JP2568181B2 - 電子スチルカメラのホワイトバランス調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は電子スチルカメラ、とくにその固体撮像デバ
イスから得られるカラー映像信号の白バランスを調整す
るためのホワイトバランス調整装置に関する。

背景技術 電子スチルカメラはその名称のとおり、シャッタの開
放によって露光された１フィールドまたは１フレームの
みの映像信号が得られる。適切な再生画像、すなわち視
覚上自然な再生画像を得るためには、適正露光と適切な
白バランスの調整が要求される。電子スチルカメラで
は、このような１ショットの映像信号について常に適正
露光と適切な白バランスが得られなければならない。適
正露光とは、使用する固体撮像デバイスから得られた輝
度信号が被写体の光強度に依存せずほぼ一定のレベルを
呈することである。また適切な白バランス調整とは、無
彩色の映像についてRGB3色の信号のレベルがほぼ等しく
なるように制御することである。

そこで電子スチルカメラの露光制御では、従来の銀塩
フィルムスチルカメラと同様の方式、たとえば撮影レン
ズの透過光をフォトドイオードにて測光し、これに応じ
てシャッタおよび絞りの値を調整して固体撮像デバイス
に適正露光を与える方式が用いられている。白バランス
調整についてはたとえば、一部のビデオカメラに採用さ
れているような、白温度検出器でRB色光の成分比を検出
してRGB映像信号の増幅器利得を調整する方式がとられ
ている。

ビデオムービーカメラでは通常、映像信号の出力レベ
ルが一定になるようにこの映像信号からの帰還制御によ
って絞り値を制御するオートアイリス、およびRGB信号
の出力レベルが均一になるように増幅器利得を帰還制御
する自動白バランス調整を使用している。しかし、電子
スチルカメラでは、１ショットの画像を得るために速い
応動を必要とするため、これらのムービー用の帰還制御
系が利用できない。

電子スチルカメラの撮像デバイスとして用いられる電
荷結合デバイス（CCD）などの固体撮像デバイスは、通
常の銀塩写真フィルムと比べてダイナミックレンジが狭
く、上述の測光による露光制御と色温度検出による白バ
ランス調整の互いに関連のない制御では、良好な画像を
表わす映像信号を得ることができなかった。

従来の白バランス調整方式には、固体映像デバイスか
ら得られるカラー映像信号のうち緑（Ｇ）信号に対して
赤（Ｒ）信号および青（Ｂ）信号の積分レベルがほぼ等
しくなるように、Ｒ信号およびＢ信号の増幅器利得をそ
れぞれ調整するものがあった。たとえば、固体撮像デバ
イスから得られる３分解色信号RGBのうちＲ信号および
Ｂ信号をそれぞれ可変利得増幅器に入力し、その出力側
にて出力信号の平均レベルをモニタし、両者の差分を検
出する。こうして検出された差分に応じて両可変利得増
幅器の利得を調整し、この帰還を繰り返すことによっ
て、Ｒ信号およびＢ信号の積分レベルがほぼ等しくなる
ようにする。これからわかるようにこの白バランス調整
方式は、Ｇ信号を基準としてRB信号のレベルを補正して
いる。換言すれば、Ｇ信号の平均レベルが色温度に依存
せずほぼ一定であることを前提としている。

ところで、固体撮像デバイスから出力される映像信号
のレベルは一般に、撮像デバイスへの入射光の色温度に
依存する。たとえば、CCD固体撮像デバイスの３分解色
信号RGBの出力特性を第４図に示すように、Ｇ信号の出
力レベルは色温度3,000゜K付近以下ではそれ以上に比べ
て低い。このグラフは、固体撮像デバイスに入射する光
の積分光量が一定であるときの撮像デバイスからの出力
信号の変化を示している。そこで、色温度検出器で検出
した被写界の色温度に応じてＲ信号およびＢ信号の平均
レベルがほぼ等しくなるように増幅器利得を調整して
も、入射光の色温度によっては、実際にその時得られる
Ｇ信号の平均レベルに対して誤差が生ずることがある。
そのような場合は、利得調整された増幅器から出力され
る映像信号に適切な白バランスが得られないことにな
る。

