DE69830137T2

DE69830137T2 - Farbbildaufnahmegerät

Info

Publication number: DE69830137T2
Application number: DE69830137T
Authority: DE
Inventors: Katsuhisa Ogawa; Hideyuki Arai; Toru Koizumi; Katsuhito Sakurai; Shigetoshi Sugawa; Isamu Ueno; Tetsunobu Kochi; Hiroki Hiyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: KR19990063471A; US7142233B1; CN1226783A; EP0926900A2; JPH11196427A; DE69830137D1; KR100344500B1; CN1149857C; EP0926900B1; EP0926900A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Farbbildaufnahmegerät zur Farbbilderzeugung und auf ein Verfahren zur Interpolation von Farbbilddaten für eine zweidimensionale Matrix von Fotodetektoren.
Zur Erzeugung eines Farbbildes mit Hilfe eines einzigen Bildaufnahmeelements eines Bildaufnahmegeräts wird das auf das Bildaufnahmeelement fallende Licht über Farbfilteranordnungen geführt. Diese Farbfilteranordnungen lassen sich im wesentlichen in eine Primärfarbfilteranordnung und eine Komplementärfarbfilteranordnung unterteilen. Bei einer Primärfarbfilteranordnung sind drei Farbfilter, nämlich ein R-Filter zur Übertragung nur des roten Lichts innerhalb des sichtbaren Lichtbereichs, ein G-Filter zur Übertragung nur des grünen Lichts innerhalb des sichtbaren Lichtbereichs und ein B-Filter zur Übertragung nur des blauen Lichts innerhalb des sichtbaren Lichtbereichs z.B. in Matrixform angeordnet. Bei einer Komplementärfarbfilteranordnung sind ein Blaugrün-Filter bzw. Cyan-Filter (das nachstehend als "Cy-Filter" bezeichnet ist) zur Abschirmung nur des roten Lichts innerhalb des sichtbaren Lichtbereichs, ein Purpurrot-Filter bzw. Magenta-Filter (das nachstehend als "Mg-Filter" bezeichnet ist) zur Abschirmung nur des grünen Lichts im sichtbaren Lichtbereich und ein Gelbfilter (das nachstehend als "Ye-Filter" bezeichnet ist) zur Abschirmung nur des blauen Lichts innerhalb des sichtbaren Lichtbereichs z.B. in Matrixform angeordnet. Hierbei gibt es verschiedene Muster der Farbfilteranordnung. 1 zeigt ein Beispiel einer Primärfarbfilteranordnung, die als sogenannte Bayer-Matrix bezeichnet wird.
Nachstehend wird diese Bayer-Matrix näher beschrieben. Von den Basiseinheiten der Anordnung aus 2 × 2 Farbfiltern kann nur das obere linke Bildelement direkt ein Rotsignal von einem eine Detektor- oder Sensoreinheit eines Bildaufnahmeelements bildenden fotoelektrischen Wandlerelement abgeben. Nur das obere rechte und das untere linke Bildelement können ein Grünsignal abgeben, während nur das untere rechte Bildelement ein Blausignal abgeben kann. Zur Bildung der jeweiligen Farbsignale von diesen Bildelementen ist eine Interpolationsverarbeitung erforderlich. Bei dieser Interpolation wird der Signalwert eines zu interpolierenden Bildelements durch eine Signalverarbeitung oder Berechnung auf der Basis der Signalwerte der benachbarten Bildelemente erhalten.
In den 2A bis 2C ist ein Interpolationsbeispiel für die Bayer-Matrix gemäß 1 veranschaulicht. Hierbei ist mit dem Symbol O ein von einem fotoelektrischen Wandlerelement erhaltenes Original-Bildelement bezeichnet, während mit dem Symbol Δ ein durch Interpolation erhaltenes interpoliertes Bildelement bezeichnet ist. Ein Pfeil gibt hierbei die Beziehung zwischen einem interpolierten Bildelement und dessen ursprünglichem Bildelement an.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines üblichen Einchip-Farbbildaufnahmegeräts. Gemäß 3 umfasst dieses Gerät ein CCD-Bildaufnahmeelement 901, einen Analog/Digital-Umsetzer (ADC) 902, einen Speicher 903, eine Interpolationsschaltung 904, eine Signalverarbeitungsschaltung 905 sowie einen Digital/Analog-Umsetzer (DAC) 906. Der Speicher 903 benötigt eine Kapazität, die der Anzahl der Bits von zumindest (2 Zeilen + 2 Bildelementen) × ADC entspricht.
