(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号の階調を補正する画像処理装置において、
入力された前記画像信号の輝度信号を用いて、画素の前記輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を示す変換規則を生成する生成手段と、
生成された前記変換規則を参照することにより、入力された前記画像信号の画素毎、前記輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する前記補正値を取得する取得手段と、
入力された前記画像信号の画素毎、取得された前記補正値を用いて前記輝度信号および前記色差信号を補正する補正手段とを含み、
前記生成手段は、前記輝度信号Ｙ、および前記大色差信号Ｃを変数とし、前記大色差信号が取り得る信号レベルの最大値Cmaxを定数として用いた次式に示す関数ｆ（Ｙ，Ｃ）に基づき、前記補正値ｋを算出して前記変換規則を生成する
ｋ＝ｆ（Ｙ，Ｃ）＝（Ｙｅ／Ｙ）＾（（Cmax−Ｃ）／（Cmax））
ただし、Ｙｅは、輝度信号Ｙの対数変換値であり、＾は累乗を示す
画像処理装置。
【請求項２】
前記変換規則は、ルックアップテーブルである
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記生成手段は、
入力された前記画像信号の前記輝度信号のヒストグラムを作成する作成手段と、
前記ヒストグラムを累積して、累積ヒストグラムを作成する累積手段と、
前記累積ヒストグラムを所定の対数曲線に近似させて近似曲線を生成する近似手段と、
前記近似曲線に基づいて前記変換規則を作成する作成手段と
を含む
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記補正手段は、
入力された前記画像信号の画素毎、取得された前記補正値を乗算することにより、前記輝度信号および前記色差信号を補正する
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５】
被写体の光学像を画像信号に変換する変換手段を
さらに含む請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項６】
画像信号の階調を補正する画像処理装置の画像処理方法において、
入力された前記画像信号の輝度信号を用いて、画素の前記輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を示す変換規則を生成する生成ステップと、
生成された前記変換規則を参照することにより、入力された前記画像信号の画素毎、前記輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する前記補正値を取得する取得ステップと、
入力された前記画像信号の画素毎、取得された前記補正値を用いて前記輝度信号および前記色差信号を補正する補正ステップとを含み、
前記生成ステップは、前記輝度信号Ｙ、および前記大色差信号Ｃを変数とし、前記大色差信号が取り得る信号レベルの最大値Cmaxを定数として用いた次式に示す関数ｆ（Ｙ，Ｃ）に基づき、前記補正値ｋを算出して前記変換規則を生成する
ｋ＝ｆ（Ｙ，Ｃ）＝（Ｙｅ／Ｙ）＾（（Cmax−Ｃ）／（Cmax））
ただし、Ｙｅは、輝度信号Ｙの対数変換値であり、＾は累乗を示す
画像処理方法。
【請求項７】
画像信号の階調を補正する画像処理装置の制御用のプログラムであって、
入力された前記画像信号の輝度信号を用いて、画素の前記輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を示す変換規則を生成する生成ステップと、
生成された前記変換規則を参照することにより、入力された前記画像信号の画素毎、前記輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する前記補正値を取得する取得ステップと、
入力された前記画像信号の画素毎、取得された前記補正値を用いて前記輝度信号および前記色差信号を補正する補正ステップとを含み、
前記生成ステップは、前記輝度信号Ｙ、および前記大色差信号Ｃを変数とし、前記大色差信号が取り得る信号レベルの最大値Cmaxを定数として用いた次式に示す関数ｆ（Ｙ，Ｃ）に基づき、前記補正値ｋを算出して前記変換規則を生成する
ｋ＝ｆ（Ｙ，Ｃ）＝（Ｙｅ／Ｙ）＾（（Cmax−Ｃ）／（Cmax））
ただし、Ｙｅは、輝度信号Ｙの対数変換値であり、＾は累乗を示す
処理を画像処理装置のコンピュータに実行させるプログラムが記録されている記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置および方法、並びに記録媒体に関し、例えば、ディスプレイやプリンタ等のような画像出力装置のダイナミックレンジに適合させて画像の階調を補正する場合に用いて好適な画像処理装置および方法、並びに記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディジタルカメラやスキャナ等のような固体撮像素子(CCD:Charge Coupled Device)を搭載した画像信号取得装置においては、固体撮像素子の性能が向上したことや多段階的に露光を行うことが可能となったことによって、階調のダイナミックレンジが従来よりも広い画像信号（以下、広ダイナミックレンジ画像信号と記述する）を取得することができるようになっている。
【０００３】
一方、画像信号を記録する記録メディアの記録フォーマット、ディスプレイやプリンタへの出力信号フォーマット、放送信号フォーマット等は、依然として従来の８ビット幅や１０ビット幅のダイナミックレンジ（以下、狭ダイナミックレンジと記述する）に制限されている。
【０００４】
したがって、広ダイナミックレンジ画像信号を取得できる電子機器から、従来の狭ダイナミックレンジに対応する電子機器に対して画像信号を出力する場合には、広ダイナミックレンジ画像信号の階調を補正する必要がある（ダイナミックレンジを狭くする必要がある）。
【０００５】
ここで、画像信号のダイナミックレンジを補正する従来の技術について説明する。
【０００６】
