(57)【要約】【課題】前置増幅器の増幅量を下げて固体撮像素子の動作点を上げＳ／Ｎ値を高くした場合に、固体撮像素子のダイナミックレンジが狭くなり高輝度着色が発生するという問題点を有していた。【解決手段】画面の輝度情報だけでなく画面をブロック分割し輝度信号のピーク値と平均値を比較することによって被写体条件を推定し、その被写体条件に合った最適な高輝度着色カットレベルで使用することにより、Ｓ／Ｎ値の高い高輝度着色しない固体撮像装置を有することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズからの入射光を制御する絞り手段と、前記絞り手段から入射した光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段からの信号にガンマ補正を行うガンマ補正手段と、前記ガンマ補正手段からの輝度信号と基準信号との比較を行う比較手段と、前記比較手段で輝度信号が基準信号よりも大きい場合は高輝度信号への着色を防止する高輝度着色防止手段と、前記ガンマ補正手段からの信号に基づき基準信号を生成する基準信号発生手段とを備え、
前記基準信号発生手段は、基準信号を前記ガンマ補正手段からの輝度信号の信号レベルに応じて可変させることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
レンズからの入射光を制御する絞り手段と、前記絞り手段から入射した光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段からの信号にガンマ補正を行うガンマ補正手段と、前記ガンマ補正手段からの信号を輝度信号と色信号とに分離するＹＣ分離手段と、前記ＹＣ分離手段からの輝度信号と基準信号との比較を行う比較手段と、前記比較手段での比較の結果輝度信号が基準信号よりも小さい場合は輝度信号と前記ＹＣ分離手段からの色信号とを乗算して出力し、輝度信号が基準信号よりも大きい場合は輝度信号のみ出力する高輝度着色防止手段と、前記ガンマ補正手段からの輝度信号の平均を算出するローパスフィルター手段と、前記ガンマ補正手段からの輝度信号と前記ローパスフィルター手段からの輝度信号とを切り替えて出力する切り替え手段と、前記切り替え手段からの信号を画面のブロックごとに比較しピーク検出を行うピーク検出手段と、前記ローパスフィルター手段と前記ピーク検出手段からの輝度情報から被写体条件を推定し前記比較手段の基準信号レベルを連続的に変化させる演算手段とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
レンズからの入射信号を制御し、入射した光信号を電気信号に変換し、電機子号に変換した信号を増幅し、増幅した信号にガンマ補正を行い、ガンマ補正した輝度信号の平均を取り、ガンマ補正した輝度信号と平均した輝度信号とを切り替え器で切り替えて出力し、切り替え器からの信号を画面のブロックごとに比較しピーク検出を行い、平均した輝度信号とピーク検出を行った輝度情報から被写体条件を推定し比較器の基準ＤＣレベルを変化させて高輝度着色カットレベルを変化させることにより、前置増幅器の増幅量を下げて固体撮像素子の動作点を上げてＳ／Ｎ値を高くした状態でも高輝度着色を防止することを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ等の固体撮像素子を利用したビデオカメラのＳ／Ｎ値向上に使用して有効な固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置はビデオカメラやコンピュータの画像入力装置として利用されている。以下に従来の固体撮像装置について説明する。
【０００３】
従来、固体撮像装置は特開平１０−５１６８１号公報に記載されたものが知られている。その固体撮像装置を図５に示す。図５は従来の固体撮像装置のブロック図を示すものである。図５において、１は光を集光するレンズ、２はレンズ１からの入射光量を制御する絞り部、３はレンズ１から入射した光信号を電気信号に変換する固体撮像素子、４は固体撮像素子３からの信号を増幅する前置増幅器、５は前置増幅器４からの信号にガンマ補正を行うガンマ補正回路、６はガンマ補正回路５から出力される輝度情報から絞り部２を制御する演算部、１３はガンマ補正回路５から出力される信号を輝度信号と色信号とに分離するＹＣ分離回路、１５は比較器７に基準ＤＣレベルを出力する基準信号発生回路で、この基準ＤＣレベルは固定値である。７はＹＣ分離回路１３から出力される輝度信号と基準ＤＣレベルとを比較する比較器、８は比較器７で比較された基準ＤＣレベルよりも大きい輝度信号にはＹＣ分離回路１３からの色成分を乗算しない高輝度着色カット回路である。
