(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段の出力をディジタル撮像信号に変換する変換手段と、
前記ディジタル撮像信号から色信号を分離する色信号分離手段と、
前記色信号分離手段から出力された色信号から低域信号を取り出すローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力のゲインを可変する第１のゲイン可変手段とを有し、
前記第１のゲイン可変手段は、前記ローパスフィルタの出力に所定の係数を乗算する乗算手段と、前記乗算手段の出力を所定値以下に制限する第１の制限手段とを用いて、前記ローパスフィルタの出力のゲインを可変することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記色信号は、ＲＧＢ信号であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像装置はさらに、
前記ディジタル撮像信号から色信号が分離される前に前記ディジタル撮像信号のゲインを可変する第２のゲイン可変手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２のゲイン可変手段は、前記ディジタル撮像信号を少なくとも１ビット最下位ビット側にシフトするビットシフト手段と、前記ディジタル撮像信号を所定値以下に制限する第２の制限手段と、前記ビットシフト手段の出力、前記第２の制限手段の出力のいずれかを選択する選択手段とを用いて、前記ディジタル撮像信号のゲインを可変することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
撮像手段の出力をディジタル撮像信号に変換する変換手段と、
前記ディジタル撮像信号から色信号が分離される前に前記ディジタル撮像信号のゲインを可変する第２のゲイン可変手段とを有し、
前記第２のゲイン可変手段は、前記ディジタル撮像信号を少なくとも１ビット最下位ビット側にシフトするビットシフト手段と、前記ディジタル撮像信号を所定値以下に制限する第２の制限手段と、前記ビットシフト手段の出力、前記第２の制限手段の出力のいずれかを選択する選択手段とを用いて、前記ディジタル撮像信号のゲインを可変することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記色信号は、ＲＧＢ信号であることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像装置はさらに、
前記第２のゲイン可変手段の出力から色信号を分離する色信号分離手段と、
前記色信号分離手段から出力された色信号から低域信号を取り出すローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力のゲインを可変する第１のゲイン可変手段とを有することを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１のゲイン可変手段は、前記ローパスフィルタの出力に所定の係数を乗算する乗算手段と、前記乗算手段の出力を所定値以下に制限する第１の制限手段とを用いて、前記ローパスフィルタの出力のゲインを可変することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、撮像装置に関し、特にディジタル信号処理を行う撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単板カラー撮像方式つまり、撮像面上に微小なカラーフィルタを配した単一の固体撮像素子の出力を信号処理してカラー撮像を行う方式は、従来より多く提案されている。これらのうち、代表的な信号処理方式としては、カラー撮像素子の出力より、まず、色信号によるキャリア成分を取り除いて、輝度信号を形成し、また、キャリア成分を同期検波等の処理を行い色信号を分離し、これと、輝度信号を別々にガンマ補正，クリップ等のプロセス処理し、ビデオ信号を合成する方式がある。
【０００３】
