JP3424060B2 - 階調補正装置ならびにそれを用いた映像信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、階調補正装置なら
びにそれを用いた映像信号処理装置に関する。

【０００２】この階調補正装置ならびに映像信号処理装
置は、例えばビデオカメラなどに用いられる。

【０００３】

【従来の技術】従来の階調補正の手法としては、１画面
分の入力映像信号の輝度値のヒストグラムを算出し、こ
の算出した輝度値の分散の度合いに応じた階調変換デー
タを作成し、この階調変換データに基づき階調補正する
ようなものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
では、入力映像信号にそのまま階調補正を施している
が、入力映像信号は信号成分だけでなく不要なノイズ成
分も含まれていることがあり、そのような場合には、ノ
イズ成分についても階調補正によりコントラストが強調
されることになってしまう。つまり、従来例では、画像
のコントラストを改善できるものの、ノイズが目立つこ
とになるなど、改良の余地がある。

【０００５】したがって、本発明は、階調補正装置にお
いて、画面内のノイズ成分を目立たせずにコントラスト
を改善した高品位な画像を得るようにすることを目的と
している。

【０００６】また、本発明は、輝度信号に色信号が重畳
された映像信号が入力される映像信号処理装置におい
て、画面内のノイズ成分を目立たせずにコントラストを
改善するとともに、偽色成分の発生を抑圧した高品位な
画像を得るようにすることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、画面上を所要
数の領域に分けることによって１画面分の入力映像信号
を分割し、各領域の信号成分に対して、非線形な階調補
正特性に応じて階調補正をそれぞれ施すようにしてお
り、これにより画面の各部をそれぞれ適切に強調するこ
とができる。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１の階調補正装置
は、画面上を所要数の領域に分けることによって１画面
分の入力映像信号を分割する信号分割手段と、前記入力
映像信号の信号レベル別の出現頻度を表すヒストグラム
を検出するヒストグラム検出手段と、前記信号分割手段
で分割された各領域の入力映像信号について、前記ヒス
トグラム検出手段により検出されたヒストグラムに基づ
き、非線形な階調補正特性をそれぞれ作成する階調補正
特性設定手段と、前記各領域の入力映像信号の信号成分
に対して、前記階調補正特性設定手段で設定された非線
形な階調補正特性に応じて階調補正をそれぞれ施す階調
補正手段と、前記階調補正された各領域の信号成分を合
成する映像合成手段とを含む。

【００１２】

【００１３】本発明の請求項２の階調補正装置は、請求
項１の階調補正特性設定手段について、前記階調補正特
性設定手段は、前記ヒストグラム検出手段で検出したヒ
ストグラムを所要の基準値と比較し、所要範囲から外れ
るものについて当該所要範囲内の特定値に変更すること
により、輝度レベルの傾きを規制した階調補正特性を作
成するものとしている。

【００１４】本発明の請求項３の階調補正装置は、上記
請求項２の階調補正特性設定手段について、前記階調補
正特性設定手段は、輝度レベルの傾きを規制した階調補
正特性を作成した後、前記規制処理により低下する階調
補正特性の最大レベルについて該低下分を見込んで補正
するものとしている。

【００１５】本発明の請求項４の映像信号処理装置は、
輝度信号に変調色信号が重畳された映像信号を輝度信号
と色信号に分離する輝度色分離手段と、分離された輝度
信号の信号成分に対して階調補正を施す請求項１乃至３
記載の階調補正装置と、を含む。

【００１６】本発明の請求項５の映像信号処理は、輝度
信号に変調色信号が重畳された映像信号を輝度信号と色
信号に分離する輝度色分離手段と、分離された輝度信号
の信号成分に対して階調補正を施す請求項１乃至３記載
の階調補正装置と、前記分離された色信号に対し、前記
階調補正された輝度信号との比を階調補正前の関係とす
るように補正する色信号補正手段と、前記階調補正され
た輝度信号と前記補正された色信号とを合成する合成手
段と、を含む。

【００１７】以下、本発明の詳細について、図１ないし
図１１に示す各実施形態を用いて説明する。

【００１８】（実施形態１）図１ないし図４は本発明の
実施形態１にかかり、図１は、階調補正装置の構成図、
図２は、図１のヒストグラム検出手段の構成図、図３
は、ヒストグラムデータと階調補正特性データを表すグ
ラフ、図４は、図１のハイパスフィルタの周波数特性を
示すグラフである。この実施形態１は、請求項１，２に
対応している。

【００１９】図１において、Ａは階調補正装置の全体を
示しており、１はヒストグラム検出手段、２は階調補正
特性設定手段、３は階調補正手段、４は信号分離手段、
５は合成手段である。

