JP2000354179A

JP2000354179A - 信号変換方法、および信号変換プログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JP2000354179A
Application number: JP11165457A
Authority: JP
Inventors: Hideyasu Kuniba; 英康国場
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、平均ノイズ振幅を信号値に依らず
均等化する信号変換方法に関し、平均ノイズ振幅をより
適正に均等化することを目的とする。【解決手段】信号値と平均ノイズ振幅との依存関係の
変動要因として画像信号の撮像条件を取得し、この撮像
条件に適応する階調変換を実行する。その結果、撮像条
件の変化に柔軟に対応して、平均ノイズ振幅を適正に均
等化できる。なお、このような撮像条件としては、撮像
感度設定、γカーブ設定、撮像部温度、電荷蓄積時間な
どが特に有効である。また、平均ノイズ振幅が量子化誤
差幅よりも小さくなる画像領域については階調変換を停
止することにより、画像信号の無用な波形劣化を回避す
る。さらに、階調変換の段階でユーザ調整を受け付ける
ことにより、柔軟な画質調整を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号の平均ノ
イズ振幅を信号値に依らず均等化する信号変換方法と、
その方法を実行する信号変換プログラムを記録した記録
媒体に関する。特に、本発明は、画像信号の撮像条件
（画像信号を撮像した際の設定条件または撮影環境の条
件）を有効に利用することにより、画像信号の平均ノイ
ズ振幅を正確に均等化する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、信号値と平均ノイズ振幅との依存
関係に基づいて、画像信号を非線形にレベル圧縮し、信
号値全般にわたって平均ノイズ振幅を均等化する信号変
換技術が知られている。例えば、特開昭６３−２９００
２８号公報には、次式のような階調変換を行う信号変換
器が開示されている。

【数１】（ただし、ｘは信号変換器に入力する信号の値、ｙは信
号変換器が出力する信号の値、ξは積分変数、ｎ（ξ）
は入力信号ξにおける平均ノイズ振幅、ｂおよびｃは別
個に定める定数）この［式１］の階調変換によって、変
換後の平均ノイズ振幅ｎ_yは、ｎ_y≒（ｄｙ／ｄｘ）・ｎ（ｘ）＝ｃ・・・［式２］となる。この場合、変換後の平均ノイズ振幅ｎ_yは、出
力信号ｙに依らず、定数ｃに均等化される。

【０００３】このように信号値全般にわたって平均ノイ
ズ振幅が均等化されることにより、例えば、下記のよう
な信号処理上の利点を得ることが可能となる。（Ａ）変換後の信号ｙを（例えば最小階調幅ｃで）直線
量子化することにより、信号値の大小に係わらず、ノイ
ズを均等に除去することができる。（Ｂ）このようなノイズ除去によって信号ｙから無効な
情報が削除される。そのため、信号ｙの圧縮容量を小さ
くすることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、電子カメラの発
達により、多様な撮像条件を駆使して画像を撮像するこ
とが可能となった。例えば、電子カメラの撮像感度（画
像信号のゲイン）を高感度側に設定することにより、暗
い環境下においてもストロボを使用せずに明るい画像を
撮像することが可能となっている。

【０００５】このように撮像される画像信号は、撮像条
件の設定内容によって、上述した依存関係が敏感に変化
する。しかしながら、従来の信号変換方法（特開昭６３
−２９００２８号公報）では、依存関係の変動要因とし
て、被写体側の条件（エックス線フィルムと増感紙との
組み合わせ条件）を考慮するのみで、増感紙を電子的に
撮像する装置側の条件（すなわち撮像条件）については
考慮されていなかった。そのため、特殊な撮像条件の元
で撮像された画像信号については、一般的な信号変換方
法が通用せず、平均ノイズ振幅を適正に均等化できない
などの不具合が生じていた。

【０００６】利用することにより、画像信号の平均ノイ
ズ振幅を適正に均等化する信号変換方法を提供すること
を目的とする。 ☆請求項３に記載の発明では、信号変換に伴う画像信号
の劣化を極力防止する信号変換方法を提供することを目
的とする。 ☆請求項４に記載の発明では、請求項１の目的と併せ
て、ユーザによる画質調整を可能とした信号変換方法を
提供することを目的とする。 ☆請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか
一項に記載の信号変換方法をコンピュータ上で実現する
ための信号変換プログラムを記録した記録媒体を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以下、後述する各実施形
態のステップ番号を対応付けながら、課題を解決するた
めの手段を説明する。なお、ここでのステップ番号は参
考に付与するものであり、本発明の内容を特に限定する
ものではない。

【０００８】（請求項１）請求項１に記載の発明は、撮
像部で撮像される画像信号について信号値と平均ノイズ
振幅との依存関係が既知であり、依存関係に基づいて平
均ノイズ振幅が大きくなる信号値をレベル圧縮する階調
変換を施すことにより、画像信号の平均ノイズ振幅を信
号値に依らず均等化する信号変換方法において、依存関
係を変動させる要因となる撮像時の条件（撮像条件）が
予め定められ、これらの撮像条件ごとに用意された階調
変換を記憶する準備ステップ（Ｓ３、Ｓ２３、Ｓ３３、
Ｓ４３）と、撮像部が画像信号を撮像した際の撮像条件
を取得し、準備ステップで記憶した階調変換に基づい
て、取得した撮像条件に対応する階調変換を求める適応
ステップ（Ｓ４〜５、Ｓ１１〜１２、Ｓ２４〜２５、Ｓ
３４〜３５、Ｓ４４〜４５、Ｓ５３〜５４）と、適応ス
テップで求めた階調変換を用いて、撮像部で撮像した画
像信号を階調変換する信号変換ステップ（Ｓ６、Ｓ１
６，Ｓ２６、Ｓ３６、Ｓ４６、Ｓ５７）とを有すること
を特徴とする。

