JPH0696202A

JPH0696202A - 画像信号処理装置

Info

Publication number: JPH0696202A
Application number: JP4247429A
Authority: JP
Inventors: Toru Wada; 徹和田; Shinzou Matsui; 紳造松井
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明にあっては、１画像内での画像のエッ
ジのデータに対応するフィルタ特性の急激な変化を防ぐ
ため、各画素に対応するフィルタ特性値の近傍の値に基
いて新たなフィルタ特性値を算出し、これを用いること
を特徴とする。【構成】この画像信号処理装置のエッジ検出回路３８
は、ラプラシアン回路４５及び絶対値回路（ＡＢＳ）４
６で構成される。ラプラシアン回路４５は、ログアンプ
出力ｌｏｇＹに対して二次元のラプラシアン変換を施
す。ＡＢＳ４６は、このラプラシアン回路４５の通過信
号の絶対値をとってエッジ信号を出力する。特性選択回
路３９は、上記エッジ信号の値を、フィルタ特性を表す
局所平均幅Ｗに変換し、更にその値を元にして周囲のＷ
の値を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、照明むら等を抑制す
る画像処理を行う画像信号処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般のＣＲＴモニタに於いて、表示可能
なダイナミックレンジは４６ｄＢ程度である。したがっ
て、これより広いダイナミックレンジを有する画像、つ
まり明暗の差の大きな画像を表示しようとしても、その
画像の明るいところと暗いところを同時に表示すること
はできない。

【０００３】例えば、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて
光電変換した電気的な画像信号をＣＲＴモニタに表示す
る電子式の内視鏡（以下電子スコープと記す）による画
像では、照明が点光源に近いために距離の差は大きな照
明むらとなり、一枚の画面内に於いて近い被写体は強く
ハレーションを起こし、遠い被写体は暗くて何も見えな
いという現象が起きる。

【０００４】上記のような現象を解決する手段として、
特開昭６２−１３２４７９号に示すような二次元フィル
タを用いた画像信号補正回路が提案されている。

【０００５】これによれば、画像信号の輝度信号を対数
圧縮して広いダイナミックレンジの画像を表示できるよ
うにすると共に、二次元フィルタを用いて空間周波数の
低域を抑制した後に指数関数的特性に変換するという一
連の操作を経て、照明むらの影響を軽減させている。こ
の二次元フィルタによる低域抑制は、内視鏡のように照
明光量の変化がなだらかな場合に大変有効である。

【０００６】しかしながら、内視鏡以外の一般的な画像
については、照明光がステップ状の場合や被写体の輪郭
付近等、いわゆるエッジ部分が数多く存在していること
がある。そのため、そのような画像に対して上述したよ
うな処理を施すと、そのエッジが不自然に強調され見苦
しいものとなってしまう。

【０００７】これを解決するため、特願平４−４１４５
１号に記載されたような技術が考えられている。すなわ
ち、入力された画像信号を対数圧縮してからフィルタリ
ングして指数的特性に変換する。このフィルタリングの
際に、画像信号の特徴に応じて帯域通過特性を適応的に
制御する。これより、ステップ状に輝度が変化している
所ではより高域までフィルタリングにより抑制されるこ
とになり、低周波の照明むらだけでなくステップ状の照
明むらも不自然にならずに抑制される。したがって、ラ
チチュードが広くコントラストの良い画像がモニタに表
示されるようになっている。

【０００８】図８は、この特願平４−４１４５１号によ
る画像信号処理装置が適用された電子カメラの適応フィ
ルタ部分を示したブロック構成図である。図８に於い
て、適応フィルタは、エッジ検出回路１、特性選択回路
２、フイルタ３から成る。図示されないログアンプ出力
ｌｏｇＹ（＝ｙ（ｘ）とする。但しｘは画素の水平位置
座標）は、１画素分の遅延回路９〜１６のうちの９〜１
２を経て４画素分遅延させられる。加算器１７では、遅
延回路１２に出力されている画素ｙ（ｘ₀）を中心に前
後４画素分、合計９画素の信号が加算され、乗算器１８
で１／９倍されて、９画素の信号の局所平均値となる。

