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JP4090141B2 - Gradation correction method for imaging apparatus - Google Patents
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JP4090141B2 - Gradation correction method for imaging apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ等に用いられる撮像装置の階調補正方法に関し、特に、自然な感じの画像が再現できるように階調特性を改善したものである。
【0002】
【従来の技術】
撮像装置の階調補正装置は、再現画像の輝度が被写体の輝度と対応するように映像信号を補正する。これまで、ダイナミックレンジが小さい受像装置を有効に使うために、この階調補正には種々の工夫が施されている。
【0003】
階調補正装置を備える従来の撮像装置は、図4に示すように、露光量が異なる2種類の映像信号を1フィールド期間内に交互に出力する撮像素子1と、この映像信号を増幅する前処理部2と、アナログ映像信号をデジタル信号に変換するA/D変換器3と、露光量が異なる2種類の映像信号の時間軸を揃え、分離して出力する時間軸変換器4と、この2種類の映像信号を合成するレベル合成手段5と、合成画像信号の輝度のヒストグラムを検出するヒストグラムデータ検出手段6と、このヒストグラムを基に階調特性を算出するマイクロコンピュータ7と、設定された階調特性に従って合成画像信号の階調補正を行なう階調補正手段8とを具備しており、階調補正手段8から出力された階調補正後の合成画像信号が主要映像信号処理回路9で処理され、ビデオ信号として出力される。
【0004】
この装置では、撮像素子1が、水平CCDの転送を通常の2倍の転送速度で行ない、露光量が長時間の映像信号と短時間の映像信号との2種類の映像信号を1フィールド期間内に交互に出力する。出力された映像信号は、CDS、AGC等の前処理2が施された後、A/D変換器3でデジタル信号に変換され、時間軸変換器4により、標準速度で且つ同一タイミングの長時間露光画像信号と短時間露光画像信号とに分離され、これらの信号は、レベル合成手段5により所定の輝度レベルで重み付けされて合成される。
【0005】
ヒストグラムデータ検出手段6は、レベル合成手段5から出力された合成画像信号のヒストグラムを検出する。この検出では、画面中の水平mポイント、垂直nポイントの合計m×n画素において、合成画像信号のレベルが、多段階に区分された階調レベルのどのレベルに属しているかが判定される。ヒストグラムは、ある階調を持つ画素が画面中に何個存在するかを示すものである。ヒストグラムデータ検出手段6は、検出したヒストグラムデータをマイクロコンピュータ7に出力する。
【0006】
マイクロコンピュータ7は、このヒストグラムデータを用いて、後述する手順で階調特性を算出し、算出結果を階調補正手段8に設定する。
【0007】
階調補正手段8は、レベル合成手段5から出力された合成画像信号に対して、マイクロコンピュータ7で設定された階調特性を実現するように階調補正を行ない、画像信号を出力する。この画像信号は主要映像信号処理手段9で処理されてビデオ出力となる。
【0008】
マイクロコンピュータ7は、ヒストグラムデータを用いて、階調特性を図6に示す手順で求める。
【0009】
階調特性は、基本的には、ヒストグラムの度数が高い階調レベル(即ち、輝度頻度の高い階調レベル)程、コントラストが強調されるように設定する。この特性は、各階調レベルのヒストグラムデータを規格化し、各階調レベルの規格化値を累積積分することによって得られる。この規格化のために、
ステップ1:まず、各階調レベルのヒストグラムデータH[n](ここでは階調レベルnを0〜15の16段階に設定している)の総和値Hallを算出し、
ステップ2:各階調のヒストグラムデータH[n]をヒストグラムデータの総和値Hallで除算し、各階調レベルの規格化値Hk1[n]を算出する。
【0010】
この規格化されたヒストグラムデータをHk1[0]からHk1[n]まで累積積分し、入力画像信号の階調Hk1[n]に対応して累積積分値(ΣHk1[n])の階調を出力するようにすれば、輝度頻度の高い階調のコントラストを強調する階調特性を得ることができる。しかし、このままの階調特性で階調補正を行なうと、輝度頻度の高い階調での僅かな階調差が必要以上に強調されてS/Nが悪化したり、または、輝度頻度の低い領域でコントラストが無くなったりする場合があり、不自然な階調再現となる。
