JPH01218178A

JPH01218178A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH01218178A
Application number: JP63043711A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Haruki; 春木　俊宣
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-08-31
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: EP0475465A2; DE68927265T2; JP2527592B2; EP0475465A3; EP0475465B1; DE68927265D1

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】（イ）　産業上の利用分野本発明は、露出調整機構及びガンマ補正機構を備えるビ
デオカメラ等の撮像装置に関する。

（ロ）　従来の技術ビデオカメラ等の撮像装置において、被写体に対して適
切な撮像輝度信号レベル（明るさ）を得ることは重要な
要素である。これには、画面内の撮像信号の絶対的なレ
ベル（平均の明るさ）と相対的なレベル（コントラスト
）がある。

前者は、光学絞り、ＡＧＣ回路等の露出調整機構により
、また後者はガンマ（γ）補正機構により適切に調！！
！きれる。

更に詳述すると、一般に広く賞月されている露出調整機
構としては、レンズ等の光学絞り及び撮像映像信号レベ
ルを増幅するアンプの増幅率の制御にて為されるものが
あるが、この方法には画面内に光源等の高輝度部を含む
場合や、背景が非常に暗い場合に、主要被写体が適切な
明るさを得られないという問題点があった。

この問題点を解決するために、多くの画面において主要
被写体は、その中央に置かれるということを利用した露
出補正法が提案きれている０例えば、特開昭６２−ＩＩ
Ｏ３６９号公報（ＨＯ４Ｎ　５／２４３）には、画面を
中央領域と周辺領域の２つに分割し、夫々の領域におけ
る撮像映像信号の信号レベルを評価値として検出し、周
辺領域の評価値に対して中央領域の評価値に重みを付け
た（極端な場合には１：０）上で両評価値の比に応じて
レンズの絞り景及び撮像映像信号の増幅利得を制御する
ことにより、中央領域の露出決定に対する寄与を増加さ
せる技術が開示されている。

ところで、被写体輝度のダイナミックレンジに対して、
現在の撮像素子のそれは道かに小さく、更にＣＲＴ等の
表示装置のそれは更に小ζい、このため、上述の様に輝
度信号の絶対レベルの制御だけでは、高輝度部のサチリ
、低輝度部の黒つぶれは避けられず、被写体全体に対し
て適切な明るさを得ることは困難である。

そこで、通常の撮像装置では、撮像素子の光電変換特性
（ガンマ特性）及び表示装置の非線形電光変換特性に基
づく撮像素子から表示装置までのシステムの総合ガンマ
特性を常に１とするために、カメラ側で回路内にガンマ
補正を行うこと技術が採用されている。

このガンマ補正に関しては、例えば文献１カラービデオ
カメラとその使い方、（日本放送出版協会、昭和５６年
３月２０日発行）のＰ９３に示きれる様に、ガンマ補正
値の異なる複数（９段階）のガンマ補正回路を設け、段
階的に補正量を変更する技術が提案きれている。

更に通常のビデオカメラでは、実際にガンマ補正値を切
換える必要があるのは、撮像画面に太陽等の高輝度部が
存在して逆光状態となり、画面のコントラストが著しく
大きくなった場合であり、この場合に手動スイッチ（逆
光スイッチ）を手動で操作して、ガンマ補正値が小さく
なる様に補正回路を切換えて最適な明るさを維持してい
る。

（ハ）発明が解決しようとする課題前記従来技術によると、画面全体の明るさの変化に対し
て最適な露出ｉｔ動作が為されるが、例えば中央領域に
のみ高輝度部が入り込む場合や、周辺領域にのみ太陽等
の極端に高輝度な被写体が含まれる場合は、絞り量が増
し、ゲインが低下して主要被写体の明るきが不十分にな
ることは避けられない。

また前記従来技術では、逆光状態の様に画面内に高輝度
部と低輝度部が含まれてコントラストが著しい大きい場
合には、撮像者がこれを認識して手動で補正量を切換え
る操作が不可欠となる。