【０００９】同様に、加算器１９と乗算器２０で画素ｙ
（ｘ₀）とその前後各３画素の計７画素の信号の局所平
均値、加算器２１と乗算器２２で画素ｙ（ｘ₀）とその
前後各２画素の計５画素の信号の局所平均値、加算器２
３と乗算器２４で画素ｙ（ｘ₀）とその前後の計３画素
の信号の局所平均値が得られ、それぞれセレクタ２５の
入力となる。

【００１０】一方、エッジ検出回路１では、遅延回路１
２から出力される中心画素ｙ（ｘ₀）を乗算器５で２倍
し、その前後の画素を乗算器４及び６でそれぞれ−１倍
して加算器７で加算する。加算器７の出力の絶対値を絶
対値器８でとり、これをエッジの大きさを表すエッジ信
号ｅ（ｘ）とする。このエッジ検出回路の動作は、輝度
信号ｙ（ｘ）に対して（−１，２，−１）なる係数を用
いてコンボリューション演算し、その絶対値をとってｅ
（ｘ）を特性選択回路２に出力する。この特性選択回路
２では、ｅ（ｘ）の大きさに応じてセレクタ２５へ信号
を送る。

【００１１】セレクタ２５で４通りの局所平均幅Ｗの平
均値を選択し、その出力は乗算器２６でａ倍された後
で、減算器２７に於いて遅延回路１２からの出力ｙ（ｘ
₀）より減じられ、ｌｏｇＹ′＝ｙ′（ｘ）として図示
されないＤＧＣへ送られる。

【００１２】このような構成の適応フィルタの一連の作
用により、画像信号のエッジ部では、その大きさに応じ
て、より高周波まで抑制するフィルタが選択されるた
め、不自然なエッジ強調を起こすことなしに照明むらを
除去することが可能となり、ＤＧＣによるダイナミック
レンジの圧縮率を下げることが可能となり、コントラス
トのある良好な画像が表示される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うにエッジ検出回路及び特性選択回路を構成すると、エ
ッジの付近で急激にフィルタ特性が変化するために画像
が不自然になる。上記特願平４−４１４５１号では、こ
れを防ぐためにエッジ検出回路の出力をＬＰＦを通過さ
せてから特性選択を行う実施例が記載されている。

【００１４】しかしながら、特性選択回路での入力をＷ
に変換する際に、最適な変換テーブル（エッジ付近でフ
ィルタ特性が滑らかに変化するような変換テーブル）が
画像信号毎に大きく変化してしまい、エッジ付近でのフ
ィルタ特性の急激な変化を十分に防ぐことができない。

【００１５】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、エッジ付近でのフィルタ特性の急激な変化を十分に
防ぐことのできる画像信号処理装置を提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、カ
ラー信号を含む画像信号を対数圧縮する対数圧縮手段
と、対数圧縮された画像信号に対しフィルタリングを施
すフィルタリング手段と、画像信号の特徴に従って上記
フィルタリング手段の帯域通過特性を適応的に設定する
フィルタリング特性設定手段と、上記フィルタリングを
施された信号に対しダイナミックレンジ及びゲインの制
御を行うダイナミックレンジゲイン制御手段とを備える
画像信号処理装置に於いて、上記対数圧縮手段の出力に
二次元のラプラシアン変換を施して絶対値をとってエッ
ジ信号を検出するエッジ信号検出手段と、このエッジ信
号検出手段で得られた上記エッジ信号の値を、フィルタ
特性を表す局所平均幅に変換し、この変換して得られた
値を元にして周囲の局所平均幅の値を補正する特性選択
手段とを具備することを特徴とする。

【００１７】

【作用】この発明の画像信号処理装置にあっては、その
エッジ検出回路にて、ログアンプ出力ｌｏｇＹを、二次
元のラプラシアンを通過させた後、絶対値を取る。そし
て、特性選択回路にて、その値をフィルタ特性を表す局
所平均幅Ｗに変換し、更にその値を元にして周囲のＷの
値を補正する。

