JP3925138B2 - 画像信号処理方法及び画像信号処理回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、3原色信号処理方式のカラー撮像装置におけるホワイトバランス補正とともに輝度補償を行う画像信号処理方法及び画像信号処理回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、カラー撮像装置においては、白い被写体を白く再現するようにホワイトバランスの調整をしている。ホワイトバランスの調整は、カラー撮像装置の赤信号処理系の利得と青信号処理系との利得を、緑信号を基準として制御して行う。
【0003】
例えば、図3に示すように、色信号Cr/Cbと輝度信号Yの処理が分離されたカラー撮像装置における画像信号処理回路100では、図示しない撮像部にて得られる3原色信号r,g,bが供給される輝度信号マトリクス回路110及び色信号マトリクス回路120、上記輝度信号マトリクス回路110により上記3原色信号r,g,bから生成される輝度信号Yが供給される可変利得増幅器115、上記色信号マトリクス回路120により生成される色信号Cr/Cbが供給される可変利得増幅器125、上記3原色信号r,g,bが平均値演算部130を介して供給される演算処理部135を備え、上記平均値演算部130により例えば1フレーム毎に平均化された緑信号gに対する赤信号r及び青信号bの信号レベル差から上記演算処理部135にてホワイトバランス制御信号WB_R/Bを求め、上記ホワイトバランス制御信号WB_R/Bで上記可変利得増幅器115,125の利得を制御することによって、ホワイトバランス補正を行っている。
【0004】
このような構成の色信号Cr/Cbと輝度信号Yの処理が分離されたカラー撮像装置における画像信号処理回路100では、ホワイトバランス、色温度補正を行う場合は輝度信号経路に何ら影響を与えないので問題ないが回路規模が大きくなる。さらに、色信号復調後の色再現性が原色方式に比べて劣る。
【0005】
そこで、従来より、図4に示すように、回路規模削減やその他の理由で輝度信号の復調を行う前にホワイトバランス補正を行うようにした3原色信号処理方式のカラー撮像装置における画像信号処理回路200が広く採用されている。
【0006】
この画像信号処理回路200は、図示しない撮像部にて得られる3原色信号r,g,bが3チャンネルの可変利得増幅器201,202,203を介して供給されるYCマトリクス回路210、上記3原色信号r,g,bが平均値演算部220を介して供給される演算処理部225を備え、上記平均値演算部220により例えば1フレーム毎に平均化された緑信号gに対する赤信号r及び青信号bの信号レベル差から上記演算処理部225にてホワイトバランス制御信号Rg,Bgを求め、上記ホワイトバランス制御信号Rg,Bgで上記可変利得増幅器201,203の利得を制御することによって、ホワイトバランス補正を行い、ホワイトバランス補正された3原色信号r’,g’,b’から上記YCマトリクス回路210により輝度信号Yと色信号Cr/Cbを生成している。なお、緑信号gチャンネルの可変利得増幅器202の利得Ggは、0dBに固定されているのが通常である。
【0007】
この画像信号処理回路200において、上記演算処理部225では、図5のフローチャートに示す手順に従って、ホワイトバランス制御信号Rg,Bgを生成する。
【0008】
すなわち、先ず、最初の処理ステップS11において、3原色信号r,g,bのレベルデータを取得する。
【0009】
次の処理ステップS12では、光源を判断し、ホワイトバランス処理を決定する。
【0010】
次の処理ステップS13では、緑信号gに対する赤信号r及び青信号bの信号レベル差に基づいて、ホワイトバランスをとるための利得Rg,Bgを算出する。
【0011】
そして、次の処理ステップS14では、ホワイトバランス制御信号Rg,Bgを出力する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如き構成の3原色信号処理方式のカラー撮像装置における画像信号処理回路200では、輝度信号処理系と色信号処理系が独立していないので撮影データの色温度変化に対しホワイトバランス制御を行うことにより、その後に復調される輝度信号レベルを変動させてしまうという問題点がある。
