JP3410638B2 - ビデオカメラシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ撮像素子を
用いた単板カラービデオカメラに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図２に従来の原色配列カラーフィルタの
ＣＣＤ撮像素子を使用したカメラシステムの構成を示
す。 【０００３】従来のカメラシステムでは、レンズ（１）
より入射した被写体の画像は光学フィルタ（２）により
画像に含まれる高域の周波数成分を減衰させた後、ＣＣ
Ｄ撮像素子（３）にて光電変換され、画素単位に信号が
出力される。 【０００４】ＣＣＤ出力はＣＤＳ／ＡＧＣ回路（４）に
より映像信号の分離および信号レベルの調整が行われた
後、ＡＤコンバータ（５）により、ディジタル信号に変
換される。 【０００５】ディジタル値に変換された映像信号はディ
ジタル信号処理回路（６）にて輝度信号と色信号が作成
され、（２４），（２５）の端子から出力される。 【０００６】ディジタル信号処理回路（６）では、黒レ
ベルクランプ回路であるＬＣＬＩＰ（７）にて、信号に
含まれる黒レベルの値がある規定値に固定された後、ホ
ワイトバランス回路（８）にてレッド（以下Ｒとす
る）、グリーン（以下Ｇとする）、ブルー（以下Ｂとす
る）それぞれの画素信号に対してホワイトバランス調整
が行われる。 【０００７】ホワイトバランス回路（８）の出力は １
水平走査期間の遅延回路である１ＨＤＬ（９），（１
０），（１１）により同時化される。 【０００８】輝度信号の処理は、まず（８），（９），
（１０），（１１）の出力信号に対して、ＣＣＤ出力が
ラインごとにＧ，ＲとＢ，Ｒに切り替わるため有彩色の
領域にて発生するラインクロールを防ぐための垂直低域
フィルタＹＶＬＰＦ（１２）がかけられた後、水平低域
通過フィルタＹＨＬＰＦ（１３）により水平方向の色信
号キャリア成分が取り除かれる。 【０００９】ＹＨＬＰＦ（１３）の出力は輝度γ補正回
路ＹＧＡＭ（１４）にてガンマ補正されて、同期信号加
算回路であるＳＹＮＣＭＩＸ（１５）にて同期信号が加
算される。 【００１０】色信号処理は、同時化された画素信号
（８），（９），（１０）の各出力に対してガンマ補正
が色γ補正回路ＣＧＡＭ（１７）にてかけられた後、色
差信号作成回路であるＣ−Ｇ（１８）のブロックで垂直
方向に隣接するＲ／Ｇ、およびＢ／ＧによりＲ−Ｇ，Ｂ
−Ｇが作成される。 【００１１】さらに、Ｃ−Ｇ（１８）出力のＲ−Ｇ、Ｂ
−Ｇ信号に対してマトリックスＭＡＴＲＩＸ（２２）に
て色差マトリックス演算がおこなわれ、Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ
が作成される。 【００１２】色差信号データＲ−Ｙ，Ｂ−ＹはＣＧＡＩ
Ｎ（２３）ブロックにてゲイン調整が行われた後、バー
スト・フラグ・ミックス回路であるＢＦＭＩＸ（２４）
にてバースト信号データが重畳され、ＣＭＯＤ（２５）
にて色信号変調される。 【００１３】本方式ではＣＣＤ撮像素子の出力がインタ
ーレースされていないため、ＩＮＴＲＣＯＮＶ（２
２），（２３）にてノンインターレース−インターレー
ス変換を行い、所定のビデオ信号のフォーマットで出力
する。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】図２において、輝度信
