JP6065934B2 - 映像信号処理装置および撮像システム - Google Patents
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Description
色分解プリズムを搭載した多板式の撮像部と、
前記撮像部を用いて得た各色の信号から、前記色分解プリズムの分光特性に対応する第1の色域の映像データを生成する第1の変換部と、
前記撮像部を用いて得た各色の信号から、前記第1の色域に包含される第2の色域の映像データを生成する第2の変換部と
を具備する。
第2の色域は、ITU−R BT.709に規定された色域である。
色分解プリズムを搭載した多板式の撮像部と、
前記撮像部を用いて得た各色の信号から、前記色分解プリズムの分光特性に対応する第1の色域の映像データを生成する第1の変換部と、
前記撮像部を用いて得た各色の信号から、前記第1の色域に包含される第2の色域の映像データを生成する第2の変換部と
を具備する。
色分解プリズムを搭載した多板式の撮像部を用いて得た各色の信号から、前記色分解プリズムの分光特性に対応する第1の色域の映像データを生成するとともに、前記第1の色域に包含される第2の色域の映像データを生成する。
<第1の実施形態>
図1は、本技術に係る第1の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。
信号処理部40は、例えばLSI(Large Scale Integrated Circuit:大規模集積回路)などによって構成される。
信号処理部40は、補正処理部41、リニアマトリクス変換部42(第1の変換部)、第1のガンマ補正処理部43、色域変換部44(第2の変換部)、及び第2のガンマ補正処理部45などで構成される。
上記の各色域において、ITU−R BT.2020に規定された色域は、ITU−R BT.709およびDCI P3による規定される色域、およびフィルム用色域のすべてを包含する色域である。すなわち、ITU−R BT.2020に規定された色域は、ITU−R BT.709およびDCI P3による規定される色域、およびフィルム用色域に比べ、自然界の色のより多くの色を表現することのできる色域である。
また、圧縮符号化された映像データは、撮像装置1に設けられた例えばメモリカードなどの図示しない記録媒体に記録されてもよい。
さらに、信号処理部40によって生成された少なくともいずれか一方の色域の映像データは間引き処理などによってダウンコンバートされ、撮像装置1に搭載された図示しないファインダー用モニターに表示されてもよい。
本実施形態の撮像装置1において、まず、4K映像に対応する広色域の色分解プリズム22を有する3板式の撮像部20によってRGBの各色信号が得られる。これらのRGBの各色信号は、前処理部30にて、ノイズが除去され、増幅された後、A/D変換されてデジタル映像データとして信号処理部40に供給される。
図5は色域変換部44の構成を示すブロック図である。
色域変換部44は、4K映像に対応する広色域の色分解プリズム22を有する3板式の撮像部20によって得られる色域の入力映像データDinを、第2の色域である例えばITU−R BT.709規格の色域などの映像データに圧縮する。
負信号処理部441には入力画像データDinが入力される。この負信号処理部441には、負値判定部442と負値変換部443が設けられる。
すなわち、負値変換部443の演算処理は、次の(数1)で表される。
この3×3マトリクス係数は、予め外部のマトリクス係数算出装置60において算出され、本例の色域変換部44のマトリクス係数メモリ444に記憶される。マトリクス係数算出装置の構成及びマトリクス係数算出手法については後述する。
また、入力されたRGB信号におけるR値、G値、B値の全てが0又は正値であった場合は、該R値、G値、B値をそのままR'値、G'値、B'値として色域変換処理部451に出力する。
例えば図6に示すように、R軸、G軸、B軸についてそれぞれ17個の格子点(係数ポイント)を備えた17×17×17の変換テーブルとしての3DLUT452を有する。これは、●を付した格子点が17×17×17=4913個存在し、それぞれの格子点に出力R、G、B値、もしくは出力R、G、B値を導く係数値が記憶されているものである。
この3DLUT452において17個の格子点は、入力されるR値、G値、B値として例えば0.0〜1.0の範囲で対応づけられている。つまり、0及び正値のみの入力を想定した変換テーブルとされている。
