JP3355729B2 - ディジタル信号処理カメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばアナログ撮像信
号をディジタル化したディジタル信号にディジタル非線
形処理を施すディジタル信号処理カメラに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ビデオカメラやビデオテープレ
コーダなどで取り扱う映像信号には、ガンマ補正、ニー
補正、ホワイトブラッククリップ、輪郭補正、ホワイト
バランス調整、色相調整、ディテールクリスプニング、
レベルディペンドなどの各種信号処理が施される。

【０００３】例えばカラービデオカメラの場合、ＣＣＤ
イメージセンサなどを用いた撮像部により得られる撮像
出力信号から輝度信号やクロマ信号を形成して出力する
撮像信号処理回路において、上記ガンマ補正、輪郭補
正、ホワイトバランス調整、色相調整などの各種信号処
理が施されるようになっている。

【０００４】そして、撮像信号をディジタル化してディ
ジタル処理を施して出力するディジタル信号処理カメラ
では、予めいわゆるＥＥＰＲＯＭ（electrically erasa
bleand programmable read only memory)などの不揮発
性メモリに書き込まれている制御パラメータに基づい
て、上記ガンマ補正、輪郭補正、ホワイトバランス調
整、色相調整などを施す各種信号処理部が設けられてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、入力信号に
対して上記ガンマ補正、ニー補正、ホワイトブラックク
リップ、ディテールクリスプニング、レベルディペンド
などのような非線形処理を施すと、波形が歪み、したが
って、入力信号に含まれる周波数成分の整数倍の成分が
発生するようになる。なお、この非線形処理による波形
歪みとは、例えば上記クリップをかけた場合には、当該
クリップのかかった波形になるということである。

【０００６】すなわち、例えば、図５のＡ及びＢに示す
ような周波数ｆの信号が入力された場合において、当該
周波数ｆの入力信号に対して上記ディジタル信号処理カ
メラで図５のＣに示すような特性の非線形処理（この図
５の例ではクリップ）を施すと、上記図５のＡのような
入力信号の波形が、図５のＤに示すように波形の一部が
クリップされたものとなる。この図５のＤに示す信号の
周波数成分には、図５のＥに示すように、高次（ｎ×
ｆ：ｎは整数）の周波数成分が発生するようになる。

【０００７】ここまでは、アナログ信号処理を行うビデ
オカメラも同じであるが、上記ディジタル信号処理を行
うビデオカメラ（ディジタル信号処理カメラ）の場合
は、アナログ映像信号をサンプリングするためのサンプ
リング周波数ｆｓの半分のｆｓ／２までの周波数成分の
信号しか表現できないという制約がある。

【０００８】したがって、当該ディジタル信号処理カメ
ラの内部で行われる上記非線形処理で発生した上記ｆｓ
／２を越える周波数成分は、折り返して０〜ｆｓ／２の
どこかの周波数成分に置き代わってしまう。

【０００９】どのように折り返すかというと、信号周波
数ｆとサンプリング周波数ｆｓとの関係が （ｆｓ／２）・ｎ≦ｆ＜（ｆｓ／２）・（ｎ＋１）
（ｎは０以上の整数） のとき、折り返した周波数ｆ′は、 ｆ′＝(-1) ⁿ・ｆ＋(1/4) ・ｆｓ・｛(2n+1)・(-1)ⁿ⁺¹ ＋１｝ となる。

【００１０】このように、非線形処理を受けると入力信
号の波形が歪み、アナログビデオカメラでは歪んだ波形
がそのまま出てくるだけなのに対し、ディジタル信号処
理カメラの場合には、歪んだ波形のｆｓ／２を越える部
分が０〜ｆｓ／２のどこか別の周波数の偽信号（エリア
シング）として現れることになる。

【００１１】ここで、従来の非線形処理を行うディジタ
ル信号処理カメラにおいては、例えば図６のＡに示すよ
うに、周波数ｆに対する入力信号の上記サンプリング周
波数ｆｓと、非線形処理を行う部分でのサンプリング周
波数とが同じとなっている。このような従来の非線形処
理を行うディジタル信号処理カメラに対して、サンプリ
ング周波数ｆｓの半分の周波数（ｆｓ／２）に近い周波
数ｆの信号が入力信号として供給されると、図６のＢに
示すように、上記非線形処理によって発生する高次の成
分（ｎ×ｆ：ｎは整数）Ｆｈの折り返し成分Ｆｌが、上
記サンプリング周波数ｆｓの半分の周波数（ｆｓ／２）
を越えた低域側の０〜ｆｓ／２の帯域（入力信号の周波
数ｆよりも低い帯域）に偽信号として発生するようにな
り、したがって、画質が劣化するようになる。

