JP3293951B2 - デジタルガンマ補正器において利得を制限するための装置及び方法 - Google Patents

デジタルガンマ補正器において利得を制限するための装置及び方法

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    • H04N5/00—Details of television systems
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、テレビカメラ設計の分
野に関し、振幅変換特性（ガンマ）補正を行うためのデ
ジタル回路構成の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】テレビカメラの調整における１つのステ
ップは、適切なガンマ補正を行うことである。ガンマ補
正は、等しいカラー温度及び輝度の条件下で、オリジナ
ルのシーンとカラー映像管上のそれの再生との間に視覚
的なカラー整合を作り出すためのものである。従来の映
像管内の蛍光体は、異なる電圧レベルに線形的には応答
しないので、伝送又は記録の前に非線形変換関数を映像
信号に適用することによって、ガンマ補正が行われる。
カメラにおけるこれらの変換関数は、ガンマ補正を実行
するためだけでなく、ガンマ補正とは独立したブラック
レベル及びホワイトレベルを確立するために典型的に用
いられる。この変換関数のための通常の型が以下の式
（１）に示される。
【０００３】Ｖ＝Ｃ＊Ｘgamma （１） ここで、Ｖは、ガンマ補正後の出力電圧、Ｘは、ブラッ
クレベル≦Ｘ≦ホワイトレベルである入力光レベル、ｇ
ａｍｍａは、典型的には約０．４５である指数、及びＣ
は、定数である。
【０００４】デジタルガンマ補正器は、式（１）に従っ
て動作するように構成されている。このアプローチは数
学的には正しいが、量子化アーチファクトを、特にブラ
ックレベル付近で生成する傾向がある。式（１）に従う
変換関数は、ブラックレベル付近で約２０である利得を
有することがある。典型的なデジタルガンマ補正器に対
して、入力信号量子化レベルは、ブラックレベルとホワ
イトレベルとの間の範囲で均等に区切られている。ブラ
ックレベル付近の少数の入力量子化レベルが、広範囲の
出力値に対応する。つまり、入射光レベルの比較的小さ
な変化が、ガンマ補正された信号の比較的多数のステッ
プとなり得る。これが、サンプリングアーチファクトを
引き起こす。これらのアーチファクトによって、再生画
像の暗領域を斑点入りに見せたり、又は誇張された質感
を有するようにさせる信号ノイズが増大され得る。
【０００５】映像カメラにおけるガンマ補正は、Benson
らによる文献「HDTV Advanced Television for the 199
0s」、McGraw-Hill Publishing Co., (1991)、第１０．
４頁に記されているように、ローライト（low-light）
領域の方が大きなディテイルを提供するように、式
（１）から一般には逸脱する。例えば、テレビ信号パラ
メータ１１２５／６０のためのＳＭＰＴＥ（the Societ
y of Motion Picture andTelevision Engineers）の２
４０Ｍ標準は、１１２５／６０の高精細テレビシステム
における使用のための以下の変換特性を特定している。
【０００６】 Ｖ＝１．１１１５＊Ｘ0.45−０．１１１５ （Ｘ≦０．０２２８） （２ａ） Ｖ＝４．０＊Ｘ （Ｘ＞０．０２２８） （２ｂ） Bensonらは、第１０．１０頁において、信号範囲の端点
でのディテイルを向上するためにダイナミックレンジを
拡大する方法を論じている。特に、Bensonらは、通常の
ピークホワイトを越えるディテイルを獲得することの重
要性を論じている。１つの公知の方法は、ハイライト圧
縮回路によって行われる。基準ホワイトを越える全ての
信号をはっきりとクリップするよりもむしろ、基準ホワ
イトレベルの数倍のレベルに対して動作する利得低減電
子回路が、より高いレベル信号が範囲内となるようにそ
れらの信号を圧縮する。これらの回路は、利得が急な屈
曲部上で実質的により低くなる区分的線形変換関数を用
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】光レベルを幅広く変更
しながらうまく実行するために、ブラックレベルとホワ
イトレベルを独立して調整することが可能であることが
望ましい。しかしながら、ガンマ値が増大するにつれ
て、ブラックレベル付近の入力信号値に対する変換関数
の勾配も増大する。ガンマ曲線における増大した利得
は、再生画像におけるノイズが目で観察される可能性を
増大させる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガンマ補正の
間に映像信号に与えられる最大利得を低減するための装
置及び方法において実現される。ガンマ指数値、所望の
ブラックレベル、所望のホワイトレベル及び所望の最大
利得値が選択され、可能な入力信号値のための量子化レ
ベルの数が決定される。修正されたブラックレベルは、
所望のブラックレベルに等しく設定される。利得制限値
は、オペレータによって入力される所望の最大ガンマ利
得値、所望のブラックレベル、所望のホワイトレベル、
所望の最大利得値及び量子化レベルの数から算出され
る。
【０００９】選択された入力信号値が算出される。その
値に対して与えられる利得は、利得制限値に等しい。選
択された出力信号値もまた算出され、その値は、選択さ
れた入力信号値に対応するガンマ曲線値である。ブラッ
クレベル補正係数は、所望のブラックレベル、選択され
た入力信号値、選択された出力信号値、及び利得制限値
から算出される。修正されたブラックレベルは、ブラッ
