JPH027678A - 輪郭補償回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はテレビカメラ装置の輪郭補償回路に係り、特に
撮像レンズの絞り値、焦点距離、被写体距離などのパラ
メータ、及び画面内の位置によって変化する解像度特性
を補償し、常に解像度の優れた映像信号が得られる輪郭
補償回路に関する。

〔従来の技術〕

現在テレビジョン信号を得る装置としてテレビカメラが
広く用いられている。テレビカメラは光学レンズにより
被写体の光学像を撮像管、あるいは固体撮像素子の受光
面に結像し、この光学像を電気信号に変換してテレビジ
ョン信号を得ている。

上記の撮像レンズ、撮像管、固体撮像素子により解像で
きる像の細かさを表す指標として、−殻内にＭ　Ｔ　Ｆ
　（Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎ）が用いられている。そこで解像度特性のこ
とを以下ＭＴＦ特性ともいうこととする。ＭＴＦ特性は
２次元の周波数応答を表すもので、正弦波状に輝度の変
化するパターンに対するコントラストの変化を示すもの
である。第４図は一般的な撮像レンズのＭＴＦ特性の一
例である。横軸は空間周波数、縦軸はコントラスト（応
答）である。空間周波数が高いほどＭＴＦは小さくなっ
ている。このことは細かな絵柄はどコントラストがなく
なり解像できなくなることを表している。さらにテレビ
カメラ装置ではレンズ以外にも撮像素子で高域のＭＴＦ
が低下することが知られている。そのため実用に供せら
れているテレビカメラ装置は、第４図に示したような高
域のＭＴＦ低下を補償するための輪郭補償回路を備えて
いる。この輪郭補償回路の構成は１例えば「広帯域輪郭
補償回路にＮＨＫ技研月報、昭和４８年１０月号に記載
されているものなどがある。本文献記載のように、従来
の輪郭補償回路は常に一定の輪郭補償を行っている。そ
のため、従来の輪郭補償には次に述べるような問題があ
り、その解決を要する課題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

第５図に撮像レンズのＭＴＦ特性の一例を詳しく示し、
従来の輪郭補償回路の問題点を説明する。

第５図（Ａ）はレンズの光軸上（中心）と光軸から８１
ｎｉｌＩＩｉれた点でのＭＴＦ特性を示した。１インチ
サイズの受光面では８ｎｎｉｉれた“点は画面の周辺部
になる。絞り値（以後Ｆ値と記す）、焦点距離ｆは同じ
であるが、周辺部のＭＴＦは中心部のＭＴＦより低い。

特に高い空間周波数での低下が著しい。第５図（Ｂ）は
レンズのＦ値によるＭＴＦの変化を、第５図（Ｃ）はレ
ンズの焦点距離ｆによるＭＴＦの変化を示す図である。

第５図（８）は焦点距離ｆ　＝１２ｍ＋＋、レンズ中央
で測定したＭＴＦであるが、Ｆ値によってＭＴＦ特性が
変化している。第５図（Ｃ）はＦ値＝１．８、画面中心
で測定したＭＴＦである。焦点距離ｆによってもＭＴＦ
が変化することがわかる。また図には示さないが被写体
までの距にＬによってもＭＴＦが変化することが知られ
ている。上記のように撮像レンズのＭＴＦ特性はレンズ
のＦ値、焦点距離ｆ、被写体距離り等のレンズパラメー
タ、及び画面の中心や周辺といった位置によって変化す
る。

しかしなから従来の輪郭補償回路は画面全体に−様な輪
郭補償を行っていた。またレンズのパラメータに応じた
補償量の調節は行なっていない。

そのため得られるテレビジョン信号はレンズのＭＴＦの
変化の影響を直接受け、常に高解像度な信号が得られる
とは限らない。

本発明の目的は上述した不都合を取り除き、画面の位置
や撮像レンズのパラメータが変化した場合にも常に−様
な高解像度特性が得られる輪郭補償回路を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明では次の手段を講じた
。

