JPH02235495A - 色差信号発生装置 - 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］ 本発明は画像を所定の形式の画橡電気信号に変換するた
めの画像信号処理装置に関し、特に、色差信号を作成す
るための色差信号発生装置に関する。

［従来の技術］ 画像を所定の形式の画像電気信号に変換する機能を有す
るビデオカメラ等はそのような機能を実現するための画
像信号処理装置を備える。一般に、撮像素子等の光電変
換手段から得られた電気信号は画像信号処理装置におい
て、輝度信号と２つの原色信号に分離され、これらには
その各々に必要な処理が施される。このとき、各原色信
号と輝度信号とから２つの色差信号が作成される。

第５図は従来のビデオカメラの一例を示す概略ブロック
図である。図を参照して、このビデオカメラはレンズ１
と、絞り２と、撮像素子３と、自動絞り制御部４と、自
動利得制御部５と、色分離プロセス回路６と色差信号演
算増幅回路７ｂおよび８ｂから構成される色差信号発生
部１００ｂと、映像信号合成部９とを含む。

レンズ１によって集束された被写体からの反射光は撮像
素子３上に被写体の像を結ぶ。次に、撮像素子３は結ば
れた光学像に対じ光電変換を行ない、結ばれた光学像に
対応した電気信号を自動絞り制御部４に入力する。自動
絞り制御部４は、撮像素子３から入力された電気信号か
ら撮像素子３への入射光量を検知し、撮像素子３への入
射光量、すなわち、照度が常に或る所定値となるように
絞り２の開口部の大きさを制御する。つまり、絞り２の
開口部の大きさは常に撮像素子３への入射光量が一定と
なるように制御される。したがって、そのように光量調
節のなされた撮像素子３から出力された電気信号が自動
利得制御部５に入力される。自動利得制御部５は入力さ
れた電気信号ｙ１を常に或る一定のレベルにするべくこ
れに増幅処理を行なう。これによって得られた電気信号
ｙ２は色分離プロセス回路６に入力される。

色分離プロセス回路６は入力された電気信号ｙ２から輝
度信号Ｙならびに原色信号ＲおよびＢを分離出力する。

出力された原色信号ＲおよびＢは各々色差信号演算増幅
回路７ｂおよび８ｂに入力され、輝度信号Ｙは色差信号
増幅回路７ｂおよび８ｂならびに映像処理部９に入力さ
れる。

色差信号演算増幅回路７ｂは、入力された原色信号Ｒお
よび輝度信号Ｙに対し減算および増幅処理を行ない色差
信号Ｒ−Ｙを作成する。同様に、色差信号演算増幅回路
８ｂは、原色信号Ｂおよび輝度信号Ｙに対し減算および
増幅処理を行ない色差信号Ｂ−Ｙを作成する。つまり、
色差信号Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙは共にその作成段階におい
て増幅処理が施される。得られた色差信号Ｒ−Ｙおよび
Ｂ−Ｙは各々映像信号合成部９に入力される。

映像信号合成部９は入力された色差信号Ｒ−ＹおよびＢ
−Ｙと自動利得制御部６から入力された輝度信号Ｙとに
対し合成処理を行ない、最終的な画像電気信号である複
合映像信号を出力する。

［発明が解決しようとする課題］ 色差信号を被変調信号として、色相および色飽和度を表
わす直角二相平衡変調信号がクロマ信号である。したが
って、カラー画像においては、このクロマ信号のＳ／Ｎ
比が再生画像の品位に大きく影響する。もちろん、クロ
マ信号のＳ／Ｎ比は常に大きい方が望ましい。しかし、
上記のような従来の色差信号発生装置においては次のよ
うな問題点が生じた。

撮像素子の入射光量、すなわち、被写体の照度が低いほ
ど撮像素子から得られる電気信号のレベルは低下する。

したがって、照度の低下に伴い撮像素子から得られた電
気信号を一定のレベルにするための増幅機能を有する機
能部の利得は高くなる。ただし、この利得はある最大限
界値を有する。

