JP3689469B2 - 画像処理装置及び画像処理システム - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置及び画像処理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、CCDなどの固体撮像素子を使用して画像を取り込んで出力し、モニタに表示したり、ディジタル化してメモリに格納する画像入力装置が知られている。図13は従来の画像入力装置の構成を示すブロック図である。図において、201はレンズ、202は絞り部、203は補色モザイクの光学ローパスフィルタ、204はCCD、205はゲインアンプ、206はA/D変換回路である。
【0003】
207はメモリ1、208はメモリ2、209は演算処理回路、210はセレクタ、211はルックアップテーブル(LUT)、212はD/A変換回路、213はメモリコントローラ、214はCPU、215はタイミングジェネレータである。
【0004】
上記構成を有する画像入力装置では、レンズ201を通して入力された画像信号は絞り部202、光学ローパスフィルタ203を透過してCCD204に送られる。CCD204に蓄積された電荷は、タイミングジェネレータ215からの制御信号により駆動され光像電気信号として読み出され、ゲインアンプ205で増幅されて出力される。
【0005】
ゲインアンプ205はタイミングジェネレータ215からの信号によってレベルコントロールされ、タイミングジェネレータ215はCPU214によって制御される。
【0006】
ゲインアンプ205からの出力信号は、A/D変換回路206でディジタル変換され、シアン(Cy)、マゼンダ(Mg)、イエロー(Ye)、グリーン(G)のデータとしてメモリA207に蓄積される。一方、メモリB208には暗信号データが蓄積される。これはシステムリセット時に絞り部202を閉じた遮光状態で蓄えられるCCD204からの信号データである。メモリA207とメモリB208はそれぞれメモリコントローラ213によって制御される。
【0007】
演算処理回路209では、読み出されるメモリA207の補色画像データからメモリB208の暗信号データが減算される。その結果は、数式(1)に示す3×3の計数Aによるマトリックス演算によってシアン、マゼンダ、イエローより輝度信号(Y)と色差信号(Cr,Cb)に変換される。
【0008】
【数1】
Figure 0003689469
輝度信号および色差信号に変換されたデータはセレクタ210に送られる。セレクタ210はCPU214によって制御される。これは後段のルックアップテーブル211が有するいくつかのテーブルデータのうちどれを選択するかを決めるセレクタである。
【0009】
図14はルックアップテーブル211が有するγ変換のテーブルデータを示すグラフである。このデータテーブル上にいくつかのγカーブを有することにより、任意の出力を得ることができる。このテーブルデータはγ変換以外のものでよい。
【0010】
ルックアップテーブル211の出力は、D/A変換回路212に送られ、ディジタルデータからアナログデータに戻されて外部にビデオ信号として出力される。出力されたビデオ信号は、そのままモニタに表示するか、もしくは所定の処理がなされて任意の場所に蓄積されたりする。
【0011】
後者の場合、アナログ信号のまま処理されるか、またはディジタル信号で処理されるかであるが、ここではディジタル画像処理が行われるとして画像処理装置の簡単な例を示す。
【0012】
図15は画像処理装置の構成を示すブロック図である。画像処理装置と前述の画像入力装置とはビデオ信号ラインおよび制御ラインで接続されている。図において、画像入力装置からの入力信号は、A/D変換回路101でディジタル変換され、ディジタル信号処理回路103またはスイッチ107に送られる。スイッチ107によって入力画像をスルーでメモリ110に格納する場合、メモリコントローラ106によって制御されるメモリ110に入力画像が書き込まれる。同様に、メモリコントローラ106によって読み出しが制御される。
【0013】
一方、ディジタル信号処理回路103は、輝度および色差信号をR、G、B信号に変換する回路またはディジタル演算処理が施される回路である。スイッチ107によってディジタル信号処理回路103側の出力が選択される場合、処理後のデータはメモリ110に書き込まれる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の画像処理装置では、画像入力装置と共にディジタル信号で処理を行っているものの、双方を繋ぐ入出力部はアナログ信号で送受信されている。したがって、画像データを送信するためのディジタルアナログ(D/A)変換、アナログディジタル(A/D)変換の際に画像データが劣化してしまうという問題があった。
【0015】
この問題を解消するために、新たにディジタルデータのやり取りが可能な入出力部を設けることは装置の部品点数を増やしてコストを上げるばかりだけでなく、その処理を増加させることになり好ましくない。
【0016】
また、制御ラインにより画像データを転送することも考えられるが、このデータ伝送速度は高速でも1〜2Mbpsであるので、画像データの伝送には適していない。
【0017】