１、画面位置によって、もしくはレンズ絞り値。

焦点距離、被写体距離等のレンズパラメータによって補
償特性を可変にする輪郭補償特性決定回路と、並びに該
輪郭補償特性決定回路の出力により映像信号入力に対し
てＭ像度補償演算を行い映像信号出力を得る可変補償回
路とを備えることとした。またこれを実施する上で次の
ようにした。

２、上記第１項で補償特性を可変にする輪郭補償特性決
定回路は、画面位置によって、もしくはレンズパラメー
タによって変化する解像度特性を予め記憶しておく手段
と、画面位置情報とレンズパラメータ情報の入力によっ
て該入力情報に対応する解像度特性を得る手段と、該解
像度特性から補償特性をきめる手段と、該補償特性を得
るための強調周波数と補償量を出力する手段とを有する
ものとした。

３．また上記第１項で補償特性を可変にする輪郭補償特
性決定回路は、解像度を補償するための補償特性を画面
位置やレンズパラメータの組合せ条件に対応し記憶もし
くは演算し、画面位置情報とレンズパラメータ情報の入
力によって補償のための強調周波数と補償量とを出力す
る手段を有するものとした。

後述において図面の説明をするが、上記第１項の手段は
第１図に対応し、第２項のものは第２図に対応し、第３
項のものは第３図に対応する。

〔作　用〕

上記第１項の手段の中で補償特性を可変にする輪郭補償
特性決定回路は画面位置やレンズパラメータによって変
化する解像度を画面上で一様な高解像度に補償するため
の補償量をきめ、補償量データとして出力するものであ
る。また可変補償回路は、この補償量データの出力指示
によって映像信号にたいして補償演算を行うものである
。

上記第２項の手段による輪郭補償特性決定回路の中で、
画面位置やレンズパラメータによって変化する解像度特
性を予め記憶しておく手段は、撮像レンズや撮像素子等
の装置に固有にきまる解像度特性を記憶しておくもので
ある。入力情報に対応する解像度特性を得る手段は、こ
の装置固有にきまる解像度特性から撮影状態における画
面位置情報やレンズパラメータ情報に対応する解像度特
性を得てこの情報を出力する。補償特性をきめる手段は
、この解像度特性の情報から画面上で一様な高解像度を
得るよう補償する特性をきめる。強調周波数と補償量を
出力する手段は、このようにしてきめた補償特性を画面
上に持たせるために映像信号に与えるべき補償量データ
を出力するものである。

上記第３項の手段による輪郭補償特性決定回路は、装置
固有にきまる解像度特性から、撮影状態において起こり
得るような画面位置やレンズパラメータのいろいろの組
合せ条件に対する解像度特性対応の補償特性を予め記憶
しておくか、もしくはこれを演算して求め、この補償特
性から撮影状態の入力情報によって補償のための強調周
波数と補償量に関する所要の補償量データを出力するも
のである。

以上により例えば、画面周辺の解像度が著しく低下する
場合は周辺部における空間周波数対応の解像度特性を向
上させ補償量を増加させて高解像度にする。またレンズ
の絞りを開いたときに解像度が低下する場合はレンズを
絞った時と同じ解像度となるように解像度特性を改善し
て補償量を増加させる。

すなわち、本発明はレンズのパラメータ、画面の位置に
よって変わる解像度特性を一様な高解像度にするよう補
償特性を調整することを可能ならしめる。したがって本
発明によれば、常に一様で高解像度を有するテレビジョ
ン信号を得ることが可能となる。

なお、上記第３項の手段のものはＲＯＭメモリまたは演
算手段を用いることにより回路が簡易化される利点があ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の輪郭補償回路の一つの基本構成を示す
図である。本回路は輪郭補償特性決定回路１、補償特性
可変輪郭補償回路（ここでは単に可変補償回路という）
２から構成される。輪郭補償特性決定回路（単に補償特
性決定回路という）１は図示のように、画面位置情報や
レンズパラメータ情報の入力を得て、これらの情報に対
応して補償量をきめ補償量データを出力する。可変補償
回路はこの出力指示によって映像信号入力に対して補償
演算を行い高解像度の映像信号出力を得る。

