(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系を介して結像した被写体像を画像信号に変換する撮像装置において、
輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成手段と、
前記輪郭補正信号生成手段から得られる輪郭補正信号を可変比でもって二系統に分配する分配手段と、
前記分配手段の分配比を設定する分配比設定手段と、
画像出力装置の出力特性を補償するためのガンマ補正手段と、
前記ガンマ補正手段の入力信号と前記分配手段より得られる第１の輪郭補正信号とを加算する第１の加算手段と、
前記ガンマ補正手段によりガンマ補正された後の信号と前記分配手段より得られる第２の輪郭補正信号とを加算する第２の加算手段とを含んで構成され、
前記分配比設定手段は、前記被写体像の画像信号の雑音成分が増加するに従い第１の輪郭補正信号の分配比を増加させるとともに前記第２輪郭補正信号の分配比を減少させ、前記被写体像の画像信号の雑音成分が減少するに従い第１の輪郭補正信号の分配比を減少させるとともに前記第２輪郭補正信号の分配比を増加させるよう設定することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記輪郭補正信号生成手段は、画像の高域成分を基に輪郭補正信号を生成することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の加算手段は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の三つの原色信号の各々に対して輪郭補正信号を加算し、前記ガンマ補正手段は前記原色信号各々にガンマ補正を施すことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の加算手段は、ガンマ補正されたＲＧＢ原色信号からマトリックス変換により得られた輝度信号に対して輪郭補正信号を加算することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記画像出力装置はＣＲＴであり、前記ガンマ補正手段は前記ＣＲＴの電圧・発光特性を補償するためのものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
結像光学系を介して結像した被写体像から変換された画像信号を処理する画像信号処理方法であって、
輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成工程と、
前記輪郭補正信号生成工程により得られる輪郭補正信号を可変比でもって二系統に分配する分配工程と、
前記分配工程の分配比を設定する分配比設定工程と、
画像出力装置の出力特性を補償するためのガンマ補正工程と、
前記ガンマ補正工程の入力信号と前記分配工程より得られる第１の輪郭補正信号とを加算する第１の加算工程と、
前記ガンマ補正工程によりガンマ補正された後の信号と前記分配工程より得られる第２の輪郭補正信号とを加算する第２の加算工程とで構成され、
前記分配比設定工程は、前記被写体像の画像信号の雑音成分が増加するに従い第１の輪郭補正信号の分配比を増加させるとともに前記第２輪郭補正信号の分配比を減少させ、前記被写体像の画像信号の雑音成分が減少するに従い第１の輪郭補正信号の分配比を減少させるとともに前記第２輪郭補正信号の分配比を増加させるよう設定することを特徴とする画像信号処理方法。
【請求項７】
前記輪郭補正信号生成工程は、画像の高域成分を基に輪郭補正信号を生成することを特徴とする請求項６記載の画像信号処理方法。
【請求項８】
前記第１の加算工程は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の三つの原色信号の各々に対して輪郭補正信号を加算し、前記ガンマ補正工程は前記原色信号各々にガンマ補正を施すことを特徴とする請求項６記載の画像信号処理方法。
【請求項９】
前記第２の加算工程は、ガンマ補正されたＲＧＢ原色信号からマトリックス変換により得られた輝度信号に対して輪郭補正信号を加算することを特徴とする請求項６記載の画像信号処理方法。
【請求項１０】
