JP4029490B2

JP4029490B2 - 自動コントラスト調整回路

Info

Publication number: JP4029490B2
Application number: JP24629198A
Authority: JP
Inventors: 一雄遠藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2018-08-31
Also published as: JP2000078436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、業務用ビデオカメラなどに適用できる自動コントラスト調整回路に関する。詳しくは、撮像信号の黒レベルに相当する映像レベルを検出し、その検出レベルに応じて撮像信号の映像レベルを調整する、つまり映像のコントラストを自動調整することによって、特に遠景などを撮像したときに起き易い白っぽい映像をなくして、適切なコントラストに調整された映像が得られるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
放送業務用や家庭用ビデオカメラなどでは、レンズの倍率を上げて遠景の被写体を撮影しようとした場合、その映像が遠景ほど白っぽくなる傾向にある。これは空気中の散乱光のために発生するものである。
【０００３】
このような白っぽい映像であるときには、その被写体に応じて黒の映像レベル（黒レベル）を下げて黒い映像成分を増やし、コントラストが高くなるように調整を行えばよい。また遠景の撮影だけでなく近景の被写体でも、白い部分が多い被写体では、白っぽい映像となる傾向が強いから、同様のコントロールをした方がよい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被写体を撮像したとき白っぽい映像となるときには、ビデオカメラに設けられたビューファインダに映し出される映像も同じように白っぽい映像となる。
【０００５】
ところが、撮像確認用として使用されるビューファインダー上の映像のみでは、その映像が白っぽくなっていることに気が付きにくいことはしばしば経験する。このため、撮像時に白っぽくなっている映像であるとその場で確認しながら黒レベルを調整するには、実際に放送業務用ビデオカメラなどでは、映像モニタや波形モニタなどの調整機材が必要である。あるいは映像調整の専門知識を持つ人が同行して、撮像した映像を常時監視する必要がある。
【０００６】
しかし、放送業務用ビデオカメラであったとしても、このような調整機材を携えることは困難な場合が多いし、映像調整の専門家を同行させることも実際上不可能である。
【０００７】
また被写体が徐々に変化する場合や、撮影機会が限られている被写体に追従して、映像を調整し続けることはかなり困難な作業を伴う。このため自動的に黒レベル調整して、適切なコントラストを保つことができるようになれば、これらの問題を回避することができる。
【０００８】
そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、撮像時に撮像信号の黒レベルに相当する映像レベルを自動調整して、最適なコントラストの映像が得られるようにした自動コントラスト調整回路を提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、請求項１に記載したこの発明に係る自動コントラスト調整回路では、撮像信号の黒レベルに相当する原色信号を抽出するゲート回路と、上記ゲート回路により抽出された原色信号から黒レベルを検出するレベル検出回路と、上記レベル検出回路により検出された黒レベルから当該黒レベルを調整する為の黒レベル調整信号を生成する映像レベル調整信号生成回路と、上記映像レベル調整信号生成回路により生成された黒レベル調整信号と上記原色信号との加減算処理を行い、上記撮像信号の黒レベルを調整する映像レベル調整回路とで構成され、上記映像レベル調整信号生成回路は、上記黒レベル調整信号をＢＬＫとし、上記レベル検出回路により検出された上記黒レベルをＤＥＴとしたとき、ＢＬＫ＝−ａ／ＤＥＴ＋ｂ（ａ、ｂ：定数、ａ＞０）の式を満たす上記黒レベル調整信号を生成することを特徴とする。
また、上述の課題を解決するため、請求項４に記載したこの発明に係る自動コントラスト調整回路では、撮像信号の黒レベルに相当する原色信号を抽出するゲート回路と、上記ゲート回路により抽出された原色信号から黒レベルを検出するレベル検出回路と、上記レベル検出回路により検出された黒レベルから当該黒レベルを調整する為の黒レベル調整信号を生成する映像レベル調整信号生成回路と、上記映像レベル調整信号生成回路により生成された黒レベル調整信号と上記原色信号との加減算処理を行い、上記撮像信号の黒レベルを調整する映像レベル調整回路とで構成され、上記映像レベル調整信号生成回路は、上記黒レベル調整信号をＢＬＫとし、上記レベル検出回路により検出された上記黒レベルをＤＥＴとしたとき、ＢＬＫ＝ａ・ＤＥＴ−ｂ（ａ、ｂ：定数、ａ＞０、ｂ＞０）の式を満たす上記黒レベル調整信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
