JPH1093866A

JPH1093866A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH1093866A
Application number: JP8242298A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kotaki; 弘昭小滝
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】放電灯を使用したときに発生する再生画像のフ
リッカ現象を、光蓄積時刻がライン毎に異なる撮像素子
の場合でも効果的に軽減でき、かつ光の波長の違いによ
るフリッカ量の違いも考慮する。【解決手段】ＸＹアドレス型の固体撮像素子１３〜１５
を用い、連続した３フィールド内の各画素の撮像出力信
号レベルを、それぞれの信号処理回路２９〜３０で、上
記連続した３フィールド内の各画素の撮像出力信号レベ
ルの平均値で除算した値を求め、その逆数に比例するよ
うに、前記連続した３フィールド内の各画素の撮像出力
信号レベルを利得制御をすることにより、放電を利用し
た照明光を使用したときに発生する撮像出力信号のフリ
ッカ現象を軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＸＹアドレス型
の固体撮像素子のように、少なくとも垂直方向について
は読出すラインを選択することができる撮像素子を使用
した撮像装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】商用電源周波数が約５０Ｈｚの地域で螢
光燈や水銀灯等、放電を利用した照明光を使用し、かつ
テレビジョンシステムのフィールド（またはフレーム）
周波数が約６０Ｈｚの場合、照明光に起因する２０Ｈｚ
フリッカ現象が再生画像に現れることはよく知られてい
る。このフリッカ現象は目立ちやすく画質を劣化させる
ので、軽減されることが望まれている。

【０００３】従来は文献「テレビジョン学会技術報告資
料」のTEBS89-4、PPOE44-4、pp.33-36、1983-05 の“フ
リッカー抑圧装置”で示されているように、いったんＶ
ＴＲに録画された映像信号に対してフリッカ軽減処理を
行なう、という例はあった。しかしながら、カメラ側で
はガンマ補正等の非線形処理を行なっているのに、フリ
ッカ補正を行なうときは、線形増幅器を用いてレベル調
整を行なっているという問題もあった。この点を考慮す
るとフリッカ補正は、撮像装置側で行なうことが望まし
い。

【０００４】ＣＣＤ撮像素子を用いた撮像装置では、フ
ォトダイオードの光蓄積時間を１／１００ｓに設定して
フリッカを軽減する、という手法が周知である。しか
し、撮像出力信号レベルが３／５になり、その分だけＳ
／Ｎが劣化するという問題があった。同じく撮像装置側
での補正の従来の技術として、ＣＣＤ撮像装置の場合の
フリッカは、３フィールド毎に画面全体の信号レベルが
変化するという形で発生するので、３フィールド周期で
増幅レベルを調整して補正する、という手法がある。

【０００５】しかしながら、この手法では撮像管やいわ
ゆるＸＹアドレス型固体撮像素子のように、光蓄積時刻
がライン毎に異なる撮像素子の場合には、そのままでは
適用できない、という問題があった。さらに、螢光燈の
残光時間は光の波長によって異なるのに、従来の補正方
式ではこの部分を考慮しておらず、カラー撮像装置の場
合では補正が不完全となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の撮像装
置のフリッカ補正方式では、カメラ側での非線形処理
（ガンマ補正、等）を考慮していない、信号のＳ／Ｎを
劣化させることがある、撮像素子の光蓄積時刻がライン
毎に異なるような撮像装置には適用できないことがあ
る、光の波長の違いによる残光時間の違いを考慮してい
ない、等の問題があった。

【０００７】そこでこの発明は、放電を利用した照明光
を使用したときに発生する再生画像のフリッカ現象を、
光蓄積時刻がライン毎に異なる撮像素子の場合でも効果
的に軽減することができ、かつ光の波長の違いによるフ
リッカ量の違いをも考慮した撮像装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【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、この発明の撮像装置では、画像の１フィールド
またはフレーム内に存在する各画素の光蓄積時刻が、画
像の垂直方向で見た場合、各ライン毎に異なる撮像素子
を用いた撮像装置において、連続した３ｎ（ｎは正の整
数）フィールド（またはフレーム）内の各画素の撮像出
力信号レベル（または複数の画素をひとまとめにした画
素群の撮像出力総信号レベル）を、前記連続した３ｎフ
ィールド内の各画素の撮像出力信号レベルの平均値（ま
たは前記複数の画素をひとまとめにした複数の画素群の
撮像出力総信号レベルの平均値）で除算した値を求め、
その逆数に比例するように、前記連続した３ｎフィール
ド内の各画素の撮像出力信号レベルを利得制御をするこ
とにより、放電を利用した照明光を使用したときに発生
する撮像出力信号のフリッカ現象を軽減することを特徴
とする。

