JP3865127B2 - 信号処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、入力信号または出力信号のヒストグラムに基づいて、補正パターンのゲインを制御することにより、回路規模の拡大、または、ソフトウェアの処理による負荷の増加を抑えながら、より効果的な階調変換を行うことができるようにした、信号処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、デジタルカメラ、テレビジョン受像機、またはプリンタ等の画像信号を処理する装置においては、入力された画像信号に様々な処理を行う。
【０００３】
図１は、従来のビデオカメラの構成例を示す図である。
【０００４】
図１に示すビデオカメラ１において、図示せぬ被写体からの光はレンズ部１１を介して、図２に示すように、前面にイエロー（Ye）、シアン（Cy）、マゼンタ（Mg）、およびグリーン（G）フィルタがモザイク状に配列された補色系フィルタが装着された、CCD(Charge Coupled Device)等を用いた撮像素子により構成されるCCD１２に入射され、光電変換される。
【０００５】
CCD１２は、受光部において光電変換した映像信号を出力し、AGC（Automatic Gain Control）回路１３に供給する。AGC回路１３は、内蔵するCDS（Correlated Double Sampling circuit）（図示せず）において入力された映像信号に相関二重サンプリングを施してノイズを除去した後、映像信号のゲインを調整し、そのゲインが調整された映像信号をA/D（Analog / Digital）変換回路１４に供給する。
【０００６】
A/D変換回路１４は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、１Hディレーライン回路１５に出力する。１Hディレーライン回路１５は、入力された映像信号を１ライン遅延させ、Y信号生成回路１６に出力する。
【０００７】
Y信号生成回路１６は、入力された映像信号の、隣り合う画素に対応する映像信号同士を加算することで、映像信号の輝度信号（以下、Y信号と称する）を生成する。
【０００８】
また、１Ｈディレーライン回路２１は、１Ｈディレーライン回路１５の出力信号をさらに１ライン遅延させる。加算器２２は、１Ｈディレーライン回路２１の出力信号およびA/D変換回路１４の出力を合成し、垂直アパーチャ補正回路３１に供給する。垂直アパーチャ補正回路３１は、垂直方向のハイパスフィルタにより構成され、１Hディレーライン回路１５および加算器２２より取得した映像信号に基づいて、垂直アパーチャ補正信号信号を生成する。
【０００９】
水平アパーチャ補正回路３２は、水平方向のハイパスフィルタにより構成され、Y信号生成回路１６より取得したY信号に基づいて、水平アパーチャ補正信号を生成する。生成された垂直アパーチャ補正信号および水平アパーチャ補正信号は、図示は省略するがマイクロコンピュータ８０によりそれぞれのゲインが調整された後、加算器３３により加算され、さらに加算器３４においてY信号に加算される。
【００１０】
ニー回路３５は、加算器３４より出力されたY信号を取得すると、図３に示す曲線１３１のようにY信号の高輝度域の振幅特性を抑えることにより、CCD出力のダイナミックレンジを圧縮し、ガンマ補正回路３６に出力する。
【００１１】
ガンマ補正回路３６は、ニー回路３５より供給されたY信号のガンマ特性を、モニタの出力特性に合わせて補正し、ホワイトクリップ回路（以下、WC（White Clip）回路と称する）３７に出力する。
【００１２】
WC回路３７は、ガンマ補正が行われたY信号のホワイトクリップを行い、D/A変換回路３８に供給する。D/A（Digital / Analog）変換回路３８は、入力されたデジタル信号であるY信号をアナログ信号に変換し、加算器６１に供給する。
【００１３】
また、YC信号生成回路４１は、１Hディレーライン回路１５および加算器２２の出力を取得すると、上述したY信号の他に、入力した信号の、対応する画素が隣り合う値で差分をとり、２種類の色差信号（以下、Cr信号またはCy信号と称する）を生成する。
【００１４】
RGBマトリクス回路４２は、YC信号生成回路４１より取得したY信号、Cr信号、およびCy信号を、赤（Red）成分、青（Blue）成分、および緑（Green）成分からなるRGB信号に変換し、ホワイトバランス回路（以下、WB（White Balance）回路と称する）４３に供給する。
【００１５】
WB回路４３は、入力されたRGB信号の色温度を調整する。ガンマ補正回路４４は、WB回路４３から出力されたRGB信号のガンマ特性を、モニタの出力特性に合わせて補正し、エンコーダ回路４５に出力する。エンコーダ回路４５は、NTSC（National Television System Committee）またはPAL（Phase Alternating Line）等の信号規格に沿うように、取得したRGB信号を色差信号に変換し、図示せぬサブキャリア信号を用いて変調する。D/A変換回路４６は、エンコーダ回路４５が出力した色差信号をアナログ信号に変換し、加算器６１に供給する。
【００１６】
加算器６１は、同期信号発生回路５１により生成される同期信号とともに、供給されたY信号および色差信号を合成し、テレビジョン信号であるVBS（Video Burst Sync signal）信号を生成し、出力端子６２を介して出力させる。
【００１７】
また、YC信号生成回路４１の出力を取得したAE（Auto Exposure）検波回路７１は、マイクロコンピュータ８０より供給された検波枠設定情報に基づいて、検波枠内のY信号について１フィールド分を積分し、その積分値をマイクロコンピュータ８０に供給する。
【００１８】
積分値を供給されたマイクロコンピュータ８０は、積分値に基づいて、レンズ部１１、タイミングジェネレータ回路（以下、TG（Timing Generator）回路と称する）８１、AGC回路１３の動作を制御する。TG回路８１は、マイクロコンピュータ８０に制御され、CCD１２の駆動を制御する。
【００１９】
また、ホワイトバランス検波回路（以下、WB検波回路と称する）７２は、RGBマトリクス回路４２からの出力であるRGB信号を取得すると、マイクロコンピュータより取得した検波枠設定情報に基づいて、検波枠内のRGB信号について１フィールド分を積分し、その積分値をマイクロコンピュータ８０に供給する。マイクロコンピュータ８０は、供給された積分値に基づいて、色温度を調整するためのRGBのゲインバランスを計算し、WB回路４３を制御して、RGB信号のゲインを調整する。
【００２０】
さらに、マイクロコンピュータ８０には、必要に応じて、ドライブ９０が接続され、磁気ディスク９１、光ディスク９２、光磁気ディスク９３、或いは半導体メモリ９４などが適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じてマイクロコンピュータ８０に内蔵されるRAM等にインストールされる。
【００２１】
以上のようなビデオカメラ１において、通常撮影の場合、マイクロコンピュータ８０は、AE検波回路７１より取得した検波信号である検波枠内の積分値に基づいて、撮影画像のAEレベルを管理し、撮影画像のAEレベルが目標AEレベルよりも明るいと判定した場合、レンズ部１１を制御して絞りを絞ったり、TG回路８１を制御してCCD１２の電子シャッター機能を作動させ、CCD１２における露光量を調整させたり、AGC回路１３を制御して映像信号の増幅を抑えたりする。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合、例えば、屋内において、屋内よりも明るい屋外を見通す窓の側に立つ人物を撮像するような逆光撮影の場合、取り込んだ撮影画像全体のAE検波レベルが屋外の明るいエリアと屋内の暗いエリアの平均となってしまうので、このAE検波レベルに基づいて調整されたときの撮影画像は、屋内のエリアが暗くなりすぎてしまう場合があった。
【００２３】
これに対して、撮影環境が逆光状態であると判定した場合、マイクロコンピュータ８０が各部を制御して、露光量が大きくなるように制御することで撮影対象である人物が適正な振幅レベルになるようにするという方法がある。
【００２４】
しかしながら、この場合、撮影画像におけるもともと明るい屋外のエリアはさらに明るくなってしまい、白飛びしてしまう等の弊害が発生してしまうという課題があった。
【００２５】
図４は、撮影画像が白飛びを発生させる様子を示す図である。直線１４１は、露光量を調整する前の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示し、曲線１４２は、露光量を調整した後の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示す。また、屋内の明るさが点Ａ１であり、屋外の明るさが点Ａ３であるとする。
【００２６】
図４において、露光量調整前における、点Ａ１に対応する信号レベルは点Ｂ１であり、点Ａ３に対応する信号レベルは点Ｂ３である。すなわち、撮影画像における屋内のエリアの信号レベルＢ１は、屋外のエリアの信号レベルＢ３と比較して非常に小さいので、上述したように、撮影画像の屋内のエリアが暗すぎてしまう結果になる。
【００２７】
そこで、上述したように屋内のエリアが明るくなるように露光量を調整した場合、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係は曲線１４２になる。従って、点Ａ１に対応する信号レベルは点Ｂ２となり、調整前よりも明るくなる。しかしながら、この場合、点Ａ２以上の明るさにおいて、信号レベルはＢ４の最大レベルになるので、明るさが点Ａ３である撮影画像の屋外のエリアで白飛びが発生してしまう。
【００２８】
以上のような問題に対して、多重露光を用いて、露光量を明るい屋外に合わせた場合と、暗い屋内に合わせた場合とで撮影を行い、これらの撮影画像を適応的に合成させることで、撮影画像のダイナミックレンジを広く取る方法がある。
【００２９】
しかしながら、この場合、撮像デバイスを倍速で駆動したり、画像合成のために大規模な回路を用意したりする必要があるという課題があった。
【００３０】
また、限られた階調を有効利用するための信号処理として、撮影画像の画像信号に対してヒストグラムの分布を均一にするヒストグラム等化を行う場合があるが、この処理によって、全ての撮影画像の見た目が良くなるとは限らないという課題もあった。
【００３１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、回路規模の拡大、または、ソフトウェアの処理による負荷の増加を抑えながら、より効果的な階調変換を行うことができるようにしたものである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正手段と、輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段と、ヒストグラム算出手段により算出されたヒストグラムに基づいて、補正手段による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定手段と、補正手段による補正により得られた補正後信号のそれぞれと、ゲイン決定手段により決定されたゲインのそれぞれを乗算する乗算手段と、乗算手段による乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００３３】
前記補正パターンは、互いに異なる複数の関数により構成され、補正手段は、関数のそれぞれについて、輝度信号を補正して補正後信号を得るようにすることができる。
【００３４】
前記補正パターンは、互いに異なる、少なくとも１つの凸を含む曲線の関数により構成され、補正手段は、関数のそれぞれについて、輝度信号を補正して補正後信号を得ることができる。
【００３５】
前記補正パターンは、互いに係数の異なる複数の正弦関数を含み、補正手段は、正弦関数のそれぞれについて、輝度信号を補正して補正後信号を得るようにすることができる。
【００３６】
前記補正パターンは、輝度信号の振幅レベルの中央より明るい側と暗い側とで、それぞれ、階調を調整する第１の補正パターン、および、振幅レベルを３分割し、それぞれのレベルで階調を調整する第２の補正パターンにより構成され、補正手段は、第１の補正パターンを用いて輝度信号を補正し、第１の補正信号を得るとともに、第２の補正パターンを用いて輝度信号を補正し、第２の補正信号を得るようにすることができる。
【００３７】
前記補正手段は、補正パターンを記憶する記憶手段を備えるようにすることができる。
【００３８】
前記記憶手段により記憶されている補正パターンは、入力された輝度信号と、補正後信号との関係を示すルックアップテーブルにより構成されるようにすることができる。
【００３９】
前記ヒストグラム算出手段は、輝度信号に対応する画像の一部、または全部からなる所定の領域について、ヒストグラムを算出するようにすることができる。
【００４０】
前記ヒストグラム算出手段は、算出したヒストグラムに基づいて、輝度信号の信号レベルの小さい方から度数を累積させた度数分布であるヒストグラム累積度数分布をさらに算出するようにすることができる。
【００４１】
前記ゲイン決定手段は、ヒストグラム算出手段により算出されたヒストグラム累積度数分布と、補正後信号の階調特性との差が最小となるように、ゲインを決定するようにすることができる。
【００４２】
前記出力用輝度信号生成手段は、乗算手段による乗算の結果のそれぞれを加算する第１の加算手段と、第１の加算手段による加算結果と輝度信号を加算し、出力用輝度信号を生成する第２の加算手段とを備えるようにすることができる。
【００４３】
本発明の信号処理方法は、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正ステップと、輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出ステップと、ヒストグラム算出ステップの処理により算出されたヒストグラムに基づいて、補正ステップの処理による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定ステップと、補正ステップの処理による補正により得られた補正後信号のそれぞれと、ゲイン決定ステップの処理により決定されたゲインのそれぞれを乗算する乗算ステップと、乗算ステップの処理による乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００４４】
本発明の記録媒体のプログラムは、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正ステップと、輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出ステップと、ヒストグラム算出ステップの処理により算出されたヒストグラムに基づいて、補正ステップの処理による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定ステップと、補正ステップの処理による補正により得られた補正後信号のそれぞれと、ゲイン決定ステップの処理により決定されたゲインのそれぞれを乗算する乗算ステップと、乗算ステップの処理による乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００４５】
本発明のプログラムは、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正ステップと、輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出ステップと、ヒストグラム算出ステップの処理により算出されたヒストグラムに基づいて、補正ステップの処理による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定ステップと、補正ステップの処理による補正により得られた補正後信号のそれぞれと、ゲイン決定ステップの処理により決定されたゲインのそれぞれを乗算する乗算ステップと、乗算ステップの処理による乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成ステップとをコンピュータに実現させる。
【００４６】
本発明の信号処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正が行われ、複数の補正後信号を得られ、輝度信号に対応する画像のヒストグラムが算出され、算出されたヒストグラムに基づいて、補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインが決定され、補正により得られた補正後信号のそれぞれと、決定されたゲインのそれぞれが乗算され、乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号が生成される。
【００４７】
信号処理装置は、独立した装置であってもよいし、例えば、記録再生装置、撮像装置、または表示装置等の映像信号を扱うその他の装置の信号処理を行うブロックであってもよい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明を適用したビデオカメラの基本的な構成例を示すブロック図である。なお、図１を用いて説明したのと同様の構成を有する部分については、その説明は省略する。
【００４９】
図５に示すビデオカメラ２００において、図示せぬ被写体からの光は、マイクロコンピュータ２０４に絞りを制御されたレンズ部１１を介して、図示せぬ、被写体の高周波成分（細かい被写体）を光学的に除去する光学LPF（Low Pass Filter）、赤外線をカットする赤外カットフィルタ、および、図２に示すような色配列が施された補色フィルタを通して、補色単板CCDを用いたCCD１２に入射し、光電変換される。CCD１２は、マイクロコンピュータ２０４に制御されたTG回路８１に駆動を制御され、入射光を光電変換した電荷を、図２に示すように、フィールド読み出し方式で２ラインずつ加算して読み出す。
【００５０】
すなわち、図２において、読み出しライン１２１−１において、光電素子１０５および１０１に対応する電荷が合成された信号（Ｇ＋Cy）、光電素子１０６および１０２に対応する電荷が合成された信号（Mg＋Ye）、光電素子１０７および１０３に対応する電荷が合成された信号（Ｇ＋Cy）、並びに、光電素子１０８および１０４に対応する電荷が合成された信号（Mg＋Ye）が、水平レジスタ１２５を介して出力される。
【００５１】
また、同様に、読み出しライン１２１−２において、光電素子１１３および１０９に対応する電荷が合成された信号（Mg＋Cy）、光電素子１１４および１１０に対応する電荷が合成された信号（G＋Ye）、光電素子１１５および１１１に対応する電荷が合成された信号（Mg＋Cy）、並びに、光電素子１１６および１１２に対応する電荷が合成された信号（G＋Ye）が、水平レジスタ１２５を介して出力される。
【００５２】
さらに、同様に、読み出しライン１２２−１において、光電素子１０９および１０５に対応する電荷が合成された信号（Cy＋G）、光電素子１１０および１０６に対応する電荷が合成された信号（Ye＋Mg）、光電素子１１１および１０７に対応する電荷が合成された信号（Cy＋G）、並びに、光電素子１１２および１０８に対応する電荷が合成された信号（Ye＋Mg）が、水平レジスタ１２５を介して出力される。
