JP3969836B2 - 信号処理装置および撮像用信号処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体像を画像信号に変換し、輝度信号および色差信号に処理する撮像出力の信号処理装置および撮像用信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被写体像を画像信号に変換して、輝度信号および色差信号に処理する撮像出力の信号処理装置においては、図１３に示すような信号処理のブロックに従って処理されている。
【０００３】
受光された被写体像の映像は、ＣＣＤ１で電気信号に変換される。映像の電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路２でアナログ信号からデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、色処理系５１と輝度信号系５２に分かれて処理されることになる。
【０００４】
色処理系５１では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色補間回路３において、ＣＣＤ１の各画素についてイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｚ）およびグリーン（Ｇ）からなる４色の補色信号で出力される。補色信号は、マトリクス回路４で、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）からなる純色に変換され、ＲＧＢ信号として出力される。次に、ＲＧＢ信号は、ガンマ補正回路６において、ＴＶモニター等に映し出すための映像信号にマッチングされ、色差マトリクス回路７で、色差信号に変換される。その後、色抑圧回路２０では、色差信号について低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧している。
【０００５】
また、色補間回路３等の色処理系５１の一連の処理により色の信号の帯域が制限される。つまり、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号中の色の信号は、色処理系５１により帯域を制限される処理を施され、色差信号に変換されている。
【０００６】
一方、輝度処理系５２では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色キャリヤ除去回路８において、色キャリア成分を除去され、ほぼ無加工の輝度信号となる。次に、輝度信号は、アパーチャー補正回路１０において、高域部の特性が持ち上げられる。さらに、ガンマ補正回路１１において、色処理系５１と同様に、ガンマ補正される。その後、輝度色差補正回路９において、色処理系５１の色抑圧回路２０により色抑圧された色差信号を用いて、輝度信号中の色成分のバランスの補正を行い、最終的な輝度信号が出力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、信号処理装置の色抑圧回路２０において、飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧している。
【０００８】
しかしながら、高輝度な被写体の映像が受光することによりＣＣＤ１の画素が飽和した場合、色処理系５１の色補間回路３等の一連の処理により色の信号が帯域制限されるため、ＣＣＤ１の飽和した画素の影響が周囲に広がってしまうことがある。従って、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、最終出力画像は、高輝度部のみならず、高輝度部の周辺までが被写体と異なる偽色によって、画質の劣化を生じる場合があった。
【０００９】
また、色処理系５１の最終段階で色抑圧の処理が行われるため、色処理系５１の色補間回路３等の一連の処理による帯域制限され飽和画素の影響が広がった信号を処理する必要があり、回路規模を小さくすることは難しかった。
【００１０】
一方、上述した色抑圧を行った場合、被写体の周囲までも抑圧するために、最終出力映像の色情報が失われ、画質劣化の原因となることがあった。
【００１１】
さらに、ＣＣＤ１の飽和している高輝度部検出のための信号の周波数帯域が色抑圧をする色差信号の周波数帯域と異なり、場合によっては高輝度部の検出のための信号の周波数帯域が色抑圧をする色差信号の周波数帯域より狭いため、正しく飽和している画素を色抑圧することができない場合があった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明は、色の信号が色処理系により帯域制限される影響を少なくし、劣化していない画像を得る信号処理を可能とする信号処理装置および撮像用信号処理方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の信号処理装置は、被写体像を画像信号に変換し、前記画像信号を輝度信号および色差信号に処理する信号処理装置において、前記被写体像を前記画像信号に変換し蓄積するための撮像手段と、前記撮像手段により蓄積された画像信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された低輝度部もしくは高輝度部の色の信号のレベルを制御する色レベル制御手段と、前記画像信号の色の信号を色補間処理して帯域を制限し、帯域を制限された前記色の信号をガンマ補正し、ガンマ補正された前記色の信号を色差信号に処理する色処理手段とを有し、前記検出手段は、前記低輝度部もしくは前記高輝度部を検出するための画像信号として、前記色レベル制御手段により制御される色の信号の周波数帯域より広帯域の周波数帯域を有する輝度信号を用いており、前記色レベル制御手段は、前記色処理手段の処理経路中の前記色の信号がガンマ補正される前に前記色の信号の前記高輝度部もしくは低輝度部の色ゲインを抑えるように制御することを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、請求項１において、前記色レベル制御手段は、前記色の信号の帯域が制限される前に前記色の信号のレベルを制御することを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、請求項１において、前記色レベル制御手段は、検出された色の信号に応じて色レベルを色抑圧することを特徴とする。
【００１６】
また、好ましくは、請求項１において、前記色レベル制御手段は、検出された色の信号に応じて色補間することを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項５に係る本発明の撮像用信号処理方法は、被写体像を画像信号に変換し、前記画像信号を輝度信号および色差信号に処理する撮像用信号処理方法において、前記画像信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された低輝度部もしくは高輝度部の色の信号のレベルを制御する色レベル制御ステップと、前記画像信号の色の信号を色補間処理して帯域を制限し、帯域を制限された前記色の信号をガンマ補正し、ガンマ補正された前記色の信号を前記色差信号に処理する色処理ステップとを有し、前記検出ステップは、前記低輝度部もしくは前記高輝度部を検出するための画像信号として、前記色レベル制御ステップにより制御される色の信号の周波数帯域より広帯域の周波数帯域を有する輝度信号を用いており、前記色レベル制御ステップを前記色処理ステップの中の前記色の信号をガンマ補正する前に実行し前記色の信号の前記高輝度部もしくは低輝度部の色ゲインを抑えるように制御することを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、請求項５において、前記色レベル制御ステップは、前記色の信号の帯域が制限される前に前記色の信号のレベルを制御することを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、請求項５において、前記色レベル制御ステップは、検出された色の信号に応じて色レベルを色抑圧することを特徴とする。
【００２１】
また、好ましくは、請求項５において、前記色レベル制御ステップは、検出された色の信号に応じて色補間することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置の概略を示すブロック図である。以下、各ブロックについて説明する。
【００２５】
１は、撮像手段たるＣＣＤであり、受光された映像を電気信号に変換して蓄積し、そのアナログ信号を出力する。ＣＣＤ１の受光部の表面にはカラーフィルターが設けられている。カラーフィルターには、例えば、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｚ）およびグリーン（Ｇ）からなる補色系カラーフィルターや、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）からなる純色系カラーフィルターがあり、その配列などを組み合わせると様々な種類のＣＣＤを使用することができる。なお、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置のＣＣＤ１では、例えば、図２に示すように、第ｎラインの画素３１、３２、３３および３４、また、第ｎ＋２の画素３９、４０、４１および４２において、２画素周期の配列でＹｅとＣｙのカラーフィルタの色を割り当て、第ｎ＋１ラインの画素３５、３６、３７および３８、また、第ｎ＋３の画素４３、４４、４５および４６において２画素周期の配列でＭｚとＧのカラーフィルタの色を割り当てている。すなわち、Ｙｅ、Ｃｙ、ＧおよびＭｚの色からなるカラーフィルターを割り当てた２画素周期の配列の補色系カラーフィルターを使用する。
【００２６】
２は、Ａ／Ｄ変換回路であり、ＣＣＤ１からのアナログ信号を任意ビットのデジタル信号に変換する。通常、このデジタル信号は１０ビット程度で出力される。
【００２７】
５１は、色処理系の一連の処理ブロックであり、最終的には色差信号を出力する。また、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号中の色の信号の帯域を制限する処理を施す帯域制限手段でもある。色処理系５１には、３乃至７の各ブロックの処理が含まれる。
【００２８】
５２は、輝度処理系の一連の処理ブロックであり、最終的には輝度信号を出力する。輝度処理系５２には、８乃至１１の各ブロックの処理が含まれる。
【００２９】
次に、色処理系５１に含まれる各ブロックについて説明する。
【００３０】
３は、色補間回路であり、補色系カラーフィルターの各フィルターの色のデジタル信号を組み合わせて各画素毎に補色の４色（Ｙｅ，Ｃｙ，ＭｚおよびＧ）を組み合わせた色を作る補間により、補色信号を出力する。
【００３１】
４は、マトリクス回路であり、補色信号をマトリクス変換して、純色の３色（Ｒ，ＧおよびＢ）とし、ＲＧＢ信号を出力する。なお、カラーフィルターの分光感度特性や被写体の色温度等を考慮して、適宜、マトリクス係数を変えて最適のＲＧＢ信号を出力する。
【００３２】
５は、色レベル制御手段たる色抑圧回路であり、マトリクス回路４の出力するＲＧＢ信号から低輝度部の色ノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧することができる。つまり、輝度信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出し、その色のレベルを制御することができ、これを色抑圧という。この回路の詳細については後述するが、この回路中には、図３に示すように検出手段たる輝度レベル検値回路７０が含まれている。
【００３３】
６は、ガンマ補正回路であり、ＲＧＢ信号について、例えば、入力１０ビットの信号を８ビットで出力するガンマ補正をする。
【００３４】
７は、色差マトリクス回路であり、ＲＧＢ信号を色差信号Ｒ−Ｙおよび色差信号Ｂ−Ｙに変換する。
【００３５】
次に、輝度処理系５２に含まれる各ブロックについて説明する。
【００３６】
８は、色キャリア除去回路であり、Ａ／Ｄ変換回路２からのデジタル信号をローパスフィルター等に通して、色キャリア成分を除去して輝度信号のみを出力する。
【００３７】
９は、輝度色差補正回路であり、被写体の色温度がＣＣＤ１のカラーフィルターにあらかじめ設定された色温度に比べ大きくずれている場合に輝度信号中の色成分のバランスも崩れてしまうので、これを色差信号で補正している。例えば、被写体の色温度がＣＣＤ１のカラーフィルターにあらかじめ設定された色温度に比べ低い場合に、信号処理装置により処理され再現された被写体の赤い部分の輝度成分が大きくなって忠実に、色を再現できなくなるので、これを補正する。
