JPH0690380A - ディジタルニー伸長回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ニー伸長特性を固定式にすることにより、メモ
リの規模及び動作時間を縮小し、さらに高精度にニーレ
ベルとニー伸長レベルを一致させることを目的とする。 【構成】固体撮像素子からの信号をニー回路で圧縮し、
その圧縮画像信号にニー参照パルスを付随したアナログ
画像信号に対し、ＡＤ変換後ブランキング中に発生する
ニー参照パルス波高値データを読み込むデータラッチ
と、ニー伸長基準レベルデータを記録したＲＯＭ等のメ
モリーを使用したデータテーブルと、データラッチに記
録されたニー参照パルス波高値レベルと基準レベルとの
差分をとる減算器と、ニーパルス以降の画像信号にその
差分を加算する加算器と、データテーブルによりニー伸
長した後、オフセット分を補正するための減算器とを備
えたディジタルニー伸長回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ディジタル信号処理装置を備えた
撮像装置において、ディジタルオートフォーカス回路の
誤動作を防ぐために定格値の１〜３倍ほどしかない画像
信号処理用のＡＤ変換器のダイナミックレンジを拡大す
ることを目的としている。本発明は、その目的を達成す
るために、アナログニー回路によりニーレベル以上が圧
縮された画像信号を、ＡＤ変換後、データテーブルを使
用したディジタルニー伸長回路によりディジタル的に伸
長するものであり、ディジタルニー伸長回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】デイジタル信号処理方式の撮像装置で使
用可能なＡＤ変換器は８〜１０ビット程度であるため、
このダイナミックレンジは定格の１〜３倍程度にしかな
らない。一方、固体撮像素子は、その飽和値が定格の約
３倍程度となるような条件で用いられるのが普通である
から、ＡＤ変換器が固体撮像素子よりも先に飽和してし
まう可能性が高くなる。

【０００３】ディジタルカメラのディジタル機能の一つ
であるディジタルオートフォーカスは画像信号高周波成
分を使用して機能する。ＡＤ変換器が固体撮像素子より
も早く飽和したり、ＡＤ変換器以前のオートゲインコン
トロール（ＡＧＣ）等により信号を増幅しＡＤ変換器の
飽和レベルに達すると、信号成分にエッジを生じ、オー
トフォーカス回路を誤動作させる原因になる。従って、
この様な問題の発生を避けるためにＡＤ変換する以前に
ニー回路によりニーレベル以上の信号を圧縮し、ＡＤ変
換後、ディジタルニー伸長回路により、伸長を行い、実
行的なダイナミックレンジを拡大するという方法が従来
からある。

【０００４】このようにニーとニー伸長を組み合わせた
信号処理システムでは、ニーレベルとニー伸長レベルが
正確に一致していることが重要である。これが一致しな
いと画面に色の付いた波紋が発生する。実験によると、
圧縮率１／２（ニーレベル以上の直流特性の傾き）でレ
ベルのずれを１％以内にする必要があることがわかっ
た。

【０００５】上記の要求に応える従来技術として特開平
１−２１８１７７号公報に示すものがある。この技術は
ニー特性とは逆関数の関係を持つニー伸長特性をＲＯＭ
等のメモリーに書き込み、フィードバック制御によりニ
ー伸長レベルを変化させることで、ニーレベルとニー伸
長レベルを一致させている。ニー伸長レベルを変化させ
るときには、それに相応したニー伸長特性を数種類ＲＯ
Ｍ等のメモリーに焼き込んでおき、テーブルデータを変
えることにより制御を行う。これはニーレベルを固定し
た場合であり、ニーレベルを設定する場合には、テーブ
ル中のニー伸長レベルに相当したレベルをディジタル／
アナログ（ＤＡ）変換し、アナログ側に伝える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
ニーレベルとニー伸長レベルを一致させる制御を行うた
めに、ニー伸長特性を可変にする方法をとっている。従
って、特にニー伸長がＲＯＭ等を用いたルックアップテ
ーブル方式の場合、ニー伸長レベルを細かく設定する必
要があり、設定分のニー伸長データを記憶するため、Ｒ
ＯＭ容量値が多くなり集積化が困難になる可能性があ
る。ＲＡＭの場合にはニー特性を変化する度にデータの
書き換えを必要とし動作スピードを遅くする。また、問
題点として、ニーレベルとニー伸長レベルが一致しない
と、画面上には色ずれを伴った波紋として現われ、この
波紋はニーによる圧縮が大きくなるとさらに発生しやす
くなる傾向を持つ。従って、本発明の目的はニー伸長特
性を固定式とし容量値を小さく抑えるとともに、高精度
にニーレベルとニー伸長レベルを一致させるニー伸長回
路を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、アナログ画像信号を圧縮するニー回路
でニーレベル以上を圧縮した画像信号を、ブランキング
期間中の画像信号中に発生する圧縮レベルを示すニー参
照パルスと共にＡＤ変換し、ディジタル変換後、ニー参
照パルス波高値データを、第１のデータラッチに一時的
に保存し、この保存されたデータと、基準レベルデータ
の差分を減算器により求め、その差分をニー参照パルス
に続く画像信号に加算器により加算し、基準レベルに対
する伸長データを記録したデータテーブルにより、その
データの伸長を行い、前に求められた差分を減じてオフ
セット分を合わせ、ニー伸長を行う。

