JP4069522B2 - 映像信号処理装置、カラービデオカメラ及び映像信号の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号の高輝度部分をレベル圧縮する映像信号処理装置とそれを搭載するカラービデオカメラ及び映像信号の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternation by Line）などの標準テレビジョン方式の映像信号規格では、輝度信号の信号レベルの黒レベルと最大白レベルが決まっており、最大白レベルより明るい部分を表示することができない。そのため、ビデオカメラでは、高輝度部分を映像信号内に収めるために輝度圧縮している。すなわち、上記映像信号規格における白レベルを１００％とすると、上記最大白レベルは１０５〜１１０％となっているので、例えば撮影素子から得られた９５〜２００％の輝度信号レベルの撮像信号を９５％〜１１０％の輝度信号レベル内に収まるようにレベル圧縮することが行われている。
【０００３】
ここで、図５は、白黒の映像信号を扱うビデオカメラ１００の構成例を示す。
【０００４】
この図５に示したビデオカメラ１００は、被写体からの撮像光が撮像レンズ１０１を介して入射されるＣＣＤイメージセンサ１０２を備える。上記ＣＣＤイメージセンサ１０２は、上記撮像光により結像される被写体像を撮像して電気信号に変換する。このＣＣＤイメージセンサ１０２で得られる電気信号すなわち撮像信号は、輪郭強調回路１０３にて水平及び垂直方向の輪郭強調が行われ、さらに、輝度圧縮回路１０４にて輝度圧縮される。
【０００５】
そして、上記輝度圧縮回路１０４の出力信号は、ガンマ補正回路１０５にてガンマ補正と呼ばれる非線形補正が施され、さらにホワイトクリップ回路１０６にて映像信号規格よりも輝度信号レベルが高い信号が出ないようにするためのホワイトクリップが施され、当該ビデオカメラ１００の出力映像信号とされる。
【０００６】
ここで、上記輝度圧縮回路１０４における圧縮前の輝度信号をＹ、圧縮後の輝度信号をＹ’とし、信号レベル（ニーポイント）Ｋｐ以上の輝度信号Ｙを圧縮率（ニースロープ）Ｋｓで圧縮するとした場合、上記輝度圧縮回路１０４での輝度圧縮は以下の式で示される。
【０００７】
Ｙ≦Ｋｐの時 Ｙ'＝Ｙ
Ｙ＞Ｋｐの時 Ｙ'＝Ｋｓ×（Ｙ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
例えば、上記映像信号規格における１００％の白レベルを１とした場合において、２００％（＝２）までの輝度信号レベルを持った上記圧縮前の輝度信号Ｙを１１０％（＝１．１）の輝度信号レベルに抑え、上記ニーポイントＫｐの信号レベルを９５％（＝０．９５）にしたとすると、上記ニースロープＫｓは、
Ｋｓ＝（１．１−０．９５）／（２−０．９５）
となり、
Ｙ≦０．９５の時 Ｙ’＝Ｙ
Ｙ＞０．９５の時 Ｙ’＝｛（１．１−０．９５）／（２−０．９５）｝×（Ｙ−０．９５）＋０．９５
として示される。このような輝度圧縮は図６のように表すことができる。なお、映像信号規格における白レベルを１とした場合において、この図６の横軸は、撮像レンズ１０１の開口量を示し、縦軸は映像信号規格における白レベルを１００％（＝１）とした輝度信号レベルを示している。この図６では、入力信号すなわち圧縮前の輝度信号Ｙの信号レベルを破線にて表し、また、出力信号すなわち圧縮後の輝度信号Ｙ’の信号レベルを実線にて表している。
【０００８】
以下、上述したような輝度圧縮の方式を第１の方式と呼ぶことにする。
【０００９】
図５には白黒の信号を扱うビデオカメラ１００の構成例を挙げたが、カラー映像信号を扱うカラービデオカメラの構成例としては、例えば図７に示すような構成が知られている。
【００１０】
この図７に示したカラービデオカメラ１１０の構成と図５に示したビデオカメラ１００の構成との相違点は、被写体像を結像する撮像光を３原色である赤，緑，青の各色成分に分けるための色分解プリズム１１２が撮像レンズ１１１の後に置かれ、それぞれの色成分に分離された各被写体像を撮像するためのＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂと、上記ＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂによる各色成分の撮像信号として得られる赤色信号Ｒ，緑色信号Ｇ及び青色信号Ｂについて、ホワイトバランスを取るためのホワイトバランス回路１１４と、輪郭強調や輝度圧縮などを３チャンネルで行う輪郭強調回路１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂ、輝度圧縮回路１１６Ｒ，１６Ｇ，１１６Ｂ、ガンマ補正回路１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂ及びホワイトクリップ回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂが用意されている点と、３原色信号Ｒ，Ｇ，ＢからＮＴＳＣやＰＡＬ等のカラー映像信号に変換するためのエンコーダ１１９とが付加されている点である。
【００１１】
すなわち、この図７に示すカラービデオカメラ１１０では、撮像レンズ１１１を介して入射された被写体等からの撮像光は、色分解プリズム１１２によって赤と緑と青の３原色の光に分解される。各色成分の光は、それぞれ対応して配置されたＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂに入射され、これらＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂによってそれぞれ各色成分の光に対応する撮像信号すなわち３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換される。
【００１２】
これらＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂからの３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、無彩色の被写体の撮像時に各信号レベルが互いに等しくなるようにホワイトバランス回路１１４にて各信号レベルが調整されることでホワイトバランスが取られ、さらに、それぞれ対応する輪郭強調回路１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂに送られ、それぞれ輪郭強調が行われる。これら輪郭強調回路１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂからの各出力信号は、それぞれ対応する輝度圧縮回路１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６Ｂに送られ、各々輝度圧縮される。
【００１３】
そして、上記輝度圧縮回路１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６Ｂの各出力信号は、それぞれ対応するガンマ補正回路１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂにてガンマ補正され、さらに対応するホワイトクリップ回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂにてホワイトクリップされ、エンコーダ１１９に送られる。このエンコーダ１１９は、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，ＢからＮＴＳＣやＰＡＬ等の標準テレビジョン方式に準拠したカラー映像信号を生成し、このカラー映像信号が当該カラービデオカメラ１１０の出力映像信号とされる。
【００１４】
この図７に示したカラービデオカメラ１１０における輝度圧縮は、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂをそれぞれ独立に上述した第１の方式により行われている。以下、このように３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂをそれぞれ独立に上記第１の方式により輝度圧縮する方式を第２の方式と呼ぶことにする。
【００１５】
この第２の方式の輝度圧縮は以下の式で示される。
【００１６】
Ｒ≦Ｋｐの時 Ｒ'＝Ｒ
Ｒ＞Ｋｐの時 Ｒ'＝Ｋｓ（Ｒ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
Ｇ≦Ｋｐの時 Ｇ'＝Ｇ
Ｇ＞Ｋｐの時 Ｇ'＝Ｋｓ（Ｇ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
Ｂ≦Ｋｐの時 Ｂ'＝Ｂ
Ｂ＞Ｋｐの時 Ｂ'＝Ｋｓ（Ｂ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
ここで、彩度は、以下の式で定義されるものとする。
【００１７】
彩度＝((Ｒ−Ｙ)2＋(Ｂ−Ｙ)2)1/2／Ｙ
（ただし、Ｙ＝０．３Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ）
この第２の方式の輝度圧縮では、例えば色の付いた被写体の場合に、図８に実線にて示すように、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの比率が変わってしまうので、高輝度部分の色相や彩度が元の信号から大きく変わってしまう。
【００１８】
そこで、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂをそれぞれ独立した輝度圧縮回路にて圧縮するのではなく、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂから輝度信号Ｙを生成し、それを元に輝度圧縮を行うようにしたカラー映像信号のレベル圧縮方法が提案されている。
【００１９】
このカラー映像信号のレベル圧縮方法では、例えば図９に示すような構成の輝度圧縮回路１５０を用いて３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度圧縮を行う。
【００２０】
