JP2003087818A - 白バランスを得るための照明光の色推定方法および撮像装置 - Google Patents

白バランスを得るための照明光の色推定方法および撮像装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】色信号から光源の色を推定し、それを白くする
よう色信号の利得調整をおこない白バランスをとる。 【解決手段】 平均色データが307で青の場合は、こ
の平均色データから青成分を低減する。すなわち左下4
5度方向に線を引き横軸と交わった点を光源の色として
推定する。この場合光源は白色照明光の色と同じとな
り、この光源の色を白としても平均色データによる青み
はほとんど低減されない。平均色データが302でシア
ンがかった緑の場合は、この平均色データからシアン成
分を低減する。すなわち左上45度方向に破線を引き、
横軸との交点を求める。このとき色温度軸の符号が負で
平均色データの色温度座標の符号と違ってしまう。この
場合は、光源の推定色の横軸の値を0にする。このよう
にして、色平均データから照明光の色を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、白バランスを得
るための照明光の色推定手法およびその推定方法を用い
た撮像装置に関する。特にこの発明は、電子スチルカメ
ラやムービー・ビデオカメラ等で、照明光の色温度によ
らず良好な画像が得られるようにするための技術であ
る。
【0002】
【従来の技術】電子スチルカメラやムービー・ビデオカ
メラには、自動白バランス調整技術が採用されている。
カメラの内部回路では、被写体を撮影して得た信号から
色差信号(ER−EY)および(EB−EY)が生成さ
れる。自動白バランス調整を実現するために各色差信号
(ER−EY)および(EB−EY)は、それぞれ画面
全体にわたって積分される。そして、各色差信号の各積
分平均値がそれぞれ所定の基準レベルになるように赤・
青の信号の利得が制御される。
【0003】しかし、この自動白バランス調整方法で
は、飽和度の高い色信号が存在すると各積分平均値がそ
の飽和度の高い色信号に振られ(影響を受けて)白バラ
ンスがとれないという問題がある。
【0004】この問題を解決するために特開平1-46393
号公報では、各積分平均値を求める際に、各色差信号に
対してそれぞれ強い色差信号検出用のスライスレベルA
を設定する。そして、各色差信号のうち設定されたスラ
イスレベルAを越える強色差信号が存在した場合、該強
色差信号を弱い色差信号に置き換え、これを積分する。
【0005】この結果、強色差信号は、そのスライスレ
ベルよりも低い側の弱い色差信号で置き換えられるの
で、飽和度の高い色信号に白バランスが影響を受けて白
バランスが大きくずれるというようなことはなくなる。
しかし、弱い色差信号に強い色差信号を置き換えた場
合、双方のレベル差の分だけ、画像上の再現色が薄くな
る。また、同系色の色の被写体を撮影した場合にも、画
像上の再現色が薄くなるという問題があった。
【0006】また、家庭用の蛍光灯の照明光のもとで、
被写体を撮影すると全体が緑がかった画像が得られるこ
とはよく知られている。これは蛍光灯の照明光の発光色
は白熱光源より緑成分が多いためである。蛍光灯照明光
に対して白バランスを取れるようにするには、色差信号
のスライスレベルを緑方向に広く取らなければならな
い。しかしながら、スライスレベルを緑方向に広く設定
すると樹木の緑が多く含まれる屋外撮影時は、緑が薄く
なり、また白が淡いマゼンタ色になるという問題があっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の自動白
バランスの照明光の色推定方法では、強色差信号をその
スライスレベルよりも弱い色差信号で置き換えた場合、
所定のレベル分だけ色が薄くなったり、同系色の色を撮
影した場合にも色が薄くなる問題がある。また、特に蛍
光灯照明での撮影時に白バランスを取れるようにする
と、緑の多い屋外風景撮影時に白バランスがずれるとい
う問題があった。
【0008】そこで、この発明の目的は、色が薄くなり
にくく、且つ屋外風景撮影時を蛍光灯照明時と誤認しな
い自動白バランスの照明光の色推定方法及び撮像装置を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明は、照明光の色に基づいて色信号の利
得を制御して白バランスを得るために、まず照明光の色
を正確に推定する方法及び手段を有するものである。撮
像素子の出力信号は、まず、所定色温度の照明光の環境
下で、3原色信号の信号レベルを同一化されている。被
写体撮像時には、前記撮像素子からの3原色画像信号の
平均値を取る。次に、平均値に基づき得られた赤信号と
青信号のどちらか大きなレベルの信号を、赤信号と青信
号の乗算平均より緑信号が大きい時は緑信号とともに同
一割合で、緑信号が小さいときは単独で、減少して求め
た赤信号と青信号の乗算平均と緑信号が同一レベルにな
る点を照明光の色と推定することを特徴とする。
【0010】上記したこの推定方法では、画像中の色か
ら3原色信号の強い色成分を減少させて、光源の色とす
るための色味が保存された白バランスが実現できる照明
光の色推定が可能となる。
【0011】また、撮像素子から得られた映像信号から
3源色信号を作成し、前記3原色信号のうち赤および青
の信号利得を調整する自動白バランス機能を有した画像
入力部を有する撮像装置にあって、被写体像を電気信号
に変える撮像素子からの画像信号から照明光を推定し、
3原色信号に利得補正を施して3原色信号のバランスを
とる自動白バランス回路に、所定色温度の照明光の3原
色信号の信号レベルを同一化した前記撮像素子からの3
原色画像信号の平均値を取り、これに基づき得られた赤
信号と青信号のどちらか大きなレベルの信号を、赤信号
と青信号の乗算平均より緑信号が大きい時は緑信号とと
もに同一割合で、緑信号が小さいときは単独で、減少し
て求めた赤信号と青信号の乗算平均と緑信号が同一レベ
ルになる点を照明光の色と推定する手法により、推定し
た照明光の色に基づいて赤および青の信号利得を決定す
る。
【0012】これにより、画像中の色から3原色信号の
強い色成分を減少させて、光源の色とするための色味が
