JP2002135584A - 画像処理装置および方法、並びに記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変換後の画像信号に色相の変化が発生するこ
とを抑止する。 【解決手段】 ヒストグラム生成回路７１は、順次入力
される輝度信号Ｙのヒストグラムを画像単位で生成し、
補正値LUT生成回路７２に出力する。補正値LUT生成回路
７２は、入力される輝度信号Ｙのヒストグラムに基づ
き、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃの組み合わせに対する
補正値ｋを示す補正値LUTを生成して、補正値LUTメモリ
７４に記憶させる。補正値LUTメモリ７４はまた、入力
される輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃを補正値LUTに照ら
し合わせ、対応する補正値ｋを取得して階調補正回路６
１に出力する。階調補正回路６１は、入力される輝度信
号Ｙ、および色差信号Ｃｒ，Ｃｂのそれぞれに補正値ｋ
を乗算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理装置およ
び方法、並びに記録媒体に関し、例えば、ディスプレイ
やプリンタ等のような画像出力装置のダイナミックレン
ジに適合させて画像の階調を補正する場合に用いて好適
な画像処理装置および方法、並びに記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディジタルカメラやスキャナ等の
ような固体撮像素子(CCD:Charge Coupled Device)を搭
載した画像信号取得装置においては、固体撮像素子の性
能が向上したことや多段階的に露光を行うことが可能と
なったことによって、階調のダイナミックレンジが従来
よりも広い画像信号（以下、広ダイナミックレンジ画像
信号と記述する）を取得することができるようになって
いる。

【０００３】一方、画像信号を記録する記録メディアの
記録フォーマット、ディスプレイやプリンタへの出力信
号フォーマット、放送信号フォーマット等は、依然とし
て従来の８ビット幅や１０ビット幅のダイナミックレン
ジ（以下、狭ダイナミックレンジと記述する）に制限さ
れている。

【０００４】したがって、広ダイナミックレンジ画像信
号を取得できる電子機器から、従来の狭ダイナミックレ
ンジに対応する電子機器に対して画像信号を出力する場
合には、広ダイナミックレンジ画像信号の階調を補正す
る必要がある（ダイナミックレンジを狭くする必要があ
る）。

【０００５】ここで、画像信号のダイナミックレンジを
補正する従来の技術について説明する。

【０００６】特開平９−３３１５３９号公報には、放送
用ビデオカメラにおいて３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの階調を
個別に補正することにより、画像信号のダイナミックレ
ンジを補正する技術が開示されている。図１は、そのよ
うな放送用ビデオカメラにおける階調補正処理部の構成
の一例を示している。この階調補正処理部において、３
原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、補正値演算回路１に入力され
る。また、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ対応する
階調補正回路２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに入力される。

【０００７】補正値演算回路１は、入力される３原色信
号Ｒ，Ｇ，Ｂを用いて輝度信号を生成し、その輝度信号
に基づいて補正値を演算し、階調補正回路２Ｒ，２Ｇ，
２Ｂに出力する。

【０００８】階調補正回路２Ｒは、赤色信号Ｒの階調を
補正するためのルックアップテーブル（以下、LUTと記
述する）を内蔵しており、補正値演算回路１から入力さ
れる補正値および赤色信号Ｒを、内蔵するLUTに照らし
合わせ、対応する値を補正値としてガンマ補正回路３に
出力する。階調補正回路２Ｇは、緑色信号Ｇの階調を補
正するためのLUTを内蔵しており、補正値演算回路１か
ら入力される補正値および緑色信号Ｇを、内蔵するLUT
に照らし合わせ、対応する値を補正値をしてガンマ補正
回路３に出力する。階調補正回路２Ｂは、青色信号Ｂの
階調を補正するためのLUTを内蔵しており、補正値演算
回路１から入力される補正値および青色信号Ｂを、内蔵
するLUTに照らし合わせ、対応する値を補正値をしてガ
ンマ補正回路３に出力する。

【０００９】ガンマ補正回路３Ｒは、階調補正回路２Ｒ
から入力される補正された赤色信号Ｒにガンマ補正を施
してマトリクス回路４に出力する。ガンマ補正回路３Ｇ
は、階調補正回路２Ｇから入力される補正された緑色信
号Ｇにガンマ補正を施してマトリクス回路４に出力す
る。ガンマ補正回路３Ｂは、階調補正回路２Ｂから入力
される補正された青色信号Ｂにガンマ補正を施してマト
リクス回路４に出力する。マトリクス回路４は、ガンマ
補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、輝度信号Ｙｏと色
差信号ＣｒＯ，ＣｂＯに変換する。

【００１０】図１に示した階調補正処理部は、３原色信
号Ｒ，Ｇ，Ｂを、それぞれ同じ比率で階調補正するの
で、色相を変化させることなく画像信号のダイナミック
レンジを所望の幅に圧縮することが可能である。

【００１１】しかしながら、当該階調補正処理部は、３
原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対して、階調補正回路
２およびガンマ補正回路３が必要であるので、これを民
生用の機器（ディジタルカメラ、ビデオカメラ、テレビ
ジョン受像機等）に用いた場合、コスト高になるととも
に回路規模が大きくなる問題がある。

【００１２】特開平１１−５５５９８号公報には、テレ
ビジョン受像機において画像信号のうちの輝度信号Ｙに
対してだけ階調補正を行うことにより、画像信号のダイ
ナミックレンジを補正する技術が開示されている。図２
は、そのようなテレビジョン受像器の階調補正処理部の
構成の一例を示している。

