(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ライン中に３原色が同時に存在しない色コーディングの原色フィルタを有する固体撮像素子を用いたカラー撮像装置であって、
前記固体撮像素子の撮像信号中からＧ（緑）画素成分のみを抜き出すＧ画素抜き出し回路と、
前記Ｇ画素抜き出し回路で抜き出されたＧ画素成分を所定の基準値と比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて前記固体撮像素子の撮像信号を積分する積分回路と、
前記積分回路の積分出力に基づいて露光制御を行うコントローラと、
前記固体撮像素子の撮像信号に基づいて色情報を積分する色情報積分回路とを備え、
前記コントローラは、前記色情報積分回路の出力から求められる１画面中の３原色の成分比に基づいて前記積分回路の積分出力を補正し、この補正した積分出力に基づいて露光制御を行う
ことを特徴とするカラー撮像装置。
【請求項２】
前記積分回路は、前記Ｇ画素抜き出し回路で抜き出されたＧ画素成分を積分対象とする
ことを特徴とする請求項１記載のカラー撮像装置。
【請求項３】
１ライン中に３原色が同時に存在しない色コーディングの原色フィルタを有する固体撮像素子を用いたカラー撮像装置であって、
前記固体撮像素子の撮像信号中からＧ（緑）画素成分のみを抜き出すＧ画素抜き出し回路と、
前記Ｇ画素抜き出し回路で抜き出されたＧ画素成分を所定の基準値と比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて前記固体撮像素子の撮像信号を積分する積分回路と、
前記積分回路の積分出力に基づいて露光制御を行うコントローラと、
前記固体撮像素子の撮像信号に基づいて色情報を積分する色情報積分回路とを備え、
前記コントローラは、前記色情報積分回路の出力から求められる１画面中の３原色の成分比に基づいて前記基準値を補正し、この補正した基準値を前記比較回路に与える
ことを特徴とするカラー撮像装置。
【請求項４】
前記積分回路は、前記Ｇ画素抜き出し回路で抜き出されたＧ画素成分を積分対象とする
ことを特徴とする請求項３記載のカラー撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原色フィルタを有する固体撮像素子を撮像デバイスとして用いたカラー撮像装置に関し、特にＣＣＤ(Charge Coupled Device；電荷結合素子）イメージセンサ等の固体撮像素子の撮像信号を検波し、その検波結果に基づいて露光制御を自動的に行う機能を備えたカラー撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のカラー撮像装置であるカメラシステムの従来例を図６に示す。同図において、ＣＣＤイメージセンサ１０１は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１０２で発生される読み出しパルス、垂直転送パルス、水平転送パルス、シャッタパルスなどの各種のタイミング信号に基づいて駆動される。ＣＣＤイメージセンサ１０１の出力信号は、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング）＆ＡＧＣ(Automatic Gain Control;自動利得制御）回路１０３でサンプリングおよびゲイン調整が行われた後、Ａ／Ｄコンバータ１０４でディジタル化されてクランプ回路１０５に供給される。
【０００３】
クランプ回路１０５は、撮像信号中の黒レベルをクランプし、黒レベルに対する各画素の信号レベルを出力する。このクランプ回路１０５から出力される画素信号は、ホワイトバランス回路１０６およびディレイライン１０７を経た後、Ｙ処理回路１０８で信号処理されてＹ（輝度）信号として出力されるとともに、Ｃ処理回路１０９で信号処理されてＣ（クロマ）信号として出力される。クランプ回路１０５からの画素信号はさらに、ＡＥ(Automatic Exposure;自動露光）用検波回路１１０にも供給される。このＡＥ用検波回路１１０の検波出力は、マイクロコンピュータ等からなるシステムコントローラ１１１に供給される。
【０００４】
