(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全画素順次読み出し撮像素子を３枚用い、それぞれのＣＣＤは単色のＲ、Ｇ、Ｂフィルタによって覆われており、Ｇフィルタで覆われているＣＣＤを他のＣＣＤと比較して垂直方向に半画素分画素をずらして配置した垂直画素ずらし配置における撮像方法において、前記半画素分配置位置をずらしたＣＣＤから得られる信号と、それ以外のＣＣＤから得られる信号とをフィールド毎に交互に利用して高域輝度信号を生成することを特徴とする撮像方法。
【請求項２】
Ｇフィルタで覆われているＣＣＤから得られる信号を用いた場合、Ｇをその信号、Ｙ’を高域輝度信号を求めるための信号としたとき、Ｙ’＝Ｇであることを特徴とする請求項１に記載の撮像方法。
【請求項３】
Ｒ及びＢフィルタで覆われているＣＣＤから得られる信号を用いた場合、ＲをＲフィルタで覆われたＣＣＤから得られる信号、ＢをＢフィルタで覆われたＣＣＤから得られる信号、Ｙ’を高域輝度信号を求めるための信号としたとき、Ｙ’＝０．５Ｒ＋０．５Ｂであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像方法。
【請求項４】
前記信号Ｙ’の高域周波数を抽出することにより高域輝度信号を求めることを特徴とする請求項２または３に記載の撮像方法。
【請求項５】
垂直方向の低域輝度信号を生成し、前記低域輝度信号に、前記高域輝度信号を付加することによって輝度信号を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像方法。
【請求項６】
全画素順次読み出し撮像素子を３枚用い、それぞれのＣＣＤは単色のＲ、Ｇ、Ｂフィルタによって覆われており、Ｇフィルタで覆われているＣＣＤを他のＣＣＤと比較して垂直方向に半画素分画素をずらして配置した垂直画素ずらし配置における撮像装置において、
前記半画素分配置位置をずらしたＣＣＤから得られる信号と、それ以外のＣＣＤから得られる信号とをフィールド毎に交互に利用して高域輝度信号を生成する高域輝度信号生成手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
Ｇフィルタで覆われているＣＣＤから得られる信号を用いた場合、Ｇをその信号、Ｙ’を高域輝度信号を求めるための信号としたとき、Ｙ’＝Ｇであることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
Ｒ及びＢフィルタで覆われているＣＣＤから得られる信号を用いた場合、ＲをＲフィルタで覆われたＣＣＤから得られる信号、ＢをＢフィルタで覆われたＣＣＤから得られる信号、Ｙ’を高域輝度信号を求めるための信号としたとき、Ｙ’＝０．５Ｒ＋０．５Ｂであることを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記高域輝度信号生成手段は、前記信号Ｙ’の高域周波数を抽出することにより高域輝度信号を求めることを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
垂直方向の低域輝度信号を生成し、前記低域輝度信号に、前記高域輝度信号を付加することによって輝度信号を生成する輝度信号生成手段を更に有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１１】
垂直方向のサンプリング周波数がヌル点となるように構成したローパスフィルタを更に有することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記ローパスフィルタは光学水晶ローパスフィルタであることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、全画素順次読み出しＣＣＤを複数枚用いた垂直画素ずらし撮像方法及びこの方法を利用した撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体技術の進歩はめざましく、高密度で安価な素子が生産されるようになってきた。ビデオカメラなどに使用されるＣＣＤも、小型化、多画素化へと向かっている。
