JP4004220B2 - ホワイトバランス調整装置、ホワイトバランス調整方法、およびその方法をコンピュータで実行するためのプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホワイトバランス調整装置、ホワイトバランス調整方法、およびその方法をコンピュータで実行するためのプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体に関し、詳細には、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に使用される撮像装置に適用されるホワイトバランス調整装置、ホワイトバランス調整方法、およびその方法をコンピュータで実行するためのプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、デジタルカメラ等の撮像装置では、白い被写体を撮像して得られる出力信号を人間の見た目に合わせるためには、出力信号のR、G、Bの比が1:1:1になるように自動的に調整するホワイトバランス調整が不可欠である。
【0003】
従来、例えば、CCD出力信号に対する色補正として、RとBのアンプのゲインを、色差信号R−Y、B−Yと輝度信号Yを用いて、(R−Y)/Yと(B−Y)/Yの演算結果が0になるように補正することによりホワイトバランス制御を行う方式が知られている。かかるホワイトバランス補正演算に用いる色差(無彩色抽出)信号は、光源の色温度による黒体輻射近傍の領域が無彩色の領域としての確率が高いため、黒体輻射近傍領域の画像信号をホワイトバランス演算データとして抽出している(図2参照)。
【0004】
図5は従来のデジタルカメラの撮影動作の手順を説明するためのフローチャートを示している。同図に示す如く、AE調整、AF調整、およびAWB調整が終了した後、撮影が行われる(ステップS1〜ステップS4)。AE調整では、CCDにより取り込まれる画像データを適正輝度とするための絞りの値等が設定される。ついで、設定されたAE条件で、AF調整が行われる。具体的には、レンズを移動させて各レンズ位置で、CCDを介して画像データを取り込み、画像データの高周波成分がピークとなるレンズ位置を合焦位置と決定し、当該合焦位置にレンズを移動させる。この後、AWB調整が行われる。そして、撮影指示があると、上述のAE、AF、AWBの条件で撮影が行われる。
【0005】
このように、AE調整後にAF調整を行うのは、AF調整では、評価画像が高輝度や低輝度の場合には、画像データの評価値(周波数)が適正輝度の場合よりも低下して合焦精度が悪くなる可能性があるからである。また、AE調整後にAWB調整を行うのは、評価画像が高輝度や低輝度では画像データの評価値(色差)が適正輝度の場合よりも少なくなって誤差が発生する可能性があるからである。
【0006】
上述したように、CCDによる入力画像はAE(Automatic Exposure)により輝度調整され、ついで、AF(Automatic Focusing)により焦点が合わせられた後に、自動ホワイトバランス(AWB)制御が行われ、再びAE調整が繰り返される。AE→AF→AWBの繰り返しにより、AE、AF、AWBそれぞれが適正調整値に収束し、違和感のない画像が出力される。
【0007】
しかしながら、AEにて画面全体の輝度が適正に調整された後にAWB調整が行われるため、画像データの調整量が大きい低色温度や高色温度における撮像は、AEにて補正した画像データとは異なる値(画像の輝度)になってしまう。輝度の比率は(約)R:G:B=3:6:1であり、AWBはGを固定して、RとBを変化させて調整するため、輝度の3/10を占めるRの変化が1/10を占めるBの変化より寄与率が高くなる。
【0008】
したがって、低色温度における撮影においては、輝度変化の寄与率が高いRデータが小さい値に変化するため画像全体の輝度が低くなる一方、高色温度におけるAWB調整はRデータが大きい値に変化するため画面全体の輝度は高くなる。
【0009】
このような輝度ずれの対策としては、例えば、特開平10−333116号公報の液晶表示装置が公知である。かかる液晶表示装置は、光源と、所定の映像を表示する液晶パネルを赤、緑、青の色信号によって駆動する駆動回路とを備え、前記光源から射出される照明光によって前記照明光の輝度分布のうち、強調された色成分の色信号と輝度信号との差信号を生成する色差信号生成手段と、前記駆動回路の赤、緑、青の色信号から前記色差信号生成手段により生成した色差信号を減ずる演算手段とを具備し、AWB調整前に輝度補正するものである。
