(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、
前記撮像素子へ入射する光の光量を調節する絞りと、
前記絞りの前方または後方に、前記撮像素子に入射される光の光路に所定の速度で挿抜可能に設けられ、当該撮像素子への光の光量を制限する光量制限フィルタと、
前記撮像素子から得られる３原色の各色信号のバランスを調整するホワイトバランス回路と、
前記光量制限フィルタの前記光路中の挿入位置に応じて前記ホワイトバランス回路を制御して前記各色信号のバランスを補正するホワイトバランス補正手段と
を有するカラー撮像装置。
【請求項２】
前記ホワイトバランス回路は、所定の色信号のゲインを調整する
請求項１に記載のカラー撮像装置。
【請求項３】
前記ホワイトバランス補正手段は、前記光量制限フィルタの位置に応じたゲイン補正量を算出し、前記ホワイトバランス回路に出力する
請求項２に記載のカラー撮像装置。
【請求項４】
前記ホワイトバランス補正手段は、前記前記各色信号のバランスを補正するための前記光量制限フィルタの位置に応じたゲイン補正量を予め保持しており、前記光量制限フィルタの位置に応じて前記ホワイトバランス回路に出力する
請求項２に記載のカラー撮像装置。
【請求項５】
前記ホワイトバランス補正手段は、前記光量制限フィルタの前記光路への挿入または光路からの抜出の開始信号を受けて、開始時からの経過時間を基に前記光量制限フィルタの位置を検出する
請求項１に記載のカラー撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子から出力される輝度信号および色信号から３原色の色信号を生成し、これらの色信号を前記ホワイトバランス回路に出力するする色信号処理回路と、
前記ホワイトバランス回路から出力される３原色の色信号から色差信号を生成する色差信号生成回路と
をさらに有する請求項１に記載のカラー撮像装置。
【請求項７】
撮像素子に入射される光の光路に所定の速度で挿抜可能に設けられ、当該撮像素子への光の光量を制限する光量制限フィルタを有するカラー撮像装置の前記撮像素子から得られる３原色の色信号のホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正方法であって、
前記光量制限フィルタの前記光路への挿入位置に応じて、前記撮像素子から得られる３原色の各色信号のゲインを補正してホワイトバランスを一定にすることを特徴とする
ホワイトバランス補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー撮像装置およびホワイトバランス補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
肉眼で見る場合は自動的に周囲光に眼が順応して、色が補正されるので不自然に感じることは少ないが、物理測光を行なうカラーカメラでは被写体に当てる光や照明の種類または度合いによって、ＣＣＤなどの撮像素子によって再現される色が変わってくる。
カラーカメラでは忠実にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色に分解して色を再現するので、屋外の太陽光の下で撮像する場合と、室内の白色ランプの照明下では、色のバランスが変わってくる。
このため、カラーカメラでは、撮像のたびに、色温度に合わせて色あいの補正を行なうことが必要になる。
たとえば、特開昭６１−２８３２９５号公報に開示されているように、家庭用のビデオカメラ等では、色の補正を行なうために、ホワイトバランス調整機能を有するものが知られている。このホワイトバランス調整機能は、Ｒ，Ｂの色信号の利得を制御して、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の出力比を等しくするものである。
【０００３】
一方、家庭用のビデオカメラ等では、アイリスユニットおける絞りの光量制御のダイナミックレンジを広げ、小絞りによる回折現象を防止するために、光量を制限するため、位置的に光の透過率が連続的に変化するＮＤ(neutral density) フィルタが撮像レンズと撮像素子との間に挿入および抜き出しが可能に設けられたものが知られている。このＮＤフィルタを動作させることにより、小絞りによる回折現象を防止でき画質の劣化を防ぐことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえば、ステッピングモータ等の駆動手段でＮＤフィルタの挿抜を自動的に制御しようとした場合、ＮＤフィルタがカラーカメラの光路内で移動中（遷移時）には、撮像素子に入射する光量が変化するため、ホワイトバランスが変化することになる。そのため、このＮＤフィルタの移動中には、画質が変化するため、ユーザもこれを意識することになる。
