JP2998152B2 - 撮像信号処理回路 - Google Patents

撮像信号処理回路

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は撮像信号処理回路に関し、より具体的には、
撮像手段から出力される撮像信号の処理回路に関する。
〔従来の技術〕
従来の撮像装置の構成ブロック図を第2図に示す。10
はアイリス、レンズなどを含む撮影光学系、12はCCD,MO
Sなどの固体撮像素子や撮像管からなる撮像素子、14は
撮像素子12の出力信号の直流分を再生するクランプ回
路、16はAGC(オート・ゲイン・コントロール)回路、1
8はTV受像機のガンマ特性に適合させるためのガンマ補
正回路、20は一定レベル以上の信号を圧縮してダイナミ
ック・レンジを確保するニー補正回路、22はブランキン
グ処理、ペデスタル・レベル設定、ホワイト・クリップ
処理、同期信号付加などの処理を行って、テレビジョン
信号を出力するエンコーダである。
AGC回路16において、24は可変利得アンプ、26はアン
プ24の出力レベルを一定の時定数で検出する検波回路、
28は検波回路26の出力と一定基準電圧VREF2とを切り換
えるスイッチ、30はスイッチ28の出力から一定基準電圧
VREF1を減算する減算器である。減算器30の出力が、ア
ンプ24の利得制御端子に印加されている。即ち、アンプ
24、検波回路26、スイッチ28、減算器30及びアンプ24と
いうループが形成され、アンプ24の入力信号レベルに対
してその出力レベルを一定に保つように働く。スイッチ
28がa接点側に接続するときに、AGC動作は機能し、ス
イッチ28がb接点側に接続するときには、アンプ24は入
力信号レベルによらずに、一定増幅率で作動する。
第3図はAGC回路16の入出力特性を示し、第4図はガ
ンマ補正回路18、ニー補正回路20及びエンコーダからな
る部分での、全体としての非線形増幅特性を示す。第4
図において、出力ポイントaは入力ゼロに対するペデス
タル値、a乃至bがガンマ補正回路18によるガンマ区
間、b乃至cがニー補正回路20によるニー補正区間、c
がホワイト・クリップ・レベルを示す。通常、ポイント
b及び同cは、ビデオ信号の輝度レベルとして100%乃
至120%程度に設定されるとが多い。これらの非線形処
理によって、100%を越える入力信号レベル(ポイント
e以上)に対しても、すぐにはクリップせずに、ニー補
正回路20により出力を圧縮する。これにより、入力ポイ
ントfまで、ダイナミック・レンジを確保している。
従来例では、第2図に示すように、ニー補正回路の前
段にAGC回路を配置しており、ニー特性に関係無しにAGC
回路の利得が決定されている。AGC出力レベルは、ビデ
オ信号のダイナミック・レンジを活かすためにも、最終
映像出力に対してなるべく大きな値に設定されるのが好
ましいが、通常は、ニー補正回路の働く直前のレベル、
即ち100%映像レベルに対応するように設定される。(1
00%以上のレベルに設定した場合には、映像信号の高輝
度部分はAGC追従範囲では常にニー補正回路による圧縮
を受け、階調性を無くしてしまう。)具体的には、標準
的な映像デバイスの出力レベルに合わせて、その最終映
像出力レベルがちょうど100%になるように、基準電圧V
REF1によりAGC回路16内のループ・ゲインを設定する。A
GCがオフ(スイッチ28がb接点側に接続)の場合には、
最終映像出力レベルが100%になるように、基準電圧V
REF2を調節しておく。
〔発明が解決しようとする課題〕
第2図に示すような従来例では、平均的に低輝度の被
写体に対してAGC回路16を動作させることは非常に有効
であるが、コントラストの高い被写体に対しては高輝度
部分がAGC動作の基準になることから、AGC追従範囲では
低輝度部分に黒つぶれ現象が生じ易い。逆に、低輝度部
分が充分見えるようにアイリスを開けば、今度は高輝度
部分に白つぶれ現象が生じ易くなる。そこで、このよう
な場合には、AGC動作を停止し、ニー補正回路20により
高輝度部分を圧縮することで白つぶれを抑え、ダイナミ
ック・レンジを確保する方法が提案されている。
一般に、撮像デバイス自体の飽和レベルに対してニー
補正回路20が低いレベルから働くように設定すれば、そ
れだけ圧縮範囲が拡がり、映像出力のダイナミック・レ
ンジを大きくとれるが、その分階調性を保てる上限(ニ
ー補正回路20の作動する直前のポイント)が狭くなるの
で、ニー補正回路20を必要としないような通常のコント
ラストの被写体に対して映像出力のS/N比が劣化すると
いう欠点がある。