【０００３】
放送方式についても、ＥＤＴＶIIやＨＤＴＶなど、次世代のものが普及し始め、それに対応したＣＣＤも開発が進められている。中でも、垂直に２画素加算をせずにノンインターレースで出力できる全画素順次読み出しＣＣＤ（以下、「全画素ＣＣＤ」と呼ぶ。）は、これから有望視される素子の一つである。
【０００４】
こうした状況の中、安価で高解像度、色再現の良いビデオカメラを作るための技術として、画素ずらし撮像方式がある。特に、垂直方向の画素ずらしに関しては、全画素ＣＣＤの登場によって、垂直解像度の向上に大いに貢献すると考えられる、例えば、ＥＤＴＶIIの全画素ＣＣＤを用いてＨＤＴＶの信号を得ることが可能となる。これは、特に民生用として安価にビデオカメラを提供する上で有用である。
【０００５】
ここで、３枚の全画素ＣＣＤを用いた場合の従来の垂直画素ずらし撮像方式について説明する。
【０００６】
図６はＲＧＢ撮像方式における、垂直方向に半画素ずらして配置された３枚の全画素ＣＣＤ、ＧＣＣＤ１０１、ＢＣＣＤ１０２、ＲＣＣＤ１０３を用いて得られた信号を処理する信号処理回路である。これら３枚の全画素ＣＣＤはそれぞれＧ、Ｂ、Ｒの単色フィルタに覆われており、図２に示すように、Ｂ、Ｒフィルタで覆われたＢＣＣＤ１０２及びＲＣＣＤ１０３の画素位置は、Ｇフィルタで覆われたＧＣＣＤ１０１の画素位置に対して、１／２画素だけ垂直方向にずれるように設置されている。
【０００７】
以下、信号の流れに沿って説明する。
【０００８】
撮像装置に入力した被写体の光学画像は、不図示のプリズムによって分割されて異なる３方向の光路を進み、ＧＣＣＤ１０１、ＢＣＣＤ１０２、ＲＣＣＤ１０３のそれぞれに結像する。各ＣＣＤは結像した光学像を電気信号に変換して出力する。各ＣＣＤからの出力信号は、それぞれＣＤＳ回路１０４，ＡＧＣ回路１０５で処理された後に、Ａ／Ｄ変換器１０６によりディジタル信号に変換される。
【０００９】
Ｇ信号処理のための処理ラインには、ｅｖｅｎフィールドとｏｄｄフィールドとで異なるラインの組み合わせでＢ、Ｒ信号と垂直加算を行って輝度信号を得るために、１Ｈディレー回路１０７と、フィールド周期で切り替わるライン切り替えスイッチ１０８が挿入される。これは、ＣＣＤのための不図示のタイミングジェネレータ（ＴＧ）により、ｅｖｅｎフィールドとｏｄｄフィールドとで読み出しラインを切り替えることでも実現できる。上記ラインの組み合わせについては、後で図３を参照にして説明する。
【００１０】
これらのＧ、Ｂ、Ｒ信号は、水平、垂直方向のＬＰＦ１０９、１１０、１１１によって、それぞれ帯域を制限される。ＬＰＦ１０９によってフィルタリングされたＧ（ＧＬ）信号は、低域輝度信号および色差信号を得るためのマトリックス変換処理を行うマトリックス変換回路（ＹＣ−ＭＡＴ）１１３に直接入力される。また、Ｂ（ＢＬ）信号およびＲ（ＲＬ）信号は、ホワイトバランス回路１１２でホワイトバランスを調整された後、ＹＣ−ＭＡＴ回路１１３に入力される。ＹＣ−ＭＡＴ回路１１３は、入力したＧＬ信号、ＢＬ信号、ＲＬ信号から、低域輝度信号ＹＬおよび色差信号Ｐｂ、Ｐｒを生成する。
【００１１】
また、Ａ／Ｄ変換回路１０６によりＡ／Ｄ変換されたＧ、Ｂ、Ｒ信号は、無彩色で折り返しのない輝度信号Ｙ’を得るためのマトリックス変換処理を行うマトリックス変換回路（Ｙ’−ＭＡＴ）６１４に入力する。Ｙ’−ＭＡＴ回路６１４内においては、ライン切り替えスイッチ回路１０８によりフィールド毎に選択されたＧ信号を用いることにより、図３に示すようなｅｖｅｎフィールドとｏｄｄフィールドとで異なる組み合わせの、垂直方向に隣接する２画素のデータを使って輝度信号Ｙ’を生成する。図３に示す例では、ｅｖｅｎフィールド時には、スイッチ回路１０８は１Ｈディレー回路１０７を介して入力する信号を選択し、ｏｄｄフィールド時には、Ａ／Ｄ回路１０６から直接入力する信号を選択する。
【００１２】
このようにして入力したＧ、Ｂ、Ｒ信号を用いて、
【数１】
Ｙ’＝０．５Ｇ＋０．２５Ｂ＋０．２５Ｒ
に基づいて合成した後、水平、垂直のＨＰＦ１１５により高周波数領域を抽出して、高域信号Ｙ’Ｈを生成する。
【００１３】
