JPS63306778A

JPS63306778A - 撮像装置

Info

Publication number: JPS63306778A
Application number: JP62143885A
Authority: JP
Inventors: Koji Takahashi; 宏爾高橋; Teruo Hieda; 輝夫稗田; Tsutomu Sato; 力佐藤; Toshiyuki Masui; 俊之増井; Takashi Kobayashi; 崇史小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1987-06-09
Publication date: 1988-12-14

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〕本発明は実質的にダイナミック・レンジの広い撮像装置
に関する。

〔従来の技術〕

撮像装置は、カメラ一体形ＶＴＲやスチル・ビデオ・カ
メラなどのビデオ・カメラ部として広く使用されている
。撮像管や固体撮像素子を用いるビデオ・カメラは旧来
の銀塩写真システムに比ベダイナミック・レンジが狭く
、従って、逆光時などには白とびゃ黒つぶれ（輝度レベ
ルが著しく高い又は低い部分の俗称）などが発生する。

従来のビデオ・カメラではこのような場合、手動又は逆
光補正ボタンの操作により絞りを２絞り分程度開放し、
光量を調節していた。

しかし、このような逆光補正を適切に行った場合でも、
主たる被写体が適正露光量であっても背景で白とびが発
生してしまい、背景が白いだけの画面になってしまう、
つまり、従来装置のように主被写体の露光量が適正にな
るように光量調節するだけでは、撮像装置のダイナミッ
ク・レンジの狭さは解決されない。例えば、ライン・ス
キャナなどを用いて静止画像を電気信号に変換する従来
の撮像装置では、同一被写体から得られた露光量の異な
る複数の画面から１つの画面を合成する構成が考えられ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この従来装置は静止画像を対象としてお
り、ダイナミック・レンジの広い動画が得られるもので
はない。

このような問題点に鑑み、本発明は、実質的にダイナミ
ック・レンジの広い動画像の得られる撮像装置を提示す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る撮像装置は、同一被写体から得た露光量の
異なる複数の画面から適切な一画面を得る撮像装置であ
って、注目画素の処理判断を当該注目画素の周辺画素の
情報を加味して行うことを特徴とする。

〔作用〕

上記手段により、実質的には当該露光量の異なる複数の
画面でカバーされるダイナミック・レンジを持つことに
なり、逆光の場合でも、主被写体と背景の両方で良好な
画像になる。また、注目画素の処理判断を当該注目画素
の周辺画素の情報を加味して行うことにより画面中の孤
立点が減少し、主被写体と背景との分離がより正確にな
る。

〔実施例〕以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は、カメラ一体形ＶＴＲに本発明を適用した場合の
全体構成ブロック図を示す。

第１図において、１００はカメラ部、２００は処理部、
３００は記録部である。カメラ部１００において、光学
系１０１から入射した光線は絞り１０２により光量制限
され、撮像素子１０３に結像する。撮像素子１０３は撮
像管や、ＭＯＳ、ＣＣＤなどの半導体撮像素子からなる
。焦点駆動回路１０７、絞り駆動回路１０６及び撮像素
子駆動回路１０５は、カメラ制御回路１０８の制御の下
で、それぞれ光学系１０１、絞り１０２及び撮像素子１
０３を駆動する。カメラ信号処理回路１０４は通常のビ
デオ・カメラの信号処理回路と同様のＴ補正その他の処
理を行う周知回路である。

カメラ部１００から出力される映像信号は、処理部２０
０のＡ／Ｄ変換器２０１でディジタル信号に変換され、
演算回路２０２で後述する画素データの変換を行われ、
Ｄ／Ａ変換器２０３でアナログ信号に戻され、記録部３
００に供給される。

２０４は、演算回路２０２での演算用の画像メモリであ
り、２０５はそのアドレッシング回路である。アドレッ
シング回路２０５はカメラ部１００の制御回路１０８か
らのタイミング信号に応じて画像メモリ２０４の書込、
読出アドレス制御信号を出力する。

