JPH1175112A - 自動利得制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＧＣのゲインが不安定なことにより生じる
画像のシェーディングを防止する。 【解決手段】 映像信号の輝度平均値が所定の値になる
ように制御する自動利得制御回路は、プリプロセス回路
３の内部のアナログＡＧＣ回路１１と、デジタル信号処
理回路５の内部の演算回路１３とから構成される。演算
回路１３は、ＲＧＢの映像信号をサンプリングし、各フ
ィールドごとにＲ，Ｇ，Ｂの平均値を求めてこれらの値
から輝度信号平均値Ｙを演算し、アナログＡＧＣ回路１
１は、この輝度信号平均値Ｙに従って増幅率を変化させ
て自動利得制御を行う。ここで、演算回路１３において
映像信号の垂直帰線期間（ＯＢ部）に入ってすぐのタイ
ミングに合わせて輝度信号平均値Ｙの演算を行い、アナ
ログＡＧＣ回路１１内部の増幅率を次フレームの画像が
始まるまでに充分に安定させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子内視鏡装置等
の撮像装置の映像信号処理に用いられる自動利得制御回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＣＣＤ等の小型の固体撮像素
子を備えた電子内視鏡装置やビデオカメラ装置等の撮像
装置が種々提案され、近年では広く用いられるようにな
ってきている。

【０００３】この種の撮像装置において、撮像手段で得
られた撮像信号を処理する映像信号処理回路では、映像
信号の輝度平均値が所定の値となるように制御する自動
利得制御（ＡＧＣ）回路が用いられている。自動利得制
御回路の一例としては、特開平６−９０４１８号公報に
開示されているように、ビデオ信号波形中の同期信号波
形部分をスライスして取り出すスライス回路の出力を積
分平均化するローパスフィルタ（ＬＰＦ）と、ＬＰＦの
出力を反転させる反転器とを有し、ＬＰＦの出力をＩＦ
回路のＡＧＣ制御電圧に使用し、反転器の出力をチュー
ナー回路のＡＧＣ制御電圧に使用する回路において、反
転器の出力側から反転器の入力側に帰還するコンデンサ
を設け、簡単な構成で垂直同期サグの発生を防止するよ
うにしたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】自動利得制御回路を備
えた映像信号処理回路において、何らかの手段によるモ
ード変化によって２種類以上の撮像手段を接続可能とし
た映像信号処理回路を考えた場合、撮像手段の種類や自
動利得制御回路の設定によっては垂直同期信号から映像
の始まりまでの期間が短いためにゲインコントロールが
安定しないうちに映像が始まってしまい、画面上部にシ
ェーディングが起きるという問題が生じ得る。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、撮像手段の種類等に関わらず、ＡＧＣのゲインが不
安定なことにより生じる画像のシェーディングを防止す
ることが可能な自動利得制御回路を提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による自動利得制
御回路は、映像信号の輝度平均値が所定の値になるよう
に制御する自動利得制御回路において、前記映像信号の
垂直同期信号と同期して自動利得制御を行うことを特徴
とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１ないし図４は本発明の一実施
形態に係り、図１は撮像装置の構成を示すブロック図、
図２は自動利得制御回路の構成を示すブロック図、図３
は従来の自動利得制御回路における動作を示すタイミン
グチャート、図４は本実施形態の自動利得制御回路にお
ける動作を示すタイミングチャートである。

【０００８】図１に示すように、本実施形態に係る映像
信号処理回路１は、撮像手段として複数種類の撮像素子
（ＣＣＤ）２が着脱可能に接続されるようになってい
る。映像信号処理回路１は、撮像素子２によって光電変
換された映像信号の前処理を行うプリプロセス回路３
と、アナログ−デジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器４と、
ＯＢクランプ，ホワイトバランス，拡大処理，強調処理
などのデジタル信号処理を行うデジタル信号処理回路５
と、デジタル−アナログ変換を行うＤ／Ａ変換器６と、
Ｄ／Ａ変換器６より出力される映像信号の後処理を行
い、ビデオ信号、例えば標準テレビジョン（ＴＶ）信号
に変換して出力するポストプロセス回路７と、各部の制
御を行うための制御信号を発生する制御信号発生回路８
と、を有して構成される。

【０００９】撮像素子２で撮像された映像信号は、プリ
プロセス回路３により増幅、波形整形等の前処理が施さ
れ、Ａ／Ｄ変換器４によってデジタル信号に変換され
る。このデジタルの映像信号は、デジタル信号処理回路
５でＯＢクランプ，ホワイトバランス，拡大処理，強調
処理などのデジタル信号処理が行われる。デジタル信号
処理された映像信号は、Ｄ／Ａ変換器６でアナログ信号
に変換され、ポストプロセス回路７で標準テレビジョン
信号に変換されてモニタ等に出力される。このとき、撮
像素子２，プリプロセス回路３，デジタル信号処理回路
５，ポストプロセス回路７には制御信号発生回路８より
制御信号が送られ、各部の動作タイミングなどの制御が
行われる。

