JP2007336258A - 映像信号処理装置及び映像信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 輪郭補正を施した映像信号に対して階調補正をさらに施す際に、高輝度域から低輝度域まで階調補正の階調特性に追従した適切な輪郭補正を施し、良好な映像信号を得ることを目的とする。
【解決手段】 輪郭補正手段１０５１で輪郭補正信号を生成し、ガンマ補正手段１０５２出力の映像信号に加算気１０５４で加算する。乗算器１０５３で輪郭補正信号のゲイン調整を行うために、ヒストグラム算出手段１０６０で算出したヒストグラムを基に階調特性算出手段１０７０で算出された階調特性の傾きを利用し、階調特性ゲイン算出手段１０８０で輪郭補正信号のゲイン調整を行うための制御信号を生成する。乗算器１０５３では、階調特性ゲイン算出手段１０８０出力の輪郭補正信号のゲイン調整信号を基に、階調特性の傾きに追従した輪郭補正を行う。
【選択図】図１

Description

本発明はＣＣＤ等の撮像素子を用いた映像信号処理装置の映像信号処理に関する技術分野おいて，撮像素子で撮像した映像信号をディジタル化し，そのディジタル化された映像信号を基に階調補正を行うビデオカメラ等の撮像装置に関するものである。

一般的なディジタル信号処理を用いたビデオカメラ等の階調特性はＣＲＴの発光特性を基にしたガンマ特性による階調特性が利用されているが，近年では，ディジタル信号処理技術の進展により，ガンマ特性だけでなく画像全体のヒストグラムを基にした階調補正等により，さらに階調特性を向上させる映像信号処理装置が知られている。画面のヒストグラムデータを基にした撮像装置に関しては図８にその構成を示す。（例えば，特許文献１参照）

これは，露光時間の異なる映像信号をレベル合成５にて輝度レベルに応じて合成し，合成した映像信号からヒストグラムデータ検波８にてヒストグラムデータを算出し，そのヒストグラム情報をもとにマイクロコンピュータ１０にて合成した映像信号が黒つぶれや白つぶれなく，見やすくするように階調特性を算出するとともに，画面の領域毎に階調特性を階調補正手段６の特性を制御するとともに，画面の領域毎に階調特性手段６のＡ階調補正からＢ階調補正の領域を変化させることにより階調補正を行い，階調補正後（Ａ階調補正からＢ階調補正の後）の映像信号を領域分割パルス作成９出力の領域制御信号に基づき領域合成７で合成処理し，後段のメイン信号処理１１でビデオ信号を生成するものである。

また，映像信号の輪郭補正の制御については，映像信号の信号レベルを基に制御することにより，信号レベルによらずに一定量の輪郭補正量とするように制御する輪郭補正装置が知られている。映像信号の輝度レベルを基にした輪郭補正装置に関しては図９にその構成を示す。（例えば，特許文献２参照）
これは，映像信号入力に対して，ブライトコントラスト調整回路１００でコントラスト及び輝度レベルの調整を行った後，非線形回路１１０で輝度レベルが低輝度域及び高輝度域で比較的傾きが緩やかな傾きとなる非線形特性を与え，輝度レベルが中間域では高輝度域や低輝度域より傾きを急峻にするような非線形特性を与える。次に，非線形出力の映像信号に対して輪郭信号形成回路１２０にて，輪郭補正信号を生成し，加算器１３０にて遅延回路１４０で位相調整した輪郭補正しない映像信号と輪郭信号形成回路１２０出力を加算することにより，映像信号出力の低輝度域及び高輝度域での輪郭補正量を抑え，低輝度域での輪郭強調のしすぎや高輝度域での白つぶれを緩和し，かつ輝度レベルが中間域では良好な輪郭補正が行われた映像信号を得るものであり，この際，輝度レベルに応じて非線形特性を決定することで輪郭補正量の制御を行っているものである。
特開２００１−１７７７３６号公報 特開平４−１０７７４号公報

