JP4366966B2 - ホワイトバランス調整回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子カメラなどのホワイトバランス調整回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮影レンズを通過した被写体像をＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子で撮像する電子カメラにおいて、ＣＣＤイメージセンサから得られるＲＧＢ各色の撮像信号の信号レベルを所定の比率にするホワイトバランス調整が行われている。通常、ホワイトバランス調整では、Ｇ色信号ゲインに対するＲ色信号のゲインやＢ色信号のゲインが決定される。特許文献１に記載の撮像装置のように、撮影条件が変化する場合に、上述したホワイトバランス調整と別にホワイトバランス補正を行う技術も知られている。この撮像装置では、撮影レンズおよび撮像素子間へのＮＤフィルタの挿抜状態に応じてホワイトバランスが補正される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３４１５００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の撮像装置は、ＮＤフィルタの挿抜状態に応じてＧ色信号ゲインを補正（粗調整）し、補正後のＧ色信号ゲインに対するＲ色信号のゲインやＢ色信号のゲインを決定（微調整）する。Ｇ色に対応する撮像信号と、Ｒ色、Ｂ色に対応する撮像信号とで信号レベルが異なると、ホワイトバランス調整処理を高速化しにくい。
【０００６】
【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調整回路は、色フィルタを通して被写体像を撮像し、Ｇ色に対応する第１撮像信号を第１信号経路を介して出力するとともに、Ｒ色およびＢ色に対応する第２撮像信号および第３撮像信号を第２信号経路を介して出力する撮像素子からの第１撮像信号の信号レベルを調節する第１のゲイン調整手段と、撮像素子からの第２撮像信号および第３撮像信号の信号レベルを調節する第２のゲイン調整手段と、被写体の色温度を検出する色温度検出手段と、第２撮像信号レベルおよび第３撮像信号レベルが第１撮像信号レベルを超えないように、色温度検出手段によって検出された色温度が所定値以上の場合の第２のゲイン調整手段のゲインを検出された色温度が所定値未満の場合のゲインより低いゲインにするように第１のゲイン調整手段および第２のゲイン調整手段の双方へゲインを指示するゲイン制御手段と、制御手段からゲインが指示された第１のゲイン調整手段および第２のゲイン調整手段によって信号レベルが調節された第１撮像信号、第２撮像信号および第３撮像信号の信号比率を所定の比率に調整するホワイトバランス調整手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による電子スチルカメラの撮像部の要部構成を説明するブロック図である。図１において、撮像部は、撮像素子１と、第１のＣＤＳ回路２−Ｂと、第１のゲイン回路３−Ｂと、第１のＡ／Ｄ変換回路４−Ｂと、第２のＣＤＳ回路２−Ａと、第２のゲイン回路３−Ａと、第２のＡ／Ｄ変換回路４−Ａと、信号処理回路５と、演算回路６と、色温度センサ７と、撮像素子駆動回路８と、ＡＥセンサ９とを含む。
【０００８】
撮像素子１は、たとえば、二次元ＣＣＤイメージセンサによって構成される。ＣＣＤイメージセンサは、不図示のレンズによって撮像面上に結像された被写体像の明るさに応じて、当該撮像面に構成されている各画素に対応して信号電荷を蓄積する。撮像素子１には、撮像素子駆動回路８から垂直駆動パルス信号および水平駆動パルス信号がそれぞれ供給される。撮像素子１の各画素に対応する蓄積電荷は、垂直駆動パルス信号によって垂直転送された後に、水平駆動パルス信号によって水平転送される。水平転送された蓄積電荷は、撮像素子１から順に出力され、第１のＣＤＳ回路２−Ｂおよび第１のＣＤＳ回路２−Ａへ出力される。
