JP2006254470A - Television camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、標準露光映像信号と短時間露光映像信号とを時分割出力できる固体撮像素子を有し、広ダイナミックレンジ化した映像信号を得られるテレビジョンカメラ装置に関し、特に夜間発生する蛍光灯やナトリウム灯等のフリッカを除去する方法に関わるものである。 The present invention relates to a television camera apparatus having a solid-state imaging device capable of time-division output of a standard exposure video signal and a short exposure video signal, and capable of obtaining a video signal with a wide dynamic range. The present invention relates to a method for removing flicker such as a sodium lamp.
従来、標準露光映像信号と短時間露光映像信号とを時分割出力できる固体撮像素子を有し、広ダイナミックレンジの映像信号を得るテレビジョンカメラは、トンネル出入り口の監視のように輝度レベル差の大きい被写体条件の場合、オートアイリスレンズは標準露光時間の信号が適正になるように制御するので、図2のように昼間は輝度レベルの高い屋外の信号成分が短露光側に存在し、トンネル内の信号成分が標準露光側に存在する。しかし、日没後の夜間になると短露光側に存在した屋外の信号成分がトンネル内の信号成分より暗くなるため、図3のように昼間とは反対にトンネル内の信号成分が短露光側、屋外の信号成分が標準露光側に存在するようになる。または、夕方のようにトンネル内と屋外の輝度レベルの差が少なくなり、トンネル内信号成分と屋外の信号成分が短露光側と標準露光側の両方に存在することもある。 Conventionally, a television camera that has a solid-state imaging device capable of time-division output of a standard exposure video signal and a short-time exposure video signal and obtains a video signal with a wide dynamic range has a large luminance level difference as in monitoring of a tunnel entrance and exit. In the case of subject conditions, the auto iris lens controls so that the signal of the standard exposure time is appropriate, so that an outdoor signal component with a high luminance level exists on the short exposure side in the daytime as shown in FIG. The component is present on the standard exposure side. However, at night after sunset, the outdoor signal components that existed on the short exposure side become darker than the signal components in the tunnel, so that the signal components in the tunnel are on the short exposure side, outdoors, as opposed to daytime, as shown in FIG. Signal components are present on the standard exposure side. Alternatively, the difference in brightness level between the inside and outside of the tunnel is reduced as in the evening, and the signal component inside the tunnel and the signal component outside the tunnel may exist on both the short exposure side and the standard exposure side.
また、図5のように昼間は輝度レベルが高く色温度も高い屋外の信号成分が短時間露光側に存在し、トンネル内の色温度の低い信号成分が標準露光側に存在する。このとき短時間露光側の色温度は12,000〜6000K(ケルビン)付近になる。標準露光側に存在するナトリウム灯の色温度は2,000〜2,500K付近である。しかし、日没近くになると徐々に屋外の色温度は下がり、4,000〜3,000Kになり、短時間露光側に存在した高色温度の屋外の信号成分がトンネル内の信号成分より暗くなるため、図5のように昼間とは反対にトンネル内の低色温度信号成分が短時間露光側、屋外の信号成分が標準露光側に存在するようになる。または、トンネル内と屋外の輝度レベルの差が少なくなり、トンネル内信号成分と屋外の信号成分が短時間露光側と標準露光側の両方に存在することもある。このときは短時間露光側と標準露光側の色温度は同等になる。 Further, as shown in FIG. 5, an outdoor signal component having a high luminance level and a high color temperature is present on the short-time exposure side during daytime, and a signal component having a low color temperature in the tunnel is present on the standard exposure side. At this time, the color temperature on the short-time exposure side is in the vicinity of 12,000 to 6000 K (Kelvin). The color temperature of the sodium lamp existing on the standard exposure side is around 2,000 to 2,500K. However, when it is near sunset, the outdoor color temperature gradually decreases to 4,000 to 3,000 K, and the high color temperature outdoor signal component existing on the short exposure side becomes darker than the signal component in the tunnel. Therefore, as shown in FIG. 5, the low color temperature signal component in the tunnel exists on the short-time exposure side and the outdoor signal component on the standard exposure side as opposed to daytime. Alternatively, the difference in brightness level between the inside and outside of the tunnel is reduced, and the signal component inside the tunnel and the signal component outside the tunnel may exist on both the short-time exposure side and the standard exposure side. At this time, the color temperatures of the short-time exposure side and the standard exposure side are equal.
