專利名稱：彩色攝像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及彩色攝像裝置，特別是涉及處理從彩色攝像元件讀入的濾光片透射信號的信號，得到更高的分辨率用的信號處理。
背景技術：
以往，為了提高來自CCD等彩色攝像元件的圖像信號的分辨率，把來自各帶有彩色濾光片的CCD元件的濾光片透射信號與周圍像素運算，作成各CCD元件各個位置上的輝度信號后，用這些輝度信息進行分辨率變換。下面用圖2就以往的CCD及其信號處理進行說明。
圖2是以往的彩色攝像裝置的方框圖。圖中，201是光學系統，使拍攝對象在CCD202表面上成像。202的CCD把所成像的拍攝對象像變換成電信號，在每個元件上放上分色濾光片，借此取出彩色信息。從CCD202輸出的信號203是模擬量，在CCD202每個元件中，具有與通過其分色濾光片的光強相對應的電壓值。204是A/D轉換器，把模擬信號203數字化，變換成每個像素具有0～255的256個灰度等級的數字信號205。206是為了在下文所示的信號處理中能夠進行與周圍像素的運算，儲存上述數字信號205，能夠隨機訪問各值的存儲電路。208是進行根據儲存在上述存儲電路206中的數字信號207求出輝度值和色差信號的處理的信號處理電路。
到以上為止的處理一般是以往的彩色攝像裝置210中所進行的處理，該信號處理電路208對外部輸出輝度值和色差信號209。此外，在追求更高的分辨率的場合，分辨率變換電路211用從上述信號處理電路208輸出的輝度值和色差信號209來進行插補處理，生成新作成像素的輝度信號和色差信號，輸出比從上述信號處理電路208輸出的輝度值和色差信號209更多的輝度值和色差信號212。
下面用圖3就信號處理電路208的信號處理具體地進行說明。圖3是表示基于以往的彩色攝像裝置的CCD202的彩色濾光片的配置的圖。在圖3中，Mg是帶有品紅色濾光片的元件，G是帶有綠色濾光片的元件，Cy是帶有青色濾光片的元件，Ye是帶有黃色濾光片的元件。在CCD202上這些的圖案方格花紋狀地排列，重復著由粗框包圍的范圍的圖案。
在信號處理電路208中，進行根據這些單色濾光片的透射信號來求出輝度值和色差信號的處理。例如，在求出像素301上的輝度值的場合，近似地求出301的Mg、302的G、305的Cy、306的Ye4個像素的輝度值的平均值，也就是(Mg＋G＋Cy＋Ye)/4，以此為輝度值。此外，在求出像素302上的輝度值的場合也是，與上述求出301上的輝度值的場合同樣，求出以像素302為左上角的2×2像素(302、303、306、307)的平均值，以此為輝度值。
這樣一來，在任何場合，都可以始終各包含一個Mg、G、Cy、Ye，求出以注目像素為左上角的2×2像素的平均值，借此求出與CCD的各像素1∶1相對應的輝度值。
此外，色差信號由表達紅色分量與輝度值之差的Cr和表達藍色分量與輝度值之差的Cb來特別指定，Cr信號由(Ye＋Mg)－(Cy＋G)來求出，Cb信號由(Cy＋Mg)－(Ye＋G)來求出。再者，一般來說Cr和Cb的一對色差信號，因為人眼關于彩色的分辨率比較感覺遲鈍，故往往使4個像素具有一對色差信號。
像以上這樣，從以往的彩色攝像裝置210輸出的輝度值和色差信號209由具有與CCD202的像素1∶1的分辨率的輝度值，和對于CCD202的像素具有1/4分辨率的Cr和Cb一對色差信號來組成。
下面用圖5就接收該輝度值和色差信號209，進行分辨率的變換的分辨率變換電路211的處理內容進行說明。關于分辨率變換的方法雖然提出了非常多的方法，但是一般來說作為用得最多的方法有用周圍像素線性地進行插補的線性插補法。圖5是用來說明以往的彩色攝像裝置中的分辨率變換電路211進行的線性插補法的說明圖。圖中，G是新作成像素，位于離新作成像素G最近的位置的CCD101上的像素位置是像素A，鄰接于像素A的CCD101上的像素位置是像素B至像素E，此外鄰接于像素C和像素D的CCD101上的像素位置是像素F。再者，i表示以像素A為注目像素的場合到新作成像素G的水平方向的距離，j表示以像素A為注目像素的場合到新作成像素G的垂直方向的距離。
此時，在線性插補中因為進行線性的內插補處理，故令各像素間的距離為1，在0≤i＜1且0≤i＜1中，可以由G＝(1－i)((1－j)A＋jC)＋i((1－j)D＋jF)來求出新作成像素G的輝度值和色差信號。
