JPH05336436A - 自動利得制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高利得の必要時、低電力消費化、量子化ノイ
ズの抑圧を可能とする。 【構成】 センサ２からのアナログ信号はＡＧＣ回路３
で増幅され、Ａ／Ｄ変換器４でディジタル信号に変換さ
れた後、ＡＧＣ回路５で増幅され、信号処理回路６で処
理される。信号処理回路６の出力輝度信号Ｙのレベルは
レベル検出回路９で検出され、マイコン７は、その検出
値を基準値と比較し、その結果に応じてアイリス１の絞
り制御信号、ＡＧＣ回路３の利得制御信号７３、ＡＧＣ
回路５の利得制御信号７５を生成する。低照度時、ＡＧ
Ｃ回路３，５の利得を最小とし、アイリス１の絞り量の
制御で検出値を基準値と一致させ、中照度時、アイリス
１を全開、ＡＧＣ回路５の利得を最小とし、ＡＧＣ回路
３の利得制御で検出値を基準値と一致させ、高照度時、
アイリス１を全開、ＡＧＣ回路３の利得を最大とし、Ａ
ＧＣ回路５の利得制御で検出値を基準値と一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ装置等に
用いて好適な自動利得制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ビデオカメラ装置においては、
例えば、テレビジョン学会技術報告Ｖol.１５，Ｎo.７
（Ｊan，１９９１） ｐｐ.３７〜４２に記載されてい
るように、小型・軽量化、高機能化、低消費電力化等を
目的として信号処理のディジタル化が進められており、
この場合でも、アナログ処理するビデオカメラ装置と同
様、被写体からの光情報をアナログの電気信号に変換す
るセンサの出力レベルに拘らず、カメラ出力信号レベル
を一定にするための自動利得制御回路が設けられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のビデオカメラ装置においては、自動利得制御回路は
センサとアナログ−ディジタル変換器との間に設けられ
て、自動利得制御はアナログ処理でなされており、この
ため、例えば低照度における撮影の場合、一定の出力信
号を得るためには自動利得制御回路の利得を充分上げな
ければならず、高利得が得られるようにするためには、
自動利得制御回路の規模が大きくなり、また、回路規模
に比例して消費電力も増大する。このことは、低消費電
力を１つの目的としているビデオカメラ装置にとって大
きな問題となる。

【０００４】現在、デバイスの低消費電力化は、アナロ
グでは限界に近付きつつあり、これに対し、ディジタル
ではますます進歩している。従って、以上の問題と技術
動向とを考慮すると、ビデオカメラ装置を低消費電力化
するためには、自動利得制御回路をディジタル化するこ
とが考えられる。しかし、自動利得制御回路を全てディ
ジタル化すると、高利得時に量子化ノイズが大きくな
り、カメラ出力信号のＳ／Ｎが劣化するという問題があ
った。

【０００５】本発明の目的は、かかる問題を解消し、Ｓ
／Ｎが良好で小回路規模、低消費電力の自動利得制御装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、入力信号をアナログ信号とし、第１の制
御信号に応じた利得で該入力信号を増幅する第１の可変
利得増幅回路と、該第１の可変利得増幅回路の出力信号
をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換
器と、第２の制御信号に応じた利得で該アナログ−ディ
ジタル変換器から出力される該ディジタル信号を増幅す
る第２の可変利得増幅回路と、該第２の可変利得増幅回
路の出力ディジタル信号を処理する信号処理回路と、該
信号処理回路の出力信号のレベルを検出するレベル検出
回路と、該レベル検出回路による検出値が予め設定され
た基準値に等しくなるように、該第１，第２の可変利得
増幅回路の利得とを設定する該第１，第２の制御信号を
発生する制御回路とを備える。

【０００７】

【作用】自動利得制御装置の必要とする最大の利得の一
部を第１の可変利得増幅回路の利得とし、残りを第２の
可変利得増幅回路の利得で補なうものとなり、アナログ
信号を増幅する第１の可変利得増幅回路の負担が低減さ
れる。また、ディジタル信号を増幅する第２の可変利得
増幅回路の利得範囲も、アナログ入力信号をディジタル
信号に変換してから増幅する可変利得増幅回路の利得範
囲に比べ、小さくなる。かかることから、第１の可変利
得増幅回路の回路規模を小さくできて、消費電力も低減
でき、また、第２の可変利得増幅回路で生ずる量子化ノ
イズも少ない。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１はビデオカメラ装置に用いた本発明による自動
利得制御装置の一実施例を示すブロック図であって、１
はアイリス、２はセンサ、３はアナログ処理する可変利
得増幅回路（以下、アナログＡＧＣ回路という）、４は
Ａ／Ｄ（アナログーディジタル）変換器、５はディジタ
ル処理する可変利得増幅回路（以下、ディジタルＡＧＣ
回路という）、６は信号処理回路、７はマイクロコンピ
ュータ（以下、マイコンという）、８は駆動回路、９は
レベル検出回路である。

