特許 6827121 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6827121

(24)【登録日】2021年1月20日

(45)【発行日】2021年2月10日

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/232 20060101AFI20210128BHJP

   H04N 5/208 20060101ALI20210128BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20210128BHJP

   H04N 9/09 20060101ALI20210128BHJP

【ＦＩ】

   H04N5/232 290

   H04N5/208

   H04N5/225 400

   H04N9/09 A

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-543544(P2019-543544)

(86)(22)【出願日】2018年9月6日

(86)【国際出願番号】JP2018032987

(87)【国際公開番号】WO2019058980

(87)【国際公開日】20190328

【審査請求日】2020年2月20日

(31)【優先権主張番号】特願2017-183338(P2017-183338)

(32)【優先日】2017年9月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】100093104

【弁理士】

【氏名又は名称】船津 暢宏

(72)【発明者】

【氏名】中村 和彦

【審査官】 佐藤 直樹

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１５２３４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／１２９１２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２６０４２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ ５／２３２

Ｈ０４Ｎ ５／２０８

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｈ０４Ｎ ９／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画素ピッチが撮像光の中心波長の５倍以下であるＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置であって、
前記撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、
前記色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、前記補正対象画素の映像信号に前記輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備え、前記２の累乗の画素間隔を、２画素間隔から３２画素間隔までとすることを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

画素ピッチが撮像光の中心波長の５倍以下であるＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置であって、
前記撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、
前記色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、前記補正対象画素の映像信号に前記輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備え、望遠端の開放絞り値が、前記撮像素子の画素ピッチ／中心波長より大きいレンズ、又は収差の大きいレンズから入力される映像信号について、前記輪郭補正を行うことを特徴とする撮像装置。

【請求項3】

撮像素子を表面照射型のＣＭＯＳ撮像素子としたことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。

【請求項4】

輪郭補正部が、補正対象の画素の映像信号と、前記補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算して差分加算信号を生成する差分加算部と、
前記差分加算信号を、前記補正対象の画素の映像信号レベルに基づいて調整して前記補正対象の画素に対応する輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成部と、
前記補正対象の画素の映像信号に前記輪郭補正信号を加算する輪郭補正信号加算部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の撮像装置。

【請求項5】

画素ピッチが撮像光の中心波長の５倍以下であるＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置であって、
前記撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、
前記色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、前記補正対象画素の映像信号に前記輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備え、前記２の累乗の画素間隔を、２画素間隔から３２画素間隔までとし、望遠端の開放絞り値が、前記撮像素子の画素ピッチ／中心波長より大きいレンズ、又は収差の大きいレンズから入力される映像信号について、前記輪郭補正を行うことを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像装置に係り、特に高周波数成分を含まない輪郭補正を行うことにより、低周波数における変調度を改善した映像信号を出力できる撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

［先行技術の説明］
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子から出力された信号から雑音を除去するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）と、暗電流補正と、利得可変増幅回路（Automatic Gain Control、以下ＡＧＣ）と、表示装置に出力するためデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）とを内蔵したＡＦＥ（Analog Front End）が普及し、従来１０ビットだったＡＦＥのＡＤＣ階調は、１２ビットや１４ビットが一般的となった。
また、駆動回路や読み出し回路を統合し高速読み出しを可能にしたＣＭＯＳ（Compleme
ntary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子の改良も進んできた。

【0003】

更に、デジタル信号処理回路の集積化が進み、映像専用のメモリ集積ＤＳＰだけでなく、安価な汎用のＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)でも、複数ラインの出力信号を記憶し算術処理することが容易に実現できるようになった。

【0004】

それにより、画素数が百万以上のメガピクセルカメラ、ＨＤＴＶ（High Definition Te
leVision；高精細テレビ）カメラ、高速撮像ＨＤＴＶカメラ、記録部付ＨＤＴＶカメラ、Internet Protocol（以下ＩＰ）伝送部付ＨＤＴＶ（１０８０×１９２０）カメラ、より高精細の４Ｋ（２１６０×３８４０）カメラ、８Ｋ（４３２０×７６８０）カメラ等が製品化され、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）を用いた非圧縮の記録装置も製品化されている。

【0005】

［撮像素子の構成：図６］
ここで、撮像素子の構成について図６用いて説明する。図６は、撮像素子の構成を示す断面説明図であり、（ａ）はＣＣＤセンサー（撮像素子）、（ｂ）は従来型ＣＭＯＳセンサー（表面照射型ＣＭＯＳ撮像素子）、（ｃ）はＢＳＩ（Back Side Illumination）型ＣＭＯＳセンサー（裏面照射型ＣＭＯＳ撮像素子）を示している。
図６（ａ）に示すように、ＣＣＤセンサーは、マイクロレンズ９１と、カラーフィルタ９２と、フォトダイオード９３とが積層され、フォトダイオード９３とカラーフィルタ９２との間にメタル配線層９４が形成されている。

