JP2715464B2 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2715464B2
JP2715464B2 JP63216499A JP21649988A JP2715464B2 JP 2715464 B2 JP2715464 B2 JP 2715464B2 JP 63216499 A JP63216499 A JP 63216499A JP 21649988 A JP21649988 A JP 21649988A JP 2715464 B2 JP2715464 B2 JP 2715464B2
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオ・カメラなどの撮像装置に関する。
〔従来の技術〕
異なる露光条件の下での画像信号を合成して実質的な
ダイナミック・レンジの拡大を図る方法が、例えば、昭
和62年特許願第143884号乃至第143887号に開示されてい
る。以下、この方法をA2C(Advanced Adaptive Compand
er)方式と呼ぶ。このA2C方式は、撮像素子をフィール
ド毎に交互に2種類の電荷蓄積時間で駆動し、例えば、
奇フィールドでは低速撮影速度(例えば、1/60秒)で撮
影し、偶フィールドでは高速撮影速度(例えば、1/250
秒)で撮影する。そして、通常の場面では低速撮影での
映像信号(以下、SL信号と記す)を採用し、高輝度部分
では高速での映像信号(以下、SH信号と記す)を採用す
る。SL信号に過剰露出により白とびが発生している画素
では、SH信号に切り換えるようにして、画素単位でのデ
ータ交換を行い、撮影映像に白とび又黒つぶれが発生す
るのを防止する。つまり、実質的なダイナミック・レン
ジを拡大できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来のA2C方式では、画素データ交換を行う
画像合成処理のための演算が非常に複雑であった。ルッ
クアップ・テーブル方式を採用して、この演算処理を簡
易化すると、画質的に満足できないものになってしま
う。例えば、単純な画素データ交換を行うと、階調が逆
転してしまい、大変不自然に見える画面が発生する。こ
の階調逆転を防ぐために、適当な係数を乗算してから2
つのデータを加算する構成も提案されたが、係数の設定
が難しく、これらの演算のためのルックアップ・テーブ
ルの構成も複雑になってしまう。
そこで本発明は、階調逆転の生じない、簡単な回路構
成のA2C方式撮像装置を提示することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る撮像装置は、異なる露光条件の撮影によ
る画像信号を所定順序で出力する撮像手段と、当該画像
信号の内、所定露光条件の画像信号から所定輝度レベル
の画像部分を検出する検出手段と、当該検出手段の検出
結果に従い、当該所定露光条件の画像信号に対し他の露
光条件の画像信号を合成する合成手段とを具備し、当該
合成手段で合成されるべき他の露光条件の画像信号を、
当該検出手段の検出レベルに応じて修整することを特徴
とする。
〔作用〕
上記の如く、合成に際して、他の露光条件の画像信号
を修整することにより、合成部分における階調の反転は
生じなくなる。また、所定輝度レベルの部分について合
成を行うので、回路処理が簡単になり、回路構成を簡易
化できる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第1図は、本発明の一実施例の構成ブロック図を示
す。第1図において、10は被写体、12は撮影レンズ、14
は絞り、16は撮像素子である。撮影レンズ12より入射し
た被写体10からの光線は絞り14により光量規制され、撮
像素子16の光電変換面に入射する。撮像素子16の出力は
カメラ信号処理回路18によって撮像信号に変換される。
カメラ信号処理回路18は輝度信号Yと色差信号Cを出力
し、輝度信号YはA/D変換器30Y及びゲート回路24に印加
され、色差信号CはA/D変換器30Cに印加される。絞り調
整回路20は、ゲート回路24の出力に応じて絞り14を制御
する。また、スピード切換回路26は、フィールド交互で
切り換わるシャッタ・スピード(例えば、1/60秒と1/25
0秒)で撮像素子16を駆動するタイミング・パルスを駆
動回路22に印加する。ゲート回路24は、スピード切換回
路26の制御下で特定露光条件の信号(例えば、1/60秒シ
ャッタ・スピードでの撮影信号)のみを抽出する。
A/D変換器30Y,30Cの出力データはそれぞれ、信号処理
回路32Y,32Cに印加される。信号処理回路32Y,32Cは、後
述する画素データの合成のための演算を行い、その出力
は、D/A変換器34Y,34Cを介して出力処理回路36に印加さ
れる。出力処理回路36は入力信号からコンポジット・ビ
