(57)【要約】【課題】  各種撮像装置における高域強調とＳ／Ｎ比の向上を図り、さらに色偽信号の抑圧を行う。【解決手段】  輝度信号処理において、映像信号の高域成分をハイパスフィルタ回路または高域バンドパスフィルタ回路によって生成し、この高域成分に対し、その信号レベルのヒストグラムを中間の輝度によせるための輪郭強調レベル補正を行い、この高域成分に利得を乗算して輝度信号に加算する。輪郭強調レベル補正には、逆Ｓ字補正曲線にしたがう圧縮係数を予めルックアップテーブルに格納しておき、この圧縮係数と線形補間またはスプライン補間といった補間演算の組み合わせによって、高輝度レベルは中間レベルに圧縮処理を施し、低輝度レベルは逆に中間レベルに持ち上げるように補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号から輝度信号を生成する輝度信号処理回路を有し、
前記輝度信号処理回路は、
前記映像信号から輝度成分を抽出する第１のフィルタ回路と、
前記第１のフィルタ回路によって抽出した輝度成分に所定の補正を施して輝度信号を生成する第１の補正回路と、
前記映像信号から高域成分を抽出する第２のフィルタ回路と、
前記第２のフィルタ回路で抽出された高域成分に対し、その信号レベルのヒストグラムを中間の輝度によせる輪郭強調レベル補正を行う第２の補正回路と、
前記第２の補正回路の出力に対して利得を高域成分に乗算する乗算回路と、
前記乗算回路によって利得が乗算された高域成分を前記第１の補正回路への入力信号に加算する加算回路とを有する、
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記第２のフィルタ回路は前記第１のフィルタ回路の出力信号から高域成分を抽出することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第１のフィルタ回路はローパスフィルタ回路であり、前記第２のフィルタ回路はハイパスフィルタまたは高域バンドパスフィルタ回路であることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記第２の補正回路の輪郭強調レベル補正は、所定の逆Ｓ字補正曲線に対応する圧縮係数を用いて、高輝度レベルは中間レベル方向に圧縮処理を施し、低輝度レベルは逆に中間レベル方向に拡張処理を施す補正であることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記所定の逆Ｓ字補正曲線に対応する圧縮係数を予め格納した格納手段を有し、前記第２の補正回路は前記格納手段から読み出した圧縮係数を用いて輪郭強調レベル補正を行うことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記格納手段には間欠的な入力レベルに対する圧縮係数を格納し、前記第２の補正回路は前記格納手段から読み出した圧縮係数を用いて補間演算を行い、全ての入力レベルに対する圧縮係数を得る補間演算手段を有することを特徴とする請求項５記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記補間演算手段は補間方式として線形補間を用いることを特徴とする請求項６記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記補間演算手段は補間方式としてスプライン補間を用いることを特徴とする請求項６記載の信号処理装置。
【請求項９】
被写体を撮影する撮像部と、前記撮像部から出力された映像信号を処理する信号処理部とを有するとともに、前記信号処理部は映像信号から輝度信号を生成する輝度信号処理回路とを有し、
前記輝度信号処理回路は、
前記映像信号から輝度成分を抽出する第１のフィルタ回路と、
前記第１のフィルタ回路によって抽出した輝度成分に所定の補正を施して輝度信号を生成する第１の補正回路と、
前記映像信号から高域成分を抽出する第２のフィルタ回路と、
前記第２のフィルタ回路で抽出された高域成分に対し、その信号レベルのヒストグラムを中間の輝度によせる輪郭強調レベル補正を行う第２の補正回路と、
前記第２の補正回路の出力に対して利得を高域成分に乗算する乗算回路と、
前記乗算回路によって利得が乗算された高域成分を前記第１の補正回路への入力信号に加算する加算回路とを有する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
