(57)【要約】【課題】  インターレースモニタ時のフリッカ発生を低減するとともに、ノンインターレースモニタプリンタにおけるラインクロークを低減し、更には、フィールド間でずれのないフレームスチル映像を得ることである。【解決手段】  ライン毎に市松状に配列されたＷ’，Ｇの色フィルタの平均透過率とＣy，Ｙeの色フィルタの平均透過率とを略同一とすることにより光感度差が生じない。このため、インターレースモニター時のフリッカ，あるいは、ノンインターレースモニタープリンタによるフレーム信号に基づくプリントアウトなどにおけるラインフロークが低減され、４８０本程度の垂直解像度の映像が得られる。【選択図】      図３
2004229324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全画素読出し方式の固体撮像素子に用いる色フィルタアレイにおいて、
偶数，奇数のいずれか一方のラインに対しては、Ｗのフィルタ及びＧのフィルタを交互に配列するとともに、他方のラインに対しては、Ｃy及びＹeのフィルタを交互に配列し、Ｗ及びＧのフィルタの平均透過率と、Ｃy及びＹeのフィルタの平均透過率とが、概略同一となるように各フィルタの分光特性を設定したことを特徴とする色フィルタアレイ。
【請求項２】
請求項１記載の色フィルタアレイの撮像素子から出力された映像信号に基づいて、各ライン毎に輝度信号を生成する輝度信号生成手段を備えたことを特徴とする映像信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子の色フィルタアレイ及び映像信号処理回路にかかり、更に具体的には、全画素読出方式の固体撮像素子に好適な色フィルタアレイ及び映像信号処理回路の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤなどの固体撮像素子を用いる撮像装置のフィルタアレイとしては、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の原色フィルタを配列したものがある。図７には、全画素読出方式の撮像素子における原色フィルタアレイの一例が示されており、緑フィルタＧが市松状に配列されており、残りの部分に赤フィルタＲ，青フィルタＢが配列されている。この方式では、輝度信号は、２行のＲ，Ｇ，Ｂの各信号から合成される。
【０００３】
例えば、第１フィールドでは、第ｎラインの信号と第ｎ+1ラインの信号，第ｎ+2ラインの信号と第ｎ+3ラインの信号，……という具合に合成されて輝度信号が生成される。第２フィールドでは、第ｎ+1ラインの信号と第ｎ+2ラインの信号，第ｎ+3ラインの信号と第ｎ+4ラインの信号，……という具合に合成されて輝度信号が生成される。
【０００４】
しかしながら、以上のような背景技術には、次のような不都合がある。
（1）色副搬送波の周波数をｆsとすると、ｆs／２の色モワレが輝度信号に混入し、水平解像度の劣化を招く。
（2）２ラインの信号を混合した輝度信号のみを使用するため、垂直解像度が不足する。例えば、３５０本程度の垂直解像度となってしまう。
（3）原色フィルタを使用するため、光の利用率が悪く、感度不足となる。
【０００５】
次に、従来の単板撮像素子（ＩＬ−ＣＣＤ）を使用する撮像装置では、２ラインを混合して輝度信号とするため、一般的にＭg（マゼンタ）の色フィルタが使用されている。なお、現在のように色フィルタアレイがＭg，Ｇ，Ｃy（シアン），Ｙe（イエロー）の４色で構成される以前には、Ｗ（透明），Ｇ，Ｃy，Ｙeの４色による方式も考案され（特開昭６２−１０８６９４号公報参照）、また市販されたが、１ラインで輝度信号とする方式は、そのようなＷ，Ｇ，Ｃy，Ｙeの４色方式では存在しない。図８には、前記公報の色フィルタ配列が示されており、Ｇ及びＷのフィルタで構成されたラインと、Ｃy及びＹeのフィルタで構成されたラインとが交互に配列された構成となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、透明フィルタＷは、色フィルタを使用しない方式であるため、透明フィルタＷの部分の画素出力は、その固体撮像素子の分光特性となる。図９（A）には、透明フィルタＷの特性の一例が示されており、横軸は波長，縦軸は相対感度である。なお、同図（B）には、他のフィルタＧ，Ｃy，Ｙeの特性が参考までに示されている。
【０００７】
ここで、図８の色フィルタ配列において１ラインで輝度信号を得る場合を考える。Ｗ，Ｇのラインによる輝度信号をＹAとし、Ｃy，Ｙeのラインによる輝度信号をＹBとすると、例えば、図１０に示すような特性となり、同図に斜線で示すに分光感度差が発生する。
【０００８】
