JPH03155292A - 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］ 本発明は撮像装置に係り、特にカラービデオカメラ等に
おける最適なディジタル信号処理機能を備えた撮像装置
に関する。

［従来の技術］ 家庭用ビデオカメラは、近年急速に普及率が高まってき
ている。この普及率の急増した理由としてはいくつか考
えられるが、主なものとしては次のものが挙げられる。

（１）　ＶＴＲ（Ｖｉｄｅｏ　Ｔａｐｅ　Ｒｅｃｏｄｅ
ｒ）部とカメラ部とを一体化させたムービーの開発、及
び、オートフォーカス、オートホワイトバランス等の自
動化による使い勝手の向上。

（２）小形・軽量化。

（３）低コスト化。

（４）高画質化等の性能向上。

これらの内、特に（２）７７（４）の実現のために、（
イ）固体撮像素子の開発、（ロ）信号処理の合理化等、
が大きく寄与した。

固体撮像素子は、小型・軽量、高信頼性等の多くの特長
をもつ。開発当初は、製造コスト、感度、解像度等で固
体撮像素子は撮像管に劣っていたが、半導体技術の急速
の進歩により、コスト、性能面でも撮像管を越えるまで
に至った。現在では、家庭用ビデオ化のほとんど全てに
固体撮像素子を採用している。これらの経緯については
、テレビジョン学会誌Ｖｏｌ、４１．Ｎｏ、１１　　（
１９８７）第９８３頁〜第９８９頁において論じられる
。

一方、信号処理回路には、小型、低コスト、高性能化を
目的として、大集積ＩＣ化・信号処理の改善が進められ
た。この結果、上述の固体撮像素子の採用と相まって、
家庭用ビデオカメラは、上述した様に、高画質化と共に
大幅な小型・軽量化及び低コスト化が達成された。しか
し、さらなる信号処理の合理化を考えた場合、現在のア
ナログ信号処理に基いた信号処理方式では限界があり、
今後は下記等の特長を有するディジタル信号処理技術に
基いた信号処理方式が本命と思われる。

（ｉ）　　Ｌ　（インダクタ）、Ｃ（コンダクタ）。

Ｒ（抵抗）により構成していた大型部品のフィルタを、
ディジタルフィルタで構成することによって、高精度で
ＩＣに集積化することが可能である。

（ｎ）ディジ信号処理ではバラツキがなく、よって、バ
ラツキを吸収するための調整等は、必要ない。

（ｉｎ）Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａを内蔵することにより、１チツ
プＩＣと集積化が比較的容易。

（ｉｖ）演算のまるめ誤差によるＳ／Ｎ劣化を十分考慮
して設計することにより、信号処理回路によるＳ／Ｎ劣
化は、生じない。

この様なビデオカメラのディジタル信号処理の例につい
ては、特公昭６３−４５１５３号公報に論じられている
。

固体撮像素子には、種々の構成のものがあるが、大別し
てＭＯＳ型とＣＣＤ型とがある。一般にＭＯ８Ｏ８型セ
ンサ線出力であるが、ＣＣＤ型センサは一線出力である
。信号処理のディジタル化を考えた場合、−線出力であ
るＣＣＤ型センサはＡ／Ｄ変換器を１個しか必要としな
いため、多数のＡ／Ｄ変換器を必要とするＭＯ３型セン
サより有利である。又、ＣＣＤ型においても、種々の方
式があるが、現在は、テレビジョン学会技術報告、ＴＥ
ＢＳＩＯＩ−１，ＥＤ８３６、第１頁〜第６頁に論じら
れている画素混合読み出し方式のＣＣＤセンサが一般的
となっている。このＣＯＤについては特公昭６３−４５
１５３号公報に論じられている画素混合読み出し方式の
ＣＣＤセンサと構成は異なるが、同様の方式により信号
処理のディジタル化が可能である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のＣＣＤセンサを用いたビデオカメラの信号処理デ
ィジタル化の実現においては、解決すべき多くの問題点
があり、その一つとして、Ａ／Ｄ変換器の量子化ビット
数の問題がある。