【００５３】
このように出力された映像信号は、図１を用いて説明したように、AGC回路１３、A/D変換回路１４、および１Hディレーライン回路１５を介して、Y信号生成回路１６に供給される。
【００５４】
Y信号生成回路１６は、上述した映像信号について、隣同士を加算する。すなわち、読み出しライン１２１−１において、以下の式（１）ように合成され、輝度信号（Y）が生成される。
【００５５】
Y＝｛（Ｇ＋Cy）＋（Mg＋Ye）｝／２＝（２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒ）／２・・・（１）
ただし、Ｃｙ，Mg、およびYeは以下のようにする。
Cy＝Ｇ＋Ｂ・・・（２）
Mg＝Ｒ＋Ｂ・・・（３）
Ye＝Ｇ＋Ｒ・・・（４）
【００５６】
同様に、Cy，Mg、およびYeが式（２）乃至式（４）のように表される場合、読み出しライン１２１−２においては式（５）のように、読み出しライン１２２−１においては式（６）のように合成される。
【００５７】
Y＝｛（Mg＋Cy）＋（G＋Ye）｝／２＝（２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒ）／２・・・（５）
Y＝｛（Cy＋G）＋（Ye＋Mg）｝／２＝（２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒ）／２・・・（６）
【００５８】
以上のように生成されたY信号は、加算器３４において、水平アパーチャ補正信号および垂直アパーチャ補正信号と合成され、輪郭補正が行われたあと、階調変換回路２０１に供給される。
【００５９】
また、１Hディレーライン回路１５および１Hディレーライン回路２１の出力信号を取得したYC信号生成回路４１は、式（１）、式（５）、および式（６）に示すようなY信号を生成するとともに、上述した映像信号について、隣同士の差分を算出し、色差信号（CrおよびCb）を生成する。すなわち、読み出しライン１２１−１において、以下の式（７）および式（８）ように合成され、色差信号（CrおよびCb）が生成される。
【００６０】
Cr＝｛（Mg＋Ye）−（Ｇ＋Cy）｝＝２R−G・・・（７）
Cb＝｛（Ｇ＋Ye）−（Mg＋Cy）｝＝２Ｂ−G・・・（８）
【００６１】
以上のように生成されたY信号、Cr信号、およびCy信号は、階調変換回路２０１に供給される。図６に、階調変換回路２０１の詳細な構成例を示す。
【００６２】
垂直アパーチャ補正回路３１より出力された垂直アパーチャ補正信号は、加算器３３により、水平アパーチャ補正回路３２より出力された水平アパーチャ補正信号と合成され、アパーチャ補正信号として、階調変換回路２０１に入力される。
【００６３】
また、Y信号生成回路１６より出力されたY信号は、加算器３４において、上述したアパーチャ補正信号と合成され、入力Y信号として、階調変換回路２０１に入力される。
【００６４】
階調変換回路２０１に入力された入力Y信号は、信号処理部２１１に供給され、信号処理部２１１により、予め定められた補正パターンに基づいて補正される。補正パターンは、信号処理部２１１が内蔵するROM２１１Ａにより記憶されている。なお、信号処理部２１１がRAMを内蔵するようにし、その内蔵するRAMが補正パターンを記憶するようにしてもよい。また、信号処理部２１１が予め定められた補正パターンで入力信号を補正できるような演算回路を有するようにしてもよい。
【００６５】
信号処理部２１１が内蔵するROM２１１Ａには、２種類の補正パターンが記憶されており、信号処理部２１１は、それぞれの補正パターンで入力Ｙ信号を補正し、それぞれ異なる加算器に出力する。
【００６６】
ROM２１１に記憶されている２種類の補正パターンは、後述するように、それぞれ、互いに異なる関数により構成されている。第１の補正パターンは、画像の振幅レベルを中央で分割し、明るい側と暗い側の階調を調整する、図７に示すような関数で構成されており、第２の補正パターンは、画像の振幅レベルを３つに分割し、それぞれの階調を調整する、図８に示すような関数で構成されている。
【００６７】
図７は、第１の補正パターンを構成する関数の例を示すグラフである。
【００６８】
図７において、曲線２６１乃至２６４は、第１の補正パターンを構成し、以下に示す式（９）および式（１０）で表される関数をグラフにしたものである。
【００６９】
【数１】
【００７０】
ここで、横軸は入力信号を０乃至１に正規化したものとし、ｎは予め定められた定数であり、偶数とする。また、αは、値dlt1の定義域内の最大値を１に正規化するための正規化定数である。図７の曲線２６１は式（９）に対応し、曲線２６２はn＝２の場合の式（１０）に対応し、曲線２６３はn＝４の場合の式（１０）に対応し、曲線２６４はn＝６の場合の式（１０）に対応するグラフである。
【００７１】
図８は、第２の補正パターンを構成する関数の例を示すグラフである。
【００７２】
図８において、曲線２７１乃至２７４は、第２の補正パターンを構成し、以下に示す式（１２）および式（１３）で表される関数をグラフにしたものである。
【００７３】
【数２】
【００７４】
ここで、横軸は入力信号を０乃至１に正規化したものとし、ｎは予め定められた定数であり、奇数とする。また、αは、値dlt2の定義域内の最大値を１に正規化するための正規化定数である。図８の曲線２７１は式（１２）に対応し、曲線２７２はn＝１の場合の式（１３）に対応し、曲線２７３はn＝３の場合の式（１２）に対応し、曲線２７４はn＝５の場合の式（１３）に対応するグラフである。
【００７５】
信号処理部２１１は、以上のような補正パターンにおいて、入力Y信号を補正するが、これらの関数を回路で実現する場合、その演算回路の規模が大きくなってしまうので、これらの関数を表現するルックアップテーブルを作成し、内蔵するROMまたはRAMなどで記憶させるようにする方が好ましい。
【００７６】
信号処理部２１１は、第１の補正パターンを用いて補正した入力Y信号である第１基本補正後信号を乗算器２１３に出力し、第２の補正パターンを用いて補正した入力Y信号である第２基本補正後信号を乗算器２１２に出力する。
【００７７】
マイクロコンピュータ２０４は、信号処理部２１１による第１の補正パターンを用いた補正の度合いを決定する係数である第１ゲイン、および、信号処理部２１１による第２の補正パターンを用いた補正の度合いを決定する係数である第２ゲインの値を、後述するように決定する。そして、マイクロコンピュータ２０４は、決定した第１ゲインおよび第２ゲインを、それぞれ、第１ゲイン信号および第２ゲイン信号として、乗算器２１３および乗算器２１２に供給する。
【００７８】
乗算器２１３は、マイクロコンピュータ２０４より供給された第１ゲイン信号、および信号処理部２１１より出力された第１基本補正後Y信号の乗算を行い、第１乗算済みY信号として、加算器２１４に供給する。乗算器２１２は、同様に、マイクロコンピュータ２０４より供給された第２ゲイン信号、および、信号処理部２１１より出力された第２基本補正後Y信号の乗算を行い、第２乗算済みY信号として、加算器２１４に供給する。
【００７９】
加算器２１４は、乗算器２１３より供給された第１乗算済みY信号、および、乗算器２１２より供給された第２乗算済みY信号を加算し、第１の補正パターンおよび第２の補正パターンを用いた補正に関する全補正量が含まれる補正後Y信号として加算器２２３に供給する。
【００８０】
ところで、階調変換回路２０１に入力されたアパーチャ補正信号は、乗算器２２１において、マイクロコンピュータ２０４において設定されて供給された、アパーチャ補正信号用のゲイン信号である第３ゲイン信号と乗算され、乗算済みアパーチャ補正信号として、加算器２２２に供給される。
【００８１】
加算器２２２は、乗算器２２１より供給された乗算済みアパーチャ補正信号、および、入力Ｙ信号とを加算し、アパーチャ補正済みＹ信号として、加算器２２３に供給する。
【００８２】
階調変換回路２０１の入力信号である入力Ｙ信号は、加算器３４において、アパーチャ補正信号が加算されているが、階調変換を受けて階調の抑えられた部分においては、アパーチャ補正信号も同様に抑えられてしまうため、その部分の色の境目がぼやけてしまう。しかしながら、加算器２２２において、第３ゲイン信号を乗算することにより、最終的に階調補正を施していない状態にした乗算済みアパーチャ補正信号を加算することにより、階調が少なくなった部分も相対的にエッジの強調された、見た目の画質が向上した画像を得ることができる。
【００８３】
加算器２２３は、加算器２２３より供給されたアパーチャ補正済みＹ信号と、加算器２１４より供給された補正後Ｙ信号とを加算し、階調変換処理を施した出力Ｙ信号として、ニー回路３５に出力する。その後、Ｙ信号は、図１において説明した場合と同様の処理が行われ、出力端子６２よりVBS信号として出力される。
【００８４】
なお、同期信号発生回路２０３は、図５に示すように加算器６１にアナログの同期信号を供給する以外にも、Ｙ信号の垂直方向アドレス情報、水平方向アドレス情報、または、動作のタイミングを制御する情報等を含むデジタルの同期信号を生成し、各部に供給する。
【００８５】
以上のようにして、階調変換回路２０１は、撮影画像のＹ信号に対して階調補正を施す。
【００８６】
また、階調変換回路２０１には、スイッチ回路２３１が内蔵されている。スイッチ回路２３１は、マイクロコンピュータ２０４によりスイッチ回路制御信号を用いて制御され、出力する信号を切り替えることにより、入力Ｙ信号および出力Ｙ信号を時分割的にヒストグラム算出回路２０２に供給する。
【００８７】
上述したように、マイクロコンピュータ２０４は、第１ゲインおよび第２ゲインを算出し、それぞれ、第１ゲイン信号および第２ゲイン信号として階調補正変換回路２０１に供給することで、階調補正変換回路２０１がＹ信号の階調を補正する度合いを制御する。このとき、マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラム算出回路２０２において算出されたＹ信号のヒストグラムに基づいて、第１ゲインおよび第２ゲインを算出する。ヒストグラム算出回路２０２は、入力された入力Ｙ信号または出力Ｙ信号に基づいて、そのＹ信号のヒストグラムを算出する。
【００８８】
図９は、ヒストグラム算出回路２０２の詳細な構成例を示す図である。
【００８９】
図９において、出力Ｙ信号は、階調変換回路２０１によりヒストグラム算出回路２０２の比較器３０１乃至３０３に供給される。また、それとともに、マイクロコンピュータ２０４は、値Laを比較器３０１に供給し、値LaおよびLbを比較器３０２に供給し、値Lbを比較器３０３に供給する。このとき式（１５）が成り立つ。なお、Lmaxは、予め定められたY信号の最大信号レベルである。
【００９０】
０＜La＜Lb＜Lmax ・・・（１５）
【００９１】
比較器３０１は、階調変換回路２０１より供給された出力Y信号の信号レベルINを、マイクロコンピュータ２０４より供給された値０および値Laと比較し、以下に示す式（１６）で表される条件を満たす場合、値が「１」の信号をANDゲート３１１に供給する。
【００９２】
０≦IN＜La ・・・（１６）
【００９３】
なお、出力Y信号の信号レベルINが式（１６）を満たさない場合、比較器３０１は、値が「０」の信号をANDゲート３１１に供給する。
【００９４】
また、同様に、比較器３０２は、階調変換回路２０１より供給された出力Y信号の信号レベルINを、マイクロコンピュータ２０４より供給された値Laおよび値Lbと比較し、以下に示す式（１７）で表される条件を満たす場合、値が「１」の信号をANDゲート３１２に供給する。
【００９５】
La≦IN＜Lb ・・・（１７）
【００９６】
なお、出力Y信号の信号レベルINが式（１７）を満たさない場合、比較器３０２は、値が「０」の信号をANDゲート３１２に供給する。
【００９７】
さらに、同様に、比較器３０３は、階調変換回路２０１より供給された出力Y信号の信号レベルINを、マイクロコンピュータ２０４より供給された値Lbおよび値Lmaxと比較し、以下に示す式（１８）で表される条件を満たす場合、値が「１」の信号をANDゲート３１３に供給する。
【００９８】
Lb≦IN≦Lmax ・・・（１８）
【００９９】
なお、出力Y信号の信号レベルINが式（１８）を満たさない場合、比較器３０３は、値が「０」の信号をANDゲート３１３に供給する。
【０１００】
また、同期信号発生回路２０３は、図５において説明したビデオカメラ２００の各部の動作するタイミングを制御しており、さらに、ヒストグラム算出回路２０２に供給される出力Ｙ信号の水平方向アドレス情報Hadrおよび垂直方向アドレス情報Vadrを、出力Ｙ信号がヒストグラム算出回路２０２に供給されるタイミングに合わせて、ヒストグラム算出回路２０２が内蔵する比較器３０４に供給する。
【０１０１】
さらに、マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラムを生成する領域の境界線の座標である境界設定値Hs,He,Vs、およびVeをヒストグラム算出回路２０２の比較器３０４に供給する。
【０１０２】
ヒストグラム算出回路２０２の比較器３０４は、同期信号２０３より供給された出力Y信号のアドレス情報HadrおよびVadrを取得し、マイクロコンピュータ２０４より、領域の境界線の座標である境界設定値Hs,He,Vs、およびVeを取得すると、それらを比較し、以下に示す式（１９）および式（２０）で表される条件を満たす場合、値が「１」の信号をANDゲート３１１乃至３１３に供給する。
【０１０３】
Hs≦IN＜He ・・・（１９）
Vs≦IN＜Ve ・・・（２０）
【０１０４】
なお、同期信号発生回路２０３より供給される、出力Y信号のアドレス情報HadrおよびVadrが、式（１９）および式（２０）の条件を満たさない場合、比較器３０４は、値「０」の信号をANDゲート３１１乃至３１３に供給する。
【０１０５】
ANDゲート３１１は、入力された２つの信号の値がともに「１」である場合、値が「１」の信号をカウンタ３２１に供給する。また、それ以外の場合、ANDゲート３１１は、値が「０」の信号をカウンタ３２１に供給する。
【０１０６】
また、同様に、ANDゲート３１２は、入力された２つの信号の値がともに「１」である場合、値が「１」の信号をカウンタ３２２に供給し、それ以外の場合、値が「０」の信号をカウンタ３２２に供給する。
【０１０７】
さらに、ANDゲート３１３も同様に、入力された２つの信号の値がともに「１」である場合は値が「１」の信号を、それ以外の場合は値が「０」の信号をカウンタ３２３に供給する。
【０１０８】
カウンタ３２１乃至３２３は、値が「１」の信号を入力された回数をカウントする。また、カウンタ３２１乃至３２３は、図示は省略するが、同期信号発生回路２０３より出力Y信号のアドレス情報を供給されており、１フィールド分の出力Y信号についてカウントしたと判定すると、それぞれ、カウント結果であるヒストグラム値をマイクロコンピュータ２０４に供給する。
【０１０９】
マイクロコンピュータ２０４は、それらのヒストグラム値に基づいて、出力Y信号のヒストグラムを生成する。
【０１１０】
また、階調変換回路２０１は、時分割的に、出力Y信号とともに入力Y信号をヒストグラム算出回路２０２に供給しており、そのとき、同期信号発生回路２０３も出力Ｙ信号の場合と同様に、入力Ｙ信号に対応するアドレス情報をヒストグラム算出回路２０２に供給する。
【０１１１】
ヒストグラム算出回路２０２は、上述した出力Ｙ信号についての場合と同様に、入力Ｙ信号に対するヒストグラム値を算出し、１フィールド毎にマイクロコンピュータ２０４に供給する。そして、マイクロコンピュータ２０４は、それらのヒストグラム値に基づいて、入力Ｙ信号に対するヒストグラムを生成する。
【０１１２】
以上のようにして、マイクロコンピュータ２０４は、階調変換回路２０１の入力信号である入力Ｙ信号、および、階調変換回路２０１の出力信号である出力Ｙ信号に対応するヒストグラム値を取得し、後述するように、第１ゲインおよび第２ゲインの値を決定するためのヒストグラムを生成することができる。
【０１１３】
次に、図１０のフローチャートを参照して、Y信号の階調を変換する階調変換処理について説明する。
【０１１４】
最初に、ステップＳ１において、マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラム算出回路２０２においてヒストグラム値を算出する検波領域を設定する。マイクロコンピュータ２０４は、検波領域を設定し、その領域の境界線の座標である境界設定値Hs,He,Vs、およびVeをヒストグラム算出回路２０２に供給する。ヒストグラム算出回路２０２は、取得した境界設定値に基づいて、撮影画像のうち、マイクロコンピュータ２０４が設定した検波領域内に対応する入力Y信号および出力Y信号について、ヒストグラム値を算出する。
【０１１５】
検波領域を設定したマイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ２において、ゲインの値を設定する。マイクロコンピュータ２０４は、後述するように、ヒストグラム算出回路２０２より取得したヒストグラム値に基づいて、入力Ｙ信号および出力Ｙ信号のヒストグラムを生成し、そのヒストグラムに基づいて、第１ゲイン、第２ゲイン、および第３ゲインの値を設定する。
【０１１６】
ステップＳ３において、階調変換回路２０１は、Ｙ信号補正処理を実行する。Ｙ信号補正処理については、図１１のフローチャートを参照して後述する。
【０１１７】
そして、ステップＳ４において、階調変換回路２０１は、アパーチャ補正処理を実行する。アパーチャ補正処理については、図１２のフローチャートを参照して後述する。
【０１１８】
Ｙ信号補正処理およびアパーチャ補正処理を終了した階調変換回路２０１は、ステップＳ５において、補正後Ｙ信号およびアパーチャ補正済みＹ信号を加算し、出力Ｙ信号を生成する。
【０１１９】
マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ６において、同期信号生成回路２０３より供給される同期信号に基づいて、階調変換回路２０１が１フィールド分のＹ信号の階調を変換したか否かを判定する。マイクロコンピュータ２０４は、階調変換回路２０１が階調を変換したＹ信号が１フィールド分に達しておらず、１フィールド分のＹ信号の階調をまだ変換していないと判定した場合、ステップＳ３に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【０１２０】
階調変換回路２０１が１フィールド分のＹ信号の階調を変換したと判定した場合、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ７に進み、同期信号生成回路２０３より供給される同期信号に基づいて、Ｙ信号の入力が終了したか否かを判定する。
【０１２１】
Ｙ信号の入力が終了していないと判定した場合、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ２に戻り、それ以降の処理を繰り返す。また、Ｙ信号の入力が終了したと判定した場合、マイクロコンピュータ２０４は、階調変換処理を終了する。
【０１２２】
次に、図１１のフローチャートを参照して、図１０のステップＳ３において実行されるＹ信号補正処理について説明する。
