(57)【要約】【課題】  従来はＡ／Ｄ変換の性能に比例して、ガンマ補正回路４入力映像信号のビット幅が増えれば増えるほど、ガンマＲＯＭの容量も大きくなり、回路増大につながる。また、入出力ビット幅も変更されその都度修正が必要になる。【解決手段】  折線ガンマ補正回路７は、それぞれ底辺を入力幅とし、高さを出力幅とする複数の三角形の各斜辺を繋いで得られる折線近似曲線で表される折線ガンマ補正特性を有する。上記の入力幅は２のべき乗で表わされ、出力幅はＣＰＵ８により任意に設定可能とされている。折線ガンマ補正回路７は、入力信号のビット幅に合わせ、幾つかの種類の三角形の組合せを用いることで、出力信号のビット幅はＣＰＵ８から与える各三角形の出力幅の合計として与えることができる。これにより、設計時の急なＡ／Ｄ変換器のビット変更に対しても、大幅な回路修正なしに所望のガンマ特性を得ることができる。【選択図】            図１
2006094092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子から出力された映像信号に対して、折線近似した折線ガンマ補正回路によりガンマ補正を施して出力する撮像装置であって、
前記折線ガンマ補正回路は、それぞれ底辺を入力幅とし、高さを出力幅とする複数の三角形の各斜辺を繋いで得られる折線近似曲線で表される折線ガンマ補正特性を有し、
前記折線ガンマ補正特性の前記出力幅を任意に設定する設定手段を備えており、
前記折線ガンマ補正特性の前記各三角形の各入力幅を、前記折線ガンマ補正回路の入力映像信号のビット幅に応じて互いに同一又は異なる２のべき乗で表される値に設定して、前記複数の三角形を組み合わせて所望の前記折線ガンマ補正特性を得ることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に係り、特にガンマ処理回路を備えた全画素読み出し固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディスプレイなどのカラー撮像管は、入力する信号のレベルと蛍光体の発光量が比例せずに非直線性であるガンマ特性を持っている。このガンマ特性は、画像の明るさの変化に対する電圧換算値の変化の値で、これが１に近づくのが理想だが、素子の特性により機器によってそれぞれ異なった値となる。このため、元データに忠実な表示を再現したければ、これらの誤差を修正する必要があり、撮像装置側でガンマ特性とは逆特性の非線形補正を行う。この補正に使用するのがガンマ補正回路である。
【０００３】
図９はガンマ補正回路を備えた従来の撮像装置の一例のブロック図を示す。同図において、固体撮像素子であるＣＣＤ（電荷結合素子）１により被写体からの光が光電変換されて撮像信号が得られ、その撮像信号がＣＤＳ・ＡＧＣ・Ａ／Ｄ回路２に供給されて、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）によるＳ／Ｎ改善、自動利得制御（ＡＧＣ）による利得調整、及びＡ／Ｄ変換によるディジタル化が順次に施されて、ディジタル信号とされて画像処理回路３に供給され、ここで画像処理により輝度信号及び色信号が生成されて映像信号とされる。
【０００４】
画像処理回路３から出力された映像信号は、ガンマ補正回路４に供給され、ガンマＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）５に予め記憶されている補正用データに基づいてガンマ補正される。ここで、ディスプレイのモニタ輝度（蛍光体の発光量）に対する入力映像信号のレベルとの特性であるガンマ特性が図１０に示すように「２.２」であるときには、ガンマ補正回路４では図１１に示すように、その逆特性である０.４５（＝１／２.２）のガンマ補正特性を付与する。このガンマ補正は、入力映像信号に対して出力映像信号が自ずと決まるため、図９に示すように、ガンマ補正回路４は上記のガンマ補正を行うためのガンマ補正データが予め記憶されているガンマＲＯＭ５からのガンマ補正データを用いる。
