JPH11341500A - カラー撮像装置およびホワイトバランス補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＮＤ(neutral density) フィルタの動作中に
も、ホワイトバランスが変化することなく、ＮＤフィル
タの遷移状態における画質の変化を抑制することが可能
なカラー撮像装置を提供する。 【解決手段】撮像素子９に入射される光の光路に挿抜可
能に設けられ、撮像素子９への光の光量を制限する光量
制限フィルタとしてのＮＤフィルタ１３と、撮像素子９
から得られる３原色の各色信号のバランスを調整するホ
ワイトバランス回路２２と、ＮＤフィルタ１３の光路中
の移動位置に応じてホワイトバランス回路２２を制御し
て各色信号のバランスを補正するホワイトバランス補正
回路２５とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー撮像装置お
よびホワイトバランス補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】肉眼で見る場合は自動的に周囲光に眼が
順応して、色が補正されるので不自然に感じることは少
ないが、物理測光を行なうカラーカメラでは被写体に当
てる光や照明の種類または度合いによって、ＣＣＤなど
の撮像素子によって再現される色が変わってくる。カラ
ーカメラでは忠実にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３
色に分解して色を再現するので、屋外の太陽光の下で撮
像する場合と、室内の白色ランプの照明下では、色のバ
ランスが変わってくる。このため、カラーカメラでは、
撮像のたびに、色温度に合わせて色あいの補正を行なう
ことが必要になる。たとえば、特開昭６１−２８３２９
５号公報に開示されているように、家庭用のビデオカメ
ラ等では、色の補正を行なうために、ホワイトバランス
調整機能を有するものが知られている。このホワイトバ
ランス調整機能は、Ｒ，Ｂの色信号の利得を制御して、
Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の出力比を等しくするものである。

【０００３】一方、家庭用のビデオカメラ等では、アイ
リスユニットおける絞りの光量制御のダイナミックレン
ジを広げ、小絞りによる回折現象を防止するために、光
量を制限するため、位置的に光の透過率が連続的に変化
するＮＤ(neutral density)フィルタが撮像レンズと撮
像素子との間に挿入および抜き出しが可能に設けられた
ものが知られている。このＮＤフィルタを動作させるこ
とにより、小絞りによる回折現象を防止でき画質の劣化
を防ぐことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
ば、ステッピングモータ等の駆動手段でＮＤフィルタの
挿抜を自動的に制御しようとした場合、ＮＤフィルタが
カラーカメラの光路内で移動中（遷移時）には、撮像素
子に入射する光量が変化するため、ホワイトバランスが
変化することになる。そのため、このＮＤフィルタの移
動中には、画質が変化するため、ユーザもこれを意識す
ることになる。

【０００５】本発明は、ＮＤフィルタの動作中にも、ホ
ワイトバランスが変化することなく、ＮＤフィルタの遷
移状態における画質の変化を抑制することが可能なカラ
ー撮像装置およびホワイトバランス補正方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、撮像素子と、
前記撮像素子へ入射する光の光量を調節する絞りと、前
記絞りの前方または後方に、前記撮像素子に入射される
光の光路に所定の速度で挿抜可能に設けられ、当該撮像
素子への光の光量を制限する光量制限フィルタと、前記
撮像素子から得られる３原色の各色信号のバランスを調
整するホワイトバランス回路と、前記光量制限フィルタ
の前記光路中の挿入位置に応じて前記ホワイトバランス
回路を制御して前記各色信号のバランスを補正するホワ
イトバランス補正手段とを有する。

【０００７】前記ホワイトバランス回路は、所定の色信
号のゲインを調整する。

【０００８】前記ホワイトバランス補正手段は、前記光
量制限フィルタの位置に応じたゲイン補正量を算出し、
前記ホワイトバランス回路に出力する。

【０００９】前記ホワイトバランス補正手段は、前記前
記各色信号のバランスを補正するための前記光量制限フ
ィルタの位置に応じたゲイン補正量を予め保持してお
り、前記光量制限フィルタの位置に応じて前記ホワイト
バランス回路に出力する。