特開平９−３３１５３９号公報には、放送用ビデオカメラにおいて３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの階調を個別に補正することにより、画像信号のダイナミックレンジを補正する技術が開示されている。図１は、そのような放送用ビデオカメラにおける階調補正処理部の構成の一例を示している。この階調補正処理部において、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、補正値演算回路１に入力される。また、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ対応する階調補正回路２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに入力される。
【０００７】
補正値演算回路１は、入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを用いて輝度信号を生成し、その輝度信号に基づいて補正値を演算し、階調補正回路２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに出力する。
【０００８】
階調補正回路２Ｒは、赤色信号Ｒの階調を補正するためのルックアップテーブル（以下、LUTと記述する）を内蔵しており、補正値演算回路１から入力される補正値および赤色信号Ｒを、内蔵するLUTに照らし合わせ、対応する値を補正値としてガンマ補正回路３に出力する。階調補正回路２Ｇは、緑色信号Ｇの階調を補正するためのLUTを内蔵しており、補正値演算回路１から入力される補正値および緑色信号Ｇを、内蔵するLUTに照らし合わせ、対応する値を補正値をしてガンマ補正回路３に出力する。階調補正回路２Ｂは、青色信号Ｂの階調を補正するためのLUTを内蔵しており、補正値演算回路１から入力される補正値および青色信号Ｂを、内蔵するLUTに照らし合わせ、対応する値を補正値をしてガンマ補正回路３に出力する。
【０００９】
ガンマ補正回路３Ｒは、階調補正回路２Ｒから入力される補正された赤色信号Ｒにガンマ補正を施してマトリクス回路４に出力する。ガンマ補正回路３Ｇは、階調補正回路２Ｇから入力される補正された緑色信号Ｇにガンマ補正を施してマトリクス回路４に出力する。ガンマ補正回路３Ｂは、階調補正回路２Ｂから入力される補正された青色信号Ｂにガンマ補正を施してマトリクス回路４に出力する。マトリクス回路４は、ガンマ補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、輝度信号Ｙｏと色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯに変換する。
【００１０】
図１に示した階調補正処理部は、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、それぞれ同じ比率で階調補正するので、色相を変化させることなく画像信号のダイナミックレンジを所望の幅に圧縮することが可能である。
【００１１】
しかしながら、当該階調補正処理部は、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対して、階調補正回路２およびガンマ補正回路３が必要であるので、これを民生用の機器（ディジタルカメラ、ビデオカメラ、テレビジョン受像機等）に用いた場合、コスト高になるとともに回路規模が大きくなる問題がある。
【００１２】
特開平１１−５５５９８号公報には、テレビジョン受像機において画像信号のうちの輝度信号Ｙに対してだけ階調補正を行うことにより、画像信号のダイナミックレンジを補正する技術が開示されている。図２は、そのようなテレビジョン受像器の階調補正処理部の構成の一例を示している。
【００１３】
この階調補正処理部において、入力される輝度信号Ｙは、補正値演算回路１１、輝度補正回路１２、および色差補正回路１３に供給され、入力される色差信号Ｃｒ，Ｃｂは、色差補正回路１３に供給される。
【００１４】
補正値演算回路１１は、入力される輝度信号Ｙに基づき、輝度補正回路１２における階調補正が最適に実行される補正値を演算して輝度補正回路１２に出力する。階調補正回路１２は、輝度信号Ｙの階調を補正するためのLUTを内蔵しており、補正値演算回路１１から入力される補正値および輝度信号Ｙを、内蔵するLUTに照らし合わせ、対応する値を補正値Ｙｏとして出力する。補正値Ｙｏは、色差補正回路１３にも供給される。
【００１５】
色差補正回路１３は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの入力輝度信号Ｙに対する比を維持するために、階調補正前の輝度信号Ｙと補正後の輝度信号Ｙｏの比であるＹｏ／Ｙを色差信号Ｃｒ，Ｃｂに乗算することによって正規化し、色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯを生成する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示したような階調補正処理部は、輝度信号Ｙに対してだけ階調補正を行うので構成要素の数が少なくなり、コストの上昇を抑止するとともに、回路規模の大型化を抑止することができる。しかしながら、次のような課題が存在する。
【００１７】
第１の課題としては、色差信号の値が大きい画素の輝度補正に誤差が生じてしまうことである。なお、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂと、輝度信号Ｙまたは色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯの関係は、次式（１），（２）のとおりとする。
Ｙ＝０．３０Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ                  ・・・（１）
Ｃｒ＝Ｒ−Ｙ
Ｃｂ＝Ｂ−Ｙ                                            ・・・（２）
【００１８】
輝度信号Ｙの階調補正において、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの情報は考慮されていないが、輝度信号Ｙには、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのバランスを表す情報が欠落しているために、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのバランスが崩れている画素、すなわち色差の大きい画素に対しては、輝度信号Ｙの階調補正が正しく行われない。