【０００５】
本発明は、ＮＤフィルタの動作中にも、ホワイトバランスが変化することなく、ＮＤフィルタの遷移状態における画質の変化を抑制することが可能なカラー撮像装置およびホワイトバランス補正方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、撮像素子と、前記撮像素子へ入射する光の光量を調節する絞りと、前記絞りの前方または後方に、前記撮像素子に入射される光の光路に所定の速度で挿抜可能に設けられ、当該撮像素子への光の光量を制限する光量制限フィルタと、前記撮像素子から得られる３原色の各色信号のバランスを調整するホワイトバランス回路と、前記光量制限フィルタの前記光路中の挿入位置に応じて前記ホワイトバランス回路を制御して前記各色信号のバランスを補正するホワイトバランス補正手段とを有する。
【０００７】
前記ホワイトバランス回路は、所定の色信号のゲインを調整する。
【０００８】
前記ホワイトバランス補正手段は、前記光量制限フィルタの位置に応じたゲイン補正量を算出し、前記ホワイトバランス回路に出力する。
【０００９】
前記ホワイトバランス補正手段は、前記前記各色信号のバランスを補正するための前記光量制限フィルタの位置に応じたゲイン補正量を予め保持しており、前記光量制限フィルタの位置に応じて前記ホワイトバランス回路に出力する。
【００１０】
前記ホワイトバランス補正手段は、前記光量制限フィルタの前記光路への挿入または光路からの抜出の開始信号を受けて、開始時からの経過時間を基に前記光量制限フィルタの位置を検出する。
【００１１】
本発明は、前記撮像素子から出力される輝度信号および色信号から３原色の色信号を生成し、これらの色信号を前記ホワイトバランス回路に出力するする色信号処理回路と、前記ホワイトバランス回路から出力される３原色の色信号から色差信号を生成する色差信号生成回路とをさらに有する。
【００１２】
本発明は、撮像素子に入射される光の光路に所定の速度で挿抜可能に設けられ、当該撮像素子への光の光量を制限する光量制限フィルタを有するカラー撮像装置の前記撮像素子から得られる３原色の色信号のホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正方法であって、前記光量制限フィルタの前記光路への挿入位置に応じて、前記撮像素子から得られる３原色の各色信号のゲインを補正してホワイトバランスを一定にすることを特徴とする。
【００１３】
本発明のカラー撮像装置では、撮像素子に入射される光の光路に光量制限フィルタが挿入されると、または、光路から光量制限フィルタが抜き出されると、撮像素子から得られる３原色の各色信号のバランスは変化する。
ホワイトバランス補正手段は、光量制限フィルタの光路中の移動位置に応じてホワイトバランス回路を制御して各色信号のバランスを補正するため、３原色の各色信号のバランスの変化は抑制されることになる。
【００１４】
【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参照して説明する。
図１は、本発明が適用されるカラー撮像装置の基本構成を示す構成図である。図１において、本発明が適用されるカラー撮像装置は、撮像レンズ３と、アイリスユニット５と、ＮＤフィルタユニット７と、撮像素子９と、処理回路１１とを有している。
本実施形態に係るカラー撮像装置は、１個の撮像素子から３原色信号を得る単板式の撮像方式である。
【００１５】
撮像レンズ３は、被写体からの光を集光して撮像素子９に集光する。
図１においては、単一の撮像レンズを示しているが、実際には、たとえば、ズームレンズやフォーカスレンズ等の複数の固定レンズおよび可動レンズ群を有している。
【００１６】
撮像素子９は、撮像レンズ３を通じた光の像を電気信号に変換し、
この撮像素子９には、たとえば、ＣＣＤ(charge coupled device) が使用される。撮像素子９には、色情報を取り出すために色フィルタアレイが設けられる。これにより、撮像素子９の出力は、輝度成分と色成分からなる信号となる。
【００１７】
アイリスユニット５は、入射光量が変化した場合に、低照度ではＳＮ比が低下し、過大入射光では撮像素子１１が飽和するので、適正露光を得るための絞り機構である。
【００１８】
ＮＤフィルタユニット７は、アイリスユニット５の小絞り回折による画質低下防止の目的で、撮像レンズ３と撮像素子９との間に設けられる。