此外，作為其他分辨率變換方法，存在著例如在日本特開平7-93531號公報中述及的方法，在進行線性插補處理的同時，特別處理邊緣部分，重疊于線性插補處理以便不使邊緣部分模糊。
但是，在上述現有技術中，存在著以下所示的問題。首先，在線性插補法中因為進行與周圍像素的平均化處理，故存在著圖像被平滑化，成為即使邊緣部分也喪失陡峭性的模糊圖像這樣的問題。
此外，特開平7-93531號公報中所示的處理，雖然得到比較良好的處理結果，但是除了線性插補處理之外還需要邊緣作成處理運算，存在著處理時間長，或者硬件化時招致成本高這樣的問題。
進而，無論用上述哪種方法，例如在插補圖3的位于像素301、像素302、像素305、像素306之間的點之際，像素306的輝度值用作進行插補處理的要素之一。但是，因為在產生像素306的輝度值時使用像素311等的輝度值，所以成為受非常遠的像素的影響。因此，通過插補處理求出的新作成像素的值作為結果意味著成了使廣范圍的圖像平滑，存在著圖像模糊這樣的問題。
本發明是鑒于上述問題而作成的，其目的在于提供一種以非常少的運算量，得到沒有模糊的良好的處理結果的，高分辨率的彩色攝像裝置。
發明的公開為了實現上述目的，根據本發明的權利要求1的彩色攝像裝置，其特征在于，備有以縱橫鄰接的4個像素為一個排列圖案的，帶有分色濾光片的攝像元件，儲存來自上述攝像元件的每個像素的濾光片透射信號的存儲電路，用儲存在上述存儲電路中的各像素的濾光片透射信號來求出每個像素的輝度值和色差信號的信號處理電路，用從上述信號處理電路輸出的輝度值和色差信號，和從上述攝像元件輸出的每個像素的濾光片透射信號來進行插補處理，生成新作成像素的的輝度值和色差信號的分辨率變換電路。
如果采用權利要求1中所述的彩色攝像裝置，則分辨率變換電路在作成新像素之際，不僅用在信號處理電路中通過與周圍像素的運算求出的輝度值和色差信號，而且用各攝像元件的濾光片透射信號來求出新作成像素的輝度值，借此可以抑制周圍像素的影響產生的模糊，取得可以得到層次分明的分辨率高的輝度圖像的效果。
此外，根據本發明的權利要求2的彩色攝像裝置，在權利要求1中所述的彩色攝像裝置中，其特征在于，上述分辨率變換電路用從上述信號處理電路輸出的位于最接近新作成像素的位置上的像素的輝度值，和從上述攝像元件輸出的位于最接近上述新作成像素的位置上的像素的周圍像素的濾光片透射信號來進行插補處理，生成新作成像素的輝度值。
如果采用權利要求2中所述的彩色攝像裝置，則分辨率變換電路在作成新像素之際用在信號處理電路中通過與周圍像素的運算求出的位于最接近新作成像素的位置上的像素的輝度值，和位于最接近上述新作成像素的位置上的像素的周圍像素的濾光片透射信號來求出新作成像素的輝度值，借此可以抑制周圍像素的影響產生的模糊，取得可以得到層次分明的分辨率高的輝度圖像的效果。
此外，根據本發明的權利要求3的彩色攝像裝置，在權利要求1或權利要求2中所述的彩色攝像裝置中，其特征在于，形成上述攝像元件的分色濾光片的排列圖案的4個像素的分色濾光片，由兩個全色通過濾光片(以下稱為W濾光片)和兩個彩色濾光片來組成，W濾光片和彩色濾光片方格花紋狀地排列。
如果采用權利要求3中所述的彩色攝像裝置，則進而方格花紋狀地排列能夠把來自攝像元件的濾光片透射信號原封不動地用作輝度值的W濾光片，借此可以減少由信號處理電路求出每個像素的輝度值和色差信號用的運算量，以及由分辨率變換電路求出新作成像素的輝度值和色差信號用的運算量。
此外，根據本發明的權利要求4的彩色攝像裝置，在權利要求3中所述的彩色攝像裝置中，其特征在于，上述彩色濾光片是青色通過濾光片和黃色通過濾光片。
如果采用權利要求4中所述的彩色攝像裝置，則進而把作為紅色和藍色的補色的青色通過濾光片和黃色通過濾光片用于攝像元件的分色濾光片的彩色濾光片，借此可以極力抑制求出色差信號的運算。
此外，根據本發明的權利要求5的彩色攝像裝置，在權利要求3或權利要求4中所述的彩色攝像裝置中，其特征在于，上述分辨率變換電路在位于最接近新作成像素的位置上的像素是彩色濾光片像素的場合，根據(鄰接該彩色濾光片像素的，W濾光片像素的濾光片透射信號的差)×(與新作成像素的位置相對應的系數)＋(由上述信號處理電路輸出的該彩色濾光片像素的輝度值)來求出新作成像素的輝度值。