更に、従来技術によると、露出調整機構とガンマ補正機
構は全く独立の機構であり、機構的にも回路的にも複雑
である。

（ニ）　課題を解決するための手段本発明は、撮像画面を分割して設定された複数°個のサ
ンプリングエリアにおける撮像映像信号の輝度信号レベ
ルを、各エリア毎の評価値として出力し、この評価値の
全てを平均化して基準値を設定し、更にサンプリングエ
リア中の所定エリアの評価値を平均演算して、この演算
結果が予め設定された目標値に一致する様に露出調整す
る様に、前記基準値に対して許容範囲内に存在しない評
価値を演算対象から除去し、更に画面中央のエリアの評
価値が前記基準値に対して許容範囲内にある場合には、
演算結果に関係なく中央エリアの評価値のみを利用して
露出調整を実行し、また、同様に各エリアの評価値を用
いてガンマ補正を実行することを特徴とする。

（ホ）　作用本発明は、上述の如く構成したので光源等の特殊な被写
体を含むエリアの輝度信号レベルの画面全体の露出決定
に対する寄与が抑止可能となり、また高輝度部の存在に
よりコントラストが著しく大きくなることが防止きれる
。

（へ）　実施例以下、図面に従い本発明の一実施例について説明する。

第１図は本実施例の全体の回路ブロック図である。

（１）はレンズ、（２）はメカ的な絞り機構（ｎ出調整
手段）、（３）はＣＣＤ（固体撮像素子〉にて構成され
る撮像デバイス、（４）はプリアンプである。

レンズ（１）に入射される被写体からの入射光は、絞り
機構（２）にてレンズの絞りが調整されて、その光量が
調整された後に撮像デバイス（３）にて光電変換されて
撮像映像信号として出力される。

との撮像映像信号は水平及び垂直走査でシリアルに取り
出されてプリアンプ（４）にて所定ゲインで増幅された
後に、後段の可変利得アンプ（露出２４１２手段）（５
）、Ａ／Ｄ変換回路（６）及Ｃ）’同期分離回路（７）
に入力される。

Ａ／Ｄ変換回路（６）は撮像映像信号中の輝度信号を逐
一ディジタル値に変換し、切換回路〈８〉にて選択され
た積算回路に入力される。

同期分離回路（７）は撮像映像信号より垂直及び水平同
期信号を分離し、後段の切換制御回路（９）は、この両
同期信号及び撮像デバイス（３〉の制御に用いられたク
ロック信号に基いて切換回路（９）の切換制御を為し、
第２図に示す様に分割されたサンプリングエリア（Ａａ
）（Ａｂ）・・・（Ａ　ｆ）に対応して切換える。即ち
、エリア（Ａ　ａ）内の撮像映像信号のＡ／Ｄ変換値が
積算回路（１０ａ）に、同様にエリア（Ａｂ）（Ａｃ）
（Ａｄ）（ＡＣ）（Ａｆ）内のＡ／Ｄ変換値が夫々積算
回路（１０ｂ）（１０ｃ）（１０ｄ）（１０ｅ）（１０
ｆ）に入力きれ積算される。尚、積算回路はいずれも、
新しいＡ／Ｄ変換値と後段のラッチ回路出力を加算する
加算器と、この加算結果をラッチするラッチ回路にて構
成される。

こうして積算回路（評価値検出信号）（１０ａ）（１０
ｂ）・（１０ｆ）には夫々エリア（Ａ　ａ）（Ａ　ｂ）
・・・（Ａ　ｆ　）に対応する１フイ一ルド分の撮像映
像信号の輝度信号レベルがディジタル値として保持され
ることになる。このディジタル値をサンプリングエリア
毎の評価値と呼ぶ、尚、積算回路はいずれも垂直同期信
号にてリセットされるため、常に１フイ一ルド分につい
て積算されることになる０以上の積算結果は、露出制御
回路（８０）及び補正用ガンマ決定回路（８１）に夫々
入力される。

