JPS58186291A - カラ−ビデオ信号の階調変換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、カラービデオ信号のコントラストの改善な
どに適用されるカラービデオ信号の階調変換方法に関す
る。

この発明は、入力ビデオ信号の振幅分布を用いてコント
ラストを自動的に良好とするものである。

一般的なコントラストの補正について第１図を参照して
説明する。

第１図Ａは、被写体の明るさＬ＝（ａ、＋ｍ、邸ωｔ）
を示し、この被写体がビデオカメラで撮影されることに
よって第１図Ｂに示す撮像出力（ｘ　＝２十四郭ωｔ）
が発生する。これは、ビデオカメラが第１図Ｃに示す特
性の平均値方式の自動絞シ装置を有しているからである
。この撮像出力は、コントラスト不足のものであるため
、第１図りに示す階調変換関数（ｙ　＝ｆ（ｘ）　）に
よって、交流成分がレベル調整され、第１図Ｅに示すよ
うな変換後のビデオ信号が得られる。

このように、撮影場所にもや、フレアーがあって黒が浮
いている場合（コントラスト不足）を自動的に補正する
ことができる。また、家庭の照明下で影の部分が多い（
黒が沈む）場合又は逆光で被写体が影にガる（コントラ
スト過剰）の場合又は、第１図Ｆに示す階調変換関数が
用いられる。

第二図は撮像信号の振幅の度数分布（以下、単に振幅分
布という）から階調変換を説軒する本ので、同図におい
て、φ１（ｘ）　（１＝ｏ、　　１．２　）は撮像信号
の振幅分布を示す。第コ図Ａに示す平坦な振幅分布φ。

（Ｘ）を仮に適正照明時のものとすると、第λ図Ｂに示
す振幅分布φＩ（ｘ）がコントラスト不足の場合のもの
で、第二図Ｃに示す振幅分布φ２（ｘ）がコントラスト
過剰の場合のものである。

階調補正の目標値（適正照明下の振幅分布＾（Ｘ）に求
め、第Ω図Ｆ及び同図ＧＫ示すように、　＊ｌｌ補正後
の振幅分布をｆ　（ｚ）、　ｈ　（ＩＣ）とするとき、
（？−央＝φ０）となる第２図り及び同図Ｅに示す変換
関数７ｘ（ｘ）及び、／”ｚ（ｘ）が求める最適なもの
である。

上述のように、撮像出力の振幅分布をコシトラストが適
正なときの目標とする振幅分布に変換しようとする場合
の変換を簡単に行なうために、撮像信号の振幅分布を平
坦分布に一度変−換し、この平坦分布を目標とする振幅
分布に変換することが考えられる。この平坦分布への変
換について説明する。

撮像信号の振幅軸を（０≦工≦／）とし、変換後の振幅
軸ｙも同一範囲内におさめるものとする。

また、撮像信号の振幅分布をφ（Ｘ）、変換後のものを
ψ（ｙ）、目標値をψｄ（ｙ）とする。ψ（ｙ）−ψｄ
（ｙ）となるために必要な変換関数をｙ＝ｆ（ｘ）とす
るとφ（１）ｄｘ＝ψｄ（ｙ）ａｙ　　　　　　　　　
　・・曲（１）但し く１）式から、一般的に階調変換関数ｆ（ｘ）を求める
ことは困難であるが、ψｄ（ｙ）　−／の場合には容易
である。つまシ Ｙ＝ｆ（Ｘ）−ｆφ（ｘ）＋ｄｘ　　　　　　　　　−
−（３）これをヒストグラムイコライゼーションと呼ぶ
ことにする。第３図Ａ及び同図Ｂに夫々示す振幅分布φ
（Ｘ）は、同図Ｃ及び同図りに夫々示す階調変換関数に
よって平坦分布に変換されるととＫなる。

