JPS62209979A - Ｔｖカメラの自動光量制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、特にＣＯＤを使用するような固体撮像装置
を使用した場合に、ブルーミング現象を防止するように
制御するＴＶカメラの自動光量制御装置に関する。

［従来の技術］ ＴＶ左カメラおいて、撮像素子に入射される光量を自動
的に調節する手段としては、撮像素子から得られる映像
信号の平均レベルを検出し、この検出レベルに対応して
絞り機構を調節動作させるのが一般的である。しかし、
上記撮像素子として、例えばＣＣＤのような固体撮像素
子を使用した場合、この撮像素子の受像面の一部分に強
い光が入射するようになると、電荷の転送部が転送でき
る電荷量を越えた電荷量が溢れ出すブルーミング現象を
起こすようになる。

すなわち、固体撮像素子の受像面に、直射日光あるいは
スポットライト等による強い光′が入射すると、この光
が入射した部分の画像素子に対応する部分に発生する電
荷が過剰となり、この電荷が溢れるようになる。そして
、この強い光の入射部分の上下に借上の偽信号が発生す
るようになり、いわゆるブルーミング現象が発生するも
のである。

しかし、上記のような映像信号の平均レベルに基づいて
絞りを調節するようにしたものでは、画面全体の明るさ
が調節されるものであり、上記のようなブルーミング現
象を改善することが困難である。

またその他の光量調節手段としては、例えば特開昭５８
−９７０３２号公報に示されるような手段が提案されて
いる。すなわち、この手段は画面の特定される部分の映
像信号レベルを検出して入射光強度を求め、この入射光
強度に対応して絞り機構を駆動するモータを制御するよ
うにしているもので、このモータによって駆動される絞
り機構によって入射光量を制限するようにしている。し
かし、このような光量制御手段では、画面の特定される
部分に強い光が入射された場合にあっては、絞りが極端
に絞り込まれるようになり、このため他の部分に入射す
る光までも著しく制限されるようになり、映像信号のＳ
／Ｎが劣化して高照度の入射光以外の部分は検出不能と
なり、ＴＶ両画像品質が著しく劣化するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
撮像手段としてＣＯＤのような固体撮像素子が使用され
た場合に、その受像画面に日光あるいはスポットライト
のような強い光の映像が入力されたようなときに、この
特定される強い光による映像の入射光量を制御して、そ
の他の部分における映像の品質に影響を与えることなく
ブルーミング現象が効果的に改善されるようにするＴＶ
左カメラ自動光量制御装置を提供しようとするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る自動光量制御装置にあっては
、固体撮像素子の入射光面に対向するようにして、画像
を構成する要素単位に分割して光透過率の可変制御され
る、例えば液晶による光学フィルタを設定するものであ
り、また上記要素単位毎に映像信号に基づいて上記撮像
素子の発生する電荷レベルを検出し、この電荷レベルを
上記撮像素子の飽和電荷レベルと比較する。そして、上
記発生電荷レベルが上記飽和電荷レベルを越える状態が
検出されたときに、その画像要素に対応する上記フィル
タの分割領域の光透過率を、上記発生電荷レベルが飽和
電荷レベル以下の状態となるまで制限されるように制御
するすものである。

［作用］ 上記のように構成される光量制御装置にあっては、例え
ば日光のように強い光の映像が撮像されるようになった
場合、この日光の映、像が写し出される固体撮像素子の
受像面において発生される電荷レベルが、上記撮像素子
の飽和電荷レベルを大きく越える状態となる。すなわち
、上記強い入射光の存在する部分の画素子に対応する部
分で発生される電荷レベルが飽和電荷レベルを越えるよ
うになるものであり、この飽和電荷レベルを越えた画素
子が検出されるようになる。そして、この検出された画
素子に対応する画像要素に対応する光学フィルタの分割
された領域の光透過率が、上記発生電荷レベルが上記飽
和電荷レベル以下の状態となるまで制限されるように制
御されるものである。

したがって、強い入射光があった場合であっても、この
入射光部分に対応する画素子部分の発生電荷が飽和電荷
レベル以下の状態に制限されるようになるものであり、
発生電荷の過剰によるブルーミング現象の発生が、効果
的に抑制されるようになるものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はその構成を示しているもので、例えばＣＣＤ等
によって構成される固体撮像素子■１の受像面には、光
学フィルタＩ２が対向設定されるもので、このフィルタ
１２を介してレンズ系１３からの光による映像が固体撮
像装置１１に入力されるようになる。

