JP2614542B2 - 白バランス調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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−ビ
デオカメラの自動白バランス調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラ−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節することで
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。

【０００３】図２は、この方式を用いた白バランス調整
回路のブロック図である。この図において、レンズ１を
通過した光は、撮像素子２（ＣＣＤ）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の各信号はＲ増幅
回路４、Ｂ増幅回路５を経て、カメラプロセス及びマト
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７
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、十分に長い時間積分され、その結果
が零になるように、利得制御回路１３、１４がＲ、Ｂ各
々の増幅回路４、５の利得を調節する。

【０００４】この方式では、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、１
８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。しかし被写体自体の色に偏りがある時、偏った色
を打ち消す方向に利得が変化して、白バランスはその補
色側にずれてしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の方式では、色情
報信号やその他の撮影条件を総合的に判断し、被写体が
「白色」もしくは「平均的に各色を含んだ画面」の様に
白バランス調整を行なうのに適した画面でのみ、白バラ
ンス調整を行なうことが必要となる。

【０００６】しかし、条件を満たすか否かを二者択一で
判断する場合、条件の境界付近では、微小な被写体の変
化が画面全体の評価に与える影響が大きくなり、安定な
映像を得ることが難しい。一方、この不安定さを防ぐた
め、条件を細分化し中間的な処理を設定することは、シ
ステムの容量、処理能力の面から厳しい制約を受ける。

【０００７】

【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、撮像画面全体の色情報信号の代
表値を決定する代表値決定手段と、この代表値に基づい
て各色信号の利得を制御する利得制御手段を有する白バ
ランス調整装置に於て、利得制御手段に於ける各色信号
利得の決定にファジィ推論を用いることを特徴とし、更
に具体的には、一定の色温度変化軸と色情報信号との位
相差及び映像信号中の輝度信号の高域成分レベルを入力
変数とし、利得制御の時定数を結論部としてファジィ推
論を行なうことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明は、上述の如く構成し、様々な条件に対
応した詳細な条件設定を行なうことなく、ファジィ推論
を用いて予め設定されたいくつかのル−ルに基づいた推
論を行なって、色信号利得を決定することが可能とな
り、簡単に安定した白バランス調整が可能となる。

【０００９】

【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。

【００１０】図１は本実施例による自動白バランス調整
装置の回路ブロック図である。この図において、レンズ
１を通過した光は、ＣＣＤ２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。これらの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および赤、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
知の処理が施されて、ＶＴＲ等に記録される。

【００１１】また、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの各色差信号は、そ
れぞれ積分回路３８、３７に供給され、同時に、輝度信
号Ｙは高域通過フィルタ８（ＨＰＦ）を経て、その高域
成分ＹＨのみが積分回路１９に入力される。この高域成
分ＹＨは、画面のコントラストが高い程大きくなるとい
う性質を持っており、ＴＴＬ方式のオートフォーカス動
作の合焦状態の評価にも利用可能である。

【００１２】積分回路３８、３７、１９は、いずれも入
力信号を１フィールド分積分してフィールド毎に出力す
るディジタル積分回路であり、具体的には図９に示す様
に、入力信号を所定のサンプリング周期にてサンプリン
グしてディジタル値に逐次変換するＡ／Ｄ変換器３１、
この新たなＡ／Ｄ変換器出力が発せられる毎にＡ／Ｄ変
換器出力と後段の保持回路３３の保持出力を加算する加
算器３２、及び最新の加算出力を保持する保持回路３３
よりなり、１フィールド毎に保持回路３３の保持内容が
各評価値として発せられると共に保持回路３３はリセッ
トされ、再度同一動作を繰り返す。こうして、積分回路
３７、３８からは夫々色差信号Ｂ−Ｙ、Ｒ−Ｙの１フィ
ールド分の積分出力が、フィールド毎に色評価値ｂ、ｒ
として出力され、同時に積分回路１９からは高域成分Ｙ
Ｈの１フィールド分の積分出力が、フィールド毎にコン
トラスト評価値ｙｈとして出力される。

【００１３】尚、積分回路３７、３８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
値もとり得ることは言うまでもない。

