(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データの階調を補正する画像処理装置において、
前記画像データから周波数の低い信号成分を抽出して出力することにより、前記画像データの属する領域を判定して判定結果を出力する領域判定手段と、
前記判定結果に基づいて、レベル変換関数を入力値で割り算した係数算出関数により、前記画像データの画素値を補正する補正係数を出力する係数算出手段と、
前記補正係数に従って、前記画像データの画素値を補正する補正手段とを備え、
前記領域判定手段は、
前記画像データによる画像のエッジに近接すると、前記判定結果の解像度を増大させる
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記領域判定手段は、
前記エッジに近接すると、前記判定結果の解像度を徐々に増大させる
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記領域判定手段は、
異なる通過帯域により前記画像データを帯域制限して帯域制限信号を出力する３つ以上のローパスフィルタと、
前記帯域制限信号を合成して前記判定結果を出力する信号合成手段とを有し、
前記信号合成手段は、
前記ローパスフィルタの出力信号のうち、
前記帯域制限信号における解像度の低い順に、又は前記帯域制限信号における解像度の高い順に、前記帯域制限信号を順次合成して前記判定結果を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記領域判定手段は、
前記画像データを帯域制限して第１の帯域制限信号を出力する第１のローパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタとは異なる通過帯域により前記画像データを帯域制限して第２の帯域制限信号を出力する第２のローパスフィルタと、
前記第１及び第２の前記帯域制限信号を合成して前記判定結果を出力する信号合成手段とを有し、
前記信号合成手段は、
前記第１の帯域制限信号をオフセットさせてオフセット信号を出力するオフセット手段と、
前記オフセット信号と前記第２の帯域制限信号との比較結果より前記判定結果を生成する比較出力手段とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記領域判定手段は、
前記画像データを帯域制限して第１の帯域制限信号を出力する第１のローパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタとは異なる通過帯域により前記画像データを帯域制限して第２の帯域制限信号を出力する第２のローパスフィルタと、
前記第１及び第２の前記帯域制限信号を合成して前記判定結果を出力する信号合成手段とを有し、
前記信号合成手段は、
前記第１の帯域制限信号を第１のオフセット値だけオフセットさせて第１のオフセット信号を出力する第１のオフセット手段と、
前記第１の帯域制限信号を前記第１のオフセット値とは異なる第２のオフセット値だけオフセットさせて第２のオフセット信号を出力する第２のオフセット手段と、
前記第１のオフセット信号と前記第２の帯域制限信号とを比較して第１の比較出力信号を出力する第１の比較出力手段と、
前記第２のオフセット信号と前記第２の帯域制限信号とを比較して第２の比較出力信号を出力する第２の比較出力手段と、
前記第１及び第２の比較出力信号を平均値化する平均値化手段とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記領域判定手段は、
前記信号合成手段を２系統有すると共に、前記２系統の信号合成手段の出力信号を合成して前記判定結果を出力する信号処理手段とを有し、
前記２系統の信号合成手段のうちの１系統は、
前記エッジに高レベル側より近接すると、前記平均値化手段の出力信号における解像度が増大するように、前記第１及び第２の帯域制限信号を処理し、
前記２系統の信号合成手段のうちの残る１系統は、
前記エッジに低レベル側より近接すると、前記平均値化手段の出力信号における解像度が増大するように、前記第１及び第２の帯域制限信号を処理し、
前記信号処理手段は、
前記２系統の信号合成手段より得られる前記平均値化手段の出力信号を合成して前記判定結果を出力する
ことを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記領域判定手段は、
前記エッジに高レベル側より近接すると、解像度を増大させる高レベル側の帯域制限信号を生成する高レベル側帯域制限信号生成手段と、
前記エッジに低レベル側より近接すると、解像度を増大させる低レベル側の帯域制限信号を生成する低レベル側帯域制限信号生成手段と、
前記高レベル側の帯域制限信号及び低レベル側の帯域制限信号を合成して前記判定結果を生成する信号合成手段とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記領域判定手段は、
前記画像データを量子化して処理する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記補正手段は、
前記補正係数を前記画像データの画素値に乗算して前記画像データの画素値を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
入力される画像データのビット数に比して、前記補正手段より出力される画像データのビット数が低減されてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記画像データは、
振幅変調された色信号が輝度信号に順次時分割により重畳されてなる信号を所定周波数によりサンプリングしたデータである
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記画像データは、
輝度信号及び色差信号を所定周波数によりサンプリングしたデータである
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
画像データの階調を補正する画像処理方法において、
前記画像データから周波数の低い信号成分を抽出して出力することにより、前記画像データの属する領域を判定して判定結果を出力する領域判定処理と、
前記判定結果に基づいて、レベル変換関数を入力値で割り算した係数算出関数により、前記画像データの画素値を補正する補正係数を出力する係数算出処理と、
前記補正係数に従って、前記画像データの画素値を補正する補正処理とでなり、
前記領域判定処理は、
前記画像データによる画像のエッジに近接すると、解像度が増大するように、前記判定結果を生成する
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１４】
前記領域判定処理は、
前記エッジに近接すると、前記判定結果の解像度を徐々に増大させる
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項１５】
前記領域判定処理は、
異なる通過帯域により前記画像データを帯域制限して３つ以上の帯域制限信号を出力する帯域制限処理と、
前記帯域制限信号を合成して前記判定結果を出力する信号合成処理とでなり、
前記信号合成処理は、
前記帯域制限信号のうち、
前記帯域制限信号における解像度の低い順に、又は前記帯域制限信号における解像度の高い順に、前記帯域制限信号を順次合成して前記判定結果を生成する
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項１６】
前記領域判定処理は、
異なる通過帯域により前記画像データを帯域制限して第１及び第２の帯域制限信号を出力する帯域制限処理と、
前記第１及び第２の帯域制限信号を合成して前記判定結果を出力する信号合成処理とでなり、
前記信号合成処理は、
前記第１の帯域制限信号をオフセットさせてオフセット信号を出力するオフセット処理と、
前記オフセット信号と前記第２の帯域制限信号との比較結果より前記判定結果を生成する比較出力処理とでなる
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項１７】
前記領域判定処理は、
異なる通過帯域により前記画像データを帯域制限して第１及び第２の帯域制限信号を出力する帯域制限処理と、
前記第１及び第２の帯域制限信号を合成して前記判定結果を出力する信号合成処理とでなり、
前記信号合成処理は、
前記第１の帯域制限信号を第１のオフセット値だけオフセットさせて第１のオフセット信号を生成する第１のオフセット処理と、
