KR100769220B1 - 휘도 레벨 변환장치, 휘도 레벨 변환방법, 고체 촬상장치, 및 기록매체 - Google Patents

Abstract

휘도 레벨 변환장치는, 대수변환형 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호에 의해 표시되는 화상의 콘트라스트를 개선해서 자연스러운 화상으로 한다. 이 목적을 위해, 휘도 레벨 변환장치는, 입사광의 광량을 대수변환하는 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 휘도 레벨 변환장치에서는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 휘도 레벨 변환부가, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 따라서, 촬상신호에 있어서의 저휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트는 압축된다. 동시에, 계조성을 적절하게 유지하면서, 높은 휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트가 압축된다. 이것에 의해, 촬상신호에 있어서의 중간휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트가 대폭적으로 개선된다. 따라서, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 표시되는 화상이 보다 자연스러운 화상으로 된다.

Description

휘도 레벨 변환장치, 휘도 레벨 변환방법, 고체 촬상장치, 및 기록매체{BRIGHTNESS LEVEL CONVERTING APPARATUS, BRIGHTNESS LEVEL CONVERTING METHOD, SOLID-STATE IMAGE PICKUP APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM}

도 1은, 본 발명에 따른 고체 촬상장치의 상세를 나타내는 블록도이다.

도 2는, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 때에 휘도 레벨 변환부가 이용하는 휘도 레벨 변환함수의 일례를 나타내는 도면이다.

도 3(a)는, 휘도 레벨의 변환이 행해지기 전의, 촬상신호에 있어서의 입사광량과 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3(b)는, 도 3(a)에 나타내는 곡선의 특성을 갖는 촬상신호를, 도 2에 나타내는 각 곡선의 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 변환된 후의, 촬상신호에 있어서의 입사광량과 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4는, 식(2)에 의해 표시되는, 2차 함수인 휘도 레벨 변환함수에 있어서의, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는, 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨 변환전의 입사광량과 휘도 레벨의 관계를 나타내는 곡선과, 이 곡선을 도 4에 나타내는 곡선을 이용하여 휘도 레벨 변환한 후의 곡선에 있어서의 입사광량과 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이 다.

도 6은, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에 구비되는 화소 특성 추출부의 상세한 내부구성을 나타내는 블록도이다.

도 7은, 화소 블록 휘도 레벨 산출부의 동작 원리를 설명하는 도면이다.

도 8(a)는, 히스토그램 산출부에 의해 산출되는 히스토그램의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 8(b)는, 히스토그램 이동 평균 처리부에 의해 평활화된 평활화 히스토그램의 일례를 나타내는 도면이다.

도 9는, 휘도 레벨 변환함수 산출부에 의해 산출되는 휘도 레벨 변환함수의 일례를 나타내는 도면이다.

도 10은, 휘도 레벨 변환부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 11(a)는, 대수변환형 고체 촬상소자에 있어서의, 입사광량과 휘도 레벨의 관계(광응답특성)를 나타내는 그래프이다.

도 11(b)는, 대수변환형 고체 촬상소자에 있어서의, 입사광량과 화소수의 관계(입사광량 분포)의 일례를 나타내는 히스토그램이다.

도 12(a)는, 종래방법에 의해 휘도 레벨 변환된 촬상신호에 있어서의, 입사광량과 변환후의 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 12(b)는, 입사광량과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램이다.

도 13은, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 때에 휘도 레벨 변환부가 이용하는 휘도 레벨 변환함수의 일례를 나타내는 도면이다.

도 14는, 휘도 레벨이 변환된 뒤의 촬상신호에 있어서의, 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램의 일례이다.

도 15는, 실시형태2에 따른 휘도 레벨 변환장치에 구비되는 화소 특성 추출부의 상세한 내부구성을 나타내는 블록도이다.

도 16은, 광량차가 큰 암(暗)피사체 및 명(明)피사체의 화상을, 양쪽 모두 포함하고 있는 촬상 화상을 나타내는 촬상신호에 있어서의, 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램이다.

도 17은, 히스토그램 피크 검출부에 의해 산출된 차분 화소수와, 휘도 레벨의 관계를 나타내는 곡선을 나타내는 도면이다.

도 18은, 명(明)영역 휘도 레벨 평균 산출부의 동작을 설명하는 도면이다.

도 19는, 변환함수 산출부에 의해 산출되는 시그모이드 함수[g(i)]의 일례를 나타내는 도면이다.

도 20은, 변환함수 산출부에 의해 산출되는 시그모이드 함수[h(i)]의 일례를 나타내는 도면이다.

도 21은, 변환함수 산출부에 의해 산출되는 휘도 레벨 변환함수[f(i)]의 일례를 나타내는 도면이다.

도 22는, 실시형태3에 따른 휘도 레벨 변환장치에 구비되는 화소 특성 추출부의 상세한 내부구성을 나타내는 블록도이다.

도 23은, 화소 특성 추출부에 구비되는 변환방식 판정부의 상세한 내부구성을 나타내는 블록도이다.

도 24(a)는, 어두운 피사체 및 밝은 피사체 각각에 있어서의 휘도분포가 좁고, 중간적인 휘도분포가 거의 존재하지 않는 촬상신호에 있어서의, 입사광량과 화소수의 관계의 일례를 나타내는 히스토그램이다.

도 24(b)는, 어두운 피사체와 밝은 피사체 각각에 있어서의 휘도분포가 모두 넓고, 또한 서로 겹치고, 중간적인 휘도분포를 갖고 있는 촬상신호에 있어서의, 입사광량과 화소수의 관계의 일례를 나타내는 히스토그램이다.

도 25(a)는, 촬상면에 있어서, 명(明)영역 화소 블록이 서로 인접하고, 한 덩어리와 같은 상태를 나타내는 도면이다.

도 25(b)는, 촬상면에 있어서, 명영역 화소 블록이 분산되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.

도 26은, 실시형태3에 따른 변환함수 산출부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 27은, 광량차가 큰 어두운 피사체와 밝은 피사체를, 대수변환형 고체 촬상소자가 동시에 촬상했을 때의 화상에 있어서의, 촬상신호의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램을 나타내는 도면이다.

본 발명은, 대수변환형 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환장치, 휘도 레벨 변환방법, 고체 촬상장치, 및 기록매체에 관한 것이다.

오늘날, 디지털 스틸 카메라나 무비 카메라 등의 촬영장치가 널리 보급되어 있다. 이들 촬영장치에는, 피사체를 촬상하는 고체 촬상소자로서, 주로, CCD(Charge Coupled Device)가 구비되어 있다. CCD에서는, 통상, 촬상신호로 변환가능한 입사광의 다이나믹 레인지가 좁다. 그 때문에, CCD에 의해 촬상된 화상 내에, 피사체의 백색 계조 불분명이나 흑색 계조 불분명 등이 생길 우려가 있다. 이들 백색 계조 불분명이나 흑색 계조 불분명은, 화상의 품질을 손상시키는 것이므로, 가능한 한 생기지 않도록 하는 것이 바람직하다.

그래서, 이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 대수변환형 고체 촬상소자가 이용되고 있다. 대수변환형 고체 촬상소자는, 입사광량을 대수변환해서 촬상신호를 출력한다. 이와 같은 종류의 고체 촬상소자는, 일반적으로, MOS형 트랜지스터의 약반전 영역에 있어서의 전류특성을 이용하고 있다. 이것에 의해, 넓은 촬상신호의 입사광량을 변환한다.

통상, 촬영장치에 의해 촬영된 화상을 표시시키기 위해서는, 촬상신호를, CRT(Cathode Ray Tube)나 액정 모니터 등의 화상표시장치에 입력한다. 이것에 의해, 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상이나 동영상이, 화상표시장치에 표시된다. 그러나, 이와 같은 화상이나 동영상을, 화상표시장치에 그대로 표시시킬 경우, 이하에 설명하는 문제가 생긴다.

일반적으로, 디지털 카메라나 비디오 카메라에서는 통상의 좁은 광량범위를 갖는 환경에서 피사체를 촬영한다. 여기서, 대수변환형 고체 촬상소자는, 화상표시장치의 표시 다이나믹 레인지에 비해서, 1000배 이상이나 넓은 다이나믹 레인지의 광량을 압축한다. 그 때문에, 대수변환형 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호를, 화상표시장치에 그대로 표시시키면, 화상표시장치에, 콘트라스트가 매우 낮은 화상이나 동영상이 표시되어 버린다. 이와 같은 화상이나 동영상에서는, 화상표시장치에 표시되어 있는 대상이 무언인지, 판별하기 어려워질 우려가 있다.

그래서, 이와 같은 문제를 개선하는 방법이, 일본 공개 특허공보 「특허공개 2001-28714호[2001년(평성 13년) 1월30일 공개]」에 개시되어 있다. 즉, 이 문헌에는, 피사체의 휘도범위와 화상재생용 출력장치의 다이나믹 레인지가 대응하도록, 대수변환형의 광전변환수단으로부터 출력된 신호의 레벨 변환을 행하는 신호레벨 변환방법이 개시되어 있다. 이 종래방법에서는, 고체 촬상소자에 의해 얻어진 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨 범위 전체로부터, 촬상 환경에 따라 일부의 휘도 레벨 범위를 잘라내서, 콘트라스트를 직선적으로 확대함으로써 휘도 레벨을 변환한다.

종래의 휘도 레벨 변환방법의 상세에 대해서, 이하에, 도 11(a), 도 11(b), 도 12(a), 및 도 12(b)를 참조하여 설명한다. 도 11(a)는, 대수변환형 고체 촬상소자에 있어서의, 입사광량과 휘도 레벨의 관계(광응답특성)를 나타내는 그래프이다. 도 11(b)는, 대수변환형 고체 촬상소자에 있어서의, 입사광량과 화소수의 관계(입사광량 분포)의 일례를 나타내는 히스토그램이다.

도 11(a)에 나타내는 그래프(G111)에서는, 가로축이 입사광량을 나타내고, 세로축이 휘도 레벨을 나타낸다. 또한, LM은, 고체 촬상소자로부터 얻어지는 촬상신호에 있어서의 최대의 휘도 레벨을 나타낸다. 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 입사광량과 변환전의 휘도 레벨은 대수적인 곡선관계를 갖고 있다.

도 11(a), 도 11(b), 도 12(a), 및 도 12(b)에 나타내는 예에서는, 고체 촬상소자는, 화소마다 입사광량을 표본화 또한 양자화하고, 촬상신호로서 출력한다. 이를 위해, 도 11(b)에 나타내는 곡선(G112)에서는, 세로축이 화소수를 나타내고, 가로축이 입사광량을 나타낸다.

도 11(a) 및 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상소자는, 입사광량 분포 범위(R112)에 대응한, 휘도 레벨이 범위(R111) 내에 있는 촬상신호를 출력한다. 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 휘도 레벨 범위(R111)는 곡선(G111)의 일부를 점유하는 것에 지나지 않는다. 그 때문에, 고체 촬상소자로부터의 출력 촬상신호에 기초하는 화상표시를 행할 때, 고체 촬상소자의 출력 다이나믹 레인지 전체가 화상표시장치의 다이나믹 레인지 내에 수용되게 하면, 콘트라스트가 낮은 영상이 표시되는 문제가 생긴다.

그래서 상기 문헌에 개시되어 있는 종래방법에서는, 보다 콘트라스트를 개선하는 연구를 실시한다. 구체적으로는, 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 때, 입사광량 분포 범위(R112)가, 화상표시장치의 다이나믹 레인지 전체에 수용되게 한다. 도 12(a) 및 도 12(b)에, 이와 같은 휘도 레벨 변환의 일례를 나타낸다.

도 12(a)는, 종래방법에 의해 휘도 레벨 변환된 촬상신호에 있어서의, 입사광량과 변환후의 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12(b)는, 입사광량과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램이다. 여기서, LM은, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 있어서의, 최대의 휘도 레벨을 나타낸다. 또한, IL은 입사광량의 최대 값을 나타낸다. 도 12(b)에서는, 도 11(b)에 나타내는 그래프에 있어서의 가로축의 스케일을 일부 확대해서 표시하고 있다. 따라서, 최대 입사광량(IL)은, 도 12(b)에 나타내는 그래프에 있어서는, 도 11(b)에 비해서 가로축의 우측 방향에 시프트해서 표시되어 있다.

휘도 레벨 변환전의 휘도 레벨 범위(R111)는, 휘도 레벨 변환후에는, 도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 범위(R124)의 거의 전체에 상당하는 범위에 직선적으로 확대된다. 이 범위(R124)는, 고체 촬상소자의 출력 다이나믹 레인지를 거의 완전히 커버하고 있다. 이것에 의해, 촬상신호에 의해 표시되는 화상이 화상표시장치에 있어서 표시될 때, 고체 촬상소자의 출력 다이나믹 레인지는, 화상표시장치의 다이나믹 레인지 내에 전부 수용된다. 즉, 도 12(b)에 나타내는 입사광량 범위(R121)에 대응하는 촬상신호는, 화상표시장치의 다이나믹 레인지 전체를 사용하여 표시된다. 이것에 의해, 화상표시장치에는, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하지 않을 경우에 비해서, 콘트라스트가 보다 개선된 화상이 표시된다.

그러나, 대수변환형 고체 촬상소자에서는, 촬상신호가 대수적으로 압축되어 있다. 그 때문에, 도 12(a)에 있어서의 곡선(G121)에서는, 입사광량과 변환후의 휘도 레벨의 관계에, 고체 촬상소자의 대수특성에 유래하는 역 감마와 같은 특성이 남겨진다. 이와 같은 촬상신호에 의해 표시되는 화상을 화상표시장치에 있어서 표시시키면, 다음에 설명하는 문제가 생긴다.

상기 문헌의 종래방법에서는, 도 12(b)에 나타내는 범위(R121) 내에 있는 휘도 레벨 중, 입사광량이 보다 적은 범위(R122) 내의 휘도 레벨은, 도 12(a)에 나타 내는 범위(R125) 내의 휘도 레벨로 변환된다. 한편, 범위(R121) 내에 있는 휘도 레벨 중, 입사광량이 보다 많은 범위(R123) 내의 휘도 레벨은, 도 12(a)에 나타내는 범위(R126) 내의 휘도 레벨로 변환된다. 여기서, 범위(R126)에 비해서, 범위(R125)쪽이, 커버하는 휘도 레벨의 범위가 보다 넓다. 따라서, 고체 촬상소자에 의해 촬상된 화상 내의 어두운 영역에 있어서, 콘트라스트가 강조되는 한편, 보다 밝은 영역에 있어서, 콘트라스트가 저하된다.

또한, 도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 입사광량이 보다 적은 범위에 있어서, 곡선(G121)의 경사는 보다 크게 된다. 이것에 의해, 대수변환형 고체 촬상소자에서는, 보다 어두운 조건하에서 피사체를 촬상할수록, 휘도 레벨 변환 후의 휘도 레벨 범위가 크게 할당됨으로써, 콘트라스트가 강조된다. 그 때문에, 입사광량이 보다 어두운 범위에 편중해서 분포되어 있지 않는 한, 촬상된 화상의 대부분의 영역에 있어서, 휘도 레벨 변환 후의 콘트라스트가 낮게 되어 버린다.

따라서, 상기 문헌의 종래방법을 이용하여 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 경우, 입사광량과 휘도 레벨이 직선관계를 나타내는 곡선(G122)을 이용하여 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 경우에 비해서, 전반적으로 부자연스러워지고, 콘트라스트가 희미해진, 인상이 나쁜 화상이 얻어져 버린다. 여기서, 촬영된 화상이나 동영상에 포함되는 문자나 도형 등의 정보를 이용하여, 인간이나 기계가, 어떠한 판단을 내리는 상황이 고려된다. 이 경우, 상술한 종래방법을 이용하여 휘도 레벨을 변환하면, 휘도 레벨 변환후에 계조성이 손상되어 있는 화상에 기초하여, 인간이나 기계가 잘못된 판단을 내릴 우려가 있다. 이것에 의해, 사고 등의 중대한 문제가 야기될 가능성이 생긴다.

마찬가지의 문제는 도 27에 나타내는 예에 있어서도 생긴다. 도 27은, 광량차가 큰 어두운 피사체와 밝은 피사체를, 대수변환형 고체 촬상소자가 동시에 촬상했을 때의 화상에 있어서의, 촬상신호의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램을 나타내는 도면이다. 광량차가 큰 2개의 피사체에는, 예컨대, 터널의 출구 부근에 있어서의, 터널의 내부와, 태양광하의 터널 외의 경치가 있다. 또한, 창이 있는 실내에 있어서의, 실내와, 태양광하의 창밖의 경치가 있다. 이 때, 고체 촬상소자는 이들 피사체를 동일한 촬상면상에서 동시에 촬상한다.

고체 촬상소자가, 터널의 출구 부근의 풍경을 촬상하는 예를 이하에 설명한다. 도 27에, 고체 촬상소자에 의해 촬상된 화상에 있어서의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타낸다. 도 27에 있어서, 곡선(G271)은, 촬상신호에 있어서의, 터널 내부의 화상을 나타내는 부분의 휘도 레벨 분포를 나타낸다. 한편, 곡선(G272)은, 촬상신호에 있어서의, 주로 터널 외의 경치의 화상을 나타내는 부분의 휘도 레벨 분포를 나타낸다.

광량차가 큰 어두운 피사체와 밝은 피사체를, 대수변환형 고체 촬상소자가 동시에 촬상했을 때, 소자에 입사되는 광량의 범위는 매우 넓다. 그 때문에, 대수변환형 고체 촬상소자는, 곡선(G271) 및 곡선(G272)에 나타내는 휘도 레벨 분포를 각각 포함하고 있는, 매우 넓은 범위의 휘도 레벨을 포함하고 있는 촬상신호를 얻는다. 이것은, CCD와 달리, 대수변환형 고체 촬상소자에 있어서의, 입사광의 다이나믹 레인지가 넓기 때문이다.

앞에 설명한 문헌의 종래방법은, 도 27에 나타내는 휘도 레벨 분포를 갖고 있는 촬상신호의 휘도 레벨을, 이하의 순서에 따라 변환한다. 즉, 도 27의 R271에 나타내는, 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨 전체 범위에 걸쳐서, 휘도 레벨을 직선적으로 변환할 수 있다. 도 27에 나타내는 바와 같이, 전체 범위(R271)에는, 휘도 레벨 범위가 보다 좁은 부분 범위(R272)가 포함되어 있다. 이 때, 휘도 레벨의 변환후에 있어서도, 전체 범위(R271)에 대한 부분 범위(R272)의 비율에 변화는 없다.

그 때문에, 휘도 레벨을 변환한 후에 있어서의 촬상신호를 화상표시장치에 재생시켰을 때, 곡선(G271)으로 나타내는 분포에 대응하는 터널 내부의 화상은, 콘트라스트가 작은 어두운 부분으로서 표시된다. 한편, G272의 분포에 대응하는 터널 외의 경치는, 콘트라스트가 작은 밝은 부분으로서 표시된다.

따라서, 표시되는 화상에 있어서의 어두운 부분과 밝은 부분 양쪽에 모두 콘트라스트가 부족해져 버린다. 이 때, 휘도 레벨 변환 후의 피사체 화상에 포함되어 있는 문자나 도형 등의 정보를 이용하여, 인간이나 기계가, 어떠한 판단을 내리는 상황이 고려된다. 이 경우도 역시, 상술한 문제와 마찬가지로, 휘도 레벨 변환후에 계조성이 손상되어 있는 화상에 기초하여, 인간이나 기계가 잘못된 판단을 내릴 우려가 있다. 이것에 의해, 사고 등의 중대한 문제가 야기될 가능성이 생긴다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것이고, 그 목적은, 대수변환형 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 콘트라스트를 개선하여 자연스러운 화상으로 하는 휘도 레벨 변환장치, 휘도 레벨 변환방법, 고체 촬상장치, 및 기록매체를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 휘도 레벨 변환장치는,

입사광의 광량을 대수변환하는 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환장치에 있어서,

입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개 이상의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 본 장치에서는, 휘도 레벨 변환수단은, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이 1개 이상의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 여기서 말하는 「변곡점」은, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨의 관계를 나타내는 곡선에 있어서, 입력 휘도 레벨의 증분에 대한 출력 휘도 레벨의 증분이, 증가 경향에서 감소 경향으로 바뀌는 점을 의미한다. 또한, 변곡점에 있어서는, 휘도 레벨 변환함수의 2차 도함수의 값이 제로로 된다.

따라서, 휘도 레벨 변환수단이 이용하는 휘도 레벨 변환함수에서는, 입력 휘도 레벨의 변화에 따른 출력 휘도 레벨의 변화가, 변곡점에 가까울수록 커진다.

이와 같이, 휘도 레벨 변환수단은, 상술한 성질을 갖는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 휘도 레벨 변환함수의 변곡점에 있어서의 입력 휘도 레벨 부근을 제외하고, 촬상신호의 콘트라스트를 압축한다. 동시에, 휘도 레벨 변환함수의 변곡 점에 있어서의 입력 휘도 레벨 부근의 콘트라스트를 대폭적으로 개선한다. 따라서, 촬상신호에 있어서의 일부의 휘도 레벨 영역을 잘라내서, 계조를 직선적으로 확대했을 경우에 비해서, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상이, 보다 자연스러운 화상으로 되는 효과를 거둔다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 휘도 레벨 변환방법은,

입사광량을 대수변환하는 고체 촬상소자로부터 출력된 휘도신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환방법에 있어서,

입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개 이상의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 상술한 휘도 레벨 변환장치와 마찬가지의 작용, 효과를 거둔다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 고체 촬상장치는, 상술한 휘도 레벨 변환장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 대수변환형 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 콘트라스트를 개선하여 자연스러운 화상으로 할 수 있는 고체 촬상장치를 제공할 수 있는 효과를 거둔다.

