JP3642558B2 - 信号処理方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はダイナミックレンジの広い映像信号を得ることのできる信号処理方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、テレビジョンカメラ装置では、撮像素子の電荷蓄積容量による制限から約4倍のダイナミックレンジが限界であった。 従って、室内から室外を撮影する時など、極めて明るい(高輝度)被写体と比較的暗い(低輝度)被写体が混在するような場面を撮像する場合、高輝度被写体か低輝度被写体の何れかが適正レベルで得られるよう露光時間等を制御していたため、低輝度部分を適正レベルとすると高輝度部分が白とびし、高輝度部分を適正レベルとすると低輝度部分が黒つぶれしてしまうことになる。
近年、上記問題を解決するために、図5に示すような、垂直映像期間に通常の露光時間で電荷を蓄積する動作と、垂直ブランキング期間に短い露光時間で電荷を蓄積する動作を行うことで、通常露光によって標準的な明るさの被写体が適正レベルで得られる標準輝度映像信号V1と、短露光により極めて明るい被写体が適正レベルで得られる高輝度映像信号V2を取出すことが可能な広ダイナミックレンジ撮像素子が開発されている。 また、図6に示すような、撮像素子6から得られる映像信号Cを、増幅率の異なる増幅回路7と増幅回路8でそれぞれ増幅することにより、標準輝度映像信号V1と高輝度映像信号V2を取出すデュアル増幅方式などが開発されている。
図7に示すように、これら広ダイナミックレンジ撮像素子やデュアル増幅方式により取り出された標準輝度映像信号V1と高輝度映像信号V2に、後述の加算割合Rに基づいて乗算係数演算回路2で算出した固定の乗算係数L,Sを、乗算回路3,4でそれぞれ乗算した後、加算回路5で加算することにより、ダイナミックレンジ約64倍の広ダイナミックレンジ映像信号Wが得られるテレビジョンカメラ装置が開発されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、得られた広ダイナミックレンジ映像信号Wにおいて、高輝度映像信号V2が占める最大の割合である加算割合RをR%、標準輝度映像信号V1の乗算係数をL、高輝度映像信号V2の乗算係数をSとすると、乗算係数L,Sは下記式のように、固定の係数となる。
L=(100%−R%)/100%
S=R%/100%
上記式から分かるようにL+S=1である。 これは標準輝度映像信号V1と高輝度映像信号V2が、それぞれ最大の入力レベルである100%レベルが入力された場合でも、加算後の信号レベルが100%×L+100%×S=100%となり、広ダイナミックレンジ映像信号Wが100%レベル以内に収まるようにするためである。
つまり、加算後の信号レベルが100%を越えると、カメラ装置の最終出力が100%に規制されており、100%以上の信号成分は、100%に圧縮されてしまい白つぶれとなり、広いダイナミックレンジの映像信号が取り出せなくなるからである。
ここで、加算割合R=50とし、標準輝度映像信号V1と高輝度映像信号V2が、50%:50%で加算される、即ちL=0.5、S=0.5の場合を考えると、図8から分かるように、高輝度映像信号V2のピーク値Pが映像信号の飽和レベル100%より小さい60%レベルの場合、加算後の広ダイナミックレンジ映像信号Wの振幅は、100%×L(0.5)+60%×S(0.5)=80%となり、映像信号の飽和レベル100%まで振幅せず、映像信号の出力レベル100%をフルに活用できないため、コントラストの低い映像となる問題がある。
本発明はこれらの問題点を除去し、加算後の広ダイナミックレンジ映像信号を損失無く、かつ最適なレベルで得ることのできる広ダイナミックレンジ撮像装置の実現を目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、異なる露光条件、異なるゲイン制御の少なくとも何れか1つによって、標準的な明るさの被写体が適正レベルとなるようにして得た標準輝度映像信号と、所定値より明るい被写体が適正レベルとなるようにして得た高輝度映像信号を加算し、広ダイナミックレンジ映像信号を得る場合、上記高輝度映像信号のピーク値を検出し、このピーク値に基づき、上記標準輝度映像信号と上記高輝度映像信号にそれぞれ乗算する乗算係数を算出し、それぞれに乗算した後、加算することにより広ダイナミックレンジ映像信号を得るようにしたものである。