クレベル補正係数によって増大される。修正されたブラ
ックレベルは、その後、利得制限されたガンマ曲線の非
線形部を発生させるために用いられる。
【００１０】選択された入力信号値、ブラックレベル補
正係数を決定するステップ及びブラックレベルを修正す
るステップは、ブラックレベル補正係数が、所定の閾値
よりも小さい値へ減少するまで繰り返される。変換関数
曲線は、所望のブラックレベルと選択された入力信号値
との間の映像信号値に対しては、低減された利得値に等
しい映像信号の利得を用いて、線形的に増大するように
生成される。選択された入力信号値と所望のホワイトレ
ベルとの間では、変換関数は、累乗関数に応じて増大す
る。ただし、増大する率は減少する。変換関数は、映像
信号に適用され、画像の暗部分における視覚的に減衰さ
れたノイズ及び実質的に低減されたノイズを伴う特定の
ホワイトレベル及びブラックレベルを有するガンマ補正
された映像信号を生成する。
【００１１】本発明の方法は、ブラックレベル、ホワイ
トレベル、ガンマ指数値、所望の最大利得値、及び可能
な入力信号値のカウントを有するカメラにおいてガンマ
補正の間に入力映像信号へ与えられる最大利得を低減す
るための方法であって、（ａ）該ブラックレベル、該ホ
ワイトレベル、該所望の最大利得値及び該カウントか
ら、利得制限値を算出するステップ、（ｂ）該利得制限
値に等しい利得を有する線形ガンマ関数を発生させるス
テップ、（ｃ）修正されたブラックレベルをそれぞれ有
する複数の非線形ガンマ関数を発生させるステップ、
（ｄ）決定された入力信号値での利得制限値に実質的に
等しい利得を有する非線形ガンマ関数であって、該決定
された入力信号値に対して該線形ガンマ関数と該非線形
ガンマ関数とが実質的に等しい値を有する非線形ガンマ
関数を該複数の非線形ガンマ関数から選択するステッ
プ、（ｅ）該決定された入力信号値よりも大きい値を有
する入力信号に対しては該選択された非線形ガンマ関数
の値に等しい値を有し、他の全ての入力信号値に対して
は該線形ガンマ関数の値に等しい値を有する利得制限さ
れたガンマ関数を規定するステップ、及び（ｆ）該利得
制限されたガンマ関数における値を用いて該入力映像信
号にガンマ補正を適用して、ガンマ補正された映像信号
を得るステップを包含する。
【００１２】他の局面において、本発明の方法は、ブラ
ックレベル、ホワイトレベル、ガンマ指数値、所望の最
大利得値、及び可能な入力信号値のカウントを有するカ
メラにおいてガンマ補正の間に入力映像信号へ与えられ
る最大利得を低減するための方法であって、（ａ）該ブ
ラックレベルに等しい値を修正されたブラックレベルに
割り当てるステップ、（ｂ）該ブラックレベル、該ホワ
イトレベル、該所望の最大利得値及び該カウントから利
得制限値を算出するステップ、（ｃ）該ガンマ指数値に
応じて与えられる利得が該利得制限値に等しくなるよう
に選択された入力映像信号値を算出し、各選択された出
力信号値を算出するステップ、（ｄ）該ブラックレベ
ル、該選択された入力信号値、該選択された出力信号
値、及び該利得制限値に依存するブラックレベル補正係
数を算出するステップ、（ｅ）該ブラックレベル補正係
数の分だけ、該修正されたブラックレベルを増大させる
ステップ、（ｆ）該ブラックレベル補正係数が、所定の
閾値よりも小さい値に減少するまで、ステップ（ｅ）か
ら（ｇ）を繰り返すステップ、（ｇ）該ブラックレベル
と該選択された入力信号値との間の映像信号値に対して
は線形に増加し、該利得制限値に等しい利得を有してお
り、該選択された入力信号値と該ホワイトレベルとの間
では減少するレートで非線形的に増加するガンマ補正係
数を算出するステップ、及び（ｈ）該ガンマ補正係数を
該映像信号に与えるステップを包含する。前記利得制限
値が、前記可能な選択された入力信号値のカウントに比
例する係数の分だけ、前記所望の最大利得値よりも大き
いこともある。
【００１３】前記利得制限値が、前記ブラックレベルを
前記ホワイトレベルから減ずることによって発生される
差分値に反比例する係数の分だけ、前記所望の最大利得
値よりも小さいこともある。
【００１４】前記ステップ（ｄ）が、前記ブラックレベ
ルを前記ホワイトレベルから減算して差分値を形成する
ステップと、前記可能な入力信号値のカウントを決定す
るステップと、該カウントを該差分値によって除算して
比率値を形成するステップと、該比率値を前記所望の最
大利得値によって乗算して、前記利得制限値を発生させ
るステップとを包含することもできる。
【００１５】前記ステップ（ｆ）が、前記選択された出
力信号値を前記利得制限によって除算して比率値を形成
するステップと、該比率値を前記選択された入力信号値
から減算して差分信号を形成するステップと、該差分値
を前記ブラックレベル値から減算して、前記ブラックレ
ベル補正係数を生成するステップとを包含することもで
きる。
【００１６】さらに他の局面において、本発明の装置
は、ブラックレベル、ホワイトレベル、ガンマ指数値、
所望の最大利得値、及び可能な入力信号値のカウントを
有するカメラにおいてガンマ補正の間に入力映像信号へ
与えられる最大利得を低減するための装置であって、
（ａ）該ブラックレベル、該ホワイトレベル、該所望の
最大利得値及び該カウントから、利得制限値を算出する
手段、（ｂ）該利得制限値に等しい利得を有する線形ガ
ンマ関数を発生させる手段、（ｃ）修正されたブラック
レベルをそれぞれ有する複数の非線形ガンマ関数を発生
させる手段、（ｄ）決定された入力信号値での利得制限
値に実質的に等しい利得を有する１つの非線形ガンマ関
数であって、該決定された入力信号値に対して該線形ガ
ンマ関数と非線形ガンマ関数とが実質的に等しい値を有
する非線形ガンマ関数を該複数の非線形ガンマ関数から
選択する手段、（ｅ）該決定された入力信号値よりも大