記録部３００では、Ｄ／Ａ変換器２０３からのアナログ
信号が公知の方法でＶＴＲレコーダ３０１に記録される
。

次に撮像素子１０３の動作を説明する。第２図はカメラ
部１００のより詳細な構成ブロック図であり、第３図は
ＮＴＳＣ信号を例にとった場合に、カメラ部１００のタ
イミング・チャートを示す。フィールド・インデックス
（Ｆｌ）信号は、１フレームを構成する奇（ＯＤＤ）フ
ィールドと偶（ＥＶＥＮ）フィールドとを区別するため
の信号である。Ｖ　ＩＬＩＩ信号は垂直ブランキング信
号であり、Ｈ（高）の期間が有効画面、Ｌ（低）の部分
が垂直ブランキング期間に対応する。Ｔ、ｎｔｓ。は撮
像素子１０３の電荷蓄積時間制御のための信号であり、
例えばＣＣＤ撮像素子の場合には画素出力を垂直転送用
ＣＯＤに読み出すためのパルスである。アイリス・ゲー
ト信号は、後述する自動露出のための基準となる映像信
号として、１／１０００秒の蓄積信号か１／６０秒の蓄
積信号のどちらを用いるかを指定する信号である。

図示例では、垂直ブランキング期間の間に１７１０００
秒の蓄積を行い、次の有効画面期間にその１／１０００
秒蓄積信号を出力する。そして、１／１０００秒蓄積期
間の直後の有効画面期間に実質１７６０秒の電荷蓄積を
行い、次フィールドの有効画面期間にその１／６０秒蓄
積信号を出力する。このようにして、各フィールド毎に
、２種類（１／１０００秒と１７６０秒）の光量の信号
が交互に出力される。

なお、第２図において、２０はカメラ信号処理回路１０
４からの信号（例えば映像信号）を受けて、露出制御の
ための制御信号を演算する公知のＡＥ制御回路、２２は
合焦制御のための制御信号を出力する公知のＡＦ制御回
路、２４は垂直ブランキング信号Ｖ、□を２分周する１
７２分周回路である。２６．２７はサンプル・ホールド
回路、２８はインバータ、２９．３０は１７２分周回路
２４の出力又はインバータ２８によるその反転信号のど
ちらでサンプリング・タイミングを決定するかを選択す
るスイッチである。サンプル・ホールド回路２６．２７
の出力はそれぞれ絞り駆動回路１０６及び焦点駆動回路
１０７に印加され、自動露出制御、自動焦点調節が実行
される。

上記実施例では、１ノ１０００秒と１／６０秒の組み合
わせであり、約４段（２４倍）の光量変化であるので、
例えばＣＣＤ撮像素子を用いたカメラの場合、ＥＶＥＮ
フィールドで１／６０秒の蓄積時間を基準に主被写体に
露出を合わせると、そのＥＶＥＮフィールドでは背景に
白とびが生じ易いのに対し、４段光量を少なくしたＯＤ
Ｄフィールドでは主被写体で黒つぶれが発生することが
多い。なお、この例は逆光補正時に背景側に露出を合わ
せた場合を想定したもので、勿論、その場の状況により
１／１０００秒以外に設定してもよい。

本発明では、このような、一方のフィールドでの白とび
及び／又は黒つぶれを積極的に利用して、画面の改善を
行う、つまり白とび又は黒つぶれの生じる部分について
は、他のフィールドの対応部分（露出が異なるので黒つ
ぶれ又は白とびは生じていない、）で代替し、両フィー
ルドの信号を合成して最終的な映像信号とする。その基
本的考え方を、第４図を参照して説明する。第４図では
、主被写体を縦長の長方形で模式的に示している。

第４図でスルー（Ｔ）画とは撮像素子１０３の直接出力
をいい、メモリ（Ｍ）　画又はメモリ出力とは画像メモ
リ２０４に一旦記憶された直前フィールドの信号をいう
、スルー画ではＯＤＤフィールド毎に逆光時の主被写体
が黒つぶれになり、ＥＶＥＮフィールド毎に背景が白と
びになっている。また、メモリ画では、１フイ一ルド期
間遅延した信号からなるので、白とびと黒つぶれはスル
ー画とは異なるフィールドで生じている。

従って、スルー画とメモリ画とを適切に組み合わせれば
、白とび及び黒つぶれの無い良好な映像が得られること
になる。つまり各フィールド毎にスルー画及びメモリ画
の信号を所定の閾値と比較して、当該閾値より大きけれ
ば１、小さければ０として、画素毎に白とび又は黒ツブ
レを判定する。

