JPS6148315B2

JPS6148315B2 -

Info

Publication number: JPS6148315B2
Application number: JP53112770A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Morishita
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1978-09-12
Filing date: 1978-09-12
Publication date: 1986-10-23
Also published as: JPS5538790A; US4282547A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は分離輝度方式にてカラーテレビジヨン
信号を得るカラー撮像装置に関する。

従来、分離輝度方式のカラー撮像装置について
は、輝度信号経路にはいわゆる輝度フイルター
（Ｙフイルター）といわれている光学フイルター
を置き、色信号経路の色フイルターは一般に赤フ
イルターと青フイルターの繰り返しか、あるいは
赤フイルター、緑フイルター、青フイルターの繰
り返しのものが用いられていた。すなわちＹ―
RB方式とかＹ―RGB方式といわれているもので
ある。このような方式のカラー撮像装置において
は輝度信号Ｙを得るために視感度特性を有するＹ
フイルターを通すので短波長側および長波長側に
おいて光損失があり、一方色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを得
るためにそれぞれ赤透過フイルター、緑透過フイ
ルター、青透過フイルタを通すため、透過以外の
成分の光は損失となる。したがつてカラー撮像装
置としては光利用率が悪く、感度の観点からは非
常に不利である。感度を向上させる方法として色
信号経路の色フイルターにシアンフイルターおよ
びイエローフイルターを用いる場合が提案されて
いる。しかしながらこの方式は通常、全可視光通
過フイルターとの繰り返し配列により、その配列
ピツチによつて決まる搬送波周波数で変調された
赤信号あるいは青信号を得ている。したがつて撮
像デバイスの出力信号の高い周波数領域に赤信号
および青信号が存在するため、各色信号の映像帯
域に復調するときに高域の雑音が低域に変換され
て色信号の信号対雑音比が悪くなるという欠点を
持つていた。このことは撮像デバイスの出力がプ
リアンプを含めて周波数が増大すると雑音レベル
も増大するという性質を持つていることから容易
に理解できる。

本発明は色分解系にシアン透過フイルターとイ
エロー透過フイルターおよびこれらふたつの透過
光の分光特性を包み込む分光特性を有する白透過
フイルターの組合せたもの（すなわち、ここでは
Ｗ―Ye，Cy方式という）を用い、本発明で提案
するマトリツクス回路を通すことによつて簡単に
輝度信号Ｙと２種類の色差信号（例えばＲ―Ｙお
よびＢ―Ｙ）を合成することができる。本発明の
構成にするとすでに述べたように光利用率が良い
ため高感度であり、高周波域での変調方式を用い
ていないことにより色信号側の信号対雑音比は良
好となる。

本発明の構成は入射光をシアン成分光とイエロ
ー成分光とこれらふたつの成分光の分光特性を包
み込む分光特性を有する白成分光とに分解する分
解光学系と、これら三つの成分光を電気信号に変
換する１個あるいは複数個の撮像デバイスと、こ
のあるいはこれらの撮像デバイスの出力信号から
シアン信号（Cy）とイエロー信号（Ye）と白信
号（Ｗ）とに分離する手段と、これらシアン信号
とイエロー信号と白信号とから輝度信号と二種類
の色差信号とを合成するマトリツクス回路とを有
しており、前述の欠点を改善したカラー撮像装置
を提供できる。

本発明はいわゆるＷ―Ye，Cy方式といえるも
ので入射光を白成分光（Ｗ）、イエロー成分光
（Ye）、シアン成分光（Cy）の三つに分離すると
き照明の色温度、レンズ、撮像デバイスなどの分
光特性をすべて含めて光電変換後の電気信号にお
いて、近似的に次式が成立するようにＷフイルタ
ー、Yeフイルター、Cyフイルターの分光特性を
選定する。

すなわちＷ，Ye，Cyのそれぞれの成分に含ま
れているＲ，Ｇ，Ｂの間においてＲ：Ｇの比と
Ｇ：Ｂの比はそれぞれある一定の値に維持される
ように綜合の分光特性を設定する。このように設
定すると輝度信号Ｙ、色差信号Ｒ―Ｙ，Ｂ―Ｙは
次式で表現できる。

