KR100625721B1

KR100625721B1 - 화상 신호 처리 장치

Info

Publication number: KR100625721B1
Application number: KR1020050015263A
Authority: KR
Inventors: 다쯔야 다까하시; 도모미찌 나까이
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-09-21
Also published as: CN1662072A; US20050190272A1; TWI285877B; JP2005244559A; TW200529170A; KR20060043174A

Abstract

비선형 변환을 행하는 감마 보정 처리를 포함하는 화상 신호 처리 장치에서, AGC 등의 게인의 증가 시의 S/N 열화를 억제하려고 하면, 게인을 상승시키지 않는 경우의 다이내믹 범위가 희생으로 된다. 감마 보정 회로에서 이용되는 복수의 변환 특성 함수(90, 92, 94)를 장치에 미리 저장한다. 특성 설정 회로는, 노광 시간 E, 게인 G가 모두 작은 경우에, 표준 특성(90)을 감마 보정 회로에 설정한다. E가 크고 G가 작은 경우에는, 저신호 레벨에서 기울기를 작게 설정한 수정 특성(92)으로 전환하여, 저신호 레벨에서의 노이즈 레벨의 증폭을 억제한다. 또한, G가 큰 경우에는, 특성(92)보다 넓은 범위에서 완만한 기울기를 갖는 수정 특성(94)으로 전환하여, G에 비례하여 크게 되는 노이즈 레벨이 감마 보정 회로에서의 계조 보정에 의해 증폭되는 것을 억제한다.

감마 보정 처리, S/N비, 변환 특성 함수, 랜덤 노이즈, 계조 보정

Description

화상 신호 처리 장치{IMAGE SIGNAL PROCESSING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예인 화상 신호 처리 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 2는 본 장치에 미리 준비되는 복수의 변환 특성 함수의 예를 도시하는 모식적인 그래프.

도 3은 감마 보정 회로의 변환 특성을 나타내는 모식적인 그래프.

도 4는 종래의 화상 신호 처리 장치의 구성을 도시하는 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 화상 신호 처리부

52 : 촬상 소자

54 : 구동부

60 : 아날로그 신호 처리 회로

62 : A/D 변환 회로

64 : 디지털 신호 처리 회로

70 : AGC 회로

72 : DGC 회로

74 : LPF

76 : 감마 보정 회로

78 : 특성 설정 회로

80 : 적분 회로

82 : 자동 노광 제어 회로

본 발명은 화상 신호의 계조 보정을 행하는 화상 신호 처리 장치에 관한 것으로, 특히 비선형 특성에 기초하는 계조 보정 처리에서의 노이즈의 억제에 관한 것이다.

디지털 카메라 등의 촬상 장치에서의 화질의 하나로서 계조가 있으며, 일반적으로 이것을 보정하는 계조 보정 회로가 설치된다. 계조 보정 회로는, 소정의 변환 특성 함수에 따라, 입력된 화상 신호의 신호 레벨을 변환하여 출력한다. 예를 들면, 감마 보정 회로도 계조 보정을 위한 회로이다.

도 3은 변환 특성을 나타내는 모식적인 그래프이다. 변환 특성은 일반적으로 비선형이고, 변환 특성 함수의 기울기가 1보다 큰 부분에서는 계조가 신장되고 (즉, 입력 화상 신호의 변화에 대하여 출력 화상 신호의 변화가 상대적으로 큼), 반대로, 기울기가 1보다 작은 부분에서는 계조가 압축된다(즉, 입력 화상 신호의 변화에 대하여 출력 화상 신호의 변화가 상대적으로 작음). 통상, 화소치의 분포는 입력 신호 레벨이 비교적 낮은 측에 피크를 갖는다. 이 분포에 대응하여, 계조 특성은, 도 3의 특성 곡선(1)에 도시되는 바와 같이, 그 피크 위치를 포함하는 비 교적 낮은 입력 신호 레벨의 범위에 대하여 급준한 기울기를 갖는 영역(knee 영역)이 형성되고, 한편, 비교적 높은 입력 신호 레벨의 범위에서는 작은 기울기가 설정된다.