如果采用權利要求5中所述的彩色攝像裝置，則分辨率變換電路在作成新像素之際，用在信號處理電路中通過與周圍像素的運算求出的位于最接近新作成像素的位置上的像素的輝度值，和位于最接近上述新作成像素的位置上的像素的周圍像素的濾光片透射信號來求出新作成像素的輝度值，借此可以抑制周圍像素的影響產生的模糊，取得可以得到層次分明的分辨率高的輝度圖像的效果。
此外，根據本發明權利要求6的彩色攝像裝置，在權利要求3或權利要求4中所述的彩色攝像裝置中，其特征在于，上述分辨率變換電路在位于最接近新作成像素的位置上的像素是W濾光片的場合，根據(鄰接該W濾光片像素的彩色濾光片像素的濾光片透射信號的差)×(與新作成像素的位置相對應的系數)×(與單色等價濾光片的透過率相對應的值)＋(由上述信號處理電路輸出的該彩色濾光片像素的輝度值)來求出新作成像素的輝度值。
如果采用權利要求6中所述的彩色攝像裝置，則分辨率變換電路在作成新像素之際，用在信號處理電路中通過與周圍像素的運算求出的位于最接近新作成像素的位置上的像素的輝度值，和位于最接近上述新作成像素的位置上的像素的周圍像素的濾光片透射信號來求出新作成像素的輝度值，借此可以抑制周圍像素的影響產生的模糊，取得可以得到層次分明的分辨率高的輝度圖像的效果。
此外，根據本發明權利要求7的彩色攝像裝置，在權利要求3或權利要求4中所述的彩色攝像裝置中，其特征在于，上述分辨率變換電路在位于最接近新作成像素的位置上的像素是W濾光片的場合，根據(把彩色濾光片像素夾在其間存在的，W濾光片像素的濾光片透射信號的差)×(與新作成像素的位置相對應的系數)＋(由上述信號處理電路輸出的該彩色濾光片像素的輝度值)來求出新作成像素的輝度值。
如果采用權利要求7中所述的彩色攝像裝置，則分辨率變換電路在作成新像素之際，用在信號處理電路中通過與周圍像素的運算求出的位于最接近新作成像素的位置上的像素的輝度值，和與能夠把濾光片透射信號原封不動地用作輝度值的W濾光片相對應的像素的輝度值來求出新作成像素的輝度值，借此可以抑制周圍像素的影響產生的模糊，可以得到層次分明的分辨率高的輝度圖像，并且可以僅靠簡單的加減運算和移位運算來實現分辨率變換。
此外，根據本發明的權利要求8的彩色攝像裝置，在權利要求1至權利要求7中的任何一項中所述的彩色攝像裝置中，其特征在于，上述分辨率變換電路用由上述信號處理電路求出的色差信號來進行線性插補，借此來求出新作成像素的色差信號。
如果采用權利要求8中所述的彩色攝像裝置，則分辨率變換電路用由信號處理電路用縱橫鄰接的4個像素的濾光片透射信號求出的色差信號來進行線性插補，求出新作成像素上的色差信號，借此對于人眼的分辨率低的彩色不增加層次，消除突發的變化，可以取得防止偽色等引起的圖像質量惡化的效果。
此外，根據本發明的權利要求9的彩色攝像裝置，在權利要求1至權利要求7中的任何一項中所述的彩色攝像裝置中，其特征在于，上述分辨率變換電路用從上述攝像元件輸出的每個像素的濾光片透射信號來求出新作成像素的色差信號。
如果采用權利要求9中所述的彩色攝像裝置，則用接近新作成像素的像素的濾光片透射信號來求出新作成像素的色差信號，借此對于人眼的分辨率低的彩色不增加層次，消除突發的變化，可以取得防止偽色等引起的圖像質量的惡化效果。
附圖的簡要說明
圖1是根據本發明的第1實施例的彩色攝像裝置的方框圖。
圖2是以往的彩色攝像裝置的方框圖。
圖3是表示基于以往的彩色攝像裝置的CCD的彩色濾光片的配置之一例的圖。
圖4是根據本發明的第2實施例的彩色攝像裝置的方框圖。
圖5是用來說明以往的和根據本發明的第1和第2實施例的彩色攝像裝置中的分辨率變換電路進行的插補處理的說明圖。
圖6是表示根據本發明的第1和第2實施例的彩色攝像裝置的CCD的彩色濾光片的配置之一例的圖。
圖7是表示根據本發明的第1實施例的彩色攝像裝置的CCD的彩色濾光片的配置之一例的圖。
圖8是表示根據本發明的第1實施例的彩色攝像裝置的CCD的彩色濾光片的配置之一例的圖。
圖9是用來說明根據本發明的第2實施例的彩色攝像裝置中的分辨率變換電路進行的插補處理的說明圖。
圖10是表示根據本發明的第2實施例的彩色攝像裝置的CCD的彩色濾光片的配置之一例的圖。
實施發明的最佳形態第1實施例用圖1、圖5至圖8來說明根據本發明的第1實施例的彩色攝像裝置。