映像信号処理において、量子化雑音によるＳ／Ｎ劣化が
問題とならない量子化ビット数は、輝度信号で８ビツト
であり、色信号では６ビツトと、一般に言われている。

上述のＣＣＤセンサを用いたディジタル信号処理による
ビデオカメラでは、輝度信号及び色信号の生成において
、量子化雑音が増加する下記の処理を行なう。

・輝度信号処理： ガンマ処理；ブラウン管の２．２乗特性を補正するため
、信号を１７２，２乗 する。このため、低レベル時の 利得が増加し、量子化雑音が強 調される。

・色信号処理： ガンマ処理：同上。

マトリクス：センサより出力される補色のフィルタに対
応して得られる信 号を演算して、ＲＧＢ等の色信 号を生成。この時、主に減算処 理により生成するため、生成さ れたＲＧＢ信号は、もとの信号 レベルより小さくなり、量子化 雑音によりＳ／Ｎが劣化する。

ホワイトバランス； 上記マトリゲスより生成される ＲＧＢ信号は、光源の色温度に より変化する。これを補正する ため、Ｒ，Ｂ信号の利得を増減 する。このとき、利得を増加さ せた色信号の量子化雑音が強調 され、Ｓ／Ｎが劣化する。

以上の処理による量子化雑音の増加は、特に色信号処理
の方が多い。最終出力において、色信号に含まれる量子
化雑音レベルを上記の６ビツト量子化の場合と同レベル
にするには、センサより出力された信号をＡ／ＤするＡ
／Ｄ変換器の量子化数を最低でも１０ビット程度必要と
することになる。しかし、ビデオ用の１０ビット以上の
Ａ／Ｄ変換器の実現は現状では難しく、上記のカメラの
信号処理のディジタル化を困難にしている要因となって
いる。

本発明の目的は、信号処理側での量子化雑音の増加を低
減し、このＡ／Ｄ変換器の問題を解決した撮像装置を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は被写体の光源の色温度を検出する色温度検出
手段と、γ特性を外部から供給された制御信号により可
変なγ補正手段（可変γ補正手段と呼ぶ）と、前記色温
度検出手段より出力される検知色温度情報に応じて前記
可変γ補正手段のγ補正特性を制御するγ制御手段を設
けることによって達成される。

［作用］ 現在の固体撮像素子に使われている半導体は、シリコン
（Ｓｉ）である。ＳＬは、長波長側（赤色方向）の感度
が高く、又、短波長側（青色方向）の感度が低いという
光電変換特性をもつ。このため、シアンフィルタ等を用
いて、センサに入射する光の赤成分を押えている。しか
し、赤成分を減衰させすぎると輝度感度が低くなるため
、上記方法による赤、青成分の感度補正にも限度がある
。

よって、一般には、青信号は赤信号よりレベルが低くな
る。一方、光源の色温度が変化すると、赤信号及び青信
号のレベルが変化する。第９図にこの変化の様子を示す
。第９図より赤信号は色温度が高いほど減少し、色温度
が低いほど増加し、又、青信号は色温度が高いほど増加
し、色温度が低いほど減少することがわかる。

γ補正はブラウン管の２．２乗特性を逆補正するもので
あり、低レベルの利得が高く、高レベルになるほど低く
なる特性となっている。

以上より、前述の色信号の量子化雑音の増加が問題とな
るのは、一般には、信号レベルがもともと低い青信号が
さらに減少する低色温度時であって、かつ青信号が低レ
ベルの時である。

前記γ制御手段は、前記色温度検出手段より供給された
検知色温度が低温度の時に、その検知色温度路じて前記
可変γ補正手段を制御し、低レベルの利得が少なくなる
様にγ特性を変更する。この結果、青信号に含まれる量
子化雑音が増加する低温度時に、問題となる低レベル領
域で利得が下るため、γ補正による量子化雑音増加が押
えられて、最終的に量子化雑音の増加を押える。このγ
補正特性の変更により色再現が変化するが、色再現が変
化するのはかなり色温度が低い場合のもであり、量子化
雑音の増加に比べれば画質劣化は軽微である。