【００１３】この階調補正処理部において、入力される
輝度信号Ｙは、補正値演算回路１１、輝度補正回路１
２、および色差補正回路１３に供給され、入力される色
差信号Ｃｒ，Ｃｂは、色差補正回路１３に供給される。

【００１４】補正値演算回路１１は、入力される輝度信
号Ｙに基づき、輝度補正回路１２における階調補正が最
適に実行される補正値を演算して輝度補正回路１２に出
力する。階調補正回路１２は、輝度信号Ｙの階調を補正
するためのLUTを内蔵しており、補正値演算回路１１か
ら入力される補正値および輝度信号Ｙを、内蔵するLUT
に照らし合わせ、対応する値を補正値Ｙｏとして出力す
る。補正値Ｙｏは、色差補正回路１３にも供給される。

【００１５】色差補正回路１３は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂ
の入力輝度信号Ｙに対する比を維持するために、階調補
正前の輝度信号Ｙと補正後の輝度信号Ｙｏの比であるＹ
ｏ／Ｙを色差信号Ｃｒ，Ｃｂに乗算することによって正
規化し、色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯを生成する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】図２に示したような階
調補正処理部は、輝度信号Ｙに対してだけ階調補正を行
うので構成要素の数が少なくなり、コストの上昇を抑止
するとともに、回路規模の大型化を抑止することができ
る。しかしながら、次のような課題が存在する。

【００１７】第１の課題としては、色差信号の値が大き
い画素の輝度補正に誤差が生じてしまうことである。な
お、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂと、輝度信号Ｙまたは色差信
号ＣｒＯ，ＣｂＯの関係は、次式（１），（２）のとお
りとする。 Ｙ＝０．３０Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ ・・・（１） Ｃｒ＝Ｒ−Ｙ Ｃｂ＝Ｂ−Ｙ ・・・（２）

【００１８】輝度信号Ｙの階調補正において、色差信号
Ｃｒ，Ｃｂの情報は考慮されていないが、輝度信号Ｙに
は、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのバランスを表す情報が欠落
しているために、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのバランスが崩
れている画素、すなわち色差の大きい画素に対しては、
輝度信号Ｙの階調補正が正しく行われない。

【００１９】例えば、入力された赤色信号Ｒが最大値
（１と仮定する）であり、緑色信号Ｇおよび青色信号Ｂ
が最小値（０と仮定する）である場合、入力輝度信号Ｙ
は０．３となる。

【００２０】そのような画素は、階調補正後において
も、赤色信号Ｒが最大値（１と仮定する）であり、緑色
信号Ｇおよび青色信号Ｂが最小値（０と仮定する）であ
る画素に変換されるべきであり、そのように変換された
場合には、当該画素の輝度信号Ｙ＝０．３となる。

【００２１】しかしながら、例えば、輝度補正回路１２
に図３に示すような輝度補正用のLUTが与えられている
とすれば、輝度信号Ｙ＝０．３は、輝度補正用のLUTに
従って、輝度信号Ｙｏ＝０．６に補正されることになっ
てしまい、適切な補正値（いまの場合、Ｙ＝０．３）と
比較して誤差が生じてしまう。このような現象は、無彩
色以外の全ての画素に対して起こる可能性がある課題が
あった。

【００２２】第２の課題としては、色相に変化が発生し
てしまうことである。

【００２３】具体的には、例えば、入力された赤色信号
Ｒが最大値であり、緑色信号Ｇおよび青色信号Ｂが最小
値である場合、色差信号Ｃｒは、最大値となる。このと
き、輝度信号Ｙ＝０．３が、図３のLUTに従ってＹｏ＝
０．６に変換されると、色差補正回路１３において、色
差信号Ｃｒに２（＝０．６／０．３）が乗算されること
になる。しかしながら、色差信号Ｃｒは、既に最大値で
あるのでクリッピング処理により変化しない。一方、最
大値をとらない色差信号Ｃｂには、２が乗算される。こ
の結果、Ｃｒ／Ｙが一定に保たれず、色相に変化が発生
してしまう課題があった。

【００２４】また仮に、色差信号Ｃｒに対してクリッピ
ング処理を行わずにＣｒ／Ｙの値を保持したとしても、
３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換する際、赤色信号Ｒに対し
てクリッピング処理が行われるので結果的に色相に変化
が生じてしまう課題があった。

【００２５】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、色差信号の値が大きい画素の輝度信号Ｙに
対してだけ階調補正を行う場合において、色相に変化が
発生することを抑止できるようにするものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明の画像処理装置
は、入力された画像信号の第１の要素を用いて変換規則
を生成する生成手段と、生成手段が生成した変換規則を
参照して、入力された画像信号の第１の要素と第２の要
素の組み合わせに対応する補正値を取得する取得手段
と、補正値を用いて、入力された画像信号の第１および
第２の要素を補正する補正手段とを含むことを特徴とす
る。

【００２７】本発明の画像処理装置は、２種類の前記色
差信号のうち、信号レベルが大きい方の色差信号を選択
する選択手段をさらに含むことができ、前記取得手段に
は、生成手段が生成した変換規則を参照して、入力され
た画像信号の輝度信号と選択手段が選択した色差信号の
組み合わせに対応する補正値を取得させるようにするこ
とができる。

【００２８】前記生成手段には、入力された画像信号の
第１の要素のヒストグラムを作成する作成手段と、ヒス
トグラムを累積して、累積ヒストグラムを作成する累積
手段と、記累積ヒストグラムを所定の対数曲線に近似さ
せて近似曲線を生成する近似手段と、近似曲線に基づい
て変換規則を作成する作成手段とを含ませることができ
る。