したがつて撮像デバイスの出力信号からＷ，
Ye，Cyの３信号を分離したのち、(2)式を満足す
るマトリツクス回路を通すことによつて輝度信号
Ｙ，色差信号Ｒ―Ｙ，Ｂ―Ｙを得る。この三つの
信号からカラーエンコーダを介してカラーテレビ
ジヨン信号を得る。このように撮像デバイスの出
力がＷ，Ye，Cy信号であるため、光利用率がよ
くすなわち感度がよい。またＷ，Ye，Cy信号か
らＲ，Ｇ，Ｂ信号に変換せず、直接輝度信号と色
差信号を得ているので、微調回路の不要となり、
回路が簡単で、信号雑音比を良く、光量バランス
もとりやすいことになる。

本発明の原理は上述のように高感度化が達成で
きるので、例えばシリコンを用いた固体撮像デバ
イスのように短波長（400〜500mm）域での分光感
度特性の悪い撮像デバイスに対しては、シアン光
を利用する原理から考えて、より有効であること
は容易に理解できるであろう。

以下図面にて本発明を詳細に説明する。第１図
は本発明の一実施例（２撮像デバイス方式）の光
学系部分の構成図である。被写体１はレンズ２を
通して分解光学系３にてふたつの成分に分離す
る。一方は像４となり、他方は像８となる。像４
側は白成分光で撮像デバイス５にて光電変換さ
れ、Ｗ信号として端子６より出力される。この像
４側への光路は前述のＷフイルターの分光特性を
有している。像８は色フイルター７を通過し撮像
デバイス９にて光電変換され、Ye信号またはCy
信号として端子１０より出力される。色フイルタ
ー７については第２図に撮像デバイス９との相対
的な位置関係について図示されている。第２図に
おいては色フイルター７はイエロー透過フイルタ
１１（Ye）とシアン透過フイルター１２（Cy）
とが水平走査方向に交互に繰り返し配列されてい
る。そしてそれぞれのフイルターの幅は撮像デバ
イス９の３画素分の幅と等しくしている。この幅
はとくに３画素分に限定されるものではなく、撮
像デバイス９の水平方向の総画素数と撮像装置と
しての色信号の帯域をどのように設定するかによ
つて決まるものである。本実施例では３画素分と
している。第２図において１３は撮像デバイス９
のひとつの画素を表わしている。

第１図および第２図に示した構成の光学系を用
い、第１図のふたつの出力端子６，１０に得られ
た信号からカラーテレビジヨン信号を合成する回
路のブロツク図を第３図および第４図にそれぞれ
実施例として示した。第３図において入力端子２
１には第１図の出力端子６からの信号を加え、入
力端子４１には第１図の出力端子１０からの信号
を加える。入力端子２１の信号は白信号（Ｗ信
号）でバツフア回路２２でインピーダンス変換
し、遮断周波数がＷ信号のナイキスト周波数に選
ばれた低域波器２３を通してプリアンプ２４か
らプロセスアンプ２５に加えられる。プリアンプ
２４にては規定の映像レベルが得られるまで増幅
し、プリブランキングやゲインコントロール回路
が含まれている。プロセスアンプ２５は黒クリツ
プ、白クリツプ、ガンマ補正などの回路が含まれ
ている。これらの回路の動作については撮像装置
の専問技術者なら熟知していると考えられるの
で、ここでは説明を省略する。一方入力端子４１
の信号はイエロー信号（Ye信号）とシアン信号
（Cy信号）とが時間的に交互に並んでいることは
第２図に示した色フイルターの配列から容易にわ
かる。この信号はバツフア回路４２でインピーダ
ンス変換され遅延回路４３に加えられる。この遅
延回路４３は低域波器２３の遅延時間と等しい
遅延時間を有する回路である。遅延回路４３の出
力はゲート回路４４および４５に加えられ、ゲー
ト回路４４はYe信号成分のみ通過させる回路
で、ゲート回路４５はCy信号成分のみ通過させ
る回路である。４６と４７はそれぞれYe信号Cy
信号のナイキスト周波数を遮断周波数とする低域
波器である。そして低域波器４６の出力はプ
リアンプ４８からプロセスアンプ５０に加えられ
る。また低域波器４７の出力はプリアンプ４９
からプロセスアンプ５１に加えられる。プリアン
プ４８，４９およびプロセスアンプ５０，５１は
前述のプリアンプ２４およびプロセスアンプ２５
と同じ回路である。プロセスアンプ５０の出力は
Ye信号５２としてマトリツクス回路５４に加え
られ、プロセスアンプ５１の出力はCy信号５３
としてマトリツクス回路５４に加えられる。前述
のプロセスアンプ２５の出力は低域波器４６，
４７と同じ特性の低域波器３２を通してＷ信号
３３としてマトリツクス回路５４に加えられる。
マトリツクス回路５４によつてこれらＷ，Ye，
Cyの三つの信号から（Ｒ―Ｙ）信号５５（Ｂ―
Ｙ）信号５６および低域の輝度信号（Ｙ_L信号）
３４を合成する。このマトリツクス回路５４は前
述の式(2)の演算をする回路である。（Ｒ―Ｙ）信
号５５と（Ｂ―Ｙ）信号５６の被変調信号は入力
端子５９からの副搬送信号にて平衡変調されクロ
ミナンス信号５８として混合回路３０に送られ
る。また低域の輝度信号（Ｙ_L信号）３４は混合
回路２８に加えられる。混合回路２８には、プロ
セスアンプ２５の出力が高域波器２６を通して
高域成分の白信号（Ｗ_H信号）となつて、高域の
輝度信号として加えられる。すなわち混合回路２
８の出力は帯域の広い輝度信号となつている。こ
の信号はアパーチ、補正回路２９にて高域の変調
度特性を改善し混合回路３０に送られる。そして
クロミナンス信号５８と混合されカラーテレビジ
ヨン信号となつて出力端子３１に送り出され、カ
ラー撮像装置の出力信号となる。

