JP2000184384A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フレーム補間機能を実現するにあたり、回路
規模の増大を抑えつつ、高精細なフレーム静止画像の得
られる撮像装置を提供する。 【解決手段】 輝度信号，色差信号のそれぞれにフィー
ルドメモリ，フレーム補間回路を設けて補間信号を形成
する代わりに、１個のフィールドメモリと図示のフレー
ム補間回路を設けて補間信号を形成する。すなわち、Ｌ
ＰＦ４０２，４０３により輝度成分と色差成分を分離
し、輝度成分は、平均値補間回路４０６において、２ラ
インの平均を取ることにより補間信号を生成し加算器４
０８に供給し、一方色差成分は、２ラインの信号のうち
補間されるラインの色差信号と一致する方の信号を選択
器４０７により選択し、加算器４０８へ供給し、所要の
補間されるラインの信号を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フレーム補間機能
を有する撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インターレース走査の撮像素子を備え動
画撮像を主目的に置いた撮像装置において、静止画像を
得るための回路構成例を図１１に示す。図１１におい
て、撮像素子１１０１から読み出された信号は、信号処
理回路１１０２にてホワイトバランス，γ補正，輪郭補
正，マトリクス等の信号処理を受け、輝度信号Ｙ，色差
信号Ｃとして出力される。Ｙ／Ｃ信号は、それぞれ選択
器１１０７／１１０８に供給されるとともに、フィール
ドメモリ１１０３／１１０５に供給され１垂直走査期間
遅延せしめられることで、２垂直走査期間の信号が同時
化される。フィールドメモリ１１０３，１１０５にて遅
延された信号はフレーム補間回路１１０４／１１０６に
より、走査線間の信号が補間により生成される。

【０００３】フレーム補間回路の出力は、選択器１１０
７／１１０８に与えられ、補間信号／非補間信号のうち
どちらかが選択されて出力される。すなわち、２：１イ
ンターレース走査において一枚の画像を構成する２つの
フィールドをそれぞれＡ，Ｂとしたとき、Ａフィールド
走査期間においては非補間信号を出力し、Ｂフィールド
走査期間においてはＡフィールド信号から生成した補間
信号を出力するように選択器１１０７／１１０８を制御
し、この非補間信号と補間信号とによりフレーム画像を
形成することにより、動きぶれのない高精細なフレーム
静止画像が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来例では以下に述べるような問題がある。

【０００５】すなわち、従来例においては図１１に示す
ように、輝度信号，色差信号それぞれにフィールドメモ
リおよびフレーム補間回路が必要であり、回路規模の増
大を招く。

【０００６】本発明は、このような状況のもとでなされ
たもので、フレーム補間機能を実現するにあたり、回路
規模の増大を抑えつつ、高精細なフレーム静止画像を得
ることのできる撮像装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では撮像装置を次の（１）〜（５）のとおり
に構成する。

【０００８】（１）結像光学系を介して結像した被写体
像を画像信号に変換する撮像装置において、各走査線共
通のベースバンド成分と、線順次で異なる第一側波帯成
分が重畳した形態の信号を出力する撮像素子と、該撮像
素子の出力信号を１垂直走査期間遅延せしめる遅延手段
と、該遅延手段の出力信号を受けｎラインの信号を同時
化する同時化手段と、該同時化手段から得られるｎライ
ンの信号それぞれをベースバンド成分と第一側波帯成分
の２つの帯域に分離する帯域分離手段と、該帯域分離手
段により分離されたｎ個のベースバンド成分より走査線
間の画素信号を補間生成する第一の補間手段と、前記帯
域分離手段により分離されたｎ個の第一側波帯成分のう
ち、補間される画素と一致する色成分を有する信号のみ
から走査線間の画素信号を補間生成する第二の補間手段
と、前記第一および第二の補間手段の出力を加算する加
算手段とを備え、前記撮像素子から得られるフィールド
信号のうちの所定の信号と、前記加算手段から得られる
補間により生成されるフィールド信号のうちの所定の信
号とを選択して出力する撮像装置。

【０００９】（２）前記（１）記載の撮像装置におい
て、前記同時化手段は２水平走査期間の信号を同時化さ
せるものである撮像装置。

【００１０】（３）前記（２）記載の撮像装置におい
て、前記第一の補間手段は平均値補間回路であり、前記
第２の補間手段は同時化された２ラインの信号から色成
分の一致する信号を選択する手段である撮像装置。

