JP3298330B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は逆光撮影等で主被写体が
階調性のないぼやけた画像になったものを階調補正を行
いノイズが目立たない階調表現の豊かな画像を得ること
ができる撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、多くの逆光補正手段を搭載した撮
像装置が開発されている。従来の撮像装置としては、例
えば特開平４−３４０８７５号公報「撮像装置」に示さ
れている。

【０００３】以下に、従来の撮像装置について説明す
る。図１６は同公報に示されている従来の撮像装置のブ
ロック図である。図１６において、１はレンズ、２は絞
り機構、３は撮像素子、４は撮像素子３の出力を適当な
大きさまで増幅するプリアンプ、５は積分回路、６は絞
り制御回路、７はガンマ補正回路、ホワイトバランス回
路等で構成されるプロセス回路、８は自動利得制御回路
（以下ＡＧＣ回路という）、９は積分回路、１０はＡＧ
Ｃ回路８の利得を制御する信号を発生するＡＧＣ制御回
路、１１はＡＧＣ回路８の映像信号出力をＡ／Ｄ変換す
るＡ／Ｄ変換器、１２はＡ／Ｄ変換された信号を複数の
領域に分割する領域分割回路、１３は各領域に分割され
た信号から各領域の明るさに対応した評価値を演算する
演算回路、１４は各領域に分割された信号を明るさ別に
計数することにより、度数分布を求める度数分布演算回
路、１５は演算回路１３の出力及び度数分布演算回路１
４の出力をマイコンに入力するためのインターフェイス
回路、１６はマイコン、１７はマイコン１６のデジタル
信号出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、１８
はＤ／Ａ変換器１７の出力に応じ、制御信号を発生させ
る制御信号発生回路、１９は制御信号発生回路１８より
出力される制御信号により、映像信号の利得を制御する
利得制御回路、２０はカメラの信号処理回路である。

【０００４】以上のように構成された従来の撮像装置に
ついて、以下その動作について説明する。レンズ１を通
った光は、絞り機構２で光量を制限され撮像素子３で電
気信号に変換された後、プリアンプ４で増幅される。こ
のプリアンプ４の出力は、積分回路５で積分され、プリ
アンプ４の出力信号レベルに対応した直流信号となり絞
り制御回路６に入力される。絞り制御回路６では、入力
された直流信号レベルと基準電圧とを比較し、プリアン
プ４の出力信号レベルが一定となるように絞り機構２を
動作させるような制御信号を出力する。

【０００５】一方、プリアンプ４の出力はガンマ補正や
ホワイトバランスを行うプロセス回路７を通り、ＡＧＣ
回路８に入力される。このＡＧＣ回路８は、ＡＧＣ回路
８の出力を積分回路９で積分し、ＡＧＣ回路８の出力レ
ベルに対応した直流信号とした後、ＡＧＣ制御回路１０
で基準電圧と比較し発生されるＡＧＣ制御信号により、
ＡＧＣ回路８の出力信号レベルを一定にする。

【０００６】ＡＧＣ回路８の出力は、Ａ／Ｄ変換器１１
によりデジタル信号に変換され、領域分割回路１２によ
り複数の領域に画面上を分割し、演算回路１３がそれぞ
れの領域における映像信号の平均輝度分布を各領域の露
出評価値として検出するとともに、度数分布演算回路１
４が各領域内の輝度分布を求め、マイコン１６が画面中
央部とその他の領域との相関をとり、画面中央部と相関
がある領域を主要被写体領域とし、それ以外の領域を非
主要被写体領域とする。そして、主要被写体領域と非主
要被写体領域との比により逆光、過順光を判別し、その
程度に応じ映像信号の利得を制御する。映像信号の利得
を制御する時に、映像信号の輝度レベルが高い部分に比
べ、輝度レベルが低い部分の利得が高くなるように補正
する。このように利得制御回路１９から暗い部分の階調
特性が補正されコントラストのついた信号が出力され、
信号処理回路２０により種々の処理をした後、信号出力
端子２１より映像信号が出力される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来例においては、逆光、過順光度合を判別し、その程度
に応じ映像信号の利得を制御する。映像信号の利得を制
御する時に、映像信号の輝度レベルが高い部分に比べ、
輝度レベルが低い部分の利得が高くなるように補正して
いる。したがって、暗い部分の階調補正はできるが映像
信号の低輝度部のＳ／Ｎが大きく劣化するという問題点
がある。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、映像信号の低輝度部のＳ／Ｎが劣化することなく、
黒つぶれや白つぶれを防止し、順光被写体から強い逆光
被写体まで画面全域にわたって階調表現の豊かな出力画
像を得ることができる撮像装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の撮像装置は、映像信号を出力する撮像素子
と、撮像素子からの映像信号出力の利得を制御するＡＧ
Ｃ回路と、ＡＧＣ回路の出力信号レベルが一定になるよ
うに制御するＡＧＣ制御手段と、階調補正係数によりＡ
ＧＣ回路の映像信号出力の輝度レベル毎に、利得を可変
することで階調補正を行う階調補正手段と、ＡＧＣ回路
の映像信号出力から画像の特徴量を抽出する特徴量抽出
手段と、特徴量抽出手段が抽出した特徴量から逆光及び
過順光度合を判別し階調補正の補正度合を出力する画像
判別手段と、ＡＧＣ制御手段の制御信号により画像判別
手段の補正度合を抑圧し階調補正係数を決定する階調補
正抑圧手段とを備え、階調補正抑圧手段は、ＡＧＣ制御
手段の制御信号がＡＧＣ回路の利得を大とする場合に補
正度合の抑圧を大とし、抑圧された補正度合に応じて階
調補正係数を決定するものである。