【0006】

マイクロレンズ９１によって集光された入射光は、カラーフィルタ９２を通過して、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の成分に分解され、フォトダイオード９３に入射されて電荷が発生し、垂直方向及び水平方向に転送されて画素毎の電圧に変換される。
ＣＣＤセンサーは、感度は高いものの、消費電力が大きく、ＣＭＯＳ撮像素子に比べて周辺回路の集積が困難である。

【0007】

図６（ｂ）に示す表面照射型ＣＭＯＳ撮像素子は、画素毎にトランジスタ等が設けられた構成であり、低消費電力、集積化が容易であるものの、感度は低い。
図６（ｃ）に示す裏面照射型ＣＭＯＳ撮像素子は、メタル配線層９３がフォトダイオード９３の裏面側に設けられており、高感度で、低消費電力、集積化が容易である。

【0008】

特に、一般的な低価格の表面照射型ＣＭＯＳ撮像素子（８Ｋで１．２５型を含め４／３型以下、４Ｋで２／３型以下）は、５波長以下の画素間隔で、フォトダイオード９３とマイクロレンズ（オンチップレンズ）９１との間にメタル配線層９４が積層されているため、低域の変調度が低い。
また、対域外の高域成分の折り返しの偽信号のモアレを抑圧するために光学低域通過フィルタ（Ｏ−ＬＰＦ；Optical Low Pass Filter）を挿入すると、更に変調度が低くなる。

【0009】

更に、２／３型４Ｋと１．２５型８Ｋにおいては、撮像素子の画素ピッチが約２．５μｍと緑波長０．５５μｍの約４．５倍となり、高倍率ズームレンズの収差を光学的に補正しきれず、低域での変調度（変調伝達関数特性：ＭＴＦ；Modulation Transfer Function
）が低下する。

【0010】

図７は、絞り値と変調度の関係を示す説明図である。
収差のない理想レンズでも、画素ピッチの波長数以上に絞ると、緑の中心波長０．５５μｍの光学回折により変調度が低下することが知られている。
例えば、１／３型ＨＤＴＶ（１０８０×１９２０）カメラでは、画素ピッチが４．９波長に対し、約Ｆ５で４００ＴＶ本でも変調度５０％以下のぼけた画像となり、２／３型４Ｋ（２１６０×３８４０）カメラでは、画素ピッチが４．５波長に対し、約Ｆ４．８で８００ＴＶ本でも変調度５０％以下のぼけた画像となる。

【0011】

実際のレンズでは、一般的に、ＨＤＴＶ（１０８０×１９２０）カメラ用でＦ４付近、４Ｋ（２１６０×３８４０）カメラ用でＦ２．８付近、８Ｋ（４３２０×７６８０）カメラ用でＦ２付近において変調度が最も高く、絞り開放付近では収差のため変調度が低下し、絞り切り付近では光学回折のため変調度が低下する。

【0012】

一方、望遠ズームレンズは、望遠端の絞り値が３．７から５．３と５．６に近く、エクステンダと称する焦点距離を２倍にする補助レンズを挿入すると絞り値が倍になり、望遠端の絞り値が７．４から１０．６と５．６よりはるかに大きくなる。
更に、望遠端では収差のため変調度が低下する。そのため、望遠端ではｆｓ／２付近の信号成分はほとんどなく、雑音が主成分となる。

【0013】

［関連技術］
尚、撮像装置に関する従来技術としては、特開２００７−４９２１６号公報「輪郭強調処理装置及び輪郭強調処理方法」（特許文献１）、特開平７−２６４４４２号公報「固体撮像装置」（特許文献２）、特開２００３−３３３３６９号公報「画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム」（特許文献３）、特開２００９−３０３２０６号公報「個体撮像装置及び監視システム」（特許文献４）がある。

【0014】

特許文献１には、サンプリング周波数ｆｓの半分付近の信号成分と雑音成分を減衰させるため、輪郭補正信号を、低域通過フィルタ（ＬＰＦ；Low Pass Filter）を通過させる輪郭強調処理装置が記載されている。
特許文献２には、望遠で変調度が低下する場合に、輪郭補正周波数を低下させる撮像装置が記載されている。

【0015】

また、特許文献３には、基本処理レートの２の累乗数に対応した遅延から輪郭強調（２又は４の単位の画素間隔の差分の輪郭補正）を行うことが記載されている。
特許文献４には、絞り値が大きく、光学回折で変調度が低下すると、輪郭補正の中心周波数を低下させる撮像装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】特開２００７−４９２１６号公報

【特許文献2】特開平７−２６４４４２号公報

【特許文献3】特開２００３−３３３３６９号公報

【特許文献4】特開２００９−３０３２０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

上述したように、従来の撮像装置では、表面照射型ＣＭＯＳ撮像素子を用いたＵＨＤＴＶ（Ultra High Definition TeleVision:超高精細テレビ）カメラにおいては、画素ピッチが撮像光の中心波長の５波長以下になると、低周波数におけるＭＴＦが低下するという問題点があった。
また、望遠ズームレンズの望遠端では、特にレンズ収差と回折からＭＴＦが低下し、焦点合わせが困難であるという問題点があった。

