JP2523038B2 - カラ―ビデオカメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は，撮像素子から得られる撮像映像信号を基
に、白バランスの制御を行うカラービデオカメラの自動
白バランス調整装置に関する。

（ロ） 従来の技術 カラービデオカメラに於いては、光源による光の波長
分布の違いを補正するために、白バランスの制御を行う
必要がある。

この制御は、赤（以下Ｒ）、青（以下Ｂ）、緑（以下
Ｇ）の三原色信号の比が1:1:1となるように、各色信号
の利得を調整することで行われる。一般には、例えば特
開昭62−35792号公報（H04N9/73）に示される様に、画
面の色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの積分値が零になるように
利得を調節する方式が用いられている。

第２図は、この方式を用いた白バランス回路のブロッ
ク図である。

レンズ（１）を通過した光は、撮像素子（CCD）
（２）で光電変換された後、色分離回路（３で、Ｒ、
Ｇ、Ｂの３原色信号として取り出され、Ｇの色信号は直
接、Ｒ及びＢの色信号はＲ増幅回路（４）、Ｂ増幅回路
（５）を経て、カラープロセス及びマトリクス回路
（６）に入力され、輝度信号Ｙ、赤及び青それぞれの色
差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙが作られて、ビデオ回路へ送られ
る。

同時に、二つの色差信号は、それぞれ積分回路（17）
（18）で、所定期間積分され、その結果が零になるよう
に、利得制御回路（13）、（14）が利得制御信号（Gr）
（Gb）をＲ、Ｂ各々の利得可変な増幅回路（４）、
（５）に発し、増幅回路の利得が調節される。

尚、色差信号（Ｒ−Ｙ）（Ｂ−Ｙ）の基準レベル即ち
零レベルは、完全に白色の無彩色の画面が得られるとき
の値に予設定されており、また各増幅回路の利得は、利
得制御信号のレベル、即ち制御量に比例する。

（ハ） 発明が解決しようとする課題 前述の方式は、ビデオカメラにより撮影される画面
の、様々な色分布に対して、積分回路（17（18）の時定
数を長くする等の工夫を施して、これらの色分布を平均
化すれば、色分布を構成する各色成分が打ち消し合い、
略白い画面状態に近似できることを前提としている。

ところが、被写体の輝度が極端に低いと、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の各出力レベルが低くなり、バランスの崩れを生じ、無
彩色（黒）であるにも関わらず、色差信号が出てしまい
易い。

従来の方式では、この色ずれを打ち消す方向に利得が
変化して白バランスがその補色側にずれてしまうという
欠点を有している。

（ニ） 課題を解決するための手段 本発明は、撮像映像信号中の色情報信号を基に各色信
号の利得を制御する白バランス調整装置であり、被写体
の輝度レベルが所定の値に満たないときは、利得制御を
制限あるいは禁止することを特徴とする。また、より具
体的には、撮像画面を分割して設定された複数の領域毎
の色情報信号レベルを各色の色評価値として得る色評価
値検出手段と、前記各領域毎の色評価値に各領域毎の重
み付け量にて重み付けを行い、この重み付け後の色評価
値より画面全体についての色評価値を画面色評価値とし
て算出する画面色評価値算出手段と、該画面色評価値を
もとに各色信号の増幅利得を制御する利得制御手段を備
え、分割された各領域毎に輝度レベルを検出し、各輝度
レベルが所定の値に満たないときは、これらの領域に対
する重み付け量を他の領域に比べて小さくすることを特
徴とする。

