JP4477754B2 - カラーテレビジョンカメラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子から得られる撮像映像信号を基に、白バランスを自動的に調整するカラーテレビジョンカメラの自動白バランス調整方式の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来からカラーテレビジョンカメラにおいては、撮影状況毎に光源から被写体に照射される光の波長分布の違いを補正するために、白バランス調整を行なうことで、白色光下における被写体の色を再現可能にすることが要求されている。
【0003】
この白バランス調整は、R、G、B各映像信号の比が、白色被写体撮像時に1:1:1となるように各色信号の利得を調整するようにされる。例えば、実開平03-069986号公報に示される様な手段により、R、G、B撮像映像信号のピーク値を検出し、各色信号のピーク値が等しくなるようにR、B信号の利得を調整する方式が用いられる。
【0004】
図1は、白バランス調整を行うテレビジョンカメラのブロック構成例を示す図である。この図において、レンズ1を通過した撮像光がプリズム2によりR、G、Bの色成分に分光され各分光光が撮像素子3,4,5により光電変換されてR、G、B各映像信号が得られ、それら映像信号がプリアンプ回路6によりそれぞれ信号処理される。プリアンプ回路6から出力された各映像信号は、G映像信号がそのまま後段の信号処理回路(図示せず)へ、また、R映像信号及びB映像信号がそれぞれR利得制御回路7、B利得制御回路8を経てその信号処理回路へ出力される。さらに、ピーク検出回路9に入力され、1フィールド期間毎に、プリアンプ回路6からのR、G、B映像信号各々のピーク値がサンプルホールドされピーク検出値PHr,PHg,PHbがそれぞれ得られる。
【0005】
前記R、G、B各映像信号が各々サンプルホールドされたピーク検出値は、A/D変換器10によりデジタル信号に変換され、その信号がマイクロコンピュータ11に取り込まれる。
【0006】
以上のようなカラーテレビジョンカメラによって従来から行われている白バランス調整手順について、以下説明する。まず、マイクロコンピュータ11ではG信号のピーク検出値に対してR、B信号の各ピーク検出値が等しくなるよう、R利得制御回路7の利得を制御するための制御電圧とB利得制御回路8の利得を制御するための制御電圧をそれぞれ求め、D/A変換器12を介してそれぞれ制御信号Gr,Gbを出力することによりR利得制御回路7とB利得制御回路8の利得が制御されて、白バランス調整を行う。
【0007】
なお、ここで説明する従来の方式としては、白色光下における被写体の色を精度よく再現可能にするために、白色被写体を撮像した状態でもって白バランス調整を行うことが要求されるものである。そして、そのような状態で調整することで、R、B利得制御回路7および8からの制御信号Gr、Gbは、図2に示す色温度適正制御範囲内で変化するものとなる。
【0008】
ところが、もし、撮像映像に白色被写体が含まれないような状況、例えば、芝生(緑色)を画面いっぱいに撮影した場合に、上述の従来方式で白バランス調整を行うとすると、R、B利得制御回路7および8からの制御信号Gr、Gbの目標値(補正対象色信号量)は図3に示す領域Aに分布することになり、例えば、図4に示すような点M1(MGb1,MGr1)となる。また、緑色と補色の関係にあるマゼンダ色の被写体を画面いっぱいに撮影した場合には、制御信号Gr、Gbの目標値は図3の領域A'に分布し、例えば、図4の点M2(MGb2,MGr2)となる。そして、これら目標値点M1(MGb1,MGr1)やM2(MGb2,MGr2)となるR、B利得制御回路の制御信号Gr、Gbを出力すると、撮影した被写体の色を打ち消すようにR、B利得制御回路が働き白くなってしまう。
【0009】
そこで、上述の方式を改良した従来の技術としては、図4に示すように色温度適正制御範囲外となる目標値点M1(MGb1,MGr1)やM2(MGb2,MGr2)を色温度適正制御範囲の境界線L1、または、L2と直行する方向に修正を加え、境界線L1、L2との交点T1(Gb1,Gr1)、T2(Gb2,Gr2)に変換した値をR、B利得制御回路の制御信号Gr、Gbとすることにより、白バランスの引き込みを抑え被写体の元の色あいを残す自動白バランス調整動作を実現している。