ステップF101として、入力画像データDinとしてのRGB信号入力があると、負信号処理部441では、まず負値判定部442が入力されたR値、G値、B値についてステップF102,F103,F104の判定を行う。即ちR値、G値、B値のそれぞれについて、負の値であるか否かを判定する。
そしてR値、G値、B値のうち、1つでも負値のものがあった場合は、ステップF105に進んで負値変換を行う。即ちこの場合、負値変換部443で、3×3マトリクス係数を用いた上記(数1)の演算を行うことで、R値、G値、B値の全てが負値ではない状態に変換する。そして変換結果として負値がなくなった状態のR'値、G'値、B'値を、ステップF106で色域変換処理部451に出力する。
従って、入力値として負値を想定していない3DLUT452、つまり格子点が例えば0.0〜1.0の値に対応して設定されている3DLUTにおいて、負値が0にクリップされるようなことは発生せず、従って、色域変換においてクリップによる色相の変化や階調性の低下は発生しない。特に適切な3×3マトリクス係数で負の信号値が0又は正の信号値に変換されるようにすることで、階調性を残すことや、より忠実な色を表示することができる。
また、3DLUT452で負値入力を想定しなくて良いことから、負値入力に対応するために3DLUT452で格子点を増やす必要もなく、つまり3DLUT452のサイズを拡大する必要もない。或いは、格子点の一部を負値に割り当てることで精度が低下するということもない。
この3×3マトリクス係数は、予め設定され、マトリクス係数メモリ444に記憶される。
演算部61は、RGB信号とL*a*b*信号の変換処理、ΔE*演算、ΔE*94演算等、テーブル形成演算など、後述するマトリクス係数算出のための各種演算処理を行う。
メモリ部62は、例えばROM、RAM、不揮発性メモリなどのメモリ領域を有して成る。ROM領域には、演算部61の演算処理のプログラム、処理係数などが格納される。プログラムとは、後述するマトリクス係数算出のプログラムである。メモリ部62におけるRAM領域は演算処理のワーク領域や後述するテーブルデータの記憶領域として用いられる。
データベース63は、RGB信号とL*a*b*信号の変換のための係数等を格納する。
図8は、L*a*b*表色系空間として、L*軸、a*軸、b*軸の3次元空間を示しており、この3次元空間における球体Rは、RGB信号としてR値、G値、B値の全てが0以上(0又は正値)になる範囲を示しているとする。つまりRGB信号としてR値、G値、B値のうち1つでも負値が存在すると、それはL*a*b*表色系空間において、球体Rの外のポイントとなるものとする。
例えばポイントPT1は、R値、G値、B値のうち1つ以上が負値となっているRGB信号値をL*a*b*表色系空間上で示したポイントである。
例えばポイントPT1の変換先の色として、図のように球体R内のポイントPT2,PT3,PT4という候補点があるとする。これらポイントPT2,PT3,PT4はそれぞれ、R値、G値、B値のすべてが0又は正値となっているポイントである。
この場合、これらの候補点についてPT1との間のΔE*を算出し、ΔE*が最も小さい候補点に変換する。例えばポイントPT1−PT2のΔE*が最小であれば、ポイントPT2を変換先とするものである。
そして、以下で説明する3×3マトリクス係数とは、このように例えばΔEが最小となる変換先を導くための係数である
テーブルTB1からTB6とは、以下説明していくが、負の信号RGBテーブルTB1、正の信号RGBテーブルTB2、負の信号L*a*b*テーブルTB3、正の信号L*a*b*テーブルTB4、変換L*a*b*テーブルTB5、変換R'G'B'テーブルTB6である。
負の信号RGBテーブルTB1及び正の信号RGBテーブルTB2の例を図10に示す。
まず、R値、G値、B値のそれぞれについて、負値を含めて14段階の値を想定する。例えば「−0.3」「−0.2」「−0.1」「0.0」「0.1」「0.2」・・・「0.9」「1.0」である。
このように、例えば0.1刻みで14段階の値を考えた場合、R値、G値、B値の値の組み合わせの総数は、14の3乗で2744とおりとなる。
この2744とおりの組み合わせの中で、R値、G値、B値の全てが0又は正値の組み合わせを考えると、それは「0.0」「0.1」・・・「0.9」「1.0」の11段階の値の組み合わせであるので、11の3乗で1331とおりとなる。
すると、R値、G値、B値のうちで1つでも負値が存在する組み合わせは、
2744−1331=1413(とおり)
となる。