ＡＷＢ(Automatic White Balance；オートホワイトバランス）用検波回路１１２は、Ｃ処理回路１０９の出力信号を検波する。このＡＷＢ用検波回路１１２の検波出力は、システムコントローラ１１１に供給される。システムコントローラ１１１は、ＡＥ用検波回路１１０の検波出力に基づいてタイミングジェネレータ１０２から出力されるシャッタパルスのタイミングやＡＧＣ回路１０３のゲインを変化させることによって露光制御（アイリス制御）を自動的に行うとともに、ＡＥ用検波回路１１０の検波出力に基づいてホワイトバランス回路１０６を制御することによって色あいの調整を自動的に行う。
【０００５】
上述した構成において、クランプ回路１０５→ＡＥ用検波回路１１０→システムコントローラ１１１→タイミングジェネレータ１０２／ＡＧＣ回路１０３の経路によってＡＥループが形成され、Ｃ処理回路１０９→ＡＷＢ用検波回路１１２→システムコントローラ１１１→ホワイトバランス回路１０６の経路によってＡＷＢループが形成されている。
【０００６】
このＡＥループにおいて、ＡＥ用検波回路１１０には、ＣＣＤイメージセンサ１０１のカラーフィルタの色コーディングと同じ並びのまま画素信号が入力される。そして、ＡＥ用検波回路１１０は、出力として１画面内の画素信号を全て積算したものをシステムコントローラ１１１に与える。すると、システムコントローラ１１１は、ＡＥ用検波回路１１０の出力であるＡＥ検波信号に基づいてタイミングジェネレータ１０２から出力されるシャッタパルスのタイミングやＡＧＣ回路１０３のゲインを変化させる。その結果、自動露光制御（オートアイリス）が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の従来のカラー撮像装置において、１画面中で、ある２種の輝度レベルの間に相当する画素のみを積分して出力するいわゆるヒストグラム積分機能をＡＥ用検波回路１１０に搭載する場合を想定すると（ヒストグラム積分の概念は周知技術である）、ＣＣＤイメージセンサ１０１のカラーフィルタの色コーディングが、図２に示すような「Ｇ市松ＲＢ線順次」方式であると、水平方向には必ずＧとＲもしくはＢとＧのように２色の情報しか存在せず、Ｙ信号そのものは勿論のこと、（Ｒ＋２Ｇ＋Ｂ）に基づく擬似Ｙ信号も１ライン中の情報だけからでは生成することができない。すなわち、ヒストグラム化するための基準輝度と、積分されようとする検波信号の比較を正しく行うことができないため、正確な露光制御を行えなかった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、原色フィルタを有するＣＣＤイメージセンサを用いた場合において、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色が１ライン中に全て揃わなくてもＡＥヒストグラム検波を実現し、正確な露光制御を可能としたカラー撮像装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるカラー撮像装置は、１ライン中に３原色が同時に存在しない色コーディングの原色フィルタを有する固体撮像素子を用いたカラー撮像装置であって、固体撮像素子の撮像信号中からＧ画素成分のみを抜き出すＧ画素抜き出し回路と、このＧ画素抜き出し回路で抜き出されたＧ画素成分を所定の基準値と比較する比較回路と、この比較回路の比較結果に基づいて固体撮像素子の撮像信号を積分する積分回路と、この積分回路の積分出力に基づいて露光制御を行うコントローラとを備え、当該コントローラは、前記色情報積分回路の出力から求められる１画面中の３原色の成分比に基づいて前記積分回路の積分出力を補正し、この補正した積分出力に基づいて露光制御を行うか、前記色情報積分回路の出力から求められる１画面中の３原色の成分比に基づいて前記基準値を補正し、この補正した基準値を前記比較回路に与える構成となっている。
【００１０】
