JP2583325B2 - 階調補正回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、テレビカメラから得られるビデオ信号の階
調補正技術、特にビデオ信号中の輝度信号の階調を自動
的に適正に補正する回路に関するものである。

（従来の技術） 最近のテレビモニタは、映像信号に対する輝度変換特
性が変化してきた。すなわち、従来のテレビモニタのγ
の値は2.2であったが、最近のテレビモニタのγ値は2.8
と大きくなる傾向にある。これは、視覚的には、テレビ
モニタを見たときに画面の暗い部分の階調特性が悪くな
る現象として現れる。この現象を改善する方法として輝
度信号の低レベル部分のみの利得を大きくして階調を補
正する技術が提案されている。従来の階調補正回路とし
ては、例えば特開昭60−214692号公報に記載されている
ものがある。この従来の階調補正回路は、テレビカメラ
から出力されるビデオ信号中の輝度信号を、ニー回路と
呼ばれる非線形回路に通して、輝度信号の黒レベルに近
い側の階調変化を強調し、このように強調した信号と元
の輝度信号との差を階調補正信号として求め、この階調
補正信号を元の輝度信号に加えるようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の階調補正回路においては、輝度信号全
体を非線形回路に通して黒レベルに近い側の階調を強調
するようにしているので、高レベル部分にまでその影響
が及び、結果的に高レベル部分のコントラストが減少し
てしまうと云う欠点があった。また、輝度信号の低レベ
ル部分の補正量を増加させると、黒レベルが持ち上がっ
てしまいそれに比例して高レベル部分のコントラストが
減少すると云う欠点もあった。したがって、低レベルの
映像成分がない被写体を撮像する場合、画面全体が白っ
ぽくなってしまい、画質が劣化してしまう欠点があっ
た。

このような欠点を解消するために、従来の階調補正回
路においては、階調補正信号を増幅する利得制御アンプ
を手動により制御できるものとし、撮像している画像を
絶えず監視して階調補正が必要か否かをチェックし、階
調補正によって画質が劣化してしまうような場合には、
階調補正信号の利得を零とするように制御する必要があ
った。このような手動操作を行わなければならないの
は、使用者に負担をかけることになるとともに手元に適
当なモニタがない場合には利得制御アンプを適切に制御
することができず、操作ミスによる画像の乱れが発生す
る恐れがあった。

さらに、従来技術においては、階調補正信号は常に正
極性として元の輝度信号に加えて低レベル部分の階調を
強調するようにしているが、画面の内容や演出効果によ
っては、黒レベル近傍の階調を減少させるほうが望まし
い場合もあることを確かめたが、従来の階調補正技術で
はこれに対応することができず、したがって演出効果を
十分に発揮できないものであった。

本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、階調
補正が高レベル部分にまで影響せず、したがって低レベ
ル部分がない画面でも画面全体が白っぽくなることがな
いとともに撮像している画像を監視して階調補正をオフ
するような手動操作を必要とすることなく常に良好な階
調補正を行うことができる自動階調補正回路を提供しよ
うとするものである。

本発明の目的はさらに、画面の内容や演出効果に応じ
て画面中の暗い部分の階調を下げ、相対的に明るい部分
の階調をあげるような階調補正を行うことができるよう
にした自動階調補正回路を提供しようとするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明の階調補正回路は、撮像素子から出力されるビ
デオ信号の処理回路系における輝度信号を、白レベルよ
りも低い値に設定された上限値および黒レベルよりも高
い値に設定された下限値でクリップしてこれら上限値と
下限値との間の輝度信号部分を抽出する手段と、上限値
および下限値でクリップされた輝度信号部分の黒レベル
に近い側の階調変化を強調する非線形処理手段と、非線
形処理した信号と、上限値および下限値でクリップされ
た輝度信号との差を求めて階調補正信号を出力する手段
と、この階調補正信号を元の輝度信号に加える手段とを
具えることを特徴とするものである。

このような本発明の階調補正回路では、輝度信号全体
に対して階調補正を行わず、白レベルよりも低い上限値
と黒レベルよりも高い下限値との中間のレベルの輝度信
号部分を抽出し、これから階調補正信号を作成するよう
にしているので、高レベル部分に影響を及ぼすことなく
階調補正を行なうことができ、したがって画質が劣化す
るのを有効に防ぐことができる。