保存された白バランスを実現する照明光の色推定が可能
となり、良好な白バランス機能を搭載した撮像装置が実
現できる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0014】図1は、この発明の第1の実施の形態につ
いて説明するためのブロック図である。レンズ101に
より取込まれた被写体の光学像は、固体撮像素子102
上に結像する。固体撮像素子102は、各画素に入射し
た光量を光電変換し、映像信号を出力する。映像信号
は、色分離回路103に入力される。色分離回路103
は、映像信号から3原色信号(赤(R)、緑(G),青
(B)信号)を分離して出力する。積分回路104a、
104b、104cは、それぞれ赤(R)、緑(G),
青(B)信号を積分して、各信号の平均値(平均色デー
タ)を出力する。
【0015】マルチプレクサ105は、各原色信号を順
次選択し、マイクロコンピュータ106に各原色信号の
平均値を渡す。マイクロコンピュータ106は次に述べ
るアルゴリズムで、光源の色を推定し、R増幅器107
とB増幅器108の利得を制御する信号を出力する。こ
れにより、カメラプロセス回路109には、白バランス
のとれたRGB信号が入力される。
【0016】図2は、この発明に係る照明光の色の推定
方法の説明に使う色座標系を説明するための説明図であ
る。
【0017】照明光源としては、ローソク、白熱電球及
び太陽光のように発光スペクトルが黒体輻射の式に従う
光源が一般的である。このような光源は、色温度と呼ば
れる指標によりその照明光の色を規定することができ
る。たとえば色温度が低いローソクは橙色っぽい照明光
に相当し、色温度が高い昼の太陽光は、青白い照明光に
相当する。
【0018】このような光源で照明された白い被写体を
写したときの固体撮像素子出力のR、G、B信号の信号
量は、次のような特性を示す。即ち、光源の色温度が低
い場合、G信号に対してR信号が大きく、G信号に対し
てB信号が小さくなる。反対に光源の色温度が高い場
合、G信号に対してR信号が小さく、G信号に対してB
信号が大きくなる。
【0019】より詳しく調べると、R/GとB/Gの積
は、白色光源の場合一定になっている。従って、たとえ
ば4500Kの色温度の照明光のもとでR、G、B信号
の各レベルを同一にした場合、横軸にB/Rの対数(L
OG(B/R))をとり、縦軸に(B/G・R/G)の
対数(LOG(RB/GG))をとると、図2のように
表される。すると、この座標系では、横軸は、4500
Kを中心に図面上で、右方向に行くほど色温度が高いと
いう対応づけができる。また、縦軸は、白色光源に比べ
て緑成分が少なければ少ないほど図面上で上方向にな
り、緑成分が多ければ多いほど図面上で、下方向にな
る。この座標を色座標系と言う。
【0020】この色座標系の縦軸、横軸情報は、例えば
マイクロコンピュータ内のメモリ、或は外部メモリに保
存されている。
【0021】上記した平均色データ(平均値)からこの
色座標系の座標を、次のようにして高速に求めることが
できる。まず、各平均色データにより、R、G、Bレベ
ルの対数をルックアップテーブルで求める。この対数値
にR、G、Bに対応した利得補正項を加えることで、例
えば4500Kの色温度の照明時の対数変換値LOG
(R)、LOG(G)、LOG(B)を同一値にするこ
とができる。
【0022】この値をもとに、平均色データによる色座
標は、横軸がLOG(B)−LOG(R),縦軸がLO
G(R)+LOG(B)−LOG(G)−LOG(G)
である。したがって、平均色データを対数変換さえすれ
ば、あとは加減算だけで、各平均色データの座標位置を
高速に求めることができる。この座標位置は、照明光の
色推定のためのデータである。
【0023】上記のように、色座標系を設定することが
できる。つまり、所定色温度の照明光に対し3原色信号
の信号レベルを同一化している。また、実際にこの座標
系を使用するときには、平均色データの色座標上の位置
を容易に求めることができる。
【0024】この色座標系では、中央部の色温度の広が
りを持った横長の楕円領域が白い色の範囲となる。例え
ば、青は相対的に赤及び緑が少なく、青が多い色なの
で、この色座標系では右上方向の領域に位置し、原点か
ら遠いほど飽和度の高い色として位置付けられる。
【0025】この座標系では、同様に、シアン系(空色
系)の色は右下の領域に位置付けられ、緑系の色は原点
の下方向の領域に位置付けられる。また、黄系の色は左
下の領域に位置付けられ、橙系の色は原点の左の領域に
位置付けられ、赤系の色は左上の領域に位置付けられ
る。そして、マゼンタ系(紫系)の色は原点の上の領域
に位置付けられる。
【0026】どの色に対しても原点から遠ざかるほど色
飽和度が高い色として位置付ける色座標系である。
【0027】図3は、この発明に係る照明光の色の推定
方法を説明するための説明図である。例えば、平均色デ
ータが31で示されるシアンを示す場合には、この平均
色データから緑成分と青成分を同一割合で減少させてみ
る。即ち、左上45度方向に線を引き横軸と交わった点
を、光源の色として推定する。
【0028】また、例えば、平均色データが307で示
される青を示す場合には、この平均色データから青成分
を低減する。すなわち、左下45度方向に線を引き横軸
と交わった点を、光源の色として推定する。この手法に
よれば、光源はある色温度の白色照明光の色と同じであ
り、しかもこの光源の色を白としても平均色データに対
応する色(青み)はほとんど低減されないこととなる。
【0029】つまり、本発明では、同一化した前記撮像
素子からの3原色信号の平均値を取り、これに基づき得
られた赤信号と青信号のどちらか大きなレベルの着目信
号を特定する(上記の例では301或は307)。次
に、赤信号と青信号を乗算し緑信号で割り算した座標値
(縦軸LOG(RB/GG)上の値)より、緑信号が大
きい時(上記の例では301のシアン系の時)は、前記
着目信号を緑信号とともに同一割合で減少させている。
逆に、座標値より緑信号が小さいときは(上記の例では
307の青)、前記着目信号を単独で、減少させてい
る。減少処理は、色味の低減とも言う。
【0030】そして、前記減少処理により求めた前記着
