(57)【要約】【課題】広いダイナミックレンジを有する被写体を撮像する場合、輝度信号の高いところのガンマ特性を抑えて白圧縮を行っていたが、圧縮したところの画像のコントラストが下がり、被写体の識別が困難であった。このような課題を抑圧できる撮像装置の信号処理の提供を目的とする。【解決手段】撮像素子から得られるＧ、Ｂ、Ｒ映像信号の白バランスをとり、この信号から輝度信号を得て、さらに２次元ローパスフィルタで高域成分を除いて画面のポイント毎の特徴信号を得る。この特徴信号で白バランス出力信号の入出力特性を可変させて、画面の特徴に最適な入出力特性を得ることができるため、広いダイナミックレンジの被写体の映像に対して、画面のポイント毎に最適な入出力変換特性を選んで信号レベルが最大値を越えることなく被写体の識別が明確にできるコントラストを有する映像信号を得ることができる。【選択図】図１
2006229275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子から得られるＧ、Ｂ、Ｒ信号のホワイトバランスを取る利得制御回路と、
前記利得制御回路の出力Ｇ、Ｂ、Ｒ信号を演算して輝度信号または白ＮＡＭ信号を得る混合回路と、
前記混合回路出力信号から垂直、水平の高域信号を除去する２次元ローパスフィルタ部と、
前記利得制御回路の出力Ｇ、Ｂ、Ｒから前記２次元ローパスフィルタ出力の制御に基づいて入出力特性が可変できる入出力特性可変回路と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記入出力特性可変回路は入出力特性を数式で表現できる演算回路で構成し、前記演算回路のパラメーターを前記２次元ローパスフィルタ出力の制御信号で可変することによって入出力特性を可変するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイナミックレンジの広い画像を撮像する撮像装置の回路処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置の信号処理としては広いダイナミックレンジを得るためにフィールド毎に信号の最大値を検出して全体の信号が表現できるように白圧縮回路が採用され、被写体のコントラストが完全になくならないように構成されている。これは一般的にはオートニー回路として知られている。
【０００３】
このオートニー回路としては特許文献１に記載されたものが知られている。この映像信号処理回路を図５図に示す。
【０００４】
図５図において１５は入力端子、１６はクランプ、１７はピーク検波器、１８は比較器、１９と２３は可変抵抗器、２０は位相反転回路、２１はホワイトニー回路、２２はニーポイント制御電圧の入力端子、２４は出力端子である。
【０００５】
以上のように構成された従来の撮像装置の信号処理について、以下その動作について説明する。
【０００６】
５図において映像信号は入力端子１５に入力され、クランプ回路１６により黒レベルがクランプされる。そのクランプ信号はピーク検波器１７およびホワイトニー回路２１に入力される。ピーク検波器１７によりクランプ信号のピーク値、たとえば１フィールド毎、または数フィルド期間で検出され、その直流電圧は比較器１８に入力される。この比較器により可変抵抗器１９の摺動位置で決まる直流電位と先のピーク検波器出力電圧を比較し、大きい方の電圧が位相反転器２０に出力される。そして位相反転器により反転された信号が可変抵抗器２３を介してニーポイント制御入力端子２２に入力され、その入力電圧に応動してニーポイントを制御する。以上の動作により、入力端子１５と出力端子２４の入出力特性は６図となる。
【０００７】
６図において、横軸が入力端子１５の入力信号で、縦軸は出力端子２４の出力信号を表す。信号のピーク電圧が１００％、２００％、３００％、４００％、５００％のときの出力信号をそれぞれ（１）、（２）、（３）、（４）、（５）で表し、入力信号が１００％以上増加しても信号は出力規定値を越えることなく白圧縮を行っている。この変換方法は高輝度部の傾斜角を変えることなくニーポイントを変えて出力値を一定にしているが、図７の様にニーポイントが一定で傾斜を変えることによって出力値が規定量を越えることがないように動作するものも一般的に使用されている。