【００１８】フィルタ特性を表すＷの値が隣接画素間で
大きく異なることなく、エッジ付近でもフィルタ特性が
滑らかに変化するため、フィルタリング後の画像が不自
然となることがない。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。

【００２０】図５は、この発明の画像信号処理装置が適
用された電子カメラの構成を示すブロック図である。同
図に於いて、光学レンズ２８によって結像された画像
は、固体撮像素子２９によって電気信号に変換される。
この固体撮像素子２９から読出された画像信号は、前置
増幅器３０で所定のレベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換
器３１でデジタル符号化される。

【００２１】デジタル符号化された画像信号は、加算器
３２を介してフレームメモリ３３に順次１フレーム毎に
記憶される。上記加算器３２は、このフレームメモリ３
３に格納記憶された画像信号と、固体撮像素子２９から
順次読出されてくる次の１フレームの画像信号とを加算
して上記フレームメモリ３３に再書込みすることで、フ
レームメモリ３３上に順次読出される画像信号を累積加
算していくものである。

【００２２】このような画像信号の累積加算を所定回数
繰返し行うことによって、その画像信号のダイナミック
レンジの拡大が図られる。この撮像に於けるダイナミッ
クレンジ拡大方法については、特願平１−３３４５０８
号に詳細な記載があるのでここでは省略する。

【００２３】このようにして得られた画像信号をＴＶ受
像機のような画像モニタに表示させるため、画像モニタ
のダイナミックレンジに合わせて画像信号のダイナミッ
クレンジを圧縮しなければならない。そのため、ビデオ
プロセッサ３４で画像信号を輝度信号Ｙと各色信号Ｒ、
Ｇ、Ｂに分け、Ｄ／Ａ変換器３５ｙ、３５ｒ、３５ｇ、
３５ｂで、それぞれアナログ信号に変換する。

【００２４】その後、輝度信号Ｙは、ログアンプ３６ｙ
で対数変換（ｌｏｇＹ）され、適応フィルタ３７で照明
むらが除去される（ｌｏｇＹ′）。この適応フィルタ３
７は、エッジ検出回路３８、特性選択回路３９及びフイ
ルタ４０で構成されている。その後、ダイナミックレン
ジゲインコントローラ（ＤＧＣ）４１に送出される。こ
こで、係数αにより画像モニタのダイナミックレンジ
（４６ｄＢ）に合せて画像のダイナミックレンジを調整
され、係数ｌｏｇβによって平均値減算により低レベル
となった画像信号レベルを増幅するゲインが調整され、
図５に示される出力信号を得る。

【００２５】減算器４０ｙは、この出力信号から上記適
応フィルタ３７及びＤＧＣ４１で処理されるのと同じ時
間の遅延回路４２ｙを通過してきた信号ｌｏｇＹを減じ
る。これによって、色信号に乗じるための所定の圧縮係
数の信号が得られる。

【００２６】一方、ビデオプロセッサ３４で分離され、
Ｄ／Ａ変換器３５ｒ、３５ｇ、３５ｂでアナログ信号に
変換された色信号Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれログアンプ３
５ｒ、３６ｇ、３６ｂで対数変換される。その後、遅延
回路４２ｒ、４２ｇ、４２ｂで上記圧縮係数が作られる
までの時間だけ遅延させられ、加算器４３ｒ、４３ｇ、
４３ｂに於いて、上記圧縮係数が加算される。これら
は、更に逆ログアンプ４４ｒ、４４ｇ、４４ｂにて逆対
数変換されて、ダイナミックレンジが圧縮されて図示さ
れないモニタに表示される。

【００２７】図１は、この発明の要部であるエッジ検出
回路３８及び特性選択回路３９のブロック構成図であ
る。

【００２８】エッジ検出回路３８は、ラプラシアン回路
４５及び絶対値回路（ＡＢＳ）４６で構成されている。
ログアンプ３６ｙで対数変換された入力信号ｌｏｇＹ
は、エッジ検出回路内３８のラプラシアン回路４５に
て、先ずラプラシアン変換が施される。その後、ＡＢＳ
４６にて絶対値がとられてエッジ信号ｅｇとなる。この
エッジ信号ｅｇが特性選択回路３９へ出力される。