次にカラー撮像装置の回路構成を第３図と異な
り、プロセスアンプの数を減らした場合について
第４図のとおりにした実施例について説明する。
第４図において第３図と同じ番号のブロツクはま
つたく同じ特性の回路であるので、その部分の説
明は省略する。第３図と第４図とで異なつている
ところはガンマ補正回路の位置が異なつている。
すなわち第３図におけるプリアンプ２４，４８，
４９の出力側に接続されているプロセスアンプ２
５，５０，５１を移し、第４図では輝度信号経路
のプリアンプ２４の出力は直接高域波器２６お
よび色信号経路の低域波器４６，４７と同一の
遮断周波数をもつ低域波器３２へ送られる。低
域波器３２の出力はガンマ補正されていない白
信号（W′信号）３３′でマトリツクス回路５４に
送られる。また色信号経路のプリアンプ４８，４
９の出力はそれぞれガンマ補正されていないイエ
ロー信号（Ye′信号）５２′とシアン信号（Cy′信
号）５３′とでマトリツクス回路５４に送られ
る。これら三つの信号（W′信号、Ye′信号、
Cy′信号）から低域の輝度信号（Y′_L信号）３
４′とふたつの色差信号（R′―Y′）５５′と
（B′―Y′）５６′とが合成され、Y′_L信号３４′は
混合器２８に、（R′―Y′）信号５５′と（B′―
Y′）信号５６′は平衡変調器５７に送られる。混
合器２８の出力は広帯域の輝度信号で、プロセス
アンプ３５に送られる。このプロセスアンプでで
ガンマ補正されアパーチヤ補正回路２９に送られ
る。一方平衡変調器５７の出力はいわゆるクロミ
ナンス信号といわれるもので、ガンマ補正されて
いない信号から合成された色差信号により平衡変
調したから、正規のクロミナンス信号とは少し異
なつている。したがつてガンマ補正に相当する働
きを持たせる方法として、平衡変調器５７の出力
であるクロミナンス信号の振幅を、低域の輝度信
号３４′から作つた制御信号にて、その振幅を制
御することによつてマトリツクス回路５４の入力
側でガンマ補正した場合に近い状態にすることが
できる。この場合３７はクロミナンス信号の振幅
を制御するゲインコントロール回路で３６はその
制御信号発生回路である。一般に撮像装置におい
てガンマ補正回路とはその利得が黒レベル附近に
て通常の３〜５倍程度で白レベル附近にて1/3〜
1/5倍となるような非直線増幅回路である。した
がつて輝度信号の黒レル附近では利得が大きく、
白レベル附近は利得が小さい利得可変のゲインコ
ントロール回路を設け、このゲインコントロール
回路の制御信号として輝度信号の低域成分を第４
図ではマトリツクス回路５４の出力である３４′
の信号を、制御信号発生回路３６に送りゲインコ
ントロール回路３７の利得を輝度信号の黒レベル
附近で基準の利得に対して３〜５倍、白レベル附
近で基準利得に対して1/3〜1/5倍にする制御信号
に変換する。ゲインコントロール回路３７にて平
衡変調器５７の出力であるクロミナンス信号をガ
ンマ補正に相当する利得制御し混合器３０にてア
パーチヤ回路２９の出力である広帯域の輝度信号
にガンマ補正数のクロミナンス信号と輝度信号を
混合し、カラーテレビジヨン信号として出力端子
３１より送り出される。

