JP3693780B2

JP3693780B2 - Video camera

Info

Publication number: JP3693780B2
Application number: JP04592397A
Authority: JP
Inventors: 孝典石井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: JPH10243290A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被写体を撮像して映像信号を出力する電荷蓄積素子（以下、ＣＣＤと称す）の電荷蓄積時間を制御することにより高感度を得るようにしたビデオカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６はＣＣＤ電荷蓄積時間を制御することにより高感度を得る機構をもつ従来のビデオカメラの主要な構成を示すブロック図である。
図６において、１は受光部とシャッター部を有し被写体を撮像してアナログ映像信号１００を出力するＣＣＤ、２はアナログ映像信号１００をＡ／Ｄ変換してディジタル映像信号１０１を出力するＡ／Ｄ変換器、３はディジタル映像信号１０１を１フレーム分格納するフレームメモリ、４はフレームメモリ３を介して出力されるディジタル映像信号１０１に基づいてビデオ信号１０２を生成して出力するプロセス部、５はＣＣＤの感度を電荷蓄積時間により変化させるために（電子的に処理を行う）ＣＣＤ１のシャッター部の開閉間隔を調整するとともに、上記シャッター部の開閉間隔に含わせてフレームメモリ３の処理を制御するＣＰＵである。
【０００３】
次に動作について説明する。
ＣＣＤ１が被写体を撮像する場合の感度は、ＣＣＤ１に対する電荷蓄積時間によって調整される。例えば、被写体が明るい場合は、ＣＰＵ５の指示によりシャッターの開閉時間を短くして感度を低くし、逆に、被写体が暗い場合は、シャッターの開閉間隔を長くして感度を高くすることができる。
また、ＣＰＵ５はシャッターの開閉間隔に合わせてフレームメモリ４の動作を調整し、プロセス部４でビデオ信号を構成できるよう、電荷蓄積時に補間を行っている。
【０００４】
また、図７は例えば「画像のディジタル信号処理」（吹抜敬彦著、日刊工業新開社出版）Ｐ．１１５−Ｐ．１１８に記載されたフレーム相関を用いた雑音低減回路の構成を示す構成図である。
図７に示す回路は、フレームメモリ３をＣＣＤ１側から出力される映像信号をフレーム単位で遅延させる遅延手段として用い、該フレームメモリ３が出力する前フレームとＣＣＤ１側から出力される現フレームとを差分してフレーム間差分値１０３を得る差分抽出手段としての減算器６と、フレーム間差分値１０３に対し帰還係数Ｋを乗算する関数器７と、関数器７の出力を現フレームに加算する加算器８とを備えて、フレーム単位の遅延を用いた巡回型フィルタを構成することにより、フレーム相関を用いた雑音低減を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビデオカメラは以上のように構成されており、以下のような課題があった。
（１）ＣＣＤ１における電荷蓄積時間を制御することにより高感度を得るビデオカメラにおいて、ＣＣＤ１の感度を上げるためにシャッター部の閉閉間隔を長くして電荷蓄積時間を増加させた場合には、この電荷蓄積時間の長さに比例して暗電流も多く蓄積される。この暗電流が蓄積するとディジタル映像信号の（映像としての）雑音も増加する。つまり、シャッター部の開閉速度が遅くなるのに比例してディジタル映像信号に含まれる雑音の量が増加する。
【０００６】
（２）しかし、増加する雑音に対し、何も処置が施されていなかったため、ＣＣＤ１の電荷蓄積時間が長くなるにつれて映像に対する雑音が増加し、映像の画質が悪化するという問題を生じていた。フレーム単位の遅延を用いた巡回型フィルタを構成する図７に示す回路は、フレーム相関を用いて雑音低減を図ることができるが、帰還係数Ｋが固定であるため、電荷蓄積時間に応じて蓄積される暗電流の影響による雑音量を制御することはできなかった。
【０００７】
この発明は上述した従来例に係る問題点を解消するためになされたもので、ＣＣＤ出力に含まれる雑音に対し、雑音レベルが増減する条件を考慮してＳ／Ｎ改善度を変化させることにより、効果的に雑音除去を行うビデオカメラを得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るビデオカメラは、被写体を撮像して映像信号を出力する電荷結合素子部と、上記電荷結合素子部から出力される映像信号をフレーム単位で遅延させる遅延手段と、上記電荷結合素子部を介した映像信号と上記遅延手段から出力される映像信号とのフレーム間差分値を抽出する差分抽出手段と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が第１の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第１の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第１の関数器と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が上記第１の値より大きい第２の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第２の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第２の関数器と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が上記第２の値より大きい第３の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第３の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第３の関数器と、切換指示に基づいて上記第１ないし第３の関数器のうちいずれかの関数器の出力を切換選択する切換器と、上記電荷結合素子部から出力される映像信号に上記切換器により選択された関数器の出力を加算して上記遅延手段に入力させる加算器と、上記切換器へ切換指示を与える制御手段とを備え、上記制御手段は、上記電荷結合素子部の電荷蓄積時間が、第１の時間からこの第１の時間より長い第２の時間までの範囲では上記第１の関数器の出力を選択し、上記第２の時間より長い第３の時間からこの第３の時間より長い第４の時間までの範囲では上記第２の関数器の出力を選択し、上記第４の時間より長い第５の時間以上では上記第３の関数器の出力を選択すべく上記切換器に切換指示を与えることを特徴とするものである。
