JP3959769B2 - ビデオカメラ装置、映像信号処理装置および映像信号の階調変換方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビデオカメラ装置、映像信号処理装置および映像信号の階調変換方法に関する。詳しくは、入力映像信号の使われていない階調域を優先的に圧縮することによって、限られたダイナミックレンジを有効に使用しようとしたビデオカメラ装置等に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３７Ａは、カメラでの撮像から記録系、伝送系を経て受像機で視聴者に画像が届くまでの理想的なテレビジョンシステム３００Ａを示している。このテレビジョンシステム３００Ａは、カメラシステム、記録系、伝送系、受像系で構成されている。
【０００３】
カメラシステム３００Ａでは、撮像レンズ３０１を通して入射された光が色分解プリズム３０２によって赤、緑、青の色成分光に分解され、この赤、緑、青の色成分光がＣＣＤ固体撮像素子３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂに入射されて撮像面上にそれぞれ被写体に係る赤色画像、緑色画像、青色画像が結像されて撮像が行われる。撮像素子３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂよりそれぞれ出力される赤、緑、青の撮像信号に対してＣＤＳ（corelated double sampling）回路３０４で相関二重サンプリング処理が行われて赤、緑、青の色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが取り出される。
【０００４】
そして、ＣＤＳ回路３０４で取り出される色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、アンプ３０５で増幅され、さらにガンマ補正回路３０６でガンマ補正されて信号処理回路３０７に供給される。そして、信号処理回路３０７では、色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに対してマトリックス処理が行われて輝度信号Ｙ、赤色差信号ＣＲ、青色差信号ＣＢが形成され、さらに輝度信号Ｙに対して同期信号の付加処理等が行われる共に、色差信号ＣＲ，ＣＢに対して色変調処理が行われて搬送色信号Ｃが形成される。
【０００５】
また、記録系では、カメラシステムの信号処理回路３０７より出力される輝度信号Ｙおよび搬送色信号ＣがＶＴＲ（Video Tape Recorder）３０８によって記録再生される。
【０００６】
また、伝送系では、記録系のＶＴＲ３０８より再生される輝度信号Ｙおよび搬送色信号Ｃがエンコーダ３０９に供給されて映像信号ＳＶが形成され、この映像信号ＳＶが変調回路３１０で変調されてＲＦ信号とされ、このＲＦ信号は送信アンテナ３１１より送信される。そして、受信アンテナ３１２で受信されたＲＦ信号が復調回路３１３で復調されて映像信号ＳＶが得られる。
【０００７】
また、受像系では、伝送系の復調回路３１３で得られる映像信号ＳＶよりデコーダ３１４で輝度信号Ｙおよび搬送色信号Ｃが得られ、この輝度信号Ｙおよび搬送色信号Ｃは信号処理回路３１５に供給される。信号処理回路３１５では、搬送色信号Ｃに対して色復調処理が行われて色差信号ＣＲ，ＣＢが得られると共に、輝度信号Ｙ、色差信号ＣＲ，ＣＢに対してマトリックス処理が行われて色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが形成される。そして、信号処理回路３１５より出力される色信号Ｒ，Ｇ，ＢがＣＲＴ（cathode-ray tube）３１６に供給され、このＣＲＴ３１６にカメラシステムによる撮像画像が表示される。
【０００８】
図３７Ａに示す理想的なテレビジョンシステム３００Ａによれば、信号系に非線形処理を含むものの、それに対する逆変換が存在するために、被写体から視聴者の目までが線形となる。よって、ＣＲＴ３１６に表示される画像は被写体を忠実に再現したものとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、撮像素子３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂのダイナミックレンジをはじめ、記録系、伝送系の定めるダイナミックレンジの制約があり、図３７Ａに示す構成は実際には採れない。ダイナミックレンジの制約は、信号規格として記録系、伝送系に定められたものがもっとも狭く、自然光の広大なダイナミックレンジをこれに収めるための手だてが必要になる。
【００１０】
そこで、現行のテレビジョンシステム３００Ｂでは、図３７Ｂに示すように、アンプ３０５とガンマ補正回路３０６との間にプリニー回路３２１を挿入すると共に、ガンマ補正回路３０６と信号処理回路３０７との間にニー回路３２２を挿入することで、色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの信号レベルを規格内に収めるようにしている。放送規格上の信号レベルは、色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの信号レベルの規定になっているので、これによって直接に規格に収めることができる。なお、図３７Ｂにおいて、図３７Ａに対応する部分には同一符号を付して示している。
【００１１】
このように、高輝度域をニー圧縮することで、自然光の広大なダイナミックレンジをテレビジョン信号規格のレンジに収めることができる。しかしこの場合、単純に高輝度域を圧縮するものであることから、画像の明るいところでのコントラストが見えにくくなる等の不都合があった。
【００１２】
そこで、この発明では、使われていない階調域を優先的に圧縮して、限られたダイナミックレンジを有効に使用することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るビデオカメラ装置は、入力映像信号の輝度および画素数に関するヒストグラムに基づいて累積度数分布を生成する累積度数分布生成手段と、上記累積度数分布を正規化してヒストグラム等化された第１の振幅伝達特性を取得する第１の取得手段と、上記ヒストグラム等化された上記第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化されていない第２の振幅伝達特性との間を、指定する比率で内分することにより、第３の振幅伝達特性を取得する第２の取得手段と、上記第３の振幅伝達特性における上記入力映像信号が上記ヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、上記入力レベルが変化しないような変換利得を算出し、当該変換利得を上記第３の振幅伝達特性に乗算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得する第３の取得手段と、上記入力映像信号の信号レベルを上記第４の振幅伝達特性に基づいて変換するレベル変換手段とを備えるものである。
【００１４】
また、この発明に係る映像信号処理装置は、入力映像信号の輝度および画素数に関するヒストグラムに基づいて累積度数分布を生成する累積度数分布生成手段と、上記累積度数分布を正規化してヒストグラム等化された第１の振幅伝達特性を取得する第１の取得手段と、上記ヒストグラム等化された上記第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化されていない第２の振幅伝達特性との間を、指定する比率で内分することにより、第３の振幅伝達特性を取得する第２の取得手段と、上記第３の振幅伝達特性における上記入力映像信号が上記ヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、上記入力レベルが変化しないような変換利得を算出し、当該変換利得を上記第３の振幅伝達特性に乗算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得する第３の取得手段と、上記入力映像信号の信号レベルを上記第４の振幅伝達特性に基づいて変換するレベル変換手段とを備えるものである。
【００１７】
また、この発明に係る映像信号の階調変換方法は、入力映像信号の輝度および画素数に関するヒストグラムに基づいて累積度数分布を生成し、上記累積度数分布を正規化してヒストグラム等化された第１の振幅伝達特性を取得し、上記ヒストグラム等化された上記第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化されていない第２の振幅伝達特性との間を、指定する比率で内分することにより、第３の振幅伝達特性を取得し、上記第３の振幅伝達特性における上記入力映像信号が上記ヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、上記入力レベルが変化しないような変換利得を算出し、当該変換利得を上記第３の振幅伝達特性に乗算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得し、上記入力映像信号の信号レベルを上記第４の振幅伝達特性に基づいて変換する工程を備えるものである。
【００１８】
入力映像信号の累積度数分布が検出される。例えば、入力映像信号の有効映像期間中に検出される信号レベル分布情報に基づいて、入力映像信号の累積度数分布が検出される。そして、この累積度数分布に基づいて、ヒストグラム等化の第１の振幅伝達特性を取得し、さらに、この第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化なしの第２の振幅伝達特性とを内分する第３の振幅伝達特性を取得する。この第３の振幅伝達特性で入力映像信号の信号レベルを変換することで、入力映像信号の使われていない階調域が優先的に圧縮された出力映像信号が得られる。
【００１９】
また、入力映像信号がヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、入力映像信号を第３の振幅伝達特性によって変換して得た出力映像信号が上記所定レベルとなるように第３の振幅伝達特性が調整されて第４の振幅伝達特性が取得される。そして、この第４の振幅伝達特性に基づいて、入力映像信号の信号レベルが変換されることで、入力映像信号の所定レベルの信号レベルが保存されたまま、入力映像信号の使われていない階調域が優先的に圧縮された出力映像信号が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態としてのビデオカメラ装置１００を示している。
【００２１】
ビデオカメラ装置１００は、システム全体を制御するためのシステムコントローラとして機能するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）１２５を有している。後述するコントローラのテーブル作成時に使用されるニーポイント、ニースロープ、ホワイトクリップレベル、正規化定数、トータルゲイン、時定数、ヒストグラムの強さ、黒コード等は、このマイコン１２５より与えられる。
【００２２】
また、ビデオカメラ装置１００は、レンズブロック１０１と、このレンズブロック１０１を通して入射された光を赤、緑、青の色成分光に分解するための色分解プリズム１０２と、この色分解プリズム１０２で分解された赤、緑、青の色成分光が入射されて撮像面上にそれぞれ被写体に係る赤色画像、緑色画像、青色画像が結像されるＣＣＤ固体撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂとを有している。
【００２３】
この場合、解像度向上のために空間画素ずらし法が採用されている。すなわち、図２に示すように、撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｂは、撮像素子１０３Ｇに対して水平方向に１／２画素ピッチ（Ｐ／２）だけずらして配置されている。この空間画素ずらし法では、撮像素子１０３Ｇより出力される緑色撮像信号のサンプリング点と、撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｂより出力される赤色撮像信号、青色撮像信号のサンプリング点は１８０゜の位相差を有するものとなる。
【００２４】
また、ビデオカメラ装置１００は、撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂよりそれぞれ出力される赤、緑、青の撮像信号に対して相関二重サンプリング処理やレベル制御処理をするアナログプロセス回路１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを有している。相関二重サンプリング処理をすることでリセット雑音を低減することができる。また、レベル制御処理では、白バランスや黒バランス等のレベル制御が行われる。
【００２５】
また、ビデオカメラ装置１００は、アナログプロセス回路１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂより出力される赤、緑、青の色信号をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂを有している。上述した撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂよりｆs1（例えば１４．３１８１８ＭＨｚ）のレートで赤、緑、青の撮像信号が出力される場合、Ａ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂでは赤、緑、青の色信号がサンプリング周波数ｆs1でサンプルホールドされてディジタル信号に変換される。
【００２６】
また、ビデオカメラ装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂより出力される赤、緑、青の色データのレベルをそれぞれ検出し、その検出出力をマイコン１２５に供給するレベル検出器１２６を有している。このレベル検出器１２６の出力は、例えば絞り（アイリス）の制御に使用される。
【００２７】
また、ビデオカメラ装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂより出力される赤、緑、青の色データに対して白黒バランス制御、シェーディング補正、欠陥補正等の画像処理を行うプリプロセス回路１０６と、このプリプロセス回路１０６より出力される赤、緑、青の色データより２倍のサンプリング周波数２ｆs1の赤、緑、青の色データを得るアップコンバータ１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂとを有している。この場合、サンプリング周波数２ｆs1の赤、緑、青の色データは互いに位相が合うように処理される。
【００２８】
また、ビデオカメラ装置１００は、アップコンバータ１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂより出力される赤、緑、青の色データに対してリニアマトリックス処理をする色補正回路１０８を有している。リニアマトリックス処理では、（１）式の演算処理が行われ、撮像画像の色再現性を補正した赤、緑、青の色データが得られる。なお、ＤＲin，ＤＧin，ＤＢinは赤、緑、青の入力色データ、ＤＲout，ＤＧout，ＤＢoutは赤、緑、青の出力色データ、ａ〜ｆは係数である。
【００２９】
また、ビデオカメラ装置１００は、プリプロセス回路１０６より出力される赤、緑の色データＤＲ，ＤＧより、画像の輪郭部を強調するための輪郭強調信号Ｄａ，Ｄｃを生成するイメージエンハンサ１０９を有している。この場合、輪郭強調信号Ｄａは高域側を強調するものであり、輪郭強調信号Ｄｃは低域側を強調するものである。
【００３０】
また、ビデオカメラ装置１００は、色補正回路１０８より出力される赤、緑、青の色データよりマイコン１２５から供給される黒コードＢＣを減算して赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに変換する減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂと、この減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂより出力される刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して色相、彩度に影響を与えずに輝度だけ変換するための演算をする輝度変換演算器１１１と、この輝度変換演算器１１１より出力される刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して輝度、色相に影響を与えずに彩度だけ変換するための演算をする彩度変換演算器１１２とを有している。
【００３１】
色相、彩度に影響を与えずに輝度だけ変換するには、（２）式に示すように、輝度の利得ｋｗを３チャネルに共通して掛ければよい。（２）式において、Ｒi，Ｇi，Ｂiは入力側の刺激値、Ｒo，Ｇo，Ｂoは出力側の刺激値である。
【００３２】
【数１】
【００３３】
ここで、刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、（３）〜（５）式によって、Ｗ，ｘ，ｙを得る。このとき、Ｗは輝度であり、ｘ，ｙは輝度Ｗとは独立に色の情報だけを持っている。ｘ＝ｙ＝０のとき、色のないグレーの画素であり、ベクトル（ｘ，ｙ）の角度は色相を表し、ベクトル（ｘ，ｙ）の大きさは彩度を表している。
【００３４】
【数２】
【００３５】
（２）式による変換で輝度を変更したときの変化を調べる。（３）、（４）、（５）式に（２）式を代入すると、（６）〜（８）式のようになる。（６）〜（８）式において、Ｗo，ｘo，ｙoは出力側の刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoに対応するものであり、Ｗi，ｘi，ｙiは入力側の刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiに対応するものである。これにより、輝度だけがｋｗ倍に変更され、色には全く影響がないことがわかる。
【００３６】
【数３】
【００３７】
（２）式に基づき、輝度変換演算器１１１は、図３に示すように構成される。すなわち、輝度変換演算器１１１は、刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiに利得ｋｗを掛算して刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoを得る乗算器１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂとを有して構成される。
【００３８】
また、輝度、色相に影響を与えずに彩度だけ変換するには、（９）式に示すような線形演算を行えばよい。（９）式において、Ｒi，Ｇi，Ｂiは入力側の刺激値、Ｒo，Ｇo，Ｂoは出力側の刺激値、ｋｃは彩度の利得である。
【００３９】
【数４】
【００４０】
輝度Ｗiを用いると、（９）式は、（１０）〜（１３）式に示すようにも表される。
Ｒo＝Ｗi＋ｋｃ（Ｒi−Ｗi） ・・・（１０）
Ｇo＝Ｗi＋ｋｃ（Ｇi−Ｗi） ・・・（１１）
Ｂo＝Ｗi＋ｋｃ（Ｂi−Ｗi） ・・・（１２）
Ｗi＝０．５９Ｇi＋０．３０Ｒi＋０．１１Ｂi ・・・（１３）
【００４１】
（９）式による変換で彩度を変更したときの変化を調べる。（３）、（４）、（５）式に、（１０）〜（１２）式を代入すると、（１４）〜（１６）式のようになる。（１４）〜（１６）式において、Ｗo，ｘo，ｙoは出力側の刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoに対応するものであり、Ｗi，ｘi，ｙiは入力側の刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiに対応するものである。これにより、輝度および色相に変化がなく、彩度だけがｋｃ倍に変更されることがわかる。
【００４２】
【数５】
【００４３】
（１０）〜（１２）式に基づき、輝度変換演算器１１２は、図４に示すように構成される。すなわち、輝度変換演算器１１２は、刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiより輝度Ｗiを減算する減算器１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂと、この減算器１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂの出力信号に利得ｋｃを掛算する乗算器１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂと、この乗算器１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂの出力信号に輝度Ｗiを加算して刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoを得る加算器１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６Ｂとを有して構成される。
【００４４】
図１に戻って、ビデオカメラ装置１００は、彩度変換演算器１１２より出力される赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに、マイコン１２５から供給される黒コードＢＣおよびペデスタルレベルの補正値ＰＥＤを加算すると共に、イメージエンハンサ１０９より出力される輪郭強調信号Ｄｃを加算する加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂを有している。この場合、刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに黒コードＢＣを加算することで、コード値に変換される。また、刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂにペデスタルレベルの補正値ＰＥＤを加算することで、アイリス（図示せず）を閉じたときの赤、緑、青の色データの値、従って黒レベルを調整できる。
【００４５】
また、ビデオカメラ装置１００は、加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂより出力される赤、緑、青の色データにガンマ補正をするガンマ補正回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂと、このガンマ補正回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂより出力される色データにイメージエンハンサ１０９より出力される輪郭強調信号Ｄａを加算する加算器１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂとを有している。
【００４６】
また、ビデオカメラ装置１００は、加算器１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂより出力される赤、緑、青の色データに対して一定レベルでクリップ処理するクリップ回路１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂと、このクリップ回路１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂより出力される色データ赤、緑、青の色データに対してマトリックス処理をして輝度データ、赤色差データ、青色差データを形成するマトリックス回路１２１と、このマトリックス回路１２１より出力される輝度データ、赤色差データ、青色差データに対して一定レベルでクリップ処理して、輝度データＤＹ、赤色差データＤＣＲ、青色差データＤＣＢを得るクリップ回路１２２Ｙ，１２２Ｒ，１２２Ｂとを有している。
【００４７】
また、ビデオカメラ装置１００は、プリプロセス回路１０６より出力される赤、青の色データの帯域を制限するためのローパスフィルタ１２３Ｒ，１２３Ｂと、プリプロセス回路１０６より出力される青の色データより赤、青の色データと位相が合った緑の色データを得るための補間フィルタ１２３Ｇとを有している。ローパスフィルタ１２３Ｒ，１２３Ｂとしては、例えば図５Ｂに示す周波数特性を有する［１２２２１］型フィルタが使用される。また、補間フィルタ１２３Ｇとしては、例えば図５Ａに示す周波数特性を有する［１３４４３１］型フィルタが使用される。なお、これらローパスフィルタ１２３Ｒ，１２３Ｂおよび補間フィルタ１２３Ｇの画素ずらしされた赤、緑、青の色信号の輝度成分に対する総合的な周波数特性は、図５Ｃに示すようになる。
【００４８】
また、ビデオカメラ装置１００は、ローパスフィルタ１２３Ｒ，１２３Ｂ、補間フィルタ１２３Ｇより出力される赤、緑、青の色データに基づいて、上述した輝度変換演算器１１１で使用される輝度の利得ｋｗ、上述した彩度変換演算器１１２で使用される入力側の輝度Ｗiおよび彩度の利得ｋｃを得るためのコントローラ１２４を有している。この場合、コントローラ１２４では、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２によって、この発明によるニー圧縮、ＤＣＣプラス機能、ホワイトクリップ、フレア補正、ヒストグラム等化による適応階調変換等が行われるように、ｋｗ，Ｗi，ｋｃが形成される。
【００４９】
次に、図１に示すビデオカメラ装置１００の動作を説明する。
【００５０】
レンズブロック１０１を通して入射された被写体からの光は色分解プリズム１０２に供給されて赤色光、緑色光、青色光に分解され、それぞれ撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂに導かれる。撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂの撮像面上には、それぞれ被写体に係る赤色画像、緑色画像、青色画像が結像されて撮像が行われる。そして、撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂより出力される赤、緑、青の撮像信号はアナログプロセス回路１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂに供給されて相関二重サンプリング処理や白バランス、黒バランス等のレベル制御がされる。
【００５１】
また、アナログプロセス回路１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂより出力される赤、緑、青の色信号はＡ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂでｆs1レートの色データに変換される。この赤、緑、青の色データはプリプロセス回路１０６に供給されて白黒バランス制御、シェーディング補正、欠陥補正等の画像処理がされる。
