JP2557620B2 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2557620B2 JP60037610A JP3761085A JP2557620B2 JP 2557620 B2 JP2557620 B2 JP 2557620B2 JP 60037610 A JP60037610 A JP 60037610A JP 3761085 A JP3761085 A JP 3761085A JP 2557620 B2 JP2557620 B2 JP 2557620B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、撮像装置に関する。
〔従来技術〕
例えば、撮像装置はテレビカメラとして汎用されてい
る。民生用のテレビカメラとしては軽量、小型、低消費
電力等が要請される。そのため、固体撮像素子例えばCC
D、MOS等の方式の撮像素子を用いた撮像装置が好適なも
のとして期待されている。特に、単一の固体撮像素子を
使用してカラー画像を撮影する所謂単板カラーカメラと
して、従来から多くの方式が提案されている。
固体撮像素子を使用したカメラは、単管方式のカメラ
と比較して画質の上で次のような特徴がある。
幾何歪みが少ない。
感度の平坦性が良い。
入射光量と出力の直線性が良い。
画素ごとの出力が駆動クロックに正確に同期して取り
出せるので、色の分離度が良い。
これらの特性は実際の画像として、特に色再現性の良
さとして現われる。そのため、次のような特徴が挙げら
れる。
イ)輝度変化による色相の変化が少ない。
ロ)色シェーディングが少ない。
ハ)高輝度部分の偽色が発生しにくい。
ところで、上述した特徴のハ)高輝度部分の偽色が発
生しにくいことについて以下に説明する。
第1図は、単管方式特に周波数分離方式のテレビカメ
ラにおける入射光量Lと輝度(Y),赤色(R),青色
(B)の出力Dの変化特性を示す。これからも判るよう
に、ある特定の入射光量Lo点付近以上の光の当っている
部分では、R及びBの色信号の出力が入射光量の増加と
は逆に減少してしまう。単管方式では、緑(G)の出力
はY出力より作るため、入射光量Lo点以上の光が当る部
分は緑色の偽色が発生するいわゆるハイライトグリーン
の現象が生ずる。
第2図は、固体撮像素子を用いた単板方式のカラーカ
メラにおける入射光量とY,R,G,Bの出力Dの関係を示
す。ある特定の入射光量L点以上の入射光が当ると、色
信号のうちRが飽和レベルに達するため、シアン系の偽
色が発生する。しかし、第1(単管方式)のように色信
号が減少してしまうことはないので、偽色の発生量が少
ない。また、回路系のホワイトクリップレベルを入射光
量Lより低い位置に設定すれば、偽色は発生しない。こ
れについて以下に説明する。
第3図は、第2図の撮像素子出力を信号プロセス回路
によりホワイトバランスを行った後の出力特性を示す。
例えば被写体を照明する光源をカラー撮像用として一般
に用いられているハロゲン電球(色温度3200゜K)とす
ると、固体撮像素子の出力は方式によっても異なるがお
おむねR:G:B=1.5:1:0.7程度となる。このときホワイト
バランス後のプロセス出力において、飽和レベルとして
はこの逆比となり、第3図のPR,PG,PBとなる。ここで、
色のダイナミックレンジを最大とするには、プロセス回
路のクリップポイントをPRに設定すればよいことが判
る。
これからも分るように、固体撮像素子を用いたテレビ
カメラにおいては、高輝度の被写体の偽色の発生が少な
い。また、プロセス回路のクリップポイントの設定が、
偽色の発生の防止の重要なポイントとなる。ところで、
この偽色が発生し始めるレベルは、被写体を照明する光
源中の各色成分の比に依存しており、特に色温度の極端
に高い場合はB出力、低い場合はR出力の飽和レベルが
小さくなる。
従来提案されている固体撮像テレビカメラでは、プロ
セス回路のホワイトクリップレベルが固定とされている
かあるいは手動により可変できるように構成されてい
た。そこでは、最悪条件下でも偽色が発生しないレベル
に設定するか、又は、撮影条件ごとに再調整を行なうよ
うにしていた。固定式の場合にあっては、色のダイナミ
ックレンジが狭くなってしまうという欠点があった。ま
た、可変式の場合にあっては、民生用カメラには適さな
いという問題点がある。特に近年は、使用者(撮影者)
の操作を少なくする目的で、色温度変換フィルタのない
方式が多く提案されている。この場合は、固定式にあっ
ては色のダイナミックレンジがさらに狭くなってしまう
という問題点がある。
〔発明の目的〕
本発明は上述した問題点に鑑みて為されたものであ
り、色のダイナミックレンジの広い撮像装置を提供する