本発明の好適実施例においては、前記輝度信号を上限
値および下限値でクリップする手段に、輝度信号の黒レ
ベルを検出する黒レベルピークホールド回路と、このピ
ークホールドした黒レベルに比例して決定される下限値
で輝度信号をクリップするロアークリッパとを設ける。
このように構成すると、下限値は黒レベルに比例して変
化するようになり、したがって階調補正信号も黒レベル
に応じて変化するものとなり、低レベル信号が少ない画
面、例えば全体的に霧がかかったような画面のように全
体的にコントラストの差が少ない画面の場合でも、画面
が白っぽくなるのを有効に防ぐことができる。

本発明の他の好適実施例においては、前記階調補正信
号を元の輝度信号に加える手段に、前記階調補正信号の
利得を制御するとともにその極性を制御することができ
る利得制御器と、この利得制御器で利得および極性が制
御された階調補正信号を元の輝度信号に加える混合器と
を設ける。このように構成すると、例えば輝度信号の低
レベル部分の階調を下げることによって、画面中の明る
い部分を相対的に強調し、背景を暗くすることができ、
演出効果を一層上げることができる。

（実施例） 第１図は本発明の階調補正回路の一実施例の構成を示
すブロック図である。図示していないテレビカメラから
出力される輝度信号Ｙを入力端子１で受け、これを増幅
器２で所定のレベルに増幅する。増幅した輝度信号を次
にアッパーリミッタ３に供給し、さらにロアーリミッタ
４に供給し、予め定めた上限値および下限値の中間の部
分を取り出す。

第２図はこれらアッパーリミッタ３およびロアーリミ
ッタ４によって輝度信号Ｙの、上限値Ｕおよび下限値Ｌ
の中間のレベルを抽出する動作を示すものである。本発
明では、これらの上限値Ｕおよび下限値Ｌは任意である
が、実験的に適切な値に設定することができる。なお、
第２図の輝度信号Ｙは、第２図の右上隅に示すように両
端に真っ黒および真っ白なストライプを有し、これらの
ストライプの間では明るさが連続的に変化するようなテ
ストパターンを撮像して得られるものを１フィールド期
間に亘って示したものである。

第１図に示す実施例においては、増幅器２から出力さ
れる輝度信号を黒レベルピークホールド回路５にも供給
し、輝度信号に含まれている黒レベルをカメラブランキ
ング信号によって検出し、この検出した黒レベルの大き
さに応じてロアーリミッタ４における下限値Ｌを調整す
るようにする。すなわち、検出した黒レベルの150％程
度のレベルを下限値Ｌとして設定するようにする。ま
た、黒レベルピークホールド回路５におけるピークホー
ルドの時定数を適切に選択して、下限値が過度に変動し
ないようにする。実験の結果、この時定数は例えば、50
H（Ｈは１ライン周期）程度以上とすることによって良
好な結果を得ることができることを確かめた。本実施例
では、このように下限値Ｌのレベルを輝度信号の黒レベ
ルに対応して設定するようにしたため、輝度信号のレベ
ルに応じた最適の階調補正を自動的に行うことができ
る。

上述したようにして、上限値Ｕおよび下限値Ｌの間の
輝度信号部分を抽出し、これを非線形回路６に供給し
て、第３図に示すように黒レベルに近い信号成分が大き
くなるように増幅する。なお、第３図において、破線は
ロアーリミッタ４から出力される元のクリップされた輝
度信号を示すものである。このようにして非線形処理を
施した輝度信号を減算器７の非反転入力端子に供給する
とともにその反転入力端子には非線形回路６に通す前の
クリップされた輝度信号を供給し、第４図に示すように
これらの差を階調補正信号Ｃとして取り出す。

第１図に示すように、減算器７から出力される階調補
正信号Ｃを、利得制御器８を経て混合器９に供給する。
この混合器９には入力端子１から元の輝度信号Ｙを供給
してこれに階調補正信号を加え、階調が補正された輝度
信号Y_Cを出力する。利得制御器８には、階調補正信号の
利得、すなわち振幅を調整するための利得調整用可変抵
抗10を接続するとともに制御端子11を接続する。この制
御端子11には手動スイッチ12から階調補正信号を正極性
で加えるか負極性で加えるかまたは階調補正をオフとす
る信号を供給する。すなわち、使用者は、階調補正の極
性および階調補正を行うか行わないかを指示する信号を
スイッチ12を操作して利得制御器８に供給することがで
きる。ここで、階調補正を行うか行わないかを指示する
信号を発生させることは、従来技術と一見類似している
が、従来技術では画面をモニタして階調補正のオン、オ
フを決めているので画質の劣化が生ずる恐れがあるが、
本発明では諧調補正は自動的に適正なものとなるので従
来のような画質の劣化は生じず、演出効果を考えて諧調
補正のオン・オフや正極性で加えるか、負極性で加える
かを決定することができる。