본 발명의 다른 목적, 특징, 및 우수한 점은, 이하에 나타내는 기재에 의해 충분히 알 수 있다. 또한, 본 발명의 이점은, 첨부도면을 참조한 다음의 설명으로 명백해질 것이다.

〔실시형태1〕

본 발명에 따른 제 1 실시형태에 대해서, 도 1~도 10을 참조하여 이하에 설명한다.

[고체 촬상장치(1)의 개요]

도 1은, 본 발명에 따른 고체 촬상장치(1)의 상세를 나타내는 블록도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상장치(1)는, 고체 촬상소자(2) 및 휘도 레벨 변환장치(3)를 구비하고 있다. 고체 촬상소자(2)는, 대수변환형 고체 촬상소자이며, 피사체를 촬상한다. 구체적으로는, 고체 촬상소자(2)는, 피사체가 발하는 혹은 반사하는 광이 렌즈 등의 광학계를 통해서 고체 촬상소자(2)면에 입사되는 광량을, 휘도 레벨로 대수변환한다. 이것에 의해 고체 촬상소자(2)는, 피사체의 화상을 나타내는 촬상신호를 생성하고, 출력한다. 이 상세에 대해서는, 후술한다.

[휘도 레벨 변환장치(3)의 상세]

휘도 레벨 변환장치(3)는, 고체 촬상소자(2)로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 이 휘도 레벨 변환장치(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 화소 특성 추출부(5), 변환함수 산출부(6)(함수 산출수단), 및 휘도 레벨 변환부(7)(휘도 레벨 변환수단)를 구비하고 있다.

화소 특성 추출부(5)는, 고체 촬상소자(2)에 의해 촬상된 화상의 특성을 추출한다. 구체적으로는, 화소 특성 추출부(5)는, 고체 촬상소자(2)로부터 출력된 촬상신호에 기초하여, 화소의 특성을 나타내는 각종 파라미터를 생성한다. 변환함수 산출부(6)는, 휘도 레벨 변환장치(3)에 있어서, 휘도 레벨의 변환에 이용하는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이들 처리의 상세에 대해서는 후술한다.

휘도 레벨 변환부(7)는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 이 휘도 레벨 변환함수는, 휘도 레벨 변환장치(3)에 있어서 도시하지 않은 기억장치에 미리 저장되어 있고, 휘도 레벨 변환부(7)가 필요에 따라서 참조한다. 기억장치는, 휘도 레벨 변환장치(3)가 구비하고 있는 것이여도 되고, 휘도 레벨 변환장치(3)에 접속되어 있는 외부장치여도 된다.

[휘도 레벨 변환부(7)의 상세]

휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 휘도 레벨 변환부(7)는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 여기서 말하는 「S자형의 곡선」은, 예컨대, 변곡점에 가까울수록 곡선의 경사가 커지는 곡선을 의미한다. 바꾸어 말하면, 휘도 레벨 변환부(7)가 이용하는 휘도 레벨 변환함수에서는, 입력 휘도 레벨의 변화(증분)에 대한 출력 휘도 레벨의 변화(증분)가, 변곡점에 가까울수록 커진다.

이와 같이, 휘도 레벨 변환부(7)는, 상술한 성질을 갖는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 이 때문에, 휘도 레벨 변환부(7)는, 촬상신호에 있어서의 저휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 동시에, 계조성을 적절하게 유지하면서, 높은 휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 이것에 의해, 촬상신호에 있어서의 중간휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트가, 대폭적으로 개선된다. 따라서, 촬상신호에 있어서의 일부의 휘도 레벨 영역을 잘라내서, 계조를 직선적으로 확대한 경우에 비해서, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상이, 보다 자연스러운 화상으로 된다.

(휘도 레벨 변환함수의 상세)

휘도 레벨 변환시에 휘도 레벨 변환부(7)가 이용하는 휘도 레벨 변환함수의 상세에 대해서, 도 2~도 5를 참조하여 이하에 설명한다. 도 2는, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 때에 휘도 레벨 변환부(7)가 이용하는 휘도 레벨 변환함수의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2에는, 식(1)에 나타내는, 시그모이드형의 휘도 레벨 변환함수를 나타낸다.

… 식(1)

여기서, i는 입력 휘도 레벨을, f(i)는 출력 휘도 레벨을 나타낸다. L은 출력 휘도 레벨의 최대 휘도 레벨을, e는 자연대수의 바닥을 나타낸다. max는 입력 휘도 레벨의 최대값을 나타낸다. mid는 max의 절반정도의 값을 나타낸다. μ는, 식(1)에 의해 나타내어지는 곡선의 경도를 설정하는 파라미터를 나타낸다.

도 2에 있어서, 가로축은 입력 휘도 레벨을 나타내고, 세로축은 출력 휘도 레벨을 나타낸다. 식(1)에 나타내는 μ를, 4:2:1의 비로 변화시켰을 때의 곡선을, 도 2에 있어서, 각각, 곡선(G21), 곡선(G22), 및 곡선(G23)으로 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 곡선(G21~G23)은, 모두, 1개의 변곡점(P)을 갖고 있다(입력 휘도 레벨=mid, 출력 휘도 레벨=L/2). 또한, 곡선(G21~G23)에서는, μ가 보다 작을수록, 변곡점(P)을 중심으로, 곡선의 경사가 보다 급경사로 된다. 이와 같이, 휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 파라미터 μ를 적절히 다른 값으로 설정한다. 이것에 의해, 도 2에 나타내는 곡선(G21~G23)과 같이 경사가 다른 복수의 휘도 레벨 변환함수를, 적절히 바꾸어 이용할 수 있다.

(휘도 레벨 변환의 일례)

휘도 레벨 변환장치(3)에 있어서, 도 2에 나타내는 곡선(G21~G23)의 휘도 레벨 변환함수를 이용하고, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한 결과의 일례를, 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타낸다. 도 3(a)는, 휘도 레벨의 변환이 행해지기 전의, 촬상신호에 있어서의 입사광량과 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3(b)는, 도 3(a)에 나타내는 곡선(G31)의 특성을 갖는 촬상신호가, 도 2에 나타내는 각 곡선의 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 변환된 후의, 촬상신호에 있어서의 입사광량과 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다.

휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 휘도 레벨 변환부(7)가, 곡선(G21~G23)의 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 휘도 레벨 변환된 촬상신호에 있어서의, 입사광량과, 변환 후의 휘도 레벨의 관계는, 도 3(b)에 나타내는 곡선(G32~G34)에 의해 나타내어지는 특성을 갖고 있다. 곡선(G32)에서는, 입사광량과 휘도 레벨은, 역 감마와 같은 특성을 갖고 있다. 곡선(G33)에서는, 입사광량과 휘도 레벨은, 변곡점(P)을 경계로, 휘도 레벨이 낮은 영역에서는 직선적인 관계를 갖고 있다. 한편, 휘도 레벨이 높은 영역에서는, 입사광량과 휘도 레 벨은, 완만한 역 감마와 같은 특성을 갖고 있다. 곡선(G34)에서는, 입사광량과 휘도 레벨은, 변곡점(P)을 경계로, 휘도 레벨이 낮은 영역에서는 감마와 같은 특성을 갖고 있다. 한편, 휘도 레벨이 높은 영역에서는, 입사광량과 휘도 레벨은 역 감마와 같은 특성을 갖고 있다.

이와 같이, 휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 곡선(G21~G23)으로 나타내는, 다양하게 다른 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 수 있다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환장치(3)는, 역 감마특성에 의한 CRT의 감마 보정이나, 신호처리 등에서 취급하기 쉬운 역대수특성에 의한 직선화나, 액정 모니터에서 유효한 감마 강조에 의한 시각특성보상 등을 실행할 수 있다.

도 3(b)에 나타내는 곡선(G32~G34)에서는, 모두, 변곡점(P)을 경계로 하는 고휘도 레벨의 영역에 있어서, 입사광량과 휘도 레벨이 역 감마와 같은 관계를 갖고 있다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환장치(3)는, 곡선(G32~G34)의 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 촬상신호의 휘도 레벨을 변환함으로써, 높은 휘도 레벨을 갖는 영역의 전반에 있어서, 피사체의 백색 계조 불분명를 억제할 수 있다. 또한, 고휘도 레벨을 갖는 영역의, 변곡점에 가까운 범위에 있어서는, 피사체의 콘트라스트를 강조할 수 있다.

또한, 도 3(b)에 나타내는 곡선(G32~G34)은, 모두, 저휘도 레벨측에서 고휘도 레벨측까지, 연속적 또한 매끄러운 커브를 그리고 있다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환장치(3)는, 곡선(G32~G34)으로 나타내는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 촬상신호의 휘도 레벨을 변환함으로써, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내 어지는 화상에 부자연스러운 윤곽이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 휘도 레벨 변환장치(3)에 의해 휘도 레벨 변환된 촬상신호를, CRT나 액정 모니터와 같은 화상표시장치에 입력하면, 자연스러운 윤곽을 갖는 화상이 표시된다.

(2차 함수의 이용)

또한, 휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 휘도 레벨 변환부(7)는, 2차 함수인 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환해도 된다. 이 2차 함수도, 데이터로 하여, 도시하지 않은 기억장치에 미리 저장되어 있다. 이 때, 휘도 레벨 변환부(7)가 이용하는 휘도 레벨 함수는, 식(2)에 나타내는 2차 함수인 것이 바람직하다.

… 식(2)

식(2)에 있어서, i는 입력 휘도 레벨을, f(i)는 출력 휘도 레벨을 나타낸다. L은 출력 휘도 레벨의 최대 휘도 레벨을 나타낸다. x1은 입력 휘도 레벨의 최소값을 나타낸다. x2는 입력 휘도 레벨의 최대값을 나타낸다. mid는 x1 및 x2의 중간점을 나타낸다.

식(2)에 의해 표시되는, 2차 함수인 휘도 레벨 변환함수의 특성에 대해서, 도 4를 참조하여 이하에 설명한다. 도 4는, 식(2)에 의해 나타내어지는, 2차 함수 인 휘도 레벨 변환함수에 있어서의, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4에 있어서, 가로축은 입력 휘도 레벨을 나타내고, 세로축은 출력 휘도 레벨을 나타낸다. 도 4에 나타내는 곡선(G41)은, 1개의 변곡점(P)을 갖는 S자형의 곡선관계를 갖고 있다. 즉, 입력 휘도 레벨=mid인 경우에, 출력 휘도 레벨=L÷2로 되는 변곡점(P)이 존재한다.

휘도 레벨 변환장치(3)에 있어서, 2차 함수인 휘도 레벨 변환함수를 이용하고, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한 결과의 일례를, 도 5에 나타낸다. 도 5는, 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨 변환전의 입사광량과 휘도 레벨의 관계를 나타내는 곡선(G51)과, 이 곡선(G51)을 도 4에 나타내는 곡선(G41)을 이용하여 휘도 레벨 변환한 후의 곡선(G52)에 있어서의 입사광량과 휘도 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 곡선(G52)에 있어서의 휘도 레벨이 L÷2보다 높은 영역에서는, 입사광량과 휘도 레벨은 역 감마와 같은 특성을 갖고 있다. 한편, 곡선(G52)에 있어서의 휘도 레벨이 L÷2보다 낮은 영역에서는, 입사광량과 휘도 레벨은 직선관계를 갖고 있다. 즉, 식(2)에 나타내는 휘도 레벨 변환함수에 의해 촬상신호의 휘도 레벨이 변환되면, 촬상신호에 있어서의 입사광량과 휘도 레벨의 관계는, 곡선(G52)에 있어서 휘도 레벨이 L÷2보다 낮은 영역에서는, 휘도 레벨 변환전의 역 감마와 같은 특성 때문에, 휘도 레벨 변환 후의 직선관계로 보정된다. 이것에 의해, 고체 촬상소자(2)로부터 출력된 촬상신호를, CRT나 액정 모니터 등의 표시장치에 표시시킬 때, 감마 보정이나 역 감마 보정을 적용하기 쉽다. 또한, 곡 선(G52)에 있어서의 휘도 레벨이 L÷2보다 높은 영역으로는, 입사광량과 휘도 레벨은 역 감마와 같은 특성을 갖고 있다. 이것에 의해, 표시되는 화상의, 휘도 레벨이 높은 영역의 전반으로 있어서, 피사체의 백색 계조 불분명을 억제할 수 있다. 또한, 휘도 레벨이 L÷2에 가까운 범위에 있어서는, 화상의 콘트라스트를 강조할 수 있다.

2차 함수인 휘도 레벨 변환함수는, 시그모이드형의 휘도 레벨 변환함수에 비해서, 계산식이 심플하다. 따라서, 휘도 레벨 변환장치(3)를 마이크로 프로그래밍 방식의 컴퓨터에 의해 실현했을 때, 2차 함수인 휘도 레벨 변환함수를 이용하는 경우에는, 시그모이드형의 휘도 레벨 변환함수를 이용할 경우에 비해서, 보다 적은 계산량으로 휘도 레벨을 변환할 수 있다. 따라서, 휘도 레벨 변환장치(3)는, 촬상신호의 휘도 레벨을, 보다 짧은 시간에 또한 적은 소비전력으로 변환할 수 있다. 또한, 2차 함수의 휘도 레벨 변환함수를 이용한 휘도 레벨 변환장치(3)를 전용의 전자회로에 의한 하드웨어로 구성할 경우, 시그모이드형의 휘도 레벨 변환함수를 이용한 휘도 레벨 변환장치(3)에 비해서 보다 소규모의 하드웨어 구성으로 할 수 있기 때문에, 보다 적은 소비전력으로 구동하는 휘도 레벨 변환장치(3)를 실현할 수 있다.

(휘도 레벨 변환함수의 산출)

휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 기억장치에 미리 저장되어 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하는 대신에, 촬상신호가 입력될 때마다 휘도 레벨 변환함수를 산출하고, 그 산출한 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환해 도 된다. 이 때, 휘도 레벨 변환장치(3)는, 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 특성에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 화소 특성 추출부(5)가, 촬상신호에 기초하여, 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 특성을 나타내는 파라미터를 산출한다. 또한, 변환함수 산출부(6)가, 촬상신호에 의해 산출된 파라미터에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환부(7)는, 화상의 특성에 기초하여 산출된 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 따라서, 휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 화상의 특성에 따른 최적의 휘도 레벨 변환이 행해져, 보다 자연스러운 화상을 얻을 수 있다.

이와 같은 휘도 레벨 변환함수 산출의 상세에 대해서, 도 6~도 9를 참조하여 이하에 설명한다. 휘도 레벨 변환함수 산출의 상세를 설명하기 전에, 우선, 고체 촬상소자(2)의 동작에 대해서, 이하에 상세하게 설명한다.

고체 촬상소자(2)의 촬상면에서는, 복수의 광전변환소자가 규칙적으로 배열되어 있다. 여기서, 고체 촬상소자(2)의 촬상면에 있어서의 각 광전변환소자가, 촬상되는 화상에 있어서의 각 화소에 대응한다. 광전변환소자는, 입사광량의 휘도 레벨에 따른 전기신호를 생성한다. 고체 촬상소자(2)는, 우선, 촬상되는 화상을 구성하는 각 화소의 휘도 레벨을 나타내는, 아날로그 전기신호를 생성한다. 또한, 고체 촬상소자(2)에 있어서의 광전변환 특성은, 도 3(a)에 나타나 있는 바와 같은, 입사광량과 휘도 레벨이, 대수관계를 갖는 것이다.

(촬상신호의 생성)

고체 촬상소자(2)는, 광전변환소자에 의해 얻어진 아날로그 전기신호를 표본화 또한 양자화하는, 도시하지 않은 AD변환회로를 내장하고 있다. 이것에 의해, 고체 촬상소자(2)는, 촬상되는 화상을 구성하는 각 화소의 휘도 레벨을 이산적으로 나타내는, 휘도 레벨 데이터를 생성한다. 예컨대, 고체 촬상소자(2)는, 8비트의 분해능을 갖는 AD변환회로를 구비하고 있을 경우, 0~255 중 어느 하나의 값을 취하는 휘도 레벨 데이터를 생성한다.

고체 촬상소자(2)는, 각 광전변환소자에 의해 얻어진 아날로그 전기신호에 기초하여, 촬상되는 화상을 구성하는 화소의, 화상에 있어서의 화소 어드레스를 나타내는 화소 어드레스 데이터 혹은 미리 정해진 화소 어드레스를 산출하기 위해 필요한 동기신호를 생성하거나, 또는, 미리 정해진 화소 어드레스에 대응하는 휘도 레벨 데이터를 순차적으로 생성하기 위한 외부로부터의 동기신호를 수취한다. 이 때, 고체 촬상소자(2)는, 화소마다, 화소 어드레스와 휘도 레벨 데이터를 관련시킨 화소특성 데이터를 생성한다.

고체 촬상소자(2)는, 이와 같은 데이터 생성을, 모든 광전변환소자로부터 얻어지는 아날로그 전기신호에 기초하여 반복한다. 이렇게 해서, 고체 촬상소자(2)는, 최종적으로, 촬상된 화상을 구성하는 모든 화소에 관한 각 화소특성 데이터를 서로 관련시킴으로써, 촬상신호를 생성한다. 또한, 고체 촬상소자(2)는, 생성한 촬상신호를, 화소 특성 추출부(5)를 구성하는 화소 블록 휘도 레벨 산출부(30), 및 휘도 레벨 변환부(7)에 출력한다.

또한, 휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 고체 촬상소자(2)에 AD회로가 내장되어 있지 않아도 좋다. 이 경우, 휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 고체 촬상소자(2)의 외부에, AD변환회로를 구비한다. 즉, 고체 촬상소자(2)는, 외부의 AD변환회로를 이용하여, 휘도 레벨을 나타내는 아날로그 전기신호를 표본화 또한 양자화한다. 이것에 의해, AD변환회로를 내장하고 있는 고체 촬상소자(2)에 의해 생성되는 촬상신호와, 마찬가지의 촬상신호가 얻어진다.

(화소 특성 추출부(5)의 상세)

도 6은, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치(3)에 구비되는 화소 특성 추출부(5)의 상세한 내부구성을 나타내는 블록도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 화소 특성 추출부(5)는, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(30), 히스토그램 산출부(31)(히스토그램 산출수단), 히스토그램 이동 평균 처리부(32)(히스토그램 평활화수단), 명영역 화소 블록 탐색부(33)(제 4 누적 화소수 산출수단), 명영역 어드레스 분산 산출부(34)(명영역 화소 어드레스 분산 산출수단), 명휘도 참조 레벨 산출부(35)(제 2 누적 화소수 산출수단, 제 1 명휘도 참조 레벨 산출수단, 명영역 화소 어드레스 분산 판정수단, 제 2 기준 화소수 설정수단), 암(暗)영역 화소 블록 탐색부(36)(제 3 누적 화소수 산출수단), 암영역 어드레스 분산 산출부(37)(암영역 화소 어드레스 분산 산출수단), 암휘도 참조 레벨 산출부(38)(제 1 누적 화소수 산출수단, 제 1 암휘도 참조 레벨 산출수단, 암영역 화소 어드레스 분산 판정수단, 제 1 기준 화소수 설정수단), 및, 스케일링 연산부(39)(제 2 암휘도 참조 레벨 산출수단, 제 2 명휘도 참조 레벨 산출수단)를 구비하고 있다.

(화소 블록의 휘도 레벨 대표값의 산출)

화소 블록 휘도 레벨 산출부(30)는, 촬상된 화상을 구성하는 화소 블록의 휘도 레벨 대표값을 산출한다. 이 동작에 대해서, 도 7을 참조하여 이하에 설명한다.

도 7은, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(30)의 동작 원리를 설명하는 도면이다. 화소 블록 휘도 레벨 산출부(30)는, 고체 촬상소자(2)의 촬상면(75)에 있어서의, 서로 근접하는 소정의 복수의 화소(76)를, 화소 블록(77)으로서 추출한다. 예컨대, 도 7의 화살표로 나타내는 X방향 및 Y방향으로 반복하고, 촬상된 화상을 격자상으로 분할한다.

화소 블록 휘도 레벨 산출부(30)는, 추출한 화소 블록(77)마다, 휘도 레벨 대표값을 산출한다. 이 때, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(30)는, 휘도 레벨 대표값으로서, 어떤 화소 블록(77)을 구성하는 모든 화소(76)의 휘도 레벨의 평균값을 산출한다. 화소 블록 휘도 레벨 산출부(30)는, 산출한 휘도 레벨 대표값을, 화소 블록의 휘도 레벨로서 촬상신호에 저장하고, 히스토그램 산출부(31)에 출력한다. 이하, 「화소」를 화소 블록의 의미로 나타내고, 「휘도 레벨」을 화소 블록의 휘도 레벨 대표값의 의미로 나타낸다.