【０００９】同図において、図示しない被写体からの光
がアイリス１を通してセンサ２に入射される。センサ２
は、駆動回路８から供給される制御信号により、受光面
に生じた被写体像を走査し、この被写体像を情報内容と
するアナログの電気信号を生成し、アナログＡＧＣ回路
３に供給する。この電気信号はアナログＡＧＣ回路３で
マイコン７から供給されるディジタルの制御信号７３に
応じた利得で増幅され、Ａ／Ｄ変換器４で量子化ビット
数ｍ（ｍは正の整数）のディジタル信号（以下、ｍビッ
トのディジタル信号という）５０１に変換された後、デ
ィジタルＡＧＣ回路５に供給される。

【００１０】ここで、ディジタルＡＧＣ回路５の一具体
例を図２によって説明する。但し、５１は利得制御部、
５１１はラッチ回路、５１２はシリアル−パラレル変換
器（以下、Ｓ／Ｐ変換器という）、５１３はラッチ回
路、５１４は乗算器、５１５はラッチ回路、５２はリミ
ッタである。

【００１１】同図において、ディジタルＡＧＣ回路５は
利得制御部５１とリミッタ５２とから構成されており、
利得制御部５１は、乗算器５１４、Ｓ／Ｐ変換器５１２
及びラッチ５１１，５１３，５１５から構成されてい
る。

【００１２】Ａ／Ｄ変換器４（図１）から出力されるｍ
ビットのディジタル信号５０１は、ラッチ回路５１１で
マイコン７（図１）から供給される制御信号７５のうち
のラッチパルス７５ｂ毎にラツチされ、そのラッチ出力
が乗算器５１４に供給される。マイコン７（図１）から
供給される制御信号７５のうちの利得制御信号７５ａ
は、Ｓ／Ｐ変換器５１２により、ｐ（ｐは正の整数）ビ
ットの利得制御信号に変換され、ラッチ回路５１３でラ
ッチパルス７５ｂ毎にラツチされる。このラッチ回路５
１３から出力される利得制御信号はラッチ回路５１１か
ら出力されるディジタル信号と乗算器５１４で乗算され
る。そして、乗算器５１４からは、これらの乗算値のう
ちの上位ｑビットの部分が出力され、ラッチ回路５１５
でラッチパルス７５ｂ毎にラッチされる。このラッチ回
路５１５の出力信号がリミッタ５２に供給される。

【００１３】リミッタ５２は、予め決められた入出力特
性に従い、ラッチ回路５１５の出力信号のレベルをｎ
（ｎはｑ以下の正の整数）ビットに制限し、この制限さ
れたｎビットの出力信号５０２を図１の信号処理回路６
に供給する。

【００１４】図３はこのリミッタ５２の入出力特性の一
例を示すものであり、｛（２のｎ乗）−１−ｘ｝の値の
レベル以上では｛（２のｎ乗）−１｝のレベルとして出
力信号のレベルを制限している。但し、ｘは任意の整数
である。

【００１５】図１に戻って、信号処理回路６では、先の
テレビジョン学会技術報告 Ｖol.１５，Ｎo.７（Ｊa
n，１９９１） ｐｐ.３７〜４２に記載されている信号
処理回路と同様に、ディジタルＡＧＣ回路５のｎビット
の出力ディジタル信号５０２が供給され、２または３ラ
イン（但し、１ラインは１水平走査期間）分のディジタ
ル信号５０２を用いて輝度信号Ｙと色信号Ｃを生成す
る。これら輝度信号Ｙと色信号Ｃとは図示しない次段の
処理回路に供給されてカラー映像信号が生成されるが、
また、この輝度信号Ｙはレベル検出回路９にも供給さ
れ、画像表示画面内のある決められた領域におけるこの
輝度信号Ｙのレベルが検出され、得られた検出値がマイ
コン７に供給される。

【００１６】マイコン７は、レベル検出回路９からの検
出値と予めマイコン７に設定されている基準値とを比較
して被写体照度がどれ位かを判断し、この照度に応じた
絞り制御信号７１と利得制御信号７３，７５とを生成し
て、ブランキング期間内に夫々アイリス１、アナログＡ
ＧＣ回路３，５に供給する。このマイコン７の制御動作
を、図４，図５を用いて、さらに具体的に説明する。

【００１７】マイコン７は、図４に示すように、被写体
照度を領域１，２，３の領域に区分し、夫々の領域の境
界を示す基準値とレベル検出回路９（図１）の検出値と
の比較により、被写体照度が領域１，２，３のいずれに
入るかを判定し、その判定結果に応じて、これら基準値
と検出値とが一致するように、アイリス１、アナログＡ
ＧＣ回路３、ディジタルＡＧＣ５を制御するものであ
る。