この高域信号Ｙ’Ｈを低域輝度信号ＹＬに加算することにより、垂直方向の高域に折り返しのない広帯域なＹ信号を得ることができる。
【００１４】
こうして得られた信号では、ＣＣＤの垂直画素ずらし配置により垂直方向の輝度の解像度が向上しており、かつ無彩色時には折り返しのないものである。
【００１５】
この時、垂直方向については図５のグラフｏｌｄ．ｄａｔに示す周波数特性となる。これは垂直方向に上述のＣＣＤの２倍の画素数を有するＣＣＤ３枚を用いて画素ずらしせずに配置して得られた同図のグラフｓｔｄ．ｄａｔに示す周波数特性と比べると、劣っている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記の従来の垂直画素ずらし撮像方式では、垂直方向の２画素を加算して高域輝度信号Ｙ’を生成しているために垂直画素ずらし配置によって得られた高域におけるＹ’のレスポンスが落ちてしまい、垂直画素ずらしの効果が薄れてしまうという欠点があった。
【００１７】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は垂直方向に画素ずらし配置した複数のＣＣＤからの出力を用いて、レスポンスの高い高域輝度信号を生成する撮像方法及びこの方法を用いた撮像装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、全画素順次読み出し撮像素子を３枚用い、それぞれのＣＣＤは単色のＲ、Ｇ、Ｂフィルタによって覆われており、Ｇフィルタで覆われているＣＣＤを他のＣＣＤと比較して垂直方向に半画素分画素をずらして配置した垂直画素ずらし配置における撮像方法であって、前記半画素分配置位置をずらしたＣＣＤから得られる信号と、それ以外のＣＣＤから得られる信号とをフィールド毎に交互に利用して高域輝度信号を生成する。
【００１９】
また、本発明によれば全画素順次読み出し撮像素子を３枚用い、それぞれのＣＣＤは単色のＲ、Ｇ、Ｂフィルタによって覆われており、Ｇフィルタで覆われているＣＣＤを他のＣＣＤと比較して垂直方向に半画素分画素をずらして配置した垂直画素ずらし配置における撮像装置であって、前記半画素分配置位置をずらしたＣＣＤから得られる信号と、それ以外のＣＣＤから得られる信号とをフィールド毎に交互に利用して高域輝度信号を生成する高域輝度信号生成手段を有する。
【００２０】
上記構成によれば、垂直画素ずらし配置により３枚の全画素ＣＣＤを用いて撮像した時の輝度の解像度及びレスポンスが改善され、走査線分の画素数を持つ３板ＣＣＤに近い性能を実現することができる撮像方法及び撮像装置をより安価に提供できるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１はＲＧＢ撮像方式における、垂直方向に半画素ずらして配置された３枚の全画素ＣＣＤ、ＧＣＣＤ１０１、ＢＣＣＤ１０２、ＲＣＣＤ１０３を用いて得られた信号を処理するための信号処理回路である。これら３枚の全画素ＣＣＤはそれぞれＧ、Ｂ、Ｒの単色フィルタに覆われており、図２に示すように、ＢＣＣＤ１０２，ＲＣＣＤ１０３は、ＧＣＣＤ１０３の画素位置に対して１／２画素だけ垂直方向にずらされて配置されている。
【００２３】
以下、信号の流れに沿って説明する。
【００２４】
撮像装置に入力した被写体の光学画像は、不図示のプリズムによって分割されて異なる３方向の光路を進み、ＧＣＣＤ１０１、ＢＣＣＤ１０２、ＲＣＣＤ１０３のそれぞれに結像する。各ＣＣＤは結像した光学像を電気信号に変換して出力する。各ＣＣＤからの出力信号は、それぞれＣＤＳ回路１０４、ＡＧＣ回路１０５で処理された後に、Ａ／Ｄ変換器１０６によりディジタル信号に変換される。
【００２５】
これらのＧ、Ｂ、Ｒ信号は、水平、垂直方向のＬＰＦ１０９、１１０、１１１によって、それぞれ帯域を制限される。ＬＰＦ１０９によってフィルタリングされたＧ（ＧＬ）信号は、低域輝度信号および色差信号を得るためのマトリックス変換処理を行うマトリックス変換回路（ＹＣ−ＭＡＴ）１１３に直接入力される。また、Ｂ（ＢＬ）信号およびＲ（ＲＬ）信号は、ホワイトバランス回路１１２でホワイトバランスを調整された後、ＹＣ−ＭＡＴ回路１１３に入力される。ＹＣ−ＭＡＴ回路１１３は、入力したＧＬ信号、ＢＬ信号、ＲＬ信号から、輝度信号ＹＬおよび色差信号Ｐｂ、Ｐｒを生成する。
