JPS6234482A - 映像信号処理回路 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、色フィルタと一体化された固体撮像素子を
１個用いたいわゆる単板カラー固体撮像装置の映像信号
処理回路に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

ＮＴＳＣ方式によるカラーテレビジ目ン信号は、輝度信
号に対して中心周波数ｆｔ１ｃで変調された色信号を重
畳した形式であシ、一般に以下の式で表わされる。

Ｎ；カラーテレビジ璽ン信号 Ｙ；輝度信号 （Ｒ−Ｙ）、（Ｂ−Ｙ）　：被変調色信号変調色信号の
帯域は、人間の目の色視覚特性を考慮して通常はｆｓｅ
　ｆ：　０．５　ＭＨ１程度の帯域に制限される。伝送
時の帯域制限処理は、変調後の信号に施してもよいが、
被変調色信号の帯域が広すぎる場合には、変ｖＩ４１１
′ｃより、高域信号が変調周波数信号に折り返し、輝度
信号の水平屏像度の高い画像に色が付いてしまい見苦し
い画像となる。このため、被変調色信号を低域通過フィ
ルタに通し、十分な帯域制限処理を行なってから変調処
理を施している。

従って、テレビジ賃ン受像機側では、カラーテレビジ冒
ン信号から色信号を分離するのに中心周波数ｆ０の帯域
フィルタで分離し、輝度信号を分離するのく低域フィル
タで分離する。

しかしながら、このような方式の輝度・色分離（以下Ｔ
分離と称する）では、低域フィルタ、帯域フィルタの周
波数特性境界付近では、両イ改号間のクロストークが発
生すること、輝度信号と色信号の有効帯域幅が相反し合
い解像度が劣化するなどの問題がある。

この問題を解決するために、最近では、第６図に示すＮ
ＴＳＣ方式の空間周波数特性を考慮したくし形フィルタ
回路による畝分離が受像機側で行なわれている。第６図
は、ＮＴＳＣ方式の信号を、横軸に水平周波数（ＭＨｚ
）、縦軸に垂直周波数（Ｃｙｄ＠／Ｐ　１ｅｔｕｒｅ　
ｈｉｇｈｔ　）を割当てて、２次元空間周波数領域で示
したものである。

色の変調周波数ｆ８０は、水平走査周波数ｆｈの歿の奇
数倍に選ばれている。このため、変調色信号の極性は走
査線ごとに反転した関係となシ、その垂直周波数は５２
５／４Ｃｙ／ｐ−ｈである。

よって変調色信号は、領域３３に存在する。また、領域
３０には輝度信号低埴成分ＹＬ％領域３２には輝度信号
垂直輪郭成分ＶＯＰ　ｓ領域３１には輝度信号高域成分
ＹＨが存在する。

上記の領域を考慮したＴ分離用のくし形フィルタは、第
７図に示すような構成である。輝度信号Ｙと色信号Ｃの
合成信号は、帯域フィルタ３１で低周波成分が除去され
る。帯域フィルタ３４の出力信号は、１水平走査期間遅
延回路３５で遅延されたのち増幅器３６で利得調整され
、減算回路３１に供給される。この減算器３７では、増
幅器３６の出力から前記帯域フィルタ３４の出力が減算
され、色信号Ｃを得ることができる。色信号Ｃは、利得
制御回路３８を介して減算回路３９に供給される。減算
回路３９では、合成信号（ｙ＋ｃ）から色信号Ｃが減算
され、輝度信号Ｙが得られる。上記のくし形フィルタは
、垂直相関を利用したＴ分離処理を得ることができ、帯
域幅が広い。

しかしながら受像側で上記のくじ形フィルタにより分離
する方法は、ＮＴＳＣ方式信号を送出しているカメラ側
において、２次元空間周波数処理を前提とした信号処理
を行なわなければ有効に生かされているとは言えない。