(히스토그램의 산출)

히스토그램 산출부(31)는, 촬상신호에 기초하여, 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는, 도 8(a)에 나타내는 히스토그램(H1)을 산출한다. 구체적으로는, 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨을 1프레임에 걸쳐 계산함으로써, 히스토그램(H1)을 산출한다. 구체적으로는, 히스토그램 산출부(31)는, 각 휘도 레벨과, 이 휘도 레벨을 갖고 있는 화소 블록의 수를 서로 관련시킨, 히스토그램 데이터를 생성한다. 히스 토그램 산출부(31)는 생성한 히스토그램 데이터를 히스토그램 이동 평균 처리부(32)에 출력한다.

후술하는 바와 같이, 휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 이 히스토그램(H1)에 기초하여, 변환함수 산출부(6)가, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해, 변환함수 산출부(6)는, 피사체의 화상에 합치된 최적의 휘도 레벨 변환함수를 산출할 수 있다. 또한, 휘도 레벨 변환부(7)는, 피사체의 화상에 최적의 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 수 있다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환장치(3)를, 특히, 동영상을 촬영하는 비디오 카메라 등의 촬상장치에, 양호하게 응용할 수 있다.

(히스토그램의 평균화)

히스토그램 이동 평균 처리부(32)는, 히스토그램(H1)을 평활화함으로써, 매끄럽고 요철이 적은 평활화 히스토그램(H2)을 산출한다. 구체적으로는, 히스토그램 이동 평균 처리부(32)는, 입력된 히스토그램 데이터에 기초하여, 히스토그램(H1)에 있어서의 화소수의 휘도 레벨 방향의 이동평균값을 산출함으로써, 도 8(b)에 나타내는 평활화 히스토그램(H2)을 산출한다. 또한, 히스토그램 이동 평균 처리부(32)는, 산출한 평활화 히스토그램(H2)을 나타내는 데이터를, 암휘도 참조 레벨 산출부(38) 및 명휘도 참조 레벨 산출부(35)에 출력한다.

이것에 의해 히스토그램 이동 평균 처리부(32)는, 피사체의 급격한 변동을 원인으로 한, 히스토그램(H1)의 요동을 저감할 수 있다. 또한, 변환함수 산출부(6)는, 평활화 히스토그램(H2)에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 따라서, 휘도 레벨 변환부(7)는, 요동이 적은 평활화 히스토그램(H2)에 기초하여 산출된 파라미터 변동이 적은 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환된 후에 촬상신호를 화상표시장치에 입력했을 때, 보다 플리커가 억제된 화상을 표시할 수 있다.

(명영역 화소 블록의 탐색)

명영역 화소 블록 탐색부(33) 및 암영역 화소 블록 탐색부(36)의 동작에 대해서, 도 8(a)를 참조하여 이하에 설명한다.

명영역 화소 블록 탐색부(33)는, 도 8(a)의 방향(D81)으로 나타내는 바와 같이, 히스토그램(H1)에 있어서의 최고 휘도 레벨로부터 저휘도 레벨측을 향해 화소를 누적 가산함으로써, 소정의 제 4 누적 화소수를 산출한다. 즉, 명영역 화소 블록 탐색부(33)는, 히스토그램(H1)에 있어서의 제 4 기준 휘도 레벨 이상, 최고 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨의 화소수를 누적 가산함으로써, 제 4 누적 화소수를 산출한다. 여기서, 명영역 화소 블록 탐색부(33)는, 산출한 제 4 누적 화소수가 소정의 제 4 기준 화소수를 초과할 경우, 제 4 기준 휘도 레벨을 명영역 탐색 참조 휘도 레벨(WL)(명영역 기준 휘도 레벨)로서 산출한다. 또한, 소정의 제 4 기준 화소수는 실험적으로 정해지는 값이며, 히스토그램(H1)에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.5~1.5%의 값인 것이 바람직하다.

휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 이와 같이 명영역 탐색 참조 휘도 레벨(WL)을 산출함으로써, 화소 블록의 화소 어드레스의 분산을 조사하는 대상을, 피사체의 촬상면의 합계 면적의 한정된 촬상 영역으로 할 수 있다. 따라서, 중요한 촬상 대상 으로 하는 최명부(最明部)의 피사체의 촬상면상에서의 최대한의 면적을 규정할 수 있다.

다음에, 명영역 화소 블록 탐색부(33)는, 촬상신호로부터, 명영역 탐색 참조 휘도 레벨(WL)을 초과하는 휘도 레벨을 갖는 화소 블록의, X어드레스 및 Y어드레스를 추출한다. 이것에 의해, 명영역 화소 블록 탐색부(33)는, 촬상신호 중에서, 실험적으로 정해진 소정의 수에 상당하는 화소 블록의, 휘도 레벨, X어드레스, 및 Y어드레스를 추출한다. 명영역 화소 블록 탐색부(33)는, 추출한 휘도 레벨, X어드레스 및 Y어드레스를, 명영역 어드레스 분산 산출부(34)에 출력한다. 명영역 어드레스 분산 산출부(34)는, 입력된 X어드레스 및 Y어드레스에 기초하여, X어드레스 및 Y어드레스의 분산을 각각 산출한다. 명영역 어드레스 분산 산출부(34)는, 산출한 분산을, 명휘도 참조 레벨 산출부(35)에 출력한다.

(암영역 화소 블록의 탐색)

암영역 화소 블록 탐색부(36)는, 방향(D82)으로 나타내는 바와 같이, 히스토그램(H1)에 있어서의 최저 휘도 레벨로부터 고휘도 레벨측을 향해 화소를 누적 가산함으로써, 제 3 누적 화소수를 산출한다. 즉, 암영역 화소 블록 탐색부(36)는, 히스토그램(H1)에 있어서의 최저 휘도 레벨 이상, 제 3 기준 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨의 화소수를 누적 가산함으로써, 제 3 누적 화소수를 산출한다. 여기서, 암영역 화소 블록 탐색부(36)는, 산출한 제 3 누적 화소수가 소정의 제 3 기준 화소수를 초과할 경우, 제 3 기준 휘도 레벨을 암영역 탐색 참조 휘도 레벨(BL)(암영역 기준 휘도 레벨)로서 산출한다. 또한, 소정의 제 3 기준 화소수는 실 험적으로 정해지는 값이며, 히스토그램(H1)에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.5~1.5%의 값인 것이 바람직하다.

휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 이와 같이 암영역 탐색 참조 휘도 레벨(BL)을 산출함으로써, 화소 블록의 화소 어드레스의 분산을 조사하는 대상을, 피사체의 촬상면의 합계 면적의 한정된 촬상 영역으로 할 수 있다. 따라서, 중요한 촬상 대상으로 삼는 최암부(最暗部)의 피사체의 촬상면상에서의 최대한의 면적을 규정할 수 있다.

(각 어드레스의 추출)

다음에, 암영역 화소 블록 탐색부(36)는, 촬상신호에 있어서, 암영역 탐색 참조 휘도 레벨(BL)보다 작은 휘도 레벨을 갖는 화소 블록의, X어드레스 및 Y어드레스를 추출한다. 이것에 의해, 암영역 화소 블록 탐색부(36)는, 촬상신호 중에서, 실험적으로 정해진 소정의 수에 상당하는 화소 블록의, 휘도 레벨, X어드레스, 및 Y어드레스를 추출한다. 암영역 화소 블록 탐색부(36)는, 추출한 휘도 레벨, X어드레스 및 Y어드레스를, 암영역 어드레스 분산 산출부(37)에 출력한다. 암영역 어드레스 분산 산출부(37)는, 입력된 X어드레스 및 Y어드레스에 기초하여, X어드레스 및 Y어드레스의 분산(소정의 제 1 기준 화소 어드레스 분산)을 각각 산출한다. 암영역 어드레스 분산 산출부(37)는, 산출한 분산을, 암휘도 참조 레벨 산출부(38)에 출력한다.

암휘도 참조 레벨 산출부(38) 및 명휘도 참조 레벨 산출부(35)의 동작에 대해서, 도 8(b)를 참조하여 이하에 설명한다.

(명휘도 참조 레벨의 산출)

명휘도 참조 레벨 산출부(35)는, 도 8(b)에 있어서의 방향(D83)으로 나타내는 바와 같이, 평활화 히스토그램(H2)에 있어서의 최고 휘도 레벨로부터 저휘도 레벨측을 향해 화소를 누적 가산함으로써, 제 2 누적 화소수를 산출한다. 즉, 명휘도 참조 레벨 산출부(35)는, 평활화 히스토그램(H2)에 있어서의 제 2 기준 휘도 레벨 이상, 최고 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 2 누적 화소수를 산출한다. 여기서, 명휘도 참조 레벨 산출부(35)는, 제 2 누적 화소수가 소정의 제 2 기준 화소수를 초과할 경우, 제 2 기준 휘도 레벨을 명휘도 참조 레벨(HWL)(제 1 명휘도 참조 레벨)로서 산출한다. 이 소정의 제 2 기준 화소수는, 평활화 히스토그램(H2)에 있어서의 전체 화소 블록수의 0.05~0.5%의 값인 것이 바람직하다. 또한, 이전에, 명휘도 참조 레벨 산출부(35)는, 명영역 어드레스 분산 산출부(34)에 의해 산출된 X어드레스 및 Y어드레스(명영역 화소 어드레스 분산)가, 모두, 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보다 큰지의 여부를 판정한다.

여기서, 이 판정결과가 참일 때, 명휘도 참조 레벨 산출부(35)는, 피사체의 최명부 영역이, 촬상면상에 있어서 분산되어 있고, 피사체에 있어서의 최명부 영역을, 통합한 어느 정도의 공간을 차지하는 중요한 촬상 대상이 아니라고 판단한다. 그래서, 명휘도 참조 레벨 산출부(35)는, 소정의 제 2 기준 화소수를, 미리 정해져 있는 값보다 큰 값으로 설정한다. 이것에 의해, 변환함수 산출부(6)는, 휘도 레벨 변환의 상한이 좁혀진 휘도 레벨 변환함수를 구하게 된다. 따라서, 휘도 레벨 변환 부(7)는, 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 휘도 레벨을 변환할 때, 촬상신호에 있어서의 최명부 영역의 계조의 할당을 작게 하고, 또한, 그 밖의 영역에 계조를 할당할 수 있다. 그 결과, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 콘트라스트를, 전체적으로 개선할 수 있다. 또한, 이 때, 변환함수 산출부(6)는, 통계적으로 보다 안정된 파라미터에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해, 산출되는 휘도 레벨 변환함수의, 시간적인 변동을 저감할 수 있다.

또한, 명휘도 참조 레벨 산출부(35)는, 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산으로서, 화상에 있어서의 X방향의 전체 화소수를 x, Y방향의 전체 화소수를 y 라고 하면, x²÷20~x²÷200, 및 y²÷20~y²÷200을 이용하는 것이 바람직하다. 명휘도 참조 레벨 산출부(35)는, 산출한 명휘도 참조 레벨(HWL)을 스케일링 연산부(39)에 출력한다.

(암휘도 참조 레벨의 산출)

암휘도 참조 레벨 산출부(38)는, 도 8(b)에 있어서의 방향(D85)으로 나타내는 바와 같이, 평활화 히스토그램(H2)에 있어서의 최저 휘도 레벨로부터 고휘도 레벨측을 향해 화소를 누적 가산함으로써, 제 1 누적 화소수를 산출한다. 즉, 암휘도 참조 레벨 산출부(38)는, 히스토그램(H1)에 있어서의 최저 휘도 레벨 이상, 제 1 기준 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 1 누적 화소수를 산출한다. 여기서, 암휘도 참조 레벨 산출부(38)는, 제 1 누적 화소수가 소정의 제 1 기준 화소수를 초과할 경우, 제 1 기준 휘도 레벨을 암 휘도 참조 레벨(HBL)(제 1 암휘도 참조 레벨)로서 산출한다. 이 소정의 제 1 기준 화소수는, 히스토그램(H1)에 있어서의 전체 화소 블록수의 0.05~0.5%의 값인 것이 바람직하다. 또한, 이전에, 암휘도 참조 레벨 산출부(38)는, 암영역 어드레스 분산 산출부(37)에 의해 산출된 X어드레스 및 Y어드레스(암영역 화소 어드레스 분산)가, 모두, 소정의 제 1 기준 화소 어드레스 분산보다 큰지의 여부를 판정한다.

여기서, 이 판정결과가 참일 때, 암휘도 참조 레벨 산출부(38)는, 피사체의 최암부 영역이 촬상면상에 있어서 분산되어 있고, 피사체에 있어서의 최암부 영역을, 통합한 어느 정도의 공간을 차지하는 중요한 촬상 대상이 아닌 것으로 판단한다. 그래서, 암휘도 참조 레벨 산출부(38)는, 소정의 제 1 기준 화소수를, 미리 정해져 있는 값보다 큰 값으로 설정한다. 이것에 의해, 변환함수 산출부(6)는, 휘도 레벨 변환의 하한이 좁혀진 휘도 레벨 변환함수를 구하게 된다. 따라서, 휘도 레벨 변환부(7)는, 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 휘도 레벨을 변환할 때, 촬상신호에 있어서의 최암부 영역의 계조의 할당을 작게 하고, 또한, 그 밖의 영역에 계조를 할당할 수 있다. 그 결과, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 콘트라스트를, 전체적으로 개선할 수 있다. 또한, 이 때, 변환함수 산출부(6)는, 통계적으로 보다 안정된 파라미터에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해, 산출되는 휘도 레벨 변환함수의, 시간적인 변동을 저감할 수 있다.

또한, 암휘도 참조 레벨 산출부(38)는, 소정의 제 1 기준 화소 어드레스 분산으로서, 화상에 있어서의 X방향의 전체 화소수를 x, Y방향의 전체 화소수를 y 라 고 하면, x²÷20~x²÷200, 및 y²÷20~y²÷200을 이용하는 것이 바람직하다. 암휘도 참조 레벨 산출부(38)는, 산출한 암휘도 참조 레벨(HBL)을 스케일링 연산부(39)에 출력한다.

(스케일링 연산)

스케일링 연산부(39)는, 우선, 명휘도 참조 레벨 산출부(35)에 의해 산출된 명휘도 참조 레벨(HWL)과, 암휘도 참조 레벨 산출부(38)에 의해 산출된 암휘도 참조 레벨(HBL)의 차분을, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 차분(HDIFF)으로서 산출한다. 다음에, 스케일링 연산부(39)는, 차분(HDIFF)에 소정의 제 1 계수(CW)를 곱한 값을, 명휘도 참조 레벨(HWL)에 가산함으로써, 명휘도 참조 레벨(AWL)을 산출한다. 이 제 1 계수(CW)는 도시하지 않은 기억장치에 미리 기억되어 있다. 또한, 제 1 계수(CW)는, 0.1~0.6의 범위 내에 있는 값인 것이 바람직하고, 약 0.5인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 스케일링 연산부(39)는, 차분(HDIFF)에 소정의 제 2 계수(CB)를 곱한 값을, 암휘도 참조 레벨(HBL)로부터 감산함으로써, 암휘도 참조 레벨(ABL)을 산출한다. 이 제 1 계수(CW)는 도시하지 않은 기억장치에 미리 기억되어 있다. 또한, 제 2 계수(CB)는, 0.1~0.6의 범위 내에 있는 값인 것이 바람직하고, 약 0.5인 것이 더욱 바람직하다.

이와 같이, 스케일링 연산부(39)는, AWL=HWL+CW(HWL-HBL)의 식을 이용함으로써, 명휘도 참조 레벨(AWL)을 산출한다. 또한, 스케일링 연산부(39)는, ABL=HBL-CB(HWL-HBL)의 식을 이용함으로써, 암휘도 참조 레벨(ABL)을 산출한다. 이것에 의 해, 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨의 분포의 변동에 대응하여, 산출되는 휘도 레벨의 범위의 상한 및 하한을 구할 수 있다. 또한, 스케일링 연산부(39)는, 산출한 명휘도 참조 레벨(AWL) 및 암휘도 참조 레벨(ABL)을, 모두, 변환함수 산출부(6)에 산출한다.

(휘도 레벨 변환함수의 산출)

변환함수 산출부(6)의 동작에 대해서, 이하에 설명한다.

변환함수 산출부(6)는, 명휘도 참조 레벨(AWL) 및 암휘도 참조 레벨(ABL)에 기초하여, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점(P)을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 구체적으로는, 변환함수 산출부(6)는, 식(1)에 나타내는 시그모이드형의 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 식(1)에 있어서의 파라미터 μ를 적당하게 적절한 값으로 설정함으로써, 변환함수 산출부(6)는, 도 2에 나타내는 곡선(G21~G23)과 같은, 여러가지 경사를 갖고 있는 시그모이드 함수를 산출할 수 있다.

또한, 변환함수 산출부(6)는, 식(1)에 나타내는 시그모이드 함수를 산출할 때, 식(1)에 있어서 i=AWL일 때 f(i)=λL로 되는 파라미터 λ를 이용한다. 구체적으로는, 변환함수 산출부(6)는, 이하의 식(3)에 의해 나타내어지는, λ에 의해 정의되는 μ를 이용하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다.

… 식(3)

또한, 변환함수 산출부(6)는, 식(1)에 있어서의 파라미터 mid를, 다음 식(4)에 의해 산출한다.

… 식(4)

변환함수 산출부(6)는, 또한, 식(1)에 나타내는 휘도 레벨 변환함수를 산출할 때, 명휘도 참조 레벨(AWL)과 암휘도 참조 레벨(ABL)의 중간점(kd)이 변곡점으로 되도록 한다.

식(1)에 있어서의 f(i)를, 출력 휘도 레벨의 최대 휘도 레벨인 L에 의해 정규화하면, f(i)÷L이 된다. 이 값은, 0에서 1 중 어느 하나의 값을 취한다. 이와 같이, 파라미터 λ는, 입력 휘도 레벨(i)이 명휘도 참조 레벨(AWL)과 같을 때에, 출력 휘도 레벨이 최대 휘도 레벨(L)의 몇%로 되는지를 나타낸다. 즉, 파라미터 λ는, 말하자면 시그모이드 함수의 경도를 나타내는 파라미터가 된다.

(시그모이드형 함수의 경도의 제어)

변환함수 산출부(6)에 있어서는, 파라미터 λ를 적당하게 적절한 값으로 설정함으로써, 산출하는 시그모이드형 함수의 경도를 제어할 수 있다. 이 예를 도 9에 나타낸다. 도 9는, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출되는 휘도 레벨 변환함수의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도면에 있어서, λ2>λ1 로 한다. 도 9에, λ=λ1일 때의 휘도 레벨 변환 곡선인 곡선(G91)을 나타낸다. 또한, 동일하게 도 9에, λ=λ2일 때의 휘도 레벨 변환 곡선인 곡선(G92)을 나타낸다. 여기서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 곡선(G92)의 경도는 곡선(G91)의 경도보다 크다. 즉, λ의 값이 보다 클수록, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출되는 휘도 레벨 변환 곡선의 경도는 보다 커진다.

변환함수 산출부(6)는, 상기 방법에 기초하여, 식(3)에 나타내는 μ를 산출한다. 그 후, 변환함수 산출부(6)는, 상술한 식(1)에 나타내는 시그모이드 함수를 산출한다. 또한, 변환함수 산출부(6)는, 산출한 휘도 레벨 변환함수에 기초하여, 휘도 레벨의 변환 테이블을 작성한다. 즉, 변환함수 산출부(6)는, 각 입력 휘도 레벨에 대응하는 출력 휘도 레벨의 값을 결정함으로써, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이 대응되어 있는 휘도 레벨 변환 테이블을 작성한다. 변환함수 산출부(6)는, 작성한 휘도 레벨 변환 테이블을, 휘도 레벨 변환부(7)에 출력한다.

(휘도 레벨 변환의 상세)

휘도 레벨 변환부(7)에 대해서, 도 10을 참조하여 이하에 설명한다. 도 10은, 휘도 레벨 변환부의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 휘도 레벨 변환부(7)는, 변환 테이블 갱신부(70), 변환 테이블 저장부(71), 및 변환 테이블 적용부(72)를 구비하고 있다. 변환 테이블 저장부(71)는, 휘도 레벨 변환시에 변환 테이블 적용부(72)가 이전회 적용한 휘도 레벨 변환 테이블을 기억하고 있다. 변환 테이블 갱신부(70)는, 변환 테이블 저장부(71)에 기억되어 있는 이전회의 휘도 레벨 변환 테이블과, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출된 휘도 레벨 변환 테이블에 기초하여, 이번의 휘도 레벨 변환 테이블을 산출한다. 변환 테이블 갱신부(70)는, 또한, 변환 테이블 저장부(71)에 저장되어 있는 이전회의 휘도 레벨 변환 테이블을, 이번의 휘도 레벨 변환 테이블로 갱신한다.

변환 테이블 적용부(72)는 변환 테이블 저장부(71)에 저장되어 있다, 갱신된 이번의 휘도 레벨 변환 테이블을 이용함으로써, 고체 촬상소자(2)로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을, 화소마다 변환한다. 또한, 변환 테이블 적용부(72)는, 휘도 레벨 변환한 촬상신호를, 화상표시장치에 출력한다. 화상표시장치에서는, 입력된 촬상신호에 기초하여, 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상이 표시된다.

