JP2951909B2 - 撮像装置の階調補正装置及び階調補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラなど
の画像の階調を補正する装置とその補正方法とに関し、
特に、被写体の状況に応じて最適な階調補正効果が得ら
れるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】撮像装置の階調補正装置は、再現画像の
輝度が被写体の輝度と対応するように映像信号を補正す
る。これまで、ダイナミックレンジが小さい受像装置を
有効に使うために、この階調補正には種々の工夫が施さ
れている。

【０００３】階調補正装置を備える従来の撮像装置は、
図５に示すように、露光量が異なる２種類の映像信号を
１フィールド期間内に交互に出力する撮像素子１と、こ
の映像信号を増幅する前処理部２と、アナログ映像信号
をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３と、露光量が
異なる２種類の映像信号の時間軸を揃え、分離して出力
する時間軸変換器４と、この２種類の映像信号を合成す
るレベル合成手段５と、合成画像信号の輝度のヒストグ
ラムを検出するヒストグラムデータ検出手段８と、この
ヒストグラムを基に階調特性を算出するマイクロコンピ
ュータ10と、画面を４つの固定領域に分割し、それぞれ
の領域ごとに設定された階調特性に従って階調補正を行
なう階調補正手段６と、合成画像信号を４つの領域に分
割し合成するための制御パルスを出力する領域分割パル
ス作成手段９と、各領域ごとに階調補正された画像を合
成する領域合成手段７とを具備している。

【０００４】この装置では、撮像素子１が、水平ＣＣＤ
の転送を通常の２倍の転送速度で行ない、露光量が長時
間の映像信号と短時間の映像信号との２種類の映像信号
を１フィールド期間内に交互に出力する。出力された映
像信号は、ＣＤＳ、ＡＧＣ等の前処理２が施された後、
Ａ／Ｄ変換器３でデジタル信号に変換され、時間軸変換
器４により、標準速度で且つ同一タイミングの長時間露
光画像信号（Ｓlong）と短時間露光画像信号（Ｓshor
t）とに分離され、これらの信号は、レベル合成手段５
により所定の輝度レベルで重み付けされて合成される。

【０００５】領域分割パルス作成手段９は、固定された
４つの領域に画面分割し合成するための画面分割制御パ
ルスを生成して、ヒストグラムデータ検出手段８と領域
合成手段７とに出力する。

【０００６】ヒストグラムデータ検出手段８は、画面分
割位置制御パルスにより、レベル合成手段５から出力さ
れた合成画像信号（Ｓmix）のヒストグラムを１フィー
ルドごとに１領域ずつ検出し、検出結果をマイクロコン
ピュータ10に出力する。ヒストグラムは、領域中のｍ×
ｎポイントの画素において、ある階調レベルを持つ画素
が何個存在しているかを示している。

【０００７】マイクロコンピュータ10は、４フィールド
で４領域分のヒストグラムデータを取り込み、例えば、
ヒストグラムの度数が多いレベル程、コントラストが強
調されるような階調特性を各領域ごとに算出し、算出結
果を各領域ごとに対応する階調補正手段６に設定する。

【０００８】階調補正手段６は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各領
域の合成画像信号に対して、マイクロコンピュータ10で
設定された階調特性を実現するように階調補正を行な
い、画像信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを出力する。領域
合成手段７は、この画像信号を画面分割制御パルスで決
まる位置で合成して出力する。

【０００９】このように、従来の階調補正装置は、画面
を４つの固定領域に分け、それぞれの領域の画像信号に
対して、その領域で最も相応しい階調補正を施すことに
より、階調補正効果を高めている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の階調補
正装置では、階調補正を施す領域の分割位置が固定され
ているため、同一領域内に高輝度から低輝度までの被写
体が存在する被写体条件の場合に、効果的な階調補正が
できないという問題点を有していた。

【００１１】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、被写体条件に適応して画面分割位置を制
御することにより、さまざまな被写体に対して最適な階
調再現を行なうことができる階調補正装置とその階調補
正方法とを提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の階調補
正装置では、入力画像の輝度の分布に基づいて、分割す
る領域を変更するように構成している。

