JPH04165885A - カラー撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、画素がオフセットサンプリング構造である撮
像素子の、色フィルタの配列構成に関するものである。

（従来の技術〕 第７図、第９図、第１１図は、従来より知られているカ
ラー同体撮像装置の色フィルタの配列構成の例を示す図
である。第７図では、緑色光透過フィルタ（以上“Ｇｒ
フィルタ゛という）が争直にストライブ状になっており
、赤色光透過フィルタ（以下“Ｒｄフィルタ”という）
および青色光透過フィルタ（以ドＢ！フィルタ”という
）が、それぞれ２行おき１列て水平方向にＧｒフィルタ
の間に配置されている。

第９図ではマゼンタ九透過フィルタ（以下“Ｍｇフィル
タ”という）、緑色光透過フィルタ、シアン光１ｆｌＡ
フィルタ（以下“Ｃｙフィルタ”という）、黄色光透過
フィルタ（以下”Ｙｅフィルタ”という）が、水・ト方
向に２画素、垂直方向に４画素の計８個の色フィルタを
１単位とし、図に示す順序で配置されている。

さらに第１１図は例えば特願平１−２４４３３号に記載
されているようなオフセットサンプリング構造を持つ固
体撮像素子にＲｄ、Ｇｒ、ＢＩｌフィルタが、それぞれ
水平３画素、垂直１画素。

水平方向のオフセット量１．５画素のオフセットサンプ
リング構造で配置されている。

（発明が解決しようとする課題） 第８図、第１０図、第１２図は、それぞれ第７図、第９
図、第１１図の色フイルタ配列構成における色光キャリ
アを２次元周波数平面（ｆｅ　。

ｆｖ）で表わしたときの第１象限の特性図である。いず
れも水平方向の画素ピッチをＰＨ９垂直方向の画素ピッ
チをＰＶとし、０≦ｆ□≦１７ＰＨ、Ｏ≦ｆｖ≦１　／
２　ＰＶの範囲を表わしている。いずれの図も、矢印は
各色のキャリアを表わしており、矢印の長さはキャリア
の大きさを、向きは位相関係を表わしている。

第８図において、色光キャリアは、（０，０）以外に、
（１／２Ｐ１！、Ｏ）、（１／ＰＨ、０）、（０，１／
４ＰＶ　）　、（１／２ＰＨ，１／４ＰＶ　）、（ｉ／
ＰＩＩ、１／４ＰＶ　）に発生している。このうち、（
０，０）と（１／ＰＨ、０）は無彩色光に対して発生す
るキャリアであり、折り返し歪の原因となるものであり
、それ以外のキャリアは無彩色光に対しては完全に打ち
消し合い消滅するが、有彩色光に対しては消滅せず、折
り返し歪の原因となる。

同様に、第１０図において、色光キャリアは、（０，０
）以外に（１／２ＰＨ，Ｏ）、（１／ｐＨ，Ｏ）、（１
／２ＰＶ、１／４ＰＶ）、（０，１／２ＰＶ　）、（ｔ
／ｚｐ＋＋　、１／２ＰＶ　）。

（１／　Ｐ　ｏ　、　　１　／　２　Ｐ　ｖ　）に発生
し、このうち、（０，０）と（１／ＰＨ，０）か無彩色
光に対して発生するキャリアであり、それ以外は無彩色
光に対して消滅するキャリアである。

さらに第１２図においては、固体撮像素子の水平方向の
オフセット量をＰ。／２とすると、色光キャリアは、（
０，０）以外に（２／３ＰＨ。

０　）　、　　（１／　３　Ｐ　ｕ　、　　１　／　２
　Ｐ　ｖ　）　、（１／　Ｐ　Ｈ，１／２ＰＶ）に発生
し、このうち（０，０）と（１／ＰＨ，１／２ＰＶ　）
が無彩色光に対して発生するキャリアであり、それ以外
には無彩色光に対して消滅するキャリアである。

