JPH01280985A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は実質的なダイナミック・レンジの広い撮像装置
に関する。

〔従来の技術〕

撮像装置は、カメラ一体形ＶＴＲやスチル・ビデオ・カ
メラなどのビデオ・カメラ部として広く使用されている
。撮像管や固体撮像素子を用いるビデオ・カメラは旧来
の銀塩写真システムに比ベダイナミンク・レンジが狭く
、従って、逆光時などには白とびや黒つぶれ（輝度レベ
ルが著しく高い又は低い部分の俗称）などが発生する。

従来のビデオ・カメラではこのような場合、手動又は逆
光補正ボタンの操作により絞りを２絞り分程度開放し、
光量を調節していた。

しかし、このような逆光補正を適切に行った場合でも、
主たる被写体が適正露光量であっても背景で白とびが発
生してしまい、背景が白いだけの画面になってしまう。

つまり、従来装買のように主被写体の露光量が適正にな
るように光量調節するだけでは、撮像装置のダイナミッ
ク・レンジの狭さは解決されない。例えばライン・スキ
ャナを用いて静止画像を電気信号に変換する従来の撮像
装置では、同一被写体から得られた露光量の異なる複数
の画面から１つの画面を合成するものが考えられている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、そのような撮像装置は静止画像を対象と
しており、ダイナミック・レンジの広い動画が得られる
ものではなかった。

このような状況に鑑み、本出願人は、実質的にダイナミ
ック・レンジの広い動画信号の得られる撮像装置を提示
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る撮像装置は、同一被写体から得た複数の露
光量の異なる画面を切り換えて１つの画面を得る描像方
式において、複数の画面選択輝度信号から１つの画面選
択色信号を生成し、当該画面選択色信号に基づき色信号
データを選択することを特徴とする。

Ｃ作用〕 異なる電荷蓄積時間の描像信号の画像を合成することに
より、実質的により広いダイナミック・レンジの描像信
号が得られる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は、カメラ一体形ＶＴＲに本発明を適用した場合の
全体構成ブロック図を示す。

第１図において、１００はカメラ部、２００はｖＴＲ部
である。カメラ部１００において、光学系１０１から入
射した光線は絞り１０２により光量制限され、撮像素子
１０３に結像する。撮像素子１０３は１最像管や、ＭＯ
Ｓ、ＣＣＤなどの半導体描像素子からなる。焦点駆動回
路１０７、絞り駆動回路１０６及び撮像素子駆動回路１
０５は、カメラ制御回路１０８の制御の下で、それぞれ
光学系１゜１、絞り１０２及び撮像素子１０３を駆動す
る。

カメラ信号処理回路１０４は通常のビデオ・カメラの信
号処理回路と同様のＴ補正その他の処理を行う周知回路
である。

次に撮像素子１０３及び撮像素子駆動回路１゜５の動作
を説明する。第３図はＮＴＳＣ信号を例にとった場合の
タイミング・チャートを示す。フィールド・インデック
ス（Ｆｌ）信号は、１フレームを構成する奇（ＯＤＤ）
フィールドと偶（ＥＶＥＮ）フィールドとを区別するた
めの信号である。ＶＥＩＬに信号は垂直ブランキング信
号であり、Ｈ（高）の期間が有効画面、Ｌ（低）の部分
が垂直ブランキング期間に対応する。Ｔ、ｕｔｓ。は撮
像素子１０３の電荷蓄積時間制御のための信号であり、
例えばＣＣＯ撮像素子の場合には画素出力を垂直転送用
ＣＣＤに読み出すためのパルスである。アイリス・ゲー
ト信号は、後述する自動露出のための基準となる映像信
号として、１ノ１０００秒の蓄積信号か１ノロ０秒の蓄
積信号のどちらを用いるかを指定する信号である。

図示例では、垂直ブランキング期間の間に１／１０００
秒の蓄積を行い、次の有効画面期間にその１７１０００
秒蓄積信号を出力する。そして、１／１０００秒蓄積期
間の直後の有効画面期間に実質１７６０秒の電荷蓄積を
行い、次フィールドの有効画面期間にその１ノロ０秒蓄
積信号を出力する。このようにして、各フィールド毎に
、２種類（１／１０００秒と１７６０秒）の露光量の信
号が交互に出力される。