これらのナトリウム灯が短時間露光側になる場合、ナトリウム灯等の放電管照明器具は電源周波数毎に点滅するので短時間露光映像信号の高速シャッター(例えば、1/2000秒)との間にタイミングのズレが生じて短時間露光映像信号のトンネル内信号成分にフリッカが発生する。例えば、電源周波数が50Hzの場合、100回/秒で点滅する。このような被写体条件になる場所での監視には、フリッカを防止することが優先されるため従来のワイドダイナミック機能付きカメラは使用せず、100回/秒で点滅を繰り返す光源にあわせて露光を行なう、1/100秒のシャッタ速度を持つカメラを使用していた。 When these sodium lamps are on the short exposure side, discharge lamps such as sodium lamps flash at every power supply frequency, so the timing between the high-speed shutter (for example, 1/2000 second) of the short-exposure video signal. This causes a flicker in the signal component in the tunnel of the short exposure video signal. For example, when the power supply frequency is 50 Hz, it blinks at 100 times / second. For monitoring in such subject conditions, priority is given to prevention of flicker, so a conventional camera with a wide dynamic function is not used, and exposure is performed according to a light source that repeatedly blinks at 100 times / second. I used a camera with a shutter speed of 1/100 second.
本発明の目的は、上述のような昼間、トンネル内と屋外のような輝度レベル差が大きい被写体が同時に混在するときは広ダイナミックレンジの映像が得られ、夜間、輝度レベルの差が少なくなるか、昼間と反対に屋外が暗くなり、トンネル内の方が明るいような場合には、短時間露光映像信号に発生するフリッカを検知し、標準露光映像信号のみの映像を出力することにより、フリッカを除去し、観測者に見やすい映像を提供することにある。 The object of the present invention is to obtain a video with a wide dynamic range when a subject with a large difference in brightness level is mixed at the same time such as in the daytime and in the tunnel as described above, and whether the difference in brightness level is reduced at night. When the outside is darker and the inside of the tunnel is brighter than in the daytime, flicker generated in the short-exposure video signal is detected, and only the standard exposure video signal is output. The purpose is to provide an image that is easy to see for the observer.
本発明は、上記の目的を達成するために、異なる露光条件により、標準的な明るさの被写体が適正レベルとなるようにして得た標準露光映像信号と、所定値より明るい被写体が適正レベルとなるようにして得た短時間露光映像信号とを合成して、広ダイナミックレンジの映像信号を生成するテレビジョンカメラにおいて、フリッカの発生状況に応じて上記広ダイナミックレンジ映像信号と上記標準露光映像信号のいずれかを切り替えて出力する手段を有するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a standard exposure video signal obtained by setting an object with standard brightness to an appropriate level under different exposure conditions, and an object having a brightness level that is brighter than a predetermined value. In a television camera that generates a wide dynamic range video signal by combining the short-time exposure video signal obtained as described above, the wide dynamic range video signal and the standard exposure video signal according to the occurrence of flicker. There are means for switching and outputting either of the above.
また、上記フリッカの発生状況を、前記短時間露光映像信号の平均輝度レベル状況により検知し、該平均輝度レベルの変動を所定回数以上検出した場合、上記標準露光映像信号に切り替えて出力するものである。 Further, the occurrence of the flicker is detected based on the average luminance level of the short-time exposure video signal, and when the fluctuation of the average luminance level is detected a predetermined number of times or more, the standard exposure video signal is switched and output. is there.