Hierbei wird der Speicher 903 z.B. von einem FIFO-Speicher gebildet, der an seinem Mittelpunkt einen Ausgang aufweist.
Bei dem CCD-Bildaufnahmeelement 901 werden die von den jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelementen erhaltenen Fotodetektionssignale in der Vertikalrichtung von einem CCD-Bauelement übertragen und sodann in der Horizontalrichtung ebenfalls von einem CCD-Bauelement übertragen, d.h., wenn sämtliche Fotodetektionssignale einer bestimmten Zeile von dem Vertikal-CCD-Bauelement übertragen werden und das Horizontal-CCD-Bauelement erreichen, werden sämtliche Fotodetektionssignale aufeinanderfolgend in der Horizontalrichtung von dem Horizontal-CCD-Bauelement übertragen und über einen Ausgang abgegeben. Dieser Vorgang wird aufeinanderfolgend für sämtliche Zeilen durchgeführt. Demzufolge werden Fotodetektionssignale (Original-Bildelemente) von dem CCD-Bildaufnahmeelement 901 in der Reihenfolge der Abtastzeilen abgegeben, wie dies bei dem CCD-Bildaufnahmeelement 901 gemäß 3 veranschaulicht ist.
Jedes Originalbildelement-Ausgangssignal des CCD-Bildaufnahmeelements 901 wird von dem Analog/Digital-Umsetzer 902 einer Analog/Digital-Umsetzung unterzogen und in dem Speicher 903 abgespeichert. Eine aus dem Speicher 903 ausgelesene Anzahl von Original-Bildelementwerten jeweils der ersten, zweiten und dritten Zeile werden der Interpolationsschaltung 904 zugeführt. Die Interpolationsschaltung 904 führt dann auf der Basis dieser Original-Bildelementwerte eine Interpolation in der in den 2A bis 2C veranschaulichten Weise durch und gibt RGB-Signale ab, die durch die interpolierten Bildelemente interpoliert sind. Die Signalverarbeitungsschaltung 905 verarbeitet dann diese RGB-Signale durch Vornahme einer Farbverstärkungseinstellung oder Kantenverstärkung. Der Digital/Analog-Umsetzer 906 unterzieht sodann die verarbeiteten RGB-Signale einer Digital/Analog-Umsetzung und gibt analoge RGB-Signale ab.
Bei diesem Stand der Technik müssen somit interpolierte Bildelemente auf der Basis der von dem CCD-Bildaufnahmeelement 901 in der Reihenfolge der Abtastzeilen erhaltenen Original-Bildelemente gebildet werden. Zu diesem Zweck sind zusätzlich zu der Interpolationsschaltung 904 und der Signalverarbeitungsschaltung 905 der Analog/Digital-Umsetzer 902, der Speicher 903 und der Digital/Analog-Umsetzer 906 erforderlich, was den Schaltungsumfang vergrößert.
Weitere Beispiel für Bildaufnahmeeinrichtungen und Interpolationsarten sind der internationalen Patentanmeldung WO-A-98/19 270 und der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 784 397 zu entnehmen.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO-A-98/19 270 ist eine Blockwahl und das Auslesen von Blockdaten aus einer hexagonalen Anordnung von Fotodetektoren bekannt. Dies erfolgt bei einer 3 × 5-Zeilen- und Spaltenadressierung zur Auswahl eines Datenblocks, der die Daten eines Soll-Fotodetektors und der in Bezug auf diesen Soll-Fotodetektor nächstliegenden sechs Fotodetektoren enthält. Für diesen Soll-Fotodetektor wird dann eine Interpolation auf der Basis der Daten der in der Blockwahl enthaltenen umgebenden Fotodetektoren durchgeführt.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 784 397 bezieht sich ebenfalls auf eine Interpolation, bei der eine Blockwahl bei Daten erfolgt, die gleichzeitig bei drei Zeilen und drei Bildelementen je Zeile abgeleitet werden. Wie im Falle der vorstehend genannten Druckschrift (D1) basiert die Interpolation für ein zentrales Bildelement auf den umgebenden Bildelementen, deren Daten jeweils blockweise abgeleitet werden.
Das erfindungsgemäße Farbbildaufnahmegerät ist im Patentanspruch 1 angegeben.