【００１３】また、本発明の階調補正方法では、入力画
像を複数のブロックに分割して各ブロックの平均輝度を
検出し、この平均輝度の高い高輝度ブロックの分布に基
づいて領域の分割位置を設定している。

【００１４】そのため、画面を被写体条件に適応した領
域に分割し、それぞれの領域の画像に最適の階調補正を
施すことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、露光量が異なる２種類の映像信号を１フィールド内
に交互に出力し倍速で撮像する手段と、前記露光量が異
なる２種類の映像信号の時間軸を揃えて出力する手段
と、前記露光量が異なる２種類の映像信号を合成する手
段と、入力画像を複数領域に分割し、各領域ごとに階調
補正を行ない、各領域ごとに階調補正された画像を合成
して出力する手段を備えた撮像装置の階調補正装置にお
いて、入力画像の輝度の分布に基づいて、分割する前記
領域を変更するようにしたものであり、被写体条件に適
応した画面分割を行なうことができる。

【００１６】請求項２に記載の発明は、入力画像を複数
のブロックに分割し、各ブロックの平均輝度を検出する
検出手段と、検出された各ブロックの平均輝度データか
ら画面分割位置を算出する画面分割位置算出手段とを設
けたものであり、入力画像をブロック化し、高輝度ブロ
ックの分布が１つの領域に含まれるように画面が分割さ
れる。

【００１７】請求項３に記載の発明は、露光量が異なる
２種類の映像信号を１フィールド内に交互に出力し倍速
で撮像し、前記露光量が異なる２種類の映像信号の時間
軸を揃えて出力し、前記露光量が異なる２種類の映像信
号を合成し、入力画像を複数領域に分割し、各領域ごと
に階調補正を行い、各領域ごとに階調補正された画像を
合成して出力する階調補正方法において、入力画像を複
数のブロックに分割して各ブロックの平均輝度を検出
し、前記平均輝度の高い高輝度ブロックの分布に基づい
て前記領域の分割位置を設定するようにしたものであ
り、画面を被写体条件に適応した領域に分割し、各領域
の画像に対して最適の階調補正を施すことができる。

【００１８】請求項４に記載の発明は、高輝度ブロック
の分布が画面の４辺のいずれかに接しているときには、
画面を４つの領域に分割して、その領域の１つにこの高
輝度ブロックの分布を含め、高輝度ブロックの分布が画
面の中央に孤立しているときには、画面を中央の領域と
その他の領域との２つの領域に分割して、中央の領域に
高輝度ブロックの分布を含めるようにしたものであり、
高輝度ブロックの画面上の位置に応じて、分割する領域
の数を変え、階調補正効果を高めている。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図４を用いて説明する。

【００２０】本発明の実施形態の階調補正装置を備える
撮像装置は、図１に示すように、露光量が異なる２種類
の映像信号を１フィールド期間内に交互に出力する撮像
素子１と、この映像信号を増幅する前処理部２と、アナ
ログ映像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３
と、露光量が異なる２種類の映像信号の時間軸を揃え、
分離して出力する時間軸変換器４と、この２種類の映像
信号を合成するレベル合成手段５と、合成画像信号（Ｓ
mix）の輝度のヒストグラムを検出するヒストグラムデ
ータ検出手段８と、合成画像信号（Ｓmix）を８×６の
ブロックに分割し各ブロックの平均輝度を検出するブロ
ックデータ検出手段11と、ブロックデータ検出手段11か
ら出力された各ブロックの平均輝度に基づいて画面分割
位置を決め、画面分割した各領域における階調特性を算
出するマイクロコンピュータ10と、各領域ごとに設定さ
れた階調特性に従って各領域の画像の階調補正を行なう
階調補正手段６と、マイクロコンピュータ10が決めた画
面分割位置に従って、合成画像信号の領域を分割し合成
するための制御パルスを出力する領域分割パルス作成手
段９と、各領域ごとに階調補正された画像を合成する領
域合成手段７とを具備している。

