(57)【要約】【課題】ＲＧＢ信号から輝度信号を形成する信号処理において、特に色温度の高い条件でのノイズレベルの悪化を改善し、解像度と低いノイズレベルを両立した画像を送出する撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】第２の輝度信号形成回路２００で、アンプ回路２０１、２０２、２０３で適切な比率のゲインを掛けるのであるが、その比率は制御回路２０６から送られる制御信号２０７、２０８、２０９にて制御される。制御回路２０６はホワイトバランスゲインに応じて判断されたゲインの比率を制御信号２０７、２０８、２０９でアンプ回路２０１、２０２、２０３に送る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光をＲＧＢの３色に分離させて撮像を行う撮像手段と、前記撮像手段からのＲＧＢ信号に対して色温度に応じたゲインを付加するゲイン付加手段と、前記ゲイン付加手段からのＲＧＢ信号を所定の比率で加算して低周波領域のみ出力する第１の輝度信号形成手段と、前記ゲイン付加手段からのＲＧＢ信号を所定の比率で加算して高周波領域のみ出力する第２の輝度信号形成手段と、前記第１及び第２の輝度信号形成手段から出力される輝度信号を加算する加算手段と、前記撮像手段からのＲＧＢ信号に基づき色温度を判別し前記ゲイン付加手段及び前記第２の輝度信号形成手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、判別した色温度に基づき、前記第２の輝度信号形成手段における加算比率を可変することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
撮像媒体から出力するＲＧＢ信号に光源の色温度に応じて適切なゲインを与えてホワイトバランス処理を施こすホワイトバランス回路と、前記ホワイトバランス回路から出力するＲＧＢ信号を一定の第１の比率で加算した後、低周波領域を通過させ、第１の輝度信号を形成する第１の輝度信号形成手段と、前記ホワイトバランス回路を出力するＲＧＢ信号を第２の比率で加算した後、高周波領域を通過させて第２の輝度信号を形成する第２の輝度信号形成手段と、前記第１、第２の輝度信号処理手段から出力する信号を加算する輝度信号加算手段とを有することを特徴とする撮像装置であって、前記第２の輝度信号形成手段は、前記ホワイトバランス回路に与えるゲインに連動して第２の比率を変化せしめる可変手段を有する事を特徴とする撮像装置。
【請求項３】
撮像媒体から出力するＲＧＢ信号に光源の色温度に応じて適切なゲインを与えてホワイトバランス処理を施こすホワイトバランス回路と、前記ホワイトバランス回路を出力するＲＧＢ信号を一定の第１の比率で加算した後、低周波領域を通過させ、第１の輝度信号を形成する第１の輝度信号形成手段と、前記ホワイトバランス回路を出力するＲＧＢ信号を第２の比率で加算した後、高周波領域を通過させて第２の輝度信号を形成する第２の輝度信号形成手段と、前記第１、第２の輝度信号処理手段から出力する信号を加算する輝度信号加算手段とを有することを特徴とする撮像装置であって、前記第２の輝度信号形成手段は、前記第２の比率に対してＧ：（Ｒ＋Ｂ）＝１：１なる関係を維持し、かつ前記ホワイトバランス回路に与えるゲインに連動してＲ、Ｂの信号比率を変化せしめる可変手段を有する事を特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３個のＣＣＤからなる撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２を用いて、ＲＧＢ分光プリズムに撮像素子であるＣＣＤを３個配列した一般に３ＣＣＤ方式と呼ばれる撮像装置を例にとって従来の撮像装置の信号処理回路の説明を行う。本来撮像装置にとって重要ではあっても発明の説明に対して無関係な箇所は図、説明とも省略する。