한편, 화상 신호가 낮은 입력 신호 레벨에는 랜덤 노이즈나 암전류 등에 기인하는 노이즈 성분이 포함되기 때문에, 특성 곡선(1)과 같이 입력 신호가 0으로부터 급준하게 상승하는 변환 특성 함수에서는 노이즈 성분의 신호 레벨이 확대되어, S/N(Sign to Noise ratio : SN비)의 열화가 문제로 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 도 3에 도시하는 특성 곡선(2)과 같이, 노이즈의 신호 레벨에 따른 0 근방의 입력 신호 레벨의 범위에서 기울기를 낮게 억제하고, 이에 계속되는 입력 신호 레벨의 범위에서 knee 영역을 형성한 S자형의 변환 특성 함수(S자 감마 특성)가 이용되는 경우도 있다.

도 4는 종래의 화상 신호 처리 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 화상 신호 처리 장치(4)는, CCD(Charge Coupled Device : 전하 촬상 소자) 이미지 센서 등의 촬상 소자(6)로부터 출력된 화상 신호에 기초하여, 휘도 신호 등을 생성하여 표시 장치(도시 생략) 등으로 출력하는 이외에, 노광 상태를 판정하여, 촬상 소자(6)를 구동하는 구동부(8)를 제어한다. 촬상 소자(6)로부터 화상 신호 처리부(4)에 입력된 화상 신호는, 아날로그 신호 처리 회로(10)에서의 처리 후, A/D 변환 회로(12)에서 디지털 데이터로 변환되고, 디지털 신호 처리 회로(14)에 입력된다. 아날로그 신호 처리 회로(10)에는, 가변 제어되는 게인(아날로그 게인)으로 화상 신호를 증폭하는 AGC(Auto Gain Control : 자동 이득 제어) 회로(20)가 설치된다. 한편, 디지털 신호 처리 회로(14)에는, A/D 변환 회로(12)로부터 출력되는 화상 데이터에, 가변 제어되는 게인(디지털 게인)을 곱하는 DGC(Digital Gain Control : 디지털 게인 제어) 회로(22)가 설치된다. DGC 회로(22)의 출력은 저역 통과 필터(LPF)(24)를 통하여 감마 보정 회로(26)에 입력된다. 감마 보정 회로(26)는 도 3에 도시하는 특성 곡선(1) 또는 특성 곡선(2)과 같은 비선형의 변환 특성 함수가 미리 설정되고, 이 고정적으로 설정된 함수에 기초하여 상기의 계조 보정 처리를 행한다. 또한, 적분 회로(28)는 DGC 회로(22)가 출력하는 화상 데이터를 1 화면 단위로 적분하고, 자동 노광 제어 회로(30)는 그 적분 결과에 기초하여 구동부(8)를 제어하여 노광 시간을 신축시키거나, AGC 회로(20), DGC 회로(22)의 각 게인을 조절함으로써, 화상 신호의 1화 면의 평균 레벨을 원하는 수준으로 하도록 피드백 제어를 행한다.

피사체가 어두운 경우에는 촬상 소자로부터 출력되는 화상 신호의 다이내믹 범위가 좁게 된다. 이와 같은 경우, 노광 시간을 연장시키거나, AGC, DGC에서 신호를 증폭함으로써, 다이내믹 범위의 확보가 도모된다. 그러나, AGC, DGC의 게인을 올리면, 화상 신호에 포함되는 랜덤 노이즈 등의 노이즈까지도 증폭된다. 또한, 노광 시간을 연장시키면, 화상 신호에 포함되는 암전류의 레벨이 상승하고, 이에 기인하여 노이즈 레벨이 상승한다. 이 때문에, 이 경우에는, 도 3의 특성 곡선(1)과 같이 저신호 영역에 급준한 계조성을 갖는 변환 특성이 설정된 계조 보정 회로에서는 S/N의 열화가 현저하게 될 수 있다고 하는 문제가 있다.

한편, S/N 열화를 억제하기 위해, 변환 특성 함수를 S자 감마 특성으로 하거나, knee 영역에서의 계조성을 억제한(즉, 기울기를 완화한) 특성이 설정된 계조 보정 회로에서는, 게인 등을 올릴 필요가 없는 촬상 상태(표준 상태)에서 얻어진 화상 신호를 입력받은 경우, 많은 화소가 분포하는 입력 신호 범위에서 계조성이 낮게 되어, 다이내믹 범위가 좁은 화상이 생성된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 비선형 변환 특성에 의한 계조 보정 처리를 행하는 화상 신호 처리 장치에서, 노이즈 성분에 의한 화질 열화를 억제함과 함께, 다이내믹 범위를 확보하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 화상 신호 처리 장치는, 화상 신호의 게인을 조절하는 게인 제어 회로와, 게인 조절 후의 화상 신호에 대하여, 비선형의 변환 특성 함수에 기초하여 신호 레벨을 변환하는 계조 보정 처리를 실시하는 계조 보정 회로와, 상기 게인에 따라 상기 변환 특성 함수를 결정하는 특성 결정 회로를 포함한다. 본 발명에 의하면, 특성 결정 회로가, 계조 보정 처리에 이용되는 변환 특성 함수를 게인 제어에 연동하여 변경한다.

