JP3618968B2 - ホワイトバランス自動調整装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、テレビカメラ装置等において自動的に色の調整を行うホワイトバランス自動調整装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
テレビカメラ装置等で撮像するときに、被写体の白色部及び彩色部は光源の色温度により色彩が変化してしまう。この色温度による被写体の白色及び彩色変化を無くすのがホワイトバランス(WB)機能である。
【0003】
従来のホワイトバランス自動調整装置について図6を参照しながら説明する。図6は、従来のクローズドループ方式のホワイトバランス自動調整装置の構成を示すブロック図である。
【0004】
図6において、1はCCD、2はA/Dコンバータ、3はノイズ低減回路、4は色分離回路、5は色差化回路、6はエンコーダ、7は輝度信号処理回路、8及び9はR−Y信号及びB−Y信号の積分値を算出する積分回路、10はEPROM、11はマイクロコントローラ(CPU)である。
【0005】
なお、同図において、ノイズ低減回路3、積分回路8及び9は、デジタルLSIで構成されている。また、色分離回路4、色差化回路5、エンコーダ6及び輝度信号処理回路7は、プロセスICで構成されている。
【0006】
つぎに、従来のクローズドループ方式のホワイトバランス自動調整装置の動作について説明する。
【0007】
レンズ(図示しない。)でとらえた映像は、CCD1により電気的なアナログ信号に変換されて出力される。このCCD1から出力されたアナログ信号は、A/Dコンバータ2によりデジタル信号に変換される。このA/Dコンバータ2から出力されたデジタル信号は、デジタルLSIを通りプロセスICに入力する。上記デジタルLSIに入力したデジタル信号は、ノイズ低減回路3によりノイズが低減される。
【0008】
次に、プロセスICに入力した信号に基づき、内部の色分離回路によってR、G、B信号が生成され、さらに、R、G、B信号から色差化回路5によりR−YとB−Yの色差信号が生成される。
【0009】
次に、得られた色差信号R−Y及びB−Yは、プロセスICの外部に出力されデジタルLSIに入力し、積分回路8及び9により1フィールド間の積分値をそれぞれ計算して外部に出力する。ここで、色差信号R−Yの積分値を「INTR」、色差信号B−Yの積分値を「INTB」と表す。
【0010】
予め、工場出荷時等に求めておいて最適な目標値をEPROM10に記憶しておく。R信号の目標値を「REFR」、B信号の目標値を「REFB」と表す。
【0011】
次に、デジタルLSIから出力された積分値「INTR」及び「INTB」は、マイクロコントローラ11に入力する。このマイクロコントローラ11は、EPROM10から読み出した目標値「REFR」及び「REFB」と、入力してきた積分値「INTR」及び「INTB」とを比較する。
【0012】
R信号の制御係数を「WBR」、G信号の制御係数を「WBG」、B信号の制御係数を「WBB」と表す。マイクロコントローラ11は、数フィールド連続して目標値「REFR」より積分値「INTR」の方が小さければ制御係数「WBR」を1カウント増加する。また、B信号に関する目標値「REFB」、積分値「INTB」及び制御係数「WBB」についても同様である。なお、制御係数「WBG」は固定値である。
【0013】
一方、マイクロコントローラ11は、数フィールド連続して目標値「REFR」より積分値「INTR」の方が大きければ制御係数「WBR」を1カウント減少させ、プロセスICに対して制御係数「WBR」、「WBG」、「WBB」を出力する。
【0014】
そして、プロセスICでは、入力してきた制御係数「WBR」、「WBG」、「WBB」の値に基づいて、それぞれ入力信号に対しR信号、G信号、B信号のゲインを変化させる。変化させた結果を再び色差化してクローズドループを形成することで、目標値「REFR」及び「REFB」に近づくようにホワイトバランスを制御する。
【0015】
クローズドループ方式のオートホワイトバランス制御は以上のように構成されている。しかしながら、この制御方式では制御係数「1」の変化に対し、積分値はそれ以上大きくなるため、目標値と積分値との差分が「0」となる場合が少ない。そのため、例えば数フィールド連続して目標値より積分値の方が大きいと判断し、制御係数を1カウント下げた場合、今度は目標値よりも積分値の方が小さくなり、その状態が数フィールド連続して制御係数を1カウント上げようとすることになる。このように目標値を挟んで1カウントのアップダウンを繰り返し、オートホワイトバランスが停止しないという問題が発生していた。
