JP3142603B2 - 画像撮影装置のホワイトバランス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像撮影装置のホワイト
バランス装置に関し、屋内及び屋外で撮影をしたときの
カラーフェリアを低減させるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラやビデオスチルカメラ等の
画像撮影装置では、白い被写体を白く再現するようにホ
ワイトバランスの調整をしている。ホワイトバランスの
調整は、カメラの赤信号回路の利得と青信号回路の利得
とを、緑信号を基準として制御して行う。ホワイトバラ
ンスを合わせるには、撮影環境の光の色あい（色温度）
を計測する必要がある。ホワイトバランスの方式として
は、色温度計測手法の異なる、外部測光方式と内部測光
方式とがある。

【０００３】外部測光方式では色温度センサにより直接
色温度を検出し、検出データを基にＲ（赤）信号用のホ
ワイトバランス制御信号及びＢ（青）信号用のホワイト
バランス制御信号を作り、ホワイトバランスをとるよう
にしている。色温度センサは、例えば、赤フィルタを付
けたフォトセンサと緑フィルタを付けたフォトセンサと
青フィルタを付けたフォトセンサを一体に組み込んで形
成されており、各フォトセンサの出力電圧からＲ，Ｂ信
号用のホワイトバランス制御信号を作っている。

【０００４】内部測光方式では、いわば間接的に色温度
を検出しており、ホワイトバランスが合っている場合に
画面の所定範囲（例えば全画面の７割程度）を平均化す
れば無彩色（灰色）になるという知見をもとに制御をし
ている。つまり、基準色温度条件下で画面の所定範囲の
色を平均すると無彩色となる色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙの
積分平均値を、基準値として設定しておき、撮影時にビ
デオカメラで生成した実際の色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙの
積分平均値が基準値となるように、Ｒ信号及びＢ信号の
値をフィードバック制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した「画面の所定
範囲を平均化すれば無彩色（灰色）になる」という条件
は、各種の色がランダムに混入している一般の風景を撮
影したときには成立する。しかし、例えば緑色の芝生を
画面全面にとり込んで撮影したときには、前述した条件
は成立せず、平均すると緑にかたよった色になってしま
う。したがって緑色の芝生を撮影したときに、内部測光
方式を用いてホワイトバランス調整を自動的に、つまり
オートホワイトバランスを行うと、画面を平均した色が
無彩色でないにもかかわらず無彩色とみなして自動的に
ホワイトバランスをとるため基準白レベルがズレてしま
い、再生被写体（芝生）の色がマゼンタ（緑色に対する
補色）がかった色味に補正制御され、いわゆるカラーフ
ェリアが生じてしまう。

【０００６】上記不具合を解決するには、ホワイトバラ
ンスを行うときに、ホワイトバランス調整のできる調整
範囲を狭いエリアに限定しておけばよいと、一見考えら
れる。例えば、Ｂ−Ｙ軸を横軸としＲ−Ｙ軸を縦軸とし
たベクトルスコープ上で表現すると、Ｉ軸に近い狭いエ
リア内だけでホワイトバランス調整をし、このエリア外
での調整をしないようにするのである。このような考え
は、ベクトルスコープ上で色温度をパラメータとして変
化させていくと、白の起点を結んだ特性曲線がＩ軸に近
いという現象から案出されたものである。このようにす
れば、例えば緑色の芝生を全面にとり込んで撮影して
も、緑−マゼンタ方向に対してはホワイトバランス調整
量が少ないので、カラーフェリアが少なくなる。

【０００７】しかし、オートホワイトバランス調整の際
にホワイトバランス調整の範囲を狭いエリアに限定する
ことは、自然光（太陽）から人造光（蛍光灯，白熱灯）
のもとで撮影する民生用のビデオカメラに適用するの
は、現実的でない。つまり自然光だけで撮影する場合に
は、Ｉ軸に近い狭いエリア内だけでホワイトバランス調
整をしてもホワイトバランスをとることはできるが、人
造光の中で蛍光灯は色温度変化軸には乗らないため、調
整エリアをＩ軸近くに限定して蛍光灯のもとで撮影をし
たときにはホワイトバランスをとることができなくなっ
てしまうのである。したがって、従来の方式では、蛍光
灯で照明したときでも、ホワイトバランスをとるように
引き込むために、エリアの幅を広げる必要があり、これ
がカラーフェリアの原因の一つとなっていた。

