JPH0632443B2 - テレビジヨンカメラの白バランス調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はテレビジョンカメラの白バランス調整装置に係
り、特に被写体の照明光源の色温度が変化しても、適切
な色再現が得られるよう、自動的に白バランス調整を行
なう調整装置に関する。

従来の技術 カラーテレビジョンカメラで被写体を撮像する場合、被
写体の照明光源の色温度に対応して正しい色再現が得ら
れるよう、撮像して得られた色差信号等に対して利得制
御を行ない、２種の原色信号と輝度信号の各レベルを夫
々等しくする、白バランス調整装置が従来より知られて
いる。

第４図は従来の白バランス調整装置の一例のブロック系
統図を示す。第４図において、固体撮像素子１の受光部
の前面側には色フィルタ２が配置されており、被写体よ
りの光はこの色フィルタ２を透過して固体撮像素子１の
受光部に入射され、ここで電荷として蓄積される。固体
撮像素子１の受光部は、マトリクス状に配置された多数
のフォトダイオード等の受光素子からなる。この多数の
受光素子の各々の前方に１：１に対応して色フィルタ荷
の各光透過部が配置されてある。

第５図はこの色フィルタ２の各光透過部の配列構成の一
例を示す。同図中、Ｍａ′はマゼンダ光に近い光の透過
部，Ｇ′は緑色光に近い光の透過部，Ｃｙ′はシアン光
に近い光の透過部，Ｙｅ′は黄色光に近い光の透過部を
夫々示し、光透過部Ｍａ′と光透過部Ｇ′とは１受光素
子ピッチ単位毎に交互に水平走査方向に配列され、また
光透過部Ｃｙ′と光透過部Ｙｅ′とは１受光素子ピッチ
単位毎に交互に水平走査方向に配列され、更にこれらは
垂直方向に１受光素子ピッチ単位毎に交互に配列される
が、光透過部Ｍａ′と光透過部Ｇ′とが垂直方向に１受
光素子ピッチおき毎に交互に配列されてある。

受光素子で蓄積された電荷はＣＣＤ（チャージ・カップ
ルド・デバイス）等の電荷転送素子からなる垂直転送レ
ジスタを転送されて水平転送ＣＣＤに供給され、これよ
り順次映像信号として読み出されることは周知の通りで
あるが、各ラインの読み出し時には第５図に示すよう
に、水平走査方向上隣接する２行の受光素子群からの蓄
積電荷が垂直方向に隣接する２つの受光素子の両蓄積電
荷ずつ混合されて出力され、またその２行の組合せは奇
数フィールドと偶数フィールドで異ならせることによっ
て、インターレースを可能にしている。

従って、このようなフィールド読み出し方式の固体撮像
素子１の出力映像信号は第ｎラインでは Ｓ_ｎ＝Ｙ_ｎ＋Ｃ_ｎsinωｔ＋… となり、第ｎ＋１ラインでは Ｓ_n+1＝Ｙ_n+1＋Ｃ_n+1sinωｔ＋… となる。なお、上式中、ωは色フィルタ２の光透過部の
繰り返し角周波数，Ｙｎ及びＹ_n+1は輝度信号，Ｃｎ及
びＣ_n+1は色信号を示す。

固体撮像素子１から取り出された上記の映像信号は広帯
域の低域フィルタ（以下ＬＰＦと記す）３に供給され、
ここでベースバンドの輝度信号Ｙｎ，Ｙ_n+1を順次に
波されて出力端子４へ出力される。また、これと同時に
上記の映像信号中の被変調波が帯域フィルタ（以下ＢＰ
Ｆと記す）５により分離波された後同期検波器６で同
期検波されて色信号Ｃｎ，Ｃ_n+1が順次に取り出されて
演算器７へ供給される。

ここで、基準色温度の照明光源Ｌ_１下での撮像時には、
上記の輝度信号Ｙ_ｎ，Ｙ_n+1は、色フィルタ２の分光特
性を適当に選ぶことにより、 Ｙ_ｎ＝Ｙ_n+1＝Ｍａ′＋Ｃｙ′＋Ｇ′＋Ｙｅ′＝Ｙ
(1) なる式が成立する。ここで、(1)式中、Ｍａ′，Ｃ
ｙ′，Ｇ′及びＹｅ′は前記光透過部Ｍａ′，Ｃｙ′，
Ｇ′及びＹｅ′の各透過光による信号成分を示す（以下
同じ）。すなわち、出力端子４には各ライン同一の(1)
式で示される輝度信号Ｙが取り出される。

