JP7132803B2 - ダイナミックレンジ測定装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、カメラのダイナミックレンジを測定する装置及びプログラムに関する。

一般に、テレビジョンカメラ等のカメラのダイナミックレンジは、カメラの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの照度Ｅ₁と、それ以上の光量が入ったときにクリップレベルＶ_CLIPを超えず、かつ、パターンの階調が潰れないで再現可能な映像信号レベルＶ_maxを得るときの照度Ｅ₂との間の比として定義される。ダイナミックレンジの単位は％とし、映像信号レベルＶ_maxは、Ｖ_100%≦Ｖ_max≦Ｖ_CLIPを満たすものとする。

図１２（１）は、ダイナミックレンジＤを測定する際に用いるテストチャート（グレイスケールチャート）であり、図１２（２）は、テストチャートの各ステップの反射率を示す図である。従来、カメラのダイナミックレンジＤは、非特許文献１の“映像監視システム機器スペック規定方法”に従い、図１２（１）（２）に示すように、反射率が８９．９％のステップ番号１等のテストチャートを用いて測定していた。

具体的には、ダイナミックレンジＤは、以下の（Ｓ１）～（Ｓ１０）の手順に従い、ユーザの操作により目視にて測定される。
（Ｓ１）カメラのガンマ補正をオフとし、ニー圧縮をオフとする。
（Ｓ２）色温度を３１００Ｋ及びテストチャートの面照度を２０００ｌｘの照明条件において、ステップ番号１の白パターンに対応するＲ，Ｇ，Ｂチャンネルのリニア信号Ｓが基準リニア信号レベルＳ_100%となるように、レンズの絞りを調整する。
（Ｓ３）カメラのガンマ補正をオンとする。
（Ｓ４）ステップ番号１の白パターンに対応するＲ，Ｇ，Ｂチャンネルの映像信号Ｖが公称ピークレベルＶ_100%であることを確認する。このときの照度をＥ₁、レンズのＦ値（絞り値）をＦ₁とする。
（Ｓ５）カメラのニー圧縮をオンとする。
（Ｓ６）ニー圧縮のニーポイントＶ_kneeを、カメラで設定可能な最低値に設定する。
（Ｓ７）後述する（Ｓ８）（Ｓ９）において、ステップ番号１の白パターンに対応するＲ，Ｇ，Ｂチャンネルの映像信号ＶがクリップレベルＶ_CLIPまで到達するように、ニースロープＫを設定する。
（Ｓ８）ステップ番号１の白パターンに対応するＲ，Ｇ，Ｂチャンネルの映像信号Ｖのうち、少なくとも１つ以上のチャンネルがクリップレベルＶ_CLIPを超えるまで、照明の光量を増やすか、またはレンズのＦ値を開放する。この手順を実行した後、（Ｓ１０）へ進む。
（Ｓ９）ステップ番号１の白パターンに対応するＲ，Ｇ，Ｂチャンネルの映像信号Ｖのうち、少なくとも１つ以上のチャンネルがクリップレベルＶ_CLIPを超えず、かつステップ番号１の白パターンとステップ番号２の白パターンとの間のレベル差が生じなくなる照度Ｅ₂及びレンズのＦ値Ｆ₂を測定する。
（Ｓ１０）ダイナミックレンジＤを計算する。

前記（Ｓ８）及び前記（Ｓ９）において、照明の光量を増加させた場合は、以下の式（１）を用いてダイナミックレンジＤを計算する。また、レンズのＦ値を変化させた場合は、以下の式（２）を用いてダイナミックレンジＤを計算する。
〔数１〕
Ｄ＝（Ｅ₂／Ｅ₁）×１００％ ・・・（１）
〔数２〕
Ｄ＝（Ｆ₁／Ｆ₂）²×１００％ ・・・（２）

JEITA TTR-4602C，(2015)，"映像監視システム機器スペック規定方法"

前述の従来の測定方法は、ステップ番号１の白パターンとステップ番号２の白パターンとの間のレベル差を、波形モニタを用いて目視により確認するため、手軽にその値を読み取ることができる。

しかしながら、この測定方法では、ガンマ補正及びニー圧縮等の非線形処理を含めて測定を行うため、これらの設定によって測定結果が変わることがあり得る。また、波形に含まれるランダムノイズの影響で測定結果が変わることもあり得る。

このため、従来の測定方法では、測定結果に誤差が生じ、精度の高いダイナミックレンジＤを得ることができないという問題があった。

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、カメラのダイナミックレンジＤを高精度に測定可能なダイナミックレンジ測定装置及びプログラムを提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１のダイナミックレンジ測定装置は、カメラのダイナミックレンジを測定するダイナミックレンジ測定装置において、前記カメラにより撮影された白パターンの映像信号を入力し、当該映像信号に基づいて、トータルノイズまたはランダムノイズの測定値を、前記白パターンの輝度の関数として求めるノイズ測定部と、前記ノイズ測定部により測定された前記トータルノイズまたは前記ランダムノイズの前記測定値が、前記白パターンの前記輝度の増加に伴って減少するポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める判定部と、前記判定部により求めた前記輝度、及び前記カメラにより撮影された前記白パターンの前記映像信号が所定の公称ピークレベルとなるときの前記輝度を用いて、前記ダイナミックレンジを計算するダイナミックレンジ計算部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２のダイナミックレンジ測定装置は、請求項１に記載のダイナミックレンジ測定装置において、前記判定部が、前記測定値の１次導関数が極値となるポイントまたは前記１次導関数が減少し始めるポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める、ことを特徴とする。

また、請求項３のダイナミックレンジ測定装置は、請求項１に記載のダイナミックレンジ測定装置において、さらに、前記カメラによる所定の非線形処理を、前記白パターンの前記輝度の関数とした場合に、前記所定の非線形処理の１次導関数に、前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して乗算結果を求め、前記ノイズ測定部により測定された前記測定値と前記乗算結果との間の比をゲインとして計算するゲイン計算部を備え、前記判定部が、前記ゲイン計算部により計算された前記ゲインに、前記所定の非線形処理の１次導関数を乗算し、さらに前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して前記トータルノイズまたは前記ランダムノイズの計算値を求め、前記ノイズ測定部により求めた前記測定値と前記計算値との間の差分に基づいて、前記ポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める、ことを特徴とする。

また、請求項４のダイナミックレンジ測定装置は、光源装置により発光させた白パターンを撮影するカメラから、前記白パターンの映像信号を入力し、前記カメラのダイナミックレンジを測定するダイナミックレンジ測定装置において、前記白パターンの映像信号に基づいて、トータルノイズの測定値を、前記白パターンの輝度の関数として求めるトータルノイズ測定部と、前記カメラによる所定の非線形処理を、前記白パターンの前記輝度の関数とした場合に、前記所定の非線形処理の１次導関数に、前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して乗算結果を求め、前記トータルノイズ測定部により測定された前記測定値と前記乗算結果との間の比をゲインとして計算するゲイン計算部と、前記光源装置の輝度若しくは照度または前記カメラのレンズのＦ値を変更するための制御信号を出力することで、前記白パターンの前記輝度を変化させ、前記トータルノイズ測定部に、新たな前記トータルノイズの前記測定値を求めさせ、前記ゲイン計算部により計算された前記ゲインに、前記所定の非線形処理の１次導関数を乗算し、さらに前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して前記トータルノイズの計算値を求め、前記トータルノイズ測定部により求めた前記測定値から前記計算値を減算して減算結果を求め、当該減算結果の絶対値が最大となるポイントまたは当該減算結果が最小となるポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める判定部と、前記判定部により求めた前記輝度、及び前記カメラにより撮影された前記白パターンの前記映像信号が所定の公称ピークレベルとなるときの前記輝度を用いて、前記ダイナミックレンジを計算するダイナミックレンジ計算部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項５のダイナミックレンジ測定装置は、光源装置により発光させた白パターンを撮影するカメラから、前記白パターンの映像信号を入力し、前記カメラのダイナミックレンジを測定するダイナミックレンジ測定装置において、前記白パターンの映像信号に基づいて、ランダムノイズの測定値を、前記白パターンの輝度の関数として求めるランダムノイズ測定部と、前記カメラによる所定の非線形処理を、前記白パターンの前記輝度の関数とした場合に、前記所定の非線形処理の１次導関数に、前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して乗算結果を求め、前記ランダムノイズ測定部により測定された前記測定値と前記乗算結果との間の比をゲインとして計算するゲイン計算部と、前記光源装置の輝度若しくは照度または前記カメラのレンズのＦ値を変更するための制御信号を出力することで、前記白パターンの前記輝度を変化させ、前記ランダムノイズ測定部に、新たな前記ランダムノイズの前記測定値を求めさせ、前記ゲイン計算部により計算された前記ゲインに、前記所定の非線形処理の１次導関数を乗算し、さらに前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して前記ランダムノイズの計算値を求め、前記ランダムノイズ測定部により求めた前記測定値から前記計算値を減算して減算結果を求め、当該減算結果の絶対値が最大となるポイントまたは当該減算結果が最小となるポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める判定部と、前記判定部により求めた前記輝度、及び前記カメラにより撮影された前記白パターンの前記映像信号が所定の公称ピークレベルとなるときの前記輝度を用いて、前記ダイナミックレンジを計算するダイナミックレンジ計算部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項６のダイナミックレンジ測定装置は、請求項５に記載のダイナミックレンジ測定装置において、前記ランダムノイズ測定部が、連続する２フレームの前記映像信号の差分を求め、当該差分のＲＭＳ値に基づいて、前記ランダムノイズの前記測定値を求める、ことを特徴とする。

