JP4003246B2 - ビデオカメラ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＣＤ等のイメージセンサを用いたビデオカメラ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＣＣＤ（CHARGE COUPLED DEVICE ）を固体撮像素子として用いたビデオカメラ装置が普及しているが、これらのビデオカメラ装置では、オートアイリス調整（自動絞り調整）、オートフォーカス調整、オートホワイトバランス調整などの機能が搭載され、それぞれフィードバックループにより自動調整が実行されるようにしている。
【０００３】
これらの自動調整を実現するための従来のビデオカメラ装置の構成を図３、図４に示す。
まず図３の構成において、レンズ系２１を介してＣＣＤ撮像素子２２に入射される撮影光に応じて、ＣＣＤ撮像素子２２からは例えばＲ、Ｇ、Ｂ各画素信号が出力される。
画素信号はＡＧＣ回路２３でゲインコントロールされた後、Ａ／Ｄ変換器２４でデジタルデータに変換される。そしてクランプ回路２５でデジタルクランプ処理された後、ホワイトバランスアンプ２６でホワイトバランスのための各色の画素データに対して所定のゲインが与えられる。
ホワイトバランスのためのゲイン調整が行われた後、各画素データは輝度信号処理回路２７及びクロマ信号処理回路２８に供給される。
【０００４】
輝度信号処理回路２７では供給されたＲ、Ｇ、Ｂの画素データに対してγ補正やホワイトクリップなどのプロセス処理を行うとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素データを用いたマトリクス演算処理により輝度信号（Ｙ信号）を生成し、撮影画像としての輝度信号として後段の回路系に出力する。
またクロマ信号処理回路２８も、プロセス処理を施したＲ、Ｇ、Ｂの画素データを用いたマトリクス演算処理により色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成し、後段の回路系に出力する。
【０００５】
ホワイトバランスアンプ２６における各色の画素データに与えられるゲインはフィードバックループにより制御されるが、このための各色の信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）としてのレベルが検出される必要がある。このため、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号がクロマ信号処理回路２８から抽出され、ホワイトバランス検波部３１でレベル検出が行われる。各色の画素データのレベル情報ＤAWB はマイクロコンピュータで形成されているコントローラ３２に供給され、オートホワイトバランスのための各色のゲインが算出される。例えば基準被写体を撮影している状態においてＧ信号レベルに対してＲ信号、Ｂ信号が同一レベルになるように、Ｒ信号、Ｂ信号に対するゲインが算出される。そしてそのホワイトバランスゲイン制御情報ＳAWB がホワイトバランスアンプ２６に供給され、例えばＲ信号ゲインとＢ信号ゲインが調整される。
【０００６】
一方、オートアイリス動作、オートフォーカス動作には撮影された画像信号の輝度情報が用いられる。即ち輝度信号処理回路２７で生成された輝度信号が抽出されてオートアイリス検波部２９及びオートフォーカス検波部３０に供給される。
このオートアイリス検波部２９及びオートフォーカス検波部３０において、それぞれ絞り調整及びフォーカス調整のための情報ＤAE、ＤAFが抽出されコントローラ３２に供給される。
【０００７】
コントローラ３２は情報ＤAE、即ち明るさ情報に応じてアイリス制御信号ＳAEをタイミングジェネレータ３４及びＡＧＣ回路２３に出力して、ＣＣＤ露光時間やゲイン調整を行わせ、アイリス調整を実現する。
またコントローラ３２は情報ＤAF、即ちレンズ系２１のピント状態に相当する情報に応じてフォーカス制御信号ＳAFをフォーカスモータ３３に出力して、レンズ系２１内のフォーカスレンズを移動させ、適切なフォーカス状態が得られるようにする。
【０００８】
図４は従来のカメラ装置の他の構成例である。ただし、図３の構成と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
この例の場合は、オートアイリス検波部２９及びオートフォーカス検波部３０において明るさ情報等を得るために、輝度信号生成部３５が輝度信号処理回路２７とは独立して設けられているものである。つまりホワイトバランスアンプ２６から出力されるＲ、Ｇ、Ｂの各画素データが輝度信号生成部３５に供給されてオートアイリス検波及びオートフォーカス検波に用いるための輝度信号が生成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来の回路構成では次のような問題がある。
