JPH04432B2

JPH04432B2 -

Info

Publication number: JPH04432B2
Application number: JP57065754A
Authority: JP
Inventors: Fumio Nagumo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1992-01-07
Also published as: JPS58182377A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、コントラストの改善などに適用さ
れるビデオ信号の階調変換方法に関する。

この発明は、入力ビデオ信号の振幅分布を用い
てコントラストを自動的に良好とするものであ
る。一般的なコントラストの補正について第１図
を参照して説明する。

第１図Ａは、被写体の明るさＬ＝（ａ＋ｍ・
cosωt）を示し、この被写体がビデオカメラで撮
影されることによつて第１図Ｂに示す撮像出力
（ｘ＝１／２＋ｍ／2acosωt）が発生する。これは、ビデオカメラが第１図Ｃに示す特性の平均値方式の
自動絞り装置を有しているからである。この撮像
出力は、コントラスト不足のものであるため、第
１図Ｄに示す階調変換関数（ｙ＝∫＝（ｘ））によ
つて、交流成分がレベル調整され、第１図Ｅに示
すような変換後のビデオ信号が得られる。

このように、撮影場所にもや、フレアーがあつ
て黒が浮いている場合（コントラスト不足）を自
動的に補正することができる。また、家庭の照明
下で影の部分が多い（黒が沈む）場合又は逆光で
被写体が影になる（コントラスト過剰）の場合に
は、第１図Ｆに示す階調変換関数が用いられる。

第２図は撮像信号の振幅の度数分布（以下、単
に振幅分布という）から階調変換を説明するもの
で、同図において、φi（ｘ）（ｉ＝０、１、２）は
撮像信号の振幅分布を示す。第２図Ａに示す平担
な振幅分布φ₀（ｘ）を仮に適正照明時のものとす
ると、第２図Ｂに示す振幅分布φ₁（ｘ）がコント
ラスト不足の場合のもので、第２図Ｃに示す振幅
分布φ₂（ｘ）がコントラスト過剰の場合のもので
ある。階調補正の目標値を適正照明下の振幅分布
φ₀（ｘ）に求め、第２図Ｆ及び同図Ｇに示すよう
に、階調補正後の振幅分布をψ₁（ｘ）、ψ₂（ｘ）と
するとき、（ψ₁＝ψ₂＝φ₀）となる第２図Ｄ及び同
図Ｅに示す変換関数₁（ｘ）及び₂（ｘ）が求める
最適なものである。

この発明は、上述のように、撮像出力の振幅分
布をコントラストが適正なときの目標とする振幅
分布に変換しようとするものであつて、その場合
の変換を簡単に行ないうるようにしたものであ
る。この発明におけるひとつのプロセスである平
担分布への変換について説明する。

撮像信号の振幅軸を（０≦ｘ≦１）とし、変換
後の振幅軸ｙも同一範囲内におさめるものとす
る。また、撮像信号の振幅分布をφ（ｘ）、変換後
のものをψ（ｙ）、目標値をψd（ｙ）とする。ψ
（ｙ）＝ψd（ｙ）となるために必要な変換関数をｙ
＝（ｘ）とすると φ（ｘ）dx＝ψd（ｙ）dy ……(1) 但し ∫¹ ₀φ(x)dx＝∫¹ ₀ψ(x)dx ＝∫¹ ₀ψd（ｘ）dx＝１ ……(2) (1)式から、一般的に階調変換関数（ｘ）を求
めることは困難であるが、ψd（ｙ）＝１の場合に
は容易である。つまりｙ＝（ｘ）＝∫^x ₀φ（ｘ）dx ……(3) これをヒストグラムイコライゼーシヨンと呼ぶ
ことにする。第３図Ａ及び同図Ｂに夫々示す振幅
分布φ（ｘ）は、同図Ｃ及び同図Ｄに夫々示す階
調変換関数によつて平担分布に変換されることに
なる。

次に、第４図Ａに示す平担分布の振幅分布φ
（ｘ）を第４図Ｂに示す振幅分布ψd（ｙ）に変換
することを考える。ここで、ψd（ｙ）は、次式で
表わされるように、角形で近似されたものであ
る。