ところが、その内部回路性質上、一般に増幅機能を有す
る機能部の利得が上昇し限界値に近づくほど増幅後の信
号に含まれるノイズは増加する。たとえば、第５図に示
すビデオカメラにおいては、再生された画像を明るく見
せるために、照度の低下に伴い自動利得制御部５におけ
る利得が上昇し前記限界値に近づく。これに伴い、増幅
後の信号に含まれるノイズが増加する。さらに照度が低
下し自動利得制御部５の利得が限界値となると、撮像素
子から得られた電気信号はもはや一定のレベルまで増幅
され得ない。このため、増幅後の信号レベルも照度の低
下に応じ低くなる。この結果、照度が著しく低い範囲で
は増幅後の信号のＳ／Ｎ比が極めて低くなる。したがっ
て、照度が著しく低い範囲においては、著し＜Ｓ／Ｎ比
の悪い信号から色差信号を作成しなければならない。一
方、従来色差信号が作成される際には、輝度信号および
原色信号に対して減算処理とともに、すべてのレベルの
信号を同一の増幅率で増幅する、いわゆる線形増幅が施
される。この結果、輝度信号および原色信号に含まれる
ノイズ成分は本来の信号成分と同じ増幅率で増幅される
。したがって、出力された色差信号のＳ／Ｎ比はやはり
低いものとなる。このような、色差信号に含まれるノイ
ズのレベル上昇は、再生画像においてノイズが増加し画
面上に見苦しい粒状のランダムクロマ・ノイズを発生さ
せる。このため、再生画像の品位は低下し極めて見苦し
いものとなる。

本発明の目的は上記のような問題点を解決し、低照度下
においてもクロマφノイズの軽減された再生画像を得る
ことのできる色差信号を自動的に作成することのできる
色差信号発生装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記のような目的を達成するために、本発明にかかる色
差信号発生装置は、被写体を撮像して映像信号を取出す
手段と、映像信号を所定のレベルに制御する自動利得制
御手段と、自動利得制御手段により自動利得制御された
映像信号を複数の原色信号と輝度信号とに分離する手段
と、原色信号および輝度信号を受けてそれらの差信号を
作成し増幅する手段と、自動利得制御手段の出力を受け
て、被写体の照度が予め定める照度よりも低いか高いか
を判別する手段と、判別手段出力に応答して差信号の増
幅手段の増幅特性を線形または非線形に切換え所望の色
差信号を導出する手段とを含む。

［作用］ 本発明にかかる色差信号発生装置は以上のように構成し
たので、被写体の照度に応じて、原色信号および輝度信
号の差信号に対し異なる特性の増幅を行なうことができ
る。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す、ビデオカメラの概略
ブロック図である。図を参照して、このビデオカメラは
レンズ１と、絞り２と、撮像素子３と、自動絞り制御部
４と、自動利得制御部５と、色分離プロセス回路６と、
映像信号合成部９とに加えて、従来と異なる構成の色差
信号発生部１００ａを含む。

色差信号発生部１００ａは比較判別回路１３と、切換回
路１４と、色差信号演算回路７ａおよび８ａと、色差信
号演算回路７ａおよび８ａの各々に対応して設けられる
色差信号増幅部１１および１２とを含む。なお、色差信
号発生部．１　０　０　ａ以外の他の機能部の機能は第
５図に示したビデオカメラの場合と同様である。

以下、このビデオカメラの各機能部の機能および動作に
ついて説明する。

被写体からの反射光は絞り２によってその光量を制御さ
れながらレンズ１を通過し撮像素子３上に像を結ぶ。そ
の結果撮像素子３より得られる電気信号ｙ１は自動利得
制御部５によって所定のレベルに増幅される。これによ
って得られた電気信号ｙ２は、従来通り色分離プロセス
回路６に入力されるとともに、色差信号発生部１００ａ
内の比較判別回路１３にも入力される。

比較判別回路１３は入力された信号から撮像素子３の照
度が所定のレベルより高いか低いか、すなわち、低照度
であるか、十分な照度であるかを判別し、各々に対応し
たレベルの信号（以下、これを判別信号と呼ぶ。）を切
換回路１４に出力する。

切換回路１４は比較判別回路１３からの判別信号が低照
度を示すものであれば色差信号増幅部１１および１２に
おいて色差信号演算部７ａおよび８ａからの人力信号に
対し非線形増幅を行なうように色差信号増幅部１１およ
び１２内の接続を切換え、逆に高照度を示すものであれ
ば従来と同様に色差信号増幅部１１および１２において
色差信号演算回路７ａおよび８ａからの入力信号に対し
線形増幅を行なうように色差信号増幅部１１および１２
内の接続を切換える。

