JP3092397B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は逆光撮影等で主被写体が
階調性のないぼやけた画像になったものを階調補正を行
い階調表現の豊かな画像を得ることができる撮像装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、多くの撮像装置が開発されてい
る。従来の撮像装置としては、例えば特開平１−１２０
９６９号公報の撮像装置（第１の従来例）に開示されて
いる。

【０００３】以下に、第１の従来例の撮像装置について
説明する。図２２は同公報に開示されている従来の撮像
装置のブロック図である。図２２において、１５０１は
結像レンズ、１５０２はアイリス、１５０３は固体撮像
素子、１５０４はアンプ、１５０５は最大値検出回路、
１５０６は最小値検出回路、１５０７は平均値検出回
路、１５０８はアイリス制御回路、１５０９は減算器、
１５１０は比較回路、１５１１は制御電圧発生回路、１
５１２はＤＣレベルシフト回路、１５１３はシフト量演
算回路、１５１４は加算器である。

【０００４】以上のように構成された第１の従来例の撮
像装置について、以下その動作について説明する。被写
体からの光入力は結像レンズ１５０１を通り、アイリス
１５０２でそのパワーを調整され、固体撮像素子１５０
３上に結像する。この固体撮像素子１５０３で電気信号
に変換された映像信号はアンプ１５０４で増幅され、１
フィールド内の最大値、最小値、平均値の各検出回路１
５０５，１５０６，１５０７にそれぞれ入力される。平
均値検出回路１５０７の出力ｓは加算器１５１４を介し
てアイリス制御回路１５０８に入力し、アイリス制御が
行われる。最大値検出回路１５０５の出力ｘと最小値検
出回路１５０６の出力ｙとを減算器９で減算して、ｚ＝
ｘ−ｙとし、この値ｚを比較部１５１０で比較し、この
値ｚが予め設定した規定値ａより小さい場合は制御電圧
発生回路１５１１より、アイリス１５０２を開いてｚ＝
ａとなるようにする。逆光被写体において、主被写体と
背景の画質を向上させることができる。

【０００５】従来の階調補正機能付き撮像装置の別の例
（第２の従来例）としては、特開平２−２０６２８２号
公報のガンマ補正装置に開示されている。以下に第２の
従来例の階調補正機能付き撮像装置について説明する。

【０００６】図２３は同公報に示されている従来の階調
補正機能付き撮像装置のブロック図である。図２３にお
いて、１６０１は撮像装置、１６０２は利得制御回路、
１６０３は減衰制御回路、１６０４はレベル範囲区分手
段、１６０５は平均値検出回路、１６０６は利得制御デ
ータＲＯＭである。１６０７はガンマ補正制御回路であ
る。

【０００７】以上のように構成された第２の従来例の階
調補正機能付き撮像装置について、以下その動作につい
て説明する。撮像装置１６０１による撮像で得られた映
像信号を、レベル範囲区分手段１６０４で所定の信号レ
ベル範囲に区分し、平均値検出回路１６０５で各レベル
範囲の映像信号の平均値または積分値を検出する。利得
制御データＲＯＭ１６０６には、各レベル範囲の映像信
号の平均値に応じて、ガンマ補正制御回路１６０７にお
ける利得もしくは減衰量が設定されている。利得制御回
路１６０２と減衰制御回路１６０３において、利得制御
データＲＯＭの出力信号に応じて、ガンマ補正特性を制
御することにより、白つぶれや黒つぶれの発生を防止す
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の第
１の従来例においては、逆光被写体の場合は映像信号の
最大値と最小値の差が大きいので、映像信号の平均値に
アイリスが合うように制御され、低輝度部と高輝度部の
階調がなくなるという問題点を有していた。また、順光
被写体で低輝度から高輝度まで階調があるような被写体
に対しては階調が全体的になくなり不自然な出力画像に
なるという問題点も有していた。

【０００９】また、上記の第２の従来例においては、低
輝度部の利得を上げて黒つぶれを防止し、中輝度部と高
輝度部の減衰量を制御して白つぶれを防止しているの
で、白つぶれは防止できるが、その代わりに高輝度部の
階調がなくなってしまうという問題点を有していた。

【００１０】また、上記の従来例においては、順光被写
体から逆光被写体までを階調補正しようとしても、補正
特性を簡単に変えることができないという問題点も有し
ていた。

【００１１】また、上記の従来例においては、動画に対
応していないので、動画を階調補正を行うと安定しない
不自然な出力画像になるという問題点も有していた。

【００１２】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、黒つぶれや白つぶれを防止し、順光被写体から強い
逆光被写体まで画面全域にわたって階調表現の豊かな出
力画像を得ることができ、動画に対しても自然な階調補
正画像を得ることができる撮像装置を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子の露
光量を制御する露光制御回路と、前記撮像素子の出力映
像信号の最大値を検出する最大値検出回路と、前記撮像
素子の出力映像信号の平均値を検出する平均値検出回路
と、前記最大値検出回路が検出した最大値と前記平均値
検出回路が検出した平均値を加重係数によって加重平均
する加重平均回路と、前記加重平均回路の出力結果と露
光量目標値を比較する比較回路と、前記比較回路の出力
結果によって前記露光制御回路を制御する制御信号発生
回路と、前記撮像素子の出力映像信号の特徴量を求める
特徴量抽出回路と、前記特徴量抽出回路が抽出した特徴
量に基づいて補正すべき階調補正特性を決定し補正係数
を出力する補正特性決定回路と、前記補正特性決定回路
が決定した階調補正特性で前記撮像素子の出力映像信号
のそれぞれを補正する階調補正手段とを備えたものであ
る。

【００１４】また、本発明の撮像装置は、撮像素子と、
前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、前記
撮像素子の出力映像信号から輝度信号Ｙを分離もしくは
合成する輝度信号生成回路と、前記輝度信号の最大値を
検出する最大値検出回路と、前記輝度信号の平均値を検
出する平均値検出回路と、前記最大値検出回路が検出し
た最大値と前記平均値検出回路が検出した平均値を加重
係数によって加重平均する加重平均回路と、前記加重平
均回路の出力結果と露光量目標値を比較する比較回路
と、前記比較回路の出力結果によって前記露光制御回路
を制御する制御信号発生回路と、前記輝度信号のヒスト
グラムを求める特徴量抽出回路と、前記特徴量抽出回路
が求めたヒストグラムに基づいて補正すべき階調補正特
性を決定し補正係数を出力する補正特性決定回路と、前
記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で前記撮像
素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調補正手段
とを備えたものである。

【００１５】また、本発明の撮像装置は、撮像素子と、
前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、前記
撮像素子の出力映像信号の最大値を検出する最大値検出
回路と、前記撮像素子の出力映像信号の平均値を検出す
る平均値検出回路と、前記撮像素子の出力映像信号の最
小値を検出する最小値検出回路と、前記最大値検出回路
が検出した最大値から前記最小値検出回路が検出した最
小値を減算する減算回路と、前記減算回路の出力結果と
規定値を比較する第１の比較回路と、前記最大値検出回
路が検出した最大値と前記平均値検出回路が検出した平
均値を加重係数によって加重平均する加重平均回路と、
前記加重平均回路の出力結果と露光量目標値を比較する
第２の比較回路と、前記第２の比較回路の出力結果によ
って前記露光制御回路を制御する制御信号発生回路と、
前記撮像素子の出力映像信号の特徴量を求める特徴量抽
出回路と、前記特徴量抽出回路が抽出した特徴量に基づ
いて補正すべき階調補正特性を決定し補正係数を出力す
る補正特性決定回路と、前記補正特性決定回路が決定し
た階調補正特性で前記撮像素子の出力映像信号のそれぞ
れを補正する階調補正手段という構成を備えたものであ
る。

【００１６】また、本発明の撮像装置は、撮像素子と、
前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、前記
撮像素子の出力映像信号から輝度信号を分離もしくは合
成する輝度信号生成回路と、前記輝度信号の最大値を検
出する最大値検出回路と、前記輝度信号の平均値を検出
する平均値検出回路と、前記輝度信号の最小値を検出す
る最小値検出回路と、前記最大値検出回路が検出した最
大値から前記最小値検出回路が検出した最小値を減算す
る減算回路と、前記減算回路の出力結果と規定値を比較
する第１の比較回路と、前記最大値検出回路が検出した
最大値と前記平均値検出回路が検出した平均値を加重係
数によって加重平均する加重平均回路と、前記加重平均
回路の出力結果と露光量目標値を比較する第２の比較回
路と、前記第２の比較回路の出力結果によって前記露光
制御回路を制御する制御信号発生回路と、前記輝度信号
のヒストグラムを求める特徴量抽出回路と、前記特徴量
抽出回路が求めたヒストグラムに基づいて補正すべき階
調補正特性を決定し補正係数を出力する補正特性決定回
路と、前記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で
前記撮像素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調
補正手段という構成を備えたものである。

【００１７】また、本発明の撮像装置の階調補正手段が
入力映像信号から第１の階調補正特性を生成する第１の
階調補正特性回路と、入力映像信号から第２の階調補正
特性を生成する第２の階調補正特性回路と、入力映像信
号の平均値を求める平均値検出回路と、前記平均値と前
記補正特性決定回路が決定した補正係数を加算する加算
器と、前記加算器の出力信号によって第１の階調補正特
性と第２の階調補正特性を加重平均して補正ゲインを出
力する加重平均回路と、前記加重平均回路で求めた補正
ゲインによって前記入力映像信号のそれぞれを補正する
補正手段という構成を備えたものである。

【００１８】

【作用】本発明の撮像装置は上記した構成により、撮像
素子の出力映像信号から１フィールド内の最大値と平均
値を求める。求めた最大値と平均値を加重平均し、加重
平均の出力結果と露光量目標値が一致するように露光制
御を行う。同時に、特徴量抽出回路が撮像素子の出力映
像信号の特徴量を抽出する。抽出した特徴量を基に補正
特性決定回路が補正すべき階調補正特性を決定し階調補
正手段が撮像素子の出力映像信号を階調補正する。そし
て決定した階調補正特性にあわせて露光量目標値を変更
し、階調補正に連動した絞り制御を行うことにより、ど
のような入力画像に対しても安定した階調補正画像を得
ることができる。

【００１９】また本発明の撮像装置は上記した構成によ
り、撮像素子の出力映像信号から１フィールド内の最大
値と平均値を求める。求めた最大値と平均値を加重平均
し、加重平均の出力結果と露光量目標値が一致するよう
に露光制御を行う。同時に、特徴量抽出回路が撮像素子
の出力映像信号の特徴量を抽出する。抽出した特徴量を
基に補正特性決定回路が補正すべき階調補正特性を決定
し階調補正手段が撮像素子の出力映像信号を階調補正す
る。そして決定した階調補正特性にあわせて加重平均の
加重係数を変更し、階調補正に連動した露光制御を行う
ことにより、どのような入力画像に対しても安定した階
調補正画像を得ることができる。

【００２０】また本発明の撮像装置は上記した構成によ
り、撮像素子の出力映像信号から１フィールド内の最大
値と平均値と最小値を求める。求めた最大値と平均値を
加重平均し、加重平均の出力結果と露光量目標値が一致
するように露光制御を行う。また最大値から最小値を減
算した結果にあわせて露光量目標値を変更し同様に露光
制御を行う。同時に、特徴量抽出回路が撮像素子の出力
映像信号の特徴量を抽出する。抽出した特徴量を基に補
正特性決定回路が補正すべき階調補正特性を決定し階調
補正手段が撮像素子の出力映像信号を階調補正すること
により、どのような入力画像に対しても安定した階調補
正画像を得ることができる。