【００２０】ヒストグラム検出手段１は、１画面分の入
力映像信号Ｓｉｎにおける輝度レベル別の出現頻度を算
出するもので、例えば図２に示すように、レベル検出回
路６と、マルチプレクサ７と、セレクタ８と、輝度レベ
ル分割数に応じた数のレジスタ９と、加算器１０とを含
む。この実施形態１では、説明を分かり易くするため
に、輝度レベルの分割数を例えば“１６”としている。
レベル検出回路６は、デジタル信号からなる入力映像信
号Ｓｉｎの上位４ビットを、マルチプレクサ７とセレク
タ８の制御信号として抽出する。マルチプレクサ７とセ
レクタ８は、前記抽出された４ビットの制御信号によ
り、例えば１６個のレジスタ９の中から、入力した信号
レベルに応じた１つを選択する。加算器１０は、前記選
択された１つのレジスタ９の出力信号に“１”を加算
し、再び同じレジスタ９に格納する。この動作を入力映
像信号Ｓｉｎの１フィールド期間にわたって行うことに
よって、例えば図３（ａ）の帯グラフで示すようなヒス
トグラムデータＨ１（１）〜Ｈ１（１６）が得られる。
このようにして求められたヒストグラムデータＨ１
（１）〜Ｈ１（１６）は、入力映像信号Ｓｉｎのブラン
キング期間内に階調補正特性設定手段２に転送される。

【００２１】階調補正特性設定手段２は、例えばマイク
ロコンピュータにより構成され、ヒストグラム検出手段
１から与えられるヒストグラムデータＨ１（１）〜Ｈ１
（１６）の累積積分値ＳＨ１（１）〜ＳＨ１（１６）を
求めることにより、図３（ａ）の折れ線グラフで示すよ
うな第１の階調補正特性データを作成する。前述の累積
積分値ＳＨ１（ｎ）は、下記式により求められる。

【００２２】

【数１】

【００２３】階調補正手段３は、階調補正特性設定手段
２から与えられる第１の階調補正特性データに基づき、
下記信号分離手段４から出力される信号成分に対して階
調補正処理を施すものである。この階調補正処理は、階
調変換テーブルなどを用いるγ補正のような周知の処理
とされる。

【００２４】信号分離手段４は、例えばハイパスフィル
タ１１と、クリップ回路１２と、減算器１３とを含む。
つまり、入力映像信号Ｓｉｎをハイパスフィルタ１１に
通しさらにクリップ回路１２に通すことによってノイズ
成分Ｅｒを得る。さらに、減算器１３は、入力映像信号
Ｓｉｎから前述のノイズ成分Ｅｒを減算することによ
り、本来の信号成分を出力する。なお、ハイパスフィル
タ１１の伝達特性は、図４に示すようなものであり、下
記式で表される。図４において、横軸は周波数、縦軸
はフィルタの通過特性であり、Ｎはナイキスト周波数を
表す。

【００２５】

【数２】

【００２６】合成手段５は、加算器により構成され、階
調補正手段３の出力信号と、信号分離手段４で抽出した
ノイズ成分Ｅｒとを加算し、合成映像信号Ｓｍｉｘを出
力する。

【００２７】以上説明した実施形態１では、入力映像信
号を信号成分とノイズ成分に分離し、このうちの信号成
分のみに非線形な階調補正を施すようにしているから、
ノイズが目立たないようにコントラストが改善された高
品位な画像を得ることができるようになる。

【００２８】また、この実施形態１では、階調補正した
輝度信号と、階調補正前に分離したノイズ成分とを合成
して出力しているので、次のような効果が得られる。つ
まり、信号分離手段４は、特定周波数の信号成分を分離
する構成であるため、ノイズ成分の特定周波数と近似し
た信号成分が存在している場合に、この信号成分をノイ
ズ成分と共に分離してしまうこともある。このような場
合に、仮に、前述したような合成処理をしなければ、厳
密に言えば画像の一部が欠落することになるとも言えな
くない。ゆえに、この実施形態１では、欠落の全くない
忠実な画像を得ることができると言える。もちろん、ノ
イズ成分を合成しなくても、映像品位が特別低下するこ
ともないから、前述の合成処理を省略してもよく、その
省略した形態も本発明に含む。

【００２９】（実施の形態２）ところで、上記実施形態
１では、画面内の平坦な画像部分に信号分離手段４で分
離されなかったノイズ成分が含まれている場合だとこの
ノイズ成分が強調されることがあり、また、面積が小さ
い被写体では、コントラストがあまり改善されないこと
がありうる。さらに、実施形態１の階調補正処理では、
元の映像の階調数が少ない場合に、輪郭成分のコントラ
ストを過度に強調することになって偽輪郭成分が発生す
ることがありうる。この実施形態２では、このようなこ
とについても回避することができる。

