JP2000078605A - ホワイトバランス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 黒体放射軌跡とその近似線との間に生じる誤
差を少なくして、より精度の高いホワイトバランス制御
装置を提供する。 【解決手段】 画像信号から輝度信号値Ｙと色差信号値
（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）を算出するカメラ信号処理回路１１
と、色差信号値（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）を受け、その色差信
号値が無彩色か否かをカラーベクトル座標上の黒体放射
軌跡に基づいて判定し、無彩色と判定された色差信号値
からホワイトバランス用ゲイン（Ｇｒ，Ｇｂ）を算出す
るホワイトバランス制御回路１２と、色差信号値Ｒ−Ｙ
にホワイトバランス用ゲインＧｒを乗算する第１の乗算
器１３と、色差信号値Ｂ−Ｙにホワイトバランス用ゲイ
ンＧｂを乗算する第２の乗算器１４とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像のホワイトバ
ランス制御を自動的に行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラ等により撮像された画像をディス
プレイ等で表示する場合に、画面の白色領域は赤、青、
緑の三原色をすべて発光させることにより表示される。
そのため、上記三原色の発色具合により、白色が赤色に
偏ったり、青色に偏ったりする。この三原色の発色具合
を調整して、白色を正しく表示できるように画像を制御
することをホワイトバランス制御という。

【０００３】従来のホワイトバランス制御は以下のよう
に行われる。まず、カメラ等で撮像された画像の各画素
信号から輝度値Ｙと色差信号値（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）を得
る。得られた色差信号値に基づいて、その画素が無彩色
かどうかを判定する。この判定は、黒体放射軌跡を基準
として行う。

【０００４】黒体は、あらゆる波長の電磁波を完全に吸
収する理想的な物体であり、常温では黒く見えるが、黒
体の温度が上昇するに伴い、赤、橙、黄、白、青の順に
見えるものである。これらの色は、色温度として温度単
位ケルビンにより表される。黒体放射軌跡は、上記黒体
の温度変化に伴う色の変化を、上記色差信号値を用いて
カラーベクトル座標に表現した曲線である。カラーベク
トル座標は、色差信号値（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）を座標軸と
し、ベクトルの方向が色相を、ベクトルの大きさ（絶対
値）が彩度を表すものである。

【０００５】ある画面中の各画素を無彩色か否か判定す
る場合には、黒体放射軌跡を近似した直線が用いられ
る。図５はカラーベクトル座標上に黒体放射軌跡とその
近似直線を表したものである。図において、１は黒体放
射軌跡であり、２及び３は該黒体放射軌跡１の近似直線
であり、ともにカラーベクトル座標の原点を通ってい
る。判定に際しては、上記近似直線２又は３のいずれを
用いてもよいが、用いるべき近似直線は予め定められて
いる。各画素の色差信号値と近似直線２又は３との距離
を求め、該距離が所定の閾値より小さい場合に、その画
素は無彩色であると判定する。上記近似直線２又は３以
外の適当な近似直線を用いて判定を行ってもよい。

【０００６】この判定を一画面全体について行い、無彩
色と判定された画素のみを用いて、カラーベクトル座標
のＲ−Ｙ方向及びＢ−Ｙ方向のそれぞれについて一画面
分積分する。一般に、低彩度の画素をＲ−Ｙ方向及びＢ
−Ｙ方向のそれぞれについて一画面分積分すると、その
結果得られた値は、黒体放射軌跡上に位置するという性
質がある。この性質を利用し、上記積分の結果値と黒体
放射軌跡との差を求め、該積分結果値が黒体放射軌跡上
に位置するように補正する。これにより、ホワイトバラ
ンス制御が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法を用いたホワイトバランス制御装置は、黒体放射軌跡
を一つの直線で近似してホワイトバランス制御を行うも
のであるので、黒体放射軌跡との誤差が大きいという問
題がある。

【０００８】例えば、図５に示す近似直線２を用いた場
合には、原点から遠ざかるに従い黒体放射軌跡との誤差
が大きくなる。近似直線３を用いた場合には、座標軸
（Ｂ−Ｙ）の負領域では精度よく黒体放射軌跡を近似で
きるが、正領域では誤差が大きくなる。