【００３８】
１０は、アパーチャー補正回路であり、受光された映像がＣＣＤ１に到達する以前の図示しない光学ローパスフィルターや色キャリヤ除去回路８のローパスフィルター等で失われた高域の信号成分を補正する。
【００３９】
１１は、ガンマ補正回路であり、輝度信号について、例えば、入力１０ビットの信号を８ビットで出力するガンマ補正をする。ＴＶモニター等の逆ガンマ特性を補い、画面上でリニアーな映像を映し出すための補正回路である。また、ＴＶモニターだけでなく、プリンター出力やＪＰＥＧ圧縮するため、および高画質化のためにも重要な回路ブロックである。
【００４０】
ここで、色処理系５１と輝度処理系５２との間に位置する１２は、補正用マトリクス回路であり、色処理系５１の色抑圧回路５のＲＧＢ信号出力から輝度処理系５２の輝度色差補正回路９で使用する輝度色差補正用の色差信号を作るための回路である。
【００４１】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置の色抑圧回路５について図３を参照して説明する。
【００４２】
色抑圧回路５は、輝度マトリクス回路６９、輝度レベル検値回路７０、乗算器６１乃至６４、加算器６５乃至６７、そして減算器６８から構成されている。
【００４３】
輝度マトリクス回路６９は、従来の信号処理装置の色抑圧回路にはなかった回路である。従来の色抑圧回路においては、図１４に示すように、輝度レベル検値回路７１で色ゲイン係数ｋを算出し、そして、入力信号である色差信号Ｒ−Ｙおよび色差信号Ｂ−Ｙのそれぞれに乗算器７２および７３で、色ゲイン係数ｋとを掛け合わせて、色差信号ｋ（Ｒ−Ｙ）および色差信号ｋ（Ｂ−Ｙ）を出力していることからも分かるように、色抑圧回路に入出力する信号が色差信号であった。しかしながら、本発明の第１の実施の形態の色抑圧回路５に入出力される信号はＲＧＢ信号であるため、ＲＧＢ信号を輝度信号Ｙにマトリクス変換する輝度マトリクス回路６９を導入している。
【００４４】
本発明の第１の実施の形態の輝度レベル検値回路７０は、図４に示すように、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１、コンパレーター９２および９３、低輝度傾き係数回路９４、高輝度傾き係数回路９５、リミッタ９７および９８、セレクタ９９から構成され、色抑圧回路５の内部で、入力される輝度信号Ｙに応じて色ゲイン係数ｋを出力する。
【００４５】
ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１は、入力した輝度信号の帯域を制限する。このローパスフィルター（ＬＰＦ）９１の周波数特性は、色抑圧される色の信号の周波数帯域より広帯域か、もしくは同等となっている。色抑圧される色の信号より狭帯域の場合、色抑圧すべき色の信号だけでなくその周辺の色の信号をも抑圧してしまうためである。また、色抑圧される色の信号を、指定の画素だけでなくその周辺も含めて色抑圧する場合、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１は、対象とする画素を広げて周辺の画素の色抑圧を行う。従って、輝度部の検出のための信号の周波数帯域が色抑圧をする色差信号の周波数帯域より狭帯域とならないため、正しく飽和している画素を色抑圧することが可能となる。
【００４６】
コンパレーター９２は、基準値である低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）と、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１の出力である輝度信号Ｙのレベルとを比較する。比較した結果、輝度信号Ｙのレベルが低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）以上の場合、リミッタ９７を制御して、色ゲイン係数ｋを１とする。一方、輝度信号Ｙのレベルが低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）以下の場合、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１の出力に低輝度部傾き係数回路９４において、低輝度部側の増加直線の傾きａの係数を掛け、リミッタ９７から出力する。この傾きａの係数が大きくて、輝度信号Ｙのレベルが低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）に到達する前に色ゲイン係数ｋが１を超える場合、リミッタ９７を制御して色ゲイン係数を１に固定する。
【００４７】
コンパレーター９３は、基準値である高輝度部色抑圧境界レベル（Ｂ）とローパスフィルター（ＬＰＦ）９１との出力を比較する。比較した結果、輝度信号Ｙのレベルが高輝度部色抑圧境界レベル（Ｂ）以下の場合、セレクタ９９がリミッタ９７の出力側に選択され、色ゲイン係数ｋを１とする。一方、輝度信号Ｙのレベルが高輝度部色抑圧境界レベル（Ｂ）以上の場合、セレクタ９９がリミッタ９８の出力側に選択され、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１の出力に、高輝度部傾き係数回路９５で係数−ｂを掛けた信号とｋに相当するオフセット値を加算し、傾き−ｂの係数と加算器１００により、高輝度部側の減少直線を実現している。なお、リミッタ９８は、出力が負にならないようにしている。
【００４８】
従って、輝度レベル検値回路７０は、輝度信号Ｙのレベルから色ゲイン係数ｋを出力することができるが、その関係は図５に示すようになる。
【００４９】
輝度レベル検値回路７０は、低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）までは、輝度信号のレベルが上昇すると色ゲイン係数ｋを直線的な傾きａの軌跡で増加させて算出し、低輝度部色のノイズを除去している。また、輝度レベル検値回路７０は、低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）より、輝度信号のレベルが上昇すると色ゲイン係数ｋを一定の１にして算出するが、高輝度部色抑圧境界レベル（Ｂ）以上の輝度信号のレベルでは、輝度信号のレベルの上昇とともに色ゲイン係数ｋを直線的な傾き−ｂの軌跡で減少させて算出し、高輝度部の色を抑圧している。
【００５０】
次に、上記色抑圧回路５の動作について、図３を参照して説明する。
【００５１】
上述したように色抑圧回路５に入力される信号はＲＧＢ信号であり、輝度マトリクス回路６９において、ＲＧＢ信号を以下の式に導かれるマトリクス変換により輝度信号Ｙに変換し、色抑圧することができる。
【００５２】
【数１】
式（１）より、式（２）が導かれる。
【００５３】
【数２】
ここで、色ゲイン係数ｋを考慮して、以下の式（３）のようになる。
【００５４】
【数３】
式（３）を展開すると、
Ｒ＝Ｙ＋ｋ（Ｒ−Ｙ）＝ｋＲ＋（Ｙ−ｋＹ） …（４）
Ｇ＝Ｙ＋ｋ（Ｇ−Ｙ）＝ｋＧ＋（Ｙ−ｋＹ） …（５）
Ｂ＝Ｙ＋ｋ（Ｂ−Ｙ）＝ｋＢ＋（Ｙ−ｋＹ） …（６）
となる。
【００５５】
そこで、色抑圧回路５においては、図３に示すように、先ず、上述した輝度レベル検値回路７０において、輝度信号Ｙから色差信号を色抑圧するための係数である０から１の色ゲイン係数ｋが算出される。また、入力信号であるＲＧＢ信号のＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号のそれぞれは、乗算器６１、６２および６３で、算出された色ゲイン係数ｋと掛け合わせられる。一方、輝度マトリクス回路６９において、入力信号であるＲＧＢ信号のＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号からマトリクス変換された輝度信号Ｙは、乗算器６４で色ゲイン係数ｋと掛け合わされ、減算器６８でもとの輝度信号Ｙから減算され（Ｙ−ｋＹ）の出力を得る。従って、上述したようにｋ倍されたＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号に、（Ｙ−ｋＹ）の出力を加算器６５、６６および６７で加えて、色抑圧したＲＧＢ信号とする。すなわち、上述した４式、５式および６式の最右辺が出力される。これらの色抑圧したＲＧＢ信号は、色ゲイン係数ｋが０に近づくにつれ、もとのＲＧＢ信号のレベルが減少して色が抑圧され、反対に色ゲイン係数ｋが１の場合は、もとのＲＧＢ信号のみになる。そこで、色抑圧回路５は、入力されるＲＧＢ信号の低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧することが可能となる。
【００５６】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置の信号処理の作用について、図１を参照して説明する。
【００５７】
受光された被写体像の映像は、ＣＣＤ１で電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換回路２においてアナログ信号からデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、色処理系５１と輝度信号系５２に分かれて処理されることになる。
【００５８】
色処理系５１では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色補間回路３において、ＣＣＤ１の各画素についてイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｚ）およびグリーン（Ｇ）からなる４色の補色信号で出力される。補色信号は、マトリクス回路４で、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）からなる純色に変換され、ＲＧＢ信号として出力される。次に、色抑圧回路５において、輝度処理系５２の色キャリヤ除去回路８の輝度信号のレベルから低輝度部もしくは高輝度部を検出し、ＲＧＢ信号が低輝度部の色のノイズを除去されるとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧される。そして、ガンマ補正回路６において、ＴＶモニター等に映し出すための映像信号にマッチングされ、色差マトリクス回路７で色差信号に変換され出力される。
【００５９】
また、色補間回路３等の色処理系５１の一連の処理により色の信号の帯域が制限される。つまり、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号中の色の信号は、色処理系５１により帯域を制限される処理を施され、色差信号に変換されている。
【００６０】
一方、輝度処理系５２では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色キャリヤ除去回路８において、色キャリア成分が除去され、ほぼ無加工の輝度信号となる。次に、輝度信号は、輝度色差補正回路９において、輝度信号中の色成分のバランスを輝度色差補正用の色差信号で補正される。この輝度色差補正用の色差信号は、色抑圧回路５により処理されたＲＧＢ信号出力から補正用マトリクス回路１２のマトリクス変換によって作られた色差信号である。次に、輝度信号は、アパーチャー補正回路１０で高域部の特性が持ち上げられる。さらに、ガンマ補正回路１１において、色処理系５１と同様に、ガンマ補正され、最終的な輝度信号が出力される。
【００６１】
上述のように、本発明の第１の実施の形態では、輝度処理系５２のアパーチャー補正回路１０やガンマ補正回路１１の処理の前に、ＲＧＢ信号を色抑圧回路５で色抑圧する処理をすることが可能となり、従来の信号処理装置に比べて色処理系の帯域制限処理が少なくなる。
【００６２】
従って、ＣＣＤ１の飽和した画素の影響が周囲に広がってしまうことが少なくなり、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、最終出力画像の高輝度部のみならず、高輝度部の周辺までが被写体と異なる偽色によって、画質の劣化を生じる場合も少なくなる。
【００６３】
（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置の概略を示すブロック図である。
【００６４】