【０００８】本発明は、上記従来技術に鑑み、カラーフ
ェリアを抑えてホワイトバランスの調整ができる画像撮
影装置のホワイトバランス装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、内部測光方式を用いたホワイトバランス装
置において、被写体輝度を検出し、被写体輝度が設定値
よりも高いときには自然光（太陽光）のもとで屋外で撮
影をしている屋外モードと判定し、被写体輝度が設定値
よりも低いときには人造光（蛍光灯，白熱灯）のもとで
屋内で撮影している屋内モードと判定し、屋外モードで
は太陽光の色温度を考慮して選んだ限定したエリア内で
のみホワイトバランスを調整し、屋内モードでは各人造
光の各色温度を考慮して選んだ限定したエリア内でのみ
ホワイトバランスを調整するようにしたことを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】本発明では、屋外モードと屋内モードに分けて
ホワイトバランスの調整エリアを決めているので、両モ
ードにおいてホワイトバランスの調整ができる。また、
調整エリアが限定されているので、例えば緑色の芝生を
撮影した場合には、ホワイトバランスの調整が途中で止
まってしまい、カラーフェリアが生じるほどの過補正が
生じることはなく同時にある程度のホワイトバランス調
整もできる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１は本発明の実施例に係るビデオカメラを
示すブロック図である。同図に示すように、レンズ１に
より形成された被写体像はアイリス２を通して電荷結合
素子（ＣＣＤ）３の撮像面に入射される。ＣＣＤ３の撮
像面には補色（シアン，マゼンタ，イエロー，グリー
ン）フィルターが備えられており、被写体像を示す電荷
信号Ｅは、読出し回路（ＣＤＳ）４を通して読み出され
るとともに自動利得制御（ＡＧＣ）回路５を経て信号分
離回路６に入力される。信号分離回路６は、電荷信号Ｅ
を基に２種の画像信号Ｓ１，Ｓ２及び輝度信号Ｙを出力
し、マトリクス回路７は画像信号Ｓ１，Ｓ２を信号処理
して原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを出力する。輝度信号Ｙは輝度
信号処理部２２により処理される。原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂ
は、ホワイトバランス回路８でホワイトバランスが調整
された後に、γ補正回路９でγ補正されてからマトリク
ス回路１０に入力される。マトリクス回路１０は原色信
号Ｒ，Ｇ，Ｂをマトリクス処理して、色差信号Ｒ−Ｙ，
Ｂ−Ｙを出力する。エンコーダ１１では、色差信号Ｒ−
Ｙ，Ｂ−Ｙを直交二相変調した信号と輝度信号Ｙとを加
算してＮＴＳＣ方式のビデオ信号を出力する。

【００１２】マイコン１２は、レンズ１を移動させるレ
ンズ駆動部にＡＦ（オートフォーカス）制御信号Ｐ１を
送り、アイリス２にＡＥ（オートアイリス）制御信号Ｐ
２を送り、ＡＧＣ回路５にＡＧＣ制御信号Ｐ３を送る。
またマイコン１２には、レンズ駆動部からズーム情報Ｐ
４が送られ、アイリス開度を検出するホール素子１３か
らアイリス開度を示すアイリスデータＰ５が送られ、Ｃ
ＣＤ駆動回路１４からＣＣＤ駆動状態を示す駆動状態情
報Ｐ６が送られてくる。なお、ＣＣＤ駆動回路１４は、
図示しない制御手段によりムービーモードや電子シャッ
タモードが設定されると、各モードに応じてＣＣＤ３の
駆動をする。またゲイトアレー１５は、ＣＤＳ４の出力
信号からアイリスの状態を求め、ＡＧＣ５の出力からＡ
ＧＣの状態を求め、求めた状態信号Ｐ７がマイコン１２
へ送られる。

【００１３】マイコン１２は、アイリスの開度，ＣＣＤ
の駆動状態及びＡＧＣのゲインを考慮して、被写体の輝
度を算出する。つまり、輝度が高いほどアイリスが絞ら
れ、暗くなるほどＡＧＣのゲインが大きくなり、電子シ
ャッタを動作させたときには電子シャッタスピードとＡ
ＧＣのゲインとを演算した結果が被写体輝度に対応する
ので、これら条件をマイコン１２により演算処理して被
写体輝度を検出することができるのである。マイコン１
２で算出した被体輝度データＰ８は、マイコン２０へシ
リアル伝送される。

