專利名稱：電視攝象機和白平衡校正方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電視攝象機和一種白平衡校正方法，更具體地說，涉及一種其中即使攝象機光學系統(tǒng)的光圈開到最大極限也不會丟失白平衡并且適當地保持顏色的電視攝象機。電視攝象機不僅包括其單個單元，而且也包括一個其中電視攝象機和諸如磁帶錄象機之類的錄象機集成為一件的單元、和一個其中電視攝象機和諸如磁帶錄象機之類的記錄/重放器件集成為一件的單元。
在電視攝象機中，用于與白色物體相對應的R、G和B通道的圖象信號的相應電平調節(jié)到相同電平，由此保持白平衡。這引起對于其中不丟失著色并且與肉眼看到的不同的顏色復制白色，由此改進整個屏幕的顏色可再現性，即使照射物體的光是太陽光或人造光也是如此。
在常規(guī)電視攝象機中白平衡的校正一直按如下方式進行。就是說，調節(jié)增益，從而通過把光圈值設置在拍攝透鏡的光學性質成為穩(wěn)定的值-例如f8.0、在整個屏幕上拍攝白色物體的圖象、及進行白平衡校正，使G信號電平成為與R信號和B信號電平相同的電平。
現在，已經改進了最近電視攝象機的拍攝透鏡，并且信號處理技術已經獲得進步，所以他們的大多數具有約f1.4的打開光圈值，由此他們能拍攝即使在暗處的物體，因為光圈的范圍擴展到打開側。
在帶有具有這樣的約f1.4的打開光圈值的拍攝透鏡的攝象機中，白平衡成功地保持在一種狀態(tài)下，其中光圈以光圈值呈現一個例如大于f2.8的值的方式關閉。
然而，當在缺少照明的地方，如室內，通過把光圈打開到靠近光圈值呈現一個小于f2.8的值的極限而拍攝圖象時，即使已經進行白平衡調節(jié)，整個屏幕也可能缺少綠色，或紅色過剩，從而圖象可能稍微具有深紅色(因為缺少綠色)或具有紅色(因為紅色過剩)，使顏色可再現性下降。
所以，當前情形是這樣的，已經進行任一種方法的選擇，其中通過在照明缺少的地方在圖象拍攝者側補償照明以較大光圈值拍攝圖象，或者其中通過按原樣留下稍微著色有深紅色或紅色的圖象拍攝圖象。
因而，在其中打開光圈簡潔到開口的條件下的圖象拍攝中屏幕呈現深紅色或紅色的事實，是因為靠近光圈開口末端，與光圈開口有關的R、G和B信號電平的增大趨勢成為不同的，從而G信號或R信號比其他信號電平成為較低(G信號)，或者成為較高(R信號)。
就是說，如圖3的特征曲線圖中所示，當打開光圈靠近開口時，與其有關的、通過與一個三色分離光學系統(tǒng)和相應顏色對應的一個固體圖象傳感器器件(通常稱作CCD)得到的R、G和B通道的圖象信號電平增大，而在其中較關閉光圈的一個區(qū)域中，R、G和B信號(其每一個是一圖象信號)的增大趨勢是均勻的。
另一方面，在其中大大地打開光圈并且光圈值呈現f2.8或更小的一個區(qū)域中，增大趨勢在R、G和B信號中變化，從而對于G信號，其電平成為比其他顏色信號的電平低，而對于R信號，其電平高于其他顏色信號的電平。
假定這種特性歸因于如何采用由一個棱鏡分離的光(其中G信號減小)或歸因于在相應固體圖象傳感器器件中顏色的光收集特性的變化(其中R信號增大)，并且這種特性對于使用固體圖象傳感器器件的電視攝象機，或對于帶有諸如棱鏡之類的顏色分離光學系統(tǒng)的三管、三板型攝象機是獨特的。
在常規(guī)白平衡校正方法中，取稍微關閉的光圈值，如f8.0，作為基準，通過在這樣的一定光圈值下電平調節(jié)R、G和B信號，均勻地保持用于光圈整個區(qū)域的白平衡，由此提供一種忽略在光圈開口末端處G信號電平減小或R信號電平增大的方法。