【0018】

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、画素ピッチが５波長以下の表面照射型ＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置において、低周波数におけるＭＴＦを改善し、望遠端でも焦点合わせを容易にすることができる撮像装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、画素ピッチが撮像光の中心波長の５倍以下であるＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置であって、撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備え、２の累乗の画素間隔を、２画素間隔から３２画素間隔までとすることを特徴としている。

【0020】

また、本発明は、画素ピッチが撮像光の中心波長の５倍以下であるＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置であって、撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備え、望遠端の開放絞り値が、撮像素子の画素ピッチ／中心波長より大きいレンズ、又は収差の大きいレンズから入力される映像信号について、輪郭補正を行うことを特徴としている。

【0021】

また、本発明は、上記撮像装置において、撮像素子を表面照射型のＣＭＯＳ撮像素子としたことを特徴としている。

【0022】

また、本発明は、上記撮像装置において、輪郭補正部が、補正対象の画素の映像信号と、補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算して差分加算信号を生成する差分加算部と、差分加算信号を、補正対象の画素の映像信号レベルに基づいて調整して補正対象の画素に対応する輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成部と、補正対象の画素の映像信号に輪郭補正信号を加算する輪郭補正信号加算部とを備えたことを特徴としている。

【0023】

また、本発明は、画素ピッチが撮像光の中心波長の５倍以下であるＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置であって、撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備え、２の累乗の画素間隔を、２画素間隔から３２画素間隔までとし、望遠端の開放絞り値が、撮像素子の画素ピッチ／中心波長より大きいレンズ、又は収差の大きいレンズから入力される映像信号について、輪郭補正を行うことを特徴としている。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、画素ピッチが撮像光の中心波長の５倍以下であるＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置であって、撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備え、２の累乗の画素間隔を、２画素間隔から３２画素間隔までとする撮像装置としているので、高周波成分を含まない輪郭補正信号を生成して、低域の輪郭補正信号を強調し、低域における変調度を改善し、被写界深度の浅い望遠端における焦点合わせを容易にすることができ、また、２Ｋの飛越操作のＨＤＴＶの１．０５ＭＨｚの変調度を改善すると共に、１ＭＨｚ基準の２７．５ＭＨｚの変調度を相対的に低下させることができ、回路規模をあまり大きくすることなく、低域における変調度を十分改善することができる効果がある。

【0025】

また、本発明によれば、画素ピッチが撮像光の中心波長の５倍以下であるＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置であって、撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備え、望遠端の開放絞り値が、撮像素子の画素ピッチ／中心波長より大きいレンズ、又は収差の大きいレンズから入力される映像信号について、輪郭補正を行う撮像装置としているので、高周波成分を含まない輪郭補正信号を生成して、低域の輪郭補正信号を強調し、低域における変調度を改善し、被写界深度の浅い望遠端における焦点合わせを容易にすることができ、また、高価で大型のＵＨＤＴＶ専用レンズを使用することなく、低コストで低域における変調度を改善して、望遠端での焦点合わせを容易にすることができる効果がある。

【0026】

また、本発明によれば、撮像素子を表面照射型のＣＭＯＳ撮像素子とした上記撮像装置としているので、低コストで低域の変調度を改善した撮像素子を実現することができる効果がある。

【0027】

また、本発明によれば、輪郭補正部が、補正対象の画素の映像信号と、補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算して差分加算信号を生成する差分加算部と、差分加算信号を、補正対象の画素の映像信号レベルに基づいて調整して補正対象の画素に対応する輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成部と、補正対象の画素の映像信号に輪郭補正信号を加算する輪郭補正信号加算部とを備えた上記撮像装置としているので、差分加算信号を適切に調整して輪郭補正信号を生成することができ、低域における変調度を改善することができる効果がある。

【0028】

また、本発明によれば、画素ピッチが撮像光の中心波長の５倍以下であるＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置であって、撮像素子を備え、入力光を色毎に分解して映像信号を出力する色分解部と、色分解部からの映像信号について、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算して輪郭補正を行う輪郭補正部を備え、２の累乗の画素間隔を、２画素間隔から３２画素間隔までとし、望遠端の開放絞り値が、撮像素子の画素ピッチ／中心波長より大きいレンズ、又は収差の大きいレンズから入力される映像信号について、輪郭補正を行う撮像装置としているので、高周波成分を含まない輪郭補正信号を生成して、低域の輪郭補正信号を強調し、低域における変調度を改善し、被写界深度の浅い望遠端における焦点合わせを容易にすることができ、２Ｋの飛越操作のＨＤＴＶの１．０５ＭＨｚの変調度を改善すると共に、１ＭＨｚ基準の２７．５ＭＨｚの変調度を相対的に低下させることができ、回路規模をあまり大きくすることなく、低域における変調度を十分改善することができ、更に、高価で大型のＵＨＤＴＶ専用レンズを使用することなく、低コストで低域における変調度を改善して、望遠端での焦点合わせを容易にすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本撮像装置の概略構成を示す構成ブロック図である。