【００３０】この実施形態２は、請求項６，７に対応し
ており、上記実施形態１と異なる点は、階調補正特性設
定手段２の処理内容である。

【００３１】すなわち、階調補正特性設定手段２では、
図３（ａ）に示すようなヒストグラムデータＨ１（１）
〜Ｈ１（１６）を求めた後、このヒストグラムデータＨ
１（１）〜Ｈ１（１６）を所要の基準値Ｈｍａｘ，Ｈｍ
ｉｎと比較し、上限基準値Ｈｍａｘより大きい場合は上
限基準値Ｈｍａｘとし、下限基準値Ｈｍｉｎより小さい
場合は下限基準値Ｈｍｉｎにそれぞれクリップすること
により、図３（ｂ）の帯グラフで示すようなヒストグラ
ムデータＨ２（１）〜Ｈ２（１６）を作成するととも
に、このヒストグラムデータＨ２（１）〜Ｈ２（１６）
の累積積分値ＳＨ２（１）〜ＳＨ２（１６）を求めるこ
とにより、図３（ｂ）の実線の折れ線グラフで示すよう
な第２の階調補正特性データを作成する。

【００３２】このように、要するに、ヒストグラムデー
タＨ１（１）〜Ｈ１（１６）の上限と下限とを適度に設
定することにより、第１の階調補正特性データの傾きを
規制した第２の階調補正特性データを得ている。この第
２の階調補正特性データを用いれば、階調補正を過度に
施すことを回避できるようになる。そのため、平坦な画
像部分に信号分離手段４で分離されなかったノイズ成分
が含まれている場合でもこのノイズ成分が強調されずに
済む他、面積が小さい被写体でもコントラストを改善で
きる、といった効果が得られる。しかも、元の映像信号
の階調数が少ない場合でも、輪郭成分のコントラストを
過度に強調することがなくなるので、偽輪郭部分の発生
を抑圧できるようになる。

【００３３】但し、前述のようにクリップ処理を施した
場合には、作成した第２の階調補正特性データの最大値
が図３（ｂ）の実線で示すように、図３（ａ）の第１の
階調補正特性データの最大値よりも低下することにな
り、カメラシステムのダイナミックレンジを十分に利用
することができなくなる。

【００３４】そこで、この実施形態２では、カメラシス
テムのダイナミックレンジを十分利用できるようにする
ために、第２の階調補正特性データを得てから、この第
２の階調補正特性データの最大値を第１の階調補正特性
データの最大値と等しくさせるように調整している。具
体的に、上記階調補正特性設定手段２では、ヒストグラ
ムデータＳＨ２（１）〜ＳＨ２（１６）の各値にＳＨ１
（１６）／ＳＨ２（１６）を掛け合わせることにより累
積積分値ＳＨ３（１）〜ＳＨ３（１６）を算出し、この
累積積分値ＳＨ３（１）〜ＳＨ３（１６）により図３
（ｂ）の一点鎖線で示す第３の階調補正特性データを得
る。このようにして作成した第３の階調補正特性データ
に応じて階調補正手段３で階調補正を施すのである。

【００３５】以上説明した処理以外は上記実施形態１と
同様であるので、重複説明を省略する。

【００３６】（実施の形態３）ところで、上記実施形態
１，２では、画面全体について階調補正するようにして
いるが、この実施形態３では、画面を複数の領域に細か
く分割して、各領域毎に階調補正特性データを作成して
別々に階調補正するようにしている。

【００３７】図５ないし図７は本発明の実施形態３にか
かり、図５は、階調補正装置の構成図、図６は、画面分
割の形態を示す模式図、図７は、各領域のヒストグラム
データと階調補正特性データを表すグラフである。この
実施形態３は請求項４に対応している。

【００３８】この実施形態３では、説明をわかりやすく
するために、図６に示すように、１画面を４つの領域
ａ、ｂ、ｃ、ｄに等分に分割する場合を例に挙げてい
る。図６の領域ａには窓の外の高輝度部分を含み、領域
ｃには比較的暗い被写体を含むようになっている。

【００３９】この実施形態３の階調補正装置Ａは、第１
〜第４のヒストグラム検出手段１ａ〜１ｄと、各ヒスト
グラム検出手段１ａ〜１ｄに対する各領域の映像信号を
選択的に入力するマルチプレクサ１４と、各領域ごとに
最適な階調補正特性データを作成する第１〜第４の階調
補正特性設定手段２ａ〜２ｄと、入力映像信号Ｓｉｎの
信号成分とノイズ成分とを分離する信号分離手段４と、
ノイズ成分が分離された入力映像信号がそれぞれ入力さ
れかつそれぞれ個別に階調補正を施す第１〜第４の階調
補正手段３ａ〜３ｄと、各階調補正手段３ａ〜３ｄで階
調補正した各１画面分の映像信号から領域ａ〜ｄを抽出
するとともにそれらを合成して合成映像信号Ｓｈｍｉｘ
を出力する映像合成回路１５と、これらマルチプレクサ
１４および映像合成回路１５を制御する制御回路１６
と、映像合成回路１５の出力信号Ｓｈｍｉｘに信号分離
手段４で抽出したノイズ成分Ｅｒを合成して合成映像信
号Ｓｍｉｘを出力する合成手段５とを含む構成としてい
る。