Bei den nachstehend in Betracht gezogenen bevorzugten Ausführungsbeispielen besteht jeder Basisblock aus 2 × 2 Fotodetektoren, die mit einer Farbfilteranordnung versehen sind. Die Farbfilteranordnung kann z.B. von einem Farbmuster in Form einer Bayer-Matrix gebildet werden, wobei die Filter die Primärfarben Rot, Grün und Blau umfassen. Alternativ können die Farbfilter die Primärfarbe Grün oder eine der sekundären Komplementärfarben Blaugrün (Cyan), Purpurrot (Magenta) oder Gelb umfassen, wobei die Farbfilteranordnung von einem üblichen Komplementärfarbenmuster gebildet werden kann.
In jedem dieser Fälle findet in der Blockspeichereinrichtung eine Bilddatenspeicherung für die Bilddaten von 3 × 3 Basisblöcken statt.
Das Bildaufnahmeelement, die Blockspeichereinrichtung und die Interpolationseinrichtung können sämtlich auf einem einzigen Halbleiterchip ausgebildet sein. Ferner kann eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Durchführung einer Farbverstärkungseinstellung und/oder einer Niederfrequenzfilterung und/oder einer Kantenverstärkung im Rahmen dieser Anordnung vorgesehen und ebenfalls zusammen mit dem Bildaufnahmeelement, der Blockspeichereinrichtung und der Interpolationseinrichtung auf diesem einzigen Halbleiterchip ausgebildet sein.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Interpolation von Farbbilddaten für eine zweidimensionale Anordnung von Fotodetektoren angegeben, das im einzelnen in 9 wiedergegeben ist.
Die Lese-, Speicher- und Interpolationsschritte können hierbei für einen Sollbasisblock nach dem anderen wiederholt durchgeführt werden. Dies kann in einer horizontalen Reihenfolge oder in einer 2 × 2-Blockreihenfolge erfolgen.
Hervorzuheben ist, dass die Interpolation für sämtliche Fotodetektoren eines Sollbasisblocks gleichzeitig erfolgt, sodass ein höherer Verarbeitungswirkungsgrad erhalten wird. Da weiterhin keine Analog/Digital-Umsetzung und keine Digital/Analog-Umsetzung erforderlich sind, lässt sich auch der Schaltungsumfang verringern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
1 eine Darstellung des Basismusters einer Farbfilteranordnung bei einer Bayer-Matrix,
2A, 2B und 2C schematische Darstellungen zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Interpolation von RGB-Signalen entsprechend der Bayer-Matrix,
3 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Einchip-Farbbildaufnahmegeräts des Standes der Technik,
4 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Einchip-Farbbildaufnahmegeräts,
5 eine erste Darstellung zur Veranschaulichung einer Interpolationsverarbeitung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 eine zweite Darstellung zur Veranschaulichung einer Interpolationsverarbeitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 eine Darstellung des Basismusters einer Komplementärfarbfilteranordnung,
8 eine erste Darstellung zur Veranschaulichung einer Interpolationsverarbeitung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
9 eine zweite Darstellung zur Veranschaulichung einer Interpolationsverarbeitung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
10 eine dritte Darstellung zur Veranschaulichung einer Interpolationsverarbeitung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
11 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Bildaufnahmeelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
12 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Bildaufnahmeelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen findet ein Bildaufnahmeelement wie ein sogenanntes CMOS- Bildaufnahmeelement Verwendung, bei dem ein in einer beliebigen Position befindliches Bildelement beliebig ausgelesen werden kann.
4 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Bildaufnahmegerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Wie 4 zu entnehmen ist, umfasst das Bildaufnahmegerät ein Bildaufnahmeelement 101, einen Blockspeicher 102, eine Interpolationsschaltung 103 sowie eine Signalverarbeitungsschaltung 104.
Aus dem Bildaufnahmeelement 101 werden Original-Bildelemente in Einheiten von 2 × 2 Basisblöcken (Minimalblöcken) einer Bayer-Matrix ausgelesen. Der Blockspeicher 102 speichert die Bilddaten der ausgelesenen Original-Bildelemente einer Anzahl von Basisblöcken. Bei diesem Ausführungsbeispiel speichert der Blockspeicher 102 die Bilddaten von drei Basisblöcken in der Horizontalrichtung und drei Basisblöcken in der Vertikalrichtung, d.h., die Bilddaten von insgesamt neun Basisblöcken. Die Interpolationsschaltung 103 führt eine Interpolation in der in den 2A bis 2C veranschaulichten Weise auf der Basis der in dem Blockspeicher 102 gespeicherten Bilddaten der Original-Bildelemente durch und gibt interpolierte RGB-Signale ab. Die Signalverarbeitungsschaltung 104 verarbeitet dann die interpolierten RGB-Signale in Form einer Farbverstärkungseinstellung, Niederfrequenzfilterung und/oder Kantenverstärkung und gibt die auf diese Weise verarbeiteten RGB-Signale ab. Die von dem Bildaufnahmeelement 101 erhaltenen und von der Signalverarbeitungsschaltung 104 abgegebenen Signale stellen Analogsignale dar.