前記第２のフィルタ回路は前記第１のフィルタ回路の出力信号から高域成分を抽出することを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記第１のフィルタ回路はローパスフィルタ回路であり、前記第２のフィルタ回路はハイパスフィルタまたは高域バンドパスフィルタ回路であることを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第２の補正回路の輪郭強調レベル補正は、所定の逆Ｓ字補正曲線に対応する圧縮係数を用いて、高輝度レベルは中間レベル方向に圧縮処理を施し、低輝度レベルは逆に中間レベル方向に拡張処理を施す補正であることを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記所定の逆Ｓ字補正曲線に対応する圧縮係数を予め格納した格納手段を有し、前記第２の補正回路は前記格納手段から読み出した圧縮係数を用いて輪郭強調レベル補正を行うことを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記格納手段には間欠的な入力レベルに対する圧縮係数を格納し、前記第２の補正回路は前記格納手段から読み出した圧縮係数を用いて補間演算を行い、全ての入力レベルに対する圧縮係数を得る補間演算手段を有することを特徴とする請求項１３記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記補間演算手段は補間方式として線形補間を用いることを特徴とする請求項１４記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記補間演算手段は補間方式としてスプライン補間を用いることを特徴とする請求項１４記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓ／Ｎ比が良好で、かつ色偽信号が抑圧された、高解像度な映像信号を得ることができる信号処理装置及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は、従来のディジタル信号処理方式のビデオカメラ装置における高解像度アルゴリズムを付加した輝度信号回路の構成を示すブロック図である。
図示のように、レンズ２０１より入射した被写体像は、光学フィルタ２０２を通り撮像素子２０３の撮像面上に結像する。そして、この撮像素子２０３において光電変換された映像信号は、アンプ２０４を通りＡ／Ｄコンバータ２０５に入力され、このＡ／Ｄコンバータ２０５によってディジタル信号に変換される。
そして、Ａ／Ｄコンバータ２０５の出力は、ディジタル方式による後述の映像信号処理回路２０６に入力され、必要な処理が行われた後、Ｄ／Ａコンバータ２１０に出力され、このＤ／Ａコンバータ２１０によってアナログ信号に変換され、たとえばＮＴＳＣ標準の輝度信号となる。
映像信号処理回路２０６では、まずローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０７によって入力映像信号から輝度成分のみを抽出し、ガンマ補正回路２０９を通してガンマ補正処理を行い、同期信号付加回路２１０によって同期信号が加算され、輝度信号が生成される。なお、ここでのローパスフィルタ２０７は、色フィルタ画素配列に伴うナイキスト周波数のクロマキャリア成分を除去するために使用している。
【０００３】
また、光学フィルタ２０２は次のような理由により必要となる。すなわち、撮像素子２０３は、水平及び垂直方向に配列されたフォトダイオードによる画像サンプリングを行う素子と考えられることから、画素ピッチ以上の高周波の光学像が入ると折り返し歪みが生じ、この折り返し歪みが光電変換の際にノイズとして入ってくる。
そこで、光学フィルタ２０２を使って光学像の段階で高周波成分を除去する。これによって入力画像の周波数スペクトルはナイキスト周波数以下に帯域制限される。
したがって、被写体像に対する輝度信号の周波数特性を見ると、ローパスフィルタ２０７及び光学フィルタ２０２により高域成分が大きく減衰することとなり、解像度の劣化が生じる問題が生じる。
そこで、ハイパスフィルタ２０８を付加して所望の高域成分を抽出してローパスフィルタ２０７の出力と加算器２１２によって加算する構成をとり、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０８出力の信号レベルを適当に調整することにより、高域レベルを強調することができる。（例えば特許文献１参照）