【００１４】上述のようにして得られた色評価値ｒ、ｂ
は、夫々利得制御回路４４、４３及び位相差検出回路２
０に入力され、コントラスト評価値ｙｈは、時定数算出
回路２１に入力される。

【００１５】利得制御回路４４、４３は、図２と同様に
入力される色評価値ｒ、ｂを零にする方向にＲ及びＢ増
幅回路４、５の増幅利得を制御する。即ち、例えば色評
価値ｒが大きい値であれば、Ｒ増幅回路４の増幅利得が
小さくなるように、逆に小さい値であれば、増幅利得が
大きくなるように制御する。また、色評価値ｂとＢ増幅
回路５の増幅利得の関係も同様である。ここで、両増幅
回路での利得変化の時定数は、後述の時定数算出回路２
１にて算出される。

【００１６】位相差検出回路２０は、各フィールドにつ
いて、両色評価値の予め設定された光源色温度軸からの
ずれを位相差として検出する。次に、図３を用いて位相
差検出の動作について詳述する。

【００１７】光源色温度軸とは、白い被写体が大部分を
占める画面、または平均的に各色を含んだ画面の様に白
バランス調整にとって理想的な撮像画面での、照明光の
色温度の変化に対する色評価値の変化として定義され、
図３の色平面上の光源色温度軸Ｐ及びＱの様に表わされ
る。ここで、撮像画面の色評価値と光源色温度軸とのず
れとは、色評価値を色平面上にプロットした点と原点と
を結ぶ直線が、光源色温度軸となす角度として定義する
ことができる。但し、ｒ≧ｂの時には、第２象限に存在
する光源色温度軸Ｐからの角度として求め、ｒ＜ｂの時
には、第４象限に存在する光源色温度軸Ｑからの角度と
して求めるものとする。

【００１８】例えば、いま入力されたあるフィールドの
色評価値ｒ、ｂがＪ点にあったとすると、位相差θは、
Ｊ点と原点を結ぶ直線と光源色温度軸Ｐとのなす角度θ
ａで定義される。また色評価値がＫ点にあったとする
と、Ｋ点と原点を結ぶ直線と光源色温度軸とのなす角度
θｂで定義される。

【００１９】時定数算出回路２１では、位相差θ及びコ
ントラスト評価値ｙｈが入力され、以下のごときルール
によりファジィ推論が行なわれ、Ｒ、Ｂ増幅回路４、５
での利得の変化率、所謂、利得制御の時定数が決定され
る。 ［ル−ル１］ 「if θが大きい then 時定数は大きく」 ［ル−ル２］ 「if ｙｈが大きい then 時定数は小さく」 これらのル−ルは、図４乃至図７に示すように、「大き
い」「小さい」といった表現が、「θ」、「ｙｈ」とい
った入力変数、及び「時定数ｇ」といった出力変数に対
するメンバ−シップ関数で定義されている。

【００２０】ル−ル１は、図４及び図５の如きメンバー
シップ関数で定義されている。図４は「θが大きい」と
いうルール１の条件のメンバーシップ値を求めるための
もので、入力変数である位相差θに対するメンバーシッ
プ関数であり、位相差θが大きくなるにつれて増加する
単純増加直線を有する関数であり、この関数より位相差
θに応じたメンバーシップ値ｕ１が求まる。図５は「時
定数は大きく」というルール１の出力変数である時定数
に対するメンバーシップ関数であり、単純増加関数を含
む関数で、図４にて位相差θとして△にて示される値が
入力されて、ルール１のメンバーシップ値ｕ１が決定さ
れると、図５のメンバーシップ値を示す縦軸上にこの値
を指定し、メンバーシップ関数の頭を削り落として得ら
れる斜線の部分が、ルール１に事実を照らして得られた
推論結果となる。

