 本発明は固体撮像デバイスを用い、補色系色光に感度を
持つ画素を有するカラー撮像装置に関するＯ 固体撮像においても撮像管においても単一撮像デバイス
によってカラーカメラを構成するきき、光電変換面の直
前にストライブ状のまたはモザイク状の色フィルターを
置き、色信号を分離するための手段としていた。そして
この色フィルターに補色系のものを用いることによって
カラーカメラの感度を向上させるようｌこしているのが
、一般的である。

補色系色フィルターを用いたカラー撮像装置では原色系
の信号を撮像デバイスの出力信号の変調成分あるいは各
画素から得られた信号を減算することから検出している
。したがって、被写体像の輪郭部など高周波数成分を含
んでいるところでは色ずれに似た現象やモアレ状に色づ
く現象となり、画質をそこなうことが多かった。

本発明の目的は以上のような欠点をできるだけ少なくし
補色系色フィルターを用いているにもかかわらず、輪郭
部などで発生する色ずれや、モアレ状に色づく現象を低
減することである。

本発明は補色系色光に感応する画素を複数種類有し、こ
れらの画素の出力信号を互いに減算する手段を有してい
ずれかの原色信号を合成するカラー撮像装置において１
白黒被写体を撮像したときの被写体の空間周波数ｆこ対
する原色信号の振幅特性を、低周波数領域の基準振幅の
Ｃ４を基準レベルとして、逆補正するような周波数特性
を有する回路を前記原色信号系増幅器の内部１こ備えた
ことを特徴とするカラー撮像装置である。

以下図面を用い、実施例によって詳細１こ説明する。

本発明は固体撮像デバイスたけではなく、撮像管カメラ
（こ対しても適用できるが固体カメラの場合について説
明する。

第１図（ａｌ　、　（ｂｌ　、　（ｃｌは固体撮像デバ
イスに適用される単板カラーカメラの補色フィル名−の
フィルター配列の具体的な例を示す図である。第１図（
ａｔは感度向上を最大限に考慮した配列で、第１の走査
線（図中ｔｎｌで示した走査位置）の画素は可視域全体
に感度を有する白画素１と黄色光に感度を有する黄画素
２とが交互に並んでおり、第２の走査線（図中（ｎ＋１
）で示した走査位置）の画素はシアン色光に感度を有す
るシアン画素３と可視域全体に感度を有する白画素ｌと
が交互に並んでいる。第１図（ｂ）と（Ｃ１はほとんど
同じ方式のフィルター配列で４色のフィルターからなっ
ている場合である。第１の走査線は白画素１と緑色光に
感度を有する緑画素４とが交互に並んでおり、第２の走
査線は黄画素２とシアン画素３とが交互に並んでいる。

第１図（ｂｌと（ｃｌの違いは第１の走査線の画素との
相対的な配置関係が黄画素とシアン画素とが逆ｉこなっ
ていることである。

第１図（ａｌの場合、青信号は第１の走査線ｆｎｌの白
画素１の信号レベルから黄画素２の信号レベルを引いた
差信号に相当する信号から合成する。赤信号は第２の走
査線（ｎ＋１）の白画素ｌの信号レベルからシアン画素
３の信号レベルを引いた差信号に相当する信号から合成
する。

第１図１ｂ＋の場合、青信号は白画素ｌの信号レベルと
シアン画素３の信号レベルの和信号から緑画素４の信号
レベルと黄画素２の信号レベルの和信号を引いた信号か
ら合成し、赤信号は白画素ｌの信号レベルからシアン画
素３の信号レベルを引いた差信号から、縁１ｉＸ４の信
号レベルから黄画素２の信号レベルを引いた差信号を引
くことによって得た信号より合成する。

このことは第１図（ｂｌにおいて第１の走査Ｍ（ｎｌの
信号の変調成分と第２の走査線（ｎ＋１）の信号の変調
成分との和から青信号、差から赤信号が得られることを
示している。

第１図（ｃｌは第１図１ｂ＋の場合と逆に、第１の走査
線ｆｎｌの信号の変調成分と第２の走査線（ｎ＋１）の
信号の変調成分との和から赤信号、差から青信号が得ら
れることを示している。

