(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整装置であって、
Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御回路と、
各色信号の出力値を積分する積分回路と、
各々２色の色信号の積分値の比ｒ(N)を出力する除算回路と、
（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶手段とを有し、
上記算出記憶手段は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと上記積分値の比ｒ(N)の積を加えたものに基づいて、上記利得値ｋ(N+1)を算出し、上記重み係数α、βを、上記利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値に基づいて求める
ことを特徴とする自動ホワイトバランス調整装置。
【請求項２】
上記算出記憶手段は、上記重み係数α、βを、色相毎の色変化に対する視覚反応速度あるいは色相毎の視覚識別感度で表される視覚特性に基づいて求める
ことを特徴とする請求項１記載の自動ホワイトバランス調整装置。
【請求項３】
複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整装置であって、
Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御回路と、
各色信号の出力値を積分する積分回路と、
各々２色の色信号の積分値の差分値ｄ(N)を出力する減算回路と、
（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶手段とを有し、
上記算出記憶手段は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと上記積分値の差分値ｄ(N)の積を加えたものに基づいて、上記利得値ｋ(N+1)を算出し、上記重み係数α、βを、上記積分値の差分値と前フレームの利得値に基づいて求める
ことを特徴とする自動ホワイトバランス調整装置。
【請求項４】
上記利得値の制限域を設け、上記算出記憶手段は、上記利得値が該制限域を越えないように制限する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の自動ホワイトバランス調整装置。
【請求項５】
上記重み係数α、βをルックアップテーブルとして記憶する記憶手段をさらに有し、上記算出記憶手段は、上記重み係数α、βを該記憶手段から読み出す
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の自動ホワイトバランス調整装置。
【請求項６】
複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整方法であって、
Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御工程と、
各色信号の出力値を積分する積分工程と、
各々２色の色信号の積分値の比ｒ(N)を出力する除算工程と、
（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶工程とを有し、
上記算出記憶工程は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと上記積分値の比ｒ(N)の積を加えたものに基づいて、上記利得値ｋ(N+1)を算出し、上記重み係数α、βを、上記利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値に基づいて求める
ことを特徴とする自動ホワイトバランス調整方法。
【請求項７】
上記算出記憶工程は、上記重み係数α、βを、色相毎の色変化に対する視覚反応速度あるいは色相毎の視覚識別感度で表される視覚特性に基づいて求める
ことを特徴とする請求項６記載の自動ホワイトバランス調整方法。
【請求項８】
複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整方法であって、
Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御工程と、
各色信号の出力値を積分する積分工程と、
各々２色の色信号の積分値の差分値ｄ(N)を出力する減算工程と、
（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶工程とを有し、
上記算出記憶工程は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと上記積分値の差分値ｄ(N)の積を加えたものに基づいて、上記利得値ｋ(N+1)を算出し、上記重み係数α、βを、上記積分値の差分値と前フレームの利得値に基づいて求める
ことを特徴とする自動ホワイトバランス調整方法。
【請求項９】
上記利得値の制限域を設け、上記算出記憶工程は、上記利得値が該制限域を越えないように制限する
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか記載の自動ホワイトバランス調整方法。
【請求項１０】
