JPH04354277A - テレビカメラ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電荷結合素子を用い
て被写体からの入射光を光電変換し、複合映像信号とし
て出力するテレビカメラ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は従来のテレビカメラ装置を示す
ブロック図であり、図において、１はレンズ、２は電荷
結合素子（以下、ＣＣＤという）、３は前置増幅器、１
２は自動利得制御増幅器、１３は映像信号の信号処理回
路、１４は映像信号出力端子、１５はレンズ絞り制御回
路、１６はレンズ１内の絞り羽根である。また、図１４
はＣＣＤ２の入力光量と出力電圧との関係を示す入出力
特性図である。

【０００３】次に動作について説明する。被写体からの
入射光はレンズ１を通り、ＣＣＤ２で光電変換されて電
気信号となる。この電気信号は前置増幅器３で増幅され
、さらに、自動利得制御増幅器１２で自動利得制御増幅
されて、最終的に信号処理回路で信号処理され、複合映
像信号として映像信号出力端子１４より出力される。 一方、前置増幅器３で増幅された信号は、レンズ絞り制
御回路５にも供給され、レンズ絞り制御回路１５は映像
信号のピークあるいは平均値が一定レベルとなるように
、レンズ１内の絞り羽根１６を開閉する。

【０００４】この場合において、ＣＣＤ２は図１４に示
すように、入力光量が飽和露光量に達するまでは、出力
電圧が入力光量にほぼ比例して出力されるが、飽和露光
量を越える光が入力されても、飽和出力電圧を越える電
圧が出力されることがないので、明るい被写体を撮ると
、モニタ上では白く飛んだような像しか写らない。その
ため、レンズ絞り制御回路１５は希望する被写体の入力
光量が適正な露光となるように絞り羽根１６を制御し、
上記のように白く飛んだ像が出にくいようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のテレビカメラ装
置は以上のように構成されているので、コントラスト差
の大きい被写体や、逆光の時のように被写体の一部に極
めて光量の大きな高輝度領域がある場合には、ＣＣＤの
出力が飽和してしまい、モニタ画面上でその被写体が白
く飛んでしまうほか、レンズ絞り制御回路１５が高輝度
領域の影響を受けて、希望する被写体の入力光量の制御
を適切に行うことができず、モニタ上では暗く沈んでし
まうなどの課題があった。

【０００６】この請求項１の発明は上記のような課題を
解消するためになされたもので、コントラスト差の大き
い被写体や逆光時でも適正な露光特性を得られるように
、ＣＣＤの性能により制限される入射光量に対するダイ
ナミックレンジを任意に拡大できるテレビカメラ装置を
得ることを目的とする。

【０００７】また、この請求項２の発明は、高速シャッ
ター時の飽和露光量まで映像信号の白つぶれが発生しな
いようにできるテレビカメラ装置を得ることを目的とす
る。

【０００８】さらに、この請求項３の発明は、高速シャ
ッター時の飽和露光量まで映像信号の色つぶれが発生し
ないようにするとともに、低速シャッター時と高速シャ
ッター時の映像信号の切替部分をスムーズに繋ぐことが
できるテレビカメラ装置を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この請求項１の発明に係
るテレビカメラ装置は、画面単位で高速シャッターおよ
び低速シャッターの各動作を交互に行う電荷結合素子と
、低速シャッター時に上記電荷結合素子の出力が飽和し
てしまう高輝度エリアを検出する高輝度エリア検出回路
とを備え、上記高輝度エリアを検出した場合に、信号切
替器に、飽和していない高速シャッター時のデジタル映
像信号を選択して出力させるようにしたものである。

【００１０】この請求項２の発明に係るテレビカメラ装
置は、画面単位で高速シャッターおよび低速シャッター
の各動作を交互に行う電荷結合素子を備え、加算器に、
上記低速シャッター時および高速シャッター時の各デジ
タル映像信号を加算させるようにしたものである。