ことを目的とする。
〔実施例〕
以下図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
第4図に本発明の一実施例を示す。ここで、11は撮像
光学系、12は撮像素子のCCD、13〜16はサンプルホール
ド回路、17は輝度帯域のローパスフィルタ、18〜20は色
帯域のローパスフィルタ、21は輝度(Y)プロセス回
路、22は赤色(R)プロセス回路、23は緑色(G)プロ
セス回路、24は青色(B)プロセス回路、25は色差信号
を合成するマトリクス回路、26は複合テレビ信号を合成
するエンコーダ、27は被写体(図示せず)の色温度を検
出する色温度検出回路、28は色温度信号STCよりホワイ
トクリップ信号SWCを作るレベル変換回路である。
被写体像は撮影光学系11を介してCCD12に結像され、
光電変換されて順次読出される。読出出力によって得ら
れた撮像信号SCCは、4つのサンプルホールド回路13〜1
6によりサンプルホールドされる。その結果、輝度信号S
Y、赤信号SR、緑信号SGおよび青信号SBに分離される。
輝度信号SYはLPF17を通り、Yプロセス回路21により処
理されて、輝度信号SY1としてエンコーダ26に入力され
る。赤信号SR、緑信号SGおよび青信号SBも対応するLPF1
8〜20のそれぞれを通り、Rプロセス回路22、Gプロセ
ス回路23、およびBプロセス回路24によりプロセス処理
された後、新たな赤信号SR1、緑信号SG1および青信号SB
1としてマトリクス回路25に供給される。このマトリク
ス回路25に依り、(R−Y)および(B−Y)の2つの
色差信号SDRYおよびSDBYが合成されてエンコーダ26に入
力される。エンコーダ26は入力された輝度信号SY1、両
色差信号SDRY,SDBYおよび不図示のクロック回路よりの
同期信号に基づいて複合テレビ信号SVDを合成してビデ
オ出力端子TVDより出力する。
色温度検出回路27は被写体周辺の光を検出し、その中
の赤成分と青成分の比に基づいて色温度信号STCを発生
する。この色温度信号STCはRプロセス回路22及びBプ
ロセス回路24に加えられ、ホワイトバランスを行なう。
また、レベル変換回路28は、色温度信号STCから、Rプ
ロセス回路22、Gプロセス回路23およびBプロセス回路
24のホワイトクリップレベルを設定する信号SWCを発生
する。
第5図は、第4図におけるCCD12の説明図である。こ
こで、101はR,G,Bストライプ配列のカラーフィルタ、10
2は光電変換を行なう画素、103は垂直転送CCD、104は画
素102中の電荷を垂直転送CCD103に移す転送ゲート1、1
05は水平転送CCD、106は垂直転送CCD103の電荷を水平転
送CCD105に移す転送ゲート2、107は電荷を電圧に変換
するアンプである。カラーフィルタ101がR,G,Bストライ
プ配列なのでアンプ107の出力からはR,G,Bの点順次で取
り出される。
第6図はCCD12の出力よりY,R,G,Bの信号を作る説明図
である。前述のように、CCD12の出力よりはフィルタに
対応したR,G,Bの点順次で信号(撮像信号SCC)が出力さ
れる。これを、サンプルホールド信号SHR,SHG,SHBの各
パルスによりサンプルホールド回路13〜16により輝度信
号Y及びR,G,Bの色信号SR,SG,SBが取り出される。
第7図は、白色被写体を撮影した時に得られるCCDの
各色出力と被写体を照明する光源の色温度との関係を示
す。白色被写体よりの光の各色成分の比は、図示するR,
G,Bに示されるように変化する。しかし、通常の撮像素
子ではBの感度が低く、図示するR,G,Bの各曲線の出力
が得られる。各色のダイナミックレンジは、感度に逆比
例するため、特に低い色温度例えばTo以下でRのダイナ
ミックレンジが低下する。
第8図は、レベル変換回路28の入出力特性である。色
温度信号STCはおおむね次の式で与えられる。
ここで、kは定数、TCは色温度をそれぞれ表わす。し
たがって、TC=Toより低い色温度の場合、ホワイトクリ
ップ信号SWCのレベルを下げて、色のダイナミックレン
ジを下げることによって偽色の発生を防止することがで
きる。
第9図は、レベル変換回路28の一実施例である。ここ
で、201は反転アンプ、202はリミッタである。この構成
により第8図に示す特性を実現している。
第10図はRプロセス回路22の一実施例である。ここ
で、301はクランプ回路、302はホワイトバランスを行な
う利得可変アンプ、303はガンマ補正回路、304はホワイ
トクリップ回路、305はブランキング回路である。
LPF18からの濾波出力による入力信号は、先ずクラン
プ回路301でクランプされ、利得可変アンプ302において