前記第１の帯域制限信号を前記第１のオフセット値とは異なる第２のオフセット値だけオフセットさせて第２のオフセット信号を生成する第２のオフセット処理と、
前記第１のオフセット信号と前記第２の帯域制限信号とを比較して第１の比較出力信号を生成する第１の比較出力処理と、
前記第２のオフセット信号と前記第２の帯域制限信号とを比較して第２の比較出力信号を生成する第２の比較出力処理と、
前記第１及び第２の比較出力信号を平均値化する平均値化処理とを有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項１８】
前記領域判定処理は、
前記信号合成処理を２系統有すると共に、前記２系統の信号合成処理により前記判定結果を生成する判定結果の信号処理を有し、
前記２系統の信号合成処理のうちの１系統の信号合成処理は、
前記エッジに高レベル側より近接すると、前記平均値化処理による出力信号の解像度が増大するように、前記第１及び第２の帯域制限信号を処理し、
前記２系統の信号合成処理のうちの残る１系統の信号合成処理は、
前記エッジに低レベル側より近接すると、前記平均値化処理による出力信号の解像度が増大するように、前記第１及び第２の帯域制限信号を処理し、
前記判定結果の信号処理は、
前記高レベル側及び低レベル側の前記信号合成処理より得られる前記平均化処理の出力信号を合成して前記判定結果を出力する
ことを特徴とする請求項１７に記載の画像処理方法。
【請求項１９】
前記領域判定処理は、
前記エッジに高レベル側より近接すると、解像度を増大させる高レベル側の帯域制限信号を生成する高レベル側帯域制限信号生成処理と、
前記エッジに低レベル側より近接すると、解像度を増大させる低レベル側の帯域制限信号を生成する低レベル側帯域制限信号生成処理と、
前記高レベル側の帯域制限信号及び低レベル側の帯域制限信号を合成して前記判定結果を生成する信号合成処理とからなる
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項２０】
前記領域判定処理は、
前記画像データを量子化して処理する
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項２１】
前記補正処理は、
前記補正係数を前記画像データの画素値に乗算して前記画像データの画素値を補正する
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項２２】
入力される画像データのビット数に比して、前記補正処理より出力される画像データのビット数が低減されてなる
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項２３】
前記画像データは、
振幅変調された色信号が輝度信号に順次時分割により重畳されてなる信号を所定周波数によりサンプリングしたデータである
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項２４】
前記画像データは、
輝度信号及び色差信号を所定周波数によりサンプリングしたデータである
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像処理方法。
【請求項２５】
画像データの階調を補正する画像処理装置において、
前記画像データから周波数の低い信号成分を抽出して出力することにより、前記画像データの属する領域を判定して判定結果を出力する領域判定手段と、
前記判定結果に基づいて、レベル変換関数を入力値で割り算した係数算出関数により、前記画像データの画素値を補正する補正係数を出力する係数算出手段と、
前記補正係数に従って、前記画像データの画素値を補正する補正手段とを備え、
前記係数算出手段は、
前記画像データによる画像のエッジに近接すると、前記補正係数の解像度が増大するように、前記補正係数を生成する
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２６】
画像データの階調を補正する画像処理方法において、
前記画像データから周波数の低い信号成分を抽出して出力することにより、前記画像データの属する領域を判定して判定結果を出力する領域判定処理と、
前記判定結果に基づいて、レベル変換関数を入力値で割り算した係数算出関数により、前記画像データの画素値を補正する補正係数を出力する係数算出処理と、
前記補正係数に従って、前記画像データの画素値を補正する補正処理とでなり、
前記係数算出処理は、
前記画像データによる画像のエッジに近接すると、前記補正係数の解像度が増大するように、前記補正係数を生成する
ことを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置及び画像処理方法に関し、例えばテレビジョン受像機、ビデオテープレコーダー、テレビジョンカメラ、プリンタ等の画像処理装置に適用することができる。本発明は、入力画像データの属する領域を判定して判定結果を得、この判定結果に応じて補正係数を生成して画素値を補正する際に、直接に又は間接的に、エッジに近接すると、判定結果の解像度を増大させることにより、部分的なコントラストの劣化を有効に回避して階調を補正することができるようにし、このとき過度に輪郭が強調されないようにする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、テレビジョンカメラ等の画像処理装置においては、撮像手段等の画像入力手段を介して得られる画像データの階調を補正して出力するようになされている。
【０００３】
図１９は、この階調補正の処理に適用される信号処理回路の入出力特性を示す特性曲線図である。この種の信号処理回路は、入力レベルｌが所定の基準レベルｌｋより増大すると利得を低減する。これによりこの種の信号処理回路は、入力レベルが基準レベルｌｋより増大すると信号レベルを抑圧して出力し、この場合、信号レベルの高い部分のコントラストを犠牲にして階調を補正するようになされている。
【０００４】
なおこの図１９に示す特性曲線図において、横軸は画像データの入力レベルである画素値ｌを、縦軸は画像データの出力レベルである画素値Ｔ（ｌ）を表わし、Ｌｍａｘは入出力画像の各画素が取り得る最大レベルを表わす。また以下において、この特性曲線図に示されるように入出力関係を示す関数をレベル変換関数と呼ぶ。
【０００５】
また図２０は、同種の信号処理回路の入出力特性を示す特性曲線図である。このレベル変換関数による信号処理回路は、入力レベルｌが第１の基準レベルｌｓ以下のときと、第２の基準レベルｌｂ以上のときとで利得を低減する。これによりこの信号処理回路は、信号レベルの低い部分と高い部分とのコントラストを犠牲にして階調を補正するようになされている。
【０００６】
これに対してコンピュータを用いた画像処理等においては、例えばヒストグラムイコライゼーションにより階調を補正するようになされている。
【０００７】
このヒストグラムイコライゼーションは、入力画像の画素値の頻度分布に応じてレベル変換関数を適応的に変化させる方法であり、画素値の頻度分布の低い部分の階調を低減することにより階調を補正する方法である。
【０００８】
すなわち図２１に示すように、このヒストグラムイコライゼーションの処理においては、入力画像の画素値ｌを基準にした画素数の集計である頻度分布Ｈ（ｌ）に基づいて、次式の演算処理による累積頻度分布Ｃ（ｌ）が検出される。
【０００９】
【数１】
0004131348.tif 000002
【００１０】
ヒストグラムイコライゼーションの処理においては、このようにして検出された累積頻度分布Ｃ（ｌ）を次式の処理により正規化することにより、レベル変換関数Ｔ（ｌ）を定義し、このレベル変換関数Ｔ（ｌ）に従って入力画像の信号レベルを補正するようになされている。なおここでＦｍａｘは、累積頻度分布Ｃ（ｌ）の最終値であり、Ｌｍａｘは、入出力レベルの最大値である。
【００１１】
【数２】
0004131348.tif 000003
【００１２】
なおこのような階調を補正する処理は、画像データを伝送路で伝送する場合、表示装置に表示する場合、あるいは記憶装置に保存する場合等にあっても、例えばダイナミックレンジの抑圧等を目的として、必要に応じて適宜実行されるようになされている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述した従来手法による階調の補正処理においては、何れかの部分のコントラストを犠牲にして全体の階調を補正する処理である。これは何れの手法においても、不自然な画像が生成されるのを回避するため、単調増加性を有する入出力関数によってレベル変換するためである。