【0010】
また、輝度ずれの対策として、AWB評価後、AE評価を再度行って画像を取り込むことにより、適正輝度の画像を出力する方式が考えられる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、AWB調整前に輝度補正するため、AWB調整後の画像データは実画像輝度に合った精度の高い調整を行うことができないという問題がある。また、AWB調整後に画像輝度を測定し、再度輝度補正する方法では、再びAE調整を行うことにより次の撮影モードに移る時間が長くなり、また、電源ON直後における不安定時や色温度が変化する撮影場所では色ずれが発生する可能性がある。
【0012】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであり、ホワイトバランスおよび輝度が補正された高画質の画像を高速で出力することが可能なホワイトバランス調整装置、ホワイトバランス調整方法、およびその方法を実行するためのプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1にかかる発明は、入力されるカラー画像データのR信号,B信号のゲインであるRg、Bgを調整する利得調整手段と、入力されるカラー画像データのうちの白抽出領域内のカラー画像データを抽出して、前記カラー画像データのR信号、G信号,B信号の各積算値であるΣR、ΣG、ΣBをホワイトバランス評価値として算出するホワイトバランス評価値算出手段と、前記ホワイトバランス評価値に基づいて、前記利得調整手段の前記ゲインRg、BgをそれぞれΣG / ΣR、ΣG / ΣBとして算出するゲイン算出手段と、前記利得調整手段でゲイン調整したカラー画像データに基づくホワイトバランス評価値に基づいて、ΣGの平均値Gaと、ΣR、ΣG、ΣBから算出した平均輝度Yとを用いて輝度変化量Y/Gaを算出し、前記算出したゲインRg、Bgに対して、前記輝度変化量Y/Gaを用いて補正ゲインRg‘=Rg×Y/Ga、Bg’=Bg×Y/Gaを算出し、前記算出した補正ゲインRg’、Bg’を前記利得調整手段に設定して、ホワイトバランスの制御を行うホワイトバランス制御手段とを備えたものである。
【0014】
上記発明によれば、画像データの利得調整(ホワイトバランス調整)と同時に輝度補正を行うことができ、再度、輝度調整を行う必要がなくなり、ホワイトバランスおよび輝度が補正された高画質の画像を高速で出力することが可能となる。
【0017】
また、請求項2にかかる発明は、入力されるカラー画像データのうちの白抽出領域内のカラー画像データを抽出して、前記カラー画像データのR信号、G信号,B信号の各積算値であるΣR、ΣG、ΣBをホワイトバランス評価値として算出する第1のステップと、前記ホワイトバランス評価値に基づいて、入力されるカラー画像データのR信号,B信号のゲインであるRg、BgをそれぞれΣG / ΣR、ΣG / ΣBとして算出する第2のステップと、利得調整手段でゲイン調整したカラー画像データに基づくホワイトバランス評価値に基づいて、ΣGの平均値Gaと、ΣR、ΣG、ΣBから算出した平均輝度Yとを用いて輝度変化量Y/Gaを算出し、前記算出したゲインRg、Bgに対して、前記輝度変化量Y/Gaを用いて補正ゲインRg‘=Rg×Y/Ga、Bg’=Bg×Y/Gaを算出し、前記算出した補正ゲインRg’、Bg’を前記利得調整手段に設定して、ホワイトバランスを調整する第3のステップとを含むものである。
【0018】
上記発明によれば、画像データの利得調整(ホワイトバランス調整)と同時に輝度補正を行うことができ、再度、輝度調整を行う必要がなくなり、ホワイトバランスおよび輝度が補正された高画質の画像を高速で出力することが可能となる。
【0021】
また、請求項3にかかる発明は、請求項2に記載の発明の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係るホワイトバランス調整装置およびホワイトバランス調整方法を適用した撮像装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0023】
図1は、本発明に係るホワイトバランス調整装置を適用した撮像装置を示すブロック図である。同図に示す撮像装置は、撮影レンズ1、絞り2、CCD(電荷結合素子)3、CDS4、RGB分離回路5、利得調整回路6、マトリクス回路7、A/D変換器8、エンコーダ9、AF評価値算出回路10、AE評価値算出回路11、AWB評価値算出回路12、コントローラー13、モータドライバ14、TG(タイミングジェネレータ)15、および操作部16により構成される。