今、カメラ側において垂直相関のない色信号が送出され
た場合を考える。この場合、変調色信号もまた同様に垂
直相関のない信号となることが多く、その変調後の信号
は、第８図に示すようにすべて同極性となる。カメラ側
からこのような信号を送ったのでは、受像側における第
７図のくし形フィルタでは、色信号の分離が得られず、
輝度信号に混入し、ドツトクロール等に代表される輝度
信号への妨害となる。

また、くし形フィルタを用いずに帯域フィルタと低域フ
ィルタでＴ分離を行なうと、色信号の輝度信号への混入
は抑えられるが、垂直解像度の高い被写体映像には色が
付いてしまい見苦しくなる。

更に、受像側でくし形フィルタを用いる々らば、輝度信
号に対してもその高域成分（領域３１）に十分な垂直相
関処理及び垂直輪郭信号成分（領域３２）に十分な水平
帯域制限処理を施していなければ、逆に色信号（領域３
３）に対して高域成分が混入し、クロスカラー妨害を生
じることになる。

現在のビデオカメラ信号処理回路においては、変調色信
号を、ＩＨガラス遅延線を用いたくし形フィルタ回路に
通し、輝度情報に関しては、垂直輪郭信号に対してのみ
相関処理を行なっている。しかしガラス遅延線は、その
形状が大きく、ビデオカメラの小形化に支障となるとと
もに、不要反射、周波数・位相特性に劣る等の問題を有
する。

また、色信号をカメラ側で変調色信号に変換する前に、
くシ形フィルタに通して垂直相関をもたせることを考え
ると、くシ形フィルタとして複数個（Ｒ−Ｙ用、Ｂ−Ｙ
用）が必要となシ価格及び規模の面で好ましくない。更
に、輝度信号の高域成分をくし形フィルタに通さずに伝
送すると、色信号とのクロスカラーを生じることなく水
平解像度を向上することは困難である。また、輝度信号
と色信号の垂直方向の相対位置がずれることも多くなり
、特に撮像面を多画素化した場合にはその性能（特に水
平解像度）を十分く得ることは困難である。

〔発明の目的〕

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、カラー
固体撮像素子の出力信号に垂直相関性を持たせて、受像
側におけるくし形フィルタによる畝分離処理の効果を十
分に発揮させ得る映像信号処理回路を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

この発明は、例えば第１図、第２図に示すように、垂直
走査方向に同一の色光の色フィルタ配列を持つ固体撮像
素子′の出力信号に、くシ形フィルタによって垂直相関
処理を行なって、その加算出力にγ処理、マトリ、クス
処理を施して色差信号と輝度信号を得ている。更に、無
彩色時に高解像度を得るように輝度信号に対して、無彩
色時の高域成分を加えられる構成としている。また、く
シ形フィルタの減算出力から垂直輪郭信号を得るように
したものである。

、〔発明の実施例〕 以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例であシ、カラー固体撮像素
子から読み出された出力信号（ＯＨ）は、１水平走査期
間（Ｈ）遅延回路１，２を２段接続したくし形フィルタ
回路に供給される。カラー固体撮像素子は、撮像面に２
次元配列された感光部に、第２図に示すような色フイル
タアレイを一体に有する。色フィルタは、水平走査方向
にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の繰シ返し透過色光部
を有し、垂直方向には同一の色光部を配列したストライ
プ状−となっている。

今、ＩＨ遅延回路１の出力をＩＨ傷信号１■）、ＩＨ遅
延回路２の出力を２■信号（２Ｈ）と称して説明する。

ＩＨ倍信号ＩＨ）と信号（ＯＨ）は、加算回路３で加算
され、その結果得られた信号は増幅回路４で利得調整を
受けたのち、演算手段を構成する加算回路５と減算回路
６の各一方に供給される。加算回路５では、前記増幅回
路４の出力とＩＨ倍信号ＩＨ）との加算処理が行なわれ
、その加算出力は、第３図に示すようになる。また、減
算回路６では前記増幅回路４の出力から、ＩＨ倍信号Ｉ
Ｈ）を減算する処理が行なわれ、その減算出力は第３図
に示すように垂直輪郭信号成分となる。