目 的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、撮像デ
バイスの色温度特性に起因する白バランス調整の誤差が
最小化される電子スチルカメラのホワイトバランス調整
装置を提供することを目的とする。

発明の開示 本発明によれば、固体撮像デバイスにより被写界を撮
像して該被写界の像を表わすカラー映像信号を形成する
電子スチルカメラのホワイトバランス調整装置は、カラ
ー映像信号の各分解色信号をそれぞれ増幅し分解色信号
のそれぞれについて増幅利得が調整可能な増幅器手段
と、被写界からの入射光を受け、入射光の光量に応じた
第１の信号を出力する光検出手段と、被写界の色温度を
測定して色温度に応じた第２の信号を出力する色温度検
出手段と、第１および第２の信号に応じて増幅器手段の
利得を制御する制御手段とを有し、制御手段は、増幅器
手段から出力される各分解色信号の平均レベルが相互に
実質的に等しく、かつ被写界の色温度に依存せず所定の
レベルを維持するように増幅器手段の利得を調整する。

実施例の説明 次に添付図面を参照して本発明による電子スチルカメ
ラのホワイトバランス調整装置の実施例を詳細に説明す
る。

第１図を参照すると、本発明によるホワイトバランス
調整装置の実施例が適用された電子スチルカメラは、撮
像光学系10を有し、光学系10は、撮像レンズ12、絞り1
4、ビームスプリッタ16およびシャッタ18が図示のよう
にレンズ12の光軸20上に配設されて構成されている。シ
ャッタ18の後方には、たとえばCCDなどの固体撮像デバ
イス22が配設されている。

撮像レンズ12は、固体撮像デバイス22の撮像セルアレ
イ24に被写界の像を結像する。絞り14は、撮像セルアレ
イ24への入射光量を調整する露光調整機構であり、点線
26で示すように絞り駆動部28によってその絞り込みが駆
動される。ビームスプリッタ16は、光軸12に対して45゜
に配置され、レンズ12からの入射光の一部30を分岐す
る。その分岐光30の先には、レンズ32を介して光検出素
子36が配設されている。シャッタ18は、撮像セルアレイ
24の露光を行なう露光機構であり、点線38にて示すよう
にシャッタ駆動部40によってその開閉が制御される。

光検出素子36は、本実施例ではフォトダイオードであ
り、対数増幅器42の入力に接続されている。レンズ32
は、分岐光30を光検出素子36の受光部に収束する。これ
によって光検出素子36は、撮像レンズ12に入射した光の
光量に応じた導通状態を呈するTTL測光機能を果たして
いる。

固体撮像デバイス22は、本実施例ではCCDカラー撮像
デバイスであり、その駆動入力44が同期発生回路46の駆
動信号出力に接続され、その映像信号出力48が色分離利
得調整部50に接続されている。同期信号発生回路46は、
安定な周波数で自走する基準発振器を有し、固体撮像デ
バイス22の駆動に必要な水平および垂直駆動クロックを
出力44に、また水平および垂直同期信号をその出力52に
出力する。固体撮像デバイス22は、シャッタ18の開放に
より撮像セルアレイ24に露光された被写体画像に応じた
電荷を蓄積し、駆動入力44からの駆動クロックに応動し
てその電荷に応じたカラー映像信号を出力48に出力す
る。

色分離利得調整部50は、第２図に示すように、固体撮
像デバイス22から入力48に入力されるカラー映像信号を
増幅するとともに、同期発生回路46から同期入力52に与
えられる同期信号に応動してカラー入力映像信号を本実
施例ではRGBの３分解色信号に分離する前置増幅色分離
回路120を有する。同回路120からは、出力122RにＲ信号
が、出力122GにＧ信号が、また出力122BにＢ信号がそれ
ぞれ出力される。

これらの出力122R、122Gおよび122Bはそれぞれ、可変
利得増幅器124R、124Gおよび124Bに接続されている。可
変利得増幅器124R、124Gおよび124Bは、それらの利得が
独立に可変であり、全体制御部58からの制御線56に含ま
れる制御線56R,56Gおよび56Bを通して全体制御部58から
設定可能である。可変利得増幅器124R、124Gおよび124B
は、それぞれに設定された値の利得で映像信号を増幅
し、対応する出力54R,54Gおよび54Bにこれを出力する。