【００１４】
従って従来手法による場合には、結局、処理された画像において部分的にコントラストが低下する問題があった。
【００１５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、部分的なコントラストの低下を有効に回避して階調を補正することができる画像処理装置及び画像処理方法を提案しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、画像処理装置又は画像処理方法において、画像データから周波数の低い信号成分を抽出して出力することにより、画像データの属する領域を判定して判定結果を出力し、この判定結果に基づいてレベル変換関数を入力値で割り算した係数算出関数により、画像データの画素値を補正する補正係数を出力し、この補正係数に従って画像データの画素値を補正するようにし、このとき先の画像データによる画像のエッジに近接すると、判定結果の解像度を増大させる。
【００１７】
また、画像処理装置又は画像処理方法において、画像データから周波数の低い信号成分を抽出して出力することにより、画像データの属する領域を判定して判定結果を出力し、この判定結果に基づいてレベル変換関数を入力値で割り算した係数算出関数により、画像データの画素値を補正する補正係数を出力し、この補正係数に従って画像データの画素値を補正するようにし、このとき先の画像データによる画像のエッジに近接すると、補正係数に対応する判定結果の解像度が増大するように、補正係数を生成する。
【００１８】
画像データの属する領域を判定して判定結果を出力し、この判定結果に基づいて画像データの画素値を補正する補正係数を出力し、この補正係数に従って画像データの画素値を補正すれば、同一領域内では同じ係数により画素値を補正して、領域内では画素値の大小関係を保持し、異なる領域に属する画素間では画素値の大小関係を逆転させることもでき、これにより部分的なコントラストの劣化を回避して全体の階調を補正することが可能となる。
【００１９】
このときエッジに近接すると判定結果の解像度を増大させれば、エッジより離間した部分で充分な補正係数を確保できるように設定して、エッジへの近接による補正係数の変化を防止でき、これにより輪郭の過度な強調を防止することができる。
【００２０】
またこれに代えて、補正係数の解像度が増大するように補正係数を生成して、輪郭の過度な強調を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００２２】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態の構成
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るテレビジョンカメラを示すブロック図である。このテレビジョンカメラ１において、ＣＣＤ固体撮像素子（ＣＣＤ）２は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）３の駆動により撮像結果を出力する。
【００２３】
ここで図３に撮像面の正面図を拡大して示すように、このＣＣＤ固体撮像素子２は、撮像面に補色一松様式の色フィルタが配置される。すなわちＣＣＤ固体撮像素子２は、イエロー（Ｙｅ）及びシアン（Ｃｙ）の色フィルタが画素単位で繰り返されて奇数ラインが形成されるのに対し、マゼンタ（Ｍｇ）及び緑（Ｇ）の色フィルタが画素単位で繰り返されて偶数ラインが形成される。
【００２４】
これによりＣＣＤ固体撮像素子２においては、この種の撮像素子に付随する相関二重サンプリング回路より、図４に示すように、振幅変調されてなる色信号が時分割により順次輝度信号に重畳されてなる撮像結果を出力するようになされている。
【００２５】
このような撮像結果を出力するにつき、ＣＣＤ固体撮像素子２は、ユーザーの設定による電荷蓄積時間により１／６０〔秒〕周期で撮像結果を得、この撮像結果を通常露光による撮像結果ＶＮとして出力する。さらにＣＣＤ固体撮像素子２は、これら通常露光による撮像結果ＶＮの垂直ブランキング期間において、この通常露光による電荷蓄積時間に比して短い電荷蓄積時間による撮像結果を得、この撮像結果を短時間露光の撮像結果ＶＳとして出力する。
【００２６】
これにより図５に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子２においては、所定の入射光量以上においては、出力レベルが飽和してなる通常露光による撮像結果ＶＮ（図５（Ａ））と、これより短い電荷蓄積時間により出力レベルが飽和していない短時間露光の撮像結果ＶＳ（図５（Ｂ））とを組にして出力する。
【００２７】
メモリ４Ｎは、図示しない相関二重サンプリング回路、欠陥補正回路、アナログディジタル変換回路等を介して、この通常露光による撮像結果ＶＮを入力し、この通常露光による撮像結果ＶＮを一時保持して出力する。
【００２８】
同様に、メモリ４Ｓは、図示しない相関二重サンプリング回路、欠陥補正回路、アナログディジタル変換回路等を介して、この短時間露光による撮像結果ＶＳを入力し、この短時間露光による撮像結果ＶＳを一時保持して出力する。
【００２９】
加算回路５は、メモリ４Ｎに保持された通常露光による撮像結果ＶＮと、メモリ４Ｓに保持された短時間露光による撮像結果ＶＳとを加算することにより、広いダイナミックレンジで、かつ充分な画素値による撮像結果ＶＴを出力し、レベル補正回路６は、この加算回路５による撮像結果ＶＴにおいて実用上充分な直線性を確保できるように、メモリ４Ｓより出力される短時間露光による撮像結果ＶＳの画素値を補正して出力する。
【００３０】
これらによりテレビジョンカメラ１においては、従来に比して格段的に大きなダイナミックレンジによる撮像結果ＶＴ（図５（Ｃ））を生成するようになされている。
【００３１】
階調補正回路７は、この撮像結果ＶＴの画素値を補正することにより、この撮像結果ＶＴの階調を補正して出力する。テレビジョンカメラ１においては、続く信号処理回路８により、テレビジョンカメラに必要な各種信号処理を実行してこの撮像結果を外部機器等に出力し、このとき出力機器に対応するように撮像結果の画素値を一様に抑圧することにより撮像結果のダイナミックレンジを抑圧して出力する。
【００３２】
すなわち図１に示すように、階調補正回路７において、領域判定フィルタ９は、入力画像データの属する領域を判定し、その判定結果ｒ（ｉ，ｊ）を出力する。このとき領域判定フィルタ９は、各入力画像データの近傍所定範囲の特徴を示す特徴量に従って入力画像データの属する領域を判定し、ここではこの特徴量として入力画像の平均輝度レベルが適用されるようになされている。
【００３３】
これにより領域判定フィルタ９は、入力画像データが何れの平均輝度レベルの領域に属するか判定し、その判定結果ｒ（ｉ，ｊ）を入力画像の低周波数成分である平均輝度レベルにより出力する。このとき領域判定フィルタ９は、エッジ近傍においては、解像度が増大するように判定結果ｒ（ｉ，ｊ）を生成して出力する。
【００３４】
すなわち領域判定フィルタ９において、ローパスフィルタＦ０、Ｆ１、Ｆ２、……ＦＮ−１は、帯域幅の異なる２次元のローパスフィルタにより構成され、次式の演算処理を実行することにより、それぞれ各通過帯域幅に対応する解像度により入力画像データの属する領域をそれぞれ判定し、その判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）を出力する。
【００３５】
【数３】
0004131348.tif 000004
【００３６】
なお（３）式のＮ、Ｍは平均値を計算するための近傍領域の大きさを表わす定数である。なおこの実施の形態では、図６に示すように、ラスタ走査順に入力される撮像結果ＶＴについて、水平方向を符号ｉによる添え字により、垂直方向を符号ｊによる添え字により示す。
【００３７】
かくするにつきローパスフィルタＦ０、Ｆ１、Ｆ２、……ＦＮ−１は、（３）式の数値Ｎ及びＭが順次低減するように設定されるようになされている。これにより領域判定フィルタ９は、異なる解像度により入力画像データが何れの平均輝度レベルの領域に存在するか判定し、その判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）を得るようになされている。
【００３８】
明領域信号生成回路９Ｌは、これら判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）に基づいて、輝度レベルの高い明領域側において、撮像結果の各エッジに近接するに従って解像度の増大する明領域側判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）を生成して出力する。
