JPH11146231A

JPH11146231A - 信号処理装置

Info

Publication number: JPH11146231A
Application number: JP9306873A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Tanaka; 知明田中; Tamotsu Fukushima; 保福島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高輝度圧縮回路を装備したディジタル部を含
む信号処理装置において、高輝度圧縮特性を常に安定に
保ち、ディジタル高輝度伸張後にリニアリティの正確な
出力信号を得ることを目的とする。【解決手段】映像信号ａの映像期間以外の期間に所定
の基準信号ｆを出力する基準信号発生回路６と、基準信
号付映像信号ｇの高輝度部分についてレベル圧縮を行う
高輝度圧縮回路２と、その出力をディジタル信号に変換
して出力するアナログディジタル変換回路３と、ディジ
タル出力信号ｃから高輝度圧縮回路２の圧縮特性を検出
する圧縮特性検出回路４を設け、圧縮特性の変化を常時
正確に観測し、圧縮特性制御回路５で常に高輝度圧縮回
路２がディジタル高輝度伸張特性と対応する特性となる
よう帰還制御することにより、リニアリティの正確な出
力信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビジョンカメ
ラ等の撮像装置において、撮像信号を処理する信号処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビジョンカメラ等の撮像装置におけ
る信号処理装置では、アナログディジタル変換器（以
下、Ａ／Ｄ変換器と記す）のダイナミックレンジを稼ぐ
ため、Ａ／Ｄ変換器の入力前段で映像信号の高輝度部分
をレベル圧縮する高輝度圧縮回路を搭載している。これ
は、情報量の比較的多い標準レベル程度の入力信号に対
してＡ／Ｄ変換器の量子化精度を高く保ち、かつ視覚的
にはさほど重要視されない高輝度レベルの信号は階調性
を保ちつつ圧縮することで、全体として広いダイナミッ
クレンジを確保するものである。

【０００３】このような信号処理装置において、ディジ
タル部で正確なフレア補正量の測定や、高輝度部に及ぶ
ホワイトシェーディング補正を行う際は、高輝度圧縮さ
れたディジタル出力信号をリニアな特性の信号に戻して
から各処理を行わねばならない。一般には、特開平１−
２１８１７７号公報にあるように、圧縮されたディジタ
ル信号に対して高輝度圧縮特性の逆特性で高輝度伸張処
理を行い、元のリニアな特性の信号を再現していた。以
下、図９を用い、この従来技術について説明する。

【０００４】図９において、９２は高輝度圧縮回路であ
り、入力端子９１より映像信号９ａが入力される。高輝
度圧縮回路９２は、例えば図４の実線で示すような折線
形特性になっており、入力信号９ａがある一定のレベル
（以下、高輝度圧縮開始レベルと記す）を越えた時に、
そのゲインが小さくなるように設定されている。

【０００５】９３はＡ／Ｄ変換回路であり、高輝度圧縮
回路９２によりレベル圧縮された信号９ｂをディジタル
変換し、ディジタル信号９ｃを出力する。ディジタル部
において、ディジタル信号９ｃは、高輝度圧縮特性の逆
特性（図４の破線で示す）で高輝度伸張処理され、元の
リニアな特性の信号に戻される。

【０００６】ただし、元の映像信号のリニアリティを正
確に保つためには、アナログ回路である高輝度圧縮回路
９２の特性と、ディジタル部で行われる高輝度伸張処理
の特性を高い精度で厳密に整合させる必要がある。この
ような技術として、例えば特開平６−２３３１５４号公
報に開示されたものがある。

【０００７】ここに挙げられている第一の方法は、高輝
度圧縮回路９２で映像ブランキング期間中に高輝度圧縮
開始レベルに相当するリファレンス信号を発生させ、こ
の信号を圧縮特性検出回路９４で読みとり、このリファ
レンスレベルにあわせてディジタル側の高輝度伸張特性
を制御する方法である。