そこで、本発明は、画像データの品位を損なうことなく高速で転送できる画像処理装置及び画像処理システムを提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る画像処理装置は、例えば、画像入力装置から出力されたアナログ信号を入力する画像処理装置であって、前記画像入力装置は、入力データを所定のビット数を有する分割データに分割する分割手段と、変換テーブルを用いて前記分割データを前記分割データに対応する変換データに変換する変換手段と、前記変換データをアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、前記アナログ信号を出力する出力手段とを有し、前記画像処理装置は、前記出力手段から出力されたアナログ信号を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、前記ディジタル信号を前記分割データに逆変換する逆変換手段とを有し、前記画像処理装置は、前記変換テーブルの内容を変更するか否かを判定し、前記変換テーブルの内容を変更する場合は前記前記変換テーブルの内容を変更するのに必要な値を前記画像入力装置に送信することを特徴とする
請求項2に係る画像処理装置は、例えば、画像入力装置から出力されたアナログ信号を入力する画像処理装置であって、前記画像入力装置は、入力データを所定のビット数を有する分割データに分割する分割手段と、変換テーブルを用いて前記分割データを前記分割データに対応する変換データに変換する変換手段と、前記変換データをアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、前記アナログ信号を出力する出力手段とを有し、前記画像処理装置は、前記出力手段から出力されたアナログ信号を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、前記ディジタル信号を前記分割データに逆変換する逆変換手段とを有し、前記画像処理装置は、前記所定のビット数を変更するか否かを判定し、前記所定のビット数を変更する場合は前記所定のビット数を変更することを前記画像入力装置に要求することを特徴とする。
請求項3に係る画像処理システムは、例えば、請求項1又は2に記載の画像入力装置と、請求項1又は2に記載の画像処理装置とを有することを特徴とする。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明の画像処理装置の実施の形態について説明する。本実施の形態における画像処理装置は後述する画像入力装置と共に画像処理システムを構成する。画像入力装置および画像処理装置はビデオ信号ラインおよび制御ラインで接続されている。このような画像処理システムは、画像入力装置をカメラヘッドとし、画像処理装置をカメラ本体とするカメラヘッド分離型カメラなどに適用される。
【0026】
[第1の実施の形態]
図1は画像処理装置の構成を示すブロック図である。図において、101はA/D変換回路、102はルックアップテーブル(LUT)、103はディジタル信号処理回路、104はメモリ、105はCPU、106はメモリコントローラ、107はスイッチである。
【0027】
図2は画像入力装置の構成を示すブロック図である。図において、201はレンズ、202は絞り部、203は補色モザイクの光学ローパスフィルタ、204はCCD、205はゲインアンプ、206はA/D変換回路である。
【0028】
207はメモリA、208はメモリB、209は演算処理回路、210はセレクタ、211はルックアップテーブル(LUT)、212はD/A変換回路、213はメモリコントローラ、214はCPU、215はタイミングジェネレータ、216は校正データ発生部である。
【0029】
つぎに、画像処理装置のルックアップテーブル102について詳述する。図3はルックアップテーブル102が書き込まれたスタティックRAMを示すブロック図である。ルックアップテーブル102は、CPU105からのテーブルデータ転送により出力データの構成を決める。スタティックRAMのルックアップテーブル102へのデータの書き込みで必要なテーブル変換を行なうのである。
【0030】
10ビット入力のうち上位2ビットを使用するCPU105からのテーブル切換により、ルックアップテーブル102は4つのテーブルを切り換え8ビットの入力データを変換する。本実施の形態では、入力データの8ビットをビット分割して2ビットずつ4回転送することにより受け手にデータを送信する。図4は2ビットずつそれぞれa、b、c、dのグループに分割する場合を示す説明図である。
【0031】
2ビットずつのデータは、それぞれ00、01、10、11の4つの値をとることになるので、ビデオ信号ラインを通じてディジタル信号処理回路103で再現できればよいわけである。分解能8ビットのA/D変換回路101にビデオ信号が入力する場合、0から255の値の範囲で上記4つの値のどの値をとるかを決めればよい。00、01、10、11の値を0から255のうちの4段階のレベル、0、85、170、255に分けたそれぞれの値に割り振って示す。
【0032】
図4のグループaについて、まず8ビットの上位2ビットが00の値をとる範囲、2進数で00000000〜00111111である、即ち、10進数で0〜63の範囲を0と割り振る。次にとる値を最初の4つに255を分割した値である85とする。これは上位2ビットの01のときの8ビットデータがとる値の範囲、2進数で01000000〜01111111、即ち、64〜127のデータに割り振る。
