JP3424576B2 - 画像処理装置及び画像処理方法 - 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、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に応じて補正係数を生成して
画素値を補正する際に、画像データの画素値に応じて対
応する補正係数の解像度が切り換わるように動作を制御
することにより、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１１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ｌ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１１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１２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１３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】

【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】

【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るようにし、このとき画像デー
タの画素値に応じて、補正係数の解像度が切り換わるよ
うにする。

【００１７】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。

【００１８】このようにして階調を補正するにつき領域
間のコントラストにおいては、補正手段、補正処理にお
ける画像データの入出力特性であるレベル変換関数の傾
きより決まり、判定結果の空間的な解像度が高ければ高
い程、階調補正結果に対するレベル変換関数の影響が大
きくなる。従って画素値がレベル変換関数において傾き
の小さい部分に該当する場合、補正係数における解像度
を増大させることにより、例えレベル変換関数において
単調増加性が維持されていない場合でも、このレベル変
換関数の影響を低減して近接領域との間の不自然なコン
トラストの変化を低減することが可能となり、隣接する
領域間でも自然なコントラストを確保することができ
る。

【００１９】

【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。

【００２０】（１）第１の実施の形態 （１−１）第１の実施の形態の構成 図１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。

【００２１】ここで図２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。

【００２２】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３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。

【００２３】このような撮像結果を出力するにつき、Ｃ
ＣＤ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。

【００２４】これにより図４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４（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Ｖ
Ｓ（図４（Ｂ））とを組にして出力する。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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４（Ｃ））を生成するようにな
されている。

【００２９】階調補正回路８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、
続く信号処理回路により（図示せず）、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。

【００３０】すなわち階調補正回路８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、その判定結果を出力する。

【００３１】すなわち領域判定フィルタ９は、第１及び
第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ）９Ａ及び９Ｂに撮像
結果ＶＴの各画素値ｘ（ｉ，ｊ）を入力し、ここで帯域
制限する。これにより領域判定フィルタ９は、それぞれ
ローパスフィルタ９Ａ及び９Ｂにおいて、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
の判定結果である低周波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）及びｒ１
（ｉ，ｊ）を出力する。さらにこのとき領域判定フィル
タ９は、それぞれ通過帯域幅の異なるローパスフィルタ
９Ａ及び９Ｂにおいて、これらの処理を同時並列的に実
行することにより、異なる解像度による判定結果である
低周波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）及びｒ１（ｉ，ｊ）を生成
する。なおこの実施の形態では、図５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。

【００３２】すなわち第１及び第２のローパスフィルタ
９Ａ及び９Ｂは、それぞれ２次元のローパスフィルタで
あり、ラスタ走査の順序で順次入力される画像データの
画素値ｘ（ｉ，ｊ）について、次式の演算式により表さ
れる低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）を検出し、この低周波数
成分ｒ（ｉ，ｊ）を各領域の判定結果として出力する。

【００３３】

【数３】

【００３４】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。これによ
り第１及び第２のローパスフィルタ９Ａ及び９Ｂは、撮
像結果ＶＴによる画像より画像中の細かい構造を除去し
て比較的画素値が平坦な領域を抽出し、異なる解像度に
よる判定結果を低周波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）及びｒ１
（ｉ，ｊ）として出力する。なおローパスフィルタ９Ａ
及び９Ｂの１つは、このような処理を目的とすることか
ら、その帯域は比較的狭いものが望ましい。

【００３５】さらに第１及び第２のローパスフィルタ９
Ａ及び９Ｂは、第２のローパスフィルタ９Ｂに比して、
第１のローパスフィルタ９Ａが低解像度によるローパス
フィルタを構成するように、（３）式の定数Ｎ、Ｍが選
定されようになされている。

【００３６】重み付け係数生成回路９Ｃは、第１のロー
パスフィルタ９Ａを基準にして次式による演算処理によ
り、第１及び第２のローパスフィルタ９Ａ及び９Ｂより
出力される低周波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）及びｒ１（ｉ，
ｊ）の重み付け係数１−ｗ及びｗを生成する。