一方、同期検波器６から取り出される復調色信号は、色
フィルタ２の各光透過部の分光特性を適当に選定するこ
とにより 第ｎラインでは Ｃ_ｎ＝（Ｍａ′＋Ｃｙ′）−（Ｇ′＋Ｙｅ′）＝Ｂ−Ｙ
(2) 第ｎ＋１ラインでは Ｃ_n+1＝（Ｇ′＋Ｃｙ′）−（Ｍａ′＋Ｙｅ′）＝Ｙ−
Ｒ (3) となる。ただし、(2),(3)式中、Ｒ及びＢは夫々赤及び
青の原色信号を示す。

すなわち、同期検波器６からは線順次色差信号が取り出
されて演算器７に供給され、ここで狭帯域ＬＰＦ８及び
ゲイン調整器９を夫々通された輝度信号の低域成分と加
減算されて白バランス調整される。

このことについて更に詳細に説明するに、所定色温度の
基準照明光源Ｌ_１の分光特性が第６図（Ａ）に示す如
く、各波長で平坦であるものとすると、この基準照明光
源Ｌ_１を撮像したとしたときの前記輝度信号Ｙの分光特
性は同図（Ａ）にＹで示す如くになり、また青色信号，
緑色信号，色差信号Ｂ−Ｙ及びＲ−Ｙの各分光特性は同
図（Ａ）にＢ，Ｒ，Ｂ−Ｙ及びＲ−Ｙで示す如くにな
る。なお、第６図（Ａ），（Ｂ）に示す各分光特性は基
準照明光源Ｌ_１で規格化してある。

これに対し、基準照明光源Ｌ_１とは異なる色温度の照明
光源Ｌ_２の分光特性が第６図（Ｂ）にＬ_２で示すもので
ある場合、この照明光源Ｌ_２を撮像したとしたときの前
記輝度信号，青色信号，赤色信号，色差信号Ｂ−Ｙ及び
Ｒ−Ｙの波形は、夫々第６図（Ｂ）のＹ，Ｂ，Ｒ，Ｂ−
Ｙ及びＲ−Ｙに実線で示す如くになる。

無彩色の被写体撮像時のモニタ画像に色が付かないよう
にするためには、上記のＢ−Ｙの上部の波形部分（第６
図（Ａ）にｂ_１，同図（Ｂ）にｂ_３で示す）の面積と下
部の波形部分（第６図（Ａ）にｂ_２，同図（Ｂ）にｂ_４
で示す）の面積とが等しくなければならず、かつ、Ｒ−
Ｙの上部の波形部分（第６図（Ａ）にｒ_１，同図（Ｂ）
にｒ_３で示す）の面積と下部の波形部分（同図（Ａ）に
ｒ_２，同図（Ｂ）にｒ_４で示す）の面積とが夫々等しく
なければならない。

第６図（Ａ）からわかるように基準照明光源Ｌ_１の場合
は上記の条件を満たし、ｂ_１とｂ_２の部分の面積が等し
く、かつ、ｒ_１とｒ_２の部分の面積も等しい。しかし、
照明光源Ｌ_２の場合は第６図（Ｂ）のＢ−Ｙ，Ｒ−Ｙに
実線で示す如く、Ｂ−Ｙは上部の波形部分ｂ_３，Ｒ−Ｙ
は下部の波形部分ｒ_４の面積の方が、波形部分ｂ_４，ｒ
_３のそれより広くなる。このため、この色温度の高い照
明光源Ｌ_２下で撮像した被写体のモニタ画像は、青緑っ
ぽく見え、白バランスがずれた状態となる。

このような白バランスのずれを補正するため、第４図に
示した単板カラーテレビジョンカメラの白バランス調整
装置では、演算器７において第６図（Ｂ）のＢ−Ｙから
輝度信号の低域成分を少し減算して破線で示す如く上下
の波形部分の面積を等しくし、かつ、第６図（Ｂ）のＲ
−Ｙから輝度信号の低域成分を若干加算して同図（Ｂ）
に破線で示す如く上下の波形部分の面積を等しくし、こ
れにより得られた線順次色差信号を出力端子１０へ出力
する。