【００１１】この請求項３の発明に係るテレビカメラ装
置は、画面単位で高速シャッターおよび低速シャッター
の各動作を交互に行う電荷結合素子と、上記低速シャッ
ター時のデジタル映像信号と高速シャッター時のデジタ
ル映像信号に、それぞれ所定の係数を乗算する乗算器と
を備え、該乗算器で乗算が行われた低速シャッター時の
デジタル映像信号のレベルが所定値を超えた場合に、信
号切替器に、上記乗算が行われた高速シャッター時のデ
ジタル映像信号を選択して出力させるようにしたもので
ある。

【００１２】

【作用】この請求項１の発明における信号切替器は、電
荷結合素子の出力が飽和する高輝度エリアが、高輝度エ
リア検出回路によって検出された際に、高速シャッター
時の飽和していないデジタル映像信号を出力させるよう
に機能する。

【００１３】この請求項２の発明における加算器は、高
速シャッター時と低速シャッター時の各デジタル映像信
号を加算し、その加算出力として、飽和露光量となる点
で折れ曲がるＫＮＥＥ特性を持った白つぶれのない、ダ
イナミックレンジの大きな映像信号を出力可能にする。

【００１４】この請求項３の発明における乗算器は、低
速シャッター時および高速シャッター時の各デジタル映
像信号に各々別々に設定した係数を乗算し、この係数乗
算を行った低速シャッター時のデジタル映像信号が設定
値を越えた場合に、信号切替器によって係数乗算された
高速シャッター時のデジタル映像信号を選択して出力さ
せ、従って、高速シャッター時の飽和露光量まで白つぶ
れのない映像信号を出力可能にする。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、１はレンズ、２はＣＣＤ、３はＣ
ＣＤ２の出力を増幅する前置増幅器、４はＣＣＤ２のシ
ャッタースピードを制御するＣＣＤ制御回路、５はアナ
ログ／デジタル（以下、Ａ／Ｄという）コンバーター、
６は高速シャッター時のデジタル映像信号を記録再生す
る高速用画像メモリ、７は低速シャッター時のデジタル
映像信号を記録再生する低速用画像メモリ、８は低速シ
ャッター時のデジタル映像信号を受けて画面を複数のエ
リアに分割し、逆光などの高輝度エリアを検出する高輝
度エリア検出回路、９は低速シャッター時または高速シ
ャッター時のデジタル映像信号を選択する信号切替器、
１１はデジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａという）コン
バーター、１２は自動利得制御増幅器、１３は映像信号
を処理して複合映像信号にする信号処理回路、１４は映
像信号出力端子、１５は絞り制御回路、１６は絞り羽根
である。また、図２はＣＣＤ２の入力光量と出力電圧と
の入出力関係ｌおよび高速シャッター時の入力光量と出
力電圧との入出力関係ｋをそれぞれ示す入出力特性図で
あり、Ａは低速シャッター時の飽和露光量、Ｂは高速シ
ャッター時の飽和露光量である。

【００１６】次に動作について説明する。まず、被写体
からの入射光はレンズ１を通り、ＣＣＤ２で光量変換さ
れ電気信号となり、この電気信号は前置増幅器３で増幅
される。また、ＣＣＤ制御回路４は画面ごとにＣＣＤ２
の高速シャッター動作と低速シャッター動作を交互に行
わせる。前置増幅器３で増幅された映像信号は、Ａ／Ｄ
コンバーター５でデジタル信号に変換され、高速シャッ
ター時のデジタル映像信号は高速用画像メモリ６へ、ま
た、低速シャッター時のデジタル映像信号は低速用画像
メモリ７へそれぞれ入力されて記録され、交互動作のた
め、欠落している信号区間を補間する。ＣＣＤ２の入力
光量と低速シャッター時および高速シャッター時の出力
電圧と関係はそれぞれ図２の入出力特性の通りである。 また、このＣＣＤ２の出力をＡ／Ｄコンバーター５で例
えば８ビットのデジタル信号に変換した場合における上
記入力光量と、低速シャッター時および高速シャッター
時のデジタル信号レベルとの関係は、図３のｍ，ｎにそ
れぞれ示す通りである。