【００５２】
そして、プリプロセス回路１０６より出力される赤、緑、青の色データがアップコンバータに供給され、互いに位相の合った２倍のサンプリング周波数２ｆs1の赤、緑、青の色データが形成される。そして、この赤、緑、青の色データが色補正回路１０８に供給されてリニアマトリックス処理が行われ、撮像画像の色再現性を補正した赤、緑、青の色データが得られる。
【００５３】
ところで、例えばＤ１コードでは、刺激値０が１６（２進数）と定義されており、輝度変換演算器１１１や彩度変換演算器１１２における演算で色補正回路１０８より出力される赤、緑、青の色データ（信号コード）をそのまま使用すると黒コードが変化することになる。そのため、色補正回路１０８より出力される赤、緑、青の色データから減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂで黒コードＢＣが減算されて赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに変換される。
【００５４】
そして、減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂより出力される赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して輝度変換演算器１１１で輝度を変換するための演算が行われると共に、彩度変換演算器１１２で彩度を変換するための演算が行われる。これにより、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２では、この発明によるニー圧縮、ＤＣＣプラス機能、ホワイトクリップ、フレア補正、ヒストグラム等化による適応階調変換等が行われる。
【００５５】
また、加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂで、彩度変換演算器１１２より出力される赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、黒コードＢＣが加算されて赤、緑、青の色データに変換され、またペデスタルレベルの補正値ＰＥＤが加算されて黒レベルの調整が行われる。さらに、加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂでイメージエンハンサ１０９より出力される低域側を強調する輪郭強調信号Ｄｃが加算される。
【００５６】
また、加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂより出力される色データに対して、ガンマ補正回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂでガンマ補正がされ、さらに加算器１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂでイメージエンハンサ１０９より出力される高域側を強調する輪郭強調信号Ｄａが加算される。この加算器１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂより出力される色データは、クリップ回路１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂでクリップ処理された後にマトリックス回路１２１に供給されてマトリックス処理される。そして、マトリックス回路１２１より出力される輝度データ、赤色差データ、青色差データに対してクリップ回路１２２Ｙ，１２２Ｒ，１２２Ｂでクリップ処理が行われて、輝度データＤＹ、赤色差データＤＣＲ、青色差データＤＣＢが得られる。
【００５７】
次に、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２で行われるニー圧縮、ＤＣＣプラス機能、ホワイトクリップ、フレア補正、ヒストグラム等化による適応階調変換等を説明すると共に、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２で使用される輝度の利得ｋｗ、輝度Ｗi、彩度の利得ｋｃを得るためのコントローラ１２４の詳細を説明する。
【００５８】
（１）ニー圧縮
まず、Ｒ，Ｇ，Ｂのレベルと色との関係について説明する。この説明は、ガンマ補正等の一切の非線形処理を加える前の信号に基づいたものである。図６（ａ）は無色の画素のレベルの例を示している。無色のとき、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１になる。このとき、各チャネルのレベルと輝度Ｗは等しく、Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝Ｗとなる（（１３）式参照）。
【００５９】
色のある画素では、Ｒ，Ｇ，ＢがＷの周りに広がって分布するようになる。例えば、肌色の画素では、Ｒ，Ｇ，Ｂの分布が図６（ｂ）に示すようになる。（１３）式が係数の総和が１の正係数によるＲ，Ｇ，Ｂの１次結合になっていることからわかるように、Ｒ，Ｇ，Ｂのうち少なくとも１つのチャネルはＷより大きく、また少なくとも１つのチャネルはＷより小さくなるように分布する。
【００６０】
また、色相を保ちつつ彩度を半分に小さく（色を薄く）すると、Ｒ，Ｇ，Ｂの分布が図６（ｃ）に示すようになる。このままどんどん色を薄くしていくと、各チャネルのレベルはＷに収斂していく。一方、図６（ｂ）の状態からアイリス（絞り）を開けると、Ｒ，Ｇ，Ｂの分布は図６（ｄ）に示すようになる。この場合、輝度Ｗは増えているが、色相や彩度には変化がない。
【００６１】
図６（ｄ）のとき、Ｒチャネルのレベルは、ニーポイントはもとよりクリップレベルも越えており、このままではテレビジョン信号規格を満たさないため、何らかの圧縮処理が必要となる。そこで、従来のカメラ系では、上述したように、チャネル毎にニー圧縮を行うことで、この制約を満たしてきた。図６（ｅ）は、図６（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、チャネル毎にニー圧縮を行った場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。
【００６２】
チャネル毎にニー圧縮を行うことにより、確かにＲ，Ｇ，Ｂのレベルはテレビジョン信号規格を満たすようになる。しかし、図６（ｅ）の分布のＲ，Ｇ，Ｂのバランスを見ると、図６（ｄ）の分布のＲ，Ｇ，Ｂのバランスに対して、明らかに変化してしまっていることがわかる。この変化は色相に及んでおり、画像で見ると肌色が黄色っぽくなって、健康を害したようにみえてしまう。
【００６３】
そこで、本実施の形態におけるニー圧縮では、以下の▲１▼、▲２▼の２段階で、オーバーしたチャネルのレベルを信号規格に収める処理をする。すなわち、▲１▼輝度Ｗのレベルに対してニー圧縮をする（輝度ニー）。▲２▼その上で、まだオーバーしているチャネルについては、最も高いレベルのチャネルが規格に収まるまで彩度を絞る（彩度ニー）。
【００６４】
図７（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布では、図６（ｄ）と同様に、Ｒチャネルのレベルがクリップレベルを越えている。図７（ｆ）は、図７（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、輝度ニーの処理をした場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。また、図７（ｇ）は、図７（ｆ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、彩度ニーの処理をした場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。
【００６５】
上述した▲１▼輝度ニーの処理、▲２▼彩度ニーの処理は、それぞれ具体的には以下のようにして行われる。
【００６６】
▲１▼輝度ニーの処理では、（２）式に基づき、輝度のレベルに対してニー圧縮をする。輝度の利得ｋｗは、ニーカーブを定めると、入力輝度のレベルから一意に定まる。なお、傾きが０のニーがクリップであると考えれば、同様にして入力輝度に対してホワイトクリップの操作もできる。
【００６７】
▲２▼彩度ニーの処理では、輝度Ｗiおよび赤、緑、青の刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiに基づいて、（９）式の演算をする。彩度の利得ｋｃは、チャネルレベルの制限値ＣＭと、最も大きいチャネルのレベルＭＡＸ（Ｒi，Ｇi，Ｂi）から、（１７）式で計算される。
【００６８】
【数６】
【００６９】
このように、▲１▼輝度ニーの処理と▲２▼彩度ニーの処理の２段階の処理をすることによって、図７（ｇ）に示すように、色相を変化させることなく、チャネルレベルをオーバーさせずに、高輝度域の階調圧縮が可能となる。
【００７０】
なお、上述せずも、輝度Ｗiの代わりにニーポイントを、彩度の利得ｋｃの代わりにニースロープを設定することで、図４に示す彩度変換演算器１１２はそのままニー圧縮の演算器となる。したがって、従来の各チャネル毎のニー圧縮も、選択的に実現できる。このことは、彩度変換処理による従来システムからの回路規模の増大はないということが言える。
【００７１】
（２）ＤＣＣプラス機能
ハイライト部においてもクロマレベル（Ｉ、Ｑマトリックス後の色信号を「クロマ」と呼ぶ）を無理矢理上げることで色を付けることができる。従来のチャネル毎のニー圧縮では、ハイライトになってくると、色相が変化しながら白に収斂していく。ＤＣＣプラス機能は、受像機内で復調された赤、緑、青の色信号は規定のダイナミックレンジを越えるため、厳密なテレビジョン信号規格からは逸脱した方式である。ただし、このＤＣＣプラス機能は、高輝度域に色が付くという魅力と、実運用上問題が起きていないことから、業務用カメラを中心にオプション機能として装備されている。
【００７２】
従来は、ガンマ補正や緩いニー圧縮、ホワイトクリップの後、赤色差信号Ｒ−Ｙ、青色差信号Ｂ−Ｙや、Ｉ信号，Ｑ信号のマトリックスで変換された輝度信号Ｙに対してニー圧縮を掛け、色信号にはニー圧縮を掛けないことで、ＤＣＣプラス機能を実現していた。
【００７３】
しかし、例えば色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙで考えると、以下のような問題があった。すなわち、輝度信号Ｙ、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは独立に輝度と色の情報をもっているのではなくそれぞれ従属しているため、輝度信号Ｙを変更すると色にも影響が及ぶ。また、ガンマ補正等非線形処理を通った後の信号であるため、厳密には色相に変化が及ぶ。
【００７４】
マトリックス後の信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）が、仮にガンマ補正等がかかっていないリニアな信号であるとする。信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ／Ｙ，Ｂ−Ｙ／Ｙ）は、輝度と色をそれぞれ独立に表している。これに対して、信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）は、色チャネルに対してＹが掛かった形になっているため、色（色相、彩度）が変わらずに輝度だけが変わっても色チャネルの値（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）に変化が起きる。逆に、Ｙが変わったのに、（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）に変化が起こらないとすると、色が変わってしまうのである。なぜ、信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）のような信号形式が採られているかというと、信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ／Ｙ，Ｂ−Ｙ／Ｙ）を得るためには割算が必要で、回路での実現が難しいためである。
【００７５】
ＤＣＣプラス機能を実現するために、マトリックス後の信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）のうち、輝度信号Ｙだけにニー圧縮を掛けてレベルを小さくし、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙはそのままにする処理をすると、実際の色（Ｒ−Ｙ／Ｙ，Ｂ−Ｙ／Ｙ）は分母だけが小さくなるため実際の色より彩度が増加し、不自然な画像になる。そのため、このような処理では、ニーポイントをあまり下げることができない。また、実際には、この処理をガンマ補正等の非線形処理の後に行うため、上述した色彩理論の式が正しく当てはまらず、厳密にいうと彩度だけでなく、色相にも変化が及ぶ。
【００７６】
そこで、本実施の形態においては、（１７）式のチャネルレベルの制限値ＣＭを１１０％以上に設定し、輝度Ｗは１１０％以内に抑えた上で、Ｒ，Ｇ，Ｂのチャネルレベルのオーバーを、制限値ＣＭを上限に許すことで実現する。上述せずも、テレビジョン信号には、１００％基準白レベルに対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの各チャネルのレベルを１１０％に抑えるという制限がある。本実施の形態のように処理してＤＣＣプラス機能を実現することで、色相は保たれ、彩度は与えられたレンジの中でできるだけ原画に忠実になるように自動的に調整される。
【００７７】
図８（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布では、図７（ｄ）と同様に、Ｒチャネルのレベルがクリップレベルを越えている。図８（ｆ）は、図８（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、輝度ニーの処理をした場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。また、図８（ｈ）は、図８（ｆ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、チャネルレベルの制限値ＣＭをクリップレベルより大きく設定して、彩度ニーの処理をした場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。図８（ｈ）から明らかなように、輝度Ｗの制限はそのままにチャネルレベルの制限値ＣＭを緩和することで、大幅に高輝度域での色付きを獲得できていることがわかる。
【００７８】
（３）ホワイトクリップ
従来は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各チャネルについてもホワイトクリップをかけていた。したがって、Ｒ，Ｇ，Ｂのレベルがクリップレベルにかかると、Ｒ，Ｇ，Ｂのレベルのバランスも考慮されずに単チャネルとしてばっさりと切られるため、当然色相が変化してしまう。
【００７９】
そこで、本実施の形態においては、上述したニー圧縮の項でも説明したが、輝度に対してホワイトクリップをかけ、その上での単チャネルのオーバーについては、彩度ニーの処理で対処する。これにより、ホワイトクリップによっても、色相の変化のない処理を行うことができる。
【００８０】
一方、例えば輝度のホワイトクリップを１００％に設定し、チャネルレベルの制限値ＣＭを１０９％に設定することで、その間の９％を色を付けるために使うことができ、テレビジョン信号規格を逸脱することなく、上述したＤＣＣプラス機能を実現することができる。限られた規格上のダイナミックレンジを、階調表現と色表現にユーザが割り振ることが可能となる。
【００８１】
（４）フレア補正
従来、フレア補正はペデスタルレベルを減じることで行われてきた。この場合に、色に対してどのような影響があるか、以下に述べる。
【００８２】
ある画素（Ｒi，Ｇi，Ｂi）に対してペデスタルレベルａを加えて（Ｒo，Ｇo，Ｂo）となったとする。このとき、（１８）〜（２２）式が成立する。ここで、Ｗｉは刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiによる輝度であり、Ｗoは刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoによる輝度である。
【００８３】
【数７】
【００８４】
さて、ペデスタル付加前の彩度ＳＡＴiは（２３）式で表され、ペデスタル付加後の彩度ＳＡＴoは（２４）式で表される。
【００８５】
【数８】
【００８６】
ここで、Ｗo／Ｗi＝ｋとおくと、（２４）式は、（２５）式に示すようになる。
【００８７】
【数９】
【００８８】
そして、ＳＡＴo≧０、ＳＡＴi≧０であるから、ＳＡＴo＝ＳＡＴi／ｋとなる。したがって、ペデスタル付加後に彩度は、Ｗi／（Ｗi＋ａ）倍になる。すなわち、持ち上げる方向にペデスタルを付加すると退色し、逆に引き下げる方向にペデスタルを付加すると増色する。
【００８９】
一方、ペデスタル付加前の色相ＨＵＥiは（２６）式で表され、ペデスタル付加後の色相ＨＵＥoは（２７）式で表される。したがって、ペデスタルの付加によっても色相は保存される。
【００９０】
【数１０】
【００９１】
このように、ペデスタル付加によってフレア補正を行うと、色相は保存されるものの、彩度は実際よりも増えてしまう。
【００９２】
そこで、本実施の形態においては、（２）式において、黒浮きの起こっている階調域の利得ｋｗを減じるコントロールを行うことで、色に影響を与えないフレア補正を実現する。後述するヒストグラム等化による適応階調変換を行うと、この動作は自動的に行われ、フレアの発生に応じて補正動作がなされる。
【００９３】
（５）ヒストグラム等化による適応階調変換
自然光の広大なダイナミックレンジをテレビジョン信号規格のレンジに収めるに当たって、高輝度域をニー圧縮によって圧縮する手法およびフレアの発生による黒浮きを補正する圧縮する手法については上述したとおりである。本実施の形態においては、さらに現在の画像において使用されていない階調域を優先的に圧縮することで、さらに有効な圧縮を行うものである。
【００９４】
ここで、面積の広い階調域を使われている階調域と考える。すなわち、画面中で各輝度域の出現頻度をとり、出現頻度の低い輝度域は圧縮し、出現頻度の高い輝度域は伸張することで、実際に画面中に存在する輝度域により多くの階調を割り当てる圧縮ができるようになる。
【００９５】
この処理によって、以下のような効果を得ることができる。すなわち、室内と窓の外とか、日陰と日向が一緒に映っている場合のように、明るい領域と暗い領域にヒストグラムが分かれているとき、従来は暗い領域がつぶれてしまうか（いわゆる黒つぶれ）、明るい領域が飛んでしまうか（いわゆる白飛び）になっていたが、この処理によって両方の領域を見えるようにすることが可能となる。また、フレアが発生した場合など、黒浮きが起こったときは、黒領域のヒストグラムが低いため、ここが圧縮されて黒の締まった画質に自動的に調整される。また、照明が良好なときも、そこに映っている被写体により多くの階調を割り当てようとするため、精細な画像となる。
【００９６】
図９および図１０に沿って、ヒストグラム等化による適応階調変換を説明する。
【００９７】
出現頻度は、横軸に輝度、縦軸に出現画素数を棒グラフとしてプロットしたヒストグラムとして表現される。値の高い域ほど、階調を多く割り振るべきである。図９（ａ）に、ヒストグラムの例を示している。この例は、比較的照明条件が良く、１００％程度までにヒストグラムが集中している例である。ヒストグラムに比例した微分利得を与えれば、ヒストグラム値の高い輝度域により多くの階調を持たせることができる。すなわち、ヒストグラムを積分したものを振幅伝達特性にすれば、その微分利得はヒストグラムに比例するようになる。
【００９８】
この、出現頻度を横軸方向に積分したものを、累積度数分布と呼ぶ。出現画素数を全区間積分したもの、すなわち累積度数分布の右肩は常に総画素数に等しく、従って一定となる。また、ヒストグラムの値は負にはならないので、常に単調増加のカーブとなる。図９（ｂ）に、図９（ａ）に示すヒストグラムに対応した累積度数分布を示している。このように、累積度数分布とはヒストグラムを積み上げていったものとなる。
【００９９】
この累積度数分布のカーブを振幅伝達特性に見立てて輝度変換を行なうと、完全なヒストグラム等化が行なわれる。すなわち、処理後の画像のヒストグラムをとると、完全にフラットになる。ＦＡ（Factory Automation）のセンサカメラの二値化処理前段などでは、ここまできついヒストグラム等化を行なったりもするが、視聴用の映像では強調され過ぎて好ましくないことが多い。このため、ヒストグラム等化のかけ方を加減する手続きを採る。
【０１００】
まず、累積度数分布を振幅伝達特性に見立てる手法について説明する。上述のとおり、累積度数分布の右肩は、総画素数（ヒストグラムをとった総点数）に等しい。この値が、映像信号コードの最大値に等しくなるように正規化する。このための正規化定数は、映像最大コード／総画素数となる。例えば、映像信号が１２ビットで、ヒストグラムを１８８９２８画素についてとったとすると、正規化定数＝４０９５／１８８９２８を、累積度数分布全体に掛けることで正規化がなされ、振幅伝達特性のカーブとなる。図９（ｃ）は、図９（ｂ）の累積度数分布を正規化して得られる振幅伝達特性を示している。図９（ｃ）の破線で示す折れ線が、完全ヒストグラム等化の振幅伝達特性となる。
【０１０１】
次に、ヒストグラム等化のかけ方を加減する。図１０（ｄ）に示すように、完全ヒストグラム等化（実線ａ）とヒストグラム等化なし（一点鎖線ｂ）の間を指定する比率で内分することでかけ方の加減を行なうことができる。図１０（ｄ）の実線ｃは、１／３に効きを落とした振幅伝達特性を示している。
【０１０２】
ここまでのヒストグラム等化処理は、入力された映像信号コードについてのヒストグラム等化である。図１０（ｄ）に示すとおり、この処理によって黒コードは変動する。（２）式による輝度の変換は、映像信号コードに対してでなく輝度の刺激値に対して行なわれなければならない。したがって、黒コードの一貫性は常に保証されなければならない。そこで、図１０（ｄ）のヒストグラム等化の加減が済んだ段階での黒コードのオフセットＢOFを全体から減算することで黒コードを保存する処理を行なう。図１０（ｅ）の実線ｃは、図１０（ｄ）の実線ｃと同じものであり、図１０（ｅ）の破線ｄは黒コードのオフセットＢOFを減算した後の振幅伝達特性を示している。
【０１０３】
さて、このようにして、視聴用として実用的なヒストグラム等化が行なえるようになってきた。テレビジョン放送規格に則った信号であればここまでの処理で良いのであるが、カメラ内の信号の場合は、このあとニー圧縮を行なうとすると、ニー圧縮される高輝度域のプライオリティは下げられていると考えることができる。したがって、カメラ内の信号は、コードアサインの全域が同一のプライオリティであるわけではない。例えば、図９（ａ）のヒストグラムでは、照明条件が良いらしく、通常の光量の領域にヒストグラムが集まっている。この場合、ヒストグラム等化処理を行なった図９（ｃ）の破線の振幅伝達特性では、この通常域に集まったヒストグラムを信号コード全域に拡げることでコード域の有効活用を図っている。ところが、上述のとおり、高輝度域はプライオリティを低くするということにされており、このままヒストグラム等化処理を行なうと、せっかく照明条件の良い映像がニー圧縮されてしまう。すなわち、カメラ内信号は、信号コード全域を使うように調整するのが良いとは限らないのである。
【０１０４】
この例のような信号では、現状の明るさのピーク値を保つようにした上でヒストグラム等化処理を行なうことが、撮影者の意に反しない画質改善であると言える。
【０１０５】
そこで、図１０（ｆ）で、ヒストグラム値が最大となる入力輝度Ａの輝度レベルを、変換によっても変化しないように保存するようにする。これにより、そのまま変換していたらｐ１のレベルに変換されて撮影者の意に反してニー圧縮されてしまっていたものが、ｐ２のレベルに保存され、撮影者の狙った通りの輝度になる。
【０１０６】
具体的には、以下の▲１▼、▲２▼の処理をする。▲１▼入力輝度Ａの輝度レベルをｐ２にする変換利得ｐ２／ｐ１を求める。▲２▼この変換利得を、図１０（ｅ）で得られた振幅伝達特性全体に乗ずる。ただし、変換利得を乗ずる際に、信号コードに直に乗算を行なったのでは、上述した黒コード保存処理で保存した黒コードがまたもや変動してしまう。そのため、このピーク保存処理においても、輝度刺激値に対して変換がなされるべきである。そこで、入力輝度をＷin、出力輝度をＷout、変換利得をｋwh、黒コードをＢＣとするとき、（２８）式の演算をする。
Ｗout＝（Ｗin−ＢＣ）・ｋwh＋ＢＣ ・・・（２８）
【０１０７】
図１０（ｆ）の実線ｅで示すピーク保存処理後の振幅伝達特性を見ると、この処理によって輝度を保存する制約を与えられた中でも、ヒストグラムに応じた階調の再配分が行なわれていることがわかる。
【０１０８】
入力輝度Ａより明るい領域では、図１０（ｅ）の破線ｄに示す黒コード保存処理後の振幅伝達特性に比べてもさらに微分利得が減る方向であるが、図９（ａ）のヒストグラムからわかるとおり、この画像では高輝度域は重要度が低いため、等価的にニースロープを寝かせる操作をしたことになっており、リーズナブルである。
【０１０９】
このようにして、ピーク保存処理までの処理を終えると、一連のカメラ向けヒストグラム等化処理が終わり、振幅伝達特性が図１０（ｆ）の実線ｅに示すように求められる。本実施の形態においては、この振幅伝達特性を輝度の利得ｋｗとして、（２）式による輝度の変換を行うことで、ヒストグラム等化による適応階調変換が実現される。
【０１１０】
（６）彩度のマニュアルコントロール
（１７）式のｋｃは、チャネルレベルが規格を越えたときにこれを絞るための彩度の利得である。（９）式のｋｃは、より広い意味で彩度を調整する利得である。すなわち、ｋｃを１．０にしていれば、彩度は変化しないが、例えばｋｃを１．２にするとやや色が濃くなり、またｋｃを０．８にすると幾分色が淡くなる。このように、彩度の利得を設定することで、ユーザは状況に応じて自由に色付きを調整できる。
【０１１１】
そこで、本実施の形態においては、彩度ニーで彩度を絞る操作を優先し、それ以外のときにはユーザが設定する彩度の利得によって色の濃さを調節できるようにする。これを実現するために、（１７）式のｋｃと、彩度調整用に設定されるｋｃnのうち最小値を採るようにする。
【０１１２】
上述したように、コントローラ１２４では、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２によって、ニー圧縮、ＤＣＣプラス機能、ホワイトクリップ、フレア補正、ヒストグラム等化による適応階調変換、彩度のマニュアルコントロールが行われるように、ｋｗ，Ｗi，ｋｃが形成される。
【０１１３】
図１１は、コントローラ１２４の詳細構成を示している。
【０１１４】