【００２６】
また、Ａ／Ｄ変換回路１０６によりＡ／Ｄ変換されたＧ、Ｂ、Ｒ信号は、無彩色で折り返しのない輝度信号Ｙ’を得るためのマトリックス変換処理を行うマトリックス変換回路（Ｙ’−ＭＡＴ）１１４に入力する。そして、本実施の形態においては、次式により入力したＧ、Ｂ、Ｒ信号を用いて２種類の輝度信号Ｙ１’，Ｙ２’を生成する。
【００２７】
【数２】
Ｙ１’＝Ｇ
Ｙ２’＝０．５Ｂ＋０．５Ｒ
Ｙ’−ＭＡＴ回路１１４内には、フィールド周期のライン切り替えスイッチ１１４−１が挿入されており、フィールド毎にＹ１’及びＹ２’を交互に輝度信号Ｙ’として出力するように切り換えられる。図４に示す例では、ｅｖｅｎフィールドの時にはＹ１’を、ｏｄｄフィールドの時にはＹ２’を選択するようにライン切り換えスイッチ１１４−１を切り換える。ライン切り換えスイッチ１１４−１により選択され、出力された輝度信号Ｙ’は水平、垂直のＨＰＦ１１５により高域周波数領域を抽出して、高域信号Ｙ’Ｈを生成する。
【００２８】
この高域輝度信号Ｙ’Ｈを低域輝度信号ＹＬに加算し、垂直方向の高域に折り返しのない高帯域な輝度信号Ｙとする。
【００２９】
また、垂直のサンプリング周波数をヌル点とする光学水晶ＬＰＦを挿入することにより、高域での折り返し信号をあらかじめ除去することができる。
【００３０】
こうして得られた信号は、図５のグラフｎｅｗ．ｄａｔに示したように、従来のｏｌｄ．ｄａｔに比べて垂直画素ずらしにより垂直方向の輝度の解像度、レスポンスが向上しており、かつ無彩色時には折り返しのないものを得ることができる。
【００３１】
また、輝度信号Ｙ’は、単色で低周波の画像部分にフリッカを起こす原因となるが、低輝度信号が正規の輝度式によって生成されているのでこの問題は生じない。
【００３２】
この時、垂直方向において図５のｎｅｗ．ｄａｔの周波数特性となるが、これは図５のｓｔｄ．ｄａｔの周波数特性となる、走査線分の画素数を持つ３板ＣＣＤのもの比べても遜色のないものであると同時に、上述のように従来と比べて高域のレスポンスが高いのがわかる。
【００３３】
【他の実施形態】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ，インタフェイス機器，カメラヘッドなど）から構成される撮像システムに適用しても、一つの機器からなる撮像装置（例えば、ビデオカメラなど）に適用してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上実施の形態にて説明したように、垂直画素ずらし配置により３枚の全画素ＣＣＤを用いて撮像した時の輝度の解像度及びレスポンスが改善され、走査線分の画素数を持つ３板ＣＣＤに近い性能を実現することができる撮像方法及び撮像装置をより安価に提供できるようになる。
【００３５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるカメラ信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図２】垂直画素ずらし配置を説明する図である。
【図３】従来例の輝度信号生成方式を示す図である。
【図４】実施例の輝度信号生成方式を示す図である。
【図５】周波数特性の比較図である。
【図６】従来例のカメラ信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１  ＧＣＣＤ
１０２  ＢＣＣＤ
１０３  ＲＣＣＤ
１０４  ＣＤＳ回路
１０５  ＡＧＣ回路
１０６  Ａ／Ｄ変換器
１０７、１１４−１  １Ｈディレー回路
１０８  ライン切り替えスイッチ
１０９、１１０、１１１  ＬＰＦ
１１２  ホワイトバランス回路
１１３、１１４、６１４  マトリックス変換回路
１１５  ＨＰＦ１１５
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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