JP2005236588A - 画像データ変換装置及びカメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度のダイナミックレンジの広い画像データを前記ダイナミックレンジの狭い画像データに良好に変換する画像データ変換装置を提供する。
【解決手段】 変換前の画像データの輝度ヒストグラムが０.１％である輝度を最低変換輝度ａ１とし、前記輝度ヒストグラムが５０％である輝度を中間変換輝度ａ２とし、前記輝度ヒストグラムが９９.９％である輝度を最高変換輝度ａ３とする変換輝度設定手段と、中間変換輝度ａ２の相対位置Ａ（Ａ＝（ａ２−ａ１）／（ａ３−ａ１））に基づき、中間変換輝度ａ２の画素データが、変換後の画像データにおけるダイナミックレンジの中央側に位置するよう、変換特性を決定する変換特性決定手段と、前記変換特性に従い、変換前の画像データにおける最低変換輝度ａ１から最高変換輝度ａ３のデータを、目標の狭いダイナミックレンジの画像データに変換する画像データ変換手段とを備える構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像データの変換（圧縮・復調）装置及びこれを使用したカメラ装置に関する。

近時、カメラに使用されるイメージセンサとしては、ＣＣＤイメージセンサが一般的である。ところが、通常のＣＣＤイメージセンサは、輝度のダイナミックレンジ（以下、場合により、単にダイナミックレンジという。）が５０ｄＢ程度と狭く、屋外撮影などで得られる出力画像は、いわゆる白つぶれや黒つぶれ（明暗の飽和）が発生し易い。そこで、特許文献１に示されるように輝度分布の補正を行って出力画像の劣化を防止する技術や、非特許文献１に示されるように露光条件の異なる複数画像を合成してダイナミックレンジを拡大する技術などが提案されている。

しかし、輝度分布の補正を行うものは、ダイナミックレンジが拡大するわけではないので、必要な画像情報（対象物のコントラスト）が得られない可能性があり、例えば車両における周辺監視等に使用するには不十分であった。また、露光条件の異なる複数画像を合成する方法では、一つの画像（合成画像）を得るために、複数回撮影する必要があり、応答性が低下する問題があるため、やはり車両における周辺監視等に使用するには不十分であった。

なお、車両における周辺監視等の用途において、カメラに入力される情景は、昼間の走行環境に限定しても、直射日光で照らされた路面、トンネル内や種々の陰などに代表されるように、明るさの範囲が非常に広く、しかも車両の走行に伴って被写体である対象物（路面上の白線や他車両など）が高速で変化する。そして、車両における周辺監視等のためには、このような情景を逐次瞬時に撮像して、対象物をエッジ検出などの画像処理によって識別するために十分な情報量を有する画像データを、応答性高く出力するカメラ装置が必要になる。

そこで発明者らは、ダイナミックレンジが６０ｄＢを超える広ダイナミックレンジのイメージセンサを使用したカメラ装置を、車両における周辺監視等に適用することを検討している。しかしこの場合、ダイナミックレンジの狭い液晶ディスプレイに画像表示するなどのために、得られた広ダイナミックレンジ（高階調）の画像データを、必要な画像情報を保持したまま、狭いダイナミックレンジ（低階調）の画像データに変換する必要が生じる。

なお、非特許文献２には、ハードウェア処理によって、画像の低空間周波数成分を抑制することによりダイナミックレンジを圧縮する技術が提案されている。

特開２００３−１７９８０９号公報 山田、外２名、「広ダイナミックレンジ視覚センサ」、豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー、１９９５年６月、Ｖｏｌ.３０，Ｎｏ.２、［平成１６年１月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.tytlabs.co.jp/office/library/review/rev302pdf/302_035yamada.pdf 曽我、外３名、「後方カメラ用画像処理技術(２)ダイナミックレンジ圧縮による視認性改善」、豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー、２００３年６月、Ｖｏｌ.３８，Ｎｏ.２、［平成１６年１月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.tytlabs.co.jp/office/library/review/rev382pdf/382_037soga.pdf