【００２９】前記補正手段には、補正値を乗算すること
により、入力された画像信号の第１および第２の要素を
補正させるようにすることができる。

【００３０】本発明の画像処理装置は、被写体の光信号
を色信号に変換する変換手段と、色信号に基づいて、画
像信号の第１および第２の要素を算出する算出手段とを
さらに含むことができる。

【００３１】前記変換手段には、被写体の光信号を、赤
色信号、緑色信号、または青色信号に変換させるように
することができる。

【００３２】本発明の画像処理方法は、入力された画像
信号の第１の要素を用いて変換規則を生成する生成ステ
ップと、生成ステップの処理で生成された変換規則を参
照して、入力された画像信号の第１の要素と第２の要素
の組み合わせに対応する補正値を取得する取得ステップ
と、補正値を用いて、入力された画像信号の第１および
第２の要素を補正する補正ステップとを含むことを特徴
とする。

【００３３】本発明の記録媒体のプログラムは、入力さ
れた画像信号の第１の要素を用いて変換規則を生成する
生成ステップと、生成ステップの処理で生成された変換
規則を参照して、入力された画像信号の第１の要素と第
２の要素の組み合わせに対応する補正値を取得する取得
ステップと、補正値を用いて、入力された画像信号の第
１および第２の要素を補正する補正ステップとを含むこ
とを特徴とする。

【００３４】本発明の画像処理装置および方法、並びに
記録媒体のプログラムにおいては、入力された画像信号
の第１の要素が用いられて変換規則が生成され、生成さ
れた変換規則が参照されて、入力された画像信号の第１
の要素と第２の要素の組み合わせに対応する補正値が取
得され、その補正値が用いられて、入力された画像信号
の第１および第２の要素が補正される。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態であるディ
ジタルカメラの構成例について、図４を参照して説明す
る。このディジタルカメラ３０は、単板式CCDを用いて
おり、被写体の光画像を広ダイナミックレンジ（例え
ば、１６ビット幅）の画像信号として取得し、適宜、狭
ダイナミックレンジ（例えば、８ビット幅）の画像信号
に変換して出力するものである。

【００３６】ディジタルカメラ３０の光学系は、被写体
の光画像を集光するレンズ３１、光画像の光量を調整す
る絞り３２、光画像の入射時間を調整するシャッタ３
３、CCD３７が強い感度を有する赤外領域の光を除去す
る赤外線カットフィルタ（ＩＲフィルタ）３４、CCD３
７が離散的なサンプリングすると発生する折り返しを抑
止するために光の高周波成分を除去する光学ローパスフ
ィルタ(LPF)３５、および、CCD３７の４画素に対応する
領域毎、図５に示すように配置された原色系（赤(R)、
緑(G)、および青(B)）のフィルタであって光信号から３
原色光Ｒ，Ｇ，Ｂを抽出する色フィルタ３６から構成さ
れる。

【００３７】なお、レンズ３１に赤外領域除去用のコー
ティングを施すことにより、赤外線カットフィルタ３４
を省略してもよい。色フィルタ３６としては、例えば、
図５に示したもの以外、例えば、補色系（黄色(Ye)、シ
アン(Cy)、マゼンダ(Mg)）と緑(G)のフィルタが配置さ
れたものを用いてもよい。

【００３８】さらに、ディジタルカメラ３０は、光学系
を介して入力される光画像を光電変換し、広ダイナミッ
クレンジの画像信号をCDS３８に出力するCCD３７、CCD
３７から入力される画像信号をサンプリングすることに
よってノイズを低減させるCDS(Corelated Double Sampl
ing)３８、被写体の明るさに適応して画像信号の振幅を
電気的に増幅するAGC(Auto Gain Controller)３９、ア
ナログの画像信号をディジタル化するＡ／Ｄコンバータ
４０、DSP(Digital Signal Procesor)等より成り、広ダ
イナミックレンジのディジタル画像信号を狭ダイナミッ
クレンジのディジタル画像信号に変換する画像処理部４
１、CCD３７の水平走査タイミングおよび垂直走査タイ
ミングを発生するタイミングジェネレータ４２、およ
び、ドライブ４５を制御して、磁気ディスク４６、光デ
ィスク４７、光磁気ディスク４８、または半導体メモリ
４９に記憶されている制御用プログラムを読み出して、
読み出した制御用プログラム、操作部４４から入力され
るユーザからのコマンド等に基づいて、ディジタルカメ
ラ３０の全体を制御する制御部４３から構成される。

【００３９】なお、画像処理部４１は、入力されるディ
ジタル画像信号のダイナミックレンジを変換する他、入
力されるディジタル画像信号を静止画像としてJPEG(Joi
nt Photographic Experts Group)方式等に従い圧縮符号
化して所定の記録メディアに記録したり、動画像として
MPEG(Moving Picture Experts Group)方式等に従い圧縮
符号化して所定の記録メディアに記録したり、所定の記
録媒体から符号化された画像信号を読み出して復号す
る。

【００４０】このディジタルカメラ３０において、レン
ズ３１乃至色フィルタ３６より成る光学系を介して入力
された光画像は、CCD３７によって広ダイナミックレン
ジの画像信号に変換され、CDS３８によってノイズ低減
処理が施され、AGC３９によって振幅が増幅されて、さ
らに、Ａ／Ｄコンバータ４０によってディジタル化され
て、画像処理部４１に入力される。画像処理部４１に入
力された広ダイナミックレンジのディジタル画像信号
は、狭ダイナミックレンジのディジタル画像信号に変換
される。