【０００９】上記のような信号変換方法では、準備ステ
ップにおいて、依存関係の変動要因となり得る撮像条件
について、予め階調変換を準備する。適応ステップで
は、変換対象である画像信号について電子的な撮像条件
を取得する。さらに、適応ステップでは、この撮像条件
に対応する階調変換を、準備ステップで準備した階調変
換の中から決定する。信号変換ステップでは、このよう
に決定した階調変換を用いて、画像信号の平均ノイズ振
幅を均等化する。したがって、撮像条件が変更されても
柔軟に対応して、画像信号の平均ノイズ振幅を均等化す
ることが可能となる。

【００１０】（請求項２）請求項２に記載の発明は、請
求項１に記載の信号変換方法において、撮像条件は、撮
像部における、撮像感度設定（画像信号のゲイン設定の
こと）、γカーブ設定、撮像部の温度、信号電荷の蓄積
時間の少なくとも一つであることを特徴とする。

【００１１】（請求項３）請求項３に記載の発明は、請
求項１または請求項２に記載の信号変換方法において、
画像信号は、量子化される信号であり、信号変換ステッ
プでは、画像信号の平均ノイズ振幅が、量子化による量
子化誤差の幅よりも小さくなる画像領域については、階
調変換を実行しないことを特徴とする（Ｓ１５〜１
６）。

【００１２】一般に、画像信号の平均ノイズ振幅が量子
化誤差の幅よりも小さくなると、画像信号中のほとんど
のノイズ成分は、量子化誤差によりマスクされる。した
がって、このような画像領域については、平均ノイズ振
幅の均等化による利点を積極的に得ることができない。
逆に、非線形な階調変換を行うことによって、エッジ波
形などの劣化などが目立ってしまう。

【００１３】そこで、請求項３の信号変換方法は、画像
信号の平均ノイズ振幅が量子化誤差の幅よりも小さくな
る画像領域において、階調変換を実行しない。すなわ
ち、画像信号の平均ノイズ振幅が量子化誤差の幅を越え
る画像領域のみ、階調変換を実行する。このような動作
により、非線形の階調変換に伴う画像信号の劣化を回避
することが可能となる。

【００１４】（請求項４）請求項４に記載の発明は、請
求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の信号変換
方法において、信号変換ステップは、外部からのユーザ
調整を受け付け、前記ユーザ調整に応じて画像信号に施
す階調変換のカーブを変更することを特徴とする（Ｓ５
５〜５６）。

【００１５】一般に、本発明の信号変換方法に前後し
て、画像信号を量子化（下位桁の切り捨ても含む）する
ことにより、ノイズを簡易に除去することが可能とな
る。一般に、このようなノイズ除去では、ノイズ成分と
一緒に、画像の微小振幅成分（いわゆる画像のディテー
ル部）も除去されるため、画質の印象に及ぼす影響が大
きい。したがって、ノイズ除去効果を、ユーザーの好み
で調整できることが好ましい。このような観点から、請
求項４の信号変換方法では、階調変換の段階でユーザー
調整を受け付けるようにした。その結果、ノイズ除去の
程度をユーザーが調整することが可能となり、ユーザー
の望む画質調整が可能となる。

【００１６】（請求項５）請求項５に記載の記録媒体に
は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の信
号変換方法をコンピュータに実行させるための信号変換
プログラムが記録される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明にお
ける実施の形態を説明する。

【００１８】＜第１の実施形態＞第１の実施形態は、請
求項１，２に記載の発明に対応した電子カメラ１１の実
施形態である。図１は、電子カメラ１１の構成を示すブ
ロック図である。図１において、電子カメラ１１には、
撮影レンズ１２が装着される。この撮影レンズ１２の像
空間には、撮像素子１３が配置される。

【００１９】この撮像素子１３において生成される画像
信号は、ゲイン可変アンプ１４に入力される。このゲイ
ン可変アンプ１４の信号ゲイン（撮像感度）は、撮像感
度設定部１５によって制御される。なお、この撮像感度
の設定値は、ユーザーの手動設定や被写体測光値などに
より決定される。ゲイン可変アンプ１４で増幅された画
像信号は、Ａ／Ｄ変換部１６を介して、例えば各色１２
ｂｉｔのディジタル画像信号に変換される。階調変換演
算部１７は、このＡ／Ｄ変換部１６から出力されるディ
ジタル画像信号を階調変換し、平均ノイズ振幅を均等化
した状態で出力する。なお、階調変換演算部１７は、こ
の階調変換に際して、ディジタル画像信号の下位桁を切
り捨てることにより、例えばＪＰＥＧ基本方式に適した
各色８ｂｉｔのディジタル画像信号を出力する。この階
調変換演算部１７における階調変換は、ノイズ推定部１
８によりコントロールされる。このノイズ推定部１８に
は、撮像感度設定部１５から撮像感度設定の情報が入力
される。以下、本発明の特徴である、階調変換の動作に
ついて説明する。