【００３７】

【数４】

【００３８】ここで、Ｄｍａｘ及びＤｍｉｎは、正規化
のための定数である。またｗｍａｘ及びｗｍｉｎは、重
み付け係数として算出される値の最大値及び最小値であ
り、いずれも０以上１以下の値があらかじめ与えられ
る。関数Ｄ（ｌ）は、続く係数算出回路１１で使用され
る係数算出関数Ｇによって決まる関数であり、次式によ
り定義される。

【００３９】

【数５】

【００４０】これにより重み付け係数生成回路９Ｃは、
対応する画素値ｘ（ｉ，ｊ）が後述するレベル変換関数
Ｔ（ｌ）の傾きが小さい部分に該当する場合は、重み付
け係数ｗの値を増大させるようになされている。

【００４１】乗算回路９Ａ及び９Ｂは、それぞれ重み付
け係数１−ｗ及びｗにより低周波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）
及びｒ１（ｉ，ｊ）を重み付けした後、続く加算回路９
Ｆは、これら乗算回路９Ａ及び９Ｂによる重み付け結果
を加算して、１の領域判定結果ｒ（ｉ，ｊ）として出力
する。

【００４２】これにより領域判定フィルタ９において
は、次式の重み付け加算処理を実行し、レベル変換関数
Ｔ（ｌ）の傾きが大きい部分に該当する領域について
は、高い解像度により帯域制限した低周波数成分ｒ１
（ｉ，ｊ）の比率を増大させて１の領域判定結果ｒ
（ｉ，ｊ）を出力するのに対し、これとは逆に、レベル
変換関数Ｔ（ｌ）の傾きが小さい部分に該当する領域に
ついては、低い解像度により帯域制限した低周波数成分
ｒ０（ｉ，ｊ）の比率を増大させて１の領域判定結果ｒ
（ｉ，ｊ）を出力する。

【００４３】

【数６】

【００４４】これにより領域判定フィルタ９において
は、撮像結果ＶＴの画素値ｘ（ｉ，ｊ）に応じて空間的
な解像度が切り換わるように、すなわち後述する係数算
出回路１１の入出力特性であるレベル変換関数Ｔ（ｌ）
の傾きが小さい部分に該当する場合程、判定結果ｒ
（ｉ，ｊ）の空間的な解像度が低減するように判定結果
ｒ（ｉ，ｊ）を生成する。

【００４５】係数算出回路１１は、低周波数成分ｒ
（ｉ，ｊ）の信号レベルに応じて、例えば図６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１１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。

【００４６】

【数７】

【００４７】これにより係数算出回路１１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。

【００４８】

【数８】

【００４９】乗算回路１２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。

【００５０】（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１）、撮像面に配置された色フィルタにより（図
２）、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３）。

【００５１】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４（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４（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４
Ｎ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４（Ｃ））が生成される。

【００５２】この撮像結果ＶＴにおいては、領域判定フ
ィルタ９のローパスフィルタ９Ａ及び９Ｂにおいて、異
なる解像度により入力画像データの属する領域が判定さ
れ、その判定結果が生成される。より具体的には、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ｒ０（ｉ，ｊ）及びｒ１（ｉ，ｊ）がそれぞ
れ異なる帯域によるローパスフィルタ９Ａ及び９Ｂで検
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。

【００５３】撮像結果ＶＴにおいては、この２つの低周
波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）及びｒ１（ｉ，ｊ）が乗算回路
９Ｄ及び９Ｅ、加算回路９Ｆによる加重平均回路により
合成されて１の低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）が各領域の判
定結果として出力される。

【００５４】撮像結果ＶＴにおいては、続く係数算出回
路１１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１２において、撮像結果の画素値が補正される。

【００５５】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。

【００５６】すなわち図７に示すように、画素値ｘ
（ｉ，ｊ）がローパスフィルタである領域判定フィルタ
１０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７（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７（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７（Ｃ））。

【００５７】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ｘ（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７（Ｄ））。

【００５８】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。

【００５９】これによりこの実施の形態に係る階調補正
回路８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。

【００６０】また図８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８（Ｂ））、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、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８
（Ｃ））。

【００６１】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Ｖ
Ｔによる脈動を拡大することが可能となる（図８
（Ｄ））。