【０００８】また、定格値の数倍ものダイナミックレン
ジを必要とするディジタルオートフォーカス機能の要求
に応えるため、この機能をニー伸長回路の直後に配し、
伸長されたデータを処理する。ディジタル画像信号処理
装置（ＤＳＰ）では、このオートフォーカス機能ほどダ
イナミックレンジを必要とせず、むしろ定格値の２〜３
倍程度の線形信号部分のみ必要とするため、ニー伸長後
のデータに対しリミッタをかける。

【０００９】

【作用】ＡＤ変換器のダイナミックレンジを拡大するた
めに、アナログ回路中でニーレベル以上の画像信号を圧
縮し、ブランキング期間中に画像信号上にニー参照パル
スを発生し、画像信号と共にＡＤ変換を行う。その後、
ディジタルニー伸長回路にそれらのデータを伝える。ニ
ー伸長回路では、ブランキング中に発生したニー参照パ
ルス波高値データを、ニー参照パルスに同期したパルス
をクロックとしてラッチ等で読み込み、１フィールド間
のニー参照パルス波高値データを記録する。その記録デ
ータと基準レベルデータとの差分を減算器により求め、
ニー参照パルス以降に続く画像信号にその差分を加算す
る。信号のニー参照パルス波高値とテーブル中のニー伸
長レベルとを合わせた後、テーブルに従って、ニー伸長
を行う。伸長を行った後は、先の差分である加算分をニ
ー伸長後の画像信号から減算しオフセット分を補正す
る。

【００１０】上記ニー伸長回路を用いる一例として、Ａ
Ｄ変換器のダイナミックレンジを定格値の数倍に拡大す
るために、固体撮像素子からの信号を前処理後にニーレ
ベル以上を圧縮し、ニー圧縮後にＡＤ変換し、ニー伸長
回路で線形信号に変換する。この伸長された信号は固体
撮像素子の飽和信号を必要とするオートフォーカス回路
に送られ処理される。画像信号処理では線形性を保つ定
格値の２〜３倍程度の信号があれば良いため、リミッタ
で比較的大きな信号振幅に見られる非線形部を削除す
る。

【００１１】

【実施例】図１にニー伸長回路の実施例を示す。１はＡ
Ｄ変換器、２は加算器、３はＲＯＭ等のメモリーを使用
したデータテーブル、４は第２の減算器、５は第１の減
算器、６は基準レベルデータが入っているラッチ、７は
第１のデータラッチ、８は第２のデータラッチである。

【００１２】ＡＤ変換器１によりニー参照パルスを伴っ
た画像信号をＡＤ変換する。ニー参照パルス波高値デー
タをデータラッチ７により一時的に保存する。データテ
ーブル３内に記憶されているニー伸長データの基準レベ
ル６と、入力されてくる画像データのニー参照レベル波
高値とを合わせるために、現フィールドのニーレベルを
表すデータラッチ７に保存されているニー参照パルス波
高値データと、データテーブル３のニー伸長レベルであ
る基準レベルデータを減算器５を用いることにより差分
を求め、その差分をニー参照パルスに続く画像信号デー
タに加算器２を用いて加算する。データテーブル３によ
りニー伸長後、オフセット分を補正するために、減算器
５で求められた値を減算器４を用いて減算する。以上の
動作により、フィードバック制御することなしに高精度
なニー伸長を行う。

【００１３】また、ニー参照パルス波高値データを確実
にホールドするために、第１のデータラッチ７のクロッ
ク幅をニー参照パルス幅より狭くする。同期信号発生器
より発生しているＶＤパルスはニー参照パルスと位相が
揃っているため、これを使用しＶＤパルスをセンサーク
ロックで第２のデータラッチ８に読み込み、出力を第１
のデータラッチ７のクロックとする。第１のデータラッ
チ７に入力されたクロックのパルス幅は、第２のデータ
ラッチ８によりニー参照パルス幅より狭くなっている。
従って、確実に第１のデータラッチ７で、ニーパルスの
ディジタルデータを読むことができる。さらに、ニーパ
ルスの間に複数のデータを取り込む場合、そのデータを
平均化することにより雑音による影響を少なくすること
も可能である。

【００１４】また、ニーレベルとニー参照レベル波高値
が一致しない場合、画面にはずれに伴う色波紋が発生す
る。この波紋は基準値６を微調整することによりずれを
一致させ波紋を除くことができる。この微調整に関して
は生産過程に行なうことを想定しているが、例えば、自
動制御においては画像信号のニーレベルの色を検出し、
ニーレベル付近の色と比較することにより基準値にフィ
ードバックし微調整を行なうことができる。

