JP4519306B2

JP4519306B2 - フリッカ除去装置

Info

Publication number: JP4519306B2
Application number: JP2000343629A
Authority: JP
Inventors: 日美生山内
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002152604A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蛍光灯フリッカの影響を受ける撮像素子を用いたデジタルカメラにおける蛍光灯フリッカを防止するフリッカ除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
商用交流電源で点滅する一般的な蛍光灯は、電源の周波数が５０Ｈｚの場合１／１００秒、６０Ｈｚの場合１／１２０秒の周期で明滅を繰り返す。このような入射光を撮像素子で電気信号に変換し読み出すときに、撮像管やＭＯＳ型固体撮像素子を使用した場合には、読み出す画素の位置により露光開始時刻が異なるため、同一のフレームもしくはフィールド（ここでの説明ではこれらを合わせてフレームと記する。）内においても、各画素の露光時間内に入射する光量の総和は異なることとなる。そのため、同一フレーム内においても１／１００秒または１／１２０秒の周期で明るい部分と暗い部分が生じる。このような現象がフリッカである。
【０００３】
従来、上記のような同一フレーム内において発生するフリッカの影響を受けない良好な画像を得るために、１フレームをフリッカ成分がほぼ同一とみなせる領域、例えば１ラインずつに分割し、各領域毎にフリッカ補正ゲインを求めるフリッカ補正装置が提案されている。
【０００４】
この場合、フリッカの有無にかかわらず、常にフリッカ補正ゲインを求めて補正を行うため、特にフリッカ除去装置を必要としない。しかし、フリッカ成分がほぼ同一とみなせる領域は小さく、領域の数が多くなるため、領域毎にフリッカ補正ゲインを求める回路を設けると回路規模が大きくなる。また、１フレーム内の各所でゲインが異なるため、１フレーム内でＳ／Ｎのバラツキが発生し、画像の品位を低下させてしまう。さらに、動きがある被写体に対して不安定なため、安定化を図るための回路が必要となる。
【０００５】
上記した不具合のない別の提案として、撮像素子の露光時間を１／１００秒の整数倍または１／１２０秒の整数倍にして露光開始時刻が異なっても各画素の露光時間内に入射する光量の総和を同じにし、フリッカの発生自体を防ぐものがある。この場合、１／１００秒の整数倍にする、１／１２０秒の整数倍にするの判断は撮影者自身が行うか、あるいは、撮像素子とは別に測光素子を設け、それと光源の明滅周期を検出する手段からなるフリッカ除去装置により判断していた。
【０００６】
図５は、上記測光素子を設けた場合の従来例を示すものである。固体撮像素子５１は駆動回路５２により駆動されて被写体の光学像を電気信号に変換して出力する。信号処理回路５３は、固体撮像素子５１から出力された信号から輝度信号Ｙを生成して出力する。
【０００７】
一方、測光素子５４は光源の照度を検出して明滅周期検出回路５５に送り、明滅周期検出回路５５は照度の変化から光源の明滅周期が１／１００秒であるか１／１２０秒であるかを検出する。露光時間決定回路５６は明滅周期検出回路５５の出力から露光時間を１／１００秒の整数倍にするか１／１２０秒の整数倍にするかを決め、輝度信号Ｙから好適な倍数を算出して、露光時間を決定し、駆動回路５２に指示する。駆動回路５２はこれに従い固体撮像素子５１を駆動する。
【０００８】
このように、固体撮像素子の露光時間を自動的にフリッカの発生しない露光時間に設定すれば、同一フレーム内において発生するフリッカの影響のない良好な画像を得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のフリッカ除去装置を用いる場合、固体撮像素子とは別に測光素子を設ける必要があり、部品点数が増えるほか、カメラ筐体表面に測光素子用の受光部を設ける必要があることからデザイン上の制約も発生してしまっていた。
【００１０】