【００１８】照度が領域１内にあるときには、ＡＧＣ回
路３，５の利得が最小となるように夫々の制御信号７
３，７５を設定した上で、カメラの出力信号が一定にな
るように、アイリス１の絞り量によってセンサ２の入射
光量を調節する絞り制御信号７１を生成する。これによ
り、上記の検出値が上記の基準値と一致するようにセン
サ２の入射光の光量が調整される。照度が領域２内にあ
るときには、マイコン７は、アイリス１が全開するよう
に絞り制御信号７１を、また、ディジタルＡＧＣ回路５
の利得が最小とするように利得制御信号７５を夫々設定
した上で、アナログＡＧＣ回路３によって信号レベルが
調整されるように利得制御信号７３を生成する。即ち、
この利得制御信号７３により、上記の検出値が上記の基
準値と一致するように、アナログＡＧＣ回路３の利得が
制御される。さらに、照度が領域３内にあるときには、
アイリス１が全開するように絞り制御信号７１を、ま
た、ディジタルＡＧＣ回路５の利得が最大とするように
利得制御信号７５を夫々設定した上で、ディジタルＡＧ
Ｃ回路５によって信号レベルが調整されるように利得制
御信号７５を生成する。即ち、この利得制御信号７５に
より、上記の検出値が上記の基準値と一致するように、
ディジタルＡＧＣ回路５の利得が制御される。

【００１９】以上の一連の動作はフィードバックループ
になっており、これによってカメラの出力信号は常に一
定に保たれるようになる。

【００２０】図５を用いて上記のマイコン７の動作をさ
らに詳細に説明すると、まず、図１のアナログＡＧＣ回
路３、ディジタルＡＧＣ回路５の利得を初期設定し（ス
テップＳ１）、レベル検出回路９の検出値を取り込んで
（ステップＳ２）輝度信号Ｙのレベルが基準値と一致す
るか否か判定する。この判定がステップＳ３，Ｓ１０で
行なわれる。両者が一致するときには、アイリス１の絞
り量、アナログＡＧＣ回路３とディジタルＡＧＣ回路５
の利得はそのままの値が維持され、ステップＳ３，Ｓ１
０，Ｓ２のループの動作が繰り返される。アナログＡＧ
Ｃ回路３、ディジタルＡＧＣ回路５の利得の上記初期設
定値は、上記した利得の最小値である。

【００２１】輝度信号のレベルが基準値よりも小さいと
きには（ステップＳ３）、アイリス１が全開か否か判定
され（ステップＳ４）、アイリス１が全開するまでステ
ップＳ７，Ｓ１７，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の一連の動作を繰
り返す。勿論、この間輝度信号のレベルが基準値と一致
すると、かかる動作は中止し、上記のステップＳ２，Ｓ
３，Ｓ１０の一連の動作に移る。即ち、かかる動作は、
被写体照度が図４での領域１にあるか否かを判定してい
るものであって、この領域１内にあれば、アイリス１の
絞り量によって輝度信号のレベルを基準値に一致させる
ようにする。

【００２２】アイリス１が全開しても輝度信号のレベル
が基準値と一致しないときには（ステップＳ３，Ｓ
４）、アナログＡＧＣ回路３の利得が最大か否か判定し
（ステップＳ５）、最大でなければ、このアナログＡＧ
Ｃ回路３の利得を高める制御信号７１０を生成し（ステ
ップＳ８）、これをブランキング期間にアナログＡＧＣ
回路３に送ってその利得を上昇させる（ステップＳ１
６，１７）。かかる動作は、即ちステップＳ８，Ｓ１
６，Ｓ１７，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の一連の動作は、
輝度信号のレベルが基準値と一致するまで、あるいはア
ナログＡＧＣ回路３の利得が最大となるまで繰り返され
る。この間輝度信号のレベルが基準値と一致すると、か
かる動作は中止し、上記のステップＳ２，Ｓ３，Ｓ１０
の一連の動作に移る。即ち、かかる動作は、被写体照度
が図４での領域２にあるか否かを判定しているものであ
って、この領域２内にあれば、アナログＡＧＣ回路３の
利得制御によって輝度信号のレベルを基準値に一致させ
るようにする。