【００３９】
すなわち図７に示すように、明領域信号生成回路９Ｌは、判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）の数より１個だけ数の少ないエッジ補正回路９Ｌ０、９Ｌ１、９Ｌ２、……、９ＬＮ−２を縦続接続して構成される。明領域信号生成回路９Ｌは、先頭段である第１のエッジ補正回路９Ｌ０に最も解像度の低い判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）と、続いて解像度の低い判定結果ｒ１（ｉ，ｊ）とを入力する。さらに明領域信号生成回路９Ｌは、続くエッジ補正回路９Ｌ１、９Ｌ２、……、９ＬＮ−２に、順次解像度が増大してなる判定結果ｒ２（ｉ，ｊ）、ｒ３（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）と、それぞれ前段のエッジ補正回路９Ｌ０、９Ｌ１、９Ｌ２、……、の出力信号ｒ０′（ｉ，ｊ）、ｒ１′（ｉ，ｊ）、ｒ２′（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−２′（ｉ，ｊ）とを入力し、最終段のエッジ補正回路９ＬＮ−２から得られる出力信号を明領域側判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）として出力する。
【００４０】
これにより明領域信号生成回路９Ｌにおいては、低解像度側の判定結果より順次判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）を合成して、１の判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）を出力するようになされている。
【００４１】
ここでエッジ補正回路９Ｌ０、９Ｌ１、９Ｌ２、……、９ＬＮ−２は、入力信号が異なる点を除いて同一に構成される。第１のエッジ補正回路９Ｌ０は、低い解像度側である判定信号ｒ０（ｉ，ｊ）を加算回路ＭＬ０、ＭＬ１、ＭＬ２、……、ＭＬＭ−１に与え、ここで図８（Ａ）に示すように、それぞれ値の異なるオフセット値ＯＦ０、ＯＦ１、ＯＦ２、……、ＯＦＭ−１を加算する。なお図８（Ａ）においては、加算回路ＭＬ０について、その入出力信号の信号波形を示す。
【００４２】
最大値検出回路ＭＡＸ０、ＭＡＸ１、ＭＡＸ２、……、ＭＡＸＭ−１は、それぞれ加算回路ＭＬ０、ＭＬ１、ＭＬ２、……、ＭＬＭ−１の出力信号と、高い解像度側である判定結果ｒ１（ｉ，ｊ）とを入力し、これら２つの入力信号より値の大きな信号を順次選択して出力する。これにより最大値検出回路ＭＡＸ０、ＭＡＸ１、ＭＡＸ２、……、ＭＡＸＭ−１は、レベル変化の少ない領域においては解像度の高い信号が表れないようにして、高レベル側において、エッジ近傍で解像度が増大してなる最大値検出結果をそれぞれ出力する。
【００４３】
平均値算出回路１５Ｌは、これら最大値検出回路ＭＡＸ０、ＭＡＸ１、ＭＡＸ２、……、ＭＡＸＭ−１の出力信号を平均値化し、これにより高解像度により判定結果の細かな脈動が表れないようにして、なおかつ最大値検出処理によって発生する微分係数の不連続性による影響を軽減して、エッジ近傍で解像度が増大するように平均値化結果を出力する。
【００４４】
減算回路１６は、加算回路ＭＬ０〜ＭＬＭ−１で与えたオフセット値ＯＦ０、ＯＦ１、ＯＦ２、……、ＯＦＭ−１の平均値を平均値算出回路１５Ｌの出力信号より減算し、これにより減算回路ＭＬ０〜ＭＬＭ−１で与えたオフセット値分だけ平均値算出回路１５Ｌの出力信号を補正して続くエッジ補正回路に出力する。
【００４５】
明領域信号生成回路９Ｌは、このようにして各エッジ補正回路９Ｌ０、９Ｌ１、９Ｌ２、……、９ＬＮ−２で順次判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）を処理することにより、順次低解像度側の判定結果より判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）を合成して、１の判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）を出力するようになされている。
【００４６】
これに対して暗領域信号生成回路９Ｄは、同様にして、輝度レベルの低い暗領域側において、撮像結果の各エッジに近接するに従って解像度の増大する暗領域側判定結果ｒＤ（ｉ，ｊ）を生成して出力する。
【００４７】
すなわち図９に示すように、暗領域信号生成回路９Ｄは、判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）の数より１個だけ数の少ないエッジ補正回路９Ｄ０、９Ｄ１、９Ｄ２、……、９ＤＮ−２を縦続接続して構成される。暗領域信号生成回路９Ｄは、先頭段である第１のエッジ補正回路９Ｄ０に最も解像度の低い判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）と、続いて解像度の低い判定結果ｒ１（ｉ，ｊ）とを入力する。さらに暗領域信号生成回路９Ｈは、続くエッジ補正回路９Ｄ１、９Ｄ２、……、９ＤＮ−２に、順次解像度が増大してなる判定結果ｒ２（ｉ，ｊ）、ｒ３（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）と、それぞれ前段のエッジ補正回路９Ｄ０、９Ｄ１、９Ｄ２、……、の出力信号ｒ０′（ｉ，ｊ）、ｒ１′（ｉ，ｊ）、ｒ２′（ｉ，ｊ）、……、ｒ′Ｎ−２（ｉ，ｊ）とを入力し、最終段のエッジ補正回路９ＤＮ−２から得られる出力信号を暗領域側判定結果ｒＤ（ｉ，ｊ）として出力する。
【００４８】
ここでエッジ補正回路９Ｄ０、９Ｄ１、９Ｄ２、……、９ＤＮ−２は、入力信号が異なる点を除いて同一に構成される。第１のエッジ補正回路９Ｄ０は、低い解像度側である判定信号ｒ０（ｉ，ｊ）を減算回路ＮＤ０、ＮＤ１、ＮＤ２、……、ＮＤＭ−１に与え、ここで図８（Ｂ）に示すように、それぞれ値の異なるオフセット値ＯＦ０、ＯＦ１、ＯＦ２、……、ＯＦＭ−１を減算する。なお図８（Ｂ）においては、減算回路ＮＤ０について、その入出力信号の信号波形を示す。
【００４９】
最小値検出回路ＭＩＮ０、ＭＩＮ１、ＭＩＮ２、……、ＭＩＮＭ−１は、それぞれ減算回路ＮＤ０、ＮＤ１、ＮＤ２、……、ＮＤＭ−１の出力信号と、低い解像度側である判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）とを入力し、これら２つの入力信号より値の小さい信号を順次選択して出力する。これにより最小値検出回路ＭＩＮ０、ＭＩＮ１、ＭＩＮ２、……、ＭＩＮＭ−１は、レベル変化の少ない領域においては解像度の高い信号が表れないようにして、低いレベル側において、エッジ近傍で解像度が増大してなる最大値検出結果を出力する。
【００５０】
平均値算出回路１５Ｄは、これら最小値検出回路ＭＩＮ０、ＭＩＮ１、ＭＩＮ２、……、ＭＩＮＭ−１の出力信号を平均値化し、これにより高解像度により判定結果の細かな脈動が表れないようにして、なおかつ最小値検出処理によって発生する微分係数の不連続性による影響を軽減して、低レベル側において、エッジ近傍で解像度が増大するように平均値化結果を出力する。
【００５１】
加算回路１７は、減算回路ＭＤ０〜ＭＤＭ−１で与えたオフセット値ＯＦ０、ＯＦ１、ＯＦ２、……、ＯＦＭ−１の平均値を平均値算出回路１５Ｄの出力信号に加算し、これにより減算回路ＭＤ０〜ＭＤＭ−１で与えたオフセット値分だけ平均値算出回路１５Ｄの出力信号を補正して続くエッジ補正回路に出力する。
【００５２】
暗領域信号生成回路９Ｄは、このようにして各エッジ補正回路９Ｄ０、９Ｄ１、９Ｄ２、……、９ＤＮ−２で順次判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）を処理することにより、順次低解像度側の判定結果より順次判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）を合成して、１の判定結果ｒＤ（ｉ，ｊ）を出力するようになされている。
【００５３】
合成回路９Ｍ（図１）は、最も低解像度のローパスフィルタ出力である判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）を基準にして明領域側判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）及び暗領域側判定結果ｒＤ（ｉ，ｊ）を選択出力することにより、総合の判定結果ｒ（ｉ，ｊ）を出力する。
【００５４】