【特許文献１】特開２０００−３５００５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術において、ハイパスフィルタ２０８の処理に伴い、被写体によってはＳ／Ｎ比が低下する問題が生じる。
例えば、輝度レベルにおいて急峻な段差がある被写体においては、その段差部分をハイパスフィルタ２０８が処理したことによるリンギングノイズの発生、またその段差部が色の付いた被写体であった場合にその段差部が強調されることによる色偽信号が懸念される。
さらに、ハイパスフィルタ２０８の出力の信号レベルが高い場合には、上述のノイズが強調されてしまい、その対策として、ゲイン乗算等でハイパスフィルタ２０８の出力を低レベル側に調整すると、高域強調効果が弱くなる。つまり、高域強調とＳ／Ｎ比向上の相反する関係を同時に満足させることが困難となる。
また、ハイパスフィルタ２０８で抽出する周波数によっては、フィルタタップ数が多く必要なため、Ｓ／Ｎという観点からは好ましくないものとなる。
【０００５】
そこで本発明は、各種映像信号における高域強調とＳ／Ｎ比の向上を図ることができ、さらに色偽信号の抑圧を実現できる信号処理装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明の信号処理装置は、映像信号から輝度信号を生成する輝度信号処理回路を有し、前記輝度信号処理回路は、前記映像信号から輝度成分を抽出する第１のフィルタ回路と、前記第１のフィルタ回路によって抽出した輝度成分に所定の補正を施して輝度信号を生成する第１の補正回路と、前記映像信号から高域成分を抽出する第２のフィルタ回路と、前記第２のフィルタ回路で抽出された高域成分に対し、その信号レベルのヒストグラムを中間の輝度によせる輪郭強調レベル補正を行う第２の補正回路と、前記第２の補正回路の出力に対して利得を高域成分に乗算する乗算回路と、前記乗算回路によって利得が乗算された高域成分を前記第１の補正回路への入力信号に加算する加算回路とを有することを特徴とする。
【０００７】
また本発明の撮像装置は、被写体を撮影する撮像部と、前記撮像部から出力された映像信号を処理する信号処理部とを有するとともに、前記信号処理部は映像信号から輝度信号を生成する輝度信号処理回路とを有し、前記輝度信号処理回路は、前記映像信号から輝度成分を抽出する第１のフィルタ回路と、前記第１のフィルタ回路によって抽出した輝度成分に所定の補正を施して輝度信号を生成する第１の補正回路と、前記映像信号から高域成分を抽出する第２のフィルタ回路と、前記第２のフィルタ回路で抽出された高域成分に対し、その信号レベルのヒストグラムを中間の輝度によせる輪郭強調レベル補正を行う第２の補正回路と、前記第２の補正回路の出力に対して利得を高域成分に乗算する乗算回路と、前記乗算回路によって利得が乗算された高域成分を前記第１の補正回路への入力信号に加算する加算回路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の信号処理装置及び撮像装置によれば、映像信号から高域成分を抽出し、この高域成分に対して輪郭強調レベル補正を行い、利得を乗算して輝度処理信号に加算するようにしたことから、フィルタ回路におけるタップ数の増加に伴うノイズの発生を有効に圧縮することができ、被写体画像の高域強調とＳ／Ｎ比の向上、及び色偽信号成分の抑圧を図ることが可能となる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態では、輝度信号処理において、映像信号の高域成分をハイパスフィルタ回路または高域バンドパスフィルタ回路によって生成し、この高域成分に対し、その信号レベルのヒストグラムを中間の輝度によせるための輪郭強調レベル補正を行い、この高域成分に利得を乗算して輝度信号に加算する。輪郭強調レベル補正には、逆Ｓ字補正曲線にしたがう圧縮係数を予めルックアップテーブル(ＲＯＭまたはフリップフロップで構成されるハードウェアレジスタ)に格納しておき、この圧縮係数と線形補間またはスプライン補間といった補間演算の組み合わせによって、高輝度レベルは中間レベルに圧縮処理を施し、低輝度レベルは逆に中間レベルに持ち上げるように補正する。このような補正を行うことで、Ｓ／Ｎ比が良好で、かつ色偽信号が抑圧された、高解像度な映像信号を得ることができる。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の実施例によるカメラ信号処理装置の特徴となる部分の構成を示すブロック図である。