このようなオフセットサンプリング構造の特徴として、
第７図、第９図に示す゛ような矩形状のサンプリング構
造では、水平方向の（１／ＰＨ。

０）の位置の周波数に無彩色光に対して発生するキャリ
アがあるため、ｆ　ｓ　＝　１　／　２　Ｐ　＋＋がナ
イキスト周波数となり、それ以上の周波数成分は得るこ
とができず、ｆ、＝１／２ＰＶまでしか水平解像度が得
られないが、第１１図に示すオフセットサンプリング構
造では、水平方向の（１／Ｐ□。

０）の位置には無彩色光に対して発生するキャリアがな
く、ｆ□＝１／Ｐ□をナイキスト周波数とすることがで
きることが一般に知られずいる。このため、第１１図の
色フィルタの配列では、矩形状のサンプリング構造と同
じサンプリングピッチであるにもかかわらず、水平解像
度は倍のｆ、、＝１／ｐ、４まで得ることができる。

しかしながら、一般の被写体は無彩色であるとは限らず
、一般に色を有しているため、第８図。

第１０図、第１２図のすへての位置に示す色光キャリア
から折り返し歪か発生し、シーンによっては大変見苦し
いものとなっている。このため光学的ローパスフィルタ
等を用いて有害な色光キャリアをカットしなければなら
ず、解像度の低下、をまねいていた。

たとえば、第１１図、第１２図に示すオフセットサンプ
リング構造のカラー固体撮像装置では、（２／３ＰＨ，
０）の位置に色光キャリアが発生するため、水平二方向
にｆ。＝２／３　ＰＨ以上の周波数成分をカットするよ
うな光学的ローパスフィルタが必要なため、本来無彩色
であればｆＨ＝１／Ｐ□まで水平解像度が得られるとこ
ろを、その２／３のｆ□＝　２　／　３　Ｐ　ｕまでし
か水平解像度を得ることができない。

本発明は前述のような問題を解消するためになされたも
ので、水平方向の画素ピッチｐＨ、垂直方向の画素ピッ
チＰＶであっても、ｆ□＝１／Ｐｏまで水平解像度を得
ることができるような、解像度が良く、モアレの発生が
少ないカラー撮像装置を提供することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明、前記目的を達成するために、カラー撮像装置を
つぎの（１）のとおりに構成するものである。

（１）水平方向のピッチがＰＨ４．垂直方向のピッチが
ＰＶで水平方向のオフセット量がＰＨ／２であるオフセ
ットサンプリング構造の画素を有する撮像素子と、この
撮像素子の各画素に対応して設けた３種類または４種類
の色フィルタからなる色フィルタアレイとを備えたカラ
ー撮像装置てあって、前記色フィルタアレイは、夫々の
種類の色フィルタが、水平方向のピッチが２ＰＨ，垂直
方向のピッチか２ＰＶで水平方向のオフセット量がＰＨ
であるオフセットサンプリング構造のものであるカラー
撮像装置。

（作用〕 前記（１）の構成によれば、無彩色光のとき、ｆ□＝１
／ＰＨまで水平解像度が得られ、彩色光のときの水平方
向９重直方向の解像度の低下が少ない。

〔実施例〕

以下本発明を実施例で詳しく説明する。

第３図は、本発明の第１実施例である“カラー固体撮像
装置”のブロック図、第１図は同実施例で用いる色フィ
ルタ配列を示す図である。第３図の１０１はＣＣＤ固体
撮像素子（センサ）である。この固体撮像素子１０１は
、水平方向の画素ピッチＰＨ９垂直方向の画素ピッチＰ
Ｖ、水平方向の画素オフセット量Ｐ□／２のオフセット
サンプリング構造となっており、マゼンタ、緑色、シア
ン、黄色の４種類の色光透過フィルタ（色フィルタ）Ｍ
ｇ、Ｇｒ、Ｃｙ、Ｙｅか各画素に対紀・する位置に配列
されている。これらの色フィルタを組合せたものを色フ
ィルタアレイという。本実施例では、色フィルタアレイ
は、第１図に示すように夫々の種類の色フィルタが、水
平方向のピッチか２ＰＶ、垂直方向のピッチか２ＰＶて
水平方向のオフセット量がＰａｌというオフセットサン
プリング構造となっている。