ところが、上述した非特許文献２の技術には、次のような問題がある。
まず、規模の大きいハードウェアが必要になるため、コスト増や装置の大型化の問題がある。
また、一枚一枚の元画像を解析した後に、同じ画像にフィードバックをかけなければならない制約条件があるため、元画像のデータ（６４０×４８０）のすべてを使っているわけではなく、半分のデータ（６４０×２４０）だけを取り込み、残りの半分を取り込まない間に処理をして、出力する方法を取っている。従って、縦方向の解像度が１／２になるとともに、画像出力が約一フレーム分遅れる問題がある。

そこで本発明は、上述した問題が解消され、輝度のダイナミックレンジの広い画像データを前記ダイナミックレンジの狭い画像データに良好に変換する画像データ変換装置を提供することを目的としている。

本願の画像データ変換装置は、輝度のダイナミックレンジの広い画像データを前記ダイナミックレンジの狭い画像データに変換する画像データ変換装置であって、
変換前の画像データの輝度ヒストグラムがゼロ％近傍の規定値ｈ１である輝度を最低変換輝度ａ１とし、前記輝度ヒストグラムが５０％又はその近傍の規定値ｈ２である輝度を中間変換輝度ａ２とし、前記輝度ヒストグラムが１００％近傍の規定値ｈ３である輝度を最高変換輝度ａ３とする変換輝度設定手段と、
前記中間変換輝度ａ２の相対位置Ａ（Ａ＝（ａ２−ａ１）／（ａ３−ａ１））に基づいて、前記中間変換輝度ａ２の画素データが、変換後の画像データにおける前記ダイナミックレンジの中央側に位置するように、変換特性を決定する変換特性決定手段と、
前記変換特性に従って、変換前の画像データにおける最低変換輝度ａ１から最高変換輝度ａ３のデータを、目標の狭い前記ダイナミックレンジの画像データに変換し、変換後の画像データとして出力する画像データ変換手段とを備えたものである。

本願の画像データ変換装置では、上記変換輝度設定手段と画像データ変換手段の機能により、ダイナミックレンジの広い変換前の画像データのうち、輝度ヒストグラムがゼロ％近傍である輝度（最低変換輝度ａ１）から１００％近傍である輝度（最高変換輝度ａ３）までの限定された範囲（変換輝度幅）のデータのみが変換されて、変換後の画像データが生成される。このため、広ダイナミックレンジ（高階調）の画像データを、必要な画像情報を保持したまま、狭いダイナミックレンジ（低階調）の画像データに変換することができる。

しかも変換特性は、変換特性決定手段により、中間変換輝度ａ２の相対位置Ａ（Ａ＝（ａ２−ａ１）／（ａ３−ａ１））に基づいて、中間変換輝度ａ２の画素データが、変換後の画像データにおけるダイナミックレンジの中央側に位置するように、設定される。このため、度数が比較的高い輝度のデータ（中間変換輝度ａ２付近の画素データ）が、暗側又は明側に偏っていた場合には、このデータが変換後のダイナミックレンジの中央側（中間輝度の側）に移動するように補正されることになる。したがって、変換後の画像が全体的に暗すぎたり、全体的に明るすぎたりすることが抑制され、全体的に中間的な階調にある良好な画像が常に得られる。

また本変換装置は、元画像の輝度ヒストグラムにより限定した範囲を、同ヒストグラムにより決定される変換特性で変換するものであるため、非特許文献２の技術に比較して、簡単なハードウェアで実現でき、低コスト化や小型化が図れる利点がある。
また本変換装置は、非特許文献２の技術のように画像にフィードバックをかけるものではないので、それによる解像度の低下や画像出力の遅れが無いという特長がある。
また本変換装置は、上述したように、画像の輝度分布によって最適な変換特性を選ぶ方式であるため、ディスプレイ表示等のための従来の一般的な画像データ変換方式と異なり、コントラストが落ちてしまう現象が防止される効果もある。なお、ディスプレイ表示等のための従来の一般的な画像データ変換方式は、一定の変換特性カーブ（例えば、ｓＲＧＢと呼ばれるもの）で変換する方式であるため、ダイナミックレンジが広い画像に対して、変換後の画像（ディスプレイに表示する画像）のコントラストが落ちてしまう問題があった。

次に、本画像データ変換装置の好ましい態様は、前記変換輝度設定手段が設定した最低変換輝度ａ１が、所定の許容最低輝度を下回る場合には、この最低変換輝度ａ１を、前記許容最低輝度に補正する最低変換輝度補正手段を備えるものである。
この態様であると、許容最低輝度を下回る無用な黒領域部分が変換の対象になることを避けることができる。