【００１９】
例えば、入力された赤色信号Ｒが最大値（１と仮定する）であり、緑色信号Ｇおよび青色信号Ｂが最小値（０と仮定する）である場合、入力輝度信号Ｙは０．３となる。
【００２０】
そのような画素は、階調補正後においても、赤色信号Ｒが最大値（１と仮定する）であり、緑色信号Ｇおよび青色信号Ｂが最小値（０と仮定する）である画素に変換されるべきであり、そのように変換された場合には、当該画素の輝度信号Ｙ＝０．３となる。
【００２１】
しかしながら、例えば、輝度補正回路１２に図３に示すような輝度補正用のLUTが与えられているとすれば、輝度信号Ｙ＝０．３は、輝度補正用のLUTに従って、輝度信号Ｙｏ＝０．６に補正されることになってしまい、適切な補正値（いまの場合、Ｙ＝０．３）と比較して誤差が生じてしまう。このような現象は、無彩色以外の全ての画素に対して起こる可能性がある課題があった。
【００２２】
第２の課題としては、色相に変化が発生してしまうことである。
【００２３】
具体的には、例えば、入力された赤色信号Ｒが最大値であり、緑色信号Ｇおよび青色信号Ｂが最小値である場合、色差信号Ｃｒは、最大値となる。このとき、輝度信号Ｙ＝０．３が、図３のLUTに従ってＹｏ＝０．６に変換されると、色差補正回路１３において、色差信号Ｃｒに２（＝０．６／０．３）が乗算されることになる。しかしながら、色差信号Ｃｒは、既に最大値であるのでクリッピング処理により変化しない。一方、最大値をとらない色差信号Ｃｂには、２が乗算される。この結果、Ｃｒ／Ｙが一定に保たれず、色相に変化が発生してしまう課題があった。
【００２４】
また仮に、色差信号Ｃｒに対してクリッピング処理を行わずにＣｒ／Ｙの値を保持したとしても、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換する際、赤色信号Ｒに対してクリッピング処理が行われるので結果的に色相に変化が生じてしまう課題があった。
【００２５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、色差信号の値が大きい画素の輝度信号Ｙに対してだけ階調補正を行う場合において、色相に変化が発生することを抑止できるようにするものである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、入力された画像信号の輝度信号を用いて、画素の輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を示す変換規則を生成する生成手段と、生成された変換規則を参照することにより、入力された画像信号の画素毎、輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を取得する取得手段と、入力された画像信号の画素毎、取得された補正値を用いて輝度信号および色差信号を補正する補正手段とを含み、生成手段は、輝度信号Ｙ、および大色差信号Ｃを変数とし、大色差信号が取り得る信号レベルの最大値Cmaxを定数として用いた次式に示す関数ｆ（Ｙ，Ｃ）に基づき、補正値ｋを算出して変換規則を生成する
ｋ＝ｆ（Ｙ，Ｃ）＝（Ｙｅ／Ｙ）＾（（Cmax−Ｃ）／（Cmax））
ただし、Ｙｅは、輝度信号Ｙの対数変換値であり、＾は累乗を示す。
【００２８】
前記生成手段は、入力された画像信号の輝度信号のヒストグラムを作成する作成手段と、ヒストグラムを累積して、累積ヒストグラムを作成する累積手段と、累積ヒストグラムを所定の対数曲線に近似させて近似曲線を生成する近似手段と、近似曲線に基づいて変換規則を作成する作成手段とを含むようにすることができる。
【００２９】
前記補正手段は、入力された画像信号の画素毎、取得された補正値を乗算することにより、輝度信号および色差信号を補正するようにすることができる。
【００３０】
本発明の画像処理装置は、被写体の光学像を画像信号に変換する変換手段をさらに含むことができる。
【００３２】
本発明の画像処理方法は、入力された画像信号の輝度信号を用いて、画素の輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を示す変換規則を生成する生成ステップと、生成された変換規則を参照することにより、入力された画像信号の画素毎、輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を取得する取得ステップと、
入力された画像信号の画素毎、取得された補正値を用いて輝度信号および色差信号を補正する補正ステップとを含み、生成ステップは、輝度信号Ｙ、および大色差信号Ｃを変数とし、大色差信号が取り得る信号レベルの最大値Cmaxを定数として用いた次式に示す関数ｆ（Ｙ，Ｃ）に基づき、補正値ｋを算出して変換規則を生成する
ｋ＝ｆ（Ｙ，Ｃ）＝（Ｙｅ／Ｙ）＾（（Cmax−Ｃ）／（Cmax））
ただし、Ｙｅは、輝度信号Ｙの対数変換値であり、＾は累乗を示す。
【００３３】
本発明の記録媒体は、入力された画像信号の輝度信号を用いて、画素の輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を示す変換規則を生成する生成ステップと、生成された変換規則を参照することにより、入力された画像信号の画素毎、輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を取得する取得ステップと、入力された画像信号の画素毎、取得された補正値を用いて輝度信号および色差信号を補正する補正ステップとを含み、生成ステップは、輝度信号Ｙ、および大色差信号Ｃを変数とし、大色差信号が取り得る信号レベルの最大値Cmaxを定数として用いた次式に示す関数ｆ（Ｙ，Ｃ）に基づき、補正値ｋを算出して変換規則を生成する
ｋ＝ｆ（Ｙ，Ｃ）＝（Ｙｅ／Ｙ）＾（（Cmax−Ｃ）／（Cmax））
ただし、Ｙｅは、輝度信号Ｙの対数変換値であり、＾は累乗を示す、処理を画像処理装置のコンピュータに実行させるプログラムが記録されている。
【００３４】
本発明においては、入力された画像信号の輝度信号が用いられて、画素の輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値を示す変換規則が生成され、生成された変換規則が参照されることにより、入力された画像信号の画素毎、輝度信号と２種類の色差信号のうちの信号レベルが大きい方の大色差信号との組み合わせに対応する補正値が取得され、入力された画像信号の画素毎、取得された補正値を用いて輝度信号および色差信号が補正される。なお、生成の処理では、輝度信号Ｙ、および大色差信号Ｃを変数とし、大色差信号が取り得る信号レベルの最大値Cmaxを定数として用いた次式に示す関数ｆ（Ｙ，Ｃ）に基づき、補正値ｋが算出されて変換規則が生成される