また、請求項７のダイナミックレンジ測定装置は、請求項５に記載のダイナミックレンジ測定装置において、前記ランダムノイズ測定部が、連続するＴフレーム（Ｔは２以上の整数）の前記映像信号の加算平均を求め、所定のフレームの前記映像信号と前記加算平均との間の差分を求め、当該差分のＲＭＳ値に基づいて、前記ランダムノイズの前記測定値を求める、ことを特徴とする。

また、請求項８のダイナミックレンジ測定装置は、請求項１から７までのいずれか一項に記載のダイナミックレンジ測定装置において、前記白パターンの前記輝度の代わりに、前記白パターンの照度または前記カメラのレンズのＦ値を用いる、ことを特徴とする。

さらに、請求項９のプログラムは、コンピュータを、請求項１から８までのいずれか一項に記載のダイナミックレンジ測定装置として機能させることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、カメラのダイナミックレンジＤを高精度に測定することができる。

実施例１のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。 実施例１のダイナミックレンジ測定装置の処理例を示すフローチャートである。 ステップＳ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０５におけるトータルノイズＮ_T（Ｌ）の測定処理例を示すフローチャートである。 実施例２のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。 実施例３のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。 実施例３のダイナミックレンジ測定装置の処理例を示すフローチャートである。 ステップＳ６０１，Ｓ６０２，Ｓ６０５におけるランダムノイズＮ_R1（Ｌ）の測定処理例を示すフローチャートである。 実施例４のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。 実施例５のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。 ランダムノイズＮ_R2（Ｌ）の測定処理例を示すフローチャートである。 実施例６のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。 （１）は、ダイナミックレンジＤを測定する際に用いるテストチャート（グレイスケールチャート）である。（２）は、テストチャートの各ステップの反射率を示す図である。 非線形処理ｆ（ｘ）によるノイズレベルの変化を示す図である。 シーンの相対輝度Ｌと白パターンの映像信号Ｖの関係を示す図である。 シーンの相対輝度ＬとノイズＮ_nleの測定値及び計算値ｇ（Ｌ）の関係を示す図である。 シーンの相対輝度ＬとノイズＮ_nleの測定値及び計算値ｇ（Ｌ）の１次導関数の関係を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔本発明の概要〕
まず、本発明の概要について説明する。本発明は、ある白パターンに対する映像信号のノイズを、照明（白パターン）の照度若しくは輝度、またはレンズのＦ値の関数として測定し、映像信号がクリップされるポイント、すなわち照度若しくは輝度の増加またはＦ値の減少に伴い、ノイズの測定値が減少するポイントを判定し、当該ポイントの照度、輝度またはＦ値に基づいて、ダイナミックレンジＤを求めることを特徴とする。

これにより、非線形処理の設定はノイズに反映されないから、非線形処理の設定が変わってもダイナミックレンジＤが変わることはない。つまり、カメラのダイナミックレンジＤを定量的に測定するようにしたから、そのダイナミックレンジＤを高精度に測定することができる。

一般に、非線形処理前のリニア信号に含まれる光ショットノイズＮは、ａ（ゲイン），ｂを正の定数、Ｅを像面における白パターンの照度とすると、以下の式にて表される。
〔数３〕
Ｎ＝ａ・√（ｂＥ）
＝ａ・√（Ｌ） ・・・（３）
ここで、ｂＥ＝Ｌとし、これをシーンの相対輝度とする。

映像信号がクリップしていない場合、またはカメラが飽和していない場合、ｘを非線形処理への入力信号とし、非線形処理の関数をｆ（ｘ）とすると、非線形処理後の映像信号Ｖに含まれるノイズＮ_nleは、以下の式にて表される。
〔数４〕
Ｎ_nle＝ｆ’（Ｌ）・Ｎ
＝ｆ’（Ｌ）・ａ・√（Ｌ） ・・・（４）

尚、非線形処理ｆ（ｘ）はｆ（ｘ）＞０を満たし、かつ単調に増加する関数であるとする。さらに、その微分値である１次導関数ｆ’（ｘ）は、ｆ’（ｘ）＞０を満たし、かつ単調に減少する関数とする。Ｅ＞０とし、前記式（４）の右辺をノイズＮ_nleの計算値ｇ（Ｌ）とする。

図１３は、非線形処理ｆ（ｘ）によるノイズレベルの変化を示す図である。非線形処理ｆ（ｘ）が連続かつ単調に増加する関数であり、映像信号のレベルをＶ、ノイズレベルをＮ、Ｎの絶対値が十分に小さい正の実数であるとする。非線形処理が施された後のノイズレベルを含む映像信号（Ｖ＋Ｎ）は、次の式にて表される。
〔数５〕
ｆ（Ｖ＋Ｎ）＝ｆ（Ｖ）＋ｆ’（Ｖ）・Ｎ ・・・（５）

非線形処理が施された後のノイズレベルは、次の式にて表される。
〔数６〕
ｆ（Ｖ＋Ｎ）－ｆ（Ｖ）＝ｆ’（Ｖ）・Ｎ ・・・（６）

また、ノイズがショットノイズのみであるとすると、以下の式が成立する。この場合、前記式（６）の左辺は、ノイズＮ_nleである。
〔数７〕
Ｎ_nle＝ｆ’（Ｖ）・ａ・√（Ｌ） ・・・（７）

このように、前記式（７）は前記式（４）を意味するから、非線形処理後の映像信号Ｖに含まれるノイズＮ_nleは、前記式（４）にて表される。

図１４は、シーンの相対輝度Ｌと白パターンの映像信号Ｖの関係を示す図であり、図１５は、シーンの相対輝度ＬとノイズＮ_nleの測定値及び計算値ｇ（Ｌ）の関係を示す図である。図１５において、大きい丸印が付されたグラフは、ノイズＮ_nleの測定値を示し、小さい丸印が付されたグラフは、ノイズＮ_nleの計算値ｇ（Ｌ）を示す。

図１４に示すように、映像信号Ｖがあるシーンの相対輝度Ｌでクリップされるか、または、映像信号Ｖを出力するカメラ１３のイメージセンサが飽和し始めると、図１５に示すように、ノイズＮ_nleの測定値が減少する。また、映像信号Ｖがクリップポイントを超えた後も、ノイズＮ_nleの測定値が減少していく。シーンの相対輝度Ｌがさらに上がると、ノイズＮ_nleの測定値は最小値となる。これに対し、ノイズＮ_nleの計算値ｇ（Ｌ）は減少しない。

図１６は、シーンの相対輝度ＬとノイズＮ_nleの測定値及び計算値ｇ（Ｌ）の１次導関数の関係を示す図である。図１６において、バツ印が付されたグラフは、ノイズＮ_nleの測定値の１次導関数を示し、印が付されていないグラフは、ノイズＮ_nleの計算値ｇ（Ｌ）の１次導関数、すなわち計算値ｇ’（Ｌ）を示す。図１５に示したノイズＮ_nleの測定値及び計算値ｇ（Ｌ）の違いは、図１６に示すように、これらの１次導関数を計算することにより検知することができる。

図１６から、ノイズＮ_nleの測定値の１次導関数と、ノイズＮ_nleの計算値ｇ（Ｌ）の１次導関数（ｇ’（Ｌ））とがフィッテングしないこと（丸型の破線箇所を参照）、また、ノイズＮ_nleの測定値の１次導関数が極小値（αの箇所）をとることがわかる。

本発明では、映像信号Ｖがクリップされるポイントまたは映像信号Ｖが飽和するポイント、すなわちシーンの相対輝度Ｌの増加に伴って漸次変化していたノイズＮ_nleの測定値が、以前よりも減少するポイント（減少の程度が大きいポイント）を判定し、当該ポイントの相対輝度Ｌを求める。例えば、ノイズＮ_nleの測定値の１次導関数が極小値となるときのシーンの相対輝度Ｌ_max、または、ノイズＮ_nleの測定値の１次導関数が減少し始めるときのシーンの相対輝度Ｌ_pを求める。そして、本発明では、このときの相対輝度Ｌ_max＝Ｌ_iまたはＬ_p＝Ｌ_i、及びカメラにより撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。以下、本発明について実施例１～６を挙げて具体的に説明する。

〔実施例１〕
まず、実施例１について説明する。実施例１は、発光シーンの白パターンの相対輝度Ｌ_i（シーンの相対輝度Ｌ_i）を増加させる輝度制御信号を生成して光源を制御し、白パターンに対する映像信号のトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を相対輝度Ｌ_iの関数として測定し、相対輝度Ｌ_iの増加に伴ってトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）が減少するポイントの相対輝度Ｌ_i等に基づいて、ダイナミックレンジＤを求める例である。

図１は、実施例１のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。このシステムは、白パターン部材１１が装着された光源装置１０、レンズ１２が装着されたカメラ１３及びダイナミックレンジ測定装置１を備えて構成される。

光源装置１０は、輝度が均一な透過型の面光源であり、カメラ１３の方向に、照度が均一な透過型の白パターン部材１１が装着されている。光源装置１０は、白パターン部材１１を介して、白パターンをカメラ１３へ発光する。