本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置では、ＣＣＤ１、Ａ／Ｄ変換回路２、色補間回路３、マトリクス回路４、ガンマ補正回路６、色差マトリクス回路７、色キャリヤ除去回路８、輝度色差補正回路９、アパーチャー補正回路１０、ガンマ補正回路１１および補正用色差マトリクス回路１２の各ブロックは、第１の実施の形態に係る信号処理装置と同じであるが、色レベル制御手段たる色抑圧回路１３は、上述の本発明の第１の実施の形態と異なり、輝度信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出し、色補間回路３の出力する補色に対し、マトリクス回路４の前で各色のレベルを制御して色抑圧を行うことができる点に特徴がある。つまり、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置では、色処理系５１の中の色抑圧回路５は、マトリクス回路４からのＲＧＢ信号を処理してガンマ補正回路６へ出力しているのに対し、本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置では、色処理系５１の中の色抑圧回路１３は、色補間回路３からの補色信号を処理し、マトリクス回路４へ出力しており、この処理手順が第１の実施の形態と異なっており、その他は本発明の実施の形態に係る信号処理と同じである。従って、ここでは特に色抑圧回路１３について、図７を参照して説明する。
【００６５】
上記色抑圧回路１３は、輝度マトリクス回路９１、輝度レベル検値回路７０、乗算器８１乃至８５、加算器８６乃至８９、そして減算器９０から構成されている。
【００６６】
輝度マトリクス回路９１は、色抑圧回路１３において、入出力される信号が補色信号であり、この補色信号を輝度信号Ｙにマトリクス変換するために導入されている。
【００６７】
また、輝度レベル検値回路７０は、上述した本発明の第１の実施の形態と同じ回路である。
【００６８】
次に、上記色抑圧回路１３の動作について、図７を参照して説明する。
【００６９】
上述したように色抑圧回路１３に入力される信号は補色信号であり、輝度マトリクス回路９１において、補色信号を以下の式に導かれるマトリクス変換により輝度信号Ｙに変換し、色抑圧することができる。
【００７０】
【数４】
式（７）および上述した式（２）から、式（８）が導かれる。
【００７１】
【数５】
ここで、色ゲイン係数ｋを考慮して、以下の式（９）のようになる。
【００７２】
【数６】
式（９）を展開すると、例えばＣｙについて、
Ｃｙ＝ｍ１１［Ｙ＋ｋ（Ｒ−Ｙ）］＋ｍ１２［Ｙ＋ｋ（Ｇ−Ｙ）］＋ｍ１３［Ｙ＋ｋ（Ｂ−Ｙ）］＝（ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３）Ｙ−（ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３）ｋＹ＋ｋ（ｍ１１Ｒ＋ｍ１２Ｇ＋ｍ１３Ｂ）＝（ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３）（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＣｙ
ここで、（ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３）は成分比の合計なので１となる。従って、
Ｃｙ＝（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＣｙ …（１０）
となり、同様にＹｅ，Ｇ，Ｍｚについても、
Ｙｅ＝（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＹｅ …（１１）
Ｇ ＝（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＧ …（１２）
Ｍｚ＝（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＭｚ …（１３）
となる。
【００７３】
そこで、色抑圧回路１３においては、図７に示すように、第１の実施の形態と同様に、先ず、輝度レベル検値回路７０において、輝度信号Ｙから色差信号を色抑圧するための係数である０から１の色ゲイン係数ｋが算出される。また、入力信号である補色信号のＣｙ信号、Ｙｅ信号、Ｍｚ信号およびＧ信号のそれぞれは、乗算器８１乃至８４で、算出された色ゲイン係数ｋと掛け合わせられる。一方、輝度マトリクス回路９１において、入力信号である補色信号のＣｙ信号、Ｙｅ信号、Ｍｚ信号およびＧ信号から変換された輝度信号Ｙは、乗算器８５で色ゲイン係数ｋと掛け合わされ、減算器９０でもとの輝度信号Ｙから減算され（Ｙ−ｋＹ）の出力を得る。従って、上述したようにｋ倍されたＣｙ信号、Ｙｅ信号、Ｍｚ信号およびＧ信号に、（Ｙ−ｋＹ）の出力を加算器８６乃至８９で加えて、色抑圧された補色信号とする。すなわち、上述した１０式乃至１３の右辺が出力される。これらの色抑圧された補色信号は、色ゲイン係数ｋが０に近づくにつれ、もとの補色信号のレベルが減少して色が抑圧され、反対に色ゲイン係数ｋが１の場合は、もとの補色信号のみになる。そこで、色抑圧回路１３は、入力される補色信号の低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧することが可能となる。
【００７４】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置の信号処理の作用について図６を参照して説明するが、ここでは特に第１の実施の形態と異なる点について説明する。
【００７５】
色処理系５１では、色補間回路３においてＣＣＤ１の各画素について補色信号が出力される。本発明の第２の実施の形態の色抑圧回路１３では、補色信号が色抑圧され、色抑圧された補色信号は、マトリクス回路４で純色のＲＧＢ信号に変換され、以後、本発明の第１の実施の形態と同様に処理されて、色差信号が出力される。
【００７６】
また、輝度処理系５２でも、本発明の第１の実施の形態と同様に処理され輝度信号が出力されるが、本発明の第２の実施の形態の色抑圧回路１３の出力が補色信号であるので、マトリクス回路４において変換されたＲＧＢ信号から、補正用マトリクス回路１２でマトリクス変換した色差信号を用いて、輝度色差補正している。
【００７７】
上述のように、本発明の第２の実施の形態では、色処理系５１の中で色抑圧回路１３が色補間回路３からの補色信号を処理し、マトリクス回路４へ出力しているため、本発明の第１の実施の形態における色抑圧する領域よりもその領域を広げる必要がない。つまり、色処理系の早い段階に色抑圧する処理をするので、不必要に色抑圧する領域を広げることなく、低輝度部の色のノイズを除去し、飽和したＣＣＤの画素の色を抑圧することができる。
【００７８】
従って、本発明の第１の実施の形態の信号処理装置よりもＣＣＤ１の飽和した画素の影響が周囲に広がってしまうことが少なくなり、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、最終出力画像の高輝度部のみならず、高輝度部の周辺までが被写体と異なる偽色によって、画質の劣化を生じる場合も少なくなる。
【００７９】
（実施の形態３）
図８は、本発明の第３の実施の形態の信号処理装置の概略を示すブロック図である。
【００８０】
本発明の第３の実施の形態に係る信号処理装置では、ＣＣＤ１、Ａ／Ｄ変換回路２、色補間回路３、マトリクス回路４、ガンマ補正回路６、色差マトリクス回路７、色キャリヤ除去回路８、輝度色差補正回路９、アパーチャー補正回路１０、ガンマ補正回路１１および補正用色差マトリクス回路１２の各ブロックは、第１の実施の形態に係る信号処理装置と同じであるが、色レベル制御手段たる色抑圧回路２１は、上述の本発明の実施の形態と異なり、帯域制限手段たる色処理系５１の色補間回路３等の一連の処理により色の信号が帯域制限される前に、輝度信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出し、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号の色のレベルを制御することができる点に特徴がある。従って、ここでは特に色抑圧回路２１について、図９を参照して詳細に説明する。
【００８１】
上記色抑圧回路２１は、図９に示すように、検出手段たるＣＣＤ出力飽和検値回路１２１、ディレイ回路１２２、輝度信号発生回路１２３、乗算器１２４および１２５、減算器１２６、そして加算器１２７とを有しており、低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧する回路である。色抑圧回路２１は、Ａ／Ｄ変換回路の出力するデジタル信号を入力信号として処理しており、このデジタル信号は、色の情報を時系列的に含んでいる。
【００８２】
また、入力信号がＡ／Ｄ変換回路の出力するデジタル信号であることから、色抑圧回路２１には、図７に示すような第２の実施の形態の色抑圧回路１３の４つの乗算器８１乃至８４は必要なく、同じ役割をする１つの乗算器１２４で十分である。
【００８３】
ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１は、上述した本発明の第１の実施の形態の輝度レベル検値回路７０と同等の回路であり、入力信号のレベルに応じて、色抑圧係数ｋ１を出力する。すなわち、ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１において、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号のＣＣＤ１の画素の中から指定した画素の色のレベルに合わせて色抑圧係数ｋ１を算出し、出力する。
【００８４】
ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１において、図５に示す輝度信号Ｙのレベル（横軸）と色ゲイン係数ｋ（縦軸）との上述した関係のように、低輝度部側では入力デジタル信号のレベルの上昇に合わせて色抑圧係数ｋ１が大きくなり、高輝度部側では入力デジタル信号のレベルの上昇に合わせて色抑圧係数ｋ１が小さくなる。従って、低輝度部側の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧する色抑圧を同一の回路で行うことができる。
【００８５】
また、ディレイ回路１２２は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号をＣＣＤ出力飽和検値回路１２１の出力のタイミングに合わせて、時間を遅れさせる回路である。通常、フリップフロップ等が用いられている。
【００８６】
次に、輝度信号発生回路１２３は、ＣＣＤ１の画素の中から指定した画素と、その周囲の画素から輝度信号Ｙを作り出す回路である。つまり、この輝度信号Ｙは、ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１で飽和を検値したＣＣＤ１の画素とその周囲の画素から輝度信号Ｙを作り出した場合、色抑圧が必要となる。例えば、図２に示すようなカラーフィルター配列のＣＣＤにおいて、Ｙｅのカラーフィルターを持つ画素４１が飽和した場合、画素４１の飽和の影響を受ける輝度信号は、画素３６，３７，４０および４１からなる輝度信号Ｙ１と、画素３７，３８，４１および４２からなる輝度信号Ｙ２と、画素４０，４１，４４および４５からなる輝度信号Ｙ３と、画素４１，４２，４５および４６からなる輝度信号Ｙ４の４つであり、この画素３６，３７，３８，４０，４１，４２，４４，４５および４６に対して同一の色抑圧係数ｋ１を掛けて色抑圧する必要がある。
【００８７】
輝度信号発生回路１２３は、図１０に示すように、１水平ラインデータ遅延回路１３１、乗算器１３２および１３３、ホールド加算回路１３４および１３５、加算器１３６、そして、セレクター１３７を有している。
【００８８】
１水平ラインデータ遅延回路１３１は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号の中で、ＣＣＤ１の１水平ライン分の画素データを遅らせることができ、ＳＲＡＭ等にＣＣＤ１の１水平ライン分の画素データを記憶して、読み出す回路等で構成されている。
【００８９】
セレクター１３７は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色の情報を時系列的に含んでいるため、乗算器１３２および１３３で乗算する場合の色の情報、つまり補色のＹｅ，Ｃｙ，ＧおよびＭｚのどれか一つに合わせて、ＲＧＢに変換するためのマトリクス係数を適宜最適になるように選択し、後述する式（１４）のマトリクス係数によりＡ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号を輝度信号Ｙに変換するための回路である。
【００９０】
また、乗算器１３２および１３３は、図２に示すように水平方向に隣り合ったＣＣＤ１の画素のデータを乗算しており、ホールド加算回路１３４および１３５は、これらのデータを重み付けし、加算器１３６は、ホールド加算回路１３４からの信号とホールド加算回路１３５からの信号とを加えている。
