JP5275122B2 - ダイナミックレンジ圧縮装置、ダイナミックレンジ圧縮方法、プログラム、集積回路および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイナミックレンジ圧縮装置、ダイナミックレンジ圧縮方法、プログラム、集積回路および撮像装置に関する。特に、可変のダイナミックレンジの画像信号が入力されるダイナミックレンジ圧縮装置、ダイナミックレンジ圧縮方法、プログラム、集積回路および撮像装置に関する。

静止画を撮影するデジタルカメラや動画を撮影するデジタルビデオカメラといった撮像装置は、いずれも、光学系で露光制御を行い、光学系により結像された像をＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等を用いて、光電変換により電気信号に変換し、アナログ画像信号として取得する。そして、従来の撮像装置は、取得したアナログ画像信号を、アナログフロントエンド処理等を実行する回路により処理し、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル画像データに変換する。このデジタル画像データは、映像ガンマ補正処理（例えば、γ＝０．４５によるガンマ補正処理）、Ｋｎｅｅ処理、輝度色差変換処理等が施されさらに、静止画データの場合はＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）方式等の規格化されたフォーマットに変換され、動画データの場合はＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）方式、ＤＶ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ）方式等の規格化されたフォーマットに変換される。そして、規格化されたフォーマットに変換されたデジタル画像データは、各種メモリカードやハードディスク、光ディスク、磁気テープなどに記録される。

このような従来の撮像装置では、上記のような規格化されたフォーマット（画像（映像）フォーマット）で決められている最白点（すなわちディスプレイ装置に表示する際の最大明度値）を「１００％」とした場合、通常１００％〜５００％の明度のダイナミックレンジ（以下、「Ｄレンジ」という。）が撮影できるように設定される。なお、ここで、「１００％のダイナミックレンジ」とは、信号値（例えば、明度値）のとり得る範囲が０％〜１００％の範囲であることをいう。つまり、「１００％のダイナミックレンジ」とは、信号値の最小値が「０％」であり、信号値の最大値が「１００％」であることをいう。また、撮像装置の撮像素子は、光電変換により、２００％〜５００％程度の広いＤレンジの映像（画像）信号に変換される光の強度変化に十分対応することができるだけの感度（受光感度）を有している。撮像装置の撮像素子は、例えば、空や雲などの高輝度信号に変換される光に対しても十分な感度（受光感度）を有している。

一般に、ユーザは、撮像装置を用いて、夜の薄暗い室内から晴天の屋外まで、様々な撮影シーンを撮影する。撮像装置で撮影されるシーンが異なると、撮像装置の撮像素子により取得される映像（画像）信号のピーク値が異なることになる。つまり、撮像素子により取得される映像（画像）信号により形成される１枚の画像（例えば、１フレームの画像）内における画素値（画像を形成する画素の値（映像（画像）信号の信号値に対応する値））のピーク値が異なることになる。例えば、夜の薄暗い室内のシーンを撮像装置により撮影した場合、撮像画像（撮像装置の撮像素子により取得された画像）の画素値のピーク値は小さい値となり、逆に、晴天の屋外のシーンを撮像装置により撮影した場合、撮像画像の画素値のピーク値は大きな値となる。撮像装置の撮像素子により取得された、撮影シーンによりピーク値が異なる映像（画像）信号は、撮像素子の後段にある撮像装置の信号処理部に入力されることになる。つまり、撮像装置の信号処理部には、可変のＤレンジの映像（画像）信号が入力されることになる。

撮像装置は、撮像装置の信号処理部により、このような可変の広いＤレンジの映像（画像）信号を１００％以下のＤレンジを持つ映像（画像）信号に圧縮して、表示機器へ出力、または、記録媒体に保存している。撮像装置のこのような圧縮処理をＤレンジ圧縮処理という。なお、通常、撮像装置において、Ｄレンジ圧縮処理前にγ補正（例えば、γ＝０．４５によるガンマ補正処理）が行われるので、例えば、５００％のＤレンジの映像（画像）信号は、γ＝０．４５のγ処理により約２００％のＤレンジの映像（画像）信号に変換される。以下、「ＤレンジＸ％」（Ｘは任意の数字）、または、単に「Ｘ％」（Ｘは任意の数字）と表記した場合、γ補正処理後の映像（画像）信号のＤレンジを表すものとする。
従来のＤレンジ圧縮処理として、よく知られているオートニー（Ａｕｔｏ Ｋｎｅｅ）処理および特許文献１・２等に記載の視覚処理装置によるＤレンジ圧縮処理の２つの処理について、以下説明する。

≪オートニー処理について≫
図１に、オートニー処理の入出力特性を示す。
オートニー処理は、入力画像の各画素の輝度に相当する入力輝度信号Ｙｉｎ（入力画像の各画素の画素値に対応する信号）を、図１に示すような折れ線形状の入出力特性を有する変換により入力Ｄレンジを圧縮し、出力輝度信号Ｙｏｕｔを出力することで実行される。
図１に示すように、この折れ線形状の入出力特性は、折れ点（ニーポイント：Ｋｎｅｅ Ｐｏｉｎｔ、通常８５％程度）を介し、低輝度変換部ＬＲ（傾き１）（図１のグラフでは、Ｙｉｎが０〜８５％の領域がこの「低輝度変換部」に相当する。）と、高輝度変換部ＨＲ（ニースロープ：Ｋｎｅｅ Ｓｌｏｐｅ、傾き可変）（図１のグラフでは、Ｙｉｎが８５％以上の領域がこの「高輝度変換部ＨＲ」に相当する。）から成る。一般に、オートニー処理では、撮影シーンにより変動する入力ピーク値（入力輝度信号Ｙｉｎのピーク値）が、常に出力輝度信号ＹｏｕｔのＤレンジの最大値として出力されるように、高輝度変換部ＨＲの傾きを入力ピーク値に連動して変化させる。例えば、図１に示すように、入力ピーク値ＰｉｎがＡ１である場合、Ｄレンジ圧縮処理の入出力特性における高輝度変換部ＨＲの特性曲線（図１の場合直線）を、直線Ｌ１とする。入力ピーク値ＰｉｎがＡ２である場合、Ｄレンジ圧縮処理の入出力特性における高輝度変換部ＨＲの特性曲線（図１の場合直線）を、直線Ｌ２とする。そして、入力ピーク値ＰｉｎがＡ３である場合、Ｄレンジ圧縮処理の入出力特性における高輝度変換部ＨＲの特性曲線（図１の場合直線）を、直線Ｌ３とする。このようにして、オートニー処理では、高輝度変換部ＨＲの傾きを入力ピーク値Ｐｉｎに連動させて変化させる。

オートニー処理では、人物などの主要な被写体が存在する中輝度以下（０％〜８５％）の入力輝度信号Ｙｉｎは、低輝度変換部ＬＲ（傾き１）の特性曲線（図１では直線）により変換され、明るさが維持された出力輝度信号Ｙｏｕｔに変換される。
しかしながら、被写体における空や雲などの領域に対応する高輝度信号（８５％〜入力ピーク値）は、高輝度変換部ＨＲ（傾き１以下）により出力輝度信号のＤレンジが８５％〜１００％の１５％の範囲となるように圧縮されるので、出力輝度信号により形成される画像の階調性が著しく劣化する。このため、図５（ａ）のように、オートニー処理を行った輝度信号により形成される画像において、空や雲などの陰影（コントラスト）が極端に低下してしまうという課題がある。

≪特許文献１・２等に記載の視覚処理装置によるＤレンジ圧縮処理（視覚的ニー処理）≫
そこで、このコントラスト低下の課題を解決するための、人間の視覚特性に基づいたＤレンジ圧縮処理が、特許文献１・２等に開示されている。これについて、図２〜４を用いて説明する。

まず、図２に視覚特性の１つである明暗対比特性の説明図を示す。
左右の大きい円の内側にある小さな円は、ともに同じ輝度値であるが、左の中心の円は周辺が暗いので明るく見え、右の中心の円は周辺が明るいので暗く見える。このように、人間は、輝度値そのものではなく、周辺との対比で明るさ・コントラストを知覚している。これを明暗対比特性という。

次に、この明暗対比特性に基づいて階調変換処理を行う、特許文献１・２等に記載の視覚処理装置１０について説明する。
図３に、視覚処理装置１０のブロック図を示す。視覚処理装置１０は、空間処理部１０１と、２次元ＬＵＴで実現された視覚処理部１０２と、から構成される。
まず、空間処理部１０１により、入力輝度（信号）Ｙｉｎに対し、その周辺平均輝度（信号）Ｙａｖｅを算出する。

ここで、「周辺平均輝度」とは、入力輝度信号Ｙｉｎが形成する画像において、処理対象である着目画素を中心として形成される所定の面積を有する画像領域に含まれる画素の輝度平均値のことをいい、例えば、画像サイズが１９２０画素×１０８０画素の場合、着目画素を中心とする４００画素×２４０画素程度の領域（画像領域）に含まれる画素の輝度平均値が、「周辺平均輝度」に相当する。

次に、視覚処理部１０２には、周辺平均輝度（信号）Ｙａｖｅごとに異なる複数の階調変換カーブ（階調変換特性を決定する階調変換特性曲線データ）が格納されており、入力輝度（信号）Ｙｉｎを、２Ｄ−ＬＵＴ（２次元ルック・アップ・テーブル）からその周辺平均輝度（信号）Ｙａｖｅに対応する階調変換カーブにより階調変換する。そして、視覚処理部１０２は、階調変換することで取得した出力輝度（信号）Ｙｏｕｔを出力する。

視覚処理部１０２の入出力特性を様々に変えることにより（視覚処理部１０２を２Ｄ−ＬＵＴ（２次元ルックアップテーブル）で実現する場合は、その２Ｄ−ＬＵＴの入出力特性データを様々に変えることにより）、視覚処理装置１０では、コントラストを維持したＤレンジ圧縮処理や暗部補正処理、また、全体の明るさ感を維持したコントラスト強調処理などの様々な階調変換処理が可能となる。

このうち、視覚処理部１０２をＤレンジ圧縮処理に用いる場合について詳細に説明する。以下、視覚処理部１０２により行うＤレンジ圧縮処理のことを、視覚特性に基づいたニー（Ｋｎｅｅ）処理という意味で、「視覚的ニー処理」と称することとする。
図４に、視覚的ニー処理における視覚処理部１１の入出力特性を示す。
視覚的ニー処理では、明暗対比特性に基づき、入力輝度（信号）Ｙｉｎを、その周辺平均輝度（信号）Ｙａｖｅが高いほど低い値に変換する階調変換曲線（階調変換曲線Ｃ１〜Ｃｎから選択）を用いてＤレンジを圧縮し、出力輝度（信号）Ｙｏｕｔを出力する。ここで、階調変換曲線Ｃ１は、周辺平均輝度Ｙａｖｅが８５％以下の場合に選択されるＤレンジ圧縮曲線を示し、階調変換曲線Ｃ２、階調変換曲線Ｃｍ、階調変換曲線Ｃｎは、図４に示すグラフにおいて、下方にあるほど、周辺平均輝度Ｙａｖｅが高い場合に選択されるＤレンジ圧縮特性曲線（階調変換曲線）を示している。このような視覚的ニー処理について、オートニー処理と比較しながら、図５を用いて説明する。

図５（ａ）に、オートニー処理による処理画像の説明図を示す。また、図５（ｂ）に、視覚的ニー処理による処理画像の説明図を示す。
オートニー処理では、入力輝度（信号）Ｙｉｎに対して、１種類の曲線（折れ線）（図４の折れ線ＡＫ）（階調変換曲線）により処理を行い、出力輝度（信号）Ｙｏｕｔを取得する。つまり、オートニー処理では、入力画像全体（図５（ａ）に示す画面全体）に対して、１種類の階調変換曲線（折れ線）による処理がなされる。オートニー処理では、入力輝度（信号）Ｙｉｎが形成する画像において人物などの中輝度以下の明るさとなる画像領域が、オートニー処理後の出力輝度信号Ｙｏｕｔにより形成される画像においても十分な明るさを維持させるために、入力輝度（信号）Ｙｉｎの輝度値（信号値）が高い信号（高輝度信号）に対して強く圧縮処理を行っている。このため、図５（ａ）に示すように、高輝度信号により形成される画像領域である空の部分のコントラストが低下している。