【0011】
そこで、この階調特性の傾きに制限を加えるため、
ステップ3:規格化されたヒストグラムデータHk1[n]が、傾きの下限値 pminより小さい場合には、この下限値を規格化された新たなヒストグラムデータHk2[n](= pmin)とし、また、Hk1[n]が、傾きの上限値 pmaxより大きい場合には、この上限値を規格化された新たなヒストグラムデータHk2[n](= pmax)とする。そして、 pmin≦Hk1[n]≦ pmaxのときはHk2[n]にHk1[n]をそのまま使って、
ステップ4:傾き制限後のヒストグラムデータHk2[n]を累積積分して階調特性を求める。
【0012】
さらに、
ステップ5:最後に、入力画像のピーク値KIを再現させるための規格化処理を行なう。
【0013】
この最後の規格化処理は、映像の最大値を、階調補正処理以降の信号処理回路におけるダイナミックレンジの上限値に規格化するものとなる。
【0014】
こうして求めた階調特性は、ヒストグラムの度数が高い階調レベル程、コントラストが強調される階調補正を可能にする。また、この階調補正により映像の最大値が後続する信号処理回路のダイナミックレンジから外れてしまう、という事態を防ぐことができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の階調補正方法では、階調特性が、どのような被写体を撮像した場合でも、一様に映像の最大値を階調補正処理以降の信号処理回路のダイナミックレンジの上限値で規格化するように設定されているため、このダイナミックレンジの飽和をもたらさないような暗い被写体を撮像したときでも、不必要に階調を上げる補正が行なわれ、不自然な画像になるという問題点を有していた。
【0016】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、階調補正処理以降の主要信号処理回路やモニタのダイナミックレンジを有効に活用しながら、且つ、低輝度被写体の映像に対しても自然な画像への階調補正を可能にする階調補正方法を提供することを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の階調補正方法では、ヒストグラムデータの最大階調値を検出し、最大階調値に応じた階調特性を算出している。
【0018】
そのため、様々な被写体に適応して最適な階調補正を行なうことができ、後段信号処理のダイナミックレンジを有効活用しながら、低輝度の被写体に対しても自然な画像の再現が可能になる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、入力画像の各階調のヒストグラムデータの総和を求め、前記各階調のヒストグラムデータを前記総和で除算した規格化値を求め、前記規格化値が階調特性の傾きに制限を加える傾きの下限値より小さなときは前記規格化値を傾きの下限値で置き換え、前記規格化値が階調特性の傾きに制限を加える傾きの上限値より大きなときは前記規格化値を傾きの上限値で置き換え、前記規格化値を各階調まで累積積分した各階調毎の累積積分値を求め、前記累積積分値の階調間の差に応じて入力画像の階調補正を行う階調補正方法において、前記ヒストグラムデータの最大階調値を検出し、前記最大階調値が標準レベル以内であるときは、前記傾きの上限値および前記傾きの下限値を等しい値とし、前記最大階調値が標準レベルより大きく後処理回路のダイナミックレンジ以内であるときは、前記傾きの上限値を前記傾き下限値より大きくし、前記最大階調値が前記後処理回路のダイナミックレンジより大きいときも、前記傾きの上限値を前記傾きの下限値より大きくするようにしたものであり、こうして求めた階調特性を用いることにより、被写体の輝度に応じた階調補正を行なうことができる。
【0020】
請求項2に記載の発明は、入力画像の各階調のヒストグラムデータの総和を求め、前記各階調のヒストグラムデータを前記総和で除算した規格化値を求め、前記規格化値が階調特性の傾きに制限を加える傾きの下限値より小さなときは前記規格化値を傾きの下限値で置き換え、前記規格化値が階調特性の傾きに制限を加える傾きの上限値より大きなときは前記規格化値を傾きの上限値で置き換え、前記規格化値を各階調まで累積積分した各階調毎の累積積分値を求め、前記累積積分値の階調間の差に応じて入力画像の階調補正を行う階調補正方法において、前記ヒストグラムデータの最大階調値を検出し、前記最大階調値が標準レベル以上且つ後処理回路のダイナミックレンジ以内であるときは階調補正後のヒストグラムの最大階調値を入力信号の最大階調値と等しくし、前記最大階調値が後処理回路のダイナミックレンジより大きいときは、前記階調補正後のヒストグラムの最大階調値を前記後処理回路のダイナミックレンジの上限になるように前記階調補正後のヒストグラムの最大階調値を変更するようにしたものであり、こうして求めた階調特性を用いることにより、被写体の輝度に応じた階調補正を行なうことができる。