上記例では１／１０００秒と１７６０秒の組み合わせで
あり約４段（２４倍）の光量変化であるので、例えばｃ
ｃｏ　７ｉ％像素子を用いたカメラの場合、ＥＶＥＮフ
ィールドで１７６０秒の蓄積時間を基準に主被写体に露
出を合わせると、そのＥＶＥＮフィールドでは背景に白
とびが生じ易いのに対し、４段光量を少なくしたＯＤＤ
フィールドでは主被写体で黒っぷれが発生することが多
い。面この例は逆光補正時に背景側に露出を合わせた場
合を想定したもので、勿論その場の状況により１／１０
００秒以外に設定してもよい。

本実施例では、このような、一方のフィールドでの白と
び及び／又は黒つぶれを積極的に利用して、画面の改善
を行う。つまり白とび又は黒っぷれの生じる部分につい
ては、他のフィールドの対応部分（露出が異なるので黒
つぶれ又は白とびは生じていない。）を利用し、両フィ
ールドの信号を合成して最終的な出力映像信号とする。

その基本的考え方を第４図を参照して説明する。第４図
では、主被写体を縦長の長方形で模式的に示している。

第４図でスルー（Ｔ）画とは撮像素子１０３の直接出力
をいう。スルー画ではＯＤＤフィールド毎に逆光時の主
被写体が黒つぶれになり、ＥＶＥＮフィールド毎に背景
が白とびになっている。メモリｉｎとはフィールド・メ
モリ１１３，１１５　　（第１図）に書き込まれる画面
であり、メモリ。ｕｔとは当該メモリから読み出される
画面である。当該メモリには、ＯＤＤフィールド期間で
はスルー画（Ｔ）が直接書き込まれ、ＥＶＥＮフィール
ド期間には、後述する合成画面が書き込まれる。

この場合、第３図の蓄積時間の欄にＡ、　　Ｂとして示
した異なる蓄積時間の画面を合成する際には、Ａ１とＢ
＋、ＡｚとＢ２というような２つの画面を組み合わせる
のであり、例えばＲ３とＡ２に示される画面を組み合わ
せて合成することを防止している。従って、合成される
２つの画面を得るための蓄積が行われる期間は互いに近
接しているので、ブレの少ない合成画面を得ることがで
きる。

また、ｌ：ＶＥＮフィールド期間では、所定の闇値と入
力データとを比較し、当該入力データが当該闇値より大
きければ１、小さければＯの判定を行い、上記スルー画
（Ｔ）及びメモリｏｕｔに対してそれぞれ判定Ａ及び判
定Ｂとして各画素に対応する形で出力する。

第６図はその闇値と画素の輝度値との関係を示す。第６
図の横軸は輝度レベル、縦軸は１画面中の各輝度レベル
の出現頻度を示す。第６図に示すように、閾値Ｔｈｌは
黒つぶれを判定できるように設定され、闇値Ｔｈ２は、
白とびを判定できるように設定される。即ち、Ｔｈｌ以
下が黒つぶれであり、閾値Ｔｈ２以上が白とびと判定さ
れる。

上記判定Ａと判定Ｂを用い画素選択フラグを計算する。

ここでは最も簡単な論理積（＆）の演算例を示す。この
画素選択フラグに従い各画素領域についてスルー画（Ｔ
）、メモリｏｕｔで示した画像信号から信号を選択する
。その選択結果が第４図の最下段のＥＶＥＮフィールド
期間の絵である。主被写体が等速運動を行った場合を想
定し、時間軸のズレが画像に及ぼす影響を確認したが、
実用上充分な動画であった。ＥＶＥＮフィールドの合成
画面はフィールド・メモリにより１フイ一ルド期間遅延
され、ＯＤＤフィールドの画面となる。