【００２１】また本発明の撮像装置は上記した構成によ
り、撮像素子の出力映像信号から１フィールド内の最大
値と平均値と最小値を求める。求めた最大値と平均値を
加重平均し、加重平均の出力結果と露光量目標値が一致
するように露光制御を行う。また最大値から最小値を減
算した結果にあわせて加重平均の加重係数を変更し同様
に露光制御を行う。同時に特徴量抽出回路が撮像素子の
出力映像信号の特徴量を抽出する。抽出した特徴量を基
に補正特性決定回路が補正すべき階調補正特性を決定し
階調補正手段が撮像素子の出力映像信号を階調補正する
ことにより、どのような入力画像に対しても安定した階
調補正画像を得ることができる。

【００２２】また本発明の撮像装置の階調補正回路は上
記した構成により、入力映像信号の平均値Ｙａを用いて
第１の階調補正特性と第２の階調補正特性を加重平均し
て補正ゲインを求めることにより、近傍の輝度が高けれ
ば輝度を低く補正し、近傍の輝度が低ければ輝度を高く
補正を行い、階調補正ゲインが小さくてもコントラスト
を保つように階調補正を行い、階調表現豊かな階調補正
画像を得ることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００２４】図１は本発明の第１の実施例における撮像
装置の構成を示すブロック図である。図１において、１
０１は光学系、１０２は絞り回路、１０３は固体撮像素
子、１０４はアナログ回路、１０５はアナログ／デジタ
ル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、１０６は階調補正回路、１
０７は信号処理回路、１０８はデジタル／アナログ変換
器（Ｄ／Ａ変換器）、１０９はエンコーダ回路、１１０
は輝度信号生成回路、１１１は最大値検出回路、１１２
は平均値検出回路、１１３は加重平均回路、１１４は比
較回路、１１５は絞り駆動回路、１１６は特徴量抽出回
路、１１７は補正特性決定回路である。

【００２５】図２は同第１の実施例における階調補正回
路１０６の内部構成を示すブロック図である。図２にお
いて、２０１は第１の階調補正特性回路、２０２は第２
の階調補正特性回路、２０３は加算器、２０４は加重平
均回路、２０５は遅延回路、２０６は乗算器である。

【００２６】図３は本発明の実施例における入力映像信
号の１フィールドの画像を示した図である。図３におい
て、３０１は有効画面を示す。有効画面３０１のサンプ
ル数は水平Ｈ方向に４４８点、垂直Ｖ方向に２２４点で
ある。図３の（ａ）は入力映像信号の１フィールドの画
像を示しているが、この画像は窓の前に人物が立ってい
る逆光の度合いが大きい被写体の例である。図３の
（ｂ）は１フィールド有効画面の７×７ブロック分割を
示す図である。図３の（ｃ）は中央重点のブロック分割
を示す図である。

【００２７】図４は本発明の実施例における有効画面の
輝度信号のヒストグラムである。図４のａが輝度信号の
ヒストグラムである。図４のｂが低輝度画素数、図４の
ｃが中輝度画素数、図４のｄが高輝度画素数である。

【００２８】図５は本発明の実施例における特徴量抽出
回路１１６の構成を示すブロック図である。図５におい
て、５０１は比較回路、５０２は低輝度画素数用のカウ
ンタ回路、５０３は中輝度画素数用のカウンタ回路、５
０４は高輝度画素数用のカウンタ回路である。

【００２９】図６は本発明の実施例における補正特性決
定回路１１７の内部構成を示すブロック図である。図６
において、６０１は補正係数テーブルＲＯＭ、６０２は
フィルタ回路である。

【００３０】図７は本発明の実施例における階調補正特
性を示す特性図である。図７において、Ｙ１は第１の階
調補正特性、Ｙ２は第２の階調補正特性である。

【００３１】以上のように構成された本発明の第１の実
施例の撮像装置について、以下その動作を説明する。

【００３２】図１において、まず、光入力は光学系１０
１と絞り回路１０２を通り固体撮像素子１０３に入力す
る。固体撮像素子１０３からアナログ回路１０４が入力
映像信号としてＲ，Ｇ，Ｂ信号を取り込む。このＲ，
Ｇ，Ｂ信号はアナログ／デジタル変換器１０５によって
０〜２５５のデジタルデータに変換される。この０〜２
５５のデジタルデータに変換されたＲ，Ｇ，Ｂ信号が入
力映像信号として階調補正回路１０６と輝度信号生成回
路１１０に供給される。これらの色データはＲ＝Ｇ＝Ｂ
＝２５５のとき白を示し、その値が大きいほど明るいこ
とを示している。このＲ，Ｇ，Ｂ信号から輝度信号生成
回路１１０が輝度信号Ｙを算出する。入力映像信号の輝
度をＹとすると、例えば、 Ｙ＝０．３０Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ ・・・（１） の関係式で求めることができ、やはり０〜２５５の値に
なる。

【００３３】算出した輝度信号Ｙは最大値検出回路１１
１と平均値検出回路１１２と特徴量抽出回路１１６に供
給される。まず、算出した輝度信号Ｙから最大値検出回
路１１１と平均値検出回路１１２がそれぞれ１フィール
ドの有効画面の最大値と平均値を検出する。検出した輝
度信号の最大値と平均値を加重平均回路１１３が加重係
数で加重平均し平均輝度レベルを求める。例えば、 平均輝度レベル＝｛（最大値）×（加重係数）＋（最小値）×（１００−加重 係数）｝／１００ ・・・（２） の関係式で平均輝度レベルを求めることができる。

【００３４】求めた平均輝度レベルを比較回路１１４が
絞りの目標値と比較し、平均輝度レベルと絞りの目標値
が一致するように絞り駆動回路１１５が絞り回路１０２
を駆動することによって絞り制御を行う。

【００３５】また、算出した輝度信号Ｙから特徴量抽出
回路１１６が低輝度、中輝度、高輝度の３レベルのヒス
トグラムを求める。このヒストグラムから補正特性決定
回路１１７が入力映像信号に最適の階調補正特性を決定
し、その階調補正特性を示す補正係数を出力する。この
補正係数によって階調補正回路１０６では入力映像信号
に最適の階調補正特性で階調補正を行う。この階調補正
されたＲ，Ｇ，Ｂ信号を信号処理回路１０７がアパーチ
ャ処理等の信号処理を行う。この信号処理したデジタル
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号をデジタル／アナログ変換器１０８がア
ナログＲ，Ｇ，Ｂ信号に変換する。最後に、エンコーダ
回路１０９がこのＲ，Ｇ，Ｂ信号をＹ信号（輝度信号）
とＣ信号（色信号）の映像信号出力に変換し出力する。

【００３６】次に、図２，図３，図４，図５，図６と図
７を用いて本発明の撮像装置の階調補正機能の動作を詳
細に説明する。

【００３７】図５を用いて特徴量抽出回路１１６の動作
を詳細に説明する。入力された輝度信号Ｙは比較器５０
１で閾値１と閾値２と比較される。輝度信号Ｙが閾値１
より小さいとき、低輝度カウント信号を出力する。輝度
信号Ｙが閾値１と閾値２の間のとき、中輝度カウント信
号を出力する。輝度信号Ｙが閾値２より大きいとき高輝
度カウント信号を出力する。この低輝度カウント信号、
中輝度カウント信号、高輝度カウント信号に従ってカウ
ンタ回路５０２，５０３，５０４が１フィールドの有効
画面について画素数をカウントし、低輝度画素数、中輝
度画素数、高輝度画素数をそれぞれ出力する。例えば、
図３の（ａ）は入力映像信号の１フィールドの画像を示
しているが、この画像は窓の前に人物が立っている逆光
の度合いが大きい被写体の例である。特徴量抽出回路１
１６が、有効画面の１フィールド全域にわたり、例え
ば、図３の（ａ）の有効画面３０１の１フィールド画像
４４８×２２４ドットについて、低輝度画素数、中輝度
画素数、高輝度画素数の分布を求めると、図４のｂ，
ｃ，ｄに示すような輝度ヒストグラムが得られる。この
輝度ヒストグラム（図４のｂ，ｃ，ｄ）を見るとピーク
が低輝度と高輝度の２箇所にできており、逆光の被写体
であることが推測することができる。

【００３８】図６を用いて補正特性決定回路１１７の動
作を詳細に説明する。補正係数テーブルＲＯＭ６０１に
は、特徴量抽出回路１１６から供給される低輝度画素
数、中輝度画素数、高輝度画素数をアドレスとして順光
被写体から逆光被写体に対する階調補正特性の補正係数
や暗い被写体に対する階調補正特性の補正係数等が記憶
されている。よって、特徴量抽出回路１１６から低輝度
画素数、中輝度画素数、高輝度画素数が補正係数テーブ
ルＲＯＭ６０１に入力されると、入力画像に対して１つ
の補正係数が決定する。この補正係数を前フィールドと
の連続性を保てるようにフィルタ回路６０２でフィルタ
処理を行い補正係数を出力する。

【００３９】図２を用いて階調補正回路１０６の動作を
詳細に説明する。入力された輝度信号Ｙは第１の階調補
正特性回路２０１と第２の階調補正特性回路２０２に供
給される。第１の階調補正特性回路２０１では、入力輝
度信号Ｙと第１の階調補正特性で補正されたＹ１から第
１補正ゲイン（Ｙ１／Ｙ）を出力する。同様に、第２の
階調補正特性回路２０２からは第２補正ゲイン（Ｙ２／
Ｙ）を出力する。一方、加算器２０３で輝度信号Ｙと補
正係数を加算し、Ｘ信号を出力する。次に、荷重平均回
路２０４が第１補正ゲインと第２補正ゲインをＸ信号を
用いて関係式（３）によって荷重平均し、補正ゲイン
（Ｙ′／Ｙ）を求める。

【００４０】 Ｙ′／Ｙ＝｛（Ｙ１／Ｙ）・（２５６−Ｘ）＋（Ｙ２／Ｙ）・Ｘ｝／２５６ ・・・（３） 本実施例においては第１補正ゲイン（Ｙ１／Ｙ）を
（４）式で、第２補正ゲイン（Ｙ２／Ｙ）を（５）式で
実施した。

【００４１】 Ｙ１／Ｙ＝｛１／２５６²・（Ｙ−２５６）³＋２５６｝／Ｙ ・・・（４） Ｙ２／Ｙ＝Ｙ／Ｙ ・・・（５） 最後に、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を遅延回路２０５で補正ゲイン
（Ｙ′／Ｙ）とのタイミングを合わせ、乗算器２０６で
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号と補正ゲイン（Ｙ′／Ｙ）と乗算し、階
調補正されたＲ′，Ｇ′，Ｂ′信号を出力する。このよ
うに、補正ゲインをＲ，Ｇ，Ｂ信号に共通に用いること
により、色バランスがよく全域にわたって階調表現の豊
かな出力画像を得ることができる。

【００４２】図７は本実施例における階調補正特性を示
したものである。Ｙ１は第１の階調補正特性、Ｙ２は第
２の階調補正特性である。例えば補正係数が０のとき階
調補正特性は関係式（３）から図７のａになる。同様
に、補正係数が正になると、階調補正特性は図７のｃの
ようになる。同様に、補正係数が負になると、階調補正
特性は図７のｂのようになる。このように補正係数を変
化させることにより、簡単に階調補正特性を連続的に変
化させることができる。階調補正特性は補正係数を変化
させていくと、低輝度部と中輝度部の補正ゲインが徐々
に大きくなり、最後に全体の補正ゲインが大きくなる。
よって、順光被写体に対しては図７のＹ２の階調補正特
性で、逆光被写体に対しては図７のａの階調補正特性
で、暗い被写体に対しては図７のＹ１の階調補正特性で
階調補正することで、あらゆる被写体に対して階調表現
豊かな階調補正を行うことができる。

