JP2006211095A - 高圧縮圧縮回路 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｒ、Ｇ，Ｂ信号の中で最大レベルの色信号にニー圧縮を行い、その圧縮率を他の色信号に乗算してＲＧＢ各色信号の比率を維持する高輝度圧縮回路において、入力信号のレベルが増大しても彩度が圧縮されず、色成分だけが残ったような視覚的に不自然な画像となる、また、彩度が高い画像においては、輝度レベルが低い状態で飽和してしまうという課題解決を図る。
【解決手段】Ｒ、Ｇ，Ｂ信号を各色独立にニー圧縮を行った信号と、最大レベルの色信号にニー圧縮を行いその圧縮率を他の色信号に乗算して各色信号の比率を維持した信号を、最大レベルの色信号の関数である重み係数で重み付け加算を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオカメラの高輝度圧縮回路に関するものである。

３板式のビデオカメラでは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色用にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の固体撮像素子を備えており、そのダイナミックレンジは通常６００％程度までリニアな特性を有している。しかし、ビデオカメラの出力信号においては、その最大レベルは例えば１１０％程度に制限されており、この最大レベル以上の撮像信号については、後続の機器に伝送することができない。ここで、撮像信号を上記最大レベルで単純にクリップして出力すると、この最大レベル以上の階調は表現できない。すなわち、被写体の明るい部分では、いわゆる「つぶれた」画像になってしまう。そこで、このような高輝度部の階調を表現するために、通常ビデオカメラにはニー圧縮回路と呼ばれる高輝度圧縮回路が設けられている。

この高輝度圧縮回路の入出力特性を図２に示す。ここでは、所定のレベル以上の撮像信号に対して、その特性の傾きを小さくするような圧縮処理を行う。なお、この所定のレベルＫｐはニーポイントと呼び、そのレベルは上記最大レベル以下であり、通常は各色用の撮像信号に対して共通レベルとする。また、上記傾きをニースロープと呼び、やはり通常は、各色用の撮像信号に対して共通の傾きとする。

この高輝度圧縮回路により、ニーポイント以上の撮像信号は圧縮されながらも、階調を表現することができ、画面中の明るい部分も最大レベルで飽和して「つぶれる」ことなく、その画像を表現することができる。

しかしながら、従来の高輝度圧縮回路では、ＲＧＢの各色用の撮像信号に対して、それぞれ別個にニー圧縮処理を行っているため、ニー圧縮処理の前後でＲＧＢ各撮像信号の比率に変化を生じる。すなわち、有色の被写体においては、まずレベルの大きい色信号から順番にニー圧縮が始まり、十分明るい部分では、ＲＧＢ各色信号の全てに圧縮が行われ、ＲＧＢ各撮像信号の差が縮小し、白色に近づく。

画像の十分明るい部分において、有色の画像が白色に近づく、すなわち彩度を落としていく処理は、視覚的にも自然である。しかし、上記ニー圧縮では、信号レベルの高い色信号からニー圧縮がかかるため、彩度が圧縮される過程で色相が変化してしまう。例えば、肌色の部分では、明るくなるに従って黄色くなりながら白色に変化していく。

上記課題を解決する手段として、例えば特許文献１や特許文献２に記載された技術がある。これらの技術について図３の特性図および、図８の構成図を用いて説明する。

図８において、１はニー圧縮部、２はセレクタ、３はＲ、Ｇ、Ｂ信号のレベルを判定するレベル判定部、４はセレクタ、６は圧縮係数を演算する圧縮係数演算部、７，８は乗算器、９はセレクタである。

先ず、本回路の入力信号Ｒｉｎ、Ｇｉｎ、Ｂｉｎは、上記したニーポイントＫｐ以上の圧縮を行うニー圧縮部１に入力されると同時に、レベル判定部３にも入力される。レベル判定部では、入力された３信号Ｒｉｎ、Ｇｉｎ、Ｂｉｎのレベルを比較し、３信号のレベルの大小を判定する。例えば、図３の破線で示す信号が入力されたとすると、被写体の明るさによらず常にＲ、Ｇ、Ｂの順となる。