【０００８】第二の方法は、カメラセットアップ時に参
照レベルを入力し、高輝度圧縮されたレベルの積分値を
圧縮特性検出回路９４で観測し、これが所望の値となる
ように高輝度伸張特性を可変するか、もしくは圧縮特性
制御回路９５により高輝度圧縮回路９２の特性を制御す
る方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところがアナログ回路
である高輝度圧縮回路９２は、部品バラツキや温度変動
等の外乱により、その変換特性が変化、変動することが
ある。前述した第一の方法では、リファレンスレベルの
変動によって生じる特性変化は検出できるが、高輝度圧
縮回路の特性自体が外乱により変動した場合、実際の高
輝度開始レベルとリファレンスレベルの誤差を補正でき
なかった。

【００１０】さらに、第二の方法ではセットアップ時に
補正した後、一般被写体の撮像時に起こる特性変化に対
して補正が不可能であった。

【００１１】また、いずれの場合も高輝度圧縮特性とし
て高輝度圧縮開始レベルのみを取り扱っていたため、圧
縮率が変動した場合は、特性補正できないばかりか、圧
縮開始レベル自体も正確に把握することができなかっ
た。

【００１２】以上のような問題点により従来の信号処理
装置では、処理後再生された信号が入力信号に対してリ
ニアリティの不正確な出力信号となるため、フレア補正
量の測定やホワイトシェーディング補正をディジタル部
で正確に行うことができなかった。

【００１３】本発明は、この高輝度圧縮特性を常に安定
に保ち、ディジタル高輝度伸張後にリニアリティの正確
な出力信号が得られる信号処理装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明では、高輝度圧縮回路の特性の変化を常時正確
に観測し、常に高輝度圧縮回路がディジタル高輝度伸張
特性と対応する特性となるよう帰還制御するように構成
したものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、映像信号の映像期間以
外の期間に所定の基準信号を出力する基準信号発生回路
と、映像信号に前記基準信号を重畳して基準信号付映像
信号を出力する加算回路と、前記基準信号付映像信号の
高輝度部分についてレベル圧縮を行う高輝度圧縮回路
と、前記高輝度圧縮回路からの信号出力をディジタル信
号に変換して出力するアナログディジタル変換回路と、
前記ディジタル信号から前記高輝度圧縮回路の圧縮特性
を検出する圧縮特性検出回路と、前記圧縮特性検出回路
の検出結果に基づいて制御信号を出力し、前記高輝度圧
縮回路の圧縮特性を制御する圧縮特性制御回路とを備
え、これにより、検出結果に基づいて高輝度圧縮開始レ
ベルを適正値に補正することができる。

【００１６】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。（実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１による
信号処理装置の構成を示すブロック図である。図１にお
いて、６は基準信号発生回路であり、映像期間以外の期
間に、所定の基準信号ｆを発生する。この基準信号ｆ
は、入力端子１より入力された映像信号ａに加算回路７
によって重畳され、基準信号付映像信号ｇとなる。２は
高輝度圧縮回路であり、基準信号付映像信号ｇが入力さ
れる。

【００１７】図２（ａ）は、本実施の形態における基準
信号付映像信号ｇの概略波形図である。本実施の形態で
は、基準信号ｆは、水平ブランキング期間中に存在し、
高輝度圧縮開始レベルより充分高い一定レベル出力が与
えられるものとする。

【００１８】図３は、本実施の形態における高輝度圧縮
回路２の構成例を示すブロック図である。ここでは簡単
のため、折れ線形の入出力特性について説明する。図３
において、３８はクリップ回路であり、高輝度圧縮開始
レベル以上の入力信号３ｇをクリップする。３９はフェ
ーダ（可変比率混合）回路であり、入力信号３ｇとクリ
ップ信号とをｎ：１−ｎ（０≦ｎ≦１）の比率で加算す
る。ｎは外部からの制御電圧などで任意の値に設定で
き、この比率により圧縮率が決定される。ただし実施の
形態１では、説明を簡単にするため制御電圧は変動しな
いものとし、圧縮率は固定した状態を考える。

