(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を信号レベル方向に複数の分割レベルに分割し、前記分割レベルごとの信号の出現頻度であるヒストグラムデータを検出するヒストグラム検出手段と、
前記検出されたヒストグラムデータに基づいて、前記分割レベルごとの信号の階調補正特性を算出する階調補正特性算出手段と、
前記算出された階調補正特性に基づいて、前記入力信号に対し階調補正を施す階調補正手段とを備え、
前記階調補正特性算出手段は、前記階調補正特性における入力信号のレベルの変化量に対する出力信号の変化量の割合である傾きを、前記分割レベル毎に前記ヒストグラムデータの前記信号の出現頻度と対応付けて求め、
前記階調補正特性の前記分割レベルごとの傾きを所定範囲に制限し、
低輝度部の前記分割レベルのゲインは固定せずに、前記ゲインの制御範囲をより小さくすることを特徴とする階調補正装置。
【請求項２】
請求項１記載の階調補正装置の、入力信号を信号レベル方向に複数の分割レベルに分割し、前記分割レベルごとの信号の出現頻度であるヒストグラムデータを検出するヒストグラム検出手段と、前記検出されたヒストグラムデータに基づいて、前記分割レベルごとの信号の階調補正特性を算出する階調補正特性算出手段と、前記算出された階調補正特性に基づいて、前記入力信号に対し階調補正を施す階調補正手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオカメラなどに用いられる階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の階調補正装置としては特願平９−０１２８４４号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
図１２に従来の階調補正装置の構成図を示す。図１２において、１は入力端子、３はヒストグラム検出手段、４は階調補正特性算出手段、５は階調補正手段、６は出力端子である。
【０００４】
従来の階調補正装置では、入力端子１より入力した入力信号をヒストグラム検出手段３で入力信号の１画面分に相当する輝度値のヒストグラムを算出する。なお、ヒストグラム検出手段３では入力信号を等間隔の複数のレベルに分割し、そのレベルごとに輝度値の分布(ヒストグラム）を検出している。
【０００５】
階調補正特性算出手段４では検出したヒストグラムに応じて、傾きが変わるような階調補正特性を算出する。階調補正特性はヒストグラムの分布が大きいところは傾きが大きく、分布が小さいところは傾きが小さくなるように設定するが、一部の信号レベルに分布が集中し、そのレベルの傾きが大きくなりすぎると、信号に含まれるノイズ成分も拡大し不自然な画像となるので、ヒストグラムの大きい場合は、傾きが一定値になるように設定する。
【０００６】
図１３に従来の階調補正装置のヒストグラム分布及び階調補正特性を示す。図１３において（ａ）はヒストグラムで横軸は入力信号の分割レベル、縦軸は入力信号の各信号レベルに対応する頻度分布（ヒストグラム）である。（ｂ）は階調補正特性で、横軸は入力信号レベル、縦軸は出力信号レベルである。
【０００７】
図１３（ｂ）では、図１３（ａ）のヒストグラム分布の累積が階調補正特性となり、各分割レベルに対応する分布がその分割レベルのゲインに相当している。そのため、図１３（ａ）で頻度の多かった分割レベルに相当する入力信号レベルに対応する階調補正特性のゲインが大きくなるように設定されており、頻度の多かった分割レベルのコントラストが強調される。また、逆に図１３（ａ）で頻度の少なかった分割レベルに相当する入力信号レベルに対応する階調補正特性のゲインは小さく、傾きは緩やかになるように設定される。
【０００８】
ここで、３段目と１２段目の分割レベルに対応するゲインは図１３（ａ）の破線のレベルに抑圧されている。
【０００９】
階調補正手段５では階調補正特性算出手段４で算出した階調補正特性で階調補正して出力端子６より出力する。
【００１０】
このように、階調補正処理は、ダイナミックレンジの大きな入力信号に対し、一部の階調特性を抑圧することにより、限られたダイナミックレンジで出力するために行われる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、入力信号の最小値と最大値の差で表されるダイナミックレンジに関わらず一定の制御をするので、ダイナミックレンジの小さい信号においても不必要なゲインの抑圧を行い、不自然な画像にしてしまうという課題（第１の課題）がある。
【００１２】
また、ダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合に階調補正を施すと、必要な部分まで階調を抑圧してしまう場合があるという課題（第２の課題）がある。
【００１３】
また、ダイナミックレンジ検出手段として、入力信号のピークレベルを検出するピーク検出回路が必要であるという課題（第３の課題）がある。
【００１４】
また、カメラ信号処理では低輝度部はガンマ補正などにより強調されるため、画面全体のコントラスト、解像感に大きな影響を与えるが、低輝度部のゲインが抑圧されることにより、画面全体の解像感が劣化するという課題（第４の課題）がある。