なお、上記最低変換輝度補正手段を設けた場合には、次のような中間変換輝度補正手段をさらに備えた態様とすることが望ましい。即ち、最低変換輝度ａ１を補正した結果、前記最低変換輝度ａ１が前記中間変換輝度ａ２を超えた場合には、中間変換輝度ａ２を、前記最低変換輝度ａ１と最高変換輝度ａ３の平均値に補正する中間変換輝度補正手段を備えた構成とすることが望ましい。
この態様であると、最低変換輝度ａ１を補正した結果、前記最低変換輝度ａ１が前記中間変換輝度ａ２を超えて、本装置が機能しなくなる不具合を回避できる。

また、本画像データ変換装置の好ましい別の態様は、前記変換輝度設定手段が設定した前記最低変換輝度ａ１と前記最高変換輝度ａ３の差である変換輝度幅が、所定の許容最低輝度幅を下回る場合には、前記変換輝度幅が前記許容最低輝度幅に一致するように、前記最低変換輝度ａ１又は／及び最高変換輝度ａ３を補正する輝度幅補正手段を備えるものである。
この態様であると、変換輝度幅が過度に狭くなることが防止される。

次に、本願のカメラ装置は、前記ダイナミックレンジが６０ｄＢを超える広ダイナミックレンジのイメージセンサと、このイメージセンサにより得られた画像データを変換する本願の画像データ変換装置とを備えたものである。
このカメラ装置であると、上記イメージセンサにより、白つぶれや黒つぶれのない画像データが１回の撮影で瞬時に得られ、ダイナミックレンジ拡大のために露光条件を変えて複数回撮影するといった応答性が低下する特殊な動作は不要である。そして、本願の画像データ変換装置により、前述したように、この画像データのうちの有効な部分のみが、明るさの偏りを補正されコントラストも保持された狭いダイナミックレンジ（低階調）の画像データに変換される。
したがって、明るさの範囲が非常に広く、対象物が高速で変化する情景も、逐次瞬時に撮像して、対象物をエッジ検出などの画像処理によって識別するために十分な情報量を有する画像データであって、しかも扱い易い低階調で明るさの偏りを補正されてコントラストも保持された良好な画像データを、応答性高く出力することができる。
なお、本発明におけるイメージセンサは、広ダイナミックレンジのものであれば、構成や方式を限定されるものではなく、例えばＣＭＯＳ型（蓄積型、バランス型、対数変換型）イメージセンサであってもよいし、ＣＣＤ型イメージセンサ等であってもよい。

本発明の画像データ変換装置によれば、輝度のダイナミックレンジの広い画像データを前記ダイナミックレンジの狭い画像データ（視認性に優れるとともに画像処理に適したコントラストの画像データ）に良好に変換することができる。

以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は、本例の監視システム（画像データ変換装置及びカメラ装置を含むシステム）の全体構成を示す図である。図１（ｂ）は、変換前の画像データ例を示す図であり、図１（ｃ）は、画像データの変換処理を説明する図である。図２（ａ）は、変換特性例を示す図であり、図２（ｂ）は、変換後の画像データ例を示す図である。また図３（ａ）は、変換輝度幅確保のための最低変換輝度ａ１の補正を説明する図であり、図３（ｂ）は、最低変換輝度ａ１を許容最低輝度ＭＩＮ以上にし、かつ変換輝度幅Ｗを確保するための最低変換輝度ａ１や最高変換輝度ａ３の補正を説明する図である。また図４は、画像データ変換装置の処理内容を説明するフローチャートである。

本例の監視システムは、図１（ａ）に示すように、カメラ装置１と、ＮＴＳＣ変換装置２と、モニタ３とを備える。またカメラ装置１は、カメラ本体４と画像データ変換装置５を有する。

カメラ本体４は、例えば１２０ｄＢのダイナミックレンジを持つＣＭＯＳイメージセンサよりなるカメラである。このカメラ本体４は、集光用の光学系を備えるとともに、イメージセンサの駆動制御回路に加えて、ＡＧＣ（自動ゲイン調整）回路や、ＡＤ変換（アナログ→デジタル変換）回路を内蔵しており、１０ビット（１０２４階調）の輝度信号を出力する。