다른 본 발명에 따른 화상 신호 처리 장치에서는, 상기 특성 결정 회로가, 상기 게인 제어 회로에서 이용되는 상기 게인이 소정의 기준치 미만인 경우에 소정의 표준 변환 특성 함수를 정하고, 상기 기준치 이상으로 설정되는 고게인 범위인 경우에 수정 변환 특성 함수를 정하며, 상기 수정 변환 특성 함수가, 입력 신호 레벨이 소정치 이하인 저레벨 영역에서, 상기 표준 변환 특성 함수보다 작은 변화율 을 갖고, 또한 상기 입력 신호 레벨의 증가와 함께 상기 표준 변환 특성 함수에 근접한다. 본 발명에서는, 예를 들면, 기준치 이상의 게인 전 범위를 고게인 범위로 하고, 이에 대응하여 1개의 수정 변환 특성 함수를 정할 수 있다. 또한, 기준치 이상의 게인으로 복수의 고게인 범위를 설정하고, 이들 각각에 대응하여 수정 변환 특성 함수를 정할 수도 있다.

본 발명의 적합한 양태는, 상기 저레벨 영역이 상기 고게인 범위에서의 게인 조절 후의 랜덤 노이즈의 신호 레벨에 따라 정해지는 화상 신호 처리 장치이다.

다른 본 발명에 따른 화상 신호 처리 장치는, 촬상 장치에서 생성되는 화상 신호에 대하여, 비선형의 변환 특성 함수에 기초하여 신호 레벨을 변환하는 계조 보정 처리를 실시하는 계조 보정 회로와, 상기 촬상 장치에서의 노광 시간에 따라 상기 변환 특성 함수를 결정하는 특성 결정 회로를 포함한다. 본 발명에 의하면, 특성 결정 회로는 화상 신호를 생성할 때의 촬상 장치에서의 노광 시간을 취득하고, 계조 보정 처리에 이용되는 변환 특성 함수를 해당 노광 시간에 연동하여 변경한다.

다른 본 발명에 따른 화상 신호 처리 장치에서는, 상기 특성 결정 회로는, 상기 노광 시간이 소정의 기준치 미만인 경우에 소정의 표준 변환 특성 함수를 정하고, 상기 기준치 이상으로 설정되는 장노광 시간 범위인 경우에 수정 변환 특성 함수를 정하며, 상기 수정 변환 특성 함수는, 입력 신호 레벨이 소정치 이하인 저레벨 영역에서, 상기 표준 변환 특성 함수보다 작은 변화율을 갖고, 또한 상기 입력 신호 레벨의 증가와 함께 상기 표준 변환 특성 함수에 근접한다. 본 발명에 서 는, 기준치 이상의 노광 시간 전 범위를 1개의 장노광 시간 범위로 하여 1개의 수정 변환 특성 함수를 정해도 되고, 복수의 장노광 시간 범위를 설정하고 각각에 대응하는 복수의 수정 변환 특성 함수를 정해도 된다.