（ホ） 作用 本発明は、上述の如く構成したので、輝度の極端に低
い被写体に対しても、白バランス調整のずれを防ぐこと
が可能となる。

（ヘ） 実施例 以下、図面に従い本発明の実施例について説明する。

第１図は第１実施例に係わる自動白バランス回路の回
路ブロック図である。尚、従来例の図面と同一部分には
同一符号を付して説明を割愛する カメラプロセス及びマトリクス回路（６）で作られた
輝度信号（Ｙ）は、赤及び青各々の色差信号（Ｒ−Ｙ）
（Ｂ−Ｙ）と同様に、積分回路（19）に送られ、１画面
分の輝度信号が積分される 上限値設定回路（20）は、この積分値より、利得制御
回路（13）（14）の制御量の最大を制限する。

第３図は、この上限値設定回路（20）での上限値設定
動作における輝度の積分値と利得制御量の上限値（HJ）
の関係を示し、積分値が著しく小さな場合に零レベルに
固定され、積分値が大きくなるにつれて、上限値（HJ）
もこれに比例して大きくなる単調増加直線を有する。

この第３図より、入力された輝度の積分値に対する利
得制御量の上限値（HJ）を求め、この上限値（HJ）が各
利得制限回路（51）（52）に入力される。

利得制限回路（51）（52）は、利得の制御量に相当す
る各利得制御信号（Gr）（Gb）のレベルを常に監視し、
上限値設定回路（20）にて設定された上限値（HJ）以下
の場合にはそのまま出力し、上限値を越える場合には信
号に制限を加え上限値自身を出力する。従って、画面の
輝度レベルが小さい時は、輝度の積分値も小さくなって
上限値も下がって制限され、特に画面が著しく暗い場合
には、上限値は零となって利得制御信号（Gr）（Gb）も
共に零となり、実質的に利得制御は禁止されることにな
る。

次に、第４図を参照にして第２実施例について説明す
る。

前記第１実施例と同様に、レンズ（１）を通過した光
は、CCD（２）上に結像されて光電変換された後、色分
離回路（３）にて、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色信号として取り
出される。これら３原色信号の中のＲ及びＢ信号は、夫
々Ｒ及びＢ増幅回路（４）（５）を経て、Ｇ信号と共に
カメラプロセス及びマトリクス回路（６）に入力され、
これらを基に輝度信号（Ｙ）及び赤、青夫々の色差信号
（Ｒ−Ｙ）、（Ｂ−Ｙ）が作成されて、ビデオ回路
（７）に供給され周知の処理が施される。また（Ｙ）
（Ｒ−Ｙ）（Ｂ−Ｙ）の各信号は、同時に選択回路（2
1）にも供給される。

選択回路（21）は、タイミング回路（25）からの選択
回路（S1）により、輝度信号（Ｙ）または色差信号（Ｒ
−Ｙ）（Ｂ−Ｙ）の３つの信号の中の１つを１フィール
ド毎に順次選択するもので、（Ｙ）→（Ｒ−Ｙ）→（Ｂ
−Ｙ）→（Ｙ）→・・と１フィールド毎に後段のA/D変
換器（22）に出力される。尚、選択信号（S1）は後述の
如く同期分離回路（24）から得られる垂直同期信号に基
づいて作成される。

A/D変換器（22）は、所定のサンプリング周期で選択
回路（21）にて選択された信号（Ｙ（Ｒ−Ｙ）（Ｂ−
Ｙ）の何れかをサンプリングしてディジタル値に変換
し、この値を積分器（23に出力する。ところで、タイミ
ング回路（25）はカメラプロセス及びマトリクス回路
（６）から垂直、水平同期信号及びCCD（２）を駆動す
る固定の発振器出力に基づいて、撮像画面を第５図に示
す８×８の64個の同一面積の長方形の領域（Aij）（i,j
＝１〜８の整数）に分割して、各領域毎にこれらの領域
内の選択回路（21）出力を時分割で取り出すための切換
信号（S2）を積分器（23）に出力する。

積分器（23）は切換信号（S2）を受けて、選択回路
（21）出力のA/D変換値を領域毎に１フィールド期間に
わたって加算し、即ち64個の領域毎にディジタル積分す
る。