【００４３】一方、補正特性決定回路１１７が決定した
補正係数によって、加重平均回路１１３の加重係数を補
正し、階調補正に連動した絞り制御を行う。

【００４４】図８は補正係数に対する加重係数の補正値
を示す特性図である。例えば、補正特性決定回路１１７
が逆光被写体の階調補正特性と判定したときは、図８に
示したように加重平均回路１１３の加重係数を補正係数
に応じて大きくし、輝度信号の最大値の割合を大きくし
て平均輝度レベルを求めるようにする。絞り駆動回路１
１５は絞りの目標値と補正した平均輝度レベルが一致す
るように絞り回路１０２を駆動するので、平均輝度レベ
ルが大きくなると絞りを閉じる方向に動作する。通常、
絞り駆動回路１１５は平均輝度レベルに絞りをあわせる
ように絞り回路１０２を駆動するので、逆光被写体のと
きは平均輝度レベルが小さくなり絞りが開いてしまい、
屋外等の高輝度部は白つぶれしてしまう。従って、加重
係数を補正係数で補正することによって平均輝度レベル
を大きくし、絞りを閉じるようにすることによって白つ
ぶれを防ぐ。さらに、階調補正回路１０６によって低輝
度部を持ち上げ、高輝度部をそのまま出力することによ
って、逆光被写体に対しても画面全体に階調表現豊かな
映像信号出力を得ることができる。

【００４５】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は光学系１０１と、絞り回路１０２と、固体撮
像素子１０３と、アナログ回路１０４と、アナログ／デ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０５と、階調補正回路
１０６と、信号処理回路１０７と、デジタル／アナログ
変換器（Ｄ／Ａ変換器）１０８と、エンコーダ回路１０
９と、輝度信号生成回路１１０と、最大値検出回路１１
１と、平均値検出回路１１２と、加重平均回路１１３
と、比較回路１１４と、絞り駆動回路１１５と、特徴量
抽出回路１１６と、補正特性決定回路１１７という構成
で、階調補正に連動した絞り制御を行うことによって、
逆光被写体から順光被写体まであらゆる被写体に対して
階調がつぶされない、色バランスがよく全域にわたって
階調表現の豊かな出力画像を得ることができる。

【００４６】また、本発明の撮像装置の階調補正回路を
第１の階調補正特性回路２０１と、第２の階調補正特性
回路２０２と、加算器２０３と、加重平均回路２０４
と、遅延回路２０５と、乗算器２０６という構成で、補
正係数によって補正ゲインを発生するようにすることに
よって、何種類かの階調補正特性を記憶しておく余分な
ＲＯＭ等を持たなくて良いので、回路規模も非常に小さ
くすることができる。

【００４７】また補正係数を変えることによって、順
光、逆光被写体の階調補正特性を生成することができる
ので、逆光被写体から順光被写体まであらゆる被写体に
対して階調がつぶされない、色バランスがよく全域にわ
たって階調表現の豊かな出力画像を得ることができる。

【００４８】また、階調補正特性を連続的に変化させる
ことができるので、動画に対しても自然な階調補正をす
ることができる。

【００４９】また、入力信号が大きいときは入力信号が
ほぼそのまま出力信号になるように階調補正特性をする
ことによって、従来オートニー制御等で高輝度部の階調
がつぶれていたところをきれいに再現することができ
る。

【００５０】図９は本発明の第２の実施例における撮像
装置中の階調補正回路１０６の内部構成を示すブロック
図である。図２に示した第１の実施例における撮像装置
中の階調補正回路１０６の内部構成と異なるのは、階調
補正回路１０６に平均値検出回路（ＬＰＦ）２０７を新
たに設けた点である。

【００５１】以下、図９を用いて階調補正回路１０６の
動作を詳細に説明する。入力された輝度信号Ｙは第１の
階調補正特性回路２０１と第２の階調補正特性回路２０
２に供給される。第１の階調補正特性回路２０１では、
入力輝度信号Ｙと第１の階調補正特性２０１で補正され
たＹ１から第１補正ゲイン（Ｙ１／Ｙ）を出力する。同
様に、第２の階調補正特性回路２０２からは第２の補正
ゲイン（Ｙ２／Ｙ）を出力する。一方、輝度信号Ｙは平
均値検出回路（ＬＰＦ）２０７で輝度平均値Ｙａを求
め、加算器２０３で輝度平均値Ｙａと補正係数を加算
し、Ｘ信号を出力する。次に、加重平均回路２０４が第
１補正ゲインと第２補正ゲインをＸ信号を用いて関係式
（３）によって加重平均し、補正ゲイン（Ｙ′／Ｙ）を
求める。最後に、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を遅延回路２０５で補
正ゲイン（Ｙ′／Ｙ）とのタイミングを合わせ、乗算器
２０６でＲ，Ｇ，Ｂ信号と補正ゲイン（Ｙ′／Ｙ）と乗
算し、階調補正されたＲ′，Ｇ′，Ｂ′信号を出力す
る。このように、補正ゲインをＲ，Ｇ，Ｂ信号に共通に
用いることにより、色バランスがよく全域にわたって階
調表現の豊かな出力画像を得ることができる。

【００５２】図１０は階調補正特性と入出力特性を示し
たものである。平均値検出回路２０７で求めた輝度平均
値Ｙａが注目画素の輝度信号Ｙと等しいときは図１０の
ａの階調補正特性で、輝度平均値Ｙａが注目画素の輝度
信号Ｙより低いときは図１０のｂの階調補正特性で、輝
度平均値Ｙａが注目画素の輝度信号Ｙより高いときは図
１０のｃの階調補正特性で、画素単位で適応的に階調補
正特性を変化させて階調補正することによって、補正ゲ
インの傾きが小さくてもコントラストを保つように階調
補正を行い、階調表現豊かな出力信号を得ることができ
る。

【００５３】図１１は本発明の第２の実施例における階
調補正回路１０６の具体的な構成を示すブロック図であ
る。図１１において、９０１は平均値検出回路（ＬＰ
Ｆ）、９０２は第１加算器、９０３はクリップ回路、９
０４は第２加算器、９０５は第１乗算器、９０６は第３
加算器、９０７は第１減算器、９０８は第２乗算器、９
０９は第２減算器、９１０は第４加算器、２０５は遅延
回路、２０６は乗算器である。

【００５４】以下、図１１を用いて階調補正回路１０６
の動作を詳細に説明する。図１１は式（３）、式
（４）、式（５）をそのまま回路化したものである。２
５６倍、１／２５６等はデータのビットシフトで対応し
て、回路の簡略化を図っている。まず、輝度信号Ｙが入
力されると平均値検出回路９０１で平均値Ｙａを求め
る。次に、平均値Ｙａと補正係数を第１加算器９０２で
加算する。第１加算器９０２の出力信号をクリップ回路
９０３で値「０」と値「２５５」で上下クリップする。
一方、平均値検出回路９０１から輝度信号Ｙを平均値Ｙ
ａと遅延を合わせて取り出し、１ビットシフトで２倍し
た輝度信号２Ｙと輝度信号Ｙを第２加算器９０４で加算
して３倍の輝度信号３Ｙを作る。また、第１乗算器９０
５で輝度信号Ｙを２乗しＹ²の輝度信号を作る。第１乗
算器９０５の出力信号に第３加算器９０６で数値「３」
を加算する。次に、第３加算器９０６の出力信号から第
２加算器９０４の出力信号を第１減算器９０７で減算す
る。次に、クリップ回路９０３の出力信号を数値「２５
６」から第２減算器９０９で減算する。第２減算器９０
９の出力信号と第１減算器９０７の出力信号を第２乗算
器９０８で乗算する。最後に、クリップ回路９０３の出
力信号と第２乗算器９０８の出力信号を第４加算器９１
０で加算し、補正ゲインを求める。一方、入力映像信号
を遅延回路２０５で遅延させ、この補正ゲインと乗算器
２０６で乗算し階調補正を行う。

【００５５】この補正ゲインは図７及び図１０に示す階
調補正特性に従い、補正係数によって補正ゲインを制御
することによって、逆光被写体から順光被写体まであら
ゆる被写体に対して階調がつぶされない、色バランスが
よく全域にわたって階調表現の豊かな出力画像を得るこ
とができる。さらに、輝度平均値Ｙａによって画素単位
で適応的に階調補正特性を変化させて階調補正すること
によって、補正ゲインの傾きが小さくてもコントラスト
を保つように階調補正を行い、階調表現豊かな出力信号
を得ることができる。

【００５６】以上のように本実施例によれば、本発明の
階調補正回路１０６を第１の階調補正特性回路２０１
と、第２の階調補正特性回路２０２と、加算器２０３
と、加重平均回路２０４と、遅延回路２０５と、乗算器
２０６と、平均値検出回路２０７という構成で、補正係
数によって補正ゲインを発生するようにすることによっ
て、何種類かの階調補正特性を記憶しておく余分なＲＯ
Ｍ等を持たなくて良いので、回路規模も非常に小さくす
ることができる。

【００５７】また、補正係数を変えることによって、順
光、逆光被写体の階調補正特性を生成することができる
ので、逆光被写体から順光被写体まであらゆる被写体に
対して階調がつぶされない、色バランスがよく全域にわ
たって階調表現の豊かな出力画像を得ることができる。

【００５８】また、入力信号が大きいときは入力信号が
ほぼそのまま出力信号になるように階調補正特性をする
ことによって、従来オートニー制御等で高輝度部の階調
がつぶれていたところをきれいに再現することができ
る。

【００５９】さらに、輝度平均値Ｙａによって画素単位
で適応的に階調補正特性を変化させて階調補正すること
によって、補正ゲインの傾きが小さくてもコントラスト
を保つように階調補正を行い、階調表現豊かな出力信号
を得ることができる。

【００６０】図１２は本発明の第３の実施例における撮
像装置の構成を示すブロック図である。図１２におい
て、１００１は光学系、１００２は絞り回路、１００３
は固体撮像素子、１００４はアナログ回路、１００５は
アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、１００６
は階調補正回路、１００７は信号処理回路、１００８は
デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）、１００９
はエンコーダ回路、１０１０は輝度信号生成回路、１０
１１は最大値検出回路、１０１２は平均値検出回路、１
０１３は加重平均回路、１０１４は比較回路、１０１５
は絞り駆動回路、１０１６は特徴量抽出回路、１０１７
は補正特性決定回路である。

【００６１】以上のように構成された本発明の第３の実
施例の撮像装置について、以下その動作を説明する。

【００６２】図１２において、まず、光入力が光学系１
００１と絞り回路１００２を通り固体撮像素子１００３
に入力する。固体撮像素子１００３からアナログ回路１
００４が入力映像信号としてＲ，Ｇ，Ｂ信号が取り込
む。このＲ，Ｇ，Ｂ信号はアナログ／デジタル変換器１
００５によって０〜２５５のデジタルデータに変換され
る。この０〜２５５のデジタルデータに変換されたＲ，
Ｇ，Ｂ信号が入力映像信号として輝度信号生成回路１０
１１と階調補正回路１００６に入力される。以下、加重
平均回路１０１３と比較回路１０１４以外は第１及び第
２の実施例と全く同様に動作する。すなわち、輝度信号
生成回路１０１０ではＲ，Ｇ，Ｂ信号から輝度信号Ｙを
算出する。まず、算出した輝度信号Ｙから最大値検出回
路１０１１と平均値検出回路１０１２がそれぞれ１フィ
ールドの有効画面の最大値と平均値を検出する。検出し
た輝度信号の最大値と平均値を加重平均回路１０１３が
加重係数で加重平均し平均輝度レベルを求める。例え
ば、関係式（２）で平均輝度レベルを求めることができ
る。求めた平均輝度レベルを比較回路１０１４が絞りの
目標値と比較し、平均輝度レベルと絞りの目標値が一致
するように絞り駆動回路１０１５が絞り回路１００２を
駆動することによって絞り制御を行う。