一方、色分離プロセス回路６に入力された信号ｙ２は従
来通り輝度信号Ｙならびに原色信号ＲおよびＢに分離さ
れる。輝度信号Ｙは色差信号演算回路７ａおよび８ａに
入力され、原色信号ＲおよびＢは色差信号演算回路７ａ
および８ａに入力される。色差信号演算回路７ａは輝度
信号Ｙおよび原色信号Ｒに減算処理を行ない、これらの
差信号を出力する。色差信号演算回路８ａは輝度信号Ｙ
および原色信号Ｂに減算処理を行ない、これらの差信号
を出力する。次に、色差信号演算回路７ａおよび８ａか
らの出力信号は各々色差信号増幅部１１および１２に入
力される。ここで、色差信号増幅部１１および１２内の
接続が、色差信号演算部７ａおよび８ａからの出力信号
に線形増幅を行なうように設定されていれば、すなわち
、高照度であれば映像信号合成部９には従来と同じ色差
信号が入力される。しかし、色差信号増幅部１１および
１２の接続が色差信号演算部７ａおよび８ａからの出力
信号に対し非線形増幅を行なうように設定されていれば
、すなわち、低照度であればそのような処理のなされた
色差信号が映像信号処理部９に入力される。

第２図は色差信号増幅部７ａおよび８ａの増幅特性の一
例を示す図である。図において横軸は入力信号レベル、
縦軸は出力信号レベルである。図中ａおよびｂは各々、
非線形増幅時の増幅特性曲線および線形増幅時の増幅特
性曲線である。たとえば、低照度下において色差信号増
幅部１１および１２に入力された差信号波形が図中！Ｎ
で示されるようなものであった場合を例にとって説明す
る。低照度下では色差信号増幅部１１および１２は入力
信号に対し非線形増幅を行なう。したがって、入力され
た差信号は増幅特性曲線ａに沿って増幅される。したが
って、色差信号増幅部１１および１２から出力される信
号は図中ＯＵＴ−ａで示されるような波形を示す。入力
信号波形ＩＮと出力信号波形ＯＵＴ−ａとからわかるよ
うに、信号中のノイズ成分Ｎの部分のみが出力信号波形
ＯＵＴ−ａにおいて′低下する。これは、増幅時の増幅
特性が、ノイズ成分Ｎのレベル程度の低レベルの入力信
号に対する増幅率が本来の信号（入力信号波形ＩＮの矩
形波部分）のレベル程度の高レベルの入力信号に対する
増幅率よりも小さいという非線形性を有するためである
（増幅特性曲線ａの１線でない部分参泌）。

これに対し、低照度下におけるＩＮで示される波形の入
力信号に増幅特性曲線ｂに沿った増幅、すなわち、従来
と同様の線形増幅を行なった場合に得られる出力信号は
ＯＵＴ−ｂで示される波形を示す。上記２つの出力信号
波形はＯＵＴ−ａおよびＯＵＴ−ｂからわかるように、
非線形増幅を行なうことより低照度下において得られる
入力信号のノイズ成分Ｎの振幅は従来よりもはるかに小
さくなる。したがって、低照度下において映像信号合成
部９に入力される色差信号は従来に比べノイズの軽減さ
れたものとなる。したがって、低照度下で得られた複合
映像信号から再生される画像において発生するクロマ・
ノイズは従来に比べ大幅に軽減される。

一方、高照度下では色差信号増幅部１１および１２は入
力に対し線形増幅を行なう。したがって、入力れた差信
号は増幅特性曲線ｂに沿って、すなわち、従来通りすべ
てのレベルの信号に対し同一の増幅率で増幅される。し
かし、高照度下においては入力される差信号のＳ／Ｎ比
は十分に大きいと考えられるため、入力された差信号を
線形増幅することによって問題は生じない。

第３図は色差信号発生部１００ａの主要内部回路の一例
を示す図である。図を参照して、この回路は照度検知部
１６と、増幅特性切換部１７と、前記２機能部の間に接
続される２人力演算増幅器１９とを含む。

照度検知部１６は自動利得制御部５の出力信号ｙ２を検
波するためのバッファ回路１５と、バッファ回路１５の
出力端と接地１８との間に儲けられる、抵抗素子Ｒ１お
よびコンデンサＣ１の直列接続から構成される積分回路
とから構成される。

したがって、自動利得制御部５の出力信号ｙ２はバッフ
ァ回路１５を介して前記積分回路に入力される。よって
、前記積分回路の出力端である抵抗Ｒ１とコンデンサＣ
１との接続点からは、信号ｙ２の積分値、すなわち、撮
像素子３への入射光量（照度）を示す電位ｖｃが出力さ
れる。実際には、照度検知部の抵抗Ｒ１およびコンデン
サＣ２より構成される積分回路は数Ｖの積分時定数（１
ｖ＃１６．７ｍｓｅｃｓＮＴＳＣ方式の場合）を有する
。