【００２３】アナログＡＧＣ回路３の利得が最大となっ
ても、輝度信号のレベルが基準値と一致しないときには
（ステップＳ５）、次に、ステップＳ６，Ｓ９，Ｓ１
６，Ｓ１７，Ｓ２〜Ｓ５の一連の動作が繰り返され、デ
ィジタルＡＧＣ回路５の利得が最大となるように、ディ
ジタルＡＧＣ回路５に制御信号７５をブランキング期間
に送る。勿論、この間輝度信号のレベルが基準値と一致
すると、かかる動作は中止し、上記のステップＳ２，Ｓ
３，Ｓ１０の一連の動作に移る。即ち、かかる動作は、
被写体照度が図４での領域３にあるか否かを判定してい
るものであって、この領域３内にあれば、ディジタルＡ
ＧＣ回路５の利得制御によって輝度信号のレベルを基準
値に一致させるようにする。

【００２４】以上は電源を投入してから等の動作開始時
での動作であったが、動作中に被写体の変化や撮像場面
の変更などによって輝度信号のレベルが基準値よりも小
さくなったときには、これがステップＳ３，Ｓ４によっ
て判定され、この判定の結果、マイコン７は次のような
制御動作を行なう。

【００２５】（１）被写体照度が図４の領域１から領域
３に変化した場合；上記のように、領域１では、アナロ
グＡＧＣ回路３及びディジタルＡＧＣ回路５の利得は最
小値であり、アイリス１は全開状態と最小開放状態との
間にある。この場合には、上記の被写体照度が領域３内
にある場合と同様であり、まず、輝度信号のレベルが基
準値よりも小さいと判定されると（ステップＳ３）、ア
イリス１が全開状態にないため（ステップＳ４）、上記
のように、ステップＳ７を含むループの動作をし、絞り
制御信号７１を生成してアイリス１を全開させ、しかる
後、ステップＳ８を含むループの動作をし、利得制御信
号７３を生成してアナログＡＧＣ回路３の利得を最大値
にする。アナログＡＧＣ回路３の利得が最大値にする
と、次に、ステップＳ９を含むループの動作をし、利得
制御信号７５を生成してディジタルＡＧＣ回路５の利得
を制御し、これによって、輝度信号のレベルが基準値に
一致するようになる。

【００２６】（２）被写体照度が図４の領域１から領域
２に変化した場合；まず、輝度信号のレベルが基準値よ
りも小さいと判定すると（ステップＳ３）、上記（１）
の場合と同様に、ステップＳ７を含むループの動作を
し、絞り制御信号７１を生成してアイリス１を全開さ
せ、しかる後、ステップＳ８を含むループの動作をし、
利得制御信号７３を生成してアナログＡＧＣ回路３の利
得を制御する。これによって、輝度信号のレベルが基準
値に一致するようになる。

【００２７】（３）被写体照度が図４の領域２から領域
３に変化した場合；上記のように、この領域２では、デ
ィジタルＡＧＣ回路５の利得は最小値、アイリス１は全
開状態にあり、アナログＡＧＣ回路３の利得は最大値と
最小値との間にある。そこで、まず、輝度信号のレベル
が基準値よりも小さいと判定されると（ステップＳ
３）、アイリス１はそのまま全開状態に保持（ステップ
Ｓ４）され、上記のように、ステップＳ８を含むループ
の動作をし、利得制御信号７３を生成してアナログＡＧ
Ｃ回路３の利得を最大値にする。アナログＡＧＣ回路３
の利得が最大値にすると、次に、ステップＳ９を含むル
ープの動作をし、利得制御信号７５を生成してディジタ
ルＡＧＣ回路５の利得を制御し、これによって、輝度信
号のレベルが基準値に一致するようになる。

【００２８】以上は被写体の変化や撮像場面の変更など
によって輝度信号のレベルが基準値よりも小さくなった
場合であったが、輝度信号のレベルが基準値よりも大き
くなったときには、これがステップＳ３，Ｓ１０によっ
て判定される。この判定の結果、マイコン７は次のよう
な制御動作を行なう。

【００２９】（１）被写体照度が図４の領域３から領域
１に変化した場合；上記のように、領域３では、アナロ
グＡＧＣ回路３の利得は最大値、アイリス１は全開状態
にあり、ディジタルＡＧＣ回路５の利得は最大値と最小
値との間にある。そこで、まず、輝度信号のレベルが基
準値よりも大きいと判定されると（ステップＳ１０）、
ディジタルＡＧＣ回路５の利得が最小値か否か判定し
（ステップＳ１１）、ディジタルＡＧＣ回路５の利得を
小さくする利得制御信号７５を生成し（ステップＳ１
４）、ブランキング期間にディジタルＡＧＣ回路５に送
る。かかる動作が、即ち、ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ
１４，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ２，Ｓ３の一連の動作が、デ
ィジタルＡＧＣ回路５の利得が最小値となるまで、繰り
返される。

