(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサの受光面の近傍に配置される複数色の発光手段、
前記イメージセンサを複数回にわたって露光する露光手段、
前記露光手段による１回の露光動作が完了する毎に前記複数色の間で指定色を変更する変更手段、
前記複数色の発光手段のうち前記指定色の発光手段を除く発光手段を発光させる発光制御手段、
前記露光手段による１回の露光動作に基づいて前記イメージセンサで生成された画像信号から飽和成分を除去して前記指定色の画像信号を出力する除去手段、および
前記除去手段から出力された複数の画像信号を合成する合成手段を備える、ビデオカメラ。
【請求項２】
前記複数色の発光手段は、赤色の光を出力する赤色発光手段、緑色の光を出力する緑色発光手段、および青色の光を出力する青色発光手段を含み、
前記発光制御手段は、前記赤色発光手段，前記緑色発光手段および前記青色発光手段の２つを発光させる、請求項１記載のビデオカメラ。
【請求項３】
前記複数色の発光手段は前記受光面に照射される被写体の光学像の光路よりも外方に配置される、請求項１または２記載のビデオカメラ。
【請求項４】
前記イメージセンサはＣＭＯＳ型である、請求項１ないし３のいずれかに記載のビデオカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビデオカメラに関し、イメージセンサを露光することによって被写体を撮影する、ビデオカメラに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来のこの種のビデオカメラとしては、イメージセンサを３つ用意し、Ｒフィルタ，ＧフィルタおよびＢフィルタを３つのイメージセンサに個別に装着した３板式カメラや、Ｒフィルタ要素，Ｇフィルタ要素およびＢフィルタ要素がモザイク状に配置された原色フィルタを１つのＣＣＤイメージャに装着した単板式カメラがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
３板式カメラでは、各々のイメージセンサから出力されたＲ信号，Ｇ信号およびＢ信号を合成するだけでカラー画像信号が得られるため、画質（特に解像感）を向上させることができるが、イメージセンサが３つ必要となるため、コストが高くなる。一方、単板式カメラでは、イメージセンサは１つでよいためコストを抑えることができるが、カラー画像信号を得るには色分離処理が必要となるため、画質（特に解像感）が劣化する。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、低コストでかつ画質を向上させることができる、ビデオカメラを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に従うビデオカメラは、イメージセンサの受光面の近傍に配置される複数色の発光手段、イメージセンサを複数回にわたって露光する露光手段、露光手段による１回の露光動作が完了する毎に複数色の間で指定色を変更する変更手段、複数色の発光手段のうち指定色の発光手段を除く発光手段を発光させる発光制御手段、露光手段による１回の露光動作に基づいてイメージセンサで生成された画像信号から飽和成分を除去して指定色の画像信号を出力する除去手段、および除去手段から出力された複数の画像信号を合成する合成手段を備える。
【０００６】
【作用】
複数色の発光手段は、イメージセンサの受光面の近傍に配置される。イメージセンサは、露光手段によって複数回にわたって露光される。変更手段は、露光手段による１回の露光動作が完了する毎に、複数色の間で指定色を変更する。発光制御手段は、複数色の発光手段のうち指定色の発光手段を除く発光手段を発光させる。除去手段は、露光手段による１回の露光動作に基づいてイメージセンサで生成された画像信号から飽和成分を除去して、指定色の画像信号を出力する。除去手段から出力された複数の画像信号は、合成手段によって合成される。
【０００７】
露光時に発光手段を発光させることによって、イメージセンサで生成される画像信号の一部が飽和する。飽和成分は、発光手段から出力された色の成分である。したがって、複数回の露光時に異なる色で発光させ、飽和成分を除去した画像信号を合成すれば、色フィルタを設けることなく、かつ１つのイメージセンサによって、カラー画像信号を得ることができる。
【０００８】
