JP2006303559A - 電子式カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】標準の色温度の環境で調整を行った電子カメラにおいて、標準の色温度から大きく外れた色温度の環境で高輝度被写体を撮像した場合に、撮像部の飽和が原因で発生する高輝度部の着色を抑制する。
【解決手段】各色信号から色温度値を演算して保持する色温度判定回路と、撮像部から出力される各色信号の出力レベルを制限するためのリミットレベルと色温度値との対応を示すリミットレベル表を記憶するリミットレベル表メモリと、色温度判定回路の保持する色温度値からリミットレベル表メモリを参照してリミットレベルを取得する制御回路と、制御回路で取得したリミットレベルによって各色信号をクリップするリミッタ回路とを備えた構成とした。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子式カメラで撮像する映像への着色を抑制する技術に関し、特に標準の色温度から大きく外れた色温度の環境で高輝度被写体を撮像した場合に、撮像部の飽和が原因で発生する高輝度部の着色を抑制する技術に関する。

電子式カメラの撮像部内部に使用される撮像素子には、蓄積できる電荷量に限界がある。撮像素子は、その限界以上に強い光を受けると蓄積電荷量が飽和する。このときの最大蓄積電荷容量は、外部から撮像部に与える制御電圧により制御できる。通常は、電子式カメラ製造時等に、白熱灯を光源とした環境（色温度３２００Ｋ付近、以下このような環境を基準色温度値の環境と呼ぶ）で電子式カメラのレンズの絞りを徐々に開いて、被写体を撮像したＲ（レッド）チャンネルの信号（以下、Ｒ信号と記載する）、Ｇ（グリーン）チャンネルの信号（以下、Ｇ信号と記載する）及びＢ（ブルー）チャンネルの信号（以下、Ｂ信号と記載する）の各色信号（以下、ＲＧＢ信号と記載する）が同時に飽和する値に撮像部の制御電圧を調整する。このように調整をすることで、基準色温度値の環境で白色の被写体を撮像すると、撮像部は白の映像信号、すなわち各ＲＧＢ信号が等しい映像信号を出力するようになる。

図５は基準色温度値の環境で白色の被写体を撮像することで、撮像部に光を１／６０秒だけ当てて電荷を蓄積した場合のＲＧＢ信号のレベルの変化を示したものである。なお、このときの電子式カメラのシャッター速度は１／６０秒を想定している。また、図はＲチャンネル、Ｇチャンネル及びＢチャンネルの電荷蓄積時間に対する信号レベルを示し、右側の破線縦矢印は撮像部からの出力レベルを示す。以下図４、図６、図７も同様とする。図５に示すように、基準色温度値の環境で撮像するならば、たとえ被写体が高輝度であってもある光量で同時にＲＧＢ信号が飽和するので、本来白色であるはずの被写体が黄色っぽくなったり、紫色っぽくなったりする「着色」の現象は発生しない。

このような撮像部を有する電子式カメラを用いて被写体を撮像すると、例えば基準色温度値の環境で撮像したときと太陽光の下（色温度５６００Ｋ付近、以下このような環境を５６００Ｋの環境と呼ぶ）で撮像したときとでは、色温度が異なることによって同じ被写体であっても異なるＲＧＢ信号が得られる。このような映像信号中に現れる光源の色温度による影響を軽減するために、撮像時には、ＲＧＢ信号の各チャンネルが適正な色に補正されるような補正値を算出し、その補正値を用いて、撮像部が出力するＲＧＢ信号の各チャンネルに対してゲイン調整を行う。この技術は一般にホワイトバランス調整処理と呼ばれ、特許文献１等で公知である。

従来の電子式カメラでは被写体の色温度や輝度を測定し、その２つの条件に応じて補正値を算出する。図６は５６００Ｋの環境で白色の被写体を撮像することで、撮像部に光を１／６０秒だけ当てて電荷を蓄積した場合のＲＧＢ信号のレベルの変化を示したものである。図６（ａ）が示すように、基準色温度値の環境で調整を行った撮像部を使って５６００Ｋの環境で撮像すると、白色の被写体を撮像した場合であっても、Ｇ信号に対してＢ信号のレベルが大きくＲ信号のレベルが小さくなる。これは、被写体の置かれている環境の色温度が高くなるに連れて、光の青色成分が増える一方で赤色成分が減ることによる。このため、得られる映像は、実際の色よりも青っぽいものとなる。このような場合、図６（ｂ）が示すようにＲ信号を増幅させると共にＢ信号を減衰させるようなホワイトバランス調整処理を行い、ＲＧＢ信号のレベルを同じにする。
特開昭６１−１８４０７９号公報