また、被写体を撮像して映像信号を出力する電荷結合素子部と、上記電荷結合素子部から出力される映像信号をフレーム単位で遅延させる遅延手段と、上記電荷結合素子部を介した映像信号と上記遅延手段から出力される映像信号とのフレーム間差分値を抽出する差分抽出手段と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が第１の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第１の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第１の関数器と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が上記第１の値より大きい第２の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第２の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第２の関数器と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が上記第２の値より大きい第３の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第３の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第３の関数器と、切換指示に基づいて上記第１ないし第３の関数器のうちいずれかの関数器の出力を切換選択する切換器と、上記電荷結合素子部から出力される映像信号に上記切換器により選択された関数器の出力を加算して上記遅延手段に入力させる加算器と、上記切換器へ切換指示を与える制御手段とを備え、上記制御手段は、上記電荷結合素子部の出力レベルと電荷蓄積時間とに基づいて、出力レベルが最高レベルからこの最高レベルより低い第２のレベルまでの範囲であり、かつ電荷蓄積時間が最小時間からこの最小時間より長い第１の時間までの範囲では上記第１の関数器を選択し、出力レベルが上記第２のレベルからこの第２のレベルより低い第１のレベルまでの範囲であり、かつ電荷蓄積時間が上記第１の時間からこの第１の時間より長い第２の時間までの範囲では上記第２の関数器を選択し、出力レベルが上記第１のレベルからこの第１のレベルより低い最小レベルまでの範囲であり、かつ電荷蓄積時間が上記第２の時間からこの第２の時間より長い最大時間までの範囲では上記第３の関数器を選択すべく上記切換器に切換指示を与えることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図を参照して説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係るビデオカメラの主要な構成を示すブロック図である。
図１において、図６及び図７に示す従来例と同一部分は同一を付してその説明は省略する。図示構成の実施の形態１に係るビデオカメラにおいては、減算器６から出力されるＣＣＤ１を介した映像信号とフレームメモリ３から出力される映像信号との差分値に対し帰還係数を乗じた値を求める関数器として、それぞれ異なる帰還係数Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃を有する関数器１１〜１３を備えており、これら関数器は、切換器１４によって切換選択され、その切換指示は、ＣＰＵ１５からＣＣＤ１の電荷蓄積時間に応じていずれかの関数器の出力を選択すべく与えられるようになされており、ＣＣＤ１からＡ／Ｄ変換器２を介して出力される映像信号に上記切換器１４により切換選択されたいずれかの関数器の出力が加算器８により加算されてフレームメモリ３に入力される。
【００１２】
ここで、関数器１１〜１３の帰還係数Ｋ₁〜Ｋ₃は、図２に示す特性を有する。すなわち、関数器１１の帰還係数Ｋ₁としては、図２（ａ）に示すように、フレーム間差分値がα（＞０）までは一定した値（０．５）を維持し、フレーム間差分値がさらに増加する範囲では徐々に減衰する値を有し、同様に、関数器１２の帰還係数Ｋ₂としては、図２（ｂ）に示すように、フレーム間差分値がβ（＞α）までは一定した値（０．５）を維持し、フレーム間差分値がさらに増加する範囲では徐々に減衰する値を有し、さらに、関数器１３の帰還係数Ｋ₃としては、図２（ｃ）に示すように、フレーム間差分値がγ（＞β）までは一定した値（０．５）を維持し、フレーム間差分値がさらに増加する範囲では徐々に減衰する値を有することにより、関数器１１、１２、１３の順に雑音低減効果を高めるようにしている。
【００１３】
図１に示す構成でなるビデオカメラは、ＣＣＤ１における電荷蓄積時間を制御することにより高感度を得る機構を持つビデオカメラであり、また、フレーム相関を用いた雑音低減回路により雑音低減を図るものであるが、ＣＰＵ１５により、ＣＣＤ１における電荷蓄積時間に応じて帰還係数を選択切換することによってより効果的に雑音除去を図っている。
【００１４】
図１において、Ａ／Ｄ変換器２によってディジタル化された映像信号は、後段の雑音低減回路のフレームメモリ３に入力される。フレームメモリ３は、ＣＣＤ電荷蓄積期間時のフレーム補間を担うとともに、雑音低減回路においてはフレーム単位での時間遅延素子としても働く。関数器群は関数器１１、１２、１３の順に雑音低減効果を高めているが、しかし、実際の画像信号には動きがあり、そのまま加算器６により加算したのでは、巡回型フィルタの特性上、関数器１１、１２、１３の順に動画部では時間的に「ぼけ」が大きくなる。
【００１５】
関数器１１〜１３は、ＣＰＵ１５により切り換えられるようになっており、雑音の増減、映像の静動に応じて適宜見やすい映像を選択できる。
例えば、動きの大きな映像の場合は、帰還係数Ｋ₁の関数器１１を選択することにより画像の「ぼけ」を抑え（その分、雑音低減は望まない）、動きの少ない場合は、帰還係数Ｋ₂の関数器１２を選択し、静止画もしくはそれに近いような映像の場合は、帰還係数Ｋ₃の関数器１３を選択することで最も雑音低減効果の高い関数器を選択することができる。
【００１６】
すなわち、前述の通り、ＣＣＤ１における電荷蓄積時間を増加させると、雑音が増加する。これを効果的に除去するために、関数器１１〜１３を適宜自動にて切り換えこれに対応させる。
例えば３つの関数器１１、１２、１３は、図２に示す特性のように、順に雑音低減効果を高めているが、巡回型フィルタの性質上、関数器１１、１２、１３の順に動画部での「ぼけ」が大きくなる。従って、電荷蓄積時間に応じて、時間の短いほうから関数器１１、１２、１３の順に切り換えることにより、巡回型フィルタを用いることによる画質の劣化（ぼけ）を最大限に抑えながら、効果的に雑音を除去することを自動的に行うことができる。
【００１７】
図３にその切り換えのタイミングの一例を示す。