上記のくし形フィルタは、ＩＨ遅延回路を１段あるいは
複数段であワてもよいが、この場合垂直輪郭強調の手法
、特性等に十分考慮を払う必要がある。

加算回路５の出力は、螢光受像管のビーム発光における
非直線性を補正するために、Ｙ＝Ｘ（Ｌ４５・・・（１
）であられされる特性を持ついわゆるガンマ処理を施す
ために、ガンマ（γ）処理回路７に供給される。ｒ処理
回路７の出力は、マトリックヌ回路８において、 の演算処理を受ける。そして、マトリ、クス回路８から
は、信号（Ｙ）、色差信号（Ｒ−Ｙ）　、　（Ｂ−Ｙ）
が得られる。色差信号（Ｒ−Ｙ）　、　（Ｂ−Ｙ）は、
低域フィルタ１１．１２を介して導出される。

上記のγ処理回路７は、画素ごとの実時間処理ができな
いような回路的問題がある場合、あるいは色フィルタが
第２図に示すような原色タイグのものでない場合には、
３原色に分離した後、各々にｒ処理を施してもよい。

ここでカラー固体撮像素子の１画素の水平転送周波数を
４１ｓｅ（中１４．３　ＭＨｚ　）とした場合を考える
。このとき、撮像素子動作は、被写体画像を４ｆｓｃで
時分割（サンプリング）することとなシ、ナイキストの
定理から再現できる情報は４　ｆｓｃ／２　（中７．１
６　ＭＨｚ　）の帯域を持ち、映像帯域（４，２ＭＨｚ
　）を十分満足することができる。しかし巣板カラー固
体撮像装置にあっては、撮像素子上に色フィルタを形成
するために、通常その帯域は劣化する。第２図の色フイ
ルタ形式では、Ｒ，Ｇ、Ｂの信号は、水平３画素に１画
素の割合いでしか得ることができないから各色信号は４
　／Ｉ（１／３　ｃキ４．８ＭＨｚ）でサンプリングさ
れたことになシ、再現できる情報は、ナイキストの定理
によってその半分の２．４　ＭＨｚとなる。

したがって、上記の水平方向の解像度の劣化を補なうた
めに、有彩色の画像が低帯域であるのに対し、無彩色時
には各色フイルタ出力（サンプリングによる情報欠落が
ない）は高解像度となっていることを有効に利用する。

つまυ、無彩色時には、各色フィルタの水平走査出力信
号レベルがそろうので、これを輝度信号の高域成分とし
てそのまま利用する。これを実現する回路部分が、第１
図の減算回路９、低域フィルタ１０、加算回路１４で構
成される部分である。

もちろん、この手法は、撮像素子の画素数が増加し、そ
の水平転送周波数が増大し映像帯域を十分満足する場合
は用いなくてもよい。

くし形フィルタの減算回路６の出力は、輝度信号の垂直
輪郭信号に使われる。この信号は、（１）式で示される
γ処理を施す必要はないために、Ｓ／Ｎ（信号対雑音比
）の悪い小振幅信号の輪郭を強調しすぎることな（Ｓ／
ＩＱの良い輪郭強調を行なうことができる。更に、この
垂直輪郭信号は、第６図に示した空間周波数領域３１を
考慮した低域フィルタ１３を介して導出される。これに
より、色信号とのクロストークが緩和される。

ここで、第１図の回路の各部の出力の内容を高域（Ｈ）
と低域（Ｌ）であられして示すと、次のようＫなる。

ｒ処理回路７の出力 Ｙａ＝Ｙａｈ＋ＹａＨ（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１）マト
リ、クス回路８の出力 ＹＬ＝ＹＬＬ　＋Ｙ！、Ｈ（Ｒ：　Ｇ：　Ｂ＝０．３　
：　０．６　：　０．１　）減算回路９の出力 ＹＬ　ＹＨ＝　ＹＬＬ　＋ＹＬＨ（ＹｎＬＹｙ　）低域
フィルタ１０の出力 ＬＰＦ（ＹＬ　ＹＨ）　＝　ＹＬＬ　　ＹＨＬ減算器１
４の出力 ＹＬＬ　　ＹＨＬ、＋ＹＨ＝Ｙ そして、無彩色時は、Ｙ　＝ＹＬＬ、　＋　ＹＨＨとな
シ、有彩色時は色の帯域が低いためＹ中ＹＬＬとなる。

