JPH0955948A - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置Info
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- JPH0955948A JPH0955948A JP7205663A JP20566395A JPH0955948A JP H0955948 A JPH0955948 A JP H0955948A JP 7205663 A JP7205663 A JP 7205663A JP 20566395 A JP20566395 A JP 20566395A JP H0955948 A JPH0955948 A JP H0955948A
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Abstract
撮像画像のホワイトバランスを正確かつ高精度に行う。 【解決手段】 被写体は光像を対数圧縮された画像信号
に光電変換するCCDイメージセンサ6で撮像される。
得られたRGBの画像データから光源判別回路97で被
写体の高輝度部の画像データが抽出され、この画像デー
タに光源の色温度情報が含まれているか否かが判別され
る。光源の色温度情報が含まれていると、色補正演算回
路98で高輝度部の画像データの基づきR色,B色の各
画像データのG色の画像データに対するWBゲインが設
定され、ホワイトバランス回路83によりR色,B色の
各画像データをこのWBゲインで調整することにより光
源の色温度情報に基づくホワイトバランスが行われる。
Description
子を用いた撮像装置に係り、特に撮像画像のホワイトバ
ランス調整に関するものである。
して取り込むカラービデオカメラやスチルビデオカメラ
においては、使用されるCCD(Charge Coupled Devic
e)等の撮像センサの分光感度特性は一定で、被写体の
光源の色温度が変化した場合、撮像画像に色ずれが生じ
るため、通常、この色ずれを補正するために撮像信号の
ホワイトバランスが取られるようになっている。
源の色温度情報が含まれる高輝度部(白色部)の画像デ
ータに基づき撮像画像のR,G,Bの各色成分のレベル
比(R/G,B/G)を調整することにより可能である
が、従来のカラービデオカメラやスチルビデオカメラで
は、入射光量に比例した電圧を出力するリニアな光電変
換特性を有するCCDが用いられており、被写体の輝度
範囲に対するダイナミックレンジが不十分で、撮像画面
内の高輝度部から正確に光源の色温度情報が抽出できな
いため、高輝度部の画像データを用いたホワイトバラン
スの調整方法は採用されていない。
る撮像センサは、図14の特性に示すように、光の強
度(特性の傾き)を比例係数とする入射光量に比例し
た電圧を出力するリニアな光電変換特性を有し、ダイナ
ミックレンジに対する入射光量の範囲(領域A1)が狭
く、撮像センサの露光時間のみを制御して撮像すると、
光源の色温度情報が含まれる高輝度部(領域A2)の画
像はオーバーフローしてしまう。特に補色系単板式CC
Dを用いたものでは色変調キャリアが飽和して色が回る
ため、色再現性を考慮すると、更にダイナミックレンジ
が狭くなる。
れない高輝度部の画像データに基づいてホワイトバラン
スの調整を行うと、却って色ずれを悪化させることにな
る。
きを特性のように変化させ、入射光量と露光時間とを
制御して撮像センサのダイナミックレンジを拡張するこ
とによりオーバーフローさせることなく高輝度部の画像
を取り込むことも可能であるが、主要被写体のS/N比
劣化を招くため、このような露出制御を行うことができ
ず、高輝度部の画像データに基づくホワイトバランス調
整は採用されていない。
より高輝度部から信頼性のある光源情報が得られないの
で、従来、これに代わるものとして比較的明るく彩度の
低い部分の撮像信号に基づきホワイトバランスの調整が
行われている。
号をY信号(輝度信号)とC信号(色信号)とに変換
し、C信号が所定レベル以下で、かつ、Y信号が所定レ
ベル以上の部分の画像信号を基準レベルとしてホワイト
バランスの調整が行われている。
ワイトバランスの調整方法は、比較的明るく彩度の低い
部分の撮像データから光源の色温度情報を推定している
ので、ホワイトバランス調整値の精度及びその信頼性が
十分とはいえず、逆光シーン、晴天シーン、夜景シーン
等の光源の色温度が異なる種々の撮影シーンに対して適
切な色補正を行うことは困難だった。
あり、対数出力型の光電変換特性を有する撮像素子を用
い、この撮像素子で得られた画像信号の光源の色温度情
報が含まれる部分の画像信号を用いてホワイトバランス
を行うことにより簡単かつ正確に色補正が可能な撮像装
置を提供するものである。
光量に対して対数圧縮された電気信号に変換して出力す
る複数の光電変換素子からなる撮像手段と、上記撮像手
段で撮像された画像から所定の高輝度領域を抽出する領
域抽出手段と、抽出された高輝度領域から光源の色温度
を検出する検出手段と、検出された光源の色温度に基づ
き上記撮像画像のホワイトバランス調整用のデータを生
成するデータ生成手段とを備えたものである。
に対して対数圧縮された電気信号に変換されて撮像さ
れ、この撮像画像から所定の高輝度領域が抽出される。
そして、この高輝度領域から光源の色温度が検出され、
この検出結果に基づき上記撮像画像のホワイトバランス
調整用のデータが生成される。
ブロック構成図である。撮像装置1は、被写体からの反
射光(被写体光像)を撮像系に導く光学系、上記被写体
光像を電気信号に変換して取り込む撮像系、この撮像系
で撮像された画像信号の信号処理を行う信号処理系とか
ら構成されている。
結像するレンズ系2、非撮像時にCCDイメージセンサ