また、上記広ダイナミックレンジ映像信号に上記高輝度映像信号が占める最大の割合をR%、上記高輝度映像信号のピーク値をP%、上記標準輝度映像信号の乗算係数をL、上記高輝度映像信号の乗算係数をSとした場合に、上記それぞれの乗算係数を、
100%−R%≧P%の場合、
L=(100%−P%)/100%、 S=1 とし、
100%−R%<P%の場合、
L=(100%−R%)/100%、 S=R%/P%
としたものである。
その結果、標準輝度映像信号と高輝度映像信号を加算することにより得られる広ダイナミックレンジ映像信号を損失無く、かつ最適なレベルで得ることができダイナミックレンジの広い映像信号が取り出し可能になる。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例として、通常露光等によって標準的な明るさの被写体が適正レベルで得られるように制御された標準輝度映像信号と、短露光等により極めて明るい被写体が適正レベルで得られるように制御された高輝度映像信号を加算処理し、広ダイナミックレンジ映像信号を得るテレビジョンカメラ装置における加算処理部分の構成及び動作を図1を用い説明する。
V1は標準輝度の被写体が適正レベルとなる露光条件により取り出された標準輝度映像信号、V2は高輝度の被写体が適正レベルとなる露光条件により取り出された高輝度映像信号、Rは加算後の広ダイナミックレンジ映像信号Wにおいて高輝度映像信号V2が占める最大の割合を制御する加算割合、Pは高輝度映像信号V2のピーク値、Lは標準輝度映像信号V1に乗算される乗算係数、Sは高輝度映像信号V2に乗算される乗算係数、O1は標準輝度映像信号V1に乗算係数Lを乗算して得られた標準輝度映像信号、O2は高輝度映像信号V2に乗算係数Sを乗算して得られた高輝度映像信号、Wは標準輝度映像信号O1と高輝度映像信号O2を加算して得たダイナミックレンジの広い、広ダイナミックレンジ映像信号である。
1は高輝度映像信号V2の例えば1フィールド期間におけるピーク値Pを検出する回路、2は加算割合Rとピーク値Pから、標準輝度映像信号V1の乗算係数Lと高輝度映像信号V2の乗算係数Sを演算する乗算係数演算回路、3は標準輝度映像信号V1に乗算係数Lを乗算し標準輝度映像信号O1を出力する乗算回路、4は高輝度映像信号V2に乗算係数Sを乗算し高輝度映像信号O2を出力する乗算回路、5は標準輝度映像信号O1と高輝度映像信号O2を加算し、広ダイナミックレンジ映像信号Wを出力する加算回路である。
【0006】
以下、この動作について説明する。
高輝度映像信号V2はピーク値検出回路1に入力され、高輝度映像信号V2のピーク値Pが出力される。加算割合Rとピーク値Pは乗算係数演算回路2に入力される。
乗算係数演算回路2は、図2に示すように、映像信号の最大振幅100%から加算割合R%を引いた値とピーク値Pを比較し、100%−R%≧P%ならば、乗算係数Lとして(100%−P%)/100%を、乗算係数Sとして1を出力する。 また、100%−R%<P%の場合は、乗算係数Lとして(100%−R%)/100%を、乗算係数SとしてR%/P%を出力する。
乗算係数演算回路2で演算された、乗算係数Lは乗算回路3へ、乗算係数Sは乗算回路4へ入力される。 乗算回路3では、標準輝度映像信号V1と乗算係数Lが乗算され、標準輝度映像信号O1が出力される。 同様に乗算回路4では、高輝度映像信号V2と乗算係数Lが乗算され高輝度映像信号O2が出力される。この標準輝度映像信号O1と高輝度映像信号O2は、加算回路5で加算され、広ダイナミックレンジ映像信号Wが出力される。
【0007】
以上述べた如く、ピーク値Pが100%−R%より小さい場合は、図3のように、高輝度映像信号V2は減衰しないように、乗算係数Sを1として、広ダイナミックレンジ映像WにP%の割合で加算されるようにし、残りの100%−P%に通常輝度映像信号V1が割り当てられるように、乗算係数Lを(100%−P%)/100%とすることにより、広ダイナミックレンジ映像信号Wは、常に100%の振幅レベルとなる。
一方、ピーク値Pが100%−R%より大きい場合には、図4のように、通常輝度映像信号V1の乗算係数Lを(100%−R%)/100%とし、広ダイナミックレンジ映像Wに100%−R%の割合で加算されるように固定し、残りのR%に高輝度度映像信号V2が割り当てられるように、乗算係数SをR%/P%とすることにより、広ダイナミックレンジ映像信号Wは、常に100%の振幅となる。 このように、高輝度映像信号V1がどのような振幅レベルであっても、広ダイナミックレンジ映像信号Wは、常に100%振幅の出力となる。
