JP2951910B2 - 撮像装置の階調補正装置及び階調補正方法 - Google Patents
撮像装置の階調補正装置及び階調補正方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
- H04N23/73—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the exposure time
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
- H04N23/741—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by increasing the dynamic range of the image compared to the dynamic range of the electronic image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
- H04N23/76—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the image signals
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラ等に
用いられる撮像装置の階調補正方法に関し、特に、自然
な感じの画像が再現できるように階調特性を改善したも
のである。
用いられる撮像装置の階調補正方法に関し、特に、自然
な感じの画像が再現できるように階調特性を改善したも
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。
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４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６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７と、設定された階調特性に従って合成画像信号
の階調補正を行なう階調補正手段８とを具備しており、
階調補正手段８から出力された階調補正後の合成画像信
号が主要映像信号処理回路９で処理され、ビデオ信号と
して出力される。
図４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６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７と、設定された階調特性に従って合成画像信号
の階調補正を行なう階調補正手段８とを具備しており、
階調補正手段８から出力された階調補正後の合成画像信
号が主要映像信号処理回路９で処理され、ビデオ信号と
して出力される。
【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
光画像信号と短時間露光画像信号とに分離され、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。
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
光画像信号と短時間露光画像信号とに分離され、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】ヒストグラムデータ検出手段６は、レベル
合成手段５から出力された合成画像信号のヒストグラム
を検出する。この検出では、画面中の水平ｍポイント、
垂直ｎポイントの合計ｍ×ｎ画素において、合成画像信
号のレベルが、多段階に区分された階調レベルのどのレ
ベルに属しているかが判定される。ヒストグラムは、あ
る階調を持つ画素が画面中に何個存在するかを示すもの
である。ヒストグラムデータ検出手段６は、検出したヒ
ストグラムデータをマイクロコンピュータ７に出力す
る。
合成手段５から出力された合成画像信号のヒストグラム
を検出する。この検出では、画面中の水平ｍポイント、
垂直ｎポイントの合計ｍ×ｎ画素において、合成画像信
号のレベルが、多段階に区分された階調レベルのどのレ
ベルに属しているかが判定される。ヒストグラムは、あ
る階調を持つ画素が画面中に何個存在するかを示すもの
である。ヒストグラムデータ検出手段６は、検出したヒ
ストグラムデータをマイクロコンピュータ７に出力す
る。
【０００６】マイクロコンピュータ７は、このヒストグ
ラムデータを用いて、後述する手順で階調特性を算出
し、算出結果を階調補正手段８に設定する。
ラムデータを用いて、後述する手順で階調特性を算出
し、算出結果を階調補正手段８に設定する。
【０００７】階調補正手段８は、レベル合成手段５から
出力された合成画像信号に対して、マイクロコンピュー
