JP3586238B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置、特に、ディジタル信号処理を用いてガンマ補正特性を可変可能な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置は、近年の電子技術の進歩ともに、小型、軽量化が進んできている。その中において、半導体技術の進歩に伴って、高速のアナログ−デジタル変換器（以下ＡＤコンバータと称す）、デジタル−アナログ変換器（以下ＤＡコンバータと称す）が実用化され、これを用いて、デジタル信号化されたビデオ信号をデジタル信号処理する方式も提案されている。これらは、撮像信号をＡＤ変換して、フィルタ、色分離、ガンマ、マトリクスなどの信号処理をデジタル処理で行ない、ＤＡ変換して出力するものである。
【０００３】
また、撮像信号をアナログ・ディジタル（以下ＡＤ）変換し、ディジタル技術を用いて、クリップ、ガンマ補正、フィルタ処理、同期信号付加、同期検波、ガンマ、マトリクスなど等を行い、ディジタルテレビジョン信号を生成し、ディジタル・アナログ（以下ＤＡ）変換してビデオ信号として出力したり、ディジタルビデオ信号として出力するものも行われている。
【０００４】
これらの従来例において、ガンマ補正回路にはＲＯＭテーブルが用いられている。これは所定の入、出力特性を書込んだＲＯＭを用いる方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている、デジタル信号処理を用いた撮像装置においては、特に、ガンマ回路を構成するために、読みだし専用メモリ（ＲＯＭ）が用いられている。このメモリが回路規模を大きくし、単一の集積回路にすべての信号処理回路を集積する際に、コストが低減できない要因となっていた。
【０００６】
また、ＲＯＭは消費電力が大きく又、ＩＣ化した時のチップ面積が大きくなり、小型軽量な装置を実現させるために高集積化する事が難しい。
【０００７】
特に、入力ダイナミックレンジを広くしたり、特性カーブを細かくするためには非常に大きなＲＯＭを必要としてしまう問題があった。
【０００８】
又、撮影する被写体の種類や条件に応じて、ガンマ特性カーブの微調整が必要になる事が有る。例えば暗い時に、Ｓ／Ｎの悪い状態で撮影する時はガンマ特性を直線に近付けたほうが、暗部のノイズの増加が抑えられる。又、屋外等で高コントラストな被写体を撮影する時は、ガンマの特性の特に高輝度部分の特性の傾きを小さくしたほうが、高輝度部の飽和によるつぶれを減少出来る。
【０００９】
しかしながら、この様に微調整を行う事は、ＲＯＭの大きさを非常に大きくしてしまい、従来の方式ではほとんど不可能だった。
【００１０】
さらに、従来提案されているデジタル信号処理を用いた撮像装置においては、従来、アナログ方式で用いられていた回路をそのままディジタル方式に置き換えたのみであったので、回路規模が大きく、消費電流が多くなって、単一の集積回路にすべての信号処理回路を集積するには大き過ぎたり、あるいはコストが低減できなかった。特にガンマ補正回路などの非線形回路は、従来ＲＯＭを用いて構成されており、特に回路規模を増大させていた。
【００１１】
またさらに、これらにおいては、ディジタルシステムに置き換える際、可変な特性を持たせると、非常に回路規模が大きくなってしまい、実現できなかったり、簡易的な方式で十分な特性が得らず、撮影状態や撮影被写体に応じた適切な設定が行なえない問題点があった。
【００１２】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、回路規模を小さくすることで装置の小型化、低消費電力化を図るとともに、関数の切り替え点においても画質の劣化が生じない優れた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】
本発明の撮像装置は、撮像素子の出力信号をアンプする利得可変可能なアンプと、前記アンプの出力をアナログディジタル変換したディジタル撮像信号に第１の値を加算する第１の加算器と、前記第１の加算器の出力をガンマ補正するガンマ補正回路と、前記ガンマ補正回路の出力に第２の値を加算する第２の加算器と、前記第２の加算器の出力に第３の値を乗算する乗算器と、前記アンプの利得、前記第１の値、前記第２の値、前記第３の値を制御する制御信号Ｓを発生するスイッチとを有し、前記制御信号Ｓの値に応じて、前記アンプの利得、前記第１、第２および第３の値を可変し、ガンマ補正の特性を可変することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による撮像装置の実施例を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明による撮像装置の第１の実施例を示す機能ブロック図である。同図において、１は色分解フィルタを含む撮像素子であるＣＣＤ、２はＣＣＤ１の出力信号を連続信号に変換するサンプルアンドホールド回路（Ｓ／Ｈ）である。また、３はサンプルアンドホールド回路２の出力をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ（ＡＤＣ）、４は撮像信号中の輝度信号のみを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）である。
【００１８】
５はガンマ回路、６は後述する色信号と輝度信号の遅延時間を合わせる遅延回路、７は同期加算回路、８はＤＡコンバータ（ＤＡＣ）、９は輝度信号（Ｙ）出力端子である。１０は撮像信号より色信号を分離する色分離回路、１１はホワイトバランスを合わせる乗算器、１２はホワイトバランスを合わせる係数を出力する係数器である。１３はガンマ回路、１４は色差信号を合成する色差マトリクス、１５は色副搬送波により色差信号を変調する変調器、１６はバースト加算、１７はＤＡコンバータ（ＤＡＣ）、１８は色信号（Ｃ）出力端子である。
【００１９】
光学系（図示せず）によりＣＣＤ１に結像された被写体像（図示せず）は、ＣＣＤ１により、色分解された後、光電変換され、サンプルホールド回路２により連続信号になり、ＡＤコンバータ３によりアナログデジタル変換される。デジタル変換された信号は、ローパスフィルタ４により、輝度信号Ｙが取り出され、ガンマ回路５によりガンマ補正される。そして、遅延回路６により所定量遅延された後、同期加算７により同期信号が加算され、ＤＡコンバータ８によりアナログ信号に変換されて、Ｙ出力端子９より、テレビジョン、ＶＴＲなどの外部機器（図示せず）に出力される。
【００２０】
また、ＡＤコンバータ３の出力は、色分離回路１０により、Ｒ，Ｇ，Ｂの原色信号に分離され、乗算器１１により係数器１２により設定された係数が乗じられ、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれのレベルを合わせるホワイトバランスが行われる。そして、ガンマ回路１３で、ガンマ補正され、色差マトリクス１４で色差信号を合成し、変調器１５で色副搬送波により直交変調する。また、バースト加算器１６でカラーバーストが付加され、ＤＡコンバータ１７でアナログ信号に変換され、Ｃ出力端子１８より、Ｙ信号と同様に出力される。
【００２１】
図２は図１に示した実施例におけるガンマ回路５および１３の詳細図である。同図において、２０１は入力端子、２０２は入力を複数の所定値と比較して入力がどの範囲にあるかを検出するコンパレータである。２０３，２０７は減算器、２０４，２０６，２０８，２１１，２１３は、それぞれ選択信号に応じて所定の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを生成するデコーダである。また、２０５，２１０は係数器、２０９はｎ１ ビット×ｎ２ ビットの乗算器、２１２は加算器、２１４は出力端子である。
【００２２】
入力端子２０１より入力された信号は、まずコンパレータ２０２により所定の範囲のどこにあるか検出され、コンパレータ２０２から検出信号ＳＤ が出力される。
【００２３】
また、入力信号は、検出信号ＳＤ に応じて生成されたデコーダ２０４からの出力である定数ａにより減算器２０３で減じられる。減算された信号は、乗算器２０９の一方の入力端子に入力される。減算された信号はまた、デコーダ２０６により検出信号ＳＤ に応じて生成された係数ｂと係数器２０５により乗じられ、減算器２０７で同様にデコーダ２０８で生成された定数Ｃから減じられ、乗算器２０９の他方の入力端子に入力される。乗算器２０９の出力は、係数器２１０でデコーダ２１１で生成された係数ｄが乗じられ、加算器２１２でデコーダ２１３で生成された定数ｅが加わり、出力端子２１４から出力されて、前述の後段の回路に入力される。
【００２４】
図３は図２のガンマ回路の説明図である。（ａ）の横軸はガンマ回路の入力、縦軸は出力である。ガンマ回路に入力される入力信号のビット数をｎ３ とすると、入力は０〜２ｎ３−１の範囲にある。このとき、入力をｋに分割（図３（ａ）ではｋ＝５）し、それぞれをＲ１ ，Ｒ２ …Ｒｋ とする。この各々の範囲の最大値を２ｎ１−１（ｎ１ は図２中の乗算器２０９の一方の入力のビット数）より小さく設定する。
【００２５】
例えばｎ３ を１０とすると、入力は０〜１０２３の範囲にあり、これを図３のように５つに分割して、各々の範囲を２５５より小さく設定する事により、ｎ１ ＝８で良いことになる。各々の範囲の始点における入力をａ１ 〜ａ５ 、出力をｅ１ 〜ｅ５ として、これらのうち１つの範囲Ｒｉを取り出したのが図３（ｂ）である。
【００２６】
この曲線ｙｉは上に凸で、原点（ａｉ，ｅｉ）を通るので、２次関数で近似すると、
（ｙｉ−ｅｉ）＝Ａｉ（ｘ−ａｉ）２ ＋Ｂｉ（ｘ−ａｉ） （Ａｉ，Ｂｉは所定の定数）
（ｙｉ−ｅｉ）＝（ｘ−ａｉ）×｛Ａｉ（ｘ−ａｉ）＋Ｂｉ｝
ｙｉ＝（ｘ−ａｉ）×｛Ａｉ×（ｘ−ａｉ）＋Ｂｉ｝＋ｅｉ （式１）
で表わされる。これを入力の範囲に応じて、ａｉ，ｅｉ，Ａｉ，Ｂｉを切り換えることにより図３（ａ）の特性が実現出来る。式１において実際のガンマカーブを近似すると、Ａｉ，Ｂｉが非常に小さな値（２−５〜２−１５ 程度）になってしまい、乗算器２０９で計算した結果、有効ビットが減少してしまう。このため、Ａｉ，Ｂｉに１／ｄｉ（ｄｉ＜１）を乗じ、また、Ａｉは上に凸の曲線では負の値を取るため、ｂｉ＝−Ａｉ／ｄｉ，Ｃｉ＝Ｂｉ／ｄｉとおき、これらを式１に代入して、
ｙｉ＝（ｘ−ａｉ）×｛−ｂｉ×（ｘ−ａｉ）＋ｃｉ｝×ｄｉ＋ｅｉ（式２）
とした回路が図２である。
【００２７】
このとき、Ａｉ，Ｂｉの求め方は以下のようになる。図３（ａ）の各範囲の切り換り点（ａｉ，ｅｉ）において連続かつ、なめらかにつながらないと、画面上に擬似輪郭を生じてしまう。したがって、
ｙｉ（ａｉ＋１ ）＝ｙｉ＋１ （ａｉ＋１ ） （連続条件）
から
ＡｉＲｉ２ ＋ＢｉＲｉ＝ｅｉ＋１ （式３）
ｙｉ′（ａｉ＋１ ）＝ｙ′ｉ＋１ （ａｉ＋１ ） （なめらか条件）
から
２ＡｉＲｉ＋Ｂｉ＝Ｂｉ＋１ （式４）
【００２８】
Ｂ０ は、ｘ＝０付近の利得であるため３〜４程度の値を取る。この時のＡ０ をガンマ特性に合うように求め、以下、式３，式４とガンマ特性の条件より、Ａｉ，Ｂｉを求め、乗算器のレンジに合うようにｄｉを求め、ｂｉ，ｃｉを求める。
【００２９】
係数器２０５，２１０は回路の簡略化のためにシフト演算と加算で構成出来るようにする。
【００３０】
ｄｉは乗算器のレンジ合せのためであるから、
ｄｉ＝２−ｐｉ （Ｐｉは自然数）
とすればシフト演算のみで実現出来る。
【００３１】
また、ｂｉについてはなるべくシフト演算のみで実現出来るように、ａｉをＲｉが２ｎ１−１を越えない範囲で選ぶことで回路が簡略化される。
【００３２】
図４は図１に示したガンマ回路の他の構成例である。この例では式２を変形し
ｆｉ＝ａｉ×ｂｉ＋ｃｉ （式５）
ｙｉ＝（ｘ−ａｉ）×（−ｂｉｘ＋ｆｉ）×ｄｉ＋ｅｉ （式６）
とおき、係数器２０５の入力を入力端子２０１に接続する。また、減算器２０７に入力する定数を式５で表わされるｆとする。
【００３３】
次に図５〜図８を用いて本発明による撮像装置の第２の実施例を詳細に説明する。
【００３４】
図５において、１は撮像素子であるＣＣＤ、２はサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、３はＡＤコンバータ（ＡＤＣ）、３４はガンマ回路、３５は加算器、３６はＤＡコンバータ（ＤＡＣ）、３７は出力端子、３８はピーク検出器、３９はマイクロコンピュータである。
【００３５】
被写体像は撮像光学系（いずれも図示せず）により、ＣＣＤ１の光電変換面に結像され、光電変換されて撮像信号となり、サンプルホールド回路２により連続信号になる。そして、ＡＤコンバータ３によりデジタル信号に変換され、ガンマ回路３４によりガンマ補正される。
