(57)【要約】【課題】ホワイトバランス調整が行われた状態で、テレビカメラ装置の処理範囲を超えるような非常に高い輝度の白色領域を一部に含んだ被写体を撮影した場合でも、当該領域の白色を保持する機能を有し、かつ簡易的な手法で構成することにより、現時点での技術水準をもってテレビカメラ装置にも使用可能なホワイトバランス回路を提供する。【解決手段】撮像素子から出力された各色信号のゲインを調整するゲイン調整回路２１Ｒ、２１Ｇ、及び２１Ｂと、被写体の輝度に応じて所定の制限基準値内に各色信号レベルを制限するリミッター回路２２Ｒ、２２Ｇ、及び２２Ｂと、前記ゲインから制限基準値を設定するＭＰＵ２３を備えた撮像装置用のホワイトバランス回路であって、前記全ての制限基準値をホワイトバランス調整時に使用した各色信号のゲインのうち最も小さい値と撮像装置固有の信号処理上限値を乗算した値に一律に設定する。【選択図】図２
2004320292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子から出力されたＲ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の信号のゲインを調整する複数のゲイン調整手段と、該複数のゲイン調整手段の後段に設けられ被写体の輝度に応じて所定の制限基準値内に各色信号レベルを制限する複数の色信号制限手段と、前記ゲインから制限基準値を設定する制御手段を備えた撮像装置用のホワイトバランス回路であって、
前記全ての制限基準値を、ホワイトバランス調整時に使用した各色信号のゲインのうち最も小さい値と、撮像装置固有の信号処理上限値を乗算した値に一律に設定することを特徴とするホワイトバランス回路。
【請求項２】
前記撮像装置は、１フレーム、もしくは１フィールドごとに映像信号を出力するテレビカメラ装置とする請求項１に記載のホワイトバランス回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビカメラ装置等に使用されるホワイトバランス回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、テレビカメラ装置ではレンズから入射した光を分光プリズムによってＲｃｈ、Ｇｃｈ及びＢｃｈ（Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色を表す。ｃｈはｃｈａｎｎｅｌを表す。  以下同じ。）の３系統に分離した後、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  以下、同じ。）等の撮像素子にて電気信号に変換し、各種の処理を行っている。通常、業務用及び放送用のテレビカメラ装置では、色温度が３２００Ｋの光源のもとで使用された場合に、白い被写体が白い色に撮影されるように調整されている。そのため、晴天下の室外や蛍光灯下での撮影時等、色温度が３２００Ｋ以外の光源下での撮影時には、白い被写体に色がついてしまう。そこで、色温度が３２００Ｋ以外の光源下での撮影時には、白い被写体が白く撮影されるようにホワイトバランス調整を行う必要がある。
【０００３】
ホワイトバランス調整を行うには、まず光学的な色補正フィルターを用いる方法がある。しかし、色温度の調整範囲は非常に広いため、光学的な色補正フィルターだけでは完全には補正することができない。そこで、一般的には光学的な色補正フィルターを用いて粗調整を行った後、Ｒｃｈ、Ｇｃｈ及びＢｃｈの各信号の電気的なアンプゲインを微調整することによって白い被写体が、白く撮影されるようにホワイトバランス調整を行う。テレビカメラが登場した当初は、ビデオエンジニア等の技術者がこれらのホワイトバランス調整作業を測定器の表示波形を見ながら行っていたが、近年では自動でこのホワイトバランス調整を行う機器も多い。
【０００４】
このようにしてホワイトバランス調整を行ったテレビカメラ装置を用いて、一般的な被写体を撮影している範囲では何ら問題はないが、テレビカメラ装置の処理範囲を超えるような高輝度の白色領域を一部に含んだ被写体を撮影した場合に、ホワイトバランス調整を行っているにもかかわらず、その白色領域に色が付いてしまうという問題が発生する。かかる問題に関連して、特許文献１では静止画の処理を想定したカラー撮像装置に使用するホワイトバランス調整回路が提案されている。以下、上記問題の発生原因について従来のホワイトバランス調整回路（図３、図４、図５）を用いて説明した後、特許文献１との相違点及び本発明の意義について述べていく。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１３８０８号公報（明細書全文、全図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図３に従来技術でのホワイトバランス調整回路を示す。その構成は、■Ｒｃｈ、Ｇｃｈ及びＢｃｈに対応した各ゲイン調整回路３１Ｒ、３１Ｂ及び３１Ｂと、■前記各ゲイン調整手段に対する制御手段としてのＭＰＵ３４と、■信号レベルを所定値内に圧縮させるためのガンマ補正回路３２及びＫＮＥＥ回路３３を含むものである。業務用放送用のテレビカメラ装置では、通常使用される電気信号の振幅の最大値を１００［％］とした場合に、４００〜６００［％］の振幅の信号処理が可能な回路となっている。そして、図４に示すようにガンマ補正回路３２やＫＮＥＥ３３回路によって、最大４００〜６００［％］の振幅の信号に対して非線形特性をもたせて１０５［％］に圧縮する処理が行われている。