また、前記フリッカの発生状況を、短時間露光映像信号の輝度レベルにより検知し、該輝度レベルが所定値以下の場合、上記標準露光映像信号に切り替えて出力するものである。 Further, the occurrence state of the flicker is detected based on the luminance level of the short-time exposure video signal, and when the luminance level is a predetermined value or less, it is switched to the standard exposure video signal and output.
さらに、前記フリッカの発生状況を、短時間露光映像信号の色温度により検知し、該色温度が所定値以下の場合、上記標準露光映像信号に切り替えて出力するものである。 Further, the occurrence state of the flicker is detected by the color temperature of the short-time exposure video signal, and when the color temperature is not more than a predetermined value, it is switched to the standard exposure video signal and output.
本発明によれば、フリッカがある時には自動的に標準露光のみの映像になり、フリッカが無くなると広ダイナミックレンジな映像を得ることのできるテレビジョンカメラを実現することができ、観測者が監視しやすくなる。 According to the present invention, it is possible to realize a television camera that automatically obtains an image of only standard exposure when flicker is present, and obtains a wide dynamic range image when flicker is eliminated. It becomes easy.
以下、本発明の一実施例の回路構成について、図1を用いて説明する。図1において、被写体からの光はオートアイリスレンズ1を通して固体撮像素子(CCD)2に入射される。CCD2は1水平走査期間に、例えば、1/2000秒間に撮像光を露光して得られた短時間露光映像信号と、その短時間露光映像信号より長く電源周波数による光源の点滅周期にあわせた、例えば電源周波数が50Hzの時には1/100秒間に撮像光を露光して得られた標準露光映像信号とを出力する。CCD2から出力された映像信号はCDS3でサンプルホールドされ、信号が所要のレベルとなるようにAGC4で自動利得制御し、さらにA/D変換器5でアナログ映像信号からデジタル映像信号に変換される。6は、A/D変換器5からのデジタル映像信号を1水平走査期間毎にそのデジタル映像信号の標準露光映像信号と短時間露光映像信号とを分離し、それぞれ1水平走査期間に時間伸張して、それらを同期化してそれぞれ同時に出力するようにした同期化回路である。同期化回路6から出力された標準露光映像信号は標準露光用映像信号処理回路7へ入力され、一方、同じく同期化回路6から出力された短時間露光映像信号は短時間露光用映像信号処理回路8へ入力される。これら標準露光用映像信号処理回路7および短時間露光用映像信号処理回路8は入力された映像信号に各々所定の映像信号処理を施し、例えばガンマ補正、エンハンサ処理やホワイトバランス処理などを施す。所定の映像信号処理を施された標準露光映像信号と短時間露光映像信号は合成・階調補正処理回路9で広ダイナミックレンジ映像信号として出力切り換え回路11へ出力される。出力切り換え回路11は、後段に説明する判断処理による結果を基に、合成された広ダイナミックレンジ映像信号か長露光映像信号のどちらかを切り換えて出力する。マイクロコンピュータ(CPU)10はAGC4、標準露光用映像信号処理回路7、短時間露光用映像信号処理回路8および合成・階調補正処理回路9の制御を施すものであり、例えば自動利得制御処理、ホワイトバランス処理、合成処理等のソフトウェアを内蔵する。
The circuit configuration of one embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, light from a subject enters a solid-state imaging device (CCD) 2 through an
まず、短時間露光映像信号のフリッカ発生を検出する第一の実施例を説明する。図7は広ダイナミックレンジ映像切替え処理のフローチャート、図8はフリッカ検出処理を示すフローチャートであり、符号は処理ステップを示すものである。また、図8は図7のステップ72の詳細な動作を示すものである。前記図7、8を参照しながら、図1に沿って説明する。短時間露光用映像信号処理回路8に入力された映像信号の平均輝度レベルをCPU10内で例えば、3フィールド分検出する(ステップ81)。この3フィールドの輝度レベル変化のパターンが図4に示す6種類のフリッカパターンと一致するかを調べて(ステップ82、83、84、85)、所定時間内にある回数以上フリッカパターン一致したかをカウントする(ステップ73)。例えば、ステップ81で検出した3フィールド分の平均輝度レベルが、第1フィールド=第2フィールド<第3フィールドの関係にある場合は図4に示すパターンAと一致するためフリッカがあると判定される。また、第1フィールド=第3フィールド<第2フィールドの関係にある場合は図4に示すパターンBと一致するためフリッカがあると判定される。所定回数以上一致したときには、フリッカがあると判断して合成・階調補正処理回路9で合成・階調補正せずに標準露光用映像信号のみを後段へ出力する(ステップ75)。また、一致した回数が所定値よりも少ない時には、フリッカは無いと判断してカウンタをクリアし、はじめからカウントをやり直し、所定の映像信号処理を施し、標準露光映像信号と短時間露光映像信号を合成・階調補正処理回路9で広ダイナミックレンジ映像信号として後段へ出力する(ステップ76)。その結果、フリッカがある時には自動的に標準露光のみの映像になり、フリッカが無くなると広ダイナミックレンジの映像が得られるようになる。標準露光映像信号は前述したとおり、電源周波数による光源の点滅周期にあわせた露光を行なっているため、フリッカの発生を防止することができる。
