JP4041995B2 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及び撮像方法に関するものである。詳細は、撮影目的や好みに応じて、光源の色味を保持した自然な色の画像を撮影することができる撮像装置及び撮像方法に関するものである。

従来技術における撮像装置では、光源（太陽光、蛍光灯、白熱灯など）の色温度の違いによって撮影した被写体の色合いが変わることを防止するため、画像信号を構成する色信号のレベルを調整して光源の色に応じた白色のバランスを調節するホワイトバランス機能を備えた装置が数多く存在している。

上述したホワイトバランス調節の方法として、例えば、撮影中の被写体のうち白色とみなせる部分の信号のみを検出して、この白色部分の色差信号を最小となるようにＲ,Ｂ信号増幅利得を自動制御することにより、自動的かつ、誤りの少ないホワイトバランス調節を行う装置などが考案されている（特許文献１参照）。
特公平７−８０４６号公報（第３−４頁、第１図）

しかしながら、従来技術の撮像装置では、光源の色温度の範囲（以下、設定範囲）が決まっており、例えば、色温度の低い白熱電球の光源下で撮影するとき、色温度の設定範囲が広い装置では、白い被写体は白く撮影されるが、色温度の設定範囲が狭い装置の場合、白い被写体が赤みを帯びて撮影されてしまい、逆に、色温度の高い日陰の下で撮影すると、白い被写体が青みを帯びて撮影されるという問題がある。

また、色温度の設定範囲は、変更することができないため、色温度の設定範囲が広い装置で撮影すると、被写体の色を忠実に再現することができるが、光源色の色味がまったく残らず、一方、色温度の設定範囲が狭い装置で撮影すると、光源色の色味が残るものの、被写体の色が正しく表現されないことがあり、何れの装置であっても不自然な色の画像になってしまうことがあるという問題がある。

従って、撮影目的や好みに応じて、光源色の色味を保持した自然な色の画像を撮影できるようにすることに解決しなければならない課題を有する。

前記課題を解決するため、本発明に係る撮像装置及び撮像方法は次のような構成にすることである。

（１）カラー画像を構成する色信号のレベルを調整することによりホワイトバランスを調節することができる撮像装置であって、前記色信号のレベルを調整するゲイン値に対して制限値を設定できるゲイン設定手段と、色度座標における完全放射体の色温度の変化の軌跡を示す黒体軌跡をデータとして備え、前記ゲイン値を調整することができるゲイン調整手段と、前記ゲイン調整手段で調整されたゲイン値に基づいて前記色信号のレベルを増幅する色信号増幅手段と、を具備し、前記ゲイン調整手段は、前記ゲイン設定手段で設定された制限値に従い、所定レベルを超える色信号を増幅するときに、該色信号に適用する前記色信号増幅手段のゲイン値を、前記色度座標上において、前記黒体軌跡に沿って平行移動し、前記設定された制限値となる位置に調整することを特徴とする撮像装置。
（２）前記ゲイン設定手段は、前記制限値として、前記ゲイン値の最大値及び最小値の何れか一方又は両方を設定できることを特徴とする（１）に記載の撮像装置。
（３）カラー画像を構成する色信号のレベルを調整することによりホワイトバランスを調節することができる撮像方法であって、前記色信号のレベルを調整するゲイン値に対して制限値を設定するゲイン設定過程と、色度座標における完全放射体の色温度の変化の軌跡を示す黒体軌跡をデータとして備え、前記ゲイン値を調整するゲイン調整過程と、前記ゲイン調整手段で調整されたゲイン値に基づいて前記色信号のレベルを増幅する色信号増幅過程と、を具備し、前記ゲイン調整過程は、前記ゲイン設定過程で設定された制限値に従い、所定レベルを超える色信号を増幅するときに、該色信号に適用する前記色信号増幅手段のゲイン値を、前記色度座標上において、前記黒体軌跡に沿って平行移動し、前記設定された制限値となる位置に調整することを特徴とする撮像方法。

上記構成の撮像装置及び撮像方法において、ホワイトバランスを調節するとき、ゲイン調整手段が、ゲイン設定手段で設定される制限値に基づき、所定レベルを超える色信号を増幅するときに、この色信号に適用される色信号増幅手段のゲイン値を、色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動して、設定された制限値となる位置に調整することによって、該当する色信号のレベルを制御し、光源色を保持する状態となるようにホワイトバランスを調節することができる。