図２は、ＮＤフィルタユニット７の構成例を示す説明図である。
図２において、ＮＤフィルタ１３は、アーム１４の一方端に形成された保持部１５によって保持されている。
アーム１４は、他端側に設けられた支軸１６を中心に矢印の向きに回動可能となっている。これにより、撮像レンズ３と撮像素子９との間の光の光路にＮＤフィルタ１３を挿入および抜き取り可能である。
アーム１４は、たとえば、図示しないステッピングモータのような駆動手段によって支軸１６を中心に矢印方向に所定の回転速度で駆動される。
【００１９】
ＮＤフィルタユニット７は、アイリスユニット５の絞り状態に応じて動作する。すなわち、撮像レンズ３からの光量が大きい場合に、アイリスユニット５の絞りが小さくなりすぎて光の回折現象を起こさないように、光量を制限するためにＮＤフィルタユニット７が動作するようになっている。
したがって、ＮＤフィルタユニット７が動作すると、撮像レンズ３と撮像素子９との間の光の光路にＮＤフィルタ１３が挿入されていくため、ＮＤフィルタ１３が完全に光路中に移動する間は、撮像素子９に入射する光量は変化することになる。その結果、ＮＤフィルタ１３の動作中には、撮像された画像の色合いが変化する。
【００２０】
本実施形態では、ＮＤフィルタ１３の動作中における撮像された画像の色あいの変化を抑制すべく、後述するホワイトバランス補正回路２５を上述の処理回路１１内に備えている。
図３は、上記の処理回路１１内の一構成例を示している。
図３において、処理回路１１は、色信号処理回路２１と、ホワイトバランス回路２２と、ガンマ補正回路２３と、色差信号生成回路２４と、ホワイトバランス補正回路２５と、ホワイトバランス調整回路２６と、主制御回路２７とを有している。
【００２１】
撮像素子９からの出力信号は、たとえば、相関２重サンプリングで信号成分のみが抽出されたのち、増幅され、輝度信号Ｙ、色信号Ｃｒ，Ｃｂが色信号処理回路２１に入力される。
色信号処理回路２１では、所定のマトリクス演算を施してＲ，Ｇ，Ｂ信号を生成し、このＲ，Ｇ，Ｂ信号をホワイトバランス回路２２に出力する。
【００２２】
ホワイトバランス回路２２は、ある光源下で撮像する場合、基準とする白色に対して、Ｇの色信号のレベルを基準とし、それにＲ、Ｂの色信号のレベルを合わせてホワイトバランスをとり、適正な色再現をするための回路である。
具体的には、ホワイトバランス回路２２は、色信号処理回路２１から出力されたＲ，Ｂの色信号をホワイトバランス調整回路２６から出力される増幅率ｇｒ，ｇｂの値に応じて増幅する。
【００２３】
ホワイトバランス調整回路２６は、ホワイトバランス回路２２に出力すべき増幅率ｇｒ，ｇｂの値を算出する。
この増幅率ｇｒ，ｇｂの算出は自動的に行なわれるが、たとえば、複数の光センサをカラー撮像装置に装着し、光センサの信号をホワイトバランス調整回路２６に取り込み、ホワイトバランス調整回路２６において周囲の色温度を推定して、適切な増幅率ｇｒ，ｇｂを算出することができる。
【００２４】
ガンマ補正回路２３は、ホワイトバランス回路２５から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの各色信号を補正して、カラー撮像装置で撮像した画像を、画像再生用ＣＲＴ装置に映し出したときの特性と一致させるための回路である。
【００２５】
色差信号生成回路２４は、ガンマ補正回路２３から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの色信号から色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成する出力する。
色差信号出力Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを基に、図示しない変調回路によって色信号が出力される。
【００２６】
ホワイトバランス補正回路２５は、ＮＤフィルタ１３の動作中における撮像された画像の色あいの変化を抑制するために、ホワイトバランス回路２２の増幅率を補正する機能を有する。具体的には、ＲおよびＧの色信号の増幅率ｇｒ，ｇｂを同時に補正する。
【００２７】
主制御回路２７は、カラー撮像装置の全体の制御を行い、ホワイトバランス補正回路２５に対してＮＤフィルタの作動をオンしたことを知らせる信号ＳN とＮＤフィルタの作動をオフしたことを知らせる信号ＳF を出力したり、ＮＤフィルタユニット７を駆動するたとえばステッピングモータ２９を駆動する制御指令を出力したりする。
【００２８】