号を作成するためにホワイトバランスのとれたＲＧＢ各
画素信号に対して垂直低域フィルタＹＶＬＰＦ（１２）
と水平低域フィルタＹＨＬＰＦ（１３）を使用するが、
このとき水平解像度をできるかぎり確保するために、ナ
イキストのサンプリング定理に基づき画素周波数の２分
の１の帯域近くまで通過域となるようなフィルタを構成
する。 【００１５】このときの輝度信号の水平周波数スペクト
ルを示したものが図３である。 【００１６】図３（ａ）は無彩色被写体を撮像した場合
の各色フィルタの信号値、図３（ｂ）はこの場合の輝度
信号スペクトル、図３（ｃ）はＲに対してＧＢの成分が
少ない被写体を撮像した場合の各色フィルタの信号値、
図３（ｄ）はこの場合の輝度信号スペクトル、図３
（ｅ）はＲのみの成分を持つ被写体を撮蔵した場合の各
色フィルタの信号値、図３（ｆ）はこの場合の輝度信号
スペクトルである。 【００１７】図３（ａ）の場合のように、無彩色被写体
であって かつホワイトバランスが取れている時は色フ
ィルタのＲＧＢ各画素信号値は、画像の各画素位置での
輝度信号値を真に示している。 【００１８】そのため、このＣＣＤのもつ水平輝度信号
スペクトルは水平画素周期をＴとすると、（２π／Ｔ）
の整数倍の周波数を中心に輝度信号スペクトルが発生す
る。 【００１９】このスペクトルを示したものが図３（ｂ）
であり、折り返しひずみのない信号帯域は（１）の範囲
となる。また、輝度信号を作成するための水平低域フィ
ルタＹＨＬＰＦの帯域は図の（２）で表されている。 【００２０】図３（ｅ）に示すようにＲ成分のみの画素
信号となった場合、画素のサンプリング位置は水平方向
に２Ｔ周期となる。これにより、画像の水平方向の周波
数スペクトルは（２π／２Ｔ）の整数倍の周波数を中心
に輝度信号スペクトルが発生する。 【００２１】この信号に対して図３（ｂ）と同じ水平低
域フィルタＹＨＬＰＦを使用すると、（６）に示すよう
な（２π／２Ｔ）に発生する成分（５）がベースバンド
域の信号の高域に重なり、これが折り返しひずみとなっ
て輝度偽信号が発生し、画質を劣化させることになる。 【００２２】また、図３（ｃ）のホワイトバランスがず
れた場合のように、ＧＢに対してＲの信号値が少し大き
い、すなわちＲ／ＧあるいはＢ／Ｇの比が１からすこし
離れた値のときは、図３（ｄ）の周波数スペクトルに示
すように、ＧＢとＲの信号値の差にしたがって（２π／
２Ｔ）に発生する成分（３）の量は変化し、同様に折り
返しひずみ（４）の量も変化する。 【００２３】以上のように、高解像度の輝度信号を得る
ためにＹＨＬＰＦの特性を（２π／２Ｔ）近くまで広げ
た場合、有彩色の被写体にて折り返しひずみが発生し画
質を大きく劣化させてしまうことになる。また、この折
り返しひずみはＲとＧＢの信号値の差あるいはＢとＲＧ
との信号値の差が大きくなるほど顕著に現れることが分
かる。 【００２４】なお、この折り返しひずみを発生させない
ためにＹＨＬＰＦの帯域を狭くする方法も考えられる
が、解像度が十分得られずボケた画像になり高画質の画
像を得ることが出来ない。 【００２５】 【課題を解決するための手段】本発明は、カラービデオ
カメラのＣＣＤ撮像素子の色フィルタ配列を（グリー
ン、レッド）、（ブルー、グリーン）の順に垂直方向に
並ぶ 水平方向２画素、垂直方向２画素の周期性を持つ
色配列をとし、ＣＣＤの光電変換素子により変換された
信号を画素単位で独立に出力する機能をもつＣＣＤ撮像
素子を用いたカラービデオカメラシステムにおいて、水