コントローラ１２４は、フィルタ１２３Ｒ，１２３Ｇ，１２３Ｂより出力される赤、緑、青の色データＲ，Ｇ，Ｂから（１３）式に従って輝度Ｗを計算するためのマトリックス回路２０１と、このマトリックス回路２０１より出力される輝度Ｗに対応した輝度の利得ｋｗ1を発生する輝度利得発生器２０２と、この輝度利得発生器２０２より出力されるｆs1レートの輝度の利得ｋｗ1をアップコンバートして２ｆs1レートの輝度の利得ｋｗを得るアンプコンバータ２０３と、マトリックス回路２０１より出力される輝度Ｗを、例えば４画素毎にあるいは８画素毎に平均化してヒストグラムをとるための輝度Ｗｈを得るための画素平均回路２０４とを有している。
【０１１５】
輝度利得発生器２０２は、区間割された複数の区間のそれぞれに対応した輝度の利得データが書き込まれたＲＡＭ（random access memory）２０５を有している。本実施の形態においては、輝度域（例えば１６進で０００〜３ＦＦ）は、図１２に示すように０〜６０の６１区間に区間割りされており、ＲＡＭ２０４はその６１区間分の輝度の利得データが記憶されたテーブルとして機能する。また、６１区間は、図１２に示すように、３領域Ｉ〜ＩＩＩに分けられ、各領域における区間割りの細かさが異なるように設定される。例えば、領域Ｉの０〜１５の各区間は４／ステップとされ、領域ＩＩの１６〜４７の各区間は１６／ステップとされ、領域ＩＩＩの４８〜６０の区間は３２／ステップとされる。なお、区間割りの数および区間割りの細かさについては、上述した例に限定されない。
【０１１６】
また、輝度利得発生器２０２は、マトリックス回路２０１より出力される輝度Ｗに基づき、その輝度Ｗが上述した６１区間のいずれにあるかを示す区間データｓｅｃ-１と、さらにその区間内の位置を示すオフセットデータｏｆｓ１とを出力すると共に、画素平均回路２０４より出力される輝度Ｗｈに基づき、その輝度データＷｈが上述した６１区間のいずれにあるかを示す区間データｓｅｃ-２を出力する区間発生器２０６と、この区間発生器２０６より出力される区間データｓｅｃ１に基づき、その区間データｓｅｃ-１で示される区間およびその前の区間を順次示すデータｓｅｃ-ｄをリードアドレスデータとして出力するアドレス発生器２０７とを有している。この場合、区間データｓｅｃ１が０の区間を示すものであるとき、アドレス発生器２０７からは、輝度Ｗが０の区間にあることを示す０区間データｓｅｃ-０も出力される。
【０１１７】
また、輝度利得発生器２０２は、アドレス発生器２０７より出力されリードアドレスデータｓｅｃ-ｄまたは後述するシーケンサより出力されるリードアドレスデータｒａｄを選択的に取り出してＲＡＭ２０５に供給するスイッチ回路２０８と、ＲＡＭ２０５からリードアドレスデータｓｅｃ-ｄで読み出される輝度の利得データｑn，ｑn-1、区間発生器２０６より出力されるオフセットデータｏｆｓ１を使用した補間演算によって輝度Ｗに対応した輝度の利得ｋｗ1を得る補間演算器２０９とを有している。
【０１１８】
補間演算器２０９における補間演算を、図１３を参照して説明する。マトリックス回路２０１より出力される輝度ＷがＷａであってｎの区間にある場合、アドレス発生器２０７より出力されるデータｓｅｃ-ｄに基づいてＲＡＭ２０５よりｎの区間の利得データｑnとｎ−１の区間の利得データｑn-1とが出力される。ここで、ｎの区間がｍ／ステップであるとすると、（２９）式に示すような補間演算が行われる。なお、補間演算器２０９では、ｎ＝０であるとき、アドレス発生器２０７より出力される０区間データｓｅｃ-０に基づいて、（２９）式における利得データｑn-1としてｑnが使用される。
【０１１９】
【数１１】
【０１２０】
また、コントローラ１２４は、フィルタ１２３Ｒ，１２３Ｇ，１２３Ｂより出力される赤、緑、青の色データＲ，Ｇ，Ｂのうち最大のデータＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を取り出す最大値回路２１０と、この最大値回路２１０で取り出されるデータＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）およびマトリックス回路２０１より出力される輝度Ｗに対して、それぞれ刺激値に対応した値に変更した後、輝度利得発生器２０２より出力される輝度の利得ｋｗ1を掛算する輝度利得乗算器２１１とを有している。
【０１２１】
輝度利得乗算器２１１は、ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）または輝度Ｗを選択的に取り出すスイッチ回路２１２と、このスイッチ回路２１２の出力データより黒コードＢＣを差し引いて刺激値に変更する減算器２１３と、この減算器２１３の出力データに輝度の利得ｋｗ1を掛算する乗算器２１４と、この乗算器２１４の出力データより赤、緑、青の刺激値の最大値に利得ｋｗ1を掛けたＭＡＸ′および輝度Ｗに利得ｋｗ1を掛けたデータＷ′を分離して出力するスイッチ回路２２１５とを有して構成される。
【０１２２】
この場合、輝度利得乗算器２１１では、スイッチ回路２１２，２１５が１／２画素周期毎に切り換えられ、ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）と輝度Ｗとが点順次化されて処理される。これにより、１個の乗算器で構成でき、回路規模を縮小できる。なお、スイッチ回路２１２，２１５の切り換えや、その他のスイッチ回路の切り換えは、後述するシーケンサ２２３によって行なわれる。
【０１２３】
また、コントローラ１２４は、輝度利得乗算器２１１より出力されるＭＡＸ′，Ｗ′のデータから、（１７）式に基づいて、彩度の利得を得る彩度利得発生器２１６を有している。この彩度利得発生器２１６は、ＭＡＸ′よりＷ′を差し引く減算器２１７と、マイコン１２５から与えられるチャネルレベルの制限値ＣＭよりＷ′を差し引く減算器２１８と、減算器２１８の出力データを減算器２１７の出力データで割算する除算器２１９と、この除算器２１９より出力される彩度の利得ｋｃ1と、ユーザによって設定される彩度の利得ｋｃnのうち小さい方を出力する最小値回路２２０とを有している。
【０１２４】
ここで、（１７）式は除算を含むため、特異点が存在する。特異点は、ＭＡＸ′＝Ｗ′、すなわち無色の画素のときに発生する。彩度利得発生器２１６の除算器２１９は、これを以下のように処理して除去する。すなわち、ＭＡＸ′＝Ｗ′のとき、ＭＡＸ′＜ＣＭであればｋｃ1＝ｋｃnとし、ＭＡＸ′＝ＣＭであればｋｃ1＝１．００とし、ＭＡＸ′＞ＣＭであればｋｃ1＝０．００とする。
【０１２５】
また、コントローラ１２４は、彩度利得発生器２１６より出力されるｆs1レートの彩度の利得をアップコンバートして２ｆs1レートの彩度の利得ｋｃを得るアップコンバータ２２１と、輝度利得乗算器２１１より出力されるｆs1レートの輝度Ｗ′を２ｆs1レートの輝度Ｗiを得るアップコンバータ２２２とを有している。
【０１２６】
また、コントローラ１２４は、ＲＡＭ２０５に輝度の利得データを書き込んでテーブルを作成するための動作を取り仕切るシーケンサ２２３と、上記テーブルの作成時に使用されるＲＡＭ２２４と、上述した区間発生器２０６より出力される区間データｓｅｃ２またはシーケンサ２２３より出力されるアドレスデータａｄｒを選択的に取り出してＲＡＭ２２４に供給するスイッチ回路２２５と、上記テーブルの作成時に使用される演算論理ユニット（ＡＬＵ）２２６と、シーケンサ２２３より出力されるアドレスデータａｄｒより輝度データｘを発生してＡＬＵ２２６に供給する輝度データ発生器２２７とを有している。
【０１２７】
次に、図１１に示すコントローラ１２４の動作を説明する。
【０１２８】
まず、輝度変換演算器１１１で使用する輝度の利得ｋｗ、彩度変換演算器１１２で使用する彩度の利得ｋｃ、輝度Ｗｉを求める動作を説明する。図１４は、コントローラ１２４のｋｗ，ｋｃ，Ｗｉを求める回路部分を抜粋したものである。
【０１２９】
輝度の利得ｋｗを求める動作は、以下のようになる。フィルタ１２３Ｒ，１２３Ｇ，１２３Ｂ（図１参照）より出力される赤、緑、青の色データＲ，Ｇ，Ｂがマトリックス回路２０１に供給され、画素毎に輝度Ｗが算出される。この画素毎の輝度Ｗは輝度利得発生器２０２の区間発生器２０６に供給され、この区間発生器２０６からは画素毎に、輝度Ｗが属する区間を示す区間データｓｅｃ１と、その輝度Ｗの区間内の位置を示すオフセットデータｏｆｓ１が出力される。
【０１３０】
また、区間発生器２０６より画素毎に出力される区間データｓｅｃ１に対応して、アドレス発生器２０７からは輝度Ｗが属する区間およびその前の区間を順次示すデータｓｅｃ-ｄが出力され、このデータｓｅｃ-ｄはＲＡＭ２０５にリードアドレスデータとして供給される。そのため、ＲＡＭ２からは、画素毎に、輝度Ｗが属する区間およびその前の区間に対応する輝度の利得データｑn，ｑn-1が読み出される。そして、補間演算器２０９では、画素毎に、ＲＡＭ２０５より供給される利得データｑn，ｑn-1と、区間発生器２０６より供給されるオフセットデータｏｆｓ１を使用して補間演算が行われ（（２９）式参照）、輝度の利得ｋｗ1が得られる。そして、補間演算器２０９より画素毎に得られる輝度の利得ｋｗ1がアップコンバータ２０３で２ｆs1のレートに変換され、輝度変換演算器１１１で使用される輝度の利得ｋｗが得られる。
【０１３１】
彩度の利得ｋｃ、輝度Ｗｉを求める動作は、以下のようになる。フィルタ１２３Ｒ，１２３Ｇ，１２３Ｂより画素毎に出力される赤、緑、青の色データＲ，Ｇ，Ｂが最大値回路２１０に供給され、最大のデータＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が取り出される。そして、画素毎に、最大値回路２１０で取り出されるデータＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は輝度利得乗算器２１１に供給され、黒コードＢＣが差し引かれて刺激値に変換され、さらに輝度利得発生器２０２より出力される輝度の利得ｋｗ1が掛算されてデータＭＡＸ′が得られる。また、マトリックス回路２０１より画素毎に出力される輝度Ｗが輝度利得乗算器２１１に供給され、黒コードＢＣが差し引かれて刺激値に変換され、さらに輝度利得発生器２０２より出力される輝度の利得ｋｗ1が掛算されてデータＷ′が得られる。
【０１３２】
そして、画素毎に、輝度利得乗算器２１１より出力されるデータＭＡＸ′、Ｗ′が彩度利得発生器２１６に供給される。彩度利得発生器２１６では、画素毎に、データＭＡＸ′、Ｗ′と、チャネルレベルの制限値ＣＭを使用して、彩度の利得ｋｃ1が演算される（（１７）式参照）。さらに、彩度利得発生器２１６では、画素毎に、最小値回路２２０によって彩度の利得ｋｃ1とユーザによって設定される彩度の利得ｋｃnのうち小さい方が取り出される。そして、彩度利得発生器２１６より画素毎に出力される彩度の利得がアップコンバータ２２１で２ｆs1のレートに変換され、彩度変換演算器１１２で使用される彩度の利得ｋｃが得られる。
【０１３３】
また、輝度利得乗算器２１１より画素毎に出力されるデータＷ′が、アップコンバータ２２２で２ｆs1のレートに変換され、彩度変換演算器１１２で使用される輝度Ｗｉが得られる。
【０１３４】
次に、ＲＡＭ２０５に、上述したように６１区間に対応した輝度の利得データを書き込んでテーブルを作成する動作を説明する。図１５は、コントローラ１２４のテーブル作成に係る回路部分を抜粋したものである。図１５において、ＲＡＭ２０５、シーケンサ２２３、ＲＡＭ２２４、スイッチ回路２２５、輝度データ発生器２２７を除く部分は、ＡＬＵ２２６を構成している。
【０１３５】
ＡＬＵ２２６は、スイッチ回路２３０〜２３３と、演算によるオーバーフローをクリップするクリップ回路２３４〜２３６と、加算器または減算器となる加減算器２３７と、レジスタ２３８と、コンパレータ２３９と、除算コントローラ２４０と、ホワイトクリップ回路２４１と、黒コードのオフセットＢOFを一時的に格納する黒コードオフセットレジスタ２４２と、ピーク保存比を一時的に格納するピーク保存比レジスタ２４３と、乗算器２４４と、減算器２５５とを有して構成されている。
【０１３６】
ＲＡＭ２２４はワークＲＡＭとして機能する。後述するように有効画素期間はこのＲＡＭ２２４にヒストグラムがとられ、垂直ブランキング期間中はこのＲＡＭ２２４は演算中のデータの一時記憶として使用される。
【０１３７】
テーブル作成の動作は、シーケンサ２２３によって仕切られ、図１６に示すステップ０〜ステップ１５の順にシーケンシャルに行われる。シーケンサ２２３は、有効画素期間はステップ０にあって、このとき外部回路はヒストグラムをとる動作をしている。
【０１３８】
また、シーケンサ２２３は、垂直ブランキング期間に入ると、ステップ１に進み、ここでシーケンス０〜７を、アドレスを０から６０まで変えながら繰り返し、以下同様にステップ２〜ステップ１５を実行してテーブルを作成する。ここで、シーケンス０〜７は、ｆs1（撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂの水平駆動周波数）のレートで順次行なわれる。
【０１３９】
なお、ステップ１２では、割り算を行なうため、シーケンサ２２３は、シーケンス２で割り算用サブシーケンサにスタートをかけ（ｄｉｖｓｔａｒｔ）、その後シーケンス３で一旦停止し（ｓｔｏｐ）、割り算用シーケンサの終了を待つ。
【０１４０】
また、ステップ３とステップ４には、他のステップとは少々違う動作がある。ステップ３では、輝度域が黒コードを含むとき（ａｄｒ＝ｂｌｋｓｅｃ）、上述したヒストグラム等化による適応階調変換処理における黒コード保存処理（図１０（ｅ）参照）で使用する黒コードのオフセットＢOFをレジスタ２４２に取り込むべく、シーケンス３でレジスタ２４２に書き込みイネーブルを出力する（ｂｌｋｗｒ）。
【０１４１】
ステップ４では、輝度域がピークを保存すると指示された輝度域Ａにあるとき（ａｄｒ＝ｈｌｄｓｅｃ）、上述したヒストグラム等化による適応階調変換処理におけるピーク保存処理（図１０（ｆ）参照）を行なうための変換比Ｋholdを求めるための演算をする。ここでも割り算を行なうため、シーケンサ２２３は、シーケンス４でＲＡＭ２２４の読み出しをし（ｍｅｍｒｄ）、シーケンス５で割り算用サブシーケンサにスタートをかけ（ｄｉｖｓｔａｒｔ）、その後シーケンス６で一旦停止し（ｓｔｏｐ）、割り算用シーケンサの終了を待つ。そして、シーケンス７で変換比Ｋholdをレジスタ２４３に格納する（ｈｌｄｗｒ）。
【０１４２】
以下、図１６のステップ０〜１５によるテーブル作成の処理を説明する。
【０１４３】
（１）ステップ０：ヒストグラムとり（図９（ａ）参照）
ステップ０は有効画素期間に行われ、このステップ０では、ＲＡＭ２２４にヒストグラムテーブルが作成される。このときだけは、ＲＡＭ２２４のアドレスデータとして、その画素での輝度値に応じた区間データｓｅｃ２が与えられる。この区間データｓｅｃ２に対応したアドレスにある現在までのヒストグラム値にＡＬＵ２２６内の加減算器２３７で１を加え、再びＲＡＭ２２４の同じアドレスに格納する。これにより、（３０）式に示すように、ヒストグラム値のインクリメントがなされる。ここで、ＲＡＭ１outはＲＡＭ２２４の出力データであり、ＲＡＭ１inはＲＡＭ２２４の入力データである。
ＲＡＭ１in＝ＲＡＭ１out ＋１ ・・・（３０）
【０１４４】
これを有効画素期間に区間発生器２０６（図１１参照）より出力される区間データｓｅｃ２毎に繰り返すことで、そのフィールドでのヒストグラムテーブルがＲＡＭ２２４に作成される。
【０１４５】
図１７は、ステップ０のヒストグラムとりにおけるＡＬＵ２２６の動作を示しており、関係する信号経路を破線で示している。以下の各ステップの動作を示す図においても同様である。この場合、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１４６】
（２）ステップ１：累積および正規化（図９（ｂ）、（ｃ）参照）
ステップ１以降は垂直ブランキング期間に行われる。ＲＡＭ２２４には、シーケンサ２２３よりアドレスデータａｄｒが供給される。このステップ１では、ヒストグラムの累積と正規化が行われて、正規化累積度数テーブルに変換される。累積は、ＡＬＵ２２６内のレジスタ２３８で行ない、その区間までの累積値に乗算器２４４で正規化定数ＫCCDを乗じ、その乗算結果を再びＲＡＭ２２４に格納する。（３１)式、（３２）式に、その様子を示している。
Ｒｅｇin＝Ｒｅｇout＋ＲＡＭ１out ・・・（３１）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊ＫCCD ・・・（３２）
【０１４７】
ここで、Ｒｅｇoutはレジスタ２３８の出力データであり、Ｒｅｇinはレジスタ２３８の入力データである。そして、図１６のステップ１において、「ｍｅｍｒｄ」はＲＡＭ２２４の読み出しを示し、「ｒｅｇｗｒ」はレジスタ２３８の書き込みを示し、「ｍｅｍｗｒ」はＲＡＭ２２４の書き込みを示している。以下のステップにおいても同様である。ただし、ステップ１３，１４の「ｍｅｍｒｄ」はＲＡＭ２２４，２０５の読み出しを示し、ステップ１４の「ｍｅｍｗｒ」はＲＡＭ２０５の書き込みを示している。
【０１４８】
図１８は、ステップ１の累積および正規化におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。この場合、ヒストグラム値が大きくなると振幅伝達特性において微分利得が大きくなるが、これが過度に大きくなることのないように、クリップ回路２３４によってクリップ処理される。
【０１４９】
なお、ステップ１のシーケンス６では、後述したようにＲＡＭ２２４より読み出されるヒストグラムをヒストグラム情報報告回路のレジスタに格納する（ｈｉｓｔｗｒ）。
【０１５０】
（３）ステップ２，３：ヒストグラム等化の加減（図１０（ｄ）参照）
ステップ２，３では、ヒストグラム等化の加減が行われる。すなわち、ヒストグラム等化の強さをＫWCとして指定し、（３３）式、（３４）式に示すように演算する。
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−ｘ ・・・（３３）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊ＫWC＋ｘ ・・・（３４）
【０１５１】
ＫWCを１．００にすると、ヒストグラム等化は完全に行なわれる。ＫWCを０．００にすると、ヒストグラム等化は全く行なわれない。上述の式のｘは、輝度データ発生器２２７で生成される、区間に対応する輝度データである。これは、変換を行なわなかった場合の輝度データを示しており、ＫWCが０．００のときは、このｘがそのままＲＡＭ１outとなる。
【０１５２】
図１９は、ステップ２のヒストグラム等化の加減におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ２では、（３３）式の演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図２０は、ステップ３のヒストグラム等化の加減におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ３では、（３４）式の演算のうち加算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１５３】
（４）ステップ４：黒コード保存処理（図１０（ｅ）参照）
ステップ４では、黒コードのオフセットＢOFを取り除く黒コード保存処理が行われる。ここでは、黒コードを含む区間（ａｄｒ＝ｂｌｋｓｅｃ）での、ヒストグラム等化の加減処理後のテーブル値とｘとの差、すなわち黒レベルのオフセットＢOFをレジスタ２４２にとっておいて、これを全区間でテーブルから引くことで、黒コードを含む区間でのテーブル値をｘに等しくする。黒レベルのオフセットＢOFは、ステップ３で（３４）式の演算を行なっているときに、これと平行してＲｅｇout＊ＫWCをレジスタ２４２に格納しておくことで実現できる。黒レベルのオフセットＢOFをテーブル全体から減ずる操作は、（３５）式の演算となる。
ＲＡＭ１in＝ＲＡＭ１out−ＢOF ・・・（３５）
【０１５４】
図２１は、ステップ４の黒コード保存処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ４では、（３５）式の演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。
【０１５５】
（５）ステップ５，６：ピーク保存処理（図１０（ｆ）参照）
ステップ５，６では、ピーク保存処理が行われる。上述せずも、ステップ４において、固定したい輝度域Ａでの変換結果ｐ１と、ここでの変換を行なわなかったときの値、すなわちｘとの割り算を行なってピーク保存比Ｋholdを求め、レジスタ２４３に格納しておく。すなわち、ステップ４において、輝度域Ａの区間（ａｄｒ＝ｈｌｄｓｅｃ）では、（３６）式の演算が行われて、保存比Ｋholdが求められる。
Ｋhold＝（ｘ−ＢＣ）／（ＲＡＭ１out−ＢＣ） ・・・（３６）
【０１５６】
一般に、除算は、分子をｂ、分母をａ、商をｃとすると、ｂ／ａ＝ｃで表される。この式を変形すると、ｂ＝ａｃとなり、商ｃは、分母ａにある数ｘを乗算したときに分子ｂと等しくなるときのその数ｘとして求めることができる。ここで、商ｃを求めるためには、ｘを商ｃに収束するように順次変化させていけばよい。例えば、商ｃをｎビットデータで求めるときには、ｘをｎビットデータとし、ａｘがｂを越えないように、ＭＳＢから順に確定していけばよく、最終的に確定されたｎビットのデータｘが商ｃとなる。
【０１５７】
具体例として、ｂ＝１０１０、ａ＝１１１であって、商ｃとして２1の桁から４ビットのデータを求める除算処理について説明する。商ｃを求めるための４ビットのデータｘ＝［ｂ3，ｂ2，ｂ1，ｂ0］を考える。最初に、ＭＳＢであるｂ3の確定処理をする。ｂ3＝１，ｂ2＝ｂ1＝ｂ0＝０として、ａｘとｂとを比較する。ａｘ＝１１１０＞ｂであることから、ｂ3＝０に確定する。次に、ｂ2の確定処理をする。ｂ3＝０，ｂ2＝１，ｂ1＝ｂ0＝０として、ａｘとｂとを比較する。ａｘ＝０１１１＜ｂであることから、ｂ2＝１に確定する。次に、ｂ1の確定処理をする。ｂ3＝０，ｂ2＝１，ｂ1＝１，ｂ0＝０として、ａｘとｂとを比較する。ａｘ＝１０１０．１＞ｂであることから、ｂ1＝０に確定する。次に、ｂ0の確定処理をする。ｂ3＝０，ｂ2＝１，ｂ1＝0，ｂ0＝1として、ａｘとｂとを比較する。ａｘ＝１０００．１１＜ｂであることから、ｂ0＝１に確定する。これにより、商ｃ＝０１．０１が求められる。
【０１５８】
図２２は、ステップ４のピーク保存比算出時におけるＡＬＵ２２６の動作を示しており、上述したような除算処理によってピーク保存比の算出が行われる。このとき、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。
【０１５９】
この場合、輝度データ発生器２２７より輝度Ａが含まれる区間に対応する輝度データｘが出力され、この輝度データｘより減算器２５５で黒コードＢＣが減算されてコンパレータ２３９に供給される。また、ＲＡＭ２２４より輝度Ａが含まれる区間の輝度データＲＡＭ1outが読み出され、この輝度データＲＡＭ1outより加減算器２３７で黒コードＢＣが減算されて乗算器２４４に供給される。そして、乗算器２４４では、加減算器２３７の出力データ、すなわちＲＡＭ1out−ＢＣに対してレジスタ２３８に設定された、例えば１２ビットのデータｂ(11)〜ｂ(0)が乗算され、この乗算器２４４の出力データはコンパレータ２３９に供給される。コンパレータ２３９では、上述した減算器２５５の出力データ、すなわちｘ−ＢＣと乗算器２４４の出力データとが比較され、その比較結果がコンパレータ２３９より除算コントローラ２４０に供給される。
【０１６０】
この状態で、シーケンサ２２３の制御に基づいて、除算コントローラ２４０は、最初に、ピーク保存比ＫHOLDを作成するためのレジスタ２３８をクリアし（ｂ(11)〜ｂ(0)＝０）、その後にＭＳＢであるｂ(11)を“１”に設定する。そして、除算コントローラ２４０は、コンパレータ２３９からの比較結果に基づき、乗算器２４４の出力データがｘ−ＢＣより大きいときはｂ(11)を“０”に変更し、一方乗算器２４４の出力データがｘ−ＢＣ以下であるときはｂ(11)を“１”のままとし、ｂ(11)を確定する。以下、除算コントローラ２４０は、ｂ(10)〜ｂ(0)に順に“１”を設定して上述したｂ(11)の場合と同様の確定処理をする。そして、このように確定された１２ビットのデータｂ(11)〜ｂ(0)がピーク保存比ＫHOLDとしてレジスタ２３８よりピーク保存比レジスタ２４３に供給されて格納される。
次に、保存比Ｋholdをテーブル全体に乗ずる。ただし、黒レベルは変動しないようにしなければならないため、（３７）式、（３８）式の演算をする。
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−ＢＣ ・・・（３７）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊Ｋhold＋ＢＣ ・・・（３８）
【０１６１】
図２３は、ステップ５のピーク保存処理（１）におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ５では、（３７）式の演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図２４は、ステップ６のピーク保存処理（２）におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ６では、（３８）式の演算のうち加算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１６２】
（６）ステップ７，８：ニー圧縮処理（１）（図２５（ｇ）参照）
ステップ７，８では、１回目のニー圧縮処理が行われる。正確には、ニー圧縮を行なうようなテーブルが作成される。レベルテーブルにニーをかける処理は、（３９）〜（４２）式の演算で行われる。ここで、Ｋpはニーポイント、ＫSはニースロープを示している。そして、ニー圧縮処理（１）では、Ｋp＝Ｋp1,ＫS＝ＫS1とされる。
ＲＡＭ１out≧Ｋpであるとき
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−Ｋp ・・・（３９）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊ＫS＋Ｋp ・・・（４０）
ＲＡＭ１out＜Ｋpであるとき
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−Ｋp ・・・（４１）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊１．００＋Ｋp ・・・（４２）
【０１６３】
図２７は、ステップ７のニー圧縮処理（１）におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ７では、（３９）式および（４０）式、または（４１）式および（４２）式のうち＋ＫPを除く演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図２８は、ステップ８のニー圧縮処理（１）におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ８では、残りの＋ＫPの演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１６４】