【0023】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【0024】
本発明の階調補正方法は、図4の撮像装置の階調補正装置により実施される。この装置の構成は先に説明した通りである。
【0025】
この装置の撮像素子1は、水平CCDの転送を通常の2倍の転送速度で行ない、露光量が長時間の映像信号と短時間の映像信号との2種類の映像信号を1フィールド期間内に交互に出力する。出力された映像信号は、CDS、AGC等の前処理2が施された後、A/D変換器3でデジタル信号に変換され、時間軸変換器4により、標準速度で且つ同一タイミングの長時間露光画像信号と短時間露光画像信号とに分離される。
【0026】
レベル合成手段5は、これらの信号を所定の輝度レベルで合成する。合成は、図5に示すように、ある合成レベルと合成幅とを規定して行なわれる。長時間露光画像信号Ylongに対しては、合成レベル以上から圧縮を開始するゲインKを乗じた信号K×Ylongを作成し、また、短時間露光画像信号Yshortに対しては、オフセット値Yoffsetを加算した後、合成レベル以下で圧縮を行なうゲイン(1−K)を乗じた信号(1−K)×(Yshort+Yoffset)を作成し、これらを加算して合成信号Ymixを得る。
【0027】
ヒストグラム検出手段6は、この合成信号の画像のヒストグラムデータを検出する。この検出では、階調レベルを16階調に分割し(この分割数で充分な特性が得られる)、画面中の水平mポイント、垂直nポイントの合計m×n画素において合成信号Ymix のレベルがどの階調レベルに属するかを判定し、ある階調を持つ画素が画面中に何個存在するかを示すヒストグラムデータを得る。
【0028】
マイクロコンピュータ7は、このヒストグラムデータを用いて、図3に示すアルゴリズムで階調特性を算出する。このアルゴリズムの手順は、基本的には、従来のもの(図6)と同じであり、「ヒストグラムデータの規格化」「傾き制限処理」「傾き制限処理したヒストグラムデータを用いた累積積分」及び「最大階調値に応じた規格化」という流れで階調特性が算出される。ただ、従来と異なる点は、ヒストグラムデータの最大値を求め、この最大値に応じて「傾き制限処理」及び「最大階調値による規格化」の処理を違えている点である。この実施形態では、ヒストグラムデータの最大値が、
(1)標準レベル以内である場合
(2)標準レベル以上で、且つ後処理系回路のダイナミックレンジ以内である場合
(3)後処理系回路のダイナミックレンジ以上である場合
に区分し、それぞれの場合に応じて「傾き制限処理」及び「最大階調値による規格化」の処理を違えている。
【0029】
図3の手順について詳しく説明する。
【0030】
ステップ11:まず、全階調のヒストグラムデータの総和値Hallを算出する。n階調目のヒストグラムデータをH[n]とするとHallは(数1)で与えられる。
【0031】
Hall = ΣH[n] ( n = 0〜15 ) (数1)
ステップ12:このとき、n=0から15までH[n]を順に零と比較し、最後にH[n]≠0となるnを最大階調値Nmaxとして保持しておく。
【0032】
ステップ13:次に、(数2)により、各階調のヒストグラムデータをその総和値Hallで除算し、第1回目の規格化値Hk1[n]を算出する。
【0033】
Hk1[n] = H[n] / Hall (数2)
図2には、被写体の最大輝度レベルが前述の(1)〜(3)の各場合におけるヒストグラムの例を示している。図2上段には第1回目の規格化を実施したヒストグラムデータの例を棒グラフで示している。横軸は階調レベルn(=0〜15)を表し、縦軸は規格化値Hk1[n]を表している。この規格化されたヒストグラムデータをHk1[0]からHk1[15]まで各階調ごとに累積積分することにより、図2上段に折れ線で示す階調特性が得られる。即ち、累積積分値Hks1[n]は、Hk1[n]を用いて表すと(数3)のようになる。
【0034】
Hks1[n] = ΣHk1[k] ( k = 0〜n ) (数3)
このときの図2上段の図の縦軸はHks1[n]を表す。
【0035】