【０００９】
撮像素子１の画素領域上には、不図示の色フィルタが設けられている。色フィルタは、Ｒ色、Ｂ色、およびＧ色のいずれかの光を通過させる原色フィルタが画素位置に対応して市松模様状に配置されたベイヤー方式の色分解フィルタである。撮像素子１は、このような色フィルタを通して被写体像を撮像することにより、ＲＢＧ各色ごとの撮像信号を出力する。本実施の形態では、蓄積電荷の垂直転送機構および水平転送機構をそれぞれ２系統備え、Ｒ色およびＢ色の撮像信号（Ｒch、Ｂch）と、Ｇ色の撮像信号（Ｇch）とを別々に出力するように構成されている。これにより、撮像素子１のＧ色光に対応する撮像信号は第１のＣＤＳ回路２−Ｂへ出力され、撮像素子１のＲ色光およびＢ色光に対応する撮像信号は第２のＣＤＳ回路２−Ａへ出力される。
【００１０】
第１のＣＤＳ回路２−Ｂおよび第２のＣＤＳ回路２−Ａは、それぞれ入力された撮像信号に含まれるノイズを除去する。ノイズ除去された撮像信号は、それぞれ第１のゲイン回路３−Ｂおよび第２のゲイン回路３−Ａへ出力される。第１のゲイン回路３−Ｂおよび第２のゲイン回路３−Ａは、それぞれ撮像信号に対するゲイン調整を行う。ゲイン調整は、各ゲイン回路が演算回路６からの指示に応じてゲイン（信号増幅率）を変化させて行う。ゲイン調整後の撮像信号は、第１のＡ／Ｄ変換回路４−Ｂおよび第２のＡ／Ｄ変換回路４−Ａによって、それぞれアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル変換後の２系統の画像データは、それぞれ信号処理回路５に入力される。
【００１１】
信号処理回路５は、第１のＡ／Ｄ変換回路４−Ｂから入力されるＧ色の画像データ、および第２のＡ／Ｄ変換回路４−Ａから入力されるＲ色およびＢ色の画像データを１画面に合成する。信号処理回路５はさらに、画像データに対してガンマ補正、ホワイトバランス調整などの画像処理を施す。画像処理後の画像データは、所定の記録フォーマットに処理された後で不図示のメモリカードなどの記録媒体に記録されたり、不図示の表示用モニタに対する表示用の画像データに処理されて出力される。
【００１２】
信号処理回路５は、ホワイトバランス調整を以下のように行う。第１のＡ／Ｄ変換回路４−Ｂおよび第２のＡ／Ｄ変換回路４−Ａから入力されるＧ色、Ｒ色およびＢ色の画像データのうち、Ｒ色およびＢ色の画像データのそれぞれに対して、ホワイトバランス調整用のＲゲインおよびＢゲインをかけ合わせる。これらホワイトバランス調整用のＲゲインおよびＢゲインは、演算回路６で決定される。
【００１３】
演算回路６は、信号処理回路５でホワイトバランス調整を行うための演算や、第１のゲイン回路３−Ｂおよび第２のゲイン回路３−Ａでゲイン調整を行うための演算を行う。演算回路６には、色温度センサ７によって検出された被写体の色温度を示す検出信号、およびＡＥセンサ９によって検出された被写体輝度を示す検出信号が、それぞれ入力される。
【００１４】
色温度センサ７は、たとえば、複数の画素を有する二次元撮像素子によって構成される。色温度センサ７の表面には、複数の画素に対応してＲ色、Ｇ色、およびＢ色のいずれかの光を通過させる３原色フィルタ（不図示）が設けられている。色温度センサ７がこの色フィルタを通して被写体光を撮像することにより、被写体光がＲ色信号、Ｇ色信号およびＢ色信号に分解して撮像される。つまり、色温度センサ７は、被写体光のＲ色成分、Ｇ色成分、およびＢ色成分による信号比率を示す検出信号を演算回路６へ出力する。色温度センサ７は、その画素数が撮影用の撮像素子１に比べて少なく構成されている。