【００１５】
本発明に関連する発明は、上記第１の課題を考慮し、ダイナミックレンジが異なる種々の信号に対して階調処理を行っても不自然な画像にならない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００１６】
また、本発明に関連する発明は、上記第２の課題を考慮し、ダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合に階調補正を施しても、必要な部分まで階調を抑圧することがない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００１７】
また、本発明または本発明に関連する発明は、上記第３の課題を考慮し、ダイナミックレンジ検出手段として、入力信号のピークレベルを検出するピーク検出回路を必要としない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００１８】
また、本発明は、上記第４の課題を考慮し、画面全体の解像感が劣化しない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、第１の本発明（請求項１に対応）は、入力信号を信号レベル方向に複数の分割レベルに分割し、前記分割レベルごとの信号の出現頻度であるヒストグラムデータを検出するヒストグラム検出手段と、
前記検出されたヒストグラムデータに基づいて、前記分割レベルごとの信号の階調補正特性を算出する階調補正特性算出手段と、
前記算出された階調補正特性に基づいて、前記入力信号に対し階調補正を施す階調補正手段とを備え、
前記階調補正特性算出手段は、前記階調補正特性における入力信号のレベルの変化量に対する出力信号の変化量の割合である傾きを、前記分割レベル毎に前記ヒストグラムデータの前記信号の出現頻度と対応付けて求め、
前記階調補正特性の前記分割レベルごとの傾きを所定範囲に制限し、
低輝度部の前記分割レベルのゲインは固定せずに、前記ゲインの制御範囲をより小さくすることを特徴とする階調補正装置である。
【００２６】
また、第２の本発明（請求項２に対応）は、第１の本発明の階調補正装置の、入力信号を信号レベル方向に複数の分割レベルに分割し、前記分割レベルごとの信号の出現頻度であるヒストグラムデータを検出するヒストグラム検出手段と、前記検出されたヒストグラムデータに基づいて、前記分割レベルごとの信号の階調補正特性を算出する階調補正特性算出手段と、前記算出された階調補正特性に基づいて、前記入力信号に対し階調補正を施す階調補正手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする記録媒体である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明または本発明に関連する発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
以下、本発明に関連する発明の実施の形態１の階調補正装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
実施の形態１では、入力信号のダイナミックレンジの情報により、階調補正特性算出手段において階調補正特性を変更することにより、ダイナミックレンジの小さい信号においても自然な画像を得ることが出来る階調補正装置について説明する。
【００３１】
図１は本発明に関連する発明の実施の形態１の階調補正装置の構成を表す構成図である。
【００３２】
図１において１は入力端子、２はダイナミックレンジ検出手段としてのピーク検出回路手段、３はヒストグラム検出手段、４は階調補正特性算出手段としてのマイクロコンピュータ、５は階調補正手段、７は分割レベル設定レジスタ、８は比較器、９は出力端子、１０は信号レベル判定回路、１１はマルチプレクサ、１２はヒストグラムレジスタ、１３はセレクタ、１４は加算器である。
【００３３】
階調補正の分割レベル数は多ければ多いほど細かな階調補正が可能となるが、それに対して回路規模は大きくなる。本実施の形態では分割レベル数は１６とする。
【００３４】
また、本実施の形態の階調補正装置は、例えばビデオカメラやディジタルカメラに組み込まれて使用されるものである。また、入力信号Ｓｉｎ、出力信号Ｓｏｕｔはともにディジタル信号であり、入力信号Ｓｉｎが表現出来る階調数は出力信号Ｓｏｕｔが表現出来る階調数よりも多いとする。例えば、入力信号Ｓｉｎは、１８ビットで階調を表現するディジタルデータであり、出力信号Ｓｏｕｔは、８ビットで階調を表現するディジタルデータであるとする。
【００３５】
次に、このような本実施の形態の動作を説明する。
【００３６】
入力端子１より入力された入力信号Ｓｉｎはダイナミックレンジ検出手段としてのピーク検出回路２に入力され、１画面の信号のうちで最も輝度レベルの高い信号レベルであるピークレベルＰが検出され、マイクロコンピュータ４に入力される。ダイナミックレンジは信号レベルの分布範囲であるので、ピークレベルが高いとダイナミックレンジが広く、ピークレベルが低いとダイナミックレンジが狭いことになる。
【００３７】