そこで、この発明は、回路規模を大きくすることなく、１フレーム内でのＳ／Ｎのバラツキもなく、動きがある被写体に対して不安定にならずにフリッカの影響のない良好な画像を得ることができるフリッカ除去装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、この発明のフリッカ除去装置では、同一のフレームまたはフィールド内においてもライン毎に各画素の露光時間内に入射される光量の総和が異なる固体撮像素子と、前記固体撮像素子より出力される映像信号の中から輝度信号成分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段より得られるライン毎の輝度成分を積分し、ライン毎の平均値を求め、複数のフレームまたはフィールドの同一の前記ラインとの平均値を比較し、比較結果に基づきフリッカを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づき前記固体撮像素子の露光時間を制御する制御手段とを備え、前記検出手段は、露光開始時刻が光源の明滅周期の１／２ずつ異なる複数のライン毎に輝度を積分し、各ライン内の輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、前記輝度平均算出手段の出力の前フレームからの変化を検出する変化検出手段と、前記複数ライン毎の前記変化検出手段の出力同士を比較する比較手段と、前記比較手段により複数フレームに渡り露光開始時刻が光源の明滅周期の１／２だけ異なるライン同士が逆の変化をしていることを検知した場合にフリッカが存在していることを示す信号を発生する信号発生手段とを具備してなることを特徴とする。
【００１２】
この手段によれば、固体撮像素子の露光時間を、１／１００秒の整数倍または１／１２０秒の整数倍にしてフリッカの発生自体を防ぐ。これにより、回路規模を大きくすることなく、１フレーム内でのＳ／Ｎのバラツキもなく、動きがある被写体に対してフリッカの影響のない安定した良好な画像を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施の形態について説明するためのシステム図である。図１において、駆動回路１１により駆動される固体撮像素子１２は、被写体の光学像を電気信号に変換して出力する。その出力が供給される信号処理回路１３では、固体撮像素子１２より得られる出力信号の中から輝度信号Ｙを生成してフリッカ検出回路１４の輝度平均算出部１４１に供給する。輝度平均算出部１４１では、１ラインの輝度信号を積分して１ライン内の輝度信号の平均値を算出する。
【００１４】
輝度平均算出ライン選択信号発生部１４２には、垂直同期信号ａ、水平同期信号ｂ、１／２００秒が何ライン分の期間に相当するかを示す１／２００秒設定信号ｃ、１／２４０秒が何ライン分の期間に相当するかを示す１／２４０秒設定信号ｄ、光源周波数設定信号ｅをそれぞれ供給する。
【００１５】
ここで光源周波数設定信号ｅが５０Ｈｚ蛍光灯のフリッカを検出するよう指示した場合には、１／２００秒間隔で輝度平均を算出するラインを選択するよう輝度平均算出ライン選択信号ｆを出力し、光源周波数設定信号ｅが６０Ｈｚ蛍光灯のフリッカを検出するよう指示した場合は、１／２４０秒間隔で輝度平均を算出するラインを選択するよう輝度平均算出ライン選択信号ｆを出力する。
【００１６】
この例では５つの水平ラインを選択しているが、５ラインでなくてもかまわない。輝度平均算出ライン選択信号ｆと輝度平均算出部１４１の出力および選択部１４３と輝度平均記憶部１４４１〜１４４５により、露光開始時刻が光源の明滅周期の１／２ずつ異なる５つのライン毎の輝度平均値を得る。露光開始時刻は輝度平均記憶部１４４１のものが最も早く、以降、輝度平均記憶部１４４２，１４４３，１４４４，１４４５の順になっているとする。この例では５つのラインで輝度平均算出部１４１を共用したが、各ラインに輝度平均算出部１４１を設けてもよい。
【００１７】
次に、各ラインの輝度平均値はそれぞれ前フレームからの変化検出部１４５１〜１４５５にそれぞれ入力し、そこで現フレームと前フレームの輝度平均値を比較して増加／減少／変化なしを判定する。このとき、ある一定レベル以上変化がないと増加／減少したとしない回路を設けて、検出結果を安定させるようにしてもよい。
【００１８】
前フレームからの変化検出部１４５１〜１４５５の出力は、比較判定部１４６に入力し、比較判定部１４６はフリッカを検出し、ここからフリッカ検出信号ｇを出力する。