この単板カラー撮像方式を用いた撮像装置は、近年の電子技術の進歩とともに、小型，軽量化が進んできている。その中において、特に半導体技術の進歩に伴って、高速のアナログ−ディジタル変換器（以下ＡＤコンバータという）、ディジタル−アナログ変換器（以下ＤＡコンバートという）が実用化され、これらを用いて、ＣＣＤ等の撮像素子の出力信号をディジタル信号化し、この信号をディジタル信号処理する方式も提案されている。
【０００４】
これは、カラー撮像信号をアナログ−ディジタル変換して、前述のカラー撮像装置に必要なフィルタ，色分離，ガンマ，マトリックス，クリップ等の信号処理をディジタル信号処理で行い、ＤＡコンバータでディジタル−アナログ変換してビデオ信号とするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来提案されているディジタル信号処理を用いた撮像装置においては、従来、アナログ方式で用いられていた回路をそのままディジタル方式に置き換えたのみであったので、回路規模が大きく、部品点数が多くなり、消費電流が多くなって、装置が小型化できなかったり、あるいはコストが低減できなかった。
【０００６】
またさらに、これらにおいては、ディジタルシステムに最適な構成になっていなかったため、ディジタルシステム特有の量子化誤差やオーバレンジ等の誤差による偽輪郭の発生や周波数特性の劣化やダイナミックレンジの低下等の画質劣化が生じていた。
【０００７】
また、信号系のゲイン（利得）を可変することをディジタル信号ではなくアナログ信号で行っていたため、ダイナミックレンジの低下や非直線歪，周波数特性の劣化，回路規模の増大，消費電流の増加等の問題があった。
【０００８】
本発明は、このような状況のもとでなされたものであり、画質の劣化を少なくすることのできる撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像装置の一つは、例えば、撮像手段の出力をディジタル撮像信号に変換する変換手段と、前記ディジタル撮像信号から色信号を分離する色信号分離手段と、前記色信号分離手段から出力された色信号から低域信号を取り出すローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力のゲインを可変する第１のゲイン可変手段とを有し、前記第１のゲイン可変手段は、前記ローパスフィルタの出力に所定の係数を乗算する乗算手段と、前記乗算手段の出力を所定値以下に制限する第１の制限手段とを用いて、前記ローパスフィルタの出力のゲインを可変することを特徴とする。
本発明に係る撮像装置の一つは、例えば、撮像手段の出力をディジタル撮像信号に変換する変換手段と、前記ディジタル撮像信号から色信号が分離される前に前記ディジタル撮像信号のゲインを可変する第２のゲイン可変手段とを有し、前記第２のゲイン可変手段は、前記ディジタル撮像信号を少なくとも１ビット最下位ビット側にシフトするビットシフト手段と、前記ディジタル撮像信号を所定値以下に制限する第２の制限手段と、前記ビットシフト手段の出力、前記第２の制限手段の出力のいずれかを選択する選択手段とを用いて、前記ディジタル撮像信号のゲインを可変することを特徴とする。
【００１３】
【実施例】
以下本発明を実施例により詳しく説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１は実施例１である“撮像装置”のブロック図である。
【００１５】
図において、１は撮像光学系であるレンズ、２は撮像面上に微小なカラーフィルタを配したカラー撮像装置であるＣＣＤ、３はＣＣＤ２の出力を連続化するサンプルアンドホールド、４はＡＤコンバータ、５，６は入力信号を１水平期間（Ｈ）遅延する１Ｈディレ−ライン（１ＨＤＬ）、７は現在の信号ＳＯＨ，それを１Ｈ遅延させた信号Ｓ１Ｈ，２Ｈ遅延された信号Ｓ２Ｈより、色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを分離する色分離、８，９，１０は色信号帯域のローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１１，１２，１３，２３，２４，２５は各信号系のゲインをゲイン制御信号ＳＧに応じて可変するゲイン可変回路（以下“回路”を省略する）、１４，１５，１６はガンマ補正，白及び黒クリップ等のプロセス処理を行うＣプロセス、１７はＲＧＢから色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを形成する色差マトリクス、１８は色差信号を色副搬送波により変調し、クロミナンス信号Ｃを出力する変調、１９はＣ信号出力端子、２０，２１，２２は輝度信号帯域のＬＰＦ，２６は輪郭補正，ガンマ補正，白及び黒クリップ等のプロセス処理を行う輝度（Ｙ）プロセス、２７はＹ信号出力端子である。