【0013】
すなわち、入力信号をr,g,bとすると一般的に輝度Yは、次の式(1)にて示される。
【0014】
【数1】
【0015】
ここで、V,W,XはRGB混合比である。
【0016】
例えばITU−R601の規格にならうならV,W,Xはそれぞれ、0.299、0.587、0.114であり、輝度復調式はよく知られる次の式(2)で表される。
【0017】
Y=0.299r+0.587g+0.114b (2)
これに対し、従来のホワイトバランス補正は赤信号rチャンネルの可変利得増幅器201の利得Rgと青信号bチャンネルの可変利得増幅器203の利得Bgにて補正するのが一般的であり、緑信号gチャンネルの可変利得増幅器202を実装している場合でも利得Ggは1、すなわち0dB固定で使用している。
【0018】
このため、上述した復調輝度は厳密には2値ゲインを加味した下記の式(3)で表される。
【0019】
Y’=0.299r×Rg+0.587g+0.114b×Bg (3)
これはすなわち、色温度変動やそれに伴うホワイトバランス補正制御を行うことにより本来の輝度レベルYに誤差を生じ、Y’となってしまうことを表している。
【0020】
この変動は小さなものではあるが近年のデジタルカメラ制御の高性能化、DPEの高画質化に伴い無視できないものとなってきている。
【0021】
また、この輝度補償を行うためのハードウェア追加を行うことも回路規模の点から見て現実的ではない。
【0022】
そこで、本発明は、上述の如き従来の問題点に鑑み、3原色信号処理方式のカラー撮像装置におけるホワイトバランス補正とともに輝度補償を簡単なシステムで実現することができるようにした画像信号処理方法及び画像信号処理回路を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力3原色信号r,g,bから、緑信号gに対する赤信号r及び青信号bの信号レベル差に基づいて、ホワイトバランスをとるための利得Rg,Bgを算出する第1の演算処理ステップと、輝度補償を行うための制御利得Rg’,Gg’,Bg’を算出する第2の演算処理ステップと、算出した制御利得Rg’,Gg’,Bg’により、入力3原色信号r,g,bに対して利得制御を行う利得制御ステップとを有する画像信号処理方法であって、上記第2の演算処理ステップにおいて、RGB混合比をV,W,Xとして、上記制御利得Rg’,Gg’,Bg’を
Rg’=(V/Rg+W+X/Bg)・Rg
Gg’=V/Rg+W+X/Bg
Bg’=(V/Rg+W+X/Bg)・Bg
にて算出することを特徴とする。
【0024】
また、本発明は、入力3原色信号r,g,bが供給される3チャンネルの可変利得増幅手段と、上記入力3原色信号r,g,bからホワイトバランスをとるとともに輝度補償を行うための制御利得Rg’,Gg’,Bg’を算出する演算処理手段と、上記演算処理手段により算出された制御利得Rg’,Gg’,Bg’により上記3チャンネルの可変利得増幅手段の利得を制御することを特徴とする画像信号処理回路であって、上記演算処理手段は、上記入力3原色信号r,g,bから、緑信号gに対する赤信号r及び青信号bの信号レベル差に基づいて、ホワイトバランスをとるための利得Rg,Bgを算出し、RGB混合比をV,W,Xとして、上記制御利得Rg’,Gg’,Bg’を
Rg’=(V/Rg+W+X/Bg)・Rg
Gg’=V/Rg+W+X/Bg
Bg’=(V/Rg+W+X/Bg)・Bg
にて算出することを特徴とする。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0027】
本発明は、例えば図1に示すような構成の3原色信号処理方式のカラー撮像装置における画像信号処理回路10に適用される。
【0028】
この画像信号処理回路10は、図示しない撮像部にて得られる3原色信号r,g,bが3チャンネルの可変利得増幅器11,12,13を介して供給されるYCマトリクス回路20、上記3原色信号r,g,bが平均値演算部30を介して供給される演算処理部35を備え、上記平均値演算部30により利得制御信号Rg’,Gg’,Bg’を生成し、上記利得制御信号Rg’,Gg’,Bg’で上記可変利得増幅器11,12,13の利得を制御することによって、ホワイトバランス補正及び輝度信号補正を行い、その補正された3原色信号r’,g’,b’から上記YCマトリクス回路20により輝度信号Yと色信号Cr/Cbを生成する。