【００１０】また、本発明の撮像装置は、映像信号を出
力する撮像素子と、階調補正係数により撮像素子からの
映像信号出力の輝度レベル毎に、利得を可変することで
階調補正を行う階調補正手段と、階調補正手段の映像信
号出力の輪郭強調等の信号処理を行う信号処理回路と、
撮像素子の映像信号出力から画像の特徴量を抽出する特
徴量抽出手段と、特徴量抽出手段が抽出した特徴量から
逆光及び過順光度合を判別し階調補正係数を出力する画
像判別手段と、画像判別手段が決定した階調補正係数に
より信号処理回路の輪郭強調信号の利得を制御する輪郭
信号利得制御手段とを備え、輪郭信号利得制御手段は、
階調補正係数が階調補正による低輝度部の利得を大とす
る場合に低輝度部の輪郭強調信号の利得を小とするもの
である。

【００１１】

【作用】本発明の撮像装置は上記した構成により、ＡＧ
Ｃ制御手段のＡＧＣ制御信号に連動し階調補正抑圧手段
が決定した階調補正係数により階調補正手段を抑圧し階
調補正を行った映像信号を出力するようにしたもので、
入力画像に対してもノイズが目立たない階調補正画像を
得ることができる。

【００１２】また本発明の撮像装置は上記した構成によ
り、画像判別手段の階調補正係数により階調補正手段を
制御し階調補正を行い、また画像判別手段の階調補正係
数により輪郭信号利得制御手段が低輝度部の輪郭強調信
号の利得を小さくするように制御するようにしたもの
で、入力画像に対してもノイズが目立たない階調補正画
像を得ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００１４】図１は本発明の第１の実施例における撮像
装置の構成を示すブロック図である。図１において、１
０１は撮像素子、１０２はガンマ補正回路やホワイトバ
ランス回路等で構成されるプロセス回路、１０３はＡＧ
Ｃ回路、１０４はＡＧＣ回路１０３の映像信号出力をＡ
／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、１０５は積分回路、１０６
はＡＧＣ回路１０３の利得を制御する信号を発生するＡ
ＧＣ制御手段、１０７は映像信号の特徴量を抽出する特
徴量抽出回路、１０８は入力画像の逆光、過順光度合を
判別する画像判別手段、１０９はＡＧＣ制御手段１０６
の出力と画像判別手段１０８の出力により階調補正係数
を決定する階調補正抑圧手段、１１０は階調補正係数に
応じて階調補正を行う階調補正回路、１１１は階調補正
回路１１０で階調補正された映像信号の信号処理を行う
信号処理回路、１１２は信号処理回路１１１の映像信号
出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器である。

【００１５】図２は本発明の実施例における入力映像信
号の１フィールドの画像を示した図である。図２におい
て、２０１は有効画面、水平走査方向は３２０画素、垂
直走査方向は２４０画素である。

【００１６】図３は本発明の実施例における特徴量抽出
回路１０７が抽出した輝度ヒストグラムの例を示す図で
ある。図３において、ａは輝度ヒストグラム、ｂは低輝
度画素数、ｃは中輝度画素数、ｄは高輝度画素数であ
る。

【００１７】図４は本発明の実施例における特徴量抽出
回路１０７のブロック図である。図４において、４０１
は比較器、４０２は低輝度画素数のカウンタ回路、４０
３は中輝度画素数のカウンタ回路、４０４は高輝度画素
数のカウンタ回路である。

【００１８】図５は本発明の実施例における画像判別手
段１０８のブロック図である。図５において、５０１は
量子化テーブル、５０２は出力テーブル、５０３はフィ
ルタ回路である。

【００１９】図６は本発明の実施例における階調補正抑
圧手段１０９のブロック図である。図６において、６０
１は階調補正抑圧特性変換手段、６０２は減算器であ
る。

【００２０】図７は本発明の実施例におけるＡＧＣ制御
信号による階調補正抑圧特性図である。図７において、
ａは抑圧スタート利得、ｂは抑圧最大利得である。

【００２１】図８は本発明の実施例における階調補正回
路のブロック図である。図８において、８０１はＹマト
リックス回路、８０２はＹ１ゲイン発生回路、８０３は
Ｙ２ゲイン発生回路、８０４は輝度平均回路（ＬＰ
Ｆ）、８０５は加算器、８０６は加重平均回路、８０７
はディレイ回路、８０８は乗算器である。

【００２２】図９は本発明の実施例における階調補正特
性を示したものである。図１０は本発明の実施例におけ
る階調補正特性と入出力特性を示したものである。

【００２３】以上のように構成された本発明の第１の実
施例の撮像装置について、以下その動作を説明する。図
１において、まず、撮像素子１０１で撮像された映像信
号はプロセス回路１０２でガンマ補正やホワイトバラン
ス等の処理をした後、ＡＧＣ回路１０３に入力される。
ＡＧＣ回路１０３の映像信号出力はＡ／Ｄ変換器１０４
でデジタル信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器１０４の出力
を積分回路１０５で積分し、ＡＧＣ回路１０３の出力レ
ベルに対応した信号とした後、ＡＧＣ制御手段１０６で
基準値と比較し発生されるＡＧＣ制御信号により、ＡＧ
Ｃ回路１０３の出力信号レベルが一定になるように制御
される。

【００２４】一方、Ａ／Ｄ変換器１０４で０〜２５５に
デジタル変換された映像信号は階調補正回路１１０に入
力される。

【００２５】まず、０〜２５５のデジタルデータに変換
されたＲ，Ｇ，Ｂ信号が入力映像信号として階調補正回
路１１０に入力される。これらの色データはＲ＝Ｇ＝Ｂ
＝２５５のとき白を示し、その値が大きいほど明るいこ
とを示している。このＲ，Ｇ，Ｂ信号からＹマトリック
ス回路８０１が輝度信号Ｙを算出する。入力映像信号の
輝度をＹとすると、例えば、（数１）の関係式で求める
ことができ、やはり０〜２５５の値になる。算出された
輝度信号Ｙは積分回路１０５と特徴量抽出回路１０７に
入力される。