【０００７】
ここで最大６００［％］の振幅の信号処理を行うことのできるテレビカメラ装置で、色温度が３２００Ｋ以外の光源下での撮影を想定してホワイトバランス調整が行われたと仮定する。通常、ホワイトバランス調整では、Ｇｃｈのゲインは１．０倍とし、Ｒｃｈ及びＢｃｈのゲインを調整する。例えば、ホワイトバランス調整が行われたことによって、Ｒｃｈ、Ｇｃｈ、Ｂｃｈの各信号の電気的なアンプゲインが図５に示すように設定されたとする。すなわち、Ｒｃｈ用ゲイン調整回路５１Ｒのゲイン値を１．５倍、Ｇｃｈ用ゲイン調整回路５１Ｇのゲイン値を１．０倍、Ｂｃｈ用ゲイン調整回路５１Ｂのゲイン値を０．５倍となるようにＭＰＵ５２で制御したとする。この状態で６００［％］の振幅となるような、非常に高い輝度の白色領域が被写体の一部にあったとする。まず、Ｇｃｈはゲインが１．０倍であるので変化はない。また、Ｒｃｈはゲインが１．５倍であるため計算の上では振幅は９００［％］となるが、最大６００［％］の振幅の信号処理を行うテレビカメラであるために６００［％］で振幅が制限される。このように、Ｒｃｈ、Ｇｃｈの振幅は６００［％］であるのに対して、Ｂｃｈの振幅は約３００［％］になってしまう。そのため、ガンマ補正回路やＫＮＥＥ回路によって圧縮された部分のＲｃｈ、Ｇｃｈ、Ｂｃｈのバランスが崩れ、当該白色領域は白にはならずに色が付いてしまうのである。
【０００８】
従来、このような問題点を解決するため、例えば特開２０００−１３８０８号公報において、ホワイトバランス調整後のホワイトバランス調整係数や特定の色の信号レベル等からクリップレベルを設定する手法が開示されている。しかしながら、テレビカメラは動画を撮影しているため、１フレーム、もしくは１フィールド期間中に各種映像処理を終了させる必要がある。テレビ信号の規格によっても異なるが、通常、１フレーム、もしくは１フィールドとは、１／２５秒から１／６０秒程度である。公開されている手法をテレビカメラで適応するには、現状の技術水準では非常に大規模な回路を必要とする。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その意義はホワイトバランス調整が行われた状態で、テレビカメラ装置の処理範囲を超えるような非常に高い輝度の白色領域を一部に含んだ被写体を撮影した場合でも、当該領域の白色を保持する機能を有し、かつ簡易的な手法で構成することにより、現時点での技術水準をもってテレビカメラ装置にも使用可能なホワイトバランス回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるホワイトバランス回路は、
撮像素子から出力されたＲ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の信号のゲインを調整する複数のゲイン調整手段と、該複数のゲイン調整手段の後段に設けられ被写体の輝度に応じて所定の制限基準値内に各色信号レベルを制限する複数の色信号制限手段と、前記ゲインから制限基準値を設定する制御手段を備えた撮像装置用のホワイトバランス回路であって、
前記全ての制限基準値を、ホワイトバランス調整時に使用した各色信号のゲインのうち最も小さい値と、撮像装置固有の信号処理上限値を乗算した値に一律に設定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明によるホワイトバランス回路は、前記前記撮像装置の中でも、特に１フレーム、もしくは１フィールドごとに映像信号を出力するテレビカメラ装置に使用するのが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態を示したブロック図である。その構成は、図３と共通するものとして、■Ｒｃｈに対応したＲｃｈ用ゲイン調整回路１１Ｒ、Ｇｃｈに対応したＧｃｈ用ゲイン調整回路１１Ｇ、及びＢｃｈに対応したＢｃｈ用ゲイン調整回路１１Ｂと（特許請求の範囲に記載の「ゲイン調整手段」に対応。以下、同じ。）、■前記各ゲイン調整手段を制御するためのＭＰＵ１５と（特許請求の範囲に記載の「制御手段」に対応。以下、同じ。）、■信号レベルを所定値内に圧縮させるためのガンマ補正回路１３、及びＫＮＥＥ回路１４を含む。さらに上記課題に対応した構成として、■各ｃｈの信号を所定のレベルに制限するためのＲｃｈ用リミッター回路１２Ｒ、Ｇｃｈ用リミッター回路１２Ｇ、及びＢｃｈ用リミッター回路１２Ｂ（特許請求の範囲に記載の「色信号制限手段」に対応。以下、同じ。）を加えたものである。また、前記ＭＰＵ１５からの制御線は、図３に示した各ゲイン調整回路に加えて各リミッター回路、すなわち、Ｒｃｈ用リミッター回路１２Ｒ、Ｇｃｈ用リミッター回路１２Ｇ及びＢｃｈ用リミッター回路１２Ｂに対しても繋いた構成になっている。
