JPH084344B2 - オ−トホワイトバランス回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、オートホワイトバランス回路、詳しくは、
カラービデオカメラ、電子カメラ等に適用され、光源光
の色温度に応じて自動的にホワイトバランス調整を行な
うオートホワイトバランス回路に関する。

［従来の技術］ 周知のとおり、テレビカメラや電子カメラ等の撮像装
置に適用されるオートホワイトバランス回路として、い
わゆるワンタッチオートホワイトバランス方式の回路が
従来より普及している。この方式のオートホワイトバラ
ンス回路は、撮影の都度、テレビカメラを白色の被写体
に向けるか、或いはカメラに付属の白キャップで撮影レ
ンズの前面を覆うなどして「白基準」を得、この状態で
ビデオ信号が「白」に相当する状態になるよう、すなわ
ち、２つの色差信号Ｒ−Y,B−Ｙが零になるべく、設定
操作（押ボタン操作）のタイミングに同期して、これら
の色差信号の利得を自動的に調節し、それ以降、次の押
ボタン操作がなされるまで記憶手段によりこの調節状態
を保持しておくものである。従って、この方式では、撮
影ショット毎にホワイトバランスの設定操作を繰り返す
必要があり、取り扱いが面倒である。また、撮影者が設
定操作を忘れてしまって正しいホワイトバランスが保た
れないまま撮影をしてしまう虞れもある。このため、最
近では、このホワイトバランス操作を完全に自動化した
いわゆるフルオートホワイトバランス方式の回路を実装
したテレビカメラも開発されている。この方式のホワイ
トバランス回路の一例を第４図に示す。

第４図において、二点鎖線で囲んで示す部分がテレビ
カメラにおけるホワイトバランス回路10である。撮像管
或いは固体撮像素子などの撮像手段（図示せず）からの
Ｒ信号R_INは可変利得増幅器11で同回路に設定されてい
る利得で増幅されたのち、次段のＲ−Ｙマトリックス回
路12において上記撮像手段の出力の一成分である低域輝
度信号Y_Lと合成されて信号処理がなされ、色差信号Ｒ−
Ｙとして出力される。この色差信号Ｒ−Ｙ出力は抵抗
R₁,コンデンサC₁よりなる積分回路13で平均化され、オ
ペアンプ14の反転入力端子に入力される。オペアンプ14
の非反転入力端子には基準電圧V_REF1が与えられ、同オ
ペアンプ14の出力は上記可変利得増幅器11にその利得設
定信号として与えられる。一方、上記撮像手段からのＢ
信号B_INについても、全く同様に、可変利得増幅器15で
同増幅器における利得で増幅されたのち、次段のＢ−Ｙ
マトリックス回路16において上記低域輝度信号Y_Lととも
に信号処理がなされ、色差信号Ｂ−Ｙとして出力され
る。色差信号Ｂ−Ｙは抵抗R₂,コンデンサC₂よりなる積
分回路17で平均化され、オペアンプ18の反転入力端子に
入力される。オペアンプ18の非反転入力端子には基準電
圧V_REF2が与えられ、同オペアンプ18の出力は上記可変
利得増幅器15にその利得設定信号として与えられる。

上記ホワイトバランス回路10の出力である上記の各色
差信号Ｒ−Y,B−Ｙはエンコーダ20に入力され、ここ
で、二重平衡変調等の信号処理がなされ、クロマ信号
（いわゆるＣ信号）として出力される。このＣ信号はカ
ラーマルチプレクサ30において、上記撮像手段からの高
域輝度信号Y_Hおよび別個の発振回路からのシンクバース
ト信号と合成され、NTSC複合映像信号（カラー信号）が
形成される。

