JP2005260640A

JP2005260640A - 撮像処理装置

Info

Publication number: JP2005260640A
Application number: JP2004070419A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Horikane; 宏堀金
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】映像圧縮を行う撮像処理装置において、カメラの絞り値情報やＡＧＣの利得値情報を用いて、低照度時の圧縮歪を低減することを目的とする。
【解決手段】光量制御部５からの絞り値情報やＡＧＣ部７からの利得値情報を基に、条件検出部４にて撮影条件を検出し、低照度時の場合、信号処理部９にて映像信号の周波数特性及びガンマ特性を制御することにより映像信号の情報量を低減し、圧縮処理部１０におけるブロック歪やモスキート歪等の圧縮歪の改善をすることで、使用者による撮影環境ごとでの圧縮率設定の煩わしさを回避することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像処理された映像情報をＭＰＥＧ（ＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）等で圧縮処理する際の圧縮歪を低減して、記録媒体に記録を行うのに好適な撮像処理装置に関するものである。

近年撮像処理装置もデジタル方式が主流となっている。例えばビデオカメラはデジタル化により、小型軽量化が進み携帯性もすぐれてきた。そのような中、デジタルビデオカメラ特有の携帯性を使った数々の付加機能や使用法などが市場から要望されている。

例えば、デジタルビデオカメラにメモリーカードを装着できるスロットを設け、書き換え可能なメモリーカードを着脱可能にし、そのメモリーカードにデジタルビデオカメラで撮影した映像をＪＰＥＧ（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＣｏｄｉｎｇＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）で静止画として、ＭＰＥＧ（ＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）４等で動画と音声の記録及び再生ができるようなものがしられており、いつでもどこでも撮影した映像をみることができる（例えば、特許文献１参照。）。

特にＭＰＥＧ４は、近年のデジタルビデオカメラの主要機能として搭載されてきているが、ＭＰＥＧ４処理用のカスタムＬＳＩ及びＤＳＰ等の処理能力及び電力の面より画像サイズは３２０×２４０画素（ＱＶＧＡ）もしくは１７６×１４４画素（ＱＣＩＦ）が採用されている。

前記画像サイズでの転送レートとしては、数百Ｋ〜１Ｍｂｐｓが主流であり、ＭＰＥＧ２の約１／８以下、デジタルビデオカメラで用いられているＤＶフォーマットの約１／２５以下であり、ＭＰＥＧ４はＭＰＥＧ２及びＤＶフォーマットと比較しても非常に高い圧縮率となっており、ブロック歪やモスキート歪のような圧縮歪が発生しやすくなっている。

特に近年のデジタルビデオカメラは非常に低照度の環境下においても、撮影できるようになっているが低照度状態はＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅｓ）等の撮像素子の感度が低くなり、撮像素子自体が有するランダムな素子ノイズが目立つようになり、結果的に非常に信号対ノイズ（以降、Ｓ／Ｎと記述する。）の悪い状態となる。このような低照度環境下でＭＰＥＧ４記録すると、ランダムなノイズは振幅値（以降、レベルと記述する。）が一定でない為、フレーム相関が薄くかつ、高周波成分が多く存在していることで圧縮時にデータ量が多くなり、前記ブロック歪やモスキート歪のような圧縮歪が非常に多く発生し、再生時に画質劣化大で非常に見づらい画面となる。
特開平１１−３３１６５６号公報特開２００１−１９７３７１号公報

解決しようとする問題点は、ＭＰＥＧ４等の高圧縮処理技術を用いた撮像処理装置において、低照度環境下のようなＳ／Ｎの悪い映像信号の場合、ブロック歪・モスキート歪等の圧縮歪が発生しやすく、画質劣化が大となる点である。

本発明は上記問題点に鑑み、低照度環境下のようなＳ／Ｎの悪い映像信号かどうかの判定部を有し、その判定情報としては従来の撮像処理装置に必須な光量制御部で制御される絞り値情報や可変利得制御部の利得値情報を用いて、低照度環境下で自動的に映像信号の情報量を効率よく低減し、画質劣化を改善する撮像処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、入射される光量を制御する光量制御手段と、前記光量制御手段からの光量により撮像し所定の処理を行い映像信号に変換して出力する撮像処理手段と、前記撮像処理手段からの映像信号を圧縮処理し記録媒体に記録可能な圧縮処理手段と、撮影環境における明るさを検出する条件検出手段を備え、前記圧縮処理手段に入力される映像信号の情報量を前記条件検出手段における検出結果に基づき制御するように構成し、前記条件検出手段は映像信号の周波数特性及びガンマ特性を変更することで映像信号の情報量を低減するようにし、かつ前記条件検出手段は、前記光量制御手段の制御結果、もしくは前記撮像処理手段に可変利得制御手段を有し、前記可変利得制御手段の制御結果を基に映像信号の情報量を低減するように制御する。