【００１３】
また、図２は詳細説明のために図１の構成の主要部を抜き出したものであり、その対応は、■図２の各ｃｈゲイン調整回路２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが、それぞれ図１の各ゲイン調整回路１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂに対応し、■図２の各ｃｈリミッター回路２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂが、それぞれ図１の各リミッター回路１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂに対応し、■図２のＭＰＵ２３は図１のＭＰＵ１５に対応している。
【００１４】
次に本実施形態の動作について図１と図２を用いて説明する。テレビカメラ装置を使用する際、ビデオエンジニア等の技術者が測定器での波形を見ながら、もしくは自動でこのホワイトバランス調整を行うことは、従来技術と同じである。ここで、既に説明した事例に従って最大６００［％］の振幅の信号処理を行うテレビカメラ装置で、色温度が３２００Ｋ以外の光源下での撮影のためホワイトバランス調整が行われたと仮定する。
【００１５】
図１において例えば自動でホワイトバランス調整を行う場合、図示していないホワイトバランス調整ボタンが押されると、ＭＰＵ１５は各ｃｈのゲイン調整回路、すなわち、Ｒｃｈ用ゲイン調整回路１１Ｒ、Ｇｃｈ用ゲイン調整回路１１Ｇ、及びＢｃｈ用ゲイン調整回路１１Ｂに対して、各ｃｈの信号レベルの比率が等しくなるようにゲイン調整に係る制御信号を送る。また、ＭＰＵ１５は各ｃｈのリミッター回路にもゲイン調整の結果から算出した制限基準値に係る制御信号を送る。上記各ｃｈのリミッター回路に入力される信号レベルがＭＰＵからの制限基準値の範囲内である場合、各ｃｈのリミッター回路にて振幅は制限されることはなく、各ｃｈのリミッター回路からは入力信号がそのまま出力される。すなわち、通常のホワイトバランス回路と同じ動作をする。その後、各ｃｈの信号は、周知のガンマ補正回路１３及びＫＮＥＥ回路１４によって信号レベルを所定値内に圧縮される。
【００１６】
これに対して、上記各ｃｈのリミッター回路に入力される信号レベルがＭＰＵ１５からの制限基準値以上の場合、各ｃｈのリミッター回路が動作することになる。その結果、各ｃｈのリミッター回路からは信号レベルが所定の制限基準値内に制限され、かつ各ｃｈの比率が揃った信号が出力される。これにより、ホワイトバランス調整が行われた状態で、テレビカメラ装置の処理範囲を超えるような非常に高い輝度の白色領域を一部に含んだ被写体を撮影しても、当該領域における偽色の発生を防いで白色を保持することができる。以下、制限基準値の算定方法を図２の説明図を用いて説明する。
【００１７】
例えば、ホワイトバランス調整が行われたことによって、Ｒｃｈ用ゲイン調整回路２１Ｒ、Ｇｃｈ用ゲイン調整回路２１Ｇ、及びＢｃｈ用ゲイン調整回路２１Ｂのゲイン値が、図２に示すようにそれぞれ１．５倍、１．０倍、及び０．５倍の状態になったとする。この状態で被写体の一部に６００［％］の振幅となるような、非常に高い輝度の白色領域があったとする。図２に示したように、リミッター回路の前段までは当該白色領域の振幅は、Ｒｃｈ、Ｇｃｈの振幅は６００［％］であるのに対してＢｃｈの振幅は３００［％］であり、従来回路と同じである。
【００１８】
しかし、本発明に係るホワイトバランス回路では、ＭＰＵ２３からの制御信号によって、Ｒｃｈ用リミッター回路２２Ｒ、Ｇｃｈ用リミッター回路２２Ｇ、及びＢｃｈ用リミッター回路２２Ｂが共に振幅が３００［％］以下になるように制御される。Ｂｃｈはホワイトバランス調整によって、既に振幅は３００［％］になっているので、そのままのゲイン値であるが、Ｒｃｈ及びＧｃｈは振幅が３００［％］に制限されることによって、Ｒｃｈ、Ｇｃｈ、Ｂｃｈのバランスが保たれ、当該白色領域の白が保持されるのである。
【００１９】
図２は、ホワイトバランス調整された一例を用いた説明であり、リミッター回路での制限基準値は、Ｒｃｈ、Ｇｃｈ、及びＢｃｈの各信号のアンプゲインに応じて制御する必要がある。この制限基準値について一般式を用いて説明する。Ｒｃｈ、Ｇｃｈ、及びＢｃｈアンプゲインのうち、最も値の小さいものをＡとする。また、そのテレビカメラ装置が扱う振幅の最大値（信号処理上限値）をＢとする。そのとき、各リミッター回路での制限基準値をＢ×Ａに設定する。図２の例では、Ａ＝０．５、Ｂ＝６００から、