【００３６】
ガンマ補正された信号は、加算器５により同期信号ＳＹＮＣが加算され、ＤＡコンバータ３６によりデジタルアナログ変換され、複合テレビ信号として出力端子３７より外部機器（図示せず）へ出力される。また、ＡＤコンバータ３の出力はピーク検出器３８により１垂直期間中のピークレベルが検出され、その値はマイクロコンピュータ３９により読み出せるように接続されている。また、マイクロコンピュータ３９からガンマ回路３４へ設定値が書き込めるように接続されている。
【００３７】
図６は、図５中ガンマ回路３４の詳細図である。図６において、４１は信号入力端子、４２，４７は減算器、４３，５２は所定の係数を生成するデコーダ、４４，５０は乗算器、４５，４８，５４はスイッチ、４６，４９，５５はマイクロコンピュータ３９よりの設定値を書き込むレジスタである。５１は係数器、５３は加算器、５６は出力端子、５７は入力信号を所定値と比較してどの範囲に入っているかを示す検出信号ＳＤ を出力するコンパレータ、５８は設定信号入力端子である。
【００３８】
信号入力端子４１より入力された入力信号は、まず減算器４２で検出信号ＳＤ に応じてデコーダ４３で生成された定数ａを減じる。そして、乗算器４４でスイッチ４５で検出信号ＳＤ に応じて選択された所定値またはレジスタ４６の値のうちの１つと乗じ、減算器４７で所定値Ｃ１ ，Ｃ２ またはレジスタ４９の値のうちスイッチ４８で検出信号ＳＤ に応じて選択された値Ｃより減算される。
【００３９】
減算器４７の出力は減算器４２の出力と乗算器５０において乗算され、係数器５１においてデコーダ５２により検出信号ＳＤ に応じて生成された値ｄが乗ぜられる。そして、加算器５３において所定値ｅ１ ，ｅ２ またはレジスタ５５の値のうちスイッチ５４により検出信号ＳＤ に応じて選択された値ｅと加算され、出力端子５６より、図５の加算器３５へ出力される。
【００４０】
入力信号はまた、コンパレータ５７により所定値と比較され、検出信号ＳＤ を発生し上述のように各部に加えられる。
【００４１】
また、設定信号入力端子５８より入力された設定信号は、各レジスタ４６，４９，５５のうちマイクロコンピュータ３９により示されたレジスタに示された値が書き込まれる。
【００４２】
図７は第２の実施例の動作説明図である。図７において、（ａ）はガンマ回路３４の入出力特性を示す。入力信号は０〜ｘｍ、出力信号は０〜ｙｍの範囲とし、これらをＲ１ （０〜ａ２ ），Ｒ２ （ａ２ 〜ａ３ ），Ｒ３ （ａ３ 〜ｘｍ）の３つの範囲に分割する。そして、ガンマ特性をＲ１ ′を所定の２次関数ｙ１ でＲ２ を可変２次関数ｙ２ で、Ｒ３ を可変１次関数ｙ３ で近似する。それぞれ
ｙ１ ＝ｘ×（ｂ１ ｘ＋ｃ１ ） （式７）
ｙ２ ＝（ｘ−ａ２ ）×（ｂ２ （ｘ−ａ２ ）＋ｃ２ ）＋ｅ２ （式８）
ｙ３ ＝（ｘ−ａ３ ）×ｃ３ ＋ｅ３ （式９）
【００４３】
この図において、ｙ１ ，ｙ２ が連続かつなめらかにつながるように
ｙ１ （ａ２ ）＝ｙ２ （ａ２ ）
から
ａ２ ２ ｂ１ ＋ａ２ ｃ１ ＝ｅ２ （式１０）
ｙ１ ′（ａ２ ）＝ｙ２ ′（ａ２ ）
から
２ａ２ ｂ１ ＋ｃ１ ＝ｃ２ （式１１）
同様にｙ２ ，ｙ３ では
ｙ２ （ａ３ ）＝ｙ３ （ａ３ ）
から
（ａ３ −ａ２ ）２ ｂ２ ＋（ａ３ −ａ２ ）ｃ２ ＝ｅ３ （式１２）
ｙ２ ′（ａ３ ）＝ｙ３ ′（ａ３ ）
から
２（ａ３ −ａ２ ）ｂ２ ＋ｃ２ ＝ｃ３ （式１３）
【００４４】
式１０、式１１を満足するため、ｃ２ ，ｅ２ は固定値となる。この時ｂ２ を可変とすることにより、ｙ２ （ａ３ ）の値が変化する。また、式１２，式１３よりｙ２ が決まるとｙ３ は一義的に決ってしまうことがわかる。
【００４５】
したがって、図７（ａ）中のｌ１ ，ｌ２ のようにガンマ特性を可変するためには、ｂ２ をパラメータとして、その時のｃ３ ，ｅ３ を式１２，式１３より求めれば良い。
【００４６】
図７（ｂ）は検出したピークレベルに応じてｂ２ をどのように可変するか、その時ｃ３ ，ｅ３ がどのように変化するかを示した図である。なおｂ２ は負の値をとるため−ｂ２ を示しているピークレベルが所定値Ｐ１ より低い時は−ｂ２ は所定値に、Ｐ１ を越えると−ｂ２ は少しずつ増加し、Ｐ２ 以上では別の所定値になる。−ｂ２ をあまり増加するとｙ２ の傾きが途中で負の値になるため、Ｐ２ 以上では−ｂ２ を増加しないようにする。
【００４７】
また、ｃ３ ，ｅ２ は式１２，式１３によりｂ１ の値に応じて図のように変化する。実際の回路では乗算器２０で桁落ちによる有効桁の減少が生ずるためｂｉ，ｃｉに１／ｄ（ｄ＜１）を乗じ、またｂｉは負であるため極性を反転し、
ｙ１ ＝ｘ×（−ｂ１ ｘ＋ｃ１ ）×ｄ１
ｙ２ ＝（ｘ−ａ２ ）×（−ｂ２ ｘ＋ｃ２ ）×ｄ２ ＋ｅ２
ｙ３ ＝ｃ３ （ｘ−ａ３ ）×ｄ３ ＋ｅ３
とする。
【００４８】
図８はこの実施例におけるマイクロコンピュータ３９の動作を示すフローチャートである。
【００４９】
ステップ１０１でスタートし、ステップ１０２で垂直同期パルスＶＤが入力されるのを待つ。パルスＶＤが入力されたらステップ１０３でピーク検出器３８よりピークレベルを読み込む。そして、ステップ１０４で、その値を図７（ｂ）に示されるテーブルによりｂ２ を求め、ステップ１０５で式１２，式１３を用いてｃ３ ，ｅ３ を求めステップ１０６で求めたｂ２ ，ｃ３ ，ｅ３ をそれぞれレジスタ４６，４９，５５へ書き込み、ステップ１０２へもどる。
【００５０】
なお、第２の実施例において、ピーク検出回路３８は、最大値検出回路、最小値検出回路を用いて、その差を取ってコントラスト情報を得て、ガンマ特性を可変としたり、また、絞りの開度情報や画面をｎ分割して個々を積分して得た値の最大値、最小値の差、あるいはホワイトバランス情報を用いても良い。
【００５１】
図９は本発明の他の実施例である。
３０１は撮像素子であるＣＣＤ、３０２はＣＣＤ出力を連続化するサンプルアンドホールド、３０３はＡＤ変換器、３０４はローパスフィルタ、３０５は特性可変端子を有し後述する特性が可変出来るガンマ回路、３０６は加算器、３０７はＤＡコンバータ、３０８は出力端子である。
【００５２】
３０４，３０５，３０６はディジタル回路により構成されている。不図示の被写体像は、不図示の光学系によりＣＣＤ３０１の光電変換面に結像され、光電変換され、映像信号となり、サンプルアンドホールド３０２で連続化され、ＡＤ変換器３０３でＡＤ変換されディジタル映像信号となり、ローパスフィルタ３０４により必要な帯域制限され、ガンマ回路３０５で２つの特性可変端子に入力されたＫ１，Ｋ２に応じた特性のガンマ補正がなされ、加算器３０６で同期信号が付加され、ＤＡ変換器３０７でアナログ信号に変換され出力端子３０８から、ＶＴＲテレビ等の不図示の外部機器に出力される。
【００５３】
図１０は図９中ガンマ回路３０５の動作説明図である。横軸ｘはガンマ回路３０５の入力、縦軸ｙは出力を表わしている。
出力ｙ１ の値は１００％白レベルで、この時出力端子３０８より出力される信号レベルがテレビ信号の基準白レベルになる。
【００５４】
ｙ２ の値は白クリップレベルで、この時出力端子３０８より出力される信号レベルがテレビ信号の白クリップレベルになる。
ｘ１ ，ｘ２ は、ｙ１ ，ｙ２ に対応する入力で、ｘ１ は通常ＣＣＤ３０１の標準出力レベル、ｘ２ は飽和出力レベルで、ｘ２ ＝２ｘ１ 〜５ｘ１ である。図１０では説明のためｘ２ ＝２ｘ１ となっている。一般に０〜ｘ１ の間をガンマ領域、ｘ１ 〜ｘ２ の間をニー領域という。
【００５５】
図９中Ｋ１を可変すると、図１０の様に、入力０〜ｘ１ 、出力０〜ｙ１ の範囲において特性が変化する。この時、（０，０）及び（ｘ１ ，ｙ１ ）はかならず通る様に変化する。Ｋ１を所定値とすると標準ガンマ特性（ｙ＝ｘ０．４５）になり、Ｋ１を大きくすると、図の様に大きくふくらみ、Ｋ１を小さくすると直線に近付く。
【００５６】
又、図９中Ｋ２を可変すると、図１０の様に、入力ｘ１ 〜ｘ２ 、出力ｙ１ 〜ｙ２ の範囲において特性が変化する。この時（ｘ１ ，ｙ１ ）はかならず通る様に変化する。Ｋ２を所定値とすると（ｘ２ ，ｙ２ ）を通る直線になり、Ｋ２を大きくすると傾きが大きく、小さくすると傾きが小さくなる。ｙの値がｙ２ より大きくなる時は、ｙ，にクリップされる。
【００５７】
図１１は、図９中ガンマ回路の詳細図である。３１０は制御信号Ｓ１に応じて、入力信号をそのまま通すか所定値ｙ１ にするか切り換えるスイッチ、３１１は所定の係数ｕ＝ｙ１ ／ｘ１ を乗ずる係数器、３１２は加算器、３１３は制御信号Ｓ２に応じた関数を発生する関数回路、３１４は乗算器、３１５は入力を所定値と比較しその結果に応じた所定の制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力するコンパレータ、３１６は、制御信号Ｓ１に応じて切換えるスイッチ、３１７，３１８はそれぞれＫ１，Ｋ２の値を保持するレジスタである。
【００５８】
入力信号はまず、コンパレータ３１５により所定値と比較され、その結果に応じて、スイッチ制御信号Ｓ１、関数回路３１３へ制御信号Ｓ２が発生される。Ｓ１＝０の時、入力信号はスイッチ３１０を通り係数器３１１により上述の所定値ｕが乗ぜられ、加算器３１２の一方の入力となる。また入力は、関数回路３１３により所定の関数が発生され、その値は、スイッチ３１６により選択されたＫ１と乗算器３１４で乗算され、加算器３１２で前述の係数器３１１の出力と加算され出力される。
【００５９】
又、Ｓ１＝１の時はスイッチ３１０からはｘ１ が出力され、係数器３１１によりｕが乗ぜられてｙ１ となり、又、関数回路３１３の出力はスイッチ３１６に選択されたＫ２と乗算器３１４で乗ぜられ、加算器３１２において加算され、出力される。
【００６０】
図１２は図１１の動作説明図である。
（ａ）において、必要とされるガンマ特性を直線エル１，エル２と曲線（斜線部）Ｃ１，Ｃ２に分けている。この時
エル１：ｙ＝（ｙ１ ／ｘ１ ）ｘ＝ｕｘ（０≦ｘ≦ｘ１ ）
エル２：ｙ＝ｙ１ （ｘ１ ≦ｘ≦ｘ２ ）
（ｘ１ ，ｙ１ ）の点においてエル１，エル２は接続されている。このエル１，エル２を、コンパレータ３１５及びスイッチ３１０、係数器３１１で作っている。又、ｘ＝０，ｘ＝ｘ１ の点においてＣ１，Ｃ２の値は０になっている。（ｂ）は、Ｃ１，Ｃ２を抜き出して描いたものである。関数回路３１３の特性は（ｂ）の特性を発生する様に構成されている。（ｃ）は関数回路３１３と乗算器３１４の合成入出力特性で、０〜ｘ１ の範囲ではＫ１に応じて特性が変化し、ｘ１ 〜ｘ２ の範囲ではＫ２に応じて変化する。この出力と（ａ）中の３ｌ１，３ｌ２の特性を加算すると図１０の入出力特性が得られる。
【００６１】
図１３は、図１１中関数回路の詳細図である。４０１は減算器、４０２，４０７，４１０，４１４はＳ２により切換えられるスイッチ、４０３，４０４，４０５，４０８，４０９，４１１，４１５，４１６，４１７はそれぞれａ１ ，ａ２ ，ａ３ ，ｂ１ ，ｂ２ ，ｂ３ ，ｃ１ ，ｃ２ ，ｃ３ の値を出力するデコーダ、４０６，４１３は加算器、４１２は乗算器である。
【００６２】
入力信号は減算器４０１でＳ２に応じて、スイッチ４０２により選択されたａ１ ，ａ２ ，ａ３ のうち１つを減じ、加算器４０６で、スイッチ４０７で選択されたｂ１ ，ｂ２ のうち１つを加算し、スイッチ４１０で加算器４０６の出力又はｂ３ を選択し、乗算器４１２で減算器４０１の出力と乗算し、その出力に加算器４１３でスイッチ４１４により選択されたｃ１ ，ｃ２ ，ｃ３ のうち１つが加算され出力される。
【００６３】
図１４は図１３の関数回路の動作説明図である。図１２中（ｂ）の特性を０〜ｘ３ ，ｘ３ 〜ｘ１ ，ｘ１ 〜ｘ２ の３つの区間に分割し、前述のコンパレータ３１５で図１４中に示される様に
０≦ｘ＜ｘ３ →Ｓ２＝１
ｘ３ ≦ｘ＜ｘ１ →Ｓ２＝２
ｘ１ ≦ｘ →Ｓ２＝３
なるＳ２を発生する。
０〜ｘ３ の区間を第１の２次曲線Ｃ１１
ｙ＝（ｘ−ａ１ ）×（（ｘ−ａ１ ）＋ｂ１ ）＋Ｃ１
ｘ３ 〜ｘ１ の区間を第２の２次曲線Ｃ１２
ｙ＝（ｘ−ａ２ ）×（（ｘ−ａ２ ）＋ｂ２ ）＋Ｃ２
ｘ１ 〜ｘ２ の区間を直線Ｃ２
ｙ＝（ｘ−ａ３ ）×ｂ３ ＋Ｃ３
で表わす。この時各々の系数を下の条件内で必要なガンマ特性を近似する様に選べば良い
Ｃ１１：（０，０）を通る。
Ｃ１２：（ｘ１ ，０）を通る。
ｘ３ において、Ｃ１１と同じ値をとる。
ｘ３ において、Ｃ１１と同じ微分係数をとる
（なめらかにつながる。）
Ｃ２ ：（ｘ１ ，０）を通る。
【００６４】
この様にして求められた各係数を図１３の回路に用いれば図１２（ｂ）の特性の関数回路３１３が得られる。
【００６５】
図１５は、本発明の他の実施例である。