【０００４】
以上のように構成された従来の固体撮像装置について、以下その動作について説明する。
【０００５】
まず、図５において、レンズ１で集光された光が、絞り部２によって入射光量を制御され、固体撮像素子３によって電気信号に変換される。前置増幅器４で固体撮像素子３からの信号を増幅し、ガンマ補正回路５で前置増幅器４からの信号ガンマ補正を行う。演算部６ではガンマ補正回路５によりガンマ補正を受けた輝度信号を用いて、固体撮像素子３上の信号レベルが目標輝度になるように絞り部２における入射光量を制御する。
【０００６】
一方、ガンマ補正回路５から出力された信号は、ＹＣ分離回路１３で輝度信号と色信号とに分離される。分離された輝度信号は比較器７に入力され、色信号は高輝度着色カット回路８に入力される。比較器７では、ＹＣ分離回路１３から出力される輝度信号のＤＣレベルと基準信号発生回路１５からの基準ＤＣレベルと比較し、高輝度着色カット回路８では比較器７での比較の結果、基準ＤＣレベルよりも大きい輝度信号に対しては色成分を乗算せずに、基準ＤＣレベルよりも小さい輝度信号に対してのみ色信号を乗算する。そして、高輝度着色カット回路８から出力された信号は、出力端子１４から他の回路へ出力される。
【０００７】
図６に比較器７と高輝度着色カット回路８の回路図を示す。高輝度着色カット回路８は乗算器８ａからなり、比較器７の比較結果に基づいて、ＹＣ分離回路１３からの色信号と乗算するか否かを切り替えている。前述したように、比較器７において、輝度信号レベルの方が大きければ、入力信号が高輝度信号であると判断し、乗算器８ａにおいて色信号を乗算せず、着色をしないようにしている。一方、輝度信号レベルが基準ＤＣレベルよりも小さければ、乗算器８ａにおいて色信号を乗算し、着色した信号を出力する。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−５１６８１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の構成では、前置増幅器４の増幅量を下げて固体撮像素子３の動作点を上げＳ／Ｎ値を高くした場合に、固体撮像素子３のダイナミックレンジが狭くなり高輝度着色が発生するという問題点を有していた。つまり、前置増幅器４の増幅量を下げると全体の信号レベルも下がってしまい、映像信号中に高輝度部分が存在していても、その高輝度部分の信号レベルが基準ＤＣレベルにわずかに達しないような信号レベルの場合、高輝度検出ができず高輝度着色が発生するという問題がある。
【００１０】
基準信号発生回路１５の基準ＤＣレベルは固定値であり、例えば基準ＤＣレベルを高く設定すると、高輝度部分の着色は防ぐことはできるが、上記のように基準ＤＣレベルにわずかに達しないような高輝度部分については高輝度着色を防止することができない。
【００１１】
また逆に、基準ＤＣレベルを低く設定すると、画面全体が明るい被写体（例えば、日なたで黄色い花を接写した時）を撮影した場合、本来着色しないといけない映像について輝度信号レベルが基準ＤＣレベルを超えてしまう場合がある。すると、従来の装置では高輝度着色カット回路８で色信号を着色しないよう動作を行うので、色飛びを起こしてしまう。具体的には、黄色い花を接写した場合は、映像上、白い花となってしまうという問題があった。その様子を図３（ｅ）に示した。図３（ｅ）はＹＣ分離回路１３から出力される輝度信号を示し、３４は基準ＤＣレベルである。
