JP2534051B2 - 固体撮像装置のガンマ補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、絞りとシャッタースピードを制御しつつ固
体撮像素子への露光量を一定に制御して撮影を行う電子
式カメラ及びビデオカメラ等の固体撮像装置において、
該露光量を一定に保ってもシャッタースピードが高速に
なるに従って固体撮像素子の感度が低下するのを補正す
る固体撮像装置のガンマ補正方法に関する。

（従来技術） 従来の固体撮像装置を第６図に示す電子スチルカメラ
について説明する。同図において、１は光学系に設けら
れた撮影レンズ、２は絞り、３はシャッター、４はCCD
やMOS型の固体撮像素子であり、撮影レンズ１、絞り
２、シャッター３を介して入射される被写体よりの光学
象を固体撮像素子４で光電変換して色相毎の映像信号を
発生する。

５は電子スチルカメラ全体の動作を所定のタイミング
で制御する為の各種制御信号を発生する同期信号発生回
路、６は固体撮像素子４の各画素に発生する信号を所定
走査タイミングに従って出力させる為の駆動信号を発生
する駆動回路である。

７は信号処理回路であり、固体撮像素子４より出力さ
れる種々の色相の信号、すなわちＲ（青）,G（緑）,B
（赤）の原色色信号あるいはその補色の色信号を前処理
し、内部に設けられたマトリックス回路により輝度信号
と色差信号を形成するようになっている。

８は記録部であり、これらの輝度信号および色差信号
などを所謂FM変調して、磁気テープ及び磁気ディスク等
の磁気記録媒体に記録する。

９は測光回路であり、撮影前の露光量を検出して該検
出データを露光量制御回路10へ伝送する。

11は絞り２とシャッター３を駆動するシャッター／絞
り駆動回路であり、露光量制御回路10が上記検出データ
に基づいて露光量を一定とするように指示すると、その
指示に従って、絞り２の絞り量とシャッター３のシャッ
タースピードを調節する。

12は半導体メモリ等で構成された記憶回路であり、上
記露光量を常に一定として最適な撮影を行うことができ
るようにするためのデータ即ち、測光回路９よりの検出
データ値に対応して最適の絞り及び又はシャッタースピ
ードを指定する調整用データが記憶されている。

即ち、撮影用レリーズ等により撮影を指示すると、ま
ず、露光量制御回路10が測光回路９よりの検出データに
基づき被写体よりの露光量を感知し、この露光量に対応
する絞り量及び又はシャッタースピードに関する調整用
データを記憶回路12から読出してシャッター／絞り駆動
回路11へ供給し、最適露光にて撮影をおこなうことが出
来るように設定する。

この様な電子スチルカメラの構成は、絞り優先あるい
はシャッター優先等の機能を有するものにおいて一般的
となっており、特にラチチュードの狭い固体撮像素子を
使用する固体撮像装置にあってはかかる露光量の制御が
極めて重要となっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このように絞り量とシャッタースピー
ドとを制御して一定露光を得ても、固体撮像素子の特性
上最適な撮影条件を得ることができない場合があること
を本願発明者は研究し、この研究の結果、従来にない極
めて優れた映像を得ることができる新規な方法を開発し
た。

絞り量とシャッタースピードとを制御して一定露光を
得ても、固体撮像素子の特性上最適な撮影条件を得るこ
とができない場合とは、従来技術によれば所定のラチチ
ュードに応じた一定露光量に設定すれば最適な撮影が出
来るとするものであったが、実際には該露光量が一定で
あってもシャッタースピードが高速になるにしたがって
再生映像の劣化が顕著になるという現象が発生する。

この現象をある１つの色相における固体撮像素子の特
性を示す第７図に基づいて詳述すると、露光量が一定で
あればシャッタースピードの速い遅いにかかわらず固体
撮像素子の各画素毎に出力される信号レベルは一定とな
るべきであるが、同図に示すように一例としてシャッタ
ースピードを1/60秒としたときの入射光量対出力信号レ
ベルの比を100％とした場合、シャッタースピードが速
くなるほどこの出力レベルは低下する。その結果得られ
た映像信号による再生映像は、輝度の階調が低下するこ
ととなるのでコントラストが劣化し、いわゆる「眠い」
映像となってしまう。

又、第７図の様なシャッタースピードに依存する信号
レベルの低下特性は色相毎に相互に異なった変化となる
ので、再生映像の色バランスが崩れる問題を生ずる。特
に、本願発明者の一実験結果によれば、同図に示すよう
に、シャッタースピードが1/1000秒以下になると固体撮
像素子よりの出力信号レベルの低下が顕著になり、ラチ
チュードの狭い固体撮像素子にあっては、露光量の制御
のみによる従来技術では映像の高画質化を達成すること
ができない。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこの様な問題点に鑑みて成されたものであ
り、露光量が一定でもシャッタースピードが速くなるに
従って生ずる画質の劣化を防止する補償方法を提供する
ことを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、絞り及びシャッタ
ースピードを制御する光学系と、該光学系を介して入射
する被写体よりも光学像を色相毎に光電変換する固体撮
像素子とを備え、露光量一定の条件において該シャッタ
ースピードが変化するのに応じて該固体撮像素子のガン
マの変化分を色相毎に調整することで、各々の色相毎に
レベル変化の補償をおこなって、映像の高画質化を達成
することができるようにしたことを技術的要点とする。