所以，此后通過把光圈打開到靠近極限而拍攝圖象引起G信號或R信號相對于其他信號電平往往減小或增大，而不顧預先的白平衡調節(jié)，由此短缺綠色，或紅色過剩，從而圖象呈現深紅色或紅色。
因此，本發(fā)明的一個目的在于，提供一種電視攝象機和一種白平衡校正方法，其中即使在其中光圈打開到極限的條件下，也適當地保持白平衡，從而即使在具有少量光的地方，也得到具有良好顏色可再現性的圖象。
(1)本發(fā)明的一種電視攝象機，調節(jié)經一個三色分離光學系統(tǒng)得到的R、G和B信號的電平以保持白平衡，包括控制裝置，用來根據指示拍攝透鏡的光圈狀態(tài)的光圈信號設置R、G和B信號的電平調節(jié)值；和白平衡校正裝置，用來根據上述電平調節(jié)值調節(jié)R、G和B信號的電平，從而相對于R、G和B信號進行適于與靠近極限的光圈開口有關的這些信號電平的增大趨勢的電平調節(jié)，并因而即使在由于照明缺少把光圈打開到極限的條件下，也進行適當的白平衡校正。
在本發(fā)明的上述改進的電視攝象機中，把上述控制裝置中的電平調節(jié)值設置在一個值處，通過該值使G信號或R信號的一個信號的電平與其他兩個信號的電平相對地平齊。例如，在其中把光圈打開超越一個預定極限的情況下，把電平調節(jié)值設置在一個值處，通過該值使G信號或R信號的一個信號的電平相對于其他兩個信號相對地增大或減小。
在這樣一種情況下，盡管在一般的電視攝象機中，由于三色分離光學系統(tǒng)和由于CCD構造，當打開光圈靠近開口末端時，通過按上述設置電平調節(jié)值，指示其中任意信號(G信號、R信號等)的電平相對于其他兩個信號(R和B信號等)的電平減小(在G信號的情況下)或增大(在R信號的情況下)的特性，但以補償R、G和B信號中的間隙的方式進行電平調節(jié)，由此進行更適于實際攝象機光學系統(tǒng)的白平衡。
在本發(fā)明中，對于上述改進電視攝象機，響應上述透鏡的光圈狀態(tài)的變化進行控制裝置中電平調節(jié)值的設置、和根據白平衡校正電路中的電平調節(jié)值的電平調節(jié)，由此僅改變光圈引起自動進行與光圈狀態(tài)匹配的白平衡的校正。
(2)本發(fā)明的白平衡校正方法是這樣的，在通過調節(jié)經一個三色分離光學系統(tǒng)得到的R、G和B信號的電平而保持白平衡時，根據拍攝透鏡的光圈狀態(tài)設置R、G和B信號的電平調節(jié)值，并且然后通過上述電平調節(jié)值調節(jié)R、G和B信號的電平。相對于R、G和B信號進行適于與靠近極限的光圈開口有關的這些信號電平的增大趨勢的電平調節(jié)，由此即使在因為缺少照明把光圈打開到極限的條件下，也進行適當的白平衡校正。


圖1是包括在一種電視攝象機中根據本發(fā)明一個實施例的一種白平衡校正器件的方塊圖。
圖2是圖1中所示白平衡校正電路的細節(jié)圖。
圖3是圖象信號的特性曲線圖，表示從白色物體經三色分離光學系統(tǒng)得到的R、G和B信號的電平與光圈值之間的關系。
借助于參照圖1，下文將詳細解釋本發(fā)明的最好模式。本發(fā)明盡管適用于要解釋的廣播電視攝象機，但不限于用于這種用途的電視攝象機。