【０００３】
図２で、１００は入射光、１０１は入射光をＲ・Ｇ・Ｂ光線に分離するプリズム、１０２、１０３、１０４はそれぞれＲ・Ｇ・Ｂ光線を電気信号に変換するＣＣＤ、１０５、１０６、１０７はそれぞれＣＣＤ１０２、１０３、１０４から出力した信号、１０８、１０９はホワイトバランスをとるためのアンプ回路、１１０は低周波帯域の輝度信号を形成する第１の輝度信号形成回路であり、その内部構成はＲ・Ｇ・Ｂ映像信号に後ほど述べる特定の比率のゲインを掛けるアンプ回路１１１、１１２、１１３と、アンプ回路１１１、１１２、１１３の出力を加算する加算回路１１４と、加算回路１１４の信号の低周波領域のみを通過させるローパスフィルター１１５からなる。また１１６は高周波帯域の輝度信号を形成する第２の輝度信号形成回路であり、その内部構成はＲ・Ｇ・Ｂ映像信号に、これも後ほど述べる特定の比率のゲインを掛けるアンプ回路１１７、１１８、１１９と、アンプ回路１１７、１１８、１１９の出力を加算する加算回路１２０と、加算回路１２０の信号の高周波領域のみを通過させるハイパスフィルター１２１からなる。１２２は第１の輝度信号形成回路１１０と第２の輝度信号形成回路１１６から出力する信号を加算する加算回路、１２３は出力信号である。また、１２４は制御回路であり、１２５、１２６はホワイトバランスのアンプ回路１０８、１０９のアンプゲインを制御する制御信号である。
【０００４】
以下に上記構成の撮像装置の動作について説明を行う。
【０００５】
被写体からの光線１００はプリズム１０１に入射し、Ｒ・Ｇ・Ｂ光線に分離され、それぞれの光線を受け持つＣＣＤ１０２、１０３、１０４で電気信号に変換される。ＣＣＤ１０２、１０３、１０４から出力したＲ・Ｇ・Ｂ映像信号１０５、１０６、１０７はアンプ回路１０８、１０９と制御回路１２４に入力する。アンプ回路１０８、１０９では色温度に応じたホワイトバランスをとる働きを担う。ホワイトバランスは光源の色温度の違いによる無彩色部への色つきを補正するものであり、無彩色の被写体を撮影した時のＲ・Ｇ・Ｂの信号レベルを同一に、すなわち、Ｇ信号１０６と、アンプ回路１０８、１０９の出力が同一になるようにアンプ回路１０８、１０９のアンプゲインを変化させる。
【０００６】
図３は光源の色温度と、無彩色を撮影した時のＣＣＤ１０２、１０３、１０４から出力したＲ・Ｇ・Ｂ映像信号１０５、１０６、１０７のＧを基準にした時のＲ、Ｂの信号レベルの比率の一例を示したものである。図３から、色温度が低い（赤みのある光源）時は、Ｒの信号レベルは３０１に示すようにＧの信号レベルとほぼ同等、Ｂの信号レベルは３０２に示すようにＧの信号レベルの約３０％程度であるが、色温度が高い（屋外など）時は、Ｒの信号レベルはＧの信号レベルの４０％程度であり、Ｂの信号レベルはＧの信号レベルの６０％程度である事がわかる。したがって、ホワイトバランスを取るためには、色温度の低い場合はＲの信号はほとんどゲインアップさせる必要は無いがＢの信号は３倍程度ゲインアップさせる必要があり、また、色温度の高い場合は、Ｒの信号は約２．５倍ほどゲインアップさせる必要がＢの信号は約１．５倍ほどで済むこと事がわかる。
【０００７】
ホワイトバランスが取られた信号は第１、２の輝度信号形成回路１１０、１１６に入力する。第１の輝度信号形成回路１１０では、アンプ回路１１１、１１２、１１３にて概ね視感度特性に合わせた比率のゲインを掛けた後、加算し輝度信号を形成する。すなわち、
輝度信号（Ｙ）＝０．３０＊Ｒ＋０．５９＊Ｇ＋０．１１＊Ｂ  （式１）
の関係に則り、Ｒ信号を受け持つアンプ回路１１１でゲイン０．３０を、Ｇ信号を受け持つアンプ回路１１２でゲイン０．５９を、Ｂ信号を受け持つアンプ回路１１３でゲイン０．１１を掛け、その後、加算回路１１４で加算し、輝度信号を形成する。次にローパスフィルター１１５で、加算回路１１４を出力した輝度信号の主に階調性にとって重要な低周波領域を通過させる。
