CN1136381A - 摄象装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的摄像装置包括：用于接收来自物体穿过彩色滤波器2并将其转化为视频信号的CCD3；用于将来自CCD3的视频信号分离为三色R、G和B分量的色分离电路6，用于将来自色分离电路6的R、G和B信号分量变换为高分辨率R信号分量、高分辨率G信号分量和高分辨率B信号分量的各自的三色R、G和B信号转换器50、60和70，这些分辨率高于原始的信号分量；以及用于接收和处理各信号变换器50、60和70的高分辨率R、G和B信号分量以产生亮度和色度信号的信号处理电路80。

Description

摄象装置
技术领域
本发明涉及利用电荷耦合器件(CCD)的摄象装置，尤其涉及利用CCD获得高析象度的视频信号的摄象装置。
背景技术
已知有利用电荷耦合器件(CCD)拍摄被摄对象，输出视频信号的摄象装置。现利用图1、图2说明该现有的摄象装置。
图1是表示利用一个CCD获得视频信号的单片式摄象装置之一例的框图。
入射到光学系统1的被摄光通过滤色镜2入射到CCD3上。该滤色镜2是由例如黄色滤色镜、青绿色滤色镜及深红色滤色镜构成的互补色滤色镜。通过该滤色镜2入射到CCD3上的被摄光在CCD3中进行光电转换，作为摄象信号供给视频放大器4。该摄象信号由视频放大器4放大到规定的电平后供给A/D转换电路5。在该A/D转换电路5中摄象信号被转换成规定位数的数字信号。在A/D转换电路5中转换成数字信号的摄象信号被供给彩色分离电路6。
该彩色分离电路6将输入的数字摄象信号分成R信号分量、G信号分量及B信号分量，将它们供给信号处理电路7。信号处理电路7对所供给的R信号分量、G信号分量及B信号分量分别进行规定的信号处理及矩阵运算，生成辉度信号Y及色差信号R-Y、B-Y。在该信号处理电路7中生成的色差信号R-Y、B-Y被供给调制电路8。
该调制电路8根据色差信号R-Y、B-Y，对彩色副载波信号进行正交双轴(双相)调制，将获得的载波彩色信号(以下称彩色信号)供给加法器9的一个输入端。辉度信号Y由信号处理电路7供给该加法器9的另一个输入端，该辉度信号Y和来自调制电路8的彩色信号相加，生成数字复合视频信号，从输出端10输出。
在该图1所示的摄象装置中利用一个摄象元件就能得到R信号分量、G信号分量及B信号分量，所以体积小且重量轻，适合于搬运，但由于分别分配给R信号分量、G信号分量及B信号分量的象素数比较少，所以存在摄象信号的析象度即从输出端10输出的复合视频信号具有的析象度比较低的问题。
为了提高该析象度，已知有使用三个CCD获得摄象信号的三片式摄象装置。现参照图2说明该三片式摄象装置之一例。
在该图2中，被摄光通过光学系统21入射到彩色分离棱镜22上。分色棱镜22将被摄光分成红色光、绿色光及蓝色光，并分别入射到红色摄象用CCD23、绿色摄象用CCD24及蓝色摄象用CCD25。
红色摄象用CCD23、绿色摄象用CCD24及蓝色摄象用CCD25分别对入射的红色光、绿色光及蓝色光进行光电转换，输出R信号分量、G信号分量及B信号分量。这些R信号分量、G信号分量及B信号分量分别被供给视频放大器26、27及28。视频放大器26、27及28将所供给的R信号分量、G信号分量及B信号分量分别放大到规定的电平，分别供给A/D转换电路29、30及31。在这些A/D转换电路29、30及31中，R信号分量、G信号分量及B信号分量分别被转换成规定位数的数字信号。由这些A/D转换电路29、30及31转换成数字信号的R信号分量、G信号分量及B信号分量被供给信号处理电路32。
该信号处理电路32对所供给的R信号分量、G信号分量及B信号分量分别进行规定的信号处理及矩阵运算处理，生成辉度信号Y及色差信号R-Y、B-Y。在该信号处理电路32中生成的色差信号R-Y、B-Y被供给调制电路34。
该调制电路34利用色差信号R-Y、B-Y对彩色副载波信号进行正交双轴调制，将得到的彩色信号供给加法器35的一个输入端。辉度信号Y由信号处理电路32供给该加法器35的另一个输入端，该辉度信号Y和来自调制电路34的彩色信号相加，生成数字复合视频信号，从输出端36输出。
从信号处理电路32输出的辉度信号Y、色差信号R-Y、B-Y作为分量信号分别从输出端37、38及39输出。
在该图2所示的摄象装置中，利用三个摄象元件从被摄象光获得R信号分量、G信号分量及B信号分量，所以能获得比从图1所示的单片式摄象装置输出的视频信号的析象度高的视频信号。
但是，近年来开发出具有比NTSC方式的析象度还高的析象度的高品位电视方式，为了获得也能适用于该高品位电视方式的高析象度的视频信号，即使是在使用三个CCD的摄象装置的情况下，与获得NTSC方式的视频信号时相比，也还必须使用象素数更多的CCD。CCD的象素数越多，制造越难，价格也越高。其结果是存在摄象装置整体价格变高的问题。
本发明是考虑了上述实际情况而开发的，本发明的目的是提供一种不增加CCD的象素数、而能获得高析象度的视频信号的摄象装置。发明的公开