次に、第グ図Ａに示す平坦分布の振幅分布φ（χ）を第
弘図ＢＫ示す振幅分布ψｄ（ｙ）Ｋ変換することを考え
る。ここで、ψｄ（ｙ）は１次式で表わされるように、
角形で近似されたものである。

ψｄ（ｙ）　＝　ａｔ　　　ｙｉ≦ｙ≦ｙｉ＋１　（１
；Ｑ、　１．　”−”　ｍ　）ただし−　　　　　　　
　　　　　　　・凹曲（４）Ｔ！ｊｄｘ　（ｙ　ｉ＋１
　　ｙ工）−／　　　　　　　　　　・凹曲（５）ｌ寓
Ｏ また１φ（ｘ　）ｄｘ　＝　ｄ　＋　Ｎｄｙ　　　　　
　　　　　川−（６）したがって、ｄｙ　＝　ｄｉ−’
　・φ（１）−ｄ（１）　　　−・・−・−（７）この
とき階調変換関数ｆ（Ｘ）＃′ｉ、第グ図Ｃに示され、
次式で示すものとなる。

ｆ（ｘ）　＝　ｄｉ−Ｊ”φ（ｘ）ｄｘ　＋　ｙｌ　　
ｙｉ≦ｙ≦ｙ＋＋、・・・・・・・・・（８） テレビカメラの場合には、複雑な階調補正は必要でなく
、上述りように目標の振幅分布ψｄ　（ｙ）を粗い等間
隔の角形に近似しても実用上充分である。

更に、撮像信号の振幅分布φ（１）も同様に角形に近似
しても良い。

このようにして撮像宥号の振幅分布及び目標の振幅分布
を角形に近似し、前述のヒストグラムイコライゼーショ
ンを用いることによシ、実用的な階調変換関数の導出法
を求めることができる。

（ψｄ＝／）の場合の変換関数の導出について説明する
。まず、撮像信号の振幅分布φ（Ｘ）を次のように近似
する。但１．、ｈｔは等間隔ヒストグラムの度数である
。

φ（Ｘ）±ｂｉ　　　ｘＩＷｘ≦ｘｔ＋＋　　　　　−
−−（９）等区間の角形近似とすれば 但し１ｍはヒストグラムの階級数であＪｙ、ｈｉは、（
１４）式を満足する。

次に、ψｄ（ｙ）に多少の白山度（ψｄ　（ｙ）キ／）
を与えるだめの工夫について説明する。このとき、ＢＸ
）？、直接求めるのは５面倒であるから、次の３個のス
テップに分解する。

（１）前述のように、撮像出力φ（Ｘ）を第５図Ａに示
すように角形近似し、これを平坦分布とするだめの第Ｓ
図Ｂに示す変換関数／Ｅ　（Ｘ　）を（１３）式によっ
て求める。

（２）　　φ（ｕ）＝／　の振幅分布を第Ｓ図Ｃに示す
ような角形近似された目標の振幅分布ψｄ　（ｙ）にｆ
換するだめの第Ｓ図りに示す変換関数ｆ９（ｕ）を予め
求めておく。

（３）撮像出力φ（Ｘ）をψｄ（ｙ）に変換するための
変換関数Ｊ（１）は ｙ　＝　、／’（ｘ）　＝　ｆＤ（ｕ）　＝　ｆＤ（／
、（ｘ）　）　・−−（１５）第Ｓ図Ｂ及び第Ｓ図りに
示す関数の積であるＪ’（Ｘ）は、第５図Ｅに示すもの
となる。

なお、ｆＤ（ｘ）は、（７）式にφ（ｘ）＝／を代入す
るか、（１）式にもどってφ（ｘ）＝／を代入すること
で求められる。俵者の場合、ｙからＸへの変換式なら容
島に求められ Ｕ＝旦ψｄ（ｙ）ｄｙ　　　　　　・・・・・・・・・
・・・（１６）となる。（１６）式は、ψｄ（ｙ）が与
えられた関数であることから予め計算して、データチー
ゾル化しておくことができる。

