JP3540567B2 - 電子的撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子的撮像装置、詳しくは固体撮像素子等によって撮影された画像を電子的に記録する電子的撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、撮影レンズ等の撮影光学系によって光学的に撮影された被写体像を撮像素子等の撮像手段によって光電変換し、この光電変換された電気信号としての画像信号を電子的に記録するようにした電子カメラ等の電子的撮像装置（以下、電子カメラという）が広く普及している。
【０００３】
このような電子カメラにおいては、撮像手段としてＣＣＤ等の固体撮像素子が一般的に利用されている。また、上記電子カメラによって撮影され記録された画像を再生表示する表示装置としては、ＣＲＴ等のブラウン管を使用したものや液晶表示装置（ＬＣＤ）等が一般に利用される。
【０００４】
上記電子カメラのＣＣＤに入射する入射光量（入力）と出力信号との関係を示す光電変換特性、即ちγ（ガンマ）特性の傾きは、一般的には広い範囲にわたって一定でかつ比例することが望ましい。
【０００５】
しかし、通常の表示装置の電気−光変換特性（γ）は、非線形特性を有しているので、このような表示装置を用いて上記電子カメラで撮影した画像を良好に再生表示するためには、上記電子カメラの入射光の強度と表示装置の発光強度とが比例するように、画像出力信号に対してガンマ（γ）補正処理を施す必要がある。
【０００６】
そのために、従来の電子カメラにおいては、ＣＣＤ等の撮像手段（以下、単にＣＣＤという）によって得られた画像信号をＲ，Ｇ，Ｂ信号の各色信号に色分離し、これらの各色信号に対してガンマ補正処理を行った後、この画像信号から輝度信号（Ｙ信号）と色差信号を生成して、これを表示装置に出力することで画像の再生表示を行っている。また、従来の電子カメラでは、画質を改善するために、例えば輪郭強調手段等の解像度補償手段を設けて、各種の信号処理を行っている。
【０００７】
また、ＣＣＤで光電変換されたアナログの画像信号は、通常の場合、Ａ／Ｄ変換器において標本化（サンプリング）処理と量子化処理の二段階の処理を経てデジタル信号に変換される。この量子化処理における量子化数としては、良好な画像を表示し得る画像信号を得るために、１画素当たり８〜１０ビット程度のレベル（階調数）に設定されるのが普通である。
【０００８】
ここで、従来の電子カメラのデジタル信号を処理する際の信号処理の流れを、図５の要部ブロック構成図に示す。
【０００９】
電子カメラのＡ／Ｄ変換器（図示せず）において、例えば１０ビットの量子化数が設定されてＡ／Ｄ変換がなされると、このデジタル信号に変換された画像信号は、図５に示すように、主信号処理部（回路）においては色補正等の信号処理がなされる一方、副信号処理部においてはエッジ抽出部におけるエッジ抽出処理、コアリング部１４におけるコアリング処理等を経て、エッジ強調度積算器１５による輪郭（エッジ）補正処理等が行われる。そして、このエッジ補正処理済みのＹ信号と上述の主信号処理済みのＹ信号とが上記加算器１１によって加算された後、γ補正処理回路７Ａにおいてガンマ補正処理が行われて各色８ビットのデータに減色されて、ＬＣＤ等の表示処理部（図示せず）に出力される。
【００１０】
このように、ガンマ補正処理を各種信号処理の後段において行うように構成すれば、各信号処理は各色１０ビットのデータ量を有する画像信号に対して行うこととなるので、画像の劣化を抑えて良好な画像信号を得ることができる。
【００１１】
しかし、この場合においては、扱うデータ量が多大となってしまうので、信号処理を行わしめる回路規模が大きくなってしまい、装置自体が大型化してしまうと共に、製造コストも増大するという問題がある。
【００１２】
そこで、図６の要部ブロック構成図に示すように、ガンマ補正処理を信号処理の前段で行うような構成とし、画像信号を各色８ビットの画像データに減色して、これに対して各種の信号処理を行うようにすれば、上述のような問題を回避することができ、装置の回路規模を小さく設計することができるという利点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この場合においては、例えば低輝度部分（暗部）におけるノイズが増大してしまう等の問題が生じ、これに起因して再生表示される画像の解像度、鮮鋭度が劣化することがある。
【００１４】
即ち、図７は従来の電子カメラにおける入力信号と出力信号の関係（γ特性）を示す図である。図７において、例えば入力信号の低輝度部分（暗部）と高輝度部分（明部）とにおける同レベルのノイズＡｉｎ，Ｂｉｎに対して、それぞれの出力信号の各ノイズＡｏｕｔ，Ｂｏｕｔに着目すると、図示のようにノイズＡｏｕｔ＞ノイズＢｏｕｔの関係がある。つまり低輝度部分の出力信号のノイズレベルは、高輝度部分の出力信号のノイズレベルに比べて増大する傾向がある。