まず図３の構成の場合、オートアイリス検波及びオートフォーカス検波に用いるための輝度信号は、輝度信号処理回路２７から取り出されるわけであるが、この輝度信号は、輝度信号処理回路２７内での多数の処理を経て得られる信号である。オートアイリス動作に関しては、なるべくＣＣＤ素子２２から出力された画素信号に近い状態の信号に基づいて動作制御されることが好ましいが、輝度信号処理回路２７内の多段の処理を経た輝度信号を用いざるを得ない。
【００１０】
一方、図４のように独立した輝度信号生成部３５を設ける場合、輝度信号生成部内では検波専用の輝度信号を生成すればよいため、検波にとって不要な処理は省くことができるが、基本的には輝度信号生成回路２７内と同様の輝度信号生成演算を行う回路が必要となる。つまり装置内に同様な回路構成の部位を２つ持つことになり、構成上の無駄がある。
【００１１】
また図３、図４のいづれの場合も、オートホワイトバランス制御ループとオートアイリス制御ループが交錯している。
特にホワイトバランス調整は、なるべく輝度／クロマ処理よりも前段で行うことが好ましいため、アイリス調整に用いる輝度信号はホワイトバランスアンプ２６よりも後段位置で取り出さざるを得ないためである。
一方、アイリス調整とは基本的には明るさ調整動作であり、ホワイトバランスは色バランスの調整であるといえるが、明るさが変化すればそれに応じた色の変化も発生する。
このため各例のように、アイリス調整のための輝度信号をホワイトバランスアンプ２６より後段から取り出さなければならないことは、各制御ループの動作が互いに他方のループに影響を与えることになり、各制御ループが収束しにくくなるという欠点を生むことになる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、特にオートアイリス調整のための明るさ情報の抽出を簡易に実行できるようにするとともに、互いに影響を与える複数の制御ループが交錯しないようにし、ループ動作をより効率化することを目的とする。
【００１３】
このためにビデオカメラ装置に、固体撮像素子から出力され、かつ画像信号処理手段に入力される各画素情報を積算していくことで、疑似輝度情報を生成する疑似輝度情報生成手段と、疑似輝度情報生成手段から出力される疑似輝度情報を用いてアイリス調整を行うアイリス調整手段とを設ける。
固体撮像素子のカラーフィルタを、Ｇ（グリーン）フィルタが市松状（千鳥状）に配置されるとともに、ライン毎にＲ（レッド）、Ｂ（ブルー）が交互に配置される、Ｇ市松及びＲＢ線順次方式とされたカラーフィルタとする場合、疑似輝度情報生成手段は、２Ｇ＋Ｒ＋Ｂの演算により疑似輝度信号を生成する。
また、疑似輝度情報生成手段は、ホワイトバランスアンプ手段よりも前段で得られる各画素情報を積算していくことで、疑似輝度情報を生成するようにする。
画素情報の積算値である疑似輝度情報は、擬似的な輝度信号として明るさ情報を有するものとなるため、画素情報の積算値を用いてアイリス調整を行うことができる。また、この場合輝度信号を用いるものではないためホワイトバランスアンプよりも前段の画素情報を用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２により本発明の実施の形態を説明する。図１は本例のビデオカメラ装置における、オートアイリス調整、オートフォーカス調整、オートホワイトバランス調整の制御ループを含む要部のブロック図である。
【００１５】
図１において、レンズ系１として被写体からの光線をＣＣＤ撮像素子２に導くための各種レンズが配置される。このレンズ系１内のフォーカス用のレンズは、フォーカスモータ１３により前後に移動可能に配置されており、これによって撮影画像のフォーカス状態が調整される構造となっている。
ＣＣＤ撮像素子２の画素は、例えば図２に示すようなＲ、Ｇ、Ｂ３原色フィルタ構成とされている。
図２はＣＣＤ撮像素子２のｎライン目近辺の画素構成を示しているが、図からわかるように、各画素のカラーフィルタの構成はＧ市松及びＲ／Ｂ線順次方式とされている。つまりｎライン、ｎ＋２ライン、ｎ＋４ラインは、Ｒ画素とＧ画素が交互に形成されており、一方、ｎ＋１ライン、ｎ＋３ライン、ｎ＋５ラインは、Ｇ画素とＢ画素が交互に形成されている。
このように１ライン毎にＲ−Ｇ画素ラインとＢ−Ｇ画素ラインが形成される。
【００１６】