【００２９】図２は、特性選択回路３９の構成を示した
ものである。この特性選択回路３９は、変換テーブル４
７と、フィルタの特性に応じた数のＷ（局所平均幅）整
形回路（例えばフィルタの特性が８段階の場合）４８₁
〜４８₇で構成される。

【００３０】上記エッジ信号ｅｇは、変換テーブル４７
で８段階、３ｂｉｔのＷに変換される。これをＷ₁とす
る。このＷ₁は、Ｗ整形回路４８₁にて、隣接画素間の
Ｗ₁の差が小さくなるように変換される。そして、同様
にしてＷ整形回路４８₂〜４８₇を通って特性選択信号
Ｗを得る。

【００３１】Ｗ整形回路の構成を図３に示す。図中Ｄは
１画素分の遅延、１ＨＤは水平方向１ライン分の遅延を
表している。このＷ整形回路は、複数の遅延回路と複数
の比較選択回路及び加算器とで構成される。

【００３２】すなわち、比較選択回路５１₁には、遅延
回路４９₁、遅延回路５０₁を介した特性選択信号が入
力される。また、比較選択回路５１₂には、遅延回路５
０₁、遅延回路４９₂、４９₃を介した信号と遅延回路
５０₁、遅延回路４９₂、遅延回路５０₂を介した信号
が入力される。

【００３３】比較選択回路５１₃は、比較選択回路５１
₁と比較選択回路５１₂の出力信号を比較し、その結果
を加算器５２に出力する。そして、比較選択回路５１₄
は、この加算器５２の出力と、遅延回路５０₁、遅延回
路４９₂を比較して出力する。すなわち、各遅延回路か
らの出力は、比較選択回路に入力されるようになってい
る。尚、各比較選択回路では、入力の値の小さい方を出
力する。

【００３４】このような構成のＷ整形回路に於いて、図
４に示される画素は位置のＷ_nが入力されるものとす
る。先ず、比較選択回路５１₁、５１₂にて、それぞれ
ｅとｄ、ａとｂの画素に於けるＷ_nの値が比較される。
そして、比較選択回路５１₁、５１₂の比較結果が、更
に比較選択回路５１₃にて比較される。

【００３５】これら比較選択回路５１₁、５１₂及び５
１₃による比較の結果、最小のものに加算器５２で１が
加えられる。そして、それをｃの画素に於けるＷ_nの値
と比較選択回路５１₄で比較し、その小さい方をｃの画
素に於ける新しい値Ｗ_n+1として出力する。つまり、Ｗ_n+1（ｃ）＝ＭＩＮ（Ｗ_n（ｃ），（ＭＩＮ（Ｗ_n（ａ），Ｗ_n（ｂ），Ｗ_n（ｄ），Ｗ_n（ｅ））＋１））となる。Ｗが８段階なので、これを７回繰返す構成とす
る。

【００３６】これにより、隣接画素間でのＷの値の変化
は最大で１となり、エッジ付近でのフィルタ特性の急激
な変化を確実に防ぐことができる。

【００３７】次に、この発明の第２の実施例として、Ｗ
整形回路の構成の異なる例を図６に示す。すなわち、比
較選択回路５１₅では遅延回路４９₄、４９₅の出力と
遅延回路４９₄の出力を比較し、比較選択回路５１₆で
は遅延回路を通らない信号と遅延回路５０₃及び４
９₆、４９₇の出力が比較される。そして、それぞれの
比較結果が、更に比較選択回路５１₇で比較される。同
様に、比較選択回路５１₈では遅延回路５０₃の出力と
遅延回路５０₃、５０₄及び４９₈、４９₉の出力が、
そして比較選択回路５１₉では遅延回路５０₃、５０₄
及び４９₈の出力と遅延回路５０₃、５０₄の出力が比
較される。これらの比較結果は、比較選択回路５１₁₀で
比較される。

【００３８】また、比較選択回路５１₁₁では、上記比較
選択回路５１₇と５１₁₀の比較結果が比較される。その
結果、最小のものに加算器５２で１が加えられ、比較選
択回路５１₁₂にて、遅延回路５０₃、４９₆の出力と比
較され、新しい値Ｗ_n+1が得られる。