本発明では、撮影目的や好みにより、撮影時の光源色に応じて所定の設定値（制限値）を設定すると、ホワイトバランスを調節するときに、この設定値（制限値）に従い、所定レベルを超える色信号の増幅時に適用されるゲイン値を、黒体軌跡に沿って平行移動させて、設定値（制限値）となるように調整するので、各色信号のレベルが必ずしも同じにならず、光源色を保持した状態となるようにホワイトバランスの調節が行われるため、撮影時における光源色の色味を持った自然な色の画像を撮影することができるという優れた効果を奏するものである。

次に、本発明の撮像装置及び撮像方法による実施の形態について図面を参照して説明する。但し、図面は専ら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、本発明に係る撮像装置における主要部の構成を簡略化して示したブロック図であり、撮像レンズ１０１、撮像素子１０２、Ｓ／Ｈ（Sample/Hold）回路１０３、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路１０４、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路１０５、ホワイトバランスアンプ１０６（以下、ＷＢアンプ１０６）、ホワイトバランスゲイン設定部１０７（以下、ＷＢゲイン設定部１０７）、アンプゲイン調整部１０８などを備えている。

撮像素子１０２は、光を電気信号に変換する素子（画素）が配列されたＣＣＤ（Charge
Coupled Device）などであり、撮像レンズ１０１を通過してくる光が結像して生成される画像を電気信号に変換し、アナログ信号としてＳ／Ｈ回路１０３に送出する。

Ｓ／Ｈ回路１０３は、撮像素子１０２から送られてくるアナログ信号をサンプリングしてＡＧＣ回路１０４に送出し、サンプリングした値をＡ／Ｄ変換回路１０５の処理が終了するまで保持し、この処理が終了すると次のサンプリング値をＡＧＣ回路１０４に送出する。

ＡＧＣ回路１０４は、Ｓ／Ｈ回路１０３でサンプリングされたアナログ信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換回路１０５へ送出する。

Ａ／Ｄ変換回路１０５は、ＡＧＣ回路１０４で増幅されたアナログ信号をデジタルの画像信号（以下、色信号（Ｒ信号［赤］,Ｇ信号［緑］,Ｂ信号［青］））に変換してＷＢアンプ１０６及びアンプゲイン調整部１０８へ送出する。

ＷＢアンプ１０６は、各色信号のレベルを個別に増幅するＲアンプ,Ｇアンプ,Ｂアンプから構成され、アンプゲイン調整部１０８により調整されるゲイン値に従って、Ａ／Ｄ変換回路１０５から送られてくる色信号（Ｒ信号［赤］,Ｇ信号［緑］,Ｂ信号［青］）を所定のレベルに増幅して次段回路へ出力する。

ＷＢゲイン設定部１０７は、ユーザによる所定の設定操作（例えば、メニュー画面による選択操作など）に応じて、ＷＢアンプ１０６の各アンプ（Ｒアンプ,Ｇアンプ,Ｂアンプ）のゲイン値に対する制限値（例えば、最大ゲイン値、最小ゲイン値のいずれか一方、又は両方）が設定される。

アンプゲイン調整部１０８は、白色画像に対して、Ａ／Ｄ変換回路１０５から送られてくる各色信号（Ｒ信号［赤］,Ｇ信号［緑］,Ｂ信号［青］）のレベルが等しくなるように、ＷＢアンプ１０６のＲアンプ,Ｇアンプ,Ｂアンプそれぞれのゲイン値を調整する。

また、アンプゲイン調整部１０８は、各アンプのゲイン値を調整するときの基準となる黒体軌跡のデータをＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶しており、ＷＢゲイン設定部１０７で制限値が設定されている場合、この制限値の基づき、所定レベルを超える色信号（Ｒ信号［赤］,Ｇ信号［緑］,Ｂ信号［青］）を増幅するときに適用するＷＢアンプ１０６（Ｒアンプ,Ｇアンプ,Ｂアンプ）のゲイン値を、色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動し、設定された制限値（最大ゲイン値や最小ゲイン値）となる位置に調整する。

なお、黒体軌跡（Black Body Locus）とは、完全放射体(黒体)というエネルギーを完全に吸収する仮想的な物体において、温度が上昇していくときに発せされる光の色の変化の様子を色温度と色の変化の軌跡で色度座標に表したものであり、色温度の低いうちは赤みの強い光、色温度が上がるにつれて黄色、白、青白い光へというように変化し、一般的な光源（太陽光、白熱灯など）の色は、この黒体軌跡上に存在している。

