JP3339876B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ、ＶＴＲ
一体型カメラ、電子スチルカメラ等に搭載される撮像装
置に係り、特にオートホワイトバランスや、自動露光制
御等の自動画質制御機能の高性能化を図った撮像装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の撮像装置では、安定した色再現
を得るためのホワイトバランス調整や、適切な露光量を
得るための露光調整、その他の画質調整が必要である。
そして、これらの調整を手動で行なう場合には、撮影者
が被写体や撮影環境を考慮して、最適値となるように調
整して撮影を行う。しかし、家庭用のＶＴＲ型一体カメ
ラ等に搭載される撮像装置では、一般ユーザーが簡単に
撮影することができるよう、これらの調整を自動的に行
なうオートホワイトバランス、自動露光制御等の機能が
設けられていることが多い。

【０００３】上記した自動調整機能のうち、オートホワ
イトバランスに関しては、例えば、特開昭６３−２１９
２９１号公報に、自動露光制御に関しては、特開昭５６
−１９２７４号公報に述べられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オート
ホワイトバランス調整や自動露光制御等の機能をもつ従
来技術による撮像装置では、次のような問題がある。オ
ートホワイトバランスは、映像信号の中の白と判定され
た部分が、光源の色温度にかかわらず白く再現されるよ
うに、色信号の利得を自動的に制御するものである。言
い替えれば、オートホワイトバランスは、光源色と物体
色を区別して、物体色を正しく再現するための調整であ
る。しかし、両者の混ざった映像信号のみを用いて、光
源色と物体色とを完全に区別することは不可能であり、
ある光源下における着色物体を、別の光源下においては
白色物体であると判定して、誤動作することがあった。

【０００５】また、従来の露光制御では、画面の中心等
の、被写体と覚しき部分が適正露光となるように制御す
るが、その場所に被写体があるとは限らず、誤動作する
ことがあった。

【０００６】従って、本発明の解決すべき技術的課題は
上記した従来技術のもつ問題点を解消することにあり、
その目的とするところは、高性能なホワイトバランス制
御機能、露光制御機能を備えた撮像装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、光学像を撮像信号に変換する撮像素子
と、撮像素子に入射される光量を調整する絞りと、絞り
の絞り値を検出する絞り検出手段と、撮像素子から出力
された撮像信号を増幅する自動利得制御回路と、撮像素
子の露光時間と絞りの絞り値を制御する露光制御部と、
利得が制御された撮像信号からテレビジョン信号を生成
する信号処理回路と、背景距離を検出する距離検出手段
と、信号処理回路のホワイトバランスを制御するホワイ
トバランス制御部と、自動利得制御回路の増幅度及び撮
像素子の露光時間及び絞り検出手段により検出された絞
り値及び信号処理回路から出力された信号量から被写体
照度を算出し、距離検出手段によって検出された背景距
離と、算出された被写体照度とから、撮影環境が、被写
体照度と背景距離の関係から予め定められた複数の環境
領域のいずれに該当するかを判定する環境判定部とを、
有し、環境判定部により判定された環境領域情報に基づ
き、ホワイトバランス制御又は露光制御を行うように、
構成される。

【０００８】

【作用】撮影環境を判定する環境判定部は、自動利得制
御回路の増幅度及び撮像素子の露光時間及び絞り検出手
段により検出された絞り値及び信号処理回路から出力さ
れた信号量から被写体照度を算出し、距離検出手段によ
って検出された背景距離と、算出された被写体照度とか
ら、被写体照度と背景距離の関係から予め定められた昼
夜、屋内外等の複数の環境領域のうち、現在の環境領域
がいずれの領域であるかを判定する。こうして得られた
環境判定結果に基づき、露光制御や、ホワイトバランス
制御等の制御特性を撮影環境に応じて変化させる。斯様
にすることにより、撮影環境に応じた制御が可能となる
ため、露光制御やホワイトバランス制御の誤動作を防止
し得て、制御機能の高性能化が実現できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図１〜図１０に示した各実施
例によって説明する。図１は、本発明の第１実施例に係
る撮像装置の構成を示すブロック図である。同図におい
て、１はレンズであり、フォーカスレンズ、ズームレン
ズ等から構成されている。２は入射光量を調節する絞り
であり、絞り駆動回路１７によって駆動される。３はＣ
ＣＤ等の撮像素子であり、レンズ１によって撮像面に結
像された被写体像を光電変換して、撮像信号に変換す
る。撮像素子３の出力信号は、ＡＧＣ回路（自動利得制
御回路）４によって所定の信号レベルに増幅され、Ａ／
Ｄ変換回路５によって、アナログ信号からディジタル信
号に変換される。