또한, 다른 본 발명에 따른 화상 신호 처리 장치는, 촬상 장치에서 생성되는 화상 신호의 게인을 조절하는 게인 제어 회로와, 상기 화상 신호에 대하여, 비선형의 변환 특성 함수에 기초하여 신호 레벨을 변환하는 계조 보정 처리를 실시하는 계조 보정 회로와, 상기 촬상 장치에서의 노광 시간 및 상기 게인에 따라 상기 변환 특성 함수를 결정하는 특성 결정 회로를 포함하고, 상기 특성 결정 회로가, 소정의 기준 게인 미만의 상기 게인 또한 소정의 기준 노광 시간 미만의 상기 노광 시간인 경우에 소정의 표준 변환 특성 함수를 정하고, 상기 기준 게인 미만의 상기 게인 또한 상기 기준 노광 시간 이상으로 설정되는 장노광 시간 범위 내의 상기 노광 시간인 경우에 제1 수정 변환 특성 함수를 정하며, 상기 기준 게인 이상으로 설정되는 고게인 범위 내의 상기 게인인 경우에 제2 수정 변환 특성 함수를 정하고, 상기 제1 수정 변환 특성 함수 및 상기 제2 수정 변환 특성 함수는 모두, 입력 신호 레벨이 소정치 이하인 저레벨 영역에서 적어도, 상기 표준 변환 특성 함수보다 작은 변화율을 갖는 한편, 상기 제1 수정 변환 특성 함수가, 상기 입력 신호 레벨의 증가와 함께, 상기 제2 수정 변환 특성 함수보다 빠르게 상기 표준 변환 특성 함수에 근접한다.

본 발명의 적합한 양태는, 상기 저레벨 영역이 상기 장노광 시간 범위에서의 상기 화상 신호의 랜덤 노이즈의 신호 레벨에 따라 정해지는 화상 신호 처리 장치 이다.

<실시예>

다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치의 개략의 구성을 도시하는 블록도이다. 도면에서 화상 신호 처리부(50)가 본 발명의 실시예인 화상 신호 처리 장치에 상당하고, 촬상 소자(52)로부터 출력된 화상 신호에 기초하여, 휘도 신호 등의 계조 보정된 화상 데이터를 생성하고, 표시부(도시 생략) 등으로 출력한다. 여기서는, 촬상 소자(52)는 CCD 이미지 센서이다. 촬상 소자(52)로부터 화상 신호 처리부(50)에 입력된 화상 신호 Y0(t)는, 아날로그 신호 처리 회로(60)에서의 처리 후, A/D 변환 회로(62)에서 디지털 데이터 D0(n)으로 변환되고, 디지털 신호 처리 회로(64)에 입력된다. 또한, 화상 신호 처리부(50)는, 화상 신호에 기초하여 노광 상태를 판정하여, 촬상 소자(52)를 구동하는 구동부(54)를 제어하는 기능을 갖는다.

아날로그 신호 처리 회로(60)는, AGC 회로(70)에 의해 자동 이득 제어를 행하는 이외에, 샘플 홀드 등의 처리를 화상 신호 Y0(t)에 실시하고, 소정의 포맷에 따른 화상 신호 Y1(t)를 생성한다. A/D 변환 회로(62)는 아날로그 신호 처리 회로(60)로부터 출력되는 화상 신호 Y1(t)를 디지털 데이터로 변환하여, 화상 데이터 D 0(n)을 출력한다.

디지털 신호 처리 회로(64)는 A/D 변환 회로(62)로부터 화상 데이터 D0(n)을 취득하고, 각종의 처리를 행한다. 여기서는, 디지털 신호 처리 회로(64)는 DGC 회로(72)를 구비하고, 화상 데이터 D0(n)에 디지털 게인을 곱하여 증폭하는 처리를 행한다. 또한, 디지털 신호 처리 회로(64)는 저역 통과 필터(LPF : Low Pass Filter)(74)를 구비한다. LPF(74)는 촬상 소자(52)로부터 얻어지는 화상 신호로부터 휘도 신호 성분을 취출함과 함께, 모아레 노이즈, 랜덤 노이즈, 크로스컷 노이즈 등의 노이즈 성분을 제거, 저감한다. DGC 회로(72)의 출력은 LPF(74)에 입력되고, LPF(74)에서 취출된 휘도 신호 성분이 화상 데이터로서 감마 보정 회로(76)에 입력된다.

감마 보정 회로(76)는, LPF(74)로부터의 화상 데이터에 대하여, 비선형 변환 특성에 기초하여 신호 레벨을 변환하는 처리를 행하여, 화상 데이터 D1(n)으로서 출력한다. 본 장치에서는, 감마 보정 회로(76)에서 이용되는 비선형의 변환 특성 함수는 특성 설정 회로(78)에 의해 정해진다. 이 점에 대해서는 후술한다.