【0016】
つづいて、別の従来のホワイトバランス自動調整装置について図7及び図8を参照しながら説明する。図7は、従来のオープンループ方式のホワイトバランス自動調整装置の構成を示すブロック図である。また、図8は、従来のオープンループ方式のホワイトバランス自動調整装置の動作を示す図である。
【0017】
図7において、1はCCD、2はA/Dコンバータ、4は色分離回路、5は色差化回路、6はエンコーダ、7は輝度信号処理回路、12は色分離回路、13及び14はR成分信号及びB成分信号の積分値を算出する積分回路、15はEPROM、16はマイクロコントローラ(CPU)である。
【0018】
なお、同図において、色分離回路4、色差化回路5、エンコーダ6及び輝度信号処理回路7は、プロセスICで構成されている。また、色分離回路12、積分回路13及び14は、補助ICで構成されている。
【0019】
図8において、横軸は制御係数「WBR」の値、縦軸は制御係数「WBB」の値を示す。なお、制御可能な範囲を表す制限領域を分割した各領域を表す番号は図面上では丸で囲ってあるが、以下、便宜上、文章中では()で囲って表す。
【0020】
つぎに、従来のオープンループ方式のホワイトバランス自動調整装置の動作について説明する。
【0021】
まず、CCD1、A/Dコンバータ2及びプロセスICは、図6と同じであり同様の動作を行う。A/Dコンバータ2から出力されたデジタル信号は、補助ICとプロセスICに入力する。
【0022】
次に、補助ICに入力したデジタル信号は、内部の色分離回路12によってR成分信号、及びB成分信号に分離され、積分回路13及び14により1フィールド毎にそれぞれ積分される。積分値はそれぞれマイクロコントローラ16に対し出力される。
【0023】
次に、マイクロコントローラ16では、R成分信号、及びB成分信号の積分値に基づいて予め用意された目標値であるテーブルデータをEPROM15から読み出して、制御係数「WBR」及び「WBB」を決定し、プロセスICに出力する。なお、制御係数「WBG」は固定値である。
【0024】
次に、プロセスICでは、制御係数「WBR」及び「WBB」の値によりR信号、B信号のゲインを変化させる。変化させた結果は色差化され、輝度信号と共にエンコードされてアナログの映像信号となる。
【0025】
オープンループ方式のオートホワイトバランス制御は以上のように構成されている。図8は、オープンループ方式での制限領域の分割例と、分割領域移動のイメージ図である。
【0026】
この制御方式では、積分値に対応するテーブルデータ(目標値)を読み出すため、高速に、かつ理想的なホワイトバランス、色再現性が得られる。
【0027】
しかしながら、図8に示すように、領域(14)から領域(19)に光源が移動した場合、領域(14)のテーブルデータから領域(19)のテーブルデータへの変更となり、例えば、テーブルデータが「180」から「160」へと変化する。この場合、急にデータが変化するため、急に色が変化したように見える。なお、説明を分かりやすくするために、テーブルデータを制御係数そのものとし、上記の具体値は制御係数「WBB」の値である。
【0028】
この問題を避けるためには、領域(14)と領域(19)の間に、図8に示すように、(14)a、(14)b、(14)c、・・・などと細かく領域を設け、テーブルデータの変化を連続的にする必要があるが、予め正確なデータを数多く測定する必要があるためテーブルデータが多くなるという欠点があった。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来のクローズドループ方式のホワイトバランス自動調整装置では、目標値を挟んで1カウントのアップダウンを繰り返し、ホワイトバランスが停止せず、そのことにより視覚的に見苦しい色バランスになるという問題点があった。
【0030】
また、従来のオープンループ方式のホワイトバランス自動調整装置では、予め正確なデータを数多く測定する必要があるためテーブルデータが多くなり、また、レンズ等の変更で分光感度特性が変化した場合、理想的なホワイトバランスが得られず、ひいては、視覚的に見苦しい色バランスになるという問題点があった。
【0031】