【００２６】

【数１】

【００２７】図２は入力映像信号の１フィールドの画像
を示しているが、この画像は窓の前に人物が立っている
逆光の度合いが大きい被写体の例である。特徴量抽出回
路１０７が、有効画面の１フィールド全域にわたり、例
えば図２の有効画面２０１の１フィールド画像３２０×
２４０ドットについて、低輝度画素数、中輝度画素数、
高輝度画素数の分布を求めると、図３のｂ，ｃ，ｄに示
すような輝度ヒストグラムが得られる。この輝度ヒスト
グラム（図３のｂ，ｃ，ｄ）を見るとピークが低輝度と
高輝度の２箇所にできており、逆光の被写体であること
を推測することができる。このようにして画像判別手段
１０８が特徴量抽出回路１０７が抽出した輝度ヒストグ
ラムから入力画像を補正すべき階調補正特性の補正度合
を決定する。次に階調補正抑圧手段１０９がＡＧＣ制御
手段１０６のＡＧＣ制御信号によって補正度合を抑圧し
て補正係数を決定する。次に階調補正回路１１０が輝度
信号Ｙと補正係数から、補正後の輝度信号Ｙ’を求め、
補正ゲイン（Ｙ’／Ｙ）を算出し、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号をデ
ィレイ回路８０７で補正ゲインとのタイミングを合わ
せ、乗算器８０８で補正ゲイン（Ｙ’／Ｙ）と乗算し、
階調補正されたＲ’，Ｇ’，Ｂ’信号を出力する。この
ように、補正ゲインをＲ，Ｇ，Ｂ信号に共通に用いるこ
とにより、色バランスがよく全域にわたって階調表現の
豊かな出力画像を得ることができる。最後に、階調補正
を行った映像信号は信号処理回路１１１により種々の信
号処理をした後、Ｄ／Ａ変換器１１２からアナログ変換
された映像信号が出力される。

【００２８】図４を用いて特徴量抽出回路１０７の動作
を詳細に説明する。入力された輝度信号Ｙは比較器４０
１で閾値１と閾値２と比較される。輝度信号Ｙが閾値１
より小さいとき、低輝度カウント信号を出力する。輝度
信号Ｙが閾値１と閾値２の間のとき、中輝度カウント信
号を出力する。輝度信号Ｙが閾値２より大きいとき高輝
度カウント信号を出力する。この低輝度カウント信号、
中輝度カウント信号、高輝度カウント信号に従ってカウ
ンタ回路４０２，４０３，４０４が１フィールドの有効
画面について画素数をカウントし、低輝度画素数、中輝
度画素数、高輝度画素数をそれぞれ出力する。

【００２９】図５を用いて画像判別手段１０８の動作を
詳細に説明する。量子化テーブル５０１には、特徴量抽
出回路１０７から供給される低輝度画素数、中輝度画素
数、高輝度画素数をアドレスとして順光被写体に対する
量子化データ、逆光被写体に対する量子化データ、暗い
被写体に対する量子化データが記憶されている。出力テ
ーブル５０２には、量子化テーブル５０１の量子化デー
タ出力をアドレスとして、順光被写体に対する補正度
合、逆光被写体に対する補正度合、暗い被写体に対する
補正度合等が記憶されている。よって特徴量抽出回路１
０７から低輝度画素数、中輝度画素数、高輝度画素数が
画像判別手段１０８に入力されると、入力画像に対して
１つの補正度合が決定する。このように画像判別手段１
０８を２段のテーブル構成にすることによってテーブル
の規模を小さくすることができる。この補正度合を前フ
ィールドもしくは前フレームとの連続性を保てるように
フィルタ回路５０３でフィルタ処理を行い補正度合を出
力する。

【００３０】図６と図７を用いて階調補正抑圧手段１０
９の動作を詳細に説明する。ＡＧＣ制御手段１０６から
ＡＧＣ制御信号が階調補正抑圧手段１０９に入力され
る。まず、入力されたＡＧＣ制御信号は、階調補正抑圧
特性変換６０１でＡＧＣ制御信号に対応する抑圧値に変
換される。変換された抑圧値は減算器６０２で画像判別
手段１０８の補正度合より減算され補正係数を出力す
る。図７の階調補正抑圧特性に示してあるように、ＡＧ
Ｃ制御信号が小さいときは抑圧値も小さく、ＡＧＣ制御
信号が大きくなるに従って抑圧値も大きくなるような特
性になっている。従って、ＡＧＣの利得が高くなると階
調補正の抑圧も大きくなるように、ＡＧＣと連動させた
階調補正を行うことによってノイズが目立たない階調補
正を行うことができる。

【００３１】以下、図８を用いて階調補正回路１１０の
動作を詳細に説明する。まず、入力されたＲＧＢ信号に
よってＹマトリックス回路８０１で輝度信号Ｙが算出さ
れる。輝度信号ＹはＹ１ゲイン発生回路８０２とＹ２ゲ
イン発生回路８０３に供給される。Ｙ１ゲイン発生回路
８０２では、入力輝度信号Ｙと第１の階調補正特性で補
正されたＹ１から第１補正ゲイン（Ｙ１／Ｙ）を出力す
る。同様にＹ２ゲイン発生回路８０３からは第２補正ゲ
イン（Ｙ２／Ｙ）を出力する。一方、輝度信号Ｙは平均
値検出回路（ＬＰＦ）８０４で輝度平均値Ｙａを求め、
加算器８０５で輝度平均値Ｙａと補正係数を加算し、Ｘ
信号を出力する。最後に、加重平均回路８０６が第１補
正ゲインと第２補正ゲインをＸ信号を用いた（数２）の
関係式によって加重平均し、補正ゲイン（Ｙ’／Ｙ）を
出力する。