例えば１／３０秒で１フレームを構成する場合、電荷蓄積時間が１／１５秒〜２／１５秒（２フレーム〜４フレーム）の範囲では関数器１１を選択し、５／３０〜１５／１５秒（５フレーム〜３０フレーム）の範囲では関数器１２を選択し、１６／１５秒以上（３１フレーム以上）では関数器１３を選択するように切り換えることで効果的な雑音除去を行うことができる。
【００１８】
実施の形態２．
次に、図４はこの発明の実施の形態２に係るビデオカメラの主要な構成を示すブロック図である。
図４に示す構成としては、図１に示す実施の形態１に対して、ＣＣＤ１の出力レベルを補正するゲインコントロールアンプ１６を備えている場合を想定したもので、ＣＰＵ１５により、ＣＣＤ１のアナログ映像信号のレベルをディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器１７から出力されるＣＣＤ出力値とＣＣＤ電荷蓄積時間とを加味して関数器群１１〜１３を切り換えるようにしている。
【００１９】
すなわち、現在のビデオカメラには、ＣＣＤ１に入力する光量に応じて映像信号のレベルを補正するゲインコントロールアンプ１６が装備されていることが多く、実施の形態２は、このアンプ１６の利得を決めるためのＣＣＤ出力値とＣＣＤ電荷蓄積時間とを加味してＣＰＵ１５により関数器群１１〜１３を切り換えることにより効果的に雑音を除去するしようとするものである。
【００２０】
ゲインコントロールアンプ１６によりＣＣＤ１の出力信号を増幅すると、その分雑音レベルも当然増大する。特に、アンプ１６に入力する信号レベルが小さい場合、雑音が視覚上目立つ。これは、信号レベルの大小に対し、雑音レベルが相関しない（ほぼ一定である）ことに由来する。アンプ１６における信号増幅による雑音増大と、ＣＣＤ電荷蓄積による雑音増大とを両方考慮するために、ＣＣＤ出力レベルと電荷蓄積時間の両方をＣＰＵ１５にて共に監視し、雑音レベルが大小する条件に合わせて、実施の形態１と同様に、関数器群１１〜１３を切り換えれば、効果的に雑音除去ができる。
【００２１】
図５はその切り換えタイミングをグラフとして示したものである。
すなわち、ＣＰＵ１５により、ＣＣＤ出力レベルがＶ₂〜Ｖ_maxであり、ＣＣＤ電荷蓄積時間がｔ_min〜ｔ₁までの範囲では関数器１１を選択し、ＣＣＤ出力レベルがＶ₁〜Ｖ₂であり、ＣＣＤ電荷蓄積時間がｔ₁〜ｔ₂までの範囲では関数器１２を選択し、ＣＣＤ出力レベルがＶ_min〜Ｖ₁であり、ＣＣＤ電荷蓄積時間がｔ₂〜ｔ_maxまでの範囲では関数器１３を選択することで、ＣＣＤ出力値とＣＣＤ電荷蓄積時間とを加味して効果的に雑音を除去することができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態１及び２は、電荷結合素子部から出力される映像信号をフレーム単位で遅延させ、電荷結合素子部を介した映像信号と遅延手段から出力される映像信号とのフレーム間の差分値を抽出し、差分値に対し帰還係数を乗じた値を電荷結合素子部から出力される映像信号に加算するようにしてフレーム単位の遅延を用いた巡回型フィルタを構成したが、これをフィールド単位で行ってよく、フィールド単位の遅延を用いた巡回型フィルタを構成して上記各実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被写体を撮像して映像信号を出力する電荷結合素子部と、上記電荷結合素子部から出力される映像信号をフレーム単位で遅延させる遅延手段と、上記電荷結合素子部を介した映像信号と上記遅延手段から出力される映像信号とのフレーム間差分値を抽出する差分抽出手段と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が第１の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第１の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第１の関数器と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が上記第１の値より大きい第２の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第２の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第２の関数器と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が上記第２の値より大きい第３の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第３の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第３の関数器と、切換指示に基づいて上記第１ないし第３の関数器のうちいずれかの関数器の出力を切換選択する切換器と、上記電荷結合素子部から出力される映像信号に上記切換器により選択された関数器の出力を加算して上記遅延手段に入力させる加算器と、上記切換器へ切換指示を与える制御手段とを備え、上記制御手段は、上記電荷結合素子部の電荷蓄積時間が、第１の時間からこの第１の時間より長い第２の時間までの範囲では上記第１の関数器の出力を選択し、上記第２の時間より長い第３の時間からこの第３の時間より長い第４の時間までの範囲では上記第２の関数器の出力を選択し、上記第４の時間より長い第５の時間以上では上記第３の関数器の出力を選択すべく上記切換器に切換指示を与えるので、ＣＣＤ出力に含まれる雑音に対し、雑音レベルが増減する条件を考慮してＳ／Ｎ改善度を変化させることにより、効果的に雑音除去を行うことができ、特に、電荷結合素子部の電荷蓄積時間に応じて蓄積される暗電流の影響による雑音量を制御することができ、効果的に雑音除去を行うことができる。
【００２５】
