JP3666881B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、撮像装置に関し、特に撮像手段の出力から得た信号のホワイトバランスを制御するホワイトバランス制御手段を有する撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ムービー用ビデオカメラや、電子スチルカメラなどの撮像装置におけるホワイトバランス制御には、撮像素子の出力を用いて自動的に撮影されたビデオ信号のホワイトバランスを良好に保つ手法、即ちTTL自動追尾式のホワイトバランス制御が行われる様になってきた。
【0003】
この手法を用いたホワイトバランス制御の一例についてその概略を以下説明する。一般に、上述の如き撮像装置においては撮像素子から得られた信号は、周知の色分離回路やプロセス回路を介して、Y(輝度)信号,R(赤)−Y信号,B(青)−Y信号に変換される。また、一般にこの過程でR信号,B信号もしくはR−Y信号,B−Y信号などには可変利得アンプが設けられている。
【0004】
一方、Y,R−Y,B−Y信号は夫々積分などの処理により1フィールド以上の期間に亙って平均化され、これら平均化された信号を用いてR,G,B各信号を導出する。そして、これらの3原色信号を用いてこの3原色信号の比が1:1:1となる様に上記可変利得アンプを制御する制御信号を導出する。
【0005】
これによって、特に測色センサなどを用いることなく、自動的にホワイトバランス制御を行うことが可能となった。
【0006】
他方、上述の如き手法においては撮像素子の出力を用いてホワイトバランス制御を行うので撮像画枠内に大面積を占める高彩度の被写体が存在する場合には、その被写体の影響を受け、良好なホワイトバランス調整が行えないという問題がある。
【0007】
そこで、上述した平均化処理の前段にクリップ回路を設け、高彩度の被写体の影響を軽減する処理を行わうことが知られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このようなクリップ回路を用いる場合、図8(1)に示される様に高レベル側▲1▼と、低レベル側▲2▼とが均等にクリップされる場合には所要の効果が得られるものと考えられるが、光源の色や色温度の変化などにより、図8(2)に示す様に高レベル側▲1▼のみがクリップされ、低レベル側▲2▼がクリップされない場合には、ホワイトバランス調整がこの低レベル側の信号の影響を受けてしまう。勿論、低レベル側▲2▼のみがクリップされる場合も同様である。
【0009】
具体的には、徐々に適正なホワイトバランス状態とする様上記平均化回路の時定数を長めに設定するムービーカメラにおいては、適正なホワイトバランス状態にするまでの時間が長くなってしまう。また、電子スチルカメラの様に短時間で適正なホワイトバランス状態とする必要がある場合においては、ホワイトバランスが適正でない状態で撮影が行われてしまうといった問題となる。
【0010】
また、上記高彩度の被写体の影響によるホワイトバランスのずれは、一般に黒体放射光の色温度変換に対応した色ずれが発生する場合、即ち赤みが強くなったり、青みが強くなったりする場合にはあまり気にならないが、色温度変化に対応しない色ずれ、即ち緑色化、紫色化が発生する場合には視覚的に大変目障りなものである。
【0011】
そこで、単にホワイトバランス調整時の色補正の方向を概略色温度変化に対応した方向にのみに限定することで、上述の如き目障りなホワイトバランスずれを解消することが可能であるが、この場合には蛍光灯などの様に黒体放射光に対し緑がかった色の光源下での撮影時においてはホワイトバランス制御が行えなくなってしまう。
【0012】
斯かる背景下において、本発明は光源の色や色温度の変化に係らず、撮像画枠内に大面積を占める高彩度の被写体の影響を受けず、良好なホワイトバランス制御が行える撮像装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的下において、本発明にあっては、撮像手段を備えた撮像装置において、該撮像手段の出力から得た複数種の色信号の振幅成分をクリップするクリップ回路と、前記クリップ回路の出力を用いて、前記撮像手段の出力から得た信号のホワイトバランスを制御するホワイトバランス制御手段と、前記撮像装置にて測定される外光の明るさに応じて前記クリップ回路のクリップ範囲を変更するクリップ変更手段と、を具えることを特徴とする撮像装置を提示する。