【００１２】そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて
なされたものであり、非線形処理に起因する折り返し成
分がもたらす画質劣化を抑圧することのできるディジタ
ル信号処理カメラを提供することを目的とするものであ
る

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような実情
を鑑みてなされたものであり、第１の周波数のアナログ
映像信号を少なくとも第１の周波数の２倍以上の周波数
である第２の周波数のサンプリングクロックでサンプリ
ングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタ
ル変換手段と、上記アナログ／ディジタル変換手段の出
力を上記第２の周波数よりも高い第３の周波数にアップ
コンバートするアップコンバート手段と、上記アップコ
ンバート手段の出力に対して所定のディジタル非線形処
理を施す非線形処理手段と、上記非線形処理手段の出力
のうち、所定の周波数帯域のみを通過させる帯域制限フ
ィルタ手段と、上記帯域制限フィルタ手段の出力を上記
第２の周波数に等しいか若しくは近い第４の周波数にダ
ウンコンバートするダウンコンバート手段とを有し、上
記帯域制限フィルタ手段は、上記第４の周波数の半分の
周波数以下を通過帯域とする帯域制限フィルタであるこ
とを特徴とするものである。

【００１４】ここで、上記所定のディジタル非線形処理
は、レベル方向の非線形処理であり、例えば、クリップ
処理、ニー補正処理、ガンマ補正処理、ホワイトクリッ
プ処理等である。

【００１５】また、上記第３の周波数は、上記ディジタ
ル非線形処理で発生する高次のレベルが充分低くなる周
波数の２倍以上の周波数とする。言い換えれば、当該第
３の周波数は、上記第３の周波数の半分の周波数を越え
て低域側に発生する上記ディジタル非線形処理による高
次成分の折り返し成分が、第１の周波数よりも高くなる
ような周波数とする。

【００１６】

【００１７】

【作用】本発明によれば、第１の周波数の入力信号を第
２の周波数でサンプリングするアナログ／ディジタル変
換手段の出力を、アップコンバート手段によって第２の
周波数よりも充分高い第３の周波数にアップコンバート
した後に、非線形処理手段での非線形処理を施すように
することで、非線形処理による高次の成分の低域側への
折り返し成分が、第１の周波数よりも低域側に発生しな
いようにしている。

【００１８】また、非線形処理後の出力を第２の周波数
に等しいか若しくは近い第４の周波数の半分の周波数以
下を通過帯域とする帯域制限フィルタ手段を介すること
で、折り返し成分の通過を阻止し、さらに帯域制限フィ
ルタ手段の出力を第４の周波数にダウンコンバートする
ことで、アップコンバートで高くした周波数を下げるよ
うにしている。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例について、図
面を参照にしながら説明する。

【００２０】図１には、本発明実施例のディジタル信号
処理カメラの概略構成を示している。すなわち、本実施
例のディジタル信号処理カメラは、図１に示すように、
ＣＣＤイメージセンサ１から取り出されアナログプロセ
ス部３０を介して供給された第１の周波数ｆのアナログ
映像信号を、少なくとも第１の周波数ｆの２倍以上の周
波数である第２の周波数（サンプリング周波数ｆｓ）の
サンプリングクリップでサンプリングしてディジタル信
号に変換するアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバー
タ８と、上記Ａ／Ｄコンバータ８の出力を上記サンプリ
ング周波数ｆｓよりも高い第３の周波数ｆｓ′にアップ
コンバートするアップコンバータ３１と、上記アップコ
ンバータ３１の出力に対してレベル方向の非線形処理で
あるクリップ、ニー補正、ガンマ補正、ホワイトクリッ
プ等のディジタル非線形処理を施す非線形処理部と、上
記非線形処理部の出力のうち上記第３の周波数ｆｓ′よ
りも低い周波数帯域のみを通過させる（サンプリング周
波数ｆｓに等しいか若しくは近い第４の周波数ｆｓ″の
半分の周波数（ｆｓ″／２）以下を通過帯域とする）帯
域制限フィルタ３９と、上記帯域制限フィルタ３９の出
力を上記第４の周波数ｆｓ″にダウンコンバートするダ
ウンコンバータ４０と、上記ダウンコンバータ４０の出
力をサンプリング周波数ｆｓと同じ周波数に基づいて周
波数ｆのアナログ映像信号に変換するディジタル／アナ
ログ（Ｄ／Ａ）コンバータ４０とを有することを特徴と
するものである。