さらに、従来の両方式のホワイトバランス自動調整装置では、ナトリウム灯など、色温度が低く単一波長に近い光源の照明では青色の成分が不足するため、本来ならば後述する図5に示す理想的な目標値Aの位置まで青色のゲインを増加させてやる必要があるが、増幅に限度があるため青色のゲインはB点のところで停止してしまうため、赤色と青色のバランスが悪くなり、視覚的に見苦しい色バランスになるという問題点があった。
【0032】
さらに、従来の両方式のホワイトバランス自動調整装置では、ナトリウム灯の中でも極端に青色が不足する、例えば、低圧ナトリウム灯のような照明の場合、青色が不足することに加えて赤色がより過剰になるため、赤色と青色のバランスが悪くなり、視覚的に見苦しい色バランスになるという問題点があった。
【0033】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、様々の要因による視覚的に見苦しい色バランスを是正することができるホワイトバランス自動調整装置を得ることを目的とする。
【0034】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るホワイトバランス自動調整装置は、色信号から生成された色差信号を1フィールド間だけ積分して積分値を求める積分手段と、最適な目標値を記憶する記憶手段と、1フィールド毎に前記積分値と前記目標値とを比較し同じ大小関係が数フィールド連続した場合には制御係数を増減して前記色信号のゲインを変化させる制御手段とを備えたホワイトバランス自動調整装置において、前記制御手段が、前記目標値に対して、1フィールド毎に第1のオフセット値の加算と、第2のオフセット値の減算とを繰り返すものである。
【0035】
また、この発明に係るホワイトバランス自動調整装置は、クローズドループ方式のホワイトバランス自動調整装置において、前記第1及び第2のオフセット値を、いずれも色信号のゲインを変化させる係数の最小単位である、制御係数1カウントで変化する積分値の変化量よりも大きいとしたものである。
【0036】
さらに、この発明に係るホワイトバランス自動調整装置は、前記第1及び第2のオフセット値を、異なる値としたものである。
【0042】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
この発明の実施の形態1について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るクローズドループ方式のホワイトバランス自動調整装置の構成を示すブロック図である。また、図2は、この発明の実施の形態1の制御アルゴリズムを示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0043】
図1において、1はCCD、2はA/Dコンバータ、3はノイズ低減回路、4は色分離回路、5は色差化回路、6はエンコーダ、7は輝度信号処理回路、8及び9はR−Y信号及びB−Y信号の積分値を算出する積分回路、10はEPROM、11Aはマイクロコントローラ(CPU)である。
【0044】
なお、同図において、ノイズ低減回路3、積分回路8及び9は、デジタルLSIで構成されている。また、色分離回路4、色差化回路5、エンコーダ6及び輝度信号処理回路7は、プロセスICで構成されている。
【0045】
つぎに、この実施の形態1の動作について図2を参照しながら説明する。このクローズドループ方式のホワイトバランス自動調整装置の基本的な動作は従来のものと同様であるので説明を省略し、相違点だけを以下説明する。
【0046】
図2に示すように、目標値「REFR」及び「REFB」に対してオフセット値「OFFA」を加算し、+側疑似目標値とする。また、目標値「REFR」及び「REFB」に対してオフセット値「OFFB」を減算し、−側疑似目標値とする。
【0047】
目標値「REFR」及び「REFB」に対して、1フィールド毎にオフセット値「OFFA」の加算と、オフセット値「OFFB」の減算を繰り返す。例えば、奇数フィールドでは目標値「REFR」及び「REFB」にオフセット値「OFFA」を加算し、偶数フィールドでは目標値「REFR」及び「REFB」にオフセット値「OFFB」を減算する。
【0048】
すなわち、マイクロコントローラ11Aは、奇数フィールドでは+側疑似目標値「REFR+OFFA」及び「REFB+OFFA」と、積分値「INTR」及び「INTB」とを比較し、偶数フィールドでは−側疑似目標値「REFR+OFFB」及び「REFB+OFFB」と、積分値「INTR」及び「INTB」とを比較する。なお、オフセット値「OFFA」及び「OFFB」は、いずれも制御係数1カウントで変化する積分値の変化量よりも大きく、異なる値でもよい。
