JP4591037B2 - フリッカ成分検出装置及びフリッカ成分検出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えばビデオカメラ等の撮影時における被写体光源のフリッカ成分の有無を検出するのに使用して好適なフリッカ成分検出装置及びフリッカ成分検出方法に関する。
一般に、蛍光灯等の照明具により照明された環境下でビデオカメラ等により撮影された画像には、撮影される条件によってフリッカを生じる。
従来、このフリッカを回避する方法として、撮像素子の露光時間を被写体光源の光源明滅周期の整数倍に設定する方法があり、またフリッカ成分を除去する方法として画像の明るさレベルの変化を画像信号処理部の増幅回路の増幅率を変化して補正する方法が知られている。
しかし、露光時間の制限は意図した映像効果がえられないばかりか、露出範囲が狭まる結果となる。また、画像信号処理部の増幅回路の増幅率の変化による補正は画質が低下するという欠点があり、加えて明るさレベルを一定にする作用があるため、通常の被写体の明るさの変化に対しては不自然な映像となる副作用がある。
このため、被写体光源のフリッカ成分の有無を検出し、この被写体光源にフリッカ成分が含まれないときは、上述フリッカ補正処理を行わない方が好ましい。
従来、被写体光源のフリッカ成分の有無を検出する方法として、画像の明るさレベルの周波数解析、フィルタを用いて特定周波数の抽出を行ったり、または、明るさレベルの変化量や変化パターンを比較する方法が知られている。
また。従来、特許文献１に自動的に、動画におけるフリッカ等の不要な明度変化の有無ないしは態様を判定するようにしたものが開示されている。
特開２００３−６０９３６号公報
然しながら、従来の画像の明るさレベルの周波数解析、フィルタを用いて特定周波数を抽出する被写体光源のフリッカ成分の有無を検出するようにしたものでは、回路構成が複雑となり、また、デジタル処理を行う場合においてもフーリエ変換やデジタルフィルタ等の複雑な計算が必要となる不都合があった。
また、変化パターンを比較する方法は、多くの処理を必要とする不都合があり、また明るさレベルの変化量を検出する方法はこの被写体光源のフリッカ成分と通常の被写体の明るさ変化との区別がつかない不都合があった。
本発明は、斯かる点に鑑み、複雑な構成、計算を要することなく、被写体光源のフリッカ成分の有無を検出するようにすることを目的とする。
本発明フリッカ成分検出装置は、撮像素子を用いて得られる画像信号より被写体光源のフリッカ成分を検出するようにしたフリッカ成分検出装置において、この画像信号の単位画像ごとの同じ範囲の明るさレベルを検出する明るさ検出手段と、指定周期間の複数の単位画像のこの明るさレベルの平均値レベルを算出する平均値算出手段と、この指定周期間の単位画像の明るさレベルとこの平均値レベルとの差分レベルを算出する差分算出手段と、この指定周期間の前記差分レベルを積算して絶対値レベルを得る差分積算手段と、この指定周期間のこの差分レベルの絶対値レベルを積算する差分絶対値積算手段と、を有し、被写体光源に含まれるフリッカ成分として、指定周期間に差分積算手段で積算して出力される絶対値レベルが略零となり、指定周期間に差分絶対値積算手段で積算して出力される差分レベルの絶対値レベルが一定量になるフリッカ成分である場合に、指定周期間に差分積算手段で出力される絶対値レベルが略零となり、指定周期間に差分絶対値積算手段で出力される差分レベルの絶対値レベルが一定量となることで、被写体光源のフリッカ成分有りを検出するようにしたものである。
本発明フリッカ成分検出方法は、撮像素子を用いて得られる画像信号より被写体光源のフリッカ成分を検出するようにしたフリッカ成分検出方法において、指定周期間の複数の単位画像の単位画像ごとの同じ範囲の明るさレベルの平均値レベルを算出すると共にこの指定周期間の単位画像の明るさレベルとこの平均値レベルとの差分レベルを算出し、この指定周期間のこの差分レベルを積算して差分積算絶対値レベルを得ると共にこの指定周期間のこの差分レベルの絶対値レベルを積算して差分絶対値積算レベルを得、この差分積算絶対値レベルとこの差分絶対値積算レベルとを用いてこの被写体光源のフリッカ成分の有無を検出するフリッカ成分検出方法であり、被写体光源に含まれるフリッカ成分として、指定周期間の差分積算絶対値レベルが略零となり、指定周期間の差分絶対値積算レベルが一定量になるフリッカ成分である場合に、指定周期間に差分積算絶対値レベルが略零となり、指定周期間の差分絶対値積算レベルが一定量になることを検出した場合に、フリッカ有りと検出するものである。
