(57)【要約】【課題】光学的に連続した高解像度画像を複数色のカラーフィルターを介して複数の画像に分割して撮像し、この分割時に生ずる境界部分の連続性を保った高解像度の単板式カラーカメラを提供する。【解決手段】撮像素子からＧ色のカラーフィルターを介して得られた信号を（Ａ）に示すように１点鎖線部分で画面分割を行うと、（Ｂ）の斜線部のｇは隣接情報が無いために正確な補間を行うことができない。このため、（Ｃ）に示すように各画面分割の端面毎に隣接信号を付加して処理を行ない、（Ｂ）の斜線部のｇを得た後、隣接信号の付加部分を削除すれば、（Ｄ）に示すような連続性の有る補間されたｇが得られる。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを介して撮像された被写体光像を光電変換出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力する前記光電変換出力を、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色に対応した電気信号に分離する色分離回路とを具備した高精細単板カラーカメラであって、
前記色分離回路は、前記撮像素子で撮像した１枚の被写体光像を水平方向に等間隔に分割して処理するよう構成され、
分割された互いに隣接する境界部分が連続性を有し色信号再生可能となるように、前記被写体光像を分割することを特徴とする高精細単板カラーカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精細単板カラーカメラに係り、特に高精細動画像を得るために撮像画像を分割処理しても、連続性のある色処理が可能なカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高解像度カラーカメラとしては、本願発明者らが先に提案した特開２００２−１５２７７４公報に開示の発明がある。この発明によるカメラはＨＤＴＶ画像４倍の画素数に相当する３８４０×２１６０のＣＭＯＳ固体撮像素子３枚を用いて高解像度カラーカメラとしている。
動画像を表示するには、垂直駆動周波数は最小限３０Ｈｚ以上必要であり、これ以下にするとフリッカーが目立ち、動画像の動きもぎこちなくなる。しかしながら、ＨＤＴＶ画像の駆動周波数は７４．２５ＭＨｚと高速であり、３０Ｈｚの垂直駆動周波数を確保しようとすると、４倍の２９７ＭＨｚの高速でＣＭＯＳ撮像素子を駆動させなければならず、非常に困難である。
【０００３】
そこで、ＣＭＯＳ撮像素子を、水平方向を８分割で設定することにより、各画素の駆動周波数を３７．１２５（＝７４．２５／２）ＭＨｚに減少させ、ＣＭＯＳ撮像素子の水平駆動周波数を６７．５ＫＨｚとし、垂直駆動周波数を３０Ｈｚに保持さて、良好な動画像を得られる３板式の高解像度カラーカメラとしているものである。
【０００４】
一方、複数枚の固体撮像素子を用いず、複数色のカラーフィルターを撮像素子表面に設定し、一枚の固体撮像素子でカラー信号を得る単板カラーカメラ方式が数多く提案されている。その一例として、特開２００２−１１２２７６公報に記載の発明について、説明する。
【０００５】
３色の色フィルタの内、Ｇ画素が市松状に配置され、１行毎にＲとＢがＧを穴埋めする形式の色フィルタを用い、Ｇ画素の隣接４画素の明暗パターンから補間される画素が、画像の水平エッジ部か垂直エッジ部か斜めエッジ部か相関方向が決定できない部分に該当するかを推定するようにし、ＲＢ画素位置のＧ補間値を制御することにより、高精度に近似されたＧ信号を得る構成としているものである。
このようにすると、色差信号を作る際のＲＧＢ信号の画素数と位置とはそれぞれ同一になり、色信号間での周波数特性の差がなくなり、色偽信号の発生を抑えることができ、一枚の固体撮像素子でも、良好なカラー画像を得ることができる構成のものである。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
ところで、スポーツや動物等の動画像をテレビカメラで撮像し、これらの撮影映像から写真並みの高解像度表示を行うことは従来考えられていなかった。写真並みの画像を得ようとすると写真機、デジタルスチルカメラのような静止画を中心とした機材を別に用意する必要があった。
写真並みの高解像度とするためには、入力画素数は、例えばＡ４サイズ（約３０ｃｍｘ２０ｃｍ）の記録紙に印刷するとして画素密度１２ドット／ｍｍとすると、３６００ドットｘ２４００ドットがおおよその画素数として必要である。
しかし、このような高解像度の画素数を持つテレビカメラは、ＲＧＢ３色にそれぞれ固体撮像素子を対応させた３枚で構成しようとすると、高精度の光学装置が必要で３色の重ねあわせが困難であるという問題点があった。