タ７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、画像信号を出力する。この画像信号は主要映像
信号処理手段９で処理されてビデオ出力となる。
出力された合成画像信号に対して、マイクロコンピュー
タ７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、画像信号を出力する。この画像信号は主要映像
信号処理手段９で処理されてビデオ出力となる。
【０００８】マイクロコンピュータ７は、ヒストグラム
データを用いて、階調特性を図６に示す手順で求める。
データを用いて、階調特性を図６に示す手順で求める。
【０００９】階調特性は、基本的には、ヒストグラムの
度数が高い階調レベル（即ち、輝度頻度の高い階調レベ
ル）程、コントラストが強調されるように設定する。こ
の特性は、各階調レベルのヒストグラムデータを規格化
し、各階調レベルの規格化値を累積積分することによっ
て得られる。この規格化のために、 ステップ１：まず、各階調レベルのヒストグラムデータ
Ｈ[n]（ここでは階調レベルｎを０〜１５の１６段階に
設定している）の総和値Ｈallを算出し、 ステップ２：各階調のヒストグラムデータＨ[n]をヒス
トグラムデータの総和値Ｈallで除算し、各階調レベル
の規格化値Ｈk1[n]を算出する。
度数が高い階調レベル（即ち、輝度頻度の高い階調レベ
ル）程、コントラストが強調されるように設定する。こ
の特性は、各階調レベルのヒストグラムデータを規格化
し、各階調レベルの規格化値を累積積分することによっ
て得られる。この規格化のために、 ステップ１：まず、各階調レベルのヒストグラムデータ
Ｈ[n]（ここでは階調レベルｎを０〜１５の１６段階に
設定している）の総和値Ｈallを算出し、 ステップ２：各階調のヒストグラムデータＨ[n]をヒス
トグラムデータの総和値Ｈallで除算し、各階調レベル
の規格化値Ｈk1[n]を算出する。
【００１０】この規格化されたヒストグラムデータをＨ
k1[0]からＨk1[n]まで累積積分し、入力画像信号の階調
Ｈk1[n]に対応して累積積分値（ΣＨk1[n]）の階調を出
力するようにすれば、輝度頻度の高い階調のコントラス
トを強調する階調特性を得ることができる。しかし、こ
のままの階調特性で階調補正を行なうと、輝度頻度の高
い階調での僅かな階調差が必要以上に強調されてＳ／Ｎ
が悪化したり、または、輝度頻度の低い領域でコントラ
ストが無くなったりする場合があり、不自然な階調再現
となる。
k1[0]からＨk1[n]まで累積積分し、入力画像信号の階調
Ｈk1[n]に対応して累積積分値（ΣＨk1[n]）の階調を出
力するようにすれば、輝度頻度の高い階調のコントラス
トを強調する階調特性を得ることができる。しかし、こ
のままの階調特性で階調補正を行なうと、輝度頻度の高
い階調での僅かな階調差が必要以上に強調されてＳ／Ｎ
が悪化したり、または、輝度頻度の低い領域でコントラ
ストが無くなったりする場合があり、不自然な階調再現
となる。
【００１１】そこで、この階調特性の傾きに制限を加え
るため、 ステップ３：規格化されたヒストグラムデータＨk1[n]
が、傾きの下限値Ｃpmin[n]より小さい場合には、この
下限値を規格化された新たなヒストグラムデータＨk2
[n]（＝Ｃpmin[n]）とし、また、Ｈk1[n]が、傾きの上
限値Ｃpmax[n]より大きい場合には、この上限値を規格
化された新たなヒストグラムデータＨk2[n]（＝Ｃpmax
[n]）とする。そして、Ｃpmin[n]≦Ｈk1[n]≦Ｃpmax[n]
のときはＨk2[n]にＨk1[n]をそのまま使って、 ステップ４：傾き制限後のヒストグラムデータＨk2[n]
を累積積分して階調特性を求める。
るため、 ステップ３：規格化されたヒストグラムデータＨk1[n]
が、傾きの下限値Ｃpmin[n]より小さい場合には、この
下限値を規格化された新たなヒストグラムデータＨk2
[n]（＝Ｃpmin[n]）とし、また、Ｈk1[n]が、傾きの上
限値Ｃpmax[n]より大きい場合には、この上限値を規格
化された新たなヒストグラムデータＨk2[n]（＝Ｃpmax
[n]）とする。そして、Ｃpmin[n]≦Ｈk1[n]≦Ｃpmax[n]
のときはＨk2[n]にＨk1[n]をそのまま使って、 ステップ４：傾き制限後のヒストグラムデータＨk2[n]
を累積積分して階調特性を求める。
【００１２】さらに、 ステップ５：最後に、入力画像のピーク値ＫIを再現さ
せるための規格化処理を行なう。
せるための規格化処理を行なう。
【００１３】この最後の規格化処理は、映像の最大値
を、階調補正処理以降の信号処理回路におけるダイナミ
ックレンジの上限値に規格化するものとなる。
を、階調補正処理以降の信号処理回路におけるダイナミ
ックレンジの上限値に規格化するものとなる。