再び第１図に戻って説明する。カメラ信号処理回路１０
４の出力の内、輝度（Ｙ）信号（第２図（ａ）に示す）
は、Ａ／Ｄ変換器１０９により４ｆｓｃでサンプリング
され、８ビツトで量子化され、スイッチ１１２のｂ接点
に供給される。スイッチ１１２のａ接点には、スイッチ
１１６の出力である合成画面が供給される。スイッチ１
１６は、第３図のＦＩ倍信号又はこれと等価な信号）に
よりフィールド毎に、ＥＶＥＮフィールドではａ接点、
ＯＤＤフィールドではｂ接点に接続する。スイッチ１１
２の出力はフィールド・メモリ１１３により１フイ一ル
ド期間分遅延されてスイッチ１１６のａ接点に供給され
る。スイッチ１１６のｂ接点にはＡ／Ｄ変換器１０９の
出力が供給される。スイッチ１１６は、制御回路１２０
から出力される選択フラグ（第４図参照）により切り換
えられる。スイッチ１１６の出力はスイッチ１１２のａ
接点に供給されると共に、Ｄ／Ａ変換器１１８でアナロ
グ信号に変換され、混合回路１２５に供給され、輝度信
号と混合されＶＴＲ２００で記録される。

カメラ信号処理回路１０４の出力の内２つの色差信号（
Ｒ−Ｙ）、（Ｂ−Ｙ）　　（第２図（Ｃ１，（ｄ））は
、スイッチ１１０により第２図（ｅ）に示すタイミング
で切り換えられる。第２図（ｆ）はスイッチ１１０の出
力を示す。スイッチ１１０の出力は、Ａ／Ｄ変換器１１
１により第２図ｔｇｌに示すタイミングの２Ｅｓｃのパ
ルスでサンプリングされ、８ビツトで量子化され、スイ
ッチ１１４のｂ接点に供給される。スイッチ１１４．フ
ィールド・メモリ１１５、スイッチ１１７及びＤ／Ａ変
換器１１９における処理は、Ｙ信号の場合と同じである
。但し、フィールド・メモリ１１５の容量はフィールド
・メモリ１１３の半分でよい、Ｄ／Ａ変換器１１９の出
力信号（第２図（ｆ））は、サンプル・ホールド（Ｓ／
Ｈ）回路１２１，１２２により第２図ｆｈｌ、　（１１
に示すタイミングでサンプリングされる。このサンプル
・ホールドの後、図示しないロー・バス・フィルタを経
て復元された（Ｒ−Ｙ）信号（第２図（Ｃ））及び（Ｂ
−Ｙ）信号（第２図（ｄ））は、変調回路１２４でｒｓ
ｃを直角二相変調する。変調回路１２４の出力は混合回
路１２５でＹ信号に多重され、ＶＴＲ部２００に供給さ
れる。

第５図は、第１図の制御回路１２０の中の、選択フラグ
を発生する回路部分を示す。闇値発生回路５０１，５０
２はそれぞれ、第６図に示す闇値Ｔｈｅ、Ｔｈ２を発生
する。比較回路５０３はフィールド・メモリ１１３の出
力信号（メモリｏｕｔ）と闇値Ｔｈｌとを比較して判定
Ａを出力し、比較回路５０４はＡ／Ｄ変換器１０９の出
力信号（スルー画）と闇値Ｔｈ２とを比較して判定Ｂを
出力する。アンド回路５０５は比較回路５０３，５０４
の出力Ａ。

Ｂの論理積をとり、オア回路５０６の一方の入力に印加
する。オア回路５０６の他方の入力にはＦＩ倍信号印加
され、従って、ＯＤＤフィールドではオア回路５０６の
出力はｒＨＪである。