【０００７】
そこで、３枚の固体撮像素子を重ね合わせず、１枚の固体撮像素子の上に複数色のカラーフィルターを設置する高精細単板式カラーカメラが考えられるものの、高精細単板式カラーカメラとして固体撮像素子の画素数を多くすると、前述の特開２００２−１５２７７４公報に開示された発明のように水平方向に分割して駆動周波数を下げる必要がある。その結果、色信号も分割されてしまうので、隣接の色フィルターを使用して偽色信号を除去するためには、前述の特開２００２−１１２２７６公報に開示された発明では解決することはできず、画面分割した境界部分の連続性をどのように保持するかが新たな問題となっている。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、光学的に連続した高解像度画像を複数色のカラーフィルターを介して複数の画像に分割して撮像し、この分割時に生ずる境界部分の連続性を保った高解像度の単板式カラーカメラを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下に記載の手段よりなる。
すなわち、
レンズを介して撮像された被写体光像を光電変換出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力する前記光電変換出力を、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色に対応した電気信号に分離する色分離回路とを具備した高精細単板カラーカメラであって、
前記色分離回路は、前記撮像素子で撮像した１枚の被写体光像を水平方向に等間隔に分割して処理するよう構成され、
分割された互いに隣接する境界部分が連続性を有し色信号再生可能となるように、前記被写体光像を分割することを特徴とする高精細単板カラーカメラ。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高精細単板カラーカメラの発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１は、カラーフィルタの配列例及び補間例を示したものである。同図（Ａ）はカラーフィルタの配列例であり、（Ｂ）はＧ色のみ取り出したものである。（Ｃ）はＧ色の成分から補間したｇ色を作り出して合成したものである。例えば，縦横隣接する４つのＧ色から相関を取り補間したｇ色とする。（Ｄ）のように最も一般的な補間の例としては（Ｇ上＋Ｇ下＋Ｇ右＋Ｇ左）／４＝ｇがあげられる。
このような簡単な補間の例でも、高解像度撮像素子を用いて画像を処理するために図２（Ａ）に示すように１点鎖線部分で画面分割を行うと、（Ｂ）の斜線部のｇは隣接情報が無いために正確な補間を行うことができない。このため、（Ｃ）に示すように各画面分割の端面毎に隣接信号を付加して処理を行ない、（Ｂ）の斜線部のｇを得た後、隣接信号の付加部分を削除すれば、（Ｄ）に示すような連続性の有る補間されたｇが得られる。
【００１１】
次に、図３に高解像度用の撮像素子の例を示す。水平同期信号駆動部２、垂直同期信号駆動部３にハイビジョン用水平同期信号の２倍の周波数の同期信号２ＨＤ、垂直同期信号ＶＤ、駆動周波数の半分の１／２Ｃｌｏｃｋを外部から加え、水平同期信号駆動部２からはＨａｄ０，Ｈａｄ１，．．．．，Ｈａｄ７，垂直同期信号駆動部３からはＶａｄが形成され画素構成部１に加えられる。画素構成部１では４Ｋ画素が８分割されＡ０，Ａ１，．．．．Ａ７となっている。この８分割された画素は同期信号の駆動により被写体光像を電気信号にそれぞれ変換して、ＣＤＳ４（相関雑音除去回路）、ＯＦＦＳＥＴ／ＧＡＩＮ６（直流電圧／利得調整回路）、あるいはＡ／Ｄ６（Ａ／Ｄ変換回路）を経由して８並列の画像データＤ０，Ｄ１，．．．Ｄ７を出力する。このようにすると垂直駆動周波数が標準のものが得られ、動画となる。
【００１２】
カラーフィルタを撮像素子上に装着し、撮像素子にＡ／Ｄ変換装置を含まない場合の、動作例を図４に示す。図において撮像装置１１に被写体光像を結像させてカラーフィルター情報を含んだ８並列アナログ電気信号Ａ０，Ａ１，．．．Ａ７を得る。このアナログ電気信号をＡ／Ｄ変換装置１２に加えデジタル信号Ｄ０，Ｄ１，．．．．Ｄ７を得る。このデジタル信号を信号処理装置１３に加え白傷、縦筋ノイズ等を除去したのち境界画像付加装置１４に加え境界部分の信号を付加した後、色分離装置１５に加える。色分離装置１５でカラーフィルター情報を含んだデジタル信号を各ＲＧＢのカラー信号に分離する。分離後付加された境界信号を削除してＲ０，Ｒ１，．．．．Ｒ７、Ｇ０，Ｇ１，．．．．Ｇ７、Ｂ０，Ｂ１，．．．．Ｂ７の８並列カラーデジタル信号を得る。この３色の８並列カラーデジタル信号を標準信号変換装置１６に加え４並列のハイビジョン並列デジタル標準信号Ｈ０，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３に変換する。次に並列／直列変換装置１７により４並列のハイビジョン直列デジタル信号Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に変換する。この４並列のハイビジョン直列デジタル信号を表示装置に加えて画像表示する。
