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JP2010226514A - Imaging device - Google Patents

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JP2010226514A
JP2010226514A JP2009072645A JP2009072645A JP2010226514A JP 2010226514 A JP2010226514 A JP 2010226514A JP 2009072645 A JP2009072645 A JP 2009072645A JP 2009072645 A JP2009072645 A JP 2009072645A JP 2010226514 A JP2010226514 A JP 2010226514A
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JP
Japan
Prior art keywords
color
signal
mixing
color signal
frame
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009072645A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyuki Iguma
一行 猪熊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2009072645A priority Critical patent/JP2010226514A/en
Priority to PCT/JP2009/006555 priority patent/WO2010089830A1/en
Priority to CN2009801467691A priority patent/CN102224736A/en
Publication of JP2010226514A publication Critical patent/JP2010226514A/en
Priority to US13/154,184 priority patent/US20110234864A1/en
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Abstract

【課題】動画と静止画との両立を図るために撮像素子で異色画素混合を行う場合に問題となる色変調度の低下に起因する偽信号の発生を防止する。
【解決手段】撮像素子102内には隣接画素を混合する画素混合手段701を、撮像素子駆動部103内には画素混合の組み合わせをフレーム毎に変更する混合組み合わせ変更手段702をそれぞれ設ける。撮像素子102から出力される信号は、斜め方向に隣接する信号の差分の正負が同一位置においてフレーム毎に反転する。この撮像素子102の信号を受け取るデジタル信号処理部106に輝度信号処理部703と色信号処理部704とを設け、色信号処理部704内に色信号演算手段705と色信号フレームメモリ706とフレーム間色信号減算手段707とその他の処理部708とを設ける。これにより、色信号を2倍に増幅して色変調度の低下を補うとともに、時間的に相関の高い被写体の明暗パタンの影響を排除する。
【選択図】図7
Generation of a false signal due to a decrease in the degree of color modulation, which is a problem when different color pixels are mixed in an image sensor in order to achieve both a moving image and a still image, is prevented.
A pixel mixing unit 701 for mixing adjacent pixels is provided in an image sensor 102, and a mixture combination changing unit 702 for changing a combination of pixel mixing for each frame is provided in an image sensor driving unit 103. In the signal output from the image sensor 102, the sign of the difference between signals adjacent in the oblique direction is inverted for each frame at the same position. A luminance signal processing unit 703 and a color signal processing unit 704 are provided in the digital signal processing unit 106 that receives the signal of the image sensor 102, and the color signal calculation unit 705, the color signal frame memory 706, and the frame interval are provided in the color signal processing unit 704. A color signal subtraction unit 707 and other processing unit 708 are provided. As a result, the color signal is amplified by a factor of 2 to compensate for the decrease in the color modulation degree, and the influence of the light / dark pattern of the subject having a high temporal correlation is eliminated.
[Selection] Figure 7

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ(DSC)、ビデオムービー、携帯電話等で使用される撮像装置に関し、特に静止画と動画との両方を扱う機器にて、動画撮影のために撮像素子上で画素混合を行う撮像技術に関するものである。   The present invention relates to an image pickup apparatus used in a digital still camera (DSC), a video movie, a mobile phone, and the like, and in particular, in a device that handles both still images and moving images, pixel mixing is performed on the image pickup device for moving image shooting. It is related with the imaging technique which performs.

近年、DSC、ビデオムービー、携帯電話等において、静止画と動画との両方を扱う撮像機器が増加してきている。静止画と動画では求められる画素数が異なるため、これらの撮像機器では動画時は撮像素子の画素を間引く、又は混合する等の処理により、画素数を減らし、同時に動画に求められる高いフレームレートを実現している。   In recent years, imaging devices that handle both still images and moving images are increasing in DSCs, video movies, mobile phones, and the like. Since the number of pixels required for still images and moving images is different, these image capture devices reduce the number of pixels by processing such as thinning out or mixing pixels of the image sensor during moving images, and at the same time increase the high frame rate required for moving images. Realized.

特許文献1には、同色の画素を混合し、例えば1/9に画素数を減らす技術が開示されている。同色の画素を混合するために飛び越し画素混合となるが、CCD型撮像素子の電極を工夫することで実現し、同時に水平及び垂直を奇数画素混合とすることにより、混合後の重心の均等性を確保している。   Patent Document 1 discloses a technique for mixing pixels of the same color and reducing the number of pixels to 1/9, for example. It is interlaced pixel mixing to mix pixels of the same color, but it is realized by devising the electrodes of the CCD image sensor, and at the same time, by making the horizontal and vertical odd pixel mixing, the uniformity of the center of gravity after mixing is achieved. Secured.

同色画素混合は、混合後も混合前と同じ色が得られる反面、同色のカラーフィルタの画素のみの混合となるため、カラーフィルタパタンの制約を受け、自由な混合が難しいという問題がある。   The same color pixel mixing can obtain the same color as before mixing, but only the color filter pixels of the same color are mixed. Therefore, there is a problem that free mixing is difficult due to restrictions of the color filter pattern.