平空間周波数帯域が広い輝度信号を作成する手段と、水
平空間周波数帯域が狭い輝度信号を作成する手段と、色
差信号Ｒ−ＧとＢ−Ｇのそれぞれの信号値を規格化した
後、それぞれの２乗和を作成する手段と、その２乗和の
値にしたがって水平広帯域輝度信号と水平狭帯域輝度信
号の加算比を変化させる乗算器と加算器を有することに
より、当該ＣＣＤの色フィルタ配列に起因するところの
有彩色の被写体あるいはホワイトバランスがずれた場合
に発生する折り返しひずみによる輝度成分の画質劣化を
防ぐことを目的とするものであり、折り返しひずみの発
生しない狭帯域輝度信号と、無彩色被写体およびホワイ
トバランスが最適に調整されている場合に高解像度が得
られる高帯域輝度信号の加算比を、被写体の着色量にし
たがって調整することにより、画像の無彩色部分では高
解像度の輝度信号、有彩色の部分では折り返しひずみの
無い輝度信号を得ることが出来、画像全体として高解像
度で折り返しひずみによる画質劣化の少ない画像を得る
ことが出来ることを特徴とするビデオカメラである。 【００２６】 【発明の実施の形態】図４に本発明に関する輝度信号の
周波数スペクトル特性を示す。図４の（ａ）はＹＨＬＰ
Ｆにより作成される高帯域の輝度信号のスペクトルであ
り、有彩色被写体の場合に折り返しひずみを含んだもの
である。 【００２７】（ｂ）は図１のＹＬブロック（１９）にお
いて、ＲＧＢ各色ごとに分離してそれぞれに（２π／４
Ｔ）以下の帯域をもつ低域フィルタ（３）にて補間処理
をし、さらに ＹＬ＝０．３０×Ｒ＋０．５９×Ｇ＋０．１１×Ｂ の加算比にて作成した低域輝度信号のスペクトル（２）
であり、折り返しひずみを含んでいない。 【００２８】図３で示したように、無彩色ではＲ／Ｇお
よびＢ／Ｇの比が共に１となり、このとき（ａ）の（２
π／２Ｔ）の周波数を中心に発生する折り返し成分
（４）は０であり、有彩色の被写体ではＲ／Ｇあるいは
Ｂ／Ｇの比が１から遠ざかるに従ってこの成分（４）が
大きくなる。 【００２９】そこで、各画素ごとに色差信号から色の濃
さに関する係数を求め、色が薄い時はスペクトル（ａ）
の成分を増やして解像度の高い輝度信号を作成し、色が
濃い時は折り返しひずみのないスペクトル（ｂ）の低域
輝度信号の成分を増やすようにして両方の輝度信号成分
の和により輝度信号を作成する。 【００３０】この色の濃さに従って変化させた輝度信号
の周波数スペクトルを（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す。
（ｃ）は無彩色すなわちＲ／ＧおよびＢ／Ｇの比が共に
１である被写体での輝度信号、（ｅ）は有彩色でＲ／Ｇ
あるいはＢ／Ｇの比が１から大きく離れている場合の輝
度信号のスペクトル、（ｄ）はその中間的な比の場合の
スペクトルである。 【００３１】この図から（ｃ），（ｄ），（ｅ）の順に
従って解像度は低下するが折り返しひずみは非常に少な
くなることがわかり、画質劣化の少ない画像が得られる
ことになる。 【００３２】図１に本発明の構成を示す。 【００３３】図１において、レンズ（１）より入射した
被写体の画像は光学フィルタ（２）により画像に含まれ
る高域の周波数成分を減衰させた後、ＣＣＤ撮像素子
（３）にて光電変換され、画素単位に信号が出力され
る。ＣＣＤ出力はＣＤＳ／ＡＧＣ回路（４）により映像
信号の分離および信号レベルの調整が行われた後、ＡＤ
コンバータ（５）により、ディジタル信号に変換され