しかしながら従来の電子式カメラでは、基準色温度値以外の環境で高輝度被写体を撮像するとＲＧＢ信号が飽和してしまい、着色が発生する場合があるという問題点があった。

図７は、５６００Ｋの環境で高輝度被写体を撮像することで、撮像部に１／６０秒電荷を蓄積した場合のＲＧＢ信号の各チャンネルのレベルを示したものである。図７（ａ）は図６（ａ）と異なり、高輝度被写体を撮像しているため、Ｂ信号だけが飽和している。この図７（ａ）のようなＲＧＢ信号に対して図６（ｂ）と同様のホワイトバランス調整処理を施すと、図７（ｂ）に示すように飽和したＢ信号に対してレベルを下げる方向に調整を行うため、Ｂ信号のレベルが他の色信号に対して最も小さくなり、その結果、相対的に青色成分の少ない黄色っぽい映像が得られる。このように従来の電子式カメラでは、基準色温度値の環境で調整を行った後に５６００Ｋの環境で高輝度被写体を撮像する場合等、ＲＧＢ信号のうち一部の色信号だけが飽和すると画像に着色が発生する。

これは具体的には、日中の屋外で空の白い雲などが背景にあるシーンを撮像した場合に、人物などの被写体は適正な色となるが、背景の高輝度被写体である明るい白い雲は黄色っぽく写るといった現象となって現れる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、調整値以外の色温度環境で高輝度被写体を撮像する場合でも着色を抑制したＲＧＢ信号を得ることができる電子式カメラを提供することを目的とする。

このような課題を解決するために本発明の電子式カメラは、被写体からの光を電気信号に変換してＲ（レッド）チャンネルの信号、Ｇ（グリーン）チャンネルの信号及びＢ（ブルー）チャンネルの信号の各色信号として出力する撮像部と、撮像部から出力される各色信号から色温度値を演算して保持する色温度判定回路と、撮像部から出力される前記各色信号の出力レベルを制限するためのリミットレベルと色温度値との対応を示すリミットレベル表を記憶するリミットレベル表メモリと、色温度判定回路の保持する色温度値からリミットレベル表メモリを参照してリミットレベルを取得する制御回路と、制御回路で取得したリミットレベルによって各色信号をクリップするリミッタ回路とを備えた構成とした。

本発明の電子式カメラは、前記のような構成とすることにより、調整値以外の色温度の環境で高輝度被写体を撮像する場合に撮像素子の飽和が原因で高輝度部に発生する着色を抑制することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に本発明の電子式カメラの構成図を示す。撮像部１０３は、被写体１０２からの光をＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号の各色信号（ＲＧＢ信号）に変換して出力する。撮像部１０３は、光を色信号に変換するイメージセンサ（図示せず）を含んでいる。イメージセンサの構成としては、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）及びＢ（ブルー）の原色フィルタを持つイメージセンサ（ＣＣＤやＣＭＯＳ等）をひとつ含む場合、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンタ）及びＹ（イエロー）などの補色フィルタを持つイメージセンサをひとつ含み、これらのイメージセンサからの信号をＲＧＢ信号に変換して出力する場合、光をＲＧＢチャンネルの３色に分光するプリズムとＲＧＢチャンネル用の３枚のイメージセンサを含む場合（３ＣＣＤ方式）及び、４色以上の色信号を得られるイメージセンサをひとつ含む場合等が挙げられる。

前段処理回路１０４は撮像部１０３が出力するＲＧＢ信号に対して、有効部分の抜き出し、レベルオフセット調整及びレベル増幅など、リミッタ回路１０５の前段において様々な信号処理を施す回路である。リミッタ回路１０５は、後述するリミットレベルに応じてＲＧＢ信号をクリップする回路である。後段処理回路１０６は、リミッタ回路１０７が出力するＲＧＢ信号に対して、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正及び、ニー補正など、様々な信号処理を施す回路である。色温度判定回路１０７は、リミッタ回路１０５に入力されるＲＧＢ信号を基に演算して色温度値を求め、内部で記憶する回路である。制御回路としてのマイコン１０８は、この電子式カメラ全体を制御するプロセッサである。リミットレベル表メモリ１０９は、図２に示す色温度値に応じた３チャンネルのリミットレベルの対応表をリミットレベル表として記憶しておくメモリである。リミットレベル表メモリに記憶されている値の求め方については後述する。