しかし，ヒストグラム等の被写体に応じて階調補正するような階調補正装置（映像信号装置）において，ある部分は暗い部分が見えるように，そしてまた別のある部分は明るい部分が見えるように階調補正を施すように画面の領域毎に常に適応的に階調特性を変化させるような場合には，映像信号の信号レベルだけで映像信号の輪郭補正制御することは難しいという問題がある。

特に輪郭補正を施した映像信号に対して階調補正をさらに施す場合には，輪郭補正成分が階調補正の影響を受けるため，高輝度域から低輝度域まで一定量の輪郭補正を施すことが難しいという問題がある。

そこで，本発明は，画面の領域毎に常に適応的に階調特性を変化させるような場合であっても適切に輪郭補正が行える映像信号処理装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の発明は，映像信号の輪郭補正を行うための輪郭補正信号を生成する輪郭補正手段と，映像信号の階調特性を算出する階調特性算出手段と，階調特性の傾きを基に輪郭補正のゲイン量を調整する階調特性ゲイン算出手段と，階調特性ゲイン算出手段で生成された輪郭補正信号のゲイン量に応じて輪郭補正信号のゲインを調整する乗算器と，輪郭補正された映像信号に階調補正を行う階調補正手段とを設けた構成を有している。

この構成により，階調特性の傾きに追従して輪郭補正量の制御が行えるため，高輝度域から低輝度域まで輪郭補正量が適切に制御され，階調特性も良好な映像信号を得ることができる。

本発明の請求項２記載の発明は，映像信号の輪郭補正を行うための輪郭補正信号を生成する輪郭補正手段と，輪郭補正量を検出し，検出した輪郭補正量を基に輪郭補正量を制御する輪郭補正量検出手段と，映像信号の階調特性を算出する階調特性算出手段と，階調特性の傾きを基に輪郭補正のゲイン量を調整する階調特性ゲイン算出手段と，階調特性ゲイン算出手段で生成された輪郭補正信号のゲイン量と，輪郭補正量検出手段で検出した輪郭補正量を基にし，ゲイン制御信号に応じて輪郭補正信号のゲインを調整する乗算器と，輪郭補正された映像信号に階調補正を行う階調補正手段とを設けた構成を有している。

この構成により，階調特性の傾きと輪郭補正量に追従して輪郭補正量の制御が行えるため，高輝度域から低輝度域まで輪郭補正量が適切に制御され，階調特性も良好な映像信号を得ることができる。

本発明の請求項３記載の発明は，映像信号の輪郭補正を行うための輪郭補正信号を生成する輪郭補正手段と，輪郭補正量を検出し，検出した輪郭補正量を基に輪郭補正量を制御する輪郭補正量検出手段と，映像信号の階調特性を算出する階調特性算出手段と，階調特性の傾きを基に輪郭補正のゲイン量及びコアリング量を調整する階調特性ゲイン算出手段と，階調特性の傾きを基にコアリング量を制御し，輪郭補正信号に対するコアリング処理を行うコアリング処理手段と，階調特性ゲイン算出手段で生成された輪郭補正信号のゲイン量と，輪郭補正量検出手段で検出した輪郭補正量を基にし，ゲイン制御信号に応じて輪郭補正信号のゲイン量を調整する乗算器と，輪郭補正された映像信号に階調補正を行う階調補正手段とを設けた構成を有している。

この構成により，階調特性の傾きと輪郭補正量に追従して輪郭補正量の制御が行え，さらに映像信号のＳ／Ｎ劣化を低減しつつ，高輝度域から低輝度域まで輪郭補正量が適切に制御され，階調特性も良好な映像信号を得ることができる。

本発明の請求項４記載の発明は，映像信号の輪郭補正を行うための輪郭補正信号を生成するステップと，映像信号の階調特性を算出するステップと，階調特性の傾きを基に輪郭補正のゲイン量を調整するステップと，生成された輪郭補正信号のゲイン量に応じて輪郭補正信号のゲインを調整するステップと，輪郭補正された映像信号に階調補正を行うステ
ップとを設けた構成を有している。