【００２１】ここで、本実施例のディジタル信号処理カ
メラでは、後述するように上記第３の周波数ｆｓ′を、
上記ディジタル非線形処理で発生する高次成分のレベル
が充分低くなる周波数の２倍以上の周波数とする。言い
換えれば、上記第３の周波数を、上記第３の周波数ｆ
ｓ′の半分（ｆｓ′／２）の周波数を越えて低域側に発
生する上記ディジタル非線形処理による高次成分の折り
返し成分が、第１の周波数ｆよりも高くなるような周波
数としている。

【００２２】この図１において、被写体からの光は、レ
ンズ１１を通じて入射されＣＣＤイメージセンサ１によ
り３原色のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つの撮像
信号に変換される。なお、上記撮像信号は、上記Ｒ，
Ｇ，Ｂの３チャネルあるが、この図１の例では説明を簡
略化するためそのうちの１チャネル分の信号のみ示して
いる。

【００２３】上記ＣＣＤイメージセンサ１からは、例え
ば図２のＡに示すような周波数ｆの成分を有する信号が
出力され、この周波数ｆの信号がアナログプロセス部３
０に送られる。

【００２４】当該アナログプロセス部３０は、例えば補
間フィルタ，ローパスフィルタ，プリアンプ，ビデオア
ンプ等を含むと共に、例えば、上記Ｒ，Ｇ，Ｂの撮像信
号について、上記ＣＣＤイメージセンサ１の欠陥補正や
該ＣＣＤイメージセンサ１の感度のばらつき等により
白、黒色に影響を与えるシェーディング歪等を補正する
ための信号処理をも行うものである。当該アナログプロ
セス部３０からの信号は、アナログ／ディジタル（Ａ／
Ｄ）コンバータ８に送られる。

【００２５】当該Ａ／Ｄコンバータ８は、図２のＡに示
すようにサンプリング周波数ｆｓのサンプリングクロッ
クで供給されたアナログ信号をディジタル信号に変換す
るものである。

【００２６】ここで、後段において行われる非線形処理
でのサンプリング周波数と上記Ａ／Ｄコンバータ８での
サンプリング周波数ｆｓが同じであるとすると、前述し
たように、非線形処理による高次の成分の折り返し成分
が低域側に偽信号として発生するようになり、画質が劣
化することになる。

【００２７】このため、本発明実施例のディジタル信号
処理カメラでは、上記Ａ／Ｄコンバータ８からの信号を
さらにアップコンバータ３１によって、図２のＢに示す
ように、上記Ａ／Ｄコンバータ８でのサンプリング周波
数ｆｓよりも充分高い周波数ｆｓ′にアップコンバート
するようにしている。

【００２８】当該アップコンバータ３１からのディジタ
ル信号は、画像の輪郭部を映像信号上で補正して解像度
を上げるためのイメージエンハンサ３２に送られる。当
該イメージエンサンサ３２からの輪郭強調信号は、レベ
ル圧縮回路３３によってレベル圧縮（又はクリップ）さ
れた後、加算器３４によって上記アップコンバータ３１
からのディジタル信号に加算される。これによって、本
実施例カメラでは輪郭強調がなされることになる。

【００２９】上記加算器３４の出力はクリップ回路３５
によってある特定の基準電圧レベル以上或いは以下の波
形部分をクリップした後、ニー補正回路３６に送られ
る。当該ニー補正回路３６では所定のニー特性によって
上記クリップ回路３５の出力信号にニー補正を施す。上
記ニー補正回路３６の出力はさらにガンマ補正回路３７
に送られる。当該ガンマ補正回路３７では、上記ニー補
正回路３６の出力に対して所定のガンマ補正を施す。

【００３０】ここで、上記ニー補正回路３６及びガンマ
補正回路３７は、例えば、レベル圧縮・伸長処理手段と
して機能するものである。

【００３１】すなわち、上記ニー補正回路３６では、ニ
ー特性として所定のニースロープ及びニーポイントを示
す係数を用いたニー補正処理を撮像信号に施す。

【００３２】なお、このニー補正処理の一具体例として
は、例えば、ニースロープ及びニーポイントを示す係数
を第１，第２の２種類用意しておき、この第１，第２の
２種類の係数を適宜選択して用いるようにすることがで
きる。例えば、図３の図中実線で示すような通常のニー
特性に対応する第１の種類の係数によるニー補正処理を
特定の色以外の領域の赤色（Ｒ）撮像信号に施したり、
第２の種類の係数に基づいて例えば図３の図中破線で示
すようなニー特性のニー補正処理を特定の色の領域の赤
色（Ｒ）撮像信号に施したりする。このように、ニー補
正係数を変えることにより、特定の色（例えば肌色）の
領域の撮像信号に対して最適なニー特性のニー補正処理
を施すことができ、その色をより美しく再現することが
可能になる。