【0017】
【作用】
上述の如く、撮像装置にて測定される外光の明るさに応じてクリップ回路のクリップ範囲を変更することにより、外光の明るさにより色温度の変化に従ったクリップ範囲の変更ができ、複数種の色温度に対応して色信号を適正にクリップすることができるので、色温度にかかわらず高彩度の被写体の影響を受けないホワイトバランス制御が可能となる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について詳細に説明する。
【0021】
(第1の実施例)
図1は本発明の第1の実施例としての撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【0022】
図1において、1は被写体からの反射光を結像し、光量を制限する光学系、3はこの光学系1を介した被写体像を電気信号に変換する撮像素子、5は撮像素子3の出力からR,G,B各信号を抽出する周知の色分離回路、7,9はR信号,B信号を夫々増幅するRアンプ,Bアンプ、11はRアンプ,Bアンプから出力されるR信号(R’),B信号(B’)更にはG信号が入力され、Y信号,(R−Y)信号,(B−Y)信号を導出するプロセス回路である。
【0023】
13はプロセス回路11からのY,R−Y,B−Y各信号の高レベル及び低レベル部分を夫々クリップするピーク−ピーク(P−P)クリップ回路、15はクリップ回路13の出力する3信号を夫々積分する積分回路、17は積分回路15の出力する3信号をアナログ−デジタル(A/D)変換して3つのデジタル値YD ,(R−Y)D ,(B−Y)D を夫々出力するA/D変換器、19はこれらのデジタル値YD ,(R−Y)D ,(B−Y)D が接続されるマイクロプロセッシングユニット(MPU)である。
【0024】
21は被写体の明るさを測定する測光センサ、23は測光センサ21の出力をA/D変換するA/D変換器、25は MPU19より出力されるデジタル制御値RCD及びBCDを夫々デジタル−アナログ(D/A)変換するD/A変換器であり、このD/A変換器25の出力で上記Rアンプ7,Bアンプ9の利得が制御される。また、PSWはこの撮像装置の電源スイッチ、31,33,35は夫々出力端子である。
【0025】
図2は本実施例のMPU19の動作を説明するためのフローチャートであり、以下この図2を用いて本実施例の動作を説明する。
【0026】
電源スイッチPSWがオンされると(ステップS1)、装置各部に電源が供給される。ここで、光学系1により被写体反射光はその光量を制御、制限されて撮像素子3の撮像面上に結像され、この撮像素子3から読み出された電気信号は、素子3のフィルタ配列に従い色分離回路5にて処理され、R,G,Bの各信号を得る。これらの信号中、R信号,B信号は夫々Rアンプ7,Bアンプ9にて夫々後述の制御信号RC ,BC によって定められた利得により増幅される。このRアンプ7,Bアンプ9の出力信号R’,B’は、G信号と共にプロセス回路11に入力される。
【0027】
プロセス回路11からは、R’,B’,Gの各信号を用いて、Y,(R−Y),(B−Y)信号を夫々出力する。このプロセス回路11の主力する3信号は出力端子31,33,35から夫々外部や記録再生部に供給されることになる。
【0028】
また、この3信号は夫々クリップ回路13、積分回路15、A/D変換器17を介してデジタル値YD ,(R−Y)D ,(B−Y)D とされ、MPU19に接続される。
【0029】
一方、測光センサ21の出力もA/D変換器23を介してデジタル値LD とされ、MPU19に接続される。
【0030】
MPU19は電源スイッチPSWがオンされると、内部メモリに初期値としてL0 ,a,b,c,dを読み込み記憶させる。ここで、L0 はある明るさの被写体に対する測光センサ21からの信号をデジタル化した際の値であり、その被写体の設定は最も明るい屋内光に対応した値とする。また。a,b,c,dはホワイトバランス制御電圧導出時の演算式に用いる値で、予め最適な値を設定しておく。