【０００９】また、少なくとも１フィールド（またはフ
レーム）内の画像中の所定の領域から得られる複数の画
素をひとまとめにした画素群の撮像出力総信号レベル
（または複数の画素をひとまとめにした画素群の撮像出
力総信号レベル）から、そのフィールドまたはフレーム
を含み、連続した３ｎ（ｎは正の整数）フィールド（ま
たはフレーム）内の複数の画素をひとまとめにした複数
の画素群の撮像出力総信号レベルの平均値（または複数
の画素をひとまとめにした複数の画素群の撮像出力総信
号レベルの平均値）を得る手段と、前記平均値と前記撮
像出力総信号レベルから、放電を利用した照明光を使用
したときに発生する撮像出力信号のフリッカ現象を補正
するための各画素（または複数の画素をひとまとめにし
た画素群）毎の補正係数を得る手段と、前記補正係数を
用いて、各画素の撮像信号レベルを調整して前記フリッ
カ現象を補正する手段と、フリッカ補正後の信号から前
記放電を利用した照明光に起因する残存フリッカ成分を
検出し、その振幅と位相情報から、前記補正係数と補正
される画素の対応関係を修正する手段とを具備してなる
ことを特徴とする。

【００１０】このような手段によると、放電を利用した
照明光を使用したときに発生する再生画像のフリッカ現
象を、撮像管やいわゆるＸＹアドレス型の固体撮像素子
のように、光蓄積時刻がライン毎に異なる撮像素子の場
合でも効果的に軽減することができ、かつカラー撮像装
置の場合には光の波長の違いによるフリッカ量の違いを
も考慮した補正を行なうことができる。

【００１１】

【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
の発明の実施の形態について説明するためのブロック構
成図である。図１において、撮像レンズ１１により集光
された光学情報は、色分解プリズム１２により緑
（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）の３原色光に分解し、それ
ぞれがＸＹアドレス型の固体撮像素子１３〜１５上で結
像する。この固体撮像素子１３〜１５は、パルス発生回
路１７から出力されるパルスに基づいて駆動パルスを生
成する、撮像素子駆動回路１６によって駆動する。

【００１２】ここで、ＸＹアドレス型の固体撮像素子１
３〜１５の概略構成について図２を用いて説明する。４
１〜４４は、それぞれ１画素を構成するユニットであ
り、光電変換を行なう受光素子、ライン選択のためのＭ
ＯＳトランジスタスイッチ等から構成している。これら
は例えば垂直方向に約５００画素、水平方向に約８００
画素を配列している。４７は垂直走査及びインターレー
ス回路であり、必要なラインを選択する。テレビジョン
のインターレースのために、第１のフィールドではライ
ン１と２、ライン３と４、…のように選択し、第２のフ
ィールドでは選択の組合せを１ライン分ずらしてライン
２と３、ライン４と５、…のように選択する。

【００１３】画素４１，４３，…の出力信号は、水平走
査のためのＭＯＳトランジスタ４６に接続し、画素４
２，４４，…の出力信号は、同じようにＭＯＳトランジ
スタ４５に接続する。そして水平走査回路４８を動作さ
せることにより、ライン１，３，…上の画素からの出力
信号は出力端子５０から、ライン２，４，…上の画素か
らの出力信号は出力端子４９から出力されるという構成
になっている。インターレースのために一般的には出力
端子４９及び５０の信号は加算する。

【００１４】以上の構成からもわかるように、ラインｎ
とｎ＋１と次に選択されるラインｎ＋２とｎ＋３（ｎは
正の整数）の互いに垂直方向に隣接する画素間で比較す
ると、図３（ｂ）のように光の蓄積時刻がテレビジョン
の１水平走査期間だけずれている。従って、螢光燈のよ
うに光量が図３（ａ）のように１００Ｈｚで変動してい
ると、一様な輝度レベルの被写体を撮像していても、図
３（ｃ）のように出力レベルが画面内で変動してしまう
のが、ＸＹアドレス型固体撮像装置でのフリッカ現象で
ある。

【００１５】ここで、図１のシステム制御回路１８の制
御について説明するが、Ｇ，Ｂ，Ｒの各チャネルともに
同じであるので、ここではＧチャネルを例について説明
し、あとのＢ，Ｒについて省略する。