【００２１】ル−ル２は、図６及び図７の如きメンバー
シップ関数で定義されている。図６は「ｙｈが大きい」
というルール２の条件のメンバーシップ値を求めるため
のもので、入力変数であるコントラスト評価値ｙｈに対
するメンバーシップ関数であり、コントラスト評価値ｙ
ｈが大きくなるにつれて増加する単純増加直線を有する
関数であり、この関数よりコントラスト評価値ｙｈに応
じたメンバーシップ値ｕ２が求まる。図７は「時定数は
小さく」というルール２の出力変数である時定数に対す
るメンバーシップ関数であり、単純減少関数を含む関数
で、図６にてコントラスト評価値ｙｈとして△にて示さ
れる値が入力されて、ルール２のメンバーシップ値ｕ２
が決定されると、図７のメンバーシップ値を示す縦軸上
にこの値を指定し、メンバーシップ関数の頭を削り落と
して得られる斜線の部分が、ルール２に事実を照らして
得られた推論結果となる。

【００２２】次に、２ルールを全て考慮した上で、時定
数を決定する方法を説明する。図５及び図７の斜線の各
四角形を、これらの各図と同一の座標、即ち横軸に時定
数ｇ、縦軸にメンバーシップ値がとられた座標上に重ね
合わせ、この重ね合わせにて得られる図８の関数が最終
推論結果を示すメンバーシップ関数となり、この関数の
重心Ｚの横軸方向の位置が２ルールの全ての条件を考慮
した上での時定数となる。また、上述の重心の位置にて
時定数を決定する方法に代えて、縦軸に平行で且つメン
バーシップ関数で囲まれた部分の面積を左右に半分にす
る直線の横軸との交点の横軸方向の位置を時定数とする
ことも可能であることは言うまでもない。

【００２３】次に各ルールの白バランス調整動作に与え
る影響について説明する。一般に、光源の色温度変化と
各色差信号の関係について考えると、白い被写体が大部
分を占める画面、または平均的に各色を含んだ画面にお
いて、この画面を照射している光源の色温度が変化した
場合、画面全体の色差信号を平均化した値は、図３の光
源色温度軸Ｐ及びＱの様に変化する。従って、これら光
源色温度軸から位相のずれた色差信号は、光源の色温度
を反映したものではなく、白バランス調整を行なう際の
情報としては考慮しない方が好ましい。つまり緑色や青
紫色を多く含む画面の色差信号は、光源色温度軸からの
位相のずれが大きくなり、白バランス調整に適さないと
いえる。従って、位相差θが大きい程、該当の色評価値
の白バランス調整への影響を軽減させる必要が生じるこ
とになる。そこで、ルール１では、光源の色温度変化に
関係のない緑色や青紫色の被写体が、画面中に多く存在
するかどうかを位相差から判断し、位相差が大きい緑色
や青紫色の被写体に関する色評価値については、増幅回
路４、５での利得制御の時定数を大きくして、白バラン
ス調整に対する該当色評価値の寄与度を実質的に軽減さ
せている。

【００２４】一方、ル−ル２は、撮影画面中に様々な色
の被写体が混在し、被写体の境界部分が多い場合にはコ
ントラスト評価値ｙｈが大きくなり、逆に単一色の被写
体が画面の大部分を占める様な場合には小さくなること
を利用し、撮影画面が平均的に各色を含んでいるかどう
かをコントラスト評価値にて判断し、コントラスト評価
値が大きい場合に、時定数を小さくして該当色評価値の
白バランス調整への影響が即座に現れる様にすることを
目的としている。

【００２５】こうして算出された時定数ｇは、利得制御
回路４３、４４に入力され、積分回路３７、３８で積算
された色評価値を零にするのに要する時間を調節する。
即ち、図１０に示す如くある撮像画面でのＲ増幅回路４
の赤の色信号に対する増幅利得がＧ１である場合に、次
に算出された次フィールドでの色評価値ｒを零にするた
めに増幅利得をＧ２に変更する必要が生じたときに、こ
のＧ１からＧ２への増幅利得の変更に要する時間が時定
数ｇに比例することになり、時定数ｇが小さい時には、
例えば、図１０の直線Ｘ１の様に利得変化率が大きくな
って急峻な利得変化が生じ、Ｇ１からＧ２への変化に要
する時間はＴ１と小さい。従って、新たに算出された色
評価値ｒを重視して Ｒ増幅回路４が敏感に反応するこ
とになる。