光源装置１０は、輝度を自動変更する機構を備えている。光源装置１０は、ダイナミックレンジ測定装置１から輝度制御信号を入力し、輝度制御信号に基づいて、白パターンの相対輝度Ｌ_iが輝度制御信号の示す相対輝度Ｌ_iとなるように、白パターン部材１１を介して白パターンを発光する。

尚、光源装置１０は、透過型の白パターン部材１１に代えて、反射型の白パターン部材１１を装着するようにしてもよい。

カメラ１３は、レンズ１２が装着されており、レンズ１２を介して、白パターン部材１１が装着された光源装置１０による発光シーンの白パターンを撮影する。カメラ１３は、撮影した白パターンに対応する映像信号をダイナミックレンジ測定装置１へ出力する。

ダイナミックレンジ測定装置１は、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させるための輝度制御信号を光源装置１０へ出力し、カメラ１３から、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させたときの映像信号を入力する。

ダイナミックレンジ測定装置１は、映像信号に基づいてトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定する（トータルノイズ測定値を求める）。ダイナミックレンジ測定装置１は、映像信号がクリップされるポイントまたは映像信号が飽和するポイント、すなわちシーンの相対輝度Ｌ_iの増加に伴って漸次変化していたトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）が、以前よりも減少するポイントを判定する。例えば、ダイナミックレンジ測定装置１は、シーンの相対輝度Ｌ_iに対するトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の１次導関数が極小値となるポイント、またはトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の１次導関数が減少し始めるポイントを判定する。そして、ダイナミックレンジ測定装置１は、そのポイント（例えば極小または減少開始のポイント）における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

図１に示すように、ダイナミックレンジ測定装置１は、トータルノイズ測定部２０－１、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－１及びダイナミックレンジ計算部２３を備えている。

トータルノイズ測定部２０－１は、カメラ１３から入力した映像信号に基づいて、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定する。トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の測定処理の詳細については後述する。そして、トータルノイズ測定部２０－１は、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）をゲイン計算部２１及び極値判定部２２－１に出力する。ここで、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）には、固定パターンノイズ及びランダムノイズＮ_R（Ｌ_i）が含まれる。

ゲイン計算部２１は、トータルノイズ測定部２０－１からトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を入力し、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）であるノイズの測定値及びノイズの計算値に関するゲインの推定値ａ＾を計算し、ゲインの推定値ａ＾を極値判定部２２－１に出力する。ゲインの推定値ａ＾を計算する処理の詳細については後述する。

極値判定部２２－１は、トータルノイズ測定部２０－１からトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を入力すると共に、ゲイン計算部２１からゲインの推定値ａ＾を入力する。そして、極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。前述のとおり、ｆ’（Ｌ_i）は、非線形処理ｆ（Ｌ_i）の微分値である１次導関数であり、非線形処理ｆ（Ｌ_i）及びその１次導関数ｆ’（Ｌ_i）は予め設定される。

極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる輝度制御信号を生成して光源装置１０へ出力し、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）及びノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、例えばトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の１次導関数の極値を判定する。そして、極値判定部２２－１は、その極値における相対輝度Ｌ_iをダイナミックレンジ計算部２３に出力する。極値の判定手法等の詳細については後述する。

ダイナミックレンジ計算部２３は、極値判定部２２－１から極値における相対輝度Ｌ_iを入力し、相対輝度Ｌ_i等を用いてダイナミックレンジＤを求める。

図２は、実施例１のダイナミックレンジ測定装置１の処理例を示すフローチャートである。まず、カメラ１３は、映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの白パターンを撮影する。このときのシーンの相対輝度をＬ₀とする。トータルノイズ測定部２０－１は、このときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、シーンの相対輝度Ｌ₀のときのトータルノイズＮ_T（Ｌ₀）を測定する（ステップＳ２０１）。

図３は、図２のステップＳ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０５におけるトータルノイズＮ_T（Ｌ）の測定処理例を示すフローチャートである。映像信号における水平画素数をＭ、垂直画素数をＮとし、被測定領域における水平画素の座標ｘをＭ₁≦ｘ≦Ｍ₂、垂直画素の座標ｙをＮ₁≦ｙ≦Ｎ₂とする。また、０≦ｘ≦Ｍ－１，０≦ｙ≦Ｎ－１とする。

トータルノイズ測定部２０－１は、シーンの相対輝度Ｌのときの１フレームの映像信号について、被測定領域である有効エリアのデータＶ₁（ｘ，ｙ）を取得する（ステップＳ３０１）。

トータルノイズ測定部２０－１は、データＶ₁（ｘ，ｙ）のＲＭＳ（Root Mean Square：二乗平均平方根）値をトータルノイズＮ_T（Ｌ）として求める（ステップＳ３０２）。

具体的には、トータルノイズ測定部２０－１は、以下の式にて、データＶ₁（ｘ，ｙ）の平均値Ｖ1#を求める。
〔数８〕

トータルノイズ測定部２０－１は、以下の式にて、データＶ₁（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値をトータルノイズＮ_T（Ｌ）として求める。
〔数９〕

図２に戻って、カメラ１３は、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを撮影する。トータルノイズ測定部２０－１は、このときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、図３に示した測定処理にて、シーンの相対輝度Ｌ_iのときのトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定する（ステップＳ２０２）。

ゲイン計算部２１は、トータルノイズ測定部２０－１により測定されたトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を用いて、以下の式にて、ゲインの推定値ａ＾を計算する（ステップＳ２０３）。
〔数１０〕
ａ＾＝Ｎ_T（Ｌ_i）／｛ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i）｝ ・・・（１０）

ゲインの推定値ａ＾は、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）と、非線形処理の１次導関数ｆ’（Ｌ_i）に、シーンの相対輝度Ｌ_iの平方根√（Ｌ_i）を乗算した乗算結果との間の比である。

尚、ゲインの推定値ａ＾を計算するときのシーンの相対輝度Ｌ_iは、相対輝度Ｌ₀であってもよい。また、トータルノイズ測定部２０－１は、複数のシーンの相対輝度Ｌ_iのそれぞれについて、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定し、ゲイン計算部２１は、複数のトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を用いて、曲線回帰によりゲインの推定値ａ＾を計算するようにしてもよい。

極値判定部２２－１は、カメラ１３がシーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを撮影するように、すなわち光源装置１０がシーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを発光するように、シーンの相対輝度Ｌ_iに対応する輝度制御信号を生成する。そして、極値判定部２２－１は、輝度制御信号を光源装置１０へ出力する（ステップＳ２０４）。

例えば、極値判定部２２－１は、複数のシーンの相対輝度Ｌ_iと、これらに対応する輝度制御信号とが格納されたテーブルを備えている。極値判定部２２－１は、第１番目のシーンの相対輝度Ｌ_iを設定し、テーブルから、第１番目のシーンの相対輝度Ｌ_iに対応する輝度制御信号を読み出し、これを光源装置１０へ出力する。

極値判定部２２－１は、後述するステップＳ２０８から移行して、第１番目のシーンの相対輝度Ｌ_iに所定増分を加算し、２番目のシーンの相対輝度Ｌ_iを設定する。そして、極値判定部２２－１は、テーブルから対応する輝度制御信号を読み出して出力し、後述するステップＳ２０８の条件を満たすまで、相対輝度Ｌ_iを増加させ、前述の処理を続ける。

尚、極値判定部２２－１は、第１番目のシーンの相対輝度Ｌ_iを示す輝度制御信号を生成して出力し、第２番目以降のシーンの相対輝度Ｌ_iについて、出力済みの輝度制御信号に対し、相対輝度Ｌ_iの所定増分を反映した新たな相対輝度Ｌ_iを示す輝度制御信号を生成し、これを出力するようにしてもよい。

これにより、光源装置１０は、輝度制御信号を入力し、当該輝度制御信号に基づいて、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを発光し、カメラ１３は、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを撮影する。

ダイナミックレンジ測定装置１のトータルノイズ測定部２０－１は、このときの映像信号を入力し、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定する（ステップＳ２０５）。トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズの測定値である。

極値判定部２２－１は、ゲイン計算部２１によりステップＳ２０３にて計算されたゲインの推定値ａ＾、今回のシーンの相対輝度Ｌ_i、及び非線形処理ｆ（Ｌ_i）の１次導関数ｆ’（Ｌ_i）を用いて、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める（ステップＳ２０６）。

極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズの測定値であるトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の１次導関数について、極値を判定する（ステップＳ２０７）。

極値判定部２２－１は、相対輝度Ｌ_iのときの前記１次導関数の値が極値でないと判定した場合（ステップＳ２０８：Ｎ）、ステップＳ２０４へ移行する。そして、極値判定部２２－１は、ステップＳ２０４において、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させて新たなシーンの相対輝度Ｌ_iを設定し、新たなシーンの相対輝度Ｌ_iに対応する輝度制御信号を生成して光源装置１０へ出力する。

一方、極値判定部２２－１は、相対輝度Ｌ_iのときの前記１次導関数の値が極値であると判定した場合（ステップＳ２０８：Ｙ）、ダイナミックレンジ計算部２３は、相対輝度Ｌ_i等を用いてダイナミックレンジＤを計算する（ステップＳ２０９）。

例えば、極値判定部２２－１は、ステップＳ２０４～Ｓ２０８において、以下の式を満たすｉの値を求めるまで、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる輝度制御信号を生成して光源装置１０へ出力し、増加する相対輝度Ｌ_i毎に、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定すると共に、トータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。
〔数１１〕
ｉ＝argmax｜Ｎ_T（Ｌ_i）－ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i）｜ ・・・（１１）