【００１５】
演算回路６は、色温度センサ７から出力される検出信号を用いて色温度を算出する。一般に色温度は、Ｇ色信号レベルおよびＲ色信号レベルの比Ｇ／Ｒと、Ｇ色信号レベルおよびＢ色信号レベルの比Ｇ／Ｂとの間に所定の関係を有する。したがって、色温度、信号レベル比Ｇ／Ｒおよび信号レベル比Ｇ／Ｂの関係を表すテーブル値をあらかじめ演算回路６内に格納しておくことにより、被写体光による撮像信号レベル比Ｇ／Ｒおよび信号レベル比Ｇ／Ｂがわかれば、このテーブルを参照して色温度が求められる。
【００１６】
演算回路６はさらに、色温度センサ７から出力される検出信号を用いてホワイトバランス調整係数を算出する。演算回路６は、あらかじめ被写体光による撮像信号レベル比Ｇ／Ｒ、撮像信号レベル比Ｇ／Ｂ、およびホワイトバランス調整係数（Ｒゲイン、Ｂゲイン）の関係を示すテーブル値を演算回路６内に格納しておく。これにより、被写体光による撮像信号レベル比Ｇ／Ｒおよび信号レベル比Ｇ／Ｂがわかれば、このテーブルを参照してホワイトバランス調整用のＲゲインおよびＢゲインが求められる。
【００１７】
あらかじめテーブル値として用意されるホワイトバランス調整用のＲゲインおよびＢゲインは、たとえば、撮像素子１によって白またはグレーなどの無彩色の被写体を撮像するとき、Ｒ色、Ｂ色、およびＧ色の色信号成分の比を１：１：１にするような値である。
【００１８】
上述したホワイトバランス調整係数の算出は、レリーズ前に色温度センサ７から出力される検出信号を用いて逐次行われる。レリーズ後に撮像素子１によって撮影用の被写体像が撮像されると、信号処理回路５は、演算回路６によって算出されているホワイトバランス調整用ゲインを用いて、撮像素子１からの撮像信号に対するホワイトバランス調整を行う。
【００１９】
演算回路６はまた、ＡＥセンサ９から出力される検出信号を用いて所定の測光演算を行うことにより、被写体輝度を算出する。算出された被写体輝度は、周知の露光演算に用いられる。
【００２０】
撮像素子駆動回路８は、撮像素子１が不要電荷を排出、電荷を蓄積、および蓄積電荷を出力するために必要な駆動信号をそれぞれ発生し、各駆動信号を撮像素子１へ供給する。撮像素子駆動回路８は、コントロール回路（不図示）から入力される動作指示によって撮像素子１に対する駆動信号の供給を開始する。
【００２１】
本発明は、信号処理回路５によるホワイトバランス調整と別に、Ｒ色およびＢ色の撮像信号に対してゲイン調整を行うことに特徴を有する。
【００２２】
上述した演算回路６で行われる第１のゲイン回路３−Ｂおよび第２のゲイン回路３−Ａのゲイン決定処理の流れについて、図２のフローチャートを参照して説明する。図２による処理は、レリーズ前に繰り返し行われる。図２のステップＳ１１において、演算回路６は、色温度センサ７から出力される検出信号を用いて色温度を算出し、ステップＳ１２へ進む。
【００２３】
ステップＳ１２において、演算回路６は、色温度が７０００Ｋ以上か否かを判定する。演算回路６は、色温度が７０００Ｋ以上の場合にステップＳ１２を肯定判定してステップＳ１３へ進み、色温度が７０００Ｋ未満の場合にステップＳ１２を否定判定してステップＳ１４へ進む。
【００２４】
ステップＳ１３において、演算回路６は、第２のゲイン回路３−Ａのゲインを０．７にしてステップＳ１５へ進む。ここで、第１のゲイン回路３−Ｂのゲイン、および第２のゲイン回路３−Ａのゲインは、それぞれあらかじめ初期値１．０に設定されている。したがって、ゲインを０．７に変更することにより、撮像素子１からのＲ色光に対応する撮像信号、ならびにＢ色光に対応する撮像信号の信号レベルが、それぞれ初期値ゲインの場合の信号レベルの０．７倍に粗調整される。
【００２５】