ここで、上記光学フィルタ１２は第２図に示すように、
例えば画素子単位毎に対応するようにした画像単位要素
１２１　、１２２　、・・・に分割されるようにした液
晶フィルタによって構成されるもので、上記単位要素１
２１．１２２　、・・・はそれぞれ駆動制御電圧を可変
制御することによって、その光透過率が独立的に制御さ
れるようになっている。このような光学フィルタ１２は
、例えばアクティブ争マトリックス方式のディスプレイ
として知られているものが適宜利用できる。この場合、
上記単位要素１２１　、１２２　、・・・は、テレビジ
ョン画像の各画素子それぞれに対応して設定してもよい
ものであるが、適宜複数の画素子を１つの単位として上
記要素単位を設定するようにしてもよい。

上記固体撮像装置１１で撮像された映像のアナログ的な
映像信号は、前置増幅器１４を介して映像信号発生回路
１５に供給され、アナログ映像信号として出力されるよ
うになる。また、上記前置増幅器１４で増幅された映像
信号は、Ａ／Ｄ変換回路１６に供給してディジタル映像
信号に変換する。そして、このディジタル映像信号は、
制御回路１７に供給する。

この制御回路１７ではこの撮像装置の全体を制御するも
のであり、まず映像走査線に対応して上記画素子にそれ
ぞれ対応するタイミング信号を発生するもので、このタ
イミング信号は撮像素子１１の駆動回路１８に供給し、
この駆動回路１８から固体撮像装置に映像走査線に対応
するタイミング信号を供給する。そして、固体撮像素子
１１の受像面に形成された光学的な映像に対応した映像
信号を読み取り、アナログ映像信号として前置増幅器１
４に出力させるようにしているものである。また、上記
駆動回路１８からのタイミング信号は、上記映像信号発
生回路１５にも供給され、そのタイミングパルスに対応
して同期信号が形成されるようにしている。

上記駆動回路１Ｂは光学フィルタ１２を制御するフィル
タ駆動回路１９にも供給されている。そして、この駆動
回路１９からは、ライン２０を介してフィルタ１２に要
素単位を指定する信号を、上記タイミング信号に基づい
て供給し、またライン２１から上記指定された単位要素
の光透過率を制御する電圧信号を供給して、光学フィル
タ１２の各単位要素１２１゜１２２、・・・のそれぞれ
の光透過率が独立的に可変制御されるようにしている。

駆動回路１９から発生されるフィルタの透過率制御のた
めの駆動電圧信号は、さらにＡ／Ｄ変換器２２でディジ
タル信号に変換され、このディジタル駆動信号は制御回
路１７に供給する。

上記制御回路１７では、さらに上記Ａ／Ｄ変換回路１７
からのディジタル映像信号に基づいて、このときの映像
信号゛を発生している固体撮像素子１１の画素子の発生
電荷レベルを検出しているもので、この電荷レベルは設
定された固体画像素子１１の飽和電荷レベルと比較され
る。そして、この比較結果に基づいてその画素子の入射
光量を制御するためのフィルタ制御信号を発生するもの
で、この制御信号はＤ／Ａ変換器２３でアナログ信号に
変換され、フィルタ駆動回路１９に供給される。この駆
動回路１９では、上記アナログ制御信号に基づいてフィ
ルタの駆動信号を発生する。この場合、制御回路１７で
は、Ａ／Ｄ変換器２２からの駆動信号を基準にして、上
記フィルタ制御信号を発生するようにしている。

具体的には、固体撮像素子１１への入射光量に対応して
、この撮像素子１１で発生される電荷レベルは第３図に
Ａで示すように上昇するものであるが、この電荷レベル
が飽和電荷レベルを越える状態となったときに、この大
きな電荷を発生するようになった画素子に対応するフィ
ルタ１２の単位要素の光透過率を減少させ、その画素子
で発生される電荷レベルが第３図でＢに示すように飽和
電荷レベル以下に設定されるようにしているものである
。