【０００９】本発明は、上記問題を鑑みてなされたもの
であり、黒体放射軌跡とその近似線との間に生じる誤差
を少なくして、より精度の高いホワイトバランス制御装
置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１）に係
るホワイトバランス制御装置は、画像信号を入力とし、
該画像信号にホワイトバランス用ゲインを乗算して、画
像のホワイトバランス制御を行うホワイトバランス制御
装置において、画像を構成する画素毎に、上記画像信号
から輝度信号と色差信号とを算出する信号処理手段と、
そのベクトルの方向及び長さが色相及び彩度を表すもの
であるカラーベクトル座標の原点を通過する黒体放射軌
跡を、該原点を境とした二つの領域に分割し、その分割
した領域毎に求めた近似直線を結合したものである近似
線に基づいて、上記各画素毎の色差信号から、該近似線
の近傍にある色差信号を選択し、その選択された色差信
号を積分した結果と該近似線とに基づいて上記ホワイト
バランス用ゲインを算出するホワイトバランス制御手段
と、上記各画素毎の色差信号に上記ホワイトバランス用
ゲインを乗算する乗算手段とを備えたものである。

【００１１】また、本発明（請求項２）は、請求項１に
記載のホワイトバランス制御装置において、上記ホワイ
トバランス制御手段は、上記積分結果がカラーベクトル
座標の原点を含む所定領域以外にある場合は、上記積分
結果と上記近似線とに基づいて、該積分結果を該近似線
上に位置せしめるホワイトバランス用ゲインを算出し、
上記積分結果が該領域内にある場合は、ホワイトバラン
ス用ゲインを一定値とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、説明する。図１は、本発明の実施の形態によるホワ
イトバランス制御装置の構成を説明するためのブロック
図である。図において，１００は上記ホワイトバランス
制御装置であり、ＣＣＤカメラ１０１から出力される画
像信号を入力とし、ホワイトバランス制御を行った画像
信号を出力するものである。

【００１３】上記ホワイトバランス制御装置１００は、
画像信号から輝度信号値Ｙと色差信号値（Ｂ−Ｙ，Ｒ−
Ｙ）を算出するカメラ信号処理回路１１と、色差信号値
（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）を受け、その色差信号値が無彩色か
否かをカラーベクトル座標上の黒体放射軌跡に基づいて
判定し、無彩色と判定された色差信号値からホワイトバ
ランス用ゲイン（Ｇｒ，Ｇｂ）を算出するホワイトバラ
ンス制御回路１２と、色差信号値（Ｒ−Ｙ）にホワイト
バランス用ゲインＧｒを乗算する第１の乗算器１３と、
色差信号値（Ｂ−Ｙ）にホワイトバランス用ゲインＧｂ
を乗算する第２の乗算器１４とからなる。

【００１４】次に動作について説明する。ＣＣＤカメラ
１０１で撮影された画像は、画像信号として上記ホワイ
トバランス制御装置１００に出力される。カメラ信号処
理回路１１は、該画像信号から画像中の各画素毎に輝度
信号値Ｙと色差信号値（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）とを算出す
る。ホワイトバランス制御回路１２は、上記色差信号値
を受け、黒体放射軌跡に基づいてその各画素毎の色差信
号値が無彩色に該当するか否かを判断する。

【００１５】以下、その判断方法について記載する。図
２は上記色差信号値が無彩色に該当するか否かを判断す
る方法を説明するための図であり、図に示された座標
は、横軸を色差信号値（Ｂ−Ｙ）と、縦軸を色差信号値
（Ｒ−Ｙ）としたカラーベクトル座標である。

【００１６】図において、１は黒体放射軌跡を表す曲線
であり、該曲線は座標原点を通過するものである。４
は、上記曲線１の近似線であり、原点よりＲ−Ｙ軸正側
部分の曲線１の近似直線と、Ｒ−Ｙ軸負側部分の曲線１
の近似直線とを座標原点で結合したものである。