【００１４】一方、マトリクス回路１０から出力された
色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは、ローパスフィタ１６，１７
で１Ｖ期間平均化され、Ａ／Ｄ変換器１８，１９でデジ
タル化されてからマイコン２０へ送られる。マイコン２
０には、基準色温度条件下で画面の所定範囲を平均する
と無彩色となる色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを積分平均した
値が、基準値として設定されている。そして色差信号Ｒ
−Ｙの積分平均値とＲ−Ｙ用基準値とを等しくするよう
な赤信号用ホワイトバランス制御信号Ｒ_CONTならびに、
色差信号Ｂ−Ｙの積分平均値とＢ−Ｙ用基準値とを等し
くするような青信号用ホワイトバランス制御信号Ｂ_CONT
が、マイコン２０から出力されＤ／Ａ変換器２１でアナ
ログ化されホワイトバランス回路８へ送られる。このた
め、ホワイトバランス回路８では、ホワイトバランス制
御信号Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値に応じて原色赤信号Ｒ及び原
色青信号Ｂのゲインを調整し、ホワイトバランスのフィ
ードバック制御が実行される。なお、ホワイトバランス
制御信号Ｒ_CONT，Ｂ_CONTがとり得るエリアについては、
後述する。

【００１５】更にマイコン２０からは、マトリクス回路
１０から出力される色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙのゲインを
制御するための色差ゲイン制御信号Ｒ−Ｙ_GAIN，Ｂ−Ｙ
_GAINならびに色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙの位相を制御する
ための色相制御信号Ｒ−Ｙ_HUE ，Ｂ−Ｙ_HUE が出力され
る。マトリクス回路１０では、色差ゲイン制御信号Ｒ−
Ｙ_GAIN，Ｂ−Ｙ_GAINに応じて色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙの
ゲインを変えて飽和度の調整をし、色相制御信号Ｒ−Ｙ
_HUE ，Ｂ−Ｙ_HUE に応じて色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙの位
相を変えて色相の調整をする。

【００１６】マイコン２０には、図２に示すような屋外
モードと屋内モードとが設定されている。屋内モードに
なったときにはホワイトバランス制御信号Ｒ_CONT，Ｂ
_CONTの値は、図２中で実線で囲んだエリアＸ内の値だけ
をとり得る。なお、電球，白色ノーマルタイプ蛍光灯，
白色３波長タイプ蛍光灯，昼白色ノーマルタイプ蛍光
灯，昼白色３波長タイプ蛍光灯，昼光色ノーマルタイプ
蛍光灯，昼光色３波長タイプ蛍光灯により照明した白色
紙を撮影したときには、Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値は図中に〇
印で示す点の値をとる。つまり、屋内モードのエリアＸ
は、各種の人造光により照明した白色紙を撮影してホワ
イトバランス調整をしたときにＲ_CONT，Ｂ_CONTが収束す
る値、ならびに、屋外の薄暗い自然光のもとで白色紙を
撮影してホワイトバランス調整したときにＲ_CONT，Ｂ
_CONTが収束する値を含み且つ領域幅を狭めたものとなっ
ている。一方、屋外モードになったときにはホワイトバ
ランス制御信号Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値は図２中で一点鎖線
で囲んだエリアＹ内の値だけをとり得る。Ｒ_CONT，Ｂ
_CONTの値をエリアＹの各値とすると、その時の色温度特
性は、ベクトルスコープ上で表示するとＩ軸に近い限定
された領域内に入る。

【００１７】マイコン２０は、マイコン１２から送られ
てくる被写体輝度データＰ８を受け、被写体輝度が基準
値以上であれば屋外モードと判定し、基準値よりも低け
れば屋内モードと判定する。これは図３に示すように、
色温度の高低と照度の高低とが対応関係にあることを利
用している。