前記画像出力装置はＣＲＴであり、前記ガンマ補正工程は前記ＣＲＴの電圧・発光特性を補償するためのものであることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の画像信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガンマ（γ）補正回路及び輪郭補正回路を備える撮像装置および画像信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮像装置における信号処理回路は、図９に示すような構成となっていた。以下図９に基ずいて従来例を説明する。
【０００３】
被写体からの入射光は、結像光学系９０１により撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device ）９０２上に結像され、ＣＣＤ９０２にて電気信号に変換される。ＣＣＤ９０２上には、カラー撮像のための色フィルタアレイが貼り付けてある。
【０００４】
変換された電気信号は、不図示のタイミング発生器から与えられる読み出しパルスに同期してＣＣＤ９０２の出力端子から出力され、雑音低減回路９０３及び増幅器９０４により処理された後、ＡＤ変換器９０５にてディジタル信号に変換される。ディジタルに変換されたＣＣＤ信号は遅延回路９０６、９０７に供給され、水平走査期間及びその二倍の時間の遅延信号がそれぞれ出力される。
【０００５】
遅延回路９０６、９０７により同時化された３走査線分の信号０Ｈ、１Ｈ、２Ｈは色分離回路９０８及び輪郭補正信号生成回路９０９に供給され、原色信号及び輪郭補正信号が生成される。また一方で、３走査線分の信号０Ｈ、１Ｈ、２Ｈは色分離回路９０８にて、原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂに分離され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９１１、９１２、９１３により帯域を制限された後、ホワイトバランス回路９１４において、被写体の色温度に応じてＲＧＢのバランスが調整される。
【０００６】
輪郭補正信号生成回路９０９より得られる輪郭補正信号は、利得調整回路９１０により必要とされる輪郭補正量に応じてレベル調整された後、加算器（＋）９１５、９１６、９１７においてＲ、Ｇ、Ｂ各原色信号に加算され、γ補正回路９１８、９１９、９２０にてγ補正が施される。γ補正回路９１８、９１９、９２０は、ＣＲＴにおける電圧・発光特性を補償することが目的であり、図４に示すような、入力信号レベルが小なる場合（輝度が低い場合）の利得が高く、輝度が高くなるに従い利得が低下するような入出力特性を備える。斯かるγ特性の下にγ補正されたＲ、Ｇ、Ｂ各原色信号はマトリックス回路９２１に供給され、マトリックス演算により輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに変換される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、上述の従来例では、以下に述べるような欠点があった。
【０００８】
従来の信号処理回路において、図４に示すようなγ特性の下にγ補正が施される場合、入力信号レベルが小なるときは高い利得をもって出力信号が得られることになり、従って、入力信号のＳ／Ｎ比が低いものである場合には、γ補正の結果、信号レベルの小なる部分、即ち画像の低輝度部分において雑音成分が著しく増幅されるという問題がある。
【０００９】
一方で、低輝度部分の利得が低くなるようにγ特性を変更すると、雑音成分の増大は抑制されるものの、ＣＲＴに表示した場合に、黒つぶれなどが生じて、諧調再現性の劣化を招くことになる。
【００１０】
叙上の点に鑑み本発明は、γ補正を施すにあたり、入力信号のＳ／Ｎ比が低いものである場合にも、低輝度部分における雑音成分の不所望なレベル増大を効果的に抑制し、且つ諧調再現性に優れた撮像装置および画像信号処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、撮像装置を次の（１）のとおりに構成し、画像信号処理方法を次の（２）のとおりに構成する。
（１）結像光学系を介して結像した被写体像を画像信号に変換する撮像装置において、
輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成手段と、
前記輪郭補正信号生成手段から得られる輪郭補正信号を可変比でもって二系統に分配する分配手段と、
前記分配手段の分配比を設定する分配比設定手段と、
画像出力装置の出力特性を補償するためのガンマ補正手段と、
