JP2527592B2

JP2527592B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP2527592B2
Application number: JP63043711A
Authority: JP
Inventors: 俊宣春木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: DE68927265T2; EP0475465A2; JPH01218178A; DE68927265D1; EP0475465A3; EP0475465B1

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、露出調整機構及びガンマ補正機構を備える
ビデオカメラ等の撮像装置に関する。

（ロ）従来の技術ビデオカメラ等の撮像装置において、被写体に対して
適切な撮像輝度信号レベル（明るさ）を得ることは重要
な要素である。これには、画面内の撮像信号の絶対的な
レベル（平均の明るさ）と相対的なレベル（コントラス
ト）がある。

前者は、光学絞り、AGC回路等の露出調整機構によ
り、また後者はガンマ（γ）補正機構により適切に調整
される。

更に詳述すると、一般に広く賞用されている露出調整
機構としては、レンズ等の光学絞り及び撮像映像信号レ
ベルを増幅するアンプの増幅率の制御にて為されるもの
があるが、この方法には画面内に光源等の高輝度部を含
む場合や、背景が非常に暗い場合に、主要被写体が適切
な明るさを得られないという問題点があった。

この問題点を解決するために、多くの画面において主
要被写体は、その中央に置かれるということを利用した
露出補正法が提案されている。例えば、特開昭62−1103
69号公報（H04N 5/243）には、画面を中央領域と周辺領
域の２つに分割し、夫々の領域における撮像映像信号の
信号レベルを評価値として検出し、周辺領域の評価値に
対して中央領域の評価値に重みを付けた（極端な場合に
は1:0）上で両評価値の比に応じてレンズの絞り量及び
撮像映像信号の増幅利得を制御することにより、中央領
域の露出決定に対する寄与を増加させる技術が開示され
ている。

ところで、被写体輝度のダイナミックレンジに対し
て、現在の撮像素子のそれは遥かに小さく、更にCRT等
の表示装置のそれは更に小さい。このため、上述の様に
輝度信号の絶対レベルの制御だけでは、高輝度部のサチ
リ、低輝度部の黒つぶれは避けられず、被写体全体に対
して適切な明るさを得ることは困難である。

そこで、通常の撮像装置では、撮像素子の光電変換特
性（ガンマ特性）及び表示装置の非線形電光変換特性に
基づく撮像素子から表示装置までのシステムの総合ガン
マ特性を常に１とするために、カメラ側で回路内にガン
マ補正を行う技術が採用されている。

このガンマ補正に関しては、例えば文献「カラービデ
オカメラとその使い方」（日本放送出版協会、昭和56年
３月20日発行）のP93に示される様に、ガンマ補正値の
異なる複数（９段階）のガンマ補正回路を設け、段階的
に補正量を変更する技術が提案されている。

更に通常のビデオカメラでは、実際にガンマ補正値を
切換える必要があるのは、撮像画面に太陽等の高輝度部
が存在して逆光状態となり、画面のコントラストが著し
く大きくなった場合であり、この場合に手動スイッチ
（遮光スイッチ）を手動で操作して、ガンマ補正値が小
さくなる様に補正回路を切換えて最適な明るさを維持し
ている。

（ハ）発明が解決しようとする課題前記従来技術によると、画面全体の明るさの変化に対
して最適な露出調整動作が為されるが、例えば中央領域
にのみ高輝度部が入り込む場合や、周辺領域にのみ太陽
等の極端に高輝度な被写体が含まれる場合は、絞り量が
増し、ゲインが低下して主要被写体の明るさが不十分に
なることは避けられない。

また前記従来技術では、逆光状態の様に画面内に高輝
度部と低輝度部が含まれてコントラストが著しく大きい
場合には、撮像者がこれを認識して手動で補正量を切換
える操作が不可欠となる。

更に、従来技術によると、露出調整機構とガンマ補正
機構は全く独立の機構であり、機構的にも回路的にも複
雑である。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、撮像画面を分割して設定された複数個のサ
ンプリングエリアにおける撮像映像信号の輝度信号レベ
ルを、各エリア毎の評価値として出力し、この評価値の
全てを平均化して基準値を設定し、更にサンプリングエ
リア中の所定エリアの評価値を平均演算して、この演算
結果が予め設定された目標値に一致する様に露出調整す
る様に、前記基準値に対して許容範囲内に存在しない評
価値を演算対象から除去し、更に画面中央のエリアの評
価値が前記基準値に対して許容範囲内にある場合には、
演算結果に関係なく中央エリアの評価値のみを利用して
露出調整を実行し、また、同様に各エリアの評価値を用
いてガンマ補正を実行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光源等の特殊な被
写体を含むエリアの輝度信号レベルの画面全体の露出決
定に対する寄与が抑止可能となり、また高輝度部の存在
によりコントラストが著しく大きくなることが防止され
る。