目信号の座標値が前記緑信号の値と同一レベルになる座
標点(つまり図の例では横軸)に対応する色を照明光の
色と推定している。
【0031】また、平均色データが302で示されるシ
アンがかった緑を示す場合には、この平均色データから
シアン成分を低減してみる。すなわち、左上45度方向
に線(破線)を引き横軸との交点を求めると色温度軸の
符号が負で、平均色データの色温度座標の符号と違って
しまう。これは、平均色データによる色味と違う色味を
低減させたことを意味する。この場合には、照明光の色
の推定のための横軸の値を0にする。
【0032】このようにして求めた光源の色座標に基づ
いて白色基準を定めた場合の平均色データは、シアン傾
向の緑と正常に白バランスがとれた信号として出力でき
る。
【0033】また、平均色データが305で示される赤
を示す場合には、この平均色データから赤成分を低減す
る。すなわち、右下45度方向に線を引き横軸と交わっ
た点を、光源の色として推定する。この手法によれば、
光源はある色温度の白色照明光の色と同じであり、しか
もこの光源の色を白としても平均色データに対応する色
(赤み)はほとんど低減されないこととなる。
【0034】また、平均色データが306で示されるマ
ゼンタがかった赤を示す場合には、この平均色データか
らマゼンタ成分を低減してみる。すなわち、右下45度
方向に線(破線)を引き横軸との交点を求める。この場
合は、色温度の符号が負で、平均色データの色温度座標
の符号と違ってしまう。これは、平均色データによる色
味と違う色味を低減させたことを意味する。この場合に
は、照明光の色の推定のための横軸の値を0にする。
【0035】この照明光の色の推定手法を式で表すと次
のようになる。この色座標系での平均色データの座標位
置を(t,m)とすると、光源の座標位置は t>0のとき max(t−ABS(m),0) ・・・ (1) t<0のとき min(t+ABS(m),0) ・・・ (2) で求められる。ここで、ABS()は引数の絶対値を返
す関数、max()は最大値を求める関数、min()
は最小値を求める関数である。すなわち、tが0より大
きいときは、mの絶対値をtから差し引いた結果とな
る。しかしこの結果が負になる場合は強制的に結果を0
にする。同様にtが0より小さいときは、mの絶対値を
tに加えた結果となる。しかしこの結果が、正になる場
合は強制的に結果を0にする。
【0036】このようにして推定した照明光の色の座標
位置を(Kt,Km)として、4500K色温度での
R、B信号に対する白バランス利得をそれぞれAr
Abとおくと、R増幅器107とB増幅器108の利
得Ar,Abをそれぞれ、 Ar=Ar・EXP((Kt−Km)/2) ・・・ (3) Ab=Ab・EXP((−Kt−Km)/2) ・・・ (4) と制御することで、所定色温度範囲内の白色光源で照明
された白い被写体に対してR、G、B信号はレベルの揃
った信号として得られる。
【0037】一方、照明の雰囲気を残したい場合には、
照明光の色の色温度方向の座標値に低減率Cを乗じ、 Ar=Ar・EXP((C・Kt−Km)/2) ・・・ (5) Ab=Ab・EXP((−C・Kt−Km)/2) ・・・ (6) とする。これにより白バランス利得を好みのバランスに
設定することもできる。
【0038】低減率Cの値としては、C=0.5からC
=1.0の間の値に設定される。即ち、白い色が照明下
の被写体とほぼ同じ色に画面上で見えるような効果を得
ることができるC=0.5から現実の被写体色と同じに
画面上で見えるようなC=1.0の間の値に設定するほ
うが好ましい。
【0039】つまり、上記の処理は、推定された照明光
の色の緑成分量に対する赤成分量と青成分量の比の逆数
の1/2乗から1乗を、それぞれ赤および青の信号利得
とすることに相当する。
【0040】このようにして、レベルの揃えられた信号
は、カメラプロセス回路(マトリックス処理も含む)1
09で、ガンマ補正処理、輪郭補正処理や輝度(Y)輝
度信号への変換及び色差信号(R−Y),(B−Y)へ
の変換が施される。これにより、本発明は、自動白バラ
ンス機能を搭載した固体撮像装置を実現できる。
【0041】図4は、この発明の第2の実施の形態につ
いて説明するための図である。
【0042】この実施の形態は、白バランスのトラッキ
ング色温度範囲に制限を付けた場合を示している。例え
ば、夕焼け空の橙色や青空の色はこの座標系の横軸に近
い色座標値を持つため、図3に示されるように照明光の
色を推定しただけだと色が薄くなってしまう。
【0043】一般に用いられる白色の照明光としては、
色温度が3000K(スタジオライト)〜10000K
(曇り空)に限られている。したがって、一般的な白色
の照明光のもとでの撮像状態とする場合には、上述した
実施の形態の方法が適している。しかし、低い色温度の
照明(白熱電球やローソク)では温かみのあるやや赤い
照明光の環境の像として写るほうが望ましく、また色温
度の高い青空(色温度は約15000K)では青い照明
光の環境の像として写るほうが望ましい場合がある。
【0044】従って、このような場合は、照明光の色を
推定する条件として、色温度範囲を設定したほうが良
い。4500Kで白バランスをとった状態で、3000
K〜10000Kの色温度範囲のR信号およびB信号
は、反比例関係であり、それぞれ約1/2倍〜約2倍の
変動量を持つので、R/Bとしては1/4倍〜4倍とな
る。
【0045】従って、平均色データの座標を(t,m)
としたとき、光源の推定座標値を、 t>0のとき min(max(t−ABS(m),0),LOG(4)) ・・・ (7) t<0のとき max(min(t+ABS(m),0),−LOG(4)) ・・・ (8) と制限することで、夕焼け空の橙色や青空の色の像をも
再現することができる。すなわち、式(7)では式
(1)に対し、最大値をLOG(4)で制限し、白バラ
ンスの取れる光源の色温度の上限を規制している。式
(8)では式(2)に対し、最小限−LOG(4)で制
限し、白バランスの取れる光源の色温度の下限を規制し
ている。
【0046】つまり、平均色データが301、302、
303、305、306、307で示される値であると
きは、先の図3の例と同様な手法で照明光の色を推定す
る。しかし、平均色データが308で示されるような値
