(57)【要約】【課題】検査等に使用するテレビジョンカメラは、検査速度と検査精度を高めるため、画素ピッチの細かい高画素撮像素子を用い、かつ、サンプリングレートを高速にし、早く信号を取り出す必要がある。そのために、カメラ内で取り扱う信号は高速となる。その場合、撮像素子内アンプや映像処理回路の直線性が問題となる。特に撮像素子内アンプは高速動作をさせると信号レベルが高い領域で歪が発生する。【解決手段】本発明の映像信号補正方法は、異なる色フィルタでそれぞれ被覆された画素が配置された固体撮像素子を用いたテレビジョンカメラにおいて、異なる色フィルタでそれぞれ被覆された画素の中で同一色の色フィルタで被覆された画素から出力される映像信号のレベルを同一色の色毎にそれぞれ検出し、予め記憶してある映像信号レベル毎の補正値で映像信号の色信号間特性を補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる色フィルタでそれぞれ被覆された画素が配置された固体撮像素子を用いたテレビジョンカメラにおいて、
前記異なる色フィルタでそれぞれ被覆された画素の中で同一色の色フィルタで被覆された画素から出力される映像信号のレベルを同一の色毎にそれぞれ検出し、予め記憶してある映像信号レベル毎の補正値で前記映像信号の色信号間特性を補正することを特徴とする映像信号補正方法。
【請求項２】
異なる色フィルタが配置された固体撮像素子を用いたテレビジョンカメラにおいて、
前記異なる色フィルタでそれぞれ被覆された画素の中で同一色の色フィルタで被覆された画素から出力される映像信号のレベルを同一の色毎にそれぞれ検出するレベル検出手段と、予め映像信号レベル毎の補正値を記憶する補正値記憶手段と、前記映像信号を前記補正値記憶手段で記憶している補正値で色信号間特性を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする映像信号補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビジョンカメラなどの撮像装置に係わり、特に撮像装置に搭載されているカラー固体撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）に入射される光量と出力される映像信号の直線性補正に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３板式テレビジョンカメラのガンマ補正は、ガンマテーブルに複数のガンマ値を記憶させ、用途に応じてガンマ値を切り替えていた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３４８４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
検査等に使用するテレビジョンカメラは、検査速度と検査精度を高めるため、画素ピッチの細かい高画素撮像素子を用い、かつ、サンプリングレートを上げて、早く信号を取り出す必要がある。そのために、カメラ内で取り扱う信号は高速となる。
その場合、撮像素子内アンプや映像処理回路の入力に対する出力特性の直線性が問題となる。特に撮像素子内アンプは高速動作をさせると信号レベルが高い領域で直線性に対する歪が発生する。
【０００４】
本発明の目的は、撮像素子内アンプを高速動作することにより映像信号レベルの高い領域で発生する直線性に対する歪を色信号間で補正することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の映像信号補正方法は、異なる色フィルタでそれぞれ被覆された画素が配置された固体撮像素子を用いたテレビジョンカメラにおいて、異なる色フィルタでそれぞれ被覆された画素の中で同一色の色フィルタで被覆された画素から出力される映像信号のレベルを同一の色毎にそれぞれ検出し、予め記憶してある映像信号レベル毎の補正値で映像信号の色信号間特性を補正する。
【０００６】