上述の階調変換方法は、色再現ノ殊に係る考慮がなされ
ていない問題点がおる。この発明は１色再現上の次の必
要条件を満たす階調変換方法の実現を目的とするもので
ある。　′ 第１の必要条件は、階調変換によって原色、補色軸の色
相は変化しないことである。

第コの必要条件は、同一色相、同一飽和度で輝度だけが
異なる被写体間（色付きのグレースケールのようなもの
）では、階調変換後も同一色相。

同一飽和度となることである。

第１の必要条件に対しては、撮像出力のＲ（赤）。

Ｏ（緑）、Ｂ（ｆ）の各色信号に同一の階調補正を施こ
す。

第コの必要条件は、階調変換関数ｆ（Ｘ）としてＪ・＜
Ｘ＞−エγ　　　　　　・・・・・・・・・（１７）を
用いることで満足される。この点について説明すると、
任意の色の３原色成分を夫々下記に示すように赤の成分
に対する比率で表わす。

との各色信号がｆ（ｘ）　−Ｘγの階調変換関数で変換
されると となる。また、上述と輝度だけが異なる色を１川様に階
調変換すると となる。この（１９）　すび（２１）式から明かなよう
に、ｋに関係なく、３原色信号の比率は同一であり、つ
まり、同一色相であシ、また、飽和１ＩＬ（ロ）（但し
、　ＣＩは色信号レベルの絶対値）も同一となる。

折れ線近似の変換関数を色再現上の必要条件である（１
７拭で近似することを考える。（１７拭で折れ線を近似
するには、折れ線の継ぎ目は７点に制限される。言い換
えれば、撮像信号の振幅分布φ（１）を角形近似する場
合、−階級となる。第６図Ａは、１階級に分けて振幅分
布φ（ｘ）を角型近似したものを示し、これに対して、
同図Ｂに示すように不勢間隔の一階級の角形近似がなさ
れる。そして、第６図Ｃにおいて破−線で示す（ｌγ）
の変換関数が折れ線近似される。この第６図Ｃは、変換
関数の一例であって、γの値を変えることによって第６
図りに示すような変換関数を得ることもできる。また、
コ階級に分けたときの階級端ＸＩは、任意である。

第７図は、この発明による階調変換を行なうときの基本
的な構成の一例を示す一一第７図において、１が入力端
子、２が出力端子、３がデータ変換回路を示す。このデ
ータ変換回路３は、コントラスト補正のための上述の変
換関数（Ｘγ）のデータ変換テーブル４とカラー受像管
の非直線性を補正する本来のがンマ補正のための変換関
数（ｙｒＧ）　（一般にｒｏ　＝　０．　ＩＩＬ５　）
のデータ変換デーゾル５とを含んでおり、出力信号Ｖが
得られる。

一階級に分ける場合、等間隔に分けるとすると、出力信
号の所定数のサンゾルのうちで最上位ビットがθのサン
プル（第１階級値）がカウンタ６によって計数され、こ
の計数値ｈｏが検出制御回路Ｉに供給される。この検出
制御回路７には、目標となる振幅分布の第１階級値と対
応する所定値ｄＯが端子８から供給され、　ｈｏとｄｏ
との比較が行なわれる。この両者が一致するように、デ
ータ変換テーブル４のγの値が徐々に変えられる。この
ような負帰還制御系により、（ｈｏ＝ｄｏ）に収束させ
ることができる。

なお、オープンルーゾの構成とし、入力撮像信号からｈ
Ｏの値を検出するようにしても良い。また、デ　タ変換
テーブル４及び５は、別個のものでなく、両者を合成し
たデータ変換テーブルを用いるようにしても良い。