ステップＳ１４において、演算回路６は、第２のゲイン回路３−Ａのゲインを１．０にしてステップＳ１５へ進む。これにより、撮像素子１のＲ色光に対応する撮像信号、ならびにＢ色光に対応する撮像信号の信号レベルが、それぞれ初期値ゲインの場合の信号レベルに戻される。
【００２６】
ステップＳ１５において、演算回路６は、ＡＥセンサ９から出力される検出信号を用いて被写体輝度を算出し、ステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６において、演算回路６は、輝度が所定値以下か否かを判定する。演算回路６は、被写体輝度が所定値以下の場合にステップＳ１６を肯定判定してステップＳ１７へ進み、被写体輝度が所定値を超える場合にステップＳ１６を否定判定してステップＳ１８へ進む。
【００２７】
ステップＳ１７において、演算回路６は、第１のゲイン回路３−Ｂのゲインを１．５にして図２による処理を終了する。これにより、撮像素子１のＧ色光に対応する撮像信号の信号レベルが、初期値ゲインの場合の信号レベルの１．５倍に粗調整される。
【００２８】
ステップＳ１８において、演算回路６は、第１のゲイン回路３−Ｂのゲインを１．０にして図２による処理を終了する。これにより、撮像素子１のＧ色光に対応する撮像信号の信号レベルが、初期値ゲインの場合の信号レベルに戻される。
【００２９】
図３は、撮像信号における各色の割合を色温度別に例示する図である。図３において、撮像素子１によるＲＧＢ各色に対応する撮像信号の出力レベル３１と、各色の撮像信号レベルを用いて算出した信号レベル比Ｇ／Ｒおよび信号レベル比Ｇ／Ｂ３２と、本発明によるゲイン調整後に各ゲイン回路から出力されるＲＧＢ各色の撮像信号の出力レベル３３と、ゲイン調整後の撮像信号レベルを用いて算出した信号レベル比Ｇ／Ｒおよび信号レベル比Ｇ／Ｂ３４とをそれぞれ示す。出力レベル３１および出力レベル３３は、それぞれＧ色信号レベルを６００とし、このＧ色信号レベルを基準にＲ色およびＢ色信号レベルを表したものである。
【００３０】
色温度３０００Ｋ〜７０００Ｋ未満では、第１のゲイン回路３−Ｂおよび第２のゲイン回路３−Ａのゲインを初期値１．０としているので、図３において、撮像素子１による出力レベル３１と、ゲイン調整回路による出力レベル３３とは同一である。
【００３１】
色温度７０００Ｋ〜８０００Ｋでは、Ｒ色光およびＢ色光において、ゲイン調整後の出力レベル３３が撮像素子１による出力レベル３１の０．７倍に粗調整されている。なお、Ｇ色光についてはゲインを変化させていないので、撮像素子１による出力レベル３１と、ゲイン調整回路による出力レベル３３とは同一である。
【００３２】
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子１から出力される撮像信号ラインを、Ｇ色に対応する撮像信号ライン（Ｇch）と、Ｒ色およびＢ色に対応する撮像信号ライン（Ｒch、Ｂch）とに分け、Ｇ色の撮像信号ゲインと独立してＲ色、Ｂ色の撮像信号ゲインを可変にした。これにより、信号処理回路５でホワイトバランス調整を行う前に、Ｇ色の撮像信号レベルと、Ｒ色およびＢ色の撮像信号レベルとに所定の関係を持たせることができる。たとえば、撮影画面の色温度が異なることによって、Ｇ色の撮像信号レベル、Ｒ色の撮像信号レベル、およびＢ色の撮像信号レベルの比が大きく異なる場合でも、各色の信号レベルを近づけるように粗調整できる。粗調整を行うと、信号処理回路５が広範囲の調整をしなくてよいので、ホワイトバランス調整処理の高速化に効果が得られる。
【００３３】
（２）上記（１）に加えて、撮像信号レベルが高くなった場合に生じる色づきを防止することができる。色温度が高い状態（たとえば、図３において７０００Ｋ）では、Ｂ色成分の信号レベルが高くなり、Ｇ色の信号レベルを上回る。このような場合には、ホワイトバランス調整時にＢ色の撮像信号に１より小の調整係数を乗算する必要が生じる。撮像信号に１未満の調整係数を乗算すると、乗算処理後の撮像信号レベルは撮像素子１の出力信号レベルより小さくなる。たとえば、撮像素子１から出力される撮像信号の最大値（信号飽和レベル）を４０００とすると、１未満の調整係数を乗算した後の撮像信号レベルは４０００未満となる。