［式１］
６００×０．５＝３００
となり、リミッター回路での制限基準値は３００［％］に設定する。このような一連の処理がＭＰＵ１５において行われ、当該制限基準値は３００［％］に信号レベルを制限する制御信号が各リミッター回路に対して出力される。以上、高い輝度の領域が白色の場合について説明したが、本発明によれば白色以外の場合であっても色信号のダイナミックレンジを損なうような不都合を生じることもない。以下、本発明と先行技術文献との相違点について発明者が行った考察を説明する。
【００２０】
上記特許文献１において、特許第２５５７６２０号公報の手法では、シアン色の信号、すなわち、Ｒｃｈの信号レベルが小さく、Ｇｃｈ、Ｂｃｈの信号レベルが大きい信号が入力された場合に、シアン色が薄くなるという欠点が指摘されている。特許文献１の手法では、この欠点は解決されているが、本発明に係る手法ではどのようになるのかを説明する。
【００２１】
上記２件の特許（特許文献１、特許第２５５７６２０号公報）とも、Ｒｃｈ、Ｇｃｈ、Ｂｃｈの３ｃｈのうち、Ｒｃｈの振幅が最も小さくなるため、シアン色が問題となる。本発明の図２においては、Ｂｃｈの振幅が最も小さくなるため、黄色の信号、すなわち、Ｂｃｈの信号レベルが小さく、Ｒｃｈ、Ｇｃｈの信号レベルが大きい信号が入力された場合に、黄色が薄くなるという欠点が懸念される。
【００２２】
しかしながら、既に説明したように業務用放送用のテレビカメラ装置では、通常使用される電気信号の数倍の振幅を信号処理することが可能な回路構成となっている。ここでは、最大６００［％］の振幅の信号処理を行うテレビカメラ装置を例にとって説明しているが、仮にリミッター回路によって、Ｒｃｈ、Ｇｃｈの信号レベルが３００［％］程度に制限されたとしても、テレビカメラ装置の回路では、その後のガンマ補正回路やＫＮＥＥ回路によって振幅の圧縮が行われるため、黄色の色が薄くなるといったような問題は発生しない。
【００２３】
なお、例示目的のため本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、以下のような実施形態の変形及び適応変更はこの技術分野の通常の専門家によりなされ得るものであり、本明細書に記載の特許請求の範囲に存在する技術思想及び見地に包含されるものである。■最大６００［％］の振幅の信号処理を行うテレビカメラ装置を例にとって説明したが、本発明はこれらに限定されず、最大６００［％］以外であっても同様である。■例えばＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式等を含む各テレビジョン方式に適用可能である。■通常露光撮影による場合に限らず、長時間露光撮影においても適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、各ｃｈのリミッター回路の制限基準値が、各ｃｈのゲイン調整回路から選び出したゲイン値と、各テレビカメラ装置が有する固有の信号処理上限値から一義的に決定されるので、簡易的な手法による構成で高輝度入力にも対応した精度の高いホワイトバランス回路を提供することができる。
【００２５】
また、短時間でホワイトバランス処理を行うことができるので、１フレーム、もしくは１フィールド期間中に映像処理の終了が要求されるテレビカメラ装置にも使用可能なホワイトバランス回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示したブロック図である。
【図２】本発明の動作に係る詳細説明図である。
【図３】従来のホワイトバランス回路のブロック図である。
【図４】ガンマ処理及びＫＮＥＥ処理の説明図である。
【図５】従来のホワイトバランス回路の動作に係る詳細説明図である。
【符号の説明】
１１Ｒ，  ２１Ｒ，  ３１Ｒ，  ５１Ｒ      Ｒｃｈ用ゲイン調整回路
１１Ｇ，  ２１Ｇ，  ３１Ｇ，  ５１Ｇ      Ｇｃｈ用ゲイン調整回路
１１Ｂ，  ２１Ｂ，  ３１Ｂ，  ５１Ｂ      Ｂｃｈ用ゲイン調整回路
１２Ｒ，  ２２Ｒ      Ｒｃｈ用リミッター回路
１２Ｇ，  ２２Ｇ      Ｇｃｈ用リミッター回路
１２Ｒ，  ２２Ｂ      Ｂｃｈ用リミッター回路
１３，  ３２      ガンマ補正回路
１４，  ３３      ＫＮＥＥ回路
１５，  ２３，  ３４，  ５２      ＭＰＵ
【図１】
2004320292.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004320292.tif 000005
【図４】
2004320292.tif 000006
【図５】
2004320292.tif 000007