また、被写体を撮像して映像信号を出力する電荷結合素子部と、上記電荷結合素子部から出力される映像信号をフレーム単位で遅延させる遅延手段と、上記電荷結合素子部を介した映像信号と上記遅延手段から出力される映像信号とのフレーム間差分値を抽出する差分抽出手段と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が第１の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第１の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第１の関数器と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が上記第１の値より大きい第２の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第２の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第２の関数器と、上記差分抽出手段から出力されるフレーム間差分値が上記第２の値より大きい第３の値までは所定の帰還係数を維持し、上記フレーム間差分値が上記第３の値より増加するにつれて徐々に減衰する帰還係数とし、上記フレーム間差分値に対し帰還係数を乗じた出力を送出する第３の関数器と、切換指示に基づいて上記第１ないし第３の関数器のうちいずれかの関数器の出力を切換選択する切換器と、上記電荷結合素子部から出力される映像信号に上記切換器により選択された関数器の出力を加算して上記遅延手段に入力させる加算器と、上記切換器へ切換指示を与える制御手段とを備え、上記制御手段は、上記電荷結合素子部の出力レベルと電荷蓄積時間とに基づいて、出力レベルが最高レベルからこの最高レベルより低い第２のレベルまでの範囲であり、かつ電荷蓄積時間が最小時間からこの最小時間より長い第１の時間までの範囲では上記第１の関数器を選択し、出力レベルが上記第２のレベルからこの第２のレベルより低い第１のレベルまでの範囲であり、かつ電荷蓄積時間が上記第１の時間からこの第１の時間より長い第２の時間までの範囲では上記第２の関数器を選択し、出力レベルが上記第１のレベルからこの第１のレベルより低い最小レベルまでの範囲であり、かつ電荷蓄積時間が上記第２の時間からこの第２の時間より長い最大時間までの範囲では上記第３の関数器を選択すべく上記切換器に切換指示を与えることにより、電荷結合素子部に入力する光量に応じて映像信号のレベルを補正する場合に、電荷結合素子部の電荷蓄積時間と出力値に基づいて効果的に雑音除去を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るビデオカメラの主要部を示す構成図である。
【図２】図１の関数器１１〜１３の帰還係数の特性図である。
【図３】図１の関数器１１〜１３を電荷蓄積時間に応じて切り換えるタイミングを示した説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るビデオカメラの主要部を示す構成図である。
【図５】図４の関数器１１〜１３を電荷蓄積時間と出力レベルに応じて切り換えるタイミングを示した説明図である。
【図６】従来のＣＣＤ電荷蓄積時間を制御することにより高感度を得る機構を持つビデオカメラの構成図である。
【図７】フレーム相関を用いた従来の雑音低減回路の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１ＣＣＤ、３フレームメモリ、６減算器、８加算器、１１〜１３関数器、１４切換器、１５ＣＰＵ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a video camera in which high sensitivity is obtained by controlling a charge accumulation time of a charge accumulation element (hereinafter referred to as a CCD) that images a subject and outputs a video signal.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a block diagram showing a main configuration of a conventional video camera having a mechanism for obtaining high sensitivity by controlling the CCD charge accumulation time.
In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a CCD that has a light receiving portion and a shutter portion and images a subject and outputs an analog video signal 100. Reference numeral 2 denotes an A / D that converts the analog video signal 100 by A / D conversion and outputs a digital video signal 101. D converter 3 is a frame memory for storing one frame of digital video signal 101, 4 is a processing unit for generating and outputting video signal 102 based on digital video signal 101 output through frame memory 3, 5 Adjusts the opening / closing interval of the shutter portion of the CCD 1 to change the sensitivity of the CCD according to the charge accumulation time (which performs processing electronically) and controls the processing of the frame memory 3 in accordance with the opening / closing interval of the shutter portion. CPU.
[0003]
Next, the operation will be described.
Sensitivity when the CCD 1 captures an object is adjusted by the charge accumulation time for the CCD 1. For example, when the subject is bright, the shutter opening / closing time is shortened to lower the sensitivity according to an instruction from the CPU 5, and conversely, when the subject is dark, the shutter opening / closing interval can be lengthened to increase the sensitivity.