すなわち、極値判定部２２－１は、前記式（１１）にて、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）から、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を減算し、減算結果の絶対値を求め、当該絶対値が最大となるｉの値を求める。

尚、極値判定部２２－１は、前記式（１１）に代えて、以下の式を満たすｉの値を求めるようにしてもよい。
〔数１２〕
ｉ＝argmin｛Ｎ_T（Ｌ_i）－ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i）｝ ・・・（１２）

すなわち、極値判定部２２－１は、前記式（１２）にて、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）から、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を減算し、減算結果が最小となるｉの値を求める。

ダイナミックレンジ計算部２３は、ステップＳ２０９において、ステップＳ２０７，Ｓ２０８にて求めたｉの値における（極値における）相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀（ステップＳ２０１）を用いて、以下の式にて、ダイナミックレンジＤを求める。
〔数１３〕
Ｄ＝（Ｌ_i／Ｌ₀）×１００％ ・・・（１３）

以上のように、実施例１のダイナミックレンジ測定装置１によれば、トータルノイズ測定部２０－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定する。極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。これにより、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズの測定値及び計算値が得られる。

極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる輝度制御信号を生成して光源装置１０へ出力し、増加する相対輝度Ｌ_i毎に、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定すると共に、トータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。そして、極値判定部２２－１は、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）及びトータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、極値を判定する。

ダイナミックレンジ計算部２３は、極値における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

これにより、白パターンに対する映像信号のトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を、相対輝度Ｌ_iの関数として測定することができ、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）及びその計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、ダイナミックレンジＤを求めることができる。

非線形処理の設定が変わってもトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）は変化しないから、非線形処理の設定が変わってもダイナミックレンジＤが変わることはない。つまり、ダイナミックレンジＤを定量的に測定するようにしたから、そのダイナミックレンジＤを高精度に測定することができる。

また、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）は、１フレームの映像信号から測定されるから、２フレーム以上の映像信号から測定される後述する実施例３～６のランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i），Ｎ_R2（Ｌ_i）を用いる場合に比べ、処理が簡易となる。

〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。実施例２では、前述の実施例１と同様に、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定する。また、実施例２では、実施例１にて用いた輝度制御信号の代わりに絞り制御信号を用いる。

具体的には、実施例２は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させるために、レンズ１２のＦ値を減少させる絞り制御信号を生成してレンズ１２の絞りを制御し、白パターンに対する映像信号のトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を相対輝度Ｌ_iの関数として測定し、相対輝度Ｌ_iの増加に伴ってトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）が減少するポイントの相対輝度Ｌ_i等に基づいて、ダイナミックレンジＤを求める例である。

図４は、実施例２のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。このシステムは、白パターン部材１１が装着された光源装置１０、レンズ１２が装着されたカメラ１３及びダイナミックレンジ測定装置２を備えて構成される。

白パターン部材１１及びカメラ１３は、図１の実施例１に示したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。光源装置１０は、図１に示した光源装置１０と同様に、輝度が均一な透過型の面光源であり、カメラ１３の方向に、照度が均一な透過型の白パターン部材１１が装着されている。光源装置１０は、白パターン部材１１を介して、白パターンを発光する。光源装置１０は、実施例１において、ダイナミックレンジ測定装置１から輝度制御信号を入力するが、実施例２では輝度制御信号を入力しない。

レンズ１２は、絞りを自動変更する機構を備えており、ダイナミックレンジ測定装置２から絞り制御信号を入力し、絞り制御信号に基づいて、当該レンズ１２の絞りが絞り制御信号の示すＦ値となるように（カメラ１３が撮影する白パターンの相対輝度Ｌ_iに対応するＦ値となるように）、白パターンの入射を制限する。

ダイナミックレンジ測定装置２は、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させるための絞り制御信号をレンズ１２へ出力し、カメラ１３から、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させたときの映像信号を入力する。

ダイナミックレンジ測定装置２は、図１のダイナミックレンジ測定装置１と同様に、映像信号に基づいてトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定する。ダイナミックレンジ測定装置２は、映像信号がクリップされるポイントまたは映像信号が飽和するポイント、すなわちシーンの相対輝度Ｌ_iの増加に伴って漸次変化していたトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）が、以前よりも減少するポイントを判定する。例えば、ダイナミックレンジ測定装置２は、シーンの相対輝度Ｌ_iに対するトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の１次導関数が極小値となるポイント、またはトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の１次導関数が減少し始めるポイントを判定する。そして、ダイナミックレンジ測定装置２は、そのポイント（例えば極小または減少開始のポイント）における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

図４に示すように、ダイナミックレンジ測定装置２は、トータルノイズ測定部２０－１、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－２及びダイナミックレンジ計算部２３を備えている。

図１に示した実施例１のダイナミックレンジ測定装置１と図４に示す実施例２のダイナミックレンジ測定装置２とを比較すると、両ダイナミックレンジ測定装置１，２は、トータルノイズ測定部２０－１、ゲイン計算部２１及びダイナミックレンジ計算部２３を備えている点で共通する。一方、ダイナミックレンジ測定装置２は、ダイナミックレンジ測定装置１に備えた極値判定部２２－１の代わりに極値判定部２２－２を備えている点で、ダイナミックレンジ測定装置１と相違する。

トータルノイズ測定部２０－１、ゲイン計算部２１及びダイナミックレンジ計算部２３は、図１の実施例１に示したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。

極値判定部２２－２は、トータルノイズ測定部２０－１からトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を入力すると共に、ゲイン計算部２１からゲインの推定値ａ＾を入力する。そして、極値判定部２２－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。

極値判定部２２－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる絞り制御信号を生成してレンズ１２へ出力し、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）及びノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、例えばトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の１次導関数の極値を判定する。そして、極値判定部２２－２は、その極値における相対輝度Ｌ_iをダイナミックレンジ計算部２３に出力する。

ダイナミックレンジ測定装置２は、図２に示したフローチャートにおいて、ステップＳ２０１～Ｓ２０３，Ｓ２０５～Ｓ２０９と同様の処理を行う。

ダイナミックレンジ測定装置２の極値判定部２２－２は、ステップＳ２０４において、レンズ１２が白パターンの入射を制限して、カメラ１３がシーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを撮影するように、シーンの相対輝度Ｌ_iに対応する絞り制御信号を生成する。そして、極値判定部２２－２は、絞り制御信号をレンズ１２へ出力する。

例えば、極値判定部２２－２は、複数のシーンの相対輝度Ｌ_iと、これらに対応するＦ値と、これらのＦ値に対応する絞り制御信号とが格納されたテーブルを備えている。極値判定部２２－２は、第１番目のシーンの相対輝度Ｌ_iを設定し、テーブルから、第１番目のシーンの相対輝度Ｌ_iに対応するＦ値の絞り制御信号を読み出し、これをレンズ１２へ出力する。

極値判定部２２－２は、図２のステップＳ２０８から移行して、第１番目のシーンの相対輝度Ｌ_iに所定増分を加算し、２番目のシーンの相対輝度Ｌ_iを設定し、テーブルから対応するＦ値の絞り制御信号を読み出して出力する。極値判定部２２－２は、図２のステップＳ２０８の条件を満たすまで、相対輝度Ｌ_iを増加させ（Ｆ値を減少させ）、前述の処理を続ける。

尚、極値判定部２２－２は、第１番目のシーンの相対輝度Ｌ_iに対応するＦ値を示す絞り制御信号を生成して出力し、第２番目以降のシーンの相対輝度Ｌ_iについて、出力済みの絞り制御信号に対し、相対輝度の所定増分に対応するＦ値の所定減分を反映した新たなＦ値を示す絞り制御信号を生成し、これを出力するようにしてもよい。

これにより、レンズ１２は、絞り制御信号を入力し、当該絞り制御信号に基づいて、カメラ１３がシーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを撮影するように、入射を制限する。

つまり、極値判定部２２－２は、図２のステップＳ２０４～Ｓ２０８において、前記式（１１）または（１２）を満たすｉの値を求めるまで、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる（Ｆ値を減少させる）絞り制御信号を生成してレンズ１２へ出力し、増加する相対輝度Ｌ_i毎に、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定すると共に、トータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。

以上のように、実施例２のダイナミックレンジ測定装置２によれば、トータルノイズ測定部２０－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定する。極値判定部２２－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。これにより、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるトータルノイズの測定値及び計算値が得られる。

極値判定部２２－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる（Ｆ値を減少させる）絞り制御信号を生成してレンズ１２へ出力し、増加する相対輝度Ｌ_i毎に、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を測定すると共に、トータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。そして、極値判定部２２－２は、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）及びトータルノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、極値を判定する。

ダイナミックレンジ計算部２３は、極値における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

これにより、実施例１と同様に、白パターンに対する映像信号のトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を、相対輝度Ｌ_iの関数として測定することができ、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）及びその計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、ダイナミックレンジＤを求めることができる。また、実施例１と同様の効果を奏し、ダイナミックレンジＤを高精度に測定することができる。

〔実施例３〕
次に、実施例３について説明する。前述の実施例１，２では、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を用いてダイナミックレンジＤを測定するようにしたが、一般に、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）には固定パターンノイズ成分が含まれるため、ランダムノイズＮ_R（Ｌ_i）のみを用いてダイナミックレンジＤを測定する方が、より高精度な測定が可能となる。実施例３では、２フレームの画像間の差分を用いてランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定する。