【0031】
そして、ステップS3において測光出力であるデジタル値LD を読み込み、ステップS4においてL0 とLD を比較する。ここで、LD >L0 であればステップS5に移行し、P−Pクリップ回路13のクリップ範囲を高色温度対応とする。具体的には図3(1)に示す様にR−Y信号については(イ)に示す様に高レベル部(図中斜線で示す)のみがクリップされることにならない様にクリップ範囲を高レベル側にシフトする。これによって、同図(1)の(ロ)に示す様にクリップ範囲を高レベル側と低レベル側でほぼ均等にクリップされることになる。また、同様にB−Y信号については図3(2)の(イ)に示す様に低レベル部(斜線部)のみがクリップされることがない様に、同図(2)の(ロ)に示す様にクリップ範囲を低レベル側にシフトする。
【0032】
この様にクリップ範囲を可変可能なクリップ回路の具体的な構成を図4に示す。図4において、27,31,33は夫々トランジスタであり、29は抵抗、35,37は夫々基準電圧源である。この様な回路構成において基準電圧源35,37の電圧E1 ,E2 を夫々高レベルとすることにより、クリップ範囲を高レベル側にシフトすることができ、低レベルとすることにより、クリップ範囲を低レベル側にシフトすることができる。
【0033】
一般に、測光出力が前述した様なレベルより高ければ屋外、即ち太陽光下もしくは曇天下での撮影であると予測でき、高色温度光に照らされていると確率が極めて高いため、この様なクリップレベル範囲の変更は、非常に高い確率でクリップ範囲が高レベル側と低レベル側でほぼ均等とすることができる。従って前述のごとき、高彩度の被写体の影響を効果的に除去することができる。
【0034】
一方、ステップS4においてLD >L0 でなければ、ステップS6に進み、外光が室内光であると推測し、クリップ範囲を低色温度対応とする。具体的には図3(1)の(ハ)に示す様にR−Y信号についてはクリップ範囲を低レベル側にシフトし、図3(2)の(ハ)に示す様にB−Y信号についてはクリップ範囲を高レベル側にシフトする。これによって、同様にクリップ範囲が高レベル側と低レベル側でほぼ均等とすることができ、高彩度の被写体の影響を効果的に除去できる。
【0035】
ステップS5もしくはステップS6において、クリップ範囲が決定した後、ステップS7において、A/D変換器17からのデジタル値YD ,(R−Y)D ,(B−Y)D が読み込まれ、これらの値からマトリクス演算によりR,G,B各信号の値を導出する。
【0036】
そして、ステップS8において、Rアンプ7の制御値であるRCDをa・R/G+bの式にて求め、同様にBアンプ9の制御値であるBCDをc・B/G+dの式により求める。こうして得られたデジタル値RCD,BCDはステップS9においてD/A変換器25に出力され、アナログの制御電圧RC ,BC に変換され、Rアンプ7,Bアンプ9の利得が制御されホワイトバラン制御が行われる。
【0037】
この様な処理は、電源スイッチPSWがオフされるまで繰り返し行われ、電源スイッチPSWがオフされると(ステップS10)処理を終了する。
【0038】
以上説明した様に、本発明の第1の実施例の撮像装置においては、外光の明るさに応じてP−Pクリップ回路13による各色差信号R−Y,B−Yのクリップ範囲を変更することにより、様々な環境下においてホワイトバランス制御に与える高彩度の被写体の影響を効果的に除去できる。
【0039】
尚、上述の実施例においてはある明るさを境に2つのクリップ範囲を切り換える構成としたが、3以上のクリップ範囲を設定しこれらを選択する構成とし、クリップ範囲の変更点近傍における急激な色の変化を回避する構成とすることも可能である。また、同様にクリップ範囲の変更を徐々に所定の時定数をもたせて行うことも可能である。
【0040】
(第2の実施例)
次の本発明の第2の実施例について説明する。本実施例の撮像装置の構成自体は上記第1の実施例と同様に図1に示す通りであり、詳細な説明は省略する。
【0041】
図5は本実施例におけるMPU19の動作を示すフローチャートであり、以下このフローチャートを用いて動作の説明を行う。図5のフローチャートにおいて、図2と同様のステップについては同一の符号を付す。