このような色フィルタ配列における色光キャリアを２次
元周波数平面（ｆ＋、ｆｖ）て表わした特性図が第２図
で、第１象限の０≦ｆ□≦１／ｐ、、ｏ≦ｆｖ≦１　／
２　ＰＶの範囲を示している。

同図において色光キャリアは、（０，０）以外に、（１
／ＰＨ、Ｏ）、（１／２ＰＨ，ｌ／４ｐｖ）、（ｏ、１
／２ＰＶ）、（１／ＰＭ、　　１／２ＰＶ）に発生して
おり、このうち（０，０）と（ｔ／ｐｎ　、１／２ＰＶ
　）が無彩色光に対して発生するキャリアであり、それ
以外は無彩色光に対して消滅するキャリアである。

同図から明らかなように、水平方向には（１／Ｐ□、０
）の位置まで色光キャリアは全く発生しておらず、した
がってｆ□＝　１　／ＰＩＩまての周波数成分を得るこ
とかてきる。すなわち、本実施例におけるカラー固体撮
像装置は、第１１図。

第１２図のサンプリング構造で示すカラー固体撮像装置
の水平解像度の１．５倍のｆ□＝１／Ｐ□までの本譜解
像度を得ることができる。

さらに、原点に対し最も近くにある色光キャリアは、（
１／　２　Ｐ　＋＋　、　　１　／　４　Ｐ　ｖ　）の
ものであるか、これは原点に対し充分なり１！鵡があり
、しがも無彩色光に対しては消滅する光キャリアである
ため、水平、ル直周波数成分に対し、著しい折り返し士
は発生しない。

以下のように本実施例におけるカラー固体撮像装置は高
い解像度でしかもモアレの発生の少ないものである。

次に、第１図に示す色フィルタアレイを用いたカラー固
体撮像装置の１５号処理の付方を第３図で説明する。

ＣＣＤ固体撮像素子（以Ｆセンサという）１０１には、
第１図に示す、４種類の色フィルタからなる色フィルタ
アレイ１０１ａか設けられている。センサ１０１から一
＝画素ごとに読み出された画像４３号は、ＡＧＣ（自動
利４Ｈ＋調整部）１０２により利得調整された接、Ａ／
Ｄ　（アナログ−ディジタル）変換器１０３で読出しク
ロックに同期したタイミングでＡ／Ｄ変換される。後で
打う色処理のために、このＡ／Ｄ変換器１０３は、すニ
ヤな特性が良く、量子化誤差の点から考えて、８ビット
以上で行うのが望ましい。

輝度信号は、補間フィルタ】２５によりオフセットサン
プリング構造を２次元的に補間した後、バイパスフィル
タ１１６で高域成分が検出され、後述するような手法で
得られる輝度の低域成分ＹＬと加算器１１７て加算され
、Ｄ／Ａ　（ディジタル−アナログ）変換器１１８でＤ
／Ａ変換され、出力される。

一方、Ａ／Ｄ変換器１０３の出力は、４つの補間フィル
タ１０６，１０７．ｔｏｓ；　　１０９に人力され、各
々同時化された色信号Ｍｇ、ｃｙ。

Ｙｅ、Ｇｒとなる。

なお、補間フィルタ１０６，１０７，１０８゜１０９お
よび１２５に人力する水平ラインの順序をクロックで制
御することにより、インターレース走査による出力信号
もノンインターレース走査による出力信号も得ることが
可能である。補間フィルタ１０６，１０７，１０８，１
０９により同時化された色信号は、ＲＧＢ変換部１１０
に入力し、Ｒ，Ｇ、Ｂ信号に変換される。これは次のよ
うなマトリクス演算によるものである。