増幅特性切換部１７は、色差信号演算回路７ａまたは８
ａからの差信号が与えられるノードｎ１と、前記ノード
ｎ１と接地１８との間に設けられる、トランジスタＱ１
と、ダイオードＤ１およびＤ２の逆並列回路と、抵抗Ｒ
３との直列接続ならびに、前記逆並列回路および抵抗Ｒ
３の接続点とノードｎ１との間に設けられる抵抗素子Ｒ
２を含む。なお、トランジスタＱ１のゲートには演算増
幅器１９の出力端が接続される。したがって、演算増幅
器１９の出力電位レベルが“Ｈ“となるとトランジスタ
Ｑ１が導通しノードｎ１に与えられた差信号は抵抗Ｒ２
と、ダイオードＤ１またはＤ２とから構成される並列回
路を通過しノードｎ２に伝達される。今、ダイオードＤ
１およびＤ２の順方向の動抵抗値をともにＲＤとし、抵
抗素子Ｒ２およびＲ３の抵抗値を各々、Ｒ２およびＲ，
とすると、ノードｎ１の電位に対するノードｎ２の電位
の比、すなわち、ノードｎ１に与えられた差ドの動抵抗
値は印加される順方向電圧に対し一定ではなく、順方向
電圧が低い範囲においては大きく、高い範囲においては
ほぼ一定の低い値を示すという非線形性を有する。した
がって、ノードｎ２から出力される信号はノードｎ１に
与えられた差信号に対し非線形増幅を行なったものとな
る（第２ａ図参照）。

逆に、演算増幅器１９の出力電位レベルが“Ｌ″となる
と、トランジスタＱ１が非導通となり、ノードｎ１に与
えられた差信号は抵抗Ｒ２によってノードｎ２に伝達さ
れる。このとき、ノードｎ１られる。Ｒ２およびＲ３は
ノードｎ１の、信号電位にかかわらず一定値と考えられ
るから、ノードｎ１に与えられた差信号は線形増幅され
ノードｎ２に出力される（第２図ｂ参照）。

ところで、演算増幅器１９の反転入力端子には照度検知
部１６の出力、すなわち、照度を示す電位ｖｃが与えら
れ、非反転入力端子には固定バイアス電圧■，が与えら
れる。したがって、演算増幅器１９は固定バイアス電圧
Ｖ，を基準電位として電位ｖｃに対し′Ｈ”または“Ｌ
２のレベル判定を行ない、具体的には次のような動作を
行なう。

すなわち、電位ｖｃが電圧Ｖ，よりも低い場合には“Ｈ
゛レベルの電位を出力し、逆に電位ｖｃが電圧Ｖ，より
も高い場合には′Ｌ”レベルの電位を出力する。一方、
電位ｖｃは照度の低下に応じ？低下するため、演算増幅
器１９の出力電位レベル“Ｈ”および“Ｌ″は各々低照
度および高照度を示す。したがって、低照度下では色差
信号演算回路７ａまたは８ｂからの差信号に対し非線形
増幅を■行ない、高照度下では線形増幅を行なうことが
可能となる。

なお、非線形増幅または線形増幅が行なわれるべき信号
は色差信号演算部７ａおよび８ｂからの２つの差信号で
あるから、実際には増幅特性切換部１７と同一の回路構
成を有する回路部がこれと並列にもう１つ設けられる。

第４図は第３図に示した回路の各機能部の特性を示す図
である。図において、横軸は被写体照度、縦軸は各機能
部の利得または出力信号レベルである。一般に、自動利
得制御部５の入力信号ｙ１のレベルは照度の変化に伴な
い図中Ｃで示されるような変化をする。これからわかる
ように、信号ｙ１、すなわち、撮像素子３からの電気信
号のレベルは被写体照度（撮像素子３への入射光量）の
上昇に伴ない直線的に増加するが、照度が或る値（図中
Ｐ）を越えるとそれ以上大きくならず一定値となる。信
号ｙ１は自動絞り制御部４による絞り制御を受けている
ため、照度が図中Ｐの値を越えた領域では絞り２は自動
絞り制御部４によってもはや制御不可能となり開放状態
であると考えられる。

次に、自動利得制御部５の利得、すなわち、入力信号ｙ
１のレベルに対する出力信号ｙ２のレベルの比は図中ｅ
で示されるような変化を示す。つまり、照度が或るレベ
ル（図中Ｐ）以上では、自動利得制御部５の利得は或る
一定の最低値を示し、照度が或るレベル（図中Ｑ）以下
では或る一定の最大値を示し、照度が前記２レベルの間
の範囲（図中Ｐ−Ｑ間）では、照度の上昇に逆比例して
低下する。したがって、入力信号ｙ１は照度が図中Ｑ以
下の範囲においては或る一定の最大利得値で増幅され、
照度が図中Ｐ−Ｑの範囲においては照度に応じた利得値
で増幅され或る一定のレベルとなり、照度が図中Ｐ以上
の範囲においては或る一定の最低利得値で増幅される。