【００４０】動作を説明する。１画面分の入力映像信号
Ｓｉｎは、制御回路１６により制御されるマルチプレク
サ１４でもって図６の領域ａの信号を第１ヒストグラム
検出手段１ａに、図６の領域ｂの信号を第２ヒストグラ
ム検出手段１ｂに、図６の領域ｃの信号を第３ヒストグ
ラム検出手段１ｃに、図６の領域ｄの信号を第４ヒスト
グラム検出手段１ｄにそれぞれ入力し、図７（ａ）〜
（ｄ）の帯グラフで示すような各領域ａ〜ｄのヒストグ
ラムデータをそれぞれ得る。なお、この実施形態３で
は、説明をわかりやすくするために、輝度レベルの分割
数を“４”としている。

【００４１】そして、第１〜第４の階調補正特性設定手
段２ａ〜２ｄは、第１〜第４のヒストグラム検出手段１
ａ〜１ｄのヒストグラムデータを入力し、図７（ａ）〜
（ｄ）の折れ線で示すような各領域の階調補正特性デー
タを算出して、第１〜第４の階調補正手段３ａ〜３ｄに
与える。

【００４２】この一方で、前述の１画面分の入力映像信
号Ｓｉｎが、信号分離手段４に入力され、この信号分離
手段４でノイズ成分を分離して、第１〜第４の階調補正
手段３ａ〜３ｄに与える。

【００４３】第１〜第４の階調補正手段３ａ〜３ｄは、
信号分離手段４から与えられる１画面分の入力映像信号
Ｓｉｎの信号成分に対して、第１〜第４の階調補正特性
設定手段２ａ〜２ｄから与えられる各階調補正特性デー
タに基づき個別に階調補正を施し、映像合成回路１５に
与える。このとき、第１階調補正手段３ａでは１画面分
の映像信号の領域ａについて最適な階調補正を施せる
が、領域ｂ〜ｄについては不適正な階調補正を施してい
ることになり、第２階調補正手段３ｂでは１画面分の映
像信号の領域ｂについて最適な階調補正を施せるが、領
域ａ，ｃ，ｄについては不適正な階調補正を施している
ことになり、第３階調補正手段３ｃでは１画面分の映像
信号の領域ｃについて最適な階調補正を施せるが、領域
ａ，ｂ，ｄについては不適正な階調補正を施しているこ
とになり、第４階調補正手段３ｄでは１画面分の映像信
号の領域ｄについて最適な階調補正を施せるが、領域
ａ，ｂ，ｃについては不適正な階調補正を施しているこ
とになる。

【００４４】映像合成回路１５は、制御回路１６から与
えられる制御信号ｘ，ｙに応じて第１〜第４の階調補正
手段３ａ〜３ｄから与えられる信号Ｓｈａ〜Ｓｈｄを適
宜合成することにより合成信号Ｓｈｍｉｘを得る。合成
処理としては、制御信号ｘ，ｙにより、第１階調補正手
段３ａから与えられる１画面分の映像信号Ｓｈａのうち
最適な階調補正を施した領域ａの信号のみを、第２階調
補正手段３ｂから与えられる１画面分の映像信号Ｓｈｂ
のうち最適な階調補正を施した領域ｂの信号のみを、第
３階調補正手段３ｃから与えられる１画面分の映像信号
Ｓｈｃのうち最適な階調補正を施した領域ｃの信号のみ
を、第４階調補正手段３ｄから与えられる１画面分の映
像信号Ｓｈｄのうち最適な階調補正を施した領域ｄの信
号のみをそれぞれ選択し、これら選択した各領域ａ〜ｄ
の信号を合成するのである。なお、制御信号ｘ，ｙは、
図６中に画面の模式図に対応させて示すように、ｘは画
面の水平方向に対応して“０”〜“１”まで変化し、ｙ
は垂直方向に対応して“０”〜“１”まで変化するもの
である。