【００４１】次に、図６は、画像処理部４１の第１の構
成例を示している。画像処理部４１には、１画素に対し
てディジタル化された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのうちのい
ずれかが入力される。

【００４２】ホワイトバランス回路（ＷＢ）５１は、各
画素の原色信号レベルを調整して画像における色バラン
スを整え、ガンマ補正回路（γ）５２に出力する。ガン
マ補正回路５２は、各画素の原色信号に対し、ガンマ補
正を施して遅延回路（ＤＬ）５３に出力する。遅延回路
５３は、RGB補間同時化回路５４が近傍の所定の数の画
素を用いて各画素の３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを復元する処
理と、アパーチャ補正信号生成回路５５が近傍の所定の
数の画素を用いてエッジ強調信号を生成する処理とに用
いられるサンプリング位相が異なる各色チャンネルの信
号の位相を一致させて、RGB補間同時化回路５４および
アパーチャ補正信号生成回路５５に出力する。

【００４３】RGB補間同時化回路５４は、全ての画素に
それぞれ対応する３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを復元するため
に、対象とする画素の近傍の画素の赤色信号Ｒ、緑色信
号Ｇ、または青色信号Ｂを用いて欠損している色信号を
補間し、画素に対応する３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの各位相
を同期させて同時に加算器５６に出力する。アパーチャ
補正信号生成回路５５は、全ての画素にそれぞれ対応す
るエッジ強調信号を、対象とする画素の近傍の画素の赤
色信号Ｒ、緑色信号Ｇ、または青色信号Ｂを用いて生成
し、加算器５６に出力する。

【００４４】加算器５６は、RGB補間同時化回路５４か
ら入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに、アパ
ーチャ補正信号生成回路５５から入力されるエッジ強調
信号を加算することよってＦ特補正を施して、輝度信号
生成マトリクス回路５７および帯域制限フィルタ５８に
出力する。

【００４５】輝度信号生成マトリクス回路５７は、加算
器５６から入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）
に代入して輝度信号Ｙを生成し、補正値演算回路６０お
よび階調補正回路６１に出力する。

【００４６】帯域制限フィルタ５８は、色差信号Ｃｒ，
Ｃｂの帯域に合わせるために、加算器５６からの３原色
信号Ｒ，Ｇ，Ｂの帯域を制限し、色差信号生成マトリク
ス回路５９に出力する。色差信号生成マトリクス回路５
９は、帯域制限された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、式
（１），（２）に代入して色差信号Ｃｒ，Ｃｂを生成
し、補正値演算回路６０および階調補正回路６１に出力
する。

【００４７】補正値演算回路６０は、輝度信号生成マト
リクス回路５７から入力される輝度信号Ｙ、および色差
信号生成マトリクス回路５９から入力される色差信号Ｃ
ｒ，Ｃｂに基づき、補正値ｋを演算して階調補正回路６
１に出力する。

【００４８】階調補正回路６１は、次式（３）に示すよ
うに、補正値演算回路６０から入力される補正値ｋを、
輝度信号生成マトリクス回路５７から入力される輝度信
号Ｙ、および色差信号生成マトリクス回路５９から入力
される色差信号Ｃｒ，Ｃｂにそれぞれ乗算し、得られる
値を補正した輝度信号Ｙｏ、および色差信号ＣｒＯ，Ｃ
ｂＯとして出力する。 Ｙｏ ＝ｋ・Ｙ ＣｒＯ＝ｋ・Ｃｒ ＣｂＯ＝ｋ・Ｃｂ ・・・（３）

【００４９】このように、同一の補正値ｋを輝度信号Ｙ
および色差信号Ｃｒ，Ｃｂに乗算することにより、色信
号間の比率が変化することが抑止され、色差信号Ｃｒ，
Ｃｂの信号レベルが大きい場合、輝度信号Ｙの補正誤差
を減少させることができる。

【００５０】図７は、補正値演算回路６０の詳細な構成
例を示している。補正値演算回路６０のヒストグラム生
成回路７１は、輝度信号生成マトリクス回路５７から順
次入力される輝度信号Ｙのヒストグラム（輝度信号Ｙの
各信号レベルに対する頻度分布）を画像単位で生成し
て、補正値LUT生成回路７２に出力する。

【００５１】補正値LUT生成回路７２は、ヒストグラム
生成回路７１から入力される輝度信号Ｙのヒストグラム
に基づき、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃ（色差信号Ｃｒ
と色差信号Ｃｂの信号レベルの大きい方の信号）の組み
合わせに対する補正値ｋを示す補正値LUTを生成して、
補正値LUTメモリ７４に記憶させる。

【００５２】具体的には、補正値LUT生成回路７２は、
ヒストグラム生成回路７１から入力される輝度信号Ｙの
ヒストグラムを累積し、ヒストグラムの各信号レベルに
対する頻度を累積して、図８に示す曲線Ａのような累積
ヒストグラムを生成する。さらに、人間の視覚特性に関
するウェーバ・フェヒナの法則（人間の感覚量は、刺激
強度の対数に比例する）を考慮して、曲線Ａを所定の対
数曲線に近似させて曲線Ｂを得る。図８において、横軸
は入力輝度レベルＹを示し、縦軸は、累積頻度に補正後
の輝度信号のダイナミックレンジを適合させた輝度信号
レベルＹｅを示す。

【００５３】曲線Ｂは、次式（４）によって与えられ
る。 Ｙｅ＝ａ・log（Ｙ）＋ｂ ・・・（４） ここで、ａ，ｂは所定の係数である。

【００５４】次に、補正値LUT生成回路７２は、次式
（５）によって表現される輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃ
の組み合わせに対応する補正値ｋを示す補正値LUTを生
成し、補正値LUTメモリ７４に記憶させる。