５０１は撮像素子であるＣＣＤ、５０２は、ＣＣＤ５０１の出力を連続化するサンプルアンドホールド、５０３はＡＤコンバータ、５０４は輝度信号を形成するローパスフィルタ、５０５はガンマ補正回路、５０６は黒レベル及び白レベルのクリップ、５０７は同期信号加算器、５０８はＤＡコンバータ、５０９はビデオ信号出力端子、５１０はガンマ特性を選択する選択信号ＳＷを発生するスイッチ、５１１はマイクロコンピュータ等で構成され、ガンマ特性を制御する制御信号ＭＷを発生するガンマ制御である。
【００６６】
不図示の被写体像は、不図示の光学系を通して、ＣＣＤ５０１の撮像面上に結像され光電変換され撮像信号になり、その出力はサンプルアンドホールド５０２により連続信号に変換され、ＡＤコンバータ５０３によりデジタル撮像信号に変換される。
【００６７】
このデジタル撮像信号は、ローパスフィルタ５０４により、輝度信号となり、その出力は、ガンマ補正回路５０５で後述するガンマ特性を制御する制御信号ＭＷに応じたガンマ補正を受け、その出力はクリップ５０６により、所定値以上低いレベル又は所定値以上高いレベルがクリップされ、同期加算器５０７により同期信号が加算され、ディジタルビデオ信号になり、ＤＡコンバータ５０８でＤＡ変換されビデオ信号になり、出力端子５０９より不図示のテレビジョン又はＶＴＲ等の外部機器に出力される。スイッチ５１０は、操作者によって選択された位置に応じてガンマ特性の選択信号ＳＷを発生し、ガンマ制御５１１は、ＳＷに応じてガンマ特性を制御する制御信号ＭＷを発生し、前述のようにガンマ補正回路５０５の特性を可変する。
【００６８】
図１６は、図１５中のガンマ補正回路５０５の詳細例である。
６０１は信号入力端子、６０２は信号入力１と基準入力Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に入力される基準値群を比較して、比較出力を出力するコンパレータ、６０３、６０４、６０５、６０６、６０７は、所定値Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４、Ｍ１５を保持するメモリ、６０８はガンマ特性制御信号ＭＷの入力端子、６０９、６２３は減算器、６１０、６１６、６２２、６２４、６３６、６３７はスイッチ回路、６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１７、６１８、６１９、６２０、６２１、６３１、６３２、６３３、６３４、６３５はそれぞれＫ１１、Ｋ１２、Ｋ１３、Ｋ１４、Ｋ１５、Ｋ２１、Ｋ２２、Ｋ２３、Ｋ２４、Ｋ２５、Ｋ３１、Ｋ３２、Ｋ３３、Ｋ３４、Ｋ３５の係数を有する係数器、６２５、６２６、６２７、６２８、６２９、６３８、６３９、６４０、６４１、６４２はＭＷにより書き換えが可能な値Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、Ｍ２４、Ｍ２５、Ｍ３１、Ｍ３２、Ｍ３３、Ｍ３４、Ｍ３５を保持するメモリ、６３０は乗算器６４３は加算器、６４４は信号出力端子である。
【００６９】
前述のように、ローパスフィルタ５０４の出力の輝度信号は、信号入力端子６０１から入力信号ｘとして入力され、まず、コンパレータ６０２に入力される。コンパレータ６０２では、６０１に入力された信号と、基準入力Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に入力されたＭ１２、Ｍ１３、Ｍ１４、Ｍ１５の値を比較し比較出力信号ＳＣを発生し、そのＳＣに応じてスイッチ回路６１０、６１６、６２２、６２４、６３６、６３７が切り換わる。例えば、入力信号ＩがＲ１の入力Ｍ１２より小さければ、ＳＣ＝１を発生し、各スイッチ回路は１の位置に切り換わる。また、入力信号ＩがＲ１の入力Ｍ１２より大きく、Ｒ２の入力Ｍ１３より小さければＳＣ＝２を発生し各スイッチ回路は２の位置に切り換わる。
【００７０】
入力信号ｘはまた減算器６０９に入力され、スイッチ回路６１０でＳＣに応じて選択されたＭ１１乃至Ｍ１５の内の１つの値を減算され、その出力は、まず、係数器６１１乃至６１５で所定の係数Ｋ１１乃至Ｋ１５が乗ぜられ、それらの出力はスイッチ回路６１６で、ＳＣに応じてその内の１つが選択され、その出力は、乗算器６３０に入る。減算器６０９の出力はまた係数器６１７乃至６２１で所定の係数Ｋ２１乃至Ｋ２５が乗ぜられ、それらの出力はスイッチ回路６２２でＳＣに応じてその内の１つが選択され、減算器６２３で、スイッチ回路６２４によりＳＣに応じて選択されたメモリ６２５乃至６２９に保持されているＭ２１乃至Ｍ２５のうちの１つの値から減算され、乗算器６３０の他方の入力に入力される。
【００７１】
乗算器６３０では、入力されたスイッチ回路６１６の出力と、減算器６２３の出力を乗算し、その出力は係数器６３１乃至６３５で所定の係数Ｋ３１乃至Ｋ３５が乗ぜられ、それらの出力はスイッチ回路６３６でＳＣに応じてその内の１つが選択され、その出力は、加算器６４３においてメモリ６３８乃至６４２に保持されているＭ３１乃至Ｍ３５の値のうち、スイッチ回路６３７でＳＣに応じて選択された値が加算され、出力信号として出力端子６４４より、前述のようにクリップ回路に入力される。
【００７２】
また一方、ガンマ特性制御信号ＭＷの入力端子６０８にガンマ特性制御信号ＭＷが入力されると、その値に応じて、メモリ６２５、６２６、６２７、６２８、６２９、６３８、６３９、６４０、６４１、６４２の保持する値が書き換えられる。
【００７３】
図１７は本発明の実施例中図１５のガンマ補正回路の動作説明図である。
（ａ）はガンマ補正回路５０５の入出力特性を示す。同図に示されるように、入出力特性は、図１６中メモリ６０４〜６０７に保持されている値Ｍ１２〜Ｍ１５によって、Ａ〜Ｅの５つの曲線の組み合わせで構成されている。それぞれの期間において、前述のようにＳＣが１〜５の値を取り、それに応じてスイッチ６１０、６１６、６２２、６２４、６３６、６３７が切り換わり、曲線の特性が変化する。 このｎ番目の曲線の特性をｙｎ（ｘ）として、図１６中の演算を式で表すと、
ｙｎ（ｘ）＝［（ｘ−Ｍ１ｎ）＊Ｋ１ｎ＊［−（ｘ−Ｍ１ｎ）＊Ｋ２ｎ＋Ｍ２ｎ）］＊Ｋ３ｎ＋Ｍ３ｎ 式１
という２次式になる。式１中においてｎはＳＣの値を示す。この式を微分すると
になる。
【００７４】
図１７（ａ）に表されるガンマ補正特性において、画質劣化を生じないためには、ｎ番目の曲線とｎ＋１番目の曲線が滑らかにつながらなければならない。滑らかにつながる条件は接続部分ｘ＝Ｍ１（ｎ＋１）において
ｙｎ（Ｍ１（ｎ＋１））＝ｙｎ＋１（Ｍ１（ｎ＋１））式７
ｙ’ｎ（Ｍ１（ｎ＋１））＝ｙ’ｎ＋１（Ｍ１（ｎ＋１））式８
である。この様子を（ｂ）に示す。
これを満足するためには式３、４、５、６より
［（Ｍ１（ｎ＋１）−Ｍ１ｎ）＊Ｋ１ｎ＊（−（Ｍ１（ｎ＋１）−Ｍ１ｎ）＋Ｋ２ｎ＋Ｍ２ｎ）］＊Ｋ３ｎ＋Ｍ３ｎ＝Ｍ３（ｎ＋１）式９
Ｋ１ｎ＊Ｍ２ｎ＊Ｋ３ｎ−２＊（Ｍ１（ｎ＋１）−Ｍ１ｎ）＊Ｋ１ｎ＊Ｋ２ｎ＊Ｋ３ｎ＝Ｋ１（ｎ＋１）＊Ｍ２（ｎ＋１）＊Ｋ３（ｎ＋１） 式１０
式９、式１０より、任意の曲線ｙｎ（ｘ）に対して滑らかにつながる曲線ｙｎ＋１（ｘ）は、図１６におけるＭ２（ｎ＋１）、Ｍ３（ｎ＋１）のみを可変出来れば得られることがわかる。
【００７５】
図１７（ｃ）はガンマ補正特性を可変した時の入出力特性を示す。一般的に、ガンマ補正特性を可変する際、もっとも重要な点は入力信号の０付近の特性で、ガンマ補正を弱くするときは０付近のゲインを１に近付け、逆にガンマ補正を強くするときは０付近のゲインを大きくする。（ｃ）中、（１）はガンマ補正を標準より強くしたときの曲線、（２）は標準の曲線、（３）はガンマ補正を標準より弱くしたときの曲線であり、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、それぞれの曲線における０付近の傾きを示す。図に示されるようにＧ１＞Ｇ２＞Ｇ３である。この各曲線において、前述のＭ２１〜Ｍ２５、Ｍ３１〜Ｍ３５を決めるためには、以下のようにすればよい。
【００７６】
例えば（１）の曲線を求めるには、まず、式３、式４より
Ｍ３１＝０ 式１１
Ｍ２１＝Ｇ１／Ｋ１１／Ｋ３１ 式１２
によりＭ２１、Ｍ３１を求める。
【００７７】
このＭ２１、Ｍ３１を用いて式９、式１０により順次Ｍ２２〜Ｍ２５、Ｍ３２〜Ｍ３５を求めれば、（１）の曲線の特性における、各メモリの値を求めることが出来る。この際、式９、式１０において、左辺と右辺は、完全に一致しなくても、そのずれの量が視覚的な許容範囲であれば良い。例えば、式９においてはガンマ補正出力信号の約０．４％程度以下の誤差であれば視覚的に問題がない。また、式１０の場合は許容範囲がやや広く約１０％程度以下の誤差であれば問題ない。この分を考慮した上で、適切な特性になるべく一致するようにこれらの値を求めればよい。
【００７８】
このようにして求めた値を例えば前述のガンマ制御５１１内のＲＯＭに書き込んでおき、スイッチ５１０の選択に応じて各メモリに書き込めば、前述のガンマ補正特性が得られる。
【００７９】
図１８は、ガンマ制御５１１をマイクロコンピュータで構成した場合の動作フローチャートである。
７０１でスタートし、まず７０２でＳＷを読み取る。７０３で、読み取ったＳＷに応じたＭ２１〜Ｍ３５の値を、ＳＷに応じた０付近のゲインＧを用いて前述の式１１、式１２、式９、式１０の演算により求めるか、あるいはあらかじめ計算した値をマイクロコンピュータ内のＲＯＭに書き込んでおき、これを読み出して、ＭＷへ出力し、前述のようにメモリ６２５〜６２９、６３８〜６４２に書き込む。つぎに７０４でＳＷ０＝ＳＷとし、７０５で再びＳＷを読み取り、７０６でＳＷとＳＷ０を比較する。その結果同じであれば、７０５へ行き、以下これを繰り返す。また、７０６において異なっていれば、７０３に行き、再び読み取ったＳＷに応じたＭ２１〜Ｍ３５の値を求めＭＷへ出力し、７０４以下を繰り返す。
【００８０】
図１９は、ガンマ補正回路５０５の第２の詳細例を示す。前述の図と同一符号部は前図と同一又は同等部分を示す。入力信号は、前出図１６の場合と同様にし処理されて、ガンマ補正出力信号ｙが形成される。また、入力端子６０８から入力されたガンマ特性制御信号ＭＷに応じた値が、メモリ６０３〜６０７及び、６２５〜６２９、６３８〜６４２に書き込まれ、保持される。従って、図１６の例に加えて、Ｍ１１〜Ｍ１５の値も可変することが出来る。これにより、ガンマ補正特性の可変の範囲を、さらに広げることが出来る。特に、図１６の構成においてガンマ補正の特性を大きく可変した場合、Ｍ１１〜Ｍ１５が固定の場合、必要な特性が得られなかったり、乗算器６３０がオーバーフローしてしまう事がある。従って、必要な特性が得られ、また乗算器６３０がオーバーフローしないように、ＳＷに応じてＭ１１〜Ｍ１５の値も可変するように構成する。
【００８１】
上述実施例において、係数器６１１〜６１５、６１７〜６２１、６３１〜６３５は、乗算器６３０がオーバーフローしないように挿入してあるので、この値は例えば、１、２、３、４、８等の様に２のｎ乗の数あるいはこれらの２〜３程度の組み合わせで構成できるので、構成が非常に簡易である。また、これにより、回路規模の大きい乗算器６３０のダイナミックレンジが有効に利用できるので、乗算器６３０の入出力ビット数を小さく、回路規模を小さく構成できかつ、桁落ちによる誤差が生じにくくなる。また、逆に、十分に大きいダイナミックレンジを有する乗算器を用いた場合は、図１６中及び図１９中の係数器の一部又は全部が不要になる。
【００８２】
また、図１７において、ガンマ補正特性は入力の０から１００％の範囲を示しているが、ニー特性と呼ばれている１００％以上の特性も同様に実現できる。この時、メモリの値Ｍ１１〜Ｍ３５の設定により、ＳＷに応じて、ニー特性を変化させたり、あるいは、ＳＷを変えてもニー特性は余り変化しないようにするように構成することも可能である。
【００８３】
また、前記実施例においては、ガンマ補正特性を、５つの曲線で形成するように構成したが、これに限らず、２以上の任意の曲線の切り変えによりこれを形成するように構成することが可能である。
【００８４】
また、メモリ６０３〜６０７、６２５〜６２９、６３８〜６４２はガンマ特性制御により値を書き込むとしたが、あらかじめ複数の所定値を書き込んでおき、ガンマ制御信号ＭＷに応じて、その内の１つを出力するように構成することも可能である。
【００８５】
また、前記実施例においては、式１に表される関数を実現しているが、これに限らず、上に凸な特性を有する、種々の関数を切り替えることにより構成することも出来る。この場合、前述のように関数のつなぎ目において式７式８が成り立つように、関数内の定数を可変することにより、本発明の可変特性のガンマ補正回路を実現できる。
【００８６】
図２０は、本発明の他の実施例である。