ここで第３図を参考にして露出制御回路（８０）につい
て詳述する。

積算回路（１０ｂ）（ＩＯＣ）・・・（１０ｆ）の積算
結果は、夫々異常判別回路（阻止手段＞（ｌｌｂ）（ｌ
ｌｃ）・・・（ｌｌｆ）に評価値（Ｌｂ）（Ｌｃ）・・
・（Ｌｆ）として入力きれ、該当するサンプリングエリ
ア内に光源等の高輝度部、あるいは深緑等の低輝度部の
如き異常輝度部が存在するか否かが判別され、存在する
場合には後段の平均値算出回路（演算手段）（１２）へ
の入力が阻止される。

この異常判別回路（ｌｌｂ）は、具体的には第４図の様
に密度算出回路＜１３ｂ）、比較回路（１４ｂ）、ゲー
ト回路（１５ｂ）にて構成されている。また、積算回路
（１０ａ）の積算結果は密度算出回路（２２）に評価値
（Ｌａ）として入力される。更に評価値（Ｌａ）＜Ｌｂ
）・・・（Ｌｆ）は基準値算出回路（基準値設定手段）
（３０）にも入力される。

積算回路（１０ｂ）からの評価値（Ｌｂ＞は、密度算出
回路（１３ｂ）にて、対応するサンプリングエリア（Ａ
ｂ）の面積（Ｓｂ）により割算されて、サンプリングエ
リアの単位面積当りの評価値である密度（Ｄｂ）−Ｌｂ
／Ｓｂが算出され、後段の比較回路（１４ｂ）にて基準
値算出回路（３０）にて設定された基準値（Ｐ）と比較
きれ、両者の差が予め設定された許容範囲内であれば、
後段のゲート回路（１５ｂ）が開状態となり、逆に許容
範囲を越える場合に閉状態となる。

ここで基準値設定回路（３０）にて設定される基準値（
Ｐ）は、全サンプリングエリアの単位面積当りの評価値
、即ち、サンプリングエリア（Ａａ）（Ａｂ）・（Ａｆ
）の面積（Ｓａ）（Ｓｂ）”・（ｓ　ｆ）の和によって
、評価値（Ｌ　ａ）（Ｌ　ｂ）・・・（Ｌｆ）の和を割
算して、Ｐ−（Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄ＋Ｌｅ＋Ｌｆ）
／（Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋　Ｓｄ＋　Ｓｅ＋Ｓｆ）として
算出したものである。

従って、ゲート回路（１５ｂ）の動作により、密度（Ｄ
ｂ）が画面全体の平均的な値である基準値（Ｐ）に比べ
著しく大きいか著しくノドさい、即ち、該当するサンプ
リングエリア内にのみ光源等の高輝度部や、深緑等の低
輝度部等の異常輝度部が存在する場合には、ゲート回路
（１５ｂ）は閉状態となり、積算回路（１０ｂ）からの
評価値（Ｌｂ）の通過は阻止される。尚、異常判別回路
（ｌｉｅ）・・・（ｉｆｆ）も異常判別回路（ｌｌｂ）
と同様の構成である。但し、各サンプリングエリアの面
積は夫々予め設定きれ、必ずしも同一　とは限らないが
、全て同一に設定しておけば、前述の各式は極めて簡略
化される。

平均値算出回路（１２）は、ゲート回路（１５ｂ）（１
５Ｃ）・・・を通過したサンプリングエリア毎の評価値
の単位面積当りの平均値、即ち密度の平均値を算出する
６例えば、サンプリングエリア（Ａｃ）にのみ光源等の
異常輝度部が存在する場合を考えると、異常判別回路（
ＩＩＣ＞にて評価値（Ｌｃ）のみが阻止きれ、平均値算
出回路（１２）には評価値（Ｌｂ）（Ｌｄ）（Ｌｅ）（
Ｌｆ）が入力され、これらの評価値の和（Ｌｘ）を、異
常判別回路にて異常と判別されなかったサンプリングエ
リア（Ａｂ）（Ａｄ）（Ａｅ）（Ａｆ）の面積の和（Ｓ
ｘ）で割り算した値を平均値（Ｎ）とこの平均値（Ｎ）
は切換回路（２１）の固定接点（２１ｃ）に出力される
。