具体的には、実施例３は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる輝度制御信号を生成して光源を制御し、白パターンに対する映像信号のランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を相対輝度Ｌ_iの関数として測定し、相対輝度Ｌ_iの増加に伴ってランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）が減少するポイントの相対輝度Ｌ_i等に基づいて、ダイナミックレンジＤを求める例である。

図５は、実施例３のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。このシステムは、白パターン部材１１が装着された光源装置１０、レンズ１２が装着されたカメラ１３及びダイナミックレンジ測定装置３を備えて構成される。

光源装置１０、白パターン部材１１、レンズ１２及びカメラ１３は、図１の実施例１に示したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。

ダイナミックレンジ測定装置３は、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させるための輝度制御信号を光源装置１０へ出力し、カメラ１３から、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させたときの映像信号を入力する。

ダイナミックレンジ測定装置３は、映像信号に基づいてランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定する（ランダムノイズ測定値を求める）。ダイナミックレンジ測定装置３は、映像信号がクリップされるポイントまたは映像信号が飽和するポイント、すなわちシーンの相対輝度Ｌ_iの増加に伴って漸次変化していたランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）が、以前よりも減少するポイントを判定する。例えば、ダイナミックレンジ測定装置３は、シーンの相対輝度Ｌ_iに対するランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）の１次導関数が極小値となるポイント、またはランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）の１次導関数が減少し始めるポイントを判定する。そして、ダイナミックレンジ測定装置３は、そのポイント（例えば極小または減少開始のポイント）における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

図５に示すように、ダイナミックレンジ測定装置３は、ランダムノイズ測定部２０－２、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－１及びダイナミックレンジ計算部２３を備えている。

ランダムノイズ測定部２０－２は、カメラ１３から入力した映像信号に基づいて、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定する。ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）の測定処理の詳細については後述する。そして、ランダムノイズ測定部２０－２は、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）をゲイン計算部２１及び極値判定部２２－１に出力する。ここで、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）は、固定パターンノイズ及びランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）からなるから、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）は、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）から固定パターンノイズ成分を除いたノイズ成分である。後述するランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）についても同様である。

ゲイン計算部２１は、ランダムノイズ測定部２０－２からランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を入力し、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）であるノイズの測定値及びノイズの計算値に関するゲインの推定値ａ＾を計算し、ゲインの推定値ａ＾を極値判定部２２－１に出力する。ゲインの推定値ａ＾を計算する処理の詳細については後述する。

極値判定部２２－１は、ランダムノイズ測定部２０－２からランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を入力すると共に、ゲイン計算部２１からゲインの推定値ａ＾を入力する。そして、極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。

極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる輝度制御信号を生成して光源装置１０へ出力し、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）及びノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、例えばランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）の１次導関数の極値を判定する。そして、極値判定部２２－１は、その極値における相対輝度Ｌ_iをダイナミックレンジ計算部２３に出力する。極値の判定手法等の詳細については後述する。

ダイナミックレンジ計算部２３は、極値判定部２２－１から極値における相対輝度Ｌ_iを入力し、相対輝度Ｌ_i等を用いてダイナミックレンジＤを求める。

図６は、実施例３のダイナミックレンジ測定装置３の処理例を示すフローチャートである。まず、カメラ１３は、映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの白パターンを撮影する。このときのシーンの相対輝度をＬ₀とする。ランダムノイズ測定部２０－２は、このときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、シーンの相対輝度Ｌ₀のときのランダムノイズＮ_R1（Ｌ₀）を測定する（ステップＳ６０１）。

図７は、図６のステップＳ６０１，Ｓ６０２，Ｓ６０５におけるランダムノイズＮ_R1（Ｌ）の測定処理例を示すフローチャートである。図５を参照して、ランダムノイズ測定部２０－２は、フレームメモリ３０、減算部３１、ＲＭＳ計算部３２及び乗算部３３を備えている。

図７において、映像信号における水平画素数をＭ、垂直画素数をＮとし、被測定領域における水平画素の座標ｘをＭ₁≦ｘ≦Ｍ₂、垂直画素の座標ｙをＮ₁≦ｙ≦Ｎ₂とする。また、０≦ｘ≦Ｍ－１，０≦ｙ≦Ｎ－１とする。

ランダムノイズ測定部２０－２は、シーンの相対輝度Ｌのときの連続する２フレームの映像信号について、被測定領域である有効エリアのデータＶ₁（ｘ，ｙ），Ｖ₂（ｘ，ｙ）を取得する（ステップＳ７０１）。具体的には、ランダムノイズ測定部２０－２のフレームメモリ３０は、映像信号のデータＶ₁（ｘ，ｙ），Ｖ₂（ｘ，ｙ），・・・を順次保存する。

ランダムノイズ測定部２０－２は、データＶ₁（ｘ，ｙ），Ｖ₂（ｘ，ｙ）の差分ΔＶ（ｘ，ｙ）を計算する（ステップＳ７０２）。ここで、連続する２フレームでは固定パターンノイズが変動しないから、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）は、ランダムノイズが反映された値となる。

具体的には、ランダムノイズ測定部２０－２の減算部３１は、フレームメモリ３０から現在のフレームに対して１つ手前のフレームのデータＶ₁（ｘ，ｙ）を読み出し、以下の式にて、当該データＶ₁（ｘ，ｙ）と現在のフレームのデータＶ₂（ｘ，ｙ）との差分ΔＶ（ｘ，ｙ）を計算する。
〔数１４〕
ΔＶ（ｘ，ｙ）＝Ｖ₁（ｘ，ｙ）－Ｖ₂（ｘ，ｙ） ・・・（１４）

ランダムノイズ測定部２０－２は、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値を計算し（ステップＳ７０３）、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値に１／√２を乗算し、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ）を求める（ステップＳ７０４）。

具体的には、ＲＭＳ計算部３２は、以下の式にて、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）の平均値ΔＶ#を求める。
〔数１５〕

ＲＭＳ計算部３２及び乗算部３３は、以下の式にて、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値に１／√２を乗算し、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ）を求める。
〔数１６〕

図６に戻って、カメラ１３は、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを撮影する。ランダムノイズ測定部２０－２は、このときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、図７に示した測定処理にて、シーンの相対輝度Ｌ_iのときのランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定する（ステップＳ６０２）。

ゲイン計算部２１は、ランダムノイズ測定部２０－２により測定されたランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を用いて、以下の式にて、ゲインの推定値ａ＾を計算する（ステップＳ６０３）。
〔数１７〕
ａ＾＝Ｎ_R1（Ｌ_i）／｛ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i）｝ ・・・（１７）

ゲインの推定値ａ＾は、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）と、非線形処理の１次導関数ｆ’（Ｌ_i）に、シーンの相対輝度Ｌ_iの平方根√（Ｌ_i）を乗算した乗算結果との間の比である。

尚、ゲインの推定値ａ＾を計算するときのシーンの相対輝度Ｌ_iは、相対輝度Ｌ₀であってもよい。また、ランダムノイズ測定部２０－２は、複数のシーンの相対輝度Ｌ_iのそれぞれについて、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定し、ゲイン計算部２１は、複数のランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を用いて、曲線回帰によりゲインの推定値ａ＾を計算するようにしてもよい。

極値判定部２２－１は、図２のステップＳ２０４と同様に、カメラ１３がシーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを撮影するように、すなわち光源装置１０がシーンの相対輝度Ｌ_iのときの白パターンを発光するように、シーンの相対輝度Ｌ_iに対応する輝度制御信号を生成する。そして、極値判定部２２－１は、輝度制御信号を光源装置１０へ出力する（ステップＳ６０４）。

ランダムノイズ測定部２０－２は、このときの映像信号を入力し、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定する（ステップＳ６０５）。ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの測定値である。

極値判定部２２－１は、図２のステップＳ２０６と同様に、前記式（４）にて、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める（ステップＳ６０６）。

極値判定部２２－１は、図２のステップＳ２０７と同様に、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの測定値であるランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）の１次導関数について、極値を判定する（ステップＳ６０７）。

極値判定部２２－１は、図２のステップＳ２０８と同様に、相対輝度Ｌ_iのときの前記１次導関数の値が極値でないと判定した場合（ステップＳ６０８：Ｎ）、ステップＳ６０４へ移行する。そして、極値判定部２２－１は、ステップＳ６０４において、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させて新たなシーンの相対輝度Ｌ_iを設定し、新たなシーンの相対輝度Ｌ_iに対応する輝度制御信号を生成して光源装置１０へ出力する。

一方、極値判定部２２－１は、図２のステップＳ２０８と同様に、相対輝度Ｌ_iのときの前記１次導関数の値が極値であると判定した場合（ステップＳ６０８：Ｙ）、ダイナミックレンジ計算部２３は、図２のステップＳ２０９と同様に、相対輝度Ｌ_i等を用いてダイナミックレンジＤを計算する（ステップＳ６０９）。

例えば、極値判定部２２－１は、ステップＳ６０４～Ｓ６０８において、以下の式を満たすｉの値を求めるまで、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる輝度制御信号を生成して光源装置１０へ出力し、増加する相対輝度Ｌ_i毎に、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定すると共に、ランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。
〔数１８〕
ｉ＝argmax｜Ｎ_R1（Ｌ_i）－ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i）｜ ・・・（１８）