入力端子１より入力された入力信号Ｓｉｎはダイナミックレンジ検出手段としてのピーク検出回路２と同時にヒストグラム検出手段３に入力される。ヒストグラム検出手段３は分割レベル設定レジスタ７ａ〜７ｐに設定された１６個の分割レベルデータＳ(n)、n=0,1,2,3,...,15により、比較器８ａ〜８ｐで入力信号Ｓｉｎと前記１６個の分割レベルデータとを比較し、信号レベル判定回路１０で入力信号が１６個の分割レベルのうちどのレベルに入っているかを判定し制御信号としてマルチプレクサ１１およびセレクタ１３に伝える。
【００３８】
ここで、レジスタ７に設定する分割レベルは入力信号の分布範囲に対して等間隔に分割するものとするが、低輝度部を細かく、高輝度部をあらくするようにしても良い。
【００３９】
ヒストグラム検出手段３では制御信号によりマルチプレクサ１１とセレクタ１３を制御し、マルチプレクサ１１とセレクタ１３は１６個のレジスタ１２ａ〜１２ｐのうち入力した信号レベルに対応したレジスタを選択する。加算器１４では選択されたレジスタ１２の出力信号に１を加算し、再び同じレジスタ１２に格納する。この動作を１フィールド期間にわたって行うことによって１６個のレベルに対応する輝度値の分布であるヒストグラムデータＨ(０)からＨ(１５)が得られる。
【００４０】
ヒストグラムデータＨ(n)の大きさは、入力信号のサンプル数に依存し、サンプル数が多いほど安定した値が得られるがマイクロコンピュータ内での処理には負荷がかかる。１画面分のサンプル数は５１２サンプルもあれば十分であり、ヒストグラム検出手段３では入力信号に対して１画面で５１２サンプル検出するようにサンプル間隔が調整される。
【００４１】
以上のようにして求められた１６個のレベルに対応するヒストグラムデータＨ(０)からＨ(１５)は、テレビ信号のブランキング期間内にマイクロコンピュータ４に転送される。
【００４２】
マイクロコンピュータ４内では、ヒストグラムデータＨ(０)からＨ(１５)を用いて、初期クリップ（Ｓ１）、第１の規格化（Ｓ２）、第１のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ（Ｓ３）、第２の規格化（Ｓ４）、第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ（Ｓ５）というように５段階のアルゴリズムに従い階調補正特性を算出する。
【００４３】
図２に階調補正特性算出アルゴリズムのフロー図を示す。
【００４４】
はじめにマイクロコンピュータ４では初期クリップ処理（Ｓ１）を行う。
【００４５】
初期クリップ処理（Ｓ１）では、入力したヒストグラムデータＨ（０）からＨ（１５）のうち、所定クリップレベルＣＬ以上の大きさのものをその値ＣＬにクリップする。画像によってはヒストグラムデータが一部の分割レベルに集中する場合がある。ところが、一部の分割レベルに階調が集中すると、その分割レベルの傾きが大きすぎて、Ｓ／Ｎの劣化等階調特性が不自然になる。ここで、ヒストグラムデータのクリップを行うのは、一部の分割レベルに階調が集中するのを避けるためである。クリップレベルは全ヒストグラムデータのサンプル数の８分の１程度が望ましく、５１２のサンプル数に対しては６４となる。
【００４６】
図３(a)にヒストグラムデータの例を示す。図３に（ａ）において、横軸は０から１５段の分割レベル、縦軸は分割レベルごとの頻度である。図３（ａ）では３段目と１２段目がの分割レベルに頻度が集中し、ＣＬでクリップ処理が施される。
【００４７】
マイクロコンピュータ４内では初期クリップ処理後の階調補正特性ＳＨ（ｎ）が算出される。階調補正特性はヒストグラムデータＨ（０）からＨ（１５）の累積積分値ＳＨ(０)からＳＨ(１５)により得る。累積積分値ＳＨ(n)は、Ｈ(n)を用いて、次に示す数１で表される。
【００４８】
【数１】
ＳＨ(n)＝ΣＨ(k)  k=0,1,2,・・・,n
図３（ｂ）に階調補正特性を示す。図３（ｂ）で横軸は分割レベル、縦軸は階調補正特性を表す累積積分値ＳＨであり、クリップ処理をしなかった場合の階調補正特性を破線ａで、クリップ処理をした場合の階調補正特性を実線ｂで示す。図３（ｂ）の２つの曲線で３段目と１２段目での傾きがクリップ処理をしたｂでは抑圧されている。階調補正特性の各分割レベルごとの差はヒストグラムデータＨ(ｎ)に相当するので、階調補正特性ＳＨの各分割レベルの傾きは各分割レベルのヒストグラムデータＨ(n)で表されることになる。
【００４９】
図３（ｂ）のａとｂを比較すると、初期クリップ処理（Ｓ１）により、分割レベル15段目の階調補正特性ＳＨ（１５）で表される最大値が変化することになる。
【００５０】
つぎにマイクロコンピュータ４では最大値の変化した階調補正特性に対し、最大値が一定の値ＳＨｍａｘとなるように第１の規格化処理（Ｓ２）を行う。
【００５１】
規格化処理後のヒストグラムデータＨnorm１（ｎ）は初期クリップ処理後のヒストグラムデータに対して、ＳＨｍａｘ／ＳＨ（１５）を掛け合わせることにより、次に示す数２で表される。
【００５２】
【数２】
Ｈnorm１（ｎ）＝Ｈ（ｎ）×ＳＨｍａｘ／ＳＨ（１５）  ｎ=0,1,2,・・・,15
ここで、ＳＨｍａｘは階調補正手段５の出力信号の最大値に対応するように設定する。ここではＳＨｍａｘ＝５１２に設定する。