Der Blockspeicher 102, die Interpolationsschaltung 103 und die Signalverarbeitungsschaltung 104 sind zusammen mit dem Bildaufnahmeelement 101 auf einem einzigen Chip ausgebildet. Wenn z.B. das Bildaufnahmeelement 101 von einem CMOS-Bildaufnahmeelement gebildet wird, werden das Bildaufnahmeelement 101, der Blockspeicher 102, die Interpolationsschaltung 103 und die Signalverarbeitungsschaltung 104 auf einem einzigen Chip durch den gleichen CMOS-Herstellungsvorgang ausgebildet.
5 veranschaulicht eine Anordnung von Original-Bildelementen, deren Bilddaten in dem Blockspeicher 102 gespeichert werden. In 5 bezeichnen die Bezugszeichen A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, P und Q jeweils Basisblöcke. Der Blockspeicher 102 speichert gleichzeitig die Bilddaten von 3 × 3 Basisblöcken, was in 5 durch die Bezugszahl 20 veranschaulicht ist.
6 veranschaulicht die von der Interpolationsschaltung 103 durchgeführte Interpolationsverarbeitung. Auf der Basis der in dem Blockspeicher 102 gespeicherten Bilddaten der durch die Bezugszahl 20 in 5 veranschaulichten Original-Bildelemente erzeugt die Interpolationsschaltung 103 Bilddaten von durch Pfeile in 6 gekennzeichneten interpolierten Bildelementen gemäß den nachstehenden Gleichungen, wobei der Basisblock F als Beispiel herangezogen wird: RF2 = (RF1 + RG1)/2 RF3 = (RF1 + RJ1)/2 RF4 = (RF1 + RK1)/2 GF1 = (GE2 + GF2)/2 GF4 = (GF3 + GG3)/2 BF1 = (BA4 + BF4)/2 BF2 = (BB4 + BF4)/2 BF3 = (BE4 + BF4)/2
Wenn die Interpolation des Basisblocks F abgeschlossen ist, werden die Basisblöcke, D, H und L aus dem Bildaufnahmeelement 101 ausgelesen und in den Blockspeicher 102 eingeschrieben. Die Basisblöcke A, E und I werden in dem Blockspeicher 102 gelöscht. Die Interpolationsschaltung 103 erzeugt dann in der gleichen Weise die Bilddaten der interpolierten Bildelemente für den Basisblock G auf der Basis der Original-Bildelemente der Basisblöcke B, C, D, F, G, H, J, K und L.
Durch Wiederholung der Block-Lesevorgänge und Interpolationsvorgänge gibt die Interpolationsschaltung 103 interpolierte RGB-Signale in der Reihenfolge z.B. der Basisblöcke F, G, H, ...., J, K, L, ...., N, P, Q, ... ab. Die Ausgabereihenfolge der Basisblöcke ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wenn z.B. eine Blockverarbeitung wie eine Berechnung von diskreten Cosinus-Transformationen bei 8 × 8 Bildelementen ausgangsseitig der Signalverarbeitungsschaltung erfolgen soll, können die Signale zur kontinuierlichen Abgabe von 8 × 8 Bildelementdaten in der Reihenfolge der Basisblöcke F, G, J, K, .... ausgelesen werden. Das Basisblockformat kann hierbei gleich dem Blockverarbeitungsformat sein.
Ein Bildaufnahmegerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel gemäß 4 auf. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel findet eine Komplementärfarbfilteranordnung als Farbfilteranordnung Verwendung. Da der Aufbau des Bildaufnahmegeräts gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 4 entspricht, erübrigt sich eine erneute detaillierte Beschreibung.
7 veranschaulicht das Basismuster der Komplementärfarbfilteranordnung dieses Ausführungsbeispiels. Wie 7 zu entnehmen ist, umfasst dieses Basismuster vier Zeilen mit jeweils 2 Bildelementen.