ｋ＝ｆ（Ｙ，Ｃ）＝（Ｙｅ／Ｙ）＾（（Cmax−Ｃ）／（Cmax））
ただし、Ｙｅは、輝度信号Ｙの対数変換値であり、＾は累乗を示す。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態であるディジタルカメラの構成例について、図４を参照して説明する。このディジタルカメラ３０は、単板式CCDを用いており、被写体の光画像を広ダイナミックレンジ（例えば、１６ビット幅）の画像信号として取得し、適宜、狭ダイナミックレンジ（例えば、８ビット幅）の画像信号に変換して出力するものである。
【００３６】
ディジタルカメラ３０の光学系は、被写体の光画像を集光するレンズ３１、光画像の光量を調整する絞り３２、光画像の入射時間を調整するシャッタ３３、CCD３７が強い感度を有する赤外領域の光を除去する赤外線カットフィルタ（ＩＲフィルタ）３４、CCD３７が離散的なサンプリングすると発生する折り返しを抑止するために光の高周波成分を除去する光学ローパスフィルタ(LPF)３５、および、CCD３７の４画素に対応する領域毎、図５に示すように配置された原色系（赤(R)、緑(G)、および青(B)）のフィルタであって光信号から３原色光Ｒ，Ｇ，Ｂを抽出する色フィルタ３６から構成される。
【００３７】
なお、レンズ３１に赤外領域除去用のコーティングを施すことにより、赤外線カットフィルタ３４を省略してもよい。色フィルタ３６としては、例えば、図５に示したもの以外、例えば、補色系（黄色(Ye)、シアン(Cy)、マゼンダ(Mg)）と緑(G)のフィルタが配置されたものを用いてもよい。
【００３８】
さらに、ディジタルカメラ３０は、光学系を介して入力される光画像を光電変換し、広ダイナミックレンジの画像信号をCDS３８に出力するCCD３７、CCD３７から入力される画像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるCDS(Corelated Double Sampling)３８、被写体の明るさに適応して画像信号の振幅を電気的に増幅するAGC(Auto Gain Controller)３９、アナログの画像信号をディジタル化するＡ／Ｄコンバータ４０、DSP(Digital Signal Procesor)等より成り、広ダイナミックレンジのディジタル画像信号を狭ダイナミックレンジのディジタル画像信号に変換する画像処理部４１、CCD３７の水平走査タイミングおよび垂直走査タイミングを発生するタイミングジェネレータ４２、および、ドライブ４５を制御して、磁気ディスク４６、光ディスク４７、光磁気ディスク４８、または半導体メモリ４９に記憶されている制御用プログラムを読み出して、読み出した制御用プログラム、操作部４４から入力されるユーザからのコマンド等に基づいて、ディジタルカメラ３０の全体を制御する制御部４３から構成される。
【００３９】
なお、画像処理部４１は、入力されるディジタル画像信号のダイナミックレンジを変換する他、入力されるディジタル画像信号を静止画像としてJPEG(Joint Photographic Experts Group)方式等に従い圧縮符号化して所定の記録メディアに記録したり、動画像としてMPEG(Moving Picture Experts Group)方式等に従い圧縮符号化して所定の記録メディアに記録したり、所定の記録媒体から符号化された画像信号を読み出して復号する。
【００４０】
このディジタルカメラ３０において、レンズ３１乃至色フィルタ３６より成る光学系を介して入力された光画像は、CCD３７によって広ダイナミックレンジの画像信号に変換され、CDS３８によってノイズ低減処理が施され、AGC３９によって振幅が増幅されて、さらに、Ａ／Ｄコンバータ４０によってディジタル化されて、画像処理部４１に入力される。画像処理部４１に入力された広ダイナミックレンジのディジタル画像信号は、狭ダイナミックレンジのディジタル画像信号に変換される。
【００４１】
次に、図６は、画像処理部４１の第１の構成例を示している。画像処理部４１には、１画素に対してディジタル化された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのうちのいずれかが入力される。
【００４２】
ホワイトバランス回路（ＷＢ）５１は、各画素の原色信号レベルを調整して画像における色バランスを整え、ガンマ補正回路（γ）５２に出力する。ガンマ補正回路５２は、各画素の原色信号に対し、ガンマ補正を施して遅延回路（ＤＬ）５３に出力する。遅延回路５３は、RGB補間同時化回路５４が近傍の所定の数の画素を用いて各画素の３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを復元する処理と、アパーチャ補正信号生成回路５５が近傍の所定の数の画素を用いてエッジ強調信号を生成する処理とに用いられるサンプリング位相が異なる各色チャンネルの信号の位相を一致させて、RGB補間同時化回路５４およびアパーチャ補正信号生成回路５５に出力する。
【００４３】
RGB補間同時化回路５４は、全ての画素にそれぞれ対応する３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを復元するために、対象とする画素の近傍の画素の赤色信号Ｒ、緑色信号Ｇ、または青色信号Ｂを用いて欠損している色信号を補間し、画素に対応する３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの各位相を同期させて同時に加算器５６に出力する。アパーチャ補正信号生成回路５５は、全ての画素にそれぞれ対応するエッジ強調信号を、対象とする画素の近傍の画素の赤色信号Ｒ、緑色信号Ｇ、または青色信号Ｂを用いて生成し、加算器５６に出力する。
【００４４】
加算器５６は、RGB補間同時化回路５４から入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに、アパーチャ補正信号生成回路５５から入力されるエッジ強調信号を加算することよってＦ特補正を施して、輝度信号生成マトリクス回路５７および帯域制限フィルタ５８に出力する。