上記構成のカラー撮像装置において、原色フィルタの色コーディングと同じ並びのまま画素信号が固体撮像素子から入力されると、Ｇ画素抜き出し回路では、この画素信号からＧ画素成分のみが抜き出される。この抜き出されたＧ画素成分は、比較回路において所定の基準値と比較される。積分回路はこの比較回路の比較結果に基づいて固体撮像素子からの撮像信号を積分する。これにより、Ｇ画素の画素信号を使用して、１画面中の明るさ分布を知るヒストグラム積分が実現される。そして、コントローラは、１画面中の３原色の成分比に基づいて積分回路の積分出力を補正し、この補正した積分出力に基づいて露光制御を行うか、１画面中の３原色の成分比に基づいて前記基準値を補正し、この補正した基準値を比較回路に与える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態を示すブロック図である。なお、本実施形態においては、Ｇ市松ＲＢ線順次の色コーディングの原色フィルタを有するＣＣＤイメージセンサを用いてＡＥヒストグラム検波を可能とするカメラシステムに適用した場合について説明する。図２に、Ｇ市松ＲＢ線順次の色コーディングを示す。
【００１２】
図１において、ＣＣＤイメージセンサ１１は、タイミングジェネレータ１２で発生される読み出しパルス、垂直転送パルス、水平転送パルス、シャッタパルスなどの各種のタイミング信号に基づいて駆動される。ＣＣＤイメージセンサ１１の出力信号（撮像信号）は、ＣＤＳ＆ＡＧＣ回路１３でサンプリングおよびゲイン調整が行われた後、Ａ／Ｄコンバータ１４でディジタル化されてクランプ回路１５に供給される。
【００１３】
クランプ回路１５は、撮像信号中の黒レベルをクランプし、黒レベルに対する各画素の信号レベルを出力する。このクランプ回路１５から出力される画素信号は、ホワイトバランス回路１６およびディレイライン１７を経た後、Ｙ処理回路１８で信号処理されてＹ信号として出力されるとともに、Ｃ処理回路１９で信号処理されてＣ信号として出力される。クランプ回路１５からの画素信号はさらにＡＥ用検波回路２０にも供給される。このＡＥ用検波回路２０の検波出力は、マイクロコンピュータ等からなるシステムコントローラ２１に供給される。
【００１４】
色情報積分回路としてのＡＷＢ用検波回路２２は、Ｃ処理回路１９の出力信号を検波することによって色情報を得る。このＡＷＢ用検波回路２２で得られる色情報はシステムコントローラ２１に供給される。システムコントローラ２１は、ＡＥ用検波回路２０の検波出力に基づいてタイミングジェネレータ１２から出力されるシャッタパルスのタイミングやＡＧＣ回路１３のゲインを変化させることによって露光制御（アイリス制御）を自動的に行うとともに、ＡＷＢ用検波回路２２の検波出力に基づいてホワイトバランス回路１６を制御することによって色あいの調整を自動的に行う。
【００１５】
上述した構成において、クランプ回路１５→ＡＥ用検波回路２０→システムコントローラ２１→タイミングジェネレータ１２／ＡＧＣ回路１３の経路によってＡＥループが形成され、Ｃ処理回路１９→ＡＷＢ用検波回路２２→システムコントローラ２１→ホワイトバランス回路１６の経路によってＡＷＢループが形成されている。このＡＥループにおいて、ＡＥ用検波回路２０には、ＣＣＤイメージセンサ１１の原色フィルタの色コーディングと同じ並びのまま画素信号が入力される。
【００１６】
ＡＥ用検波回路２０は、クランプ回路１５から出力される画素信号中からＧ画素成分のみを抜き出すＧ画素抜き出し回路２０１と、このＧ画素抜き出し回路２０１で抜き出されたＧ画素成分をシステムコントローラ２１から与えられる２種の明るさ基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２と比較する比較回路２０２と、この比較回路２０２の比較結果に基づいて積分動作を行う２つの積分回路２０３，２０４と、クランプ回路１５からの画素信号又はＧ画素抜き出し回路２０１からのＧ画素成分を選択的に積分回路２０３に積分対象信号として供給する切替えスイッチ２０５と、この切替えスイッチ２０５の選択出力を遅延して積分回路２０４に供給する遅延回路（Ｄ）２０６とから構成されている。
【００１７】
ここで、Ｇ画素抜き出し回路２０１としては、ゲート回路を用いてＧ画素のタイミングでゲートを開くことによって画素信号からＧ画素成分のみを抜き出す回路構成のものや、セレクタを用いて画素タイミングでＧ画素成分と他の画素成分とを切り替えることによってＧ画素成分のみを抜き出す回路構成のものなどを用いることができる。
【００１８】
続いて、ＡＥ用検波回路２０の回路動作について、図３のタイミングチャートを用いて説明する。
【００１９】