複数色の発光手段は、好ましくは、赤色の光を出力する赤色発光手段、緑色の光を出力する緑色発光手段、および青色の光を出力する青色発光手段を含む。このとき、発光制御手段は、赤色発光手段，緑色発光手段および青色発光手段を２つずつ発光させる。露光時に緑色発光手段および青色発光手段を発光させ、かつ飽和成分を除去すれば、赤色成分を持つ画像信号が得られる。露光時に青色発光手段および赤色発光手段を発光させ、かつ飽和成分を除去すれば、緑色成分を持つ画像信号が得られる。露光時に赤色発光手段および緑色発光手段を発光させ、かつ飽和成分を除去すれば、青色成分を持つ画像信号が得られる。こうして得られた３つの画像信号を合成すれば、カラー画像信号が得られる。
【０００９】
なお、複数色の発光手段は、好ましくは、受光面に照射される被写体の光学像の光路よりも外方に配置される。また、イメージセンサとしてＣＭＯＳ型のものを用いれば、各々の露光のタイミングを近づけることができ、合成画像信号にぶれが生じるのを抑えることができる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、複数回の露光時に異なる色で発光させ、飽和成分を除去した画像信号を合成するようにしたため、色フィルタを設けることなく、かつ１つのイメージセンサによって、カラー画像信号を得ることができる。これによって、低コストで解像感の向上した画像を得ることができる。
【００１１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】
図１を参照して、この実施例のビデオカメラ１０は、ＣＭＯＳイメージャのようなイメージセンサ１４を含む。イメージセンサ１４の受光面には色フィルタは装着されておらず、レンズ１２を経た被写体の光学像はそのまま受光面に照射される。ＴＧ（Timing Generator）１６は、ＳＧ（Signal Generator）１８から出力される垂直同期信号および水平同期信号に基づいてイメージセンサ１４を制御する。具体的には、電子シャッタ方式で露光を繰り返し行い、受光面で光電変換によって生成された電荷つまり画像信号を露光の次のフレームで読み出す。これによって、複数フレームの画像信号がイメージセンサ１４から出力される。
【００１３】
イメージセンサ１４の近傍には、赤色ＬＥＤ４４，緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８が配置される。図２を参照して具体的に説明すると、赤色ＬＥＤ４４，緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８は、イメージセンサ１４の受光面に照射される光学像の伝播路Ｌを妨げないように（つまり伝播路Ｌの外方に）、イメージセンサ１４の近傍に配置される。なお、出力された赤色光，緑色光および青色光は、いずれもイメージセンサ１４の受光面に均一に照射される。
【００１４】
赤色ＬＥＤ４４，緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８はそれぞれ、Ｒドライバ３８，Ｇドライバ４０およびＢドライバ４２によって駆動される。ただし、連続する３フレーム期間に注目したとき、最初の１フレーム期間では緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８のみが駆動され、次の１フレーム期間では青色ＬＥＤ４８および赤色ＬＥＤ４４のみが駆動され、そして最後の１フレーム期間では赤色ＬＥＤ４４および緑色ＬＥＤ４６のみが駆動される。このように、赤色ＬＥＤ４４，緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８は、２つずつ選択的に発光する。
【００１５】
以下の説明では、緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８の発光を伴う露光をＲ露光と定義し、青色ＬＥＤ４８および赤色ＬＥＤ４４の発光を伴う露光をＧ露光と定義し、赤色ＬＥＤ４４および緑色ＬＥＤ４６の発光を伴う露光をＢ露光と定義する。また、Ｒ露光によって得られる画像信号をＲ画像信号と定義し、Ｇ露光によって得られる画像信号をＧ画像信号と定義し、Ｂ露光によって得られる画像信号をＢ画像信号と定義する。つまり、Ｒ露光は、赤色の補色である緑色光および青色光が出力されるときの露光であり、Ｇ露光は、緑色の補色である青色光および赤色光が出力されるときの露光であり、Ｂ露光は、青色の補色である赤色光および緑色光が出力されるときの露光である。
【００１６】
したがって、赤色ＬＥＤ４４，緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８のいずれも駆動することなく露光を行ったときの画像信号が図５に示すように変化する場合、Ｒ画像信号は図６（Ａ）に示すように変化し、Ｇ画像信号は図６（Ｂ）に示すように変化し、Ｂ画像信号は図６（Ｃ）に示すように変化する。図６（Ａ）によればＧ成分およびＢ成分が飽和し、図６（Ｂ）によればＢ成分およびＲ成分が飽和し、図６（Ｃ）によればＲ成分およびＧ成分が飽和する。