參照圖1，由一個拍攝透鏡1拍攝一個物體(未表示)。通過拍攝透鏡1的拍攝光輸入到一個光闌部分2中。光闌部分2調節(jié)輻射到一個圖象傳感器器件的拍攝面的光量，該器件將在以后描述。一個棱鏡型、三色分離光學系統(tǒng)3把通過光闌部分2的拍攝光分離成三色光分量紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)。盡管作為三色分離光學系統(tǒng)的另一種系統(tǒng)，例如有分色鏡系統(tǒng)和其他，但本發(fā)明不限于這些系統(tǒng)。
三色分離光學系統(tǒng)3如熟知的那樣是三個棱鏡3r、3g和3b的一種組合，從這三個棱鏡3r、3g和3b分別發(fā)射紅色光、綠色光和藍色光。在這種情況下，相應棱鏡3r、3g和3b提供有反射濾光鏡或二色膜的補償濾色片。
一個固體圖象傳感器器件(CCD)4包括一個圖象傳感器器件4r，面對著棱鏡3r，用來輻射經棱鏡3r來自拍攝面的紅色光；一個圖象傳感器器件4g，面對著棱鏡3g，用來輻射經棱鏡3g來自拍攝面的綠色光；及一個圖象傳感器器件4b，面對著棱鏡3b，用來輻射經棱鏡3b來自拍攝面的藍色光。
圖象傳感器器件4r、4g和4b把用于從棱鏡3r、3g和3b輻射的圖象的紅色光、綠色光和藍色光分別處理成R、G和B信號，并且把他們輸出到一個圖象信號處理電路5。
圖象信號處理電路5處理來自圖象傳感器器件4r、4g和4b的R、G和B信號以便放大等，并且然后由一個編碼器7把已經經受放大等處理的R、G和B信號編碼成要輸出的NTSC系統(tǒng)、PAL系統(tǒng)、SECAM系統(tǒng)等的合成彩色圖象信號。
這樣一種圖象信號處理電路5包含一個白平衡校正電路6。一個微型計算機8起用于白平衡校正的控制裝置的作用，并且同時進行與一個操作部分9的操作內容相對應的各種控制。
光闌部分2根據來自用來關閉拍攝透鏡1的孔徑的一個光圈調節(jié)機構(未表示)的控制進行拍攝透鏡1的光圈的打開/關閉操作以調節(jié)上述的輻射光量，并且同時把一個指示光圈打開狀態(tài)的信號，即一個光圈信號F，輸出到微型計算機8。
在圖象信號處理電路5中的白平衡校正電路6，如圖2中的例子所示，包括三個模擬乘法器6r、6g和6b，用來單獨地把R、G和B信號乘以一個系數以進行電平調節(jié)，這些R、G和B信號已經從圖象傳感器器件4r、4g和4b輸出并且經受了放大等處理。R、G和B信號指示在對于白平衡校正之前的R、G和B信號，而R′、G′和B′信號指示在對于白平衡校正之后的R、G和B信號。
微型計算機8根據從光闌部分2輸入的數據調節(jié)在模擬乘法器6r、6g和6b中使用的乘法系數Kr、Kg和Kb，并且同時，把如此調節(jié)的乘法系數輸入到模擬乘法器6r、6g和6b，由此調節(jié)R、G和B信號的電平以校正白平衡。
更具體地說，微型計算機8，如對于常規(guī)白平衡校正器件的控制單元那樣，進行R、G和B信號的形成圖象區(qū)域的劃分、與白色物體相對應的圖象區(qū)域的檢測、在圖象區(qū)域中R、G和B信號的電平的計算等，并且除此之外，存儲在配置白平衡校正電路6的模擬乘法器6r、6g和6b中使用的乘法系數(R、G和B信號的電平調節(jié)值)，并且把他們供給到相應的模擬乘法器。
而且，微型計算機8存儲通過把乘法系數帶入與光圈區(qū)域的整體相對應而供給到白平衡校正電路6的乘法系數。乘法系數與白平衡的調節(jié)值相對應，并且已經由以前進行的白平衡校正操作設置，及與白平衡的調節(jié)值相對應的乘法系數已經存儲在微型計算機8中。