（ヘ）実施例以下、図面に従い本発明の一実施例について説明す
る。

第１図は本実施例の全体の回路ブロック図である。

（１）はレンズ、（２）はメカ的な絞り機構（露出調
整手段）、（３）はCCD（固体撮像素子）にて構成され
る撮像デバイス、（４）はプリアンプである。

レンズ（１）に入射される被写体からの入射光は、絞
り機構（２）にてレンズの絞りが調整されて、その光量
が調整された後に撮像デバイス（３）にて光電変換され
て撮像映像信号として出力される。

この撮像映像信号は水平及び垂直走査でシリアルに取
り出されてプリアンプ（４）にて所定ゲインで増幅され
た後に、後段の可変利得アンプ（露出調整手段）
（５）、A/D変換回路（６）及び同期分離回路（７）に
入力される。

A/D変換回路（６）は撮像映像信号中の輝度信号を逐
一ディジタル値に変換し、切換回路（８）にて選択され
た積算回路に入力される。

同期分離回路（７）は撮像映像信号より垂直及び水平
同期信号を分離し、後段の切換制御回路（９）は、この
両同期信号及び撮像デバイス（３）の制御に用いられた
クロック信号に基いて切換回路（９）の切換制御を為
し、第２図に示す様に分割されたサンプリングエリア
（Aa）（Ab）…（Af）に対応して切換える。即ち、エリ
ア（Aa）内の撮像映像信号のA/D変換値が積算回路（10
a）に、同様にエリア（Ab）（Ac）（Ad）（Ae）（Af）
内のA/D変換値が夫々積算回路（10b）（10c）（10d）
（10e）（10f）に入力され積算される。尚、積算回路は
いずれも、新しいA/D変換値と後段のラッチ回路出力を
加算する加算器と、この加算結果をラッチするラッチ回
路にて構成される。

こうして積算回路（評価値検出信号）（10a）（10b）
…（10f）には夫々エリア（Aa）（Ab）…（Af）に対応
する１フィールド分の撮像映像信号の輝度信号レベルが
ディジタル値として保持されることになる。このディジ
タル値をサンプリングエリア毎の評価値と呼ぶ。尚、積
算回路はいずれも垂直同期信号にてリセットされるた
め、常に１フィールド分について積算されることにな
る。以上の積算結果は、露出制御回路（80）及び補正用
ガンマ決定回路（81）に夫々入力される。

ここで第３図を参考にして露出制御回路（80）につい
て詳述する。

積算回路（10b）（10c）…（10f）の積算結果は、夫
々異常判別回路（阻止手段）（11b）（11c）…（11f）
に評価値（Lb）（Lc）…（Lf）として入力され、該当す
るサンプリングエリア内に光源等の高輝度部、あるいは
深緑等の低輝度部の如き異常輝度部が存在するか否かが
判定され、存在する場合には後段の平均値算出回路（演
算手段）（12）への入力が阻止される。

この異常判別回路（11b）は、具体的には第４図の様
に密度算出回路（13b）、比較回路（14b）、ゲート回路
（15b）にて構成されている。また、積算回路（10a）の
積算結果は密度算出回路（22）に評価値（La）として入
力される。更に評価値（La）（Lb）…（Lf）は基準値算
出回路（基準値設定手段）（30）にも入力される。

積算回路（10b）からの評価値（Lb）は、密度算出回
路（13b）にて、対応するサンプリングエリア（Ab）の
面積（Sb）により割算されて、サンプリングエリアの単
位面積当りの評価値である密度（Db）＝Lb/Sbが算出さ
れ、後段の比較回路（14b）にて基準値算出回路（30）
にて設定された基準値（Ｐ）と比較され、両者の差が予
め設定された許容範囲内であれば、後段のゲート回路
（15b）が開状態となり、逆に許容範囲を越える場合に
閉状態となる。