特許文献2には、異色画素混合技術が開示されている。これは、CCD型撮像素子においてカラーフィルタを工夫することで異色画素混合でもカラー化を可能にしたものである。特に従来のRGBベイヤー配列のカラーフィルタは2×2のパタンであるため、隣接4画素を混合すると1色しか得られないが、3×1又は3×2のパタンでカラー化する方法を開示している。
特開2004−312140号公報 特開2003−116061号公報
Patent Document 2 discloses a different color pixel mixing technique. This makes it possible to colorize even a mixture of different color pixels by devising a color filter in a CCD type image pickup device. In particular, since a conventional RGB Bayer color filter has a 2 × 2 pattern, only one color can be obtained by mixing four adjacent pixels, but a method of colorizing with a 3 × 1 or 3 × 2 pattern is disclosed. ing.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-312140 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-116061

しかし、異色画素混合は異なる色を混合することから色が薄くなる欠点、いわゆる色変調度が低下してしまうという欠点、具体的には混合後の信号から得られる各色信号が小さくなるという欠点が原理上存在する。そのため、画像処理で色信号を増幅する必要がある。増幅は、信号だけでなくノイズをも増幅し、色S/Nが悪化するという問題が発生する。色S/Nの向上のためにはノイズを抑圧するためのノイズ抑圧技術が従来から考案されており、ここでは色S/Nの問題は対象にしない。しかし、色変調度の低下はまた、偽色の増加という問題をもたらす。すなわち、単板カメラのカラー化においては空間的に異なる位置に配置された異なる色フィルタが設けられた画素の信号を使うため、被写体の明暗のパタンを色と誤判断をして、本来存在しない色を生成してしまうという問題を発生させてしまう。色信号の増幅はこの偽信号を更に増加させるという欠点も併せ持つ。   However, different color pixel mixing has the disadvantage that the color becomes light because different colors are mixed, that is, the so-called color modulation degree is lowered, specifically, that each color signal obtained from the mixed signal becomes smaller. Present in principle. Therefore, it is necessary to amplify the color signal by image processing. Amplification amplifies not only the signal but also noise, resulting in a problem that the color S / N deteriorates. In order to improve the color S / N, a noise suppression technique for suppressing noise has been conventionally devised, and the problem of the color S / N is not considered here. However, a decrease in the color modulation degree also causes a problem of an increase in false colors. In other words, in the colorization of a single-panel camera, since signals of pixels provided with different color filters arranged at spatially different positions are used, the light / dark pattern of the subject is misjudged as a color and does not originally exist. The problem of generating colors will occur. The amplification of the color signal also has the disadvantage of further increasing this false signal.

本発明の目的は、動画と静止画との両立を図るために撮像素子で異色画素混合を行う場合に重大な問題となる色変調度の低下に起因する偽信号の発生を防止することにある。   An object of the present invention is to prevent the generation of a false signal due to a decrease in the degree of color modulation, which is a serious problem when different-color pixel mixing is performed with an image pickup device in order to achieve compatibility between a moving image and a still image. .

上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、被写体の像を光電変換するために水平方向及び垂直方向に各々画素として配列された複数の光電変換部を有し、かつカラー画像を得るために特定の色を通過させるカラーフィルタが光電変換部毎に設けられた撮像素子と、前記複数の画素の電荷を混合して出力するための画素混合手段と、画素混合の組み合わせを変更する混合組み合わせ変更手段とを備え、混合の組み合わせを変更することにより、混合後の信号において、水平及び垂直又は斜め方向に隣接する信号の差分値の正負が同一位置において反転することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention has a plurality of photoelectric conversion units arranged as pixels in the horizontal direction and the vertical direction in order to photoelectrically convert a subject image, and a color A combination of an image sensor provided with a color filter that passes a specific color for each photoelectric conversion unit to obtain an image, a pixel mixing unit that mixes and outputs charges of the plurality of pixels, and a pixel mixture A mixing combination changing means for changing, and by changing the combination of the mixing, in the signal after mixing, the sign of the difference value of signals adjacent in the horizontal and vertical or diagonal directions is inverted at the same position. To do.

具体的には、前記混合組み合わせ変更手段はフレーム毎に組み合わせを変更させる。更に、混合後の信号にて水平及び垂直又は斜め方向に隣接する信号の差分をとることで色信号を得るための色信号演算手段と、当該色信号演算手段の出力を1フレーム分記憶する色信号フレームメモリと、記憶された前フレームの色信号と入力された現フレームの色信号との減算を実行するフレーム間色信号減算手段とを更に備える。   Specifically, the mixed combination changing unit changes the combination for each frame. Furthermore, the color signal calculating means for obtaining the color signal by taking the difference between the signals adjacent in the horizontal and vertical or diagonal directions in the mixed signal, and the color for storing the output of the color signal calculating means for one frame The signal frame memory further includes an inter-frame color signal subtracting unit that performs subtraction between the stored previous frame color signal and the input current frame color signal.