この図９に示す輝度圧縮回路１５０において、入力端子１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂに入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ対応して設けられた掛け算器１５６Ｒ，１５６Ｇ，１５６Ｂに送られるとともに、Ｙマトリクス回路１５２に送られる。
【００２１】
上記Ｙマトリクス回路１５２は、供給された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂから
Ｙ＝０．３Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ
なる演算により輝度信号Ｙを生成する。このＹマトリクス回路１５２にて生成された輝度信号Ｙは、高輝度圧縮回路１５４に送られる。
【００２２】
上記高輝度圧縮回路１５４では、端子１５３から供給される前記ＫｐとＫｓを示す係数を用いて、上記輝度信号Ｙに対して前記第１の方式により高輝度部分の圧縮を行う。
【００２３】
次に、上記高輝度圧縮回路１５４の出力信号である輝度信号Ｙ’は、割り算器１５５に送られる。この割り算器１５５では、上記高輝度圧縮回路１５４からの輝度信号Ｙ’を上記Ｙマトリクス回路１５２からの圧縮前の輝度信号Ｙで割り算することにより係数ｋを求める。
【００２４】
上記割り算器１５５にて求めた係数ｋは、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが供給されている掛け算器１５６Ｒ，１５６Ｇ，１５６Ｂに送られる。これら掛け算器１５６Ｒ，１５６Ｇ，１５６Ｂでは、それぞれ供給されている３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに上記係数ｋを掛けることにより彩度と色相を保つ輝度圧縮を行い、３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’を出力する。
【００２５】
図１０には、この輝度圧縮回路１５０に入った信号の一例を示してある。なお、図１０の横軸はビデオカメラの撮像レンズに通常備えられているレンズ絞りの開口量を示し、また、縦軸は信号レベルを示している。
【００２６】
ここで、このように３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂから生成された輝度信号Ｙを元に輝度圧縮を行う方式を以下第３の方式と呼ぶことにする。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した第３の方式では、輝度信号Ｙは３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの加重平均であるため、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの最も信号レベルの大きい信号は輝度信号Ｙより大きい。そのため、色の濃いすなわち彩度が高い絵柄の場合、単色ではホワイトクリップレベルを越えても輝度Ｙがニーポイント以下のことがあり、この部分では、ホワイトクリップ回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂの出力として得られる３原色信号Ｒ* ，Ｇ* ，Ｂ* とともに彩度の変化状態を図１１に実線にて示してあるように、彩度が急激に低下する。結果的に、この部分では輝度圧縮回路が動作せず、上述の第１の方式よりもダイナミックレンジが狭くなってしまう。
【００２８】
そこで、本発明の目的は、輝度圧縮回路を確実に動作させ、彩度が保存され広いダイナミックレンジを確保できるようにした映像信号処理装置、カラービデオカメラ及び映像信号の処理方法を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、カラー映像信号に輝度圧縮処理を施す輝度圧縮回路と、上記輝度圧縮回路により輝度圧縮処理が施されたカラー映像信号にガンマ補正処理を施すガンマ補正回路と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正処理が施されたカラー映像信号にホワイトクリップ処理を施すホワイトクリップ回路とを備える映像信号処理装置であって、上記輝度圧縮回路は、カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第１の最大値検出手段と、上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮する高輝度圧縮手段と、上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号と上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベル比を算出する第１の割り算手段と、上記第１の割り算手段により算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛ける第１の掛け算手段と、上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第２の最大値検出手段と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正すると上記ホワイトクリップ回路におけるホワイトクリップレベルになる値を示す設定係数を、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号の信号レベルとのレベル差で割り算した係数を算出する第２の割り算手段と、上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号に対して、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記第２の割り算手段により算出した係数を用いて、輝度と色相を保つ彩度圧縮処理を施す彩度圧縮手段とを備えることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、撮像光に応じた３色信号を生成する撮像手段と、カラー映像信号に輝度圧縮処理を施す輝度圧縮回路と、上記輝度圧縮回路により輝度圧縮処理が施されたカラー映像信号にガンマ補正処理を施すガンマ補正回路と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正処理が施されたカラー映像信号にホワイトクリップ処理を施すホワイトクリップ回路とを備えるカラービデオカメラであって、上記輝度圧縮回路は、カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第１の最大値検出手段と、上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮する高輝度圧縮手段と、上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号と上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベル比を算出する第１の割り算手段と、上記第１の割り算手段により算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛ける第１の掛け算手段と、上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第２の最大値検出手段と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正すると上記ホワイトクリップ回路におけるホワイトクリップレベルになる値を示す設定係数を、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号の信号レベルとのレベル差で割り算した係数を算出する第２の割り算手段と、上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号に対して、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記第２の割り算手段により算出した係数を用いて、輝度と色相を保つ彩度圧縮処理を施す彩度圧縮手段とを備え、上記彩度圧縮手段により輝度と色相を保つ彩度圧縮処理が施された３色信号にて表されるカラー映像信号を生成することを特徴とする。
【００３１】
さらに、本発明は、カラー映像信号に輝度圧縮処理を施す輝度圧縮回路と、上記輝度圧縮回路により輝度圧縮処理が施されたカラー映像信号にガンマ補正処理を施すガンマ補正回路と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正処理が施されたカラー映像信号にホワイトクリップ処理を施すホワイトクリップ回路とを備える映像信号処理装置における映像信号の処理方法であって、カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第１の最大値検出ステップと、上記第１の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮する高輝度圧縮ステップと、上記高輝度圧縮ステップでレベル圧縮された輝度信号と上記第１の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベル比を算出する第１の割り算ステップと、上記第１の割り算ステップで算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛ける第１の掛け算ステップと、上記第１の掛け算ステップで得られた上記カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第２の最大値検出ステップと、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正すると上記ホワイトクリップ回路におけるホワイトクリップレベルになる値を示す設定係数を、上記第２の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベルと上記高輝度圧縮ステップでレベル圧縮された輝度信号の信号レベルとのレベル差で割り算した係数を算出する第２の割り算ステップと、上記第１の掛け算ステップで得られた上記カラー映像信号を表す３色信号に対して、上記第２の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベルと上記第２の割り算ステップで算出した係数を用いて、輝度と色相を保つ彩度圧縮処理を施す彩度圧縮ステップとを有し、上記彩度圧縮ステップで輝度と色相を保つ彩度圧縮処理が施された３色信号にて表されるカラー映像信号を生成することを特徴とする。
