(57)【要約】【課題】主要な被写体に対する必要以上の階調圧縮を防止し、自然な階調補正を行う階調補正装置を提供する。【解決手段】ブロックデータ検出部５０１は、入力画像を複数のブロックに分割し、各ブロックを代表する画像データを検出する。統計特性値算出部５０２は、画像データの分布の偏りを示す値である歪度１０１と画像データの最大値１０２とを算出する。補正開始レベル決定部５０３は、歪度１０１に基づいて補正開始レベル２０１を決定し、補正傾斜値決定部５０４は、画像データの最大値１０２及び補正開始レベル２０１に基づいて補正傾斜値２０２を決定する。階調補正実行部５０５は、補正開始レベル２０１以上の画像信号に対して、補正傾斜値２０２に従って階調補正を行う。歪度１０１に代えて、画像データの分布の偏りを示す他の統計特性値を用いてもよい。【選択図】　　　　図１
2004112473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像の階調の一部をより少ない階調に圧縮する階調補正装置であって、
入力された画像を複数のブロックに分割し、各ブロックを代表するブロックデータを検出するブロックデータ検出手段と、
前記ブロックデータ検出手段で検出されたブロックデータに基づき、画像のフレームごとに、ブロックデータの最大値及び所定の統計特性値を算出する統計特性値算出手段と、
前記統計特性値算出手段で算出された統計特性値に基づいて、補正対象となる階調の範囲を定める補正開始レベルを決定する補正開始レベル決定手段と、
前記補正開始レベル決定手段で決定された補正開始レベルと、前記統計特性値算出手段で算出されたブロックデータの最大値とに基づき、当該最大値が所定の出力値に階調補正されるように、階調補正を行う際の補正傾斜値を決定する補正傾斜値決定手段と、
前記補正開始レベル決定手段で決定された補正開始レベルと前記補正傾斜値決定手段で決定された補正傾斜値とに基づく階調補正特性を用いて、前記入力された画像の階調を補正する階調補正実行手段とを備える、階調補正装置。
【請求項２】
前記ブロックデータ検出手段は、各ブロックに含まれる画像信号に基づき、各ブロックを代表するブロックデータを検出することを特徴とする、請求項１に記載の階調補正装置。
【請求項３】
前記統計特性値算出手段は、前記統計特性値として、ブロックデータの分布の偏りを示す値を算出することを特徴とする、請求項１に記載の階調補正装置。
【請求項４】
前記統計特性値算出手段は、前記統計特性値として、ブロックデータの歪度を算出することを特徴とする、請求項３に記載の階調補正装置。
【請求項５】
前記統計特性値算出手段は、前記統計特性値として、ブロックデータの中央値、ブロックデータの平均値、及びブロックデータの最大値と最小値との平均値のいずれか２つの値の差を算出することを特徴とする、請求項３に記載の階調補正装置。
【請求項６】
前記階調補正実行手段は、前記入力された画像の階調のうち、前記補正開始レベル決定手段で決定された補正開始レベル以上の階調に対して、前記補正傾斜値決定手段で決定された補正傾斜値を用いて補正を行うことを特徴とする、請求項１に記載の階調補正装置。
【請求項７】
前記統計特性値算出手段は、値が所定の範囲内にあるブロックデータを選択し、選択したブロックデータについて前記統計特性値を算出することを特徴とする、請求項１に記載の階調補正装置。
【請求項８】
前記入力された画像に対して設定された有効画像領域に含まれるブロックのブロックデータを選択し、選択したブロックデータの最大値及び前記統計特性値を算出することを特徴とする、請求項１に記載の階調補正装置。
【請求項９】
前記階調補正装置は、前記補正開始レベル決定手段で決定された補正開始レベルと、前記補正傾斜値決定手段で決定された補正傾斜値とに基づいて階調補正特性を変更するか否かを判断し、当該判断に従って、前回と同じ補正開始レベル及び補正傾斜値、又は前回から変更した補正開始レベル及び補正傾斜値のいずれかを出力する補正量変更制限手段をさらに備え、
前記階調補正実行手段は、前記補正量変更制限手段から出力された前記補正開始レベル及び補正傾斜値に従って、前記入力された画像の階調を補正することを特徴とする、請求項１に記載の階調補正装置。
【請求項１０】
前記補正量変更制限手段は、直前に所定回数だけ連続して階調補正特性を変更しないと判断しており、かつ、前記補正開始レベル決定手段によって決定された補正開始レベル及び前記補正傾斜値決定手段によって決定された補正傾斜値と、前回出力した補正開始レベル及び補正傾斜値との差が、所定の範囲内にある場合には、階調補正特性を変更しないと判断し、その他の場合には、階調補正特性を変更すると判断することを特徴とする、請求項９に記載の階調補正装置。
【請求項１１】
前記補正量変更制限手段は、前記補正開始レベル決定手段によって決定された補正開始レベル及び前記補正傾斜値決定手段によって決定された補正傾斜値と、前回出力した補正開始レベル及び補正傾斜値とをそれぞれ比較し、所定回数だけ連続して値の大小関係が変化しない場合には、階調補正特性を変更すると判断し、その他の場合には、階調補正特性を変更しないと判断することを特徴とする、請求項９に記載の階調補正装置。
【請求項１２】
前記補正量変更制限手段は、階調補正特性を変更すると判断したときは、前記補正開始レベル決定手段によって決定された補正開始レベル及び前記補正傾斜値決定手段によって決定された補正傾斜値とに基づいて、１回あたりの変更量を所定値以下に制限した補正開始レベルと補正傾斜値とを出力することを特徴とする、請求項９に記載の階調補正装置。
【請求項１３】
前記ブロックデータ検出手段は、
ブロックの境界線を複数の位置に移動させながら、前記入力された画像を複数の分割方法でブロックに分割し、各分割方法について各ブロックを仮に代表する仮ブロックデータを検出する仮ブロックデータ検出手段と、
前記複数の分割方法のうち、１の分割方法についての各ブロックのブロックデータを、前記仮ブロックデータ検出手段で検出された複数の仮ブロックデータに基づき算出するブロックデータ算出手段とを含む、請求項１に記載の階調補正装置。
【請求項１４】
前記仮ブロックデータ検出手段は、ブロックの境界線を第１の位置、前記第１の位置から右に半ブロック離れた第２の位置、前記第１の位置から下に半ブロック離れた第３の位置、及び前記第１の位置から右と下とにそれぞれ半ブロック離れた第４の位置に移動させながら、４とおりの分割方法について各ブロックの仮ブロックデータを検出し、
前記ブロックデータ算出手段は、ブロックデータを、前記仮ブロックデータ検出手段によって検出された４とおりの分割方法についての仮ブロックデータから、当該ブロックに対応したデータを１つずつ選択した上で、選択した４つのデータの平均値を求めることにより算出することを特徴とする、請求項１３に記載の階調補正装置。
【請求項１５】
前記仮ブロックデータ検出手段は、ブロックの境界線を第１の位置、前記第１の位置から右に半ブロック離れた第２の位置、前記第１の位置から下に半ブロック離れた第３の位置、及び前記第１の位置から右と下とにそれぞれ半ブロック離れた第４の位置に移動させながら、４とおりの分割方法について各ブロックの仮ブロックデータを検出し、
前記ブロックデータ算出手段は、ブロックデータを、各ブロックあたり４つずつ、前記仮ブロックデータ検出手段によって検出された４とおりの分割方法についての仮ブロックデータから、当該ブロックに対応したデータを１つずつ選択した上で、選択した４つのデータの平均値を求めることにより算出することを特徴とする、請求項１３に記載の階調補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された画像の階調の一部をより少ない階調に圧縮する階調補正装置に関し、より特定的には、ビデオカメラ、ＶＴＲ一体型カメラなどの撮像装置に内蔵して使用される階調補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラなどの撮像装置は、撮像した画像信号に対して、画像のコントラスト、被写体の明るさ、画像信号の階調等を補正する処理を行っている。画像信号の階調を補正する方法として、従来から、以下に示すニー補正が知られている。一般に、所定の出力範囲を超えた入力画像信号は、出力クリップ処理により出力の最大値で出力されるため、階調を失い、画面等では白く塗りつぶしたように表示される。このような画像品質の低下を防止するために、階調を残しつつ、画像信号を所定の出力範囲内に収める必要がある。ニー補正は、入力された画像に含まれる画像信号の最大値を検出し、検出された最大値が所定の出力範囲に収まるように、入力された画像信号の階調の一部をより少ない階調に圧縮する方法の１つである。また、従来の階調補正装置は、入力画像信号のヒストグラムデータの最大値を検出し、ヒストグラムデータの最大値に応じた階調補正特性を算出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１６は、従来の階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。図１６において、撮像素子１は、例えばＣＣＤであり、受光した映像を電気信号に変換する。撮像素子１は、例えば１秒間に３０フレームの画像信号を出力する。アナログプロセス回路２は、撮像素子１から受け取った画像信号に対して、相関二重サンプリング処理や、ホワイトバランス調整用のゲイン調整処理などを行う。Ａ／Ｄ変換回路３は、アナログプロセス回路２の出力信号をデジタル信号に変換し、デジタルプロセス回路４は、キズ補正処理やガンマ補正処理などを行い、階調補正装置１１へ画像信号を出力する。