【００１６】
不図示の被写体像は、レンズ１を通して、ＣＣＤ２の撮像面上に結像され、微小色フィルタにより色分解された後、光電変換されてカラー撮像信号になり、その出力はサンプルアンドホールド３により連続信号に変換され、ＡＤコンバータ４によりディジタル撮像信号Ｓ０Ｈに変換される。
【００１７】
このディジタル撮像信号Ｓ０Ｈは、１ＨＤＬ５により１Ｈ遅延されＳ１Ｈになり、更に１ＨＤＬ６により１Ｈ遅延されＳ２Ｈになる。このＳ０Ｈ，Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈは色分離７に入力され、同期検波及びマトリクス処理により色信号ＲＧＢに分解され、各々ＬＰＦ８，９，１０により低域信号を取り出し、それらの出力はそれぞれゲイン可変１１，１２，１３によりゲイン制御信号ＳＧに応じてゲインが可変され、Ｃプロセス１４，１５，１６により前述のようにプロセス処理され、それらの出力は色差マトリクス１７により色差信号が生成それ、その色差信号は変調１８において色副搬送波により変調されクロミナンス信号となり、Ｃ信号出力端子１９よりディジタルクロミナンス信号として不図示の外部機器に出力されるか、又は不図示のＤＡコンバータによりディジタル−アナログ変換された後、外部機器に出力される。
【００１８】
Ｓ０Ｈ，Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈはまた、それぞれＬＰＦ２０，２１，２２に入力され、輝度帯域が透過された後、それらの出力はゲイン可変２３，２４，２５によりゲイン制御信号ＳＧに応じてゲインが可変され、それらの出力はＹプロセス２６により前述のようにプロセス処理され、Ｙ出力端子２７より前述のＣ信号と同様に外部機器に出力される。ゲイン制御信号ＳＧは、たとえば操作者が撮影状態や被写体に応じてスイッチにより設定したり、あるいは、不図示の制御信号発生手段により撮影状態やレンズの絞りや信号レベルなどの諸条件に応じた値に設定される。
【００１９】
図２は本実施例の動作説明図である。図において、（ａ）はＡＤコンバータ４の入出力特性を示す図である。横軸目盛は標準入力信号レベルに対するパーセント表示で、縦軸は出力コードで、ここでは例として１０ビットの場合を示している。入力信号３００％でフルスケールコード３ＦＦが発生し、それより大きな信号が入力されても出力は変化しないクリップ特性になっている。このとき右側に示すＡはゲイン可変１１，１２，１３，２３，２４，２５がゲイン１の状態の時の有効コード範囲を示しており、全コードが有効である。また、Ｂはゲイン可変１１，１２，１３，２３，２４，２５がゲイン２の状態の時の有効コード範囲を示しており、フルスケールの１／２までが有効になっている。
【００２０】
（ｂ）はゲイン可変１１，１２，１３，２３，２４，２５の入出力特性を示す図で、横軸が入力、縦軸が出力である。Ｃはゲイン１の時、Ｄはゲイン２の時の特性を示す。Ｄでは、前述のＡＤコンバータ４の出力がフルスケールの１／２のときに出力がフルスケールになり、その後はリミット特性になっている。
【００２１】
（ｃ）は着色被写体撮像時のＡＤコンバータ４の入出力特性を示す図である。入力信号には被写体の色に応じた色キャリアが乗っている。入力信号がだんだん大きくなり、色キャリアの最大値がＡＤコンバータのフルスケールを越えると、色キャリアがクリップされる。（ｃ）においてはＥ点より右側の色キャリアがクリップされている。
【００２２】
（ｄ）は（ｃ）中の色キャリア成分のみを取り出して示す図である。始めは入力の増加に伴って色キャリア成分も増加しているが、（ｃ）中のＥ点に対応するＦ点より右側では入力が増大しているにもかかわらず、色キャリア成分は減少している。従ってＦ点以上入力信号が入力されると色信号に歪みを生ずる。
【００２３】