Das Basisblockformat bei dem Block-Lesevorgang dieses Ausführungsbeispiels ist das gleiche wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels, d.h., es umfasst 2 × 2 Bildelemente. Das Basismuster der Farbfilteranordnung unterscheidet sich hierbei jedoch von den Basisblöcken bei dem Block-Lesevorgang.
8 veranschaulicht die Anordnung von Original-Bildelementen, deren Bilddaten in einem Blockspeicher 102 gespeichert werden. In 8 sind mit den Bezugszeichen A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, P und Q jeweils Basisblöcke bezeichnet. Der Blockspeicher 102 speichert gleichzeitig die Bilddaten von 3 × 3 Basisblöcken, was in 8 durch die Bezugszahl 40 bzw. 50 gekennzeichnet ist.
In den 9 und 10 ist die von einer Interpolationsschaltung 103 durchgeführte Interpolationsverarbeitung veranschaulicht. 9 zeigt hierbei die Interpolationsverarbeitung für Basisblöcke in einem oberen Bereich 201 des Basismusters gemäß 7, während 10 die Interpolationsverarbeitung für die Basisblöcke in einem unteren Bereich 202 des Basismusters gemäß 7 veranschaulicht. Gemäß 8 entsprechen die Basisblöcke A, B, C, D, I, J, K und L dem oberen Bereich 201, während die Basisblöcke E, F, G, H, M, N, P und Q dem unteren Bereich 202 entsprechen.
Für die Basisblöcke im oberen Bereich 201 erzeugt die Interpolationsschaltung 103 Bilddaten von durch Pfeile in 9 gekennzeichneten interpolierten Bildelementen auf der Basis der in dem Blockspeicher 102 gespeicherten Bilddaten der in 8 mit der Bezugszahl 40 bezeichneten Original-Bildelemente gemäß den nachstehenden Gleichungen, wobei der Basisblock J als Beispiel herangezogen wird: CyJ2 = (CyJ1 + CyK1)/2 CyJ3 = (CyJ1 + CyN1)/2 CyJ4 = (CyJ1 + CyP1)/2 YeJ1 = (YeI2 + YeJ2)/2 YeJ3 = (YeJ2 + YeM2)/2 YeJ4 = (YeJ2 + YeN2)/2 MgJ3 = (MgI4 + MgJ4)/2 MgJ1 = (MgF3 + MgJ3)/2 MgJ2 = (MgG3 + MgJ3)/2 GJ4 = (GJ3 + GK3)/2 GJ1 = (GE4 + GJ4)/2 GJ2 = (GF4 + GJ4)/2
Für die Basisblöcke im unteren Bereich 202 erzeugt die Interpolationsschaltung 103 Bilddaten von in 10 durch Pfeile gekennzeichneten interpolierten Bildelementen auf der Basis der in dem Blockspeicher 102 gespeicherten Bilddaten der in 8 durch die Bezugszahl 50 bezeichneten Original-Bildelemente gemäß den nachstehenden Gleichungen, wobei hier der Basisblock F als Beispiel herangezogen wird: CyF2 = (CyF1 + CyG1)/2 CyF3 = (CyF1 + CyI1)/2 CyF4 = (CyF1 + CyK1)/2 YeF1 = (YeE2 + YeF2)/2 YeF3 = (YeF2 + YeI2)/2 YeF4 = (YeF2 + YeJ2)/2 MgF4 = (MgF3 + MgG3)/2 MgF1 = (MgA4 + MgF4)/2 MgF2 = (MgB4 + MgF4)/2 GF3 = (GE4 + GF4)/2 GF1 = (GB3 + GF3)/2 GF2 = (GC3 + GF3)/2
Die Interpolationsschaltung 103 schaltet die beiden Interpolationsarten in Abhängigkeit von der Art der Basisblöcke um. Die Bilddaten der Original-Bildelemente werden aus einem Bildaufnahmeelement 101 ausgelesen und in den Blockspeicher in der gleichen Weise wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels eingeschrieben.