【００１９】図４は、高輝度圧縮回路２の入出力特性で
ある。高輝度圧縮回路２は、図４に示すように、入力映
像信号ｇが高輝度圧縮開始レベルを越えた時にそのゲイ
ンが小さくなるような圧縮出力信号ｂを生成する。圧縮
出力信号ｂの概略波形図を図２（ｂ）に示す。なお、同
図における破線は、入力信号である。

【００２０】例えば、標準信号レベルに対して入力ダイ
ナミックレンジ６００％の信号を扱うとする。このまま
Ａ／Ｄ変換回路に入力するならば、標準レベル１００％
までの信号についてはＡ／Ｄ変換回路の許容ダイナミッ
クレンジの６分の１を使用することになる。これではＡ
／Ｄ変換時の充分な量子化精度を保つのが難しい。

【００２１】これに対し高輝度圧縮回路２で１００％以
上６００％までの信号を５分の１に圧縮して入力すれ
ば、Ａ／Ｄ変換回路の許容ダイナミックレンジの２分の
１を標準レベル１００％までの信号に充てることができ
る。圧縮せずに入力する場合に比べて信号１００％まで
の量子化精度は３倍向上し、それ以上の信号については
量子化精度が落ちるが、階調性を保つことができる。

【００２２】３はアナログディジタル変換回路であり、
圧縮出力信号ｂをディジタル変換したディジタル出力信
号ｃを生成する。４は圧縮特性検出回路であり、ディジ
タル出力信号ｃの水平ブランキング部分を観測し、高輝
度圧縮された基準信号レベルを検出する。

【００２３】高輝度圧縮開始レベルが適正値であれば、
基準信号レベルは高輝度圧縮されて所定の値に一致す
る。しかし、例えば高輝度圧縮開始レベルが高レベル側
に変動していたとすると、図２（ｃ）に示すように検出
レベルも所定値より高レベル側にシフトする。逆に低レ
ベル側に変動すれば、検出レベルも所定値より低レベル
にシフトする。

【００２４】圧縮特性検出回路４は、検出レベルが所定
値と一致しているか、もしくは高低どちらにシフトして
いるかの情報を検出信号ｄとして出力する。５は圧縮特
性制御回路であり、検出信号ｄに基づき検出レベルが所
定値と一致するよう高輝度圧縮回路２の高輝度圧縮開始
レベルを制御する。すなわち、検出値が所定値より高け
れば高輝度圧縮開始レベルを低くする方向に、低ければ
高くする方向に帰還制御し、検出値が所定値と一致する
まで繰り返す。これにより、高輝度圧縮開始レベルを適
正値に補正できる。

【００２５】以上のように本実施の形態によれば、基準
信号ｆを、高輝度圧縮回路２の高輝度圧縮開始レベルが
外的要因により変動する範囲より、充分高い一定レベル
とし、圧縮された後の基準信号のレベルにより高輝度圧
縮開始レベルを制御するので、高輝度圧縮特性を常に安
定に保つことができる。

【００２６】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
よる信号処理装置の構成は、図１に示した実施の形態１
による回路構成と同じである。

【００２７】図１の実施の形態１において、高輝度圧縮
開始レベルより十分に高い一定レベル出力の基準信号ｆ
を入力した場合、ディジタル出力信号ｃの基準信号部分
は常に高輝度圧縮された信号となる。ここで例えば２値
の定レベル信号出力として、基準信号レベル１と基準信
号レベル２を考える。

【００２８】図５は、この２値の基準信号レベルに対す
る高輝度圧縮回路２の入出力特性図である。図５に示す
ように、２つのレベルの差分は高輝度圧縮回路２の圧縮
率に比例しており、この差分を検出し、所定の値と比較
することで、圧縮率が当初設定した適正値か否か判定で
きる。補正は本発明の実施の形態１で述べた動作と同様
にして帰還制御で行う。この差分レベルは圧縮率（傾
き）のみによって決定されるため、高輝度圧縮開始レベ
ルが変動していても、圧縮率を適正値に補正することが
可能である。