【００１４】こうして求めた階調特性は、ヒストグラム
の度数が高い階調レベル程、コントラストが強調される
階調補正を可能にする。また、この階調補正により映像
の最大値が後続する信号処理回路のダイナミックレンジ
から外れてしまう、という事態を防ぐことができる。
の度数が高い階調レベル程、コントラストが強調される
階調補正を可能にする。また、この階調補正により映像
の最大値が後続する信号処理回路のダイナミックレンジ
から外れてしまう、という事態を防ぐことができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の階調補
正方法では、階調特性が、どのような被写体を撮像した
場合でも、一様に映像の最大値を階調補正処理以降の信
号処理回路のダイナミックレンジの上限値で規格化する
ように設定されているため、このダイナミックレンジの
飽和をもたらさないような暗い被写体を撮像したときで
も、不必要に階調を上げる補正が行なわれ、不自然な画
像になるという問題点を有していた。
正方法では、階調特性が、どのような被写体を撮像した
場合でも、一様に映像の最大値を階調補正処理以降の信
号処理回路のダイナミックレンジの上限値で規格化する
ように設定されているため、このダイナミックレンジの
飽和をもたらさないような暗い被写体を撮像したときで
も、不必要に階調を上げる補正が行なわれ、不自然な画
像になるという問題点を有していた。
【００１６】本発明は、こうして従来の問題点を解決す
るものであり、階調補正処理以降の主要信号回路やモニ
タのダイナミックレンジを有効に活用しながら、且つ、
低輝度被写体の映像に対しても自然な画像への階調補正
を可能にする階調補正装置及び階調補正方法を提供する
ことを目的としている。
るものであり、階調補正処理以降の主要信号回路やモニ
タのダイナミックレンジを有効に活用しながら、且つ、
低輝度被写体の映像に対しても自然な画像への階調補正
を可能にする階調補正装置及び階調補正方法を提供する
ことを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の階調補
正方法では、ヒストグラムデータの最大階調値を検出
し、最大階調値に応じた階調特性を算出している。
正方法では、ヒストグラムデータの最大階調値を検出
し、最大階調値に応じた階調特性を算出している。
【００１８】そのため、様々な被写体に適応して最適な
階調補正を行なうことができ、後段信号処理のダイナミ
ックレンジを有効活用しながら、低輝度の被写体に対し
ても自然な画像の再現が可能になる。
階調補正を行なうことができ、後段信号処理のダイナミ
ックレンジを有効活用しながら、低輝度の被写体に対し
ても自然な画像の再現が可能になる。
【００１９】
【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、入力画像信号のヒスト
グラムを検出し、ヒストグラムデータより階調特性を算
出し、算出された階調特性に従って入力画像信号の階調
補正を行う撮像装置の階調補正方法において、ヒストグ
ラムデータの最大階調値を検出し、前記最大階調に応じ
た階調特性を算出するようにしたものであり、どのよう
な被写体の映像信号に対しても有効な階調補正を行なう
ことができる。
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、入力画像信号のヒスト
グラムを検出し、ヒストグラムデータより階調特性を算
出し、算出された階調特性に従って入力画像信号の階調
補正を行う撮像装置の階調補正方法において、ヒストグ
ラムデータの最大階調値を検出し、前記最大階調に応じ
た階調特性を算出するようにしたものであり、どのよう
な被写体の映像信号に対しても有効な階調補正を行なう
ことができる。
【００２０】請求項２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、入力画像信号の
ヒストグラムを検出する手段と、ヒストグラムデータよ
り階調特性を算出する手段と、算出された階調特性に従
って入力画像信号の階調補正を行う撮像装置の階調補正
装置において、ヒストグラムデータの最大階調値を検出
し、前記最大階調値に応じた階調特性を算出することを
特徴とするものであり、どのような被写体の映像信号に
対しても有効な階調補正を行なうことができる。
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、入力画像信号の
ヒストグラムを検出する手段と、ヒストグラムデータよ
り階調特性を算出する手段と、算出された階調特性に従
って入力画像信号の階調補正を行う撮像装置の階調補正
装置において、ヒストグラムデータの最大階調値を検出
し、前記最大階調値に応じた階調特性を算出することを
特徴とするものであり、どのような被写体の映像信号に
