JPH05268498A - 画像信号増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コントラスト強調や画像解析のために入力画像
信号の濃度レベルを変換して表示させる濃度分布の補正
に用いる画像信号増幅器に関し、アナログ処理によりデ
ィジタル処理のような画像の劣化を生ずることなく高速
に濃度分布を補正した画像信号を得ることを目的とす
る。 【構成】１つ前の入力画面の画像信号から検出した濃度
分布に基づいて補正量、具体的には変換関数から増幅度
を求め、この増幅度と入力画像信号を複数の濃度レベル
の各々に対応したリミッタレベルをもつリミッタを通し
て得られたリミッタ出力信号を複数の濃度レベル毎に各
々乗算し、最終的に乗算結果の総和として濃度分布を補
正した画像信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コントラスト強調や画
像解析のために入力画像信号の濃度レベルを変換して表
示させる濃度分布の補正に用いる画像信号増幅器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に画像データ全画素の濃度分布を濃
度別のひん度で表わしたグラフを濃度ヒストグラムとい
い、このヒストグラムから画像データがどのような濃度
の分布をしているかを調べることができる。ビデオカメ
ラ等から得られた画像データを、ＣＲＴなどのダイナミ
ックレンジの決まっている表示装置に表示するとき、原
画像のもつ濃度が一部分に集中している場合、即ち、図
３（ａ）のようなヒストグラムを持つ場合、表示された
画像はコントラスト成分が小さいためにほとんど階調を
もっていないように見える。

【０００３】この図３（ａ）のようなヒストグラムをも
つ画像に、図３（ｂ）で示すような線形変換を行えば、
図３（ｃ）のようにヒストグラムの値が全濃度に分布
し、コントラストが明瞭になる。また、図４（ａ）のヒ
ストグラムのようにある濃度付近に画素が集中し、しか
もその濃度付近に対象物があって、そこをよりよく解析
したい場合、その部分のみ多く階調を与え、他の部分を
圧縮する例えば図４（ｂ）で示すような変換を行えば、
図４（ｃ）のように対象物を強調することができる。

【０００４】更に認識したい対象物の情報が未知の場合
に画像の強調を行う方法として、ヒストグラムの一様化
がある。この方法は図５（ａ）のような濃度ヒストグラ
ムが図５（ｂ）で示すように平坦となるように濃度変換
されるものである。即ち、画素の少ない濃度を圧縮する
時によってダイナミックレンジを狭め、画素の集中して
いる濃度付近を拡大することによって、この部分のコン
トセラスト成分を大きくする。

【０００５】このような画像信号のコントラスト強調や
画像解析のために行う画像信号の濃度分布の補正は、一
般的にはディジタル的な画像処理により実現することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３、
図４および図５に示したような濃度分布の変換をディジ
タル処理によってそのまま実現しようとすると、図６、
図７および図８に示すように、階調レベルを拡大した部
分の濃度付近に画素の存在しない濃度が現われる。この
画素の存在しない濃度の間隔が広くなると、偽輪郭が現
われたりして画像の劣化が目に見えてわかるようにな
る。

【０００７】画素の存在しない濃度をなくすためには、
乱数を用いたり、周辺の画素の濃度を参考にして、各々
の画素の濃度を決めてやらなければならず、処理がきわ
めて煩雑となり、処理にも時間がかかるという問題があ
った。本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、アナログ処理によりディジタル処理のよう
な画像の劣化を生ずることなく高速に濃度分布を補正し
た画像信号を得ることのできる画像信号増幅器を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の画像信号増幅器にあっては、１画面分の入力画
像信号の濃度分布を予め検出する濃度分布検出手段と、
濃度分布検出手段で検出した濃度分布に基づいて複数の
濃度レベル毎の補正量を算出する補正量算出手段と、複
数の濃度レベルの各々に対応したリミッタレベルをもち
時系列で入力する画像信号を振幅制限して各リミッタレ
ベル毎にリミッタ出力を生ずる複数のリミッタ手段と、
補正量算出手段で算出された補正量とリミッタ手段のリ
ミッタ出力とを複数の濃度レベル毎に各々の乗算する複
数の乗算手段と、複数の乗算手段の出力を加算して濃度
分布を補正した画像信号を出力する加算手段とを設けた
ことを特徴とする。

【０００９】また濃度分布検出手段は、時系列的に入力
する画画像信号につき１つ前の画面の画像信号から検出
した濃度分布を次の画面の濃度分布として出力するよう
にする。

【００１０】

【作用】このような構成を備えた本発明の画像信号増幅
器によれば次の作用が得られる。まず従来のディジタル
処理のような画像の劣化もなく濃度分布を補正した画像
を得るためには、アナログ処理により画像データを量子
化する以前に濃度変換を行えばよい。このアナログ処理
により濃度変換するためには、予め処理しようとする画
像の情報が必要となるので、量子化する以前に濃度変換
を行うことは無理である。