一方、視覚的ニー処理では、図５（ｂ）に示すように、周辺平均輝度に応じて、画像領域が明るい領域であるのか、それとも暗い領域であるのかによって、異なる階調変換曲線による階調変換処理が実行される。つまり、視覚的ニー処理では、画像上の明暗領域ごとに異なる階調変換曲線が選択される。中輝度以下の人物などの主要被写体の部分（画像領域）に対しては、階調変換曲線Ｃ１が選択されて階調変換が実行される。これにより、視覚的ニー処理後の画像において、中輝度以下の人物などの主要被写体の部分（画像領域）の明るさは保たれる。一方、空や雲などの高輝度信号により形成される画像領域は、周辺平均輝度が高いので、例えば階調変換曲線Ｃｍが選択されて階調変換が実行される。階調変換曲線Ｃｍは、入力輝度信号Ｙｉｎの値が大きい領域（図４のＹｉｎが８５〜２００％の領域）の殆どの領域において、オートニー処理に用いられる階調変換曲線における高輝度変換部の曲線（図４では直線）の傾きよりも傾きが大きく、かつ、階調変換後の値（Ｙｏｕｔの値）（出力値）が低い。このため、入力高輝度信号（例えば、８５％〜２００％の入力輝度信号Ｙｉｎ）は、より広い出力Ｄレンジ（例えば、５０％〜１００％）の出力輝度信号Ｙｏｕｔに圧縮される。これにより、視覚的ニー処理により取得される画像において、コントラスト低下が抑制される。

例えば、視覚的ニー処理では、着目画素の入力輝度信号ＹｉｎがＢ１であり、当該着目画素の周辺輝度が高い場合、当該着目画素に相当する入力輝度信号Ｙｉｎは、階調変換曲線Ｃｍにより、出力輝度信号Ｙｏｕｔの値Ｄ１に変換される。一方、オートニー処理では、上記と同じ場合、着目画素に相当する入力輝度信号Ｙｉｎ（＝Ｂ１）は、折れ線による階調変換曲線ＡＫにより、出力輝度信号Ｙｏｕｔの値Ｅ１に変換される。つまり、この場合、視覚的ニー処理による変換後の値（Ｙｏｕｔの値）の方が小さくなるので、視覚的ニー処理により、オートニー処理よりも広い出力Ｄレンジの出力輝度信号Ｙｏｕｔを取得することができる。また、図４のＲ１で示した部分の折れ線ＡＫの傾きよりも、図４のＲ２で示した部分の階調変換曲線Ｃｍの傾きの方が大きい。このため、視覚的ニー処理により取得される画像は、オートニー処理により取得される画像に比べて、よりコントラスト低下が抑制されたものとなる。

このように、視覚的ニー処理では、オートニー処理のように画面（画像）全体に、単一のＤレンジ圧縮曲線（直線）（階調変換曲線）によるＤレンジ圧縮処理（階調変換処理）を行うのではなく、着目画素の周辺平均輝度に基づいて、複数のＤレンジ圧縮曲線（階調変換曲線）の中から所定の出力Ｄレンジ圧縮曲線（階調変換曲線）を選択して、Ｄレンジ圧縮処理（階調変換処理）を行う。このため、視覚的ニー処理では、輝度領域（画像領域）ごとに（例えば、明るい領域や暗い領域ごとに）、独立に明るさをコントロールすることができるＤレンジ圧縮処理（階調変換処理）を実現することができる。つまり、視覚的ニー処理では、主要被写体の明るさを保ったまま、周辺平均輝度が高い高輝度領域のみに適用させる階調変換曲線の傾きをより大きくすることが可能である。これにより、視覚的ニー処理による取得画像において、高輝度領域（高輝度画像領域）の階調性を大幅に改善させることができる。

特許第４１２６２９７号 国際公開第ＷＯ２００７／０４３４６０号

しかしながら、視覚的ニー処理は、ＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）による固定処理なので、オートニー処理のように、入出力特性を入力ピーク値に連動させる機能（以下、「オートニー機能」と称する）がなかった。このため、以下の課題が生じる。
図６は、オートニー機能がない場合に生じる課題について説明するための図である。
ここでは、視覚処理部１０２の２Ｄ−ＬＵＴ（２次元ルック・アップ・テーブル）の最大入力Ｄレンジを２００％（γ補正後）で設計した場合を想定し、図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、入力ピーク値（入力輝度信号Ｙｉｎのピーク値）が２００％以上および２００％以下の場合の視覚処理装置１０の動作および処理画像について説明するための図である。
（１）入力ピーク値Ｐｉｎ≧２００％の場合、図６（ａ）に示すように、入力輝度（信号）Ｙｉｎを、あらかじめ２００％で制限（クリップ）しておく必要がある。これにより、２００％以上の階調が全て失われてしまうので、図６（ａ）の処理画像Ｉｍｇ１のように、空の部分（画像領域）が白飛びしてしまうという課題がある。
（２）一方、入力ピーク値Ｐｉｎ≦２００％の場合、図６（ｂ）に示すように、入力輝度（信号）Ｙｉｎの入力ピーク値Ｐｉｎは、階調変換曲線Ｃ１〜Ｃｎの中のいずれかの階調変換曲線により変換される。いずれの階調変換曲線を用いた場合でも、入力ピーク値Ｐｉｎの視覚処理部１０２による階調変換後の出力（出力ピーク値）Ｐｏｕｔは、１００％未満の値となり、出力Ｄレンジを使い切ることができない。つまり、この場合、高輝度信号（高輝度画像領域に相当する入力輝度信号Ｙｉｎ）に対して、必要以上に圧縮処理を行うことになるので、視覚処理部１０２から出力される出力輝度信号Ｙｏｕｔにより形成される画像において、高輝度部（例えば図６（ｂ）の空の部分）の階調が失われる。このため、図６（ｂ）の処理画像Ｉｍｇ２のように、空の部分が暗い画像（いわゆる眠い画）となってしまうという課題がある。

なお、この課題を解決する手法として、例えば、最大入力Ｄレンジ（視覚処理部１０２に入力される輝度信号Ｙｉｎの最大Ｄレンジに相当）１００％用、２００％用、４００％用、８００％用、・・・、に設計された複数のＬＵＴを作成しておき、入力ピーク値Ｐｉｎに合わせて各ＬＵＴを動的に差し替えるという手法が考えられる。しかしながら、この場合、８００％用の２次元ＬＵＴの回路が必要となり、回路規模が非常に大きくなる問題や、ＬＵＴの差し替えに伴うタイムラグなどの問題もあるので、この手法を採用することは、現実的ではない。

本発明は、このような課題を解決するものであり、視覚的ニー処理に、オートニー機能を設けることで、可変のＤレンジの画像信号が入力される場合であっても、入力画像信号により形成される画像内のピーク値に基づいて、常に出力フルレンジに圧縮された画像信号を取得することができる（すなわち、画像内のピークに連動して動的にＤレンジ圧縮処理を行うことができる）ダイナミックレンジ圧縮装置、ダイナミックレンジ圧縮方法、プログラム、集積回路および撮像装置等を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、周辺平均輝度信号を用いてゲイン制御することで、コントラストを維持したまま、オートニー機能を実現することを目的とする。

第１の発明は、可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号が入力されるＤレンジ圧縮装置であって、空間処理部と、視覚処理部と、ピーク検出部と、増幅部と、を備えるＤレンジ圧縮装置である。空間処理部は、画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する。視覚処理部は、画像信号を周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う。ピーク検出部は、画像信号が形成する画像内のピーク値を検出する。増幅部は、視覚処理部から出力される画像信号をピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、視覚処理部から出力される画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジとなるように、ピーク値に連動した動的増幅処理を行う。

このＤレンジ圧縮装置では、視覚処理部により、画像信号が周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換により、画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理される。さらに、このＤレンジ圧縮装置では、ピーク検出部により検出された画像内のピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により、画像信号の増幅処理を行う。

視覚処理部は、通常、非線形な変換も行うことができるようにするため、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）で構成される。このため、動的な処理を行えず、入力ピーク値にＫｎｅｅ特性（Ｄレンジ圧縮特性）を連動させる機能（オートニー機能）を実現できない。そこで、後段に入力ピーク値を用いた増幅回路（増幅部）を設ける。
これにより、視覚処理部から出力される画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジとなるように、ピーク値に連動した動的増幅処理を行うことができる。これにより、Ｄレンジ圧縮装置で処理された画像信号により形成される画像は、常に出力フルレンジの画像となる。なお、ＬＵＴに限らず、視覚処理部の非線形変換を複雑な回路（ハードウェア）により実現する場合であっても、このＤレンジ圧縮装置では、簡易にオートニー機能を実現することができる。

なお、「周辺平均輝度信号」とは、画像信号が形成する画像における注目画素および注目画素周辺の画素から導かれる情報をいう。例えば、周辺画素を中心としたＭ画素×Ｎ画素の画像領域の平均の明るさ（階調値、画素値）等がこの一例である。また、着目画素の周辺画像領域（周辺平均輝度信号を求めるための画像領域）は、矩形領域に限らず、円形領域・楕円形領域などでもよく、また、輝度平均値とは、単純平均値・加重平均値などを含む概念である。また、周辺画像情報を取得するために、必ずしも画素単位での処理を行う必要はなく、複数の画素からなるブロック単位での処理を行うことで周辺画像情報を取得してもよい。

また、「所定の出力Ｄレンジ」とは、Ｄレンジ圧縮装置の出力信号のＤレンジのことをいい、出力信号のフルレンジを含む概念である。ここで、出力信号のフルレンジとは、表示機器や記録媒体における画像フォーマットで定められた最大値のことを指すが、これに限定されることはなく、例えば、当該最大値付近の値を含む概念である。
ここで、「画像フォーマット」とは、ＪＰＥＧ、ＢＭＰ、ＴＩＦＦ、ＲＡＷなど、一般にカメラで用いられている記録フォーマットである。そして、「画像フォーマットで定められた最大値」とは、例えばＢＭＰ（Ｒ，Ｇ，Ｂ各８ビット）の場合、「２５５」である。
なお、「ピーク値」とは、入力画像（幅Ｗ×高さＨ）の画面（画像）内に含まれる画素の画素値（画像信号の信号値に相当。）の最大値のことであり、厳密な最大値の他に、最大値付近の値を含む概念である。

第２の発明は、第１の発明であって、画像フォーマットで決められている最大値を「１００％」とした場合、所定の出力Ｄレンジは、９０％〜１００％程度である。
通常、所定の出力Ｄレンジ＝１００％とする。すなわち、視覚処理部（２Ｄ−ＬＵＴで構成）により入力Ｄレンジを１００％以下に圧縮し、増幅部により圧縮しすぎた分を増幅して１００％（＝出力フルレンジ＝画像フォーマットで定められた最大値）まで拡大する。しかし、厳密に１００％にする必要はなく、９０％〜１００％程度の範囲内の値としてもよい。
なお、動画の場合、「画像フォーマットで定められた最大値」＝２５５を１０９％などとみなす場合がある。これは、１６を０％、２３５を１００％とみなすためであり、この場合、２５５は約１０９％となるが、「所定の出力Ｄレンジ」は、この概念を含む。

第３の発明は、第１または第２の発明であって、画像信号をピーク値に基づいて決定される圧縮用入出力変換特性により変換することで、画像信号のＤレンジが視覚処理部の最大入力Ｄレンジ以下となるように、ピーク値に連動した動的圧縮処理を行うプレ圧縮部をさらに備える。視覚処理部は、プレ圧縮部から出力される画像信号を、周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性によりお変換することにより、プレ圧縮部から出力される画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う。

このＤレンジ圧縮装置では、「ピーク値≧視覚処理部の最大入力Ｄレンジ」の場合においても、視覚処理部前段のプレ圧縮部により、視覚処理部の最大入力Ｄレンジまで事前に画像内のピーク値に合わせて動的に圧縮することができる。したがって、このＤレンジ圧縮装置に、あらゆる可変のＤレンジの画像信号が入力される場合であっても、入力画像信号により形成される画像内のピーク値に連動したＤレンジ圧縮処理を行うことができる。その結果、このＤレンジ圧縮装置により処理された画像信号は、常に所定の出力Ｄレンジ（出力フルレンジ）を有する画像信号に圧縮することができる。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明であって、増幅部は、周辺平均輝度信号をさらに用いて、ピーク値に連動した動的増幅処理を行う。
これにより、コントラストを維持したまま、オートニー機能を実現することができる。
コントラストが維持される理由は後述するが、図１４を用いて簡単に説明する。図１４の画素Ｐｏが含まれる点線内の画像領域において、各画素における周辺平均輝度信号は（ほぼ）同一であるので、この明るい画像領域内の全画素の画素値は、（画素Ｐｏに対応する画像信号Ｙｉｎ（Ｐｏ）を含め）同一のゲイン（「１」以上）により増幅される。このため、変換後の画像における画素Ｐｏの周辺平均輝度信号Ｙａｖｅ（Ｐｏ）もまた、同じ比率で変化する。したがって、画素Ｐｏの明るさ対比量（Ｙｉｎ（Ｐｏ）／Ｙａｖｅ（Ｐｏ））は、増幅前後で変化しない。これにより、画素Ｐｏにおける局所的なコントラストが維持される（Ｄレンジ拡大された場合であってもコントラストが過剰に強調されることがない）。