ここでマトリクスＡは、センサ１０１のＭｇ、Ｇｒ、Ｃ
ｙ、Ｙｅの分光特性Ｍｇ（え）。

Ｇｒ（λ）、Ｃｙ（λ）、Ｙｅ（λ）をＮＴＳＣ方式で
定められたＲ、Ｇ、Ｈの理想分光特性Ｒ（λ）、Ｇ（λ
）、Ｂ（＾）に近づけるように最適化された３行４列の
マトリクスである。

次にホワイトバランス部１１１で、Ｒ，Ｇ、Ｂ信号をホ
ワイトバランスセンサ１２０より得られた色温度情報を
もとにＲ，Ｇ、ＢからαＲ，Ｇ。

βＢという形に変換することで、ホワイトバランスがと
られる。

次にγ変換部１１２ではテーブル変換によフてＲ，Ｇ、
Ｂ信号がγ変換される。色差マトリクス部１１３では ・・・・・・　（１） というＮＴＳＣ方式の規格にあった変換を行い、輝度の
低域成分ＹＬと色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙとが生成される
。色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙは、ひき続＜Ｄ／Ａ変換器１
１４．１１５でＤ／Ａ変換され出力される。輝度の低域
成分ＹＬは前述したように、バイパスフィルタ１１６で
検出された輝度の高域成分と加算器１１７で加算され、
Ｄ／Ａ変換器１１８でＤ／Ａ変換され出力される。

本実施例は、ブロック図にそってハートワイヤードに構
成してもよいが、Ｄ　Ｓ　Ｐ　（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇ
ｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等を用いてソフトウェア
で構成してもよい。

次に、本発明の第２実施例を説明する。

第４図は、本発明の第２実施例である“カラー固体撮像
装置”で用いる色フィルタアレイの色フィルタ配列を示
す図である。本実施例の固体撮像素子も第１実施例と同
様、水平方向の画素ピッチＰＨ，垂直方向の画素ピッチ
ＰＶ、水平方向のオフセットｉｌ　Ｐ　＋＋　／　２の
オフセットサンプリング構造となっており、赤色、＆！
色、青色の色フィルタＲｄ、Ｇｒ、Ｂｆが各画素に対応
する位置に配列されている。第４図に示すように、色フ
ィルタアレイは、ＲｄとＢｆｆｉの各色フィルタが、水
平方向のピッチが２Ｐ＋＋、重置方向のピッチが２ＰＶ
で水平方向のオフセット量がＰ。というオフセットサン
プリング構造となっている。−力Ｇｒの色フィルタは、
斜め方向にストライブ状となっているが、これも水寮方
向のピッチか２Ｐ□１重直方向のピッチが２　Ｐ　ｖで
水平方向のオフセット量がＰＨのオフセットサンプリン
グ構造のものか、水平方向にＰ。／２．垂直方向にＰＶ
だけ互いｋずれて重なり合ったものと見ることができる
。このような色フィルタ配列における色光キャリアを２
次元周波数平面（ｆ）Ｉ、ｆｖ）で表わした特性図が第
５図で、第１象限の０≦ｆ□≦１／ＰＨ。

Ｏ≦ｆｖ≦１／２ＰＶの範囲を示している。

同図において、色光キャリアは、（０，０）以外に（１
／ＰＨ、０）、（１／２ＰＨ，１／４ＰＶ　）、（０，
１／２ＰＶ　）、（１／ｐＨ，’／２ＰＶ）に発生して
おり、このうち（０，０）と（１／Ｐｕ　、１／２ＰＶ
　）が無彩色光に対して発生するキャリアであり、それ
以外は無彩色光に対して消滅するキャリアであり、これ
は第１実施例と同様である。

したがって、本実施例においても、ｆ、＝１／ＰＨまて
水平解像度を得ることができ、しかも水平、垂直周波数
成分に対し、著しい折り返し歪は発生しない。

次に、第４図に示す色フィルタ配列を用いたカラー固体
撮像装置の信号処理の仕方を第６図で説明する。

ＣＣＤセンサ２０１には、第４図に示す３種類の色フィ
ルタからなる色フィルタアレイ２０１ａが設けられてい
る。センサ２０１から一画素ごとに読み出された画像信
号は、ＡＧＣ２０２により利得調整された後、ホワイト
バランス部２１１てＲ，Ｇ、Ｂ信号のゲインをホワイト
バランスセンサ２２０より得られた色温度情報をもとに
ホワイトバランスがとられ、次にγ変換部２１２でγ変
換された後、Ａ／Ｄ変換器２０３で読み出しクロックに
同期したタイミングでＡ／Ｄ変換される。