きい値を有する入力信号に対しては該選択された非線形
ガンマ関数の値に等しい値を有し、他の全ての入力信号
値に対しては該線形ガンマ関数の値に等しい値を有する
利得制限されたガンマ関数を規定する手段、及び（ｆ）
該利得制限されたガンマ関数における該値を用いて該入
力映像信号にガンマ補正を適用して、ガンマ補正された
映像信号を得る手段を備えている。
【００１７】さらに他の局面において、本発明の装置
は、ブラックレベル、ホワイトレベル、ガンマ指数値、
所望の最大利得値、及び可能な入力信号値のカウントを
有するカメラにおいてガンマ補正の間に入力映像信号へ
与えられる最大利得を低減するための装置であって、
（ａ）該ブラックレベルに等しい値を修正されたブラッ
クレベルに割り当てる手段、（ｂ）該ブラックレベル、
該ホワイトレベル、該所望の最大利得値及び該カウント
から利得制限値を算出する手段、（ｃ）該ガンマ指数値
に応じて与えられる利得が該利得制限値に等しくなるよ
うに、選択された入力映像信号値を算出し、各選択され
た出力信号値を算出する手段、（ｄ）該ブラックレベ
ル、該選択された入力信号値、該選択された出力信号
値、及び該利得制限値からブラックレベル補正係数を算
出する手段、（ｅ）該ブラックレベル補正係数の分だ
け、該修正されたブラックレベルを増大させる手段、
（ｆ）該ブラックレベル補正係数を所定の閾値と比較す
る手段、（ｇ）該ブラックレベル補正係数が、該所定の
閾値よりも小さい値に減少するまで、該選択された入力
信号値、選択された出力信号値、ブラックレベル補正係
数及び修正されたブラックレベルを算出すること、及び
該ブラックレベル補正係数を該閾値と比較することを反
復する手段、（ｈ）該ブラックレベルと該選択された入
力信号値との間の映像信号値に対しては線形に増加し、
該利得制限値に等しい利得を有しており、該選択された
入力信号値と該ホワイトレベルとの間では減少するレー
トで非線形的に増加するガンマ補正係数を算出する手
段、及び（ｉ）該ガンマ補正係数を該映像信号に与え
て、ガンマ補正映像信号を得る手段を備えている。
【００１８】
【実施例】はじめに、本発明の概要を説明する。
【００１９】本発明は、ガンマ補正の間に映像信号に与
えられる最大利得を低減し、それによって再生画像の暗
領域における目に見え得るノイズを低減するための装置
及び方法において実現される。
【００２０】カメラ調整の間に、ガンマ指数値、所望の
ブラックレベル、所望のホワイトレベル及び所望の最大
利得Ｇが、オペレータ入力によって選択される。次に、
利得制限されたガンマ曲線が反復プロセスを通して生成
される。この利得制限された曲線は、オペレータによっ
て入力されるブラックレベル値及びホワイトレベル値と
同一の値を有する。利得制限された曲線は、回路によっ
て算出される選択された入力信号値より下の入力信号値
に対しては線形である。この領域における利得は、累乗
曲線に基づくガンマ曲線が用いられている場合に得られ
る最大利得から実質的に減少している。利得制限された
曲線は、選択された入力信号値より上の入力信号値に対
しては非線形である。
【００２１】装置は、反復ガンマ曲線計算を行うための
専用の回路要素を備えている。マイクロプロセッサは装
置を制御し、実行される頻度の低い付加的な計算を行
う。
【００２２】次に、本発明を実施例について詳細に説明
する。
【００２３】図１に示されるカメラの一例において、Ｃ
ＣＤ撮像装置１１０が、カラー画像を表す赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）及び青（Ｂ）の信号を提供する。ＣＣＤ撮像装置
１１０は、例えば、従来のＣＣＤマトリクスを備えるこ
とができる。このＣＣＤマトリクスは、一体型カラーフ
ィルタモザイクと、ＣＣＤマトリクスによって提供され
る信号を処理して、別々の赤、緑及び青のカラー信号成
分を生成する回路とを有している。或いは、カメラは、
プリズムを介して３つのそれぞれ異なるカラーの光を受
け取る３個の独立したＣＣＤセンサを有することもでき
る。この構成において、各センサは、赤、緑及び青の信
号のそれぞれ異なる１つを生成する。
【００２４】ＣＣＤ撮像装置１１０によって提供される
アナログの赤、緑及び青の信号は、アナログからデジタ
ルへの変換器（ＡＤＣ）１１２へ与えられる。ＡＤＣ１
１２は、クロック信号発生器１１１によって提供される
クロック信号ＣＬＯＣＫに同期して、デジタル的にサン
プルされた赤Ｒ’、緑Ｇ’及び青Ｂ’の各カラー信号を
発生させる。ＡＤＣ１１２によって提供されるデジタル
化されたカラー信号は、カラーバランス回路１１４へ与
えられる。回路１１４は、カメラの視野において最も明
るい対象物が再生画像ではホワイトに見えるように、各
デジタル信号に与えられる増幅係数を自動的に調整す
る。カラーバランス校正は、初期のカメラセットアップ
の間に一度だけ行われる。しかしながら、この校正ステ
ップにおいて発生する利得係数は、残りの通常の撮像動
作の間に、ＡＤＣ１１２によって提供されるＲ’、Ｇ’
及びＢ’信号へ与えられる。信号がデジタル信号値、例
えば、８ビットデジタルサンプルに対して２５５によっ
て示され得る最大振幅値を越える場合には、カラーバラ
ンス回路１１４は、その信号の値を最大デジタル値へ制
限する。
【００２５】カラーバランス回路１１４によって提供さ
れる赤、緑及び青のカラー信号（Ｒb、Ｇb及びＢb）
は、カラー補正回路１１８及び開口信号発生器１２４へ
並列的に与えられる。カラー補正回路１１８は、例え
ば、回路１１４によって提供されるカラー信号Ｒb、Ｇb
及びＢbを処理して、目的の画像装置上に正しい画像色
相を生成するカラーシフトされた赤、緑及び青の信号を
発生させることができる。回路１１８は、ＣＣＤ撮像装
置１１０において用いられるカラーフィルタを通過した