上記重み係数α、βをルックアップテーブルとして記憶する記憶手段をさらに有し、上記算出記憶工程は、上記重み係数α、βを該記憶手段から読み出す
ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか記載の自動ホワイトバランス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルスチルカメラなどカラー撮像装置に関し、特に撮像装置のホワイトバランスを調整する自動ホワイトバランス調整装置及び自動ホワイトバランス調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、デジタルスチルカメラなどのカラー画像撮影装置では、白い画面を撮影した場合に白い画像が撮影されるように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）信号系によって得られる信号レベルが等しくなるように調整する。このような信号レベルの調整はホワイトバランスと呼ばれ、これまでにも様々なカラー撮像装置に使われている。
【０００３】
例えば、図８は特開昭５６−８０９８８号公報に開示された従来のホワイトバランス調整装置であり、同図において、レンズ１から入射した光画像は撮像素子２によって電気信号に変換されて色分離回路３に入力される。色分離回路３は画像をＲ、Ｇ、Ｂの三色の色信号に分離する。色分離回路３のＲ、Ｂ出力は、赤色（Ｒｃｈ）の利得制御回路４と青色（Ｂｃｈ）の利得回路５を介して、Ｇ出力は直接にプロセス回路６に供給される。プロセス回路６はＹ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの色信号を生成し、エンコーダ回路７に供給する。
【０００４】
次に動作について説明する。
この経路において、プロセス回路６から出力されるＲ−Ｙ色信号は積分回路８において積分され比較回路１０に導かれる。また、Ｂ−Ｙ色信号は積分回路９において積分され比較回路１１に導かれる。比較回路１０、１１においては、積分回路８、９から供給される積分値が基準電圧発生回路１５からの基準値と比較される。同比較回路１０、１１の出力はマイクロコンピュータ１２に入力され、パルスに同期する可逆計数に供される。
【０００５】
この可逆計数の結果、ＲｃｈとＢｃｈの２種類の可逆計算値（以下ＲｃｈＵＤＣ及びＢｃｈＵＤＣと称す）が得られ、これらはデジタル−アナログ交換器１３又は１４を介して利得制御回路４、または５に入力される。
このように可逆計算結果ＲｃｈＵＤＣ及びＢｃｈＵＤＣを利得制御回路４及び５に入力することにより、各色の利得制御が実行される。
【０００６】
ここで、両比較回路１０、１１の極性、可逆計数機能の増減の方向、両利得制御回路４、５の制御特性が、無彩色を撮像した場合にＲ−Ｙ色信号、Ｂ−Ｙ色信号がそれぞれ零となるように負帰還ループを構成すると、被写体を照射する光源が変化しても、自動的にホワイトバランスが調整される。
【０００７】
次に、マイクロコンピュータ１２の動作を図９のフローチャートに基づいて説明する。マイクロコンピュータ１２が始動すると、図９に示すように、まずステップＳ１において、可逆計算値（ＲｃｈＵＤＣ）の初期値と可逆計算値（ＢｃｈＵＤＣ）の初期値とが設定される。その値はデジタル−アナログ変換器１３、１４を介して利得制御回路４と利得制御回路５とに出力される（ステップＳ２）。
【０００８】
この状態で、ステップＳ３においては赤用比較回路１０の出力が基準値より大きい場合（Ｈ）は、ステップＳ４においてＲｃｈＵＤＣが１だけ減ぜられ、一方、小さい場合（Ｌ）はステップＳ５において１だけ加算される。
【０００９】
同様に、ステップＳ６においては、青用比較回路１１の出力が基準値より大きい場合（Ｈ）は、ステップＳ７においてＢｃｈＵＤＣが１だけ加算され、小さい場合（Ｌ）はステップＳ８において１だけ減ぜられる。これらの出力は、ステップＳ９においてパルス同期がされた後に出力され、利得制御回路４及び制御回路５によるホワイトバランス調整が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように図８に示される従来技術では、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの１画面分の平均電圧が無彩色の被写体を撮影したときに得られる色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ信号の平均電圧と等しくなるまで利得制御回路の利得値をインクリメント、デクリメントするため、わざわざ白い物体などを撮影することなくホワイトバランスを調整することができる。
【００１１】