First, a first embodiment for detecting occurrence of flicker in a short exposure video signal will be described. FIG. 7 is a flowchart of the wide dynamic range video switching process, FIG. 8 is a flowchart showing the flicker detection process, and the reference numerals indicate processing steps. FIG. 8 shows the detailed operation of
次に、短時間露光映像信号の輝度レベルを検知する第2の実施例を説明する。図9は輝度レベル検出処理を示すフローチャートであり、符号は処理ステップを示すものである。前記図9を参照しながら、図1に沿って説明する。CPU10では、短時間露光用映像信号処理回路8に入力された映像信号の輝度レベルデータYを毎フィールド検出を行う(ステップ91)。この検出された輝度レベルデータYと所定のしきい値データXとを毎フィールド比較する(ステップ92)。この比較処理でY<Xの場合、標準露光映像信号出力に切り換えるためのカウンタAの値が+1されるとともに、広ダイナミックレンジ信号出力に切り換えるためのカウンタBの値を0クリアする(ステップ93)。このカウンタAの値が規定値に達すると(ステップ95)出力切り換え回路11に対して標準露光映像信号を出力するための処理が行われる(ステップ97)。逆に、この比較処理でY≧Xの場合、標準露光映像信号出力に切り換えるためのカウンタAの値が0クリアされるとともに、広ダイナミックレンジ信号出力に切り換えるためのカウンタBの値を+1する(ステップ94)。このカウンタBの値が規定値に達すると(ステップ96)出力切り換え回路11に対して広ダイナミックレンジ信号を出力するための処理が行われる(ステップ98)。その結果、短時間露光映像信号の輝度が小さくなると自動的に標準露光のみの映像出力に切り替わり、逆に輝度が大きいときは広ダイナミックレンジ映像出力に自動的に切り替わる。すなわち昼間の輝度レベルが高い、屋外の信号成分が短時間露光側に存在している時は広ダイナミックレンジ映像出力に切り替わり、夜間になると短露光側に存在した屋外の映像信号成分が屋内の映像信号成分より暗くなるため、昼間とは反対に屋内の信号成分が短露光側に存在するようになり輝度レベルが低下し標準露光のみの映像出力に切り替わる。つまり、フリッカがある時には自動的に標準露光のみの映像になり、フリッカが無くなると広ダイナミックレンジな映像が得られるようになる。標準露光映像信号は前述したとおり、電源周波数による光源の点滅の周期にあわせた露光を行なっているため、フリッカの発生を防止することができる。
Next, a second embodiment for detecting the luminance level of the short exposure video signal will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the luminance level detection processing, and the reference numerals indicate processing steps. With reference to FIG. 9, the description will be made along FIG. The
次に、短時間露光映像信号の色温度を検出する第3の実施例を説明する。図10は色温度検出処理を示すフローチャートであり、符号は処理ステップを示すものである。前記図10を参照しながら、図1に沿って説明する。短時間露光用映像信号処理回路8に入力された映像信号の色温度をCPU10内で検出する(ステップ101)。短時間露光側の色温度が、ある値(例えば4,000K)よりも低下したときは(ステップ102)、ナトリウム灯等の色温度の低い光源のもとで撮像した映像、すなわちフリッカが発生している映像と判断して合成・階調補正処理回路9で合成・階調補正せずに標準露光用映像信号のみを後段へ出力する(ステップ103)。また、短時間露光側の色温度がある値よりも高いときには(ステップ102)、太陽光などの色温度の高い光源のもとで撮像した映像、すなわちフリッカが発生していない映像と判断して、所定の映像信号処理を施し、標準露光映像信号と短時間露光映像信号を合成・階調補正処理回路9でワイドダイナミックレンジ映像信号として後段へ出力する(ステップ104)。その結果、フリッカがある時には自動的に標準露光のみの映像になり、フリッカが無くなると広ダイナミックレンジな映像が得られるようになる。標準露光映像信号は前述したとおり、電源周波数による光源の点滅の周期にあわせた露光を行なっているため、フリッカの発生を防止することができる。 