【００４５】上記出力信号Ｓｈａ〜Ｓｈｄ、制御信号
ｘ、ｙ、合成信号Ｓｈｍｉｘの関係は、下記式で表さ
れる。

【００４６】

【数３】

【００４７】この関係により、各領域ａ〜ｄの境界部分
が違和感なく自然な状態で合成されることになる。ここ
で、各領域ａ〜ｄに対応する階調補正特性はそれぞれ異
なるので、マルチプレクサなどで切り換えたのでは、境
界部分においてＳｈｍｉｘに急激な変化が発生する場合
がある。そのため、本実施形態では、制御信号ｘ，ｙに
応じて各領域の信号の構成比を徐々に変化させるように
している。例えば、水平方向に注目すると、領域ａと領
域ｂの境界の中央部では、ｘが０．５となり、Ｓｈｍｉ
ｘはＳｈａとＳｈｂの平均値となり、中央部より右では
Ｓｈｂの構成比が大きくなり、中央部より左でＳｈａの
構成比が大きくなる。垂直方向に対しても同様のことが
言える。

【００４８】以上説明した実施形態３では、画面を複数
の領域ａ〜ｄに細かく分割し、各領域ａ〜ｄをそれぞれ
に最適な階調補正特性データに基づく階調補正を別々に
施すから、画面の各部をそれぞれ適切に強調できるよう
になり、実施形態１，２に比べて、より高品位な画像と
することができる。

【００４９】（実施の形態４）上記実施形態３では、画
面を４つの領域ａ〜ｄに等分に分割して、領域ａ〜ｄ毎
に最適な階調補正を施せるようにしたが、撮影状況によ
っては例えば高輝度部分が４つの領域ａ〜ｄそれぞれに
跨がるような状態になることがあり、そのような場合、
上記実施形態３では必ずしも階調補正が最適になるとは
限らない。そこで、この実施形態４では、画面内を高輝
度領域と低輝度領域とに分割し、高輝度領域と低輝度領
域とで別々に階調補正するようにしている。

【００５０】図８ないし図１０は本発明の実施形態４に
かかり、図８は、階調補正装置の構成図、図９は、画面
分割の形態を示す模式図、図１０は、領域ａ、ｂのヒス
トグラムデータ及び階調補正特性データを示すグラフで
ある。この実施形態４は請求項５に対応している。

【００５１】この実施形態４では、画面を高輝度領域と
低輝度領域とに分割して、各領域について別々に階調補
正する構成となっている。

【００５２】この実施形態４の階調補正装置Ａは、高輝
度領域を検出する高輝度領域検出手段１７と、第１，第
２のヒストグラム検出手段１ａ，１ｂと、各ヒストグラ
ム検出手段１ａ，１ｂに対して低輝度領域と高輝度領域
の映像信号を選択的に入力するマルチプレクサ１４と、
低輝度領域と高輝度領域ごとに最適な階調補正特性デー
タを作成する第１，第２の階調補正特性設定手段２ａ，
２ｂと、入力映像信号の信号成分とノイズ成分とを分離
する信号分離手段４と、ノイズ成分が分離された入力映
像信号がそれぞれ入力されかつそれぞれ個別に階調補正
を施す第１，第２の階調補正手段３ａ，３ｂと、各階調
補正手段３ａ，３ｂで階調補正した各１画面分の映像信
号Ｓｈａ，Ｓｈｂから低輝度領域ａと高輝度領域ｂとを
抽出するとともにそれらを合成して合成映像信号Ｓｈｍ
ｉｘを出力する映像合成回路１５と、これらマルチプレ
クタ１４および映像合成回路１５を制御する制御回路１
６と、映像合成回路１５の出力信号Ｓｈｍｉｘに信号分
離手段４で抽出したノイズ成分Ｅｒを合成して合成映像
信号Ｓｍｉｘを出力する合成手段５とを含む構成として
いる。

【００５３】動作を説明する。入力映像信号Ｓｉｎは、
高輝度領域検出手段１７に入力される。高輝度領域検出
手段１７では、入力される映像信号を図９に示すように
横が“８”で縦が“６”の“４８”の領域に分割し、そ
れぞれの領域における信号レベルの平均値Ｓｍ（１）〜
Ｓｍ（４８）を算出する。さらに高輝度領域検出手段１
７では、４８領域の積分値Ｓｍ（１）〜Ｓｍ（４８）を
所要の基準値Ｓｔｈと比較し、その積分値が基準値Ｓｔ
ｈより大きい領域を高輝度領域として認識し、制御回路
１６に対し高輝度領域を表す高輝度領域検出信号を出力
する。図９では太線で囲まれた領域ｂを高輝度領域と
し、その他の領域ａを低輝度領域としている。

【００５４】制御回路１６では、高輝度領域検出回路１
７から入力した高輝度領域検出信号に基づいて、マルチ
プレクサ１８を制御する。これによって、１画面の入力
映像信号Ｓｉｎを低輝度領域ａと高輝度領域ｂとに分割
し、ヒストグラム検出手段１ａ、１ｂ、階調補正特性設
定手段２ａ、２ｂで図１０（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、２つの領域ａ，ｂのヒストグラムデータ及び階調補
正特性データを算出する。ここでも実施形態３と同様
に、説明をわかりやすくするために、輝度レベルの分割
数を“４”としている。