すなわち合成回路９Ｍ（図１）は、次式の演算処理により判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）を基準にして明領域側判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）及び暗領域側判定結果ｒＤ（ｉ，ｊ）を処理し、これにより判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）に対して差分絶対値の大きな判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）又はｒＤ（ｉ，ｊ）を順次選択して出力する。なお図８（Ｃ）において、上述した加算回路ＭＬ０及び減算回路ＮＬ０の出力信号波形を例として用いてこの合成の処理を示す。
【００５５】
【数４】
0004131348.tif 000005
【００５６】
係数算出回路１０は、判定結果ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルに応じて、例えば図１０に示すような係数算出関数Ｇによりコントラスト補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を生成する。ここでこの係数算出関数Ｇは、例えば図１９について上述したレベル変換関数Ｔ（ｌ）を次式により演算処理して得られる関数である。
【００５７】
【数５】
0004131348.tif 000006
【００５８】
これにより係数算出回路１０は、次式の演算処理によりコントラスト補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を生成して出力し、入力レベルである低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルが所定の基準レベルｌｋ以下の領域については、値１以上の一定値ｇｍａｘによるコントラスト補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を出力し、この基準レベルｌｋ以上の領域については、低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルに応じて徐々に値が値ｇｍｉｎに近づくようにコントラスト補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を出力する。
【００５９】
【数６】
0004131348.tif 000007
【００６０】
乗算回路１１は、このようにして生成されるコントラスト補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を用いて撮像結果ＶＴの画素値ｘ（ｉ，ｊ）を乗算することにより、コントラスト補正係数ｇ（ｉ，ｊ）により撮像結果ＶＴの信号レベルを補正して出力する。
【００６１】
（１−２）第１の実施の形態の動作
以上の構成において、テレビジョンカメラ１においては（図２）、撮像面に配置された色フィルタにより（図３）、ＣＤＤ固体撮像素子２より振幅変調された色信号が時分割により輝度信号に重畳された撮像結果が出力される（図４）。
【００６２】
またテレビジョンカメラ１においては、ユーザーの設定した電荷蓄積時間による通常露光による撮像結果ＶＮ（図５（Ａ））と、短い電荷蓄積時間による短時間露光の撮像結果ＶＳ（図５（Ｂ））とが交互に出力され、この撮像結果ＶＮ及びＶＳがそれぞれメモリ４Ｎ及び４Ｓに保持される。テレビジョンカメラ１では、この２つの撮像結果ＶＮ及びＶＳがレベル補正回路６、加算回路５により合成され、これにより従来に比して格段的に大きなダイナミックレンジによる撮像結果ＶＴ（図５（Ｃ））が生成される。
【００６３】
この撮像結果ＶＴにおいては、階調補正回路７により階調が補正された後、信号処理回路８によりテレビジョンカメラに必要な各種信号処理が施され、外部機器に応じたダイナミックレンジによる出力される。
【００６４】
この階調補正回路７において、撮像結果ＶＴは（図１）、領域判定フィルタ９において、入力画像データの近傍所定範囲の特徴を示す特徴量により入力画像データの属する領域が判定され、その判定結果ｒ（ｉ，ｊ）が平均輝度レベルにより出力される。さらにこのときエッジ近傍においては、解像度が増大するようにして判定結果ｒ（ｉ，ｊ）が生成される。
【００６５】
すなわち撮像結果ＶＴは、領域判定フィルタ９において、画素値ｘ（ｉ，ｊ）の平均値である平均輝度レベルを示す低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）が検出され、これにより画像中の細かい構造が除去され、比較的画素値が平坦な領域が抽出される。さらにエッジに向かうに従って、画像中の細かい構造が増大するように低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）が生成される。
【００６６】
撮像結果ＶＴにおいては、続く係数算出回路１０により、この低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルに応じてコントラスト補正係数ｇ（ｉ，ｊ）が生成され、このコントラスト補正係数ｇ（ｉ，ｊ）により乗算回路１１において、撮像結果の画素値が補正される。
【００６７】
これにより撮像結果ＶＴにおいては、低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルが等しい領域においては、等しい利得により画素値が補正されるのに対し、低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルが異なる領域においては、レベル変換関数Ｔ（ｌ）の設定に応じて、画素値を近接させることができ、また場合によっては画素値の大小関係を逆転させることも可能となる。これにより全体の階調に対して、各領域内のコントラストを自然に増加させることができ、部分的なコントラストの低下を有効に回避して全体の階調を補正することが可能となる。
【００６８】
すなわち図１１に示すように、画素値ｘ（ｉ，ｊ）が領域判定フィルタ９のカットオフ周波数以上の周波数により脈動し、さらに画素値ｘ（ｉ，ｊ）の直流レベルが急激に立ち上がっている場合であって（図１１（Ｂ））、この直流レベルの急激な変化に対応する低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の変化が係数算出関数Ｇ（ｌ）の変極点を跨ぐような場合（図１１（Ａ））、図Ａについて上述した従来のレベル変換関数によっては、補正結果Ｙ（ｉ，ｊ）において画素値の大きな部分でコントラストが抑圧されるようになる（図１１（Ｃ））。
【００６９】
ところがこの実施の形態によれば、低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルが急激に立ち上がる前後において、それぞれこの低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルに応じた利得により画素値ｙ（ｉ，ｊ）が補正され、係数算出関数Ｇ（ｌ）の設定によって信号レベルが補正されることになる。このとき画素値ｘ（ｉ，ｊ）が小さな部分においては、ピーク値ｌ３及びボトム値ｌ１の平均値レベルｌ２による利得ｇｍａｘにより画素値ｘ（ｉ，ｊ）が補正され、これにより低レベル領域に対しては従来法と同程度のコントラストを得ることができる（図１１（Ｄ））。
【００７０】
これに対して高レベル側においては、同様に、ピーク値ｌ６及びボトム値ｌ４の平均値レベルｌ５による利得ｇ５により画素値ｘ（ｉ，ｊ）が補正され、このときこれらピーク値ｌ６及びボトム値ｌ４が一様な利得により画素値が補正されることにより、このピーク値ｌ６及びボトム値ｌ４間のコントラストにおいては、この利得ｇ５で増幅されることになる。
【００７１】
これによりこの実施の形態に係る階調補正回路７においては、全体的に見たときの階調は大きく変化しないものの、微視的に見た脈動については、入力画像である撮像結果ＶＴによる脈動を拡大することが可能となる。
【００７２】
また図１２に示すように、同様に、画素値ｘ（ｉ，ｊ）が脈動して直流レベルが急激に立ち上がっている場合であって、画素値ｘ（ｉ，ｊ）の大きな変化が係数算出関数Ｇ（ｌ）の変極点より高レベル側に偏っている場合（図１２（Ｂ））、図１９について上述した従来のレベル変換関数によっては、全ての画素値ｘ（ｉ，ｊ）でコントラストが抑圧されるようになる（図１２（Ｃ））。
【００７３】