デオ信号を形成して出力する。
第2図は信号処理回路32Yの詳細を示し、第4図はそ
のタイミング・チャートを示す。撮像素子16はスピード
切換回路26の制御下で、奇フィールドでは低速蓄積時の
映像信号(SL信号)を出力し、偶フィールドでは高速蓄
積時の映像信号(SH信号)を出力する。従ってA/D変換
器30Yからはそのディジタル・データがフィールド交互
に供給される。スイッチ50,52はフレーム周波数のパル
ス信号(1/2 VD)によって切り換えられ、奇フィールド
ではa接点に接続し、偶フィールドではb接点に接続す
る。即ち、奇フィールドではA/D変換器30Yの出力(SH
号)がフィールド・メモリ54に書き込まれる。この書込
と同時にメモリ54から読み出されるデータは、前フィー
ルドの画面のデータであり、スイッチ56のa接点及びス
イッチ64のb接点を介してD/A変換器34Yに印加される。
奇フィールドでメモリ54に書き込まれたSH信号は、次
の偶フィールドで読み出され、二次微分回路56に印加さ
れる。二次微分回路56は、隣接画素データとの2回差分
(つまり、差分データの差分)を算出して、係数器58に
印加する。係数器58は、二次微分回路56の出力に係数k
(0≦k≦1)を乗算する。係数kは高輝度検出器68の
出力に応じた値をとる。第5図は高輝度検出器68の検出
特性を示し、第6図は高輝度検出器68の出力に対する係
数kの値を示す。入力レンジが1〜256なので、1回の
差分で±255、2回の差分で±510のレンジになる。しか
し、この変化成分を狭い特定範囲内に収める必要がある
ので、所定レベル以上の値に関してはkを小さくする。
また、ゼロ付近でk=0としたのは、いわゆるコアリン
グ効果で、高輝度検出器68の出力のH,Lの切換点付近の
一定傾斜部分を実際上無視できるようにするためであ
る。
加算器60は、係数器58の出力と、スイッチ50のb接点
からの偶フィールドの信号とを加算する。偶フィールド
では、スイッチ50はb接点に接続するので、加算器60に
はSL信号が印加され、スイッチ52もb接点に接続するの
で、加算器60の出力はフィールド・メモリ54に書き込ま
れる。このようにして、低速蓄積信号中の高輝度領域
に、高速蓄積信号の二次微分信号が重畳される。
偶フィールドにおいて、加算器60で合成された画像デ
ータは、スイッチ62のb接点及びスイッチ64のb接点を
介してD/A変換器34Yに印加される。加算器60の出力はま
た、スイッチ52のb接点を介してメモリ54に印加され、
書き込まれるが、この書き込まれた信号は上述の如く奇
フィールドに読み出されるので、偶フィールドと奇フィ
ールドの2フィールドで同じ画面が続くことになる。な
お、カメラ信号処理回路18からの同期信号を利用するた
めに、同期信号期間には、スイッチ64はa接点側に接続
する。
第3図の高輝度検出器66は後述する信号処理回路32C
での処理のための回路であり、SH信号を一定閾値Th−C
と比較する。この閾値Th−Cは高輝度検出器68の閾値Th
−Yより低く設定してある。ちなみに、閾値Th−C,Th−
Yは各々、リニア100%入力し、色200%、輝度400%近
辺に設定してある。
第2図の一連の動作のタイミング・チャートを第4図
に示す。第4図(a)はフィールド判別信号であり、H
が奇フィールド、Lが偶フィールドを示している。同
(b)はVD信号であり、各ブランキング期間のみLに落
ちている。同(c)は撮像素子16の電荷蓄積動作を示
し、anが高速蓄積動作で、その直後のbnが低速蓄積動作
を示す。同(d)はカメラ信号処理回路18からからテレ
ビジョン・レートで出力される信号であり、a1,a2,a3,
……がSH信号に相当し、b1,b2,b3,……SL信号に相当す
る。同(e)はフィールド・メモリ54に書き込まれる信
号、同(f)はフィールド・メモリ54から読み出される
信号、同(g)は加算器60の出力を示す。尚、フィール
ド・メモリ54は書込と同時に読出をも行えるタイプのメ
モリである。
次に、色差信号を処理する信号処理回路32Cの詳細
を、第3図を参照して説明する。A/D変換器30Cからはデ
ィジタル映像色信号が入力される。この色信号は直角二
相変調されたI,Q信号でも、R−Yデータ及びR−Yデ
ータをセットにした色差信号の形態でもよい。スイッチ
70,72はフレーム周波数のパルス信号(1/2 VD)によっ
て切り換えられ、奇フィールドではa接点に接続し、偶
フィールドではb接点に接続する。即ち、奇フィールド
ではA/D変換器30Cの出力(SH信号)がフィールド・メモ
リ74に書き込まれる。この書込みと同時にメモリ74から
読み出されるデータは、前フィールドの画面のデータで
あり、スイッチ78のa接点及びスイッチ80のb接点を介
してD/A変換器34Cに印加される。
奇フィールドでメモリ74に書き込まれたSH信号は、次
の偶フィールドで読み出され、色データ変換用のスイッ