しかし、利得制御回路の利得値の増減幅は一定であるため、画面が極端に変化する場合、例えば赤味を帯びた画面から青味を帯びた画面に急に変わるなどの場合には、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ信号の平均電圧と等しくなるまでに時間を要するという問題点などがあった。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、画面変化に合わせて各色信号に対する利得値を調整可能にすることで、ホワイトバランスが収束するまでに要する時間を含めた収束動作を調整及び制御可能とする自動ホワイトバランス調整装置及び自動ホワイトバランス調整方法を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る自動ホワイトバランス調整装置は、複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整装置であって、Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御回路と、各色信号の出力値を積分する積分回路と、各々２色の色信号の積分値の比ｒ(N)を出力する除算回路と、（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶手段とを有し、算出記憶手段は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと積分値の比ｒ(N)の積を加えたものに基づいて、利得値ｋ(N+1)を算出し、重み係数α、βを、利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値に基づいて求める。
【００１５】
また、算出記憶手段は、重み係数α、βを、色相毎の色変化に対する視覚反応速度あるいは色相毎の視覚識別感度で表される視覚特性に基づいて求める。
【００１６】
また、複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整装置であって、Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御回路と、各色信号の出力値を積分する積分回路と、各々２色の色信号の積分値の差分値ｄ(N)を出力する減算回路と、（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶手段とを有し、算出記憶手段は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと積分値の差分値ｄ(N)の積を加えたものに基づいて、利得値ｋ(N+1)を算出し、重み係数α、βを、積分値の差分値と前フレームの利得値に基づいて求める。
【００１８】
また、利得値の制限域を設け、算出記憶手段は、利得値が制限域を越えないように制限する。
【００１９】
また、重み係数α、βをルックアップテーブルとして記憶する記憶手段をさらに有し、算出記憶手段は、重み係数α、βを記憶手段から読み出す。
【００２０】
また、他の発明に係る自動ホワイトバランス調整方法は、複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整方法であって、Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御工程と、各色信号の出力値を積分する積分工程と、
各々２色の色信号の積分値の比ｒ(N)を出力する除算工程と、（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶工程とを有し、算出記憶工程は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと積分値の比ｒ(N)の積を加えたものに基づいて、利得値ｋ(N+1)を算出し、重み係数α、βを、利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値に基づいて求める。
【００２２】
また、算出記憶工程は、重み係数α、βを、色相毎の色変化に対する視覚反応速度あるいは色相毎の視覚識別感度で表される視覚特性に基づいて求める。
【００２３】
また、複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整方法であって、Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御工程と、各色信号の出力値を積分する積分工程と、各々２色の色信号の積分値の差分値ｄ(N)を出力する減算工程と、（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶工程とを有し、算出記憶工程は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと積分値の差分値ｄ(N)の積を加えたものに基づいて、利得値ｋ(N+1)を算出し、重み係数α、βを、積分値の差分値と前フレームの利得値に基づいて求める。
【００２５】
また、利得値の制限域を設け、算出記憶工程は、利得値が制限域を越えないように制限する。
【００２６】
さらに、重み係数α、βをルックアップテーブルとして記憶する記憶手段をさらに有し、算出記憶工程は、重み係数α、βを記憶手段から読み出す。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明による自動ホワイトバランス調整装置の構成図である。図１における１６は被写体を撮像素子に結像するためのレンズ、１７はＲ、Ｇ、Ｂの色フィルタ、１８はレンズからの光を光電変換する撮像素子、１９および２０はそれぞれＲ、Ｂ信号の利得制御を行う利得制御回路（利得制御工程）、４２は利得制御回路１９に入力する利得値を計算する利得値演算器である。