この折れ線で表された階調特性は、前述したように、輝度頻度の高い階調を選択的に伸張してコントラストを改善することはできるが、輝度頻度の大きな階調での僅かな階調差が必要以上に強調されてS/Nが悪化したり、輝度頻度の小さな階調でのコントラストが少なくなり過ぎたりして、このままでは不自然な階調再現となる。そこで、階調特性の傾きに制限を加えるため、
ステップ14:Hk1[n]が傾きの下限値 pminより小さい場合には、Hk2[n]= pminとし、Hk1[n]が傾きの上限値 pmaxより大きい場合には、Hk2[n]= pmaxとする。このとき、最大階調値Nmaxが前記(1)〜(3)のいずれに属するかに応じて、傾きの制限値 pmin pmaxを変更する。
【0036】
この実施形態では、(1)の場合には、制限値 pmin pmaxとし、また、(2)(3)の場合には、制限値 pmin pmaxとに異なる値を設定して、階調特性の変位幅を規定している。
【0037】
ステップ15:この傾き制限処理を実施したヒストグラムデータHk2を用いて、(数4)により累積積分値Hks2[n]を算出する。
【0038】
Hks2[n] = ΣHk2[k] ( k = 0〜n ) (数4)
図2上段のヒストグラム特性に対して、傾き制限処理を実施したヒストグラムデータHk2を図2下段に棒グラフで、また、このヒストグラムデータHk2を累積積分して求めた階調特性Hks2を図2下段に実線折れ線で示している。(1)の「最大階調値が標準レベル以下」の場合は、入力値と出力値とが同一になる特性であり、階調補正が行なわれない。
【0039】
ステップ16:最後に、入力画像のピーク値を再現させるための第2回目の規格化処理を行なう。この第2回目の規格化処理では、
Hksk2[n] = Hks2[n]×Kl (数5)
により規格化値Hksk2[n]を求めるが、このとき、最大階調値Nmaxが前記(1)〜(3)のいずれに属するかに応じて、Klの値を変更する。
【0040】
この実施形態では、(1)の場合には、Kl=1とし、また、(2)の場合には、階調補正出力信号の最大階調値が入力信号の最大階調値と同一となるようにKlの値を設定している。また、(3)の場合には、階調補正出力信号の最大階調値が後処理系回路のダイナミックレンジの上限になるようにKlの値を設定している。この第2回目の規格化を実施すると、図2下段の一点鎖線で示す階調特性Hkskが得られる。
【0041】
図1には、こうして求めた(1)、(2)及び(3)の各場合における階調特性を示している。図1の下段は、Ymix信号を階調補正入力としたときの各場合のヒストグラムデータを示し、同図上段は、下段のヒストグラム特性図より算出される階調特性を示している。
【0042】
この図の横軸は、階調補正入力の合成信号Ymixの輝度を16階調で示しており、下位8階調が長時間露光信号Ylong、上位8階調が短時間露光信号Yshort となる。
【0043】
なお、(1)と(2)との間を区切る標準レベルは、長時間露光信号の半分程度に設定する。この例では、標準レベルを、入力階調値で3階調目に設定している。また、(2)と(3)との間を区切る「後処理系回路のダイナミックレンジ以内」となるレベルは、入力階調値で5階調目としている。また、傾きの制限値は各階調ごとに最適値を設定すると良い。
【0044】
以上のアルゴリズムにより、被写体の輝度に応じた階調特性が得られる。この算出結果を階調補正手段8に設定することにより、階調補正手段8は、合成信号に対して、被写体の輝度に応じた最適な階調補正を行なうことができる。即ち、高輝度部分が存在しない被写体では階調補正を実施せず、高輝度部のレベルが高くなるに従い高輝度部の階調を強調する。また、高輝度レベルが後段信号処理のダイナミックレンジを超える場合には、合成輝度信号の最大値を後段の信号処理のダイナミックレンジで決まる最大値に規格化することにより、出力信号がダイナミックレンジから外れることを防ぎ、後段信号処理のダイナミックレンジを有効に活用することができる。
【0045】
その結果、どのような被写体に対しても、最適な階調補正効果を得ることができる。
【0046】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の階調補正方法では、階調補正演算の最大規格化値を入力画像に応じて変更することにより、どのような被写体でも、映像信号処理回路のダイナミックレンジを有効に活用し、高輝度部の画像の階調再現性を維持しつつ、低輝度画像での、S/Nの劣化が目立たない自然な階調再現を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の階調補正方法で得られる階調特性図、
