JP3094231B2

JP3094231B2 - 信号処理装置

Info

Publication number: JP3094231B2
Application number: JP02299932A
Authority: JP
Inventors: 一夫的場; 雅夫鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1990-11-07
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JPH04172889A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、カラービデオカメラやカラースチルビデオ
カメラ等の輝度信号処理に関するものである。

〔従来の技術〕

単板式カラー固体撮像装置において、各画素には夫々
ある特定の色フィルタが装着されており、これらを通し
て得られる信号に対して適当な信号処理を施すことによ
り最終的に輝度信号Ｙと２種類の色差信号Ｒ−Y,B−Ｙ
を得ている。

一般に輝度信号Ｙは、例えば第２図の補色フィルタを
装着した撮像素子を用いてインタレース読出しを行う場
合、つぎのようにして得られる。即ち、読み出されたマ
ゼンタ（Mg），グリーン（Gr），シアン（Cy），イエロ
（Ye）の４信号に対し相関二重サンプリング（CDS）回
路にてリセット雑音を除去し、自動利得調整（AGC）回
路で適当にゲイン調整した後、ガンマ（γ）変換及び高
輝度部の白圧縮（knee）を行い、最後にローパスフィル
タにより帯域制限を行うことにより得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述の手法により輝度信号を得ようとする
と、水平方向の帯域制限により１水平走査期間（以下1H
と記す）おきに、MgとGrを平均化したY₁信号Mg＋Grと、
CyとYeを平均化したY₂信号Cy＋Yeが得られることになる
が、各色フィルタの分光特性の相違によりY₁及びY₂の輝
度信号が常に等しくなるとは限らない。したがって、前
記２種類の輝度信号をそのまま用いて画像を再生する
と、1H毎に明るい輝度ラインと暗い輝度ラインが生じる
いわゆる輝度段差となり再生画像の画質を著しく劣化さ
せるという問題が生じる。このような輝度段差は補色フ
ィルタに限らず、純色フィルタにおいても発生し、例え
ば第３図の配列のフィルタでは第４図に示すように、赤
（Ｒ）及び青（Ｂ）からのもれ込みにより、グリーンG
1,G2の分光特性が微妙に異なるので、この差が輝度段差
の発生原因となり、ＲまたはＢの部分で輝度段差が発生
しやすくなり、再生画像の画質を劣化させてしまう。こ
の問題を解決するために、（ｉ）垂直方向の帯域制限による輝度信号の平均化（ii）垂直方向の差分信号を垂直アパーチャ（VAPC）信
号として、ベースクリップ等の一定の振幅制限を行い、
補正前の輝度信号に加えるなどの手段が考えられるが、（ｉ）は高周波成分を損い
やすくエッジ部分がぼけてしまい、（ii）は振幅制限の
しきい値設定が一定であるため、特定の色に対しては効
果があるが、他の色では振幅制限をかけ過ぎたり、完全
でなかったりするという問題があった。

また輝度段差は、輝度レベルの大小によっても目立ち
方が異なる。すなわち撮像素子から出力された信号は、
輝度信号，色信号ともに、第10図に示す受像機のガンマ
特性に合わせるために、第11図のようなガンマ補正が通
常行われているため、撮像素子の出力端ではほとんど目
立たない程度の輝度段差でも、ガンマ補正後は低輝度部
の方が高輝度部よりも段差が強調されてしまうという問
題がある。

例えば、テレビ受像機の場合、ガンマ特性は通常入力
信号Ｉに対して出力信号ＱはＱ＝１^2.2なる特性なの
で、カメラ側でＱ′＝Ｉ′^0.45なるガンマ補正を行って
いる。したがって、低輝度部における輝度段差はガンマ
補正後に約３倍程度に強調されることになる。

本発明は、このような問題を解消するためなされたも
ので、輝度段差の目立たない画像を得ることのできる信
号処理装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明では、信号処理装置
を次の（１）〜（５）のとおりに構成する。

（１）撮像素子の出力から輝度信号および色信号を生成
する信号処理装置において、前記色信号の色相を判定す
る色相判定手段と、前記輝度信号を垂直アパーチャ補正
する垂直アパーチャ補正手段とを備え、前記垂直アパー
チャ補正手段は、前記輝度信号を垂直アパーチャ補正す
るための補正信号を、その信号の出力レベルのうち、所
定のレベルより低いレベルを抑圧するような非線形特性
を用いて非線形処理する非線形処理手段を有し、前記非
線形処理手段の非線形特性は、前記色相判定手段の判定
出力に応じて制御される信号処理装置。