【００６３】また、算出した輝度信号Ｙを特徴量抽出回
路１０１６と階調補正回路１００７に供給する。特徴量
抽出回路１０１６では輝度信号Ｙの低輝度画素数と中輝
度画素数と高輝度画素数を求め、補正特性決定回路１０
１７に供給する。補正特性決定回路１０１７では低輝度
画素数と中輝度画素数と高輝度画素数を基に、入力映像
信号に最適の階調補正特性を判定して、階調補正特性の
補正係数を出力する。階調補正回路１００６は輝度信号
Ｙと補正係数から補正ゲインを求める。この補正ゲイン
で入力映像信号の階調補正を行う。この階調補正された
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を信号処理回路１００７がアパーチャ処
理等の信号処理を行う。この信号処理したデジタルＲ，
Ｇ，Ｂ信号をデジタル／アナログ変換器１００８がアナ
ログＲ，Ｇ，Ｂ信号に変換する。最後に、エンコーダ回
路１００９がこのＲ，Ｇ，Ｂ信号をＹ信号（輝度信号）
とＣ信号（色信号）に変換し映像信号出力を出力する。

【００６４】一方、第１及び第２の実施例と動作が異な
るのは、補正特性決定回路１０１７が決定した補正係数
によって、比較回路１０１４の絞りの目標値を補正し、
階調補正に連動した絞り制御を行うところである。例え
ば、補正特性決定回路１０１７が逆光被写体の階調補正
特性と判定するときは補正係数が小さくなり、比較回路
１０１４の絞りの目標値を補正係数に比例させながに小
さくする。絞り駆動回路１０１５は絞りの目標値と補正
した平均輝度レベルが一致するように絞り回路１００２
を駆動するので、絞りの目標値が小さくなると絞りを閉
じる方向に動作する。通常、絞り駆動回路１０１５は平
均輝度レベルに絞りの目標値をあわせるように絞り回路
１００２を駆動するので、逆光被写体のときは平均輝度
レベルが小さくなるので絞りが開いてしまい、屋外等の
高輝度部は白くつぶれてしまう。従って、絞りの目標値
を補正係数で補正し、絞りを閉じるようにすることによ
って白つぶれを防ぐ。さらに、階調補正回路１００６に
よって低輝度部を持ち上げ、高輝度部をそのまま出力す
ることによって、逆光被写体に対しても画面全体に階調
表現豊かな映像信号出力を得ることができる。

【００６５】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は、光学系１００１と、絞り回路１００２と、
固体撮像素子１００３と、アナログ回路１００４と、ア
ナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１００５と、
階調補正回路１００６と、信号処理回路１００７と、デ
ジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１００８と、
エンコーダ回路１００９と、輝度信号生成回路１０１０
と、最大値検出回路１０１１と、平均値検出回路１０１
２と、加重平均回路１０１３と、比較回路１０１４と、
絞り駆動回路１０１５と、特徴量抽出回路１０１６と、
補正特性決定回路１０１７という構成で、補正特性決定
回路１０１７が決定した補正係数によって、絞りの目標
値を補正し、階調補正に連動した制御を行うことによっ
て、逆光被写体から順光被写体まであらゆる被写体に対
して階調がつぶされない、色バランスがよく全域にわた
って階調表現の豊かな出力画像を得ることができる。

【００６６】図１３は本発明の第４の実施例における撮
像装置の構成を示すブロック図である。図１３におい
て、１１０１は光学系、１１０２は絞り回路、１１０３
は固体撮像素子、１１０４はアナログ回路、１１０５は
アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、１１０６
は階調補正回路、１１０７は信号処理回路、１１０８は
デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）、１１０９
はエンコーダ回路、１１１０は輝度信号生成回路、１１
１１は最大値検出回路、１１１２は平均値検出回路、１
１１３は加重平均回路、１１１４は第２の比較回路、１
１１５は絞り駆動回路、１１１６は特徴量抽出回路、１
１１７は補正特性決定回路、１１１８は最小値検出回
路、１１１９は減算器、１１２０は第１の比較回路であ
る。

【００６７】以上のように構成された本発明の第４の実
施例の撮像装置について、以下その動作を説明する。

【００６８】図１３において、まず、光入力が光学系１
１０１と絞り回路１１０２を通り固体撮像素子１１０３
に入力する。固体撮像素子１１０３からアナログ回路１
１０４が入力映像信号としてＲ，Ｇ，Ｂ信号が取り込
む。このＲ，Ｇ，Ｂ信号はアナログ／デジタル変換器１
１０５によって０〜２５５のデジタルデータに変換され
る。この０〜２５５のデジタルデータに変換されたＲ，
Ｇ，Ｂ信号が入力映像信号として輝度信号生成回路１１
１０と階調補正回路１１０６に入力される。以下、最小
値検出回路１１１８と減算器１１１９以外は第１及び第
２の実施例と同様に動作する。すなわち、輝度生成回路
１１１０ではＲ，Ｇ，Ｂ信号から輝度信号Ｙを算出す
る。まず、算出した輝度信号Ｙから最大値検出回路１１
１１と平均値検出回路１１１２がそれぞれ１フィールド
の有効画面の最大値と平均値を検出する。検出した輝度
信号の最大値と平均値を加重平均回路１１１３が加重係
数で加重平均し平均輝度レベルを求める。例えば、関係
式（２）で平均輝度レベルを求めることができる。求め
た平均輝度レベルを第２の比較回路１１１４が絞りの目
標値と比較し、平均輝度レベルと絞りの目標値が一致す
るように絞り駆動回路１１１５が絞り回路１１０２を駆
動することによって絞り制御を行う。

【００６９】また、算出した輝度信号Ｙを特徴量抽出回
路１１１６と階調補正回路１１０７に供給する。特徴量
抽出回路１１１６では輝度信号Ｙの低輝度画素数と中輝
度画素数と高輝度画素数を求め、補正特性決定回路１１
１７に供給する。補正特性決定回路１１１７では低輝度
画素数と中輝度画素数と高輝度画素数を基に、入力映像
信号に最適の階調補正特性を判定して、階調補正特性の
補正係数を出力する。階調補正回路１１０６は輝度信号
Ｙと補正係数から補正ゲインを求める。この補正ゲイン
で入力映像信号の階調補正を行う。この階調補正された
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を信号処理回路１１０７がアパーチャ処
理等の信号処理を行う。この信号処理したデジタルＲ，
Ｇ，Ｂ信号をデジタル／アナログ変換器１１０８がアナ
ログＲ，Ｇ，Ｂ信号に変換する。最後に、エンコーダ回
路１１０９がこのＲ，Ｇ，Ｂ信号をＹ信号（輝度信号）
とＣ信号（色信号）に変換し映像信号出力を出力する。

【００７０】一方、第１及び第２の実施例と動作が異な
るのは、輝度生成回路１１１０が算出した輝度信号Ｙか
ら最大値検出回路１１１１と最小値検出回路１１１８が
それぞれ最大値と最小値を検出する。検出した最大値か
ら最小値を減算器１１９で減算する。この減算結果を予
め設定された規定値と第１の比較回路１１２０で比較す
る。この比較結果によって、加重平均回路１１１３の加
重係数を補正し、階調補正に連動した絞り制御を行うと
ころである。

【００７１】図１４は最大値と最小値の差分に対する加
重係数の補正値を示す特性図である。例えば、補正特性
決定回路１１１７が逆光被写体の階調補正特性と判定す
るときは減算結果が大きくなり、図１４に示すように加
重平均回路１１１３の加重係数を減算結果に応じて大き
くし、輝度信号の最大値の割合を大きくして平均輝度レ
ベルを求めるようにする。絞り駆動回路１１１５は絞り
の目標値と補正した平均輝度レベルが一致するように絞
り回路１１０２を駆動するので、平均輝度レベルが大き
くなると絞りを閉じる方向に動作する。通常、絞り駆動
回路１１１５は平均輝度レベルと絞りの目標値をあわせ
るように絞り回路１１０２を駆動するので、逆光被写体
の時は平均輝度レベルが小さくなるので絞りが開いてし
まい、屋外等の高輝度部は白つぶれしてしまう。従っ
て、加重係数を減算結果で補正することによって平均輝
度レベルを大きくし、絞りを閉じるようにすることによ
って白つぶれを防ぐ。さらに、階調補正回路１１０６に
よって低輝度部を持ち上げ、高輝度部をそのまま出力す
ることによって、逆光被写体に対しても画面全体に階調
表現豊かな映像信号出力を得ることができる。

【００７２】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は、光学系１１０１と、絞り回路１１０２と、
固体撮像素子１１０３と、アナログ回路１１０４と、ア
ナログ／デジタ変換器（Ａ／Ｄ変換器）１１０５と、階
調補正回路１１０６と、信号処理回路１１０７と、デジ
タル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１１０８と、エ
ンコーダ回路１１０９と、輝度信号生成回路１１１０
と、最大値検出回路１１１１と、平均値検出回路１１１
２と、加重平均回路１１１３と、第２の比較回路１１１
４と、絞り駆動回路１１１５と、特徴量抽出回路１１１
６と、補正特性決定回路１１１７と、最小値検出回路１
１１８と、減算器１１１９と、第１の比較回路１１２０
という構成で、最大値と最小値の減算結果によって、加
重係数を補正し、階調補正に連動した絞り制御を行うこ
とによって、逆光被写体から順光被写体まであらゆる被
写体に対して階調がつぶされない、色バランスがよく全
域にわたって階調表現の豊かな出力画像を得ることがで
きる。

【００７３】図１５は本発明の第５の実施例における撮
像装置の構成を示すブロック図である。図１５におい
て、１２０１は光学系、１２０２は絞り回路、１２０３
は固体撮像素子、１２０４はアナログ回路、１２０５は
アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、１２０６
は階調補正回路、１２０７は信号処理回路、１２０８は
デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）、１２０９
はエンコーダ回路、１２１０は輝度信号生成回路、１２
１１は最大値検出回路、１２１２は平均値検出回路、１
２１３は加重平均回路、１２１４は第２の比較回路、１
２１５は絞り駆動回路、１２１６は特徴量抽出回路、１
２１７は補正特性決定回路、１２１８は最小値検出回
路、１２１９は減算器、１２２０は第１の比較回路であ
る。

【００７４】以上のように構成された本発明の第５の実
施例の撮像装置について、以下その動作を説明する。

【００７５】図１５において、まず、光入力が光学系１
２０１と絞り回路１２０２を通り固体撮像素子１２０３
に入力する。固体撮像素子１２０３からアナログ回路１
２０４が入力映像信号としてＲ，Ｇ，Ｂ信号が取り込
む。このＲ，Ｇ，Ｂ信号はアナログ／デジタル変換器１
２０５によって０〜２５５のデジタルデータに変換され
る。この０〜２５５のデジタルデータに変換されたＲ，
Ｇ，Ｂ信号が入力映像信号として輝度信号生成回路１２
１０と階調補正回路１２０６に入力される。以下、加重
平均回路１２１３第２の比較回路１２１４以外は第４の
実施例と同様に動作する。すなわち、輝度信号生成回路
１２１０ではＲ，Ｇ，Ｂ信号から輝度信号Ｙを算出す
る。まず、算出した輝度信号Ｙから最大値検出回路１２
１１と平均値検出回路１２１２がそれぞれ１フィールド
の有効画面の最大値と平均値を検出する。検出した輝度
信号の最大値と平均値を加重平均回路１２１３が加重係
数で加重平均し平均輝度レベルを求める。例えば、関係
式（２）で平均輝度レベルを求めることができる。求め
た平均輝度レベルを第２の比較回路１２１４が絞りの目
標値と比較し、平均輝度レベルと絞りの目標値が一致す
るように絞り駆動回路１２１５が絞り回路１２０２を駆
動することによって絞り制御を行う。