【0024】
上記撮影レンズ1はCCD3上に被写体像を結像する。絞り2は被写体像の光量を制限するためのものである。CCD3は、撮影レンズ1および絞り2を通過した被写体像を電気信号に変換して画像データとして出力する。CDS(相関2重サンプリング素子)4は、CCD3から出力される画像データのノイズ等の除去を行うためのものである。
【0025】
RGB分離回路5は、入力される画像データをR、G、Bに分離してRGB信号を出力する。利得調整回路6は、入力されるRGB信号のうちR信号とB信号を、コントローラー13からの指令に応じてゲイン調整してゲイン調整したRGB信号を出力する。マトリクス回路7は、利得調整回路6から入力されるRGB信号を輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yに変換して、AWB評価値算出回路12およびA/D変換器8に出力する。A/D変換器8は、輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yをデジタル信号に変換してエンコーダ9に出力する。エンコーダ9は、A/D変換器8から入力される輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yをビデオ信号に変換して外部に出力する。
【0026】
AF評価値算出回路10は、RGB分離回路5から入力されるRGB信号の高周波成分をAF評価値として算出してコントローラー13に出力する。AE評価値算出回路11は、RGB分離回路5から入力されるRGB信号に基づいて、AE評価値を算出してコントローラー13に出力する。
【0027】
また、AWB評価値算出回路12は、マトリクス回路7から入力される輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yに基づき、白抽出領域内となる全画素のR、G、Bデータの積算値(AWB評価値)ΣR、ΣG、ΣBを夫々算出してコントローラー13に出力する。
【0028】
図2は白抽出領域の一例を示す図であり、(R−Y)、(B−Y)座標上における白領域のAWB評価値の抽出範囲を示した図である。白抽出領域は、(R−Y)、(B−Y)軸の黒体輻射カーブ20に沿った枠21の斜線部である。
【0029】
コントローラー13は、操作部16からの指示、若しくは図示しないリモコン等の外部動作指示に応じて、不図示のROMに格納された制御プログラムに従って、デジタルカメラの各部の動作を制御する。具体的には、コントローラー13は、撮像動作、AF、AE、AWBの制御を行う。コントローラー13は、AWB制御を行う際に、AWB評価値算出回路12から入力されるAWB評価値ΣR、ΣG、ΣBに基づき、Rゲイン値およびBゲイン値を算出して、利得調整回路6のRとBの乗算器に設定する。
【0030】
モータドライバ14は、コントローラー13の制御により、レンズ系1を光軸方向に移動させ、また、絞り2の絞り値を設定する。タイミングジェネレータ(TG)15は、コントローラー13の制御により、CCD3およびCDS回路4を動作させるための制御信号を生成して、CCD3およびCDS回路4に出力する。
【0031】
操作部16は、撮影等の指示を行うためのレリーズキーや、モード選択、機能選択、及びその他の各種設定を外部から行うためのボタンを備えている。レリーズキーは半押しでレリーズ1がONとなり、全押しでレリーズ2がONとなる。レリーズ1がONされると、コントローラー13により、AF、AE、AWB調整が実行され、また、レリーズ2がONされると、コントローラー13により撮影が実行される。
【0032】
図3および図4を参照して、図1のデジタルカメラのAWB調整の動作を説明する。図3は図1のデジタルカメラの撮影動作の概略を説明するためのフローチャート、図4は図3のフローチャートのAWB調整を詳細に説明するためのフローチャートを示している。
【0033】
図3において、操作部16のレリーズキーのレリーズ1がONされると(ステップS11)、コントローラー13により、AE調整が行われる(ステップS12)。具体的には、CCD3により画像データが取り込まれ、AE評価値算出回路11は、RGB分離回路5から入力されるRGB信号に基づいて、AE評価値を算出してコントローラー13に出力する。そして、コントローラー13はAE評価値算出回路11から入力されるAE評価値に基づいて、絞り値やCCD3のシャッタスピードを算出し、モータドライバ14やTG15を介して、算出した値を絞り2やCCD3に設定する。