この発明では、撮像時の映像レベルを監視し、黒レベルに相当する映像レベルが所定の範囲内にあるように撮像信号の映像レベルを調整する。こうすることによって、遠景を撮像しているときで白っぽい映像であるときには、その映像レベルを下げるように働くので、これによって適切なコントラストの映像に調整される。近景でも白い部分が多いようなときにも黒レベルが下がるように撮像信号が調整されるため、最適なコントラストの映像が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
続いて、この発明に係る自動コントラスト調整回路の一実施形態を、上述した放送業務用ビデオカメラの信号処理系に適用した場合について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１はこの発明を適用した放送業務用ビデオカメラ１０の信号処理系の一実施形態の概念図を示すもので、放送業務用であるためこの例では撮像手段としてＲ、Ｇ、Ｂ専用の撮像素子、例えばＣＣＤ１２（１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）を有する。
【００１３】
各ＣＣＤ１２Ｒ〜１２Ｂから得られる撮像信号としてのこの例では原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂはプリアンプ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを介してホワイトバランス調整回路１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂに供給されてホワイトバランスするように各撮像信号Ｒ〜Ｂのゲイン（レベル）が調整される。
【００１４】
ホワイトバランスが調整された原色信号Ｒ〜ＢはＡ／Ｄ変換器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂにてディジタル信号に変換され、その後映像レベル調整手段（以下黒レベル調整手段という）２０（２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ）に供給されて、後述する黒レベル調整信号生成回路３４から供給される映像レベル調整信号として機能する黒レベル調整信号ＢＬＫ（ＢＬＫｒ、ＢＬＫｇ、ＢＬＫｂ）による加減算処理が行われて、それぞれの映像レベル（黒レベル）が調整される。黒レベルの調整は、映像信号の黒レベルと白レベルとの関係を調整するものであることから、黒レベルの調整は結果として映像のコントラストを調整していることに他ならない。
【００１５】
黒レベルが調整された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂはさらにガンマ補正回路２２（２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ）に供給されてガンマ（γ）補正されて最終的なカメラ出力となる撮像出力信号ＲO，ＧO，ＢOが得られる。撮像出力信号はこのような原色信号構成ではなくコンポーネント信号（輝度信号Ｙと色信号Ｃ_r，Ｃ_b）としても出力することができる。
【００１６】
さて、この発明ではこのような構成に以下のような黒レベル調整系が付加される。そのため、この実施形態ではまず、Ａ／Ｄ変換されたディジタル原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが夫々対応するゲート回路３０（３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ）に導かれ、黒レベルに相当するレベルをもったディジタル原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが抽出される。
【００１７】
ここに、完全な黒レベルに相当する映像レベルを０％とし、完全な白レベルに相当する映像レベルを１００％としたとき、この例では黒レベルに相当するレベルを、図２Ａに示すように０〜３０％程度の範囲Ｗ内に存在するレベルとする。したがって、ゲート範囲Ｗ内に存在するディジタル原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが全て抽出される。ゲートする期間（ゲート幅およびゲート期間）は、任意に設定することができ、例えば複数フレームにおける水平走査期間のほぼ全幅に亘り映像レベルを一定時間ごとに抽出する。
【００１８】
フレーム数としては１〜１０フレーム程度でよい。あまりゲート期間が長いとコントラストの悪い映像がこのゲート期間の間だけ調整されないままで再現されてしまうおそれがあるからである。一定時間とは例えば数秒単位である。
【００１９】
ゲートされた信号は後段のレベル検出回路３２（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）に供給されてゲートされた信号の黒レベルが検出され、検出された黒レベルがＣＰＵ構成の黒レベル調整信号生成回路３４に供給されて、検出された黒レベルから黒レベル調整信号ＢＬＫ（ＢＬＫｒ、ＢＬＫｇ、ＢＬＫｂ）が生成される。この黒レベル調整信号ＢＬＫは対応する黒レベル調整回路２０にそのゲイン調整用として導かれる。
【００２０】
上述したゲート回路３０におけるディジタル原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂのゲート幅やゲート期間などのゲート信号ＳＧ（ＳＧｒ、ＳＧｇ、ＳＧｂ）は黒レベル調整信号生成回路３４によって生成される。