【0010】
上記の利得制御はマイクロコンピュータにおけるプログラム処理によって行っており、そのフローチャートを図8に示す。このホワイトバランス処理プログラムは、自動白バランス調整モードになっている間は数フィールド間隔で繰り返し実行するもので、光源の色温度変化に追随しながら白バランス調整を行なうことができる。
【0011】
制御信号Gr,Gb各々の制御範囲は0〜5VでR、B利得の調整範囲は-6dB〜+6dBであり、色温度適正制御範囲は次式(式1)を満たす領域である。
4.0(V) ≦ Gr + Gb ≦ 5.5(V) ・・・ (式1)
色温度適正制御範囲の境界線L1は次式(式2)、L2は次式(式3)を満たす直線である。
L1:Gr + Gb = 5.5(V) ・・・ (式2)
L2:Gr + Gb = 4.0(V) ・・・ (式3)
また、GrC,GbCは制御信号Gr,Gb各々の制御電圧の中心値2.5Vを表し、Grold,Gboldは出力中の制御信号Gr,Gbを表し、MGr,MGbは利得制御目標値の算出結果を表す。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の方式において、例えば、赤、青、黄、シアンのいずれか単色の映像を撮像した場合に、その撮像された色の飽和度が大きい(色が濃い)場合には、その色相が変化して別の色あいに変ってしまうという問題が生じる。
この問題は、R、B利得制御回路の制御信号Gr、Gbの可変電圧範囲が例えば0〜5Vであって、その範囲内に撮像した単色の映像信号から得られるR、G、B映像信号の各ピーク値の比を1:1:1とする目標値点M1(MGb1,MGr1)やM2(MGb2,MGr2)の信号電圧値が存在しないために、色温度適正制御範囲の境界線上への変換が正常に行えないことによって起こる。
本発明の目的は、飽和度が大きい単色を撮像した場合においても、色相の変化を抑制した自動白バランス調整動作を実現することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために、レンズと、レンズから入射した撮像映像信号をプリズムにより赤(以下R)、緑(以下G)、青(以下B)の各色成分に分光した分光光を光電変換してそれぞれR、G、B映像信号を得る撮像素子と、前記R、G、B映像信号をそれぞれ増幅するプリアンプ回路と、前記増幅されたR、B映像信号の利得を制御する利得制御回路と、前記利得制御されたR、G、B映像信号のピーク値を検出するピーク検出回路とを備え、該ピーク検出回路により検出されたピーク値に応じて前記利得制御回路の利得を制御することで前記映像信号の白バランス調整を行う白バランス調整回路を有するテレビジョンカメラにおいて、前記映像信号の色相情報を検出する手段を有し、該検出された色相情報に応じて前記R、B映像信号の利得制御回路の利得制御量が変化するようにしたもので、撮像映像に白い被写体が含まれていないような映像信号が前記撮像素子から出力されている状態においても前記白バランス調整された映像信号の色相の変化がより抑制された自動白バランス調整を可能とするものである。
【0014】
具体的には、各色信号のピーク値より利得制御目標値を算出し、該目標値が利得制御電圧における色温度適正制御範囲の内側/外側のどちらに位置するのか判定を行い、内側であったならば該目標値を利得制御電圧として出力する。該目標値が色温度適正制御範囲の外側であった場合には該目標値を使って色相(赤、青、緑、黄色、マゼンダ、シアン)判定を行い、色相が緑、マゼンダであれば色温度適正制御範囲の境界線上への垂直変換を行い利得制御電圧として出力する。色相が赤、青、黄色、シアンであったならば、各色相毎にR、G、B信号のピーク値の大小関係を判定することにより、該目標値が利得制御電圧の制御範囲の内側/外側のどちらに位置しているかが判り、制御範囲内であれば該目標値を垂直変換し利得制御電圧として出力し、制御範囲外であればR、Bどちらかの利得制御目標値を優先させる色優先変換を行い利得制御電圧として出力する。