【特許文献１】特開昭６２−１５７４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記の従来の構成では、ニーポイント以下では注目被写体（たとえば人間の顔）を撮像し、それ以上の映像レベルでは白圧縮を行うので、ニーポイントは通常約７５％以上に設定していて、それ以下にすることは実用上ない。したがって、入力が７５％から６００％ぐらいの信号に対して出力としてピーク値が大きくなると図６、７の（５）の線のように傾斜角度が低くなり入力の変化に対する出力変化が小さくなる、これは出力のコントラストが小さいこと意味している。したがって、画像のコントラストがさがり、画像を明確に表現できないという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ダイナミックレンジの広い映像信号の高輝度部のコントラストを保持して白圧縮することによって規定のダイナミックレンジ内で等価的にダイナミックレンジの広い映像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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、撮像素子から得られるＧ、Ｂ、Ｒ信号のホワイトバランスを取る利得制御回路と、前記利得制御回路の出力Ｇ、Ｂ、Ｒ信号を演算して輝度信号または白ＮＡＭ信号を得る混合回路と、前記混合回路出力信号から垂直、水平の高域信号を除去する２次元ローパスフィルタ部と、前記利得制御回路の出力Ｇ、Ｂ、Ｒから前記２次元ローパスフィルタ出力の制御に基づいて入出力特性が可変できる入出力特性可変回路と、
を備えたことを特徴とする撮像装置であり、撮像素子から得られるＧ、Ｂ、Ｒ信号が白の被写体を写したときに同一の値になるように前記利得制御回路で利得をあわせホワイトバランスをとり、この信号を前記入出力特性可変回路と前記混合回路へ入力する。前記混合回路ではＧ、Ｂ、Ｒの信号を演算して輝度信号を出力するか、またはＧ、Ｂ、Ｒ信号のうち最も大きい信号を出力する。この混合回路の出力に垂直と水平に２次元のローパスフィルタをかけてＧ、Ｂ、Ｒ系の前記入出力特性可変回路の特性を可変するための制御信号を得る。この制御信号によって前記入出力特性可変回路の入出力特性が可変制御され、変換された出力を得るという作用を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記入出力特性可変回路は入出力特性を数式で表現できる演算回路で構成し、前記演算回路のパラメーターを前記２次元ローパスフィルタ出力の制御信号で可変することによって入出力特性を可変するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置であり、前記入出力変換器は１次元、２次元、多次元の数式で表現でき、この数式の係数を前記２次元ローパスフィルタで可変することで、簡単に入出力特性を可変できるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１２】
前記ローパスフィルタ出力による制御信号で前記入出力特性可変回路の特性を可変させるために１画面（１フィルド内）のポイント毎に最適な入出力特性を選んで変換するために、従来のように１フィールド毎あるいはそれ以上の期間毎（１画面以上での特徴）に入出力特性を可変し、かつある一定以上のレベル（図６のＡ以上）で可変する従来方式と比べて、本発明は変換が自由に設定でき、かつ出力のコントラストを広くとることができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態）
図１は本発明の撮像装置の構成図であります。
【００１５】
図１において、１、２、３はカメラ部の撮像素子から得られるＧ、Ｂ、Ｒの入力端子、４、５、６は前記入力端子信号のホワイトバランスを取るための利得制御回路、７は利得制御回路出力信号から演算して輝度信号を得るかまたは白ＮＡＭで最大値を出力する混合回路、８はこの混合回路出力信号に水平・垂直の２次元ローパスフィルタをかけるための２次元ローパスフィルタ、９、１０、１１は前記利得制御回路出力の入出力特性を前記ローパスフィルタで制御して可変する入出力特性可変回路、１２、１３、１４はこの装置のＧ、Ｂ、Ｒ信号の出力端子とで構成した撮像装置である。
【００１６】
図２、３は前記入出力特性可変回路の入出特性例を２つ示したグラフで、グラフ横軸は入力、縦軸は出力信号を示している。図２は出力信号のコントラストを大きく取るとき、図３は入力の大きさで出力信号の傾斜をかえるときの入出特性グラフである。
【００１７】
以上のように構成された撮像装置について、図１、図２、図３を用いてその動作を説明する。まず、入出力端子１、２、３のＧ、Ｂ、Ｒ信号が白の被写体を撮像したときに同一レベルになるように利得制御回路４、５、６で利得を調整してＧ、Ｂ、Ｒ信号を得る。次にこの出力を入出力特性可変回路９、１０、１１と混合回路７へ入力し、前記混合回路７で例えば下記のように演算して
Ｙ＝０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂ＋０．２９９Ｒ
輝度信号Ｙを得るか、または前記混合回路７でＧ、Ｂ、Ｒ信号の中で一番大きい信号だけを出力する白ＮＡＭ信号を得る。この混合回路７出力に垂直・水平の２次元のローパスフィルタをかけて高域成分を除去する。このように高域を除去することにより２次元ローパスフィルタ出力は画面のポイント毎における信号の特徴（場所周辺の平均輝度）を表すことになる。この２次元ローパスフィルタ出力を制御信号として前記入出力特性可変回路９、１０、１１で前記Ｇ、Ｂ、Ｒの利得制御回路出力を変換することで、フィルタ出力信号の特徴に応じた変換特性で出力することができる。