【００９１】
従って、輝度信号発生回路１２３は、色の情報を時系列的に含んでいるＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号を、ＲＧＢ信号に変換し、その後、次の式（１４）に示されるように変換し、輝度信号Ｙを出力する動作をする。
【００９２】
【数７】
ここで、上記色抑圧回路２１の動作について、図９を参照して説明する。
【００９３】
ディレイ回路１２２からタイミングを合わせて出力されたデジタル信号は、ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１において、算出された色抑圧係数ｋ１を乗算器１２４で乗算される。また、輝度信号回路において発生した輝度信号Ｙは、色抑圧係数ｋ１を乗算器１２５で乗算し、減算器１２６においてもとの輝度信号Ｙから減算されることから、（Ｙ−ｋ１Ｙ）が出力される。従って、加算器１２７において演算結果が求まり、時系列的に色抑圧されたデジタル信号が出力される。
【００９４】
色抑圧したデジタル信号は、色抑圧係数ｋ１が０に近づくにつれ、もとのデジタル信号のレベルが減少して色が抑圧され、反対に色抑圧係数ｋ１が１の場合は、もとのデジタル信号のみになる。すなわち、デジタル信号の低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧することが可能となる。
【００９５】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る信号処理装置の信号処理の作用について図８を参照して説明するが、ここでは特に第１の実施の形態と異なる点について説明する。
【００９６】
色処理系５１では、初めに、Ａ／Ｄ変換回路２のの出力するデジタル信号が、色抑圧回路２１により色抑圧され、色補間回路３において、ＣＣＤ１の各画素についてイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｚ）およびグリーン（Ｇ）からなる４色の補色信号で出力される。補色信号は、マトリクス回路４で、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）からなる純色に変換され、ＲＧＢ信号として出力される。次に、ガンマ補正回路６、色差マトリクス回路７で処理が行なわれて、色差信号Ｒ−Ｙおよび色差信号Ｂ−Ｙとなり出力される。
【００９７】
一方、輝度処理系５２では、本発明の第１の実施の形態のように、マトリクス回路４からのＲＧＢ信号から、補正用マトリクス回路１２で輝度色差補正信号を作り、色キャリア除去後の輝度信号に対して輝度色差補正を行い、その後アパーチャー補正とガンマ補正とをし、輝度信号を出力する。また、上述した色抑圧回路２１の回路中に輝度信号発生回路１２３があるため、色キャリヤ除去回路８の出力である輝度信号が色抑圧回路２１へ入力されていない。
【００９８】
上述のように、本発明の第３の実施の形態では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号により色抑圧している。色抑圧する処理を色処理系の初期段階で行うことにより、色処理系の一連の処理による帯域制限の影響を受ける前に色抑圧処理をすることができるので、飽和したＣＣＤの画素の影響が周囲に広がることはなく、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、高画質な画像を得る正しい色処理をすることができる。
【００９９】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態に係る信号処理装置では、本発明の第３の実施の形態で述べた図８に示す色抑圧回路２１の代わりに、色補正回路を用いる場合について説明する。つまり、色抑圧係数ｋ１を掛けて色抑圧するのでなく、ＣＣＤの画素の飽和を検出した場合、飽和した画素の周囲の画素から補間することにより飽和画素を補正する。
【０１００】
従って、色補正回路の他のブロックの処理は、第３の実施の形態と同じであり、色補正回路について、以下説明することとする。
【０１０１】
色補正回路の補間には、１次元および２次元のリニアー補間、または、補間するための画素の領域を広げて、ローパスフィルターの特性により補間等を行う場合がある。
【０１０２】
先ず、１次元のリニアー補間を行う場合について説明する。
【０１０３】
図１１は、１次元のリニアー補間で色補正するのための色補正回路であり、ＣＣＤ出力飽和検出回路１４１、補間回路１４２およびセレクター１４３から構成されている。
【０１０４】
ＣＣＤ出力飽和検出回路１４１は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号の出力が飽和している場合に１を出力し、飽和していない場合に０を出力する。
【０１０５】
補間回路１４２は、ＣＣＤに飽和した画素がある場合、飽和したＣＣＤの画素の周囲にある同色の画素から飽和した画素を補うための回路であり、１次元のリニアー補間を用いた場合を示している。
【０１０６】
セレクター１４３は、ＣＣＤ出力飽和検出回路１４１の出力により切り替えられる。通常、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号がそのまま出力されるように選択されているが、ＣＣＤに飽和した画素がある場合、セレクターが切り替わり、補間回路１４２から飽和した画素の補間されたデジタル信号が出力される。
【０１０７】
ここで、補間回路１４２は、ＣＣＤ１の同色の画素の間隔分の遅延量のディレイ回路１４４および１４７と、加算器１４５と、１／２回路１４６とを有している。また、１／２回路１４６は、具体的にはデータをローサイドバンド（ＬＳＢ）側に１ビットシフトする働きをする。従って、ＣＣＤの画素の飽和を検出した場合、飽和した画素の周囲の画素の信号を使用できるようになる。
【０１０８】
次に、補間用の画素の周囲領域を広げてローパスフィルター特性の補間を行う場合について説明する。
【０１０９】
補間用の画素の周囲領域を広げてローパスフィルター特性の補間を行う場合、１次元のリニアー補間で色補正するのための補間回路１４２とは、補間回路１５８が、図１２に示すように、ディレイ回路１５４、１５５、１５６、および１５７の４つを用い、係数回路１５１および１５２、そして加算器１５３、１５９および１６０から構成される点で異なっている。ここで、補間回路１５８の補間動作は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号の入力とディレイ回路１５７の出力を加算器１５９で加算し、ディレイ回路１５４とディレイ回路１５６の出力を加算器１６０で加算して、それぞれ係数回路１５１および１５２で所定の係数を乗算し、加算器１５３でそれぞれを加算することによる。つまり、補間回路１５８は、係数回路１５１および１５２の係数によりフィルター特性が定まるデジタルフィルターを構成している。なお、補間回路１５８以外は、図１１に示す１次元のリニアー補間を用いた場合と同じである。
【０１１０】
上述のように、本発明の第４の実施の形態では、ＣＣＤに飽和した画素がある場合、色抑圧する代わりに、飽和したＣＣＤの画素の周囲にある同色の画素から飽和した画素を補う処理をすることにより、色抑圧回路よりもゲート規模の小さい回路とすることができる。
【０１１１】
また、本発明の第４の実施の形態では、本発明の第３の実施の形態の信号処理装置と同様に、色補正回路による処理を色処理系の初期段階で行うことにより、色処理系の一連の処理による帯域制限の影響を受けることがない。そこで、飽和したＣＣＤの画素の影響が周囲に広がることはなく、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、高画質な画像を得る正しい色処理をすることができる。
【０１１２】
また、人の顔等の被写体像の場合、頭部や鼻の光を反射している高輝度部は、色抑圧よりも補間回路で処理した方がより自然な画像を再現することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、色度処理系のアパーチャー補正やガンマ補正の前に、ＲＧＢ信号、補正信号、デジタル信号を色抑圧回路で処理することにより、従来の信号処理装置と比較して、色信号の低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和している高輝度な色を含んだ画素を正しく色抑圧することができるので、飽和したＣＣＤの画素の影響が周囲に広がることはなく、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、高画質な画像を得る正しい色処理をすることができる。
【０１１４】
デジタル信号を色補正回路で処理することにより、さらに、自然な画像を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のＣＣＤの補色のカラーフィルターを説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の色抑圧回路について説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の輝度レベル検値回路について説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の輝度レベル検値回路の輝度信号Ｙのレベルから色ゲイン係数ｋを出力する関係について説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の色抑圧回路について説明するための図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る信号処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の色抑圧回路について説明するための図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の輝度信号発生回路について説明するための図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の色補正回路について、１次元のリニアー補間を用いた場合を説明するための図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の色補正回路について、補間用の画素の周囲領域を広げてローパスフィルター特性の補間を行う場合を説明するための図である。
【図１３】従来の信号処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の色抑圧回路について説明するための図である。
【符号の説明】
１ ＣＣＤ
２ Ａ／Ｄ変換回路
３ 色補間回路
４ マトリクス回路
５、１３、２０、２１ 色抑圧回路
６、１１ ガンマ補正回路
７ 色差マトリクス回路
８ 色キャリヤ除去回路
９ 輝度色差補正回路
１０ アパーチャー補正回路
１２ 補正用マトリクス回路
６９ 輝度マトリクス回路
７０、７１ 輝度レベル検値回路
９１ ローパスフィルター
９４ 低輝度部傾き係数回路
９５ 高輝度部傾き係数回路
９７、９８ リミッタ
９９、１３７ セレクター
１２１ ＣＣＤ出力飽和検値回路
１２２ ディレイ回路
１２３ 輝度信号発生回路
１３１ １水平ライン遅延回路
１４１ ＣＣＤ出力飽和検出回路
１４４、１４７、１５４、１５５、１５６、１５７ ディレイ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体像を画像信号に変換し、輝度信号および色差信号に処理する撮像出力の信号処理装置および撮像用信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被写体像を画像信号に変換して、輝度信号および色差信号に処理する撮像出力の信号処理装置においては、図１３に示すような信号処理のブロックに従って処理されている。
【０００３】
受光された被写体像の映像は、ＣＣＤ１で電気信号に変換される。映像の電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路２でアナログ信号からデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、色処理系５１と輝度信号系５２に分かれて処理されることになる。
【０００４】