【００１７】また、斜線で示された領域Ｐ，Ｑは、予め
設定された無彩色領域であり、上記色差信号値がこの無
彩色領域内にあるとき、その色差信号値は無彩色に該当
すると判断する。

【００１８】図３は、上記色差信号値が無彩色領域内に
あるか否かを判断する方法を説明するための図である。
まず、図３(a) に示す座標軸を用いて判断する。図にお
いて、座標軸Ｘ，Ｙは、カラーベクトル座標の座標軸
を、そのＲ−Ｙ軸と、Ｒ−Ｙ軸正側部分の近似線４とが
一致するまで反時計回りにａ度回転したものであり、角
度ａは約３０度である。

【００１９】図３(b) は、上記Ｙ軸近傍の無彩色領域Ｐ
を説明するための図である。該無彩色領域Ｐは、予め任
意に定められた領域であり、Ｘ，Ｙ軸成分値（Ｘｎ，Ｙ
ｎ）が以下に示す〔式１〕を満たす領域である。

【００２０】〔式１〕 −ｘ₁ ＜Ｘｎ＜ｘ₁ ，−ｘ₁ ＜Ｙｎ＜ｙ₁ 判定すべき色差成分値（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）は、以下に示
す〔式２〕によりＸ，Ｙ軸成分値（Ｘｎ，Ｙｎ）に変換
する。

【００２１】〔式２〕 Ｘｎ＝（Ｒ−Ｙ）sin ａ−（Ｂ−Ｙ）cos ａ Ｙｎ＝（Ｒ−Ｙ）cos ａ＋（Ｂ−Ｙ）sin ａ 上記〔式２〕により求めたＸ，Ｙ成分値（Ｘｎ，Ｙｎ）
が〔式１〕を満たせば、色差成分値（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）
は無彩色領域Ｐ内にあると判断する。上記判断で、無彩
色領域Ｐ内にあるとされない場合は、図３(c) に示す座
標軸Ｘ’，Ｙ’を用いて判断する。図において、座標軸
Ｘ’，Ｙ’は、カラーベクトル座標の座標軸を、そのＢ
−Ｙ軸と、Ｒ−Ｙ軸負側部分の近似線４とが一致するま
で時計回りにｂ度回転したものであり、角度ｂは約３０
度である。

【００２２】図３(d) は、上記Ｘ’軸における無彩色領
域Ｑを説明するための図である。該無彩色領域Ｑは、予
め任意に定められた領域であり、Ｘ’，Ｙ’軸成分値
（Ｘｎ’，Ｙｎ’）が以下に示す〔式３〕を満たす領域
である。

【００２３】〔式３〕 −ｙ₂ ＜Ｘｎ’＜ｘ₂ ，−ｙ₂ ＜Ｙｎ’＜ｙ₂ 判定すべき色差成分値（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）は、以下に示
す〔式４〕によりＸ’，Ｙ’軸成分値（Ｘｎ’，Ｙ
ｎ’）に変換する。

【００２４】〔式４〕 Ｘｎ’＝（Ｒ−Ｙ）sin ａ−（Ｂ−Ｙ）cos ａ Ｙｎ’＝（Ｒ−Ｙ）cos ａ−（Ｂ−Ｙ）sin ａ 上記〔式４〕により求めたＸ’，Ｙ’成分値（Ｘｎ’，
Ｙｎ’）が〔式３〕を満たせば、色差成分値（Ｂ−Ｙ，
Ｒ−Ｙ）は無彩色領域Ｑ内にあると判断する。上記無彩
色領域Ｐ又はＱ内にあると判断された画素は、無彩色に
該当すると判断する。

【００２５】上記方法により、一画面中の各画素すべて
について無彩色に該当するか否かを判断し、無彩色と判
断された画素の色差信号値成分値（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）そ
れぞれを一画面分積分する。その積分結果を（Ｂ−Ｙ
ｆ，Ｒ−Ｙｆ）とする。