【００３２】
【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ながら説明する。
【００３３】
本発明は、例えば図１に示すような構成のカラービデオカメラ１０に適用される。
【００３４】
この図１に示すカラービデオカメラ１０は、撮像レンズ１１を介して入射される撮像光を赤，緑，青の３原色の各色成分に分離するための色分解プリズム１２を備え、この色分解プリズム１２によりそれぞれの色成分に分離された被写体像をＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにより撮像する。
【００３５】
このカラービデオカメラ１０は、ＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによる各色成分の撮像信号として得られる３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂがホワイトバランス回路１４を介して輪郭強調回路１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂに供給され、輪郭強調回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの各出力信号が輝度圧縮回路１６を介してガンマ補正回路１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂに供給され、ガンマ補正回路１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの各出力信号がホワイトクリップ回路１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂを介してエンコーダ１９に供給され、このエンコーダ１９の出力信号が当該カラービデオカメラ１０の出力映像信号として出力されるようになっている。
【００３６】
すなわち、このカラービデオカメラ１０では、撮像レンズ１１を介して入射された被写体等からの撮像光は、色分解プリズム１２によって赤と緑と青の３原色の光に分解される。そして、各色成分の光は、それぞれ対応して配置されたＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射され、これらＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによってそれぞれ各色成分の光に対応する撮像信号すなわち３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換される。
【００３７】
これらＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂからの撮像信号として得られる３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、無彩色の被写体の撮像時に各信号レベルが互いに等しくなるようにホワイトバランス回路１４にて各信号レベルが調整されることでホワイトバランスが取られ、さらに、それぞれ対応する輪郭強調回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにて輪郭強調が行われる。これら輪郭強調回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂからの各出力信号は、輝度圧縮回路１６に送られる。
【００３８】
上記輝度圧縮回路１６にて輝度圧縮された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ対応するガンマ補正回路１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂにてガンマ補正され、さらに対応するホワイトクリップ回路１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂにてホワイトクリップされ、さらに、エンコーダ１９に送られる。このエンコーダ１９では、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，ＢからＮＴＳＣやＰＡＬ等の標準テレビジョン方式に準拠したカラー映像信号を生成し、このカラー映像信号を当該カラービデオカメラ１０の出力映像信号とする。
【００３９】
このカラービデオカメラ１０における輝度圧縮回路１６の具体的な構成例を図２に示す。
【００４０】
図２に示す輝度圧縮回路１６において、入力端子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂには、上記輪郭強調回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂからの各出力信号として得られる３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが入力される。これら３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ対応して設けられた掛け算器６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂに送られるとともに、ＮＡＭ（Non Additive Mixer）回路からなる最大値検出回路６２に送られる。
【００４１】
当該最大値検出回路６２では、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのうち一番大きな値を輝度信号ｎａｍＹとして検出する。この最大値検出回路６２にて生成された輝度信号ｎａｍＹは、高輝度圧縮回路６３と割り算器６４に送られる。高輝度圧縮回路６３は、上記輝度信号ｎａｍＹに対して前記第１の方式により高輝度部分の圧縮を行う。すなわち、高輝度圧縮前の輝度信号をｎａｍＹ、圧縮後の輝度信号をｎａｍＹ’とし、信号レベル（ニーポイント）Ｋｐ以上の輝度信号ｎａｍＹを圧縮率（ニースロープ）Ｋｓで圧縮するとした場合、上記高輝度圧縮回路６３は、端子６０から供給されるＫp とＫs を示す係数を用いて、ｎａｍＹ≦Ｋｐの時には
ｎａｍＹ'＝ｎａｍＹ
とし、ｎａｍＹ＞Ｋｐの時には、
ｎａｍＹ'＝Ｋｓ×（ｎａｍＹ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
とする。
【００４２】
次に、上記高輝度圧縮回路６３の出力信号である輝度信号ｎａｍＹ’は、割り算器６４に送られる。割り算器６４は、上記最大値検出回路６２からの圧縮前の輝度信号ｎａｍＹと上記高輝度圧縮回路６３からの圧縮後の輝度信号ｎａｍＹ’とを用いて、
ｋ＝ｎａｍＹ’／ｎａｍＹ
の割り算を行うことにより、圧縮係数ｋを求める。
【００４３】
上記割り算器６４にて求めた圧縮係数ｋは、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが供給されている掛け算器６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂに送られる。掛け算器６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂは、それぞれ供給されている３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂと上記圧縮係数ｋを用いて、
Ｒ’＝ｋＲ
Ｇ’＝ｋＧ
Ｂ’＝ｋＢ
なる掛け算を行うことにより、彩度と色相を保つ輝度圧縮を行う。
【００４４】
上記Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’は、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに上記圧縮係数ｋを掛けることによる彩度と色相を保つ輝度圧縮がなされた後の３原色信号を示す。
【００４５】
ここで、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂと上記彩度と色相を保つ輝度圧縮後の３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’とでは、それぞれの信号レベルの比に変化がないので、色相及び彩度は保存されており、輝度にのみ圧縮がかかる事になる。
【００４６】
このカラービデオカメラ１０における輝度圧縮回路１６では、上記最大値検出回路５２により３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのうち一番大きな値を圧縮前の輝度信号ｎａｍＹとして検出し、この輝度信号ｎａｍＹを用いて上記圧縮係数ｋを決定しており、上記輝度信号ｎａｍＹが３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂよりも小さいことはあり得ないので、上述の第３の方式のように輝度圧縮回路が動作しない状態を生じることがなく、確実に動作することができ、図３に示すように、彩度が保存される広いダイナミックレンジを確保することができる。
【００４７】
すなわち、上述の図９に示した輝度圧縮回路では、彩度が高い絵柄の場合、単色ではホワイトクリップレベルを越えても輝度Ｙがニーポイント以下のことがあり、この部分では動作せず、図１１に示したように、上述の第１の方式よりもダイナミックレンジが狭くなってしまうことがあったが、このカラービデオカメラ１０における輝度圧縮回路１６では、ホワイトクリップ回路１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂの出力として得られる３原色信号Ｒ* ，Ｇ* ，Ｂ* とともに彩度の変化状態を図４に実線にて示してあるように、ホワイトクリップレベルを越えると、彩度が緩やかに低下することになる。図１１と図４を比較することにより明らかなように、彩度が保存されるダイナミックレンジが広く、なおかつ急激に彩度が低下することもない。
【００４８】
