JP5661330B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、色調整機能を有し、さらにホワイトバランス調整用信号とピント調整用信号とを別々に出力する機能を有するＴＶカメラや監視用カメラ等に好適な撮像装置に関する。

撮像光学系のピント位置（焦点位置）を自動的に検出するピント合わせの方法としてコントラストオートフォーカス方式（コントラストＡＦ）が知られている。このコントラストＡＦでは、撮像素子に取り込まれた映像データ（映像信号）に基づき、撮像素子の所定エリア内において映像信号のコントラスト差が最大になるようにフォーカスレンズを光軸方向に駆動させることで、ピント合わせを行っている。コントラストＡＦにおいて、映像信号のコントラスト差の大きさを表す映像信号がピント調整用信号である。このコントラストＡＦにおいては、被写体を照射する光束の分光特性により最良ピント位置がずれて検出されるといった問題があった。

これは光束の成分であるＲｅｄ（赤色光）、Ｇｒｅｅｎ（緑色光）、Ｂｌｕｅ（青色光）（以下これらを各々Ｒ，Ｇ，Ｂという）それぞれ波長成分が違う。このため、ピントを合わせる波長成分によっては、フォーカスレンズの光軸方向の位置が各色によってそれぞれ変わってきてしまう。この結果、画面全体がボケた映像になってしまうことがある。この問題を解決するために、あらかじめわかっている補助光の主成分（色）に対して、他の色成分よりも補助光の主成分に対応した色から得られるピント調整用信号に対するゲインを高めに設定した電子カメラが知られている（特許文献１）。

この他、コントラストＡＦにおいて被写体輝度が低い場合、ピント調整用信号が十分な大きさでないためピント合わせが行えないといった問題もあった。この問題を解決するために被写体の明るさが、基準値よりも輝度が低い場合、ＡＦ信号検出期間中だけ色バランスゲインを調整してＡＦを行う自動焦点検出装置が知られている（特許文献２）。

特開２００５−３５２２０８号公報 特開２００２−２８７０１３号公報

特許文献１の電子カメラでは、補助光の主成分（分光特性）があらかじめ分かっている必要があり、補助光の主成分がわからない場合には効果が得られず高精度なＡＦが難しい。特許文献２の自動焦点検出装置では被写体の明るさ（輝度）が基準値よりも低いときで、かつＡＦ信号検出期間だけ色バランスゲインを調整している。このため、出力される映像信号と、実際にピント合わせを行うピント調整用の映像信号がそれぞれ違ってくる。映像処理部に表示される映像信号とピント合わせを行う映像信号の分光特性が異なるとピントが合ったとしても実際に得られる映像がぼけてくることがある。

例えばＴＶカメラでは撮像素子を介して得られるデジタル映像信号に対し、ホワイトバランス（ＷＢ）をとるためのＷＢ調整用信号とコントラストＡＦによってピント位置を検出する（ピント合わせをする）ピント調整用信号を作成する。そしてオートホワイトバランス部（ＡＷＢ）ではＷＢ調整用信号を用いてＷＢ調整をして映像表示部にＷＢ調整された映像信号を出力する。

一方オートフォーカス部（ＡＦ）ではピント調整用信号を用いてオートフォーカスを行う。ＡＦでピント調整用信号はＡＷＢでＷＢ調整されていない信号（映像信号）である。このときＡＷＢでＷＢ調整されたＷＢ調整用信号とＡＦでピント調整を行うピント調整用信号の分光特性が異なっていると、ＡＦで検出されたピント位置における映像信号とＡＷＢでＷＢ調整され映像表示部に表示され映像信号と一致しないことがある。そうすると、映像表示部に表示される映像信号はピントの合っていないものとなる。

本発明は、映像表示部に出力される映像信号に対応してピント合わせをする映像信号を調整してピント合わせを行うことによって、常にピントのあった映像信号を映し出すことができる撮像装置の提供を目的としている。