る。ディジタル値に変換された映像信号はディジタル信
号処理回路（６）にて輝度信号と色信号が作成され、
（２７），（２８）の端子から出力される。 【００３４】ディジタル信号処理回路（６）では ＬＣ
ＬＩＰ（７）にて信号に含まれる黒レベルの値がある規
定値に固定された後、ホワイトバランス回路（８）にて
レッド（以下Ｒとする）、グリーン（以下Ｇとする）、
ブルー（以下Ｂとする）それぞれの画素信号に対してホ
ワイトバランス調整が行われる。 【００３５】ホワイトバランス回路（８）の出力は １
水平走査期間の遅延回路である１ＨＤＬ（９），（１
０），（１１）により垂直方向に隣接する３ラインの信
号が同時化される。 【００３６】輝度信号の処理は、まず（８），（９），
（１０），（１１）の出力信号に対して、ＣＣＤ出力が
ラインごとにＧ，ＲとＢ，Ｒに切り替わるため有彩色の
領域にて発生するラインクロールを防ぐための垂直低域
フィルタＹＶＬＰＦ（１２）がかけられた後、広帯域の
水平低域通過フィルタＹＨＬＰＦ（１３）により水平方
向の色信号キャリア成分が取り除かれる。 【００３７】色信号処理は、同時化された画素信号
（８），（９），（１０）の各出力に対してガンマ補正
が色γ補正回路ＣＧＡＭ（１７）にてかけられた後、Ｃ
−Ｇ（１８）ブロックで垂直方向あるいは水平方向に隣
接するＲ、Ｇ、およびＢによりＲ−Ｇ，Ｂ−Ｇが作成さ
れる。 【００３８】Ｃ−Ｇ（１８）出力のＲ−Ｇ、Ｂ−Ｇ信号
は、マトリックスＭＡＴＲＩＸ（２２）にて色差マトリ
ックス演算がおこなわれ、Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙが作成され
る。色差信号データＲ−Ｙ，Ｂ−ＹはＣＧＡＩＮ（２
３）ブロックにてゲイン調整が行われた後、ＢＦＭＩＸ
（２４）にてバースト信号データが重畳され、ＣＭＯＤ
（２５）にて色信号変調される。 【００３９】また、ＣＧＡＭ（１７）ブロックの出力は
狭帯域輝度信号作成回路ＹＬ（１９）ブロックに入力さ
れて低域の輝度信号が作成される。さらに、Ｃ−Ｇ（１
８）の出力である色差成分Ｒ−Ｇ／Ｂ−Ｇ信号により輝
度信号加算比演算回路ＹＨ／ＹＬＧＡＩＮ（２０）ブロ
ックにてＹＨＬＰＦ（１３）の広帯域輝度信号出力とＹ
Ｌ（１９）の狭帯域輝度信号出力の加算比の値を作成す
る。ＹＨＬＰＦ（１３）の広帯域輝度信号出力とＹＬ
（１９）の狭帯域輝度信号出力は輝度信号加算回路ＹＨ
／ＹＬＭＩＸ（２１）にてＹＨ／ＹＬＧＡＩＮ（２０）
の出力値により各々係数倍された後 加算されて、輝度
信号が作成される。 【００４０】ＹＨ／ＹＬＭＩＸ（２１）の出力は輝度γ
補正回路ＹＧＡＭ（１４）にてガンマ補正され、その後
同期信号加算回路ＳＹＮＣＭＩＸ（１５）にて同期信号
が加算される。 【００４１】本方式ではＣＣＤ撮像素子の出力がインタ
ーレースされていないため、ＩＮＴＲＣＯＮＶ（１
６），（２６）にてノンインターレース−インターレー
ス変換を行い、所定のビデオ信号のフォーマットで出力
する。 【００４２】図５にＹＨＬＰＦ（１３）ブロックの詳細
を説明した図を示す。このブロックではＹＶＬＰＦ（１
２）の出力信号に対して広帯域の低域通過フィルタを通
し、広帯域輝度信号を出力する。そのフィルタの周波数
特性の例を（Ｂ）に示す。 【００４３】回路構成は（Ａ）に示すようなＦＩＲフィ
ルタにより構成される。 【００４４】図６はＹＬ（１９）の詳細を示したもので
ある。色γ補正回路ＣＧＡＭ（１７）から出力されたＤ