【０１２３】
階調変換回路２０１は、ステップＳ２１において、２種類の補正パターンで入力Ｙ信号の基本補正を行い、第１基本補正後Ｙ信号および第２基本補正後Ｙ信号を生成する。階調変換回路２０１は、上述したように、入力Ｙ信号に式（９）および式（１０）の関数で表される第１の補正パターンを加算することで基本補正を行い、第１基本補正後Ｙ信号を生成するとともに、入力Ｙ信号に式（１２）および式（１３）の関数で表される第２の補正パターンを加算することで基本補正を行い、第２基本補正後Ｙ信号を生成する。
【０１２４】
そして、ステップＳ２２において、階調変換回路２０１は、第１基本補正後Ｙ信号および、マイクロコンピュータ２０４より供給された第１ゲイン信号を乗算し、第１乗算済みＹ信号を生成する。さらに、ステップＳ２３において、階調変換回路２０１は、第２基本補正後Ｙ信号および、マイクロコンピュータ２０４より供給された第２ゲイン信号を乗算し、第２乗算済みＹ信号を生成する。
【０１２５】
階調変換回路２０１は、ステップＳ２４において、生成した第１乗算済みＹ信号および第２乗算済みＹ信号を加算し、補正後Ｙ信号を生成する。そして、補正後Ｙ信号を生成した階調変換回路２０１は、Ｙ信号補正処理を終了し、図１０のステップＳ４に進む。
【０１２６】
次に、図１０のステップＳ４において実行されるアパーチャ補正処理について、図１２のフローチャートを参照して説明する。
【０１２７】
最初に、階調変換回路２０１は、ステップＳ４１において、アパーチャ補正信号、および、マイクロコンピュータ２０４に供給された第３ゲイン信号を乗算し、乗算済みアパーチャ補正信号を生成する。
【０１２８】
そして、階調変換回路２０１は、ステップＳ４２に進み、乗算済みアパーチャ補正信号および入力Ｙ信号を加算し、アパーチャ補正済みＹ信号を生成する。アパーチャ補正済みＹ信号を生成した階調変換回路２０１は、アパーチャ補正処理を終了し、図１０のステップＳ５に進む。
【０１２９】
以上のようにして、Ｙ信号の階調を補正する処理が行われる。
【０１３０】
次に、ヒストグラム算出回路２０２によるヒストグラム積分処理について、図１３乃至図１５のフローチャートを参照して説明する。
【０１３１】
最初に、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６１において、マイクロコンピュータ２０４に供給されたヒストグラム値の算出に用いる検波領域、第１の閾値、および第２の閾値を設定する。
【０１３２】
ヒストグラム算出回路２０２は、階調変換回路２０１より入力Ｙ信号または出力Ｙ信号からなる入力信号を取得し、取得した入力信号に対応するアドレス信号を同期信号発生回路２０３より取得する。
【０１３３】
ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６２において、入力信号および入力信号に対応するアドレス信号を取得したか否かを判定し、取得したと判定するまで待機する。
【０１３４】
そして、ステップＳ６３において、ヒストグラム算出回路２０２は、同期信号発生回路２０３より取得したアドレス信号に基づいて、取得した入力信号が、マイクロコンピュータ２０４に供給された検波領域内であるか否かを判定する。検波領域内ではないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、図１５のステップＳ８１に進む。また、検波領域内であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６４に進む。
【０１３５】
ステップＳ６４において、ヒストグラム算出回路２０２は、取得した入力信号の値が、０より大きく、かつ、マイクロコンピュータ２０４に供給された第１の閾値以下であるか否かを判定する。入力信号の値が０より大きく、かつ、第１の閾値以下であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６５に進み、同期信号発生回路２０３より取得したアドレス信号に基づいて、入力信号が入力Ｙ信号であるか否かを判定する。
【０１３６】
入力信号が入力Ｙ信号であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６６に進み、入力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第１入力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１３７】
図１３のステップＳ６５において、入力信号が出力Ｙ信号であり、入力Ｙ信号ではないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６７に進み、出力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第１出力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１３８】
また、ステップＳ６４において、入力信号が０以下である、または第１の閾値より大きいと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、図１４のステップＳ７１に進む。
【０１３９】
図１４のステップＳ７１において、ヒストグラム算出回路２０２は、取得した入力信号の値が、マイクロコンピュータ２０４に供給された第１の閾値より大きく、かつ、マイクロコンピュータ２０４に供給された第２の閾値以下であるか否かを判定する。入力信号の値が第１の閾値より大きく、かつ、第２の閾値以下であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７２に進み、同期信号発生回路２０３より取得したアドレス信号に基づいて、入力信号が入力Ｙ信号であるか否かを判定する。
【０１４０】
入力信号が入力Ｙ信号であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７３に進み、入力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第２入力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４１】
図１４のステップＳ７２において、入力信号が出力Ｙ信号であり、入力Ｙ信号ではないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７４に進み、出力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第２出力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４２】
また、ステップＳ７１において、入力信号が第１の閾値以下である、または第２の閾値より大きいと判定した場合、図１４のステップＳ７５に進む。
【０１４３】
図１４のステップＳ７５において、ヒストグラム算出回路２０２は、取得した入力信号の値が、マイクロコンピュータ２０４に供給された第２の閾値より大きく、かつ、予め設定されている入力信号の最大値以下であるか否かを判定する。入力信号の値が第２の閾値より大きく、かつ、最大値以下であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７６に進み、同期信号発生回路２０３より取得したアドレス信号に基づいて、入力信号が入力Ｙ信号であるか否かを判定する。
【０１４４】
入力信号が入力Ｙ信号であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７７７に進み、入力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第３入力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４５】
図１４のステップＳ７６において、入力信号が出力Ｙ信号であり、入力Ｙ信号ではないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７８に進み、出力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第３出力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４６】
また、ステップＳ７５において、入力信号が第２の閾値以下である、または最大値より大きいと判定した場合、図１４のステップＳ７９に進み、エラー処理を実行し、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４７】
図１５のステップＳ８１において、ヒストグラム算出回路２０２は、同期信号発生回路２０３より供給される入力信号のアドレス情報に基づいて、１フィールド分の信号について処理を行ったか否かを判定する。行っていないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、図１３のステップＳ６２に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【０１４８】
１フィールド分の信号について処理を行ったと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ８２において、算出した第１乃至第３入力ヒストグラム値、並びに、第１乃至第３出力ヒストグラム値をマイクロコンピュータ２０４に供給し、ステップＳ８３において、カウンタをリセットする。
【０１４９】
そして、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ８４において、入力が終了したか否かを判定し、終了していないと判定した場合、図１３のステップＳ６１に戻り、それ以降の処理を繰り返す。また、入力が終了したと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ヒストグラム積分処理を終了する。
【０１５０】
次に、マイクロコンピュータ２０４が第１ゲイン、第２ゲイン、および第３ゲインの値を設定するゲイン調整処理について、図１６のフローチャートを参照して説明する。
【０１５１】
最初に、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０１において、ヒストグラム算出回路２０２より第１乃至第３入力ヒストグラム値、並びに、第１乃至第３ヒストグラム値からなるヒストグラム値を取得したか否かを判定し、取得したと判定するまで待機する。
【０１５２】
ヒストグラム値を取得したと判定した場合、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０２に進み、取得したヒストグラム値より、正規化ヒストグラム累積度数分布情報を算出する。
【０１５３】
図１７は、マイクロコンピュータ２０４が算出する正規化ヒストグラム累積度数分布情報をグラフで表した図である。
【０１５４】
図１７において、横軸は、ヒストグラム値の算出に用いられたＹ信号の信号レベルであり、縦軸は、カウントされた度数であるヒストグラム値を表す。ここで、横軸および縦軸の値は、それぞれ、最大値が「１」となるように正規化されている。また、直線３５１は、理想的な累積度数分布を示す累積度数分布を表しており、曲線３５２は、ヒストグラム値に基づいて算出された累積度数分布を表している。
【０１５５】
例えば、図１７が、出力Ｙ信号に対する累積度数分布情報を表したグラフである場合、点Ｃ１に対する累積度数Ｄ２は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１出力ヒストグラム値であり、点Ｃ２に対する累積度数Ｄ３は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１および第２出力ヒストグラム値を加算した値であり、点Ｃ３に対する累積度数Ｄ５は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１乃至第３出力ヒストグラム値を加算した値である。なお、入力Ｙ信号に対する累積度数分布情報をグラフで表す場合も同様である。
【０１５６】
これに対して、理想的な累積度数分布の場合、点Ｃ１乃至点Ｃ３に対する累積度数は、それぞれ、Ｄ１，Ｄ４，Ｄ５となり、全ての信号レベルに均一に分布する。
【０１５７】
図１６に戻り、正規化ヒストグラム累積度数分布情報を算出したマイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０３において、算出した正規化ヒストグラム累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分を算出する。
【０１５８】
図１８は、正規化ヒストグラム累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分をグラフに表した図である。
【０１５９】
図１８において、横軸は、Ｙ信号の信号レベルを示し、縦軸は、理想累積度数分布との差分を表している。また、直線３６１は、基準となる理想累積度数分布を示し、曲線３６２は、正規化ヒストグラム累積度数分布情報を表している。
【０１６０】
例えば、図１８が、出力Ｙ信号に対する累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分を表したグラフである場合、点Ｅ１に対する差分値Ｆ２は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１出力ヒストグラム値の、理想累積度数との差分値（Ｄ２−Ｄ１）であり、点Ｅ２に対する差分値Ｆ１は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１および第２出力ヒストグラム値を加算した値の、理想累積度数との差分値（Ｄ３−Ｄ４）である。なお、点Ｅ３に対する差分は、ヒストグラム値を合計した全累積度数と理想累積度数分布における全累積度数との比較であるので、その差分値は「０」となっている。なお、入力Ｙ信号に対する累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分をグラフで表す場合も同様に表す。
【０１６１】
マイクロコンピュータ２０４は、階調変換回路２０１において入力Ｙ信号に対して施す補正量が、図１８に示した曲線３６２と近似するように第１ゲインおよび第２ゲインの値を設定する。これにより、撮影画像に対して、ヒストグラム等化処理を施した場合と同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
階調変換回路２０１において、階調の補正量は、以下の式（２１）で表すことができる。
【０１６３】
階調補正量＝Gb×sin(２π×ｎ／Ｎ)＋Ga×sin(π×ｎ／Ｎ) ・・・（２１）
ただし、
１≦ｎ≦N ・・・（２２）
【０１６４】
式（２１）において、Gaは第１ゲインの値、Gbは第２ゲインの値を示しており、Nは、ヒストグラム算出回路２０２において、Ｙ信号の信号レベルを分割した数であるヒストグラム分割数である。すなわち、上述した例の場合、ヒストグラム分割数Ｎの値は「３」である。
【０１６５】
マイクロコンピュータ２０４が算出する、第１入力ヒストグラム値乃至第ｎ入力ヒストグラム値を合計した正規化累積度数、または、第１出力ヒストグラム値乃至第ｎ出力ヒストグラム値を合計した正規化累積度数をＨ[ｎ]とし、Ｈ[ｎ]の、完全に均等に分布された理想累積度数との差分をｈ[ｎ]とすると、ｈ[ｎ]は以下の式（２３）で表される。
【０１６６】
ｈ[ｎ]＝Ｈ[ｎ]−ｎ／Ｎ ・・・（２３）
【０１６７】
式（２３）において、ｈ[ｎ]は、ヒストグラム値と平均度数との差分値と等価である。
【０１６８】
マイクロコンピュータ２０４は、式（２１）に示す階調補正量と、式（２３）に示すｈ[ｎ]との差分が最小になるように、GaおよびGbを決定する。これにより、階調補正回路２０１は、Y信号に対して、ダイナミックレンジを有効に活用しながら、階調を改善することができる。ただし、マイクロコンピュータ２０４は、単純にこの差を最小にするのではなく、逆光補正に適した形でGaおよびGbの値を決定する。
【０１６９】
ところで、式（２１）において、階調補正量を構成する右辺第２項による補正は、逆光状態の撮影画像を見やすくするための補正であり、右辺第１項による補正は、撮影画像のY信号がダイナミックレンジを有効に使用するための補正である。従って、マイクロコンピュータ２０４は、逆光補正重視の階調補正を行うために、最初に、最小２乗法を用いて、従来のガンマ補正と同様の効果を施す式（２１）の右辺第２項の係数Gaを決定する。
【０１７０】
マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラム算出回路２０２より取得したヒストグラム値に対応する全ての信号レベルについて、補正量の２乗誤差Errを算出する。Gaに対応する２乗誤差をErrGaとすると、ErrGaは、以下の式（２４）のように表される。
【０１７１】
【数３】
【０１７２】
式（２４）をｎについて微分した値が「０」となる場合、この誤差が最小となる。式（２４）をｎについて微分した式を以下の式（２５）に示す。
【０１７３】
【数４】
【０１７４】
マイクロコンピュータ２０４は、式（２５）において、ErrGa´の値を「０」にするように、Gaの値を算出する。これにより、階調補正回路２０１は、Y信号に対して、逆光補正を目的とした階調補正を行うことができる。
【０１７５】
次に、マイクロコンピュータ２０４は、式（２１）の右辺第１項の係数Gbを求めるために、Gaの場合と同様に、補正量の２乗誤差Errを計算する。Errは、以下の式（２６）のように表される。
【０１７６】
【数５】
【０１７７】
ここで、Gaは既に求められているため、以下のように式（２７）を定義する。
【０１７８】
【数６】
【０１７９】
式（２７）を用いて式（２６）を表すと、式（２６）は、以下の式（２８）のように表される。
【０１８０】
【数７】
【０１８１】
式（２８）は、式（２４）と同様の構成であるので、マイクロコンピュータ２０４は、Gaを算出した回路、またはプログラム等を用いて、Gbを求めることができる。これにより、マイクロコンピュータ２０４は、第１ゲインおよび第２ゲインの算出に必要な回路またはプログラムの規模を最小限に抑えることができる。
【０１８２】
図１６に戻り、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０４において、上述したように、ステップＳ１０３において算出された差分値に基づいて、最小２乗法により第１ゲインの値Gaを算出する。
【０１８３】
そして、ステップＳ１０５において、マイクロコンピュータ２０４は、上述したように算出された第１ゲインの値に基づいて、最小２乗法により第２ゲインの値Gbを算出する。
【０１８４】
第１ゲインおよび第２ゲインの値を算出したマイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０６において、算出された第１ゲインおよび第２ゲインの値に基づいて、第３ゲインの値を算出し、ゲイン調整処理を終了する。
【０１８５】