【００６２】このようにして撮像結果ＶＴの階調を補正
するにつき、低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の値がほぼ一定
値に維持される一定領域内において、階調補正結果ｙ
（ｉ，ｊ）におけるコントラストは、係数算出関数Ｇに
よって与えられる補正係数の値により決まることにな
る。これに対して低周波数成分ｒ（ｉ，ｊ）の値が異な
る領域間のコントラストにおいては、レベル変換関数の
傾きより決まることになる。また各領域の大きさは、補
正係数ｇ（ｉ，ｊ）の空間的解像度に対応し、低周波数
成分ｒ（ｉ，ｊ）を抽出するローパスフィルタの通過帯
域幅によって決まる。

【００６３】これらのことから、低周波数成分ｒ（ｉ，
ｊ）を抽出するローパスフィルタの通過帯域幅が広けれ
ば広い程、すなわち補正係数の解像度が高い程、階調補
正結果ｙ（ｉ，ｊ）におけるコントラストに対してレベ
ル変換関数の影響が大きくなる。

【００６４】これにより所定の画素値の属する領域が、
レベル変換関数において傾きの小さい部分に該当する場
合、通過帯域幅の狭いローパスフィルタを使用して得ら
れる領域判定結果により階調補正すれば、すなわちこの
判定結果に対応する補正係数の解像度を向上して階調補
正すれば、例えレベル変換関数において単調増加性が維
持されていない場合でも、このレベル変換関数の影響を
低減して近接領域との間の不自然なコントラストの変化
を低減することが可能となる。

【００６５】これに対して所定の画素値の属する領域
が、レベル変換関数において傾きの大きな部分に相当す
る場合、この画素周辺のコントラストにおいては、レベ
ル変換関数の傾きによって充分なコントラストが保証さ
れることになる。なおこの場合階調補正結果においてエ
ッジ等を階調補正精度を向上するために、より解像度の
高い補正係数、すなわち通過帯域幅の広いローパスフィ
ルタを使用して得られる領域判定結果により精度の高い
階調補正結果を得ることができる。

【００６６】これによりこの実施の形態においては、重
み付け係数生成回路９Ｃにおいて、解像度の低い低周波
数成分ｒ０（ｉ，ｊ）に基づいて、レベル変換関数Ｔ
（ｌ）の傾きが大きい部分に該当する領域については、
高い解像度により帯域制限した低周波数成分ｒ１（ｉ，
ｊ）の比率を増大させて領域判定結果ｒ（ｉ，ｊ）が出
力され、これとは逆にレベル変換関数Ｔ（ｌ）の傾きが
小さい部分に該当する領域については、低い解像度によ
り帯域制限した低周波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）の比率を増
大させて領域判定結果ｒ（ｉ，ｊ）が出力される。

【００６７】すなわち乗算回路１２における入出力特性
において、レベル変換関数Ｔ（ｌ）の傾きが小さい部分
に該当する領域については、空間的な解像度が低減する
ように判定結果ｒ（ｉ，ｊ）が生成される。

【００６８】これにより階調補正回路８では、レベル変
換関数の傾きが小さいレベルで構成される領域に対して
は低い解像度の補正係数が、またレベル変換曲線の傾き
が大きいレベルで構成される領域に対しては高い解像度
の補正係数が生成され、このようにして生成された補正
係数により階調が補正されて、隣接する領域間でも、自
然なコントラストを確保することが可能となり、さらに
一段と自然に階調を補正することができる。

【００６９】（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。

【００７０】このとき解像度の異なる判定結果を合成し
て、レベル変換曲線の傾きが小さいレベルで構成される
領域に対しては低い解像度の補正係数を割り当て、また
レベル変換曲線の傾きが大きいレベルで構成される領域
に対しては高い解像度の補正係数を割り当てることによ
り、隣接する領域間でも、自然なコントラストを確保す
ることができ、さらに一段と自然に階調を補正すること
ができる。

【００７１】またこのときローパスフィルタによる低周
波数成分を基準にして各領域の画素値を補正することに
より、簡単な構成により、部分的なコントラストの低下
を回避して全体の階調を補正することができる。

【００７２】（２）第２の実施の形態 図９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１８は、図１について上述した階
調補正回路８に代えて適用される。なおこの階調補正回
路１８において、上述した階調補正回路８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。

【００７３】階調補正回路１８において、領域判定フィ
ルタ１９は、異なる解像度により画素値ｘ（ｉ，ｊ）の
属する領域を判定してなる判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ
１（ｉ，ｊ）を出力する。