８０１は撮像素子であるＣＣＤ、８０２は、ＣＣＤ８０１の出力を連続化するサンプルアンドホールド、８０３は利得可変制御入力により利得可変が可能なアンプ、８０４は利得制御値Ｇ１を記憶するメモリ、８０５はＡＤコンバータ、８０６は輝度信号を形成するローパスフィルタ、８０７は加算器、８０８は値Ｌ１を保持するメモリ、８０９はガンマ補正回路、８１０は加算器、８１１は値Ｌ２を保持するメモリ、８１２は乗算器、８１３は値Ｇ２を保持するメモリ、８１４は黒レベル及び白レベルのリミッタ、８１５はＤＡコンバータ、８１６はテレビ信号出力端子、８１７はメモリ８０４、８０８、８１１、８１３の値を制御する制御信号Ｓを発生するスイッチである。
【００８７】
不図示の被写体像は、不図示の光学系を通して、ＣＣＤ８０１の撮像面上に結像され光電変換され撮像信号になり、サンプルアンドホールド８０２により連続信号に変換され、アンプ８０３によりメモリ８０４に保持されている値Ｇ１に応じた利得で増幅し、ＡＤコンバータ８０５によりデジタル撮像信号に変換される。
【００８８】
このデジタル撮像信号は、ローパスフィルタ８０６により、輝度信号となり、その出力は、加算器８０７でメモリ８０８に保持されている値Ｌ１を加算し、その出力はガンマ補正回路８０９でガンマ補正を受け、その出力は加算器８１０でメモリ８１１に保持されている値Ｌ２を加算し、さらに乗算器８１２でメモリ８１３に保持されている値Ｇ２を乗じ、その出力はリミッタ８１４により、所定値以上低いレベル又は所定値以上高いレベルがリミットされ、ＤＡコンバータ８１５でＤＡ変換されビデオ信号になり、出力端子８１６より不図示のテレビジョン又はＶＴＲ等の外部機器に出力される。スイッチ８１７は、操作者によって選択された位置に応じてメモリ制御信号Ｓを発生し、メモリ８０４、８０８、８１１、８１３を制御し、保持する値を変化させる。このメモリ８０４、８０８、８１１、８１３の値を可変することにより、後述するように、総合的にガンマ補正特性を可変する。
【００８９】
メモリ８０４、８０５、８１１、８１３は、ＲＯＭで構成して、所定値を書き込んでおきメモリ制御信号Ｓに応じて、その内の１つを出力するように構成するかあるいは、ＲＡＭで構成して、メモリ制御信号Ｓに応じて他のメモリに記憶されている値を書き込むように構成すればよい。
【００９０】
また、ガンマ補正特性は、さらに細かく、もしくは連続的に変化することも可能である。この際は、スイッチ８１７をボリウム又はアップダウンスイッチとアップダウンカウンタで構成し、操作者がこれを操作して、必要なガンマ補正特性に調整するように構成すればよい。
【００９１】
図２１は、図２０の動作説明図である。
（ａ）は、ガンマ補正回路８０９の入出力特性を示す。このガンマ補正回路８０９の特性は、Ｂ−Ｄ区間を使用すると、通常状態のガンマ補正特性が得られるように設定されており、Ａ−Ｄ区間を使用すると通常よりも黒レベル付近のゲインが高く、白レベル付近のゲインが低く、通常より補正量が多い補正特性になり、Ｃ−Ｄ区間を使用すると、逆に、通常よりも黒レベル付近のゲインが低く、白レベル付近のゲインが高い、通常より補正量が少ない補正特性になる。また、Ｄ−Ｅ区間は、高輝度の圧縮特性であるニー特性になっている。
【００９２】
まず、通常状態の特性を得る時は、Ｇ１を、ＣＣＤ８０１の出力端子における、（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）がガンマ補正回路８０９の入力において（ｘ４−ｘ２）となるようなゲインＫ１が得られる値に設定する。またＬ１をｘ２に、Ｌ２を−ｙ２に、Ｇ２を（ｙ４−ｙ２）が出力端子８１６において（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）になる値に設定する。このようにすると、ＣＣＤ１の出力の黒レベルが、（ａ）の（ｘ２，ｙ２）を通り、出力端子８１６の黒レベルになり、ＣＣＤ８０１の出力の１００％ホワイトレベルが、（ａ）の（ｘ４，ｙ４）を通り、出力端子８１６の１００％ホワイトレベルになる。従って、前述したように、ガンマ補正としては、Ｂ−Ｄ区間の特性を用い通常状態の補正特性が得られる。
【００９３】
また、通常より補正量が多い補正特性を得る時は、Ｇ１を、ＣＣＤ８０１の出力端子における、（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）がガンマ補正回路８０９の入力において（ｘ４−ｘ１）となるようなゲインＫ２が得られる値に設定する。またＬ１をｘ１に、Ｌ２を−ｙ１に、Ｇ２を（ｙ４−ｙ１）が出力端子８１６において（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）になる値に設定する。このようにすると、ＣＣＤ８０１の出力の黒レベルが、（ａ）の（ｘ１，ｙ１）を通り、出力端子８１６の黒レベルになり、ＣＣＤ８０１の出力の１００％ホワイトレベルが、（ａ）の（ｘ４，ｙ４）を通り、出力端子８１６の１００％ホワイトレベルになる。従って、前述したように、ガンマ補正としては、Ａ−Ｄ区間の特性を用い通常状態より補正量の多い補正特性が得られる。
【００９４】
また、通常より補正量が少ない補正特性を得る時は、Ｇ１を、ＣＣＤ８０１の出力端子における、（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）がガンマ補正回路８０９の入力において（ｘ４−ｘ３）となるようなゲインＫ３が得られる値に設定する。またＬ１をｘ３に、Ｌ２を−ｙ３に、Ｇ２を（ｙ４−ｙ３）が出力端子８１６において（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）になる値に設定する。このようにすると、ＣＣＤ８０１の出力の黒レベルが、（ａ）の（ｘ３，ｙ３）を通り、出力端子８１６の黒レベルになり、ＣＣＤ８０１の出力の１００％ホワイトレベルが、（ａ）の（ｘ４，ｙ４）を通り、出力端子８１６の１００％ホワイトレベルになる。従って、前述したように、ガンマ補正としては、Ｃ−Ｄ区間の特性を用い通常状態より補正量の少ない補正特性が得られる。
【００９５】
一般に、（ａ）の図において、入力信号の黒レベルをｘとするとｘが大きいほどガンマ補正量は少なく、ｘが小さいほどガンマ補正量は大きくなる。あるｘに対して、Ｌ１、Ｌ２、Ｇ２及びアンプ８０３のゲインＫの値を定めるためには、ガンマ補正回路８０９の入出力特性を関数ｆ（ｘ）、標準状態の黒レベルをｘ２、１００％ホワイトのレベルをｘ４、この時のアンプ８０３のゲインをＫ１、Ｇ２の値をｇ２とすると、
Ｋ＝ｇ１＊（ｘ４−ｘ）／（ｘ４−ｘ２）
Ｌ１＝ｘ
Ｌ２＝−ｆ（ｘ）
Ｇ２＝（ｆ（ｘ４）−ｆ（ｘ２））／（ｆ（ｘ４）−ｆ（ｘ））＊ｇ２
で求められる。したがって、前述のように連続的にガンマ補正特性を可変するには上式に従って、ｘをパラメータとしてＫ、Ｌ１、Ｌ２、Ｇ２の値を変化するように構成すればよい。
【００９６】
（ｂ）は上述の説明で得た、総合的なガンマ補正特性であり、横軸はＣＣＤ８０１出力、縦軸はＤＡコンバータ８１５出力である。同図において、曲線Ｆは、前述の通常状態より補正量の少ない特性、曲線Ｇは通常状態の特性、曲線Ｈは、通常状態より補正量の多い特性を示す。また、ｘ６は１００％ホワイトにおける値、ｘ７は、ＣＣＤ８０１飽和時における値を示す。前述のようにｘ６からｘ７までの間はニー特性を示している。この図より、黒レベル−１００％ホワイトレベルの間のガンマ特性は、前述のように、Ｇ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｇ２の値を換えることにより変化し、また、１００％ホワイト以上のニー特性部分はガンマ特性の変化によってほとんど変化しない。
【００９７】
ガンマ補正回路８０７において、ガンマ補正回路８０７が有する出力範囲のうち、実際に用いられる範囲は、図２１（ａ）の様に狭くなることがある。この際、ＤＡコンバータ８１５の変換ビット数をｎとすると、ガンマ補正回路８０９の出力は、ｎ＋ａ（ａは１〜３程度）ｂｉｔの分解能を有するように構成することで、ガンマ補正時の桁落ちによる特性劣化が抑制できる。また、リミッタ８１４は、ノイズ等により、黒レベルより低い信号がガンマ補正回路に入力された場合、図２１（ａ）の特性よりわかるように黒よりも低い出力が出てしまう、あるいは、逆の場合に、過度に大きい出力が出てしまうことを防ぐために設けてある。
【００９８】
また、乗算器８１２及びメモリ８１３は、他の目的、例えば、信号レベルの調整、又は、信号を時間と共に可変するフェード機能等にも併用することが可能である。
【００９９】
また、アンプ８０３は、低照度被写体を撮影したときにゲインを上げる自動利得制御アンプと併用する事も可能である。この場合、メモリ８０４の出力を、自動利得制御アンプの基準電圧に入力することによって、アンプ８０３のゲインを可変するよう構成することも可能である。
【０１００】
また、前記実施例では、ガンマ補正特性を、通常状態よりも多くも少なくも補正する様に設定出来る様に構成したが、これは、これに限らず、どちらかのみでもよい。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＲＯＭを用いないでガンマ回路が構成できるため、回路規模が減少でき、コストダウン、消費電力の削減、装置の小型化に大きな効果がある。
【０１０２】
また、関数の切り替え点において、値と傾きが一致しているため、切り替えによる画質劣化が生じない利点もある。
【０１０３】
さらに、乗算器の入力ビット数が入力信号のビット数よりも小さくてもよいため、回路規模が大幅に小型化される。
【０１０４】
また、回路をＩＣ化する際はチップ面積を減少出来るので、低コスト化が可能になる。又、被写体や、撮影状態に応じてガンマ特性やニー特性を細かく可変する事が可能なので、常に最適な状態で撮影出来る。さらに、ガンマ特性とニー特性を１つの回路で実現出来るため、回路規模が減少する。
【０１０５】
本発明によれば、簡易な構成で、ガンマ補正特性を可変可能に構成できるため、撮影状態や撮影被写体に応じて、ガンマ補正特性を可変することが出来る。特に、係数項を変える事無く、加減算に用いる定数の可変で、ガンマ補正特性を広範囲に可変する事が出来、さらに、ＲＯＭテーブルを用いずに、回路規模の大きい乗算器を１つしか使用しないので、回路規模の増大無く、大きな可変効果を得ることが出来る。
【０１０６】
さらに本発明によれば、ニー特性をほとんど変化させないで、ガンマ補正特性を可変することが出来るので、ダイナミックレンジを損なわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置の第１の実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】図１のガンマ回路の詳細を示す図である。
【図３】図１の実施例の動作を示す説明図である。
【図４】図１のガンマ回路の他の構成例を示す図である。
【図５】本発明による撮像装置の第２の実施例を示す機能ブロック図である。
【図６】図５のガンマ回路の詳細を示す図である。
【図７】図５の実施例の動作を示す説明図である。
【図８】図５の実施例の動作を示すフロー図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１０】図９の動作説明図である。
【図１１】図９のガンマ回路の詳細図である。
【図１２】図１１の動作説明図である。
【図１３】図１１の関数回路の詳細図である。
【図１４】図１３の動作説明図である。
【図１５】本発明の実施例を示す図である。
【図１６】図１５の実施例中、ガンマ補正回路の詳細例を示す図である。
【図１７】図１６の動作説明図である。
【図１８】ガンマ制御の動作を示すフローチャートである。
【図１９】ガンマ補正回路の第２の詳細例を示す図である。
【図２０】本発明の他の実施例を示す図である。
【図２１】図２０の動作説明図である。
【符号の説明】
５，１３，３４ ガンマ回路
３９ マイクロコンピュータ
４２，４７，２０３，２０７ 減算器
４３，５２，２０４，２０６，２０８，１１，２１３ デコーダ
４４，５０，２０９ 乗算器
５１，２０５，２１０ 係数器
５３，２１２ 加算器
５７，２０２ コンパレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置、特に、ディジタル信号処理を用いてガンマ補正特性を可変可能な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置は、近年の電子技術の進歩ともに、小型、軽量化が進んできている。その中において、半導体技術の進歩に伴って、高速のアナログ−デジタル変換器（以下ＡＤコンバータと称す）、デジタル−アナログ変換器（以下ＤＡコンバータと称す）が実用化され、これを用いて、デジタル信号化されたビデオ信号をデジタル信号処理する方式も提案されている。これらは、撮像信号をＡＤ変換して、フィルタ、色分離、ガンマ、マトリクスなどの信号処理をデジタル処理で行ない、ＤＡ変換して出力するものである。