【００７６】また、算出した輝度信号Ｙを特徴量抽出回
路１２１６と階調補正回路１２０７に供給する。特徴量
抽出回路１２１６では輝度信号Ｙの低輝度画素数と中輝
度画素数と高輝度画素数を求め、補正特性決定回路１２
１７に供給する。補正特性決定回路１２１７では低輝度
画素数と中輝度画素数と高輝度画素数を基に、入力映像
信号に最適の階調補正特性を判定して、階調補正特性の
補正係数を出力する。階調補正回路１２０６は輝度信号
Ｙと補正係数から補正ゲインを求める。この補正ゲイン
で入力映像信号の階調補正を行う。この階調補正された
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を信号処理回路１２０７がアパーチャ処
理等の信号処理を行う。この信号処理したデジタルＲ，
Ｇ，Ｂ信号をデジタル／アナログ変換器１２０８がアナ
ログＲ，Ｇ，Ｂ信号に変換する。最後に、エンコーダ回
路１２０９がこのＲ，Ｇ，Ｂ信号をＹ信号（輝度信号）
とＣ信号（色信号）に変換し映像信号出力を出力する。

【００７７】一方、第４の実施例と動作が異なるのは、
輝度生成回路１２１０が算出した輝度信号Ｙから最大値
検出回路１２１１と最小値検出回路１２１８がそれぞれ
最大値と最小値を検出する。検出した最大値から最小値
を減算器１２１９で減算する。この減算結果を予め設定
された規定値と第１の比較回路１２２０が比較する。こ
の比較結果によって、第２の比較回路１２１４の絞りの
目標値を補正し、階調補正に連動した絞り制御を行うと
ころである。例えば、補正特性決定回路１２１７が逆光
被写体の階調補正特性と判定するときは減算結果が大き
くなり、第２の比較回路１２１４の絞りの目標値を減算
結果に反比例させながら小さくする。絞り駆動回路１２
１５は絞りの目標値と平均輝度レベルが一致するように
絞り回路１２０２を駆動するので、絞りの目標値が小さ
くなると絞りを閉じる方向に動作する。通常、絞り駆動
回路１２１５は平均輝度レベルと絞りの目標値をあわせ
るように絞り回路１２０２を駆動するので、逆光被写体
の時は平均輝度レベルが小さくなり絞りが開いてしま
い、屋外等の高輝度部は白つぶれしてしまう。従って、
絞りの目標値を減算結果で補正し、低輝度部が黒つぶれ
しない程度に絞りを閉じるようにすることによって白つ
ぶれを防ぐ。さらに、階調補正回路１２０６によって低
輝度部を持ち上げ、高輝度部をそのまま出力することに
よって、逆光被写体に対しても画面全体に階調表現豊か
な映像信号出力を得ることができる。

【００７８】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は、光学系１２０１と、絞り回路１２０２と、
固体撮像素子１２０３と、アナログ回路１２０４と、ア
ナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１２０５と、
階調補正回路１２０６と、信号処理回路１２０７と、デ
ジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１２０８と、
エンコーダ回路１２０９と、輝度信号生成回路１２１０
と、最大値検出回路１２１１と、平均値検出回路１２１
２と、加重平均回路１２１３と、第２の比較回路１２１
４と、絞り駆動回路１２１５と、特徴量抽出回路１２１
６と、補正特性決定回路１２１７と、最小値検出回路１
２１８と、減算器１２１９と、第１の比較回路１２２０
という構成で、最大値と最小値の減算結果によって、第
２の比較回路１２１４の絞りの目標値を補正し、階調補
正に連動した絞り制御を行うことによって、逆光被写体
から順光被写体まであらゆる被写体に対して階調がつぶ
されない、色バランスがよく全域にわたって階調表現の
豊かな出力画像を得ることができる。

【００７９】図１６は本発明の第６の実施例における撮
像装置の具体的構成を示すブロック図である。図１６に
おいて、１３０１は光学系、１３０２は絞り回路、１３
０３は固体撮像素子、１３０４はアナログ回路、１３０
５はアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、１３
０６は階調補正回路、１３０７は信号処理回路、１３０
８はデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）、１３
０９はエンコーダ回路、１３１０は輝度信号生成回路、
１３１１はブロックメモリ回路、１３１２は特徴量抽出
回路、１３１３は補正特性決定回路、１３１４は１チッ
プマイコン、１３１５は絞り駆動回路である。

【００８０】以上のように構成された本発明の第６の実
施例の撮像装置について、以下その動作を説明する。

【００８１】図１６において、まず、光入力が光学系１
３０１と絞り回路１３０２を通り固体撮像素子１３０３
に入力する。固体撮像素子１３０３からアナログ回路１
３０４が入力映像信号としてＲ，Ｇ，Ｂ信号が取り込
む。このＲ，Ｇ，Ｂ信号はアナログ／デジタル変換器１
３０５によって０〜２５５のデジタルデータに変換され
る。この０〜２５５のデジタルデータに変換されたＲ，
Ｇ，Ｂ信号が入力映像信号として輝度信号生成回路１３
１０と階調補正回路１３０６に入力される。輝度信号生
成回路１３１０ではＲ，Ｇ，Ｂ信号から輝度信号Ｙを算
出する。算出した輝度信号Ｙはブロックメモリ回路１３
１３と特徴量抽出回路１３１１と階調補正回路１３０６
に入力する。以下、階調補正回路１３０６と特徴量抽出
回路１３１１と補正特性決定回路１３１２は第１及び第
２の実施例と全く同様に動作する。すなわち、特徴量抽
出回路１３１１は１フィールドの有効画面について低輝
度画素数と中輝度画素数と高輝度画素数を求める。次
に、補正特性決定回路１３１２が低輝度画素数と中輝度
画素数と高輝度画素数から入力映像信号に最適の補正特
性の補正係数を決定する。決定した補正係数は前フィー
ルドの階調補正特性との連続性が取れるように処理を行
い補正係数を階調補正回路１３０６に設定する。階調補
正回路１３０６は第１の階調補正特性と第２の階調補正
特性を入力輝度信号の平均値と補正係数を加算した値で
加重平均を行い補正ゲインを求める。同時にディレイ回
路でＲ，Ｇ，Ｂ信号のタイミングを補正ゲインに合わ
せ、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の各々に補正ゲインを乗算し、階調
補正されたＲ，Ｇ，Ｂ信号を出力する。この階調補正さ
れたＲ，Ｇ，Ｂ信号を信号処理回路１３０７がアパーチ
ャ処理等の信号処理を行う。この信号処理したデジタル
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号をデジタル／アナログ変換器１３０８が
アナログＲ，Ｇ，Ｂ信号に変換する。最後に、エンコー
ダ回路１３０９がＲ，Ｇ，Ｂ信号をＹ信号（輝度信号）
とＣ信号（色信号）に変換し映像信号出力として出力す
る。

【００８２】一方、第１及び第２の実施例と動作が異な
るのはブロックメモリ回路１３１３と１チップマイコン
１３１４の動作である。ブロックメモリ回路１３１３で
は、図３の（ｂ）に示すように、１フィールドの有効画
面を７×７のブロックに分割し、各ブロックの平均輝度
を求める。求めた各ブロックの平均輝度を１チップマイ
コン１３１４が読み込む。１チップマイコン１３１４で
は各ブロックの平均輝度の最大値を求める。また図３の
（ｃ）に示すように、中央ブロックエリア３０２，３０
３を加重平均し中央ブロックの平均輝度を重視した有効
画面全体の平均値を求める。求めた輝度信号の最大値と
平均値を加重係数で加重平均し平均輝度レベルを求め
る。例えば、関係式（２）で平均輝度レベルを求めるこ
とができる。求めた平均輝度レベルを絞りの目標値と比
較し、平均輝度レベルと絞りの目標値が一致するように
絞り駆動回路１３１５が絞り回路１３０２を駆動するこ
とによって絞り制御を行う。

【００８３】また、補正特性決定回路１３１２が決定し
た補正係数を１チップマイコン１３１４が読み込む。読
み込んだ補正係数によって、加重係数を補正し、階調補
正に連動した絞り制御を行う。例えば、補正特性決定回
路１３１２が逆光被写体の階調補正特性と判定したとき
は、図８に示すように加重平均の加重係数を補正係数に
応じて大きくし、輝度信号の最大値の割合を大きくして
平均輝度レベルを求めるようにする。絞り駆動回路１３
１５は絞りの目標値と補正した平均輝度レベルが一致す
るように絞り回路１３０２を駆動するので、平均輝度レ
ベルが大きくなると絞りを閉じる方向に動作する。通
常、絞り駆動回路１３１５は平均輝度レベルに絞りをあ
わせるように絞り回路１３０２を駆動するので、逆光被
写体の時は平均輝度レベルが小さくなり絞りが開いてし
まい、屋外等の高輝度部は白つぶれしてしまう。従っ
て、加重係数を補正係数で補正することによって平均輝
度レベルを大きくし、絞りを開くようにすることによっ
て白つぶれを防ぐ。さらに、階調補正回路１３０６によ
って低輝度部を持ち上げ、高輝度部をそのまま出力する
ことによって、逆光被写体に対しても画面全体に階調表
現豊かな映像信号出力を得ることができる。

【００８４】あるいは、１チップマイコン１３１４の別
のプログラム動作を説明すると、補正特性決定回路１３
１２が決定した補正係数を１チップマイコン１３１４が
読み込む。読み込んだ補正係数によって、絞りの目標値
を補正し、階調補正に連動した絞り制御を行う。例え
ば、補正特性決定回路１３１２が逆光被写体の階調補正
特性と判定したときは、絞りの目標値を補正係数に比例
させながら小さくする。絞り駆動回路１３１５は絞りの
目標値と補正した平均輝度レベルが一致するように絞り
回路１３０２を駆動するので、絞りの目標値が小さくな
ると絞りを閉じる方向に動作する。通常、絞り駆動回路
１３１５は平均輝度レベルに絞りをあわせるように絞り
回路１３０２を駆動するので、逆光被写体の時は平均輝
度レベルが小さくなり絞りが開いてしまい、屋外等の高
輝度部は白つぶれしてしまう。従って、絞りの目標値を
補正係数で補正し絞りを開くようにすることによって白
つぶれを防ぐ。さらに、階調補正回路１３０６によって
低輝度部を持ち上げ、高輝度部をそのまま出力すること
によって、逆光被写体に対しても画面全体に階調表現豊
かな映像信号出力を得ることができる。

【００８５】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は、光学系１３０１、絞り回路１３０２、固体
撮像素子１３０３、アナログ回路１３０４、アナログ／
デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１３０５、階調補正回
路１３０６、信号処理回路１３０７、デジタル／アナロ
グ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１３０８、エンコーダ回路１
３０９、輝度信号生成回路１３１０、特徴量抽出回路１
３１１、補正特性決定回路１３１２、ブロックメモリ回
路１３１３、１チップマイコン１３１４、絞り駆動回路
１３１５という構成で、補正係数によって絞り制御に連
動した階調補正を行うことにより、逆光被写体から順光
被写体まであらゆる被写体に対して階調がつぶされな
い、色バランスがよく全域にわたって階調表現の豊かな
出力画像を得ることができる。