また、周辺平均輝度信号によりゲイン制御を行うことは、視覚処理部の２次元ＬＵＴの対角成分を外部から動的制御することに相当する。２次元ＬＵＴの対角成分は、画像信号と周辺平均輝度信号（低周波成分）とが同じ値になる場合の出力輝度であり、これは周辺平均輝度信号の変換特性（低周波変換特性）を意味する。増幅部において、周辺平均輝度信号を用いてゲイン制御を行うことで、対角成分（周辺輝度変換特性）を外部から動的に制御するのと、同等の機能を実現できる。

また、次のように解釈することもできる。視覚処理部に格納された複数の階調変換カーブは、周辺平均輝度ごとに異なる。これに周辺平均輝度を用いたゲイン制御を行うことは、各カーブの傾きを個別に調整することに相当する。これにより、視覚処理部がＬＵＴで構成された場合であっても、視覚処理部の各階調変換カーブを動的に制御するのと同等のことができる。

第５の発明は、第３または第４の発明であって、プレ圧縮部は、周辺平均輝度信号をさらに用いて、ピーク値に連動した動的圧縮処理を行う。
これにより、コントラストを維持したまま、「ピーク値≧視覚処理部の最大入力Ｄレンジ」の場合においても、オートニー機能を実現することができる。

第６の発明は、第４の発明であって、増幅部は、ピーク値が小さいほど、大きい値を出力する増幅用入出力変換特性により動的増幅処理を行う。

第７の発明は、第４または第６の発明であって、増幅部は、周辺平均輝度信号が大きいほど、大きい値を出力する増幅用入出力変換特性により動的増幅処理を行う。

第８の発明は、第６または第７の発明であって、増幅部は、増幅用入出力変換特性を、ピーク値および周辺平均輝度信号から算出した折れ線特性のゲインを乗算することで実現する。
これにより、簡易に、増幅部を実現させることができる。特に、増幅部をハードウェアで構成する場合、回路規模を縮小することができる。

第９の発明は、第６または第７の発明であって、増幅部は、増幅用入出力変換特性を折れ線特性で実現する。
これにより、簡易に、増幅部を実現させることができる。特に、増幅部をハードウェアで構成する場合、回路規模を縮小することができる。

第１０の発明は、第４の発明であって、周辺平均輝度信号をＹａｖｅとし、ピーク値をＰｉｎとし、ピーク値Ｐｉｎに対する視覚処理部の出力値をＰｏｕｔとし、ニーポイントの値をＫｐとし、増幅部に入力される画像信号をＹｏｕｔとし、増幅部から出力される画像信号をＹｏｕｔ’とし、画像フォーマットで決められている最白点を「１００％」を「１」と表現する場合において、増幅部は、
ｋ４（Ｐｏｕｔ）＝（１／Ｐｏｕｔ−１）／（Ｐｏｕｔ−Ｋｐ）
ｇ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝ｋ４（Ｐｏｕｔ）＊ｍａｘ（Ｙａｖｅ−Ｋｐ，０）＋１
Ｙｏｕｔ’＝ｇ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＊Ｙｏｕｔ
により増幅部から出力される画像信号Ｙｏｕｔ’を求めることで、動的増幅処理を行う。

第１１の発明は、第５の発明であって、プレ圧縮部は、ピーク値が大きいほど、小さい値を出力する圧縮用入出力変換特性により動的圧縮処理を行う。
これにより、簡易に、プレ圧縮部を実現させることができる。特に、プレ圧縮部をハードウェアで構成する場合、回路規模を縮小することができる。

第１２の発明は、第５または第１１の発明であって、プレ圧縮部は、周辺平均輝度信号が大きいほど、小さい値を出力する圧縮用入出力変換特性により動的圧縮処理を行う。

第１３の発明は、第１１または第１２の発明であって、プレ圧縮部は、圧縮用入出力特性を、ピーク値および周辺平均輝度信号から算出した折れ線特性のゲインを乗算することで実現する。

第１４の発明は、第１１または第１２の発明であって、プレ圧縮部は、圧縮用入出力特性を折れ線特性で実現する。
これにより、簡易に、プレ圧縮部を実現させることができる。特に、プレ圧縮部をハードウェアで構成する場合、回路規模を縮小することができる。

第１５の発明は、第５の発明であって、周辺平均輝度信号をＹａｖｅとし、ピーク値をＰｉｎとし、ニーポイントの値をＫｐとし、プレ圧縮部に入力される画像信号をＹｉｎとし、プレ圧縮部から出力される画像信号をＹｉｎ’とし、画像フォーマットで決められている最白点を「１００％」を「１」と表現する場合において、プレ圧縮部は、
ｋ３（Ｐｉｎ）＝（２／Ｐｉｎ−１）／（Ｐｉｎ−Ｋｐ）
ｇ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝ｋ３（Ｐｉｎ）＊ｍａｘ（Ｙａｖｅ−Ｋｐ，０）＋１
Ｙｉｎ’＝ｇ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＊Ｙｉｎ
によりプレ圧縮部から出力される画像信号Ｙｉｎ’を求めることで、動的圧縮処理を行う。

第１６の発明は、第１から第１５のいずれかの発明であって、視覚処理部は、周辺平均輝度信号が大きいほど、小さい値を出力する。

第１７の発明は、第１から第１６のいずれかの発明であって、視覚処理部は、階調変換特性を実現する２次元ＬＵＴを有し、２次元ＬＵＴによりＤレンジ圧縮処理を行う。
これにより、視覚処理部では、２次元ＬＵＴにより、Ｄレンジ圧縮処理を実現させることができる。

第１８の発明は、第１７の発明であって、視覚処理部の２次元ＬＵＴのデータを登録するＬＵＴデータ登録部をさらに備える。
これにより、視覚処理部に入力される画像信号のＤレンジが変更された場合であっても、そのＤレンジに対応した２次元ＬＵＴのデータを登録することができるので、このＤレンジ圧縮装置では、様々なＤレンジの画像信号に対してＤレンジ圧縮処理を行うことができる。

第１９の発明は、第３から第１８のいずれかの発明であって、空間処理部は、プレ圧縮部から出力される信号から周辺平均輝度信号を算出する。

第２０の発明は、第１から第１９のいずれかの発明であって、画像信号にゲインを乗算するゲイン乗算部をさらに備える。視覚処理部は、画像信号を周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行うためのゲインである第１ゲインを出力する。増幅部は、第１ゲインをさらに増幅させた第２ゲインを出力する。ゲイン乗算部は、第２ゲインを画像信号に乗算する。
このＤレンジ圧縮装置では、視覚処理部により、特に、暗部の階調表現能力（ビット精度）を向上させることができるので、このＤレンジ圧縮装置で取得される画像（映像）において、暗部の階調表現能力（ビット精度）を向上させることができる。

第２１の発明は、第１から第２０のいずれかの発明であって、視覚処理部は、画像信号および周辺平均輝度信号を入力とする２次元のルックアップテーブルにより構成される。

なお、視覚処理部の出力は、視覚処理後の画像信号、または、画像信号に視覚処理を行うためのゲイン信号にしてもよい。
これにより、きめ細かな画質チューニングを行った、非線形な階調変換処理が可能となる。

第２２の発明は、可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号を入力とするＤレンジ圧縮方法であって、空間処理ステップと、視覚処理ステップと、ピーク検出ステップと、増幅ステップと、を備えるＤレンジ圧縮方法である。空間処理ステップでは、画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する。視覚処理ステップでは、画像信号を周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う。ピーク検出ステップは、画像信号が形成する画像内のピーク値を検出する。増幅ステップでは、視覚処理ステップから出力される画像信号をピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、視覚処理ステップから出力される画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジとなるように、ピーク値に連動した動的増幅処理を行う。
これにより、第１の発明と同様の効果を奏するＤレンジ圧縮方法を実現することができる。

第２３の発明は、可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号を入力とするＤレンジ圧縮処理をコンピュータに実行させるプログラムである。このプログラムは、コンピュータに、空間処理ステップと、視覚処理ステップと、ピーク検出ステップと、増幅ステップと、を実行させる。空間処理ステップでは、画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する。視覚処理ステップでは、画像信号を周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う。ピーク検出ステップでは、画像信号が形成する画像内のピーク値を検出する。増幅ステップでは、視覚処理ステップから出力される画像信号をピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、視覚処理ステップから出力される画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジとなるように、ピーク値に連動した動的増幅処理を行う。
これにより、第１の発明と同様の効果を奏するプログラムを実現することができる。

第２４の発明は、可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号が入力されるＤレンジ圧縮装置に用いられる集積回路であって、空間処理部と、視覚処理部と、ピーク検出部と、増幅部と、を備える。空間処理部は、画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する。視覚処理部は、画像信号を周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う。ピーク検出部は、画像信号が形成する画像内のピーク値を検出する。増幅部は、視覚処理部から出力される画像信号をピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、視覚処理部から出力される画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジとなるように、ピーク値に連動した動的増幅処理を行う。
これにより、第１の発明と同様の効果を奏する集積回路を実現することができる。

第２５の発明は、可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号が入力されるＤレンジ圧縮装置を備える撮像装置であって、空間処理部と、視覚処理部と、ピーク検出部と、増幅部と、を備える。空間処理部は、画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する。視覚処理部は、画像信号を周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う。ピーク検出部は、画像信号が形成する画像内のピーク値を検出する。増幅部は、視覚処理部から出力される画像信号をピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、視覚処理部から出力される画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジとなるように、ピーク値に連動した動的増幅処理を行う。
これにより、第１の発明の機能を有する撮像装置を実現することができる。

本発明によれば、可変のＤレンジの画像信号が入力される場合であっても、入力画像信号により形成される画像内のピーク値に基づいて、出力フルレンジに圧縮された画像信号を取得することができる（すなわち、画像内のピークに連動して動的にＤレンジ圧縮処理を行うことができる）ダイナミックレンジ圧縮装置、ダイナミックレンジ圧縮方法、プログラム、集積回路および撮像装置を提供することができる。

また、周辺平均輝度信号を用いてゲイン制御することで、コントラストを維持したまま、オートニー機能を実現することができる。

オートニー処理の入出力特性 明暗対比特性（明るさ対比特性）の説明図 視覚処理装置１０のブロック図 視覚的ニー処理における視覚処理部１０２の入出力特性 オートニー処理および視覚的ニー処理の動作および処理画像についての説明図 オートニー機能がない場合に生じる課題についての説明図 第１実施形態におけるＤレンジ圧縮装置１０００の構成を示すブロック図 Ｄレンジ圧縮装置１０００の動作についての説明図 第２実施形態におけるＤレンジ圧縮装置２０００の構成を示すブロック図 Ｄレンジ圧縮装置２０００の動作についての説明図 Ｄレンジ圧縮装置２０００の動作についての説明図 Ｄレンジ圧縮装置２０００の動作についての説明図 第３実施形態におけるＤレンジ圧縮装置３０００の構成を示すブロック図 Ｄレンジ圧縮装置２０００での処理の一例を説明するための模式図 他の実施形態におけるＤレンジ圧縮装置２０００Ａの構成を示すブロック図 視覚処理部１０２（輝度型）および視覚処理部１０３（ゲイン型）の入出力特性 第４実施形態におけるＤレンジ圧縮装置４０００の構成を示すブロック図