【００３４】
上述したように、ホワイトバランス調整はＲ色、Ｂ色、およびＧ色の色信号成分の比を１：１：１にするものである。撮像信号レベルが高くなり、撮像素子１から出力される撮像信号が各色それぞれ信号飽和レベル４０００に到達した場合、乗算処理後の各色の撮像信号レベルがそれぞれ４０００以上あれば、ホワイトバランス調整後に高輝度の「白」を表現することができる。しかしながら、上記乗算処理後のＢ色の撮像信号レベルが４０００未満である場合は、Ｇ色およびＲ色に比べてＢ色の信号レベルが低くなり、ホワイトバランス調整後に「白」を表現できず、いわゆる色づきの要因になる。本実施の形態では、色温度７０００Ｋ以上でＢchのゲインを０．７に下げる（ステップＳ１３）ことにより、Ｂ色の撮像信号レベルをＧ色の撮像信号レベルより低くするように粗調整したので、常に１より大の調整係数を乗算するように信号処理回路５を構成し、色づき発生を防止することができる。なお、撮像信号レベルは、被写体輝度が高い場合や、電荷蓄積時間が長い場合に高くなる。
【００３５】
（３）上記（１）、（２）に加えて、信号処理回路５の構成を簡単にすることができる。一般に、乗算処理を行う場合、常に１より大の調整係数を乗算するように信号処理回路を特化させる方が、１より大の調整係数の乗算と１より小の調整係数の乗算との双方を行う回路に比べて、処理回路の構成を簡単にできる。本実施の形態では、色温度７０００Ｋ以上でＢchのゲインを０．７に下げる（ステップＳ１３）ことにより、Ｂ色の撮像信号レベルをＧ色の撮像信号レベルより低くするように粗調整したので、常に１より大の調整係数を乗算するように信号処理回路５を構成し、コストを低減することができる。
【００３６】
（４）ＢchおよびＲchのゲイン変更を、あらかじめ定めた条件（色温度が７０００Ｋ以上）に限定したので、ゲイン低減によるＳ／Ｎの劣化を最小限に抑えることができる。
【００３７】
（５）色信号レベルを粗調整する際にＧ色の撮像信号のゲインを変えないので、Ｇ色信号を露出演算用の輝度検出に使用している場合において、露出を変えてしまうことがない。つまり、色温度によって露出が変わることを防止できる。
【００３８】
（６）被写体輝度が所定値以下の場合に、Ｇchのゲインを１．５に上げる（ステップＳ１７）ことにより、Ｇ色の撮像信号レベルをより高くするように粗調整した。信号処理回路５は、粗調整後のＧ色の信号レベルを基準に、Ｂ色の撮像信号およびＲ色の撮像信号のそれぞれに調整係数を乗算処理してホワイトバランス調整する。この結果、シャッター速度や絞り値を変えることなく、露出を変えることができる。
【００３９】
撮像素子１に設けられる色フィルタは、上述したＲＧＢ原色フィルタに限らず、シアン、マゼンタ、イエローによる補色フィルタでもよい。
【００４０】
色フィルタの配列は、ベイヤー配列と異なる配列でもよい。
【００４１】
上述した例では、Ｒch、Ｂchを共通の信号ラインで構成するようにしたが、それぞれ独立した信号ラインで構成してもよい。その場合、粗調整はＲchおよびＢchの少なくとも一方にのみ行うようにしてもよい。
【００４２】