6を保護するためのアイリス3及びこのアイリス3の駆
動を制御するアイリスドライバ4からなる。アイリスド
ライバ4は、後述する露出制御演算回路95から入力さ
れる露出制御値に基づきアイリス3の開閉を制御する。
すなわち、アイリスドライバ4は、CCDイメージセン
サ6の撮像動作開始直前にアイリス3を開口させ、所定
の露光時間の経過後、アイリス3を閉塞させ、非撮像時
はCCDイメージセンサ6への入射光を遮断する。
B(青)の3原色の色成分に分解するダイクロイックプ
リズム5、このダイクロイックプリズム5から出力され
るR,G,Bの各色成分の被写体光像を電気信号に光電
変換して取り込む3枚のCCDイメージセンサ6(R),
6(G),6(B)及びこれらのCCDイメージセンサ6
(R),6(G),6(B)の駆動を制御するタイミングジェネ
レータ7からなる。
CDイメージセンサで構成しているが、単板式CCDイ
メージセンサで構成してもよい。
入射光量に対する出力電圧が対数関数となる光電変換特
性を有し、各画素は等価的に図3に示す回路で構成され
ている。
に光電変換して出力する感光部61とこの感光部61か
らの出力電圧に基づき電荷を蓄積する電荷蓄積部62と
からなる。
光電流Ipに光電変換するpn接合型フォトダイオード
PDと上記光電流Ipを対数圧縮された電圧VGに変換
するnチャネルMOS型電界効果トランジスタFET
(以下、MOSFETという。)とから構成されてい
る。
記MOSFETのドレイン(D)とゲート(G)とに接
続され、フォトダイオードPDのカソードには電源電圧
VDDが印加されている。また、上記MOSFETのゲー
ト(G)は電荷蓄積部62の第1電極M1に接続され、
MOSFETのソース(S)及びバックゲート(基板)
にはそれぞれDC(直流)電圧VSSとDC電圧VSUBが
印加されている。
フォトダイオードPDには逆バイアスが印加され、MO
SFETのソース(S)及びドレイン(D)とバックゲ
ートにも逆バイアスが印加されている。
力ダイオード621、蓄積電荷電圧を制御する第1電極
M1、電荷を蓄積する第2電極M2、蓄積電荷の読出を
制御する第3電極M3及び読み出された蓄積電荷の転送
を行う第4電極M4以降の複数の電極からなる2相駆動
型CCDから構成されている。
62の電荷蓄積開始を制御する制御パルスφD(ローレ
ベルのパルス信号)が入力され、上記第1電極M1には
MOSFETのゲート電圧VGが入力されるようになっ
ている。
にはそれぞれダイナミックレンジのオフセットレベルを
調整するDC電圧VRと電荷蓄積部62の電荷蓄積終了
を制御するシフトパルスφS(ハイレベルのパルス信
号)とが印加され、上記第4電極M4以降の偶数番目の
電極M(2i+2)(i=1,2,…)と奇数番目の電極M(2
i+3)(i=1,2,…)とにはそれぞれ蓄積電荷を読出
しを制御する第1転送パルスφ1と第2転送パルスφ2
とが印加されるようになっている。なお、上記第1パル
スφ1及び第2転送パルスφ2は互いに位相がπだけず
れたパルス列信号である。
動作について説明する。閾値電圧VTが(VG−VS)≦
VT+(nkT/q)を満足するとき、nチャネルMO
S型電界効果トランジスタのドレイン(D)には下記
式に示すサブスレッショールド電流IDS(sub-threshol
d currrent)と呼ばれる微小電流が流れることが知られ
ている。
(すなわち、Cfs=0)、(K/n)≪(VD−VS)と
すると、n=m、1≪m(VD−VS)/Kとなり、ex
p{−m(VD−VS)/K}≒0となるから、上記式
は下記式となる。
VS)≦VT+Kを満足し、かつ、(K/n)≪VD−VS
=VG−VSのとき、すなわち、(K/n)≪(VG−
VS)≦(VT+K)であれば、MOSFETのドレイン
(D)に流れるサブスレッショールド電流IDSはゲート
・ソース間の電位差(VG−VS)の指数関数となること
が分かる。
れ、(VSS(=VS)−VSUB)により変化するから、D
C電圧VSUBを適切に調整して上記(K/n)≪(VG−
VS)≦VT+Kの条件を満足するようにMOSFETの
動作状態を設定すると、回路構成上、ID=IPであるか
ら、光電流IP=IDS0・exp{(VG−VSS−VT)/
K}となり、MOSFETのゲート(G)には下記数
に示す対数圧縮されたゲート電圧VGが出力される。
の光の強度に比例した光電流IPがフォトダイオードP
Dのカソードからアノードに流れ、MOSFETのドレ
イン(D)とゲート(G)とに供給される。そして、こ
の光電流IPは対数圧縮された電圧に変換されてMOS
FETのゲート(G)から出力される。すなわち、感光
部61においては、入射光が入射光量に対して対数圧縮
された電圧に光電変換されて出力される。
M1,M2,…の直下にポテンシャルの井戸が形成さ
れ、上記第2電極M2直下のポテンシャルの井戸に上記
MOSFETのゲート電圧VGに対応した電荷量が蓄積
されるようになっている。
への印加電圧が高くなる程、深くなり、電荷に対するポ
テンシャルレベルは低くなるようなっている。従って、
上記DC電圧VRを高くするほど、上記第2電極M2直
下のポテンシャルの井戸の深さが深くなり、この井戸へ
の電荷蓄積容量は大きくなる。
戸への電荷の蓄積は、最初、上記DC電圧VRにより決
定される最大蓄積量CMAX(CCDのダイナミックレン
ジに相当する電荷量)の電荷を上記井戸に注入してお
き、この後、所定の露光時間だけ上記MOSFETのゲ
ート電圧VGに基づき上記井戸の上限レベルを低下させ
て入射光量に対応する量CLog(露光量に相当する電荷
量)の電荷を上記入力ダイオード621に排出すること
により行われる。
シャルの井戸に最大蓄積量CMAXからゲート電圧VGに比
例した量CLog(入射光量に対して対数圧縮された電荷