その結果、輝度信号ＹAをフィールドＡに使用し、輝度信号ＹBをフィールドＢに使用した場合、仮に白黒の被写体撮像時に両者のレベルを合わたとしても、斜線範囲の波長の被写体，すなわち、ＢもしくはＲの被写体部分で、フィールド毎の輝度信号のレベル差により、フィールド周期（ＮＴＳＣ方式の場合は1／60秒）のフリッカが発生してしまう。更に、かかる輝度信号に基づいてプリントアウトしたり、あるいはノンインターレースモニタに表示するなどを行ったときは、ラインクローク現象となって表われる。
【０００９】
この発明は、以上の点に着目したもので、インターレースモニタ時のフリッカ発生を低減するとともに、ノンインターレースモニタプリンタにおけるフレーム信号に基づくプリントアウトなどにおけるラインクロークを低減し、更には、フィールド間でずれのないフレームスチル映像を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の１）〜２）に記載の手段よりなる。
すなわち、
１）全画素読出し方式の固体撮像素子に用いる色フィルタアレイにおいて、
偶数，奇数のいずれか一方のラインに対しては、Ｗのフィルタ及びＧのフィルタを交互に配列するとともに、他方のラインに対しては、Ｃy及びＹeのフィルタを交互に配列し、Ｗ及びＧのフィルタの平均透過率と、Ｃy及びＹeのフィルタの平均透過率とが、概略同一となるように各フィルタの分光特性を設定したことを特徴とする色フィルタアレイ。
２）１）記載の色フィルタアレイの撮像素子から出力された映像信号に基づいて、各ライン毎に輝度信号を生成する輝度信号生成手段を備えたことを特徴とする映像信号処理回路。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の「色フィルタアレイ及び映像信号処理回路」によれば、Ｗ，Ｇの色フィルタの平均透過率とＣy，Ｙeの色フィルタの平均透過率を同じとしたので、インターレースモニター時のフリッカ，あるいは、ノンインターレースモニタープリンタによるフレーム信号に基づくプリントアウトなどにおけるラインフロークが低減される。また、各ライン毎に輝度信号を構成することとしたので、フィールド間のずれのないフレームスチル映像を撮像することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る色フィルタアレイ及び映像信号処理回路の発明を実施するための最良の形態につき、好ましい実施例により説明する。
【００１３】
図１には、本参考例にかかる色フィルタ配列が示されている。同図において、輝度フィルタＹ（Ｙ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）は市松状に配列されており、残りの部分に赤フィルタＲ，青フィルタＢが配列されている。すなわち、前記背景技術と比較して、緑フィルタＧの代わりに輝度フィルタＹを配列した構成となっており、赤フィルタＲ及び緑フィルタＧは、線順次の配列となっている。
【００１４】
図２には、かかる色フィルタ配列のフィルタアレイを有するＣＣＤなどの撮像素子（図示せず）から出力された映像信号を処理するための信号処理回路が示されている。撮像素子から出力された映像信号は、ＯＢクランプ回路１０によって各ラインのクランプ処理が行われた後、色分離回路１２，２ライン混合回路１４，トラップ回路１６，１８にそれぞれ供給される。
【００１５】
まず、色差信号処理から説明すると、色分離回路１２では、入力信号からＹr，Ｙb，Ｒ，Ｂの信号が分離され、ＬＰＦ２０に供給される。なお、Ｙrは、赤フィルタＲを含むラインから得られた輝度信号であり、Ｙbは、青フィルタＢを含むラインから得られた輝度信号である。ＬＰＦ２０では、色信号処理のためのフィルタ処理が行われる。
【００１６】
処理後の映像信号ＹLr，ＹLb，ＲL，ＢLのうち、ＲL，ＢLはＷＢ（ホワイトバランス）回路２２に供給され、これによる処理の後にγ補正回路２４に供給される。映像信号ＹLr，ＹLbは、ＬＰＦ２０からそのままγ補正回路２４に供給される。γ補正回路２４でγ補正が行われた映像信号ＹLr，ＹLb，ＲL，ＢLは、マトリクス回路２６に供給され、ここでマトリクス処理されて色差信号ＲL−ＹLr，ＢL−ＹLbが求められる。これらの色差信号は、色差ゲイン回路２８において、色成分に生じた折返し信号又はモアレなどの偽信号が除去された後、１Ｈ（１ライン）ディレイ回路３０及び加算器３２，３４による上下ラインの信号の加算が行われる。加算後の色差信号は、ベースクリップ回路３６によるＳ／Ｎ改善の後、色差信号ＲL−ＹL，ＢL−ＹLとして出力される。
【００１７】
次に、輝度信号処理について説明する。２ライン混合回路１４では、連続する２ラインの信号が混合される。例えば、第１フィールドでは、第ｎラインの信号と第ｎ+1ラインの信号，第ｎ+2ラインの信号と第ｎ+3ラインの信号，……という具合に混合され、第２フィールドでは、第ｎ+1ラインの信号と第ｎ+2ラインの信号，第ｎ+3ラインの信号と第ｎ+4ラインの信号，……という具合に混合されて輝度信号ＹHが生成される。このようにして得られた輝度信号ＹHは、セットアップ回路３８に供給され、ここで輝度信号にこのセットアップ成分が加算される。