【００１７】また、低速シャッター時のデジタル映像信
号は高輝度エリア検出回路８にも供給され、この高輝度
エリア検出回路８では画面を横方向Ｎ（Ｎ＝２，３，４
，・・・），縦方向Ｍ（Ｍ＝２，３，４，・・・）のＮ
×Ｍ個のエリアに分割し、各エリアにおける映像信号の
平均値レベルを求め、各々のエリアが高輝度エリアであ
るか否かを検出する。そして、高輝度エリアであると判
定された場合には、信号切替器９はこの時、高速シャッ
ター時のデジタル映像信号を選択し、高輝度エリアでな
いと判定された場合には、低速シャッター時のデジタル
映像信号を選択して、Ｄ／Ａコンバーター１１へ出力す
る。このＤ／Ａコンバーター１１によりアナログ信号に
変換された映像信号は自動利得制御増幅器１２で増幅さ
れ、信号処理回路１３で同期信号付加およびペデスタル
レベル付加などの信号処理がなされ、複合映像信号とし
て映像信号出力端子１４より出力される。この場合にお
いて、Ｄ／Ａコンバーター１１の出力はレンズ絞り制御
回路１５にも供給され、このレンズ絞り制御回路１５で
は絞り羽根１６をＤ／Ａコンバーター１１の出力の平均
値が一定になるよう制御する。

【００１８】図４はこの請求項２の発明の一実施例を示
すブロック図である。この図４において、１０は高速用
画像メモリ６と低速用画像メモリ７から出力される高速
シャッター時と低速シャッター時のデジタル映像信号を
加算する加算器であり、このほかの図１と同一のブロッ
クには同一符号を付して、その重複する説明を省略して
ある。また、図５はＣＣＤ２への入力光量とメモリ６の
出力信号ｏ、メモリ７の出力信号ｐおよび加算器１０の
出力信号ｑの関係を示す入出力特性図である。

【００１９】次に動作について説明する。まず、加算器
１０には高速用画像メモリ６と低速用画像メモリ７より
それぞれ高速シャッター時と低速シャッター時の各デジ
タル映像信号が供給され、これらが加算される。このた
め、加算器１０の出力信号は図５に示すように途中で折
れ曲がっているＫＮＥＥ特性を持つ。従って、高速シャ
ッター時の飽和露光量Ｂまで映像信号の白つぶれのない
ダイナミックレンジの大きな映像信号が得られる。この
場合Ｄ／Ａコンバーター１１は９ビット処理のものが必
要である。

【００２０】図６はこの請求項３の発明の一実施例を示
すブロック図であり、図６において、１７は乗算器であ
り、これが画像メモリ６，７から出力される高速シャッ
ター時および低速シャッター時のデジタル映像信号にそ
れぞれ所定の係数の乗算を行う。また、９は信号切替器
で、これが低速シャッター時のデジタル映像信号のレベ
ルがある所定の値以上の場合には、乗算された高速シャ
ッター時のデジタル映像信号を選択し、そうでない場合
には低速シャッター時のデジタル映像信号を選択して、
Ｄ／Ａコンバーター１１へ出力する。

【００２１】次に動作について説明する。前置増幅器３
の出力をデジタル変換するＡ／Ｄコンバーター５の出力
が例えば８ビットであり、低速と高速のシャッタースピ
ードの比が２：１であるとすると、低速シャッター時と
高速シャッター時のデジタル映像信号のデジタル信号レ
ベルが図３ｍ，ｎに示す通りであり、乗算器７はこれら
２つのデジタル映像信号にそれぞれ別の係数を乗算する
。信号切替器９は低速シャッター時のデジタル映像信号
が所定値以上の場合には、乗算された高速シャッター時
のデジタル映像信号を選択し、そうでない場合は、低速
シャッター時のデジタル映像信号を選択する。例えば、
乗算器１０は高速シャッター時のデジタル映像信号に対
して「２」，低速シャッター時のデジタル映像信号に対
して「１」の係数を乗算し、信号切替器９の所定値を「
２５５」とした場合は、信号切替器９が出力するデジタ
ル映像信号レベルは図７のｒに示すようになり、高速シ
ャッター時の飽和露光量Ｂまで直線的にダイナミックレ
ンジが拡大されている。この場合、Ｄ／Ａコンバーター
１１は９ビット入力のものが必要となる。