また、このように高周波成分を除去した垂直輪郭信号は
、低域信号であるから、（２）式で示された輝度信号マ
トリ、クス演算を施しても良いが、輝度信号におけるＧ
信号の割合が高いため実用上Ｇ信号のみから作ってもよ
く、マトリ、クス演算を省略しても良い。

第５図は、上記した回路の輝度信号用の低域フィルタ特
性２７と、垂直輪郭信号用の低域フィルタ特性２８及び
輝度信号用の高域フィルタ特性２９を示している。高域
フィルタ特性２９の成分は、元信号よりその逆特性の低
域フィルタ特性２７の成分を減算することで実現される
。

第４図は、この発明における信号処理回路をデソタル化
した場合の実施例であり、γ処理回路２１の出力は７′
ｈノタルフイルタ２２に供給される。デジタルフィルタ
２２０入力と出力は、減算回路２４にて演算され、高域
成分の抽出が行なわれる。また、デジタルフィルタ２２
の出力は、マトリ、クス回路２５においてマトリ。

クス演算され、輝度信号、色差信号（Ｒ−Ｙ）（Ｂ−Ｙ
）に分離される。そして輝度信号は、加算回路２６にお
いて、減算回路２４からの高域成分と合成される。デジ
タルフィルタ２２は、水平走査方向において、同一の色
光の信号を抽出して相関処理を行なう低域フィルタであ
シ、その出力信号は異なりた色光の信号が交わることな
く第５図の特性２７で示される帯域制限処理が施される
。この場合は、第１図の低域フィルタ１０゜１１．１２
に代るフィルタは一体化でき、回路規模を削減できる。

特にデジタル信号処理におけるフィルタは、比較的大き
な回路規模を要するが、上記のデジタルフィルタ２２に
て共通にフィルタ作用を得ることで、回路規模の削減に
有効となる。なお、遅延回路１５　、１６　、増幅回路
１８、加算回路１７．１９、減算回路２０、γ処理回路
２１、低域フィルタ２３もデジタル信号処理を行なうこ
とは当然である。

ここで、第４図の各部の出力内容をあられすと次のよう
になる。

γ処理回路２１の出力 Ｙｌｉ　”　ＹＩＩＬ　＋　ＹＨＭ ７′ソタルフィルタ２２の出力 ＬＰＦ（ＹＢ　）　＝　ＹＨＬ 減算器２４の出力 ＹＨＹＨＬ　”　ＹＨＨ１ マトリ、クス回路２５の出力 ＹＬＬ 加算器２６の出力 ＹＬＬ　＋　ＹＢＨ ■　上記したように、この発明によると、撮像装置側に
おいて、輝度信号及び色信号に垂直相関を持たせること
で、両信号間のクロストーク妨害の緩和、解像度を一層
向上できる。

■　くし形フィルタは、色分離の前に行なうので、輝度
信号、色信号ともに同一の特性を有した相関処理手段で
処理されるので、回路規模は小さくて済みまた相関関係
も安定している。

■　またくし形フィルタは、ランダム雑音の軽減機能が
あ夛、φを向上できる。一般にランダム雑音は、エネル
ギー加算され、ＩＨ遅延回路を１つまたは２つ用いたく
し形フィルタの場合、各フィルタの加算出力は、 の改善効果が得られる。減算出力は、Ｓ、／′Ｎを劣化
させるように働くが、総合的には、色信号及び輝度信号
高域成分のＳＡ改善が得られる。