色処理系５１では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色補間回路３において、ＣＣＤ１の各画素についてイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｚ）およびグリーン（Ｇ）からなる４色の補色信号で出力される。補色信号は、マトリクス回路４で、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）からなる純色に変換され、ＲＧＢ信号として出力される。次に、ＲＧＢ信号は、ガンマ補正回路６において、ＴＶモニター等に映し出すための映像信号にマッチングされ、色差マトリクス回路７で、色差信号に変換される。その後、色抑圧回路２０では、色差信号について低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧している。
【０００５】
また、色補間回路３等の色処理系５１の一連の処理により色の信号の帯域が制限される。つまり、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号中の色の信号は、色処理系５１により帯域を制限される処理を施され、色差信号に変換されている。
【０００６】
一方、輝度処理系５２では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色キャリヤ除去回路８において、色キャリア成分を除去され、ほぼ無加工の輝度信号となる。次に、輝度信号は、アパーチャー補正回路１０において、高域部の特性が持ち上げられる。さらに、ガンマ補正回路１１において、色処理系５１と同様に、ガンマ補正される。その後、輝度色差補正回路９において、色処理系５１の色抑圧回路２０により色抑圧された色差信号を用いて、輝度信号中の色成分のバランスの補正を行い、最終的な輝度信号が出力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、信号処理装置の色抑圧回路２０において、飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧している。
【０００８】
しかしながら、高輝度な被写体の映像が受光することによりＣＣＤ１の画素が飽和した場合、色処理系５１の色補間回路３等の一連の処理により色の信号が帯域制限されるため、ＣＣＤ１の飽和した画素の影響が周囲に広がってしまうことがある。従って、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、最終出力画像は、高輝度部のみならず、高輝度部の周辺までが被写体と異なる偽色によって、画質の劣化を生じる場合があった。
【０００９】
また、色処理系５１の最終段階で色抑圧の処理が行われるため、色処理系５１の色補間回路３等の一連の処理による帯域制限され飽和画素の影響が広がった信号を処理する必要があり、回路規模を小さくすることは難しかった。
【００１０】
一方、上述した色抑圧を行った場合、被写体の周囲までも抑圧するために、最終出力映像の色情報が失われ、画質劣化の原因となることがあった。
【００１１】
さらに、ＣＣＤ１の飽和している高輝度部検出のための信号の周波数帯域が色抑圧をする色差信号の周波数帯域と異なり、場合によっては高輝度部の検出のための信号の周波数帯域が色抑圧をする色差信号の周波数帯域より狭いため、正しく飽和している画素を色抑圧することができない場合があった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明は、色の信号が色処理系により帯域制限される影響を少なくし、劣化していない画像を得る信号処理を可能とする信号処理装置および撮像用信号処理方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の信号処理装置は、被写体像を画像信号に変換し、前記画像信号を輝度信号および色差信号に処理する信号処理装置において、前記被写体像を前記画像信号に変換し蓄積するための撮像手段と、前記撮像手段により蓄積された画像信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された低輝度部もしくは高輝度部の色の信号のレベルを制御する色レベル制御手段と、前記画像信号の色の信号を色補間処理して帯域を制限し、帯域を制限された前記色の信号をガンマ補正し、ガンマ補正された前記色の信号を色差信号に処理する色処理手段とを有し、前記検出手段は、前記低輝度部もしくは前記高輝度部を検出するための画像信号として、前記色レベル制御手段により制御される色の信号の周波数帯域より広帯域の周波数帯域を有する輝度信号を用いており、前記色レベル制御手段は、前記色処理手段の処理経路中の前記色の信号がガンマ補正される前に前記色の信号の前記高輝度部もしくは低輝度部の色ゲインを抑えるように制御することを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、請求項１において、前記色レベル制御手段は、前記色の信号の帯域が制限される前に前記色の信号のレベルを制御することを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、請求項１において、前記色レベル制御手段は、検出された色の信号に応じて色レベルを色抑圧することを特徴とする。
【００１６】
また、好ましくは、請求項１において、前記色レベル制御手段は、検出された色の信号に応じて色補間することを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項５に係る本発明の撮像用信号処理方法は、被写体像を画像信号に変換し、前記画像信号を輝度信号および色差信号に処理する撮像用信号処理方法において、前記画像信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された低輝度部もしくは高輝度部の色の信号のレベルを制御する色レベル制御ステップと、前記画像信号の色の信号を色補間処理して帯域を制限し、帯域を制限された前記色の信号をガンマ補正し、ガンマ補正された前記色の信号を前記色差信号に処理する色処理ステップとを有し、前記検出ステップは、前記低輝度部もしくは前記高輝度部を検出するための画像信号として、前記色レベル制御ステップにより制御される色の信号の周波数帯域より広帯域の周波数帯域を有する輝度信号を用いており、前記色レベル制御ステップを前記色処理ステップの中の前記色の信号をガンマ補正する前に実行し前記色の信号の前記高輝度部もしくは低輝度部の色ゲインを抑えるように制御することを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、請求項５において、前記色レベル制御ステップは、前記色の信号の帯域が制限される前に前記色の信号のレベルを制御することを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、請求項５において、前記色レベル制御ステップは、検出された色の信号に応じて色レベルを色抑圧することを特徴とする。
【００２１】
また、好ましくは、請求項５において、前記色レベル制御ステップは、検出された色の信号に応じて色補間することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置の概略を示すブロック図である。以下、各ブロックについて説明する。
【００２５】
１は、撮像手段たるＣＣＤであり、受光された映像を電気信号に変換して蓄積し、そのアナログ信号を出力する。ＣＣＤ１の受光部の表面にはカラーフィルターが設けられている。カラーフィルターには、例えば、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｚ）およびグリーン（Ｇ）からなる補色系カラーフィルターや、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）からなる純色系カラーフィルターがあり、その配列などを組み合わせると様々な種類のＣＣＤを使用することができる。なお、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置のＣＣＤ１では、例えば、図２に示すように、第ｎラインの画素３１、３２、３３および３４、また、第ｎ＋２の画素３９、４０、４１および４２において、２画素周期の配列でＹｅとＣｙのカラーフィルタの色を割り当て、第ｎ＋１ラインの画素３５、３６、３７および３８、また、第ｎ＋３の画素４３、４４、４５および４６において２画素周期の配列でＭｚとＧのカラーフィルタの色を割り当てている。すなわち、Ｙｅ、Ｃｙ、ＧおよびＭｚの色からなるカラーフィルターを割り当てた２画素周期の配列の補色系カラーフィルターを使用する。
【００２６】
２は、Ａ／Ｄ変換回路であり、ＣＣＤ１からのアナログ信号を任意ビットのデジタル信号に変換する。通常、このデジタル信号は１０ビット程度で出力される。
【００２７】
５１は、色処理系の一連の処理ブロックであり、最終的には色差信号を出力する。また、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号中の色の信号の帯域を制限する処理を施す帯域制限手段でもある。色処理系５１には、３乃至７の各ブロックの処理が含まれる。
【００２８】
５２は、輝度処理系の一連の処理ブロックであり、最終的には輝度信号を出力する。輝度処理系５２には、８乃至１１の各ブロックの処理が含まれる。
【００２９】
次に、色処理系５１に含まれる各ブロックについて説明する。
【００３０】
３は、色補間回路であり、補色系カラーフィルターの各フィルターの色のデジタル信号を組み合わせて各画素毎に補色の４色（Ｙｅ，Ｃｙ，ＭｚおよびＧ）を組み合わせた色を作る補間により、補色信号を出力する。
【００３１】
４は、マトリクス回路であり、補色信号をマトリクス変換して、純色の３色（Ｒ，ＧおよびＢ）とし、ＲＧＢ信号を出力する。なお、カラーフィルターの分光感度特性や被写体の色温度等を考慮して、適宜、マトリクス係数を変えて最適のＲＧＢ信号を出力する。
【００３２】
５は、色レベル制御手段たる色抑圧回路であり、マトリクス回路４の出力するＲＧＢ信号から低輝度部の色ノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧することができる。つまり、輝度信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出し、その色のレベルを制御することができ、これを色抑圧という。この回路の詳細については後述するが、この回路中には、図３に示すように検出手段たる輝度レベル検値回路７０が含まれている。
【００３３】
６は、ガンマ補正回路であり、ＲＧＢ信号について、例えば、入力１０ビットの信号を８ビットで出力するガンマ補正をする。
【００３４】
７は、色差マトリクス回路であり、ＲＧＢ信号を色差信号Ｒ−Ｙおよび色差信号Ｂ−Ｙに変換する。
【００３５】
次に、輝度処理系５２に含まれる各ブロックについて説明する。
【００３６】
８は、色キャリア除去回路であり、Ａ／Ｄ変換回路２からのデジタル信号をローパスフィルター等に通して、色キャリア成分を除去して輝度信号のみを出力する。
【００３７】
９は、輝度色差補正回路であり、被写体の色温度がＣＣＤ１のカラーフィルターにあらかじめ設定された色温度に比べ大きくずれている場合に輝度信号中の色成分のバランスも崩れてしまうので、これを色差信号で補正している。例えば、被写体の色温度がＣＣＤ１のカラーフィルターにあらかじめ設定された色温度に比べ低い場合に、信号処理装置により処理され再現された被写体の赤い部分の輝度成分が大きくなって忠実に、色を再現できなくなるので、これを補正する。
【００３８】
１０は、アパーチャー補正回路であり、受光された映像がＣＣＤ１に到達する以前の図示しない光学ローパスフィルターや色キャリヤ除去回路８のローパスフィルター等で失われた高域の信号成分を補正する。
【００３９】
１１は、ガンマ補正回路であり、輝度信号について、例えば、入力１０ビットの信号を８ビットで出力するガンマ補正をする。ＴＶモニター等の逆ガンマ特性を補い、画面上でリニアーな映像を映し出すための補正回路である。また、ＴＶモニターだけでなく、プリンター出力やＪＰＥＧ圧縮するため、および高画質化のためにも重要な回路ブロックである。
【００４０】
ここで、色処理系５１と輝度処理系５２との間に位置する１２は、補正用マトリクス回路であり、色処理系５１の色抑圧回路５のＲＧＢ信号出力から輝度処理系５２の輝度色差補正回路９で使用する輝度色差補正用の色差信号を作るための回路である。
【００４１】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置の色抑圧回路５について図３を参照して説明する。
【００４２】
色抑圧回路５は、輝度マトリクス回路６９、輝度レベル検値回路７０、乗算器６１乃至６４、加算器６５乃至６７、そして減算器６８から構成されている。
【００４３】