ここで基準値設定回路（30）にて設定される基準値
（Ｐ）は、全サンプリングエリアの単位面積当りの評価
値、即ち、サンプリングエリア（Aa）（Ab）…（Af）の
面積（Sa）（Sb）…（Sf）の和によって、評価値（La）
（Lb）…（Lf）の和を割算して、Ｐ＝（La＋Lb＋Lc＋Ld
＋Le＋Lf）／（Sa＋Sb＋Sc＋Sd＋Se＋Sf）として算出し
たものである。

従って、ゲート回路（15b）の動作により、密度（D
b）が画面全体の平均的な値である基準値（Ｐ）に比べ
著しく大きいか著しく小さい、即ち、該当するサンプリ
ングエリア内にのみ光源等の高輝度部や、深緑等の低輝
度部等の異常輝度部が存在する場合には、ゲート回路
（15b）は閉状態となり、積算回路（10b）からの評価値
（Lb）の通過は阻止される。尚、異常判別回路（11c）
…（11f）も異常判別回路（11b）と同様の構成である。
但し、各サンプリングエリアの面積は夫々予め設定さ
れ、必ずしも同一とは限らないが、全て同一に設定して
おけば、前述の各式は極めて簡略化される。

平均値算出回路（12）は、ゲート回路（15b）（15c）
…を通過したサンプリングエリア毎の評価値の単位面積
当りの平均値、即ち密度の平均値を算出する。例えば、
サンプリングエリア（Ac）にのみ光源等の異常輝度部が
存在する場合を考えると、異常判別回路（11c）にて評
価値（Lc）のみが阻止され、平均値算出回路（12）には
評価値（Lb）（Ld）（Le）（Lf）が入力され、これらの
評価値の和（Lx）を、異常判別回路にて異常と判別され
なかったサンプリングエリア（Ab）（Ad）（Ae）（Af）
の面積の和（Sx）で割り算した値を平均値（Ｎ）として
算出する。

この平均値（Ｎ）は切換回路（21）の固定接点（21
c）に出力される。

基準値（Ｐ）は比較回路（23）にも入力され、密度算
出回路（22）にて算出され、画面中央に設定されたサン
プリング（Aa）の密度（Da）（Da＝La/Sa）と比較され
る。この比較結果に基いて後段の切換回路（21）の切換
制御が為される。即ち密度（Da）が基準値（Ｐ）に対し
て許容範囲内にあると、エリア（Aa）に異常輝度部は存
在しないとして切換回路（21）の可動接片（21a）は固
定接点（21b）側に切換わり、密度（Da）が比較回路
（露出調整手段）（17）に入力され、目標値メモリー
（18）に記憶されている目標値（Ｑ）と比較されて、両
者の差に対応するエラー信号が出力される。

また密度（Da）が基準値（Ｐ）に比べ極端に大きいあ
るいは極端に小さい場合、即ち中央のサンプリングエリ
ア（Aa）に異常輝度部が存在すると判断された時には、
切換回路（21）は固定接点（21c）側に切換わり、比較
回路（17）には平均値算出回路（12）出力が入力され
て、前述と同様の比較が為され、両者の差に対応するエ
ラー信号が出力される。

従って、中央のサンプリングエリア（Aa）に異常輝度
部が存在していない場合には、このエリアの評価値のみ
に基づいて比較回路（17）による比較動作が為され、サ
ンプリングエリア（Aa）に異常輝度部が存在している場
合には、この中央のエリアの周囲のエリアの中の、異常
輝度部が存在しないエリアにおける評価値に基いて比較
回路（17）によると比較動作が為される。ここで中央の
エリアをその周囲のエリアに優先させているのは、通常
の撮像時には被写体は画面の中央に存在する確率が極め
て高いためである。尚、この中央のエリアの評価値をオ
ートフォーカス動作に兼用することも可能である。

比較回路（17）からのエラー信号は、可変利得アンプ
（５）及び駆動回路（19）に入力される。

駆動回路（19）はこのエラー信号に基いて、アイリス
モータ等を駆動させて絞り機構（２）を動作させて絞り
量を調整して平均値が目標値に一致する様に作動せし
め、また可変利得アンプ（５）はエラー信号に基いて平
均値が目標値に近づく様にそのゲインが調整される。こ
うして一部のエリアに異常輝度部が存在する場合に、こ
の異常成分の影響を排除して露出調整が実行可能とな
る。