又、以上青信号の量子化雑音の増加を押える場合につい
てのみ述べてきたが、高色温度時に赤信号が減少して量
子化雑音が増大した場合においても、同様にγ補正特性
を変更して量子化雑音の増加を防ぐことができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による撮像装置の第１の実施例を示すブ
ロック図で本実施例は、本発明の基本構成例である。

同図において、１ａと１ｂ及び１ｃはγ補正特性が可変
な可変γ補正回路、２は色温度を検知する色温度検出回
路、３はγ補正特性を制御するγ制御回路である。

本実施例の動作は次の通りである。

まず、色温度検出回路２では、被写体の光源の色温度を
検出し、検知色温度をγ制御回路３に供給する。γ制御
回路３では、供給された検知色温度から、色信号の量子
化雑音の増加が問題となる低色温度又は高色温度（一般
には、前述の通り。

青信号の量子化雑音が増加する低色温度側のみ）かどう
か判断し、量子化雑音が増加する領域において、可変γ
補正回路１ａ、ｌｂ、ｌｃを制御して低レベルの利得が
低いγ補正特性に変更する。

可変γ補正回路１ａ、ｌｂ、ｌｃでは、入力された赤（
Ｒ）信号、緑（Ｇ）信号、青（Ｂ）信号をγ制御回路に
より設定されたγ補正特性でγ補正を行なう。

ここで、上記の低温度時及び高温度時には、ホワイトバ
ランスによりＢ信号及びＲ信号の利得が増加されている
ため、量子化雑音も増加するが、量子化雑音の増加が問
題となる低レベルの利得は上述の通り減少しており、最
終的には量子化雑音の増加を防ぐことができる。

以上、本実施例によれば、本発明の目的である光源の色
温度変化による色信号の量子化雑音の増加を防止できる
。

第２図は第１図における可変γ補正回路のγ補正特性の
一例を示す特性図であって、γ補正は普通は、回路の簡
単化のため、折れ線近似している。

同図において、４が通常の色信号用のγ補正の一例であ
る。今、この入出力特性を７１で表わし、入力信号をＸ
、出力信号をγ（Ｘ）とすると、γ特性は、 ｙ（ｘ）＝（ｙ、（ｘ）−ｘ）Ｋ＋ｘ（ＯｆｉＫ？Ｎ１
）・・・（１） であられされる。通常に＝１であり、ＫをＯに近づける
と、第２図の５で示した特性に近づき、低レベルの利得
を下げることができる。

第３図、第４図は第１図における可変γ補正回路の構成
例の説明図である。

第３図において、ｌはγ特性が固定のγ補正回路、５は
減算回路、６は加算回路、７は係数乗算回路である。本
例では、まず、入力された信号Ｘをγ補正回路１と減算
回路５及び加算回路６に供給する。γ補正回路１では、
入力された信号Ｘをγ補正して（たとえば、第２図の４
で示す特性により）、γ補正後の７１（Ｘ）を減算回路
５に供給する。減算回路５では、供給されたγ、（Ｘ）
より信号Ｘを減算し、演算によって得た（γ、　（Ｘ）
　−Ｘ　）を係数乗算７に供給する。係数乗算回路では
、入力された信号（γ、　（ｘ）　−ｘ　）　をに倍し
、（γ、　（ｘ）　−ｘ）　ＸＫを加算回路６に供給す
る。加算回路６では、供給された信号Ｘに（γ、　（ｘ
）　−ｘ　）　Ｘ　Ｋを加算し、上記（［）式と等しい （γ、（ｘ）−ｘ）　ＸＫ＋ｘ＝　（＝γ（Ｘ））を出
力する。