第５図は、この発明による階調変換が適用されたカラー
撮像装置の一実施例の構成を示す。

第５図において、９．１０．１１は撮像素子としてのＣ
ＣＤを示し、とのＣＣＤ９．１０．１１に対してアイリ
ス１２を介された撮像光が入射し、色分解フィルタ（図
示−せず）によって赤、縁、青の色信号が発生する。こ
のアイリス１２は、アイリスドライブ装置１３によって
可変される構成とされ、所鎮オートアイリス動作が行な
われる。

Ｃ０Ｄ９．１０．　１１から発生する色信号がノリ７ン
ノｌ　４，１５．１６を介してＡ１０コンバータ１７．
１８．１９に供給され、ディジタル化され、アＰレスセ
レクタ２０，２１．２２に供給される。

アドレスバス３１からのアドレスもアＰレスセレクタ２
０，２１．２２に供給されており、選択されたアドレス
がＲＡＭ２３，２４．２５に供給される。また、２６．
２７．２８がデータセレクタを示し、書込み動作の場合
には、データバス３０からのデータ変換デープルをＲＡ
Ｍ２３，２４．２５に供給し、続出し動作の場合には、
ＲＡＭ　２３．２４゜２５からのデータを出力として取
郵出すようにされている。

このＲＡＭ２３，２４．２５は共通のメモリーコントロ
ール回路２９によってその書込動作及び読出動作が制御
される。アげレスセレクタ２０，２１゜２２及びデータ
セレクタ２６．２７．２８も、コントロール回路２９に
よって制御、される。

データバス３０及びアドレスバス３１に関連してＣＰＵ
　３２．　ｌ（ＯＭ　３３　、　ＲＡＭ　３４からなる
マイクロコンピュータが設けられている。ＲＯＭ　３３
には、コントラスト補正のプログラムと共に、複数個の
データ変換テーブルを発生するだめのデータが記憶され
ている。

この一実施例では、　　（ｆ（ｘ）　−ｘ’　）の変換
関数を用いて階Ｘ変換を行なうと共に、ｒの値が異なる
複数種類の変換関数を必要とする。この変換関数の全て
をメモリー記憶しておくと、メモリーの秤量が多くなる
ので、これを少なくするため、次のような演算処理を用
いている。まず、　ｆ（Ｘ）とｇ（ｘ）との間でｎ通り
の変換関数を発生させるものとし。

■＋ｃｎ、ａ　３３には１．７’（Ｘ）と（Ｊ’（ｘ）
　−ｇ（ｘ）　）とを格納しておく。そして、ｆ（１）
及びｇ（ｘ）の中間の関数ｙ、は ｙエ　−　ｙよ−ｓ　　＋　　　　　４　　　ｇｂ）　
　−ｆ（χ）　　ト　　　　　　・・・・・・・・・（
２２）の差分方程式を用い、ｌを／づつ増減することで
目標の変換関数を得ることができる。この（２２）式の
演算は、ｃｐｕ　３２によってなされる。

そして、データセレクタ２６，２７．２８１７）夫夫か
ら現れる色データの最上位ビットＭＳＢの所定サンプル
数におけるＯの数がカウンタ３５，３６゜３Ｔによって
計数される。この計数値ｈｏｒ、ｂ。ｇ。

ｈｏｂが４回路３８を介してデータバス３ｏに供給され
る。この計数値を用いてＣＰＵ　３２が演算及び判断を
行なう。また、データ取出回路３９が設けられており、
各色のデータがデータバス３ｏに供給され、ＣＰＵ３２
において５例えば各色のデータの平均値が演出され、こ
れが所定値となるようにアイリス１２が制御される。こ
のオートアイリスコントロールのためのコントロールデ
ータが４回路４０を介して４コ／バータ４１に供給され
、アナログ信号とされてアイリスドライブ回路１３に供
給される。

上述のこの発明の一実施例の動作を第９図のフローを参
照して説明する。

まず、アイリスコントロールが適正かどうかがチェック
され、これが適正な場合に、コントラスト補正がなされ
る。コントラスト補正を行なうときには、各色のデータ
の所定サンプル数のうちで、θのＭＳＢの個数がカウン
タ３５，３６，３７によって計数され、その計数値ｈｏ
ｒ、ｈｏｇ、ｂｏｂ、がデータバス３０を介してｃｐｕ
　３２に供給されゐ。