輝度マトリクス回路６９は、従来の信号処理装置の色抑圧回路にはなかった回路である。従来の色抑圧回路においては、図１４に示すように、輝度レベル検値回路７１で色ゲイン係数ｋを算出し、そして、入力信号である色差信号Ｒ−Ｙおよび色差信号Ｂ−Ｙのそれぞれに乗算器７２および７３で、色ゲイン係数ｋとを掛け合わせて、色差信号ｋ（Ｒ−Ｙ）および色差信号ｋ（Ｂ−Ｙ）を出力していることからも分かるように、色抑圧回路に入出力する信号が色差信号であった。しかしながら、本発明の第１の実施の形態の色抑圧回路５に入出力される信号はＲＧＢ信号であるため、ＲＧＢ信号を輝度信号Ｙにマトリクス変換する輝度マトリクス回路６９を導入している。
【００４４】
本発明の第１の実施の形態の輝度レベル検値回路７０は、図４に示すように、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１、コンパレーター９２および９３、低輝度傾き係数回路９４、高輝度傾き係数回路９５、リミッタ９７および９８、セレクタ９９から構成され、色抑圧回路５の内部で、入力される輝度信号Ｙに応じて色ゲイン係数ｋを出力する。
【００４５】
ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１は、入力した輝度信号の帯域を制限する。このローパスフィルター（ＬＰＦ）９１の周波数特性は、色抑圧される色の信号の周波数帯域より広帯域か、もしくは同等となっている。色抑圧される色の信号より狭帯域の場合、色抑圧すべき色の信号だけでなくその周辺の色の信号をも抑圧してしまうためである。また、色抑圧される色の信号を、指定の画素だけでなくその周辺も含めて色抑圧する場合、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１は、対象とする画素を広げて周辺の画素の色抑圧を行う。従って、輝度部の検出のための信号の周波数帯域が色抑圧をする色差信号の周波数帯域より狭帯域とならないため、正しく飽和している画素を色抑圧することが可能となる。
【００４６】
コンパレーター９２は、基準値である低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）と、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１の出力である輝度信号Ｙのレベルとを比較する。比較した結果、輝度信号Ｙのレベルが低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）以上の場合、リミッタ９７を制御して、色ゲイン係数ｋを１とする。一方、輝度信号Ｙのレベルが低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）以下の場合、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１の出力に低輝度部傾き係数回路９４において、低輝度部側の増加直線の傾きａの係数を掛け、リミッタ９７から出力する。この傾きａの係数が大きくて、輝度信号Ｙのレベルが低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）に到達する前に色ゲイン係数ｋが１を超える場合、リミッタ９７を制御して色ゲイン係数を１に固定する。
【００４７】
コンパレーター９３は、基準値である高輝度部色抑圧境界レベル（Ｂ）とローパスフィルター（ＬＰＦ）９１との出力を比較する。比較した結果、輝度信号Ｙのレベルが高輝度部色抑圧境界レベル（Ｂ）以下の場合、セレクタ９９がリミッタ９７の出力側に選択され、色ゲイン係数ｋを１とする。一方、輝度信号Ｙのレベルが高輝度部色抑圧境界レベル（Ｂ）以上の場合、セレクタ９９がリミッタ９８の出力側に選択され、ローパスフィルター（ＬＰＦ）９１の出力に、高輝度部傾き係数回路９５で係数−ｂを掛けた信号とｋに相当するオフセット値を加算し、傾き−ｂの係数と加算器１００により、高輝度部側の減少直線を実現している。なお、リミッタ９８は、出力が負にならないようにしている。
【００４８】
従って、輝度レベル検値回路７０は、輝度信号Ｙのレベルから色ゲイン係数ｋを出力することができるが、その関係は図５に示すようになる。
【００４９】
輝度レベル検値回路７０は、低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）までは、輝度信号のレベルが上昇すると色ゲイン係数ｋを直線的な傾きａの軌跡で増加させて算出し、低輝度部色のノイズを除去している。また、輝度レベル検値回路７０は、低輝度部色ノイズ境界レベル（Ａ）より、輝度信号のレベルが上昇すると色ゲイン係数ｋを一定の１にして算出するが、高輝度部色抑圧境界レベル（Ｂ）以上の輝度信号のレベルでは、輝度信号のレベルの上昇とともに色ゲイン係数ｋを直線的な傾き−ｂの軌跡で減少させて算出し、高輝度部の色を抑圧している。
【００５０】
次に、上記色抑圧回路５の動作について、図３を参照して説明する。
【００５１】
上述したように色抑圧回路５に入力される信号はＲＧＢ信号であり、輝度マトリクス回路６９において、ＲＧＢ信号を以下の式に導かれるマトリクス変換により輝度信号Ｙに変換し、色抑圧することができる。
【００５２】
【数１】
【００５３】
【数２】
【００５４】
【数３】
Ｒ＝Ｙ＋ｋ（Ｒ−Ｙ）＝ｋＲ＋（Ｙ−ｋＹ） …（４）
Ｇ＝Ｙ＋ｋ（Ｇ−Ｙ）＝ｋＧ＋（Ｙ−ｋＹ） …（５）
Ｂ＝Ｙ＋ｋ（Ｂ−Ｙ）＝ｋＢ＋（Ｙ−ｋＹ） …（６）
となる。
【００５５】
そこで、色抑圧回路５においては、図３に示すように、先ず、上述した輝度レベル検値回路７０において、輝度信号Ｙから色差信号を色抑圧するための係数である０から１の色ゲイン係数ｋが算出される。また、入力信号であるＲＧＢ信号のＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号のそれぞれは、乗算器６１、６２および６３で、算出された色ゲイン係数ｋと掛け合わせられる。一方、輝度マトリクス回路６９において、入力信号であるＲＧＢ信号のＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号からマトリクス変換された輝度信号Ｙは、乗算器６４で色ゲイン係数ｋと掛け合わされ、減算器６８でもとの輝度信号Ｙから減算され（Ｙ−ｋＹ）の出力を得る。従って、上述したようにｋ倍されたＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号に、（Ｙ−ｋＹ）の出力を加算器６５、６６および６７で加えて、色抑圧したＲＧＢ信号とする。すなわち、上述した４式、５式および６式の最右辺が出力される。これらの色抑圧したＲＧＢ信号は、色ゲイン係数ｋが０に近づくにつれ、もとのＲＧＢ信号のレベルが減少して色が抑圧され、反対に色ゲイン係数ｋが１の場合は、もとのＲＧＢ信号のみになる。そこで、色抑圧回路５は、入力されるＲＧＢ信号の低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧することが可能となる。
【００５６】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置の信号処理の作用について、図１を参照して説明する。
【００５７】
受光された被写体像の映像は、ＣＣＤ１で電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換回路２においてアナログ信号からデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、色処理系５１と輝度信号系５２に分かれて処理されることになる。
【００５８】
色処理系５１では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色補間回路３において、ＣＣＤ１の各画素についてイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｚ）およびグリーン（Ｇ）からなる４色の補色信号で出力される。補色信号は、マトリクス回路４で、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）からなる純色に変換され、ＲＧＢ信号として出力される。次に、色抑圧回路５において、輝度処理系５２の色キャリヤ除去回路８の輝度信号のレベルから低輝度部もしくは高輝度部を検出し、ＲＧＢ信号が低輝度部の色のノイズを除去されるとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧される。そして、ガンマ補正回路６において、ＴＶモニター等に映し出すための映像信号にマッチングされ、色差マトリクス回路７で色差信号に変換され出力される。
【００５９】
また、色補間回路３等の色処理系５１の一連の処理により色の信号の帯域が制限される。つまり、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号中の色の信号は、色処理系５１により帯域を制限される処理を施され、色差信号に変換されている。
【００６０】
一方、輝度処理系５２では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色キャリヤ除去回路８において、色キャリア成分が除去され、ほぼ無加工の輝度信号となる。次に、輝度信号は、輝度色差補正回路９において、輝度信号中の色成分のバランスを輝度色差補正用の色差信号で補正される。この輝度色差補正用の色差信号は、色抑圧回路５により処理されたＲＧＢ信号出力から補正用マトリクス回路１２のマトリクス変換によって作られた色差信号である。次に、輝度信号は、アパーチャー補正回路１０で高域部の特性が持ち上げられる。さらに、ガンマ補正回路１１において、色処理系５１と同様に、ガンマ補正され、最終的な輝度信号が出力される。
【００６１】
上述のように、本発明の第１の実施の形態では、輝度処理系５２のアパーチャー補正回路１０やガンマ補正回路１１の処理の前に、ＲＧＢ信号を色抑圧回路５で色抑圧する処理をすることが可能となり、従来の信号処理装置に比べて色処理系の帯域制限処理が少なくなる。
【００６２】
従って、ＣＣＤ１の飽和した画素の影響が周囲に広がってしまうことが少なくなり、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、最終出力画像の高輝度部のみならず、高輝度部の周辺までが被写体と異なる偽色によって、画質の劣化を生じる場合も少なくなる。
【００６３】
（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置の概略を示すブロック図である。
【００６４】
本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置では、ＣＣＤ１、Ａ／Ｄ変換回路２、色補間回路３、マトリクス回路４、ガンマ補正回路６、色差マトリクス回路７、色キャリヤ除去回路８、輝度色差補正回路９、アパーチャー補正回路１０、ガンマ補正回路１１および補正用色差マトリクス回路１２の各ブロックは、第１の実施の形態に係る信号処理装置と同じであるが、色レベル制御手段たる色抑圧回路１３は、上述の本発明の第１の実施の形態と異なり、輝度信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出し、色補間回路３の出力する補色に対し、マトリクス回路４の前で各色のレベルを制御して色抑圧を行うことができる点に特徴がある。つまり、本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置では、色処理系５１の中の色抑圧回路５は、マトリクス回路４からのＲＧＢ信号を処理してガンマ補正回路６へ出力しているのに対し、本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置では、色処理系５１の中の色抑圧回路１３は、色補間回路３からの補色信号を処理し、マトリクス回路４へ出力しており、この処理手順が第１の実施の形態と異なっており、その他は本発明の実施の形態に係る信号処理と同じである。従って、ここでは特に色抑圧回路１３について、図７を参照して説明する。
【００６５】
上記色抑圧回路１３は、輝度マトリクス回路９１、輝度レベル検値回路７０、乗算器８１乃至８５、加算器８６乃至８９、そして減算器９０から構成されている。
【００６６】
輝度マトリクス回路９１は、色抑圧回路１３において、入出力される信号が補色信号であり、この補色信号を輝度信号Ｙにマトリクス変換するために導入されている。
【００６７】
また、輝度レベル検値回路７０は、上述した本発明の第１の実施の形態と同じ回路である。
【００６８】
次に、上記色抑圧回路１３の動作について、図７を参照して説明する。
【００６９】