【００１１】しかしながら、実時間処理を行う場合で
は、前後の画像データは互いに似ているので、１つ前の
画像データから得た濃度ヒストグラムを用いて濃度変換
を行えば可能である。また濃度分布の補正は、いずれも
濃度ヒストグラムから変換関数を作成し、濃度変換を行
っているので、変換関数のとおり増幅する非線形増幅器
が構成できればよいわけである。

【００１２】本発明では変換関数を濃度方向に細分化し
て折れ線近似とすることで非常線形増幅器による濃度変
換を実時間処理により実現することができる。即ち、１
つ前の入力画面の画像信号から検出した濃度分布に基づ
いて補正量、具体的には変換関数から増幅度を求め、こ
の増幅度と入力画像信号を複数の濃度レベルの各々に対
応したリミッタレベルをもつリミッッタを通して得られ
たリミッタ出力信号を複数の濃度レベル毎に各々乗算
し、最終的に乗算結果の総和として濃度分布を補正した
画像信号を得るものである。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示した実施例構成
図である。図１において、まず１つ前の画面の画像デー
タから濃度ヒストグラムを求めて濃度ヒストグラムの変
換係数を作成するため、ＡＤコンバータ１０、メモリ１
２及びＣＰＵ１４が設けられる。

【００１４】ＣＰＵ１４にはプログラム制御によりメモ
リ１２に格納された１画面分の入力画像信号の濃度分布
を予め検出する濃度分布検出手段２４としての機能と、
濃度分布検出手段で検出した濃度分布に基づいて複数の
濃度レベル毎の補正量、具体的には濃度ヒストグラムの
変換関数から得られた増幅度を算出する補正量算出手段
２６としての機能が実現される。

【００１５】即ち、ＡＤコンバータ１０は入力端子１か
らの１画面分の画像信号を所定のサンプリング周期でｎ
ビットの画素データでなるディジタル信号に変換し、メ
モリ１２に蓄える。ＣＰＵ１４はメモリ１２に蓄えられ
た画像データから濃度ヒストグラムを作成し、変換関数
ｇ（ｋ）を求める。ここで、ｋは濃度であり、ｋ＝０，
１，２，・・・２ⁿ −１となる。即ち、この濃度ｋは入
力信号の階調レベルを示している。

【００１６】この濃度ヒストグラムから作成される変換
関数ｇ（ｋ）は次式で定義される。

【００１７】

【数１】

【００１８】この式で算出される変換関数ｇ（ｋ）は、
濃度ｋ＝０，１，２・・・２ⁿ −１毎の離散した値であ
り、本発明にあっては、これらの値を結ぶことで変換関
数ｇ（ｋ）を折れ線近似する。続いてＣＰＵ１４は濃度
ヒストグラムから求めた変換関数ｇ（ｋ）の折れ線近似
に基づき、各濃度ｋ毎の増幅度Ａ（ｄ）を算出する。但
し、ｄはｄ＝１，２，・・・ｎとなる。

【００１９】このＣＰＵ１４による濃度ヒストグラムか
らの変換関数ｇ（ｋ）の算出及び増幅度Ａ（ｄ）の算出
を図２を参照して具体的に説明すると次のようになる。
図２（ａ）は濃度ｋをｋ＝１〜１０の１０段階に分けて
図示のように各濃度の画素データが分布したときの簡単
な例を示す。この図２（ａ）の濃度ヒストグラムに基づ
いて、前記（１）式より変換関数ｇ（ｋ）、即ち出力濃
度ｇ（ｋ）を求めると、図２（ｂ）に示すようになる。
尚、図２（ｂ）にあっては、入力濃度ｋ及び算出された
出力濃度ｇ（ｋ）の正規化濃度を併せて示している。

【００２０】この図２（ｂ）に示すように、濃度ヒスト
グラムから求めた変換関数ｇ（ｋ）の折れ線近似が得ら
れたならば、入力濃度ｋ＝１〜１０のそれぞれにおける
増幅度Ａ１〜Ａ１０を算出する。この増幅度Ａ１〜Ａ１
０は出力濃度ｇ（ｋ）を入力濃度ｋで割ることで求める
ことができる。以上のようにしてＣＰＵ１４で求められ
た濃度ｋ毎の増幅度Ａ（ｄ）は、非線形増幅器側に設け
られたＤＡコンバータ１８のそれぞれに与えられてい
る。

【００２１】ＣＰＵ１４で算出された濃度ヒストグラム
に応じた変換を行うための補正量、即ち増幅度を用いた
非線形増幅を行うため、濃度方向での信号レベルの細分
化に対応して複数のリミッタ１６が設けられる。この実
施例では、説明を簡単にするため、濃度方向に１６段階
に細分化してリミッタ１６を設けた場合を例にとってい
る。

【００２２】リミッタ１６には濃度上限を与えるリファ
レンス電圧Ｖｒ１と濃度下限を与えるリファレンス電圧
Ｖｒ２によって作り出されるリミッタレベルＬＭ０〜Ｌ
Ｍ１５の設定が行われている。リミッタ１６のそれぞれ
は各リミッタレベルＬＭ０〜ＬＭ１５で振幅制限された
入力端子１からの画像信号を出力する。リミッタ１６及
びＤＡコンバータ１８に続いては乗算回路２０が対応し
て設けられる。各乗算回路２０はＤＡコンバータ１８で
アナログ信号に変換された増幅度とリミッタ１６で制限
された画像信号とを掛け合わせる。