チ76のa接点に印加される。スイッチ76は、信号処理回
路32Yの高輝度検出器66の出力に従って切り換えられる
が、通常は、偶フィールドではb接点に接続しているの
で、スイッチ70のb接点からのSL信号が選択されてい
る。本実施例では、輝度信号処理のための閾値Th−Cよ
りも低い色信号処理用閾値Th−Yを独立に設けるため
に、高輝度検出器66を設けているが、ビデオ・カメラ信
号処理で一般的に行われている高輝度色抑圧処理用の高
輝度判別信号を用いてスイッチ76を制御してもよい。ス
イッチ76の切換により、SL信号中の色抑圧された部分の
データがSH信号中の色データに置換される。偶フィール
ドにおいてスイッチ76により置換された合成された画像
は、スイッチ78のb接点及びスイッチ80のb接点を介し
てD/A変換器34Cに印加される。
スイッチ76による合成データはスイッチ72のb接点を
介してメモリ74に印加され、書き込まれる。この書き込
まれたデータは前述のように、次の奇フィールドに読み
出されるので、偶フィールドと奇フィールドの2フィー
ルドで同じ画面が続くことになる。なお、カメラ信号処
理回路18からの同期信号を利用するために、同期信号期
間には、スイッチ80はa接点側に接続する。
第7図は第1図の実施例のよる効果を示す波形図であ
る。第7図(a)は原波形を示す。従来の場合には、原
波形は閾値Th0で制限されてしまうが、本実施例によれ
ば、閾値Th1(<Th0)を越す高輝度部分(期間tH)で
は、高速撮影の映像信号を重畳しているので、第7図
(c)に示す波形を得ることができ、階調反転無しに実
質的にダイナミック・レンジを拡大できている。
第8図は信号処理回路32Yの変更例を示す。この変更
例では、合成部分に関して実質的な変化量を算出し、レ
ベル調整を行っている。即ち、スイッチ50のb接点から
のSL信号を除算器82で所定値Nで除算し、除算結果を減
算器84に印加して、フィールド・メモリ54の出力から減
算する。Nは低速シャッタ・スピードと高速シャッタ・
スピードの比により決定される。例えば、1"60秒と1/25
0秒の場合には、N=(1/60)÷(1/250)≒4である。
第9図は信号処理回路32Yの更に別の変更例を示す。
奇フィールドのSH信号がメモリ54に書き込まれる際に、
平均値算出回路86により画面の輝度平均値を算出してお
き、減算器88によりメモリ54の出力から当該輝度平均値
を減算することでレベル調整を行う。これにより、合成
部分でのレベル変化を自然なものにできる。
第1図の実施例では、高輝度部分の特性だけを改善し
ているが、低輝度部分の特性改善も同様の考え方で実現
できる。また、高輝度部分と低輝度部分の両方で改善を
行うために、標準シャッタ・スピード(例えば1/100
秒)の他に、これにより速いシャッタ・スピード(例え
ば1/500秒)と、より遅いシャッタ・スピード(例えば1
/60秒)の撮影を行い、標準シャッタ・スピードの撮影
信号から高輝度領域及び低輝度領域を検出し、高輝度領
域に対しては高速撮影による映像信号を使って上記実施
例の如く合成を行い、低輝度領域に対しては低速撮影に
よる映像信号を使って上記実施例の如く合成を行えばよ
い。
〔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、階調の反転を伴わずに、実質的にダイナミック・
レンジを拡大することができる。また、複雑な演算アル
ゴリズムを必要とせず、簡単な回路構成で実現できると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の全体構成のブロック図、第2
図は第1図の処理回路32Yの構成ブロック図、第3図は
第1図の処理回路32Cの構成ブロック図、第4図は第2
図のタイミング・チャート、第5図は高輝度検出器68の
検出特性図、第6図は係数器58の特性図、第7図は第1
図による改善波形図、第8図は第2図の変更例、第9図
は第8図の別の変更例である。 10……被写体、12……撮影レンズ、14……絞り、16……
撮像素子、32Y,32C……処理回路、26……スピード切換
回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】異なる露光条件の撮影による画像信号を所
    定順序で出力する撮像手段と、当該画像信号の内、所定
    露光条件の画像信号から所定輝度レベルの画像部分を検
    出する検出手段と、当該検出手段の検出結果に従い、当
    該所定露光条件の画像信号に対し他の露光条件の画像信
    号を合成する合成手段とを具備し、当該合成手段で合成
    されるべき他の露光条件の画像信号を、当該検出手段の
    検出レベルに応じて修整することを特徴とする撮像装
    置。
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