【数１】 ・・・（５） ここで、Ｃｍａｘは、色差信号Ｃが取り得る信号レベル
の最大値である。

【００５５】図７に戻る。比較器７３は、色差信号生成
マトリクス回路５９から入力される色差信号Ｃｒ，Ｃｂ
の信号レベルを比較し、信号レベルが大きい方を色差信
号Ｃとして補正値LUTメモリ７４に出力する。補正値LUT
メモリ７４は、補正値LUT生成回路７２からの補正値LUT
を記憶する。補正値LUTメモリ７４はまた、入力される
輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃの組み合わせを補正値LUT
に照らし合わせ、対応する補正値ｋを取得して階調補正
回路６１に出力する。

【００５６】画像処理部４１の第１の構成例（図６）の
階調補正処理について、図９のフローチャートを参照し
て説明する。この階調補正処理は、輝度信号生成マトリ
クス回路５７が出力した輝度信号Ｙと、色差信号生成マ
トリクス回路５９が出力した色差信号Ｃｒ，Ｃｂに対し
て施される。

【００５７】ステップＳ１において、補正値演算回路６
０のヒストグラム生成回路７１は、輝度信号生成マトリ
クス回路５７から入力された輝度信号Ｙのヒストグラム
を画像単位で生成し、補正値LUT生成回路７２に出力す
る。ステップＳ２において、補正値LUT生成回路７２
は、ヒストグラム生成回路７１から入力された輝度信号
Ｙのヒストグラムに基づき、輝度信号Ｙおよび色差信号
Ｃの組み合わせに対する補正値ｋを示す補正値LUTを生
成して補正値LUTメモリ７４に記憶させる。

【００５８】ステップＳ３において、比較器７３は、色
差信号マトリクス回路５９から入力された色差信号Ｃ
ｒ，Ｃｂを比較し、信号レベルが大きい方を色差信号Ｃ
として補正値LUTメモリ７４に出力する。ステップＳ４
において、補正値LUTメモリ７４は、入力された輝度信
号Ｙおよび色差信号Ｃを補正値LUTに照らし合わせ、対
応する補正値ｋを取得して階調補正回路６１に出力す
る。

【００５９】ステップＳ５において、階調補正回路６１
は、式（３）に示すように、補正値演算回路６０から入
力された補正値ｋを、輝度信号生成マトリクス回路５７
から入力された輝度信号Ｙ、および色差信号生成マトリ
クス回路５９から入力された色差信号Ｃｒ，Ｃｂにそれ
ぞれ乗算し、得られる値を補正した輝度信号Ｙｏ、およ
び色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯとして出力する。

【００６０】以上説明したように、画像処理部４１の第
１の構成例の階調補正処理によれば、輝度信号Ｙおよび
色差信号Ｃｒ，Ｃｂに同一の補正値ｋを乗算することに
よって補正を行う。

【００６１】なお、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃの組み
合わせと補正値ｋは、式（５）に示した関係を有するの
で、例えば、色差信号Ｃの信号レベルが最大値である場
合、補正値ｋ＝１となるので、入力された輝度信号Ｙお
よび色差信号Ｃｒ，Ｃｂにはｋ＝１が乗算されて、入力
された輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｒ，Ｃｂが、そのま
ま補正された輝度信号Ｙｏおよび色差信号ＣｒＯ，Ｃｂ
Ｏとして出力される。よって、補正された色差信号Ｃｒ
Ｏ，ＣｂＯにオーバフローが発生して色相が変化するよ
うなことが抑止できる。

【００６２】また、例えば、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの信号
レベルがいずれも０であって、色差信号Ｃが最小値（＝
０）である場合（画素が無彩色である場合）、式（５）
は、次式（６）となり、補正された輝度信号Ｙｏ＝Ｙｅ
となる。すなわち、無彩色の画素については、人の視覚
特性を考慮した階調補正（図８の曲線Ｂ）が施されるこ
とになる。 ｋ＝Ｙｅ／Ｙ ・・・（６）

【００６３】次に、図１０は、画像処理部４１の第２の
構成例を示している。画像処理部４１の第２の構成例
は、図６に示した第１の構成例と比較した場合、加算器
５６以降の構成が異なる。第２の構成例において、加算
器５６は、RGB補間同時化回路５４から入力される３原
色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに、アパーチャ補正信号生
成回路５５から入力されるエッジ強調信号を加算するこ
とよってＦ特補正を施して、補正LUT生成回路８１およ
び階調補正回路８２に出力する。

【００６４】補正LUT生成回路８１は、加算器５６から
入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づき、３原色信号
Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれを補正するための補正LUTを生成
して、階調補正回路８２に出力する。階調補正回路８２
は、補正LUT生成回路８１から入力される補正LUTを記憶
する。階調補正回路８２はまた、加算器５６から入力さ
れる３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを補正LUTに照らし合わせ
て、対応する値を補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂとし
て輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィ
ルタ８４に出力する。

【００６５】輝度信号生成マトリクス回路８３は、階調
補正回路８２から入力される補正された３原色信号Ｒ，
Ｇ，Ｂを式（１）に代入することにより、輝度信号Ｙｏ
を生成する。

【００６６】帯域制限フィルタ８４は、色差信号Ｃｒ，
Ｃｂの帯域に合わせるために、階調補正回路８２から入
力される補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの帯域を制限
し、色差信号生成マトリクス回路８５に出力する。色差
信号生成マトリクス回路８５は、帯域制限されて補正さ
れた３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、式（１），（２）に代入
して色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯを生成する。