本发明的一种形式的摄象装置具有：将通过滤色镜输入的被摄光转换成摄象信号的摄象器；从摄象器供给摄象信号并将摄象信号分为R信号分量、G信号分量及B信号分量的分离器；从分离器分别供给R信号分量、G信号分量及B信号分量并将R信号分量、G信号分量及B信号分量的析象度转换成更高的析象度而生成高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量的第1、第2、第3转换器；以及从第1、第2、第3转换器供给高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量并根据高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量生成辉度信号及彩色信号的信号处理器。
第1、第2、第3转换器分别具有：将输入的信号分割成多个块的成块器；对每个被成块器分割成的块进行数据量压缩的压缩器；根据每个块中压缩后的数据电平分布模式、确定各块的类别并输出表示类别的信号的类别检测器；对应于各类别存储将输入信号转换成高析象度信号用的预测系数并输出与表示从类别确定器输出的类别的信号对应的预测系数的预测系数存储器；以及用从预测系数存储器输出的预测系数对输入信号进行预测运算处理并根据输入的信号生成高析象度信号的预测运算器。
本发明的另一种形式的摄象装置具有：将红色光、绿色光及蓝色光分别转换成R信号分量、G信号分量及B信号分量的第1、第2、第3摄象器；从第1、第2、第3摄象器分别供给R信号分量、G信号分量及B信号分量并将R信号分量、G信号分量及B信号分量的析象度转换成更高的析象度而生成高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量的第1、第2、第3转换器；以及从第1、第2、第3转换器供给高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量并根据高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量生成辉度信号及彩色信号的信号处理器。
本发明的另一种形式的摄象装置具有：将输入的被摄光转换成摄象信号的摄象器；从摄象器供给摄象信号并根据摄象信号生成辉度信号及第1、第2色差信号的信号处理器；以及从信号处理器分别供给辉度信号及第1、第2色差信号并将辉度信号及第1、第2色差信号的析象度转换成更高的析象度而生成高析象度的辉度信号及高析象度的第1、第2色差信号的第1、第2、第3转换器。
本发明的另一种形式的摄象装置具有：将输入的被摄光转换成摄象信号的摄象器；从摄象器供给摄象信号并根据摄象信号生成辉度信号及彩色信号的信号处理器；从信号处理器供给辉度信号及彩色信号并根据辉度信号及彩色信号生成复合视频信号的合成器；以及从合成器供给复合视频信号、将复合视频信号的析象度转换成更高的析象度、生成并输出高析象度的复合视频信号的转换器。
附图的简单说明
图1是表示现有的摄象装置之一例的结构框图。
图2是表示现有的摄象装置的另一例的结构框图。
图3是表示本发明的摄象装置的一实施例的结构框图。
图4是表示SD信号的象素和HD信号的象素的二维排列用的简略图表。
图5是表示SD信号的象素和HD信号的象素的一维排列用的简略图表。
图6是表示说明ADRC编码用的信号电平变化的简略图表。
图7是说明ADRC编码时的量化特性用的简略图表。
图8是表示1位ADRC的编码电路之一例的结构框图。
图9是表示预测多个象素值时使用的SD象素的简略图表。
图10是说明信号转换部的动作用的流程图。
图11是简略地表示学习确定预测系数时的结构框图。
图12是说明学习时的动作用的流程图。
图13是表示本发明的摄象装置的第2实施例的结构框图。
图14是表示本发明的摄象装置的第3实施例的结构框图。
图15是表示本发明的摄象装置的第4实施例的结构框图。
实施本发明用的最佳形态
下面参照图3说明本发明的适用实施例。
首先，参照图3说明本发明的第1实施例。该第1实施例是使用1枚固体摄象元件即电荷耦合元件(Charge Coupled Device)(以下称CCD)取出光的3基色信号即红色(R)信号分量、绿色(G)信号分量及蓝色(B)信号分量、并将各信号分量转换成高析象度的信号分量后合成而生成高析象度的复合视频信号的摄象装置。以下将转换成高析象度的信号分量前的信号分量作为一般清晰度(Standard Definition)的信号分量并称为SD信号，将转换后的信号分量作为高清晰度(High Definition)的信号分量并称为HD信号。
在图3中与图1对应的部分标以相同的符号并进行说明。
入射到光学系统1的被摄光通过滤色镜2入射到CCD3上。该滤色镜2是由例如黄色滤色镜、青绿色滤色镜及深红色滤色镜构成的互补色绿色镜。通过该滤色镜2入射到CCD3上的被摄光在CCD3中进行光电转换，作为摄象信号供给视频放大器4。该摄象信号由视频放大器4放大到规定的电平后供给A/D转换电路5。在该A/D转换电路5中摄象信号被转换成规定位数的数字信号。由A/D转换电路5转换成数字信号的摄象信号被供给彩色分离电路6。
该彩色分离电路6将输入的数字摄象信号分成R信号分量、G信号分量及B信号分量后，将它们分别供给R信号转换部50、G信号转换部60及B信号转换部70。