【0049】
以上のように目標値を1フィールド毎に交互にパタつかせることで、数フィールド連続して目標値よりも積分値の方が大きい、小さいという条件を満たさなくなるため、制御係数「WBR」及び「WBB」は変化せず、オートホワイトバランス制御を停止させることができる。
【0050】
なお、例えば、オフセット値「OFFA」及び「OFFB」をテーブルデータとし、様々な照明条件で可変させることで、ホワイトバランスの収束位置(目標値)を少し+側、あるいは少し−側など様々に可変させることができる。
【0051】
実施の形態2.
この発明の実施の形態2について図3及び図4を参照しながら説明する。図3は、この発明の実施の形態2に係るオープンループ方式のホワイトバランス自動調整装置の構成を示すブロック図である。また、図4は、この発明の実施の形態2の動作を示す図である。
【0052】
図3において、1はCCD、2はA/Dコンバータ、4は色分離回路、5は色差化回路、6はエンコーダ、7は輝度信号処理回路、12は色分離回路、13及び14はR成分信号及びB成分信号の積分値を算出する積分回路、15はEPROM、16Aはマイクロコントローラ(CPU)である。
【0053】
なお、同図において、色分離回路4、色差化回路5、エンコーダ6及び輝度信号処理回路7は、プロセスICで構成されている。また、色分離回路12、積分回路13及び14は、補助ICで構成されている。
【0054】
図4において、横軸は制御係数「WBR」の値、縦軸は制御係数「WBB」の値を示す。また、制御可能な範囲を表す制限領域を分割した各領域は、自己のテーブルデータ(目標値=制御係数WBB等)とともに、例えば、縦横斜めの隣り合った領域のテーブルデータ(目標値=制御係数WBB等)との差分値に相当する複数の補正値をもっている。同図は、領域(1)が目標値の補正値として「0」、領域(2)が目標値の補正値の一つとして「−30」をもっていることを表している。
【0055】
つぎに、この実施の形態2の動作について図4を参照しながら説明する。このオープンループ方式のホワイトバランス自動調整装置の基本的な動作は従来のものと同様であるので説明を省略し、相違点だけを以下説明する。
【0056】
図4は、本実施の形態2での制限領域の分割例を示した図である。同図のように、領域の区切られていない領域(1)から領域(2)に光源が移動したとする。領域(1)は色再現性の補正を必要としない領域である。従って、領域(1)では目標値の補正値は「0」となり、マイクロコントローラ16Aから出力される目標値(制御係数)は、本来の目標値と同じになる。
【0057】
ここで、光源が領域(1)から領域(2)へ移動した場合、目標値の補正値は「0」から「−30」となり、領域(2)の目標値は領域(1)の目標値−30となる。この場合、領域(1)の目標値と領域(2)の目標値との差が「−30」であるから、マイクロコントローラ16Aは、出力する目標値を、ホワイトバランス制御タイミング毎(例えば、8フィールド毎)に、領域(1)の目標値から1カウントずつ領域(2)の目標値に向かって減少させ、領域(2)の補正値が0に、つまり、領域(2)の目標値に達したところで減少制御を停止する。
【0058】
この場合、マイクロコントローラ16Aが出力する目標値は、ホワイトバランス制御タイミング毎に、{領域(1)の目標値}→{領域(1)の目標値−1}→{領域(1)の目標値−2}→・・・→{領域(1)の目標値−29}→{領域(1)の目標値−30}={領域(2)の目標値}となる。
【0059】
また、逆に光源が領域(2)から領域(1)に移動した場合には、マイクロコントローラ16Aが出力する目標値と領域(1)の目標値との差が+30となり、マイクロコントローラ16Aは、出力する目標値を、ホワイトバランス制御タイミング毎に、1カウントずつ領域(1)の目標値に向かって増加させ、領域(1)の目標値に達したところで増加制御を停止する。
【0060】
以上のように、各領域に補正値を持たせ、光源が領域を移動した場合にホワイトバランス制御タイミング毎に1カウントずつマイクロコントローラ16Aが出力する目標値を変化させることで、細かく領域を設けてデータを連続的にする必要がなくなり、大きな領域分割で済み、予め正確なデータを数多く測定する必要がなくなる。
【0061】
実施の形態3.