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
なお、本発明の実施形態では、ＹＣｂＣｒ色空間、ＹＵＶ色空間、Ｌａｂ色空間、Ｌｕｖ色空間、ＹＩＱ色空間、ＹＰｂＰｒ色空間の輝度成分Ｙまたは明度成分Ｌを輝度信号と定義する。なお、ＲＧＢ別に処理を行ってもよく、ＲＧＢ別の処理を行う場合、ＲＧＢの各信号が輝度信号と読み替えられる。以下では、輝度信号を画像信号として説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態であるＤレンジ圧縮装置１０００について、図７および図８を用いて説明する。
＜１．１：Ｄレンジ圧縮装置の構成＞
図７は、本発明の第１実施形態におけるＤレンジ圧縮装置１０００の構成を示すブロック図である。
図７に示すように、本発明の第１実施形態によるＤレンジ圧縮装置１０００は、画像信号Ｙｉｎの画面内（画像信号により形成される画像内）のピーク値Ｐｉｎを検出するピーク検出部２０と、画像信号ＹｉｎのＤレンジを、ピーク値Ｐｉｎを用いて、視覚処理部１０２の最大入力Ｄレンジ以下まで動的に圧縮するプレ圧縮部３０と、を備える。また、Ｄレンジ圧縮装置１０００は、プレ圧縮部３０の出力信号Ｙｉｎ’に対して視覚処理を行う視覚処理装置１０と、視覚処理装置１０の出力信号ＹｏｕｔのＤレンジを、ピーク値Ｐｉｎを用いて、所定の出力Ｄレンジまで動的に拡大する増幅部４０を備える。

すなわち、Ｄレンジ圧縮装置１０００は、図３に示した視覚処理装置１０（特許文献１・２等に開示されている視覚処理装置）に、ピーク検出部２０、プレ圧縮部３０および増幅部４０を、さらに追加した構成となっている。
ピーク検出部２０は、画像信号Ｙｉｎを入力とし、画像信号Ｙｉｎにより形成される画像内において、画像信号Ｙｉｎのピーク値Ｐｉｎを検出し、検出したピーク値Ｐｉｎをプレ圧縮部３０および増幅部４０に出力する。

なお、ピーク検出部２０が検出するピーク値Ｐｉｎとして、単に画面内（画像信号Ｙｉｎにより形成される画像内）の最大値（画像信号Ｙｉｎにより形成される画像を構成する画素の画素値の最大値）をそのまま用いてもよいが、これに限定されない。例えば、ノイズなどの影響を低減するために、画像信号Ｙｉｎを空間的にぼかした信号（周辺平均輝度信号でもよい）の画面内（空間的にぼかした信号が形成する画像内）におけるピーク値を、上記ピーク値Ｐｉｎとして用いてもよい。また、Ｄレンジ圧縮装置１０００において動画を処理対象とする場合、時系列に並ぶ複数のフレーム画像の各フレーム画像における画像信号Ｙｉｎのピーク値を平均した値（時間方向の複数フレームにおける各フレームのピーク値の時間平均値）を、上記ピーク値Ｐｉｎとしてもよい。また、ピーク検出部２０は、ピーク値Ｐｉｎを検出するために、画像信号Ｙｉｎにより形成される画像の全画素をスキャンする必要があるので、１Ｖ遅延（１フレーム遅延）が発生する。これを避けるために、１フレーム前のフレーム画像におけるピーク値を、上記ピーク値Ｐｉｎとして用いるようにしてもよい。これは動画に限らず、静止画でも採用することができる。例えば、撮像装置（カメラ）等の液晶モニタに映し出されたライブビュー映像（画像）を用いて１フレーム前のピーク値を取得し、その取得したピーク値を、上記ピーク値Ｐｉｎとして用いることができる。ただし、静止画を処理対象とする場合、フラッシュ光を発光させて撮影したときは、１フレーム前のフレーム画像内のピーク値と現フレームのフレーム画像内のピーク値とが大きく異なる場合がある。したがって、可能な限り、現フレームのフレーム画像内のピーク値を、上記ピーク値Ｐｉｎとして用いることが望ましい。

プレ圧縮部３０は、画像信号Ｙｉｎおよびピーク検出部２０から出力されるピーク値Ｐｉｎを入力とし、画像信号ＹｉｎのＤレンジを、ピーク値Ｐｉｎを用いて、視覚処理部１０２の最大入力Ｄレンジ以下まで動的に圧縮する。そして、プレ圧縮部３０は、Ｄレンジ圧縮処理を行った画像信号Ｙｉｎ’を視覚処理装置１０の空間処理部１０１および視覚処理部１０２に入力する。

視覚処理装置１０は、図７に示すように、空間処理部１０１および視覚処理部１０２を有する。
空間処理部１０１は、プレ圧縮部３０から出力される画像信号Ｙｉｎ’を入力とし、プレ圧縮部３０からの出力される画像信号Ｙｉｎ’に対する周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを算出し、算出した周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを視覚処理部１０２に出力する。つまり、空間処理部１０１は、画像信号Ｙｉｎ（またはＹｉｎ’）により形成される画像において、画像信号Ｙｉｎ’に相当する画素（着目画素）の周辺の複数の画素（周辺画素）の画素値を平均（重み付き平均等の演算を含む。）した値を算出することで、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを取得する。なお、空間処理部１０１は、着目画素の画素値および当該着目画素の周辺画素の画素値の加算平均処理（加算重み付き平均処理等を含む。）を行うことで、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを算出するようにしてもよい。また、空間処理部１０１は、ＬＰＦ（２次元ＬＰＦ）により実現してもよい。

視覚処理部１０２は、２次元ＬＵＴを有し、プレ圧縮部３０から出力される画像信号Ｙｉｎ’および空間処理部１０１から出力される周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを入力とする。視覚処理部１０２は、プレ圧縮部３０の出力信号Ｙｉｎ’のＤレンジを、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに応じて異なる入出力特性を有する２次元ＬＵＴによる変換（階調変換）により、所定の出力Ｄレンジ以下まで圧縮する。そして、視覚処理部１０２は、画像信号Ｙｉｎ’をＤレンジ圧縮した画像信号を、画像信号Ｙｏｕｔとして増幅部４０に出力する。

増幅部４０は、視覚処理部１０２から出力される画像信号Ｙｏｕｔおよびピーク検出部２０から出力されるピーク値Ｐｉｎを入力とし、画像信号ＹｏｕｔのＤレンジを、ピーク値Ｐｉｎを用いて、所定の出力Ｄレンジまで拡大する。そして、増幅部４０は、Ｄレンジ拡大した画像信号を、画像信号Ｙｏｕｔ’として出力する。例えば、上記「所定の出力Ｄレンジ」を１００％とし（つまり、増幅部４０から出力する画像信号のＤレンジを１００％とし）、視覚処理部１０２から出力される画像信号Ｙｏｕｔのピーク値がＰｏｕｔとした場合、増幅部４０は、画像信号Ｙｏｕｔのピーク値Ｐｏｕｔが、１００％の画像信号となるように、Ｄレンジ拡大処理を行うことで、画像信号Ｙｏｕｔ’を取得する。

＜１．２：Ｄレンジ圧縮装置の動作＞
以上のように構成されたＤレンジ圧縮装置１０００の動作について、以下、図面を参照しながら説明する。
なお、上記で説明した視覚処理装置１０と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
また、視覚処理部１０２の最大入力Ｄレンジを２００％、所定の出力Ｄレンジを１００％（出力フルレンジ）として説明する。
画像信号Ｙｉｎは、ピーク検出部２０およびプレ圧縮部３０に入力される。
ピーク検出部２０では、画像信号Ｙｉｎにより形成される画像内において、画像信号Ｙｉｎのピーク値Ｐｉｎが検出される。そして、検出されたピーク値Ｐｉｎは、プレ圧縮部３０および増幅部４０に出力される。

なお、上記で説明したように、ピーク値Ｐｉｎとしては、単に画面内（画像信号Ｙｉｎにより形成される画像内）の最大値をそのまま用いてもよいし、ノイズなどの影響を低減するために、画像信号Ｙｉｎにより形成される画像を空間的にぼかした画像内のピーク値を用いてもよい。また、現フレームを含む時系列に並ぶ複数のフレーム画像における各ピーク値の平均値をピーク値Ｐｉｎとして用いてもよい。さらに、現画像の１フレーム前のフレーム画像内のピーク値をピーク値Ｐｉｎとして用いてもよい。この場合、１フレーム分の遅延がないので、ピーク検出部２０での処理時間を短くすることができる。

プレ圧縮部３０に入力された画像信号Ｙｉｎは、プレ圧縮部３０により、ピーク値Ｐｉｎに基づいて視覚処理部１０２の最大入力Ｄレンジ以下まで動的に圧縮され、画像信号Ｙｉｎ’として、視覚処理装置１０の空間処理部１０１および視覚処理部１０２に出力される。
これについて、図８を用いて、具体的に説明する。
図８（ａ）に、Ｐｉｎ≧２００％の場合のＤレンジ圧縮装置１０００の動作を説明するための図を示す。また、図８（ｂ）に、Ｐｉｎ≦２００％の場合のＤレンジ圧縮装置１０００の動作を説明するための図を示す。
プレ圧縮部３０では、画像信号ＹｉｎのＤレンジが、ピーク値Ｐｉｎを用いて、視覚処理部１０２の最大入力Ｄレンジ（２００％）以下まで動的に圧縮される。

プレ圧縮部３０の入出力特性ｆ１（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）は、例えば、次式で示される特性に設定される。
Ｙｉｎ’＝ｆ１（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）＝ｍｉｎ（Ｙｉｎ，ｋ１（Ｐｉｎ）＊（Ｙｉｎ−Ｐｉｎ）＋２）
ｋ１（Ｐｉｎ）＝（２−Ｋｐ）／（Ｐｉｎ−Ｋｐ）
Ｐｉｎ＝ｍａｘ（Ｐｉｎ，２）
ここで、Ｋｐはニーポイント（Ｋｐ≒０．８５）を表す。

Ｐｉｎ≧２００％の場合、プレ圧縮部３０の入出力特性ｆ１（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）は、図８（ａ）に示すような折れ線で示される特性となる。そして、プレ圧縮部３０では、Ｋｐ〜Ｐｉｎである高輝度信号（画像信号Ｙｉｎ）のみに対して、出力画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジがＫｐ〜２００％となるようにＤレンジ圧縮処理を行う。この際、プレ圧縮部３０では、入力画像信号Ｙｉｎのピーク値Ｐｉｎが２００％で出力されるよう、折れ線の傾きが動的に制御される。これにより、視覚処理部１０２に入力されるＤレンジは、常に、最大入力Ｄレンジ（２００％）に動的に正規化される。つまり、このようなプレ圧縮部３０でのＤレンジ圧縮処理により、視覚処理部１０２に入力される画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジが最大２００％であることが保証される。

Ｐｉｎ≦２００％の場合、プレ圧縮部３０の入出力特性ｆ１（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）は、図８（ｂ）に示すような傾き「１」の直線で示される特性となる。そして、入力画像信号Ｙｉｎが、プレ圧縮部３０から、そのまま出力される。
空間処理部１０１では、プレ圧縮部３０から出力された画像信号Ｙｉｎ’に対して周辺平均輝度信号Ｙａｖｅが算出される。

例えば、空間処理部１０１は、画像信号Ｙｉｎ’をローパスフィルタ（低域空間フィルタ）により処理することで周辺平均輝度信号（アンシャープ信号）Ｙａｖｅを取得する。周辺平均輝度信号（アンシャープ信号）Ｙａｖｅは、以下のような演算により生成する。
Ｙａｖｅ＝（Σ［Ｗ_ij］×［Ａ_ij］）÷（Σ［Ｗ_ij］）
ここで、［Ｗ_ij］は、対象画素（着目画素）および周辺画素において、画像信号Ｙｉｎ’が形成する画像上において、ｉ行ｊ列目に位置する画素の重み係数であり、［Ａ_ij］は、対象画素および周辺画素において、ｉ行ｊ列目に位置する画素の値である。また、「Σ」は、対象画素および周辺画素のそれぞれの画素についての合計を算出することを意味している。

なお、画素値の差の絶対値が大きいほど小さい値の重み係数が与えられてもよいし、対象画素から距離が大きいほど小さい重み係数を与えるようにしてもよい。また、周辺画素の領域サイズ（画像領域サイズ）は効果に応じてあらかじめ設定される大きさであり、所定のサイズより大きくすると視覚効果を高めることができる。例えば、対象とする画像の大きさが横１０２４画素および縦７６８画素であれば、縦横がそれぞれ８０画素以上の領域（画像領域）から周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを生成するようにすればよい。

