JP3897445B2 - 撮像装置および画像信号処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガンマ(γ)補正回路及び輪郭補正回路を備える撮像装置および画像信号処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、撮像装置における信号処理回路は、図9に示すような構成となっていた。以下図9に基ずいて従来例を説明する。
【0003】
被写体からの入射光は、結像光学系901により撮像素子であるCCD(Charge Coupled Device )902上に結像され、CCD902にて電気信号に変換される。CCD902上には、カラー撮像のための色フィルタアレイが貼り付けてある。
【0004】
変換された電気信号は、不図示のタイミング発生器から与えられる読み出しパルスに同期してCCD902の出力端子から出力され、雑音低減回路903及び増幅器904により処理された後、AD変換器905にてディジタル信号に変換される。ディジタルに変換されたCCD信号は遅延回路906、907に供給され、水平走査期間及びその二倍の時間の遅延信号がそれぞれ出力される。
【0005】
遅延回路906、907により同時化された3走査線分の信号0H、1H、2Hは色分離回路908及び輪郭補正信号生成回路909に供給され、原色信号及び輪郭補正信号が生成される。また一方で、3走査線分の信号0H、1H、2Hは色分離回路908にて、原色信号R、G、Bに分離され、ローパスフィルタ(LPF)911、912、913により帯域を制限された後、ホワイトバランス回路914において、被写体の色温度に応じてRGBのバランスが調整される。
【0006】
輪郭補正信号生成回路909より得られる輪郭補正信号は、利得調整回路910により必要とされる輪郭補正量に応じてレベル調整された後、加算器(+)915、916、917においてR、G、B各原色信号に加算され、γ補正回路918、919、920にてγ補正が施される。γ補正回路918、919、920は、CRTにおける電圧・発光特性を補償することが目的であり、図4に示すような、入力信号レベルが小なる場合(輝度が低い場合)の利得が高く、輝度が高くなるに従い利得が低下するような入出力特性を備える。斯かるγ特性の下にγ補正されたR、G、B各原色信号はマトリックス回路921に供給され、マトリックス演算により輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yに変換される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、上述の従来例では、以下に述べるような欠点があった。
【0008】
従来の信号処理回路において、図4に示すようなγ特性の下にγ補正が施される場合、入力信号レベルが小なるときは高い利得をもって出力信号が得られることになり、従って、入力信号のS/N比が低いものである場合には、γ補正の結果、信号レベルの小なる部分、即ち画像の低輝度部分において雑音成分が著しく増幅されるという問題がある。
【0009】
一方で、低輝度部分の利得が低くなるようにγ特性を変更すると、雑音成分の増大は抑制されるものの、CRTに表示した場合に、黒つぶれなどが生じて、諧調再現性の劣化を招くことになる。
【0010】
叙上の点に鑑み本発明は、γ補正を施すにあたり、入力信号のS/N比が低いものである場合にも、低輝度部分における雑音成分の不所望なレベル増大を効果的に抑制し、且つ諧調再現性に優れた撮像装置および画像信号処理方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、撮像装置を次の(1)のとおりに構成し、画像信号処理方法を次の(2)のとおりに構成する。
(1)結像光学系を介して結像した被写体像を画像信号に変換する撮像装置において、
輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成手段と、
前記輪郭補正信号生成手段から得られる輪郭補正信号を可変比でもって二系統に分配する分配手段と、
前記分配手段の分配比を設定する分配比設定手段と、