このようなカラーフィルタ配列とされたＣＣＤ撮像素子２は、入射される撮影光に応じてＲ、Ｇ、Ｂの各画素信号を出力する。
出力された画素信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路３（CORRELATED DOUBLE SAMPLING / AUTO GAIN CONTROL）で、相関２重サンプリングによるデータ抽出及びゲインコントロール処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換器４でデジタルデータに変換される。そしてクランプ回路５でデジタルクランプ処理された後、ホワイトバランスアンプ６でホワイトバランスのための各色の画素データに対して所定のゲインが与えられる。
ホワイトバランスのためのゲイン調整が行われた各画素データは、輝度信号処理回路７及びクロマ信号処理回路８に供給される。
【００１７】
輝度信号処理回路７では供給されたＲ、Ｇ、Ｂの画素データに対してγ補正やホワイトクリップなどのプロセス処理を行うとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素データを用いたマトリクス演算処理により輝度信号（Ｙ信号）を生成し、撮影画像としての輝度信号として後段の回路系に出力する。
またクロマ信号処理回路８も、プロセス処理を施したＲ、Ｇ、Ｂの画素データを用いたマトリクス演算処理により色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成し、後段の回路系に出力する。
【００１８】
ホワイトバランスアンプ６における各色の画素データに与えられるゲインはフィードバックループにより制御される。この制御のためにＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の各レベルが検出される必要があるが、このため、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号がクロマ信号処理回路８から抽出され、ホワイトバランス検波部１１でレベル検出が行われる。各色の画素データのレベル情報ＤAWB はマイクロコンピュータで形成されているコントローラ１２に供給され、オートホワイトバランスのための各色のゲインが算出される。
例えば基準被写体を撮影している状態においてＧ信号レベルに対してＲ信号、Ｂ信号が同一レベルになるように、Ｒ信号、Ｂ信号に対するゲインが算出される。そしてそのホワイトバランスゲイン制御情報ＳAWB がホワイトバランスアンプ６に供給されて、例えばＲ信号ゲインとＢ信号ゲインが調整される。
【００１９】
また、オートアイリス調整、オートフォーカス調整のためには、クランプ回路５の出力（ホワイトバランスアンプ６の前段の信号）が抽出され、これがオートアイリス検波部９及びオートフォーカス検波部１０に供給される。
【００２０】
オートフォーカス検波部１０は、例えばクランプ回路５から出力される画素データについてハイパスフィルタ処理を行った後、エッジ検出処理を行う。そしてエッジ検出信号の平均化等を行ってフォーカス情報ＤAFを生成する。
コントローラ１２はフォーカス情報ＤAFに応じてフォーカス制御信号ＳAFをフォーカスモータ１３に出力して、レンズ系１内のフォーカスレンズを移動させ、適切なフォーカス状態が得られるようにする。
ジャストフォーカス状態にあるときは、画像データのエッジ成分がある程度はっきりと観測される。従って画素データのエッジ情報を検出してフィードバックループによるフォーカス制御を行うことで、適切なフォーカス状態が得られることになる。
【００２１】
アイリス調整に関しては、前処理部９ａにおいて必要に応じて供給された画素データの平均化等の処理が行われる。例えば入力された画素データについて４画素毎の平均化処理を行い、その４画素の平均値を順次出力していく。
このような前処理を経たデータは積算部９ｂに供給されるが、この積算部９ｂは１画面分の全画素データを積算する動作を行う。なお、前処理部９ａにおいて４画素毎の平均値を求め、その平均値を順次出力していることにより、積算部９ｂにおける１画面分の画素データの積算の際に、その積算データ数を１／４に減らすことができることになり、回路構成や処理の簡素化を計ることができる。
【００２２】
図２に示したように、ＣＣＤ撮像素子２からの画素データとしては、ｎライン目のタイミングではＲデータとＧデータが、一方、ｎ＋１ライン目のタイミングではＧデータとＢデータが交互に出力されてくることになる。
積算部９ｂではこのような各色のタイミングで供給されてくる画素データをそのまま加算していき、その加算結果を明るさ情報ＤAEとして出力する。