적분 회로(80)는 DGC 회로(72)가 출력하는 화상 데이터를 1 화면 단위로 적분하고, 자동 노광 제어 회로(82)는 그 적분 결과에 기초하여 노광 시간 E를 신축 제어한다. 구동부(54)는 자동 노광 제어 회로(82)에서의 노광 시간 제어의 결과를 받아, 촬상 소자(52)에서의 전자 셔터 동작 등의 타이밍을 제어하고, 목적으로 하는 노광 시간에서의 촬상 동작을 실현한다. 또한, 자동 노광 제어 회로(82)는 적분 회로(80)에서의 적분 결과에 기초하여 AGC 회로(70)에서의 화상 신호에 대한 게인(아날로그 게인 Ga), 및 DGC 회로(72)에서의 화상 데이터에 곱해지는 게인(디지털 게인 Gd)을 제어한다.

자동 노광 제어 회로(82)는 이들 노광 시간 E 및 2 종류의 게인 Ga, Gd를 조절함으로써 화상 신호의 1 화면의 평균 레벨을 원하는 수준으로 하도록 피드백 제 어를 행한다. 예를 들면, 자동 노광 제어 회로(82)는, 피사체가 충분히 밝은 경우에는 각 게인 Ga, Gd를 디폴트값 "1"로 설정하고, 노광 시간 E만을 증감시켜, 적분 회로(80)에서의 화상 신호의 적분 결과 I를 목표치에 가깝도록 제어를 행한다. 노광 시간 E를 상한치까지 증가시켜도 적분 결과 I가 목표치를 하회하는 경우에는, 다음에, 자동 노광 제어 회로(82)는 노광 시간 E를 상한치에 유지한 채로 아날로그 게인 Ga를 증가시켜, 적분 결과 I를 목표치에 가깝게 하는 제어를 행한다. 아날로그 게인 Ga를 상한치까지 증가시켜도 적분 결과 I가 목표치를 하회하는 경우에는, 다음에, 자동 노광 제어 회로(82)는 노광 시간 E 및 게인 Ga를 상한치에 유지한 채로 디지털 게인 Gd를 증가시켜, 적분 결과 I를 목표치에 가깝게 하는 제어를 행한다.

특성 설정 회로(78)는 자동 노광 제어 회로(82)로부터 현재 설정되어 있는 E, Ga, Gd를 취득하고, 이들의 값에 기초하여, 복수의 변환 특성 함수 중 어느 하나를 선택하여 감마 보정 회로(76)에 설정한다.

또한, 디지털 신호 처리 회로(64)는 색 분리, 윤곽 보정 등의 다른 신호 처리를 더 행할 수 있지만, 여기서는 설명을 생략한다.

다음으로, 본 장치에서의 계조 보정 처리에 대하여 설명한다. 계조 보정 처리는 상술한 바와 같이, 감마 보정 회로(76)에서 변환 특성 함수를 이용하여 입력 신호 레벨을 변환함으로써 행해진다. 입력 신호 레벨과 출력 신호 레벨과의 대응 관계를 나타내는 변환 특성 함수는, 특성 설정 회로(78)가 자동 노광 제어 회로(82)로부터 얻어지는 노광 시간 E, 게인 Ga, Gd에 기초하여 결정한다.

도 2는 본 장치에 미리 준비되는 복수의 변환 특성 함수의 예를 도시하는 모식적인 그래프이다. 동 도면에서, 가로축이 입력 신호 레벨 x, 세로축이 출력 신호 레벨 y를 나타낸다. 변환 특성 함수(90)(y=F0(x))는 노광 시간 E가 비교적 짧은 경우에 대응한 함수를 나타내고, 변환 특성 함수(92)(y=F1(x))는 노광 시간 E가 비교적 길게 설정되는 경우에 대응한 함수를 나타내며, 또한 변환 특성 함수(94)(y=F2(x))는 2개의 게인 Ga, Gd의 곱으로 제공되는 합성 게인 G가 비교적 크게 설정되는 경우에 대응한 함수를 나타낸다. 예를 들면, 각 변환 특성 함수는 함수의 정의역 x(즉, 입력 신호 레벨이 취할 수 있는 범위)를 복수 구간으로 분할하고, 각 구간을 선형 함수에 근사한 형식으로 장치에 기억된다. 예를 들면, 특성 설정 회로(78)가, 각 변환 특성 함수를 근사하는 선형 함수를 나타내는 파라미터(예를 들면, 기울기 및 세로축 절편의 세트)를 각 구간마다 테이블 등에 미리 저장하여 유지한다.