如图3所示，R信号转换部50具有：将从彩色分离电路6供给的R信号分量分割成多个块的成块电路51；将从成块电路51供给的R信号分量压缩到每个块中的数据压缩电路52；根据R信号分量的电平分布模式确定在该数据压缩电路52中被压缩的R信号分量的各块应归属的类别并产生分类码的分类码发生电路53；输出与从该分类码发生电路53供给的分类码对应的预测系数的预测系数存储器54；以及用从该预测系数存储器54供给的预测系数对每个块中从成块电路51输出的R信号分量进行预测运算、生成析象度比从彩色分离电路6输出的R信号分量的更高的析象度R信号分量的预侧值生成电路55。
如图3所示，G信号转换部60据有：将从彩色分离电路6供给的G信号分量分割成多个块的成块电路61；将从成块电路61供给的G信号分量压缩到每个块中的数据压缩电路62；根据G信号分量的电平分布模式确定在该数据压缩电路62中被压缩的G信号分量的各块应归属的类别并产生分类码的分类码发生电路63；输出与从该分类码发生电路63供给的分类码对应的预测系数的预测系数存储器64；以及用从该预测系数存储器64供给的预测系数对每个块中从成块电路61输出的G信号分量进行预测运算、生成析象度比从彩色分离电路6输出的G信号分量的更高的析象度G信号分量的预侧值生成电路65。
如图3所示，B信号转换部70据有：将从彩色分离电路6供给的B信号分量分割成多个块的成块电路71；将从成块电路71供给的B信号分量压缩到每个块中的数据压缩电路72；根据B信号分量的电平分布模式确定在该数据压缩电路72中被压缩的B信号分量的各块应归属的类别并产生分类码的分类码发生电路73；输出与从该分类码发生电路73供给的分类码对应的预测系数的预测系数存储器74；以及用从该预测系数存储器74供给的预测系数对每个块中从成块电路71输出的B信号分量进行预测运算、生成析象度比从彩色分离电路6输出的B信号分量的析象度更高的B信号分量的预侧值生成电路75。
分别从R信号转换部50、G信号转换部60及B信号转换部70输出的高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量被供给信号处理电路80。
该信号处理电路80分别对所供给的高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量分别进行规定的信号处理及矩阵运算，生成高析象度的辉度信号Y及高析象度的色差信号R-Y、B-Y。该信号处理电路80的结构及工作原理是众所周知的，所以其详细说明从略。但是，与图1所示的现有摄象装置的信号处理电路7相比，可进行高速处理。
在该信号处理电路80中生成的高析象度的色差信号R-Y、B-Y被供给调制电路81。调制电路81利用高析象度的色差信号R-Y、B-Y对彩色副载波信号进行正交双轴(双相)调制，将获得的高析象度的载波彩色信号(以下称彩色信号)供给加法器82的一个输入端。高析象度的辉度信号Y由信号处理电路80供给该加法器82的另一个输入端，该高析象度的辉度信号Y和来自调制电路81的高析象度的彩色信号相加，生成高析象度的数字复合视频信号，从输出端10输出。调制电路81和加法器82与图1所示的现有摄象装置的调制电路8及加法器9相比，可进行高速处理。
下面说明图3所示的本发明的摄象装置的第1实施例的动作。
通过光学系统1及滤色镜2入射到CCD3上的被摄光进行光电转换后获得的摄象信号由视频放大器4放大到规定的电平。该被放大到规定电平的摄象信号在A/D转换电路5中转换成数字摄象信号后被供给彩色分离电路6，并由该彩色分离电路6分成R信号分量、G信号分量及B信号分量。分离后的R信号分量、G信号分量及B信号分量被分别供给R信号转换部50、G信号转换部60及B信号转换部70，并被分别转换成高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量。这些高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量被供给信号处理电路80，根据这些信号分量生成辉度信号Y及色差信号R-Y、B-Y。
高析象度的色差信号R-Y、B-Y被供给调制电路81，通过对彩色副载波信号进行正交双轴调制而被转换成高析象度的彩色信号。通过由加法器82将从信号处理电路80输出的高析象度的辉度信号Y和从调制电路81输出的高析象度的彩色信号相加，从输出端10获得高析象度的复合视频信号。
这样，CCD的象素数即使与现有的摄象装置中使用的CCD的象素数相同，也能获得其析象度比现有的摄象装置输出的复合视频信号的析象度高的复合视频信号。
其次，详细说明本发明的摄象装置中使用的R信号转换部50、G信号转换部60及B信号转换部70的结构及工作原理。
由于R信号转换部50、G信号转换部60及B信号转换部70的结构及工作原理彼此相同，所以以R信号转换部50为例进行说明。有关该信号转换部的结构及工作原理在国际公开编号WO94/14278的公报中已有记载。而这里就有关构成本发明的摄象装置时所必要的最低限度的结构及工作原理进行说明。
图3中，供给R信号转换部50的成块电路51的SD信号具有规定的抽样频率，一个象素被看作8位数字信号。该成块电路51将光栅扫描顺序数据转换成1维块、2维块或3维块的顺序数据。