であるときは、色座標上で四角で示される枠(色温度範
囲)の最大値(308a)が照明光の色であると推定
し、平均色データが304で示されるような値であると
きは、色座標上の四角で示される枠(色温度範囲)の最
大値(304a)が照明光の色であると推定する。これ
により、横軸に関するデータの推定範囲が制限を受ける
ことになり、低い色温度の照明(白熱電球やローソク)
では、画像は温かみのあるやや赤い照明光として写り、
また色温度の高い青空(色温度は約15000K)で
は、画像は青く写る。
【0047】図5は、この発明の第3の実施の形態につ
いて説明するための説明図である。図5は、照明光源と
して蛍光灯照明を考慮に入れて照明光の色を推定する方
法である。蛍光灯では、蛍光体の配合により発光色を決
めているが、昼光色や白色の蛍光灯では、同じ色温度の
黒体輻射よりも緑成分が多く含まれるように設計されて
いる。
【0048】このため、蛍光灯下で撮影すると緑がかっ
た画像になる傾向がある。これを避けるために、図5の
ように緑側から照明光の色を推定する場合に、所定の枠
内(色温度範囲)(4000K〜7000K)を用いて
照明光の色を推定する。すると、図中503に示したレ
ベルの緑成分を残した状態で照明光の色を推定すること
になる。このため緑がかったデータを白(基準)である
ものとして白バランスが取られる。よって、画面全体が
緑っぽくなることを防止することができる。
【0049】図6は、この発明の第4の実施の形態につ
いて説明するためのブロック図であり、図6において、
図1と同じ機能を有するブロックには同じ符号を付して
説明する。マルチプレクサ105は、R,G,B信号を
順次取り込み積算器104に与える。積算器104は、
R,G,B信号をそれぞれ、積算値メモリー110に与
える。積算値メモリー510は複数の画像ブロックに対
するR、G、B信号の積算値を保持する。
【0050】つまり、積算器504は、積算値メモリー
510内の画像ブロックの各色信号の積算値に、対応す
る色信号を順次加える。これにより画像ブロック毎の平
均色データが積算値メモリー510内に形成される。
【0051】この実施例では、先の実施例に比べて、メ
モリーを追加することが必要となりハードウエア規模は
大きくなるが、複数の画像ブロックをもとに白バランス
を決定するメリットは、より白らしいブロックから求め
た(推定した)照明光の色を優先させて、全体画像に対
する推定照明光の色に重み付けができる点にある。
【0052】図7は明るさと重みの関係を示すための図
で、横軸は明るさであり、LOG(RBGG)の軸であ
る。この軸は、人間の視感度に近いG信号の寄与率を上
げるためG信号は、2回かけて示しているが、RとBも
掛けることにより色飽和度の低いブロックの方により大
きな重みを持たせることができる。
【0053】掛け算のLOG関数は、LOG関数をとっ
たもの加算になるので、横軸の値を得る計算は、照明光
の色の推定で用いたR、G、B信号のLOG関数値の加
減算で求められ簡単である。重みはS/Nの良くない暗
いブロックでは小さくし、S/Nの良い明るいブロック
で大きくすることで、照明光の色の検出誤差を小さくす
ることができる。
【0054】また、信号の直線性がなくなる固体撮像素
子の飽和レベルに近いブロックは、平均色データが違う
色になっている可能性が高いので重みを下げている。
【0055】図8は平均色データの値に応じて、平均色
データに対する重み付けが異なる例を示し、図中の数値
は重みを示している。縦軸がLOG(RB/GG)、横
軸がLOG(B/R)の照明光の色の推定で用いた色座
標系と同じである。従って、この色座標系のブロックの
色座標の計算は完了しており、処理時間はほとんど増加
しない。この座標の原点は例えば色温度4500Kの白
色を示し、ここから遠ざかるにつれて色飽和度が増加す
る。従って、原点に近い色については重みを重くして遠
ざかるに連れて重みを軽くする。これにより色飽和度が
低いブロックが優先的に照明光の色の推定に利用でき
る。
【0056】このようにして各ブロック毎に光源推定色
を求め、重みを掛けた値を全ブロックで積算し、次に重
みの総計で割ることで、画面全体に対する照明光の色の
推定ができる。この推定照明光の色に基づいて白バラン
スをとることで、自然な白バランスのとれた画像の選ら
れる自動白バランス機能搭載の固体撮像装置が実現でき
る。
【0057】図9は、この発明の第5の実施の形態につ
いて説明するためのブロック図であり、図9において、
図6と同じ機能を有するブロックには同じ符号を付して
説明する。
【0058】レンズ101により結像される光像は、色
分解光学系901により、3原色の光像として分離さ
れ、それぞれの光像は、3個の固体撮像素子102R、
102G、103Bにそれぞれ結像する。各固体撮像素
子102R、102G、103BからR、G、B信号の
画像信号が出力される。この画像信号は、R増幅器10
7、G増幅器906、B増幅器108で増幅された後、
AD変換器902〜904に入力される。R増幅器10
7、G増幅器906、B増幅器108は、AD変換器9
02〜904の分解能を有効に使えるよう信号レベルを
揃えている。
【0059】G増幅器906は固定利得であり、R増幅
器107とB増幅器108の利得をマイクロコンピュー
タ106により適切に制御することで、白バランスを取
ることができる。従って、R増幅器107とB増幅器1
08の利得設定値ArとAbはマイクロコンピュー
タ106内にある。
【0060】マルチプレクサ105、積算器504と積
算メモリー510で求められたブロック毎の各色信号の
積算値(R、G,B)を対数変換する際に、 LOG(R)=LOG(R/Ar・Ar) =LOG(R)+LOG(Ar)−LOG(Ar) LOG(G)=LOG(G) LOG(B)=LOG(B/Ab・Ab) =LOG(B)+LOG(Ab)―LOG(Ab) として利得補正をすることで、所定色温度での利得(A
、Ab)条件下でのR、G、B信号レベルの対数
値が求められる。この対数値に基づいて、照明光の色を
推定することができる。照明光の色が推定されると、R
増幅器107とB増幅器108の利得を更に制御するこ
とで、自動白バランス機能を搭載した固体撮像装置が実
現できる。