また、本発明の映像信号補正装置は、異なる色フィルタが配置された固体撮像素子を用いたテレビジョンカメラにおいて、異なる色フィルタでそれぞれ被覆された画素の中で同一色の色フィルタで被覆された画素から出力される映像信号のレベルを同一色の色毎にそれぞれ検出するレベル検出手段と、予め映像信号レベル毎の補正値を記憶する補正値記憶手段と、映像信号を補正値記憶手段で記憶している補正値で色信号間特性を補正する補正手段とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撮像素子内アンプを高速動作することにより映像信号レベルの高い領域で発生する直線性に対する歪を色信号間で補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明による単板式カラーテレビジョンカメラ（撮像装置）の映像信号の直線性補正の一実施例について図１と図２を用いて説明する。
【０００９】
図１は本発明の一実施例の撮像装置を示すブロック図である。なお、図１は本発明の単板式カラーテレビジョンカメラの説明に必要な部分のみを記載している。
【００１０】
図１において、１は撮像装置、２は入射光を結像するレンズ部、３はレンズ部２から入射した光を電気信号に変換するＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子部、４はＣＣＤ撮像素子部３から出力された信号から雑音を除去するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）部、５はＣＤＳ部４から出力された信号の利得を調整するアンプ部、６はアンプ部５から出力されたアナログ信号をデジタル信号の信号Ａに変換するＡ／Ｄ変換部（Analog Digital Converter）、７はＣＣＤ撮像素子部３の撮像素子内アンプを高速動作することにより映像信号レベルの高い領域で発生する歪を補正するために乗算する乗算部、８はホワイトバランス補正を行うための乗算部、９は乗算部８から出力されるＲＡＷ信号をＲ（Ｒｅｄ）信号、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）信号、Ｂ（Ｂｌｕｅ）信号に分離する色分離補間部、１３は色分離補間部９から出力されるＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の高周波成分を除去するための積分部、１２は色分離補間部９から出力されるＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号のホワイトバランス補正を行うための乗算値を決める感度補正部、１１はＣＣＤ撮像素子３の撮像素子内アンプを高速動作することにより映像信号レベルの高い領域で発生する直線性に対する歪を補正するための乗算値を決める直線性補正部、１０は撮像装置１内の各部を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）である。また、ＣＰＵ１１は信号Ｙで直線性補正部１１の制御を行う。１４はＣＣＤ撮像素子を駆動するためのＣＣＤ駆動部であり、また、ＣＣＤ撮像素子３から出力される色信号の情報をＣＰＵ１１に伝送する。
【００１１】
図３はカラーＣＣＤ撮像素子の画素配列を示した図で、１個の四角が１画素を示し、また、四角の中に書かれたＲ，Ｇ，Ｂの記号は、その画素の色を示している。Ｒが赤色フィルタを被覆した画素であり、Ｇが緑色フィルタを被覆した画素であり、Ｂが青色フィルタを被覆した画素である。赤色フィルタで被覆された画素は赤色フィルタでフィルタリングされた赤色光を光電変換する。緑色フィルタで被覆された画素は緑色フィルタでフィルタリングされた緑色光を光電変換する。青色フィルタで被覆された画素は青色フィルタでフィルタリングされた青色光を光電変換する。また、四角の中に書かれた数字は画素の配置で、十の位の数字が行を示し、一の位の数字が列を示している。本実施例の画素配列は、１ライン目がG11, B12, G13, B14, G15, B16, G17, B18,・・・, G1(M-1), B1Mの順に、２ライン目がR21,G22,R23,G24,R25,G26,R27,G28,・・・,R2(M-1),G2Mの順に、（Ｎ−１）ライン目がG(N-1)1,B(N-1)2,G(N-1)3,B(N-1)4,G(N-1)5,B(N-1)6,G(N-1)7,B(N-1)8,・・・,G(N-1)(M-1),B(N-1)Mの順に、Ｎライン目がRN1,GN2,RN3,GN4,RN5,GN6,RN7,GN8,・・・,RN(M-1),GNMの順である。ＭとＮは自然数である。また、映像信号を読み出す画素の順も上述の画素配列の順と同じである。即ちG11,B12,G13,・・・, RN(M-1),GNMの順に映像信号を読み出す。