前記ガンマ補正手段の入力信号と前記分配手段より得られる第１の輪郭補正信号とを加算する第１の加算手段と、
前記ガンマ補正手段によりガンマ補正された後の信号と前記分配手段より得られる第２の輪郭補正信号とを加算する第２の加算手段とを含んで構成され、
前記分配比設定手段は、前記被写体像の画像信号の雑音成分が増加するに従い第１の輪郭補正信号の分配比を増加させるとともに前記第２輪郭補正信号の分配比を減少させ、前記被写体像の画像信号の雑音成分が減少するに従い第１の輪郭補正信号の分配比を減少させるとともに前記第２輪郭補正信号の分配比を増加させるよう設定する撮像装置。
（２）結像光学系を介して結像した被写体像から変換された画像信号を処理する画像信号処理方法であって、
輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成工程と、
前記輪郭補正信号生成工程により得られる輪郭補正信号を可変比でもって二系統に分配する分配工程と、
前記分配工程の分配比を設定する分配比設定工程と、
画像出力装置の出力特性を補償するためのガンマ補正工程と、
前記ガンマ補正工程の入力信号と前記分配工程より得られる第１の輪郭補正信号とを加算する第１の加算工程と、
前記ガンマ補正工程によりガンマ補正された後の信号と前記分配工程より得られる第２の輪郭補正信号とを加算する第２の加算工程とで構成され、
前記分配比設定工程は、前記被写体像の画像信号の雑音成分が増加するに従い第１の輪郭補正信号の分配比を増加させるとともに前記第２輪郭補正信号の分配比を減少させ、前記被写体像の画像信号の雑音成分が減少するに従い第１の輪郭補正信号の分配比を減少させるとともに前記第２輪郭補正信号の分配比を増加させるよう設定する画像信号処理方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
（第１の実施例）
図１は、撮像装置の例としてのビデオカメラにおける本発明に係る第１の実施例の要部構成を示すブロック図である。
【００２３】
同図において、１は被写体像を撮像素子上に結像させる結像光学系、２は受光面上に入射する光学像を電気信号に変換する撮像素子としてのＣＣＤ、３はＣＣＤ２の出力信号の雑音を低減する雑音低減回路、４はＣＣＤ２の信号を適正なレベルに増幅する増幅器、５はＣＣＤ２の信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、６及び７はＡ／Ｄ変換されたＣＣＤ信号を１水平走査期間遅延させる遅延回路、８は遅延回路６、７で同時化された３走査線分の信号から、ＲＧＢ原色信号を生成する色分離回路、９は遅延回路で同時化された３走査線分の信号から、輪郭補正信号を生成する輪郭補正信号生成回路、１０は輪郭補正信号の利得を調整する利得調整回路、１１、１２、１３は原色信号の帯域を制限するローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１４はホワイトバランスを調整するホワイトバランス回路、１５は輪郭補正信号の内、γ補正前の原色信号に加算される量を制御するための利得調整回路、１６、１７、１８は各原色信号に輪郭補正信号を加算する加算器、１９はγ補正後の輝度信号に加算される輪郭補正信号を生成するための減算器、２０、２１、２２はγ補正回路、２３はγ補正された原色信号を、輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに変換するマトリックス回路、２４は輝度信号に輪郭補正信号を加算するための加算器である。
【００２４】
次に、上記構成における本発明に係る実施例の動作について説明する。
【００２５】
被写体からの入射光は、結像光学系１により撮像素子であるＣＣＤ２上に結像され、ＣＣＤ２にて電気信号に変換される。ＣＣＤ２上にはカラー撮像のための色フィルタアレイが貼り付けてある。
【００２６】
変換された電気信号は、タイミング発生器（不図示）から与えられる読み出しパルスに同期してＣＣＤ２の出力端子から出力され、雑音低減回路３及び増幅器４により処理された後、Ａ／Ｄ変換器５にてディジタル信号に変換される。ディジタルに変換されたＣＣＤ信号は遅延回路６、７に供給され、水平走査期間及びその２倍の時間の遅延信号が夫々出力される。
【００２７】
遅延回路６、７により同時化された３走査線分の信号０Ｈ、１Ｈ、２Ｈは色分離回路８及び輪郭補正信号生成回路９に供給され、原色信号及び輪郭補正信号が生成される。
【００２８】