量)を除いた量CINT(=CMAX−CLog)の電荷が蓄積
される。なお、この電荷量CINTは、電荷蓄積部62の
ダイナミックレンジ(感度範囲)から被写体の輝度を差
し引いた輝度値であるから、被写体輝度を白黒反転した
ネガ信号となっている。
戸に蓄積された電荷は、上記露光時間が経過した時にシ
フトパルスφSを入力し、第3電極M3直下のポテンシ
ャルレベルを第2電極M2直下のポテンシャルレベルよ
り低下させ、この第3電極M3直下を通して第4電極M
4直下の転送領域に排出することにより読み出される。
積電荷の転送処理を示すタイムチャートを示し、図5
は、図4のタイムチャートの各タイミングにおける電荷
蓄積部62のポテンシャルの状態を示す図である。な
お、図5において、斜線部は電荷を示している。
ングであり、時刻t4は露光終了タイミングである。t
=t1で制御パルスφDがローレベルに立ち下がると、
入力ダイオード621側から第1電極M1の下を通って
第2電極M2直下のポテンシャルの井戸W1に電子が注
入され(図5(a))、t=t2で制御パルスφDがハ
イレベルに立ち上がると、上記井戸W1に対して余剰の
電子が第1電極M1の下を通って入力ダイオード621
に排出され、これと同時に電荷蓄積(露光動作)が開始
される(図5(b))。
と、ポテンシャルの井戸W1に上記最大蓄積量CMAXの
電荷を注入することでCCDのリセットが行われ、露光
が開始される。
ト電圧VGは入射光量に対して対数圧縮された特性で上
昇し、この電圧上昇に応じて第1電極M1直下のポテン
シャルが深くなり、上記ポテンシャルの井戸W1の電荷
が第1電極M1の下を通って入力ダイオード621に排
出される(図5(c))。
は上記電荷量CINT(=CMAX−CLog)が残留する。上
記電荷量CINTはDC電圧VRと上記ゲート電圧VGとの
電位差VRG(=VR−VG)の関数となるが、露光時間内
に排出される電荷量CLogは上記ゲート電圧VGの対数特
性に基づくものであるから、上記電荷量CINTも対数特
性となる。
イレベルに立ち上がると、第3電極M3直下のポテンシ
ャルの井戸W2のレベルがポテンシャルの井戸W1のレ
ベルより低下し、この井戸W1に残留している蓄積電荷
が第3電極M3直下のポテンシャルの井戸W2に転送さ
れて露光は終了し(図5(d))、t=t5でシフトパ
ルスφSがローレベルに立ち下がると、上記ポテンシャ
ルの井戸W2のレベルがポテンシャルの井戸W1のレベ
ルより高くなり、蓄積電荷が第4電極M4以降の電極直
下のポテンシャルの井戸(シフトレジスタ)に転送さ
れ、この蓄積電荷の信号処理系への読出が可能になる
(図5(e))。
転送パルスφ1,φ2が入力されると、第1,第2転送
パルスφ1,φ2に同期して第4電極M4以降の電極M
(i+3)(i=1,2,…)が交互に順次、ローレベルに
変化され、上記蓄積電荷が第4電極M4以降の電極直下
のポテンシャルの井戸に順次、転送されて信号処理系に
読み出される(図5(f))。
写体からの入射光をその光量に対して対数圧縮された電
気信号に変換して出力するので、図6に示す光電変換特
性を有している。
軸はイメージセンサからの出力電圧である。
ンサはリニアな光電変換特性を有しているので(図14
参照)、CCD出力電圧の範囲(ダイナミックレンジ)
に対する入射光量の範囲A1が非常に狭く、例えばスキ
ーのゲレンデや晴天の雪景色を背景とする被写体をCC
Dイメージセンサの露光時間のみを制御して撮影する
と、背景の高輝度部分の出力がオーバーフローしてしま
い、撮影画像の濃度バランスが著しく損なわれることと
なる。
用いたカメラでは、被写体からの入射光量を制限する絞
りを設け、この入射光量と上記露光時間とを調整するこ
とによりCCDイメージセンサの光電変換特性の傾きを
小さくしてダイナミックレンジを拡張するようにしてい
る。
6は、図6に示すように、対数圧縮して出力するノンリ
ニアな光電変換特性を有しているので、CCD出力電圧
の範囲(ダイナミックレンジ)Dに対する入射光量の範
囲A3が非常に広く、通常のCCDイメージセンサのよ
うに絞りや蓄積時間制御を用いて入射光量を調整する必
要はなく、ダイナミックレンジA3について適正露出を
得ることができるようになっている。
2電極M2直下のポテンシャルの井戸W1の深さを決定
し、DC電圧VRによりCCDイメージセンサ6のダイ
ナミックレンジの範囲が変化するようになっている。こ
れは図6において、DC電圧VRによりCCDイメージ
センサ6のダイナミックレンジのオフセットレベルVL
を変化することに相当する。
記DC電圧VRを調整することにより等価的にダイナミ
ックレンジD′〜Dの範囲で適正露出が可能になるの
で、本撮像装置1では、上記DC電圧VRにより露出制
御を行うようにしている。
CCDイメージセンサ6(R),6(G),6(B)、相関二重
サンプリング回路81の駆動を制御するクロックを生成
するとともに、露出制御演算回路95から入力される露
出値に基づき上記制御パルスφD、シフトパルスφS、第
1,第2転送パルスφ1,φ2等の各種制御信号を生成
する。
号(アナログ信号)に所定の信号処理を施し、デジタル
信号に変換するアナログ信号処理回路8とデジタル信号
に変換された画像信号(以下、画像データという。)に
所定の信号処理を施して出力するデジタル信号処理回路
9とから構成されている。
メージセンサ6から出力される画像信号のノイズを抑圧
する相関二重サンプリング回路81(図中、CDSで示
す。以下、CDS回路81という。)、上記画像信号を
所定の規定レベルに増幅するプリアンプ82、上記画像
信号のホワイトバランスを調整するホワイトバランス回
路83(以下、WB回路83という。)及び画像信号を
A/D変換するA/Dコンバータ84を備えている。
像信号のゲインを調整する3個のWBアンプ(図中、V