次に、第４図に示した構成例を説明する。同図において
、８は演算回路、７は係数乗算回路、６は加算回路であ
る。本例では、演算回路８において、入力された信号に
対し、たとえば第４図の９で示す特性により、直接（γ
、　（ｘ）　−ｘ　）信号を出力し、この信号をに倍し
た後信号Ｘと加算することにより（１）式の （γ＋　（ｘ）　　ｘ　）　ｘ　Ｋ＋　ｘを出力する。

第５図は本発明による撮像装置の第２の実施例を説明す
るブロック図であって、９ａ、９ｂはホワイトバランス
用の可変利得増幅器、１０はトラッキング回路、１１は
色差マトリクス回路である。

なお、第１の実施例と同一の機能を有する部分について
は、同一の記号を付け、動作等の説明は省略する。

現在、色温度の検出法（ホワイトバランスの方式）には
、大きく分けて、（１）内部測光方式と、（２）外部測
光方式とがある。本実施例は内部測光方式のホワイトバ
ランスを採用している。

本実施例の動作について以下説明する。

まず、トラッキング回路ＩＯは、色温度検出回路２から
供給された信号に応じてＲ信号の利得とＢ信号の利得調
整信号を発生し、可変利得増幅器９ａ、９ｂにそれぞれ
供給する。可変利得増幅器９ａ、９ｂは、乗算回路で構
成されており、入力されたＲ信号、Ｂ信号に、トラッキ
ング回路から供給されたＲ信号利得調整信号とＢ信号利
得調整信号を乗算することにより利得を調整して利得調
整後のＲ信号とＢ信号を、可変γ補正回路１ａ及びｌｃ
に供給する。色差マトリクス１１では、供給する可変γ
補正回路１ａ、ｌｂ、ｌｃによってγ補正した後の赤（
Ｒ′）信号、緑信号（Ｇ′）、青信号（Ｂ′）を演算処
理して、色差信号（Ｒ−Ｙ）。

（Ｂ−Ｙ）を生成する。この時の演算は、たとえばＮＴ
ＳＣ方式においては、次式による。

Ｒ−Ｙ＝０，７Ｒ’　−０，５９Ｇ’−０，ＩＩＢ’・
・・（２）Ｂ−Ｙ＝０．８９Ｒ’　　−０，５９Ｇ’　
　−０，３Ｒ’　　・・・（３）さらに、色温度検出回
路２においては、上記（Ｂ−Ｙ）、（Ｒ−Ｙ）を演算処
理して平均値を算出して出力し、γ制御回路３及びトラ
ッキング回路１０に供給する。ここで、可変利得増幅器
９ａ、９ｂとγ補正回路１ａ、ｌｃと色差マトリクス１
１と色温度検出回路２とトラッキング回路は、いわゆる
制御ループを構成しており、白等の無彩色部においては −ＹＫＯ −ＹＫＯ となる様に動作する。又、上記平衡点においては、色温
度検出回路２からは、光源の色温度に相当した信号が出
力される。したがって、γ制御回路３では、色温度検出
回路２より供給される上記信号から色温度を検知するこ
とができ、この検知色温度に応じて、第１の実施例と同
様に可変γ補正回路１ａ、ｌｂ、ｌｃを制御することに
より、第１の実施例と同様の効果が得られる。

第６図は本発明による撮像装置の第３の実施例を説明す
るブロック図であって、本実施例は外部測光方式のホワ
イトバランスを採用した場合を示す。

同図において、１２は光源の色温度測光用のセンサ（一
般には、光ダイオードに赤・青等の色フィルタを付けた
もの）である。他の部分は前述した実施例と同一の機能
を有しており、ここでは、同一の記号を付けて説明は省
略する。