今、あるｎライン目を見ると、ＡＥ用検波回路２０には、Ｇ１，Ｒ１，Ｇ２，Ｒ２，……という画素の並びで画素信号（Ａ）が入力される。すると、Ｇ画素抜き出し回路２０１では、この画素信号（Ａ）からＧ画素成分（Ｂ）のみが抜き出される。このＧ画素成分（Ｂ）は、比較回路２０２において、システムコントローラ２１から与えられる基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２と比較される。比較回路２０２は、Ｇ画素成分（Ｂ）、即ち検波信号の方が基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２よりも大きい場合に“Ｈ”レベル、小さい場合に“Ｌ”レベルの比較結果（Ｃ）を出力する（なお、論理は逆でも、最終的なつじつま合わせは可能である）。
【００２０】
ここで、比較回路２０２は、ヒストグラム積分するための２種の基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２の各々について比較結果を出力するので、本来ならば、出力として２系統必要となる。これに対し、本例では、出力を１系統として、図３（Ｃ）に示すように、時間軸上で２つの比較結果をシリアルに並べて出力する形態を採っている。この比較回路２０２の比較結果（Ｃ）は、２つの積分回路２０３，２０４に供給される。
【００２１】
また、積分回路２０３，２０４には、クランプ回路１５から出力される画素信号（Ａ）又はＧ画素抜き出し回路２０１から出力されるＧ画素成分（Ｂ）が積分対象信号として切替えスイッチ２０５によって選択されて入力される。積分回路２０３は、比較結果（Ｃ）のうち、基準値ＲＥＦ１との比較結果が“Ｈ”レベルのときのみ積分動作を行う。ただし、検波対象として画素信号（Ａ）が選択されている場合は、Ｇ１とＲ１のペアとして共に積分する。
【００２２】
一方、積分回路２０４は、比較結果（Ｃ）のうち、基準値ＲＥＦ２との比較結果が“Ｈ”レベルのときに積分動作を行う。ただし、積分回路２０３と同様に、画素信号（Ａ）が検波対象の場合はＧ１とＲ１を共に積分する。このために、検波信号を遅延回路２０６で遅延させることによってタイミング合わせを行っている。なお、基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２の各々について２系統の比較結果を出力する場合には、遅延回路２０６によってタイミング合わせを行う必要はない。
【００２３】
以上により、Ｇ画素を対象としてヒストグラム積分が行われる。ここで注意しなくてはいけないのは、Ｇ画素が比較的広い波長領域に感度を持っているとはいえ、例えば、夕焼けの空の下のようなかなり赤みがった光源の下では、Ｇ画素そのものの画素信号のレベルが低下する。このため、本実施形態の場合のように、積分対象信号にＧ画素のみを選んでいる場合は、積分値そのものが小さくなる。また、ヒストグラム判定のための図３（Ｂ）に示すＧ画素成分のレベルも小さな値となり、通常、被写体で適度に設定した基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２が高くなりすぎてしまう。
【００２４】
そこで、本実施形態では、以下に述べる手法を用いている。本カメラシステム内には、色情報を積分する回路、即ちＡＷＢ用検波回路２２が搭載されている。このため、システムコントローラ２１はこのＡＷＢ用検波回路２２の検波出力から１画面中のＧ，Ｒ，Ｂ成分の比率を知ることができる。例えば、夕焼け時にはＧ，Ｂ成分に比べてＲ成分がかなり大きくなる。
【００２５】
このとき、システムコントローラ２１は、ＡＥ用検波回路２０から供給される積分結果が本来のものよりも小さめであると判断し、この積分結果を例えば２倍にするなどの補正を行ってＡＥアルゴリズムへ反映させてやる。また、基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２に対しても、これらはそのままだと大きくなりすぎるので、例えば１／２倍した値をＡＥ用検波回路２０内の比較回路２０２に与えてやり、図４に示すように、１画面中の輝度分布のうち、通常被写体とほぼ同じ位置に基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２がくるように補正をかけてやる。