【０００４】
ブロックデータ検出部５０１は、入力された１つのフレームに含まれる画像信号の全部又は一部を複数のブロックに分割し、各ブロックに含まれる画像信号に基づいて、各ブロックを代表する画像データ（以下「ブロックデータ」という）を検出する。ブロックデータとしては、例えば、各ブロックに含まれる各色信号から算出される輝度信号の平均値などを使用する。最大値検出部５０８は、１つのフレームに含まれるブロックについて、ブロックデータの最大値１０２を検出する。補正開始レベル記憶部５０９は、使用者の手動操作によって予め設定された補正開始レベル２１１を記憶する。補正傾斜値決定部５０４は、補正開始レベル記憶部５０９に記憶された補正開始レベル２１１及び最大値検出部５０８によって検出されたブロックデータの最大値１０２に基づいて、入力画像信号の最大値が所定の出力範囲に収まるように補正傾斜値２１２を決定する。階調補正実行部５０５は、デジタルプロセス回路４から出力された画像信号のうち値が補正開始レベル２１１以上である画像信号に対して、補正傾斜値２１２に従って階調補正を行う。このように階調補正された画像信号は、典型的には、録画装置に対して出力され、記録媒体に記録される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２６１０７８号公報（第２７段落〜第４１段落、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の階調補正装置は、入力された画像信号に対して適応的に補正開始レベルを制御していないため、使用者によって設定された補正開始レベルが入力された画像信号に対して不適切な場合は、主要な被写体を必要以上に階調圧縮してしまう。図１７を参照して、従来の階調補正装置のこの問題点について具体的に説明する。図１７には、画像信号の度数分布の例が示されている。図１７（ａ）は、画像の大部分を占める主要な被写体の画像信号が０〜１００の入力値に偏っており、最大値が１５０である画像信号の度数分布図である。一方、図１７（ｂ）は、主要な被写体の画像信号が６０〜１５０の入力値に偏っており、最大値が１５０である画像信号の度数分布図である。
【０００７】
補正開始レベルが使用者によって１００に設定されているときに、上記２つの画像がそれぞれ入力された場合について、階調補正装置１１から出力される画像信号について比較する。図１７（ａ）に示された分布を持つ画像信号が入力されたときには、入力値が０〜１００である主要な被写体の画像信号は補正されず、入力値が１００以上の画像信号（斜線部）のみが階調圧縮される。この場合、階調圧縮される画像信号は、画像全体に対してわずかであるため、階調補正による画像品質の劣化が少ない。一方、図１７（ｂ）に示された分布を持つ画像信号が入力されたときには、入力値が１００〜１５０である主要な被写体の多くの部分（斜線部）が階調圧縮される。この場合、画像の多くの部分を占める画像信号が階調圧縮され、階調補正によって画像の品質が大幅に劣化してしまう。
【０００８】
また、階調補正特性を自動的に制御しながら動画を撮像する場合において、１フレーム毎に画像信号に対して忠実に階調補正特性を変更すると、画像の明るさが急激に変化したり、画像の明るさが連続的に変化したりするなど、不自然な画像になってしまう場合がある。例えば、被写体の明るさが急激に変化したときに、この変化に対応して瞬時に階調補正特性を大幅に変更すると、画像の明るさが１つのフレームと次のフレームとの間で急激に変化し、不連続なフレームをつなげたような不自然な画像になる。また、被写体の明るさが連続的に変化すると、画像全体の明るさ等が変化し続ける不自然な画像になる。
【０００９】
また、従来の階調補正装置は、１つのフレームを複数のブロックに分割し、各ブロックに含まれる画素値を平均したブロックデータに基づいて階調補正特性を決定するため、被写体とブロックとの位置関係によって、ブロックデータが必要以上に変化してしまう場合がある。例えば、高輝度の被写体と低輝度の背景とを含む画像について考える。被写体がブロックの境界線に存在し、２つのブロックに分割されてブロックの一部しか占めない場合は、１つのブロックに含まれる高輝度部分の割合が少なくなる。このため、同じ被写体が１つのブロックに含まれる場合と比べて、ブロックデータが小さな値になる。このとき、被写体を含むブロックのブロックデータが画像全体のブロックデータの最大値１０２として検出されると、被写体の位置の変化によってブロックデータの最大値が変化し、これに伴い階調補正特性が変化することにより、補正された画像の明るさ等が変化する。
【００１０】
つまり、同一の被写体と背景とを含む画像を撮像しても、画像での被写体の位置の変化に伴い、明るさが変化する不自然な画像となってしまう。この問題は、ブロックのサイズを被写体に対して十分小さくし、被写体がどのように分割されても少なくとも１つのブロック全体を占めるようにできるならば、解決できる。しかし、ブロックデータの個数を増加させると、ブロックデータ検出部５０１の回路規模が大幅に増大し、ブロックデータ検出の動作速度が低下するなどの問題を生じる。
【００１１】
それゆえに、本発明は、主要な被写体に対する必要以上の階調圧縮を防止し、撮像状況に応じた自然な階調補正を行える階調補正装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、入力された画像の階調の一部をより少ない階調に圧縮する階調補正装置であって、
入力された画像を複数のブロックに分割し、各ブロックを代表するブロックデータを検出するブロックデータ検出手段と、
ブロックデータ検出手段で検出されたブロックデータに基づき、画像のフレームごとに、ブロックデータの最大値及び所定の統計特性値を算出する統計特性値算出手段と、
統計特性値算出手段で算出された統計特性値に基づいて、補正対象となる階調の範囲を定める補正開始レベルを決定する補正開始レベル決定手段と、
補正開始レベル決定手段で決定された補正開始レベルと、統計特性値算出手段で算出されたブロックデータの最大値とに基づき、当該最大値が所定の出力値に階調補正されるように、階調補正を行う際の補正傾斜値を決定する補正傾斜値決定手段と、
補正開始レベル決定手段で決定された補正開始レベルと補正傾斜値決定手段で決定された補正傾斜値とに基づく階調補正特性を用いて、入力された画像の階調を補正する階調補正実行手段とを備える。
このような第１の発明によれば、階調補正装置は、入力された画像に対して適応的に、補正開始レベル及び補正傾斜値を決定することにより、撮像状況に応じた階調補正を行うことができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、ブロックデータ検出手段は、各ブロックに含まれる画像信号に基づき、各ブロックを代表するブロックデータを検出することを特徴とする。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、統計特性値算出手段は、統計特性値として、ブロックデータの分布の偏りを示す値を算出することを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、統計特性値算出手段は、統計特性値として、ブロックデータの歪度を算出することを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、第３の発明において、統計特性値算出手段は、統計特性値として、ブロックデータの中央値、ブロックデータの平均値、及びブロックデータの最大値と最小値との平均値のいずれか２つの値の差を算出することを特徴とする。
このような第３ないし第５の発明によれば、階調補正装置は、入力された１つのフレームに含まれる画像信号の分布の偏りに基づいて補正開始レベルを決定する。これにより、画像に含まれる主要な被写体の多くの部分に対する必要以上の階調圧縮を防止し、画像品質の大幅な劣化を防止することができる。
【００１７】
第６の発明は、第１の発明において、階調補正実行手段は、入力された画像の階調のうち、補正開始レベル決定手段で決定された補正開始レベル以上の階調に対して、補正傾斜値決定手段で決定された補正傾斜値を用いて補正を行うことを特徴とする。
このような第６の発明によれば、入力された画像に対して適応的に、補正開始レベル及び補正傾斜値を決定し、補正開始レベル以上の階調を補正傾斜値に従って階調補正を行うことができる。