次に、上記制御回路１７で発生される光学フィルタ１２
の駆動制御信号の決定手段について説明する。

第４図は液晶フィルタの駆動電圧と、このフィルタにお
ける光透過率との関係を示しているもので、光透過率は
ｖ１〜ｖ２の変化区間で直線近似するものとすると、光
透過率ａを与える電圧Ｖｘは次の式で与えられる。

Ｖｘ　：Ｖｌ　＋　ａ　（Ｖ２−Ｖｌ　）　−−（１）
第５図は固体撮像素子１１の出力電圧と、上記フィルタ
の光透過率変化係数との関係を示しているもので、ｒｙ
−１／ｘＪの反比例の特性を持たせている。この図でｖ
Ｏは撮像素子の飽和出力電圧であり、この電圧はブルー
ミング現象が発生しないための最大の電圧となる。

したがって、固体撮像素子１１からの出力電圧がｖＯ以
下の状態であるときは、フィルタ１２の光透過率を増加
させて入射光量を増やし、上記出力電圧がｖＯを越える
までフィルタ１２の光透過率を増加させる。また、出力
電圧が７０以上となった場合には、ブルーミング現象が
発生するものと判断して、第５図で示した特性にしたが
ってフィルタ１２の光透過率を減少させ、出力電圧が飽
和レベルを越えないように制御して、ブルーミング現象
の発生を抑制するようにする。

例えば出力電圧が２ＶＯであった場合には、フィルタの
光透過率を１／２にすることによって、原理的に出力電
圧はｖＯまで減少させられるようになり、ブルーミング
が改善されるようになる。

すなわち、制御回路１７では第６図にステップ１０１で
示すようにＡ／Ｄ変換回路ＩＢからの出力信号に基づい
て映像信号出力電圧を求め、この出力信号に基づいてス
テップ１０２でブルーミング現象が発生する状態である
か否かを判断する。そして、ブルーミング現象が発生さ
れると判断された場合にはステップ１０３に進み、現在
の駆動回路１９から発生されているＡ／Ｄ変換器２２の
出力信号に基づいて、フィルタ１２の現在出力電圧を発
生している単位要素の光透過率を求める。ステップ１０
４では、上記現在の光透過率に対して、上記出力電圧に
基づいて第５図から求まる透過率変化係数を乗じて、新
しい光透過率を求める。さらに、前記（１）式に基づい
てこの新しい透過率に対応したフィルタ駆動電圧をステ
ップ１０５で発生し、フィルタ駆動回路１９に供給する
ようになるものである。また、上記ステップ１０２でブ
ルーミングが発生されないと判断された場合には、その
ままステップ１０５に進み、Ａ／Ｄ変換器２２から得ら
れる現在のフィルタ駆動電圧がそのまま制御回路１７か
ら出力され、フィルタ駆動回路１９に供給されるように
なる。

前記（１）式より、現在のＡ／Ｄ変換器２２から出力さ
れるフィルタ駆動電圧がＶｐであるとすると、現在の光
透過率ａｐは次式で求められる。

ａ　ｐ　＝　（Ｖｐ　−Ｖｌ　）　／　（Ｖ２−Ｖｌ　
）・・・・・・・・・・・・（２） Ａ／Ｄ変換回路１Ｂから制御回路１７に供給される映像
出力電圧がｖｌとすると、透過率変化係数Ｘは次式のよ
うになる。

Ｘ−ＶＯ／Ｖ１　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（３）そして、変更すべき透過係数ａｎは次の
ようになる。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）したがっ
て、この出力電圧の検出される画素に対応する単位要素
のフィルタ駆動電圧Ｖｎは次式のように決定される。

Ｖｎ　−Ｖｌ　＋ａｎ　　（Ｖ２−Ｖｌ　）−（５）上
記（４）式より駆動電圧の下限はｖｌとなり、常に第４
図のフィルタ駆動電圧ｖ１とＶ２との間でフィルタ１２
が動作されるようになる。

これをさらに具体的な例にしたがって説明すると、画面
の中央に例えばスポットライト等による強い光の像が入
射されたとすると、第７図で示すような画像が得られる
ようになる。すなわち、実際に光が入射された中央の円
形部分３１に対して、この円形部分の周囲さらに上下の
部分３２．３３にブルーミングよる偽信号が発生する。