【００１０】前記ホワイトバランス補正手段は、前記光
量制限フィルタの前記光路への挿入または光路からの抜
出の開始信号を受けて、開始時からの経過時間を基に前
記光量制限フィルタの位置を検出する。

【００１１】本発明は、前記撮像素子から出力される輝
度信号および色信号から３原色の色信号を生成し、これ
らの色信号を前記ホワイトバランス回路に出力するする
色信号処理回路と、前記ホワイトバランス回路から出力
される３原色の色信号から色差信号を生成する色差信号
生成回路とをさらに有する。

【００１２】本発明は、撮像素子に入射される光の光路
に所定の速度で挿抜可能に設けられ、当該撮像素子への
光の光量を制限する光量制限フィルタを有するカラー撮
像装置の前記撮像素子から得られる３原色の色信号のホ
ワイトバランスを補正するホワイトバランス補正方法で
あって、前記光量制限フィルタの前記光路への挿入位置
に応じて、前記撮像素子から得られる３原色の各色信号
のゲインを補正してホワイトバランスを一定にすること
を特徴とする。

【００１３】本発明のカラー撮像装置では、撮像素子に
入射される光の光路に光量制限フィルタが挿入される
と、または、光路から光量制限フィルタが抜き出される
と、撮像素子から得られる３原色の各色信号のバランス
は変化する。ホワイトバランス補正手段は、光量制限フ
ィルタの光路中の移動位置に応じてホワイトバランス回
路を制御して各色信号のバランスを補正するため、３原
色の各色信号のバランスの変化は抑制されることにな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明が適用され
るカラー撮像装置の基本構成を示す構成図である。図１
において、本発明が適用されるカラー撮像装置は、撮像
レンズ３と、アイリスユニット５と、ＮＤフィルタユニ
ット７と、撮像素子９と、処理回路１１とを有してい
る。本実施形態に係るカラー撮像装置は、１個の撮像素
子から３原色信号を得る単板式の撮像方式である。

【００１５】撮像レンズ３は、被写体からの光を集光し
て撮像素子９に集光する。図１においては、単一の撮像
レンズを示しているが、実際には、たとえば、ズームレ
ンズやフォーカスレンズ等の複数の固定レンズおよび可
動レンズ群を有している。

【００１６】撮像素子９は、撮像レンズ３を通じた光の
像を電気信号に変換し、この撮像素子９には、たとえ
ば、ＣＣＤ(charge coupled device) が使用される。撮
像素子９には、色情報を取り出すために色フィルタアレ
イが設けられる。これにより、撮像素子９の出力は、輝
度成分と色成分からなる信号となる。

【００１７】アイリスユニット５は、入射光量が変化し
た場合に、低照度ではＳＮ比が低下し、過大入射光では
撮像素子１１が飽和するので、適正露光を得るための絞
り機構である。

【００１８】ＮＤフィルタユニット７は、アイリスユニ
ット５の小絞り回折による画質低下防止の目的で、撮像
レンズ３と撮像素子９との間に設けられる。図２は、Ｎ
Ｄフィルタユニット７の構成例を示す説明図である。図
２において、ＮＤフィルタ１３は、アーム１４の一方端
に形成された保持部１５によって保持されている。アー
ム１４は、他端側に設けられた支軸１６を中心に矢印の
向きに回動可能となっている。これにより、撮像レンズ
３と撮像素子９との間の光の光路にＮＤフィルタ１３を
挿入および抜き取り可能である。アーム１４は、たとえ
ば、図示しないステッピングモータのような駆動手段に
よって支軸１６を中心に矢印方向に所定の回転速度で駆
動される。