【００１８】
第７の発明は、第１の発明において、統計特性値算出手段は、値が所定の範囲内にあるブロックデータを選択し、選択したブロックデータについて統計特性値を算出することを特徴とする。
このような第７の発明によれば、値が所定の範囲内のブロックデータに基づいて統計特性値が算出され、算出された統計特性値に基づいて補正開始レベルがさらに決定される。これにより、補正開始レベルの決定に用いられるブロックデータの範囲を任意に制限できる。
【００１９】
第８の発明は、第１の発明において、入力された画像に対して設定された有効画像領域に含まれるブロックのブロックデータを選択し、選択したブロックデータの最大値及び統計特性値を算出することを特徴とする。
このような第８の発明によれば、階調補正装置は、画像中の任意に設定された領域に含まれる画像信号に基づいて補正開始レベル及び補正傾斜値を決定する。これにより、設定された領域以外の画像の変化による階調補正特性の変化を防止し、画像中の設定された領域内に位置する被写体に対して適切な階調補正特性を決定することができる。
【００２０】
第９の発明は、第１の発明において、階調補正装置は、補正開始レベル決定手段で決定された補正開始レベルと、補正傾斜値決定手段で決定された補正傾斜値とに基づいて階調補正特性を変更するか否かを判断し、当該判断に従って、前回と同じ補正開始レベル及び補正傾斜値、又は前回から変更した補正開始レベル及び補正傾斜値のいずれかを出力する補正量変更制限手段をさらに備え、
階調補正実行手段は、補正量変更制限手段から出力された補正開始レベル及び補正傾斜値に従って、入力された画像の階調を補正することを特徴とする。
このような第９の発明によれば、階調補正装置は、直前の画像に用いた階調補正特性の変更、及び変更幅について、制限を設けることにより、階調補正特性の頻繁な及び急激な変化を防止し、自然な階調補正を行うことができる。
【００２１】
第１０の発明は、第９の発明において、補正量変更制限手段は、直前に所定回数だけ連続して階調補正特性を変更しないと判断しており、かつ、補正開始レベル決定手段によって決定された補正開始レベル及び補正傾斜値決定手段によって決定された補正傾斜値と、前回出力した補正開始レベル及び補正傾斜値との差が、所定の範囲内にある場合には、階調補正特性を変更しないと判断し、その他の場合には、階調補正特性を変更すると判断することを特徴とする。
このような第１０の発明によれば、階調補正装置は、変化の少ない画像が続けて入力された場合は、画像が大きく変化するまでは、階調補正特性を一定に保つ。これにより、変化が少ない画像が入力されたときに、階調補正により明るさ等が必要以上に変化することを防止する。
【００２２】
第１１の発明は、第９の発明において、補正量変更制限手段は、補正開始レベル決定手段によって決定された補正開始レベル及び補正傾斜値決定手段によって決定された補正傾斜値と、前回出力した補正開始レベル及び補正傾斜値とをそれぞれ比較し、所定回数だけ連続して値の大小関係が変化しない場合には、階調補正特性を変更すると判断し、その他の場合には、階調補正特性を変更しないと判断することを特徴とする。
このような第１１の発明によれば、階調補正装置は、補正開始レベル及び補正傾斜値を、増加又は減少のどちらかに変更させる画像が、一定回数以上連続して入力されなければ、階調補正特性を変更しない。これにより、入力された画像が所定のフレーム数以上同じ傾向に変化した場合のみ階調補正特性を変更し、少なくとも所定のフレーム数は一定の階調補正特性が用いられるので、階調補正特性の頻繁な及び急激な変化を防止し、自然な階調補正を実現することができる。
【００２３】
第１２の発明は、第９の発明において、補正量変更制限手段は、階調補正特性を変更すると判断したときは、補正開始レベル決定手段によって決定された補正開始レベル及び補正傾斜値決定手段によって決定された補正傾斜値とに基づいて、１回あたりの変更量を所定値以下に制限した補正開始レベルと補正傾斜値とを出力することを特徴とする。
このような第１２の発明によれば、フレーム毎に変更可能な補正開始レベル及び補正傾斜値の変更幅は、前回用いられた補正開始レベル及び補正傾斜値から所定の範囲に制限される。これにより、フレーム毎に階調補正特性が大幅に変化して画像の明るさ等が急激に変化することを防止し、階調補正特性が滑らかに変化する自然な階調補正を行うことができる。
【００２４】
第１３の発明は、第１の発明において、ブロックデータ検出手段は、
ブロックの境界線を複数の位置に移動させながら、入力された画像を複数の分割方法でブロックに分割し、各分割方法について各ブロックを仮に代表する仮ブロックデータを検出する仮ブロックデータ検出手段と、
複数の分割方法のうち、１の分割方法についての各ブロックのブロックデータを、仮ブロックデータ検出手段で検出された複数の仮ブロックデータに基づき算出するブロックデータ算出手段とを含む。
このような第１３の発明によれば、階調補正装置は、被写体に対してブロックの境界線の位置を変えた複数の分割方法における仮ブロックデータを検出し、各ブロックについて所定の位置関係にある複数の仮ブロックデータの平均値をブロックデータとする。これにより、被写体とブロックとの位置関係の変化によるブロックデータの変化を抑制し、階調補正による画像の明るさなどの必要以上な変化を防止することができる。
【００２５】
第１４の発明は、第１３の発明において、仮ブロックデータ検出手段は、ブロックの境界線を第１の位置、第１の位置から右に半ブロック離れた第２の位置、第１の位置から下に半ブロック離れた第３の位置、及び第１の位置から右と下とにそれぞれ半ブロック離れた第４の位置に移動させながら、４とおりの分割方法について各ブロックの仮ブロックデータを検出し、
ブロックデータ算出手段は、ブロックデータを、仮ブロックデータ検出手段によって検出された４とおりの分割方法についての仮ブロックデータから、当該ブロックに対応したデータを１つずつ選択した上で、選択した４つのデータの平均値を求めることにより算出することを特徴とする。
このような第１４の発明によれば、階調補正装置は、各ブロックについてブロックの境界線の位置を変えた４とおりの分割方法で仮ブロックデータを検出し、それらの平均値であるブロックデータに基づいて階調補正特性を制御している。これにより、被写体とブロックとの位置関係の変化によるブロックデータの変化を抑制し、階調補正による画像の明るさなどの必要以上な変化を防止することができる。
【００２６】
第１５の発明は、第１３の発明において、仮ブロックデータ検出手段は、ブロックの境界線を第１の位置、第１の位置から右に半ブロック離れた第２の位置、第１の位置から下に半ブロック離れた第３の位置、及び第１の位置から右と下とにそれぞれ半ブロック離れた第４の位置に移動させながら、４とおりの分割方法について各ブロックの仮ブロックデータを検出し、
ブロックデータ算出手段は、ブロックデータを、各ブロックあたり４つずつ、仮ブロックデータ検出手段によって検出された４とおりの分割方法についての仮ブロックデータから、当該ブロックに対応した仮ブロックデータを１つずつ選択した上で、選択した４つのデータの平均値を求めることにより算出することを特徴とする。
このような第１５の発明によれば、階調補正装置は、ブロックの境界線の位置を変えたさまざまな分割位置で検出した仮ブロックデータを利用して、その画像に含まれるブロックの数より多い画像データを算出できる。これにより、その画像についてより詳細なブロックデータに基づいて、被写体とブロックとの位置関係の変化によるブロックデータの変化を抑制し、階調補正による画像の明るさなどの必要以上な変化を防止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。図１において、撮像素子１は、例えばＣＣＤであり、受光した映像を電気信号に変換する。撮像素子１は、例えば１秒間に３０フレームの画像信号を出力する。アナログプロセス回路２は、撮像素子１から受け取った画像信号に対して、相関二重サンプリング処理や、ホワイトバランス調整用のゲイン調整処理などを行う。Ａ／Ｄ変換回路３は、アナログプロセス回路２の出力信号をデジタル信号に変換し、デジタルプロセス回路４は、キズ補正処理やガンマ補正処理などを行い、階調補正装置５へ画像信号を出力する。
【００２８】
階調補正装置５は、ブロックデータ検出部５０１、統計特性値算出部５０２、補正開始レベル決定部５０３、補正傾斜値決定部５０４、及び階調補正実行部５０５を備える。ブロックデータ検出部５０１は、入力された１つのフレームに含まれる画像信号の全部又は一部を複数のブロックに分割し、各ブロックに含まれる画像信号に基づいて、各ブロックを代表する画像データであるブロックデータを検出する。統計特性値算出部５０２は、ブロックデータ検出部５０１で検出されたブロックデータに基づいて、画像のフレームごとにブロックデータの分布の偏りを示す歪度１０１とブロックデータの最大値１０２とを算出する。補正開始レベル決定部５０３は、統計特性値算出部５０２で算出された歪度１０１に基づいて、補正開始レベル２０１を決定する。補正傾斜値決定部５０４は、補正開始レベル決定部５０３で決定された補正開始レベル２０１、及び統計特性値算出部５０２で算出されたブロックデータの最大値１０２に基づいて、入力値の最大値が所定の出力範囲に収まるように補正傾斜値２０２を決定する。階調補正実行部５０５は、デジタルプロセス回路４から出力された画像信号のうち値が補正開始レベル２０１以上である画像信号に対して、補正傾斜値２０２に従って階調補正を行う。このように階調補正された画像信号は、典型的には、録画装置に対して出力され、記録媒体に記録される。