【００１０】図２に本実施形態に係る自動利得制御回路
の構成を示す。本実施形態の自動利得制御回路は、ＲＧ
Ｂの映像信号に対してアナログで自動利得制御（以下、
ＡＧＣと略記）を行い、このＡＧＣを行うためのデータ
演算をデジタルで行うものである。

【００１１】前記プリプロセス回路３は、内部にアナロ
グＡＧＣ回路１１を有している。このアナログＡＧＣ回
路１１において、後段のデジタル信号処理回路５で演算
された輝度信号平均値Ｙに従ってアナログ的に増幅率を
変化させるようになっている。ＡＧＣが行われた映像信
号は、Ａ／Ｄ変換器４でデジタル信号に変換された後、
デジタル信号処理回路５でデジタル映像信号処理が施さ
れる。

【００１２】デジタル信号処理回路５の内部には、前述
したＯＢクランプ，ホワイトバランス等を行う信号処理
回路１２と共に、この信号処理回路１２の映像信号の本
線（図２中で信号処理回路１２から右への出力）に並行
して、輝度信号平均値Ｙを演算する演算回路１３を有し
ている。この演算回路１３において、ＲＧＢの映像信号
をサンプリングし、各フィールドごとにＲ，Ｇ，Ｂの平
均値を求め、これらの値から輝度信号平均値Ｙを演算す
るようになっている。輝度信号平均値Ｙは、図２に示し
た通り、Ｙ＝（Ｒ＋２Ｇ＋Ｂ）／４（ここで、Ｒ，Ｇ，
Ｂは各色信号の平均値）の計算式から求められる。この
演算に必要な制御信号は、制御信号発生回路８から供給
される。

【００１３】演算により求められた輝度信号平均値Ｙ
は、Ｄ／Ａ変換器６によってアナログ信号に変換されて
プリプロセス回路３内のアナログＡＧＣ回路１１に送ら
れ、アナログＡＧＣ回路１１において輝度信号平均値Ｙ
を基にＡＧＣが行われ、映像信号の増幅率の調整がなさ
れる。

【００１４】本実施形態の自動利得制御回路の作用をよ
り詳しく説明する。デジタル信号処理回路５において、
制御信号発生回路８から演算回路１３に与えられるＡＧ
ＣＳＰＬ信号によって映像信号がサンプリングされ、こ
の演算回路１３が内部に持っているレジスタ値に加算さ
れる。このレジスタはＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ一つづつあ
り、サンプリングした映像信号がどのレジスタに入るか
は制御信号発生回路８からのＲＧＢ信号によって決めら
れる。また、制御信号発生回路８から映像信号の１フィ
ールドごとにＶＤ信号が演算回路１３に送られ、１フィ
ールド期間が識別される。この場合、ＶＤ＝‘０’とな
るごとにＲ，Ｇ，Ｂそれぞれのレジスタ値を基に輝度信
号平均値Ｙが算出される。輝度信号平均値Ｙの演算後、
各レジスタ値はリセットされる。

【００１５】比較のため、従来の自動利得制御回路にお
けるＡＧＣ動作を図３に示す。一般に１フィールド期間
を識別するＶＤ信号としては垂直同期信号が用いられ
る。垂直同期信号は、映像信号の垂直帰線期間（オプテ
ィカルブラック（ＯＢ）部）で変化する（同期パルスが
出力される）が、映像部分に対してどれだけ離れた位置
で変化するかは一様でない。ＲＧＢ信号、輝度信号平均
値ＹもこのＶＤ信号に同期して出力されるのが一般的で
ある。

【００１６】このときのＡＧＣ回路内部の増幅率と映像
データを図３の下部に示す。ここでは、映像部分を斜線
のハッチングで、ＯＢ部分を白で、ゲインが変化する過
度期の映像信号部分を黒く塗りつぶして示している。こ
の図でわかるように、ＡＧＣ回路内部の増幅率が変化す
る過度期に映像部分がかかっており、この期間の映像
（画面上部に対応する部分）にシェーディングが発生す
る。

【００１７】図４は本実施形態の自動利得制御回路にお
けるＡＧＣ動作を示したものである。本実施形態では、
ＶＤ信号を、垂直同期信号ではなく、そのフレームの映
像が終わって垂直帰線期間（ＯＢ部）に入ってすぐのタ
イミングに合わせて出力する。これにより、アナログＡ
ＧＣ回路１１内部の増幅率は、長いＯＢ期間を経る間に
新たに目標設定されたゲイン値に安定するため、次フレ
ームの画像が始まるまでに増幅率は充分に安定してお
り、次フレームの映像でのシェーディングは起こらなく
なる。