在圖1中，101是光學系統，使拍攝對象在CCD102表面上成像。102的CCD把所成像的拍攝對象像變換成電氣信號，在每個元件上放上分色濾光片，取出彩色信息。從CCD102輸出的濾光片透射信號103是模擬量，在CCD102的每個元件中具有與濾光片透射信號，也就是通過其分色濾光片的光強相對應的電壓值。104是A/D轉換器，把模擬信號103數字化，變換成每個像素具有0～255的256個灰度等級的數字信號105。106是為了在下文所示的信號處理中能夠進行與周圍像素的運算，儲存上述數字信號105，能夠隨機訪問各值的存儲電路。108是進行根據儲存在上述存儲電路106中的數字信號105求出輝度值和色差信號的處理的信號處理電路。109是除了由信號處理電路108求出的輝度值和色差信號110之外，利用存儲電路106內的CCD的彩色濾光片的值111來進行分辨率變換，輸出比CCD102像素數更多的像素數的輝度值和色差信號112的分辨率變換電路。
下面用圖5至圖7就信號處理電路108的信號處理具體地進行說明。
在信號處理電路108中，根據濾光片透射信號來進行求出與各像素相對應的輝度值的處理。圖6是表示根據本發明的彩色攝像裝置的CCD202的彩色濾光片的配置之一例的圖。圖中，W是帶有W濾光片的元件，Cy是帶有作為紅色補色的青色濾光片的元件，Ye是帶有作為藍色補色的黃色濾光片的元件。在CCD102上，這些的圖案方格花紋狀地排列，重復著由粗框包圍的范圍的圖案。
雖然W濾光片部，因為是W濾光片，故可以把該濾光片透射信號原封不動地作為輝度值，但是Cy濾光片，和Ye濾光片部有必要利用周圍像素來求出輝度值。
下面用圖7就信號處理電路108中的Cy濾光片部上的輝度值的求出方法進行說明。
圖7是表示根據本發明的第1實施例的彩色攝像裝置CCD102的彩色濾光片的配置之一例的圖。圖中，中央部Cyn是將要產生輝度值的像素。此外，Cy1、W1、Cy2、W2是對于Cyn在橫向存在的像素，Cy3、W3、Cy4、W4是對于Cyn在縱向存在的像素。這些周圍像素用于求出中央部的Cyn的輝度值的處理。
下面就求出輝度值的處理進行說明。因為為了求出針對Cy濾光片的像素的輝度值可以在Cy濾光片的濾光片透射信號上增加紅色分量，故根據周圍像素作成紅色分量。此時，因為雖然利用縱向和橫向中的某個方向來作成紅色分量，但是利用相關更強的方向不受邊緣等的影響，可以提高精度，故首先比較縱橫的相關。如果令橫的相關為W1與W2之差，令縱的相關為W3與W4之差，則|W1－W2|＞|W3－W4|時縱相關強，相反時橫相關強。這里，橫相關強時把W1位置與W2位置上的紅色分量平均化者加在Cyn的濾光片透射信號上，借此可以求出Cyn位置上的輝度值。再者，W1位置上的紅色分量可以從W1減去該位置的青色分量，W1位置上的青色分量可以由Cy1和Cyn的平均值求出。因而，W1位置上的紅色分量可以由(W1－(Cyn＋Cy1)/2)來求出。同樣W2位置上的紅色分量可以由(W2－(Cyn＋Cy2)/2)來求出。因此，Cyn位置上的紅色分量可以由((W1－(Cyn＋Cy1)/2)＋(W2－(Cyn＋Cy2)/2))/2來求出，把Cyn的濾光片透射信號加在這些上，借此Cyn位置上的輝度值可以由Cyn/2＋W1/2＋W2/2－Cy1/4－Cy2/4(1)來求出。同樣，在縱相關強的場合Cyn位置上的輝度值可以由Cyn/2＋W3/2＋W4/2－Cy3/4－Cy4/4(2)來求出。
此外，關于Ye濾光片部也與Cy濾光片部同樣，有必要利用周圍像素來求出輝度值，下面用圖8就Ye濾光片部上的輝度值的求出方法進行說明。
圖8是表示本發明的第1實施例中的彩色攝像裝置的CCD102的彩色濾光片的配置之一例的圖。圖中，中央部的Yen是將要產生輝度值的像素。此外，Ye1、W1、Ye2、W2是對于Yen在橫向存在的像素，Ye3、W3、Ye4、W4是對于Yen在縱向存在的像素。這些周圍像素用于求出中央部的Yen的輝度值的處理。
這樣一來，因為Yen的周圍像素的位置關系與Cy濾光片的場合的周圍像素的位置關系完全相同，故可以按與上述Cy濾光片的場合同樣的步驟來求出Yen的輝度信號。也就是說，可以把上述式(1)、(2)的Cy換成Ye，與上述求出Cyn的場合同樣地求出縱橫的相關關系，按照縱橫的相關關系，可以如下求出Yen的輝度信號。