第２図は本発明の輪郭補償回路のもう一つの基本構成を
示す図である。とくに輪郭補償特性決定回路１の中では
、撮像レンズや撮像素子等の装置によって固有にきまる
解像度特性を予め記憶しておく手段と、この固有の解像
度特性と入力されるレンズパラメータ情報（レンズ絞り
値Ｆ、焦点距離ｆ、被写体距離Ｌ）や画面の位置情報（
座標Ｘ、Ｙ）とから入力情報対応のレンズの解像度特性
を求める手段と、入力情報対応の解像度特性に応じた補
償特性を決定する手段と、その補償特性を画面上に持た
せるための強調周波数と補償量を出力する手段とを有し
ている。この出力は可変補償回路２に入力される。

第３図は本発明の輪郭補償回路の別のもう一つの基本構
成を示す図である。第２図のものとは補償特性決定回路
の内部構成と動作が異なる。すなわち第３図では、画面
位置やレンズパラメータのいろいろの組合せに対応する
補償特性を予め記憶しておきもしくは演算して求め、撮
影状態の入力情報に対応してこの補償特性から所要の強
調周波数、補償量を出力する手段に置き換わるものであ
る。第２図のものより回路が簡易化される利点がある。

第６図に上述の輪郭補償回路を用いたテレビカメラ装置
のブロック図を示す。まず、本カメラの構成について説
明し、その後動作を説明する。本カメラ装置は撮像レン
ズ１０、色分解プリズム２６゜撮像管１１．１２．１３
．増幅回路１４．１５．１６．可変補償回路１７．１８
．１９、補償特性決定回路２４、レンズパラメータ検出
回路２０、同期信号発生回路２２、画面位置検出回路２
３、およびプロセス回路２５から構成する。なお、本発
明の主旨とは直接関係のないカメラ回路については省略
しである。

撮像レンズ１０は被写体の光学像を色分解プリズム２Ｇ
を通じて撮像管１１、Ｉ２．１３に結像する。撮像管１
１は赤色光（Ｒ）、撮像管１２は緑色光（Ｇ）、撮像管
１３は青色光ＣＢ）の像を光電変換し、各々被写体の色
に応じた信号を出力する。上記のように得られた信号は
撮像レンズ１０、色分解プリズム２６、撮像管を通じた
ため高い空間周波数のＭＴＦは低下している。撮像管１
１．１２．１３の出力信号はそれぞれ増幅回路１４．１
５．１６により所定のレベルまで増幅し、その後、可変
補償回路１７．１８．１９に入力する。可変補償回路１
７．１８．１９はＭＴＦの低下した映像信号を補償し高
解像度を有する信号に変換する。この補償特性の決定方
法、補償方法については後述する。補償された映像信号
にはプロセス回路２５により例えばＮＴＳＣのカラー信
号処理がなされる。

次に補償特性の決定方法について説明する。第、６図の
テレビカメラ装置において、レンズパラメータ検出回路
２０はレンズのＦ値、焦点距離ｆ、被写体距離りを検出
する。この検出は例えばポテンショメータ、ロータリエ
ンコーダ等を用いて撮像レンズを構成する各レンズの位
置を検出することにより得られる。画面位置情報検出回
路２３は現在の走査位置を同期信号から検出する。走査
位置の検出には、例えば垂直同期信号でリセットされる
カウンタ、水平同期信号でリセットされるカウンタを用
いる。これらのカウンタにより水平同期信号の数、クロ
ックの数を計数することで走査位置のＸ、Ｙ座標が求め
られる。上記のように得たレンズパラメータ情報、画面
位置情報は補償特性決定回路２４に入力される。

補償特性決定回路２４は入力された情報（Ｆ、ｆ、Ｌ、
Ｘ、Ｙ）からレンズのＭＴＦ特性を求め、これを補償す
る信号を発生する。例えば水平方向のＭＴＦ特性が第７
図Ａの実線とすると、補償特性は第７図Ｂの点線のよう
にする。補償されたＭＴＦ特性は第７図Ｃの一点鎖線の
ようになる。なお補償後の特性を高域で下降特性として
いるのは映像信号として不必要な帯域の雑音の混入を防
止するためである。また第７図Ｃは補償特性の一例であ
り、人間の視覚特性にあわせて定めればさらによい。