【００７４】すなわち領域判定フィルタ１９は、それぞ
れ通過帯域幅の異なるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９
Ａ及び１９Ｂにより構成され、各ローパスフィルタ１９
Ａ及び１９Ｂに画素値ｘ（ｉ，ｊ）を与え、対応する低
周波数成分を判定結果ｒ０（ｉ，ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）
として出力する。

【００７５】ここでローパスフィルタ１９Ａ及び１９Ｂ
は、それぞれ図１について上述したローパスフィルタ９
Ａ及び９Ｂと同一に形成される。

【００７６】係数算出回路２１は、判定結果ｒ０（ｉ，
ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）より対応する補正係数ｇ０（ｉ，
ｊ）、ｇ１（ｉ，ｊ）を生成すると共に、これらの補正
係数ｇ０（ｉ，ｊ）、ｇ１（ｉ，ｊ）を合成して１の補
正係数ｇ（ｉ，ｊ）を生成する。

【００７７】すなわち係数算出回路２１において、係数
算出部２１Ａ及び２１Ｂは、それぞれ所定の係数算出関
数Ｇｋ（ｋ＝０、１）に基づいて、判定結果ｒ０（ｉ，
ｊ）、ｒ１（ｉ，ｊ）より対応する補正係数ｇ０（ｉ，
ｊ）、ｇ１（ｉ，ｊ）を生成して出力する。

【００７８】重み付け係数生成回路２１Ｃは、撮像結果
ＶＴの画素値ｘ（ｉ，ｊ）を基準にして（４）式につい
て上述したと同様の演算処理を実行する。これにより重
み付け係数生成回路２１Ｃは、レベル変換関数の傾きが
小さなに対応する画素値ｘ（ｉ，ｊ）が該当する場合
は、重み付け係数ｗの値を低減するようになされてい
る。

【００７９】乗算回路２１Ａ及び２１Ｂは、それぞれ重
み付け係数１−ｗ及びｗにより補正係数ｇ０（ｉ，
ｊ）、ｇ１（ｉ，ｊ）を重み付けした後、続く加算回路
２１Ｆは、これら乗算回路２１Ａ及び２１Ｂによる重み
付け結果を加算して、１の補正係数ｇ（ｉ，ｊ）として
出力する。

【００８０】これにより係数算出回路２１においては、
画素値ｘ（ｉ，ｊ）に応じて補正係数ｇ０（ｉ，ｊ）、
ｇ１（ｉ，ｊ）を操作して、補正係数ｇ（ｉ，ｊ）の空
間的な解像度を切り換える。

【００８１】すなわち乗算回路１２における入出力特性
であるレベル変換関数の傾きの小さな部分に画素値ｘ
（ｉ，ｊ）が該当する程、補正係数ｇ（ｉ，ｊ）の空間
的な解像度が低減するように前記補正係数ｇ（ｉ，ｊ）
を生成する。

【００８２】より具体的に、係数算出回路２１は、レベ
ル変換関数Ｔ（ｌ）の傾きが大きい部分に該当する領域
については、高い解像度により帯域制限した低周波数成
分ｒ１（ｉ，ｊ）より生成した補正係数ｇ１（ｉ，ｊ）
の比率を増大させて１の補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を出力す
るのに対し、これとは逆に、レベル変換関数Ｔ（ｌ）の
傾きが小さい部分に該当する領域については、低い解像
度により帯域制限した低周波数成分ｒ０（ｉ，ｊ）より
生成した補正係数ｇ０（ｉ，ｊ）の比率を増大させて１
の補正係数ｇ（ｉ，ｊ）を出力する。

【００８３】図９に示す構成によれば、異なる解像度に
よる補正係数を生成した後、合成して階調を補正するよ
うにしても、第１の実施の形態と同様の効果を得ること
ができる。

【００８４】（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
６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１０
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。

【００８５】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。

【００８６】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（７）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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】

【数９】

【００９１】また上述の実施の形態においては、２系統
のローパスフィルタ出力を適応的に処理して補正係数を
生成する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、必要に応じて複数系統の判定結果を適応的に処理し
て補正係数を生成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。

【００９２】また上述の第１の実施の形態においては、
２系統のローパスフィルタ出力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、１系統のローパスフ
ィルタの通過帯域幅を入力画像データに応じて適応的に
変化させることにより、補正係数に対応する判定結果の
解像度が切り換わるようにしてもよい。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】