セレクタ２にはＲｉｎ、Ｇｉｎ、Ｂｉｎが入力され、レベル判定部により判定された順序に基づいて、最大レベル信号ＭＡＸ０、中間レベル信号ＭＩＤ０、最小レベル信号ＭＩＮ０を出力する。入力信号が図３の破線で示すような信号の場合、ＭＡＸ０はＲｉｎ、ＭＩＤ０はＧｉｎ、ＭＩＮ０はＢｉｎとなる。

また、セレクタ４では、レベル判定部により最大レベルを持つチャンネルと判断されたチャンネルをＭＡＸ１として出力する。図３の場合は、Ｒチャンネルが選択される。

圧縮係数演算部６では、上記した２信号ＭＡＸ０とＭＡＸ１の除算が行われ、圧縮係数Ｋが次式で求められる。
Ｋ＝ＭＡＸ１／ＭＡＸ０ （式１）
乗算器７では、セレクタ２の出力ＭＩＤ０と圧縮係数Ｋの乗算が行われ、乗算器８では、セレクタ２の出力ＭＩＮ０と圧縮係数Ｋの乗算が行われる。セレクタ９は、ＭＡＸ１、ＭＩＤ０×Ｋ、ＭＩＮ０×Ｋをレベル判定部で判定された情報に基づき、Ｒｏｕｔ、Ｇｏｕｔ、Ｂｏｕｔに割り当てる。図３の場合には、ＲｏｕｔにＭＡＸ１を、ＧｏｕｔにＭＩＤ０×Ｋを、ＢｏｕｔにＭＩＮ０×Ｋを割り当てる。これにより、図３に示す実線の特性が得られることになる。最大レベルの色信号のニー圧縮による変化の割合を他の色信号にも乗じるため、ＲＧＢ各色信号の比率を維持することができ、色相を保存することが可能となる。
特開平７−２８８８３８号公報 特開平８−８８８６３号公報

ところが、上記従来の構成では、最大レベルの色信号にニー圧縮を行った際に、他の色信号も等しい圧縮率を乗算し、ＲＧＢ各色信号の比率を維持するものであるため、色相の変化はないものの、たとえ入力信号のレベルが増大しても彩度が圧縮されず、色成分だけが残ったような視覚的に不自然な画像となってしまう。また、彩度が高い画像においては、輝度レベルが低い状態で飽和してしまう。

本発明は、上記の従来の課題を解決するもので、輝度が高くなるにつれて、色相の保存割合を低くすることで、より自然な画像を得ることが可能な、また、保存割合を調整できる高輝度圧縮回路を実現することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、
Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の画像色信号に対し、各色独立に任意のレベル以上の信号を圧縮するニー圧縮部と、前記３原色信号のレベル判定を行うレベル判定部と、前記３原色信号の最大レベルを持つ色信号のニー圧縮前の信号と、ニー圧縮後の信号から圧縮係数を演算する圧縮係数演算部と、前記最大レベルの色信号以外の色信号に前記圧縮係数を乗じる第１の乗算器および、第２の乗算器と、前記最大レベルを持つ色信号の関数である重み係数を生成する重み係数演算部と、前記ニー圧縮部の出力信号と前記圧縮係数を用いて３色信号の比率を保った信号の重み付け加算を行う重み付け演算部と、から構成され、前記重み付け演算部での重み付け加算の割合は前記重み係数で決定されることを特徴とする高輝度圧縮回路としたものであり、高輝度を圧縮する際に、色成分だけが残ったような視覚的に不自然な画像となってしまうことを、また、彩度が高い画像においては輝度レベルが低い状態で飽和してしまうということを防ぎ、より自然な画像を得るという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、前記重み係数演算部は、前記最大レベルの色信号と外部より供給される任意の第１の定数との比較を行う比較器と、前記最大レベルの色信号と前記第１の定数との減算を行う第１の減算器と、前記減算器の出力と外部より供給される任意の第２の定数との乗算を行う乗算器と、前記乗算器と１との減算を行う第２の減算器と、前記第２の減算器出力の負信号をクリップするクリップ回路と、前記比較器の出力により前記クリップ回路の出力と１の選択を行うセレクタと、から構成されることを特徴とする請求項第１記載の高輝度圧縮回路としたものであり、外部から与えるパラメータにより色相の保存割合の調整を行うことができるという作用を有する。