本発明によれば、指定周期間の複数の単位画像の明るさレベルの平均値レベルを算出すると共にこの指定周期間の単位画像の明るさレベルとこの平均値レベルとの差分レベルを算出し、この指定周期間のこの差分レベルを積算して差分積算絶対値レベルを得ると共にこの指定周期間の差分レベルの絶対値レベルを積算して差分絶対値積算レベルを得、この差分積算絶対値レベルとこの差分絶対値積算レベルとを用いて、被写体光源のフリッカ成分の有無を検出するようにしたもので、複雑な構成、計算を要することなく被写体光源のフリッカ成分の有無を検出することができる。
以下、図面を参照して本発明フリッカ成分検出装置及びフリッカ成分検出方法を実施するための最良の形態の例につき説明する。
先ず、本例によるフリッカ成分検出装置及びフリッカ成分検出方法を適用するビデオカメラの例につき図３を参照して説明する。図３において、１は被写体６を撮像する固体撮像素子等より成る撮像素子を示す。
この撮像素子１を用いて得られる画像信号をサンプリングホールド回路及びアナログ−デジタル変換回路２を介して画像信号処理部３に供給する。この画像信号処理部３には画像信号を増幅する増幅回路３ａ、画像信号の明るさレベルを検出する明るさレベル検出部３ｂ等が設けられている。
また、図３において、４は撮像素子１の露光時間を制御する露光時間制御部である。このサンプリングホールド回路及びアナログ−デジタル変換回路２、画像信号処理部３、露光時間制御部４はマイクロコンピューターより成る中央制御装置５により従来同様に制御される如くなされている。
本例による中央制御装置５は被写体６の被写体光源７にフリッカ成分が有するときのみフリッカ補正処理を行う如く構成する。
本例においては、この中央制御装置５において、図１の機能ブロック図及び図２のフローチャートに示す如く、この被写体光源７のフリッカ成分の有無を検出する如くする。
この図１、図２及び図４、図５を参照して本例によるフリッカ成分検出装置及びフリッカ成分検出方法につき説明する。本例によるビデオカメラは垂直同期信号の周波数が６０ＨｚであるＮＴＳＣ方式とする。また、本例による画像単位を１フィールドとする。
また、被写体光源７として電源交流周波数が５０Ｈｚの蛍光灯とする。この場合、明滅周波数が１００Ｈｚなので、フリッカ周波数は２０Ｈｚとなる。本例においては、このフリッカ周波数２０Ｈｚに合わせて、指定周期間Ｔ０を３フィールド（４／６０秒）とする。
本例においては、撮像素子１を用いて得られる画像信号の明るさレベルを単位画像（１フィールド）で、明るさレベル検出部３ｂで検出する。このときの各フィールドの明るさレベルが図４Ａに示す如くであったとする。
本例においては、先ず図２のフローチャートに示す如く、この指定周期間Ｔ０の複数本例では３個の単位画像Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の明るさレベルの平均値レベルＳを得る（ステップＳ１）。
次に、この指定周期間Ｔ０の単位画像Ｆ１、Ｆ２及びＦ３の明るさレベルと、このステップＳ１で得た平均値レベルＳとの差分レベルを算出する（ステップＳ２）。この場合、この単位画像Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の差分レベルを例えば図４Ｂに示す如くα、β及びγとする。
次に、この指定周期間Ｔ０の差分レベルの積算の絶対値レベル｜α＋β＋γ｜を算出する（ステップＳ３）と共にこの指定周期間Ｔ０の差分レベルの絶対値の積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）を算出する（ステップＳ４）。
次に、この差分積算絶対値レベル｜α＋β＋γ｜と差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）とより指標Ｃを算出する。