橫相關強的場合的Yen位置上的輝度值Yen/2＋W1/2＋W2/2－Ye1/4－Ye2/4縱相關強的場合的Yen位置上的輝度值Yen/2＋W3/2＋W4/2－Ye3/4－Ye4/4這樣一來，CCD102的每個元件上放上圖6中所示的分色濾光片，借此在由信號處理電路108來求出輝度值的場合，在W濾光片部可以完全不進行與周圍像素的運算而求出輝度值，此外關于彩色濾光片部也是，雖然周圍像素的利用范圍比現有技術更寬，但是與現有技術取4個像素的平均而注目像素的加權量為1/4不同，在本發明中用上述W濾光片部的輝度值，注目像素的加權量為1/2，可以得到總體上模糊非常少的圖像。
下面，示出信號處理電路108中的色差信號的求出方法。色差信號與以往例同樣針對4個像素求出Cr和Cb一對色差信號。下面作為一個例子，就求出針對圖6的粗框內的4個像素的Cr和Cb一對色差信號的場合進行說明。再者，Cr是紅色分量與輝度值之差，Cb是藍色分量與輝度值之差。下面分別說明Cr、Cb的求出方法。
在求出Cr時，首先按W－Cy求出對光中所含紅色輝度值的影響量。再者，雖然圖6的粗框內有兩個W，但是用哪一個都可以。此外，因為所謂為求出Cr所用的紅色分量是指紅色輝度值的絕對值，故有必要把常數加在W－Cy上進行修正。這里，一般來說使用可以用作對紅色輝度值的影響比的大約0.3，紅色分量可以由(W－Cy)/0.3來求出。由此，作為紅色分量與輝度值之差的Cr可以由Cr＝(W－Cy)/0.3－W＝(0.7W－Cy)/0.3(3)來求出。
接著，在求出Cb時，首先按W－Ye求出對光中所含藍色輝度值的影響量。再者，雖然圖6的粗框內有兩個W，但是與上述求出Cr的場合同樣，用哪一個都可以。此外，因為所謂用于Cb的藍色分量是指藍色輝度值的絕對值，故有必要把常數加在W－Ye上進行修正。這里，一般來說使用可以用作對藍色輝度值的影響比的大約0.1，藍色分量可以由(W－Ye)/0.1來求出。由此，作為藍色分量與輝度值之差的Cb可以由Cb＝(W－Ye)/0.1－W＝(0.9W－Ye)/0.1(4)來求出。
這樣一來，在攝像元件的分色濾光片的彩色濾光片中用作為紅色和藍色的補色的Cy濾光片和Ye濾光片，借此可以抑制求出色差信號的運算量。
再者，在本第1實施例中，雖然就使用作為紅色和藍色的補色的Cy和Ye，極力減少求出紅色分量和藍色分量之際的運算的場合進行了說明，但是到底是一個例子，即使在用另外不同的兩種彩色濾光片的場合，與現有技術相比，也可以通過非常簡單的運算得到模糊少的良好的圖像。
下面用圖5、圖6就分辨率變換電路109進行的處理進行說明。
圖5是用來說明根據本發明的第1實施例的彩色攝像裝置中的分辨率變換電路109進行的插補處理的說明圖。圖中，G是新作成像素，位于離新作成像素G最近位置的CCD101上的像素位置是像素A，鄰接像素A的CCD101上的像素位置是像素B至像素E。
這里，就像素A為W濾光片的場合進行說明。像素A為W濾光片的場合如圖6中所示，有像素B和像素C為Cy濾光片而像素D和像素E為Ye濾光片的場合，和像素B和像素C為Ye濾光片而像素D和像素E為Cy濾光片的場合。但是，因為兩者如果使畫面旋轉90度來考慮則成為相同的條件，可以通過同樣的處理來求出新作成像素G的輝度值，故這里僅就像素B和像素C為Cy濾光片而像素D和像素E為Ye濾光片的場合進行說明。
首先，在求出新作成像素G的輝度值時，有必要用像素B至像素C的輝度值來求出該輝度值變化量。但是，關于此一像素B和像素C的輝度值，如果使用已經由信號處理電路108通過與周圍像素的運算求出的輝度值，則與現有技術同樣，存在著在生成圖像中發生模糊的危險。
因此，在本發明的第1是實例中，像素間的輝度值的變化取為與該像素間的濾光片透射信號之差成比例，從而求出輝度值變化量。例如，因為像素B和像素C為Cy濾光片，故雖然像素B和像素C的值僅為輝度值當中青色分量的值，但是在自然圖像中明暗變化的場合，僅特定的光變化的情況是少有的，一般來說所有的彩色分量等比率地變化。因而，如上所述，像素B至像素C的輝度值的變化可以與像素B和像素C的濾光片透射信號B′、C′之差(C′－B′)成比例地表達。
因此，如令白色光中Cy濾光片對W濾光片的通過比為Q(Q＜1)，則像素B至像素C的輝度值的變化可以取為(C′－B′)/Q。同樣，如令白色光中Ye濾光片對W濾光片的通過比為R(R＜1)，則像素D至像素E的輝度值的變化可以取為(E′－D′)/R。這里，B′至E′是與像素B至像素E相對應的濾光片透射信號。