ここで、ホワイトバランス補正回路２５によるＲおよびＧの色信号の増幅率の補正は、たとえば、図４に示すようなＮＤフィルタ１３の位置に応じたホワイトバランス回路２２に対する補正ゲインによって行なう。
図４は、横軸がＮＤフィルタ１３の回転位置を示しており、縦軸はＲおよびＧの色信号の補正ゲインＧを示している。
図４において、ＮＤフィルタ１３の回転位置Ｘａは、ＮＤフィルタ１３が光路から完全に外れているときの位置であり、回転位置ＸｄはＮＤフィルタ１３が完全に光路内に移動した状態の回転位置である。
したがって、図４の実線で示す曲線Ｌのように、ＮＤフィルタ１３の任意の回転位置に応じて、ＲおよびＧの色信号の補正ゲインＧを変化させることにより、ＮＤフィルタ１３の動作中における撮像された画像の色あいの変化を抑制することができる。
【００２９】
ところで、ＮＤフィルタ１３の回転位置の検出は、たとえば、ＮＤフィルタユニット７に回転位置検出器を設けることによって可能であるが、本実施形態では、装置構成を簡単にするため回転位置検出器は使用せず、ステッピングモータなどのＮＤフィルタユニット７の駆動手段の動作速度を考慮して、ＮＤフィルタ１３の作動をオンまたはオフした時点からの経過時間によってＮＤフィルタ１３の回転位置を推定する。
本実施形態では、ホワイトバランス補正回路２５には、ＮＤフィルタの作動をオンしたことを知らせる信号ＳN と、ＮＤフィルタの作動をオフしたことを知らせる信号ＳF とが入力される構成となっており、また、ＮＤフィルタ１３の駆動は一定の回転速度でかつ比較的低速度で行なわれる。
【００３０】
次に、本実施形態に係るカラー撮像装置のホワイトバランス補正動作について図５および図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ＮＤフィルタ１３の作動をオフ状態からからオン状態にしたとき、ホワイトバランスの補正動作を説明する。
ＮＤフィルタ１３の作動がオンされると（ステップＳ１）、ホワイトバランス補正回路２５には、オン信号ＳN が入力され（ステップＳ２）、ホワイトバランス回路２２におけるゲインの補正を開始する。
【００３１】
ＮＤフィルタユニット７のアーム１４が、駆動され（ステップＳ３）、ＮＤフィルタ１３が撮像レンズ３と撮像素子９との間の光路内に挿入される。
同時に、ホワイトバランス補正回路２５はホワイトバランス回路２２のホワイトバランスの補正を開始する（ステップＳ４）。
【００３２】
ホワイトバランス補正回路２５の出力する補正ゲインＧは、図４に示すように、ＮＤフィルタ１３が光路に挿入されていないときの位置をＸａとすると、ホワイトバランス補正回路２５から出力される補正ゲインの値はＧａである。
上述したように、ＮＤフィルタ１３が完全に光路に挿入された状態である位置Ｘｄまでのゲインの変化は図の曲線Ｌのように推移させると、ＮＤフィルタ１３の動作中に、撮像された画像の色あいの変化を抑制することができる。。
本実施形態では、曲線ＬのＮＤフィルタ１３の複数の回転位置Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄのそれぞれの間を、点線で示すように直線補間して近似する。
本実施形態では、補正曲線Ｌを直線補間するため、すべての補正ゲインＧのデータを保持する必要がなく、大量のメモリを要しない。
したがって、ホワイトバランス補正回路２５は、ＮＤフィルタ１３の作動がオンすると、各回転位置Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄの間で、補正ゲインＧを算出してホワイトバランス回路２２に出力する。
【００３３】
ＮＤフィルタ１３の光路への挿入または抜き出しの遷移状態では、もともとホワイトバランスは大きく外れることはないことから、上述の補正曲線Ｌを点線で示す線分で近似した程度の補正であっても、ホワイトバランスの変化を目立たなくすることが可能となる。
【００３４】
ＮＤフィルタ１３が撮像レンズ３と撮像素子９との間の光路に完全に挿入されると、ＮＤフィルタユニット７の駆動は停止し（ステップＳ５）、ホワイトバランスの補正動作は終了する（ステップＳ６）。
【００３５】
次に、ＮＤフィルタ１３を光路から抜き出すときのホワイトバランスの補正動作を説明する。
この場合にも、ＮＤフィルタ１３が撮像レンズ３と撮像素子９との間の光路内で移動するため、ホワイトバランスは変化することになる。
なお、ＮＤフィルタ１３は、アイリスユニット５の絞りが所定よりも大きくなると自動的に光路から抜き出される。
【００３６】
ＮＤフィルタ１３が光路から抜き出されると（ステップＳ１１）、ホワイトバランス補正回路２５には、オフ信号ＳF が入力され（ステップＳ１２）、同時に、ＮＤフィルタユニット７のアーム１４が撮像レンズ３と撮像素子９との間の光路内から抜き出される方向に駆動される（ステップＳ１３）。