輝度信号は、補間フィルタ２２５によりオフセットサン
プリング構造を２次元的に補間した後、バイパスフィル
タ２１６で高域成分が検出され、後述するような手法で
得られる輝度の低域成分Ｙ１６と加算器２１７で加算さ
れ、Ｄ／Ａ変換器２１８でＤ／Ａ変換され、出力される
。

一方、Ａ／Ｄ変換器２０３の出力は、３つの補間フィル
タ２０６．２０７，２０８に人力され、各々同時化され
た色信号Ｒ，Ｇ、Ｂとなる。

なお、補間フィルタ２０６，２０７．２０８および２２
５に入力する水平ラインの順序をクロックで制御するこ
とにより、インターレース走査による出力信号もノンイ
ンターレース走査による出力信号も得ることが可能であ
る。

補間フィルタ２０６，２０７．２０８により同時化され
た色信号は、色差マトリクス部１１３で、前記（１）式
によるＮＴＳＣ方式の規格にあった変換を行い、輝度の
低域成分ＹＬと色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙとが生成される
。色差信号Ｒ−Ｙ、　Ｂ−Ｙはひき続＜Ｄ／Ａ変換器２
１４゜２１５でＤ／Ａ変換され出力される。輝度の低域
成分Ｙ１．は前述したようにバイパスフィルタ２１６で
検出された輝度の高域成分と加算器２１７で加算され、
Ｄ／Ａ変換器２１８でＤ／Ａ変換され出力される。

本実施例も、ブロック図にそってハートワイヤードに構
成してもよいが、ＤＳＰ等を用いてソフトウェアて構成
してもよい。

なお、以上の実施例は、静止画記録のものとして説明し
ているが、本発明は、これに限定されるものではなく、
ビデオカメラ等動画記録のものにおいても実施すること
ができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、水平方向の画素
ピッチＰ□、垂直方向の画素ピッチＰＶであっても、水
寮の周波数軸上の広い範囲で有害なキャリアか発生せず
、ｆｏ＝１／ＰＨの周波数まで水平解像度を得ることが
でき、解像度が良く、かつモアレの発生が少ないカラー
撮像装置を提供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例で用いる色フィルタ配列を
示す図、第２図は第１図の色フィルタ配列における色光
キャリアの特性図、第３図は第１実施例のブロック図、
第４図は本発明の第２実施例で用いる色フィルタ配列を
示す図、第５図は第４図の色フィルタ配列における色光
キャリアの特性図、第６図は第２実施例のブロック図、
第７図は色フィルタの配列例を示す図、第８図は第７図
の色フィルタ配列における色光キャリアの特性図、第９
図は色フィルタの配列例を示す図、第１０図は第９図の
色フィルタ配列における色光キャリアの特性図、第１１
図は色フィルタの配列例を示す図、第１２図は第１１図
の色フィルタ配列における色光キャリアの特性図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水平方向のピッチがＰ＿Ｈ、垂直方向のピッチが
   Ｐ＿Ｖで水平方向のオフセット量がＰ＿Ｈ／２であるオ
   フセットサンプリング構造の画素を有する撮像素子と、
   この撮像素子の各画素に対応して設けた３種類または４
   種類の色フィルタからなる色フィルタアレイとを備えた
   カラー撮像装置であって、前記色フィルタアレイは、夫
   々の種類の色フィルタが、水平方向のピッチが２Ｐ＿Ｈ
   、垂直方向のピッチが２Ｐ＿Ｖで水平方向のオフセット
   量がＰ＿Ｈであるオフセットサンプリング構造のもので
   あることを特徴とするカラー撮像装置。