基準値（Ｐ）は比較回路（２３）にも入力され、密度算
出回路（２２）にて算出され、画面中央に設定されたサ
ンプリングエリア（Ａ　ａ）の密度（Ｄａ）（Ｄａ＝Ｌ
ａ／Ｓａ）と比較される。この比較結果に基いて後段の
切換回路（２１）の切換制御が為される。即ち密度（Ｄ
ａ）が基準値（Ｐ）に対して許容範囲内にあると、エリ
ア（Ａ８）に異常輝度部は存在しないとして切換回路（
２１）の可動接片（２１ａ）は固定接点（２１ｂ）側に
切換わり、密度（Ｄａ＞が比較回路（露出調整手段）（
１７）に入力され、目標値メモリー〈１８）に記憶きれ
ている目標値（Ｑ）と比較されて、両者の差に対応する
エラー信号が出力される。

また密度（Ｄａ）が基準値（Ｐ）に比べ極端に大きいあ
るいは極端に小さい場合、即ち中央のサンプリングエリ
ア（Ａａ＞に異常輝度部が存在すると判断された時には
、切換回路（２１）は固定接点（２１ｃ）側に切換わり
、比較回路（１７）には平均値算出回路（１２）出力が
入力されて、前述と同様の比較が為され、両者の差に対
応するエラー信号が出力される。

従って、中央のサンプリングエリア（Ａ　ａ）に異常輝
度部が存在していない場合には、このエリアの評価値の
みに基づいて比較回路（１７）による比較動作が為され
、サンプリングエリア（Ａａ）に異常輝度部が存在して
いる場合には、この中央のエリアの周囲のエリアの中の
、異常輝度部が存在しないエリアにおける評価値に基い
て比較回路（１７）によると比較動作が為される。ここ
で中央のエリアをその周囲のエリアに優先させているの
は、通常の撮像時には被写体は画面の中央に存在する確
率が極めて高いためである。尚、この中央のエリアの評
価値をオートフォーカス動作に兼用することも可能であ
る。

比較回路（１７）からのエラー信号は、可変利得アンプ
（５）及び駆動回路（１９）に入力される。

駆動回路（１９）はこのエラー信号に基いて、アイリス
モータ等を駆動させて絞り機構（２）を動作させて絞り
量を！ｊｌｔして平均値が目標値に一致する様に作動せ
しめ、また可変利得アンプ（５）はエラー信号に基いて
平均値が目標値に近づく様にそのゲインが調整される。

こうして一部のエリアに異常輝度部が存在する場合に、
この異常成分の影響を排除して露出調整が実行可能とな
る。

尚、目標値（Ｑ）は、最適な露出ｙＡｔが為されている
状態でのサンプリングエリアの単位面積当りの評価値と
して予め設定されたものである。また、露出！Ｊｌｔ回
路（８０）をマイクロコンピュータによりソフトウェア
的に処理可能であることは言うまでもない。

次に補正用ガンマ決定回路（ガンマ補正手段）（８１）
の動作を第５図を参考にして説明する。

積算回路（１０ａ）（１０ｂ）−（１０ｆ　）からの評
価値（Ｌａ）（Ｌ　ｂ）・−（Ｌ　ｆ）は、密度算出回
路（４０ａ）（４０ｂ）・・・（４Ｏｆ）に入力されて
、各サンプリングエリアの単位面積当りの評価値として
既に定義した密度（Ｄａ）（Ｄ　ｂ）・・・（Ｄｆ）が
算出される。尚、密度算出回路（４０ａ）（４０ｂ）−
（４Ｏｆ）は前記密度算出回路（２２）（１３ｂ）・・
・と全く同一の機能を果している。