변환 특성 함수(90)는, 기본적으로 입력 신호 레벨 x=0으로부터 급준하게, 예를 들면, 기울기 F0'(x)>1에서 상승한다. 기울기 F0'(x)는 x의 증가와 함께 감소하도록 설정된다. 한편, 변환 특성 함수(92, 94)는 S자 감마 특성이고, x가 소정치 이하인 저레벨 영역에서 변환 특성 함수(90)에 비해 작은 기울기를 갖고, 해당 저레벨 영역에서 출력 신호 레벨은 입력 신호 레벨에 비해 작은 값으로 변환된다. 예를 들면, 적어도 0 근방의 x에서, 기울기 F1'(x)<1, F2'(x)<1이다. 또한, 변환 특성 함수(94)와 비교하여, 변환 특성 함수(92)는 x의 증가와 함께 빠르게 상승하여, 표준 변환 특성 함수(90)에 빠르게 근접한다.

특성 설정 회로(78)는 노광 시간 E와 미리 설정되어 있는 소정의 임계치( 기준 노광 시간) ηe를 비교하고, E<ηe이면, 변환 특성 함수(90)를 감마 보정 회로(76)에 설정한다. 또한, E≥ηe인 경우에는, 특성 설정 회로(78)는 또한, 합성 게인 G와 미리 설정되어 있는 소정의 임계치(기준 게인) ηg를 비교하고, G<ηg이면, 변환 특성 함수(92)를 감마 보정 회로(76)에 설정한다. 한편, E≥ηe인 경우에서, G≥ηg이면, 변환 특성 함수(94)를 감마 보정 회로(76)에 설정한다. 감마 보정 회로(76)에의 각 변환 특성 함수의 설정은, 예를 들면, 특성 설정 회로(78)에 저장되어 있는 각 변환 특성 함수를 나타내는 파라미터를 판독하여, 감마 보정 회로(76)에 설정함으로써 행해진다.

여기서, 일반적으로, 노광 시간이 길게 되면, 화상 신호에 포함되는 암전류 성분이 증가하여, S/N이 열화한다. 기준 노광 시간 ηe는, 변환 특성 함수(90)에서 계조 보정한 화상의 S/N이 허용 범위 내에 들어가는 노광 시간 내로 설정된다.

또한, 변환 특성 함수(92, 94)의 저레벨 영역에서 기울기를 작게 하는 것은, 저레벨 영역에 포함될 수 있는 노이즈 성분을 큰 출력 신호 레벨로 변환하지 않도록 하여 S/N을 양호하게 유지하기 위해서이다. 따라서, 변환 특성 함수(92, 94) 각각에서의 기울기를 억제하는 저레벨 영역은, 변환 특성 함수(92, 94) 각각이 적용되는 노광 시간 E 및 게인 G에서의 노이즈의 크기에 따라 정해지고, 또한 해당 저레벨 영역에서의 기울기는 허용되는 S/N에 따라 정해진다. 여기서, 노이즈의 신호 레벨은 게인 G에 기본적으로 비례하여 증가하기 때문에, 감마 보정 회로(76)에 입력되는 화상 신호는, G<ηg의 경우보다 G≥ηg의 경우쪽이 노이즈의 신호 레벨이 크게 될 수 있다. 이에 대응하여, 변환 특성 함수(92)는 상술한 기울기를 억제하는 저레벨 영역이 비교적 좁게 설정되고, 이를 초과하는 입력 신호 레벨에서 급준하게 상승하도록 설정된다. 한편, 변환 특성 함수(94)에서는 기울기가 넓은 범위에서 억제되고, 완만하게 상승하도록 설정되어 있다.