【００１２】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、画面の輝度情報だけでなく、画面をブロック分割し輝度信号のピーク値と平均値を比較することによって被写体条件を推定し、その被写体条件に合った最適な高輝度着色カットレベルで使用することにより、Ｓ／Ｎ値の高い高輝度着色しない固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の固体撮像装置は、レンズからの入射光を制御する絞り手段と、前記絞り手段から入射した光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段からの信号にガンマ補正を行うガンマ補正手段と、前記ガンマ補正手段からの輝度信号と基準信号との比較を行う比較手段と、前記比較手段で輝度信号が基準信号よりも大きい場合は高輝度信号への着色を防止する高輝度着色防止手段と、前記ガンマ補正手段からの信号に基づき基準信号を生成する基準信号発生手段とを備え、前記基準信号発生手段は、基準信号を前記ガンマ補正手段からの輝度信号の信号レベルに応じて可変させるものである。
【００１４】
この構成によって、画面の輝度情報だけでなく、画面をブロック分割し輝度信号のピーク値と平均値を比較することによって被写体条件を推定し、その被写体条件に合った最適な高輝度着色カットレベルで使用することにより、Ｓ／Ｎ値の高い高輝度着色しない固体撮像装置が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１〜３に記載の発明は、レンズからの入射光を制御する絞り手段と、前記絞り手段から入射した光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子からの信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段からの信号にガンマ補正を行うガンマ補正手段と、前記ガンマ補正手段からの輝度信号と基準信号との比較を行う比較手段と、前記比較手段で輝度信号が基準信号よりも大きい場合は高輝度信号への着色を防止する高輝度着色防止手段と、前記ガンマ補正手段からの信号に基づき基準信号を生成する基準信号発生手段とを備え、前記基準信号発生手段は、基準信号を前記ガンマ補正手段からの輝度信号の信号レベルに応じて可変させるものであり、画面の輝度情報だけでなく、画面をブロック分割し輝度信号のピーク値と平均値を比較することによって被写体条件を推定し、その被写体条件に合った最適な高輝度着色カットレベルで使用することにより、Ｓ／Ｎ値の高い高輝度着色しない固体撮像装置が得られるという作用を有する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態の固体撮像装置のブロック図であり、図１において、１は光を集光するレンズ、２はレンズ１からの入射光量を制御する絞り手段である絞り部で、本実施の形態では電動絞り部を用いた。３はレンズ１を介して絞り部２から入射した光信号を電気信号に変換する固体撮像素子、４は固体撮像素子３からの信号を増幅する増幅手段である前置増幅器、５は前置増幅器４からの信号にガンマ補正を行うガンマ補正手段であるガンマ補正回路、６はガンマ補正回路５から出力される輝度情報に基づき適度な絞り値になるよう絞り部２を制御する第１の演算手段である第１の演算部、１３はガンマ補正回路５からの信号から輝度信号と色信号とを分離するＹＣ分離手段であるＹＣ分離回路、７はＹＣ分離回路１３から出力される輝度信号と第２の演算部１２からの基準ＤＣレベルとを比較する比較手段である比較器、８は比較器７での比較の結果、ＹＣ分離回路１３からの輝度信号が基準ＤＣレベルよりも大きい場合には色成分を乗算しない高輝度着色防止手段である高輝度着色カット回路で、内部構成は図５に示したように、ＹＣ分離回路１３からの色信号と乗算を行う乗算器から構成されており、比較器７の比較結果により輝度信号に色信号を乗算するか、輝度信号をそのまま出力するかを切り替えている。９はガンマ補正回路５から１画面内の輝度信号の平均を取るＬＰＦ回路、１０はガンマ補正回路５から輝度信号とＬＰＦ回路９からの輝度信号とをそれぞれ切り替えて出力する切替手段である切り替え器で、切替制御は、別途設けられた同期分離回路（図示せず）から入力される垂直同期信号に基づき、１垂直期間毎にガンマ補正回路５の出力とＬＰＦ回路９の出力とを切り替えている。