０Ｈ，Ｄ１Ｈ，Ｄ２Ｈの信号データは（Ｂ）のタイミン
グ図の（ａ），（ｂ），（ｃ）のようになる。 【００４５】Ｄ０Ｈ，Ｄ２Ｈの信号（ａ），（ｃ）は加
算器（１）にて加算され（ｄ）の信号となる。（２），
（３）のセレクタにより水平走査期間ごとに（ｄ）ある
いは（ｂ）の信号が選択され、（２）の出力（ｅ）はＲ
／Ｇの画素信号をもつライン、（３）の出力（ｆ）はＢ
／Ｇの画素信号をもつラインのみが出力される。 【００４６】次に、（４），（５），（６）のセレクタ
によりＲ画素信号がセレクタ（４）の出力に、Ｂ画素信
号がセレクタ（５）に、Ｇ画素信号がセレクタ（６）に
出力される。 【００４７】このとき、ＲとＢは１画素おきにしかデー
タが存在しないのでデータの無い画素位置には０を挿入
する。この出力信号を（ｇ），（ｈ），（ｉ）に示す。
（ｇ），（ｈ），（ｉ）の信号は（１０），（１１），
（１２），（１６），（１７），（１８）の加算器と
（７），（８），（９），（１３），（１４），（１
５）の１画素クロック分の遅延回路により構成される水
平低域通過フィルタにて補間され（ｊ），（ｋ），
（ｌ）の信号になる。 【００４８】このときの水平フィルタ特性を（Ｃ）に示
す。（Ｃ）の特性によりＲＧＢ各色信号の帯域は（２π
／４Ｔ）に制限されており、折り返しひずみの成分をほ
とんど含まない。 【００４９】この補間された（ｊ），（ｋ），（ｌ）の
ＲＧＢ信号に対して ＹＬ＝０．３０×Ｒ＋０．５９×Ｇ＋０．１１×Ｂ の加算比にて狭帯域輝度信号（ｍ）を作成する。この演
算を（１９），（２０），（２１）の乗算器および、
（２２），（２３）の加算器にて行う。 【００５０】図７は輝度信号加算比演算回路ＹＨ／ＹＬ
ＧＡＩＮ（２０）の詳細図である。 【００５１】（Ａ）のブロック図において、（１），
（２）の割算器にて入力Ｒ−Ｇ、Ｂ−Ｇ信号（ａ），
（ｂ）は係数Ｒ−Ｇｍａｘ、Ｂ−Ｇｍａｘにより規格化
される。この出力（ｃ），（ｄ）は乗算器（３），
（４）により、２乗される。 【００５２】乗算器の出力（ｅ），（ｆ）は加算器
（５）にて加算され、狭帯域輝度信号ＹＬのゲインを示
す係数ＹＬｇａｉｎとなる。また、符号変換器（６），
加算器（７）のブロックにて（ｇ）の値を１から減ずる
ことにより、広帯域輝度信号のゲインを示す係数ＹＨｇ
ａｉｎを作成する。 【００５３】（Ｂ）の図はＲ−ＧとＢ−Ｇを軸とした色
差ベクトル図である。画像の中で、無彩色の領域の画素
の場合、このベクトル図の中心点（ａ）となり、色の濃
さが増すにつれて円（ｂ）で示す位置に色差ベクトルが
移動する。 【００５４】そこで、最大値が１になるようにＲ−Ｇお
よびＢ−Ｇの信号を規格化したのち、それぞれの値を２
乗すると、（Ｃ）図に示すように、ベクトル図の中心点
（ａ）にて０、周辺に行くにしたがって１に近づく放物
面上の特性が得られる。これを狭帯域輝度信号の加算係
数ＹＬｇａｉｎとし、また、 ＹＨｇａｉｎ＝１−ＹＬｇａｉｎ とすることで、広帯域輝度信号の加算係数ＹＨｇａｉｎ
を作成する。 【００５５】図８は輝度信号加算回路ＹＨ／ＹＬＭＩＸ
（２１）の詳細図である。ＹＨＬＰＦ（１３）出力がＹ
Ｈ入力（ａ）として入力され、ＹＬ（１９）出力がＹＬ
入力（ｂ）につながる。また、ＹＨ／ＹＬＧＡＩＮ（２
０）の出力ＹＨｇａｉｎ，Ｙｌｇａｉｎがそれぞれ
（ｃ），（ｄ）として入力される。 【００５６】このブロックでの演算式は、 Ｙ＝ＹＨ×ＹＨｇａｉｎ＋ＹＬ×ＹＬｇａｉｎ で表され、このＹの値がＯＵＴ（ｅ）として出力され