【００２９】圧縮率が適正値に固定された後、基準信号
レベル１と基準信号レベル２のどちらか一方の出力レベ
ルを検出する。図６に示すように圧縮率が正確な値なら
ば、出力レベルは高輝度圧縮開始レベルに依存して一意
に変化する。よって、この出力レベルが所定の値となる
よう制御することで、高輝度圧縮開始レベルを適正値に
補正できる。

【００３０】以上のように本実施の形態によれば、基準
信号ｆを、異なるレベルからなる少なくとも２種の一定
レベルの信号とし、圧縮された後の基準信号の差分によ
り圧縮率を制御し、圧縮率が固定された後に、圧縮され
た後の基準信号のレベルにより高輝度圧縮開始レベルを
制御するので、高輝度圧縮特性を常に安定に保つことが
できる。

【００３１】（実施の形態３）本発明の実施の形態３に
よる信号処理装置の構成は、図１に示した実施の形態１
による回路構成と同じである。

【００３２】図７は、本発明の実施の形態３による基準
信号の図であり、高輝度圧縮回路２の入力前の信号を破
線で、出力後の信号を実線で示している。階段の各レベ
ルは高輝度圧縮開始レベルを含んで、同開始レベルの変
動範囲を網羅しているものとする。入力前の階段の段差
はすべて同じレベルであるが、出力後高輝度圧縮された
部分のみレベル差が減少することになる。

【００３３】圧縮特性検出回路４は、レベル差の減少が
発生する最初の階段が何段目かを検出する。高輝度圧縮
開始レベルが適正値であれば、所定の段数でレベル差の
減少が発生する。しかし、例えば高輝度圧縮開始レベル
が高レベル側に変動していれば、検出される段数は所定
の段数より多い段数となる。逆に低レベル側なら少ない
段数が検出される。

【００３４】この検出結果から圧縮特性制御回路５によ
って、検出段数が所定の段数より多ければ高輝度圧縮開
始レベルを下げる方向へ、少なければ同開始レベルを上
げる方向へ制御する。検出段数が所定の段数と一致する
まで帰還制御を続ける。

【００３５】本実施の形態の場合、信号の変化点のみに
着目しているため、圧縮率が適正値に固定されていなく
ても高輝度圧縮開始レベルを正確に把握できる。

【００３６】以上のように本実施の形態によれば、基準
信号ｆを、高輝度圧縮開始レベルとその変動範囲を含む
階段状の信号とし、圧縮された後の各段の差分レベルか
ら差分値の変化する段数を検出し、その段数が所定の段
数目となるように高輝度圧縮開始レベルを制御するの
で、高輝度圧縮特性を常に安定に保つことができる。

【００３７】（実施の形態４）本発明の実施の形態４に
よる信号処理装置の構成は、図１に示した実施の形態１
による回路構成と同じである。

【００３８】図８は、本発明の実施の形態４による基準
信号のタイミング図である。図８に示すように、各レベ
ルは垂直ブランキング期間内の水平ライン期間を利用し
て、その期間常に一定レベル出力にする。水平期間中の
信号変化がないため、特殊なパルスやそのための特殊な
回路は必要なく、基準信号発生回路６はラインカウンタ
とデコーダといった簡単な回路構成で実現できる。回路
の動作は、本発明における実施の形態１〜３で述べた動
作と同じため省略する。

【００３９】ちなみに、レベルが一様に変化する鋸波な
どのテスト波形でも、本発明で示した実施の形態と同様
の動作は可能だが、このような波形をアナログ回路で発
生させる場合、発生回路自体に高い精度が要求されるの
で、回路が複雑になり消費電力も増加する。ディジタル
回路の場合もＤ／Ａ変換回路やローパスフィルタが必要
となり回路規模や消費電力が増加する。