【００８６】また、入力信号が大きいときは入力信号が
ほぼそのまま出力信号になるように階調補正特性をする
ことによって、従来オートニー制御等で高輝度部の階調
がつぶれていたところをきれいに再現することができ
る。

【００８７】さらに、輝度平均値Ｙａによって画素単位
で適応的に階調補正特性を変化させて階調補正すること
によって、補正ゲインの傾きが小さくてもコントラスト
を保つように階調補正を行い、階調表現豊かな出力信号
を得ることができる。

【００８８】また、動画を補正しても自然な階調補正画
像を得ることができる。図１７は本発明における第７の
実施例の撮像装置の具体的構成を示すブロック図であ
る。図１７において、１４０１は光学系、１４０２は絞
り回路、１４０３は固体撮像素子、１４０４はアナログ
回路、１４０５はアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変
換器）、１４０６は階調補正回路、１４０７は信号処理
回路、１４０８はデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変
換器）、１４０９はエンコーダ回路、１４１０は輝度信
号生成回路、１４１１は特徴量抽出回路、１４１２は補
正特性決定回路、１４１３はブロックメモリ回路、１４
１４は１チップマイコン、１４１５は絞り駆動回路であ
る。

【００８９】以上のように構成された本発明の第７の実
施例の撮像装置について、以下その動作を説明する。

【００９０】図１７において、まず、光入力が光学系１
４０１と絞り回路１４０２を通り固体撮像素子１４０３
に入力する。固体撮像素子１４０３からアナログ回路１
４０４が入力映像信号としてＲ，Ｇ，Ｂ信号が取り込
む。このＲ，Ｇ，Ｂ信号はアナログ／デジタル変換器１
４０５によって０〜２５５のデジタルデータに変換され
る。この０〜２５５のデジタルデータに変換されたＲ，
Ｇ，Ｂ信号が入力映像信号として輝度信号生成回路１４
１０と階調補正回路１４０６に入力される。輝度信号生
成回路１４１０ではＲ，Ｇ，Ｂ信号から輝度信号Ｙを算
出する。算出した輝度信号Ｙはブロックメモリ回路１４
１３と特徴量抽出回路１４１１と階調補正回路１４０６
に入力する。以下、階調補正回路１４０６と特徴量抽出
回路１４１１と補正特性決定回路１４１２は第１及び第
２の実施例と全く同様に動作する。すなわち、特徴量抽
出回路１４１１は１フィールドの有効画面について低輝
度画素数と中輝度画素数と高輝度画素数を求める。次に
補正特性決定回路１４１２が低輝度画素数と中輝度画素
数と高輝度画素数から入力映像信号に最適の補正特性の
補正係数を決定する。決定した補正係数は前フィールド
の階調補正特性との連続性が取れるように処理を行い補
正係数を階調補正回路１４０６に設定する。階調補正回
路１４０６は第１の階調補正特性と第２の階調補正特性
を入力輝度信号の平均値と補正係数を加算した値で加重
平均を行い補正ゲインを求める。同時に遅延回路でＲ，
Ｇ，Ｂ信号のタイミングを補正ゲインに合わせ、Ｒ，
Ｇ，Ｂ信号の各々に補正ゲインを乗算し、階調補正され
たＲ，Ｇ，Ｂ信号を出力する。この階調補正されたＲ，
Ｇ，Ｂ信号を信号処理回路１４０７がアパーチャ処理等
の信号処理を行う。この信号処理したデジタルＲ，Ｇ，
Ｂ信号をデジタル／アナログ変換器１４０８がアナログ
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号に変換する。最後に、エンコーダ回路１
４０９がＲ，Ｇ，Ｂ信号をＹ信号（輝度信号）とＣ信号
（色信号）に変換し映像信号出力として出力する。

【００９１】一方、第１の実施例と動作が異なるのはブ
ロックメモリ回路１４１３と１チップマイコン１４１４
の動作である。ブロックメモリ回路１４１３では、図３
の（ｂ）に示すように、１フィールドの有効画面を７×
７のブロックに分割し、各ブロックの平均輝度を求め
る。求めた各ブロックの平均輝度を１チップマイコン１
４１４が読み込む。１チップマイコン１４１４では各ブ
ロックの平均輝度の最大値と最小値を求める。また図３
の（ｃ）に示すように、中央ブロックエリア３０２，３
０３を加重平均し中央ブロックの平均輝度を重視した有
効画面全体の平均値を求める。求めた輝度信号の最大値
と平均値を加重係数で加重平均し平均輝度レベルを求め
る。例えば、関係式（２）で平均輝度レベルを求めるこ
とができる。求めた平均輝度レベルを絞りの目標値と比
較し、平均輝度レベルと絞りの目標値が一致するように
絞り駆動回路１４１５が絞り回路１４０２を駆動するこ
とによって絞り制御を行う。

【００９２】また、求めた各ブロックの平均輝度の最大
値と最小値の差を求める。この最大値と最小値の差によ
って、加重係数を補正し、階調補正に連動した絞り制御
を行う。例えば、逆光被写体のときは、最大値と最小値
の差が大きくなり、図１４に示すように加重係数をこの
最大値と最小値の差分に応じて大きくし、輝度信号の最
大値の割合を大きくして平均輝度レベルを求めるように
する。絞り駆動回路１４１５は絞りの目標値と補正した
平均輝度レベルが一致するように絞り回路１４０２を駆
動するので、平均輝度レベルが大きくなると絞りを閉じ
る方向に動作する。通常、絞り駆動回路１４１５は平均
輝度レベルに絞りをあわせるように絞り回路１４０２を
駆動するので、逆光被写体のときは平均輝度レベルが小
さくなり絞りが開いてしまい、屋外等の高輝度部は白つ
ぶれしてしまう。従って、加重係数を最大値と最小値の
差で補正することによって平均輝度レベルを大きくし、
絞りを閉じるようにすることによって白つぶれを防ぐ。
また、階調補正回路１４０６によって低輝度部を持ち上
げ、高輝度部をそのまま出力することによって、逆光被
写体に対しても画面全体に階調表現豊かな映像信号出力
を得ることができる。

【００９３】あるいは、１チップマイコン１４１４の別
のプログラム動作を説明すると、求めた各ブロックの平
均輝度の最大値と最小値の差を求める。この最大値と最
小値の差によって、絞りの目標値を補正し、階調補正に
連動した絞り制御を行う。例えば、逆光被写体のとき
は、最大値と最小値の差が大きくなり、この最大値と最
小値の差に反比例させながら絞りの目標値を小さくす
る。絞り駆動回路１４１５は絞りの目標値と補正した平
均輝度レベルが一致するように絞り回路１４０２を駆動
するので、絞りの目標値が小さくなると絞りを閉じる方
向に動作する。通常、絞り駆動回路１４１５は平均輝度
レベルに絞りをあわせるように絞り回路１４０２を駆動
するので、逆光被写体の時は平均輝度レベルが小さくな
り絞りが開いてしまい、屋外等の高輝度部は白つぶれし
てしまう。従って、絞りの目標値を最大値と最小値の差
で補正し絞りを閉じるようにすることによって白つぶれ
を防ぐ。また、階調補正回路１４０６によって低輝度部
を持ち上げ、高輝度部をそのまま出力することによっ
て、逆光被写体に対しても画面全体に階調表現豊かな映
像信号出力を得ることができる。

【００９４】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は、光学系１４０１、絞り回路１４０２、固体
撮像素子１４０３、アナログ回路１４０４、アナログ／
デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１４０５、階調補正回
路１４０６、信号処理回路１４０７、デジタル／アナロ
グ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１４０８、エンコーダ回路１
４０９、輝度信号生成回路１４１０、特徴量抽出回路１
４１１、補正特性決定回路１４１２、ブロックメモリ回
路１４１３、１チップマイコン１４１４、絞り駆動回路
１４１５という構成で、絞り制御に連動した階調補正を
行うことにより、逆光被写体から順光被写体まであらゆ
る被写体に対して階調がつぶされない、色バランスがよ
く全域にわたって階調表現の豊かな出力画像を得ること
ができる。

【００９５】また、入力信号が大きいときは入力信号が
ほぼそのまま出力信号になるように階調補正特性をする
ことによって、従来オートニー制御等で高輝度部の階調
がつぶれていたところをきれいに再現することができ
る。

【００９６】さらに、輝度平均値Ｙａによって画素単位
で適応的に階調補正特性を変化させて階調補正すること
によって、補正ゲインの傾きが小さくてもコントラスト
を保つように階調補正を行い、階調表現豊かな出力信号
を得ることができる。

【００９７】また、動画を補正しても自然な階調補正画
像を得ることができる。図１８，図１９，図２０，図２
１は本発明の第８，第９，第１０，第１１の実施例にお
ける撮像装置の構成を示すブロック図である。図１８〜
図２１において、１７０１は光学系、１７０２は絞り回
路、１７０３は固体撮像素子、１７０４はアナログ回
路、１７０５はアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換
器）、１７０６は階調補正回路、１７０７は信号処理回
路、１７０８はデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換
器）、１７０９はエンコーダ回路、１７１０は最大値検
出回路、１７１１は平均値検出回路、１７１２は加重平
均回路、１７１３は比較回路、１７１４は絞り駆動回
路、１７１５は特徴量抽出回路、１７１６は補正特性決
定回路、１７１７は最小値検出回路、１７１８は減算器
である。

【００９８】以上のように構成された本発明の第８〜第
１１の実施例の撮像装置について、以下その動作を説明
する。

【００９９】第８〜第１１の実施例の撮像装置は入力映
像信号が輝度信号と色信号を生成した信号になり輝度生
成回路が削除された以外は第１，第２，第３，第４，第
５の実施例と全く同様に動作する。すなわち、特徴量抽
出回路１７１５が入力映像信号から求めた特徴量によっ
て補正特性決定回路１７１６が補正係数を決定し、この
補正係数によって絞り制御を階調補正に連動するように
補正し、同時にこの補正係数によって階調補正回路１７
０６が最適の階調補正特性を自動的に生成し階調補正を
行う。このように補正係数により絞り制御に連動した階
調補正を行うことによって、簡単な構成で、黒つぶれや
白つぶれを防止し、順光被写体から強い逆光被写体まで
画面全域にわたって階調表現の豊かな出力画像を得るこ
とができる。また、階調補正特性を連動して変化させる
ことができるので、動画に対しても自然な階調補正をす
ることができる。

【０１００】または、特徴量抽出回路１７１５が入力映
像信号から求めた特徴量によって補正特性決定回路１７
１６が最適の階調補正特性を自動的に決定し階調補正回
路１７０６が階調補正を行う。同時に、減算器１７１８
が入力映像信号の最大値と最小値からコントラスト差を
求め、このコントラスト差により絞り制御を階調補正に
連動するように補正する。このようにコントラスト差に
より絞り制御に連動した階調補正を行うことによって、
簡単な構成で、黒つぶれや白つぶれを防止し、順光被写
体から強い逆光被写体まで画面全域にわたって階調表現
の豊かな出力画像を得ることができる。また、階調補正
特性を連続して変化させることができるので、動画に対
しても自然な階調補正をすることができる。

【０１０１】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は、光学系１７０１と、絞り回路１７０２と、
固体撮像素子１７０３と、アナログ回路１７０４と、ア
ナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１７０５と、
階調補正回路１７０６と、信号処理回路１７０７と、デ
ジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１７０８と、
エンコーダ回路１７０９と、最大値検出回路１７１０
と、平均値検出回路１７１１と、加重平均回路１７１２
と、第２の比較回路１７１３と、絞り駆動回路１７１４
と、特徴量抽出回路１７１５と、補正特性決定回路１７
１６と、最小値検出回路１７１７と、減算器１７１８と
いう構成で、階調補正に連動した絞り制御を行うことに
よって、逆光被写体から順光被写体まであらゆる被写体
に対して階調がつぶされない、色バランスがよく全域に
わたって階調表現の豊かな出力画像を得ることができ
る。