■　撮像素子が原色の色フィルタ配列をもつ場合には、
そのままｒ処理を施すことができ、共通信号ラインで行
なえば良く回路規模は小さくて済む。

■　信号処理がデジタル処理である場合には、第４図に
示したように、輝度信号の高域改善を含めた更に簡単な
回路構成が得られる。

■　垂直輪郭信号にはγ処理を施さないことで、小振幅
信号の強調を抑え、Ｓ／１’Ｊの劣化を妨ぐ構成である
。

■　垂直輪郭信号には、特にマトリックス処理を施さな
くても良く、回路規模は小さくて済む。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明では、カラー固体撮像素
子の出力信号に対して、くシ形フィルタにより垂直相関
性を持たせることで、受像側での良質の画像再生に寄与
することのできる映像信号処理回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第２図
はこの発明に係るカラー固体撮像素子の色フィルタの構
成例を示す図、第３図は第１図の回路の演算グロセスを
説明するのに示した信号波形図、第４図はこの発明の他
の実施例を示す構成説明図、第５図はこの発明の回路に
おけるフィルタ特性図、第６図はＮＴＳＣ方式の空間周
波数特性図、第７図はテレピッ曹ン受像機のくし形フィ
ルタの構成図、第８図は色信号の変調例を示す説明図で
ある。 １．２，１５．１６・・・ＩＨ遅延回路、３．５゜１４
．１７，１９．２６・・・加算回路、６．９゜２０．２
４・・・減算回路、８．２５・・・マトリ、クス回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水平方向へ複数の分光を色フィルタが周期的に配
   列され、垂直方向へ少なくともフィールド内で同一色光
   となる色フィルタ配列をもつ固体撮像素子を用いた単板
   カラー固体撮像装置の映像信号処理回路において、 撮像素子からの出力信号をその水平走査期間の整数倍遅
   延する遅延手段と、 この遅延手段の入力信号と出力信号を加減算する演算手
   段と、 前記演算手段から得た加算信号から、色信号と輝度信号
   を分離する第１の手段と、 前記演算手段から得た減算信号から、輝度信号の垂直輪
   郭信号を得る第２の手段とを具備したことを特徴とする
   映像信号処理回路。
2. （２）前記演算手段は、１水平走査期間遅延回路を２個
   含み、入力信号と２水平走査期間遅延信号を加算した結
   果による信号と、１水平走査期間遅延信号とを加算及び
   減算する構成より前記加算信号と減算信号を得ることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の映像信号処理回
   路。
3. （３）前記撮像素子が無採色の被写体を撮像した場合に
   その水平方向の画素出力信号が等しくなるように前記色
   フィルタの分光あるいは信号路の利得調整がなされてい
   る場合に、前記第１の手段は、前記加算信号にテレビジ
   ョン受像機の螢光管の非直線性を改善するガンマ処理非
   線形回路と、このガンマ処理非線形回路の出力から２つ
   の被変調色信号と１つの輝度信号を得るマトリックス回
   路と、前記輝度信号から前記ガンマ処理非線形処理回路
   の出力を減算して輝度差信号を得る減算回路と、この減
   算回路から得られた輝度差信号及び前記２つの被変調色
   信号のそれぞれを低域通過させるフィルタ回路と、前記
   フィルタ回路から得られる輝度差信号と前記ガンマ処理
   非線形処理回路の出力を加算する加算回路とを具備した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の映像信号
   処理回路。
4. （４）前記演算手段より得た前記加算信号は、デジタル
   化された時系列信号であり、前記第１の手段は、前記加
   算信号にガンマ処理を施すガンマ処理回路と、このガン
   マ処理回路の出力信号に対し、水平方向の同色成分のみ
   を抽出して相関処理を行なうデジタル低域通過フィルタ
   を含む回路と、この回路の出力信号から２つの被変調低
   域色信号と１つの低域輝度信号を得るマトリックス回路
   と、前記ガンマ処理回路の出力信号から前記低域通過フ
   ィルタの出力信号を減ずる減算回路と、この減算回路か
   ら得られた信号と前記低域輝度信号を加算する加算回路
   を具備したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の映像信号処理回路。