従って、１画面分の画素データを加算して得られる情報ＤAEは、
ＤAE＝Ｋ（２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ）
となる（Ｋは加算画素数に伴う係数）。
加算処理で得られる（２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ）という値は、ほぼ明るさ情報を示す値となるものである。つまり本例では、輝度信号を用いなくとも（２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ）という明るさ情報（疑似輝度情報）を得ることができる。
【００２３】
このオートアイリス検波部９からの明るさ情報ＤAEはコントローラ１２に供給されるが、コントローラ１２は明るさ情報ＤAEに応じてアイリス制御信号ＳAEを発生する。
このアイリス制御信号ＳAEとしては、ＣＣＤ撮像素子２の露光時間を設定する電子シャッタデータと、ＡＧＣゲインデータとなる。
電子シャッタデータはタイミングジェネレータ１４に供給される。タイミングジェネレータ１４は電子シャッタデータに応じたタイミング信号を発生させてＣＣＤ撮像素子２の露光時間を制御する。これがアイリス調整に相当する動作となる。またＡＧＣゲインデータはＡＧＣ回路３に供給され、ＡＧＣ回路３のゲイン設定が行われる。つまり明るさ調節がＡＧＣ回路３で電気的に行われ、これもアイリス調整動作となる。
【００２４】
なお、この例では電子シャッタとしてＣＣＤ撮像素子２の露光時間を調整することでアイリス調整を行うこととしているが、もちろんメカニカルな絞り機構によってアイリス調整を行う方式も考えられる。この場合アイリス制御信号ＳAEとして、上記電子シャッタデータに相当するモータ制御データが発生され、絞り機構の駆動モータが駆動制御されることになる。
【００２５】
以上のように本例では、アイリス調整に用いる情報を輝度信号処理回路７で生成される輝度信号とはせず、（２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ）という積算信号としている。
このため図４のように独立した輝度信号生成部を持たなくてもよく、回路構成上の無駄がないとともに、簡易な処理でアイリス調整に用いる擬似的な輝度情報を得ることができる。。
また、ホワイトバランスアンプ６は輝度信号処理回路７及びクロマ信号処理回路８の前段に配することが好ましいとされるが、アイリス調整に関しては（２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ）という積算信号を用いることで、ホワイトバランスアンプ６の後段となる輝度信号処理回路７から輝度信号を取り出す必要はなくなる。そして上記のようにクランプ回路５の出力段階のデータから積算信号（２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ）を生成すればよい。そして本例の構成は、アイリス調整ループとホワイトバランス調整ループが交錯していない状態となっているものである。
即ちフィードバックループの動作が互いに影響を与えることになるアイリス調整ループとホワイトバランス調整ループが、それぞれ信号経路上で分離されることで、各調整ループが他方のループに影響されず、それぞれ効率的に収束できるようになる。
ところで図１の場合、オートアイリス調整ループとオートフォーカス調整ループは独立した信号系内でのループとはいえないが、フォーカス状態と明るさ状態は互いに大きな影響を与えるものではないため問題ない。
【００２６】
なお、上記例では積算部９ｂは１画面分（１フレーム分）の画素データ積算するようにしたが、積算する範囲はこれに限られない。（２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ）という明るさ情報を得るには、少なくとも偶数ライン分の積算が行われればよい。
また、固体撮像素子としてＣＣＤの例をあげたが、ＢＢＤ（BUCKET BRIGADE DEVICE ）を撮像素子として用いるものでも本発明を適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のビデオカメラ装置は、固体撮像素子から出力され、かつ画像信号処理手段に入力される前段での各画素情報を積算していくことで疑似輝度情報を生成し、これに基づいてアイリス調整を行う。このため複雑な処理を経て得られる輝度信号を用いなくてもよく、簡易な回路構成でオートアイリス調整のための信号を得ることができるという効果がある。特に、固体撮像素子のカラーフィルタがＧ市松及びＲ／Ｂ線順次方式とされている場合は、単に画素情報を積算するのみで２Ｇ＋Ｒ＋Ｂという、明るさ情報として適切な疑似輝度情報を得ることができ、的確なアイリス調整が実現できる。