【００１６】まず、通常の撮影に先立って画面内で一様
な無彩色被写体を撮像する。図１の固体撮像素子１３か
らの撮像出力信号は、プリアンプ１９に入力して所定の
レベルまで増幅された後、その出力信号の一部は信号レ
ベル調整回路２０に、他の一部は各ラインの信号量を積
算し記憶するライン積算回路２１にそれぞれ入力する。
このライン積算回路２１では一様な無彩色被写体を撮像
しているので、各画素出力をプリアンプ１９から例えば
各ラインの積算信号量Ｓｎを算出して、３フィールド分
の、例えば１フィールド内の有効走査線数が２４０本の
とき、ｎ＝１，２，３，…７２０だけ記憶しておく。次
に各ラインの補正係数を算出し記憶する係数算出回路２
２では積算信号量Ｓｎより３フィールド内のＳｎの平均
値Ｓａを算出するとともに、以下の演算を行ない各ライ
ン毎の補正係数ｋｎを算出及び記憶する。

【００１７】

【数１】ただし、Ｎは使用したライン数で、例えば７２０ライン
である。

【００１８】ｋｎ＝ｍ・Ｓｎ／Ｓａ … （２）ただし、ｍは定数である。

【００１９】補正係数ｋｎは（２）式よりわかるよう
に、各ラインのＳｎが平均値Ｓａに対してどの程度大き
いか小さいかの比を表わす。なお、ライン積算回路２１
及び係数算出回路２２が動作するのは後述する補正係数
設定モードのときのみであり、それ以外では動作せず、
その時点で記憶されている補正係数ｋｎを使用する。一
般の被写体撮像時には、これらの補正係数ｋｎは補正係
数の読出しタイミング制御回路２３を経由して信号レベ
ル調整回路２０に入力し、プリアンプ１９から出力され
てきた撮像出力信号の各画素のレベルを調整する。

【００２０】具体的には、補正係数がｋｎのラインでは
信号レベル調整回路２０の利得を１／ｋｎにして、その
ライン上にある各画素の信号レベルを調整する。このレ
ベル調整により各ライン上の各画素の信号レベルは連続
する３フィールドの同じ位置にある各画素の信号レベル
と概略等しくなり、フリッカ現象は軽減される。

【００２１】信号レベル調整回路２０の出力信号の一部
は、光量変動成分検出回路２４に入力して、残存してい
るフリッカ成分（１００Ｈｚ）を抽出する。螢光燈の光
量変動の様子は、螢光燈の継時変化や商用電源周波数の
安定性、等の原因により、光量はもちろんのこと、その
位相も変動する場合がある。そのような場合、信号レベ
ル調整回路２０でのフリッカの軽減の度合いが低くなっ
てしまう。

【００２２】そこで、補正係数を求めたときに光量変動
成分の位相と対応する補正係数とのタイミング関係は既
に分かっているので、残存フリッカ成分を帯域通過フィ
ルタ（ＢＰＦ）等で抽出して、その成分の極小値及び極
大値の位相を求める。その情報に基づき、補正係数の読
出しタイミング制御回路２３内で、最適な補正係数によ
り信号レベル調整が行なわれるように読出しタイミング
の制御を行なう。

【００２３】以上のように、フリッカ現象が軽減された
信号レベル調整回路２０の出力信号の他の一部はカメラ
プロセス回路２５に入力されて、ガンマ補正等の非線形
処理を含んだ撮像装置の信号処理を施して、出力端子２
９から出力する。

【００２４】Ｇチャネルの信号を処理する信号処理回路
２６の内容は、Ｂ，Ｒチャネルのそれぞれについて処理
する信号処理回路２７，２８についても全く同様であ
り、出力端子３０，３１からフリッカが軽減された信号
が同様に出力される。ここでのＢ，Ｒチャネルの説明は
省略する。

【００２５】さて、上記の一連の信号処理の手順は、図
１のシステム制御回路１８が制御している。次に図４を
用いてシステム制御回路１８が行う制御の手順について
説明する。

【００２６】まず、補正係数設定モードかどうかを判断
する。例えば前述したように通常の撮像に先立って画面
内で一様な無彩色被写体を撮像し、システム制御回路１
８に、そのモードを外部から指示することにより補正係
数設定モードを設定することができる。システム制御回
路１８では補正係数設定モードを設定されたどうかを判
断する。もし、補正係数設定モードならば次に提示され
た被写体が無彩色かどうかを判断する。もし補正係数設
定モードでないならば残存している光量変動成分を検出
する処理に進む。