【００２０】（階調変換の前準備）図２は、階調変換の
前準備の手順を示す流れ図である。このような前準備
は、通常、電子カメラ１１の開発者によって予め実施さ
れる。なお、電子カメラ１１のユーザが、このような前
準備を実行しても勿論かまわない。この図２を用いて、
前準備の手順を概略説明する。なお、ここでは、説明の
都合上、前準備の実行者を開発者と仮定する。

【００２１】まず、開発者は、撮像感度設定ごとに、Ａ
／Ｄ変換部１６の出力信号について、信号値と平均ノイ
ズ振幅との依存関係を求める（ステップＳ１）。次に、
開発者は、撮像感度設定ごとに、平均ノイズ振幅を均等
化するための階調変換を求める（ステップＳ２）。開発
者は、このように求めた階調変換を撮像感度設定に対応
付けて、ノイズ推定部１８の内部記憶領域に記録する
（ステップＳ３）。

【００２２】以下、このような前準備の手順を、具体的
な数式をあげて説明する。なお、ここでは画像信号のノ
イズとして、ショットノイズが支配的である場合を想定
する。撮像素子１３において、光電変換による発生電子
数をＮとすると、ショットノイズの瞬時振幅（電子数）
は、標準偏差√Ｎのガウス分布を示す。ここで、ＩＳＯ
１００相当の撮像感度では、発生電子数Ｎmax＝１０
⁵が、ゲイン可変アンプ１４およびＡ／Ｄ変換部１６を
介して、最大信号値Ｓmax＝４０９５に変換される。こ
のとき、信号値Ｓに変換される発生電子数Ｎは、Ｎ＝（Ｎmax／Ｓmax）・Ｓ≒２４．４２Ｓ・・・［式３］となる。

【００２３】このとき、ショットノイズの標準偏差√Ｎ
に相当する平均ノイズ振幅Ｓnoiseは、Ｓnoise＝（Ｓmax／Ｎmax）√Ｎ＝［（Ｓmax／Ｎmax）・Ｓ］^1/2≒０．２０２４√Ｓ・・［式４］となる。この［式４］が、ＩＳＯ１００相当の撮像感度
設定における、信号値Ｓと平均ノイズ振幅Ｓnoiseとの
依存関係を表す関数式である。

【００２４】この場合、［式１］と等価な階調変換の式
として、Ｓ′＝Ｓ／Ｓnoise ＝［（Ｎmax／Ｓmax）Ｓ］^1/2≒４．９４√Ｓ・・［式５］が得られる。なお、［式５］において、Ｓは、階調変換
前の信号値であり、［式１］中のｘに該当する。また、
Ｓ′は、階調変換後の信号値であり、［式１］中のｙに
該当する。

【００２５】開発者は、Ａ／Ｄ変換部１６から出力され
得る信号値Ｓ＝１〜４０９５のそれぞれについて［式
５］の演算を実行して、信号値Ｓから信号値Ｓ′への変
換テーブルを作成する。開発者は、［式５］から求めた
この変換テーブルを、ＩＳＯ１００用の変換テーブルと
してノイズ推定部１８の内部記憶領域に記録する。

【００２６】一方、ＩＳＯ４００相当の撮像感度設定で
は、発生電子数Ｎmax＝２．５×１０⁴が、ゲイン可変ア
ンプ１４およびＡ／Ｄ変換部１６を介して、最大出力信
号Ｓmax＝４０９５に変換される。この場合、出力信号
Ｓに変換される発生電子数Ｎは、Ｎ＝（Ｎmax／Ｓmax）・Ｓ≒６．１０５Ｓ・・・［式６］となる。

【００２７】このとき、ショットノイズの標準偏差√Ｎ
に対応する平均ノイズ振幅Ｓnoiseは、Ｓnoise＝（Ｓmax／Ｎmax）√Ｎ＝［（Ｓmax／Ｎmax）・Ｓ］^1/2≒０．４０４７√Ｓ・・［式７］となる。この［式７］が、ＩＳＯ４００相当の撮像感度
設定における、信号値Ｓと平均ノイズ振幅Ｓnoiseとの
依存関係を表す関数式である。

【００２８】この場合、［式１］と等価な変換式とし
て、Ｓ′＝Ｓ／Ｓnoise ＝［（Ｎmax／Ｓmax）Ｓ］^1/2≒２．４７√Ｓ・・［式８］が得られる。開発者は、Ａ／Ｄ変換部１６から出力され
得る信号値Ｓ＝１〜４０９５のそれぞれについて［式
８］の演算を実行して、信号値Ｓから信号値Ｓ′への変
換テーブルを作成する。開発者は、［式８］から求めた
この変換テーブルを、ＩＳＯ４００用の変換テーブルと
してノイズ推定部１８の内部記憶領域に記録する。以上
のようにして、ＩＳＯ１００用の変換テーブル、および
ＩＳＯ４００用の変換テーブルが、階調変換に先立って
準備される。

【００２９】（階調変換の説明）次に、画像信号を階調
変換する手順について説明する。図３は、階調変換演算
部１７およびノイズ推定部１８が実行する階調変換の手
順を説明する流れ図である。まず、撮像素子１３で撮像
された画像信号は、ゲイン可変アンプ１４を介して、撮
像感度設定に対応した信号ゲインに増幅される。このよ
うに増幅された画像信号は、Ａ／Ｄ変換部１６を介して
直線量子化され、各色１２ｂｉｔ相当のディジタル画像
信号に量子化される。