本発明に係る撮像装置は、画素混合の組み合わせをフレーム毎に変更することにより、混合後の信号において、水平及び垂直又は斜め方向に隣接する信号の差分値の正負が同一位置において反転し、その差分値を色信号として生成する色信号演算手段と、1フレーム分の色信号を記憶する色信号フレームメモリと、記憶された前フレームの色信号と入力された現フレームの色信号との減算を実行するフレーム間色信号減算手段とを備えることにより、同一位置において色信号が反転関係になるようにし、それらの色信号の減算により色信号が2倍に増幅されると同時に、時間的に相関の高い被写体の明暗パタンによる影響は打ち消されることにより、被写体の明暗パタンに起因する偽色の発生を効果的に抑圧することができる。特に、色変調度が低下する異色画素混合において有益性が極めて高い。   In the imaging apparatus according to the present invention, by changing the combination of pixel mixing for each frame, in the signal after mixing, the sign of the difference value of signals adjacent in the horizontal and vertical or diagonal directions is inverted at the same position. Color signal calculation means for generating a difference value as a color signal, a color signal frame memory for storing a color signal for one frame, and subtraction between the stored previous frame color signal and the input current frame color signal By providing the inter-frame color signal subtracting means to be executed, the color signals are in an inversion relationship at the same position, and the color signals are amplified twice by subtraction of the color signals, and at the same time, correlated. By canceling the influence of the light / dark pattern of the subject with high brightness, it is possible to effectively suppress the occurrence of false colors due to the light / dark pattern of the subject. In particular, the utility is very high in different color pixel mixture in which the degree of color modulation decreases.

図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置であるデジタルスチルカメラ(DSC)の全体構成を示している。このDSCは、光学系のレンズ101と、CCD等の撮像素子102と、撮像素子駆動部103と、アナログ信号処理部104と、アナログ・デジタル変換部105と、デジタル信号処理部106と、画像圧縮伸長部107と、画像記録部108と、画像表示部109とで構成される。   FIG. 1 shows the overall configuration of a digital still camera (DSC) that is an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. The DSC includes an optical lens 101, an image sensor 102 such as a CCD, an image sensor driver 103, an analog signal processor 104, an analog / digital converter 105, a digital signal processor 106, and an image compression unit. The decompression unit 107, the image recording unit 108, and the image display unit 109 are configured.

図1のDSCによれば、レンズ101を通過した被写体の像は撮像素子102に結像される。撮像素子102は、撮像素子駆動部103により駆動されて光電変換を行い撮像信号を出力する。次に、アナログ信号処理部104はノイズ除去や増幅等の処理を行い、アナログ・デジタル変換部105が撮像信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部106はデジタル化された撮像信号を入力し、輝度信号(Y)と色信号(C)とからなる画像信号を生成する。この画像信号を受け取った画像表示部109は画像を表示する。この画像表示と並行して、画像圧縮伸長部107はデジタル信号処理部106から受け取った画像信号を圧縮し、画像記録部108に圧縮された画像データが記録される。この画像記録部108に記録された画像データを画像圧縮伸長部107で伸長し、デジタル信号処理部106を介して画像表示部109に画像を再生することもできる。   According to the DSC in FIG. 1, the image of the subject that has passed through the lens 101 is formed on the image sensor 102. The imaging element 102 is driven by the imaging element driving unit 103 to perform photoelectric conversion and output an imaging signal. Next, the analog signal processing unit 104 performs processing such as noise removal and amplification, and the analog / digital conversion unit 105 converts the imaging signal into a digital signal. The digital signal processing unit 106 receives the digitized imaging signal and generates an image signal composed of a luminance signal (Y) and a color signal (C). Upon receiving this image signal, the image display unit 109 displays the image. In parallel with this image display, the image compression / decompression unit 107 compresses the image signal received from the digital signal processing unit 106, and the compressed image data is recorded in the image recording unit 108. The image data recorded in the image recording unit 108 can be expanded by the image compression / decompression unit 107, and the image can be reproduced on the image display unit 109 via the digital signal processing unit 106.

以下、図1のDSCにおける動画撮影モードの動作を説明する。本発明は画素混合に関する発明であるため、全画素を独立に読み出す静止画撮影モードの説明は割愛する。   Hereinafter, the operation in the moving image shooting mode in the DSC of FIG. 1 will be described. Since the present invention relates to pixel mixing, the description of the still image shooting mode in which all pixels are read independently will be omitted.

本実施形態の動画撮影モードは、隣接の4画素を混合して読み出すモードである。撮像素子102及び撮像素子駆動部103において隣接4画素混合を行う具体的な方法は公知であり、特にCCD型撮像素子における詳細方法は特許文献2に記載されているので、説明を割愛する。   The moving image shooting mode of the present embodiment is a mode in which adjacent four pixels are mixed and read. A specific method for performing the adjacent four-pixel mixing in the image sensor 102 and the image sensor drive unit 103 is known, and a detailed method for the CCD type image sensor is described in Patent Document 2 and will not be described.