【００２８】
またホワイトバランスアンプ手段は、輝度／色信号処理の前段に配することが好ましいとされるが、本発明のアイリス調整に用いる疑似輝度情報は、いわゆる輝度信号ではなく各画素情報の積算値であるため、疑似輝度情報生成手段はホワイトバランスアンプ手段よりも前段の各画素情報を積算して疑似輝度情報を生成できる。従ってオートアイリス調整ループとオートホワイトバランス調整ループが交錯しないように構成することができ、これによって各制御ループは効率的に収束されるようになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の要部のブロック図である。
【図２】実施の形態のＣＣＤ撮像素子の画素構成の説明図である。
【図３】従来のカメラ装置の構成例の説明図である。
【図４】従来のカメラ装置の構成例の説明図である。
【符号の説明】
１ レンズ系、２ ＣＣＤ撮像素子、３ ＡＧＣ／ＣＤＳ回路、４ Ａ／Ｄ変換器、５ クランプ回路、６ ホワイトバランスアンプ、７ 輝度信号処理回路、８ クロマ信号処理回路、９ オートアイリス検波部、９ａ 前処理部、９ｂ積算部、１０ オートフォーカス検波部、１１ ホワイトバランス検波部、１２ コントローラ、１３ フォーカスモータ、１４ タイミングジェネレータ

Claims (2)

1. マトリクス状に配置された複数の画素を有し、各画素に対してカラーフィルタが設けられた固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子から出力される各画素情報に基づいて輝度情報及び色情報から成る撮影画像情報を得る画像信号処理手段と、
   前記固体撮像素子から出力され、かつ前記画像信号処理手段に入力される各画素情報を積算していくことで、疑似輝度情報を生成する疑似輝度情報生成手段と、
   前記疑似輝度情報生成手段から出力される疑似輝度情報を用いてアイリス調整を行うアイリス調整手段と、
   前記画像信号処理手段から抽出される色情報に基づいて、前記固体撮像素子から出力される各色毎の画素情報のゲイン調整を行うことでホワイトバランス調整を行うホワイトバランス調整手段を備え、
   前記カラーフィルタは、Ｇ（グリーン）市松及びＲ（レッド）、Ｂ（ブルー）線順次方式とされたカラーフィルタであり、
   前記疑似輝度情報生成手段は、前記ホワイトバランス調整手段よりも前段で得られる前記各画素情報を
   ２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ
   の演算により積算していくことで、疑似輝度情報を生成する
   ことを特徴とするビデオカメラ装置。
2. マトリクス状に配置された複数の画素を有し、各画素に対してカラーフィルタが設けられた固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子から出力される各画素情報に基づいて輝度情報及び色情報から成る撮影画像情報を得る画像信号処理手段と、
   前記固体撮像素子から出力され、かつ前記画像信号処理手段に入力される前段での各画素情報から疑似輝度情報を生成する疑似輝度情報生成手段と、
   前記画像信号処理手段から抽出される色情報に基づいて、前記固体撮像素子から出力される各色毎の画素情報のゲイン調整を行うことでホワイトバランス調整を行うホワイトバランス調整手段と、
   前記擬似輝度情報生成手段から前記擬似輝度情報が入力されアイリス制御信号を出力するコントローラとを備え、
   前記カラーフィルタは、Ｇ（グリーン）市松及びＲ（レッド）、Ｂ（ブルー）線順次方式とされたカラーフィルタであり、
   前記擬似輝度情報生成手段は、前記画像情報に対して前処理を行う前処理部と、該前処理部からのデータが供給される積算部とを有し、前記ホワイトバランス調整手段よりも前段で得られる前記各画素情報を
   ２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ
   の演算により積算していくことで、疑似輝度情報を生成するとともに、
   前記アイリス制御信号をフィードバックする制御ループは前記ホワイトバランス制御手段の制御ループと交錯しないよう信号経路上で分離されている
   ことを特徴とするビデオカメラ装置。

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