【００３０】ここで、ノイズ推定部１８は、撮像感度設
定の情報（ＩＳＯ１００／ＩＳＯ４００のどちらか）
を、撮像感度設定部１５から取得する（ステップＳ
４）。ノイズ推定部１８は、取得した撮像感度設定の情
報に基づいて、内部の記憶領域から変換テーブルを選択
し、階調変換演算部１７に変換テーブルのデータを伝達
する（ステップＳ５）。階調変換演算部１７は、このよ
うに与えられた変換テーブルを使用して、Ａ／Ｄ変換部
１６から出力されるディジタル画像信号の階調変換を実
行する（ステップＳ６）。以上の手順により、第１の実
施形態における階調変換が実行される。

【００３１】（第１の実施形態の効果）以上説明したよ
うに、第１の実施形態では、画像信号を撮像した際の撮
像感度設定に適応して、適切な階調変換を選択する。し
たがって、撮像感度設定がたとえ変更されても、画像信
号の平均ノイズ振幅を常に正確に均等化することができ
る。次に、別の実施形態について説明する。

【００３２】＜第２の実施形態＞第２の実施形態は、請
求項１〜３に記載の発明に対応した電子カメラ２１の実
施形態である。図４は、電子カメラ２１の構成を示すブ
ロック図である。第２の実施形態における構成上の特徴
点は、階調変換制御部２３が新たに設けられている点で
ある。この階調変換制御部２３は、ノイズ推定部１８か
らの情報と、Ａ／Ｄ変換部１６から出力される信号値と
に基づいて、後述するように階調変換演算部１７の動作
を制御するものである。なお、その他の構成や前準備の
動作は、第１の実施形態（図１，図２）と同一であり、
ここでの説明を省略する。以下、本発明の特徴である、
階調変換の動作について説明する。

【００３３】（階調変換の説明）図５は、階調変換演算
部１７、ノイズ推定部１８および階調変換制御部２３が
実行する階調変換の手順を説明する流れ図である。ま
ず、撮像素子１３で撮像された画像信号は、ゲイン可変
アンプ１４を介して、撮像感度設定に対応した信号ゲイ
ンで増幅される。このように増幅された画像信号は、Ａ
／Ｄ変換部１６を介して直線量子化され、各色１２ｂｉ
ｔ相当のディジタル画像信号に量子化される。

【００３４】ここで、ノイズ推定部１８は、撮像感度設
定部１５から撮像感度設定の情報（ＩＳＯ１００／ＩＳ
Ｏ４００のどちらか）を取得する（ステップＳ１１）。
ノイズ推定部１８は、取得した撮像感度設定の情報に対
応して、内部の記憶領域から変換テーブルを選択し、こ
の変換テーブルのデータを階調変換演算部１７に伝達す
る（ステップＳ１２）。

【００３５】一方、階調変換制御部２３は、ノイズ推定
部１８が取得した撮像感度設定の情報に対応して、信号
値と平均ノイズ振幅との依存関係式（上記の［式４］
［式７］のいずれか）を選択する（ステップＳ１３）。
次に、階調変換制御部２３は、Ａ／Ｄ変換部１６から出
力される信号値を観測し、その信号値における平均ノイ
ズ振幅を依存関係式を使用して算出する（ステップＳ１
４）。

【００３６】階調変換制御部２３は、求めた平均ノイズ
振幅が、Ａ／Ｄ変換部１６の量子化誤差幅よりも大きい
か否かを判定する（ステップＳ１５）。平均ノイズ振幅
が量子化誤差幅よりも大きい場合（ステップＳ１５のＹ
ＥＳ側）、階調変換制御部２３は、階調変換演算部１７
に対して階調変換を命じる（ステップＳ１６）。

【００３７】一方、平均ノイズ振幅が量子化誤差幅より
も小さい場合（ステップＳ１５のＮＯ側）、階調変換制
御部２３は、階調変換演算部１７に対して階調変換を禁
止する。階調変換制御部２３および階調変換演算部１７
は、上記の動作（Ｓ１４〜Ｓ１６）を、一画面分の処理
が完了するまで繰り返す（ステップＳ１７）。以上の手
順により、第２の実施形態における階調変換が実行され
る。

【００３８】（第２の実施形態の効果など）以上説明し
たように、第２の実施形態では、画像信号を撮像した際
の撮像感度設定に適応して、適切な階調変換を選択す
る。したがって、撮像感度設定がたとえ変更されても、
画像信号の平均ノイズ振幅を常に正確に均等化すること
ができる。

【００３９】さらに、第２の実施形態では、平均ノイズ
振幅が量子化誤差幅よりも小さくなる画像領域について
階調変換を禁止する。したがって、非線形な階調変換に
副次的に伴う、画像信号の無用な劣化を回避することが
できる。なお、第２の実施形態では、階調変換制御部２
３を設けて階調変換を行うか否かの制御を行っている
が、これに限定されるものではない。例えば、平均ノイ
ズ振幅が量子化誤差幅よりも小さくなる信号値について
は、階調変換を行わないように変換テーブルの値を予め
設定してもおいてもよい。