本実施例では、色温度検出回路２においてセンサ１２よ
り得た信号（たとえば青レベル、赤レベル信号等）より
色温度を検出し、この検出信号をトラッキング回路１０
及びγ制御回路３に供給し、ホワイトバランス及び第１
の実施例と同様にγ補正特性の制御を行う。この結果、
本実施例においても、前述した実施例と同様にして、前
述の色温度変化による色信号の量子化雑音の増加を防止
とすることができる。

第７図は本発明による撮像装置の第４の実施例を説明す
るブロックであって、本実施例は１つの可変γ補正回路
で、点順次でＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号をγ補正する様に
構成したものであり、可変γ補正回路１の処理速度が十
分速い場合は、この様に回路を構成することにより、少
ない回路規模で実現できる。

第８図は本発明による撮像装置の第５の実施例を説明す
るブロック図であって、１３は低照度検出回路である。

本実施例は、第１の実施例の構成に、低照度検出回路１
３を設け、γ補正時性の制御を高色温度及び低色温度時
だけでなく、低照度時にも行なう様にしたものである。

低照度検出回路１３は、たとえば、図示外の輝度信号を
平均し、この平均値が一定値より低い時を低照度と判断
して、この検知信号をγ制御回路３に供給する。γ制御
回路３は、低照度検出回路１３より供給された信号に応
じ、可変γ補正回路１ａ、ｌｂ、ｌｃを制御して、低照
度時に、低レベルの利得を減少させたγ補正特性に変更
する。この結果本実施例によれば、光源が低色温度及び
高色温度時に生じる量子化雑音の増加を防止するととも
に、低照度時の量子化雑音の増加も同様に防止できる。

以上説明した実施例は、すべて、ディジタル信号処理を
前提として、量子化雑音の増加防止という点から述べて
きた。しかし、これらの実施例は、当然、量子化雑音だ
けでなく、通常の雑音（たとえばランダム雑音）をも同
時に低減することができ、各処理をアナログ処理として
も、高色温度及び低色温度時の雑音増加を防止する効果
がある。

［発明の効果］ 本発明は、以上述べてきたように、デイジタル信号処理
のビデオカメラにおいて、光源が高色温度及び低色温度
の時に、ホワイトバランス制御による赤及び青信号の利
得増加に伴って生じる量子化雑音の増加を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像装置の第１の実施例を説明す
るブロック図、第２図は可変γ補正回路の入出力特性図
、第３図及び第４図は第１図における可変γ補正回路の
構成例の説明図、第５図は本発明の第２の実施例を説明
するブロック図、第６図は本発明の第３の実施例を説明
するブロック図、第７図は本発明の第４の実施例を説明
するブロック図、第８図は本発明の第５の実施例を説明
するブロック図、第９図は赤、青信号レベルの色温度依
存特性図である。 １、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ・・・・・・γ補正回路、２・・
・・・・色温度検出回路、３・・・・・・γ制御回路、
９ａ、９ｂ・・・・・・可変利得増幅器、ｌＯ・・・・
・・トラッキング回路。 １１・・・・・・色差マトリクス回路、１３・・・・・
・低照度検出回路。 第３図 第４ 図 第２図 第５ 第６図 第 ７ 図 笥８図 第９ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複写体の光源の色温度を検出し、検知色温度を出力
   する色温度検出手段と、γ補正特性が外部制御によつて
   可変とした色信号γ補正用可変γ補正手段と、色温度検
   出手段から出力される検知色温度に適応して可変γ補正
   手段を制御し、γ補正特性を変更するγ制御手段と、を
   設けたことを特徴とする撮像装置。 ２、請求項１において、信号処理手段をディジタル信号
   処理手段で構成すると共に、前記可変γ補正手段及び前
   記γ制御手段をディジタル信号処理手段で構成したこと
   を特徴とする撮像装置。 ３、請求項１において、低照度を検出して低照度信号を
   前記γ制御手段に供給する低照度検出手段を設け、前記
   γ制御手段は、供給される検知色温度信号及び検知低照
   度信号に適応して、前記可変γ補正手段を制御すること
   によりγ補正特性を変更するように構成したことを特徴
   とする撮像装置。