【００６７】なお、図１０に示した画像処理部４１の第
２の構成例において、図６に示した第１の構成例と共通
する回路には同じ符号を附しているので、それらの説明
については省略する。

【００６８】図１１は、画像処理部４１の第２の構成例
を成す補正LUT生成回路８１の第１の構成例を示してい
る。補正LUT生成回路８１の輝度信号合成回路９１は、
加算器５６から入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式
（１）に代入して輝度信号Ｙを生成し、ヒストグラム生
成回路９２に出力する。ヒストグラム生成回路９２は、
輝度信号合成回路９２から順次入力される輝度信号Ｙの
ヒストグラムを画像単位で生成して階調補正LUT生成回
路９３に出力する。

【００６９】階調補正LUT生成回路９３は、ヒストグラ
ム生成回路９２から入力される輝度信号Ｙのヒストグラ
ムを累積して累積ヒストグラムを生成し、それを所定の
対数曲線に近似させて図８の曲線Ｂのような対数近似曲
線を得る。さらに、階調補正LUT生成回路９３は、対数
近似曲線に基づき、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに
対応する補正LUTを生成して、階調補正回路８２のLUTメ
モリ１０１Ｒ乃至１０１Ｂに記憶させる。

【００７０】階調補正回路８２を構成するLUTメモリ１
０１Ｒは、階調補正LUT生成回路９３から入力される赤
色信号Ｒを補正するための補正LUTを記憶し、加算器５
６から入力される赤色信号Ｒを補正LUTに照らし合わ
せ、補正された赤色信号Ｒを取得して輝度信号生成マト
リクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力す
る。LUTメモリ１０１Ｇは、階調補正LUT生成回路９３か
ら入力される緑色信号Ｇを補正するための補正LUTを記
憶し、加算器５６から入力される緑色信号Ｇを補正LUT
に照らし合わせ、補正された緑色信号Ｇを取得して輝度
信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８
４に出力する。LUTメモリ１０１Ｂは、階調補正LUT生成
回路９３から入力される青色信号Ｂを補正するための補
正LUTを記憶し、加算器５６から入力される青色信号Ｂ
を補正LUTに照らし合わせ、補正された青色信号Ｂを取
得して輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限
フィルタ８４に出力する。

【００７１】次に、画像処理部４１の第２の構成例を成
す補正LUT生成回路８１の第１の構成例等による階調補
正処理について、図１２のフローチャートを参照して説
明する。この階調補正処理は、加算器５６から出力され
た３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに対して施される。

【００７２】ステップＳ１１において、補正LUT生成回
路８１の輝度信号合成回路９１は、加算器５６から入力
された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）に代入して輝度
信号Ｙを生成し、ヒストグラム生成回路９２に出力す
る。ステップＳ１２において、ヒストグラム生成回路９
２は、輝度信号合成回路９２から順次入力された輝度信
号Ｙのヒストグラムを画像単位で生成して階調補正LUT
生成回路９３に出力する。

【００７３】ステップＳ１３において、階調補正LUT生
成回路９３は、ヒストグラム生成回路９２から入力され
た輝度信号Ｙのヒストグラムを累積して累積ヒストグラ
ムを生成し、それを所定の対数曲線に近似させて図８の
曲線Ｂのような対数近似曲線を得る。さらに、階調補正
LUT生成回路９３は、対数近似曲線に基づき、３原色信
号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応する補正LUTを生成し
て、対応するLUTメモリ１０１Ｒ乃至１０１Ｂに記憶さ
せる。

【００７４】ステップＳ１４において、LUTメモリ１０
１Ｒは、加算器５６から入力された赤色信号Ｒを記憶し
た補正LUTに照らし合わせ、得られた補正された赤色信
号Ｒを輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限
フィルタ８４に出力する。同様に、LUTメモリ１０１Ｇ
は、補正された緑色信号Ｇを取得して輝度信号生成マト
リクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力し、
LUTメモリ１０１Ｂは、補正された青色信号Ｂを取得し
て輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィ
ルタ８４に出力する。

【００７５】ステップＳ１５において、輝度信号生成マ
トリクス回路８３は、階調補正回路８２から入力された
補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）に代入する
ことによって輝度信号Ｙｏを生成する。一方、帯域制限
フィルタ８４は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの帯域に合わせる
ために、階調補正回路８２から入力された補正された３
原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの帯域を制限し、色差信号生成マト
リクス回路８５に出力する。色差信号生成マトリクス回
路８５は、帯域制限されて補正された３原色信号Ｒ，
Ｇ，Ｂを、式（１），（２）に代入して色差信号Ｃｒ
Ｏ，ＣｂＯを生成する。

【００７６】図１３は、画像処理部４１の第２の構成例
を成す補正LUT生成回路８１の第２の構成例を示してい
る。補正LUT生成回路８１の第２の構成例には、加算器
５６から緑色信号Ｇだけが入力される。

【００７７】補正LUT生成回路８１の第２の構成例にお
いて、ヒストグラム生成回路１１１は、加算器５６から
順次入力される緑色信号Ｇのヒストグラムを画像単位で
生成して階調補正LUT生成回路１１２に出力する。

【００７８】階調補正LUT生成回路１１２は、ヒストグ
ラム生成回路１１１から入力される緑色信号Ｇのヒスト
グラムを累積して累積ヒストグラムを生成し、それを所
定の対数曲線に近似させて図８の曲線Ｂのような対数近
似曲線を得る。さらに、階調補正LUT生成回路１１２
は、対数近似曲線に基づき、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそ
れぞれに対応する補正LUTを生成して、階調補正回路８
２のLUTメモリ１０１Ｒ乃至１０１Ｂに記憶させる。