【００４０】以上のように本実施の形態によれば、基準
信号ｆを、垂直ブランキング期間内の少なくとも１ライ
ン以上の所定の水平ライン期間において、その期間中常
に一定レベルの信号とし、上記実施の形態１〜３のよう
にして、高輝度圧縮開始レベルを制御するので、高輝度
圧縮特性を常に安定に保つことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、部品バラ
ツキや温度変動等の外乱による高輝度圧縮特性の変化、
変動を帰還制御により補正し、信号処理装置のリニアリ
ティを常時正確に保つという効果が得られる。

【００４２】基準信号を映像信号と同じ経路で処理した
後、特性を検出するため正確な補正が可能である。その
うえ、一般被写体の撮像時にも常に圧縮特性を検出し制
御するため、温度変動等の外乱による特性変化に対して
も補正が可能となる。

【００４３】さらに、基準信号として水平期間中一定レ
ベル出力を用いるため、基準信号発生回路や圧縮特性検
出回路の設計が煩雑でなく、回路規模や消費電力も低減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による信号処理装置の構
成を示すブロック図

【図２】同信号処理装置の基準信号の概略波形図

【図３】同信号処理装置の高輝度圧縮回路の構成例を示
すブロック図

【図４】同高輝度圧縮回路の入出力特性図

【図５】本発明の実施の形態２による信号処理装置の高
輝度圧縮回路の入出力特性図

【図６】同高輝度圧縮回路の入出力特性図

【図７】本発明の実施の形態３による信号処理装置での
基準信号の概略波形図

【図８】本発明の実施の形態４による信号処理装置での
基準信号のタイミング図

【図９】従来の信号処理装置の構成を示すブロック図

【符号の説明】

２高輝度圧縮回路３アナログディジタル変換回路４圧縮特性検出回路５圧縮特性制御回路６基準信号発生回路７加算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像信号の映像期間以外の期間に所定の
基準信号を出力する基準信号発生回路と、映像信号に前
記基準信号を重畳して基準信号付映像信号を出力する加
算回路と、前記基準信号付映像信号の高輝度部分につい
てレベル圧縮を行う高輝度圧縮回路と、前記高輝度圧縮
回路からの信号出力をディジタル信号に変換して出力す
るアナログディジタル変換回路と、前記ディジタル信号
から前記高輝度圧縮回路の圧縮特性を検出する圧縮特性
検出回路と、前記圧縮特性検出回路の検出結果に基づい
て制御信号を出力し、前記高輝度圧縮回路の圧縮特性を
制御する圧縮特性制御回路とを有する信号処理装置。
【請求項２】高輝度圧縮回路の圧縮特性は、少なくと
も１点以上の折れ曲がり点を持つ折線特性であることを
特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】基準信号は、高輝度圧縮回路の高輝度圧
縮開始レベルが外的要因により変動する範囲の上限よ
り、さらに高いレベルの一定レベル出力であることを特
徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】基準信号は、異なるレベルから成る少な
くとも２値以上の一定レベル出力を持ち、ディジタル化
された前記一定レベル出力の差分が所定の値となるよ
う、高輝度圧縮回路の圧縮率を帰還制御することを特徴
とする請求項３記載の信号処理装置。
【請求項５】圧縮率が固定された後、ディジタル化さ
れた一定レベル出力が所定の値となるよう、高輝度圧縮
回路の高輝度圧縮開始レベルを帰還制御することを特徴
とする請求項４記載の信号処理装置。
【請求項６】基準信号は、高輝度圧縮開始レベルとそ
の変動範囲を含む少なくとも２段以上の階段状出力であ
り、各段のレベル差がすべて同じ値であることを特徴と
する請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項７】ディジタル化された階段状出力の各段の
差分レベルを観測し、差分値が最初に変化するのは何段
目であるかを検出し、この検出段数が所定の段数目とな
るよう高輝度圧縮回路の高輝度圧縮開始レベルを帰還制
御することを特徴とする請求項６記載の信号処理装置。
【請求項８】基準信号は、垂直ブランキング期間内の
少なくとも１ライン以上の所定の水平ライン期間におい
て、その期間中常に一定レベル出力であることを特徴と
する請求項１ないし７のいずれかに記載の信号処理装
置。