【0042】
本実施例においては電源スイッチPSWがオンされた後、装置を立ち上げるとと共に読み込む初期値としては、第1の実施例にて説明したL0 ,a,b,c,d以外に、後述の測光出力の読み込み回数を示す定数m、及びフリッカの有無を検出するための基準値F0 を読み込む(ステップS11)。
【0043】
次にステップS12において変数nに1を置数し、ステップS3で測光出力であるデジタル値LD が読み込まれると、ステップS14においてこのデジタル値LD をLn に置数する。そして、ステップS15にてnとmとを比較し、n=mでなければnをn+1として(ステップS13)ステップS3に戻り、上記動作を繰り返す。
【0044】
そして、ステップS15にてn=mと判断された時点では、L1 〜Lm に互いに時間差を有する測光出力であるデジタル値が置数された状態となる。ここで、ステップS16においてL1 〜Lm 中の最大値LMAX と最小値LMIN を抽出し、更にL1 〜Lm の平均値LAVE を算出する。そして、これらの値から更にLMAX +LMIN をフリッカ量を示す値LF として算出する。
【0045】
次に、ステップS18においてはLAVE をL0 と比較する。このステップS18は前述第1の実施例のステップS4と同様の意味を持ち、LAVE >L0 の場合においては第1の実施例と同様にステップS5においてP−Pクリップ回路13のクリップ範囲を高色温度対応とする。
【0046】
一方、ステップS18においてLAVE >L0 ではないと判定された場合にはステップS19に進み、フリッカ量を示す値LF を基準値F0 と比較する。ここで、LF >F0 でない場合にはフリッカが存在しないと判断し、ステップS6に進みP−Pクリップ回路13のクリップ範囲を第1の実施例と同様に低色温度対応とする。
【0047】
また、ステップS19においてLF >F0 と判定された場合にはフリッカが存在すると判断し、この場合には光源が蛍光灯であると推定してP−Pクリップ回路13のクリップ範囲を蛍光灯対応とする。具体的には、蛍光灯を光源とした場合似の被写体光の特性に応じて、図3(1)(2)の(ニ)に示すようにR−Y,B−Yともクリップレベルを低レベル側にシフトする。これは蛍光灯の光が他の黒体放射近似光に比べ緑がかっているためである。
【0048】
ステップS7以降のホワイトバランス制御電圧の演算については第1の実施例と同様であり、ステップS9においてホワイトバランス制御のためのデジタル値RCD、BCDが出力される。
【0049】
上述の実施例によれば、第1の実施例の効果に加え、外光が明るくない場合には屋内での撮影であると判断した上で、フリッカの有無を検出してこの屋内撮影時の光源が蛍光灯であるかそれ以外の光源であるかを検出し、比較的頻度の高い蛍光灯下の撮影においてもP−Pクリップ回路13による各色差信号R−Y,B−Yのクリップ範囲を高レベル側と低レベル側が均一にクリップされるように変更することができ、更に、様々な環境に対応可能となり、ホワイトバランス制御に高彩度の被写体の影響を与える可能性を更に低くできる。
【0050】
尚、上記第2の実施例においては、外交の明るさが低く、かつ、フリッカの存在が検出された時にのみ光源が蛍光灯であると推定したが、蛍光灯以外の屋内撮影の機会は少ないと考えられるのでフリッカの検出のみで、クリップ範囲を高色温度対応とするか蛍光灯対応とするかで切り換える構成とすることも当然可能である。
【0051】
(第3の実施例)
次の本発明の第3の実施例について説明する。本実施例の撮像装置の構成も上記第1の実施例と同様であり、図6は本実施例におけるMPU19の動作を示すフローチャートである。図6のフローチャートにおいて、図2と同様のステップについては同一の符号を付す。
【0052】
本実施例の撮像装置は前述の第1の実施例の撮像装置と同様に、ステップS4において外光がある明るさより明るいか暗いかを判定し、明るい場合にはP−Pクリップ回路13のクリップ範囲を高色温度対応にするのであるが、この時第1の実施例とはホワイトバランス制御値RCD及びBCDの算出方法を変える。
【0053】