オア回路５０６の出力はＳ／Ｈ回路５０７により第２図
（ｈｌ又は（ｉ）に示すタイミングでサンプリングされ
ホールドされる。これは、第２図に示すように、輝度信
号と色信号とでサンプリング周波数が異なるために、サ
ンプリングされた全ての輝度信号で選択フラグを形成す
ると、例えば画面上の成るサンプリング・ポイントの（
Ｒ−Ｙ）信号はＡ／Ｄ変換器１０９の出力が選択されて
いるにもかかわらず、その箇所の（Ｂ−Ｙ）信号はフィ
ールド・メモリ１１３の出力が選択されるという不都合
が生じるからである。即ち、かかる不都合とは、蓄積時
間が異なる２画面の一方から（１？−Ｙ）信号を得、他
方から（Ｂ−Ｙ）信号を得ることになるので、変調器１
２４から得られる色信号としては被写体の実際の色とは
異なるものとなってしまうという問題点が生じることで
ある。本実施例では、この点を解決するために、第５図
に示すＳ／Ｈ回路５０７を設け、そのサンプリング・レ
ートをｒｓｃとしている。尚、Ｓ／Ｈ回路５０７の出力
はスイッチ１１６．１１７に印加され、ｒＨＪのときａ
接点接続、ｒＬＪのときｂ接点接続になる。

本実施例では、このような構成によって蓄積時間の異な
る２つの画面の一方からＲ−Ｙを得、他方からＢ−Ｙを
得て合成するという誤動作を防止する。

第７図は階調特性図を示す。同（ａｌの実線が通常のビ
デオ・カメラの特性図であり、１００χまでは入出力が
リニアになっており、それ以上の入力（１００〜４００
％）に対してはＫＮＥＥ特性と呼ばれる傾きの緩い関係
となっている。この変化点をＰｉとすると、高速シャッ
タ時にはこの変化点がＰ２の位置に移行する。但しＰｌ
が１７６０秒で、Ｐ２が２段の露光量変化の１／２５０
秒であるとする。上述のように、４段の差の場合には、
第７図（ｄ）の（１）と（５）の関係になる。

因みに、第７図（ｄ）の（１）は１７６０秒、（２）は
１／１２５秒、（３）は１／２５０秒、（４）は１１５
００秒、（５）は１／１０００秒とした場合の特性図で
ある。傾きの違う２つの特性から好みのカーブを持つ特
性を合成する。

第７図（ｂｌは白とび及び黒つぶれ判定の闇値を変更し
た場合の合成特性例を示し、（１）〜（３）の特性は、
白とび判定用の闇値Ｔｈ２を低い値から順次高い値に変
化させていった場合に、スイッチ１１６，１１７による
画素切換で高速シャッタ側を選択する位置が高輝度側に
変化する様子を示す。第７図（Ｃ）は第７図（ｂｌ　（
２１を基準として各種の演算方法を選択した場合の合成
特性を示す。その（２）は第７図（ｂｌ　（２１と同じ
であり、（１）は平均した場合、（３）は適当な係数で
加減算処理した場合の合成特性である。

上記実施例では、所定の複数個のＹ判定信号から１つの
Ｃ選択信号（Ｓ／Ｈ回路５０７の出力に相当する）を生
成するために、第５図において説明した回路を用いてＹ
判定信号（アンド回路５０５の出力に相当する）の１つ
を代表値として用いたが、これ以外にも、判定結果の数
でＣ選択を行う多数決処理や、Ｙ信号の所定区間内の平
均値を判定することでＣ判定結果とする平均値処理によ
ってＣ選択信号を生成してもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれ
ば、逆光時においても、主被写体のみならず背景までも
適正露光となるような撮影が可能になり、実質的なダイ
ナミック・レンジを拡げうる。またコンポーネント色信
号処理が可能になるので、従来に較べ、基本画質の向上
が図られ、全体としてより高画質の撮影を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を用いたカメラ一体形ＶＴＲ
の構成ブロック図、第２図は第１図の信号波形図、第３
図は撮像素子の動作タイミング・チャート、第４図は本
発明による画像処理の概念図、第５図は第１図の制御回
路１２０の選択フラグ形成回路部分の具体的構成ブロッ
ク図、第６図は白とび及び黒つぶれ判定の闇値の説明図
、第７図は階調特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同一被写体から得た複数の露光量の異なる画面を合成し
   て１つの画面を得る撮像方式において、複数の画面選択
   輝度信号から１つの画面選択色信号を生成し、当該画面
   選択色信号に基づき色信号データを選択することを特徴
   とする撮像装置。