なお、この輝度圧縮回路１６では、後段に設けられるホワイトクリップ回路１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂでのホワイトクリップによって色相が変わることのない状態で輝度と色相を保つ色度圧縮を行う。
【００４９】
すなわち、上記輝度と色相を保つ色度圧縮を行うため、上記掛け算器６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂから出力信号である３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’は、それぞれ対応して設けられた彩度圧縮回路６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂに送られるとともに、ｎａｍ（non additive mixer）回路からなる最大値検出回路６６に送られる。
【００５０】
当該最大値検出回路６６では、３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’のうち一番大きな値をｎａｍＹ”として検出する。
【００５１】
この最大値ｎａｍＹ”は係数演算器６７に送られる。係数演算器６７には、前記高輝度圧縮回路６３からの輝度信号ｎａｍＹ’と端子６９からのホワイトクリップレベルを示す設定係数Ｗｃ（ガンマ補正するとホワイトクリップレベルになる値）も供給されている。この係数演算器６７は、これらを用いて、
ｋ’＝Ｗｃ／（ｎａｍＹ”−ｎａｍＹ’）
ただし、ｎａｍＹ”≦Ｗｃの時 ｋ’＝１
Ｙ’≧Ｗｃの時 ｋ’＝０
０≦ｋ’≦１
なる演算により、係数ｋ’を求める。
【００５２】
上記係数演算器６７にて求められた係数ｋ’は、上記３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’が供給されている彩度圧縮回路６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂに送られる。これら彩度圧縮回路６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂには、前記高輝度圧縮回路６３からの輝度信号ｎａｍＹ’も供給されている。上記彩度圧縮回路６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂは、これらを用いて、
Ｒ”＝ｎａｍＹ’＋ｋ’（Ｒ’−ｎａｍＹ’）
Ｇ”＝ｎａｍＹ’＋ｋ’（Ｇ’−ｎａｍＹ’）
Ｂ”＝ｎａｍＹ’＋ｋ’（Ｂ’−ｎａｍＹ’）
にて、上記輝度と色相を保つ色度圧縮を行う。
【００５３】
ここで、上記Ｒ”，Ｇ”，Ｂ”は、上記輝度と色相を保つ彩度圧縮後の３原色信号を示す。
【００５４】
上述したように、上記輝度と色相を保つ色度圧縮では、上記最大値ｎａｍＹ”が設定係数Ｗｃ（ガンマ補正するとホワイトクリップレベルになる値）を超えないような彩度圧縮を行う。ただし、前記高輝度圧縮後の輝度信号ｎａｍＹ’が上記設定係数Ｗｃの値以上のときの彩度はゼロとなる。
【００５５】
なお、この実施の形態におけるカラービデオカメラ１０では、撮像光を色分解プリズム１２で赤，緑，青の３原色の各色成分に分離することにより、ＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂで被写体像を３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換し、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに対して輝度圧縮処理を施すようにしたが、例えば、撮像光から赤，緑，青の補色成分を抽出する補色フィルタを介してＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにより補色の３色信号を得て、補色の３色信号に対して輝度圧縮処理を施すようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出し、検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮し、レベル圧縮された輝度信号と検出された輝度信号の信号レベル比を算出し、算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛けることにより、生成される上記圧縮率を掛けた３色信号にて表されるカラー映像信号は、彩度が保存されるダイナミックレンジが広く、なおかつ急激に彩度が低下することもない。
【００５７】
したがって、本発明によれば、輝度圧縮回路を確実に動作させ、彩度が保存され広いダイナミックレンジを確保できるようにした映像信号処理装置、カラービデオカメラ及び映像信号の処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したカラービデオカメラの概略構成を示すブロック回路図である。
【図２】 上記カラービデオカメラに設けた輝度圧縮回路の概略構成を示すブロック回路図である。
【図３】 上記輝度圧縮回路によって高輝度部分の彩度を落とすことが可能になった様子を説明するための図である。
【図４】 上記輝度圧縮回路によって輝度圧縮した３原色信号にホワイトクリップを掛けた状態を説明するための図である。
【図５】 従来の白黒のビデオカメラの概略構成を示すブロック回路図である。
【図６】 従来の白黒のビデオカメラに設けられた輝度圧縮回路での輝度圧縮の様子を説明するための図である。
【図７】 従来のカラービデオカメラの概略構成を示すブロック回路図である。
【図８】 従来のカラービデオカメラに設けられた輝度圧縮回路での輝度圧縮の様子を説明するための図である。
【図９】 輝度信号Ｙに基づいて３原色信号の輝度圧縮を行うようにした輝度圧縮回路の概略構成を示すブロック回路図である。
【図１０】は、図９に示した輝度圧縮回路での輝度圧縮の様子を説明するための図である。
【図１１】 図９に示した輝度圧縮回路によって輝度圧縮した３原色信号にホワイトクリップを掛けた場合の状態を説明するための図である。
【符号の説明】
１１ 撮像レンズ、１２ 色分解プリズム、１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ ＣＣＤイメージセンサ、１４ ホワイトバランス回路、１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ 輪郭強調回路、１６ 輝度圧縮回路、１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ ガンマ補正回路、１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ ホワイトクリップ回路、１９ エンコーダ、６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ 入力端子、６２ 最大値検出回路、６３ 高輝度圧縮回路、６４割り算器、６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂ 掛け算器、６６ 最大値検出回路、６７係数演算器、６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂ 彩度圧縮回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号の高輝度部分をレベル圧縮する映像信号処理装置とそれを搭載するカラービデオカメラ及び映像信号の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternation by Line）などの標準テレビジョン方式の映像信号規格では、輝度信号の信号レベルの黒レベルと最大白レベルが決まっており、最大白レベルより明るい部分を表示することができない。そのため、ビデオカメラでは、高輝度部分を映像信号内に収めるために輝度圧縮している。すなわち、上記映像信号規格における白レベルを１００％とすると、上記最大白レベルは１０５〜１１０％となっているので、例えば撮影素子から得られた９５〜２００％の輝度信号レベルの撮像信号を９５％〜１１０％の輝度信号レベル内に収まるようにレベル圧縮することが行われている。
【０００３】
ここで、図５は、白黒の映像信号を扱うビデオカメラ１００の構成例を示す。
【０００４】
この図５に示したビデオカメラ１００は、被写体からの撮像光が撮像レンズ１０１を介して入射されるＣＣＤイメージセンサ１０２を備える。上記ＣＣＤイメージセンサ１０２は、上記撮像光により結像される被写体像を撮像して電気信号に変換する。このＣＣＤイメージセンサ１０２で得られる電気信号すなわち撮像信号は、輪郭強調回路１０３にて水平及び垂直方向の輪郭強調が行われ、さらに、輝度圧縮回路１０４にて輝度圧縮される。
【０００５】
そして、上記輝度圧縮回路１０４の出力信号は、ガンマ補正回路１０５にてガンマ補正と呼ばれる非線形補正が施され、さらにホワイトクリップ回路１０６にて映像信号規格よりも輝度信号レベルが高い信号が出ないようにするためのホワイトクリップが施され、当該ビデオカメラ１００の出力映像信号とされる。
【０００６】
ここで、上記輝度圧縮回路１０４における圧縮前の輝度信号をＹ、圧縮後の輝度信号をＹ’とし、信号レベル（ニーポイント）Ｋｐ以上の輝度信号Ｙを圧縮率（ニースロープ）Ｋｓで圧縮するとした場合、上記輝度圧縮回路１０４での輝度圧縮は以下の式で示される。
【０００７】
Ｙ≦Ｋｐの時 Ｙ'＝Ｙ
Ｙ＞Ｋｐの時 Ｙ'＝Ｋｓ×（Ｙ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
例えば、上記映像信号規格における１００％の白レベルを１とした場合において、２００％（＝２）までの輝度信号レベルを持った上記圧縮前の輝度信号Ｙを１１０％（＝１．１）の輝度信号レベルに抑え、上記ニーポイントＫｐの信号レベルを９５％（＝０．９５）にしたとすると、上記ニースロープＫｓは、
Ｋｓ＝（１．１−０．９５）／（２−０．９５）
となり、
Ｙ≦０．９５の時 Ｙ’＝Ｙ
Ｙ＞０．９５の時 Ｙ’＝｛（１．１−０．９５）／（２−０．９５）｝×（Ｙ−０．９５）＋０．９５
として示される。このような輝度圧縮は図６のように表すことができる。なお、映像信号規格における白レベルを１とした場合において、この図６の横軸は、撮像レンズ１０１の開口量を示し、縦軸は映像信号規格における白レベルを１００％（＝１）とした輝度信号レベルを示している。この図６では、入力信号すなわち圧縮前の輝度信号Ｙの信号レベルを破線にて表し、また、出力信号すなわち圧縮後の輝度信号Ｙ’の信号レベルを実線にて表している。