【００７９】次に、画像処理部４１の第２の構成例を成
す補正LUT生成回路８１の第２の構成例等による階調補
正処理について、図１４のフローチャートを参照して説
明する。この階調補正処理は、加算器５６から出力され
た３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに対して施される。

【００８０】ステップＳ２１において、ヒストグラム生
成回路１１１は、加算器５６から順次入力された緑色信
号Ｇのヒストグラムを画像単位で生成して階調補正LUT
生成回路１１２に出力する。

【００８１】ステップＳ２２において、階調補正LUT生
成回路１１２は、ヒストグラム生成回路１１１から入力
された緑色信号Ｇのヒストグラムを累積して累積ヒスト
グラムを生成し、それを所定の対数曲線に近似させて図
８の曲線Ｂのような対数近似曲線を得る。さらに、階調
補正LUT生成回路１１２は、対数近似曲線に基づき、３
原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応する補正LUTを生
成して、対応するLUTメモリ１０１Ｒ乃至１０１Ｂに記
憶させる。

【００８２】ステップＳ２３において、LUTメモリ１０
１Ｒは、加算器５６から入力された赤色信号Ｒを補正LU
Tに照らし合わせ、得られた補正された赤色信号Ｒを輝
度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ
８４に出力する。同様に、LUTメモリ１０１Ｇは、補正
された緑色信号Ｇを取得して輝度信号生成マトリクス回
路８３および帯域制限フィルタ８４に出力し、LUTメモ
リ１０１Ｂは、補正された青色信号Ｂを取得して輝度信
号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４
に出力する。

【００８３】ステップＳ２４において、輝度信号生成マ
トリクス回路８３は、階調補正回路８２から入力された
補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）に代入する
ことによって輝度信号Ｙｏを生成する。一方、帯域制限
フィルタ８４は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの帯域に合わせる
ために、階調補正回路８２から入力された補正された３
原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの帯域を制限し、色差信号生成マト
リクス回路８５に出力する。色差信号生成マトリクス回
路８５は、帯域制限されて補正された３原色信号Ｒ，
Ｇ，Ｂを、式（１），（２）に代入して色差信号Ｃｒ
Ｏ，ＣｂＯを生成する。

【００８４】以上説明したように、画像処理部４１の第
２の構成例によれば、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれ
に対して、適切な階調補正を施すことができるので、色
相を変化させずに、画像信号のダイナミックレンジを変
更することが可能である。

【００８５】なお、本発明は、画像のダイナミックレン
ジを変更せずに階調を変更させる場合に適用することも
可能である。

【００８６】また、本発明は、本実施の形態のようなデ
ィジタルカメラのみならず、例えば、スキャナ、ファク
シミリ、コピー装置など、画像信号を処理する電子機器
に適用することが可能である。

【００８７】ところで、上述した一連の処理は、ハード
ウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェア
により実行させることもできる。一連の処理をソフトウ
ェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構
成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれ
ているコンピュータ、または、各種のプログラムをイン
ストールすることで、各種の機能を実行することが可能
な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録
媒体からインストールされる。

【００８８】この記録媒体は、図４に示すように、コン
ピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するため
に配布される、プログラムが記録されている磁気ディス
ク４６（フロッピディスクを含む）、光ディスク４７
（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digit
al Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク４８（Ｍ
Ｄ(Mini Disc)を含む）、もしくは半導体メモリ４９な
どよりなるパッケージメディアにより構成されるだけで
なく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに
提供される、プログラムが記録されているROMやハード
ディスクなどで構成される。

【００８９】なお、本明細書において、記録媒体に記録
されるプログラムを記述するステップは、記載された順
序に従って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずし
も時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に
実行される処理をも含むものである。

【００９０】

【発明の効果】以上のように、本発明の画像処理装置お
よび方法、並びに記録媒体のプログラムによれば、入力
された画像信号の第１の要素を用いて変換規則を生成
し、生成した変換規則を参照して、入力された画像信号
の第１の要素と第２の要素の組み合わせに対応する補正
値を取得し、その補正値を用いて、入力された画像信号
の第１および第２の要素を補正するようにしたので、変
換後の画像信号に色相の変化が発生することを抑止する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの階調を個別に補正する
従来の階調補正処理部の構成の一例を示すブロック図で
ある。

【図２】画像信号のうちの輝度信号Ｙだけに対して階調
補正を行う従来の階調補正処理部の構成の一例を示して
いる。

【図３】輝度信号の階調補正特性を説明するための図で
ある。

【図４】本発明の一実施の形態であるディジタルカメラ
３０の構成例を示すブロック図である。

【図５】色フィルタ３６の一例を示す図である。

【図６】ディジタルカメラ３０の画像処理部４１の第１
の構成例を示すブロック図である。

【図７】補正値演算回路６０の構成例を示すブロック図
である。

【図８】人の視覚特性に対応した階調補正LUTについて
説明するための図である。

【図９】画像処理部４１の第１の構成例の階調補正処理
を説明するフローチャートである。

【図１０】ディジタルカメラ３０の画像処理部４１の第
２の構成例を示すブロック図である。

【図１１】図１０の補正LUT生成回路８１の第１の構成
例を示すブロック図である。

【図１２】画像処理部４１の第２の構成例の階調補正処
理を説明するフローチャートである。

【図１３】図１０の補正LUT生成回路８１の第２の構成
例を示すブロック図である。

【図１４】画像処理部４１の第２の構成例の階調補正処
理を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