【００２９】
次に、階調補正装置５の動作を説明する。ブロックデータ検出部５０１は、デジタルプロセス回路４から画像信号として各色信号を受け取ると、１つのフレームの有効画像領域を複数のブロックに分割し、各ブロックに含まれる画像信号に基づいてブロックデータを検出する。有効画像領域とは、ブロックデータが検出される画像内の全部又は一部の領域であり、例えば画像の中央部、あるいは画像の下半分などに設定される。ブロックデータは、例えば、各ブロックに含まれる画像信号の輝度の平均値である。
【００３０】
統計特性値算出部５０２は、ブロックデータ検出部５０１で検出されたブロックデータに、所定の処理を施したブロックデータについて歪度１０１を算出する。より具体的には、画像内での各ブロックの位置に応じて各ブロックデータの度数に所定の重み付け係数を掛け、さらに、値が所定の範囲内のブロックデータを選択する。統計特性値算出部５０２は、このような処理を施したブロックデータについて、（１）式を用いて歪度１０１を算出する。（１）式において、ＳＫは歪度、Ｘｉは各ブロックのブロックデータ、ＸｍはＸｉの平均値、Ｎ　はＸｉのブロックデータの個数である。
ＳＫ＝［Σ（Ｘｉ−Ｘｍ）３／Ｎ］／［√（Σ（Ｘｉ−Ｘｍ）２／Ｎ）］３　…（１）
【００３１】
図２を参照して歪度について説明する。歪度は、分布の偏りの方向と程度を表す統計特性値である。図２には、ブロックデータの度数分布の例が示されている。図２（ａ）は、分布が小さい入力値に偏っている画像の度数分布の例、図２（ｂ）は、分布がほぼ左右対称である画像の度数分布の例、図２（ｃ）は、分布が大きい入力値に偏っている画像の度数分布の例を示している。歪度は、分布が図２（ａ）に示すように小さい入力値に偏っている場合には正の値になり、逆に、分布が図２（ｃ）に示すように大きい入力値に偏っている場合には負の値となり、分布が偏っている程度が大きいほど、その絶対値が大きくなる。また、図２（ｂ）に示すように分布がほぼ左右対称である場合には、歪度はほぼ０になる。
【００３２】
統計特性値算出部５０２は、さらにブロックデータ検出部５０１で検出されたブロックデータの最大値１０２を算出する。統計特性値算出部５０２は、このように求めた歪度１０１を補正開始レベル決定部５０３へ出力し、最大値１０２を補正傾斜値決定部５０４へ出力する。
【００３３】
補正開始レベル決定部５０３は、統計特性値算出部５０２によって算出された歪度１０１に基づいて、補正開始レベル２０１を決定する。より具体的には、歪度１０１がほぼ０であるときは、補正開始レベル２０１は、所定の補正開始レベル（以下「レベルＬ」という）に決定される。ここでレベルＬは、例えば、補正開始レベルとして取り得る範囲の中心の値である。歪度１０１が正の値であるときは、補正開始レベル２０１は、レベルＬより高い値に決定される。また、歪度１０１が負の値であるときは、補正開始レベル２０１は、レベルＬより低い値に決定される。また、歪度１０１の絶対値が大きいほど、補正開始レベル２０１は、レベルＬから離れた値に決定される。決定された補正開始レベル２０１は、補正傾斜値決定部５０４及び階調補正実行部５０５へ出力される。
【００３４】
図２を参照して、補正開始レベルとして６０から１００までの値を出力する補正開始レベル決定部５０３の動作を、より具体的に説明する。図２（ｂ）に示すように分布がほぼ左右対称である画像信号が入力された場合、統計特性値算出部５０２で算出される歪度１０１は、ほぼ０になる。この場合、補正開始レベル決定部５０３は、補正開始レベル２０１を取り得る範囲の中心の値である８０に決定する。図２（ａ）に示すように分布が小さい入力値に偏っている画像が入力された場合、統計特性値算出部５０２で算出される歪度１０１は正の値になる。この場合、補正開始レベル決定部５０３は、補正開始レベル２０１を８０〜１００の範囲で歪度１０１の絶対値が大きいほど高い値に決定する。図２（ｃ）に示すように分布が大きい入力値に偏っている画像が入力された場合、統計特性値算出部５０２で算出される歪度１０１は負の値になる。この場合、補正開始レベル決定部５０３は、補正開始レベル２０１を６０〜８０の範囲で歪度１０１の絶対値が大きいほど低い値に決定する。
【００３５】
補正傾斜値決定部５０４は、補正開始レベル決定部５０３で決定された補正開始レベル２０１と、統計特性値算出部５０２で算出されたブロックデータの最大値１０２とに基づいて、補正傾斜値２０２を決定する。具体的には、補正傾斜値決定部５０４は、最大値１０２が所定の出力範囲に入るように、補正開始レベル以上の入力信号に対する補正傾斜値２０２を決定する。
【００３６】
図３を参照して、補正傾斜値決定部５０４の動作について、より具体的に説明する。図３に示された階調補正特性は、階調補正される前の画像信号（入力信号）と階調補正された後の画像信号（出力信号）との関係を示している。図３の横軸は、階調補正装置に入力される画像信号を示しており、縦軸は、階調補正装置から出力される階調補正された画像信号を示している。Ｘｍａｘは、統計特性値算出部５０２で算出されたブロックデータの最大値１０２を示し、Ｘｓｔａｒｔは、補正開始レベル決定部５０３で決定された補正開始レベル２０１を表している。また、Ｙｍａｘは、所定の出力の上限を示している。入力値が０からＸｓｔａｒｔまでの範囲にある場合、入力画像信号は階調補正されない。この場合の階調補正特性は、傾きＫ０の直線で表される。Ｙｓｔａｒｔは、Ｋ０とＸｓｔａｒｔとによって決定される。入力値がＸｓｔａｒｔからＸｍａｘまでの範囲にある場合、入力画像信号は、入力の最大値が出力の最大値となるように決定された階調補正特性に従って階調補正される。この場合の階調補正特性は下記の式（２）で求められる傾きＫ１の直線で表される。
Ｋ１＝（Ｙｍａｘ−Ｙｓｔａｒｔ）／（Ｘｍａｘ−Ｘｓｔａｒｔ）…（２）
このように、補正傾斜値決定部５０４は、ブロックデータの最大値１０２（式（２）におけるＸｍａｘ）及び補正開始レベル２０１（式（２）におけるＸｓｔａｒｔ）に基づき、補正傾斜値２０２（式（２）におけるＫ１）を算出する。
【００３７】
次に図４を参照して、補正開始レベル決定部５０３で決定される補正開始レベル２０１と補正傾斜値決定部５０４で決定される補正傾斜値２０２との関係について説明する。図４には、３種類の階調補正特性の例が示されている。図４に示す３種類の階調補正特性では、ブロックデータの最大値はいずれも１５０である。また、これらの階調補正特性は、それぞれ３種類の補正開始レベルに対応したものである。図４（ａ）には、補正開始レベルが１００であるときの階調補正特性が示されている。この場合、補正傾斜値決定部５０４で決定された補正傾斜値はＫａである。図４（ｂ）には、補正開始レベルが８０であるときの階調補正特性が示されている。この場合、補正傾斜値決定部５０４で決定された補正傾斜値はＫｂである。図４（ｃ）には、補正開始レベルが６０であるときの階調補正特性が示されている。この場合、補正傾斜値決定部５０４で決定された補正傾斜値はＫｃである。図４から明らかなように、補正傾斜値決定部５０４で決定される補正開始レベルの変化に伴って、階調補正される入力値の範囲が変化すると共に、補正傾斜値も変化する。より具体的には、ブロックデータの最大値が一定の場合、補正開始レベルが低いほど、補正傾斜値は大きくなる。この例では、Ｋａ＜Ｋｂ＜Ｋｃが成立する。
【００３８】
階調補正実行部５０５は、このように算出された補正開始レベル２０１及び補正傾斜値２０２に従って、デジタルプロセス回路４から出力された画像信号に対して階調補正を行う。例えば、図３に示された階調補正特性を用いると、入力された画像信号のＸｓｔａｒｔからＸｍａｘまでの階調が、ＹｓｔａｒｔからＹｍａｘまでの階調に圧縮される。
【００３９】
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態に係る階調補正装置の効果について説明する。図５には、ブロックデータの最大値がいずれも１５０であり、分布が小さい入力値に偏っている画像（図５（ａ））、分布がほぼ左右対称である画像（図５（ｂ））、及び、分布が大きい入力値に偏っている画像（図５（ｃ））の度数分布の例が示されている。図６には、図５に示す度数分布に対応した、３種類の階調補正特性が太線で示されている。これら３つの階調補正特性における補正開始レベルは、それぞれ１００（図６（ａ））、８０（図６（ｂ））、及び６０（図６（ｃ））である。また、図６（ａ）及び（ｃ）には、補正開始レベルが８０である場合の階調補正特性が細線で示されている。