Ｃ＝（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）÷｜α＋β＋γ｜
この指標Ｃよりフリッカ成分の有無を検出する（ステップＳ５）。この図２のフローチャートを実行するための機能ブロック図の例を図１に示す。この図１につき説明するに、図１において、１０は単位画像Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の図４Ａに示す如き明るさレベル信号が供給される入力端子を示し、この明るさレベル入力端子１０に得られる明るさレベル信号を指定周期間Ｔ０の平均値レベルを得る平均値算出回路１１を構成する加算回路１１ａ及び１単位画像（１フィールド）の遅延回路１１ｂに供給し、この遅延回路１１ｂの１単位画像間遅延した出力信号を加算回路１１ａに供給すると共に１単位画像間（１フィールド間）の遅延回路１１ｃを介して加算回路１１ａに供給する。
Ｃ＝（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）÷｜α＋β＋γ｜
この指標Ｃよりフリッカ成分の有無を検出する（ステップＳ５）。この図２のフローチャートを実行するための機能ブロック図の例を図１に示す。この図１につき説明するに、図１において、１０は単位画像Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の図４Ａに示す如き明るさレベル信号が供給される入力端子を示し、この明るさレベル入力端子１０に得られる明るさレベル信号を指定周期間Ｔ０の平均値レベルを得る平均値算出回路１１を構成する加算回路１１ａ及び１単位画像（１フィールド）の遅延回路１１ｂに供給し、この遅延回路１１ｂの１単位画像間遅延した出力信号を加算回路１１ａに供給すると共に１単位画像間（１フィールド間）の遅延回路１１ｃを介して加算回路１１ａに供給する。
この場合、この加算回路１１ａの出力側には、例えば３つの単位画像Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の明るさレベルが加算された明るさレベルがえられ、この加算回路１１ａの出力信号を１／３とする割り算回路１１ｄに供給し、この割り算回路１１ｄの出力側に指定周期間Ｔ０の平均値レベルＳを得る。
この割り算回路１１ｄの出力信号即ち平均値回路１１の出力側に得られる平均値レベルＳを差分レベルを得る減算回路１２に供給すると共に明るさレベル入力端子１０よりの例えば図４Ａに示す如き明るさレベル信号をこの減算回路１２に供給する。
この場合、この減算回路１２の出力側に指定周期間Ｔ０に例えば図４Ｂにしめすごとき差分レベルα、β及びγの信号がえられる。この減算回路１２の出力側にえられる差分レベルα、β、γの信号を差分積算絶対値レベルを得る差分積算回路１３を構成する加算回路１３ａ及び１単位画像間（１フィールド間）遅延回路１３ｂに供給すると共に差分絶対値積算レベルを得る差分絶対値積算回路１４を構成する絶対値回路１４ａに供給する。
この差分積算回路１３においては、１単位画像間遅延回路１３ｂの１単位画像間（１フィールド間）遅延した出力信号を加算回路１３ａに供給すると共に１単位画像間遅延回路１３ｃをかいして加算回路１３ａに供給する。
この場合、この加算回路１３ａの出力側には、この指定周期間Ｔ０の差分レベルが積算された差分積算レベル（α+β＋γ）が得られる。この加算回路１３ａの出力側に得られる差分積算レベル（α+β+γ）を絶対値回路１３ｄに供給し、この絶対値回路１３ｄの出力側即ち差分積算回路１３の出力側に差分積算絶対値レベル｜α+β＋γ｜が得られる。
また、差分絶対値積算回路１４においては、絶対値回路１４ａの出力信号を加算回路１４ｂに及び１単位画像間（１フィールド間）の遅延回路１４ｃに供給し、この遅延回路１４ｃの出力信号を加算回路１４ｂに供給すると共に１単位画像間の遅延回路１４ｄを介してこの加算回路１４ｂに供給する。
この場合、この加算回路１４ｂの出力側即ち差分絶対値積算回路１４の出力側には、この指定周期間Ｔ０の差分レベルの絶対値レベルが積算された差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）がえられる。