또한, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출된 변환 테이블을, 변환 테이블 적용부(72)가, 매회, 그대로 적용해서 휘도 레벨을 변환하면, 화면의 플리커가 발생할 우려가 있다. 그래서, 변환 테이블 갱신부(70)는, IIR[Infinite Impulse Response: 무한 임펄스 응답] 필터를 이용함으로써, 이번의 휘도 레벨 변환 테이블을 산출하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 변환 테이블 갱신부(70)는, IIR필터 계수를 변경함으로써, 임의의 시정수를 갖게 하여 휘도 레벨 변환 테이블을 갱신할 수 있다. 그 때문에, 화면의 플리커가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 변환함수 산출부(6)는, 2차 함수인 휘도 레벨 변환함수를 산출해도 된다. 이 때, 변환함수 산출부(6)는, 입력 휘도 레벨의 하한(x1)으로서, 화소 특성 추출부(5)가 출력한 암휘도 참조 레벨(ABL)을 이용한다. 또한, 출력 휘도 레벨의 하한(x2)으로서, 화소 특성 추출부(5)가 출력한 명휘도 참조 레벨(AWL)을 이용한다.

〔실시형태2〕

본 발명에 따른 제 2 실시형태에 대해서, 도 13~도 20을 참조하여 이하에 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 고체 촬상장치(1)의 개략적인 블록 구성은 도 1에 나타내는 바와 같고, 실시형태1에 있어서의 고체 촬상장치(1)로 마찬가지이다. 그 때문에, 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 실시형태에서는, 휘도 레벨 변환장치(3)의 상세한 구성 및 동작이, 실시형태1과 다르다. 그래서 이하에서는, 이 부분에 대해서 상세하게 설명한다.

휘도 레벨 변환장치(3)는, 고체 촬상소자(2)로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 이 휘도 레벨 변환장치(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 화소 특성 추출부(5), 변환함수 산출부(6)(함수 산출수단), 및 휘도 레벨 변환부(7)(휘도 레벨 변환수단)를 구비하고 있다.

화소 특성 추출부(5)는, 고체 촬상소자(2)에 의해 촬상된 화상의 특성을 추출한다. 구체적으로는, 화소 특성 추출부(5)는, 고체 촬상소자(2)로부터 출력된 촬상신호에 기초하여, 화소의 특성을 나타내는 각종 파라미터를 생성한다. 변환함수 산출부(6)는, 휘도 레벨 변환장치(3)에 있어서, 휘도 레벨의 변환에 이용하는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이들의 상세에 대해서는, 후술한다.

(휘도 레벨 변환함수의 특징)

휘도 레벨 변환부(7)는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 소정의 기준 휘도 레벨보다 낮은 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 변곡점과, 기준 휘도 레벨보다 높은 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 이 휘도 레벨 변환함수에서는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 가장 좌측에 위치하는 변곡점의 좌측에 있어서 아래로 볼록하게 되는 곡선관계를 갖고 있다. 이 휘도 레벨 변환함수는, 도시하지 않은 기억장치에 미리 저장되어 있고, 휘도 레벨 변환부(7)가 필요에 따라서 참조한다.

본 실시형태에 있어서 휘도 레벨 변환부(7)가 이용하는 휘도 레벨 변환함수는, 암영역 S자형 함수와, 명영역 S자형 함수의 가중 가산함수이다. 여기서, 암영역 S자형 함수에서는, 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이, 암영역에 있어서 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있다. 이 암영역은, 기준 휘도 레벨보다 낮은 휘도 레벨을 포함하고 있는 영역이다. 즉, 암영역 S자형 함수는, 촬상신호에 있어서의, 기준 휘도 레벨보다 낮은 휘도 레벨의 변환을 담당하는 함수이다.

한편, 명영역 S자형 함수에서는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 명영역에 있어서 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있다. 또한, 명영역은, 기준 휘도 레벨보다 높은 휘도 레벨을 포함하고 있는 영역이다. 즉 명영역 S자형 함수는, 촬상신호에 있어서의, 기준 휘도 레벨보다 높은 휘도 레벨의 변환을 담당하는 함수이다.

또한, 후술하는 바와 같이, 변환함수 산출부(6)가, 이상의 특성을 갖는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다.

또한, 「S자형의 곡선」은, 예컨대, 변곡점에 가까울수록 곡선의 경사가 커지는 곡선을 의미한다. 바꾸어 말하면, 휘도 레벨 변환부(7)가 이용하는 휘도 레벨 변환함수에서는, 입력 휘도 레벨의 변화(증분)에 따른 출력 휘도 레벨의 변화(증 분)가, 변곡점에 가까울수록 커진다.

(휘도 레벨 변환의 상세)

도 27에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상소자에 의해 촬영된 화상에는, 어두운 피사체와 밝은 피사체가 동시에 포함되고, 그들의 광량차가 매우 큰 것이 있다. 이 때 휘도 레벨 변환부(7)는, 촬상 화상의 특성에 기초하여, 암피사체의 화상에 있어서의 휘도 레벨 분포의 중심 부근에, 암영역 S자형 함수의 변곡점이 들어맞도록, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 또한, 명피사체의 화상에 있어서의 휘도 레벨 분포의 중심 부근에, 명영역 S자형 함수의 변곡점이 들어맞도록, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다.

상술한 바와 같이, 휘도 레벨 변환함수에서는, 변곡점 부근에 있어서, 가장 곡선의 경사가 크다. 즉, 그 때문에 휘도 레벨 변환부(7)는, 어두운 피사체 및 밝은 피사체의 양쪽의 분포의 중심 부근에 있어서, 콘트라스트를 신장한다. 이 때, 암피사체의 화상, 및 명피사체의 화상 양쪽에 있어서, S자형 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 휘도 레벨을 변환한다. 이것에 의해, 암피사체의 화상내, 및 명피사체의 화상내 양쪽에 있어서, 각각, 상대적으로 낮은 휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 동시에, 계조성을 적절하게 유지하면서, 상대적인 높은 휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다.

이것에 의해 휘도 레벨 변환부(7)는, 어두운 피사체내 및 밝은 피사체내 양쪽에 있어서의, 상대적인 중간휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트를, 대폭적으로 개선할 수 있다. 따라서, 어두운 피사체 및 밝은 피사체 양쪽의 분포를 포함하 는 촬상신호에 있어서의 일부의 휘도 레벨 영역을 잘라내서, 계조를 직선적으로 확대하는 방법에 비해서, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상이, 보다 콘트라스트가 명확한 자연스러운 화상으로 된다.

(휘도 레벨 변환함수의 상세)

휘도 레벨을 변환할 때에 휘도 레벨 변환부(7)가 이용하는 휘도 레벨 변환함수의 상세에 대해서, 도 13, 도 14, 및 도 27을 참조하여 이하에 설명한다. 도 13은, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 때에 휘도 레벨 변환부(7)가 이용하는 휘도 레벨 변환함수의 일례를 나타내는 도면이다. 도 13에 나타내는 곡선(G131)은, 다음 식(5)에 의해 나타내진다.

… 식(5)

식(5)에 있어서, i는 입력 휘도 레벨을 나타내고, f(i)는 출력 휘도 레벨을 나타낸다. 또한, L은 출력 휘도 레벨의 최대 휘도 레벨을 나타내고, e는 자연대수의 바닥을 나타낸다. 또한, α는 0에서 1의 사이 중 어느 하나의 값을 취하는 계수이다. 이 α는, 출력 휘도 레벨의 영역을 분할하는 역할을 갖고 있다. 그 때문에, 이하에서는, α를, 출력 휘도 레벨 영역 분할계수로 표현한다.

도 13에 나타내는 곡선(G131)은 3개의 변곡점을 갖고 있다. 즉, 휘도 레벨의 작은 순서로, 제 1 변곡점(P1), 제 2 변곡점(P2), 및 제 3 변곡점(P3)을 갖고 있 다. 이들 중, 제 2 변곡점(P2)은, 화상의 콘트라스트 조정에 크게는 관계되어 있지 않다. 제 1 변곡점(P1)은, 촬상 화상 중, 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨을 갖는 부분의 콘트라스트 조정에 관계되어 있다. 제 3 변곡점(P3)은, 촬상 화상 중, 기준 휘도 레벨보다 큰 휘도 레벨을 갖는 부분의 콘트라스트 조정에 관계되어 있다. 또한, 곡선(G131)의 형상은, 3개의 변곡점 중 휘도 레벨이 가장 작은 제 1 변곡점(P1)을 경계로 한 좌측의 영역, 즉 휘도 레벨이 보다 작은 암영역에 있어서, 아래로 볼록하게 된다.

(시그모이드 함수)

식(5)에 나타내는 바와 같이, f(i)는, 시그모이드 함수[g(i)]와 계수α의 곱과, 시그모이드 함수[h(i)]와 계수(1-α)의 곱의 가산에 의해 나타내진다. 즉, 제1항의 시그모이드 함수[g(i)]와 제2항의 시그모이드 함수[h(i)]의 가중 가산에 의해 나타내진다.

여기서, μg는, 곡선(G131)의 제 1 변곡점(P1)에 있어서의 경도를 규정하는 파라미터를 나타낸다. 또한, μh는, 곡선(G131)에 있어서의 제 3 변곡점(P3)에 있어서의 경도를 규정하는 파라미터를 나타낸다.

시그모이드 함수[g(i)]는, 상술한 암영역 S자형 함수로서, 암영역의 휘도 레벨 변환을 담당한다. 또한, 시그모이드 함수[h(i)]는, 상술한 명영역 S자형 함수로서, 명영역에 있어서의 휘도 레벨의 변환을 담당한다.

(휘도 레벨 변환의 일례)

도 27은, 광량차가 큰 어두운 피사체와 밝은 피사체를, 대수변환형 고체 촬 상소자(2)가 동시에 촬상했을 때의 화상에 있어서의, 촬상신호의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램을 나타내는 도면이다. 광량차가 큰 2개의 피사체에는, 예컨대, 터널의 출구 부근에 있어서의, 터널의 내부와, 태양광하의 터널 외의 경치가 있다. 또한, 창이 있는 실내에 있어서의, 실내와, 태양광하의 창밖의 경치가 있다. 이 때, 고체 촬상소자는, 이들 피사체를 동일한 촬상면상에 있어서 동시에 촬상한다. 이하에서는, 피사체로서 터널의 출구 부근을 고체 촬상소자(2)가 촬상한 예를 설명한다.

도 27에 있어서, 곡선(G271)은, 터널 내부의 화상을 나타내는 촬상신호의 휘도 레벨 분포를 나타낸다. 한편, 곡선(G272)은, 주로 터널 외의 경치의 화상을 나타내는 촬상신호의 휘도 레벨 분포를 나타내며, 대응된다. 또한, 휘도 레벨(C271)은, 곡선(G271)에 나타내는 휘도 레벨 분포에 있어서의 중심휘도 레벨을 나타낸다. 한편, 휘도 레벨(C272)은, 곡선(G272)에 나타내는 휘도 레벨 분포에 있어서의 중심휘도 레벨을 나타낸다.

휘도 레벨 변환부(7)는, 휘도 레벨(C271)의 제 1 변곡점(P1)과, 휘도 레벨(C272)의 제 3 변곡점(P3)을 갖는 곡선(G131)을 이용함으로써, 도 27에 나타내는 휘도 레벨/화소수 특성을 갖고 있는 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 이 때, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 있어서의, 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램은, 도 14에 나타내는 바와 같게 된다. 도 14는, 휘도 레벨이 변환된 후의 촬상신호에 있어서의, 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램의 일례이다.

휘도 레벨 변환부(7)는, 곡선(G131)의 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 암피사체의 화상에 대응하는 곡선(G271)을, 도 14에 나타내는 곡선(G141)으로 변환한다. 한편, 명피사체의 화상에 대응하는 곡선(G272)을, 도 14에 나타내는 곡선(G142)으로 변환한다.

그 결과, 암피사체의 화상에 대응하는 곡선(G141)의 휘도 레벨 분포는, 휘도 레벨 변환전에 있어서의 곡선(G271)에 비해서, 휘도 레벨(C141)을 중심으로 하여 보다 넓혀져 있다. 또한, 밝은 피사체에 대응하는 곡선(G142)의 휘도 레벨 분포는, 휘도 레벨을 변환전에 있어서의 곡선(G272)에 비해서, 휘도 레벨(C142)을 중심으로 하여 보다 넓혀져 있다.

따라서, 휘도 레벨의 변환후에 있어서는, 화소수가 적은 휘도 레벨 범위(R272)는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 보다 범위가 좁은 휘도 레벨 범위(R142)로 변환된다. 따라서, 휘도 레벨 범위(R142)의 전체 휘도 레벨 범위(R141)에 대한 비율은, 휘도 레벨 범위(R272)의 전체 휘도 레벨 범위(R271)에 대한 비율보다 작아진다. 또한, 암피사체의 화상 및 명피사체의 화상을 표현하는 휘도 레벨의 범위가, 각각 보다 커진다.

이것에 의해, 휘도 레벨의 변환후에 있어서의 촬상신호(휘도 레벨 신호)를 화상표시장치에 재생시켰을 때, 곡선(G141)에 대응하는 터널 내부의 화상의 콘트라스트는, 특허문헌1에 나타내는 종래방법을 이용하여 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한 경우보다 커진다. 또한, G272의 분포에 대응하는, 터널 외의 경치 화상의 콘트라스트에 대해서도 마찬가지이다.

(정리)

이상의 휘도 레벨 변환에 의해, 휘도 레벨 변환부(7)는, 암피사체에 있어서의, 휘도 레벨이 보다 암변곡점보다 낮은 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 동시에, 계조성을 적절하게 유지하면서, 휘도 레벨이 암변곡점보다 높은 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 또한, 명피사체에 있어서도, 마찬가지로, 휘도 레벨이 명휘도 레벨보다 낮은 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 동시에, 계조성을 적절하게 유지하면서, 휘도 레벨이 명휘도 레벨보다 높은 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다.

이것에 의해 휘도 레벨 변환부(7)는, 암피사체 및 명피사체 중 어느 것에 있어서도, 각 피사체에 있어서의 상대적인 중간휘도 레벨의 범위에 있어서의 콘트라스트를, 대폭적으로 개선할 수 있다. 따라서, 암피사체 및 명피사체를 포함하고 있는 화상을 나타내는 촬상신호로부터, 각 피사체에 대응하는 휘도 레벨 영역을 추출하고, 계조를 직선적으로 확대하는 방법에 비해서, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상에 있어서의 각 피사체 화상이, 보다 콘트라스트가 분명한 자연스러운 피사체 화상으로 된다

(휘도 레벨 변환함수의 산출)

휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 기억장치에 미리 저장되어 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하는 대신에, 촬상신호가 입력될 때마다 휘도 레벨 변환함수를 산출하고, 상기 산출한 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환해도 된다. 이 때, 휘도 레벨 변환장치(3)는, 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 특성에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다.

휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 화소 특성 추출부(5)가, 촬상신호에 기초하여, 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 특성을 나타내는 파라미터를 산출한다. 또한, 변환함수 산출부(6)가, 촬상신호에 의해 산출된 파라미터에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환부(7)는, 화상의 특성에 기초해서 산출된 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 따라서, 휘도 레벨 변환장치(3)에서는, 화상의 특성에 따른 최적의 휘도 레벨 변환이 행해져, 보다 자연스러운 화상을 얻을 수 있다.

이와 같은 휘도 레벨 변환함수 산출의 상세에 대해서, 도 13을 참조하여 이하에 설명한다. 또한, 고체 촬상소자(2)의 동작에 대해서는, 실시형태1과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

(화소 특성 추출부(5)의 상세)

도 15는, 본 실시형태에 따른 휘도 레벨 변환장치(3)에 구비되는 화소 특성 추출부(5)의 상세한 내부구성을 나타내는 블록도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 화소 특성 추출부(5)는, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(500), 히스토그램 산출부(501)(히스토그램 산출수단), 히스토그램 이동 평균 처리부(502)(히스토그램 평활화수단), 명영역 화소 블록 탐색부(503)(제 4 누적 화소수 산출수단), 명영역 어드레스 분산 산출부(504)(명영역 화소 어드레스 분산 산출수단), 명휘도 참조 레벨 산출부(505)(제 2 누적 화소수 산출수단, 제 1 명휘도 참조 레벨 산출수단, 명영역 화소 어드레스 분산 판정수단, 제 2 기준 화소수 설정수단), 암영역 화소 블록 탐 색부(506)(제 3 누적 화소수 산출수단), 암영역 어드레스 분산 산출부(507)(암영역 화소 어드레스 분산 산출수단), 암휘도 참조 레벨 산출부(508)(제 1 누적 화소수 산출수단, 제 1 암휘도 참조 레벨 산출수단, 암영역 화소 어드레스 분산 판정수단, 제 1 기준 화소수 설정수단), 스케일링 연산부(509)(제 2 암휘도 참조 레벨 산출수단, 제 2 명휘도 참조 레벨 산출수단), 히스토그램 피크 검출부(510)(암영역 피크 휘도 레벨 산출수단), 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511)(명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단), 및 중간휘도 레벨 산출부(512)(중간휘도 레벨 산출수단)를 구비하고 있다.

이들 중, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(500), 히스토그램 산출부(501), 히스토그램 이동 평균 처리부(502), 명영역 화소 블록 탐색부(503), 명영역 어드레스 분산 산출부(504), 명휘도 참조 레벨 산출부(505), 암영역 화소 블록 탐색부(506), 암영역 어드레스 분산 산출부(507), 암휘도 참조 레벨 산출부(508), 및 스케일링 연산부(509)는, 실시형태1에 있어서의 화소 블록 휘도 레벨 산출부(30), 히스토그램 산출부(31), 히스토그램 이동 평균 처리부(32), 명영역 화소 블록 탐색부(33), 명영역 어드레스 분산 산출부(34), 명휘도 참조 레벨 산출부(35), 암영역 화소 블록 탐색부(36), 암영역 어드레스 분산 산출부(37), 암휘도 참조 레벨 산출부(38), 및 스케일링 연산부(39)와 각각 마찬가지로 동작한다. 그 때문에 설명을 생략한다.

(히스토그램 피크의 검출)

히스토그램 피크 검출부(510)는, 히스토그램 이동 평균 처리부(502)에 의해 산출된 평활화 히스토그램으로부터, 히스토그램 곡선에 있어서 화소수가 피크가 되 는 휘도 레벨을 검출한다. 그래서, 히스토그램 피크 검출부(510)의 동작에 대해서, 도 16 및 도 17을 참조하여 이하에 설명한다.

도 16은, 광량차가 큰 암피사체 및 명피사체의 화상을, 양쪽 모두 포함하고 있는 촬상 화상을 나타내는 촬상신호에 있어서의, 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램이다. 도 16에 나타내는 히스토그램은, 히스토그램 이동 평균 처리부(502)에 의해 평활화된 후의 것이다. 히스토그램 피크 검출부(510)는, 도 16에 나타내는 2개의 평활화 히스토그램 곡선(H161 및 H162)에 있어서, 휘도 레벨에 의해 나타내어지는 화소수와, 휘도 레벨에 인접하는 인접 휘도 레벨에 의해 나타내어지는 화소수의 차분인 차분 화소수를, 휘도 레벨마다 각각 산출한다. 이것에 의해, 산출한 차분 화소수와, 휘도 레벨의 관계를 나타내는 곡선을 산출한다.

(제로 크로스 휘도 레벨 점의 산출)

도 17은, 히스토그램 피크 검출부(510)에 의해 산출된 차분 화소수와, 휘도 레벨의 관계를 나타내는 곡선(G171 및 G172)을 나타내는 도면이다. 히스토그램 피크 검출부(510)는, 평활화 히스토그램 곡선(H161)으로부터 곡선(G171)을 산출하고, 또한, 평활화 히스토그램 곡선(H162)으로부터 곡선(G172)을 산출한다. 여기서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 히스토그램 피크 검출부(510)는, 곡선(G171)에 포함되어 있는 제로 크로스 휘도 레벨 점(PE1)을 산출한다. PE1은, 곡선(G171)에 있어서, 화소수가 휘도 레벨 축을 양에서 음으로 가로지르는 점이다. 마찬가지로, 곡선(G172)에 포함되어 있는 제로 크로스 휘도 레벨 점(PE2)을 산출한다. PE2는, 곡선(G172)에 있어서, 휘도 레벨 축을 화소수가 양에서 음으로 가로지르는 점이다,

도 17에 나타내는 예에서는, 히스토그램 피크 검출부(510)는, 제로 크로스 휘도 레벨 점을 2개(PE1 및 PE2) 산출하고 있다. 2개인 것은, 히스토그램의 형상에 의존하는 것이다. 그러나, 고체 촬상장치(1)가 촬상하는 대상의 광학 상태에 따라서는, 히스토그램 피크 검출부(510)는, 2개보다 많은 제로 크로스 휘도 레벨 점을 산출할 수도 있다. 즉 히스토그램 피크 검출부(510)는, 히스토그램의 형상에 따른, 임의의 수의 제로 크로스 휘도 레벨 점을 산출할 수 있다.

(최대 피크 휘도 레벨의 검출)

히스토그램 피크 검출부(510)는, 다음에, 평활화 히스토그램[곡선(H161 및 H162)]에 있어서의, 각 제로 크로스 휘도 레벨 점(PE1 및 PE2)에 대응하는 화소수를 각각 검출한다. 여기서, 이들 중, 가장 화소수가 많은 제로 크로스 휘도 레벨 점을, 최대 피크 휘도 레벨로서 검출한다. 이것에 의해 히스토그램 피크 검출부(510)는, 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의, 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 최대 피크 휘도 레벨(암영역 피크 휘도 레벨)로서 산출한다.