上述したように色抑圧回路１３に入力される信号は補色信号であり、輝度マトリクス回路９１において、補色信号を以下の式に導かれるマトリクス変換により輝度信号Ｙに変換し、色抑圧することができる。
【００７０】
【数４】
【００７１】
【数５】
【００７２】
【数６】
Ｃｙ＝ｍ１１［Ｙ＋ｋ（Ｒ−Ｙ）］＋ｍ１２［Ｙ＋ｋ（Ｇ−Ｙ）］＋ｍ１３［Ｙ＋ｋ（Ｂ−Ｙ）］＝（ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３）Ｙ−（ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３）ｋＹ＋ｋ（ｍ１１Ｒ＋ｍ１２Ｇ＋ｍ１３Ｂ）＝（ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３）（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＣｙ
ここで、（ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３）は成分比の合計なので１となる。従って、
Ｃｙ＝（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＣｙ …（１０）
となり、同様にＹｅ，Ｇ，Ｍｚについても、
Ｙｅ＝（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＹｅ …（１１）
Ｇ ＝（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＧ …（１２）
Ｍｚ＝（Ｙ−ｋＹ）＋ｋＭｚ …（１３）
となる。
【００７３】
そこで、色抑圧回路１３においては、図７に示すように、第１の実施の形態と同様に、先ず、輝度レベル検値回路７０において、輝度信号Ｙから色差信号を色抑圧するための係数である０から１の色ゲイン係数ｋが算出される。また、入力信号である補色信号のＣｙ信号、Ｙｅ信号、Ｍｚ信号およびＧ信号のそれぞれは、乗算器８１乃至８４で、算出された色ゲイン係数ｋと掛け合わせられる。一方、輝度マトリクス回路９１において、入力信号である補色信号のＣｙ信号、Ｙｅ信号、Ｍｚ信号およびＧ信号から変換された輝度信号Ｙは、乗算器８５で色ゲイン係数ｋと掛け合わされ、減算器９０でもとの輝度信号Ｙから減算され（Ｙ−ｋＹ）の出力を得る。従って、上述したようにｋ倍されたＣｙ信号、Ｙｅ信号、Ｍｚ信号およびＧ信号に、（Ｙ−ｋＹ）の出力を加算器８６乃至８９で加えて、色抑圧された補色信号とする。すなわち、上述した１０式乃至１３の右辺が出力される。これらの色抑圧された補色信号は、色ゲイン係数ｋが０に近づくにつれ、もとの補色信号のレベルが減少して色が抑圧され、反対に色ゲイン係数ｋが１の場合は、もとの補色信号のみになる。そこで、色抑圧回路１３は、入力される補色信号の低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧することが可能となる。
【００７４】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置の信号処理の作用について図６を参照して説明するが、ここでは特に第１の実施の形態と異なる点について説明する。
【００７５】
色処理系５１では、色補間回路３においてＣＣＤ１の各画素について補色信号が出力される。本発明の第２の実施の形態の色抑圧回路１３では、補色信号が色抑圧され、色抑圧された補色信号は、マトリクス回路４で純色のＲＧＢ信号に変換され、以後、本発明の第１の実施の形態と同様に処理されて、色差信号が出力される。
【００７６】
また、輝度処理系５２でも、本発明の第１の実施の形態と同様に処理され輝度信号が出力されるが、本発明の第２の実施の形態の色抑圧回路１３の出力が補色信号であるので、マトリクス回路４において変換されたＲＧＢ信号から、補正用マトリクス回路１２でマトリクス変換した色差信号を用いて、輝度色差補正している。
【００７７】
上述のように、本発明の第２の実施の形態では、色処理系５１の中で色抑圧回路１３が色補間回路３からの補色信号を処理し、マトリクス回路４へ出力しているため、本発明の第１の実施の形態における色抑圧する領域よりもその領域を広げる必要がない。つまり、色処理系の早い段階に色抑圧する処理をするので、不必要に色抑圧する領域を広げることなく、低輝度部の色のノイズを除去し、飽和したＣＣＤの画素の色を抑圧することができる。
【００７８】
従って、本発明の第１の実施の形態の信号処理装置よりもＣＣＤ１の飽和した画素の影響が周囲に広がってしまうことが少なくなり、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、最終出力画像の高輝度部のみならず、高輝度部の周辺までが被写体と異なる偽色によって、画質の劣化を生じる場合も少なくなる。
【００７９】
（実施の形態３）
図８は、本発明の第３の実施の形態の信号処理装置の概略を示すブロック図である。
【００８０】
本発明の第３の実施の形態に係る信号処理装置では、ＣＣＤ１、Ａ／Ｄ変換回路２、色補間回路３、マトリクス回路４、ガンマ補正回路６、色差マトリクス回路７、色キャリヤ除去回路８、輝度色差補正回路９、アパーチャー補正回路１０、ガンマ補正回路１１および補正用色差マトリクス回路１２の各ブロックは、第１の実施の形態に係る信号処理装置と同じであるが、色レベル制御手段たる色抑圧回路２１は、上述の本発明の実施の形態と異なり、帯域制限手段たる色処理系５１の色補間回路３等の一連の処理により色の信号が帯域制限される前に、輝度信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出し、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号の色のレベルを制御することができる点に特徴がある。従って、ここでは特に色抑圧回路２１について、図９を参照して詳細に説明する。
【００８１】
上記色抑圧回路２１は、図９に示すように、検出手段たるＣＣＤ出力飽和検値回路１２１、ディレイ回路１２２、輝度信号発生回路１２３、乗算器１２４および１２５、減算器１２６、そして加算器１２７とを有しており、低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧する回路である。色抑圧回路２１は、Ａ／Ｄ変換回路の出力するデジタル信号を入力信号として処理しており、このデジタル信号は、色の情報を時系列的に含んでいる。
【００８２】
また、入力信号がＡ／Ｄ変換回路の出力するデジタル信号であることから、色抑圧回路２１には、図７に示すような第２の実施の形態の色抑圧回路１３の４つの乗算器８１乃至８４は必要なく、同じ役割をする１つの乗算器１２４で十分である。
【００８３】
ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１は、上述した本発明の第１の実施の形態の輝度レベル検値回路７０と同等の回路であり、入力信号のレベルに応じて、色抑圧係数ｋ１を出力する。すなわち、ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１において、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号のＣＣＤ１の画素の中から指定した画素の色のレベルに合わせて色抑圧係数ｋ１を算出し、出力する。
【００８４】
ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１において、図５に示す輝度信号Ｙのレベル（横軸）と色ゲイン係数ｋ（縦軸）との上述した関係のように、低輝度部側では入力デジタル信号のレベルの上昇に合わせて色抑圧係数ｋ１が大きくなり、高輝度部側では入力デジタル信号のレベルの上昇に合わせて色抑圧係数ｋ１が小さくなる。従って、低輝度部側の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧する色抑圧を同一の回路で行うことができる。
【００８５】
また、ディレイ回路１２２は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号をＣＣＤ出力飽和検値回路１２１の出力のタイミングに合わせて、時間を遅れさせる回路である。通常、フリップフロップ等が用いられている。
【００８６】
次に、輝度信号発生回路１２３は、ＣＣＤ１の画素の中から指定した画素と、その周囲の画素から輝度信号Ｙを作り出す回路である。つまり、この輝度信号Ｙは、ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１で飽和を検値したＣＣＤ１の画素とその周囲の画素から輝度信号Ｙを作り出した場合、色抑圧が必要となる。例えば、図２に示すようなカラーフィルター配列のＣＣＤにおいて、Ｙｅのカラーフィルターを持つ画素４１が飽和した場合、画素４１の飽和の影響を受ける輝度信号は、画素３６，３７，４０および４１からなる輝度信号Ｙ１と、画素３７，３８，４１および４２からなる輝度信号Ｙ２と、画素４０，４１，４４および４５からなる輝度信号Ｙ３と、画素４１，４２，４５および４６からなる輝度信号Ｙ４の４つであり、この画素３６，３７，３８，４０，４１，４２，４４，４５および４６に対して同一の色抑圧係数ｋ１を掛けて色抑圧する必要がある。
【００８７】
輝度信号発生回路１２３は、図１０に示すように、１水平ラインデータ遅延回路１３１、乗算器１３２および１３３、ホールド加算回路１３４および１３５、加算器１３６、そして、セレクター１３７を有している。
【００８８】
１水平ラインデータ遅延回路１３１は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号の中で、ＣＣＤ１の１水平ライン分の画素データを遅らせることができ、ＳＲＡＭ等にＣＣＤ１の１水平ライン分の画素データを記憶して、読み出す回路等で構成されている。
【００８９】
セレクター１３７は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号が色の情報を時系列的に含んでいるため、乗算器１３２および１３３で乗算する場合の色の情報、つまり補色のＹｅ，Ｃｙ，ＧおよびＭｚのどれか一つに合わせて、ＲＧＢに変換するためのマトリクス係数を適宜最適になるように選択し、後述する式（１４）のマトリクス係数によりＡ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号を輝度信号Ｙに変換するための回路である。
【００９０】
また、乗算器１３２および１３３は、図２に示すように水平方向に隣り合ったＣＣＤ１の画素のデータを乗算しており、ホールド加算回路１３４および１３５は、これらのデータを重み付けし、加算器１３６は、ホールド加算回路１３４からの信号とホールド加算回路１３５からの信号とを加えている。
【００９１】
従って、輝度信号発生回路１２３は、色の情報を時系列的に含んでいるＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号を、ＲＧＢ信号に変換し、その後、次の式（１４）に示されるように変換し、輝度信号Ｙを出力する動作をする。
【００９２】
【数７】
【００９３】
ディレイ回路１２２からタイミングを合わせて出力されたデジタル信号は、ＣＣＤ出力飽和検値回路１２１において、算出された色抑圧係数ｋ１を乗算器１２４で乗算される。また、輝度信号回路において発生した輝度信号Ｙは、色抑圧係数ｋ１を乗算器１２５で乗算し、減算器１２６においてもとの輝度信号Ｙから減算されることから、（Ｙ−ｋ１Ｙ）が出力される。従って、加算器１２７において演算結果が求まり、時系列的に色抑圧されたデジタル信号が出力される。
【００９４】
色抑圧したデジタル信号は、色抑圧係数ｋ１が０に近づくにつれ、もとのデジタル信号のレベルが減少して色が抑圧され、反対に色抑圧係数ｋ１が１の場合は、もとのデジタル信号のみになる。すなわち、デジタル信号の低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和したＣＣＤ１の高輝度な色を含んだ画素の色を抑圧することが可能となる。
【００９５】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る信号処理装置の信号処理の作用について図８を参照して説明するが、ここでは特に第１の実施の形態と異なる点について説明する。
【００９６】
色処理系５１では、初めに、Ａ／Ｄ変換回路２のの出力するデジタル信号が、色抑圧回路２１により色抑圧され、色補間回路３において、ＣＣＤ１の各画素についてイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｚ）およびグリーン（Ｇ）からなる４色の補色信号で出力される。補色信号は、マトリクス回路４で、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）からなる純色に変換され、ＲＧＢ信号として出力される。次に、ガンマ補正回路６、色差マトリクス回路７で処理が行なわれて、色差信号Ｒ−Ｙおよび色差信号Ｂ−Ｙとなり出力される。