由此，新作成像素G上的輝度值可以用像素A的輝度值、像素B至像素C的輝度值變化量、以及像素D至像素E的輝度值變化量，由A＋j×(C′－B′)/Q/2-i×(E′－D′)/R/2來求出。
再者，如果作為Q值用大約0.7，作為R值用大約0.9，則新作成像素上的輝度值可以由A＋j×(C′－B′)/0.7/2－i×(E′－D′)/0.9/2來求出。
也就是說，分辨率變換電路109從圖1的路徑110取入像素A上的輝度值，像素B至像素C的輝度值變化量、以及像素D至像素E的輝度值變化量，不用存在著發生模糊的危險的路徑110的輝度值來求出，而取入路徑111的像素B至像素E的濾光片透射信號來求出。
接著，在像素A為Cy濾光片的場合，因為如從圖6可見，像素B至像素E全都是W濾光片，故像素B至像素E的值可以原封不動地作為輝度值來處理。由此，不用通過與周圍像素的運算求出的輝度值，而是原封不動地用從信號處理電路108輸出的像素B至像素E的輝度值來求出新作成像素G的輝度值。
下面就用從信號處理電路108輸出的輝度值來求出新作成像素G的輝度值的場合進行說明。
因為從像素B至像素C(橫向)的輝度值變化量為(C－B)/2，故在橫向離像素A距離j的新作成像素G處，輝度值作為橫向分量可以比像素A多出j×(C－B)/2。此外，關于縱向也同樣，輝度值可以比像素A減少i×(E－D)/2。由此，新作成像素G上的輝度值可以用像素A的輝度值、像素B至像素C的輝度值變化量、以及像素D至像素E的輝度值變化量，由
A＋j*(C－B)/2－i*(E－D)/2(5)來求出。
再者，分辨率變換電路109雖然就在圖1的路徑110上取入像素A至像素E的輝度值的場合進行了說明，但是在像素A為Cy濾光片的場合，因為像素B至像素E全都成為W濾光片，故從路徑110輸出的輝度值與從路徑111輸出的濾光片透射信號具有相同的值，與上述像素A為W濾光片的場合同樣，也可以在路徑111上取入像素B至像素E的值。
再者，在像素A為Ye濾光片的場合也是，與上述像素A為Cy濾光片的場合同樣，因為周圍像素B至E全都是W濾光片(參照圖6)，故可以與像素A為Cy濾光片的場合完全同樣地求出新作成像素G的輝度值。
這樣一來，分辨率變換電路在作成新像素之際，用在信號處理電路中通過與周圍像素的運算求出的位于最接近新作成像素的位置上的像素的輝度值，和位于最接近上述新作成像素的位置上的像素的周圍像素的濾光片透射信號來求出新作成像素G的輝度值，借此可以抑制周圍像素的影響產生的模糊，可以得到層次分明的分辨率高的輝度圖像。
再者，雖然就在像素A為W濾光片的場合，為了得到分辨率高的輝度圖像而取入路徑111的像素B至像素E的濾光片透射信號，求出新作成像素G者進行了說明，但是與現有技術同樣，即使在取入路徑110的像素B至像素E的輝度值，求出新作成像素G的場合，也用式(5)同樣地求出新作成像素G的輝度值，借此雖然存在著發生模糊的危險，但是可以減少求出新作成像素G的運算量。
其次，雖然存在著通過插補處理來求出作為新作成像素的G的色差信號的方法，但是人眼對彩色的分辨率低，增加層次意義不大，突發的變化反而作為偽色使圖像質量惡化。因而，對于色差，因為模糊些沒有問題，故決定與現有技術同樣地進行線性插補。
第2實施例下面用圖4至圖6、圖9、圖10來說明根據本發明的第2實施例的彩色攝像裝置。圖4是根據本發明的第2實施例的彩色攝像裝置的方框圖。再者，如圖4中所示，根據本第2實施例的彩色攝像裝置的構成除了分辨率變換電路401之外全都與上述第1實施例的構成相同。因此，這里就作為與根據上述第1實施例的彩色攝像裝置不同部分的分辨率變換電路401進行說明，而省略分辨率變換電路401以外的各構成要素的說明。
圖9是用來說明根據本發明的第2實施例的彩色攝像裝置中的分辨率變換電路進行的插補處理的說明圖。圖中，空心圓表示CCD101的像素位置，實心圓表示插補位置。如圖所示，在針對CCD101的像素數作成縱橫兩倍的像素數的場合，如令CCD101的像素間的距離為1，則插補后的像素901至904每一個相對于像素A都位于縱橫1/4的距離上，插補后的像素901至904分別配置于相對于像素A等距離的位置。因此，可以看成是把CCD上的像素A展開成901至904的4個像素。
下面就分辨率變換電路401中的具體處理進行說明。