この発明の実施の形態3について図5を参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態3に係るホワイトバランス自動調整装置の動作を示す図である。なお、この実施の形態3の構成は、上記実施の形態1又は2と同様である。
【0062】
図5において、横軸は制御係数「WBR」の値、縦軸は制御係数「WBB」の値を示す。
【0063】
ナトリウム灯など、色温度が低く単一波長に近い光源の照明では青色の成分が不足するため、理想的には図5の点Aの位置まで青色のゲインを増加させてやる必要があるが、増幅に限度があるため青色のゲインは点Bのところで停止する。つまり、目標値である点Aに対して制御結果の積分値である点Bで収束している。この時、赤色の積分値「INTR」は、目標値の点Aに近いところで収束しているが、青色の積分値「INTB」は、目標値の点Aよりもずっと小さい値となる。
【0064】
この状態が数フィールド連続した場合、マイクロコントローラは、ナトリウム灯照明だと判断する。この時、目標値の点Aと積分値「INTB」との差を「ΔB」とすると、このΔBにある係数K(0<K≦1)を乗算した値「ΔB×K」を赤色の制御結果の積分値に加算し、赤色成分の収束値を点Bから点Cの方向へと移動させる。
【0065】
以上のようにナトリウム灯など、色温度が低く単一波長に近い光源の照明下で青色が不足するような場合でも視覚的に良い色バランスを得ることができる。
【0066】
実施の形態4.
この発明の実施の形態4について図5を参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態4に係るホワイトバランス自動調整装置の動作を示す図である。なお、この実施の形態4の構成は、上記実施の形態1又は2と同様である。
【0067】
ナトリウム灯の中でも極端に青色が不足する、例えば、低圧ナトリウム灯のような照明の場合、本来の目標値である点Dに対して図5の点Eの位置に収束するが、上記実施の形態3の制御下では、ΔBにある係数Kを乗算した値を赤色の制御結果の積分値に加算し、赤色成分の収束値をより赤色の方へと移動させているため、図5の点Fの位置で収束してしまう。
【0068】
しかし、この照明の場合は極端に青色が不足するため、それでも赤色と青色のバランスが悪くなり、視覚的に見苦しい色バランスになる。
【0069】
そこで、高圧ナトリウム灯下での青色成分の積分値を「INTBH」、低圧ナトリウム灯下での青色の積分値を「INTBL」、高圧ナトリウム灯の青色の積分値「INTBH」より充分小さく低圧ナトリウム灯の青色の積分値「INTBL」よりも充分大きい中間の積分値を「INTBM」と表す。
【0070】
マイクロコントローラは、得られた青色の積分値「INTB」が中間の積分値「INTBM」を下回った場合には、上記実施の形態3で加算した値「ΔB×K」を徐々に小さくしていき、得られた青色の積分値「INTB」が低圧ナトリウム灯下での青色の積分値「INTBL」に達したときに上記加算値「ΔB×K」が「0」になるようにする。つまり、低圧ナトリウム灯の場合は図5の点Eの位置で停止させる。赤色の目標値「REFR」を計算式で表すと以下のようになる。なお、係数「γ」及び「λ」は、0<γ≦1及び0<λ≦1である。また、係数λ以下の項は、積分値がINTBL以上、INTBM以下の場合に成り立つ。
【0071】
REFR=INTR+γ×INTB−λ×(INTBM−INTBL)
【0072】
以上のように、極端に青色が不足する低圧ナトリウム灯のような照明の場合でも視覚的に良い色バランスを得ることができる。
【0073】
【発明の効果】