発明が解決しようとする問題点 しかるに、上記の従来の白バランス調整装置は、色差信
号の上下の波形部分の面積を等しくすることはできる
が、その信号レベルが第６図（Ａ）のＢ−Ｙ，Ｒ−Ｙに
示す色差信号の基準値と異なることとなるため、色再現
が悪くなるという問題点があった。

すなわち、上記の従来の白バランス調整装置を有するカ
ラーテレビジョンカメラにより、基準照明光源Ｌ_１下の
カラーバーを撮像して得た映像信号をベクトルスコープ
で観測した場合、第７図に丸印で示す位置に在る各色信
号成分は、照明光源Ｌ_２の照明の下で同じカラーバーを
撮像した場合に上記白バランス調整を行なうと、同図に
矢印で示す方向へベクトルスコープ上移動してしまい、
正しい色再現が得られない。

これは従来の白バランス調整装置が三原色信号の混合信
号で白バランス調整を行なっているためで、輝度信号Ｙ
中、緑色信号Ｇが占める割合が大きいため、赤色信号
Ｒ，青色信号Ｂの色温度補正は不足するのに対し、緑色
信号Ｇの色温度の過補正が行なわれてしまうためであ
る。

そこで、本発明は色再現を損うことなく白バランス調整
を行なう、テレビジョンカメラの白バランス調整装置を
提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明になるテレビジョンカメラの白バランス調整装置
は、撮像素子の出力映像信号が輝度信号の低域成分と、
色差信号で変調された被変調波とを夫々分離出力する手
段と、少なくとも被変調波を検波する検波器と、検波器
の出力色差信号に輝度信号の低域成分を一定量加算する
か、又は輝度信号の低域成分で変調した信号を被変調波
に一定量加算して検波器に供給することにより２種の原
色信号を得る手段と、白色被写体撮像時に輝度信号の低
域成分レベルを基準レベルとして２種の原色信号レベル
を基準レベルと略同一レベルとなるように夫々レベル調
整するレベル調整手段とよりなる。

作用 撮像素子より取り出された映像信号は波手段に供給さ
れ、ここでベースバンドの輝度信号の低域成分を波さ
れると共に、前記被変調波を分離波される。被変調波
は検波器を通して輝度信号の低域成分が一定量加算され
ることにより２種の原色信号に変換される。又は、輝度
信号の低域成分で変調された信号が一定量だけ上記の被
変調波に加算された後、検波器を通されることにより、
２種の原色信号が得られる。

上記の２種の原色信号は白色被写体撮像時に輝度信号の
低域成分レベルを基準レベルとして基準レベルと略同一
レベルとなるように夫々レベル調整手段によりレベル調
整される。

実施例 第１図は本発明装置の第１実施例のブロック系統図を示
す。同図中、第４図と同一構成部分には同一符号を付
し、その説明を省略する。第１図において、ＢＰＦ５よ
り取り出された被変調波Ｃ_ｎ・sinωｔまたはＣ_n+1・si
nωｔは同期検波器１２に供給され、ここで発振器（図
示せず）よりの復調用搬送波（その角周波数をωで示
す）により同期検波される。これにより、第ｎラインで
は(2)式に示した色差信号Ｂ−Ｙが同期検波器１２より
取り出され、第ｎ＋１ラインでは(3)式に示した色差信
号Ｙ−Ｒを位相反転した色差信号Ｒ−Ｙが取り出され
る。

加算器１３は同期検波器１２より取り出された線順次色
差信号に、狭帯域ＬＰＦ８より取り出された、色差信号
Ｂ−Ｙ，Ｒ−Ｙと同じ帯域の輝度信号低域成分Ｙ_Ｌを一
定量加算する。ここで注意することは、色差信号Ｂ−Ｙ
及びＲ−Ｙの中の輝度信号成分と、上記の輝度信号低域
成分Ｙ_Ｌとは同じ帯域で、分光特性が等しいことであ
り、これにより、照明光源の分光特性がどのようなもの
であっても、加算器１３の出力信号は色差信号中の輝度
信号成分と輝度信号の低域成分Ｙ_Ｌとの影響を受けるこ
となく、次式で示される原色信号となる。