色分離利得調整部50の出力54はマトリクス回路60の入
力に接続されている。マトリクス回路60は、本実施例で
は色分離利得調整部50から入力される３色信号RGBか
ら、輝度信号Ｙ、および色差信号Ｒ−Y,B−Ｙを形成
し、それらを出力62に出力する機能部である。輝度信号
Ｙは、これら３色の入射光成分を所定の合成則、たとえ
ば合成則Ｙ＝0.11B＋0.59G＋0.30Rにて合成して作成さ
れる。なお、色差信号Ｒ−Y,B−Ｙは走査線順次にて出
力される。

対数増幅器42は、光検出器36からの出力信号を対数圧
縮してその出力64に出力する増幅器であり、出力64はオ
ートアイリス（AE）制御部66の入力ポートに接続されて
いる。AE制御部66は、本実施例では、入力64の信号を対
応するディジタルデータに変換するアナログ・ディジタ
ル変換器を有し、たとえばマイクロプロセッサなどの処
理システムが有利に使用される。AE変換部66の出力ポー
ト68および70は、絞り駆動部28およびシャッタ駆動部40
にそれぞれ接続されている。AE制御部66は、光検出素子
36で測光した光量に従って絞り駆動部28およびシャッタ
駆動部40を制御し、撮像セルアレイ24の露光を制御する
自動露光機能を実現する制御機能部である。

これら本装置の各部は全体制御部58によって制御され
る。この電子スチルカメラはシャッタレリーズボタン72
を有し、その出力74は全体制御部58の入力ポートに接続
されている。全体制御部58には、本装置の制御に必要な
データやプログラムを蓄積する記憶部130が接続されて
いる。全体制御部58および記憶部130は、本実施例では
やはりマイクロプロセッサなどの処理システムにて有利
に構成される。全体制御部130は、シャッタレリーズボ
タン72から制御線74を通して送られるシャッタレリーズ
信号に応動してAE制御部66、色分離利得調整部50および
マトリクス回路60を制御し、これによって撮影、すなわ
ち撮像セルアレイ24の露光と固体撮像デバイス22からの
映像信号の読出しを行なう制御機構である。

全体制御部58の入力ポート76には、色温度検出部78の
出力76が接続されている。色温度検出部78は、被写界の
色温度を測定してそのデータを出力76に出力する色温度
検出機能を有する。色温度検出部78は、第３図に示すよ
うに、色温度測定用光学開口80に被写界から入射した光
をＲフィルタ140RおよびＢフィルタ140Bを通してそれぞ
れフォトダイオード142Rおよび142Bにて検出する。Ｒフ
ィルタ140RはＲ光を透過する光学フィルタであり、これ
と並んで光学開口80を２分する形でＢフィルタ140Bが配
設されている。後者のフィルタ140Bは、Ｂ光を透過する
光学フィルタである。

各フィルタ140Rおよび140Bを通した入射光に応じてフ
ォトダイオード142Rおよび142Bに流れる電流は、対数増
幅器144Rおよび144Bにてそれぞれ対数圧縮され、差動増
幅器146に入力される。差動増幅器146は、両入力148Rお
よび148Bの差に応じた出力をその出力150に発生し、こ
れはアナログ・ディジタル変換器（ADC）152に入力され
る。同変換器152では、両色成分ＲおよびＢの差を表わ
すディジタルデータにこれを変換し、被写界の色温度デ
ータとしてその出力76に出力する。

全体制御部56は後述のように、色温度検出部78から得
られた色温度データに応じて色分離利得調整部50の増幅
器124R、124Gおよび124Bの利得を３色について個々に調
整し、これによってRGB各色についてほぼ等しい積分レ
ベルで映像信号が出力54R,54Gおよび54Bから出力される
ようにしている。この色温度検出部78、全体制御部58お
よび色分離利得調整部50によって白バランス調整機構が
実現されている。

なお第１図では、本発明の実施例として実現される電
子スチルカメラの記録機能部分、すなわちビデオフロッ
ピーなどの映像信号記録媒体に出力62の映像信号を記録
する機能部が示されていない。これは、本発明の理解に
直接関係なく、図や説明の複雑化を避けるために省略し
たものであるが、カメラとしての機能を全うするために
は、本実施例においてもこの機能部を有していることは
言うまでもない。