（７）ステップ９，１０：ニー圧縮処理（２）およびホワイトクリップ（図２５（ｈ）参照）
ステップ９，１０では、２回目のニー圧縮処理と、ホワイトクリップ処理が行われる。レベルテーブルにニーをかける処理は、ニー圧縮処理（１）と同様に、（３９）〜（４２）式の演算で行われる。このニー圧縮処理（２）では、Ｋp＝Ｋp2,ＫS＝ＫS2とされる。この場合、２回のニーが掛かっているので、最終のニーカーブのスロープはＫs１＊Ｋs２となる。この、２段階のニーによってニー折れ線の角取りが行われる。
【０１６５】
また、ホワイトクリップの処理は、ステップ１０の段階で、マイコン１２５よりホワイトクリップ回路２４１にホワイトクリップレベルのデータが供給されることで、ホワイトクリップの処理が実行される。したがって、その他のステップでは、ホワイトクリップ回路２４１は機能していない。
【０１６６】
図２９は、ステップ９のニー圧縮処理（２）およびホワイトクリップ処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ９では、（３９）式および（４０）式、または（４１）式および（４２）式のうち＋ＫPを除く演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図３０は、ステップ１０のニー圧縮処理（２）およびホワイトクリップ処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ１０では、残りの＋ＫPの演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１６７】
（８）ステップ１１：トータルゲイン調整（図２５（ｉ）参照）
ステップ１１では、レベルテーブルにトータルゲインＧａｉｎが掛けられ、トータルゲインの調整が行われる。例えば、Ｄ１コード（８ビット）に対して２のべき乗倍の関係にないコードアサイン、例えばＭＳＢ側やＬＳＢ側にそれぞれ１．５ビットずつ拡張した１１ビットでＡ／Ｄ変換された信号が入力されたような場合、これに補正係数を乗ずることでＤ１コードと２のべき乗倍の関係に直すことができる。ここでは（４３）式、（４４）式に基づいて演算がなされる。
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−ＢＣ ・・・（４３）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊Ｇａｉｎ＋ＢＣ ・・・（４４）
【０１６８】
図３１は、ステップ１１のトータルゲイン調整におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ１１では、（４３）式および（４４）式のうち＋ＢＣを除く演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。なお、残りの＋ＢＣの演算は、次項（９）で述るように省略できる。
【０１６９】
（９）ステップ１２：伝達利得を得るための除算処理（図２６（ｋ）参照）
ステップ１２では、これまで作ってきたレベルテーブルを、ゲインのディメンジョンであるＫｗのテーブルに変換するために除算処理をする。図２６（ｊ）は、この概念図を示している。例えば、図２６（ｊ）の縦の破線の輝度域において、ａのレベルをｂのレベルに変換する利得を求める演算をすればよいわけである。ここで、黒コードＢＣがゼロ元になる利得を求めなければならないことに注意を要する。図１に示すように、輝度変換演算器１１１で演算を行う前に、減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂで赤、緑、青の色データより黒コードＢＣを減じて、コードから刺激値に変換している。よって、ここで除算で求める利得も、刺激値に対しての利得、すなわち黒コードをゼロ元とする利得でなければならない。そこで、（４５）式の演算によってゲインテーブルに変換する。
ＲＡＭ１in＝（ＲＡＭ１out−ＢＣ）／（ｘ−ＢＣ） ・・・（４５）
【０１７０】
さて、（４５）式の分子を見ると、上述した（４４）式において黒コードＢＣを加えたものをまた減じている。したがって、これらの操作は冗長であるから省略することができる。この場合、（４４）式、（４５）式は、それぞれ（４６）式、（４７）式に示すようになる。
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊Ｇａｉｎ ・・・（４６）
ＲＡＭ１in＝ＲＡＭ１out／（ｘ−ＢＣ） ・・・（４７）
【０１７１】
このようにして、このフィールドでの変換テーブルが作成される。ただし、これを次フィールドの変換にそのまま用いると、光源のフリッカの影響などをもろに受ける。そこで、前フィールドでの変換テーブルとの間で時歴演算を行ない、時定数をもってテーブルの更新がなされるようにする。
【０１７２】
図３２は、ステップ１２の伝達利得を得るための除算処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示しており、上述したピーク保存比算出時におけると同様の除算処理によって、０〜６０の輝度域の伝達利得が求められる。このステップ１２では、（４７）式の演算が行われる。
【０１７３】
この場合、まず、シーケンサ２２３より輝度域０を示すアドレスデータａｄｒが出力される。これにより、ＲＡＭ２２４より輝度域０の区間の輝度データＲＡＭ1outが読み出され、この輝度データＲＡＭ1outがコンパレータ２３９に供給される。また、輝度データ発生器２２７より輝度域０の区間に対応する輝度データｘが出力され、この輝度データｘより減算器２５５で黒コードＢＣが減算されて乗算器２４４に供給される。そして、乗算器２４４では、減算器２５５の出力データ、すなわちｘ−ＢＣに対してレジスタ２３８に設定された、例えば１２ビットのデータｂ(11)〜ｂ(0)が乗算され、この乗算器２４４の出力データはコンパレータ２３９に供給される。コンパレータ２３９では、上述した輝度データＲＡＭ1outと乗算器２４４の出力データとが比較され、その比較結果がコンパレータ２３９より除算コントローラ２４０に供給される。
【０１７４】
この状態で、シーケンサ２２３の制御に基づき、除算コントローラ２４０は、最初に、伝達利得を作成するためのレジスタ２３８をクリアし（ｂ(11)〜ｂ(0)＝０）、その後にＭＳＢであるｂ(11)を“１”に設定する。そして、除算コントローラ２４０は、コンパレータ２３９からの比較結果に基づき、乗算器２４４の出力データがＲＡＭ1outより大きいときはｂ(11)を“０”に変更し、一方乗算器２４４の出力データがＲＡＭ1out以下であるときはｂ(11)を“１”のままとし、ｂ(11)を確定する。以下、除算コントローラ２４０は、ｂ(10)〜ｂ(0)に順に“１”を設定して上述したｂ(11)の場合と同様の確定処理をする。そして、このように確定された１２ビットのデータｂ(11)〜ｂ(0)が輝度域０の伝達利得ＲＡＭ1inとしてＲＡＭ２２４に格納される。
【０１７５】
以下、シーケンサ２２３より輝度域１〜６０を示すアドレスデータａｄｒが順に出力され、除算コントローラ２４０の働きにより、上述した輝度域０の場合と同様に除算処理が行われ、輝度域１〜６０の伝達利得ＲＡＭ1inが順に求められてＲＡＭ２２４に格納される。
【０１７６】
（１０）ステップ１３，１４：時定数（ＬＰＦ）処理（図２６（ｌ）参照）
ステップ１３，１４では、時定数をもってテーブルの更新がなされるように時定数処理が行われる。また、この結果は、実際に入力画像の変換の際に参照される最終テーブルとしてのＲＡＭ２０５に書き込まれる。そのために、（４８）式、（４９）式の演算が行われる。
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−ＲＡＭ２out ・・・（４８）
ＲＡＭ２in＝Ｒｅｇout＊ＫT＋ＲＡＭ２out ・・・（４９）
（４９）式において、ＫTは時定数である。また、同式の左辺は、上記のような理由でＲＡＭ２inになっている。ここで、ＲＡＭ２outはＲＡＭ２０５の出力データであり、ＲＡＭ２inはＲＡＭ２０５の入力データである。
【０１７７】
このＬＰＦ演算の伝達関数は、（５０）式に示すように表される。この（５０）式におけるサンプリング周波数はフィールド周波数である。
Ｇ（ｚ）＝ＫT／１−（１−ＫT）ｚ-1 ・・・（５０）
このようにして、ＲＡＭ２０５に最終テーブルが作成される。
【０１７８】
図３３は、ステップ１３の時定数処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ１３では、（４８）式および（４９）式のうち＋ＲＡＭ２outを除く演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図３４は、ステップ１４の時定数処理におけるるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ１４では、残りの＋ＲＡＭ２outの演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１７９】
（１１）ステップ１５：ＲＡＭのクリア処理
ステップ１５では、次のフィールドの有効画素期間におけるヒストグラムとりに備えて、ＲＡＭ２２４がクリアされる。図３５は、ステップ１５のＲＡＭ２２４のクリア処理におけるるＡＬＵ２２６の動作を示している。
【０１８０】
以上説明したように、図１に示す第１の実施の形態においては、ニー圧縮処理が、輝度レベルに対してニー圧縮を行う輝度ニー処理と、その上でまだオーバーしているチャネルがあるとき、そのチャネルのレベルが規格に収まるまで彩度を絞る彩度ニー処理からなっている。そのため、色相を変化させることなくチャネルレベルをオーバーさせずに高輝度部分を圧縮することができる。
【０１８１】
また、第１の実施の形態においては、彩度ニー処理におけるチャネルレベルの制限値ＣＭを、例えば１１０％以上に設定してチャネルレベルの制限を緩和することで、大幅に高輝度域での色付きを獲得する、ＤＣＣプラス機能を有している。したがって、色相を変化させることなく、高輝度域での色付きを獲得できる利益がある。
【０１８２】
また、第１の実施の形態においては、輝度に対してホワイトクリップをかけ、その上でチャネルレベルがオーバーしている場合は、彩度ニー処理によって対処するものである。したがって、ホワイトクリップ処理を、色相を変化させることなく行うことができる。
【０１８３】
また、第１の実施の形態においては、黒浮きの起こっている階調域の輝度の利得ｋｗを減じるコントロールを行ってフレア補正を行うものであり、色に影響を与えないフレア補正を行うことができる。そして、第１の実施の形態においては、このフレア補正がヒストグラム等化による適応階調変換によって自動的に行われ、フレアの発生に応じて補正動作がなされる利益がある。
【０１８４】
また、第１の実施の形態においては、輝度レベルに対してヒストグラム等化による適応階調変換が行われるものであり、使われてない階調域は優先的に圧縮され、従ってダイナミックレンジを有効に使用できる。そしてこの場合、ヒストグラム等化の強さＫWCを指定してヒストグラム等化を加減でき（（３４）式と図１０（ｄ）参照）、最適なヒストグラム等化による適応階調変換を行わせることができる。また、ヒストグラム等化の加減が済んだ段階で、黒コードのオフセットＢOFを全体から減算して黒コードの保存処理が行われる（図１０（ｅ）参照）。そのため、黒コードの一貫性が保証され、刺激値に対して行われる輝度変換演算器１１１の輝度変換演算を良好に行うことができる。さらに、黒コード保存処理が済んだ段階で、入力輝度Ａの輝度レベルを変換によっても変化しないようにピーク保存処理が行われる（図１０（ｆ）参照）。これにより、例えば照明条件がよく通常の光量の区間のヒストグラムが大きい場合に、その区間の輝度レベルを保存することで、その区間の映像信号がニー圧縮されてしまう等の不都合を防止できる。
【０１８５】
ここで、輝度レベルに対してヒストグラム等化による適応階調変換が行われた上でチャネルレベルがオーバーしている場合は、彩度ニー処理によって対処するものであり、ヒストグラムによる適応階調変換を色相を変化させることなく行うことができる。
【０１８６】
また、第１の実施の形態においては、輝度レベルに対してヒストグラム等化による適応階調変換が行われるものであり、実際に画面中に存在する輝度域により多くの階調を割り当てるようにカラー映像信号を圧縮できる。その上でチャネルレベルがオーバーしている場合は、彩度ニー処理によって対処するものであり、ヒストグラムによる適応階調変換を色相を変化させることなく行うことができる。
【０１８７】
また、第１の実施の形態においては、ユーザは彩度の利得ｋｃnを設定でき、彩度ニー処理によって彩度を絞る処理が優先されるものの、それ以外はユーザによって設定される彩度の利得ｋｃnで彩度を自由に調節できる。
【０１８８】
なお、図１に示す第１の実施の形態においては、輝度の利得ｋｗや彩度の利得ｋｃを求める演算にかかる回路の遅延を最小とするために、コントローラ１２４では図１１に示すように輝度変換演算が行われる前の色データＲ，Ｇ，Ｂから得られた輝度ＷやＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に輝度の利得ｋｗ1をかけて、彩度の利得ｋｃを得るためのデータＷ′，ＭＡＸ′を得るようにしている。このように回路の遅延を最小とするのは、この系と並行して色補正回路１０８を通る本線系と、イメージエンハンサ１０９の系があって、それぞれの総合遅延が合わなければならないため、ｋｗやｋｃを得る系に遅延が多いと、上述した他の系に遅延回路を挿入してタイミングをとらなければならないからである。
【０１８９】
図３６は第２の実施の形態としてのビデオカメラ装置１００Ａの要部を示しており、上述した遅延の問題は別にして、輝度変換演算が行われ結果より彩度変換演算で使用される輝度Ｗｉや彩度の利得ｋｃを得るようにしたものである。この図３６において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１９０】
図３６に示すビデオカメラ装置１００Ａでは、アップコンバータ１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂより出力される２ｆs1レートの赤、緑、青の色データが輝度変換コントローラ１２４ａに供給される。そして、このコントローラ１２４ａでは、図１１におけるマトリックス回路２０１、輝度利得発生器２０２と同等の回路によって、輝度変換演算器１１１で使用される輝度の利得ｋｗが形成される。また、輝度変換演算器１１１より出力される２ｆs1レートの赤、緑、青の刺激値が彩度変換コントローラ１２４ｂに供給される。そして、このコントローラ１２４ｂでは、図１１におけるマトリックス回路２０１、最大値回路２１０、彩度利得発生器２１６と同等の回路によって、彩度変換演算器１１２で使用される輝度Ｗｉおよび彩度の利得ｋｃが形成される。
【０１９１】
なお、上述せずも、ヒストグラム等化による適応階調変換を採用した場合に問題となるのは、以下の▲１▼、▲２▼のような場合である。
▲１▼ヒストグラムが特定の輝度域、殊に暗部に集中した場合
▲２▼照明条件がよく、通常光量にヒストグラムがほとんどある場合
【０１９２】
特定の領域にヒストグラムが集中した場合は、微分利得が著しく増大し、Ｓ／Ｎを損なう恐れがある。絞りを閉じた場合は、ビデオカメラにとって最も条件のきつい黒付近で利得が増大するため、画質を損なってしまう。そこで、マイコン１２５は、ヒストグラムが集中している輝度域の情報を得、ヒストグラム等化の強さＫWCを絞るようにすればよい。そして、ヒストグラムが集中している輝度域が黒付近であるときは、より絞るようにすればよい。
【０１９３】
また、図１６のシーケンサの動作ステップのステップ２のシーケンス６「ｈｉｓｔｗｒ］において、ＲＡＭ２２４より読み出されたヒストグラムがヒストグラム情報報告回路（図示せず）のレジスタに格納される。これにより、ヒストグラム情報報告回路では、レジスタに順次格納されたヒストグラムの値を比較して、例えば大きい方から４つのヒストグラムに対応した輝度域の情報を得るようにされる。そして、この報告回路よりマイコン１２５に大きい方から４つのヒストグラムに対応した輝度域の情報が報告される。
【０１９４】
一方、照明条件が良い場合については、図１０（ｆ）について説明した通り、輝度ピーク保存処理が必要になる。このための輝度固定を行なうレベルＡをソフトウェアで指定することが必要である。上述せずも、このレベルＡには、オートアイリスの制御値を与えるのが良い。オートアイリスの制御値とは、画像から抽出された画像を代表する明るさで、これが設定値に等しくなるよう絞りが動かされる。レベルＡの指定に、このオートアイリスの制御値を用いると、ヒストグラム等化処理によっても、オートアイリスシステムが狙った輝度がそのまま再生される等のメリットがある。
【０１９５】
なお、上述実施の形態においては、ヒストグラム等化による適応階調変換を行うための振幅伝達特性を前フィールドの映像期間中に検出された累積度数分布（ヒストグラムテーブル）に基づいて作成するように説明したが、先行する複数のフィールドの映像期間中に検出された累積度数分布に基づいて作成するようにしてもよいことは勿論である。
【０１９６】
【発明の効果】
この発明によれば、入力映像信号の累積度数分布に基づいて入力映像信号のレベルと出力映像信号のレベルの対応を示す変換情報を生成し、この変換情報で入力映像信号の信号レベルを変換して出力映像信号を得るものであり、入力映像信号の使われていない階調域が優先的に圧縮された出力映像信号を得ることができ、限られたダイナミックレンジを有効に使用できる。
【０１９７】
また、入力映像信号が所定レベルである際に入力映像信号を変換情報によって変換して得た出力映像信号が上記所定レベルとなるように変換情報を生成することで、入力映像信号の所定レベルの信号レベルが保存されたまま、入力映像信号の使われていない階調域が優先的に圧縮された出力映像信号を得ることができる。これにより、例えば照明条件がよく通常の光量の区間のヒストグラムが大きい場合に、その区間の輝度レベルを保存することで、その区間の映像信号がニー圧縮されてしまう等の不都合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態としてのビデオカメラ装置を示すブロック図である。
【図２】空間画素ずらし法を説明するための図である。
【図３】輝度変換演算器を示すブロック図である。
【図４】彩度変換演算器を示すブロック図である。
【図５】ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、補間フィルタ（ＩＰＦ）の周波数特性を示す図である。
【図６】Ｒ，Ｇ，Ｂレベルと色との関係を示す図である。
【図７】Ｒ，Ｇ，Ｂレベルと色との関係を示す図である。
【図８】Ｒ，Ｇ，Ｂレベルと色との関係を示す図である。
【図９】ヒストグラム等化による適応階調変換を説明するための図である。
【図１０】ヒストグラム等化による適応階調変換を説明するための図である。
【図１１】コントローラの詳細構成を示すブロック図である。
【図１２】輝度域の区間割の一例を示す図である。
【図１３】輝度の利得ｋｗ1を得る補間演算を説明するための図である。
【図１４】コントローラの輝度の利得ｋｗ、彩度の利得ｋｃ、輝度Ｗｉを求める回路部分を示すブロック図である。
【図１５】コントローラのテーブル作成に係る回路部分を示すブロック図である。
【図１６】コントローラのシーケンサのテーブル作成のための動作ステップを示す図である。
【図１７】ステップ０：ヒストグラムとりにおけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図１８】ステップ１：累積および正規化におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図１９】ステップ２：ヒストグラム等化の加減（１）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２０】ステップ３：ヒストグラム等化の加減（２）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２１】ステップ４：黒コード保存処理におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２２】ステップ４：ピーク保存比算出時におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２３】ステップ５：ピーク保存処理（１）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２４】ステップ６：ピーク保存処理（２）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２５】ニー圧縮、ホワイトクリップ、トータルゲイン調整を説明するための図である。
【図２６】伝達利得を得るための除算等を説明するための図である。
【図２７】ステップ７：ニー圧縮処理（１）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２８】ステップ８：ニー圧縮処理（１）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２９】ステップ９：ニー圧縮処理（２）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３０】ステップ１０：ニー圧縮処理（２）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３１】ステップ１１：トータルゲイン調整におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３２】ステップ１２：伝達利得を得るための除算処理におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３３】ステップ１３：時定数処理におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３４】ステップ１４：時定数処理におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３５】ステップ１５：ＲＡＭのクリア処理を説明するための図である。
【図３６】第２の実施の形態としてのビデオカメラ装置の要部を示すブロック図である。
【図３７】テレビジョンシステムを示す図である。
【符号の説明】
１００・・・ビデオカメラ、１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ・・・ＣＣＤ固体撮像素子、１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ・・・アナログプロセス回路、１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂ・・・Ａ／Ｄ変換器、１０６・・・プリプロセス回路、１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂ・・・アップコンバータ、１０８・・・色補正回路、１０９・・・イメージエンハンサ、１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ・・・減算器、１１１・・・輝度変換演算器、１１２・・・彩度変換演算器、１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂ，１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂ・・・加算器、１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂ・・・ガンマ補正回路、１２３Ｒ，１２３Ｂ・・・ローパスフィルタ、１２３Ｇ・・・補間フィルタ、１２４・・・コントローラ、１２５・・・マイクロコンピュータ、２０１・・・マトリックス回路、２０２・・・輝度利得発生器、２０３，２２１，２２２・・・アップコンバータ、２０４・・・画素平均回路、２０５，２２４・・・ＲＡＭ、２０６・・・区間発生器、２０７・・・アドレス発生器、２０８，２１２，２１５，２２５・・・スイッチ回路、２０９・・・補間演算器、２１０・・・最大値回路、２１１・・・輝度利得乗算器、２１３，２１７，２１８・・・減算器、２１４・・・乗算器、２１９・・・除算器、２２０・・・最小値回路、２２３・・・シーケンサ、２２６・・・演算論理ユニット、２２７・・・輝度データ発生器
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビデオカメラ装置、映像信号処理装置および映像信号の階調変換方法に関する。詳しくは、入力映像信号の使われていない階調域を優先的に圧縮することによって、限られたダイナミックレンジを有効に使用しようとしたビデオカメラ装置等に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３７Ａは、カメラでの撮像から記録系、伝送系を経て受像機で視聴者に画像が届くまでの理想的なテレビジョンシステム３００Ａを示している。このテレビジョンシステム３００Ａは、カメラシステム、記録系、伝送系、受像系で構成されている。
【０００３】
カメラシステム３００Ａでは、撮像レンズ３０１を通して入射された光が色分解プリズム３０２によって赤、緑、青の色成分光に分解され、この赤、緑、青の色成分光がＣＣＤ固体撮像素子３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂに入射されて撮像面上にそれぞれ被写体に係る赤色画像、緑色画像、青色画像が結像されて撮像が行われる。撮像素子３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂよりそれぞれ出力される赤、緑、青の撮像信号に対してＣＤＳ（corelated double sampling）回路３０４で相関二重サンプリング処理が行われて赤、緑、青の色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが取り出される。
【０００４】
そして、ＣＤＳ回路３０４で取り出される色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、アンプ３０５で増幅され、さらにガンマ補正回路３０６でガンマ補正されて信号処理回路３０７に供給される。そして、信号処理回路３０７では、色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに対してマトリックス処理が行われて輝度信号Ｙ、赤色差信号ＣＲ、青色差信号ＣＢが形成され、さらに輝度信号Ｙに対して同期信号の付加処理等が行われる共に、色差信号ＣＲ，ＣＢに対して色変調処理が行われて搬送色信号Ｃが形成される。
【０００５】
また、記録系では、カメラシステムの信号処理回路３０７より出力される輝度信号Ｙおよび搬送色信号ＣがＶＴＲ（Video Tape Recorder）３０８によって記録再生される。