本発明の電子式カメラの動作の概要について説明する。任意の色温度値に設定できる光源１０１により照らされた被写体１０２からの光は、撮像部１０３で結像され、ＲＧＢ信号に変換される。前段処理回路１０４はこのＲＧＢ信号に対して様々な信号処理を施す。

リミッタ回路１０５は、マイコン１０８から設定されたリミットレベルを用いて、前段処理回路１０４からのＲＧＢ信号を処理し、出力する。出力されたＲＧＢ信号は後段処理回路１０６により様々な処理を施されて出力される。出力されたＲＧＢ信号は、符号化回路（図示せず）にて符号化されて記録媒体（図示せず）に記録されるか、もしくは通信経路を使って伝送される。

電子式カメラの入力手段（図示せず）からホワイトバランス調整処理の指示が入力される等したときに、本発明の電子式カメラは次の処理を行う。まず、色温度判定回路１０７はマイコン１０８によって制御されており、前段処理回路１０４により処理されたＲＧＢ信号を受け取る。色温度判定回路１０７は受け取ったＲＧＢ信号を基に演算して色温度値を求め、内部で記憶しておく。次に、マイコン１０８は、色温度判定回路１０７から取得した色温度値からリミットレベル表メモリ１０９を参照して各リミットレベルを取得し、このリミットレベルをリミッタ回路１０５に設定する。なお、リミッタ回路１０５に設定されるリミットレベルの初期値は、基準色温度値の環境に対応する値とする。なお、基準色温度値とは次のような色温度値のことを言う。すなわち、撮像部１０３が白色の被写体を撮像したときに出力するＲＧＢ信号のレベルが互いに等しくなるような環境の色温度のことである。

色温度判定回路１０７での色温度値の演算方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。すなわち、前段処理回路１０４にて信号処理されたＲＧＢ信号から撮像画面の一部を抜き出してＲＧＢ信号の各チャンネルで積分する。そして、その積分値の比を基に色温度値を演算する。しかしながら色温度値の演算は、正しい色温度値を求められる演算ならばどんな方法でも構わない。

リミットレベル表メモリ１０９は図２に示す表の値を記憶している。これらの値は次のようにして求める。電子式カメラ製造時等に、まず、基準色温度値の環境で電子式カメラのレンズの絞りを徐々に開いて、白色の被写体を撮像したＲＧＢ信号が同時に飽和する値に撮像部の制御電圧を調整する。本実施の形態では、基準色温度値は３２００Ｋとする。このとき、ＲＧＢ信号が飽和する出力レベルがどれも１００ｍＶとなるように電子式カメラの撮像部を調整する。そして、このとき各チャンネルのリミットレベルも１００ｍＶとする。すなわち、この電子式カメラは飽和レベルを１００ｍＶとし、基準色温度値の環境においては同時に１００ｍＶのリミットレベルにて飽和することになる。次に、環境の色温度を任意の色温度値に設定し、白色の被写体をレンズの絞りを撮像部１０３の３つのチャンネルのうちのどれか一つが飽和するまで徐々に開いてゆく。このとき飽和したチャンネルのリミットレベルは１００ｍＶとする。他の２チャンネルにおいては、そのときのレベルをそのチャンネルのリミットレベルとする。

例えば、５６００Ｋの環境では、Ｂチャンネルが最初に飽和するため、Ｂチャンネルのリミットレベルは１００ｍＶとする。また、このときのＲチャンネル、Ｇチャンネルの出力レベルはそれぞれ８０ｍＶ、９０ｍＶであるので、これをそれぞれのチャンネルのリミットレベルとする。このようにして任意の色温度値の３チャンネルのリミットレベルが決まる。

図２に示すリミットレベル表を作成するために、測定する色温度値を等間隔に決めて、色温度値ごとに上記の方法を用いて測定して３チャンネルのリミットレベルを求める。このとき、色温度値の間隔はどんなに細かく設定されていても構わず、表にない中間の値は予想しうる値を示す関数を用いて補完しても構わない。