【００１５】
そこで、これを抑えるためにコアリング処理におけるコアリングレベルを上げることでノイズを抑圧する手段が考えられる。しかし、このコアリング処理は、低輝度部分に対する作用と高輝度部分に対する作用とが異なり、特に低輝度部分に対する作用は小さい。したがって、コアリングレベルを上げてコアリング処理を行った場合には、高輝度部分に対して過剰に作用してしまい、画像の高輝度部分が劣化することがある。
【００１６】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＣＣＤ等の固体撮像素子によって撮影された画像信号に対して最適な信号処理を行なうことによって画像の劣化を抑えて、より良好な画像を再生表示し得る画像信号を得ることができると共に、小型化を実現した電子的撮像装置を提供するにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明の電子的撮像装置は、撮像素子により得られた画像信号に対して階調補正を行う第１のガンマ補正手段と、上記第１のガンマ補正手段によって補正された画像信号に基づいて各色信号と輝度信号を生成する主信号処理手段と、上記第１のガンマ補正手段によって補正された画像信号に対して階調補正を行うための、上記第１のガンマ補正手段とは異なる特性を有する第２のガンマ補正手段と、上記第２のガンマ補正手段によって補正された画像信号に基づいて、上記輝度信号に対して輪郭強調を行う輪郭強調手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態によって本発明を説明する。
なお、本発明の実施形態の説明に先立って、当該実施形態を説明する上で参考になる例（以下、参考例と称す）を説明する。
図１は、当該参考例である電子的撮像装置の内部構成を示すブロック構成図である。
【００２４】
図１に示すように、本参考例の電子的撮像装置は、撮影レンズやこれを駆動する駆動モータ及び駆動機構等からなる撮影光学系１と、この撮影光学系１により結像される光学的な被写体像を光電変換し、同被写体像の画像信号を生成するＣＣＤ等の固体撮像素子（以下、単にＣＣＤという）２と、このＣＣＤ２の出力信号から画像信号成分を抽出するＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路；correlated double sampling）３と、このＣＤＳ回路３の出力信号レベルを所定のゲイン値に調整するためのＡＧＣ回路等を含むゲイン制御手段である増幅器（ＡＭＰ）４と、このＡＭＰ４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５等からなるアナログ信号処理部と、このＡ／Ｄ変換器５によってＡ／Ｄ変換されたデジタル信号の処理を行うデジタル信号処理部とによって構成される。
【００２５】
上記デジタル信号処理部は、上記ＣＣＤ２の白点キズ等の欠陥等（以下、白点キズ等という）に起因する画像欠陥を補間する画素欠陥補正手段である画素欠陥補正回路６と、画像信号のガンマ補正処理を施すγ補正回路７と、このγ補正回路７によってγ補正済みの画像信号（主信号）をＲＬ信号，ＧＬ信号，ＢＬ信号の三原色の各色信号に分離する色分離回路８と、画像信号の色再現性を改善するための色補正を行う色マトリクス回路９と、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色信号を輝度信号ＹＬと二つの色差信号（Ｒ−Ｙ信号及びＢ−Ｙ信号）に変換して色相や色の飽和度等を調整する色差マトリクス回路１０等の上記ＣＣＤ２によって得られた画像信号のうちの各色信号等の主信号を扱う主信号処理部と、輝度信号（Ｙ信号）等の副信号を扱う副信号処理部とによって構成されている。そして、この副信号処理部は、上記γ補正回路７から出力される画像信号から輝度信号（Ｙ信号）を抽出し生成するＹ信号生成部１２と、上記Ｙ信号から低周波成分を除去してエッジ信号を抽出するハイパスフイルタ（ＨＰＦ）部１３と、上記ＨＰＦ１３により生成されたエッジ信号のノイズ成分を抑圧又は除去しＳ／Ｎ比を改善するコアリング処理を施すコアリング部１４と、このコアリング部１４によってコアリング処理が施されたＹ信号に対して所定の係数を掛け合わせエッジ強調処理を施すエッジ強調度積算器１５等とによって構成される解像度補償手段としての輪郭強調手段により形成されている。
【００２６】