【００１９】
比較判定部１４６では、ある任意の複数フレームにわたり、前フレームからの変化検出部１４５１，１４５３，１４５５の出力同士、前フレームからの変化検出部１４５２，１４５４の出力同士が同じで、かつ、前フレームからの変化検出部１４５１，１４５３，１４５５の出力と前フレームからの変化検出部１４５２，１４５４の出力が逆の変化を示したとき、フリッカが存在すると判定する。
【００２０】
フリッカ検出信号ｇは、露光時間決定回路１５に供給し、５０Ｈｚ蛍光灯フリッカの存在を示す信号を送ってきた場合には、露光時間を１／１００秒の整数倍にし、６０Ｈｚフリッカの存在を示す信号を送ってきた場合には、１／１２０秒の整数倍にする。そして、それぞれの場合に輝度信号Ｙから好適な倍数を算出して、露光時間を決定し、駆動回路１１に指示する。この指示に従い、駆動回路１１は固体撮像素子１２を駆動する。
【００２１】
このようにして、固体撮像素子１２とは別に測光素子を設けなくともフリッカの検出が可能となり、検出結果に基づいてフリッカの発生を防止することができる。
【００２２】
図２に、この実施の形態における輝度平均算出ラインの選択例を示す。これはフレームレートが３０フレーム／秒のとき、５０Ｈｚ蛍光灯によるフリッカを検出する場合である。
【００２３】
この例では信号処理して得られた輝度信号を積分していたが、例えば、色フィルタ配列が原色ベイヤ配列である固体撮像素子１２の出力をそのまま積分して輝度平均値を算出することも可能である。この場合、固体撮像素子１２の出力がＲＧＲＧ・・・・となるラインと隣接したＧＢＧＢ・・・・となるラインの２ラインの出力を１つの積分器で積分し、得られたＲ＋２Ｇ＋Ｂ信号の平均値を輝度平均値とする。図２で示すライン１、２、３、４、５も、それぞれ２ライン１組でライン１、２、３、４、５となる。
【００２４】
図３は、この発明の第２の実施の形態について説明するためのシステム図である。図１の実施の形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【００２５】
すなわち、駆動回路１１により駆動されて固体撮像素子１２は、被写体の光学像を電気信号に変換して出力し、その出力から信号処理回路１３は輝度信号Ｙを生成して出力する。
【００２６】
５０Ｈｚ蛍光灯フリッカ検出回路１４ａは、露光開始時刻が１／２００秒ずつ異なる複数のラインの輝度平均値の変化から５０Ｈｚ蛍光灯によるフリッカを検出し、６０Ｈｚ蛍光灯フリッカ検出回路１４ｂは露光開始時刻が１／２４０秒ずつ異なる複数のラインの輝度平均値の変化から６０Ｈｚ蛍光灯によるフリッカを検出する。
【００２７】
露光時間決定回路１５は、５０Ｈｚ蛍光灯フリッカ検出回路１４ａがフリッカの存在を示すフリッカ検出信号ｇ１を送ってきた場合には、露光時間を１／１００秒の整数倍にし、６０Ｈｚ蛍光灯フリッカ検出回路１４ｂがフリッカの存在を示すフリッカ検出信号ｇ２を送ってきた場合には、１／１２０秒の整数倍にする。そして、それぞれの場合に輝度信号Ｙから好適な倍数を算出して、露光時間を決定し、駆動回路１１に指示する。駆動回路１１はこれに従い固体撮像素子１２を駆動する。
【００２８】
この実施の形態では、蛍光灯フリッカが存在しない場合には、通常どおり固体撮像素子１２の露光時間を自由に設定でき、蛍光灯フリッカが存在した場合にだけ、固体撮像素子１２の露光時間を自動的にフリッカの発生しない露光時間に設定して同一フレーム内において発生するフリッカの影響のない良好な画像を得ることができる。
【００２９】
図４は、この発明の第３の実施の形態について説明するためのシステム図であり、図１と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【００３０】
駆動回路１１により駆動される固体撮像素子１２では、被写体の光学像を電気信号に変換して出力し、その出力を信号処理回路１３に供給する。信号処理回路１３では、供給された信号の中から輝度信号Ｙを生成して出力する。露光時間決定回路１５は固体撮像素子１２の露光時間を１／１００秒の整数倍か１／１２０秒の整数倍とし、輝度信号Ｙから好適な倍数を算出して、露光時間を決定する。また、現在、１／１００秒の整数倍としているか１／１２０秒の整数倍としているかを示す光源の明滅周期ｈを、５０Ｈｚ／６０Ｈｚ蛍光灯フリッカ検出回路１４ｃに送る。