画像出力装置の出力特性を補償するためのガンマ補正手段と、
前記ガンマ補正手段の入力信号と前記分配手段より得られる第1の輪郭補正信号とを加算する第1の加算手段と、
前記ガンマ補正手段によりガンマ補正された後の信号と前記分配手段より得られる第2の輪郭補正信号とを加算する第2の加算手段とを含んで構成され、
前記分配比設定手段は、前記被写体像の画像信号の雑音成分が増加するに従い第1の輪郭補正信号の分配比を増加させるとともに前記第2輪郭補正信号の分配比を減少させ、前記被写体像の画像信号の雑音成分が減少するに従い第1の輪郭補正信号の分配比を減少させるとともに前記第2輪郭補正信号の分配比を増加させるよう設定する撮像装置。
(2)結像光学系を介して結像した被写体像から変換された画像信号を処理する画像信号処理方法であって、
輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成工程と、
前記輪郭補正信号生成工程により得られる輪郭補正信号を可変比でもって二系統に分配する分配工程と、
前記分配工程の分配比を設定する分配比設定工程と、
画像出力装置の出力特性を補償するためのガンマ補正工程と、
前記ガンマ補正工程の入力信号と前記分配工程より得られる第1の輪郭補正信号とを加算する第1の加算工程と、
前記ガンマ補正工程によりガンマ補正された後の信号と前記分配工程より得られる第2の輪郭補正信号とを加算する第2の加算工程とで構成され、
前記分配比設定工程は、前記被写体像の画像信号の雑音成分が増加するに従い第1の輪郭補正信号の分配比を増加させるとともに前記第2輪郭補正信号の分配比を減少させ、前記被写体像の画像信号の雑音成分が減少するに従い第1の輪郭補正信号の分配比を減少させるとともに前記第2輪郭補正信号の分配比を増加させるよう設定する画像信号処理方法。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【0022】
(第1の実施例)
図1は、撮像装置の例としてのビデオカメラにおける本発明に係る第1の実施例の要部構成を示すブロック図である。
【0023】
同図において、1は被写体像を撮像素子上に結像させる結像光学系、2は受光面上に入射する光学像を電気信号に変換する撮像素子としてのCCD、3はCCD2の出力信号の雑音を低減する雑音低減回路、4はCCD2の信号を適正なレベルに増幅する増幅器、5はCCD2の信号をディジタル信号に変換するA/D変換器、6及び7はA/D変換されたCCD信号を1水平走査期間遅延させる遅延回路、8は遅延回路6、7で同時化された3走査線分の信号から、RGB原色信号を生成する色分離回路、9は遅延回路で同時化された3走査線分の信号から、輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成回路、10は輪郭補正信号の利得を調整する利得調整回路、11、12、13は原色信号の帯域を制限するローパスフィルタ(LPF)、14はホワイトバランスを調整するホワイトバランス回路、15は輪郭補正信号の内、γ補正前の原色信号に加算される量を制御するための利得調整回路、16、17、18は各原色信号に輪郭補正信号を加算する加算器、19はγ補正後の輝度信号に加算される輪郭補正信号を生成するための減算器、20、21、22はγ補正回路、23はγ補正された原色信号を、輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yに変換するマトリックス回路、24は輝度信号に輪郭補正信号を加算するための加算器である。
【0024】
次に、上記構成における本発明に係る実施例の動作について説明する。
【0025】
被写体からの入射光は、結像光学系1により撮像素子であるCCD2上に結像され、CCD2にて電気信号に変換される。CCD2上にはカラー撮像のための色フィルタアレイが貼り付けてある。
【0026】
変換された電気信号は、タイミング発生器(不図示)から与えられる読み出しパルスに同期してCCD2の出力端子から出力され、雑音低減回路3及び増幅器4により処理された後、A/D変換器5にてディジタル信号に変換される。ディジタルに変換されたCCD信号は遅延回路6、7に供給され、水平走査期間及びその2倍の時間の遅延信号が夫々出力される。