【００１０】信号処理回路６では、撮像信号から輝度信
号と色信号を生成し、ガンマ補正等の公知の信号処理を
行なう。信号処理回路６から出力された輝度信号と色信
号は、エンコーダ７によってＮＴＳＣ等の標準テレビジ
ョン信号に準じたディジタル信号に変換され、さらにＤ
／Ａ変換回路８によってアナログの標準テレビ信号に変
換されて出力される。

【００１１】１１はホワイトバランス制御部であり、撮
影環境の色温度にかかわらず、白色の物体が白色に再現
されるように、信号処理回路６を制御する。また、１２
は露光制御部であり、適当な映像信号レベルを得るよう
に、絞り駆動回路１７を介して絞り２を制御し、また、
撮像素子駆動回路９を介して撮像素子９の露光時間、す
なわちシャッタ速度を制御する。

【００１２】本発明では、ホワイトバランスや露光制御
の性能向上のため、環境判定部１０によって撮影環境を
判定する。本実施例においては、この環境判定部１０に
は、距離検出手段１３からの被写体距離情報、ズーム値
検出手段１４からのズーム倍率情報、絞り検出手段１５
からの絞り値情報、時刻カウンタ１６からの年月日・時
刻等の時間情報、前記ＡＧＣ回路からの増幅度情報、前
記信号処理回路６からの映像信号情報が取り込まれるよ
うになっており、環境判定部１０はこれらの情報から現
在の撮影環境を判定するようになっている。

【００１３】図２は、撮影環境の判定からホワイトバラ
ンス制御、露光制御に至るまでの制御アルゴリズムのフ
ローチャートである。以下、撮影環境の判定、およびホ
ワイトバランス制御、露光制御の方法について説明す
る。図２のステップＳＴ１及びステップＳＴ２に示した
ように、本実施例では、先ず環境判定のために有効なパ
ラメータである被写体照度Ｌと、背景距離Ｄとを計算す
る。

【００１４】上記被写体照度Ｌの計算には、図１に示し
た、絞り検出手段１５から出力される絞り値情報、時刻
カウンタ１６から出力される時間情報、ＡＧＣ回路４の
増幅度、信号処理回路６から出力される輝度信号の信号
レベル等の情報を用いる。被写体照度は、以下のように
して求める。被写体照度の瞬時値をＬo とすると、Ｌo
は以下のように表わされる。

【００１５】 Ｌo＝Ｇ＋Ｓｈ＋Ｆ＋Ｓｉ ……式 ただし式において、ＧはＡＧＣ回路の増幅度、Ｓｈは
シャッタ速度あるいは露光時間、Ｆは絞り値、Ｓｉは信
号量であり、各々対数を取った値である。

【００１６】被写体照度Ｌは、上記Ｌo を用いて次のよ
うに求める。図３は、被写体照度Ｌを計算するためのア
ルゴリズムの例を示した図である。以下このアルゴリズ
ムについて説明する。被写体照度は、反射率１００％の
被写体を撮像したときの映像信号の信号レベルに比例
し、また、光源は一定であると仮定する。瞬間照度Ｌo
は、被写体の反射率の違いによって変化すると考えられ
るので、瞬間照度Ｌo のピーク値をほぼホールドするよ
うにしてＬを計算すれば被写体照度を求めることができ
る。

【００１７】先ず、図３のステップＳＴ１１において前
記式に従って瞬間照度Ｌo を求め、次に、ステップＳ
Ｔ１２において計算したＬo と保持しているＬとを比較
する。このとき、瞬間照度Ｌo がＬより大きい値をとる
ときには、ステップＳＴ１３〜１５でそれに追従させ
（Ｌ←Ｌo ）、Ｌo がＬより小さい値をとるときには、
ステップＳＴ１６において微小値ΔＬだけ変化させて、
ゆっくりＬo に近付くようにＬを計算する。ただし、ス
ポットライト等の光源を直接撮影してしまったような場
合に影響を受けないようにするため、ステップＳＴ１３
で求めた画面のコントラストをステップＳＴ１４で強弱
判定し、一定値より大きい場合には光源であるとみなし
て除外するようにしている。