여기서는, 노광 시간 E, 합성 게인 G 각각에 대하여 1개씩 임계치 ηe, ηg를 설정하고, 이에 대응하여, 표준 변환 특성 함수(90) 이외에, 2개의 수정한 변환 특성 함수(92, 94)를 준비하고, 특성 설정 회로(78)가 이들을 선택하는 구성을 설명하였지만, E, G에 대한 임계치의 수를 늘려, 보다 많은 변환 특성 함수로부터 선택하는 구성으로 하여도 된다. 예를 들면, 노광 시간 E의 상한치를 L, 아날로그 게인 Ga의 상한치를 Ma, 디지털 게인 Gd의 상한치를 Md라고 하는 경우, E<ηe에서 적용하는 표준의 변환 특성 함수(90) 이외에, E≥ηe이고 G=1인 경우, E=L이고 1<G≤ M1인 경우, E=L이고 M1<G≤M1·M2인 경우에 대하여, 적용되는 변환 특성 함수를 각각 준비하고, 특성 설정 회로(78)가 E, Ga, Gd 이들을 선택하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 노광 시간 E만을 변화시키는 경우나, 게인 G만을 변화시키는 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들면, E<ηe의 경우에 변환 특성 함수(90), E≥ηe의 경우에 변환 특성 함수(92)를 선택하도록 구성할 수 있다. 또한, 예를 들면, G<ηg의 경우에 변환 특성 함수(90), G≥ηg의 경우에 변환 특성 함수(94)를 선택하도록 구성할 수 있다. 여기서, E를 증가시킨 경우의 수정 변환 특성 함수로서 변환 특성 함수(92)를 채용하고, G를 증가시킨 경우의 수정 변환 특성 함수로서 변환 특성 함수(94)를 채용하고 있다. 이는, 노광 시간 E의 변화에 비해 노이즈의 신호 레벨의 변화율은 작고, 한편 게인 G의 증가에 대하여 노이즈의 신호 레벨은 기본적으로 비례하여 증가한다고 하는 상위에 따른 것이다. 즉, E가 ηe로부터 상한치까지 변화하는 동안에서의 노이즈의 신호 레벨의 변화는 비교적 작고, 한편 게인 G가 상승되는 경우에는 노이즈의 신호 레벨은 게인 G에 비례하여 크게 변화하기 때문에, 상술한 바와 같은 변환 특성 함수의 설정이 적합하게 될 수 있다.

본 발명에 의하면, 계조 보정 처리에서, 게인 제어나 촬상 장치에서의 노광 시간에 따라 상이한 변환 특성이 적용된다. 이 때문에, 게인이나 노광 시간에 의해 변화하는 노이즈 성분에 따른 적합한 변환 특성 함수를 적용한 계조 보정 처리가 행해져, S/N 특성 및 다이내믹 범위 양쪽을 양호하게 한 화상을 얻는 것이 가능하게 된다.

특히, 게인이 낮은 경우나 노광 시간이 짧은 경우와 같이 노이즈의 신호 레벨이 상대적으로 작은 경우에는, 입력 신호의 저레벨 영역에서 비교적 큰 기울기를 갖는 표준 변환 특성 함수를 채용함으로써, 원래의 노이즈 레벨이 낮은 것에 의해 S/N의 열화를 한정적으로 하면서, 넓은 다이내믹 범위를 얻을 수 있다. 한편, 게인이 높은 경우나 노광 시간이 긴 경우와 같이 노이즈의 신호 레벨이 상대적으로 큰 경우에는, 입력 신호의 저레벨 영역에서의 변환 특성 함수의 기울기를 작게 억제하고, 또한 상기 입력 신호 레벨의 증가와 함께 상기 표준 변환 특성 함수에 근접하는 수정 변환 특성 함수를 채용함으로써, 노이즈의 신호 레벨의 증폭을 억제하면서, 노이즈가 적은 비교적 높은 신호 레벨에서는 변환 특성 함수를 큰 기울기로 하여 다이내믹 범위를 확보할 수 있다.

여기서, 게인의 증가에 수반하여 노이즈의 신호 레벨은 기본적으로 비례하여 증가하지만, 노광 시간에 수반하는 증가는 그에 비해 완만하다. 이에 따라, 게인과 노광 시간 양쪽이 조절될 수 있을 때에는, 게인이 낮고 노광 시간이 긴 경우에 대응하는 제1 수정 변환 특성 함수는, 기울기를 낮게 억제하는 신호 레벨의 범위를 게인이 높은 경우에 대응하는 제2 수정 변환 특성 함수에 비해 좁게 하고, 또한 그 기울기를 억제하는 범위를 초과한 신호 레벨 범위에서의 변환 특성 함수가 상승하는 쪽을 제2 수정 변환 특성 함수에 비해 빠르게 하여도, S/N의 열화가 회피된다. 즉, 게인이 낮고 노광 시간이 긴 경우에는, 제1 수정 변환 특성 함수를 적용함으로써, S/N의 열화를 억제하면서, 다이내믹 범위를 적합하게 확보할 수 있다. 이와 같이, 표준 변환 특성 함수, 제1 수정 변환 특성 함수, 및 제2 수정 변환 특성 함수를 각각, 게인 및 노광 시간이 모두 작은 경우, 게인이 낮고 노광 시간이 긴 경우, 및 게인이 높은 경우로 구분하여 사용함으로써, 각각의 경우에 적합한 화상 신호를 얻을 수 있다.