さて、隣接4画素混合は飛び越し混合が不要のため、撮像素子102の構造を簡素にできるという特徴を持つ。また、混合によるローパスフィルタ効果が弱いため、解像度劣化が少ないという特徴を持つ。ただし、カラーフィルタ配列が従来一般的に用いられているRGBベイヤー配列の場合、2×2の繰り返しパタンであるため画素混合後は1種類の信号しか得られず、カラー画像を生成することができない。特許文献2では3×1や3×2の繰り返しパタンにすることで隣接4画素混合時のカラー化を実現する方法が開示されているが、本発明では、図2に示すカラーフィルタ配列を採用する。このパタンはRGBベイヤー配列において透過率を所定のパタンで変調し、混合後のRGBのバランスが変動するようにしている。これにより、全画素を独立に読む静止画モードの場合には、透過率の変動を打ち消すためのゲイン補正処理を追加するだけで、従来と同様のRGBベイヤー配列に対応した画像処理を適用することができる。   The adjacent four-pixel mixing has a feature that the structure of the image sensor 102 can be simplified because interlaced mixing is unnecessary. Moreover, since the low-pass filter effect by mixing is weak, it has the feature that there is little degradation in resolution. However, when the color filter array is an RGB Bayer array that is generally used in the past, since it is a 2 × 2 repetitive pattern, only one type of signal can be obtained after pixel mixing, and a color image cannot be generated. . Patent Document 2 discloses a method for realizing colorization when four adjacent pixels are mixed by making a 3 × 1 or 3 × 2 repetitive pattern. In the present invention, the color filter array shown in FIG. 2 is adopted. To do. In this pattern, the transmittance is modulated with a predetermined pattern in the RGB Bayer arrangement so that the RGB balance after mixing varies. As a result, in the still image mode in which all the pixels are read independently, the image processing corresponding to the conventional RGB Bayer arrangement can be applied only by adding a gain correction process for canceling the variation in transmittance. Can do.

図3に、本発明における隣接4画素混合時の色信号生成方法を、色フィルタ上でどのように色信号が生成されるかの観点で模式的に示している。隣接4画素混合におけるフィルタの組み合わせにはパタンAからDまでの4種類があり、4種類のRGBバランスの異なる信号が得られる。図3に示すようにパタンA(301)、パタンB(302)で混合するラインと、1画素水平方向にずらしてパタンC(303)、パタンD(304)で混合するラインとがあり、それらが1行毎に切り替わるようにする。画素混合後の信号配置はいわゆるオフセットサンプリングのパタンとなり、水平解像度の向上も実現できる。   FIG. 3 schematically shows a color signal generation method when adjacent four pixels are mixed in the present invention from the viewpoint of how color signals are generated on a color filter. There are four kinds of combinations of filters A to D in the adjacent four-pixel mixture, and four kinds of signals having different RGB balances are obtained. As shown in FIG. 3, there are lines that are mixed by pattern A (301) and pattern B (302), and lines that are mixed by pattern C (303) and pattern D (304) shifted by one pixel in the horizontal direction. Is switched line by line. The signal arrangement after pixel mixing becomes a so-called offset sampling pattern, and the horizontal resolution can be improved.

色信号生成は上下のラインで差分をとることにより行われ、R−G、B−G信号が得られる。これらは、いわゆる色差信号に相当する信号と言える。図3に示すように斜め方向に差分をとっていくと、
(1) パタンA−パタンC=(2G+0.5R+0.5B)−(1.5G+0.5R+B)=−0.5(B-G)
(2) パタンB−パタンC=(G+R+B)−(1.5G+0.5R+B)=0.5(R-G)
(3) パタンB−パタンD=(G+R+B)−(1.5G+R+0.5B)=0.5(B-G)
(4) パタンA−パタンD=(2G+0.5R+0.5B)−(1.5G+R+0.5B)=−0.5(R-G)
という具合に、4種類の色差信号が順番に得られる。ここに、1画素毎にR系とB系の色差信号が得られ、かつ2画素毎にそれらが反転する。これにより、隣接4画素混合を行う動画撮影時もカラー化が可能となる。
Color signal generation is performed by taking the difference between the upper and lower lines, and RG and BG signals are obtained. These can be said to be signals corresponding to so-called color difference signals. As shown in FIG. 3, when taking the difference in the diagonal direction,
(1) Pattern A-Pattern C = (2G + 0.5R + 0.5B)-(1.5G + 0.5R + B) = -0.5 (BG)
(2) Pattern B-Pattern C = (G + R + B)-(1.5G + 0.5R + B) = 0.5 (RG)
(3) Pattern B-Pattern D = (G + R + B)-(1.5G + R + 0.5B) = 0.5 (BG)
(4) Pattern A-Pattern D = (2G + 0.5R + 0.5B)-(1.5G + R + 0.5B) = -0.5 (RG)
In this manner, four types of color difference signals are obtained in order. Here, R and B color difference signals are obtained for each pixel, and they are inverted every two pixels. As a result, colorization is possible even during moving image shooting in which adjacent four pixels are mixed.