Durch Wiederholung der Blocklesevorgänge und Interpolationsvorgänge gibt die Interpolationsschaltung 103 interpolierte CyMgYe-Signale z.B. in der Reihenfolge der Basisblöcke F, G, H, ...., J, K, L, ..., N, P, Q, ... ab. Die Ausgabereihenfolge der Basisblöcke ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wenn z.B. ausgangsseitig der Signalverarbeitungsschaltung eine diskrete Cosinus-Transformation bei 8 × 8 Bildelementen berechnet werden soll, können die Signale auch zur kontinuierlichen Abgabe von 8 × 8 Bildelementdaten in der Reihenfolge der Basisblöcke F, G, J, K, ... ausgelesen werden.
Nachstehend wird der Aufbau des Bildaufnahmeelements 101 näher beschrieben. 11 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Bildaufnahmeelements 101 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Wie in 11 dargestellt ist, umfasst das Bildaufnahmeelement Fotodetektoren 301 wie Fotodioden, eine Blockwählschaltung 302 für das Auslesen in Vertikalrichtung (Zeilenrichtung), eine Blockwählschaltung 303 für das Auslesen in Horizontalrichtung (Spaltenrichtung), Übertragungsschalter 304, Vertikalrichtungs-Blockwählleitungen 305, Horizontalrichtungs-Blockwählleitungen 306 sowie mit einem Ausgangsanschluss verbundene Ausgangsleitungen 307.
Bei den Vertikalrichtungs-Blockwählleitungen 305, deren Anzahl der Anzahl der Basisblöcke in der Vertikalrichtung entspricht, aktiviert die Blockwählschaltung 302 für das Auslesen in Vertikalrichtung nur die Leitungen von ausgewählten Blöcken. Bei den Horizontalrichtungs-Blockwählleitungen 306, deren Anzahl der Anzahl der Basisblöcke in der Horizontalrichtung entspricht, aktiviert die Blockwählschaltung für das Auslesen in Horizontalrichtung gleichermaßen nur die Leitungen von ausgewählten Blöcken. Jeder Fotodetektor 301 gibt ein Detektionssignal nur dann ab, wenn sowohl die jeweilige Vertikalrichtungs-Blockwählleitung 305 als auch die jeweilige Horizontalrichtungs-Blockwählleitung 306 aktiviert sind. Die jeweiligen Übertragungsschalter 304, deren Anzahl der Anzahl der Basisblöcke in der Horizontalrichtung entspricht, erhalten jeweils ein Detektionssignal, wenn einer der Basisblöcke 301 einer Zeile, der der jeweilige Übertragungsschalter 304 zugeordnet ist, ein Detektionssignal abgibt. Die Ausgänge der Übertragungsschalter 304 sind gekoppelt und zu dem Ausgangsanschluss geführt. Da einer der Ausgänge von den Horizontalrichtungs-Blockwählleitungen 306 ausgewählt wird, wird nur das Detektionssignal des von der zugehörigen Vertikalrichtungs-Blockwählleitung 305 und der zugehörigen Horizontalrichtungs-Blockwählleitung 306 ausgewählten Basisblocks über den Ausgangsanschluss abgegeben.
Wenn die Blockwählschaltung 302 für das Auslesen in Vertikalrichtung und die Blockwählschaltung 303 für das Auslesen in Horizontalrichtung gleichzeitig angesteuert werden, kann das Detektionssignal eines beliebigen Basisblocks über den Ausgangsanschluss abgegeben werden.
12 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Bildaufnahmeelements 101 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Wie in 12 dargestellt ist, umfasst das Bildaufnahmeelement Fotodetektoren 401 wie Fotodioden, eine Blockwählschaltung 302 für das Auslesen in Vertikalrichtung (Zeilenrichtung), eine Blockwählschaltung 303 für das Auslesen in Horizontalrichtung (Spaltenrichtung), einen Zweizeilenspeicher 402, Vertikalrichtungs-Fotodetektorwählleitungen 403, Horizontalrichtungs-Blockwählleitungen 306 sowie mit einem Ausgangsanschluss verbundene Ausgangsleitungen 307. Die Blockwählschaltung 302 für das Auslesen in Vertikalrichtung, die Blockwählschaltung 303 für das Auslesen in Horizontalrichtung, die Horizontalrichtungs-Blockwählleitungen 306 sowie die Ausgangsleitungen 307 sind die gleichen wie im Falle des dritten Ausführungsbeispiels.