【００１１】（４）前記（１）記載の撮像装置におい
て、画像の動きを検出する動き検出回路を備え、この動
き検出回路の検出信号に応じて前記所定の信号を選択す
る撮像装置。

【００１２】（５）前記（４）記載の撮像装置におい
て、前記動き検出回路は、前記遅延手段の出力信号のベ
ースバンド成分を取り出す第一の低域濾波手段と、前記
撮像素子の出力信号のベースバンド成分を取り出す第二
の低域濾波手段と、前記第一の濾波手段の出力信号と前
記第二の低域濾波手段の出力信号を比較する比較手段を
備え、前記撮像素子の出力信号のベースバンド成分を用
いて画像の動きを検出する撮像装置。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を撮像装
置の実施例により詳しく説明する。

【００１４】

【実施例】（実施例１）図１は、実施例１である“撮像
装置”の構成を概略的に示すブロック図である。

【００１５】同図において、１は被写体像を撮像素子上
に結像させる結像光学系、２は複屈折により結像面上に
二重像を形成することで、光学系の高周波応答を抑圧せ
しめる光学的ローパスフィルタ、３は受光面上に入射す
る光学像を電気信号に変換する撮像素子としてのＣＣＤ
（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、４
はＣＣＤ３の出力信号の雑音を低減する雑音低減回路、
５はＣＣＤ３の信号を適正なレベルに増幅する増幅器、
６はＣＣＤ３の信号をディジタル信号に変換するＡＤ変
換器、７はＣＣＤ３を駆動するためのパルス信号を発生
するＣＣＤ駆動パルス発生器である。

【００１６】８はＡＤ変換されたＣＣＤ信号を、１垂直
走査期間遅延させるフィールドメモリ、９は走査線を補
間するフレーム補間回路、１０はカメラ信号処理回路に
供給する信号を選択するための選択器、１１は選択器１
０を制御する出力制御回路、１２は撮影モードを選択す
る選択器、１３は標準テレビ信号規格に則った水平，垂
直同期信号を発生する同期信号発生器、１４はＣＣＤ信
号を処理して輝度および色差信号を生成するカメラ信号
処理回路である。

【００１７】次に、前述の構成の本実施例の動作につい
て説明する。被写体からの入射光は、結像光学系１によ
り撮像素子であるＣＣＤ３上に結像され、ＣＣＤ３にて
電気信号に変換される。ＣＣＤ３上には、カラー撮像の
ための色フィルタアレイが貼り付けてある。色フィルタ
アレイの配列は、図２に示すようなものである。また、
被写体像はＣＣＤ３上で２次元的に標本化されるので、
標本化周波数の１／２より高い周波数成分はエイリアシ
ングとなり、正しい波形を再現することが不可能であ
る。したがって、被写体像の不要な高周波成分を抑圧す
る目的で、結像光学系１の後に光学的ローパスフィルタ
２が挿入される。

【００１８】ＣＣＤ３にて変換された電気信号は、同期
信号発生器１３から供給される同期信号にもとづきＣＣ
Ｄ駆動パルス発生器７から与えられる駆動パルスに同期
してＣＣＤ３の出力端子から読み出される。このとき、
ＣＣＤ３上で垂直方向に隣接する２画素の信号を加算し
て、さらに加算のペア（加算した信号）を２垂直走査期
間周期で水平１ライン分シフトさせることにより、２：
１インターレースに対応した信号が読み出される。つま
り、２：１インターレースシステムにおいて１枚のフレ
ーム画像を構成する２つのフィールドをそれぞれＡ，Ｂ
とすると、図２に示すように、Ａフィールド期間におい
て第ｎ−１列と第ｎ列が加算のペアにとられた場合、Ｂ
フィールド期間においては第ｎ列と第ｎ＋１列が加算の
ペアとなるように駆動される。

【００１９】かように読み出されたＣＣＤ信号は雑音低
減回路４および増幅器５を経て、ＡＤ変換器６にてディ
ジタル信号に変換される。ディジタルに変換されたＣＣ
Ｄ信号Ｓ_R は、フィールドメモリ８および選択器１０に
供給される。