（２）前記（１）記載の信号処理装置において、前記色
相判定手段によって輝度段差の存在する色相であること
が判定された場合、前記非線形処理手段は、輝度段差を
除去するようにその特性が制御される信号処理装置。

（３）撮像素子の出力から輝度信号および色信号を生成
する信号処理装置において、前記輝度信号の輝度レベル
を判定する輝度レベル判定手段と、前記輝度信号を垂直
アパーチャ補正する垂直アパーチャ補正手段とを備え、
前記垂直アパーチャ補正手段は、前記輝度信号を垂直ア
パーチャ補正するための補正信号を、その信号の出力レ
ベルのうち、所定のレベルより低いレベルを抑圧するよ
うな非線形特性を用いて非線形処理する非線形処理手段
を有し、前記非線形処理手段の非線形特性は、前記輝度
レベル判定手段の判定出力に応じて制御される信号処理
装置。

（４）前記（３）記載の信号処理装置において、前記輝
度レベル判定手段によって輝度段差の存在する輝度レベ
ルであることが判定された場合、前記非線形処理手段
は、輝度段差を除去するようにその特性が制御される信
号処理装置。

（５）前記（１）ないし（４）のいずれか一項に記載の
信号処理装置において、前記非線形処理手段の非線形特
性はベースクリップ特性である信号処理装置。

〔作用〕

前記（１），（２），（５）の構成によれば、色相に
もとづく輝度段差が除去され、前記（３），（４），
（５）の構成によれば輝度レベルにもとづく輝度段差が
除去される。

〔実施例〕

以下本発明を実施例で詳しく説明する。

第１図は本発明の第１実施例である“信号処理装置”
のブロック図である。

本実施例は、第２図に示す色フィルタを装着した撮像
素子をインタレース走査する場合の例を示す。図示の如
く、レンズ100を通して撮像素子（CCD）101上に結像し
た画像信号は、CCD101からインタレース走査で一画素毎
に読み出され、相関二重サンプリング（CDS）回路102で
撮像素子101のリセット雑音が取り除かれた後、自動利
得調整（AGC）回路103によりゲイン調整を行い、輝度信
号処理及び色信号処理が行われる。

第１図における色信号処理は、自動利得調整回路103
の出力が色信号処理回路107に入力され、回路107におい
て、通常行われる同時化,RGB信号への変換，ホワイトバ
ランス，ガンマ変換等を行い、最後に色差変換マトリク
スにより２種類の色差信号Ｒ−Y,B−Ｙ信号が得られ
る。

また、自動利得調整回路103の出力は、輝度信号処理
を行うために、まずγ及びKnee変換回路104に入力され
る。回路104において、ガンマ変換と高輝度部の白圧縮
が行われた後、ローパスフィルタ105にて水平方向の帯
域制限を行い、輝度段差除去回路106にて輝度段差を除
去した後、輝度信号Ｙとして出力される。

輝度段差除去回路106は、色信号処理回路107より出力
される色差信号Ｒ−Ｙ及びＢ−Ｙを入力信号とする色相
検出回路108の出力信号によってその特性が制御されて
いる。

次に、輝度段差除去回路106と色相検出回路108の動作
について説明する。輝度段差は特定色（色相）で目立つ
ので色信号処理回路107の出力信号より特定色への片寄
りの検出（判定）を行う。これまでの経験上輝度段差の
特に目立つ色は赤及び青と考えられるので、第５図で示
すＲとＢの位置を第６図で示す色相検出回路にて検出す
る。

色相検出回路は、第５図において、Ｒ−Ｙ＞ref1＞0,ref2＜Ｂ−Ｙ＜０の条件を満たすとききＲを判断し、 ref3＜Ｒ−Ｙ＜0,B−Ｙ＞ref4＞０の条件を満たすときＢと判断するように構成されてい
る。すなわち、コンパレータ601〜606において、前記条
件を満たすか否かを判定した後、ゲート回路607,607に
Ｒ検出,B検出信号を出力する。また、ゲート回路609の
出力には輝度段差除去が必要な色相であるか否かを色相
検出信号として出力する。