対しても有効な階調補正を行なうことができる。
【００２１】
【００２２】
【００２３】以下、本発明の実施の形態について図面を
用いて説明する。
用いて説明する。
【００２４】本発明の階調補正方法は、図４の撮像装置
の階調補正装置により実施される。この装置の構成は先
に説明した通りである。
の階調補正装置により実施される。この装置の構成は先
に説明した通りである。
【００２５】この装置の撮像素子１は、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
像信号と短時間露光画像信号とに分離される。
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
像信号と短時間露光画像信号とに分離される。
【００２６】レベル合成手段５は、これらの信号を所定
の輝度レベルで合成する。合成は、図５に示すように、
ある合成レベルと合成幅とを規定して行なわれる。長時
間露光画像信号Ｙlongに対しては、合成レベル以上から
圧縮を開始するゲインＫを乗じた信号Ｋ×Ｙlongを作成
し、また、短時間露光画像信号Ｙshortに対しては、オ
フセット値Ｙoffsetを加算した後、合成レベル以下で圧
縮を行なうゲイン（１−Ｋ）を乗じた信号（１−Ｋ）×
（Ｙshort+Ｙoffset）を作成し、これらを加算して合成
信号Ｙmixを得る。
の輝度レベルで合成する。合成は、図５に示すように、
ある合成レベルと合成幅とを規定して行なわれる。長時
間露光画像信号Ｙlongに対しては、合成レベル以上から
圧縮を開始するゲインＫを乗じた信号Ｋ×Ｙlongを作成
し、また、短時間露光画像信号Ｙshortに対しては、オ
フセット値Ｙoffsetを加算した後、合成レベル以下で圧
縮を行なうゲイン（１−Ｋ）を乗じた信号（１−Ｋ）×
（Ｙshort+Ｙoffset）を作成し、これらを加算して合成
信号Ｙmixを得る。
【００２７】ヒストグラム検出手段６は、この合成信号
の画像のヒストグラムデータを検出する。この検出で
は、階調レベルを１６階調に分割し（この分割数で充分
な特性が得られる）、画面中の水平ｍポイント、垂直ｎ
ポイントの合計ｍ×ｎ画素において合成信号Ｙmix のレ
ベルがどの階調レベルに属するかを判定し、ある階調を
持つ画素が画面中に何個存在するかを示すヒストグラム
データを得る。
の画像のヒストグラムデータを検出する。この検出で
は、階調レベルを１６階調に分割し（この分割数で充分
な特性が得られる）、画面中の水平ｍポイント、垂直ｎ
ポイントの合計ｍ×ｎ画素において合成信号Ｙmix のレ
ベルがどの階調レベルに属するかを判定し、ある階調を
持つ画素が画面中に何個存在するかを示すヒストグラム
データを得る。
【００２８】マイクロコンピュータ７は、このヒストグ
ラムデータを用いて、図３に示すアルゴリズムで階調特
性を算出する。このアルゴリズムの手順は、基本的に
は、従来のもの（図６）と同じであり、「ヒストグラム
データの規格化」「傾き制限処理」「傾き制限処理した
ヒストグラムデータを用いた累積積分」及び「最大階調
値に応じた規格化」という流れで階調特性が算出され
る。ただ、従来と異なる点は、ヒストグラムデータの最
大値を求め、この最大値に応じて「傾き制限処理」及び
「最大階調値による規格化」の処理を違えている点であ
る。この実施形態では、ヒストグラムデータの最大値
が、 （１）標準レベル以内である場合 （２）標準レベル以上で、且つ後処理系回路のダイナミ
ックレンジ以内である場合 （３）後処理系回路のダイナミックレンジ以上である場
合 に区分し、それぞれの場合に応じて「傾き制限処理」及
び「最大階調値による規格化」の処理を違えている。
ラムデータを用いて、図３に示すアルゴリズムで階調特
性を算出する。このアルゴリズムの手順は、基本的に
は、従来のもの（図６）と同じであり、「ヒストグラム
データの規格化」「傾き制限処理」「傾き制限処理した
ヒストグラムデータを用いた累積積分」及び「最大階調
値に応じた規格化」という流れで階調特性が算出され
る。ただ、従来と異なる点は、ヒストグラムデータの最
大値を求め、この最大値に応じて「傾き制限処理」及び
「最大階調値による規格化」の処理を違えている点であ
る。この実施形態では、ヒストグラムデータの最大値
が、 （１）標準レベル以内である場合 （２）標準レベル以上で、且つ後処理系回路のダイナミ
ックレンジ以内である場合 （３）後処理系回路のダイナミックレンジ以上である場
合 に区分し、それぞれの場合に応じて「傾き制限処理」及
び「最大階調値による規格化」の処理を違えている。
【００２９】図３の手順について詳しく説明する。
【００３０】ステップ11：まず、全階調のヒストグラム
データの総和値Ｈallを算出する。n階調目のヒストグラ
ムデータをＨ[n]とするとＨallは（数１）で与えられ