【００２２】また、乗算器１７の係数が、例えば低速シ
ャッター時のデジタル映像信号に対して「０．７５」，
高速シャッター時のデジタル映像信号に対して「０．５
」の各係数を乗算し、切替時の信号レベルを合わせるた
め乗算された高速シャッター時のデジタル映像信号に「
１２８」を加算し、信号切替器９の所定値を「２５５」
とした場合は、信号切替器９が出力するデジタル映像信
号レベルは図７のｓに示すようになり、途中で折れ曲が
っているＫＮＥＥ特性を持つ。従って、高速シャッター
時の飽和露光量Ｂまで映像信号の白つぶれのないダイナ
ミックレンジの大きい映像信号が得られる。この場合Ｄ
／Ａコンバーター１１は８ビット処理のものでよい。以
上の動作を行うことにより、図１に示したものと比較し
て、低速と高速のシャッター時のデジタル映像信号を切
替えた場合に、切替えの部分がスムーズにつながる利点
がある。

【００２３】図８は図４，図６に示すテレビカメラ装置
の応用例を示し、同図において、１７は各画像メモリ６
，７から出力される高速シャッター時および低速シャッ
ター時のデジタル映像信号に、それぞれ所定の係数の乗
算を行う乗算器、１０は乗算された高速シャッター時お
よび低速シャッター時のデジタル映像信号の加算を行う
加算器である。なお、このほかの図４，図６と同一の構
成部分には同一符号を付して、その重複する説明を省略
する。

【００２４】次に動作について説明する。乗算器１７は
高速シャッター時と低速シャッター時の各デジタル映像
信号を各画像メモリ６，７から受けて、これらにそれぞ
れ所定の係数を乗算する。また、加算器１０ではこれら
の２つの乗算結果を加算して、１つのデジタル映像信号
とする。例えば、乗算器１７の係数を高速シャッター時
のデジタル映像信号に対して「０．５」，低速シャッタ
ー時のデジタル映像信号に対して「０．５」とすると、
加算器１０の出力は図９のｔに示すようになる。また、
乗算器１７の係数を高速シャッター時のデジタル映像信
号に対して［０．７５」，低速シャッター時のデジタル
映像信号に対して「０．２５」とすると、加算器１０の
出力は図９のｕに示すようになる。さらに、高速シャッ
ター時のデジタル映像信号に対して「１．５」とし、低
速シャッター時のデジタル映像信号に対して「−０．５
」とすると、加算器１０の出力は、図９のｖに示すよう
になる。これによれば、図４に示したものと比較して、
２つの係数を可変することで、デジタル映像信号のディ
テールの重点を暗部とするか高輝度部とするかの選択が
任意にでき、また、２つの係数の和が「１」となるよう
に設定すると、Ｄ／Ａコンバーター１１は８ビット処理
でよいという利点がある。

【００２５】図１０は図６に示すテレビカメラ装置の他
の応用例を示し、１８は高速シャッターのシャッター速
度を制御する高速シャッター制御回路、１９は低速シャ
ッターのシャッター速度を制御する低速シャッター制御
回路である。なお、このほかの図６と同一の構成部分に
は同一符号を付して、その重複する説明を省略する。

【００２６】次に動作について説明する。ＣＣＤ２は始
めは低速シャッター動作のみを行う。高速シャッター制
御回路１８は前置増幅器３の出力を１画面として、これ
を例えば横３つ，縦３つの９個のエリアに分割し、各々
のエリアでデジタル映像信号の平均値を求め、最も平均
値の高いエリアのデジタル映像信号の平均値が、例えば
出力電圧のフルスケールの８０％となるように高速シャ
ッター速度を制御する。一方、低速シャッター制御回路
１９は同じく前置増幅器３の出力を９個のエリアに分割
し、デジタル映像信号の平均値が最も低いエリアの平均
値が例えば出力電圧のフルスケールの３０％となるよう
に低速シャッター速度を制御する。

【００２７】ＣＣＤ２が低速シャッターと高速シャッタ
ーの交互動作を開始すると、高速シャッター制御回路１
８は高速シャッター時のデジタル映像信号に対して、低
速シャッター制御回路１９は低速シャッター時のデジタ
ル映像信号に対して、それぞれ上記と同じ動作を続ける
。逆光時等コントラスト差の大きな被写体の場合には、
高速と低速のシャッタースピードは大きく差が開き、逆
にフラットな被写体の場合には、高速と低速のシャッタ
ースピードは一致する。この例では露出制御にレンズ絞
り制御回路が不用になる利点がある。