図10のように、組み合わせ番号としてm0・・・m1412の1413とおりの組み合わせを示しているが、各組み合わせとして、1つ以上の負値を含むR値、G値、B値の値の組み合わせが登録される。例えばm0組は、R値、G値、B値が「−0.3」「−0.3」「−0.3」の組であり、m1組は、R値、G値、B値が「−0.3」「−0.3」「−0.2」の組であり、・・・m1412組はR値、G値、B値が「1」「1」「−0.1」の組とされる。
図10では例えば、値として「0.0」〜「1.0」までを0.01刻みで101段階に分けた場合の全ての組み合わせを登録した正の信号RGBテーブルTB2を示している。
例えば全ての組み合わせの総数は101の3乗で1030301個となる。図10ではこれらの各組を組み合わせ番号としてp0・・・p1030300として示している。
例えばp0組はR値、G値、B値が「0」「0」「0」の組であり、p1組は、R値、G値、B値が「0」「0」「0.01」の組であり、・・・m1030300組はR値、G値、B値が「1」「1」「1」の組とされる。
この様子を図11に示す。負の信号L*a*b*テーブルTB3は、負の信号RGBテーブルTB1の各組m0〜m1412の値を、L*値、a*値、b*値において登録したものである。
例えばm0組のR値、G値、B値である「−0.3」「−0.3」「−0.3」が、L*a*b*値に変換され、負の信号L*a*b*テーブルTB3のm0組のL*値、a*値、b*値に「−270」「0」「0」として登録される。
m1組以降も同様に、R値、G値、B値がL*値、a*値、b*値に変換されて負の信号L*a*b*テーブルTB3のm1組以降に登録される。
この様子を図12に示す。正の信号L*a*b*テーブルTB4は、正の信号RGBテーブルTB2の各組p0〜p1030300の値を、L*値、a*値、b*値として登録したものである。
例えばp0組のR値、G値、B値である「0」「0」「0」が、L*a*b*値に変換され、正の信号L*a*b*テーブルTB4のm0組のL*値、a*値、b*値(「0」「0」「0」)として登録される。
またp1組のR値、G値、B値である「0」「0」「0.01」が、L*a*b*値に変換され、正の信号L*a*b*テーブルTB4のm1組のL*値、a*値、b*値(「7」「31」「−51」)として登録される。m2組以降も同様である。
即ち演算部61は、ステップF206で変数x=0とし、ステップF207で、負の信号L*a*b*テーブルTB3のm(x)組のL*値、a*値、b*値について、最も近いL*値、a*値、b*値の組を、正の信号L*a*b*テーブルTB4から探しだし、その探し出したL*値、a*値、b*値の組を、変換L*a*b*テーブルTB5のm(x)組のL*値、a*値、b*値として登録する。
従って最初にx=0の時点では、図13に示すように、負の信号L*a*b*テーブルTB3におけるm0組のL*a*b*値に対して、正の信号L*a*b*テーブルTB4におけるp0組〜p1030300組の中から最も近いL*a*b*値の組を選択することになる。
従ってステップF207の処理は、例えば図8で示したポイントP1のL*a*b*値に対して、最も近いL*a*b*値である例えばポイントP3を探し出す処理に相当する。
つまり、負の信号L*a*b*テーブルTB3の各組のL*a*b*値について、最も近いL*a*b*値となる組が正の信号L*a*b*テーブルTB4から探し出され、それが、図14の変換L*a*b*テーブルTB5のm0組〜m1412組に登録される。
C*、H*は次のように算出される。
即ちm0組のL*a*b*値とp0組のL*a*b*値についてΔE*、m0組のL*a*b*値とp1組のL*a*b*値についてΔE*、・・・m0組のL*a*b*値とp1030300組のL*a*b*値についてΔE*を、それぞれ算出する。そしてこの結果としてp0組〜p1030300組の中で、m0組に対してΔE*が最小となる組を選択し、その選択されたp組のL*a*b*値を、変換L*a*b*テーブルTB5のm0組に登録する。
図15にその様子を示す。例えばm0組のL*値、a*値、b*値がRGB値に変換され、変換R'G'B'テーブルTB6のm0組のR'値、G'値、B'値として登録される。m1組以降も同様である。変換L*a*b*テーブルTB5に登録された全てのL*a*b*値は図4の球体R内のポイントであるため、これらをRGB値に変換した変換R'G'B'テーブルTB6の各組の値は、全て0又は正の値となる。