【００２６】以下、上記積分結果に基づいて、色差信号
値（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）に乗算するホワイトバランス用ゲ
イン（Ｇｂ，Ｇｒ）を算出する方法について説明する。
図４は、上記ホワイトバランス用ゲイン（Ｇｂ，Ｇｒ）
を算出する方法を説明するための図であり、図に示され
た座標は、横軸を色差信号値（Ｂ−Ｙ）、縦軸を色差信
号値（Ｒ−Ｙ）としたカラーベクトル座標である。

【００２７】図において、４は黒体放射軌跡の近似線で
あり、斜線で示した領域Ｒは、以下に示す〔式５〕を満
たすものである。

【００２８】〔式５〕 −Ｔｈ＜Ｂ−Ｙ＜Ｔｈ −Ｔｈ＜Ｒ−Ｙ＜Ｔｈ 上記積分結果（Ｂ−Ｙｆ，Ｒ−Ｙｆ）が上記領域Ｒ内に
ある場合は、ホワイトバランス用ゲイン（Ｇｂ，Ｇｒ）
は以下に示す〔式６〕により算出する。

【００２９】〔式６〕 Ｇｂ＝Ｇｒ＝１ 次に、上記積分結果（Ｂ−Ｙｆ，Ｒ−Ｙｆ）が図４(a)
における点Ａのような位置にある場合、すなわち領域Ｒ
内にない場合であって、該積分結果のうち（Ｂ−Ｙｆ）
が負である場合は、以下に示す〔式７〕により算出す
る。

【００３０】〔式７〕 Ｇｂ＝（Ｂ−Ｙｋ）／（Ｂ−Ｙｆ）＝tan ａ・（Ｒ−Ｙ
ｆ）／（Ｂ−Ｙｆ） Ｇｒ＝１ 角度ａを２６．５度とすれば、〔式７〕は次のような簡
単な演算式となる。

【００３１】〔式７’〕 Ｇｂ＝０．５・（Ｒ−Ｙｆ）／（Ｂ−Ｙｆ） Ｇｒ＝１ また、上記積分結果が図４(b) における点Ｂのような位
置にある場合、すなわち領域Ｒ内にない場合であって、
該積分結果のうち（Ｂ−Ｙｆ）が正である場合は、以下
に示す〔式８〕により算出する。

【００３２】〔式８〕 Ｇｂ＝（Ｒ−Ｙｋ）／（Ｒ−Ｙｆ）＝tan ａ・（Ｂ−Ｙ
ｆ）／（Ｒ−Ｙｆ） Ｇｒ＝１ 角度ａが２６．５度とすれば、〔式８〕は次のような簡
単な演算式となる。

【００３３】〔式８’〕 Ｇｂ＝０．５・（Ｒ−Ｙｆ）／（Ｂ−Ｙｆ） Ｇｒ＝１ 上記方法により求めたホワイトバランス用ゲイン（Ｇ
ｂ，Ｇｒ）を、色差信号値（Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙ）にそれぞ
れ乗算する。これにより、色差信号値に対して、黒体放
射軌跡に基づくホワイトバランス制御を行う。

【００３４】このように、本実施の形態のホワイトバラ
ンス制御装置によれば、カラーベクトル座標上の黒体放
射軌跡を近似する際に、座標原点にて結合した二本の直
線を近似線として用いるようにしたことにより、各近似
線ごとに無彩色領域を設定して無彩色判定を行うことが
できるため、より精度の高いホワイトバランス制御を行
うことができる。

【００３５】また、本実施の形態のホワイトバランス制
御装置によれば、近似線の傾きを適切に選択することに
より、ホワイトバランス用ゲインを簡単な演算により求
めることができる。