また、空間処理部１０１では、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを算出するための低域空間フィルタとして、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型の低域空間フィルタ、あるいはＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型の低域空間フィルタなどを用いてもよい。
視覚処理部１０２では、プレ圧縮部３０から出力された画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジが、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに応じて異なる入出力特性を有する２次元ＬＵＴによる変換
Ｙｏｕｔ＝ｌｕｔ（Ｙｉｎ’，Ｙａｖｅ）
により、所定の出力Ｄレンジ以下まで圧縮される。ＬＵＴの入出力特性ｌｕｔ（Ｙｉｎ’，Ｙａｖｅ）は、図４に示した特性と同様である。

Ｐｉｎ≧２００％の場合、視覚処理部１０２により、２００％に正規化されたプレ圧縮部３０の出力画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジが、さらに１００％にコントラストの低下なく圧縮される。
Ｐｉｎ≦２００％の場合、視覚処理部１０２により、プレ圧縮部３０をそのまま通過してきた入力画像信号Ｙｉｎ（＝画像信号Ｙｉｎ’）のＤレンジが、１００％以下に圧縮される。このとき、Ｐｉｎ≦２００％であるので、入力ピーク値Ｐｉｎに対する視覚処理部１０２の出力値Ｐｏｕｔは、
Ｐｏｕｔ＝ｌｕｔ（Ｐｉｎ，Ｐｉｎ）＜１
となり、出力レンジ１００％を使い切ることができない。そのため、この画像信号Ｙｏｕｔ（Ｐｉｎ≦２００％の場合に視覚処理部１０２により出力される画像信号Ｙｏｕｔ）により形成される画像は、図６（ｂ）に示した画像と同様に暗い画像となってしまう。つまり、このままでは、図６（ｂ）で課題として指摘した不本意に暗い画像が、Ｄレンジ圧縮装置１０００から出力されてしまう。

なお、「視覚処理」とは、人間の目の見え方に近い特性を持たせた処理であり、入力された画像信号の対象画素の値とその周辺画素の値（明るさ）との対比に応じて出力信号の値を決定する処理である。視覚処理は、逆光補正、ニー処理、Ｄレンジ圧縮処理、色処理、または、明るさ調整（階調処理、コントラスト調整を含む）などに適用される。
なお、視覚処理部１０２は、演算回路によって視覚処理を行うようにしてもよい。特に、視覚処理部１０２の２次元ＬＵＴに、簡易な直線によって近似可能な特性であるプロファイルが設定される場合、２次元ＬＵＴのテーブルをなくすことができ、視覚処理装置１０の回路規模を削減することができる。

増幅部４０では、視覚処理部１０２から出力される画像信号ＹｏｕｔのＤレンジが、ピーク値Ｐｉｎがどのような値であっても所定の出力Ｄレンジ（出力フルレンジ）となるように、視覚処理部１０２からの出力画像信号Ｙｏｕｔに対して、Ｄレンジ拡大処理（動的Ｄレンジ拡大処理）が実行される。つまり、増幅部４０により、視覚処理部１０２の出力画像信号Ｙｏｕｔは、ピーク値Ｐｉｎに連動した動的Ｄレンジ拡大処理が実行される。これにより、増幅部４０から出力される画像信号Ｙｏｕｔ’は、出力フルレンジ（本実施例の場合は、「１００％」）のＤレンジを有する画像信号となる。これについて、数式を用いて具体的に説明する。

増幅部４０の入出力特性ｆ２（Ｙｏｕｔ，Ｐｉｎ）は、例えば、次式で示される特性に設定する。
Ｙｏｕｔ’＝ｆ２（Ｙｏｕｔ，Ｐｉｎ）＝ｍａｘ（Ｙｏｕｔ，ｋ２（Ｐｉｎ）＊（Ｙｏｕｔ−Ｋｐ）＋Ｋｐ）
ｋ２（Ｐｉｎ）＝（１−Ｋｐ）／（Ｐｏｕｔ−Ｋｐ）
Ｐｏｕｔ＝ｌｕｔ（Ｐｉｎ，Ｐｉｎ）
Ｐｉｎ＝ｍａｘ（１，ｍｉｎ（Ｐｉｎ，２））
ここで、ｍａｘ（１，ｍｉｎ（Ｐｉｎ，２））としたのは、通常、オートニー処理は、１≦Ｐｉｎ≦２である画像（画像信号Ｙｉｎにより形成される画像）に対してのみ行われるので、増幅部４０での増幅処理（ＤＲ拡大処理）もＰｉｎ≧１である場合のみ動作させれば十分であるからである。また、出力ピーク値Ｐｏｕｔを、ＬＵＴの対角成分（つまり、ＬＵＴの２つの入力が同一である場合のＬＵＴの出力値。上式の場合では、ＬＵＴの２つの入力をともにＰｉｎとした場合の出力値をＰｏｕｔとしている。）とみなしたのは、通常、多くの画像は低周波成分が多く、Ｙｉｎ≒Ｙａｖｅであることが多いからである。

Ｐｉｎ≧２００％の場合、増幅部４０の入出力特性ｆ２（Ｙｏｕｔ，Ｐｉｎ）は、図８（ａ）に示すような傾き「１」の直線で示される特性となり、視覚処理部１０２の出力信号Ｙｏｕｔが、そのまま増幅部４０から出力される。この場合、増幅部４０で増幅処理（Ｄレンジ拡大処理）を行わないのは、視覚処理部１０２により、画像信号Ｙｏｕｔが既に出力フルレンジ（１００％）に圧縮されているからである。つまり、この場合、視覚処理部１０２からの出力画像信号Ｙｏｕｔが出力フルレンジ（１００％）の画像信号となっている。

Ｐｉｎ≦２００％の場合、増幅部４０の入出力特性ｆ２（Ｙｏｕｔ，Ｐｉｎ）は、図８（ｂ）に示すような折れ線で示される特性となり、視覚処理部１０２による処理で必要以上に暗くなってしまった高輝度信号Ｋｐ〜Ｐｏｕｔのレンジの画像信号Ｙｏｕｔを、Ｋｐ〜１００％のレンジの画像信号Ｙｏｕｔ’に拡大（Ｄレンジ拡大）する。これにより、増幅部４０から出力される画像信号Ｙｏｕｔ’は、出力フルレンジ（１００％）の画像信号となる。

以上により、本発明の第１実施形態におけるＤレンジ圧縮装置１０００では、可変のＤレンジの画像信号が入力される場合であっても、常に出力フルレンジに動的に圧縮することができる。つまり、Ｄレンジ圧縮装置１０００では、画像信号により形成される画像内のピーク値Ｐｉｎがどのような値であっても、常に、出力フルレンジの画像信号を取得することができる。言い換えれば、Ｄレンジ圧縮装置１０００では、ピーク値Ｐｉｎに連動したＤレンジ圧縮処理を適切に行うことができる。
なお、プレ圧縮部３０および増幅部４０は、コントラストを変化させる場合があるが、通常よくある入力ピーク値が２００％に近い場合には、コントラスト変化も無視できるレベルであり、ピーク値Ｐｉｎに連動したＤレンジ圧縮を適切に行うことができる。

［第２実施形態］
本発明の第１実施形態では、プレ圧縮部３０および増幅部４０を、ピーク値Ｐｉｎのみを用いて制御するようにしたが、本発明の第２実施形態では、ピーク値Ｐｉｎに加えて、さらに周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを用いて制御することで、プレ圧縮処理および増幅処理においてもコントラスト（処理画像のコントラスト）を維持できるＤレンジ圧縮装置２０００について、図９〜図１２を用いて説明する。

＜２．１：Ｄレンジ圧縮装置の構成＞
図９は本発明の第２実施形態におけるＤレンジ圧縮装置２０００の構成を示すブロック図である。
図９に示すように、本発明の第２実施形態によるＤレンジ圧縮装置２０００は、画像信号Ｙｉｎの画面内（画像信号により形成される画像内）のピーク値Ｐｉｎを検出するピーク検出部２０と、画像信号Ｙｉｎに対して周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを算出する空間処理部１０１と、画像信号ＹｉｎのＤレンジを、ピーク値Ｐｉｎおよび周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを用いて、視覚処理部１０２の最大入力Ｄレンジ以下まで動的に圧縮するプレ圧縮部５０と、を備える。また、Ｄレンジ圧縮装置２０００は、プレ圧縮部５０の出力画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジを、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに応じて異なる入出力特性を有する２次元ＬＵＴによる変換により、所定の出力Ｄレンジ以下まで圧縮する視覚処理部１０２と、視覚処理部１０２の出力画像信号Ｙｏｕｔ’のＤレンジを、ピーク値Ｐｉｎおよび周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを用いて、最大でも所定の出力Ｄレンジまで動的に拡大する増幅部６０と、を備える。

ここで、第１実施形態のＤレンジ圧縮装置１０００と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
空間処理部１０１は、画像信号Ｙｉｎを入力とし、画像信号Ｙｉｎから周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを取得し、取得した周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを、プレ圧縮部５０、視覚処理部１０２および増幅部６０に出力する。なお、空間処理部１０１は、第１実施形態に係るＤレンジ圧縮装置１０００とは、入出力関係（接続関係）が異なるだけ、機能は同一である。

プレ圧縮部５０は、画像信号Ｙｉｎ、ピーク検出部２０から出力されるピーク値Ｐｉｎ、および空間処理部１０１から出力される周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを入力とし、画像信号ＹｉｎのＤレンジを、ピーク値Ｐｉｎおよび周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを用いて、視覚処理部１０２の最大入力Ｄレンジ以下まで動的に圧縮する。そして、プレ圧縮部５０は、圧縮処理を行った画像信号Ｙｉｎ’を視覚処理部１０２に出力する。
視覚処理部１０２は、機能的には、第１実施形態に係るＤレンジ圧縮装置１０００の視覚処理部１０２と同じである。空間処理部１０１から出力された周辺平均輝度信号Ｙａｖｅおよびプレ圧縮部５０から出力された画像信号Ｙｉｎ’を入力とし、２次元ＬＵＴにより階調変換した画像信号Ｙｏｕｔ’を増幅部６０に出力する。
増幅部６０は、視覚処理部１０２から出力された画像信号Ｙｏｕｔ’、空間処理部１０１から出力された周辺平均輝度信号Ｙａｖｅ、およびピーク検出部２０から出力されたピーク値Ｐｉｎを入力とし、視覚処理部１０２の出力画像信号Ｙｏｕｔ’のＤレンジを、ピーク値Ｐｉｎおよび周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを用いて、所定の出力Ｄレンジまで動的に拡大する。

増幅部６０では、視覚処理部１０２から出力される画像信号Ｙｏｕｔ’のＤレンジが、ピーク値Ｐｉｎがどのような値であっても所定の出力Ｄレンジ（出力フルレンジ）となるように、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに基づいて、視覚処理部１０２からの出力画像信号Ｙｏｕｔに対して、Ｄレンジ拡大処理（動的Ｄレンジ拡大処理）が実行される。つまり、増幅部６０により、視覚処理部１０２の出力画像信号Ｙｏｕｔ’は、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに基づき、ピーク値Ｐｉｎに連動した動的Ｄレンジ拡大処理が実行される。これにより、増幅部６０から出力される画像信号Ｙｏｕｔ’は、出力フルレンジ（本実施例の場合は、「１００％」）のＤレンジを有する画像信号となる。

＜２．２：Ｄレンジ圧縮装置の動作＞
以上のように構成されたＤレンジ圧縮装置２０００の動作について、以下、図１０〜図１２を参照しながら説明する。
図１０〜１２に、Ｄレンジ圧縮装置２０００の動作の説明するための図を示す。
図１０〜１２において、（ａ）はＰｉｎ≧２００％の場合のＤレンジ圧縮装置２０００の動作の説明するための図であり、（ｂ）はＰｉｎ≦２００％の場合のＤレンジ圧縮装置２０００の動作の説明するための図である。具体的には、図１０〜１２は、プレ圧縮部５０および増幅部６０の３パターンの構成を示している。図１０は、ゲイン乗算によりプレ圧縮部５０および増幅部６０の機能を実現させる場合についての説明図である。図１１は、ゲイン折れ線近似によりプレ圧縮部５０および増幅部６０の機能を実現させる場合についての説明図である。図１２は、傾き制御によりプレ圧縮部５０および増幅部６０の機能を実現させる場合についての説明図である。