算出された第１ゲイン乃至第３ゲインの値は、それぞれ、第１ゲイン信号乃至第３ゲイン信号として、マイクロコンピュータ２０４により階調補正回路２０１に供給される。階調補正回路２０１は、供給された第１ゲイン信号乃至第３ゲイン信号に基づいて、Ｙ信号に対して逆光補正を重視した階調補正を行う。これにより、最適な撮影画像を得ることができる。
【０１８６】
図１９は、撮影画像に上述したような階調補正を行った場合の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示す図である。
【０１８７】
図１９において、直線３８１は、階調補正を行う前の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示し、曲線３８２は、露光量を調整しただけの場合の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示し、曲線３９１は、階調補正を行った後の入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示す。また、屋内の明るさが点Ｇ１であり、屋外の明るさが点Ｇ３であるとする。
【０１８８】
このとき、階調補正後における点Ｇ１に対応する信号レベルは、露光量を調整しただけの場合と同様の点Ｈ２であり、点Ｇ３に対応する信号レベルは、階調補正前の信号レベルと同様の点Ｈ３になる。すなわち、上述したような階調補正を行った場合、明るさの変化に対する信号レベルの変化の度合いを変えることが出来るため、撮影画像における屋内のエリアの信号レベルについてのみ、点Ｈ１から点Ｈ２に引き上げることができ、屋外のエリアの信号レベルＨ３との差を小さくすることができる。これにより、ビデオカメラ２００は、撮影画像の屋内のエリアと屋外のエリアの明るさを近づけることができ、最適な逆光補正が行われた撮影画像を提供することができる。
【０１８９】
以上において、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインおよび第２のゲインの値を最小２乗法により求めるように説明したが、これに限らず、撮影画像のパターンに応じて、最初に、第１ゲインおよび第２ゲインの値のとる範囲を限定するようにしても良い。以下にその動作を説明する。
【０１９０】
マイクロコンピュータ２０４は、第１ゲインおよび第２ゲインの値を求めるために、１フィールド毎にヒストグラム値をヒストグラム算出回路２０２より取得する。そのとき、マイクロコンピュータ２０４は、所定の閾値を用いて、取得したヒストグラム値を分類し、そのパターンを解析する。所定の閾値は、どのような値に設定しても構わないが、ヒストグラム算出回路２０２が信号レベルを３分割してヒストグラム値をカウントするので、カウントされる検波領域内のＹ信号の総数の３分の１に設定するのが望ましい。
【０１９１】
マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラム算出回路２０２より取得したヒストグラム値を所定の閾値で分類し、ヒストグラム値が閾値以上である場合、値「１」を設定し、ヒストグラム値が閾値より小さい場合、値「０」を設定して、撮影画像に対応するＹ信号の信号レベルの分布を大まかに分類する。
【０１９２】
そして、マイクロコンピュータ２０４は、得られた分布パターンを図２０に示すようなルックアップテーブルと比較し、その撮影画像に対する処理方法を決定する。
【０１９３】
図２０は、マイクロコンピュータ２０４が有するルックアップテーブルの例を示す図である。
【０１９４】
図２０において、ルックアップテーブル４００は、出力ヒストグラム値のパターンを示す項目４０１、および、その出力ヒストグラム値のパターンに対する処理方法を示す項目４０２により構成される。項目４０１は、第１出力ヒストグラム値のパターンを示す項目４１２、第２出力ヒストグラム値のパターンを示す項目４１３、第３出力ヒストグラム値のパターンを示す項目４１４により構成される。
【０１９５】
例えば、下から３段目の場合、項目４１２には値「１」が設定され、項目４１３には値「０」が設定され、項目４１４には値「１」が設定されている。そして、項目４０２には「補正」が設定されている。すなわち、第１出力ヒストグラム値と第３出力ヒストグラム値が所定の閾値以上であり、この分布パターンの場合、マイクロコンピュータ２０４は、階調変換回路２０１に補正処理を実行させる。
【０１９６】
マイクロコンピュータ２０４は、図２０に示すようなルックアップテーブルを参照することにより、Ｙ信号の信号レベルの分布パターンによって、８通りの処理を行う。
【０１９７】
具体的には、第１乃至第３出力ヒストグラム値全てが所定の閾値より小さい場合、または、第１乃至第３出力ヒストグラム値全てが所定の閾値以上の値をとる場合、閾値の値によるが、この分布パターンは、存在しないはずの分布パターンか、または信号レベルが均一に分布されていることを示している。従って、この場合、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインおよび第２のゲインの値を「０」に設定することで、階調変換を行わないように階調変換回路２０１を制御する。
【０１９８】
第１出力ヒストグラム値のみが閾値以上の値をとる場合、または、第３出力ヒストグラム値のみが閾値以上の値をとる場合、ヒストグラムが、信号レベルの低い方、または、高い方に極端に集中していることを示している。従って、この場合、ＡＥ機能が収束途中である可能性があるので、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインおよび第２のゲインの値を「０」に設定することで、階調変換を行わないように階調変換回路２０１を制御する。
【０１９９】
第３出力ヒストグラム値のみが閾値より小さい場合、ＡＥ機能が収束していない可能性もあるが、ＡＥ機能が既に収束していて、非常に大光量の小さな被写体が撮像されていることも考えられる。従って、この場合、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインの値を「１」に設定し、第２のゲインの値を「０」に設定し、図２１に示す曲線４６１のような階調変換を行うように階調変換回路２０１を制御する。
【０２００】
図２１は、マイクロコンピュータ２０４が設定する階調変換補正のパターンの例を示す図である。
【０２０１】
図２１において、横軸は、階調変換回路２０１に入力される入力Ｙ信号の信号レベルを示し、縦軸は、階調変換回路２０１より出力される出力Ｙ信号の信号レベルを示す。また、直線４５１は、補正前の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示し、曲線４６１は、補正後の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示す。
【０２０２】
マイクロコンピュータ２０４は、スイッチ回路２３１を制御して、階調変換前後のヒストグラムを確認しながら第１ゲインの値を増やしていき、補正の度合いを調整する。
【０２０３】
第１出力ヒストグラム値のみが閾値より小さい場合、上述した場合とは逆に、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインの値を「−１」に設定し、第２のゲインの値を「０」に設定し、図２２に示す曲線４７１のような階調変換を行うように階調変換回路２０１を制御する。
【０２０４】
図２２は、マイクロコンピュータ２０４が設定する階調変換補正のパターンの他の例を示す図である。
【０２０５】
図２２において、曲線４７１は、補正後の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示す。マイクロコンピュータ２０４は、スイッチ回路２３１を制御して、階調変換前後のヒストグラムを確認しながら第１ゲインの値を減らしていき、補正の度合いを調整する。
【０２０６】
第２出力ヒストグラム値のみが閾値より小さい場合、逆光状態であると判断し、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインの値を「０」に設定し、第２のゲインの値を「１」に設定し、図２３に示す曲線４８１のような階調変換を行うように階調変換回路２０１を制御する。
【０２０７】
図２３は、マイクロコンピュータ２０４が設定する階調変換補正のパターンの、さらに他の例を示す図である。
【０２０８】
図２３において、曲線４８１は、補正後の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示す。マイクロコンピュータ２０４は、スイッチ回路２３１を制御して、階調変換前後のヒストグラムを確認しながら第２ゲインの値を増やしていき、補正の度合いを調整する。
【０２０９】
第２出力ヒストグラム値のみが閾値以上の値をとる場合、過度な順光状態であると判断し、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインの値を「０」に設定し、第２のゲインの値を「−１」に設定し、図２４に示す曲線４９１のような階調変換を行うように階調変換回路２０１を制御する。
【０２１０】
図２４は、マイクロコンピュータ２０４が設定する階調変換補正のパターンの、さらに他の例を示す図である。
【０２１１】
図２４において、曲線４９１は、補正後の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示す。マイクロコンピュータ２０４は、スイッチ回路２３１を制御して、階調変換前後のヒストグラムを確認しながら第２ゲインの値を減らしていき、補正の度合いを調整する。
【０２１２】
以上のように、マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラムの分布パターンに応じて、階調補正回路２０１が行う補正のパターンを限定することができる。なお、マイクロコンピュータ２０４が、上述したような補正のパターンの限定範囲内で、図１６のフローチャートを参照して説明したような最小２乗法により、補正の度合いを調整するようにしてもよい。
【０２１３】
以上のようにして、大規模な回路を用いたり、ソフトウェアによる過大な負荷をかけたりすることなく、容易に、撮影画像に対応するＹ信号に対して、階調を有効利用した補正を行うことができる。
【０２１４】
なお、以上においては、ヒストグラム算出回路２０２は、信号レベルを３分割するように説明したが、これに限らず、何分割してもよいし、分割しないようにしてもよい。また、ヒストグラム値を算出する検波領域は、１フィールド分のＹ信号に対して、複数存在するようにしても良い。さらに、図５において説明した各回路は、その一部または全部が他の回路と一体化されていてもよい。
【０２１５】
また、階調変換回路２０１の信号処理部２１１は、互いに異なる２つの関数を用いて、入力Y信号に対して基本補正を行うように説明したが、これに限らず、いくつの関数を用いて基本補正を行うようにしてもよい。その際、マイクロコンピュータ２０４が設定するゲインの数は、信号処理部２１１が行う基本補正の数に応じて変化する。また、信号処理部２１１は、内蔵するROM２１１Ａ等に基本補正用のルックアップテーブルを予め記憶しておき、そのルックアップテーブルに基づいて基本補正を行うようにしてもよい。
【０２１６】
また、以上においては、ビデオカメラについて説明したが、これに限らず、例えば、デジタルカメラ、VTR（Video Tape Recorder）等の画像録画再生装置、テレビジョン受像機、プロジェクタ、プリンタ、または、それらと同等の機能を有するその他の装置等であってもよく、様々な装置に広く適用可能である。
【０２１７】
さらに、以上の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、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、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【０２１８】
この記録媒体は、図５に示すように、装置本体とは別に、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９１（フロッピディスクを含む）、光ディスク９２（CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク９３（MD(Mini-Disk)を含む）、もしくは半導体メモリ９４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、装置本体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マイクロコンピュータ２０４に内蔵されているROMなどで構成される。
【０２１９】
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、記載された順序に沿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。
【０２２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の信号処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムによれば、回路規模の拡大、または、ソフトウェアの処理による負荷の増加を抑えながら、より効果的な階調変換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のビデオカメラの構成例を示す図である。
【図２】補色系フィルタが装着された、CCDより電荷が出力される様子を示す図である。
【図３】ニー回路によるダイナミックレンジの圧縮の様子を示す図である。
【図４】撮影画像が白飛びを発生させる様子を示す図である。
【図５】本発明を適用したビデオカメラの基本的な構成例を示すブロック図である。
【図６】図５に示す階調変換回路の詳細な構成例を示す図である。
【図７】第１の補正パターンを構成する関数の例を示すグラフである。
【図８】第１の補正パターンを構成する関数の他の例を示すグラフである。
【図９】ヒストグラム算出回路２０２の詳細な構成例を示す図である。
【図１０】階調変換処理について説明するフローチャートである。
【図１１】図１０のステップＳ３において実行されるＹ信号補正処理について説明するフローチャートである。
【図１２】図１０のステップＳ４において実行されるアパーチャ補正処理について説明するフローチャートである。
【図１３】ヒストグラム算出回路によるヒストグラム積分処理について説明するフローチャートである。
【図１４】ヒストグラム算出回路によるヒストグラム積分処理について説明する、図１３に続くフローチャートである。
【図１５】ヒストグラム算出回路によるヒストグラム積分処理について説明する、図１４に続くフローチャートである。
【図１６】マイクロコンピュータによるゲイン調整処理について説明するフローチャートである。
【図１７】マイクロコンピュータが算出する正規化ヒストグラム累積度数分布情報を示すグラフである。
【図１８】正規化ヒストグラム累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分を示すグラフである。
【図１９】撮影画像に階調補正を行った場合の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示すグラフである。
【図２０】マイクロコンピュータが有するルックアップテーブルの例を示す図である。
【図２１】マイクロコンピュータが設定する階調変換補正のパターンの例を示す図である。
【図２２】マイクロコンピュータが設定する階調変換補正のパターンの他の例を示す図である。
【図２３】マイクロコンピュータが設定する階調変換補正のパターンの、さらに他の例を示す図である。
【図２４】マイクロコンピュータが設定する階調変換補正のパターンの、さらに他の例を示す図である。
【符号の説明】
２００ ビデオカメラ， ２０１ 階調変換回路， ２０２ ヒストグラム算出回路， ２０３ 同期信号発生回路， ２０４ マイクロコンピュータ， ２１１ 信号処理部， ２１１Ａ ROM， ２３１ スイッチ回路， ３０１乃至３０４ 比較器， ３１１乃至３１３ ANDゲート， ３２１乃至３２３ カウンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は信号処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、入力信号または出力信号のヒストグラムに基づいて、補正パターンのゲインを制御することにより、回路規模の拡大、または、ソフトウェアの処理による負荷の増加を抑えながら、より効果的な階調変換を行うことができるようにした、信号処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、デジタルカメラ、テレビジョン受像機、またはプリンタ等の画像信号を処理する装置においては、入力された画像信号に様々な処理を行う。
【０００３】
図１は、従来のビデオカメラの構成例を示す図である。
【０００４】
図１に示すビデオカメラ１において、図示せぬ被写体からの光はレンズ部１１を介して、図２に示すように、前面にイエロー（Ye）、シアン（Cy）、マゼンタ（Mg）、およびグリーン（G）フィルタがモザイク状に配列された補色系フィルタが装着された、CCD(Charge Coupled Device)等を用いた撮像素子により構成されるCCD１２に入射され、光電変換される。
【０００５】
CCD１２は、受光部において光電変換した映像信号を出力し、AGC（Automatic Gain Control）回路１３に供給する。AGC回路１３は、内蔵するCDS（Correlated Double Sampling circuit）（図示せず）において入力された映像信号に相関二重サンプリングを施してノイズを除去した後、映像信号のゲインを調整し、そのゲインが調整された映像信号をA/D（Analog / Digital）変換回路１４に供給する。
【０００６】
A/D変換回路１４は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、１Hディレーライン回路１５に出力する。１Hディレーライン回路１５は、入力された映像信号を１ライン遅延させ、Y信号生成回路１６に出力する。
【０００７】
Y信号生成回路１６は、入力された映像信号の、隣り合う画素に対応する映像信号同士を加算することで、映像信号の輝度信号（以下、Y信号と称する）を生成する。
【０００８】
また、１Ｈディレーライン回路２１は、１Ｈディレーライン回路１５の出力信号をさらに１ライン遅延させる。加算器２２は、１Ｈディレーライン回路２１の出力信号およびA/D変換回路１４の出力を合成し、垂直アパーチャ補正回路３１に供給する。垂直アパーチャ補正回路３１は、垂直方向のハイパスフィルタにより構成され、１Hディレーライン回路１５および加算器２２より取得した映像信号に基づいて、垂直アパーチャ補正信号信号を生成する。
【０００９】
水平アパーチャ補正回路３２は、水平方向のハイパスフィルタにより構成され、Y信号生成回路１６より取得したY信号に基づいて、水平アパーチャ補正信号を生成する。生成された垂直アパーチャ補正信号および水平アパーチャ補正信号は、図示は省略するがマイクロコンピュータ８０によりそれぞれのゲインが調整された後、加算器３３により加算され、さらに加算器３４においてY信号に加算される。