【０１０２】なお、本実施例において、固体撮像素子は
１ブロックにして動作説明したが、この固体撮像素子は
１個でも複数個でもかまわない。

【０１０３】なお、本実施例において、露光制御回路を
絞り回路で動作説明したが、露光制御回路は固体撮像素
子の電子シャッター等の露光量を制御できるものであれ
ば同様の効果を得ることができる。

【０１０４】なお、本実施例において、入力映像信号に
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を用いたが、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の代わりに
輝度信号、色差信号やコンポジット信号や輝度信号に色
信号を生成した信号を入力映像信号に用いても同様の効
果を得ることができる。

【０１０５】なお、本実施例において、最大値と平均値
の加重平均を行い加重平均の結果が絞りの目標値に一致
する方向に絞り制御を行ったが、最初に最大値と平均値
のそれぞれの目標値との差分結果を求め加重平均を行い
加重平均の結果が小さくなる方向に絞り制御を行っても
同様の効果を得ることができる。このときは補正係数に
より最大値の目標値を補正するようにする。

【０１０６】なお、本実施例において、階調補正手段は
入力映像信号のそれぞれに補正ゲインを乗算して、快調
補正を行ったが、補正ゲイン（Ｙ′／Ｙ）の代わりに補
正値（Ｙ′−Ｙ）を入力映像信号のそれぞれに加算する
ようにしても、同様の効果を得ることができる。また補
正ゲイン（Ｙ′／Ｙ）を入力映像信号に乗算した結果と
補正値（Ｙ′−Ｙ）を入力映像信号に加算した結果を合
成しても、同様の効果を得ることができる。

【０１０７】なお、本実施例において、入力映像信号を
８ビットにアナログ−デジタル変換して説明したが、量
子化ビット数は別の値でも良いし、階調補正回路等の処
理ビット数も量子化ビット数に合わせて構成できる。

【０１０８】なお、本実施例において、特徴量抽出回路
は、３つの輝度レベルの画素数を出力したが、各レベル
の閾値は異なる値にしても良いし、レベル数も３でなく
ても良い。

【０１０９】なお、本実施例において、特徴量抽出回路
は１水平画素数４４８画素、２２４ラインの有効画面に
ついて画素数をカウントしたが、数える画素数が異なっ
ても良いし、画素数を表わす信号ビット数も入力画像の
特徴がわかれば何ビットでもかまわない。

【０１１０】なお、本実施例において、補正特性決定回
路は輝度ヒストグラムを特徴量として入力画像の判別を
行ったが、輝度ヒストグラムの代わりに他の特徴量、例
えばＲ，Ｇ，Ｂ信号のそれぞれのヒストグラムまたはど
れか一つのヒストグラムや画像データの有効画面をブロ
ック分割して各ブロックの輝度信号、ＲＧＢ信号、色差
信号の最大値、平均値、最小値等を特徴量としたもの
で、画像をクラス分けできるような特徴量であれば、こ
の方法に限るものではない。

【０１１１】なお、本実施例において、補正特性決定回
路はＲＯＭテーブルを用いたが、ニューラルネットワー
クを用いる方法やファジィ制御を用いる方法やテンプレ
ートマッチングを用いる方法など、画像を判別して階調
補正特性を決定できる方法であれば一つの方法に限るも
のではない。

【０１１２】なお、本実施例においては、階調補正回路
の後に信号処理回路を配置したが、逆に配置しても、同
様の効果を得ることができる。

【０１１３】

【発明の効果】以上のように本発明の撮像装置は、入力
映像信号から求めた特徴量によって補正係数を決定し、
この補正係数によって絞り制御を階調補正に連動するよ
うに補正し、同時にこの補正係数によって最適の階調補
正特性を自動的に決定し階調補正を行う。このように補
正係数により絞り制御に連動した階調補正を行うことに
よって、簡単な構成で、黒つぶれや白つぶれを防止し、
順光被写体から強い逆光被写体まで画面全域にわたって
階調表現の豊かな出力画像を得ることができる。また、
階調補正特性を連続して変化させることができるので、
動画に対しても自然な階調補正をすることができる。

【０１１４】また本発明の撮像装置は、入力映像信号か
ら求めた特徴量による入力画像の判別によって最適の階
調補正特性を自動的に決定し階調補正を行う。同時に入
力映像信号の最大値と最小値からコントラスト差を求
め、このコントラスト差により絞り制御を階調補正に連
動するように補正する。このようにコントラスト差によ
り絞り制御に連動した階調補正を行うことによって、簡
単な構成で、黒つぶれや白つぶれを防止し、順光被写体
から強い逆光被写体まで画面全域にわたって階調表現の
豊かな出力画像を得ることができる。また、階調補正特
性を連続して変化させることができるので、動画に対し
ても自然な階調補正をすることができる。

【０１１５】また本発明の撮像装置は、入力映像信号の
平均値Ｙａを用いて第１の階調補正特性と第２の階調補
正特性を加重平均して補正ゲインを求めることにより、
近傍の輝度が高ければ輝度を低く補正し、近傍の輝度が
低ければ輝度を高く補正を行い、階調補正ゲインが小さ
くてもコントラストを保つように階調補正を行い、階調
表現豊かな階調補正画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における撮像装置の構成
を示すブロック図

【図２】同第１の実施例における階調補正回路１０６の
内部構成を示すブロック図

【図３】同第１の実施例における入力映像信号の１フィ
ールド画像を示した説明図

【図４】同第１の実施例における輝度ヒストグラムを示
す説明図

【図５】同第１の実施例における特徴量抽出回路１１６
の内部構成を示すブロック図

【図６】同第１の実施例における補正特性決定回路１１
７の内部構成を示すブロック図

【図７】本発明の実施例における階調補正特性を示す特
性図

【図８】本発明の実施例における補正係数及び最大値と
最小値の減算結果に対する補正値を示す特性図

【図９】本発明の第２の実施例における撮像装置中の階
調補正回路１０６の内部構成を示すブロック図

【図１０】同第２の実施例における階調補正の入出力特
性を示す特性図

【図１１】同第２の実施例における階調補正回路１０６
の詳細な内部構成を示すブロック図

【図１２】本発明の第３の実施例における撮像装置の構
成を示すブロック図

【図１３】本発明の第４の実施例における撮像装置の構
成を示すブロック図

【図１４】同第４の実施例における補正係数及び最大値
と最小値の減算結果に対する補正値を示す特性図

【図１５】本発明の第５の実施例における撮像装置の構
成を示すブロック図

【図１６】本発明の第６の実施例における撮像装置の具
体的構成を示すブロック図

【図１７】本発明の第７の実施例における撮像装置の具
体的構成を示すブロック図

【図１８】本発明の第８の実施例における撮像装置の構
成を示すブロック図

【図１９】本発明の第９の実施例における撮像装置の構
成を示すブロック図

【図２０】本発明の第１０の実施例における撮像装置の
構成を示すブロック図

【図２１】本発明の第１１の実施例における撮像装置の
構成を示すブロック図

【図２２】本発明の第１の従来例における撮像装置の構
成を示すブロック図

【図２３】本発明の第２の従来例における撮像装置の構
成を示すブロック図

【符号の説明】

１０１ 光学系 １０２ 絞り回路 １０３ 固体撮像素子 １０４ アナログ回路 １０６ 階調補正回路 １１０ 輝度信号生成回路 １１１ 最大値検出回路 １１２ 平均値検出回路 １１３ 加重平均回路 １１４ 第２の比較回路 １１５ 絞り駆動回路 １１６ 特徴量抽出回路 １１７ 補正特性決定回路 ２０１ 第１の階調補正特性回路 ２０２ 第２の階調補正特性回路 ２０３ 加算器 ２０４ 加重平均回路 ２０５ 遅延回路 ２０６ 乗算器 ２０７ ＬＰＦ １１１８，１２１８ 最小値検出回路 １１１９，１２１９ 減算器 １１２０，１２２０ 第１の比較回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/235 - 5/243 H04N 5/20