（Ｂ−Ｙ）＋Ｙ_Ｌ＝Ｂ (4) 又は （Ｒ−Ｙ）＋Ｙ_Ｌ＝Ｒ (5) 加算器１３より取り出された、青色信号Ｂと赤色信号Ｒ
とが１水平走査期間毎に交互に時系列的に合成されてな
る線順次原色信号は、同時化回路１４により周知の手段
で同時化される。これにより、同時化回路１４からは同
時に赤色信号Ｒと青色信号Ｂとが取り出され、ＧＣで示
した可変利得増幅器１５及び１６に夫々別々に供給され
る。

可変利得増幅器１５及び１６は、端子１７，１８を介し
て入来する利得制御電圧によってその利得が可変制御さ
れる。この利得制御電圧は、輝度信号の低域成分Ｙ_Ｌの
レベルを基準にして、白色被写体撮像時に赤色信号Ｒと
青色信号Ｂの各レベルが夫々基準レベルと同一になるよ
うに選定される。そして、通常の撮像時には、この白バ
ランス調整時の利得制御電圧に保持される。

プロセス回路１９は４種類の入力信号に対して夫々ガン
マ補正等の所定のプロセス処理を施した後、マトリクス
回路において狭帯域ＬＰＦ８よりの輝度信号の低域成分
Ｙ_Ｌと上記の可変利得増幅器１５，１６よりの原色信号
Ｒ，Ｂとより２種の色差信号Ｒ−Ｙ及びＢ−Ｙを生成す
ると共に、広帯域ＬＰＦ３より広帯域の輝度信号Ｙ_ｗか
ら広帯域の輝度信号Ｙを生成し、これらの信号をエンコ
ーダ２０へ出力する。

エンコーダ２０は色差信号Ｒ−Ｙ及びＢ−Ｙで所定の色
副搬送波を例えば直角二相変調して搬送色信号を生成
し、これを入力輝度信号Ｙに帯域共用多重して標準方式
のカラー映像信号を生成して出力端子２１へ出力する。

本実施例によれば、白バランス調整時は白色被写体を撮
像し、それにより可変利得増幅器１５及び１６の出力原
色信号Ｒ及びＢのレベルが、輝度信号低域成分Ｙ_Ｌのレ
ベルと等しくなるように、すなわちプロセス回路１９の
出力色差信号Ｒ−Ｙ及びＢ−Ｙのレベルが共に零となる
ように、可変利得増幅器１５及び１６の利得が各別に制
御される。すなわち、色差信号ではなく、原色信号Ｒ及
びＢに対してレベル調整を行なっているので、色再現性
を損なうことはない。

また、プロセス回路１９は入力信号が原色信号なので、
色差信号が供給される従来装置に比し、適切なガンマ処
理を行なうことができるので、より良い色再現性が得ら
れる。

次に本発明の第２実施例について第２図に示すブロック
系統図と共に説明する。同図中、第１図と同一構成部分
には同一符号を付し、その説明を省略する。第２図にお
いて、狭帯域ＬＰＦ８の出力輝度信号低域成分Ｙ_Ｌは乗
算器２３に供給され、ここで同期検波器２５に供給され
る復調用搬送波と同一の周波数で、かつ、１水平走査期
間毎に位相が反転される搬送波ω′と乗算される。

これにより、乗算器２３からは輝度信号低域成分Ｙ_Ｌで
搬送波を振幅変調した如き第２の被変調波が取り出され
て加算器２４に供給され、ここでＢＰＦ５よりの第１の
被変調波Ｃ_ｎ・sinωｔやＣ_n+1・sinωｔと加算され
る。同期検波器２５は加算器２４の出力信号を同期検波
して、(4)式で示した青色信号Ｂと(5)式で示した赤色信
号Ｒとを１水平走査期間毎に交互に出力する。

同期検波器２５の出力線順次原色信号は同時化回路１４
に供給されて同時化され、以後第１実施例と同様にして
白バランス調整が行なわれる。なお、同期検波器２５は
包絡線検波器を代りに使用してもよい。