【０００８】
一方、第２の輝度信号形成回路１１６では、アンプ回路１１７、１１８、１１９で適切な比率のゲインを掛ける。一般にその比率はＲ信号を受け持つアンプ回路１１７でゲイン０．５０を、Ｇ信号を受け持つアンプ回路１１８でもゲイン０．５０を、Ｂ信号を受け持つアンプ回路１１９はゲイン０を掛けることが多い。その理由については後ほど述べることにする。アンプ回路１１７、１１８、１１９を出力する信号を加算回路１２０で加算し、輝度信号を形成し、ハイパスフィルター１２１で主に解像感にとって重要な高周波領域を通過させる。
【０００９】
第１の輝度信号形成回路１１０、第２の輝度信号形成回路１１６を出力した信号を加算回路１２２で加算し、階調性、解像感ともに最適な条件の輝度信号の出力信号１２３を出力する。
【００１０】
制御回路１２４はＲ・Ｇ・Ｂ映像信号１０５、１０６、１０７のレベルを検知、比較し、適切なホワイトバランスゲインを判断し、その情報をホワイトバランスのアンプ回路１０８、１０９に制御信号１２５、１２６として送る働きを担っている。
【００１１】
さてここで、第２の輝度信号形成回路１１６内のアンプ回路１１７、１１８、１１９に与えたゲインについて説明をする。一般３ＣＣＤ方式のカメラでは、Ｒ・Ｇ・ＢそれぞれのＣＣＤの貼り合わせ位置は、ＧのＣＣＤを基準としてＲ、ＢのＣＣＤをＣＣＤの画素の半ピッチずらせて配置した、一般的に画素ずらしと呼ばれる配置で貼り合わされる。詳細は他の文献等にゆだねるとして、本配置構成をとった場合、本来ＣＣＤの持つ画素数の倍の画素数相当の解像度が得られるという効果がある。ただしその効果は、Ｇの信号と、Ｒ、Ｂの信号を加算した信号とが同じ比率である時が最も解像度が高く、比率が外れるに従い解像度は劣化するという特徴がある。すると、先にも述べたように、視感度特性に合わせた比率の場合、Ｇ信号比率０．５９に対してＲ、Ｂを加算した信号比率は０．４１になり、比率が同一でないため本来の解像度を得る事ができない。
【００１２】
そこで輝度信号を、階調性を重視した低周波領域と解像度を重視した高周波領域とに分け、低周波領域の輝度信号は式１で表される輝度信号本来のゲインで加算して形成し、階調性とは関係のない高周波領域の輝度信号はＲとＧの信号を代表させてそれぞれを同一比率となる関係で加算して形成し、これら２つの信号を加算して輝度信号を形成する手法を取っている。すなわち、
低周波領域輝度信号（ＹＬ）＝０．３０＊Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ  （式２）
高周波領域輝度信号（ＹＨ）＝０．５＊Ｒ＋０．５Ｇ  （式３）
輝度信号（Ｙ）＝ＹＬ＋ＹＨ  （式４）
として、階調性、解像感の両立を図っている。
【００１３】
【特許文献１】
特許第２５１７９３４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に映像信号のノイズ成分は高周波領域に局在しており、高周波領域のゲインを大きく取るとノイズが目立つ画像になる。上述の従来例の場合、高周波領域の輝度信号ＹＨのＲ信号の信号比率は０．５であり、本来の信号比率０．３０に対して５／３倍大きく取る必要がある。さらに、色温度が高い場合、ホワイトバランスを取るためにＲの信号を扱うアンプ回路１０８では約２．５倍のゲインを掛かける必要がある。したがって、従来の回路構成では特に色温度が高い場合、Ｒ信号に約４倍のゲインをかけた信号で高周波領域の信号を作ることになり、ノイズが非常に目立つという課題があった。
【００１５】