【００５３】
図３（ｃ）に第１の規格化処理後の階調補正特性を示す。図３（ｃ）で破線ｂは規格化処理前の特性、実線ｃは規格化処理後の特性である。図３（ｃ）ではｃの規格化処理後の階調補正特性が１５段目で階調補正手段５の出力信号の最大値ＳＨｍａｘに達しており、階調再現範囲を有効に利用していることになる。
【００５４】
次にマイクロコンピュータ４では第１の規格化処理後のヒストグラムデータＨnorm１（ｎ）に対し、各分割レベルごとの傾きに制限を与える第１のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理（Ｓ３）を行う。
【００５５】
第１のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理（３）では各分割レベルの傾きの最大をＭＡＸ(n)、各分割レベルの傾きの最小値をＭＩＮ(n)として、各分割レベルのヒストグラムデータＨnorm(n)が最大値ＭＡＸ(n)より大きい場合はＭＡＸ(n)に、ヒストグラムデータＨnorm(n)が最小値ＭＩＮ(n)より小さい場合はＭＩＮ(n)になるようにクリップ処理する。
【００５６】
階調補正特性の傾きが大きすぎると画像のＳ／Ｎが劣化し、傾きが小さすぎると階調つぶれが発生する。最大値ＭＡＸはＳ／Ｎ劣化を抑圧するため、最小値ＭＩＮは階調つぶれを抑圧するように決定する。ここで、最大値ＭＡＸ(n)、最小値ＭＩＮ(n)の値は各分割レベル全て６４と８とする。図３（ｄ）に第１のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理後の階調補正特性を示す。図３（ｄ）で破線ｃはＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理前の階調補正特性、実線ｄはＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理後の階調補正特性である。
【００５７】
このように第１のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理（Ｓ３）を行うことによっても階調補正特性の最大値が変化することになる。
【００５８】
次にマイクロコンピュータ４では最大値の変化した階調補正特性に対し、再び最大値が一定の値ＳＨｍａｘとなるように第２の規格化処理（Ｓ４）を行う。第２の規格化処理の動作は第１の規格化処理の動作と同様であり、第１の規格化処理と同様に規格化処理後の階調補正特性が１５段目の分割レベルで階調補正手段５の出力信号の最大値ＳＨｍａｘに達し、階調再現範囲を有効に利用できるようになる。
【００５９】
次にマイクロコンピュータ４では第２の規格化処理後のヒストグラムデータＨnorm２（ｎ）に対し、各分割レベルごとの傾きに制限を与える第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理（５）を行う。第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理では第１のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理と異なり、クリップ値ＭＡＸ(n)とＭＩＮ(n)はピーク検出回路２で検出されたピークレベルＰに応じて値が変更される。
【００６０】
すなわち、ピークレベルＰが小さい場合にはＭＩＮ(n)は大きく、Ｐが大きい場合にはＭＩＮ(n)は小さく設定される。図４にピークレベルとＭＩＮ(n)との関係を示す。ここでは、ＭＩＮ(n)の最大値を６４，最小値を８としている。
【００６１】
なお、ＭＡＸ(n)に関しては変更しても良いが、必ずしも変更する必要はない。
【００６２】
さらに、ＭＩＮ（ｎ）の最大値を６４、最小値を８とする代わりに、各分割レベル毎にＭＩＮ（ｎ）の初期値を予め決めておき、ピークレベルＰが小さい場合には各分割レベル毎のＭＩＮ（ｎ）を予め設定されている初期値よりより大きくし、Ｐが大きい場合にはＭＩＮ（ｎ）を予め設定されている初期値よりより小さく設定しても構わない。
【００６３】
図５（ａ）にピークレベルが低い場合のヒストグラムデータを示す。ピークレベルが低い場合には、ヒストグラムデータも低い分割レベルに分布する。図５（ｂ）に第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理をしない場合の階調補正特性を破線ａで、第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理をした場合の階調補正特性を実線ｂで示す。
【００６４】
ピークレベルが低い場合にはダイナミックレンジが低いために階調補正の傾きを抑圧する必要はない。第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理におけるＭＩＮクリップ値を大きくすることにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来る。
【００６５】
階調補正手段５ではマイクロコンピュータ４により算出された階調補正特性により入力端子１から入力する入力信号Ｓｉｎに対して階調補正処理を施し出力信号Ｓｏｕｔを出力端子９より出力する。