よって、自動利得制御部５からの出力信号ｙ２のレベル
は照度変化に伴ない図中ｄで示されるような変化を示す
。

次に、照度検知部１６の出力電位ｖｃは信号ｙ２を平滑
化したものである。したがって、照度変化に伴ない電位
Ｖｃのレベル変化は信号ｙ２のレベル変化と同様になり
、図中ｆで示されるようなものとなる。なお、照度が図
中Ｑ以上の範囲である領域を高照度領域Ａ，Ｑ以下の範
囲である領域を低照度領域Ｂとする。さらに、低照度領
域Ｂにおいてクロマ・ノイズが特に問題化される領域（
照度が図中Ｑ′以下となる範囲）を極低照度領域Ｂ′と
する。したがって、照度Ｑ′に対応する電位ｖｃの値を
演算増幅器１９に与える固定バイアス電圧Ｖ，の値とす
れば、差信号に対し好ましい増幅特性切換を行なうこと
が可能となる。

なお、本具体例においては、照度検知部１６の出力電位
ｖｃを用いて自動利得制御部５において入力信号をｙ１
を常に一定レベル（因中ｄの水平部分の信号レベル）に
するための増幅を行なう。

つまり、自動利得制御部５の出力信号ｙ２は直流電位ｖ
ｃの形で自動利得制御部５にフィードバックされる。照
度が図中Ｐ−Ｑの範囲において、自動利得制御部５は要
求される一定レベル（図中ｄの水平部分の信号レベル）
の信号に対応する値となるように自動的にその利得値を
制御する。

なお、本実施例における色差信号発生部１００ａの内部
回路構成は、上記具体例に限定されるものではない。た
とえば、上記具体例においては非線形増幅手段として逆
並列に接続したダイオードＤ１およびＤ２を用いたが、
非線形特性を有する他の素子を用いてもよい。したがっ
て色差信号増幅部１１および１２の非線形増幅特性は第
２図ａで表わされるものに限定されない。また、非線形
増幅特性は、非線形増幅手段に用いるダイオードＤ１お
よびＤ２の特性を変えることによっても任意に変化させ
得る。もちろん、非線形増幅手段の選択にあたっては、
入力信号のノイズレベルや信号レベル等を考慮し、低照
度下においてノイズ成分のみを低減し好ましい色差信号
を得ることができるよう゛に、非線形部分（第２図ａの
曲線部分）の範囲およびその範囲内外における出力レベ
ル等を設定できるものを選択する必要がある。

［発明の効果］ 本発明にかかる色差信号発生装置は以上のように構成さ
れているため以下のような効果をもたらす。

低照度下において色差信号に非線形増幅を行なうため、
低照度下におけるクロマ・ノイズが従来に比べ大幅に軽
減される。特に、非線形的に増幅される信号のレベル範
囲およびその際の増幅率はどのような非線形増幅手段を
用いるかによって任意に設定できる。したがって、非線
形増幅手段の選択により、極低照度下においても品位の
高い再生画像が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図はは第１図
１１および１２で示される色差信号増幅部の増幅特性を
示す図、第３図は本発明の具体例を示す回路図、第４図
は第３図における各機能部の出力特性を示す図、第５図
は従来例を示す図である。 図において、４は自動絞り制御部、５は自動利得制御部
、６は色分離プロセス回路、７ａおよび８ａは色差信号
演算回路、９は映像信号合成部、１１および１２は色差
信号増幅部、１３は比較判別回路、１４は切換回路、１
６は照度検知部、１７は増幅特性切換部、１９は演算増
幅器、１００ａおよび１００ｂは色差信号発生部である
。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第１ 図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮像装置における色差信号発生装置であって、被写体を
   撮像して映像信号を取出す手段と、前記映像信号を所定
   のレベルに制御する自動利得制御手段と、 前記自動利得制御手段により自動利得制御された映像信
   号を複数の原色信号と輝度信号とに分離する手段と、 前記原色信号および前記輝度信号を受けてそれらの差信
   号を作成し増幅する手段と、 前記自動利得制御手段の出力を受けて、被写体の照度が
   予め定める照度よりも低いか高いかを判別する手段と、 前記判別手段出力に応答して前記差信号の増幅手段の増
   幅特性を線形または非線形に切換え所望の色差信号を導
   出する手段とを備えた、色差信号発生装置。