る。このときＹＨ／ＹＬＧＡＩＮ（２０）のブロックの
処理内容から、常に ＹＨｇａｉｎ＋ＹＬｇａｉｎ＝１ が成立つことから、直流成分はＹＨｇａｉｎ、ＹＬｇａ
ｉｎの値が変化しても一定であり、加算係数の変化によ
る輝度信号の変動は生じず、高域周波数成分のみが変化
することになる。 【００５７】 【発明の効果】以上説明した通り本発明によって、従来
の方法では高解像度の輝度信号を得ようとすると有彩色
にて折り返しひずみが生じ画質が劣化したり、また、折
り返しひずみの発生しない狭帯域輝度信号を使用すると
鮮鋭感のない画像しか得られなかった問題を改善し、鮮
鋭感があってかつ有彩色の画像領域での折り返しひずみ
による画質劣化のない画像を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例を示す。 【図２】従来方式の単板カラービデオカメラの構成を示
す。 【図３】被写体の色の濃さによる輝度信号の周波数スペ
クトル変化の説明図である。 【図４】本方式での周波数スペクトル特性を示す。 【図５】広帯域輝度信号を作成するための広帯域水平低
域通過フィルタ回路の構成を示す。 【図６】狭帯域輝度信号作成回路の構成を示す。 【図７】輝度信号加算比演算回路の構成を示す。 【図８】輝度信号加算回路の構成を示す。 【符号の説明】 １ レンズ ２ 光学フィルタ ３ ＣＣＤ撮像素子 ４ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路 ５ Ａ／Ｄコンバータ ６ ディジタル信号処理回路 ７ ＬＣＬＩＰ（黒レベルのクランプ回路） ８ ＷＢ（ホワイトバランス回路） ９，１０，１１ １ＨＤＬ（１水平走査期間の遅延回
路） １２ ＹＶＬＰＦ（輝度垂直ＬＰＦ） １３ ＹＨＬＰＦ（広帯域水平低域通過フィルタ） １４ ＹＧＡＭ（輝度γ補正回路） １５ ＳＹＮＣＭＩＸ（同期信号加算回路） １６，２６ ＩＮＴＲＣＯＮＶ（ノンインターレス→イ
ンターレース変換回路） １７ ＣＧＡＭ（色γ補正回路） １８ Ｃ−Ｇ（色差信号作成回路） １９ ＹＬ（狭帯域輝度信号作成回路） ２０ ＹＨ／ＹＬＧＡＩＮ（輝度信号加算比演算回路） ２１ ＹＨ／ＹＬＭＩＸ（輝度信号加算回路） ２２ ＭＡＴＲＩＸ（色マトリックス回路） ２３ ＣＧＡＩＮ（色差ゲイン調整回路） ２４ ＢＦＭＩＸ（バースト信号ミックス回路） ２５ ＣＭＯＤ（色変調回路）

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 光学フィルタを含むレンズ部と、ＣＣＤ
   撮像素子のカラーフィルタが（グリーン、レッド）、
   （ブルー、グリーン）の順に垂直方向に並ぶ水平方向２
   画素、垂直方向２画素の周期性を持つ色配列を有し、Ｃ
   ＣＤの光電変換素子により変換された信号を画素単位で
   独立に出力する機能をもつＣＣＤ撮像素子と、ＡＤコン
   バータと、ディジタル信号処理回路と、ＤＡコンバータ
   より構成されるビデオカメラにおいて、 水平空間周波数帯域が広い輝度信号を作成する手段と、 水平空間周波数帯域が狭い輝度信号を作成する手段と、 色差信号Ｒ−ＧとＢ−Ｇのそれぞれの信号値を規格化し
   た後、それぞれの２乗和を作成する手段と、その２乗和
   の値にしたがって水平広帯域輝度信号と水平狭帯域輝度
   信号の加算比を変化させる乗算器と加算器を有すること
   を特徴とするビデオカメラシステム。