【００１０】
ニー回路３５は、加算器３４より出力されたY信号を取得すると、図３に示す曲線１３１のようにY信号の高輝度域の振幅特性を抑えることにより、CCD出力のダイナミックレンジを圧縮し、ガンマ補正回路３６に出力する。
【００１１】
ガンマ補正回路３６は、ニー回路３５より供給されたY信号のガンマ特性を、モニタの出力特性に合わせて補正し、ホワイトクリップ回路（以下、WC（White Clip）回路と称する）３７に出力する。
【００１２】
WC回路３７は、ガンマ補正が行われたY信号のホワイトクリップを行い、D/A変換回路３８に供給する。D/A（Digital / Analog）変換回路３８は、入力されたデジタル信号であるY信号をアナログ信号に変換し、加算器６１に供給する。
【００１３】
また、YC信号生成回路４１は、１Hディレーライン回路１５および加算器２２の出力を取得すると、上述したY信号の他に、入力した信号の、対応する画素が隣り合う値で差分をとり、２種類の色差信号（以下、Cr信号またはCy信号と称する）を生成する。
【００１４】
RGBマトリクス回路４２は、YC信号生成回路４１より取得したY信号、Cr信号、およびCy信号を、赤（Red）成分、青（Blue）成分、および緑（Green）成分からなるRGB信号に変換し、ホワイトバランス回路（以下、WB（White Balance）回路と称する）４３に供給する。
【００１５】
WB回路４３は、入力されたRGB信号の色温度を調整する。ガンマ補正回路４４は、WB回路４３から出力されたRGB信号のガンマ特性を、モニタの出力特性に合わせて補正し、エンコーダ回路４５に出力する。エンコーダ回路４５は、NTSC（National Television System Committee）またはPAL（Phase Alternating Line）等の信号規格に沿うように、取得したRGB信号を色差信号に変換し、図示せぬサブキャリア信号を用いて変調する。D/A変換回路４６は、エンコーダ回路４５が出力した色差信号をアナログ信号に変換し、加算器６１に供給する。
【００１６】
加算器６１は、同期信号発生回路５１により生成される同期信号とともに、供給されたY信号および色差信号を合成し、テレビジョン信号であるVBS（Video Burst Sync signal）信号を生成し、出力端子６２を介して出力させる。
【００１７】
また、YC信号生成回路４１の出力を取得したAE（Auto Exposure）検波回路７１は、マイクロコンピュータ８０より供給された検波枠設定情報に基づいて、検波枠内のY信号について１フィールド分を積分し、その積分値をマイクロコンピュータ８０に供給する。
【００１８】
積分値を供給されたマイクロコンピュータ８０は、積分値に基づいて、レンズ部１１、タイミングジェネレータ回路（以下、TG（Timing Generator）回路と称する）８１、AGC回路１３の動作を制御する。TG回路８１は、マイクロコンピュータ８０に制御され、CCD１２の駆動を制御する。
【００１９】
また、ホワイトバランス検波回路（以下、WB検波回路と称する）７２は、RGBマトリクス回路４２からの出力であるRGB信号を取得すると、マイクロコンピュータより取得した検波枠設定情報に基づいて、検波枠内のRGB信号について１フィールド分を積分し、その積分値をマイクロコンピュータ８０に供給する。マイクロコンピュータ８０は、供給された積分値に基づいて、色温度を調整するためのRGBのゲインバランスを計算し、WB回路４３を制御して、RGB信号のゲインを調整する。
【００２０】
さらに、マイクロコンピュータ８０には、必要に応じて、ドライブ９０が接続され、磁気ディスク９１、光ディスク９２、光磁気ディスク９３、或いは半導体メモリ９４などが適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じてマイクロコンピュータ８０に内蔵されるRAM等にインストールされる。
【００２１】
以上のようなビデオカメラ１において、通常撮影の場合、マイクロコンピュータ８０は、AE検波回路７１より取得した検波信号である検波枠内の積分値に基づいて、撮影画像のAEレベルを管理し、撮影画像のAEレベルが目標AEレベルよりも明るいと判定した場合、レンズ部１１を制御して絞りを絞ったり、TG回路８１を制御してCCD１２の電子シャッター機能を作動させ、CCD１２における露光量を調整させたり、AGC回路１３を制御して映像信号の増幅を抑えたりする。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合、例えば、屋内において、屋内よりも明るい屋外を見通す窓の側に立つ人物を撮像するような逆光撮影の場合、取り込んだ撮影画像全体のAE検波レベルが屋外の明るいエリアと屋内の暗いエリアの平均となってしまうので、このAE検波レベルに基づいて調整されたときの撮影画像は、屋内のエリアが暗くなりすぎてしまう場合があった。
【００２３】
これに対して、撮影環境が逆光状態であると判定した場合、マイクロコンピュータ８０が各部を制御して、露光量が大きくなるように制御することで撮影対象である人物が適正な振幅レベルになるようにするという方法がある。
【００２４】
しかしながら、この場合、撮影画像におけるもともと明るい屋外のエリアはさらに明るくなってしまい、白飛びしてしまう等の弊害が発生してしまうという課題があった。
【００２５】
図４は、撮影画像が白飛びを発生させる様子を示す図である。直線１４１は、露光量を調整する前の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示し、曲線１４２は、露光量を調整した後の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示す。また、屋内の明るさが点Ａ１であり、屋外の明るさが点Ａ３であるとする。
【００２６】
図４において、露光量調整前における、点Ａ１に対応する信号レベルは点Ｂ１であり、点Ａ３に対応する信号レベルは点Ｂ３である。すなわち、撮影画像における屋内のエリアの信号レベルＢ１は、屋外のエリアの信号レベルＢ３と比較して非常に小さいので、上述したように、撮影画像の屋内のエリアが暗すぎてしまう結果になる。
【００２７】
そこで、上述したように屋内のエリアが明るくなるように露光量を調整した場合、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係は曲線１４２になる。従って、点Ａ１に対応する信号レベルは点Ｂ２となり、調整前よりも明るくなる。しかしながら、この場合、点Ａ２以上の明るさにおいて、信号レベルはＢ４の最大レベルになるので、明るさが点Ａ３である撮影画像の屋外のエリアで白飛びが発生してしまう。
【００２８】
以上のような問題に対して、多重露光を用いて、露光量を明るい屋外に合わせた場合と、暗い屋内に合わせた場合とで撮影を行い、これらの撮影画像を適応的に合成させることで、撮影画像のダイナミックレンジを広く取る方法がある。
【００２９】
しかしながら、この場合、撮像デバイスを倍速で駆動したり、画像合成のために大規模な回路を用意したりする必要があるという課題があった。
【００３０】
また、限られた階調を有効利用するための信号処理として、撮影画像の画像信号に対してヒストグラムの分布を均一にするヒストグラム等化を行う場合があるが、この処理によって、全ての撮影画像の見た目が良くなるとは限らないという課題もあった。
【００３１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、回路規模の拡大、または、ソフトウェアの処理による負荷の増加を抑えながら、より効果的な階調変換を行うことができるようにしたものである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正手段と、輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段と、ヒストグラム算出手段により算出されたヒストグラムに基づいて、補正手段による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定手段と、補正手段による補正により得られた補正後信号のそれぞれと、ゲイン決定手段により決定されたゲインのそれぞれを乗算する乗算手段と、乗算手段による乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００３３】
前記補正パターンは、互いに異なる複数の関数により構成され、補正手段は、関数のそれぞれについて、輝度信号を補正して補正後信号を得るようにすることができる。
【００３４】
前記補正パターンは、互いに異なる、少なくとも１つの凸を含む曲線の関数により構成され、補正手段は、関数のそれぞれについて、輝度信号を補正して補正後信号を得ることができる。
【００３５】
前記補正パターンは、互いに係数の異なる複数の正弦関数を含み、補正手段は、正弦関数のそれぞれについて、輝度信号を補正して補正後信号を得るようにすることができる。
【００３６】
前記補正パターンは、輝度信号の振幅レベルの中央より明るい側と暗い側とで、それぞれ、階調を調整する第１の補正パターン、および、振幅レベルを３分割し、それぞれのレベルで階調を調整する第２の補正パターンにより構成され、補正手段は、第１の補正パターンを用いて輝度信号を補正し、第１の補正信号を得るとともに、第２の補正パターンを用いて輝度信号を補正し、第２の補正信号を得るようにすることができる。
【００３７】
前記補正手段は、補正パターンを記憶する記憶手段を備えるようにすることができる。
【００３８】
前記記憶手段により記憶されている補正パターンは、入力された輝度信号と、補正後信号との関係を示すルックアップテーブルにより構成されるようにすることができる。
【００３９】
前記ヒストグラム算出手段は、輝度信号に対応する画像の一部、または全部からなる所定の領域について、ヒストグラムを算出するようにすることができる。
【００４０】
前記ヒストグラム算出手段は、算出したヒストグラムに基づいて、輝度信号の信号レベルの小さい方から度数を累積させた度数分布であるヒストグラム累積度数分布をさらに算出するようにすることができる。
【００４１】
前記ゲイン決定手段は、ヒストグラム算出手段により算出されたヒストグラム累積度数分布と、補正後信号の階調特性との差が最小となるように、ゲインを決定するようにすることができる。
【００４２】
前記出力用輝度信号生成手段は、乗算手段による乗算の結果のそれぞれを加算する第１の加算手段と、第１の加算手段による加算結果と輝度信号を加算し、出力用輝度信号を生成する第２の加算手段とを備えるようにすることができる。
【００４３】
本発明の信号処理方法は、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正ステップと、輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出ステップと、ヒストグラム算出ステップの処理により算出されたヒストグラムに基づいて、補正ステップの処理による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定ステップと、補正ステップの処理による補正により得られた補正後信号のそれぞれと、ゲイン決定ステップの処理により決定されたゲインのそれぞれを乗算する乗算ステップと、乗算ステップの処理による乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００４４】
本発明の記録媒体のプログラムは、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正ステップと、輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出ステップと、ヒストグラム算出ステップの処理により算出されたヒストグラムに基づいて、補正ステップの処理による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定ステップと、補正ステップの処理による補正により得られた補正後信号のそれぞれと、ゲイン決定ステップの処理により決定されたゲインのそれぞれを乗算する乗算ステップと、乗算ステップの処理による乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００４５】
本発明のプログラムは、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正ステップと、輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出ステップと、ヒストグラム算出ステップの処理により算出されたヒストグラムに基づいて、補正ステップの処理による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定ステップと、補正ステップの処理による補正により得られた補正後信号のそれぞれと、ゲイン決定ステップの処理により決定されたゲインのそれぞれを乗算する乗算ステップと、乗算ステップの処理による乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成ステップとをコンピュータに実現させる。
【００４６】
本発明の信号処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正が行われ、複数の補正後信号を得られ、輝度信号に対応する画像のヒストグラムが算出され、算出されたヒストグラムに基づいて、補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインが決定され、補正により得られた補正後信号のそれぞれと、決定されたゲインのそれぞれが乗算され、乗算の結果に基づいて、入力された輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号が生成される。
【００４７】
信号処理装置は、独立した装置であってもよいし、例えば、記録再生装置、撮像装置、または表示装置等の映像信号を扱うその他の装置の信号処理を行うブロックであってもよい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明を適用したビデオカメラの基本的な構成例を示すブロック図である。なお、図１を用いて説明したのと同様の構成を有する部分については、その説明は省略する。
【００４９】
図５に示すビデオカメラ２００において、図示せぬ被写体からの光は、マイクロコンピュータ２０４に絞りを制御されたレンズ部１１を介して、図示せぬ、被写体の高周波成分（細かい被写体）を光学的に除去する光学LPF（Low Pass Filter）、赤外線をカットする赤外カットフィルタ、および、図２に示すような色配列が施された補色フィルタを通して、補色単板CCDを用いたCCD１２に入射し、光電変換される。CCD１２は、マイクロコンピュータ２０４に制御されたTG回路８１に駆動を制御され、入射光を光電変換した電荷を、図２に示すように、フィールド読み出し方式で２ラインずつ加算して読み出す。
【００５０】
すなわち、図２において、読み出しライン１２１−１において、光電素子１０５および１０１に対応する電荷が合成された信号（Ｇ＋Cy）、光電素子１０６および１０２に対応する電荷が合成された信号（Mg＋Ye）、光電素子１０７および１０３に対応する電荷が合成された信号（Ｇ＋Cy）、並びに、光電素子１０８および１０４に対応する電荷が合成された信号（Mg＋Ye）が、水平レジスタ１２５を介して出力される。
【００５１】
また、同様に、読み出しライン１２１−２において、光電素子１１３および１０９に対応する電荷が合成された信号（Mg＋Cy）、光電素子１１４および１１０に対応する電荷が合成された信号（G＋Ye）、光電素子１１５および１１１に対応する電荷が合成された信号（Mg＋Cy）、並びに、光電素子１１６および１１２に対応する電荷が合成された信号（G＋Ye）が、水平レジスタ１２５を介して出力される。
【００５２】
さらに、同様に、読み出しライン１２２−１において、光電素子１０９および１０５に対応する電荷が合成された信号（Cy＋G）、光電素子１１０および１０６に対応する電荷が合成された信号（Ye＋Mg）、光電素子１１１および１０７に対応する電荷が合成された信号（Cy＋G）、並びに、光電素子１１２および１０８に対応する電荷が合成された信号（Ye＋Mg）が、水平レジスタ１２５を介して出力される。
【００５３】
このように出力された映像信号は、図１を用いて説明したように、AGC回路１３、A/D変換回路１４、および１Hディレーライン回路１５を介して、Y信号生成回路１６に供給される。
【００５４】
Y信号生成回路１６は、上述した映像信号について、隣同士を加算する。すなわち、読み出しライン１２１−１において、以下の式（１）ように合成され、輝度信号（Y）が生成される。
【００５５】
Y＝｛（Ｇ＋Cy）＋（Mg＋Ye）｝／２＝（２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒ）／２・・・（１）
ただし、Ｃｙ，Mg、およびYeは以下のようにする。
Cy＝Ｇ＋Ｂ・・・（２）
Mg＝Ｒ＋Ｂ・・・（３）
Ye＝Ｇ＋Ｒ・・・（４）
【００５６】
同様に、Cy，Mg、およびYeが式（２）乃至式（４）のように表される場合、読み出しライン１２１−２においては式（５）のように、読み出しライン１２２−１においては式（６）のように合成される。
【００５７】
Y＝｛（Mg＋Cy）＋（G＋Ye）｝／２＝（２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒ）／２・・・（５）
Y＝｛（Cy＋G）＋（Ye＋Mg）｝／２＝（２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒ）／２・・・（６）
【００５８】
以上のように生成されたY信号は、加算器３４において、水平アパーチャ補正信号および垂直アパーチャ補正信号と合成され、輪郭補正が行われたあと、階調変換回路２０１に供給される。
【００５９】
また、１Hディレーライン回路１５および１Hディレーライン回路２１の出力信号を取得したYC信号生成回路４１は、式（１）、式（５）、および式（６）に示すようなY信号を生成するとともに、上述した映像信号について、隣同士の差分を算出し、色差信号（CrおよびCb）を生成する。すなわち、読み出しライン１２１−１において、以下の式（７）および式（８）ように合成され、色差信号（CrおよびCb）が生成される。
【００６０】
Cr＝｛（Mg＋Ye）−（Ｇ＋Cy）｝＝２R−G・・・（７）
Cb＝｛（Ｇ＋Ye）−（Mg＋Cy）｝＝２Ｂ−G・・・（８）
【００６１】
以上のように生成されたY信号、Cr信号、およびCy信号は、階調変換回路２０１に供給される。図６に、階調変換回路２０１の詳細な構成例を示す。
【００６２】
垂直アパーチャ補正回路３１より出力された垂直アパーチャ補正信号は、加算器３３により、水平アパーチャ補正回路３２より出力された水平アパーチャ補正信号と合成され、アパーチャ補正信号として、階調変換回路２０１に入力される。
【００６３】
また、Y信号生成回路１６より出力されたY信号は、加算器３４において、上述したアパーチャ補正信号と合成され、入力Y信号として、階調変換回路２０１に入力される。