【０００３】
また、撮像信号をアナログ・ディジタル（以下ＡＤ）変換し、ディジタル技術を用いて、クリップ、ガンマ補正、フィルタ処理、同期信号付加、同期検波、ガンマ、マトリクスなど等を行い、ディジタルテレビジョン信号を生成し、ディジタル・アナログ（以下ＤＡ）変換してビデオ信号として出力したり、ディジタルビデオ信号として出力するものも行われている。
【０００４】
これらの従来例において、ガンマ補正回路にはＲＯＭテーブルが用いられている。これは所定の入、出力特性を書込んだＲＯＭを用いる方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている、デジタル信号処理を用いた撮像装置においては、特に、ガンマ回路を構成するために、読みだし専用メモリ（ＲＯＭ）が用いられている。このメモリが回路規模を大きくし、単一の集積回路にすべての信号処理回路を集積する際に、コストが低減できない要因となっていた。
【０００６】
また、ＲＯＭは消費電力が大きく又、ＩＣ化した時のチップ面積が大きくなり、小型軽量な装置を実現させるために高集積化する事が難しい。
【０００７】
特に、入力ダイナミックレンジを広くしたり、特性カーブを細かくするためには非常に大きなＲＯＭを必要としてしまう問題があった。
【０００８】
又、撮影する被写体の種類や条件に応じて、ガンマ特性カーブの微調整が必要になる事が有る。例えば暗い時に、Ｓ／Ｎの悪い状態で撮影する時はガンマ特性を直線に近付けたほうが、暗部のノイズの増加が抑えられる。又、屋外等で高コントラストな被写体を撮影する時は、ガンマの特性の特に高輝度部分の特性の傾きを小さくしたほうが、高輝度部の飽和によるつぶれを減少出来る。
【０００９】
しかしながら、この様に微調整を行う事は、ＲＯＭの大きさを非常に大きくしてしまい、従来の方式ではほとんど不可能だった。
【００１０】
さらに、従来提案されているデジタル信号処理を用いた撮像装置においては、従来、アナログ方式で用いられていた回路をそのままディジタル方式に置き換えたのみであったので、回路規模が大きく、消費電流が多くなって、単一の集積回路にすべての信号処理回路を集積するには大き過ぎたり、あるいはコストが低減できなかった。特にガンマ補正回路などの非線形回路は、従来ＲＯＭを用いて構成されており、特に回路規模を増大させていた。
【００１１】
またさらに、これらにおいては、ディジタルシステムに置き換える際、可変な特性を持たせると、非常に回路規模が大きくなってしまい、実現できなかったり、簡易的な方式で十分な特性が得らず、撮影状態や撮影被写体に応じた適切な設定が行なえない問題点があった。
【００１２】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、回路規模を小さくすることで装置の小型化、低消費電力化を図るとともに、関数の切り替え点においても画質の劣化が生じない優れた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】
本発明の撮像装置は、撮像素子の出力信号をアンプする利得可変可能なアンプと、前記アンプの出力をアナログディジタル変換したディジタル撮像信号に第１の値を加算する第１の加算器と、前記第１の加算器の出力をガンマ補正するガンマ補正回路と、前記ガンマ補正回路の出力に第２の値を加算する第２の加算器と、前記第２の加算器の出力に第３の値を乗算する乗算器と、前記アンプの利得、前記第１の値、前記第２の値、前記第３の値を制御する制御信号Ｓを発生するスイッチとを有し、前記制御信号Ｓの値に応じて、前記アンプの利得、前記第１、第２および第３の値を可変し、ガンマ補正の特性を可変することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による撮像装置の実施例を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明による撮像装置の第１の実施例を示す機能ブロック図である。同図において、１は色分解フィルタを含む撮像素子であるＣＣＤ、２はＣＣＤ１の出力信号を連続信号に変換するサンプルアンドホールド回路（Ｓ／Ｈ）である。また、３はサンプルアンドホールド回路２の出力をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ（ＡＤＣ）、４は撮像信号中の輝度信号のみを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）である。
【００１８】
５はガンマ回路、６は後述する色信号と輝度信号の遅延時間を合わせる遅延回路、７は同期加算回路、８はＤＡコンバータ（ＤＡＣ）、９は輝度信号（Ｙ）出力端子である。１０は撮像信号より色信号を分離する色分離回路、１１はホワイトバランスを合わせる乗算器、１２はホワイトバランスを合わせる係数を出力する係数器である。１３はガンマ回路、１４は色差信号を合成する色差マトリクス、１５は色副搬送波により色差信号を変調する変調器、１６はバースト加算、１７はＤＡコンバータ（ＤＡＣ）、１８は色信号（Ｃ）出力端子である。
【００１９】
光学系（図示せず）によりＣＣＤ１に結像された被写体像（図示せず）は、ＣＣＤ１により、色分解された後、光電変換され、サンプルホールド回路２により連続信号になり、ＡＤコンバータ３によりアナログデジタル変換される。デジタル変換された信号は、ローパスフィルタ４により、輝度信号Ｙが取り出され、ガンマ回路５によりガンマ補正される。そして、遅延回路６により所定量遅延された後、同期加算７により同期信号が加算され、ＤＡコンバータ８によりアナログ信号に変換されて、Ｙ出力端子９より、テレビジョン、ＶＴＲなどの外部機器（図示せず）に出力される。
【００２０】
また、ＡＤコンバータ３の出力は、色分離回路１０により、Ｒ，Ｇ，Ｂの原色信号に分離され、乗算器１１により係数器１２により設定された係数が乗じられ、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれのレベルを合わせるホワイトバランスが行われる。そして、ガンマ回路１３で、ガンマ補正され、色差マトリクス１４で色差信号を合成し、変調器１５で色副搬送波により直交変調する。また、バースト加算器１６でカラーバーストが付加され、ＤＡコンバータ１７でアナログ信号に変換され、Ｃ出力端子１８より、Ｙ信号と同様に出力される。
【００２１】
図２は図１に示した実施例におけるガンマ回路５および１３の詳細図である。同図において、２０１は入力端子、２０２は入力を複数の所定値と比較して入力がどの範囲にあるかを検出するコンパレータである。２０３，２０７は減算器、２０４，２０６，２０８，２１１，２１３は、それぞれ選択信号に応じて所定の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを生成するデコーダである。また、２０５，２１０は係数器、２０９はｎ１ ビット×ｎ２ ビットの乗算器、２１２は加算器、２１４は出力端子である。
【００２２】
入力端子２０１より入力された信号は、まずコンパレータ２０２により所定の範囲のどこにあるか検出され、コンパレータ２０２から検出信号ＳＤ が出力される。
【００２３】
また、入力信号は、検出信号ＳＤ に応じて生成されたデコーダ２０４からの出力である定数ａにより減算器２０３で減じられる。減算された信号は、乗算器２０９の一方の入力端子に入力される。減算された信号はまた、デコーダ２０６により検出信号ＳＤ に応じて生成された係数ｂと係数器２０５により乗じられ、減算器２０７で同様にデコーダ２０８で生成された定数Ｃから減じられ、乗算器２０９の他方の入力端子に入力される。乗算器２０９の出力は、係数器２１０でデコーダ２１１で生成された係数ｄが乗じられ、加算器２１２でデコーダ２１３で生成された定数ｅが加わり、出力端子２１４から出力されて、前述の後段の回路に入力される。
【００２４】
図３は図２のガンマ回路の説明図である。（ａ）の横軸はガンマ回路の入力、縦軸は出力である。ガンマ回路に入力される入力信号のビット数をｎ３ とすると、入力は０〜２ｎ３−１の範囲にある。このとき、入力をｋに分割（図３（ａ）ではｋ＝５）し、それぞれをＲ１ ，Ｒ２ …Ｒｋ とする。この各々の範囲の最大値を２ｎ１−１（ｎ１ は図２中の乗算器２０９の一方の入力のビット数）より小さく設定する。
【００２５】
例えばｎ３ を１０とすると、入力は０〜１０２３の範囲にあり、これを図３のように５つに分割して、各々の範囲を２５５より小さく設定する事により、ｎ１ ＝８で良いことになる。各々の範囲の始点における入力をａ１ 〜ａ５ 、出力をｅ１ 〜ｅ５ として、これらのうち１つの範囲Ｒｉを取り出したのが図３（ｂ）である。
【００２６】
この曲線ｙｉは上に凸で、原点（ａｉ，ｅｉ）を通るので、２次関数で近似すると、
（ｙｉ−ｅｉ）＝Ａｉ（ｘ−ａｉ）２ ＋Ｂｉ（ｘ−ａｉ） （Ａｉ，Ｂｉは所定の定数）
（ｙｉ−ｅｉ）＝（ｘ−ａｉ）×｛Ａｉ（ｘ−ａｉ）＋Ｂｉ｝
ｙｉ＝（ｘ−ａｉ）×｛Ａｉ×（ｘ−ａｉ）＋Ｂｉ｝＋ｅｉ （式１）
で表わされる。これを入力の範囲に応じて、ａｉ，ｅｉ，Ａｉ，Ｂｉを切り換えることにより図３（ａ）の特性が実現出来る。式１において実際のガンマカーブを近似すると、Ａｉ，Ｂｉが非常に小さな値（２−５〜２−１５ 程度）になってしまい、乗算器２０９で計算した結果、有効ビットが減少してしまう。このため、Ａｉ，Ｂｉに１／ｄｉ（ｄｉ＜１）を乗じ、また、Ａｉは上に凸の曲線では負の値を取るため、ｂｉ＝−Ａｉ／ｄｉ，Ｃｉ＝Ｂｉ／ｄｉとおき、これらを式１に代入して、
ｙｉ＝（ｘ−ａｉ）×｛−ｂｉ×（ｘ−ａｉ）＋ｃｉ｝×ｄｉ＋ｅｉ（式２）
とした回路が図２である。
【００２７】
このとき、Ａｉ，Ｂｉの求め方は以下のようになる。図３（ａ）の各範囲の切り換り点（ａｉ，ｅｉ）において連続かつ、なめらかにつながらないと、画面上に擬似輪郭を生じてしまう。したがって、
ｙｉ（ａｉ＋１ ）＝ｙｉ＋１ （ａｉ＋１ ） （連続条件）
から
ＡｉＲｉ２ ＋ＢｉＲｉ＝ｅｉ＋１ （式３）
ｙｉ′（ａｉ＋１ ）＝ｙ′ｉ＋１ （ａｉ＋１ ） （なめらか条件）
から
２ＡｉＲｉ＋Ｂｉ＝Ｂｉ＋１ （式４）
【００２８】
Ｂ０ は、ｘ＝０付近の利得であるため３〜４程度の値を取る。この時のＡ０ をガンマ特性に合うように求め、以下、式３，式４とガンマ特性の条件より、Ａｉ，Ｂｉを求め、乗算器のレンジに合うようにｄｉを求め、ｂｉ，ｃｉを求める。
【００２９】
係数器２０５，２１０は回路の簡略化のためにシフト演算と加算で構成出来るようにする。
【００３０】
ｄｉは乗算器のレンジ合せのためであるから、
ｄｉ＝２−ｐｉ （Ｐｉは自然数）
とすればシフト演算のみで実現出来る。
【００３１】
また、ｂｉについてはなるべくシフト演算のみで実現出来るように、ａｉをＲｉが２ｎ１−１を越えない範囲で選ぶことで回路が簡略化される。
【００３２】
図４は図１に示したガンマ回路の他の構成例である。この例では式２を変形し
ｆｉ＝ａｉ×ｂｉ＋ｃｉ （式５）
ｙｉ＝（ｘ−ａｉ）×（−ｂｉｘ＋ｆｉ）×ｄｉ＋ｅｉ （式６）
とおき、係数器２０５の入力を入力端子２０１に接続する。また、減算器２０７に入力する定数を式５で表わされるｆとする。
【００３３】
次に図５〜図８を用いて本発明による撮像装置の第２の実施例を詳細に説明する。
【００３４】
図５において、１は撮像素子であるＣＣＤ、２はサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、３はＡＤコンバータ（ＡＤＣ）、３４はガンマ回路、３５は加算器、３６はＤＡコンバータ（ＤＡＣ）、３７は出力端子、３８はピーク検出器、３９はマイクロコンピュータである。
【００３５】
被写体像は撮像光学系（いずれも図示せず）により、ＣＣＤ１の光電変換面に結像され、光電変換されて撮像信号となり、サンプルホールド回路２により連続信号になる。そして、ＡＤコンバータ３によりデジタル信号に変換され、ガンマ回路３４によりガンマ補正される。
【００３６】
ガンマ補正された信号は、加算器５により同期信号ＳＹＮＣが加算され、ＤＡコンバータ３６によりデジタルアナログ変換され、複合テレビ信号として出力端子３７より外部機器（図示せず）へ出力される。また、ＡＤコンバータ３の出力はピーク検出器３８により１垂直期間中のピークレベルが検出され、その値はマイクロコンピュータ３９により読み出せるように接続されている。また、マイクロコンピュータ３９からガンマ回路３４へ設定値が書き込めるように接続されている。
【００３７】
図６は、図５中ガンマ回路３４の詳細図である。図６において、４１は信号入力端子、４２，４７は減算器、４３，５２は所定の係数を生成するデコーダ、４４，５０は乗算器、４５，４８，５４はスイッチ、４６，４９，５５はマイクロコンピュータ３９よりの設定値を書き込むレジスタである。５１は係数器、５３は加算器、５６は出力端子、５７は入力信号を所定値と比較してどの範囲に入っているかを示す検出信号ＳＤ を出力するコンパレータ、５８は設定信号入力端子である。