【００２１】この装置において、レベル合成手段５が合
成画像信号（Ｓmix）を出力するまでの動作は、従来の
装置で説明したものと同じである。

【００２２】ブロックデータ検出手段11は、図３（ａ）
に示すように、レベル合成手段５から出力された合成画
像信号（Ｓmix）を水平方向８、垂直方向６の４８ブロ
ックに分割し、図３（ｂ）に示すように、各ブロックの
平均輝度データave[i][j]を算出する。

【００２３】算出された各ブロックの平均輝度データは
マイクロコンピュータ10に入力し、マイクロコンピュー
タ10は、この各ブロックの平均輝度データから、所定の
輝度レベル以上の領域を他の領域から区分するための分
割位置データを後述する手順で作成する。

【００２４】この分割位置データは、領域が切り換わる
水平方向位置及び垂直方向位置を示すデータであり、図
４（ａ）に示すように、画面をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの
領域に分割する場合には、水平方向の分割位置を矢印で
示すＨstart、及び垂直方向の分割位置を矢印で示すＶs
tartが分割位置データである。なお、このstartは、水
平方向の分割位置データの場合、右方向に移動したと
き、輝度の低い領域から輝度の高い領域に切り換わるこ
とを表しており、また、垂直方向の分割位置データの場
合には、下方向に移動したとき、輝度の低い領域から輝
度の高い領域に切り換わることを表している。図４
（ａ）では領域Ｄの輝度が高い。

【００２５】逆に、輝度の高い領域から輝度の低い領域
に切り換わる場合には、Ｈend、Ｖendと表示する。図４
（ｂ）は、画面を輝度の高い領域Ｄと、それ以外の輝度
の低い領域との２つの領域に分割する場合を示してお
り、このときの水平方向の分割位置データは領域Ｄの境
界を示すＨstartとＨend、垂直方向の分割位置データは
ＶstartとＶendとなる。

【００２６】マイクロコンピュータ10で作成された分割
位置データＨstart,Ｈend,Ｖstart,Ｖendは領域分割パ
ルス作成手段９に入力する。領域分割パルス作成手段９
は、これを受けて、図４（ａ）（ｂ）に示すように、Ｈ
start及びＶstartの分割位置データに対応して０から１
に徐々に変わり、また、Ｈend及びＶendの分割位置デー
タに対応して１から０に徐々に変わる分割パルスＨpul
s、Ｖpulsを発生し、ヒストグラムデータ検出手段８及
び領域合成手段７に出力する。

【００２７】ヒストグラムデータ検出手段８は、この分
割パルスにより、合成画像信号（Ｓmix）のヒストグラ
ムデータを１フィールドごとに１領域ずつ検出し、マイ
クロコンピュータ10に出力する。画面を４つの領域に分
割した場合（図４（ａ））では、マイクロコンピュータ
は、４フィールドで４領域分のヒストグラムデータを取
り込み、４つの領域のそれぞれに対応する最適な階調特
性を算出し、算出結果を対応する階調補正手段６に設定
する。

【００２８】階調補正手段６は、入力した合成画像信号
（Ｓmix）に対して、各領域ごとに設定された階調特性
を実現するための階調補正を施し、その処理が済んだ信
号Ｓa、Ｓb、Ｓc、Ｓdを領域合成手段７に出力する。領
域合成手段７は、この信号Ｓa、Ｓb、Ｓc、Ｓdを分割パ
ルスに応じて合成し、Ｓoutを出力する。この出力Ｓout
は（数１）によって与えられる。

【００２９】 Ｓout=(1-Ｈpuls)・(1-Ｖpuls)・Ｓa+Ｈpuls・(1-Ｖplus)・Ｓb +Ｖpuls・(1-Ｈplus)・Ｓc+Ｈpuls・Ｖplus・Ｓd （数１） 分割パルスを分割位置データの位置で緩やかに変化させ
ているのは、それぞれの領域の境界を滑らかに合成する
ためである。

【００３０】また、被写体条件によっては高輝度ブロッ
クの分布が中央に孤立する場合がある。そのような場合
は、図４（ｂ）に示すように、４つの領域のうちＡ、
Ｂ、Ｃを合わせた領域とＤの領域とに分け、この２つの
領域のヒストグラムデータから各領域の階調特性を算出
し、中央のＤ領域とそれ以外の領域との２つに分けた階
調補正を行なう。