這里，由以前進行的白平衡校正操作設置的調節(jié)值與在白平衡操作時設置的透鏡光圈(例如通用光圈值f8.0)相對應，并因而不會一一對應地與所有光圈相對應。更具體地說，把光圈打開到靠近開口末端(f2.8或更低)使一個固定白平衡調節(jié)值提供一種不足校正。這由如下事實引起，如在上述圖3中解釋的那樣，在與光圈開口有關的信號電平的增大趨勢中，G信號或R信號與其他信號不同。便具體地說，這里描述的不同趨勢是指，例如一種其中G信號的增大趨勢變得比R和B信號的緩、或R信號的增大趨勢變得比G和B信號的趨勢陡、或G和B信號的增大趨勢變得比R信號的趨勢緩的趨勢。
因而，微型計算機8，在其中不把透鏡的光圈打開到靠近開口末端(或其中把光圈關閉到大于f2.8)的條件下，根據以前進行的白平衡校正操作設置對于R、G和B信號的固定乘法系數。另一方面，在其中把透鏡的光圈打開到靠近開口末端(或其中把光圈打開到超過f2.8)的條件下，進行如下步驟。
就是說，微型計算機8使用于G信號的乘法系數稍大于用于R和B信號的，并且進一步以打開光圈較大的這樣一種方式，使乘法系數的相對增大程度較大。更具體地說，以這樣一種方式設置用于G信號的乘法系數，從而把G信號的信號電平升高到R和B信號的電平。或者，以這樣一種方式設置用于R和B信號的乘法系數，從而把R和B信號的信號電平降到G信號的電平。
另一方面，微型計算機8使用于R信號的乘法系數稍小于用于G和B信號的，并且進一步以打開光圈較大的這樣一種方式，使乘法系數的相對減小程度較小。更具體地說，以這樣一種方式設置用于R信號的乘法系數，從而把R信號的信號電平降低到G和B信號的電平?；蛘?，以這樣一種方式設置用于G和B信號的乘法系數，從而把G和B信號的信號電平升高到R信號的電平。
這改進了在靠近開口末端的光圈區(qū)域中變得不穩(wěn)定的白平衡的調節(jié)精度。此外，這通過跟隨在靠近開口末端的光圈區(qū)域中光圈的變化而改變乘法系數進一步改進了調節(jié)精度。就是說，盡管在靠近開口末端的光圈區(qū)域中，白平衡對光圈的變化敏感地反應，使校正變得更不穩(wěn)定，但如上所述，通過跟隨在靠近開口末端的光圈區(qū)域中光圈的變化而改變乘法系數進一步改進在靠近開口末端的光圈區(qū)域中的白平衡校正精度。
微型計算機8以表格或數值公式的形式存儲與白平衡調節(jié)值相對應的乘法系數，并且與從光闌部分2輸入的光圈信號F相對應地，輸出用于與光圈f相對應的R、G和B信號的乘法系數。乘法系數經一個D/A轉換器11供給到白平衡校正電路6。
白平衡校正電路6根據從微型計算機8供給的乘法系數改變R、G和B信號的增益，并且把R、G和B信號的電平調節(jié)成相同電平。事實上，例如電路6使G信號的電平與R和B信號的電平平齊，或者使R信號的電平與G和B信號的電平平齊。在這種情況下，可以這樣設置，從而使G信號或R信號的電平增大或減小，或者使R和B信號或G和B信號的電平減小或增大。
在上述配置中，來自物體的圖象光從透鏡1經光闌部分2輻射，由三色分離光學系統(tǒng)3分離成三色光紅色、綠色及藍色光，這些光輻射到相應的圖象傳感器器件4r、4g和4b。然后，從相應圖象傳感器器件4r、4g和4b輸出的是與彩色光相對應的R、G和B信號，這些R、G和B信號輸入到白平衡校正電路6。
微型計算機8根據從光闌部分2輸入的光圈信號F設置白平衡調節(jié)值(乘法系數)，并且把該值給出到白平衡校正電路6。