【００１８】このように本実施形態によれば、映像信号
の映像部分ではＡＧＣにより調整された増幅率が常に安
定するようになるため、従来のようにＡＧＣ回路におけ
る増幅率が変化する過度期に映像信号の映像部分がかか
ってしまい、増幅率が不安定なことによって生じるシェ
ーディングを防止することができる。

【００１９】なお、本実施形態では輝度のゲインをコン
トロールするＡＧＣについて述べたが、これに限らず、
本実施形態のＡＧＣ回路を色調調整用の回路に応用すれ
ば、色シェーディングがおきないようにＲＧＢ各色毎に
変化するゲインの調整を行うことができる。

【００２０】ところで、本実施形態に係る映像信号処理
回路１は、デジタル信号処理回路５において以下に述べ
るようなＯＢクランプ回路も有している。ＯＢクランプ
回路は、映像信号のオプティカルブラック（ＯＢ）部分
のレベルと映像信号の黒レベルとの差を補正する機能を
有する信号処理回路である。

【００２１】例えば特開平５−１１０９４１号公報に示
されるように、従来のＯＢクランプ回路では、光入力の
ないＯＢ部分をサンプリングして黒レベル段差を補正す
るデータを作成し、その補正値をフレーム毎に最適値に
修正することにより適切な補正値を得るような補正方法
が用いられていた。しかしながら、サンプリングしたＯ
Ｂ部レベル平均値がＡ＋δ（Ａ：正数、｜δ｜≪１）で
表されるような値を持つ場合、次フレーム以降の補正値
の修正の際、微妙な温度変化などによって補正値がＡに
なったりＡ±１になったりすることがある。この状況で
は、減算量が非常に短いフレーム単位で変化するおそれ
があり、ＯＢクランプした画像が明るくなったり暗くな
ったりする不具合が生ずる。

【００２２】そこで、本実施形態では、ＯＢクランプに
起因する動作中の映像の明暗変化をなくすことができる
ＯＢクランプ回路の構成を以下に示す。図５はＯＢクラ
ンプ回路の構成を示すブロック図、図６は第１の動作モ
ードにおける動作を示すタイミングチャート、図７は第
２の動作モードにおける動作を示すタイミングチャート
である。

【００２３】デジタル信号処理回路５の内部には、図５
に示すようなＯＢクランプ回路２１を有している。ＯＢ
クランプ回路２１は、加算回路２２、割算回路２３、減
算器２４を有して構成される。加算回路２２は、ＯＢ領
域をサンプリングするためのサンプリング（ＳＭＰ）信
号に基づく所定のサンプリング値をレジスタ値として内
部に有しており、加算回路２２において、入力された映
像信号の輝度値をこのレジスタ値と加算する。割算回路
２３では、加算回路２２の出力を垂直同期信号毎にサン
プリングした画素数で割り算する。そして減算器２４に
おいて、割算回路２３の出力の平均値を元の映像信号か
ら減算し、黒レベル補正後のＯＢクランプ回路２１の出
力として後段へ送るようになっている。

【００２４】本実施形態のＯＢクランプ回路の作用をよ
り詳しく説明する。外部から入力される、ＯＢ領域をサ
ンプリングするＳＭＰ信号が‘０’のとき、映像信号の
輝度は加算回路２２内部のレジスタ値と加算され、再び
レジスタに記憶される。加算した結果はｍビットとな
り、この値が割算回路２３で垂直同期信号毎にサンプリ
ング数で割り算された後、減算器２４で元の映像信号か
ら減算される。一般にサンプリング数ＳＰをＳＰ≒２ⁿ
（ｎ：正数）とするので、割り算はビットシフトで行
う。例えば図５には、映像信号データを８ビットとし
て、加算回路２２で加算後のレジスタ値が２１ビットと
なり、割算回路２３で割り算した後に再び８ビットに戻
る場合を示している。

【００２５】第１の動作モードとして、ＯＢ部のレベル
と映像信号の黒レベルとの差を補正する補正値を、２フ
レーム以上からサンプリングした値の平均値とする場合
のタイミングチャートを図６に示す。この場合、電源投
入後Ｎフレーム目からＭフレーム期間だけサンプリング
を行い、その間サンプリングした値の平均値を黒レベル
補正値とする。そして、Ｎ＋Ｍフレーム以後はサンプリ
ングを行わず、黒レベル補正値は一定となる。

【００２６】この第１の動作モードのように、黒レベル
補正値を（Ｎ＋Ｍ）フレーム以後固定とすることによ
り、計算した平均値がＡ＋δ（Ａ：正数、｜δ｜≪１）
のような値になったとしても、画面の明暗が毎フレーム
変化するような不具合は生じなくなり、最適に黒レベル
補正を行うことができる。