第８図は第３図に対応する補償特性決定回路の構成例を
示した図である。レンズパラメータ情報（Ｆ、ｆ、Ｌ）
と画面位置情報（ｘ、ｙ）はＡ／Ｄ変換して補償特性決
定ＲＯＭに入力する。この補償特性決定ＲＯＭには、Ｆ
、ｆ、ＬおよびＸ。

Ｙに関するいろいろの組合せ条件に応じて予め補償特性
を計算し記憶しておき、撮影状態の入力情報の上記組合
せ条件に対応して補償特性を出力する。

第９図は第８図の変形を示す図である。第９図と第８図
の相違点は補間演算回路３９がある点であるにの構成で
は補償特性決定ＲＯＭに代表的な補償データを記憶して
おき、ＲＯＭの出力信号から補間演算により補償特性を
決定する。この構成によればＲＯＭ容量は代表的なデー
タの分だけでよく、メモリ量の節約が図れる。

第１Ｏ図に補償特性決定回路２４の他の実施例を示す。

同図は、第３図に対応する他の構成例を示した図である
。本回路と第８図、第９図との異なる点は補償特性決定
にＲＯＭを用いない点にある。

本回路ではレンズのパラメータ、画面位置によるＭＴＦ
特性を関数で近似し、これとは逆特性の関数により補償
信号を作る。

第１１図は可変補償回路の構成を示すブロック図である
。本回路は垂直輪郭補償回路５０、水平輪郭補償回路５
１からなら。垂直輪郭補償回路は水平走査期間の整数倍
だけ信号を遅延する回路（ｎＨ遅延回路と記す）　５２
．５３．加算回路５４．５７、反転回路５６１乗算回路
５５から構成する。水平輪郭補償回路５１の構成は基本
的に垂直輪郭補償回路５０と同じであり、ｎＨ遅延回路
の代わりに微少時間遅延回路６０．６１が用いである。

この微少時間遅延回路の遅延時間は後述する。

可変補償回路の動作を簡単に説明する。垂直、水平方向
とも動作原理は同じであるので、ここでは水平輪郭補償
回路５１の動作を取り上げる。第１２図に水平輪郭補償
回路を示した。なお第１１図と同一の符号を付けである
。水平輪郭補償回路５１への入力信号をｆ　（ｔ）とし
微少時間遅延回路の遅延時間をτとすると微少時間遅延
回路６０の出力信号はｆ　（ｔ−で）、微少時間遅延回
路６１の出力はｆ（し−２で）となる。この水平輪郭補
償回路５１では入力信号ｆ　（ｔ）と２で遅延した微少
時間遅延回路６１の信号ｆ　（ｔ−２で）を加算回路６
２で加算する。この加算回路６２の出力は ｆＤ）＋ｆＤ−２で）　　　　　・・・・・・（１）と
なる。この信号の振幅を乗算回路６３により１／２に減
じ、さらに反転回路６４により極性を反転する。この信
号と微少時間遅延回路６０の出力信号ｆ　（を−τ）を
加算回路６５により加え合わせる。

その結果、加算回路６５の出力信号Ｅｈは次のようにな
る。

以下余白 Ｅｈ＝ｆ　（を−τ）−二（ｆ　（ｔ）　＋ｆ　（ｔ−
２τ））・・・・・・　（２） ここで入力信号ｆ　（ｔ）を正弦波と考え、ｆ　　　（
ｔ）　　＝ｓｉｎ　ω　し　　　　　　　　　　　　　
　　　　　−＝　−（３）とおくと、補償信号の特性Ｅ
ｈは Ｅｈ＝ｓｉｎω（ｔ−τ）　−−（ｓｉｎωし＋ｓｉｎ
ω（ｔ−２ｒ）　）＝（１−ｃｏｓωτ）　Ｘ５ｉｎω
（ｔ−で）　　・・・・・・（４）というくし型特性に
なる。この補償信号にある係数ｋを乗じ、微少時間遅延
回路５９の出力信号ｆ　Ｄ）　＝ｓｉｎω（を−で）と
加算する。得られる信号ｆ’　（ｔ）は ｆ’（ｔ）　＝ｓｉｒ＋ω（ｔ−ｒ）　＋ｋ（１−ｃｏ
ｓωｖ）　Ｘ５ｉｎω（ｔ−ｔ）＝　　（１＋ｋ（１−
ＣＯ３（１１τ）　　）　　Ｘ５ｉｎω（ｔ−ｒ）・・
・・・・（５） となる。（５）式からｋを変化させることで輪郭補償量
を調節できることがわかる。また水平輪郭補償回路の周
波数特性Ｃ（τ）は Ｃ（τ）　＝１＋ｋ　（１−ｃｏｓωτ）であるので、
強調されるピーク周波数ω、は上式を微分し、極大点か
ら求めると、 ω、＝ｍπ／τ　　　（ｍ＝１．２．３・・・・・・）
となる。実際にはｍ＝１の周波数が強調周波数となる。