本例においては、この回路差分積算回路１３の差分積算絶対値レベル｜α＋β＋γ｜と差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）とを割り算回路１５に供給し、次式に示す如き指標Ｃ得、
Ｃ＝（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）÷｜α＋β＋γ｜
この指標Ｃを指標出力端子１６に得る如くする。
Ｃ＝（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）÷｜α＋β＋γ｜
この指標Ｃを指標出力端子１６に得る如くする。
ここで、フリッカのように周期的に明るさが変化する場合、この差分積算絶対値レベル｜α＋β＋γ｜は略零となり、この差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）は一定量を持つことになる。
太陽光や白熱灯等の光源のようにフリッカ成分を含まない場合の各フィールドＦ１、Ｆ２、Ｆ３の明るさレベルは図５Ａに示すように一定で、平均値レベルとの差分レベルは図５Ｂのように略零になる。
尚、この図５Ｂは画像信号処理部３で、フリッカ補正処理した場合の副作用成分相当のレベル変化が現れている。
さて、被写体の明るさが変化しない場合は、この差分積算絶対値レベル｜α＋β＋及びγ｜及び差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）は共に略零となり、この被写体の明るさが変化するときは、差分積算絶対値レベル｜α＋β＋γ｜及び差分絶対値積算レベル（｜α｜+｜β｜＋｜γ｜）は共に一定量を持つ。
従って、差分積算絶対値レベル｜α＋β＋γ｜と差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）とを監視することによって、被写体光源７のフリッカ成分の有無を判断することができる。
この差分積算絶対値レベル｜α＋β＋γ｜と差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）との比をとることによってフリッカ成分の有無を判断する指標Ｃを作成でき、この指標Ｃと適切な閾値とを比較して、フリッカ成分の有無を判断することができる。
本例において、被写体光源７にフリッカ成分が含まれている場合、差分積算絶対値レベル｜α+β＋γ｜は略零、差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）が一定量となるため指標Ｃは大きな値となる。
フリッカ成分が含まれない場合、差分積算絶対値レベル｜α＋β＋γ｜及び差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）が共に略零になるが、例えば分母である差分積算絶対値レベル｜α+β+γ｜が零にならないような制限をかけることによりこの指標Ｃを略零にすることができる。
また、被写体６の明るさが変化するときは、差分積算絶対値レベル｜α+β＋γ｜及び差分絶対値積算レベル（｜α｜＋｜β｜＋｜γ｜）は略同じ量を示すので、指標Ｃは「１」に近い値を示す。従って閾値「１」より大きい適切な値を設定すれば、指標Ｃが閾値より大きくなった場合にフリッカ成分が含まれていると判断できる。
通常、被写体６の明るさ変化によって指標Ｃが閾値を超えてしまう場合が稀にあるが、連続することはないので補正手段による副作用の抑制には影響がない。また、必要に応じて、複数回連続して指標Ｃが閾値を超えた場合のみフリッカ成分があると判断するようにすれば、僅かな時間においてもフリッカ成分を誤検出することがない。
本例によれば、指定周期間Ｔ０の複数例えば３単位画像の明るさレベルの平均値レベルを算出すると共にこの指定周期間Ｔ０の単位画像Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の明るさレベルとこの平均値レベルＳとの差分レベルα、β、γを算出し、この指定周期間Ｔ０のこの差分レベルα、β、γを積算して差分積算絶対値レベル｜α＋β＋γ｜を得ると共にこの指定周期間の差分レベルの絶対値レベルを積算して差分絶対値積算レベル（｜α｜+｜β｜+｜γ｜）を得、この差分積算絶対値レベル｜α＋β＋γ｜とこの差分絶対値積算レベル（｜α｜+｜β｜＋｜γ｜）とを用いて、被写体光源７のフリッカ成分の有無を検出するようにしたもので、複雑な構成、計算を要することなく被写体光源７のフリッカ成分の有無を検出することができる。