【０００８】
以下、上述したような輝度圧縮の方式を第１の方式と呼ぶことにする。
【０００９】
図５には白黒の信号を扱うビデオカメラ１００の構成例を挙げたが、カラー映像信号を扱うカラービデオカメラの構成例としては、例えば図７に示すような構成が知られている。
【００１０】
この図７に示したカラービデオカメラ１１０の構成と図５に示したビデオカメラ１００の構成との相違点は、被写体像を結像する撮像光を３原色である赤，緑，青の各色成分に分けるための色分解プリズム１１２が撮像レンズ１１１の後に置かれ、それぞれの色成分に分離された各被写体像を撮像するためのＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂと、上記ＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂによる各色成分の撮像信号として得られる赤色信号Ｒ，緑色信号Ｇ及び青色信号Ｂについて、ホワイトバランスを取るためのホワイトバランス回路１１４と、輪郭強調や輝度圧縮などを３チャンネルで行う輪郭強調回路１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂ、輝度圧縮回路１１６Ｒ，１６Ｇ，１１６Ｂ、ガンマ補正回路１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂ及びホワイトクリップ回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂが用意されている点と、３原色信号Ｒ，Ｇ，ＢからＮＴＳＣやＰＡＬ等のカラー映像信号に変換するためのエンコーダ１１９とが付加されている点である。
【００１１】
すなわち、この図７に示すカラービデオカメラ１１０では、撮像レンズ１１１を介して入射された被写体等からの撮像光は、色分解プリズム１１２によって赤と緑と青の３原色の光に分解される。各色成分の光は、それぞれ対応して配置されたＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂに入射され、これらＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂによってそれぞれ各色成分の光に対応する撮像信号すなわち３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換される。
【００１２】
これらＣＣＤイメージセンサ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂからの３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、無彩色の被写体の撮像時に各信号レベルが互いに等しくなるようにホワイトバランス回路１１４にて各信号レベルが調整されることでホワイトバランスが取られ、さらに、それぞれ対応する輪郭強調回路１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂに送られ、それぞれ輪郭強調が行われる。これら輪郭強調回路１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂからの各出力信号は、それぞれ対応する輝度圧縮回路１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６Ｂに送られ、各々輝度圧縮される。
【００１３】
そして、上記輝度圧縮回路１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６Ｂの各出力信号は、それぞれ対応するガンマ補正回路１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂにてガンマ補正され、さらに対応するホワイトクリップ回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂにてホワイトクリップされ、エンコーダ１１９に送られる。このエンコーダ１１９は、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，ＢからＮＴＳＣやＰＡＬ等の標準テレビジョン方式に準拠したカラー映像信号を生成し、このカラー映像信号が当該カラービデオカメラ１１０の出力映像信号とされる。
【００１４】
この図７に示したカラービデオカメラ１１０における輝度圧縮は、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂをそれぞれ独立に上述した第１の方式により行われている。以下、このように３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂをそれぞれ独立に上記第１の方式により輝度圧縮する方式を第２の方式と呼ぶことにする。
【００１５】
この第２の方式の輝度圧縮は以下の式で示される。
【００１６】
Ｒ≦Ｋｐの時 Ｒ'＝Ｒ
Ｒ＞Ｋｐの時 Ｒ'＝Ｋｓ（Ｒ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
Ｇ≦Ｋｐの時 Ｇ'＝Ｇ
Ｇ＞Ｋｐの時 Ｇ'＝Ｋｓ（Ｇ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
Ｂ≦Ｋｐの時 Ｂ'＝Ｂ
Ｂ＞Ｋｐの時 Ｂ'＝Ｋｓ（Ｂ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
ここで、彩度は、以下の式で定義されるものとする。
【００１７】
彩度＝((Ｒ−Ｙ)2＋(Ｂ−Ｙ)2)1/2／Ｙ
（ただし、Ｙ＝０．３Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ）
この第２の方式の輝度圧縮では、例えば色の付いた被写体の場合に、図８に実線にて示すように、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの比率が変わってしまうので、高輝度部分の色相や彩度が元の信号から大きく変わってしまう。
【００１８】
そこで、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂをそれぞれ独立した輝度圧縮回路にて圧縮するのではなく、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂから輝度信号Ｙを生成し、それを元に輝度圧縮を行うようにしたカラー映像信号のレベル圧縮方法が提案されている。
【００１９】
このカラー映像信号のレベル圧縮方法では、例えば図９に示すような構成の輝度圧縮回路１５０を用いて３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度圧縮を行う。
【００２０】
この図９に示す輝度圧縮回路１５０において、入力端子１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂに入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ対応して設けられた掛け算器１５６Ｒ，１５６Ｇ，１５６Ｂに送られるとともに、Ｙマトリクス回路１５２に送られる。
【００２１】
上記Ｙマトリクス回路１５２は、供給された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂから
Ｙ＝０．３Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ
なる演算により輝度信号Ｙを生成する。このＹマトリクス回路１５２にて生成された輝度信号Ｙは、高輝度圧縮回路１５４に送られる。
【００２２】
上記高輝度圧縮回路１５４では、端子１５３から供給される前記ＫｐとＫｓを示す係数を用いて、上記輝度信号Ｙに対して前記第１の方式により高輝度部分の圧縮を行う。
【００２３】
次に、上記高輝度圧縮回路１５４の出力信号である輝度信号Ｙ’は、割り算器１５５に送られる。この割り算器１５５では、上記高輝度圧縮回路１５４からの輝度信号Ｙ’を上記Ｙマトリクス回路１５２からの圧縮前の輝度信号Ｙで割り算することにより係数ｋを求める。
【００２４】
上記割り算器１５５にて求めた係数ｋは、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが供給されている掛け算器１５６Ｒ，１５６Ｇ，１５６Ｂに送られる。これら掛け算器１５６Ｒ，１５６Ｇ，１５６Ｂでは、それぞれ供給されている３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに上記係数ｋを掛けることにより彩度と色相を保つ輝度圧縮を行い、３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’を出力する。
【００２５】
図１０には、この輝度圧縮回路１５０に入った信号の一例を示してある。なお、図１０の横軸はビデオカメラの撮像レンズに通常備えられているレンズ絞りの開口量を示し、また、縦軸は信号レベルを示している。
【００２６】
ここで、このように３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂから生成された輝度信号Ｙを元に輝度圧縮を行う方式を以下第３の方式と呼ぶことにする。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した第３の方式では、輝度信号Ｙは３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの加重平均であるため、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの最も信号レベルの大きい信号は輝度信号Ｙより大きい。そのため、色の濃いすなわち彩度が高い絵柄の場合、単色ではホワイトクリップレベルを越えても輝度Ｙがニーポイント以下のことがあり、この部分では、ホワイトクリップ回路１１８Ｒ，１１８Ｇ，１１８Ｂの出力として得られる３原色信号Ｒ* ，Ｇ* ，Ｂ* とともに彩度の変化状態を図１１に実線にて示してあるように、彩度が急激に低下する。結果的に、この部分では輝度圧縮回路が動作せず、上述の第１の方式よりもダイナミックレンジが狭くなってしまう。