この色優先変換を行うことによって色相変化を抑制することが出来る。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従い本発明の実施例について説明する。図1は本発明の実施例に係わる白バランス調整回路を有するカラーテレビジョンカメラのブロック構成例を示す図である。この図において、レンズ1を通過した撮像映像信号は、プリズム2によりR、G、Bの色成分に分光され、各分光光が各々撮像素子3,4,5により光電変換された後、該光電変換されて得られたR,G,B各映像信号がプリアンプ回路6によりそれぞれ信号処理される。そして、プリアンプ回路6からのG映像信号は直接、R映像信号及びB映像信号はそれぞれR利得制御回路7、B利得制御回路8を経て後段の信号処理回路へ送られる。同時に、ピーク検出回路9において1フィールド期間毎にR、G、B各映像信号のピーク検出値PHr,PHg,PHbがそれぞれサンプルホールドされる。前記各色映像信号毎にサンプルホールドされて得られたピーク検出値をA/D変換器10によりデジタル信号に変換し、該変換されたデジタル信号がマイクロコンピュータ11に取り込まれる。
【0016】
ここで、上述の従来の白バランス調整方式と異なるのは、このマイクロコンピュータ11により入力された映像信号の色相情報を検出する手段を実現していることである。なお、この手段はマイクロコンピュータの動作を適宜制御することで実現される。さらに、図9、図10、図11に示したフローチャートに従ったプログラム処理により、マイクロコンピュータ11は、R、B利得制御回路7および8に対して、D/A変換器12から出力される制御信号Gr、Gbの出力値を決めるようにする。
【0017】
まず、図9に示すプログラム処理において、PHr,PHg,PHbデータより利得制御目標値点M(MGb,MGr)を次式(式4)および(式5)に従い算出する。
MGr = Grold - (PHr - PHg)/2 ・・・ (式4)
MGb = Gbold - (PHb - PHg)/2 ・・・ (式5)
ここで、Grold、Gboldは、PHr,PHg,PHbをサンプリングした時のD/A変換器12より出力される制御信号Gr、Gbの信号値である。さらに、求めた目標値点M(MGb,MGr)が図5に示すどの領域に分布しているかの判定を行う。
【0018】
図5はR、B利得制御回路の制御信号Gr、Gbが、例えば、赤、青,緑,黄色、マゼンダ、シアンのいずれかの単色を撮像した時に、緑は領域▲1▼、シアンは領域▲2▼、黄色は領域▲3▼、マゼンダは領域▲4▼、青は領域▲5▼、赤は領域▲6▼に分布するように領域別けしたものである。
【0019】
目標値点M(MGb,MGr)が判定式(式6)を満たす場合は領域▲1▼,▲2▼,▲3▼における変換処理サブプログラム「変換1」(図10に示す)の処理が実行され、その処理による変換結果をR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、GbとしてD/A変換器12へ出力する。
【0020】
目標値点M(MGb,MGr)が判定式(式7)を満たす場合は領域▲4▼,▲5▼,▲6▼における変換処理サブプログラム「変換2」(図11に示す)の処理が実行され、その処理による変換結果をR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、GbとしてD/A変換器12へ出力する。
L1 < MGr + MGb ・・・ (式6)
MGr + MGb < L2 ・・・ (式7)
前記の判定式(式6)、(式7)の両方を満たさない場合が、前述の(式1)を満たすことになり、従って、色温度適正制御範囲内に目標値点M(MGb,MGr)があることになるので、目標値点M(MGb,MGr)をR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、GbとしてD/A変換器12へ出力する。
【0021】
次に、図10に示す領域▲1▼,▲2▼,▲3▼における変換処理サブプログラム「変換1」の処理内容について説明する。