【００３８】
信号入力端子４１より入力された入力信号は、まず減算器４２で検出信号ＳＤ に応じてデコーダ４３で生成された定数ａを減じる。そして、乗算器４４でスイッチ４５で検出信号ＳＤ に応じて選択された所定値またはレジスタ４６の値のうちの１つと乗じ、減算器４７で所定値Ｃ１ ，Ｃ２ またはレジスタ４９の値のうちスイッチ４８で検出信号ＳＤ に応じて選択された値Ｃより減算される。
【００３９】
減算器４７の出力は減算器４２の出力と乗算器５０において乗算され、係数器５１においてデコーダ５２により検出信号ＳＤ に応じて生成された値ｄが乗ぜられる。そして、加算器５３において所定値ｅ１ ，ｅ２ またはレジスタ５５の値のうちスイッチ５４により検出信号ＳＤ に応じて選択された値ｅと加算され、出力端子５６より、図５の加算器３５へ出力される。
【００４０】
入力信号はまた、コンパレータ５７により所定値と比較され、検出信号ＳＤ を発生し上述のように各部に加えられる。
【００４１】
また、設定信号入力端子５８より入力された設定信号は、各レジスタ４６，４９，５５のうちマイクロコンピュータ３９により示されたレジスタに示された値が書き込まれる。
【００４２】
図７は第２の実施例の動作説明図である。図７において、（ａ）はガンマ回路３４の入出力特性を示す。入力信号は０〜ｘｍ、出力信号は０〜ｙｍの範囲とし、これらをＲ１ （０〜ａ２ ），Ｒ２ （ａ２ 〜ａ３ ），Ｒ３ （ａ３ 〜ｘｍ）の３つの範囲に分割する。そして、ガンマ特性をＲ１ ′を所定の２次関数ｙ１ でＲ２ を可変２次関数ｙ２ で、Ｒ３ を可変１次関数ｙ３ で近似する。それぞれ
ｙ１ ＝ｘ×（ｂ１ ｘ＋ｃ１ ） （式７）
ｙ２ ＝（ｘ−ａ２ ）×（ｂ２ （ｘ−ａ２ ）＋ｃ２ ）＋ｅ２ （式８）
ｙ３ ＝（ｘ−ａ３ ）×ｃ３ ＋ｅ３ （式９）
【００４３】
この図において、ｙ１ ，ｙ２ が連続かつなめらかにつながるように
ｙ１ （ａ２ ）＝ｙ２ （ａ２ ）
から
ａ２ ２ ｂ１ ＋ａ２ ｃ１ ＝ｅ２ （式１０）
ｙ１ ′（ａ２ ）＝ｙ２ ′（ａ２ ）
から
２ａ２ ｂ１ ＋ｃ１ ＝ｃ２ （式１１）
同様にｙ２ ，ｙ３ では
ｙ２ （ａ３ ）＝ｙ３ （ａ３ ）
から
（ａ３ −ａ２ ）２ ｂ２ ＋（ａ３ −ａ２ ）ｃ２ ＝ｅ３ （式１２）
ｙ２ ′（ａ３ ）＝ｙ３ ′（ａ３ ）
から
２（ａ３ −ａ２ ）ｂ２ ＋ｃ２ ＝ｃ３ （式１３）
【００４４】
式１０、式１１を満足するため、ｃ２ ，ｅ２ は固定値となる。この時ｂ２ を可変とすることにより、ｙ２ （ａ３ ）の値が変化する。また、式１２，式１３よりｙ２ が決まるとｙ３ は一義的に決ってしまうことがわかる。
【００４５】
したがって、図７（ａ）中のｌ１ ，ｌ２ のようにガンマ特性を可変するためには、ｂ２ をパラメータとして、その時のｃ３ ，ｅ３ を式１２，式１３より求めれば良い。
【００４６】
図７（ｂ）は検出したピークレベルに応じてｂ２ をどのように可変するか、その時ｃ３ ，ｅ３ がどのように変化するかを示した図である。なおｂ２ は負の値をとるため−ｂ２ を示しているピークレベルが所定値Ｐ１ より低い時は−ｂ２ は所定値に、Ｐ１ を越えると−ｂ２ は少しずつ増加し、Ｐ２ 以上では別の所定値になる。−ｂ２ をあまり増加するとｙ２ の傾きが途中で負の値になるため、Ｐ２ 以上では−ｂ２ を増加しないようにする。
【００４７】
また、ｃ３ ，ｅ２ は式１２，式１３によりｂ１ の値に応じて図のように変化する。実際の回路では乗算器２０で桁落ちによる有効桁の減少が生ずるためｂｉ，ｃｉに１／ｄ（ｄ＜１）を乗じ、またｂｉは負であるため極性を反転し、
ｙ１ ＝ｘ×（−ｂ１ ｘ＋ｃ１ ）×ｄ１
ｙ２ ＝（ｘ−ａ２ ）×（−ｂ２ ｘ＋ｃ２ ）×ｄ２ ＋ｅ２
ｙ３ ＝ｃ３ （ｘ−ａ３ ）×ｄ３ ＋ｅ３
とする。
【００４８】
図８はこの実施例におけるマイクロコンピュータ３９の動作を示すフローチャートである。
【００４９】
ステップ１０１でスタートし、ステップ１０２で垂直同期パルスＶＤが入力されるのを待つ。パルスＶＤが入力されたらステップ１０３でピーク検出器３８よりピークレベルを読み込む。そして、ステップ１０４で、その値を図７（ｂ）に示されるテーブルによりｂ２ を求め、ステップ１０５で式１２，式１３を用いてｃ３ ，ｅ３ を求めステップ１０６で求めたｂ２ ，ｃ３ ，ｅ３ をそれぞれレジスタ４６，４９，５５へ書き込み、ステップ１０２へもどる。
【００５０】
なお、第２の実施例において、ピーク検出回路３８は、最大値検出回路、最小値検出回路を用いて、その差を取ってコントラスト情報を得て、ガンマ特性を可変としたり、また、絞りの開度情報や画面をｎ分割して個々を積分して得た値の最大値、最小値の差、あるいはホワイトバランス情報を用いても良い。
【００５１】
図９は本発明の他の実施例である。
３０１は撮像素子であるＣＣＤ、３０２はＣＣＤ出力を連続化するサンプルアンドホールド、３０３はＡＤ変換器、３０４はローパスフィルタ、３０５は特性可変端子を有し後述する特性が可変出来るガンマ回路、３０６は加算器、３０７はＤＡコンバータ、３０８は出力端子である。
【００５２】
３０４，３０５，３０６はディジタル回路により構成されている。不図示の被写体像は、不図示の光学系によりＣＣＤ３０１の光電変換面に結像され、光電変換され、映像信号となり、サンプルアンドホールド３０２で連続化され、ＡＤ変換器３０３でＡＤ変換されディジタル映像信号となり、ローパスフィルタ３０４により必要な帯域制限され、ガンマ回路３０５で２つの特性可変端子に入力されたＫ１，Ｋ２に応じた特性のガンマ補正がなされ、加算器３０６で同期信号が付加され、ＤＡ変換器３０７でアナログ信号に変換され出力端子３０８から、ＶＴＲテレビ等の不図示の外部機器に出力される。
【００５３】
図１０は図９中ガンマ回路３０５の動作説明図である。横軸ｘはガンマ回路３０５の入力、縦軸ｙは出力を表わしている。
出力ｙ１ の値は１００％白レベルで、この時出力端子３０８より出力される信号レベルがテレビ信号の基準白レベルになる。
【００５４】
ｙ２ の値は白クリップレベルで、この時出力端子３０８より出力される信号レベルがテレビ信号の白クリップレベルになる。
ｘ１ ，ｘ２ は、ｙ１ ，ｙ２ に対応する入力で、ｘ１ は通常ＣＣＤ３０１の標準出力レベル、ｘ２ は飽和出力レベルで、ｘ２ ＝２ｘ１ 〜５ｘ１ である。図１０では説明のためｘ２ ＝２ｘ１ となっている。一般に０〜ｘ１ の間をガンマ領域、ｘ１ 〜ｘ２ の間をニー領域という。
【００５５】
図９中Ｋ１を可変すると、図１０の様に、入力０〜ｘ１ 、出力０〜ｙ１ の範囲において特性が変化する。この時、（０，０）及び（ｘ１ ，ｙ１ ）はかならず通る様に変化する。Ｋ１を所定値とすると標準ガンマ特性（ｙ＝ｘ０．４５）になり、Ｋ１を大きくすると、図の様に大きくふくらみ、Ｋ１を小さくすると直線に近付く。
【００５６】
又、図９中Ｋ２を可変すると、図１０の様に、入力ｘ１ 〜ｘ２ 、出力ｙ１ 〜ｙ２ の範囲において特性が変化する。この時（ｘ１ ，ｙ１ ）はかならず通る様に変化する。Ｋ２を所定値とすると（ｘ２ ，ｙ２ ）を通る直線になり、Ｋ２を大きくすると傾きが大きく、小さくすると傾きが小さくなる。ｙの値がｙ２ より大きくなる時は、ｙ，にクリップされる。
【００５７】
図１１は、図９中ガンマ回路の詳細図である。３１０は制御信号Ｓ１に応じて、入力信号をそのまま通すか所定値ｙ１ にするか切り換えるスイッチ、３１１は所定の係数ｕ＝ｙ１ ／ｘ１ を乗ずる係数器、３１２は加算器、３１３は制御信号Ｓ２に応じた関数を発生する関数回路、３１４は乗算器、３１５は入力を所定値と比較しその結果に応じた所定の制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力するコンパレータ、３１６は、制御信号Ｓ１に応じて切換えるスイッチ、３１７，３１８はそれぞれＫ１，Ｋ２の値を保持するレジスタである。
【００５８】
入力信号はまず、コンパレータ３１５により所定値と比較され、その結果に応じて、スイッチ制御信号Ｓ１、関数回路３１３へ制御信号Ｓ２が発生される。Ｓ１＝０の時、入力信号はスイッチ３１０を通り係数器３１１により上述の所定値ｕが乗ぜられ、加算器３１２の一方の入力となる。また入力は、関数回路３１３により所定の関数が発生され、その値は、スイッチ３１６により選択されたＫ１と乗算器３１４で乗算され、加算器３１２で前述の係数器３１１の出力と加算され出力される。
【００５９】
又、Ｓ１＝１の時はスイッチ３１０からはｘ１ が出力され、係数器３１１によりｕが乗ぜられてｙ１ となり、又、関数回路３１３の出力はスイッチ３１６に選択されたＫ２と乗算器３１４で乗ぜられ、加算器３１２において加算され、出力される。
【００６０】
図１２は図１１の動作説明図である。
（ａ）において、必要とされるガンマ特性を直線エル１，エル２と曲線（斜線部）Ｃ１，Ｃ２に分けている。この時
エル１：ｙ＝（ｙ１ ／ｘ１ ）ｘ＝ｕｘ（０≦ｘ≦ｘ１ ）
エル２：ｙ＝ｙ１ （ｘ１ ≦ｘ≦ｘ２ ）
（ｘ１ ，ｙ１ ）の点においてエル１，エル２は接続されている。このエル１，エル２を、コンパレータ３１５及びスイッチ３１０、係数器３１１で作っている。又、ｘ＝０，ｘ＝ｘ１ の点においてＣ１，Ｃ２の値は０になっている。（ｂ）は、Ｃ１，Ｃ２を抜き出して描いたものである。関数回路３１３の特性は（ｂ）の特性を発生する様に構成されている。（ｃ）は関数回路３１３と乗算器３１４の合成入出力特性で、０〜ｘ１ の範囲ではＫ１に応じて特性が変化し、ｘ１ 〜ｘ２ の範囲ではＫ２に応じて変化する。この出力と（ａ）中の３ｌ１，３ｌ２の特性を加算すると図１０の入出力特性が得られる。
【００６１】
図１３は、図１１中関数回路の詳細図である。４０１は減算器、４０２，４０７，４１０，４１４はＳ２により切換えられるスイッチ、４０３，４０４，４０５，４０８，４０９，４１１，４１５，４１６，４１７はそれぞれａ１ ，ａ２ ，ａ３ ，ｂ１ ，ｂ２ ，ｂ３ ，ｃ１ ，ｃ２ ，ｃ３ の値を出力するデコーダ、４０６，４１３は加算器、４１２は乗算器である。
【００６２】
入力信号は減算器４０１でＳ２に応じて、スイッチ４０２により選択されたａ１ ，ａ２ ，ａ３ のうち１つを減じ、加算器４０６で、スイッチ４０７で選択されたｂ１ ，ｂ２ のうち１つを加算し、スイッチ４１０で加算器４０６の出力又はｂ３ を選択し、乗算器４１２で減算器４０１の出力と乗算し、その出力に加算器４１３でスイッチ４１４により選択されたｃ１ ，ｃ２ ，ｃ３ のうち１つが加算され出力される。
【００６３】
図１４は図１３の関数回路の動作説明図である。図１２中（ｂ）の特性を０〜ｘ３ ，ｘ３ 〜ｘ１ ，ｘ１ 〜ｘ２ の３つの区間に分割し、前述のコンパレータ３１５で図１４中に示される様に
０≦ｘ＜ｘ３ →Ｓ２＝１
ｘ３ ≦ｘ＜ｘ１ →Ｓ２＝２
ｘ１ ≦ｘ →Ｓ２＝３
なるＳ２を発生する。
０〜ｘ３ の区間を第１の２次曲線Ｃ１１
ｙ＝（ｘ−ａ１ ）×（（ｘ−ａ１ ）＋ｂ１ ）＋Ｃ１
ｘ３ 〜ｘ１ の区間を第２の２次曲線Ｃ１２
ｙ＝（ｘ−ａ２ ）×（（ｘ−ａ２ ）＋ｂ２ ）＋Ｃ２
ｘ１ 〜ｘ２ の区間を直線Ｃ２
ｙ＝（ｘ−ａ３ ）×ｂ３ ＋Ｃ３
で表わす。この時各々の系数を下の条件内で必要なガンマ特性を近似する様に選べば良い
Ｃ１１：（０，０）を通る。
Ｃ１２：（ｘ１ ，０）を通る。
ｘ３ において、Ｃ１１と同じ値をとる。
ｘ３ において、Ｃ１１と同じ微分係数をとる
（なめらかにつながる。）
Ｃ２ ：（ｘ１ ，０）を通る。
【００６４】
この様にして求められた各係数を図１３の回路に用いれば図１２（ｂ）の特性の関数回路３１３が得られる。
【００６５】
図１５は、本発明の他の実施例である。
５０１は撮像素子であるＣＣＤ、５０２は、ＣＣＤ５０１の出力を連続化するサンプルアンドホールド、５０３はＡＤコンバータ、５０４は輝度信号を形成するローパスフィルタ、５０５はガンマ補正回路、５０６は黒レベル及び白レベルのクリップ、５０７は同期信号加算器、５０８はＤＡコンバータ、５０９はビデオ信号出力端子、５１０はガンマ特性を選択する選択信号ＳＷを発生するスイッチ、５１１はマイクロコンピュータ等で構成され、ガンマ特性を制御する制御信号ＭＷを発生するガンマ制御である。
【００６６】
不図示の被写体像は、不図示の光学系を通して、ＣＣＤ５０１の撮像面上に結像され光電変換され撮像信号になり、その出力はサンプルアンドホールド５０２により連続信号に変換され、ＡＤコンバータ５０３によりデジタル撮像信号に変換される。
【００６７】