このようにして得られた色相検出信号は、輝度段差除
去回路106に入力され、輝度段差除去のための制御信号
となる。第７（ａ）図の回路構成で輝度段差を除去す
る。ローパスフィルタ105の出力信号が輝度段差除去回
路106に入力されると、垂直アパーチャ（VAPC）回路701
では図示はしないが1H遅延線を用いてVAPC信号を得て、
第７（ｂ）図の特性をもつベースクリップ回路702に入
力される。

ベースクリップ回路702では、VAPC信号とクリップレ
ベルαとを比較して、いわゆるベースクリップ処理を行
う。色相検出信号は、輝度段差の目立つ色相でベースク
リップが多くかかるように、輝度信号のクリップレベル
αを制御する。クリップレベルαはあまり大きいレベル
に設定すると、エッジ成分を損う恐れがあるので注意を
要する。

つぎに、輝度段差除去手段として第７（ａ）図のベー
スクリップ手法のかわりに第８図に示すようなゲイン調
整手法を用いる例を本発明の第２実施例として説明す
る。なお本実施例は、輝度段差除去回路以外は第１実施
例と同様に構成されている。第８図では、入力輝度信号
に輝度段差がある場合は、1H毎にゲインコントロールア
ンプ802と何もせずに出力する端子ｅとに切換えて輝度
信号が出力される。輝度段差がない場合は、入力信号は
端子ｅに接続されそのまま出力し、端子ｄは端子ｃに接
続されゲインコントロールアンプ802の入力端をある一
定電位に保つ、このスイッチ801の制御は、1H切換え信
号と色相検出信号を入力信号とするゲート回路805の出
力信号で行い、輝度段差のある部分だけ1H毎にスイッチ
を切換えるようにしている。また、ゲインコントロール
アンプ802のゲインは第６図のＲ検出信号,B検出信号を
用いて、色毎にゲインを調整して色により適応的に輝度
段差の除去を行っている。

つぎに、色フィルタとして、第３図に示すような純色
タイプのフィルタを用いた場合の輝度段差除去の例を本
発明の第３実施例として説明する。本実施例は第９図の
ように構成されている。第９図に示すように、レンズ10
0を通して色フィルタ101bで色分離され、CCD101上に結
像した画像信号は、インタレース走査で読み出され、CD
S回路102,自動利得調整回路103を経て、輝度信号処理お
よび色信号処理が行われる。

色信号処理は、色信号処理回路907内において、通常
行われるガンマ変換，ホワイトバランス等の処理が行わ
れ、適当なマトリクス処理により色差信号Ｒ−Y,B−Ｙ
を得る。この色差信号Ｒ−Y,B−Ｙは、補色の場合と同
様、色相検出回路906に入力され、第５図に示すような
ベクトル図でＲまたはＢであるかを判定し、Ｒ検出信
号,B検出信号の色相検出信号を出力し、ベースクリップ
回路904の制御信号とする。

輝度信号処理は、ガンマ変換回路901にてガンマ変換
及び高輝度部の白圧縮を行った後、垂直アパーチャ回路
902でVAPC信号を得、ローパスフィルタ903で垂直方向の
適当な帯域制限を行いベースクリップ回路904に入力す
る。

ベースクリップ回路904は、先の色相検出信号により
第７（ｂ）図の特性（α）を制御し、画像の色相により
適切なベースクリップ処理を行い加算器905の一方の端
子に出力する。加算器905のもう一方の端子にはガンマ
処理後の輝度段差を含んだ輝度信号が入力されるので、
色相に応じて適切な処理がなされたベースクリップ後の
輝度信号を加算することで輝度段差のない輝度信号Ｙを
出力端に得ることができる。

本実施例では、輝度段差除去のためにベースクリップ
処理を用いたが、第１実施例と同様にガンマ処理後に第
８図に示すような1H毎に輝度レベルのゲイン調整を行う
ようにしても良い。

なお、以上の各実施例では、色相検出をコンパレータ
及びゲート回路の組み合せで行っているので、ベースク
リップ及びアンプゲインをディジタル的にしか制御でき
ないが、適当なディスクリート部品を用いてアナログ的
に色相検出を行い、アナログ的にベースクリップ，アン
プゲインを制御するようにしてもよい。このとき、輝度
段差の除去はＲまたはＢに限らず任意の色相で行えるよ
うに設定してもよい。