首先就像素A為Cy濾光片的場合進行說明。在像素A為Cy濾光片的場合，因為像素B至像素E全都是W濾光片(參照圖6)，故像素B至像素E各自的CCD濾光片的值可以原封不動地作為輝度值來處理。由此，像素B至像素C(橫向)的輝度值變化量為(C－B)/2，橫向離像素A距離1/4的場合的變化量DX可以由DX＝(C－B)/8來求出。此外，關于縱向同樣縱向離A距離1/4的場合的變化量DY可以由DY＝(E－D)/8來求出。因而，如果用由信號處理電路108求出的像素A上的輝度值，縱向離像素A距離1/4的場合的變化量，以及橫向離像素A距離1/4的場合的變化量，則901、902、903、904上的輝度值可以分別由901，A－DX＋DY902，A＋DX＋DY903，A－DX－DY
904，A＋DX－DY來求出。
這樣一來，在攝像元件的分色濾光片上，把W濾光片和彩色濾光片方格花紋狀排列，借此在求出W濾光片部的輝度值的場合，因為完全不進行與周圍像素的運算就可以求出輝度值，故可以通過非常簡單的運算來求出新作成像素的輝度值，進而可以把分辨率變換電路401進行插補處理之際發生的圖像模糊抑制成最小限度，可以得到良好的圖像。
再者，在像素A為Ye濾光片的場合也是，與上述像素A為Cy濾光片的場合同樣，周圍像素B至像素E全都是W濾光片(參照圖6)。因而可以與上述像素A為Cy濾光片的場合完全同樣地求出G上的輝度值。
接著，像素A為W濾光片的場合如圖6中所示，存在著像素B和像素C為Cy濾光片而像素D和像素E為Ye濾光片的場合，和像素B和像素C為Ye濾光片而像素D和像素E為Cy濾光片的場合。但是，因為兩者如果使畫面旋轉90°來考慮則成為相同的條件，可以通過同樣的處理來求出作為新作成像素的G的輝度值，故這里僅就像素B和像素C為Cy濾光片而像素D和像素E為Ye濾光片的場合進行說明。
此時的濾光片的位置關系示于圖10。圖10是表示根據本發明的第2實施例的彩色攝像裝置的CCD的彩色濾光片配置的圖。再者，雖然在上述第1實施例中，在求橫向的輝度值變化量時，因為防止使用通過與周圍像素的運算來求出的輝度值引起的圖像模糊的發生，故使用把透過比與圖9的Cy1和Cy2之差相乘者，但是這里因為更加簡化了運算，故決定用輝度值已知的位于Cy1和Cy2外側的W1、W2。也就是說，令橫向的輝度值變化量為(W2－W1)。但是，因為W1和W2距離為4個像素，故一個像素的變化量為(W2－W1)/4，進而1/4個像素的變化量DX成為DX＝(W2－W1)/16。同樣，縱向的1/4個像素的變化量DY成為DY＝(W4－W3)/16。使用此一DX、DY和像素A上的輝度值，像素A為W濾光片時也與像素A為Cy濾光片時同樣，901、902、903、904上的輝度值可以分別由901，A－DX＋DY902，A＋DX＋DY903，A－DX－DY904，A＋DX－DY來求出。
這樣一來，用在信號處理電路中通過與周圍像素的運算求出的位于最接近新作成像素的位置上的像素的輝度值，和與能夠把濾光片透射信號原封不動地用作輝度值的W濾光片相對應的像素的輝度值來求出新作成像素的輝度值，借此可以抑制周圍像素的影響產生的模糊，可以得到層次分明的分辨率高的輝度圖像，并且可以僅靠簡單的加減運算和移位運算來實現分辨率變換處理。
再者，因為從路徑110輸出的輝度值與從路徑111輸出的濾光片透射信號具有相同的值，故與W濾光片相對應的像素的輝度值也可以從圖1的路徑110和路徑111的任何一個取入。
此外，關于色差信號，雖然在上述第1實施例中就進行線性插補者進行了說明，但是在本第2實施例中決定就別的方法進行說明。在圖5中，在新作成像素為G時，各選擇一個位于離G最近的位置上的W、位于離G最近的位置上的Cy、位于離G最近的位置上的Ye總共三個濾光片的像素。這些從圖6的濾光片配置可以看出，包含G位置在內的2*2像素中必定全都存在。G上的色差用這些值可以由與上述第1實施例的信號處理電路108中求出色差信號時同樣的式(3)、(4)來求出Cr、Cb。
Cr＝(W－Cy)/0.3－W＝(0.7W－Cy)/0.3(3)Cb＝(W－Ye)/0.1－W＝(0.9W－Ye)/0.1(4)這樣一來，用接近新作成像素的像素的濾光片透射信號來求出新作成像素的色差信號，借此對于人眼的分辨率低的彩色不增加層次，消除突發的變化，可以取得防止偽色等引起的圖像質量惡化的效果。