ところで、固体撮像デバイス22として用いられるCCD
は一般に、たとえば第４図に示すような出力信号の色温
度特性を有する。Ｒ色信号については曲線170Rで示すよ
うな相対感度を有し、Ｇ色およびＢ色信号についてはそ
れぞれ曲線170Gおよび170Bで示すような相対感度を有す
る。このグラフは、AE機構が一定の出力を示していると
き、すなわち固体撮像デバイス22に入射する光の積分光
量が一定であるとき、撮像デバイス22から出力される信
号の色温度に対する変化を示している。これからわかる
ように、Ｇ信号の出力レベル170Gは色温度3,000゜K付近
以下ではそれ以上に比べて低い。Ｂ信号170Bについても
同様のことが言えるが、Ｒ信号170Rについてはこれらと
反対に色温度の増大とともに出力レベルが減少する。

本実施例では、色温度検出部78で色温度に応じて可変
利得増幅器124R、124Gおよび124Bの利得をそれぞれ制御
し、それらの出力54R,54Gおよび54Bの信号の積分レベル
が互いに実質的に等しく、しかも検出した色温度によら
ず一定となるようにして、出力54の映像信号の白バラン
スを適正に保つよう調整する。つまり、第４図における
３本の曲線170R,170Gおよび170Bが色温度によらず実質
的に一致し、しかも色温度の変化について平坦な曲線17
0をとるように、可変利得増幅器124R、124Gおよび124B
の利得を調整する。第４図の曲線170R、170Gおよび170B
は、固体撮像デバイス22の種類、すなわちその固体材料
に固有であるが、撮像デバイス22への入射光の積分光量
によっても異なる。したがって本実施例では、AE測光機
構の測光値に応じて複数種類の色温度特性曲線が用意さ
れる。

より詳細には、これらの色温度特性曲線は記憶部130
に白バランス調整用ルックアップテーブル（LUT）132と
して格納されている。すなわち、TTL測光用検出素子36
で検出した被写界の光量と、色温度検出部78で検出した
色温度とをパラメータとして可変利得増幅器124R、124G
および124Bの調整すべき利得の値を索出する変換テーブ
ルデータが記憶部130のROMに蓄積されている。

全体制御部58は、AE制御部66から得られるTTL測光光
量値と、色温度検出部78から得られる色温度データに基
づいて記憶部130のルックアップテーブル132を参照す
る。そこで全体制御部58は、ルックアップテーブル132
から可変利得増幅器124R、124Gおよび124Bの利得設定値
を導出し、制御線56R,56Gおよび56Bを通してそれらを可
変利得増幅器124R、124Gおよび124Bに設定する。可変利
得増幅器124R、124Gおよび124Bは、固体撮像デバイス22
に露光後、映像信号がこれから読み出されると、それに
設定された利得に従って映像信号を増幅する。これによ
って、その出力54R,54Gおよび54Bには白バランスが適切
に調整された映像信号RGBが出力される。

シャッタレリーズボタン72は２段階ストロークで動作
する。まず、その第１段階まで押されると、これに応動
して全体制御部58はAE制御部66を起動し、光検出素子36
によるTTL測光、絞り駆動部28による絞り14の制御、お
よびシャッタ駆動部40によるシャッタ18の制御を行な
う。つまりAE制御部66は、レンズ12を通して被写界から
入射した光の光量をフィルタ34を通して光検出素子36に
よって測定し、その測光値に応じて絞り14の開口の程度
すなわち絞り値と、シャッタ18の開放時間すなわち露光
時間を決定する。

シャッタレリーズボタン72が第２段階まで押される
と、これに応動して全体制御部58は、それら決定した絞
り値および露出値に応じてそれぞれ絞り駆動部28および
シャッタ駆動部40を制御し、固体撮像デバイス22による
撮影を行なう。固体撮像デバイス22には、シャッタ18の
開放により撮像セルアレイ24に露光された被写体画像に
応じた電荷が蓄積され、駆動入力44からの駆動クロック
に応動してその電荷に応じたカラー映像信号が出力48に
出力される。