【００１７】
イメージセンサ１４から順次出力されるＲ画像信号，Ｇ画像信号およびＢ画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２０によって周知のノイズ除去およびレベル調整を施された後、Ａ／Ｄ変換器２２に与えられる。Ａ／Ｄ変換器２２は、与えられたＲ画像信号，Ｇ画像信号およびＢ画像信号を８ビットのディジタルデータに変換する。このとき、閾値ｔｈ１〜ｔｈ２の範囲にある画素信号は“２５５”に変換され、閾値ｔｈ２を超える画素信号は“０”に設定される。この結果、Ｒ画像信号は、飽和成分であるＧ成分およびＢ成分が除去された８ビットのＲ画像データに変換され、Ｇ画像信号は、飽和成分であるＢ成分およびＲ成分が除去された８ビットのＧ画像データに変換され、Ｂ画像信号は、飽和成分であるＲ成分およびＧ成分が除去された８ビットのＢ画像データに変換される。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換器２２から出力されたＲ画像データ，Ｇ画像データおよびＢ画像データは第１信号処理回路２４によって合成され、２４ビットのＲＧＢ画像データ（カラー画像データ）となる。このＲＧＢ画像データは、第２信号処理回路２６によって白バランス調整，ガンマ補正，ＹＵＶ変換などの処理を施され、ＹＵＶデータが第２信号処理回路２６から出力される。第３信号処理回路２８は、第２信号処理回路２６から出力されたＹＵＶデータをコンポジット画像信号に変換し、変換したコンポジット画像信号をＬＣＤ３０に与える。この結果、被写体のリアルタイム動画像（スルー画像）が画面に表示される。
【００１９】
シャッタボタン３４が押されると、ＣＰＵ３６は、ＴＧ１６を不能化するとともに、第３信号処理回路３８に記録命令を与える。第３信号処理回路３８は、記録命令が与えられた時点で第２信号処理回路２６から出力されているＹＵＶデータにＪＰＥＧ圧縮を施し、圧縮ＹＵＶ信号を記録媒体３２に記録する。記録処理が完了するとＣＰＵ３６はＴＧ１６を再度能動化し、これによってスルー画像の表示が再開される。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器２２は、具体的には図３に示すように構成される。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２０からの画像信号が印加される入力端子Ｓ１は、２５７個のコンパレータＣ１〜Ｃ２５７の一方入力端子に接続される。電源電圧Ｖｃｃが印加される入力端子Ｓ２と接地面との間には直列接続された２５８個の抵抗Ｒ１〜Ｒ２５８が介挿され、抵抗Ｒ１〜Ｒ２５７の一方端（電源Ｖｃｃ側）は、コンパレータＣ１〜Ｃ２５６の他方入力端子に接続される。コンパレータＣ１〜Ｃ２５７はそれぞれ、画像信号レベルを異なる直流電圧と比較し、“１”または“０”の比較結果を出力する。画像信号レベルが直流電圧以下であれば“０”が出力され、画像信号レベルが直流電圧を上回れば“１”が出力される。
【００２１】
なお、コンパレータＣ２５６の他方入力端子に印加される直流電圧が閾値ｔｈ１に相当し、コンパレータＣ２５７の他方入力端子に印加される直流電圧が閾値ｔｈ２に相当する。
【００２２】
コンパレータＣ１〜Ｃ２５５の出力はＯＲ回路Ｌ１ａ〜Ｌ２５５ａの一方入力端子に個別に与えられ、コンパレータＣ２５６の出力はＯＲ回路Ｌ１ａ〜Ｌ２５５ａの他方入力端子に共通して与えられる。画像信号レベルが閾値ｔｈ１以下であれば、コンパレータＣ２５６の出力は“０”となり、ＯＲ回路Ｌ１ａ〜Ｌ２５５ａの出力はコンパレータＣ１〜Ｃ２５５の出力と一致する。一方、画像信号レベルが閾値ｔｈ１を上回れば、コンパレータＣ２５６の出力は“１”となり、ＯＲ回路Ｌ１ａ〜Ｌ２５５ａの出力は全て“１”となる。
【００２３】
ＯＲ回路Ｌ１ａ〜Ｌ２５５ａの出力はＡＮＤ回路Ｌ１ｂ〜Ｌ２５５ｂの一方入力端子に個別に与えられ、コンパレータＣ２５７の出力はインバータＮ１を介してＡＮＤ回路Ｌ１ｂ〜Ｌ２５５ｂの他方入力端子に共通して与えられる。画像信号レベルが閾値ｔｈ２以下であれば、インバータＮ１の出力は“１”となり、ＡＮＤ回路Ｌ１ｂ〜Ｌ２５５ｂの出力はＯＲ回路Ｌ１ａ〜Ｌ２５５ａの出力と一致する。一方、画像信号レベルが閾値ｔｈ２を上回れば、インバータＮ１の出力は“０”となり、ＡＮＤ回路Ｌ１ｂ〜Ｌ２５５ｂの出力は全て“０”を示す。