【0029】
ここで、この画像信号処理回路10に入力される3原色信号の信号レベルをr,g,bとし、RGB混合比率をV,W,Xとすると、輝度値Yは、次の式(4)にて表される。
【0030】
【数2】
【0031】
そして、2値制御でのホワイトバランス補正用の利得Rg,Bg,Ggは、次の式(5),(6),(7)にて表される。
【0032】
Rg=g/r (5)
Bg=g/b (6)
Gg=1(0dB) (7)
これにより補正された3原色信号の信号レベルr’,g’,b’は、次の式(8),(9),(10)にて表される。
【0033】
r’=r×Rg (8)
g’=g×Gg=g (9)
b’=b×Bg (10)
ここでのr’,g’,b’はホワイトバランスがとれているので
r’=b’=g’=g (11)
である。
【0034】
したがって、2値制御での仮想輝度レベルY’は
となる。
【0035】
それに対し、3値制御での本来の輝度レベルYをgとRg,Bgについて解くと
となる。
【0036】
ここで、輝度レベルの変動を制御するための輝度ゲインYgは
Yg=Y/Y’ (14)
と表される。したがって上記式(13)及び式(14)から
である。
【0037】
この結果から3値制御を行うためのホワイトバランス補正用の利得Rg’,Bg’,Gg’は、次の式(16)乃至式(18)又は式(19)にて表すことができる。
【0038】
【数3】
【0039】
そこで、この画像信号処理回路10では、上述の式(2)にて示される輝度信号Yと上述の式(3)にて示される輝度信号Y’との誤差を演算にて間接的に求め、上述の式(16)乃至式(18)又は式(19)で示す各チャンネルの利得Rg’,Gg’,Bg’で補正を行い、本来の輝度レベルであるYを補償する。
【0040】
また、補正誤差値は上述の(1)式で表すような輝度復調を行うことなく、既知の2値ホワイトバランス補正値Rg,Bgを用いた演算を行うことで求める。
【0041】
その補正は、従来の赤信号rチャンネル及び青信号bチャンネルの利得Rg,Bgを用いた2値によるホワイトバランス補正だけでなく、緑信号gチャンネルの利得Ggを含めた3値にてホワイトバランス補正を行う。
【0042】
しかも、ホワイトバランス補正回路を流用することにより、専用の輝度補正増幅器を必要とせず、回路規模の増大をすることなく画像信号処理を行う。
【0043】
補正のための輝度ゲインYgは次の式(20)で表されるがYgをホワイトバランス補正用の利得Rg,Bg,Ggに割り振ることで輝度専用増幅を使用せず、ホワイトバランス補正用の可変利得増幅器11,12,13で代用する。
【0044】
Yg = Y‘/Y (20)
撮影出力すなわち3原色信号r,g,bから得られる2値のホワイトバランス補正用の利得Rg,Bgから誤差補正後の3値のホワイトバランス補正用の利得Rg’,Bg’,Gg’は、上述の式(16)乃至式(18)又は式(19)に従って算出する。
【0045】
すなわち、この画像信号処理回路10において、上記演算処理部35は、図2のフローチャートに示す手順に従って、上記可変利得増幅器11,12,13の利得制御信号Rg’,Bg’,Gg’を生成する。
【0046】
先ず、最初の処理ステップS1において、3原色信号r,g,bのレベルデータを取得する。
【0047】
次の処理ステップS2では、光源を判断し、ホワイトバランス処理を決定する。
【0048】
次の処理ステップS3では、緑信号gに対する赤信号r及び青信号bの信号レベル差に基づいて、ホワイトバランスをとるための利得Rg,Bgを算出する。
【0049】
次の処理ステップS4では、輝度復調方式を選択し混合比率(V,W,X)の値を設定する。
【0050】
次の処理ステップS5では、輝度補償を行うための利得Rg’,Gg’,Bg’を上述の式(16)乃至式(18)又は式(19)に従って演算する。
【0051】
そして、次の処理ステップS6では、利得制御信号Rg’,Gg’,Bg’を出力する。
【0052】