カラーを、目的映像標準（例えば、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ又
はＳＥＣＡＭ）の下で画像カラーを正しく再生する信号
へ効果的に変換する。
【００２６】回路１１８によって提供される補正された
カラー信号は、ガンマ補正回路１２０へ与えられる。ガ
ンマ補正回路は、図２〜図６を参照して後述される。
【００２７】ガンマ補正回路１２０によって提供される
出力信号は、遅延素子１２２を介して遅延される。この
ことは、開口信号発生器１２４を通過する際の信号処理
遅延を補償する。遅延された信号は、次に、加算器１２
６、１２８及び１３０のそれぞれへ与えられる。加算器
１２６、１２８及び１３０のそれぞれへの他方の入力信
号は、開口信号発生器１２４によって生成されるピーキ
ング信号である。このピーキング信号は成分カラー信号
の全てに加算される高周波数信号である。この動作の効
果は、画像信号における高周波数成分を、低周波数成分
に対して強調することである。この信号が赤、緑及び青
のカラー信号のそれぞれに加えられるので、それは、高
周波数成分を強調するように単色信号として作用する。
つまり、それが生成する効果は、カメラによって生成さ
れる輝度信号Ｙにおいて主に観察され得る。
【００２８】加算器１２６、１２８及び１３０の出力信
号（Ｒ”、Ｇ”及びＢ”）は、例えば、３原色信号
Ｒ”、Ｇ”及びＢ”から、輝度信号Ｙ及び２つの色差信
号、例えば、Ｉ及びＱを発生させるマトリクス１３２へ
与えられ得る。
【００２９】図２は、利得制限用ガンマ補正回路１２０
の一実施例をさらに詳しく示す。ガンマ補正回路１２０
は、補正された赤、緑及び青のカラー信号に変換関数を
適用して、目的の映像標準（例えば、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ
又はＳＥＣＡＭ）に基づく適切な階調画像を発生させる
信号を供給する。
【００３０】ガンマ補正情報は、ランダムアクセスメモ
リ（ＲＡＭ）参照テーブル（ＬＵＴ）２０２に格納され
る。量子化のＮ個のビットを有するデジタル映像信号２
１４に対して、ＬＵＴ２０２は２N個のメモリ位置２０
３(a)〜２０３(n)を有している（１個の階調レベルにつ
き１個のメモリ位置が対応する）。例えば、８ビット入
力サンプルに対して、ＬＵＴ２０２には２５５個の値が
ある。ＬＵＴ２０２は、映像信号２１４の値を、対応す
る出力信号値が格納されているアドレスとして用いる。
【００３１】各メモリ位置２０３(a)〜２０３(n)は、入
力信号値に対してガンマ補正された信号値に等しい出力
信号値を格納する。メモリ位置は、入力信号値によって
アドレスされる。
【００３２】マルチプレクサ２０４は、２つの独立した
チャネル２０８、２１６からデータを受け取る。チャネ
ル２０８、２１６はそれぞれＬＵＴ２０２を埋めるため
に、及びＬＵＴへの映像入力信号２１４を供給するため
に用いられる。制御論理２０６は、それらのチャネルの
うち一方をマルチプレクサ２０４の出力信号として選択
するように、選択信号２１０を供給する。映像入力信号
２１４が選択されると、ＬＵＴ２０２はそのアドレスポ
ートで映像入力信号２１４を受け取り、入力信号２１４
の値に対応するアドレスから格納されているガンマ補正
された値を供給する。このガンマ補正された値は、出力
映像信号２１８として供給される。
【００３３】チャネル２０８が選択されると、制御論理
２０６は、マルチプレクサ２０４を通過してＬＵＴ２０
２のアドレスポート２０２ａへ送られるアドレス信号２
０８を供給する。各アドレス信号値がＬＵＴ２０２へ送
られる際に、制御論理２０６は、ＬＵＴ２０２のデータ
ポート２０２ｂへデータ値をも供給する。データ値は、
２N個の階調レベルのうちの１つであり、アドレス信号
によって示されるアドレスに変換関数値として格納され
る。
【００３４】制御論理２０６は、テレビカメラの調整の
間にＬＵＴ２０２を埋めて、マルチプレクサ２０４を制
御する。調整後、制御論理２０６は、信号２１０によっ
て、入力信号データ２１４をＬＵＴ２０２へ供給するよ
うに、マルチプレクサ２０４を構成する。ＬＵＴ２０２
は、信号Ｒb、Ｇb及びＢbに対してガンマ補正された値
を、格納された変換関数に従って遅延回路１２２へ供給
する。制御論理２０６は、専用の処理用ハードウエア、
マイクロプロセッサシステム用のソフトウエア、又はこ
れら２つの組み合わせとして実現されることができる。
図３及び図４は、マイクロプロセッサ及び専用ハードウ
エア構成要素を用いた制御論理の一実施例を示す。
【００３５】図３のハードウエア構成要素は、非線形領
域における変換関数の値を生成し、修正する機能専用で
ある。所望のブラックレベルＢＬ、所望のホワイトレベ
ルＷＬ、ガンマ３５０、所望の最大利得値Ｇ及び量子化
レベルの数２N（可能な入力信号値のカウント）を表す
電圧信号が、専用ハードウエアへ供給される。これらの
信号は、入力装置３８１を介してオペレータから供給さ
れるデータに基づいて、マイクロプロセッサ３８０によ
って生成される。
【００３６】図３において、Ｎビットカウンタ３１０
が、連続するアドレスＸを発生させる。これらの連続す
るアドレスＸは、マルチプレクサ２０４、マイクロプロ
セッサ３８０、及び減算器３２０へ供給される。アドレ
スＸは、ＬＵＴ２０２を埋める目的で、入力信号値とし
ても用いられる（ＬＵＴにおいてアドレスＸに格納され
る値は、Ｘの入力信号値に対するガンマ関数値であ
る）。減算器３２０は、アドレスＸ信号を受け取り、所
望のブラックレベル値ＢＬをその信号から減算して、差
分信号３２２を形成する。減算器３３０は、ホワイトレ
ベルＷＬ信号及びブラックレベルＢＬ信号を受け取っ
て、差分信号３３８を形成する。
【００３７】ハードウエア除算器３４０は、差分信号３