【００４０】また、第２の実施形態では、階調変換を行
ったか否かの情報を特に記録していないが、これを記録
してもよい。例えば、階調変換制御部２３が階調変換を
行った画像領域か否かの情報を別途記録してもよい。ま
た、階調変換演算部１７が、階調変換を行わなかった場
合に、画像信号の余剰ｂｉｔをフラグとしてたてるなど
してもよい。このようにして階調変換を行ったか否かの
情報を記録することにより、後でこの情報を参照して画
像信号の階調を正確に元に戻すことが可能となる。次
に、別の実施形態について説明する。

【００４１】＜第３の実施形態＞第３の実施形態は、請
求項１，２に記載の発明に対応した電子カメラ３１の実
施形態である。図６は、電子カメラ３１の構成を示すブ
ロック図である。第３の実施形態における構成上の特徴
点は、次の２点である。（１）Ａ／Ｄ変換部１６と階調変換演算部１７との間
に、γ変換部３２が設けられる。このγ変換部３２は、
画像信号に対してγ変換を施すものである。（２）ノイズ推定部１８は、γ変換部３２からγ変換カ
ーブの情報を取得する。なお、その他の構成は、第１の
実施形態（図１）と同一であるため、ここでの説明を省
略する。以下、本発明の特徴である、階調変換の動作に
ついて説明する。

【００４２】（階調変換の前準備）図７は、階調変換の
前準備の手順を示す流れ図である。この図７を用いて、
前準備の手順を概略説明する。なお、ここでは、説明の
都合上、前準備の実行者を電子カメラ３１の開発者と仮
定している。まず、開発者は、撮像感度設定とγ変換カ
ーブとをパラメータにして、信号値と平均ノイズ振幅と
の依存関係式を求める（ステップＳ２１）。

【００４３】次に、開発者は、この依存関係式に基づい
て、平均ノイズ振幅を均等化するための階調変換式を求
める（ステップＳ２２）。開発者は、このように求めた
階調変換の式を、ノイズ推定部１８の内部記憶領域に記
録する（ステップＳ２３）。以下、この前準備の動作に
ついて、具体的な数式をあげて説明する。まず、下記の
ような一般的なγ変換カーブを想定する。

【数２】なお、上式において、Ｓはγ変換前の信号値であり、Ｓ
₂はγ変換後の信号値であり、Ｓmaxは信号値Ｓの最大値
であり、Ｓ₂maxは信号値Ｓ₂の最大値であり、γはγ変
換カーブを決定するパラメータである。このようなγ変
換カーブにより、γ変換部３２の出力時点におけるショ
ットノイズの平均ノイズ振幅Ｓ₂noiseは、Ｓ₂noise ＝［（Ｓmax／Ｎmax）・Ｓ］^1/2・（ｄＳ₂／ｄＳ）・・・［式10］となる。

【００４４】この［式10］が、撮像感度設定とγ変換カ
ーブをパラメータに持ち、かつ信号値Ｓ₂と平均ノイズ
振幅Ｓ₂noiseとの依存関係を表す関数式である。この場
合、［式１］と等価な階調変換の式として、Ｓ′＝Ｓ₂／Ｓ₂noise ＝［（Ｎmax／Ｓmax）Ｓ］^1/2／（ｄＳ₂／ｄＳ）・・［式11］が得られる。

【００４５】この［式11］を整理することにより、階調
変換の式として

【数３】が得られる。この［式12］内において、発生電子数Ｎma
xは、最大信号値Ｓmax＝４０９５に変換される発生電子
数に相当し、撮像感度設定によって変化する変数であ
る。また、γはγ変換カーブを決定するパラメータであ
り、γ変換カーブの設定によって変化する変数である。
開発者は、この［式12］に相当する演算プログラムをノ
イズ推定部１８内の内部記憶領域に記録する。以上のよ
うにして、階調変換の前準備が完了する。

【００４６】（階調変換の説明）次に、画像信号を階調
変換する手順について説明する。図８は、階調変換演算
部１７およびノイズ推定部１８が実行する階調変換の手
順を説明する流れ図である。まず、撮像素子１３で撮像
された画像信号は、ゲイン可変アンプ１４を介して、撮
像感度設定に対応した信号ゲインに増幅される。このよ
うに増幅された画像信号は、Ａ／Ｄ変換部１６を介して
直線量子化される。

【００４７】γ変換部３２は、［式９］に相当するγ変
換用の変換テーブルを使用して、直線量子化された画像
信号にγ変換を施す。このようなγ変換の処理後、画像
信号は、階調変換演算部１７に入力される。この状態
で、ノイズ推定部１８は、撮像感度設定部１５から撮像
感度設定に関する情報（ここでは最大信号値Ｓmaxに変
換される発生電子数Ｎmaxの値）を取得する。また、ノ
イズ推定部１８は、γ変換部３２からγ変換カーブに関
する情報（ここではγの値）を取得する（ステップＳ２
４）。

【００４８】次に、ノイズ推定部１８は、これらの情報
に基づいて［式12］に相当する演算プログラムを実行
し、想定され得るすべての信号値Ｓ₂について、階調変
換後の信号値Ｓ′を算出する。ノイズ推定部１８は、こ
れらの算出結果を、信号値Ｓ₂から信号値Ｓ′への変換
テーブルとして、階調変換演算部１７に伝達する（ステ
ップＳ２５）。階調変換演算部１７は、このように与え
られた変換テーブルを使用して、γ変換部３２から出力
される信号値Ｓ₂の階調変換を実行する（ステップＳ２
６）。以上の手順により、第３の実施形態における階調
変換が実行される。