도 16에 나타내는 평활화 히스토그램에서는, 곡선(G161) 상의 제로 크로스 휘도 레벨 점(PE1)에 대응하는 화소수(MP)가, 최대의 화소수이다. 그 때문에, 히스토그램 피크 검출부(510)는, 최대 피크 휘도 레벨로서, 도 16에 나타내는 휘도 레벨(pb)을 검출한다. 이 pb는, PE1이 나타내는 휘도 레벨에 일치한다. 이와 같이, 히스토그램 피크 검출부(510)는, 히스토그램 이동 평균 처리부(502)에 의해 산출된 평활화 히스토그램으로부터, 도 16에 나타내는 최대 피크 휘도 레벨(pb)을 출력한 다.

(명영역 휘도 레벨 평균의 산출)

다음에, 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511)의 동작을, 도 15 및 도 18을 참조하여 이하에 설명한다. 화소 특성 추출부(5)에서는, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(500)가, 촬상 화상을 구성하는 화소 블록의 휘도 레벨을, 화소 블록마다 산출하고, 히스토그램 피크 검출부(510)에 출력한다. 또한, 명영역 화소 블록 탐색부(503)가, 명영역 탐색 참조 휘도 레벨(WL)을 산출하고, 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511)에 출력한다. 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511)는, 명영역 탐색 참조 휘도 레벨(WL)을 초과하는 휘도 레벨을 갖고 있는 화소 블록을 대상으로 삼아서, 화소 블록의 휘도 레벨의 평균값을 산출한다.

명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511)의 동작에 대해서, 도 18을 참조하여 이하에 설명한다. 도 18은, 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511)의 동작을 설명하는 도면이다. 도 18에 있어서, 촬상면(181)은 고체 촬상소자(2)의 촬상면을 나타낸다. 화소 블록(182)은, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(500)가 휘도 레벨 대표값을 산출하는 대상으로 삼는, 촬상면(181) 상의 화소 블록의 하나를 나타낸다. 즉 화소 블록(182)은 도 7에 나타내는 화소 블록(77)에 상당한다.

화소 블록(183)은, 촬상면(181) 상의 화소 블록 중, 명영역 탐색 참조 휘도 레벨(WL)을 초과하는 휘도 레벨을 갖고 있는 명영역 화소 블록의 하나이다. 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511)는, 실험적으로 구해진 소정수의 명영역 화소 블록이 갖고 있는 휘도 레벨의 평균값을 산출하고, 명영역 휘도 레벨 평균값으로서, 중간 휘도 레벨 산출부(512)에 출력한다.

(중간휘도 레벨의 산출)

다음에, 중간휘도 레벨 산출부(512)의 동작을 설명한다. 중간휘도 레벨 산출부(512)는, 도 16에 나타내는 최대 피크 휘도 레벨(pb)과, 명영역 휘도 레벨 평균값(ba)을 이용하여, pb~ba 간을 이분하는 중심점을 산출한다. 즉, pb로부터 중심점까지의 거리(R161)와, ba로부터 중심점까지의 거리(R162)가 같게 되는 조건을 만족하는 중심점을 산출한다. 중간휘도 레벨 산출부(512)는, 산출한 중심점에 대응하는 휘도 레벨을, 중간휘도 레벨 mid2로서, 도 13에 나타내는 변환함수 산출부(6)에 출력한다. 이 입력 휘도 레벨 mid2는, 식(5)에 나타내는 휘도 레벨 변환함수에 있어서의 중간휘도 레벨을 나타낸다.

(변환함수의 산출)

변환함수 산출부(6)의 동작에 대해서 이하에 설명한다. 변환함수 산출부(6)는, 명휘도 참조 레벨(AWL), 암휘도 참조 레벨(ABL), 및 중간휘도 레벨 mid2에 기초하여, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 3개의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 나타내는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이 때 산출되는 휘도 레벨 변환함수에서는, 가장 좌측에 위치하는 변곡점의 좌측에 있어서, 곡선의 형상이 아래로 볼록하게 된다. 구체적으로는, 변환함수 산출부(6)는, 식(5)에 나타내는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다.

변환함수 산출부(6)는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 소정의 기준 휘도 레벨보다 낮은 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 변곡점과, 기준 휘도 레벨보다 높은 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이 휘도 레벨 변환함수에서는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 가장 좌측에 위치하는 변곡점의 좌측에 있어서 아래로 볼록하게 되는 곡선관계를 갖고 있다.

또한, 변환함수 산출부(6)는, 식(5)에 나타내는 휘도 레벨 변환함수를 산출할 때, 파라미터 λg 및 λh를 이용한다. 여기서, λg는, 식(5)에 있어서의 시그모이드 함수[g(i)]에 있어서, i=mid2일 때에 g(i)=λgL로 되는 파라미터이다. 한편, λh는, 식(5)에 있어서의 시그모이드 함수[h(i)]에 있어서, i=AWL일 때에 h(i)=λhL이 되는 파라미터이다.

또한, 변환함수 산출부(6)는, 식(5)의 휘도 레벨 변환함수에 있어서, 제 1 변곡점을 나타내는 입력 휘도 레벨 mid1이, 암휘도 참조 레벨(ABL)과 중간휘도 레벨을 나타내는 입력 휘도 레벨 mid2의 중점이 되도록, λh를 산출한다. 또한, 제 3 변곡점을 나타내는 입력 휘도 레벨 mid3이, 중간휘도 레벨을 나타내는 입력 휘도 레벨 mid2와 명휘도 참조 레벨(AWL)의 중점이 되도록, λg를 산출한다.

(파라미터 μh 및 μg)

구체적으로는, 변환함수 산출부(6)는, 다음 식(6)에 나타내는, λg에 의해 정의되는 μg와, 다음 식(7)에 나타내는, λh에 의해 정의되는 μh를 이용하여, 3개의 변곡점을 갖는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다.

… 식(6)

… 식(7)

또한, 변환함수 산출부(6)는, 식(5)에 나타내는 휘도 레벨 변환함수에 있어서 제 1 변곡점을 나타내는 입력 휘도 레벨 mid1을, 다음 식(8)을 이용하여 산출한다. 또한, 제 3 변곡점을 나타내는 입력 휘도 레벨 mid3을, 다음 식(9)를 이용하여 산출한다.

… 식(8)

… 식(9)

(g(i)의 경도의 제어)

변환함수 산출부(6)는, 파라미터 λg를 적당하게 적절한 값으로 설정함으로써, 시그모이드 함수[g(i)]의 경도를 제어한다. 이 일례에 대해서, 도 19를 참조하여 이하에 설명한다. 도 19는, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출되는 시그모이드 함수[g(i)]의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타내는 예에서는, λg2>λg1의 조건이 성립하고 있다. 도 19에 나타내는 곡선(G191)은, λg=λg1의 조건이 성립할 때에 있어서의 시그모이드 함수 곡선이다. 한편, 도 19에 나타내는 곡선(G192)은, λg=λg2의 조건이 성립할 때에 있어서의 시그모이드 함수 곡선이다.

도 19에 나타내는 바와 같이, 곡선(G192)의 경도는, 곡선(G191)의 경도보다 크다. 즉, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출되는 시그모이드 함수 곡선의 경도는, λg의 값이 보다 클수록, 보다 커진다.

(h(i)의 경도의 제어)

또한, 변환함수 산출부(6)는, 파라미터 λh를 적당하게 적절한 값으로 설정함으로써, 시그모이드 함수[h(i)]의 경도를 제어한다. 이 일례에 대해서, 도 20을 참조하여 이하에 설명한다. 도 20은, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출되는 시그모이드 함수[h(i)]의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타내는 예에서는, λh2>λh1이 성립하고 있다. 도 19에 나타내는 곡선(G201)은, λh=λh1의 조건이 성립할 때에 있어서의 시그모이드 함수 곡선이다. 한편, 도 20에 나타내는 곡선(G202)은, λh=λh2의 조건이 성립할 때에 있어서의 시그모이드 함수 곡선이다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 곡선(G202)의 경도는, 곡선(G201)의 경도보다 크다. 즉, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출되는 시그모이드 함수 곡선의 경도는, λh의 값이 보다 클수록, 보다 커진다.

(f(i)의 일례)

도 21은, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출되는 휘도 레벨 변환함수[f(i)]의 일례를 나타내는 도면이다. 상술한 바와 같이, 변환함수 산출부(6)는, 시그모이드 함수[g(i)]와 시그모이드 함수[h(i)]를, 계수 α에 의해 가중함으로써, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]를 산출한다. 도 19에 나타내는 바와 같이, 휘도 레벨 변환함수에 있어서의 각 변곡점에 대응하는 입력 휘도 레벨 mid1, mid2, 및 mid3은, mid3>mid2>mid1의 관계를 갖고 있다. 휘도 레벨 변환함수[f(i)]는, 시그모이드 함수[g(i) 및 h(i)]의 특성을 양쪽, 구비하고 있다. 즉, 시그모이드 함수[g(i)]의 특성에 기초하여, 저휘도 레벨의 영역에서는, mid1을 중심으로 한 곡선관계를 갖는 휘도 레벨을 변환한다. 한편, 시그모이드 함수[h(i)]의 특성에 기초하여, 고휘도 레벨의 영역에서는, mid3을 중심으로 하는 곡선관계를 갖는 휘도 레벨을 변환한다.

(g(i)의 경사의 제어)

상술한 바와 같이, 변환함수 산출부(6)는, 파라미터 λg를 적당하게 적절한 값으로 설정함으로써, 시그모이드 함수[g(i)]의 경도를 제어한다. 따라서 휘도 레벨 변환부(7)는, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]를 이용함으로써, mid1을 중심으로 한 저휘도 레벨 영역에 있어서의 콘트라스트를 적절하게 제어할 수 있다. 즉 도 21에 나타내는 바와 같이, λg=λg1의 조건이 성립할 때, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]는, 저휘도 레벨 영역에 있어서 G211로 나타내는 곡선관계를 갖는다. 한편, λg=λg2의 조건이 성립할 때, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]는, 저휘도 레벨 영역에 있어서 G212로 나타내는 곡선관계를 갖는다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 곡선(G212)의 경도는, 곡선(G211)의 경도보다 크다. 즉, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출되는 휘도 레벨 변환함수의, 저휘도 레벨 영역에 있어서의 경도는, λg의 값이 보다 클수록, 보다 커진다.

(h(i)의 경사의 제어)

또한, 변환함수 산출부(6)는, 파라미터 λh를 적당하게 적절한 값으로 설정함으로써, 시그모이드 함수[h(i)]의 경도를 제어한다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]에 있어서, mid3을 중심으로 하는 고휘도 레벨 영역의 콘트라스트를 적절하게 제어한다.

도 21에 나타내는 바와 같이, λh=λh1의 조건이 성립할 때, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]는, 고휘도 레벨 영역에 있어서 G213으로 나타내는 곡선관계를 갖는다. 한편, λh=λh2의 조건이 성립할 때, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]는, 고휘도 레벨 영역에 있어서 G214로 나타내는 곡선관계를 갖는다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 곡선(G214)의 경도는, 곡선(G213)의 경도보다 크다. 즉, 변환함수 산출부(6)에 의해 산출되는 휘도 레벨 변환함수의, 고휘도 레벨 영역에 있어서의 경도는, λh의 값이 보다 클수록, 보다 커진다.

(계조범위의 제어)

변환함수 산출부(6)는, 또한, 식(5)에 있어서의 계수 α를 적당하게 적절한 값으로 설정함으로써, 저휘도 레벨 영역 및 고휘도 레벨 영역에 할당되는 계조의 범위(휘도 레벨 변환의 대상이 되는 범위)를, 각각 제어한다. 구체적으로는, 식(5)에 있어서의 α의 값을 보다 크게 함으로써, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]에 포함되는 시그모이드 함수[g(i)]의 비율을 보다 크게 한다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]에 있어서, 저휘도 레벨 영역의 휘도 레벨 변환을 담당하는 범위를 보다 크게 한다.

한편, 식(5)에 있어서의 α의 값을 작게 설정함으로써, 휘도 레벨 변환함수 [f(i)]에 포함되는 시그모이드 함수[h(i)]의 비율을 보다 크게 한다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]에 있어서, 고휘도 레벨 영역의 휘도 레벨 변환을 담당하는 범위를 보다 크게 한다.

바꿔 말하면, 변환함수 산출부(6)는, α에 적당하게 적절한 값을 설정함으로써, 휘도 레벨 변환함수[f(i)]의 특성을 제어한다. 즉 변환함수 산출부(6)는, 휘도 레벨 변환부(7)에 의해 휘도 레벨이 변환된 후의 촬상신호에 있어서의, 저휘도 레벨측에 있어서의 콘트라스트의 개선 상태와, 고휘도 레벨측에 있어서의 콘트라스트의 개선 상태의 밸런스를, 제어할 수 있다.

〔실시형태3〕

본 발명에 따른 제 3 실시형태에 대해서, 도 22~도 24(b)를 참조하여 이하에 설명한다.

본 실시형태에 따른 고체 촬상장치(1)에 있어서의 개략의 블록 구성은, 실시형태1 및 실시형태2에 있어서의 고체 촬상장치(1)와 마찬가지이다. 따라서, 상세한 설명을 생략한다.

휘도 레벨 변환장치(3)는 고체 촬상소자(2)로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 휘도 레벨 변환장치(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 화소 특성 추출부(5), 변환함수 산출부(6)(함수 산출수단), 및 휘도 레벨 변환부(7)(휘도 레벨 변환수단)를 구비하고 있다.

화소 특성 추출부(5)는, 고체 촬상소자(2)에 의해 촬상된 화상의 특성을 추출한다. 구체적으로는, 화소 특성 추출부(5)는, 고체 촬상소자(2)로부터 출력된 촬 상신호에 기초하여, 화소의 특성을 나타내는 각종 파라미터를 생성한다. 또한 화소 특성 추출부(5)는, 생성한 파라미터에 기초하여, 촬영된 화상에 어두운 피사체 및 밝은 피사체가 동시에 포함되어 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 촬상신호에 대해서, 실시형태2에 있어서의 휘도 레벨 변환방식을 적용하는 것이 바람직한지의 여부를 판정한다. 화소 특성 추출부(5)는, 판정결과를, 1비트의 값을 갖는 변환방식 판정신호로서 출력한다. 이상에서 설명한 판정 방법의 상세에 대해서는 후술한다.

(휘도 레벨 변환함수의 산출)

변환함수 산출부(6)는, 휘도 레벨 변환장치(3)에 있어서, 휘도 레벨의 변환에 이용하는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 변환함수 산출부(6)는, 화소 특성 추출부(5)에 의해 판정된 변환방식에 기초하여, 단일영역 휘도 레벨 변환함수 또는 2영역 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 단일영역 휘도 레벨 변환함수는, 단일의 휘도 레벨 영역을 대상으로 한 변환함수이며, 구체적으로는, 실시형태1에 있어서 설명한, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 함수이다. 한편, 2영역 휘도 레벨 변환함수는, 2개로 분리된 휘도 레벨 영역을 대상으로 한 변환함수이며, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 3개의 변곡점을 포함하고, 가장 좌측에 위치하는 변곡점의 좌측에서는 아래로 볼록하게 되는 곡선관계를 갖고 있는 함수이다.

즉 변환함수 산출부(6)는, 화소 특성 추출부(5)에 의해 산출된 각종 파라미터를 이용하여, 촬상된 화상의 특성에 따른, 촬상신호의 휘도 레벨 변환에 최적인 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이상의 상세한 것은 후술한다.

(휘도 레벨 변환부(7))

휘도 레벨 변환부(7)는, 변환함수 산출부(6)에서 산출된 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 이 휘도 레벨 변환함수는, 도시하지 않은 기억장치에 미리 저장되어 있고, 휘도 레벨 변환부(7)가 필요에 따라서 참조한다.

휘도 레벨 변환시에 휘도 레벨 변환부(7)가 이용하는 휘도 레벨 변환함수의 상세에 대해서는, 실시형태1 및 실시형태2에 있어서 설명한 것과 마찬가지이다. 따라서, 상세한 설명을 생략한다.

(화소 특성 추출부(5))

다음에, 상술한 화소 특성 추출부(5)에 있어서의 변환방식의 판정의 상세에 대해서, 도 22를 참조로 하여 이하에 설명한다. 도 22는, 실시형태3에 따른 휘도 레벨 변환장치(3)에 구비되는 화소 특성 추출부(5)의 상세한 내부구성을 나타내는 블록도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 화소 특성 추출부(5)는, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(500), 히스토그램 산출부(501)(히스토그램 산출수단), 히스토그램 이동 평균 처리부(502)(히스토그램 평활화수단), 명영역 화소 블록 탐색부(503)(제 4 누적 화소수 산출수단), 명영역 어드레스 분산 산출부(504)(명영역 화소 어드레스 분산 산출수단), 명휘도 참조 레벨 산출부(505)(제 2 누적 화소수 산출수단, 제 1 명휘도 참조 레벨 산출수단, 명영역 화소 어드레스 분산 판정수단, 제 2 기준 화소수 설정수단), 암영역 화소 블록 탐색부(506)(제 3 누적 화소수 산출수단), 암영역 어 드레스 분산 산출부(507)(암영역 화소 어드레스 분산 산출수단), 암휘도 참조 레벨 산출부(508)(제 1 누적 화소수 산출수단, 제 1 암휘도 참조 레벨 산출수단, 암영역 화소 어드레스 분산 판정수단, 제 1 기준 화소수 설정수단), 및, 스케일링 연산부(509)(제 2 암휘도 참조 레벨 산출수단, 제 2 명휘도 참조 레벨 산출수단), 히스토그램 피크 검출부(510), 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511), 중간휘도 레벨 산출부(512), 변환방식 판정부(513)를 구비하고 있다.

또한, 히스토그램 피크 검출부(510), 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511), 및 중간휘도 레벨 산출부(512)는, 실시형태2에 있어서의 히스토그램 피크 검출부(510), 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511), 및 중간휘도 레벨 산출부(512)와, 각각 마찬가지이다. 따라서, 상세한 설명을 생략한다.

이들 부재 중, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(500), 히스토그램 산출부(501), 히스토그램 이동 평균 처리부(502), 명영역 화소 블록 탐색부(503), 명영역 어드레스 분산 산출부(504), 명휘도 참조 레벨 산출부(505), 암영역 화소 블록 탐색부(506), 암영역 어드레스 분산 산출부(507), 암휘도 참조 레벨 산출부(508), 스케일링 연산부(509)는, 실시형태1에 있어서의 화소 블록 휘도 레벨 산출부(30), 히스토그램 산출부(31), 히스토그램 이동 평균 처리부(32), 명영역 화소 블록 탐색부(33), 명영역 어드레스 분산 산출부(34), 명휘도 참조 레벨 산출부(35), 암영역 화소 블록 탐색부(36), 암영역 어드레스 분산 산출부(37), 암휘도 참조 레벨 산출부(38), 스케일링 연산부(39)의 동작과 각각 마찬가지이다. 따라서, 상세한 설명을 생략한다.

(변환방식 판정부(513))

다음에, 변환방식 판정부(513)의 동작에 대해서, 도 23~도 25(b)를 참조하여 이하에 설명한다.

도 23은, 화소 특성 추출부(5)에 구비되는 변환방식 판정부(513)의 상세한 내부구성을 나타내는 블록도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 변환방식 판정부(513)는, 중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131), 명영역 어드레스 분산 판정부(5132), 및 논리곱 연산부(5133)를 구비하고 있다.

(중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131))

중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131)에 대해서, 도 24(a) 및 도 24(b)를 참조하여 이하에 설명한다. 도 24(a)는, 어두운 피사체 및 밝은 피사체 각각에 있어서의 휘도분포가 좁고, 중간적인 휘도분포가 거의 존재하지 않는 촬상신호에 있어서의, 입사광량과 화소수의 관계의 일례를 나타내는 히스토그램이다. 한편, 도 24(b)는, 어두운 피사체와 밝은 피사체 각각에 있어서의 휘도분포가 모두 넓고, 또한 서로 겹치고, 중간적인 휘도분포를 갖고 있는 촬상신호에 있어서의, 입사광량과 화소수의 관계의 일례를 나타내는 히스토그램이다.

도 24(a) 및 도 24(b)에 나타내는 pb는, 히스토그램 피크 검출부(510)에 의해 산출되는 최대 피크 휘도 레벨이다. ba는, 명영역 휘도 레벨 평균 산출부(511)에 의해 산출되는 명영역 휘도 레벨 평균값이다. mid2는, 중간휘도 레벨 산출부(512)에 의해 산출되는 중간휘도 레벨이다.

중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131)에는, 중간휘도 레벨 산출부(512)로부터, 중간휘도 레벨을 나타내는 입력 휘도 레벨 mid2가 입력된다. 또한, 히스토그램 이동 평균 처리부(502)로부터, 평활화된 히스토그램이 입력된다.

입력 휘도 레벨 mid2 및 평활화 히스토그램이 각각 입력되면, 중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131)는, 평활화 히스토그램에 있어서의 입력 휘도 레벨 mid2에 대응하는 화소수를 산출한다. 다음에, 산출한 화소수가, 소정의 기준 화소수 Tv보다 큰지의 여부를 판정한다.