結局、このようにして求めた3×3マトリクス係数は、例えば図8のポイントPT1に相当するRGB値から、ΔE*が最小となり、かつ負の値が含まれないRGB値のポイントPT3を導く変換係数となる。
この3×3マトリクス係数が色域変換部44のマトリクス係数メモリ444に格納され、負値変換部443が、この3×3マトリクス係数を用いて、負値の含まれるRGB値を、負値が含まれないRGB値に変換することにより、負値入力を想定しない3DLUT452を用いて適切に色域変換ができるとともに、その際の色相変化を最小限とし、また階調性を維持できる。
換言すれば、3DLUT452のサイズの増大や変換精度の低下を招かずに、負の信号値が入力される場合にも高品位な色域変換を実行し、液晶ディスプレイにおいてより忠実な色の表示を行うことができる。
第2の色域は、ITU−R BT.709の規定される色域に限定されるものではなく、ITU−R BT.2020に規定された色域に包含される色域、例えば、DCI P3による規定される色域、およびフィルム用色域などであってもよいことは言うまでもない。
上記の実施形態では、4K映像に対応する広色域の色分解プリズム22を有する3板式の撮像部20によって得られる色域の入力映像データをITU−R BT.709規格の色域の映像データに圧縮する手段として、3DLUT(三次元ルックアップテーブル)を参照する色域変換部を採用したものを説明したが、4K映像に対応する広色域の色分解プリズム22を有する3板式の撮像部20によって得られる色域の入力映像データをITU−R BT.2020規格の色域の映像データに変換する方法として同様の3DLUT(三次元ルックアップテーブル)を参照する色域変換部を採用することも可能である。
上記の実施形態は、本技術を適用した撮像装置に関するものであったが、本技術は、撮像システムとして構成されてもよい。
図17は撮像システム100の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、撮像システム100は、3板式の撮像部20と前処理部30を有するユニット101と、信号処理部40および2つの外部インタフェース50,51を有するユニット102と、ユニット101とユニット102とを接続する伝送路35とで構成される。
この撮像システム100Aは、撮像装置1の撮像部20から信号処理部40における補正処理部41までの構成を有するユニット103と、リニアマトリクス変換部42、第1のガンマ補正処理部43および第1の外部インタフェース50を有するユニット104と、色域変換部44、第2のガンマ補正処理部45および第2の外部インタフェース51を含むユニット105とで構成される。ユニット103の補正処理部41の出力は、2本の伝送路36、37を通じてユニット104およびユニット105と接続される。
(1)色分解プリズムを搭載した多板式の撮像部と、
前記撮像部を用いて得た各色の信号から、前記色分解プリズムの分光特性に対応する第1の色域の映像データを生成する第1の変換部と、
前記撮像部を用いて得た各色の信号から、前記第1の色域に包含される第2の色域の映像データを生成する第2の変換部と
を具備する撮像装置。
前記第1の色域の映像データおよび前記第2の色域の映像データを同時に出力可能な複数のインタフェースを
さらに具備する撮像装置。
前記撮像部を用いて得た各色の信号の補正処理を行い、前記第1の変換部および前記第2の変換部に同時に供給する補正処理部を
さらに具備する撮像装置。
前記第1の色域は、ITU−R BT.2020に規定された色域である
撮像装置
前記第2の色域は、ITU−R BT.709に規定された色域である
撮像装置。
10…コントローラ
20…撮像部
21…光学ブロック
22…色分解プリズム
23R、23G、23B…撮像素子
30…前処理部
40…信号処理部
41…補正処理部
42…リニアマトリクス変換部
43…第1のガンマ補正処理部
44…色域変換部
45…第2のガンマ補正処理部
50、51…外部インタフェース
100、100A…撮像システム
Claims (14)
- 第1の色域に対応する分光特性を有する色分解プリズムと複数の撮像素子を有し映像信号を出力する撮像部と、
前記撮像部より出力された映像信号を補正処理する補正処理部と、
前記補正処理部により補正処理された入力映像信号を受けて色域変換により前記第1の色域の映像信号を生成する第1の色域変換処理部と、
前記入力映像信号を前記第1の色域変換処理部と同時に受けて、ダウンコンバートし、色域変換により前記第1の色域よりも狭い第2の色域の映像信号を生成する第2の色域変換処理部と
を具備する映像信号処理装置。 - 請求項1に記載の映像信号処理装置であって、