すなわち、極値判定部２２－１は、前記式（１８）にて、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）から、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を減算し、減算結果の絶対値を求め、当該絶対値が最大となるｉの値を求める。

尚、極値判定部２２－１は、前記式（１８）に代えて、以下の式を満たすｉの値を求めるようにしてもよい。
〔数１９〕
ｉ＝argmin｛Ｎ_R1（Ｌ_i）－ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i）｝ ・・・（１９）

すなわち、極値判定部２２－１は、前記式（１９）にて、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）から、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を減算し、減算結果が最小となるｉの値を求める。

以上のように、実施例３のダイナミックレンジ測定装置３によれば、ランダムノイズ測定部２０－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定する。極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。これにより、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの測定値及び計算値が得られる。

極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる輝度制御信号を生成して光源装置１０へ出力し、増加する相対輝度Ｌ_i毎に、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定すると共に、ランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。そして、極値判定部２２－１は、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）及びランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、極値を判定する。

ダイナミックレンジ計算部２３は、極値における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

これにより、白パターンに対する映像信号のランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を、相対輝度Ｌ_iの関数として測定することができ、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）及びその計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、ダイナミックレンジＤを求めることができる。

非線形処理の設定が変わってもランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）は変化しないから、非線形処理の設定が変わってもダイナミックレンジＤが変わることはない。また、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）には固定パターンノイズが含まれていないから、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を用いるよりも、精度の高いダイナミックレンジＤを求めることができる。つまり、ダイナミックレンジＤを、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を用いて定量的に測定するようにしたから、そのダイナミックレンジＤを一層高精度に測定することができる。

また、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）は、連続する２フレームの映像信号から測定されるから、２フレームを超えるフレーム数の映像信号から測定される後述する実施例５，６のランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を用いる場合に比べ、処理が簡易となる。

〔実施例４〕
次に、実施例４について説明する。実施例４では、前述の実施例３と同様に、２フレームの画像間の差分を用いてランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定する。また、実施例４では、実施例３にて用いた輝度制御信号の代わりに絞り制御信号を用いる。

具体的には、実施例４は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させるために、レンズ１２のＦ値を減少させる絞り制御信号を生成してレンズ１２の絞りを制御し、白パターンに対する映像信号のランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を相対輝度Ｌ_iの関数として測定し、相対輝度Ｌ_iの増加に伴ってランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）が減少するポイントの相対輝度Ｌ_i等に基づいて、ダイナミックレンジＤを求める例である。

図８は、実施例４のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。このシステムは、白パターン部材１１が装着された光源装置１０、レンズ１２が装着されたカメラ１３及びダイナミックレンジ測定装置４を備えて構成される。

光源装置１０、白パターン部材１１、レンズ１２及びカメラ１３は、図４の実施例２に示したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。

ダイナミックレンジ測定装置４は、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させるための絞り制御信号をレンズ１２へ出力し、カメラ１３から、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させたときの映像信号を入力する。

ダイナミックレンジ測定装置４は、図５のダイナミックレンジ測定装置３と同様に、映像信号に基づいてランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定する。ダイナミックレンジ測定装置４は、映像信号がクリップされるポイントまたは映像信号が飽和するポイント、すなわちシーンの相対輝度Ｌ_iの増加に伴って漸次変化していたランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）が、以前よりも減少するポイントを判定する。例えば、ダイナミックレンジ測定装置４は、シーンの相対輝度Ｌ_iに対するランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）の１次導関数が極小値となるポイント、またはランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）の１次導関数が減少し始めるポイントを判定する。そして、ダイナミックレンジ測定装置４は、そのポイント（例えば極小または減少開始のポイント）における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

図８に示すように、ダイナミックレンジ測定装置４は、ランダムノイズ測定部２０－２、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－２及びダイナミックレンジ計算部２３を備えている。

図５に示した実施例３のダイナミックレンジ測定装置３と図８に示す実施例４のダイナミックレンジ測定装置４とを比較すると、両ダイナミックレンジ測定装置３，４は、ランダムノイズ測定部２０－２、ゲイン計算部２１及びダイナミックレンジ計算部２３を備えている点で共通する。一方、ダイナミックレンジ測定装置４は、ダイナミックレンジ測定装置３に備えた極値判定部２２－１の代わりに極値判定部２２－２を備えている点で、ダイナミックレンジ測定装置３と相違する。

ランダムノイズ測定部２０－２、ゲイン計算部２１及びダイナミックレンジ計算部２３は、図５の実施例３に示したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。また、極値判定部２２－２は、図４の実施例２に示したものと同様であり、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の代わりにランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を用いるから、ここでは説明を省略する。

以上のように、実施例４のダイナミックレンジ測定装置４によれば、ランダムノイズ測定部２０－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、２フレームの画像間の差分を用いてランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定する。極値判定部２２－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。これにより、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの測定値及び計算値が得られる。

極値判定部２２－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる（Ｆ値を減少させる）絞り制御信号を生成してレンズ１２へ出力し、増加する相対輝度Ｌ_i毎に、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定すると共に、ランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。そして、極値判定部２２－２は、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）及びランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、極値を判定する。

ダイナミックレンジ計算部２３は、極値における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

これにより、実施例３と同様に、白パターンに対する映像信号のランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を、相対輝度Ｌ_iの関数として測定することができ、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）及びその計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、ダイナミックレンジＤを求めることができる。また、実施例３と同様の効果を奏し、ダイナミックレンジＤを一層高精度に測定することができる。

〔実施例５〕
次に、実施例５について説明する。前述の実施例３では、２フレームの画像間の差分を用いてランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）を測定するようにしたが、実施例５では、実施例３のランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）とは異なり、複数フレームの加算平均画像と当該フレームの画像との間の差分を用いてランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を測定する。

具体的には、実施例５は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる輝度制御信号を生成して光源を制御し、白パターンに対する映像信号のランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を相対輝度Ｌ_iの関数として測定し、相対輝度Ｌ_iの増加に伴ってランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）が減少するポイントの相対輝度Ｌ_i等に基づいて、ダイナミックレンジＤを求める例である。

図９は、実施例５のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。このシステムは、白パターン部材１１が装着された光源装置１０、レンズ１２が装着されたカメラ１３及びダイナミックレンジ測定装置５を備えて構成される。

光源装置１０、白パターン部材１１、レンズ１２及びカメラ１３は、図１の実施例１に示したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。

ダイナミックレンジ測定装置５は、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させるための輝度制御信号を光源装置１０へ出力し、カメラ１３から、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させたときの映像信号を入力する。

ダイナミックレンジ測定装置５は、映像信号に基づいてランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を測定する（ランダムノイズ測定値を求める）。ダイナミックレンジ測定装置５は、映像信号がクリップされるポイントまたは映像信号が飽和するポイント、すなわちシーンの相対輝度Ｌ_iの増加に伴って漸次変化していたランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）が、以前よりも減少するポイントを判定する。例えば、ダイナミックレンジ測定装置５は、シーンの相対輝度Ｌ_iに対するランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）の１次導関数が極小値となるポイント、またはランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）の１次導関数が減少し始めるポイントを判定する。そして、ダイナミックレンジ測定装置５は、そのポイント（例えば極小または減少開始のポイント）における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

図９に示すように、ダイナミックレンジ測定装置５は、ランダムノイズ測定部２０－３、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－１及びダイナミックレンジ計算部２３を備えている。

ランダムノイズ測定部２０－３は、カメラ１３から入力した映像信号に基づいて、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を測定する。ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）の測定処理の詳細については後述する。そして、ランダムノイズ測定部２０－３は、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）をゲイン計算部２１及び極値判定部２２－１に出力する。

ゲイン計算部２１、極値判定部２２－１及びダイナミックレンジ計算部２３は、図５の実施例３に示したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。ゲイン計算部２１及び極値判定部２２－１は、ランダムノイズ測定部２０－３からランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を入力し、図５の実施例３に示したランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）の代わりに、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を用いる。

ダイナミックレンジ測定装置５は、図６に示したフローチャートにおいて、ステップＳ６０１～Ｓ６０９と同様の処理を行う。この場合、ランダムノイズＮ_R1（Ｌ_i）の代わりに、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を用いる。

図１０は、図６のステップＳ６０１，Ｓ６０２，Ｓ６０５におけるランダムノイズＮ_R1（Ｌ）の代わりに用いるランダムノイズＮ_R2（Ｌ）の測定処理例を示すフローチャートである。図９を参照して、ランダムノイズ測定部２０－３は、加算平均部３４、減算部３５、ＲＭＳ計算部３６及び乗算部３７を備えている。

図１０において、映像信号における水平画素数をＭ、垂直画素数をＮとし、被測定領域における水平画素の座標ｘをＭ₁≦ｘ≦Ｍ₂、垂直画素の座標ｙをＮ₁≦ｙ≦Ｎ₂とする。また、０≦ｘ≦Ｍ－１，０≦ｙ≦Ｎ－１，０≦ｉ≦Ｔ－１とする。Ｔは、フレームの数を示し、２以上の整数であり、ｉはフレーム番号を示す。また、以下に示すパラメータｊは０以上の整数であり、フレームの番号を示す。