再者，在以上例子中，雖然在第1實施例和第2實施例中，示出了分辨率變換電路401分別進行不同的輝度值的插補處理，和色差信號的插補處理者，但是當然也可以改用它們的組合，例如可以把第1實施例中所示的輝度值的插補處理和第2實施例中所示的色差信號的插補處理組合起來采用，也可以把第2實施例中所示的輝度值的插補處理和第1實施例中所示的色差信號的插補處理組合起來采用。
工業實用性根據本發明的彩色攝像裝置，備有以縱橫鄰接的4個像素為一個排列圖案的，帶有分色濾光片的攝像元件，儲存來自上述攝像元件的每個像素的濾光片透射信號的存儲電路，用儲存在上述存儲電路中的各像素的濾光片透射信號來求出每個像素的輝度值和色差信號的信號處理電路，用從上述信號處理電路輸出的輝度值和色差信號，和從上述攝像元件輸出的每個像素的濾光片透射信號來進行插補處理，生成新作成像素的的輝度值和色差信號的分辨率變換電路，借此可以以非常少的運算量得到沒有模糊的良好的處理結果。
權利要求
1.一種彩色攝像裝置，其特征在于，備有以縱橫鄰接的4個像素為一個排列圖案的，帶有分色濾光片的攝像元件，儲存來自上述攝像元件的每個像素的濾光片透射信號的存儲電路，用儲存在上述存儲電路中的各像素的濾光片透射信號來求出每個像素的輝度值和色差信號的信號處理電路，用從上述信號處理電路輸出的輝度值和色差信號，和從上述攝像元件輸出的每個像素的濾光片透射信號來進行插補處理，生成新作成像素的的輝度值和色差信號的分辨率變換電路。
2.權利要求1中所述的彩色攝像裝置，其特征在于，上述分辨率變換電路用從上述信號處理電路輸出的位于最接近新作成像素的位置上的像素的輝度值，和從上述攝像元件輸出的位于最接近上述新作成像素的位置上的像素的周圍像素的濾光片透射信號來進行插補處理，生成新作成像素的輝度值。
3.權利要求1或權利要求2中所述的彩色攝像裝置，其特征在于，形成上述攝像元件的分色濾光片的排列圖案的4個像素的分色濾光片，由兩個全色通過濾光片(以下稱為W濾光片)和兩個彩色濾光片來組成，W濾光片和彩色濾光片方格花紋狀地排列。
4.權利要求3中所述的彩色攝像裝置，其特征在于，上述彩色濾光片是青色通過濾光片和黃色通過濾光片。
5.權利要求3或權利要求4中所述的彩色攝像裝置，其特征在于，上述分辨率變換電路在位于最接近新作成像素的位置上的像素是彩色濾光片像素的場合，根據(鄰接該彩色濾光片像素的，W濾光片像素的濾光片透射信號的差)×(與新作成像素的位置相對應的系數)＋(由上述信號處理電路輸出的該彩色濾光片像素的輝度值)來求出新作成像素的輝度值。
6.權利要求3或權利要求4中所述的彩色攝像裝置，其特征在于，上述分辨率變換電路在位于最接近新作成像素的位置上的像素是W濾光片的場合，根據(鄰接該W濾光片像素的彩色濾光片像素的濾光片透射信號的差)×(與新作成像素的位置相對應的系數)×(與單色等價濾光片的透過率相對應的值)＋(由上述信號處理電路輸出的該彩色濾光片像素的輝度值)來求出新作成像素的輝度值。
7.權利要求3或權利要求4中所述的彩色攝像裝置，其特征在于，上述分辨率變換電路在位于最接近新作成像素的位置上的像素是W濾光片的場合，根據(把彩色濾光片像素夾在其間存在的，W濾光片像素的濾光片透射信號的差)×(與新作成像素的位置相對應的系數)＋(由上述信號處理電路輸出的該彩色濾光片像素的輝度值)來求出新作成像素的輝度值。
8.權利要求1至權利要求7中的任何一項中所述的彩色攝像裝置，其特征在于，上述分辨率變換電路用由上述信號處理電路求出的色差信號來進行線性插補，借此來求出新作成像素的色差信號。
9.權利要求1至權利要求7中的任何一項中所述的彩色攝像裝置，其特征在于，上述分辨率變換電路用從上述攝像元件輸出的每個像素的濾光片透射信號來求出新作成像素的色差信號。
全文摘要
一種彩色攝像裝置,能夠通過非常少的運算量產生良好的沒有模糊的圖像,備有:以縱橫鄰接的4個像素為一個排列圖案的,帶有分色濾光片的攝像元件;儲存來自上述攝像元件的每個像素的濾光片透射信號的存儲電路;用儲存在上述存儲電路中的各像素的濾光片透射信號來求出各像素的輝度值、和色差信號的信號處理電路;用從上述信號處理電路輸出的輝度值和色差信號,和從上述攝像元件輸出的各像素的濾光片透射信號來進行插補處理,生成新作成像素的輝度值和色差信號的分辨率變換電路。
文檔編號H04N9/07GK1327688SQ00802306
公開日2001年12月19日 申請日期2000年10月18日 優先權日1999年10月19日
發明者寶田真一 申請人:松下電器產業株式會社