Further, the CPU 5 adjusts the operation of the frame memory 4 according to the opening / closing interval of the shutter, and performs interpolation at the time of charge accumulation so that the process unit 4 can form a video signal.
[0004]
FIG. 7 shows, for example, “Digital Signal Processing of Images” (written by Takahiko Fukiki, published by Nikkan Kogyo Shinkaisha). 115-P. 1 is a configuration diagram illustrating a configuration of a noise reduction circuit using frame correlation described in 118. FIG.
The circuit shown in FIG. 7 uses the frame memory 3 as delay means for delaying the video signal output from the CCD 1 side in units of frames, and uses the previous frame output from the frame memory 3 and the current frame output from the CCD 1 side. A subtractor 6 serving as a difference extraction means for obtaining a difference value 103 between frames by difference, a function unit 7 for multiplying the difference value 103 between frames by a feedback coefficient K, and an addition for adding the output of the function unit 7 to the current frame And reducing the noise using frame correlation by configuring a recursive filter using a delay in units of frames.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional video camera is configured as described above, and has the following problems.
(1) In a video camera that obtains high sensitivity by controlling the charge accumulation time in the CCD 1, if the charge accumulation time is increased by increasing the closing interval of the shutter portion in order to increase the sensitivity of the CCD 1, A large amount of dark current is stored in proportion to the length of the charge storage time. When this dark current accumulates, the noise (as an image) of the digital video signal also increases. That is, the amount of noise included in the digital video signal increases in proportion to the slower opening / closing speed of the shutter unit.
[0006]
(2) However, since no measures were taken against the increasing noise, the noise on the image increased as the charge accumulation time of the CCD 1 increased, causing a problem that the image quality of the image deteriorated. The circuit shown in FIG. 7 that constitutes a cyclic filter using a delay in units of frames can reduce noise by using frame correlation. However, since the feedback coefficient K is fixed, accumulation is performed according to the charge accumulation time. The amount of noise due to the effect of dark current could not be controlled.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems associated with the conventional example, and by changing the S / N improvement degree in consideration of the condition that the noise level increases or decreases with respect to the noise included in the CCD output. An object of the present invention is to obtain a video camera that effectively removes noise.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The video camera according to the present invention includes a charge coupled device unit that captures an image of a subject and outputs a video signal, a delay unit that delays a video signal output from the charge coupled device unit in units of frames, and the charge coupled device unit. A difference extracting means for extracting an inter-frame difference value between the video signal via the video signal and the video signal output from the delay means; and an inter-frame difference value output from the difference extracting means is a predetermined value until the first value is reached. A first function unit that maintains a feedback coefficient, sets a feedback coefficient that gradually attenuates as the inter-frame difference value increases from the first value, and outputs an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by the feedback coefficient. And a predetermined feedback coefficient is maintained until the second difference value output from the difference extraction means is larger than the first value, and the difference value between the frames is increased from the second value. A second coefficient unit that outputs an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by the feedback coefficient, and an inter-frame difference value output from the difference extracting means is the second coefficient. A predetermined feedback coefficient is maintained up to a third value larger than the value, and a feedback coefficient that gradually attenuates as the interframe difference value increases from the third value is set. The feedback coefficient is set to the interframe difference value. A third function unit for sending out the multiplied output, a switching unit for switching and selecting the output of any one of the first to third function units based on a switching instruction, and the charge coupled device unit. An adder for adding the output of the function unit selected by the switch to the video signal to be output and inputting it to the delay means; and a control means for giving a switch instruction to the switch ; Charge coupling In the range from the first time to the second time longer than the first time, the output of the first function unit is selected, and a third charge longer than the second time is selected. The output of the second function unit is selected in the range from the time to the fourth time longer than the third time, and the output of the third function unit is selected beyond the fifth time longer than the fourth time. A switching instruction is given to the switching device to select .