【００２６】一方、時定数ｇが大きい時には、例えば、
図１０の直線Ｘ２の様に利得変化率が小さくなって緩や
かな利得変化が生じ、Ｇ１からＧ２への変化に要する時
間は１フィールド期間（＝１水平走査期間＝１／６０Ｓ
ＥＣ）よりも長いＴ２となる。従って、新たに算出され
た色評価値ｒに応じてＲ増幅回路４が敏感に反応するこ
とはなく、利得がＧ２に達する前に１フィールドが経過
して更に次フィールドの色評価値に基づく利得に設定さ
れて利得Ｇ２には未達となり、結果的に、時定数が大き
いフィールドでの色評価値ｒの白バランス調整への寄与
度が軽減されたことになり、一時的に白バランス調整に
不都合な撮像画面が生じても、この間の時定数が大きく
なって、この画面による影響が軽減される。特に時定数
ｇが極端に大きな値であった場合、画面評価に基づく白
バランス調整を行なうには不適切な画面であると考え
て、メンバ−シップ関数を工夫し、ｇ＝∞として実質的
に利得の変化を停止させることもできる。

【００２７】以上の様に、位相差θ及びコントラスト評
価値ｙｈを入力とするファジイ推論による画面評価によ
り撮像画面が白バランス調整の対象として好適か否かを
判断して、不適当な画面については、この画面から得ら
れる色評価値に基づく各色信号の増幅利得変化の時定数
を大きくして、この色評価値による白バランス調整が実
行されにくくすることが可能となる。

【００２８】以上の各回路の動作はマイクロコンピュー
タを用いて、図１１のフローチャートに示すようにソフ
トウェア的に処理可能であることは言うまでもない。
尚、図１１において、ステップ５０は積分回路３７、３
８、１９の動作、ステップ５１は位相差検出回路２０の
動作、ステップ５２は時定数算出回路２１、ステップ５
３は利得制御回路４３、４４の動作を示し、これら一連
の動作は１フィールド周期で実行される。

【００２９】尚、位相差検出回路２０、時定数算出回路
２１及び利得制御回路４３、４４で同時に使用される色
評価値ｒ、ｂ及びコントラスト評価値ｙｈは、いずれも
同一フィールドの映像信号から得られたものである。

【００３０】

【発明の効果】上述のごとく本発明によれば、予め設定
されたいくつかのル−ルに基づいたファジィ推論を行
い、色情報信号利得を決定している。これにより、様々
な条件に対応した詳細な条件設定を行うことなく、安定
した白バランス調整を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路ブロック図である。

【図２】従来例の回路ブロック図である。

【図３】光源色温度軸を説明する図である。

【図４】ルール１の位相差とメンバ−シップ値の関係を
示すメンバ−シップ関数である。

【図５】ルール１の時定数とメンバ−シップ値の関係を
示すメンバ−シップ関数である。

【図６】ルール２のコントラスト評価値とメンバ−シッ
プ値の関係を示すメンバ−シップ関数である。

【図７】ルール２の時定数とメンバ−シップ値の関係を
示すメンバ−シップ関数である。

【図８】最終推論結果のメンバ−シップ関数である。

【図９】図１の要部回路ブロック図である。

【図１０】利得制御と時定数の関係を示す図である。

【図１１】図１の機能をフローチャートで示す図であ
る。

【符号の説明】

４ Ｒ増幅回路 ５ Ｂ増幅回路 １９、３７、３８ 積分回路 ２０ 位相差検出回路 ２１ 時定数算出回路 ４３、４４ 利得制御回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像信号中の色情報信号を基に、撮像画
   面全体の色情報信号の代表値を決定する代表値決定手段
   と、前記代表値に基づいて各色信号の利得を制御する利
   得制御手段を有する白バランス調整装置に於て、 前記利得制御手段に於ける各色信号利得の決定に、入力
   変数として一定の色温度変化軸と前記色情報信号との位
   相差を用いたファジイ推論を使用することを特徴とする
   白バランス調整装置。