【００１８】マイコン２０でホワイトバランス調整をす
る態様は次のとおりである。マイコン２０は、色差信号
Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙの積分平均値と基準値とが一致するよう
にホワイトバランス制御信号Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値を順次
変化させていき、この撮影時の色温度に最適なホワイト
バランス調整が行われる状態にまでなると、Ｒ_CONT，Ｂ
_CONTの値が一定となって収束する。ホワイトバランス制
御信号Ｒ_CONT，Ｂ_CONTは一定値に収束するまではしだい
に変化していくが、屋外モードであればＲ_CONT，Ｂ_CONT
のとり得る値はエリアＹ内の値に限られ、屋内モードで
あればＲ_CONT，Ｂ_CONTのとり得る値はエリアＸ内の値に
限られる。各色がランダムに混在する一般的な風景を撮
影するときには、屋内撮影ではＲ_CONT，Ｂ_CONTの値がエ
リアＸ内の一定の値に収束すれば良好なホワイトバラン
ス調整が実行でき、屋外撮影ではＲ_CONT，Ｂ_CONTの値が
エリアＹ内の一定の値に収束すれば良好なホワイトバラ
ンス調整が実行できる。

【００１９】屋外で撮影画面いっぱいに緑色の芝生を撮
影したとすると、Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値は徐々に変化して
いきエリアＹの外の値に向かい変化していこうとする
が、Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値がエリアＹの境界値となったと
ころでＲ_CONT，Ｂ_CONTの値を固定する。このようにする
ことにより、ホワイトバランスの調整は大きくずれるこ
とがなく、またカラーフェリアが大幅に低減する。

【００２０】屋内で撮影画面いっぱいに赤壁を撮影した
とすると、Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値は徐々に変化していきエ
リアＸの外の値に向かい変化していこうとするが、Ｒ
_CONT，Ｂ_CONTの値がエリアＸの境界値となったところで
Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値を固定する。このようにすることに
より、ホワイトバランスの調整は大きくずれることな
く、またカラーフェリアが大幅に低減する。

【００２１】なお、屋外モードと屋内モードに分けるこ
となく太陽光であっても人造光であっても、ホワイトバ
ランスの調整を自動的に行いかつカラーフェリアを低減
させようとした場合、Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの制御エリアは、
図２中に点線で囲ったエリアＺのように広くなる。この
ように制御エリアが広いということは、色温度に関与す
る情報以外の情報で制御することが多くなるので、カラ
ーフェリアの発生がどうしても多くなってしまう。本発
明では屋外モードと屋内モードに分け、各モードで用い
るエリアが狭く限定されているため、カラーフェリアは
生じないし、ホワイトバランスの調整もできる。図４は
従来と本発明の補正状況をベクトルスコープ上で示した
ものである。図の中の矢印は補正量の大きさと方向を示
している。この場合は、本来は補正してはいけない色に
ついて考えているので補正量が大きいほどカラーフェリ
アの量が大きいことを示す。従来では図４（ａ）に示す
ようにカラーフェリアが生じ、本発明では図４（ｂ）
（ｃ）に示すように色の変化は少しでカラーフェリアが
大幅に低減することがわかる。

【００２２】本発明では、輝度に応じて屋外と屋内のモ
ードを切り換えているが、切り換える輝度の値はビデオ
カメラの機種に応じて最適な値を選定すればよく、ま
た、エリアＸ，Ｙの範囲も設計思想に応じて任意に選定
することができる。また、簡易的には、輝度ではなく絞
り値を見てモードの判断をすることもできる。

【００２３】図５は実施例の動作を示すフロー図であ
る。同図に示すように電源投入直後（ステップ１）であ
れば、ホワイトバランス制御信号Ｒ_CONT，Ｂ_CONTのプリ
セット値を出力する（ステップ２）。電源投入後は色差
信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを取り込み（ステップ３）、色差信
号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙの積分値と基準値との差を零とするよ
うなホワイトバランス制御信号Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値を演
算する（ステップ４）。輝度が設定値以上で且つ
Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値が屋外モード内に入っているとき
（ステップ５，６）には、ステップ４で求めた新たなＲ
_CONT，Ｂ_CONTを出力し（ステップ７）、Ｒ_CONT，Ｂ_CONT
の値が屋外モード内に入っていないとき（ステップ６）
には、前回のＲ_CONT，Ｂ_CONTを出力する（ステップ
８）。一方、輝度が設定値以下で且つＲ_CONT，Ｂ_CONTの
値が屋内モードに入っているときには（ステップ５，
９）、ステップ４で求めた新たなＲ_CONT，Ｂ_CONTを出力
し（ステップ１０）、Ｒ_CONT，Ｂ_CONTの値が屋内モード
内に入っていないとき（ステップ９）には、前回のＲ
_CONT，Ｂ_CONTを出力する（ステップ８）。