A charge coupled device unit that captures an image of a subject and outputs a video signal; a delay unit that delays a video signal output from the charge coupled device unit in units of frames; and a video signal that passes through the charge coupled device unit; A difference extracting means for extracting an inter-frame difference value from the video signal output from the delay means; and a predetermined feedback coefficient is maintained until the inter-frame difference value output from the difference extracting means is a first value; A first function unit for transmitting an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by a feedback coefficient, a feedback coefficient that gradually attenuates as the inter-frame difference value increases from the first value; and the difference extracting means The predetermined feedback coefficient is maintained until the second inter-frame difference value output from the first value is larger than the first value, and gradually attenuates as the inter-frame difference value increases from the second value. A second function unit that outputs an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by the feedback coefficient, and a third inter-frame difference value that is output from the difference extracting means is larger than the second value. A predetermined feedback coefficient is maintained up to a value, a feedback coefficient that gradually attenuates as the interframe difference value increases from the third value, and an output obtained by multiplying the interframe difference value by the feedback coefficient is transmitted. A third function unit, a switching unit that switches and selects the output of any one of the first to third function units based on a switching instruction, and a video signal output from the charge-coupled device unit. An adder that adds the outputs of the function units selected by the switcher and inputs them to the delay unit; and a control unit that gives a switch instruction to the switcher. The control unit includes the charge coupled device unit. Output level and power Based on the accumulation time, the output level is in the range from the highest level to the second level lower than the highest level, and the charge accumulation time is in the range from the minimum time to the first time longer than the minimum time. The first function unit is selected, the output level is in the range from the second level to the first level lower than the second level, and the charge accumulation time is from the first time to the first level. In the range up to a second time longer than the time, the second function unit is selected, the output level is in the range from the first level to a minimum level lower than the first level, and the charge accumulation time is In the range from the second time to the maximum time longer than the second time, a switching instruction is given to the switch to select the third function unit.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a video camera according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, the same parts as those of the conventional example shown in FIGS. In the video camera according to the first embodiment having the illustrated configuration, a value obtained by multiplying the difference value between the video signal output from the subtractor 6 via the CCD 1 and the video signal output from the frame memory 3 by a feedback coefficient is used. As the function units to be obtained, function units 11 to 13 having different feedback coefficients K ₁ , K ₂ , and K ₃ are provided. These function units are switched and selected by the switch 14, and the switching instruction is sent from the CPU 15 to the CCD 1. The output of one of the function units is given according to the charge accumulation time of the video signal, and the switch 14 selects the video signal output from the CCD 1 via the A / D converter 2. The outputs from any of the function units are added by the adder 8 and input to the frame memory 3.
[0012]
Here, the feedback coefficients K _{1 to} K ₃ of the function units 11 to 13 have the characteristics shown in FIG. That is, as the feedback coefficient K ₁ of the function unit 11, as shown in FIG. 2A, the constant value (0.5) is maintained until the inter-frame difference value is α (> 0). In the range where the value further increases, the value gradually decreases. Similarly, as the feedback coefficient K ₂ of the function unit 12, as shown in FIG. 2B, the inter-frame difference value is β (> α). Until a constant value (0.5) is maintained and the difference value between frames further increases, the value gradually decreases. Further, the feedback coefficient K ₃ of the function unit 13 is shown in FIG. ), A constant value (0.5) is maintained until the inter-frame difference value is γ (> β), and has a value that gradually decreases in a range where the inter-frame difference value further increases, The noise reduction effect is increased in the order of the function units 11, 12, and 13.
[0013]
The video camera having the configuration shown in FIG. 1 is a video camera having a mechanism for obtaining a high sensitivity by controlling the charge accumulation time in the CCD 1, and is intended to reduce noise by a noise reduction circuit using frame correlation. However, the CPU 15 performs more effective noise removal by selectively switching the feedback coefficient according to the charge accumulation time in the CCD 1.
[0014]
In FIG. 1, the video signal digitized by the A / D converter 2 is input to the frame memory 3 of the noise reduction circuit at the subsequent stage. The frame memory 3 is responsible for frame interpolation during the CCD charge accumulation period, and also functions as a time delay element for each frame in the noise reduction circuit. The function group improves the noise reduction effect in the order of the function units 11, 12, and 13, but the actual image signal has a motion, and if it is added as it is by the adder 6, In the order of the function units 11, 12, and 13, “blur” increases in time in the moving image portion.
[0015]
The function units 11 to 13 are switched by the CPU 15 and can select an easily viewable video according to the increase / decrease in noise and the static motion of the video.
For example, in the case of a video with a large amount of motion, the function unit 11 having the feedback coefficient K ₁ is selected to suppress the “blur” of the image (therefore, noise reduction is not desired), and when the motion is small, the feedback coefficient K ₂ select function 12, in the case of a still image or video, such as close to it, it is possible to select the most noise reduction highly effective function unit by selecting the function unit 13 of the feedback factor K _3.
[0016]
That is, as described above, when the charge accumulation time in the CCD 1 is increased, noise increases. In order to effectively remove this, the function units 11 to 13 are automatically switched as appropriate to correspond to this.
For example, the three function units 11, 12, and 13 increase the noise reduction effect in order as in the characteristics shown in FIG. 2, but due to the nature of the cyclic filter, the function units 11, 12, and 13 in the moving image part in this order. The “blur” of the Therefore, by switching the function units 11, 12, and 13 in order from the shorter one according to the charge accumulation time, it is possible to effectively suppress deterioration (blurring) in image quality due to the use of the cyclic filter, while maximizing the deterioration. Noise removal can be performed automatically.
[0017]
FIG. 3 shows an example of the switching timing.
For example, when one frame is formed in 1/30 seconds, the function unit 11 is selected in a range where the charge accumulation time is 1/15 seconds to 2/15 seconds (2 frames to 4 frames), and 5/30 to 15/15. Effective noise removal can be performed by selecting the function unit 12 in the range of seconds (5 to 30 frames) and switching to select the function unit 13 in 16/15 seconds or more (31 frames or more). .
[0018]
Embodiment 2. FIG.
Next, FIG. 4 is a block diagram showing the main configuration of the video camera according to Embodiment 2 of the present invention.