CAで示す。)を備え、G色の画像信号を所定の基準レ
ベルに設定するとともに、R色及びB色の各画像信号の
レベルを色補正演算回路98からD/Aコンバータ99
を介して入力されるアンプゲイン制御値AGR,AGBに
基づき調整する。
バータ84(R),84(G),84(B)を有し、R,G,B
の各色成分の画像信号を構成する画素信号をそれぞれ1
0ビットの画像データに変換する。この画像データはデ
ジタル信号処理回路9内のγ補正回路91、Yマトリッ
クス回路94、光源判別回路97及び色補正演算回路9
8に入力される。
ータ84から入力される画像データのγ特性を補正する
γ補正回路91、画像データの輪郭補正を行うエンハン
サ92、デジタル信号処理後の画像データをアナログ信
号に変換して出力するD/Aコンバータ93、R,G,
Bの画像データから輝度データを生成するYマトリック
ス回路94、このYマトリックス回路94で生成された
輝度データから露出制御値(DC電圧VR)、プリアン
プ5のゲイン調整値及びγ補正回路91のγ補正テーブ
ルを生成する露出制御演算回路95、エンハンサ92の
輪郭補正を制御する輪郭補正制御回路96、画像データ
から光源の色温度を検出するとともに、この検出確度を
演算する光源判別回路97、上記アンプゲイン制御値を
演算する色補正演算回路98及びこの色補正演算回路9
8から出力されるアンプゲイン制御値をアナログデータ
に変換するD/Aコンバータ99を備えている。
画像データに対応して3個のγ補正回路を有している。
各γ補正回路91(R),91(G),91(B)は露出制御演
算回路95で作成された階調補正用のルックアップテー
ブルを用いてR,G,Bの各色成分の画像データを構成
する各画素データのγ変換を行う。なお、このとき、各
画素データは10ビットデータから8ビットデータに変
換される。
ていて入力画像のレンジが広いため、画像入力時には入
力画像より主要被写体のレベルを適正値に変換し、更に
この変換後のレベルに対して最適なγ特性を持たせる必
要がある。この出力に対する露出レベル調整とγ調整と
を各γ補正回路91(R),91(G),91(B)で
行っている。
画像データに対して3個のエンハンサを有している。各
エンハンサ92(R),92(G),92(B)は、輪郭補正制
御回路96から入力される輪郭制御信号に基づき画像デ
ータの水平方向及び垂直方向に輪郭信号を付加して画像
のエッジ部を強調し、解像度感を高める。
成分の画像データに対して3個のD/Aコンバータ93
(R),93(G),93(B)を有し、所定の信号処理後の画
像データをアナログ信号に変換して出力する。
各色成分の画像データを比視感度に近い所定の割合(例
えば、R:G:B:=0.33:0.59:0.11)で合成して輝度データ
を生成する。この輝度データは露出制御演算回路95、
光源判別回路97に入力されるとともに、露出制御演算
回路95を介して輪郭補正制御回路96に入力される。
路94で生成された輝度データから予め設定されたテー
ブルを用いてCCDイメージセンサ6のDC電圧VR及
びプリアンプ5のゲイン調整値を演算し、DC電圧VR
をタイミングジェネレータ7に出力し、ゲイン調整値を
プリアンプ5に出力する。
づきR,G,Bの各色成分の画像データに対する輪郭強
調レベルを設定し、輪郭制御信号としてそれぞれエンハ
ンサ92(R),92(G),92(B)に出力する。
の画像データから所定レベルの高輝度領域の画像データ
を抽出し、この画像データから光源の色温度を検出する
とともに、ホワイトバランス調整データWBD1(R1
/G1,B1/G1)を演算する。なお、上記R1,G
1,B1は上記高輝度領域に含まれるR,G,Bの各色
成分の画像データの平均レベルである。
度の検出精度を判別し、この判別結果から上記アンプゲ
イン制御値(AGR,AGB)を生成するための制御信号
を生成する。
AGB)は、後述するように高輝度領域の画像データか
ら算出されたホワイトバランス調整データWBD1と上
記高輝度領域を除く領域(以下、低輝度領域という。)
の画像データから算出されたホワイトバランス調整デー
タWBD2(R2/G2,B2/G2)とを所定の比率
αで加算し、更にこの加算結果の逆数を演算することで
生成され、上記制御信号は上記加算比率αを指示する信
号である。なお、上記R2,G2,B2は上記低輝度領
域に含まれるR,G,Bの各色成分の画像データの平均
レベルである。
成分の画像データから上記低輝度領域の画像データを抽
出し、この画像データから上記ホワイトバランス調整デ
ータWBD2を演算するとともに、光源判別回路97か
ら入力される加算比率αに基づきこのホワイトバランス
調整データWBD2と上記ホワイトバランス調整データ
WBD1とを加算し、更にこの加算結果の逆数を演算し
てアンプゲイン制御値(AGR,AGB)を算出する。こ
のアンプゲイン制御値(AGR,AGB)はD/Aコンバ
ータによりアナログ信号に変換された後、WB回路83
のWBアンプ83(R),83(B)に入力される。
の回路構成図である。光源判別回路97は、ローライト
(lowlight)クリップ回路(領域抽出手段)971、ハ
イライト部面積演算回路972、重み付け回路973、
積分回路974、色補正ゲイン演算回路975、色度デ
ータ変換回路976及び光源判別確度演算回路(検出手
段)977からなる。
(highlight)クリップ回路981、重み付け回路98
2、積分回路983、色補正ゲイン演算回路984、カ
ラーフェリアクリップ回路985、MIX回路986
(データ生成手段)及びカウンタ987からなる。
DC電圧VR及びR,G,Bの各色成分の画像データ
は、上記ローライトクリップ回路971とハイライトク
リップ回路981とに入力される。
定のクリップレベルで画像データの低輝度部をクリップ