【図2】本撮像装置の垂直輪郭補正部の構成図である。

【図3】本撮像装置の水平輪郭補正部の構成図である。

【図4】２，４，８，１６画素間隔の差分加算信号の周波数軸表示である。

【図5】本撮像装置の輪郭補正信号及び輪郭補正後の信号例を示す模式説明図である。

【図6】撮像素子の構成を示す断面説明図である。

【図7】絞り値と変調度の関係を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る撮像装置は、画素ピッチが撮像光の中心波長の５波長以下のＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置において、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、当該補正対象の画素から２の累乗の画素間隔となる複数の画素の映像信号との差分を算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算するようにしているので、ｆｓ／２付近の高周波成分を含まない輪郭補正信号とすることができ、低域の輪郭補正信号を補強して、低域におけるＭＴＦを改善し、望遠レンズの望遠端においても焦点合わせを容易にすることができるものである。

【0031】

［実施の形態に係る撮像装置の概略構成：図１］
本発明の実施の形態に係る撮像装置（本撮像装置）の概略構成について図１を用いて説明する。図１は、本撮像装置の概略構成を示す構成ブロック図である。
図１に示すように、本撮像装置１は、色分解光学系２と、撮像素子３（３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）と、映像信号処理部４と、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部５と、ＣＰＵ（Cent
ral Processing Unit）６とを備えており、レンズ７及びビューファインダー（映像表示装置）８に接続されている。

【0032】

本撮像装置１の各部について説明する。
色分解光学系２は、レンズ７から入射された入射光を赤色（Ｒ）と、緑色（Ｇ）と、青色（Ｂ）に色分解する。
撮像素子３は、ＣＭＯＳ撮像素子であり、撮像素子３Ｒは赤色光を光電変換し、撮像素子３Ｇは緑色光を光電変換し、撮像素子３Ｂは青色光を光電変換して、各色の光の強弱に応じた電荷を発生する。
ここで、撮像素子３は、緑色光の波長（０．５５μｍ）を基準として５波長以下の画素ピッチで画素が配列されている。
色分解光学系２及び撮像素子３は、請求項に記載した色分解部に相当している。

【0033】

映像信号処理部４は、輪郭補正部１１と、ガンマ色補正部１２と、マトリクス部１３とを備え、大容量メモリ内蔵ＦＰＧＡや、ＤＤＲ（Double-Data-Rate）メモリ外付けＦＰＧＡ等で構成される。

【0034】

輪郭補正部１１は、本撮像装置の特徴部分であり、赤、緑、青の各色成分毎に、映像の輪郭を補正する輪郭補正処理を行う。
輪郭補正部１１は、垂直輪郭補正処理を行う直輪郭補正部と、水平輪郭補正処理を行う水平輪郭補正処理部とを備えている。

【0035】

そして、本撮像装置の特徴として、輪郭補正部１１は、補正対象の画素の映像信号と、２の累乗の画素間隔（例えば、２，４，８，１６，３２画素間隔）となる画素の映像信号との差分の合計に基づいて、輪郭補正信号を生成する。輪郭補正部１１の構成及び動作については後述する。

【0036】

ガンマ色補正部１２は、画像の階調を補正（ガンマ色補正）する処理を行う。
マトリクス部１３は、映像の輝度や色を調整する処理を行う。
パラレル／シリアル変換部５は、パラレルデータをシリアルデータに変換して、外部に出力する。
ＣＰＵ６は、撮像装置全体の制御を行うものであり、特に、輪郭補正部１１の制御を行って適切な輪郭補正を実現する。
また、ＣＰＵ６は、レンズ絞り値に応じて輪郭補正信号のレベルを制御する。

【0037】

本撮像装置の動作について簡単に説明する。
レンズ７から入力された光は、色分解光学系２において赤、緑、青の成分に分離され、それぞれ、撮像素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂで光電変換されて電気信号となる。
そして、各色の信号は、輪郭補正部１１において、それぞれ垂直輪郭補正及び水平輪郭補正処理を施され、ガンマ色補正部１２でガンマ色補正が為され、マトリクス部１３で色調整を施され、パラレル／シリアル変換部５でシリアルデータに変換されて、映像信号として外部に出力される。