２２の値を、差分信号３３８の値で除算して、正規化さ
れた入力信号値３４２を形成する。対数装置３４４は正
規化された入力信号３４２の対数３４６を決定する。対
数装置３４４は、ＲＡＭ ＬＵＴを備えていてもよい。
対数３４６は、乗算器３４８へ供給される。乗算器３４
８は、信号３４６をガンマ指数３５０によって乗算し
て、信号３５２を形成する。信号３５２は、指数関数装
置３５４へ供給される。指数関数装置３５４は、ＲＡＭ
ＬＵＴを備えていてもよい。装置３５４の出力信号３
５６は、乗算器３５８へ供給される。乗算器３５８は、
信号３５６を量子化レベルの数３６０によって乗算す
る。量子化レベルの数は２の累乗であるので、その乗算
は、より上位のビット位置へのデータ値の一定のシフト
として実現され得る。
【００３８】乗算器３５８からの出力信号は、変換関数
のためのデータ値であり、ＬＵＴ２０２及びマイクロプ
ロセッサ３８０へ供給される。図１を参照して説明され
たように、アドレス及びガンマ曲線データ値が同時にＬ
ＵＴ２０２へ供給される。
【００３９】いったんガンマ曲線データがＬＵＴ２０２
へ入力されると、マイクロプロセッサ３８０は信号２１
０を発生させて、映像入力チャネル２１６からデータを
受け取るようにマルチプレクサ２０４を構成する。ガン
マ補正回路１２０は、映像入力信号を処理する準備完了
である。カラー補正回路１１８からのＲb、Ｇb及びＢb
の光入力信号値は、マルチプレクサからＬＵＴ２０２へ
供給される。ＬＵＴ２０２がガンマ補正値を示す信号を
発生させ、これらの信号を遅延回路１２２へ供給する。
【００４０】図４は、ガンマ曲線データ生成機能のため
の他のハードウエア構造を示す。ハードウエア要素のほ
とんどは同一であり、図４では参照符号にプライ
ム（’）を付けて示される。ハードウエア除算器３４０
及び対数装置３４４に代えて、２つの対数装置３８２、
３８４及び減算器３８６が用いられる。当業者には、こ
の回路が、図３に示される回路と同一の結果を生じさせ
ることは理解される。
【００４１】ガンマ曲線値の全ての組を計算することに
加えて、図３（又は図４）に記載される回路素子はま
た、マイクロプロセッサ３８０と協同して、利得制限機
能の一部を行うために用いられる。その回路素子は、利
得制限ガンマ曲線を発生させる反復プロセスの間用いら
れる。
【００４２】本発明の利点的特徴は、カメラの調整プロ
セスの間に利得制限変換関数を生成することである。変
換関数を生成するプロセスは、ブラックレベル、ホワイ
トレベル、ガンマ指数及び可能な入力値のカウントの特
有な組み合わせにのそれぞれに対して特有のライティン
グ条件の特定の変換関数を提供するようにオペレータに
よって調整され得る。
【００４３】図５は、非ゼロのブラックレベル、及び信
号がクリップされるレベルを越えるホワイトレベルを有
する、累乗曲線にのみ基づくガンマ曲線４０２の一例を
示している。これは、以下の式（３）によって規定され
る。
【００４４】
【数１】
【００４５】ここで、Ｖは、ガンマ補正後の出力信号、
Ｘは、ブラックレベル≦Ｘ≦ホワイトレベルである入力
信号レベル、ＢＬは、ブラックレベル、ＷＬは、ホワイ
トレベル、ｇａｍｍａは、典型的に約０．４５である指
数、Ｎは、Ｘ及びＶのための量子化のビット数である。
【００４６】図５はまた、本発明による装置の一例によ
って生成される利得制限されたガンマ曲線４０４を示し
ている。利得制限されたガンマ曲線４０４は、ガンマ曲
線４０２と同一のブラックレベル値及びホワイトレベル
値を有している。曲線４０２とは異なり、利得制限され
たガンマ曲線４０４は、所望のブラックレベルと選択さ
れた入力信号値４０８との間の領域４０４ａでは線形で
ある。この線形領域における利得は、いずれもマイクロ
プロセッサ３８０によって供給される利得制限値ＧＬに
等しい。曲線４０４の非線形領域４０４ｂの利得は、曲
線４０２を発生させるために用いられる場合と同じガン
マ指数値を有する累乗曲線に従い、その利得制限値から
減少する。利得制限されたガンマ曲線４０４は、実質的
に連続しており、その領域の至る所で実質的に連続する
微分係数を有している。非線形曲線を発生させるための
数値による方法を使用することによって、ガンマ曲線４
０４の線形領域と非線形領域とが接する点４０４ｃに
は、わずかな不連続が存在し得る。この不連続の大きさ
は、収束閾値の選択によって制限される。これによっ
て、利得制限されたガンマ曲線の使用によって大きなア
ーチファクトが導入されないことが保証される。
【００４７】利得制限されたガンマ曲線の傾きが、ブラ
ックレベル付近ではガンマ曲線４０２の傾きよりも実質
的に低いので、再生された画像中のノイズが目で観察さ
れる可能性は、利得制限された変換関数４０４が用いら
れる場合の方が、曲線４０２が用いられた場合よりも低
い。
【００４８】利得制限された変換関数４０４の非線形部
分を構築するために、変換関数は式（３）の形式で生成
される。ただし、所望のブラックレベルＢＬに代えて修
正されたブラックレベルＭＢＬが用いられる。所望のブ
ラックレベルと選択された入力値４０８との間の、この
曲線の部分４０４ｄ（点線で示される）は、図６を参照
して詳細に説明されるように、マイクロプロセッサ３８
０によって修正されたブラックレベルＭＢＬが決定され
ると、線形部分４０４ａによって置き換えられる。
【００４９】図６は、修正されたブラックレベルがマイ
クロプロセッサ３８０によって決定され、利得制限され
た変換関数が生成されるステップを示すフローチャート
である。ステップ５１０では、マイクロプロセッサ３８
０がＢＬ、ＷＬ、ガンマ及び所望の最大利得値Ｇを受け
取る。ＷＬ、ＢＬ及びＧは、オペレータによって決定さ
れ、カラーバランスプロセスの間に修正されることもで
きる。ガンマは、典型的にはメモリに格納される。ステ
ップ５１６では、修正されたブラックレベルＭＢＬが、