ＮＤフィルタ１３の抜き出し動作と同時に、ホワイトバランス補正回路２５はホワイトバランス回路２２のホワイトバランスの補正を開始する（ステップＳ１４）。
【００３７】
ホワイトバランス補正回路２５によるホワイトバランスの補正は、上述の場合と逆の動作によって行なわれる。
すなわち、ＮＤフィルタ１３の回転位置ＸｄからＸｄに向けて各回転位置Ｘｄ、Ｘｃ、Ｘｂ、Ｘａの間で、補正ゲインＧを算出してホワイトバランス回路２２に出力する。
【００３８】
ＮＤフィルタ１３が撮像レンズ３と撮像素子９との間の光路から完全に抜き出されると、ＮＤフィルタユニット７の駆動は停止し（ステップＳ１５）、ホワイトバランスの補正動作は終了する（ステップＳ１６）。
【００３９】
また、図７は、ホワイトバランス補正回路２５による他の補正方法を説明するための図である。
図４において説明した方法では、ＮＤフィルタ１３の各回転位置Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄの間の補正曲線Ｌを直線補間する構成としたが、図５に示すように、回転位置ＸａとＸｄとの間の複数の各回転位置で、補正曲線Ｌの各ゲインの値を保持するテーブルを予め作成しておき、これをＮＤフィルタ１３の各回転位置に応じて出力する構成とすることも可能である。
このような構成によれば、ホワイトバランスのさらに精密な制御を行うことができる。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、撮像素子９への光の光量を制限するＮＤフィルタ１３の作動の過渡状態においても、カラー撮像装置によって撮像した画像のホワイトバランスの変化を抑制することが可能になる。
また、これにより、ＮＤフィルタユニット７をアイリスユニット５の絞り制御と連動させた場合に、ＮＤフィルタユニット７の作動を違和感のないものとすることができる。
【００４１】
なお、本実施形態に係るＮＤフィルタユニット７では、ＮＤフィルタ１３をアーム１４によって回転させて光路に挿抜する構成としたが、本発明ほこれに限定されない。たとえば、ＮＤフィルタ１３を直動式の駆動手段によって光路に対して直線的に挿抜する構成としてもよく、この場合には、図４に示した補正曲線ＬもＮＤフィルタ１３の駆動方法に応じて変化することになる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、カラー撮像装置において光量制限フィルタの光路への挿抜の過渡状態によるホワイトバランスの変化を補正することで、ユーザに意識されることなく、光量制限フィルタを動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるカラー撮像装置の基本構成を示す構成図である。
【図２】ＮＤフィルタユニット７の構成例を示す説明図である。
【図３】処理回路１１内の構成例を示す説明図である。
【図４】ＮＤフィルタ１３の位置に応じたホワイトバランス回路２２に対する補正ゲインを示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るカラー撮像装置のホワイトバランス補正動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係るカラー撮像装置のホワイトバランス補正動作の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図７】ＮＤフィルタ１３の位置に応じたホワイトバランス回路２２に対する補正ゲインの他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
３…撮像レンズ、５…アイリスユニット、７…ＮＤフィルタユニット、９…撮像素子、１１…処理回路、１３…ＮＤフィルタ、１４…アーム、１５…保持部、１６…支軸、２１…色信号処理回路、２２…ホワイトバランス回路、２３…ガンマ補正回路、２４…色差信号生成回路、２５…ホワイトバランス補正回路、２６…ホワイトバランス調整回路、２７…主制御回路。
【図１】
0003963041.tif 000002
【図２】
0003963041.tif 000003
【図３】
0003963041.tif 000004
【図４】
0003963041.tif 000005
【図５】
0003963041.tif 000006
【図６】
0003963041.tif 000007
【図７】
0003963041.tif 000008