【0061】以上説明したように、この発明の白バラン
スの照明光の色推定方法によれば、画像中の色から3原
色信号の強い色成分を減少させて、光源の色とするため
の色味が保存された白バランスが実現できる照明光の色
推定が可能となる。
【0062】また、この発明の白バランスの照明光の色
推定方法を用いた撮像装置によれば、画像中の色から3
原色信号の強い色成分を減少させて、光源の色とするた
めの色味が保存された白バランスを実現する照明光の色
推定が可能となることから良好な白バランス機能を有す
ることができる。
【0063】この発明は、上記の実施の形態に限定され
るものではない。
【0064】先の実施例では、光原色を推定する手法と
して、色座標上で色温度範囲を制限した。しかしこれか
ら述べる実施例は、色温度範囲を制限する手法のさらに
別の実施例を示している。この手法は、色平均データに
対する重み付け要素の種類をさらに増加している。
【0065】一般的に、家庭用の蛍光灯の照明光のもと
で、被写体を撮影すると全体が緑がかった画像が得られ
ることはよく知られている。これは蛍光灯の照明光の発
光色は白熱光源より緑成分が多いためである。蛍光灯照
明光に対して白バランスを取れるようにするには、色差
信号のスライスレベルを緑方向に広く取らなければなら
ない。しかしながら、スライスレベルを緑方向に広く設
定すると樹木の緑が多く含まれる屋外撮影時は、緑が薄
くなり、また白が淡いマゼンタ色になるという問題が生
じる。
【0066】そこで、この実施の形態では、色が薄くな
りにくく、且つ屋外風景撮影時を蛍光灯照明時と誤認し
ないようにした自動白バランスの照明光の色推定方法を
工夫している。
【0067】再度、この発明の基本的な考えかたを説明
する。図2、図3で説明した本発明の基本的な考え方に
は変わりはない。
【0068】図10は、照明光の色を推定する場合、色
平均データに対する重み付け要素の種類をさらに増加し
た例を示している。この照明光の色の推定方法が考えら
れた背景から再度説明する。またこの照明光の色の推定
では、白熱光源系の照明を想定している。横軸に沿った
太線309は、例えば3000K〜10000Kの白熱
光源照明色の範囲を示している。この太線309を下方
向に並行移動させた線(点線)310は、照明光源が蛍
光灯(緑が強い)であると想定したときの照明光の色を
推定するための基準線である。この基準線310は、白
熱光源照明と仮定した場合には、使用しない。この基準
線310を使用する例に付いては、後述する。
【0069】即ち、先に説明したように、一般に用いら
れる白色の照明光としては、色温度が3000K(スタ
ジオライト)〜10000K(曇り空)、或は色温度が
2800K(白熱電球)〜10000K(曇り空)に限
られている。したがって、一般的な白色の照明光のもと
での撮像状態とする場合には、上述した実施の形態の方
法が適している。しかし、低い色温度の照明(白熱電球
やローソク)では温かみのあるやや赤い照明光の環境の
像として写るほうが望ましく、また色温度の高い青空
(色温度は約15000K)では青い照明光の環境の像
として写るほうが望ましい場合がある。
【0070】従って、照明光の色を推定する条件とし
て、色温度範囲を設定したほうが良い。45000Kで
白バランスをとった状態で、2800K〜10000K
の色温度範囲のR信号およびB信号は反比例関係で、そ
れぞれ約1/2倍〜約2倍の変動量を持つので、R/B
としては1/4倍〜4倍となる。従って、平均色データ
の座標を(t,m)としたとき、光源の推定座標を、 t>0のとき min(max(t−ABS(m),0),LOG(4)) ・・・ (7) t<0のとき max(min(t+ABS(m),0),−LOG(4)) ・・・ (8) と制限する。
【0071】すなわち空色308は、式(7)により最
大値をLOG(4)に制限し、白バランスの取れる光源
の色温度の上限を規制することで、空色が再現できる。
また、橙304は、式(8)により最小限を−LOG
(4)に制限し、白バランスの取れる光源の色温度の下
限を規制することで、夕焼け空を再現させられる。
【0072】このようにして、各ブロック毎に推定され
た照明光の色は、白い色に対応するブロックほど重みを
重くして、全体の加算平均をとることで、より信頼性の
高い照明光の色の推定ができる。
【0073】図10の左側のグラフは、各ブロックの平
均色データに対応する色がどのくらい白に近いかをマゼ
ンタ−緑方向について示す評価値(重み1a)を示して
いる。また、図10の下側のグラフは、各ブロックの平
均色データとそれに対応する色温度がどのくらい450
0Kに近いかを示す評価値(重み2)を示している。
【0074】図11はブロックの明るさと重み3との関
係を示している。横軸は明るさであり、人間の視感度に
近いG信号の寄与率を上げるためG信号は2回かけてい
るが、RとBも掛けることにより彩度の低いブロックの
方により大きな重みを持たせられる。掛け算のLOG関
数は、掛け算要素のLOG関数の加算式になる。したが
って、横軸の計算は照明光の色の推定で用いたR、G、
B信号のLOG関数値の加減算で求められ簡単である。
重みは、S/Nの良くない暗いブロックに対しては小さ
な重みとし、S/Nの良い明るいブロックに対しては大
きな重みとすることで、照明光の色の検出誤差を小さく
できる。また、信号の直線性がなくなる固体撮像素子の
飽和レベルに近いブロックに対しては、平均色データが
違う色を示している可能性が高いので重みを下げてい
る。
【0075】このようにして求められた重みの積 (重み1a)×(重み2)×(重み3) は、明るくて色の薄いつまり白い部分ほど大きな重みを
持たせることができる。
【0076】このようにして各ブロック毎に光源推定色
を求め、重みを掛けた値を全ブロックで積算し、重みの
総計で割ることで、画面全体に対する白熱光源と仮定し
た場合の照明光の色の推定ができる。
【0077】上記した図10の照明光の色の推定では、
白熱光源系の照明光を想定している。
【0078】これに対して、図12は蛍光灯の照明光と
仮定した場合の各ブロックの平均色データから照明光の
色を推定する手法を説明するための説明図である。
【0079】図12と図10との違いは、色味を低減し