【００２４】

【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに本発明によれば、屋外モードと屋内モードに分けて
ホワイトバランスの調整範囲を設定しているので各モー
ドにおいて最適なホワイトバランスの調整が確保でき、
さらに、各ホワイトバランスの調整範囲を狭い領域に限
定しているのでカラーフェリアは大幅に低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】制御エリアを示す特性図である。

【図３】輝度と色温度との関係を示す特性図である。

【図４】補正状態をベクトルスコープ上で示す特性図で
ある。

【図５】実施例の動作状態を示すフロー図である。

【符号の説明】 １ レンズ ２ アイリス ３ ＣＣＤ ４ 読出し回路 ５ ＡＧＣ回路 ６ 信号分離回路 ７ マトリクス回路 ８ ホワイトバランス回路 ９ γ補正回路 １０ マトリクス回路 １１ エンコーダ １２，２０ マイコン １３ ホール素子 １４ ＣＣＤ駆動回路 １５ ゲイトアレー １６，１７ ローパスフィルタ １８，１９ Ａ／Ｄ変換器 ２１ Ｄ／Ａ変換器 ２２ 輝度信号処理部 Ｅ 電荷信号 Ｓ１，Ｓ２ 画像信号 Ｒ，Ｇ，Ｂ 原色信号 Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ 色差信号 Ｙ 輝度信号 Ｒ_CONT 赤信号用ホワイトバランス制御信号 Ｂ_CONT 青信号用ホワイトバランス制御信号 Ｒ−Ｙ_GAIN，Ｂ−Ｙ_GAIN 色差ゲイン制御信号 Ｒ−Ｙ_HUE ，Ｂ−Ｙ_HUE 色相制御信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平3−96551 (32)優先日 平成３年４月26日(1991．4．26) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (56)参考文献 特開 平２−272892（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−105686（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−29191（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−46393（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−184079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−199191（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−120988（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系により形成された被写体像を光電
   変換する撮像部と、 撮像部の出力信号を処理して得た赤，緑，青の原色信号
   のうち、赤，青の原色信号の増幅度を制御してホワイト
   バランス調整をするホワイトバランス回路と、 ホワイトバランス調整された原色信号を処理して２種類
   の色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを出力するマトリクス回路
   と、 画像撮影装置の部材のうち被写体の輝度に応じて作動す
   る部材の作動状態を基に被写体の輝度を求める輝度算出
   用処理部と、 基準色温度条件下で画面の所定範囲を平均すると無彩色
   となる各色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙのそれぞれの積分平均
   値が、基準値としてあらかじめ設定されており、撮影時
   の色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙの積分平均値と基準値とが等
   しくなるようホワイトバランス回路を作動させるホワイ
   トバランス制御信号をホワイトバランス回路に継続して
   送る機能を有し、しかも、屋外の想定した色温度の太陽
   光を照射した白色紙を撮影してホワイトバランス調整を
   したときにホワイトバランス制御信号が収束する値を含
   み且つ領域（Ｚ）を狭めた屋外モード領域（Ｙ）と、各
   種の人造光により照明した白色紙を撮影してホワイトバ
   ランス調整をしたときにホワイトバランス制御信号が収
   束する値ならびに屋外の薄暗い自然光のもとで白色紙を
   撮影してホワイトバランス調整をしたときにホワイトバ
   ランス制御信号が収束する値を含み且つ領域（Ｚ）を狭
   めた屋内モード領域（Ｘ）とが設定されており、前記輝
   度算出用処理部で求めた被写体の輝度が所定値よりも大
   きいときはホワイトバランス制御信号の値を屋外モード
   領域内の値とし、求めた被写体の輝度が所定値よりも小
   さいときはホワイトバランス制御信号の値を屋内モード
   領域内の値とするホワイトバランス用処理部と、 を有することを特徴とする画像撮影装置のホワイトバラ
   ンス装置。