电视摄象机和白平衡校正方法 本发明涉及一种电视摄象机和一种白平衡校正方法，更具体地说，涉及一种其中即使摄象机光学系统的光圈开到最大极限也不会丢失白平衡并且适当地保持颜色的电视摄象机。电视摄象机不仅包括其单个单元，而且也包括一个其中电视摄象机和诸如磁带录象机之类的录象机集成为一件的单元、和一个其中电视摄象机和诸如磁带录象机之类的记录/重放器件集成为一件的单元。
在电视摄象机中，用于与白色物体相对应的R、G和B通道的图象信号的相应电平调节到相同电平，由此保持白平衡。这引起对于其中不丢失着色并且与肉眼看到的不同的颜色复制白色，由此改进整个屏幕的颜色可再现性，即使照射物体的光是太阳光或人造光也是如此。
在常规电视摄象机中白平衡的校正一直按如下方式进行。就是说，调节增益，从而通过把光圈值设置在拍摄透镜的光学性质成为稳定的值-例如f8.0、在整个屏幕上拍摄白色物体的图象、及进行白平衡校正，使G信号电平成为与R信号和B信号电平相同的电平。
现在，已经改进了最近电视摄象机的拍摄透镜，并且信号处理技术已经获得进步，所以他们的大多数具有约f1.4的打开光圈值，由此他们能拍摄即使在暗处的物体，因为光圈的范围扩展到打开侧。
在带有具有这样的约f1.4的打开光圈值的拍摄透镜的摄象机中，白平衡成功地保持在一种状态下，其中光圈以光圈值呈现一个例如大于f2.8地值的方式关闭。
然而，当在缺少照明的地方，如室内，通过把光圈打开到靠近光圈值呈现一个小于f2.8的值的极限而拍摄图象时，即使已经进行白平衡调节，整个屏幕也可能缺少绿色，或红色过剩，从而图象可能稍微具有深红色(因为缺少绿色)或具有红色(因为红色过剩)，使颜色可再现性下降。
所以，当前情形是这样的，已经进行任一种方法的选择，其中通过在照明缺少的地方在图象拍摄者侧补偿照明以较大光圈值拍摄图象，或者其中通过按原样留下稍微着色有深红色或红色的图象拍摄图象。
因而，在其中打开光圈简洁到开口的条件下的图象拍摄中屏幕呈现深红色或红色的事实，是因为靠近光圈开口末端，与光圈开口有关的R、G和B信号电平的增大趋势成为不同的，从而G信号或R信号比其他信号电平成为较低(G信号)，或者成为较高(R信号)。
就是说，如图3的特征曲线图中所示，当打开光圈靠近开口时，与其有关的、通过与一个三色分离光学系统和相应颜色对应的一个固体图象传感器器件(通常称作CCD)得到的R、G和B通道的图象信号电平增大，而在其中较关闭光圈的一个区域中，R、G和B信号(其每一个是一图象信号)的增大趋势是均匀的。
另一方面，在其中大大地打开光圈并且光圈值呈现f2.8或更小的一个区域中，增大趋势在R、G和B信号中变化，从而对于G信号，其电平成为比其他颜色信号的电平低，而对于R信号，其电平高于其他颜色信号的电平。
假定这种特性归因于如何采用由一个棱镜分离的光(其中G信号减小)或归因于在相应固体图象传感器器件中颜色的光收集特性的变化(其中R信号增大)，并且这种特性对于使用固体图象传感器器件的电视摄象机，或对于带有诸如棱镜之类的颜色分离光学系统的三管、三板型摄象机是独特的。
在常规白平衡校正方法中，取稍微关闭的光圈值，如f8.0，作为基准，通过在这样的一定光圈值下电平调节R、G和B信号，均匀地保持用于光圈整个区域的白平衡，由此提供一种忽略在光圈开口末端处G信号电平减小或R信号电平增大的方法。
所以，此后通过把光圈打开到靠近极限而拍摄图象引起G信号或R信号相对于其他信号电平往往减小或增大，而不顾预先的白平衡调节，由此短缺绿色，或红色过剩，从而图象呈现深红色或红色。
因此，本发明的一个目的在于，提供一种电视摄象机和一种白平衡校正方法，其中即使在其中光圈打开到极限的条件下，也适当地保持白平衡，从而即使在具有少量光的地方，也得到具有良好颜色可再现性的图象。