ランダムノイズ測定部２０－３は、シーンの相対輝度ＬのときのＴフレームの映像信号について、被測定領域である有効エリアのデータＶ_i（ｘ，ｙ）を取得する（ステップＳ１００１）。Ｔフレームは、予め設定された複数の番号のフレームを対象とする。

ランダムノイズ測定部２０－３は、取得した有効エリアのデータＶ_i（ｘ，ｙ）の加算平均Ｖ＃（ｘ，ｙ）を計算する（ステップＳ１００２）。

具体的には、ランダムノイズ測定部２０－３の加算平均部３４は、Ｔフレームの映像信号について、有効エリアのデータＶ_i（ｘ，ｙ）を取得し、以下の式にて、加算平均Ｖ＃（ｘ，ｙ）を計算する。
〔数２０〕

ランダムノイズ測定部２０－３は、ｊ番目のフレームのデータＶ_j（ｘ，ｙ）を取得し（ステップＳ１００３）、ステップＳ１００２にて計算した加算平均Ｖ＃（ｘ，ｙ）とデータＶ_j（ｘ，ｙ）との間の差分ΔＶ（ｘ，ｙ）を計算する（ステップＳ１００４）。ここで、加算平均Ｖ＃（ｘ，ｙ）とデータＶ_j（ｘ，ｙ）との間の差分を計算することで、固定パターンノイズが除去され、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）は、ランダムノイズが反映された値となる。

具体的には、減算部３５は、ｊ番目のフレームのデータＶ_j（ｘ，ｙ）を取得し、以下の式にて、データＶ_j（ｘ，ｙ）から加算平均Ｖ＃（ｘ，ｙ）を減算し、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）を求める。
〔数２１〕
ΔＶ（ｘ，ｙ）＝Ｖ_j（ｘ，ｙ）－Ｖ＃（ｘ，ｙ） ・・・（２１）

ランダムノイズ測定部２０－３は、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値を計算する（ステップＳ１００５）。そして、ランダムノイズ測定部２０－３は、パラメータｊが０≦ｊ≦Ｔ－１を満たす場合、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値に√（Ｔ／Ｔ－１）を乗算し、パラメータｊが０≦ｊ≦Ｔ－１を満たさない場合、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値に√（Ｔ／Ｔ＋１）を乗算し、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ）を求める（ステップＳ１００６）。

ここで、パラメータｊが０≦ｊ≦Ｔ－１を満たす場合とは、ｊ番目のフレームが、ステップＳ１００２における加算平均Ｖ＃（ｘ，ｙ）の計算対象であるＴフレームに含まれる場合を示す。また、パラメータｊが０≦ｊ≦Ｔ－１を満たさない場合とは、ｊ番目のフレームが、前述のＴフレームに含まれない場合を示す。

また、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ）を求める際に、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値に√（Ｔ／Ｔ－１）を乗算するか、または√（Ｔ／Ｔ＋１）を乗算するか、すなわち０≦ｊ≦Ｔ－１を満たすｊ番目のフレームのデータＶ_j（ｘ，ｙ）を用いるか、または０≦ｊ≦Ｔ－１を満たさないｊ番目のフレームのデータＶ_j（ｘ，ｙ）を用いるかは、ユーザにより予め設定される。

具体的には、ＲＭＳ計算部３６は、ステップＳ１００６にてランダムノイズＮ_R2（Ｌ）を求める際に、以下の式にて、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）の平均値ΔＶ#を求める。
〔数２２〕

ＲＭＳ計算部３６は、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値を計算し、乗算部３７は、パラメータｊが０≦ｊ≦Ｔ－１を満たす場合、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値に√（Ｔ／Ｔ－１）を乗算し、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ）を求める。この場合のＲＭＳ計算部３６及び乗算部３７の演算は、以下の式にて行われる。
〔数２３〕

また、乗算部３７は、パラメータｊが０≦ｊ≦Ｔ－１を満たさない場合、差分ΔＶ（ｘ，ｙ）のＲＭＳ値に√（Ｔ／Ｔ＋１）を乗算し、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ）を求める。この場合のＲＭＳ計算部３６及び乗算部３７の演算は、以下の式にて行われる。
〔数２４〕

以上のように、実施例５のダイナミックレンジ測定装置５によれば、ランダムノイズ測定部２０－３は、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、複数フレームの加算平均画像と当該フレームの画像との間の差分を用いてランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を測定する。極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。これにより、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの測定値及び計算値が得られる。

極値判定部２２－１は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる輝度制御信号を生成して光源装置１０へ出力し、増加する相対輝度Ｌ_i毎に、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を測定すると共に、ランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。そして、極値判定部２２－１は、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）及びランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、極値を判定する。

ダイナミックレンジ計算部２３は、極値における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

これにより、実施例３と同様の効果を奏し、ダイナミックレンジＤを、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を用いて定量的に測定するようにしたから、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を用いるよりも、ダイナミックレンジＤを一層高精度に測定することができる。

〔実施例６〕
次に、実施例６について説明する。実施例６では、前述の実施例５と同様に、複数フレームの加算平均画像と当該フレームの画像との間の差分を用いてランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を測定する。また、実施例６では、実施例５にて用いた輝度制御信号の代わりに絞り制御信号を用いる。

具体的には、実施例６は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させるために、レンズ１２のＦ値を減少させる絞り制御信号を生成してレンズ１２の絞りを制御し、白パターンに対する映像信号のランダムノイズを相対輝度Ｌ_iの関数として測定し、相対輝度Ｌ_iの増加に伴ってランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）が減少するポイントの相対輝度Ｌ_i等に基づいて、ダイナミックレンジＤを求める例である。

図１１は、実施例６のダイナミックレンジ測定装置を含む全体システムを示す図である。このシステムは、白パターン部材１１が装着された光源装置１０、レンズ１２が装着されたカメラ１３及びダイナミックレンジ測定装置６を備えて構成される。

光源装置１０、白パターン部材１１、レンズ１２及びカメラ１３は、図４の実施例２に示したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。

ダイナミックレンジ測定装置６は、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させるための絞り制御信号をレンズ１２へ出力し、カメラ１３から、シーンの相対輝度Ｌ_iを変化させたときの映像信号を入力する。

ダイナミックレンジ測定装置６は、図９のダイナミックレンジ測定装置５と同様に、映像信号に基づいてランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を測定する。ダイナミックレンジ測定装置６は、映像信号がクリップされるポイントまたは映像信号が飽和するポイント、すなわちシーンの相対輝度Ｌ_iの増加に伴って漸次変化していたランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）が、以前よりも減少するポイントを判定する。例えば、ダイナミックレンジ測定装置６は、シーンの相対輝度Ｌ_iに対するランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）の１次導関数が極小値となるポイント、またはランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）の１次導関数が減少し始めるポイントを判定する。そして、ダイナミックレンジ測定装置６は、そのポイント（例えば極小または減少開始のポイント）における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

図１１に示すように、ダイナミックレンジ測定装置６は、ランダムノイズ測定部２０－３、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－２及びダイナミックレンジ計算部２３を備えている。

図９に示した実施例５のダイナミックレンジ測定装置５と図１１に示す実施例６のダイナミックレンジ測定装置６とを比較すると、両ダイナミックレンジ測定装置５，６は、ランダムノイズ測定部２０－３、ゲイン計算部２１及びダイナミックレンジ計算部２３を備えている点で共通する。一方、ダイナミックレンジ測定装置６は、ダイナミックレンジ測定装置５に備えた極値判定部２２－１の代わりに極値判定部２２－２を備えている点で、ダイナミックレンジ測定装置５と相違する。

ランダムノイズ測定部２０－３、ゲイン計算部２１及びダイナミックレンジ計算部２３は、図９の実施例５に示したものと同様であるから、ここでは説明を省略する。また、極値判定部２２－２は、図４の実施例２に示したものと同様であり、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）の代わりにランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を用いるから、ここでは説明を省略する。

以上のように、実施例６のダイナミックレンジ測定装置６によれば、ランダムノイズ測定部２０－３は、シーンの相対輝度Ｌ_iのときの映像信号を入力し、映像信号に基づいて、複数フレームの加算平均画像と当該フレームの画像との間の差分を用いてランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を測定する。極値判定部２２－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。これにより、シーンの相対輝度Ｌ_iにおけるランダムノイズの測定値及び計算値が得られる。

極値判定部２２－２は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させる（Ｆ値を減少させる）絞り制御信号を生成してレンズ１２へ出力し、増加する相対輝度Ｌ_i毎に、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を測定すると共に、ランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））を求める。そして、極値判定部２２－２は、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）及びランダムノイズの計算値（ａ＾・ｆ’（Ｌ_i）・√（Ｌ_i））に基づいて、極値を判定する。

ダイナミックレンジ計算部２３は、極値における相対輝度Ｌ_i、及びカメラ１３により撮影された白パターンの映像信号が公称ピークレベルＶ_100%となるときの相対輝度Ｌ₀を用いて、ダイナミックレンジＤを求める。

これにより、実施例４と同様の効果を奏し、ダイナミックレンジＤを、ランダムノイズＮ_R2（Ｌ_i）を用いて定量的に測定するようにしたから、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）を用いるよりも、ダイナミックレンジＤを一層高精度に測定することができる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施例１～６のダイナミックレンジ測定装置１～６は、白パターンに対するカメラ１３のノイズを、相対輝度Ｌ_iの関数として測定するようにした。これに対し、ダイナミックレンジ測定装置１～６は、白パターンに対するカメラ１３のノイズを、白パターン（または光源装置１０）の照度または輝度の関数、またはレンズ１２のＦ値の関数として測定するようにしてもよい。