Next, a third embodiment for detecting the color temperature of the short-time exposure video signal will be described. FIG. 10 is a flowchart showing the color temperature detection process, and the reference numerals indicate processing steps. A description will be given along FIG. 1 with reference to FIG. The color temperature of the video signal input to the short-exposure video signal processing circuit 8 is detected in the CPU 10 (step 101). When the color temperature on the short-time exposure side falls below a certain value (for example, 4,000 K) (step 102), an image captured under a light source having a low color temperature such as a sodium lamp, that is, flicker occurs. Only the standard exposure video signal is output to the subsequent stage without being synthesized and gradation corrected by the composition and gradation correction processing circuit 9 (step 103). When the color temperature on the short exposure side is higher than a certain value (step 102), it is determined that the image is captured under a light source having a high color temperature such as sunlight, that is, an image in which flicker is not generated. Then, predetermined video signal processing is performed, and the standard exposure video signal and the short-time exposure video signal are output to the subsequent stage as a wide dynamic range video signal by the synthesis / tone correction processing circuit 9 (step 104). As a result, when there is flicker, an image with only standard exposure is automatically obtained, and when there is no flicker, an image with a wide dynamic range can be obtained. As described above, the standard exposure video signal is exposed in accordance with the blinking cycle of the light source by the power supply frequency, and therefore flicker can be prevented.
1:オートアイリスレンズ、 2:固体撮像素子(CCD)、3:CDS、4:AGC、5:A/D変換器 6:同期化回路、7:標準露光用映像信号処理回路、8:短時間露光用映像信号処理回路、9:合成・階調補正処理回路、10:マイクロコンピュータ(CPU)。 1: auto iris lens, 2: solid-state imaging device (CCD), 3: CDS, 4: AGC, 5: A / D converter 6: synchronization circuit, 7: video signal processing circuit for standard exposure, 8: short exposure Video signal processing circuit, 9: synthesis / tone correction processing circuit, 10: microcomputer (CPU).
Claims (1)
前記短時間露光映像信号の所定のフィールド数の輝度レベル変化と所定のフリッカパターンとを比較して前記短時間露光映像信号のフリッカの有無を判定することを特徴とするテレビジョンカメラ。
A standard exposure video signal obtained so that a subject with standard brightness is at an appropriate level and a short exposure video signal obtained so that an object brighter than a predetermined value is at an appropriate level are combined to produce a wide In a television camera that generates dynamic range video signals,
A television camera characterized in that the presence or absence of flicker in the short-time exposure video signal is determined by comparing a change in luminance level of a predetermined number of fields of the short-time exposure video signal with a predetermined flicker pattern.
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