なお、図3においては矢印を使って、色差信号の発生を模式的に示している。混合後の画素間を矢印で結び、その画素間の演算により色差信号が生成される。また、矢印が示す側の4画素が得られる信号の正の要素となる。   In FIG. 3, generation of color difference signals is schematically shown using arrows. The mixed pixels are connected by arrows, and a color difference signal is generated by calculation between the pixels. In addition, the four pixels on the side indicated by the arrow are positive elements of the obtained signal.

次のフレームにおいては画素混合の組み合わせを、図4に示すように変化させる。つまり、パタンA、Bのラインは水平方向に1画素ずらしてパタンC、Dになるようにする。パタンC、Dのラインは同様に1画素ずらしてパタンA、Bになるようにする。これにより、パタンA、BのラインとパタンC、Dのラインとが上下で入れ替わったことになる。この状態で図3の場合と同様に上下ラインで差分をとって行くと、
(1)' パタンC−パタンA=(1.5G+0.5R+B)−(2G+0.5R+0.5B)=0.5(B-G)
(2)' パタンC−パタンB=(1.5G+0.5R+B)−(G+R+B)=−0.5(R-G)
(3)' パタンD−パタンB=(1.5G+R+0.5B)−(G+R+B)=−0.5(B-G)
(4)' パタンD−パタンA=(1.5G+R+0.5B)−(2G+0.5R+0.5B)=0.5(R-G)
という具合に、色差信号が順番に得られる。すなわち、前フレームに対し、同一位置における色信号の正負が反転していることが判る。
In the next frame, the combination of pixel mixture is changed as shown in FIG. That is, the patterns A and B are shifted by one pixel in the horizontal direction so as to become patterns C and D. Similarly, the lines of patterns C and D are shifted by one pixel so as to become patterns A and B. As a result, the pattern A and B lines and the pattern C and D lines are interchanged up and down. In this state, as in the case of FIG.
(1) 'Pattern C-Pattern A = (1.5G + 0.5R + B)-(2G + 0.5R + 0.5B) = 0.5 (BG)
(2) 'Pattern C-Pattern B = (1.5G + 0.5R + B)-(G + R + B) = -0.5 (RG)
(3) 'Pattern D-Pattern B = (1.5G + R + 0.5B)-(G + R + B) = -0.5 (BG)
(4) 'Pattern D-Pattern A = (1.5G + R + 0.5B)-(2G + 0.5R + 0.5B) = 0.5 (RG)
In this manner, color difference signals are obtained in order. That is, it can be seen that the color signal at the same position is inverted with respect to the previous frame.

前フレームである図3の色信号から図4に示した色信号を減算すると、
(1) −(1)' =B-G
(2) −(2)' =−(R-G)
(3) −(3)' =−(B-G)
(4) −(4)' =R-G
という具合に、色信号が順番に得られる。すなわち、色信号が2倍に増幅される。また、垂直方向の被写体の明暗差の影響は打ち消される。この様子を具体例で示したのが図5及び図6である。
When the color signal shown in FIG. 4 is subtracted from the color signal of FIG. 3 which is the previous frame,
(1)-(1) '= BG
(2)-(2) '=-(RG)
(3)-(3) '=-(BG)
(4)-(4) '= RG
In this way, color signals are obtained in order. That is, the color signal is amplified twice. In addition, the influence of the contrast difference of the subject in the vertical direction is canceled out. FIG. 5 and FIG. 6 show this situation as a specific example.

図5及び図6では、R信号のみが得られる赤色の被写体を想定し、垂直方向に明暗差がある場合を模式的に示している。すなわち、被写体パタンの上のラインをRとし、下のラインを0.5Rとしている。この場合において、図3と同様の混合組み合わせを行った場合、図5に示すように、
(1) パタンA−パタンC=0.25 (=−0.5(B-G))
(2) パタンB−パタンC=0.75 (=0.5(R-G))
(3) パタンB−パタンD=0.5 (=0.5(B-G))
(4) パタンA−パタンD=0 (=−0.5(R-G))
という具合に、色差信号が順番に得られる。本来、B成分及びG成分は存在しないので、(1)と(3)は0になるはずだが、値が存在している。これが偽色である。
5 and 6 schematically illustrate a case where there is a difference in brightness in the vertical direction, assuming a red subject from which only an R signal can be obtained. That is, the upper line of the subject pattern is R, and the lower line is 0.5R. In this case, when the same combination as in FIG. 3 is performed, as shown in FIG.
(1) Pattern A-Pattern C = 0.25 (= -0.5 (BG))
(2) Pattern B-Pattern C = 0.75 (= 0.5 (RG))
(3) Pattern B-Pattern D = 0.5 (= 0.5 (BG))
(4) Pattern A-Pattern D = 0 (= -0.5 (RG))
In this manner, color difference signals are obtained in order. Originally, there is no B component and no G component, so (1) and (3) should be 0, but there are values. This is a false color.