【００４５】
輝度信号生成マトリクス回路５７は、加算器５６から入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）に代入して輝度信号Ｙを生成し、補正値演算回路６０および階調補正回路６１に出力する。
【００４６】
帯域制限フィルタ５８は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの帯域に合わせるために、加算器５６からの３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの帯域を制限し、色差信号生成マトリクス回路５９に出力する。色差信号生成マトリクス回路５９は、帯域制限された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、式（１），（２）に代入して色差信号Ｃｒ，Ｃｂを生成し、補正値演算回路６０および階調補正回路６１に出力する。
【００４７】
補正値演算回路６０は、輝度信号生成マトリクス回路５７から入力される輝度信号Ｙ、および色差信号生成マトリクス回路５９から入力される色差信号Ｃｒ，Ｃｂに基づき、補正値ｋを演算して階調補正回路６１に出力する。
【００４８】
階調補正回路６１は、次式（３）に示すように、補正値演算回路６０から入力される補正値ｋを、輝度信号生成マトリクス回路５７から入力される輝度信号Ｙ、および色差信号生成マトリクス回路５９から入力される色差信号Ｃｒ，Ｃｂにそれぞれ乗算し、得られる値を補正した輝度信号Ｙｏ、および色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯとして出力する。
Ｙｏ ＝ｋ・Ｙ
ＣｒＯ＝ｋ・Ｃｒ
ＣｂＯ＝ｋ・Ｃｂ                                        ・・・（３）
【００４９】
このように、同一の補正値ｋを輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｒ，Ｃｂに乗算することにより、色信号間の比率が変化することが抑止され、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの信号レベルが大きい場合、輝度信号Ｙの補正誤差を減少させることができる。
【００５０】
図７は、補正値演算回路６０の詳細な構成例を示している。補正値演算回路６０のヒストグラム生成回路７１は、輝度信号生成マトリクス回路５７から順次入力される輝度信号Ｙのヒストグラム（輝度信号Ｙの各信号レベルに対する頻度分布）を画像単位で生成して、補正値LUT生成回路７２に出力する。
【００５１】
補正値LUT生成回路７２は、ヒストグラム生成回路７１から入力される輝度信号Ｙのヒストグラムに基づき、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃ（色差信号Ｃｒと色差信号Ｃｂの信号レベルの大きい方の信号）の組み合わせに対する補正値ｋを示す補正値LUTを生成して、補正値LUTメモリ７４に記憶させる。
【００５２】
具体的には、補正値LUT生成回路７２は、ヒストグラム生成回路７１から入力される輝度信号Ｙのヒストグラムを累積し、ヒストグラムの各信号レベルに対する頻度を累積して、図８に示す曲線Ａのような累積ヒストグラムを生成する。さらに、人間の視覚特性に関するウェーバ・フェヒナの法則（人間の感覚量は、刺激強度の対数に比例する）を考慮して、曲線Ａを所定の対数曲線に近似させて曲線Ｂを得る。図８において、横軸は入力輝度レベルＹを示し、縦軸は、累積頻度に補正後の輝度信号のダイナミックレンジを適合させた輝度信号レベルＹｅを示す。
【００５３】
曲線Ｂは、次式（４）によって与えられる。
Ｙｅ＝ａ・log（Ｙ）＋ｂ                                ・・・（４）
ここで、ａ，ｂは所定の係数である。
【００５４】
次に、補正値LUT生成回路７２は、次式（５）によって表現される輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃの組み合わせに対応する補正値ｋを示す補正値LUTを生成し、補正値LUTメモリ７４に記憶させる。
【数１】
0004240261.tif 000002
・・・（５）
ここで、Ｃｍａｘは、色差信号Ｃが取り得る信号レベルの最大値である。
【００５５】
図７に戻る。比較器７３は、色差信号生成マトリクス回路５９から入力される色差信号Ｃｒ，Ｃｂの信号レベルを比較し、信号レベルが大きい方を色差信号Ｃとして補正値LUTメモリ７４に出力する。補正値LUTメモリ７４は、補正値LUT生成回路７２からの補正値LUTを記憶する。補正値LUTメモリ７４はまた、入力される輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃの組み合わせを補正値LUTに照らし合わせ、対応する補正値ｋを取得して階調補正回路６１に出力する。
【００５６】
画像処理部４１の第１の構成例（図６）の階調補正処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。この階調補正処理は、輝度信号生成マトリクス回路５７が出力した輝度信号Ｙと、色差信号生成マトリクス回路５９が出力した色差信号Ｃｒ，Ｃｂに対して施される。
【００５７】
ステップＳ１において、補正値演算回路６０のヒストグラム生成回路７１は、輝度信号生成マトリクス回路５７から入力された輝度信号Ｙのヒストグラムを画像単位で生成し、補正値LUT生成回路７２に出力する。ステップＳ２において、補正値LUT生成回路７２は、ヒストグラム生成回路７１から入力された輝度信号Ｙのヒストグラムに基づき、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃの組み合わせに対する補正値ｋを示す補正値LUTを生成して補正値LUTメモリ７４に記憶させる。
【００５８】
ステップＳ３において、比較器７３は、色差信号マトリクス回路５９から入力された色差信号Ｃｒ，Ｃｂを比較し、信号レベルが大きい方を色差信号Ｃとして補正値LUTメモリ７４に出力する。ステップＳ４において、補正値LUTメモリ７４は、入力された輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃを補正値LUTに照らし合わせ、対応する補正値ｋを取得して階調補正回路６１に出力する。