る。
データの総和値Ｈallを算出する。n階調目のヒストグラ
ムデータをＨ[n]とするとＨallは（数１）で与えられ
る。
【００３１】 Hall = ΣH[n] ( n = 0〜15 ) （数１） ステップ12：このとき、ｎ＝０から１５までＨ[n]を順
に零と比較し、最後にＨ[n]≠０となるｎを最大階調値
Ｎmaxとして保持しておく。
に零と比較し、最後にＨ[n]≠０となるｎを最大階調値
Ｎmaxとして保持しておく。
【００３２】ステップ13：次に、（数２）により、各階
調のヒストグラムデータをその総和値Ｈallで除算し、
第１回目の規格化値Ｈk1[n]を算出する。
調のヒストグラムデータをその総和値Ｈallで除算し、
第１回目の規格化値Ｈk1[n]を算出する。
【００３３】 Hk1[n] = H[n] / Hall （数２） 図２には、被写体の最大輝度レベルが前述の（１）〜
（３）の各場合におけるヒストグラムの例を示してい
る。図２上段には第１回目の規格化を実施したヒストグ
ラムデータの例を棒グラフで示している。横軸は階調レ
ベルｎ（＝０〜１５）を表し、縦軸は規格化値Ｈk1[n]
を表している。この規格化されたヒストグラムデータを
Ｈk1[0]からＨk1[15]まで各階調ごとに累積積分するこ
とにより、図２上段に折れ線で示す階調特性が得られ
る。即ち、累積積分値Ｈks1[n]は、Ｈk1[n]を用いて表
すと（数３）のようになる。
（３）の各場合におけるヒストグラムの例を示してい
る。図２上段には第１回目の規格化を実施したヒストグ
ラムデータの例を棒グラフで示している。横軸は階調レ
ベルｎ（＝０〜１５）を表し、縦軸は規格化値Ｈk1[n]
を表している。この規格化されたヒストグラムデータを
Ｈk1[0]からＨk1[15]まで各階調ごとに累積積分するこ
とにより、図２上段に折れ線で示す階調特性が得られ
る。即ち、累積積分値Ｈks1[n]は、Ｈk1[n]を用いて表
すと（数３）のようになる。
【００３４】 Hks1[n] = ΣHk1[k] ( k = 0〜n ) （数３） このときの図２上段の図の縦軸はＨks1[n]を表す。
【００３５】この折れ線で表された階調特性は、前述し
たように、輝度頻度の高い階調を選択的に伸張してコン
トラストを改善することはできるが、輝度頻度の大きな
階調での僅かな階調差が必要以上に強調されてＳ／Ｎが
悪化したり、輝度頻度の小さな階調でのコントラストが
少なくなり過ぎたりして、このままでは不自然な階調再
現となる。そこで、階調特性の傾きに制限を加えるた
め、 ステップ14：Ｈk1[n] が傾きの下限値Ｃpmin[n]より小
さい場合には、Ｈk2[n]＝Ｃpmin[n]とし、Ｈk1[n]が傾
きの上限値Ｃpmax[n]より大きい場合には、Ｈk2[n]＝Ｃ
pmax[n]とする。このとき、最大階調値Ｎmaxが前記
（１）〜（３）のいずれに属するかに応じて、傾きの制
限値Ｃpmin[n]、Ｃpmax[n]を変更する。
たように、輝度頻度の高い階調を選択的に伸張してコン
トラストを改善することはできるが、輝度頻度の大きな
階調での僅かな階調差が必要以上に強調されてＳ／Ｎが
悪化したり、輝度頻度の小さな階調でのコントラストが
少なくなり過ぎたりして、このままでは不自然な階調再
現となる。そこで、階調特性の傾きに制限を加えるた
め、 ステップ14：Ｈk1[n] が傾きの下限値Ｃpmin[n]より小
さい場合には、Ｈk2[n]＝Ｃpmin[n]とし、Ｈk1[n]が傾
きの上限値Ｃpmax[n]より大きい場合には、Ｈk2[n]＝Ｃ
pmax[n]とする。このとき、最大階調値Ｎmaxが前記
（１）〜（３）のいずれに属するかに応じて、傾きの制
限値Ｃpmin[n]、Ｃpmax[n]を変更する。
【００３６】この実施形態では、（１）の場合には、制
限値Ｃpmin[n]＝Ｃpmax[n]とし、また、（２）（３）の
場合には、制限値Ｃpmin[n]とＣpmax[n]とに異なる値を
設定して、階調特性の変位幅を規定している。
限値Ｃpmin[n]＝Ｃpmax[n]とし、また、（２）（３）の
場合には、制限値Ｃpmin[n]とＣpmax[n]とに異なる値を
設定して、階調特性の変位幅を規定している。
【００３７】ステップ15：この傾き制限処理を実施した
ヒストグラムデータＨk2を用いて、（数４）により累積
積分値Ｈks2[n]を算出する。
ヒストグラムデータＨk2を用いて、（数４）により累積
積分値Ｈks2[n]を算出する。
【００３８】 Hks2[n] = ΣHk2[k] ( k = 0〜n ) （数４） 図２上段のヒストグラム特性に対して、傾き制限処理を
実施したヒストグラムデータＨk2を図２下段に棒グラフ
で、また、このヒストグラムデータＨk2を累積積分して
求めた階調特性Ｈks2を図２下段に実線折れ線で示して
いる。（１）の「最大階調値が標準レベル以下」の場合