【００１８】以上のようにして被写体照度Ｌを求めた
後、前記背景距離Ｄを求める。背景距離は、被写体を含
む撮影環境の奥行きであり、距離検出手段１３から出力
される距離情報をそのまま用いて背景距離とすればよ
い。オートフォーカス機能を備えた撮像装置では、通
常、カメラから合焦している被写体までの距離を算出で
きるので、この距離情報を用いることもできる。また、
背景距離は、被写体照度の計算と同様にして、ピーク値
をホールドするようなアルゴリズムによって計算しても
よい。

【００１９】上述のようにして被写体照度Ｌと背景距離
Ｄとが求められると、図２のステップＳＴ３において環
境の判定処理が行われる。図４は、前記環境判定部１０
で行われる、撮影環境の領域分けの１例を示す図であ
る。図４においては、横軸に被写体照度Ｌ、縦軸に背景
距離Ｄをとり、４つの環境領域に分割してある。領域
（１）は、被写体照度が比較的低く背景距離が近い領域
であり、室内に対応する。また、被写体照度の高い領域
（３）は、屋外領域である。領域（２）は、被写体照度
は中間で背景距離が近い領域であり、この領域はスタジ
オ等に対応する。背景距離が遠く被写体照度が高くない
領域（４）は、夜景あるいは観劇等に対応した領域とす
る。そして、環境判定部１０は被写体照度Ｌと背景距離
Ｄとによって、撮影環境が上記した領域（１）〜（４）
のいずれに該当するかを判定する。

【００２０】次に、上記した環境判定を行なった後の、
ホワイトバランスや露光制御に関して説明する。ホワイ
トバランス調整の場合、環境が判定できれば、その照明
条件もある程度判断できる。例えば、日中屋外の照明
は、太陽光である可能性が非常に高い。その結果、色温
度変化は一定の範囲に限定でき、ホワイトバランス補正
においてその範囲を越えるような制御を行なおうとした
場合、これを誤動作と判断することができる。

【００２１】例えば、図２のステップＳＴ３で領域
（３）と判定された場合、これは屋外領域であるから、
色温度範囲の計算を行い（ステップＳＴ４）、色温度５
５００Ｋ近傍に限定するよう、制御範囲の上限、下限を
設定し、この色温度範囲でのホワイトバランス制御を行
う（ステップＳＴ５）。また、同様にステップＳＴ３で
領域（１）と判定された場合、これは室内領域であり白
熱球か蛍光灯照明であると考えられるので、色温度範囲
の計算を行い、色温度５０００Ｋ以下となるよう、制御
範囲の上限、下限を設定し、ホワイトバランス制御を行
う。また、同様にステップＳＴ３で領域（２）と判定さ
れた場合、これはスタジオ等であり太陽光と蛍光灯照明
の中間であると考えられるので、色温度範囲の計算を行
い、色温度を５０００〜５５００Ｋの間の適宜色温度と
なるように、制御範囲の上限、下限を設定し、ホワイト
バランス制御を行う。

【００２２】一方、図２のステップＳＴ３で領域（４）
と判定された場合は、露光制御の検波特性を変え、ピー
ク検波となるように白ピークの重み付けを設定し（ステ
ップＳＴ６）、これに基づく露光制御を実行する（ステ
ップＳＴ７）。この領域（４）は、観劇、結婚式や夜景
であると考えられ、コントラストの高いシーンが多い。
このような場合、ピーク検波に設定すると白飛びを防ぐ
ことができる。

【００２３】なお、図１における環境判定部１０は、マ
イクロコンピュータとその制御プログラムを用いて構成
できるが、同様の動作をするその他のハードウェアを用
いて構成してもよい。

【００２４】以上説明したように、本実施例において
は、被写体距離、絞り値、回路の増幅度、信号レベル等
の情報をもとに撮影環境を判定し、環境に応じてホワイ
トバランス制御や露光制御を行うので、これらの制御機
能の誤動作を防止することができる。

【００２５】次に、本発明の第２実施例を図５及び図６
によって説明する。図５は、本実施例に係る撮像装置の
構成を示すブロック図であり、本実施例は図１の第１実
施例と概ね同様の構成をとるが、画質制御部１８によ
り、環境判定結果に基づいて画質を制御するようにされ
ている点が相違する。なお、図５において図１と均等な
構成には同一符号を付し、その説明は重複を避けるため
省略する。

【００２６】ディジタル化された撮像装置は、一般に画
質設定の自由度が高い。このような撮像装置について
は、例えば特開平１−００００８号公報に記載されてい
る。図５における信号処理回路６も、この先願と同様に
画質制御が可能な構成となっている。