【0033】
次の2ビット10のときの値をとる範囲、2進数で10000000〜10111111、即ち、128〜191は次の値170を割り振る。同様に最後の2ビットが11となる範囲、2進数で11000000〜11111111、即ち、192〜255の範囲は255を割り振る。このようにテーブルデータを割り振ったグラフを図5の(A)に示す。図5は変換テーブルを表すグラフである。
【0034】
次の2ビット、つまり図4におけるグループbで、まず下位の6ビットのみのとる値に関して、2ビットが00の値をとる範囲は、2進数で000000〜001111、すなわち0〜15であり、これを0と割り振る。次の2ビット01の範囲である2進数で示す010000〜011111、すなわち16〜31のとる値を85に割り振り、その次の2ビット10の範囲、2進数で100000〜101111、すなわち32〜47を170、最後の2ビット11の範囲、2進数で110000〜111111、すなわち48〜63の範囲を255の値と割り振る。これに上位2ビットを含めてテーブルにすると、図5の(B)のグラフに示す変換テーブルとなる。同様に下位4ビットについても変換テーブルを作成する。
【0035】
上記ルックアップテーブル102を有する画像処理装置では、入力したビデオ信号は、A/D変換回路101でアナログ信号からディジタル信号に戻される。ディジタル化された入力信号は次のルックアップテーブル102に入力し、出力側で決定された4つ値のレベルのうちどれであるかによってそれぞれのデータはテーブルデータで変換され、その注目されている2ビットが00、01、10、11の値に変換されたデータとなる。
【0036】
例えば、上位2ビットデータ送信の場合、まず8ビットデータのうち上位2ビットが送られてくることが双方の間の通信ラインを通じて確認され、送られてきた信号をA/D変換回路101でディジタル値に変換してからその値0、85、170、255によって上位が00、01、10、11であり、下位の6ビットは0であるテーブルデータに設定される。
【0037】
一方、テーブル変換されたデータが記憶されるメモリ104はマルチポートのDRAM4枚で構成されている。図7はメモリ104の構成を示す説明図である。4枚のDRAMで構成されるメモリA、B、C、Dはイネーブル信号CS0、CS1、CS2、CS3によって順に選択され、ルックアップテーブル102側に切り換えられたスイッチ107を介して8ビットのうち2ビットずつそれぞれのメモリA、B、C、Dに書き込まれる。
【0038】
最初の上位2ビットのデータの書き込みについて説明する。図6は上位2ビットのデータの書き込みを示す説明図である。データは図中矢印に示されるようにI/Oポートを通じて入力される。このとき、I/Oポートはあらかじめメモリコントロールからライトマスクモードとしての設定が行われ、入力のビットのうちの必要ビット以外にマスクがなされる。上位2ビット以外にマスクがなされ、書き込み対象のメモリAのイネーブル信号CS0の入力とライト信号WEとによってDRAMにデータが書き込まれる。
【0039】
このように、A、B、C、Dの4枚から構成されるメモリ104にイネーブル信号CS0からCS3の切換によって上位から順に2ビットずつのビットプレーンとして8ビットのデータが縦に4枚のメモリに書き込まれていく。
【0040】
メモリA、B、C、Dからの読み出しでは、上位から順にメモリを2ビットずつ取り出し、8ビットデータとして読み出すことによりデータを再構成する。
【0041】
このように、本実施の形態における画像処理装置では、8ビットデータを2ビットずつに分割してデータ転送する場合を示したが、分割するビット数を減らして1ビットずつのデータ転送に適用してもよいことはいうまでもない。また、8ビットデータに限らず任意のビット数のデータ転送に関しても同様に適用できることはいうまでもない。
【0042】
つぎに、画像入力装置側の動作について説明する。画像入力装置側からビデオ信号ラインを通じてビデオ信号のデータ転送を行う場合、まず、画像処理装置側から校正データ転送の指示が送られる。その指示を受けた画像入力装置側のCPU214は校正データを発生する校正データ発生部216に指示することにより、校正データの発生が開始される。
【0043】
校正データは前述した画像処理装置側と同様に2ビットずつのデータにテーブル変換される。さらに、D/A変換回路212でD/A変換された後、ビデオ信号ラインを経由してA/D変換回路101により再びディジタル信号に戻されてメモリ104に格納される。
【0044】
このとき、D/A変換回路212におけるアナログ信号への変換および伝送路の状態によるビデオ信号の劣化などにより送信前のデータとD/A変換後の受信データとの値に差異が生じる場合がある。図8は送信されたデータのD/A変換後の値の分布を表すグラフである。図示するように、実際に送られたデータを中心にある程度の広がりを有しており、データはばらつきを持って受信側に送られる。このデータは2ビットの元の読み出しデータに変換され、メモリに格納されなければならないので、受信側のルックアップテーブル102はある程度の誤差を許容した広がりを持った入力データに対して元の2ビットデータに変換されるように考慮されていなければならない。
【0045】
