JPS6361563A - 撮像装置 - 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 本発明は信号レベルの自動補正を行うテレビカメラ等の
撮像装置に関するものである。

従来の技術 従来のテレビカメラ、特にディジタル信号処理を用いた
テレビカメラのレベルの自動調整として、例えば特開昭
５８−３８０７５号公報に示されたものがある。

第８図は上述したような従来の撮像装置のブロック図を
示すものである。第８図において、１は入射光量を制御
する絞シ、２は光学像を電気信号に変換するイメージセ
ンサ（撮像素子）（工ｓ）、３は信号レベルを所定のレ
ベルに増幅するプリアンプ（ＦＡ）、４はアナログ信号
をディジタル信号に変換する人／Ｄ変換器、６は信号の
平均レベルに対応する値を求める平均レベル検出回路、
６は信号のピークレベルを求めるピークレベル検出回路
、７は平均レベル検出回路５とピークレベル検出回路６
からの出力信号を加算する加算回路、８は絞り１を動作
させる絞り制御回路、９はディジタル信号をアナログ信
号に変換するＤ／Ａ変換回路、１０は信号レベルを変換
するガンマ補正回路、１１は同期信号などを付加する信
号処理回路である。

以上の様に構成された従来の撮像装置において、出力信
号のレベルは絞り１により制御される。制御される信号
のレベルは信号の度数分布から平均レベルを算出する平
均レベル検出回路６と、ピークレベルを検出するピーク
レベル検出回路６の合成信号により決定される。このよ
うな制御は撮像素子の入射光を、撮像素子のダイナミッ
クレンジ内に制限させるだめのものであり、入射光量が
増加した場合に絞り１を閉じる制御を行なう。特に撮像
素子がＣＯＤなどの固体撮像素子の場合、ダイナミック
レンジが小さいため、ピークレベルの比率をより大きく
して絞りの制御を行なう。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、撮像素子のダイナ
ミックレンジに合せてしぼりが制御された場合、明暗の
差が大きくコントラスト比の大きな被写体を撮像した時
、明るい被写体にしぼりが制御され、暗い部分が撮像画
像において黒く沈み、再現できないという問題点を有し
ていた。

本発明はかかる点に鑑み、撮像画像信号の分布を検出し
、画像が沈みこむ条件を判断し、このときに信号処理回
路のゲイン又は信号の変換特性たとえばγ特性などを制
御し、再生画像が暗く沈みこむことのない撮像装置を提
供することを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、入射光量を制御する絞シ制御回路と、信号レ
ベルの分布を検出し判断する分布検出回路と、信号処理
回路のゲイン又は変換特性を制御するゲイン制御回路又
は特性制御回路と、回路ゲインを変化させる乗算回路又
は信号特性変換回路とを備えた構成となっている。

作用 本発明は前記した構成により、自動絞りにより、入射光
量を所定量に制御し、この状態の信号レベルの分布を検
出し、撮像画像が暗く沈みこむ条件を判断し１．この条
件を検出した場合に回路のゲイン又は回路の変換特性を
制御し、信号レベルの低い部分を上げる処理を行なって
出力するようにし、撮像画像が黒く沈みこむことを改善
する。

実施例 第１図ａは本発明の第１の実施例における撮像装置のブ
ロック図を示すものである。第１図已において、Ｌはレ
ンズ、１は光量を調整するしぼり、２は光学像を電気信
号に変換するイメージセンサ、３は所定信号レベルに増
幅するプリアンプ、１１は同期信号などを加算するプロ
セス回路であり、以上は第８図に示しだ従来の撮像装置
と同様である。２２はプリアンプからの信号を必要に応
じて通過させる重み付け回路、２３は信号の分布を求め
撮像画像が暗く沈みこむ状態を求める分布検出回路、２
４は分布の状態に応じて回路のゲインを設定するゲイン
制御回路、２ｏは回路のゲインを可変する乗算回路、２
１は非線形処理を行なうガンマ補正回路、２６は光量が
所定量になるよう絞り１を制御する絞り制御回路である
。

以上のように構成された本実施例の撮像装置について以
下その動作を説明する。

絞り制御回路２６は、イメージセンサ２の信号が所定レ
ベルとなるように絞り１を制御する。絞り制御の特性は
従来の撮像装置と同様にピーク値制御から平均値制御ま
で任意の割合で混合して制御しても良く、又は撮像条件
に応じてピーク値制御と平均値制御を切換でも良い。こ
のようにして所定レベルに制御がかけられた撮像信号に
対して、重み付け回路２２で信号の重み付けを行なう。

重み付けは撮像画像の中央部の信号のみを通過させる。

また周辺部の分布を用いる場合は必要に応じた割合で通
過させ、重みを可変することが出来る。

このようＫして画像の中央部に重みを付け、分布検出回
路２３で信号レベルの分布の検出を行なう１っ信号レベ
ルの分布の一例を第２図に示す。同図ａは被写体のコン
トラスト比が小さく信号の分布が中央に集まっているも
のである。同図すは被写体のコントラスト比が大きく被
写体の中に明るい照明などが入って来た場合である。こ
のときは信号の分布は明るい部分と暗い部分の２つに分
離する。