【図2】実施形態の階調補正方法により階調特性図を得るための手順を示す説明図、
【図3】本発明の階調補正方法の手順を示すフローチャート、
【図4】階調補正装置を備える固体撮像装置の構成図、
【図5】輝度信号の合成方法を示す概念図、
【図6】従来の階調補正方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 撮像素子
2 前処理部
3 A/D変換器
4 時間軸変換器
5 合成手段
6 ヒストグラム検出手段
7 マイクロコンピュータ
8 階調補正手段
9 主要映像信号処理手段
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gradation correction method for an image pickup apparatus used in a video camera or the like, and in particular, has improved gradation characteristics so that a natural-feeling image can be reproduced.
[0002]
[Prior art]
The gradation correction device of the imaging device corrects the video signal so that the luminance of the reproduced image corresponds to the luminance of the subject. Until now, in order to effectively use an image receiving apparatus having a small dynamic range, various ingenuities have been applied to this gradation correction.
[0003]
As shown in FIG. 4, a conventional image pickup apparatus including a gradation correction device includes an image pickup element 1 that alternately outputs two types of video signals having different exposure amounts within one field period, and before the video signal is amplified. A processing unit 2; an A / D converter 3 that converts an analog video signal into a digital signal; a time axis converter 4 that aligns and separates the time axes of two types of video signals with different exposure amounts; Level synthesis means 5 for synthesizing two kinds of video signals, histogram data detection means 6 for detecting a histogram of luminance of the synthesized image signal, a microcomputer 7 for calculating gradation characteristics based on this histogram, and a set Gradation correction means 8 for performing gradation correction of the composite image signal in accordance with the gradation characteristics, and the composite image signal after gradation correction output from the gradation correction means 8 is output by the main video signal processing circuit 9. It is physical, and output as a video signal.