また、色相検出回路として、色差信号の代りに、色信
号処理過程のホワイトバランス調整された後のRGB信号
を用いてもよい。

つぎに、輝度レベルの大小で輝度段差の程度が異なる
ことに着目した例を本発明の第４実施例として説明す
る。本実施例では、第12図の構成で輝度段差を除去する
輝度段差除去部以外は第１実施例と同様に構成されてい
る。第12図において、121は輝度レベル検出回路で、第1
4図のように構成されている。

輝度段差成分を含む輝度信号が第14図の輝度レベル検
出回路に入力されると、コンパレータ141,142におい
て、第13図に示すような低輝度検出レベルy_L及び高輝度
検出レベルy_hと比較され、輝度段差の目立つ輝度レベル
範囲０〜y_Lを検出、第12図の検出回路121の出力端に出
力される。

このレベル検出信号は輝度段差除去回路122に入力さ
れ、前述したベースクリップ回路（または1Hゲイン調整
回路）の制御信号として制御を行う。

このようにして、輝度段差除去回路122より出力され
る輝度信号Ｙは、ガンマ補正の影響により発生する輝度
段差を除去した輝度信号として出力される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、色相又は輝度
レベルにもとづく輝度段差を低減し、輝度段差の目立た
ない画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のブロック図、第２図は補
色フィルタの配列例を示す図、第３図は純色フィルタの
配列例を示す図、第４図は純色フィルタの緑の分光特性
図、第５図は輝度段差の目立つ特定色の位置を示す図、
第６図は色相検出回路の回路図、第７（ａ）図は第１実
施例の輝度段差除去回路のブロック図、第７（ｂ）図は
ベースクリップ回路の特性図、第８図は本発明の第２実
施例の輝度段差除去回路のブロック図、第９図は本発明
の第３実施例のブロック図、第10図は受像機のガンマ特
性図、第11図はカメラのガンマ補正特性図、第12図は本
発明の第４実施例の要部のブロック図、第13図は輝度レ
ベル検出回路の説明図、第14図は輝度レベル検出回路の
回路図である。 106……輝度段差除去回路 108……色相検出回路

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 9/04 - 9/11 H04N 9/64 - 9/78

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子の出力から輝度信号および色信号
を生成する信号処理装置において、前記色信号の色相を判定する色相判定手段と、前記輝度信号を垂直アパーチャ補正する垂直アパーチャ
補正手段とを備え、前記垂直アパーチャ補正手段は、前記輝度信号を垂直アパーチャ補正するための補正信号
を、その信号の出力レベルのうち、所定のレベルより低
いレベルを抑圧するような非線形特性を用いて非線形処
理する非線形処理手段を有し、前記非線形処理手段の非線形特性は、前記色相判定手段
の判定出力に応じて制御されることを特徴とする信号処
理装置。
【請求項２】請求項１記載の信号処理装置において、前
記色相判定手段によって輝度段差の存在する色相である
ことが判定された場合、前記非線形処理手段は、輝度段
差を除去するようにその特性が制御されることを特徴と
する信号処理装置。
【請求項３】撮像素子の出力から輝度信号および色信号
を生成する信号処理装置において、前記輝度信号の輝度レベルを判定する輝度レベル判定手
段と、前記輝度信号を垂直アパーチャ補正する垂直アパーチャ
補正手段とを備え、前記垂直アパーチャ補正手段は、前記輝度信号を垂直アパーチャ補正するための補正信号
を、その信号の出力レベルのうち、所定のレベルより低
いレベルを抑圧するような非線形特性を用いて非線形処
理する非線形処理手段を有し、前記非線形処理手段の非線形特性は、前記輝度レベル判
定手段の判定出力に応じて制御されることを特徴とする
信号処理装置。
【請求項４】請求項３記載の信号処理装置において、前
記輝度レベル判定手段によって輝度段差の存在する輝度
レベルであることが判定された場合、前記非線形処理手
段は、輝度段差を除去するようにその特性が制御される
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか一項に
記載の信号処理装置において、前記非線形処理手段の非
線形特性はベースクリップ特性であることを特徴とする
信号処理装置。