【００４０】
従来の階調補正装置は、入力された画像に対して補正開始レベルを適応的に制御していないので、ブロックデータの最大値が同じであれば、同じ補正傾斜値を用いて階調補正を行う。例えば、補正開始レベルが８０に設定されている場合は、図５（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）のいずれの分布を持つ画像が入力されても、従来の階調補正装置は、図６（ｂ）に示される階調補正特性を用いて階調補正を行う。
【００４１】
一方、本実施形態に係る階調補正装置では、図５（ａ）に示すように分布が小さい入力値に偏っている画像が入力されたときは、補正開始レベル決定部５０３は、補正開始レベルを高い値（この例では１００）に決定し、階調補正実行部５０５は、図６（ａ）に太線で示される階調補正特性を用いて階調補正を行う。図５（ａ）に示す度数分布によれば、ブロックデータが８０〜１００である画像の部分（図５（ａ）の斜線部）は、主要な被写体の一部を構成している。本実施形態に係る階調補正装置は、入力された画像の階調のうち８０〜１００の部分を、図６（ａ）に示すＹ１の範囲の階調に圧縮する。これに対して従来の階調補正装置は、入力された画像の階調のうち８０〜１００の部分を、図６（ａ）に示すＹ２の範囲の階調に圧縮する。このように本実施形態に係る階調補正装置は、従来の階調補正装置よりも主要な被写体の一部に対して、より多くの階調を割り当てる。
【００４２】
また、本実施形態に係る階調補正装置では、図５（ｃ）のように分布が大きい入力値に偏っている画像が入力されたときは、補正開始レベル決定部５０３は、補正開始レベルを低い値（この例では６０）に決定し、階調補正実行部５０５は、図６（ｃ）に太線で示される階調補正特性を用いて階調補正を行う。図５（ｃ）示す度数分布によればブロックデータが８０〜１５０である画像の部分（図５（ｃ）の斜線部）は、主要な被写体の一部を形成している。本実施形態に係る階調補正装置は、入力された画像の階調のうち８０〜１５０の部分を、図６（ｃ）に示すＹ３の範囲の階調に圧縮する。これに対して従来の階調補正装置は、入力された画像のうち８０〜１５０の部分を、図６（ｃ）に示すＹ４の範囲の階調に圧縮する。このように本実施形態に係る階調補正装置は、従来の階調補正装置よりも主要な被写体の一部に多くの階調を割り当てる。さらに、入力値が６０〜１５０である主要な被写体の全体に対して、均一に階調を割り当てる。
【００４３】
以上に示すように、本実施形態に係る階調補正装置は、入力された画像ブロックデータについて最大値と歪度とを算出し、算出した値に基づいて補正開始レベル及び補正傾斜値を決定し、決定した値に従って階調補正を行う。これにより、入力された画像信号に対して適応的に階調補正特性を制御し、主要な被写体に対する必要以上の階調圧縮を防止した階調補正を行うことができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、補正開始レベルは６０〜１００の範囲の値を取り得るとし、歪度がほぼ０のときは、上記範囲の中心の値である８０を所定の補正開始レベルＬとして決定することとした。これに代えて、補正開始レベルの範囲は、６０〜１００より広くても又は狭くてもよいし、所定の補正開始レベルＬは、上記範囲内で任意に設定されてもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、階調補正実行部における階調補正特性が、決定された補正傾斜値を傾きとする直線で表されることとした。これに代えて、階調補正実行部における階調補正特性が、補正開始レベル及び補正傾斜値に基づいて決定される他の特性、例えば曲線で表される特性であってもよい。
【００４６】
また、本実施形態では、階調補正装置５は、デジタルプロセス回路４でガンマ補正処理された画像信号に対して階調補正を行うこととしたが、これに代えて、ガンマ補正処理されていない画像信号に対して階調補正を行い、階調補正後の画像信号にガンマ補正処理を施してもよい。
【００４７】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。図７に示す階調補正装置６は、比較的簡単に計算できる統計特性値を組み合わせることにより、ブロックデータの分布の偏りを示す値を算出し、算出した値に基づいて補正開始レベルを決定することを特徴とする。このため、階調補正装置６は、第１の実施形態に係る階調補正装置５と比較して、統計特性値算出部５０２を統計特性値算出部５１２に置換し、補正開始レベル決定部５０３を補正開始レベル決定部５１３に置換した構成を有している。本実施形態の構成要素のうち、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００４８】
階調補正装置６は、ブロックデータ検出部５０１、統計特性値算出部５１２、補正開始レベル決定部５１３、補正傾斜値決定部５０４、及び階調補正実行部５０５を備える。統計特性値算出部５１２は、ブロックデータ検出部５０１で検出されたブロックデータについて平均値と中央値とを算出し、算出した平均値から中央値を引いた差をブロックデータの分布の偏りを示す値１１１（以下「分布傾向値」という）として出力する。統計特性値算出部５１２は、さらにブロックデータの最大値１０２を算出する。補正開始レベル決定部５１３は、統計特性値算出部５１２によって算出された分布傾向値１１１に基づいて補正開始レベル２０１を決定する。
【００４９】
次に、図８を参照して、分布傾向値１１１と度数分布の偏りとの関係について説明する。図８は、図２に示す度数分布に、ブロックデータの平均値Ｍ１と、ブロックデータの中央値Ｍ２と、ブロックデータの最大値及び最小値の平均値Ｍ３との関係を示す模式図である。中央値とはデータを大きさの順に並べた時にちょうど中央に位置する値で、データ数が奇数（２ｋ−１；ｋは任意の正の整数）の場合はｋ番目に大きい（または小さい）値が中央値になる。また、データ数が偶数（２ｋ）の場合はｋ番目に大きい値と（ｋ＋１）番目に大きい値との平均値が中央値となる。
【００５０】
図８（ａ）に示すように分布が小さい入力値に偏っている画像信号では、平均値Ｍ２は中央値Ｍ１より大きな値になる。このため平均値Ｍ２から中央値Ｍ１を引いた差（Ｍ２−Ｍ１）は、歪度と同様に正の値になる。一方、図８（ｃ）に示すように分布が大きい入力値に偏っている画像信号では、平均値Ｍ２は中央値Ｍ１より小さな値になる。このため平均値Ｍ２から中央値Ｍ１を引いた差（Ｍ２−Ｍ１）は、歪度と同様に負の値になる。さらに、図８（ｂ）に示すように分布がほぼ左右対称である画像信号では、平均値Ｍ２と中央値Ｍ１とはほぼ等しくなるため、平均値Ｍ２から中央値Ｍ１を引いた差（Ｍ２−Ｍ１）は、歪度と同様にほぼ０になる。このように、平均値Ｍ２から中央値Ｍ１を引いた差（Ｍ２−Ｍ１）は、歪度と同じように、分布の偏りに応じて変化する。統計特性値算出部５１２は、ブロックデータの平均値Ｍ２から中央値Ｍ１を差し引いた差（Ｍ２−Ｍ１）を分布傾向値１１１として出力する。
【００５１】
補正開始レベル決定部５１３は、統計特性値算出部５１２によって算出された分布傾向値１１１に基づいて、補正開始レベル２０１を決定する。より具体的には、分布傾向値１１１がほぼ０であるときは、補正開始レベル２０１は、所定の補正開始レベル（以下「レベルＬ」という）に決定される。ここでレベルＬは、例えば、補正開始レベルとして取り得る範囲の中心の値である。分布傾向値１１１が正の値であるときは、補正開始レベル２０１は、レベルＬより高い値に決定される。また、分布傾向値１１１が負の値であるときは、補正開始レベル２０１は、レベルＬより低い値に決定される。また、分布傾向値１１１の絶対値が大きいほど、補正開始レベル２０１は、レベルＬから離れた値に決定される。決定された補正開始レベル２０１は、補正傾斜値決定部５０４及び階調補正実行部５０５に対して出力される。
【００５２】
第１の実施形態では、度数分布の偏りを示す値として、歪度を用いることとした。これに代えて、本実施形態では、比較的簡単に算出できる平均値及び中央値を組み合わせることによりブロックデータの分布の偏りを示す値を算出することとした。従って本実施形態に係る階調補正装置によれば、比較的小さい回路規模の統計特性値算出部で度数分布の偏りを示す値を算出することができる。これにより、回路規模を大幅に増大することなく、入力された画像信号に対して適応的に階調補正特性を制御し、主要な被写体に対する必要以上の階調圧縮を防止した階調補正を行うことができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、統計特性値算出部５１２は、ブロックデータの平均値Ｍ２及び中央値Ｍ１を算出し、両者の差を分布の偏りを示す値として出力することとした。これに代えて、統計特性値算出部５１２はブロックデータの最大値及び最小値の平均値Ｍ３から平均値Ｍ２を引いた差（Ｍ３−Ｍ２）、又は、最大値及び最小値の平均値Ｍ３から中央値Ｍ１を引いた差（Ｍ３−Ｍ１）などを出力することとしてもよい。図８に示すように、これら２つの差も歪度と同じように分布の偏りに応じて変化するので、これらの差を用いた場合にも、本実施形態に係る階調補正装置と同様の効果を奏する。また、上記の例に限らず、統計特性値算出部５１２は、ブロックデータから比較的簡単に算出される他の統計特性値を組み合わせることにより、分布の偏りを示す値を算出してもよい。