すなわち、上記ブルーミングに対応する部分３２および
３３の部分に対応する一水平走査線期間の映像信号が第
８図の（Ａ）に示すようになり、中央部分３１に対応す
る一水平走査線期間の映像信号が同図の（Ｂ）に示すよ
うになる。

ここで、光学フィルタの光透過率を受光面全体で均一に
制御している場合に、第７図で示したような映像信号が
得られると、この映像の部分３２および３３に対応して
得られる第９図（Ａ）に示す飽和出力電圧（撮像素子１
１の電荷レベル）ｖＯ以上の電圧が発生している部分の
透過率を低下するようにフィルタ駆動電圧を求める。し
かし、この部分３２．３３はブルーミングによって溢れ
出た電荷によって発生した信号であるため、フィルタの
透過率を減少させても上記出力電圧が低下することがな
い。

また、実際に光が入射されている部分３１の第１０図（
Ａ）に示す映像信号が得られた場合には、上記同様に飽
和電圧ｖＯ以上の電圧が発生している部分の画素に対応
するフィルタ１２の単位要素の透過率を低下させるよう
になる。したがって、次の同一水平走査期間における出
力信号は第１０図の（Ｂ）に示すように全て飽和電圧ｖ
Ｏ以下の状態となり、電荷が溢れ出る現象が無くなって
ブルーミングが改善されて上記ブルーミング部分３２お
よび３３に対応する偽信号が消失するようになる。

このようにして偽信号が消失した後の部分３２および３
３に対応する映像信号は第９図で（Ｂ）に示すようにな
り、前回飽和電圧ｖＯを越えていた部分の透過率が低下
制御されているため、上記ブルーミングの改善に伴って
他の部分より信号レベルが低下している。したがって、
制御回路１７ではこの部分の透過率を増加させるように
フィルタの駆動電圧を決定し、次の走査期間で第９図（
Ｃ）で示すような均一なレベルの出力信号が得られるよ
うにしている。

また、実際に強い光が入射された部分の映像出力信号は
、飽和電圧ｖＯまで下がるようになるものであるが、こ
の両側部分は上記部分８２および３３と同様に溢れ出た
電荷によって現れた偽信号であり、この偽信号部分の信
号レベルは上記フィルタ透過率の低下に伴って第１０図
（Ｂ）で示すように他の部分より低い状態となる。した
がって、この部分も上記同様にしてフィルタ透過率を上
昇させることによって次の走査周期では第１０図（Ｃ）
で示すような映像出力信号が得られるようになる。

ここで上記フィルタ１２の透過率補正に必要な時間は、
インクライン方式で約４垂直走査期間程度（約７０　ｍ
５ｅｃ）である。また、フィルタ１２を構成する液晶の
応答速度は、数＋ｌｌ５ｅｅで実現されているものであ
り、実際にこの液晶に駆動電圧を印加し、フィルタの光
透過率が変化するに必要な時間が２垂直走査期間（約３
２１ｓｅｃ）であるとすれば、上記フィルタ透過率の補
正は約８垂直走査期間（約１４０　ｍ５ｅｃ）で終了す
る。したがって、この液晶を利用した光学フィルタ１２
の応答速度は、従来から知られている機械的な絞り機構
より充分に速い状態となるものであり、高速な自動光量
調節制御が実行できるようになる。

また、強い光が入射される部分以外のフィルタ透過率は
、映像出力電圧が飽和電圧を越えない限り極力大きくな
るようにフィルタ駆動電圧を制御する。このため、特に
低い照度部１分のＳ／Ｎが向上するようになり、日光あ
るいはスポットライトのような強い光の像が入力された
場合でも、その他の低照度部分の映像信号が得られなく
なるようなことがなくなるものである。

さらに、上記制御回路１７に設定する、固体撮像素子１
１からの出力電圧に対する透過率変化係数を変えること
によって、映像の階調変換、あるいは特定照度部分の強
調等が可能となる。この機能は、例えば第１段階として
フィルタ全面に均一な透過率を設定し、この状態で得ら
れる映像出力信号に対応してフィルタ透過率を変化させ
、このフィルタ透過率が変化された後の映像出力信号を
取り込むことによって実現できる。

第１１図は特定照度部分のみを強調した画像を得る場合
の動作状態を説明するもので、フィルタ１１の全面の透
過率を均一にした場合の映像出力信号を（Ａ）図に示し
たものとする。このような状態で、特定部分に対する画
素に対応する単位要素の透過率はそのままとして、他の
部分のフィルタ透過率を低下させると、（Ｂ）図で示す
ように、特定部分が強調された画像を表現する信号とな
る。