１１は切り替え器１０からの信号をブロックごとに比較しピーク検出を行うピーク検出手段であるピーク検出回路で、本実施の形態では１画面分の信号を図４のように縦横それぞれ５ブロックの合計２５ブロックに分割し、１ブロック毎にそのブロック内のピーク値を検出する。なお図４において、６１は１画面分の映像、６２は２５分割されたブロックである。１２はＬＰＦ回路９とピーク検出回路１１からの輝度情報から被写体条件を推定し比較器７の基準ＤＣレベルを連続的に制御することにより高輝度着色カット回路８の着色カットレベルを連続的に変化させる演算手段である第２の演算部である。なお、ＬＰＦ回路９と切り替え器１０とピーク検出回路１１と第２の演算部１２とで、基準信号発生手段を構成している。
【００１８】
以上のように構成された本実施の形態の固体撮像装置について、その動作を説明する。
【００１９】
まず、図１において、レンズ１で集光された光が、絞り部２によって入射光量を制御され、固体撮像素子３によって電気信号に変換される。固体撮像素子３からの信号は前置増幅器４で所定量増幅し、ガンマ補正回路５で前置増幅器４からの信号にガンマ補正を行う。ガンマ補正回路５の出力信号はＹＣ分離回路１３とＬＰＦ回路９と第１の演算部６とに入力されるが、第１の演算部６ではガンマ補正回路５によりガンマ補正を受けた輝度信号を用いて、固体撮像素子３上の信号レベルが目標輝度になるように、絞り部２における入射光量を制御する。
【００２０】
ガンマ補正回路５の出力信号はＹＣ分離回路１３に入力され、ＹＣ分離回路１３では、入力される信号から輝度信号と色信号とを分離させる。分離した輝度信号は比較器７に入力し、色信号は高輝度着色カット回路８に入力する。比較器７では、ＹＣ分離回路１３からの輝度信号と、第２の演算部（詳細は後述）１２からの基準ＤＣレベルとを比較し、輝度信号が基準ＤＣレベルよりも高い場合は高輝度部分を含んでいると判断し、高輝度着色カット回路８で色信号との乗算を行わず、出力端子１４から高輝度着色をカットした信号を出力する。また、比較器７において、輝度信号が基準ＤＣレベルよりも低い場合は、高輝度部分を含んでいないと判断し、高輝度着色カット回路８で色信号との乗算を行い、出力端子１４から信号を出力する。
【００２１】
一方、ＬＰＦ回路９はガンマ補正回路５からの輝度信号の平均を取り、切り替え器１０と第２の演算部１２に出力する。切り替え器１０は、ガンマ補正回路５からの輝度信号とＬＰＦ回路９からの輝度信号とを、別途設けられた同期分離回路（図示せず）からの垂直同期信号に基づき、垂直期間毎にそれぞれ切り替えて、ピーク検出回路１１に出力する。
【００２２】
ピーク検出回路１１は、切り替え器１０からの信号を、図４に示す画面のブロック６１毎に比較し、ブロック６１毎にピーク検出を行う。ピーク検出回路１１の出力信号は第２の演算部１２に入力され、第２の演算部１２はＬＰＦ回路９とピーク検出回路１１からの輝度情報から被写体条件を推定し、比較器７の基準ＤＣレベルを、図２に示すような特性で連続的に制御することにより、高輝度着色カット回路８の着色カットレベルを連続的に変化させる。
【００２３】
次に、第２の演算部１２における基準ＤＣレベルの演算方法について説明する。
【００２４】
図２は本発明の第２の演算部１２の動作説明のためのグラフである。図２において、ピーク検出回路１１からのピーク値とＬＰＦ回路９からの平均値との差を横軸に取り、比較器７に入力する基準ＤＣレベルを縦軸に取る。
【００２５】
本図からわかるように、ピーク値と平均値の差が小さいときは均一の明るさの被写体と推定され、比較器７へ入力する基準ＤＣレベルを高く設定する。ピーク値と平均値の差が大きくなるに従って、被写体（ブロック）の中に高輝度信号が多くなると推定され、高輝度着色が発生しやすくなる。従って、ピーク値と平均値との差が大きくなるにつれ、基準ＤＣレベルの値を下げていき、ピーク値と平均値との差が最大のときは比較器の基準ＤＣレベルを最低に設定する。
【００２６】
図２のグラフに示すように、ピーク値と平均値の差の変化に従って、比較器７に入力する基準ＤＣレベルを連続的に変化させることで、不要な高輝度着色を防止したり、高輝度被写体撮影時に色飛びを防ぐことができる。
【００２７】
次に、図３を用いて可変するＤＣ基準レベルによる高輝度着色カットの動作について説明する。
【００２８】