次に、図4と同様の混合組み合わせを行った場合は図6に示す結果となり、
(1)' パタンC−パタンA=0.25 (=0.5(B-G))
(2)' パタンC−パタンB=0 (=−0.5(R-G))
(3)' パタンD−パタンB=0.5 (=−0.5(B-G))
(4)' パタンD−パタンA=0.75 (=0.5(R-G))
という具合に、色差信号が順番に得られる。
Next, when the same combination as in FIG. 4 is performed, the result shown in FIG. 6 is obtained.
(1) 'Pattern C-Pattern A = 0.25 (= 0.5 (BG))
(2) 'Pattern C-Pattern B = 0 (= -0.5 (RG))
(3) 'Pattern D-Pattern B = 0.5 (= -0.5 (BG))
(4) 'Pattern D-Pattern A = 0.75 (= 0.5 (RG))
In this manner, color difference signals are obtained in order.

図5と図6の結果の差分をとると、
(1) −(1)' =0 (=B-G)
(2) −(2)' =−0.75 (=−(R-G))
(3) −(3)' =0 (=−(B-G))
(4) −(4)' =0.75 (=R-G)
という結果となる。すなわち、偽色のB−G成分は0となり、正しいR−G成分のみ得られている。
Taking the difference between the results of FIG. 5 and FIG.
(1)-(1) '= 0 (= BG)
(2)-(2) '= -0.75 (=-(RG))
(3)-(3) '= 0 (=-(BG))
(4)-(4) '= 0.75 (= RG)
As a result. That is, the false BG component is 0, and only the correct RG component is obtained.

なお、本実施形態では、色信号は垂直方向の差分によって得られるために混合の組み合わせを垂直方向で変更することによって色信号を反転させ、垂直方向の被写体の明暗差の影響は打ち消している。ただし、厳密には色信号は水平方向にも1画素ずれた斜め方向の差分によって得られているため水平方向1画素分の明暗差の影響も受ける。図3、図4の矢印の方向が示すように垂直方向には正負に働く画素成分が反転しているが、水平方向には反転していない。すなわち、水平1画素分の明暗差の影響を受けてしまう。   In this embodiment, since the color signal is obtained by the difference in the vertical direction, the color signal is inverted by changing the combination combination in the vertical direction, and the influence of the contrast difference of the subject in the vertical direction is negated. However, strictly speaking, since the color signal is obtained by the difference in the diagonal direction shifted by one pixel in the horizontal direction, the color signal is also affected by the contrast of one pixel in the horizontal direction. As shown by the directions of the arrows in FIGS. 3 and 4, the pixel components that work positively and negatively are reversed in the vertical direction, but not reversed in the horizontal direction. That is, it is affected by the difference in brightness of one horizontal pixel.

ただし、水平1画素分の明暗差は全画素を独立に読み出す静止画モードにおいても影響を与えるため、通常は光学ローパスフィルタによって抑圧している。言い換えると、画素混合時は混合後の画素間の距離が離れてしまうことが偽色発生の重要な原因となっている。ここで、垂直方向には演算対象が2画素離れており、光学ローパスフィルタの効果が小さくなって発生してしまう偽色を本実施形態で効果的に除去している。それに対し、水平方向は1画素しか離れておらず、元々偽色が小さいため水平方向の対策をとらない本実施形態でも大きな問題にはならない。   However, since the difference in brightness for one horizontal pixel also affects the still image mode in which all pixels are read independently, it is usually suppressed by an optical low-pass filter. In other words, when mixing pixels, the distance between pixels after mixing is an important cause of false color generation. Here, the calculation object is two pixels away in the vertical direction, and the false color that is generated due to the effect of the optical low-pass filter is reduced effectively in this embodiment. On the other hand, since only one pixel is separated in the horizontal direction and the false color is originally small, this embodiment does not cause a big problem even if the measure in the horizontal direction is not taken.