【００２８】
利得値演算器４２において、２２、２３、２４はそれそれＲ、Ｇ、Ｂ信号の積分値ΣＲ、ΣＧ、ΣＢを出力する積分回路（積分工程）、２５はΣＧに対するΣＲの比を出力する除算回路（除算工程）、２６はΣＧに対するΣＢの比を出力する除算回路（除算工程）、２７は利得値を計算すると共に記憶する算出記憶手段（算出記憶工程）としてのするマイクロコンピュータ、２８、２９は利得値をデジタルからアナログに変換するＤ／Ａ変換回路である。利得値演算器４２は、これら、すなわち積分回路２２、２３、２４、除算回路２５、２６、マイクロコンピュータ２７およびＤ／Ａ変換回路２８、２９から構成されている。
【００２９】
次に動作について説明する。
カラー画像撮影装置で画像を撮影する場合、被写体をレンズで結像し、色フィルタを透過した結像光を撮像素子で光電変換する。図１の装置では、レンズ１６によって結像された光はＲ、Ｇ、Ｂの色フィルタ１７を透過し、撮像素子１８で光電変換される。そして、撮像素子１８から出力されるＲ、Ｇ、Ｂの色信号は、それぞれ積分回路２２〜２４にて積分される。積分回路２２〜２４の各出力信号ΣＲ、ΣＧ、ΣＢは除算回路２５、２６に入力され、ΣＧ信号に対するΣＲ、ΣＢの比に変換される。そして、マイクロコンピュータ２７は、除算回路２５、２６の出力信号ｒＲ（＝ΣＧ／ΣＲ）、ｒＢ（＝ΣＧ／ΣＢ）を用いて、利得制御回路入力する利得値ｋＲ，ｋＢを計算する。
【００３０】
具体的には、マイクロコンピュータ２７は、（式１）、（式２）を用いて、（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮影する際に必要な利得値ｋＲ（Ｎ＋１）、ｋＢ（Ｎ＋１）を計算する。マイクロコンピュータ２７から出力されるＲ、Ｂ信号の利得値はＤ／Ａ回路２８、１９によってデジタル値からアナログ値に変換され、利得制御回路１９、２０に送られる。利得制御回路１９、２０ではアナログ値に変換された利得値により、Ｒ、Ｂ信号のレベルを調整する。
ｋＲ（Ｎ＋１）＝αＲ・ｋＲ（Ｎ）＋βＲ・ｒＲ（Ｎ）        （式１）
ｋＢ（Ｎ＋１）＝αＢ・ｋＢ（Ｎ）＋βＢ・ｒＢ（Ｎ）        （式２）
ただし、上述の式において、
ΣＲ（Ｎ）、ΣＧ（Ｎ）、ΣＢ（Ｎ）：  Ｎ番目のフレームにおける各信号の積分値
ｒＲ（Ｎ）：  ΣＧ（Ｎ）／ΣＲ（Ｎ））
ｒＢ（Ｎ）：  ΣＧ（Ｎ）／ΣＢ（Ｎ）
ｋＲ（Ｎ）、ｋＢ（Ｎ）：  Ｎ番目のフレームにおけるＲ、Ｂ信号の利得値
αＲ、βＲ、αＢ、βＢ：  重み係数
である。
【００３１】
次に本発明によってホワイトバランス調整が収束する過程を、図２を用いて説明する。なお、図２はｋＢ、ｋＲをそれぞれ横軸、縦軸にとり、Ｒ、Ｂ信号の利得値をプロットしたグラフである。
【００３２】
各色信号の利得値は、撮影画像内のＲ、Ｇ、Ｂ信号の平均信号レベルが無彩色画像を撮影した際に得られる信号レベルと同等になるように変化させる。そのため、撮影する画像が大きく切り替わると、各信号の利得値は図２に示すように段階的に収束してゆく（図２のＡからＢに収束）。
【００３３】
従来法を用いた場合、各信号の利得値は図２の点線で示すような経路をたどり変化する。従来法での場合、利得値の増減量は常に一定であるために画像変化前の利得地と変化後の収束値との差が大きいほどホワイトバランスが収束する時間が長くなる。つまり、画像の変化によってホワイトバランスの収束時間などが異なる。
【００３４】
一方、本発明による方法を用いた場合、利得値は例えば図２の実線の矢印で示すように変化する（図２の座標において、次フレームの利得値がはフレームでの利得値と収束値との内分点に移動してゆく）。
【００３５】
このように本発明では従来法と異なり、利得値の収束過程が重み係数αＲ、βＲ（あるいはαＢ、βＢ）によって決まるため、これらの値を調整することによってホワイトバランスの収束動作を制御することができる。
【００３６】
上述のように、本発明では撮影画像のＲ、Ｇ、Ｂ信号の平均信号レベルが無彩色画像を撮影した際に得られる信号レベルと同等になるように、Ｒ、Ｂ信号の利得制御を行うホワイトバランス調整装置に関するもので、各信号の利得値を前フレームの利得値と利得の収束値のそれぞれに任意の重み係数を乗じた計算式によって求め、重み係数の設定値を調整することでホワイトバランスの収束過程を制御することができる。
【００３７】
ホワイトバランスの収束過程を制御することで、例えば、画像観察者に色の変化の違和感を覚えさせないようにすることが可能である。すなわち、ひとの視覚特性を利用し、例えば色変化に対して反応が鈍い色相にあるときには、重み係数の設定値を大きくして、利得値の変化を大きくすることにより観察者に違和感を与えずに利得収束時間の高速化を図ることができる。
【００３８】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、利得値ｋＲ（Ｎ＋１）、およびｋＢ（Ｎ＋１）の計算式で用いる重み係数（αＲ、βＲ、およびαＢ、βＢ）を任意の定数としていたが、次に示す実施の形態では利得値の算出式に用いる重み係数を利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値をパラメータとした関数とする。
【００３９】