ψd（ｙ）＝di yi≦ｙ≦yi₊₁ ……(4) （ｉ＝０、１…ｍ）ただし _n 〓ⁱ⁼⁰ di（yi₊₁−yi）＝１ ……(5) また、 φ（ｘ）dx＝di・dy ……(6) したがつて、 dy＝di^-1・φ（ｘ）・ｄ（ｘ） ……(7) このとき階調変換関数（ｘ）は、第４図Ｃに
示され、次式で示すものとなる。

(x)＝di^-1∫^x _xiφ(x)dx ＋yi yi≦ｙ≦y_i+1 ……(8) テレビカメラの場合には、複雑な階調補正は必
要でなく、上述のように目標の振幅分布ψd（ｙ）
を粗い等間隔の角形に近似しても実用上充分であ
る。更に、撮像信号の振幅分布φ（ｘ）も同様に
角形に近似しても良い。

この発明は、このように撮像信号の振幅分布及
び目標の振幅分布を角形に近似し、前述のヒスト
グラムイコライゼーシヨンを用いることにより、
実用的な階調変換関数の導出法を提供するもので
ある。

（ψd＝１）の場合の変換関数の導出について
説明する。まず、撮像信号の振幅分布φ（ｘ）を
次のように近似する。但し、h_iは等間隔ヒストグ
ラムの度数である。

φ(x)＝hi xi≦ｘ≦x_i+1 ……(9) （ｘ）＝∫^x ₀φ（ｘ）dx ＝hi(x-xi)＋_i-1 〓^j=0 hj（x_j+1−xj） ……(10) 但し、 _n 〓^j=0 hj（x_j+1−xj）＝１ ……(11) 等区間の角形近似とすれば x_j+1−x_j＝１／ｍ、xj＝ｊ／ｍ ……(12) ∴(x)＝hi（ｘ−ｉ／ｍ）＋１／ｍ_i-1 〓^j=0 hj ……（13）但し、ｍはヒストグラムの階級数であり、hi
は、（14）式を満足する。

１／ｍ_n 〓^j=0 hj＝１ ……（14）次に、ψd（ｙ）に多少の自由度（ψd（ｙ）≠１）
を与えるための工夫について説明する。このと
き、（ｘ）を直接求めるのは、面倒であるから、
次の３個のステツプに分解する。

(1) 前述のように、撮像出力φ（ｘ）を第５図Ａ
に示すように角形近似し、これを平担分布とす
るための第５図Ｂに示す変換関数_E（ｘ）を
（13）式によつて求める。

(2) φ（ｕ）＝１の振幅分布を第５図Ｃに示すよう
な角形近似された目標の振幅分布ψd（ｙ）に変
換するための第５図Ｄに示す変換関数_D（ｕ）
を予め求めておく。

(3) 撮像出力φ（ｘ）をψd（ｙ）に変換するため
の変換関数（ｘ）はｙ＝(x)＝_D(u)＝_D（_E(x)）……（15）第５図Ｂ及び第５図Ｄに示す関数の積である
（ｘ）は、第５図Ｅに示すものとなる。

なお、_D（ｘ）は、(7)式にφ（ｘ）＝１を代入す
るか、(1)式にもどつてφ（ｘ）＝１を代入すること
で求められる。後者の場合、ｙからｘへの変換式
なら容易に求められｕ＝∫^y ₀ψd（ｙ）dy ……（16）となる。（16）式は、ψd（ｙ）が与えられた関数
であることから予め計算して、データテーブル化
しておくことができる。

上述のように、求められた変換関数（ｘ）は、
第５図Ｅからも明かなように折れ線関数であるか
ら、（ｘ）の導関数は不連続である。これの連
続性を増すために、（ｘ）を（17）式で示す関
数ｗ（ｘ）と重畳積分しても良い。

ｗ(x)＝1/2ａ−ａ≦ｘ≦ａ、０＜ａ≪１０上記以外 ……（17）第６図は、上述のこの発明の一実施例の構成を
示し、同図において、１で示す入力端子にビデオ
カメラからの撮像信号が供給され、Ａ／Ｄコンバ
ータ２によつて例えば１サンプル８ビツトのデイ
ジタルビデオ信号に変換される。