し、高輝度部の画像データのみを取り出す回路である。
上記クリップレベルはCCDイメージセンサ6のDC電
圧VR、すなわち、ダイナミックレンジのオフセットレ
ベルに応じて可変設定され、これにより画像データに含
まれる光源の色温度を示す領域(光源の光が直接入射さ
れた領域)又は光源の色温度を反映している領域(光源
からの光が正反射して入射された領域)を絶対値として
正確に抽出できるようになっている。
天の屋外撮影シーンでは、空を示す領域(斜線で示す領
域)S1が光源の色温度を反映しているので、この領域
S1がハイライト部として抽出される。
示す領域S2(点線斜線で示す領域)が光源の色温度を
示し、白い雲を示す領域S3及びパラソルの白色部分を
示す領域S4(斜線で示す領域)が光源の色温度を反映
しているので、これらの領域S2〜S4がハイライト部
として抽出される。
す領域S5(斜線で示す領域)及びビルの灯を示す領域
S6(点線斜線で示す領域)が光源の色温度を示してい
るので、これらの領域S5,S6がハイライト部として
抽出され、図10に示す電飾逆光シーンでは、照明を示
す領域S7(点線斜線で示す領域)が光源の色温度を示
しているので、この領域S7がハイライト部として抽出
される。
たハイライト部のR色,B色の各画像データは重み付け
回路973に入力され、G色の画像データはハイライト
部面積演算回路982及び重み付け回路973に入力さ
れる。
イトクリップ回路971で抽出されたハイライト部の撮
像画面内における総面積を演算する回路である。ハイラ
イト部面積演算回路972は、例えばハイライト部を構
成する画素数からその総面積を演算し、この演算結果を
光源判別確度演算回路976に出力する。
リップ回路971で抽出されたハイライト部の画像デー
タに所定の係数を乗じてレベルの重み付けを行う回路で
ある。また、上記積分回路974は、例えばCR積分回
路からなり、上記ハイライト部の画像データを所定の周
期Tで所定時間τだけ積分し、そのハイライト部のレベ
ルを平均化する回路である。
と上記積分時間τとは、後述するカウンタ987により
制御される。上記積分時間τは予め適宜の時間が設定さ
れており、上記積分開始タイミングはハイライト部の画
像データから検出された光源の色温度の信頼度に応じて
決定されるようになっている。
される積分開始タイミングでハイライト部の画像データ
のレベルの積分(平均化)を開始し、所定の積分時間τ
だけ積分を行うと、この積分結果を次の積分開始タイミ
ングまでホールドする。これによりハイライト部のR,
G,Bの各色成分の平均レベルR1,G1,B1は上記
所定の周期Tで更新される。
色成分の画像データの平均レベルR1,B1は色補正ゲ
イン演算回路975と色度データ変換回路976とに入
力され、Gの色成分の画像データの平均レベルG1は色
補正ゲイン演算回路975、色度データ変換回路976
及び光源判別確度演算回路977に入力される。
1、重み付け回路973及び積分回路974ではR,
G,Bの各色成分の画像データについてそれぞれ信号処
理が行われる。
R,G,Bの各色成分の画像データの平均レベルR1,
G1,B1からホワイトバランス調整データWBD1
(R1/G1,B1/G1)を演算するものである。こ
の演算結果はMIX回路986に入力される。
G,Bの各色成分の画像データの平均レベルR1,G
1,B1をCIE(国際照明委員会)xy色度図におけ
る色度データ(x座標値,y座標値)に変換するもので
ある。この色度データ(x,y)への変換はハイライト
部に光源が含まれていると判断した場合、その判断の確
度(信頼性)を算出するためのものである。
11に示すように、黒体の温度変化による色温度軌跡A
(以下、黒体軌跡Aという。)が示され、タングステン
白色電球(図中、a点)、太陽光(図中、b点)、昼光
(図中、c点)等の各種光源の色温度を知ることができ
るから、上記色度データ(x,y)と上記黒体軌跡Aと
を比較することによりハイライト部に光源が含まれてい
るか否かを推定することができる。
くはその近傍に位置していれば、ハイライト部が光源の
色温度を示していると判断してもその判断の確度は略1
00%信頼し得るものであるが、色度データ(x,y)
が黒体軌跡Aから離れてくると、ハイライト部が光源の
色温度を含んでいるとの判断の信頼性は低下してくる。
ータ(x,y)からハイライト部が光源の色温度を含ん
でいるとの判断をした場合の確度を予め経験的に求めて
おき、上記色度データ変換回路976で変換された色度
データ(x,y)からハイライト部に光源が含まれてい
ると判断した場合の確度を算出するようにしている。
色領域)に設けられた3個の楕円で囲まれた領域Q1,
Q2,Q3は上記確度を示す領域である。領域Q1は黒
体軌跡Aを含む近傍領域で、ハイライト部に光源が含ま
れているとの判断の確度が略100%の高確度領域であ
る。また、その外側の領域Q2は上記判断の確度が中位
の中確度領域、更に外側の領域Q3は上記判断の確度が
低い低確度領域である。
たα1は、上述の加算比率αを算出するために用いられ
る光源判別確度係数である。なお、上記領域Q3の外側
の領域は上記判断の確度が略0%となる領域で、光源判
別確度係数α1は「0」である。
の各色成分の画像データの平均レベル(R1,G1,B
1)をXYZ表色系の3刺激値(X,Y,Z)に変換
し、この3刺激値に所定の演算(x=X/(X+Y+
Z),y=Y/(X+Y+Z))を施して算出される。
そして、この算出結果はG色の画像データの平均レベル
G1とともに、上記光源判別確度演算回路977とMI
X回路986とに入力される。
度データ(x,y)から上記光源判別確度係数α1を算
出するとともに、ハイライト部の輝度レベル(G色の画
像データの平均レベルG1)から予め設定されたテーブ