【００５９】
ステップＳ５において、階調補正回路６１は、式（３）に示すように、補正値演算回路６０から入力された補正値ｋを、輝度信号生成マトリクス回路５７から入力された輝度信号Ｙ、および色差信号生成マトリクス回路５９から入力された色差信号Ｃｒ，Ｃｂにそれぞれ乗算し、得られる値を補正した輝度信号Ｙｏ、および色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯとして出力する。
【００６０】
以上説明したように、画像処理部４１の第１の構成例の階調補正処理によれば、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｒ，Ｃｂに同一の補正値ｋを乗算することによって補正を行う。
【００６１】
なお、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃの組み合わせと補正値ｋは、式（５）に示した関係を有するので、例えば、色差信号Ｃの信号レベルが最大値である場合、補正値ｋ＝１となるので、入力された輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｒ，Ｃｂにはｋ＝１が乗算されて、入力された輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｒ，Ｃｂが、そのまま補正された輝度信号Ｙｏおよび色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯとして出力される。よって、補正された色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯにオーバフローが発生して色相が変化するようなことが抑止できる。
【００６２】
また、例えば、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの信号レベルがいずれも０であって、色差信号Ｃが最小値（＝０）である場合（画素が無彩色である場合）、式（５）は、次式（６）となり、補正された輝度信号Ｙｏ＝Ｙｅとなる。すなわち、無彩色の画素については、人の視覚特性を考慮した階調補正（図８の曲線Ｂ）が施されることになる。
ｋ＝Ｙｅ／Ｙ                                              ・・・（６）
【００６３】
次に、図１０は、画像処理部４１の第２の構成例を示している。画像処理部４１の第２の構成例は、図６に示した第１の構成例と比較した場合、加算器５６以降の構成が異なる。第２の構成例において、加算器５６は、RGB補間同時化回路５４から入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに、アパーチャ補正信号生成回路５５から入力されるエッジ強調信号を加算することよってＦ特補正を施して、補正LUT生成回路８１および階調補正回路８２に出力する。
【００６４】
補正LUT生成回路８１は、加算器５６から入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づき、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれを補正するための補正LUTを生成して、階調補正回路８２に出力する。階調補正回路８２は、補正LUT生成回路８１から入力される補正LUTを記憶する。階調補正回路８２はまた、加算器５６から入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを補正LUTに照らし合わせて、対応する値を補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂとして輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力する。
【００６５】
輝度信号生成マトリクス回路８３は、階調補正回路８２から入力される補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）に代入することにより、輝度信号Ｙｏを生成する。
【００６６】
帯域制限フィルタ８４は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの帯域に合わせるために、階調補正回路８２から入力される補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの帯域を制限し、色差信号生成マトリクス回路８５に出力する。色差信号生成マトリクス回路８５は、帯域制限されて補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、式（１），（２）に代入して色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯを生成する。
【００６７】
なお、図１０に示した画像処理部４１の第２の構成例において、図６に示した第１の構成例と共通する回路には同じ符号を附しているので、それらの説明については省略する。
【００６８】
図１１は、画像処理部４１の第２の構成例を成す補正LUT生成回路８１の第１の構成例を示している。補正LUT生成回路８１の輝度信号合成回路９１は、加算器５６から入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）に代入して輝度信号Ｙを生成し、ヒストグラム生成回路９２に出力する。ヒストグラム生成回路９２は、輝度信号合成回路９２から順次入力される輝度信号Ｙのヒストグラムを画像単位で生成して階調補正LUT生成回路９３に出力する。
【００６９】
階調補正LUT生成回路９３は、ヒストグラム生成回路９２から入力される輝度信号Ｙのヒストグラムを累積して累積ヒストグラムを生成し、それを所定の対数曲線に近似させて図８の曲線Ｂのような対数近似曲線を得る。さらに、階調補正LUT生成回路９３は、対数近似曲線に基づき、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応する補正LUTを生成して、階調補正回路８２のLUTメモリ１０１Ｒ乃至１０１Ｂに記憶させる。
【００７０】