【００４９】（第３の実施形態の効果）以上説明したよ
うに、第３の実施形態では、画像信号を撮像した際の撮
像感度の設定とγ変換カーブの設定とに応じて、適切な
階調変換を常に選択する。したがって、撮像感度設定ま
たはγ変換カーブがたとえ変更されても、画像信号の平
均ノイズ振幅を常に正確に均等化することが可能とな
る。次に、別の実施形態について説明する。

【００５０】＜第４の実施形態＞第４の実施形態は、請
求項１，２に記載の発明に対応した電子カメラ４１の実
施形態である。図９は、電子カメラ４１の構成を示すブ
ロック図である。第４の実施形態における構成上の特徴
点は、次の２点である。（１）撮像素子１３の半導体基板上には、Ｔ比例回路４
２が設けられる。このＴ比例回路４２は、ダイオードの
温度−順方向電圧特性、または温度−ＯＢ電荷量特性を
利用して、撮像素子１３の温度計測を行う回路である。（２）ノイズ推定部１８は、Ｔ比例回路４２から撮像素
子１３の温度情報を取得する。なお、その他の構成は、
第１の実施形態（図１）と同一であるため、ここでの説
明を省略する。以下、本発明の特徴である、階調変換の
動作について説明する。

【００５１】（階調変換の前準備）図１０は、階調変換
の前準備の手順を示す流れ図である。この図９を用い
て、前準備の手順を概略説明する。なお、ここでは、説
明の都合上、前準備の実行者を電子カメラ４１の開発者
と仮定している。まず、開発者は、撮像素子１３を恒温
槽に入れて様々な温度状態に設定し、Ｔ比例回路４２か
ら出力される温度情報と、その状態における信号値と平
均ノイズ振幅との依存関係とを実測する（ステップＳ３
１）。

【００５２】次に、開発者は、これらの依存関係に基づ
いて、平均ノイズ振幅を均等化するための階調変換を求
める（ステップＳ３２）。開発者は、このように求めた
階調変換を温度情報に対応付けて、ノイズ推定部１８の
内部記憶領域に記録する（ステップＳ３３）。以上のよ
うにして、階調変換の前準備が完了する。

【００５３】（階調変換の説明）次に、画像信号を階調
変換する手順について説明する。図１１は、階調変換演
算部１７およびノイズ推定部１８が実行する階調変換の
手順を説明する流れ図である。まず、ノイズ推定部１８
は、Ｔ比例回路４２から温度情報を取得する（ステップ
Ｓ３４）。

【００５４】次に、ノイズ推定部１８は、この温度情報
に基づいて、予め記録されていた階調変換を選択する。
ノイズ推定部１８はこのように決定した階調変換を、階
調変換演算部１７に伝達する（ステップＳ３５）。階調
変換演算部１７は、このように与えられた階調変換に従
って、画像信号に階調変換を施す（ステップＳ３６）。
以上の手順により、第４の実施形態における階調変換が
実行される。

【００５５】（第４の実施形態の効果）以上説明したよ
うに、第４の実施形態では、撮像素子１３の温度に応じ
て、適切な階調変換を常に選択する。したがって、撮像
素子１３の温度変化により暗電流ノイズの量が大きく変
動しても、画像信号の平均ノイズ振幅を常に正確に均等
化することが可能となる。次に、別の実施形態について
説明する。

【００５６】＜第５の実施形態＞第５の実施形態は、請
求項１，２に記載の発明に対応した電子カメラ５１の実
施形態である。図１２は、電子カメラ５１の構成を示す
ブロック図である。第５の実施形態における構成上の特
徴点は、次の２点である。（１）撮像素子１３の電荷蓄積時間を設定する蓄積時間
設定部５２が設けられる。（２）ノイズ推定部１８は、蓄積時間設定部５２から電
荷蓄積時間の情報を取得する。なお、その他の構成は、
第１の実施形態（図１）と同一であるため、ここでの説
明を省略する。以下、本発明の特徴である、階調変換の
動作について説明する。

【００５７】（階調変換の前準備）図１３は、階調変換
の前準備の手順を示す流れ図である。この図１３を用い
て、前準備の手順を概略説明する。なお、ここでは、説
明の都合上、前準備の実行者を電子カメラ５１の開発者
と仮定している。まず、開発者は、撮像素子１３の電荷
蓄積時間を様々に設定し、その状態における信号値と平
均ノイズ振幅との依存関係とを実測する（ステップＳ４
１）。

【００５８】次に、開発者は、これらの依存関係に基づ
いて、平均ノイズ振幅を均等化するための階調変換を求
める（ステップＳ４２）。開発者は、このように求めた
階調変換を電荷蓄積時間に対応付けて、ノイズ推定部１
８の内部記憶領域に記録する（ステップＳ４３）。以上
のようにして、階調変換の前準備が完了する。

【００５９】（階調変換の説明）次に、画像信号を階調
変換する手順について説明する。図１４は、階調変換演
算部１７およびノイズ推定部１８が実行する階調変換の
手順を説明する流れ図である。まず、ノイズ推定部１８
は、蓄積時間設定部５２から電荷蓄積時間の情報を取得
する（ステップＳ４４）。