【００６６】
階調補正処理は、入力信号Sinに対してヒストグラム検出手段３と同じ分割レベルごとに、ゲインＡ(n)とオフセットＢ(n)が与えられ、以下の数３に示す関係による折れ線近似から出力信号Ｓｏｕｔとして出力される。
【００６７】
【数３】
Ｓｏｕｔ＝Ａ(n)×（Ｓｉｎ−Ｓ(n))＋Ｂ(n)
ここで、Ａ(n)＝（ＳＨ(n+1)−ＳＨ(n)）／（Ｓ(n+1)−Ｓ(n)）、Ｂ(n)＝ＳＨ(n)である。
【００６８】
図６にＳＨ(n)、Ｓ(n)の関係を示す。
【００６９】
このように本実施の形態の効果は、ダイナミックレンジ検出手段から得られる入力信号のダイナミックレンジの情報により、階調補正特性算出手段において階調補正特性を変更することにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来るというものである。
【００７０】
なお、本実施の形態においてヒストグラム検出手段３で検出したヒストグラムデータＨ(n)から階調補正特性ＳＨ（ｎ）を算出する階調補正特性算出手段としてマイクロコンピュータ４を用いたが、このマイクロコンピュータ４の動作の一部または全てをハードウェア、その他の手段で実現しても同様の効果が得られる。
【００７１】
また、本実施の形態では、ヒストグラム検出および階調補正の分割レベルを等間隔に設定したが、低輝度部を細かく、高輝度部を粗くするように設定しても良い。分割レベルの幅を細かくした部分の制御は当然の事ながら細かな制御が可能となる。ガンマ補正により低輝度部の信号の階調特性を強調するするビデオカメラなどでは、低輝度部の分割を細かくすることは有効である。
【００７２】
また、本実施の形態では信号の分割レベルを１６分割としたが、それよりも多くても少なくても良い。分割数が多いほど細かな制御が可能となるが、階調補正特性算出に必要な処理量が大きくなり、マイクロコンピュータやハードウェアに負荷がかかる。
【００７３】
また、本実施の形態では階調補正特性算出手段では分割レベルごとのゲインの制御範囲に制限を与え、ダイナミックレンジの情報によりゲインの制御範囲を変更することにより、階調補正特性を変更しているが、ダイナミックレンジに応じた複数の階調補正特性を用意しておき、ダイナミックレンジの情報により階調補正特性を切り替えるような構成としても良い。ただし、その場合には本実施の形態のような分割レベルごとの細かな制御は不可能である。
【００７４】
本発明に関連する発明の効果は、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来るというものである。
【００７５】
（実施の形態２）
実施の形態１で第２のＭＡＸ,ＭＩＮクリップ処理において、ピークレベルとＭＩＮ(n)の関係が単純にピークレベルＰが小さい場合にはＭＩＮ(n)は大きく、Ｐが大きい場合にはＭＩＮ(n)は小さく設定されるが、ピークレベルが小さい場合にＭＩＮ(n)が小さいと、低輝度部の階調が抑圧され、不自然な画像になる場合がある。
【００７６】
実施の形態２において、階調補正装置の構成およびマイクロコンピュータ４における第２の規格化処理までのアルゴリズムは実施の形態１に準じるので省略し、第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理（５）について説明する。
【００７７】
マイクロコンピュータ４の第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理ではピークレベルに対応したクリップレベルＭＩＮ(ｎ)の変更のしかたが異なる。すなわち、ピークレベルＰが小さい場合にはＭＩＮ(n)は大きく、Ｐが大きい場合にはＭＩＮ(n)は小さく設定されるが、ピークレベルの可変範囲の最大値をＰｍａｘとした場合に、ピークレベルがＰｍａｘの１／２以下の場合にＭＩＮ(n)はＭＡＸ(n)と同じ値に設定し、ピークレベルがＰｍａｘの場合にＭＩＮ(n)はＭＡＸ（ｎ）の１／８に設定する。ピークレベルがＰｍａｘとＰｍａｘの１／２の間の範囲の場合には、ピークレベルに応じて設定値を補間する。図７にピークレベルとＭＩＮ(n)との関係を示す。ここでは、ＭＩＮ(n)の最大値を６４，最小値を８としている。
【００７８】
図８（ａ）にピークレベルが低い場合のヒストグラムデータを示す。ピークレベルが低い場合には、ヒストグラムデータも低い分割レベルに分布する。図８（ｂ）に第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理をしない場合の階調補正特性を破線ａで第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理をした場合の階調補正特性を実線ｂで示す。
【００７９】
ピークレベルが低い場合にはダイナミックレンジが低いために階調補正の傾きを抑圧する必要はない。第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理におけるＭＩＮクリップ値を大きくすることにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来る。