補色系色フィルターを用いたカラー撮像装置においては
、以上のように隣り合った画素の信号レベルを減算する
ことＩこよって色信号を得る方法を採用している。した
がって、無彩色の白黒パターンを撮像すると、その輪郭
部など高い周波数成分を有するところでは、色信号が強
調されるという現象が生ずる。以下にその現像が発生す
る量を計算する。）この計算を代表例として第１図１ｂ
＋の場合について行フ。

合波写体像を次式で表わされるｌ水平方向に白黒の正弦
波パターンきする。

ここで、ａは正規化空間周波数で、ａ＝１は水平画素ピ
ッチで決まる 空間周波数（すなわち、サンプリング周波数のＨに等し
いンを表わし、ｐは水平画素ピッチ、Ｘは基準点からの
距離、ψは基準点における被写体パターンと画素位置と
の位相差を表わす０ψ＝０とは被写体パターンの山と走
査線（ｎｌの白画素ｌの画素中心とが一致した場合であ
る。第１図（ｂｌは第１の走査線（ｎｌから得られた変
調成分と第２の走査線（ｎ＋１）から得られた変調成分
との和信号から青信号を得ていることはすでに述べた。

白画素１の光電変換感度をＣ１、シアン画素３の光電変
換感度をξよ、緑画素４の光電変換感度をη１、黄画素
２の光電変換感度をη３、とし、第１詔よび第２の走査
線の変調成分Ａ１、Ａ２は ２ となる。ここで、τは各画素の水平開口率である。

この人１と人２の和、すなわち、青傷号が極値となるψ
を求め、正規化空間周波数ａが０のときの値で正規化す
ると となり、ξＩ”＃２＝ξ、η１＋η２＝ηとおくと、と
なる。

ここで、正規化空間周波数ａ＝１のところにもっとも低
い減衰極周波数がくるようｌこした複屈折特性を有する
光学的櫛形フィルターを挿入し、（４）式を若干変形す
ると、 となる。（５）式はＳ＝ξ／ηとおくことによって得て
いる。

（５）式ｔこおいてＳをパラメータとしでＭを計算し、
水平開口率τをインターライン転送形ＣＯＤイメージ七
ンサの一般的な値として、０４を代入する。

その結果を第２図に示す。ｍが偶数のきき最大値でｍが
奇数のとき最小値を表わす０ 第２図では空間周波数が増大するにつれて、色信号振幅
は増大していき、色信号のナイキスト周波数（ａ−０，
５）附近で最大となることを示している。そしＣパラメ
ーターＳが小さくなればなるほど最大値はさらｌこ大き
くなり、最小１１にはさらに小値をできるだけ小さい値
Ｃζすることが、輪郭部での色ずれ現象やモアレ状の色
づき現象を起りにくくすることになる。

第２図は被写体パターンと画素中心との位相差ψが変オ
）るとｍが偶数の曲線からｍが奇数の曲線の間の値を自
由ｌζ変化することそ表イっしている。

モしてＭの値がイを中心ｆこして上下対称ｆｊ特性とな
っている。このことはＭ＝−を中心（こして、周波数特
性を逆補正するようにしてやれば、ナイキスト周波数附
近での持ち上がりを軽減ｆることができる。この逆補正
の特性は、第２図の一点鎖線で示したレベルを基準レベ
ルにして、そのレベルからの振幅特性を平和になるよう
にすることが望ましい。このようにすれば、ｍ−奇数の
ときの負Ｉこなっているレベルも、最終の色信号Ｉこな
ったさきは正の値になる。

第２図の曲線はすべて周波Ｏａ＝　１の搬送波信号を振
幅変調したその振幅を被写体パターンの中周波数に対し
て描いたものである。したがって、調する前の原色信号
の変調成分信号から、白ｉｎｎ幅レベルの低置波数パタ
ーンを嘩像したときの搬送波信号振幅のに振幅の信号を
減りし、その後同期検波にて復調し、その信号を周波数
特性の逆補正を行って、最後に白１【）０％レベルのバ
レベルの１に流信号を加算することによって、真に正し
い原色信号が得られる。この４ｎ号処理Ｉこついては第
３図に示したブロック図によって得られる。