しかし、この誤差範囲を吸収できるようなルックアップテーブル102が構成されていても、図9に示すようにデータの分布が期待値に対してずれた受信状態であったり、また誤差の広がりが大きかったりして0、85、170、255の4つの値にD/A変換後はっきりと分割できない場合(図9の斜線部分)が発生することがある。図9は偏りのあるデータの分布を示すグラフである。
【0046】
このような場合が起こることを検知するために、受信した校正データはA/D変換回路101でディジタル信号に戻され、ルックアップテーブル102においてテーブル変換されず、そのままディジタル信号処理回路103に送られる。ここで、いくつかの受信された同データの性質を知る。そのために、まず0、85、170、255の送信データの平均値mを算出することによりどのような送受信状態であるかを知ることとする。
【0047】
この平均値mはそれぞれ0、85、170、255もしくはこれに近いものであるはずであるから、この比較により転送データの正確さを調べることができる。また、どの程度のデータのばらつきがあるかその度合を調べるために分散をディジタル信号処理回路103で計算する。
【0048】
平均値、分散によるデータの転送の品位を測定し、図9のような場合、すなわちデータの分布に偏りがある場合、データ送信側のルックアップテーブルの値を変化させることによってA/D変換後に元のデータが正確に復元できるような正確なデータ転送を行うようにする。即ち、上記校正データの平均値、分散の計算結果から図9に示すようにテーブル変換した85の値が0の値と分離できない値をとることが判明した場合、CPU105は制御ラインを通じてテーブルデータの変更値を送信する。
【0049】
画像入力装置側では、このテーブルデータ変更値をCPU214で受け、ルックアップテーブル211の2ビットデータ01の変換データ85を図10に示すようにテーブルデータ変更値とする。ここでは、斜線の上方向にずらした値に変更される。図10はルックアップテーブル211の変換データを示すグラフである。これにより、画像処理装置側へ送信されたデータが再びディジタル信号へと変換された時点でデータのばらつきの分布が図8に示されるような4つの値に分離され、元の2ビットの信号に再度テーブル変換可能なデータとして送信されることとなる。
【0050】
ところが、上記テーブルデータの変更により校正データを正確に送信できない場合、画像処理装置側のCPU105は、制御ラインを使用してテーブルデータ変更値を画像入力装置側に再度送信する。しかし、画像処理装置側のCPU105が数回、このテーブルデータの変更を繰り返しても正確なデータ転送が行われない場合、CPU105は転送する分割ビット数を変更する要求を画像入力装置側に制御ラインを通じて送信する。
【0051】
画像入力装置は、この場合2ビットに分割して送信されていたデータを1ビットずつの送信に切り換えるように校正データ発生部216に指示し、校正データ発生部216は、これを受けて1ビットずつのデータ転送を開始する。1ビットずつのデータは、D/A変換回路212でアナログ信号に変換され、ビデオ信号ラインから送信される。受信側の画像処理装置側では、2ビット送信のときと同様に1ビット単位で処理が行われることになる。
【0052】
このように、本実施の形態の画像処理装置によれば、データを分割してビデオ信号ラインを通じて送信することによりデータの品位を損なうことなく転送できる。しかも、制御ラインを使用した転送レートに較べて高速にデータを送ることができる。さらに、データの転送品位を測定して校正することにより、より正確なデータ転送を行うことができる。
【0053】
尚、本実施の形態では、データの受信が悪い場合についての例を挙げたが、この場合に限らず、状態によっては分割するビット単位の数を少なくすることによって転送レートを挙げることも可能である。
【0054】
[第2の実施の形態]
図11は第2の実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。前記第1の実施の形態と同様に、画像入力装置および画像処理装置はビデオ信号ラインおよび制御ラインで接続されている。画像入力装置は従来と同様の図13に示された構成を有する。本実施の形態における画像処理装置は、ルックアップテーブル102の代わりにシリアルパラレル変換回路141を用いて構成される。
【0055】
画像入力装置においてメモリA207から読み出された画像データは2ビットずつ分割されてルックアップテーブル211に送られる。この2ビットずつのデータは、それぞれ00、01、10、11の4つの値のどれかをとることから、この4つの値がそれぞれルックアップテーブル211においてビデオ信号ラインの送信に適した値に変更されればよい。本実施の形態では、00、01、10、11の2ビットデータを順に0、96、160、224として送信する。
【0056】
このように、テーブル変換されたデータはD/A変換回路212においてアナログ信号に変換され、ビデオ信号ラインを通じて図11に示す画像処理装置に送られる。送信されたデータはA/D変換回路101で再度ディジタル信号に変換されて8ビットのデータとなる。
【0057】
ディジタル値に変換されたデータは、次段のシリアルパラレル変換回路141に送られる。図12はシリアルパラレル変換回路の構成を示すブロック図である。まず、ビデオ信号ラインから送られてきた4つの値のレベル、すなわち0、96、160、224はディジタル値に変換された場合、8ビットデータとしてそれぞれ2進数で00000000、01100000、10100000、11100000と変換される。