たときのゴール値が、白熱光源より緑方向にずれている
点と、重み1bのピークも緑方向にずれている点にあ
る。つまり平均色データから、色成分を減算し、横軸3
09との交点を求めるのではなく、横軸310との交点
を求めている。このようにすることで、やや緑がかった
蛍光灯照明の色として照明光の色を推定できる。
【0080】図10、図12に示した例は、最初から光
源が白熱光源の照明光であるか、蛍光灯の照明光である
かを事前に決めて、次に、照明光の色を推定する手法で
ある。しかしこの発明は、このような推定方法に限ら
ず、さらに、白熱光源による照明光であるか、蛍光灯に
より照明光であるかを自動的に判定しながら、照明光の
色を推定する手段を備えてもよい。
【0081】図13は光源が白熱光源か蛍光灯照明かを
判断する指標の求め方を説明するための説明図である。
【0082】評価値1の特性は、ブロックの平均色デー
タのマゼンタ−緑方向の値により、蛍光灯と同じくらい
緑がかっているときには正になり、白熱光源と思われる
ときには負になるものであり、正負によって蛍光灯照明
の可能性を示すものである。また、この評価値1は、マ
ゼンタと緑成分の比が大きくなるにつれ値を小さくする
ことで、色の濃い被写体の撮影されたブロックを照明光
源の種類の判別に使わないようにすることができる。
【0083】また、ブロックの平均色データの色温度方
向成分により、4500K前後のブロックの重みを大き
くする(重みA)と、白いブロックである確率が高い明
るいブロックの重みを大きくする図14の(重みB)値
によって、重み付け加算する。
【0084】この重み付け加算値の符号が正であれば、
蛍光灯による照明光の可能性が高いと判断できる。この
ときは、横線310が基準線として用いられる。逆に、
重み付け加算値の符号が負であれば、白熱光源による照
明光の可能性が高いと判断できる。このときは、横線3
09が基準線として用いられる。
【0085】図15は、照明光源の種類の判定手法を説
明するための図である。点線309と310は、先の横
線309,310に対応し、それぞれ白熱光源と蛍光灯
の場合の照明光の色の推定範囲を示している。楕円80
1は、蛍光灯の色温度範囲を示している。
【0086】照明光源の推定色の座標上で、白熱光源で
あると仮定したときに推定色データが802aと求めら
れ、蛍光灯光源であると仮定したときに推定色データが
802bと求められ、かつ照明判断指標(評価値1)が
正で蛍光灯であることを示しているときには、照明光の
推定色データ802bが801の中にあることになる。
このときは、現実の光源は、蛍光灯であると判定し、照
明光の推定色データとしては802bを推定値とする。
また、照明光源の推定色座標上で、白熱光源と仮定した
ときに推定色データが803a、蛍光灯光源であると仮
定したときに推定色データが803bと求められ、かつ
照明判断指標(評価値1)が負で白熱光源であることを
示しているときには、現実の光源は、白熱光源であると
判定して、照明光の色データとしては803aを推定値
とする。
【0087】照明光源の推定色座標上で、白熱光源と仮
定したときに推定色データが804a、蛍光灯光源であ
ると仮定したときに推定色データが804bと求めら
れ、かつ照明判断指標(評価値1)が正で蛍光灯である
ことを示しているときには、蛍光灯光源と仮定したとき
の照明光の色データ804bが801の外にある。この
ときは、白熱光源による照明であると判断して、照明光
の色データとしては804bを推定値とする。また、照
明光源の推定色座標上で、白熱光源と仮定したときに推
定色データが805a、蛍光灯光源であると仮定したと
きに推定色データが805bと求められ、かつ照明判断
指標が負で白熱光源であることを示しているときには、
現実の光源は、白熱光源であると判定して、照明光の色
データとしては805aを推定値とする。
【0088】つまり、上記の実施の形態では、所定色温
度の照明光に対し3原色信号の信号レベルを同一化した
前記撮像素子からの3原色信号の平均値を取る。次に、
平均値に対して所定色温度の値に近づくように低減処理
を行う。この低減処理は、図3で説明した処理と同様な
手法である。
【0089】低減処理時には、白熱光源と仮定した第1
のゴール値を設定し、現在の光源が第1の照明光の色で
ある仮定した場合の第1の色座標値情報(線309)を
得る。また記低減処理時には、蛍光灯による光源と仮定
した第2のゴール値を設定し、現在の光源が第2の照明
光の色であると仮定した場合の第2の色座標値情報(線
310)を得る。また、3原色信号から、照明光源が第
1または第2の照明光源系のどちらに近いかを表す評価値
1を得ている。そして、評価値1に基づいて、現在の光
源が前記第1または第2の照明光の色のいずれの光源であ
るかを判定しするようにしている。
【0090】ここで判定された光源の色座標値と、取り
込んだ3原色信号の平均値とから照明光の色を推定する
ことができる。このときの処理は、図3で説明した処理
と同様な手法である。
【0091】上記ように、白熱光源と蛍光灯照明のどち
らの光源であるかを判断することができ、良好な白バラ
ンス機能を実現するための照明光の色推定が可能とな
る。
【0092】次に、3原色信号の利得を制御する場合
は、次のように行なわれる。即ち推定した照明光の色の
座標を(Kt,Km)として、4,5000K色温度で
のR、B信号の白バランス利得をそれぞれAr、Ab
とおくと、R増幅器107とB増幅器108の利得A
r,Abを、先に示したように、 Ar=Ar・EXP((Kt−Km)/2) ・・・ (3) Ab=Ab・EXP((−Kt−Km)/2) ・・・ (4) と制御することで、所定色温度範囲内の白色光源で照明
された白い被写体に対してR、G、B信号レベルの揃っ
た信号が得られる。
【0093】一方、照明の雰囲気を残したい場合には、
照明光の色の色温度方向の座標値に低減率Cを乗じ、先
に示したように、 Ar=Ar・EXP((C・Kt−Km)/2) ・・・ (5) Ab=Ab・EXP((−C・Kt−Km)/2) ・・・ (6) と白バランス利得を設定することもできる。低減率Cの
値としては、、C=0.5からC=1.0の間の値に設
定される。即ち、本来白い色が照明下の被写体とほぼ同
じ色に画面上で見えるような効果を得ることができるC