【００２０】フィールドメモリ８において、同期信号発
生器１３から供給される同期信号に応じて１垂直走査期
間遅延せしめられたディジタルＣＣＤ信号Ｓ_D は、フレ
ーム補間回路９に供給され走査線間の信号が補間され
る。すなわち、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、Ａフ
ィールドを構成する信号が供給された場合、フレーム補
間回路９の出力Ｓ_I はＢフィールドを構成する信号であ
り、Ｂフィールドの信号が供給された場合の出力Ｓ_I は
Ａフィールドの信号となる。フレーム補間回路９より出
力される補間信号Ｓ_I およびＡＤ変換器６の出力信号Ｓ
_R は、選択器１０に供給され、出力制御回路１１より与
えられる制御信号に応じて選択された信号がカメラ信号
処理回路１４に入力される。出力制御回路１１は選択器
１２により選択される撮影モードに応じて、選択器１０
を制御せしめる。すなわち、選択器１２により選択され
る撮影モードとは、フィールドモードおよびフレームモ
ードであり、それぞれのモードにおける選択器１０の出
力Ｓ_O は図３（ｄ）および（ｅ）に示すような信号にな
る。つまりフィールドモードにおける選択器１０の出力
信号Ｓ_O は、Ｓ_R と同一の信号であり、フレームモード
における出力信号Ｓ_Oは、Ａフィールド期間はＳ_R と同
一の信号、Ｂフィールド期間にはＡフィールドの信号か
ら補間により生成されたＢフィールド信号となる。

【００２１】フレームモードにおいて、このような信号
を出力することにより、２枚のフィールド画像の撮像タ
イミングが同じになり、Ａ，Ｂ２枚のフィールド画像を
組み合わせて１枚のフレーム画像を構成した場合に動き
ぶれのない鮮明なフレーム画像が得られる。カメラ信号
処理回路１４では、ＣＣＤ信号が処理され、輝度信号Ｙ
と色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙが生成される。

【００２２】図４は本実施例におけるフレーム補間回路
９の構成を示す図である。図１に示すフィールドメモリ
８より供給されるＣＣＤ信号Ｓ_D は、走査線２ライン分
の信号を同時化する目的で、１Ｈ遅延回路４０１により
１水平走査期間の遅延をうける。その後同時化された走
査線２ライン分の信号はＬＰＦ（Ｌｏｗ ＰａｓｓＦｉ
ｌｔｅｒ）４０２，４０３により輝度成分と色差成分に
分離される。

【００２３】ここで、ＣＣＤ信号の組成について図５お
よび図６を用いて説明する。

【００２４】図５は図２に示されるような色フィルタア
レイを備えるＣＣＤから垂直に隣接する２画素を加算し
て読み出した場合の色信号の配列を示すものである。同
図において、標準字体で示される画素はＡフィールド、
斜体で示される画素はＢフィールドで読み出される画素
である。また、Ｇｂは（Ｇ＋Ｃｙ）、Ｇｒは（Ｇ＋Ｙ
ｅ）、Ｗｂは（Ｍｇ＋Ｃｙ）、Ｗｒは（Ｍｇ＋Ｙｅ）そ
れぞれの加算により得られる色を示している。ここで、 Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂ……（１） Ｙｅ＝Ｇ＋Ｒ……（２） Ｍｇ＝Ｒ＋Ｂ……（３） であるから、結局図６（ａ），（ｂ）に示すように、 Ｇｂ＝Ｇ＋Ｃｙ＝２Ｇ＋Ｂ……（４） Ｇｒ＝Ｇ＋Ｙｅ＝２Ｇ＋Ｒ……（５） Ｗｂ＝Ｍｇ＋Ｃｙ＝Ｒ＋Ｇ＋２Ｂ……（６） Ｗｒ＝Ｍｇ＋Ｙｅ＝２Ｒ＋Ｇ＋Ｂ……（７） となる。

【００２５】ここで、Ｇｂ，Ｗｒ，Ｇｂ……と並ぶデー
タ列のスペクトルを分析すると、図７（ａ）に示すよう
に、ベースバンド成分の（Ｒ＋１．５Ｇ＋Ｂ）と、標本
化周波数の１／２の周波数を中心として発生する第一側
波帯成分の（２Ｒ−Ｇ）との和になっている。同様にＧ
ｒ，Ｗｂ，Ｇｒ……と並ぶデータ列のスペクトルを分析
すると、図７（ｂ）に示すように、ベースバンド成分の
（Ｒ＋１．５Ｇ＋Ｂ）と、第一側波帯成分の（２Ｂ−
Ｇ）との和になっている。つまり、ベースバンド成分は
各走査線共通であり、それに第一側波帯成分として（２
Ｒ−Ｇ）と（２Ｂ−Ｇ）信号が、フィールド画像におけ
る１ライン毎（フレーム画像で考えると２ライン毎）に
交互に重畳するような組成になっている。便宜上、ベー
スバンド成分を輝度成分、第一側波帯成分を色差成分と
呼ぶことにする。