さらに、上記電子的撮像装置には、上記エッジ強調度積算器１５から出力されるエッジ強調処理済みのＹ信号と上記色差マトリクス回路１０から出力される輝度信号ＹＬとを加算して輝度信号ＹＨを出力する加算器１１と、画像信号を表示可能な形態に処理する信号処理回路を含む表示手段である液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１９等からなる表示処理部、画像信号を一時的に記憶するメモリ等からなるカメラ内蔵記憶手段であるＤＲＡＭ１６と、画像信号に圧縮処理及び伸長処理を施す圧縮伸長回路１７と、画像信号を保存するメモリカード等の記録媒体１８等とからなる記録部、撮影時にＡＦ動作を開始させると共に露光動作を開始させるトリガー信号を発生させ得るトリガースイッチ等の複数のスイッチからなる操作部２１、上記ＣＣＤ２の温度状態を検出する温度検出手段である温度センサ部２２と上記ＣＣＤ２の駆動パルス等の同期信号を発生させるタイミングジェネレータ（ＴＧ）２３及びシグナルジェネレータ（ＳＧ）２４等とからなる制御部等の各構成部とが配設されている。
【００２７】
そして、上記各構成部材は、制御手段であるＣＰＵ２０に電気的に接続されており、本参考例の電子的撮像装置全体は、同ＣＰＵ２０によって統括的に制御されている。
【００２８】
このように構成された本参考例の電子的撮像装置においては、上記ＣＰＵ２０が、上記ＣＣＤ２からの画像信号の入力レベルに応じて上記エッジ強調度積算器１５を制御して、エッジ強調処理を行う際の係数、即ち輪郭（エッジ）強調度を可変制御している。具体的には、より低レベルな入力に対するエッジ強調度が、相対的に低くなるように制御する。したがって、低信号レベルにおいてもノイズが強調され過ぎずに、最適なエッジ強調処理が行われるようになっている。
【００２９】
以上のように上記参考例によれば、画像信号の入力レベルに応じてエッジ強調度を可変制御するようにし、入力レベルに応じた最適なエッジ強調処理を行うようにしたので、画像を劣化させることなく良好な画像を表示し得る画像信号を得ることができる。
【００３０】
しかも、デジタル信号処理部の前段においてガンマ補正処理を行わしめるようにして、各色８ビットの画像データに減色した上で、各種の信号処理を施すようにしたので、回路規模を小さくすることができ、装置自体の小型化に寄与することができる。
【００３１】
次に、本発明の一実施形態の電子的撮像装置を以下に説明する。
図２は、本発明の一実施形態の電子的撮像装置の内部構成を示すブロック構成図である。この実施形態は、上述の参考例と略同様の構成からなるものであって、上記デジタル信号処理部における構成が若干異なるのみである。したがって、上述の参考例と同様の構成部材については同じ符号を付してその詳細な説明は省略し、異なる部分のみを以下に説明する。
【００３２】
本実施形態の電子的撮像装置におけるデジタル信号処理部は、上述の参考例と同様にＣＣＤ２によって得られた画像信号のうちの各色信号の主信号を扱う主信号処理部と、輝度信号（Ｙ信号）等の副信号を扱う副信号処理部とによって構成されている。
【００３３】
上記主信号処理部は、画像欠陥を補間する画素欠陥補正手段である画素欠陥補正回路６と画像信号の主信号に対してガンマ補正処理を施す第１のγ補正回路（図２ではγ(1)補正回路と示す）２７と、色信号の分離を行う色分離回路８と、色補正処理を行う色マトリクス回路９と、輝度信号ＹＬと二つの色差信号（Ｒ−Ｙ信号及びＢ−Ｙ信号）に変換する色差マトリクス回路１０等によって形成されている。
【００３４】
また、上記副信号処理部は、上記第１のγ補正回路２７から出力される画像信号に対し、輪郭信号（以下、エッジ信号という）抽出用のガンマ補正処理を施す第２のγ補正回路２５（図２ではγ(2)補正回路と示す）と、輝度信号（Ｙ信号）を抽出するＹ信号生成部１２と、エッジ信号を抽出するハイパスフイルタ（ＨＰＦ）部１３と、コアリング処理を施すコアリング部１４と、コアリング処理済みのＹ信号に対して所定の係数（エッジ強調度）を掛け合わせるエッジ強調処理を施すエッジ強調度積算器１５等とによって構成される解像度補償手段としての輪郭強調手段により形成されている。その他の構成は、上述の参考例と全く同様である。
【００３５】
このように構成された本実施形態の上記電子的撮像装置において、デジタル信号を処理するデジタル信号処理部における信号処理の流れは、図３の要部ブロック構成図に示すようになる。
【００３６】
即ち、上記Ａ／Ｄ変換器５において、例えば１０ビットの量子化数が設定されてＡ／Ｄ変換がなされると、デジタル信号に変換された画像信号は図３に示すように、まず第１のγ補正回路２７において主信号用の階調特性、即ち第１のガンマ特性γ(1)によるガンマ補正処理が行われ、各色８ビットの階調の画像データに減色された後、上記主信号処理部（回路）において主信号に対する通常の色補正等の信号処理がなされる。
【００３７】