以上のように本発明は、輝度が高くなるにつれて色相の保存割合を低くすることでより自然な画像を得る、また、保存割合を調整できるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明するが、従来例と重複する部分は説明を省略する。

（実施の形態）
図１は、本発明の構成図であります。

図１において、１はニー圧縮部、２はセレクタ、３はＲ、Ｇ、Ｂ信号のレベル判定を行うレベル判定部、４はセレクタ、５は重み係数演算部、６は圧縮係数を演算する圧縮係数演算部、７，８は乗算器、９はセレクタ、１０は重み付け演算部である。

まず、ニー圧縮部１において、入力された３信号Ｒｉｎ、Ｇｉｎ、Ｂｉｎに対して、各チャンネル独立にニー圧縮処理が施され、Ｒｋｎ、Ｇｋｎ、Ｂｋｎが得られる。ここで、Ｒｋｎ、Ｇｋｎ、Ｂｋｎは、上記従来例で示した各チャンネルに独立にニー圧縮を行ったものであり、図２の実線に示す特性となる。

また、図１において、破線で囲んだ回路１１は、上記説明を行った従来例の回路である。よって、従来回路１１から出力される信号Ｒｋ、Ｇｋ、Ｂｋは、従来例と同様に、最大レベルの色信号にニー圧縮を行い、他の色信号に等しい圧縮率を乗算し、ＲＧＢ各色信号の比率を維持したものとなり、図３の実線で示す特性となる。セレクタ２の出力ＭＡＸ０は、重み係数演算部５にも入力されている。

ここで、重み係数演算部５について、図４、図６を用いて説明する。図６は、重み係数演算部の一構成例を示したものであり、１２は減算器、１３は乗算器、１４は比較器、１５は減算器、１６は負信号をクリップするアンダークリップ回路、１７はセレクタである。

まず、減算器１２においてＭＡＸ０からニーポイントＫｐを減算する。その後、乗算器１３において、ここでは図示しないマイコン等で設定される値ＳＬｗとの乗算が行われ、その後、減算器１５において１からの減算が行われ、その後、アンダークリップ回路１６で負の信号は０にクリップされる。また、比較器１４は、入力信号ＭＡＸ０とニーポイントＫｐとの比較を行い、ＭＡＸ０がＫｐより小さい場合にはセレクタ１７の出力を１に、それ以外には上記計算結果を出力するように制御を行う。

よって、出力Ｍ（０≦Ｍ≦１）は次式で表される。
Ｍ＝１（ＭＡＸ０≦Ｋｐ） （式２）
Ｍ＝１−ＳＬｗ×（ＭＡＸ０−Ｋｐ）（ＭＡＸ０＞Ｋｐ） （式３）
図４は、（式２）、（式３）を示す特性であり、図に示すように与えるＳＬｗにより出力Ｍが変化することになる。

図７に重み付け演算部１０の一構成例を示す。ここではＲチャンネルのみの説明を行うが、Ｇチャンネル、Ｂチャンネルも同様である。図７において、１８、２０は乗算器、１９は加算器、２１は減算器である。