この状態での撮像画像は飽和に近い部分と黒く沈んだ部
分が多く、不自然な画像となる。この実施例では信号レ
ベルが低い部分の割合を、分布検出回路２３より求め信
号処理回路のゲインを制御し、画像の黒沈みを改善する
。分布検出回路２３は分布を求めると同時に、信号レベ
ルがたとえば２゜チ以下の分布（以下低レベル分布）第
２図斜線部となる割合を出力する。この低レベル分布の
割合に応じて回路のゲインを制御する。ゲイン制御回路
２４はこのゲインを決定する。

ゲインを変化する特性を第３図に示す。横軸は低レベル
分布の割合であり縦軸は乗算器２０のゲインを示す。低
レベル分布が０〜２０チのときはゲインを１とし、２０
％から５０％まで徐々にゲインを上げ、６０チ以上のと
きはゲインを２とする（第３図実線）。この様な特性を
持たせることによシ、画像が黒く沈む状態が多くなるに
したがって信号レベルを高くすることが可能となり黒沈
みが改善される。回路ゲインの最大値は２としているが
、これは撮像素子のＳ／Ｎ比の関係により決定すれば良
く、Ｓ／Ｎ比が良い場合にはさらにゲインを上げること
も可能である。

第３図の破線はゲイン３まで変化させたものであり、−
点鎖線は黒沈みの補正を低レベル分布の割合が少ない部
分で増加させたものである。このように回路のゲインを
制御し、乗算器２Ｑに入力する。ゲインを増加させるこ
とにより信号レベルの高い部分はさらに信号レベルが増
加することになるがこれは非線形処理であるγ（ガンマ
）補正回路２１の特性で対応する。γ補正回路２１の特
性を第１図すに示す。入力レベル１００係以上となる入
力に対して大きな圧縮を行ない出力レベルを１００％以
内にして出力する。プロセス回路１１でブランキング処
理、ペデスタル処理そして同期信号の付加などを行ない
出力する。

以上のように本実施例においては重み付け回路２２、分
布検出回路２３、ゲイン制御回路２４、乗算回路２ｏ、
ガンマ補正回路２１を設け、撮像画像が黒く沈みこむ状
態を判断し、回路のゲインを増加させ、また信号レベル
の大きい部分を圧縮して出力することにより、逆光など
で画像が黒く沈みこむことを改善することができる。こ
こでガンマ補正回路２１の特性は第１図すにかぎる必要
はない。

第４図ａは本発明の第２の実施例を示す撮像装置のブロ
ック図である。同図において、１は光量を制御する絞り
、２は光学像を電気信号に変換するイメージセンサ、３
は信号を所定のレベルに増幅するプリアンプ、１１は同
期信号などを付加するプロセス回路、２６は光量を所定
の値に制御するしぼり制御回路であり、以上は第１の実
施例〔第１図ａ〕の構成と同様なものである０第１図乙
の構成と異なるのは分布検出回路３０、特性制御回路３
１、信号特性変換回路３２を設けた点である。

以上のように構成された第２の実施例の撮像装置につい
て以下その動作を説明する。

分布検出回路３ｏは重み付けされた信号に対し、信号レ
ベルの分布をとる。分布の例を第２図ａ。

ｂに示す。同図ａは被写体のコントラスト比が小さく信
号レベルの分布が中央に集まっている場合であり、同図
すはコントラスト比が大きく信号レベルの分布が上下の
２つのレベルに分離したものである。分布検出回路３０
ではこの信号レベルが８０％以上となる分布（以下高レ
ベル分布）第２図のドツト部の割合を出力する。この高
レベル分布の割合によシ信号処理回路の非線形の信号特
性変換回路３２を制御する。信号特性変換回路３２の構
成を第４図すに示す。第４図すにおいて、３３．３４は
非線形γ（ガンマ）回路、３６．３６は乗算回路、３７
は加算回路、３８は比演算回路である。非線形γ回路３
３．３４の特性を第５図に示す。γ、は非線形γ回路３
３の特性であシ、γ２は非線形γ回路３４の特性である
。乗算器３５゜３６の乗算値ｍ、ｎを変化させることに
より非線形の変換特性を制御する。第６図に示したよう
にｍ−○、ｎ＝１でγ１の特性となり、ｍ−１゜ｎ＝ｏ
でγ２の特性となυ、ｍ、ｎの値でその中間値を選ぶこ
とができる。ｎとｍの値はｎ十ｍ＝１の関係で比演算回
路３８で求める。比演算回路３８の制御入力は特性制御
回路３１で求める。特性制御回路３１の特性を第６図に
示す。同図の横軸は信号レベルが８０チ以上の分布（高
レベル分布）の割合を示し、縦軸は比演算回路３８の制
御入力となるｍの値である。