【００３９】上述した実施例では、図４に示されるよう
に注目画素ｃの周囲の４画素を用いていたが、ここでは
図７のように注目画素ｊの周囲８画素を用いる。

【００４０】信号の流れもほぼ同様で、出力は、Ｗ_n+1（ｊ）＝ＭＩＮ（Ｗ_n（ｊ），（ＭＩＮ（Ｗ_n（ｆ），Ｗ_n（ｇ），Ｗ_n（ｈ），Ｗ_n（ｉ），Ｗ_n（ｋ），Ｗ_n（ｌ），Ｗ_n（ｍ），Ｗ_n（ｏ））＋１））となる。

【００４１】尚、この発明は上述した実施例に限られる
ものではなく、例えば図２に於けるＷ整形回路を全て図
３若しくは図５に示される回路で構成するだけでなく、
図３と図５の回路を組合せて用いてもよい。

【００４２】また、絶対値回路からの出力を、一度ＬＰ
Ｆを通してから変換テーブルに入力する構成としてもよ
い。

【００４３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、エッジ
付近でのフィルタ特性の急激な変化を十分に防ぐことの
できる画像信号処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の画像信号処理装置の要部であるエッ
ジ検出回路及び特性選択回路のブロック構成図である。

【図２】図１の特性選択回路を示したブロック構成図で
ある。

【図３】図２のＷ整形回路の詳細を示したブロック構成
図である。

【図４】図３のＷ整形回路に用いられる画素の配置例を
示した図である。

【図５】この発明の画像信号処理装置が適用された電子
カメラの構成を示すブロック図である。

【図６】図２のＷ整形回路の異なる例を示したブロック
構成図である。

【図７】図６のＷ整形回路に用いられる画素の配置例を
示した図である。

【図８】従来の画像信号処理装置が適用された電子カメ
ラの適応フィルタ部分を示したブロック構成図である。

【符号の説明】

２８…光学レンズ、２９…固体撮像素子、３０…前置増
幅器、３１…Ａ／Ｄ変換器、３２、４３ｒ、４３ｇ、４
３ｂ、５２…加算器、３３…フレームメモリ、３４…ビ
デオプロセッサ、３５ｙ、３５ｒ、３５ｇ、３５ｂ…Ｄ
／Ａ変換器、３６ｙ、３６ｒ、３６ｇ、３６ｂ…ログア
ンプ、３７…適応フィルタ、３８…エッジ検出回路、３
９…特性選択回路、４０…フイルタ、４１…ダイナミッ
クレンジゲインコントローラ（ＤＧＣ）４２ｙ、４２
ｒ、４２ｇ、４２ｂ…遅延回路、４４ｒ、４４ｇ、４４
ｂ…逆ログアンプ、４５…ラプラシアン回路、４６…絶
対値回路（ＡＢＳ）、４７…変換テーブル、４８₁〜４
８₇…Ｗ整形回路、４９₁、４９₂、４９₃、５０₁、
５０₂…遅延回路、５１₁、５１₂、５１₃、５１₄…
比較選択回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラー信号を含む画像信号を対数圧縮す
る対数圧縮手段と、対数圧縮された画像信号に対しフィ
ルタリングを施すフィルタリング手段と、画像信号の特
徴に従って上記フィルタリング手段の帯域通過特性を適
応的に設定するフィルタリング特性設定手段と、上記フ
ィルタリングを施された信号に対しダイナミックレンジ
及びゲインの制御を行うダイナミックレンジゲイン制御
手段とを備える画像信号処理装置に於いて、上記対数圧縮手段の出力に二次元のラプラシアン変換を
施して絶対値をとってエッジ信号を検出するエッジ信号
検出手段と、このエッジ信号検出手段で得られた上記エッジ信号の値
を、フィルタ特性を表す局所平均幅に変換し、この変換
して得られた値を元にして周囲の局所平均幅の値を補正
する特性選択手段とを具備することを特徴とする画像信
号処理装置。