以上の実施例は撮像デバイス２個を用いたカラ
ー撮像装置のものであつた。次に撮像デバイス１
個を用いた本発明のカラー撮像装置の実施例につ
いて第５図と第６図によつて説明する。

第５図は撮像デバイスの前面に配置する色フイ
ルターの透過特性の配列状態を示す図である。図
において６１（Ye）はイエロー透過のフイルタ
ーを示し、６２（Ｗ）は全可視光を透過するフイ
ルター、６３（Cy）はシアン光透過のフイルタ
ーを示す。すなわち全可視透過フイルター６２は
市松模様状に配列し、その間をイエロー透過フイ
ルター６１とシアン透過フイルター６３とが交互
にうめるように配列している。第５図の色フイル
ターのおのおののエレメントが固体撮像デバイス
の各画素に対応するように配置する。但し標準テ
レビジヨン方式のようにインターレース走査をす
るためには色フイルターのひとつのエレメントが
撮像デバイスの垂直方向に連続した２画素を覆う
関係にし、奇数フイールドも、偶数フイールド撮
像デバイスの出力信号が第５図の配列に対応した
時系列の信号となるようにすることが望ましい。
以上のような色フイルターと撮像デバイスとの関
係にすることによつて、１個の撮像デバイスの出
力信号からカラーテレビジヨン信号を得ることが
できる。第６図はそれを実現するためのカラー撮
像装置のひとつの実施例のブロツク図を示す。第
６図は第３図のブロツク図に１個の撮像デバイス
にかわつたことによつて変更した部分についての
み記載している。第６図において第３図と同じ記
号の構成要素は第３図のものと同じ動きをする。

第６図によつて単一の撮像デバイスからカラー
テレビジヨン信号を得るまでの説明をすると、撮
像デバイスの出力信号は入力端子６５に加えら
れ、バツフア６６にてインピーダンス変換され、
ゲート回路６７，６９，７１に送られる。ゲート
回路６７は第５図に示した全可視光透過フイルタ
ー（Ｗ）に対応する信号のみを取り出す回路であ
り、ゲート回路６９は第５図に示したイエロー透
過フイルター（Ye）に対応する信号のみを取り
出す回路でありゲート回路７０は第５図に示した
シアン透過フイルター（Cy）に対応する信号の
みを取り出す回路である。ゲート回路６７の出力
はＷ信号として、第５図の全可視光透過フイルタ
ー６２の配列から決まるナイキスト周波数を遮断
周波数とする低域波器６８を通し、第３図で説
明したものと同じプリアンプ２４に送られる。ゲ
ート回路６９の出力はYe信号として、第５図の
イエロー透過フイルター６１の配列から決まるナ
イキスト周波数を遮断周波数とする低域波器７
１を通し、低域波器６８の遅延時間と同じ遅延
時間を有する遅延回路７３を経てプリアンプ４８
に送られる。ゲート回路７０の出力はCy信号と
して、色フイルター配列がイエロー透過フイルタ
ーと同一であるので、低域波器７１と同じ遮断
周波数を有する低域波器７２を通し、低域波
器６８の遅延時間と同じ遅延時間を有する遅延回
路７４を経てプリアンプ４９に送られる。プリア
ンプ４８，４９は第３図にて説明したものと同一
であり、第６図のプリアンプ２４，４８，４９以
後は第３図のプリアンプ２４，４８，４９以後と
まつたく同一にすることによつて単一の撮像デバ
イスからカラーテレビジヨン信号を得ることがで
きる。