[0004]
In this apparatus, the image pickup device 1 performs horizontal CCD transfer at twice the normal transfer rate, and two types of video signals, a video signal with a long exposure amount and a video signal with a short exposure amount, within one field period. Output alternately. The output video signal is subjected to pre-processing 2 such as CDS, AGC, etc., and then converted into a digital signal by the A / D converter 3, and the time axis converter 4 at a standard speed and at the same timing for a long time. The exposure image signal and the short-time exposure image signal are separated, and these signals are weighted and synthesized at a predetermined luminance level by the level synthesis means 5.
[0005]
The histogram data detection unit 6 detects a histogram of the composite image signal output from the level synthesis unit 5. In this detection, it is determined to which of the gradation levels divided in multiple stages the level of the composite image signal is a total of m × n pixels of horizontal m points and vertical n points in the screen. The histogram shows how many pixels having a certain gradation exist in the screen. The histogram data detection means 6 outputs the detected histogram data to the microcomputer 7.
[0006]
The microcomputer 7 uses the histogram data to calculate gradation characteristics according to the procedure described later, and sets the calculation result in the gradation correction means 8.
[0007]
The tone correction unit 8 performs tone correction on the synthesized image signal output from the level synthesis unit 5 so as to realize the tone characteristics set by the microcomputer 7 and outputs an image signal. This image signal is processed by the main video signal processing means 9 to become a video output.
[0008]
The microcomputer 7 uses the histogram data to obtain the gradation characteristics according to the procedure shown in FIG.
[0009]
The gradation characteristics are basically set so that the contrast is enhanced as the gradation level having a higher frequency in the histogram (that is, the gradation level having a higher luminance frequency). This characteristic is obtained by normalizing the histogram data of each gradation level and cumulatively integrating the normalized value of each gradation level. For this standardization,
Step 1: First, a total value Hall of histogram data H [n] (here, gradation level n is set to 16 levels from 0 to 15) for each gradation level is calculated.
Step 2: The histogram data H [n] for each gradation is divided by the total value Hall of the histogram data to calculate a normalized value Hk1 [n] for each gradation level.
[0010]
The normalized histogram data is cumulatively integrated from Hk1 [0] to Hk1 [n], and the cumulative integral value (ΣHk1 [n]) corresponding to the gradation Hk1 [n] of the input image signal is output. By doing so, it is possible to obtain gradation characteristics that enhance the contrast of gradations with high luminance frequency. However, if the tone correction is performed with the tone characteristics as it is, a slight tone difference in a tone with a high luminance frequency is emphasized more than necessary, and the S / N deteriorates, or a region with a low luminance frequency. The contrast may be lost, resulting in unnatural gradation reproduction.
[0011]
Therefore, in order to limit the slope of this gradation characteristic,
Step 3: When the normalized histogram data Hk1 [n] is smaller than the lower limit value C pmin of the slope, the lower limit value is set as new normalized histogram data Hk2 [n] (= C pmin ), Further, Hk1 [n] is, when the inclination is larger than the upper limit value C pma x is this new histogram data the upper limit value has been normalized Hk2 [n] (= C pmax ). When C pmin ≦ Hk1 [n] ≦ C pmax , use Hk1 [n] as it is for Hk2 [n]
Step 4: Gradation characteristics are obtained by cumulative integration of the histogram data Hk2 [n] after tilt restriction.
[0012]
further,
Step 5: Finally, normalization processing for reproducing the peak value KI of the input image is performed.
[0013]
This last normalization process normalizes the maximum value of the video to the upper limit value of the dynamic range in the signal processing circuit after the gradation correction process.
[0014]
The tone characteristics thus obtained enable tone correction in which the contrast is enhanced as the tone level of the histogram is higher. In addition, it is possible to prevent a situation in which the maximum value of the image is out of the dynamic range of the subsequent signal processing circuit due to the gradation correction.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the conventional tone correction method, the tone characteristics are standardized by the upper limit value of the dynamic range of the signal processing circuit after tone correction processing, regardless of what subject is captured. Therefore, even when a dark subject that does not cause saturation of the dynamic range is captured, correction that raises the gradation unnecessarily is performed, resulting in an unnatural image. Had.