【0027】
遅延回路6、7により同時化された3走査線分の信号0H、1H、2Hは色分離回路8及び輪郭補正信号生成回路9に供給され、原色信号及び輪郭補正信号が生成される。
【0028】
図2は、本実施形態における輪郭補正信号生成回路9の構成を示すブロック図である。同図に示すように、輪郭補正信号生成回路9は、垂直バンドパスフィルタ201、水平バンドパスフィルタ202、加算器203、ベースクリップ回路204で構成される。即ち、輪郭補正信号は画像信号の水平方向及び垂直方向の高域成分から形成されるものである。
【0029】
図1に示す遅延回路6、7及びA/D変換器5より供給される0H、1H、2Hの各信号は垂直バンドパスフィルタ201に入力され、垂直方向の輪郭補正信号APCvが抽出される。同様に1H信号が水平バンドパスフィルタ202に入力され、水平方向の輪郭補正信号APChが抽出される。
【0030】
その後、水平、垂直各方向の輪郭補正信号は加算器203により加算された後、ベースクリップ回路204において、雑音抑圧のための非線型処理を受け輪郭補正信号APCとして出力される。ベースクリップ回路204の入出力特性は、図3に示されるようなものであり、輪郭補正信号の内、振幅の小さい成分は雑音と見做してスライスするものである。
【0031】
また一方で、3走査線分の信号0H、1H、2Hは色分離回路8にて、タイミング発生器(不図示)からのタイミング信号に応じて原色信号R、G、Bに分離され、ローパスフィルタ(LPF)11、12、13により帯域を制限された後、ホワイトバランス回路14において、被写体の色温度に応じてRGBのバランスが調整される。
【0032】
輪郭補正信号生成回路9より得られる輪郭補正信号APCは、利得調整回路10により必要とされる輪郭補正量に応じてレベル調整された後、利得調整回路15にて係数k(≦1)を乗ぜられ、ガンマ補正前の原色信号に付加されるべき輪郭補正信号APCaが取り出される。
【0033】
次に、利得調整回路15より供給される輪郭補正信号は、加算器16、17、18においてR、G、B各原色信号に加算された後、γ補正回路20、21、22に供給され、γ補正を施される。γ補正回路20、21、22は、CRTにおける電圧・発光特性を補償することが目的であり、図4に示すような、入力信号レベルが小なる場合(輝度が低い場合)の利得が高く、輝度が高くなるに従い利得が低下するような入出力特性を備える。斯かるγ特性の下にγ補正されたR、G、B各原色信号はマトリックス回路23に供給され、マトリックス演算により輝度信号Yと色差信号R−Y、B−Yに変換される。
【0034】
一方、減算器19において利得調整回路15から供給されるAPCaとの差分を取ることで(1−k)倍された輪郭補正信号APCbは、加算器24に供給され、この加算器24において輝度信号に加算される。
【0035】
輪郭補正信号APCaは、加算器16、17、18においてR、G、B各原色信号に加算された後、γ補正回路20、21、22においてγ補正されることにより、低輝度部分の輪郭が、より強調されることになる。即ち、主として映像信号の高域、つまり輪郭補正信号中に混在するものとなる雑音成分のレベルが低輝度部分において、より増大せしめられることとなる。
【0036】
一方、輪郭補正信号APCbは加算器24において、γ補正された後の輝度信号に加算される。即ち、輪郭補正信号に混入される雑音成分については、γ補正の結果生ずる不所望なレベル増大を伴わないものとされる。然しながら、輝度信号のレベルに関わらず同じ量だけ付加された輪郭信号は、CRT上に表示された状態では、CRTの電圧・発光特性により低輝度部分の振幅が低下し、画像の白浮き感などの悪影響を及ぼす。
【0037】
そこで、利得調整回路15における係数kを、入力画像のS/N比の状態や、CRTに表示した状態での画質に応じて最適な値を選ぶことにより、雑音成分の不所望なレベル増大を抑制しつつ、適正な輪郭補正が施された画像出力を得ることが可能となる。
【0038】
(第2の実施例)
図5は、γ補正前後への輪郭補正信号の分配比を、被写体の明るさに応じて動的に制御する実施形態について示したブロック図である。
【0039】