第６図は、この積分器（23）の内部構造を更に詳細に
示す。各A/D変換データは、切換回路（61）に供給され
る。この切換回路（61）は切換信号（S2）を受けて、各
A/D変換値を領域毎に用意された加算器（F11）（F12）
‥‥（F88）の中で該当データのサンプリング点が存在
する領域用の加算器に供給する役割を有する。即ち、あ
る任意のデータのサンプリング点が領域（A11）内に含
まれているならば、このデータを領域（A11）用の加算
器（F11）に供給する。尚、以下、同様に加算器（Fij）
（ij＝１〜８）は領域（Aij）用に設定され、全部で64
個の加算器が用意されている。各加算器の後段には、保
持回路（Qij）がそれぞれ配設され、各加算値は各保持
回路に一旦保持される。各保持回路の保持データは、再
び加算器に入力されて、次に入力されるデータと加算さ
れる。また各保持回路は、垂直同期信号に基ずいて１フ
ィールド毎にリセットされ、このリセット直前の保持デ
ータのみがメモリ（26）に供給される。従って、１組の
加算器及び保持回路にて１個のディジタル積分回路が構
成され、合計64個の積分回路が積分器（23）を構成する
ことになり、１フィールド毎に各保持回路から64個の領
域毎にディジタル積分値がメモリ（26）に入力される。

この１フィールド分の積分が完了すると、この積分値
は輝度評価値または色評価値としてメモリ（26）に保持
される。この結果、ある任意のフィールドで64個の領域
内に対応する輝度信号（Ｙ）の領域毎のディジタル積分
値が64個の輝度評価値（yij）として得られる。更に次
のフィールドでは選択回路（21）にて色差信号（Ｒ−
Ｙ）が選択されているので、積分器（23）の積分の結
果、色差信号（Ｒ−Ｙ）の領域毎のディジタル積分値が
64個の色評価値（rij）として得られ、同様に次のフィ
ールドでは色差信号（Ｂ−Ｙ）の色評価値（bji）が得
られる。こうして、輝度信号（Ｙ）及び色差信号（Ｒ−
Ｙ）（Ｂ−Ｙ）の３フィールドの積算が終了した時点
で、輝度評価値（yij）及び色評価値（rij）（bij）が
メモリ（26）に保持されることになる。これ以降、上述
と同様の動作が繰り返され、輝度評価値（yij）、色評
価値（rij）（bij）と順次更新される。

この様にして得られた最新の輝度評価値（yij）は重
み付け量決定回路（27）に、また色評価値（rij）（bi
j）は、画面評価回路（28）に供給される。

尚、A/D変換器（22）に入力される両色差信号の基準
レベル即ち零レベルは、完全な無彩色面を撮影したとき
に得られるレベルに予め設定されており、従って、各A/
D変換値は正の値だけでなく、負の値もとりうることは
言うまでもない 重み付け量決定回路（27）は、64個の領域の中で輝度
評価値が所定値（Ｔ）に満たない領域を検出し、この判
断結果に基づいて各領域の重み付け量（wij）を決定す
るものである。

即ち、輝度評価値が所定値（Ｔ）以上の領域の重み付
け量（wij）を１に、所定値（Ｔ）以下の領域の重み付
け量（wij）を1/2に設定する 尚、前記所定値（Ｔ）は全領域の重み付け量が一定で
ある場合に、白バランスが崩れ始めたと認識できる程に
低輝度状態になったときの輝度評価値で、予め実測値に
て設定されている。

画面評価回路（28）は、重み付け量決定回路（27）で
設定された各領域毎の重み付け量（wij）を用いて、次
式（１）（２）に基づいて、色差信号（Ｒ−Ｙ）（Ｂ−
Ｙ）の各々の画面全体についての色評価値が画面色評価
値（Vr）（Vb）として算出される。