【0038】

［垂直輪郭補正部の構成：図２］
次に、本撮像装置の特徴部分である、輪郭補正部１１の垂直輪郭補正部の構成について図２を用いて説明する。図２は、本撮像装置の垂直輪郭補正部の構成図である。
垂直輪郭補正部１１は、垂直方向に配列された画素間の映像信号を比較して、垂直方向の輪郭を補正するものである。
図２に示すように、垂直輪郭補正部は、複数のラインメモリ部Ｍ２０〜Ｍ２９と、複数の負の乗算器Ｎ２０〜Ｎ２４及びＮ２６〜Ｎ３０と、正の乗算器Ｐ２５と、複数の加算器２０〜２９と、映像レベル判定器２８と、乗算器２９，３２と、小振幅大振幅圧縮制限器３１と、補正信号加算部３３とを備えている。

【0039】

ここで、ラインメモリ部Ｍ２０〜Ｍ２９と、負の乗算器Ｎ２０〜Ｎ２４及びＮ２６〜Ｎ３０と、正の乗算器Ｐ２５と、複数の加算器２０〜２９とが請求項に記載した差分加算部に相当し、映像レベル判定器２８と、乗算器２９，３２が輪郭補正信号生成部に相当している。

【0040】

垂直輪郭補正部の各部について説明する。
ラインメモリ部は、補正対象となるライン（３２Ｈとする）の映像信号と、本装置の特徴部分である補正対象ラインから垂直方向に２，４，８，１６，３２画素だけ離れたラインの映像信号との差分を求めるために、必要な映像信号を保持して出力するものである。

【0041】

具体的には、ラインメモリ部Ｍ２０は１６ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部Ｍ２１は８ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部Ｍ２２は４ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部Ｍ２３は２ライン分の映像信号を蓄積して、それぞれ１ラインずつ負の乗算器Ｎ２１〜Ｎ２４に出力する。

【0042】

ラインメモリ部Ｍ２４は、補正対象ライン（３２Ｈ）とその次のライン（３１Ｈ）とを保持して、補正対象ラインを正の乗算器Ｐ２５、映像レベル判定器２８、及び輪郭補正信号加算部３３に出力する。

【0043】

また、ラインメモリ部Ｍ２５及びＭ２６は、それぞれ２ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部Ｍ２７は４ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部Ｍ２８は８ライン分の映像信号を蓄積し、ラインメモリ部Ｍ２９は１６ライン分の映像信号を蓄積して、それぞれ１ラインずつ負の乗算器Ｎ２６〜Ｎ３０に出力する。

【0044】

負の乗算器Ｎ２１〜Ｎ２４は、ラインメモリ部Ｍ２０〜Ｍ２３から出力された映像信号に負の係数を乗算し、加算器２１〜２４に出力する。
負の乗算器Ｎ２６〜Ｎ３０は、ラインメモリ部Ｍ２５〜Ｍ２９から出力された映像信号に負の係数を乗算し、加算器２６〜２９に出力する。
負の乗算器Ｎ２０は、補正前の信号に負の係数を乗算し、加算器２０に出力する。
正の乗算器Ｐ２５は、ラインメモリＭ２４から出力された補正対象ライン（３２Ｈ）の映像信号に、正の係数を乗算する。

【0045】

加算器２０〜２９は、負の乗算器Ｎ２０〜Ｎ２４、Ｎ２６〜Ｎ３０と、正の乗算器Ｐ２５の出力を加算して、加算器２０から差分加算信号を出力する。加算器２０〜２９は、請求項における差分加算部に相当している。
ここで、加算器２０において、各負の乗算器からの出力と正の乗算器Ｐ２５からの出力との差分の合計が算出されるよう、正の乗算器Ｐ２５の係数又は／及び負の乗算器Ｎ２０〜Ｎ２４、Ｎ２６〜Ｎ３０の係数がＣＰＵ６からの指示により調整されている。

【0046】

つまり、加算器２０から出力される差分加算信号は、補正対象ライン（３２Ｈ）の映像信号と、補正対象ラインから２の累乗数（ここでは、２，４，８，１６，３２）だけ離れたラインの映像信号との差分の合計となる。
このように２の累乗数の間隔で差分信号を求め、加算して輪郭補正信号を生成することで、高周波数成分のない輪郭補正信号を生成できるものである。

【0047】

映像レベル判定器２８は、補正対象ラインの映像信号のレベルを判定して、しきい値判定により暗部を検出する。
乗算器２９は、暗部の輪郭補正信号を減衰させるため、正負及び増幅度を可変調整する。
映像レベル判定器２８及び乗算器２９により、映像レベルが低い領域では、輪郭補正信号付加によるノイズを低減するために、輪郭補正信号を小さくする制御を行い、任意の映像レベル以上の場合には、輪郭補正信号のレベルを一定とする制御を行う。

【0048】

ＣＰＵ６は、各負の乗算器Ｎ２０〜Ｎ２４，Ｎ２６〜Ｎ３０と正の乗算器Ｐ２５の係数を制御すると共に、乗算器２９で乗算される増幅値の正負及び増幅度を制御する。
具体的には、ＣＰＵ６は、加算器２０からの出力が、補正対象ライン（３２Ｈ）の映像信号と、補正対象ラインから２の累乗数（ここでは、２，４，８，１６，３２）だけ離れたラインの映像信号との差分の合計となるよう、係数を制御する。
また、本撮像装置のＣＰＵ６は、レンズ絞りを絞った場合の映像信号変調度の劣化を改善するために、レンズ絞り値に応じて輪郭補正信号のレベルを制御する。具体的には、レンズアイリスが絞り側になると、乗算器２９の係数を調整して、輪郭補正信号を増幅する制御を行う。