成块电路51的输出信号被供给数据压缩电路52及预侧值生成电路55。数据压缩电路52的输出数据被供给分类码发生电路53。来自分类码发生电路53的分类码作为地址信号被供给预测系数存储器54。在预测系数存储器54中存储着通过预学习确定的预测系数。来自预测系数存储器54的预测系数被供给预侧值生成电路55。
数据压缩电路52及分类码发生电路53是对预测对象的目标象素的进行分类用的电路，分类按照每个含有目标象素的块的电平分布模式进行。指示由该分类确定的类别的分类码被从分类码发生电路53输出。分类根据SD信号进行，但如果为了直接进行分类而参照目标象素外围的多个SD信号的象素(以下称SD象素)值(8位)，则存在分类数过多的问题，因此，设置了数据压缩电路52，用来压缩被参照的外围象素(参照象素)的位数。数据压缩电路52之一例是ADRC编码电路。
作为数据压缩不限于ADRC编码(Adaptive Dyndmic RangeCoding)(自适应动态范围编码)，也可以有选择地使用DCT(Discrete Cosine Transform)(离散余弦变换)、VQ(矢量量化)、DPCM(Differential Pulse Code Modulasion)(差分脉码调制)、BTC(Block Transaction Coding)、以及非线性量化等方法。
在成块电路51中，根据电视信号的光栅扫描顺序，将输入的SD信号2扫描转换成图4所示的2维块的数据顺序。在图4的例中，假定3×3象素为一个块，分别含有a-i值的9个SD象素被包含在1个块中。在预侧值生成电路55中，由该1个块的SD象素生成位于中心附近的4个HD象素A-D的值。
图4所示的块只是一例，可用图5所示的由4个SD象素a-d构成的1维块代替它，也能生成HD象素的预测值。而且对于3维块也能生成HD象素的预测值。
在图5所示的1维排列中，由SD象素a、b、c生成HD象素A的分类和预测值，由SD象素a、b、c、d生成HD象素B的分类和预测值。学习时也用同样的关系生成分类和预测值。
现在说明作为数据压缩电路52能采用的ADRC编码。
ADRC利用象素的局部相关相应地除去电平方向的冗余码。如图6所示，在8位原数据具有的0-255的动态范围内，每个块再次量化所必要的块内的动态范围A、B与原动态范围相比，大幅度减小。因此，再次量化所必要的位数能由原来的8位大幅度降低。
假设比原位数(8位)少的分配位数为P、块的动态范围为DR、块内的象素值为X，则用下式(1)将块内的最大值MAX和最小值MIN之间22p等分，进行再量化。图7(a)示出了p＝3时的再量化。
DR＝MAX-MIN+1
Q＝[(x-MIN+0.5)×2p/DR]            (1)
这里，[z]表示z以下的最大整数。
其次，计算具有相当于图7(a)的p位再量化灰度电平中的(22p-1)的数据电平的块内象素的平均值，如图7(b)所示，将该值作为新的最大值MAX′。将具有相当于再量化灰度电平0的数据电平的块内象素的平均值作为新的最小值MIN′。根据新求出的最大值MAX′及最小值MIN′定义变更动态范围后，利用下式(2)进行再量化。
DR′＝MAX′-MIN′
q＝[(x-MIN′)×(2p-1)/DR′+0.5]       (2)
这里，[z]表示z以下的最大整数。
定义变更这种新的最大值MAX′、最小值MIN′、动态范围DR′的ADRC不受噪声的影响，能进行高效率的信息量压缩。
在ADRC中的量化特性、作为被复原的代表电平也可能具有与最大值MAX和最小值MIN相等的电平。
在2维块的例中，利用上述的ADRC从8位的值a-i压缩到各p位的n象素的值被供给分类代码发生电路53，利用式(3)生成指示所代表的类别的分类码class。 class = Σ i = 1 n q i ( 2 p ) i - - - - ( 3 )
现在以1位ADRC为例，参照图8说明ADRC编码电路。
在图8中，检测电路122对按照来自输入端121的块顺序转换了的数据检测各块内的象素值的最大值MAX和最小值MIN。这些最大值MAX和最小值MIN被供给减法电路123，该电路从最大值MAX减去最小值MIN，输出动态范围DR。另一方面，输入数据及最小值MIN被供给减法电路124，该电路从输入数据减去最小值MIN，输出初始化了的象素数据。
初始化了的输入数据及动态范围DR被供给除法电路125，该电路将初始化了的象素数据除以动态范围DR后供给比较电路126。比较电路126以0。5为基准，判断9个象素的除得结果较大还是较小，根据该结果产生｀0｀或｀1｀的1位数据DT。该数据DT被从输出端127取出。若用该1位ADRC进行分类，则3×3个象素的SD块的类别要用9位的分类码表现。
返回图3说明，从预测系数存储器54读出与分类码对应的预测系数，在预侧值生成电路55中，根据从成块电路51供给的以块为单位的SD数据和读出的预测系数W1-Wn，按照式(4)所示的线性1次耦合运算，生成HD象素的预测值Y’。
Y’＝W1X1+W2X2+...+WnXn                      (4)
在上述图4的例中为(n＝1、2、......、9)。对应于预测对象即目标HD象素的位置，具有图9所示的关系，规定的SD数据作为X1-X9使用。