ここで、上式について簡単に説明する。

式（１）において、 では、各領域の色評価値に対応する重み付け量（wij）
を乗算して重み付けした上で64個の領域分全ての総和を
求め、 更に で求めた全領域の重み付け量の総和で割算して重み付け
量にて正規化することにより、面積的な要因を排除し
て、色差信号の色評価値（rij）を重み付け量（wij）で
画面全体にわたって加重積算した画面評価値（Vr）が導
出されることになる。尚、式（２）についても同様であ
る。

利得制御回路（29）（30）は画面全体の色評価値であ
る画面色評価値（Vr）（Vb）が共に零となる様に、Ｒ及
びＢ増幅回路（４）（５）に利得制御信号（Gr）（Gb）
を供給して、両増幅回路の各々の利得を制御している。
こうして画面色評価値（Vr）（Vb）が零になれば、白バ
ランス調整が完了したことになる。

以上のように、輝度の低い被写体に対しては、その白
バランス調整に対する寄与を制限してやることにより、
輝度の極端に低い被写体に対しても白バランスのずれが
最小限に抑えられる。

ところで、前記第１実施例では、利得の制御量の上限
値を制限したが、この他にも、利得変化の時定数を長く
し、あるいは利得制御自体を停止させる手法も考えられ
る。

また、第１実施例の積分器（19）の構成として、第２
実施例に示すディジタル積分器を用い、積分器（19）出
力として64個の領域の輝度評価値の平均値を用いること
も可能である。

尚、前記第２実施例では、A/D変換器（22及び積分器
（23）を、輝度信号（Ｙ）、色差信号（Ｒ−Ｙ）（Ｂ−
Ｙ）の３信号の領域毎のデジタル積分のために共用して
おり、各信号の積分値は３フィールド周期で更新しかで
きなかったがA/D変換器及び積分器を各々の信号用に１
個づつ専用に設ければ、各信号の積分値がいずれも１フ
ィールド毎に更新可能となることはいうまでもない。

また、第２実施例では、重み付け量として１と1/2の
２値のいずれかを選択したが、これに代えて、予め実測
値にて設定された第７図のグラフより、輝度評価値に応
じて連続的に変化する重み付け量から最適値を選択する
ことも可能である。

更に、重み付け量決定回路（27）及び画面評価回路
（28）の動作をマイクロコンピュータを用いてソフトウ
ェア的に処理することも可能であり、また、この処理自
身があいまいさを含んでいることを考慮して、ファジィ
推論を用いた制御も可能である。

（ト） 発明の効果 上述のごとく本発明によれば、極端に輝度の低い被写
体を含む画面でも、白バランスのずれを最小限に抑える
ことができる。

また、低輝度の被写体であっても、低輝度の度合いに
応じて各領域の重み付け量が微妙に変更されるので、画
面の微妙な変動等にも安定した白バランス調整が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路ブロック図第３図は
輝度の積分値に対する制御量の上限値を示す図、第４図
は第２実施例の回路ブロック図、第５図は領域分割の説
明図、第６図は第４図の要部回路ブロック図、第７図は
輝度評価値と重み付け量の関係図である。また第２図は
従来例の回路ブロック図である。 （20）……上限値設定回路、 （51）（52）……利得制限回路、 （27）……重み付け量決定回路、 （28）……画面評価回路、 （13）（14）（29）（30）……利得制御回路、 （４）（５）……Ｒ、Ｂ増幅回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像画面を分割して設定された複数の領域
   毎の色情報信号レベルを各色の色評価値として得る色評
   価値検出手段と、 前記各色評価値に各領域毎の重み付け量にて重み付けを
   行い、この重み付け後の色評価値より画面全体について
   の色評価値を画面色評価値として算出する画面色評価値
   算出手段と、 各領域の輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、 各領域毎に、輝度レベルが閾値を下回る場合には輝度レ
   ベルが低くなるにつれて重み付け量を前記所定値より徐
   々に小さくするように設定する重み付け量設定手段を備
   えるカラービデオカメラ。