目標値点M(MGb,MGr)が判定式(式8)、(式9)の両方を満たさない場合は、該目標値点M(MGb,MGr)が領域▲1▼に分布していることになるので、撮像した被写体は緑の色相であることから、色温度適正制御範囲の境界線L1上に垂直変換する。
MGr < GrC(2.5(V)) ・・・ (式8)
MGb < GbC(2.5(V)) ・・・ (式9)
【0022】
図6は目標値点M(MGb,MGr)が領域▲4▼,▲5▼,▲6▼に分布した場合の変換状態の概要を示しており、領域▲1▼に分布する目標値点M3(MGb3,MGr3)は垂直変換することにより色温度適正制御範囲の境界線L1上のT3(Gb3,Gr3)となり、変換結果T3(Gb3,Gr3)をR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、Gbとする。
【0023】
目標値点M(MGb,MGr)が判定式(式8)を満たす場合は、該目標値点M(MGb,MGr)が領域▲3▼に分布していることから領域▲3▼における処理を行う。また、撮像した被写体は黄色の色相であることが予測できる。
【0024】
領域▲3▼における処理では、判定式(式10)によりR、G、B信号のピーク値の関係を調べ、判定式(式10)を満たす場合は該目標値点M(MGb,MGr)を領域▲1▼と同様の垂直変換を行う。
|PHb-PHg| ≦ |PHr-PHg| ・・・ (式10)
判定式(式10)を満たさない場合は、R、B利得制御回路の制御信号Gr、Gbの可変範囲内では撮像映像信号から得たR、G、B信号の各ピーク値の比を1:1:1とする目標値が存在しない濃い黄色であることになるので、該目標値点M(MGb,MGr)のR制御電圧MGrを優先させ演算式(式11)、(式12)により色優先変換を行う。
Gr = MGr ・・・ (式11)
Gb = L1 - MGr ・・・ (式12)
【0025】
図6において変換の概要を説明すると、領域▲3▼に分布する目標値点M5(MGb5,MGr5)の色温度適正制御範囲の境界線L1上への変換は、判定式(式10)を満たす場合には垂直変換することによってT5(Gb5,Gr5)となり、判定式(式10)を満たさない場合はR制御電圧MGrを優先させた色優先変換を行うことによってT'5(Gb'5,Gr'5)となる。この変換結果T5(Gb5,Gr5)または、T'5(Gb'5,Gr'5)をR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、Gbとする。
【0026】
目標値点M(MGb,MGr)が判定式(式9)を満たす場合は、該目標値点M(MGb,MGr)が領域▲2▼に分布していることから領域▲2▼における処理を行う。また、撮像した被写体はシアンの色相であることが予測される。
【0027】
領域▲2▼における処理では、判定式(式13)によりR、G、B信号のピーク値の関係を調べ、判定式(式13)を満たす場合は該目標値点M(MGb,MGr)を領域▲1▼と同様の垂直変換を行う。
|PHr-PHg| ≦ |PHb-PHg| ・・・ (式13)
判定式(式13)を満たさない場合は、R、B利得制御回路の制御信号Gr、Gbの可変範囲内では撮像映像信号から得たR、G、B信号の各ピーク値の比を1:1:1とする目標値が存在しない濃いシアンであることになるので、該目標値点M(MGb,MGr)のB制御電圧MGbを優先させ演算式(式14)、(式15)により色優先変換を行う。
Gr = L1 - MGb ・・・ (式14)
Gb = MGb ・・・ (式15)
【0028】
図6において変換の概要を説明すると、領域▲2▼に分布する目標値点M4(MGb4,MGr4)の色温度適正制御範囲の境界線L1上への変換は、判定式(式13)を満たす場合には垂直変換することによってT4(Gb4,Gr4)となり、判定式(式13)を満たさない場合はB制御電圧MGbを優先させた色優先変換を行うことによってT'4(Gb'4,Gr'4)となる。この変換結果T4(Gb4,Gr4)または、T'4(Gb'4,Gr'4)をR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、Gbとする。
【0029】
次に、図11に示す領域▲4▼,▲5▼,▲6▼における変換処理サブプログラム「変換2」の処理内容について説明する。