【００２３】乗算回路２０の出力信号は最終的に加算回
路２２に与えられ、全ての乗算回路２０の出力信号の加
算が行われ、この加算回路２２の出力が濃度ヒストグラ
ムから算出された変換関数の折れ線近似に従って非線形
増幅された画像信号となる。ここで、図２（ａ）に示す
濃度ヒストグラムから図２（ｂ）に示す変換関数ｇ
（ｋ）の折れ線近似に従った増幅度Ａ１〜Ａ１０がＣＰ
Ｕ１４で求められ、次の画面の画像信号の処理の際にＡ
Ｄコンバータ１８のそれぞれにセットされたとすると、
入力端子１からの画像信号に対するリミッタ１６、ＤＡ
コンバータ１８、乗算回路２０及び加算回路２２でなる
非線形増幅器の入出力特性は図２（ｃ）に示す非線形特
性となる。

【００２４】この非線形特性の意味するところは、画素
の少ない入力濃度（入力信号）については出力濃度（出
力信号）を圧縮して分解能を下げ、一方、画素の多い入
力濃度（入力信号）の部分については出力濃度（出力信
号）の幅を広げて分解能を高めることを意味する。次
に、図１の実施例の具体例として、入力画像信号がＮＴ
ＳＣ信号であるときの処理動作を説明すると次のように
なる。

【００２５】まず、ＮＴＳＣ信号の第１フィールドの画
像信号をＡＤコンバータ１０でディジタル信号に変換し
てメモリ１２に蓄える。続いて第２フィールドの期間中
にＣＰＵ１４においてメモリ１２から濃度ヒストグラム
を作成して変換関数ｇ（ｋ）を求め、更に変換関数ｇ
（ｋ）からＤＡコンバータ１８に与える増幅度Ａ（ｄ）
を算出する。

【００２６】続いて第２フィールドから再び第１フィー
ルドに切り換わるときの垂直同期信号に同期させて、全
てのＤＡコンバータの増幅度データを新たに算出したデ
ータに更新する。このような処理によって実時間での濃
度変換を実現することができる。尚、図１の実施例にお
いて、リミッタ１６に与えるリファレンス電圧Ｖｒ１，
Ｖｒ２を垂直同期信号あるいは水平同期信号に同期して
変化させることにより、撮像感に起因して生じた感度む
らを除去するためのシェーディング補正を同時に行うこ
とが可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、従来のディジタル処理のような画像の劣化を生ずる
ことなく画像信号に濃度分布に従った非線形補正を施し
た画像信号を高速に得ることができ、画素の集中する濃
度部分における階調分解能を高めることでコントラスト
を強調して認識したい対象物の画像解析を適切に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示した実施例構成図

【図２】本発明による濃度ヒストグラムの検出、変換関
数及び増幅度の算出および非線形増幅特性の一例を示し
た説明図

【図３】一部分に濃度が集中した場合の濃度ヒストグラ
ムとその濃度分布の線形変換を示した説明図

【図４】濃度ヒストグラムの濃度が集中した部分に認識
したい対象物がある場合の濃度分布の変換を示した説明
図

【図５】認識したい対象物が未知の場合に濃度ヒストグ
ラムを平坦になるように変換する説明図

【図６】図３をそのままディジタル処理で実現した場合
の説明図

【図７】図４をそのままディジタル処理で実現した場合
の説明図

【図８】図５をそのままディジタル処理で実現した場合
の説明図

【符号の説明】

１：入力端子 ２：出力端子 １０：ＡＤコンバータ １２：メモリ １４：ＣＰＵ １６：リミッタ １８：ＤＡコンバータ ２０：乗算回路 ２２：加算回路 ２４：濃度分布検出手段 ２６：補正量算出手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１画面分の入力画像信号の濃度分布を予め
   検出する濃度分布検出手段と、 該濃度分布検出手段で検出した濃度分布に基づいて複数
   の濃度レベル毎の補正量を算出する補正量算出手段と、 前記複数の濃度レベルの各々に対応したリミッタレベル
   をもち時系列で入力する画像信号を振幅制限して各リミ
   ッタレベル毎にリミッタ出力を生ずる複数のリミッタ手
   段と、 前記補正量算出手段で算出された補正量と前記リミッタ
   手段のリミッタ出力とを複数の濃度レベル毎に各々の乗
   算する複数の乗算手段と、 該複数の乗算手段の出力を加算して濃度分布を補正した
   画像信号を出力する加算手段と、 を備えたことを特徴とする画像信号増幅器。
2. 【請求項２】請求項１記載の画像信号増幅器に於いて、 前記濃度分布検出手段は、時系列的に入力する画画像信
   号につき１つ前の画面の画像信号から検出した濃度分布
   を次の画面の濃度分布として出力することを特徴とする
   画像信号増幅器。