本実施例のカメラ信号処理装置は、例えば図２に示した従来例と同様に、被写体を撮影する固体撮像素子等の撮像部と、この撮像部によって得られる映像信号を処理する信号処理部とを有するカメラ装置（撮像装置）の信号処理部に設けられたものである。
そして、本実施例のカメラ信号処理装置における輝度信号処理回路１０１は、図２に示したローパスフィルタ（第１のフィルタ回路）２０７と加算器２１２との間に、ハイパスフィルタ（第２のフィルタ回路）１０３、輪郭強調レベル補正回路（第２の補正回路）１０４、及びゲイン乗算回路１０５の直列回路を輝度信号の伝送糸に並列に接続したものであり、図２に示すハイパスフィルタ２０８は除去した構成となっている。なお、図１では省略しているが、ローパスフィルタ２０７の上流には図２と同様の光学フィルタ２０２や撮像素子２０３等がＡ／Ｄコンバータ２０５を介して配置され、加算器２１２の下流には図２と同様のガンマ補正回路（第１の補正回路）２０９や同期信号付加回路２１０が配置されているものとする。
【００１１】
ハイパスフィルタ１０３はローパスフィルタ２０７の出力信号から高域成分を抽出するものであり、ハイパスフィルタの代わりに高域バンドパスフィルタを用いてもよい。
輪郭強調ベル補正回路１０４では、ハイパスフィルタ１０３の出力の信号レベルに対してヒストグラムを中間調の輝度によせるように逆Ｓ字補正曲線にしたがう処理をする。図３は、逆Ｓ字補正曲線のカーブの一例を示す説明図であり、横軸に入力輝度信号を示し、縦軸に圧縮後の出力輝度信号を示している。
次に、このような逆Ｓ字補正曲線の効果について説明する。
ハイパスフィルタ１０３についてはデジタルフィルタ回路を用いるが、特定の周波数成分を通過させたい場合など、タップ数が多いフィルタが使用される。フィルタのタップ数が増加すると、デジタルノイズの発生源となる。例えば、被写体中の輝度信号レベルの段差が大きい領域では、その段差部分がフィルタ処理によって増幅され、段差部分が目立ったり、段差部周辺に偽信号が発生する。また、色相の変化が大きい領域（赤色／青色の境界部等）では、ローパスフィルタ２０７において色キャリア成分を減衰しきれないため、段差としてハイパスフィルタ１０３に入力されるため、その段差部をフィルタ処理することで偽色の発生につながる。
【００１２】
また、このような偽信号以外の問題点としても、画質解像感（解像度の見え方）が挙げられる。デジタルフィルタは一般にカットオフの急峻な特性をもつ。したがって、ある特定の周波数成分が抽出され、局部的な強調処理が施されるため、画質的には周りの低周波領域との境界において不自然な見え方をする。
したがって、このようなフィルタ処理された高レベルの輪郭強調信号に対してはレベルが高いほど圧縮率が高くなるようになだらかにサプレスし(信号レベルを抑える)、逆に低レベルの輪郭強調信号に対してはレベルが低いほどなだらかに強調させて、抽出したい特定の周波数付近の周波数領域に対しても、なだらかに増幅させる処理が望ましい。
そこで、本実施例では、逆Ｓ字補正曲線に基づいた輪郭補正を使用することにより、偽色信号等のデジタルノイズが抑制され、かつ強調したい周波数領域がなだらかに強調されるような補正を施し、一般被写体に対して自然な解像感のある画質が得られるようにしたものである。
【００１３】
次に、輪郭強調レベル補正回路１０４の回路構成について説明する。
図４は本実施例における輪郭強調レベル補正回路１０４の一例を示すブロック図であり、間欠的なテーブルデータの補間方式に線形補間を用いた例である。
図４に示すように、本例の輪郭強調レベル補正回路１０４は、圧縮係数のテーブルデータを格納したルックアップテーブル（ＬＵＴ）３０１と、線形補間演算用の丸め回路３０２と、遅延調整回路３０３と、乗算器３０４と、加算器３０５により構成されている。
図５はＬＵＴ３０１の入出力の関係を示す説明図であり、横軸はＬＵＴ３０１の入力Ａを示し、縦軸はＬＵＴ３０１の出力Ｃを示している。
ＬＵＴ３０１はＲＯＭまたはフリップフロップレジスタで構成され、入力Ａにはハイパスフィルタ１０３の出力信号が入力され、入力Ｂにはハイパスフィルタ１０３の出力信号の上位ｂｉｔ（ｂｉｔ数が多いほど高精度）が入力される。入力ＢはＲＯＭやレジスタのアドレスとして使用され、このアドレスに対応して、輝度入力信号Ａに逆Ｓ字補正曲線に基づいた圧縮率をかけた輝度圧縮信号Ｃが出力される。さらに、隣（上位側）のアドレスに対応した輝度圧縮信号との差分値Ｄを出力する。