【００２４】
ＡＮＤ回路Ｌ１ｂ〜Ｌ２５５ｂの出力は、エンコーダＥ１に与えられる。画像信号レベル≦閾値ｔｈ１であれば、エンコーダＥ１に入力される２５５個の値はコンパレータＣ１〜Ｃ２５５の出力と一致する。閾値ｔｈ１＜画像信号レベル≦閾値ｔｈ２であれば、エンコーダＥ１に入力される２５５個の値は全て“１”となる。閾値ｔｈ２＜画像信号レベルであれば、エンコーダＥ１に入力される２５５個の値は全て“０”となる。エンコーダＥ１は、このような２５５個の入力値を８ビット値に変換し、各ビット値を出力端子Ｓ３１〜Ｓ３８から出力する。これによって、飽和成分が除去されたＲ画像データ，Ｇ画像データおよびＢ画像データが得られる。
【００２５】
第１信号処理回路２４は、図４に示すように構成される。Ａ／Ｄ変換器２２からＲ画像データが出力されると、第１メモリコントローラ２４ａが当該Ｒ画像データを第１メモリ２４ｄに書き込む。また、Ａ／Ｄ変換器２２からＧ画像データが出力されたときは、第２メモリコントローラ２４ｂが当該Ｇ画像データを第２メモリ２４ｅに書き込む。さらに、Ａ／Ｄ変換器２２からＢ画像データが出力されたときは、第３メモリコントローラ２４ｃが当該Ｂ画像データを第３メモリ２４ｆに書き込む。
【００２６】
さらにまた、第１メモリコントローラ２４ａは第１メモリ２４ｂに格納されたＲ画像データを１フレーム期間毎に読み出し、第２メモリコントローラ２４ｃは第２メモリ２４ｄに格納されたＧ画像データを１フレーム期間毎に読み出し、第３メモリコントローラ２４ｃは第３メモリ２４ｆに格納されたＢ画像データを１フレーム期間毎に読み出す。このため、Ｒ画像データ，Ｇ画像データおよびＢ画像データは、第１信号処理回路２４から同時に出力される。
【００２７】
ＣＰＵ３６は、電源の投入に応答して図７に示すフロー図を処理する。まずステップＳ１で各種の初期化処理を行う。具体的には、Ｒフラグをセットし、ＧフラグおよびＢフラグをリセットし、そして所定のシャッタスピードをＴＧ１６に設定する。初期化が完了すると、続くステップＳ３でＴＧ１６を起動する。ＴＧ１６は、ＣＰＵ３６によって設定されたシャッタスピードに従う露光、ならびに当該露光によって得られた電荷の読み出しを開始する。なお、上述のように、ＴＧ１６は、ＳＧ１８から出力される垂直同期信号および水平同期信号に基づいて、１フレーム期間毎の露光および１フレーム期間毎の電荷読み出しを行う。
【００２８】
ステップＳ５では垂直同期信号の発生の有無を判別し、ＹＥＳであればステップＳ７，Ｓ１５およびＳ２３でＲフラグ，ＧフラグおよびＢフラグの状態を判別する。
【００２９】
Ｒフラグがセット状態のときはステップＳ７からステップＳ９に進み、Ｇドライバ４０およびＢドライバ４２を駆動して緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８を発光させる。緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８はＴＧ１４によるイメージセンサ１４の露光タイミングで発光し、これによってＲ露光が実現される。Ｒ露光が完了すると、ステップＳ１１でＲフラグをリセットし、ステップＳ１３でＧフラグをセットしてからステップＳ３１に進む。
【００３０】
Ｇフラグがセット状態のときは、ステップＳ１５でＹＥＳと判断し、ステップＳ１７でＢドライバ４２およびＲドライバ３８を駆動して青色ＬＥＤ４８および赤色ＬＥＤ４４を発光させる。青色ＬＥＤ４８および赤色ＬＥＤ４４の発光はイメージセンサ１４の露光タイミングで行われ、これによってＧ露光が実現される。Ｇ露光が完了すると、ステップＳ１９でＧフラグをリセットし、ステップＳ２１でＢフラグをセットしてからステップＳ３１に進む。
【００３１】
Ｂフラグがセット状態のときは、ステップＳ２３からステップＳ２５に進み、Ｒドライバ３８およびＧドライバ４０を駆動して赤色ＬＥＤ４４および緑色ＬＥＤ４６を発光させる。赤色ＬＥＤ４４および緑色ＬＥＤ４６はイメージセンサ１４の露光タイミングで発光し、これによってＢ露光が実現される。Ｂ露光が完了すると、ステップＳ２７でＢフラグをセットし、ステップＳ２９でＲフラグをセットしてからステップＳ３１に進む。
【００３２】
ステップＳ３１ではシャッタボタン３４の操作の有無を判別し、ＮＯであればステップＳ５に戻って上述の処理を繰り返す。これによって、スルー画像がＬＣＤ３０に表示される。一方、ステップＳ３１でＹＥＳであれば、ステップＳ３３でＴＧ３３を不能化し、ステップＳ３５で記録処理を行う。記録処理の間、ＬＣＤ３０には、シャッタボタン３４が押された時点の静止画像（フリーズ画像）が表示される。記録処理によって圧縮ＹＵＶデータの記録媒体３２への記録が完了すると、ステップＳ３に戻る。これによって、スルー画像の表示が再開される。