ＢＬに等しい初期値に設定される。ステップ５１８で
は、利得制限値ＧＬが算出される。本発明の発明者は、
以下の式（４）による利得制限ＧＬが用いられる場合
に、ブラックレベル付近では、目で観察され得るノイズ
が実質的に低減されることを決定した。
【００５０】 ＧＬ＝Ｇ＊２N／（ＷＬ−ＢＬ） （４） 利得制限された変換関数生成プロセスにおける残りの計
算は、変換関数の計算において用いられる修正されたブ
ラックレベルを決定することに関連する。ＭＢＬは、利
得制限された変換関数が実質的に連続しており、点４０
４ｃ（図５に示される）で実質的に連続する微分係数を
有するように選択されなければならない。いったんＭＢ
Ｌが決定されると、利得制限された曲線全体が生成され
る。
【００５１】本発明の発明者は、以下の反復方法が好適
なＭＢＬを発生させるために用いられ得ることを決定し
た。ステップ５２０では、マイクロプロセッサ３８０が
カウンタ３１０（図３に示される）へ信号を送り、それ
によってカウンタはゼロにリセットされてカウントを開
始する。ステップ５２１では、連続するガンマ関数値が
式（３）によって生成される。ただし、ＢＬに代えてＭ
ＢＬが用いられている。ステップ５２２では、マイクロ
プロセッサ３８０が、カウンタ３１０及び乗算器３５８
から連続入力２０８及びガンマ曲線信号３６２をそれぞ
れ受け取り、各信号に与えられる利得を、利得制限ＧＬ
と比較する。
【００５２】信号２０８、３６２の各対が受け取られる
と、その信号値は、受け取られた信号の直前の対からの
値と共に格納される。利得は、連続する信号対に対し
て、入力信号の変化に対する出力信号の変化の比率によ
って決定される。従って、生成されるガンマ関数におけ
る実際の最大ガンマ利得は、利得制限値ＧＬとは異なる
かもしれない。典型的なガンマ指数値が用いられる場
合、ガンマ利得の実際の最大値は、所望の最大利得値
（名目上は５）に等しいか、又はそれを越え得るので、
１つ又はそれ以上のガンマ関数値が、ＧＬの値を越える
関連利得値を有することができる。ガンマ指数値がその
名目値よりも大きい場合にも同様である。
【００５３】ＧＬに等しい又はそれよりも小さい利得を
有する第１のガンマ曲線信号３６２の値が受け取られる
と、マイクロプロセッサはステップ５２８へ進む。その
ように格納された入力信号２０８は、以下、「選択され
た入力信号値（ＳＩＳＶ）」と称され、対応するガンマ
関数信号３６２の値は、「選択された出力信号値（ＳＯ
ＳＶ）」と称される。
【００５４】ＳＩＳＶに与えられる利得は式（５）によ
って近似される。
【００５５】 ＧａｉｎSISV＝（ＳＯＳＶ−Ｇi-1）／（ＳＩＳＶ−Ｉi-1） （５） ここで、Ｇi-1は、直前の信号対からのガンマ曲線値、
Ｉi-1は、直前の信号対からの入力信号値、Ｇａｉｎ
SISVは、選択された入力信号ＳＩＳＶに与えられる利
得。
【００５６】ステップ５２８では、次に、ブラックレベ
ル補正係数（ＢＬＣ）が式（６）から算出される。
【００５７】 ＢＬＣ＝ＢＬ−［ＳＩＳＶ−（ＳＯＳＶ／ＧＡＩＮSISV）］ （６） ステップ５３０では、マイクロプロセッサがＢＬＣをＭ
ＢＬに加えて、修正されたブラックレベルＭＢＬを増大
させる。ステップ５３４では、ＢＬＣが所定閾値を下回
る値まで減少されたかどうかを決定させるために、収束
テストが行われる。
【００５８】ステップ５３４で、ＢＬＣが所定閾値を下
回る値まで減少されていない場合には、ステップ５２０
から５３４を繰り返す必要がある。
【００５９】ステップ５３４で、ＢＬＣが所定閾値を下
回る値まで減少されている場合には、マイクロプロセッ
サ５３０はカウンタ３１０をリセットしない。ステップ
５４２では制御論理２０６が利得制限されたガンマ関数
値を用いて、ＬＵＴ２０２（図２に示される）を埋める
ことを継続して、ガンマ曲線４０４の非線形部４０４ｂ
を形成する。
【００６０】ステップ５４６では、利得制限されたガン
マ関数の非線形部が参照テーブルにおいて完全に格納さ
れると、マイクロコンピュータが式（７）を用いてＬＵ
Ｔ２０２の線形部に対するガンマ関数値を算出する。
【００６１】 Ｖ＝ＧＬ＊（Ｘ−ＢＬ） ＢＬ≦Ｘ≦ＳＩＳＶ （７） ステップ５４８では、ＬＵＴ２０２の残りが埋められ
る。ガンマ関数値は、ＢＬに等しいか又はそれよりも小
さい全ての入力信号値に対して０に設定される。また、
ガンマ関数値は、ＷＬに等しいか又はそれよりも大きい
全ての入力信号値に対してピークホワイト値に設定され
る。
【００６２】ステップ５２０及び５２２に代えて、ＳＩ
ＳＶを見つけるための代替的な方法は、ガンマ関数の利
得のための公式を用いる。当業者には、この関数（つま
り、ガンマ曲線の傾き）が、Ｘに関する式（３）の導関
数を決定することによって得ることができ、式（８）を
形成することは理解される。
【００６３】
【数２】
【００６４】ここで、Ｖ’は、ガンマ曲線の傾きであ
る。
【００６５】各点で利得を計算して、その結果をＧＬと
比較することを反復的に行う代わりに、式（８）によっ
て規定される利得がＧＬに等しくなるように設定され、
その式が解かれることによっりＸが見い出される。その
結果は、マイクロプロセッサ３８０におけるソフトウエ
アへ容易に符号化され得る。
【００６６】ここで説明される実施例の多くの変形が全
てではないことは、当業者には理解される。マイクロプ
ロセッサにおいて実行される計算及び決定は、また、図
６に示される機能に適合するような他の専用のハードウ
エア構成要素を加えることによって実行されることもで
きる。同様に、図３及び図４におけるハードウエア構成
要素によって実行される機能が、マイクロプロセッサ３
８０において動作するソフトウエアによって実行され得
ることも理解される。
【００６７】
【発明の効果】本発明によれば、ガンマ補正された映像