【００５５】また、制御回路１６では、高輝度領域検出
手段１７から入力した高輝度領域検出信号に基づいて制
御信号ｘ、ｙを生成する。制御信号ｘ、ｙを図９に画面
の模式図に対応させて示す。図９に示すように、ｘは画
面の水平方向に対応して“０”から“１”まで変化し、
ｙは垂直方向に対応して“０”から“１”まで変化す
る。

【００５６】第１，第２の階調補正手段３ａ，３ｂは、
信号分離手段４から与えられる１画面分の入力映像信号
Ｓｉｎの信号成分に対して、第１，第２の階調補正特性
設定手段２ａ，２ｂから与えられる各階調補正特性デー
タに基づき個別に階調補正を施し、映像合成回路１５に
与える。このとき、第１階調補正手段３ａでは１画面分
の映像信号の低輝度領域ａについて最適な階調補正を施
せるが、高輝度領域ｂについては不適正な階調補正を施
していることになり、第２階調補正手段３ｂでは１画面
分の映像信号の高輝度領域ｂについて最適な階調補正を
施せるが、低輝度領域ａについては不適正な階調補正を
施していることになる。これら階調補正手段３ａ，３ｂ
は、図１０（ａ）、（ｂ）に示すような場合、図９の低
輝度領域ａについて低輝度部分のコントラストを強調
し、図９の領域ｂについて高輝度部分のコントラストを
強調するようになっている。

【００５７】映像合成回路１５は、制御回路１６から与
えられる制御信号ｘ，ｙに応じて第１，第２の階調補正
手段３ａ，３ｂから与えられる信号Ｓｈａ，Ｓｈｂを合
成することにより合成信号Ｓｈｍｉｘを得て、これを出
力する。合成処理としては、第１階調補正手段３ａから
与えられる１画面分の映像信号Ｓｈａのうち最適な階調
補正を施した低輝度領域ａの信号のみを、また、第２階
調補正手段３ｂから与えられる１画面分の映像信号Ｓｈ
ｂのうち最適な階調補正を施した高輝度領域ｂの信号の
みをそれぞれ選択し、これら選択した各領域ａ，ｄの信
号を合成するのである。

【００５８】上記信号Ｓｈａ、Ｓｈｂ、制御信号ｘ、
ｙ、合成信号Ｓｈｍｉｘの関係は、下記式で表され
る。

【００５９】

【数４】

【００６０】この関係により、各領域ａ，ｂの境界部分
が違和感なく自然な状態で合成されることになる。ここ
で、各領域ａ〜ｄに対応する階調補正特性はそれぞれ異
なるので、上記実施形態３と同様に各領域の信号を徐々
に切り換えるようにしている。領域数が上記実施形態３
と異なるため上記関係式は異なるが、動作は同様であ
る。

【００６１】以上説明した実施形態４では、画面を高輝
度領域ｂと低輝度領域ａに分割し、各領域ａ，ｂの映像
信号に対してそれぞれに最適な階調補正特性データに基
づく階調補正を別々に施すから、撮影状況によって高輝
度領域ｂが画面のどこに位置する場合でも、自然な階調
補正を施すことができて、視認性の良い画像を得ること
ができる。

【００６２】（実施の形態５）図１１は本発明の実施形
態５にかかり、映像信号処理装置の構成図である。この
実施形態５は、請求項８，９に対応している。

【００６３】この実施形態５では、例えば単一の素子で
カラー化を行う単板カラー固体撮像素子の出力信号につ
いても、階調補正を施せるようにしている。このような
単板カラー固体撮像素子の出力信号は、輝度信号成分に
色信号成分が重畳された形態になっており、このような
信号に対して上記実施形態１〜４の階調補正装置Ａで階
調補正処理を施すと、非線形な特性により、輝度信号成
分と色信号成分のバランスが崩れ、偽色成分が発生する
ことがある。そこで、この実施形態５では、輝度信号成
分に色信号成分が重畳されたカラー映像信号について、
まず、輝度信号成分と色信号成分に分離し、この輝度信
号成分のみに対して上述した実施形態１〜４のいずれか
の階調補正処理を施し、その後、偽色成分の発生を抑圧
する処理を施すようにしている。

【００６４】この実施形態５の映像信号処理装置は、輝
度色分離回路１９と、上述した実施形態１の階調補正装
置Ａと、ローパスフィルタ２０と、輝度色合成回路２１
とを備えている。