【００２７】一様な無彩色被写体を用いて同時に白バラ
ンス調整も施されるので、Ｇ，Ｂ，Ｒの各チャネルのプ
リアンプの出力信号レベル比がそのときの照明の色温度
条件下で所定の比率になっていれば無彩色と判断しても
よく、次の各ラインの積算信号量Ｓｎを算出及び記憶す
る処理に進む。もし無彩色と判断されなかった場合は処
理の最初に戻る。Ｓｎ及び補正係数ｋｎの算出手順は、
上記の式（１），（２）の通りである。

【００２８】次に残存している光量変動成分をＢＰＦ等
で抽出し、その光量変動成分の位相と作用させる補正係
数とのタイミング関係が、補正係数を算出したときの光
量変動成分の位相と補正係数とのタイミング関係と同じ
かどうかを判断する。もし同じでない場合は補正係数の
読出しタイミングを調整する。そして調整後の補正係数
を用いて信号レベルを調整する、という流れである。

【００２９】この実施の形態によれば、放電を利用した
照明光を使用したときに発生する再生画像のフリッカ現
象を、撮像管やいわゆるＸＹアドレス型固体撮像素子の
ように光蓄積時刻がライン毎に異なる撮像素子の場合で
も効果的に軽減することができる。また、カラー撮像装
置の場合には光の波長の違いによるフリッカ量の違いに
も考慮した補正を行なうことができる。

【００３０】図５は、この発明の他の実施の形態につい
て説明するための制御の流れであり、ここでは図４と異
なる部分を中心に説明する。

【００３１】すなわち、まず補正係数設定モードのとき
は、そのときの画像中に無彩色領域が存在するかどうか
を調べる。例えば一般にＧ，Ｂ，Ｒ信号ともにレベルが
大きくて、かつ（Ｒ−Ｇ）信号と（Ｂ−Ｇ）信号のレベ
ルが小さいときは、その領域を無彩色と見なしてよい場
合が多い。

【００３２】次に無彩色領域が存在する場合は、その領
域の垂直方向の期間が１／１００ｓ以上あるかどうかを
調べる。もしこの条件を満足するならば図４のときと同
じ計算方法により、３フィールド分の無彩色領域内の各
画素の補正係数を算出して記憶することができる。図４
では各ライン毎に補正係数を求めたが、図５では各画素
毎に補正係数を求めている。光量変動の周期は約１／１
００ｓである。従って、補正係数自身もこの周期を持っ
ているので、画面内の上記無彩色領域以外の画素の補正
係数は、上記無彩色領域内の補正係数から１／１００ｓ
の周期を持って推測することができる。これに続く制御
方法は図４のときと同様であるので省略する。

【００３３】この実施の形態では、通常撮影に先立ち画
面内で一様でかつ無彩色の被写体を撮像する手間がいら
なくなる。また補正係数を画素毎に求めるので、信号レ
ベルの調整を指定した領域に限定することにより、画面
内の部分フリッカをも軽減することができる。

【００３４】なお、この発明は上記した実施の形態に限
定されるものではない。例えば、上記した各実施の形態
ではフィールドで説明したが、フレームでも同じであ
る。また、ＸＹアドレス型の固体撮像素子の構成や画素
数などは種々変形して実施することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
螢光燈等の放電を利用した照明光を使用したときに発生
する再生画像のフリッカ現象を、光蓄積時刻がライン毎
に異なる撮像素子の場合でも効果的に軽減することがで
き、また光の波長の違いによる螢光燈の残光時間の違い
を考慮して、撮像素子の異なる分光特性毎にレベル調整
を行なっているので、カラー撮像装置の場合でも効果的
にフリッカを軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態について説明するため
のブロック構成図。