【００１２】
図４は入射光量に対する色信号毎のＣＣＤの出力レベル特性である。図４のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号は、図示していない１１段階グレースケールチャートを撮像した場合のＣＣＤ撮像素子３から出力される映像信号レベルをプロットした図である。プロットの方法は、Ｂ信号の１１個の信号レベルを例えばレベル１、レベル２、・・・・レベル１１とすると、横軸レベル１のポイントにＧ信号、Ｒ信号の１段階目の測定レベルをプロットする。同様にして１１段階分のデータをプロットする。これによってＢ信号に対するＧ信号、Ｒ信号の相対的ずれが分り、また測定の１１段階レベルの光量の間隔のずれも無視できる。
【００１３】
Ｂ信号の特性はＲ信号およびＧ信号と比較して、入射光量に対する感度が低いため、映像信号レベルの高い領域での直線性に対する歪みも小さくなる。このため、Ｂ信号の特性を基準にしてＲ信号およびＧ信号のそれぞれについて、Ｂ信号の特性から相対的ずれを補正する。
【００１４】
図５は本発明の一実施例である映像信号の直線性補正を説明するための図である。
【００１５】
図５（Ａ）は、図４のＢ信号レベルを横軸に、Ｒ信号レベルおよびＧ信号レベルを縦軸にプロットした図である。Ｂ信号レベルの横軸の数値１．０は、前述の１１段階グレースケールチャートを撮像した場合のＣＣＤ撮像素子３から出力されるＢ信号レベルの１１段目のレベルを１．０とした場合である。
【００１６】
図５（Ｂ）は、Ｂ信号レベルを基準に、Ｒ信号補正用特性とＧ信号補正用特性の補正利得を表している。図５（Ａ）のＲ信号に図５（Ｂ）のＲ信号補正用特性の補正利得を乗算して直線性補正した結果が図５（Ａ）の補正後のＧ信号である。図５（Ａ）のＧ信号に図５（Ｂ）のＧ信号補正用特性の補正利得を乗算して直線性補正した結果が図５（Ａ）の補正後のＧ信号である。
【００１７】
上記の直線性補正の一実施例の動作について図１、図２、図４、図５を用いて説明する。
【００１８】
図２は図１の直線性補正部１１の詳細内容を示すブロック図である。図２は１台のカメラ内の色信号間の相対的ずれを補正するものである。
【００１９】
図２において、１１１はＲ信号の補正利得信号を生成するためのＲ信号パラメータ用レジスタ部である。１１２はＧ信号の補正利得信号を生成するためのＧ信号パラメータ用レジスタ部である。
【００２０】
１１３はＢ信号の補正利得信号を生成するためのＢ信号パラメータ用レジスタ部であるが、本実施例ではＢ信号のＣＣＤ撮像素子部３の撮像素子内アンプやアンプ部５の入出力特性をほぼ直線とみなしてＢ信号を基準に直線性補正を行うため、Ｂ信号の入力信号レベルに関係なく補正利得は、１．０を出力する。尚、Ｒ信号またはＧ信号を基準に直線性補正する場合にはＢ信号パラメータ用レジスタ部１１３でＢ信号の補正利得信号を生成して出力する。１１４は入力されるＸ信号の色信号によって補正利得信号を切替える切替部である。１１５はＲ信号パラメータ用レジスタ部１１１、Ｇ信号パラメータ用レジスタ部１１２、Ｂ信号パラメータ用レジスタ部１１３、切替部１１４を制御する制御部で、ＣＰＵ１０から出力される信号Ｙによって制御される。
【００２１】
Ｒ信号パラメータ用レジスタ部１１１は、図５（Ｂ）のＲ信号補正用特性の補正利得信号を生成するため、例えば内部に１６段階分のパラメータ用レジスタを設け、１６段階分のパラメータ用レジスタに図５（Ｂ）のＲ信号用補正特性に合わせた１６折れ線用のパラメータを制御部１１５から設定する。
【００２２】
Ｇ信号パラメータ用レジスタ部１１２は、図５（Ｂ）のＧ信号補正用特性の補正利得信号を生成するため、例えば内部に１６段階分のパラメータ用レジスタを設け、１６段階分のパラメータ用レジスタに図５（Ｂ）のＧ信号用補正特性に合わせた１６折れ線用のパラメータを制御部１１５から設定する。
【００２３】
直線性補正部１１に入力される信号ＸがＲ信号の場合、Ｒ信号パラメータ用レジスタ部１１１は、Ｘ信号のレベルに応じたＲ信号補正用特性の補正利得信号を切替部１１４を介して信号Ｚとして出力する。
【００２４】
