JP2005057697A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部にホワイトバランス用の測色デバイスを用いることなく適正なカラーマトリクス係数を作り出す。
【解決手段】撮像装置１は、ＣＣＤ型固体撮像素子と呼ぶ）１１と、ＣＤＳ及びＡ／Ｄ変換回路１２と、マトリクス回路１３と、ホワイトバランス回路１４と、ＣＰＵ１５とを含んで構成されている。マトリクス回路１３は、ＣＤＳ及びＡ／Ｄ変換回路１２からの映像信号のデジタルデータから複数の色信号を生成するために、ＣＰＵ１５からのカラーマトリクス係数に基づいて行列演算処理を行い複数の色信号を生成する。ＣＰＵ１５は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子１１で所定のカーラーチャートが撮像された場合にマトリクス回路１３から出力される複数の色信号に基づいて、マトリクス回路１３のカラーマトリクス係数を生成してマトリクス回路１３に供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、体腔内の深部まで内視鏡を挿入する場合の補助を行う撮像装置に関する。

従来のテレビカメラ装置等の撮像装置でのホワイトバランス回路においては、カラーマトリクス係数を固定値に設定し、カラーマトリクス回路から出力されるデータに基づいて、例えばＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の積分値が等しくなるように各色のゲインを調整し、ホワイトバランスをとるものがあった。また、ホワイトバランス回路においては、光源の色温度に合わせて最適な色再現となるように複数のカラーマトリクス係数を用意し、これらを手動または自動で切り替えるものもある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２２１４１７号公報（第３−５頁、図１−２）

しかしながら、従来の撮像装置でのホワイトバランス回路では、光源の色温度に合わせて複数のカラーマトリクス係数を切り替える操作は煩わしい場合もあり、また、光源の色温度に合わないマトリクス係数を間違って選択した場合などは所望の色再現にならない等の問題を有していた。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、外部にホワイトバランス用の測色デバイスを用いることなく適正なカラーマトリクス係数を作り出すことができ、簡便な方法で最適なホワイトバランスをとることができる撮像装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するため請求項１に記載の撮像装置は、被写体を撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段で撮像された撮像信号から複数の色信号を生成するために行列演算処理可能なカラーマトリクス手段と、前記撮像手段で所定のカーラーチャートが撮像された撮像信号に基づき、前記カラーマトリクス手段のカラーマトリクス係数を生成可能なカラーマトリクス係数生成手段と、前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数と前記カラーマトリクス手段とによって、前記カーラーチャートが撮像された撮像信号から生成された複数の色信号に基づいて、前記撮像手段で撮像された被写体画像を所定の表示手段に表示可能な映像信号のホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整手段と、を具備したこと特徴とする。

請求項２に記載の撮像装置は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数が適正か否かを判定する係数判定手段と、前記係数判定手段の判定結果に基づき、前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数と予め設定された固定係数と選択可能な係数選択手段と、を更に具備したこと特徴とする。

本発明によれば、外部にホワイトバランス用の測色デバイスを用いることなく適正なカラーマトリクス係数を作り出すことができ、簡便な方法で最適なホワイトバランスをとることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置のブロック図である。

（構成）
図１に示すように、撮像装置１は、電荷結合素子型固体撮像素子（以下、ＣＣＤ型固体撮像素子と呼ぶ）１１と、相関２重サンプリング（以下、ＣＤＳと呼ぶ）及びアナログ／デジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換と呼ぶ）回路１２と、マトリクス回路１３と、ホワイトバランス回路１４と、中央演算装置（以下、ＣＰＵと呼ぶ）１５とを含んで構成されている。

ＣＣＤ型固体撮像素子１１は、図示しない対物レンズにより結像した被写体の像を撮像して撮像信号を出力する。

ＣＤＳ及びＡ／Ｄ変換回路１２は、ＣＣＤ型固体撮像素子１１が出力する撮像信号に対してＣＤＳ処理を行いベースバンドの映像信号に変換し、このベースバンドの映像信号をデジタルデータに変換する。

マトリクス回路１３は、ＣＤＳ及びＡ／Ｄ変換回路１２からの映像信号のデジタルデータから複数の色信号を生成するために、ＣＰＵ１５からのカラーマトリクス係数に基づいて行列演算処理を行い複数の色信号を生成する。