【００２６】
以上説明した本実施形態に係るＡＥ制御の処理手順を図５に示す。この処理はシステムコントローラ２１によって実行される。システムコントローラ２１は先ず、ＡＷＢ用検波回路２２の検波出力を取り込み（ステップＳ１）、この検波出力に基づいて１画面中のＧ，Ｒ，Ｂ成分の比率を求める（ステップＳ２）。そして、Ｇ，Ｂ成分に比べてＲ成分がかなり大きい（Ｒ成分≫Ｇ，Ｂ成分）か否かを判断し（ステップＳ３）、Ｒ成分≫Ｇ，Ｂ成分の場合には、夕焼け時の撮影であると判断し、積分結果および基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２をそれぞれ補正し（ステップＳ４）、その補正結果に基づいてシャッタスピードおよびＡＧＣゲインを制御する（ステップＳ５）。
【００２７】
このように、ＡＥ用検波回路２０において、Ｇ画素を対象としてヒストグラム積分を行う場合、ＡＷＢ用検波回路２２から得られる色情報の積分結果に基づいてＲ，Ｇ，Ｂの成分比を求め、その成分比に基づいてＧ画素積分値およびヒストグラム積分を行うための２種の明るさ基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２を補正することにより、例えば夕焼け空の下での撮影の場合などであっても、Ｇ画素のレベル低下の影響を受けることなく、正確に露光制御を行うことができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、切替えスイッチ２０５を切り替えることにより、クランプ回路１５からの画素信号又はＧ画素抜き出し回路２０１からのＧ画素成分を選択的に積分回路２０３に積分対象信号として供給する構成としたが、切替えスイッチ２０５を省略し、クランプ回路１５からの画素信号のみを固定的に積分回路２０３に積分対象信号として供給する構成とすることも可能である。
【００２９】
また、クランプ回路１５からの画素信号に代えてＧ画素抜き出し回路２０１からのＧ画素成分を固定的に積分回路２０３に積分対象信号として供給する構成とすることも可能である。この場合には、画素情報としてはＧ画素のみであり、１画面中の全画素の半分となることから、積分回路２０３，２０４の語長が短くて済むため、回路構成を簡略化できる利点がある。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、原色フィルタを有する固体撮像素子を撮像デバイスとして用いたカラー撮像装置において、固体撮像素子の撮像信号中からＧ画素成分のみを抜き出し、このＧ画素成分を所定の基準値と比較し、その比較結果に基づいて固体撮像素子の撮像信号を積分することによってＧ画素を対象としてヒストグラム積分を行い、その積分結果に基づいて露光制御を行うようにしたことにより、Ｇ画素のみを使用したヒストグラム積分を実現できるため、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色が１ライン中に全て揃わなくてもＡＥヒストグラム検波が可能となり、正確な露光制御を実現できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】Ｇ市松ＲＢ線順次の色コーディングを示す図である。
【図３】本実施形態に係るＡＥ用検波回路の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】補正前（Ａ）と補正後（Ｂ）の基準値ＲＥＦ１，ＲＥＦ２に対するＹ分布を示す特性図である。
【図５】ＡＥ制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１…ＣＣＤイメージセンサ、１２…タイミングジェネレータ、１３…ＣＤＳ＆ＡＧＣ回路、１６…ホワイトバランス回路、２０…ＡＥ用検波回路、２１…システムコントローラ、２２…ＡＷＢ用検波回路、２０１…Ｇ画素抜き出し回路、２０２…比較回路、２０３，２０４…積分回路、２０５…切替えスイッチ
【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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