【０００６】
また、伝送系では、記録系のＶＴＲ３０８より再生される輝度信号Ｙおよび搬送色信号Ｃがエンコーダ３０９に供給されて映像信号ＳＶが形成され、この映像信号ＳＶが変調回路３１０で変調されてＲＦ信号とされ、このＲＦ信号は送信アンテナ３１１より送信される。そして、受信アンテナ３１２で受信されたＲＦ信号が復調回路３１３で復調されて映像信号ＳＶが得られる。
【０００７】
また、受像系では、伝送系の復調回路３１３で得られる映像信号ＳＶよりデコーダ３１４で輝度信号Ｙおよび搬送色信号Ｃが得られ、この輝度信号Ｙおよび搬送色信号Ｃは信号処理回路３１５に供給される。信号処理回路３１５では、搬送色信号Ｃに対して色復調処理が行われて色差信号ＣＲ，ＣＢが得られると共に、輝度信号Ｙ、色差信号ＣＲ，ＣＢに対してマトリックス処理が行われて色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが形成される。そして、信号処理回路３１５より出力される色信号Ｒ，Ｇ，ＢがＣＲＴ（cathode-ray tube）３１６に供給され、このＣＲＴ３１６にカメラシステムによる撮像画像が表示される。
【０００８】
図３７Ａに示す理想的なテレビジョンシステム３００Ａによれば、信号系に非線形処理を含むものの、それに対する逆変換が存在するために、被写体から視聴者の目までが線形となる。よって、ＣＲＴ３１６に表示される画像は被写体を忠実に再現したものとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、撮像素子３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂのダイナミックレンジをはじめ、記録系、伝送系の定めるダイナミックレンジの制約があり、図３７Ａに示す構成は実際には採れない。ダイナミックレンジの制約は、信号規格として記録系、伝送系に定められたものがもっとも狭く、自然光の広大なダイナミックレンジをこれに収めるための手だてが必要になる。
【００１０】
そこで、現行のテレビジョンシステム３００Ｂでは、図３７Ｂに示すように、アンプ３０５とガンマ補正回路３０６との間にプリニー回路３２１を挿入すると共に、ガンマ補正回路３０６と信号処理回路３０７との間にニー回路３２２を挿入することで、色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの信号レベルを規格内に収めるようにしている。放送規格上の信号レベルは、色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの信号レベルの規定になっているので、これによって直接に規格に収めることができる。なお、図３７Ｂにおいて、図３７Ａに対応する部分には同一符号を付して示している。
【００１１】
このように、高輝度域をニー圧縮することで、自然光の広大なダイナミックレンジをテレビジョン信号規格のレンジに収めることができる。しかしこの場合、単純に高輝度域を圧縮するものであることから、画像の明るいところでのコントラストが見えにくくなる等の不都合があった。
【００１２】
そこで、この発明では、使われていない階調域を優先的に圧縮して、限られたダイナミックレンジを有効に使用することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るビデオカメラ装置は、入力映像信号の輝度および画素数に関するヒストグラムに基づいて累積度数分布を生成する累積度数分布生成手段と、上記累積度数分布を正規化してヒストグラム等化された第１の振幅伝達特性を取得する第１の取得手段と、上記ヒストグラム等化された上記第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化されていない第２の振幅伝達特性との間を、指定する比率で内分することにより、第３の振幅伝達特性を取得する第２の取得手段と、上記第３の振幅伝達特性における上記入力映像信号が上記ヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、上記入力レベルが変化しないような変換利得を算出し、当該変換利得を上記第３の振幅伝達特性に乗算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得する第３の取得手段と、上記入力映像信号の信号レベルを上記第４の振幅伝達特性に基づいて変換するレベル変換手段とを備えるものである。
【００１４】
また、この発明に係る映像信号処理装置は、入力映像信号の輝度および画素数に関するヒストグラムに基づいて累積度数分布を生成する累積度数分布生成手段と、上記累積度数分布を正規化してヒストグラム等化された第１の振幅伝達特性を取得する第１の取得手段と、上記ヒストグラム等化された上記第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化されていない第２の振幅伝達特性との間を、指定する比率で内分することにより、第３の振幅伝達特性を取得する第２の取得手段と、上記第３の振幅伝達特性における上記入力映像信号が上記ヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、上記入力レベルが変化しないような変換利得を算出し、当該変換利得を上記第３の振幅伝達特性に乗算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得する第３の取得手段と、上記入力映像信号の信号レベルを上記第４の振幅伝達特性に基づいて変換するレベル変換手段とを備えるものである。
【００１７】
また、この発明に係る映像信号の階調変換方法は、入力映像信号の輝度および画素数に関するヒストグラムに基づいて累積度数分布を生成し、上記累積度数分布を正規化してヒストグラム等化された第１の振幅伝達特性を取得し、上記ヒストグラム等化された上記第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化されていない第２の振幅伝達特性との間を、指定する比率で内分することにより、第３の振幅伝達特性を取得し、上記第３の振幅伝達特性における上記入力映像信号が上記ヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、上記入力レベルが変化しないような変換利得を算出し、当該変換利得を上記第３の振幅伝達特性に乗算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得し、上記入力映像信号の信号レベルを上記第４の振幅伝達特性に基づいて変換する工程を備えるものである。
【００１８】
入力映像信号の累積度数分布が検出される。例えば、入力映像信号の有効映像期間中に検出される信号レベル分布情報に基づいて、入力映像信号の累積度数分布が検出される。そして、この累積度数分布に基づいて、ヒストグラム等化の第１の振幅伝達特性を取得し、さらに、この第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化なしの第２の振幅伝達特性とを内分する第３の振幅伝達特性を取得する。この第３の振幅伝達特性で入力映像信号の信号レベルを変換することで、入力映像信号の使われていない階調域が優先的に圧縮された出力映像信号が得られる。
【００１９】
また、入力映像信号がヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、入力映像信号を第３の振幅伝達特性によって変換して得た出力映像信号が上記所定レベルとなるように第３の振幅伝達特性が調整されて第４の振幅伝達特性が取得される。そして、この第４の振幅伝達特性に基づいて、入力映像信号の信号レベルが変換されることで、入力映像信号の所定レベルの信号レベルが保存されたまま、入力映像信号の使われていない階調域が優先的に圧縮された出力映像信号が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態としてのビデオカメラ装置１００を示している。
【００２１】
ビデオカメラ装置１００は、システム全体を制御するためのシステムコントローラとして機能するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）１２５を有している。後述するコントローラのテーブル作成時に使用されるニーポイント、ニースロープ、ホワイトクリップレベル、正規化定数、トータルゲイン、時定数、ヒストグラムの強さ、黒コード等は、このマイコン１２５より与えられる。
【００２２】
また、ビデオカメラ装置１００は、レンズブロック１０１と、このレンズブロック１０１を通して入射された光を赤、緑、青の色成分光に分解するための色分解プリズム１０２と、この色分解プリズム１０２で分解された赤、緑、青の色成分光が入射されて撮像面上にそれぞれ被写体に係る赤色画像、緑色画像、青色画像が結像されるＣＣＤ固体撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂとを有している。
【００２３】
この場合、解像度向上のために空間画素ずらし法が採用されている。すなわち、図２に示すように、撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｂは、撮像素子１０３Ｇに対して水平方向に１／２画素ピッチ（Ｐ／２）だけずらして配置されている。この空間画素ずらし法では、撮像素子１０３Ｇより出力される緑色撮像信号のサンプリング点と、撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｂより出力される赤色撮像信号、青色撮像信号のサンプリング点は１８０゜の位相差を有するものとなる。
【００２４】
また、ビデオカメラ装置１００は、撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂよりそれぞれ出力される赤、緑、青の撮像信号に対して相関二重サンプリング処理やレベル制御処理をするアナログプロセス回路１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを有している。相関二重サンプリング処理をすることでリセット雑音を低減することができる。また、レベル制御処理では、白バランスや黒バランス等のレベル制御が行われる。
【００２５】
また、ビデオカメラ装置１００は、アナログプロセス回路１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂより出力される赤、緑、青の色信号をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂを有している。上述した撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂよりｆs1（例えば１４．３１８１８ＭＨｚ）のレートで赤、緑、青の撮像信号が出力される場合、Ａ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂでは赤、緑、青の色信号がサンプリング周波数ｆs1でサンプルホールドされてディジタル信号に変換される。
【００２６】
また、ビデオカメラ装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂより出力される赤、緑、青の色データのレベルをそれぞれ検出し、その検出出力をマイコン１２５に供給するレベル検出器１２６を有している。このレベル検出器１２６の出力は、例えば絞り（アイリス）の制御に使用される。
【００２７】
また、ビデオカメラ装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂより出力される赤、緑、青の色データに対して白黒バランス制御、シェーディング補正、欠陥補正等の画像処理を行うプリプロセス回路１０６と、このプリプロセス回路１０６より出力される赤、緑、青の色データより２倍のサンプリング周波数２ｆs1の赤、緑、青の色データを得るアップコンバータ１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂとを有している。この場合、サンプリング周波数２ｆs1の赤、緑、青の色データは互いに位相が合うように処理される。
【００２８】
また、ビデオカメラ装置１００は、アップコンバータ１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂより出力される赤、緑、青の色データに対してリニアマトリックス処理をする色補正回路１０８を有している。リニアマトリックス処理では、（１）式の演算処理が行われ、撮像画像の色再現性を補正した赤、緑、青の色データが得られる。なお、ＤＲin，ＤＧin，ＤＢinは赤、緑、青の入力色データ、ＤＲout，ＤＧout，ＤＢoutは赤、緑、青の出力色データ、ａ〜ｆは係数である。
また、ビデオカメラ装置１００は、プリプロセス回路１０６より出力される赤、緑の色データＤＲ，ＤＧより、画像の輪郭部を強調するための輪郭強調信号Ｄａ，Ｄｃを生成するイメージエンハンサ１０９を有している。この場合、輪郭強調信号Ｄａは高域側を強調するものであり、輪郭強調信号Ｄｃは低域側を強調するものである。
【００３０】
また、ビデオカメラ装置１００は、色補正回路１０８より出力される赤、緑、青の色データよりマイコン１２５から供給される黒コードＢＣを減算して赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに変換する減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂと、この減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂより出力される刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して色相、彩度に影響を与えずに輝度だけ変換するための演算をする輝度変換演算器１１１と、この輝度変換演算器１１１より出力される刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して輝度、色相に影響を与えずに彩度だけ変換するための演算をする彩度変換演算器１１２とを有している。
【００３１】
色相、彩度に影響を与えずに輝度だけ変換するには、（２）式に示すように、輝度の利得ｋｗを３チャネルに共通して掛ければよい。（２）式において、Ｒi，Ｇi，Ｂiは入力側の刺激値、Ｒo，Ｇo，Ｂoは出力側の刺激値である。
【００３２】
【数１】
ここで、刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、（３）〜（５）式によって、Ｗ，ｘ，ｙを得る。このとき、Ｗは輝度であり、ｘ，ｙは輝度Ｗとは独立に色の情報だけを持っている。ｘ＝ｙ＝０のとき、色のないグレーの画素であり、ベクトル（ｘ，ｙ）の角度は色相を表し、ベクトル（ｘ，ｙ）の大きさは彩度を表している。
【００３４】
【数２】
（２）式による変換で輝度を変更したときの変化を調べる。（３）、（４）、（５）式に（２）式を代入すると、（６）〜（８）式のようになる。（６）〜（８）式において、Ｗo，ｘo，ｙoは出力側の刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoに対応するものであり、Ｗi，ｘi，ｙiは入力側の刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiに対応するものである。これにより、輝度だけがｋｗ倍に変更され、色には全く影響がないことがわかる。
【００３６】
【数３】
（２）式に基づき、輝度変換演算器１１１は、図３に示すように構成される。すなわち、輝度変換演算器１１１は、刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiに利得ｋｗを掛算して刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoを得る乗算器１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂとを有して構成される。
【００３８】
また、輝度、色相に影響を与えずに彩度だけ変換するには、（９）式に示すような線形演算を行えばよい。（９）式において、Ｒi，Ｇi，Ｂiは入力側の刺激値、Ｒo，Ｇo，Ｂoは出力側の刺激値、ｋｃは彩度の利得である。
【００３９】
【数４】
輝度Ｗiを用いると、（９）式は、（１０）〜（１３）式に示すようにも表される。
Ｒo＝Ｗi＋ｋｃ（Ｒi−Ｗi） ・・・（１０）
Ｇo＝Ｗi＋ｋｃ（Ｇi−Ｗi） ・・・（１１）
Ｂo＝Ｗi＋ｋｃ（Ｂi−Ｗi） ・・・（１２）
Ｗi＝０．５９Ｇi＋０．３０Ｒi＋０．１１Ｂi ・・・（１３）
【００４１】
（９）式による変換で彩度を変更したときの変化を調べる。（３）、（４）、（５）式に、（１０）〜（１２）式を代入すると、（１４）〜（１６）式のようになる。（１４）〜（１６）式において、Ｗo，ｘo，ｙoは出力側の刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoに対応するものであり、Ｗi，ｘi，ｙiは入力側の刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiに対応するものである。これにより、輝度および色相に変化がなく、彩度だけがｋｃ倍に変更されることがわかる。
【００４２】
【数５】
（１０）〜（１２）式に基づき、輝度変換演算器１１２は、図４に示すように構成される。すなわち、輝度変換演算器１１２は、刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiより輝度Ｗiを減算する減算器１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂと、この減算器１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂの出力信号に利得ｋｃを掛算する乗算器１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂと、この乗算器１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂの出力信号に輝度Ｗiを加算して刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoを得る加算器１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６Ｂとを有して構成される。
【００４４】
図１に戻って、ビデオカメラ装置１００は、彩度変換演算器１１２より出力される赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに、マイコン１２５から供給される黒コードＢＣおよびペデスタルレベルの補正値ＰＥＤを加算すると共に、イメージエンハンサ１０９より出力される輪郭強調信号Ｄｃを加算する加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂを有している。この場合、刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに黒コードＢＣを加算することで、コード値に変換される。また、刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂにペデスタルレベルの補正値ＰＥＤを加算することで、アイリス（図示せず）を閉じたときの赤、緑、青の色データの値、従って黒レベルを調整できる。
【００４５】
また、ビデオカメラ装置１００は、加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂより出力される赤、緑、青の色データにガンマ補正をするガンマ補正回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂと、このガンマ補正回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂより出力される色データにイメージエンハンサ１０９より出力される輪郭強調信号Ｄａを加算する加算器１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂとを有している。
【００４６】
また、ビデオカメラ装置１００は、加算器１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂより出力される赤、緑、青の色データに対して一定レベルでクリップ処理するクリップ回路１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂと、このクリップ回路１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂより出力される色データ赤、緑、青の色データに対してマトリックス処理をして輝度データ、赤色差データ、青色差データを形成するマトリックス回路１２１と、このマトリックス回路１２１より出力される輝度データ、赤色差データ、青色差データに対して一定レベルでクリップ処理して、輝度データＤＹ、赤色差データＤＣＲ、青色差データＤＣＢを得るクリップ回路１２２Ｙ，１２２Ｒ，１２２Ｂとを有している。
【００４７】
また、ビデオカメラ装置１００は、プリプロセス回路１０６より出力される赤、青の色データの帯域を制限するためのローパスフィルタ１２３Ｒ，１２３Ｂと、プリプロセス回路１０６より出力される青の色データより赤、青の色データと位相が合った緑の色データを得るための補間フィルタ１２３Ｇとを有している。ローパスフィルタ１２３Ｒ，１２３Ｂとしては、例えば図５Ｂに示す周波数特性を有する［１２２２１］型フィルタが使用される。また、補間フィルタ１２３Ｇとしては、例えば図５Ａに示す周波数特性を有する［１３４４３１］型フィルタが使用される。なお、これらローパスフィルタ１２３Ｒ，１２３Ｂおよび補間フィルタ１２３Ｇの画素ずらしされた赤、緑、青の色信号の輝度成分に対する総合的な周波数特性は、図５Ｃに示すようになる。
【００４８】
また、ビデオカメラ装置１００は、ローパスフィルタ１２３Ｒ，１２３Ｂ、補間フィルタ１２３Ｇより出力される赤、緑、青の色データに基づいて、上述した輝度変換演算器１１１で使用される輝度の利得ｋｗ、上述した彩度変換演算器１１２で使用される入力側の輝度Ｗiおよび彩度の利得ｋｃを得るためのコントローラ１２４を有している。この場合、コントローラ１２４では、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２によって、この発明によるニー圧縮、ＤＣＣプラス機能、ホワイトクリップ、フレア補正、ヒストグラム等化による適応階調変換等が行われるように、ｋｗ，Ｗi，ｋｃが形成される。
【００４９】
次に、図１に示すビデオカメラ装置１００の動作を説明する。
【００５０】
レンズブロック１０１を通して入射された被写体からの光は色分解プリズム１０２に供給されて赤色光、緑色光、青色光に分解され、それぞれ撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂに導かれる。撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂの撮像面上には、それぞれ被写体に係る赤色画像、緑色画像、青色画像が結像されて撮像が行われる。そして、撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂより出力される赤、緑、青の撮像信号はアナログプロセス回路１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂに供給されて相関二重サンプリング処理や白バランス、黒バランス等のレベル制御がされる。
【００５１】
また、アナログプロセス回路１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂより出力される赤、緑、青の色信号はＡ／Ｄ変換器１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂでｆs1レートの色データに変換される。この赤、緑、青の色データはプリプロセス回路１０６に供給されて白黒バランス制御、シェーディング補正、欠陥補正等の画像処理がされる。
【００５２】
そして、プリプロセス回路１０６より出力される赤、緑、青の色データがアップコンバータに供給され、互いに位相の合った２倍のサンプリング周波数２ｆs1の赤、緑、青の色データが形成される。そして、この赤、緑、青の色データが色補正回路１０８に供給されてリニアマトリックス処理が行われ、撮像画像の色再現性を補正した赤、緑、青の色データが得られる。
【００５３】
ところで、例えばＤ１コードでは、刺激値０が１６（２進数）と定義されており、輝度変換演算器１１１や彩度変換演算器１１２における演算で色補正回路１０８より出力される赤、緑、青の色データ（信号コード）をそのまま使用すると黒コードが変化することになる。そのため、色補正回路１０８より出力される赤、緑、青の色データから減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂで黒コードＢＣが減算されて赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに変換される。
【００５４】
そして、減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂより出力される赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して輝度変換演算器１１１で輝度を変換するための演算が行われると共に、彩度変換演算器１１２で彩度を変換するための演算が行われる。これにより、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２では、この発明によるニー圧縮、ＤＣＣプラス機能、ホワイトクリップ、フレア補正、ヒストグラム等化による適応階調変換等が行われる。
【００５５】
また、加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂで、彩度変換演算器１１２より出力される赤、緑、青の刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、黒コードＢＣが加算されて赤、緑、青の色データに変換され、またペデスタルレベルの補正値ＰＥＤが加算されて黒レベルの調整が行われる。さらに、加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂでイメージエンハンサ１０９より出力される低域側を強調する輪郭強調信号Ｄｃが加算される。
【００５６】