そこで、被写体のコントラストに合わせてニー特性を
最適化するために、ニー補正回路20の動作レベルや、圧
縮の程度を外部から調節自在とし、入力レベルに応じて
自動又は手動調節する工夫が様々提案されているが、い
ずれも操作や回路構成が複雑なものになり、あまり実用
的でない。
そこで本発明は、被写体のコントラストに合わせて適
切なニー特性及び映像出力を得ることのできる映像信号
処理回路を提示することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る撮像信号処理回路は、撮像手段から出力
される映像信号の高輝度レベルを圧縮し、利得を調整す
る縦続接続された高輝度レベル圧縮処理手段及び利得調
整手段を具備する撮像信号処理手段と、第1の時定数に
より前記撮像信号処理手段の出力レベルを検出し、その
検出結果に従い前記利得調整手段をフィードバック制御
する利得制御手段と、前記第1の時定数よりも短い第2
の時定数により前記撮像信号処理手段の出力レベルを検
出し、その検出結果に基づき前記高輝度レベル圧縮処理
手段における高輝度レベル圧縮処理特性をフィードバッ
ク制御する高輝度レベル圧縮処理特性制御手段とを備え
ることを特徴とする。
〔作用〕
利得調整手段を制御する時定数(第1の時定数)よ
り、非線形変換処理特性を制御する時定数(第2の時定
数)を短くしたので、コントラストが高いとき被写体で
は、圧縮範囲の広い信号を形成でき、コントラストの低
い被写体では階調性のよい信号を生成できる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の一実施例の構成ブロック図を示す。
撮影光学系32、撮像素子34及びクランプ回路36までは、
第2図の従来例と同じである。38はガンマ補正回路、40
はニー補正回路、42はAGCのための可変利得アンプ、44
はエンコーダ22と同様の機能を持ち、TV信号を出力する
エンコーダである。46は検波回路、48はAGCのオン/オ
フを決定するスイッチ、50は減算器であり、第2図の検
波回路26、スイッチ28及び減算器30によるループと同様
にして、AGCのために可変利得アンプ42の利得を制御す
る。即ちスイッチ48のb接点には基準電圧VREF2が印加
され、減算器50のマイナス入力には一定電圧VREF1が印
加されている。ここでは、基準電圧VREF1はAGC追従時の
ビデオ出力レベルを規定し、基準電圧VREF2は撮像素子2
4の標準出力レベルに対して、AGCオフ時のビデオ出力レ
ベルを規定する。第1図の構成例では、撮像素子34の標
準出力レベルに対してビデオ出力レベルがAGCのオン/
オフ時に何れも100%になるように設定してあるものと
する。
本実施例ではまた、減算器52によりスイッチ48の出力
から基準電圧VREF2を減算し、その減算結果に従ってニ
ー補正回路40のニー特性を制御する。即ちニー補正回路
40は、制御入力電圧VCに従って、第5図に示すように、
VCがゼロのときには100%ビデオ出力の点から一定の圧
縮特性で動作し、VCがプラスで増加する程、より低い動
作点から圧縮特性で動作する。
第1図において、破線で囲んだブロック部分が本実施
例の特徴的部分であり、以下では、この特徴部分を説明
する。可変利得アンプ42によるAGC回路部分について
は、第2図の従来例と同じであり、スイッチ48をa接点
に接続するか、b接点に接続するかでAGCのオン/オフ
を指定でき、AGCのオン(a接点)のときには、アンプ4
2の出力は、基準電圧VREF1によって定まるレベルに制御
される。
次に、ニー補正回路40のニー特性の制御動作を説明す
る。AGCがオフ(スイッチ48がb接点に接続)のとき、
スイッチ48の出力は基準電圧VREF2に等しく、従って減
算器52の出力はゼロ(基準レベル)である。減算器52の
出力、即ち、ニー補正回路40の制御電圧VCがゼロである
ので、ニー補正回路40は第5図の実線のニー特性を示
す。このとき、減算器50の出力は(VREF2−VREF1)で一
定であるので、アンプ42は固定利得の増幅器として機能
する。
他方、スイッチ48がa接点側に接続して、AGCがオン
である場合には、減算器52は、スイッチ48の出力(即
ち、検波回路46の出力)から基準電圧VREF2を減算す
る。そして、減算器52の出力に応じて、ニー補正回路40
の入出力特性は第5図に示すように変化する。例えば、
減算器52の出力がプラスのときには、圧縮特性の開始点
を下げる。このように、AGC動作を行うときには、ニー
補正回路40及びアンプ42の動作点を初期設定するため