このデジタル撮像信号は、ローパスフィルタ５０４により、輝度信号となり、その出力は、ガンマ補正回路５０５で後述するガンマ特性を制御する制御信号ＭＷに応じたガンマ補正を受け、その出力はクリップ５０６により、所定値以上低いレベル又は所定値以上高いレベルがクリップされ、同期加算器５０７により同期信号が加算され、ディジタルビデオ信号になり、ＤＡコンバータ５０８でＤＡ変換されビデオ信号になり、出力端子５０９より不図示のテレビジョン又はＶＴＲ等の外部機器に出力される。スイッチ５１０は、操作者によって選択された位置に応じてガンマ特性の選択信号ＳＷを発生し、ガンマ制御５１１は、ＳＷに応じてガンマ特性を制御する制御信号ＭＷを発生し、前述のようにガンマ補正回路５０５の特性を可変する。
【００６８】
図１６は、図１５中のガンマ補正回路５０５の詳細例である。
６０１は信号入力端子、６０２は信号入力１と基準入力Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に入力される基準値群を比較して、比較出力を出力するコンパレータ、６０３、６０４、６０５、６０６、６０７は、所定値Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４、Ｍ１５を保持するメモリ、６０８はガンマ特性制御信号ＭＷの入力端子、６０９、６２３は減算器、６１０、６１６、６２２、６２４、６３６、６３７はスイッチ回路、６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１７、６１８、６１９、６２０、６２１、６３１、６３２、６３３、６３４、６３５はそれぞれＫ１１、Ｋ１２、Ｋ１３、Ｋ１４、Ｋ１５、Ｋ２１、Ｋ２２、Ｋ２３、Ｋ２４、Ｋ２５、Ｋ３１、Ｋ３２、Ｋ３３、Ｋ３４、Ｋ３５の係数を有する係数器、６２５、６２６、６２７、６２８、６２９、６３８、６３９、６４０、６４１、６４２はＭＷにより書き換えが可能な値Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、Ｍ２４、Ｍ２５、Ｍ３１、Ｍ３２、Ｍ３３、Ｍ３４、Ｍ３５を保持するメモリ、６３０は乗算器６４３は加算器、６４４は信号出力端子である。
【００６９】
前述のように、ローパスフィルタ５０４の出力の輝度信号は、信号入力端子６０１から入力信号ｘとして入力され、まず、コンパレータ６０２に入力される。コンパレータ６０２では、６０１に入力された信号と、基準入力Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に入力されたＭ１２、Ｍ１３、Ｍ１４、Ｍ１５の値を比較し比較出力信号ＳＣを発生し、そのＳＣに応じてスイッチ回路６１０、６１６、６２２、６２４、６３６、６３７が切り換わる。例えば、入力信号ＩがＲ１の入力Ｍ１２より小さければ、ＳＣ＝１を発生し、各スイッチ回路は１の位置に切り換わる。また、入力信号ＩがＲ１の入力Ｍ１２より大きく、Ｒ２の入力Ｍ１３より小さければＳＣ＝２を発生し各スイッチ回路は２の位置に切り換わる。
【００７０】
入力信号ｘはまた減算器６０９に入力され、スイッチ回路６１０でＳＣに応じて選択されたＭ１１乃至Ｍ１５の内の１つの値を減算され、その出力は、まず、係数器６１１乃至６１５で所定の係数Ｋ１１乃至Ｋ１５が乗ぜられ、それらの出力はスイッチ回路６１６で、ＳＣに応じてその内の１つが選択され、その出力は、乗算器６３０に入る。減算器６０９の出力はまた係数器６１７乃至６２１で所定の係数Ｋ２１乃至Ｋ２５が乗ぜられ、それらの出力はスイッチ回路６２２でＳＣに応じてその内の１つが選択され、減算器６２３で、スイッチ回路６２４によりＳＣに応じて選択されたメモリ６２５乃至６２９に保持されているＭ２１乃至Ｍ２５のうちの１つの値から減算され、乗算器６３０の他方の入力に入力される。
【００７１】
乗算器６３０では、入力されたスイッチ回路６１６の出力と、減算器６２３の出力を乗算し、その出力は係数器６３１乃至６３５で所定の係数Ｋ３１乃至Ｋ３５が乗ぜられ、それらの出力はスイッチ回路６３６でＳＣに応じてその内の１つが選択され、その出力は、加算器６４３においてメモリ６３８乃至６４２に保持されているＭ３１乃至Ｍ３５の値のうち、スイッチ回路６３７でＳＣに応じて選択された値が加算され、出力信号として出力端子６４４より、前述のようにクリップ回路に入力される。
【００７２】
また一方、ガンマ特性制御信号ＭＷの入力端子６０８にガンマ特性制御信号ＭＷが入力されると、その値に応じて、メモリ６２５、６２６、６２７、６２８、６２９、６３８、６３９、６４０、６４１、６４２の保持する値が書き換えられる。
【００７３】
図１７は本発明の実施例中図１５のガンマ補正回路の動作説明図である。
（ａ）はガンマ補正回路５０５の入出力特性を示す。同図に示されるように、入出力特性は、図１６中メモリ６０４〜６０７に保持されている値Ｍ１２〜Ｍ１５によって、Ａ〜Ｅの５つの曲線の組み合わせで構成されている。それぞれの期間において、前述のようにＳＣが１〜５の値を取り、それに応じてスイッチ６１０、６１６、６２２、６２４、６３６、６３７が切り換わり、曲線の特性が変化する。 このｎ番目の曲線の特性をｙｎ（ｘ）として、図１６中の演算を式で表すと、
ｙｎ（ｘ）＝［（ｘ−Ｍ１ｎ）＊Ｋ１ｎ＊［−（ｘ−Ｍ１ｎ）＊Ｋ２ｎ＋Ｍ２ｎ）］＊Ｋ３ｎ＋Ｍ３ｎ 式１
という２次式になる。式１中においてｎはＳＣの値を示す。この式を微分すると
【００７４】
図１７（ａ）に表されるガンマ補正特性において、画質劣化を生じないためには、ｎ番目の曲線とｎ＋１番目の曲線が滑らかにつながらなければならない。滑らかにつながる条件は接続部分ｘ＝Ｍ１（ｎ＋１）において
ｙｎ（Ｍ１（ｎ＋１））＝ｙｎ＋１（Ｍ１（ｎ＋１））式７
ｙ’ｎ（Ｍ１（ｎ＋１））＝ｙ’ｎ＋１（Ｍ１（ｎ＋１））式８
である。この様子を（ｂ）に示す。
これを満足するためには式３、４、５、６より
［（Ｍ１（ｎ＋１）−Ｍ１ｎ）＊Ｋ１ｎ＊（−（Ｍ１（ｎ＋１）−Ｍ１ｎ）＋Ｋ２ｎ＋Ｍ２ｎ）］＊Ｋ３ｎ＋Ｍ３ｎ＝Ｍ３（ｎ＋１）式９
Ｋ１ｎ＊Ｍ２ｎ＊Ｋ３ｎ−２＊（Ｍ１（ｎ＋１）−Ｍ１ｎ）＊Ｋ１ｎ＊Ｋ２ｎ＊Ｋ３ｎ＝Ｋ１（ｎ＋１）＊Ｍ２（ｎ＋１）＊Ｋ３（ｎ＋１） 式１０
式９、式１０より、任意の曲線ｙｎ（ｘ）に対して滑らかにつながる曲線ｙｎ＋１（ｘ）は、図１６におけるＭ２（ｎ＋１）、Ｍ３（ｎ＋１）のみを可変出来れば得られることがわかる。
【００７５】
図１７（ｃ）はガンマ補正特性を可変した時の入出力特性を示す。一般的に、ガンマ補正特性を可変する際、もっとも重要な点は入力信号の０付近の特性で、ガンマ補正を弱くするときは０付近のゲインを１に近付け、逆にガンマ補正を強くするときは０付近のゲインを大きくする。（ｃ）中、（１）はガンマ補正を標準より強くしたときの曲線、（２）は標準の曲線、（３）はガンマ補正を標準より弱くしたときの曲線であり、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、それぞれの曲線における０付近の傾きを示す。図に示されるようにＧ１＞Ｇ２＞Ｇ３である。この各曲線において、前述のＭ２１〜Ｍ２５、Ｍ３１〜Ｍ３５を決めるためには、以下のようにすればよい。
【００７６】
例えば（１）の曲線を求めるには、まず、式３、式４より
Ｍ３１＝０ 式１１
Ｍ２１＝Ｇ１／Ｋ１１／Ｋ３１ 式１２
によりＭ２１、Ｍ３１を求める。
【００７７】
このＭ２１、Ｍ３１を用いて式９、式１０により順次Ｍ２２〜Ｍ２５、Ｍ３２〜Ｍ３５を求めれば、（１）の曲線の特性における、各メモリの値を求めることが出来る。この際、式９、式１０において、左辺と右辺は、完全に一致しなくても、そのずれの量が視覚的な許容範囲であれば良い。例えば、式９においてはガンマ補正出力信号の約０．４％程度以下の誤差であれば視覚的に問題がない。また、式１０の場合は許容範囲がやや広く約１０％程度以下の誤差であれば問題ない。この分を考慮した上で、適切な特性になるべく一致するようにこれらの値を求めればよい。
【００７８】
このようにして求めた値を例えば前述のガンマ制御５１１内のＲＯＭに書き込んでおき、スイッチ５１０の選択に応じて各メモリに書き込めば、前述のガンマ補正特性が得られる。
【００７９】
図１８は、ガンマ制御５１１をマイクロコンピュータで構成した場合の動作フローチャートである。
７０１でスタートし、まず７０２でＳＷを読み取る。７０３で、読み取ったＳＷに応じたＭ２１〜Ｍ３５の値を、ＳＷに応じた０付近のゲインＧを用いて前述の式１１、式１２、式９、式１０の演算により求めるか、あるいはあらかじめ計算した値をマイクロコンピュータ内のＲＯＭに書き込んでおき、これを読み出して、ＭＷへ出力し、前述のようにメモリ６２５〜６２９、６３８〜６４２に書き込む。つぎに７０４でＳＷ０＝ＳＷとし、７０５で再びＳＷを読み取り、７０６でＳＷとＳＷ０を比較する。その結果同じであれば、７０５へ行き、以下これを繰り返す。また、７０６において異なっていれば、７０３に行き、再び読み取ったＳＷに応じたＭ２１〜Ｍ３５の値を求めＭＷへ出力し、７０４以下を繰り返す。
【００８０】
図１９は、ガンマ補正回路５０５の第２の詳細例を示す。前述の図と同一符号部は前図と同一又は同等部分を示す。入力信号は、前出図１６の場合と同様にし処理されて、ガンマ補正出力信号ｙが形成される。また、入力端子６０８から入力されたガンマ特性制御信号ＭＷに応じた値が、メモリ６０３〜６０７及び、６２５〜６２９、６３８〜６４２に書き込まれ、保持される。従って、図１６の例に加えて、Ｍ１１〜Ｍ１５の値も可変することが出来る。これにより、ガンマ補正特性の可変の範囲を、さらに広げることが出来る。特に、図１６の構成においてガンマ補正の特性を大きく可変した場合、Ｍ１１〜Ｍ１５が固定の場合、必要な特性が得られなかったり、乗算器６３０がオーバーフローしてしまう事がある。従って、必要な特性が得られ、また乗算器６３０がオーバーフローしないように、ＳＷに応じてＭ１１〜Ｍ１５の値も可変するように構成する。
【００８１】
上述実施例において、係数器６１１〜６１５、６１７〜６２１、６３１〜６３５は、乗算器６３０がオーバーフローしないように挿入してあるので、この値は例えば、１、２、３、４、８等の様に２のｎ乗の数あるいはこれらの２〜３程度の組み合わせで構成できるので、構成が非常に簡易である。また、これにより、回路規模の大きい乗算器６３０のダイナミックレンジが有効に利用できるので、乗算器６３０の入出力ビット数を小さく、回路規模を小さく構成できかつ、桁落ちによる誤差が生じにくくなる。また、逆に、十分に大きいダイナミックレンジを有する乗算器を用いた場合は、図１６中及び図１９中の係数器の一部又は全部が不要になる。
【００８２】
また、図１７において、ガンマ補正特性は入力の０から１００％の範囲を示しているが、ニー特性と呼ばれている１００％以上の特性も同様に実現できる。この時、メモリの値Ｍ１１〜Ｍ３５の設定により、ＳＷに応じて、ニー特性を変化させたり、あるいは、ＳＷを変えてもニー特性は余り変化しないようにするように構成することも可能である。
【００８３】
また、前記実施例においては、ガンマ補正特性を、５つの曲線で形成するように構成したが、これに限らず、２以上の任意の曲線の切り変えによりこれを形成するように構成することが可能である。
【００８４】
また、メモリ６０３〜６０７、６２５〜６２９、６３８〜６４２はガンマ特性制御により値を書き込むとしたが、あらかじめ複数の所定値を書き込んでおき、ガンマ制御信号ＭＷに応じて、その内の１つを出力するように構成することも可能である。
【００８５】
また、前記実施例においては、式１に表される関数を実現しているが、これに限らず、上に凸な特性を有する、種々の関数を切り替えることにより構成することも出来る。この場合、前述のように関数のつなぎ目において式７式８が成り立つように、関数内の定数を可変することにより、本発明の可変特性のガンマ補正回路を実現できる。
【００８６】
図２０は、本発明の他の実施例である。
８０１は撮像素子であるＣＣＤ、８０２は、ＣＣＤ８０１の出力を連続化するサンプルアンドホールド、８０３は利得可変制御入力により利得可変が可能なアンプ、８０４は利得制御値Ｇ１を記憶するメモリ、８０５はＡＤコンバータ、８０６は輝度信号を形成するローパスフィルタ、８０７は加算器、８０８は値Ｌ１を保持するメモリ、８０９はガンマ補正回路、８１０は加算器、８１１は値Ｌ２を保持するメモリ、８１２は乗算器、８１３は値Ｇ２を保持するメモリ、８１４は黒レベル及び白レベルのリミッタ、８１５はＤＡコンバータ、８１６はテレビ信号出力端子、８１７はメモリ８０４、８０８、８１１、８１３の値を制御する制御信号Ｓを発生するスイッチである。
【００８７】
不図示の被写体像は、不図示の光学系を通して、ＣＣＤ８０１の撮像面上に結像され光電変換され撮像信号になり、サンプルアンドホールド８０２により連続信号に変換され、アンプ８０３によりメモリ８０４に保持されている値Ｇ１に応じた利得で増幅し、ＡＤコンバータ８０５によりデジタル撮像信号に変換される。
【００８８】