【0034】
ついで、AF調整が行われる(ステップS13)。AF調整としては、公知の山登りサーボ法が使用することができる。具体的には、撮像レンズ1を移動させて各レンズ位置で、CCD3を介して画像データが取り込まれ、AF評価値算出回路は、各レンズ位置での画像データに基づいてAF評価値を算出して、コントローラー13に出力する。コントローラー13は、入力されるAF評価値のうち、ピークとなるレンズ位置を合焦位置に決定し、モータドライバ14を介して、当該合焦位置にレンズ1を移動させる。
【0035】
つづいて、AWB調整が行われる(ステップS14)。ここでは、AWB調整により変化する輝度変化量をAWB評価値から算出して画像データ(R、G、B)を補正する。AWB調整における具体的な処理を図4のフローチャートを参照して説明する。図4に示すように、AWB調整では、CCD3により画像データが取り込まれ、AWB評価値算出回路12は、マトリクス回路7から入力される輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yのうち、白抽出領域内となる画素を検出し、当該検出した画素のR、G、Bデータの積算値(AWB評価値)ΣR、ΣG、ΣBを夫々算出してコントローラー13に出力する(ステップS21)。
【0036】
つづいて、コントローラー13は、Rゲイン(Rg)=ΣG/ΣR、Bゲイン( Bg)=ΣG/ΣBを算出する(ステップS22)。そして、コントローラー13は、AWB評価値ΣGのG平均値(Ga)、AWB評価値ΣR、ΣG、ΣBの平均輝度(Y)を算出する(ステップS23)。さらに、コントローラー13は、補正ゲイン値Rg'=Rg×Y/Ga、Bg'=Bg×Y/Gaを算出して(ステップS24)、利得調整回路6のRとBの乗算器に夫々設定する(ステップS25)。これにより、利得調整回路6では入力されるR、G、Bデータが、R’=R×Rg×Y/Ga、G、B’=B×Bg×Y/Gaに補正され、後段のマトリクス回路7に出力されることになる。
【0037】
そして、レリーズキーのレリーズ2がONされると(ステップS15)、上記で設定されたAE、AF、AWBの条件で、被写体の撮影が行われ、エンコーダ9から画像データが出力される(ステップS16)。
【0038】
以上説明したように、本実施の形態においては、コントローラー13は、AWB評価値に基づいて、輝度変化Y/Gaを把握して、輝度変化を補正した補正ゲイン値Rg'=Rg×Y/Ga、Bg'=Bg×Y/Gaを算出して、利得調整回路6のRとBの乗算器に夫々設定することとしたので、画像データの利得調整(ホワイトバランス調整)と同時に輝度補正を行うことができ、再度、輝度調整を行う必要がなくなり、ホワイトバランスおよび輝度が補正された高画質の画像を高速で出力することが可能となる。
【0039】
また、本実施の形態においては、コントローラー13は、輝度調整を行う場合に、利得調整回路6でゲイン調整したカラー画像データに基づくホワイトバランス評価値に基づいて、輝度変化量Y/Gaを算出することとしたので、利得調整前の輝度に合った精度の高い補正が可能となる。
【0040】
さらに、本実施の形態においては、コントローラー13は、カラー画像データの各色のゲイン調整比率を保持した状態(補正ゲイン値Rg'=Rg×Y/Ga、Bg'=Bg×Y/Ga)でホワイトバランス制御を行うこととしたので、撮像環境における色温度に合った補正をすることが可能となる。
【0041】
上述の実施の形態の撮像装置のホワイトバランス調整方法は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータや、ワークステーション等のコンピュータで実行することにしても良い。このプログラムは、ハードディスク、フロッピーディスク、CD−ROM、MO、DVD等のコンピュータが読取可能な記録媒体から読み出されることによって実行される。また、このプログラムは、上記記録媒体を介して、また伝送媒体として、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。