【００２８】図１１は図６に示すテレビカメラ装置の他
の応用例を示し、２０は高輝度輪郭レベル検出回路であ
り、このほかの図６に示すものと同一の構成部分には同
一符号を付して、その重複する説明を省略してある。

【００２９】次に動作について説明する。高輝度輪郭レ
ベル検出回路２０は高速シャッター時のデジタル映像信
号内で所定のレベル以上で、所定の幅以上の信号は、高
輝度被写体に対応する映像信号と判断する。このため、
信号切替器９は乗算された高速シャッター時のデジタル
映像信号を選択して、Ｄ／Ａコンバーター１１へ出力し
、一方、そうでない場合には、信号切替器９は乗算され
た低速シャッター時のデジタル映像信号を選択して、Ｄ
／Ａコンバーター１１へ出力する。

【００３０】図１２は１画面分の高輝度エリアを含む被
写体の映像信号の波形を示し、図１２（ａ）は低速シャ
ッター時の波形図、図１２（ｂ）は高速シャッター時の
波形図、図１２（ｃ）は信号切替器９の出力波形図であ
り、これらのうちアは高輝度エリアの被写体の波形、イ
は白っぽい被写体の部分、ウは高輝度エリアによりブル
ーミングを発生している部分、エとオは高輝度輪郭レベ
ル検出回路２０における検出レベルである。高輝度輪郭
レベル検出回路２０は検出レベルのエより高いレベルで
所定の幅以上の信号を、高輝度エリアと判定し、乗算器
１７は例えば係数「１」の乗算を行い、信号切替器９は
この乗算された高速シャッター時のデジタル映像信号を
出力する。オ〜エの間のレベルで所定の幅以上の信号は
中輝度エリアと判定し、乗算器１７は例えば係数「０．
５」の乗算を行い、信号切替器９は乗算された高速シャ
ッター時のデジタル映像信号を出力する。また、オのレ
ベル以下は暗部とみなし、信号切替器９は例えば係数「
７」が乗算された低速シャッター時のデジタル映像信号
を出力する。

【００３１】この実施例によれば、図６に示すものより
ブルーミングによる影響を受けにくく、かつ高輝度エリ
アの輪郭が図１２（ｃ）に示すように正確に検出でき、
白っぽい被写体を高輝度エリアと誤認することがなく、
さらに、乗算の係数を多段階にしたので、切替時の信号
レベルがスムーズにつながるなどの利点がある。すなわ
ち、この発明では、低速シャッターと高速シャッターの
交互動作を行い、低速シャッター時の映像信号から暗部
のディテールを得るとともに、高速シャッター時の映像
信号から高輝度エリアのディテールを得て、これらの両
者を合成することにより、入力光量に対するダイナミッ
クレンジの大きい画像を得ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この請求項１の発明によ
れば、画面単位で高速シャッターおよび低速シャッター
の各動作を交互に行う電荷結合素子と、低速シャッター
時に上記電荷結合素子の出力が飽和してしまう高輝度エ
リアを検出する高輝度エリア検出回路とを備え、上記高
輝度エリアを検出した場合に、信号切替器に、飽和して
いない高速シャッター時のデジタル映像信号を選択して
出力させるように構成したので、電荷結合素子の出力が
飽和する高輝度エリアを検出した際、高速シャッター時
の飽和していないデジタル映像信号を出力させることが
でき、結果としてコントラスト差の大きい逆光時の被写
体でも適当な画像が得られる効果がある。

【００３３】また、この請求項２の発明によれば、画面
単位で高速シャッターおよび低速シャッターの各動作を
、交互に行う電荷結合素子を備え、加算器に、上記低速
シャッター時および高速シャッター時の各デジタル映像
信号を加算させるように構成したので、飽和露光量とな
る点で折れ曲がるＫＮＥＥ特性を持った、白つぶれのな
いダイナミックレンジの大きな映像信号を出力できるも
のが得られる効果がある。