この構成により，階調特性の傾きに追従して適切に輪郭補正量が適切に制御され，階調特性も良好な映像信号を得ることができる。

本発明は画面の領域毎に常に適応的に階調特性を変化させるような場合であっても，階調特性に追従して適切に輪郭補正が行える良好な映像信号処理装置及び方法を提供するものである。

以下，本発明の実施の形態の映像信号処理装置について図面を用いて説明する。
（第１実施形態）

図１は本発明の第１実施形態における映像信号処理装置の構成を示すブロック図である。

光を電気信号に変換する撮像素子１０１０と，撮像素子１０１０を駆動する撮像素子駆動手段１０２０と，撮像素子１０１０出力のアナログ映像信号のリセットノイズを除去するＣＤＳ回路と，ノイズ成分が除去されたアナログ映像信号が一定の信号レベルを保持するように振幅調整を行うＡＧＣ回路と，振幅調整されたアナログ映像信号に対してＡ／Ｄ変換するためにクランプする回路で構成される前処理手段１０３０と，前処理手段出力１０３０の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０４０と，Ａ／Ｄ変換器１０４０出力の映像信号に対して輝度レベルに応じたヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段１０６０と，ヒストグラム算出手段１０６０にて生成されたヒストグラム情を基に階調特性を算出する階調特性算出手段１０７０と，階調特性算出手段１０７０にて生成された階調特性を基に隣接する階調との差分から階調特性の傾きを算出し，階調特性の傾きを基に輪郭補正量のゲイン量を制御するため輪郭補正ゲイン信号を生成する階調特性ゲイン生成手段１０８０と，Ａ／Ｄ変換器１０４０出力の映像信号に対して，例えばＺ変換式で数式１のように示されるディジタルフィルターにより輪郭補正処理を行う輪郭補正手段１０５１と，ガンマ補正を行うガンマ補正手段１０５２と，階調特性傾き算出手段１０８０出力の階調特性の傾きを基に輪郭補正手段１０５１出力の輪郭補正量のゲインを制御する乗算器１０５３と，Ａ／Ｄ変換器１０４０出力の映像信号に対してＣＲＴ等の表示装置の階調特性に応じたガンマ補正を行うガンマ補正手段１０５２と，ガンマ補正手段１０５２出力の映像信号に対して，乗算器１０５３出力の輪郭補正信号を加算する加算器１０５４により，構成される輝度信号処理手段１０５０と，加算器１０５４出力のガンマ補正及び輪郭補正された映像信号に階調補正を行う階調補正手段１０９０とから構成される。

・・・（１）

例えば，図２Ａに示すような照度差の大きな被写体が混在するような被写体の場合，ヒストグラム算出手段１０６０で画面のヒストグラムを算出すると図２Ｂに示すように，高輝度域と低輝度域に度数が偏ったヒストグラムになりやすい傾向がある。このようなヒストグラムを基に暗い部分の被写体や明るい部分の被写体を見やすくするように階調特性を作成すると図２Ｃに示すように，高輝度域，低輝度域の階調特性は傾きを急峻なものとし
，中間の輝度レベルの階調特性は高輝度域や低輝度域に比べて，フラットな傾きの階調特性とする。

図２Ａに示すような画像に輪郭補正を付加した後に図２Ｃに示す階調特性を用いて階調補正を行うと，図２ＡのＡ,Ａ’間での階調補正後の輪郭補正量は，領域１，３に比べ領域２の階調補正量は図２Ｂの階調特性の影響により，少ないものとなってしまう。

そこで，階調特性ゲイン生成手段１０８０において階調特性算出手段１０７０出力の階調特性の傾きを図２Ｄのように生成し，この傾きを基に図２Ｅに示すように階調特性の傾きが大きいほど輪郭補正ゲインを下げるような特性をもつ輪郭補正ゲイン信号を生成し，輪郭補正手段１０５１出力の輪郭補正量を制御する乗算器１０５３に出力する。

乗算器１０５３では，階調特性ゲイン生成手段１０８０からの輪郭補正ゲイン信号を基に，輪郭補正手段１０５１出力の輪郭補正量のゲインを制御し，適切に制御した輪郭補正信号を加算器１０５４に出力する。