図３及び図４は利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値に対する重み係数αＲ、βＲ（あるいは、Ｂ信号に対する重み係数αＢ、βＢ）の例を示したものである。
【００４０】
ホワイトバランス調整が収束するまでの時間を一定にする例をあげ、本実施の形態についての説明を行う。収束時間を一定にする場合、撮影画像の変化が大きい、すなわち現フレームでの利得値と画像変化後の利得収束値の差が大きいときには、（式１）のβＲを大きくしαＲを小さくする必要がある（（式２）の場合、βＢを大きくαＢを小さくする）。一方、撮影画像の変化が小さい場合には、（式１）のβＲを小さくしαＲを大きくする必要がある（（式２）の場合、βＢを小さく、αＢを大きくする）。つまりβＲ、αＲを図３に示すような関数とすれば画像変化によらずに収束時間をほぼ一定に保つことができる。
【００４１】
また、図４に示す重み係数を用いると、画像全体に帯びている色が大きく変化したときには、利得値の変化は最初ゆるやかで、徐々に大きく変化し、再びゆるやに変化し収束する。このように重み係数を利得値の収束値と前フレームの利得値との差分値の関数として定義すると、ホワイトバランスの収束時間や収束動作を調整することができる。
【００４２】
また、人間の視覚特性を考慮して重み係数を制御することもできる。例えば、前フレームの利得値、利得の収束値をパラメータとするなどし、色の識別感度があまりよくない画像の場合にはホワイトバランスの収束を早め、それ以外の画像では収束を遅くするなどの制御を行うことにより観察者が不自然さを感じることなく迅速にホワイトバランス処理を収束させることがでいる。
【００４３】
上述のように本実施の形態では、前フレームの利得値と利得の収束値のそれぞれに任意の重み係数を乗じた計算式によって各信号の利得値を求める際、重み係数を前フレームの利得値と利得の収束値との差分値によって変化させることにより収束時間や収束動作の調整を行うことが可能となり、また重み係数を視覚特性に合わせて設定することによりホワイトバランス処理を迅速に自然に収束させることができる。
【００４４】
実施の形態３．
上述の実施の形態１及び２では、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号の積分値の比ｒＲ、ｒＢを用いてＲ、およびＢ信号の利得値を算出している。ｒＲ、ｒＢの計算には除算回路が必要であるため、演算回路の規模が大きくなり計算に時間がかかるという課題を有する。そこで本実施の形態ではｒＲ、ｒＢに代わり、Ｒの積分値とＧの積分値の差分ｄＲ（＝ΣＲ−ΣＧ）、Ｂの積分値とＧの積分値の差分ｄＢ（＝ΣＢ−ΣＧ）を用いて利得の収束を概算し、除算回路を減算回路に置きかえることによってホワイトバランス調整装置全体の回路規模の縮小を図る。
【００４５】
図５は本実施の形態にかかる自動ホワイトバランス調整装置の構成を示す図である。図５の３０はＲの積分値ΣＲとΣＧの差分値を出力する減算回路（減算工程）であり、３１はＢの積分値ΣＢとΣＧの差分値を出力する減算回路（減算工程）である。
その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４６】
各色信号の積分値の差分を用いて、Ｒ、Ｂ信号のそれぞれの利得値を求める計算式について説明する。
（式１）を書きかえると
ｋＲ（Ｎ＋１）＝αＲ・ｋＲ（Ｎ）＋βＲ・（ΣＲ−ｄＲ（Ｎ））／ΣＲ
ｋＲ（Ｎ＋１）−βＲ＝αＲ・ｋＲ（Ｎ）−βＲ／ΣＲ・ｄＲ（Ｎ）    （式１−２）
のように書きかえられる。
【００４７】
（式１−２）のΣＲはフレーム毎に変化する値であるが、除算をなくすためにはこの値を定数とする必要がある。そこで（式１−２）のΣＲをフレーム平均ΣＲ（ａｖｒ）とみなし、利得値を概算する。βＲ／ΣＲ（ａｖｒ）を定数βＲ’とし、ｋＲ（Ｎ＋１）−βＲをｋＲ’（Ｎ＋１）に置き換えと、（式１−２）は次式のようになる。
ｋＲ’（Ｎ＋１）＝αＲ・ｋＲ（Ｎ）−βＲ’・ｄＲ（Ｎ）    （式３）
同様に、Ｂ信号の利得値の算出式も
ｋＢ’（Ｎ＋１）＝αＢ・ｋＢ（Ｎ）−βＢ’・ｄＢ（Ｎ）    （式４）
となる。
【００４８】
（式３）、（式４）を用いて利得を算出すれば、除算回路の代わりに減算回路を用いることができる。一般に、除算回路に比べて減算回路の方が回路規模は小さいので、本実施の形態を用いることによりホワイトバランス調整装置全体の回路規模を小さくすることができる。
【００４９】
上述のように、Ｒ、Ｂ信号における利得制御回路に入力する利得値を、前フレームの利得値と各色信号の差分値にそれぞれに任意の重み係数を乗じた計算式によって概算することで、ホワイトバランスの収束過程を制御可能なホワイトバランス調整装置の回路規模を小さくすることができる。
【００５０】
実施の形態４．
上述の実施の形態３では、利得値ｋＲ’（Ｎ＋１）、およびｋＢ’（Ｎ＋１）の算出式に用いる重み係数（αＲ、βＲ’、およびαＢ、βＢ’）を任意の定数としていたが、次に示す実施の形態では利得値の算出式に用いる重み係数を、積分値の差分値ｄＲ（Ｎ）と前フレームの利得値の関数とする。
その他の構成は、実施の形態３と同様である。
【００５１】
本実施の形態は実施の形態２と同様、重み係数を前フレームの利得値や利得の収束値によって変化させホワイトバランスの収束動作を調整させ、さらに利得値を求めるために必要な演算回路の回路規模を縮小化させることを目的とする。
