JPS63306777A

JPS63306777A - 撮像装置

Info

Publication number: JPS63306777A
Application number: JP62143884A
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
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPH0817455B2

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〕本発明は実質的なダイナミック・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
。撮像管や固体描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ものが考えられている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、そのような撮像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
ものではなかった。

このような状況に鑑み、本出願人は、実質的にダイナミ
ック・レンジの広い動画信号の得られる撮像装置を提示
したが、本発明は、露出制御、合焦制御をも適切に行え
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、同一の被写体からの露光量の
異なる複数の画面から適切な一画面を合成する撮像装置
であって、当該露光量の異なる複数の画面の内の何れか
１画面の信号を基準としてカメラ動作制御することを特
徴とする。

〔作用〕

露出制御や、焦点調節などのカメラ動作の制御を、露光
量の異なる複数の画面の内の一つの信号を基準として行
うことにより、カメラ動作制御が不安定化することもな
く、正確な動作を期待できる。

〔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は描
像管や、ＭＯＳ、ＣＯＤ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
６０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３゜１に記録される
。

次に撮像素子１０３の動作を説明する。第３図はＮＴＳ
Ｃ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。ｖ３□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。ＴｐｕＬｓａ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ＣＣＤ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１／６ｏ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１７６０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。

上記実施例では、１／１０００秒と１１６０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（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、ＥＶＢＮ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つぶ
れを判定する。

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
百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
世）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６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Ｏである画素
に対してはメモリ画の信号を選択し、ｉ！ＶＥＮフィー
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。

第５図は処理部２００の演算回路２０２において、上記
閾値Ｔｈ１．Ｔｈ２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、Ｆｌ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、闇値発生回
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。闇値発生回路５２．５３はその切換
信号に応じて、第６図世）の関係の閾値Ｔｈｌ又は同Ｔ
ｈ２を発生する。比較回路５４．５５はそれぞれメモリ
画、スルー画と闇値発生回路５２．５３からの閾値とを
比較し、Ａ信号、Ｂ信号を出力する。アンド・ゲート５
６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Ｐｌ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１７６０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１／６０秒、（２）は１７１２５
秒、（３）は１／２５１）秒、（４）は１１５００秒、
（５）は１／１０００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＜ｂ）は、白とび及び黒つぶれ判定の闇値を変更
した場合の合成特性例を示し、（１）〜（３）の特性は
、白とび判定用の閾値Ｔｈ２を低い値から順次高い値へ
変化させていった場合に、スイッチ５７による画素切換
で高速シャッタ側を選択する位置が高輝度側に変化する
様子を示す、第７図（Ｃ）は第７図（ｂ）の特性（２）
を基準として各種の演算方法を選択した場合の合成特性
を示す、その（２）は第７図〜）（２）と同じであり、
（１）は平均値をした場合、（３）は適当な係数で減算
処理をした場合の合成特性である。

第２図はカメラ部１００のより詳細な構成ブロック図を
示す、２０はカメラ信号処理回路１０４からの信号（例
えば輝度信号）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！ＩＩＪ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＊］ｉ回路、２４は
垂直ブランキング信号■、□を２分周する１／２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。

上記のように、１フイールド内に露光量の異なる複数の
画面の信号が得られる場合には、カメラ信号処理の一部
を変更する必要がある。即ち、ＡＥ（自動絞り調節）、
ＡＦ（自動焦点調節）及びＡＷＢ　（自動白バランス調
節）などの各制御系で内部式の撮像信号を用いている場
合である。そこで、主な例として、第２図を用いてＡＥ
処理を説明する。撮像素子１０３から得られた信号は、
ＡＥｆ＃Ｉｉのために、カメラ信号処理回路１０４から
ＡＥ制御回路２０に送られ、ＡＥｗｉ御回路２０はＡＥ
１１］？Ｉｌのサーブ・ループが作動するように絞り駆
動回路１０６に制御信号を供給する。この制御信号は、
撮像素子１０３の出力が適当なダイナミック・レンジの
範囲に入るように、即ち明るいときには絞り１０２を絞
り込ませ、暗いときには絞り１０２を開かせるように変
化する。

しかし、光量が例えばフィールド毎などの周期で変換す
る場合には、適切なＡＥ動作は望めない。

というのは、ＡＥサーボの応答速度はフィールドやフレ
ーム周期の変化に比べると大変長く、中途半端な値に落
ち着くからである。これを避けるためには、ＡＥ動作の
制御信号は、複数の露光量画像の内のただ１つに限定し
ておくべきである。第２図では、サンプル・ホールド回
路２６を設け、また、どれか１つ（例えば１７６０秒）
の画面に相当する制御信号だけを選択するように、スイ
ッチ２９でサンプル・タイミングを規定する。

第２図では垂直ブランキング（ｖｍ□）信号によりサン
プリング・パルスを形成しており、１／２分周器２４に
より、Ｖ　ＩＬＸ信号毎に反転する信号を形成し、これ
をスイッチ２９のａ接点に接続し、当該分周器２４の出
力をインバータ２８で反転した信号をスイッチ２９のｂ
接点に接続する。

スイッチ２２でａ接点側を選択すれば、ＯＤＤフィール
ド、１／１０００秒蓄積信号がＡＥループ制御の基準と
なるサンプリング・パルスがサンプル・ホールド回路２
６に印加され、逆にｂ接点側を選択すれば、１／６０秒
蓄積信号がＡＥループ制御の基準となるサンプリング・
パルスがサンプル・ホールド回路２６に印加される。Ａ
Ｆ＠＠についてのＡＦ制御回路２２、サンプル・ホール
ド回路２７、スイッチ３０についても同様である。ＡＷ
ＢＩｌｌｌｌＩについては図示を省略した。

動画用のカメラの動作ループは数秒のレスポンスになる
ように設定され、画面の急激な変化を避けている。そこ
で、例えば１／１０００秒と１７６０秒の露光時間をフ
ィールド毎に切り換えた場合には、ＡＥループではおよ
そ１／２５０秒の露光時間を連続して行った場合と同じ
応答を示す、これは定常的な誤差と見做せるので、露光
量の違いに応じたオフセット・バイアスをＡＥループに
付加することで解決できる。第８図はその変更構成例で
ある。８０がそのバイアスを発生するバイアス発生回路
、８１はＡＥループに当該バイアスを加算する加算器、
８２はＡＦループに同様のオフセット・バイアスを付加
する加算器である。ＡＷＢについても同様である。

次に、制御回路１０８の他の詳細例を第９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１０８内部用のマスター・クロックを発生
する。　１／１０００シヤツ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！１ｌｊｌ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
ＡＥｉｔｌｌｉｌ信号を発生する。制御信号保持回路４
４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、ＡＥ＊Ｊ
１１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、逆光時においても、主被写体のみならず背景までも
適正露光となるような撮影が可能になり、実質的なダイ
ナミック・レンジを拡げうる。またカメラの基本動作を
正確に動作させうる。

【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
闇値の決定法を説明する図、第７図は階調特性図、第８
図は第２図の変更構成例、第９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

Claims

【特許請求の範囲】

同一の被写体からの露光量の異なる複数の画面から適切
な一画面を合成する撮像装置であって、当該露光量の異
なる複数の画面の内の何れか１画面の信号を基準として
カメラ動作制御することを特徴とする撮像装置。