ここで、ホワイトバランス回路10におけるホワイトバ
ランス調節は次のようにしてなされる。すなわち、ま
ず、このフルオートホワイトバランス方式では、被写体
が完全に白色でない場合でも、平均的に各色を含む被写
体に対応して得られる色差信号は、白色被写体に対応し
て得られる色差信号のレベルを中心に正負に平均的にば
らついた信号で得られるので、このような色差信号の平
均値をとれば、そのときの光源光で白色被写体を撮像し
たときに得られる色差信号レベルにほぼ等しくなるであ
ろうとの仮定の上に立脚している。一般に、光源光の下
での全白色被写体に対応する２つの色差信号Ｒ−Y,B−
Ｙはホワイトバランスの調節が適正であれば、ともに零
となり（すなわち、信号レベルがそれぞれの基準値V
_REF1,V_REF2に等しくなり）、調節が適正でなければ正負
何れかに偏りを生ずる。上記第４図に示したホワイトパ
ランス回路10には、この色差信号レベルの偏りを零にす
べく動作する。例えば、ある時点で光源光の色温度が高
くなる方向に変化したとすると、撮像手段からのＢ信号
B_INのレベルが上昇し、Ｒ信号R_INのレベルが低下する。
すると、色差信号Ｂ−Ｙのレベルが上昇し、色差信号Ｒ
−Ｙのレベルが低下する方向に変化するが、この変化に
対応してそれぞれの積分回路17,13を介してそれらの変
化するレベルの平均値として各オペアンプ18,14に入力
される信号がそれぞれ上昇および低下する。その結果、
各オペアンプ18,14は各対応する可変利得増幅器11,15の
利得をそれぞれ減少，増加させる方向に動作し、結果的
に各色差信号Ｂ−Y,R−Ｙのレベルがそれぞれの基準値
に保たれる（すなわち、Ｂ−Ｙ＝0,R−Ｙ＝０に保たれ
る）ように調節される。

以上のように、上記方式のホワイトバランス回路10に
おいては、被写体が完全に白色でない場合でも、各色を
含む被写体に対応して得られる色差信号の平均値は零に
なるべきものと仮定しているので、常時全白色の被写体
を撮像する場合と同様に調節動作する。従って、光源光
の色温度は特に検知することなく２つの色差信号につい
て閉ループの制御がなされる。上記方式のオートホワイ
トバランス回路にディジタル的手法を適用してさらに高
精度のホワイトバランス調整を行なうようにした回路も
既に提案されている（特開昭56−169986号公報参照）。

また、一方、光源光の色温度を実際に検知して、これ
に基づいてホワイトバランス調整を全自動で行なうよう
にしたオートホワイトバランス回路も提案されている
（例えば、特開昭56−4993号公報参照）。このようなオ
ートホワイトバランス回路は例えば第５図に示すように
構成されている。第５図において、乳白色フィルタ41が
前面に設けられた、Ｒ成分に反応する受光素子42および
Ｂ成分に反応する受光素子43からなる受光器４と、各受
光素子42,43の出力をそれぞれ対数圧縮する前置増幅器4
5,46と、これら前置増幅器45,46の各出力に基づいて受
光器44への入射光の色温度に対応する出力を得る演算回
路47とを有してなる色温度検出回路40を撮像手段（図示
せず）とは独立に設けられている。そして、この回路40
で検出された色温度情報に基づいてカラーバランス調節
回路50により、それぞれＲ信号系の可変利得増幅器61お
よびＢ信号系の可変利得増幅器62の各利得に対応する調
節信号得ており、同調節信号によって上記各利得を制御
し、ホワイトバランス調整が行なわれるようになってい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記第４図によって説明した従来の回路では、２つの
色差信号Ｒ−Y,B−Ｙに関して閉ループの制御がなされ
るので外乱に対して強いが、その反面、実際に光源光の
色温度を検出することなくホワイトバランス調整動作を
行なうために不具合が生ずる。すなわち、上述したよう
に、この方式は、被写体が全白のものでない場合でも、
通常は、被写体が各色を呈していて、それらを平均すれ
ば、ほぼ白と等価になるであろうとの仮定の上に成り立
っている。従って、単一の原色の被写体（例えば、全面
が赤の板など）を撮像すると、その色も白に近づける方
向に動作し褪色が生じてしまう。これは、上記第４図に
示した回路では、本質的に、色温度に起因するR,B信号
の変化と被写体の色の変化に起因するR,B信号の変化と
の弁別ができないからである。