尚、上記固体撮像素子より色相毎に出力される信号は
赤，青，緑の原色色信号またはその補色の色信号であ
り、各々の信号毎に前記シャッタースピードに応じてガ
ンマ補償をするガンマ補償回路を備えることがこの方法
達成において好適である。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は構成を示すブロック図であり、第６図と同一ま
たは相当する部分には同一符号を附している。

まず構成を説明すると、同図において、１は撮影レン
ズ、２は絞り、３はシャッター、４は固体撮像素子、５
は当該カメラシステムの動作を制御する同期信号や映像
信号を形成する上で必要な信号を発生する同期信号発生
回路、６は固体撮像素子４の信号読出しの制御を行う駆
動回路である。

21は信号分離・サンプルホールド回路であり、固体撮
像素子４より出力される信号を各画素に対応する信号に
分離してサンプル・ホールドする。

22は自動利得制御回路、23は色分離回路であり、信号
分離・サンプルホールド回路21で標本化した信号を自動
利得制御回路22で所定の振幅まで増幅し、色分離回路23
により、Ｒ（赤）,B（青）の色信号に分けられる。尚、
この実施例では、R,G,Bの原色色信号を処理する場合に
ついて説明し、その補色色信号を処理する場合はこの発
明の手法を同様に適用することができるので、説明を省
略する。

24,25はホワイト・バランス調整回路、26,27,28はク
ランプ回路、29,30,31はブランキング・パルスを帰線期
間において加える為のブランキング混合回路、32,33,34
はガンマ補正回路である。

35はマトリックス回路であり、各ガンマ補正回路32,3
3,34で補正されたR,G,Bの色信号に基づいて輝度信号Ｙ
及び色差信号Ｒ−Y,B−Ｙを形成する。

36は輝度信号補償回路であり、後述するシャッタース
ピードに応じて輝度信号Ｙの増幅率を自動的に変化させ
るようになっている。

37はエンコーダ回路であり、輝度信号補償回路36より
の輝度信号Ｙとマトリックス回路35よりも色差信号Ｒ−
Y,B−Ｙに基づいて例えばNTSC方式等の規格化映像信号
を発生する。

38は記録部であり、エンコーダ回路38よりの映像信号
をFM変調等した後、磁気記録媒体へ記録する。

同図中の符号39にて示す点線内の回路は露光量制御部
であり、マイクロコンピュータ等を用いた中央処理回路
40、入出力インタフェース回路41,42、A/D変換器43及び
記憶回路44を備えている。

A/D変換器43は、信号分離・サンプルホールド回路31
よりのＧ（緑）の色信号をデイジタル信号化して中央処
理回路40へ転送する。

中央処理回路40は、A/D変換器43よりの信号に基づい
て固体撮像素子４に入射した光量を測定（測光）する。
即ち、このカメラシステムは、内部測光系を構成してお
り、この測光は実際の撮影前に行われる。

記憶回路44には、測光により得られた検出結果に基づ
いて絞り２とシャッター３を調整するための調整用デー
タが記憶されており、中央処理回路40はA/D変換器43よ
りの信号に対応した調整用データを読出して、これを入
出力インタフェース回路41を介して絞り２及びシャッタ
ー３を駆動する駆動回路（図示せず）へ供給し、予め設
定された最適の露光条件で撮影を行うように設定する。

又、記憶回路44には、上記説明した絞り量とシャッタ
ースピードを制御するための調整用データの他に、ガン
マ補正回路32,33,34の補正値をシャッタースピードに応
じて制御するガンマ補正用データ、輝度信号補償回路36
の補償値を同様にシャッタースピードに応じて制御する
輝度補償用データが記憶されている。

即ち、その構成は第２図に示すように、測光にて検出
した上記の測光値に対応するアドレズ領域に絞り調整用
データを記憶する調整用データ記憶領域44aと、上記の
測光値に対応するアドレス領域にシャッタースピード調
整用データを記憶する調整用データ記憶領域44bと、更
に、この調整用データ記憶装置44bより読出されたシャ
ッタースピードに対応したアドレス領域に輝度補償用デ
ータを記憶している記憶領域44cと、該シャッタースピ
ードに対応したアドレス領域にガンマ補正用データを記
憶している記憶領域44dとを具備している。