加算器１０５４では，ガンマ補正手段１０５２からのガンマ補正された映像信号に対して，乗算器１０５３出力の適切に輪郭補正量を制御した輪郭補正信号をガンマ補正された映像信号に加算する。

階調補正手段１０９０では，加算器１０５４出力の輪郭補正及びガンマ補正された映像信号に対して階調特性算出手段１０７０出力の階調特性に基づき階調補正を行う。階調補正手段１０９０では輪郭補正成分を含んだ映像信号を階調補正するが，階調特性算出手段１０７０で算出する階調特性を考慮した上での輪郭補正制御が行えるため，図２Ｆに示すように適切に輪郭補正された上でかつ良好な階調補正が行われた映像信号とすることができる。
（第２実施形態）

図３は本発明の第２実施形態における映像信号処理装置の構成を示すブロック図である。

図１に示した第１実施形態に示す映像信号処理装置における輝度信号処理手段１０５０に輪郭補正量検出手段１０５５を設け，輪郭補正量を考慮しつつ階調特性に応じた輪郭補正ゲイン制御が行えるように乗算器１０５３へのゲイン制御信号として，階調特性ゲイン生成手段１０８０だけでなく，輪郭補正量検出手段１０５５出力も入力できるようにして，階調特性だけでなく，もともとの輪郭補正量に追従した輪郭補正ゲイン制御が行えるように構成したものである。

その他，図１に示した映像信号処理装置と同じ名称，同じ番号の構成手段は同等の機能を有するものとする。

この場合，輪郭補正検出手段１０５５において図４に示すように輪郭補正手段１０５１で生成した輪郭補正信号の輪郭補正量が，輪郭補正量をゲインダウンさせるか否かの判断基準とするしきい値αを超えている場合には，輪郭補正量をゲインダウンさせるように，輪郭補正量検出手段１０５５出力を制御する。

例えば，図４に示すように輪郭補正手段１０５１出力の輪郭補正信号がしきい値αを超えた輪郭補正信号についてはゲインを０．７倍とし，しきい値αを超えない輪郭補正信号についてはゲインを１．０倍として，乗算器１０５３へ出力する。これにより，階調補正を施す前段で輪郭補正量の制御ができるため傾きが急峻な階調補正時に，階調補正成分が
階調補正の影響で増幅されてしまうことによる違和感や，低輝度域でノイズ成分を含んだ映像信号に輪郭補正成分が付加される場合に低輝度域で急峻な階調補正特性などの影響でＳ／Ｎが劣化することを改善することができる。よって輪郭補正が適切に行われ，良好な階調補正が施された映像信号とすることができる。
（第３実施形態）

図５は本発明の第３実施形態における映像信号処理装置の構成を示すブロック図である。

図３に示した第１実施形態に示す映像信号処理装置における輝度信号処理手段１０５０に，コアリング手段１０５６を設け，階調特性ゲイン生成手段１０８０で生成した階調特性の傾きに応じた輪郭補正ゲイン信号を基にコアリング手段１０５６を制御できるようにし，乗算器１０５３にはコアリング手段１０５６出力の輪郭補正信号が入力されるように構成したものである。

その他，図３に示した映像信号処理装置と同じ名称，同じ番号の構成手段は同等の機能を有するものとする。

図６Ａのように輪郭補正手段１０５１出力の輪郭補正信号がノイズ成分を含んでいる場合には，後段の階調特性補正手段１０９０で階調補正を行うと階調特性によってはノイズ成分が強調されてしまい，Ｓ/Ｎが劣化する可能性がある。そこで図６Ｂに示すように，コアリングしきい値β以内のノイズ成分を含む輪郭補正信号をカット（削除）することにより，輪郭補正信号に含まれるノイズ成分の影響を低減する。

この際，コアリングしきい値βを大きくすると輪郭補正信号そのものが小さくなってしまい，輪郭補正効果を低下させてしまうため，コアリングしきい値βは適切に制御する必要がある。

そこで，階調特性ゲイン生成手段１０８０出力の輪郭補正ゲイン信号を基にコアリング手段１０５６でのコアリング処理におけるコアリングしきい値βを図６Ｃのように制御する。