また、前記実施例１，３，５のダイナミックレンジ測定装置１，３，５は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させるために、輝度制御信号を出力するようにした。また、前記実施例２，４，６のダイナミックレンジ測定装置２，４，６は、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させるために、絞り制御信号を出力するようにした。本発明は、輝度制御信号または絞り制御信号に限定するものではなく、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させるための信号であれば何でもよい。つまり、ダイナミックレンジ測定装置１～６は、光源装置１０の輝度若しくは照度、またはレンズ１２のＦ値等を変更することで、シーンの相対輝度Ｌ_iを増加させるための制御信号を出力すればよい。

また、前記実施例１～６のダイナミックレンジ測定装置１～６は、ダイナミックレンジＤを求める際に、シーンの相対輝度Ｌ_iに対するトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）等の１次導関数が極小値となるポイント、またはトータルノイズＮ_T（Ｌ_i）等の１次導関数が減少し始めるポイントを判定するようにした。ダイナミックレンジＤを求める際に必要なポイントを判定するためのこれらの手法は例示であり、他の手法を用いるようにしてもよい。

例えば、ダイナミックレンジ測定装置１～６は、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）等が大きく減少し始めるポイントを判定するようにしてもよい。要するに、本発明は、ダイナミックレンジＤを求める際に、トータルノイズＮ_T（Ｌ_i）等のノイズの測定値が変化するポイントを判定すればよい。

尚、本発明の実施例１～６によるダイナミックレンジ測定装置１～６のハードウェア構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。ダイナミックレンジ測定装置１～６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。

ダイナミックレンジ測定装置１に備えたトータルノイズ測定部２０－１、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－１及びダイナミックレンジ計算部２３の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、ダイナミックレンジ測定装置２に備えたトータルノイズ測定部２０－１、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－２及びダイナミックレンジ計算部２３の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。

また、ダイナミックレンジ測定装置３に備えたランダムノイズ測定部２０－２、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－１及びダイナミックレンジ計算部２３の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、ダイナミックレンジ測定装置４に備えたランダムノイズ測定部２０－２、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－２及びダイナミックレンジ計算部２３の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。

また、ダイナミックレンジ測定装置５に備えたランダムノイズ測定部２０－３、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－１及びダイナミックレンジ計算部２３の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、ダイナミックレンジ測定装置６に備えたランダムノイズ測定部２０－３、ゲイン計算部２１、極値判定部２２－２及びダイナミックレンジ計算部２３の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。

これらのプログラムは、前記記憶媒体に格納されており、ＣＰＵに読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。

１，２，３，４，５，６ ダイナミックレンジ測定装置
１０ 光源装置
１１ 白パターン部材
１２ レンズ
１３ カメラ
２０－１ トータルノイズ測定部
２０－２，２０－３ ランダムノイズ測定部
２１ ゲイン計算部
２２－１，２２－２ 極値判定部
２３ ダイナミックレンジ計算部
３０ フレームメモリ
３１，３５ 減算部
３２，３６ ＲＭＳ（Root Mean Square：二乗平均平方根）計算部
３３，３７ 乗算部
３４ 加算平均部

Claims (9)

1. カメラのダイナミックレンジを測定するダイナミックレンジ測定装置において、
   前記カメラにより撮影された白パターンの映像信号を入力し、当該映像信号に基づいて、トータルノイズまたはランダムノイズの測定値を、前記白パターンの輝度の関数として求めるノイズ測定部と、
   前記ノイズ測定部により測定された前記トータルノイズまたは前記ランダムノイズの前記測定値が、前記白パターンの前記輝度の増加に伴って減少するポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める判定部と、
   前記判定部により求めた前記輝度、及び前記カメラにより撮影された前記白パターンの前記映像信号が所定の公称ピークレベルとなるときの前記輝度を用いて、前記ダイナミックレンジを計算するダイナミックレンジ計算部と、
   を備えたことを特徴とするダイナミックレンジ測定装置。
2. 請求項１に記載のダイナミックレンジ測定装置において、
   前記判定部は、
   前記測定値の１次導関数が極値となるポイントまたは前記１次導関数が減少し始めるポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める、ことを特徴とするダイナミックレンジ測定装置。
3. 請求項１に記載のダイナミックレンジ測定装置において、
   さらに、前記カメラによる所定の非線形処理を、前記白パターンの前記輝度の関数とした場合に、前記所定の非線形処理の１次導関数に、前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して乗算結果を求め、前記ノイズ測定部により測定された前記測定値と前記乗算結果との間の比をゲインとして計算するゲイン計算部を備え、
   前記判定部は、
   前記ゲイン計算部により計算された前記ゲインに、前記所定の非線形処理の１次導関数を乗算し、さらに前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して前記トータルノイズまたは前記ランダムノイズの計算値を求め、前記ノイズ測定部により求めた前記測定値と前記計算値との間の差分に基づいて、前記ポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める、ことを特徴とするダイナミックレンジ測定装置。
4. 光源装置により発光させた白パターンを撮影するカメラから、前記白パターンの映像信号を入力し、前記カメラのダイナミックレンジを測定するダイナミックレンジ測定装置において、
   前記白パターンの前記映像信号に基づいて、トータルノイズの測定値を、前記白パターンの輝度の関数として求めるトータルノイズ測定部と、
   前記カメラによる所定の非線形処理を、前記白パターンの前記輝度の関数とした場合に、前記所定の非線形処理の１次導関数に、前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して乗算結果を求め、前記トータルノイズ測定部により測定された前記測定値と前記乗算結果との間の比をゲインとして計算するゲイン計算部と、
   前記光源装置の輝度若しくは照度または前記カメラのレンズのＦ値を変更するための制御信号を出力することで、前記白パターンの前記輝度を変化させ、前記トータルノイズ測定部に、新たな前記トータルノイズの前記測定値を求めさせ、
   前記ゲイン計算部により計算された前記ゲインに、前記所定の非線形処理の１次導関数を乗算し、さらに前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して前記トータルノイズの計算値を求め、前記トータルノイズ測定部により求めた前記測定値から前記計算値を減算して減算結果を求め、
   当該減算結果の絶対値が最大となるポイントまたは当該減算結果が最小となるポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める判定部と、
   前記判定部により求めた前記輝度、及び前記カメラにより撮影された前記白パターンの前記映像信号が所定の公称ピークレベルとなるときの前記輝度を用いて、前記ダイナミックレンジを計算するダイナミックレンジ計算部と、
   を備えたことを特徴とするダイナミックレンジ測定装置。
5. 光源装置により発光させた白パターンを撮影するカメラから、前記白パターンの映像信号を入力し、前記カメラのダイナミックレンジを測定するダイナミックレンジ測定装置において、
   前記白パターンの前記映像信号に基づいて、ランダムノイズの測定値を、前記白パターンの輝度の関数として求めるランダムノイズ測定部と、
   前記カメラによる所定の非線形処理を、前記白パターンの前記輝度の関数とした場合に、前記所定の非線形処理の１次導関数に、前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して乗算結果を求め、前記ランダムノイズ測定部により測定された前記測定値と前記乗算結果との間の比をゲインとして計算するゲイン計算部と、
   前記光源装置の輝度若しくは照度または前記カメラのレンズのＦ値を変更するための制御信号を出力することで、前記白パターンの前記輝度を変化させ、前記ランダムノイズ測定部に、新たな前記ランダムノイズの前記測定値を求めさせ、
   前記ゲイン計算部により計算された前記ゲインに、前記所定の非線形処理の１次導関数を乗算し、さらに前記白パターンの前記輝度の平方根を乗算して前記ランダムノイズの計算値を求め、前記ランダムノイズ測定部により求めた前記測定値から前記計算値を減算して減算結果を求め、
   当該減算結果の絶対値が最大となるポイントまたは当該減算結果が最小となるポイントを判定し、当該ポイントにおける前記輝度を求める判定部と、
   前記判定部により求めた前記輝度、及び前記カメラにより撮影された前記白パターンの前記映像信号が所定の公称ピークレベルとなるときの前記輝度を用いて、前記ダイナミックレンジを計算するダイナミックレンジ計算部と、
   を備えたことを特徴とするダイナミックレンジ測定装置。
6. 請求項５に記載のダイナミックレンジ測定装置において、
   前記ランダムノイズ測定部は、
   連続する２フレームの前記映像信号の差分を求め、当該差分のＲＭＳ値に基づいて、前記ランダムノイズの前記測定値を求める、ことを特徴とするダイナミックレンジ測定装置。
7. 請求項５に記載のダイナミックレンジ測定装置において、
   前記ランダムノイズ測定部は、
   連続するＴフレーム（Ｔは２以上の整数）の前記映像信号の加算平均を求め、所定のフレームの前記映像信号と前記加算平均との間の差分を求め、当該差分のＲＭＳ値に基づいて、前記ランダムノイズの前記測定値を求める、ことを特徴とするダイナミックレンジ測定装置。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載のダイナミックレンジ測定装置において、
   前記白パターンの前記輝度の代わりに、前記白パターンの照度または前記カメラのレンズのＦ値を用いる、ことを特徴とするダイナミックレンジ測定装置。
9. コンピュータを、請求項１から８までのいずれか一項に記載のダイナミックレンジ測定装置として機能させるためのプログラム。

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