ＣＰＵ１５は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子１１で所定のカーラーチャートが撮像された場合にマトリクス回路１３から出力される複数の色信号に基づいて、マトリクス回路１３のカラーマトリクス係数を生成してマトリクス回路１３に供給する。

ホワイトバランス回路１４は、マトリクス回路１３からの複数の色信号に基づいて、前記ＣＣＤ型固体撮像素子１１で撮像された被写体画像を所定の表示手段に表示可能な映像信号のホワイトバランスを調整して、後段の映像処理回路に供給する。映像処理回路は、ホワイトバランス回路１４からの映像信号を表示用の映像信号に変換して表示手段に表示する。

（作用）
ＣＤＳ及びＡ／Ｄ変換回路１２からのデジタルデータは、単板式ＴＶカメラの場合では、輝度信号Ｙと２つの色差信号ＣＲ、ＣＢから成る。これらのデジタルデータはマトリクス回路１３に入力され、以下の式（１）に示されるマトリクス演算によって赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色信号に変換される。

この変換されたＲＧＢの各信号レベルをＲＧＢ各々について積分し、例えば、Ｒ信号の積分値、及びＢ信号の積分値がＧ信号の積分値と等しくなるようにＣＣＤ型固体撮像素子１１やその後段の回路の利得が調整される。

本発明では、上記式（１）でのａmnは、ＣＣＤ型固体撮像素子１１でカラーチャートを撮像することによって自ら演算を行い、生成することができる。その生成を行う方法を以下に説明する。

マトリクスの設計値からカラーチャートを撮像することによる実測データを用いたマトリクス係数の補正方法について以下に説明する。

設計上のマトリクスを式（２）で示す。

式（２）の場合に、カラーチャートを用いてカラバーを撮像した時のＹ、ＣＲ、ＣＢのそれぞれのデータを、以下のように示す。

カラーチャートのホワイト（Ｗ）を撮像した場合は、（Ｙ ＣＲ ＣＢ）＝（Ｙｗ ＣＲｗ ＣＢｗ）とする。

カラーチャートのイエロー（Ｙｅ）を撮像した場合は、（Ｙ ＣＲ ＣＢ）＝（Ｙｙｅ ＣＲｙｅ ＣＢｙｅ）とする。

カラーチャートのシアン（Ｃｙ）を撮像した場合は、（Ｙ ＣＲ ＣＢ）＝（Ｙｃｙ ＣＲｃｙ ＣＢｃｙ）とする。

カラーチャートのグリーン（Ｇ）を撮像した場合は、（Ｙ ＣＲ ＣＢ）＝（Ｙｇ ＣＲｇ ＣＢｇ）とする。

カラーチャートのマゼンタ（Ｍｇ）を撮像した場合は、（Ｙ ＣＲ ＣＢ）＝（Ｙｍｇ ＣＲｍｇ ＣＢｍｇ）とする。

カラーチャートのレッドを（Ｒ）撮像した場合は、（Ｙ ＣＲ ＣＢ）＝（Ｙｒ ＣＲｒ ＣＢｒ）とする。

カラーチャートのブルーを（Ｂ）撮像した場合は、（Ｙ ＣＲ ＣＢ）＝（Ｙｂ ＣＲｂ ＣＢｂ）とする。

ここで、実測データを用いて式（２）に示した［Ａ］を補正して理想的な色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’を作成できる可能性があると仮定すると、［Ａ］は補正マトリクス［Ｃ］によって補正され、式（３）に示すように、［Ｃ］［Ａ］＝［Ｑ］なるマトリクス［Ｑ］が存在する可能性がある。

式（２）と式（３）により、式（４）が得られる。

式（４）より、例えば、Ｒ’＝ｃ11Ｒ＋ｃ12Ｇ＋ｃ13Ｂであるが、ここでマトリクス回路１３を補正マトリクス［Ｃ］によって動作させるものとする。

とすると、以下の式（５）、（６）、（７）も成り立つ。

Ｒ＝ｃ11Ｙ＋ｃ12ＣＲ＋ｃ13ＣＢ …（５）
Ｇ＝ｃ21Ｙ＋ｃ22ＣＲ＋ｃ23ＣＢ …（６）
Ｂ＝ｃ31Ｙ＋ｃ32ＣＲ＋ｃ33ＣＢ …（７）
式（５）、（６）、（７）より、例えばＹｅを撮像した時のＲ成分をＲｙｅ、その時のＹ、ＣＲ、ＣＢのそれぞれをＹｙｅ、ＣＲｙｅ、ＣＢｙｅと置くと、以下式（８）、（９）、（１０）が成立する。