本発明は上記問題点に鑑み、ＲＧＢ信号から輝度信号を形成する信号処理において、特に色温度の高い条件でのノイズレベルの悪化を改善する事ができ、解像度と低いノイズレベルを両立した画像を送出する撮像装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明では、第１の発明として、撮像媒体から出力するＲＧＢ信号に光源の色温度に応じて適切なゲインを与えてホワイトバランス処理を施こすホワイトバランス回路と、前記ホワイトバランス回路から出力するＲＧＢ信号を一定の第１の比率で加算した後、低周波領域を通過させ、第１の輝度信号を形成する第１の輝度信号形成手段と、前記ホワイトバランス回路を出力するＲＧＢ信号を第２の比率で加算した後、高周波領域を通過させて第２の輝度信号を形成する第２の輝度信号形成手段と、前記第１、第２の輝度信号処理手段から出力する信号を加算する輝度信号加算手段とを有することを特徴とする撮像装置であって、前記第２の輝度信号形成手段は、前記ホワイトバランス回路に与えるゲインに連動して第２の比率を変化せしめる可変手段を有する事を特徴とする撮像装置を提案する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１〜３に記載の発明は、入射光をＲＧＢの３色に分離させて撮像を行う撮像手段と、前記撮像手段からのＲＧＢ信号に対して色温度に応じたゲインを付加するゲイン付加手段と、前記ゲイン付加手段からのＲＧＢ信号を所定の比率で加算して低周波領域のみ出力する第１の輝度信号形成手段と、前記ゲイン付加手段からのＲＧＢ信号を所定の比率で加算して高周波領域のみ出力する第２の輝度信号形成手段と、前記第１及び第２の輝度信号形成手段から出力される輝度信号を加算する加算手段と、前記撮像手段からのＲＧＢ信号に基づき色温度を判別し前記ゲイン付加手段及び前記第２の輝度信号形成手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、判別した色温度に基づき、前記第２の輝度信号形成手段における加算比率を可変するものである。
【００１８】
これにより、ＲＧＢ信号から輝度信号を形成する信号処理において、特に色温度の高い条件でのノイズレベルの悪化を改善する事ができ、解像度と低いノイズレベルを両立した画像を送出する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１を用いて、本発明の実施の形態の撮像装置の信号処理回路の説明を行う。図１は本実施の形態の撮像装置における輝度信号処理系の構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１で、１００は入射される光信号である入射光、１０１は入射光１００をＲ・Ｇ・Ｂ光線に分離するプリズムで、ＲＧＢの各色に対応したプリズムが配されている。１０２、１０３、１０４はプリズム１０１からのＲＧＢ光線を電気信号に変換する固体撮像素子であるＣＣＤで、プリズム１０１及びＣＣＤ１０２〜１０４で撮像手段を構成している。１０５、１０６、１０７はそれぞれＣＣＤ１０２〜１０４から出力されるＣＣＤ出力信号、１０８及び１０９はホワイトバランスをとるためのホワイトバランス手段であるアンプ回路で、ＣＣＤ１０２と１０４の出力にのみ設けられている。１１０はＣＣＤ１０２〜１０４から出力される信号から低周波帯域の輝度信号を形成する第１の輝度信号形成回路であり、その内部構成はＲ・Ｇ・Ｂ映像信号に後ほど述べる特定の比率のゲインを掛けるアンプ回路１１１、１１２、１１３と、アンプ回路１１１、１１２、１１３の出力を加算する加算回路１１４と、加算回路１１４の信号の低周波領域のみを通過させるローパスフィルター１１５からなる。
【００２２】
２００はＣＣＤ１０２〜１０４から出力される信号から高周波帯域の輝度信号を形成する第２の輝度信号形成手段である第２の輝度信号形成回路であり、その内部構成はＲ・Ｇ・Ｂ映像信号に、ゲインを掛けるアンプ回路２０１、２０２、２０３と、アンプ回路２０１、２０２、２０３の出力を加算する加算回路２０４と、加算回路２０４の信号の高周波領域のみを通過させるハイパスフィルター２０５からなる。２０６はＣＣＤ１０２〜１０４からの信号に基づき色温度を判別して各回路の制御を行う制御手段である制御回路であり、従来同様のホワイトバランスのアンプ回路１０８及び１０９を制御する制御信号１２５及び１２６のみならず、第２の輝度信号形成回路２００内のアンプ回路２０１、２０２、２０３のゲインを制御する制御信号２０７、２０８、２０９を出力している。