【0049】

小振幅大振幅圧縮制限器（以下、制限器とする）３１は、差分加算信号が大振幅であれば圧縮し、小振幅の場合には圧縮を制限する。
乗算器３２は、制限器３１からの出力に乗算器２９からの係数を乗算して、適切な極性及びレベルの垂直輪郭補正信号を生成する。
補正信号加算部３３は、ラインメモリ部Ｍ２４から出力される補正対象ライン（３２Ｈ）に、垂直輪郭補正信号を加算して、垂直輪郭補正を行う。

【0050】

このように、本撮像装置では、１画素間隔の周辺画素差分処理を行わないため、超低域の変調度を増強でき、高域変調度を相対的に低下させるものである。
例えば、ＮＴＳＣ（National Television System Committee;全米テレビジョンシステム委員会）の０．５ＭＨｚを１００％として定義される５ＭＨｚ変調度や、２Ｋの飛越走査のＨＤＴＶの１ＭＨｚを１００％として定義される２７．５ＭＨｚ変調度等の高域変調度を相対的に低下させる。

【0051】

［垂直輪郭補正部の動作：図２］
本撮像装置の垂直輪郭補正部の動作について図２を用いて説明する。
補正前信号は、負の乗算器Ｎ２０及びラインメモリ部Ｍ２０に入力され、ラインメモリ部Ｍ２０〜Ｍ２９において、クロックのタイミングで、蓄積されると共に１ラインずつ負の乗算器Ｎ２１〜Ｎ３０及び正の乗算器Ｐ２５に出力される。

【0052】

具体的には、ラインメモリ部Ｍ２４から出力される補正対象ラインを３２Ｈとすると、負の乗算器Ｎ２０〜Ｎ２４には、それぞれ、０Ｈ，１６Ｈ，２４Ｈ，３０Ｈが入力され、正の乗算器Ｐ２５にはＨ３２が入力され、負の乗算器Ｎ２６〜Ｎ３０には、それぞれ３４Ｈ，３６Ｈ，４０Ｈ，４８Ｈ，６４Ｈが入力される。
すなわち、補正対象ラインから２の累乗だけ離れたラインの映像信号が負の乗算器Ｎ２１〜Ｎ２４，Ｎ２６〜Ｎ３０に入力される。

【0053】

そして、各負の乗算器Ｎ２０〜Ｎ２４、Ｎ２６〜Ｎ３０、正の乗算器Ｐ２５において負又は正の係数が乗算され、加算器２０〜２９で加算されて、補正対象ラインの映像信号と他のラインの映像信号との差分の合計が算出されて、加算器２０から差分加算信号として出力される。

【0054】

差分加算信号は、制限器３１で振幅調整が施され、更に乗算器３２において映像レベルに応じた調整が為されて、垂直輪郭補正信号が生成され、補正信号加算部３３において、補正対象ラインの映像信号と垂直輪郭補正信号とが加算されて、垂直方向の輪郭補正が行われる。
このようにして垂直輪郭補正部の動作が行われるものである。

【0055】

尚、本実施の形態においては、垂直方向に３２画素間隔までの差分の合計に基づいて垂直輪郭補正信号を生成するようにしているが、６４画素間隔や１２８画素間隔の差分の合計を求めて垂直輪郭補正信号を生成してもよい。

【0056】

［水平輪郭補正部の構成：図３］
次に、本撮像装置の特徴部分である、水平輪郭補正部の構成について図３を用いて説明する。図３は、本撮像装置の水平輪郭補正部の構成図である。
水平輪郭補正部は、水平方向に配列された画素間の映像信号を比較して、水平方向の輪郭を補正するものである。
図３に示すように、水平輪郭補正部は、複数の画素遅延部Ｄ４０〜Ｄ４９と、複数の負の乗算器Ｎ４０〜Ｎ４４及びＮ４６〜Ｎ５０と、正の乗算器Ｐ４５と、複数の加算器４０〜４９と、映像レベル判定器５１と、乗算器５２，５４と、小振幅大振幅圧縮制限器５３と、補正信号加算部５５とを備えている。

【0057】

つまり、水平輪郭補正部は、図２に示した垂直輪郭補正部のラインメモリ部Ｍ２０〜Ｍ２９の代わりに、画素遅延部Ｄ４０〜Ｄ４９が設けられ、水平方向に配列された画素について処理を行う点が異なるが、その他の基本的な構成及び動作は垂直輪郭補正部と同等であるため、詳細な説明は省略する。