また、加算器１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂより出力される色データに対して、ガンマ補正回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂでガンマ補正がされ、さらに加算器１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂでイメージエンハンサ１０９より出力される高域側を強調する輪郭強調信号Ｄａが加算される。この加算器１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂより出力される色データは、クリップ回路１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂでクリップ処理された後にマトリックス回路１２１に供給されてマトリックス処理される。そして、マトリックス回路１２１より出力される輝度データ、赤色差データ、青色差データに対してクリップ回路１２２Ｙ，１２２Ｒ，１２２Ｂでクリップ処理が行われて、輝度データＤＹ、赤色差データＤＣＲ、青色差データＤＣＢが得られる。
【００５７】
次に、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２で行われるニー圧縮、ＤＣＣプラス機能、ホワイトクリップ、フレア補正、ヒストグラム等化による適応階調変換等を説明すると共に、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２で使用される輝度の利得ｋｗ、輝度Ｗi、彩度の利得ｋｃを得るためのコントローラ１２４の詳細を説明する。
【００５８】
（１）ニー圧縮
まず、Ｒ，Ｇ，Ｂのレベルと色との関係について説明する。この説明は、ガンマ補正等の一切の非線形処理を加える前の信号に基づいたものである。図６（ａ）は無色の画素のレベルの例を示している。無色のとき、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１になる。このとき、各チャネルのレベルと輝度Ｗは等しく、Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝Ｗとなる（（１３）式参照）。
【００５９】
色のある画素では、Ｒ，Ｇ，ＢがＷの周りに広がって分布するようになる。例えば、肌色の画素では、Ｒ，Ｇ，Ｂの分布が図６（ｂ）に示すようになる。（１３）式が係数の総和が１の正係数によるＲ，Ｇ，Ｂの１次結合になっていることからわかるように、Ｒ，Ｇ，Ｂのうち少なくとも１つのチャネルはＷより大きく、また少なくとも１つのチャネルはＷより小さくなるように分布する。
【００６０】
また、色相を保ちつつ彩度を半分に小さく（色を薄く）すると、Ｒ，Ｇ，Ｂの分布が図６（ｃ）に示すようになる。このままどんどん色を薄くしていくと、各チャネルのレベルはＷに収斂していく。一方、図６（ｂ）の状態からアイリス（絞り）を開けると、Ｒ，Ｇ，Ｂの分布は図６（ｄ）に示すようになる。この場合、輝度Ｗは増えているが、色相や彩度には変化がない。
【００６１】
図６（ｄ）のとき、Ｒチャネルのレベルは、ニーポイントはもとよりクリップレベルも越えており、このままではテレビジョン信号規格を満たさないため、何らかの圧縮処理が必要となる。そこで、従来のカメラ系では、上述したように、チャネル毎にニー圧縮を行うことで、この制約を満たしてきた。図６（ｅ）は、図６（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、チャネル毎にニー圧縮を行った場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。
【００６２】
チャネル毎にニー圧縮を行うことにより、確かにＲ，Ｇ，Ｂのレベルはテレビジョン信号規格を満たすようになる。しかし、図６（ｅ）の分布のＲ，Ｇ，Ｂのバランスを見ると、図６（ｄ）の分布のＲ，Ｇ，Ｂのバランスに対して、明らかに変化してしまっていることがわかる。この変化は色相に及んでおり、画像で見ると肌色が黄色っぽくなって、健康を害したようにみえてしまう。
【００６３】
そこで、本実施の形態におけるニー圧縮では、以下の▲１▼、▲２▼の２段階で、オーバーしたチャネルのレベルを信号規格に収める処理をする。すなわち、▲１▼輝度Ｗのレベルに対してニー圧縮をする（輝度ニー）。▲２▼その上で、まだオーバーしているチャネルについては、最も高いレベルのチャネルが規格に収まるまで彩度を絞る（彩度ニー）。
【００６４】
図７（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布では、図６（ｄ）と同様に、Ｒチャネルのレベルがクリップレベルを越えている。図７（ｆ）は、図７（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、輝度ニーの処理をした場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。また、図７（ｇ）は、図７（ｆ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、彩度ニーの処理をした場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。
【００６５】
上述した▲１▼輝度ニーの処理、▲２▼彩度ニーの処理は、それぞれ具体的には以下のようにして行われる。
【００６６】
▲１▼輝度ニーの処理では、（２）式に基づき、輝度のレベルに対してニー圧縮をする。輝度の利得ｋｗは、ニーカーブを定めると、入力輝度のレベルから一意に定まる。なお、傾きが０のニーがクリップであると考えれば、同様にして入力輝度に対してホワイトクリップの操作もできる。
【００６７】
▲２▼彩度ニーの処理では、輝度Ｗiおよび赤、緑、青の刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiに基づいて、（９）式の演算をする。彩度の利得ｋｃは、チャネルレベルの制限値ＣＭと、最も大きいチャネルのレベルＭＡＸ（Ｒi，Ｇi，Ｂi）から、（１７）式で計算される。
【００６８】
【数６】
このように、▲１▼輝度ニーの処理と▲２▼彩度ニーの処理の２段階の処理をすることによって、図７（ｇ）に示すように、色相を変化させることなく、チャネルレベルをオーバーさせずに、高輝度域の階調圧縮が可能となる。
【００７０】
なお、上述せずも、輝度Ｗiの代わりにニーポイントを、彩度の利得ｋｃの代わりにニースロープを設定することで、図４に示す彩度変換演算器１１２はそのままニー圧縮の演算器となる。したがって、従来の各チャネル毎のニー圧縮も、選択的に実現できる。このことは、彩度変換処理による従来システムからの回路規模の増大はないということが言える。
【００７１】
（２）ＤＣＣプラス機能
ハイライト部においてもクロマレベル（Ｉ、Ｑマトリックス後の色信号を「クロマ」と呼ぶ）を無理矢理上げることで色を付けることができる。従来のチャネル毎のニー圧縮では、ハイライトになってくると、色相が変化しながら白に収斂していく。ＤＣＣプラス機能は、受像機内で復調された赤、緑、青の色信号は規定のダイナミックレンジを越えるため、厳密なテレビジョン信号規格からは逸脱した方式である。ただし、このＤＣＣプラス機能は、高輝度域に色が付くという魅力と、実運用上問題が起きていないことから、業務用カメラを中心にオプション機能として装備されている。
【００７２】
従来は、ガンマ補正や緩いニー圧縮、ホワイトクリップの後、赤色差信号Ｒ−Ｙ、青色差信号Ｂ−Ｙや、Ｉ信号，Ｑ信号のマトリックスで変換された輝度信号Ｙに対してニー圧縮を掛け、色信号にはニー圧縮を掛けないことで、ＤＣＣプラス機能を実現していた。
【００７３】
しかし、例えば色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙで考えると、以下のような問題があった。すなわち、輝度信号Ｙ、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは独立に輝度と色の情報をもっているのではなくそれぞれ従属しているため、輝度信号Ｙを変更すると色にも影響が及ぶ。また、ガンマ補正等非線形処理を通った後の信号であるため、厳密には色相に変化が及ぶ。
【００７４】
マトリックス後の信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）が、仮にガンマ補正等がかかっていないリニアな信号であるとする。信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ／Ｙ，Ｂ−Ｙ／Ｙ）は、輝度と色をそれぞれ独立に表している。これに対して、信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）は、色チャネルに対してＹが掛かった形になっているため、色（色相、彩度）が変わらずに輝度だけが変わっても色チャネルの値（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）に変化が起きる。逆に、Ｙが変わったのに、（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）に変化が起こらないとすると、色が変わってしまうのである。なぜ、信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）のような信号形式が採られているかというと、信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ／Ｙ，Ｂ−Ｙ／Ｙ）を得るためには割算が必要で、回路での実現が難しいためである。
【００７５】
ＤＣＣプラス機能を実現するために、マトリックス後の信号（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）のうち、輝度信号Ｙだけにニー圧縮を掛けてレベルを小さくし、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙはそのままにする処理をすると、実際の色（Ｒ−Ｙ／Ｙ，Ｂ−Ｙ／Ｙ）は分母だけが小さくなるため実際の色より彩度が増加し、不自然な画像になる。そのため、このような処理では、ニーポイントをあまり下げることができない。また、実際には、この処理をガンマ補正等の非線形処理の後に行うため、上述した色彩理論の式が正しく当てはまらず、厳密にいうと彩度だけでなく、色相にも変化が及ぶ。
【００７６】
そこで、本実施の形態においては、（１７）式のチャネルレベルの制限値ＣＭを１１０％以上に設定し、輝度Ｗは１１０％以内に抑えた上で、Ｒ，Ｇ，Ｂのチャネルレベルのオーバーを、制限値ＣＭを上限に許すことで実現する。上述せずも、テレビジョン信号には、１００％基準白レベルに対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの各チャネルのレベルを１１０％に抑えるという制限がある。本実施の形態のように処理してＤＣＣプラス機能を実現することで、色相は保たれ、彩度は与えられたレンジの中でできるだけ原画に忠実になるように自動的に調整される。
【００７７】
図８（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布では、図７（ｄ）と同様に、Ｒチャネルのレベルがクリップレベルを越えている。図８（ｆ）は、図８（ｄ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、輝度ニーの処理をした場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。また、図８（ｈ）は、図８（ｆ）のＲ，Ｇ，Ｂの分布に対して、チャネルレベルの制限値ＣＭをクリップレベルより大きく設定して、彩度ニーの処理をした場合のＲ，Ｇ，Ｂの分布を示している。図８（ｈ）から明らかなように、輝度Ｗの制限はそのままにチャネルレベルの制限値ＣＭを緩和することで、大幅に高輝度域での色付きを獲得できていることがわかる。
【００７８】
（３）ホワイトクリップ
従来は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各チャネルについてもホワイトクリップをかけていた。したがって、Ｒ，Ｇ，Ｂのレベルがクリップレベルにかかると、Ｒ，Ｇ，Ｂのレベルのバランスも考慮されずに単チャネルとしてばっさりと切られるため、当然色相が変化してしまう。
【００７９】
そこで、本実施の形態においては、上述したニー圧縮の項でも説明したが、輝度に対してホワイトクリップをかけ、その上での単チャネルのオーバーについては、彩度ニーの処理で対処する。これにより、ホワイトクリップによっても、色相の変化のない処理を行うことができる。
【００８０】
一方、例えば輝度のホワイトクリップを１００％に設定し、チャネルレベルの制限値ＣＭを１０９％に設定することで、その間の９％を色を付けるために使うことができ、テレビジョン信号規格を逸脱することなく、上述したＤＣＣプラス機能を実現することができる。限られた規格上のダイナミックレンジを、階調表現と色表現にユーザが割り振ることが可能となる。
【００８１】
（４）フレア補正
従来、フレア補正はペデスタルレベルを減じることで行われてきた。この場合に、色に対してどのような影響があるか、以下に述べる。
【００８２】
ある画素（Ｒi，Ｇi，Ｂi）に対してペデスタルレベルａを加えて（Ｒo，Ｇo，Ｂo）となったとする。このとき、（１８）〜（２２）式が成立する。ここで、Ｗｉは刺激値Ｒi，Ｇi，Ｂiによる輝度であり、Ｗoは刺激値Ｒo，Ｇo，Ｂoによる輝度である。
【００８３】
【数７】
さて、ペデスタル付加前の彩度ＳＡＴiは（２３）式で表され、ペデスタル付加後の彩度ＳＡＴoは（２４）式で表される。
【００８５】
【数８】
ここで、Ｗo／Ｗi＝ｋとおくと、（２４）式は、（２５）式に示すようになる。
【００８７】
【数９】
そして、ＳＡＴo≧０、ＳＡＴi≧０であるから、ＳＡＴo＝ＳＡＴi／ｋとなる。したがって、ペデスタル付加後に彩度は、Ｗi／（Ｗi＋ａ）倍になる。すなわち、持ち上げる方向にペデスタルを付加すると退色し、逆に引き下げる方向にペデスタルを付加すると増色する。
【００８９】
一方、ペデスタル付加前の色相ＨＵＥiは（２６）式で表され、ペデスタル付加後の色相ＨＵＥoは（２７）式で表される。したがって、ペデスタルの付加によっても色相は保存される。
【００９０】
【数１０】
このように、ペデスタル付加によってフレア補正を行うと、色相は保存されるものの、彩度は実際よりも増えてしまう。
【００９２】
そこで、本実施の形態においては、（２）式において、黒浮きの起こっている階調域の利得ｋｗを減じるコントロールを行うことで、色に影響を与えないフレア補正を実現する。後述するヒストグラム等化による適応階調変換を行うと、この動作は自動的に行われ、フレアの発生に応じて補正動作がなされる。
【００９３】
（５）ヒストグラム等化による適応階調変換
自然光の広大なダイナミックレンジをテレビジョン信号規格のレンジに収めるに当たって、高輝度域をニー圧縮によって圧縮する手法およびフレアの発生による黒浮きを補正する圧縮する手法については上述したとおりである。本実施の形態においては、さらに現在の画像において使用されていない階調域を優先的に圧縮することで、さらに有効な圧縮を行うものである。
【００９４】
ここで、面積の広い階調域を使われている階調域と考える。すなわち、画面中で各輝度域の出現頻度をとり、出現頻度の低い輝度域は圧縮し、出現頻度の高い輝度域は伸張することで、実際に画面中に存在する輝度域により多くの階調を割り当てる圧縮ができるようになる。
【００９５】
この処理によって、以下のような効果を得ることができる。すなわち、室内と窓の外とか、日陰と日向が一緒に映っている場合のように、明るい領域と暗い領域にヒストグラムが分かれているとき、従来は暗い領域がつぶれてしまうか（いわゆる黒つぶれ）、明るい領域が飛んでしまうか（いわゆる白飛び）になっていたが、この処理によって両方の領域を見えるようにすることが可能となる。また、フレアが発生した場合など、黒浮きが起こったときは、黒領域のヒストグラムが低いため、ここが圧縮されて黒の締まった画質に自動的に調整される。また、照明が良好なときも、そこに映っている被写体により多くの階調を割り当てようとするため、精細な画像となる。
【００９６】
図９および図１０に沿って、ヒストグラム等化による適応階調変換を説明する。
【００９７】
出現頻度は、横軸に輝度、縦軸に出現画素数を棒グラフとしてプロットしたヒストグラムとして表現される。値の高い域ほど、階調を多く割り振るべきである。図９（ａ）に、ヒストグラムの例を示している。この例は、比較的照明条件が良く、１００％程度までにヒストグラムが集中している例である。ヒストグラムに比例した微分利得を与えれば、ヒストグラム値の高い輝度域により多くの階調を持たせることができる。すなわち、ヒストグラムを積分したものを振幅伝達特性にすれば、その微分利得はヒストグラムに比例するようになる。
【００９８】
この、出現頻度を横軸方向に積分したものを、累積度数分布と呼ぶ。出現画素数を全区間積分したもの、すなわち累積度数分布の右肩は常に総画素数に等しく、従って一定となる。また、ヒストグラムの値は負にはならないので、常に単調増加のカーブとなる。図９（ｂ）に、図９（ａ）に示すヒストグラムに対応した累積度数分布を示している。このように、累積度数分布とはヒストグラムを積み上げていったものとなる。
【００９９】
この累積度数分布のカーブを振幅伝達特性に見立てて輝度変換を行なうと、完全なヒストグラム等化が行なわれる。すなわち、処理後の画像のヒストグラムをとると、完全にフラットになる。ＦＡ（Factory Automation）のセンサカメラの二値化処理前段などでは、ここまできついヒストグラム等化を行なったりもするが、視聴用の映像では強調され過ぎて好ましくないことが多い。このため、ヒストグラム等化のかけ方を加減する手続きを採る。
【０１００】
まず、累積度数分布を振幅伝達特性に見立てる手法について説明する。上述のとおり、累積度数分布の右肩は、総画素数（ヒストグラムをとった総点数）に等しい。この値が、映像信号コードの最大値に等しくなるように正規化する。このための正規化定数は、映像最大コード／総画素数となる。例えば、映像信号が１２ビットで、ヒストグラムを１８８９２８画素についてとったとすると、正規化定数＝４０９５／１８８９２８を、累積度数分布全体に掛けることで正規化がなされ、振幅伝達特性のカーブとなる。図９（ｃ）は、図９（ｂ）の累積度数分布を正規化して得られる振幅伝達特性を示している。図９（ｃ）の破線で示す折れ線が、完全ヒストグラム等化の振幅伝達特性となる。
【０１０１】
次に、ヒストグラム等化のかけ方を加減する。図１０（ｄ）に示すように、完全ヒストグラム等化（実線ａ）とヒストグラム等化なし（一点鎖線ｂ）の間を指定する比率で内分することでかけ方の加減を行なうことができる。図１０（ｄ）の実線ｃは、１／３に効きを落とした振幅伝達特性を示している。
【０１０２】
ここまでのヒストグラム等化処理は、入力された映像信号コードについてのヒストグラム等化である。図１０（ｄ）に示すとおり、この処理によって黒コードは変動する。（２）式による輝度の変換は、映像信号コードに対してでなく輝度の刺激値に対して行なわれなければならない。したがって、黒コードの一貫性は常に保証されなければならない。そこで、図１０（ｄ）のヒストグラム等化の加減が済んだ段階での黒コードのオフセットＢOFを全体から減算することで黒コードを保存する処理を行なう。図１０（ｅ）の実線ｃは、図１０（ｄ）の実線ｃと同じものであり、図１０（ｅ）の破線ｄは黒コードのオフセットＢOFを減算した後の振幅伝達特性を示している。
【０１０３】
さて、このようにして、視聴用として実用的なヒストグラム等化が行なえるようになってきた。テレビジョン放送規格に則った信号であればここまでの処理で良いのであるが、カメラ内の信号の場合は、このあとニー圧縮を行なうとすると、ニー圧縮される高輝度域のプライオリティは下げられていると考えることができる。したがって、カメラ内の信号は、コードアサインの全域が同一のプライオリティであるわけではない。例えば、図９（ａ）のヒストグラムでは、照明条件が良いらしく、通常の光量の領域にヒストグラムが集まっている。この場合、ヒストグラム等化処理を行なった図９（ｃ）の破線の振幅伝達特性では、この通常域に集まったヒストグラムを信号コード全域に拡げることでコード域の有効活用を図っている。ところが、上述のとおり、高輝度域はプライオリティを低くするということにされており、このままヒストグラム等化処理を行なうと、せっかく照明条件の良い映像がニー圧縮されてしまう。すなわち、カメラ内信号は、信号コード全域を使うように調整するのが良いとは限らないのである。
【０１０４】
この例のような信号では、現状の明るさのピーク値を保つようにした上でヒストグラム等化処理を行なうことが、撮影者の意に反しない画質改善であると言える。
【０１０５】
そこで、図１０（ｆ）で、ヒストグラム値が最大となる入力輝度Ａの輝度レベルを、変換によっても変化しないように保存するようにする。これにより、そのまま変換していたらｐ１のレベルに変換されて撮影者の意に反してニー圧縮されてしまっていたものが、ｐ２のレベルに保存され、撮影者の狙った通りの輝度になる。
【０１０６】
具体的には、以下の▲１▼、▲２▼の処理をする。▲１▼入力輝度Ａの輝度レベルをｐ２にする変換利得ｐ２／ｐ１を求める。▲２▼この変換利得を、図１０（ｅ）で得られた振幅伝達特性全体に乗ずる。ただし、変換利得を乗ずる際に、信号コードに直に乗算を行なったのでは、上述した黒コード保存処理で保存した黒コードがまたもや変動してしまう。そのため、このピーク保存処理においても、輝度刺激値に対して変換がなされるべきである。そこで、入力輝度をＷin、出力輝度をＷout、変換利得をｋwh、黒コードをＢＣとするとき、（２８）式の演算をする。
Ｗout＝（Ｗin−ＢＣ）・ｋwh＋ＢＣ ・・・（２８）
【０１０７】
図１０（ｆ）の実線ｅで示すピーク保存処理後の振幅伝達特性を見ると、この処理によって輝度を保存する制約を与えられた中でも、ヒストグラムに応じた階調の再配分が行なわれていることがわかる。
【０１０８】
入力輝度Ａより明るい領域では、図１０（ｅ）の破線ｄに示す黒コード保存処理後の振幅伝達特性に比べてもさらに微分利得が減る方向であるが、図９（ａ）のヒストグラムからわかるとおり、この画像では高輝度域は重要度が低いため、等価的にニースロープを寝かせる操作をしたことになっており、リーズナブルである。
【０１０９】
このようにして、ピーク保存処理までの処理を終えると、一連のカメラ向けヒストグラム等化処理が終わり、振幅伝達特性が図１０（ｆ）の実線ｅに示すように求められる。本実施の形態においては、この振幅伝達特性を輝度の利得ｋｗとして、（２）式による輝度の変換を行うことで、ヒストグラム等化による適応階調変換が実現される。
【０１１０】
（６）彩度のマニュアルコントロール
（１７）式のｋｃは、チャネルレベルが規格を越えたときにこれを絞るための彩度の利得である。（９）式のｋｃは、より広い意味で彩度を調整する利得である。すなわち、ｋｃを１．０にしていれば、彩度は変化しないが、例えばｋｃを１．２にするとやや色が濃くなり、またｋｃを０．８にすると幾分色が淡くなる。このように、彩度の利得を設定することで、ユーザは状況に応じて自由に色付きを調整できる。
【０１１１】
そこで、本実施の形態においては、彩度ニーで彩度を絞る操作を優先し、それ以外のときにはユーザが設定する彩度の利得によって色の濃さを調節できるようにする。これを実現するために、（１７）式のｋｃと、彩度調整用に設定されるｋｃnのうち最小値を採るようにする。
【０１１２】
上述したように、コントローラ１２４では、輝度変換演算器１１１および彩度変換演算器１１２によって、ニー圧縮、ＤＣＣプラス機能、ホワイトクリップ、フレア補正、ヒストグラム等化による適応階調変換、彩度のマニュアルコントロールが行われるように、ｋｗ，Ｗi，ｋｃが形成される。
【０１１３】
図１１は、コントローラ１２４の詳細構成を示している。
【０１１４】
コントローラ１２４は、フィルタ１２３Ｒ，１２３Ｇ，１２３Ｂより出力される赤、緑、青の色データＲ，Ｇ，Ｂから（１３）式に従って輝度Ｗを計算するためのマトリックス回路２０１と、このマトリックス回路２０１より出力される輝度Ｗに対応した輝度の利得ｋｗ1を発生する輝度利得発生器２０２と、この輝度利得発生器２０２より出力されるｆs1レートの輝度の利得ｋｗ1をアップコンバートして２ｆs1レートの輝度の利得ｋｗを得るアンプコンバータ２０３と、マトリックス回路２０１より出力される輝度Ｗを、例えば４画素毎にあるいは８画素毎に平均化してヒストグラムをとるための輝度Ｗｈを得るための画素平均回路２０４とを有している。
【０１１５】
輝度利得発生器２０２は、区間割された複数の区間のそれぞれに対応した輝度の利得データが書き込まれたＲＡＭ（random access memory）２０５を有している。本実施の形態においては、輝度域（例えば１６進で０００〜３ＦＦ）は、図１２に示すように０〜６０の６１区間に区間割りされており、ＲＡＭ２０４はその６１区間分の輝度の利得データが記憶されたテーブルとして機能する。また、６１区間は、図１２に示すように、３領域Ｉ〜ＩＩＩに分けられ、各領域における区間割りの細かさが異なるように設定される。例えば、領域Ｉの０〜１５の各区間は４／ステップとされ、領域ＩＩの１６〜４７の各区間は１６／ステップとされ、領域ＩＩＩの４８〜６０の区間は３２／ステップとされる。なお、区間割りの数および区間割りの細かさについては、上述した例に限定されない。
【０１１６】
また、輝度利得発生器２０２は、マトリックス回路２０１より出力される輝度Ｗに基づき、その輝度Ｗが上述した６１区間のいずれにあるかを示す区間データｓｅｃ-１と、さらにその区間内の位置を示すオフセットデータｏｆｓ１とを出力すると共に、画素平均回路２０４より出力される輝度Ｗｈに基づき、その輝度データＷｈが上述した６１区間のいずれにあるかを示す区間データｓｅｃ-２を出力する区間発生器２０６と、この区間発生器２０６より出力される区間データｓｅｃ１に基づき、その区間データｓｅｃ-１で示される区間およびその前の区間を順次示すデータｓｅｃ-ｄをリードアドレスデータとして出力するアドレス発生器２０７とを有している。この場合、区間データｓｅｃ１が０の区間を示すものであるとき、アドレス発生器２０７からは、輝度Ｗが０の区間にあることを示す０区間データｓｅｃ-０も出力される。
【０１１７】
また、輝度利得発生器２０２は、アドレス発生器２０７より出力されリードアドレスデータｓｅｃ-ｄまたは後述するシーケンサより出力されるリードアドレスデータｒａｄを選択的に取り出してＲＡＭ２０５に供給するスイッチ回路２０８と、ＲＡＭ２０５からリードアドレスデータｓｅｃ-ｄで読み出される輝度の利得データｑn，ｑn-1、区間発生器２０６より出力されるオフセットデータｏｆｓ１を使用した補間演算によって輝度Ｗに対応した輝度の利得ｋｗ1を得る補間演算器２０９とを有している。
【０１１８】
補間演算器２０９における補間演算を、図１３を参照して説明する。マトリックス回路２０１より出力される輝度ＷがＷａであってｎの区間にある場合、アドレス発生器２０７より出力されるデータｓｅｃ-ｄに基づいてＲＡＭ２０５よりｎの区間の利得データｑnとｎ−１の区間の利得データｑn-1とが出力される。ここで、ｎの区間がｍ／ステップであるとすると、（２９）式に示すような補間演算が行われる。なお、補間演算器２０９では、ｎ＝０であるとき、アドレス発生器２０７より出力される０区間データｓｅｃ-０に基づいて、（２９）式における利得データｑn-1としてｑnが使用される。