(판정의 일례)

도 24(a)에 나타내는 평활화 히스토그램에서는, 입력 휘도 레벨 mid2에 대응하는 화소수는, 기준 화소수 Tv보다 작다. 따라서, 입력 휘도 레벨 mid2는 기준 화소수 Tv보다 작다. 이 때 중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131)는, 2진 논리에 있어서 참을 나타내는 값인 「1」을, 변환함수 산출부(6)에 출력한다. 한편, 도 24(b)에 나타내는 평활화 히스토그램에서는, 입력 휘도 레벨 mid2에 대응하는 화소수는, 기준 화소수 Tv보다 크다. 이 때 중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131)는, 2진 논리에 있어서 「거짓」를 의미하는 값인 「0」을, 변환함수 산출부(6)에 출력한다.

이와 같이, 중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131)는, 화상에 포함되는 암피사체 및 명피사체에 있어서의 휘도 레벨의 분포가, 각각 모두 좁은지의 여부를 판정한다. 바꿔 말하면, 고체 촬상소자(2)가 출력한 촬상신호에, 중간적인 휘도 레벨의 분포가 거의 존재하지 않는지의 여부를 판정한다. 이것에 의해, 판정결과를 나타내는 2진 논리값을, 변환함수 산출부(6)에 출력한다.

다음에, 명영역 어드레스 분산 판정부(5132)에 대해서, 도 25(a) 및 도 25(b)를 참조하여 이하에 설명한다. 도 25(a)는, 촬상면(251)에 있어서, 명영역 화소 블록(253)이 서로 인접하고, 한 덩어리와 같은 상태를 나타내는 도면이다. 한편, 도 25(b)는, 촬상면(251)에 있어서, 명영역 화소 블록(253)이 분산되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.

(명영역 어드레스 분산 판정부(5132))

도 25(a) 및 도 25(b)에 나타내는 촬상면(251)은, 고체 촬상소자(2)에 있어서의 촬상면을 나타낸다. 화소 블록(252)은, 화소 블록 휘도 레벨 산출부(500)에 의해 휘도 레벨 대표값이 산출되는, 촬상면(251)상의 화소 블록의 하나를 나타낸다. 도 7에 있어서는, 화소 블록(252)은 화소 블록(77)에 상당한다. 화소 블록(253)은, 촬상면(251)상의 화소 블록 중, 명영역 탐색 참조 휘도 레벨(WL)을 초과하는 휘도 레벨을 갖는 명영역 화소 블록의 하나를 나타낸다.

명영역 어드레스 분산 판정부(5132)는, 촬상면(251)에 있어서의, 명영역 화소 블록(253)의 흩어짐 상태를 판정한다. 예컨대 도 25(a)에 나타내는 촬상면(251)에서는, 명영역 화소 블록(253)이 서로 인접하고, 한 덩어리와 같은 상태에 있다고 판정한다. 이 때 명영역 어드레스 분산 판정부(5132)는, 2진 논리에 있어서 참을 나타내는 값 「1」을, 논리곱 연산부(5133)에 출력한다.

명영역 어드레스 분산 판정부(5132)는, 한편으로, 도 25(b)에 나타내는 바와 같이, 명영역 화소 블록(253)이 촬상면(251)에 있어서 분산되어 있는 것으로 판정하였을 때, 2진 논리에 있어서 거짓을 나타내는 값인 「0」을, 논리곱 연산부(5133)에 출력한다.

구체적으로는, 명영역 어드레스 분산 판정부(5132)는, 명영역 어드레스 분산 산출부(504)에 의해 산출된 X어드레스 분산값과, 미리 정해진 기준 분산값(σTx)을 비교한다. 또한, 명영역 어드레스 분산 산출부(504)에 의해 산출된 Y어드레스 분산값과, 미리 정해진 기준 분산값(σTy)을 비교한다. 기준 분산값(σTx 및 σTy)은, 모두 실험적으로 정해지는 값이며, 휘도 레벨 변환장치(3)에 있어서의 도시하지 않은 메모리에 미리 저장되어 있다.

명영역 어드레스 분산 판정부(5132)는, X어드레스 분산값이 기준 분산값(σTx)보다 작고, 또한, Y어드레스 분산값이 기준 분산값(σTy)보다 작은 것으로 판정하였을 때, 값 「1」을 논리곱 연산부(5133)에 출력한다. 한편, X어드레스 분산값이 기준 분산값(σTx)보다 크거나, 또는, Y어드레스 분산값이 기준 분산값(σTy)보다 크거나, 또는 그들 양쪽이 성립하는 것으로 판정했을 때는, 값 「0」을 논리곱 연산부(5133)에 출력한다.

이와 같이, 명영역 어드레스 분산 판정부(5132)는, 각 명영역 화소 블록(253)이 서로 인접하고, 한 덩어리와 같은 상태에 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 명영역 화소 블록(253)의 어드레스로부터 분산값을 산출하고, 산출한 분산값이 기준 분산값보다 작은지의 여부를 판정한다. 이것에 의해, 명영역 화소 블록이 존재하는 영역에, 어떠한 의미를 이루는 정보가 포함되어 있는지의 여부를 판정한다. 산출한 분산값이 기준 분산값보다 작을 때, 의미를 이루는 정보는 포함되어 있지 않은 것으로 판정하고, 2진 논리값으로서 「0」을 출력한다. 한편, 산출한 분산값이 기준 분산값보다 클 때, 의미를 이루는 정보가 포함되어 있는 것으로 판정하고, 2진 논리값으로서 「1」을 출력한다.

논리곱 연산부(5133)에는, 중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131)로부터의 출력과, 명영역 어드레스 분산 판정부(5132)로부터의 출력이 입력된다. 이것에 의해, 입력된 2개의 2진 논리값의 논리곱을 연산한다. 또한, 연산한 결과를, 1비트의 데이터를 갖는 변환방식 판정신호로서, 변환함수 산출부(6)에 출력한다.

(정리)

이상과 같이, 변환방식 판정부(5)는, 촬영된 화상에 포함되는 어두운 피사체의 휘도 레벨 분포와, 밝은 피사체의 휘도 레벨 분포가, 모두 기준 분포보다 좁고, 중간적인 휘도분포가 거의 존재하지 않는 것을, 중간휘도 레벨 빈도 판정부(5131)가 판정하고, 또한, 각 명영역 화소 블록(253)이 서로 인접해서 한 덩어리와 같은 상태에 있고, 명영역 화소 블록(253)의 존재하는 영역에 의미를 이루는 정보가 포함되어 있는 것을, 명영역 어드레스 분산 판정부(5132)가 판정했을 때, 2진 논리로 참을 나타내는 값인 「1」을, 변환함수 산출부(6)에 출력한다. 그 이외이면, 변환방식 판정부(5)는, 2진 논리에서 거짓을 나타내는 값인 「0」을, 변환함수 산출부(6)에 출력한다.

(변환함수의 산출)

변환함수 산출부(6)의 동작을, 도 26을 참조하여 이하에 설명한다. 도 26은, 실시형태3에 따른 변환함수 산출부(6)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 26에 나타내는 바와 같이, 변환함수 산출부(6)는, 단일영역 휘도 레벨 변환함수 산출부(61), 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수 산출부(62), 및 휘도 레벨 변환함수 선택부(63)를 구비하고 있다.

(단일영역 휘도 레벨 변환함수 산출부(61))

단일영역 휘도 레벨 변환함수 산출부(61)에는, 암휘도 참조 레벨(ABL), 명휘도 참조 레벨(AWL), 및 파라미터 λ가 입력된다. 단일영역 휘도 레벨 변환함수 산출부(61)는, 입력된 데이터를 이용하여, 단일의 휘도 레벨 영역을 변환하기 위한 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 구체적으로는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 단일영역 휘도 레벨 변환함수를 산출한다.

(2영역 분할 휘도 레벨 변환함수 산출부(62))

2영역 분할 휘도 레벨 변환함수 산출부(62)에는, 암휘도 참조 레벨(ABL), 명휘도 참조 레벨(AWL), 중간휘도 레벨을 나타내는 입력 휘도 레벨 mid2, 및 파라미터 λg, 및 λh가 입력된다. 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수 산출부(62)는, 2개로 분리된 휘도 레벨 영역을 변환하기 위한 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 구체적으로는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 기준 휘도 레벨보다 낮은 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 변곡점과, 기준 휘도 레벨보다 높은 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수(제 2 휘도 레벨 변환함수)를 산출한다.

휘도 레벨 변환함수 선택부(63)는, 변환방식 판정부(5)로부터의 출력에 기초하여, 단일영역 휘도 레벨 변환함수 및 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수 중 어느 하나를 선택한다.

변환방식 판정부(5)의 출력이 「1」일 때, 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수 산출부(62)는, 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수 산출부(62)는, 산출한 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수를 나타내는 데이터를 생성하고, 휘도 레벨 변환함수 선택부(63)에 출력한다. 이것에 의해 휘도 레벨 변환함수 선택부(63)는, 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수 산출부(62)에 의해 산출된 휘도 레벨 변환함수를, 휘도 레벨 변환부(7)에 출력한다.

변환방식 판정부(5)의 출력이 「0」일 때, 단일영역 휘도 레벨 변환함수 산출부(61)는, 단일영역 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 단일영역 휘도 레벨 변환함수 산출부(61)는, 산출한 휘도 레벨 변환함수를 나타내는 데이터를 생성하고, 휘도 레벨 변환함수 선택부(63)에 출력한다. 이것에 의해 휘도 레벨 변환함수 선택부(63)는, 단일영역 휘도 레벨 변환함수 산출부(61)에 의해 산출된 단일영역 휘도 레벨 변환함수를, 휘도 레벨 변환부(7)에 출력한다.

휘도 레벨 변환부(7)는, 입력된 데이터에 의해 나타내어지는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 즉, 단일영역 휘도 레벨 변환함수가 입력되었을 때, 단일영역 휘도 레벨 변환함수를 이용한다. 한편, 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수가 입력되었을 때, 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수를 이용한다. 휘도 레벨 변환의 구체적인 처리순서에 대해서는, 실시형태1 및 2에서 설명한 바와 같으므로, 상세한 설명을 생략한다.

(정리)

이와 같이, 본 실시형태에서는, 화소 특성 추출부(5)는, 고체 촬상소자(2)로 부터 입력된 촬상신호에 기초하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하기 위해 적합한 휘도 레벨 변환함수가, 단일영역 휘도 레벨 변환함수 및 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수 중 어느 하나인지를 판정한다. 이 판정결과에 기초하여, 변환함수 산출부(6)는, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는데에 적합한 휘도 레벨 변환함수를, 화소 특성 추출부(5)가 산출한 파라미터를 이용하여 산출한다. 이것에 의해 휘도 레벨 변환부(7)는, 변환함수 산출부(6)가 산출한 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 최후에, 휘도 레벨이 변환된 촬상신호는 화상표시장치(4)에 입력되고, 화상표시장치(4)는 촬상신호가 나타내는 화상을 표시한다.

이상과 같이, 휘도 레벨 변환장치(3)는, 광량차가 큰 2개의 피사체를 포함하고 있는 화상을 나타내는 촬상신호에 대해서는, 2영역 분할 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 휘도 레벨을 변환한다. 광량차가 큰 2개의 피사체에는, 예컨대, 터널의 출구 부근에 있어서의, 터널의 내부와, 태양광하의 터널 외의 경치가 있다. 또한, 창이 있는 실내에 있어서의, 실내와, 태양광하의 창밖의 경치가 있다. 한편, 1개의 피사체나, 혹은 광량에 큰 차가 없는 복수의 피사체를 갖고 있는 화상을 나타내는 촬상신호에 대해서는, 휘도 레벨 변환부(7)는, 단일영역 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 휘도 레벨을 변환한다.

따라서 휘도 레벨 변환장치(3)는, 촬상신호에 휘도 레벨은 변환할 때, 피사체 화상의 광량특성에 따른 적절한 휘도 레벨 변환함수를 이용한다. 이것에 의해, 각 피사체의 콘트라스트를 적절하게 개선할 수 있다.

(프로그램 및 기록매체)

또한, 상술한 각 부재는 모두 기능 블록이다. 따라서, 이들 부재는, CPU 등의 연산수단이, 도시하지 않은 기억부에 저장된 휘도 레벨 변환 프로그램을 실행하고, 도시하지 않은 입출력 회로 등의 주변회로를 제어함으로써, 실현된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상기 기능을 실현하는 소프트웨어인 휘도 레벨 변환 프로그램의 프로그램 코드(실행 형식 프로그램, 중간 코드 프로그램, 소스프로그램)가 컴퓨터에 의해 판독할 수 있게 기록되어 있는 기록매체를, 휘도 레벨 변환장치에 공급하고, 휘도 레벨 변환장치에 구비되는 컴퓨터(또는 CPU나 MPU, DSP)가, 기록매체에 기록되어 있는 프로그램 코드를 판독하여 실행함으로써, 달성가능하다.

이 경우, 기록매체로부터 판독된 프로그램 코드 자체가 상술한 기능을 실현하는 것으로 되고, 그 프로그램 코드를 기록하고 있는 기록매체는 본 발명을 구성하게 된다.

한편으로, 상술한 각 부재는, 상술한 소프트웨어와 마찬가지의 처리를 행하는 하드웨어로서 실현해도 된다. 이 경우, 본 발명의 목적은, 하드웨어로서의 휘도 레벨 변환장치에 의해 달성되게 된다.

여기서, 프로그램 코드를 판독하여 실행하는 연산수단은, 단체의 구성이면 된다. 또는, 휘도 레벨 변환장치 내부의 버스나 각종 통신로를 통해서 접속되어 있는 복수의 연산수단이, 프로그램 코드를 협동해서 실행하는 구성이여도 된다.

여기서, 연산수단에 의해 직접적으로 실행가능한 프로그램 코드는, 이 프로그램 코드를 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 통해서, 휘도 레벨 변환 장치에 배포하면 된다. 또한, 프로그램 코드를, 후술하는 해제 등의 처리에 의해 프로그램 코드를 생성할 수 있는 데이터로 하여, 상기 데이터를 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 통해서, 휘도 레벨 변환장치에 배포해도 된다. 또는, 이들 프로그램 코드 또는 데이터를, 유선 또는 무선의 통신로를 통해서 데이터를 전송하는 통신 네트워크를 통해서, 휘도 레벨 변환장치에 배포 또는 송신해도 된다. 어느 수단에 의해 배포 또는 송신되어도, 프로그램 코드는, 휘도 레벨 변환장치에 구비되는 연산수단에 의해 실행된다.

이 때, 특정의 것에 한정되지 않는 각종 통신 네트워크를 통해서, 프로그램 코드 또는 데이터를 전송할 수 있다. 이와 같은 통신 네트워크의 구체예를 들면, 인터넷, 인트라넷, 익스트라넷, LAN, ISDN, VAN, CATV통신망, 가상 전용망(Virtual Private Network), 전화회선망, 이동체 통신망, 위성통신망 등이 있다. 또한, 통신 네트워크를 구성하는 전송매체(통신로)도, 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, IEEE1394규격에 따른 회선, USB회선, 전력선, 케이블 TV회선, 전화선, 및 ADSL회선 등의 유선을, 전송매체로서 이용할 수 있다. 또한, IrDA나 원격제어에 이용되고 있는 적외선을 이용한 무선, Bluetooth규격 또는 IEEE 802.11 무선규격에 규정되어 있는 무선, HDR, 휴대전화망, 위성회선, 지상파 디지털 망 등을 이용한 무선도, 전송매체로서 이용할 수 있다.

또한, 프로그램 코드를 휘도 레벨 변환장치에 배포하기 위한 기록매체는, 프로그램 코드의 배포 이전에는, 분리가능하게 되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 프로그램 코드를 배포한 후에는, 휘도 레벨 변환장치로부터 분리가능하게 되어 있 어도 되고, 휘도 레벨 변환장치와 일체화되어 분리 불가능하게 되어 있어도 된다.

또한, 기록매체는, 프로그램 코드가 기록되어만 있으면, 고쳐 쓰기(기록) 가능해도 되고, 불가능해도 된다. 또한, 휘발성이어도 되고, 비휘발성이어도 된다. 또한, 기록매체로의 프로그램 코드의 기록방법, 및 기록매체의 형상도, 임의의 것이어도 된다.

이와 같은 조건을 만족하는 기록매체를 예시하면, 자기테이프나 카세트 테이프 등의 테이프, 플로피(등록상표)디스크나 하드디스크 등의 자기디스크, CD-ROM이나 광자기디스크(MO), 미니디스크(MD), 디지털 비디오 디스크(DVD) 등의 디스크가 있다. 또한, IC카드나 광 카드와 같은 카드형 메모리, 또는, 마스크 롬이나 EPROM, EEPROM 또는 플래시ROM 등의 반도체메모리도 해당된다. 또한, CPU 등의 연산수단 내에 형성되어 있는 메모리도 해당된다.

또한, 프로그램 코드를 기록매체로부터 판독하여 주기억에 저장하기 위한 프로그램은, 미리, 휘도 레벨 변환장치 내에, 컴퓨터에 의해 실행 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로그램 코드를 통신 네트워크를 통해서 휘도 레벨 변환장치에 배포할 경우, 통신 네트워크로부터 프로그램 코드를 다운로드하는 프로그램은, 미리, 휘도 레벨 변환장치 내에, 컴퓨터에 의해 실행 가능하게 저장되어 있다.

또한, 프로그램 코드는, 상술한 각 처리의 전체 수단을 연산수단에 지시하는 코드이면 된다. 또한, 컴퓨터에는, 프로그램 코드에 의한 각 처리의 일부 또는 전부를 소정의 순서로 호출함으로써 실행가능한 기본 프로그램(예컨대, 오퍼레이팅 시스템이나 라이브러리 등)이 이미 존재하고 있을 경우가 있다. 이 경우, 프로그램 코드에 있어서의 전체 순서의 일부 또는 전부를, 이 기본 프로그램의 호출을 연산수단에 지시하는 코드나 포인터 등으로 치환한 프로그램 코드를, 휘도 레벨 변환 프로그램의 프로그램 코드로 하여도 된다.

또한, 기록매체에는, 실제 메모리에 프로그램 코드를 배치한 상태와 같이, 휘도 레벨 변환 프로그램을 저장하면 된다. 구체적으로는, 연산수단이 기록매체에 액세스해서 프로그램 코드를 실행할 수 있는 형식에 의해서, 휘도 레벨 변환 프로그램을 기록매체에 저장하면 된다. 또는, 실제 메모리에 프로그램 코드를 배치하기 전이며, 또한, 연산수단이 항상 액세스가능한 로컬의 기록매체(예컨대 하드디스크 등)에 인스톨한 후의 저장 형식에 의해서, 휘도 레벨 변환 프로그램을 기록매체에 저장해도 된다. 또는, 통신 네트워크나 반송가능한 기록매체 등으로부터 로컬의 기록매체에 인스톨하기 전의 저장 형식에 의해서, 휘도 레벨 변환 프로그램을 기록매체에 저장해도 된다.

또한, 휘도 레벨 변환 프로그램은, 편집된 후의 목적 코드에 한정되지 않는다. 예컨대, 휘도 레벨 변환 프로그램은, 원시 코드로서 기록매체에 저장되어 있어도 된다. 또는, 인터프리트 또는 편집 도중에 있어서 생성되는 중간 코드로서, 기록매체에 저장되어 있어도 된다.

상술한 모든 경우에 있어서, 기록매체에 저장되어 있는 프로그램 코드(중간 코드)는, 연산수단이 실행가능한 형식으로 변환가능한 것이면 된다.

즉, 프로그램 코드(중간 코드)는, 소정의 형식 변환 프로그램이, 압축된 프로그램 코드를 해제하거나, 부호화된 프로그램 코드를 복원하거나, 원시 코드를 인 터프리트, 편집, 링크, 또는, 실제 메모리에 배치하거나 함으로써, 또는 이들 처리를 조합하여 실행함으로써, 연산수단이 실행가능한 형식으로 변환되는 것이면 된다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환 프로그램을 기록매체에 저장할 때의 저장 형식에 관계없이, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 각종 변경이 가능하다. 즉, 청구항에 나타낸 범위에서 적당하게 변경한 기술적 수단을 조합하여 얻어지는 실시형태에 대해서도, 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예컨대 휘도 레벨 변환장치(3)는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개 이상의 변곡점을 포함하는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하면 된다. 즉, 변곡점의 수는, 1개여도 되고, 2개 이상이여도 된다. 변환함수 산출부(6)는, 촬상 화상에 포함되어 있는 피사체 화상의 특성에 따라, 최적의 수의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 산출하면 된다.

본 발명에 따른 휘도 레벨 변환장치는, 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 장치로서, 디지털 카메라 및 비디오 카메라 등의 각종 촬영장치에 조립하여 이용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘도 레벨 변환장치에서는, 또한,

상기 휘도 레벨 변환함수는, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 본 장치에서는, 휘도 레벨 변환수단은, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이 1개의 변곡점을 포함하는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 즉, 여기서 말하는 S자형의 곡선은, 예컨대, 변곡점에 가까울수록 곡선의 경사가 커지는 곡선을 의미한다. 바꾸어 말하면, 휘도 레벨 변환수단이 이용하는 휘도 레벨 변환함수에서는, 입력 휘도 레벨의 변화에 따른 출력 휘도 레벨의 변화가, 변곡점에 가까울수록 커진다.