【００８０】
階調補正手段５以降の動作は実施の形態１に準じるのでここでは省略する。
【００８１】
このように本実施の形態の効果は、階調補正特性算出手段ではダイナミックレンジ検出手段で検出されるダイナミックレンジの情報により、入力信号のダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合には、階調補正特性を固定とすることにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来るというものである。
【００８２】
なお、実施の形態２において、ＭＩＮクリップ値を固定にするダイナミックレンジをピークレベルの可変範囲の最大値をＰｍａｘとした場合に、ピークレベルがＰｍａｘの１／２としたが、１／２に限るものではない。
【００８３】
（実施の形態３）
実施の形態１および２においてダイナミックレンジ検出手段として、ピーク検出回路２を用いたが、回路規模削減のためにはピーク検出回路以外の手段でダイナミックレンジが検出できるのが望ましい。
【００８４】
実施の形態３では、ダイナミックレンジ検出手段として、ヒストグラム検出手段で検出されるヒストグラムデータを用いることにより、ピーク検出回路を削減することが出来る階調補正装置について説明する。
【００８５】
以下、本発明または本発明に関連する発明の実施の形態３の階調補正装置について、図面を参照しながら説明する。
【００８６】
図９に実施の形態３の階調補正装置の構成を示す。図９において１は入力端子、３はヒストグラム検出手段、４は階調補正特性算出手段としてのマイクロコンピュータ、５は階調補正手段である。図９の構成は、実施の形態１の図１に示した構成図からピーク検出回路２を削除したものである。
【００８７】
実施の形態３において、ヒストグラム検出手段３の動作は実施の形態１に準じるのでここでは省略する。
【００８８】
実施の形態３ではマイクロコンピュータ４において、ヒストグラム検出手段３で得られたヒストグラムデータを用いてダイナミックレンジの検出を行う。ダイナミックレンジの検出は以下のアルゴリズムで行う。図１０に実施の形態３におけるダイナミックレンジ検出アルゴリズムを示す。
【００８９】
なお、実施の形態３においてもヒストグラム検出手段３における分割レベルの数は０から１５の１６段とする。
【００９０】
ダイナミックレンジは入力信号の最大値であるピークレベルで表される。ヒストグラム検出手段３で検出されたヒストグラムデータＨ(n)は、分割レベルごとの信号の頻度を表し、信号の分布する最も高い分割レベルがピークレベルを表すことになる。
【００９１】
信号の分布する最も高い分割レベルは、ヒストグラムデータが０でない最も高い分割レベルと言うことになるが、単純にヒストグラムデータが０かどうかを検出するだけでは、木漏れ日などの信号レベルのピークレベルの変化が激しい場合に検出データが不安定になる。
【００９２】
ここではピークレベルの安定性を得るために、ある程度以下のヒストグラムデータの変化に対しピークレベルを変化させないようにしている。
【００９３】
まずはじめに、ヒストグラム検出手段３で得られたヒストグラムデータＨ(n)について、高い分割レベル（ここでは１５）の方から順に第１の閾値ｔｈ１と比較し（Ｓ７、Ｓ８）、はじめにＨ(n)が第１の閾値ｔｈ１を越えた分割レベルを第１のピークレベルｐ１とする（Ｓ９）。
【００９４】
つぎに第１のピークレベルｐ１と前回検出したピークレベルｐ０を比較し（Ｓ１０）、ｐ１がｐ０より大きい場合には、第１のピークレベルｐ１を今回の検出ピークレベルｐ２とする（Ｓ１１）。
【００９５】
また、第１のピークレベルｐ１が前回検出したピークレベルｐ０より小さい場合には、Ｈ(n)をｐ０から順に小さい方に第１の閾値ｔｈ１より小さい第２の閾値ｔｈ２と比較し、ヒストグラムデータＨ(n)が第２の閾値ｔｈ２より大きくなったはじめの分割レベルを今回の検出ピークレベルｐ２とする（Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６）。
【００９６】
最後に今回の検出ピークレベルｐ２を時間方向に平滑化して、ダイナミックレンジを表すピークレベルＰとする（Ｓ１２）。
【００９７】
なお、時間方向の平滑化は巡回型のフィルタ処理で行われ、ピークレベルＰの安定性と演算処理による精度向上が得られる。
【００９８】
マイクロコンピュータ４では以上のようにして得られたピークレベルＰを用いて、実施の形態１または２と同様に階調補正特性を算出する。
【００９９】
ダイナミックレンジの検出以外の動作は実施の形態１または、実施の形態２に準じるので、ここでは省略する。
【０１００】
このようにして、実施の形態３ではピーク検出回路を用いずにヒストグラム検出手段から得られるヒストグラムデータからピークレベルを検出することが出来る。
【０１０１】
本実施の形態の効果は、ダイナミックレンジ検出手段で得られるダイナミックレンジの情報として、ヒストグラム検出手段で検出されるヒストグラムデータを用いることにより、ピーク検出回路を削減するというものである。
【０１０２】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４の階調補正装置について、図面を参照しながら説明する。