（ｅ）は赤色被写体撮像時のゲイン可変１１のＲ出力信号を示す図である。図中Ｇはゲインが１の状態、Ｈはゲインが２の状態、Ｊは出力リミットレベルを示している。Ｇにおいては、前述のように色キャリアがクリップされているため、Ｉ点以降信号が歪んでいる。しかし、ＨにおいはＪ以上の部分はリミットされているため、出力信号が歪まない。
【００２４】
（ｆ）はゲイン可変１３のＢ出力信号を示す図である。（ｅ）と同様に（ｃ）の被写体の色を赤とする。図中Ｋはゲインが１の状態、Ｌはゲインが２の状態、Ｎは出力リミットレベルを示している。Ｋにおいては、色キャリアがクリップされているため、Ｍ点以降信号が歪んでいる。しかし、ＬにおいてはＮに以上の出力はリミットされているため出力信号が歪まない。
【００２５】
図３は図１中のゲイン可変１１の詳細図である。なお、ゲイン可変１２，１３も同様の回路を使用出来る。図３中２８は信号入力端子、２９は係数Ｋ１を有する係数器、３０はスイッチ回路、３１はゲイン制御信号ＳＧの入力端子、３２は所定入力以上の信号をリミットするリミッタ、３３は信号出力端子である。
【００２６】
入力信号は入力端子２８より入力され、まず係数器２９によりＫ１倍される。その出力信号と入力信号のうちいずれかが、ゲイン制御信号ＳＧに応じてスイッチ回路３０で選択される。その出力はリミッタ３２に入力され、所定値以上がリミットされて出力端子３３から出力される。たとえばＫ１を２として、ＳＧが０のときスイッチ３０で０側、１のとき１側が選択されるとすると、このゲイン可変１３の入出力ゲインはＳＧ＝０の時１、ＳＧ＝１の時２になる。
【００２７】
係数器２９は固定係数の係数器でもよいし、乗算器を用いて可変係数とし、スイッチ手段や、あるいは絞りや信号レベルに応じてこれを可変するように構成してもよい。
【００２８】
図４は、図１中のＬＰＦ２０及びゲイン可変２３の詳細図である。なお、ＬＰＦ２１及び２２、ゲイン可変２４及び２５も同様の回路を使用出来る。
【００２９】
図４において、３４は入力端子、３５，３６，３７，３８，３９，４０はＤ型フリップ−フロップ等の遅延素子、４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，５０はそれぞれｋ０，ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４，ｋ５，ｋ６，Ｋ２の係数を有する係数器、４８は総和加算器、４９は所定ビット以下を切り捨てる切り捨て回路、５１はスイッチ回路、５２は所定入力以上の信号をリミットするリミッタ、５３はゲイン制御信号ＳＧの入力端子、５４は四捨五入を行う丸め回路、５５は信号出力端子である。なお、３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９でＬＰＦ２０を構成しており、５０，５１，５２，５３，５４，５５でゲイン可変２３を構成している。
【００３０】
入力信号は入力端子３４より入力され、遅延素子３５，３６，３７，３８，３９，４０で遅延され、それぞれの出力と入力信号は係数器４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７によりそれぞれ所定の係数ｋ０，ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４，ｋ５，ｋ６が乗ぜられ、それぞれの出力は総和加算器４８により総和加算され、切り捨て回路４９によりｍビットに切り捨てられる。その出力は係数器５０でＫ２倍され、スイッチ回路５１により切り捨て回路４９の出力と係数器５０の出力いずれかがゲイン制御信号入力端子により入力される制御信号ＳＧに応じて選択され、その出力はリミッタ５２により所定値以上がリミットされ、その出力は丸め回路５４でｎビットに丸められ出力端子５５より出力される。
【００３１】
この時、出力信号のビット幅をｎとすると丸め回路５４の入力はｎ＋１ビットになる。
【００３２】
これと切り捨て回路４９の出力ビット幅ｍとの関係を
ｍ＞ｎ＋１
とする。
【００３３】
この場合、たとえばＫ２のゲインを４とすると、係数器５０において、入力は２ビットＭＳＢ側にシフトされる。従って、ｍをｎ＋１＋２とすることにより係数器５０による桁落ちによる信号の劣化を最小限にすることができる。また、ｍの値は、Ｋ２の値に応じて選択することにより、他のＫ２の値においても同様の効果を得ることができる。たとえば