【００６０】次に、ノイズ推定部１８は、この電荷蓄積
時間の情報に基づいて、予め記録されていた階調変換を
選択する。ノイズ推定部１８はこのように決定した階調
変換を、階調変換演算部１７に伝達する（ステップＳ４
５）。階調変換演算部１７は、このように与えられた階
調変換に従って、画像信号に階調変換を施す（ステップ
Ｓ４６）。以上の手順により、第５の実施形態における
階調変換が実行される。

【００６１】（第５の実施形態の効果）以上説明したよ
うに、第５の実施形態では、撮像素子１３の電荷蓄積時
間に応じて、適切な階調変換を常に選択する。したがっ
て、電荷蓄積時間の変化により暗電流ノイズの量が大き
く変動しても、画像信号の平均ノイズ振幅を常に正確に
均等化することが可能となる。次に、別の実施形態につ
いて説明する。

【００６２】＜第６の実施形態＞第６の実施形態は、請
求項１，２，４に記載の発明に対応した電子カメラ６１
の実施形態である。図１５は、電子カメラ６１の構成を
示すブロック図である。第６の実施形態における構成上
の特徴点は、次の２点である。（１）ユーザ調整による画質モード設定を受け付ける画
質モード設定部６２を有する。（２）ノイズ推定部１８は、画質モード設定部６２から
ユーザによる画質モード設定の情報を取得する。なお、
その他の構成や前準備の動作は、第１の実施形態（図
１，図２）と同一であるため、ここでの説明を省略す
る。以下、本発明の特徴である、階調変換の動作につい
て説明する。

【００６３】（階調変換の説明）図１６は、階調変換演
算部１７およびノイズ推定部１８が実行する階調変換の
手順を説明する流れ図である。まず、ノイズ推定部１８
は、撮像感度設定部１５から撮像感度設定の情報を取得
する（ステップＳ５３）。

【００６４】ノイズ推定部１８は、取得された撮像感度
設定の情報に対応して、内部の記憶領域から変換テーブ
ルを選択する（ステップＳ５４）。次に、ノイズ推定部
１８は、ユーザ調整による画質モード設定（Fine,Norma
l,Basicなど）の情報を取得する（ステップＳ５５）。
ノイズ推定部１８は、この画質モード設定に応じて変換
テーブルの数値を増減し、量子化幅を変更する（ステッ
プＳ５６）。階調変換演算部１７は、変更された変換テ
ーブルを使用して、Ａ／Ｄ変換部１６から出力されるデ
ィジタル画像信号の階調変換を実行する（ステップＳ５
７）。以上の手順により、第６の実施形態における階調
変換が実行される。

【００６５】（第６の実施形態の効果）以上説明したよ
うに、第６の実施形態では、ユーザ調整により変換テー
ブルの数値（階調変換のカーブ）が変更され、量子化幅
が変化する。一般に、ガウス分布するノイズでは、標準
偏差＋σ〜−σの幅内に、ノイズ振幅の６８．３％が収
まる。また、＋２σ〜−２σの範囲には、ノイズ振幅の
９５．５％が収まる。したがって、ユーザー調整に応じ
て量子化幅を例えば２σにすることにより、より、ノイ
ズを大量に除去して、画像圧縮率を一段と高めることが
可能となる。一方、ユーザー調整に応じて量子化幅を例
えばσ／２にすることにより、ノイズをさほど除去せず
に、撮像時の画像信号に忠実な画像を得ることが可能と
なる。

【００６６】＜実施形態の補足事項＞なお、上述した実
施形態では、電子カメラに本発明を適用する場合につい
て説明したが、これに限定されるものではない。例え
ば、請求項５に記載するように、信号変換方法（図３、
図５、図８、図１１、図１４または図１６）の動作手順
を、信号変換プログラムとして記録媒体に記録してもよ
い。この場合、コンピュータ上において、本発明の信号
変換方法を実行することが可能となる。また、上述した
実施形態では、ディジタル画像信号を階調変換している
が、これに限定されるものではない。アナログ画像信号
を階調変換しても勿論よい。

【００６７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、依存関係の
変動要因となり得る撮像条件ごとに階調変換を準備し、
画像信号の撮像条件に応じて、適正な階調変換を決定す
る。したがって、画像信号の撮像条件に柔軟に対応し
て、画像信号の平均ノイズ振幅を適正に均等化すること
が可能となる。

【００６８】特に、本発明における撮像条件の情報は、
撮像装置などから確実かつ容易に取得することが可能で
あり、情報収集の自動化が可能である。一方、従来例で
説明した被写体側の情報（増感紙の種類など）は、ユー
ザが意識的に入力する必要があり、情報収集の自動化が
困難である。したがって、本発明は、従来例に比べて、
階調変換の適応ステップを容易に自動化できるという長
所を有する。