このようにして作成されたリミットレベル表は、次のような性質をもつ。すなわち、製造時等に撮像部を調整したときの基準色温度値の環境においては、全チャンネルのリミットレベルが各チャンネルの飽和レベルでかつ同じ値（本実施の形態では１００ｍＶ、以下、上限リミットレベルとする）となる。色温度値が基準色温度値未満では、Ｒチャンネル用リミットレベルは上限リミットレベルとなり、かつ、Ｒチャンネル用リミットレベル＞Ｇチャンネル用リミットレベル＞Ｂチャンネル用リミットレベルとなる。色温度値が基準色温度値よりも高いときは、Ｂチャンネル用リミットレベルは上限リミットレベルとなり、かつ、Ｒチャンネル用リミットレベル＜Ｇチャンネル用リミットレベル＜Ｂチャンネル用リミットレベルとなる。また、各リミットレベルは、色温度値と基準色温度値との差が大きいほど、上限リミットレベルよりも小さな値をとる。

次に、マイコン１０８によるリミッタ回路１０５の制御方法について説明する。マイコン１０８は、色温度判定回路１０７で得られた色温度値から、リミットレベル表メモリ１０９を参照して各チャンネルのリミットレベルを取得し、この値を用いてリミッタ回路１０５を制御する。図３にリミッタ回路１０５の制御方法のフローチャートを示す。

ステップ３０１にてマイコン１０８は、色温度判定回路１０７の演算した色温度値を取得する。以下、色温度判定回路１０７にて色温度値が５６００Ｋと計算された場合について説明する。色温度値の取得後、マイコン１０８は各チャンネルで処理を行うが、各チャンネルの処理は同様であるので、以下ではＲチャンネルについて説明する。

ステップ３０２にてマイコン１０８は、リミットレベル表メモリ１０９から色温度判定回路１０７の演算した色温度値に応じたＲチャンネル用リミットレベルを取得する。色温度値が５６００Ｋなので、リミットレベル表メモリ１０９からＲチャンネル用リミットレベルとして８０ｍＶが得られる。

次にステップ３０３にて、前段処理回路１０４から取得したＲ信号レベルとＲチャンネル用リミットレベルとの比較を行う。もしＲ信号レベルの方が大きければ、ステップ３０４にてＲ信号レベルをＲチャンネル用リミットレベルでクリップし、もし同値かＲチャンネル用リミットレベルの方が大きければＲ信号をそのまま通す。この分岐処理を行ったＲ信号をステップ３０５にて出力する。例えば５６００Ｋの環境で撮像して、Ｒ信号レベルが８２ｍＶの場合、Ｒ信号リミットレベル８０ｍＶより大きいので、Ｒ信号はリミットレベルでクリップされて８０ｍＶとなる。

同様にＧチャンネルにおいては、Ｇ信号レベルが１００ｍＶの場合、Ｇ信号リミットレベル９０ｍＶより大きいので、Ｇ信号はリミットレベルでクリップされて９０ｍＶとなる。また、Ｂチャンネルにおいては、Ｂ信号レベルが飽和して１００ｍＶとなっている場合、Ｂ信号リミットレベル１００ｍＶと等しいので、Ｂ信号はそのまま１００ｍＶとなる。

図４は、本発明の電子式カメラにおいて５６００Ｋの環境で高輝度被写体を撮像することで、撮像部に１／６０秒電荷を蓄積した場合のＲＧＢ信号の各チャンネルのレベルを示したものである。図４（ａ）は図６（ａ）と異なり高輝度被写体を撮像しているため、Ｂチャンネルが飽和している。このようなＲＧＢ信号にリミッタ回路１０５でリミッタ処理を施して図４（ｂ）に示される信号を取得し、撮像部の飽和が原因で発生する着色を抑制する。そして最後に後段処理回路１０６がホワイトバランス調整処理を施すことにより、図４（ｃ）に示すような適切なＲＧＢ信号レベルが得られる。このようにして、高輝度被写体を撮像した映像に対してホワイトバランス調整処理を施しても着色を抑えた画像を得ることができる。

この電子式カメラは静止画撮像カメラであっても動画撮像カメラであってもどちらでもよい。

本発明の電子式カメラによれば、従来の電子式カメラでは実現できなかった高輝度被写体での撮像素子の飽和が原因で発生する着色を抑制することができるため、より高画質な画像を必要とする静止画撮像カメラや動画撮像カメラ等にも適用可能である。