図２は、本実施形態における輪郭補正信号生成回路９の構成を示すブロック図である。同図に示すように、輪郭補正信号生成回路９は、垂直バンドパスフィルタ２０１、水平バンドパスフィルタ２０２、加算器２０３、ベースクリップ回路２０４で構成される。即ち、輪郭補正信号は画像信号の水平方向及び垂直方向の高域成分から形成されるものである。
【００２９】
図１に示す遅延回路６、７及びＡ／Ｄ変換器５より供給される０Ｈ、１Ｈ、２Ｈの各信号は垂直バンドパスフィルタ２０１に入力され、垂直方向の輪郭補正信号ＡＰＣｖが抽出される。同様に１Ｈ信号が水平バンドパスフィルタ２０２に入力され、水平方向の輪郭補正信号ＡＰＣｈが抽出される。
【００３０】
その後、水平、垂直各方向の輪郭補正信号は加算器２０３により加算された後、ベースクリップ回路２０４において、雑音抑圧のための非線型処理を受け輪郭補正信号ＡＰＣとして出力される。ベースクリップ回路２０４の入出力特性は、図３に示されるようなものであり、輪郭補正信号の内、振幅の小さい成分は雑音と見做してスライスするものである。
【００３１】
また一方で、３走査線分の信号０Ｈ、１Ｈ、２Ｈは色分離回路８にて、タイミング発生器（不図示）からのタイミング信号に応じて原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂに分離され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１、１２、１３により帯域を制限された後、ホワイトバランス回路１４において、被写体の色温度に応じてＲＧＢのバランスが調整される。
【００３２】
輪郭補正信号生成回路９より得られる輪郭補正信号ＡＰＣは、利得調整回路１０により必要とされる輪郭補正量に応じてレベル調整された後、利得調整回路１５にて係数ｋ（≦１）を乗ぜられ、ガンマ補正前の原色信号に付加されるべき輪郭補正信号ＡＰＣａが取り出される。
【００３３】
次に、利得調整回路１５より供給される輪郭補正信号は、加算器１６、１７、１８においてＲ、Ｇ、Ｂ各原色信号に加算された後、γ補正回路２０、２１、２２に供給され、γ補正を施される。γ補正回路２０、２１、２２は、ＣＲＴにおける電圧・発光特性を補償することが目的であり、図４に示すような、入力信号レベルが小なる場合（輝度が低い場合）の利得が高く、輝度が高くなるに従い利得が低下するような入出力特性を備える。斯かるγ特性の下にγ補正されたＲ、Ｇ、Ｂ各原色信号はマトリックス回路２３に供給され、マトリックス演算により輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに変換される。
【００３４】
一方、減算器１９において利得調整回路１５から供給されるＡＰＣａとの差分を取ることで（１−ｋ）倍された輪郭補正信号ＡＰＣｂは、加算器２４に供給され、この加算器２４において輝度信号に加算される。
【００３５】
輪郭補正信号ＡＰＣａは、加算器１６、１７、１８においてＲ、Ｇ、Ｂ各原色信号に加算された後、γ補正回路２０、２１、２２においてγ補正されることにより、低輝度部分の輪郭が、より強調されることになる。即ち、主として映像信号の高域、つまり輪郭補正信号中に混在するものとなる雑音成分のレベルが低輝度部分において、より増大せしめられることとなる。
【００３６】
一方、輪郭補正信号ＡＰＣｂは加算器２４において、γ補正された後の輝度信号に加算される。即ち、輪郭補正信号に混入される雑音成分については、γ補正の結果生ずる不所望なレベル増大を伴わないものとされる。然しながら、輝度信号のレベルに関わらず同じ量だけ付加された輪郭信号は、ＣＲＴ上に表示された状態では、ＣＲＴの電圧・発光特性により低輝度部分の振幅が低下し、画像の白浮き感などの悪影響を及ぼす。
【００３７】
そこで、利得調整回路１５における係数ｋを、入力画像のＳ／Ｎ比の状態や、ＣＲＴに表示した状態での画質に応じて最適な値を選ぶことにより、雑音成分の不所望なレベル増大を抑制しつつ、適正な輪郭補正が施された画像出力を得ることが可能となる。
【００３８】
（第２の実施例）
図５は、γ補正前後への輪郭補正信号の分配比を、被写体の明るさに応じて動的に制御する実施形態について示したブロック図である。
【００３９】
同図において、マトリックス回路５２３から導出される輝度信号は、輪郭補正信号加算のために加算器５２４に供給されると共に、平均輝度検出回路５２５に供給される。平均輝度検出回路５２５では、画面全体の輝度信号の平均値をとり、この平均値をマイクロコンピュータ５２６に供給する。マイクロコンピュータ５２６では、得られた平均輝度値から被写体の明るさを検出して、明るさに応じて増幅器５０４の利得を制御する。