【００３０】この利得が最小値となると、次に、アナロ
グＡＧＣ回路３の利得が最小値か否かの判定とこの利得
を小さくする利得制御信号を生成してブランキング期間
にアナログＡＧＣ回路３に送るステップＳ１０，Ｓ１
１，Ｓ１２，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ２，Ｓ３の一
連の動作の繰り返しに移る。この利得が最小値になる
と、次に、アイリス１を絞る絞り制御信号７１を生成し
てブランキング期間にアイリス１に送るステップＳ１
０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ２，
Ｓ３の一連の動作の繰り返しに移る。かかる動作、即ち
アイリス１の絞り量の制御により、輝度信号のレベルが
基準値に一致するようになる。

【００３１】（２）被写体照度が図４の領域３から領域
２に変化した場合；まず、輝度信号のレベルが基準値よ
りも大きいと判定されると（ステップＳ１０）、ディジ
タルＡＧＣ回路５の利得が最小値か否か判定し（ステッ
プＳ１１）、ディジタルＡＧＣ回路５の利得を小さくす
る利得制御信号７５を生成し（ステップＳ１４）、ブラ
ンキング期間にディジタルＡＧＣ回路５に送る。かかる
動作が、即ち、ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１
６，Ｓ１７，Ｓ２，Ｓ３の一連の動作が、ディジタルＡ
ＧＣ回路５の利得が最小値となるまで、繰り返される。

【００３２】この利得が最小値となると、次に、アナロ
グＡＧＣ回路３の利得が最小値か否かの判定とこの利得
を小さくする利得制御信号７３を生成してブランキング
期間にアナログＡＧＣ回路３に送るステップＳ１０，Ｓ
１１，Ｓ１２，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ２，Ｓ３の
一連の動作の繰り返しに移る。この動作の繰返し中に輝
度信号のレベルが基準値に一致するようになる。

【００３３】（３）被写体照度が図４の領域２から領域
１に変化した場合；上記のように、領域２では、ディジ
タルＡＧＣ回路５の利得は最小値、アイリス１は全開状
態にあり、アナログＡＧＣ回路３の利得は最大値と最小
値との間にある。そこで、まず、輝度信号のレベルが基
準値よりも大きいと判定し（ステップＳ１０）、ディジ
タルＡＧＣ回路５の利得が最小値と判定すると（ステッ
プＳ１１）、アナログＡＧＣ回路３の利得が最小値か否
か判定し（ステップＳ１２）、アナログＡＧＣ回路３の
利得を小さくする利得制御信号７３を生成して（ステッ
プＳ１４）、ブランキング期間にアナログＡＧＣ回路３
に送る。かかる動作が、即ち、ステップＳ１０，Ｓ１
１，Ｓ１２，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ２，Ｓ３の一
連の動作が、アナログＡＧＣ回路３の利得が最小値とな
るまで、繰り返される。この動作の繰返し中に輝度信号
のレベルが基準値に一致するようになる。

【００３４】なお、図４での同じ領域での制御は、領域
１については、ステップＳ７またはＳ１３を含むループ
の動作を繰り返してアイリス１の絞り量を制御すること
により、領域２については、ステップＳ８またはＳ１５
を含むループの動作を繰り返してアナログＡＧＣ回路３
の利得を制御することにより、領域３については、ステ
ップＳ９またはＳ１４を含むループの動作を繰り返して
ディジタルＡＧＣ回路５の利得を制御することにより、
夫々行なわれる。

【００３５】次に、この実施例での量子化ノイズの影響
について説明する。いま、アナログＡＧＣ回路３の信号
増幅率をｐ、ディジタルＡＧＣ回路５の信号増幅率を
ｑ、これらＡＧＣ回路３，５の信号増幅率の合計をｋ、
センサ２で発生するノイズをＮs、Ａ／Ｄ変換器４で発
生する量子化ノイズをＮq、ノイズＮsと量子化ノイズＮ
qとの比をαとし、ＡＧＣ回路としてアナログＡＧＣ回
路３のみを備えて信号をｋ倍に増幅する自動制御装置で
のノイズをＮa、アナログＡＧＣ回路３でアナログ入力
信号をｐ倍に増幅し、ディジタルＡＧＣ回路５でディジ
タル信号をｑ倍に増幅するこの実施例の自動制御装置
（以下、ハイブリッド自動利得制御装置という）でのノ
イズをＮdとすると、以下の式（１）〜（４）が得られ
る。 Ｎa²＝（ｋ・Ｎs）²＋Ｎq² ・・・・・・・・（１） Ｎd²＝（ｋ・Ｎs）²＋（ｑ・Ｎq）² ・・・・（２） Ｎs＝α・Ｎq ・・・・・・・・・・・・・・（３） ｋ＝ｐ・ｑ ・・・・・・・・・・・・・・（４） また、ノイズＮa，Ｎdの大きさの比Ｎは次の（５）式で
表わされる。 Ｎ＝１０・log（Ｎd²／Ｎa²）〔ｄＢ〕・・・（５） さらに、式（１）、（２）及び（３）から次の式（１−
２）と式（２−２）が、また、式（１−２）、（２−
２）及び（５）から次の式（５−２）が得られる。 Ｎa²＝（ｋ²・α²＋１）Ｎq² ・・・・・・（１−２） Ｎd²＝（ｋ²・α²＋ｑ²）Ｎq² ・・・・・・（２−２） Ｎ＝１０・log｛（ｋ²・α²＋ｑ²) ／（ｋ²・α²＋1)｝ ・・・（５−２）。