また、上記第５図によって説明した従来の回路では、
光源光の色温度を実際に検出し、この検出値に基づいて
ホワイトバランス調整動作を行なうため、上述した、第
４図の回路におけるような不具合は生じない。しかしな
がら、この方式のオートホワイトバランス回路では、撮
像手段とは別個に色温度検出手段を設ける必要があり、
構成が複雑になるとともに、色温度検出手段を、例えば
ビデオカメラのどの位置に配設するかなどに応じてカメ
ラの外装設計も難しくなる。また、色信号R,Bまたは色
差信号Ｒ−Y,B−Ｙ（総称してビデオ信号という）につ
いて、これらのレベルを検知することなく各ビデオ信号
系統の利得制御がなされる。すなわち、ビデオ信号につ
いて開ループの制御しか行なわれないため外乱に対して
弱いという問題点がある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、単
原色被写体の撮影時にも褪色を生ずることなく、また外
乱に対しても強く、さらに構成が簡単な完全自動操作の
オートホワイトバランス回路を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段および作用］ 本発明のオートホワイトバランス回路は、撮像手段か
らの第１の色情報信号の利得を制御する第１の可変利得
増幅手段と、上記撮像手段からの第２の色情報信号の利
得を制御する第２の可変利得増幅手段と、上記第１の可
変利得増幅手段の出力に係る上記第１の色情報信号に基
づく信号および上記第２の可変利得増幅手段の出力に係
る上記第２の色情報信号に基づく信号の比によって色温
度に対応する色温度検知信号を得る色温度検知手段と、
上記色温度検知手段に基づいて上記第１の可変利得増幅
手段および第２の可変利得増幅手段の利得を制御するた
めに両可変利得増幅手段に該色温度検知信号乃至同信号
に対応する信号を供給する色温度検知信号供給手段と、
を具備し、上記第１の可変利得増幅手段および第２の可
変利得増幅手段の自動利得制御に関して各閉ループを形
成してホワイトバランス調整動作を行うようにしたこと
を特徴とする。

［実 施 例］ 第１図は、本発明の一実施例を示すオートホワイトバ
ランス回路のブロック図である。撮像手段（図示せず）
からの第１の色情報に係る信号としてのＲ信号R_INは第
１の可変利得増幅器71で後述のように増幅器77の出力に
より設定される利得で増幅されたのち、次段のＲ−Ｙマ
トリックス回路72において上記撮像手段の出力の一成分
である低域輝度信号Y_Lと合成されて信号処理がなされ、
第１の色系信号としての色差信号Ｒ−Ｙとして出力され
る。この色差信号Ｒ−Ｙは抵抗R₃とコンデンサC₃よりな
る積分回路73で積分して平均化され、色温度検知回路79
に入力される。また、撮像手段からの第２の色情報に係
る信号としてのＢ信号B_INについても、全く同様に、第
２の可変利得増幅器75で後述のように反転増幅器78の出
力により設定される利得で増幅されたのち、次段のＢ−
Ｙのマトリックス回路76において上記低域輝度信号Y_Lと
ともに信号処理がなされ、第２の色系信号としての色差
信号Ｂ−Ｙとして出力される。色信号Ｂ−Ｙは抵抗R₄と
コンデンサC₄よりなる積分回路74で積分して平均化さ
れ、色温度検知手段としての色温度検知回路79に入力さ
れる。コンデンサC₃とC₄の各他端は接地される。積分回
路73と74の抵抗R₃,R₄およびコンデンサC₃,C₄の値はR₃＝
R₄,C₃＝C₄に設定されている。

色温度検知回路79は上記色差信号Ｒ−ＹとＢ−Ｙとか
らその比｛（Ｂ−Ｙ）／（Ｒ−Ｙ）｝を演算によって求
め、これを直流の色温度検知信号として増幅器77,78に
導く。この色差信号Ｒ−ＹとＢ−Ｙの比である色温度検
知信号｛（Ｂ−Ｙ）／（Ｒ−Ｙ）｝の値は、色温度の変
化に対して第２図に示すように変化するものとなる。そ
して、この色温度検知信号｛（Ｂ−Ｙ）／（Ｒ−Ｙ）｝
は色温度検知信号供給手段の一部をなす増幅器77により
そのままの極性で適宜増幅され、この増幅された色温度
検知信号は第１の可変利得増幅器71にＲ信号の利得を制
御するための補正信号として入力される。また、上記色
温度検知信号｛（Ｒ−Ｙ）／（Ｒ−Ｙ）｝は色温度検知
信号供給手段の一部をなす反転増幅器78により極性を反
転して増幅され、この反転増幅された信号は第２の可変
利得増幅器75にＢ信号の利得を制御するための補正信号
として入力される。このように、色温度検知回路79およ
び増幅器77からなる補正信号発生回路によりＲ信号系の
閉ループが形成され、また、色温度検知回路79および増
幅器78からなる補正信号発生回路によりＢ信号系の閉ル
ープが形成されている。そして、上記各増幅器77,78に
おいて、オフセット用可変抵抗77a,78aによって上記各
閉ループのオフセット値が調整できるようになってい
る。このように構成されたオートホワイトバランス回路
70の出力である上記各色差信号Ｒ−Y,B−Ｙはエンコー
ダ20（第４図参照）等に入力されて信号処理されるよう
になっている。