さらに前記条件検出手段は、前記光量制御手段の制御結果と前記可変利得制御手段の制御結果の２つを基に、映像信号の情報量を低減するように制御することもできる。

本発明の撮像処理装置は、低照度環境下でのＳ／Ｎの悪い映像信号を光量制御部の絞り値情報や可変利得制御部の利得値情報を用いることにより検出し、その検出結果を基に映像信号の周波数特性及びガンマ特性を変更することで、映像信号の情報量を効率よく低減し、ブロック歪やモスキート歪等の圧縮歪を改善し好適な画像を再現できる。

又、従来の撮像処理装置に必須な光量制御部及び可変利得制御部の制御情報により実現可能なことにより、新たな回路を追加することなく、圧縮歪を簡単に改善できることが可能な、コストメリットの高い撮像処理装置を提供することができる。

本発明の請求項１〜７に記載の発明は、入射される光量を制御する光量制御手段と、前記光量制御手段からの光量により撮像し所定の処理を行い映像信号に変換して出力する撮像処理手段と、前記撮像処理手段からの映像信号を圧縮処理し記録媒体に記録可能な圧縮処理手段と、撮影環境における明るさを検出する条件検出手段を備え、前記圧縮処理手段に入力される映像信号の情報量を前記条件検出手段における検出結果に基づき制御するように構成し、前記条件検出手段により映像信号の周波数特性及びガンマ特性を変更することで映像信号の情報量の制御を行うようにし、前記条件検出手段は、前記光量制御手段の制御結果もしくは前記撮像処理手段に可変利得制御手段を有し、前記可変利得制御手段の制御結果を基に映像信号の情報量を制御するようにする。

さらに前記条件検出手段は、前記光量制御手段の制御結果と前記可変利得制御手段の制御結果の２つを基に、映像信号の情報量を制御することもできるものであり、従来の撮像処理装置で必須の絞り値情報や、可変利得制御部（以降ＡＧＣ部と記述する。）の利得値情報を利用して、低照度環境下のようなＳ／Ｎの悪い映像情報に対しても画質劣化を防ぐという目的を、回路の増加無くすなわちコストアップせずに実現することができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明装置の実施の形態における撮像処理装置の構成を示すブロック図である。同図において、１は光学信号が入射されるレンズ、２は絞りで、レンズ１の後方にあり入射光量の制御を行い、光学信号をＣＣＤ等の撮像素子３に入射させている。３は例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサで構成される撮像素子であり、絞り２を介して入射される光学信号を光電変換により電気信号に変換して出力している。

５は光量制御部で、レンズ１からの入射する光量を絞り２を用いて制御する。又、絞り２の制御を行う基となる絞り値情報を条件検出部４にも出力している。なお、光量制御部５からの絞り値情報は、図２に示すように値が大きいほどレンズ１からの入射する光量が少ないことを示すものである。撮像素子３は、入射された光学信号を電気信号に変換した後、その電気信号をＣＤＳ（ＣｏｒｒｅｌａｔｅｄＤｏｕｂｌｅＳａｍｐｌｉｎｇ）部６に出力している。なお、絞り２とともに光量制御手段を構成している。

７は自動利得制御部（以下、ＡＧＣ部と記す）で、ＣＤＳ部６からの出力を最適なレベルになるように制御し、前記電気信号から映像信号に変換してＡＤコンバータ８に出力する。又、ＡＧＣ部７からは設定された利得値情報を条件検出部４に出力している。なお、前記利得値情報は値が大きいほど利得が大であることを示す。利得が大であることは撮像素子３に入射される光量が少ないことを意味している。

８はアナログデジタルコンバータ（以下、ＡＤコンバータと記す）で、ＡＧＣ部７からのアナログ映像信号をデジタル化してデジタル映像信号として信号処理部９に入力する。

９は信号処理部で、ホワイトバランス、ガンマ補正及びフィルタ処理の一種である輪郭補正等、既に一般に知られている映像処理を行った後、圧縮処理部１０にデジタル映像信号を出力する。

１０は圧縮処理部で、ＤＣＴ（ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ：離散コサイン変換）等の符号化処理及びエラー訂正処理等を行いメモリーカード１１や磁気テープ１２等の記録媒体に記録する。なお、本実施の形態では特に図示及び詳細説明をしていないが、磁気テープ１２に信号を記録するための手段については既に周知の構成を用い、回転ヘッドシリンダに搭載された磁気ヘッドにより信号が記録される。また、メモリカード１１に対する信号の記録についても、周知技術を用いた記録方法にて行われる。また、本実施の形態では記録媒体として磁気テープとメモリカードを用いて説明をしたが、これらの記録媒体に限定されるものではなく、デジタル記録が可能な記録媒体であればよく、例えばＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）などの円盤状光学式記録媒体でも構わない。