Ｒｙｅ＝ｃ11Ｙｙｅ＋ｃ12ＣＲｙｅ＋ｃ13ＣＢｙｅ …（８）
Ｒｍｇ＝ｃ11Ｙｍｇ＋ｃ12ＣＲｍｇ＋ｃ13ＣＢｍｇ …（９）
Ｒｒ ＝ｃ11Ｙｒ＋ｃ12ＣＲｒ＋ｃ13ＣＢｒ …（１０）
式（８）、（９）、（１０）において、カラーチャートは、理想的にはＲｙｅ＝Ｒｍｇ＝Ｒｒ＝１とできるので、式（１１）が成り立つ。

従って、式（１１）の３×３マトリクスを［Ｘｒ］と置くと、この［Ｘｒ］に逆行列が存在すれば、式（１２）が成り立つ。

この式（１２）より、ｃ11，ｃ12，ｃ13の値が求まる。

同様にして、以下の値も求めることが可能になる。

結果的に［Ｃ］が求まり、［Ｃ］［Ａ］によって、［Ｑ］が求まる。

これによって得られた［Ｑ］の成分が実際のマトリクス回路１３で演算に用いられるマトリクス係数となる。ＣＰＵ１５は、マトリクス係数に［Ｃ］を用いてカラーチャートを撮影することで［Ｃ］を求め、［Ｃ］［Ａ］によって［Ｑ］を求めて記憶し、以後マトリクス回路１３のマトリクス係数が［Ｑ］となるようにマトリクス補正を行う。

このような構成と作用により、ＣＣＤ型固体撮像素子１１とＣＤＳ及びＡ／Ｄ変換回路１２は、被写体を撮像可能な撮像手段となっている。

マトリクス回路１３は、前記撮像手段で撮像された撮像信号から複数の色信号を生成するために行列演算処理可能なカラーマトリックス手段となっている。

ＣＰＵ１５は、前記撮像手段で所定のカーラーチャートが撮像された撮像信号に基づき、前記カラーマトリックス手段のカラーマトリクス係数を生成可能なカラーマトリクス係数生成手段となっている。

ホワイトバランス回路１４は、前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数と前記カラーマトリクス手段とによって、前記カーラーチャートが撮像された撮像信号から生成された複数の色信号に基づいて、前記撮像手段で撮像された被写体画像を所定の表示手段に表示可能な映像信号のホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整手段となっている。

（効果）
このような第１の実施の形態によれば、ホワイトバランス動作時に標準となるカラーチャートを撮像し、ＣＣＤ型固体撮像素子１１から得られた信号毎にカラーマトリクス係数を生成し、マトリクス回路１３から出力されるデータに基づいてホワイトバランスをとるようにしたことにより、外部にホワイトバランス用の測色デバイスを用いることなく適正なカラーマトリクス係数を作り出すことができ、簡便な方法で最適なホワイトバランスをとることができる。

（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置のブロック図である。

図２を用いた第２の実施の形態の説明において、図１に示した第１の実施の形態と同様の構成要素には同じ符号を付して説明を省略している。

（構成）
図２に示すように、撮像装置２は、ＣＣＤ型固体撮像素子１１と、ＣＤＳ及びＡ／Ｄ変換回路１２と、マトリクス回路１３と、ホワイトバランス回路１４と、ＣＰＵ２０とを含んで構成されている。

ＣＰＵ２０はマトリクス補正部２１とマトリクス妥当性判定部２２とを含んで構成されている。

ＣＰＵ２０のマトリクス補正部２１は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子１１で所定のカラーチャートが撮像された場合にマトリクス回路１３から出力される複数の色信号に基づいて、マトリクス回路１３のカラーマトリクス係数を生成してマトリクス回路１３に供給する。

マトリクス妥当性判定部２２は、前記マトリクス補正部２１で生成された前記カラーマトリクス係数が適正か否かを判定する係数判定手段となっている。

マトリクス補正部２１は、前記マトリクス妥当性判定部２２の判定結果に基づき、自ら生成した前記カラーマトリクス係数と予め設定された固定係数と選択可能な係数選択手段となっている。