３０ ディジタルカメラ， ３１ レンズ， ３２ 絞
り， ３３ シャッタ， ３４ 赤外線カットフィル
タ， ３５ ローパスフィルタ， ３６ 色フィルタ，
３７ CCD， ３８ CDS， ３９ オートゲインコン
トローラ， ４０Ａ／Ｄコンバータ， ４１ 画像処理
部， ４２ タイミングジェネレータ，４３ 制御部，
４４ 操作部， ４５ ドライブ， ４６ 磁気ディ
スク，４７ 光ディスク， ４８ 光磁気ディスク，
４９ 半導体メモリ， ５６加算器， ５７ 輝度信号
生成マトリクス回路， ５８ 帯域制限フィルタ，５９
色差信号生成マトリクス回路， ６０ 補正値演算回
路， ６１ 階調補正回路， ７１ ヒストグラム生成
回路， ７２ 補正値LUT生成回路， ７３ 比較器，
７４ 補正値LUTメモリ， ８１ 補正LUT生成回路，
８２ 階調補正回路， ８３ 輝度信号マトリクス回
路， ８４ 帯域制限フィルタ，８５ 色差信号マトリ
クス回路， ９１ 輝度信号合成回路， ９２ ヒスト
グラム生成回路， ９３ 階調補正LUT生成回路， １
０１ LUTメモリ， １１１ヒストグラム生成回路，
１１２ 階調補正LUT生成回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 9/68 Ｈ０４Ｎ 1/46 Ｚ (72)発明者 小野 博明 東京都品川区東五反田１丁目14番10号 株 式会社ソニー木原研究所 Ｆターム(参考） 5B057 BA02 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CC01 CE11 CE16 DB02 DB06 DB09 DC23 5C021 PA17 PA58 PA62 PA67 PA77 PA80 RB03 RB09 XA13 XA14 XA35 5C066 AA01 BA13 CA00 EC01 GA01 KA12 KD06 KE03 KE09 KP02 5C077 LL19 MM03 MP08 PP15 PP32 PP34 PP37 PQ08 PQ19 PQ20 PQ23 SS06 TT02 TT06 5C079 HB01 HB04 HB11 JA23 LA12 LA31 LB01 MA05 MA11 NA03 NA05 PA03 PA05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号の階調を補正する画像処理装置
   において、 入力された前記画像信号の第１の要素を用いて変換規則
   を生成する生成手段と、 前記生成手段が生成した前記変換規則を参照して、入力
   された前記画像信号の前記第１の要素と第２の要素の組
   み合わせに対応する補正値を取得する取得手段と、 前記補正値を用いて、入力された前記画像信号の前記第
   １および前記第２の要素を補正する補正手段とを含むこ
   とを特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 前記変換規則は、ルックアップテーブル
   であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装
   置。
3. 【請求項３】 前記画像信号の前記第１の要素は、輝度
   信号であり、 前記画像信号の前記第２の要素は、色差信号であること
   を特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 【請求項４】 ２種類の前記色差信号のうち、信号レベ
   ルが大きい方の前記色差信号を選択する選択手段をさら
   に含み、 前記取得手段は、前記生成手段が生成した前記変換規則
   を参照して、入力された前記画像信号の前記輝度信号と
   前記選択手段が選択した前記色差信号の組み合わせに対
   応する前記補正値を取得することを特徴とする請求項３
   記載の画像処理装置。
5. 【請求項５】 前記生成手段は、 入力された前記画像信号の前記第１の要素のヒストグラ
   ムを作成する作成手段と、 前記ヒストグラムを累積して、累積ヒストグラムを作成
   する累積手段と、 前記累積ヒストグラムを所定の対数曲線に近似させて近
   似曲線を生成する近似手段と、 前記近似曲線に基づいて前記変換規則を作成する作成手
   段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像処理
   装置。
6. 【請求項６】 前記補正手段は、前記補正値を乗算する
   ことにより、入力された前記画像信号の前記第１および
   前記第２の要素を補正することを特徴とする請求項１に
   記載の画像処理装置。
7. 【請求項７】 被写体の光信号を色信号に変換する変換
   手段と、 前記色信号に基づいて、前記画像信号の第１および第２
   の要素を算出する算出手段とをさらに含むことを特徴と
   する請求項１に記載の画像処理装置。
8. 【請求項８】 前記変換手段は、前記被写体の前記光信
   号を、赤色信号、緑色信号、または青色信号に変換する
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
9. 【請求項９】 画像信号の階調を補正する画像処理装置
   の画像処理方法において、 入力された前記画像信号の第１の要素を用いて変換規則
   を生成する生成ステップと、 前記生成ステップの処理で生成された前記変換規則を参
   照して、入力された前記画像信号の前記第１の要素と第
   ２の要素の組み合わせに対応する補正値を取得する取得
   ステップと、 前記補正値を用いて、入力された前記画像信号の前記第
   １および前記第２の要素を補正する補正ステップとを含
   むことを特徴とする画像処理方法。
10. 【請求項１０】 画像信号の階調を補正する画像処理用
    のプログラムであって、 入力された前記画像信号の第１の要素を用いて変換規則
    を生成する生成ステップと、 前記生成ステップの処理で生成された前記変換規則を参
    照して、入力された前記画像信号の前記第１の要素と第
    ２の要素の組み合わせに対応する補正値を取得する取得
    ステップと、 前記補正値を用いて、入力された前記画像信号の前記第
    １および前記第２の要素を補正する補正ステップとを含
    むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプロ
    グラムが記録されている記録媒体。