上述したようにｋとτを変化させることで種々の輪郭補
償特性が実現できる。第１３図に補償特性の一例を示す
。第１３図（Ａ）はｋを変化させた場合、第１３図（Ｂ
）は遅延時間τを変化させた場合の補償特性である。前
述した補償特性決定回路２４はレンズパラメータ、画面
位置に対応した補償量としてこのｋとτを出力する。

垂直輪郭補償回路５０では遅延時間が１水平走査期間、
あるいはその整数倍に限られるため、強調周波数が走査
線数で定まるという点を除けば上記水平輪郭補償回路５
１の動作と同じであることは言うまでもない。第１１図
に示したように、水平輪郭補償回路５１の出力信号は利
得ｋを乗じ、また垂直輪郭補償回路５０の出力信号は利
得に′を乗じて原信号に加算する。以上説明したように
輪郭補償回路の特性は遅延時間ｎＨ１およびτ、利得に
、およびに′により制御できる。これらのパラメータを
レンズ、撮像管のＭＴＦ特性に合わせて選ぶことで、２
次元の解像度補償が可能となる。第１１図においてｎＨ
遅延回路６８、微少時間遅延回路５９は原信号と補償信
号のタイミングを一致させる働きがある。この遅延時間
はｎＨ遅延回路５２と微少時間遅延回路６０の遅延時間
と同じにする。なお水平輪郭補償回路５１と垂直輪郭補
償回路５０の接続順序は逆であっても構わない。

第１４図は可変補償回路の他の実施例である。本回路で
は微少時間遅延回路７０．７１を通り２τの時間だけを
遅れた信号を（ＩＨ−２で）時間遅延回路７２に入力す
る。この信号を再び２τ期間の遅延を行う。次に上記と
同様に（ＩＨ−２τ）の遅延回路７５に入力する。さら
にこの出力も２で期間の遅延を行う。上記のように構成
した遅延回路の各出力は、それぞれ利得調整回路７８〜
８６により利得を調整し、−括して加算回路８７に入力
する。加算回路８７の出力端から解像度の補償された信
号を得る。上記の処理を画面上で考亭すると３×３のマ
スクを用いた空間コンボリューションフィルタリング処
理に他ならない。フィルタの係数、すなわち利得調整回
路７８〜８６の利得を制御することで解像度補償フィル
タが構成できる。第１５図は空間フィルタの一例を示し
た図である。第１５図（Ａ）は原信号をそのまま出力す
るフィルタ、（Ｂ）は高域を強調するフィルタの一例で
ある。レンズの中心や解像度の補償が必要のない領域で
は第１５図（Ａ）に示した係数を、また解像度補償が必
要な領域では第１５図（Ｂ）に示したような係数を用い
る。もちろん画面の位置、レンズのパラメータに応じて
フィルタの係数を適切に選ぶことで解像度の均一性が増
すことは言うまでもない。またフィルタのサイズは３×
３に限定されることなく、さらに大きなサイズであって
もかまわない。

本実施例ではレンズのパラメータとしてＦ値、焦点距離
ｆ、被写体距離り１位置情報としてＸ、Ｙを用いたが、
いくつか主要なパラメータだけを用いて輪郭補償を行っ
てもかまわない。また水平、垂直の両方向に補償を行う
程の効果は得られないが、水平または垂直のいずれか一
方のみの補償を行うことで回路が簡素にできる。