信号を生成する際、特にブラックレベル付近において、
量子化アーチファクトの発生を防止することができる。
これにより、再生画像の暗部分における信号ノイズが実
質的に低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を含むカラーテレビカメラの
一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示されるカメラにおける使用に適したガ
ンマ補正回路を示すブロック図である。
【図３】図２に示される制御論理回路内での使用に適し
た回路の一例を示すブロック図である。
【図４】図２に示されるガンマ補正回路における使用に
適した制御論理回路の他の例を示すブロック図である。
【図５】本発明を用いて生成されたガンマ曲線を示す、
信号振幅対信号振幅のグラフである。
【図６】合成ガンマ曲線を生成するための方法の一例を
示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１１０ ＣＣＤ撮像装置 １１４ カラーバランス回路 １１８ カラー補正回路 １２０ ガンマ補正回路 １２２ 遅延素子 １２４ 開口信号発生器 １３２ マトリクス
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−144366（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−90575（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−9082（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 5/202

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブラックレベル、ホワイトレベル、ガン
    マ指数値、所望の最大利得値及び可能な入力信号値のカ
    ウントを有するカメラにおいて、ガンマ補正の間に入力
    された映像信号に与えられる最大利得を低減する方法で
    あって、 （ａ）該ブラックレベル、該ホワイトレベル、該所望の
    最大利得値及び該可能な入力信号値のカウントから、利
    得制限値を算出するステップと、 （ｂ）該利得制限値に実質的に等しい利得値を有する線
    形ガンマ関数を生成するステップと、 （ｃ）修正されたブラックレベルを該ブラックレベルに
    設定するステップと、 （ｄ）ブラックレベル補正係数がしきい値より小さくな
    るまで、該ブラックレベル補正係数を繰り返し算出する
    ステップであって、 （ｄ−１）非線形ガンマ関数の利得値が該利得制限値以
    下になるまで、該修正されたブラックレベルを用いて該
    非線形ガンマ関数を生成するステップと、 （ｄ−２）該非線形ガンマ関数の値から、該ブラックレ
    ベル補正係数を決定するステップと、 （ｄ−３）該ブラックレベル補正係数を該修正されたブ
    ラックレベルに加算することによって該修正されたブラ
    ックレベルの新たな値を生成するステップと を包含する
    ステップと （ｅ）ステップ（ｄ−１）において生成された該非線形
    ガンマ関数の中から、予め 決定された入力信号値での利
    得制限値に実質的に等しい利得値を有し、かつ、該予め
    決定された入力信号値での該線形ガンマ関数の値に実質
    的に等しい値を有する非線形ガンマ関数を選択するステ
    ップと、（ｆ） 該予め決定された入力信号値よりも大きい入力信
    号値に対しては該選択された非線形ガンマ関数の値に等
    しい値を有し、他の全ての入力信号値に対しては該線形
    ガンマ関数の値に等しい値を有する利得制限されたガン
    マ関数を定義するステップと、 （ｇ） 該利得制限されたガンマ関数における値を用いて
    該入力された映像信号にガンマ補正を適用することによ
    り、ガンマ補正された映像信号を得るステップとを包含
    する、方法。
  2. 【請求項２】 ブラックレベル、ホワイトレベル、ガン
    マ指数値、所望の最大利得値及び可能な入力信号値のカ
    ウントを有するカメラにおいて、ガンマ補正の間に入力
    された映像信号に与えられる最大利得を低減する方法で
    あって、 （ａ）該ブラックレベルに等しい値を修正されたブラッ
    クレベルに割り当てるステップと、 （ｂ）該ブラックレベル、該ホワイトレベル、該所望の
    最大利得値及び該カウントから利得制限値を算出するス
    テップと、 （ｃ）該ガンマ指数値に応じて与えられる利得が該利得
    制限値に等しくなるように選択された入力映像信号値を
    算出し、各選択された出力信号値を算出するステップ
    と、 （ｄ）該ブラックレベル、該選択された入力信号値、該
    選択された出力信号値及び該利得制限値に依存するブラ
    ックレベル補正係数を算出するステップと、 （ｅ）該ブラックレベル補正係数の分だけ、該修正され
    たブラックレベルを増大させるステップと、 （ｆ）該ブラックレベル補正係数が、所定のしきい値よ
    りも小さい値に減少するまで、ステップ（ｅ）から
    （ｇ）を繰り返すステップと、 （ｇ）該ブラックレベルと該選択された入力信号値との
    間の映像信号値に対しては線形に増加し、かつ、該利得
    制限値に等しい利得を有するガンマ補正係数であって、
    該選択された入力信号値と該ホワイトレベルとの間では
    減少するレートで非線形的に増加するガンマ補正係数を
    算出するステップと、 （ｈ）該ガンマ補正係数を該映像信号に適用するステッ
    プとを包含する、方法。