本発明の撮像装置は、撮像光学系と、該撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、該撮像素子で得られた映像信号より、ホワイトバランスを調整するためのホワイトバランス調整用信号とピント調整をするためのピント調整用信号とを出力する映像信号処理部と、該映像信号処理部からのホワイトバランス調整用信号に対してホワイトバランス調整ゲインを調整して出力するオートホワイトバランス部と、該映像信号処理部からのピント調整用信号を用いて該撮像光学系のピント調整をする自動焦点検出部を有し、該映像信号処理部は、該オートホワイトバランス部によってホワイトバランス調整用信号を調整するホワイトバランス調整ゲインが変化したとき、前記オートホワイトバランス部からホワイトバランス調整ゲインに関する情報のフィードバックを受け、ピント調整用信号にかけるピント調整ゲインの増幅率をホワイトバランス調整ゲインに応じた増幅率で調整したピント調整用信号を出力することを特徴としている。

本発明によれば、映像表示部に出力される映像信号に対応してピント合わせをする映像信号を調整してピント合わせを行うことによって、常にピントのあった映像信号を映し出すことができる撮像装置が得られる。

本発明の実施例１の撮像装置の構成概略図 色成分によるピント位置の変動の説明図 ホワイトバランス調整の説明図 図１の一部分の構成の説明図 本発明の実施例２の撮像装置の構成概略図 図５の一部分の構成の説明図 ピント調整用信号の説明図

本発明の撮像装置は、撮像光学系１０１によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子１０２で映像信号を得る。そして映像信号より映像信号処理部１０５でホワイトバランスを調整するためのホワイトバランス調整用信号とピント調整をするためのピント調整用信号を作成する。オートホワイトバランス部（ＡＷＢ）１０６では、映像信号処理部１０５からのホワイトバランス調整用信号に対してホワイトバランス調整ゲインを調整して出力する。また自動焦点検出部（ＡＦ）１０８では、映像信号処理部１０５からのピント調整用信号を用いて撮像光学系１０１のピント調整をする。

ＡＷＢ１０６によってホワイトバランス調整用信号を調整するホワイトバランス調整ゲインが変化する場合がある。このとき、映像信号処理部１０５はピント調整用信号にかけるピント調整ゲインの増幅率をホワイトバランス調整ゲインに応じた増幅率で調整したピント調整用信号を出力する。自動焦点検出部１０８は、ピント調整ゲインがかけられたピント調整用信号を用いて、撮像光学系１０１のピント調整を行う。ＡＷＢ１０６でピント調整用信号が調整されるピント調整ゲインの増幅率の割合は、ホワイトバランス調整を行うために調整されるホワイトバランス調整ゲインの増幅率の割合と同じである。もしくは、各色成分ごとに重み付けを変えて調整されたピント調整ゲインの増幅率の割合と同じである。またＡＷＢ１０６でホワイトバランスを整えるためにホワイトバランス調整ゲインをかける目的以外でホワイトバランス調整ゲインの増幅率を調整する場合がある。このときはピント調整用信号にピント調整ゲインをかけている。

［実施例１］
図１は本発明の実施例１の撮像装置の要部概略図である。図１において撮像装置はレンズ群（撮像光学系）１０１を通して撮像素子１０２上に被写体像（画像）を結像する。ＡＧＣ（オートゲインコントロール）１０３で撮像素子１０２で得たアナログ映像信号に対してゲイン調整を行い、増幅率を調整してＡ／Ｄ変換１０４でアナログ映像信号からデジタル映像信号へ変換する。そして、デジタル映像信号に対し映像信号処理部１０５において、色・ピント・露出等を合わせるためのＷＢ（ホワイトバランス）調整用信号（ＷＢ信号）をＡＷＢ１０６へ出力する。また、ピント調整用信号（ＡＦ信号）をＡＦ１０８へ、露出調整用信号（ＡＥ信号）をＡＥ１１０を出力する。

映像信号処理部１０５から送られてくるＷＢ調整用信号を用いてＡＷＢ（オートホワイトバランス部）１０６はＷＢ（ホワイトバランス）調整を行い、その結果を映像信号処理部１０７に出力する。映像信号表示部１０７はＷＢ調整された映像信号を出力（表示）する。また、ＡＦ（自動焦点検出部）１０８は映像信号処理部１０５から送られてくるピント調整用信号が最大となるようレンズ群１０１の一部のフォーカスレンズを、レンズ駆動部１０９からの駆動力で光軸方向に駆動させてピント調整を行う。