白平衡校正電路6根據與從微型計算機8給出的白平衡調節(jié)相對應的乘法系數把R、G和B信號的電平調節(jié)成相同電平，由此保持白平衡。即使在因為缺少照明把光圈打開到靠近開口極限的場合，也使處于較低電平的G信號和處于較高電平的R信號與R和B信號或G和B信號的電平平齊，從而不會丟失白平衡。
響應從光闌部分2輸入的光圈信號F的變化，或者響應來自操作部分9的指令信號(根據由操作者設置的光圈輸入到操作部分9中)，可以進行諸如在微型計算機8處設置電平調節(jié)值之類的一系列白平衡校正操作、和在白平衡校正電路6處根據調節(jié)值的電平調節(jié)。在響應光圈信號F的變化進行一系列白平衡校正操作的場合，僅改變光圈就使與光圈區(qū)域匹配的白平衡的校正自動地進行。
盡管在上述實施的形式中，把白平衡校正電路配置成一個模擬電路，但要理解，白平衡校正裝置可以以軟件配置在微型計算機8中。
而且，在上述實施的形式中，已經進行配置，從而光圈信號F從光闌部分2輸出。這是最適當的配置，其中在與攝象機成為整體的視頻錄象機中實現本發(fā)明。然而，即使在其中白平衡校正器件與透鏡部分分離的配置中(例如其中白平衡校正器件與攝象機分離)，也能實施本發(fā)明，并且在該情況下，一個指示光圈的光圈狀態(tài)的信號從外部輸入到白平衡校正器件。
而且，盡管在上述實施的形式中，已經解釋了，分離地進行G信號的相對調節(jié)和R信號的相對調節(jié)，為了清晰起見進行解釋，并且要理解，完全協(xié)調地進行信號的調節(jié)。本質上，即使當光闌部分的光圈開口程度變化時，也足以調節(jié)信號的電平，從而把白平衡保持在良好精度下。
而且，盡管在上述實施的形式中，已經進行這樣的配置，其中同時進行使G信號的電平與R和B信號相對平齊的調節(jié)、和使R信號的電平與G和B信號相對平齊的調節(jié)，但要理解，可以僅進行他們的任一種，并且可以進行這樣的配置，其中也同時進行使B信號的電平與R和G信號相對平齊的調節(jié)。
借助于本發(fā)明，進行根據光闌部分的光圈開口程度的R、G和B信號的電平調節(jié)，并且即使在其中打開光圈到靠近極限的條件下，也使R、G和B信號的電平平齊到相同電平，從而即使當在缺少照明的地方通過大大地打開光圈拍攝圖象時，也不會丟失白平衡，并且得到具有良好彩色可再現性的圖象，由此把本發(fā)明的電視攝象機適當地用作用于這種圖象的電視攝象機。
權利要求
1.一種調節(jié)經一個三色分離光學系統(tǒng)得到的R、G和B信號的電平以保持白平衡的電視攝象機，包括控制裝置，用來根據指示一個拍攝透鏡的光圈狀態(tài)的光圈信號設置R、G和B信號的電平調節(jié)值；和白平衡校正裝置，用來根據所述電平調節(jié)值調節(jié)R、G和B信號的電平。
2.根據權利要求1所述的電視攝象機，其中把在所述控制裝置中的調節(jié)值設置為一個值，通過該值使任意一個信號的電平與其他信號兩個的電平相對平齊。
3.根據權利要求2所述的電視攝象機，其中把在所述控制裝置中的調節(jié)值設置為一個值，通過該值在拍攝透鏡的光圈已經打開到超越一個預定值的情況下，使任意一個信號的電平相對于其他兩個信號的電平減小或增大。
4.根據權利要求2所述的電視攝象機，其中所述任意一個信號是信號G。
5.根據權利要求2所述的電視攝象機，其中所述任意一個信號是信號R。
6.根據權利要求2所述的電視攝象機，其中所述任意一個信號是信號B。