また、蛍光灯などの蛍光物質が励起されて可視光線を発生させるような光源の色は、黒体軌跡上にはないが、ヒトの目には黒体軌跡上にある光源と区別できないため、画像に赤み、青みを加える際には黒体軌跡方向に平行移動させると自然な色の画像となる。

続いて、ホワイトバランスの調節時、図１に示す撮像装置のＷＢアンプを構成する各アンプのゲイン値を調整するときの動作について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。

なお、ＷＢアンプ１０６における各アンプ（Ｒアンプ,Ｇアンプ,Ｂアンプ）のゲイン値は、個別に調整することが可能であるが、以降の説明では、Ｇアンプのゲイン値を固定し、Ｒアンプ,Ｂアンプのゲイン値を制限する場合を例にして説明する。

まず、ユーザによって、所定の設定操作（例えば、メニュー画面による選択操作など）が行われると、ＷＢゲイン設定部１０７には、ＷＢアンプ１０６のＲアンプ,Ｂアンプ（のゲイン値）に対する制限値（最大ゲイン値、最小ゲイン値のいずれか一方又は両方）が設定される（ＳＴ１０）。

そして、ホワイトバランスの調節が開始されると、撮像レンズ１０１を通過してくる光が結像して生成される画像を撮像素子１０２によって電気信号に変換し、Ｓ／Ｈ回路１０３及びＡＧＣ回路１０４によってサンプリングして増幅し、Ａ／Ｄ変換回路１０５によりデジタルの色信号（Ｒ信号［赤］,Ｇ信号［緑］,Ｂ信号［青］）に変換して、ＷＢアンプ１０６及びアンプゲイン調整部１０８に送る。

アンプゲイン調整部１０８では、白色画像に対して、Ａ／Ｄ変換回路１０５から送られてくる色信号（Ｒ信号［赤］,Ｇ信号［緑］,Ｂ信号［青］）のレベルが等しくなるように、ＷＢアンプ１０６のＲアンプ,Ｇアンプ,Ｂアンプそれぞれのゲイン値を調整する（ＳＴ１１）。

次に、アンプゲイン調整部１０８は、ＲＯＭなどにデータとして記憶している黒体軌跡を読み出す（ＳＴ１２）。

次に、アンプゲイン調整部１０８は、ＷＢゲイン設定部１０７にＢアンプ（のゲイン値）に対する制限値が設定されているか否かを確認する（ＳＴ１３）。

Ｂアンプ（のゲイン値）に対する制限値が設定されていないときは、ステップＳＴ１６の処理へ移行する（ＳＴ１３→ＳＴ１６）。

一方、Ｂアンプ（のゲイン値）に対する制限値が設定されているとき、アンプゲイン調整部１０８は、ＷＢゲイン設定部１０７に設定されている制限値（最大値ＢMAX／最小値Ｂmin）を読み込む（ＳＴ１３→ＳＴ１４）。

そして、アンプゲイン調整部１０８は、この制限値に基づき、所定レベルを超えた色信号を増幅するとき適用するＷＢアンプ１０６のゲイン値（Ｒアンプ及びＢアンプのゲイン値）を、色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動し、設定された制限値（最大値ＢMAX／最小値Ｂmin）となる位置に調整する（ＳＴ１５）。

次に、アンプゲイン調整部１０８は、ＷＢゲイン設定部１０７にＲアンプ（のゲイン値）に対する制限値が設定されているか否かを確認する（ＳＴ１６）。

Ｒアンプ（のゲイン値）に対する制限値が設定されていないとき、処理は終了となる（ＳＴ１６→終了）。

一方、Ｒアンプ（のゲイン値）に対する制限値が設定されているとき、アンプゲイン調整部１０８は、ＷＢゲイン設定部１０７に設定されている制限値（最大値ＲMAX／最小値Ｒmin）を読み込む（ＳＴ１６→ＳＴ１７）。

そして、アンプゲイン調整部１０８は、この制限値に基づき、所定レベルを超えた色信号を増幅するとき適用するＷＢアンプ１０６のゲイン値（Ｒアンプ及びＢアンプのゲイン値）を、色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動し、設定された制限値（最大値Ｒｍａｘ／最小値Ｒｍｉｎ）となる位置に調整する（ＳＴ１８）。