信号処理回路５で行っていたホワイトバランス調整を、ゲイン回路で行うように構成してもよい。この場合には、Ｇ色の撮像信号用のゲイン回路（Ｇ）と、Ｒ色の撮像信号用のゲイン回路（Ｒ）と、Ｂ色の撮像信号用のゲイン回路（Ｂ）とを設け、Ｇ色の撮像信号のゲインと独立してＲ色、Ｂ色の撮像信号のゲインを可変して粗調整およびホワイトバランス調整を行う。粗調整時において、演算回路６は、色温度に応じてゲイン回路（Ｇ）、ゲイン回路（Ｂ）、ならびにゲイン回路（Ｒ）に対するゲイン指示を行う。ホワイトバランス調整時において、演算回路６は、色温度に応じて決定したホワイトバランス調整係数によりゲイン回路（Ｇ）、ゲイン回路（Ｂ）、ならびにゲイン回路（Ｒ）に対するゲイン指示を行う。各ゲイン回路は、演算回路６によって指示されたゲインで各色の撮像信号に対するゲイン調整を行う。
【００４３】
撮像素子１が色フィルタを通して第１の色信号〜第３の色信号を得る例を説明した。この代わりに、光の色（波長）に応じて当該光が到達する深さが異なるシリコン層などを、画素を構成するフォトダイオード上に配設することによって色ごとの光電変換素子を構成し、このような色別の光電変換素子を層状に構成することにより第１の色信号〜第３の色信号を得る撮像素子を使用する場合にも本発明を適用してよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、ホワイトバランス調整を行う回路構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による電子スチルカメラの撮像部の要部構成を説明するブロック図である。
【図２】ゲイン決定処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】撮像信号における各色の割合を色温度別に例示する図である。
【符号の説明】
１…撮像素子、 ２−Ａ…第２のＣＤＳ回路、
２−Ｂ…第１のＣＤＳ回路、 ３−Ａ…第２のゲイン回路、
３−Ｂ…第１のゲイン回路、 ４−Ａ…第２のＡ／Ｄ変換回路、
４−Ｂ…第１のＡ／Ｄ変換回路、 ５…信号処理回路、
６…演算回路、 ７…色温度センサ、
８…撮像素子駆動回路、 ９…ＡＥセンサ

Claims (3)

1. 色フィルタを通して被写体像を撮像し、Ｇ色に対応する第１撮像信号を第１信号経路を介して出力するとともに、Ｒ色およびＢ色に対応する第２撮像信号および第３撮像信号を第２信号経路を介して出力する撮像素子からの前記第１撮像信号の信号レベルを調節する第１のゲイン調整手段と、
   前記撮像素子からの前記第２撮像信号および前記第３撮像信号の信号レベルを調節する第２のゲイン調整手段と、
   被写体の色温度を検出する色温度検出手段と、
   前記第２撮像信号レベルおよび前記第３撮像信号レベルが前記第１撮像信号レベルを超えないように、前記色温度検出手段によって検出された色温度が所定値以上の場合の前記第２のゲイン調整手段のゲインを前記検出された色温度が前記所定値未満の場合のゲインより低いゲインにするように前記第１のゲイン調整手段および前記第２のゲイン調整手段の双方へゲインを指示するゲイン制御手段と、
   前記制御手段から前記ゲインが指示された前記第１のゲイン調整手段および前記第２のゲイン調整手段によって信号レベルが調節された前記第１撮像信号、前記第２撮像信号および前記第３撮像信号の信号比率を所定の比率に調整するホワイトバランス調整手段とを備えることを特徴とするホワイトバランス調整回路。
2. 請求項１に記載のホワイトバランス調整回路において、
   被写体の輝度を検出する輝度検出手段をさらに備え、
   前記ゲイン制御手段は、前記輝度検出手段によって検出された輝度が所定輝度値以下のとき、前記検出された輝度が前記所定輝度値を超える場合に比べて高いゲインにするように前記第１のゲイン調整手段へ指示することを特徴とするホワイトバランス調整回路。
3. 請求項１または２に記載のホワイトバランス調整回路において、
   前記ゲイン制御手段は、撮影指示が行われる前に前記ゲインを指示することを特徴とするホワイトバランス調整回路。

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