以上の実施例ではレンズによるＭＴＦの変化を補償する
方法を中心に説明してきた。しかし画面位置によるＭＴ
Ｆの変化はレンズ以外に撮像管でも発生することが知ら
れている。そこで撮像管のＭＴＦ特性を加味して輪郭補
償を行えばさらに優れた解像度特性が得られることは容
易に理解できる。また、撮像管式のカメラを中心に実施
例を説明したが１本輪郭補償回路は固体撮像素子を用い
たテレビカメラに適用できることは言うまでもない。さ
らに本補償方法はアナログ処理、ディジタル処理、いず
れの場合にも有効であることは明らかである。

なお、本発明の主旨の一つに画面位置に応じて補償特性
を調節し、画面内で均一な解像度を得ることがある。こ
の主旨は、例えばＣＲＴ　（陰極線放射表示管）などを
用いた表示装置の輪郭補償回路に当てはめることができ
る。ＣＲＴにおいて周辺部の解像度は中心部の解像度に
比へで低下することが知られている。画面位置に応じて
補償特性を調節すれば、全ての表示領域で解像度の優れ
た映像が得られることは容易に理解できる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によればレンズのパラメータ、画面位置が
変わっても−様なＭＴＦ特性が得られ、常に高解像度な
信号が得られるという優れた効果がある。

なお、本発明の輪郭補償特性決定回路の中で補償特性を
予め記憶しておくかもしくは演算して求める基本構成の
もの（第３図に示すもの）は、回路が簡易化される利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の輪郭補償回路の一つの基本構成を示す
図、第２図は本発明の輪郭補償回路のもう一つの基本構
成を示す図、第３図は本発明の１輪郭補償回路の別のも
う一つの基本構成を示す図。 第４図、第５図はレンズのＭＴＦ特性を示す図、第６図
は本輪郭補償回路を用いた３管カラーカメラのブロック
図、第７図は補償特性を示す図、第８図は補償特性決定
回路の構成例を示す図、第９図は第８図の変形を表す図
、第１０図は補償特性決定回路の他の実施例を示す図、
第１１図は可変補償回路の構成を示す図、第１２図は水
平輪郭補償回路の構成を示す図、第１３図は補償特性の
一例を示す図、第１４図は可変補償回路の他の実施例を
示す図、第１５図は輪郭補償用の空間フィルタの一例を
示す図である。 ［符号の説明〕 １．２４・・・軸郭補償特性決定回路 ２・・・可変補償回路　１０・・・撮像レンズ１１．１
２．１３・・・撮像管 １７．１８．１９・・・可変補償回路 ２０・・・レンズパラメータ検出回路 ２３・・・画面位置検出回路 ２５・・・プロセス回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、撮像レンズおよび撮像管または固体撮像素子により
   撮像された画面上の解像度低下を補償する輪郭補償回路
   において、画面位置によって、もしくはレンズ絞り値、
   焦点距離、被写体距離等のレンズパラメータによって補
   償特性を可変にする輪郭補償特性決定回路と、並びに該
   輪郭補償特性決定回路の出力により映像信号入力に対し
   て解像度補償演算を行い映像信号出力を得る可変補償回
   路とを備えたことを特徴とする輪郭補償回路。 ２、上記の補償特性を可変にする輪郭補償特性決定回路
   は、画面位置によって、もしくはレンズパラメータによ
   って変化する解像度特性を予め記憶しておく手段と、画
   面位置情報とレンズパラメータ情報の入力によって該入
   力情報に対応する解像度特性を得る手段と、該解像度特
   性から補償特性をきめる手段と、該補償特性を得るため
   の強調周波数と補償量を出力する手段とを有するもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の輪郭
   補償回路。 ３、上記の補償特性を可変にする輪郭補償特性決定回路
   は、解像度を補償するための補償特性を画面位置やレン
   ズパラメータの組合せ条件に対応し記憶もしくは演算し
   、画面位置情報とレンズパラメータ情報の入力によって
   補償のための強調周波数と補償量とを出力する手段を有
   するものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の輪郭補償回路。