このような構成の画像信号処理回路10では、色温度変化に対して生ずる輝度変動をソフトウェア演算にてホワイトバランス補正用の可変利得増幅器11,12,13を用いて補償することができる。また、撮影画像の色温度の変化やホワイトバランス補正、信号処理にて生ずる輝度変動誤差を開ループ制御にて補正することができる。さらに、ホワイトバランス補正データを用いたソフト演算にて行うことができ、輝度信号復調回路を必要とせず、簡単なシステム構成で実現できる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮影画像の色温度変化、ホワイトバランス補正により生ずる輝度変動誤差を演算にて求め、補正することができる。また、専用の輝度信号復調回路や輝度補正用増幅器を必要とせず、従来と同じシステム構成で実現できる。また、従来用いている2値のホワイトバランス補正用の利得Rg,Bgから2次演算を行い3値のホワイトバランス補正用の利得Rg’,Gg’,Bg’を求めるので従来のシステムの利用が可能で実装が容易である。また、予め考え得る信号規格の輝度復調式の係数(V,X,W)を切り変えることで他の輝度復調式(ITU−R709等)に対応することができる。また、ホワイトバランス補正回路を併用することにより専用の輝度補正用増幅器を必要とせず、回路規模の増大をすることなく行える。さらに、輝度信号処理が独立していない3原色信号処理方式のカラー撮像装置で輝度変動誤差の補償を行うことができる。
【0054】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した画像信号処理回路の構成図である。
【図2】上記画像信号処理回路における演算処理部の動作を示すフローチャートである。
【図3】従来の色信号Cr/Cbと輝度信号Yの処理が分離されたカラー撮像装置における画像信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図4】従来の3原色信号処理方式のカラー撮像装置における画像信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図5】図4に示した画像信号処理回路における演算処理部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 画像信号処理回路、11,12,13 可変利得増幅器、20 YCマトリクス回路、30 平均値演算部、35 演算処理部
Claims (2)
- 入力3原色信号r,g,bから、緑信号gに対する赤信号r及び青信号bの信号レベル差に基づいて、ホワイトバランスをとるための利得Rg,Bgを算出する第1の演算処理ステップと、輝度補償を行うための制御利得Rg’,Gg’,Bg’を算出する第2の演算処理ステップと、算出した制御利得Rg’,Gg’,Bg’により、入力3原色信号r,g,bに対して利得制御を行う利得制御ステップとを有する画像信号処理方法であって、
上記第2の演算処理ステップにおいて、RGB混合比をV,W,Xとして、上記制御利得Rg’,Gg’,Bg’を
Rg’=(V/Rg+W+X/Bg)・Rg
Gg’=V/Rg+W+X/Bg
Bg’=(V/Rg+W+X/Bg)・Bg
にて算出することを特徴とする画像信号処理方法。 - 入力3原色信号r,g,bが供給される3チャンネルの可変利得増幅手段と、上記入力3原色信号r,g,bからホワイトバランスをとるとともに輝度補償を行うための制御利得Rg’,Gg’,Bg’を算出する演算処理手段と、上記演算処理手段により算出された制御利得Rg’,Gg’,Bg’により上記3チャンネルの可変利得増幅手段の利得を制御することを特徴とする画像信号処理回路であって、
上記演算処理手段は、上記入力3原色信号r,g,bから、緑信号gに対する赤信号r及び青信号bの信号レベル差に基づいて、ホワイトバランスをとるための利得Rg,Bgを算出し、RGB混合比をV,W,Xとして、上記制御利得Rg’,Gg’,Bg’を
Rg’=(V/Rg+W+X/Bg)・Rg
Gg’=V/Rg+W+X/Bg
Bg’=(V/Rg+W+X/Bg)・Bg
にて算出することを特徴とする画像信号処理回路。
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