は、入力値と出力値とが同一になる特性であり、階調補
正が行なわれない。
実施したヒストグラムデータＨk2を図２下段に棒グラフ
で、また、このヒストグラムデータＨk2を累積積分して
求めた階調特性Ｈks2を図２下段に実線折れ線で示して
いる。（１）の「最大階調値が標準レベル以下」の場合
は、入力値と出力値とが同一になる特性であり、階調補
正が行なわれない。
【００３９】ステップ16：最後に、入力画像のピーク値
を再現させるための第２回目の規格化処理を行なう。こ
の第２回目の規格化処理では、 Hksk2[n] = Hks2[n]×Kl （数５） により規格化値Ｈksk2[n]を求めるが、このとき、最大
階調値Ｎmaxが前記（１）〜（３）のいずれに属するか
に応じて、Ｋlの値を変更する。
を再現させるための第２回目の規格化処理を行なう。こ
の第２回目の規格化処理では、 Hksk2[n] = Hks2[n]×Kl （数５） により規格化値Ｈksk2[n]を求めるが、このとき、最大
階調値Ｎmaxが前記（１）〜（３）のいずれに属するか
に応じて、Ｋlの値を変更する。
【００４０】この実施形態では、（１）の場合には、Ｋ
l＝１とし、また、（２）の場合には、階調補正出力信
号の最大階調値が入力信号の最大階調値と同一となるよ
うにＫlの値を設定している。また、（３）の場合に
は、階調補正出力信号の最大階調値が後処理系回路のダ
イナミックレンジの上限になるようにＫlの値を設定し
ている。この第２回目の規格化を実施すると、図２下段
の一点鎖線で示す階調特性Ｈkskが得られる。
l＝１とし、また、（２）の場合には、階調補正出力信
号の最大階調値が入力信号の最大階調値と同一となるよ
うにＫlの値を設定している。また、（３）の場合に
は、階調補正出力信号の最大階調値が後処理系回路のダ
イナミックレンジの上限になるようにＫlの値を設定し
ている。この第２回目の規格化を実施すると、図２下段
の一点鎖線で示す階調特性Ｈkskが得られる。
【００４１】図１には、こうして求めた（１）、（２）
及び（３）の各場合における階調特性を示している。図
１の下段は、Ｙmix信号を階調補正入力としたときの各
場合のヒストグラムデータを示し、同図上段は、下段の
ヒストグラム特性図より算出される階調特性を示してい
る。
及び（３）の各場合における階調特性を示している。図
１の下段は、Ｙmix信号を階調補正入力としたときの各
場合のヒストグラムデータを示し、同図上段は、下段の
ヒストグラム特性図より算出される階調特性を示してい
る。
【００４２】この図の横軸は、階調補正入力の合成信号
Ｙmixの輝度を１６階調で示しており、下位８階調が長
時間露光信号Ｙlong、上位８階調が短時間露光信号Ｙsh
ortとなる。
Ｙmixの輝度を１６階調で示しており、下位８階調が長
時間露光信号Ｙlong、上位８階調が短時間露光信号Ｙsh
ortとなる。
【００４３】なお、（１）と（２）との間を区切る標準
レベルは、長時間露光信号の半分程度に設定する。この
例では、標準レベルを、入力階調値で３階調目に設定し
ている。また、（２）と（３）との間を区切る「後処理
系回路のダイナミックレンジ以内」となるレベルは、入
力階調値で５階調目としている。また、傾きの制限値は
各階調ごとに最適値を設定すると良い。
レベルは、長時間露光信号の半分程度に設定する。この
例では、標準レベルを、入力階調値で３階調目に設定し
ている。また、（２）と（３）との間を区切る「後処理
系回路のダイナミックレンジ以内」となるレベルは、入
力階調値で５階調目としている。また、傾きの制限値は
各階調ごとに最適値を設定すると良い。
【００４４】以上のアルゴリズムにより、被写体の輝度
に応じた階調特性が得られる。この算出結果を階調補正
手段８に設定することにより、階調補正手段８は、合成
信号に対して、被写体の輝度に応じた最適な階調補正を
行なうことができる。即ち、高輝度部分が存在しない被
写体では階調補正を実施せず、高輝度部のレベルが高く
なるに従い高輝度部の階調を強調する。また、高輝度レ
ベルが後段信号処理のダイナミックレンジを超える場合
には、合成輝度信号の最大値を後段の信号処理のダイナ
ミックレンジで決まる最大値に規格化することにより、
出力信号がダイナミックレンジから外れることを防ぎ、
後段信号処理のダイナミックレンジを有効に活用するこ
とができる。
に応じた階調特性が得られる。この算出結果を階調補正
手段８に設定することにより、階調補正手段８は、合成
信号に対して、被写体の輝度に応じた最適な階調補正を
行なうことができる。即ち、高輝度部分が存在しない被
写体では階調補正を実施せず、高輝度部のレベルが高く
なるに従い高輝度部の階調を強調する。また、高輝度レ
ベルが後段信号処理のダイナミックレンジを超える場合
には、合成輝度信号の最大値を後段の信号処理のダイナ
ミックレンジで決まる最大値に規格化することにより、