【００５４】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。図９に示す階調補正装置７は、第１の実施形態に係る階調補正装置５に、直前のフレームに用いた階調補正特性を変更するか否かを判断し、階調補正特性を変更する場合は、補正開始レベル及び補正傾斜値の変更幅を制限する機能を追加したものである。このため、階調補正装置７は、階調補正装置５と比較して、補正量変更制限部５０６をさらに備えている。本実施形態の構成要素のうち、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００５５】
階調補正装置７は、ブロックデータ検出部５０１、統計特性値算出部５０２、補正開始レベル決定部５０３、補正傾斜値決定部５０４、補正量変更制限部５０６、及び階調補正実行部５０５を備える。補正量変更制限部５０６は、階調補正特性の変更履歴として、直前のフレームについての補正開始レベル及び補正傾斜値と、直前の所定数のフレームに対して階調補正特性を変更したか否かとを記憶している。また、補正量変更制限部５０６は、新たな補正開始レベル２０１及び補正傾斜値２０２が決定されると、記憶している階調補正特性の変更履歴に基づいて、後述するように、階調補正特性を変更するか否かを判断する。さらに、補正量変更制限部５０６は、階調補正特性を変更するときは、変更後の階調補正特性を大幅に変更することを防止するために、入力された補正開始レベル２０１及び補正傾斜値２０２に対してクリップ処理を行う。補正量変更制限部５０６は、このような処理によって決定した補正開始レベル３０１及び補正傾斜値３０２を階調補正実行部５０５へ出力する。
【００５６】
次に、本実施形態に係る階調補正装置７の動作を説明する。補正量変更制限部５０６は、上述したように直前のフレームについての階調補正特性と直前の所定数のフレームに対して階調補正特性を変更したか否かとを記憶している。補正量変更制限部５０６は、このうち後者の情報に基づいて、現在の補正動作状態が変更状態か安定状態かを判断する。具体的には、補正量変更制限部５０６は、直前の所定数のフレームに対して階調補正特性を一度でも変更した場合は変更状態と判断し、直前の所定数のフレームに対して階調補正特性を一度も変更しなかった場合は安定状態と判断する。
【００５７】
補正量変更制限部５０６は、補正動作状態が安定状態であるときは、直前のフレームについての補正開始レベル及び補正傾斜値と、今回のフレームについての補正開始レベル及び補正傾斜値とを比較し、それぞれの変更幅が所定の範囲内にあるか否かを判断する。２つの値の変更幅がどちらも所定の範囲内にある場合には、補正量変更制限部５０６は、階調補正特性を変更しない。すなわち補正量変更制限部５０６は、直前のフレームについての補正開始レベル及び補正傾斜値を出力し続ける。一方、２つの値の少なくとも一方が所定の範囲を超えている場合には、補正量変更制限部５０６は、補正動作状態を安定状態から変更状態に移行させ、以下のように階調補正特性を変更する。
【００５８】
補正量変更制限部５０６は、補正動作状態が変更状態であると判断したときは、階調補正特性を大幅に変更することを防止するために、入力された補正開始レベル２０１及び補正傾斜値２０２に対してクリップ処理を行う。すなわち、補正量変更制限部５０６は、入力された補正開始レベル２０１が直前のフレームについての補正開始レベルから所定値以上離れているときは、直前のフレームについての補正開始レベルに当該所定値を加えた値（あるいは引いた値）を補正開始レベル３０１として出力する。補正傾斜値についても同様である。補正量変更制限部５０６は、クリップ処理を行って得られた補正開始レベル３０１及び補正傾斜値３０２を階調補正実行部５０５へ出力する。これとともに、補正量変更制限部５０６は、今回のフレームについての階調補正特性の変更履歴を追加する。階調補正実行部５０５は、補正量変更制限部５０６から出力された補正開始レベル３０１及び補正傾斜値３０２に基づいて、デジタルプロセス回路４から出力された画像信号に対して階調補正を行う。
【００５９】
次に、本実施形態に係る階調補正装置の効果を説明する。例えば、同じ被写体が続けて撮像されている場合には、ブロックデータはフレーム毎にほとんど変化しない。この場合、補正開始レベル及び補正傾斜値が所定数のフレームで変更されなければ、補正量変更制限部５０６は、補正動作状態が安定状態であると判断し、今回のフレームに対する補正開始レベル及び補正傾斜値として、直前のフレームに用いた値を変更せずに出力する。従って、画像の変化が少ない場合には、階調補正装置は、階調補正特性を変化させずに階調補正を行う。
【００６０】
次に、被写体が移動したり、撮像装置を動かした場合は、今回のフレームと直前のフレームとの間でブロックデータが大幅に変化する。今回のフレームについての補正開始レベル及び補正傾斜値の少なくとも一方が直前のフレームについての値から所定の変更幅を超えて変化した場合、補正量変更制限部５０６は、補正動作状態を変更状態へ移行させ、入力された補正開始レベル２０１及び補正傾斜値２０２に対してクリップ処理を行う。つまり、補正量変更制限部５０６は、補正開始レベル及び補正傾斜値の急激な変更を避け、段階的に階調補正特性を変更する。また、補正動作状態が変更状態のときは、直前のフレームに用いた階調補正特性からの変更幅がわずかでも、補正開始レベル及び補正傾斜値を変更する。これにより、階調補正特性は、入力された画像信号に追随して最適な特性に変更される。
【００６１】
また、本実施形態に係る階調補正装置は、被写体が有効画像領域の境界線付近に位置する場合に顕著な効果を発揮する。図１０は、白抜きで示された有効画像領域と斜線で示された有効画像領域外の境界線上に、一人の人物が位置する画像を表したものである。このような画像では、被写体のわずかな動きによってもブロックデータが変化する。本実施形態に係る階調補正装置は、階調補正特性の変更を制限することによって、明るさなどが頻繁に変化する不自然な画像を出力することを防止することができる。
【００６２】
以上に示すように、本実施形態に係る階調補正装置は、主要な被写体が有効画像領域に入らない場合や、有効画像領域内で移動する場合など、ブロックデータの変化が少ないときには、一定の階調補正特性に従って階調補正を行う。これにより、画面全体の明るさなどが頻繁に変化しない自然な画像を出力することができる。また、有効画像領域外にあった被写体が有効画像領域内に移動する場合など、ブロックデータが急激に変化するときは、本実施形態に係る階調補正装置は、なめらかに段階的に階調補正特性を変更し、自然な階調補正を行うことができる。
【００６３】
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。図１１に示す階調補正装置８は、第３の実施形態に係る階調補正装置７において、所定回数だけ続けて、補正開始レベル又は補正傾斜値を増加又は減少させる画像が入力されたときに、初めて階調補正特性を変更することとしたものである。このため、階調補正装置８は、階調補正装置７と比較して、補正量変更制限部５０６を補正量変更制限部５１６に置換した構成を有している。本実施形態の構成要素のうち、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００６４】
階調補正装置８は、ブロックデータ検出部５０１、統計特性値算出部５０２、補正開始レベル決定部５０３、補正傾斜値決定部５０４、補正量変更制限部５１６、及び階調補正実行部５０５を備える。補正量変更制限部５１６は、階調補正特性の変更履歴として、直前のフレームについての補正開始レベル及び補正傾斜値と、後述する２つのカウント値とを記憶している。補正量変更制限部５１６は、新たな補正開始レベル２０１及び補正傾斜値２０２が決定されると、記憶している補正開始レベル及び補正傾斜値に基づいて後述するように、階調補正特性を変更するか否かを判断する。また、補正量変更制限部５１６は、第３の実施形態に係る補正量変更制限部５０６と同様に、補正開始レベル２０１及び補正傾斜値２０２に対してクリップ処理を行う。補正量変更制限部５１６は、このような処理によって決定した補正開始レベル３１１及び補正傾斜値３１２を階調補正実行部５０５へ出力する。
【００６５】