【００１９】ＮＤフィルタユニット７は、アイリスユニ
ット５の絞り状態に応じて動作する。すなわち、撮像レ
ンズ３からの光量が大きい場合に、アイリスユニット５
の絞りが小さくなりすぎて光の回折現象を起こさないよ
うに、光量を制限するためにＮＤフィルタユニット７が
動作するようになっている。したがって、ＮＤフィルタ
ユニット７が動作すると、撮像レンズ３と撮像素子９と
の間の光の光路にＮＤフィルタ１３が挿入されていくた
め、ＮＤフィルタ１３が完全に光路中に移動する間は、
撮像素子９に入射する光量は変化することになる。その
結果、ＮＤフィルタ１３の動作中には、撮像された画像
の色合いが変化する。

【００２０】本実施形態では、ＮＤフィルタ１３の動作
中における撮像された画像の色あいの変化を抑制すべ
く、後述するホワイトバランス補正回路２５を上述の処
理回路１１内に備えている。図３は、上記の処理回路１
１内の一構成例を示している。図３において、処理回路
１１は、色信号処理回路２１と、ホワイトバランス回路
２２と、ガンマ補正回路２３と、色差信号生成回路２４
と、ホワイトバランス補正回路２５と、ホワイトバラン
ス調整回路２６と、主制御回路２７とを有している。

【００２１】撮像素子９からの出力信号は、たとえば、
相関２重サンプリングで信号成分のみが抽出されたの
ち、増幅され、輝度信号Ｙ、色信号Ｃｒ，Ｃｂが色信号
処理回路２１に入力される。色信号処理回路２１では、
所定のマトリクス演算を施してＲ，Ｇ，Ｂ信号を生成
し、このＲ，Ｇ，Ｂ信号をホワイトバランス回路２２に
出力する。

【００２２】ホワイトバランス回路２２は、ある光源下
で撮像する場合、基準とする白色に対して、Ｇの色信号
のレベルを基準とし、それにＲ、Ｂの色信号のレベルを
合わせてホワイトバランスをとり、適正な色再現をする
ための回路である。具体的には、ホワイトバランス回路
２２は、色信号処理回路２１から出力されたＲ，Ｂの色
信号をホワイトバランス調整回路２６から出力される増
幅率ｇｒ，ｇｂの値に応じて増幅する。

【００２３】ホワイトバランス調整回路２６は、ホワイ
トバランス回路２２に出力すべき増幅率ｇｒ，ｇｂの値
を算出する。この増幅率ｇｒ，ｇｂの算出は自動的に行
なわれるが、たとえば、複数の光センサをカラー撮像装
置に装着し、光センサの信号をホワイトバランス調整回
路２６に取り込み、ホワイトバランス調整回路２６にお
いて周囲の色温度を推定して、適切な増幅率ｇｒ，ｇｂ
を算出することができる。

【００２４】ガンマ補正回路２３は、ホワイトバランス
回路２５から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの各色信号を補正し
て、カラー撮像装置で撮像した画像を、画像再生用ＣＲ
Ｔ装置に映し出したときの特性と一致させるための回路
である。

【００２５】色差信号生成回路２４は、ガンマ補正回路
２３から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの色信号から色差信号Ｒ
−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成する出力する。色差信号出力Ｒ−
Ｙ，Ｂ−Ｙを基に、図示しない変調回路によって色信号
が出力される。

【００２６】ホワイトバランス補正回路２５は、ＮＤフ
ィルタ１３の動作中における撮像された画像の色あいの
変化を抑制するために、ホワイトバランス回路２２の増
幅率を補正する機能を有する。具体的には、ＲおよびＧ
の色信号の増幅率ｇｒ，ｇｂを同時に補正する。

【００２７】主制御回路２７は、カラー撮像装置の全体
の制御を行い、ホワイトバランス補正回路２５に対して
ＮＤフィルタの作動をオンしたことを知らせる信号ＳN
とＮＤフィルタの作動をオフしたことを知らせる信号Ｓ
F を出力したり、ＮＤフィルタユニット７を駆動するた
とえばステッピングモータ２９を駆動する制御指令を出
力したりする。