【0058】

そして、水平輪郭補正部では、補正対象画素の映像信号と、当該補正対象画素から水平方向に２，４，８，１６，３２画素だけ離れた画素の映像信号との差分の合計が加算器４０から加算差分信号として出力され、小振幅大振幅圧縮制限器５３において、加算差分信号の振幅補正が行われ、映像レベル判定器５１での判定結果に基づいて乗算器５４で調整されて水平輪郭補正信号が生成され、補正信号加算部５５において、補正対象画素（３２ｄ）の映像信号と水平輪郭補正信号とが加算されて、水平方向の輪郭補正が行われる。

【0059】

水平方向の輪郭補正においても、１画素間隔の周辺画素差分処理を行わないため、超低域の変調度を増強でき、高域変調度を相対的に低下させるものである。

【0060】

［本撮像装置における差分加算信号の例：図４］
ここで、本撮像装置における差分加算信号の例について図４を用いて説明する。図４は、２，４，８，１６画素間隔の差分加算信号の周波数軸表示である。
図２を例として説明すると、図４（ａ）に示す２画素間隔の差分加算信号は、正の乗算器Ｐ２５と、負の乗算器Ｎ２４及びＮ２６に０（ゼロ）以外の係数が設定され、他の負の乗算器には係数０が設定された状態で、加算器４０から得られる差分加算信号である。

【0061】

同様に、図４（ｂ）に示す４画素間隔の差分加算信号は、２画素間隔の場合に加えて、負の乗算器Ｎ２３とＮ２７が０以外の係数となった場合の差分加算信号であり、８画素間隔の差分加算信号は、更に負の乗算器Ｎ２２とＮ２８に０以外の係数が設定され、１６画素間隔の差分加算信号は、更に負の乗算器Ｎ２１とＮ２９にも０以外の係数が設定された場合の差分加算信号である。

【0062】

図４に示すように、本撮像装置の差分加算信号は、いずれも、雑音も含めてｆｓ／２付近の高周波成分がないため、低周波数（低域）の変調度を改善した映像信号を出力することができるものである。
そのため、入力信号が変調度の低い状態であっても、被写界深度の浅い望遠端での焦点合わせを容易にすることができるものである。

【0063】

［本撮像装置における輪郭補正：図５］
本撮像装置における輪郭補正信号及び輪郭補正後の信号例について図５を用いて説明する。図５は、本撮像装置の輪郭補正信号及び輪郭補正後の信号例を示す模式説明図である。
図５（ａ）は、補正前信号、（ｂ）は、１７Ｈ成分／１７画素成分（８画素間隔）の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、（ｃ）は、９Ｈ成分／９画素成分（４画素間隔）の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、（ｄ）は、７Ｈ成分／７画素成分（３画素間隔）の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、（ｅ）は、５Ｈ成分／５画素成分（２画素間隔）の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、（ｆ）は、３Ｈ成分／３画素成分（１画素間隔）の差分加算信号に基づく輪郭補正信号、（ｇ）は、１７Ｈ９Ｈ５Ｈ成分／１７画素９画素５画素成分（８画素４画素２画素間隔）の輪郭補正信号による輪郭補正後の信号、（ｈ）は、９Ｈ５Ｈ成分／９画素５画素成分（４画素２画素間隔）の輪郭補正信号による輪郭補正後の信号を示している。
ここで、（ｄ）と（ｆ）は、本撮像装置では生成されない信号であるが、参考のために示している。

【0064】

（ｇ）の信号は、（ｂ）の８画素間隔の差分加算信号と、（ｃ）の４画素間隔の差分加算信号と、（ｅ）の２画素間隔の差分加算信号との合計に基づいて生成された輪郭補正信号と、（ａ）の補正前信号とを加算して得られる信号である。
（ｇ）に示した輪郭補正後の信号は、例えば、１７Ｈ１５Ｈ１３Ｈ１１Ｈ９Ｈ７Ｈ５Ｈ３Ｈ輪郭補正信号（１７Ｈ１５Ｈ１３Ｈ１１Ｈ９Ｈ７Ｈ５Ｈ３Ｈ成分／１７画素１５画素１３画素１１画素９画素７画素５画素３画素成分の差分加算信号に基づく輪郭補正信号）で補正した場合と比べると、高周波数成分の細かい輪郭を再生できないものの、高域雑音が少ないので、輪郭補正信号を大きくすることができ、強く輪郭補正でき、輪郭を十分明瞭にすることができるものである。

【0065】

また、（ｈ）の信号は、（ｃ）の４画素間隔の差分加算信号と、（ｅ）の２画素間隔の差分加算信号との合計に基づいて生成された輪郭補正信号と、（ａ）の補正前信号とを加算して得られる信号である。
（ｈ）の輪郭補正後の信号は、例えば、９Ｈ７Ｈ５Ｈ３Ｈ輪郭補正信号（９Ｈ７Ｈ５Ｈ３Ｈ成分／９画素７画素５画素３画素成分の差分加算信号に基づく輪郭補正信号）で補正した場合と比べると、高周波成分の細かい輪郭を再生できないが、高域雑音が少ないので、輪郭補正信号を大きくすることができ、輪郭を明瞭にすることができるものである。