ｃｐｕ　３２により、目標値ｄｏと計数値の各々との差
の絶対値１ｈｏｒ　　ｄｏｌ、　＋１１０ｇｄｏｌ、　
１ｈｏｂｄｏｌ　が計算され、これが最小となるｈｏｑ
（ｈａうはｈａ、　ｈｇｇ又はｈｏｂ）が選択される。

最小値でなく３個の値の平均値を求めるようにしても良
い。

この（ｈ（１ａ−ｄｏ　）の極性によって、　（２２Ｘ
の１の増減を決め、ＣＰＵ３２によってコントラスト補
正データのテーブルを発生し、このデータテーブルを）
（ＡＭ２３，２４．２５に書込む。次に、これらのＲＡ
Ｍを絖出し状態として、、出力データを堆り出す。この
データテーブルの変更には、成る程度の時間がかかるだ
めに、垂直ブランキング期間のようなデータ欠如期間を
用いたり、ＲＡＭ　２３．２４゜２５の夫々が二個のメ
モリーパンクを肩する構成とし、一方のメモリーパンク
が書込状ｍ（データテーブル変更状態）のときに、他方
のメモリーパンクが続出状Ｍ（コントラスト補正状態）
となるように制御される。

コントラスト補正を行なうと、撮像信号のレベルの平均
値が変化する場合もあるので、アイリスが適正かどうか
がチェックされる。このアイリスが適正な場合にｈ　　
１ｈｏａ−ｄｏｌ≦ξが成立するかどうかが調べられる
。このεは、許容範囲の誤差を意味する。この関係が成
立するまで、徐々に変換関数が変化させられる。

上述の一実施例の説明から理解されるように、この発明
に依れば、逆光、家庭の照明下、野外というように、コ
ントラストの過不足の生じやすい撮影条件下でも、再生
画像のコントラストを自動的に適正値とすることができ
る。また、この発明に依れば、階調補正を行なっても、
色相や飽和度が元のものと異なることを防止できる。更
に、マイクロコンピュータとデータテーブルとを用いる
ことによって比較的簡単にこの発明による階調補正装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は階調変換の説明に用いる路線図、第
３図、第９図及び第Ｓ図は階調変換方法の一例の説明に
用いる路線図、第６図はこの発明による階１４変換方法
の説明に用いる路線図、第７図はこの発明による階調変
換装置の基本的構成を示すブロック図、第３図及び第９
図はこの汽明が適用された階調変換装置の一例の構成を
示すブロック図及びその動作説明に用いるフローチャー
トである。 １・・・・・・・・・入力端子、２・・・・・・・・・
出力端子、３・・・・・・・・・データ変換回路、９，
１０．１１・・・・・・・・・　ＣＣＤ　。 ２３．２４．２５・・・・・・・・・　ＲＡＭ、３０・
・・・・・・・・データバス、３１・・・・・・・・・
アドレスバス、３２・・・・・・・・ｔＣＰＵ。 代理人　杉　浦　正　知 第３図 φ（Ｘ）　　　　　　　φ（Ｘ） 第４図 ＡＶ’ａ（’ｊ）　”　　　Ｃ □□ φ（Ｘ） ｙ３　　−−−−−− ■ ＋　　　　　　　　　　　　　ｙ、　＝１１ Ｙ＋　　ｌ　　’ 　１１ 第５図 第６図 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変換関数としてｘｒ又はその近似した折れ１１１％性を
   用いてカラービデオ信号を階調変換すると共に、カラー
   ビデオ信号の一定振幅内のデータの発生度数を検出し、
   この発生度数が所定値となるように、上記変換関数のｒ
   又はこれに相当する値を制御することを％黴とするカラ
   ービデオ信号の階−変換方法。