【００１８】
他方、トラップ回路１６，１８によってｆｓ／２のトラップ処理が行われた映像信号は輝度垂直差分回路４０に供給され、ここで次のような処理が行われる。上述した２ライン混合によって得られる第１フィールドの輝度信号をＹA’，第２フィールドの輝度信号をＹB’とすると、次の（1）式のようになる。
【００１９】
【数１】
2004229324.tif 000003
【００２０】
これに対し、垂直成分をＹVとして求めると、次の（2）のようになる。
【００２１】
【数２】
2004229324.tif 000004
【００２２】
この垂直成分ＹVを、次の（3）式のように、ある係数αを積算して前記輝度信号ＹA’，ＹB’に加算し、最終的な輝度信号ＹA，ＹBを得る。そして、それらの差分であるＹA−ＹBが、輝度垂直差分回路４０から出力される。
【００２３】
【数３】
2004229324.tif 000005
【００２４】
セットアップ回路３８の出力信号は、γ補正回路２４によるγ補正の後、垂直成分補正回路４２に供給される。他方、輝度垂直差分回路４０による差分信号は、ベースクリップ回路４４によるベースクリップ処理の後、アンプ４６でＫ倍され、垂直成分補正回路４２に供給される。垂直成分補正回路４２では、Ｋ倍された差分信号Ｋ×（ＹA−ＹB）によって入力信号ＹHが補正され、補正後の輝度信号ＹWが出力される。この輝度信号ＹWは、アパーチャ補正回路４８，１Ｈ遅延回路５０，５２によって、水平，垂直方向のアパーチャ補正が行われ、その後コアリング回路５４によるコアリング及び輝度のゲイン処理，加算器５６による遅延信号加算の後、最終的な輝度信号ＹWとして出力される。
【００２５】
このように、本参考例によれば、２ライン加算が行われるため、ｆs／２のモワレが相殺されるようになり、水平解像度が向上する。また、垂直成分が補正されるため、垂直解像度も向上する。更に、Ｒ，Ｂの原色フィルタを用いているため、色再現性にも優れている。
【実施例１】
【００２６】
次に、図３，図４を参照しながら実施例１について説明する。図３には、実施例１における色フィルタ配列が示されている。同図に示すように、基本的な配列自体は、上述した図８の背景技術と同様であるが、透明フィルタＷ’の分光特性が異なる。すなわち、本実施例では、図９（A）に示した分光特性ではなく、図４にグラフＧＡで示した分光特性となっている。同図中、シアンフィルタＣyはグラフＧＢ，イエローフィルタＹeはグラフＧＣ，緑フィルタＧはグラフＧＤである。本実施例の透明フィルタＷ’は、それらＣy，Ｙe，Ｇに対して、次の（4）式で表わされる。
【００２７】
【数４】
2004229324.tif 000006
なお、この（4）式中、「＋」は、フィルタの重ね合わせではなく、平均透過率を表わす。
【００２８】
この結果、透明フィルタＷ’は、短波長側で感度の少ないフィルタとなる。また、緑フィルタＧは、一般にシアンフィルタＣｙとイエローフィルタＹｅの重ね合わせで構成していたが、グラフＧＤで示す緑フィルタＧ単独で構成してもよい。以上のような分光感度特性を有するフィルタＷ’，Ｇ，Ｃy，Ｙeを図３に示すように配列することによってフィルタアレイが構成されている。
【００２９】
次に、図５を参照しながら本実施例の信号処理回路について説明する。図３の色フィルタ配列の撮像素子（図示せず）から出力された映像信号のうち、１ラインで輝度信号が構成され、２ラインで色信号が構成される。例えば、第１フィールドの輝度信号，すなわち図３に示すラインｎ，ｎ+2，……の輝度信号ＹAは、（5）式で表わされる。また、第２フィールドの輝度信号，すなわち図３に示すラインｎ+1，ｎ+3，……の輝度信号ＹBは、（6）式で表わされる。これらをグラフで示すと、図４のＧＥのようになる。
【００３０】
【数５】
2004229324.tif 000007
【００３１】
【数６】
2004229324.tif 000008
【００３２】
他方、色信号は、次の（7）〜（9）式のようにして求められる。
【００３３】
【数７】
2004229324.tif 000009
【００３４】
【数８】
2004229324.tif 000010
【００３５】
【数９】
2004229324.tif 000011
【００３６】
これらの信号が図５のＯＢクランプ回路１０から出力される。これらのうち、色信号は画素補間回路６０に供給され、ここで各画素出力に対する画素補間処理が行われた信号がマトリクス回路６２に供給される。マトリクス回路６２によるマトリクス処理によって得られた映像信号ＲL，ＧL，ＢLは、ホワイトバランス回路６４によるホワイトバランス処理，γ補正回路６６によるγ補正の後、他のマトリクス回路６８に供給される。そして、マトリクス回路６８によるマトリクス処理によって色差信号ＲL−ＹL，ＢL−ＹLが得られる。これら色差信号は、色差ゲイン回路７０において、色成分に生じた偽信号が除去された後ベースクリップ回路３６に供給され、最終的な色差信号ＲL−ＹL，ＢL−ＹLが得られる。