【0066】

そのため、望遠端における開放絞り値が、画素ピッチ／撮像光の中心波長の値より大きいレンズ、又は収差が大きいレンズなど、低周波数において変調度が低い特性を有するレンズを用いた場合にも、被写界深度の浅い望遠端での焦点合わせを容易にすることができるものである。

【0067】

したがって、図７に示した、アスペクト比１６：９の撮像素子のサイズとレンズの口径比による変調度の変化のように、口径比Ｆの超望遠ズームレンズの変調度が低下しても、輪郭補正が容易になる。

【0068】

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る撮像装置によれば、画素間隔が５波長以下のＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置において、輪郭補正部１１が、輪郭補正を施す補正対象の画素の映像信号と、補正対象画素と２の累乗の画素間隔（２，４，８，１８，３２等）となる複数の画素の映像信号との差分をそれぞれ算出し、当該複数の差分を加算した差分加算信号に基づいて輪郭補正信号を生成し、補正信号加算部が、補正対象画素の映像信号に輪郭補正信号を加算するようにしているので、ｆｓ／２付近の高周波成分が含まれない輪郭補正信号を生成でき、低域の輪郭補正信号を補強して、低域におけるＭＴＦを改善し、被写界深度の浅い望遠レンズの望遠端においても焦点合わせを容易にすることができる効果がある。

【0069】

また、本撮像装置では、補償対象画素と、２，４，８，１６，３２画素間隔となる画素との差分の合計を算出しているが、６４画素、１２８画素等、より多くのラインメモリ部又は画素遅延部、乗算器、加算器を備えた構成としてもよく、多いほど輪郭補正の効果は大きくなるため、回路規模が許容されるならば、多くすることが望ましい。
また、映像レベル判定器出力信号が小信号大振幅圧縮制限器から出力する輪郭補正信号レベルを制御することから、レンズ絞り値に応じて映像レベル判定器出力信号レベルを制御することにより輪郭補正信号レベルを制御することも容易となる。

【0070】

６４画素間隔の差分を加えて輪郭補正信号を生成すれば、例えば、２Ｋの飛越操作のＨＤＴＶの０．５ＭＨｚ変調度を改善することができ、更に１２８画素間隔の差分を加えれば、２Ｋの飛越操作のＨＤＴＶの０．２５ＭＨｚの変調度を改善することができる効果がある。

【0071】

また、監視用１／３型ＨＤ２Ｋ撮像素子と、報道用２／３型４Ｋ撮像素子と、中継用４／３型８Ｋ撮像素子は、２．５μｍの同一画素間隔となっており、超望遠での収差が大きく、絞りが暗く、ＭＴＦが低い状態になるが、本装置によれば、それらの特性を許容して、低周波でのＭＴＦを改善することができ、撮像装置の低価格化を実現できる効果がある。
つまり、本装置は、高価で大型の低域ＭＴＦの高いＵＨＤＴＶレンズを使用することなく、電子的に補正することにより、低コストで輪郭強調を可能とする効果がある。

【0072】

更に、本装置によれば、監視用１／３型ＨＤ２Ｋカメラや４Ｋカメラや８Ｋカメラの拡販だけではなく、放送局や中継会社が多数保有している２Ｋカメラのファームウェアバージョンアップによる画質向上にも活用することができる効果がある。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明は、高周波数成分のない輪郭補正を行うことにより、低周波数における変調度を改善した映像信号を出力できる撮像装置に適している。この出願は、２０１７年９月２５日に出願された日本出願特願２０１７−１８３３３８を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

【符号の説明】

【0074】

１…撮像装置、 ２…色分解光学系、 ３，３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ…撮像素子、 ４…映像信号処理部、 ５…パラレル／シリアル変換部、 ６…ＣＰＵ、 ７…レンズ、 ８…ビューファインダー、 １１…輪郭補正部、 １２…ガンマ色補正部、 １３…ＭＡＴＲＩＸ部、 Ｍ２０〜Ｍ２９…ラインメモリ部、 Ｎ２０〜Ｎ２４，Ｎ２６〜Ｎ３０，Ｎ４０〜Ｎ４４，Ｎ４６〜Ｎ５０…負の乗算器、 Ｐ２５，Ｐ４５…正の乗算器、 ２０〜２９，４０〜４９…加算器、 ２８，５１…映像レベル判定器、 ２９，３０，５２，５４…乗算器、 ３１，５３…小振幅大振幅圧縮制限器、 ３３，５５…補正信号加算部、 Ｄ４０〜Ｄ４９…画素遅延部、 ９１…マイクロレンズ、 ９２…カラーフィルタ、 ９３…フォトダイオード、 ９４…メタル配線層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】