이와 같이, 휘도 레벨 변환수단은, 상술한 성질을 갖는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호에 있어서의 저휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 동시에, 계조성을 적절하게 유지하면서, 높은 휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 이것에 의해, 촬상신호에 있어서의 중간휘도 레벨 범위에 있어서의 콘트라스트가, 대폭적으로 개선된다. 따라서, 촬상신호에 있어서의 일부의 휘도 레벨 영역을 잘라내서, 계조를 직선적으로 확대한 경우에 비해서, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상이, 보다 자연스러운 화상이 되는 효과를 거둔다.

상기 휘도 레벨 변환함수는, 시그모이드형 함수 또는 2차 함수인 것이 바람직하다. 특히, 휘도 레벨 변환함수가 2차 함수일 경우, 시그모이드형의 휘도 레벨 변환함수에 비해서, 계산식이 심플하다. 따라서, 2차 함수인 휘도 레벨 변환함수를 이용할 경우, 시그모이드형의 휘도 레벨 변환함수를 이용하는 경우에 비해서, 보다 적은 계산량으로 휘도 레벨을 변환할 수 있다. 따라서, 촬상신호의 휘도 레벨을, 보다 짧은 시간에 변환할 수 있다. 또한, 2차 함수를 이용한 휘도 레벨 변환장치를 전자회로 등의 하드웨어로 구성할 경우, 시그모이드형의 휘도 레벨 변환함수를 이용한 휘도 레벨 변환장치에 비해서 보다 소규모인 하드웨어 구성으로 할 수 있기 위해서, 보다 적은 소비전력으로 구동하는 휘도 레벨 변환장치를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 촬상신호의 특성에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 함수 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 휘도 레벨 변환수단은, 상기 함수 산출수단에 의해 산출된 상기 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 함수 산출수단은, 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 특성에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환수단은, 화상의 특성에 기초해 산출된 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 따라서, 휘도 레벨 변환장치에서는, 화상의 특성에 따른 최적의 휘도 레벨 변환이 행해져 보다 자연스러운 화상을 얻을 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램을 산출하는 히스토그램 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은, 상기 히스토그램 산출수단에 의해 산출된 상기 히스 토그램에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 본 장치에서는, 히스토그램에 기초하여, 함수 산출수단이, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해, 함수 산출수단은, 피사체의 화상에 합치된 최적의 휘도 레벨 변환함수를 산출할 수 있다. 따라서, 휘도 레벨 변환수단은, 피사체의 화상에 최적인 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 수 있다. 즉, 보다 자연스러운 화상을 얻을 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 히스토그램을 평활화하는 히스토그램 평활화수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 히스토그램 평활화수단은, 히스토그램을 예컨대 이동 평균 처리 등에 의해 평활화하고, 매끄럽고 요철이 적은 히스토그램으로 변환한다. 이것에 의해, 피사체의 급격한 변동에 의한, 히스토그램의 요동을 저감할 수 있다. 또한, 함수 산출수단은, 평활화된 히스토그램에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 따라서, 휘도 레벨 변환수단은, 요동이 적은 히스토그램에 기초해 산출된, 파라미터 변동이 적은 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 이것에 의해, 휘도 레벨 변환된 후에 촬상신호를 화상표시장치에 입력했을 때, 보다 플리커가 억제된 화상을 표시할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 히스토그램에 있어서의 최저 휘도 레벨 이상, 제 1 기준 휘도 레벨 이 하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 1 누적 화소수를 산출하는 제 1 누적 화소수 산출수단과,

상기 제 1 누적 화소수가 소정의 제 1 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 1 기준 휘도 레벨을 제 1 암휘도 참조 레벨로서 산출하는 제 1 암휘도 참조 레벨 산출수단과,

상기 히스토그램에 있어서의 제 2 기준 휘도 레벨 이상, 최고 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 2 누적 화소수를 산출하는 제 2 누적 화소수 산출수단과,

상기 제 2 누적 화소수가 소정의 제 2 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 2 기준 휘도 레벨을 제 1 명휘도 참조 레벨로서 산출하는 제 1 명휘도 참조 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은, 상기 제 1 암휘도 참조 레벨 및 상기 제 1 명휘도 참조 레벨에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 소정의 제 1 기준 화소수는, 상기 히스토그램에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.05~0.5%의 값인 것이 바람직하다. 또한, 상기 소정의 제 2 기준 화소수는, 상기 히스토그램에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.05~0.5%의 값인 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 제 1 암휘도 참조 레벨 및 제 1 명휘도 참조 레벨에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수가 산출된다. 여기서, 제 1 암휘도 참조 레벨 및 제 1 명휘도 참조 레벨은, 히스토그램에 있어서의 누적 화소수에 기초하여, 산출되는 값 이다. 따라서, 제 1 암휘도 참조 레벨 및 제 1 명휘도 참조 레벨은, 통계적으로 보다 안정된 파라미터가 된다. 즉, 함수 산출수단은, 통계적으로 보다 안정된 파라미터에 기초하여, 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해, 산출되는 휘도 레벨 변환함수의, 시간적인 변동을 저감할 수 있다. 따라서, 촬상신호의 휘도 레벨을 안정되게 변환할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨을 갖는 화소의, 상기 촬상신호 내의 화소 어드레스의 분산을, 암영역 화소 어드레스 분산으로서 산출하는 암영역 화소 어드레스 분산 산출수단과,

상기 암영역 화소 어드레스 분산이, 소정의 제 1 기준 화소 어드레스 분산보다도 큰지의 여부를 판정하는 암영역 화소 어드레스 분산 판정수단과,

상기 암영역 화소 어드레스 분산 판정수단에 의한 판정결과가 참일 때, 상기 소정의 제 1 기준 화소수를, 미리 정해져 있는 값보다 큰 값으로 설정하는 제 1 기준 화소수 설정수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 함수 산출수단은, 휘도 레벨 변환의 하한이 보다 좁혀진 휘도 레벨 변환함수를 구하게 된다. 따라서, 휘도 레벨 변환수단은, 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 휘도 레벨을 변환할 때, 촬상신호에 있어서의 최암부 영역의 계조의 할당을 작게 하고, 또한, 그 밖의 영역에 계조를 할당할 수 있다. 그 결과, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 콘트라스트를, 전체적으로 개선할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

소정의 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 휘도 레벨을 갖는 화소의, 상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 촬상된 화상 내의 화소 어드레스의 분산을, 명영역 화소 어드레스 분산으로서 산출하는 명영역 화소 어드레스 분산 산출수단과,

상기 명영역 화소 어드레스 분산이, 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보다도 큰지의 여부를 판정하는 명영역 화소 어드레스 분산 판정수단과,

상기 명영역 화소 어드레스 분산 판정수단에 의한 판정결과가 참일 때에, 상기 소정의 제 2 기준 화소수를, 미리 정해져 있는 값보다 큰 값으로 설정하는 제 2 기준 화소수 설정수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 함수 산출수단은, 휘도 레벨 변환의 상한이 보다 좁혀진 휘도 레벨 변환함수를 구하게 된다. 따라서, 휘도 레벨 변환수단은, 휘도 레벨 변환함수를 이용하여 휘도 레벨을 변환할 때, 촬상신호에 있어서의 최명부 영역의 계조의 할당을 작게 하고, 또한, 그 밖의 영역에 계조를 할당할 수 있다. 그 결과, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 콘트라스트를, 전체적으로 개선할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 히스토그램에 있어서의 최저 휘도 레벨 이상, 제 3 기준 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨의 화소수를 누적 가산함으로써, 제 3 누적 화소수를 산출하는 제 3 누적 화소수 산출수단과,

상기 제 3 누적 화소수가 소정의 제 3 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 3 기준 휘도 레벨을 상기 암영역 기준 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 기준 휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 소정의 제 3 기준 화소수는, 상기 히스토그램에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.5~1.5%의 값인 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 화소의 화소 어드레스의 분산을 조사하는 대상을, 피사체의 촬상면의 합계 면적의 한정된 촬상 영역으로 할 수 있다. 따라서, 중요한 촬상 대상으로 삼는 최암부의 피사체의 촬상면상에서의 최대한의 면적을 사전에 규정할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 히스토그램에 있어서의 제 4 기준 휘도 레벨 이상, 최고 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨의 화소수를 누적 가산함으로써, 제 4 누적 화소수를 산출하는 제 4 누적 화소수 산출수단과,

상기 제 4 누적 화소수가 소정의 제 4 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 4 기준 휘도 레벨을 상기 명영역 기준 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 기준 휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 소정의 제 4 기준 화소수는, 상기 히스토그램에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.5~1.5%의 값인 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 화소의 화소 어드레스의 분산을 조사하는 대상을, 피사체의 촬상면의 합계 면적의 한정된 촬상 영역으로 할 수 있다. 따라서, 중요한 촬상 대상으로 하는 최명부의 피사체의 촬상면상에서의 최대한의 면적을 사전에 규정 할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는, 상기 제 1 명휘도 참조 레벨과 상기 제 1 암휘도 참조 레벨의 차분에 소정의 제 1 계수를 곱한 값을, 상기 제 1 암휘도 참조 레벨로부터 감산함으로써, 제 2 암휘도 참조 레벨을 산출하는 제 2 암휘도 참조 레벨 산출수단과,

상기 제 1 명휘도 참조 레벨과 상기 제 1 암휘도 참조 레벨의 차분에 소정의 제 2 계수를 곱한 값을, 상기 제 1 명휘도 참조 레벨에 가산함으로써, 제 2 명휘도 참조 레벨을 산출하는 제 2 명휘도 참조 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은, 상기 제 2 암휘도 참조 레벨 및 상기 제 2 명휘도 참조 레벨에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 소정의 제 1 계수는, 0.1~0.6의 범위 내에 있는 값인 것이 바람직하고, 특히, 약 0.5인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 소정의 제 2 계수는, 0.1~0.6의 범위 내에 있는 값인 것이 바람직하고, 특히, 약 0.5인 것이 보다 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨의 분포의 변동에 대응하여, 산출되는 휘도 레벨의 범위의 상한 및 하한을 구할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명에 따른 휘도 레벨 변환장치에서는, 또한,

상기 휘도 레벨 변환함수에서는,

상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨은, 기준 휘도 레벨보다 낮은 상기 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 상기 변곡점과, 상기 기준 휘도 레벨보다 높 은 상기 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 상기 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 휘도 레벨 변환수단은, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 암변곡점 및 명변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 여기서, 암변곡점은, 기준 휘도 레벨보다 낮은 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 변곡점이다. 한편, 명변곡점은, 기준 휘도 레벨보다 높은 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 변곡점이다.

이것에 의해 휘도 레벨 변환수단은, 촬상신호에 포함되어 있는, 어두운 피사체를 나타내는 부분의 휘도 레벨을, 휘도 레벨 변환함수에 있어서의, 암변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 부분에 의해, 변환한다. 한편, 밝은 피사체를 나타내는 부분의 휘도 레벨을, 휘도 레벨 변환함수에 있어서의, 명변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 부분에 의해, 변환한다.

이상의 휘도 레벨 변환에 의해, 휘도 레벨 변환수단은, 암피사체에 있어서의, 휘도 레벨이 보다 암변곡점보다 낮은 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 동시에, 계조성을 적절하게 유지하면서, 휘도 레벨이 암변곡점보다 높은 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 또한, 명피사체에 있어서도, 마찬가지로, 휘도 레벨이 명휘도 레벨보다 낮은 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다. 동시에, 계조성을 적절하게 유지하면서, 휘도 레벨이 명휘도 레벨보다 높은 범위에 있어서의 콘트라스트를 압축한다.

이것에 의해 휘도 레벨 변환수단은, 암피사체 및 명피사체 중 어느 것에 있 어서도, 각 피사체에 있어서의 상대적인 중간휘도 레벨의 범위에 있어서의 콘트라스트를, 대폭적으로 개선할 수 있다. 따라서, 암피사체 및 명피사체를 포함하고 있는 화상을 나타내는 촬상신호로부터, 각 피사체에 대응하는 휘도 레벨 영역을 추출하고, 계조를 직선적으로 확대하는 방법에 비해서, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상에 있어서의 각 피사체 화상이, 보다 콘트라스트가 분명한 자연스러운 피사체 화상이 되는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명에 따른 휘도 레벨 변환장치에서는, 또한,

상기 휘도 레벨 변환함수는,

기준 휘도 레벨에서도 낮은 휘도 레벨이 속해 있는 암영역에 있어서, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 암영역 S자형 함수와, 상기 기준 휘도 레벨보다 높은 휘도 레벨이 속해 있는 명영역에 있어서, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 명영역 S자형 함수와의 가중 가산함수인 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 휘도 레벨 변환함수는, 암영역 S자형 함수와, 명영역 S자형 함수의 가중 가산함수이다. 여기서, 암영역 S자형 함수에서는, 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이, 암영역에 있어서 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있다. 이 암영역은, 기준 휘도 레벨보다 낮은 휘도 레벨을 포함하고 있는 영역이다. 즉, 암영역 S자형 함수는, 촬상신호에 있어서의, 기준 휘도 레벨보다 낮은 휘도 레벨의 변환을 담당하는 함수이다.

한편, 명영역 S자형 함수에서는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 명영역에 있어서 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있다. 또한, 명영역은, 기준 휘도 레벨보다 높은 휘도 레벨을 포함하고 있는 영역이다. 즉 명영역 S자형 함수는, 촬상신호에 있어서의, 기준 휘도 레벨보다 높은 휘도 레벨의 변환을 담당하는 함수이다.

이와 같이, 본 구성의 휘도 레벨 변환장치가 이용하는 휘도 레벨 변환함수는, 암영역 S자형 함수와 명영역 S자형 함수의 가중함수이다. 따라서, 휘도 레벨 변환장치에 있어서의, 저휘도 레벨 영역과 고휘도 레벨 영역에 각각 할당되는 계조범위는, 가중 가산에 이용되는 가중 계수에 따라 변화된다. 따라서 휘도 레벨 변환장치는, 이와 같은 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 휘도 레벨 변환 후의 촬상신호 있어서의, 저휘도 레벨측의 콘트라스트의 개선 상태와, 고휘도 레벨측의 콘트라스트의 개선 상태를, 밸런스 좋게 제어할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 상기 암영역 S자형 함수 및 명영역 S자형 함수 중 적어도 어느 하나는, 시그모이드형 함수인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 촬상신호의 특성에 기초하여, 상기 암영역 S자형 함수 및 상기 명영역 S자형 함수를 소정의 가중 계수에 의해 가중함으로써, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 함수 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 휘도 레벨 변환수단은,

상기 함수 산출수단에 의해 산출된 상기 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상 기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 함수 산출수단은, 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 특성에 기초하여, 암영역 S자형 함수 및 명영역 S자형 함수를 소정의 가중 계수에 의해 가중함으로써, 2개의 변곡점을 갖는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해 휘도 레벨 변환수단은, 화상의 특성에 기초해 산출된 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환한다. 따라서, 휘도 레벨 변환장치는, 암영역(저휘도 레벨 영역)에 있어서도, 명영역(고휘도 레벨 영역)에 있어서도, 피사체 화상의 특성에 따른 최적의 휘도 레벨 변환을 행하기 때문에, 보다 자연스러운 화상을 얻을 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램을 산출하는 히스토그램 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은, 상기 히스토그램 산출수단에 의해 산출된 상기 히스토그램에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 본 장치에서는, 히스토그램에 기초하여, 함수 산출수단이, 2개의 변곡점을 갖는 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 이것에 의해, 함수 산출수단은, 피사체의 화상에 합치된 최적의 휘도 레벨 변환함수를 산출할 수 있다. 따라서, 휘도 레벨 변환수단은, 어두운 피사체 화상 및 밝은 피사체 화상에 대해서, 각각 최적의 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 수 있다. 따라서, 보다 자연스러운 화상을 얻을 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 히스토그램에 있어서의 최저 휘도 레벨 이상, 제 1 기준 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 1 누적 화소수를 산출하는 제 1 누적 화소수 산출수단과,

상기 제 1 누적 화소수가 소정의 제 1 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 1 기준 휘도 레벨을 암휘도 참조 레벨로서 산출하는 암휘도 참조 레벨 산출수단과,

상기 히스토그램에 있어서의 제 2 기준 휘도 레벨 이상, 최고 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 2 누적 화소수를 산출하는 제 2 누적 화소수 산출수단과,

상기 제 2 누적 화소수가 소정의 제 2 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 2 기준 휘도 레벨을 명휘도 참조 레벨로서 산출하는 명휘도 참조 레벨 산출수단과,

상기 화상에 포함되어 있는 화소 중, 소정의 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단과,

상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의, 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단과,

상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은, 상기 암휘도 참조 레벨, 상기 명휘도 참조 레벨, 및 상기 중간휘도 레벨에 기초하여, 상기 암영역 S자형 함수 및 명영역 S자형 함수를 산출하고, 또한, 상기 산출한 암영역 S자형 함수와 상기 산출한 명영역 S자형 함수를 상기 가중 계수에 의해 가중함으로써, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 함수 산출수단은, 암휘도 참조 레벨, 명휘도 참조 레벨, 및 중간휘도 레벨에 기초하여, 암영역 S자형 함수 및 명영역 S자형 함수를 산출한다. 이것에 의해, 고체 촬상소자가 촬영한 화상에 어두운 피사체와 밝은 피사체가 동시에 포함되고, 그들의 광량차가 클 때, 함수 산출수단은, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 암피사체에 있어서의 휘도 레벨 분포의 거의 중심을 나타내는 위치에 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 암영역 S자형 함수를 산출한다. 한편, 암피사체에 있어서의 휘도 레벨 분포의 거의 중심을 나타내는 위치에 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 명영역 S자형 함수를 산출한다.

따라서 함수 산출수단은, 산출한 암영역 S자형 함수 및 명영역 S자형 함수를 가중 계수에 의해 가중함으로써, 촬상 화상에 포함되어 있는 암피사체 및 명피사체의 휘도 레벨을 변환하기 위해서 적합한 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 그 때문에, 휘도 레벨 변환수단은, 촬상 화상에 포함되어 있는 암피사체 및 명피사체 양쪽 모두, 콘트라스트가 보다 개선된 암피사체 및 명피사체로 각각 변환한다.

이것에 의해 휘도 레벨 변환장치는, 암피사체 및 명피사체가 보다 한층 더 자연스럽게 보이는 화상을 얻을 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 함수 산출수단은,

상기 촬상신호의 특성에 기초하여, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 제 1 휘도 레벨 변환함수, 또는, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이, 기준 휘도 레벨보다 낮은 상기 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 상기 변곡점과, 상기 기준 휘도 레벨보다 높은 상기 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 상기 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출하고,

상기 휘도 레벨 변환수단은,

상기 함수 산출수단에 의해 산출된 상기 제 1 휘도 레벨 변환함수 또는 상기 제 2 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램을 산출하는 히스토그램 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은, 상기 히스토그램 산출수단에 의해 산출된 상기 히스토그램에 기초하여, 상기 제 1 휘도 레벨 변환함수 또는 상기 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 본 장치에서는, 촬상신호의 휘도 레벨과 화소의 관계를 나타내는 히스토그램에 기초하여, 함수 산출수단이, 제 1 휘도 레벨 변환함수 또는 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 예컨대 히스토그램에 기초해 촬상 화상에 1 개의 피사체가 포함되어 있는 것으로 판정했을 때, 함수 산출수단은, 변곡점을 1개 갖는 제 1 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 따라서 함수 산출수단은, 피사체가 1개인 것으로 판정된 촬상 화상을 나타내는 촬상신호의 휘도 레벨을, 제 1 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써 변환한다.

한편, 히스토그램에 기초해 촬상 화상에 1개의 암피사체와 1개의 명피사체가 모두 포함되어 있는 것으로 판정했을 때, 함수 산출수단은, 변곡점을 2개 갖는 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 따라서 함수 산출수단은, 피사체가 2개 포함되어 있는 것으로 판정된 촬상 화상을 나타내는 촬상신호의 휘도 레벨을, 제 2 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써 변환한다. 이것에 의해, 명피사체 및 암피사체 모두, 콘트라스트를 최적으로 제어할 수 있다.

이와 같이 휘도 레벨 변환수단은, 촬상 화상에 포함되어 있는 각 피사체 화상의 휘도 레벨 변환에 적합한 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 수 있다. 이것에 의해 휘도 레벨 변환장치는, 보다 한층 더 자연스러운 화상을 얻을 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상을 구성하는 화소 중, 소정의 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단과,

상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레 벨이 속하는 범위에 있어서의, 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단과,

상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은,

상기 히스토그램에 있어서의 상기 중간휘도 레벨의 화소수가, 소정의 기준 화소수보다 클 때, 상기 제 1 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 함수 산출수단은, 히스토그램에 있어서의 중간휘도 레벨의 화소수가 소정의 기준 화소수보다 클 때, 촬상 화상에 있어서, 중간휘도 레벨의 화소가 일정 이상 존재하는 것으로 판정한다. 이것에 의해 함수 산출수단은, 촬상 화상 내에, 휘도 레벨이 중간값에 분포되어 있는 피사체가 포함되어 있는 것으로 판정한다.

이 때 함수 산출수단은, 촬상 화상에 있어서의 중간휘도 레벨 부분의 콘트라스트가 저하해 버리면, 화상 전체의 콘트라스트에 지장이 생기는 것으로 판정한다. 그래서, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 제 1 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 따라서 휘도 레벨 변환수단은, 피사체 화상을 1개 포함하고 있는 것으로 판정된 촬상 화상을 나타내는 촬상신호의 휘도 레벨을, 제 1 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써 변환한다.