【００３６】ここで、式（５−２）において、比Ｎの値
を０に近付けるには、ｋまたはαの値を１に比べて充分
大きくしなければならない。式（３）において、ノイズ
Ｎsを固定値とすると、αの値を大きくするには、ノイ
ズＮqの値を小さくしなければならない。つまり、セン
サ２のノイズＮsに比べてＡ／Ｄ変換器４の量子化ノイ
ズＮqを充分に小さくする必要がある。

【００３７】しかし、現状において、小型化、軽量化及
び低消費電力化を目的としているビデオカメラ装置への
使用に適した高速かつ低消費電力のＡ／Ｄ変換器の中に
は、量子化ノイズを充分に小さくできるだけのビット数
を備えたものはない。従って、αの値が１より充分大き
くなることはないので、式（５−２）において、Ｎに対
するディジタルＡＧＣ回路５の信号増幅率ｑの影響が大
きくなる。つまり、ディジタルＡＧＣ回路５の信号増幅
率ｑに応じて量子化ノイズＮqの影響が出力画像に現れ
るようになる。

【００３８】しかし、ディジタルＡＧＣ回路５の信号増
幅率ｑをある程度までに抑えておけば、出力画像の劣化
を視覚的に許容できる範囲に収めることができる。以下
の表１は、センサ２のノイズＮsとＡ／Ｄ変換器４の量
子化ノイズＮqとがほぼ同じ（α＝１）と仮定し、さら
に、しきい値、つまりアナログＡＧＣ回路３の信号増幅
率ｐの最大値を４と仮定したときの、ディジタルＡＧＣ
回路５のみで増幅する場合の雑音とハイブリッド自動利
得制御装置により増幅する場合の雑音の比較結果を表わ
した具体的な例を示している。

【００３９】

【表１】

【００４０】この表１から明らかなように、ディジタル
ＡＧＣ回路５のみで増幅する場合には、そのノイズがア
ナログＡＧＣ回路３のみで増幅する場合のノイズのほぼ
２倍になるので、実用には適さない。しかし、ハイブリ
ッド自動利得制御装置で増幅する場合のノイズは、必要
とする増幅率がしきい値以下（ｋ≦４）ではアナログＡ
ＧＣ回路３のみで増幅し、ディジタルＡＧＣ回路５で増
幅しない（ｑ＝１）ため、増幅による量子化ノイズの影
響はなく、ｋ＞４ではディジタルＡＧＣ回路５でも増幅
をする（ｑ＞１）ため、増幅による量子化ノイズの影響
が発生するが、アナログＡＧＣ回路３である程度（表１
では４倍）まで増幅するようにし、不足している分をデ
ィジタルＡＧＣ回路５で増幅するようにすれば、ディジ
タルＡＧＣ回路５のみで増幅する場合に比べてノイズは
大幅に減少し、しかも、アナログＡＧＣ回路３のみで増
幅する場合との差も僅かになり、低消費電力化の効果を
考慮すれば、許容できる範囲内にあると言える。

【００４１】さらに、表１での（ｉ），（ii）の場合に
おけるＮの差は０．０５ｄＢしかなく、増幅率ｋを上げ
ても量子化ノイズによる劣化の割合があまり変わらな
い。従って、あるしきい値以上では、ディジタルＡＧＣ
回路５で増幅しても問題ないと言える。

【００４２】以上のように、この実施例は、従来のビデ
オカメラ装置にディジタル処理のＡＧＣ回路が設けら
れ、従来アナログ処理のＡＧＣ回路に従って行なわれて
いた利得制御動作の一部を、アナログ処理に比べて消費
電力が小さいディジタル処理のＡＧＣ回路に行なわせる
ものであり、これにより、ビデオカメラ装置の低消費電
力化が実現できる。

【００４３】図６はビデオカメラ装置に用いた本発明に
よる自動利得制御回路の他の実施例を示すブロック図で
あって、５’はディジタルＡＧＣ回路、１０はクランプ
回路であり、図１に対応する部分には同一符号をつけて
重複する説明を省略する。