第３図は本発明のカラー撮像装（ｋの一実施例を示すブ
ロック図である。撮像デバイスの出力信号が入力端子１
１に加えらＺ”１．ｓ帯域ろ波４Ｉこよって」４送彼信
号を中心にした変調成分を分離する０この変調成分とこ
の変調成分をＩ　Ｈ遅延線１３ｆこて、ｌ水子周期遅延
した信号とから減算′ａ１４とＤＯ算器１５によって２
つの＆調された原色信号を得る。第１図１ｂ＋の画素配
列のときは減３Ｉ器１４の出力が赤信号で、加算器１５
の出力が青信号である。加算器１５の出力信−号は減算
器１８１こて、入力端子１６から加えられている白１（
１０％レベルの低周波数パタンを撮像したときの搬送波
振幅のに据幅の信号を減算されろうこの信号は同期検波
回路２１１こて復調され、逆補正回路２３にて、第２図
に示した高い周波数ζこて持ち上がっている特性を逆補
正し、高い周波数領域で不自然に強調されることのない
ようにする。同期検波回路２１の出力は減算器１８の働
きにて１０レベルを中心に正負対称な関係を維持した映
像信号となっているので、逆補正回路２３の出力は加ｎ
器２６にて入力端子２４からの白１ｏＯｅ＄直流レベル
の％の映像宿号を重畳するとと（こよって、真の′？？
信号になる。第３南において減算器２０．２１および加
算器２５．２６はなくても才ったく問題はなく、映像信
号の５０ｅ４レベルを基準ｌこした壇幅回路で構成でき
るため庫入した。

逆補正回路２３の周波数特性を求める。第２図の特性は
（５）式のとおりであるから、イレペルを基準Ｉこした
特性は、ａ＝Ｑの値で正規化するととなるすしたがって
逆補正回路２３の周波Ｐ特性はＭ’ｃｒ＞逆数となる特
性である。その特性をパラメーター５を変えて士Ｉ實く
上第４１゛Ａのと°はりとなる。。

第２図および第４図の正規化空間周波数ａを実際の例に
ついて説明すると水平方向の画素数が３８４個の改版カ
ラーカメラの場合は正規化周波数ａ＝１のとき、３．５
８ＭＨ２に相当するので、ａ＝０．３のところが、１．
１ＭＨｚとなり、ｓ　＝　１．６の場合は１．１ＭＨｚ
のところで約５．６ｄＢ低下する増幅器ににセしておけ
ばよいことがわかる。これが５＝１２５の場合は１４Ｍ
Ｈｚｌこて約１１．５ｄＢ低下させる必要があることを
示している。

次ζこ減算器１４の出力信号（こついて考えると、（２
）式Ｉこ示した変調成分Ａ１、Ａ２の差信号から得る色
信号（こ関しても（ξ１−ξ２）／（η１−η２）＝８
とおけばやはり、（５）式とまったく同じ形となる・し
たがって、こ（１）　ｓ　ｆパラメーター１こ考えれば
補色系色フィルターを用い、変調成分から色信号を合成
する場合には、すべて＋５）式番ごて議−嶋することが
できる。ただし、第１図＋ｂｌの場合（こ、Ｓ＝（ξ１
−ξ２）／（η１−η２Ｘよ通常−１となり第２図に示
した場合と異なった特性を示す。しかしながらｓ　＝−
１のききは正規化空間周波数ａが増大しても、Ｍのレベ
ルは減少していくので、輪郭部など高い周波数領域で色
ずれ現象やモアレ現象が起りにくい。この場合、周波数
に対して平担持性番こするため（こはむしろ、高い周波
数領域のレベルを持ち上げる必要がある。すなわち逆補
正回路としてはアパーチャ補正回路が適しているという
ことができる。第：う図で１７は１８と同じ減算器であ
り、２０は２１と同じ同期検波回路、２５は２６と同じ
加算器であるが、２２は２３と同じ逆補正回路の場合も
あるが、上述のよう（こアパーチャ補正回路の場合もあ
る。こａｔは２３（こついても同じことがいえる。

次ｌこ第５図の画素配列の１合にも、第６図に示した回
路構成にて、本発明の効果を得ることができる。第５図
の配列は水平方向２個、垂直方向２個の画素、すなわち
４個の画素の組合せが最小単位となっており、その４１
岡の画素から得られた信号をサンプリングする組合せを
考慮することによって、本発明の信号処理を行うことが
できる。

第６図において入力端子３１には撮像デバイスの出力信
号が加えられる。そしてＩＨ遅延線３２−こて得られた
信号との２つの信号からサンプルホールド回路３３．３
４．３５．３６にて４種類の変調信号を得る。すなわち
、サンプルホールド回路３３は白画素ｌとシア／画素３
との信号を順次サンプ鯖 ルしていく回路、サンプルホールド回路３４はｊ［画素
４と黄画累２との信号を順次サンプルしていく回路、サ
ンプルホールド回路３５は白画素ｌと素３との信号を順
次サンプルしていく回路である。