【００３２】

【数２】

【００３３】本実施例においては第１補正ゲイン（Ｙ１
／Ｙ）を（数３）で、第２補正ゲイン（Ｙ２／Ｙ）を
（数４）で実施した。

【００３４】

【数３】

【００３５】

【数４】

【００３６】図９は本実施例における階調補正特性を示
したものである。Ｙ１は第１の階調補正特性、Ｙ２は第
２の階調補正特性である。例えば補正係数が０のとき階
調補正特性は（数２）の関係式から図９のａになる。同
様に補正係数が正になると、階調補正特性は図９のｃの
ようになる。同様に補正係数が負になると、階調補正特
性は図９のｂのようになる。このように補正係数を変化
させることにより、簡単に階調補正特性を連続的に変化
させることができる。階調補正特性は補正係数を変化さ
せていくと、低輝度部と中輝度部の補正ゲインが徐々に
大きくなり、最後に全体の補正ゲインが大きくなる。よ
って順光被写体に対しては図９のＹ２の階調補正特性
で、逆光被写体に対しては図９のａの階調補正特性で、
暗い被写体に対しては図９のＹ１の階調補正特性で階調
補正することで、あらゆる被写体に対して階調表現豊か
な階調補正を行うことができる。

【００３７】図１０は階調補正特性と入出力特性を示し
たものである。平均値検出回路８０４で求めた輝度平均
値Ｙａが注目画素の輝度信号Ｙと等しいときは図１０の
ａの階調補正特性で、輝度平均値Ｙａが注目画素の輝度
信号Ｙより低いときは図１０のｂの階調補正特性で、輝
度平均値Ｙａが注目画素の輝度信号Ｙより高いときは図
１０のｃの階調補正特性で、画素単位で適応的に階調補
正特性を変化させて階調補正することによって、補正ゲ
インの傾きが小さくてもコントラストを保つように階調
補正を行い、階調表現豊かな出力信号を得ることができ
る。

【００３８】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は、撮像素子１０１と、ガンマ補正回路やホワ
イトバランス回路等で構成されるプロセス回路１０２
と、ＡＧＣ回路１０３と、ＡＧＣ回路１０３の映像信号
出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０４と、積分回路
１０５と、ＡＧＣ回路１０３の利得を制御する信号を発
生するＡＧＣ制御手段１０６と、映像信号の特徴量を抽
出する特徴量抽出回路１０７と、入力画像の逆光、過順
光度合を判別する画像判別手段１０８と、ＡＧＣ制御手
段１０６の出力と画像判別手段１０８の出力により補正
係数を決定する階調補正抑圧手段１０９と、階調補正係
数に応じて階調補正を行う階調補正回路１１０と、階調
補正回路１１０で階調補正された映像信号の信号処理を
行う信号処理回路１１１と、信号処理回路１１１の映像
信号出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器１１２という構
成で、ＡＧＣ制御信号によって階調補正を連動させるこ
とで、逆光から順光被写体まであらゆる被写体に対して
ノイズが目立たない、階調がつぶされない、色バランス
がよく全域にわたって階調表現の豊かな出力画像を得る
ことができる。

【００３９】また、本発明の階調補正手段は、Ｙマトリ
ックス回路８０１と、Ｙ１ゲイン発生回路８０２と、Ｙ
２ゲイン発生回路８０３と、輝度平均回路（ＬＰＦ）８
０４と、加算器８０５と、加重平均回路８０６と、ディ
レイ回路８０７と、乗算器８０８という構成で、補正係
数によって補正ゲインを発生するようにすることによっ
て、何種類かの階調補正特性を記憶しておく余分なＲＯ
Ｍ等を持たなくて良いので、回路規模も非常に小さくす
ることができる。また、補正係数を変えることによっ
て、順光、逆光被写体の階調補正特性を生成することが
できるので、逆光被写体から順光被写体まであらゆる被
写体に対して階調がつぶされない、色バランスがよく全
域にわたって階調表現の豊かな出力画像を得ることがで
きる。また、階調補正特性を連続的に変化させることが
できるので、動画に対しても自然な階調補正をすること
ができる。また、入力信号が大きいときは入力信号がほ
ぼそのまま出力信号になるように階調補正特性をするこ
とによって、従来オートニー制御等で高輝度部の階調が
つぶれていたところをきれいに再現することができる。

【００４０】図１１は本発明の第２の実施例における撮
像装置の構成を示すブロック図である。図１１におい
て、１１０１は撮像素子、１１０２はガンマ補正回路や
ホワイトバランス回路等で構成されるプロセス回路、１
１０３はプロセス回路１１０２の映像信号出力をＡ／Ｄ
変換するＡ／Ｄ変換器、１１０４は映像信号の特徴量を
抽出する特徴量抽出手段、１１０５は入力画像の逆光、
過順光度合を判別する画像判別手段、１１０６は画像判
別結果によりＤＴＬゲインを決定するＤＴＬゲイン制御
手段、１１０７は階調補正係数に応じて階調補正を行う
階調補正回路、１１０８は階調補正回路１１０７で階調
補正された映像信号のディテール補正等の信号処理を行
う信号処理回路、１１０９は信号処理回路１１０８の映
像信号出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器である。