直線性補正部１１に入力される信号ＸがＧ信号の場合、Ｇ信号パラメータ用レジスタ部１１２は、Ｘ信号のレベルに応じたＧ信号補正用特性の補正利得信号を切替部１１４を介して信号Ｚとして出力する。
【００２５】
直線性補正部１１に入力される信号ＸがＢ信号の場合、Ｂ信号パラメータ用レジスタ部１１３は、Ｂ信号のレベルに関係なく、利得信号１．０を切替部１１４を介して信号Ｚとして出力する。
【００２６】
切替部１１４は、入力される信号Ｘの色信号によって出力する信号を切替える。切替部１１４の制御は、図１のＣＣＤ駆動部１４から出力される色信号の情報をＣＰＵ１１に伝送し、ＣＰＵ１１から制御部１１５に信号Ｙで伝送され、制御部１１５から行われる。
【００２７】
直線性補正部１１から出力された信号Ｚは、図１の乗算部７で信号Ｘと乗算する。乗算部７で信号Ｘと信号Ｚを乗算することにより、色信号間の相対的ずれを補正することができる。
【００２８】
また、図２において、Ｒ信号パラメータ用レジスタ部１１１、Ｇ信号パラメータ用レジスタ部１１２、Ｂ信号パラメータ用レジスタ部１１３を１つにして、１６折れ線用のパラメータを入力される色信号毎に切替えても良い。この場合、切替部１１４は不要となる。
【００２９】
本発明の他の一実施例として、代表特性を求めて直線性補正を行う方法について図６を用いて説明する。図６は本発明の他の一実施例の直線性補正部を示すブロック図である。
【００３０】
図６において、１２１はＲ信号の代表的な折れ線近似特性Ｇ０（Ｘｒ）を記憶しているＲ信号代表折れ線近似特性部である。１２２はカメラ毎の微調整を行うための演算部である。１２５はカメラ毎の微調整を行うため、Ｇ０（Ｘｒ）を図４（Ｂ）のＲ信号補正特性に近似させるための利得係数Ｌｒを記憶するＬｒパラメータ記憶部である。１２４は更にＧ０（Ｘｒ）を図４（Ｂ）のＲ信号補正特性に近似させるための利得係数Ｋｒを記憶するＫｒパラメータ記憶部である。１２３は利得係数Ｋｒの開始レベルを記憶するＡｒパラメータ記憶部である。１２６はＲ信号代表折れ線近似特性部１２１と演算部１２２から出力させる信号を乗算してＲ信号の補正利得信号を生成し、切替部１３３を介して信号Ｚとして出力する。
【００３１】
１２７はＧ信号の代表的な折れ線近似特性Ｇ０（Ｘｇ）を記憶しているＧ信号代表折れ線近似特性部である。１２８はカメラ毎の微調整を行うための演算部である。１３１はカメラ毎の微調整を行うため、Ｇ０（Ｘｇ）を図４（Ｂ）のＧ信号補正特性に近似させるための利得係数Ｌｇを記憶するＬｇパラメータ記憶部である。１３０は更にＧ０（Ｘｇ）を図４（Ｂ）のＧ信号補正特性に近似させるための利得係数Ｋｇを記憶するＫｇパラメータ記憶部である。１２９は利得係数Ｋｇの開始レベルを記憶するＡｇパラメータ記憶部である。１３２はＧ信号代表折れ線近似特性部１２７と演算部１２８から出力させる信号を乗算してＧ信号の補正利得信号を生成し、切替部１３３を介して信号Ｚとして出力する。
【００３２】
切替部１３３は、入力される信号Ｘの色信号によって出力する信号を切替える。切替部１３３の制御は、図１のＣＣＤ駆動部１４から出力される色信号の情報をＣＰＵ１１に伝送し、ＣＰＵ１１から制御部１３４に信号Ｙで伝送され、制御部１３４から行われる。
【００３３】
直線性補正部１１から出力された信号Ｚは、図１の乗算部７で信号Ｘと乗算する。乗算部７で信号Ｘと信号Ｚを乗算することにより、色信号間の相対的ずれを補正することができる。
【００３４】
次に、代表折れ線近似特性を求める方法について説明する。
【００３５】
ＣＣＤ撮像素子３の入出力特性は、図４と同様な手順で求めるが、測定の際、よりステップを細かくして入出力特性を求める。例えば１６段階分のデータを測定し、１６折れ線特性を求める。
【００３６】
さらに、測定の回数を複数回とし、また測定のカメラセットを複数台とし、それらの複数のデータから、代表的なＲ信号の補正特性を算出する。これは平均的な特性を求めるためである。この代表的な折れ線近似特性をＧ０ (Ｘｒ)とする。この代表的な補正特性を基準に信号Ｚを算出する。補正値Ｚの算出式（式１）は下記となる。
【００３７】
Ｚ＝Ｇ０ (Ｘｒ)×［Ｋｒ×（Ｘｒ−Ａｒ）＋１］×Ｌｒ    ・・・・  （式１）
補正特性がＧ０ (Ｘｒ)に比例する場合は、Ｋ＝０とし、Ｌｒの値で調整できる。
【００３８】