なお、撮像素子３、ＣＤＳ部６、ＡＧＣ部、ＡＤコンバータ８、信号処理部９で、撮像処理手段を構成している。

以上のように構成された本実施の形態の撮像処理装置について、以下その動作について説明する。

レンズ１を介して入射される被写体の光学信号は、絞り２で適正な光量を制御されて撮像素子３に入射される。撮像素子３では入射される光学信号を結像して電気信号に変換しＣＤＳ部６に出力する。ＣＤＳ部６から出力される電気信号はＡＧＣ部７で最適なレベルに制御されてＡＤコンバータ８へ出力される。ＡＤコンバータ８では入力されるアナログの電気信号をデジタル信号に変換し、信号処理部９に出力する。信号処理部９では、入力されるデジタル映像信号に対して、ホワイトバランス処理、ガンマ補正処理、輪郭補正処理などの信号処理が施される。信号処理部９にて信号処理が施されたデジタル映像信号は、圧縮処理部１０において、符号化処理及びエラー訂正処理などの圧縮信号処理が行われる。圧縮処理としては、例えばＭＰＥＧ４などがある。

次に、撮影条件に応じた信号処理の動作について説明する。

光量制御部５からの絞り値情報が入力された条件検出部４は、絞り値情報が大きい場合は前記のように撮影環境における光量が少ないと判断し、撮影条件として暗い場所で撮影されていると推測する。次に、条件検出部４はＡＧＣ部７からの利得値情報を取得し利得値情報が大きい場合は、前記絞り値情報と合わせて非常に暗い場所で撮影され、Ｓ／Ｎが悪い条件であると判断する。

非常に暗い場所で撮影されていると判断した条件検出部４は、前記信号処理部９に対して信号処理部９内のフィルタ処理機能を用いて映像信号のカットオフ周波数を低域に設定し映像信号の情報量の低減を行い、前記圧縮処理部１０での圧縮歪を改善してメモリーカード１１及び磁気テープ１２等に記録を行う。つまり、近年のデジタルビデオカメラは非常に低照度の環境下においても、撮影できるようになっているが低照度状態は撮像素子３の感度が低くなり、撮像素子３自体が有するランダムな素子ノイズが目立つようになり、結果的に非常にＳ／Ｎの悪い状態となる。このような低照度環境下でＭＰＥＧ４記録すると、ランダムなノイズは振幅値（レベル）が一定でないため、フレーム相関が薄くかつ、高周波成分が多く存在していることで圧縮時にデータ量が多くなり、前記ブロック歪やモスキート歪のような圧縮歪が非常に多く発生し、再生時に画質劣化大で非常に見づらい画面となる。本実施の形態の信号処理部９では条件検出部４で検出した撮影環境（明るさ）に基づき、圧縮歪みを改善することができるものである。

具体的な周波数特性の制御を、図３の絞り値と利得値の関係、図４の周波数特性、図５の波形特性を示した説明図を用いて説明を行う。条件検出部４は、絞り値と利得値より３種の撮影条件を検出できるように設定されている。ここで、光量制御部５からの絞り値情報とＡＧＣ部７からの利得値情報により、図３の領域ａ、領域ｂ、領域ｃの３種の撮影条件のどの領域かを検出する。領域ｃに相当する部分が撮影環境としては最も暗く、領域ａに相当する部分が撮影環境が最適な明るさであることを意味している。

そして条件検出部４は、絞り値情報と利得値情報が図３の領域ａ時は図４のＡ、領域ｂ時は図４のＢ、領域ｃ時は図４のＣの周波数特性を設定するように、信号処理部９を制御する。つまり、図４において撮影環境が最適な明るさ特性Ａの時は、カットオフ周波数を高めに設定し、高周波成分（映像のエッジ部分など）が犠牲にならないようにし、逆に撮影環境が暗い（低照度）特性Ｃの時は、カットオフ周波数を低く設定し、圧縮歪みに影響する高周波ノイズをカットしようとするものである。

又、同時に信号処理部９におけるフィルタ処理の一種である輪郭補正に対しても、領域ａ時（最適照度）は図５の（ａ）の特性にして映像の高周波部分（エッジ部分）を強調し、領域ｂ時と領域ｃ時（低照度）は図５の（ｂ）の特性のように高周波部分を強調しないように設定するように制御する。

以上のように、絞り値が大きくて利得値が高いほど、つまり撮影環境が暗くなるほど、映像信号のカットオフ周波数を低く設定すると共に、輪郭補正を解除する。この制御を行うことで、低照度時の撮像素子３のランダムな素子ノイズを低減し、かつ輪郭補正をも制御することで高域成分を削除し、圧縮処理部１０での圧縮時の情報量を削減することができ、圧縮歪を改善することができる。