尚、目標値（Ｑ）は、最適な露出調整が為されている
状態でのサンプリングエリアの単位面積当りの評価値と
して予め設定されたものである。また、露出調整回路
（80）をマイクロコンピュータによりソフトウェア的に
処理可能であることは言うまでもない。

次に補正用ガンマ決定回路（ガンマ補正手段）（81）
の動作を第５図を参考にして説明する。

積算回路（10a）（10b）…（10f）からの評価値（L
a）（Lb）…（Lf）は、密度算出回路（40a）（40b）…
（40f）に入力されて、各サンプリングエリアの単位面
積当りの評価値として既に定義した密度（Da）（Db）…
（Df）が算出される。尚、密度算出回路（40a）（40b）
…（40f）は前記密度算出回路（22）（13b）…と全く同
一の機能を果している。

密度（Da）（Db）…（Df）は最大値・最小値選択回路
（41）に入力されて、これらの中で最大値（Ａ）と最小
値（Ｂ）が選択されて、後段の演算回路（42）に出力さ
れる。

演算回路（42）は最大値（Ａ）と最小値（Ｂ）の比で
ある画面コントラストに基いて、補正用ガンマ（γ）を
最適値に変化させる演算を実行するものであり、具体的には、実験的に γ＝aLOG（A/B）＋ｂ … 但し、（a,bは定数、ａ＜0,b＞０）の式を導出し、更に制御を簡略化するために、第６図
に実線で示す様に、鎖線の直線ｌ（ｌは式に該当す
る）に基いてγを近似して、LOG（A/B）に対して（b₁）
（b₂）（b₃）…と段階状に変化する値として設定し、こ
の第６図のテーブルによりA/Bの画面コントラストから
直ちに補正用ガンマが決定されることになる。この第６
図によると、画面コントラストが大きい場合には、LOG
（A/B）は大きくなり補正用ガンマは小さくなり、画面
コントラストが小さい場合には、LOG（A/B）は小さくな
り補正用ガンマは大きくなる。

演算回路（42）にて決定された補正用ガンマに対応す
る制御信号が、ガンマ補正回路（ガンマ補正手段）（4
3）に入力されて、これに応じて撮像映像信号の入力レ
ベルに応じて増幅率が変更されて最適なガンマ補正が実
行され、画面コントラストが高い被写体に対しても画面
全体に適切な明るさが得られることになる。

ガンマ補正回路（43）にてガンマ補正が為された映像
信号は、CRT（図示省略）にて映出される。

尚、本実施例では、各エリアの密度の最大値及び最小
値を用いてγを決定したが、各エリアの密度の分散σを
用いて、 γ＝ａ′σ＋ｂ′ … また、この発展として各エリアの密度の対数LOG（D
i）（但し、ｉ＝１〜６）の分数σ_Ｌを用いて γ＝ａ″σ_Ｌ＋ｂ″ … の如き式を用いて行うことも可能である。

更に、上述の補正用ガンマ決定回路（81）の動作をマ
イクロコンピュータにてソフトウェア的に処理すること
も可能であり、この場合のフローチャートは第７図の様
になる。

ところで、前述の露出調整動作と同様に、太陽等の極
端に高輝度な、あるいは、逆に深緑等の極端に低輝度な
異常輝度部がサンプリングエリア内に存在する場合に、
これらの異常輝度部は適切なレベルで撮像する必要がな
いので、画面コントラストの評価から除去すれば太陽等
の影響で補正用ガンマγが不要に小さくなる、あるいは
深緑等の影響でγが不要に大きくなることが防止でき
る。そこで、これを考慮した他の実施例として、補正用
ガンマ決定回路（81）を第８図のフローチャートに基い
て動作させることが考えられる。

ここでこのフローチャートについて簡単に説明する
と、［手順（100）］各サンプリングエリアの密度（Di）を算出する。

［手順（101）］変数の初期化をする。

C:全エリアの密度の平均値 A:最大値格納用 B:最小値格納用 j:エリア数のカウンタ［手順（102）］該当エリアの密度が平均値（Ｃ）のＬ倍以内で、且つ
ここまでの最大値より大きいか否かを判別する。尚、Ｌ
は適切な画面が得られる上側限界値がLCに、下限限界値
がC/Lとなる様に予め設定された値である。

［手順（103）］手順（102）でここまでの最大値より大きいと判別さ
れるとその値を最大値とする。

［手順（104）］手順（102）でここまでの最大値でないと判別される
とき、該当のエリアの密度が平均値（Ｃ）の1/L以内
で、且つここまでの最小値より小さいか否かを判別す
る。