一方、副信号処理部においては、まず第２のγ補正回路２５において、主信号用の階調特性とは異なるエッジ信号抽出用の階調特性である第２のガンマ特性γ(2)によるガンマ補正処理が行われた後、この画像信号からＹ信号生成部１２において輝度信号（Ｙ信号）が抽出され、次いでＨＰＦ部１３において上記Ｙ信号から低周波成分が除去されてエッジ信号が抽出される（エッジ抽出処理）。
【００３８】
次にコアリング部１４において上記エッジ信号に対するコアリング処理が施され、上記エッジ強調度積算器１５等において上記コアリング処理済みのＹ信号に対して所定の係数が掛け合わされるエッジ強調処理がなされる。
【００３９】
そして、このエッジ補正処理済みのＹ信号と、上記主信号処理部において主信号処理がなされたＹ信号（図１の符号ＹＬ）とが、上記加算器１１によって加算された後、Ｙ信号（ＹＨ）として出力され、これと合わせて上記色差マトリクス回路１０から出力される二つの色差信号（Ｒ−Ｙ信号及びＢ−Ｙ信号）と共に、表示処理部を構成するＬＣＤ１９（図２では図示せず）に出力される。なお、ここで出力される画像信号は、各色８ビットの階調を有する画像データとなっている。
【００４０】
この場合における電子的撮像装置の入力信号と出力信号の関係（γ特性）は、図４に示す通りとなる。
【００４１】
図４において、入力信号の低輝度部分（暗部）と高輝度部分（明部）における同レベルのノイズＡｉｎ，Ｂｉｎに対するそれぞれの出力信号は、第１のガンマ特性γ(1)のみによるγ補正が施された時点では、低輝度部分の出力信号のノイズレベルＡｏｕｔ(1)と高輝度部分の出力信号のノイズレベルＢｏｕｔ(1)とは、ノイズＡｏｕｔ(1)＞ノイズＢｏｕｔ(1)の関係にあり、上述したようにその差は極めて大である。
【００４２】
一方、本実施形態においては、さらに第２のガンマ特性γ(2)に基くガンマ補正処理を行っているので、上記第１、第２のガンマ特性ガンマ(1)，γ(2)が合成されると図４に示す「γ(1)＊γ(2)」の合成ガンマ特性となる。したがって、入力信号の低輝度部分（暗部）と高輝度部分（明部）とのそれぞれ同レベルのノイズＡｉｎ，Ｂｉｎに対する各出力信号のノイズレベルは、ノイズＡｏｕｔ(2)及びノイズＢｏｕｔ(2)によって示されるように、その差は充分に小となる。よって、全輝度にわたって良好なノイズ特性が得られることとなる。
【００４３】
このように上記本実施形態によれば、主信号用の階調特性である第１のガンマ特性γ(1)とは異なるエッジ信号抽出用の階調特性である第２のガンマ特性γ(2)を用いて副信号（Ｙ信号）の信号処理を行うようにしたので、ＣＣＤ２によって得られる画像信号の略全輝度にわたって良好なバランスのとれた解像度とノイズになるように、最適な信号処理を行なうことができる。よって画像の劣化を抑えて、より良好な画像を再生表示し得る画像信号を得ることができる。
【００４４】
また、デジタル変換後の画像信号に対する各種の信号処理を各色８ビットの画像データ（良好な画像を再生表示し得る必要な階調度の画像データ）によって行うようにしたので、装置の回路規模を小さく設計することができる。したがって装置自体の小型化に寄与することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ＣＣＤ等の固体撮像素子によって撮影された画像信号に対して最適な信号処理を行なうことによって画像の劣化を抑えて、より良好な画像を再生表示し得る画像信号を得ることができると共に、小型化を実現した電子的撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る参考例である電子的撮像装置の内部構成を示すブロック構成図。
【図２】本発明の一実施形態の電子的撮像装置の内部構成を示すブロック構成図。
【図３】図２の電子的撮像装置におけるデジタル信号処理部を示す要部ブロック構成図。
【図４】図２の電子的撮像装置における入力信号と出力信号の関係（γ特性）を示す図。
【図５】従来の電子カメラにおけるデジタル信号処理部を示す要部ブロック構成図。
【図６】従来の電子カメラにおける別のデジタル信号処理部を示す要部ブロック構成図。
【図７】図６の電子カメラにおける入力信号と出力信号の関係（γ特性）を示す図。

Claims (1)

1. 撮像素子により得られた画像信号に対して階調補正を行う第１のガンマ補正手段と、
   上記第１のガンマ補正手段によって補正された画像信号に基づいて各色信号と輝度信号とを生成する主信号処理手段と、
   上記第１のガンマ補正手段によって補正された画像信号に対して階調補正を行うための、上記第１のガンマ補正手段とは異なる特性を有する第２のガンマ補正手段と、
   上記第２のガンマ補正手段によって補正された画像信号に基づいて、上記輝度信号に対して輪郭強調を行う輪郭強調手段と、
   を備えたことを特徴とする電子的撮像装置。

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