画像データ変換装置５は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を含むＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）により構成され、いわゆるマイコンのＣＰＵよりも高速で画像データ変換処理（詳細後述する）を行う。なおこの場合、画像データ変換装置５は、カメラ本体４から出力される画像データにおける１０ビット（１０２４階調）の輝度信号を、８ビット（２５６階調）に変換して出力する。
ＮＴＳＣ変換装置２は、モニタ３での画像表示のために、画像データ変換装置５から出力された画像信号の形態を、所定のテレビ映像信号方式（ＮＴＳＣ方式）の形態に変換してモニタ３に出力する周知の装置である。

次に、画像データ変換装置５の主な変換処理機能について説明する。
画像データ変換装置５のＤＳＰは、カメラ本体４から１フレーム分の画像データが入力されると、この画像データの輝度ヒストグラム（例えば、図１（ｂ）に示す）から、最低変換輝度ａ１、中間変換輝度ａ２、及び最高変換輝度ａ３を決定するよう、動作プログラムが設定され（後述するステップＳ１参照）、本発明の変換輝度設定手段を実現する。具体的には、輝度ヒストグラムが規定値ｈ１（＝０.１％）である輝度を最低変換輝度ａ１とし、輝度ヒストグラムが規定値ｈ２（＝５０％）である輝度を中間変換輝度ａ２とし、輝度ヒストグラムが規定値ｈ３（＝９９．９％）である輝度を最高変換輝度ａ３とする。
なお、変換前の画像データにおける最低変換輝度ａ１から最高変換輝度ａ３までの範囲の画像データのみが、変換の対象である変換輝度幅となる。

また、画像データ変換装置５のＤＳＰは、中間変換輝度ａ２の相対位置Ａ（Ａ＝（ａ２−ａ１）／（ａ３−ａ１））に基づいて、中間変換輝度ａ２の画素データが、変換後の画像データにおけるダイナミックレンジの中央側に移動するように、変換特性を決定するよう、動作プログラムが設定され（後述するステップＳ１０参照）、本発明の変換特性決定手段を実現する。
ここで、変換特性は、変換前の画像データにおける使用範囲のデータの輝度信号を、目標の狭いダイナミックレンジ（２５６階調）の輝度信号を持つ画像データに変換するための特性であり、例えば図１（ｃ）に示すような投影線として表すことができ、例えば図２（ａ）に示すように相対位置Ａに対応して複数設定されている。

そして、図１（ｃ）及び図２（ａ）において、一点鎖線で示す直線は、中立の変換特性（相対位置Ａ＝０.５）を示す投影線であり、この場合、変換後の輝度ヒストグラムは、図１（ｃ）の左側（又は図２（ｂ））に一点鎖線で示すようになり、変換前の輝度ヒストグラム（変換輝度幅の部分）の単なる相似形となる。しかし、相対位置Ａが０.５よりも小さいと（即ち、中間変換輝度ａ２が変換前の変換輝度幅において暗側に偏っていると）、図２（ａ）に示すように、上記投影線が上に凸の曲線となる変換特性となり、この場合、変換後の輝度ヒストグラムは、例えば図１（ｃ）の左側（又は図２（ｂ））に実線で示すようになって、度数が比較的高い輝度のデータ（中間変換輝度ａ２付近の画素データ）が、変換後のダイナミックレンジの暗側から中央側（中間輝度の側）に移動するように補正されることになる。また逆に、相対位置Ａが０.５よりも大きいと（即ち、中間変換輝度ａ２が変換前の変換輝度幅において明側に偏っていると）、図２（ａ）に示すように、上記投影線が下に凸の曲線となる変換特性となり、この場合、度数が比較的高い輝度のデータ（中間変換輝度ａ２付近の画素データ）が、変換後のダイナミックレンジの明側から中央側（中間輝度の側）に移動するように補正されることになる。