【００６４】
階調変換回路２０１に入力された入力Y信号は、信号処理部２１１に供給され、信号処理部２１１により、予め定められた補正パターンに基づいて補正される。補正パターンは、信号処理部２１１が内蔵するROM２１１Ａにより記憶されている。なお、信号処理部２１１がRAMを内蔵するようにし、その内蔵するRAMが補正パターンを記憶するようにしてもよい。また、信号処理部２１１が予め定められた補正パターンで入力信号を補正できるような演算回路を有するようにしてもよい。
【００６５】
信号処理部２１１が内蔵するROM２１１Ａには、２種類の補正パターンが記憶されており、信号処理部２１１は、それぞれの補正パターンで入力Ｙ信号を補正し、それぞれ異なる加算器に出力する。
【００６６】
ROM２１１に記憶されている２種類の補正パターンは、後述するように、それぞれ、互いに異なる関数により構成されている。第１の補正パターンは、画像の振幅レベルを中央で分割し、明るい側と暗い側の階調を調整する、図７に示すような関数で構成されており、第２の補正パターンは、画像の振幅レベルを３つに分割し、それぞれの階調を調整する、図８に示すような関数で構成されている。
【００６７】
図７は、第１の補正パターンを構成する関数の例を示すグラフである。
【００６８】
図７において、曲線２６１乃至２６４は、第１の補正パターンを構成し、以下に示す式（９）および式（１０）で表される関数をグラフにしたものである。
【００６９】
【数１】
ここで、横軸は入力信号を０乃至１に正規化したものとし、ｎは予め定められた定数であり、偶数とする。また、αは、値dlt1の定義域内の最大値を１に正規化するための正規化定数である。図７の曲線２６１は式（９）に対応し、曲線２６２はn＝２の場合の式（１０）に対応し、曲線２６３はn＝４の場合の式（１０）に対応し、曲線２６４はn＝６の場合の式（１０）に対応するグラフである。
【００７１】
図８は、第２の補正パターンを構成する関数の例を示すグラフである。
【００７２】
図８において、曲線２７１乃至２７４は、第２の補正パターンを構成し、以下に示す式（１２）および式（１３）で表される関数をグラフにしたものである。
【００７３】
【数２】
ここで、横軸は入力信号を０乃至１に正規化したものとし、ｎは予め定められた定数であり、奇数とする。また、αは、値dlt2の定義域内の最大値を１に正規化するための正規化定数である。図８の曲線２７１は式（１２）に対応し、曲線２７２はn＝１の場合の式（１３）に対応し、曲線２７３はn＝３の場合の式（１２）に対応し、曲線２７４はn＝５の場合の式（１３）に対応するグラフである。
【００７５】
信号処理部２１１は、以上のような補正パターンにおいて、入力Y信号を補正するが、これらの関数を回路で実現する場合、その演算回路の規模が大きくなってしまうので、これらの関数を表現するルックアップテーブルを作成し、内蔵するROMまたはRAMなどで記憶させるようにする方が好ましい。
【００７６】
信号処理部２１１は、第１の補正パターンを用いて補正した入力Y信号である第１基本補正後信号を乗算器２１３に出力し、第２の補正パターンを用いて補正した入力Y信号である第２基本補正後信号を乗算器２１２に出力する。
【００７７】
マイクロコンピュータ２０４は、信号処理部２１１による第１の補正パターンを用いた補正の度合いを決定する係数である第１ゲイン、および、信号処理部２１１による第２の補正パターンを用いた補正の度合いを決定する係数である第２ゲインの値を、後述するように決定する。そして、マイクロコンピュータ２０４は、決定した第１ゲインおよび第２ゲインを、それぞれ、第１ゲイン信号および第２ゲイン信号として、乗算器２１３および乗算器２１２に供給する。
【００７８】
乗算器２１３は、マイクロコンピュータ２０４より供給された第１ゲイン信号、および信号処理部２１１より出力された第１基本補正後Y信号の乗算を行い、第１乗算済みY信号として、加算器２１４に供給する。乗算器２１２は、同様に、マイクロコンピュータ２０４より供給された第２ゲイン信号、および、信号処理部２１１より出力された第２基本補正後Y信号の乗算を行い、第２乗算済みY信号として、加算器２１４に供給する。
【００７９】
加算器２１４は、乗算器２１３より供給された第１乗算済みY信号、および、乗算器２１２より供給された第２乗算済みY信号を加算し、第１の補正パターンおよび第２の補正パターンを用いた補正に関する全補正量が含まれる補正後Y信号として加算器２２３に供給する。
【００８０】
ところで、階調変換回路２０１に入力されたアパーチャ補正信号は、乗算器２２１において、マイクロコンピュータ２０４において設定されて供給された、アパーチャ補正信号用のゲイン信号である第３ゲイン信号と乗算され、乗算済みアパーチャ補正信号として、加算器２２２に供給される。
【００８１】
加算器２２２は、乗算器２２１より供給された乗算済みアパーチャ補正信号、および、入力Ｙ信号とを加算し、アパーチャ補正済みＹ信号として、加算器２２３に供給する。
【００８２】
階調変換回路２０１の入力信号である入力Ｙ信号は、加算器３４において、アパーチャ補正信号が加算されているが、階調変換を受けて階調の抑えられた部分においては、アパーチャ補正信号も同様に抑えられてしまうため、その部分の色の境目がぼやけてしまう。しかしながら、加算器２２２において、第３ゲイン信号を乗算することにより、最終的に階調補正を施していない状態にした乗算済みアパーチャ補正信号を加算することにより、階調が少なくなった部分も相対的にエッジの強調された、見た目の画質が向上した画像を得ることができる。
【００８３】
加算器２２３は、加算器２２３より供給されたアパーチャ補正済みＹ信号と、加算器２１４より供給された補正後Ｙ信号とを加算し、階調変換処理を施した出力Ｙ信号として、ニー回路３５に出力する。その後、Ｙ信号は、図１において説明した場合と同様の処理が行われ、出力端子６２よりVBS信号として出力される。
【００８４】
なお、同期信号発生回路２０３は、図５に示すように加算器６１にアナログの同期信号を供給する以外にも、Ｙ信号の垂直方向アドレス情報、水平方向アドレス情報、または、動作のタイミングを制御する情報等を含むデジタルの同期信号を生成し、各部に供給する。
【００８５】
以上のようにして、階調変換回路２０１は、撮影画像のＹ信号に対して階調補正を施す。
【００８６】
また、階調変換回路２０１には、スイッチ回路２３１が内蔵されている。スイッチ回路２３１は、マイクロコンピュータ２０４によりスイッチ回路制御信号を用いて制御され、出力する信号を切り替えることにより、入力Ｙ信号および出力Ｙ信号を時分割的にヒストグラム算出回路２０２に供給する。
【００８７】
上述したように、マイクロコンピュータ２０４は、第１ゲインおよび第２ゲインを算出し、それぞれ、第１ゲイン信号および第２ゲイン信号として階調補正変換回路２０１に供給することで、階調補正変換回路２０１がＹ信号の階調を補正する度合いを制御する。このとき、マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラム算出回路２０２において算出されたＹ信号のヒストグラムに基づいて、第１ゲインおよび第２ゲインを算出する。ヒストグラム算出回路２０２は、入力された入力Ｙ信号または出力Ｙ信号に基づいて、そのＹ信号のヒストグラムを算出する。
【００８８】
図９は、ヒストグラム算出回路２０２の詳細な構成例を示す図である。
【００８９】
図９において、出力Ｙ信号は、階調変換回路２０１によりヒストグラム算出回路２０２の比較器３０１乃至３０３に供給される。また、それとともに、マイクロコンピュータ２０４は、値Laを比較器３０１に供給し、値LaおよびLbを比較器３０２に供給し、値Lbを比較器３０３に供給する。このとき式（１５）が成り立つ。なお、Lmaxは、予め定められたY信号の最大信号レベルである。
【００９０】
０＜La＜Lb＜Lmax ・・・（１５）
【００９１】
比較器３０１は、階調変換回路２０１より供給された出力Y信号の信号レベルINを、マイクロコンピュータ２０４より供給された値０および値Laと比較し、以下に示す式（１６）で表される条件を満たす場合、値が「１」の信号をANDゲート３１１に供給する。
【００９２】
０≦IN＜La ・・・（１６）
【００９３】
なお、出力Y信号の信号レベルINが式（１６）を満たさない場合、比較器３０１は、値が「０」の信号をANDゲート３１１に供給する。
【００９４】
また、同様に、比較器３０２は、階調変換回路２０１より供給された出力Y信号の信号レベルINを、マイクロコンピュータ２０４より供給された値Laおよび値Lbと比較し、以下に示す式（１７）で表される条件を満たす場合、値が「１」の信号をANDゲート３１２に供給する。
【００９５】
La≦IN＜Lb ・・・（１７）
【００９６】
なお、出力Y信号の信号レベルINが式（１７）を満たさない場合、比較器３０２は、値が「０」の信号をANDゲート３１２に供給する。
【００９７】
さらに、同様に、比較器３０３は、階調変換回路２０１より供給された出力Y信号の信号レベルINを、マイクロコンピュータ２０４より供給された値Lbおよび値Lmaxと比較し、以下に示す式（１８）で表される条件を満たす場合、値が「１」の信号をANDゲート３１３に供給する。
【００９８】
Lb≦IN≦Lmax ・・・（１８）
【００９９】
なお、出力Y信号の信号レベルINが式（１８）を満たさない場合、比較器３０３は、値が「０」の信号をANDゲート３１３に供給する。
【０１００】
また、同期信号発生回路２０３は、図５において説明したビデオカメラ２００の各部の動作するタイミングを制御しており、さらに、ヒストグラム算出回路２０２に供給される出力Ｙ信号の水平方向アドレス情報Hadrおよび垂直方向アドレス情報Vadrを、出力Ｙ信号がヒストグラム算出回路２０２に供給されるタイミングに合わせて、ヒストグラム算出回路２０２が内蔵する比較器３０４に供給する。
【０１０１】
さらに、マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラムを生成する領域の境界線の座標である境界設定値Hs,He,Vs、およびVeをヒストグラム算出回路２０２の比較器３０４に供給する。
【０１０２】
ヒストグラム算出回路２０２の比較器３０４は、同期信号２０３より供給された出力Y信号のアドレス情報HadrおよびVadrを取得し、マイクロコンピュータ２０４より、領域の境界線の座標である境界設定値Hs,He,Vs、およびVeを取得すると、それらを比較し、以下に示す式（１９）および式（２０）で表される条件を満たす場合、値が「１」の信号をANDゲート３１１乃至３１３に供給する。
【０１０３】
Hs≦IN＜He ・・・（１９）
Vs≦IN＜Ve ・・・（２０）
【０１０４】
なお、同期信号発生回路２０３より供給される、出力Y信号のアドレス情報HadrおよびVadrが、式（１９）および式（２０）の条件を満たさない場合、比較器３０４は、値「０」の信号をANDゲート３１１乃至３１３に供給する。
【０１０５】
ANDゲート３１１は、入力された２つの信号の値がともに「１」である場合、値が「１」の信号をカウンタ３２１に供給する。また、それ以外の場合、ANDゲート３１１は、値が「０」の信号をカウンタ３２１に供給する。
【０１０６】
また、同様に、ANDゲート３１２は、入力された２つの信号の値がともに「１」である場合、値が「１」の信号をカウンタ３２２に供給し、それ以外の場合、値が「０」の信号をカウンタ３２２に供給する。
【０１０７】
さらに、ANDゲート３１３も同様に、入力された２つの信号の値がともに「１」である場合は値が「１」の信号を、それ以外の場合は値が「０」の信号をカウンタ３２３に供給する。
【０１０８】
カウンタ３２１乃至３２３は、値が「１」の信号を入力された回数をカウントする。また、カウンタ３２１乃至３２３は、図示は省略するが、同期信号発生回路２０３より出力Y信号のアドレス情報を供給されており、１フィールド分の出力Y信号についてカウントしたと判定すると、それぞれ、カウント結果であるヒストグラム値をマイクロコンピュータ２０４に供給する。
【０１０９】
マイクロコンピュータ２０４は、それらのヒストグラム値に基づいて、出力Y信号のヒストグラムを生成する。
【０１１０】
また、階調変換回路２０１は、時分割的に、出力Y信号とともに入力Y信号をヒストグラム算出回路２０２に供給しており、そのとき、同期信号発生回路２０３も出力Ｙ信号の場合と同様に、入力Ｙ信号に対応するアドレス情報をヒストグラム算出回路２０２に供給する。
【０１１１】
ヒストグラム算出回路２０２は、上述した出力Ｙ信号についての場合と同様に、入力Ｙ信号に対するヒストグラム値を算出し、１フィールド毎にマイクロコンピュータ２０４に供給する。そして、マイクロコンピュータ２０４は、それらのヒストグラム値に基づいて、入力Ｙ信号に対するヒストグラムを生成する。
【０１１２】
以上のようにして、マイクロコンピュータ２０４は、階調変換回路２０１の入力信号である入力Ｙ信号、および、階調変換回路２０１の出力信号である出力Ｙ信号に対応するヒストグラム値を取得し、後述するように、第１ゲインおよび第２ゲインの値を決定するためのヒストグラムを生成することができる。
【０１１３】
次に、図１０のフローチャートを参照して、Y信号の階調を変換する階調変換処理について説明する。
【０１１４】
最初に、ステップＳ１において、マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラム算出回路２０２においてヒストグラム値を算出する検波領域を設定する。マイクロコンピュータ２０４は、検波領域を設定し、その領域の境界線の座標である境界設定値Hs,He,Vs、およびVeをヒストグラム算出回路２０２に供給する。ヒストグラム算出回路２０２は、取得した境界設定値に基づいて、撮影画像のうち、マイクロコンピュータ２０４が設定した検波領域内に対応する入力Y信号および出力Y信号について、ヒストグラム値を算出する。
【０１１５】
検波領域を設定したマイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ２において、ゲインの値を設定する。マイクロコンピュータ２０４は、後述するように、ヒストグラム算出回路２０２より取得したヒストグラム値に基づいて、入力Ｙ信号および出力Ｙ信号のヒストグラムを生成し、そのヒストグラムに基づいて、第１ゲイン、第２ゲイン、および第３ゲインの値を設定する。
【０１１６】
ステップＳ３において、階調変換回路２０１は、Ｙ信号補正処理を実行する。Ｙ信号補正処理については、図１１のフローチャートを参照して後述する。
【０１１７】
そして、ステップＳ４において、階調変換回路２０１は、アパーチャ補正処理を実行する。アパーチャ補正処理については、図１２のフローチャートを参照して後述する。
【０１１８】
Ｙ信号補正処理およびアパーチャ補正処理を終了した階調変換回路２０１は、ステップＳ５において、補正後Ｙ信号およびアパーチャ補正済みＹ信号を加算し、出力Ｙ信号を生成する。
【０１１９】
マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ６において、同期信号生成回路２０３より供給される同期信号に基づいて、階調変換回路２０１が１フィールド分のＹ信号の階調を変換したか否かを判定する。マイクロコンピュータ２０４は、階調変換回路２０１が階調を変換したＹ信号が１フィールド分に達しておらず、１フィールド分のＹ信号の階調をまだ変換していないと判定した場合、ステップＳ３に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【０１２０】
階調変換回路２０１が１フィールド分のＹ信号の階調を変換したと判定した場合、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ７に進み、同期信号生成回路２０３より供給される同期信号に基づいて、Ｙ信号の入力が終了したか否かを判定する。
【０１２１】
Ｙ信号の入力が終了していないと判定した場合、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ２に戻り、それ以降の処理を繰り返す。また、Ｙ信号の入力が終了したと判定した場合、マイクロコンピュータ２０４は、階調変換処理を終了する。
【０１２２】
次に、図１１のフローチャートを参照して、図１０のステップＳ３において実行されるＹ信号補正処理について説明する。
【０１２３】
階調変換回路２０１は、ステップＳ２１において、２種類の補正パターンで入力Ｙ信号の基本補正を行い、第１基本補正後Ｙ信号および第２基本補正後Ｙ信号を生成する。階調変換回路２０１は、上述したように、入力Ｙ信号に式（９）および式（１０）の関数で表される第１の補正パターンを加算することで基本補正を行い、第１基本補正後Ｙ信号を生成するとともに、入力Ｙ信号に式（１２）および式（１３）の関数で表される第２の補正パターンを加算することで基本補正を行い、第２基本補正後Ｙ信号を生成する。
【０１２４】
そして、ステップＳ２２において、階調変換回路２０１は、第１基本補正後Ｙ信号および、マイクロコンピュータ２０４より供給された第１ゲイン信号を乗算し、第１乗算済みＹ信号を生成する。さらに、ステップＳ２３において、階調変換回路２０１は、第２基本補正後Ｙ信号および、マイクロコンピュータ２０４より供給された第２ゲイン信号を乗算し、第２乗算済みＹ信号を生成する。
【０１２５】
階調変換回路２０１は、ステップＳ２４において、生成した第１乗算済みＹ信号および第２乗算済みＹ信号を加算し、補正後Ｙ信号を生成する。そして、補正後Ｙ信号を生成した階調変換回路２０１は、Ｙ信号補正処理を終了し、図１０のステップＳ４に進む。
【０１２６】
次に、図１０のステップＳ４において実行されるアパーチャ補正処理について、図１２のフローチャートを参照して説明する。
【０１２７】
最初に、階調変換回路２０１は、ステップＳ４１において、アパーチャ補正信号、および、マイクロコンピュータ２０４に供給された第３ゲイン信号を乗算し、乗算済みアパーチャ補正信号を生成する。
【０１２８】
そして、階調変換回路２０１は、ステップＳ４２に進み、乗算済みアパーチャ補正信号および入力Ｙ信号を加算し、アパーチャ補正済みＹ信号を生成する。アパーチャ補正済みＹ信号を生成した階調変換回路２０１は、アパーチャ補正処理を終了し、図１０のステップＳ５に進む。
【０１２９】
以上のようにして、Ｙ信号の階調を補正する処理が行われる。
【０１３０】
次に、ヒストグラム算出回路２０２によるヒストグラム積分処理について、図１３乃至図１５のフローチャートを参照して説明する。
【０１３１】
最初に、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６１において、マイクロコンピュータ２０４に供給されたヒストグラム値の算出に用いる検波領域、第１の閾値、および第２の閾値を設定する。
【０１３２】
ヒストグラム算出回路２０２は、階調変換回路２０１より入力Ｙ信号または出力Ｙ信号からなる入力信号を取得し、取得した入力信号に対応するアドレス信号を同期信号発生回路２０３より取得する。
【０１３３】
ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６２において、入力信号および入力信号に対応するアドレス信号を取得したか否かを判定し、取得したと判定するまで待機する。
【０１３４】