ＡＦ１０８で得られるピント調整用信号が最も高くなる（コントラスト差が最大となる）フォーカスレンズの光軸上の位置が合焦点（ピント位置）として判定する。ＡＥ（自動露出部オートエクスポージャー）１１０は映像信号処理部１０５から送られてくる露出調整用信号を用いて映像信号に対する輝度の調整を行う。その際に絞り駆動部１１１にてレンズ群１０１中に設けた絞りの開口の開閉を行い、露出調整をするとともにＡＧＣ１０３において映像信号に対しゲインの増幅率を調整して同様に露出調整を行う。

本実施例の撮像装置では映像信号処理部１０５から出力される映像信号はＡＷＢ１０６でＷＢ処理によって各色ＲＧＢに対してゲイン調整がなされて映像信号表示部１０７に入力されている。このゲイン調整により各色の色成分の割合が変わる。このときＡＦ１０８に入力されるピント調整用信号に対してＡＷＢ調整が反映していないと、ＡＦ１０８では映像信号表示部１０７で表示される映像と違った映像信号に対してピント合わせを行うことになる。そうすると、映像信号表示部１０７で表示される映像信号のピントがずれて映像がボケることがある。この理由は次のとおりである。図２に示すように光の３成分の色光ＲＧＢがもつ波長が違うために、ピントを合わせる色光によってピント位置がずれてくる。

図２において縦軸のフォーカス感度は画像のコントラストの高さ、つまり合焦度合いを示している。この値が高い程ピントが合っていることを示し、横軸のレンズ位置がフォーカスレンズの光軸方向の位置を示す。また、図２中の各色光ＲＧＢにおける黒い四角が、各色光の色成分におけるピントの合焦点を示している。また、図３のように被写体により色成分毎の感度が異なるため、通常ＡＷＢ１０６で例えばＧ成分と同じ感度に他の波長もゲインの調整をする事で、ＷＢ調整をしている。

ここで、図３の縦軸はＷＢの感度を示しており各色成分の信号レベルを、横軸は各色成分を示している。このときに例えばＧ成分に揃えるのではなく、どれか強調する色成分があった場合は、強調された色成分のピント位置に近い位置へピントが引っ張られることとなる。そのため、この場合でもピント位置がずれて映像がボケてくる。従来の撮像装置では、ＡＥ信号に関しては絞りやＡＧＣ等によりフィードバックがかけられているが、ＡＷＢ１０６、ＡＦ１０８に関しては、フィードバックを掛けられていなかった。

そこで本実施例において、映像信号処理部１０５はＡＷＢ１０６でＷＢ調整用信号に掛けたＷＢ調整ゲイン（ＷＢゲイン）に応じてＡＦ１０８に入力するピント調整用信号に対しても、ピント調整ゲインに応じた増幅率で調整して出力している。

図１においてＡＷＢ１０６でのＷＢ調整ゲインに関する情報を映像信号処理部１０５にフィードバックする。映像信号処理部１０５はこのときのＷＢ調整ゲインに基づいてピント調整用信号にかけるピント調整ゲインの増幅率を調整する。図４はこのときの動作を示すために、図１に示す点線で囲った各要素を説明のために抜き出したものである。レンズ群１０１を通して送られてくる被写体信号データ（映像信号）に対し映像信号処理部１０５において、ＷＢ調整用信号（ＷＢ信号）、ピント調整用信号（ＡＦ信号）、露出調整用信号（ＡＥ信号）が作られる。