第６図はその閾値と、画素の輝度値、フィールドとの関
係を示す、第６図（ａ）の横軸は輝度レベル、縦軸は１
画面中の各輝度レベルの出現頻度を示す。

第６図（ａ）に示すように、閾値Ｔｈｌは黒つぶれを判
定できるように設定され、閾値Ｔｈ２は、白とびを判定
できるように設定される。即ち、Ｔｈｌ以下が黒つぶれ
であり、閾値Ｔｈ２以上が白とびと判定される。第６図
（ｂ）は各フィールドと閾値との関係を示す、上記の如
（ＯＤＤフィールドとＥＶＥＮフィールドでは白とびと
黒つぶれが交互するので、その判定用の閾値もフィール
ド毎に変更する。

このようにしてどのフィールドのどの画素部分が黒つぶ
れ又は白とびであるかを判定できるから、その判定結果
を用い、スルー画とメモリ画とで適正な露光量の画素信
号を選択できる。例えば、判定Ａと判定Ｂの論理積をと
り、ＯＤＤフィールドでは、論理積が１である画素に対
してはスルー画の信号を選択し、論理積が０である画素
に対してはメモリ画の信号を選択し、１！ＶＨＮフイー
ルドではその逆の関係にすることにより、第４図に示す
ような選択フラグが得られる。第４図の最下段の絵はそ
の選択フラグによる合成画像を示す、この図では、主被
写体が等速度運動を行った場合を想定し、時間軸ズレが
画像に及ぼす影響を確認したが、実用上充分な動画にな
りうろことが分かる。

但し、画面内で輝度が大きく異なる場合には、被写体と
背景という２つ（又それ以上）の領域に区分けできるが
、その領域内では、どちらか一方の蓄積時間の信号のみ
を用い、切換は行わない方が好ましい、なぜなら、第１
に領域内での適切な階調表現ができな（なり、第２に、
領域の境界線部分がちらつき、見づら（なるからである
、各領域内で、頻繁な切換を避けるために、切換判断の
基準となる閾値を、周辺画素の情報を加味して適宜に設
定する。−例として、閾値Ｔｈｌ、Ｔｈ２にヒステリシ
ス特性を持たせる。

第５図は処理部２００の演算回路２０２において、上記
閾値Ｔｈｌ、Ｔｂ！との比較及び選択フラグを形成する
回路部分の詳細な構成ブロック図を示す。

Ｔｈ切換制御信号は、ＦＩ信号などのように、フィール
ド毎に”Ｈ”Ｉｌｌ″が反転する信号であり、閾値発生
回路５３及びインバータ５１を介して第２の閾値発生回
路５２に印加される。閾値発生回路５２．５３はその切
換信号に応じて、第６図（１））の関係の閾値Ｔｈｌ　
、　Ｔｈｌ”又は同Ｔｈ２．　Ｔｈ２”を発生する。上
記ヒステリシス特性としては、Ｔｈｌ以下の画素情報を
受は取った時、閾値をＴｈｌからＴｈｌ’に上げ、比較
器５４．５５の出力が容易には反転しないようにする。

しかし、比較器５４．５５の出力が反転した後は、閾値
をＴｈｌｏからＴｈｌに戻す、　Ｔｈ２についても同様
であり、Ｔｈ２を越える値を受は取った時に閾値をＴｈ
２からＴｈ２°にする。比較回路５４゜５５はそれぞれ
メモリ画、スルー画と閾値発生回路５２．５３からの閾
値とを比較し、入信号、Ｂ信号を出力する。アンド・ゲ
ート５６はそのＡ信号とＢ信号の論理積をとり、選択フ
ラグ信号を出力する。スイッチ５７は当該選択フラグ信
号に従って切り換わり、メモリ画又はスルー画の信号を
選択する。