【数１０】

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】

【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、画像データの画素値に応
じて対応する補正係数の空間的な解像度が切り換わるよ
うに動作を制御することにより、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
のとき隣接する領域間でも自然なコントラストを確保す
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
カメラを示すブロック図である。

【図２】図１のテレビジョンカメラのＣＣＤ固体撮像素
子の色フィルタを示す平面図である。

【図３】図２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４】図１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５】図１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６】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７】図１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８】図７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９】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１０】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１１】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１２】図１１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１３】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、８、１８……階調補正回
路、９、１９……領域判定フィルタ、９Ａ、９Ｂ、１９
Ａ、１９Ｂ……ローパスフィルタ、９Ｃ、２１Ｃ……重
み付け係数生成回路、９Ｄ、９Ｅ、１２、２１Ｄ、２１
Ｅ……乗算回路、９Ｆ、２１Ｆ……加算回路、１１……
係数算出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−226772（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−158077（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−145783（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−311392（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−170428（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−312787（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−13854（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−248024（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/14 - 5/217 H04N 9/04 - 9/11 H04N 9/44 - 9/78

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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、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、 前記領域判定手段又は前記係数算出手段は、 前記画像データの画素値に応じて、前記補正係数の解像
   度が切り換わるように、前記判定結果又は前記補正係数
   を生成することを特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】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、 前記判定結果に従って、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
   する補正処理とからなり、 前記領域判定処理又は前記係数算出処理において、 前記画像データの画素値に応じて、前記補正係数の解像
   度が切り換わるように、前記判定結果又は前記補正係数
   を生成することを特徴とする画像処理方法。
3. 【請求項３】前記領域判定処理又は前記係数算出処理
   は、 前記補正処理における前記画像データの入出力特性にお
   いて、入力値の変化に対して出力値の変化が小さい程、
   前記補正係数の解像度が低減するように、前記判定結果
   又は前記補正係数を生成することを特徴とする請求項２
   に記載の画像処理方法。
4. 【請求項４】前記領域判定処理は、 前記画像データの近傍所定範囲の特徴を示す特徴量を検
   出して前記判定結果を出力し、 前記係数算出処理は、 前記特徴量に従って前記補正係数を出力することを特徴
   とする請求項２に記載の画像処理方法。
5. 【請求項５】前記領域判定処理は、 前記画像データの画素値に応じて、前記判定結果の解像
   度を変化させることにより、前記補正係数の解像度を切
   り換えることを特徴とする請求項２に記載の画像処理方
   法。
6. 【請求項６】前記係数算出処理は、 前記画像データの画素値に応じて、前記補正係数を補正
   することにより、前記補正係数の解像度が切り換わるよ
   うにすることを特徴とする請求項２に記載の画像処理方
   法。
7. 【請求項７】前記領域判定処理は、 前記画像データの低周波数成分を抽出して前記判定結果
   を出力することを特徴とする請求項２に記載の画像処理
   方法。
8. 【請求項８】前記領域判定処理は、 前記画像データの低周波数成分を異なる通過帯域幅によ
   りそれぞれ抽出する信号抽出処理と、 前記画像データに応じて、前記複数の低周波数成分を合
   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２に記載の画像処理方法。
9. 【請求項９】前記信号合成処理は、 前記複数の低周波数成分を加重平均して前記判定結果を
   生成することを特徴とする請求項８に記載の画像処理方
   法。
10. 【請求項１０】前記領域判定処理は、 異なる通過帯域幅により前記画像データの低周波数成分
    をそれぞれ抽出して前記判定結果を出力し、 前記係数算出処理は、 前記複数の低周波数成分より、それぞれ補正用の係数を
    生成する部分係数算出処理と、 前記補正用の係数に基づいて、前記補正係数を生成する
    係数合成処理とからなることを特徴とする請求項２に記
    載の画像処理方法。
11. 【請求項１１】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
    ２に記載の画像処理方法。
12. 【請求項１２】入力される画像データのビット数に比し
    て、前記補正処理より得ら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２に記載の画像
    処理方法。
13. 【請求項１３】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２に記載の画像処
    理方法。
14. 【請求項１４】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２に記載の画
    像処理方法。