【００６５】輝度色分離回路１９は、輝度信号に色信号
成分が重畳された入力映像信号Ｓｉｎが与えられ、この
入力映像信号Ｓｉｎを輝度信号成分Ｙ０と色信号成分Ｃ
０とに分離するもので、入力映像信号Ｓｉｎから色信号
成分Ｃ０を抽出するハイパスフィルタ２２と、このハイ
パスフィルタ２２で抽出した色信号成分Ｃ０を入力映像
信号Ｓｉｎから減算して輝度信号成分Ｙ０を抽出する減
算器２３と、ハイパスフィルタ２２で抽出した色信号成
分Ｃ０を減算器２３で抽出した輝度信号成分Ｙ０で除算
して規格化した色信号成分Ｃ１を得る除算器２４とで構
成されている。

【００６６】階調補正装置Ａは、輝度色分離回路１９で
分離した輝度信号Ｙ０に対して、上記実施形態１と同一
の階調補正を施す。ところが、階調補正装置Ａでは非線
形な階調補正を施すために、ある程度の高周波の非線形
歪みが生じることがある。このような非線形歪みが生じ
た輝度信号を、後で色信号と合成してカラー映像信号と
すると、このカラー映像信号の再生時に前記非線形歪み
成分が偽色信号となって再生されることになるので、こ
の非線形歪み成分をローパスフィルタ２０で除去するよ
うにしている。

【００６７】ローパスフィルタ２０は、階調補正装置Ａ
で階調補正された輝度信号に含まれる前記高周波の非線
形歪み成分を除去するもので、この高周波の非線形歪み
成分を除去するようなフィルタ特性に設定されている。

【００６８】輝度色合成回路２１は、ローパスフィルタ
２０で非線形歪み成分を除去した輝度信号Ｙ２と輝度色
分離回路１９の除算器２４で規格化した色信号成分Ｃ１
とを掛け合わせることにより重み付けされた色信号成分
Ｃ２を得る乗算器２５と、乗算器２５で得た色信号成分
Ｃ２をローパスフィルタ２０から出力される輝度信号Ｙ
２に加算することにより合成映像信号Ｓｏｕｔを得る加
算器２６とで構成されている。

【００６９】ここで、上記各部の輝度信号と色信号の関
係は、Ｃ０／Ｙ０＝Ｃ２／Ｙ２＝Ｃ１で表され、Ｃ０，
Ｃ２いずれも色成分と輝度成分の比が保存されるので、
階調補正装置Ａの非線形な階調補正処理による色信号の
変動すなわち色相の変化が発生することがない。

【００７０】以上説明した実施形態５では、輝度信号成
分に色信号成分が重畳された形態の映像信号について、
ノイズを目立たせずにコントラストを改善できるように
しながら、偽色成分の発生を抑圧することができる。

【００７１】なお、本発明は上記各実施形態のみに限定
されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。

【００７２】（１） 上記実施形態１，２では、階調補
正手段３で階調補正した信号成分と信号分離手段４で抽
出したノイズ成分とを合成手段５で合成しているが、階
調補正した信号成分にノイズ成分を合成しなくてもよ
い。

【００７３】（２） 上記実施形態２において、階調補
正特性設定手段２によるヒストグラムデータのクリップ
処理や、階調補正特性の最大値調整処理は、マイクロコ
ンピュータによるプログラム制御処理あるいは回路処理
のいずれとすることもできる。 （３） 上記実施形態３では、１画面を４つのブロック
ａ〜ｄに等分に分割したが、その分割数は任意である。
また、実施形態３では、４つの階調補正特性設定手段２
ａ〜２ｄを用いているが、単一の階調補正特性設定手段
を用いて時分割処理するようにしてもよい。

【００７４】（４） 上記実施形態４では、１画面を低
輝度領域ａと高輝度領域ｂとの２つに分割したが、段階
的に３つ以上の領域に分割すれば、さらに効果的な階調
補正を行うことができる。また、実施形態４では、画面
を４８ブロックに分割しているが、この分割数を、多く
すればする程、より細かな範囲での制御が可能となり、
最大では、画素ごとの分割とすることができる。さら
に、実施形態４では、２種類の階調補正特性設定手段２
ａ，２ｂを用いているが、単一の階調補正特性設定手段
を用いて時分割処理するようにしてもよい。

【００７５】（５） 上記実施形態５において、映像信
号処理装置Ｂに備える階調補正装置Ａとして、実施形態
１の階調補正装置Ａを用いた例を挙げているが、実施形
態２〜４の階調補正装置Ａを用いることができる。

【００７６】

【００７７】

【発明の効果】請求項１では、画面上を所要数の領域に
分けることによって１画面分の入力映像信号を分割し、
各領域ごとに最適な階調補正特性をそれぞれ算出して、
この各階調補正特性に基づく階調補正を施すようにして
いるから、画面の各部をそれぞれ適切に強調できるよう
になり、より高品位な画像とすることができる。