【０１１９】
【数１１】
また、コントローラ１２４は、フィルタ１２３Ｒ，１２３Ｇ，１２３Ｂより出力される赤、緑、青の色データＲ，Ｇ，Ｂのうち最大のデータＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を取り出す最大値回路２１０と、この最大値回路２１０で取り出されるデータＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）およびマトリックス回路２０１より出力される輝度Ｗに対して、それぞれ刺激値に対応した値に変更した後、輝度利得発生器２０２より出力される輝度の利得ｋｗ1を掛算する輝度利得乗算器２１１とを有している。
【０１２１】
輝度利得乗算器２１１は、ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）または輝度Ｗを選択的に取り出すスイッチ回路２１２と、このスイッチ回路２１２の出力データより黒コードＢＣを差し引いて刺激値に変更する減算器２１３と、この減算器２１３の出力データに輝度の利得ｋｗ1を掛算する乗算器２１４と、この乗算器２１４の出力データより赤、緑、青の刺激値の最大値に利得ｋｗ1を掛けたＭＡＸ′および輝度Ｗに利得ｋｗ1を掛けたデータＷ′を分離して出力するスイッチ回路２２１５とを有して構成される。
【０１２２】
この場合、輝度利得乗算器２１１では、スイッチ回路２１２，２１５が１／２画素周期毎に切り換えられ、ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）と輝度Ｗとが点順次化されて処理される。これにより、１個の乗算器で構成でき、回路規模を縮小できる。なお、スイッチ回路２１２，２１５の切り換えや、その他のスイッチ回路の切り換えは、後述するシーケンサ２２３によって行なわれる。
【０１２３】
また、コントローラ１２４は、輝度利得乗算器２１１より出力されるＭＡＸ′，Ｗ′のデータから、（１７）式に基づいて、彩度の利得を得る彩度利得発生器２１６を有している。この彩度利得発生器２１６は、ＭＡＸ′よりＷ′を差し引く減算器２１７と、マイコン１２５から与えられるチャネルレベルの制限値ＣＭよりＷ′を差し引く減算器２１８と、減算器２１８の出力データを減算器２１７の出力データで割算する除算器２１９と、この除算器２１９より出力される彩度の利得ｋｃ1と、ユーザによって設定される彩度の利得ｋｃnのうち小さい方を出力する最小値回路２２０とを有している。
【０１２４】
ここで、（１７）式は除算を含むため、特異点が存在する。特異点は、ＭＡＸ′＝Ｗ′、すなわち無色の画素のときに発生する。彩度利得発生器２１６の除算器２１９は、これを以下のように処理して除去する。すなわち、ＭＡＸ′＝Ｗ′のとき、ＭＡＸ′＜ＣＭであればｋｃ1＝ｋｃnとし、ＭＡＸ′＝ＣＭであればｋｃ1＝１．００とし、ＭＡＸ′＞ＣＭであればｋｃ1＝０．００とする。
【０１２５】
また、コントローラ１２４は、彩度利得発生器２１６より出力されるｆs1レートの彩度の利得をアップコンバートして２ｆs1レートの彩度の利得ｋｃを得るアップコンバータ２２１と、輝度利得乗算器２１１より出力されるｆs1レートの輝度Ｗ′を２ｆs1レートの輝度Ｗiを得るアップコンバータ２２２とを有している。
【０１２６】
また、コントローラ１２４は、ＲＡＭ２０５に輝度の利得データを書き込んでテーブルを作成するための動作を取り仕切るシーケンサ２２３と、上記テーブルの作成時に使用されるＲＡＭ２２４と、上述した区間発生器２０６より出力される区間データｓｅｃ２またはシーケンサ２２３より出力されるアドレスデータａｄｒを選択的に取り出してＲＡＭ２２４に供給するスイッチ回路２２５と、上記テーブルの作成時に使用される演算論理ユニット（ＡＬＵ）２２６と、シーケンサ２２３より出力されるアドレスデータａｄｒより輝度データｘを発生してＡＬＵ２２６に供給する輝度データ発生器２２７とを有している。
【０１２７】
次に、図１１に示すコントローラ１２４の動作を説明する。
【０１２８】
まず、輝度変換演算器１１１で使用する輝度の利得ｋｗ、彩度変換演算器１１２で使用する彩度の利得ｋｃ、輝度Ｗｉを求める動作を説明する。図１４は、コントローラ１２４のｋｗ，ｋｃ，Ｗｉを求める回路部分を抜粋したものである。
【０１２９】
輝度の利得ｋｗを求める動作は、以下のようになる。フィルタ１２３Ｒ，１２３Ｇ，１２３Ｂ（図１参照）より出力される赤、緑、青の色データＲ，Ｇ，Ｂがマトリックス回路２０１に供給され、画素毎に輝度Ｗが算出される。この画素毎の輝度Ｗは輝度利得発生器２０２の区間発生器２０６に供給され、この区間発生器２０６からは画素毎に、輝度Ｗが属する区間を示す区間データｓｅｃ１と、その輝度Ｗの区間内の位置を示すオフセットデータｏｆｓ１が出力される。
【０１３０】
また、区間発生器２０６より画素毎に出力される区間データｓｅｃ１に対応して、アドレス発生器２０７からは輝度Ｗが属する区間およびその前の区間を順次示すデータｓｅｃ-ｄが出力され、このデータｓｅｃ-ｄはＲＡＭ２０５にリードアドレスデータとして供給される。そのため、ＲＡＭ２からは、画素毎に、輝度Ｗが属する区間およびその前の区間に対応する輝度の利得データｑn，ｑn-1が読み出される。そして、補間演算器２０９では、画素毎に、ＲＡＭ２０５より供給される利得データｑn，ｑn-1と、区間発生器２０６より供給されるオフセットデータｏｆｓ１を使用して補間演算が行われ（（２９）式参照）、輝度の利得ｋｗ1が得られる。そして、補間演算器２０９より画素毎に得られる輝度の利得ｋｗ1がアップコンバータ２０３で２ｆs1のレートに変換され、輝度変換演算器１１１で使用される輝度の利得ｋｗが得られる。
【０１３１】
彩度の利得ｋｃ、輝度Ｗｉを求める動作は、以下のようになる。フィルタ１２３Ｒ，１２３Ｇ，１２３Ｂより画素毎に出力される赤、緑、青の色データＲ，Ｇ，Ｂが最大値回路２１０に供給され、最大のデータＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が取り出される。そして、画素毎に、最大値回路２１０で取り出されるデータＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は輝度利得乗算器２１１に供給され、黒コードＢＣが差し引かれて刺激値に変換され、さらに輝度利得発生器２０２より出力される輝度の利得ｋｗ1が掛算されてデータＭＡＸ′が得られる。また、マトリックス回路２０１より画素毎に出力される輝度Ｗが輝度利得乗算器２１１に供給され、黒コードＢＣが差し引かれて刺激値に変換され、さらに輝度利得発生器２０２より出力される輝度の利得ｋｗ1が掛算されてデータＷ′が得られる。
【０１３２】
そして、画素毎に、輝度利得乗算器２１１より出力されるデータＭＡＸ′、Ｗ′が彩度利得発生器２１６に供給される。彩度利得発生器２１６では、画素毎に、データＭＡＸ′、Ｗ′と、チャネルレベルの制限値ＣＭを使用して、彩度の利得ｋｃ1が演算される（（１７）式参照）。さらに、彩度利得発生器２１６では、画素毎に、最小値回路２２０によって彩度の利得ｋｃ1とユーザによって設定される彩度の利得ｋｃnのうち小さい方が取り出される。そして、彩度利得発生器２１６より画素毎に出力される彩度の利得がアップコンバータ２２１で２ｆs1のレートに変換され、彩度変換演算器１１２で使用される彩度の利得ｋｃが得られる。
【０１３３】
また、輝度利得乗算器２１１より画素毎に出力されるデータＷ′が、アップコンバータ２２２で２ｆs1のレートに変換され、彩度変換演算器１１２で使用される輝度Ｗｉが得られる。
【０１３４】
次に、ＲＡＭ２０５に、上述したように６１区間に対応した輝度の利得データを書き込んでテーブルを作成する動作を説明する。図１５は、コントローラ１２４のテーブル作成に係る回路部分を抜粋したものである。図１５において、ＲＡＭ２０５、シーケンサ２２３、ＲＡＭ２２４、スイッチ回路２２５、輝度データ発生器２２７を除く部分は、ＡＬＵ２２６を構成している。
【０１３５】
ＡＬＵ２２６は、スイッチ回路２３０〜２３３と、演算によるオーバーフローをクリップするクリップ回路２３４〜２３６と、加算器または減算器となる加減算器２３７と、レジスタ２３８と、コンパレータ２３９と、除算コントローラ２４０と、ホワイトクリップ回路２４１と、黒コードのオフセットＢOFを一時的に格納する黒コードオフセットレジスタ２４２と、ピーク保存比を一時的に格納するピーク保存比レジスタ２４３と、乗算器２４４と、減算器２５５とを有して構成されている。
【０１３６】
ＲＡＭ２２４はワークＲＡＭとして機能する。後述するように有効画素期間はこのＲＡＭ２２４にヒストグラムがとられ、垂直ブランキング期間中はこのＲＡＭ２２４は演算中のデータの一時記憶として使用される。
【０１３７】
テーブル作成の動作は、シーケンサ２２３によって仕切られ、図１６に示すステップ０〜ステップ１５の順にシーケンシャルに行われる。シーケンサ２２３は、有効画素期間はステップ０にあって、このとき外部回路はヒストグラムをとる動作をしている。
【０１３８】
また、シーケンサ２２３は、垂直ブランキング期間に入ると、ステップ１に進み、ここでシーケンス０〜７を、アドレスを０から６０まで変えながら繰り返し、以下同様にステップ２〜ステップ１５を実行してテーブルを作成する。ここで、シーケンス０〜７は、ｆs1（撮像素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂの水平駆動周波数）のレートで順次行なわれる。
【０１３９】
なお、ステップ１２では、割り算を行なうため、シーケンサ２２３は、シーケンス２で割り算用サブシーケンサにスタートをかけ（ｄｉｖｓｔａｒｔ）、その後シーケンス３で一旦停止し（ｓｔｏｐ）、割り算用シーケンサの終了を待つ。
【０１４０】
また、ステップ３とステップ４には、他のステップとは少々違う動作がある。ステップ３では、輝度域が黒コードを含むとき（ａｄｒ＝ｂｌｋｓｅｃ）、上述したヒストグラム等化による適応階調変換処理における黒コード保存処理（図１０（ｅ）参照）で使用する黒コードのオフセットＢOFをレジスタ２４２に取り込むべく、シーケンス３でレジスタ２４２に書き込みイネーブルを出力する（ｂｌｋｗｒ）。
【０１４１】
ステップ４では、輝度域がピークを保存すると指示された輝度域Ａにあるとき（ａｄｒ＝ｈｌｄｓｅｃ）、上述したヒストグラム等化による適応階調変換処理におけるピーク保存処理（図１０（ｆ）参照）を行なうための変換比Ｋholdを求めるための演算をする。ここでも割り算を行なうため、シーケンサ２２３は、シーケンス４でＲＡＭ２２４の読み出しをし（ｍｅｍｒｄ）、シーケンス５で割り算用サブシーケンサにスタートをかけ（ｄｉｖｓｔａｒｔ）、その後シーケンス６で一旦停止し（ｓｔｏｐ）、割り算用シーケンサの終了を待つ。そして、シーケンス７で変換比Ｋholdをレジスタ２４３に格納する（ｈｌｄｗｒ）。
【０１４２】
以下、図１６のステップ０〜１５によるテーブル作成の処理を説明する。
【０１４３】
（１）ステップ０：ヒストグラムとり（図９（ａ）参照）
ステップ０は有効画素期間に行われ、このステップ０では、ＲＡＭ２２４にヒストグラムテーブルが作成される。このときだけは、ＲＡＭ２２４のアドレスデータとして、その画素での輝度値に応じた区間データｓｅｃ２が与えられる。この区間データｓｅｃ２に対応したアドレスにある現在までのヒストグラム値にＡＬＵ２２６内の加減算器２３７で１を加え、再びＲＡＭ２２４の同じアドレスに格納する。これにより、（３０）式に示すように、ヒストグラム値のインクリメントがなされる。ここで、ＲＡＭ１outはＲＡＭ２２４の出力データであり、ＲＡＭ１inはＲＡＭ２２４の入力データである。
ＲＡＭ１in＝ＲＡＭ１out ＋１ ・・・（３０）
【０１４４】
これを有効画素期間に区間発生器２０６（図１１参照）より出力される区間データｓｅｃ２毎に繰り返すことで、そのフィールドでのヒストグラムテーブルがＲＡＭ２２４に作成される。
【０１４５】
図１７は、ステップ０のヒストグラムとりにおけるＡＬＵ２２６の動作を示しており、関係する信号経路を破線で示している。以下の各ステップの動作を示す図においても同様である。この場合、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１４６】
（２）ステップ１：累積および正規化（図９（ｂ）、（ｃ）参照）
ステップ１以降は垂直ブランキング期間に行われる。ＲＡＭ２２４には、シーケンサ２２３よりアドレスデータａｄｒが供給される。このステップ１では、ヒストグラムの累積と正規化が行われて、正規化累積度数テーブルに変換される。累積は、ＡＬＵ２２６内のレジスタ２３８で行ない、その区間までの累積値に乗算器２４４で正規化定数ＫCCDを乗じ、その乗算結果を再びＲＡＭ２２４に格納する。（３１)式、（３２）式に、その様子を示している。
Ｒｅｇin＝Ｒｅｇout＋ＲＡＭ１out ・・・（３１）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊ＫCCD ・・・（３２）
【０１４７】
ここで、Ｒｅｇoutはレジスタ２３８の出力データであり、Ｒｅｇinはレジスタ２３８の入力データである。そして、図１６のステップ１において、「ｍｅｍｒｄ」はＲＡＭ２２４の読み出しを示し、「ｒｅｇｗｒ」はレジスタ２３８の書き込みを示し、「ｍｅｍｗｒ」はＲＡＭ２２４の書き込みを示している。以下のステップにおいても同様である。ただし、ステップ１３，１４の「ｍｅｍｒｄ」はＲＡＭ２２４，２０５の読み出しを示し、ステップ１４の「ｍｅｍｗｒ」はＲＡＭ２０５の書き込みを示している。
【０１４８】
図１８は、ステップ１の累積および正規化におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。この場合、ヒストグラム値が大きくなると振幅伝達特性において微分利得が大きくなるが、これが過度に大きくなることのないように、クリップ回路２３４によってクリップ処理される。
【０１４９】
なお、ステップ１のシーケンス６では、後述したようにＲＡＭ２２４より読み出されるヒストグラムをヒストグラム情報報告回路のレジスタに格納する（ｈｉｓｔｗｒ）。
【０１５０】
（３）ステップ２，３：ヒストグラム等化の加減（図１０（ｄ）参照）
ステップ２，３では、ヒストグラム等化の加減が行われる。すなわち、ヒストグラム等化の強さをＫWCとして指定し、（３３）式、（３４）式に示すように演算する。
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−ｘ ・・・（３３）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊ＫWC＋ｘ ・・・（３４）
【０１５１】
ＫWCを１．００にすると、ヒストグラム等化は完全に行なわれる。ＫWCを０．００にすると、ヒストグラム等化は全く行なわれない。上述の式のｘは、輝度データ発生器２２７で生成される、区間に対応する輝度データである。これは、変換を行なわなかった場合の輝度データを示しており、ＫWCが０．００のときは、このｘがそのままＲＡＭ１outとなる。
【０１５２】
図１９は、ステップ２のヒストグラム等化の加減におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ２では、（３３）式の演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図２０は、ステップ３のヒストグラム等化の加減におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ３では、（３４）式の演算のうち加算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１５３】
（４）ステップ４：黒コード保存処理（図１０（ｅ）参照）
ステップ４では、黒コードのオフセットＢOFを取り除く黒コード保存処理が行われる。ここでは、黒コードを含む区間（ａｄｒ＝ｂｌｋｓｅｃ）での、ヒストグラム等化の加減処理後のテーブル値とｘとの差、すなわち黒レベルのオフセットＢOFをレジスタ２４２にとっておいて、これを全区間でテーブルから引くことで、黒コードを含む区間でのテーブル値をｘに等しくする。黒レベルのオフセットＢOFは、ステップ３で（３４）式の演算を行なっているときに、これと平行してＲｅｇout＊ＫWCをレジスタ２４２に格納しておくことで実現できる。黒レベルのオフセットＢOFをテーブル全体から減ずる操作は、（３５）式の演算となる。
ＲＡＭ１in＝ＲＡＭ１out−ＢOF ・・・（３５）
【０１５４】
図２１は、ステップ４の黒コード保存処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ４では、（３５）式の演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。
【０１５５】
（５）ステップ５，６：ピーク保存処理（図１０（ｆ）参照）
ステップ５，６では、ピーク保存処理が行われる。上述せずも、ステップ４において、固定したい輝度域Ａでの変換結果ｐ１と、ここでの変換を行なわなかったときの値、すなわちｘとの割り算を行なってピーク保存比Ｋholdを求め、レジスタ２４３に格納しておく。すなわち、ステップ４において、輝度域Ａの区間（ａｄｒ＝ｈｌｄｓｅｃ）では、（３６）式の演算が行われて、保存比Ｋholdが求められる。
Ｋhold＝（ｘ−ＢＣ）／（ＲＡＭ１out−ＢＣ） ・・・（３６）
【０１５６】
一般に、除算は、分子をｂ、分母をａ、商をｃとすると、ｂ／ａ＝ｃで表される。この式を変形すると、ｂ＝ａｃとなり、商ｃは、分母ａにある数ｘを乗算したときに分子ｂと等しくなるときのその数ｘとして求めることができる。ここで、商ｃを求めるためには、ｘを商ｃに収束するように順次変化させていけばよい。例えば、商ｃをｎビットデータで求めるときには、ｘをｎビットデータとし、ａｘがｂを越えないように、ＭＳＢから順に確定していけばよく、最終的に確定されたｎビットのデータｘが商ｃとなる。
【０１５７】
具体例として、ｂ＝１０１０、ａ＝１１１であって、商ｃとして２1の桁から４ビットのデータを求める除算処理について説明する。商ｃを求めるための４ビットのデータｘ＝［ｂ3，ｂ2，ｂ1，ｂ0］を考える。最初に、ＭＳＢであるｂ3の確定処理をする。ｂ3＝１，ｂ2＝ｂ1＝ｂ0＝０として、ａｘとｂとを比較する。ａｘ＝１１１０＞ｂであることから、ｂ3＝０に確定する。次に、ｂ2の確定処理をする。ｂ3＝０，ｂ2＝１，ｂ1＝ｂ0＝０として、ａｘとｂとを比較する。ａｘ＝０１１１＜ｂであることから、ｂ2＝１に確定する。次に、ｂ1の確定処理をする。ｂ3＝０，ｂ2＝１，ｂ1＝１，ｂ0＝０として、ａｘとｂとを比較する。ａｘ＝１０１０．１＞ｂであることから、ｂ1＝０に確定する。次に、ｂ0の確定処理をする。ｂ3＝０，ｂ2＝１，ｂ1＝0，ｂ0＝1として、ａｘとｂとを比較する。ａｘ＝１０００．１１＜ｂであることから、ｂ0＝１に確定する。これにより、商ｃ＝０１．０１が求められる。
【０１５８】
図２２は、ステップ４のピーク保存比算出時におけるＡＬＵ２２６の動作を示しており、上述したような除算処理によってピーク保存比の算出が行われる。このとき、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。
【０１５９】
この場合、輝度データ発生器２２７より輝度Ａが含まれる区間に対応する輝度データｘが出力され、この輝度データｘより減算器２５５で黒コードＢＣが減算されてコンパレータ２３９に供給される。また、ＲＡＭ２２４より輝度Ａが含まれる区間の輝度データＲＡＭ1outが読み出され、この輝度データＲＡＭ1outより加減算器２３７で黒コードＢＣが減算されて乗算器２４４に供給される。そして、乗算器２４４では、加減算器２３７の出力データ、すなわちＲＡＭ1out−ＢＣに対してレジスタ２３８に設定された、例えば１２ビットのデータｂ(11)〜ｂ(0)が乗算され、この乗算器２４４の出力データはコンパレータ２３９に供給される。コンパレータ２３９では、上述した減算器２５５の出力データ、すなわちｘ−ＢＣと乗算器２４４の出力データとが比較され、その比較結果がコンパレータ２３９より除算コントローラ２４０に供給される。
【０１６０】
この状態で、シーケンサ２２３の制御に基づいて、除算コントローラ２４０は、最初に、ピーク保存比ＫHOLDを作成するためのレジスタ２３８をクリアし（ｂ(11)〜ｂ(0)＝０）、その後にＭＳＢであるｂ(11)を“１”に設定する。そして、除算コントローラ２４０は、コンパレータ２３９からの比較結果に基づき、乗算器２４４の出力データがｘ−ＢＣより大きいときはｂ(11)を“０”に変更し、一方乗算器２４４の出力データがｘ−ＢＣ以下であるときはｂ(11)を“１”のままとし、ｂ(11)を確定する。以下、除算コントローラ２４０は、ｂ(10)〜ｂ(0)に順に“１”を設定して上述したｂ(11)の場合と同様の確定処理をする。そして、このように確定された１２ビットのデータｂ(11)〜ｂ(0)がピーク保存比ＫHOLDとしてレジスタ２３８よりピーク保存比レジスタ２４３に供給されて格納される。
次に、保存比Ｋholdをテーブル全体に乗ずる。ただし、黒レベルは変動しないようにしなければならないため、（３７）式、（３８）式の演算をする。
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−ＢＣ ・・・（３７）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊Ｋhold＋ＢＣ ・・・（３８）
【０１６１】
図２３は、ステップ５のピーク保存処理（１）におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ５では、（３７）式の演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図２４は、ステップ６のピーク保存処理（２）におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ６では、（３８）式の演算のうち加算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１６２】
（６）ステップ７，８：ニー圧縮処理（１）（図２５（ｇ）参照）
ステップ７，８では、１回目のニー圧縮処理が行われる。正確には、ニー圧縮を行なうようなテーブルが作成される。レベルテーブルにニーをかける処理は、（３９）〜（４２）式の演算で行われる。ここで、Ｋpはニーポイント、ＫSはニースロープを示している。そして、ニー圧縮処理（１）では、Ｋp＝Ｋp1,ＫS＝ＫS1とされる。
ＲＡＭ１out≧Ｋpであるとき
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−Ｋp ・・・（３９）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊ＫS＋Ｋp ・・・（４０）
ＲＡＭ１out＜Ｋpであるとき
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−Ｋp ・・・（４１）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊１．００＋Ｋp ・・・（４２）
【０１６３】
図２７は、ステップ７のニー圧縮処理（１）におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ７では、（３９）式および（４０）式、または（４１）式および（４２）式のうち＋ＫPを除く演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図２８は、ステップ８のニー圧縮処理（１）におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ８では、残りの＋ＫPの演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１６４】
（７）ステップ９，１０：ニー圧縮処理（２）およびホワイトクリップ（図２５（ｈ）参照）
ステップ９，１０では、２回目のニー圧縮処理と、ホワイトクリップ処理が行われる。レベルテーブルにニーをかける処理は、ニー圧縮処理（１）と同様に、（３９）〜（４２）式の演算で行われる。このニー圧縮処理（２）では、Ｋp＝Ｋp2,ＫS＝ＫS2とされる。この場合、２回のニーが掛かっているので、最終のニーカーブのスロープはＫs１＊Ｋs２となる。この、２段階のニーによってニー折れ線の角取りが行われる。
【０１６５】
また、ホワイトクリップの処理は、ステップ１０の段階で、マイコン１２５よりホワイトクリップ回路２４１にホワイトクリップレベルのデータが供給されることで、ホワイトクリップの処理が実行される。したがって、その他のステップでは、ホワイトクリップ回路２４１は機能していない。
【０１６６】
図２９は、ステップ９のニー圧縮処理（２）およびホワイトクリップ処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ９では、（３９）式および（４０）式、または（４１）式および（４２）式のうち＋ＫPを除く演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図３０は、ステップ１０のニー圧縮処理（２）およびホワイトクリップ処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ１０では、残りの＋ＫPの演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１６７】
（８）ステップ１１：トータルゲイン調整（図２５（ｉ）参照）
ステップ１１では、レベルテーブルにトータルゲインＧａｉｎが掛けられ、トータルゲインの調整が行われる。例えば、Ｄ１コード（８ビット）に対して２のべき乗倍の関係にないコードアサイン、例えばＭＳＢ側やＬＳＢ側にそれぞれ１．５ビットずつ拡張した１１ビットでＡ／Ｄ変換された信号が入力されたような場合、これに補正係数を乗ずることでＤ１コードと２のべき乗倍の関係に直すことができる。ここでは（４３）式、（４４）式に基づいて演算がなされる。
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−ＢＣ ・・・（４３）
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊Ｇａｉｎ＋ＢＣ ・・・（４４）
【０１６８】
図３１は、ステップ１１のトータルゲイン調整におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ１１では、（４３）式および（４４）式のうち＋ＢＣを除く演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。なお、残りの＋ＢＣの演算は、次項（９）で述るように省略できる。
【０１６９】
（９）ステップ１２：伝達利得を得るための除算処理（図２６（ｋ）参照）