【００２７】図６は、本実施例の制御アルゴリズムのフ
ローチャートであり、図２に示したアルゴリズムとほぼ
同様であるが、ステップＳＴ２１での被写体照度Ｌの算
出、ステップＳＴ２２での背景距離Ｄの算出に続く、ス
テップＳＴ２３，２４での環境判定処理により判定され
た領域分けに従い、ステップＳＴ２５乃至２８において
各領域（１）〜（４）にそれぞれ対応した処理（１）〜
（４）を行うようにされている。この処理（１）〜
（４）は任意の処理であるが、例えば以下のような処理
とされる。屋外領域である領域（３）では、輪郭補正を
強めに行う。屋内である領域（１）は比較的暗いため、
ノイズが目立たないように輪郭補正は弱めに設定し、ま
た、色信号の利得をやや下げる。その他の領域では、標
準の画質設定とする。

【００２８】斯様に本第２実施例では、環境に応じて画
質制御を行うので、撮影環境が変っても良好な画質が得
られる。

【００２９】次に本発明の第３実施例を図７〜図９によ
って説明する。本第３実施例の撮像装置のブロック図
は、図示していないが前記図１と同様の構成をとる。本
実施例においては、環境判定において、被写体照度Ｌと
背景距離Ｄの他に、時刻Ｔを用い、これら３つのパラメ
ータから、ファジー推論によって、ホワイトバランス、
露光制御を行う。

【００３０】ファジー推論は、次のルールに従って行
う。 明るければ、ホワイトバランス制御範囲の上限（青限
界）Ｌｂを下げ、下限（赤限界）Ｌｒを上げる。 暗く、かつ近く、かつ夜であれば、Ｌｂを下げる。 暗いか、普通の明るさで、かつ遠ければ、白ピークの
重みＷｐを上げる。 普通の明るさで、かつ、夕方か明け方であれば、Ｌｂ
を下げ、下限Ｌｒを上げる。 その他の場合は標準設定。

【００３１】上記ルールは、明るければ屋外であるか
ら、色温度の制御範囲を太陽光の近傍に限定するもので
ある。ルールは、夜の室内であり、色温度を低色温度
に限定するものである。また、ルールは、夜景や観劇
の場合である。このようなシーンでは、スポットライト
が入ることが多く、高輝度の被写体が白く飛んでしまう
ことが多い。そこで、白ピークの重み付けを大きくし、
ピーク検波よりの露光制御特性として、これを防ぐ。ル
ールは、夕焼け、朝焼け等を美しく撮るためのもので
あり、色温度の制御範囲を限定することで、赤みがかっ
た夕日がそのままの色で美しく再現できる。

【００３２】この制御ルールにおけるファジーメンバー
シップ関数を図７および図８に示す。上記のルールに従
い、最終的に得られるＬｒ，Ｌｂを用いてホワイトバラ
ンス制御を行い、Ｗｐを用いて検波特性を決定し、露光
制御を行う。

【００３３】Ｌｒ等の値は、次のようにして求める。例
えば推論（ルール）の場合のメンバーシップ関数を
図９に示す。図９において照度Ｌの値をａとすると、ま
ず、色温度赤限界Ｌｒの大きさを表すメンバーシップ関
数のグレードａ以下の斜線部の重心を求める。また、推
論の前件部（かつ）がある場合は、グレードの最小値を
とってこれ以下の斜線部の重心を求めるものとする。こ
のようにして各推論から得られる重心の値から総合の重
心を求め、最終適なＬｒとする。Ｌｂ、Ｗｐについて同
様にして計算する。

【００３４】本実施例では、このように領域判定（撮影
環境判定）にファジー推論を用いているため、領域が切
り替わっても連続的に制御特性を変更できるので、自然
な制御が可能である。

【００３５】図１０は、前記した第１乃至第３実施例の
撮像装置を用いて、記録再生装置付きビデオカメラ（Ｖ
ＴＲ一体型カメラ）を構成した例を示している。同図に
おいて、１９は前記第１乃至第３実施例の撮像装置に対
応し、２０は、撮像装置１９から出力される映像信号を
磁気テープ等に記録する記録部であり、２１は、記録部
２０に記録された信号からテレビジョン信号を再生する
再生部である。このＶＴＲ一体型カメラでは、前記第１
乃至第３実施例の撮像装置を用いているため、露光制御
や、ホワイトバランス制御の誤動作がなく、良好な画質
が得られる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、自動利得
制御回路の増幅度及び撮像素子の露光時間及び絞り検出
手段により検出された絞り値及び信号処理回路から出力
された信号量から被写体照度を算出し、距離検出手段に
よって検出された背景距離と、算出された被写体照度と
から、昼夜、屋内外等の撮影環境を判定するため、適切
な環境判定を行なうことができ、その結果に基づく撮影
環境に応じた制御が可能になり、露光制御や、ホワイト
バランス制御の誤動作を防止し得て、制御機能の高性能
化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る撮像装置の構成を示
すブロック図である。