【０００５】
ガンマ補正回路４に入力される映像信号のビット数は、回路２におけるＡ／Ｄ変換でのビット精度や、画像処理回路３における輝度生成及び色分離などの信号処理のビット精度及び最終的な映像信号のビット幅で決めることができ、例えばＡ／Ｄ変換が１０ビットで、ガンマ前の信号処理にて２ビット増えるとすると、ガンマ補正回路には１２ビットの入力となり、最終出力が８ビットの場合は、４ビット分のビットを補正することになる。このような場合、ガンマ補正回路４を通すことでいくつかのビットを圧縮して出力するなどが一般的である。そのため、ガンマＲＯＭ５に記憶されるＲＯＭデータとしては、上記のビット圧縮に必要なビット幅を用意しておく。また、ここのビット圧縮の精度が画質に影響を及ぼすこともある。
【０００６】
また、表示デバイスのガンマ補正をしつつ、入力映像信号のダイナミックレンジ補正を行う輝度調整装置も従来知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、表示デバイスガンマ特性データをＲＯＭに保持する一方、出力輝度に対するコントラスト調整値、ブライト調整値、ガンマ調整値などのユーザー調整値をＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）に記憶し、それらＲＯＭ及びＲＡＭに記憶された各データを用いてガンマ補正データを計算により求めることが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３０９２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかるに、図９に示した従来の撮像装置では、ガンマ補正回路４に入力される映像信号のビット数は、回路２におけるＡ／Ｄ変換でのビット精度や、画像処理回路３における輝度生成及び色分離などの信号処理のビット精度及び最終的な映像信号のビット幅で決まるが、Ａ／Ｄ変換の性能に比例して、ガンマ補正回路４の入力映像信号のビット幅が増えれば増えるほど、ガンマＲＯＭ５の容量も大きくなり、回路増大につながる。また、入出力ビット幅も変更されその都度修正が必要になる。
【０００９】
これは特許文献１に記載された装置でも同様であり、ガンマ補正回路に入力する映像信号のビット幅が増えれば増えるほど、ガンマ補正データ及び表示デバイスガンマ特性データのビット数が増えＲＯＭの容量が大きくなる。
【００１０】
また、図９に示した従来の撮像装置でガンマ値を、図１１に示した理論的な０.４５にすると、黒レベル近傍の立ち上がりが急峻になり、Ｓ／Ｎ劣化が著しくなるため、撮影状況に応じてガンマ特性を変えたい場合、あるいは撮像スピードが６０Ｐ、３０Ｐ、２４Ｐ（Ｐはプログレッシブを示し、数値はフレーム周波数を示す）等、混在した撮像システムなどの場合、通常のガンマ特性のほかに映画効果（映画館で見るようなイメージ）を得られるようなガンマ特性を持つことも必要になるが、ＲＯＭ化により変更できず、それぞれ専用のガンマ特性を記憶したＲＯＭを同時に２種類持つ場合は、回路増大につながる。
【００１１】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、入力映像信号のビット幅が増えても回路変更なく所望のガンマ補正特性を得ることができる撮像装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、大幅な回路変更なしにガンマ補正特性を可変し得る撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記の目的を達成するため、撮像素子から出力された映像信号に対して、折線近似した折線ガンマ補正回路によりガンマ補正を施して出力する撮像装置であって、折線ガンマ補正回路は、それぞれ底辺を入力幅とし、高さを出力幅とする複数の三角形の各斜辺を繋いで得られる折線近似曲線で表される折線ガンマ補正特性を有し、折線ガンマ補正特性の出力幅を任意に設定する設定手段を備えており、折線ガンマ補正特性の各三角形の各入力幅を、折線ガンマ補正回路の入力映像信号のビット幅に応じて互いに同一又は異なる２のべき乗で表される値に設定して、複数の三角形を組み合わせて所望の折線ガンマ補正特性を得ることを特徴とする。