ルに基づき後述する加算係数α2を算出し、これら光源
判別確度係数α1,加算係数α2及びハイライト部面積
演算回路972から入力されるハイライト部の総面積デ
ータから予め設定されたテーブルに基づいて上記加算比
率αを演算するものである。
一例を示す図である。同図において、横軸はハイライト
部の輝度レベル(すなわち、ハイライト部のG色の画像
データの平均レベルG1)であり、縦軸は加算係数α2
である。横軸の「max」は、CCDイメージセンサ6
のダイナミックレンジの上限値(図6、ダイナミックレ
ンジの上限値参照)に相当し、ローライトクリップレベ
ルは、CCDイメージセンサ6のDC電圧VRに基づき
ローライトクリップ回路971に設定されるレベルであ
る。
ンサ6の光電変換特性(図6参照)に基づきハイライト
部の輝度レベル(G1)が所定のハイレベル閾値GH以
上であれば、ハイライト部にはほぼ確実に光源が含まれ
ていると推定して加算係数α2を「1」に設定し、ハイ
ライト部の輝度レベルが上記ハイレベル閾値GHより小
さいときは、ハイライト部に光源が含まれるとの判断の
信頼性は十分でないので、実験等で得られた所定の線図
によりハイライト部の輝度レベルに応じて所定の加算係
数α2を設定するようにしている。
判別結果に基づくWB制御の一例を示す図である。
は、図13に示すWB制御に基づいて予め設定されてお
り、加算比率αは同図の各ケースに応じて「加算比率」
の欄に示すように設定される。
ーライトクリップ回路971により抽出されるハイライ
ト部の総面積で、ハイライト部面積演算回路972の出
力内容である。
によるハイライト部の光源判別で、「黒体軌跡」はハイ
ライト部に光源が含まれる可能性がある(図11におい
て、色度データ(x,y)が領域Q1〜Q3にある)こ
とを示し、「黒体軌跡外」は、ハイライト部に光源が含
まれる可能性がない(図11において、色度データ
(x,y)が領域Q3の外側にある)ことを示してい
る。
イト部のG色の画像データの平均レベルG1で、実質的
にハイライト部の輝度レベルを示し、「想定シーン」は
上記「ハイライト部面積」、「黒体軌跡判別」及び「ハ
イライト輝度レベル」の判別結果の組み合わせから想定
される被写体の撮影シーンを示している。
ンスの定性的な調整内容を示し、「加算比率」はMIX
回路986における加算制御の内容を示し、「光源」は
高輝度領域の画像データから算出されたホワイトバラン
ス調整データWBD1(R1/G1,B1/G1)の加
算比率(α×100〔%〕)、「通常」は低輝度領域の
画像データから算出されたホワイトバランス調整データ
WBD2(R2/G2,B2/G2)の加算比率((1
−α)×100〔%〕)を示している。
イト部の面積が大きく、このハイライト部に光源の色温
度が含まれていると推定されるケースである。
ルが高く、ハイライト部に光源が存在すると推定される
ケースで、例えば図8に示す逆光シーンである。また、
ケース(2)は、ハイライト部の輝度レベルが中位で、
ハイライト部に光源からの反射光が存在すると推定され
るケースで、例えば図7に示すような順光シーンであ
る。
のG色の平均レベルG1はハイレベル閾値GHを越え、
ハイライト部から正確な色温度情報が得られるから、加
算係数αは「1」に設定される。すなわち、アンプゲイ
ン制御値(AGR,AGB)はホワイトバランス調整デー
タWBD1(R1/G1,B1/G1)に基づき生成さ
れる。
く、ハイライト部に光源の色温度を反映する物はないが
白い反射物が存在すると推定されるケースである。ケー
ス(3)では、ハイライト部のG色の平均レベルG1は
ハイレベル閾値GHより低くなるので、加算係数α2は
所定の線図から平均レベルG1に応じて設定される。
(x,y)から算出された光源判別確度係数α1とハイ
ライト部のG色の平均レベルG1から算出された加算係
数α2との平均値により加算比率α(=(α1+α2)
/2)が設定され、アンプゲイン制御値(AGR,A
GB)は高輝度領域から得られるホワイトバランス調整
データWBD1(R1/G1,B1/G1)と低輝度領
域から得られるホワイトバランス調整データWBD2
(R2/G2,B2/G2)とを上記加算比率αで加算
した値に基づき生成される。
されたハイライト部の面積が小さく、画面内に点光源が
含まれていると推定されるケースである。この場合は、
ハイライト部から光源の色温度情報が得られても、点光
源のため、被写体に与える影響は少ないので、ハイライ
ト部の光源の色温度情報は考慮しないようにしている。
比率αは「0」に設定され、アンプゲイン制御値(AG
R,AGB)は、低輝度領域から得られるホワイトバラン
ス調整データWBD2(R2/G2,B2/G2)に基
づき生成される。
ライト部が大きく、その部分の輝度レベルも中位以上で
あるが、ハイライト部の輝度レベルは白色光源を反映し
たものではないと判断されるケースで、撮影シーンが、
例えばカラー電球を光源とする場合や夕焼け等のカラー
フェリアシーンと推定される場合である。
光源の色温度を考慮すると、却ってWB調整を悪化させ
る可能性があるので、加算比率αはケース(4),
(5)と同様に「0」に設定され、アンプゲイン制御値
(AGR,AGB)は、低輝度領域から得られるホワイト
バランス調整データWBD2(R2/G2,B2/G
2)に基づき生成される。
れるホワイトバランス調整データWBD2は、後述する
ようにカラーフェリアクリップ回路985によりカラー
フェリアを抑制するように補正されるので、撮影シーン
がカラーフェリアシーンの場合(ケース(7))は、W
B調整で同時にカラーフェリア補正も行われる。
が抽出されないケースで、この場合は被写体から光源の
色温度情報が得られないので、上記ケース(8)と同様
のWB制御が行われる。