【００５２】
上述の実施の形態２では、重み係数を前フレームの利得値と利得の収束値との差分値により変化させており、回路規模の大きな除算回路を使用して収束値を求めている。本実施の形態では、利得値の算出に必要な回路規模を縮小化させるために除算回路をなくし、代りに減算回路を使用することで収束値の概算値を求める。そして利得の概算値により重み係数を変化させることで、ホワイトバランス処理の収束時間や収束動作を調整する。
Ｒ信号の利得収束値の概算式を以下に示す。
0003619066.tif 000002
上式の１／ΣＲはフレーム毎に変化する値であるが、除算をなくすためにはこの値を定数とする必要がある。
【００５３】
そこで上式５のΣＲをフレーム平均ΣＲ（ａｖｒ）とみなし、１／ΣＲ（ａｖｒ）を用いて利得値を概算する。ここで１／ΣＲ（ａｖｒ）を定数ＣＲとする。
ｒＲ（Ｎ）≒１−ＣＲ・ｄＲ（Ｎ）            （式５）
このように（式５）を用いれば除算器を用いずに利得の収束値を概算することができる。また、（式５）の右辺にある乗算もビットシフト演算をもちいれば、さらに小さな回路規模で利得の収束値を概算することができる。
【００５４】
同様にＢ信号の利得収束値は、
ｒＢ（Ｎ）＝１−ＣＢ・ｄＢ（Ｎ）          （式６）
で概算でき、これらの演算はｄＲ、ｄＢが入力されるマイクロコンピュータ２７で行う。
【００５５】
本実施の形態では（式５）、（式６）で得られる利得の収束値を用いて実施の形態２と同様に、重み係数αＲ、βＲ（あるいはαＲ、βＲ）を前フレームの利得値と利得の収束概算値との差分値によって変化させれば、ホワイトバランスの収束時間や収束動作を調整することができる。
【００５６】
上述のように、減算回路を用いて利得の収束値を概算し、利得の算出式に用いる重み係数を前フレームの利得値と利得の収束概算値との差分値により変化させれば、ホワイトバランスの収束時間や収束条件を調整可能な装置の演算回路規模の縮小化が可能となる。
【００５７】
実施の形態５．
以上、これまでの実施の形態では、Ｒ、Ｂ信号の利得制御回路に入力する利得値の収束動作に関して説明した。本実施の形態では利得値の収束条件として上限値、下限値などの制限域を設定することにより撮影画像に過度なホワイトバランス処理が施されることを防止する。
図６に本実施の形態で規定する利得値の制限域を示す。
【００５８】
本実施の形態では、Ｒ、Ｂ信号の利得制御回路に入力する利得値の上限、下限値について説明する。通常、自然画などの被写体を撮影する場合、各色信号の積分値に極端な差はないと考えられる。しかし、例えば赤い服を着た人物などを撮影する場合や極端に赤味を帯びた特殊な光源下で画像を撮影する場合、Ｒ信号成分が他の色信号に比べ極端に多くなることがある。このような撮影条件下で利得値の制限なしにホワイトバランス処理を行うと、Ｒ信号が抑制され過ぎ、見た目と撮影画像の色が極端に異なる不自然な画像が撮影される。そこで前述の実施の形態１乃至４の計算法によって求められる各信号の利得値に上限値、下限値を設け、ホワイトバランス処理が過度に行われることを防止する。
【００５９】
図６は利得値の制限域を示した図であり、Ｒ、Ｂ信号の利得値が図中の実線で囲まれた領域内に収まるようにする。本実施の形態では利得の収束値が制限領域外にある場合には、利得値の計算結果が制限域を越えるまで利得値を更新し、超えた場合には利得値をあらかじめ設定した上限値あるいは下限値をマイクロコンピュータから出力する。マイクロコンピュータにはあらかじめ利得値の制限領域を入力しておき、常に制限域内の利得値を出力するよう設定する。このような法によってホワイトバランス処理がかかり過ぎることを防止する。
【００６０】
上述のように、Ｒ、Ｂ信号の利得制御回路に入力する利得値に上限値、下限値などの制限域を設定することによって、過度にホワイトバランス処理され画像が不自然な色になることを防止し、見た目と同様の画像を撮影できるようにする。
【００６１】
実施の形態６
前述した実施の形態では、ホワイトバランス処理に必要な各色信号の利得値の計算をマイクロコンピュータによって行う方法について説明した。本実施の形態では、各色信号の利得値を計算する際に必要な重み係数を、ルックアップテーブルとしてＲＯＭなどのメモリに保存、読み出しを行うことで全ての処理をハードウェア化し処理の高速化を図る。
【００６２】
図７は本実施の形態の構成を示す図であり、３２、３３は除算（あるいは減算）を行う演算回路、３４、３５は利得値の計算に必要な乗算および加算を行う演算回路、３６、３７は前フレームの利得値と利得の収束値（あるいは収束概算値）との差分値、重み係数との関係を示すＬＵＴ（ルックアップテーブル）、３８、３９はそれぞれＲ、Ｂ信号の利得値の制限値と３４、３５の出力結果を比較する比較回路である。
その他の構成は図５と同様である。
【００６３】
本実施の形態の動作について説明する。これまでの実施の形態では、利得の計算に必要なパラメータはハードウェア化した演算回路を用いて算出していたが主な演算はマイクロコンピュータで行う例について述べた。本実施の形態では、これまでの実施の形態で述べたものと同様の利得算出式を用い、マイクロコンピュータで行っていた重み係数の算出や利得の算出などの全ての計算をハードウェア化した演算回路で行う。
【００６４】