【0008】
【発明の効果】
本発明によれば、標準輝度映像信号と高輝度映像信号を加算することによって得られる広ダイナミックレンジ映像信号を損失無く、かつ、最適なレベルで得ることができ、ダイナミックレンジの広い映像信号を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の広ダイナミックレンジ撮像装置の加算処理構成を示すブロック図
【図2】本発明の乗算係数演算回路2の動作を示すフローチャート
【図3】本発明の広ダイナミックレンジ撮像装置の加算処理動作を示す模式図
【図4】本発明の広ダイナミックレンジ撮像装置の加算処理動作を示す模式図
【図5】従来の広ダイナミックレンジ撮像装置の動作を示す模式図
【図6】従来の広ダイナミックレンジ撮像装置の構成を示すブロック図
【図7】従来の広ダイナミックレンジ撮像装置の加算処理構成を示すブロック図
【図8】従来の広ダイナミックレンジ撮像装置の動作を示す模式図
【符号の説明】
1:ピーク値検出回路、2:乗算係数演算回路、3,4:乗算回路、5:加算回路、V1:標準輝度映像信号、V2:高輝度映像信号、O1:乗算後の標準輝度映像信号、O2:乗算後の高輝度映像信号、R:加算割合、P:高輝度映像信号のピーク値、L,S:乗算係数、W:広ダイナミックレンジ映像信号。
Claims (4)
- 異なる露光条件、異なるゲイン制御の少なくとも何れか1つによって、標準的な明るさの被写体が適正レベルとなるようにして得た標準輝度映像信号と、所定値より明るい被写体が適正レベルとなるようにして得た高輝度映像信号を加算し、広ダイナミックレンジ映像信号を得る場合、上記高輝度映像信号のピーク値と、上記高輝度映像信号が上記広ダイナミックレンジ映像信号に占める加算割合を検出し、上記ピーク値と上記加算割合に基づき、上記標準輝度映像信号と上記高輝度映像信号にそれぞれ乗算する乗算係数を算出し、それぞれに乗算した後、加算することにより広ダイナミックレンジ映像信号を得ることを特徴とする信号処理方法。
- 異なる露光条件、異なるゲイン制御の少なくとも何れか1つによって、標準的な明るさの被写体が適正レベルとなるようにして得た標準輝度映像信号と、所定値より明るい被写体が適正レベルとなるようにして得た高輝度映像信号を加算し、広ダイナミックレンジ映像信号を得る場合、上記高輝度映像信号のピーク値を検出する手段と、上記高輝度映像信号が上記広ダイナミックレンジ映像信号に占める加算割合を検出する手段と、上記ピーク値と上記加算割合に基づき上記標準輝度映像信号と上記高輝度映像信号にそれぞれ乗算する乗算係数を算出する手段と、算出したそれぞれの乗算係数を上記標準映像信号と上記高輝度映像信号にそれぞれ乗算する手段と、当該乗算した標準輝度映像信号と高輝度映像信号を加算する手段とを有し、広ダイナミックレンジ映像信号を得ることを特徴とする信号処理装置。
- 異なる露光条件、異なるゲイン制御の少なくとも何れか1つによって、標準的な明るさの被写体が適正レベルとなるようにして得た標準輝度映像信号と、所定値より明るい被写体が適正レベルとなるようにして得た高輝度映像信号を加算し、広ダイナミックレンジ映像信号を得る場合、上記高輝度映像信号のピーク値を検出する手段と、このピーク値に基づき上記標準輝度映像信号と上記高輝度映像信号にそれぞれ乗算する乗算係数を算出する手段と、算出したそれぞれの乗算係数を上記標準映像信号と上記高輝度映像信号にそれぞれ乗算する手段と、当該乗算した標準輝度映像信号と高輝度映像信号を加算する手段とを有し、広ダイナミックレンジ映像信号を得る信号処理装置において、
上記広ダイナミックレンジ映像信号に上記高輝度映像信号が占める最大の割合をR%、上記高輝度映像信号のピーク値をP%、上記標準輝度映像信号の乗算係数をL、上記高輝度映像信号の乗算係数をSとした場合に、上記それぞれの乗算係数を、
100%−R%≧P%の場合、
L=(100%−P%)/100%、 S=1 とし、
100%−R%<P%の場合、
L=(100%−R%)/100%、 S=R%/P%
としたことを特徴とする信号処理装置。 - 請求項2または3において、当該信号処理装置をテレビジョンカメラシステムに適用したことを特徴とする信号処理装置。
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