プレ圧縮部５０では、画像信号ＹｉｎのＤレンジが、ピーク値Ｐｉｎおよび周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを用いて、視覚処理部１０２の最大入力Ｄレンジ以下まで動的に圧縮される。
ここで、プレ圧縮部５０での処理を、Ｐｉｎ≧２００％である画像（画像信号Ｙｉｎにより形成される画像）に対してのみで実行させるために、プレ圧縮部５０では、入力ピーク値Ｐｉｎを２００％で制限した値Ｐｉｎを用いて処理を行う。つまり、
Ｐｉｎ＝ｍａｘ（Ｐｉｎ，２）
により求められる値Ｐｉｎを用いて、プレ圧縮部５０での処理を行う。

以下、プレ圧縮部５０の圧縮用入出力変換特性ｆ３（Ｙｉｎ，Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）の例を３つ、説明する。
第１の圧縮用入出力変換特性は、例えば、次式で示される特性に設定する。（図１０（ａ）に図示）
Ｙｉｎ’＝ｆ３（Ｙｉｎ，Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝Ｙｉｎ＊ｇ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）
ｇ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝ｆ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）／Ｙａｖｅ
すなわち、プレ圧縮部５０では、プレ圧縮部３０の入出力特性ｆ１（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）をゲイン形式で表現した、
ｇ１（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）＝ｆ１（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）／Ｙｉｎ
において、入力を画像信号Ｙｉｎから周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに変更したゲインｇ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）を算出する。そして、プレ圧縮部５０では、この算出したゲインｇ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）を、入力画像信号Ｙｉｎに乗算することで画像信号Ｙｉｎ’を取得する。
これにより、画像全体の明るさ感は、プレ圧縮部３０と同様のまま、周辺平均輝度に応じて画像上の輝度領域ごとに異なるゲインを用いて、画像信号Ｙｉｎを画像信号Ｙｉｎ’に変換するので、画像信号Ｙｉｎ’により形成される画像においてコントラストが維持される。

第２の圧縮用入出力変換特性は、除算回路を用いない簡易版である。すなわち、上記ゲインの曲線部（図１０（ａ）のプレ圧縮部５０の部分に示したプレ圧縮ゲイン曲線のＹａｖｅがＫｐ〜Ｐｉｎである部分の曲線部）を折れ線で近似してもよく、この場合、例えば、図１１（ａ）に示すような２つの折れ線により、プレ圧縮部５０のプレ圧縮ゲイン特性を実現させるようにしてもよい。すなわち、
ｇ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝ｋ３（Ｐｉｎ）＊ｍａｘ（Ｙａｖｅ−Ｋｐ，０）＋１
ｋ３（Ｐｉｎ）＝（２／Ｐｉｎ−１）／（Ｐｉｎ−Ｋｐ）
により決定されるプレ圧縮ゲイン特性により、プレ圧縮部５０での処理を実現させるようにしてもよい。

第３の圧縮用入出力変換特性は、図１２（ａ）に示すように、プレ圧縮部３０におけるニーポイントＫｐを周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに応じて変化させることで、プレ圧縮部５０の入出力特性（Ｙｉｎ−Ｙｉｎ’入出力特性）を実現させる。つまり、例えば、変化させたニーポイントＫｐ’を、
Ｋｐ’＝Ｋｐ＊（Ｐｉｎ−Ｙａｖｅ）／（Ｐｉｎ−Ｋｐ）
とすることにより、プレ圧縮部５０での処理を実現させるようにしてもよい。

増幅部６０では、視覚処理部１０２の出力画像信号ＹｏｕｔのＤレンジが、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに基づいて、ピーク値Ｐｉｎがどのような値であっても所定の出力Ｄレンジ（出力フルレンジ）となるように、視覚処理部１０２からの出力画像信号Ｙｏｕｔに対して、Ｄレンジ拡大処理（動的Ｄレンジ拡大処理）が実行される。つまり、増幅部６０により、視覚処理部１０２の出力画像信号Ｙｏｕｔは、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに基づいて、ピーク値Ｐｉｎに連動した動的Ｄレンジ拡大処理が実行される。これにより、増幅部６０から出力される画像信号Ｙｏｕｔ’は、出力フルレンジ（本実施例の場合は、「１００％」）のＤレンジを有する画像信号となる。これについて、数式を用いて具体的に説明する。

ここで、通常、オートニー処理は、Ｐｉｎ≧１００％である画像（画像信号Ｙｉｎにより形成される画像）に対して動作させればよいのと同様に、増幅部６０での処理は、Ｐｉｎ≧１００％である画像に対してのみ動作させればよい。また、増幅部６０はＰｉｎ≦２００％のときのみ動作させればよい。そのため、増幅部６０では、入力ピーク値Ｐｉｎを１≦Ｐｉｎ≦２に制限して処理を行う。つまり、増幅部６０では、
Ｐｉｎ＝ｍａｘ（１，ｍｉｎ（Ｐｉｎ，２））
により求められる値Ｐｉｎを用いて処理を行う。

また、入力ピーク値Ｐｉｎに対する視覚処理部１０２の出力値Ｐｏｕｔを、
Ｐｏｕｔ＝ｌｕｔ（Ｐｉｎ，Ｐｉｎ）
とする。つまり、出力ピーク値Ｐｏｕｔを、ＬＵＴの対角成分（つまり、ＬＵＴの２つの入力が同一である場合のＬＵＴの出力値。上式の場合では、ＬＵＴの２つの入力をともにＰｉｎとした場合の出力値をＰｏｕｔとしている。）とみなして近似している。なお、通常、多くの画像は低周波成分が多く、Ｙｉｎ≒Ｙａｖｅであることが多いので、このように近似しても問題ない。

以下、増幅部６０の増幅用入出力変換特性ｆ４（Ｙｏｕｔ，Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）の例を３つ、説明する。
第１の増幅用入出力変換特性は、例えば、次式で示される特性に設定する。（この特性は、図１０（ｂ）に図示した特性である。）
Ｙｏｕｔ’＝ｆ４（Ｙｏｕｔ，Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝Ｙｏｕｔ＊ｇ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）
ｇ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝ｆ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）／Ｙａｖｅ
すなわち、増幅部６０では、増幅部４０の入出力特性ｆ２（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）をゲイン形式で表現した、
ｇ２（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）＝ｆ２（Ｙｉｎ，Ｐｉｎ）／Ｙｉｎ
において、入力を画像信号Ｙｉｎから周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに変更したゲインｇ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）を算出する。そして、増幅部６０では、この算出したゲインｇ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）を、入力画像信号Ｙｉｎに乗算することで画像信号Ｙｏｕｔ’を取得する。
これにより、画像全体の明るさ感は、増幅部４０と同様のまま、周辺平均輝度に応じて画像上の輝度領域ごとに異なるゲインを用いて、画像信号Ｙｏｕｔを画像信号Ｙｏｕｔ’に変換するので、画像信号Ｙｏｕｔ’により形成される画像においてコントラストが維持される。

第２の増幅用入出力変換特性は、除算回路を用いない簡易版である。すなわち、上記ゲインの曲線部（図１０（ｂ）の増幅部６０の部分に示した増幅ゲイン曲線のＹａｖｅがＫｐ〜Ｐｏｕｔである部分の曲線部）を折れ線で近似してもよく、この場合、例えば、図１１（ｂ）に示すような２折れ線により、増幅部６０の増幅ゲイン特性を実現させるようにしてもよい。すなわち、
ｇ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝ｋ４（Ｐｏｕｔ）＊ｍａｘ（Ｙａｖｅ−Ｋｐ，０）＋１
ｋ４（Ｐｏｕｔ）＝（１／Ｐｏｕｔ−１）／（Ｐｏｕｔ−Ｋｐ）
により決定される増幅ゲイン特性により、増幅部６０での処理を実現させるようにしてもよい。

第３の増幅用入出力変換特性は、図１２（ａ）に示すように、プレ圧縮部５０におけるニーポイントＫｐを周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに応じて変化させることで、増幅部６０の入出力特性（Ｙｏｕｔ−Ｙｏｕｔ’入出力特性）を実現させる。つまり、例えば、変化させたニーポイントＫｐ”を、
Ｋｐ”＝Ｋｐ＊（Ｐｏｕｔ−Ｙａｖｅ）／（Ｐｏｕｔ−Ｋｐ）
とすることにより、増幅部６０での処理を実現させるようにしてもよい。

以上により、本発明の第２実施形態におけるＤレンジ圧縮装置２０００では、ピーク値Ｐｉｎおよび周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを用いてプレ圧縮部５０および増幅部６０を制御するので、可変のＤレンジの画像信号が入力される場合であっても、コントラストを維持したまま、常に出力フルレンジに動的に圧縮することができる。つまり、Ｄレンジ圧縮装置２０００では、可変のＤレンジの画像信号が入力される場合であっても、常に出力フルレンジの画像信号を取得することができるとともに、コントラストが維持された画像を形成する画像信号を取得することができる。

≪例示説明≫
なお、ここで、Ｄレンジ圧縮装置２０００での処理の一例について、図１４を用いて、説明する。
図１４は、Ｄレンジ圧縮装置２０００で処理する画像Ｉｍｇ３を模式的に示した図である。
画像Ｉｍｇ３は、画像信号Ｙｉｎから形成される画像であるものとする。図１４の点Ｐｏで示す画素は、明るい領域に存在する明るい画素であるものとする。そして、点Ｐｏで示す画素（「画素Ｐｏ」という。）の画素値（入力画像信号Ｙｉｎに相当。）および周辺平均輝度信号Ｙａｖｅは、以下の通りであるものとする。
Ｙｉｎ（Ｐｏ）≧Ｋｐ
Ｙａｖｅ（Ｐｏ）≧Ｋｐ
なお、上記において、Ｙｉｎ（Ｘ）は、画素Ｘの画像信号Ｙｉｎの値（画素値）を、Ｙａｖｅ（Ｘ）は、画素Ｘの周辺平均輝度信号Ｙａｖｅの値を示すものとする。また、Ｋｐはニーポイントを表している。

（１）まず、ピーク値Ｐｉｎ≧２００％の場合について説明する。
まず、プレ圧縮部５０により、入力Ｄレンジが、Ｐｉｎから２００％に圧縮される。
ここで、図１４の画素Ｐｏが含まれる点線内の画像領域において、各画素における周辺平均輝度信号は（ほぼ）同一であるので、この明るい画像領域内の全画素の画素値は、（Ｙｉｎ（Ｐｏ）を含め）同一のゲイン（「１」以下）により圧縮される。このため、変換後の画像における画素Ｐｏの周辺平均輝度信号Ｙａｖｅ（Ｐｏ）もまた、同じ比率で変化する。したがって、画素Ｐｏの明るさ対比量（Ｙｉｎ（Ｐｏ）／Ｙａｖｅ（Ｐｏ））は、圧縮前後で変化しない。これにより、画素Ｐｏにおける局所的なコントラストが維持される（Ｄレンジ圧縮された場合であってもコントラスト低下が抑制される）。

ちなみに、Ｄレンジ圧縮装置１０００におけるプレ圧縮部３０による圧縮処理では、同じ点線内の画像領域において、Ｙｉｎ≧Ｋｐの画素のみ圧縮されるので、画素Ｐｏにおける明るさ対比量（Ｙｉｎ（Ｐｏ）／Ｙａｖｅ（Ｐｏ））が低下する。つまり、Ｄレンジ圧縮装置１０００で処理した場合、Ｄレンジ圧縮装置２０００により処理した場合よりコントラストが低くなる場合がある。

次に、視覚処理部１０２により、さらにＤレンジが、２００％から１００％に圧縮される。ここでも、周辺平均輝度信号を用いた圧縮処理により、コントラスト低下なく、１００％に圧縮される。
最後に、増幅部６０では、Ｐｉｎ≧２００％であるので、スルー出力される。
以上により、Ｄレンジ圧縮装置２０００では、入力Ｄレンジが、コントラスト低下なく、１００％（出力フルレンジ）に圧縮される。