以上の様に構成することにより、信号が高レベル分布と
なる状態、つまシこの状態は同時に信号が低レベルに集
中して分布する状態を検出し、非線形の信号特性変換回
路３２の特性を制御し、低レベルに分布した信号を高い
レベルに再現することができ、撮像画像が黒く沈みこむ
ことを改善することが可能となる。またこの第２の実施
例においては信号特性変換回路３２の特性（第５図に示
す）を変化させた場合においても、その出力信号レベル
が０〜１００チまで有効に利用できる特徴がある。

なお、この第２の実施例で示した信号変換特性（第５図
）は−例であり、撮像素子のＳ／Ｎ比等により、他の特
性を用いられるのは当然である。

また第６図に示した高レベル分布の割合と制御信号ｍの
関係も一例であり、この特性に限る必要はない。

次に第１の実施例（第１図ａの構成）を少し変更した第
３の実施例を第７図に示す。同図において第１図ａと異
なるのは重み付け回路２２の入力信号と、２６のゲイン
制御回路である。重み付け回路２２の入力信号は回路の
ゲイン補正後の信号であるγ補正回路２１の出力信号を
用いる点である（乗算器２ｏの出力信号でも同様の効果
がある）。

さらにゲイン制御回路２５は信号レベル２０係以下の分
布（低レベル分布）、即ち、第２図斜線部に示す部分が
一定割合、例えば死になるように閉ループで制御を行な
う点である。その他の構成は第１図と同様であるので説
明は省略する。第７図の構成においては低レベル分布の
割合の制御が閉ループであり、ゲイン制御回路２５は低
レベル分布の割合が制御の目標値がよりも少ないとき、
乗算器２０のゲインを上げ、多いときにゲインを下げる
制御を行なう。なお、ゲインの上限は撮像素　。

子のＳ／Ｎ等によシ２〜３倍程度にする。この値はＳ／
Ｎが良い場合にはさらに上げることが可能である。した
がって第１図ａの構成と比較して、低レベル分布の制御
が正確に行なえる特徴をもつ。

なお、第１の実施例で分布検出回路２３は信号の低レベ
ルの分布を検出して制御したが、これは第２の実施例の
分布検出回路３Ｑのように信号の高レベルの分布を検出
して制御をしても同様の効果が得られる。また第２の実
施例についても同様に、低レベル分布を用いる第１の実
施例に示した分布検出回路２３の方式を用いることが出
来る。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、撮像画像が黒く沈
みこむ状態を検出し、この状態に合せて信号レベルを高
く再現する処理を行ない、その結果、撮像画像が黒く沈
みこむ部分を改善し、出力することが可能となる。した
がって逆光状態で撮像した場合にも撮像画像を明るく再
現出来、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図＆は本発明の第１の実施例における撮像装置のブ
ロック図、第１図すはガンマ補正回路の特性図、第２図
ａ、ｂは信号レベル分布の状態を示す特性図、第３図は
ゲイン制御回路の特性図、第４図ａ、ｂは本発明筒２の
実施例の撮像装置のブロック図、第６図は信号特性変換
回路の特性図、第６図は特性制御回路の特性図、第７図
は本発明の第３の実施例における撮像装置のブロック図
、第８図は従来の撮像装置のブロック図である。 １・・・・・・絞り、２・・・・・・イメージセンサ、
３・・・・・・プリアンプ、２２・・・・・・重み付け
回路、２３．３０・・・・・・分布検出回路、２４　、
２６・・・・・・ゲイン制御回路、２０・・・・・・乗
算回路、２１・・・・・・ガンマ補正回路、１１・・・
・・・プロセス回路、３１・・・・・・特性制御回路、
３２・・・・・・信号特性変換回路、２６・・・・・・
しぼり制御回路。 第１図 入力レベル 第２図 信号レベル（〃］ 第３図 ｆｂジベル分部の割合（イ；号しベル２ｚ以下の９”’
［’／、１第４図 第　５　図 、９蝙　　　　　１００％ 入ｎイ言号しベル 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像素子の入射光量を所定のレベルに制御するし
   ぼり制御回路と、前記撮像素子からの信号レベルの分布
   を検出し、所要の分布の割合又は所要の分布の度数と所
   定量との比較結果を出力する分布検出回路と、前記分布
   検出回路の出力信号により回路のゲインを制御するゲイ
   ン制御回路又は分布検出回路の出力信号により回路の特
   性を制御する特性制御回路の少なくともいずれか一つと
   、回路ゲインを変化させる乗算回路又は回路の特性を変
   化させる特性変換回路の少なくとも一つとを備えたこと
   を特徴とする撮像装置。
2. （２）分布検出回路は、撮像素子の信子の走査位置によ
   り検出の重みを変化させる重み付け回路を備えたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の撮像装置。
3. （３）分布検出回路は、乗算回路又は前記特性変換より
   後の回路からの信号を入力信号とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の撮像装置。