即，生成1个块内的4个HD象素A-D各自的预测值时，根据目标HD象素变更与预测系数组合的SD象素。例如目标HD象素为A时，由式(5)生成HD象素A的预测值。
Y’＝W1a+W2b+W3c+...+Wni                     (5)
例如目标HD象素为B时，由式(6)生成HD象素B的预测值
Y’＝W1a+W2d+W3c+...+Wne                     (6)
这样，使生成同一块(换句话说，同一类别)的4个HD象素的预测值用的系数通用时，能削减预测系数存储器54的容量，且能减少对预测系数存储器54的访问次数。图9的系数所乘的值X1-X9和SD象素a-i的对应关系是根据目标HD象素和SD象素之间的距离规定的。
这里，X1-X9也可考虑例如由1位ADRC形成的分类码的9位。即，与1个块的中心附近的各个HD象素A-D有关的类别，只改变对SD象素a-i的值进行压缩编码后的值的顺序就能规定。然后，将这些值存入存储器，变更读出顺序即可。
图10是表示从SD信号到HD信号的向上转换处理顺序的流程图。
从步骤131开始向上转换的控制，在步骤132的数据成块化中，供给SD信号，如图4所示，进行按处理块单位取出SD象素的处理。步骤133的数据结束时，如果输入的全部数据的处理结束，便进入步骤137的结束，如果未结束，便转移到步骤134的分类确定的处理。
在步骤134的分类确定中，根据由SD信号电平的分布决定的模式确定类别。例如由利用1位ADRC压缩的数据确定类别。在步骤135中，从存储器读出与分类码对应的预测系数。在步骤136的预测运算中进行式(4)的运算，输出HD象素的预测值Y’。对全部数据反复进行这一系列处理，如果全部数据结束，便从步骤133的数据结束转移至步骤137的结束处理，向上转换的处理便告结束。
如上所述，通过预学习得到的预测系数存入预测系数存储器54中。现在说明该学习方法。图11是表示通过学习得到预测系数的装置的结构框图。
通过输入端141输入多个标准HD信号的静止图象，供给垂直消除滤波器142及学习部144。垂直消除滤波器142沿垂直方向消除HD信号，该垂直消除滤波器142所连接的水平消除滤波器143沿水平方向将HD信号消除1/2，于是，与SD信号象素数相同的图象信号被供给学习部144。预测系数存储电路146按照与设置在学习部144内的分类电路所决定的类别相对应的地址存储预测系数W1-Wn。
作为根据HD信号形成SD信号的方法，不限于使用消除滤波器，也可采用其它方法。如图4中的图象配置情况所示，也可利用2×2象素的4个象素(例如A、B、C、D)的平均值形成SD象素a的值。不只是简单的平均值，也可将与更大范围内的HD象素(例如1个块的HD象素)值的距离对应的加权平均值作为SD象素的值。
如图4中的排列所示，在学习部144中由3×3的SD象素构成一个块时，象素a-i和象素A、B、C、D构成一组学习数据。在一帧中存在多组学习数据，而且，通过增加帧数能利用组数非常多的学习数据。
学习部144压缩SD象素a-i，进行由压缩后的SD象素值的二维分布模式决定类别的分类，并进行利用最小二乘法确定各类别的预测系数的运算处理。分类处理与图3中的数据压缩电路52和分类代码发生电路53进行的处理是一样的。图12示出了对该学习部144进行软件处理时的工作流成程图。
从步骤151开始学习部144的处理，在步骤152的对应数据成块中，供给HD信号和SD信号，并对处于图4所示排列关系时的HD象素A-D及SD象素a-i进行取出处理。步骤153的数据结束时，如果输入的全部数据例如一帧数据的处理结束，则转移至步骤156的预测系数确定处理，如果未结束，则转移至步骤154的类别确定处理。
在步骤154的类别确定处理中，根据预测对象的HD象素A-D的周围多个SD象素a-i的电平分布模式，确定类别。如上所述，在该控制中为了减少位数，例如可通过ADRC编码压缩SD象素。在步骤155中用正规方程式进行加法运算时，生成后面所述的方程式(12)、(13)及(14)。
从步骤153的数据结束起全部数据处理结束后，处理转移至步骤156，在步骤156的预测系数确定中，用行列式解法求解后面所述的式(14)，确定预测系数。在步骤157的预测系数存储中，将预测系数存入存储器，在步骤158结束学习部144的一系列动作。
用图4中的象素排列对SD象素a-i进行压缩编码，根据编码后的值分类，这与上述的信号转换部相同。通过SD象素a-i的值和预测系数W1-W9的线性一次耦合，按图9所示的组合生成HD象素A-D的预测值，这一点也与上述相同。
现在更详细地说明求取根据SD象素值预测HD象素值用的系数的处理。
设SD象素值为X1-Xn、目标HD象素的真值为Y时，每一类由预测系数Wi-Wn决定的n型线性一次耦合用式(7)表示。
Y’＝W1X1+W2X2+...+WnXn                   (7)学习前，Wi是未定系数。
如上所述，对每一类的多个HD数据及SD数据进行学习。当数据数为m时，式(7)表达为式(8)。
Yj’＝W1Xj1+W2Xj2+...+WnXjn               (8)