（２）次に、ピーク値Ｐｉｎ≦２００％の場合について説明する。
まず、プレ圧縮部では、Ｐｉｎ≦２００％であるので、スルー出力される。
次に、視覚処理部１０２により、入力Ｄレンジが、ＰｉｎからＰｏｕｔ（≦１００％）に圧縮される。ここで、周辺平均輝度信号を用いた圧縮処理により、コントラスト低下なく、Ｐｏｕｔ（≦１００％）に圧縮される。
最後に、増幅部６０により、Ｄレンジが、Ｐｏｕｔから１００％に拡大される。
ここで、図１４の画素Ｐｏが含まれる点線内の画像領域において、各画素における周辺平均輝度信号は（ほぼ）同一であるので、この明るい画像領域内の全画素の画素値は、（Ｙｉｎ（Ｐｏ）を含め）同一のゲイン（「１」以上）により増幅される。このため、変換後の画像における画素Ｐｏの周辺平均輝度信号Ｙａｖｅ（Ｐｏ）もまた、同じ比率で変化する。したがって、画素Ｐｏの明るさ対比量（Ｙｉｎ（Ｐｏ）／Ｙａｖｅ（Ｐｏ））は、増幅前後で変化しない。これにより、画素Ｐｏにおける局所的なコントラストが維持される（Ｄレンジ拡大された場合であってもコントラストが過剰に強調されることがない）。

ちなみに、Ｄレンジ圧縮装置１０００における増幅部４０による増幅処理では、同じ点線内の画像領域において、Ｙｉｎ≧Ｋｐの画素のみ増幅されるので、画素Ｐｏにおける明るさ対比量（Ｙｉｎ（Ｐｏ）／Ｙａｖｅ（Ｐｏ））が増加する。つまり、Ｄレンジ圧縮装置１０００で処理した場合、Ｄレンジ圧縮装置２０００により処理した場合よりコントラストが過剰に強調される場合がある。
以上により、Ｄレンジ圧縮装置２０００では、入力Ｄレンジが、コントラスト低下なく、１００％（出力フルレンジ）に圧縮される。

［第３実施形態］
本発明の第２実施形態に係るＤレンジ圧縮装置２０００では、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに対してはプレ圧縮処理を行わない構成となっているが、本発明の第３実施形態に係るＤレンジ圧縮装置３０００では、空間処理部１０１の入力信号にプレ圧縮処理を行うことで、視覚処理部１０２における２次元ＬＵＴの２つの入力信号のＤレンジを揃え、２次元ＬＵＴのルックアップテーブルデータを正方行列にできるようにしている。本実施形態について、図１３を用いて説明する。

図１３は、本発明の第３実施形態におけるＤレンジ圧縮装置３０００の構成を示すブロック図である。
図１３において、本発明の第３実施形態に係るＤレンジ圧縮装置３０００は、第２実施形態に係るＤレンジ圧縮装置２０００において、空間処理部１０１の前段にプレ圧縮部３０をさらに追加した構成となっている。それ以外については、第２実施形態に係るＤレンジ圧縮装置２０００と同様であるので、詳細な説明を省略する。

プレ圧縮部３０は、実施形態１におけるプレ圧縮部３０と同様の入出力特性を有する。
プレ圧縮部５０では、図１２（ａ）に示すように、プレ圧縮部３０におけるニーポイントＫｐを周辺平均輝度信号Ｙａｖｅに応じて変化させることで、プレ圧縮部５０の入出力特性（Ｙｉｎ−Ｙｉｎ’入出力特性）を実現させる構成とすることが好ましい。例えば、変化させたニーポイントＫｐ’を、
Ｋｐ’＝Ｋｐ＊（２−Ｙａｖｅ）／（２−Ｋｐ）
とすることにより、プレ圧縮部５０での処理を実現させるようにすることが好ましい。

増幅部６０は、実施形態２における増幅部６０と同様の入出力特性を有する。
これにより、本発明の第３実施形態に係るＤレンジ圧縮装置３０００では、空間処理部１０１の入力信号Ｙａｖｅｉｎにプレ圧縮処理を行うことで、視覚処理部の２次元ＬＵＴの２つの入力信号のＤレンジを揃えることができる。その結果、２次元ＬＵＴのルックアップテーブルデータを正方行列とすることができる。これにより、Ｄレンジ圧縮装置をハードウェアで実現する場合、回路規模を削減することができる。

［第４実施形態］
第１〜３実施形態に係るＤレンジ圧縮装置１０００〜３０００における視覚処理部１０２では、変換後の「輝度」を出力する構成（以下、「輝度型」という。）にしたが、第４実施形態に係るＤレンジ圧縮装置４０００では、視覚処理部を、入力輝度に対する「ゲイン」を出力する構成（以下、「ゲイン型」という。）にする。

ゲイン型構成の利点を、図１６を用いて説明する。視覚処理部１０２（２Ｄ−ＬＵＴ）に格納された階調変換特性は、通常、事前に様々な画質チューニングを行うので、図１６（１）に示すように非線形の特性となる。この際、特に、暗部（例えば、図１６においてＡで示した領域。以下、図１６においてＡで示した領域を「暗部Ａ」という。）の微調整が画質にとって非常に重要となることが多く、出力画像信号（出力輝度信号）Ｙｏｕｔのビット精度が少ない場合、暗部Ａの階調表現能力が著しく低下してしまう。

一方、図１６（２）に示したゲイン型ＬＵＴでは、図１６（１）に示す暗部Ａと同等の特性を実現する場合、図１６（２）に示す特性となる。すなわち、図１６に示すように、曲線ＣＡ１が曲線ＣＧ１に、曲線ＣＡ２が曲線ＣＧ２に、曲線ＣＡ１が曲線ＣＧ３に、それぞれ、対応しており、図１６（１）および（２）に示した特性により、同等の階調変換が実現される。なお、図１６（１）および（２）に示した特性曲線は、説明便宜のために、概略的に示したものであり、厳密なものではない。また、図１６（１）および（２）に示した特性曲線に限定されないことは言うまでもない。

図１６に示す特性から分かるように、例えば、図１６（２）の暗部Ｂ（図１６（１）の暗部Ａに対応する領域）における入力輝度信号の変化量に対する出力ゲイン信号の変化量が、図１６（１）の暗部Ａにおける入力輝度信号の変化量に対する出力輝度信号の変化量より大きい。このため、ゲイン型ＬＵＴでは、暗部に多くのビットを割り当てることができ、これにより、ゲイン型ＬＵＴを用いるＤレンジ圧縮装置により取得される画像（映像）において、暗部の階調表現能力を向上させることができる。

本実施形態について、図１７を用いて説明する。
図１７は、第４実施形態におけるＤレンジ圧縮装置４０００の構成を示すブロック図である。
図１７に示すように、第４実施形態に係るＤレンジ圧縮装置４０００は、第１実施形態に係るＤレンジ圧縮装置１０００において、視覚処理部１０２を視覚処理部１０３（ゲイン型）に、増幅部４０を増幅部６０に、それぞれ、置換し、さらに、乗算部９０を備える。これらの点において、本実施形態のＤレンジ圧縮装置４０００は、第１実施形態のＤレンジ圧縮装置１０００と異なる。それ以外については、第１および第２実施形態に係るＤレンジ圧縮装置１０００、２０００と同様である。また、前述の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

視覚処理部１０３は、例えば、前述した、図１６（２）のようなゲイン型２次元ＬＵＴにより構成される。このゲイン型２次元ＬＵＴは、図１６（１）の輝度型２次元ＬＵＴと同特性になるように、等価変換して作成するとよい。
視覚処理部１０３（ゲイン型）は、ゲイン型２次元ＬＵＴを有し、プレ圧縮部３０から出力される画像信号Ｙｉｎ’および空間処理部１０１から出力される周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを入力とする。視覚処理部１０３は、例えば、図１６（２）に示すような（入力輝度信号Ｙｉｎ）−（ゲインＹｇａｉｎ）入出力特性（ゲイン型階調変換特性）により、入力輝度信号Ｙｉｎおよび周辺平均輝度信号Ｙａｖｅから、ゲインＹｇａｉｎを取得する。そして、視覚処理部１０３は、取得したゲインＹｇａｉｎを増幅部６０に出力する。

なお、視覚処理部１０３（ゲイン型）で用いられるゲイン型２次元ＬＵＴは、例えば、前述の実施形態の視覚処理部１０２における２次元ＬＵＴ（輝度型）と同様の特性を実現させるものである。すなわち、この場合、視覚処理部１０３（ゲイン型）で用いられるゲイン型２次元ＬＵＴにより取得されるゲインＹｇａｉｎは、下式に示すように、ゲインＹｇａｉｎを画像信号Ｙｉｎ’に乗じることで、出力画像信号Ｙｏｕｔを導出することができるゲインである。

（出力画像信号Ｙｏｕｔ）＝（画像信号Ｙｉｎ’）＊（ゲインＹｇａｉｎ）
増幅部６０は、第２実施形態に係るＤレンジ圧縮装置２０００における増幅部６０と同一の機能部である。増幅部６０は、視覚処理部１０３から出力されるゲインＹｇａｉｎと、空間処理部１０１から出力される周辺平均輝度信号Ｙａｖｅと、ピーク検出部２０から出力されるピーク値Ｐｉｎと、を入力とする。増幅部６０は、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅおよびピーク値Ｐｉｎに基づいて、ゲインＹｇａｉｎからゲインＹｇａｉｎ’を取得し、取得したゲインＹｇａｉｎ’（ゲインＹｇａｉｎをさらに増幅させたゲインＹｇａｉｎ'）を乗算部９０に出力する。

乗算部９０は、画像信号Ｙｉｎおよび増幅部６０から出力されるゲインＹｇａｉｎ’を入力とし、増幅部６０により増幅されたゲインＹｇａｉｎ'を画像信号Ｙｉｎに乗算することで、出力画像信号Ｙｏｕｔを取得する。そして、乗算部９０は、取得した出力画像信号Ｙｏｕｔを出力する。
以上のように、本実施形態に係るＤレンジ圧縮装置４０００では、空間処理部をゲイン型に変更することで、特に、Ｄレンジ圧縮装置４０００で取得される画像（映像）の暗部の階調表現能力を向上させることができる。

［他の実施形態］
上記実施形態のＤレンジ圧縮装置において、視覚処理部１０２の２次元ＬＵＴは固定のものであるとして説明した。しかし、これに限定されることはなく、視覚処理部１０２の２次元ＬＵＴデータを入れ替えることができるようにし、２次元ＬＵＴデータを入れ替えることで、視覚処理部１０２に入力される画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジが変更された場合にも対応させるようにしてもよい。具体的な構成について、Ｄレンジ圧縮装置２０００の構成を変更する場合について説明する。なお、Ｄレンジ圧縮装置１０００および３０００の場合も同様に構成を変更することができる。

図１５に示すように、Ｄレンジ圧縮装置２０００Ａは、Ｄレンジ圧縮装置２０００にＬＵＴデータ登録部７０をさらに追加した構成を有している。
ＬＵＴデータ登録部７０は、Ｄレンジ圧縮装置２０００Ａの外部にあるＲＯＭ８０からの２次元ＬＵＴデータを入力とし、ＲＯＭ８０から入力された２次元ＬＵＴデータを視覚処理部１０２の２次元ＬＵＴに登録する。

ＲＯＭ８０は、複数の種類の２次元ＬＵＴデータを記憶しており、ＬＵＴデータ登録部７０に複数の種類の２次元データのうちから任意の１つの２次元ＬＵＴデータを出力する。例えば、ＲＯＭ８０には、画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジが２００％、３００％、４００％、５００％、・・・である場合の２次元ＬＵＴデータが記憶されており、ＬＵＴデータ登録部７０を介して、画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジに応じた２次元ＬＵＴデータが、視覚処理部１０２に登録される。

このようにして、Ｄレンジ圧縮装置２０００Ａでは、画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジに応じた２次元ＬＵＴデータを視覚処理部１０２に登録することができるので、画像信号Ｙｉｎ’のＤレンジが変更された場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏するＤレンジ圧縮装置を簡単に実現させることができる。
また、上記実施形態で説明した視覚処理装置１０の視覚処理部１０２は、２次元ＬＵＴにより処理を実現するものであったが、これに限定されることはなく、例えば、演算等により視覚処理部１０２の処理を実現させるようにしてもよい。また、視覚処理部１０２において、代表的な階調変換曲線（例えば、１０本の階調変換曲線）の２次元ＬＵＴデータのみを保持しておき、補間処理により、代表的な階調変換曲線の間の階調変換曲線（必要な階調変換曲線の数が２５６本である場合、例えば、２４６本（＝２５６−１０）の階調変換曲線）に相当するデータを求めるようにしてもよい。この場合、視覚処理部１０２で保持される２次元ＬＵＴデータ量を削減することができる。