ｍ＝ｎ＋１＋｜ｌｏｇ2 （Ｋ２）｜（ただし｜×｜はｘと等しいかまたはｘより大きく最も小さい整数を表す）
とする。
【００３４】
これにより回路規模の増大がほとんど無く、量子化誤差による信号の劣化を防ぐことが出来、また、丸め回路が従属接続されることによる信号の劣化も生じないので、画質の劣化が少なくなる。
【００３５】
係数器５０は固定係数の係数器でもよいし、乗算器を用いて可変係数とし、スイッチ手段や、あるいは絞りや信号レベルに応じてこれを可変するように構成してもよい。
【００３６】
（実施例２）
図５は実施例２のブロック図である。前出図と同一もしくは同等部は同一の番号を付け、ここでの説明は省略する。図において、５６は与えられたゲイン制御信号ＳＧ２に応じて入出力のゲインを可変するゲイン可変である。
【００３７】
ＡＤコンバータ４の出力はゲイン可変５６においてＳＧ２に応じたゲインが乗ぜられ、その出力は前述のように色分離７，ＬＰＦ２０，１ＨＤＬ５に入力される。ゲイン制御信号ＳＧ２は、たとえば操作者がスイッチにより発生したり、あるいは、不図示の制御信号発生手段により、レンズの絞りや信号レベルなどの諸条件やＳＧに応じた値に設定される。
【００３８】
図１の構成と比較して、この構成では、ゲイン可変が２か所にあるため、ゲインの可変幅を大きく取ることができる。また、特に多ビットのＡＤコンバータを用いた場合、ゲイン制御信号ＳＧ２によりゲインを可変する場合、所定のゲインまではゲインの増加による桁落ちの影響を少なく出来る利点がある。従って、ゲイン制御信号ＳＧおよびＳＧ２の値を適切に設定することによりゲイン増加の際の画質の劣化が最小限に押さえることができる。
【００３９】
図６は図５中のゲイン可変５６の詳細図である。図において５７は信号入力端子、５８は所定入力以上の信号をリミットするリミッタ、５９は入力信号を所定ビットＬＳＢ側にシフトするビットシフト、６０はスイッチ回路、６１は信号出力端子、６２はゲイン制御信号ＳＧ２の入力端子である。リミッタ５８，ビットシフト５９，スイッチ回路６０でゲイン可変５６を形成している。
【００４０】
入力端子５７より入力された信号は、ＡＤコンバータ４でｓビットのディジタル信号に変換され、そのディジタル信号はリミッタ５８により所定値以上をリミットされ、またビットシフト５９により所定ビットＬＳＢ側にシフトされ、それぞれｒビットになり、スイッチ回路６０で、ゲイン制御信号入力端子６２より入力された信号ＳＧ２に応じてどちらかが選択される。この出力は出力端子６１より前述の様に色分離７，ＬＰＦ２０および１ＨＤＬ５に入力される。
【００４１】
図７は図６の動作説明図である。図中Ｌはスイッチ６０が１側の時、Ｍは２側の時を示す。
【００４２】
図中ＡＤコンバータ４の変換ビット数ｓを１１として、０〜７ＦＦのコードが得られる。ゲイン可変５６の出力ビット数ｒを１０、ビットシフト５９のシフト量を１ビットとすると、スイッチ回路６０が１側の時はＡＤコンバータ４の最下位ビットが切り捨てられて出力され、また２側の時は入力がそのまま出力され、入力が３ＦＦ以上の時はリミットされて出力される。従って、ゲイン可変回路５６内での桁落ちによる信号劣化が生じない。これにより、高画質の撮像装置となる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、画質の劣化を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１のブロック図
【図２】  実施例１の動作説明図
【図３】  ゲイン可変１１の詳細図
【図４】  ＬＰＦ２０，ゲイン可変２３の詳細図
【図５】  実施例２のブロック図
【図６】  ゲイン可変５６の詳細図
【図７】  ゲイン可変５６の動作説明図
【符号の説明】
１１〜１３，２３〜２４  ゲイン可変
ＳＧ  ゲイン制御信号
【図１】
0003937458.tif 000002
【図２】
0003937458.tif 000003
【図３】
0003937458.tif 000004
【図４】
0003937458.tif 000005
【図５】
0003937458.tif 000006
【図６】
0003937458.tif 000007
【図７】
0003937458.tif 000008