【００３３】また、上記ガンマ補正回路３７でも、所定
のガンマ補正係数を用いたガンマ補正処理を撮像信号に
施す。

【００３４】なお、このガンマ補正処理においても、そ
の一具体例として例えば、ガンマ補正係数を第１，第２
の２種類用意しておき、この第１，第２の２種類の係数
を適宜選択して用いるようにすることができる。例え
ば、図４の図中実線で示すような通常のガンマ特性（γ
＝０．５）に対応する第１の種類のガンマ補正係数によ
るガンマ補正処理を特定の色以外の領域の赤色（Ｒ）撮
像信号に施したり、第２の種類のガンマ補正係数に基づ
いて例えば図４の図中一点鎖線で示すようなガンマ特性
（γ＝０．４）のガンマ補正処理を特定の色の領域の赤
色（Ｒ）撮像信号に施したりする。また、上記特定の色
の領域の赤色（Ｒ）撮像信号に対するガンマ特性として
は、上記図４の図中に一点鎖線で示したガンマ特性（γ
＝０．４）に限定されることなく、例えば図４の図中に
破線で示すガンマ特性（γ＝０．６）にするなど、任意
に設定することができる。このようにガンマ補正係数を
変えることにより、特定の色（例えば肌色）の領域の撮
像信号に対して最適なガンマ特性のガンマ補正処理を施
すことができ、その色をより美しく再現することが可能
になる。

【００３５】さらに、上記ガンマ補正回路３７の出力は
ホワイトクリップ回路３８に送られる。当該ホワイトク
リップ回路３８では、上記ガンマ補正回路３７の出力に
対して所定のホワイトクリップ処理を施す。

【００３６】これらクリップ回路３５、ニー補正回路３
６、ガンマ補正回路３７、ホワイトクリップ回路３８
が、本実施例のディジタル信号処理カメラの非線形処理
部となり、これら非線形処理部を介することで、上記図
２のＢの信号には、図２のＣに示すように高次の成分Ｆ
ｈ′が発生する。

【００３７】この場合も上記サンプリング周波数ｆｓ′
の半分の周波数（ｆｓ′／２）を越える周波数成分の折
り返し成分Ｆｌ′は、０〜ｆｓ′／２の周波数帯域に偽
信号として現れることになる。

【００３８】ところが、本発明実施例のディジタル信号
処理カメラでは、上述したように、アップコンバータ３
１によって、Ａ／Ｄコンバータ８の出力信号の周波数を
上記サンプリング周波数ｆｓよりも充分高い周波数ｆ
ｓ′としているため、当該周波数ｆｓ′の半分の周波数
（ｆｓ′／２）を越えて低域側に発生する周波数成分の
折り返し成分Ｆｌ′は、入力信号の周波数ｆよりも低域
側には発生することがない。

【００３９】次に、上記ホワイトクリップ回路３８の出
力は、例えば０〜ｆｓ″／２の周波数までを通過させる
例えばローパスフィルタからなる帯域制限フィルタ３９
を介することで、図２のＤの図中斜線で示す周波数帯域
のみ通過される。この帯域制限フィルタ３９の出力は、
図２のＥに示すようになる。なお、上記周波数ｆｓ″
は、前記Ａ／Ｄコンバータ８におけるサンプリング周波
数ｆｓに等しいか若しくは近い周波数である。

【００４０】その後、当該帯域制限フィルタ３９の出力
は、ダウンコンバータ４０に送られる。当該ダウンコン
バータ４０は、供給された信号の周波数を、上記Ａ／Ｄ
コンバータ８でのサンプリング周波数ｆｓに等しいか若
しくは近い周波数ｆｓ″にダウンコンバートするもので
ある。

【００４１】当該ダウンコンバータ４０を介すること
で、上記図２のＥの周波数成分は、図２のＦのようにな
る。すなわち、当該図２のＦに示すように、上記周波数
ｆｓ″の半分の周波数以下（０〜ｆｓ″／２）で、上記
入力信号の周波数ｆよりも低い帯域には上記非線形処理
部による上記折り返しの偽信号はなくなる。