【００２８】ここで、ホワイトバランス補正回路２５に
よるＲおよびＧの色信号の増幅率の補正は、たとえば、
図４に示すようなＮＤフィルタ１３の位置に応じたホワ
イトバランス回路２２に対する補正ゲインによって行な
う。図４は、横軸がＮＤフィルタ１３の回転位置を示し
ており、縦軸はＲおよびＧの色信号の補正ゲインＧを示
している。図４において、ＮＤフィルタ１３の回転位置
Ｘａは、ＮＤフィルタ１３が光路から完全に外れている
ときの位置であり、回転位置ＸｄはＮＤフィルタ１３が
完全に光路内に移動した状態の回転位置である。したが
って、図４の実線で示す曲線Ｌのように、ＮＤフィルタ
１３の任意の回転位置に応じて、ＲおよびＧの色信号の
補正ゲインＧを変化させることにより、ＮＤフィルタ１
３の動作中における撮像された画像の色あいの変化を抑
制することができる。

【００２９】ところで、ＮＤフィルタ１３の回転位置の
検出は、たとえば、ＮＤフィルタユニット７に回転位置
検出器を設けることによって可能であるが、本実施形態
では、装置構成を簡単にするため回転位置検出器は使用
せず、ステッピングモータなどのＮＤフィルタユニット
７の駆動手段の動作速度を考慮して、ＮＤフィルタ１３
の作動をオンまたはオフした時点からの経過時間によっ
てＮＤフィルタ１３の回転位置を推定する。本実施形態
では、ホワイトバランス補正回路２５には、ＮＤフィル
タの作動をオンしたことを知らせる信号ＳN と、ＮＤフ
ィルタの作動をオフしたことを知らせる信号ＳF とが入
力される構成となっており、また、ＮＤフィルタ１３の
駆動は一定の回転速度でかつ比較的低速度で行なわれ
る。

【００３０】次に、本実施形態に係るカラー撮像装置の
ホワイトバランス補正動作について図５および図６に示
すフローチャートに基づいて説明する。まず、ＮＤフィ
ルタ１３の作動をオフ状態からからオン状態にしたと
き、ホワイトバランスの補正動作を説明する。ＮＤフィ
ルタ１３の作動がオンされると（ステップＳ１）、ホワ
イトバランス補正回路２５には、オン信号ＳN が入力さ
れ（ステップＳ２）、ホワイトバランス回路２２におけ
るゲインの補正を開始する。

【００３１】ＮＤフィルタユニット７のアーム１４が、
駆動され（ステップＳ３）、ＮＤフィルタ１３が撮像レ
ンズ３と撮像素子９との間の光路内に挿入される。同時
に、ホワイトバランス補正回路２５はホワイトバランス
回路２２のホワイトバランスの補正を開始する（ステッ
プＳ４）。

【００３２】ホワイトバランス補正回路２５の出力する
補正ゲインＧは、図４に示すように、ＮＤフィルタ１３
が光路に挿入されていないときの位置をＸａとすると、
ホワイトバランス補正回路２５から出力される補正ゲイ
ンの値はＧａである。上述したように、ＮＤフィルタ１
３が完全に光路に挿入された状態である位置Ｘｄまでの
ゲインの変化は図の曲線Ｌのように推移させると、ＮＤ
フィルタ１３の動作中に、撮像された画像の色あいの変
化を抑制することができる。。本実施形態では、曲線Ｌ
のＮＤフィルタ１３の複数の回転位置Ｘａ、Ｘｂ、Ｘ
ｃ、Ｘｄのそれぞれの間を、点線で示すように直線補間
して近似する。本実施形態では、補正曲線Ｌを直線補間
するため、すべての補正ゲインＧのデータを保持する必
要がなく、大量のメモリを要しない。したがって、ホワ
イトバランス補正回路２５は、ＮＤフィルタ１３の作動
がオンすると、各回転位置Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄの間
で、補正ゲインＧを算出してホワイトバランス回路２２
に出力する。