まずＡＷＢ１０６で映像信号処理部１０５より送られてくるＷＢ信号の要素である各色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対する各色ゲインの増幅率の調整がなされる。そしてそこでの各色信号に対する各色ゲイン量、もしくは各色信号に対して調整された増幅率の割合などのゲイン量ＢＧａｉｎ、ＧＧａｉｎ、ＲＧａｉｎを映像信号処理部１０５に送る。また映像信号処理部１０５は各色ゲイン量ＢＧａｉｎ、ＧＧａｉｎ、ＲＧａｉｎの情報から、ＡＦ部１０８に送るピント調整信号（ＡＦ信号）に対して、各色ゲイン量を考慮した値に調整してＡＦ部１０８に送る。ＡＦ部１０８は各色ゲイン量が考慮されたピント調整用信号（ＡＦ信号）を使いピント調整を行う。この構成をとることにより、ＡＦ部１０８で行うピント合わせが実際に映像信号表示部１０７で表示させる映像を考慮して行われることになり、ピントがボケることのない良好なるピント調整ができる。

［実施例２］
図５は本発明の実施例２の撮像装置の要部概略図である。実施例２において映像信号処理部１０５は、ＡＷＢ１０６で掛けたＷＢ調整ゲインに応じてピント調整用信号（ＡＦ信号）に対しても、ピント調整ゲインの増幅率を調整する。実施例２ではこのときＡＷＢ１０６でのＷＢ調整ゲイン情報（ＷＢゲイン）をＡＧＣ１０３にフィードバックしている。そして映像信号処理部１０５は、色調整用信号（ＷＢ信号）、ピント調整用信号（ＡＦ信号）、露出調整用信号（ＡＥ信号）に反映させる部分が実施例１と異なり、その他の構成は同じである。

図６は図５において点線で囲った部分を説明のために抜き出した説明図である。レンズ群１０１を通して送られてくる被写体信号データ（ＲＧＢ）に対し映像信号処理部１０５において、ＷＢ調整用信号（ＷＢ信号）、ピント調整用信号（ＡＦ信号）、露出調整用信号（ＡＥ信号）が作られる。まずＡＷＢ１０６で映像信号処理部１０５より送られてくるＷＢ信号の要素である各色信号（ＲＧＢ）に対する各色ゲインの増幅率の調整がなされる。そしてそこでの各色信号に対する各色ゲイン量、もしくは各色信号に対して調整された増幅率の割合などのゲイン量ＢＧａｉｎ、ＧＧａｉｎ、ＲＧａｉｎをＡＧＣ１０３に送る。

ＡＧＣ１０３は映像信号処理部１０５の前段にＡ／Ｄ変換１０４を介して位置し、ＷＢ調整用信号（ＷＢ信号）、ピント調整用信号（ＡＦ信号）、露出調整用信号（ＡＥ信号）を生成するための元の被写体信号データを調整する。つまり、ＡＧＣ１０３では元の被写体信号データに対して、ＡＷＢ１０６において各色信号毎に増幅率の調整された各色ゲイン量、もしくは各色信号に対して調整された増幅率の割合のゲイン量（ＢＧａｉｎ、ＧＧａｉｎ、ＲＧａｉｎ）を被写体信号データにかける。

このことにより、ＷＢ調整用信号（ＷＢ信号）、ピント調整用信号（ＡＦ信号）、露出調整用信号（ＡＥ信号）それぞれは、ＷＢを考慮した、実際に出力される映像に対して求めることができるようになる。これによりＡＦ１０８は色ゲイン量が考慮されたピント調整用信号を使いピント調整を行うことができる。この構成をとることにより、ＡＦ部１０８で行うピント合わせが実際に映像信号表示部１０７で表示させる映像を考慮して行われることになり、ピントがボケることのない良好なるピント調整ができる。

各実施例においてＡＷＢ１０６で行うＷＢゲインに応じたピント調整ゲインの増幅率の調整方法を示す。一例としてはＷＢゲインの増幅率と同等の大きさのピント調整ゲインをピント調整用信号（ＡＦ信号）にかける方法について説明する。これは、ＷＢ調整ゲインの増幅率の調整で強調された色成分によりピント位置がずれることを鑑み、図３に示すようなＷＢゲインがかけられた場合、図７のように各色の強調分をピント調整用信号にも同等にかけるというものである。こうすることで表示される映像に対して、ピント位置がずれないようにピント調整用信号を調整することができる。