【００１４】
この発明では、それぞれ底辺を入力幅とし、高さを出力幅とする複数の三角形の各斜辺を繋いで得られる折線近似曲線で表される折線ガンマ補正特性を得ると共に、出力幅は設定手段により設定するようにしているため、各三角形の各入力幅を、折線ガンマ補正回路の入力映像信号のビット幅に応じて互いに同一又は異なる２のべき乗で表される値に設定して、複数の三角形を組み合わせることで所望の折線ガンマ補正特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、それぞれ底辺を入力幅とし、高さを出力幅とする複数の三角形の各斜辺を繋いで得られる折線近似曲線で表される折線ガンマ補正特性を得ると共に、出力幅は設定手段により設定することにより、各三角形の各入力幅を、折線ガンマ補正回路の入力映像信号のビット幅に応じて互いに同一又は異なる２のべき乗で表される値に設定して、複数の三角形を組み合わせることで所望の折線ガンマ補正特性を得るようにしたため、ビットシフトにて入力幅を容易に求めることができ、これにより折線ガンマ補正特性が容易に構成できると共に、折線ガンマ補正特性の入出力ビット幅は、設定した折線ガンマ入出力ビット幅より小さくではあるが、各三角形の高さを設定することにより可変でき、商品時においてフレキシブルにガンマ補正特性を任意に変えることができる。
【００１６】
また、信号処理のビット幅を決める一つの要因であるＡ／Ｄ変換器のビット精度を高くすることで、ガンマ補正回路の入力ビット幅が増えた場合、ＲＯＭでは１ビット増えると倍の容量が必要になるが、本発明によれば、最大入力ビット幅を考慮しておくことにより、設計時の急なＡ／Ｄ変換器のビット変更に対しても、大幅な回路修正なしに所望のガンマ特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる撮像装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図中、図９と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１に示すように、本実施の形態は従来のガンマ補正回路４及びガンマＲＯＭ５に替えて、折線ガンマ補正回路７及び中央処理装置（ＣＰＵ）８を設けた点に特徴がある。
【００１８】
なお、図１のＣＣＤ１は全画素読み出し方式であり、インターレース方式映像信号を得る場合のように垂直方向に隣接する２つの画素の出力信号を混合せずに、全ての画素を読み出す方式であり、例えば、１／６０秒あるいは１／３０秒の期間に１フレーム分の画素データを全て読み出すことが可能な方式である。
【００１９】
ところで、近年、Ａ／Ｄ変換の処理能力が向上しており、民生機器において１２ビット、１４ビット処理のＡ／Ｄ変換器も使われ始めており、それに比例し内部の信号処理のビット幅も増大傾向にある。演算処理によりビット幅が広がり、最終的に下位ビットを捨てるなどで所望のビット幅を得るが、ただ単純に下位ビットを捨てるだけではビットエラーをおこすような画像になる。
【００２０】
撮像装置では、通常、ディジタル映像信号をガンマ補正回路を通すことで数ビットを圧縮（設計にて決定。固定）することになるが、本実施の形態では、折線ガンマ補正回路７を以下のように制御することで、圧縮のビット幅を可変させるものである。
【００２１】