【０１０３】
カメラ信号処理では低輝度部はガンマ補正などにより強調されるため、解像感など画面全体に大きな影響を与えるが、ヒストグラムイコライゼーションにより、低輝度部の頻度が少ないために低輝度部のゲインが抑圧されることにより、画面全体の解像感が劣化したり、画面全体の明るさが暗くなる場合ある。
【０１０４】
実施の形態４では、画面全体の解像感や、画面全体の明るさを保存することが出来る階調補正装置について説明する。
【０１０５】
実施の形態４において、階調補正装置の構成およびマイクロコンピュータ４における第２の規格化処理までのアルゴリズムは実施の形態１に準じるので省略し、第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理（Ｓ５）について説明する。
【０１０６】
マイクロコンピュータ４では第２の規格化処理後のヒストグラムデータＨnorm２（ｎ）に対し、各分割レベルごとの傾きに制限を与える第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理（Ｓ５）を行う。
【０１０７】
実施の形態４では、第２のＭＡＸ、ＭＩＮクリップ処理の動作は実施の形態１，２または３と同様であるが、実施の形態４でＭＡＸ(n)およびＭＩＮ(n)の最大値と，最小値を分割レベルの段によって変更する。
【０１０８】
図１１(a)に各分割レベルのクリップ値ＭＡＸ(n)、ＭＩＮ(n)を示す。図１１(a)に示す各分割レベルのクリップ値は、低輝度部のクリップ値ほど大きくなるように、また、低輝度部のクリップ値ほどＭＡＸ(n)とＭＩＮ(n)の差が小さくなるように設定している。
【０１０９】
図１１（ｂ）に階調補正特性を示す。図１１（ｂ）において、最大の傾きの場合の階調補正特性をＭＡＸ、最小の傾きの場合の階調補正特性をＭＩＮとしている。
【０１１０】
マイクロコンピュータ４から出力される階調補正特性は図１１（ｂ）のＭＩＮとＭＡＸの間の特性をとることになる。
【０１１１】
図１１（ｂ）からわかるように、本実施の形態における階調補正特性は低輝度部の傾きが急になり、高輝度部の傾きが緩やかになるような特性になる。
【０１１２】
このように、低輝度部の分割レベルのゲインの制御範囲を小さくすることにより、画面全体の解像感や、画面全体の明るさがを保存される。
【０１１３】
階調補正手段５以降の動作は実施の形態１に準じるのでここでは省略する。
【０１１４】
本実施の形態の効果は、低輝度部の分割レベルのゲインの制御範囲を小さくすることにより、画面全体の解像感や、画面全体の明るさを保存することができる。
【０１１５】
このように本実施の形態によれば、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来る。
【０１１６】
また、本実施の形態によれば、階調補正特性算出手段ではダイナミックレンジ検出手段で検出されるダイナミックレンジの情報により、入力信号のダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合には、階調補正特性を固定とすることにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来る。
【０１１７】
また、本実施の形態によれば、ダイナミックレンジ検出手段で検出されるダイナミックレンジの情報として、ヒストグラム検出手段で検出されるヒストグラムデータを用いることにより、ピーク検出回路を削減することが出来る。
【０１１８】
また、本実施の形態によれば、低輝度部の分割レベルのゲインの制御範囲を小さくすることにより、画面全体の解像感や、画面全体の明るさを保存することができる。
【０１１９】
なお、本実施の形態のピーク検出回路２は本発明に関連する発明のダイナミックレンジ検出手段の例であり、本実施の形態のマイクロコンピュータ４は本発明または本発明に関連する発明の階調補正特性算出手段の例であり、本実施の形態の傾きは本発明または本発明に関連する発明の階調補正特性における入力信号のレベルの変化量に対する出力信号の変化量の割合である傾きの例である。
【０１２０】
なお、本発明または本発明に関連する発明の階調補正装置の全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び／またはデータを担持した媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする媒体は本発明または本発明に関連する発明に属する。
【０１２１】
さらに、本発明または本発明に関連する発明の階調補正装置の全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び／またはデータであることを特徴とする情報集合体は本発明に関連する発明に属する。
【０１２２】