(1)本发明的一种电视摄象机，调节经一个三色分离光学系统得到的R、G和B信号的电平以保持白平衡，包括：控制装置，用来根据指示拍摄透镜的光圈状态的光圈信号设置R、G和B信号的电平调节值；和白平衡校正装置，用来根据上述电平调节值调节R、G和B信号的电平，从而相对于R、G和B信号进行适于与靠近极限的光圈开口有关的这些信号电平的增大趋势的电平调节，并因而即使在由于照明缺少把光圈打开到极限的条件下，也进行适当的白平衡校正。
在本发明的上述改进的电视摄象机中，把上述控制装置中的电平调节值设置在一个值处，通过该值使G信号或R信号的一个信号的电平与其他两个信号的电平相对地平齐。例如，在其中把光圈打开超越一个预定极限的情况下，把电平调节值设置在一个值处，通过该值使G信号或R信号的一个信号的电平相对于其他两个信号相对地增大或减小。
在这样一种情况下，尽管在一般的电视摄象机中，由于三色分离光学系统和由于CCD构造，当打开光圈靠近开口末端时，通过按上述设置电平调节值，指示其中任意信号(G信号、R信号等)的电平相对于其他两个信号(R和B信号等)的电平减小(在G信号的情况下)或增大(在R信号的情况下)的特性，但以补偿R、G和B信号中的间隙的方式进行电平调节，由此进行更适于实际摄象机光学系统的白平衡。
在本发明中，对于上述改进电视摄象机，响应上述透镜的光圈状态的变化进行控制装置中电平调节值的设置、和根据白平衡校正电路中的电平调节值的电平调节，由此仅改变光圈引起自动进行与光圈状态匹配的白平衡的校正。
(2)本发明的白平衡校正方法是这样的，在通过调节经一个三色分离光学系统得到的R、G和B信号的电平而保持白平衡时，根据拍摄透镜的光圈状态设置R、G和B信号的电平调节值，并且然后通过上述电平调节值调节R、G和B信号的电平。相对于R、G和B信号进行适于与靠近极限的光圈开口有关的这些信号电平的增大趋势的电平调节，由此即使在因为缺少照明把光圈打开到极限的条件下，也进行适当的白平衡校正。
图1是包括在一种电视摄象机中根据本发明一个实施例的一种白平衡校正器件的方块图。
图2是图1中所示白平衡校正电路的细节图。
图3是图象信号的特性曲线图，表示从白色物体经三色分离光学系统得到的R、G和B信号的电平与光圈值之间的关系。
借助于参照图1，下文将详细解释本发明的最好模式。本发明尽管适用于要解释的广播电视摄象机，但不限于用于这种用途的电视摄象机。
参照图1，由一个拍摄透镜1拍摄一个物体(未表示)。通过拍摄透镜1的拍摄光输入到一个光阑部分2中。光阑部分2调节辐射到一个图象传感器器件的拍摄面的光量，该器件将在以后描述。一个棱镜型、三色分离光学系统3把通过光阑部分2的拍摄光分离成三色光分量：红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)。尽管作为三色分离光学系统的另一种系统，例如有分色镜系统和其他，但本发明不限于这些系统。
三色分离光学系统3如熟知的那样是三个棱镜3r、3g和3b的一种组合，从这三个棱镜3r、3g和3b分别发射红色光、绿色光和蓝色光。在这种情况下，相应棱镜3r、3g和3b提供有反射滤光镜或二色膜的补偿滤色片。
一个固体图象传感器器件(CCD)4包括：一个图象传感器器件4r，面对着棱镜3r，用来辐射经棱镜3r来自拍摄面的红色光；一个图象传感器器件4g，面对着棱镜3g，用来辐射经棱镜3g来自拍摄面的绿色光；及一个图象传感器器件4b，面对着棱镜3b，用来辐射经棱镜3b来自拍摄面的蓝色光。
图象传感器器件4r、4g和4b把用于从棱镜3r、3g和3b辐射的图象的红色光、绿色光和蓝色光分别处理成R、G和B信号，并且把他们输出到一个图象信号处理电路5。