図４に示す回路ではＬＵＴ３０１から出力される輝度圧縮信号Ｃおよび差分値Ｄから線形補間方式により、アドレスデータ間のデータを補正する。具体的には、入力データＡの下位ｂｉｔ(アドレスＢを差し引いた信号)を抽出し、ＬＵＴ３０１でのシステム遅延分を遅延調整回路３０３によって調整後にＬＵＴ３０１の出力（差分値Ｄ）を乗算器３０４によって乗算し、丸め回路３０２によって浮動小数点に対して丸め処理を施し、加算器３０５でＬＵＴ３０１の出力Ｃと加算する。
【００１４】
図６は本実施例における輪郭強調レベル補正回路１０４の他の例を示すブロック図であり、間欠的なテーブルデータの補間方式にスプライン補間を用いた例である。
図６に示すように、本例の輪郭強調レベル補正回路１０４は、圧縮係数のテーブルデータを格納したルックアップテーブル（ＬＵＴ）４０１と、線形補間演算用のスプラインＲＯＭ４０２と、乗算器４０３〜４０５と、加算器４０６により構成されている。
図７はＬＵＴ４０１の入出力の関係を示す説明図であり、横軸はＬＵＴ４０１の入力Ａを示し、縦軸はＬＵＴ４０１の出力Ｃ、Ｄ、Ｅを示している。
ＬＵＴ４０１はＲＯＭまたはフリップフロップレジスタで構成され、入力Ａにはハイパスフィルタ１０３の出力信号が入力され、入力Ｂにはハイパスフィルタ１０３の出力信号の上位ｂｉｔ（ｂｉｔ数多いほど高精度）が入力される。入力ＢはＲＯＭやレジスタのアドレスとして使用され、このアドレスに対応して、輝度入力信号Ａに逆Ｓ字補正曲線に基づいた圧縮率をかけた輝度圧縮信号Ｃ、Ｄ、Ｅが出力される。このとき、輝度圧縮信号ＣはアドレスＢに対応したテーブル値であり、Ｄ、Ｅは隣接アドレス（上位側の２つのアドレス）に対応したテーブル値である。
図６に示す回路では、この輝度圧縮信号Ｃ、Ｄ、Ｅに対してそれぞれ異なるスプラインＲＯＭ４０２からの補正係数を乗算する。この補正係数はデータ入力Ａのレベルにより異なり、その関係は図８に示す。すなわち、輝度圧縮信号３レベルに対して補間演算する際の補正係数を入力信号によって適正化するための処理を行い、スプラインカーブにしたがわせることで、滑らかな補間が可能となり、自然画の画質が向上できる。
このようなスプライン補間では、上述した線形補間に対してはなだらかなデータ補間が可能となるが、逆に回路規模が増大するものであり、必要な機能やコスト等に応じて選択するものとする。
【００１５】
以上のような本実施例の構成によれば、ビデオカメラ信号処理の高解像度信号処理において、次のような効果を得ることが可能となる。
（１）被写体画像のＳ／Ｎ比が向上する（フィルタ処理に伴うリンギングの抑制が可能となる）。
（２）色偽信号成分が抑圧される（輝度信号の水平方向の急峻な変化があった場合の全体に不自然な着色現象が抑えられる）。
（３）高解像度の映像信号を効果的に得ることが可能となる。
（４）強調したい高域周波数のみを抽出して、エンハンスすることが可能となる（輝度段差が大きいところは増幅する必要がないため、利得を乗算しない（利得を０とする）処理を施していることにより、ノイズ低減効果にも繋がる）。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例によるカメラ信号処理装置の特徴となる部分の構成例を示すブロック図である。
【図２】従来のカメラ信号処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示すカメラ信号処理装置で用いる逆Ｓ字補正曲線のカーブの一例を示す説明図である。
【図４】図１に示すカメラ信号処理装置における輪郭強調レベル補正回路の一例を示すブロック図である。
【図５】図４に示す輪郭強調レベル補正回路におけるＬＵＴの入出力の関係を示す説明図である。
【図６】図１に示すカメラ信号処理装置における輪郭強調レベル補正回路の他の例を示すブロック図である。
【図７】図６に示す輪郭強調レベル補正回路におけるＬＵＴの入出力の関係を示す説明図である。
【図８】図６に示す輪郭強調レベル補正回路におけるスプラインＲＯＭの補正係数と入力レベルとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０１……輝度信号処理回路、１０３……ハイパスフィルタ、１０４……輪郭強調レベル補正回路、１０５……ゲイン乗算回路、２０７……ローパスフィルタ、２１２……加算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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