次に、本実施形態に係る階調補正装置８の動作を説明する。補正量変更制限部５１６は、上述したように直前のフレームについての階調補正特性と２つのカウント値とを記憶している。補正量変更制限部５１６は、新たな補正開始レベル２０１及び補正傾斜値２０２が入力されると、直前のフレームについての補正開始レベル及び補正傾斜値と、今回のフレームについての補正開始レベル及び補正傾斜値との大小関係をそれぞれ比較する。補正量変更制限部５１６が記憶している２つのカウント値は、補正開始レベル及び補正傾斜値それぞれについて、上記大小関係を比較した結果が同じままで連続している回数であり、補正量変更制限部５１６は、上記比較した結果に応じて、カウント値を更新する。２つのカウント値がいずれも所定値より小さいとき、すなわち所定回数だけ連続して直前のフレームと今回のフレームとの補正開始レベル及び補正傾斜値の大小関係が変化しない場合は、補正量変更制限部５１６は、記憶している補正開始レベル及び補正傾斜値を階調補正実行部５０５へ出力する。
【００６６】
一方、２つのカウント値のいずれかが所定値以上になったときは、補正量変更制限部５１６は、入力された補正開始レベル２０１及び補正傾斜値２０２に対してクリップ処理を施し、クリップ後の補正開始レベル３１１及び補正傾斜値３１２を階調補正実行部５０５へ出力する。階調補正実行部５０５は、補正量変更制限部５１６から出力された補正開始レベル３１１及び補正傾斜値３１２に基づいて、デジタルプロセス回路４から出力された画像信号に対して階調補正を行う。
【００６７】
以上に示すように、本実施形態に係る階調補正装置は、所定回数だけ続けて、補正開始レベル又は補正傾斜値を増加又は減少させる画像が入力されたときに、初めて階調補正特性を変更する。これにより、例えば、補正開始レベル及び補正傾斜値が１フレーム毎に増加と減少とを繰り返すような画像が入力された場合でも、本実施形態に係る階調補正装置は、階調補正特性を変化させない。これにより、階調補正により画像の明るさなどが頻繁に変化することを防ぎ、自然な階調補正を行うことができる。
【００６８】
（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。図１２に示す階調補正装置９は、第３の実施形態に係る階調補正装置７において、入力された画像を複数の分割方法で分割して、各分割方法について各ブロックを仮に代表するようなデータ（以下「仮ブロックデータ」という）を検出し、検出した仮ブロックデータに基づき、ブロックデータを算出することを特徴とする。このため、階調補正装置９は、階調補正装置７と比較して、ブロックデータ検出部５０１をブロックデータ検出部５２１に置換した構成を有している。本実施形態の構成要素のうち、第１又は第３の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００６９】
階調補正装置９は、ブロックデータ検出部５２１、統計特性値算出部５０２、補正開始レベル決定部５０３、補正傾斜値決定部５０４、補正量変更制限部５０６、及び階調補正実行部５０５を備える。ブロックデータ検出部５２１は、仮ブロックデータ検出部５２２と、ブロックデータ算出部５２３とを含む。仮ブロックデータ検出部５２２は、ブロックの境界を複数の位置に移動させながら、入力された１つのフレームに含まれる画像信号を、複数の分割方法で分割し、各分割方法について仮ブロックデータを検出する。より詳細には、仮ブロックデータ検出部５２２は、画像信号を後述するように、４とおりの分割方法で複数のブロックに分割し、各分割方法における仮ブロックデータを検出する。ブロックデータ算出部５２３は、仮ブロックデータ検出部５２２で４とおりの各分割方法で検出された仮ブロックデータに基づいて、各ブロックのブロックデータを算出し、その値を当該ブロックのブロックデータとして統計特性値算出部５０２へ出力する。
【００７０】
次に、本実施形態に係る階調補正装置９の動作を説明する。まず、図１３を参照して、仮ブロックデータ検出部５２２の動作を説明する。図１３には、被写体である人物が中央に撮像された画像に対して、４とおりの位置にブロックの境界線を設定した例が示されている。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）に実線で示した位置を、それぞれ第１の分割位置、第２の分割位置、第３の分割位置、及び第４の分割位置として、図１３（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）に破線で示した位置は、第１の分割位置である。第２の分割位置は、第１の分割位置よりも右に半ブロック離れた位置にある。第３の分割位置は、第１の分割位置よりも下に半ブロック離れた位置にある。第４の分割位置は、第１の分割位置よりも右と下とにそれぞれ半ブロック離れた位置にある。このように、仮ブロックデータ検出部５２２は、上記のように４とおりの位置にブロック境界線を移動させながら、入力された１つのフレームに含まれる画像信号を複数のブロックに分割し、各ブロックに含まれる画像信号に基づいて、各分割方法について各ブロックの仮ブロックデータを検出する。
【００７１】
次に、図１４を参照して、仮ブロックデータ検出部５２２及び、ブロックデータ算出部５２３の動作をより具体的に説明する。図１４は、ブロックデータの算出方法を説明するための図である。図１４において実線で囲まれた矩形領域は、１つのブロックを表している。図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）にはそれぞれ第１の分割位置、第２の分割位置、第３の分割位置、及び第４の分割位置にブロックの位置を設定した場合の１つのブロックが、実線で示されている。図１４には、画像を、１つのブロックの縦横半分の大きさに分割した画像領域Ａ〜Ｉが示されている。ここでは説明を容易にするため、１つのブロックの検出値をそのブロックに含まれる上記の画像領域の和（例えば（Ａ＋Ｂ＋Ｄ＋Ｅ））で表すこととする。
【００７２】
仮ブロックデータ検出部５２２は、まず、入力された画像を、第１の分割位置に設定したブロックの境界線で複数のブロックに分割し、図１４（ａ）に示されたブロックについて仮ブロックデータ（Ａ＋Ｂ＋Ｄ＋Ｅ）を検出する。次に、仮ブロックデータ検出部５２２は、ブロックの境界線を第１の分割位置から右に半ブロック離れた第２の分割位置に移動させて、上記入力された画像をブロックに分割し、図１４（ｂ）に示されたブロックについて仮ブロックデータ（Ｂ＋Ｃ＋Ｅ＋Ｆ）を検出する。さらに、仮ブロックデータ検出部５２２は、ブロックの境界線を第１の分割位置から下に半ブロック離れた第３の分割位置に移動させて、上記入力された画像をブロックに分割し、図１４（ｃ）に示されたブロックについて仮ブロックデータ（Ｄ＋Ｅ＋Ｇ＋Ｈ）を検出する。さらに、仮ブロックデータ検出部５２２は、ブロックの境界線を第１の分割位置から右と下とにそれぞれ半ブロック離れた第４の分割位置に移動させて、上記入力された画像をブロックに分割し、図１４（ｄ）に示されたブロックについて仮ブロックデータ（Ｅ＋Ｆ＋Ｈ＋Ｉ）を検出する。
【００７３】
ブロックデータ算出部５２３は、仮ブロックデータ検出部５２２で検出された各ブロックの仮ブロックデータから、各ブロックについて４とおりの分割位置の仮ブロックデータの平均値（（Ａ＋２Ｂ＋Ｃ＋２Ｄ＋４Ｅ＋２Ｆ＋Ｇ＋２Ｈ＋Ｉ）÷４）を算出する。ブロックデータ算出部５２３は、この値を図１４に示された画像領域Ｅを中心とした分割位置におけるブロックのブロックデータとして、統計特性値算出部５０２へ出力する。なお、この画像データは、図１４に示された画像領域Ｅの画像データを空間的に平滑化した結果と同じである。
【００７４】
次に、図１５を参照して、本実施形態に係る階調補正装置９の効果を具体的に説明する。図１５には、低輝度の背景を高輝度の円形の被写体が右から左へ移動している画像が入力されたときの各フレームにおける、仮ブロックデータ検出部５２２で検出された被写体周辺の仮ブロックデータが示されている。図１５（ａ）〜（ｄ）の各図は、入力された画像の各フレームにおける被写体の位置を示した図であり、上の図から下の図へ向かって、被写体が左へ移動している過程の各フレームを時間の経過順に示している。これらの図には、第１の分割位置におけるブロックの境界線が細線で示されている。また、図１５（ａ）〜（ｄ）の各図の右側には、図１５（ａ）に示したＰ、Ｑ、Ｒ、及びＳの位置の各ブロックについて、第１から第４の各分割位置における仮ブロックデータが、それぞれ示されている。被写体とブロックとの位置関係に対する仮ブロックデータの変化を表すために、被写体及び各分割位置におけるブロックの境界線（実線）を示し、各ブロックの中央に仮ブロックデータを示している。また、第２〜第４の分割位置においては、第１の分割位置におけるブロックの境界線（破線）を同時に示している。これら第１の分割位置におけるブロックの境界線（破線）は、図１５（ａ）〜（ｄ）に示された第１の分割位置におけるブロックの境界線（細線）と同一である。ここでは説明を容易にするため、被写体全体を含んでいるブロックのブロックデータを１６０、被写体の半分を含んでいるブロックのブロックデータを８０、被写体の４分の１を含んでいるブロックのブロックデータを４０、及び被写体を全く含んでいないブロックのブロックデータを０とする。
【００７５】