The configuration shown in FIG. 4 assumes that the gain control amplifier 16 for correcting the output level of the CCD 1 is provided for the first embodiment shown in FIG. The function unit groups 11 to 13 are switched in consideration of the CCD output value output from the A / D converter 17 for converting the level of the signal to a digital value and the CCD charge accumulation time.
[0019]
That is, current video cameras are often equipped with a gain control amplifier 16 that corrects the level of the video signal in accordance with the amount of light input to the CCD 1. The second embodiment determines the gain of the amplifier 16. Therefore, the CPU 15 switches the function unit groups 11 to 13 in consideration of the CCD output value and the CCD charge accumulation time for effectively removing noise.
[0020]
When the output signal of the CCD 1 is amplified by the gain control amplifier 16, the noise level naturally increases accordingly. In particular, when the signal level input to the amplifier 16 is low, noise is visually noticeable. This is because the noise level is not correlated (almost constant) with the signal level. In order to consider both the noise increase due to signal amplification in the amplifier 16 and the noise increase due to CCD charge accumulation, both the CCD output level and the charge accumulation time are monitored by the CPU 15 together with the condition that the noise level is large or small. Similarly to the first embodiment, noise can be effectively removed by switching the function unit groups 11 to 13.
[0021]
FIG. 5 is a graph showing the switching timing.
That is, the CPU 15, a CCD output level V ₂ ~V _max, to select the function unit 11 in the range of the CCD charge storage time to t _min ~t _1, CCD output level is V ₁ ~V _2, The function unit 12 is selected in the range where the CCD charge accumulation time is from t ₁ to t ₂ , the CCD output level is V _{min to} V ₁ , and the function unit 13 is in the range where the CCD charge accumulation time is from t ₂ to t _max. By selecting, noise can be effectively removed in consideration of the CCD output value and the CCD charge accumulation time.
[0022]
In the first and second embodiments, the video signal output from the charge coupled device section is delayed in units of frames, and the frame between the video signal that has passed through the charge coupled device section and the video signal output from the delay means is between frames. A cyclic filter using a delay in units of frames is configured so as to add a value obtained by multiplying the difference value by a feedback coefficient to the video signal output from the charge coupled device unit. Can be performed in field units, and a cyclic filter using a delay in field units can be configured to obtain the same effects as those of the above embodiments.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the charge coupled device unit that images a subject and outputs a video signal, the delay unit that delays the video signal output from the charge coupled device unit in units of frames, and the charge A difference extracting means for extracting an inter-frame difference value between the video signal via the coupling element section and the video signal output from the delay means; and the inter-frame difference value output from the difference extracting means is a first value. Is a feedback coefficient that gradually attenuates as the interframe difference value increases from the first value, and outputs an output obtained by multiplying the interframe difference value by the feedback coefficient. A predetermined feedback coefficient is maintained until a second value larger than the first value, and the inter-frame difference value is the second value. More And a second function unit for sending an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by the feedback coefficient, and an inter-frame difference value output from the difference extracting means is the second coefficient. A predetermined feedback coefficient is maintained up to a third value larger than the value, and a feedback coefficient that gradually attenuates as the interframe difference value increases from the third value is set. The feedback coefficient is set to the interframe difference value. A third function unit for sending out the multiplied output, a switching unit for switching and selecting the output of any one of the first to third function units based on a switching instruction, and the charge coupled device unit. An adder for adding the output of the function unit selected by the switch to the video signal to be output and inputting it to the delay means; and a control means for giving a switch instruction to the switch ; Above charge In the range from the first time to the second time longer than the first time, the output of the first function unit is selected in the range where the charge storage time of the combined element section is longer than the second time. The output of the second function unit is selected in the range from the time of the second to the fourth time longer than the third time, and the output of the third function unit is selected after the fifth time longer than the fourth time. Since the switching instruction is given to the switch to select the output , the noise is effectively removed by changing the S / N improvement degree in consideration of the noise level increasing / decreasing condition with respect to the noise included in the CCD output. can be performed, in particular, it is possible to control the amount of noise due to the influence of a dark current accumulated in accordance with the charge accumulation time of the charge coupled device section, Ru can be performed effectively denoising.