【００１３】
図５を用いさらに詳細に説明する。撮像装置１１からの出力からＡ１を中心に境界画像の付加例を示す。まず水平画素数をハイビジョンの２倍とすると１９２０×２＝３８４０画素となる。これを８分割すると１分割あたり４８０画素である。従って標準水平映像信号時間位置として（Ａ）に示すようにＡ０は水平画素位置０〜４７９，Ａ１は４８０〜９５９，Ａ２は９６０〜１４３９となる。各分割された信号の水平映像信号期間は図に示すように同じである。従って隣接信号を付加する場合は（Ｂ）に示すようにＡ１を１画素シフトし、Ａ２を２画素シフトして、Ａ１にＡ０から４７９位置の画素、Ａ２から９６０位置の画素を付加して、（Ｃ）に示す様にＡ１の画素範囲を４７９〜９６０とする。
【００１４】
更に図６を用いて画素シフトの構成を詳細に説明する。撮像素子の端部Ａ０，Ａ７は情報が無い為、両端はそのままの処理とする。従って画素構成部１のＡ０はそのまま、加算器０に加えられ、Ａ１をシフトレジスターＡ１で１画素分シフトして加算器０に加え、Ａ０に１画素加えて画素構成位置を０〜４７９に対し０〜４８０とする。
次の画素構成部１のＡ１はシフトレジスターＡ１で１画素分シフトして加算器１に加えられる。この加算器１にはＡ０はそのままで、Ａ２は２画素分シフトして各１画素分付加する。これにより加算器１からはＡ１用として４７９〜９６０の画素構成位置の信号が出力される。
以下同様にしてＡ２用に９５９〜１４４０，Ａ３用に１４３９〜１９２０、…
の画素構成位置の信号が出力される。
【００１５】
図７に加算器の回路例を示す。まずＡ０をＡＮＤ０に加えＧＡＴＥ１パルスによりＡ０の画素位置の４７９のみを抽出しＬａｔｃｈ３に加える。次にＡ１をシフトレジスターＡ１により１画素遅延させたものをやはりＬａｔｃｈ３に加える。最後にＡ２をシフトレジスターＡ２−０，Ａ２−１により２画素遅延させたものをＡＮＤ１に加えＧＡＴＥ２バルスによりＡ２の９６０のみ抽出し、Ｌａｔｃｈ３に加える。Ｌａｔｃｈ３では１画素毎にＣｌｏｃｋにより位相を揃えて４７９〜９６０の画素位置のデータを出力する。
このようにして得たデータを色分離装置１５に加え、境界部の隣接信号を含めて各分離部分の補間を行ない、色分離終了後隣接信号は削除して標準信号変換装置１６に加えて３色分の８分割色信号から４並列の標準信号に変換すれば境界部も連続した画像が得られる。
説明を簡単にする為、Ｇの単色の処理方法のみ説明したが、従来例に示した単板カラーカメラにおける偽色信号を低減する為の処理方法等にも摘要できることはもちろんである。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高精細動画像を得るために画素数が多い撮像素子を用い信号処理を水平方向に分割しても、連続性の有る色処理が可能で、偽色信号を低減した良好な色信号が得られる高精細単板カラーカメラを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に適用されるカラーフィルタの配列例とＧ色を取り出したときの配置例を示す図である。
【図２】分割画面境界部のカラーフィルタの位置の例を示す図である。
【図３】本実施例に適用される撮像素子を示す図である。
【図４】本実施例に適用されるカラーカメラの構成例である。
【図５】本実施例に適用されるカラー信号処理例である。
【図６】本実施例に適用される隣接信号付加回路の構成例を示す図である。
【図７】本実施例に適用される回路の詳細構成を示す図である。
【符号の説明】
１…撮像素子の画素構成部
２…水平同期信号駆動部
３…垂直同期信号駆動部
４…ＣＤＳ（相関雑音除去回路）
５…Ｏｆｆｓｅｔ／ＧＡＩＮ制御回路
１１…撮像装置
１２…Ａ／Ｄ変換装置
１３…信号処理装置
１４…境界画像付加装置
１５…色分離装置
１６…標準親信号変換装置
１７…並列／直列変換装置
１８…表示装置
【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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