同図において、マトリックス回路523から導出される輝度信号は、輪郭補正信号加算のために加算器524に供給されると共に、平均輝度検出回路525に供給される。平均輝度検出回路525では、画面全体の輝度信号の平均値をとり、この平均値をマイクロコンピュータ526に供給する。マイクロコンピュータ526では、得られた平均輝度値から被写体の明るさを検出して、明るさに応じて増幅器504の利得を制御する。
【0040】
その一方で、マイクロコンピュータ526は利得調整回路515の乗算係数kを増幅器504に与える利得に応じて制御する。図6は、増幅器504の利得と利得調整回路515の係数kとの関係を示した図である。
【0041】
増幅器の利得制御により露出を制御する場合、得られる画像のS/N比は、ほぼ増幅器の利得に正比例する。つまり、被写体が暗くなるに従い、画像に混入する雑音成分はそれに比例して増大する。それに対して、被写体の状況に応じて、図6に示すように動的に係数kを制御することにより、被写体が十分に明るく雑音成分が少ないと推測される状況においては、係数kの値を、画質を優先した設定k1とし、被写体が暗く雑音成分が多い場合には、雑音成分の増大を抑制するような設定k2とすることが可能になる。即ち、画像信号のS/N比の状態に応じて、最適な輪郭補正を施すことが可能になる。
【0042】
(第3の実施例)
図7は、γ補正後の輝度信号のレベルが大なる場合に、輪郭補正信号の加算を行わない例の構成について示すブロック図である。全体の構成は図1に示す通りであり、この図7は図1における加算器24の構成を示したブロック図である。
【0043】
マトリックス回路から供給される輝度信号Y0 は比較器702において、予めレジスタ701に記憶されている値Thとの比較がとられ、その結果によりセレクタ703が制御される。セレクタ703にはA入力側に輪郭補正信号APCbが、B入力側に定数“0”が与えられており、比較器702においてY0 ≦Thなる場合にはAが、Y0 >Thなる場合にはBが、出力端子に導出されるものとする。セレクタ703の出力端子は加算器704に接続されており、セレクタ703により選択された信号が輝度信号Y0 に加算されて輝度信号Yとして出力される。
【0044】
通常、輝度信号はγ補正回路においてγ補正と共にニー圧縮が施される。ニー圧縮は、自然界の広大なダイナミックレンジを、限られた画像信号のダイナミックレンジ内に納めるために、図8に示されるような入出力特性により、画像信号の高輝度部分(ニー領域)の利得を下げてレベルを圧縮するものである。斯かる特性により補正を受けた輝度信号に対して輪郭補正信号を加算する場合に、輝度信号のレベルがThを超える領域、即ち、ニー圧縮された高輝度部分に対しては、輪郭補正量を“0”とすることにより、輪郭過補正されることなく自然な画像が得られる。
【0046】
【発明の効果】
本発明によれば、被写体の明るさに応じて動的に輪郭補正信号の分配比を制御することにより、画像信号のS/N比の状態に応じて、最適な輪郭補正を施すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る撮像装置の例としてのビデオカメラにおける第1の実施例の構成を示すブロック図
【図2】 輪郭補正信号生成回路の動作説明図
【図3】 ベースクリップ回路の入出力特性曲線図
【図4】 ガンマ補正回路の入出力特性曲線図
【図5】 本発明に係る撮像装置の例としてのビデオカメラにおける第2の実施例の構成を示すブロック図
【図6】 被写体の明るさに対する利得調整回路の係数制御を説明する図
【図7】 本発明に係る第3の実施例の構成を示すブロック図
【図8】 ニー圧縮についての説明図
【図9】 従来のビデオカメラにおける輪郭補正及びガンマ補正の構成を示すブロック図
【符号の説明】
1 結像光学系
2 CCD
3 雑音低減回路
4 増幅器
5 A/D変換器
6、7 遅延回路
8 色分離回路
9 輪郭補正信号生成回路
10 利得調整回路
11、12、13 ローパスフィルタ(LPF)
14 ホワイトバランス回路
15 利得調整回路
16、17、18 加算器
19 減算器
20、21、22 γ補正回路
23 マトリックス回路
24 加算器
Claims (10)