前記第1の色域の映像信号および前記第2の色域の映像信号を同時に出力可能な複数のインタフェースを
さらに具備する映像信号処理装置。 - 請求項2に記載の映像信号処理装置であって、
前記第1の色域は、ITU−R BT.2020に規定された色域である
映像信号処理装置。 - 請求項3に記載の映像信号処理装置であって、
前記第2の色域は、ITU−R BT.709に規定された色域である
映像信号処理装置。 - 請求項4に記載の映像信号処理装置であって、
前記第1の色域の映像信号に対してガンマ補正を行う第1のガンマ補正回路をさらに具備する
映像信号処理装置。 - 請求項5に記載の映像信号処理装置であって、
前記第2の色域の映像信号に対してガンマ補正を行う第2のガンマ補正回路をさらに具備する
映像信号処理装置。 - 請求項6に記載の映像信号処理装置であって、
前記入力映像信号が複数の色の信号で構成され、
前記補正処理部が、前記複数の色それぞれの映像信号に含まれるノイズ成分であるオフセット成分の除去を行う
映像信号処理装置。 - 請求項1に記載の映像信号処理装置であって、
前記入力映像信号が複数の色の信号で構成され、
前記補正処理部が、前記複数の色それぞれの映像信号のホワイトバランス処理を行う
映像信号処理装置。 - 請求項1に記載の映像信号処理装置であって、
前記第1の色域変換処理部が、3×3出力のリニアマトリクス演算により、前記第1の色域の映像信号を生成する
映像信号処理装置。 - 請求項1に記載の映像信号処理装置であって、
前記第2の色域変換処理部が、3D−LUTを用いて、前記第2の色域の映像信号を生成する
映像信号処理装置。 - 請求項10に記載の映像信号処理装置であって、
前記入力映像信号が複数の色の信号で構成され、
前記第2の色域変換処理部が、前記複数の色それぞれの信号が負値であるどうかをそれぞれ判定し、この判定結果をもとに、マトリクス係数メモリに格納された3×3マトリクス係数を用いた演算による変換処理を行う負信号処理部を用いて、前記第2の色域の映像信号を生成する
映像信号処理装置。 - 請求項11に記載の映像信号処理装置であって、
前記3D−LUTは、3×3マトリクス係数を通した演算による変換処理に適用される各色の信号について適用される
映像信号処理装置。 - 撮像装置と映像信号処理装置とが伝送路を通じて接続可能とされ、
前記撮像装置が、
第1の色域に対応する分光特性を有する色分解プリズムと複数の撮像素子を有し映像信号を生成する撮像部と、
前記撮像された映像信号を前記伝送路を通じて前記映像信号処理装置に伝送する第1の伝送インタフェースと
を有し、
前記映像信号処理装置が、
前記撮像装置より前記伝送路を通じて伝送された映像信号を受信する第2の伝送インタフェースと、
前記第2の伝送インタフェースによって受信された映像信号を補正処理する補正処理部と、
前記補正処理部により補正処理された映像信号を受けて前記第1の色域の映像信号を生成する第1の色域変換処理部と、
前記補正処理部により補正処理された映像信号を前記第1の色域変換処理部と同時に受けて、ダウンコンバートし、前記第1の色域よりも狭い第2の色域の映像信号を生成する第2の色域変換処理部と
を有する撮像システム。 - 撮像装置と第1の映像信号処理装置および第2の映像信号処理装置とが伝送路を通じて接続可能とされ、
前記撮像装置が、
第1の色域に対応する分光特性を有する色分解プリズムと複数の撮像素子を有し映像信号を生成する撮像部と、
前記撮像部より出力された映像信号を補正処理する補正処理部と、
前記補正処理部により補正処理された映像信号を前記伝送路を通じて前記第1の映像信号処理装置および前記第2の映像信号処理装置に伝送する第1の伝送インタフェースと
を有し、
前記第1の映像信号処理装置が、
前記撮像装置より前記伝送路を通じて伝送された映像信号を受信する第2の伝送インタフェースと、
前記第2の伝送インタフェースによって受信された映像信号を受けて前記第1の色域の映像信号を生成する第1の色域変換処理部と
を有し、
前記第2の映像信号処理装置が、
前記撮像装置より前記伝送路を通じて伝送された映像信号を受信する第3の伝送インタフェースと、
前記第3の伝送インタフェースによって受信された映像信号を前記第1の色域変換処理部と同時に受けて、ダウンコンバートし、前記第1の色域よりも狭い第2の色域の映像信号を生成する第2の色域変換処理部と
を有する撮像システム。
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