なお、上述した変換特性としては、具体的には、モニタの非線形性に対処するための補正特性であるいわゆるガンマ曲線を使用することができるが、上述したように相対位置Ａに応じて、上に凸または下に凸となるものであればいかなるものでもよい。例えば、単なる円弧状の曲線を使用してもよい。また、この変換特性は、予め各種の相対位置Ａに対応するものを複数設定しておき、各変換特性のデータをルックアップテーブルとして、画像データ変換装置５内のメモリに登録して使用することが望ましい。
そして、画像データ変換装置５のＤＳＰは、上述したように変換特性を決定すると、この変換特性に従って、変換前の画像データにおける最低変換輝度ａ１から最高変換輝度ａ３のデータを、目標の狭いダイナミックレンジの画像データに変換し、変換後の画像データとして出力し、本発明の画像データ変換手段を実現する（後述するステップＳ１０，Ｓ１１参照）。

次に、画像データ変換装置５のその他の処理機能や処理手順について、図４のフローチャートに従って説明する。
画像データ変換装置５は、カメラ本体４から１フレーム分の画像データが入力されると、図４の処理を開始し、まずステップＳ１において、入力された画像データの輝度ヒストグラムから、前述の最低変換輝度ａ１、中間変換輝度ａ２、及び最高変換輝度ａ３を決定する。
次いでステップＳ２では、予め設定された許容最低輝度ＭＩＮに、予め設定された変換輝度幅の最低幅Ｗを加算した値よりも、最高変換輝度ａ３の方が小さいか否か判定し、判定結果が肯定的の場合にはステップＳ３に進み、否定的の場合にはステップＳ４に進む。
なお、許容最低輝度ＭＩＮは、画像データとして無用な黒領域部分が変換されて使用されないようにするためのものである。また、最低幅Ｗは、変換輝度幅が過度に狭くなることを防止するためのものである。

一方、ステップＳ４では、最低変換輝度ａ１が許容最低輝度ＭＩＮよりも小さいか否か判定し、判定結果が肯定的の場合にはステップＳ５に進み、否定的の場合にはステップＳ６に進む。
またステップＳ６では、最高変換輝度ａ３と最低変換輝度ａ１の差（変換輝度幅の幅）が最低幅Ｗよりも小さいか否か判定し、判定結果が肯定的の場合にはステップＳ７に進み、否定的の場合にはステップＳ１０に進む。

そしてステップＳ３では、最低変換輝度ａ１を許容最低輝度ＭＩＮに変更し、最高変換輝度ａ３を、許容最低輝度ＭＩＮと最低幅Ｗの和に変更する補正を行い、ステップＳ８に進む。
またステップＳ５では、最低変換輝度ａ１を、許容最低輝度ＭＩＮに変更する補正を行い、ステップＳ８に進む。
またステップＳ７では、最低変換輝度ａ１を、最高変換輝度ａ３と最低幅Ｗの差に変更する補正を行い、ステップＳ１０に進む。

次にステップＳ８では、中間変換輝度ａ２が最低変換輝度ａ１よりも小さいか否か判定し、判定結果が肯定的の場合にはステップＳ９に進み、否定的の場合にはステップＳ１０に進む。
そしてステップＳ９では、中間変換輝度ａ２を、最低変換輝度ａ１と最高変換輝度ａ３の平均値に変更する補正を行い、ステップＳ１０に進む。

次いでステップＳ１０では、中間変換輝度ａ２の相対位置Ａ（Ａ＝（ａ２−ａ１）／（ａ３−ａ１））を算出し、この相対位置Ａに対応した変換特性のルックアップテーブルを決定し、この変換特性に従って、変換前の画像データにおける最低変換輝度ａ１から最高変換輝度ａ３のデータを、目標の狭いダイナミックレンジの画像データ（この場合、２５６階調）に変換する。
そして、ステップＳ１１で、変換後の画像データを出力し、１フレーム分の変換処理を終了する。

以上説明した処理によれば、前述の変換輝度設定手段、変換特性決定手段、及び画像データ変換手段としての機能が実現されるとともに、本発明の最低変換輝度補正手段、中間変換輝度補正手段、及び輝度幅補正手段としての機能が実現される。
即ち、ステップＳ２〜Ｓ５によれば、最低変換輝度ａ１が、所定の許容最低輝度ＭＩＮを下回る場合には、この最低変換輝度ａ１が、例えば図３（ｂ）に示す如く許容最低輝度ＭＩＮに補正され、本発明の最低変換輝度補正手段が実現される。
また、ステップＳ８〜Ｓ９によれば、最低変換輝度ａ１を補正した結果、最低変換輝度ａ１が中間変換輝度ａ２を超えた場合、中間変換輝度ａ２が、最低変換輝度ａ１と最高変換輝度ａ３の平均値に補正され、本発明の中間変換輝度補正手段が実現される。