【００４４】この実施例が図１に示した実施例と異なる
点は、図６に示すように、自動利得制御処理中に黒つぶ
れが生ずるのを防ぐために、黒レベルを示す或るオフセ
ットをセンサ２の出力信号に加えるためのクランプ回路
１０を設けた点と、自動利得制御処理後の信号からこの
オフセットによる黒レベルを除くために、ディジタルＡ
ＧＣ回路５’で減算するようにした点である。

【００４５】図７は図６におけるディジタルＡＧＣ回路
５’の一具体例を示すブロック図であって、５１６は減
算器、５１７はラッチ回路であり、図２に対応する部分
には同一符号をつけている。

【００４６】図７において、このディジタルＡＧＣ回路
５’は、図２に示したディジタルＡＧＣ回路５に、図６
のクランプ回路１０で付加された黒レベルを除去するた
めの減算器５１６とこの減算器５１６の出力をラッチパ
ルス７５ｂでラッチするラッチ回路５１７が付加された
構成をなしている。

【００４７】いま、黒レベルの値をｋ（ｋは０以上の整
数）とすると、減算器５１６は、図６のＡ／Ｄ変換器４
から供給されるｍビットのディジタル信号５０１から黒
レベルｋを減算し、ｍ′（ｍ′は正の整数）ビットのデ
ィジタル信号５１４を出力する。このディジタル信号５
１４がラッチ回路５１７を介して、図２に示したディジ
タルＡＧＣ回路５と同様、乗算器５１４に供給されるの
であるが、このディジタル信号５１４はディジタル信号
５０１と黒レベルｋとの差を示す信号であるから、これ
は、また、差信号における符合ビットの信号、つまり、
デイジタル信号５０１のレベルと黒レベルｋトの大小比
較結果を示す制御信号５０３としてクランプ回路１０に
も供給される。

【００４８】マイコン７は、また、センサ２が光学的黒
の区間の画素デ−タを読み出すタイミングを示す制御信
号７１０を生成し、クランプ回路１０に供給する。クラ
ンプ回路１０は、マイコン７からのこの制御信号７１０
の期間、センサ２から出力される電気信号のレベルをデ
ィジタルＡＧＣ回路５からの制御信号５０３に応じて制
御し、減算器５１６から出力されるディジタル信号５０
４の水平周期毎の制御信号７１０の期間でのレベルが０
になるように調節する。

【００４９】ここで、減算器５１６が乗算器５１４の前
に設けられているのは、乗算器５１４でディジタル信号
が増幅される前にこのディジタル信号の基準レベルを０
に設定しないと、信号増幅率が変化したときに黒レベル
が変動してしまい、それを補正する必要が生じるからで
ある。黒レベルの実際の設定は、リミッタ５２の入出力
特性を、図３において、ｘ＝ｋとすることによって行な
われる。即ち、リミッタ５２は減算器５１６で減算され
た分ｋをその入力信号に加算する。

【００５０】これら以外の動作については、図２に示し
たディジタルＡＧＣ回路５と同様である。

【００５１】従って、この実施例では、図１に示した実
施例と同様な効果が得られるとともに、上記のクランプ
回路１０とディジタルＡＧＣ回路５’との作用により、
センサ２の光学的黒区間に相当する映像信号の期間の黒
レベルを調整するとき、図７に示したディジタルＡＧＣ
回路５’において、乗算器５１４による信号増幅をする
前のディジタル信号の基準となるレベルを０に設定する
ため、信号増幅による黒レベルの変動を防ぐことができ
る。

【００５２】図８は自動利得制御装置のさらに他の実施
例を示すブロック図であって、図１に対応する部分には
同一符号をつけている。

【００５３】この実施例は、上記の実施例のようにビデ
オカメラ装置に限定したものでなく、ディジタル処理に
よる信号処理回路の出力信号レベルを一定に保つ任意の
装置に用いることができるものである。その基本動作
は、図１に示した実施例と同様である。

【００５４】即ち、この実施例では、利得制御をアナロ
グ処理とディジタル処理の２つのＡＧＣ回路により行な
うため、アナログ処理のＡＧＣ回路だけで利得制御する
よりも低消費電力で高利得を得ることができ、さらに、
これらＡＧＣ回路の利得の配分をマイコンによって自動
制御するから、量子化ノイズの影響を受けにくい出力信
号を得ることができる。