本発明の電子式カメラの構成図 リミットレベル表メモリの持つリミットレベル表を示す図 リミッタ回路の制御方法を示すフローチャート 本発明の電子式カメラで５６００Ｋの環境において高輝度被写体を撮像したときのＲＧＢ信号レベルを示すチャート 従来の電子式カメラで基準色温度値の環境において高輝度被写体を撮像したときのＲＧＢ信号レベルを示すチャート 従来の電子式カメラで５６００Ｋの環境において被写体を撮像したときのＲＧＢ信号レベルを示すチャート 従来の電子式カメラで５６００Ｋの環境において高輝度被写体を撮像したときのＲＧＢ信号レベルを示すチャート

符号の説明

１０１ 光源
１０２ 被写体
１０３ 撮像部
１０４ 前段処理回路
１０５ リミッタ回路
１０６ 後段処理回路
１０７ 色温度判定回路
１０８ マイコン
１０９ リミットレベル表メモリ

Claims (6)

1. 被写体からの光を電気信号に変換してＲ（レッド）チャンネルの信号、Ｇ（グリーン）チャンネルの信号及びＢ（ブルー）チャンネルの信号の各色信号として出力する撮像部と、
   前記撮像部から出力される前記各色信号から色温度値を演算して保持する色温度判定回路と、
   前記撮像部から出力される前記各色信号の出力レベルを制限するためのリミットレベルと前記色温度値との対応を示すリミットレベル表を記憶するリミットレベル表メモリと、
   前記色温度判定回路の保持する前記色温度値から前記リミットレベル表メモリを参照して前記リミットレベルを取得する制御回路と、
   前記制御回路で取得した前記リミットレベルによって前記各色信号をクリップするリミッタ回路とを備えた電子式カメラ。
2. 前記撮像部が白色の被写体を撮像したときに出力する前記各色信号のレベルが互いに等しくなるような環境の色温度を基準色温度値とし、
   前記基準色温度値の環境において前記撮像部が白色の被写体を撮像したときに出力する前記各色信号が同時に飽和したときのレベルを上限リミットレベルとしたとき、
   前記リミットレベル表は、色温度値に対するＲチャンネル用リミットレベル、Ｇチャンネル用リミットレベル及びＢチャンネル用リミットレベルの対応表であり、
   前記リミットレベル表は、色温度値が基準色温度値未満では、Ｒチャンネル用リミットレベルは前記上限リミットレベルとなり、かつ、Ｒチャンネル用リミットレベル＞Ｇチャンネル用リミットレベル＞Ｂチャンネル用リミットレベルとなり、色温度値が基準色温度値よりも高いときは、Ｂチャンネル用リミットレベルは前記上限リミットレベルとなり、かつ、Ｒチャンネル用リミットレベル＜Ｇチャンネル用リミットレベル＜Ｂチャンネル用リミットレベルとなり、各リミットレベルは、色温度値と基準色温度値との差が大きいほど、上限リミットレベルよりも小さな値をとる、請求項１記載の電子式カメラ。
3. 前記撮像部は、Ｒ（レッド）チャンネル用、Ｇ（グリーン）チャンネル用及びＢ（ブルー）チャンネル用の３原色フィルタを持つイメージセンサを含む請求項２記載の電子式カメラ。
4. 前記撮像部は、Ｒ（レッド）チャンネル、Ｇ（グリーン）チャンネル及びＢ（ブルー）チャンネルの３色に分光するプリズムとＲ（レッド）チャンネル用、Ｇ（グリーン）チャンネル用及びＢ（ブルー）チャンネル用の３枚のイメージセンサを含む請求項２記載の電子式カメラ。
5. 前記撮像部は、Ｃｙ（シアン）チャンネル用、Ｍｇ（マゼンタ）チャンネル用及びＹ（イエロー）チャンネル用の３補色フィルタを持つ補色イメージセンサを含み、前記補色イメージセンサからの信号をＲ（レッド）チャンネルの信号、Ｇ（グリーン）チャンネルの信号及びＢ（ブルー）チャンネルの信号に変換して出力する請求項２記載の電子式カメラ。
6. 前記撮像部は、４色以上の色信号を得られるイメージセンサを含み、前記イメージセンサからの色信号をＲ（レッド）チャンネルの信号、Ｇ（グリーン）チャンネルの信号及びＢ（ブルー）チャンネルの信号に変換して出力する請求項２記載の電子式カメラ。
   

Images