【００３７】
他方、各フィールドの輝度信号ＹA，ＹBは、セットアップ回路７２によるセットアップ処理の後にトラップフィルタ７６に供給される。
トラップフィルタ７６では、ｆｓ／２トラップの処理が行われ、処理後の信号がγ補正回路６６によるγ補正の後にフィールド／フレームメモリ７８に供給される。フィールド／フレームメモリ７８では、映像もしくは状況に応じたフィールド／フレーム切換えの処理が行われる。そして、処理後のフィールドもしくはフレームの信号に対して、前記参考例と同様のアパーチャ補正が行われ、加算器５６から最終的な輝度信号ＹWが出力される。
【００３８】
ところで、本実施例によれば、透明フィルタＷ’の分光特性が図４に示したように設定されている。これにより、Ｗ’，Ｇの色フィルタの平均透過率とＣy，Ｙeの色フィルタの平均透過率が同じになり、図１０に斜線で示すような分光感度差が生じない。このため、インターレースモニター時のフリッカ，あるいは、ノンインターレースモニタープリンタによるフレーム信号に基づくプリントアウトなどにおけるラインフロークが低減され、４８０本程度の垂直解像度の映像が得られる。また、図５に示したように、フィールドもしくはフレームメモリを撮像機器内に設け、ライン毎に輝度信号を構成することとしたので、フィールド間のずれのないフレームスチル映像を撮像することが可能となる。更に、本実施例によれば、マトリクスによる信号処理が容易となるため、マトリクス回路の構成が簡略化できる。
【００３９】
この発明には数多くの実施の形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能である。例えば、次のようなものも含まれる。
（1）Ｗ’，Ｇ，Ｃy，Ｙeのフィルタを組み合わせる配列としては、前記実施例２の他に、図６（A）〜（C）に示すものが考えられ、いずれも前記実施例２と同等の効果を得ることができる。
（2）本発明は、全画素読出方式の撮像素子を用いれば適用可能であり、いわゆる単板方式，双板方式には左右されない。
（3）前記実施例に示した色信号処理方法や処理装置は、必要に応じて適宜変更してよく、何ら前記実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の参考例の色フィルタ配列を示す図である。
【図２】参考例の信号処理回路を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施例１の色フィルタ配列を示す図である。
【図４】実施例１の色フィルタの分光特性を示すグラフである。
【図５】実施例１の信号処理回路を示すブロック図である。
【図６】この発明の他の実施例の色フィルタ配列を示す図である。
【図７】従来の色フィルタ配列の一例を示す図である。
【図８】従来の色フィルタ配列の一例を示す図である。
【図９】従来の色フィルタ配列の分光特性を示すグラフである。
【図１０】従来の色フィルタ配列におけるライン間の輝度信号の分光感度差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
Ｒ…赤フィルタ
Ｇ…緑フィルタ
Ｂ…青フィルタ
Ｗ，Ｗ’…透明フィルタ
Ｃｙ…シアン
Ｙｅ…イエロー
Ｙ…輝度フィルタ
１０…ＯＢクランプ回路
１２…色分離回路
１４…２ライン混合回路
１６，１８…トラップ回路
２０…ＬＰＦ
２２，６４…ホワイトバランス回路
２４，６６…γ補正回路
２６，６２，６８…マトリクス回路
２８，７０…色差ゲイン回路
３０…１Ｈディレイ回路
３２，３４，５６…加算器
３６…ベースクリップ回路
３８，７２…セットアップ回路
４０…輝度垂直差分回路
４２…垂直成分補正回路
４４…ベースクリップ回路
４６…アンプ
４８…アパーチャ補正回路
５０，５２…１Ｈディレイ回路
５４…コアリング回路
６０…画素補間回路
７６…トラップフィルタ
７８…フィールド／フレームメモリ
【図１】
2004229324.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004229324.tif 000016
【図６】
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【図７】
2004229324.tif 000018
【図８】
2004229324.tif 000019
【図９】
2004229324.tif 000020
【図１０】
2004229324.tif 000021