さらに、本発明または本発明に関連する発明のデータとは、データ構造、データフォーマット、データの種類などを含む。また、本発明または本発明に関連する発明の媒体とは、ＲＯＭ等の記録媒体、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等の伝送媒体を含む。また、本発明または本発明に関連する発明の担持した媒体とは、例えば、プログラム及び／またはデータを記録した記録媒体、やプログラム及び／またはデータを伝送する伝送媒体等を含む。また、本発明または本発明に関連する発明のコンピュータにより処理可能とは、例えば、ＲＯＭなどの記録媒体の場合であれば、コンピュータにより読みとり可能であることであり、伝送媒体の場合であれば、伝送対象となるプログラム及び／またはデータが伝送の結果として、コンピュータにより取り扱えることであることを含む。また、本発明に関連する発明の情報集合体とは、例えば、プログラム及び／またはデータ等のソフトウエアを含むものである。
【０１２３】
さらに、上記実施の形態のいずれかに記載の階調補正装置の各ブロック、各手段、各回路の全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び／またはデータを記録したプログラム記録媒体は、コンピュータにより読み取り可能であり、読み取られた前記プログラム及び／またはデータが前記コンピュータと協動して前記機能を実行するプログラム記録媒体であっても良い。
【０１２４】
以上説明したところから明らかなように、本発明に関連する発明は、ダイナミックレンジが異なる種々の信号に対して階調処理を行っても不自然な画像にならない階調表示装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
【０１２５】
また、本発明に関連する発明は、ダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合に階調補正を施しても、必要な部分まで階調を抑圧することがない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
また、本発明に関連する発明は、ダイナミックレンジ検出手段として、入力信号のピークレベルを検出するピーク検出回路を必要としない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明は、ダイナミックレンジ検出手段として、入力信号のピークレベルを検出するピーク検出回路を必要としない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
【０１２７】
また、本発明は、画面全体の解像感が劣化しない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の階調補正装置の構成を表す構成図。
【図２】実施の形態１の階調補正装置のマイクロコンピュータ４における階調補正特性算出アルゴリズムのフロー図。
【図３】実施の形態１の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【図４】実施の形態１の階調補正装置のピークレベルとクリップ値ＭＩＮ(n)の関係を表す特性図。
【図５】実施の形態１の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【図６】実施の形態１の階調補正装置の階調補正特性を示す特性図
【図７】実施の形態２の階調補正装置のピークレベルとクリップ値ＭＩＮ(n)の関係を表す特性図。
【図８】実施の形態２の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【図９】実施の形態３の階調補正装置の階調補正装置の構成を表す構成図。
【図１０】実施の形態３の階調補正装置のマイクロコンピュータ４におけるピークレベル検出アルゴリズムのフロー図。
【図１１】実施の形態４の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【図１２】従来の階調補正装置の構成を示す構成図。
【図１３】従来の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【符号の説明】
１．．．入力端子、
２．．．ピーク検出回路、
３．．．ヒストグラム検出手段、
４．．．マイクロコンピュータ、
５．．．階調補正手段、
７．．．分割レベル設定レジスタ、
８．．．比較器、
９．．．出力端子、
１０．．．信号レベル判定回路、
１１．．．マルチプレクサ、
１２．．．レジスタ、
１３．．．セレクタ、
【図１】
0004017810.tif 000002
【図２】
0004017810.tif 000003
【図３】
0004017810.tif 000004
【図４】
0004017810.tif 000005
【図５】
0004017810.tif 000006
【図６】
0004017810.tif 000007
【図７】
0004017810.tif 000008
【図８】
0004017810.tif 000009
【図９】
0004017810.tif 000010
【図１０】
0004017810.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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