密度（Ｄａ）＜Ｄｂ）・・・（Ｄ　ｆ）は最大値・最小
値選択回路（４１）に入力きれて、これらの中で最大値
（Ａ＞と最小値（Ｂ）が選択されて、後段の演算回路（
４２）に出力される。

演算回路（４２〉は最大値（Ａ）と最小値（Ｂ）の比で
ある画面コントラストに基いて、補正用ガンマ（γ）を
最適値に変化させる演算を実行するものであり、具体的には、実験的にｒ−ａＬＯＧ（Ａ／Ｂ）＋ｂ・・−■ −但し、（ａ、ｂは定数、ａ＜０．ｂ＜０）の式■を導
出し、更に制御を簡略化するために、第６図に実線で示
す様に、鎖線の直線１（１は０式に該当する）に基いて
γを近似して、ＬＯＧ（Ａ／Ｂ）に対して（ｂ　＋）（
ｂ　２）（ｂ　３）・・・と段階状に変化する値として
設定し、この第６図のテーブルによりＡ／Ｂの画面コン
トラストから直ちに補正用ガンマが決定されることにな
る。この第６図によると、画面コントラストが大きい場
合には、ＬＯＧ（Ａ／Ｂ）は大きくなり補正用ガンマは
小さくなり、画面コントラストが小さい場合には、ＬＯ
Ｇ（Ａ／Ｂ）は小きくなり補正用ガンマは大きくなる。

演算回路（４２〉にて決定された補正用ガンマに対応す
る制御信号が、ガンマ補正回路（ガンマ補正手段）（４
３）に入力されて、これに応じて撮像映像信号の入力レ
ベルに応じて増幅率が変更されて最適なガンマ補正が実
行され、画面コントラストが高い被写体に対しても画面
全体に適切な明るさが得られることになる。

ガンマ補正回路（４３）にてガンマ補正が為された映像
信号は、ＣＲＴ（図示省略）にて映出される。

尚、本実施例では、各エリアの密度の最大値及び最小値
を用いてγを決定したが、各エリアの密度の分散、を用
いて、ｒ−３′σ＋ｂ′・・・■ また、この発展として各エリア′の密度の対数ＬＯＧ（
Ｄｉ）（但し、１箇１〜６）の分数σＬを用いて１ｍｍ　＠　６　Ｌ　＋　ｂ“・・―■の如き式を用い
て行うことも可能である。

更に、上述の補正用ガンマ決定回路（８１）の動作を゛
フィクロコンピュータにてソフトウェア的に処理するこ
とも可能であり、この場合のフローチャートは第７図の
様になる。

ところで、前述の露出調整動作と同様に、太陽等の極端
に高輝度な、あるいは、逆に深緑等の極端に低輝度な異
常輝度部がサンプリングエリア内に存在する場合に、こ
れらの異常輝度部は適切なレベルで撮像する必要がない
ので、画面コントラストの評価から除去すれば太陽等の
影響で補正用ガンマｒが不要に小さくなる、あるいは深
緑等の影響でγが不要に大きくなることが防止できる。

そこで、これを考慮した他の実施例として、補正用ガン
マ決定回路〈８１）を第８図のフローチャートに基いて
動作させることが考えられる。

ここでこのフローチャートについて簡単に説明すると、［手順（１００）コ各サンプリングエリアの密度（Ｄ　ｉ）を算出する。

［手順（１０１）］変数の初期化をする。

Ｃ：全エリアの密度の平均値Ａ：最大値格納用Ｂ：最小値格納用ｊ：エリア数のカウンタ［手順（１０２）コ該当エリアの密度が平均値（Ｃ）のＬ倍以内で、且つこ
こまでの最大値より大きいか否かを判別する。尚、Ｌは
適切な画面が得られる上側限界値がＬＣに、下側限界値
がＣ／Ｌとなる様に予め設定された値である。