  3. 【請求項３】 前記利得制限値が、前記可能な選択され
    た入力信号値のカウントに比例する係数の分だけ、前記
    所望の最大利得値よりも大きい、請求項２に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 前記利得制限値が、前記ブラックレベル
    を前記ホワイトレベルから減ずることによって発生され
    る差分値に反比例する係数の分だけ、前記所望の最大利
    得値よりも小さい、請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ステップ（ｄ）が、 前記ブラックレベルを前記ホワイトレベルから減算して
    差分値を形成するステップと、 前記可能な入力信号値のカウントを決定するステップ
    と、 該カウントを該差分値によって除算して比率値を形成す
    るステップと、 該比率値を前記所望の最大利得値によって乗算して、前
    記利得制限値を発生させるステップとを包含する、請求
    項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ステップ（ｆ）が、 前記選択された出力信号値を前記利得制限によって除算
    して比率値を形成するステップと、 該比率値を前記選択された入力信号値から減算して差分
    信号を形成するステップと、 該差分値を前記ブラックレベル値から減算して、前記ブ
    ラックレベル補正係数を生成するステップとを包含す
    る、請求項２に記載の方法。
  7. 【請求項７】 ブラックレベル、ホワイトレベル、ガン
    マ指数値、所望の最大利得値及び可能な入力信号値のカ
    ウントを有するカメラにおいて、ガンマ補正の間に入力
    された映像信号に与えられる最大利得を低減する装置で
    あって、 （ａ）該ブラックレベル、該ホワイトレベル、該所望の
    最大利得値及び該可能な入力信号値のカウントから、利
    得制限値を算出する手段と、 （ｂ）該利得制限値に実質的に等しい利得値を有する線
    形ガンマ関数を生成する手段と、 （ｃ）修正されたブラックレベルを該ブラックレベルに
    設定する手段と、 （ｄ）ブラックレベル補正係数がしきい値より小さくな
    るまで、該ブラックレベル補正係数を繰り返し算出する
    手段であって、 （ｄ−１）非線形ガンマ関数の利得値が該利得制限値以
    下になるまで、該修正されたブラックレベルを用いて該
    非線形ガンマ関数を生成する手段と、 （ｄ−２）該非線形ガンマ関数の値から、該ブラックレ
    ベル補正係数を決定する手段と、 （ｄ−３）該ブラックレベル補正係数を該修正されたブ
    ラックレベルに加算することによって該修正されたブラ
    ックレベルの新たな値を生成する手段と を含む手段と、 （ｅ）手段（ｄ−１）によって生成された該非線形ガン
    マ関数の中から、予め 決定された入力信号値での利得制
    限値に実質的に等しい利得値を有し、かつ、該予め決定
    された入力信号値での該線形ガンマ関数の値に実質的に
    等しい値を有する非線形ガンマ関数を選択する手段と、（ｆ） 該予め決定された入力信号値よりも大きい入力信
    号値に対しては該選択された非線形ガンマ関数の値に等
    しい値を有し、他の全ての入力信号値に対しては該線形
    ガンマ関数の値に等しい値を有する利得制限されたガン
    マ関数を定義する手段と、（ｇ） 該利得制限されたガンマ関数における値を用いて
    該入力された映像信号にガンマ補正を適用することによ
    り、ガンマ補正された映像信号を得る手段とを備えてい
    る、装置。
  8. 【請求項８】 ブラックレベル、ホワイトレベル、ガン
    マ指数値、所望の最大利得値及び可能な入力信号値のカ
    ウントを有するカメラにおいて、ガンマ補正の間に入力
    された映像信号に与えられる最大利得を低減する装置で
    あって、 （ａ）該ブラックレベルに等しい値を修正されたブラッ
    クレベルに割り当てる手段と、 （ｂ）該ブラックレベル、該ホワイトレベル、該所望の
    最大利得値及び該カウントから利得制限値を算出する手
    段と、 （ｃ）該ガンマ指数値に応じて与えられる利得が該利得
    制限値に等しくなるように選択された入力映像信号値を
    算出し、各選択された出力信号値を算出する手段と、 （ｄ）該ブラックレベル、該選択された入力信号値、該
    選択された出力信号値及び該利得制限値からブラックレ
    ベル補正係数を算出する手段と、 （ｅ）該ブラックレベル補正係数の分だけ、該修正され
    たブラックレベルを増大させる手段と、 （ｆ）該ブラックレベル補正係数を所定のしきい値と比
    較する手段と、 （ｇ）該ブラックレベル補正係数が、該所定のしきい値
    よりも小さい値に減少するまで、該選択された入力信号
    値、選択された出力信号値、ブラックレベル補正係数及
    び修正されたブラックレベルを算出すること、及び該ブ
    ラックレベル補正係数を該しきい値と比較することを反
    復する手段と、 （ｈ）該ブラックレベルと該選択された入力信号値との
    間の映像信号値に対しては線形に増加し、かつ、該利得
    制限値に等しい利得を有するガンマ補正係数であって、
    該選択された入力信号値と該ホワイトレベルとの間では
    減少するレートで非線形的に増加するガンマ補正係数を
    算出する手段と、 （ｉ）該ガンマ補正係数を該映像信号に適用することに
    より、ガンマ補正された映像信号を得る手段とを備えて
    いる、装置。
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