また、Ｋｒ、Ａｒの値を大きくするとレベルの高い部分で補正量を上げる特性が得られる。このように代表特性を用いる方法にすると、その代表特性は、ステップの多い折れ線近似で表現することが可能となり、また、カメラ毎に補正パラメータを求める際、ステップ分のパラメータを求める必要性がなく、上述のように、Ｋｒ、Ａｒ、Ｌｒの３個のパラメータを求めるだけで直線性補正値を生成することができる。
【００３９】
上記と同様に、代表的なＧ信号の補正特性を算出する。これは平均的な特性を求めるためである。この代表的な折れ線近似特性をＧ０ (Ｘｇ)とする。この代表的な補正特性を基準に信号Ｚを算出する。補正値Ｚの算出式（式１）は下記となる。
【００４０】
Ｚ＝Ｇ０ (Ｘｇ)×［Ｋｇ×（Ｘｇ−Ａｇ）＋１］×Ｌｇ    ・・・・  （式２）
補正特性がＧ０ (Ｘｇ)に比例する場合は、Ｋ＝０とし、Ｌｇの値で調整できる。
【００４１】
また、Ｋｇ、Ａｇの値を大きくするとレベルの高い部分で補正量を上げる特性が得られる。このように代表特性を用いる方法にすると、その代表特性は、ステップの多い折れ線近似で表現することが可能となり、また、カメラ毎に補正パラメータを求める際、ステップ分のパラメータを求める必要性がなく、上述のように、Ｋｇ、Ａｇ、Ｌｇの３個のパラメータを求めるだけで直線性補正信号である信号Ｚを生成することができる。
【００４２】
図７は図６の動作を説明するための図である。横軸がＧ信号のレベルである信号Ｘであり、縦軸がＧ信号の補正利得信号レベルである。Ｇ０ (Ｘｇ)代表折れ線がＧ信号の代表的な折れ線特性であり、ＬｇがＧ信号補正特性に近似させるための利得係数であり、Ｋｇは更にＧ信号補正特性に近似させるための利得係数であり、Ａｇは利得係数Ｋｇの開始レベルである。
【００４３】
図６を用いてＧ信号のパラメータの設定方法について説明する。
【００４４】
予め規準となる例えば１１段階グレースケールチャートを被写体として用いて、代表特性を求める。その場合、乗算部７ならびに感度補正部１２はＯＦＦつまり０ｄＢの状態で測定する。次に代表折れ線近似特性を求める。この求めた代表折れ線近似特性Ｇ０(Ｘｇ)をＧ信号代表折れ線近似特性部１２７に記憶する。
【００４５】
それからあらためて、個々のテレビジョンカメラの特性を測定し、補正パラメータＫｇ、Ａｇ、Ｌｇを求め、図６に示すパラメータＫｇをＫｇパラメータ記憶部１２９に記憶し、パラメータＡｇをパＡｇラメータ記憶部１３０に記憶し、パラメータＬｇをＬｇパラメータ記憶部１３１に記憶する。この記憶したパラメータを読み出し、演算部１２８に設定する。
以上本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載されたテレビジョンカメラに限定されるものではなく、上記以外のテレビジョンカメラに広く適用することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施例の撮像装置を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施例の直線性補正部を示すブロック図。
【図３】単板式カラーＣＣＤの色フィルタの配置を説明するための図。
【図４】入射光量に対する色信号毎のＣＣＤの出力レベル特性を説明するための図。
【図５】本発明の一実施例である映像信号の直線性補正を説明するための図。
【図６】本発明の他の一実施例の直線性補正部を示すブロック図。
【図７】本発明の他の一実施例である映像信号の直線性補正を説明するための図。
【符号の説明】
【００４７】
１：撮像装置、２：レンズ部、３：ＣＣＤ撮像素子部、４：ＣＤＳ部、５：アンプ部、６：Ａ／Ｄ変換部、７，８，１２６，１３２：乗算部、９：色分離補間部、１０：ＣＰＵ、１１：直線性補正部、１２：感度補正部、１３：積分部、１４：ＣＣＤ駆動部、１１１〜１１３：パラメータ用レジスタ部、１２１，１２７：代表折れ線近似特性部、１２２，１２８：演算部、１２３〜１２５，１２９〜１３１：パラメータ記憶部、１１５,１３４：制御部、１１４，１３３：切替部。
【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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【図７】
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