【００２６】なお、被写体像に標本化周波数の１／２以
上の周波数成分が含まれると、第一側波帯成分に混入し
正しい信号が再生できなくなるので、光学的ローパスフ
ィルタにより、被写体像の高周波成分を抑圧する必要が
ある。

【００２７】かかる組成のＣＣＤ信号を、図８に示すよ
うな振幅特性を備えるＬＰＦで帯域分割することによ
り、各走査線共通の輝度成分と、線順次で得られる色差
成分とを分離することが可能となる。

【００２８】ＬＰＦ４０２，４０３にて分離された輝度
成分と色差成分のうち、輝度成分は平均値補間回路４０
６において、２ラインの平均を取ることにより補間信号
が生成され、加算器４０８に供給される。一方、色差成
分については、同時化された２ラインの信号のうち補間
されるラインの色差信号と一致する方の信号が選択器４
０７により選択され、加算器４０８に供給される。加算
器４０８では、平均値補間回路４０６から得られる輝度
成分と、選択器４０７から得られる色差成分を加算する
ことで、補間されるラインの信号を合成し出力する。

【００２９】かかる構成により、輝度成分と色差成分と
を分離しそれぞれ異なる方式により補間を行うことで、
解像感に大きく影響する輝度成分については、相関距離
の近い画素の値を用いて補間することにより、高域のレ
スポンスが確保でき高精細な画像が得られる。一方、線
順次で得られる色差成分については、ホールド補間を採
用することで回路の規模を節約することができる。

【００３０】以上説明したように、本実施例によれば、
各走査線共通のベースバンド成分と、線順次で異なる第
一側波帯成分を周波数多重して出力する撮像素子から得
られる信号を帯域により分離し、それぞれに対して最適
な補間方式を用いて補間を行うので、輝度信号の補間画
素に対する相関距離が短くなり、線順次の信号から直接
補間する方式に比してより高精細な補間画像が得られ
る。また、撮像素子の出力信号を用いてフレーム補間を
行うので、輝度／色差それぞれに対してフレーム補間を
行う場合に比べて回路規模が小さくなる。

【００３１】（実施例２）図９は、実施例２である“撮
像装置”の構成を示す図である。本実施例は、画像より
被写体の動きを検出し、動きに応じて適応的にフレーム
補間を制御する例である。

【００３２】図９において、９１０は動き検出回路であ
り、２フィールドの信号から画像の動きを検出し、その
結果に応じてフレーム補間を制御せしめるものである。

【００３３】図１０をもとに、動き検出回路９１０の動
作を説明する。図９におけるフィールドメモリ９０８か
ら供給されるＳ_D およびＡＤ変換器９０６から供給され
るＳ_R はＬＰＦ１００１，１００２に入力され、第一側
波帯成分（色差成分）が除去される。ＬＰＦ１００１の
出力は１Ｈ遅延回路１００３と平均値回路１００４に入
力される。平均値回路１００４では、１Ｈ遅延回路１０
０３により同時化された２ラインの信号の平均を取るこ
とにより、走査線間の信号を生成し、この補間信号は減
算器１００５において、ＬＰＦ１００２の出力との差が
取られる。

【００３４】減算器１００５により得られた差分値は比
較回路１００６に供給され、予め定められている閾値Ｔ
ｈとの比較により、画像の動きが検出される。すなわ
ち、２フィールドの画像の同一画素点の信号の差分が閾
値Ｔｈより大なる場合には、その画素点において動いて
いると見なし、閾値Ｔｈより小なる場合には動いていな
いと見なすものである。

【００３５】かかる構成の動き検出回路９１０から導出
される動き検出信号は出力制御回路９１１に供給され、
選択器９１２においてフレームモードが選択されている
場合に（実施例１参照）、動き検出信号にもとづいて画
素毎にＳ_I とＳ_R のいずれかが選択されるよう選択器９
１３が制御される。すなわち、動きのある画素は補間信
号を出力し、動きのない画素においては補間信号ではな
くＣＣＤ信号をそのまま出力するように制御することに
より、動きぶれがなくかつ静止部分が高精細なフレーム
画像が得られるものである。