即ち、本実施例においては電源スイッチPSWがオンされた直後の初期値読み込み過程(ステップS21)において前述のa,b,c,d以外に、ホワイトバランス制御電圧導出時の演算式に用いる値としてe,f,g,hを読み込み、ステップS4において外光がある明るさより明るいと判断された場合には、ステップS5においてP−Pクリップ回路13のクリップ範囲を高色温度対応にし、ステップS22ではYD ,(R−Y)D ,(B−Y)D から、R,Bをそれぞれ導出する。ここで、この導出は、例えばR=YD +(R−Y)D ,B=YD +(B−Y)D とすればよい。
【0054】
更に、ステップS23においてはこのR,Bを用いて、Rアンプ7の制御値であるRCDをe・R/B+fの式にて求め、同様にBアンプ9の制御値であるBCDをg・R/B+hの式により求める。このようにR,Bのみを用いてホワイトバランス制御を行うと、色の補正方向は黒体放射光の色温度変化方向のみとなる。そのため、ホワイトバランスの制御に因する色温度変化に対応しない色ずれ、即ち緑色化、紫色化などの目障りな色ずれの発生が防止できる。
【0055】
一方、ステップS4において外光がある明るさより明るくないと判断された場合には、ステップS6においてP−Pクリップ回路13のクリップ範囲を低色温度対応にし、ステップS7,S8において第1の実施例と同様の手法でホワイトバランス制御値であるRCD,BCDを算出する。この算出法は、前述の様にRCDをa・R/G+bの式にて求め、BCDをc・B/G+dの式により求めるので色温度変化方向以外の方向についても色補正が可能である。
【0056】
即ち、外光が暗い場合には蛍光灯等の様々な光源下の撮影が考えられ、この光源光の色の変化、例えば蛍光灯の場合には緑がかった色に対応したホワイトバランスの制御を行う必要があり、上述の如く色温度変化方向以外の方向についても色補正を行う必要があるが、外光が明るい場合には光源光をほぼ太陽光であると推定でき、この場合には色温度変化方向以外の方向についての色補正は殆ど必要がなく、むしろ前述した被写体の影響による目障りな色ずれが発生することが問題となる。
【0057】
従って、本実施例によれば蛍光灯下の撮影においても良好にホワイトバランスの補正ができ、且、屋外の撮影に際しては目障りな色ずれの発生を防止することができる。
【0058】
尚、本実施例においては外光がある明るさにより、P−Pクリップ回路13のクリップ範囲を変更しているが、このクリップレベルの変更を行わなくとも蛍光灯下の撮影においても良好にホワイトバランスの補正ができ、且、屋外の撮影に際しては目障りな色ずれの発生を防止するという効果は得られる。
【0059】
また、上述の実施例においてはある明るさを境にホワイトバランスの制御値の演算方法を切り換えたが、急激な色の変化を回避するため、制御値の変更を徐々に所定の時定数をもたせて行うことも可能である。
【0060】
(第4の実施例)
次の本発明の第3の実施例について説明する。本実施例の撮像装置の構成も上記第1の実施例と同様であり、図7は本実施例におけるMPU19の動作を示すフローチャートである。図7のフローチャートにおいて、図2,図5,図6と同様のステップについては同一の符号を付す。
【0061】
本実施例では外光の明るさを上述第2の実施例と同様の手法にてLAVE を算出することにより判定し、また、LF (=LMAX −LMIN )からフリッカの有無を判定する。本実施例においても、上記第2の実施例と同様に、P−Pクリップ回路13のクリップ範囲を高色温度対応、低色温度対応、更には蛍光灯対応の3つで選択する。
【0062】
また、ステップS19にてフリッカの検出がなされた場合にのみ、RCD,BCDをa・R/G+b,c・B/G+dの式にて求めて色温度変化方向以外の方向についての色補正を行い得る様にし、他の場合にはRCD,BCDをe・R/B+f,g・R/B+hの式により求め色温度変化方向以外の方向についての色補正を行わない様にしている。このように構成することによって、より正確に色温度変化方向以外の方向についての色補正の必要性を判定することができ、より多くの機会において色温度変化方向以外の無用な色補正による色ずれの発生を防止することができる。
【0063】