【図２】この発明に用いるＸＹアドレス型固体撮像素子
の概略構成について説明するための説明図。

【図３】ＸＹアドレス型固体撮像素子を用いた撮像装置
で発生する螢光燈フリッカを説明するための説明図。

【図４】図１のシステム制御の流れを説明するための説
明図。

【図５】この発明の他の実施の形態のシステム制御の流
れを説明するための説明図。

【符号の説明】

１１…撮像レンズ、１２…色分解プリズム、１３〜１５
…固体撮像素子、１６…撮像素子駆動回路、１７…パル
ス発生回路、１８…システム制御回路、１９…プリアン
プ、２０…信号レベル調整回路、２１…ライン積算回
路、２２…係数算出回路、２３…タイミング制御回路、
２４…光量変動成分検出回路、２５…カメラプロセス回
路、２６〜２８…信号処理回路、２９〜３１…出力端
子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像の１フィールド（またはフレーム）
内に存在する各画素の光蓄積時刻が、画像の垂直方向で
見た場合、各ライン毎に異なる撮像素子を用いた撮像装
置において、連続した３ｎ（ｎは正の整数）フィールド（またはフレ
ーム）内の各画素の撮像出力信号レベルを、前記連続し
た３ｎフィールド内の各画素の撮像出力信号レベルの平
均値で除算した値を求め、その逆数に比例するように、
前記連続した３ｎフィールド内の各画素の撮像出力信号
レベルを利得制御をすることにより、放電を利用した照
明光を使用したときに発生する撮像出力信号のフリッカ
現象を軽減することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】画像の１フィールド（またはフレーム）
内に存在する各画素の光蓄積時刻が、画像の垂直方向で
見た場合、各ライン毎に異なる撮像素子を用いた撮像装
置において、連続した３ｎ（ｎは正の整数）フィールド（またはフレ
ーム）内の画像中の所定の領域から得られる複数の画素
をひとまとめにした画素群の撮像出力総信号レベルを、
前記連続した３ｎフィールド内の前記複数の画素をひと
まとめにした複数の画素群の撮像出力総信号レベルの平
均値で除算した値を求め、その逆数に比例するように、
前記連続した３ｎフィールド内の各画素の撮像出力信号
レベルを利得制御をすることにより、放電を利用した照
明光を使用したときに発生する撮像出力信号のフリッカ
現象を軽減することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】１フィールド（またはフレーム）内の各
画素の光蓄積時刻が、画像の垂直方向で見た場合、少な
くとも各ライン毎に異なる撮像素子を用いた撮像装置に
おいて、少なくとも１フィールド（またはフレーム）内の画像中
の所定の領域から得られる各画素の撮像出力信号レベル
から、前記１フィールドを含み、連続した３ｎ（ｎは正
の整数）フィールド（またはフレーム）内の１画素分の
信号量の平均値を得る手段と、前記平均値と前記撮像出力信号レベルから、放電を利用
した照明光を使用したときに発生する撮像出力信号のフ
リッカ現象を補正するための各画素毎の補正係数を得る
手段と、前記補正係数を用いて、各画素の撮像信号レベルを調整
して前記フリッカ現象を補正する手段と、フリッカ補正後の信号から前記放電を利用した照明光に
起因する残存フリッカ成分を検出し、その振幅と位相情
報から、前記補正係数と補正される画素の対応関係を修
正する手段とを具備してなることを特徴とする撮像装
置。
【請求項４】１フィールド（またはフレーム）内の各
画素の光蓄積時刻が、画像の垂直方向で見た場合、少な
くとも各ライン毎に異なる撮像素子を用いた撮像装置に
おいて、少なくとも１フィールド（またはフレーム）内の画像中
の所定の領域から得られる複数の画素をひとまとめにし
た画素群の撮像出力総信号レベルから、そのフールドま
たはフレームを含み、連続した３ｎ（ｎは正の整数）フ
ィールド（またはフレーム）内の複数の画素をひとまと
めにした複数の画素群の撮像出力総信号レベルの平均値
を得る手段と、前記平均値と前記撮像出力総信号レベルから、放電を利
用した照明光を使用したときに発生する撮像出力信号の
フリッカ現象を補正するための各画素毎の補正係数を得
る手段と、前記補正係数を用いて、各画素の撮像信号レベルを調整
して前記フリッカ現象を補正する手段と、フリッカ補正後の信号から前記放電を利用した照明光に
起因する残存フリッカ成分を検出し、その振幅と位相情
報から、前記補正係数と補正される画素の対応関係を修
正する手段とを具備してなることを特徴とする撮像装
置。
【請求項５】前記補正係数を求めた場合の、カラー撮
像装置においては、撮像素子の各画素の異なる分光特性
毎に、前記補正係数を得ることを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】撮影に先立って無彩色の被写体を撮像
し、その出力信号を用いて、前記放電を利用した照明光
を使用したときに発生する撮像出力信号のフリッカ現象
を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の撮像装置。