【００３３】
以上の説明から分かるように、赤色ＬＥＤ４４，緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８は、イメージセンサ１４の受光面の近傍に配置される。ＴＧ１６によるイメージセンサ１４の露光時、赤色ＬＥＤ４４，緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８は選択的に駆動され、これによってＲ画像信号，Ｇ画像信号およびＢ画像信号がイメージセンサ１４から出力される。ただし、この時点のＲ画像信号，Ｇ画像信号およびＢ画像信号には、赤色ＬＥＤ４４，緑色ＬＥＤ４６および青色ＬＥＤ４８のいずれか２つの発光に起因する飽和成分が含まれる。このため、Ａ／Ｄ変換器２２によるＡ／Ｄ変換時に、Ｒ画像信号，Ｇ画像信号およびＢ画像信号から飽和成分が除去される。Ａ／Ｄ変換器２２から出力されたＲ画像データ，Ｇ画像データおよびＢ画像データは、その後、第１信号処理回路２４によって合成される。
【００３４】
この実施例によれば、３板式カメラのように３つのイメージセンサを設ける必要がないため（つまりイメージセンサは１つでよいため）、コストを抑えることができる。また、３回の露光によって得られた３つの画像信号を合成するため、解像感を向上させることができる。
【００３５】
なお、この実施例では、原色系のＲ画像データ，Ｇ画像データおよびＢ画像データを合成してカラー画像データを生成するようにしているが、補色系のＹｅ画像データ，Ｃｙ画像データおよびＭｇ画像データを合成してカラー画像信号を生成するようにしてもよい。この場合、赤色ＬＥＤのみの発光を伴う露光（Ｃｙ露光）によって生成されたＣｙ画像信号から飽和成分であるＲ成分を除去してＣｙ画像データを求め、緑色ＬＥＤのみの発光を伴う露光（Ｍｇ露光）によって生成されたＭｇ画像信号から飽和成分であるＧ成分を除去してＭｇ画像データを求め、青色ＬＥＤのみの発光を伴う露光（Ｙｅ露光）によって生成されたＹｅ画像信号から飽和成分であるＢ成分を除去してＹｅ画像データを求める必要がある。
【００３６】
また、この実施例では、イメージセンサの近傍に配置される光源としてＬＥＤを用いているが、これに代えて、有機ＥＬや蛍光管を用いるようにしてもよい。
【００３７】
さらに、この実施例では、３回の露光に基づいて得られたＲ画像データ，Ｇ画像データおよびＢ画像データを合成してカラー画像データを求めるようにしているが、６回の露光によってＲ画像データ，Ｇ画像データ，Ｂ画像データ，Ｙｅ画像データ，Ｃｙ画像データおよびＭｇ画像データを生成し、これらの画像データの合成によってカラー画像データを求めるようにしてもよい。こうすることで、上述の実施例よりも忠実な色再現が可能となる。なお、３回の露光および６回の露光のいずれにおいても、１回の露光よりも時間がかかり、手ぶれの問題が生じる。この手ぶれの問題を解決するには、手ぶれ補正機能をビデオカメラに搭載すればよい。
【００３８】
また、この実施例では、イメージセンサとしてＣＭＯＳイメージャを用いているが、これに代えてＣＣＤイメージャを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】イメージセンサ，赤色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの位置関係を示す図解図である。
【図３】図１実施例の一部を示すブロック図である。
【図４】図１実施例の他の一部を示す図解図である。
【図５】赤色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤのいずれも発光させることなく露光を行ったときに生成された画像信号の一例を示す波形図である。
【図６】（Ａ）はＲ露光を行ったときに生成された画像信号の一例を示す波形図であり、（Ｂ）はＧ露光を行ったときに生成された画像信号の一例を示す波形図であり、そして（Ｃ）はＢ露光を行ったときに生成された画像信号の一例を示す波形図である。
【図７】図１実施例の動作の一部を示すフロー図である。
【符号の説明】
１０…ビデオカメラ
１４…イメージセンサ
２２…Ａ／Ｄ変換器
２４…第１信号処理回路
３８…Ｒドライバ
４０…Ｇドライバ
４２…Ｂドライバ
４４…赤色ＬＥＤ
４６…緑色ＬＥＤ
４８…青色ＬＥＤ
【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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