に、電源投入時に必ず1度だけ、スイッチ48をb接点側
に接続することと、アンプ42に先立ってニー補正回路40
の特性調整が動作するように、減算器50の出力応答時間
を減算器52のそれよりも遅く設定しておく必要がある。
このようにして、AGC動作時には、AGCの非動作時であ
れば100%を越えてしまうようなビデオ出力レベル、即
ち、検波回路46の出力レベルが基準レベルVREF2より大
きくなる場合に、その分、ニー補正回路40の動作点を下
げることにより、信号の圧縮範囲を拡げ、もって、100
%のビデオ出力レベルを維持するように動作する。また
逆に、AGCの非動作時には、100%を下まわるようにビデ
オ出力に対しては、ニー補正回路40ではなく、アンプ42
の利得を増すことで100%のビデオ出力レベルを保つよ
うに動作する。
第6図は本発明の第2の実施例の構成ブロック図を示
す。第1図と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
60は、検波回路46とは異なる時定数の検波回路、62は検
波回路60の出力と、基準電圧VREF2とを切り換えるスイ
ッチ、64はスイッチ62の出力から基準電圧VREF2を減算
する減算器である。減算器64の出力がニー補正回路40の
制御端子に印加される。AGC用の検波回路46とは別に、
ニー特性制御用の検波回路60を設け、それらの時定数を
別々に設定可能とし、別々のスイッチ48,62を設けるこ
とにより、AGCとニー特性制御を異なるタイミングで作
動させることができる。
AGC用の検波回路46の時定数を長く設定し、ニー特性
制御用の検波回路60の時定数を短く設定する。こうする
と、コントラストの高い被写体(即ち、信号のピーク値
が大きく、積分値が小さい場合)では、先ず、信号のピ
ーク値に対して前段のニー補正回路40でその分ニー特性
の動作点を大きくさげる補正が働き、後段のアンプ42で
その分AGCの利得を大きくする補正が働くので、全体で
圧縮範囲の広い信号が形成される。逆に、コントラスト
の低い被写体(即ち、信号のピーク値と積分値との間に
あまり差が無い場合)では、ニー補正回路40の補正はほ
とんど働かず、階調性のよい信号が形成される。
スイッチ48,62を異なるタイミングで作動させること
により、減算器64の出力応答時間もスイッチ48,62の切
換タイングで調整できるし、また、ニー補正回路40を一
定の入出特性とし、アンプ42の増幅率制御(AGC)のみ
を作動させ、従来と同様の動作をさせることもできる。
〔発明の効果〕
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によ
れば、圧縮範囲の広い信号及び階調性のよい信号を生成
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第2図は
従来例の構成ブロック図、第3図はAGC回路の入出力特
性図、第4図は第2図におけるガンマ補正及びニー補正
の全体的な入出力特性図、第5図は第1図におけるニー
補正回路40のニー特性制御動作の説明図、第6図は本発
明の別の実施例の構成ブロック図である。 32……撮影光学系、34……撮像素子、36……クランプ回
路、38……ガンマ補正回路、40……ニー補正回路、42…
…可変利得アンプ、44……エンコーダ、46,60……検波
回路、48,62……スイッチ、50,52,64……減算器

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像手段から出力される映像信号の高輝度
    レベルを圧縮し、利得を調整する縦続接続された高輝度
    レベル圧縮処理手段及び利得調整手段を具備する撮像信
    号処理手段と、 第1の時定数により前記撮像信号処理手段の出力レベル
    を検出し、その検出結果に従い前記利得調整手段をフィ
    ードバック制御する利得制御手段と、 前記第1の時定数よりも短い第2の時定数により前記撮
    像信号処理手段の出力レベルを検出し、その検出結果に
    基づき前記高輝度レベル圧縮処理手段における高輝度レ
    ベル圧縮処理特性をフィードバック制御する高輝度レベ
    ル圧縮処理特性制御手段 とを備えることを特徴とする撮像信号処理回路。
  2. 【請求項2】当該利得調整処理手段が、当該高輝度レベ
    ル圧縮処理手段の後段に接続される特許請求の範囲第
    (1)項に記載の撮像信号処理回路。
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