=0.5から現実の被写体色と同じに色に画面上で見え
るようなC=1.0の間の値に設定するほうが好まし
い。
【0094】このようにして、レベルの揃えられた信号
をカメラプロセス回路109で、ガンマ補正処理や輪郭
補正処理や輝度・色差信号への変換を施すことで、自動
白バランス機能を搭載した固体撮像装置が実現できる。
【0095】以上説明したように、この発明の白バラン
スの照明光の色推定手法によれば、画像中の色から3原
色信号の強い色成分を減少させて、光源の色とするため
の色味が保存された、また、白熱光源と蛍光灯照明のど
ちらであるかの判断を的確に実現する照明光の色推定が
可能となり、良好な白バランス機能を搭載した撮像装置
が実現できる。これにより、画像の色が薄くなりにく
く、且つ屋外風景撮影時を蛍光灯照明時と誤認すること
がなく、緑の多い屋外風景撮影時に白バランスがずれる
こともない。
【0096】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、自動白
バランス制御を行なうのに、色が薄くなりにくく、且つ
屋外風景撮影時を蛍光灯照明時と誤認することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施の形態を説明するため
の撮像装置のブロック図。
【図2】 この発明に係る照明光の色の推定方法に使う
色座標系を説明するための説明図。
【図3】 この発明に係る照明光の色の推定方法を説明
するための説明図。
【図4】 この発明の第2の実施の形態に係る照明光の
色の推定方法を説明するための説明図。
【図5】 この発明の第3の実施の形態に係る照明光の
色の推定方法を説明するための説明図。
【図6】この発明の第4の実施の形態を説明するための
撮像装置のブロック図。
【図7】 照明光の色の推定が行なわれる場合の判断要
素として、図6の装置に設定されている明るさと重みの
関係について説明するための説明図。
【図8】 図6の装置において、照明光の色の推定を行
なうときに考慮される重み付けの一例について示す説明
図。
【図9】 この発明の第5の実施の形態を説明するため
の撮像装置のブロック。
【図10】 この発明に係る照明光の色の推定方法のさ
らに他の実施例を説明するための説明図。
【図11】 照明光の色の推定が行なわれる場合の判断
要素として、図10の推定方法で採用される明るさと重
みの関係について説明するための説明図。
【図12】 この発明に係る照明光の色の推定方法の更
にまた他の実施例を説明するための説明図。
【図13】 この発明に係る照明光の色の推定方法のま
た他の実施例を説明するための説明図。
【図14】 照明光の色の推定が行なわれる場合の判断
要素として、図13の推定方法で採用される明るさと重
みの関係について説明するための説明図。
【図15】 照明光の色の推定が行なわれる場合、白色
光源か、蛍光灯の光源かを判断する方法説明するための
説明図。
【符号の説明】
101・・・レンズ、102・・・固体撮像素子、103・・・
色分離回路、104a〜104c・・・積分回路、105・
・・マルチプレクサ、106・・・マイクロコンピュータ、
107・・・R増幅器、108・・・B増幅器、109・・・カ
メラプロセス回路、510・・・積算値メモリー、

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 白バランスをとるために、被写体像を電
    気信号に変える撮像素子からの3原色信号に利得補正を
    施す場合、前記3原色信号を用いて照明光の色を推定す
    る方法であり、 所定色温度の照明光に対し前記3原色信号の信号レベル
    を同一化した前記撮像素子からの3原色信号の平均値を
    取り、 平均値に含まれる赤信号と青信号のどちらか大きなレベ
    ルのものを着目信号とし、 赤信号と青信号を乗算し緑信号で割り算した値よりも、
    緑信号が大きい時は、前記着目信号内の赤又は青信号を
    緑信号とともに同一割合で減少させ、 前記座標値よりも、緑信号が小さいときは、前記着目信
    号の赤又は青信号を単独で減少させ、 前記減少処理により求めた前記赤色信号、青色信号の幾
    何学的平均がが前記緑信号と同一レベルになる白色点を
    求め、この白色点に対応する色を照明光の色と推定する
    ことを特徴とした白バランスを得るための照明光の色推
    定方法。
  2. 【請求項2】 推定した前記照明光の色が所定範囲内に
    納まるようクリップ処理を施すことを特徴とする請求項
    1記載の白バランスを得るための照明光の色推定方法。
  3. 【請求項3】 前記3原色信号により構成される画像を
    複数のブロックに分け、各ブロック毎の3原色信号に対
    して、前記着目信号を決めて前記同一レベルになる白色
    点を求め、各ブロック毎の座標点の平均値を前記照明光
    の色とすることを特徴とする白バランスを得るための照
    明光の色推定方法。
  4. 【請求項4】 前記3原色信号の明るさ情報を元に、前
    記平均値を得るの際の重みを決定することを特徴とした
    請求項2記載の白バランスを得るための照明光の色推定
    方法。
  5. 【請求項5】 平均値を得る際の重みは、前記ブロック
    の平均色データが示す色飽和度が低いほど重くなること
    を特徴とした請求項4記載の白バランスを得るための照
    明光の色推定方法。
  6. 【請求項6】 前記赤信号と青信号の比が所定範囲内に
    あり、赤信号と青信号の平均値の乗算値より緑信号の自
    乗が大きな場合は、赤信号と青信号の自乗の乗算値の所
    定値倍の緑信号になる点を前記照明光の色と推定するこ
    とを特徴とした請求項1に記載の白バランスの照明光の
    色推定方法。
  7. 【請求項7】 白バランスをとるために、被写体像を電
    気信号に変える撮像素子からの3原色信号に利得補正を
    施す場合、前記3原色信号を用いて照明光の色を推定
    し、この推定した照明光の色情報に基づいて前記3原色
    信号のうち少なくとも2つの色信号の増幅器の利得を制
    御する撮像装置であり、 所定色温度の照明光に対し前記3原色信号の信号レベル