【００６９】請求項２に記載の発明では、下記の撮像条
件により階調変換をコントロールする。 ◎撮像感度設定（画像信号のゲイン設定）・・撮像感度
設定が変更されると信号値が変化する。そのため、撮像
段階や信号処理段階などの各段階で発生するノイズの程
度が複雑に変化し、信号値と平均ノイズ振幅との依存関
係が敏感かつ複雑に変化する。そのため、撮像感度設定
の情報を利用して階調変換を適応化することにより、平
均ノイズ振幅の均等化を一段と正確かつ確実に実行する
ことが可能となる。 ◎γカーブ設定・・γカーブ設定が変更されると信号値
が非線形に変化する。そのため、信号値と平均ノイズ振
幅との依存関係が鋭敏かつ複雑に変化する。そのため、
γカーブ設定の情報を利用して階調変換を適応化するこ
とにより、平均ノイズ振幅の均等化を一段と正確かつ確
実に実行することが可能となる。 ◎撮像部の温度・・撮像部の温度が変化すると、暗電流
ノイズの量が変化する。そのため、信号値と平均ノイズ
振幅との依存関係が鋭敏に変化する。そのため、撮像部
の温度情報を利用して階調変換を適応化することによ
り、平均ノイズ振幅の均等化を一段と正確かつ確実に実
行することが可能となる。 ◎電荷蓄積時間・・電荷蓄積時間を変更すると、暗電流
ノイズの蓄積量が変化する。そのため、信号値と平均ノ
イズ振幅との依存関係が鋭敏に変化する。そのため、電
荷蓄積時間の情報を利用して階調変換を適応化すること
により、平均ノイズ振幅の均等化を一段と正確かつ確実
に実行することが可能となる。したがって、上記撮像条
件の内で少なくとも一つの情報を使用して階調変換を適
応化することにより、平均ノイズ振幅の均等化を正確か
つ確実に実行することが可能となる。

【００７０】請求項３に記載の発明では、画像信号の平
均ノイズ振幅が量子化誤差の幅よりも小さくなる画像領
域において、階調変換を実行しない。したがって、この
よう画像領域において、非線形な階調変換に伴う画像信
号の劣化を回避することが可能となる。

【００７１】請求項４に記載の発明では、階調変換の段
階でユーザー調整を受け付けるようにしたので、ユーザ
ーによる柔軟な画質調整が可能となる。

【００７２】請求項５に記載の記録媒体には、信号変換
プログラムが記録される。この信号変換プログラムをコ
ンピュータで実行することにより、請求項１〜４のいず
れか１項に記載の信号変換方法をコンピュータ上で実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子カメラ１１の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】階調変換の前準備の手順を示した流れ図であ
る。

【図３】階調変換の手順を説明する流れ図である。

【図４】電子カメラ２１の構成を示すブロック図であ
る。

【図５】階調変換の手順を説明する流れ図である。

【図６】電子カメラ３１の構成を示すブロック図であ
る。

【図７】階調変換の前準備の手順を示した流れ図であ
る。

【図８】階調変換の手順を説明する流れ図である。

【図９】電子カメラ４１の構成を示すブロック図であ
る。

【図１０】階調変換の前準備の手順を示した流れ図であ
る。

【図１１】階調変換の手順を説明する流れ図である。

【図１２】電子カメラ５１の構成を示すブロック図であ
る。

【図１３】階調変換の前準備の手順を示した流れ図であ
る。

【図１４】階調変換の手順を説明する流れ図である。

【図１５】電子カメラ６１の構成を示すブロック図であ
る。

【図１６】階調変換の手順を説明する流れ図である。

【符号の説明】

１１電子カメラ１３撮像素子１４ゲイン可変アンプ１５撮像感度設定部１６Ａ／Ｄ変換部１７階調変換演算部１８ノイズ推定部２３階調変換制御部３２ γ変換部３３ノイズ量情報変換部４２Ｔ比例回路５２蓄積時間設定部６２画質モード設定部

フロントページの続きＦターム(参考） 5C021 PA17 PA76 PA80 RC01 RC06 XA13 XA34 XA35 YA01 5C022 AA13 AB20 AB38 AC41 5C077 LL02 PP10 PP11 PP15 PP77 PQ03 PQ08 PQ22 PQ23 RR06 TT09 5C078 AA09 CA21 DB05 9A001 EE02 EE04 EE05 GG01 HH23 KK16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像部で撮像される画像信号について信
号値と平均ノイズ振幅との依存関係が既知であり、前記
依存関係に基づいて平均ノイズ振幅が大きくなる信号値
をレベル圧縮する階調変換を施すことにより、画像信号
の平均ノイズ振幅を信号値に依らず均等化する信号変換
方法において、前記依存関係を変動させる要因となる撮像時の条件（撮
像条件）が予め定められ、この撮像条件ごとに用意され
た前記階調変換を記憶する準備ステップと、前記撮像部が前記画像信号を撮像した際の撮像条件を取
得し、前記準備ステップで記憶した階調変換に基づい
て、取得した撮像条件に対応する階調変換を求める適応
ステップと、前記適応ステップで求めた階調変換を用いて、前記撮像
部で撮像した前記画像信号を階調変換する信号変換ステ
ップとを有することを特徴とする信号変換方法。
【請求項２】請求項１に記載の信号変換方法におい
て、前記撮像条件は、前記撮像部における、撮像感度設定（画像信号のゲイン
設定のこと）、γカーブ設定、撮像部の温度、信号電荷
の蓄積時間の少なくとも一つであることを特徴とする信
号変換方法。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の信号変
換方法において、前記画像信号は、量子化される信号であり、前記信号変換ステップでは、前記画像信号の平均ノイズ
振幅が、量子化による量子化誤差の幅よりも小さくなる
画像領域については、前記階調変換を実行しないことを
特徴とする信号変換方法。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項
に記載の信号変換方法において、前記信号変換ステップは、外部からのユーザ調整を受け
付け、前記ユーザ調整に応じて前記画像信号に施す前記
階調変換のカーブを変更することを特徴とする信号変換
方法。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか１項
に記載の信号変換方法をコンピュータに実行させるため
の信号変換プログラムを記録した機械読み取り可能な記
録媒体。