一方、色温度の変化に対するカメラ側のホワイトバラ
ンスの制御目標値（色温度の変化に対して被写体の白を
テレビ受像機で白に再現するための制御値）は、第３図
に示すように、Ｒ信号に関しては制御値V_Rの特性で表わ
され、Ｂ信号に関しては制御値V_Bの特性で表わされる。
従って、色温度検知回路79から第２図に示すように色温
度に対して変化する色温度検知信号が出力されるとき、
上記増幅器77においてその増幅率および上記可変抵抗77
aによるオフセット値を調整することにより、増幅器77
からＲ信号系の可変利得増幅器71へ上記制御値V_Rの特性
に一致した特性の補正信号が入力されるようにし、同じ
く、上記反転増幅器78の増幅率および上記可変抵抗78a
によるオフセット値を調整することにより、増幅器78か
らＢ信号系の可変利得増幅器75へ上記制御値V_Bの特性に
一致した特性の補正信号が入力されるようにする。この
ようにすることにより、実際の入射光の色温度を検知し
た信号でホワイトバランス調整が第１図からも明らかな
閉ループで目標値に近づくように行なわれるようになる
ので、単原色被写体の撮像にも褪色がなく、適正なカラ
ーバランスの制御が行なわれるようになる。

また、帰還ループの基本特性として、上記R,B系の各
閉ループに外乱が加わったとしても、その外乱は1/ルー
プゲインに抑圧されることが明らかである。つまり、色
温度に関する情報が｛（Ｂ−Ｙ）／（Ｒ−Ｙ）｝の直流
信号で検出され、これによりＲ信号およびＢ信号の利得
を制御するように上記のような各閉ループを形成してい
ることは、色温度の変化による｛（Ｂ−Ｙ）／（Ｒ−
Ｙ）｝の変化が外乱として上記各閉ループに加わって
も、上記R,Bの各閉ループによって上記増幅器77,78から
の補正信号の特性をホワイトバランスの制御目標値に一
致させることにより、このような外乱による影響をなく
して安定したフルオートホワイトバランスの調整が実現
されることとなる。

なお、上記実施例において、色温度検知回路79は、色
差信号Ｒ−ＹとＢ−Ｙの比をとることによって照明光の
色温度を検知するものであるが、この他、色信号ＲとＢ
の比（B/R）によって色温度を検出するようにしてもよ
い。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、撮像手段への入射
光の色温度に対応したホワイトバランス調整がなされる
ので、単原色被写体の撮像時にも褪色がなく、かつ可変
利得増幅器の利得制御が閉ループでなされるので外乱に
強く、しかも構成が簡単で、操作を完全に自動化したホ
ワイトバランス調整が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すオートホワイトバラ
ンス回路のブロック図、 第２図は、上記第１図に示すオートホワイトバランス回
路の色温度検知回路の出力特性線図、 第３図は、色温度に対するカメラ側のホワイトバランス
制御目標値を示した線図、 第４図は、従来のオートホワイトバランス回路の一例を
示すブロック図、 第５図は、従来のオートホワイトバランス回路の他の例
を示すブロック図である。 70……オートホワイトバランス回路 71……第１の可変利得増幅器 75……第２の可変利得増幅器 77……増幅器（補正信号発生回路） 78……反転増幅器（補正信号発生回路） 79……色温度検知回路（補正信号発生回路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像手段からの第１の色情報信号の利得を
   制御する第１の可変利得増幅手段と、 上記撮像手段からの第２の色情報信号の利得を制御する
   第２の可変利得増幅手段と、 上記第１の可変利得増幅手段の出力に係る上記第１の色
   情報信号に基づく信号および上記第２の可変利得増幅手
   段の出力に係る上記第２の色情報信号に基づく信号の比
   によって色温度に対応する色温度検知信号を得る色温度
   検知手段と、 上記色温度検知信号に基づいて上記第１の可変利得増幅
   手段および第２の可変利得増幅手段の利得を制御するた
   めに両可変利得増幅手段に該色温度検知信号乃至同信号
   に対応する信号を供給する色温度検知信号供給手段と、 を具備し、上記第１の可変利得増幅手段および第２の可
   変利得増幅手段の自動利得制御に関して各閉ループを形
   成してホワイトバランス調整動作を行うようにしたこと
   を特徴とするオートホワイトバランス回路。