ホワイトバランスの収束時間などの条件が決めれば、前フレームの利得値と利得の収束値（あるいは収束概算値）との差分値に対する重み係数値をあらかじめＬＵＴ化することができる。図７の３６は、前フレームの利得値と、利得の収束値（あるいは収束概算値）との差分値に対する重み係数をＬＵＴとしたものである。ＬＵＴにはホワイトバランスの収束条件に合わせてあらかじめ計算した重み係数値をＲＯＭなどのメモリ装置に記憶しておき、必要に応じて記憶データを読み出せるようにする。図７のＬＵＴ３６では、入力信号ｒＲ（Ｎ＋１）（あるいはｄＲ（Ｎ＋１））と前フレームの利得値ｋＲ（Ｎ）に応じた必要な重み係数をαＲ、βＲを読み出し、演算回路３４に入力する構成となっている。さらに演算回路３４では、入力信号はｒＲ（Ｎ＋１）（あるいはｄＲ（Ｎ＋１））、ｋＲ（Ｎ）、重み係数αＲ、βＲを用いて（式１）（あるいは、（式３））の計算を行い、この回路で得た利得値ｋＲ（Ｎ＋１）を出力する。比較回路３８では、演算回路３４の出力信号ｋＲ（Ｎ＋１）と利得値の上・下限値との比較を行う。ｋＲ（Ｎ＋１）が利得値の制限域内であれば入力信号をそのままＤ／Ａ変換回路２８に送信し、入力信号が利得値の制限域外であれば、上限値（あるいは下限値）をＤ／Ａ変換回路２８に送る。Ｒ信号の利得値は２８でデジタル値からアナログ値に変換され、利得制御回路１９に送られる。そして利得制御回路１９で信号レベル調整された出力値がエンコーダ２１に送られる。Ｒ信号と同様にＢ信号においても、利得制御回路２０に入力する利得値を求める際に必要な計算をハードウェア回路で行い、撮影画像のホワイトバランス処理を行う。
【００６５】
上述のように、ホワイトバランス処理に伴う演算回路を全てハードウェア化し、前フレームの利得値と利得の収束値との差分に対する重み係数値をあらかじめ計算した結果をＲＯＭなどのメモリに記憶しＬＵＴとして用いることで、ホワイトバランス処理に伴う演算を高速化することができる。また、本発明を用いればＬＵＴに記憶する重み係数を変更することによって、ホワイトバランス処理かかる収束時間や収束動作を制御することができる。
【００６６】
【発明の効果】
この発明に係る自動ホワイトバランス調整装置は、複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整装置であって、Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御回路と、各色信号の出力値を積分する積分回路と、各々２色の色信号の積分値の比ｒ(N)を出力する除算回路と、（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶手段とを有し、算出記憶手段は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと積分値の比ｒ(N)の積を加えたものに基づいて、利得値ｋ(N+1)を算出する。各信号の利得値を現フレームの利得値と利得の収束値のそれぞれに任意の重み係数を乗じた計算式によって求め、重み係数の設定値を調整することでホワイトバランスの収束過程を制御することができる。そのため、例えば、画像観察者に色の変化の違和感を覚えさせないようにすることが可能である。
【００６７】
また、算出記憶手段は、重み係数α、βを、利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値に基づいて求める。重み係数を前フレームの利得値と利得の収束値との差分値によって変化させることにより収束時間や収束動作の調整を行うことが可能となり、また重み係数を視覚特性に合わせて設定することによりホワイトバランス処理を迅速に自然に収束させることができる。
【００６８】
また、算出記憶手段は、重み係数α、βを、視覚特性に基づいて求める。そのため、ひとの視覚特性を利用し、例えば色変化に対して反応が鈍い色相にあるときには、重み係数の設定値を大きくして、利得値の変化を大きくすることにより観察者に違和感を与えずに利得収束時間の高速化を図ることができる。
【００６９】
また、複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整装置であって、Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御回路と、各色信号の出力値を積分する積分回路と、各々２色の色信号の積分値の差分値ｄ(N)を出力する減算回路と、（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶手段とを有し、算出記憶手段は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと積分値の差分値ｄ(N)の積を加えたものに基づいて、利得値ｋ(N+1)を算出する。そのため、装置の回路規模を小さくすることができる。
【００７０】
また、算出記憶手段は、重み係数α、βを、積分値の差分値と前フレームの利得値に基づいて求める。そのため、装置の演算回路規模の縮小化が可能となる。
【００７１】
また、利得値の制限域を設け、算出記憶手段は、利得値が制限域を越えないように制限する。そのため、過度にホワイトバランス処理され画像が不自然な色になることを防止し、見た目と同様の画像を撮像することが可能となる。