階調特性ゲイン生成手段１０８０出力の輪郭補正ゲイン信号の信号レベルが小さいほど，階調補正１０９０での階調補正の傾きが大きいことを示し，階調特性ゲイン生成手段１０８０出力の輪郭補正ゲイン信号の信号レベルが大きいほど階調補正１０９０での階調補正の傾きが比較的小さいことを示すことになる。

また，階調特性ゲイン生成手段１０８０出力の階調補正の傾きが大きいほど階調補正手段１０９０ではゲインアップされ，輪郭補正成分も増幅されやすく，
階調特性ゲイン生成手段１０８０出力の輪郭補正ゲイン信号の信号レベルが小さいほどゲインアップされず，最終段の階調補正手段１０９０で輪郭補正成分は増幅されにくいためこの特性を利用してコアリングしきい値βを制御する。

例えば，コアリングしきい値βは，図６Ｃのように階調特性ゲイン生成手段１０８０出力の輪郭補正ゲイン信号の信号レベルが小さいほど輪郭補正に追従して大きくなるノイズ成分を低減するため，コアリングしきい値を大きくするようにコアリング量を制御する。

このコアリングしきい値βの制御により，コアリング手段１０５６で輪郭補正手段１０５１出力のノイズ成分を含んだ輪郭補正信号は，コアリング手段１０５６で適切にコアリング処理されるため，輪郭補正手段１０５１出力の輪郭補正信号のノイズ低減を図ること
ができる。

これにより，図６Ｄのようにノイズ成分が低減された良好な輪郭補正信号とすることができるため，後段の階調補正手段１０９０で階調補正を行っても，輪郭補正が適切に行なわれた階調特性の良好な映像信号とすることができる。
（第４実施形態）

図７は本発明の第４実施形態における映像信号処理装置の構成を示すブロック図である。

図５に示した第３実施形態の映像信号処理装置に画像処理装置１１００を設けたものである。この場合，画像処理手段１１００ではＳ／Ｎ劣化の少ない輪郭補正が適切に行なわれた階調特性の良好な映像信号基に，画像認識などの画像処理を行うことができる。よって精度の高い誤検出の少ない画像処理装置とすることができる。

以上のように，本発明に関わる映像信号処理装置は，階調特性の傾きに応じて輪郭補正量を制御することにより，階調特性の良好な映像信号とすることができるという効果を有し，ＣＣＤ，ＣＭＯＳセンサー等の撮像素子を用いて映像信号をディジタル化し，それを基に階調特性を改善するようなビデオカメラ等の撮像装置に関して，低輝度域の映像信号をモニターする機会が多くかつ低輝度域で階調特性が急峻になりやすい監視カメラ等の映像監視を目的とする映像機器にとって有用である。

第１実施形態の映像信号処理装置を示す説明図 照度差の大きな被写体及び輪郭補正量を示す説明図 照度差の大きな被写体における輝度分布を示すヒストグラムの例として、ヒストグラム算出手段１０６０の出力結果を示すグラフ ヒストグラムを基にした階調特性の例として階調特性算出手段１０７０の出力結果を示すグラフ 階調特性の傾きを示すグラフ 階調特性ゲイン算出手段１０８０の出力結果の輪郭補正ゲインを示すグラフ 階調特性の傾きを基にした輪郭補正ゲイン制御により，輪郭補正が良好に行なわれた階調補正手段１０９０の出力結果を示すグラフ 第２実施形態の映像信号処理装置を示す説明図 輪郭補正量検出手段１０５５の出力結果の輪郭補正量制御のためのゲイン特性を示すグラフ 第３実施形態の映像信号処理装置を示す説明図 ノイズ成分を含む輪郭補正信号を示す説明図 コアリング手段１０５６におけるコアリング処理の特性を示すグラフ コアリング手段１０５６におけるコアリングしきい値の特性を示すグラフ ノイズ成分を含む輪郭補正信号のノイズ成分がコアリング手段１０５６により改善された様子を示す説明図 実施の形態４の画像処理装置を示す説明図 従来の輪郭補正を含む映像信号処理装置の構成を示す説明図 従来の輪郭補正を含む映像信号処理装置の構成を示す説明図