ところがこの場合も、低レベル側及び高レベル側においては、それぞれ平均値レベルｌ２及びｌ５に対応する利得ｇ２及びｇ５により画素値が補正され、全体的に見たときの階調は大きく変化しないものの、微視的に見た脈動については、入力画像である撮像結果ＶＴによる脈動を拡大することが可能となる（図１２（Ｄ））。
【００７４】
このようにして階調を補正するにつき、撮像結果ＶＴにおいては、領域判定フィルタ９において、エッジに近づくに従って解像度が増大するようにして判定結果ｒ（ｉ，ｊ）が生成されることにより、エッジの過度な強調が回避される。
【００７５】
すなわち図１３に示すように、画素値ｘ（ｉ，ｊ）が急激に変化してエッジが形成されている場合において（図１３（Ａ））、このようにして補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を発生させる低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の解像度が低い場合、すなわち帯域幅の狭いローパスフィルタによりこの種の低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）を生成した場合、低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）においては、このエッジの近傍において滑らかに信号レベルが変化することになる（図１３（Ｂ））。これに対応して補正係数ｇ（ｉ，ｊ）はほぼ相補的に値が変化することになる。
【００７６】
これにより低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルがほぼ一様なエッジより離間した領域ＡＲ１及びＡＲ２においては、それぞれ補正係数ｇ（ｉ，ｊ）が一定の値に保持されることにより、この補正係数ｇ（ｉ，ｊ）による階調に保持される。
【００７７】
これに対してエッジ近傍の高レベル側の領域ＡＲ３においては、低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルが低下していることにより、直前の領域ＡＲ１に比して順次値が増大してなる補正係数ｇ（ｉ，ｊ）により階調が補正されることになり、この場合は過度に信号レベルが立ち上がるようになる。
【００７８】
またエッジ近傍の低レベル側の領域ＡＲ４においては、低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルが完全に低下していないことにより、続く領域ＡＲ２に比して順次値が低減してなる補正係数ｇ（ｉ，ｊ）により階調が補正されることになり、この場合は過度に信号レベルが立ち下がるようになる。これらにより補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を発生させる低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の解像度が低い場合には、輪郭が過度に強調されることになる。
【００７９】
これに対して図１４に示すように、同様に、画素値ｘ（ｉ，ｊ）が急激に変化してエッジが形成されている場合において（図１４（Ａ））、解像度の高い帯域幅の広いローパスフィルタによりこの種の低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）を生成した場合、低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）においては、このエッジの近傍において狭帯域による場合に比して忠実に信号レベルが変化するのに対し、エッジより離間した領域では画素値に応じて信号レベルが変動するようになる（図１３（Ｂ））。
【００８０】
これによりこの場合、エッジ近傍の領域ＡＲ３においては、良好にエッジを表現できるのに対し、エッジより離間した領域ＡＲ１及びＡＲ２においては、コントラストが低下するようになる（図１４（Ｃ））。
【００８１】
ところが図１５に示すように、この実施の形態においては、エッジに近づくに従って解像度が増大するようにして判定結果ｒ（ｉ，ｊ）が生成されることにより、エッジの過度な強調を有効に回避して充分なコントラストを得ることが可能となる。
【００８２】
すなわち撮像結果ＶＴは（図１）、階調補正回路９に配置された帯域の異なる複数のローパスフィルタＦ０〜ＦＮ−１において、それぞれ異なる解像度により領域判定結果である低周波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）〜ｒＮ−１（ｉ，ｊ）が生成される。さらに明領域信号生成回路９Ｌ及び暗領域信号生成回路９Ｄにおいて、これら異なる解像度による低周波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）〜ｒＮ−１（ｉ，ｊ）が合成され、それぞれエッジより高輝度レベル側及び低輝度レベル側を受け持って、エッジに近づくに従って解像度が増大する明領域側判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）及び暗領域側判定結果ｒＤ（ｉ，ｊ）が生成される。
【００８３】
さらに撮像結果ＶＴは、続く合成回路９Ｍにおいて、これら明領域側判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）及び暗領域側判定結果ｒＤ（ｉ，ｊ）が合成され、総合の判定結果ｒ（ｉ，ｊ）が生成され、この総合の判定結果ｒ（ｉ，ｊ）が係数算出回路１０に出力されて補正係数ｇ（ｉ，ｊ）が生成される。これによりエッジの過度な強調を有効に回避しつつ充分なコントラストを確保して、部分的なコントラストの低下を有効に回避して全体の階調を補正することが可能となる。
【００８４】
このようにして総合の判定結果ｒ（ｉ，ｊ）を合成する際に、撮像結果ＶＴは、明領域信号生成回路９Ｌのエッジ補正回路９Ｌ０〜９ＬＮ−２において（図７）、低解像度側の判定結果より順次判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）の最大値を検出して合成することにより明領域側判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）が生成される。
【００８５】
また暗領域信号生成回路９Ｄのエッジ補正回路９Ｄ０〜９ＤＮ−２においても（図９）、同様に、低解像度側の判定結果より順次判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）、ｒ２（ｉ，ｊ）、……、ｒＮ−１（ｉ，ｊ）の最小値を検出して合成することにより暗領域側判定結果ｒＤ（ｉ，ｊ）が生成される。これにより撮像結果ＶＴは、それぞれエッジに近づくに従って滑らかに解像度が増大するように、明領域側判定結果ｒＬ（ｉ，ｊ）及び暗領域側判定結果ｒＤ（ｉ，ｊ）が生成される。これにより撮像結果は、判定結果ｒ（ｉ，ｊ）の急激な解像度の変化を有効に回避し、この判定結果ｒ（ｉ，ｊ）の急激な解像度の変化に伴う画質の劣化を防止するようになされている。
【００８６】
またこのとき各エッジ補正回路９Ｌ０〜９ＬＮ−２、９Ｄ０〜９ＤＮ−２において、撮像結果ＶＴは、合成する２つの低周波数成分のうちの１つの低周波数成分に、加算回路ＭＬ０〜ＭＬＭ−１又は減算回路ＮＤ０〜ＮＤＭ−１によりそれぞれ異なるオフセットＯＦ０〜ＯＦＭ−１が与えられ、その後最大値検出回路ＭＡＸ０〜ＭＡＸＭ−１又は最小値検出回路ＭＩＮ０〜ＭＩＮＭ−１により他の低周波数成分と合成された後、平均値算出回路１５Ｌ又は１５Ｄで平均値化されると共に、続く減算回路１６又は加算回路１７によりオフセットが補正される。
【００８７】
このようにしてオフセットして２つの低周波数成分を比較合成することにより、撮像結果ＶＴは、レベル変化の少ないエッジ以外の領域においては、解像度の高い低周波数成分が選択されないようになされ、このような解像度の高い低周波数成分が選択されて発生する不自然な階調が防止される。
【００８８】
また複数種類のオフセットＯＦ０〜ＯＦＭ−１が与えらて、複数系統により比較合成された後、これらの平均値が得られることにより、これら比較合成処理である最大値検出処理、最小値検出処理によって発生する微分係数の不連続性により判定結果ｒ（ｉ，ｊ）の信号レベルが脈動しないようになされ、これによっても不自然な階調が防止される。
【００８９】
（１−３）第１の実施の形態の効果
以上の構成によれば、入力画像データの属する領域の判定結果に基づいて補正係数を生成すると共に、この補正係数に従って撮像結果を補正することにより、同一領域内では同じ係数により画素値の大小関係を保持したまま、異なる領域に属する画素間では必要に応じて画素値を近接させることができ、また極端な場合には逆転させることもできる。これにより部分的なコントラストの劣化を有効に回避して階調を補正することができる。