【図２】本発明の第１実施例の制御アルゴリズムのフロ
ーチャートを示す説明図である。

【図３】図２の処理フロー中の被写体照度計算のフロー
チャートを示す説明図である。

【図４】図２の処理フロー中の環境判定に用いられる領
域分けの１例を示す説明図である。

【図５】本発明の第２実施例に係る撮像装置の構成を示
すブロック図である。

【図６】本発明の第２実施例の制御アルゴリズムのフロ
ーチャートを示す説明図である。

【図７】本発明の第３実施例によるファジー推論処理で
用いられるメンバーシップ関数を示す説明図である。

【図８】本発明の第３実施例によるファジー推論処理で
用いられるメンバーシップ関数を示す説明図である。

【図９】本発明の第３実施例によるファジー推論処理の
最終推論のメンバーシップ関数の１例を示す説明図であ
る。

【図１０】本発明の第１乃至第３実施例に係る撮像装置
を用いた記録再生装置付きカメラの１例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ レンズ ２ 絞り ３ 撮像素子 ４ ＡＧＣ回路（自動利得制御回路） ６ 信号処理回路 ９ 撮像素子駆動回路 １０ 環境判定部 １１ ホワイトバランス制御部 １２ 露光制御部 １３ 距離検出手段 １４ ズーム値検出手段 １５ 絞り検出手段 １６ 時刻カウンタ １７ 絞り駆動回路 １８ 画質制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−199191（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−124925（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−207482（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−122719（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−103256（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−49034（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−296192（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−160892（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/235 H04N 5/208 H04N 9/04 H04N 9/73

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学像を撮像信号に変換する撮像素子
   と、 該撮像素子に入射される光量を調整する絞りと、 該絞りの絞り値を検出する絞り検出手段と、 前記撮像素子から出力された撮像信号を増幅する自動利
   得制御回路と、 前記撮像素子の露光時間と前記絞りの絞り値を制御する
   露光制御部と、 利得が制御された撮像信号からテレビジョン信号を生成
   する信号処理回路と、 背景距離を検出する距離検出手段と、 前記信号処理回路のホワイトバランスを制御するホワイ
   トバランス制御部と、 前記自動利得制御回路の増幅度及び前記撮像素子の露光
   時間及び前記絞り検出手段により検出された絞り値及び
   前記信号処理回路から出力された信号量から被写体照度
   を算出し、前記距離検出手段によって検出された背景距
   離と、算出された被写体照度とから、撮影環境が、被写
   体照度と背景距離の関係から予め定められた複数の環境
   領域のいずれに該当するかを判定する環境判定部とを、 有し、 前記環境判定部により判定された環境領域情報に基づ
   き、ホワイトバランス制御又は露光制御を行うことを特
   徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 前記ホワイトバランス制御部は、前記環
   境判定部により判定された環境領域情報に基づき、ホワ
   イトバランス制御範囲の上限及び下限を設定することを
   特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 前記露光制御部は、前記環境判定部によ
   り判定された環境領域情報に基づき、検波特性を変化さ
   せるように白ピークの重み付けを設定することを特徴と
   する請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 前記環境領域の種別として、前記被写体
   照度が低く前記背景距離が近い室内領域と、前記被写体
   照度が中間で前記背景距離が近いスタジオ領域と、前記
   被写体照度が高い屋外領域と、前記被写体照度が高くな
   く前記背景距離が遠い夜景或いは観劇領域とを、有する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮
   像装置。
5. 【請求項５】 前記環境判定部の判定結果に基づき、前
   記信号処理回路の輪 郭補正を制御する画質制御部を有す
   ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
   撮像装置。
6. 【請求項６】 前記環境判定部は、前記自動利得制御回
   路の増幅度及び前記撮像素子の露光時間及び前記絞り検
   出手段により検出された絞り値及び前記信号処理回路か
   ら出力された信号量から瞬間被写体照度を算出し、得ら
   れた瞬間被写体照度が保持している被写体照度よりも大
   きい場合は、瞬間被写体照度に被写体照度を追従させ、
   得られた瞬間被写体照度が保持している被写体照度より
   も小さい場合は、被写体照度を微少量づつ変化させて瞬
   間被写体照度にゆっくり近づくように演算制御すること
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装
   置。