ステップ１２では、これまで作ってきたレベルテーブルを、ゲインのディメンジョンであるＫｗのテーブルに変換するために除算処理をする。図２６（ｊ）は、この概念図を示している。例えば、図２６（ｊ）の縦の破線の輝度域において、ａのレベルをｂのレベルに変換する利得を求める演算をすればよいわけである。ここで、黒コードＢＣがゼロ元になる利得を求めなければならないことに注意を要する。図１に示すように、輝度変換演算器１１１で演算を行う前に、減算器１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂで赤、緑、青の色データより黒コードＢＣを減じて、コードから刺激値に変換している。よって、ここで除算で求める利得も、刺激値に対しての利得、すなわち黒コードをゼロ元とする利得でなければならない。そこで、（４５）式の演算によってゲインテーブルに変換する。
ＲＡＭ１in＝（ＲＡＭ１out−ＢＣ）／（ｘ−ＢＣ） ・・・（４５）
【０１７０】
さて、（４５）式の分子を見ると、上述した（４４）式において黒コードＢＣを加えたものをまた減じている。したがって、これらの操作は冗長であるから省略することができる。この場合、（４４）式、（４５）式は、それぞれ（４６）式、（４７）式に示すようになる。
ＲＡＭ１in＝Ｒｅｇout＊Ｇａｉｎ ・・・（４６）
ＲＡＭ１in＝ＲＡＭ１out／（ｘ−ＢＣ） ・・・（４７）
【０１７１】
このようにして、このフィールドでの変換テーブルが作成される。ただし、これを次フィールドの変換にそのまま用いると、光源のフリッカの影響などをもろに受ける。そこで、前フィールドでの変換テーブルとの間で時歴演算を行ない、時定数をもってテーブルの更新がなされるようにする。
【０１７２】
図３２は、ステップ１２の伝達利得を得るための除算処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示しており、上述したピーク保存比算出時におけると同様の除算処理によって、０〜６０の輝度域の伝達利得が求められる。このステップ１２では、（４７）式の演算が行われる。
【０１７３】
この場合、まず、シーケンサ２２３より輝度域０を示すアドレスデータａｄｒが出力される。これにより、ＲＡＭ２２４より輝度域０の区間の輝度データＲＡＭ1outが読み出され、この輝度データＲＡＭ1outがコンパレータ２３９に供給される。また、輝度データ発生器２２７より輝度域０の区間に対応する輝度データｘが出力され、この輝度データｘより減算器２５５で黒コードＢＣが減算されて乗算器２４４に供給される。そして、乗算器２４４では、減算器２５５の出力データ、すなわちｘ−ＢＣに対してレジスタ２３８に設定された、例えば１２ビットのデータｂ(11)〜ｂ(0)が乗算され、この乗算器２４４の出力データはコンパレータ２３９に供給される。コンパレータ２３９では、上述した輝度データＲＡＭ1outと乗算器２４４の出力データとが比較され、その比較結果がコンパレータ２３９より除算コントローラ２４０に供給される。
【０１７４】
この状態で、シーケンサ２２３の制御に基づき、除算コントローラ２４０は、最初に、伝達利得を作成するためのレジスタ２３８をクリアし（ｂ(11)〜ｂ(0)＝０）、その後にＭＳＢであるｂ(11)を“１”に設定する。そして、除算コントローラ２４０は、コンパレータ２３９からの比較結果に基づき、乗算器２４４の出力データがＲＡＭ1outより大きいときはｂ(11)を“０”に変更し、一方乗算器２４４の出力データがＲＡＭ1out以下であるときはｂ(11)を“１”のままとし、ｂ(11)を確定する。以下、除算コントローラ２４０は、ｂ(10)〜ｂ(0)に順に“１”を設定して上述したｂ(11)の場合と同様の確定処理をする。そして、このように確定された１２ビットのデータｂ(11)〜ｂ(0)が輝度域０の伝達利得ＲＡＭ1inとしてＲＡＭ２２４に格納される。
【０１７５】
以下、シーケンサ２２３より輝度域１〜６０を示すアドレスデータａｄｒが順に出力され、除算コントローラ２４０の働きにより、上述した輝度域０の場合と同様に除算処理が行われ、輝度域１〜６０の伝達利得ＲＡＭ1inが順に求められてＲＡＭ２２４に格納される。
【０１７６】
（１０）ステップ１３，１４：時定数（ＬＰＦ）処理（図２６（ｌ）参照）
ステップ１３，１４では、時定数をもってテーブルの更新がなされるように時定数処理が行われる。また、この結果は、実際に入力画像の変換の際に参照される最終テーブルとしてのＲＡＭ２０５に書き込まれる。そのために、（４８）式、（４９）式の演算が行われる。
Ｒｅｇin＝ＲＡＭ１out−ＲＡＭ２out ・・・（４８）
ＲＡＭ２in＝Ｒｅｇout＊ＫT＋ＲＡＭ２out ・・・（４９）
（４９）式において、ＫTは時定数である。また、同式の左辺は、上記のような理由でＲＡＭ２inになっている。ここで、ＲＡＭ２outはＲＡＭ２０５の出力データであり、ＲＡＭ２inはＲＡＭ２０５の入力データである。
【０１７７】
このＬＰＦ演算の伝達関数は、（５０）式に示すように表される。この（５０）式におけるサンプリング周波数はフィールド周波数である。
Ｇ（ｚ）＝ＫT／１−（１−ＫT）ｚ-1 ・・・（５０）
このようにして、ＲＡＭ２０５に最終テーブルが作成される。
【０１７８】
図３３は、ステップ１３の時定数処理におけるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ１３では、（４８）式および（４９）式のうち＋ＲＡＭ２outを除く演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は減算器として機能する。また、図３４は、ステップ１４の時定数処理におけるるＡＬＵ２２６の動作を示している。このステップ１４では、残りの＋ＲＡＭ２outの演算が行われる。そのため、ＡＬＵ２２６の加減算器２３７は加算器として機能する。
【０１７９】
（１１）ステップ１５：ＲＡＭのクリア処理
ステップ１５では、次のフィールドの有効画素期間におけるヒストグラムとりに備えて、ＲＡＭ２２４がクリアされる。図３５は、ステップ１５のＲＡＭ２２４のクリア処理におけるるＡＬＵ２２６の動作を示している。
【０１８０】
以上説明したように、図１に示す第１の実施の形態においては、ニー圧縮処理が、輝度レベルに対してニー圧縮を行う輝度ニー処理と、その上でまだオーバーしているチャネルがあるとき、そのチャネルのレベルが規格に収まるまで彩度を絞る彩度ニー処理からなっている。そのため、色相を変化させることなくチャネルレベルをオーバーさせずに高輝度部分を圧縮することができる。
【０１８１】
また、第１の実施の形態においては、彩度ニー処理におけるチャネルレベルの制限値ＣＭを、例えば１１０％以上に設定してチャネルレベルの制限を緩和することで、大幅に高輝度域での色付きを獲得する、ＤＣＣプラス機能を有している。したがって、色相を変化させることなく、高輝度域での色付きを獲得できる利益がある。
【０１８２】
また、第１の実施の形態においては、輝度に対してホワイトクリップをかけ、その上でチャネルレベルがオーバーしている場合は、彩度ニー処理によって対処するものである。したがって、ホワイトクリップ処理を、色相を変化させることなく行うことができる。
【０１８３】
また、第１の実施の形態においては、黒浮きの起こっている階調域の輝度の利得ｋｗを減じるコントロールを行ってフレア補正を行うものであり、色に影響を与えないフレア補正を行うことができる。そして、第１の実施の形態においては、このフレア補正がヒストグラム等化による適応階調変換によって自動的に行われ、フレアの発生に応じて補正動作がなされる利益がある。
【０１８４】
また、第１の実施の形態においては、輝度レベルに対してヒストグラム等化による適応階調変換が行われるものであり、使われてない階調域は優先的に圧縮され、従ってダイナミックレンジを有効に使用できる。そしてこの場合、ヒストグラム等化の強さＫWCを指定してヒストグラム等化を加減でき（（３４）式と図１０（ｄ）参照）、最適なヒストグラム等化による適応階調変換を行わせることができる。また、ヒストグラム等化の加減が済んだ段階で、黒コードのオフセットＢOFを全体から減算して黒コードの保存処理が行われる（図１０（ｅ）参照）。そのため、黒コードの一貫性が保証され、刺激値に対して行われる輝度変換演算器１１１の輝度変換演算を良好に行うことができる。さらに、黒コード保存処理が済んだ段階で、入力輝度Ａの輝度レベルを変換によっても変化しないようにピーク保存処理が行われる（図１０（ｆ）参照）。これにより、例えば照明条件がよく通常の光量の区間のヒストグラムが大きい場合に、その区間の輝度レベルを保存することで、その区間の映像信号がニー圧縮されてしまう等の不都合を防止できる。
【０１８５】
ここで、輝度レベルに対してヒストグラム等化による適応階調変換が行われた上でチャネルレベルがオーバーしている場合は、彩度ニー処理によって対処するものであり、ヒストグラムによる適応階調変換を色相を変化させることなく行うことができる。
【０１８６】
また、第１の実施の形態においては、輝度レベルに対してヒストグラム等化による適応階調変換が行われるものであり、実際に画面中に存在する輝度域により多くの階調を割り当てるようにカラー映像信号を圧縮できる。その上でチャネルレベルがオーバーしている場合は、彩度ニー処理によって対処するものであり、ヒストグラムによる適応階調変換を色相を変化させることなく行うことができる。
【０１８７】
また、第１の実施の形態においては、ユーザは彩度の利得ｋｃnを設定でき、彩度ニー処理によって彩度を絞る処理が優先されるものの、それ以外はユーザによって設定される彩度の利得ｋｃnで彩度を自由に調節できる。
【０１８８】
なお、図１に示す第１の実施の形態においては、輝度の利得ｋｗや彩度の利得ｋｃを求める演算にかかる回路の遅延を最小とするために、コントローラ１２４では図１１に示すように輝度変換演算が行われる前の色データＲ，Ｇ，Ｂから得られた輝度ＷやＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に輝度の利得ｋｗ1をかけて、彩度の利得ｋｃを得るためのデータＷ′，ＭＡＸ′を得るようにしている。このように回路の遅延を最小とするのは、この系と並行して色補正回路１０８を通る本線系と、イメージエンハンサ１０９の系があって、それぞれの総合遅延が合わなければならないため、ｋｗやｋｃを得る系に遅延が多いと、上述した他の系に遅延回路を挿入してタイミングをとらなければならないからである。
【０１８９】
図３６は第２の実施の形態としてのビデオカメラ装置１００Ａの要部を示しており、上述した遅延の問題は別にして、輝度変換演算が行われ結果より彩度変換演算で使用される輝度Ｗｉや彩度の利得ｋｃを得るようにしたものである。この図３６において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１９０】
図３６に示すビデオカメラ装置１００Ａでは、アップコンバータ１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂより出力される２ｆs1レートの赤、緑、青の色データが輝度変換コントローラ１２４ａに供給される。そして、このコントローラ１２４ａでは、図１１におけるマトリックス回路２０１、輝度利得発生器２０２と同等の回路によって、輝度変換演算器１１１で使用される輝度の利得ｋｗが形成される。また、輝度変換演算器１１１より出力される２ｆs1レートの赤、緑、青の刺激値が彩度変換コントローラ１２４ｂに供給される。そして、このコントローラ１２４ｂでは、図１１におけるマトリックス回路２０１、最大値回路２１０、彩度利得発生器２１６と同等の回路によって、彩度変換演算器１１２で使用される輝度Ｗｉおよび彩度の利得ｋｃが形成される。
【０１９１】
なお、上述せずも、ヒストグラム等化による適応階調変換を採用した場合に問題となるのは、以下の▲１▼、▲２▼のような場合である。
▲１▼ヒストグラムが特定の輝度域、殊に暗部に集中した場合
▲２▼照明条件がよく、通常光量にヒストグラムがほとんどある場合
【０１９２】
特定の領域にヒストグラムが集中した場合は、微分利得が著しく増大し、Ｓ／Ｎを損なう恐れがある。絞りを閉じた場合は、ビデオカメラにとって最も条件のきつい黒付近で利得が増大するため、画質を損なってしまう。そこで、マイコン１２５は、ヒストグラムが集中している輝度域の情報を得、ヒストグラム等化の強さＫWCを絞るようにすればよい。そして、ヒストグラムが集中している輝度域が黒付近であるときは、より絞るようにすればよい。
【０１９３】
また、図１６のシーケンサの動作ステップのステップ２のシーケンス６「ｈｉｓｔｗｒ］において、ＲＡＭ２２４より読み出されたヒストグラムがヒストグラム情報報告回路（図示せず）のレジスタに格納される。これにより、ヒストグラム情報報告回路では、レジスタに順次格納されたヒストグラムの値を比較して、例えば大きい方から４つのヒストグラムに対応した輝度域の情報を得るようにされる。そして、この報告回路よりマイコン１２５に大きい方から４つのヒストグラムに対応した輝度域の情報が報告される。
【０１９４】
一方、照明条件が良い場合については、図１０（ｆ）について説明した通り、輝度ピーク保存処理が必要になる。このための輝度固定を行なうレベルＡをソフトウェアで指定することが必要である。上述せずも、このレベルＡには、オートアイリスの制御値を与えるのが良い。オートアイリスの制御値とは、画像から抽出された画像を代表する明るさで、これが設定値に等しくなるよう絞りが動かされる。レベルＡの指定に、このオートアイリスの制御値を用いると、ヒストグラム等化処理によっても、オートアイリスシステムが狙った輝度がそのまま再生される等のメリットがある。
【０１９５】
なお、上述実施の形態においては、ヒストグラム等化による適応階調変換を行うための振幅伝達特性を前フィールドの映像期間中に検出された累積度数分布（ヒストグラムテーブル）に基づいて作成するように説明したが、先行する複数のフィールドの映像期間中に検出された累積度数分布に基づいて作成するようにしてもよいことは勿論である。
【０１９６】
【発明の効果】
この発明によれば、入力映像信号の累積度数分布に基づいて入力映像信号のレベルと出力映像信号のレベルの対応を示す変換情報を生成し、この変換情報で入力映像信号の信号レベルを変換して出力映像信号を得るものであり、入力映像信号の使われていない階調域が優先的に圧縮された出力映像信号を得ることができ、限られたダイナミックレンジを有効に使用できる。
【０１９７】
また、入力映像信号が所定レベルである際に入力映像信号を変換情報によって変換して得た出力映像信号が上記所定レベルとなるように変換情報を生成することで、入力映像信号の所定レベルの信号レベルが保存されたまま、入力映像信号の使われていない階調域が優先的に圧縮された出力映像信号を得ることができる。これにより、例えば照明条件がよく通常の光量の区間のヒストグラムが大きい場合に、その区間の輝度レベルを保存することで、その区間の映像信号がニー圧縮されてしまう等の不都合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態としてのビデオカメラ装置を示すブロック図である。
【図２】空間画素ずらし法を説明するための図である。
【図３】輝度変換演算器を示すブロック図である。
【図４】彩度変換演算器を示すブロック図である。
【図５】ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、補間フィルタ（ＩＰＦ）の周波数特性を示す図である。
【図６】Ｒ，Ｇ，Ｂレベルと色との関係を示す図である。
【図７】Ｒ，Ｇ，Ｂレベルと色との関係を示す図である。
【図８】Ｒ，Ｇ，Ｂレベルと色との関係を示す図である。
【図９】ヒストグラム等化による適応階調変換を説明するための図である。
【図１０】ヒストグラム等化による適応階調変換を説明するための図である。
【図１１】コントローラの詳細構成を示すブロック図である。
【図１２】輝度域の区間割の一例を示す図である。
【図１３】輝度の利得ｋｗ1を得る補間演算を説明するための図である。
【図１４】コントローラの輝度の利得ｋｗ、彩度の利得ｋｃ、輝度Ｗｉを求める回路部分を示すブロック図である。
【図１５】コントローラのテーブル作成に係る回路部分を示すブロック図である。
【図１６】コントローラのシーケンサのテーブル作成のための動作ステップを示す図である。
【図１７】ステップ０：ヒストグラムとりにおけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図１８】ステップ１：累積および正規化におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図１９】ステップ２：ヒストグラム等化の加減（１）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２０】ステップ３：ヒストグラム等化の加減（２）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２１】ステップ４：黒コード保存処理におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２２】ステップ４：ピーク保存比算出時におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２３】ステップ５：ピーク保存処理（１）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２４】ステップ６：ピーク保存処理（２）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２５】ニー圧縮、ホワイトクリップ、トータルゲイン調整を説明するための図である。
【図２６】伝達利得を得るための除算等を説明するための図である。
【図２７】ステップ７：ニー圧縮処理（１）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２８】ステップ８：ニー圧縮処理（１）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図２９】ステップ９：ニー圧縮処理（２）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３０】ステップ１０：ニー圧縮処理（２）におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３１】ステップ１１：トータルゲイン調整におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３２】ステップ１２：伝達利得を得るための除算処理におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３３】ステップ１３：時定数処理におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３４】ステップ１４：時定数処理におけるＡＬＵの動作を説明するための図である。
【図３５】ステップ１５：ＲＡＭのクリア処理を説明するための図である。
【図３６】第２の実施の形態としてのビデオカメラ装置の要部を示すブロック図である。
【図３７】テレビジョンシステムを示す図である。
【符号の説明】
１００・・・ビデオカメラ、１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ・・・ＣＣＤ固体撮像素子、１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ・・・アナログプロセス回路、１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂ・・・Ａ／Ｄ変換器、１０６・・・プリプロセス回路、１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂ・・・アップコンバータ、１０８・・・色補正回路、１０９・・・イメージエンハンサ、１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ・・・減算器、１１１・・・輝度変換演算器、１１２・・・彩度変換演算器、１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂ，１１９Ｒ，１１９Ｇ，１１９Ｂ・・・加算器、１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂ・・・ガンマ補正回路、１２３Ｒ，１２３Ｂ・・・ローパスフィルタ、１２３Ｇ・・・補間フィルタ、１２４・・・コントローラ、１２５・・・マイクロコンピュータ、２０１・・・マトリックス回路、２０２・・・輝度利得発生器、２０３，２２１，２２２・・・アップコンバータ、２０４・・・画素平均回路、２０５，２２４・・・ＲＡＭ、２０６・・・区間発生器、２０７・・・アドレス発生器、２０８，２１２，２１５，２２５・・・スイッチ回路、２０９・・・補間演算器、２１０・・・最大値回路、２１１・・・輝度利得乗算器、２１３，２１７，２１８・・・減算器、２１４・・・乗算器、２１９・・・除算器、２２０・・・最小値回路、２２３・・・シーケンサ、２２６・・・演算論理ユニット、２２７・・・輝度データ発生器
Claims (11)
- 入力映像信号の輝度および画素数に関するヒストグラムに基づいて累積度数分布を生成する累積度数分布生成手段と、
上記累積度数分布を正規化してヒストグラム等化された第１の振幅伝達特性を取得する第１の取得手段と、
上記ヒストグラム等化された上記第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化されていない第２の振幅伝達特性との間を、指定する比率で内分することにより、第３の振幅伝達特性を取得する第２の取得手段と、
上記第３の振幅伝達特性における上記入力映像信号が上記ヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、上記入力レベルが変化しないような変換利得を算出し、当該変換利得を上記第３の振幅伝達特性に乗算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得する第３の取得手段と、
上記入力映像信号の信号レベルを上記第４の振幅伝達特性に基づいて変換するレベル変換手段と
を備えたことを特徴とするビデオカメラ装置。 - 上記第２の取得手段は、
上記第１の振幅伝達特性と上記第２の振幅伝達特性との間を内分して取得された振幅伝達特性から黒コードのオフセットを減算することにより、上記第３の振幅伝達特性を取得し、
上記第３の取得手段は、
入力輝度から黒コードを減算し、減算して得られた値に上記入力輝度に対応した上記変換利得を乗じ、乗じて得られた値に上記黒コードを加算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得すること
を特徴とする請求項１に記載のビデオカメラ装置。 - 上記レベル変換手段から出力される出力映像信号に対して、高輝度成分を圧縮する高輝度圧縮手段をさらに備えたこと
を特徴とする請求項１に記載のビデオカメラ装置。 - 上記累積度数分布生成手段は、
上記入力映像信号の映像期間中に上記累積度数分布を検出し、
上記第１、第２および第３の取得手段は、
上記入力映像信号の垂直ブランキング期間中に、先行する映像期間中に上記累積度数分布検出手段によって生成された累積度数分布に基づいて、上記第１、第２、第３および第４の振幅伝達特性を生成すること
を特徴とする請求項１に記載のビデオカメラ装置。 - 上記第１、第２および第３の取得手段は、
上記入力映像信号の垂直ブランキング期間中に、先行する映像期間中に上記累積度数分布検出手段によって生成された累積度数分布に基づいて、上記第１、第２、第３および第４の振幅伝達特性を生成すること
を特徴とする請求項１に記載のビデオカメラ装置。 - 入力映像信号の輝度および画素数に関するヒストグラムに基づいて累積度数分布を生成する累積度数分布生成手段と、
上記累積度数分布を正規化してヒストグラム等化された第１の振幅伝達特性を取得する第１の取得手段と、
上記ヒストグラム等化された上記第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化されていない 第２の振幅伝達特性との間を、指定する比率で内分することにより、第３の振幅伝達特性を取得する第２の取得手段と、
上記第３の振幅伝達特性における上記入力映像信号が上記ヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、上記入力レベルが変化しないような変換利得を算出し、当該変換利得を上記第３の振幅伝達特性に乗算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得する第３の取得手段と、
上記入力映像信号の信号レベルを上記第４の振幅伝達特性に基づいて変換するレベル変換手段と
を備えたことを特徴とする映像信号処理装置。 - 上記第２の取得手段は、
上記第１の振幅伝達特性と上記第２の振幅伝達特性との間を内分して取得された振幅伝達特性から黒コードのオフセットを減算することにより、上記第３の振幅伝達特性を取得し、
上記第３の取得手段は、
入力輝度から黒コードを減算し、減算して得られた値に上記入力輝度に対応した上記変換利得を乗じ、乗じて得られた値に上記黒コードを加算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得すること
を特徴とする請求項６に記載の映像信号処理装置。 - 上記レベル変換手段から出力される出力映像信号に対して、高輝度成分を圧縮する高輝度圧縮手段をさらに備えたこと
を特徴とする請求項６に記載の映像信号処理装置。 - 上記累積度数分布生成手段は、
上記入力映像信号の映像期間中に上記累積度数分布を検出し、
上記第１、第２および第３の取得手段は、
上記入力映像信号の垂直ブランキング期間中に、先行する映像期間中に上記累積度数分布検出手段によって生成された累積度数分布に基づいて、上記第１、第２、第３および第４の振幅伝達特性を生成すること
を特徴とする請求項６に記載の映像信号処理装置。 - 上記第１、第２および第３の取得手段は、
上記入力映像信号の垂直ブランキング期間中に、先行する映像期間中に上記累積度数分布検出手段によって生成された累積度数分布に基づいて、上記第１、第２、第３および第４の振幅伝達特性を生成すること
を特徴とする請求項６に記載の映像信号処理装置。 - 入力映像信号の輝度および画素数に関するヒストグラムに基づいて累積度数分布を生成し、
上記累積度数分布を正規化してヒストグラム等化された第１の振幅伝達特性を取得し、
上記ヒストグラム等化された上記第１の振幅伝達特性とヒストグラム等化されていない第２の振幅伝達特性との間を、指定する比率で内分することにより、第３の振幅伝達特性を取得し、
上記第３の振幅伝達特性における上記入力映像信号が上記ヒストグラムにおいてヒストグラム値が最大となる入力輝度の入力レベルである際に、上記入力レベルが変化しないような変換利得を算出し、当該変換利得を上記第３の振幅伝達特性に乗算することにより、上記第４の振幅伝達特性を取得し、
上記入力映像信号の信号レベルを上記第４の振幅伝達特性に基づいて変換する工程
を備えたことを特徴とする階調変換方法。
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