符号の説明

１ 撮像素子
２ 前処理
３ Ａ/Ｄ（Ａ/Ｄコンバータ）
４ 時間軸変換
５ レベル合成
６ 階調補正（Ａ階調補正，Ｂ階調補正，Ｃ階調補正，Ｄ階調補正）
７ 領域合成
８ ヒストグラムデータ検波
９ 領域分割パルス作成
１０ マイクロコンピュータ（階調特性算出用）
１１ メイン信号処理
１００マイクロコンピュータ（階調特性算出用）
１１０ 非線形回路
１２０ 輪郭信号形成回路
１３０ 加算回路
１４０ 遅延回路
１０１０ 撮像素子
１０２０ 撮像素子駆動手段
１０３０ 前処理手段
１０４０ Ａ／Ｄ変換器
１０５０ 輝度信号処理手段
１０５１ 輪郭補正手段
１０５２ ガンマ補正手段
１０５３ 乗算器
１０５４ 加算器
１０５５ 輪郭補正量検出手段
１０５６ コアリング手段
１０７０ 階調補正算出手段
１０８０ 階調特性ゲイン生成手段
１０９０ 階調補正手段
１１００ 画像処理手段

Claims (4)

1. 映像信号の輪郭補正を行うための輪郭補正信号を生成する輪郭補正手段と，
   映像信号の階調特性を算出する階調特性算出手段と，
   階調特性の傾きを基に輪郭補正のゲイン量を調整する階調特性ゲイン算出手段と，
   階調特性ゲイン算出手段で生成された輪郭補正信号のゲイン量に応じて輪郭補正信号のゲインを調整する乗算器と，
   輪郭補正された映像信号に階調補正を行う階調補正手段と，
   を設けたことを特徴とする映像信号処理装置。
2. 映像信号の輪郭補正を行うための輪郭補正信号を生成する輪郭補正手段と，
   輪郭補正量を検出し，検出した輪郭補正量を基に輪郭補正量を制御する輪郭補正量検出手段と，
   映像信号の階調特性を算出する階調特性算出手段と，
   階調特性の傾きを基に輪郭補正のゲイン量を調整する階調特性ゲイン算出手段と，
   階調特性ゲイン算出手段で生成された輪郭補正信号のゲイン量と，
   輪郭補正量検出手段で検出した輪郭補正量を基にし，ゲイン制御信号に応じて輪郭補正信号のゲインを調整する乗算器と，
   輪郭補正された映像信号に階調補正を行う階調補正手段と，
   を設けたことを特徴する映像信号処理装置。
3. 映像信号の輪郭補正を行うための輪郭補正信号を生成する輪郭補正手段と，
   輪郭補正量を検出し，検出した輪郭補正量を基に輪郭補正量を制御する輪郭補正量検出手段と，
   映像信号の階調特性を算出する階調特性算出手段と，
   階調特性の傾きを基に輪郭補正のゲイン量及びコアリング量を調整する階調特性ゲイン算出手段と，
   階調特性の傾きを基にコアリング量を制御し，輪郭補正信号に対するコアリング処理を行うコアリング処理手段と，
   階調特性ゲイン算出手段で生成された輪郭補正信号のゲイン量と，
   輪郭補正量検出手段で検出した輪郭補正量を基にし，ゲイン制御信号に応じて輪郭補正信号のゲイン量を調整する乗算器と，
   輪郭補正された映像信号に階調補正を行う階調補正手段と
   を設けたことを特徴とする映像信号処装置。
4. 映像信号の輪郭補正を行うための輪郭補正信号を生成するステップと，
   映像信号の階調特性を算出するステップと，
   階調特性の傾きを基に輪郭補正のゲイン量を調整するステップと，
   生成された輪郭補正信号のゲイン量に応じて輪郭補正信号のゲインを調整するステップと，
   輪郭補正された映像信号に階調補正を行うステップと，
   を設けたことを特徴とする映像信号処理装置。
   

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