(式中，j＝1、2、...m)
当m＞n时，Wi-Wn不能唯一地决定，所以由式(9)定义误差矢量e的要素，求使下式(10)为最小的预测系数。
ej＝Yj’-(W1Xj1+W2Xj2+...+WnXjn)          (9) E 2 = Σ j = 0 m { e j } 2 - - - - ( 10 )
式(10)是所谓最小自乘法的解法。如式(11)所示，求式(10)对Wi的偏微分系数。 ∂ E 2 ∂ w i = Σ j = 0 m 2 ( ∂ e j ∂ w i ) e j = Σ j = 0 m 2 X ij · e j - - - ( 11 )
而且，如果确定使式(11)为0的各Wi，则能求得预测系数。从而有 X ij = Σ p = 0 m X pi · X pj - - - - ( 12 ) Y i = Σ j = 0 m X ji · y j - - - ( 13 ) 如采用行列式，则有 X 11 X 12 … X 1 n X 21 X 22 … X 2 n … … … … … … … … X n 1 X n 2 … X nn w 1 w 2 . . w n Y 1 Y 2 . . Y n - - - ( 14 )
用括去法等一般的行列式解法对Wi求解式(14)，可求出预测系数Wi。然后以分类码为地址将该预测系数Wi存入存储器。
如上所述，学习部144能用实际数据即HD信号确定预测系数Wi，且将其存入存储器。然后，在学习部144确定的预测系数被存入图3中的预测系数存储器54。
其次，参照图13说明本发明的摄象装置的第2实施例。与图2所示的现有的摄象装置相同的部分标以相同的符号进行说明。
在图13中，被摄光通过光学系统21入射到分色棱镜22上。分色离棱镜22将被摄光分成红色光、绿色光及蓝色光，并分别入射到红色摄象用CCD23、绿色摄象用CCD24及蓝色摄象用CCD25。
红色摄象用CCD23、绿色摄象用CCD24及蓝色摄象用CCD25分别对入射的红色光、绿色光及蓝色光进行光电转换，输出R信号分量、G信号分量及B信号分量。这些R信号分量、G信号分量及B信号分量分别被供给视频放大器26、27及28。视频放大器26、27及28将所供给的R信号分量、G信号分量及B信号分量分别放大到规定的电平，分别供给A/D转换电路29、30及31。由这些A/D转换电路29、30及31中，R信号分量、G信号分量及B信号分量分别被转换成规定位数的数字信号。在这些A/D转换电路29、30及31转换成数字信号的R信号分量、G信号分量及B信号分量分别被供给R信号转换部200、G信号转换部210、B信号转换部220。
如图13所示，R信号转换部200具有成块电路201、数据压缩电路202、分类码发生电路203、预测系数存储器204、以及预测值生成电路205。
如图13所示，G信号转换部210具有成块电路211、数据压缩电路212、分类码发生电路213、预测系数存储器214、以及预测值生成电路215。
如图13所示，B信号转换部220具有成块电路221、数据压缩电路222、分类码发生电路223、预测系数存储器224、以及预测值生成电路225。
这些R信号转换部200、G信号转换部210及B信号转换部220的结构及动作原理与图3所示的R信号转换部50的结构及动作原理相同，故其说明从略。
在R信号转换部200、G信号转换部210及B信号转换部220中分别生成的高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量被供给信号处理电路230。信号处理电路230对所供给的高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量分别进行规定的信号处理及矩阵运算，生成高析象度的辉度信号Y及高析象度的色差信号R-Y、B-Y。在该信号处理电路2 30中高析象度的色差信号R-Y、B-Y被供给调制电路240。
该调制电路240根据高析象度的色差信号R-Y、B-Y，对彩色副载波信号进行正交双轴调制，将得到的高析象度的彩色信号供给加法器250的一个输入端。高析象度的辉度信号Y由信号处理电路230供给该加法器250的另一个输入端，该高析象度的辉度信号Y和来自调制电路240的高析象度的彩色信号相加，生成高析象度的数字复合视频信号，由输出端260输出。信号处理电路230、调制电路240及加法器250可用比图2所示的现有的摄象装置中用的信号处理电路32、调制电路34及加法器35更高的速度处理。
从信号处理电路230输出的高析象度的辉度信号Y及高析象度的色差信号R-Y、B-Y，作为高析象度的分量信号分别从输出端270、280及290输出。
其次，参照图14说明本发明的摄象装置的第3实施例。与图1所示的现有的摄象装置相同的部分标以相同的符号进行说明。
入射到光学系统1的被摄光通过滤色镜2入射到CCD3上。该滤色镜2是由例如黄色滤色镜、青绿色滤色镜及深红色滤色镜构成的互补色滤色镜。通过该滤色镜2入射到CCD3上的被摄光在CCD3中进行光电转换，作为摄象信号供给视频放大器4。该摄象信号由视频放大器4放大到规定的电平后供给A/D转换电路5。在该A/D转换电路5中摄象信号被转换成规定位数的数字信号。在A/D转换电路5中转换成数字信号的摄象信号被供给彩色分离电路6。