階調補正回路８２を構成するLUTメモリ１０１Ｒは、階調補正LUT生成回路９３から入力される赤色信号Ｒを補正するための補正LUTを記憶し、加算器５６から入力される赤色信号Ｒを補正LUTに照らし合わせ、補正された赤色信号Ｒを取得して輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力する。LUTメモリ１０１Ｇは、階調補正LUT生成回路９３から入力される緑色信号Ｇを補正するための補正LUTを記憶し、加算器５６から入力される緑色信号Ｇを補正LUTに照らし合わせ、補正された緑色信号Ｇを取得して輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力する。LUTメモリ１０１Ｂは、階調補正LUT生成回路９３から入力される青色信号Ｂを補正するための補正LUTを記憶し、加算器５６から入力される青色信号Ｂを補正LUTに照らし合わせ、補正された青色信号Ｂを取得して輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力する。
【００７１】
次に、画像処理部４１の第２の構成例を成す補正LUT生成回路８１の第１の構成例等による階調補正処理について、図１２のフローチャートを参照して説明する。この階調補正処理は、加算器５６から出力された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに対して施される。
【００７２】
ステップＳ１１において、補正LUT生成回路８１の輝度信号合成回路９１は、加算器５６から入力された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）に代入して輝度信号Ｙを生成し、ヒストグラム生成回路９２に出力する。ステップＳ１２において、ヒストグラム生成回路９２は、輝度信号合成回路９２から順次入力された輝度信号Ｙのヒストグラムを画像単位で生成して階調補正LUT生成回路９３に出力する。
【００７３】
ステップＳ１３において、階調補正LUT生成回路９３は、ヒストグラム生成回路９２から入力された輝度信号Ｙのヒストグラムを累積して累積ヒストグラムを生成し、それを所定の対数曲線に近似させて図８の曲線Ｂのような対数近似曲線を得る。さらに、階調補正LUT生成回路９３は、対数近似曲線に基づき、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応する補正LUTを生成して、対応するLUTメモリ１０１Ｒ乃至１０１Ｂに記憶させる。
【００７４】
ステップＳ１４において、LUTメモリ１０１Ｒは、加算器５６から入力された赤色信号Ｒを記憶した補正LUTに照らし合わせ、得られた補正された赤色信号Ｒを輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力する。同様に、LUTメモリ１０１Ｇは、補正された緑色信号Ｇを取得して輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力し、LUTメモリ１０１Ｂは、補正された青色信号Ｂを取得して輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力する。
【００７５】
ステップＳ１５において、輝度信号生成マトリクス回路８３は、階調補正回路８２から入力された補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）に代入することによって輝度信号Ｙｏを生成する。一方、帯域制限フィルタ８４は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの帯域に合わせるために、階調補正回路８２から入力された補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの帯域を制限し、色差信号生成マトリクス回路８５に出力する。色差信号生成マトリクス回路８５は、帯域制限されて補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、式（１），（２）に代入して色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯを生成する。
【００７６】
図１３は、画像処理部４１の第２の構成例を成す補正LUT生成回路８１の第２の構成例を示している。補正LUT生成回路８１の第２の構成例には、加算器５６から緑色信号Ｇだけが入力される。
【００７７】
補正LUT生成回路８１の第２の構成例において、ヒストグラム生成回路１１１は、加算器５６から順次入力される緑色信号Ｇのヒストグラムを画像単位で生成して階調補正LUT生成回路１１２に出力する。
【００７８】
階調補正LUT生成回路１１２は、ヒストグラム生成回路１１１から入力される緑色信号Ｇのヒストグラムを累積して累積ヒストグラムを生成し、それを所定の対数曲線に近似させて図８の曲線Ｂのような対数近似曲線を得る。さらに、階調補正LUT生成回路１１２は、対数近似曲線に基づき、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応する補正LUTを生成して、階調補正回路８２のLUTメモリ１０１Ｒ乃至１０１Ｂに記憶させる。
【００７９】
次に、画像処理部４１の第２の構成例を成す補正LUT生成回路８１の第２の構成例等による階調補正処理について、図１４のフローチャートを参照して説明する。この階調補正処理は、加算器５６から出力された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに対して施される。
【００８０】
ステップＳ２１において、ヒストグラム生成回路１１１は、加算器５６から順次入力された緑色信号Ｇのヒストグラムを画像単位で生成して階調補正LUT生成回路１１２に出力する。
【００８１】
ステップＳ２２において、階調補正LUT生成回路１１２は、ヒストグラム生成回路１１１から入力された緑色信号Ｇのヒストグラムを累積して累積ヒストグラムを生成し、それを所定の対数曲線に近似させて図８の曲線Ｂのような対数近似曲線を得る。さらに、階調補正LUT生成回路１１２は、対数近似曲線に基づき、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応する補正LUTを生成して、対応するLUTメモリ１０１Ｒ乃至１０１Ｂに記憶させる。
【００８２】