【００３１】このときの合成出力Ｓoutは、合成画像信
号（Ｓmix）に対してＤ領域に設定された階調補正を施
した信号をＳd、Ｄ領域以外の領域に設定された階調補
正を施した信号をＳ’とすると、（数２）によって与え
られる。

【００３２】 Ｓout=(1-Ｈpuls)・(1-Ｖpuls)・Ｓ'+Ｈpuls・(1-Ｖplus)・Ｓ' +Ｖpuls・(1-Ｈplus)・Ｓ'+Ｈpuls・Ｖplus・Ｓd （数２） 次に、各ブロックの平均輝度データから、分割位置デー
タを作成する手順について説明する。

【００３３】この分割位置データの作成は、図２のフロ
ーチャートに従って行なわれる。

【００３４】ステップ１：水平方向のブロックをi=0,1,
2,..,7、垂直方向のブロックをj=0,1,..,5とするとき、
まず、入力される各ブロックの平均輝度データave[i]
[j]をある閾値satと順に比較し、閾値satを超えるブロ
ックを高輝度ブロックとしてflat_sat[i][j]=1のフラグ
を立てる。高輝度ブロックにflag_sat[i][j]として１を
立てた状態を図３（ｃ）に示している。

【００３５】ステップ２：次に、このフラグに対して図
３（ｄ）に示す平滑フィルタを使い、移動平滑フィルタ
処理を行なう。このとき、図３（ｃ）のデータにそのま
ま移動平滑フィルタ処理を行なうと、端部（i=0,7,j=0,
5)の情報が失われてしまうので、端部のブロックのフラ
グ値をその外側に配置し、平滑後も水平方向８、垂直方
向６分のflag_sat[i][j]が残るようにする。移動平滑フ
ィルタ処理後の各ブロックのフラグ値は図３（ｅ）のよ
うになる。

【００３６】ステップ３：この平滑化されたflag_sat
[i][j]を、（数３）（数４）により、水平及び垂直方向
にそれぞれ加算し、加算値Ｈsum[i],Ｖsum[j]を求め
る。

【００３７】 Hsum[i]=Σflag_sat[i][j] (i=0〜7,j=0〜5) （数３） Vsum[j]=Σflag_sat[i][j] (i=0〜7,j=0〜5) （数４） 次に、水平方向の加算値Ｈsum[i]の平均値、及び垂直方
向の加算値Ｖsum[i]の平均値を求め、これを、それぞれ
の方向の閾値Ｈth,Ｖthとする。

【００３８】ステップ４：次に、この閾値Ｈth,Ｖthと
加算値Ｈsum[i],Ｖsum[j]とを順に比較し、閾値を超え
る加算値に対してflag_Hsum[i]=1,flag_Vsum[j]=1のフ
ラグ（分割パルス用フラグ）を立てる。これにより高輝
度ブロックが多く含まれるブロックの列にはフラグが立
つことになる。

【００３９】ステップ５：あまりに小さな領域におい
て、周囲と異なる階調特性で階調補正を行なうと、違和
感のある画像になるため、分割パルス用フラグの変化条
件を規定し、この規定から外れる場合、例えば１ブロッ
クのみに分割パルス用フラグが立つような場合にはフラ
グを下ろす（分割パルス用フラグ整形処理）。

【００４０】ステップ６：整形された分割パルス用フラ
グが０から１または１から０に変化する回数により画面
を４つの領域に分割するか、２つの領域に分割するかを
決定し、このフラグが変化する境界を分割位置として分
割位置データを算出する。

【００４１】ここでは、水平及び垂直方向の分割パルス
用フラグの変化回数が両方とも１回、または一方だけが
２回までの場合には、画面を４つの領域に分割し、分割
パルス用フラグの変化回数が両方とも２回の場合には、
２つの領域に分割する。これは、変化回数が両方とも１
回または一方だけが２回までの場合は、高輝度ブロック
の分布が画面の４辺のいずれかに接しており、領域を４
つに分割することで効果的な階調補正が掛けられるから
である。また、両方とも２回の場合は高輝度ブロックの
分布が中央に孤立しているという被写体条件であり、４
つの領域に分割するよりも２つの領域に分割する方が、
より自然な階調補正が掛けられるからである。