Bei den Vertikalrichtungs-Blockwählleitungen 403, deren Anzahl der Anzahl der Fotodetektoren in der Vertikalrichtung entspricht, aktiviert die Blockwählschaltung 302 zum Auslesen in Vertikalrichtung nur die Leitungen von ausgewählten Blöcken. Da die Ausgangssignale von Fotodetektoren an einer Leitung über die gleiche Leitung abgegeben werden, werden die Leitungen aufeinanderfolgend aktiviert. Bei den Horizontalrichtungs-Blockwählleitungen 306, deren Anzahl der Anzahl der Basisblöcke in der Horizontalrichtung entspricht, aktiviert die Blockwählschaltung 303 zum Auslesen in Horizontalrichtung ebenfalls nur die Leitungen von ausgewählten Blöcken. Jeder Fotodetektor 401 gibt ein Detektionssignal nur dann ab, wenn eine zugehörige Vertikalrichtungs-Fotodetektorwählleitung 403 aktiviert ist. Der Zweizeilenspeicher 402 erhält aufeinanderfolgend die Ausgangssignale von in der Vertikalrichtung ausgewählten Basisblöcken und gibt das Signal eines von einer Horizontalrichtungs-Blockwählleitung 306 ausgewählten Basisblocks ab. Über den Ausgangsanschluss werden somit nur die Detektionssignale von Basisblöcken abgegeben, die von den durch die Blockwählschaltung 302 zum Auslesen in Vertikalrichtung ausgewählten Vertikalrichtungs-Fotodetektorwählleitungen 403 und den Horizontalrichtungs-Blockwählleitungen 306 ausgewählt worden sind.
Wenn die Blockwählschaltung 302 für das Auslesen in Vertikalrichtung und die Blockwählschaltung 303 für das Auslesen in Horizontalrichtung gleichzeitig angesteuert werden, kann das Detektionssignal eines beliebigen Basisblocks über den Ausgangsanschluss abgegeben werden.
Da somit bei dem ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel in der vorstehend beschriebenen Weise Fotodetektionssignale aus den Bildaufnahmeelementen in Einheiten von Basisblöcken ausgelesen, für die Interpolationsverarbeitung erforderliche Basisblöcke in dem Blockspeicher gespeichert und interpolierte Bildelemente der jeweiligen Farben auf der Basis der in dem Blockspeicher gespeicherten Fotodetektionssignale erhalten werden, kann ein interpoliertes Signal einer jeden Farbe in einem beliebigen Bereich nach Belieben erhalten werden.
Da außerdem sämtliche Signalverarbeitungsvorgänge in Form einer Analogverarbeitung durchgeführt werden können, können Analog/Digital-Umsetzer und Digital/Analog-Umsetzer entfallen, wodurch sich der Schaltungsumfang reduzieren lässt.
Da weiterhin das Bildaufnahmeelement, der Blockspeicher, die Interpolationsschaltung und die Signalverarbeitungsschaltung auf einem einzigen Chip im Rahmen des gleichen Herstellungsverfahrens ausgebildet werden können, lässt sich ein Einchip-Bildaufnahmegerät realisieren.
Im übrigen können sehr unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung konzipiert werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Es sei daher darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die in der vorstehenden Beschreibung aufgeführten spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern von den Patentansprüchen definiert wird.

Claims

Farbbildaufnahmegerät, mit (A) einem Bildaufnahmeelement (101), das (a) eine zweidimensionale Anordnung (10; 30) von Fotodetektoren (301; 401), die jeweils mit einem zugehörigen Farbfilter versehen sind, und (b) eine Leseeinrichtung (302 bis 307; 302, 303, 306, 307, 402 und 403) für den wahlfreien Zugriff auf die Anordnung zum Auslesen von Bilddaten in Basisblockeinheiten (A, B, ... Q) aufweist, die jeweils zumindest eine Anordnung von 2 × 2 Fotodetektoren umfassen, (B) einer Blockspeichereinrichtung (102) zur Speicherung von aus einem einem Sollbasisblock (F) der Fotodetektoren (301; 401) entsprechenden Bereich (20; 40, 50) der Anordnung (10, 30) und aus dem Sollbasisblock benachbarten Basisblöcken (A bis C, E, G, I bis K) ausgelesenen Bilddaten, und (C) einer Interpolationseinrichtung (103) zur Verarbeitung der in der Blockspeichereinrichtung gespeicherten Bilddaten zur Durchführung einer Interpolation für jeden der Fotodetektoren des Sollbasisblocks auf der Basis der aus benachbarten Fotodetektoren mit Farbfiltern der gleichen jeweiligen Farben (R, G oder B; Cy, Ye, Mg oder G) ausgelesenen und gespeicherten Bilddaten.