ここで、ディジタル画像処理手段で多く行われる画像信
号の２値化を行なうようにした場合、従来から知られて
いる手段で、特定照度に対応する部分のみを“１”のレ
ベルにするには、第１１図（Ａ）に示すようにＶｔｈｌ
　５Ｖｔｈ２の２つの閾値電圧を設定する必要がある。

そして、この閾値電圧を含み全体的な電圧値の制御を高
精度に実行しなければならない。

これに対して、フィルタ透過率を制御して、上記特定さ
れる部分以外の他の照度部分の透過率を低下させて、第
１１図（Ｂ）に示すような信号として場合には、単一の
閾値電圧Ｖｔｏのみでよくなる。したがって、この場合
は厳密な閾値電圧の制御は不要となり、２値化回路が非
常に簡単な構成で実現できるようになるものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係るＴＶカメラの自動光量制御
装置にあっては、特に強い光の映像入力があった場合、
その映像部分のみの入射光量が光学的フィルタによって
制限され、固体撮像装置で飽和レベルを越える電荷を発
生することが効果的に防止されるようになる。したがっ
て、電荷の溢れによりて生ずるようなブルーミング現象
の発生が確実に阻止されるようになるものであり、この
場合特にこの強い光の映像以外の部分に影響を与えるこ
となく上記ブルーミングの改善が実行できるようになる
ものである。したがって、例えば路面を走行する車両に
上記のようなＴＶカメラを設定し、この車両前方の風景
を撮影するような場合、太陽光、対向車両の全照灯等の
影響を受けることなく前方風景が充分な忠実性をもって
撮影される。

すなわち、この撮影画像を利用して路面状態、走行車線
の状態、標識等をパターン認識によって正確に読み取る
ことも可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る自動光量制御装置を
説明する構成図、第２図は上記実施例に使用される光学
フィルタを説明する図、第３図は入射光量と撮像素子で
発生される電荷量との関係を説明する図、第４図は上記
フィルタの印加する駆動電圧とこのフィルタの透過率と
の関係を示す図、第５図はフィルタの透過率変化係数を
説明する図、第６図は上記装置の動作の流れを説明する
フローチャート、第７図は強い光の像を撮影した場合の
出力映像の状態を示す図、第８図はこの映像の映像信号
の状態を示す図、第９図および第１０図は上記映像信号
のフィルタによる制御に対応した変化状態を説明する図
、第１１図はこの発明の他の実施例を説明するための映
像信号を示す図である。 １１・・・撮像素子（ＣＯＤ）、１２・・・光学フィル
タ（液晶による）、１５・・・映像信号発生回路、１Ｂ
・・・Ａ　／　Ｄ変換回路（映像信号）、１７・・・制
御回路、１８・・・駆動回路、１９・・・フィルタ駆動
回路。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 １フ 第２図 第６図 第１１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子の受光面に対設設定され、画像を構
   成する要素単位に分割してその要素単位毎に光透過率が
   可変制御されるようにした光学フィルタと、 上記固体撮像素子からの映像信号レベルに基づき、上記
   撮像素子の発生電荷レベルを上記要素単位で検出する手
   段と、 この手段で検出された電荷レベルを、上記固体撮像素子
   の飽和電荷レベルと比較し、上記発生電荷レベルが上記
   飽和電荷レベルを越える状態を検出する手段と、 この手段で撮像素子の電荷レベルが飽和レベルを越える
   状態となった画像要素に対応する上記光学フィルタの単
   位要素の光透過率を減少制御する手段とを具備し、 上記固体撮像素子の発生電荷レベルが、この撮像素子の
   飽和電荷レベルを越えないように、画像要素単位で入射
   光量を制御するようにしたことを特徴とするＴＶカメラ
   の自動光量制御装置。
2. （２）上記光学フィルタは、画像要素単位に分割設定さ
   れた多数の液晶フィルタ要素によって構成され、上記要
   素単位の液晶がそれぞれテレビジョンの画像操作に対応
   して選択され、制御電圧が制御されるようにした特許請
   求の範囲第１項記載のＴＶカメラの自動光量制御装置。