出力信号がダイナミックレンジから外れることを防ぎ、
後段信号処理のダイナミックレンジを有効に活用するこ
とができる。
【００４５】その結果、どのような被写体に対しても、
最適な階調補正効果を得ることができる。
最適な階調補正効果を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の階調補正装置及び方法では、階調補正演算の最大規格
化値を入力画像に応じて変更することにより、どのよう
な被写体でも、映像信号処理回路のダイナミックレンジ
を有効に活用し、高輝度部の画像の階調再現性を維持し
つつ、低輝度画像での、Ｓ／Ｎの劣化が目立たない自然
な階調再現を得ることができる。
の階調補正装置及び方法では、階調補正演算の最大規格
化値を入力画像に応じて変更することにより、どのよう
な被写体でも、映像信号処理回路のダイナミックレンジ
を有効に活用し、高輝度部の画像の階調再現性を維持し
つつ、低輝度画像での、Ｓ／Ｎの劣化が目立たない自然
な階調再現を得ることができる。
【図１】本発明の実施形態の階調補正方法で得られる階
調特性図、
調特性図、
【図２】実施形態の階調補正方法により階調特性図を得
るための手順を示す説明図、
るための手順を示す説明図、
【図３】本発明の階調補正方法の手順を示すフローチャ
ート、
ート、
【図４】階調補正装置を備える固体撮像装置の構成図、
【図５】輝度信号の合成方法を示す概念図、
【図６】従来の階調補正方法の手順を示すフローチャー
トである。
トである。
１ 撮像素子 ２ 前処理部 ３ Ａ／Ｄ変換器 ４ 時間軸変換器 ５ 合成手段 ６ ヒストグラム検出手段 ７ マイクロコンピュータ ８ 階調補正手段 ９ 主要映像信号処理手段
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 (2)
- 【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、入力画像信
号のヒストグラムを検出し、ヒストグラムデータより階
調特性を算出し、算出された階調特性に従って入力画像
信号の階調補正を行う撮像装置の階調補正方法におい
て、ヒストグラムデータの最大階調値を検出し、前記最
大階調に応じた階調特性を算出することを特徴とする階
調補正方法。 - 【請求項２】 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、入力画像信号のヒストグラムを検出する
手段と、ヒストグラムデータより階調特性を算出する手
段と、算出された階調特性に従って入力画像信号の階調
補正を行う撮像装置の階調補正装置において、ヒストグ
ラムデータの最大階調値を検出し、前記最大階調値に応
じた階調特性を算出することを特徴とする階調補正装
置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9083422A JP2951910B2 (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 撮像装置の階調補正装置及び階調補正方法 |
| US09/042,628 US6111980A (en) | 1997-03-18 | 1998-03-17 | Method for correcting luminance gradation in an image pickup apparatus |
| DE69801349T DE69801349T2 (de) | 1997-03-18 | 1998-03-17 | Verfahren zur Korrektur der Luminanzgradation innerhalb eines Bildaufnahmegerätes |
| EP98301962A EP0866608B1 (en) | 1997-03-18 | 1998-03-17 | Method for correcting luminance gradation in an image pickup apparatus |
| CNB981058248A CN1164086C (zh) | 1997-03-18 | 1998-03-18 | 在图象拾取装置中校正亮度分级的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9083422A JP2951910B2 (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 撮像装置の階調補正装置及び階調補正方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09492799A Division JP4090141B2 (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | 撮像装置の階調補正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10261078A JPH10261078A (ja) | 1998-09-29 |