【００３３】ＮＤフィルタ１３の光路への挿入または抜
き出しの遷移状態では、もともとホワイトバランスは大
きく外れることはないことから、上述の補正曲線Ｌを点
線で示す線分で近似した程度の補正であっても、ホワイ
トバランスの変化を目立たなくすることが可能となる。

【００３４】ＮＤフィルタ１３が撮像レンズ３と撮像素
子９との間の光路に完全に挿入されると、ＮＤフィルタ
ユニット７の駆動は停止し（ステップＳ５）、ホワイト
バランスの補正動作は終了する（ステップＳ６）。

【００３５】次に、ＮＤフィルタ１３を光路から抜き出
すときのホワイトバランスの補正動作を説明する。この
場合にも、ＮＤフィルタ１３が撮像レンズ３と撮像素子
９との間の光路内で移動するため、ホワイトバランスは
変化することになる。なお、ＮＤフィルタ１３は、アイ
リスユニット５の絞りが所定よりも大きくなると自動的
に光路から抜き出される。

【００３６】ＮＤフィルタ１３が光路から抜き出される
と（ステップＳ１１）、ホワイトバランス補正回路２５
には、オフ信号ＳF が入力され（ステップＳ１２）、同
時に、ＮＤフィルタユニット７のアーム１４が撮像レン
ズ３と撮像素子９との間の光路内から抜き出される方向
に駆動される（ステップＳ１３）。ＮＤフィルタ１３の
抜き出し動作と同時に、ホワイトバランス補正回路２５
はホワイトバランス回路２２のホワイトバランスの補正
を開始する（ステップＳ１４）。

【００３７】ホワイトバランス補正回路２５によるホワ
イトバランスの補正は、上述の場合と逆の動作によって
行なわれる。すなわち、ＮＤフィルタ１３の回転位置Ｘ
ｄからＸｄに向けて各回転位置Ｘｄ、Ｘｃ、Ｘｂ、Ｘａ
の間で、補正ゲインＧを算出してホワイトバランス回路
２２に出力する。

【００３８】ＮＤフィルタ１３が撮像レンズ３と撮像素
子９との間の光路から完全に抜き出されると、ＮＤフィ
ルタユニット７の駆動は停止し（ステップＳ１５）、ホ
ワイトバランスの補正動作は終了する（ステップＳ１
６）。

【００３９】また、図７は、ホワイトバランス補正回路
２５による他の補正方法を説明するための図である。図
４において説明した方法では、ＮＤフィルタ１３の各回
転位置Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄの間の補正曲線Ｌを直線
補間する構成としたが、図５に示すように、回転位置Ｘ
ａとＸｄとの間の複数の各回転位置で、補正曲線Ｌの各
ゲインの値を保持するテーブルを予め作成しておき、こ
れをＮＤフィルタ１３の各回転位置に応じて出力する構
成とすることも可能である。このような構成によれば、
ホワイトバランスのさらに精密な制御を行うことができ
る。

【００４０】以上のように、本実施形態によれば、撮像
素子９への光の光量を制限するＮＤフィルタ１３の作動
の過渡状態においても、カラー撮像装置によって撮像し
た画像のホワイトバランスの変化を抑制することが可能
になる。また、これにより、ＮＤフィルタユニット７を
アイリスユニット５の絞り制御と連動させた場合に、Ｎ
Ｄフィルタユニット７の作動を違和感のないものとする
ことができる。

【００４１】なお、本実施形態に係るＮＤフィルタユニ
ット７では、ＮＤフィルタ１３をアーム１４によって回
転させて光路に挿抜する構成としたが、本発明ほこれに
限定されない。たとえば、ＮＤフィルタ１３を直動式の
駆動手段によって光路に対して直線的に挿抜する構成と
してもよく、この場合には、図４に示した補正曲線Ｌも
ＮＤフィルタ１３の駆動方法に応じて変化することにな
る。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、カラー撮像装置におい
て光量制限フィルタの光路への挿抜の過渡状態によるホ
ワイトバランスの変化を補正することで、ユーザに意識
されることなく、光量制限フィルタを動作させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるカラー撮像装置の基本構成
を示す構成図である。