该彩色分离电路6将输入的数字摄象信号分成R信号分量、G信号分量及B信号分量，将它们供给信号处理电路7。信号处理电路7对所供给的R信号分量、G信号分量及B信号分量分别进行规定的信号处理及矩阵运算，生成辉度信号Y及色差信号R-Y、B-Y。在该信号处理电路7中生成的色差信号R-Y、B-Y被供给调制电路8。
该调制电路8根据色差信号R-Y、B-Y，对彩色副载波信号进行正交双轴调制，将获得的载波彩色信号供给加法器9的一个输入端。辉度信号Y由信号处理电路7供给该加法器9的另一个输入端，该辉度信号Y和来自调制电路8的彩色信号相加，生成数字复合视频信号。
从该加法器9输出的数字复合视频信号被供给信号转换部300，在该信号转换部300中转换成高析象度的数字复合视频信号，由输出端310输出。信号转换部300的结构及动作原理与图3所示的R信号转换部50的结构及动作原理相同，故其说明从略。构成图14所示的信号转换部300的成块电路301、数据压缩电路302、分类码发生电路303、预测系数存储器304及预测值生成电路305分别与构成图3所示的R信号转换部50的成块电路51、数据压缩电路52、分类码发生电路53、预测系数存储器54及预测值生成电路55对应。
其次，参照图15说明本发明的摄象装置的第4实施例。与图2所示的现有的摄象装置相同的部分标以相同的符号进行说明。
被摄光通过光学系统21入射到分色棱镜22上。分色棱镜22将被摄光分成红色光、绿色光及蓝色光，并分别入射到红色摄象用CCD23、绿色摄象用CCD24及蓝色摄象用CCD25。
红色摄象用CCD23、绿色摄象用CCD24及蓝色摄象用CCD25分别对入射的红色光、绿色光及蓝色光进行光电转换，输出R信号分量、G信号分量及B信号分量。这些R信号分量、G信号分量及B信号分量分别被供给视频放大器26、27及28。视频放大器26、27及28将所供给的R信号分量、G信号分量及B信号分量分别放大到规定的电平，分别供给A/D转换电路29、30及31。在这些A/D转换电路29、30及31中，R信号分量、G信号分量及B信号分量分别被转换成规定位数的数字信号。由这些A/D转换电路29、30及31中被转换成数字信号的R信号分量、G信号分量及B信号分量被供给信号处理电路32。
该信号处理电路32对所供给的R信号分量、G信号分量及B信号分量分别进行规定的信号处理及矩阵运算处理，生成辉度信号Y及色差信号R-Y、B-Y。在该信号处理电路32中生成的辉度信号Y及色差信号R-Y、B-Y分别供给R-Y信号转换部410及B-Y信号转换部420。
从信号处理电路32供给的色差信号R-Y，在R-Y信号转换部410中转换成高析象度的色差信号R-Y后输出。从信号处理电路32供给的色差信号B-Y在B-Y信号转换部420中转换成高析象度的色差信号B-Y后输出。
在信号处理电路32中生成的辉度信号Y被供给辉度信号转换部400。从信号处理电路32供给的辉度信号Y在辉度信号转换部400中转换成高析象度的辉度信号Y后输出。
如图15所示，辉度信号转换部400具有成块电路401、数据压缩电路402、分类码发生电路403、预测系数存储器404、以及预测值生成电路405。
如图15所示，R-Y信号转换部410具有成块电路411、数据压缩电路412、分类码发生电路413、预测系数存储器414、以及预测值生成电路415。
如图15所示，B-Y信号转换部420具有成块电路421、数据压缩电路422、分类码发生电路423、预测系数存储器424、以及预测值生成电路425。
辉度信号转换部400、R-Y信号转换部410及B-Y信号转换部420的结构及动作原理与图3所示的R信号转换部50的结构及动作原理相同，故其说明从略。
在R-Y信号转换部410及B-Y信号转换部420中分别生成的高析象度的色差信号R-Y、B-Y被供给调制电路430。该调制电路430根据高析象度的色差信号R-Y、B-Y，对彩色副载波信号进行正交双轴调制，将获得的高析象度的彩色信号供给加法器440的一个输入端。在辉度信号转换部400中生成的高析象度的辉度信号Y被该供给加法器440的另一个输入端，该高析象度的辉度信号Y和来自调制电路430的高析象度的彩色信号相加，生成高析象度的数字复合视频信号，由输出端450输出。调制电路430及加法器440可用比图2所示的现有的摄象装置中用的信号处理电路34及加法器35更高的速度处理。
从辉度信号转换部400输出的高析象度的辉度信号Y、从R-Y信号转换部410输出的高析象度的色差信号R-Y、及从B-Y信号转换部420输出的高析象度的色差信号B-Y作为高析象度的组合信号分别从输出端460、470及480输出。
本发明的摄象装置不限于从第1至第4实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变形，例如，可使预测系数存储器对R信号分量、G信号分量及B信号分量的转换处理通用化等。
如果采用本发明，则能提供一种不增加CCD象素数就能获得高析象度的视频信号的摄象装置。

Claims (11)