【００７８】

【００７９】請求項２では、階調補正特性の傾きを規制
するようにしているから、階調補正を施すときにコント
ラストを過度に強調することを回避できるようになる。
そのため、平坦な画像部分にノイズ成分が含まれている
場合でもこのノイズ成分が強調されずに済む他、面積が
小さい被写体でもコントラストを改善できといった効果
が得られる。しかも、元の映像信号の階調数が少ない場
合でも、輪郭成分のコントラストを過度に強調すること
がなくなるので、偽輪郭部分の発生を抑圧できるように
なる。

【００８０】請求項３では、請求項２のように階調補正
特性の傾きを規制する場合において、階調補正特性の最
大レベルを調整するようにすれば、カメラシステムのダ
イナミックレンジを十分利用できるようになり、十分な
階調補正効果を得ることができる。

【００８１】また、請求項４、５の映像信号処理装置で
は、輝度信号に色信号が重畳されてなる映像信号を、輝
度信号成分と色信号成分に分割し、輝度信号のみに請求
項１〜３のような階調補正処理を施し、さらに、色信号
に対して輝度信号成分の階調補正に応じた重み付けを施
すようにしているから、画面内のノイズ成分を目立たせ
ずにコントラストを改善するとともに、偽色成分の発生
を抑圧した高品位な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の階調補正装置の構成図

【図２】図１のヒストグラム検出手段の構成図

【図３】実施形態１のヒストグラムデータと階調補正特
性データを表すグラフ

【図４】実施形態１のハイパスフィルタの周波数特性を
示すグラフ

【図５】本発明の実施形態３の階調補正装置の構成図

【図６】実施形態３での画面分割の形態を示す模式図

【図７】実施形態３の各領域のヒストグラムデータと階
調補正特性データを表すグラフ

【図８】本発明の実施形態４の階調補正装置の構成図

【図９】実施形態４での画面分割の形態を示す模式図

【図１０】実施形態４の各領域のヒストグラムデータと
階調補正特性データを表すグラフ

【図１１】本発明の実施形態５の映像信号処理装置の構
成図

【符号の説明】

Ａ 階調補正装置 １ ヒストグラム検出手段 ２ 階調補正特性設定手段 ３ 階調補正手段 ４ 信号分離手段 ５ 合成手段

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−268498（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−162715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−84526（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−126377（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−268622（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−14325（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/20

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画面上を所要数の領域に分けることによ
   って１画面分の入力映像信号を分割する信号分割手段
   と、前記入力映像信号の信号 レベル別の出現頻度を表すヒス
   トグラムを検出するヒストグラム検出手段と、前記信号分割手段で分割された各領域の入力映像信号に
   ついて、前記ヒストグラム検出手段により 検出されたヒ
   ストグラムに基づき、非線形な階調補正特性をそれぞれ
   作成する階調補正特性設定手段と、前記 各領域の入力映像信号の信号成分に対して、前記階
   調補正特性設定手段で設定された非線形な階調補正特性
   に応じて階調補正をそれぞれ施す階調補正手段と、前記 階調補正された各領域の信号成分を合成する映像合
   成手段と、 を含むことを特徴とする階調補正装置。
2. 【請求項２】 前記階調補正特性設定手段は、前記ヒス
   トグラム検出手段で検出したヒストグラムを所要の基準
   値と比較し、所要範囲から外れるものについて当該所要
   範囲内の特定値に変更することにより、輝度レベルの傾
   きを規制した階調補正特性を作成するものである、請求
   項１記載の階調補正装置。
3. 【請求項３】 前記階調補正特性設定手段は、輝度レベ
   ルの傾きを規制した階調補正特性を作成した後、前記規
   制処理により低下する階調補正特性の最大レベルについ
   て該低下分を見込んで補正するものである、請求項２記
   載の階調補正装置。
4. 【請求項４】 輝度信号に変調色信号が重畳された映像
   信号を輝度信号と色信号に分離する輝度色分離手段と、 分離された輝度信号の信号成分に対して階調補正を施す
   請求項１乃至３記載の階調補正装置と、 を含むことを特徴とする 映像信号処理装置。
5. 【請求項５】 輝度信号に変調色信号が重畳された映像
   信号を輝度信号と色信号に分離する輝度色分離手段と、 分離された輝度信号の信号成分に対して階調補正を施す
   請求項１乃至３記載の階調補正装置と、前記分離された
   色信号に対し、前記階調補正された輝度信号との比を階
   調補正前の関係とするように補正する色信号補正手段
   と、前記階調補正された輝度信号と前記補正された色信
   号とを合成する合成手段と、 を含むことを特徴とする映像信号処理装置。