7.根據權利要求1所述的電視攝象機，其中響應所述拍攝透鏡的光圈狀態(tài)的變化，進行在所述控制裝置中電平調節(jié)值的設置和在所述白平衡校正裝置中根據電平調節(jié)值的電平調節(jié)。
8.一種調節(jié)經一個三色分離光學系統(tǒng)得到的R、G和B信號的電平以保持白平衡的電視攝象機，包括一個光闌部分，用來進行一個拍攝透鏡的光圈的打開/關閉操作，并且輸出一個指示光圈的打開狀態(tài)的光圈信號；一個微型計算機，用來從所述光闌部分輸入光圈信號，并且設置R、G和B信號的電平調節(jié)值；及白平衡校正裝置，用來根據所述電平調節(jié)值調節(jié)所述R、G和B信號的電平。
9.根據權利要求8所述的電視攝象機，其中所述白平衡校正裝置帶有三個模擬乘法器，用來在白平衡校正之前單獨地倍增R、G和B信號、并且乘以與其對應的系數、及單獨輸出單獨倍增的值作為在白平衡校正之后的R、G和B信號，及其中所述微型計算機通過把乘法系數帶到與拍攝透鏡的光圈區(qū)域的整體相對應預先存儲供給到所述白平衡校正裝置的乘法系數作為所述電平調節(jié)值，并且在其中透鏡的光圈不打開到靠近開口末端的條件下，把如此存儲的所述乘法系數輸出到所述模擬乘法器，而在其中透鏡的光圈打開到靠近開口末端的條件下，以這樣一種方式單獨設置所述乘法系數，從而使R、G和B信號的任意一個信號的電平與其他兩個信號的電平相對平齊，并且把他們輸出到所述模擬乘法器。
10.一種用來通過調節(jié)經一個三色分離光學系統(tǒng)得到的R、G和B信號的電平以保持白平衡的電視攝象機白平衡校正方法，包括步驟根據一個拍攝透鏡的光圈狀態(tài)設置R、G和B信號的電平調節(jié)值，和根據所述電平調節(jié)值調節(jié)R、G和B信號的電平。
11.根據權利要求10所述的電視攝象機白平衡校正方法，其中使R、G和B信號的任意一個信號的電平與其他兩個信號的電平平齊，由此調節(jié)R、G和B信號的電平。
12.根據權利要求11所述的電視攝象機白平衡校正方法，其中在打開拍攝透鏡的光圈超越一個預定值的情況下，使R、G和B信號的任意一個信號的電平對于其他兩個信號的電平相對地增大或減小，由此調節(jié)R、G和B信號的電平。
13.根據權利要求11所述的電視攝象機白平衡校正方法，其中選擇作為所述任意一個信號的G信號。
14.根據權利要求11所述的電視攝象機白平衡校正方法，其中選擇作為所述任意一個信號的R信號。
15.根據權利要求11所述的電視攝象機白平衡校正方法，其中選擇作為所述任意一個信號的B信號。
16.根據權利要求10所述的電視攝象機白平衡校正方法，其中響應透鏡的光圈狀態(tài)的變化進行所述R、G和B信號的電平調節(jié)值的設置、和根據調節(jié)值的白平衡調節(jié)。
全文摘要
即使在暗處把光圈打開到最大極限,電視攝象機的白平衡也不會丟失,并且被適當地保持。一個代表拍攝透鏡的光圈值的信號F從一個光闌部分(2)輸入到一個微型計算機(8)中。在微型計算機(8)中根據光圈信號F設置R、G和B信號的電平調節(jié)值,并且發(fā)送到一個白平衡校正電路(6)。白平衡校正電路(6)根據電平調節(jié)值把R、G和B信號的電平調節(jié)到相同值。
文檔編號H04N3/15GK1346575SQ00806136
公開日2002年4月24日 申請日期2000年3月13日 優(yōu)先權日1999年3月11日
發(fā)明者三村雅一, 巖井伸郎 申請人:松下電器產業(yè)株式會社