【００２８】
そこで、本発明の目的は、輝度圧縮回路を確実に動作させ、彩度が保存され広いダイナミックレンジを確保できるようにした映像信号処理装置、カラービデオカメラ及び映像信号の処理方法を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、カラー映像信号に輝度圧縮処理を施す輝度圧縮回路と、上記輝度圧縮回路により輝度圧縮処理が施されたカラー映像信号にガンマ補正処理を施すガンマ補正回路と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正処理が施されたカラー映像信号にホワイトクリップ処理を施すホワイトクリップ回路とを備える映像信号処理装置であって、上記輝度圧縮回路は、カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第１の最大値検出手段と、上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮する高輝度圧縮手段と、上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号と上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベル比を算出する第１の割り算手段と、上記第１の割り算手段により算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛ける第１の掛け算手段と、上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第２の最大値検出手段と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正すると上記ホワイトクリップ回路におけるホワイトクリップレベルになる値を示す設定係数を、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号の信号レベルとのレベル差で割り算した係数を算出する第２の割り算手段と、上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号に対して、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記第２の割り算手段により算出した係数を用いて、輝度と色相を保つ彩度圧縮処理を施す彩度圧縮手段とを備えることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、撮像光に応じた３色信号を生成する撮像手段と、カラー映像信号に輝度圧縮処理を施す輝度圧縮回路と、上記輝度圧縮回路により輝度圧縮処理が施されたカラー映像信号にガンマ補正処理を施すガンマ補正回路と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正処理が施されたカラー映像信号にホワイトクリップ処理を施すホワイトクリップ回路とを備えるカラービデオカメラであって、上記輝度圧縮回路は、カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第１の最大値検出手段と、上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮する高輝度圧縮手段と、上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号と上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベル比を算出する第１の割り算手段と、上記第１の割り算手段により算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛ける第１の掛け算手段と、上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第２の最大値検出手段と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正すると上記ホワイトクリップ回路におけるホワイトクリップレベルになる値を示す設定係数を、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号の信号レベルとのレベル差で割り算した係数を算出する第２の割り算手段と、上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号に対して、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記第２の割り算手段により算出した係数を用いて、輝度と色相を保つ彩度圧縮処理を施す彩度圧縮手段とを備え、上記彩度圧縮手段により輝度と色相を保つ彩度圧縮処理が施された３色信号にて表されるカラー映像信号を生成することを特徴とする。
【００３１】
さらに、本発明は、カラー映像信号に輝度圧縮処理を施す輝度圧縮回路と、上記輝度圧縮回路により輝度圧縮処理が施されたカラー映像信号にガンマ補正処理を施すガンマ補正回路と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正処理が施されたカラー映像信号にホワイトクリップ処理を施すホワイトクリップ回路とを備える映像信号処理装置における映像信号の処理方法であって、カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第１の最大値検出ステップと、上記第１の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮する高輝度圧縮ステップと、上記高輝度圧縮ステップでレベル圧縮された輝度信号と上記第１の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベル比を算出する第１の割り算ステップと、上記第１の割り算ステップで算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛ける第１の掛け算ステップと、上記第１の掛け算ステップで得られた上記カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第２の最大値検出ステップと、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正すると上記ホワイトクリップ回路におけるホワイトクリップレベルになる値を示す設定係数を、上記第２の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベルと上記高輝度圧縮ステップでレベル圧縮された輝度信号の信号レベルとのレベル差で割り算した係数を算出する第２の割り算ステップと、上記第１の掛け算ステップで得られた上記カラー映像信号を表す３色信号に対して、上記第２の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベルと上記第２の割り算ステップで算出した係数を用いて、輝度と色相を保つ彩度圧縮処理を施す彩度圧縮ステップとを有し、上記彩度圧縮ステップで輝度と色相を保つ彩度圧縮処理が施された３色信号にて表されるカラー映像信号を生成することを特徴とする。
【００３２】
【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ながら説明する。
【００３３】
本発明は、例えば図１に示すような構成のカラービデオカメラ１０に適用される。
【００３４】
この図１に示すカラービデオカメラ１０は、撮像レンズ１１を介して入射される撮像光を赤，緑，青の３原色の各色成分に分離するための色分解プリズム１２を備え、この色分解プリズム１２によりそれぞれの色成分に分離された被写体像をＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにより撮像する。
【００３５】
このカラービデオカメラ１０は、ＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによる各色成分の撮像信号として得られる３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂがホワイトバランス回路１４を介して輪郭強調回路１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂに供給され、輪郭強調回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの各出力信号が輝度圧縮回路１６を介してガンマ補正回路１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂに供給され、ガンマ補正回路１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの各出力信号がホワイトクリップ回路１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂを介してエンコーダ１９に供給され、このエンコーダ１９の出力信号が当該カラービデオカメラ１０の出力映像信号として出力されるようになっている。
【００３６】
すなわち、このカラービデオカメラ１０では、撮像レンズ１１を介して入射された被写体等からの撮像光は、色分解プリズム１２によって赤と緑と青の３原色の光に分解される。そして、各色成分の光は、それぞれ対応して配置されたＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射され、これらＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによってそれぞれ各色成分の光に対応する撮像信号すなわち３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換される。
【００３７】
これらＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂからの撮像信号として得られる３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、無彩色の被写体の撮像時に各信号レベルが互いに等しくなるようにホワイトバランス回路１４にて各信号レベルが調整されることでホワイトバランスが取られ、さらに、それぞれ対応する輪郭強調回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにて輪郭強調が行われる。これら輪郭強調回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂからの各出力信号は、輝度圧縮回路１６に送られる。
【００３８】
上記輝度圧縮回路１６にて輝度圧縮された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ対応するガンマ補正回路１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂにてガンマ補正され、さらに対応するホワイトクリップ回路１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂにてホワイトクリップされ、さらに、エンコーダ１９に送られる。このエンコーダ１９では、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，ＢからＮＴＳＣやＰＡＬ等の標準テレビジョン方式に準拠したカラー映像信号を生成し、このカラー映像信号を当該カラービデオカメラ１０の出力映像信号とする。
【００３９】
このカラービデオカメラ１０における輝度圧縮回路１６の具体的な構成例を図２に示す。
【００４０】
図２に示す輝度圧縮回路１６において、入力端子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂには、上記輪郭強調回路１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂからの各出力信号として得られる３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが入力される。これら３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ対応して設けられた掛け算器６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂに送られるとともに、ＮＡＭ（Non Additive Mixer）回路からなる最大値検出回路６２に送られる。
【００４１】
当該最大値検出回路６２では、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのうち一番大きな値を輝度信号ｎａｍＹとして検出する。この最大値検出回路６２にて生成された輝度信号ｎａｍＹは、高輝度圧縮回路６３と割り算器６４に送られる。高輝度圧縮回路６３は、上記輝度信号ｎａｍＹに対して前記第１の方式により高輝度部分の圧縮を行う。すなわち、高輝度圧縮前の輝度信号をｎａｍＹ、圧縮後の輝度信号をｎａｍＹ’とし、信号レベル（ニーポイント）Ｋｐ以上の輝度信号ｎａｍＹを圧縮率（ニースロープ）Ｋｓで圧縮するとした場合、上記高輝度圧縮回路６３は、端子６０から供給されるＫp とＫs を示す係数を用いて、ｎａｍＹ≦Ｋｐの時には
ｎａｍＹ'＝ｎａｍＹ
とし、ｎａｍＹ＞Ｋｐの時には、
ｎａｍＹ'＝Ｋｓ×（ｎａｍＹ−Ｋｐ）＋Ｋｐ
とする。
【００４２】
次に、上記高輝度圧縮回路６３の出力信号である輝度信号ｎａｍＹ’は、割り算器６４に送られる。割り算器６４は、上記最大値検出回路６２からの圧縮前の輝度信号ｎａｍＹと上記高輝度圧縮回路６３からの圧縮後の輝度信号ｎａｍＹ’とを用いて、
ｋ＝ｎａｍＹ’／ｎａｍＹ
の割り算を行うことにより、圧縮係数ｋを求める。
【００４３】
上記割り算器６４にて求めた圧縮係数ｋは、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂが供給されている掛け算器６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂに送られる。掛け算器６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂは、それぞれ供給されている３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂと上記圧縮係数ｋを用いて、
Ｒ’＝ｋＲ
Ｇ’＝ｋＧ
Ｂ’＝ｋＢ
なる掛け算を行うことにより、彩度と色相を保つ輝度圧縮を行う。
【００４４】
上記Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’は、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに上記圧縮係数ｋを掛けることによる彩度と色相を保つ輝度圧縮がなされた後の３原色信号を示す。
【００４５】
ここで、上記３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂと上記彩度と色相を保つ輝度圧縮後の３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’とでは、それぞれの信号レベルの比に変化がないので、色相及び彩度は保存されており、輝度にのみ圧縮がかかる事になる。
【００４６】
このカラービデオカメラ１０における輝度圧縮回路１６では、上記最大値検出回路５２により３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのうち一番大きな値を圧縮前の輝度信号ｎａｍＹとして検出し、この輝度信号ｎａｍＹを用いて上記圧縮係数ｋを決定しており、上記輝度信号ｎａｍＹが３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂよりも小さいことはあり得ないので、上述の第３の方式のように輝度圧縮回路が動作しない状態を生じることがなく、確実に動作することができ、図３に示すように、彩度が保存される広いダイナミックレンジを確保することができる。
【００４７】
すなわち、上述の図９に示した輝度圧縮回路では、彩度が高い絵柄の場合、単色ではホワイトクリップレベルを越えても輝度Ｙがニーポイント以下のことがあり、この部分では動作せず、図１１に示したように、上述の第１の方式よりもダイナミックレンジが狭くなってしまうことがあったが、このカラービデオカメラ１０における輝度圧縮回路１６では、ホワイトクリップ回路１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂの出力として得られる３原色信号Ｒ* ，Ｇ* ，Ｂ* とともに彩度の変化状態を図４に実線にて示してあるように、ホワイトクリップレベルを越えると、彩度が緩やかに低下することになる。図１１と図４を比較することにより明らかなように、彩度が保存されるダイナミックレンジが広く、なおかつ急激に彩度が低下することもない。
【００４８】
なお、この輝度圧縮回路１６では、後段に設けられるホワイトクリップ回路１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂでのホワイトクリップによって色相が変わることのない状態で輝度と色相を保つ色度圧縮を行う。
【００４９】
すなわち、上記輝度と色相を保つ色度圧縮を行うため、上記掛け算器６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂから出力信号である３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’は、それぞれ対応して設けられた彩度圧縮回路６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂに送られるとともに、ｎａｍ（non additive mixer）回路からなる最大値検出回路６６に送られる。
【００５０】
当該最大値検出回路６６では、３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’のうち一番大きな値をｎａｍＹ”として検出する。
【００５１】
この最大値ｎａｍＹ”は係数演算器６７に送られる。係数演算器６７には、前記高輝度圧縮回路６３からの輝度信号ｎａｍＹ’と端子６９からのホワイトクリップレベルを示す設定係数Ｗｃ（ガンマ補正するとホワイトクリップレベルになる値）も供給されている。この係数演算器６７は、これらを用いて、
ｋ’＝Ｗｃ／（ｎａｍＹ”−ｎａｍＹ’）
ただし、ｎａｍＹ”≦Ｗｃの時 ｋ’＝１
Ｙ’≧Ｗｃの時 ｋ’＝０
０≦ｋ’≦１
なる演算により、係数ｋ’を求める。
【００５２】
上記係数演算器６７にて求められた係数ｋ’は、上記３原色信号Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’が供給されている彩度圧縮回路６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂに送られる。これら彩度圧縮回路６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂには、前記高輝度圧縮回路６３からの輝度信号ｎａｍＹ’も供給されている。上記彩度圧縮回路６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂは、これらを用いて、
Ｒ”＝ｎａｍＹ’＋ｋ’（Ｒ’−ｎａｍＹ’）
Ｇ”＝ｎａｍＹ’＋ｋ’（Ｇ’−ｎａｍＹ’）
Ｂ”＝ｎａｍＹ’＋ｋ’（Ｂ’−ｎａｍＹ’）
にて、上記輝度と色相を保つ色度圧縮を行う。
【００５３】
ここで、上記Ｒ”，Ｇ”，Ｂ”は、上記輝度と色相を保つ彩度圧縮後の３原色信号を示す。
【００５４】
上述したように、上記輝度と色相を保つ色度圧縮では、上記最大値ｎａｍＹ”が設定係数Ｗｃ（ガンマ補正するとホワイトクリップレベルになる値）を超えないような彩度圧縮を行う。ただし、前記高輝度圧縮後の輝度信号ｎａｍＹ’が上記設定係数Ｗｃの値以上のときの彩度はゼロとなる。
【００５５】