折線ガンマ補正特性曲線は図２に実線Iで示すように、直角三角形の斜辺である直線の集合で近似することができ、各直線は図３に示すように、入力幅（底辺）Ｘと出力幅（高さ）Ｙで決めることができる。従って、図１１のようなガンマ補正特性曲線は、図３に示すような複数の三角形の斜辺の集合で近似させることが可能になる。
【００２２】
ここで、図３に示す直角三角形における底辺（入力幅）Ｘを２ｎ、高さ（出力幅）ＹをＣＰＵ８より設定することで、三角形の傾きは容易に求めることができ、これにより、図３に示す入力ｘに対応する出力ｙは次式で求めることができる。
【００２３】
出力データ：ｙ＝（Ｙ／Ｘ）・ｘ＝（Ｙ・ｘ）／２ｎ＝（Ｙ・ｘ）＞＞ｎ    （１）
ただし、上式中、＞＞ｎはｎビット下位切捨ての意味
図４にIIで示す折線ガンマ補正特性曲線の場合、入力が小レベルから大レベル方向に順に底辺２１で高さＹ１の直角三角形Ａ、底辺２２で高さＹ２の直角三角形Ｂ、底辺２３で高さＹ３の直角三角形Ｃ、底辺２４で高さＹ４の直角三角形Ｄの各斜辺の集合で表わされるので、入力ｘに対応する出力データｙは（１）式と同様にして次式で表わされる。
【００２４】
ｙ＝（Ｙ３・（ｘ−（２１＋２２））＞＞３ ＋（Ｙ１＋Ｙ２）          （２）
ただし、上式中、＞＞３は３ビット下位切捨ての意味
本実施の形態では、入力幅Ｘは２のべき乗で表わされる値としており、実際の回路の入力幅が１０ビットの場合、折線ガンマ補正特性曲線は、図４の例とは異なり、底辺が２１の一種類の三角形のみの斜辺の集合であれば、５１２（＝２１０／２１）個の三角形で実現できるし、底辺が２２の一種類の三角形のみの斜辺の集合であれば、２５６（＝２１０／２２）個の三角形で実現できる。更に、上記の折線ガンマ補正特性曲線は、底辺が２９の一種類の三角形のみの斜辺の集合であれば２個の三角形で実現できる。実際は、ガンマ特性曲線の傾きが大きい所ほど細かくし（底辺が小さく高さの高い多数の三角形からなる）、傾きが小さい所ほど大きくする（底辺が大きく高さの低い小数の三角形からなる）。
【００２５】
本実施の形態では、折線ガンマ補正回路７の入力信号のビット幅に合わせ、幾つかの種類の三角形の組合せを用いることで、出力信号のビット幅はＣＰＵ８から与える各三角形の出力幅Ｙ１からＹｍ（ｍは三角形の個数）までの合計として与えることができる。言い換えると、折線ガンマ補正回路７の入力信号のビット幅を、例えば１４ビットと固定しておいても、各三角形の出力幅を可変させることで入出力ビットの関係を換えることが可能になる。
【００２６】
また、三角形の数を減らす方法により、入力ビット幅も可変可能である。例えば、図５（Ａ）に示すように、直角三角形１１、１２、１３、１４及び１５の各斜辺の集合により、入力幅Ｘ１１、出力幅Ｙ１１の標準の折線ガンマ補正特性曲線IIIが得られているものとすると、入力ビット数を１ビット減らしてこの標準の折線ガンマ補正特性曲線IIIの入力幅をＸ１１の半分のＸ１２にしたときには、同図（Ｂ）に示すように、直角三角形１１、１２、１３及び１６の各斜辺の集合により、入力幅Ｘ１２、出力幅Ｙ１１の折線ガンマ補正特性曲線IVを得ることができる。
【００２７】
すなわち、直角三角形１６の底辺が直角三角形１４の底辺と同一の２のべき乗の値であっても、高さ（出力幅）を直角三角形１４及び１５の高さ（出力幅）の和に等しい値とすることにより、図５（Ｂ）に示すように、入力幅が標準の折線ガンマ補正特性曲線IIIの入力幅Ｘ１１の半分のＸ１２（＝Ｘ１１／２）で、出力幅はＹ１１で標準の折線ガンマ補正特性曲線IIIと同じ出力幅の折線ガンマ補正特性曲線IVが得られる。
【００２８】
また、図５（Ｃ）に示すように、入力幅が標準の折線ガンマ補正特性曲線IIIの入力幅と同じＸ１１であるが、出力ビット数を１ビット減らして出力幅が標準の折線ガンマ補正特性曲線IIIの半分のＹ１２（＝Ｙ１１／２）である折線ガンマ補正特性曲線Vも得ることができる。すなわち、図５（Ｃ）に示す折線ガンマ補正特性曲線Vは、底辺が同図（Ａ）の直角三角形１１、１２、１３、１４及び１５とそれぞれ同一の２のべき乗の値である直角三角形１７、１８、１９、２０及び２１の各斜辺の集合で表わされるが、それら直角三角形１７、１８、１９、２０及び２１の各高さ（出力幅）の和がＹ１２となるように、各高さ（出力幅）が可変設定されている。