そして、ステップＳ６３において、ヒストグラム算出回路２０２は、同期信号発生回路２０３より取得したアドレス信号に基づいて、取得した入力信号が、マイクロコンピュータ２０４に供給された検波領域内であるか否かを判定する。検波領域内ではないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、図１５のステップＳ８１に進む。また、検波領域内であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６４に進む。
【０１３５】
ステップＳ６４において、ヒストグラム算出回路２０２は、取得した入力信号の値が、０より大きく、かつ、マイクロコンピュータ２０４に供給された第１の閾値以下であるか否かを判定する。入力信号の値が０より大きく、かつ、第１の閾値以下であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６５に進み、同期信号発生回路２０３より取得したアドレス信号に基づいて、入力信号が入力Ｙ信号であるか否かを判定する。
【０１３６】
入力信号が入力Ｙ信号であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６６に進み、入力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第１入力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１３７】
図１３のステップＳ６５において、入力信号が出力Ｙ信号であり、入力Ｙ信号ではないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ６７に進み、出力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第１出力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１３８】
また、ステップＳ６４において、入力信号が０以下である、または第１の閾値より大きいと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、図１４のステップＳ７１に進む。
【０１３９】
図１４のステップＳ７１において、ヒストグラム算出回路２０２は、取得した入力信号の値が、マイクロコンピュータ２０４に供給された第１の閾値より大きく、かつ、マイクロコンピュータ２０４に供給された第２の閾値以下であるか否かを判定する。入力信号の値が第１の閾値より大きく、かつ、第２の閾値以下であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７２に進み、同期信号発生回路２０３より取得したアドレス信号に基づいて、入力信号が入力Ｙ信号であるか否かを判定する。
【０１４０】
入力信号が入力Ｙ信号であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７３に進み、入力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第２入力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４１】
図１４のステップＳ７２において、入力信号が出力Ｙ信号であり、入力Ｙ信号ではないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７４に進み、出力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第２出力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４２】
また、ステップＳ７１において、入力信号が第１の閾値以下である、または第２の閾値より大きいと判定した場合、図１４のステップＳ７５に進む。
【０１４３】
図１４のステップＳ７５において、ヒストグラム算出回路２０２は、取得した入力信号の値が、マイクロコンピュータ２０４に供給された第２の閾値より大きく、かつ、予め設定されている入力信号の最大値以下であるか否かを判定する。入力信号の値が第２の閾値より大きく、かつ、最大値以下であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７６に進み、同期信号発生回路２０３より取得したアドレス信号に基づいて、入力信号が入力Ｙ信号であるか否かを判定する。
【０１４４】
入力信号が入力Ｙ信号であると判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７７７に進み、入力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第３入力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４５】
図１４のステップＳ７６において、入力信号が出力Ｙ信号であり、入力Ｙ信号ではないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ７８に進み、出力Ｙ信号に対応するヒストグラム値である第３出力ヒストグラム値をカウントアップし、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４６】
また、ステップＳ７５において、入力信号が第２の閾値以下である、または最大値より大きいと判定した場合、図１４のステップＳ７９に進み、エラー処理を実行し、図１５のステップＳ８１に進む。
【０１４７】
図１５のステップＳ８１において、ヒストグラム算出回路２０２は、同期信号発生回路２０３より供給される入力信号のアドレス情報に基づいて、１フィールド分の信号について処理を行ったか否かを判定する。行っていないと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、図１３のステップＳ６２に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【０１４８】
１フィールド分の信号について処理を行ったと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ８２において、算出した第１乃至第３入力ヒストグラム値、並びに、第１乃至第３出力ヒストグラム値をマイクロコンピュータ２０４に供給し、ステップＳ８３において、カウンタをリセットする。
【０１４９】
そして、ヒストグラム算出回路２０２は、ステップＳ８４において、入力が終了したか否かを判定し、終了していないと判定した場合、図１３のステップＳ６１に戻り、それ以降の処理を繰り返す。また、入力が終了したと判定した場合、ヒストグラム算出回路２０２は、ヒストグラム積分処理を終了する。
【０１５０】
次に、マイクロコンピュータ２０４が第１ゲイン、第２ゲイン、および第３ゲインの値を設定するゲイン調整処理について、図１６のフローチャートを参照して説明する。
【０１５１】
最初に、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０１において、ヒストグラム算出回路２０２より第１乃至第３入力ヒストグラム値、並びに、第１乃至第３ヒストグラム値からなるヒストグラム値を取得したか否かを判定し、取得したと判定するまで待機する。
【０１５２】
ヒストグラム値を取得したと判定した場合、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０２に進み、取得したヒストグラム値より、正規化ヒストグラム累積度数分布情報を算出する。
【０１５３】
図１７は、マイクロコンピュータ２０４が算出する正規化ヒストグラム累積度数分布情報をグラフで表した図である。
【０１５４】
図１７において、横軸は、ヒストグラム値の算出に用いられたＹ信号の信号レベルであり、縦軸は、カウントされた度数であるヒストグラム値を表す。ここで、横軸および縦軸の値は、それぞれ、最大値が「１」となるように正規化されている。また、直線３５１は、理想的な累積度数分布を示す累積度数分布を表しており、曲線３５２は、ヒストグラム値に基づいて算出された累積度数分布を表している。
【０１５５】
例えば、図１７が、出力Ｙ信号に対する累積度数分布情報を表したグラフである場合、点Ｃ１に対する累積度数Ｄ２は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１出力ヒストグラム値であり、点Ｃ２に対する累積度数Ｄ３は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１および第２出力ヒストグラム値を加算した値であり、点Ｃ３に対する累積度数Ｄ５は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１乃至第３出力ヒストグラム値を加算した値である。なお、入力Ｙ信号に対する累積度数分布情報をグラフで表す場合も同様である。
【０１５６】
これに対して、理想的な累積度数分布の場合、点Ｃ１乃至点Ｃ３に対する累積度数は、それぞれ、Ｄ１，Ｄ４，Ｄ５となり、全ての信号レベルに均一に分布する。
【０１５７】
図１６に戻り、正規化ヒストグラム累積度数分布情報を算出したマイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０３において、算出した正規化ヒストグラム累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分を算出する。
【０１５８】
図１８は、正規化ヒストグラム累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分をグラフに表した図である。
【０１５９】
図１８において、横軸は、Ｙ信号の信号レベルを示し、縦軸は、理想累積度数分布との差分を表している。また、直線３６１は、基準となる理想累積度数分布を示し、曲線３６２は、正規化ヒストグラム累積度数分布情報を表している。
【０１６０】
例えば、図１８が、出力Ｙ信号に対する累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分を表したグラフである場合、点Ｅ１に対する差分値Ｆ２は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１出力ヒストグラム値の、理想累積度数との差分値（Ｄ２−Ｄ１）であり、点Ｅ２に対する差分値Ｆ１は、ヒストグラム算出回路２０２においてカウントされた第１および第２出力ヒストグラム値を加算した値の、理想累積度数との差分値（Ｄ３−Ｄ４）である。なお、点Ｅ３に対する差分は、ヒストグラム値を合計した全累積度数と理想累積度数分布における全累積度数との比較であるので、その差分値は「０」となっている。なお、入力Ｙ信号に対する累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分をグラフで表す場合も同様に表す。
【０１６１】
マイクロコンピュータ２０４は、階調変換回路２０１において入力Ｙ信号に対して施す補正量が、図１８に示した曲線３６２と近似するように第１ゲインおよび第２ゲインの値を設定する。これにより、撮影画像に対して、ヒストグラム等化処理を施した場合と同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
階調変換回路２０１において、階調の補正量は、以下の式（２１）で表すことができる。
【０１６３】
階調補正量＝Gb×sin(２π×ｎ／Ｎ)＋Ga×sin(π×ｎ／Ｎ) ・・・（２１）
ただし、
１≦ｎ≦N ・・・（２２）
【０１６４】
式（２１）において、Gaは第１ゲインの値、Gbは第２ゲインの値を示しており、Nは、ヒストグラム算出回路２０２において、Ｙ信号の信号レベルを分割した数であるヒストグラム分割数である。すなわち、上述した例の場合、ヒストグラム分割数Ｎの値は「３」である。
【０１６５】
マイクロコンピュータ２０４が算出する、第１入力ヒストグラム値乃至第ｎ入力ヒストグラム値を合計した正規化累積度数、または、第１出力ヒストグラム値乃至第ｎ出力ヒストグラム値を合計した正規化累積度数をＨ[ｎ]とし、Ｈ[ｎ]の、完全に均等に分布された理想累積度数との差分をｈ[ｎ]とすると、ｈ[ｎ]は以下の式（２３）で表される。
【０１６６】
ｈ[ｎ]＝Ｈ[ｎ]−ｎ／Ｎ ・・・（２３）
【０１６７】
式（２３）において、ｈ[ｎ]は、ヒストグラム値と平均度数との差分値と等価である。
【０１６８】
マイクロコンピュータ２０４は、式（２１）に示す階調補正量と、式（２３）に示すｈ[ｎ]との差分が最小になるように、GaおよびGbを決定する。これにより、階調補正回路２０１は、Y信号に対して、ダイナミックレンジを有効に活用しながら、階調を改善することができる。ただし、マイクロコンピュータ２０４は、単純にこの差を最小にするのではなく、逆光補正に適した形でGaおよびGbの値を決定する。
【０１６９】
ところで、式（２１）において、階調補正量を構成する右辺第２項による補正は、逆光状態の撮影画像を見やすくするための補正であり、右辺第１項による補正は、撮影画像のY信号がダイナミックレンジを有効に使用するための補正である。従って、マイクロコンピュータ２０４は、逆光補正重視の階調補正を行うために、最初に、最小２乗法を用いて、従来のガンマ補正と同様の効果を施す式（２１）の右辺第２項の係数Gaを決定する。
【０１７０】
マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラム算出回路２０２より取得したヒストグラム値に対応する全ての信号レベルについて、補正量の２乗誤差Errを算出する。Gaに対応する２乗誤差をErrGaとすると、ErrGaは、以下の式（２４）のように表される。
【０１７１】
【数３】
式（２４）をｎについて微分した値が「０」となる場合、この誤差が最小となる。式（２４）をｎについて微分した式を以下の式（２５）に示す。
【０１７３】
【数４】
マイクロコンピュータ２０４は、式（２５）において、ErrGa´の値を「０」にするように、Gaの値を算出する。これにより、階調補正回路２０１は、Y信号に対して、逆光補正を目的とした階調補正を行うことができる。
【０１７５】
次に、マイクロコンピュータ２０４は、式（２１）の右辺第１項の係数Gbを求めるために、Gaの場合と同様に、補正量の２乗誤差Errを計算する。Errは、以下の式（２６）のように表される。
【０１７６】
【数５】
ここで、Gaは既に求められているため、以下のように式（２７）を定義する。
【０１７８】
【数６】
式（２７）を用いて式（２６）を表すと、式（２６）は、以下の式（２８）のように表される。
【０１８０】
【数７】
式（２８）は、式（２４）と同様の構成であるので、マイクロコンピュータ２０４は、Gaを算出した回路、またはプログラム等を用いて、Gbを求めることができる。これにより、マイクロコンピュータ２０４は、第１ゲインおよび第２ゲインの算出に必要な回路またはプログラムの規模を最小限に抑えることができる。
【０１８２】
図１６に戻り、マイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０４において、上述したように、ステップＳ１０３において算出された差分値に基づいて、最小２乗法により第１ゲインの値Gaを算出する。
【０１８３】
そして、ステップＳ１０５において、マイクロコンピュータ２０４は、上述したように算出された第１ゲインの値に基づいて、最小２乗法により第２ゲインの値Gbを算出する。
【０１８４】
第１ゲインおよび第２ゲインの値を算出したマイクロコンピュータ２０４は、ステップＳ１０６において、算出された第１ゲインおよび第２ゲインの値に基づいて、第３ゲインの値を算出し、ゲイン調整処理を終了する。
【０１８５】
算出された第１ゲイン乃至第３ゲインの値は、それぞれ、第１ゲイン信号乃至第３ゲイン信号として、マイクロコンピュータ２０４により階調補正回路２０１に供給される。階調補正回路２０１は、供給された第１ゲイン信号乃至第３ゲイン信号に基づいて、Ｙ信号に対して逆光補正を重視した階調補正を行う。これにより、最適な撮影画像を得ることができる。
【０１８６】
図１９は、撮影画像に上述したような階調補正を行った場合の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示す図である。
【０１８７】
図１９において、直線３８１は、階調補正を行う前の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示し、曲線３８２は、露光量を調整しただけの場合の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示し、曲線３９１は、階調補正を行った後の入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示す。また、屋内の明るさが点Ｇ１であり、屋外の明るさが点Ｇ３であるとする。
【０１８８】
このとき、階調補正後における点Ｇ１に対応する信号レベルは、露光量を調整しただけの場合と同様の点Ｈ２であり、点Ｇ３に対応する信号レベルは、階調補正前の信号レベルと同様の点Ｈ３になる。すなわち、上述したような階調補正を行った場合、明るさの変化に対する信号レベルの変化の度合いを変えることが出来るため、撮影画像における屋内のエリアの信号レベルについてのみ、点Ｈ１から点Ｈ２に引き上げることができ、屋外のエリアの信号レベルＨ３との差を小さくすることができる。これにより、ビデオカメラ２００は、撮影画像の屋内のエリアと屋外のエリアの明るさを近づけることができ、最適な逆光補正が行われた撮影画像を提供することができる。
【０１８９】
以上において、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインおよび第２のゲインの値を最小２乗法により求めるように説明したが、これに限らず、撮影画像のパターンに応じて、最初に、第１ゲインおよび第２ゲインの値のとる範囲を限定するようにしても良い。以下にその動作を説明する。
【０１９０】
マイクロコンピュータ２０４は、第１ゲインおよび第２ゲインの値を求めるために、１フィールド毎にヒストグラム値をヒストグラム算出回路２０２より取得する。そのとき、マイクロコンピュータ２０４は、所定の閾値を用いて、取得したヒストグラム値を分類し、そのパターンを解析する。所定の閾値は、どのような値に設定しても構わないが、ヒストグラム算出回路２０２が信号レベルを３分割してヒストグラム値をカウントするので、カウントされる検波領域内のＹ信号の総数の３分の１に設定するのが望ましい。
【０１９１】
マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラム算出回路２０２より取得したヒストグラム値を所定の閾値で分類し、ヒストグラム値が閾値以上である場合、値「１」を設定し、ヒストグラム値が閾値より小さい場合、値「０」を設定して、撮影画像に対応するＹ信号の信号レベルの分布を大まかに分類する。
【０１９２】
そして、マイクロコンピュータ２０４は、得られた分布パターンを図２０に示すようなルックアップテーブルと比較し、その撮影画像に対する処理方法を決定する。
【０１９３】
図２０は、マイクロコンピュータ２０４が有するルックアップテーブルの例を示す図である。
【０１９４】