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子と、 前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の最大値を検出する最大値
   検出回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の平均値を検出する平均値
   検出回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の特徴量を求める特徴量抽
   出回路と、 前記特徴量抽出回路が抽出した特徴量に基づいて補正す
   べき階調補正特性を決定し補正係数を出力する補正特性
   決定回路と、 前記補正係数により加重係数を補正し、補正した加重係
   数によって前記最大値検出回路が検出した最大値と前記
   平均値検出回路が検出した平均値を加重平均する加重平
   均回路と、 前記加重平均回路の出力結果と露光量目標値を比較する
   比較回路と、 前記比較回路の出力結果で前記加重平均回路の出力結果
   と露光量目標値が一致するように前記露光制御回路を制
   御する制御信号発生回路と、 前記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で前記撮
   像素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調補正手
   段とを具備し、 前記階調補正手段より階調補正された出力映像信号を得
   ることを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 撮像素子と、 前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の最大値を検出する最大値
   検出回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の平均値を検出する平均値
   検出回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の特徴量を求める特徴量抽
   出回路と、 前記特徴量抽出回路が抽出した特徴量に基づいて補正す
   べき階調補正特性を決定し補正係数を出力する補正特性
   決定回路と、 前記最大値検出回路が検出した最大値と前記平均値検出
   回路が検出した平均値を加重係数によって加重平均する
   加重平均回路と、 前記補正係数により露光量目標値を補正し、補正した露
   光量目標値と前記加重平均回路の出力結果を比較する比
   較回路と、 前記比較回路の出力結果で前記加重平均回路の出力結果
   と露光量目標値が一致するように前記露光制御回路を制
   御する制御信号発生回路と、 前記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で前記撮
   像素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調補正手
   段とを具備し、 前記階調補正手段より階調補正された出力映像信号を得
   ることを特徴とする撮像装置。
3. 【請求項３】 撮像素子と、 前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、 前記撮像素子の出力映像信号から輝度信号を分離もしく
   は合成する輝度信号発生回路と、 前記輝度信号の最大値を検出する最大値検出回路と、 前記輝度信号の平均値を検出する平均値検出回路と、 前記輝度信号のヒストグラムを求める特徴量抽出回路
   と、 前記特徴量抽出回路が求めたヒストグラムに基づいて補
   正すべき階調補正特性を決定し補正係数を出力する補正
   特性決定回路と、 前記補正係数により加重係数を補正し、補正した加重係
   数によって前記最大値検出回路が検出した最大値と前記
   平均値検出回路が検出した平均値を加重平均する加重平
   均回路と、 前記加重平均回路の出力結果と露光量目標値を比較する
   比較回路と、 前記比較回路の出力結果で前記加重平均回路の出力結果
   と露光量目標値が一致するように前記露光制御回路を制
   御する制御信号発生回路と、 前記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で前記撮
   像素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調補正手
   段とを具備し、 前記階調補正手段より階調補正された出力映像信号を得
   ることを特徴とする撮像装置。
4. 【請求項４】 撮像素子と、 前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、 前記撮像素子の出力映像信号から輝度信号を分離もしく
   は合成する輝度信号発生回路と、 前記輝度信号の最大値を検出する最大値検出回路と、 前記輝度信号の平均値を検出する平均値検出回路と、 前記輝度信号のヒストグラムを求める特徴量抽出回路
   と、 前記特徴量抽出回路が求めたヒストグラムに基づいて補
   正すべき階調補正特性を決定し補正係数を出力する補正
   特性決定回路と、 前記最大値検出回路が検出した最大値と前記平均値検出
   回路が検出した平均値を加重係数によって加重平均する
   加重平均回路と、 前記補正係数により露光量目標値を補正し、補正した露
   光量目標値と前記加重平均回路の出力結果を比較する比
   較回路と、 前記比較器の出力結果で前記加重平均回路の出力結果と
   露光量目標値が一致するように前記露光制御回路を制御
   する制御信号発生回路と、 前記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で前記撮
   像素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調補正手
   段とを具備し、 前記階調補正手段より階調補正された出力映像信号を得
   ることを特徴とする撮像装置。
5. 【請求項５】 撮像素子と、 前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の最大値を検出する最大値
   検出回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の平均値を検出する平均値
   検出回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の最小値を検出する最小値
   検出回路と、 前記最大値検出回路が検出した最大値から前記最小値検
   出回路が検出した最小値を減算する減算回路と、 前記減算回路の出力結果と規定値を比較し補正値を出力
   する第１の比較回路と、 前記補正値により加重係数を補正し、補正した加重係数
   によって前記最大値検出回路が検出した最大値と前記平
   均値検出回路が検出した平均値を加重平均する加重平均
   回路と、 前記加重平均回路の出力結果と露光量目標値を比較する
   第２の比較回路と、 前記第２の比較回路の出力結果で前記加重平均回路の出
   力結果と露光量目標値が一致するように前記露光制御回
   路を制御する制御信号発生回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の特徴量を求める特徴量抽
   出回路と、 前記特徴量抽出回路が抽出した特徴量に基づいて補正す
   べき階調補正特性を決定し補正係数を出力する補正特性
   決定回路と、 前記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で前記撮
   像素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調補正手
   段とを具備し、 前記階調補正手段より階調補正された出力映像信号を得
   ることを特徴とする撮像装置。
6. 【請求項６】 撮像素子と、 前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の最大値を検出する最大値
   検出回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の平均値を検出する平均値
   検出回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の最小値を検出する最小値
   検出回路と、 前記最大値検出回路が検出した最大値から前記最小値検
   出回路が検出した最小値を減算する減算回路と、 前記減算回路の出力結果と規定値を比較し補正値を出力
   する第１の比較回路と、 前記最大値検出回路が検出した最大値と前記平均値検出
   回路が検出した平均値を加重係数によって加重平均する
   加重平均回路と、 前記補正値により露光量目標値を補正し、補正した露光
   量目標値と前記加重平均回路の出力結果を比較する第２
   の比較回路と、 前記第２の比較回路の出力結果で前記加重平均回路の出
   力結果と露光量目標値が一致するように前記露光制御回
   路を制御する制御信号発生回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の特徴量を求める特徴量抽
   出回路と、 前記特徴量抽出回路が抽出した特徴量に基づいて補正す
   べき階調補正特性を決定し補正係数を出力する補正特性
   決定回路と、 前記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で前記撮
   像素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調補正手
   段とを具備し、 前記階調補正手段より階調補正された出力映像信号を得
   ることを特徴とする撮像装置。
7. 【請求項７】 撮像素子と、 前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、 前記撮像素子の出力映像信号から輝度信号を分離もしく
   は合成する輝度信号生成回路と、 前記輝度信号の最大値を検出する最大値検出回路と、 前記輝度信号の平均値を検出する平均値検出回路と、 前記輝度信号の最小値を検出する最小値検出回路と、 前記最大値検出回路が検出した最大値から前記最小値検
   出回路が検出した最小値を減算する減算回路と、 前記減算回路の出力結果と規定値を比較し補正値を出力
   する第１の比較回路と、 前記補正値により加重係数を補正し、補正した加重係数
   によって前記最大値検出回路が検出した最大値と前記平
   均値検出回路が検出した平均値を加重平均する加重平均
   回路と、 前記加重平均回路の出力結果と露光量目標値を比較する
   第２の比較回路と、 前記第２の比較回路の出力結果で前記加重平均回路の出
   力結果と露光量目標値が一致するように前記露光制御回
   路を制御する制御信号発生回路と、 前記輝度信号のヒストグラムを求める特徴量抽出回路
   と、 前記特徴量抽出回路が求めたヒストグラムに基づいて補
   正すべき階調補正特性を決定し補正係数を出力する補正
   特性決定回路と、 前記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で前記撮
   像素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調補正手
   段とを具備し、 前記階調補正手段より階調補正された出力映像信号を得
   ることを特徴とする撮像装置。
8. 【請求項８】 撮像素子と、 前記撮像素子の露光量を制御する露光制御回路と、 前記撮像素子の出力映像信号から輝度信号を分離もしく
   は合成する輝度信号生成回路と、 前記輝度信号の最大値を検出する最大値検出回路と、 前記輝度信号の平均値を検出する平均値検出回路と、 前記輝度信号の最小値を検出する最小値検出回路と、 前記最大値検出回路が検出した最大値から前記最小値検
   出回路が検出した最小値を減算する減算回路と、 前記減算回路の出力結果と規定値を比較し補正値を出力
   する第１の比較回路と、 前記最大値検出回路が検出した最大値と前記平均値検出
   回路が検出した平均値を加重係数によって加重平均する
   加重平均回路と、 前記補正値により露光量目標値を補正し、補正した露光
   量目標値と前記加重平均回路の出力結果を比較する第２
   の比較回路と、 前記第２の比較回路の出力結果で前記加重平均回路の出
   力結果と露光量目標値が一致するように前記露光制御回
   路を制御する制御信号発生回路と、 前記輝度信号のヒストグラムを求める特徴量抽出回路
   と、 前記特徴量抽出回路が求めたヒストグラムに基づいて補
   正すべき階調補正特性を決定し補正係数を出力する補正
   特性決定回路と、 前記補正特性決定回路が決定した階調補正特性で前記撮
   像素子の出力映像信号のそれぞれを補正する階調補正手
   段とを具備し、 前記階調補正手段より階調補正された出力映像信号を得
   ることを特徴とする撮像装置。
9. 【請求項９】 撮像素子を１個あるいは複数個にしたこ
   とを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７また
   は８に記載の撮像装置。
10. 【請求項１０】 階調補正手段が撮像素子の出力映像信
    号から第１の階調補正特性を生成する第１の階調補正特
    性回路と、 前記撮像素子の出力映像信号から第２の階調補正特性を
    生成する第２の階調補正特性回路と、 前記撮像素子の出力映像信号と補正特性決定回路が決定
    した補正係数を加算する加算器と、 前記加算器の出力信号によって前記第１の階調補正特性
    と前記第２の階調補正特性を加重平均して補正ゲインを
    出力する加重平均回路と、 前記加重平均回路で求めた補正ゲインによって前記撮像
    素子の出力映像信号のそれぞれを補正する構成にしたこ
    とを特徴とする請求項１，２，５または６に記載の撮像
    装置。
11. 【請求項１１】 階調補正手段が撮像素子の出力映像信
    号から第１の階調補正特性を生成する第１の階調補正特
    性回路と、 前記撮像素子の出力映像信号から第２の階調補正特性を
    生成する第２の階調補正特性回路と、 前記撮像素子の出力映像信号の平均値を求める平均値検
    出回路と、 前記平均値と前記補正特性決定回路が決定した補正係数
    を加算する加算器と、 前記加算器の出力信号によって前記第１の階調補正特性
    と前記第２の階調補正特性を加重平均して補正ゲインを
    出力する加重平均回路と、 前記加重平均回路で求めた補正ゲインによって前記撮像
    素子の出力映像信号のそれぞれを補正する構成にしたこ
    とを特徴とする請求項１，２，５または６に記載の撮像
    装置。
12. 【請求項１２】 加重平均回路が補正係数に比例させ最
    大値の加重係数を大きくするように補正し、補正した加
    重係数によって最大値と平均値を加重平均するようにし
    たことを特徴とする請求項１または３記載の撮像装置。
13. 【請求項１３】 比較回路が補正係数に比例させて露光
    量目標値を小さくするように補正し、補正した露光量目
    標値と加重平均回路の出力結果を比較するようにしたこ
    とを特徴とする請求項２または４記載の撮像装置。
14. 【請求項１４】 階調補正手段が輝度信号から第１の階
    調補正特性を生成する第１の階調補正特性回路と、 前記輝度信号から第２の階調補正特性を生成する第２の
    階調補正特性回路と、 前記輝度信号と補正特性決定回路が決定した補正係数を
    加算する加算器と、 前記加算器の出力信号によって前記第１の階調補正特性
    と前記第２の階調補正特性を加重平均して補正ゲインを
    出力する加重平均回路と、 前記加重平均回路で求めた補正ゲインによって前記撮像
    素子の出力映像信号のそれぞれを補正する構成にしたこ
    とを特徴とする請求項３，４，７または８に記載の撮像
    装置。
15. 【請求項１５】 階調補正手段が輝度信号から第１の階
    調補正特性を生成する第１の階調補正特性回路と、 前記輝度信号から第２の階調補正特性を生成する第２の
    階調補正特性回路と、 前記輝度信号の平均値を求める平均値検出回路と、 前記平均値と補正特性決定回路が決定した補正係数を加
    算する加算器と、 前記加算器の出力信号によって前記第１の階調補正特性
    と前記第２の階調補正特性を加重平均して補正ゲインを
    出力する加重平均回路と、 前記加重平均回路で求めた補正ゲインによって前記撮像
    素子の出力映像信号のそれぞれを補正する構成にしたこ
    とを特徴とする請求項３，４，７または８に記載の撮像
    装置。
16. 【請求項１６】 加重平均回路が補正値に比例させ最大
    値の加重係数を大きくするように補正し、補正した加重
    係数によって最大値と平均値を加重平均するようにした
    ことを特徴とする請求項５または７に記載の撮像装置。
17. 【請求項１７】 第２の比較回路が補正値に比例させ露
    光量目標値を小さくするように補正し、補正した露光量
    目標値と加重平均回路の出力結果を比較するようにした
    ことを特徴とする請求項６または８に記載の撮像装置。
18. 【請求項１８】 入力映像信号Ｙの第１の階調補正特性
    Ｙ１がＹ１＝｛１／ａ²・（Ｙ−ａ）³＋ａ｝の形態の３
    次曲線に従い、 第２の階調補正特性Ｙ２がＹ２＝ｂＹの形態の１次直線
    に従うことを特徴とする請求項１０，１１，１４または
    １５に記載の撮像装置。
19. 【請求項１９】 階調補正手段が、入力映像信号Ｙの平
    均値Ｙａを求める平均値検出回路と、前記平均値Ｙａと
    補正係数を加算する第１加算器と、前記第１加算器の出
    力信号を値‘０’と前記入力映像信号Ｙの取り得る最大
    値でクリップするクリップ回路と、前記入力映像信号Ｙ
    を加算して３倍のＹを出力する第２の加算器と、前記入
    力映像信号Ｙを２乗してＹ²を出力する第１乗算器と、
    前記第１乗算器の出力信号に定数を加算する第３加算器
    と、前記第３加算器の出力信号から前記第２加算器の出
    力信号を減算する第１減算器と、前記クリップ回路の出
    力信号を前記入力映像信号Ｙの取り得る最大値から減算
    する第２減算器と、前記第１減算器の出力信号と前記第
    ２減算器の出力信号を乗算する第２乗算器と、前記クリ
    ップ回路の出力信号と前記第２乗算器の出力信号を加算
    する第４加算器と、撮像素子の出力映像信号を遅延させ
    る遅延回路と、前記第４加算器の出力信号と前記遅延回
    路の出力信号を乗算する乗算器という構成にしたことを
    特徴とする請求項１１または１５に記載の撮像装置。