以上本発明の詳細を固体撮像デバイスを用いた
三つの実施例について説明してきたが、撮像管を
用いる場合に適用できることは明らかである。ま
た本発明は以上の実施例に限定されないことは明
らかで、例えば第２図の色フイルターのストライ
プ幅を３画素分ではなく１画素分にしてもよい。
また第５図の色フイルターの配列に限定されずに
Ｗ，Ye，Cyフイルターを用いるものはすべて本
発明に含まれ、第５図の色フイルターを用いた場
合でも第６図の実施例ではなく、白信号Ｗと色信
号Ye，Cyの２系統にまず２分しそれぞれ1H遅延
線を通し、入力信号と1H遅延した信号とを加算
し、色信号についてはその後Ye信号とCy信号を
分離する。このようにするとＷ信号の帯域が拡が
り水平画素数の帯域まで得られる。また色信号に
ついては４画素に対して１画素分しかなかつたも
のが４画素に対して２画素分、それぞれの信号成
分として取り出せるので、信号レベルが増加す
る。カラー撮像装置を以上のような方法で実現す
ることができるが、Ｗ，Ye，Cyフイルターを用
い、本発明の原理で説明したマトリツクス回路を
用いていることから本発明の請求範囲に含まれる
ことは明らかである。

また、マトリツクス回路で、その出力の色差信
号としてＲ―Ｙ，Ｂ―Ｙではなく、Ｉ，Ｑ信号と
なるようにマトリツクス回路を設定しても本発明
の請求範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の光学系の説明図、
第２図は第１図の色信号側の色ストライプフイル
ターと撮像デバイスとの配置関係図、第３図およ
び第４図は第１図、第２図の場合のカラー撮像装
置を構成するブロツク図、第５図は本発明の他の
実施例の色フイルターの配列図、第６図は第５図
の色フイルターを用いたカラー撮像装置を構成す
るブロツク図を示す。なお図において１は被写体、２はレンズ、３は
分解光学系、４，８は光学像、５，９は固体撮像
デバイス、６は輝度信号用CCD出力端、７は色
フイルター、１０は色信号用CCD出力端、１
１，６１はイエロー透過フイルタ、１２，６３は
シアン透過フイルター、１３は撮像デバイスの画
素、２１は輝度信号入力端、２２，４２，６６は
バツフアー、２３は低域波器、２４，４８，４
９はプリアンプ、２５，５０，５１はプロセスア
ンプ、２６は高域波器、２７は輝度信号の高域
成分、２８は混合器、２９はアパーチヤー回路、
３０は混合器、３１はカラーテレビジヨン信号出
力端、３２，４６，４７は低域波器、３３は輝
度信号、３４は輝度信号の低域成分、４１は色信
号入力端、４３は遅延回路、４４，４５はゲート
回路、５２はイエロー信号、５３はシアン信号、
５４はマトリツクス回路、５５は色差信号（Ｒ―
Ｙ）、５６は色差信号（Ｂ―Ｙ）、５７は平衡変調
器、５８はクロミナンス信号、５９は副搬送波信
号入力端、６２は全可視光透過フイルター、６５
は入力端、６７，６９，７０はゲート回路、６８
は低域波器、７１，７２は低域波器、７３，
７４は遅延回路を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１入射光をシアン成分光とイエロー成分光とこ
れらふたつの成分光の分光特性を包み込む分光特
性を有する白成分光とに分解する分解光学系と、
これら三つの成分光を電気信号に変換する撮像デ
バイスと、この撮像デバイスの出力信号からシア
ン信号とイエロー信号と白信号とに分離する手段
と、これらシアン信号とイエロー信号と白信号と
から輝度信号と二種類の色差信号とを合成するマ
トリクス回路を有することを特徴とするカラー撮
像装置。２分解光学系に全可視域にわたつて一定の割合
で二分する手段と、この二分された光の一方にシ
アン透過フイルターとイエロー透過フイルターと
をある規則性を持つて配置された色フイルターと
からなる分解光学系を用いたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載のカラー撮像装置。３分解光学系にシアン透過フイルターとイエロ
ー透過フイルタと前記白成分光を透過するフイル
ターとをある規則性を持つて配置された色フイル
ターを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載のカラー撮像装置。