固体撮像デバイス22から読み出されたカラー映像信号
は、色分離利得調整部50で増幅され、３色信号RGBに分
解される。その際、色分離利得調整部50の可変利得増幅
器124R、124Gおよび124Bは、全体制御部58から利得が調
整されている。この調整は、その時、色温度検出部78か
ら得られた色温度データと、測光用光検出素子36から得
られた被写界からの入射光量に従って行なわれる。これ
によって、色分離利得調整部50の出力54には白バランス
が適切に調整された３色信号RGBが出力される。

色分離利得調整部50から出力された３色信号RGBはマ
トリクス回路60に入力され、同回路60にて所定の合成則
にて輝度信号Ｙが作成される。マトリクス回路60はま
た、色差信号Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙを形成し、輝度信号Ｙ
を出力62に出力するとともに、色差信号Ｒ−ＹおよびＢ
−Ｙを走査線順次にて出力62に出力する。

前述のように本実施例では、固体撮像デバイス22から
出力された映像信号の３色RGBのそれぞれについて、被
写界からの入射光の光量と色温度に応じて可変利得増幅
器124R、124Gおよび124Bの利得を調整し、各色信号RGB
の平均レベルが色温度に依存せず一定で、しかも相互に
実質的に等しくなるように制御している。これによっ
て、固体撮像デバイス22から出力される映像信号の白バ
ランスが適切に調整される。

効 果 このように本発明では、固体撮像デバイスから得られ
た各色の映像信号のそれぞれについて、被写界からの入
射光量と色温度に応じて増幅器利得を調整し、これによ
って各色の映像信号の平均レベルが相互に実質的に等し
くなり、しかも色温度によらず実質的に一定に維持され
るようにしている。したがって、固体撮像デバイスから
出力される映像信号の白バランスが適切に調整され、固
体撮像デバイスの色温度特性に起因する白バランス調整
の誤差が最小化される。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による電子スチルカメラのホワイトバラ
ンス調整装置の実施例を示す機能ブロック図、 第２図は、第１図に示す実施例における色分離利得調整
部の構成例を示す機能ブロック図、 第３図は同実施例における色温度検出部の構成例を示す
機能ブロック図、 第４図は,CCD固体撮像デバイスの出力信号レベルの色温
度特性の例と同実施例における増幅器利得調整後の出力
レベル曲線の例を示すグラフである。 主要部分の符号の説明 14……絞り 18……シャッタ 22……固体撮像デバイス 36……光検出素子 60……マトリクス回路 66……AE制御部 78……色温度検出部 124R……可変利得増幅器 130……記憶部 132……白バランス調整用ルックアップテーブル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体撮像デバイスにより被写界を撮像して
   該被写界の像を表わすカラー映像信号を形成する電子ス
   チルカメラのホワイトバランス調整装置において、該装
   置は、 前記カラー映像信号の各分解色信号を増幅し、該分解色
   信号のそれぞれについては増幅利得が調整可能な増幅手
   段と、 前記被写界からの入射光を受け、該入射光の光量に応じ
   た第１の信号を出力する光検出手段と、 該被写界の色温度を測定して該色温度に応じた第２の信
   号を出力する色温度検出手段と、 第１および第２の信号に応じて、前記増幅手段から出力
   される各分解色信号の出力レベルを、各分解色の間で相
   互にほぼ等しくするように前記増幅手段の利得を制御す
   る制御手段とを有し、 該制御手段は、第１および第２の信号の値をパラメータ
   として前記各分解色信号について前記増幅手段の調整す
   べき利得を導出するテーブルデータが格納される記憶手
   段を有し、 該制御手段による制御は、第１の信号の表わす入射光量
   および第２の信号の表わす色温度から前記テーブルデー
   タを参照して、前記増幅手段から出力される各分解色信
   号の出力レベルを前記被写界の色温度に依存せず第１の
   信号の表わす入射光量に応じた所定のレベルに維持する
   ように該増幅手段の利得を調整することを特徴とする電
   子スチルカメラのホワイトバランス調整装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、該装置は、 前記固体撮像デバイスから出力されるカラー映像信号を
   赤、緑および青の３原色信号に分離する色分離手段を有
   し、 前記増幅手段は、該色分離手段から出力される３原色信
   号のそれぞれを増幅する、利得が調整可能な３つの可変
   利得増幅器を含むことを特徴とするホワイトバランス調
   整装置。