目標値点M(MGb,MGr)が判定式(式16)、(式17)の両方を満たさない場合は、該目標値点M(MGb,MGr)が領域▲4▼に分布していることになるので撮像した被写体はマゼンダの色相であることから、色温度適正制御範囲の境界線L2上に垂直変換する。
GrC(2.5(V)) < MGr ・・・ (式16)
GbC(2.5(V)) < MGb ・・・ (式17)
【0030】
図7は目標値点M(MGb,MGr)が領域▲4▼,▲5▼,▲6▼に分布した場合の変換状態の概要を示しており、領域▲4▼に分布する目標値点M6(MGb6,MGr6)は垂直変換することにより色温度適正制御範囲の境界線L2上のT6(Gb6,Gr6)となり、変換結果T6(Gb6,Gr6)をR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、Gbとする。
【0031】
目標値点M(MGb,MGr)が判定式(式16)を満たす場合は、該目標値点M(MGb,MGr)が領域▲6▼に分布しているとから領域▲6▼における処理を行う。また、撮像した被写体は赤の色相であることが予測される。
【0032】
領域▲6▼における処理では、判定式(式18)によりR、G、B信号のピーク値の関係を調べ、判定式(式18)を満たす場合は該目標値点M(MGb,MGr)を領域▲4▼と同様の垂直変換を行う。
|PHr-PHg| ≦ |PHb-PHg| ・・・ (式18)
判定式(式18)を満たさない場合は、R、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、Gbの可変範囲内では撮像映像信号から得たR、G、B信号の各ピーク値の比を1:1:1とする目標値が存在しない濃い赤であることになるので、該目標値点M(MGb,MGr)のB制御電圧MGbを優先させ演算式(式19)、(式20)により色優先変換を行う。
Gr = L2 - MGb ・・・ (式19)
Gb = MGb ・・・ (式20)
【0033】
図7において変換の概要を説明すると、領域▲6▼に分布する目標値点M8(MGb8,MGr8)の色温度適正制御範囲の境界線L2上への変換は、判定式(式18)を満たす場合には垂直変換することによってT8(Gb8,Gr8)となり、判定式(式18)を満たさない場合はB制御電圧MGbを優先させた色優先変換を行うことによってT'8(Gb'8,Gr'8)となる。この変換結果T8(Gb8,Gr8)または、T'8(Gb'8,Gr'8)をR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、Gbとする。
【0034】
目標値点M(MGb,MGr)が判定式(式17)を満たす場合は、該目標値点M(MGb,MGr)が領域▲5▼に分布しているとから領域▲5▼における処理を行う。また、撮像した被写体は青の色相であるこことが予測される。
【0035】
領域▲5▼における処理では、判定式(式21)によりR、G、B信号のピーク値の関係を調べ、判定式(式21)を満たす場合は該目標値点M(MGb,MGr)を領域▲4▼と同様の垂直変換を行う。
|PHb-PHg| ≦ |PHr-PHg| ・・・ (式21)
判定式(式21)を満たさない場合は、R、B利得制御回路の制御信号Gr、Gbの可変範囲内では撮像映像信号から得たR、G、B信号の各ピーク値の比を1:1:1とする目標値が存在しない濃い青であることになるので、該目標値点M(MGb,MGr)のR制御電圧MGrを優先させ演算式(式22)、(式23)により色優先変換を行う。
Gr = MGr ・・・ (式22)
Gb = L2 - MGr ・・・ (式23)
【0036】
図7において変換の概要を説明すると、領域▲5▼に分布する目標値点M7(MGb7,MGr7)の色温度適正制御範囲の境界線L2上への変換は、判定式(式21)を満たす場合には垂直変換することによってT7(Gb7,Gr7)となり、判定式(式21)を満たさない場合はR制御電圧MGrを優先させた色優先変換を行うことによってT'7(Gb'7,Gr'7)となる。この変換結果T7(Gb7,Gr7)または、T'7(Gb'7,Gr'7)をR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、Gbとする。