このデイジタルビデオ信号がアドレスセレクタ
３に供給される。また、デイジタルビデオ信号の
最上位ビツトM₁及び２番目の上位ビツトM₂がデ
コーダ４に供給される。デコーダ４は、（₁・
_２）、（₁・M₂）、（M₁・₂）、（M₁・M₂）の論理
式で表わされる４個の出力を発生し、この出力の
高レベルとなるものがカウンタ５，６，７，８の
夫々によつて計数される。したがつて、これらの
カウンタ５，６，７，８から４個の階級の夫々の
発生度数h₀、h₁、h₂、h₃を示すデータが発生し、
これがデータバス９に供給される。

１０は、アドレスバスを示し、このデータバス
９とアドレスバス１０とに関連してCPU１１，
ROM１２，RAM１３が設けられ、マイクロコ
ンピユータが構成されている。ROM１２には、
平担分布を目標の振幅分布に変換するための変換
関数_D（ｕ）が予めデータテーブル化されて拡納
されている。

また、１４はRAMを示し、このRAM１４の
リード動作、ライト動作のコントロール、アドレ
スセレクタ３及びデータセレクタ１５のコントロ
ールを行なうために、メモリーコントローラ１６
が設けられている。このメモリーコントローラ１
６は、CPU１１によつて制御されるものである。
データセレクタ１５は、RAM１４に対してデー
タバス９からデータ変換テーブルを供給し、ま
た、RAM１４からリードアウトされたデイジタ
ルビデオ信号を取り出すためのものである。

最初に、その撮影条件下の標準的なパターンの
画像を撮影し、所望のコントラスト補正を行なう
ための階調変換関数（ｘ）を求める。つまり、
このときの撮像信号の４個の階級の各々の発生度
数h₀〜h₃が検出され、また、ROM１２に拡納さ
れているデータ変換テーブルが読出され、この両
者のデータを用いることによつてCPU１１が階
調変換関数（ｘ）と対応するデータ変換テーブ
ルを形成する。このデータ変換テーブルがデータ
セレクタ１５を介してRAM１４に書込まれる。
このときには、アドレスバス１０からのアドレス
がアドレスセレクタ３を介してRAM１４に供給
される。

階調変換関数（ｘ）と対応するデータテーブ
ルがRAM１４に書込まれると、アドレスセレク
タ３は、Ａ／Ｄコンバータ２からのビデオデータ
を選択する状態となり、データセレクタ１５は、
RAM１４から読出されたデータを出力する状態
となり、所望の階調変換がなされたデイジタルビ
デオ信号を得ることができる。また、撮像信号の
振幅分布φ（ｘ）が撮影条件の変化などによつて
大幅に変わるときには、改めてデータ変換テーブ
ルが作成され、これがRAM１４に書込まれる。

上述の実施例の説明から理解されるように、こ
の発明に依れば、所望の階調変換を簡単な構成で
行なうことができ、実用的な階調変換方法を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は階調変換の説明に用いる略線図、第２
図、第３図、第４図は振幅分布を用いた階調変換
方法の説明に用いる略線図、第５図はこの発明に
よる階調変換方法の説明に用いる略線図、第６図
はこの発明が適用された階調変換装置の一例のブ
ロツク図である。１……入力端子、３……アドレスセレクタ、１
３，１４……RAM、１５……データセレクタ。

Claims

【特許請求の範囲】１ビデオ信号の振幅を等分してなるｍ個の階級
の夫々の発生度数h_iを計算し、この発生度数h_iに
基づき、次式で表わされる階調変換を行なうこと
を特徴とするビデオ信号の階調変換方法。 _E(x)＝h_i（ｘ−ｉ／ｍ）＋１／ｍ_i-1 〓^j=0 h_j ｙ＝_D（_E（ｘ））但し、ｙは変換後のビデオ信号の振幅、_E（ｘ）
は上記ビデオ信号の度数分布を平担分布に変換す
る特性であつて、_D（ｕ）は上記平担分布を目標
分夫ψd（ｙ）に変換する特性である。２変換関数_D（ｕ）を予め演算してメモリに格
納しておくことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のビデオ信号の階調変換方法。３変換関数の連続性を増すために、_D（_E（ｘ））
に対して所定の関数を重畳積分することを特徴と
する特許請求の範囲第１項又は第２項記載のビデ
オ信号の階調変換方法。