この発明に係るホワイトバランス自動調整装置は、以上説明したとおり、色信号から生成された色差信号を1フィールド間だけ積分して積分値を求める積分手段と、最適な目標値を記憶する記憶手段と、1フィールド毎に前記積分値と前記目標値とを比較し同じ大小関係が数フィールド連続した場合には制御係数を増減して前記色信号のゲインを変化させる制御手段とを備えたホワイトバランス自動調整装置において、前記制御手段が、前記目標値に対して、1フィールド毎に第1のオフセット値の加算と、第2のオフセット値の減算とを繰り返すので、オートホワイトバランスを停止でき、そのことにより視覚的に見苦しい色バランスを無くすことができるという効果を奏する。
【0074】
また、この発明に係るホワイトバランス自動調整装置は、以上説明したとおり、クローズドループ方式のホワイトバランス自動調整装置において、前記第1及び第2のオフセット値を、いずれも色信号のゲインを変化させる係数の最小単位である、制御係数1カウントで変化する積分値の変化量よりも大きいとしたので、オートホワイトバランスを停止でき、そのことにより視覚的に見苦しい色バランスを無くすことができるという効果を奏する。
【0075】
さらに、この発明に係るホワイトバランス自動調整装置は、以上説明したとおり、前記第1及び第2のオフセット値を、異なる値としたので、オートホワイトバランスを停止でき、そのことにより視覚的に見苦しい色バランスを無くすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1の構成を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態1の制御アルゴリズムを示す図である。
【図3】この発明の実施の形態2の構成を示すブロック図である。
【図4】この発明の実施の形態2の動作を示す図である。
【図5】この発明の実施の形態3及び4の動作を示す図である。
【図6】従来のクローズドループ方式のホワイトバランス自動調整装置の構成を示すブロック図である。
【図7】従来のオープンループ方式のホワイトバランス自動調整装置の構成を示すブロック図である。
【図8】従来のオープンループ方式のホワイトバランス自動調整装置の動作を示す図である。
【符号の説明】
1 CCD、2 A/Dコンバータ、3 ノイズ低減回路、4 色分離回路、5 色差化回路、6 エンコーダ、7 輝度信号処理回路、8 積分回路、9 積分回路、10 EPROM、11A マイクロコントローラ(CPU)、12色分離回路、13 積分回路、14 積分回路、15 EPROM、16A マイクロコントローラ(CPU)。
Claims (3)
- 色信号から生成された色差信号を1フィールド間だけ積分して積分値を求める積分手段と、最適な目標値を記憶する記憶手段と、1フィールド毎に前記積分値と前記目標値とを比較し同じ大小関係が数フィールド連続した場合には制御係数を増減して前記色信号のゲインを変化させる制御手段とを備えたホワイトバランス自動調整装置において、
前記制御手段は、前記目標値に対して、1フィールド毎に第1のオフセット値の加算と、第2のオフセット値の減算とを繰り返す
ことを特徴とするホワイトバランス自動調整装置。 - クローズドループ方式のホワイトバランス自動調整装置において、前記第1及び第2のオフセット値は、いずれも色信号のゲインを変化させる係数の最小単位である、制御係数1カウントで変化する積分値の変化量よりも大きいことを特徴とする請求項1記載のホワイトバランス自動調整装置。
- 前記第1及び第2のオフセット値は、異なる値であることを特徴とする請求項2記載のホワイトバランス自動調整装置。
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JPH1175213A JPH1175213A (ja) | 1999-03-16 |
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