なお、この実施の形態におけるカラービデオカメラ１０では、撮像光を色分解プリズム１２で赤，緑，青の３原色の各色成分に分離することにより、ＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂで被写体像を３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換し、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに対して輝度圧縮処理を施すようにしたが、例えば、撮像光から赤，緑，青の補色成分を抽出する補色フィルタを介してＣＣＤイメージセンサ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにより補色の３色信号を得て、補色の３色信号に対して輝度圧縮処理を施すようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出し、検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮し、レベル圧縮された輝度信号と検出された輝度信号の信号レベル比を算出し、算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛けることにより、生成される上記圧縮率を掛けた３色信号にて表されるカラー映像信号は、彩度が保存されるダイナミックレンジが広く、なおかつ急激に彩度が低下することもない。
【００５７】
したがって、本発明によれば、輝度圧縮回路を確実に動作させ、彩度が保存され広いダイナミックレンジを確保できるようにした映像信号処理装置、カラービデオカメラ及び映像信号の処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したカラービデオカメラの概略構成を示すブロック回路図である。
【図２】 上記カラービデオカメラに設けた輝度圧縮回路の概略構成を示すブロック回路図である。
【図３】 上記輝度圧縮回路によって高輝度部分の彩度を落とすことが可能になった様子を説明するための図である。
【図４】 上記輝度圧縮回路によって輝度圧縮した３原色信号にホワイトクリップを掛けた状態を説明するための図である。
【図５】 従来の白黒のビデオカメラの概略構成を示すブロック回路図である。
【図６】 従来の白黒のビデオカメラに設けられた輝度圧縮回路での輝度圧縮の様子を説明するための図である。
【図７】 従来のカラービデオカメラの概略構成を示すブロック回路図である。
【図８】 従来のカラービデオカメラに設けられた輝度圧縮回路での輝度圧縮の様子を説明するための図である。
【図９】 輝度信号Ｙに基づいて３原色信号の輝度圧縮を行うようにした輝度圧縮回路の概略構成を示すブロック回路図である。
【図１０】は、図９に示した輝度圧縮回路での輝度圧縮の様子を説明するための図である。
【図１１】 図９に示した輝度圧縮回路によって輝度圧縮した３原色信号にホワイトクリップを掛けた場合の状態を説明するための図である。
【符号の説明】
１１ 撮像レンズ、１２ 色分解プリズム、１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ ＣＣＤイメージセンサ、１４ ホワイトバランス回路、１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ 輪郭強調回路、１６ 輝度圧縮回路、１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ ガンマ補正回路、１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ ホワイトクリップ回路、１９ エンコーダ、６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ 入力端子、６２ 最大値検出回路、６３ 高輝度圧縮回路、６４割り算器、６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂ 掛け算器、６６ 最大値検出回路、６７係数演算器、６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂ 彩度圧縮回路
Claims (3)
- カラー映像信号に輝度圧縮処理を施す輝度圧縮回路と、上記輝度圧縮回路により輝度圧縮処理が施されたカラー映像信号にガンマ補正処理を施すガンマ補正回路と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正処理が施されたカラー映像信号にホワイトクリップ処理を施すホワイトクリップ回路とを備える映像信号処理装置であって、
上記輝度圧縮回路は、
カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第１の最大値検出手段と、上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮する高輝度圧縮手段と、上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号と上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベル比を算出する第１の割り算手段と、上記第１の割り算手段により算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛ける第１の掛け算手段と、
上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第２の最大値検出手段と、
上記ガンマ補正回路によりガンマ補正すると上記ホワイトクリップ回路におけるホワイトクリップレベルになる値を示す設定係数を、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号の信号レベルとのレベル差で割り算した係数を算出する第２の割り算手段と、
上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号に対して、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記第２の割り算手段により算出した係数を用いて、輝度と色相を保つ彩度圧縮処理を施す彩度圧縮手段と
を備えることを特徴とする映像信号処理装置。 - 撮像光に応じた３色信号を生成する撮像手段と、カラー映像信号に輝度圧縮処理を施す輝度圧縮回路と、上記輝度圧縮回路により輝度圧縮処理が施されたカラー映像信号にガンマ補正処理を施すガンマ補正回路と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正処理が施されたカラー映像信号にホワイトクリップ処理を施すホワイトクリップ回路とを備えるカラービデオカメラであって、
上記輝度圧縮回路は、
カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第１の最大値検出手段と、上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮する高輝度圧縮手段と、上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号と上記第１の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベル比を算出する第１の割り算手段と、上記第１の割り算手段により算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛ける第１の掛け算手段と、
上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第２の最大値検出手段と、
上記ガンマ補正回路によりガンマ補正すると上記ホワイトクリップ回路におけるホワイトクリップレベルになる値を示す設定係数を、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記高輝度圧縮手段によりレベル圧縮された輝度信号の信号レベルとのレベル差で割り算した係数を算出する第２の割り算手段と、
上記第１の掛け算手段から出力される上記カラー映像信号を表す３色信号に対して、上記第２の最大値検出手段により検出された輝度信号の信号レベルと上記第２の割り算手段により算出した係数を用いて、輝度と色相を保つ彩度圧縮処理を施す彩度圧縮手段とを備え、
上記彩度圧縮手段により輝度と色相を保つ彩度圧縮処理が施された３色信号にて表されるカラー映像信号を生成することを特徴とするカラービデオカメラ。 - カラー映像信号に輝度圧縮処理を施す輝度圧縮回路と、上記輝度圧縮回路により輝度圧縮処理が施されたカラー映像信号にガンマ補正処理を施すガンマ補正回路と、上記ガンマ補正回路によりガンマ補正処理が施されたカラー映像信号にホワイトクリップ処理を施すホワイトクリップ回路とを備える映像信号処理装置における映像信号の処理方法であって、
カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第１の最大値検出ステップと、
上記第１の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベルを予め決められた圧縮曲線でレベル圧縮する高輝度圧縮ステップと、
上記高輝度圧縮ステップでレベル圧縮された輝度信号と上記第１の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベル比を算出する第１の割り算ステップと、
上記第１の割り算ステップで算出した信号レベル比を圧縮率として上記カラー映像信号を表す３色信号に掛ける第１の掛け算ステップと、
上記第１の掛け算ステップで得られた上記カラー映像信号を表す３色信号のうちの最も高い信号レベルの信号を輝度信号として検出する第２の最大値検出ステップと、
上記ガンマ補正回路によりガンマ補正すると上記ホワイトクリップ回路におけるホワイトクリップレベルになる値を示す設定係数を、上記第２の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベルと上記高輝度圧縮ステップでレベル圧縮された輝度信号の信号レベルとのレベル差で割り算した係数を算出する第２の割り算ステップと、
上記第１の掛け算ステップで得られた上記カラー映像信号を表す３色信号に対して、上記第２の最大値検出ステップで検出された輝度信号の信号レベルと上記第２の割り算ステップで算出した係数を用いて、輝度と色相を保つ彩度圧縮処理を施す彩度圧縮ステップと を有し、
上記彩度圧縮ステップで輝度と色相を保つ彩度圧縮処理が施された３色信号にて表されるカラー映像信号を生成することを特徴とする映像信号の処理方法。
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