【００５５】なお、以上説明した各実施例では、Ａ／Ｄ
変換器４で発生した量子化ノイズがディジタルＡＧＣ回
路５で増幅されることによって出力画像が劣化するのを
目立たなくするために、低照度の場合、先ずアナログＡ
ＧＣ回路３の利得を上げ、必要とされる利得がしきい値
以上の場合、その不足分をディジタルＡＧＣ回路５の利
得で補なうような制御方法がとられていたが、もし、量
子化ノイズがセンサ２から発生されるセンサノイズより
充分小さければ、量子化ノイズをディジタルＡＧＣ回路
５で増幅することによる出力画像の劣化は目立たなくな
るから、アナログＡＧＣ回路３とディジタルＡＧＣ回路
５の立場を逆転して、低照度では、先ずディジタルＡＧ
Ｃ回路５の利得を上げ、必要とされる利得がしきい値以
上の場合、その不足分をアナログＡＧＣ回路３の利得で
補なうような制御方法にしても構わない。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アナログ信号を増幅する第１の可変利得増幅回路の最大
利得を小さくできるので、該第１の可変利得増幅回路の
回路規模を小さくでき、このため、その消費電力を少な
く抑えることができるし、また、ディジタル信号を増幅
する第２の可変利得増幅回路の最大利得も小さくできる
から、これに発生する量子化ノイズも少なく抑えること
ができる。この結果、該第２の可変利得増幅回路の消費
電力は低いから、低照度の撮影のように高利得を必要と
する場合でも、即ち、第１，第２の可変利得増幅回路の
利得を充分大きくする必要がある場合でも、低消費電力
で自動利得制御が可能となるし、発生する量子化ノイズ
も少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビデオカメラ装置に用いた本発明による自動利
得制御装置の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１におけるディジタルＡＧＣ回路の一具体例
を示すブロック図である。

【図３】図２に示したディジタルＡＧＣ回路におけるリ
ミッタの入出力特性を示す図である。

【図４】図１に示した実施例における照度／ＡＧＣ利得
特性を示す特性図である。

【図５】図１に示した実施例の動作を示すフローチャー
トである。

【図６】ビデオカメラ装置に用いた本発明による自動利
得制御装置の他の実施例を示すブロック図である。

【図７】図６におけるディジタルＡＧＣ回路の一具体例
を示すブロック図である。

【図８】本発明による自動利得制御装置のさらに他の実
施例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ アイリス ２ センサ ３ アナログＡＧＣ回路 ４ Ａ／Ｄ変換器 ５ ディジタルＡＧＣ回路 ６ 信号処理回路 ７ マイコン ８ 駆動回路 ９ レベル検出回路 １０ クランプ回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号をアナログ信号とし、第１の制
   御信号に応じた利得で該入力信号を増幅する第１の可変
   利得増幅回路と、 該第１の可変利得増幅回路の出力信号をディジタル信号
   に変換するアナログ−ディジタル変換器と、 第２の制御信号に応じた利得で該アナログ−ディジタル
   変換器から出力される該ディジタル信号を増幅する第２
   の可変利得増幅回路と、 該第２の可変利得増幅回路の出力ディジタル信号を処理
   する信号処理回路と、 該信号処理回路の出力信号のレベルを検出するレベル検
   出回路と、 該レベル検出回路による検出値が予め設定された基準値
   に等しくなるように、該第１，第２の可変利得増幅回路
   の利得とを設定する該第１，第２の制御信号を発生する
   制御回路とを具備したことを特徴とする自動利得制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記制御回路は、 前記レベル検出回路による前記検出値が前記基準値と常
   に等しくなるようにするために必要な利得が第１のしき
   い値より小さいとき、前記第１，第２の可変利得増幅回
   路のいずれか一方の利得を調整して、他方の利得を最低
   値に固定し、 前記レベル検出回路による前記検出値が前記基準値と常
   に等しくなるようにするために必要な利得が第１のしき
   い値より大きいとき、前記第１，第２の可変利得増幅回
   路の一方の利得が第１のしきい値と等しくなるように前
   記第１，第２の制御信号の一方を固定し、不足している
   利得を前記第１，第２の可変利得増幅回路の他方の利得
   で補なうように前記第１，第１の制御信号を調整するこ
   とを特徴とする自動利得制御装置。
3. 【請求項３】 光情報をアナログの電気信号に変換して
   出力するセンサを備えたビデオカメラ装置における請求
   項１記載の自動利得制御装置において、 該センサの出力電気信号を前記第１の可変利得増幅回路
   の入力信号とし、 前記信号処理手段は前記第２の可変利得増幅回路の出力
   信号から輝度信号と色信号を生成し、 前記レベル検出回路は予め設定された一定領域における
   該輝度信号のレベルを検出し、 前記制御回路は、前記レベル検出回路による前記検出値
   が前記基準値が等しくなるように、前記第１，第２の可
   変利得増幅回路の利得を調整するための前記第１，第２
   の制御信号を発生することを特徴とする自動利得制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記第２の可変利得
   増幅回路は、 アナログ−ディジタル変換器からの前記ディジタル信号
   から黒レベルを減算する減算器を備えたことを特徴とす
   る自動利得制御装置。