【００９７】
一方、輝度処理系５２では、本発明の第１の実施の形態のように、マトリクス回路４からのＲＧＢ信号から、補正用マトリクス回路１２で輝度色差補正信号を作り、色キャリア除去後の輝度信号に対して輝度色差補正を行い、その後アパーチャー補正とガンマ補正とをし、輝度信号を出力する。また、上述した色抑圧回路２１の回路中に輝度信号発生回路１２３があるため、色キャリヤ除去回路８の出力である輝度信号が色抑圧回路２１へ入力されていない。
【００９８】
上述のように、本発明の第３の実施の形態では、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号により色抑圧している。色抑圧する処理を色処理系の初期段階で行うことにより、色処理系の一連の処理による帯域制限の影響を受ける前に色抑圧処理をすることができるので、飽和したＣＣＤの画素の影響が周囲に広がることはなく、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、高画質な画像を得る正しい色処理をすることができる。
【００９９】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態に係る信号処理装置では、本発明の第３の実施の形態で述べた図８に示す色抑圧回路２１の代わりに、色補正回路を用いる場合について説明する。つまり、色抑圧係数ｋ１を掛けて色抑圧するのでなく、ＣＣＤの画素の飽和を検出した場合、飽和した画素の周囲の画素から補間することにより飽和画素を補正する。
【０１００】
従って、色補正回路の他のブロックの処理は、第３の実施の形態と同じであり、色補正回路について、以下説明することとする。
【０１０１】
色補正回路の補間には、１次元および２次元のリニアー補間、または、補間するための画素の領域を広げて、ローパスフィルターの特性により補間等を行う場合がある。
【０１０２】
先ず、１次元のリニアー補間を行う場合について説明する。
【０１０３】
図１１は、１次元のリニアー補間で色補正するのための色補正回路であり、ＣＣＤ出力飽和検出回路１４１、補間回路１４２およびセレクター１４３から構成されている。
【０１０４】
ＣＣＤ出力飽和検出回路１４１は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号の出力が飽和している場合に１を出力し、飽和していない場合に０を出力する。
【０１０５】
補間回路１４２は、ＣＣＤに飽和した画素がある場合、飽和したＣＣＤの画素の周囲にある同色の画素から飽和した画素を補うための回路であり、１次元のリニアー補間を用いた場合を示している。
【０１０６】
セレクター１４３は、ＣＣＤ出力飽和検出回路１４１の出力により切り替えられる。通常、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号がそのまま出力されるように選択されているが、ＣＣＤに飽和した画素がある場合、セレクターが切り替わり、補間回路１４２から飽和した画素の補間されたデジタル信号が出力される。
【０１０７】
ここで、補間回路１４２は、ＣＣＤ１の同色の画素の間隔分の遅延量のディレイ回路１４４および１４７と、加算器１４５と、１／２回路１４６とを有している。また、１／２回路１４６は、具体的にはデータをローサイドバンド（ＬＳＢ）側に１ビットシフトする働きをする。従って、ＣＣＤの画素の飽和を検出した場合、飽和した画素の周囲の画素の信号を使用できるようになる。
【０１０８】
次に、補間用の画素の周囲領域を広げてローパスフィルター特性の補間を行う場合について説明する。
【０１０９】
補間用の画素の周囲領域を広げてローパスフィルター特性の補間を行う場合、１次元のリニアー補間で色補正するのための補間回路１４２とは、補間回路１５８が、図１２に示すように、ディレイ回路１５４、１５５、１５６、および１５７の４つを用い、係数回路１５１および１５２、そして加算器１５３、１５９および１６０から構成される点で異なっている。ここで、補間回路１５８の補間動作は、Ａ／Ｄ変換回路２の出力するデジタル信号の入力とディレイ回路１５７の出力を加算器１５９で加算し、ディレイ回路１５４とディレイ回路１５６の出力を加算器１６０で加算して、それぞれ係数回路１５１および１５２で所定の係数を乗算し、加算器１５３でそれぞれを加算することによる。つまり、補間回路１５８は、係数回路１５１および１５２の係数によりフィルター特性が定まるデジタルフィルターを構成している。なお、補間回路１５８以外は、図１１に示す１次元のリニアー補間を用いた場合と同じである。
【０１１０】
上述のように、本発明の第４の実施の形態では、ＣＣＤに飽和した画素がある場合、色抑圧する代わりに、飽和したＣＣＤの画素の周囲にある同色の画素から飽和した画素を補う処理をすることにより、色抑圧回路よりもゲート規模の小さい回路とすることができる。
【０１１１】
また、本発明の第４の実施の形態では、本発明の第３の実施の形態の信号処理装置と同様に、色補正回路による処理を色処理系の初期段階で行うことにより、色処理系の一連の処理による帯域制限の影響を受けることがない。そこで、飽和したＣＣＤの画素の影響が周囲に広がることはなく、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、高画質な画像を得る正しい色処理をすることができる。
【０１１２】
また、人の顔等の被写体像の場合、頭部や鼻の光を反射している高輝度部は、色抑圧よりも補間回路で処理した方がより自然な画像を再現することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、色度処理系のアパーチャー補正やガンマ補正の前に、ＲＧＢ信号、補正信号、デジタル信号を色抑圧回路で処理することにより、従来の信号処理装置と比較して、色信号の低輝度部の色のノイズを除去するとともに飽和している高輝度な色を含んだ画素を正しく色抑圧することができるので、飽和したＣＣＤの画素の影響が周囲に広がることはなく、ＴＶモニター等で被写体像を再現する際に、高画質な画像を得る正しい色処理をすることができる。
【０１１４】
デジタル信号を色補正回路で処理することにより、さらに、自然な画像を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る信号処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のＣＣＤの補色のカラーフィルターを説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の色抑圧回路について説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の輝度レベル検値回路について説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の輝度レベル検値回路の輝度信号Ｙのレベルから色ゲイン係数ｋを出力する関係について説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る信号処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の色抑圧回路について説明するための図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る信号処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の色抑圧回路について説明するための図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の輝度信号発生回路について説明するための図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の色補正回路について、１次元のリニアー補間を用いた場合を説明するための図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の色補正回路について、補間用の画素の周囲領域を広げてローパスフィルター特性の補間を行う場合を説明するための図である。
【図１３】従来の信号処理装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の色抑圧回路について説明するための図である。
【符号の説明】
１ ＣＣＤ
２ Ａ／Ｄ変換回路
３ 色補間回路
４ マトリクス回路
５、１３、２０、２１ 色抑圧回路
６、１１ ガンマ補正回路
７ 色差マトリクス回路
８ 色キャリヤ除去回路
９ 輝度色差補正回路
１０ アパーチャー補正回路
１２ 補正用マトリクス回路
６９ 輝度マトリクス回路
７０、７１ 輝度レベル検値回路
９１ ローパスフィルター
９４ 低輝度部傾き係数回路
９５ 高輝度部傾き係数回路
９７、９８ リミッタ
９９、１３７ セレクター
１２１ ＣＣＤ出力飽和検値回路
１２２ ディレイ回路
１２３ 輝度信号発生回路
１３１ １水平ライン遅延回路
１４１ ＣＣＤ出力飽和検出回路
１４４、１４７、１５４、１５５、１５６、１５７ ディレイ回路
Claims (8)
- 被写体像を画像信号に変換し、前記画像信号を輝度信号および色差信号に処理する信号処理装置において、
前記被写体像を前記画像信号に変換し蓄積するための撮像手段と、
前記撮像手段により蓄積された画像信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された低輝度部もしくは高輝度部の色の信号のレベルを制御する色レベル制御手段と、
前記画像信号の色の信号を色補間処理して帯域を制限し、帯域を制限された前記色の信号をガンマ補正し、ガンマ補正された前記色の信号を色差信号に処理する色処理手段とを有し、
前記検出手段は、前記低輝度部もしくは前記高輝度部を検出するための画像信号として、前記色レベル制御手段により制御される色の信号の周波数帯域より広帯域の周波数帯域を有する輝度信号を用いており、
前記色レベル制御手段は、前記色処理手段の処理経路中の前記色の信号がガンマ補正される前に前記色の信号の前記高輝度部もしくは低輝度部の色ゲインを抑えるように制御することを特徴とする信号処理装置。 - 前記色レベル制御手段は、前記色の信号の帯域が制限される前に前記色の信号のレベルを制御することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
- 前記色レベル制御手段は、検出された色の信号に応じて色レベルを色抑圧することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
- 前記色レベル制御手段は、検出された色の信号に応じて色補間することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
- 被写体像を画像信号に変換し、前記画像信号を輝度信号および色差信号に処理する撮像用信号処理方法において、
前記画像信号の低輝度部もしくは高輝度部を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにより検出された低輝度部もしくは高輝度部の色の信号のレベルを制御する色レベル制御ステップと、
前記画像信号の色の信号を色補間処理して帯域を制限し、帯域を制限された前記色の信号をガンマ補正し、ガンマ補正された前記色の信号を前記色差信号に処理する色処理ステップとを有し、
前記検出ステップは、前記低輝度部もしくは前記高輝度部を検出するための画像信号として、前記色レベル制御ステップにより制御される色の信号の周波数帯域より広帯域の周波数帯域を有する輝度信号を用いており、
前記色レベル制御ステップを前記色処理ステップの中の前記色の信号をガンマ補正する前に実行し前記色の信号の前記高輝度部もしくは低輝度部の色ゲインを抑えるように制御することを特徴とする撮像用信号処理方法。 - 前記色レベル制御ステップは、前記色の信号の帯域が制限される前に前記色の信号のレベルを制御することを特徴とする請求項５に記載の撮像用信号処理方法。
- 前記色レベル制御ステップは、検出された色の信号に応じて色レベルを色抑圧することを特徴とする請求項５に記載の撮像用信号処理方法。
- 前記色レベル制御ステップは、検出された色の信号に応じて色補間することを特徴とする請求項５に記載の撮像用信号処理方法。
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