図7は、上記処理を実施する撮像装置の構成を示した図である。図1で示したDSCの全体構成例と同じ部分は同じ番号を付与している。撮像素子102内には隣接する画素を混合する画素混合手段701が設けられている。撮像素子駆動部103内には画素混合の組み合わせを変更する混合組み合わせ変更手段702が設けられている。混合組み合わせ変更手段702によりフレーム毎に混合の組み合わせが図3、図4に示すように変更される。実際の画素混合は撮像素子102内の画素混合手段701で行われる。撮像素子102から出力される信号は、図3、図4に示すように斜め方向に隣接する信号の差分の正負が同一位置においてフレーム毎に反転する。撮像素子102の信号はアナログ信号処理部104、アナログ・デジタル変換部105を経てデジタル化され、デジタル信号処理部106に入力される。デジタル信号処理部106には輝度信号処理部703と色信号処理部704とが設けられ、色信号処理部704内には色信号演算手段705と色信号フレームメモリ706とフレーム間色信号減算手段707とその他の処理部708とが設けられている。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus that performs the above processing. The same parts as those in the overall configuration example of the DSC shown in FIG. A pixel mixing unit 701 for mixing adjacent pixels is provided in the image sensor 102. In the image sensor driving unit 103, a mixed combination changing unit 702 for changing a combination of pixel mixing is provided. The mixing combination changing means 702 changes the mixing combination for each frame as shown in FIGS. Actual pixel mixing is performed by the pixel mixing means 701 in the image sensor 102. As shown in FIGS. 3 and 4, the signal output from the image sensor 102 is inverted for each frame at the same position in the difference between the signals adjacent in the oblique direction. The signal of the image sensor 102 is digitized through an analog signal processing unit 104 and an analog / digital conversion unit 105 and input to the digital signal processing unit 106. The digital signal processing unit 106 is provided with a luminance signal processing unit 703 and a color signal processing unit 704, and in the color signal processing unit 704, a color signal calculation unit 705, a color signal frame memory 706, and an inter-frame color signal subtraction unit 707. And other processing units 708 are provided.

なお、色信号フレームメモリ706は他の処理部とともに1つの半導体チップで構成してもよいし、別の半導体チップとしてもよい。   The color signal frame memory 706 may be configured with one semiconductor chip together with other processing units, or may be configured as another semiconductor chip.

デジタル信号処理部106に入力された撮像素子102の信号は輝度信号処理部703にて輝度信号(Y信号)が生成され、色信号処理部704にて色信号が生成される。色信号としては通常、輝度信号との差に相当する色差信号が使われる。色差信号にはR−YとB−Yとの2種類がある。色信号処理部704においては、まず前述のとおり画素混合された信号の斜め方向の差分をとる。これは色信号演算手段705にて行われ、前述のとおりR−GとB−Gとが得られる。G信号は輝度信号に分光が近いのでこれらは色差信号に相当すると考えてもよい。生成された色差信号は色信号フレームメモリ706にて記憶される。次に、フレーム間色信号減算手段707において、現在の色差信号と前のフレームの色差信号との減算が実行され、前述のように被写体の明暗パタンの影響を排除した色差信号を得る。その後、色差信号はその他の処理部708にて従来と同様の処理が行われる。この中にはγ処理や、分光をR−Y、B−Yにより近づけるためのマトリックス処理等が含まれる。生成された輝度信号と色差信号とは前述の全体構成の説明のとおり、画像圧縮伸張部107や画像表示部109に送られる。   A luminance signal (Y signal) is generated by the luminance signal processing unit 703 and a color signal is generated by the color signal processing unit 704 from the signal of the image sensor 102 input to the digital signal processing unit 106. As the color signal, a color difference signal corresponding to the difference from the luminance signal is usually used. There are two types of color difference signals, RY and BY. In the color signal processing unit 704, first, as described above, the difference in the diagonal direction of the mixed signal is obtained. This is performed by the color signal calculation means 705, and RG and BG are obtained as described above. Since the G signal is spectrally close to the luminance signal, it may be considered that these correspond to color difference signals. The generated color difference signal is stored in the color signal frame memory 706. Next, the inter-frame color signal subtracting unit 707 performs subtraction between the current color difference signal and the color difference signal of the previous frame, and obtains a color difference signal that eliminates the influence of the light / dark pattern of the subject as described above. Thereafter, the color difference signal is processed in the other processing unit 708 as in the conventional case. This includes γ processing, matrix processing for bringing the spectrum closer to RY and BY, and the like. The generated luminance signal and color difference signal are sent to the image compression / decompression unit 107 and the image display unit 109 as described in the overall configuration described above.

なお、カラーフィルタパタンや混合の組み合わせは本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な実施形態を取り得る。   The combination of the color filter pattern and the mixture is not limited to the present embodiment, and various embodiments can be taken without departing from the gist of the present invention.

以上のとおり、本発明に係る撮像装置は、動画と静止画との両立を図るために撮像素子で異色画素混合を行う場合に重大な問題となる色変調度の低下に起因する偽信号の発生を極めて効果的に防止することができる。本発明により異色画素混合での大きな問題が解消され、これまでにない自由な画素混合パタンを選択することができる。この結果、多様な静止画と動画との組み合わせを実現でき、有用性は極めて高い。   As described above, the imaging apparatus according to the present invention generates false signals due to a decrease in the degree of color modulation, which is a serious problem when different color pixel mixing is performed with an imaging device in order to achieve compatibility between moving images and still images. Can be prevented very effectively. According to the present invention, a major problem in different color pixel mixing is solved, and an unprecedented free pixel mixing pattern can be selected. As a result, various combinations of still images and moving images can be realized, and the utility is extremely high.