第７図は階調特性図を示す。同（ａ）の実線が通常のビ
デオ・カメラの特性図であり、１００χまでは入出力が
リニアになっており、それ以上の入力（１００〜４００
χ）に対してはＫＮＥＥ特性と呼ばれる傾きの緩い関係
となっている。この変化点をＰＩとすると、高速シャッ
タ時にはこの変化点がＰ２の位置に移行する。但しＰｌ
がｌ／６０秒で、Ｐ２が２段の露光量変化の１／２５０
秒であるとする。上述のように、４段の差の場合には、
第７図（ｄ）の（１）と（５）の関係になる。因みに、
第７図（ｄ）の（１）は１７６０秒、（２）は１／１２
５秒、（３）は１／２５０秒、（４）は１１５００秒、
（５）は１７１０００秒とした場合の特性図である。傾
きの違う２つの特性から好みのカーブを持つ特性を合成
する。

第７図世）は白とび及び黒つぶれ判定の閾値が異なる各
場合の合成特性例を示し、第７図（Ｃ）は、対応する２
つの画素の信号を加算平均して出力とする場合（同（１
））、一方を選択する場合（同（２））、及び適当な係
数のもとて加算平均する場合（同（３））の各特性を示
す。

次に、制御回路１０８の他の詳細例を第８図に示す、マ
スター・クロック発生器４０は外部からの基準信号に従
い、制御回路ＩＱ８内部用のマスター・クロックを発生
する。　１／１０００シヤフタ用のクロック発生器４１
はそのマスター・クロックに従い高速用クロックを発生
し、１／６０シヤフタ用のクロック発生器４２はそのマ
スター・クロックに従い低速用クロックを発生する。ス
イッチ４５はフィールド毎に切り換わり、クロック発生
器４１及び同４２の出力を交互に駆動回路１０５に印加
する。ＡＥ制御信号発生器４３は、カメラ信号処理回路
１０４からの映像信号を基に、絞り制御のためのＡＥ制
御信号を発生する。制御信号保持回路４４はその制御信
号を１フイ一ルド間保持する。

スイッチ４６は、フィールド毎に切り換わり、ＡＥｉｌ
［Ｉ信号発生器４３の出力及び制御信号保持回路４４に
よる保持信号を交互に絞り制御回路１０６に印加する。

切換信号発生器４７は、スイッチ４５．４６の切換を制
御する。スイッチ４５．４６は同期して切り換わる。

この実施例では、低速用、高速用それぞれにクロック発
生器を設け、そのクロックを、フィールド毎の信号を発
生する切換信号発生器の出力信号により切り換えている
ので、回路構成及び動作が簡単になるという効果があり
、特に動画に適している。

〔発明の効果〕

以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれ
ば、撮像素子のダイナミック・レンジを実質的に広くす
ることができる。更に、主被写体と前景との分離がより
正確に行え、画面中の判断結果の孤立点が減少し、より
自然な画面合成が可能になる。また、主被写体と背景と
の境界線にちらつきが出難（なり、より自然な画像が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を用いたカメラ一体形ＶＴＲ
の構成ブロック図、第２図は第１図のカメラ部の制御回
路１０８の具体的構成ブロック図、第３図は撮像素子の
動作タイミング・チャート、第４図は本発明による画像
処理の概念図、第５図は第１図の演算回路２０２の具体
的構成ブロック図、第６図は白とび及び黒つぶれ判定の
閾値の決定法を説明する図、第７図は階調特性図、第８
図は制御回路１０８の他の構成例のブロック図である。１００・−・カメラ部　２００・−・処理部　３００−
・・記録部ｖ、５　　図第６図（ａ）基本吟１（ｂ）閾澁支他（ｄ）　　多イッタースヒーＦ支炙５第　　７　　　図第８図手続補正書彷式・餞）昭和６２年７月１７日昭和６２年特許願第１４３８８５号２、発明の名称撮像装置３、補正をする者事件との関係　　　特許出願人東京都大田区下丸子三丁目３０番２号キャノン株式会社代表者　賀来　龍三部４、代理人５、補正命令の日付　自発６、補正の対象　　　願書に添付した図面７、補正の内
容　　　別紙の通り図面の浄書（内容に変更なし）を補
正します。

Claims

【特許請求の範囲】

同一被写体から得た露光量の異なる複数の画面から適切
な一画面を得る撮像装置であって、注目画素の処理判断
を当該注目画素の周辺画素の情報を加味して行うことを
特徴とする撮像装置。