【００９０】
このときエッジに近接すると判定結果の解像度を増大させることにより、エッジより離間した部分で充分な補正係数を確保できるように設定して、エッジへの近接による補正係数の変化を防止でき、これにより輪郭の過度な強調を防止することができる。
【００９１】
また解像度の異なる低周波数成分の一方をオフセットさせた比較出力により判定結果を生成することにより、レベル変化の少ないエッジ以外の領域においては、解像度の高い低周波数成分が選択されないようになされ、このような解像度の高い低周波数成分が選択されて発生する不自然な階調が防止される。
【００９２】
さらにこのとき複数種類のオフセットＯＦ０〜ＯＦＭ−１を与えて、複数系統により比較合成した後、これらの平均値が得られることにより、これら比較合成処理である最大値検出処理、最小値検出処理によって発生する判定結果の脈動が防止され、これによっても不自然な階調が防止される。
【００９３】
さらに複数系統のローパスフィルタ出力を低解像度側より順次合成することにより、エッジに近づくに従って滑らかに解像度が増大するように判定結果を生成することができ、判定結果の急激な解像度の変化に伴う画質の劣化を防止することができる。
【００９４】
（２）第２の実施の形態
図１６は、本発明の第２の実施の形態に係るテレビジョンカメラに適用される階調補正回路を示すブロック図である。この階調補正回路１７は、図１について上述した階調補正回路７に代えて適用される。なおこの階調補正回路１７において、上述した階調補正回路７と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００９５】
ここで量子化回路２２は、入力画像データを再量子化し、ビット数を低減して出力する。なおこの実施の形態において、量子化回路２２は、画素値ｘ（ｉ，ｊ）に対して、予め設定された量子化ステップＱにより次式の演算処理を実行し、これにより画素値ｘ（ｉ，ｊ）を線形量子化処理して画素値ｘｑ（ｉ，ｊ）を出力する。なおここでｉｎｔ（ａ）は、ａの小数点以下を切り捨てる関数である。
【００９６】
【数７】
0004131348.tif 000008
【００９７】
領域判定フィルタ１９は、ビット数が異なる点を除いて、第１の実施の形態に係る領域判定フィルタ９と同一に形成される。
【００９８】
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）２０は、係数算出回路を構成し、領域判定フィルタ１９より出力される低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）をアドレスにして補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を出力する。かくするにつきルックアップテーブル２０は、次式により示す補正係数ＬＵＴ（ｉ）をｉ番目のアドレスに格納していることになる。
【００９９】
【数８】
0004131348.tif 000009
【０１００】
図１６に示す構成によれば、入力画像データを量子化して処理することにより、一段と簡易な構成により第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。またルックアップテーブルにより補正係数を生成することにより、その分全体の処理を簡略化することができ、またこのとき事前に量子化することにより領域分割フィルタの構成を簡略化することができ、さらにはルックアップテーブルを小型化することができる。
【０１０１】
（３）第３の実施の形態
図１７は、本発明の第３の実施の形態に係るテレビジョンカメラに適用される階調補正回路を示すブロック図である。この階調補正回路２７は、図１６について上述した階調補正回路１７に代えて適用され、この階調補正回路１７のルックアップテーブル２０に代えてルックアップテーブル３０及び補間回路３３が配置される。
【０１０２】
ここでルックアップテーブル３０は、領域判定フィルタ１９の出力値ｒ（ｉ，ｊ）が取り得るレベル数よりも少ないアドレスを有し、出力値ｒ（ｉ，ｊ）の所定下位ビットを省略したアクセスにより、次式により表される２つのアドレスａｄｄｒ０（ｉ，ｊ）、ａｄｄｒ１（ｉ，ｊ）と補正係数ｇ０（ｉ，ｊ）、ｇ１（ｉ，ｊ）とを出力する。なおここでルックアップテーブル３０は、２つのアドレスａｄｄｒ０（ｉ，ｊ）については、領域判定フィルタ１９の出力値ｒ（ｉ，ｊ）の下位ビットを省略して出力することにより、またアドレスａｄｄｒ１（ｉ，ｊ）については、このアドレスａｄｄｒ０（ｉ，ｊ）の最下位に論理１のビットを付加することにより、これらのアドレスａｄｄｒ０（ｉ，ｊ）、ａｄｄｒ１（ｉ，ｊ）を生成して出力する。なおここでＲｍａｘは、領域判定フィルタ１９の出力値ｒ（ｉ，ｊ）が取り得る最大値、Ｒ′ｍａｘはルックアップテーブル３０のアドレスの取り得る最大値である。
【０１０３】
【数９】
0004131348.tif 000010
【０１０４】
補間回路３３は、ルックアップテーブル３０から入力されるアドレスａｄｄｒ０（ｉ，ｊ）、ａｄｄｒ１（ｉ，ｊ）、補正係数ｇ０（ｉ，ｊ）、ｇ１（ｉ，ｊ）を用いて次式による補間演算処理を実行し、その補間結果を補正係数ｇ（ｉ，ｊ）として出力する。
【０１０５】
【数１０】
0004131348.tif 000011
【０１０６】
図１７に示す構成によれば、補間演算処理して補正係数を生成することにより、小規模のルックアップテーブルを用いて滑らかに値の変化する補正係数を生成することができ、その分精度良く階調を補正することができる。
【０１０７】
（３）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、何れも基本的には図１０について上述した特性により補正係数を生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、種々の入出力特性により補正係数を生成しても良く、例えば図１８に示すような、入力レベルの増大に伴い、途中で出力レベルが低減するような入出力特性によるレベル変換関数を用いるようにしても良い。
【０１０８】
すなわち従来の手法においては、このような関数を用いた場合、この関数が単調増加の関数では無いことにより、処理結果である画像において疑似輪郭が発生する場合がある。ところが上述した実施の形態のようにローパスフィルタにより領域判定して処理する場合には、ローパスフィルタの通過帯域に応じた大きさの近傍領域内では画素値の大小関係が逆転するような画素値の変化を防止することができる。これにより疑似輪郭の発生を有効に回避することができる。
【０１０９】
また上述の実施の形態においては、レベル変換関数Ｔを用いて（５）式の演算処理により係数算出関数Ｇを生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、レベル変換関数Ｔを用いないで任意に係数算出関数Ｇを設定するようにしてもよい。
【０１１０】
また上述の実施の形態においては、階調補正回路により階調を補正した後、続く信号処理回路によりダイナミックレンジを抑圧する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、レベル変換関数Ｔ、これに対応する係数算出関数Ｇの設定によりこれらの処理を纏めて実行することもできる。
【０１１１】
すなわちダイナミックレンジの抑圧の処理においては、入力される画素値のビット数より出力される画素値のビット数が小さいことが求められることにより、レベル変換関数Ｔにおいて、出力レベルの最大値を出力画像に許容される最大値に設定し、これを用いて係数算出関数Ｇを生成することにより、これらの処理を纏めて実行することができる。
【０１１２】
またレベル変換関数Ｔを用いず、任意に係数算出関数Ｇを設定する場合には、次式を満足するように、係数算出関数Ｇを設定すればよい。なおここで、ｊは入力画素レベルを、Ｌｍａｘは入力画素レベルの最大値を、Ｌ０ｍａｘは出力画素レベルの最大値を表わす。
【０１１３】
【数１１】
0004131348.tif 000012
【０１１４】
また上述の実施の形態においては、明領域信号生成回路及び暗領域信号生成回路において、それぞれ正側及び負側に低解像度側の低周波数信号をオフセットさせて処理する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これとは逆にそれぞれ負側及び正側に高解像度側の低周波数信号をオフセットさせて処理するようにしてもよい。