【００４１】図１２は本発明の第２の実施例における信
号処理回路１１０７のブロック図である。図１２におい
て、１１０７は信号処理回路、１２０１は垂直ディテー
ル回路、１２０２は水平ディテール回路、１２０３は加
算器、１２０４は乗算器、１２０５はディレイ回路、１
２０６は加算器である。

【００４２】図１３は輝度信号Ｙに対応するディテール
ゲインの特性図である。図１４は本発明の第２の実施例
における階調補正回路のブロック図である。図１４にお
いて、８０２はＹ１ゲイン発生回路、８０３はＹ２ゲイ
ン発生回路、８０４は輝度平均回路（ＬＰＦ）、８０５
は加算器、８０６は加重平均回路、８０７はディレイ回
路、８０８は乗算器である。

【００４３】以上のように構成された本発明の第２の実
施例の撮像装置について、以下その動作を説明する。図
１１において、まず、撮像素子１１０１で撮像された映
像信号はプロセス回路１１０２でガンマ補正やホワイト
バランス等の処理をした後、プロセス回路１１０２の映
像信号出力はＡ／Ｄ変換器１１０３でデジタル信号に変
換される。Ａ／Ｄ変換器１１０３で０〜２５５にデジタ
ル変換された映像信号は特徴量抽出手段１１０４と階調
補正回路１１０７に入力される。

【００４４】特徴量抽出手段１１０４と画像判別手段１
１０５の動作は第１の実施例と全く同様になる。すなわ
ち、画像判別手段１１０５が特徴量抽出手段１１０４が
抽出した輝度ヒストグラムから入力画像を補正すべき階
調補正特性の補正係数を決定する。次に階調補正回路１
１０７が輝度信号Ｙと補正係数から、補正後の輝度信号
Ｙ’を求め、補正ゲイン（Ｙ’／Ｙ）を算出し、入力映
像信号をディレイ回路８０７で補正ゲインとのタイミン
グを合わせ、乗算器８０８で補正ゲイン（Ｙ’／Ｙ）と
乗算し、階調補正された出力映像信号を出力することに
よって全域にわたって階調表現の豊かな出力画像を得る
ことができる。一方、画像判別手段１１０５が決定した
補正係数により、ＤＴＬゲイン制御手段１１０６が低輝
度部のディテールゲインを小さくするようにゲイン制御
を行い、輝度信号Ｙに対応するディテールゲインを出力
する。次に、階調補正を行った映像信号は信号処理回路
１１０８に入力され、ＤＴＬゲイン制御手段１１０６が
決定したディテールゲインでディテール補正の信号処理
を行う。このように階調補正とディテール補正を連動さ
せることで、低輝度部のノイズが目立たない階調補正を
行うことができる。最後に、Ｄ／Ａ変換器１１０９から
アナログ変換された映像信号が出力される。

【００４５】図１２と図１３を用いて、ＤＴＬゲイン制
御手段１１０６と信号処理回路１１０８の動作を詳細に
説明する。ＤＴＬゲイン制御手段１１０６は図１３に示
すような輝度信号Ｙに対応するディテールゲインの特性
を持っている。すなわち、低輝度部のディテールゲイン
を低くし、高輝度部のディテールゲインを高くするよう
な特性をもっている。これは、低輝度部のＳ／Ｎ劣化を
防ぐためと、高輝度部のガンマ補正でつぶれたディテー
ルを補正するためである。本発明の実施例における階調
補正回路１１０７は高輝度部に比べ低輝度部の利得を高
くすることによって階調補正を行っているので、低輝度
部のＳ／Ｎが劣化してしまう。よって画像判別手段１１
０５が決定した補正係数に連動させて、低輝度部のディ
テールゲインを小さくすることにより、低輝度部のＳ／
Ｎ劣化が目立たないようにすることができる。

【００４６】図１２は信号処理回路のブロック図であ
る。まず、映像信号が入力されると、垂直方向の高域通
過フィルタ処理を行う垂直ディテール回路１２０１と水
平方向の高域通過フィルタ処理を行う垂直ディテール回
路１２０２にそれぞれ入力され、垂直ディテール信号と
水平ディテール信号が算出される。次に加算器１２０３
によって垂直ディテール信号と水平ディテール信号を加
算することで、ディテール信号が求まる。このディテー
ル信号を乗算器１２０４でＤＴＬゲインと乗算すること
でディテールのレベルの調整を行う。最後に、入力映像
信号をディレイ回路１２０５でタイミングをあわせ、デ
ィテール信号と加算器１２０６で加算することでディテ
ール補正された映像信号が出力される。よって画像判別
手段１１０５が決定した補正係数に連動させて、低輝度
部のディテールゲインを小さくすることにより、低輝度
部のＳ／Ｎ劣化が目立たないようにすることができる。

【００４７】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は、撮像素子１１０１と、ガンマ補正回路やホ
ワイトバランス回路等で構成されるプロセス回路１１０
２と、プロセス回路１１０２の映像信号出力をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器１１０３と、映像信号の特徴量を抽
出する特徴量抽出手段１１０４と、入力画像の逆光、過
順光度合を判別する画像判別手段１１０５と、画像判別
結果によりＤＴＬゲインを決定するＤＴＬゲイン制御手
段１１０６と、階調補正係数に応じて階調補正を行う階
調補正回路１１０７と、階調補正回路１１０７で階調補
正された映像信号のディテール補正等の信号処理を行う
信号処理回路１１０８と、信号処理回路１１０８の映像
信号出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器１１０９という
構成で、補正係数によって補正ゲインを発生するように
することによって、何種類かの階調補正性を記憶してお
く余分なＲＯＭ等を持たなくて良いので、回路規模も非
常に小さくすることができる。また、補正係数を変える
ことによって、順光、逆光被写体の階調補正特性を生成
することができるので、逆光被写体から順光被写体まで
あらゆる被写体に対して階調がつぶされない、色バラン
スがよく全域にわたって階調表現の豊かな出力画像を得
ることができる。また、補正係数によって低輝度部のデ
ィテールゲインを制御しているので、ノイズが目立たな
い階調補正が行える。また、入力信号が大きいときは入
力信号がほぼそのまま出力信号になるように階調補正特
性をすることによって、従来オートニー制御等で高輝度
部の階調がつぶれていたところをきれいに再現すること
ができる。さらに、輝度平均値Ｙａによって画素単位で
適応的に階調補正特性を変化させて階調補正することに
よって、補正ゲインの傾きが小さくてもコントラストを
保つように階調補正を行い、階調表現豊かな出力信号を
得ることができる。