981は、画像データのハイライト部をクリップし、低
輝度領域の画像データを抽出する回路である。クリップ
レベルには上記ローライトクリップ回路981と同一の
レベルが設定される。このハイライトクリップ回路98
1では、例えば図7〜図10の撮影シーンの例では、領
域S1〜領域S7を除く領域が低輝度領域として抽出さ
れる。
4はそれぞれ光源判別回路97内の重み付け回路971
と積分回路972とに対応し、低輝度領域におけるR,
G,Bの各色成分の画像データの平均レベルR2,G
2,B2を算出するものである。
ミング及び積分定数τもカウンタ987により制御さ
れ、低輝度領域におけるR,G,Bの各色成分の画像デ
ータの平均レベルR2,G2,B2も上記所定の周期T
で更新される。
ゲイン演算回路975に対応し、低輝度領域のR,G,
Bの各色成分の画像データの平均レベルR2,G2,B
2からホワイトバランス調整データWBD1(R1/G
1,B1/G1)を演算するものである。この演算結果
はカラーフェリアクリップ回路985に入力される。
B調整の過補正によるカラーフェリアを抑制するもの
で、上記ホワイトバランス調整データWBD2(R2/
G2,B2/G2)が所定のハイレベルを越えるとき、
このハイレベルでクリップしてMIX回路986に出力
するものである。
算回路975から入力されるホワイトバランス調整デー
タWBD1(R1/G1,B1/G1)とカラーフェリ
アクリップ回路985から入力されるホワイトバランス
調整データWBD2(R2/G2,B2/G2)とを、
上記光源判別確度演算回路977から入力される加算比
率αで加算し、この加算結果の逆数を演算してアンプゲ
イン制御値(AGR,AGB)を生成するものである。
GB)は、下記,式で算出される。
83の積分時間を制御するとともに、上記光源判別確度
演算回路987から入力される光源判別確度係数α1に
基づき積分回路974,983の積分開始タイミングを
制御するものである。カウンタ987は所定時間τだけ
積分回路974,983を動作させると、この積分結果
を所定時間THLDだけホールドさせ、この積分動作とホ
ールド動作を交互に繰り返すことによりアンプゲイン制
御値(AGR,AGB)を周期T(=THLD+τ)で更新
させる。なお、通常時は、THLD=0で、T=τに設定
される。
データの平均化が行われるように、数秒程度の適宜の時
間が設定されている。少なくとも1画面分について画像
データの平均レベルが算出できれば、上記アンプゲイン
制御値の演算は可能であるが、例えば動体を撮影する場
合や同一被写体に対してパンニングやズーミングにより
画角を変化させて撮影する場合、フレーム画像の変化に
応じてアンプゲイン制御値を演算し、WB調整を行う
と、上記アンプゲイン制御値が変化し、色バランスのふ
らつきが生じるおそれがあるため、かかる不具合を防止
するため、上記積分時間τは、上記のように比較的長く
設定されている。
は、上記光源判別確度係数α1が大きくなるのに応じて
長くなるように変更設定されるようになっている。上記
動体撮影やパンニング又はズーミングによる撮影におい
て、光源が安定しているのであれば、撮影画面が変化し
ても光源の色温度は略一定であるから、上記WB調整周
期は上記積分時間τよりも長い、より好適な周期で行う
ことが望ましい。
温度を検出するとともに、その検出確度を演算するよう
にしているので、この演算結果に応じて上記積分結果の
ホールド時間THLDを変化させ、上記WB調整周期Tを
より細かく調整するようにしている。
ときは、撮影画面内から検出される光源の色温度の精度
が高く、被写体の光源が安定している推定されるから、
上記積分結果のホールド時間THLDを長くしてアンプゲ
イン制御値(AGR,AGB)の更新周期(THLD+τ)
を長くするようにしている。
て、図7の撮影シーンを撮影する場合を例に簡単に説明
する。レンズ系2を通して入射された被写体光像はダイ
クロイックプリズム5によりR,G,Bの各色成分の光
像に分離され、それぞれCCDイメージセンサ6(R),
6(G),6(B)の撮像面に結像される。
(B)にタイミングジェネレータ7から制御パルスφDが入
力されると、露光が開始され、露出制御演算回路95に
より設定された所定の露光時間Tvが経過すると、タイ
ミングジェネレータ7から上記CCDイメージセンサ6
(R),6(G),6(B)にシフトパルスφSが入力されて露光
が停止される。
(B)の電荷蓄積部62には上記露光時間Tv内に入射光
量に対して対数圧縮された電荷量が蓄積され、この蓄積
電荷からなる画像信号はタイミングジェネレータ7から
入力された第1,第2転送パルスφ1,φ2に同期して
CDS回路81に出力される。R,G,Bの各色成分の
画像信号はそれぞれ、CDS回路81によりノイズが抑
圧された後、プリアンプ82により所定の規定レベルに
増幅され、更に色補正演算回路98からD/Aコンバー
タ99を介して入力されたアンプゲイン制御値(A
GR,AGB)に基づいてWB回路83によりホワイトバ
ランスが調整される。
の各色成分の画像信号は、A/Dコンバータ91により
デジタルの画像データに変換され、露出制御演算回路9
5から入力されたγ補正データと輪郭補正制御回路96
から入力された輪郭補正データとに基づきγ補正回路9
1及びエンハンサ92でγ補正と輪郭補正とが行われた
後、D/Aコンバータ93により再度、アナログの画像
信号に変換され、図略の後段の回路に出力される。
ータはYマトリックス回路94にも入力され、このYマ
トリックス回路94で生成された輝度データから露出制
御演算回路95でDC電圧VR、γ補正データが演算さ
れるとともに、輪郭補正制御回路96で輪郭補正データ
が生成される。
ータは光源判別回路97に入力され、この光源判別回路