中央処理回路44より測光量に対応したアドレス信号AD
i、BDiが各々の記憶領域44a,44bに供給されると、調整
用データACi,BCiが読出され、これらのデータは入出力
インタフェース回路41を介して絞り２及びシャッター３
へ転送される。更に、シャッタースピードを設定するた
めのデータACiはアドレス信号として記憶領域44c,44dに
供給されるので、該シャッタースピードに対応した輝度
補償用データYCiとガンマ補正用データγCi（Ｒ）、γC
i（Ｇ）、γCi（Ｂ）が出力される。尚、ガンマ補正用
データの添字R,G,Bは色相毎に所定のガンマ補正回路32,
33,34へ供給されることを示すものとする。従って、色
相毎に独立にガンマ補正が行われる。

ガンマ補正回路32,33,34は折り線近似による利得変化
をするように構成されており、例えば第３図に示すよう
に電流源回路よりの電流をガンマ補正用データに従って
オン・オフする半導体スイチr1,r2,…,rnにて制御する
ことによりガンマ補正回路の利得調整用電流を変化させ
て該折り線近似による利得変化を得るようになってい
る。

そして、この近似にもとづく利得の変化は、第６図に
示した色相毎のレベル低下を補正すべくシャッタースピ
ードの上昇に対して上昇する特性となっている。

第４図は輝度信号補償回路36の具体例を示す。即ち、
マトリックス回路35とエンコーダ回路37の間を接続する
輝度信号転送用の信号線に増幅器AMPを接続し、抵抗値
の相互に異なる複数の帰還抵抗素子R1,R2,…,Rnが並列
に設けられ、中央処理装置40よりの輝度補償用データYC
iに基づいてこれらの帰還抵抗素子R1,R2,…,Rnを選択的
に増幅器AMPに接続することにより増幅率が変えられる
ように半導体スイッチSW1,SW2,…,SWnが設けられてい
る。即ち、第５図に示すように、シャッタースピードが
上昇すると増幅率が上昇して輝度信号におけるレベル低
下を補償するようになっている。

以上説明したように、この実施例によれば、露光量が
一定であってもシャッタースピードの上昇にともない固
体撮像素子より出力される信号レベルが低下するのをガ
ンマ補正回路により補正しているので、再生映像の階調
の劣化を防止することができ、又、輝度信号補償回路に
おいても同様の補償を行っているので精度のよい適正を
行うことができる。尚、実用的にはこの輝度信号補償回
路による補償を省略することもできる。

尚、この実施例では、内部測光について説明したが、
この発明は外部測光に関しても適用することができる。

更に、測光量とシャッターッスピードを制御する所謂
EE機構のカメラであってもよいし、絞り優先やシャッタ
ースピード優先のカメラにも適用できる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、シャッター
スピードが最適になるに従って固体撮像素子の出力信号
レベルが低下するのを少なくとも色相毎にガンマ補正を
行うことで補正するので、極めて優れた階調の再生映像
を提供することができる。又、この様にして補正した色
信号より合成された輝度信号についてシャッタースピー
ドに応じた補償を行うことでより精度の良い補償を行う
ことができる。

よって、シャッタースピードに影響されない優れた映
像を得ることができる固体撮像装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像装置のガンマ補正方法に
基づいて構成された電子スチルカメラの一実施例を示す
ブロック図、第２図は第１図に示す記憶回路の構成を示
すブロック図、第３図は第１図に示す個々のガンマ補正
回路の構成を示す回路図、第４図は第１図に示す輝度信
号補償回路の具体例を示す回路図、第５図は輝度信号補
償回路の利得特性を示す特性曲線図、第６図は従来の電
子スチルカメラの構成を示すブロック図、第７図はシャ
ッタースピードの変化に対する各色相毎の変化をその色
相のうちの一つについて概略的に示した特性曲線図であ
る。 2:絞り 3:シャッター 4:固体撮像素子 32,33,34:ガンマ補正回路 36:輝度信号補償回路 40:中央処理回路 41,42:入出力インターフェース回路 43:A/D変換器 44:記憶回路 44a,44b,44c,44d:記憶領域

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絞り及びシャッタースピードを制御する光
   学系と、該光学系を介して入射する被写体よりの光学像
   を色相毎に光電変換する固体撮像素子とを備え、露光量
   一定の条件において該シャッタースピードが変化するの
   に応じて該固体撮像素子のガンマの変化分を色相毎に調
   整することを特徴とする固体撮像装置のガンマ補正方
   法。
2. 【請求項２】前記固体撮像素子より色相毎に出力される
   信号は赤，青，緑の原色色信号またはその補色の色信号
   であり、各々の信号毎に前記シャッタースピードに応じ
   てガンマ補正をするガンマ補正回路を備えることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置のガン
   マ補正方法。
3. 【請求項３】前記ガンマ補正回路より出力された色相毎
   に出力される信号に基づいて輝度信号を形成し、該輝度
   信号をシャッタースピードに対応した増幅率の変化でも
   って補償する補償手段を備えることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項及び第２項記載の固体撮像装置のガンマ
   補正方法。