【００４８】図１５は本発明の第３の実施例における撮
像装置の構成を示すブロック図である。図１５におい
て、１４０１は撮像素子、１４０２はガンマ補正回路や
ホワイトバランス回路等で構成されるプロセス回路、１
４０３はＡＧＣ回路、１４０４はＡＧＣ回路１４０３の
映像信号出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、１４０５
は積分回路、１４０６はＡＧＣ回路１４０３の利得を制
御する信号を発生するＡＧＣ制御手段、１４０７は映像
信号の特徴量を抽出する特徴量抽出回路、１４０８は入
力画像の逆光、過順光度合を判別する画像判別手段、１
４０９はＡＧＣ制御手段１４０６の出力と画像判別手段
１４０８の出力により補正係数を決定する階調補正抑圧
手段、１４１０は階調補正抑圧手段１４０９が決定した
補正係数によりＤＴＬゲインを制御するＤＴＬゲイン制
御手段、１４１１は補正係数に応じて階調補正を行う階
調補正回路、１４１２は階調補正回路１４１１で階調補
正された映像信号の信号処理を行う信号処理回路、１４
１３は信号処理回路１４１２の映像信号出力をＤ／Ａ変
換するＤ／Ａ変換器である。

【００４９】以上のように構成された本発明の第３の実
施例の撮像装置について、以下その動作を説明する。図
１５において、まず、撮像素子１４０１で撮像された映
像信号はプロセス回路１４０２でガンマ補正やホワイト
バランス等の処理をした後、ＡＧＣ回路１４０３に入力
される。ＡＧＣ回路１４０３の映像信号出力はＡ／Ｄ変
換器１４０４でデジタル信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器
１４０４の出力を積分回路１４０５で積分し、ＡＧＣ回
路１４０３の出力レベルに対応した信号とした後、ＡＧ
Ｃ制御手段１４０６で基準値と比較し発生されるＡＧＣ
制御信号により、ＡＧＣ回路１４０３の出力信号レベル
が一定になるように制御される。

【００５０】一方、Ａ／Ｄ変換器１４０４で０〜２５５
にデジタル変換された映像信号は積分回路１４０５と特
徴量抽出回路１４０７と階調補正回路１４１１に入力さ
れる。

【００５１】特徴量抽出手段１４０７と画像判別手段１
４０８の動作は第１，第２の実施例と全く同様になる。
すなわち、画像判別手段１４０８が特徴量抽出回路１４
０７が抽出した輝度ヒストグラムから入力画像を補正す
べき階調補正特性の補正度合を決定する。次に階調補正
抑圧手段１４０９がＡＧＣ制御手段１４０６のＡＧＣ制
御信号によって補正度合を抑圧して補正係数を決定す
る。次に階調補正回路１４１１が輝度信号Ｙと補正係数
から、補正後の輝度信号Ｙ’を求め、補正ゲイン（Ｙ’
／Ｙ）を算出し、入力映像信号をディレイ回路８０７で
補正ゲインとのタイミングを合わせ、乗算器８０８で補
正ゲイン（Ｙ’／Ｙ）と乗算し、階調補正された出力映
像信号を出力するによって、ノイズが目立たない全域に
わたって階調表現の豊かな出力画像を得ることができ
る。このようにＡＧＣと階調補正を連動して階調補正を
行うことにより低輝度部のノイズが目立たない階調補正
を行うことができる。一方、階調補正抑圧手段１４０９
が決定した補正係数により、ＤＴＬゲイン制御手段１４
１０が低輝度部のディテールゲインを小さくするように
ゲイン制御を行い、輝度信号Ｙに対応するディテールゲ
インを出力する。次に、階調補正を行った映像信号は信
号処理回路１４１２に入力され、ＤＴＬゲイン制御手段
１４１０が決定したディテールゲインでディテール補正
の信号処理を行う。このように階調補正とディテール補
正を連動させることで、低輝度部のノイズが目立たない
階調補正を行うことができる。最後に、Ｄ／Ａ変換器１
４１３からアナログ変換された映像信号が出力される。