図７において縦軸のフォーカス感度は画像のコントラストの高さ、つまり合焦度合いを示しており、この値が高い程ピントが合っていることを示す。横軸は各色Ｒ，Ｇ，Ｂを示す。その他、同等ではなく各色に対して重み付けを変えて調整したピント調整ゲインの増幅率を調整しても良い。これによれば、より適したピント調整ゲインの増幅率の調整が行える。また、ピント調整用信号（ＡＦ信号）に対しＷＢゲインに応じたピント調整ゲインの増幅率の調整を行う際、常にＷＢゲインに応じたピント調整ゲインの増幅率の調整を行い続けても良い。

その他に、ＡＷＢ１０６でＷＢ信号を意図的に壊すようなＷＢ調整ゲインをかける目的以外でＷＢ調整ゲインの増幅率の調整をした場合に、ピント調整用信号ＡＦ信号にピント調整ゲインをかけるようにしても良い。こうすることで、ＷＢ信号が取れている間はフォーカス調整処理、ＷＢが意図的に変えられているとき（ＷＢ信号が崩れているときも含め）は、各実施例の処理を行うといった使い分けをすることもできる。よって、ＷＢ信号を崩して各色成分に対して増幅率の調整されたゲインをピント調整用信号にもかけることで、ＷＢ信号が崩れているときでもピントのあった映像が得られるようになる。

具体的には、例えば撮影モードの切り替え等で赤色を強調するようなモードにおいて、意図的にＷＢゲインを崩して画面全体を赤味がけることがある。この仕組みにおいて、ピント調整用信号にも赤色成分ゲインに対して増幅率の調整を行うようにしても良い。その他、ＲＧＢ全てにおいて各色ゲインを最大限かけた場合など、そのＷＢゲインに応じてピント調整用信号に対してもピント調整ゲインをかけるようにしても良い。また、逆に色調整用信号に対するＷＢ調整ゲインが減らされて、色調整用信号が小さくなるような場合には、ＷＢ調整ゲインに応じてピント調整ゲインも減らしても同様の効果が得られる。

以上のように各実施例では、映像信号処理部１０５はＡＦ１０８に対するピント調整用信号にかけるピント調整ゲインの増幅率をＡＷＢ１０６で行うＷＢ調整ゲインに応じた増幅率で調整している。これによって、各実施例では映像信号表示部に表示される画像と、ピント合わせを行う映像信号とで、色成分の違いによるピントのずれを防止している。

１０１：レンズ群 １０２：撮像素子 １０３：ＡＧＣ
１０４：Ａ／Ｄ変換 １０５：映像信号処理部 １０６：ＡＷＢ
１０７：映像表示部 １０８：ＡＦ １０９：レンズ駆動部

Claims (3)

1. 撮像光学系と、
   該撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
   該撮像素子で得られた映像信号より、ホワイトバランスを調整するためのホワイトバランス調整用信号とピント調整をするためのピント調整用信号とを出力する映像信号処理部と、
   該映像信号処理部からのホワイトバランス調整用信号に対してホワイトバランス調整ゲインを調整して出力するオートホワイトバランス部と、
   該映像信号処理部からのピント調整用信号を用いて該撮像光学系のピント調整をする自動焦点検出部を有し、
   該映像信号処理部は、該オートホワイトバランス部によってホワイトバランス調整用信号を調整するホワイトバランス調整ゲインが変化したとき、前記オートホワイトバランス部からホワイトバランス調整ゲインに関する情報のフィードバックを受け、ピント調整用信号にかけるピント調整ゲインの増幅率をホワイトバランス調整ゲインに応じた増幅率で調整したピント調整用信号を出力することを特徴とする撮像装置。
2. 前記ピント調整用信号が調整されるピント調整ゲインの増幅率の割合は、ホワイトバランス調整を行うために調整されるホワイトバランス調整ゲインの増幅率の割合と同じ、もしくは、色成分ごとに重み付けを変えて調整されたピント調整ゲインの増幅率の割合と同じであることを特徴とする請求項１の撮像装置。
3. 前記オートホワイトバランス部は、ホワイトバランスを整えるためにホワイトバランス調整ゲインをかける目的以外でホワイトバランス調整ゲインの増幅率を調整する場合に、前記ピント調整用信号に前記ピント調整ゲインをかけることを特徴とする請求項１又は２の撮像装置。

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