このようにして、アンプゲイン調整部１０８によって、所定レベルを超えた色信号を増幅するときに適用する該当アンプ（Ｂアンプ,Ｒアンプ）のゲイン値を、色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動し、ＷＢゲイン設定部１０７で設定した制限値になる位置に調整する。

ホワイトバランスを調節するとき、一般的には、撮影時の光源下における白色被写体に対して、各色信号（Ｒ信号［赤］,Ｇ信号［緑］,Ｂ信号［青］）のレベルが全て等しくなるように各アンプのゲイン値を調整するが、本発明では、該当する色信号のアンプのゲイン値を、色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動し、所定の制限値となる位置に調整するので、各色信号のレベルが必ずしも等しくなるとは限らない。しかしながら、光源の色の変化の基準となる黒体軌跡に沿った位置に該当する色に調整されるので、光源色を保持した状態となるようにホワイトバランスが調節される。

なお、Ｇアンプに対する制限値を設定することも可能であることは勿論であり、また、上記フローチャートでは、Ｂアンプ、Ｒアンプの順で処理が行われているが、処理の順序は任意である。

例えば、図３に示すように、Ｂアンプのゲイン値に対する制限値として最大値及び最小値が設定されている場合、アンプゲイン調整部１０８は、ａ,ｂやｅ,ｆのゲイン値で増幅するような所定レベルを超える色信号（Ｂ信号[青]）が送られてくると、色度座標上において、ａ,ｂやｅ,ｆを黒体軌跡に沿って平行移動し、ａ→ａ１、ｂ→ｂ１、ｅ→ｅ１、ｆ→ｆ１となる位置にＢアンプ及びＲアンプのゲイン値を調整する。

また、図４に示すように、Ｒアンプのゲイン値に対する制限値として最大値及び最小値が設定されている場合、アンプゲイン調整部１０８は、ａ,ｂやｅ,ｆのゲイン値で増幅するような所定レベルを超える色信号（Ｒ信号[赤]）が送られてくると、色度座標上において、ａ,ｂやｅ,ｆを黒体軌跡に沿って平行移動し、ａ→ａ１、ｂ→ｂ１、ｅ→ｅ１、ｆ→ｆ１となる位置にＢアンプ及びＲアンプのゲイン値を調整する。

続いて、図１に示した撮像装置において、ＷＢアンプに対して制限値を設定したときに撮影される画像の色の変化について、図５〜図１３を参照しながら具体的に説明する。

なお、ＷＢアンプを構成する各アンプのゲイン値は、個別に調整することが可能であるが、以降の説明では、Ｇアンプのゲイン値を固定し、Ｂアンプに対する制限値を設定したときを例にして説明する。

図５〜図１３は、Ｂアンプ及びＲアンプのゲイン値と黒体軌跡との関係を示す図であり、ａ〜ｆ（図中の白丸）は、Ｂアンプ及びＲアンプに対して制限値が設定していないときの各アンプのゲイン値を例示したものである。

このａ〜ｆのゲイン値によって色信号（Ｂ信号［青］及びＲ信号[赤]）を調整すると、ホワイトバランスが適正に調整されて光源に対する白色が正しく撮像されるが、光源の色味が反映されない画像となり、ａ〜ｆの位置からずれたゲイン値になるほど、白色（ホワイトバランス）がずれたゲイン値で増幅され、全体に色フィルタがかかったような画像になる。

ａ１〜ｆ１（図中の黒丸）は、Ｂアンプに制限値（最大ゲイン値や最小ゲイン値）が設定されているとき、ａ〜ｆのゲイン値を、色度座標上において、黒体軌跡に沿うように平行移動し、所定の制限値となる位置にＢアンプ及びＲアンプを調整したときのゲイン値を表している。

ａ２〜ｆ２（図中の二重丸）は、黒体軌跡とは無関係に、単にＢアンプに設定された制限値（最大ゲイン値や最小ゲイン値）となる位置にａ〜ｆを垂直方向に移動させる、すなわち、Ｂアンプのみを調整したときのゲイン値を表している。

なお、黒体軌跡は、図中の太線で表され、Ｂアンプのゲイン値が大きくなるほど赤みが多くて色温度が低くなり、一方、Ｒアンプのゲイン値が大きくなるほど青みが多くて色温度が高くなることを表している。