第５図Ａは入力端子１に供給される元の輝度信号Ｙを
示すものであり、第５図Ｂは上述した本発明の階調補正
回路において、階調補正信号Ｃを正極性で加えた場合を
示し、第５図Ｃは負極性で加えた場合を示す。さらに、
第５図Ｄには、従来の階調補正回路で階調補正した場合
を示す。なお、これらの図面において、実線は黒レベル
が低い場合、鎖線は高い場合、破線は中間の場合をそれ
ぞれ示している。第５図Ｂに示すように、本発明の階調
補正回路においては上限値と下限値の間の輝度信号を抽
出して階調補正信号を作成しているため、輝度信号の高
レベル部分に影響を与えることなく低レベル部分の利得
を選択的に大きくすることができるとともに上述した実
施例のように下限値を黒レベルに応じて調整すると黒レ
ベルの持ち上がりもないので、画面全体が白っぽくなる
のを有効に回避することができる。これに対し、第５図
Ｄに示す従来の階調補正回路では、高レベル部分の利得
も相当大きくなるとともに黒レベルが著しく持ち上がる
ので画面全体が相当に白っぽくなってしまう。さらに、
本発明では階調補正信号を負極性として輝度信号に加え
るようにしたので、第５図Ｃに示すように画面の明るい
部分の輝度レベルを変化せずに、背景などの暗い部分の
輝度を下げることができる。このような階調補正は従来
のものでは行うことができなかったもので、本発明によ
って初めて可能となったものであり、ビデオカメラによ
って撮像された画像の演出の範囲を大きく広げることが
できるものである。

第６図ＡおよびＢは本発明の階調補正回路を組み込ん
だビデオ信号処理回路の具体的回路構成の一例を示すも
のである。入力端子21,22および23には、ビデオカメラ
から出力される赤、緑、青色信号を供給する。また、入
力端子24には、ビデオカメラからのカメラブランキング
パルスを供給する。赤、緑および青色信号をそれぞれの
色信号処理回路25,26および27に供給し、それぞれ所定
の処理を施して端子28,29および30にそれぞれ赤、緑お
よび青色信号を出力させる。これらの色信号処理回路2
5,26および27には遅延線DL1,DL2およびDL3を設け、種々
の信号処理による時間のずれを補正するようにする。入
力端子21〜23で受ける各色信号を所定の割合で合成して
増幅器兼アッパーリミッタ31で輝度信号を作成して増幅
するとともに所定の上限値を越える信号部分をクリップ
した信号を出力端子32に出力し、この信号をロアーリミ
ッタ33に供給し、下限値以下の信号をクリップした信号
を出力端子34に出力する。本例のロアーリミッタ33で
は、下限値を固定し、輝度信号のレベルを黒レベルピー
クホールド回路35で検出した黒レベルに応じて調整する
ようにしている。すなわち、黒レベルピークホールド回
路35には、各色信号処理回路28,29および30から赤、緑
および青色信号を供給し、これらを合成して得られる輝
度信号の黒レベルを検出して出力端子36に出力するよう
にする。この黒レベルピークホールド回路35には積分器
37を設け、その積分時定数を50Hから1V（フィールド周
期）としている。このようにして、ロアーリミッタ33の
出力端子34には、上限値および下限値の範囲内の輝度信
号が出力されることになる。この抽出された輝度信号を
次に、非線形回路38に通し、その出力を作動アンプ39の
一方の入力端子40に供給する。この差動アンプ39の他方
の入力端子41にはロアーリミッタ33の出力を供給してこ
れらの差を階調補正信号として出力するようにする。こ
のようにして作成した階調補正信号をローパスフィルタ
42を経て制御回路43に供給する。この制御回路43の制御
端子44には階調補正信号のオン・オフおよび極性を指定
する信号を供給し、出力端子46に現れる階調補正信号の
極性が所定のものとなるようにする。また、この制御回
路に、階調補正信号の利得を制御する信号を外部から供
給することもできる。この階調補正信号は輝度信号処理
回路47に供給され、ここで作成される輝度信号に加えら
れる。すなわち、輝度信号処理回路47には、各色信号処
理回路28,29および30から赤、緑および青色信号を供給
し、これらを所定の割合で合成して輝度信号を作成し、
この輝度信号に階調補正信号を加えるようにしている。
このようにして階調補正した輝度信号をさらに白レベル
を圧縮するオート・ニー回路48および白レベルクリップ
および黒レベルクリップ回路49に順次に供給した後、輝
度信号出力端子50に供給する。また、各色信号処理回路
28,29および30から出力される各色信号は色信号出力増
幅回路51で増幅した後、それぞれ赤、緑および青色信号
出力端子52,53および54に供給する。また、色信号出力
増幅回路51からの各色信号を出力端子55,56および57を
経てクロマキー回路に供給し、画面合成を行うようにす
る。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形や変更が可能である。例えば、上述した
実施例では、輝度信号の中間レベル部分を抜き出して階
調補正信号を作成し、これを負極性とし元の輝度信号に
加えるようにしたが、輝度信号全体を非線形回路に通し
て階調補正信号を作成し、これを元の輝度信号に負極性
で加えるようにすることもできる。