実施形態１ないし４に係る階調補正装置では、ブロックデータ検出部５０１は、１つのフレームを１つの分割方法で分割し、各ブロックに含まれる画像信号に基づいて、各ブロックのブロックデータを検出する。このため、図１５に示した画像が入力された場合、図１５に示された第１の分割位置における各ブロックの仮ブロックデータが、そのままブロックデータとして検出される。この場合、ブロックデータの最大値は、被写体の位置の変化に従って、それぞれ図１５（ａ）〜（ｄ）に示されたフレームの順に８０、１６０、８０、及び１６０と変化する。つまり、ブロックデータの最大値は、被写体の位置の変化に伴って８０から１６０の間で変化する。実施形態１ないし４に係る階調補正装置は、このように変化するブロックデータの最大値に基づいて補正傾斜値を決定するため、画像中の被写体の位置の変化に伴って補正傾斜値が変化し、階調補正によって画像の明るさが不自然に変化してしまう。
【００７６】
一方、本実施形態に係る階調補正装置では、仮ブロックデータ検出部５２２が、図１５に示された４とおりの分割位置で各ブロックのブロックデータを検出し、ブロックデータ算出部５２３は、各ブロックについて、４とおりの各分割位置におけるブロックデータの平均値を算出する。図１５に示した画像が入力された場合、図１５（ａ）〜（ｄ）に示された各フレームが入力された場合、ブロックデータ算出部５２３で算出されるブロックＰ、Ｑ、Ｒ、及びＳのブロックデータ及びブロックデータの最大値は、以下のとおりである。
【００７７】
図１５（ａ）に示されたフレームのブロックデータは、ブロックＰは０、ブロックＱは９０、ブロックＲは０、ブロックＳは０と算出され、ブロックデータの最大値は９０である。図１５（ｂ）に示されたフレームのブロックデータは、ブロックＰは３０、ブロックＱは９０、ブロックＲは０、ブロックＳは０と算出され、ブロックデータの最大値は９０である。図１５（ｃ）に示されたフレームのブロックデータは、ブロックＰは９０、ブロックＱは３０、ブロックＲは０、ブロックＳは０と算出され、ブロックデータの最大値は９０である。図１５（ｄ）に示されたフレームのブロックデータは、ブロックＰは９０、ブロックＱは０、ブロックＲは０、ブロックＳは０と算出され、ブロックデータの最大値は９０である。
【００７８】
つまり、本実施形態に係る階調補正装置によれば、図１５に示された画像が入力された場合、ブロックデータ算出部５２３によって算出されたブロックデータの最大値は、図１５（ａ）〜（ｄ）に示されたいずれのフレームにおいても９０となる。本実施形態に係る階調補正装置によれば、被写体とブロックの位置関係の変化に伴ってブロックデータの最大値が変化しないため、被写体の位置の変化によって階調補正特性が変化しない。
【００７９】
以上に示すように、本実施形態に係る階調補正装置では、ブロックデータ検出部５２１は、被写体に対してさまざまな境界線で分割された仮ブロックデータに基づいて各ブロックのブロックデータを算出し、このブロックデータを統計特性値算出部へ出力する。このためブロックと被写体との位置関係の違いによる仮ブロックデータの差異を平滑化することができる。また、別の視点から述べれば、本実施形態に係る階調補正装置は、縦横共に一辺の長さがブロックの半分である領域（例えば図１３における領域Ｅ）を代表する画像データを検出する場合と同様の効果を得ることができる。つまり、実効的に画像データを検出する領域のサイズより大きなブロックを代表する画像データで動作可能なため、検出すべきブロックの数が削減され、ブロックデータ検出回路の回路規模を大幅に削減できる。また、１フレームに含まれるブロック数が削減されると、ブロックデータ検出部からデータを転送する処理速度が遅くても所定の時間内で処理可能になる。これにより、処理能力の比較的小さな回路を用いることができるので、消費電力削減及びコスト削減などの重要な効果が得られる。
【００８０】
なお、本実施形態では、仮ブロックデータ検出部５２２は、４とおりの分割方法で、それぞれ仮ブロックデータを検出することとした。これに代えて、仮ブロックデータ検出部５２２は任意の数の分割方法で、仮ブロックデータを検出してもよい。例えば、第１の分割位置に対して方向と距離を変えた位置を追加して分割方法の数を増やしてもよいし、又は方向を横方向に限定するなどして分割方法の数を減らしてもよい。
【００８１】
また、本実施形態では、ブロックデータ算出部５２３は、第１の分割位置における各ブロックのブロックデータを、そのブロックに対して、同じ位置、右に半ブロック離れた位置、下に半ブロック離れた位置、及び右と下とに半ブロックずつ離れた位置の仮ブロックデータを４とおりの各分割方法の仮ブロックデータから選択し、その平均値として算出した。そして、算出したブロックデータを第１の分割方法における各ブロックを代表するブロックデータとして、統計特性値算出部５０２へ出力することとした。これに代えて、ブロックデータ算出部５２３は、第１〜第４の分割方法における各ブロックのブロックデータを、そのブロックに対して、同じ位置、右に半ブロック離れた位置、下に半ブロック離れた位置、及び右と下とに半ブロックずつ離れた位置の仮ブロックデータを４とおりの各分割方法の仮ブロックデータから選択し、その平均値として算出する。そして、第１の分割位置における各ブロックを代表するブロックデータとして、そのブロックの第１〜第４の分割位置について上記算出した４つのブロックデータを、統計特性値算出部５０２へ出力することとしてもよい。なお、この場合、統計特性値算出部５０２は、ブロックの４倍の個数のブロックデータに基づいてブロックデータの最大値及び所定の統計特性値を算出する。
【００８２】
また、第１ないし第５の実施形態に係る階調補正装置内の全部又は一部の構成要素は、所定のプログラムを実行するマイクロコンピュータによって実現されてもよいし、専用のロジック回路で実現されてもよい。
【００８３】
また、第１ないし第５の実施形態では、ブロックデータ検出部は、各ブロックに含まれる画像信号から算出した輝度信号の平均値をブロックデータとすることとしたが、これに限らず、例えば各色信号（例えばＲＧＢ信号）の最大値である信号など、他の画像信号をブロックデータとして用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る階調補正装置で検出されるブロックデータの度数分布図の例である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る階調補正装置に含まれる補正傾斜値決定部の動作を説明するための階調補正特性図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る階調補正装置の階調補正特性図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る階調補正装置の効果を説明するための度数分布図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る階調補正装置の効果を説明するための階調補正特性図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る階調補正装置の作用を説明するための度数分布図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る階調補正装置入力される画像の例を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る階調補正装置のブロック分割位置の例を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る階調補正装置のブロックデータ検出部の動作を示す図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る階調補正装置の作用を説明する図である。
【図１６】従来の階調補正装置を内蔵する撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】従来の階調補正装置で検出されるブロックデータの度数分布図の例である。
【符号の説明】
１…撮像素子
２…アナログプロセス回路
３…Ａ／Ｄ変換回路
４…デジタルプロセス回路
５、６、７、８、９、１１…階調補正装置
１０１…ブロックデータの歪度
１０２…ブロックデータの最大値
１１１…ブロックデータの分布傾向値
２０１、２１１、３０１、３１１…補正開始レベル
２０２、２１２、３０２、３１２…補正傾斜値
５０１、５２１…ブロックデータ検出部
５０２、５１２…統計特性値算出部
５０３、５１３…補正開始レベル決定部
５０４…補正傾斜値決定部
５０５…階調補正実行部
５０６、５１６…補正量変更制限部
５０８…最大値検出部
５０９…補正開始レベル記憶部
５２２…仮ブロックデータ検出部
５２３…ブロックデータ算出部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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