サンプルホールド回路３３とサンプルホールド回路３４
の出ｉ（信号から減算器３７にて赤信号を得る。

またサンプルホールド回路３５とサンプルホールド回路
３６の出力信号から減算器３８１こて背信号を得る０こ
こで減算器３７．３Ｂの出力では基底帯域成分が遮断さ
れている変調成分のみの信号として詔く。そのためには
サンプルホールド回路３３、３４、３５．３６の出力側
（こ帯域５戸波器を含んでいるのが普通である。

第６図において減算器３７．３８の出力信号はその被写
体の空間周波数に対する変調成分の振幅特性は（３）式
に示した特性となっている。そのときのξ１、ξ２、＋
７１、η２の値の選び方が異なっ′Ｃくるだけで、本質
的には同じことである。したがって、（」式以降の説明
はそのまま成立するので、第５図の場合１こついても本
発明の請求範囲に含まれることは明らかである。

また、この場合撮像デバイスがＭＯ８形固体撮像デバイ
スであれば、２行同時読み出しが可能であるからＩＨ遅
延線３２が不要となり、サンプルホールド回路３３．３
４．３５．３６に直接撮像デバイスの出力を印加するこ
とができる。さらＩこサンプルホールド回路３３．３４
．３５．３６が撮像デバイス内部にオンチップされれば
、この部分も外部回路としては不要となる。しかしなが
ら、本発明の請求シアン画素の３種類の画素が縦ストラ
イブ状に配素とシアン画素との空間的な位相差がπでは
なく、２π／３　となっているので、（４）式とまった
く同じ式とはならないが、（１）式以降の考え万に沿っ
て求めていけば、近い結果が得られる。しかしながら朴 本考案−こよる逆補正の方法は単純（こ一画素、シアン
画素をそれぞれサンプルホールド回路を通して、別々番
こ映像信号にしてから減算する方法ではない。

したがって、時間的にシアン画素に相当する部分側（ のみゲートする形の信号と同じく一画素に相当する部分
のみゲートする信号とを別に形成するとこの２つの信号
は振幅変調をうけた搬送波信号となっている。振幅変調
をうけた２つの信号の位相が合うように、−万を移相さ
せること（こよって、本考案の考え方が適用できる条件
が揃うことになる０以上のように補色系フィルターを用
い、差信号により原色信号を得ている場合すべてに本考
案が適用できることは明らかである。

本発明は固体撮像デバイスによる単板カラーカメラに限
定されるものではなく、撮像管（こよる単管カラーカメ
ラの場合にも適用できることは明らかである。さらに第
４図の特性は理論的に得た逆補正特性であるが、この特
性を実験的に求めて、その特性を適用しても本発明の請
求範囲に含まれるこ七はいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ｓｌ、（ｂｌ、（ｃｌは本発明のカラー撮像装
置の各色画素の配置例を示す図で、第２図は本発明のカ
ラー撮像装置から得られた色信号の変調信号振幅の周波
数特性を示す図、第３図は本発明のカラー撮像装置の原
色信号を形成する一回路例のブロック図、第４図は本発
明の逆補正回路の周波数特性の一例を示す図、第５図は
各色画素の他の配置例を示す図、第６図は第５図の場合
の本発明の原色信号を形成する回路例のブロック図であ
る。 域５戸波器１３はＩＨ遅延線、１４．１７．１８は減算
器、１５．２５．２６は７１ＴＩ算器、１６は入力端子
、２０．２１は同期検波回路、２２．２３は逆補正回路
、２４は入力端子、２７．２８は出力端子、３１は入力
端子、３２はＩＨ遅延線、３３．３４．３５．３６（ま
サンプルホールド回路、３７．３８は減算器を表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 補色系色光に感応する画素を複数類有し、これ置におい
   て、白黒被写体を撮像したときの被写体の空間周波数に
   対する原色信号の振幅特性を、低周波数領域の基準振幅
   のイを基準レベルとして、逆補正するような周波数特性
   を有する回路を前記原色信号系増幅器の内部に備えたこ
   とを特徴とするカラー撮像装置。