まず、図５〜図７を参照し、Ｂアンプの最小ゲイン値を制限したときの色の変化について説明する。

図５は、Ｂアンプの最小ゲイン値（ｍｉｎ）を制限して設定したときのＢアンプ及びＲアンプのゲイン値と黒体軌跡との関係を示す図であり、アンプゲイン調整部１０８は、ａ〜ｄに相当するゲイン値で増幅する色信号のときは、各アンプのゲイン値をそのままにして調整は行わず、ｅやｆに相当するゲイン値で増幅する色信号の場合、ｅやｆを色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動させ、設定された最小ゲイン値（ｍｉｎ１）となる位置ｅ１やｆ１に相当するゲイン値になるようにＢアンプ及びＲアンプを調整する。

このとき、Ｂアンプのゲイン値のみを調整（制限）すると、ｅやｆはｅ２やｆ２となり、Ｂ信号［青］のレベルのみが増した青い画像となるが、実際の光源色は黒体軌跡に沿ったシアン色方向にある。そこで、Ｒアンプのゲイン値も調整し、色度座標上において、黒体軌跡に沿って移動させたｅ１やｆ１の位置にすると、光源のシアン色（寒色）の色味がわずかに残った画像となる。

このような場合、色温度の低い光源の下で撮像すると、通常のホワイトバランス（Ｒ,Ｇ,Ｂ信号のレベルが同じ）で撮影したときと同様に光源の色味のない画像となるが、色温度のかなり高い光源（ｍｉｎ１以下）、例えば、晴天時の日陰の下などで撮影するときに光源の色味を残した画像を撮影することができる。

図６は、図５の最小ゲイン値をさらに制限したときの図を示したものであり、アンプゲイン調整部１０８は、図５と同様に、ａ〜ｄに相当するゲイン値で増幅する色信号のときは、ゲイン値をそのままにして調整は行わず、ｅやｆに相当するゲイン値で増幅する色信号の場合、ｅやｆを色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動させ、図５のｍｉｎ１よりもさらに制限された最小ゲイン値（ｍｉｎ２）となる位置ｅ１'やｆ１'に相当するゲイン値になるようにＢアンプ及びＲアンプを調整する。

このとき、Ｂアンプのゲイン値のみを調整（制限）すると、ｅやｆはｅ２'やｆ２'の位置となり、Ｂ信号［青］のレベルのみが増した更に青い画像になり、青みは図５の状態より強くなる。

図５と同様に、色温度の低い光源の下で撮像すると、通常のホワイトバランス（Ｒ,Ｇ,Ｂ信号のレベルが同じ）で撮影したときと同様に光源の色味のない画像となるが、色温度のある程度高い光源（ｍｉｎ１〜ｍｉｎ２間）、例えば、曇天下などにおいて撮影したときも光源の色味を残した画像を撮影することができる。

図７は、図６の最小ゲイン値をさらに制限したときの図を示したものであり、制限値を大きくしたことによりｄに相当する色信号も制限対象となり、アンプゲイン調整部１０８は、ａ〜ｃに相当するゲイン値で増幅する色信号のときは、各アンプのゲイン値をそのままにして調整は行わず、ｅやｆに加え、ｄに相当するゲイン値で増幅する色信号の場合、ｄやｅやｆを色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動させ、図６のｍｉｎ２よりもさらに制限された最小ゲイン値（ｍｉｎ３）となる位置ｄ１"やｅ１"やｆ１"に相当するゲイン値になるようにＢアンプ及びＲアンプを調整する。

このとき、Ｂアンプのゲイン値のみを調整（制限）すると、ｄやｅやｆはｄ２"やｅ２"やｆ２"の位置となり、更にＢ信号［青］のレベルのみが増した青い画像になる。ｄ２"はｄとの差が少ないためわずかに青みのある画像となっているが、ｅ２"やｆ２"の青みは図６の状態より更に強くなる。

この場合も、図５、６と同様に、色温度の低い光源の下で撮像すると、通常のホワイトバランス（Ｒ,Ｇ,Ｂ信号のレベルが同じ）で撮影したときと同様に、光源の色味のない画像となるが、色温度のやや高い光源（ｍｉｎ２〜ｍｉｎ３間）にも制限が加わるので、例えば、北方からの太陽光の下で撮影したときであっても光源の色味を残した画像となる。