（発明の効果） 上述した本発明の階調補正回路によれば、輝度信号の
高レベル部分に影響を与えることなく低レベル部分の階
調を良好に補正することができる。また、輝度信号の黒
レベルに応じた階調補正信号を作成するようにした実施
例では、被写体に応じた最適な階調補正を自動的に行う
ことができる。これは小型のハンディタイプカメラのよ
うに撮影状況を常に適切なモニタで監視できない場合な
どにおいて特に有効である。

また、テレビカメラのγ値を変更しないので、テレビ
カメラから出力される映像信号の色再現や高レベル部分
の階調度が変化しないため、従来見慣れている画像との
違和感がない利点もある。

さらに、高レベル部分の輝度レベルを変化させずに背
景などの低レベル部分の輝度レベルを変化させることが
でき、演出効果を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の階調補正回路の構成を示すブロック
図、 第２図はアッパーリミッタおよびロアーリミッタの動作
を示すグラフ、 第３図は非線形回路の動作を示すグラフ、 第４図は階調補正信号を示す図、 第５図Ａ〜Ｄは本発明の階調補正回路における階調補正
動作を示すグラフ、 第６図ＡおよびＢは本発明の階調補正回路の具体的構成
の一例を示す回路図である。 １……輝度信号入力端子 ３……アッパーリミッタ ４……ロアーリミッタ ５……黒レベルピークホールド回路 ６……非線形回路 ７……減算器 ８……利得制御器 ９……混合器 10……利得調整用可変抵抗 11……制御端子 12……極性指定用手動スイッチ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子から出力されるビデオ信号の処理
   回路系における輝度信号を、白レベルよりも低い値に設
   定された上限値および黒レベルよりも高い値に設定され
   た下限値でクリップしてこれら上限値と下限値との間の
   輝度信号部分を抽出する手段と、上限値および下限値で
   クリップされた輝度信号部分の黒レベルに近い側の階調
   変化を強調する非線形処理手段と、非線形処理した信号
   と、上限値および下限値でクリップされた輝度信号との
   差を求めて階調補正信号を出力する手段と、この階調補
   正信号を元の輝度信号に加える手段とを具えることを特
   徴とする階調補正回路。
2. 【請求項２】前記輝度信号を上限値および下限値でクリ
   ップする手段に、輝度信号の黒レベルを検出する黒レベ
   ルピークホールド回路と、このピークホールドした黒レ
   ベルに比例して決定される下限値で輝度信号をクリップ
   するロアークリッパとを設けたことを特徴とする請求項
   １記載の階調補正回路。
3. 【請求項３】前記階調補正信号を元の輝度信号に加える
   手段が、前記階調補正信号の利得を制御するとともにそ
   の極性を制御することができる利得制御器と、この利得
   制御器で利得および極性が制御された階調補正信号を元
   の輝度信号に加える混合器とを具えることを特徴とする
   請求項１または２記載の階調補正回路。