【００１５】図２では、本発明の応用の一例を示す。９
は固体撮像素子、１０は前処理、１１はニー回路、１２
はニー参照パルス発生回路、１３は固定利得増幅器、１
４はＡＤ変換器、１５はディジタルニー伸長回路、１６
はリミッタ、１７はＤＳＰ（ディジタル信号処理装
置），１８はディジタルオートフォーカス回路である。
ディジタルオートフォーカス回路１８は誤動作を防ぐた
めに固体撮像素子９の信号飽和値を必要とするが、飽和
値付近は非線形特性を示し色の再現性に劣る可能性が大
きく、ＤＳＰ１７に入力する前に、この非線形部分をカ
ットする必要がある。従って、ＤＳＰ１７の直前にリミ
ッタ１６を配置する。例えば、ニー圧縮率を１／２とし
た場合、９、１０ビットＡＤ変換器では、定格２５６、
３８２とした状態で、ニー圧縮／ニー伸長無しでダイナ
ミックレンジは定格値の２〜３倍、ニー圧縮／ニー伸長
有りでダイナミックレンジは定格値の３〜５倍にでき
る。前述のように、センサーの飽和とＡＧＣ等による増
幅を考慮すると定格レベルの数倍のダイナミックレンジ
が必要であるから、１０ビットＡＤ変換器にニー圧縮／
ニー伸長を使用した状態で、ディジタルオートフォーカ
ス機能の誤動作を防ぐことができる。さらには、リミッ
タを使用し比較的大きな信号振幅成分をカットして定格
値の２〜３倍程度の信号を処理することにより色再現性
を良くすることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上、本発明はディジタルカメラに搭載
された場合、アナログニーによりニーレベル以上のデー
タを圧縮し、ＡＤ変換器のダイナミックレンジを拡大す
る。ディジタル変換後ディジタルニー伸長回路により圧
縮されたデータを伸長する。

【００１７】また、本発明のニー伸長回路は、ニー伸長
データを変えることなしに、精密に伸長を行なうことが
でき、特にＲＯＭを使用したルックアップテーブル方式
のニー伸長の場合、ＲＯＭ容量を最小限とすることがで
きる。

【００１８】本構成により、ニー回路を用いて、ＡＤ変
換器の動作レンジをセンサー飽和レベルまで拡大し、例
えば、飽和信号を必要とするようなディジタルオートフ
ォーカス処理に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ニー伸長回路ブロックの一例を示す図である。

【図２】本発明の応用の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…ＡＤ変換器、 ２…加算器、 ３…ＲＯＭ等のメモリーを使用したデータテーブル、 ４…第２の減算器、 ５…第１の減算器、 ６…基準レベルデータ、 ７…第１のデータラッチ、 ８…第２のデータラッチ、 ９…固体撮像素子、 １０…固体撮像素子から信号を処理する前処理、 １１…ニー回路、 １２…ニー参照パルス発生回路、 １３…増幅器、 １４…ＡＤ変換器、 １５…ディジタルニー伸長回路、 １６…リミッタ、１７…ＤＳＰ（ディジタル信号処理装
置）、 １８…ディジタルオートフォーカス機能。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アナログ画像信号波形の所定電圧（ニーレ
   ベル）以上がニー圧縮され、かつ、該ニーレベルに関連
   した波高値を有するニー参照パルスをブランキング期間
   中に含むニー圧縮画像信号を入力信号とし；該入力信号
   をアナログ／ディジタル変換するＡＤ変換器と；該ＡＤ
   変換器の出力信号中の前記ニー参照パルス波高値データ
   を一時保持するデータラッチと；該データラッチに一時
   保持されたニー参照パルス波高値データと、基準値レベ
   ルとの差を求める第１の減算器と；該第１の減算器によ
   り求められた差分をニー参照パルスに続く画像信号に加
   算する加算器と；該加算器からの出力信号の、基準値レ
   ベル以上を伸長（ニー伸長）するデータテーブルと；該
   データテーブルの出力データから、該第１の減算器の出
   力データを減じオフセット分を補正する第２の減算器
   と；を備えることを特徴とした、ディジタルニー伸長回
   路。
2. 【請求項２】固体撮像素子からの信号をニーレベル以上
   で圧縮するニーレベル設定が可変なニー回路と；ブラン
   キング期間中にニーレベルに相当したレベルのパルスを
   発生するニーパルス発生回路と；ＡＤ変換器と；ディジ
   タル変換後圧縮信号を伸長するニー伸長回路と；リミッ
   タと；ディジタルオートフォーカス機能を備え；ニー回
   路により信号を圧縮し、ＡＤ変換後、ニー伸長回路でデ
   ータを伸長し、ディジタルフォーカス機能では伸長され
   たデータを使用し、画像信号処理装置ではデータにリミ
   ッタをかけ、線形信号データを使用することを特徴とす
   るディジタル撮像装置。