このデジタル撮像信号は、ローパスフィルタ８０６により、輝度信号となり、その出力は、加算器８０７でメモリ８０８に保持されている値Ｌ１を加算し、その出力はガンマ補正回路８０９でガンマ補正を受け、その出力は加算器８１０でメモリ８１１に保持されている値Ｌ２を加算し、さらに乗算器８１２でメモリ８１３に保持されている値Ｇ２を乗じ、その出力はリミッタ８１４により、所定値以上低いレベル又は所定値以上高いレベルがリミットされ、ＤＡコンバータ８１５でＤＡ変換されビデオ信号になり、出力端子８１６より不図示のテレビジョン又はＶＴＲ等の外部機器に出力される。スイッチ８１７は、操作者によって選択された位置に応じてメモリ制御信号Ｓを発生し、メモリ８０４、８０８、８１１、８１３を制御し、保持する値を変化させる。このメモリ８０４、８０８、８１１、８１３の値を可変することにより、後述するように、総合的にガンマ補正特性を可変する。
【００８９】
メモリ８０４、８０５、８１１、８１３は、ＲＯＭで構成して、所定値を書き込んでおきメモリ制御信号Ｓに応じて、その内の１つを出力するように構成するかあるいは、ＲＡＭで構成して、メモリ制御信号Ｓに応じて他のメモリに記憶されている値を書き込むように構成すればよい。
【００９０】
また、ガンマ補正特性は、さらに細かく、もしくは連続的に変化することも可能である。この際は、スイッチ８１７をボリウム又はアップダウンスイッチとアップダウンカウンタで構成し、操作者がこれを操作して、必要なガンマ補正特性に調整するように構成すればよい。
【００９１】
図２１は、図２０の動作説明図である。
（ａ）は、ガンマ補正回路８０９の入出力特性を示す。このガンマ補正回路８０９の特性は、Ｂ−Ｄ区間を使用すると、通常状態のガンマ補正特性が得られるように設定されており、Ａ−Ｄ区間を使用すると通常よりも黒レベル付近のゲインが高く、白レベル付近のゲインが低く、通常より補正量が多い補正特性になり、Ｃ−Ｄ区間を使用すると、逆に、通常よりも黒レベル付近のゲインが低く、白レベル付近のゲインが高い、通常より補正量が少ない補正特性になる。また、Ｄ−Ｅ区間は、高輝度の圧縮特性であるニー特性になっている。
【００９２】
まず、通常状態の特性を得る時は、Ｇ１を、ＣＣＤ８０１の出力端子における、（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）がガンマ補正回路８０９の入力において（ｘ４−ｘ２）となるようなゲインＫ１が得られる値に設定する。またＬ１をｘ２に、Ｌ２を−ｙ２に、Ｇ２を（ｙ４−ｙ２）が出力端子８１６において（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）になる値に設定する。このようにすると、ＣＣＤ１の出力の黒レベルが、（ａ）の（ｘ２，ｙ２）を通り、出力端子８１６の黒レベルになり、ＣＣＤ８０１の出力の１００％ホワイトレベルが、（ａ）の（ｘ４，ｙ４）を通り、出力端子８１６の１００％ホワイトレベルになる。従って、前述したように、ガンマ補正としては、Ｂ−Ｄ区間の特性を用い通常状態の補正特性が得られる。
【００９３】
また、通常より補正量が多い補正特性を得る時は、Ｇ１を、ＣＣＤ８０１の出力端子における、（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）がガンマ補正回路８０９の入力において（ｘ４−ｘ１）となるようなゲインＫ２が得られる値に設定する。またＬ１をｘ１に、Ｌ２を−ｙ１に、Ｇ２を（ｙ４−ｙ１）が出力端子８１６において（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）になる値に設定する。このようにすると、ＣＣＤ８０１の出力の黒レベルが、（ａ）の（ｘ１，ｙ１）を通り、出力端子８１６の黒レベルになり、ＣＣＤ８０１の出力の１００％ホワイトレベルが、（ａ）の（ｘ４，ｙ４）を通り、出力端子８１６の１００％ホワイトレベルになる。従って、前述したように、ガンマ補正としては、Ａ−Ｄ区間の特性を用い通常状態より補正量の多い補正特性が得られる。
【００９４】
また、通常より補正量が少ない補正特性を得る時は、Ｇ１を、ＣＣＤ８０１の出力端子における、（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）がガンマ補正回路８０９の入力において（ｘ４−ｘ３）となるようなゲインＫ３が得られる値に設定する。またＬ１をｘ３に、Ｌ２を−ｙ３に、Ｇ２を（ｙ４−ｙ３）が出力端子８１６において（１００％ホワイトレベル）−（黒レベル）になる値に設定する。このようにすると、ＣＣＤ８０１の出力の黒レベルが、（ａ）の（ｘ３，ｙ３）を通り、出力端子８１６の黒レベルになり、ＣＣＤ８０１の出力の１００％ホワイトレベルが、（ａ）の（ｘ４，ｙ４）を通り、出力端子８１６の１００％ホワイトレベルになる。従って、前述したように、ガンマ補正としては、Ｃ−Ｄ区間の特性を用い通常状態より補正量の少ない補正特性が得られる。
【００９５】
一般に、（ａ）の図において、入力信号の黒レベルをｘとするとｘが大きいほどガンマ補正量は少なく、ｘが小さいほどガンマ補正量は大きくなる。あるｘに対して、Ｌ１、Ｌ２、Ｇ２及びアンプ８０３のゲインＫの値を定めるためには、ガンマ補正回路８０９の入出力特性を関数ｆ（ｘ）、標準状態の黒レベルをｘ２、１００％ホワイトのレベルをｘ４、この時のアンプ８０３のゲインをＫ１、Ｇ２の値をｇ２とすると、
Ｋ＝ｇ１＊（ｘ４−ｘ）／（ｘ４−ｘ２）
Ｌ１＝ｘ
Ｌ２＝−ｆ（ｘ）
Ｇ２＝（ｆ（ｘ４）−ｆ（ｘ２））／（ｆ（ｘ４）−ｆ（ｘ））＊ｇ２
で求められる。したがって、前述のように連続的にガンマ補正特性を可変するには上式に従って、ｘをパラメータとしてＫ、Ｌ１、Ｌ２、Ｇ２の値を変化するように構成すればよい。
【００９６】
（ｂ）は上述の説明で得た、総合的なガンマ補正特性であり、横軸はＣＣＤ８０１出力、縦軸はＤＡコンバータ８１５出力である。同図において、曲線Ｆは、前述の通常状態より補正量の少ない特性、曲線Ｇは通常状態の特性、曲線Ｈは、通常状態より補正量の多い特性を示す。また、ｘ６は１００％ホワイトにおける値、ｘ７は、ＣＣＤ８０１飽和時における値を示す。前述のようにｘ６からｘ７までの間はニー特性を示している。この図より、黒レベル−１００％ホワイトレベルの間のガンマ特性は、前述のように、Ｇ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｇ２の値を換えることにより変化し、また、１００％ホワイト以上のニー特性部分はガンマ特性の変化によってほとんど変化しない。
【００９７】
ガンマ補正回路８０７において、ガンマ補正回路８０７が有する出力範囲のうち、実際に用いられる範囲は、図２１（ａ）の様に狭くなることがある。この際、ＤＡコンバータ８１５の変換ビット数をｎとすると、ガンマ補正回路８０９の出力は、ｎ＋ａ（ａは１〜３程度）ｂｉｔの分解能を有するように構成することで、ガンマ補正時の桁落ちによる特性劣化が抑制できる。また、リミッタ８１４は、ノイズ等により、黒レベルより低い信号がガンマ補正回路に入力された場合、図２１（ａ）の特性よりわかるように黒よりも低い出力が出てしまう、あるいは、逆の場合に、過度に大きい出力が出てしまうことを防ぐために設けてある。
【００９８】
また、乗算器８１２及びメモリ８１３は、他の目的、例えば、信号レベルの調整、又は、信号を時間と共に可変するフェード機能等にも併用することが可能である。
【００９９】
また、アンプ８０３は、低照度被写体を撮影したときにゲインを上げる自動利得制御アンプと併用する事も可能である。この場合、メモリ８０４の出力を、自動利得制御アンプの基準電圧に入力することによって、アンプ８０３のゲインを可変するよう構成することも可能である。
【０１００】
また、前記実施例では、ガンマ補正特性を、通常状態よりも多くも少なくも補正する様に設定出来る様に構成したが、これは、これに限らず、どちらかのみでもよい。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＲＯＭを用いないでガンマ回路が構成できるため、回路規模が減少でき、コストダウン、消費電力の削減、装置の小型化に大きな効果がある。
【０１０２】
また、関数の切り替え点において、値と傾きが一致しているため、切り替えによる画質劣化が生じない利点もある。
【０１０３】
さらに、乗算器の入力ビット数が入力信号のビット数よりも小さくてもよいため、回路規模が大幅に小型化される。
【０１０４】
また、回路をＩＣ化する際はチップ面積を減少出来るので、低コスト化が可能になる。又、被写体や、撮影状態に応じてガンマ特性やニー特性を細かく可変する事が可能なので、常に最適な状態で撮影出来る。さらに、ガンマ特性とニー特性を１つの回路で実現出来るため、回路規模が減少する。
【０１０５】
本発明によれば、簡易な構成で、ガンマ補正特性を可変可能に構成できるため、撮影状態や撮影被写体に応じて、ガンマ補正特性を可変することが出来る。特に、係数項を変える事無く、加減算に用いる定数の可変で、ガンマ補正特性を広範囲に可変する事が出来、さらに、ＲＯＭテーブルを用いずに、回路規模の大きい乗算器を１つしか使用しないので、回路規模の増大無く、大きな可変効果を得ることが出来る。
【０１０６】
さらに本発明によれば、ニー特性をほとんど変化させないで、ガンマ補正特性を可変することが出来るので、ダイナミックレンジを損なわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置の第１の実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】図１のガンマ回路の詳細を示す図である。
【図３】図１の実施例の動作を示す説明図である。
【図４】図１のガンマ回路の他の構成例を示す図である。
【図５】本発明による撮像装置の第２の実施例を示す機能ブロック図である。
【図６】図５のガンマ回路の詳細を示す図である。
【図７】図５の実施例の動作を示す説明図である。
【図８】図５の実施例の動作を示すフロー図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１０】図９の動作説明図である。
【図１１】図９のガンマ回路の詳細図である。
【図１２】図１１の動作説明図である。
【図１３】図１１の関数回路の詳細図である。
【図１４】図１３の動作説明図である。
【図１５】本発明の実施例を示す図である。
【図１６】図１５の実施例中、ガンマ補正回路の詳細例を示す図である。
【図１７】図１６の動作説明図である。
【図１８】ガンマ制御の動作を示すフローチャートである。
【図１９】ガンマ補正回路の第２の詳細例を示す図である。
【図２０】本発明の他の実施例を示す図である。
【図２１】図２０の動作説明図である。
【符号の説明】
５，１３，３４ ガンマ回路
３９ マイクロコンピュータ
４２，４７，２０３，２０７ 減算器
４３，５２，２０４，２０６，２０８，１１，２１３ デコーダ
４４，５０，２０９ 乗算器
５１，２０５，２１０ 係数器
５３，２１２ 加算器
５７，２０２ コンパレータ
Claims (5)
- 撮像素子の出力信号をアンプする利得可変可能なアンプと、
前記アンプの出力をアナログディジタル変換したディジタル撮像信号に第１の値を加算する第１の加算器と、
前記第１の加算器の出力をガンマ補正するガンマ補正回路と、
前記ガンマ補正回路の出力に第２の値を加算する第２の加算器と、
前記第２の加算器の出力に第３の値を乗算する乗算器と、
前記アンプの利得、前記第１の値、前記第２の値、前記第３の値を制御する制御信号Ｓを発生するスイッチとを有し、
前記制御信号Ｓの値に応じて、前記アンプの利得、前記第１、第２および第３の値を可変し、ガンマ補正の特性を可変することを特徴とする撮像装置。 - 前記スイッチは操作者によって選択された位置に応じて前記制御信号Ｓを発生することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
- 前記スイッチはボリウム又はアップダウンスイッチとアップダウンカウンタで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
- 前記アンプの利得、前記第１、第２および第３の値に応じて、前記ガンマ補正回路の入出力特性のなかで補正に用いられる区間を変化させることにより、前記ガンマ補正の特性を可変することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
- 前記乗算器の出力値として所定レベルより低い出力が外部に対して出ることを防止するリミッタをさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
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