【００２９】
また、上記の直角三角形の組み合わせは、入力ビットをまたがない範囲で自由に設定可能である。例えば、図６に示すように、直角三角形３１〜３６等の各斜辺を繋ぎ合わせて折線ガンマ補正特性曲線VIが得られる場合、直角三角形３４、３５及び３６の替わりに、直角三角形３７、３８及び３９の各斜辺を繋ぎ合わせることも考えられる。
【００３０】
すなわち、直角三角形３４の底辺は２１２であり、直角三角形３５及び３６の各底辺はそれぞれ２１３であるが、これらの和の底辺範囲２１２×５を、図６に示すように、底辺が２１３の直角三角形３７、底辺が２１２の直角三角形３８及び底辺が２１３の直角三角形３９の順で各斜辺を繋いだ場合、直角三角形３７が入力ビット幅１３ビットの位置をまたぐため、入力ビット幅を変えることができない。
【００３１】
従って、入力ビット幅を可変できるようにするためには、直角三角形の組み合わせが、入力ビットをまたがない範囲で各入力ビット幅内でまとまるようにする必要がある。これにより、入力ビット幅が例えば１４ビットから１３ビットになった場合でも、それに対応する出力幅をＣＰＵ８より与えることで、回路変更等なく所望のガンマ特性が実現可能になる。
【００３２】
このようにして、図１に示した本実施の形態によれば、画像処理回路３から出力された映像信号は、折線ガンマ補正回路７に供給され、ここでＣＰＵ８から出力幅が設定される所望の折線ガンマ補正特性に基づいて、ガンマ補正される。ここで、折線ガンマ補正特性を構成する各直角三角形の底辺に相当する入力幅を２のべき乗とすることで、ビットシフトにて直角三角形の傾きが容易に求められ、入力に対する出力データも容易に求めることができるため、折線ガンマ補正特性が容易にできる。
【００３３】
また、折線ガンマ補正特性の入出力ビット幅は、設定した折線ガンマ入出力ビット幅より小さくではあるが、ＣＰＵ８からの設定値により可変することができ、従来は固定であったガンマ特性も、ＣＰＵ８の設定により商品出荷時においてフレキシブルにガンマ特性を変えることができる。
【００３４】
更に、本実施の形態では、信号処理のビット幅を決める一つの要因であるＡ／Ｄ変換器のビット精度を高くすることで、折線ガンマ補正回路７の入力ビット幅が増えた場合、従来は入力ビット幅が１ビット増えると、ガンマ補正データ用ＲＯＭの容量が２倍必要になるが、本実施の形態の折線ガンマ補正回路７では、最初から最大の入力ビット幅を考慮しておけば、設計時の急な入力ビット幅変更に対しても大幅な回路修正なしに対応できる。
【００３５】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図７は本発明になる撮像装置の他の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態では、折線ガンマ補正回路７の入力側にゲイン調整回路９を設け、低照度時においてゲイン調整回路９でゲインを上げることで折線ガンマ補正回路７の入力信号の分解能を上げるようにしたものである。
【００３６】
すなわち、ゲイン調整回路９でゲインを上げることで折線ガンマ補正回路７の入力ビット幅を例えば２倍にすることにより、出力ビット幅を半分にさせる必要があるが、前述したように、ＣＰＵ８からの設定により折線ガンマ補正回路７において出力ビット幅を変える事が可能であり（出力レベルをＣＰＵ８から与える設定値により変えることが可能であり）、低ビット部のビット精度等を上げることができる。
【００３７】