【００７２】
また、重み係数α、βをルックアップテーブルとして記憶する記憶手段をさらに有し、算出記憶手段は、重み係数α、βを記憶手段から読み出す。そのため、装置の全ての演算回路のハードウェア化を図ることができ、ホワイトバランス処理に伴う演算の高速化をすることができる。
【００７３】
また、他の発明に係る自動ホワイトバランス調整方法は、複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整方法であって、Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御工程と、各色信号の出力値を積分する積分工程と、各々２色の色信号の積分値の比ｒ(N)を出力する除算工程と、（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶工程とを有し、算出記憶工程は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと積分値の比ｒ(N)の積を加えたものに基づいて、利得値ｋ(N+1)を算出する。各信号の利得値を現フレームの利得値と利得の収束値のそれぞれに任意の重み係数を乗じた計算式によって求め、重み係数の設定値を調整することでホワイトバランスの収束過程を制御することができる。そのため、例えば、画像観察者に色の変化の違和感を覚えさせないようにすることが可能である。
【００７４】
また、算出記憶工程は、重み係数α、βを、利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値に基づいて求める。重み係数を前フレームの利得値と利得の収束値との差分値によって変化させることにより収束時間や収束動作の調整を行うことが可能となり、また重み係数を視覚特性に合わせて設定することによりホワイトバランス処理を迅速に自然に収束させることができる。
【００７５】
また、算出記憶工程は、重み係数α、βを、視覚特性に基づいて求める。そのため、ひとの視覚特性を利用し、例えば色変化に対して反応が鈍い色相にあるときには、重み係数の設定値を大きくして、利得値の変化を大きくすることにより観察者に違和感を与えずに利得収束時間の高速化を図ることができる。
【００７６】
また、複数の色フィルタを備え連続した複数の画像を撮像するカラー撮像装置の自動ホワイトバランス調整方法であって、Ｎ番目の現画像フレームにおける各色信号を利得値ｋ(N)によりレベル調整する利得制御工程と、各色信号の出力値を積分する積分工程と、各々２色の色信号の積分値の差分値ｄ(N)を出力する減算工程と、（Ｎ＋１）番目のフレーム画像を撮像する際に必要な利得値ｋ(N+1)を算出し記憶する算出記憶工程とを有し、算出記憶工程は、任意の重み係数αと現フレームの利得値ｋ(N)の積に任意の重み係数βと積分値の差分値ｄ(N)の積を加えたものに基づいて、利得値ｋ(N+1)を算出する。そのため、装置の回路規模を小さくすることができる。
【００７７】
また、算出記憶工程は、重み係数α、βを、積分値の差分値と前フレームの利得値に基づいて求める。そのため、装置の演算回路規模の縮小化が可能となる。
【００７８】
また、利得値の制限域を設け、算出記憶工程は、利得値が制限域を越えないように制限する。そのため、過度にホワイトバランス処理され画像が不自然な色になることを防止し、見た目と同様の画像を撮像することが可能となる。
【００７９】
さらに、重み係数α、βをルックアップテーブルとして記憶する記憶手段をさらに有し、算出記憶工程は、重み係数α、βを記憶手段から読み出す。そのため、装置の全ての演算回路のハードウェア化を図ることができ、ホワイトバランス処理に伴う演算の高速化をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による自動ホワイトバランス調整装置の構成図である。
【図２】利得値ｋＢ、ｋＲをそれぞれ横軸、縦軸にとり、Ｒ、Ｂ信号の利得値をプロットしたグラフである。
【図３】利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値に対する重み係数αＲ、βＲの例を示したものである。
【図４】利得値の収束値と前フレームの利得値の差分値に対する重み係数αＲ、βＲのさらに異なる例を示したものである。
【図５】この発明による自動ホワイトバランス調整装置の他の例を示す構成図である。
【図６】利得値の制限域を示した図である。
【図７】この発明による自動ホワイトバランス調整装置の他の例を示す構成図である。
【図８】従来のホワイトバランス調整装置の構成図である。
【図９】マイクロコンピュータ（算出記憶手段）の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１９，２０  利得制御回路（利得制御工程）、２２，２３，２４  積分回路（積分工程）、２５，２６  除算回路（除算工程）、２７  マイクロコンピュータ（算出記憶手段，算出記憶工程）、３０，３１  減算回路（減算工程）、３６，３７  ルックアップテーブル（記憶手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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