图象信号处理电路5处理来自图象传感器器件4r、4g和4b的R、G和B信号以便放大等，并且然后由一个编码器7把已经经受放大等处理的R、G和B信号编码成要输出的NTSC系统、PAL系统、SECAM系统等的合成彩色图象信号。
这样一种图象信号处理电路5包含一个白平衡校正电路6。一个微型计算机8起用于白平衡校正的控制装置的作用，并且同时进行与一个操作部分9的操作内容相对应的各种控制。
光阑部分2根据来自用来关闭拍摄透镜1的孔径的一个光圈调节机构(未表示)的控制进行拍摄透镜1的光圈的打开/关闭操作以调节上述的辐射光量，并且同时把一个指示光圈打开状态的信号，即一个光圈信号F，输出到微型计算机8。
在图象信号处理电路5中的白平衡校正电路6，如图2中的例子所示，包括三个模拟乘法器6r、6g和6b，用来单独地把R、G和B信号乘以一个系数以进行电平调节，这些R、G和B信号已经从图象传感器器件4r、4g和4b输出并且经受了放大等处理。R、G和B信号指示在对于白平衡校正之前的R、G和B信号，而R′、G′和B′信号指示在对于白平衡校正之后的R、G和B信号。
微型计算机8根据从光阑部分2输入的数据调节在模拟乘法器6r、6g和6b中使用的乘法系数Kr、Kg和Kb，并且同时，把如此调节的乘法系数输入到模拟乘法器6r、6g和6b，由此调节R、G和B信号的电平以校正白平衡。
更具体地说，微型计算机8，如对于常规白平衡校正器件的控制单元那样，进行R、G和B信号的形成图象区域的划分、与白色物体相对应的图象区域的检测、在图象区域中R、G和B信号的电平的计算等，并且除此之外，存储在配置白平衡校正电路6的模拟乘法器6r、6g和6b中使用的乘法系数(R、G和B信号的电平调节值)，并且把他们供给到相应的模拟乘法器。
而且，微型计算机8存储通过把乘法系数带入与光圈区域的整体相对应而供给到白平衡校正电路6的乘法系数。乘法系数与白平衡的调节值相对应，并且已经由以前进行的白平衡校正操作设置，及与白平衡的调节值相对应的乘法系数已经存储在微型计算机8中。
这里，由以前进行的白平衡校正操作设置的调节值与在白平衡操作时设置的透镜光圈(例如通用光圈值f8.0)相对应，并因而不会一一对应地与所有光圈相对应。更具体地说，把光圈打开到靠近开口末端(f2.8或更低)使一个固定白平衡调节值提供一种不足校正。这由如下事实引起，如在上述图3中解释的那样，在与光圈开口有关的信号电平的增大趋势中，G信号或R信号与其他信号不同。便具体地说，这里描述的不同趋势是指，例如一种其中G信号的增大趋势变得比R和B信号的缓、或R信号的增大趋势变得比G和B信号的趋势陡、或G和B信号的增大趋势变得比R信号的趋势缓的趋势。
因而，微型计算机8，在其中不把透镜的光圈打开到靠近开口末端(或其中把光圈关闭到大于f2.8)的条件下，根据以前进行的白平衡校正操作设置对于R、G和B信号的固定乘法系数。另一方面，在其中把透镜的光圈打开到靠近开口末端(或其中把光圈打开到超过f2.8)的条件下，进行如下步骤。
就是说，微型计算机8使用于G信号的乘法系数稍大于用于R和B信号的，并且进一步以打开光圈较大的这样一种方式，使乘法系数的相对增大程度较大。更具体地说，以这样一种方式设置用于G信号的乘法系数，从而把G信号的信号电平升高到R和B信号的电平。或者，以这样一种方式设置用于R和B信号的乘法系数，从而把R和B信号的信号电平降到G信号的电平。
另一方面，微型计算机8使用于R信号的乘法系数稍小于用于G和B信号的，并且进一步以打开光圈较大的这样一种方式，使乘法系数的相对减小程度较小。更具体地说，以这样一种方式设置用于R信号的乘法系数，从而把R信号的信号电平降低到G和B信号的电平。或者，以这样一种方式设置用于G和B信号的乘法系数，从而把G和B信号的信号电平升高到R信号的电平。