ステップＳ２３において、LUTメモリ１０１Ｒは、加算器５６から入力された赤色信号Ｒを補正LUTに照らし合わせ、得られた補正された赤色信号Ｒを輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力する。同様に、LUTメモリ１０１Ｇは、補正された緑色信号Ｇを取得して輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力し、LUTメモリ１０１Ｂは、補正された青色信号Ｂを取得して輝度信号生成マトリクス回路８３および帯域制限フィルタ８４に出力する。
【００８３】
ステップＳ２４において、輝度信号生成マトリクス回路８３は、階調補正回路８２から入力された補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを式（１）に代入することによって輝度信号Ｙｏを生成する。一方、帯域制限フィルタ８４は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの帯域に合わせるために、階調補正回路８２から入力された補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの帯域を制限し、色差信号生成マトリクス回路８５に出力する。色差信号生成マトリクス回路８５は、帯域制限されて補正された３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、式（１），（２）に代入して色差信号ＣｒＯ，ＣｂＯを生成する。
【００８４】
以上説明したように、画像処理部４１の第２の構成例によれば、３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対して、適切な階調補正を施すことができるので、色相を変化させずに、画像信号のダイナミックレンジを変更することが可能である。
【００８５】
なお、本発明は、画像のダイナミックレンジを変更せずに階調を変更させる場合に適用することも可能である。
【００８６】
また、本発明は、本実施の形態のようなディジタルカメラのみならず、例えば、スキャナ、ファクシミリ、コピー装置など、画像信号を処理する電子機器に適用することが可能である。
【００８７】
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。
【００８８】
この記録媒体は、図４に示すように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク４６（フロッピディスクを含む）、光ディスク４７（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク４８（ＭＤ(Mini Disc)を含む）、もしくは半導体メモリ４９などよりなるパッケージメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROMやハードディスクなどで構成される。
【００８９】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に従って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、階調変換後の画像信号に色相の変化が発生することを抑止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの階調を個別に補正する従来の階調補正処理部の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】画像信号のうちの輝度信号Ｙだけに対して階調補正を行う従来の階調補正処理部の構成の一例を示している。
【図３】輝度信号の階調補正特性を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施の形態であるディジタルカメラ３０の構成例を示すブロック図である。
【図５】色フィルタ３６の一例を示す図である。
【図６】ディジタルカメラ３０の画像処理部４１の第１の構成例を示すブロック図である。
【図７】補正値演算回路６０の構成例を示すブロック図である。
【図８】人の視覚特性に対応した階調補正LUTについて説明するための図である。
【図９】画像処理部４１の第１の構成例の階調補正処理を説明するフローチャートである。
【図１０】ディジタルカメラ３０の画像処理部４１の第２の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１０の補正LUT生成回路８１の第１の構成例を示すブロック図である。
【図１２】画像処理部４１の第２の構成例の階調補正処理を説明するフローチャートである。
【図１３】図１０の補正LUT生成回路８１の第２の構成例を示すブロック図である。
【図１４】画像処理部４１の第２の構成例の階調補正処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
３０  ディジタルカメラ，  ３１  レンズ，  ３２  絞り，  ３３  シャッタ，  ３４  赤外線カットフィルタ，  ３５  ローパスフィルタ，  ３６  色フィルタ，  ３７  CCD，  ３８  CDS，  ３９  オートゲインコントローラ，  ４０Ａ／Ｄコンバータ，  ４１  画像処理部，  ４２  タイミングジェネレータ，４３  制御部，  ４４  操作部，  ４５  ドライブ，  ４６  磁気ディスク，４７  光ディスク，  ４８  光磁気ディスク，  ４９  半導体メモリ，  ５６加算器，  ５７  輝度信号生成マトリクス回路，  ５８  帯域制限フィルタ，５９  色差信号生成マトリクス回路，  ６０  補正値演算回路，  ６１  階調補正回路，  ７１  ヒストグラム生成回路，  ７２  補正値LUT生成回路，  ７３  比較器，  ７４  補正値LUTメモリ，  ８１  補正LUT生成回路，  ８２  階調補正回路，  ８３  輝度信号マトリクス回路，  ８４  帯域制限フィルタ，  ８５  色差信号マトリクス回路，  ９１  輝度信号合成回路，  ９２  ヒストグラム生成回路，  ９３  階調補正LUT生成回路，  １０１  LUTメモリ，  １１１ヒストグラム生成回路，  １１２  階調補正LUT生成回路
【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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