本発明の実施形態に係る撮像装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an overall configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1中の撮像素子のカラーフィルタ配列図である。FIG. 2 is a color filter array diagram of the image sensor in FIG. 1. 図1の撮像装置における動画撮影時の色信号生成方法の説明図である。It is explanatory drawing of the color signal generation method at the time of the video recording in the imaging device of FIG. 図3とは画素混合の組み合わせを変更した図である。FIG. 3 is a diagram in which the combination of pixel mixture is changed. 被写体の明暗パタンがある場合の色信号例を示す図である。It is a figure which shows the example of a color signal when there exists a light / dark pattern of a to-be-photographed object. 図5とは画素混合の組み合わせを変更した図である。FIG. 5 is a diagram in which the combination of pixel mixture is changed. 図1中の主要部の詳細構成図である。It is a detailed block diagram of the principal part in FIG.

101 レンズ
102 撮像素子
103 撮像素子駆動部
104 アナログ信号処理部
105 アナログ・デジタル変換部
106 デジタル信号処理部
107 画像圧縮伸張部
108 画像記録部
109 画像表示部
301 画素混合組み合わせパタンA
302 画素混合組み合わせパタンB
303 画素混合組み合わせパタンC
304 画素混合組み合わせパタンD
701 画素混合手段
702 混合組み合わせ変更手段
703 輝度信号処理部
704 色信号処理部
705 色信号演算手段
706 色信号フレームメモリ
707 フレーム間色信号減算手段
708 (色信号処理部における)その他の処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Lens 102 Image pick-up element 103 Image pick-up element drive part 104 Analog signal processing part 105 Analog / digital conversion part 106 Digital signal processing part 107 Image compression / expansion part 108 Image recording part 109 Image display part 301 Pixel mixing combination pattern A
302 Pixel combination pattern B
303 Mixed pixel combination pattern C
304 Pixel combination pattern D
701 Pixel mixing unit 702 Mixing combination changing unit 703 Luminance signal processing unit 704 Color signal processing unit 705 Color signal calculation unit 706 Color signal frame memory 707 Inter-frame color signal subtraction unit 708 (in the color signal processing unit) Other processing units

Claims (6)

被写体の像を光電変換するために水平方向及び垂直方向に各々画素として配列された複数の光電変換部を有し、かつカラー画像を得るために特定の色を通過させるカラーフィルタが光電変換部毎に設けられた撮像素子と、
前記複数の画素の電荷を混合して出力するための画素混合手段と、
画素混合の組み合わせを変更する混合組み合わせ変更手段とを備え、
混合の組み合わせを変更することにより、混合後の信号において、水平及び垂直又は斜め方向に隣接する信号の差分値の正負が同一位置において反転することを特徴とする撮像装置。
Each photoelectric conversion unit has a plurality of photoelectric conversion units arranged as pixels in the horizontal direction and the vertical direction in order to photoelectrically convert an image of a subject, and a specific color filter that passes a specific color to obtain a color image. An image sensor provided in
Pixel mixing means for mixing and outputting the charges of the plurality of pixels;
A mixing combination changing means for changing a combination of pixel mixing,
An image pickup apparatus characterized in that, by changing a combination of mixing, in a signal after mixing, the positive / negative of a difference value of signals adjacent in the horizontal and vertical or diagonal directions is inverted at the same position.
請求項1記載の撮像装置において、
前記混合組み合わせ変更手段は、フレーム毎に組み合わせを変更することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
The image pickup apparatus, wherein the mixed combination changing unit changes the combination for each frame.
請求項1記載の撮像装置において、
混合後の信号にて水平及び垂直又は斜め方向に隣接する信号の差分をとることで色信号を得るための色信号演算手段と、
前記色信号演算手段の出力を1フレーム分記憶する色信号フレームメモリと、
記憶された前フレームの色信号と、入力された現フレームの色信号との減算を実行するフレーム間色信号減算手段とを更に備えたことを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
Color signal calculation means for obtaining a color signal by taking a difference between signals adjacent in the horizontal and vertical or diagonal directions in the mixed signal;
A color signal frame memory for storing the output of the color signal calculation means for one frame;
An imaging apparatus, further comprising: an inter-frame color signal subtracting unit that performs subtraction between the stored previous frame color signal and the input current frame color signal.
請求項1記載の撮像装置において、
前記混合される複数の画素の組み合わせには2種類以上のカラーフィルタを備えた画素を含むことを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
The combination of a plurality of mixed pixels includes a pixel having two or more kinds of color filters.
請求項1記載の撮像装置において、
前記カラーフィルタは、RGB原色フィルタであることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
The image pickup apparatus, wherein the color filter is an RGB primary color filter.
請求項1記載の撮像装置において、
前記画素混合は水平及び垂直に隣接する4画素で行われることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the pixel mixture is performed by four pixels adjacent in the horizontal and vertical directions.
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