| JP2951910B2 true JP2951910B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=13802009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9083422A Expired - Lifetime JP2951910B2 (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 撮像装置の階調補正装置及び階調補正方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6111980A (ja) |
| EP (1) | EP0866608B1 (ja) |
| JP (1) | JP2951910B2 (ja) |
| CN (1) | CN1164086C (ja) |
| DE (1) | DE69801349T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH1169372A (ja) * | 1997-08-14 | 1999-03-09 | Fuji Photo Film Co Ltd | 画像の明度調整方法およびその方法に使用するデジタルカメラ並びに画像処理装置 |
| NZ332626A (en) * | 1997-11-21 | 2000-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Expansion of dynamic range for video camera |
| EP0963111A1 (en) * | 1998-06-02 | 1999-12-08 | Deutsche Thomson-Brandt Gmbh | Method and apparatus for dynamic contrast improvement in video pictures |
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| EP1075140A1 (en) * | 1999-08-02 | 2001-02-07 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Video signal enhancement |
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| FR2809568B1 (fr) * | 2000-05-26 | 2002-11-29 | Thomson Csf | Dispositif et procede d'analyse d'un ou de plusieurs signaux a grande dynamique |
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| TWI245557B (en) * | 2003-09-11 | 2005-12-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Image compensation apparatus and method for the same |
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- 1997-03-18 JP JP9083422A patent/JP2951910B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-03-17 US US09/042,628 patent/US6111980A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-17 DE DE69801349T patent/DE69801349T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-17 EP EP98301962A patent/EP0866608B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-18 CN CNB981058248A patent/CN1164086C/zh not_active Expired - Fee Related
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