【００２３】
以上のように構成された本実施の形態の撮像装置について、以下その動作について説明を行う。
【００２４】
被写体からの光線１００はプリズム１０１に入射し、Ｒ・Ｇ・Ｂ光線に分離され、それぞれの光線を受け持つＣＣＤ１０２、１０３、１０４で電気信号に変換される。ＣＣＤ１０２、１０３、１０４から出力したＲ・Ｇ・Ｂ映像信号１０５、１０６、１０７のうち、映像信号１０５と１０７はアンプ回路１０８、１０９に入力され、映像信号１０６は第１及び第２の輝度信号形成回路１１０に入力される。また、ＣＣＤ１０２〜１０４からの信号は、制御回路２０６にも入力されている。
【００２５】
アンプ回路１０８、１０９では色温度に応じたホワイトバランスをとる働きを担う。ホワイトバランスは光源の色温度の違いによる無彩色部への色つきを補正するものであり、無彩色の被写体を撮影した時のＲ・Ｇ・Ｂの信号レベルを同一に、すなわち、Ｇ信号１０６と、アンプ回路１０８、１０９の出力が同一になるようにアンプ回路１０８、１０９のアンプゲインを変化させる。
【００２６】
ここで、図３を用いてホワイトバランス制御について説明する。
【００２７】
図３は光源の色温度と、無彩色を撮影した時のＣＣＤ１０２、１０３、１０４から出力したＲ・Ｇ・Ｂ映像信号１０５、１０６、１０７のＧを基準にした時のＲ、Ｂの信号レベルの比率の一例を示したものである。図３から、色温度が低い（赤みのある光源）時は、Ｒの信号レベルは３０１に示すようにＧの信号レベルとほぼ同等、Ｂの信号レベルは３０２に示すようにＧの信号レベルの約３０％程度であるが、色温度が高い（屋外など）時は、Ｒの信号レベルはＧの信号レベルの４０％程度であり、Ｂの信号レベルはＧの信号レベルの６０％程度である事がわかる。したがって、ホワイトバランスを取るためには、色温度の低い場合はＲの信号はほとんどゲインアップさせる必要は無いがＢの信号は３倍程度ゲインアップさせる必要があり、また、色温度の高い場合は、Ｒの信号は約２．５倍ほどゲインアップさせる必要がＢの信号は約１．５倍ほどで済むこと事がわかる。
【００２８】
このようにしてホワイトバランス制御された映像信号は、第１の輝度信号形成回路１１０と第２の輝度信号形成回路２００に入力される。第１の輝度信号形成回路１１０では、アンプ回路１１１、１１２、１１３にて概ね視感度特性に合わせた比率のゲインを掛けた後、加算し輝度信号を形成する。すなわち、前述の式１の関係に則り、Ｒ信号を受け持つアンプ回路１１１でゲイン０．３０を、Ｇ信号を受け持つアンプ回路１１２でゲイン０．５９を、Ｂ信号を受け持つアンプ回路１１３でゲイン０．１１を掛け、その後、加算回路１１４で加算し、輝度信号を形成する。次にローパスフィルター１１５で、加算回路１１４を出力した輝度信号の主に階調性にとって重要な低周波領域を通過させる。
【００２９】
一方、第２の輝度信号形成回路２００では、アンプ回路２０１、２０２、２０３で適切な比率のゲインを掛けるのであるが、その比率は制御回路２０６から送られる制御信号２０７、２０８、２０９にて制御される。制御回路２０６は従来と同様Ｒ・Ｇ・Ｂ映像信号１０５、１０６、１０７のレベルを検知、比較し、適切なホワイトバランスゲインを判断し、その情報をホワイトバランスのアンプ回路１０８、１０９に制御信号１２５、１２６として送っているが、本発明では、さらにホワイトバランスゲインに応じて判断されたゲインの比率を制御信号２０７、２０８、２０９としてアンプ回路２０１、２０２、２０３に送ることを特徴とする。
【００３０】