（作用）
第１の実施の形態で求められた［Ｑ］はあらゆる条件下で適正な値が算出できるとは限らない場合があり、第２の実施の形態のマトリクス妥当性判定部２２は、その場合には求められた［Ｑ］の成分を判定し、マトリクス妥当性判定部２２が適正でない係数と判定した時にはマトリクス補正部２１は予め用意された固定値を用いる。

この場合の［Ｑ］は式（１３）に示す。

ここで、［Ｑ］として適正でない場合の条件を幾つか開示すると、例えば、ｑ11＋ｑ12＋ｑ13≦０または、ｑ21＋ｑ22＋ｑ23≦０または、ｑ31＋ｑ32＋ｑ33≦０の条件の時である。

これらのマトリクス係数を求めたり、係数が適正であるかどうかを判定するのはＣＰＵ２０によって行われ、係数が適正でない場合には予め用意された固定値がＣＰＵ２０によってマトリクス回路１３にセットされる。

（効果）
このような第２の実施の形態によれば、第２の実施の形態の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、カラーチャートを撮像して得たマトリクス係数が適正でなかった場合、マトリクス係数を予め用意された固定値にするため、マトリクス係数リセットする操作が不要となり、使用者にとっての煩わしを減らすことができる。

尚、図１乃至図２に示した第１乃至第２の実施の形態では、撮像手段としてＣＣＤ型固体撮像素子を用いたが、ＣＭＯＳ型固体撮像素子等、他の撮像手段を用いてもよい。

［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。

（付記項１） 被写体を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された撮像信号から複数の色信号を生成するために行列演算処理可能なカラーマトリックス手段と、
前記撮像手段で所定のカーラーチャートが撮像された撮像信号に基づき、前記カラーマトリックス手段のカラーマトリクス係数を生成可能なカラーマトリクス係数生成手段と、
前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数と前記カラーマトリクス手段とによって、前記カーラーチャートが撮像された撮像信号から生成された複数の色信号に基づいて、前記撮像手段で撮像された被写体画像を所定の表示手段に表示可能な映像信号のホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整手段と、
を具備したこと特徴とする撮像装置。

（付記項２） 前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数が適正か否かを判定する係数判定手段と、
前記係数判定手段の判定結果に基づき、前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数と予め設定された固定係数と選択可能な係数選択手段と、
を更に具備したこと特徴とする付記項１記載の撮像装置。

（付記項３） 前記撮像手段は電荷結合素子型固体撮像素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。

（付記項４） 固体撮像素子より得られた信号をもとにホワイトバランスを動作させるホワイトバランス回路において、
ホワイトバランス動作時に標準となるカラーチャートを撮像し、前記固体撮像素子から得られた信号毎にカラーマトリクス係数を生成し、カラーマトリクス回路から出力されるデータに基づいてホワイトバランスをとることを特徴とするホワイトバランス回路。

（付記項５） マトリクス係数が適正であるか否かを判定する判定回路を有し、この判定回路が適正なカラーマトリクス係数でないと判定した場合には予め用意された固定値のマトリクス係数を使用するようにしたことを特徴とする付記項４に記載のホワイトバランス回路。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置のブロック図。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置のブロック図。

符号の説明

１ …撮像装置
１１ …ＣＣＤ型固体撮像素子
１２ …ＣＤＳ及びＡ／Ｄ変換回路
１３ …マトリクス回路
１４ …ホワイトバランス回路
１５ …ＣＰＵ

代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (2)

1. 被写体を撮像可能な撮像手段と、
   前記撮像手段で撮像された撮像信号から複数の色信号を生成するために行列演算処理可能なカラーマトリックス手段と、
   前記撮像手段で所定のカーラーチャートが撮像された撮像信号に基づき、前記カラーマトリックス手段のカラーマトリクス係数を生成可能なカラーマトリクス係数生成手段と、
   前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数と前記カラーマトリクス手段とによって、前記カーラーチャートが撮像された撮像信号から生成された複数の色信号に基づいて、前記撮像手段で撮像された被写体画像を所定の表示手段に表示可能な映像信号のホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整手段と、
   を具備したこと特徴とする撮像装置。
2. 前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数が適正か否かを判定する係数判定手段と、
   前記係数判定手段の判定結果に基づき、前記カラーマトリクス係数生成手段で生成された前記カラーマトリクス係数と予め設定された固定係数と選択可能な係数選択手段と、
   を更に具備したこと特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

Images