【００２７】また、第２の動作モードとして、ＯＢ部の
レベルと映像信号の黒レベルとの差を補正する補正値
を、複数フレームに一度の割合で最適値に修正する場合
のタイミングチャートを図７に示す。この場合、起動直
後の装置温度が不安定な期間、６４フレーム毎に補正値
の修正を行い、装置温度が安定した頃（黒レベル補正値
＝Ｕのとき）から一定値を取るようにする。

【００２８】装置起動直後のＣＣＤ等の撮像素子は温度
が低く、時間経過と共に徐々に温度が上がってくる。こ
れにより黒レベル補正値も変化することになる。そこ
で、この第２の動作モードのように、数十フレーム毎に
補正値を修正することによって、撮像素子の温度変化に
よって黒レベルが変化しても、微妙な温度差によって生
ずる画像の明暗変化が起こりにくくなり、最適に黒レベ
ル補正を行うことができる。また、温度が安定した後は
補正値はＵで一定となるので、第１の動作モードと同様
に画面の明暗が毎フレーム変化することを防ぐ効果も保
証される。なお、装置温度が起動中常に不安定な場合な
どは、継続して複数フレームに一度の割合で補正値を計
算して修正するようにしても良い。

【００２９】このように本実施形態のＯＢクランプ回路
によれば、黒レベル補正値の修正が長周期で行われる
か、または安定した状態で固定されるため、ＯＢクラン
プが原因となる動作中の映像の明暗変化を防止すること
ができる。

【００３０】［付記］ （１） 映像信号の輝度平均値が所定の値になるように
制御する自動利得制御回路において、前記映像信号の垂
直同期信号と同期して自動利得制御を行うことを特徴と
する自動利得制御回路。

【００３１】（２） 映像信号の輝度平均値が所定の値
になるように制御する自動利得制御回路において、前記
映像信号の垂直同期信号に同期して該映像信号の輝度信
号レベルを演算する輝度信号レベル演算回路と、前記輝
度信号レベル演算回路の出力信号に基づき前記映像信号
の信号レベルを制御する利得制御回路とを具備したこと
を特徴とする自動利得制御回路。

【００３２】（３） 前記輝度信号レベル演算回路は、
前記映像信号のオプティカルブラック期間を含んで演算
することを特徴とする付記２に記載の自動利得制御回
路。

【００３３】（４） 前記映像信号のオプティカルブラ
ック期間に入ってすぐに自動利得制御を行うことを特徴
とする付記１に記載の自動利得制御回路。

【００３４】（５） 映像信号のオプティカルブラック
のレベルに基づき、映像信号のレベルを補正する信号処
理回路において、前記映像信号に基づき得られる複数フ
レームの画像に付与されたオプティカルブラックレベル
をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリ
ング手段でサンプリングされた複数のサンプリング値の
平均を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段
で算出された平均値に基づき前記映像信号のレベルを補
正する補正手段と、を具備したことを特徴とする信号処
理回路。

【００３５】（６） 前記補正手段は、前記映像信号の
２フレーム以上からサンプリングした値の平均値を補正
値として補正を行うことを特徴とする付記５に記載の信
号処理回路。

【００３６】（７） 前記補正手段は、前記映像信号の
複数フレームに一度の割合で前記平均値を最適値に修正
した値を補正値として補正を行うことを特徴とする付記
５に記載の信号処理回路。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撮
像手段の種類等に関わらず、ＡＧＣのゲインが不安定な
ことにより生じる画像のシェーディングを防止すること
が可能な自動利得制御回路を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロッ
ク図

【図２】本実施形態の自動利得制御回路の構成を示すブ
ロック図

【図３】従来の自動利得制御回路における動作を示すタ
イミングチャート

【図４】本実施形態の自動利得制御回路における動作を
示すタイミングチャート

【図５】本実施形態のＯＢクランプ回路の構成を示すブ
ロック図

【図６】第１の動作モードにおけるＯＢクランプ回路の
動作を示すタイミングチャート

【図７】第２の動作モードにおけるＯＢクランプ回路の
動作を示すタイミングチャート

【符号の説明】

１…映像信号処理回路 ２…撮像素子 ３…プリプロセス回路 ５…デジタル信号処理回路 ７…ポストプロセス回路 ８…制御信号発生回路 １１…アナログＡＧＣ回路 １２…信号処理回路 １３…演算回路 ２１…ＯＢクランプ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像信号の輝度平均値が所定の値になる
   ように制御する自動利得制御回路において、 前記映像信号の垂直同期信号と同期して自動利得制御を
   行うことを特徴とする自動利得制御回路。