【００４２】また、分割フラグの変化回数が３回以上の
場合は、画面分割の数を４領域としているので、水平、
垂直方向の中心を分割位置にして画面を４つの領域に分
割して階調補正を行なう。

【００４３】このように、本発明の階調補正装置は、被
写体条件に適応して画面を複数の領域に自動的に分割
し、各領域ごとに最適な階調補正を施し、この階調補正
が済んだ各領域のデータを合成する。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の階調補正装置は、画像の輝度に応じて自動的に画面の
領域を分割し、各領域ごとに最適な階調補正を施してい
る。そのため、様々な被写体に対応して最適な階調補正
効果を得ることができる。

【００４５】また、本発明の階調補正方法は、被写体条
件に適応した画面の領域分割を可能にし、階調補正の効
果を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の階調補正装置を備えた固体
撮像装置の構成図、

【図２】本発明の階調補正方法を示すフローチャート、

【図３】本発明の階調補正方法を説明する概要図であ
り、（ａ）撮像された入力画像とブロックの位置を表す
図、（ｂ）各ブロックの平均輝度データを表す図、
（ｃ）高輝度ブロックと検出されたブロックを表す図、
（ｄ）平滑フィルタの特性図、（ｅ）平滑後の高輝度フ
ラグから分割位置を算出する方法を表す図、

【図４】本発明の階調補正装置における画面分割パルス
と各領域の対応関係を示す図であり、（ａ）画面を４つ
の領域に分割した場合を表す図、（ｂ）画面を２つの領
域に分割した場合を表す図、

【図５】従来の階調補正装置を備えた固体撮像装置の構
成図である。

【符号の説明】

１ 撮像素子 ２ 前処理部 ３ Ａ／Ｄ変換器 ４ 時間軸変換器 ５ レベル合成手段 ６ 階調補正手段 ７ 領域合成手段 ８ ヒストグラムデータ検出手段 ９ 領域分割パルス作成手段 10 マイクロコンピュータ 11 ブロックデータ検出手段

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 5/00 G06T 1/00 H04N 5/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光量が異なる２種類の映像信号を１フ
   ィールド内に交互に出力し倍速で撮像する手段と、前記
   露光量が異なる２種類の映像信号の時間軸を揃えて出力
   する手段と、前記露光量が異なる２種類の映像信号を合
   成する手段と、入力画像を複数領域に分割し、各領域ご
   とに階調補正を行ない、各領域ごとに階調補正された画
   像を合成して出力する手段を備えた撮像装置の階調補正
   装置において、入力画像の輝度の分布に基づいて、分割
   する前記領域を変更することを特徴とする階調補正装
   置。
2. 【請求項２】 前記入力画像を複数のブロックに分割
   し、各ブロックの平均輝度を検出する検出手段と、検出
   された各ブロックの平均輝度データから画面分割位置を
   算出する画面分割位置算出手段とを備えることを特徴と
   する請求項１に記載の階調補正装置。
3. 【請求項３】 露光量が異なる２種類の映像信号を１フ
   ィールド内に交互に出力し倍速で撮像し、前記露光量が
   異なる２種類の映像信号の時間軸を揃えて出力し、前記
   露光量が異なる２種類の映像信号を合成し、入力画像を
   複数領域に分割し、各領域ごとに階調補正を行い、各領
   域ごとに階調補正された画像を合成して出力する階調補
   正方法において、入力画像を複数のブロックに分割して
   各ブロックの平均輝度を検出し、前記平均輝度の高い高
   輝度ブロックの分布に基づいて前記領域の分割位置を設
   定することを特徴とする階調補正方法。
4. 【請求項４】 前記高輝度ブロックの分布が画面の４辺
   のいずれかに接しているとき、画面を４つの領域に分割
   して、その領域の１つに前記高輝度ブロックの分布を含
   め、前記高輝度ブロックの分布が画面の中央に孤立して
   いるとき、画面を中央の領域とその他の領域との２つの
   領域に分割して、前記中央の領域に前記高輝度ブロック
   の分布を含めることを特徴とする請求項３に記載の階調
   補正方法。