이와 같이, 휘도 레벨 변환장치는, 촬상 화상의 피사체에 따른 최적의 휘도 레벨 변환수단에 의해, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

소정의 제 1 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 휘도 레벨을 갖는 화소의, 상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 촬상된 화상 내의 화소 어드레스의 분산을, 명영역 화소 어드레스 분산으로서 산출하는 명영역 화소 어드레스 분산 산출수단과,

상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상을 구성하는 화소 중, 소정의 제 2 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단과,

상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단과,

상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은,

상기 명영역 화소 어드레스 분산이 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보다 크거나, 또는, 상기 히스토그램에 있어서의 상기 중간휘도 레벨의 화소수가 소정의 기준 화소수보다 클 때, 상기 제 1 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 함수 산출수단은, 명영역 화소 어드레스 분산이 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보다 클 때, 일정 이상의 휘도 레벨을 갖는 화소가 서로 인접하지 않고, 흩어진 상태로 되어 있다라고 판정한다. 이 때 함수 산출수단은, 촬상 화상 내에, 휘도 레벨이 중간값에 분포되어 있는 피사체가 포함되어 있는 것으로 판정한다. 또한, 함수 산출수단은, 히스토그램에 있어서의 중간휘도 레벨의 화소수가 소정의 기준 화소수보다 클 때, 촬상 화상에 있어서, 중간휘도 레벨의 화소가 일정 이상 존재하는 것으로 판정한다. 함수 산출수단은, 이 때도, 촬상 화상 내에, 휘도 레벨이 중간값에 분포되어 있는 피사체가 포함되어 있는 것으로 판정한다.

어쨌든, 휘도 레벨이 중간값에 분포되어 있는 피사체가 촬상 화상 내에 포함되어 있는 것으로 판정했을 때, 함수 산출수단은, 촬상 화상에 있어서의 중간휘도 레벨 부분의 콘트라스트가 저하해 버리면, 화상 전체의 콘트라스트에 지장이 생기는 것으로 판정한다. 그래서 함수 산출수단은, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 제 1 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 따라서 휘도 레벨 변환수단은, 피사체 화상을 1개 포함하고 있는 것으로 판정된 촬상 화상을 나타내는 촬상신호의 휘도 레벨을, 제 1 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써 변환한다.

이와 같이, 휘도 레벨 변환장치는, 촬상 화상의 피사체에 따른 최적의 휘도 레벨 변환수단에 의해, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상을 구성하는 화소 중, 소정의 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단과,

상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단과,

상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은,

상기 중간휘도 레벨에 속하는 상기 히스토그램 상의 화소수가, 소정의 기준 화소수보다 작을 때, 상기 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 함수 산출수단은, 명영역 화소 어드레스 분산이 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보다 작을 때, 일정 이상의 휘도 레벨을 갖는 화소가 촬상 화상 중에 있어서 서로 인접하고, 한 덩어리의 상태가 되어서, 어떠한 의미를 이루고 있는 것으로 판정한다. 또한, 히스토그램에 있어서의 중간휘도 레벨의 화소수가 소정의 기준 화소수보다 작을 때, 촬상 화상에 있어서, 중간휘도 레벨의 화소가 충분히 존재하지 않는 것으로 판정한다. 이들 조건이 성립할 때, 함수 산출수단은, 촬상 화상에, 어두운 피사체의 화상과 밝은 피사체의 화상 양쪽 모두 포함되어 있는 것으로 판정한다. 또한, 촬상 화상 내에 있어서의, 어두운 피사체 화상의 휘도 레벨의 분포, 및 밝은 피사체 화상의 휘도 레벨의 분포 양쪽 모두, 일정 이상으로 좁게 되어 있는 것으로 판정한다.

이 때 함수 산출수단은, 촬상 화상에 있어서의 중간휘도 레벨 부분의 콘트라스트가 저하해도, 화상 전체의 콘트라스트에 지장은 생기지 않는 것으로 판정한다. 그래서, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 어두운 피사체 화상의 휘도 레벨 변환에 따른 1개의 변곡점과, 밝은 피사체 화상의 휘도 레벨 변환에 대응한 1개의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 따라서 휘도 레벨 변환수단은, 피사체가 2개인 것으로 판정된 촬상 화상을 나타내는 촬상신호의 휘도 레벨을, 제 2 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써 변환한다.

이와 같이, 휘도 레벨 변환장치는, 촬상 화상 내의 피사체 화상에 따른 최적의 휘도 레벨 변환수단에 의해, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 본 발명의 휘도 레벨 변환장치에서는,

소정의 제 1 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 휘도 레벨을 갖는 화소의, 상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 촬상된 화상 내의 화소 어드레스의 분산을, 명영역 화소 어드레스 분산으로서 산출하는 명영역 화소 어드레스 분산 산출수단과,

상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상을 구성하는 화소 중, 소정의 제 2 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단과,

상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단과,

상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

상기 함수 산출수단은,

상기 명영역 화소 어드레스 분산이 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보다 작고, 또한, 상기 히스토그램에 있어서의 상기 중간휘도 레벨의 화소수가 소정의 기준 화소수보다 작을 때, 상기 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 함수 산출수단은, 명영역 화소 어드레스 분산이 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보다 작을 때, 일정 이상의 휘도 레벨을 갖는 화소가 촬상 화상 중에 있어서 서로 인접하고, 한 덩어리의 상태가 되어서, 어떠한 의미를 이루고 있는 것으로 판정한다. 또한, 히스토그램에 있어서의 중간휘도 레벨의 화소수가 소정의 기준 화소수보다 작을 때, 촬상 화상에 있어서, 중간휘도 레벨의 화소가 충분히 존재하지 않는 것으로 판정한다. 이들 조건이 성립할 때, 함수 산출수단은, 촬상 화상에, 어두운 피사체의 화상과 밝은 피사체의 화상 양쪽 모두 포함되어 있는 것으로 판정한다. 또한, 촬상 화상 내에 있어서의, 어두운 피사체 화상의 휘도 레벨의 분포, 및 밝은 피사체 화상의 휘도 레벨의 분포 양쪽 모두, 일정 이상으로 좁게 되어 있는 것으로 판정한다.

이 때 함수 산출수단은, 촬상 화상에 있어서의 중간휘도 레벨 부분의 콘트라스트가 저하해도, 화상 전체의 콘트라스트에 지장은 생기지 않는 것으로 판정한다. 그래서, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 어두운 피사체 화상의 휘도 레벨 변환에 대응한 1개의 변곡점과, 밝은 피사체 화상의 휘도 레벨 변환에 대응한 1개의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출한다. 따라서 휘도 레벨 변환수단은, 피사체가 2개인 것으로 판정된 촬상 화상을 나타내는 촬상신호의 휘도 레벨을, 제 2 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써 변환한다.

이와 같이, 휘도 레벨 변환장치는, 촬상 화상 내의 피사체 화상에 따른 최적의 휘도 레벨 변환수단에 의해, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환할 수 있는 효과를 거둔다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 고체 촬상장치는, 상술한 어느 하나의 휘도 레벨 변환장치를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 대수변환형 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 콘트라스트를 개선하여 자연스러운 화상으로 할 수 있는 고체 촬상장치를 제공할 수 있는 효과를 거둔다.

또한, 상기 휘도 레벨 변환장치는, 컴퓨터에 의해 실현해도 된다. 이 경우, 컴퓨터를 상기 각 수단으로서 동작시킴으로써 상기 휘도 레벨 변환장치를 컴퓨터에서 실현시키는 휘도 레벨 변환 프로그램, 및 그 휘도 레벨 변환 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체도, 본 발명의 범주에 들어간다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 휘도 레벨 변환장치는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개 이상의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환수단을 구비하고 있기 때문에, 대수변환형 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 콘트라스트를 개선해서 자연스러운 화상으로 할 수 있는 효과를 거둔다.

발명의 상세한 설명의 항목에서 이루어진 구체적인 실시형태 또는 실시예는, 어디까지나, 본 발명의 기술내용을 명확하게 하는 것이며, 그와 같은 구체예에만 한정해서 협의적으로 해석되어야 하는 것은 아니고, 본 발명의 정신과, 다음에 기재하는 특허청구사항의 범위 내에서, 여러가지로 변경해서 실시할 수 있는 것이다.

본 발명의 휘도 레벨 변환장치, 휘도 레벨 변환방법, 고체 촬상장치, 및 기록매체에 의하면, 대수변환형 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상의 콘트라스트를 개선하여 자연스러운 화상으로 할 수 있는 효과를 가지고 있다.

Claims (38)

1. 입사광의 광량을 대수변환하는 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환장치로서,

   입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개 이상의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 휘도 레벨 변환함수는, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 휘도 레벨 변환함수는 시그모이드형 함수인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 휘도 레벨 변환함수는 2차 함수인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 촬상신호의 특성에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함 수를 산출하는 함수 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

   상기 휘도 레벨 변환수단은, 상기 함수 산출수단에 의해 산출된 상기 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램을 산출하는 히스토그램 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

   상기 함수 산출수단은, 상기 히스토그램 산출수단에 의해 산출된 상기 히스토그램에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 히스토그램을 평활화하는 히스토그램 평활화수단을 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 히스토그램에 있어서의 최저 휘도 레벨 이상, 제 1 기준 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 1 누적 화소수를 산출하는 제 1 누적 화소수 산출수단;

   상기 제 1 누적 화소수가 소정의 제 1 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 1 기준 휘도 레벨을 제 1 암휘도 참조 레벨로서 산출하는 제 1 암휘도 참조 레벨 산출수단;

   상기 히스토그램에 있어서의 제 2 기준 휘도 레벨 이상, 최고 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 2 누적 화소수를 산출하는 제 2 누적 화소수 산출수단; 및

   상기 제 2 누적 화소수가 소정의 제 2 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 2 기준 휘도 레벨을 제 1 명휘도 참조 레벨로서 산출하는 제 1 명휘도 참조 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

   상기 함수 산출수단은, 상기 제 1 암휘도 참조 레벨 및 상기 제 1 명휘도 참조 레벨에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 소정의 제 1 기준 화소수는, 상기 히스토그램에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.05~0.5%의 값인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 소정의 제 2 기준 화소수는, 상기 히스토그램에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.05~0.5%의 값인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
11. 제8항에 있어서, 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨을 갖는 화소의, 상기 촬상신호 내의 화소 어드레스의 분산을, 암영역 화소 어드레스 분산 으로서 산출하는 암영역 화소 어드레스 분산 산출수단;

    상기 암영역 화소 어드레스 분산이, 소정의 제 1 기준 화소 어드레스 분산보다 큰지의 여부를 판정하는 암영역 화소 어드레스 분산 판정수단; 및

    상기 암영역 화소 어드레스 분산 판정수단에 의한 판정결과가 참일 때, 상기 소정의 제 1 기준 화소수를, 미리 정해져 있는 값보다 큰 값으로 설정하는 제 1 기준 화소수 설정수단을 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
12. 제8항에 있어서, 소정의 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 휘도 레벨을 갖는 화소의, 상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 촬상된 화상 내의 화소 어드레스의 분산을, 명영역 화소 어드레스 분산으로서 산출하는 명영역 화소 어드레스 분산 산출수단;

    상기 명영역 화소 어드레스 분산이, 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보다 큰지의 여부를 판정하는 명영역 화소 어드레스 분산 판정수단; 및

    상기 명영역 화소 어드레스 분산 판정수단에 의한 판정결과가 참일 때에, 상기 소정의 제 2 기준 화소수를, 미리 정해져 있는 값보다 큰 값으로 설정하는 제 2 기준 화소수 설정수단을 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 히스토그램에 있어서의 최저 휘도 레벨 이상, 제 3 기준 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨의 화소수를 누적 가산함으로써, 제 3 누적 화소수를 산출하는 제 3 누적 화소수 산출수단; 및

    상기 제 3 누적 화소수가 소정의 제 3 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 3 기준 휘도 레벨을 상기 암영역 기준 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 기준 휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 소정의 제 3 기준 화소수는, 상기 히스토그램에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.5~1.5%의 값인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
15. 제12항에 있어서, 상기 히스토그램에 있어서의 제 4 기준 휘도 레벨 이상, 최고 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨의 화소수를 누적 가산함으로써, 제 4 누적 화소수를 산출하는 제 4 누적 화소수 산출수단; 및

    상기 제 4 누적 화소수가 소정의 제 4 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 4 기준 휘도 레벨을 상기 명영역 기준 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 기준 휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 소정의 제 4 기준 화소수는, 상기 히스토그램에 있어서의 전체 누적 화소수의 0.5~1.5%의 값인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
17. 제8항에 있어서, 상기 제 1 명휘도 참조 레벨과 상기 제 1 암휘도 참조 레벨의 차분에 소정의 제 1 계수를 곱한 값을, 상기 제 1 암휘도 참조 레벨로부터 감산함으로써, 제 2 암휘도 참조 레벨을 산출하는 제 2 암휘도 참조 레벨 산출수단; 및

    상기 제 1 명휘도 참조 레벨과 상기 제 1 암휘도 참조 레벨의 차분에 소정의 제 2 계수를 곱한 값을, 상기 제 1 명휘도 참조 레벨에 가산함으로써, 제 2 명휘도 참조 레벨을 산출하는 제 2 명휘도 참조 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 함수 산출수단은, 상기 제 2 암휘도 참조 레벨 및 상기 제 2 명휘도 참조 레벨에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 소정의 제 1 계수는 0.1~0.6의 범위 내에 있는 값인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 소정의 제 1 계수는 약 0.5인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
20. 제17항에 있어서, 상기 소정의 제 2 계수는 0.1~0.6의 범위 내에 있는 값인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 소정의 제 2 계수는 약 0.5인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
22. 제1항에 있어서, 상기 휘도 레벨 변환함수에서는,

    상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨은, 기준 휘도 레벨보다 낮은 상기 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 상기 변곡점과, 상기 기준 휘도 레벨보다 높은 상기 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 상기 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 휘도 레벨 변환함수는,

    상기 기준 휘도 레벨보다 낮은 휘도 레벨이 속해 있는 암영역에 있어서, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 암영역 S자형 함수와, 상기 기준 휘도 레벨보다 높은 휘도 레벨이 속해 있는 명영역에 있어서, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 명영역 S자형 함수의 가중 가산함수인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
24. 제23항에 있어서, 상기 암영역 S자형 함수는 시그모이드형 함수인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
25. 제23항에 있어서, 상기 명영역 S자형 함수는 시그모이드형 함수인 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
26. 제23항에 있어서, 상기 촬상신호의 특성에 기초하여, 상기 암영역 S자형 함수 및 상기 명영역 S자형 함수를 소정의 가중 계수에 의해 가중함으로써, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 함수 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 휘도 레벨 변환수단은,

    상기 함수 산출수단에 의해 산출된 상기 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
27. 제23항에 있어서, 상기 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램을 산출하는 히스토그램 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 함수 산출수단은, 상기 히스토그램 산출수단에 의해 산출된 상기 히스토그램에 기초하여, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 히스토그램에 있어서의 최저 휘도 레벨 이상, 제 1 기준 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 1 누적 화소수를 산출하는 제 1 누적 화소수 산출수단;

    상기 제 1 누적 화소수가 소정의 제 1 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 1 기준 휘도 레벨을 암휘도 참조 레벨로서 산출하는 암휘도 참조 레벨 산출수단;

    상기 히스토그램에 있어서의 제 2 기준 휘도 레벨 이상, 최고 휘도 레벨 이하의 범위 내의 휘도 레벨을 갖는 화소의 수를 누적 가산함으로써, 제 2 누적 화소수를 산출하는 제 2 누적 화소수 산출수단;

    상기 제 2 누적 화소수가 소정의 제 2 기준 화소수를 초과할 경우, 상기 제 2 기준 휘도 레벨을 명휘도 참조 레벨로서 산출하는 명휘도 참조 레벨 산출수단;

    상기 화상에 포함되어 있는 화소 중, 소정의 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단;

    상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의, 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단; 및

    상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 함수 산출수단은, 상기 암휘도 참조 레벨, 상기 명휘도 참조 레벨, 및 상기 중간휘도 레벨에 기초하여, 상기 암영역 S자형 함수 및 명영역 S자형 함수를 산출하고, 또한, 상기 산출한 암영역 S자형 함수와 상기 산출한 명영역 S자형 함수를 상기 가중 계수에 의해 가중함으로써, 상기 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
29. 제1항에 있어서, 상기 촬상신호의 특성에 기초하여, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이, 1개의 변곡점을 포함하고 있는 S자형의 곡선관계를 갖고 있는 제 1 휘도 레벨 변환함수, 또는, 상기 입력 휘도 레벨과 상기 출력 휘도 레벨이, 기준 휘도 레벨보다 낮은 상기 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 상기 변곡점과, 상기 기준 휘도 레벨보다 높은 상기 입력 휘도 레벨을 나타내는 1개의 상기 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 함수 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 휘도 레벨 변환수단은,

    상기 함수 산출수단에 의해 산출된 상기 제 1 휘도 레벨 변환함수 또는 상기 제 2 휘도 레벨 변환함수를 이용함으로써, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
30. 제29항에 있어서, 상기 촬상신호에 있어서의 휘도 레벨과 화소수의 관계를 나타내는 히스토그램을 산출하는 히스토그램 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 함수 산출수단은, 상기 히스토그램 산출수단에 의해 산출된 상기 히스토그램에 기초하여, 상기 제 1 휘도 레벨 변환함수 또는 상기 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
31. 제30항에 있어서, 상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상을 구성하는 화소 중, 소정의 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상 기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단;

    상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의, 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단; 및

    상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 함수 산출수단은,

    상기 히스토그램에 있어서의 상기 중간휘도 레벨의 화소수가, 소정의 기준 화소수보다 클 때, 상기 제 1 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
32. 제30항에 있어서, 소정의 제 1 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 휘도 레벨을 갖는 화소의, 상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 촬상된 화상 내의 화소 어드레스의 분산을, 명영역 화소 어드레스 분산으로서 산출하는 명영역 화소 어드레스 분산 산출수단;

    상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상을 구성하는 화소 중, 소정의 제 2 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단;

    상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단; 및

    상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 함수 산출수단은,

    상기 명영역 화소 어드레스 분산이 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보다 크거나, 또는, 상기 히스토그램에 있어서의 상기 중간휘도 레벨의 화소수가 소정의 기준 화소수보다 클 때, 상기 제 1 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
33. 제30항에 있어서, 상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상을 구성하는 화소 중, 소정의 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단;

    상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단; 및

    상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 함수 산출수단은,

    상기 히스토그램에 있어서의 상기 중간휘도 레벨의 화소수가, 소정의 기준 화소수보다 작을 때, 상기 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
34. 제30항에 있어서, 소정의 제 1 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 휘도 레벨을 갖는 화소의, 상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 촬상된 화상 내의 화소 어드레스의 분산을, 명영역 화소 어드레스 분산으로서 산출하는 명영역 화소 어드레스 분산 산출수단;

    상기 촬상신호에 의해 나타내어지는 화상을 구성하는 화소 중, 소정의 제 2 명영역 기준 휘도 레벨보다 큰 상기 휘도 레벨을 갖고 있는 화소의 상기 휘도 레벨의 평균값을, 명영역 화소 평균 휘도 레벨로서 산출하는 명영역 화소 평균 휘도 레벨 산출수단;

    상기 히스토그램에 있어서 소정의 암영역 기준 휘도 레벨보다 작은 휘도 레벨이 속하는 범위에 있어서의 최대 화소수를 나타내는 상기 휘도 레벨을, 암영역 피크 휘도 레벨로서 산출하는 암영역 피크 휘도 레벨 산출수단;

    상기 명영역 화소 평균 휘도 레벨과, 상기 암영역 피크 휘도 레벨의 중간값인 중간휘도 레벨을 산출하는 중간휘도 레벨 산출수단을 추가로 구비하고 있고,

    상기 함수 산출수단은,

    상기 명영역 화소 어드레스 분산이 소정의 제 2 기준 화소 어드레스 분산보 다 작고, 또한, 상기 히스토그램에 있어서의 상기 중간휘도 레벨의 화소수가 소정의 기준 화소수보다 작을 때, 상기 제 2 휘도 레벨 변환함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환장치.
35. 입사광량을 대수변환하는 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환방법으로서,

    입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개 이상의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 휘도 레벨 변환방법.
36. 입사광의 광량을 대수변환하는 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환장치를 구비하고 있는 고체 촬상장치로서,

    상기 휘도 레벨 변환장치는, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개 이상의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
37. 삭제
38. 입사광의 광량을 대수변환하는 고체 촬상소자로부터 출력된 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환장치로서, 입력 휘도 레벨과 출력 휘도 레벨이, 1개 이상의 변곡점을 포함하고 있는 곡선관계를 갖고 있는 휘도 레벨 변환함수를 이용하여, 상기 촬상신호의 휘도 레벨을 변환하는 휘도 레벨 변환수단을 구비하고 있는 휘도 레벨 변환장치를 동작시키는 휘도 레벨 변환 프로그램으로서, 컴퓨터를 상기 휘도 레벨 변환수단으로서 기능시키기 위한 휘도 레벨 변환 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 기록매체.

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