また、ステップＳ２〜Ｓ７によれば、最低変換輝度ａ１と最高変換輝度ａ３の差である変換輝度幅が、許容最低輝度幅Ｗを下回る場合には、例えば図３（ａ）又は（ｂ）に示す如く、変換輝度幅が許容最低輝度幅Ｗに一致するように、最低変換輝度ａ１又は／及び最高変換輝度ａ３が補正され、本発明の輝度幅補正手段が実現される。
なお、図３（ａ），（ｂ）において一点鎖線で示す斜めの線は、前述した変換特性を示す投影線（ａ１、ａ２、又はａ３の補正なしの場合）であり、この投影線は、ａ１、ａ２、又はａ３の補正により実線で示すように当然変化する。

以上説明した本例の画像データ変換装置５では、上記変換輝度設定手段と画像データ変換手段の機能により、ダイナミックレンジの広い変換前の画像データのうち、輝度ヒストグラムが０.１％である最低変換輝度ａ１から９９.９％である最高変換輝度ａ３までの限定された範囲（変換輝度幅）のデータのみが変換されて、変換後の画像データが生成される。このため、広ダイナミックレンジ（高階調）の画像データを、必要な画像情報を保持したまま、狭いダイナミックレンジ（低階調）の画像データに変換することができる。

しかも変換特性は、前記変換特性決定手段により、中間変換輝度ａ２の相対位置Ａ（Ａ＝（ａ２−ａ１）／（ａ３−ａ１））に基づいて、中間変換輝度ａ２の画素データが、変換後の画像データにおけるダイナミックレンジの中央側に位置するように、設定される。このため、度数が比較的高い輝度のデータ（中間変換輝度ａ２付近の画素データ）が、暗側又は明側に偏っていた場合には、このデータが変換後のダイナミックレンジの中央側（中間輝度の側）に移動するように補正されることになる。したがって、変換後の画像が全体的に暗すぎたり、全体的に明るすぎたりすることが抑制され、全体的に中間的な階調にある良好な画像が常に得られる。

また画像データ変換装置５は、元画像の輝度ヒストグラムにより限定した範囲を、同ヒストグラムにより決定される変換特性で変換するものであるため、非特許文献２の技術に比較して、簡単なハードウェア（この場合、ＤＳＰよりなる簡素な構成）で実現でき、低コスト化や小型化が図れる利点がある。
また画像データ変換装置５は、非特許文献２の技術のように画像にフィードバックをかけるものではないので、それによる解像度の低下や画像出力の遅れが無いという特長がある。
また画像データ変換装置５は、上述したように、画像の輝度分布によって最適な変換特性を選ぶ方式であるため、ディスプレイ表示等のための従来の一般的な画像データ変換方式と異なり、コントラストが落ちてしまう現象が防止される効果もある。

また、本例の画像データ変換装置は、最低変換輝度ａ１が、許容最低輝度ＭＩＮを下回る場合には、この最低変換輝度ａ１を、前記許容最低輝度に補正する最低変換輝度補正手段を備える。このため、許容最低輝度ＭＩＮを下回る無用な黒領域部分が変換の対象になることを避けることができる。

また、本例の画像データ変換装置は、最低変換輝度ａ１を補正した結果、最低変換輝度ａ１が中間変換輝度ａ２を超えた場合には、中間変換輝度ａ２を、最低変換輝度ａ１と最高変換輝度ａ３の平均値に補正する中間変換輝度補正手段を備えている。このため、最低変換輝度ａ１を補正した結果、最低変換輝度ａ１が中間変換輝度ａ２を超えて、本装置が機能しなくなる不具合を回避できる。

また、本例の画像データ変換装置は、最低変換輝度ａ１と最高変換輝度ａ３の差である変換輝度幅が、許容最低輝度幅Ｗを下回る場合には、前記変換輝度幅が許容最低輝度幅Ｗに一致するように、最低変換輝度ａ１又は／及び最高変換輝度ａ３を補正する輝度幅補正手段を備える。このため、変換輝度幅が過度に狭くなることが防止される。