【００４０】
その一方で、マイクロコンピュータ５２６は利得調整回路５１５の乗算係数ｋを増幅器５０４に与える利得に応じて制御する。図６は、増幅器５０４の利得と利得調整回路５１５の係数ｋとの関係を示した図である。
【００４１】
増幅器の利得制御により露出を制御する場合、得られる画像のＳ／Ｎ比は、ほぼ増幅器の利得に正比例する。つまり、被写体が暗くなるに従い、画像に混入する雑音成分はそれに比例して増大する。それに対して、被写体の状況に応じて、図６に示すように動的に係数ｋを制御することにより、被写体が十分に明るく雑音成分が少ないと推測される状況においては、係数ｋの値を、画質を優先した設定ｋ１とし、被写体が暗く雑音成分が多い場合には、雑音成分の増大を抑制するような設定ｋ２とすることが可能になる。即ち、画像信号のＳ／Ｎ比の状態に応じて、最適な輪郭補正を施すことが可能になる。
【００４２】
（第３の実施例）
図７は、γ補正後の輝度信号のレベルが大なる場合に、輪郭補正信号の加算を行わない例の構成について示すブロック図である。全体の構成は図１に示す通りであり、この図７は図１における加算器２４の構成を示したブロック図である。
【００４３】
マトリックス回路から供給される輝度信号Ｙ0 は比較器７０２において、予めレジスタ７０１に記憶されている値Ｔｈとの比較がとられ、その結果によりセレクタ７０３が制御される。セレクタ７０３にはＡ入力側に輪郭補正信号ＡＰＣｂが、Ｂ入力側に定数“０”が与えられており、比較器７０２においてＹ0 ≦Ｔｈなる場合にはＡが、Ｙ0 ＞Ｔｈなる場合にはＢが、出力端子に導出されるものとする。セレクタ７０３の出力端子は加算器７０４に接続されており、セレクタ７０３により選択された信号が輝度信号Ｙ0 に加算されて輝度信号Ｙとして出力される。
【００４４】
通常、輝度信号はγ補正回路においてγ補正と共にニー圧縮が施される。ニー圧縮は、自然界の広大なダイナミックレンジを、限られた画像信号のダイナミックレンジ内に納めるために、図８に示されるような入出力特性により、画像信号の高輝度部分（ニー領域）の利得を下げてレベルを圧縮するものである。斯かる特性により補正を受けた輝度信号に対して輪郭補正信号を加算する場合に、輝度信号のレベルがＴｈを超える領域、即ち、ニー圧縮された高輝度部分に対しては、輪郭補正量を“０”とすることにより、輪郭過補正されることなく自然な画像が得られる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、被写体の明るさに応じて動的に輪郭補正信号の分配比を制御することにより、画像信号のＳ／Ｎ比の状態に応じて、最適な輪郭補正を施すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る撮像装置の例としてのビデオカメラにおける第１の実施例の構成を示すブロック図
【図２】  輪郭補正信号生成回路の動作説明図
【図３】  ベースクリップ回路の入出力特性曲線図
【図４】  ガンマ補正回路の入出力特性曲線図
【図５】  本発明に係る撮像装置の例としてのビデオカメラにおける第２の実施例の構成を示すブロック図
【図６】  被写体の明るさに対する利得調整回路の係数制御を説明する図
【図７】  本発明に係る第３の実施例の構成を示すブロック図
【図８】  ニー圧縮についての説明図
【図９】  従来のビデオカメラにおける輪郭補正及びガンマ補正の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１  結像光学系
２  ＣＣＤ
３  雑音低減回路
４  増幅器
５  Ａ／Ｄ変換器
６、７  遅延回路
８  色分離回路
９  輪郭補正信号生成回路
１０  利得調整回路
１１、１２、１３  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１４  ホワイトバランス回路
１５  利得調整回路
１６、１７、１８  加算器
１９  減算器
２０、２１、２２  γ補正回路
２３  マトリックス回路
２４  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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【図９】
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