【図２】ＮＤフィルタユニット７の構成例を示す説明図
である。

【図３】処理回路１１内の構成例を示す説明図である。

【図４】ＮＤフィルタ１３の位置に応じたホワイトバラ
ンス回路２２に対する補正ゲインを示す説明図である。

【図５】本発明の一実施形態に係るカラー撮像装置のホ
ワイトバランス補正動作の一例を説明するためのフロー
チャートである。

【図６】本発明の一実施形態に係るカラー撮像装置のホ
ワイトバランス補正動作の他の例を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図７】ＮＤフィルタ１３の位置に応じたホワイトバラ
ンス回路２２に対する補正ゲインの他の例を示す説明図
である。

【符号の説明】

３…撮像レンズ、５…アイリスユニット、７…ＮＤフィ
ルタユニット、９…撮像素子、１１…処理回路、１３…
ＮＤフィルタ、１４…アーム、１５…保持部、１６…支
軸、２１…色信号処理回路、２２…ホワイトバランス回
路、２３…ガンマ補正回路、２４…色差信号生成回路、
２５…ホワイトバランス補正回路、２６…ホワイトバラ
ンス調整回路、２７…主制御回路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子と、 前記撮像素子へ入射する光の光量を調節する絞りと、 前記絞りの前方または後方に、前記撮像素子に入射され
   る光の光路に所定の速度で挿抜可能に設けられ、当該撮
   像素子への光の光量を制限する光量制限フィルタと、 前記撮像素子から得られる３原色の各色信号のバランス
   を調整するホワイトバランス回路と、 前記光量制限フィルタの前記光路中の挿入位置に応じて
   前記ホワイトバランス回路を制御して前記各色信号のバ
   ランスを補正するホワイトバランス補正手段とを有する
   カラー撮像装置。
2. 【請求項２】前記ホワイトバランス回路は、所定の色信
   号のゲインを調整する請求項１に記載のカラー撮像装
   置。
3. 【請求項３】前記ホワイトバランス補正手段は、前記光
   量制限フィルタの位置に応じたゲイン補正量を算出し、
   前記ホワイトバランス回路に出力する請求項２に記載の
   カラー撮像装置。
4. 【請求項４】前記ホワイトバランス補正手段は、前記前
   記各色信号のバランスを補正するための前記光量制限フ
   ィルタの位置に応じたゲイン補正量を予め保持してお
   り、前記光量制限フィルタの位置に応じて前記ホワイト
   バランス回路に出力する請求項２に記載のカラー撮像装
   置。
5. 【請求項５】前記ホワイトバランス補正手段は、前記光
   量制限フィルタの前記光路への挿入または光路からの抜
   出の開始信号を受けて、開始時からの経過時間を基に前
   記光量制限フィルタの位置を検出する請求項１に記載の
   カラー撮像装置。
6. 【請求項６】前記撮像素子から出力される輝度信号およ
   び色信号から３原色の色信号を生成し、これらの色信号
   を前記ホワイトバランス回路に出力するする色信号処理
   回路と、 前記ホワイトバランス回路から出力される３原色の色信
   号から色差信号を生成する色差信号生成回路とをさらに
   有する請求項１に記載のカラー撮像装置。
7. 【請求項７】撮像素子に入射される光の光路に所定の速
   度で挿抜可能に設けられ、当該撮像素子への光の光量を
   制限する光量制限フィルタを有するカラー撮像装置の前
   記撮像素子から得られる３原色の色信号のホワイトバラ
   ンスを補正するホワイトバランス補正方法であって、 前記光量制限フィルタの前記光路への挿入位置に応じ
   て、前記撮像素子から得られる３原色の各色信号のゲイ
   ンを補正してホワイトバランスを一定にすることを特徴
   とするホワイトバランス補正方法。