このように、撮影条件を３種類設定することにより明るい条件から暗い条件へ、逆に暗い条件から明るい条件になっても違和感のない歪のない映像が得られる。当然のことながら、撮影条件は３種類に固定する必要はない。

（実施の形態２）
実施の形態１と基本的な動作は同じであるが、条件検出部４によりガンマ特性を制御する点が異なる。ガンマ特性とは入力信号レベルと出力信号レベルの関係であり、具体的には図３の絞り値と利得値の関係、図６のガンマ特性を示した説明図を用いて行う。

条件検出部４は、図３の絞り値と利得値の関係のように、絞り値と利得値により領域ａ、領域ｂ、領域ｃの３種の撮影条件のどの領域かを検出する。そして、条件検出部４は、領域ａ時は図６のＡ−１、領域ｂ時は図６のＢ−１、領域ｃ時は図６のＣ−１のガンマ特性を設定するように、信号処理部９を制御する。

つまり撮影環境が暗くなるほど、低入力信号時の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を非線形制御する。非線形制御は、入力レベルが小さい時は、出力レベルを入力レベルより小さくなるように制御を行う。低照度時の撮像素子３が発生する素子ノイズはレベルが低く、このノイズレベルに対する感度を小さく（非線形に）してノイズレベルをほぼ一定レベルに抑えることにより、フレーム間に相関性をもたせることができる。よって、圧縮時の歪を改善することができる。

以上のように本実施の形態によれば、低照度環境下のようなＳ／Ｎの悪い映像信号の検出を光量制御部５やＡＧＣ部７の制御結果を基に検出し、その情報を基に信号処理部９にて自動的に映像信号の情報量を効率よく低減し、圧縮時の歪を改善することができる。

なお、当然のことながら本発明の実施の形態１と２を同時に導入することで更なる圧縮歪の改善が得られる。又、通常の撮像処理装置では光量制御、ＡＧＣ制御、信号処理部の制御はマイクロコンピュータで行われることが多く、このマイクロコンピュータに条件検出機能をもたせることで、本発明を簡単に導入することが可能である。

本発明にかかる撮像処理装置は、低照度環境下のようなＳ／Ｎの悪い映像信号の検出を光量制御部の絞り値情報及びＡＧＣ部の利得値情報により検出し、自動的に映像信号の情報量を効率よく低減して圧縮歪の改善を行うことができるので、使用者による撮影環境ごとでの圧縮率設定の煩わしさを回避する用途、あるいは夜間の監視カメラ用記録再生機のような低照度環境下での撮影が主となる用途にも適用可能である。

本発明の実施の形態に於ける撮像処理装置の実施方法を示したブロック図本発明の実施の形態に於ける絞り値と光量の関係を示した特性図本発明の実施の形態に於ける絞り値と利得値の関係を示した特性図本発明の実施の形態に於ける周波数特性を示した特性図本発明の実施の形態に於ける波形特性を示した波形図本発明の実施の形態に於けるガンマ特性を示した特性図

符号の説明

１レンズ
２絞り
３撮像素子
４条件検出部
５光量制御部
７ＡＧＣ部
９信号処理部
１０圧縮処理部

Claims

入射される光量を制御する光量制御手段と、前記光量制御手段からの光量により撮像し所定の処理を行い映像信号に変換して出力する撮像処理手段と、前記撮像処理手段からの映像信号を圧縮処理し記録媒体に記録可能な圧縮処理手段と、撮影環境における明るさを検出する条件検出手段を備え、前記圧縮処理手段に入力される映像信号の情報量を前記条件検出手段における検出結果に基づき制御するように構成したことを特徴とする撮像処理装置。
条件検出手段による映像信号の情報量の制御を、映像信号の周波数特性を変更するように構成したことを特徴とする請求項１記載の撮像処理装置。
条件検出手段による映像信号の情報量の制御を、映像信号のガンマ特性を変更するように構成したことを特徴とする請求項１記載の撮像処理装置。
条件検出手段による映像信号の情報量の制御を、映像信号の周波数特性とガンマ特性を変更するように構成したことを特徴とする請求項１記載の撮像処理装置。
条件検出手段は、光量制御手段の制御結果を基に映像信号の情報量を制御するように構成したことを特徴とする請求項１、２、３、４記載の撮像処理装置。
撮像処理手段に可変利得制御手段を有し、条件検出手段は前記可変利得制御手段の制御結果を基に映像信号の情報量を制御するように構成したことを特徴とする請求項１、２、３、４記載の撮像処理装置。
撮像処理手段に可変利得制御手段を有し、条件検出手段は前記可変利得制御手段の制御結果と光量制御手段の制御結果の２つを基に、映像信号の情報量を制御するように構成したことを特徴とする請求項１、２、３、４記載の撮像処理装置。