【０１１５】
また上述の実施の形態においては、明領域信号生成回路及び暗領域信号生成回路において、順次解像度の低い側より低周波数信号を合成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、高解像度側より順次低周波数信号を合成しても良く、さらには隣接する解像度による２つの低周波数信号を合成して複数の合成信号を生成し、これをさらに解像度順に合成する場合等、種々の合成方法を広く適用することができる。
【０１１６】
また上述の実施の形態においては、画像データの属する領域の判定結果を直接処理して過度のエッジの強調を防止する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、補正係数を直接操作して補正係数の解像度がエッジの近傍で増大するようにしても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。。
【０１１７】
なおこの場合、各低周波数信号毎に補正係数を生成し、この補正係数を上述した実施の形態と同様に合成して、補正係数を操作することができる。
【０１１８】
また上述の実施の形態においては、複数のローパスフィルタ出力を合成して判定結果を生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、１系統のローパスフィルタの通過帯域幅を適応的に変化させることにより、エッジ近傍で判定結果の解像度を増大させるようにしてもよい。
【０１１９】
また上述の実施の形態においては、エッジ補正回路で与えたオフセットを各エッジ補正回路の出力側で補正する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この補正の処理を係数算出回路側で実行してもよく、また続くエッジ補正回路で与えるオフセット値の設定により補正しても良い。
【０１２０】
また上述の実施の形態においては、振幅変調された色信号が順次時分割により輝度信号に重畳されてなる撮像結果を直接処理する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、このような撮像結果より輝度データを分離して補正係数を生成した後、この補正係数により撮像結果の階調を補正する場合、さらには色信号を処理する場合、輝度信号と色差信号によるビデオ信号を処理する場合、さらには輝度信号にクロマ信号が重畳されてなる複合ビデオ信号を処理する場合等に広く適用することができる。
【０１２１】
なお複合ビデオ信号にあっては、ＹＣ分離により生成した輝度信号に基づいて補正係数を生成し、この補正係数により輝度信号及びクロマ信号、輝度信号及び色差信号の階調を補正することにより、この種のビデオ信号の階調を補正することができる
また輝度信号と色差信号によるビデオ信号を処理する場合には、同様に輝度信号に基づいて補正係数を算出し、この補正係数により輝度信号及び色差信号の階調を補正することにより、この種のビデオ信号の階調を補正することができる。
【０１２２】
さらに色信号を処理する場合には、次式の演算処理により輝度信号を生成した後、この輝度信号に基づいて補正係数を算出し、この補正係数により各色信号の階調を補正することにより、この種のビデオ信号の階調を補正することができる。
【０１２３】
【数１２】
0004131348.tif 000013
【０１２４】
また上述の実施の形態においては、平均輝度レベルを画像データの特徴量として使用してローパスフィルタにより入力画像データの属する領域を判定する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば処理対象の画像において、任意に選択した画素と、この画素を取り巻く近傍画素との類似性を特徴量として把握し、この画素より順次領域を拡大して処理対象画像を領域判定する場合等、種々の特徴量により、また処理対象画像を種々の処理方法により領域判定して、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２５】
また上述の実施の形態においては、本発明をテレビジョンカメラに適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、テレビジョン受像機、ビデオテープレコーダー、プリンタ等の種々の画像処理装置に広く適用することができる。
【０１２６】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、入力画像データの属する領域の判定結果に基づいて補正係数を生成して画素値を補正する際に、直接に又は間接的に、エッジに近接すると、判定結果の解像度を増大させることにより、部分的なコントラストの劣化を有効に回避して階調を補正することができ、このとき過度に輪郭が強調されないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るテレビジョンカメラに適用される階調補正回路を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係るテレビジョンカメラを示すブロック図である。
【図３】図２のテレビジョンカメラに適用される固体撮像素子の色フィルタを示す平面図である。
【図４】図３の色フィルタによる撮像結果を示す信号波形図である。
【図５】図２のテレビジョンカメラにおける撮像結果の処理の説明に供する特性曲線図である。
【図６】図２のテレビジョンカメラにおける画素の配列を示す略線図である。
【図７】図１の階調補正回路の明領域信号生成回路を示すブロック図である。
【図８】図７の明領域信号生成回路の処理の説明に供する信号波形図である。
【図９】図１の階調補正回路の暗領域信号生成回路を示すブロック図である。
【図１０】コントラスト補正係数ｇ（ｉ，ｊ）の説明に供する特性曲線図である。
【図１１】図２のテレビジョンカメラにおける階調補正回路の処理の説明に供する信号波形図である。
【図１２】図１１の場合とは異なる入力レベルにおける階調補正回路の処理の説明に供する信号波形図である。
【図１３】高解像度の判定結果により処理した場合におけるエッジ近傍の階調補正の説明に供する信号波形図である。
【図１４】低解像度の判定結果により処理した場合におけるエッジ近傍の階調補正の説明に供する信号波形図である。
【図１５】図１の階調補正回路におけるエッジ近傍の処理の説明に供する信号波形図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係るテレビジョンカメラに適用される階調補正回路を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係るテレビジョンカメラに適用される階調補正回路を示すブロック図である。
【図１８】他の実施の形態に係る階調補正回路に適用されるレベル変換関数の説明に供する特性曲線図である。
【図１９】従来の階調補正の抑圧処理に適用されるレベル変換関数の説明に供する特性曲線図である。
【図２０】図１９とは異なる他の例による階調補正の処理に適用されるレベル変換関数の説明に供する特性曲線図である。
【図２１】ヒストグラムイコライゼーションの処理の説明に供する特性曲線図である。
【符号の説明】
１……テレビジョンカメラ、７、１７、１７……階調補正回路、９、１９……領域判定フィルタ、９Ｄ……暗領域信号生成回路、９Ｌ……明領域信号生成回路、９Ｍ……合成回路、９Ｌ０〜９ＬＮ−２……エッジ補正回路、１０……係数算出回路、１１……乗算回路、１５Ｄ、１５Ｌ……平均値算出回路、１６、ＮＤ０〜ＮＤＭ−１……減算回路、１７、ＭＬ０〜ＭＬＭ−１……加算回路、Ｆ０〜ＦＮ−１……ローパスフィルタ、ＭＡＸ０〜ＭＡＸＭ−１……最大値検出回路、ＭＩＮ０〜ＭＩＮＭ−１……最小値検出回路、２０、３０……ルックアップテーブル、２２……量子化回路、３３……補間回路
【図１】
0004131348.tif 000014
【図２】
0004131348.tif 000015
【図３】
0004131348.tif 000016
【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】
0004131348.tif 000023
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004131348.tif 000026
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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