尚、上述例においては、単位画像を１フィールドとしたが、この単位画像は露光に時間差があり、画像信号の明るさレベルを検出する手段があるならば何でも構わない。この画像信号の明るさレベルを検出する手段はビデオカメラ等の撮像装置に搭載されている自動露出制御装置の画像信号の明るさレベル検出手段を兼用しても良い。
また、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。
１…撮像素子、３…画像信号処理部、３ｂ…明るさレベル検出部、５…中央制御装置、６…被写体、７…被写体光源、１０…明るさレベル入力端子、１１…平均値回路、１２…減算回路、１３…差分積算回路、１４…差分絶対値積算回路、１５…割り算回路、１６…指標出力端子
Claims (6)
- 撮像素子を用いて得られる画像信号より被写体光源のフリッカ成分を検出するようにしたフリッカ成分検出装置において、
前記画像信号の単位画像ごとの同じ範囲の明るさレベルを検出する明るさ検出手段と、
指定周期間の複数の単位画像の前記明るさレベルの平均値レベルを算出する平均値算出手段と、
前記指定周期間の単位画像の明るさレベルと前記平均値レベルとの差分レベルを算出する差分算出手段と、
前記指定周期間の前記差分レベルを積算して絶対値レベルを得る差分積算手段と、
前記指定周期間の前記差分レベルの絶対値レベルを積算する差分絶対値積算手段と、
を有し、
前記被写体光源に含まれるフリッカ成分として、前記指定周期間に前記差分積算手段で積算して出力される絶対値レベルが略零となり、前記指定周期間に前記差分絶対値積算手段で積算して出力される差分レベルの絶対値レベルが一定量になるフリッカ成分である場合に、
前記指定周期間に前記差分積算手段で出力される絶対値レベルが略零となり、前記指定周期間に前記差分絶対値積算手段で出力される差分レベルの絶対値レベルが前記一定量となることで、前記被写体光源のフリッカ成分有りを検出するようにした
フリッカ成分検出装置。 - 請求項１記載のフリッカ成分検出装置において、
前記指定周期間はフリッカ周期の整数倍に等しい
フリッカ成分検出装置。 - 請求項１記載のフリッカ成分検出装置において、
前記差分積算手段の出力レベルと前記差分絶対値積算手段の出力レベルとの比からフリッカ成分の有無を表す指標を作成するようにした
フリッカ成分検出装置。 - 撮像素子を用いて得られる画像信号より被写体光源のフリッカ成分を検出するようにしたフリッカ成分検出方法において、
前記画像信号の単位画像ごとの同じ範囲の明るさレベルを検出し、
指定周期間の複数の単位画像の明るさレベルの平均値レベルを算出すると共に前記指定周期間の単位画像の明るさレベルと前記平均値レベルとの差分レベルを算出し、前記指定周期間の前記差分レベルを積算して差分積算絶対値レベルを得ると共に前記指定周期間の前記差分レベルの絶対値レベルを積算して差分絶対値積算レベルを得、
前記差分積算絶対値レベルと前記差分絶対値積算レベルとを用いて前記被写体光源のフリッカ成分の有無を検出するフリッカ成分検出方法であり、
前記被写体光源に含まれるフリッカ成分として、前記指定周期間の前記差分積算絶対値レベルが略零となり、前記指定周期間の前記差分絶対値積算レベルが一定量になるフリッカ成分である場合に、
前記指定周期間に前記差分積算絶対値レベルが略零となり、前記指定周期間の前記差分絶対値積算レベルが一定量になることを検出した場合に、フリッカ有りと検出する
フリッカ成分検出方法。 - 請求項４記載のフリッカ成分検出方法において、
前記指定周期間は、フリッカ周期の整数倍に等しい
フリッカ成分検出方法。 - 請求項４記載のフリッカ成分検出方法において、
前記差分積算絶対値レベルと前記差分絶対値積算レベルとの比からフリッカ成分の有無を表す指標を作成するようにした
フリッカ成分検出方法。
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