なお、ｄに比べてｅやｆに該当する位置の方がシアン色（寒色）は強くなり、シアン色が強いほど寒色の多い場面を表現したい時などに適した画像となる。

次に、図８〜図１０を参照し、Ｂアンプの最大ゲイン値を制限したときの色の変化について説明する。

図８は、Ｂアンプの最大ゲイン値（ＭＡＸ）を制限して設定したときのＢアンプ及びＲアンプのゲイン値と黒体軌跡との関係を示す図であり、アンプゲイン調整部１０８は、ｃ〜ｆに相当するゲイン値で増幅する色信号のときは、各アンプのゲイン値をそのままにして調整は行わず、ａやｂに相当するゲイン値で増幅する色信号の場合、ａやｂを色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動させ、設定された最大ゲイン値（ＭＡＸ１）となる位置ａ１やｂ１に相当するゲイン値になるようにＢアンプ及びＲアンプを調整する。

このとき、Ｂアンプのゲイン値のみを調整（制限）すると、ａやｂはａ２やｂ２の位置となり、Ｂ信号［青］のレベルのみが減少した黄色い画像になるが、実際の光源色は黒体軌跡に沿ったオレンジ色方向にある。そこで、Ｒアンプのゲイン値も調整し、色度座標上において、黒体軌跡に沿って移動させたａ１やｂ１の位置にすると、光源のオレンジ色（暖色）の色味がわずかに残った画像となる。

このような場合、色温度の高い光源の下で撮像すると、通常のホワイトバランス（Ｒ,Ｇ,Ｂ信号のレベルが同じ）で撮影したときと同様に光源の色味のない画像となるが、色温度のかなり低い光源（ＭＡＸ１以上）、例えば、夕日の下などで撮影するときに光源の色味を残した画像を撮影することができる。

図９は、図８の最大ゲイン値をさらに制限したときの図を示したものであり、アンプゲイン調整部１０８は、図８と同様に、ｃ〜ｆに相当するゲイン値で増幅する色信号のときは、各アンプのゲイン値をそのままにして調整は行わず、ａやｂに相当するゲイン値で増幅する色信号の場合、ａやｂを色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動させ、図８のＭＡＸ１よりもさらに制限された最大ゲイン値（ＭＡＸ２）となる位置ａ１'やｂ１'に相当するゲイン値になるようにＢアンプ及びＲアンプを調整する。

このとき、Ｂアンプのゲイン値のみを調整（制限）すると、ａやｂはａ２'やｂ２'の位置となり、Ｂ信号［青］のレベルのみが減少した更に黄色い画像になり、黄色みは図８の状態より強くなる。

図８と同様に、色温度の高い光源の下（ｅやｆなど）で撮像すると、通常のホワイトバランス（Ｒ,Ｇ,Ｂ信号のレベルが同じ）で撮影したときと同様に光源の色味のない画像となるが、色温度のある程度低い光源（ＭＡＸ１〜ＭＡＸ２間）、例えば、ろうそくの灯の下などにおいて撮影したときも光源の色味を残した画像を撮影することができる。

図１０は、図９の最大ゲイン値をさらに制限したときの図を示したものであり、最大値の制限を大きくしたことによりｃに相当する色信号も制限対象となり、アンプゲイン調整部１０８は、ｄ〜ｆに相当するゲイン値で増幅する色信号のときは、各アンプのゲイン値をそのままにして調整は行わず、ａやｂに加え、ｃに相当するゲイン値で増幅する色信号の場合、ａやｂやｃを色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動させ、図９のＭＡＸ２よりもさらに制限された最大ゲイン値（ＭＡＸ３）となる位置ａ１"やｂ１"やｃ１"に相当するゲイン値になるようにＢアンプ及びＲアンプを調整する。

このとき、Ｂアンプのゲイン値のみを調整（制限）すると、ａやｂやｃはａ２"やｂ２"やｃ２"の位置となり、更にＢ信号［青］のレベルのみが減少した黄色い画像になる。ｃ２"の位置はｃとの差が少ないため、わずかに黄色みのある画像となっているが、ａ２"やｂ２"の黄色みは図９の状態より更に強くなる。

この場合も、図８、９と同様に、色温度の高い光源の下（ｅやｆなど）で撮像すると、通常のホワイトバランス（Ｒ,Ｇ,Ｂ信号のレベルが同じ）で撮影したときと同様に、光源の色味のない画像となるが、色温度のやや低い光源（ＭＡＸ２〜ＭＡＸ３間）にも制限が加わるので、例えば、白熱電球の下で撮影したときであっても光源の色味を残した画像となる。