【００１８】
図２のグラフは入出力特性可変回路の可変特性図の１例であり、変換は
Ｓｏｕｔ＝（Ｘｉｎ−ａ）0.45      Ｓｏｕｔ＞０
Ｓｏｕｔ：出力、Ｘｉｎ：入力、ａ：可変パラメータ、０．４５；ガンマ補正値
と演算式で表示できる。
【００１９】
ここで２次元ローパスフィルタ出力信号値が大きくなった場合はａを大きく、小さくなった場合は小さくすることで入出力特性可変回路を制御することで図２のような変換特性を得ることができる。すなわち２次元ローパスフィルタの出力値の増加に対応して入出力変換を（６）→（７）→（８）→（９）→（１０）へと切り替えていく。
【００２０】
本グラフでは不連続な値を取っているが、実際の装置では連続的に変化していく。これによって入力信号が小さなときは変換（６）を使用し、大きくなると（１０）を使用するので、入力値の大きさにかかわらず、コントラスト（グラフの傾斜）が変わらない映像を得ることができる。
【００２１】
図３も図２と同様に入出力特性可変回路の可変特性図の１例であり、変換は
Ｓｏｕｔ＝ａ（Ｘｉｎ）0.45
で表示できる。２次元ローパスフィルタ８の出力値はａに対応して変化し、２次元ローパスフィルタ出力が小さいときにはグラフの（１１）の曲線で、ａが大きくなるにつれて（１２）→（１３）→（１４）→（１５）へと変化していく。これによって２次元ローパスフィルタ８の出力値が小さいときには（１１）を、大きいときには（１５）の変換を使用することで、従来のオートニーと比べてコントラストの明確な出力信号を得ることができる。
【００２２】
以上のように本実施例によれば、Ｇ、Ｂ、Ｒ信号から前記混合回路７で混合信号を作成し、さらに２次元ローパスフィルタ８で高域成分を抜き出してそのポイントでの画像の特徴信号を得、前記入出力特性可変回路でこの特徴信号を制御信号として、前記Ｇ、Ｂ、Ｒ信号から入出力特性を可変された出力信号を得ることにより、２次元ローパスフィルタ出力に同期して画像のポイントごとに前記画像の特徴に従って入出力特性が選択でき、最適なコントラストを選択することができ、コントラストの明確な画像を得ることができる。
【００２３】
なお、以上の説明では入力信号の大きいところで説明したが、図４では入力信号の小さいときでも可能であり、ブラックストレッチのように暗い部分のコントラスト拡大にも使用でき、かつブラックストレッチの変換は少なくとも１フィールド以内での短い期間での特性は可変しないが、本方式では２次元ローパスフィルタ８出力と同期してのそのポイント毎での画像の特徴を示す信号で変換特性が（１６）から（２０）まで可変でき、特徴にあわせて最適な入出力特性変換が可能である。この変換特性は当然と不連続ではなくて連続した変換を使用する。
【００２４】
また、入力信号の大きいときと小さいときについて別々に説明したが、入力信号が小さいときと大きいときの両方同時に対応できるのは言うまでもない。
【００２５】
また入出力変換回路において、２次元ローパスフィルタ出力と入力信号から出力値を算出する場合、３次元の変換器を用いて構成できることは言うまでもない。この場合、制御として細かい制御が可能になる。しかし、演算回路のパラメータを変えることによる入出力特性変換回路のほうが簡単な構成で実現できることはいうまでもない。
【００２６】
また本発明ではガンマ補正を含む入出力特性可変回路で説明したが、ガンマ回路を入出力回路と別にして入出力特性可変回路の前にガンマ回路を独立に配置しても同様な結果が得られることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明はかかる撮像装置は画面の場所毎に最適な変換特性が選択できるために、広いダイナミックレンジの被写体を撮像する撮像装置において、コントラストの明確な画像で表現できる効果を有し、撮像装置の信号処理等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置の信号処理の構成図
【図２】同実施例における入出力特性変換回路の入出力特性例１のグラフ
【図３】同実施例における入出力特性変換回路の入出力特性例２のグラフ
【図４】同実施例における入出力特性変換回路の入出力特性例３のグラフ
【図５】従来の撮像装置の信号処理の構成図
【図６】従来例の入出力特性回路における入出力特性例１のグラフ
【図７】従来例の入出力特性回路における入出力特性例２のグラフ
【符号の説明】
【００２９】
１，２，３  Ｇ、Ｂ、Ｒ系映像信号入力端子
４、５、６  利得制御回路
７  混合回路
８  ２次元ローパスフィルタ
９、１０、１１  入出力特性可変回路
１２、１３、１４  Ｇ、Ｂ、Ｒ系映像信号入力端子
【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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