这改进了在靠近开口末端的光圈区域中变得不稳定的白平衡的调节精度。此外，这通过跟随在靠近开口末端的光圈区域中光圈的变化而改变乘法系数进一步改进了调节精度。就是说，尽管在靠近开口末端的光圈区域中，白平衡对光圈的变化敏感地反应，使校正变得更不稳定，但如上所述，通过跟随在靠近开口末端的光圈区域中光圈的变化而改变乘法系数进一步改进在靠近开口末端的光圈区域中的白平衡校正精度。
微型计算机8以表格或数值公式的形式存储与白平衡调节值相对应的乘法系数，并且与从光阑部分2输入的光圈信号F相对应地，输出用于与光圈f相对应的R、G和B信号的乘法系数。乘法系数经一个D/A转换器11供给到白平衡校正电路6。
白平衡校正电路6根据从微型计算机8供给的乘法系数改变R、G和B信号的增益，并且把R、G和B信号的电平调节成相同电平。事实上，例如电路6使G信号的电平与R和B信号的电平平齐，或者使R信号的电平与G和B信号的电平平齐。在这种情况下，可以这样设置，从而使G信号或R信号的电平增大或减小，或者使R和B信号或G和B信号的电平减小或增大。
在上述配置中，来自物体的图象光从透镜1经光阑部分2辐射，由三色分离光学系统3分离成三色光：红色、绿色及蓝色光，这些光辐射到相应的图象传感器器件4r、4g和4b。然后，从相应图象传感器器件4r、4g和4b输出的是与彩色光相对应的R、G和B信号，这些R、G和B信号输入到白平衡校正电路6。
微型计算机8根据从光阑部分2输入的光圈信号F设置白平衡调节值(乘法系数)，并且把该值给出到白平衡校正电路6。
白平衡校正电路6根据与从微型计算机8给出的白平衡调节相对应的乘法系数把R、G和B信号的电平调节成相同电平，由此保持白平衡。即使在因为缺少照明把光圈打开到靠近开口极限的场合，也使处于较低电平的G信号和处于较高电平的R信号与R和B信号或G和B信号的电平平齐，从而不会丢失白平衡。
响应从光阑部分2输入的光圈信号F的变化，或者响应来自操作部分9的指令信号(根据由操作者设置的光圈输入到操作部分9中)，可以进行诸如在微型计算机8处设置电平调节值之类的一系列白平衡校正操作、和在白平衡校正电路6处根据调节值的电平调节。在响应光圈信号F的变化进行一系列白平衡校正操作的场合，仅改变光圈就使与光圈区域匹配的白平衡的校正自动地进行。
尽管在上述实施的形式中，把白平衡校正电路配置成一个模拟电路，但要理解，白平衡校正装置可以以软件配置在微型计算机8中。
而且，在上述实施的形式中，已经进行配置，从而光圈信号F从光阑部分2输出。这是最适当的配置，其中在与摄象机成为整体的视频录象机中实现本发明。然而，即使在其中白平衡校正器件与透镜部分分离的配置中(例如其中白平衡校正器件与摄象机分离)，也能实施本发明，并且在该情况下，一个指示光圈的光圈状态的信号从外部输入到白平衡校正器件。
而且，尽管在上述实施的形式中，已经解释了，分离地进行G信号的相对调节和R信号的相对调节，为了清晰起见进行解释，并且要理解，完全协调地进行信号的调节。本质上，即使当光阑部分的光圈开口程度变化时，也足以调节信号的电平，从而把白平衡保持在良好精度下。
而且，尽管在上述实施的形式中，已经进行这样的配置，其中同时进行使G信号的电平与R和B信号相对平齐的调节、和使R信号的电平与G和B信号相对平齐的调节，但要理解，可以仅进行他们的任一种，并且可以进行这样的配置，其中也同时进行使B信号的电平与R和G信号相对平齐的调节。
借助于本发明，进行根据光阑部分的光圈开口程度的R、G和B信号的电平调节，并且即使在其中打开光圈到靠近极限的条件下，也使R、G和B信号的电平平齐到相同电平，从而即使当在缺少照明的地方通过大大地打开光圈拍摄图象时，也不会丢失白平衡，并且得到具有良好彩色可再现性的图象，由此把本发明的电视摄象机适当地用作用于这种图象的电视摄象机。