［手順（105）］手順（104）でここまでの最小値より小さいと判別さ
れると、その値を最小値とする。

［手順（106）］全エリアについて手順（102）〜手順（104）を繰り返
す。

［手順（107）］前述の実施例と同様にガンマ補正値を決定し、この補
正値に応じてγ補正を行う。

以上の手順（100）乃至手順（107）の一連の動作は、
１フィールド毎に繰り返される。

ところで露出調整及びガンマ補正におけるサンプリン
グエリアに関しては、第２図の様な分割方法に限らず、
第９図または第10図に示す様に分割する方法でもよいこ
とは言うまでもない。

また、各サンプリングエリアの面積を全て同一に設定
しておけば、密度を算出せずに、評価値自体を密度の代
りに異常判別や平均値算出等に用いることも可能であ
る。但し、この場合には、目標値（Ｑ）等は予め密度に
代えて評価値に対応させておく必要がある。

（ト）発明の効果上述の如く本発明によれば、部分的に異常輝度部を含
む被写体に対して、異常輝度部の全体の画面の露出に対
する影響を極力抑えて、適切な露出調整が為された撮像
映像信号が得られる。

また、画面のコントラストに基いて最適なガンマ補正
が自動的に実行され、更に露出調整に用いられる評価値
をそのままγ補正に利用でき、回路構成を簡略化でき
る。

【図面の簡単な説明】

図面は全て本発明の実施例に係り、第１図は全体の回路
ブロック図、第２図はサンプリングエリアの設定説明
図、第３図は露出調整回路の要部回路ブロック図、第４
図は異常判別回路の要部回路ブロック図、第５図は補正
用ガンマ決定回路の要部回路ブロック図、第６図はガン
マ補正値決定の為の特性図、第７図はフローチャートで
ある。また第８図は他の実施例のフローチャート、第９
図、第10図は別のサンプリングエリアの設定説明図であ
る。（Aa）（Ab）…（Af）……サンプリングエリア、（La）
（Lb）…（Lf）……評価値、（10a）（10b）…（10f）
……積算回路（評価値検出手段）、（30）……基準値算
出回路（基準値設定手段）、（12）……平均値算出回路
（演算手段）、（17）……比較回路（露出調整手段）、
（11b）（11c）…（11f）……異常判別回路（阻止手
段）、（81）……補正用ガンマ決定回路（ガンマ補正手
段）、（43）……ガンマ補正回路（ガンマ補正手段）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像画面を分割して設定された複数個のサ
ンプリングエリアにおける撮像映像信号の輝度レベル
を、各エリア毎の評価値として出力する評価値検出手段
と、全評価値の和に基づく値を基準値として算出する基準値
設定手段と、前記サンプリングエリアの中の所定エリアの評価値の和
に基づく値を算出する演算手段と、該演算手段出力が予め設定された目標値に一致する様
に、露出を調整する露出調整手段と、前記基準値に対して許容範囲内に存在しない評価値の前
記演算手段への入力を阻止する阻止手段を備える撮像装
置。
【請求項２】前記サンプリングエリアの中の特定エリア
の評価値が前記基準値に対して許容範囲内にある場合に
は、前記演算手段出力に代えて、この評価値のみを前記
露出調整手段に入力することを特徴とする請求項１記載
の撮像装置。
【請求項３】撮像画面を分割して設定された３個以上の
複数個のサンプリングエリアにおける撮像映像信号の平
均輝度レベルを、各エリア毎の評価値として出力する評
価値検出手段と、前記エリア毎の評価値の中の最大値を検出する最大値検
出手段と、前記エリア毎の評価値の中の最小値を検出する最小値検
出手段と、該最大値及び最小値の比を算出し、該比より画面コント
ラストを検出するコントラスト検出手段と、該画面コントラストにより補正用ガンマ値を決定してガ
ンマ補正を行うガンマ補正手段を備える撮像装置。
【請求項４】撮像画面を分割して設定された３個以上の
複数個のサンプリングエリアにおける撮像映像信号の平
均輝度レベルを、各エリア毎の評価値として出力する評
価値検出手段と、前記エリア毎の評価値の分散より画面コントラストを検
出し、該画面コントラストにより補正用ガンマ値を決定
してガンマ補正を行うガンマ補正手段を備える撮像装
置。