色温度信号STCに応じて利得が可変され、ホワイトバラ
ンスが行なわれる。次段のガンマ補正回路303でガンマ
補正後、ホワイトクリップ回路304でホワイトクリップ
信号SWCに応じた電圧でホワイトクリップされる。しか
る後、ブランキング回路305でブランキングされて赤色
信号SR1として出力される。
Bプロセスについても同様に構成出来る。
なお、上述実施例においては、レベル変換回路の出力
によりプロセス回路のホワイトクリップレベルを可変す
るように構成したが、レベル変換出力によりY信号をス
ライスし、その出力によりエンコーダ中のクロマ信号を
抑圧するよう構成しても良い。このような構成ならば、
制御を1系統のみで行うことが出来る。
また、色温度を色温度検出回路により検出するように
構成したが、色差信号の平均値が0となるように制御す
る方式の自動ホワイトバランス回路のRもしくはB又は
両方の利得制御信号より検出しても良い。
レベル変換回路28はある色温度より低い色温度のとき
に出力電圧が下がるような検出方法としたが、色温度が
ある中心値付近の一定範囲内のときは高く、その範囲外
のときには出力電圧が下がるように構成しても良い。出
力電圧は連続的に下がるように構成しているが、2段あ
るいは3段以上の切換えで段階的に変化するように構成
しても良い。また、レベル変換回路をデジタルあるいは
アナログの関数回路とし、この入出力特性を色信号のダ
イナミックレンジと色温度との関係に正確に一致するよ
うに構成すれば、常時最も広いダイナミックレンジで撮
影することが可能となる。
ホワイトクリップレベルあるいは色抑圧レベルはダイ
ナミックレンジより若干大きくして、偽色のレベルが視
覚上問題となるレベル付近で抑圧されるように構成して
もよい。
固体撮像素子を用いた単板テレビカメラ装置において
の実施例としたが、他方式例えば単管、3板、3管式等
にも同様に実施可能である。
色のダイナミックレンジが撮像素子により制限される
場合において構成したものであったが、他の要因例えば
回路のダインミックレンジにより制限され、且つこの制
限が色温度により変化してしまう場合にも本発明を適用
できる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によれば、色温度の変化に
よる高輝度部の偽色の発生がなく、ダイナミックレンジ
の広い撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は単管方式のテレビカメラにおける入射光量と輝
度および色信号の出力との関係を示す特性線図、第2図
は固体撮像素子を用いたテレビカメラにおける入射光量
と輝度および色信号の出力との関係を示す特性線図、第
3図は第2図の特性に基づく撮像素子出力でホワイトバ
ランスを行った後の出力特性を示す特性線図、第4図は
本発明の一実施例による撮像装置の構成を示すブロック
図、第5図は第4図に示すCCDを説明するための構造
図、第6図はCCDの出力から各種信号を得るためのタイ
ミングを示す波形図、第7図はCCDの色出力と色温度と
の関係を示す特性線図、第8図は第4図に示すレベル変
換回路の入出力特性を表わす線図、第9図はレベル変換
回路の一具体例を示す構成ブロック図、第10図は第4図
に示すRプロセス回路の一具体例を示す構成ブロック図
である。 11……撮像光学系 12……CCD 13〜16……サンプルホールド回路 21〜24……プロセス回路 27……色温度検出回路 28……レベル変換回路 SCC……撮像信号 SY,SY1……輝度信号 SR,SG,SB,SR1,SG1,SB1……色信号 SDRY,SDBY……色差信号 STC……色温度信号 SWC……ホワイトクリップ信号

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像手段と、該撮像手段により形成された
    複数の色信号の利得を可変するための可変利得増幅手段
    と、被写体の色温度に応じた信号を形成する形成手段
    と、該形成手段の出力に応じて前記可変利得増幅手段の
    利得を調整することによりホワイトバランスを調整する
    ホワイトバランス調整手段と、所定のレベル以上の色信
    号を抑圧する抑圧手段と、前記形成手段の出力に応じ
    て、被写体の色温度が第1のレベルV1よりも高い場合、
    または第2のレベルV2よりも低い場合(但しV1>V2)に
    は、前記所定レベルよりも低いレベルで色信号を抑圧す
    るように前記抑圧手段を制御する制御手段と、を有する
    撮像装置。
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