【００４２】上記ダウンコンバータ４０の出力は、Ｄ／
Ａ（ディジタル／アナログ）コンバータ４１によって、
アナログ信号に変換された後、出力端子４２からアナロ
グの映像信号として取り出される。

【００４３】上述したように、本実施例のディジタル信
号処理カメラによれば、サンプリング周波数ｆｓのＡ／
Ｄコンバータ８の出力を、アップコンバータ３１によっ
て上記サンプリング周波数ｆｓよりも充分高い周波数ｆ
ｓ′にアップコンバートした後に、非線形処理部での非
線形処理を行い、その後、上記周波数ｆｓに等しいか若
しくは近い周波数ｆｓ″の半分の周波数（ｆｓ″／２）
以下を通過帯域とする帯域制限フィルタ３９を介し、さ
らに当該帯域制限フィルタ３９の出力を周波数ｆｓ″に
ダウンコンバートするダウンコンバータ４０を介するこ
とで、非線形処理による高次の成分が低域側に折り返し
て生ずる偽信号を抑圧することができ、したがって、画
質の劣化を防止することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のビデオカメラ装置においては、第１の周波数の入力
信号を第２の周波数でサンプリングするアナログ／ディ
ジタル変換手段の出力を、アップコンバート手段によっ
て第２の周波数よりも充分高い第３の周波数にアップコ
ンバートした後に、非線形処理手段での非線形処理を行
い、第２の周波数に等しいか若しくは近い第４の周波数
の半分の周波数以下を通過帯域とする帯域制限フィルタ
手段を介し、さらに帯域制限フィルタ手段の出力を第４
の周波数にダウンコンバートするダウンコンバーと手段
を介することで、非線形処理による高次の成分が低域側
に折り返して生ずる偽信号を抑圧することができ、した
がって、画質の劣化を防止することが可能となってい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のディジタル信号処理カメラの概
略構成を示すブロック回路図である。

【図２】本発明実施例のディジタル信号処理カメラの各
部での信号の周波数成分を示す図である。

【図３】本実施例のディジタル信号処理カメラにおける
一具体例のニー補正について説明するための特性図であ
る。

【図４】本実施例のディジタル信号処理カメラにおける
一具体例のガンマ補正について説明するための特性図で
ある。

【図５】非線形処理によって発生する高次成分について
説明するための図である。

【図６】Ａ／Ｄ変換のサンプリング周波数とディジタル
非線形処理での周波数が等しい場合に低域側に発生する
偽信号について説明するための図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・ＣＣＤイメージセンサ ８・・・・・・・・Ａ／Ｄコンバータ １１・・・・・・・レンズ ３０・・・・・・・アナログプロセス部 ３１・・・・・・・アップコンバータ ３２・・・・・・・イメージエンハンサ ３３・・・・・・・レベル圧縮回路 ３４・・・・・・・加算器 ３５・・・・・・・クリップ回路 ３６・・・・・・・ニー補正回路 ３７・・・・・・・ガンマ補正回路 ３８・・・・・・・ホワイトクリップ回路 ３９・・・・・・・帯域制限フィルタ ４０・・・・・・・ダウンコンバータ ４１・・・・・・・Ｄ／Ａコンバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−229782（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/14 - 5/217 H04N 9/44 - 9/78

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の周波数のアナログ映像信号を少な
   くとも第１の周波数の２倍以上の周波数である第２の周
   波数のサンプリングクロックでサンプリングしてディジ
   タル信号に変換するアナログ／ディジタル変換手段と、 上記アナログ／ディジタル変換手段の出力を上記第２の
   周波数よりも高い第３の周波数にアップコンバートする
   アップコンバート手段と、 上記アップコンバート手段の出力に対して所定のディジ
   タル非線形処理を施す非線形処理手段と、 上記非線形処理手段の出力のうち、所定の周波数帯域の
   みを通過させる帯域制限フィルタ手段と、 上記帯域制限フィルタ手段の出力を上記第２の周波数に
   等しいか若しくは近い第４の周波数にダウンコンバート
   するダウンコンバート手段とを有し、 上記帯域制限フィルタ手段は、上記第４の周波数の半分
   の周波数以下を通過帯域とする帯域制限フィルタである
   こと を特徴とするディジタル信号処理カメラ。