【００２１】
黒レベル調整信号生成回路３４では以下のような信号生成処理が行われる。
【００２２】
ゲート回路３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂによって抽出された黒レベルに相当する映像レベルの平均値（平均黒レベルという）をＤＥＴとし、また上述したように０〜３０％の映像成分を黒レベルの映像成分とする。この場合、検出範囲Ｗ内に黒レベルが存在しないときには、図２Ａに示すように平均黒レベルＤＥＴはゼロである。また図３Ａのように０〜３０％の検出範囲Ｗ内に黒レベルが存在するときには平均黒レベルＤＥＴはある正の値を示し、その値が大きいほど原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂに黒成分が多く含まれている被写体と判断できる。
【００２３】
そこで、第１の例として、黒レベル調整信号生成回路３４では次式で示されるような黒レベル調整信号ＢＬＫを生成するものとする。
ＢＬＫ＝−ａ／ＤＥＴ＋ｂ・・・・・（１）
ここに、ａ、ｂ：定数
ａ〉０
【００２４】
（１）式は図４のような調整曲線となる。この（１）式を使用した場合には、平均黒レベルＤＥＴが小さいほど黒レベル調整信号ＢＬＫは負の値を取る。この黒レベル調整信号ＢＬＫが供給される黒レベル調整回路２０では原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂと黒レベル調整信号ＢＬＫとの加減算処理が行われるので、黒レベル調整信号ＢＬＫが負の値をとるときには、原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの黒レベルを下げる方向に制御が働くことになる。したがって例えば図３Ａのような黒レベルを有する原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂが入力したときには、同図Ｂのように原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの黒レベルの値が下げられて出力される。
【００２５】
ここで、黒レベル調整はガンマ補正処理の前段で行っているので、映像レベルが小さく黒に近い映像ほど大きく減算されるのに対して、白レベル付近では減算処理後の変化が小さい。そのため、この加減算処理の結果、原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂにおける黒レベルに相当する映像レベルと白レベルに相当する映像レベルとの差が広がり、原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の彩度が高彩度側に制御される。したがって、映像全体で見ればそのコントラストが上がるように制御されることになる。
【００２６】
また、平均黒レベルＤＥＴが０になると、黒レベル調整信号ＢＬＫが無限大になることから、黒レベル調整信号ＢＬＫがある一定の値以下にならないようにするため、検出すべき平均黒レベルＤＥＴには下限値ｘｂが設定される。図４の例では下限値ｘｂ以下の平均黒レベルＤＥＴであるときには、黒レベル調整信号ＢＬＫの値が（−ｂ）となるように設定してある。このとき黒レベルの下げ幅が最大となる（図２Ａ、Ｂ参照）。
【００２７】
下限値ｘａの設定は任意であるが、この実施形態では黒レベル調整信号ＢＬＫの最大値ｂとその絶対値が一致するように下限値ｘａが設定されている。
【００２８】
平均黒レベルＤＥＴが（ｂ／ａ）以上であるときには、黒レベル調整信号ＢＬＫは正のある値をとる。このときは入力した原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの黒レベルにこの黒レベル調整信号ＢＬＫが加算されて適当な黒レベルとなるように制御される。したがってこのような黒レベル調整信号ＢＬＫの加減算処理によって、映像は常に最適なコントラストとなるように自動調整される。
【００２９】
コントラスト制御の応答速度は、黒レベル調整手段での制御ループの回る時間的な間隔や、定数ａ、ｂなどを適宜選定することによって自由に変えることができる。
【００３０】
続いて、黒レベル調整信号生成回路３４での第２の調整例を（２）式に示す。（２）式に示す黒レベル調整信号ＢＬＫは平均黒レベルＤＥＴに対して比例変化するようにした場合である。
ＢＬＫ＝ａ・ＤＥＴ−ｂ・・・・・（２）
ここに、ａ、ｂ：定数
ａ〉０、ｂ〉０
【００３１】
（２）式は図５のような調整曲線となる。この（２）式を使用した場合には、平均黒レベルＤＥＴが０のときは（−ｂ）となる黒レベル調整信号ＢＬＫが得られる。黒レベル調整信号ＢＬＫが負の値であるために原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの黒レベルを下げる方向に制御が働く。平均黒レベルＤＥＴが大きくなるにつれて黒レベル調整信号ＢＬＫの値は０に近づいて黒レベル補正量が小さくなる。平均黒レベルは０以下には下がらない。
【００３２】
平均黒レベルＤＥＴが（ｂ／ａ）以上になると黒レベル調整信号ＢＬＫは正のある値となるので、この場合には黒レベルを上げる方向に制御が働く。このような制御によって映像のコントラストを自動的に調整できる。
【００３３】