【００５２】以上のように本実施例によれば、本発明の
撮像装置は、撮像素子１４０１と、ガンマ補正回路やホ
ワイトバランス回路等で構成されるプロセス回路１４０
２と、ＡＧＣ回路１４０３と、ＡＧＣ回路１４０３の映
像信号出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１４０４と、
積分回路１４０５と、ＡＧＣ回路１４０３の利得を制御
する信号を発生するＡＧＣ制御手段１４０６と、映像信
号の特徴量を抽出する特徴量抽出回路１４０７と、入力
画像の逆光、過順光度合を判別する画像判別手段１４０
８と、ＡＧＣ制御手段１４０６の出力と画像判別手段１
４０８の出力により補正係数を決定する階調補正抑圧手
段１４０９と、階調補正抑圧手段１４０９が決定した補
正係数によりＤＴＬゲインを制御するＤＴＬゲイン制御
手段１４１０と、階調補正係数に応じて階調補正を行う
階調補正回路１４１１と、階調補正回路１４１１で階調
補正された映像信号の信号処理を行う信号処理回路１４
１２と、信号処理回路１４１２の映像信号出力をＤ／Ａ
変換するＤ／Ａ変換器１４１３という構成で、補正係数
によって補正ゲインを発生するようにすることによっ
て、何種類かの階調補正性を記憶しておく余分なＲＯＭ
等を持たなくて良いので、回路規模も非常に小さくする
ことができる。また、補正係数を変えることによって、
順光、逆光被写体の階調補正特性を生成することができ
るので、逆光被写体から順光被写体まであらゆる被写体
に対して階調がつぶされない、全域にわたって階調表現
の豊かな出力画像を得ることができる。また、ＡＧＣ制
御信号によって階調補正を連動させ、さらに補正係数に
よって低輝度部のディテールゲインを制御しているの
で、ノイズが目立たない階調補正が行える。また、入力
信号が大きいときは入力信号がほぼそのまま出力信号に
なるように階調補正特性をすることによって、従来オー
トニー制御等で高輝度部の階調がつぶれていたところを
きれいに再現することができる。さらに、輝度平均値Ｙ
ａによって画素単位で適応的に階調補正特性を変化させ
て階調補正することによって、補正ゲインの傾きが小さ
くてもコントラストを保つように階調補正を行い、階調
表現豊かな出力信号を得ることができる。

【００５３】なお、本実施例において、入力映像信号に
輝度信号ＹやＲ，Ｇ，Ｂ信号を用いたが、輝度信号Ｙや
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の代わりに輝度信号、色差信号やコンポ
ジット信号や輝度信号に色信号を合成した信号を入力映
像信号に用いても同様の効果を得ることができる。

【００５４】なお、本実施例において、階調補正手段は
入力映像信号のそれぞれに補正ゲインを乗算して、階調
補正を行ったが、補正ゲイン（Ｙ’／Ｙ）の代わりに補
正値（Ｙ’−Ｙ）を入力映像信号のそれぞれに加算する
ようにしても、同様の効果を得ることができる。

【００５５】なお、本実施例において、入力映像信号を
８ビットにアナログ-デジタル変換して説明したが、量
子化ビット数は別の値でも良いし、補正ゲイン生成回路
等の処理ビット数も量子化ビット数に合わせて構成でき
る。

【００５６】なお、本実施例において、特徴量抽出回路
は、３つの輝度レベルの画素数を出力したが、各レベル
の閾値は異なる値にしても良いし、レベル数も３でなく
ても良い。

【００５７】なお、本実施例において、特徴量抽出回路
は１水平画素数３２０画素、２４０ラインの有効画面に
ついて画素数をカウントしたが、数える画素数が異なっ
ても良いし、画素数を表わす信号ビット数も入力画像の
特徴がわかれば何ビットでもかまわない。

【００５８】なお、本実施例において、補正係数決定回
路は輝度ヒストグラムを特徴量として入力画像の判別を
行ったが、輝度ヒストグラムの代わりに他の特徴量、例
えばＲ，Ｇ，Ｂ信号のよれぞれのヒストグラムまたはど
れか一つのヒストグラムや画像データの有効画面をブロ
ック分割して各ブロックの輝度信号、ＲＧＢ信号、色差
信号の最大値、平均値、最小値等を特徴量としたもの
で、画像をクラス分けできるような特徴量であれば、こ
の方法に限るものではない。

【００５９】なお、本実施例において、補正係数決定回
路はニューラルネットワークを用いる方法やファジイ制
御を用いる方法やテンプレートマッチングを用いる方法
など、画像を判別して階調補正特性を決定できる方法で
あれば一つの方法に限るものではない。

【００６０】

【発明の効果】以上のように本発明の撮像装置は、撮像
素子と、ＡＧＣ回路と、ＡＧＣ回路の利得を制御する信
号を発生するＡＧＣ制御手段と、映像信号の特徴量を抽
出する特徴量抽出回路と、入力画像の逆光、過順光度合
を判別する画像判別手段と、ＡＧＣ制御手段の出力と画
像判別手段の出力により階調補正係数を決定する階調補
正抑圧手段と、階調補正抑圧手段が決定した階調補正係
数によりＤＴＬゲインを制御するＤＴＬゲイン制御手段
と、階調補正係数に応じて階調補正を行う階調補正回路
と、階調補正回路で階調補正された映像信号の信号処理
を行う信号処理回路という構成で、補正係数によって補
正ゲインを発生するようにすることによって、何種類か
の階調補正性を記憶しておく余分なＲＯＭ等を持たなく
て良いので、回路規模も非常に小さくすることができ
る。また、補正係数を変えることによって、順光、逆光
被写体の階調補正特性を生成することができるので、逆
光被写体から順光被写体まであらゆる被写体に対して階
調がつぶされない、全域にわたって階調表現の豊かな出
力画像を得ることができる。また、ＡＧＣ制御信号によ
って階調補正を連動させ、さらに補正係数によって低輝
度部のディテールゲインを制御しているので、ノイズが
目立たない階調補正が行える。また、入力信号が大きい
ときは入力信号がほぼそのまま出力信号になるように階
調補正特性をすることによって、従来オートニー制御等
で高輝度部の階調がつぶれていたところをきれいに再現
することができる。さらに、輝度平均値Ｙａによって画
素単位で適応的に階調補正特性を変化させて階調補正す
ることによって、補正ゲインの傾きが小さくてもコント
ラストを保つように階調補正を行い、階調表現豊かな出
力信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における撮像装置のブロ
ック図