次に、本例のカメラ装置１によれば、ダイナミックレンジが６０ｄＢを超えるイメージセンサよりなるカメラ本体４により、白つぶれや黒つぶれのない画像データが１回の撮影で瞬時に得られ、ダイナミックレンジ拡大のために露光条件を変えて複数回撮影するといった応答性が低下する特殊な動作は不要である。そして、画像データ変換装置５により、前述したように、この画像データのうちの有効な部分のみが、明るさの偏りを補正されコントラストも保持された狭いダイナミックレンジ（低階調）の画像データに変換される。
したがって、明るさの範囲が非常に広く、対象物が高速で変化する情景も、逐次瞬時に撮像して、対象物をエッジ検出などの画像処理によって識別するために十分な情報量を有する画像データであって、しかも扱い易い低階調で明るさの偏りを補正されてコントラストも保持された良好な画像データを、応答性高く出力することができる。

なお、本発明は上述した形態例に限られず、各種の変形や応用があり得る。
例えば、最低変換輝度ａ１、中間変換輝度ａ２、及び最高変換輝度ａ３をそれぞれ決定するヒストグラムの数値は、前述した具体例に限定されないことはいうまでもない。
また、上記形態例では、画像を単にモニタに表示する監視システムに本発明を適用した例を示したが、これに限定されないこともいうまでもない。例えば、画像データを分析して車両の自動走行等に使用する車両における監視システムに適用しても効果的であるし、デジタルビデオカメラ等に適用することも可能である。

画像データ変換装置を含む監視システムの構成等を示す図である。 変換特性例や変換後の画像データ例を示す図である。 最低変換輝度ａ１や最高変換輝度ａ３の補正を説明する図である。 画像データ変換装置の処理内容を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ カメラ装置
４ カメラ本体
５ 画像データ変換装置

Claims (5)

1. 輝度のダイナミックレンジが広い画像データを前記ダイナミックレンジが狭い画像データに変換する画像データ変換装置であって、
   変換前の画像データの輝度ヒストグラムがゼロ％近傍の規定値ｈ１である輝度を最低変換輝度ａ１とし、前記輝度ヒストグラムが５０％又はその近傍の規定値ｈ２である輝度を中間変換輝度ａ２とし、前記輝度ヒストグラムが１００％近傍の規定値ｈ３である輝度を最高変換輝度ａ３とする変換輝度設定手段と、
   前記中間変換輝度ａ２の相対位置Ａ（Ａ＝（ａ２−ａ１）／（ａ３−ａ１））に基づいて、前記中間変換輝度ａ２の画素データが、変換後の画像データにおける前記ダイナミックレンジの中央側に位置するように、変換特性を決定する変換特性決定手段と、
   前記変換特性に従って、変換前の画像データにおける最低変換輝度ａ１から最高変換輝度ａ３のデータを、目標の狭い前記ダイナミックレンジの画像データに変換し、変換後の画像データとして出力する画像データ変換手段とを備えることを特徴とする画像データ変換装置。
2. 前記変換輝度設定手段が設定した最低変換輝度ａ１が、所定の許容最低輝度を下回る場合には、この最低変換輝度ａ１を、前記許容最低輝度に補正する最低変換輝度補正手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像データ変換装置。
3. 前記最低変換輝度ａ１を補正した結果、前記最低変換輝度ａ１が前記
   中間変換輝度ａ２を超えた場合には、中間変換輝度ａ２を、前記最低変換輝度ａ１と最高変換輝度ａ３の平均値に補正する中間変換輝度補正手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の画像データ変換装置。
4. 前記変換輝度設定手段が設定した前記最低変換輝度ａ１と前記最高変換輝度ａ３の差である変換輝度幅が、所定の許容最低輝度幅を下回る場合には、前記変換輝度幅が前記許容最低輝度幅に一致するように、前記最低変換輝度ａ１又は／及び最高変換輝度ａ３を補正する輝度幅補正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の画像データ変換装置。
5. 前記ダイナミックレンジが６０ｄＢを超えるイメージセンサと、
   このイメージセンサにより得られた画像データを変換する請求項１乃至４の何れかに記載の画像データ変換装置と
   を備えたことを特徴とするカメラ装置。

Images