なお、ｃに比べてａやｂに該当する位置の方がオレンジ色（暖色）は強くなる。オレンジ色が強いほど暖色の多い場面や夕景を表現したい時などに適した画像となる。

続いて、図１１〜図１３を参照し、Ｂアンプの最大ゲイン値と最小ゲイン値を制限したときの色の変化について説明する。

図１１は、Ｂアンプの最大ゲイン値（ＭＡＸ）と最小ゲイン値（ｍｉｎ）を制限して設定したときのＢアンプ及びＲアンプのゲイン値と黒体軌跡との関係を示す図であり、アンプゲイン調整部１０８は、ｃやｄに相当するゲイン値で増幅する色信号のときは、各アンプのゲイン値をそのままにして調整は行わず、ａやｂ、ｅやｆに相当するゲイン値で増幅する色信号の場合、ａやｂ又はｅやｆを色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動させ、それぞれ設定された最大ゲイン値（ＭＡＸ１）となる位置ａ１やｂ１、最小ゲイン値（ｍｉｎ１）となる位置ｅ１やｆ１に相当するゲイン値になるようにＢアンプ及びＲアンプを調整する。

このとき、Ｂアンプのゲイン値のみを調整（制限）すると、ａやｂはａ２やｂ２の位置となり、Ｂ信号［青］のレベルのみが減少した黄色い画像になる。一方、ｅやｆはｅ２やｆ２の位置となり、Ｂ信号［青］のレベルのみが増した青い画像になる。

実際の光源色は、それぞれ黒体軌跡に沿ったオレンジ色方向又はシアン色方向であるので、Ｒアンプのゲイン値も調整し、黒体軌跡に沿って移動させたａ１やｂ１又はｅ１やｆ１のゲイン値にすると、それぞれ、光源のオレンジ色又はシアン色の色味がわずかに残った画像となる。

このような場合、色温度の高い光源の下（ｍｉｎ１以下）や色温度の低い光源下（ＭＡＸ１以上）で撮像すると、例えば、晴天時の日陰の下又は夕日の下などで撮影するときに、光源の色味を残した画像で撮影することができる。

図１２は、図１１の最大ゲイン値と最小ゲイン値をさらに制限したときの図を示したものであり、アンプゲイン調整部１０８は、図１１と同様に、ｃやｄに相当するゲイン値で増幅する色信号のときは、各アンプのゲイン値をそのままにして調整は行わず、ａやｂ、ｅやｆに相当するゲイン値で増幅する色信号の場合、ａやｂ、ｅやｆを色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動させ、図１１のＭＡＸ１やｍｉｎ１よりもさらに制限された最大ゲイン値（ＭＡＸ２）となる位置ａ１'やｂ１'、最小ゲイン値（ｍｉｎ２）となる位置ｅ１'やｆ１'に相当するゲイン値になるようにＢアンプ及びＲアンプを調整する。

このとき、Ｂアンプのゲイン値のみを調整（制限）すると、ａやｂはａ２'やｂ２'の位置となり、Ｂ信号［青］のレベルのみが減少した黄色い画像になり、一方、ｅやｆはｅ２'やｆ２'の位置となり、Ｂ信号［青］のレベルのみが増した更に青い画像になる。

このような場合、色温度のある程度高い光源（ｍｉｎ１〜ｍｉｎ２間）の下や色温度のある程度低い光源（ＭＡＸ１〜ＭＡＸ２間）の下、例えば、曇天下又はろうそくの灯の下などで撮影するときに、光源のシアン色又はオレンジ色の色味を残した画像を撮影することができる。

図１３は、図１２の最大ゲイン値と最小ゲイン値をさらに制限したときの図を示したものであり、制限値を大きくしたことによりｃやｄに相当する色信号も制限対象となり、アンプゲイン調整部１０８は、ａやｂ、ｅやｆに加え、ｃやｄに相当するゲイン値で増幅する色信号の場合に、ａ,ｂ,ｃ,ｄ,ｅ,ｆを色度座標上において、黒体軌跡に沿って平行移動させ、図１２のＭＡＸ２よりもさらに制限された最大ゲイン値（ＭＡＸ３）となる位置ａ１",ｂ１",ｃ１"、最小ゲイン値（ｍｉｎ３）となる位置ｄ１",ｅ１",ｆ１"に相当するゲイン値になるようにＢアンプ及びＲアンプを調整する。