97により高輝度領域(空の領域S1)が抽出され、こ
の空の領域S1を構成するR,G,Bの各色成分の画像
データからホワイトバランス調整データWBD1(R1
/G1,B1/G1)が演算される。また、空の領域S
1の総面積、平均輝度レベル及び色度データによる光源
の色温度が算出され、この3要素から空の領域S1の光
源の色温度を推定し、この推定の確度(光源判別確度係
数α1,加算係数α2)に基づき加算比率αが設定され
る。
ータは色補正演算回路98に入力され、この色補正演算
回路98により低輝度領域(空の領域S1以外の領域)
が抽出され、この低輝度領域を構成するR,G,Bの各
色成分の画像データからホワイトバランス調整データW
BD2(R2/G2,B2/G2)が演算される。
イトバランス調整データWBD1(R1/G1,B1/
G1)とホワイトバランス調整データWBD2(R2/
G2,B2/G2)とを加算し、この加算結果の逆数を
演算して上記アンプゲイン制御値(AGR,AGB)が生
成される。
はD/Aコンバータ99によりアナログ信号に変換され
た後、上記WB回路83にフィードバックされる。
は、DC電圧VR、露光時間Tv及びアンプゲイン制御
値(AGR,AGB)は予め設定された初期値に設定され
て撮像及び画像信号の信号処理が行われるが、その後は
露出制御演算回路95並びに光源判別回路97及び色補
正演算回路98により設定されたDC電圧VR及びアン
プゲイン制御値(AGR,AGB)が所定のタイミング若
しくは所定周期で更新的に設定される。
数型の光電変換特性を有するCCDイメージセンサ6を
用いてオーバーフローすることなく高輝度領域の画像信
号を取り込み、この高輝度領域の画像信号から被写体の
光源の色温度を推定するとともに、その推定の確度を演
算し、この確度に基づき上記光源の色温度を加味してホ
ワイトバランス調整用のアンプゲイン制御値(AGR,
AGB)を設定するようにしているので、ホワイトバラ
ンス調整を高い精度で行うことができる。
及び色度データの3要素から高輝度領域の光源の色温度
の推定確度を設定するようにしているので、種々の撮影
シーンにおける光源の色温度の推定が比較的高い確度で
行え、撮影シーンに応じた好適なホワイトバランス調整
を行うことができる。
対数特性を備えた複数の光電変換素子からなる撮像手段
により被写体を撮像し、撮像画像内の所定の高輝度領域
に含まれる光源の色温度に基づきホワイトバランス調整
用のデータを生成するようにしたので、撮影シーンに拘
らず光源の色温度情報に基づく正確な色補正を行うこと
ができる。また、被写体の順光、逆光、夜景等の各種撮
影シーンを高い精度で予測し得るので、撮影シーンに応
じた好適な色補正が可能となる。
る。
である。
ある。
テンシャルの状態を示すもので、(a)〜(f)はそれ
ぞれ図4のタイムチャートの時刻t1〜t6の各タイミ
ングにおけるポテンシャルの状態を示す図である。
る。
の一例を示す図である。
である。
である。
示す図である。
確度を判別する方法を説明するための図である。
る。
B制御の一例を示す図である。
を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 入射光をその光量に対して対数圧縮され
た電気信号に変換して出力する複数の光電変換素子から
なる撮像手段と、上記撮像手段で撮像された画像から所
定の高輝度領域を抽出する領域抽出手段と、抽出された
高輝度領域から光源の色温度を検出する検出手段と、検
出された光源の色温度に基づき上記撮像画像のホワイト
バランス調整用のデータを生成するデータ生成手段とを
備えたことを特徴とする撮像装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20566395A JP3551568B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 撮像装置 |
US08/694,431 US6545710B1 (en) | 1995-08-11 | 1996-08-08 | Image pick-up apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20566395A JP3551568B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0955948A true JPH0955948A (ja) | 1997-02-25 |
JP3551568B2 JP3551568B2 (ja) | 2004-08-11 |
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ID=16510630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20566395A Expired - Fee Related JP3551568B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 撮像装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3551568B2 (ja) |
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- 1995-08-11 JP JP20566395A patent/JP3551568B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP3551568B2 (ja) | 2004-08-11 |
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