次に本発明の第３実施例について第３図のブロック系統
図と共に説明する。第３図中、第１図と同一構成部分に
は同一符号を付し、その説明を省略する。第３図におい
て、可変利得増幅器２７は加算器１３より供給される線
順次原色信号のレベル制御を、端子２８及び２９より入
来する利得制御電圧と、端子３０より入来する１水平走
査期間毎に反転するライン判別信号とに基づいて行な
う。

すなわち、可変利得増幅器２７は白色被写体を撮像して
白バランス調整する場合、輝度信号低域成分Ｙ_Ｌのレベ
ルと線順次原色信号の各原色信号レベルとが夫々等しく
なるよう、１水平走査期間毎に交互に端子２８及び２９
よりの２種の原色信号専用利得制御電圧を切換えてその
利得制御電圧に基づいて利得が制御される。

これにより、信号レベルが調整された線順次原色信号は
プロセス回路３１に供給され、ここで輝度信号低域成分
Ｙ_Ｌと所定の信号処理を施されて、色差信号Ｒ−Ｙ及び
Ｂ−Ｙが１水平走査期間毎に交互に時系列的に合成され
た線順次色差信号に変換された後、同時化回路３２に供
給される。

同時化回路３２により同時化された２種の色差信号Ｒ−
Ｙ及びＢ−Ｙと、プロセス回路３１より取り出された輝
度信号とは夫々エンコーダ２０に供給される。

本実施例は同時化回路３２をプロセス回路３１の出力側
に設けた点に特徴を有するもので、同時化を色差信号に
対して行なっているので、原色信号に対して同時化を行
なう第１及び第２実施例に比し、無彩色被写体撮像時に
おいて垂直方向の色誤差が少ないという特長がある。

なお、加算器１３において線順次原色信号に、一定量加
算される輝度信号は広帯域成分Ｙ_ｗでもよいが、その場
合は加算後の信号を狭帯域ＬＰＦ８と同じ特性のＬＰＦ
を通す必要があり、結局加算される輝度信号は低域成分
Ｙ_Ｌとなる。

発明の効果 上述の如く、本発明によれば、白色被写体撮像時に輝度
信号の低域成分レベルを基準レベルとして２種の原色信
号レベルを基準レベルと略同一（完全同一を含む）とな
るようにレベル調整することにより、白バランス調整を
行なっているので、照明光源の色温度に応じて色再現性
の変化しない最適な白バランス調整ができ、従来に比し
色再現性を向上でき、更に原色信号に対して適切なガン
マ処理を行なえるので、従来に比し、更により良い色再
現性を得ることができる等の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は夫々本発明装置の各実施例を示すブ
ロック系統図、第４図は従来装置の一例を示すブロック
系統図、第５図は色フィルタの構成の一例を示す図、第
６図は（Ａ），（Ｂ）は夫々従来装置における白バラン
ス補正等について説明する図、第７図は従来装置におい
て白バランス調整したときの色再現性の変化をベクトル
スコープ上で説明する図である。 １……固体撮像素子、２……色フィルタ、５……被変調
波分離用帯域フィルタ（ＢＰＦ）、８……狭帯域低域フ
ィルタ（ＬＰＦ）、１２，２５……同期検波器、１３，
２４……加算器、１４，３２……同時化回路、１５，１
６，２７……可変利得増幅器、１９，３１……プロセス
回路、２３……乗算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースバンドの輝度信号と色差信号で変調
   された被変調波とよりなる映像信号が撮像素子より供給
   され、そのうち該輝度信号の低域成分と該被変調波とを
   夫々分離出力する波手段と、 少なくとも分離波された該被変調波を検波する検波器
   と、 該検波器の出力色差信号に該輝度信号の低域成分を一定
   量加算することにより、又は該輝度信号の低域成分で搬
   送波を変調して得た信号を該被変調波に一定量加算して
   該検波器に供給することにより２種の原色信号を得る手
   段と、 白色被写体撮像時に該輝度信号の低域成分レベルを基準
   レベルとして該２種の原色信号レベルを該基準レベルと
   略同一レベルとなるように夫々レベル調整して出力する
   レベル調整手段とよりなることを特徴とするテレビジョ
   ンカメラの白バランス調整装置。