このとき、Ｂアンプのゲイン値のみを調整（制限）すると、ａ,ｂ,ｃはそれぞれａ２",ｂ２",ｃ２"の位置となり、更にＢ信号［青］のレベルのみが減少した黄色い画像になる。一方、ｄ,ｅ,ｆはそれぞれｄ２",ｅ２",ｆ２"の位置となり、Ｂ信号［青］のレベルのみが増した更に青い画像になる。

このような場合、色温度のやや高い光源（ｍｉｎ２〜ｍｉｎ３間）の下や色温度のやや低い光源（ＭＡＸ２〜ＭＡＸ３間）の下、例えば、北方からの太陽光の下又は白熱電球の下などで撮影するときに、光源のシアン色又はオレンジ色の色味を残した画像を撮影することができる。

なお、ｃに比べてａやｂに該当する位置の方がオレンジ色（暖色）は強くなる。オレンジ色が強いほど暖色の多い場面や夕景を表現したい時などに適した画像となり、ｄに比べてｅやｆに該当する位置の方がシアン色（寒色）は強くなり、シアン色が強いほど寒色の多い場面を表現したい時などに適した画像となる。

本願発明に係る撮像装置における主要部の構成を簡略化して示したブロック図である。 図１に示した撮像装置において、ＷＢアンプのゲイン値を調整するときフローチャートである。 図１に示した撮像装置において、Ｂアンプのゲイン値を制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図１に示した撮像装置において、Ｒアンプのゲイン値を制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図１に示した撮像装置において、Ｂアンプの最小ゲイン値を制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図５に示したＢアンプの最小ゲイン値をさらに制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図６に示したＢアンプの最小ゲイン値をさらに制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図１に示した撮像装置において、Ｂアンプの最大ゲイン値を制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図８に示したＢアンプの最大ゲイン値をさらに制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図９に示したＢアンプの最大ゲイン値をさらに制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図１に示した撮像装置において、Ｂアンプの最小ゲイン値と最大ゲイン値を制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図１１に示したＢアンプの最小ゲイン値と最大ゲイン値をさらに制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。 図１２に示したＢアンプの最小ゲイン値と最大ゲイン値をさらに制限したときの調整動作を模式的に示した説明図である。

符号の説明

１０１；撮像レンズ
１０２；撮像素子
１０３；Ｓ／Ｈ（Sample/Hold）回路
１０４；ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路
１０５；Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路
１０６；ＷＢアンプ（ホワイトバランスアンプ）
１０７；ＷＢゲイン設定部（ホワイトバランスゲイン設定部）
１０８；アンプゲイン調整部

Claims (3)

1. カラー画像を構成する色信号のレベルを調整することによりホワイトバランスを調節することができる撮像装置であって、
   前記色信号のレベルを調整するゲイン値に対して制限値を設定できるゲイン設定手段と、
   色度座標における完全放射体の色温度の変化の軌跡を示す黒体軌跡をデータとして備え、前記ゲイン値を調整することができるゲイン調整手段と、
   前記ゲイン調整手段で調整されたゲイン値に基づいて前記色信号のレベルを増幅する色信号増幅手段と、を具備し、
   前記ゲイン調整手段は、前記ゲイン設定手段で設定された制限値に従い、所定レベルを超える色信号を増幅するときに、該色信号に適用する前記色信号増幅手段のゲイン値を、前記色度座標上において、前記黒体軌跡に沿って平行移動し、前記設定された制限値となる位置に調整することを特徴とする撮像装置。
2. 前記ゲイン設定手段は、前記制限値として、前記ゲイン値の最大値及び最小値の何れか一方又は両方を設定できることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. カラー画像を構成する色信号のレベルを調整することによりホワイトバランスを調節することができる撮像方法であって、
   前記色信号のレベルを調整するゲイン値に対して制限値を設定するゲイン設定過程と、
   色度座標における完全放射体の色温度の変化の軌跡を示す黒体軌跡をデータとして備え、前記ゲイン値を調整するゲイン調整過程と、
   前記ゲイン調整手段で調整されたゲイン値に基づいて前記色信号のレベルを増幅する色信号増幅過程と、を具備し、
   前記ゲイン調整過程は、前記ゲイン設定過程で設定された制限値に従い、所定レベルを超える色信号を増幅するときに、該色信号に適用する前記色信号増幅手段のゲイン値を、前記色度座標上において、前記黒体軌跡に沿って平行移動し、前記設定された制限値となる位置に調整することを特徴とする撮像方法。

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