[0025]
A charge coupled device unit that captures an image of a subject and outputs a video signal; a delay unit that delays a video signal output from the charge coupled device unit in units of frames; and a video signal that passes through the charge coupled device unit; A difference extracting means for extracting an inter-frame difference value from the video signal output from the delay means; and a predetermined feedback coefficient is maintained until the inter-frame difference value output from the difference extracting means is a first value; A first function unit for transmitting an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by a feedback coefficient, a feedback coefficient that gradually attenuates as the inter-frame difference value increases from the first value; and the difference extracting means The predetermined feedback coefficient is maintained until the second inter-frame difference value output from the first value is larger than the first value, and gradually attenuates as the inter-frame difference value increases from the second value. A second function unit that outputs an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by the feedback coefficient, and a third inter-frame difference value that is output from the difference extracting means is larger than the second value. A predetermined feedback coefficient is maintained up to a value, a feedback coefficient that gradually attenuates as the interframe difference value increases from the third value, and an output obtained by multiplying the interframe difference value by the feedback coefficient is transmitted. A third function unit, a switching unit that switches and selects the output of any one of the first to third function units based on a switching instruction, and a video signal output from the charge-coupled device unit. An adder that adds the outputs of the function units selected by the switcher and inputs them to the delay unit; and a control unit that gives a switch instruction to the switcher. The control unit includes the charge coupled device unit. Output level and power Based on the accumulation time, the output level is in the range from the highest level to the second level lower than the highest level, and the charge accumulation time is in the range from the minimum time to the first time longer than the minimum time. The first function unit is selected, the output level is in the range from the second level to the first level lower than the second level, and the charge accumulation time is from the first time to the first level. In the range up to a second time longer than the time, the second function unit is selected, the output level is in the range from the first level to a minimum level lower than the first level, and the charge accumulation time is In the range from the second time to the maximum time longer than the second time, a switching instruction is given to the switch to select the third function unit, so that the amount of light input to the charge coupled device section is determined. Video When correcting the signal level, it is possible to effectively remove noise based on the charge accumulation time and output value of the charge coupled device portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of a video camera according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of feedback coefficients of the function units 11 to 13 in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing timings at which the function units 11 to 13 in FIG. 1 are switched according to the charge accumulation time.
FIG. 4 is a block diagram showing a main part of a video camera according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing timings at which the function units 11 to 13 in FIG. 4 are switched according to the charge accumulation time and the output level.
FIG. 6 is a configuration diagram of a video camera having a mechanism for obtaining high sensitivity by controlling the CCD charge accumulation time in the related art.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional noise reduction circuit using frame correlation.
[Explanation of symbols]
1 CCD, 3 frame memory, 6 subtractor, 8 adder, 11-13 function unit, 14 switching unit, 15 CPU.

Claims

A charge-coupled device unit that images a subject and outputs a video signal;
Delay means for delaying the video signal output from the charge coupled device section in units of frames;
Differential extraction means for extracting an inter-frame difference value between the video signal via the charge coupled device section and the video signal output from the delay means;
A predetermined feedback coefficient is maintained until the interframe difference value output from the difference extracting means reaches a first value, and a feedback coefficient that gradually attenuates as the interframe difference value increases from the first value, A first function unit for sending an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by a feedback coefficient;
The predetermined feedback coefficient is maintained until the second inter-frame difference value output from the difference extracting means is larger than the first value, and gradually as the inter-frame difference value increases from the second value. And a second function unit for sending an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by the feedback coefficient,
A predetermined feedback coefficient is maintained up to a third value that is larger than the second value and the inter-frame difference value output from the difference extraction means, and gradually increases as the inter-frame difference value increases from the third value. A third function unit that outputs an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by the feedback coefficient, and a feedback coefficient that attenuates to
A switch for switching and selecting the output of any one of the first to third function units based on a switching instruction;
An adder for adding the output of the function unit selected by the switch to the video signal output from the charge coupled device unit and inputting the output to the delay means;
Control means for giving a switching instruction to the switch ,
The control means selects the output of the first function unit in a range from a first time to a second time longer than the first time, in which the charge accumulation time of the charge coupled device section is selected. In the range from the third time longer than the second time to the fourth time longer than the third time, the output of the second function unit is selected, and over the fifth time longer than the fourth time. A video camera characterized in that a switching instruction is given to the switch to select an output of the third function unit .

A charge-coupled device unit that images a subject and outputs a video signal;
Delay means for delaying the video signal output from the charge coupled device section in units of frames;
Differential extraction means for extracting an inter-frame difference value between the video signal via the charge coupled device section and the video signal output from the delay means;
A predetermined feedback coefficient is maintained until the interframe difference value output from the difference extracting means reaches a first value, and a feedback coefficient that gradually attenuates as the interframe difference value increases from the first value, A first function unit for sending an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by a feedback coefficient;
The predetermined feedback coefficient is maintained until the second inter-frame difference value output from the difference extracting means is larger than the first value, and gradually as the inter-frame difference value increases from the second value. And a second function unit for sending an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by the feedback coefficient,
A predetermined feedback coefficient is maintained up to a third value that is larger than the second value and the inter-frame difference value output from the difference extraction means, and gradually increases as the inter-frame difference value increases from the third value. A third function unit that outputs an output obtained by multiplying the inter-frame difference value by the feedback coefficient, and a feedback coefficient that attenuates to
A switch for switching and selecting the output of any one of the first to third function units based on a switching instruction;
An adder for adding the output of the function unit selected by the switch to the video signal output from the charge coupled device unit and inputting the output to the delay means;
Control means for giving a switching instruction to the switch;
With
The control means is based on the output level of the charge coupled device section and the charge accumulation time, and the output level is in a range from the highest level to a second level lower than the highest level, and the charge accumulation time is the minimum time. To the first time longer than the minimum time, the first function unit is selected, and the output level ranges from the second level to the first level lower than the second level. In the range from the first time to the second time longer than the first time, the second function unit is selected, and the output level is changed from the first level to the first level. When the charge accumulation time is in the range from the second time to the maximum time longer than the second time, the switch is instructed to select the third function unit. give the Video camera, wherein the door.