例えば、折線ガンマ補正回路７の折線ガンマ補正特性曲線の入力の分割幅は２のべき乗で固定であるため、図８（Ａ）、（Ｃ）に示すように５分割したと考えた場合、同図（Ａ）、（Ｃ）の入力信号を分割したそれぞれの交点を直線で結んだ線を再現信号とすると、再現信号は同図（Ｂ）、（Ｄ）に示すように異なる。これらから分かるように、分割する割合が細かければ細かいほど再現性が高い（分解能が高い）。このことから分割幅が固定である本実施の形態では、分解能を上げるには、入力幅を広げればよいことが分かる。
【００３８】
入力幅が広い時には、図８（Ａ）に示す入力信号に対して、同図（Ｂ）に示すように入力信号波形に近似した再現信号が得られる。一方、図８（Ｃ）に示す入力信号に対しては、入力幅が図８（Ａ）のときのそれの半分で分解能が低いため、同図（Ｄ）に点線で示す信号を再現できず、同図（Ｄ）に実線で示すように、入力信号と異なった波形の信号を再現してしまう。
【００３９】
これを入力信号波形に近似した出力信号波形に再現させるには、まず、図８（Ｃ）に示す入力信号の入力幅を２倍にして図８（Ａ）に示す信号として入力し、この信号を同図（Ｂ）に示すような信号に再現した後、出力幅を１／２倍にすると、同図（Ｄ）に点線で示す本来得たい再現信号を得ることができる。
【００４０】
そこで、図７に示した実施の形態では、折線ガンマ補正回路７の前段のゲイン調整回路９で入力映像信号のゲインを調整して、折線ガンマ補正回路７の入力信号の見掛け上のゲインを上げて入力幅を広くし、折線ガンマ補正回路７の出力信号でのゲインを下げることで入力幅を広くした分だけ出力幅を狭くすることで、分解能を高く持ちつつ、システムとしての入出力レベルは等価とさせるものである（折線ガンマ補正回路７入力前にゲインを上げない場合と同じ入出力特性が得られる。）。
【００４１】
ただし、ゲイン調整回路９で折線ガンマ補正回路７の入力信号の見掛け上のゲインを上げ過ぎると、折線ガンマ補正回路７の出力時にいくらゲインを下げて入出力レベルを合わせても、Ｓ／Ｎに影響する場合があるため、せいぜい１〜２倍にゲインを上げて出力時に１／２〜１倍にするのが好ましい。このときの入出力のゲイン関係は、必ず折線ガンマ補正回路７入力前にゲインを上げない場合と同じ入出力特性と等価にさせる。
【００４２】
このようにして、本実施の形態では、ゲイン調整回路９で折線ガンマ補正回路７の入力映像信号のゲインを上げると共に、ＣＰＵ８からの設定により折線ガンマ補正回路７において出力ビット幅を変えることにより、低ビット部のビット精度等を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】折線ガンマ補正特性曲線の一例を示す図である。
【図３】折線ガンマ補正特性曲線を構成する一つの直線の入出力概念説明図である。
【図４】本発明における折線ガンマ補正特性曲線の一例の説明図である。
【図５】図１中の折線ガンマ補正回路における折線ガンマ補正特性曲線の各例を示す図である。
【図６】折線ガンマ補正特性曲線を構成する三角形が入力ビットをまたがない組合せが好ましいことを説明する図である。
【図７】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図８】図７中のゲイン調整回路による効果説明図である。
【図９】従来の撮像装置の一例のブロック図である。
【図１０】ガンマ特性の一例を示す特性図である。
【図１１】ガンマ補正特性の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  固体撮像素子であるＣＣＤ（電荷結合素子）
２  ＣＤＳ・ＡＧＣ・Ａ／Ｄ回路
３  画像処理回路
７  折線ガンマ補正回路
８  ＣＰＵ（中央処理装置）
９  ゲイン調整回路
【図１】
2006094092.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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