Claims

화상 신호의 게인을 조절하는 게인 제어 회로와,

게인 조절 후의 화상 신호에 대하여, 비선형의 변환 특성 함수에 기초하여 신호 레벨을 변환하는 계조 보정 처리를 실시하는 계조 보정 회로와,

상기 게인에 따라 상기 변환 특성 함수를 결정하는 특성 결정 회로

를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 특성 결정 회로는, 상기 게인 제어 회로에서 이용되는 상기 게인이 소정의 기준치 미만인 경우에 소정의 표준 변환 특성 함수를 정하고, 상기 기준치 이상으로 설정되는 고게인 범위인 경우에 수정 변환 특성 함수를 정하며,

상기 수정 변환 특성 함수는, 입력 신호 레벨이 소정치 이하인 저레벨 영역에서, 상기 표준 변환 특성 함수보다 작은 변화율을 갖고, 또한 상기 입력 신호 레벨의 증가와 함께 상기 표준 변환 특성 함수에 근접하는 것을 특징으로 하는 화상 신호 처리 장치.
제2항에 있어서,

상기 저레벨 영역은 상기 고게인 범위에서의 게인 조절 후의 랜덤 노이즈의 신호 레벨에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 화상 신호 처리 장치.
촬상 장치에서 생성되는 화상 신호에 대하여, 비선형의 변환 특성 함수에 기초하여 신호 레벨을 변환하는 계조 보정 처리를 실시하는 계조 보정 회로와,

상기 촬상 장치에서의 노광 시간에 따라 상기 변환 특성 함수를 결정하는 특성 결정 회로

를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 신호 처리 장치.
제4항에 있어서,

상기 특성 결정 회로는, 상기 노광 시간이 소정의 기준치 미만인 경우에 소정의 표준 변환 특성 함수를 정하고, 상기 기준치 이상으로 설정되는 장노광 시간 범위인 경우에 수정 변환 특성 함수를 정하며,

상기 수정 변환 특성 함수는, 입력 신호 레벨이 소정치 이하인 저레벨 영역에서, 상기 표준 변환 특성 함수보다 작은 변화율을 갖고, 또한 상기 입력 신호 레벨의 증가와 함께 상기 표준 변환 특성 함수에 근접하는 것을 특징으로 하는 화상 신호 처리 장치.
촬상 장치에서 생성되는 화상 신호의 게인을 조절하는 게인 제어 회로와,

상기 화상 신호에 대하여, 비선형의 변환 특성 함수에 기초하여 신호 레벨을 변환하는 계조 보정 처리를 실시하는 계조 보정 회로와,

상기 촬상 장치에서의 노광 시간 및 상기 게인에 따라 상기 변환 특성 함수 를 결정하는 특성 결정 회로

를 포함하고,

상기 특성 결정 회로는, 소정의 기준 게인 미만의 상기 게인 또한 소정의 기준 노광 시간 미만의 상기 노광 시간인 경우에 소정의 표준 변환 특성 함수를 정하고, 상기 기준 게인 미만의 상기 게인 또한 상기 기준 노광 시간 이상으로 설정되는 장노광 시간 범위 내의 상기 노광 시간인 경우에 제1 수정 변환 특성 함수를 정하며, 상기 기준 게인 이상으로 설정되는 고게인 범위 내의 상기 게인인 경우에 제2 수정 변환 특성 함수를 정하고,

상기 제1 수정 변환 특성 함수 및 상기 제2 수정 변환 특성 함수는 모두, 입력 신호 레벨이 소정치 이하인 저레벨 영역에서 적어도, 상기 표준 변환 특성 함수보다 작은 변화율을 갖는 한편, 상기 제1 수정 변환 특성 함수는, 상기 입력 신호 레벨의 증가와 함께, 상기 제2 수정 변환 특성 함수보다 빠르게 상기 표준 변환 특성 함수에 근접하는 것을 특징으로 하는 화상 신호 처리 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 저레벨 영역은 상기 장노광 시간 범위에서의 상기 화상 신호의 랜덤 노이즈의 신호 레벨에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 화상 신호 처리 장치.