1.一种摄象装置，其特征在于具有：将通过滤色镜输入的被摄光转换成摄象信号的摄象器；从摄象器供给摄象信号并将摄象信号分为R信号分量、G信号分量及B信号分量的分离器；从分离器分别供给R信号分量、G信号分量及B信号分量并将R信号分量、G信号分量及B信号分量的析象度转换成更高的析象度而生成高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量的第1、第2、第3转换器；以及从第1、第2、第3转换器供给高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量并根据高析象度的R信号分量、高析象度的信号分量及高析象度的B信号分量生成辉度信号及彩色信号的信号处理器。
2.根据权利要求1所述的摄象装置，其特征在于：还具有根据从上述信号处理器输出的上述辉度信号及彩色信号生成复合视频信号的合成器。
3.根据权利要求1所述的摄象装置，其特征在于：上述第1、第2、第3转换器分别具有：将输入的信号分割成多个块的成块器；对每个被成块器分割成的块进行数据量压缩的压缩器；根据每个块中压缩后的数据电平分布模式、确定各块的类别并输出表示类别的信号的类别检测器；对应于各类别存储将输入信号转换成高析象度信号用的预测系数并输出与表示从类别确定器输出的类别的信号对应的预测系数的预测系数存储器；以及用从预测系数存储器输出的预测系数对输入信号进行预测运算处理并根据输入的信号生成高析象度信号的预测运算器。
4.一种摄象装置，其特征在于具有：将红色光、绿色光及蓝色光分别转换成R信号分量、G信号分量及B信号分量的第1、第2、第3摄象器；从第1、第2、第3摄象器分别供给R信号分量、G信号分量及B信号分量并将R信号分量、G信号分量及B信号分量的析象度转换成更高的析象度而生成高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量的第1、第2、第3转换器；以及从第1、第2、第3转换器供给高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量并根据高析象度的R信号分量、高析象度的G信号分量及高析象度的B信号分量生成辉度信号及彩色信号的信号处理器。
5.根据权利要求4所述的摄象装置，其特征在于：还具有根据从上述信号处理器输出的上述辉度信号及彩色信号生成复合视频信号的合成器。
6.根据权利要求4所述的摄象装置，其特征在于：上述第1、第2、第3转换器分别具有：将输入的信号分割成多个块的成块器；对每个被成块器分割成的块进行数据量压缩的压缩器；根据每个块中压缩后的数据电平分布模式、确定各块的类别并输出表示类别的信号的类别检测器；对应于各类别存储将输入信号转换成高析象度信号用的预测系数并输出与表示从类别确定器输出的类别的信号对应的预测系数的预测系数存储器；以及用从预测系数存储器输出的预测系数对输入信号进行预测运算处理并根据输入的信号生成高析象度信号的预测运算器。
7.一种摄象装置，其特征在于具有：将输入的被摄光转换成摄象信号的摄象器；从上述摄象器供给摄象信号并根据摄象信号生成辉度信号及第1、第2色差信号的信号处理器；以及从上述信号处理器分别供给辉度信号及第1、第2色差信号并将辉度信号及第1、第2色差信号的析象度转换成更高的析象度而生成高析象度的辉度信号及高析象度的第1、第2色差信号的第1、第2、第3转换器。
8.根据权利要求7所述的摄象装置，其特征在于：还具有根据从上述第1、第2、第3转换器输出的上述高析象度的辉度信号及高析象度的第1、第2色差信号生成复合视频信号的合成器。
9.根据权利要求7所述的摄象装置，其特征在于：上述第1、第2、第3转换器分别具有：将输入的信号分割成多个块的成块器；对每个被成块器分割成的块进行数据量压缩的压缩器；根据每个块中压缩后的数据电平分布模式、确定各块的类别并输出表示类别的信号的类别检测器；对应于各类别存储将输入信号转换成高析象度信号用的预测系数并输出与表示从类别确定器输出的类别的信号对应的预测系数的预测系数存储器；以及用从预测系数存储器输出的预测系数对输入信号进行预测运算处理并根据输入的信号生成高析象度信号的预测运算器。
10.一种摄象装置，其特征在于具有：将输入的被摄光转换成摄象信号的摄象器；从摄象器供给摄象信号并根据摄象信号生成辉度信号及彩色信号的信号处理器；从信号处理器供给辉度信号及彩色信号并根据辉度信号及彩色信号生成复合视频信号的合成器；以及从合成器供给复合视频信号、将复合视频信号的析象度转换成更高的析象度、生成并输出高析象度的复合视频信号的转换器。
11.根据权利要求11所述的摄象装置，其特征在于：上述转换器具有：将输入的信号分割成多个块的成块器；对每个被成块器分割成的块进行数据量压缩的压缩器；根据每个块中压缩后的数据电平分布模式、确定各块的类别并输出表示类别的信号的类别检测器；对应于各类别存储将输入信号转换成高析象度信号用的预测系数并输出与表示从类别确定器输出的类别的信号对应的预测系数的预测系数存储器；以及用从预测系数存储器输出的预测系数对输入信号进行预测运算处理并根据输入的信号生成高析象度信号的预测运算器。
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