【００３６】また、本実施の形態のホワイトバランス制
御装置によれば、無彩色判定により無彩色と判定された
画素の色差信号値の積分結果が、カラーベクトル座標の
原点付近領域以外の領域にある場合は、該色差信号値の
積分結果を上記近似線上に位置するようなホワイトバラ
ンス用ゲインを算出し、また、上記色差信号値の積分結
果がカラーベクトル座標の原点付近領域内にある場合
は、ホワイトバランス用ゲインを一定値とするようにし
たことにより、ホワイトバランス用ゲインが必要以上に
大きな値になることを防止することができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明（請求項１）によれば、画像信号
を入力とし、該画像信号にホワイトバランス用ゲインを
乗算して、画像のホワイトバランス制御を行うホワイト
バランス制御装置において、画像を構成する画素毎に、
上記画像信号から輝度信号と色差信号とを算出する信号
処理手段と、そのベクトルの方向及び長さが色相及び彩
度を表すものであるカラーベクトル座標の原点を通過す
る黒体放射軌跡を、該原点を境とした二つの領域に分割
し、その分割した領域毎に求めた近似直線を結合したも
のである近似線に基づいて、上記各画素毎の色差信号か
ら、該近似線の近傍にある色差信号を選択し、その選択
された色差信号を積分した結果と該近似線とに基づいて
上記ホワイトバランス用ゲインを算出するホワイトバラ
ンス制御手段と、上記各画素毎の色差信号に上記ホワイ
トバランス用ゲインを乗算する乗算手段とを備えたもの
としたので、黒体放射軌跡とその近似線との間に生じる
誤差を少なくすることができる。これにより、精度の高
いホワイトバランス制御を行うことができる。

【００３８】また、本発明（請求項２）によれば、請求
項１に記載のホワイトバランス制御装置において、上記
ホワイトバランス制御手段は、上記積分結果がカラーベ
クトル座標の原点を含む所定領域以外にある場合は、上
記積分結果と上記近似線とに基づいて、該積分結果を該
近似線上に位置せしめるホワイトバランス用ゲインを算
出し、上記積分結果が該領域内にある場合は、ホワイト
バランス用ゲインを一定値とするものであるので、ホワ
イトバランス用ゲインが必要以上に大きな値になること
を防止することができる。これにより、一層精度の高い
ホワイトバランス制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態によるホワイトバランス
制御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 色差信号値の判断方法を説明するためカラー
ベクトル座標を示す図である。

【図３】 色差信号値が無彩色領域内にあるか否かを判
断する方法を説明するためのカラーベクトル座標を示す
図である。

【図４】 ホワイトバランス用ゲインを算出する方法を
説明するためのカラーベクトル座標を示す図である。

【図５】 従来のホワイトバランス制御装置によるホワ
イトバランス制御方法を説明するためのカラーベクトル
座標を示す図である。

【符号の説明】

１１ カメラ信号処理回路 １２ ホワイトバランス制御回路 １３ 第１の乗算器 １４ 第２の乗算器 １００ ホワイトバランス制御装置 １０１ ＣＣＤ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号を入力とし、該画像信号にホワ
   イトバランス用ゲインを乗算して、画像のホワイトバラ
   ンス制御を行うホワイトバランス制御装置において、 画像を構成する画素毎に、上記画像信号から輝度信号と
   色差信号とを算出する信号処理手段と、 そのベクトルの方向及び長さが色相及び彩度を表すもの
   であるカラーベクトル座標の原点を通過する黒体放射軌
   跡を、該原点を境とした二つの領域に分割し、その分割
   した領域毎に求めた近似直線を結合したものである近似
   線に基づいて、上記各画素毎の色差信号から、該近似線
   の近傍にある色差信号を選択し、その選択された色差信
   号を積分した結果と該近似線とに基づいて上記ホワイト
   バランス用ゲインを算出するホワイトバランス制御手段
   と、 上記各画素毎の色差信号に上記ホワイトバランス用ゲイ
   ンを乗算する乗算手段とを備えたことを特徴とするホワ
   イトバランス制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のホワイトバランス制御
   装置において、 上記ホワイトバランス制御手段は、上記積分結果がカラ
   ーベクトル座標の原点を含む所定領域以外にある場合
   は、上記積分結果と上記近似線とに基づいて、該積分結
   果を該近似線上に位置せしめるホワイトバランス用ゲイ
   ンを算出し、上記積分結果が該領域内にある場合は、ホ
   ワイトバランス用ゲインを一定値とするものであること
   を特徴とするホワイトバランス制御装置。