平均黒レベルＤＥＴがさらに大きくなると黒レベル調整信号ＢＬＫの値が大きくなり過ぎることから、ある値以上には黒レベル調整信号ＢＬＫが大きくならないように平均黒レベルＤＥＴの上限値ｘｂを設定する必要がある。図５に示す例では第１の例と同じような考え方を踏襲して、上限値ｘｂによって黒レベル調整信号ＢＬＫが（＋ｂ）に制限されるように設定してある。この値ｘｂも一例に過ぎない。
【００３４】
上述した実施形態に対する変形例の主立ったものを以下に示す。
【００３５】
まず、黒レベルは原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂから抽出しているが、輝度信号Ｙから抽出して、黒レベル調整信号ＳＢを生成し、生成したこの黒レベル調整信号ＳＢに基づいて輝度信号のレベル若しくは原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの黒レベルを調整することもできる。単一の黒レベル調整信号の場合には調整回路も少なくて済むから回路構成を簡略化できる。
【００３６】
黒レベルの抽出は、ディジタル化された原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂを利用して行っているが、これは黒レベル調整信号生成回路３４がディジタル処理であるためである。したがってＡ／Ｄ変換器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの前段から抽出したアナログの原色信号に基づいて黒レベルを検出することも可能である。
【００３７】
黒レベルの抽出にあっては、水平期間のほぼ全期間を利用して抽出しているが、特定の水平期間のみを抽出して黒レベルを検出するようにしてもよい。
【００３８】
また、検出された黒レベルは検出期間の平均値を黒レベル調整用のレベルとして利用しているが、１水平期間の黒レベルを用いてリアルタイムで黒レベルを調整することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明では黒レベルに相当する映像レベルを検出し、この映像レベルの多少に応じて撮像信号の映像レベルを調整することによって、映像のコントラストを自動的に調整できるようにしたものである。
【００４０】
これによれば、遠景を撮像しているようなときに発生しがちな白っぽい映像を、その黒レベルが下がるように補正して自動的に最適なコントラストなるように調整することができる。そのため、業務用のビデオカメラなどであったとしても、調整機材を携帯する必要がない。もちろん専門のスタッフを同行させることもしないで済む。
【００４１】
したがってこの発明は業務用や家庭用ビデオカメラなどの信号処理系に適用して極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る自動コントラスト調整回路の一実施形態を示す要部の系統図である。
【図２】自動コントラスト調整のための説明用波形図である（その１）。
【図３】自動コントラスト調整のための説明用波形図である（その２）。
【図４】自動コントラスト調整用黒レベル調整信号の特性図である（その１）。
【図５】自動コントラスト調整用黒レベル調整信号の特性図である（その２）。
【符号の説明】
１０・・・自動コントラスト調整回路、１２（１２Ｒ〜１２Ｂ）・・・ＣＣＤ、２０（２０Ｒ〜２０Ｂ）・・・黒レベル調整回路、３０（３０Ｒ〜３０Ｂ）・・・ゲート回路、３２（３２Ｒ〜３２Ｂ）・・・黒レベル検出回路、３４・・・黒レベル調整信号生成回路（ＣＰＵ）

Claims

撮像信号の黒レベルに相当する原色信号を抽出するゲート回路と、
上記ゲート回路により抽出された原色信号から黒レベルを検出するレベル検出回路と、
上記レベル検出回路により検出された黒レベルから当該黒レベルを調整する為の黒レベル調整信号を生成する映像レベル調整信号生成回路と、
上記映像レベル調整信号生成回路により生成された黒レベル調整信号と上記原色信号との加減算処理を行い、上記撮像信号の黒レベルを調整する映像レベル調整回路とで構成され、
上記映像レベル調整信号生成回路は、
上記黒レベル調整信号をＢＬＫとし、上記レベル検出回路により検出された上記黒レベルをＤＥＴとしたとき、
ＢＬＫ＝−ａ／ＤＥＴ＋ｂ（ａ、ｂ：定数、ａ＞０）
の式を満たす上記黒レベル調整信号を生成することを特徴とする自動コントラスト調整回路。
上記撮像信号はＲ，Ｇ，Ｂの各原色信号であることを特徴とする請求項１記載の自動コントラスト調整回路。
上記映像レベル信号生成回路はＣＰＵを搭載した生成回路であることを特徴とする請求項１記載の自動コントラスト調整回路。
撮像信号の黒レベルに相当する原色信号を抽出するゲート回路と、
上記ゲート回路により抽出された原色信号から黒レベルを検出するレベル検出回路と、
上記レベル検出回路により検出された黒レベルから当該黒レベルを調整する為の黒レベル調整信号を生成する映像レベル調整信号生成回路と、
上記映像レベル調整信号生成回路により生成された黒レベル調整信号と上記原色信号との加減算処理を行い、上記撮像信号の黒レベルを調整する映像レベル調整回路とで構成され、
上記映像レベル調整信号生成回路は、
上記黒レベル調整信号をＢＬＫとし、上記レベル検出回路により検出された上記黒レベルをＤＥＴとしたとき、
ＢＬＫ＝ａ・ＤＥＴ−ｂ（ａ、ｂ：定数、ａ＞０、ｂ＞０）
の式を満たす上記黒レベル調整信号を生成することを特徴とする自動コントラスト調整回路。