尚、上記各実施例においては測光センサ21を用いて外光の明るさを測定していたが、撮影入社光量をけ決定する絞りの値やシャッター速度から該光量を判定しこれを測光出力とすることも可能であり、この場合には測光センサーを別途設けなくても本発明を実現することができる。
【0064】
また、上記各実施例の手法は、撮像装置としてはムービーカメラ、電子スチルカメラいずれに対しても適用可能なものであるが、電子スチルカメラに適用する場合には、本出願人が先に出願した特願平1−255507号に開示の様に、静止画撮影時(本露光時)のホワイトバランス制御を静止画撮影に先立つ露光時(プリ露光時)に行うものとし、上記測光からホワイトバランス制御値算出に至るステップを上記プリ露光時に行う様にすればよい。
【0065】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明の撮像装置によれば、撮像装置にて測定される外光の明るさに応じてクリップ回路のクリップ範囲を変更することにより、外光の明るさにより色温度の変化に従ったクリップ範囲の変更ができ、複数種の色温度に対応して色信号を適正にクリップすることができるので、色温度にかかわらず高彩度の被写体の影響を受けないホワイトバランス制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の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の実施例の撮像装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図3】本発明の実施例の撮像装置によるクリップ範囲の変更動作を説明するための波形図である。
【図4】図1中のP−Pクリップ回路の具体的な構成を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施例の撮像装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図6】本発明の第3の実施例の撮像装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図7】本発明の第4の実施例の撮像装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図8】クリップ範囲の不均一を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1 光学系
3 撮像素子
5 色分離回路
7,9 可変利得アンプ
8a,8b クランプ回路
9a,9b クリップ回路
11 プロセス回路
13 クリップ回路
15 積分回路
17,23 アナログ−デジタル(A/D)変換器
19 マイクロプロセッシングユニット(MPU)
21 測光センサ
25 デジタル−アナログ(D/A)変換器
PSW 電源スイッチ
Claims (5)
- 撮像手段を備えた撮像装置において、
該撮像手段の出力から得た複数種の色信号の振幅成分をクリップするクリップ回路と、
前記クリップ回路の出力を用いて、前記撮像手段の出力から得た信号のホワイトバランスを制御するホワイトバランス制御手段と、
前記撮像装置にて測定される外光の明るさに応じて前記クリップ回路のクリップ範囲を変更するクリップ変更手段と、
を具えることを特徴とする撮像装置。 - 前記変更手段は、外光の明るさを測定する測光手段から出力される測光信号のレベルの大小に応じて前記クリップ範囲の変更を行うことを特徴とする請求項1の撮像装置。
- 前記変更手段は更に測光信号のレベルの変動の大小に応じて前記クリップ範囲の変更を行うことを特徴とする請求項2の撮像装置。
- 前記変更手段は、外光の明るさが所定のレベルより明るければ、前記クリップ回路のクリップ範囲を高色温度対応のクリップ範囲に変更することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記変更手段は、外光の明るさが所定のレベルより暗ければ、前記クリップ回路のクリップ範囲を低色温度対応のクリップ範囲に変更することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
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