【図２】本発明の実施例における入力映像信号の１フィ
ールドの画像を示した説明図

【図３】本発明の実施例における特徴量抽出回路１０７
が抽出した輝度ヒストグラムの例を示す説明図

【図４】本発明の実施例における特徴量抽出回路１０７
のブロック図

【図５】本発明の実施例における画像判別手段１０８の
ブロック図

【図６】本発明の実施例における階調補正抑圧手段１０
９のブロック図

【図７】本発明の実施例におけるＡＧＣ制御信号による
階調補正抑圧特性図

【図８】本発明の第１の実施例における階調補正回路の
ブロック図

【図９】本発明の実施例における階調補正特性を示した
特性図

【図１０】本発明の実施例における階調補正特性と入出
力特性を示した特性図

【図１１】本発明の第２の実施例における撮像装置のブ
ロック図

【図１２】本発明の第２の実施例における信号処理回路
のブロック図

【図１３】本発明の第２の実施例におけるディテール制
御の特性図

【図１４】本発明の第２，３の実施例における階調補正
回路のブロック図

【図１５】本発明の第３の実施例における撮像装置のブ
ロック図

【図１６】従来例における撮像装置の構成を示すブロッ
ク図

【符号の説明】

１０１，１１０１，１４０１ 撮像素子 １０２，１１０２，１４０２ プロセス回路 １０３，１４０３ ＡＧＣ回路 １０６，１４０６ ＡＧＣ制御回路 １０７，１１０４，１４０７ 特徴量抽出回路 １０８，１１０５，１４０８ 画像判別手段 １０９，１４１０ 階調補正抑圧手段 １１０，１１０７，１４１１ 階調補正回路 １１１，１１０８，１４１２ 信号処理回路 １１０６，１４０９ ＤＴＬゲイン制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/225 - 5/247 H04N 5/14 - 5/217

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像信号を出力する撮像素子と、 前記撮像素子からの映像信号出力の利得を制御するＡＧ
   Ｃ回路と、 前記ＡＧＣ回路の出力信号レベルが一定になるように制
   御するＡＧＣ制御手段と、 階調補正係数により前記ＡＧＣ回路の映像信号出力の輝
   度レベル毎に、利得を可変することで階調補正を行う階
   調補正手段と、 前記ＡＧＣ回路の映像信号出力から画像の特徴量を抽出
   する特徴量抽出手段と、 前記特徴量抽出手段が抽出した特徴量から逆光及び過順
   光度合を判別し階調補正の補正度合を出力する画像判別
   手段と、 前記ＡＧＣ制御手段の制御信号により前記画像判別手段
   の補正度合を抑圧し前記階調補正係数を決定する階調補
   正抑圧手段とを備え、前記階調補正抑圧手段は、前記ＡＧＣ制御手段の制御信
   号が前記ＡＧＣ回路の利得を大とする場合に前記補正度
   合の抑圧を大とし、抑圧された補正度合に応じて前記階
   調補正係数を決定する ことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 映像信号を出力する撮像素子と、 階調補正係数により前記撮像素子からの映像信号出力の
   輝度レベル毎に、利得を可変することで階調補正を行う
   階調補正手段と、 前記階調補正手段の映像信号出力の輪郭強調等の信号処
   理を行う信号処理回路と、 前記撮像素子の映像信号出力から画像の特徴量を抽出す
   る特徴量抽出手段と、 前記特徴量抽出手段が抽出した特徴量から逆光及び過順
   光度合を判別し前記階調補正係数を出力する画像判別手
   段と、 前記画像判別手段が決定した階調補正係数により前記信
   号処理回路の輪郭強調信号の利得を制御する輪郭信号利
   得制御手段とを備え、前記輪郭信号利得制御手段は、前記階調補正係数が階調
   補正による低輝度部の利得を大とする場合に前記低輝度
   部の輪郭強調信号の利得を小とする ことを特徴とする撮
   像装置。
3. 【請求項３】 映像信号を出力する撮像素子と、 前記撮像素子からの映像信号出力の利得を制御するＡＧ
   Ｃ回路と、 前記ＡＧＣ回路の出力信号レベルが一定になるように制
   御するＡＧＣ制御手段と、 階調補正係数により前記ＡＧＣ回路の映像信号出力の輝
   度レベル毎に、利得を可変することで階調補正を行う階
   調補正手段と、 前記階調補正手段からの映像信号出力の輪郭強調等の信
   号処理を行う信号処理回路と、 前記ＡＧＣ回路の映像信号出力から画像の特徴量を抽出
   する特徴量抽出手段と、 前記特徴量抽出手段が抽出した特徴量から逆光及び過順
   光度合を判別し階調補正の補正度合を出力する画像判別
   手段と、 前記ＡＧＣ制御手段の制御信号により前記画像判別手段
   の補正度合を抑圧し前記階調補正係数を決定する階調補
   正抑圧手段と、 前記階調補正抑圧手段が決定した階調補正係数により前
   記信号処理回路の輪郭強調信号の利得を制御する輪郭信
   号利得制御手段とを備え、前記階調補正抑圧手段は、前記ＡＧＣ制御手段の制御信
   号が前記ＡＧＣ回路の利得を大とする場合に前記補正度
   合の抑圧を大とし、抑圧された補正度合に応じて前記階
   調補正係数を決定し、 前記輪郭信号利得制御手段は、前記階調補正係数が階調
   補正による低輝度部の利得を大とする場合に前記低輝度
   部の輪郭強調信号の利得を小とする ことを特徴とする撮
   像装置。
4. 【請求項４】 前記特徴量抽出手段が抽出する特徴量を
   前記映像信号の１フィールドの輝度分布にしたことを特
   徴とする請求項１、２または３に記載の撮像装置。