また、上記実施形態において、Ｄレンジ圧縮装置１０００では、プレ圧縮部３０および増幅部４０を用いた構成として説明し、Ｄレンジ圧縮装置２０００では、プレ圧縮部５０および増幅部６０を用いて構成として説明したが、これに限定されることはなく、プレ圧縮部および増幅部の組合せを変更した構成とすることもできる。例えば、Ｄレンジ圧縮装置をプレ圧縮部３０と増幅部６０とを用いた構成としてもよい。なお、Ｄレンジ圧縮装置において、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを算出するのに時間がかかるので、Ｄレンジ圧縮装置のプレ圧縮部を、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを用いないプレ圧縮部３０とし、増幅部を、周辺平均輝度信号Ｙａｖｅを用いる増幅部６０とすることで、第２実施形態で説明した本発明の効果をある程度維持しながら、処理遅延時間のないＤレンジ圧縮装置を実現させることができる。

また、上記実施形態で説明したＤレンジ圧縮装置において、各ブロックは、ＬＳＩなどの半導体装置により個別に１チップ化されてもよいし、一部または全部を含むように１チップ化されてもよい。
なお、ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサーで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。

また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアにより実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現してもよい。なお、上記実施形態に係る撮像装置をハードウェアにより実現する場合、各処理を行うためのタイミング調整を行う必要があるのは言うまでもない。上記実施形態においては、説明便宜のために、実際のハードウェア設計で生じる各種信号のタイミング調整の詳細については省略している。
なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。

本発明に係るダイナミックレンジ圧縮装置、ダイナミックレンジ圧縮方法、プログラム、集積回路および撮像装置によれば、可変のダイナミックレンジの画像信号が入力される場合であっても、入力ピーク値が出力フルレンジに圧縮されるよう、動的に圧縮することができるので、映像・画像処理装置関連分野において有用であり、当該分野において実施することができる。

１０００、２０００、２０００Ａ、３０００、４０００ Ｄレンジ圧縮装置
１０ 視覚処理装置
１０１ 空間処理部
１０２、１０３ 視覚処理部
２０ ピーク検出部
３０、５０ プレ圧縮部
４０、６０ 増幅部
７０ ＬＵＴデータ登録部
９０ 乗算部

Claims (24)

1. 可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号が入力されるＤレンジ圧縮装置であって、
   前記画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する空間処理部と、
   前記画像信号を前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う視覚処理部と、
   前記画像信号が形成する画像内のピーク値を検出するピーク検出部と、
   前記視覚処理部から出力される画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、前記視覚処理部から出力される画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジとなるように、前記ピーク値に連動した動的増幅処理を行う増幅部と、
   前記画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される圧縮用入出力変換特性により変換することで、前記画像信号のＤレンジが前記視覚処理部の最大入力Ｄレンジ以下となるように、前記ピーク値に連動した動的圧縮処理を行うプレ圧縮部と、
   を備え、
   前記視覚処理部は、前記プレ圧縮部から出力される前記画像信号を、前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記プレ圧縮部から出力される前記画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う、
   Ｄレンジ圧縮装置。
2. 画像フォーマットで決められている最大値を「１００％」とした場合、前記所定の出力Ｄレンジは、９０％〜１００％程度である、
   請求項１に記載のＤレンジ圧縮装置。
3. 前記増幅部は、前記周辺平均輝度信号をさらに用いて、前記ピーク値に連動した前記動的増幅処理を行う、
   請求項１または２に記載のＤレンジ圧縮装置。
4. 前記プレ圧縮部は、前記周辺平均輝度信号をさらに用いて、前記ピーク値に連動した前記動的圧縮処理を行う、
   請求項１または３に記載のＤレンジ圧縮装置。
5. 前記増幅部は、前記ピーク値が小さいほど、大きい値を出力する前記増幅用入出力変換特性により前記動的増幅処理を行う、
   請求項３に記載のＤレンジ圧縮装置。
6. 前記増幅部は、前記周辺平均輝度信号が大きいほど、大きい値を出力する前記増幅用入出力変換特性により前記動的増幅処理を行う、
   請求項３または５に記載のＤレンジ圧縮装置。
7. 前記増幅部は、前記増幅用入出力変換特性を、前記ピーク値および前記周辺平均輝度信号から算出した折れ線特性のゲインを乗算することで実現する、
   請求項５または６に記載のＤレンジ圧縮装置。
8. 前記増幅部は、前記増幅用入出力変換特性を折れ線特性で実現する、
   請求項５または６に記載のＤレンジ圧縮装置。
9. 前記周辺平均輝度信号をＹａｖｅとし、前記ピーク値をＰｉｎとし、前記ピーク値Ｐｉｎに対する視覚処理部の出力値をＰｏｕｔとし、ニーポイントの値をＫｐとし、前記増幅部に入力される前記画像信号をＹｏｕｔとし、前記増幅部から出力される前記画像信号をＹｏｕｔ’とし、前記画像フォーマットで決められている最白点を「１００％」を「１」と表現する場合において、
   前記増幅部は、
   ｋ４（Ｐｏｕｔ）＝（１／Ｐｏｕｔ−１）／（Ｐｏｕｔ−Ｋｐ）
   ｇ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝ｋ４（Ｐｏｕｔ）＊ｍａｘ（Ｙａｖｅ−Ｋｐ，０）＋１
   Ｙｏｕｔ’＝ｇ２（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＊Ｙｏｕｔ
   により前記増幅部から出力される前記画像信号Ｙｏｕｔ’を求めることで、前記動的増幅処理を行う、
   請求項３に記載のＤレンジ圧縮装置。
10. 前記プレ圧縮部は、前記ピーク値が大きいほど、小さい値を出力する前記圧縮用入出力変換特性により前記動的圧縮処理を行う、
    請求項４に記載のＤレンジ圧縮装置。
11. 前記プレ圧縮部は、前記周辺平均輝度信号が大きいほど、小さい値を出力する前記圧縮用入出力変換特性により前記動的圧縮処理を行う、
    請求項４または１０に記載のＤレンジ圧縮装置。
12. 前記プレ圧縮部は、前記圧縮用入出力特性を、前記ピーク値および前記周辺平均輝度信号から算出した折れ線特性のゲインを乗算することで実現する、
    請求項１０または１１に記載のＤレンジ圧縮装置。
13. 前記プレ圧縮部は、前記圧縮用入出力特性を折れ線特性で実現する、
    請求項１０または１１に記載のＤレンジ圧縮装置。
14. 前記周辺平均輝度信号をＹａｖｅとし、前記ピーク値をＰｉｎとし、ニーポイントの値をＫｐとし、前記プレ圧縮部に入力される前記画像信号をＹｉｎとし、前記プレ圧縮部から出力される前記画像信号をＹｉｎ’とし、前記画像フォーマットで決められている前記最白点を「１００％」を「１」と表現する場合において、
    前記プレ圧縮部は、
    ｋ３（Ｐｉｎ）＝（２／Ｐｉｎ−１）／（Ｐｉｎ−Ｋｐ）
    ｇ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＝ｋ３（Ｐｉｎ）＊ｍａｘ（Ｙａｖｅ−Ｋｐ，０）＋１
    Ｙｉｎ’＝ｇ１（Ｙａｖｅ，Ｐｉｎ）＊Ｙｉｎ
    により前記プレ圧縮部から出力される前記画像信号Ｙｉｎ’を求めることで、前記動的圧縮処理を行う、
    請求項４に記載のＤレンジ圧縮装置。
15. 前記視覚処理部は、前記周辺平均輝度信号が大きいほど、小さい値を出力する、
    請求項１から１４のいずれかに記載のＤレンジ圧縮装置。
16. 前記視覚処理部は、前記階調変換特性を実現する２次元ＬＵＴを有し、前記２次元ＬＵＴにより前記Ｄレンジ圧縮処理を行う、
    請求項１から１５のいずれかに記載のＤレンジ圧縮装置。
17. 前記視覚処理部の前記２次元ＬＵＴのデータを登録するＬＵＴデータ登録部をさらに備える、
    請求項１６に記載のＤレンジ圧縮装置。
18. 前記空間処理部は、前記プレ圧縮部から出力される信号から前記周辺平均輝度信号を算出する、
    請求項１から１７のいずれかに記載のＤレンジ圧縮装置。
19. 前記画像信号にゲインを乗算するゲイン乗算部をさらに備え、
    前記視覚処理部は、前記画像信号を前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行うためのゲインである第１ゲインを出力し、
    前記増幅部は、前記第１ゲインをさらに増幅させた第２ゲインを出力し、
    前記ゲイン乗算部は、前記画像信号に前記第２ゲインを乗算する、
    請求項１からの１８いずれかに記載のＤレンジ圧縮装置。
20. 前記視覚処理部は、前記画像信号および前記周辺平均輝度信号を入力とする２次元のルックアップテーブルにより構成される、
    請求項１から１９のいずれかに記載のＤレンジ圧縮装置。
21. 可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号を入力とするＤレンジ圧縮方法であって、
    前記画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する空間処理ステップと、
    前記画像信号を前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う視覚処理ステップと、
    前記画像信号が形成する画像内のピーク値を検出するピーク検出ステップと、
    前記視覚処理ステップから出力される画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、前記視覚処理ステップから出力される画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジとなるように、前記ピーク値に連動した動的増幅処理を行う増幅ステップと、
    前記画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される圧縮用入出力変換特性により変換することで、前記画像信号のＤレンジが前記視覚処理ステップの最大入力Ｄレンジ以下となるように、前記ピーク値に連動した動的圧縮処理を行うプレ圧縮ステップと、
    を備え、
    前記視覚処理ステップにおいては、前記プレ圧縮ステップにより出力される前記画像信号を、前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記プレ圧縮ステップにより出力される前記画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う、
    Ｄレンジ圧縮方法。
22. 可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号を入力とするＤレンジ圧縮処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    コンピュータに、
    前記画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する空間処理ステップと、
    前記画像信号を前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う視覚処理ステップと、
    前記画像信号が形成する画像内のピーク値を検出するピーク検出ステップと、
    前記視覚処理ステップから出力される画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、前記視覚処理ステップから出力される画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジとなるように、前記ピーク値に連動した動的増幅処理を行う増幅ステップと、
    前記画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される圧縮用入出力変換特性により変換することで、前記画像信号のＤレンジが前記視覚処理ステップの最大入力Ｄレンジ以下となるように、前記ピーク値に連動した動的圧縮処理を行うプレ圧縮ステップと、
    を実行させ、
    前記視覚処理ステップにおいては、前記プレ圧縮ステップにより出力される前記画像信号を、前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記プレ圧縮ステップにより出力される前記画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う、
    プログラム。
23. 可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号が入力されるＤレンジ圧縮装置に用いられる集積回路であって、
    前記画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する空間処理部と、
    前記画像信号を前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う視覚処理部と、
    前記画像信号が形成する画像内のピーク値を検出するピーク検出部と、
    前記視覚処理部から出力される画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、前記視覚処理部から出力される画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジとなるように、前記ピーク値に連動した動的増幅処理を行う増幅部と、
    前記画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される圧縮用入出力変換特性により変換することで、前記画像信号のＤレンジが前記視覚処理部の最大入力Ｄレンジ以下となるように、前記ピーク値に連動した動的圧縮処理を行うプレ圧縮部と、
    を備え、
    前記視覚処理部は、前記プレ圧縮部から出力される前記画像信号を、前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記プレ圧縮部から出力される前記画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う、
    集積回路。
24. 可変のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）の画像信号が入力されるＤレンジ圧縮装置を備える撮像装置であって、
    前記画像信号に対して周辺平均輝度信号を算出する空間処理部と、
    前記画像信号を前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記画像信号のＤレンジが所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う視覚処理部と、
    前記画像信号が形成する画像内のピーク値を検出するピーク検出部と、
    前記視覚処理部から出力される画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される増幅用入出力変換特性により変換することで、前記視覚処理部から出力される画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジとなるように、前記ピーク値に連動した動的増幅処理を行う増幅部と、
    前記画像信号を前記ピーク値に基づいて決定される圧縮用入出力変換特性により変換することで、前記画像信号のＤレンジが前記視覚処理部の最大入力Ｄレンジ以下となるように、前記ピーク値に連動した動的圧縮処理を行うプレ圧縮部と、
    を備え、
    前記視覚処理部は、前記プレ圧縮部から出力される前記画像信号を、前記周辺平均輝度信号に応じて決定される階調変換特性により変換することにより、前記プレ圧縮部から出力される前記画像信号のＤレンジが前記所定の出力Ｄレンジ以下となるようにＤレンジ圧縮処理を行う、
    撮像装置。
    

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