Farbbildaufnahmegerät nach Anspruch 1, bei dem jeder Basisblock (A bis Q) von 2 × 2 Fotodetektoren (301; 401) gebildet wird.
Farbbildaufnahmegerät nach Anspruch 2, bei dem die Farbfilter die Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) umfassen und jeder Basisblock (A bis Q) ein 2 × 2-Block einer Bayer-Matrix ist.
Farbbildaufnahmegerät nach Anspruch 2, bei dem die Farbfilter die Farben Blaugrün (Cyan, Cy), Purpurrot (Magenta, Mg), Gelb (Ye) und Grün (G) umfassen und jeder Basisblock (A bis Q) eine 2 × 2-Blockaufteilung (201, 202) des 4 × 2-Basismusters einer komplementären Farbfilteranordnung darstellt.
Farbbildaufnahmegerät nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Blockspeichereinrichtung (102) Bilddaten von 3 × 3-Basisblöcken (A bis C, E bis G, I bis K; B bis D, F bis H, J bis L; ...) speichert.
Farbbildaufnahmegerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Blockspeichereinrichtung (102) und die Interpolationseinrichtung (103) zusammen mit dem Bildaufnahmeelement (101) auf einem einzigen Halbleiterchip ausgebildet sind.
Farbbildaufnahmegerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Signalverarbeitungseinrichtung (104) zur Durchführung einer Farbverstärkungseinstellung und/oder einer Niederfrequenzfilterung und/oder einer Kantenverstärkung vorgesehen ist.
Farbbildaufnahmegerät nach Anspruch 7, bei dem die Blockspeichereinrichtung (102), die Interpolationseinrichtung (103) und die Signalverarbeitungseinrichtung (104) zusammen mit dem Bildaufnahmeelement (101) auf einem einzigen Halbleiterchip ausgebildet sind.
Verfahren zur Interpolation von Farbbilddaten für eine zweidimensionale Anordnung (10; 30) von Fotodetektoren (301, 401), die jeweils mit einem zugehörigen Farbfilter versehen sind, mit den Verfahrensschritten: Auslesen von Farbbilddaten aus der Anordnung durch wahlfreien Zugriff auf die Anordnung in Basisblockeinheiten bei einem jeweiligen Sollbasisblock (F) der Fotodetektoren (301; 401) und bei dem Sollbasisblock benachbarten Basisblöcken (A bis C, E, G, I bis K) von Fotodetektoren, wobei jede Blockeinheit zumindest eine Anordnung von 2 × 2 Fotodetektoren umfasst, Speicherung der aus dem Sollbasisblock und den benachbarten Basisblöcken ausgelesenen Farbbilddaten, und Verarbeitung der gespeicherten Farbbilddaten zur Durchführung einer Interpolation für jeden Fotodetektor des Sollbasisblocks jeweils auf der Basis der aus benachbarten Fotodetektoren mit Farbfiltern der gleichen jeweiligen Farben (R, G oder B; Cy, Ye, Mg oder G) ausgelesenen und gespeicherten Bilddaten.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Lese-, Speicher- und Interpolationsschritte für einen Sollbasisblock nach dem anderen wiederholt durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Lese-, Speicher- und Interpolationsschritte zur Interpolation eines Sollbasisblocks nach dem anderen in einer horizontalen Reihenfolge (F, G, H, ..., J, K, L, ..., N, P, Q, ...) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Lese-, Speicher- und Interpolationsschritte zur Interpolation eines Sollbasisblocks nach dem anderen in einer 2 × 2-Blockreihenfolge (F, G, J, K; ...) durchgeführt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem nach der Durchführung des Interpolationsschrittes für einen Sollbasisblock (F) der Leseschritt für einen nächsten horizontal angrenzenden Sollbasisblock (G) durchgeführt wird, indem Farbbilddaten nur aus denjenigen Basisblöcken (D, H, L) ausgelesen werden, die dem nächsten horizontal angrenzenden Sollbasisblock (G), nicht jedoch dem einen Sollbasisblock (F) benachbart sind, die ausgelesenen Farbbilddaten gespeichert werden und die vorher gespeicherten Farbbilddaten derjenigen Basisblöcke (A, E, I) gelöscht werden, die dem einen Sollbasisblock (F), nicht jedoch dem nächsten horizontal angrenzenden Sollbasisblock (G) benachbart sind.