[0016]
The present invention solves such a conventional problem, and effectively uses the dynamic range of the main signal processing circuit and the monitor after the gradation correction processing and also for a low-luminance subject image. An object of the present invention is to provide a gradation correction method that enables gradation correction to a simple image.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the gradation correction method of the present invention, the maximum gradation value of the histogram data is detected and the gradation characteristics corresponding to the maximum gradation value are calculated.
[0018]
Therefore, it is possible to perform optimum gradation correction in accordance with various subjects, and natural images can be reproduced even for low-luminance subjects while effectively utilizing the dynamic range of the subsequent signal processing.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, a sum of histogram data of each gradation of an input image is obtained, a normalized value obtained by dividing the histogram data of each gradation by the sum is obtained, and the normalized value is a gradation. When the slope is smaller than the lower limit of the slope that limits the slope of the characteristic, the normalized value is replaced with the lower limit of the slope, and when the normalized value is larger than the upper limit of the slope that limits the slope of the gradation characteristic, The standardized value is replaced with the upper limit value of the slope, and the standardized value is cumulatively integrated up to each gradation to obtain a cumulative integrated value for each gradation, and the gradation of the input image is determined according to the difference between the cumulative integrated values. In the gradation correction method for performing correction, when the maximum gradation value of the histogram data is detected and the maximum gradation value is within a standard level, the upper limit value of the slope and the lower limit value of the slope are set to be equal values. , The maximum gradation value is The slope upper limit value is greater than the slope lower limit value when it is greater than the quasi-level and within the dynamic range of the post-processing circuit, and the slope is also greater when the maximum gradation value is greater than the dynamic range of the post-processing circuit. Is set to be larger than the lower limit value of the slope. By using the gradation characteristic thus obtained, gradation correction according to the luminance of the subject can be performed.
[0020]
According to the second aspect of the present invention, the sum of histogram data of each gradation of the input image is obtained, a normalized value obtained by dividing the histogram data of each gradation by the sum is obtained, and the normalized value is an inclination of the gradation characteristic. When the normalized value is smaller than the lower limit value of the slope that limits the slope, the normalized value is replaced with the lower limit value of the slope, and when the normalized value is larger than the upper limit value of the slope that limits the slope of the gradation characteristic, the normalized value Is replaced with the upper limit value of the slope, the normalized value is cumulatively integrated up to each gradation, a cumulative integrated value is obtained for each gradation, and the gradation of the input image is corrected according to the difference between the cumulative integrated values of the gradations. In the gradation correction method, the maximum gradation value of the histogram data is detected, and the maximum gradation value of the histogram after gradation correction when the maximum gradation value is not less than a standard level and within the dynamic range of the post-processing circuit. Enter When the maximum gradation value is larger than the dynamic range of the post-processing circuit, the maximum gradation value of the histogram after gradation correction is set as the upper limit of the dynamic range of the post-processing circuit. In this way, the maximum gradation value of the histogram after gradation correction is changed. By using the gradation characteristic thus obtained, gradation correction according to the luminance of the subject can be performed. .
[0023]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
The gradation correction method of the present invention is implemented by the gradation correction apparatus of the imaging apparatus shown in FIG. The configuration of this apparatus is as described above.
[0025]
The image sensor 1 of this apparatus performs horizontal CCD transfer at twice the normal transfer rate, and two types of video signals, a video signal with a long exposure amount and a video signal with a short exposure amount, within one field period. Output alternately. The output video signal is subjected to pre-processing 2 such as CDS, AGC, etc., and then converted into a digital signal by the A / D converter 3, and the time axis converter 4 at a standard speed and at the same timing for a long time. The exposure image signal and the short-time exposure image signal are separated.