【００３４】さらに、この請求項３の発明によれば、画
面単位で高速シャッターおよび低速シャッターの各動作
を交互に行う電荷結合素子と、上記低速シャッター時の
デジタル映像信号と高速シャッター時のデジタル映像信
号に、それぞれ所定の係数を乗算する乗算器とを備え、
該乗算器で乗算が行われた低速シャッター時のデジタル
映像信号のレベルが所定値を超えた場合に、信号切替器
に、上記乗算が行われた高速シャッター時のデジタル映
像信号を選択して出力させるように構成したので、高速
シャッター時の飽和露光量まで白つぶれのない映像信号
を出力できるとともに、低速シャッター時および高速シ
ャッター時のデジタル映像信号の切替時に、その切替部
分のデジタル映像信号をスムーズに繋げられるものが得
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この請求項１の発明の一実施例によるテレビカ
メラ装置を示すブロック図である。

【図２】図１のテレビカメラ装置における入力光量とＣ
ＣＤ出力の関係を示す入出力特性図である。

【図３】図１のテレビカメラ装置における入力光量とデ
ジタル信号レベルの関係を示すデジタル信号特性図であ
る。

【図４】この請求項２の発明の一実施例によるテレビカ
メラ装置を示すブロック図である。

【図５】図４のテレビカメラ装置における入力光量とデ
ジタル信号レベルの関係を示すデジタル信号特性図であ
る。

【図６】この請求項３の発明の一実施例によるテレビカ
メラ装置を示すブロック図である。

【図７】図６のテレビカメラ装置における入力光量とデ
ジタル信号レベルの関係を示すデジタル信号特性図であ
る。

【図８】図４および図６に示すテレビカメラ装置の応用
例を示すブロック図である。

【図９】図８のテレビカメラ装置における入力光量とデ
ジタル信号レベルの関係を示すデジタル信号特性図であ
る。

【図１０】図６に示すテレビカメラ装置の他の応用例を
示すブロック図である。

【図１１】図６に示すテレビカメラ装置のさらに他の応
用例を示すブロック図である。

【図１２】図１１のブロック各部における信号波形を示
す信号波形図である。

【図１３】従来のテレビカメラ装置を示すブロック図で
ある。

【図１４】図１３におけるＣＣＤの入力光量と出力との
関係を示す入出力特性図である。

【符号の説明】

２　　ＣＣＤ（電荷結合素子） ８　　高輝度エリア検出回路 ９　　信号切替器 １０　　加算器 １７　　乗算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　露光時間が可変の電子シャッター機能
   を有するテレビカメラ装置において、画面単位で高速シ
   ャッターおよび低速シャッターの各動作を交互に行う電
   荷結合素子と、上記画面を分割した複数エリアのうち、
   低速シャッター時に上記電荷結合素子の出力が飽和して
   しまう高輝度エリアを検出する高輝度エリア検出回路と
   、上記高輝度エリアを検出した場合に、飽和していない
   高速シャッター時のデジタル映像信号を選択して出力す
   る信号切替器とを備えたことを特徴とするテレビカメラ
   装置。
2. 【請求項２】　　露光時間が可変の電子シャッター機能
   を有するテレビカメラ装置において、画面単位で高速シ
   ャッターおよび低速シャッターの各動作を交互に行う電
   荷結合素子と、上記低速シャッター時のデジタル映像信
   号および高速シャッター時の各デジタル映像信号を加算
   する加算器とを備えたことを特徴とするテレビカメラ装
   置。
3. 【請求項３】　　露光時間が可変の電子シャッター機能
   を有するテレビカメラ装置において、画面単位で高速シ
   ャッターおよび低速シャッターの各動作を交互に行う電
   荷結合素子と、上記低速シャッター時のデジタル映像信
   号および高速シャッター時のデジタル映像信号に、それ
   ぞれ所定の係数を乗算する乗算器と、該乗算器で乗算が
   行われた低速シャッター時のデジタル映像信号のレベル
   が所定値を超えた場合に、上記乗算が行われた高速シャ
   ッター時のデジタル映像信号を選択して出力する信号切
   替器とを備えたことを特徴とするテレビカメラ装置。