- 結像光学系を介して結像した被写体像を画像信号に変換する撮像装置において、
輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成手段と、
前記輪郭補正信号生成手段から得られる輪郭補正信号を可変比でもって二系統に分配する分配手段と、
前記分配手段の分配比を設定する分配比設定手段と、
画像出力装置の出力特性を補償するためのガンマ補正手段と、
前記ガンマ補正手段の入力信号と前記分配手段より得られる第1の輪郭補正信号とを加算する第1の加算手段と、
前記ガンマ補正手段によりガンマ補正された後の信号と前記分配手段より得られる第2の輪郭補正信号とを加算する第2の加算手段とを含んで構成され、
前記分配比設定手段は、前記被写体像の画像信号の雑音成分が増加するに従い第1の輪郭補正信号の分配比を増加させるとともに前記第2輪郭補正信号の分配比を減少させ、前記被写体像の画像信号の雑音成分が減少するに従い第1の輪郭補正信号の分配比を減少させるとともに前記第2輪郭補正信号の分配比を増加させるよう設定することを特徴とする撮像装置。 - 前記輪郭補正信号生成手段は、画像の高域成分を基に輪郭補正信号を生成することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記第1の加算手段は、R(赤),G(緑),B(青)の三つの原色信号の各々に対して輪郭補正信号を加算し、前記ガンマ補正手段は前記原色信号各々にガンマ補正を施すことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記第2の加算手段は、ガンマ補正されたRGB原色信号からマトリックス変換により得られた輝度信号に対して輪郭補正信号を加算することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記画像出力装置はCRTであり、前記ガンマ補正手段は前記CRTの電圧・発光特性を補償するためのものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の撮像装置。
- 結像光学系を介して結像した被写体像から変換された画像信号を処理する画像信号処理方法であって、
輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成工程と、
前記輪郭補正信号生成工程により得られる輪郭補正信号を可変比でもって二系統に分配する分配工程と、
前記分配工程の分配比を設定する分配比設定工程と、
画像出力装置の出力特性を補償するためのガンマ補正工程と、
前記ガンマ補正工程の入力信号と前記分配工程より得られる第1の輪郭補正信号とを加算する第1の加算工程と、
前記ガンマ補正工程によりガンマ補正された後の信号と前記分配工程より得られる第2の輪郭補正信号とを加算する第2の加算工程とで構成され、
前記分配比設定工程は、前記被写体像の画像信号の雑音成分が増加するに従い第1の輪郭補正信号の分配比を増加させるとともに前記第2輪郭補正信号の分配比を減少させ、前記被写体像の画像信号の雑音成分が減少するに従い第1の輪郭補正信号の分配比を減少させるとともに前記第2輪郭補正信号の分配比を増加させるよう設定することを特徴とする画像信号処理方法。 - 前記輪郭補正信号生成工程は、画像の高域成分を基に輪郭補正信号を生成することを特徴とする請求項6記載の画像信号処理方法。
- 前記第1の加算工程は、R(赤),G(緑),B(青)の三つの原色信号の各々に対して輪郭補正信号を加算し、前記ガンマ補正工程は前記原色信号各々にガンマ補正を施すことを特徴とする請求項6記載の画像信号処理方法。
- 前記第2の加算工程は、ガンマ補正されたRGB原色信号からマトリ ックス変換により得られた輝度信号に対して輪郭補正信号を加算することを特徴とする請求項6記載の画像信号処理方法。
- 前記画像出力装置はCRTであり、前記ガンマ補正工程は前記CRTの電圧・発光特性を補償するためのものであることを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の画像信号処理方法。
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