乗算器１８ではＲｋと係数Ｍの乗算が行われ、乗算器２０では、Ｒｋｎと減算器２１で１との減算が行われた結果である（１−Ｍ）との乗算が行われ、その両信号が加算器１９で加算されＲｏｕｔが出力される。よって、Ｒｏｕｔは次式で表される。
Ｒｏｕｔ＝Ｍ×Ｒｋ＋（１−Ｍ）×Ｒｋｎ （式４）
同様に
Ｇｏｕｔ＝Ｍ×Ｇｋ＋（１−Ｍ）×Ｇｋｎ （式５）
Ｂｏｕｔ＝Ｍ×Ｂｋ＋（１−Ｍ）×Ｂｋｎ （式６）
つまり、本実施の形態における特性は図５の実線で示す特性となり、図２の実線で示す特性と図３の実線で示す特性をある割合で加算した特性となる。重み係数Ｍが１に近い値をとる程、図３の特性を持つ色相を保存した信号Ｒｋ、Ｇｋ、Ｂｋの割合が増加し、逆にＭが０に近い値をとる程、図２の特性を持つ各チャンネル独立にニー圧縮を施した信号Ｒｋｎ、Ｇｋｎ、Ｂｋｎの割合が増加することになる。

つまり、カメラの絞りを徐々に開いて、最大レベルを持つチャンネルのレベルがニーポイントＫｐを超えた付近では、色相を保存した信号が出力され、更にカメラの絞りを開き、レベルがＫｐから離れて高くなるに連れ、色相の保存割合が少なくなり、映像が白く飛んでいくことになる。また、ＳＬｗによりその保存割合を調整できる。

なお、本実施の形態における係数Ｍは、図４に示す特性でなくても良く、他の特性をであってもようことは言うまでもない。

本発明にかかる高輝度圧縮処理回路は、輝度が高くなるにつれて色相の保存割合を低くすることでより自然な画像を得る、また保存割合を調整できるという効果を有し、ビデオカメラの高輝度圧縮回路等として有用である。

本発明の実施の形態における高輝度圧縮回路の構成図 従来の各色成分にニー圧縮処理を施した場合の特性図 従来の色相を保存してニー圧縮処理を施した場合の特性図 本発明の実施の形態における重み係数演算部の特性図 本発明の実施の形態における高輝度圧縮処理の特性図 本発明の実施の形態における重み係数演算部の構成図 本発明の実施の形態における重み付け演算部の構成図 従来の高輝度圧縮回路の構成図

符号の説明

１ ニー圧縮部
２ セレクタ
３ レベル判定部
４ セレクタ
５ 重み係数演算部
６ 圧縮係数演算部
７ 乗算器
８ 乗算器
９ セレクタ
１０ 重み付け演算部
１１ 従来の高輝度圧縮回路
１２ 減算器
１３ 乗算器
１４ 比較器
１５ 減算器
１６ クリップ回路
１７ セレクタ
１８ 乗算器
１９ 加算器
２０ 乗算器
２１ 減算器

Claims (2)

1. Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の画像色信号に対し、各色独立に任意のレベル以上の信号を圧縮するニー圧縮部と、
   前記３原色信号のレベル判定を行うレベル判定部と、
   前記３原色信号の最大レベルを持つ色信号のニー圧縮前の信号と、ニー圧縮後の信号から圧縮係数を演算する圧縮係数演算部と、
   前記最大レベルの色信号以外の色信号に前記圧縮係数を乗じる第１の乗算器および、第２の乗算器と、
   前記最大レベルを持つ色信号の関数である重み係数を生成する重み係数演算部と、
   前記ニー圧縮部の出力信号と前記圧縮係数を用いて３色信号の比率を保った信号の重み付け加算を行う重み付け演算部と、
   から構成され、前記重み付け演算部での重み付け加算の割合は前記重み係数で決定されることを特徴とする高輝度圧縮回路
2. 前記重み係数演算部は、
   前記最大レベルの色信号と外部より供給される任意の第１の定数との比較を行う比較器と、
   前記最大レベルの色信号と前記第１の定数との減算を行う第１の減算器と、
   前記減算器の出力と外部より供給される任意の第２の定数との乗算を行う乗算器と、
   前記乗算器と１との減算を行う第２の減算器と、
   前記第２の減算器出力の負信号をクリップするクリップ回路と、
   前記比較器の出力により前記クリップ回路の出力と１の選択を行うセレクタと、
   から構成されることを特徴とする請求項第１記載の高輝度圧縮回路
   
   

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