すなわち、従来ではＲ信号のアンプ回路２０１、Ｇ信号のアンプ回路２０２ともゲインは固定的に０．５を選んでいたが、本発明では、色温度が低くＲ信号のレベルが大きい場合は、ホワイトバランスのアンプ回路１０８でのゲインは小さくすむのでノイズの少ないＲ信号が供給される事から、従来と同様にＲ信号のアンプ回路２０１、Ｇ信号のアンプ回路２０２ともゲインは０．５、Ｂ信号のアンプ回路２０３をゲイン０にするように制御信号２０７、２０８、２０９にて制御を行う。
【００３１】
一方、色温度が高くＲ信号のレベルが小さい場合は、ホワイトバランスのアンプ回路１０８でのゲインが大きくなりノイズの多いＲ信号が供給されてしまう事から、信号レベルの大きいＢ信号を積極的に利用して、例えばＧ信号のアンプ回路２０２のゲインは０．５のままにし、Ｒ信号のアンプ回路２０１のゲイン比率を０．３程度まで下げ、Ｂ信号のアンプ回路２０３のゲイン比率を０．２程度まで上げてやるように制御信号２０７、２０８、２０９にて制御を行えばよい。
【００３２】
このようにして第１の輝度信号形成回路１１０と第２の輝度信号形成回路２００とから出力された輝度信号は、加算回路１２２で加算され、出力端子１２３から出力される。
【００３３】
以上のように本実施の形態によれば、制御回路２０６において、ＲＧＢ３色のＣＣＤ１０２〜１０４から出力されるＲＧＢ信号に基づき色温度を判別し、判別した色温度に応じて第２の輝度信号形成回路２００におけるアンプ２０１〜２０３にて乗算する係数を変えることにより、色温度の高い条件でのノイズレベルの悪化を改善する事ができ、高解像度と低いノイズレベルを両立した画像を送出することができる。
【００３４】
一方、従来例で説明したように、一般的に画素ずらしと呼ばれる配置で貼り合わされた３ＣＣＤ方式のカメラ等では、Ｇの信号と、Ｒ、Ｂの信号を加算した信号が同じ比率である時、すなわち
Ｇ：（Ｒ＋Ｂ）＝１：１  （式５）
なる関係の時が最も解像度が高くなることから、Ｇ信号のアンプ回路２０２のゲインは０．５を保持し、Ｒ信号のアンプ回路２０１のゲイン比率とＢ信号のアンプ回路２０３のゲイン比率のバランスを制御するシステムが好ましいと考える。この点に言及し、式５の関係を満足した形でアンプ回路２０１、２０２、２０３のアンプゲインを制御する事が本発明の請求項２記載の発明である。
【００３５】
なお、色温度に対する対するこれらの比率は特に言及するものではなく、個々のシステムにて最適な比率を設定すればよい。
【００３６】
また、以上の説明は主に３ＣＣＤカメラを中心に行ったが、１ＣＣＤカメラの信号処理に応用しても同一の効果が得られることを補足しておく。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＲＧＢ信号から輝度信号を形成する信号処理において、特に色温度の高い条件でのノイズレベルの悪化を改善する事ができ、解像度と低いノイズレベルを両立した画像を送出する撮像装置を提供することができ、その効果は極めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の撮像装置の信号処理回路を示すブロック図
【図２】従来の信号処理回路の構成を示すブロック図
【図３】色温度とＲ／Ｇ比率及びＢ／Ｇ比率との関係を示す特性図
【符号の説明】
１００  入射光
１０１  プリズム
１０２、１０３、１０４  ＣＣＤ
１０５、１０６、１０７  ＣＣＤ出力信号
１０８、１０９  アンプ回路
１１０  第１の輝度信号形成回路
１１１、１１２、１１３  アンプ回路
１１４  加算回路
１１５  ローパスフィルター
２００  第２の輝度信号形成回路
２０１、２０２、２０３  アンプ回路
２０４  加算回路
２０５  ハイパスフィルター
２０６  制御回路
１２５、１２６  制御信号
２０７、２０８、２０９  制御信号
【図１】
2004320306.tif 000003
【図２】
2004320306.tif 000004
【図３】
2004320306.tif 000005