［手順（１０３）］手順（１０２）でここまでの最大値より大きいと判別さ
れるとその値を最大値とする。

［手順（１０４）コ手順（１０２）でここまでの最大値でないと判別される
とき、該当のエリアの密度が平均値（Ｃ）の１／Ｌ以内
で、且つここまでの最小値より小さいか否かを判別する
。

口手順（１０５）］手順（１０４）でここまでの最ノ」１値より小きいと判
別きれると、その値を最小値とする。

［手順（１０６）］全エリアについて手順（１０２）〜手順（１０４）を繰
り返す。

［手順（１０７）コ前述の実施例と同様にガンマ補正値を決定し、この補正
値に応じてｒ補正を行う。

以上の手順（１００）乃至手順（１０７）の一連の動作
は、１フイールド毎に繰り返される。

ところで露出調整及びガンマ補正におけるサンプリング
エリアに関しては、第２図の様な分割方法に限らず、第
９図または第１０図に示す様に分割する方法でもよいこ
とは言うまでもない。

また、各サンプリングエリアの面積を全て同一に設定し
ておけば、密度を算出せずに、評価値自体を密度の代り
に異常判別や平均値算出等に用いることも可能である。

但し、この場合には、目標値（Ｑ）等は予め密度に代え
て評価値に対応させておく必要がある。

（ト）　発明の効果上述の如く本発明によれば、部分的に異常輝度部を含む
被写体に対して、異常輝度部の全体の画面の露出に対す
る影響を極力抑えて、適切な露出調整が為された撮像映
像信号が得られる。

また、画面のコントラストに基いて最適なガンマ補正が
自動的に実行され、更に露出調整に用いられる評価値を
そのままｒ補正に利用でき、回路構成を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

図面は全て本発明の実施例に係り、第１図は全体の回路
ブロック図、第２図はサンプリングエリアの設定説明図
、第３図は露出調整回路の要部回路ブロック図、第４図
は異常判別回路の要部回路ブロック図、第５図は補正用
ガンマ決定回路の要部回路ブロック図、第６図はガンマ
補正値決定の為の特性図、第７図はフローチャートであ
る。また第８図は他の実施例のフローチャート、第９図
、第１０図は別のサンプリングエリアの設定説明図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）撮像画面を分割して設定された複数個のサンプリ
ングエリアにおける撮像映像信号の輝度信号レベルを、
各エリア毎の評価値として出力する評価値検出手段と、全評価値を平均化して基準値を算出する基準値設定手段
と、前記サンプリングエリアの中の所定エリアの評価値を入
力して平均値を算出する演算手段と、該演算手段出力が
予め設定された目標値に一致する様に、レンズの絞り量
または前記撮像映像信号の増幅率を制御する露出調整手
段と、前記基準値に対して許容範囲内に存在しない評価値の前
記演算手段への入力を阻止する阻止手段を備える撮像装
置。
（２）前記サンプリングエリアの中で画面の中央におけ
るエリアの評価値が前記基準値に対して許容範囲内にあ
る場合には、前記演算手段出力に代えて、この評価値の
みを前記露出調整手段に入力することを特徴とする請求
項１記載の撮像装置。
（３）撮像画面を分割して設定された複数個のサンプリ
ングエリアにおける撮像映像信号の輝度信号レベルを、
各エリア毎の評価値として出力する評価値検出手段と、前記エリア毎の評価値より画面コントラストを検出し、
該画面コントラストにより補正用ガンマ値を決定してガ
ンマ補正を行うガンマ補正手段とから成る撮像装置。
（４）撮像画面を分割して設定された複数個のサンプリ
ングエリアにおける撮像映像信号の輝度信号レベルを、
露出調整及びガンマ補正に兼用することを特徴とする撮
像装置。