【００３１】
５０Ｈｚ／６０Ｈｚ蛍光灯フリッカ検出回路１４ｃは、露光時間決定回路１５が露光時間を１／１００秒の整数倍としているときには、５０Ｈｚ蛍光灯下においてフリッカが発生しないため、６０Ｈｚ蛍光灯によるフリッカだけを検出すればよい。逆に、露光時間決定回路１５が露光時間を１／１２０秒の整数倍としているときには、６０Ｈｚ蛍光灯下においてフリッカが発生しないため、５０Ｈｚ蛍光灯によるフリッカだけを検出すればよい。そのため、５０Ｈｚ／６０Ｈｚ蛍光灯フリッカ検出回路１４ｃは、露光時間決定回路１５が露光時間を１／１００秒の整数倍としているときには、露光開始時刻が１／２４０秒ずつ異なる複数のラインの輝度平均値の変化から６０Ｈｚ蛍光灯によるフリッカを検出し、もしフリッカが存在する場合には、フリッカ検出信号ｇにより露光時間決定回路１５に露光時間を１／１２０秒の整数倍にするよう指示する。また、露光時間を１／１２０秒の整数倍としているときには、露光開始時刻が１／２００秒ずつ異なる複数のラインの輝度平均値の変化から５０Ｈｚ蛍光灯によるフリッカを検出し、もしフリッカが存在する場合には、フリッカ検出信号ｇにより露光時間決定回路１５に露光時間を１／１００秒の整数倍にするよう指示する。
【００３２】
このようにすれば、蛍光灯フリッカが存在しない場合にも固体撮像素子１２の露光時間が１／１００秒の整数倍か１／１２０秒の整数倍になってしまうものの、第２の実施の形態に比べてフリッカ検出回路を１つに減らすことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のフリッカ除去装置によれば、測光素子を設ける必要がないばかりか、部品点数を増やさずに特定の固体撮像素子により発生するフリッカの除去を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態について説明するためのシステム図。
【図２】図１の動作について説明するための説明図。
【図３】この発明の第２の実施の形態について説明するためのシステム図。
【図４】この発明の第３の実施の形態について説明するためのシステム図。
【図５】従来のフリッカ除去装置について説明するためのシステム図。
【符号の説明】
１１…駆動回路、１２…固体撮像素子、１３…信号処理回路、１４，１４ａ〜１４ｃ…フリッカ検出回路、１４１…輝度平均算出部、１４２…ライン選択信号発生部、１４３…選択部、１４４１〜１４４５…輝度平均記憶部、１４５１〜１４５５…変化検出部、１４６…比較判定部、１５…露光時間決定回路。

Claims

同一のフレームまたはフィールド内においてもライン毎に各画素の露光時間内に入射される光量の総和が異なる固体撮像素子と、
前記固体撮像素子より出力される映像信号の中から輝度信号成分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段より得られるライン毎の輝度成分を積分し、ライン毎の平均値を求め、複数のフレームまたはフィールドの同一の前記ラインの平均値を比較し、比較結果に基づきフリッカを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づき前記固体撮像素子の露光時間を制御する制御手段とを備え、
前記検出手段は、
露光開始時刻が光源の明滅周期の１／２ずつ異なる複数のライン毎に輝度を積分し、各ライン内の輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、
前記輝度平均算出手段の出力の前フレームからの変化を検出する変化検出手段と、
前記複数ライン毎の前記変化検出手段の出力同士を比較する比較手段と、
前記比較手段により複数フレームに渡り露光開始時刻が光源の明滅周期の１／２だけ異なるライン同士が逆の変化をしていることを検知した場合にフリッカが存在していることを示す信号を発生する信号発生手段と
を具備してなることを特徴とするフリッカ除去装置。
前記検出手段は、比較した結果が所定レベル以上ある場合に、フリッカ検出信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のフリッカ除去装置。
前記検出手段は、５０Ｈｚの蛍光灯フリッカおよび６０Ｈｚの蛍光灯フリッカを検出することを特徴とする請求項１に記載のフリッカ除去装置。