【００３６】動き検出回路を図１０に示すような構成と
することにより、ＣＣＤ信号から直接動きを検出するこ
とが可能となる。

【００３７】なお、本実施例では動き検出回路の出力が
２値の例について説明したが、これに限られるものでは
なく、動き検出回路の出力を多値とし、選択器９１３の
代わりに加重平均回路を用いてもよい。

【００３８】（実施例３）実施例１，実施例２では、フ
レーム補間回路において２ラインの信号から補間信号を
生成する例を示したが、補間方式はこれに限られるもの
ではなく、図１２に示すように、ｎラインの信号から補
間信号を生成することも考えられる。

【００３９】この場合、ベースバンド成分に対してはｎ
ライン全ての信号を用いて補間信号を生成し、第一側波
帯成分に対しては、ｎラインの信号のうち、補間信号と
同じ色成分で構成される信号を１ラインおきに取り出し
それらを用いて補間信号を生成することになる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フレーム補間機能を実現するにあたり、回路規模の増大
を抑えつつ、高精細なフレーム静止画像を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の構成を示すブロック図

【図２】 色フィルタの配列を示す図

【図３】 実施例１の動作を示すタイミングチャート

【図４】 フレーム補間回路の構成を示すブロック図

【図５】 撮像素子から読み出される信号の配列を示す
図

【図６】 撮像素子から読み出される信号の組成を示す
図

【図７】 撮像素子から読み出される信号のスペクトル
を示す図

【図８】 ＬＰＦの特性を示す図

【図９】 実施例２の構成を示すブロック図

【図１０】 動き検出回路の構成を示すブロック図

【図１１】 従来例の構成を示すブロック図

【図１２】 実施例３で用いるフレーム補間回路の構成
を示すブロック図

【符号の説明】

８ フィールドメモリ ９ フレーム補間回路 １０ 選択器 ４０２，４０３ ＬＰＦ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結像光学系を介して結像した被写体像を
   画像信号に変換する撮像装置において、各走査線共通の
   ベースバンド成分と、線順次で異なる第一側波帯成分が
   重畳した形態の信号を出力する撮像素子と、該撮像素子
   の出力信号を１垂直走査期間遅延せしめる遅延手段と、
   該遅延手段の出力信号を受けｎラインの信号を同時化す
   る同時化手段と、該同時化手段から得られるｎラインの
   信号それぞれをベースバンド成分と第一側波帯成分の２
   つの帯域に分離する帯域分離手段と、該帯域分離手段に
   より分離されたｎ個のベースバンド成分より走査線間の
   画素信号を補間生成する第一の補間手段と、前記帯域分
   離手段により分離されたｎ個の第一側波帯成分のうち、
   補間される画素と一致する色成分を有する信号のみから
   走査線間の画素信号を補間生成する第二の補間手段と、
   前記第一および第二の補間手段の出力を加算する加算手
   段とを備え、前記撮像素子から得られるフィールド信号
   のうちの所定の信号と、前記加算手段から得られる補間
   により生成されるフィールド信号のうちの所定の信号と
   を選択して出力することを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の撮像装置において、前記
   同時化手段は２水平走査期間の信号を同時化させるもの
   であることを特徴とする撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の撮像装置において、前記
   第一の補間手段は平均値補間回路であり、前記第２の補
   間手段は同時化された２ラインの信号から色成分の一致
   する信号を選択する手段であることを特徴とする撮像装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の撮像装置において、画像
   の動きを検出する動き検出回路を備え、この動き検出回
   路の検出信号に応じて前記所定の信号を選択することを
   特徴とする撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の撮像装置において、前記
   動き検出回路は、前記遅延手段の出力信号のベースバン
   ド成分を取り出す第一の低域濾波手段と、前記撮像素子
   の出力信号のベースバンド成分を取り出す第二の低域濾
   波手段と、前記第一の濾波手段の出力信号と前記第二の
   低域濾波手段の出力信号を比較する比較手段を備え、前
   記撮像素子の出力信号のベースバンド成分を用いて画像
   の動きを検出することを特徴とする撮像装置。