【0037】
以上のプログラム処理によって、R、G、B信号のピーク値データからR、B利得制御回路7および8の制御信号Gr、Gbを求めてD/A変換器12から出力することにより白バランス調整を行う。
図9のホワイトバランス処理プログラムは、自動白バランス調整モードになっている間は数フィールド間隔で繰り返し実行するもので、光源の色温度変化や被写体の色変化に追随しながら白バランス調整を行う。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光源の色温度変化はもとより、撮像映像に白色被写体が含まれない様な状況においても被写体の色相変化を抑制し元の色あいを残す自動白バランス調整が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わる白バランス調整回路を有するカラーテレビジョンカメラのブロック構成例を示す図。
【図2】R、B利得制御回路の制御電圧範囲と色温度適正制御範囲の関係を示す図。
【図3】従来の方式による色温度適正制御範囲外の領域について説明するための図。
【図4】従来の方式による色温度適正制御範囲外データの変換結果の概要を説明するための図。
【図5】本発明の方式における色温度適正制御範囲外の領域について説明するための図。
【図6】,
【図7】本発明の方式における色温度適正制御範囲外データの変換結果の概要を説明するための図。
【図8】従来の方式におけるホワイトバランス調整プログラム処理を表すフローチャート。
【図9】,
【図10】,
【図11】本発明の方式におけるホワイトバランス調整プログラム処理を表すフローチャート。
【符号の説明】
1:レンズ、 2:プリズム、 3,4,5:撮像素子、 6:プリアンプ回路、7,8:利得制御回路、9:ピーク検出回路、 10:A/D変換器、11:マイクロコンピュータ、12:D/A変換器。
Claims (1)
- レンズと、レンズから入射した撮像映像信号をプリズムにより赤(以下R)、緑(以下G)、青(以下B)の各色成分に分光した分光光を光電変換してそれぞれR、G、B映像信号を得る撮像素子と、前記R、G、B映像信号をそれぞれ増幅するプリアンプ回路と、前記増幅されたR、B映像信号の利得を制御する利得制御回路と、前記利得制御されたR、G、B映像信号のピーク値を検出するピーク検出回路とを備え、該ピーク検出回路により検出されたピーク値に応じて前記利得制御回路の利得を制御することで前記映像信号の白バランス調整を行う白バランス調整回路を有するテレビジョンカメラにおいて、
前記映像信号の色相情報を検出する手段と、
前記利得制御されたR、G、B映像信号のピーク値より利得制御目標値を算出し、該目標値が利得制御電圧における色温度適正制御範囲の内側/外側のどちらに位置するのか判定する手段と、
色相毎に前記利得制御されたR、G、B信号のピーク値の大小関係を判定する手段と、
を有し、該検出された色相情報に応じて、
前記利得制御されたR、G、B映像信号のピーク値より利得制御目標値を算出し、該目標値が利得制御電圧における色温度適正制御範囲の内側/外側のどちらに位置するのか判定を行い、
内側であったならば該目標値を利得制御電圧として出力し、
該目標値が色温度適正制御範囲の外側であった場合には、該目標値を用いて赤、青、緑、黄色、マゼンダ、シアンのいずれの色相を有するか色相判定を行い、
色相が緑、マゼンダであれば、色温度適正制御範囲の境界線上への垂直変換を行い利得制御電圧として出力し、
色相が赤、青、黄色、シアンであれば、色相毎に前記利得制御されたR、G、B信号のピーク値の大小関係を判定することにより、該目標値が利得制御電圧の制御範囲の内側/外側のどちらに位置しているか判定を行い、制御範囲内であれば該目標値を垂直変換し利得制御電圧として出力し、制御範囲外であればR、Bどちらかの利得制御目標値を優先させる色優先変換を行い利得制御電圧として出力し、
前記R、B映像信号の利得制御回路の利得制御量が変化するようにしたことを特徴とするカラーテレビジョンカメラ。
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