    を同一化した前記撮像素子からの3原色信号の平均値を
    取る手段と、 平均値に含まれる赤信号と青信号のどちらか大きなレベ
    ルのものを着目信号とする手段と、 赤信号と青信号を乗算し緑信号で割り算した座標値より
    も、緑信号が大きい時は、前記着目信号内の赤又は青信
    号を緑信号とともに同一割合で減少させ、 前記座標値よりも、緑信号が小さいときは、前記着目信
    号の赤又は青信号を単独で、減少させる手段と、 前記減少処理により求めた前記着目信号の幾何学平均が
    緑信号と同一レベルになる白色点を求め、この白色点に
    対応する色を照明光の色と推定する手段とを具備したこ
    とを特徴とする撮像装置。
  8. 【請求項8】 前記照明光の色の色温度方向の座標値に
    低減率を乗じる手段を備えることを特徴とする請求項7
    記載の撮像装置。
  9. 【請求項9】 白バランスを得るために、被写体像を電
    気信号に変える撮像素子からの3原色信号に利得補正を
    施す場合、前記3原色信号を用いて照明光の色を推定す
    る方法であり、 所定色温度の照明光に対し前記3原色信号の信号レベル
    を同一化した前記撮像素子からの3原色信号の平均値を
    取り、 前記平均値に対して所定色温度の値に近づくように低減
    処理を行い、 前記低減処理時の第1のゴール値を設定し、現在の光源
    が第1の照明光の色である仮定した場合の当該光源の第1
    の色座標値情報と、前記低減処理時の第2のゴール値を
    設定し、現在の光源が第2の照明光の色であると仮定し
    た場合の当該光源の第2の色座標値情報とを得、 前記3原色信号から、照明光源が第1または第2の照明光
    源系のどちらに近いかを表す評価値情報を得、 前記評価値情報に基づいて、現在の光源が前記第1また
    は第2の照明光の色のいずれの光源であるかを判定し、 前記判定された光源の色座標値情報と、取り込んだ3原
    色信号の平均値とから照明光の色を推定することを特徴
    とする白バランスを得るための照明光の色推定方法。
  10. 【請求項10】 前記低減処理及び前記光源の第1又は
    第2の色座標値情報を得る場合は、 前記3原色信号により構成される画像を複数のブロック
    に分け、各ブロック毎の3原色信号に対して平均値を求
    め、 前記平均値に含まれる赤信号と青信号のどちらか大きな
    レベルのものを着目信号とし、 赤信号と青信号を乗算し緑信号の自乗で割り算した座標
    値よりも、第1又は第2のゴール値が大きい時は、前記
    着目信号内の赤又は青信号を緑信号とともに同一割合で
    減少させ、 前記座標値よりも、前記第1又は第2のゴール値が小さ
    いときは、前記着目信号の赤又は青信号を単独で減少さ
    せ、 前記減少処理により求めた前記着目信号の座標値が前記
    第1又は第2のゴール値と同一レベルになる白色点を求
    め、この白色点の値に対応する色をブロック毎の照明光
    の色であると推定し、 前記第1又は第2の照明光の環境下で所定色温度に近づ
    くほど大きくなるように付加されている重み付け情報
    を、前記ブロック毎に得られた座標点の値に掛けて平均
    化し、この平均化した値を前記第1又は第2の色座標値
    情報とすることを特徴とする請求項9記載の白バランス
    を得るための照明光の色推定方法。
  11. 【請求項11】 前記3原色信号から、照明光源が第1
    または第2の照明光源系のどちらに近いかを表す評価値
    情報を得る場合、 前記3原色信号により構成される画像を複数のブロック
    に分け、各ブロック毎の3原色信号に対して平均値を求
    め、 前記平均値内の赤信号と青信号を乗算し緑信号で割り算
    した座標値が、第1又は第2のゴール値のどちらに近い
    かを正負で示す第1の評価値と、 前記平均値内の赤信号と青信号のレベル比が大きくなる
    につれて小さくなる第2の評価値と、 前記平均値内の赤信号と緑信号と青信号に基づく明るさ
    が明るくなるにつれて大きくなる第3の評価値と、 を算出し、 前記第1から第3の評価値の積を画像全体で加算した値
    の符号が第2の照明光源色系であることを示し、かつ、
    第2の照明光源色系として求めた推定光源色の赤信号と
    青信号のレベル比が所定範囲にあるときに第2の照明光
    源色系に近いことを示す評価値とし、それ以外のときは
    第1の照明光源色系に近いことを示す評価値とすること
    を特徴とした請求項9記載の白バランスの光源色推定方
    法。
  12. 【請求項12】 白バランスをとるために、被写体像を
    電気信号に変える撮像素子からの3原色信号に利得補正
    を施す場合、前記3原色信号を用いて照明光の色を推定
    し、この推定した照明光の色情報に基づいて前記3原色
    信号のうち少なくとも2つの色信号の増幅器の利得を制
    御する撮像装置であり、 所定色温度の照明光に対し前記3原色信号の信号レベル
    を同一化した前記撮像素子からの3原色信号の平均値を
    取る手段と、 前記平均値に対して所定色温度の値に近づくように低減
    処理を行う手段と、 前記低減処理時の第1のゴール値を設定し、現在の光源
    が第1の照明光の色である仮定した場合の当該光源の第1
    の色座標値情報と、前記低減処理時の第2のゴール値を
    設定し、現在の光源が第2の照明光の色であると仮定し
    た場合の当該光源の第2の色座標値情報とを得る手段
    と、 前記3原色信号から、照明光源が第1または第2の照明光
    源系のどちらに近いかを表す評価値情報を得る手段と、 前記評価値情報に基づいて、現在の光源が前記第1また
    は第2の照明光の色のいずれの光源であるかを判定する
    手段と、 前記判定された光源の色座標値情報と、取り込んだ3原
    色信号の平均値とから照明光の色を推定する手段とを具
    備したことを特徴とする撮像装置。
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