【0042】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本発明のホワイトバランス調整装置は、ビデオカメラ、デジタルカメラ等に使用される撮像装置に広く適用可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1にかかるホワイトバランス調整装置によれば、画像データの利得調整(ホワイトバランス調整)と同時に輝度補正を行うことができ、再度、輝度調整を行う必要がなくなり、ホワイトバランスおよび輝度が補正された高画質の画像を高速で出力することが可能となる。加えて、利得調整前の輝度に合った精度の高い補正が可能となる。
【0046】
また、請求項2にかかるホワイトバランス調整方法によれば、画像データの利得調整(ホワイトバランス調整)と同時に輝度補正を行うことができ、再度、輝度調整を行う必要がなくなり、ホワイトバランスおよび輝度が補正された高画質の画像を高速で出力することが可能となる。加えて、利得調整前の輝度に合った精度の高い補正が可能となる。
【0049】
また、請求項3にかかるコンピュータが読み取り可能な記録媒体によれば、画像データの利得調整(ホワイトバランス調整)と同時に輝度補正を行うことができ、再度、輝度調整を行う必要がなくなり、ホワイトバランスおよび輝度が補正された高画質の画像を高速で出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るホワイトバランス調整装置を適用した撮像装置を示すブロック図である。
【図2】(R−Y)/Y、(B−Y)/Y座標上における無彩色領域のホワイトバランス評価値の抽出範囲を示した図である。
【図3】図1のデジタルカメラの撮影動作の概略を説明するためのフローチャートである。
【図4】図3のフローチャートのAWB調整を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図5】従来の撮像装置の撮影動作の概略を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1 撮影レンズ
2 絞り
3 CCD(電荷結合素子)
4 CDS
5 RGB分離回路
6 利得調整回路
7 マトリクス回路
8 A/D変換器
9 エンコーダ
10 AF評価値算出回路
11 AF評価値算出回路
12 AWB評価値算出回路
13 コントローラー
14 モータドライバ
15 タイミングジェネレータ(TG)
16 操作部
Claims (3)
- 入力されるカラー画像データのR信号,B信号のゲインであるRg、Bgを調整する利得調整手段と、
入力されるカラー画像データのうちの白抽出領域内のカラー画像データを抽出して、前記カラー画像データのR信号、G信号,B信号の各積算値であるΣR、ΣG、ΣBをホワイトバランス評価値として算出するホワイトバランス評価値算出手段と、
前記ホワイトバランス評価値に基づいて、前記利得調整手段の前記ゲインRg、BgをそれぞれΣG / ΣR、ΣG / ΣBとして算出するゲイン算出手段と、
前記利得調整手段でゲイン調整したカラー画像データに基づくホワイトバランス評価値に基づいて、ΣGの平均値Gaと、ΣR、ΣG、ΣBから算出した平均輝度Yとを用いて輝度変化量Y/Gaを算出し、前記算出したゲインRg、Bgに対して、前記輝度変化量Y/Gaを用いて補正ゲインRg‘=Rg×Y/Ga、Bg’=Bg×Y/Gaを算出し、前記算出した補正ゲインRg’、Bg’を前記利得調整手段に設定して、ホワイトバランスの制御を行うホワイトバランス制御手段と、を備えた
ことを特徴とするホワイトバランス調整装置。 - 入力されるカラー画像データのうちの白抽出領域内のカラー画像データを抽出して、前記カラー画像データのR信号、G信号,B信号の各積算値であるΣR、ΣG、ΣBをホワイトバランス評価値として算出する第1のステップと、
前記ホワイトバランス評価値に基づいて、入力されるカラー画像データのR信号,B信号のゲインであるRg、BgをそれぞれΣG / ΣR、ΣG / ΣBとして算出する第2のステップと、
利得調整手段でゲイン調整したカラー画像データに基づくホワイトバランス評価値に基づいて、ΣGの平均値Gaと、ΣR、ΣG、ΣBから算出した平均輝度Yとを用いて輝度変化量Y/Gaを算出し、前記算出したゲインRg、Bgに対して、前記輝度変化量Y/Gaを用いて補正ゲインRg‘=Rg×Y/Ga、Bg’=Bg×Y/Gaを算出し、前記算出した補正ゲインRg’、Bg’を前記利得調整手段に設定して、ホワイトバランスを調整する第3のステップと、
を含むことを特徴とするホワイトバランス調整方法。 - 請求項2に記載された方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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