図２０において、ルックアップテーブル４００は、出力ヒストグラム値のパターンを示す項目４０１、および、その出力ヒストグラム値のパターンに対する処理方法を示す項目４０２により構成される。項目４０１は、第１出力ヒストグラム値のパターンを示す項目４１２、第２出力ヒストグラム値のパターンを示す項目４１３、第３出力ヒストグラム値のパターンを示す項目４１４により構成される。
【０１９５】
例えば、下から３段目の場合、項目４１２には値「１」が設定され、項目４１３には値「０」が設定され、項目４１４には値「１」が設定されている。そして、項目４０２には「補正」が設定されている。すなわち、第１出力ヒストグラム値と第３出力ヒストグラム値が所定の閾値以上であり、この分布パターンの場合、マイクロコンピュータ２０４は、階調変換回路２０１に補正処理を実行させる。
【０１９６】
マイクロコンピュータ２０４は、図２０に示すようなルックアップテーブルを参照することにより、Ｙ信号の信号レベルの分布パターンによって、８通りの処理を行う。
【０１９７】
具体的には、第１乃至第３出力ヒストグラム値全てが所定の閾値より小さい場合、または、第１乃至第３出力ヒストグラム値全てが所定の閾値以上の値をとる場合、閾値の値によるが、この分布パターンは、存在しないはずの分布パターンか、または信号レベルが均一に分布されていることを示している。従って、この場合、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインおよび第２のゲインの値を「０」に設定することで、階調変換を行わないように階調変換回路２０１を制御する。
【０１９８】
第１出力ヒストグラム値のみが閾値以上の値をとる場合、または、第３出力ヒストグラム値のみが閾値以上の値をとる場合、ヒストグラムが、信号レベルの低い方、または、高い方に極端に集中していることを示している。従って、この場合、ＡＥ機能が収束途中である可能性があるので、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインおよび第２のゲインの値を「０」に設定することで、階調変換を行わないように階調変換回路２０１を制御する。
【０１９９】
第３出力ヒストグラム値のみが閾値より小さい場合、ＡＥ機能が収束していない可能性もあるが、ＡＥ機能が既に収束していて、非常に大光量の小さな被写体が撮像されていることも考えられる。従って、この場合、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインの値を「１」に設定し、第２のゲインの値を「０」に設定し、図２１に示す曲線４６１のような階調変換を行うように階調変換回路２０１を制御する。
【０２００】
図２１は、マイクロコンピュータ２０４が設定する階調変換補正のパターンの例を示す図である。
【０２０１】
図２１において、横軸は、階調変換回路２０１に入力される入力Ｙ信号の信号レベルを示し、縦軸は、階調変換回路２０１より出力される出力Ｙ信号の信号レベルを示す。また、直線４５１は、補正前の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示し、曲線４６１は、補正後の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示す。
【０２０２】
マイクロコンピュータ２０４は、スイッチ回路２３１を制御して、階調変換前後のヒストグラムを確認しながら第１ゲインの値を増やしていき、補正の度合いを調整する。
【０２０３】
第１出力ヒストグラム値のみが閾値より小さい場合、上述した場合とは逆に、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインの値を「−１」に設定し、第２のゲインの値を「０」に設定し、図２２に示す曲線４７１のような階調変換を行うように階調変換回路２０１を制御する。
【０２０４】
図２２は、マイクロコンピュータ２０４が設定する階調変換補正のパターンの他の例を示す図である。
【０２０５】
図２２において、曲線４７１は、補正後の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示す。マイクロコンピュータ２０４は、スイッチ回路２３１を制御して、階調変換前後のヒストグラムを確認しながら第１ゲインの値を減らしていき、補正の度合いを調整する。
【０２０６】
第２出力ヒストグラム値のみが閾値より小さい場合、逆光状態であると判断し、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインの値を「０」に設定し、第２のゲインの値を「１」に設定し、図２３に示す曲線４８１のような階調変換を行うように階調変換回路２０１を制御する。
【０２０７】
図２３は、マイクロコンピュータ２０４が設定する階調変換補正のパターンの、さらに他の例を示す図である。
【０２０８】
図２３において、曲線４８１は、補正後の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示す。マイクロコンピュータ２０４は、スイッチ回路２３１を制御して、階調変換前後のヒストグラムを確認しながら第２ゲインの値を増やしていき、補正の度合いを調整する。
【０２０９】
第２出力ヒストグラム値のみが閾値以上の値をとる場合、過度な順光状態であると判断し、マイクロコンピュータ２０４は、第１のゲインの値を「０」に設定し、第２のゲインの値を「−１」に設定し、図２４に示す曲線４９１のような階調変換を行うように階調変換回路２０１を制御する。
【０２１０】
図２４は、マイクロコンピュータ２０４が設定する階調変換補正のパターンの、さらに他の例を示す図である。
【０２１１】
図２４において、曲線４９１は、補正後の入力信号レベルと出力信号レベルの関係を示す。マイクロコンピュータ２０４は、スイッチ回路２３１を制御して、階調変換前後のヒストグラムを確認しながら第２ゲインの値を減らしていき、補正の度合いを調整する。
【０２１２】
以上のように、マイクロコンピュータ２０４は、ヒストグラムの分布パターンに応じて、階調補正回路２０１が行う補正のパターンを限定することができる。なお、マイクロコンピュータ２０４が、上述したような補正のパターンの限定範囲内で、図１６のフローチャートを参照して説明したような最小２乗法により、補正の度合いを調整するようにしてもよい。
【０２１３】
以上のようにして、大規模な回路を用いたり、ソフトウェアによる過大な負荷をかけたりすることなく、容易に、撮影画像に対応するＹ信号に対して、階調を有効利用した補正を行うことができる。
【０２１４】
なお、以上においては、ヒストグラム算出回路２０２は、信号レベルを３分割するように説明したが、これに限らず、何分割してもよいし、分割しないようにしてもよい。また、ヒストグラム値を算出する検波領域は、１フィールド分のＹ信号に対して、複数存在するようにしても良い。さらに、図５において説明した各回路は、その一部または全部が他の回路と一体化されていてもよい。
【０２１５】
また、階調変換回路２０１の信号処理部２１１は、互いに異なる２つの関数を用いて、入力Y信号に対して基本補正を行うように説明したが、これに限らず、いくつの関数を用いて基本補正を行うようにしてもよい。その際、マイクロコンピュータ２０４が設定するゲインの数は、信号処理部２１１が行う基本補正の数に応じて変化する。また、信号処理部２１１は、内蔵するROM２１１Ａ等に基本補正用のルックアップテーブルを予め記憶しておき、そのルックアップテーブルに基づいて基本補正を行うようにしてもよい。
【０２１６】
また、以上においては、ビデオカメラについて説明したが、これに限らず、例えば、デジタルカメラ、VTR（Video Tape Recorder）等の画像録画再生装置、テレビジョン受像機、プロジェクタ、プリンタ、または、それらと同等の機能を有するその他の装置等であってもよく、様々な装置に広く適用可能である。
【０２１７】
さらに、以上の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、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、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【０２１８】
この記録媒体は、図５に示すように、装置本体とは別に、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９１（フロッピディスクを含む）、光ディスク９２（CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク９３（MD(Mini-Disk)を含む）、もしくは半導体メモリ９４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、装置本体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マイクロコンピュータ２０４に内蔵されているROMなどで構成される。
【０２１９】
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、記載された順序に沿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。
【０２２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の信号処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムによれば、回路規模の拡大、または、ソフトウェアの処理による負荷の増加を抑えながら、より効果的な階調変換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のビデオカメラの構成例を示す図である。
【図２】補色系フィルタが装着された、CCDより電荷が出力される様子を示す図である。
【図３】ニー回路によるダイナミックレンジの圧縮の様子を示す図である。
【図４】撮影画像が白飛びを発生させる様子を示す図である。
【図５】本発明を適用したビデオカメラの基本的な構成例を示すブロック図である。
【図６】図５に示す階調変換回路の詳細な構成例を示す図である。
【図７】第１の補正パターンを構成する関数の例を示すグラフである。
【図８】第１の補正パターンを構成する関数の他の例を示すグラフである。
【図９】ヒストグラム算出回路２０２の詳細な構成例を示す図である。
【図１０】階調変換処理について説明するフローチャートである。
【図１１】図１０のステップＳ３において実行されるＹ信号補正処理について説明するフローチャートである。
【図１２】図１０のステップＳ４において実行されるアパーチャ補正処理について説明するフローチャートである。
【図１３】ヒストグラム算出回路によるヒストグラム積分処理について説明するフローチャートである。
【図１４】ヒストグラム算出回路によるヒストグラム積分処理について説明する、図１３に続くフローチャートである。
【図１５】ヒストグラム算出回路によるヒストグラム積分処理について説明する、図１４に続くフローチャートである。
【図１６】マイクロコンピュータによるゲイン調整処理について説明するフローチャートである。
【図１７】マイクロコンピュータが算出する正規化ヒストグラム累積度数分布情報を示すグラフである。
【図１８】正規化ヒストグラム累積度数分布情報の、理想累積度数分布情報との差分を示すグラフである。
【図１９】撮影画像に階調補正を行った場合の、入射光の明るさと撮影画像に対応する信号レベルの関係を示すグラフである。
【図２０】マイクロコンピュータが有するルックアップテーブルの例を示す図である。
【図２１】マイクロコンピュータが設定する階調変換補正のパターンの例を示す図である。
【図２２】マイクロコンピュータが設定する階調変換補正のパターンの他の例を示す図である。
【図２３】マイクロコンピュータが設定する階調変換補正のパターンの、さらに他の例を示す図である。
【図２４】マイクロコンピュータが設定する階調変換補正のパターンの、さらに他の例を示す図である。
【符号の説明】
２００ ビデオカメラ， ２０１ 階調変換回路， ２０２ ヒストグラム算出回路， ２０３ 同期信号発生回路， ２０４ マイクロコンピュータ， ２１１ 信号処理部， ２１１Ａ ROM， ２３１ スイッチ回路， ３０１乃至３０４ 比較器， ３１１乃至３１３ ANDゲート， ３２１乃至３２３ カウンタ
Claims (14)
- 入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正手段と、
前記輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段と、
前記ヒストグラム算出手段により算出された前記ヒストグラムに基づいて、前記補正手段による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定手段と、
前記補正手段による補正により得られた前記補正後信号のそれぞれと、前記ゲイン決定手段により決定された前記ゲインのそれぞれを乗算する乗算手段と、
前記乗算手段による乗算の結果に基づいて、入力された前記輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。 - 前記補正パターンは、互いに異なる複数の関数により構成され、
前記補正手段は、前記関数のそれぞれについて、前記輝度信号を補正して前記補正後信号を得る
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記補正パターンは、互いに異なる、少なくとも１つの凸を含む曲線の関数により構成され、
前記補正手段は、前記関数のそれぞれについて、前記輝度信号を補正して前記補正後信号を得る
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記補正パターンは、互いに係数の異なる複数の正弦関数を含み、
前記補正手段は、前記正弦関数のそれぞれについて、前記輝度信号を補正して前記補正後信号を得る
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記補正パターンは、前記輝度信号の振幅レベルの中央より明るい側と暗い側とで、それぞれ、前記階調を調整する第１の補正パターン、および、前記振幅レベルを３分割し、それぞれのレベルで前記階調を調整する第２の補正パターンにより構成され、
前記補正手段は、前記第１の補正パターンを用いて前記輝度信号を補正し、第１の補正信号を得るとともに、前記第２の補正パターンを用いて前記輝度信号を補正し、第２の補正信号を得る
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記補正手段は、
前記補正パターンを記憶する記憶手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記記憶手段により記憶されている前記補正パターンは、入力された前記輝度信号と、前記補正後信号との関係を示すルックアップテーブルにより構成される
ことを特徴とする請求項６に記載の信号処理装置。 - 前記ヒストグラム算出手段は、前記輝度信号に対応する画像の一部、または全部からなる所定の領域について、前記ヒストグラムを算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記ヒストグラム算出手段は、算出した前記ヒストグラムに基づいて、前記輝度信号の信号レベルの小さい方から度数を累積させた度数分布であるヒストグラム累積度数分布をさらに算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 前記ゲイン決定手段は、前記ヒストグラム算出手段により算出された前記ヒストグラム累積度数分布と、前記補正後信号の階調特性との差が最小となるように、前記ゲインを決定する
ことを特徴とする請求項９に記載の信号処理装置。 - 前記出力用輝度信号生成手段は、
前記乗算手段による乗算の結果のそれぞれを加算する第１の加算手段と、
前記第１の加算手段による加算結果と前記輝度信号を加算し、前記出力用輝度信号を生成する第２の加算手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。 - 入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正ステップと、
前記輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出ステップと、
前記ヒストグラム算出ステップの処理により算出された前記ヒストグラムに基づいて、前記補正ステップの処理による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定ステップと、
前記補正ステップの処理による補正により得られた前記補正後信号のそれぞれと、前記ゲイン決定ステップの処理により決定された前記ゲインのそれぞれを乗算する乗算ステップと、
前記乗算ステップの処理による乗算の結果に基づいて、入力された前記輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成ステップと
を含むことを特徴とする信号処理方法。 - 入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正ステップと、
前記輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出ステップと、
前記ヒストグラム算出ステップの処理により算出された前記ヒストグラムに基づいて、前記補正ステップの処理による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定ステップと、
前記補正ステップの処理による補正により得られた前記補正後信号のそれぞれと、前記ゲイン決定ステップの処理により決定された前記ゲインのそれぞれを乗算する乗算ステップと、
前記乗算ステップの処理による乗算の結果に基づいて、入力された前記輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成ステップと
を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。 - 入力された輝度信号に対して、互いに異なる補正パターンで補正を行い、複数の補正後信号を得る補正ステップと、
前記輝度信号に対応する画像のヒストグラムを算出するヒストグラム算出ステップと、
前記ヒストグラム算出ステップの処理により算出された前記ヒストグラムに基づいて、前記補正ステップの処理による補正により得られる複数の補正後信号の、それぞれの度合いを決定する複数のゲインを決定するゲイン決定ステップと、
前記補正ステップの処理による補正により得られた前記補正後信号のそれぞれと、前記ゲイン決定ステップの処理により決定された前記ゲインのそれぞれを乗算する乗算ステップと、
前記乗算ステップの処理による乗算の結果に基づいて、入力された前記輝度信号に階調補正を施した出力用輝度信号を生成する出力用輝度信号生成ステップと
を含む処理をコンピュータが実行可能なことを特徴とするプログラム。
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