【0058】
この8ビットのうち上位2ビットを取り出し、それぞれデータ転送時の2ビットの分割データに戻せばよいわけである。2ビットデータである上位2ビットD7、D6がA/D変換回路から取り出され、元の2ビットデータとして順に図12に示されるシフトレジスタにシリアルで入力され、データが2ビットずつ順に4回シフトレジスタに送られる。8ビット揃った時点で、データセット信号(DS)がメモリコントローラ106に送られ、メモリ110に書き込まれる。これを繰り返すことによりメモリ110に画像データが書き込まれていく。
【0059】
このように、本実施の形態の画像処理装置によれば、少ない部品の回路構成で前記第1の実施の形態と同様のデータ転送を行うことができる。
【0060】
尚、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同様にデータ8ビットを2ビットずつ分割してデータ転送したが、分割するビット数を減らして1ビットずつデータ転送してもよいことはいうまでもない。また、8ビットデータに限らず、任意ビット数のデータ転送に関しても同様に適用できることはいうまでもない。
【0061】
【発明の効果】
本発明の画像処理装置及び画像処理システムによれば画像データの品位を損なうことなく高速で転送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図2】画像入力装置の構成を示すブロック図である。
【図3】ルックアップテーブル102が書き込まれたスタティックRAMを示すブロック図である。
【図4】2ビットずつそれぞれa、b、c、dのグループに分割する場合を示す説明図である。
【図5】変換テーブルを表すグラフである。
【図6】上位2ビットのデータの書き込みを示す説明図である。
【図7】メモリ104の構成を示す説明図である。
【図8】送信されたデータのD/A変換後の値の分布を表すグラフである。
【図9】偏りのあるデータの分布を示すグラフである。
【図10】ルックアップテーブル211の変換データを示すグラフである。
【図11】第2の実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図12】シリアルパラレル変換回路の構成を示すブロック図である。
【図13】従来の画像入力装置の構成を示すブロック図である。
【図14】ルックアップテーブル211が有するγ変換のテーブルデータを示すグラフである。
【図15】画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
101 A/D変換回路
102、211 ルックアップテーブル
103 ディジタル信号処理回路
104 メモリ
105、214 CPU
107 スイッチ
141 シリアルパラレル変換回路
212 D/A変換回路
216 校正データ発生部

Claims (3)

  1. 画像入力装置から出力されたアナログ信号を入力する画像処理装置であって、
    前記画像入力装置は、
    入力データを所定のビット数を有する分割データに分割する分割手段と、
    変換テーブルを用いて前記分割データを前記分割データに対応する変換データに変換する変換手段と、
    前記変換データをアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、
    前記アナログ信号を出力する出力手段と
    を有し、
    前記画像処理装置は、
    前記出力手段から出力されたアナログ信号を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、
    前記ディジタル信号を前記分割データに逆変換する逆変換手段と
    を有し、
    前記画像処理装置は、前記変換テーブルの内容を変更するか否かを判定し、前記変換テーブルの内容を変更する場合は前記前記変換テーブルの内容を変更するのに必要な値を前記画像入力装置に送信することを特徴とする画像処理装置。
  2. 画像入力装置から出力されたアナログ信号を入力する画像処理装置であって、
    前記画像入力装置は、
    入力データを所定のビット数を有する分割データに分割する分割手段と、
    変換テーブルを用いて前記分割データを前記分割データに対応する変換データに変換する変換手段と、
    前記変換データをアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、
    前記アナログ信号を出力する出力手段と
    を有し、
    前記画像処理装置は、
    前記出力手段から出力されたアナログ信号を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、
    前記ディジタル信号を前記分割データに逆変換する逆変換手段
    を有し、
    前記画像処理装置は、前記所定のビット数を変更するか否かを判定し、前記所定のビット数を変更する場合は前記所定のビット数を変更することを前記画像入力装置に要求することを特徴とする画像処理装置。
  3. 請求項1又は2に記載の画像入力装置と、請求項1又は2に記載の画像処理装置とを有することを特徴とする画像処理システム。
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