図３は本発明の第２の演算部の動作を具体的に示した信号波形である。図３において、（ａ）は均一の明るさの被写体を撮影した時の固体撮像素子３の出力の信号波形、（ｂ）は（ａ）の時のＹＣ分離回路１３から出力される輝度信号の信号波形、（ｃ）は高輝度信号が含まれる被写体を撮影した時の固体撮像素子３の出力の信号波形、（ｄ）は（ｃ）の時のＹＣ分離回路１３から出力される輝度信号の信号波形である。同図において、３１は均一の明るさの被写体を撮影した時の高輝度着色カットレベル、３２は高輝度信号が含まれる被写体を撮影した時の高輝度着色カットレベルで、高輝度着色カットレベル３１に比べて低い値となっている。３３は輝度信号に含まれる高輝度信号である。
【００２９】
図３（ａ）のように、均一な明るさの被写体の時には、固体撮像素子３の出力に高輝度信号３３は存在せず、基準ＤＣレベルは第２の演算部１２により、同図（ｂ）の３１に示すように高く設定される。そうすることで、輝度信号は着色カット制御を受けないので、高輝度着色カット回路８でＹＣ分離回路１３からの色信号と乗算され、正常に着色された映像信号が出力端子から出力される。
【００３０】
一方、同図（ｃ）のように、輝度信号に高輝度信号３３が含まれる場合は、高輝度着色を防ぐために第２の演算器１２からの基準ＤＣレベルを、同図（ｄ）の３２に示すように、基準ＤＣレベル３１に比べて低くする。そうすることで、高輝度信号３３が基準ＤＣレベル３２を超え、高輝度着色カット回路８はＹＣ分離回路１３からの色信号との乗算を行わず、着色がされていない映像信号が出力される。
【００３１】
以上のように本実施の形態によれば、ガンマ補正回路５から輝度信号の平均を取るＬＰＦ回路９と、ガンマ補正回路５から輝度信号とＬＰＦ回路９からの輝度信号とそれぞれ切り替えて出力する切り替え器１０と、切り替え器１０からの信号をブロックごとに比較しピーク検出を行うピーク検出回路１１と、ＬＰＦ回路９とピーク検出回路１１からの輝度情報から被写体条件を推定し比較器７の基準ＤＣレベルを連続的に制御することにより高輝度着色カット回路８の着色カットレベルを連続的に変化させる第２の演算部１２を設けることにより、画面の輝度情報だけでなく画面をブロック分割し輝度信号のピーク値と平均値を比較することによって被写体条件を推定し、その被写体条件に合った最適な高輝度着色カットレベルで使用することにより、Ｓ／Ｎ値の高い高輝度着色しない固体撮像装置を有することができる。
【００３２】
なお、以上の説明では第２の演算部１２において、ピーク値と平均値の差を元に演算を行っていたが、固体撮像素子３の出力のピーク値を元に演算する方法もある。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、被写体の輝度信号の信号レベルに応じて基準信号を可変することにより、被写体条件に合った最適な高輝度着色カットレベルで使用することにより、Ｓ／Ｎ値の高い高輝度着色防止を実現できるという優れた効果が得られる。
【００３４】
また、画面の輝度情報だけでなく画面をブロック分割し輝度信号のピーク値と平均値を比較することによって被写体条件を推定し、その被写体条件に合った最適な高輝度着色カットレベルで使用することにより、Ｓ／Ｎ値の高い高輝度着色防止を実現できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置のブロック図
【図２】同実施の形態１における第２の演算部の動作説明のためのグラフ
【図３】同実施の形態１における第２の演算部の具体的動作の信号波形図
【図４】同実施の形態における画面をブロック分割した模式図
【図５】従来の固体撮像装置のブリック図
【図６】比較器と高輝度着色カット回路の動作を説明するための回路図
【符号の説明】
１  レンズ
２  絞り部
３  固体撮像素子
４  前置増幅器
５  ガンマ補正回路
６  第１の演算部
７  比較器
８  高輝度着色カット回路
９  ＬＰＦ回路
１０  切り替え器
１１  ピーク検出回路
１２  第２の演算部
１３  ＹＣ分離回路
【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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