[0026]
The level synthesizing unit 5 synthesizes these signals with a predetermined luminance level. As shown in FIG. 5, the composition is performed by defining a certain composition level and composition width. For the long-exposure image signal Ylong, a signal K × Ylong multiplied by a gain K for starting compression from the synthesis level or higher is created, and for the short-exposure image signal Yshort, an offset value Yoffset is added. After that, a signal (1-K) × (Yshort + Yoffset) multiplied by a gain (1-K) for compression at a synthesis level or lower is created, and these are added to obtain a synthesized signal Ymix.
[0027]
The histogram detection means 6 detects the histogram data of the image of this synthesized signal. In this detection, the gradation level is divided into 16 gradations (a sufficient characteristic can be obtained with this number of divisions), and the level of the composite signal Ymix at the total m × n pixels of horizontal m points and vertical n points on the screen. Which gradation level belongs is determined, and histogram data indicating how many pixels having a certain gradation exist in the screen is obtained.
[0028]
The microcomputer 7 uses the histogram data to calculate the gradation characteristics using the algorithm shown in FIG. The procedure of this algorithm is basically the same as that of the conventional one (FIG. 6), and “normalization of histogram data”, “slope limitation processing”, “cumulative integration using histogram data subjected to slope limitation processing” and “ The gradation characteristics are calculated in the flow of “normalization according to the maximum gradation value”. However, the difference from the prior art is that the maximum value of the histogram data is obtained, and the “inclination limiting process” and the “normalization by the maximum gradation value” process are different depending on this maximum value. In this embodiment, the maximum value of the histogram data is
(1) When it is within the standard level (2) When it is above the standard level and within the dynamic range of the post-processing system circuit (3) When it is above the dynamic range of the post-processing system circuit Accordingly, the “inclination limiting process” and the “normalization by maximum gradation value” process are different.
[0029]
The procedure of FIG. 3 will be described in detail.
[0030]
Step 11: First, a total value Hall of histogram data of all gradations is calculated. If the histogram data of the nth gradation is H [n], Hall is given by (Equation 1).
[0031]
Hall = ΣH [n] (n = 0 to 15) (Equation 1)
Step 12: At this time, H [n] is sequentially compared with zero from n = 0 to 15, and finally n where H [n] ≠ 0 is held as the maximum gradation value Nmax.
[0032]
Step 13: Next, according to (Equation 2), the histogram data of each gradation is divided by the total value Hall to calculate the first normalized value Hk1 [n].
[0033]
Hk1 [n] = H [n] / Hall (Equation 2)
FIG. 2 shows an example of a histogram when the maximum luminance level of the subject is in each of the cases (1) to (3) described above. In the upper part of FIG. 2, an example of histogram data subjected to the first normalization is shown as a bar graph. The horizontal axis represents the gradation level n (= 0 to 15), and the vertical axis represents the normalized value Hk1 [n]. The normalized histogram data is cumulatively integrated for each gradation from Hk1 [0] to Hk1 [15], thereby obtaining gradation characteristics indicated by a broken line in the upper part of FIG. That is, the cumulative integral value Hks1 [n] is expressed as (Equation 3) using Hk1 [n].
[0034]
Hks1 [n] = ΣHk1 [k] (k = 0 to n) (Equation 3)
At this time, the vertical axis of the upper diagram in FIG. 2 represents Hks1 [n].
[0035]
As described above, the gradation characteristics represented by the broken line can selectively improve the contrast with a high luminance frequency, but can improve the contrast. The difference is emphasized more than necessary, the S / N deteriorates, or the contrast at the gradation with a low luminance frequency becomes too small, and the gradation reproduction is unnatural. Therefore, in order to limit the gradient of the gradation characteristics,
Step 14: If Hk1 [n] is smaller than the lower limit value C pmin of the slope, Hk2 [n] = C pmin is set. If Hk1 [n] is larger than the upper limit value C pmax of the slope, Hk2 [n] = C pmax . At this time, the inclination limit values C pmin and C pmax are changed according to which of the above-mentioned (1) to (3) the maximum gradation value Nmax belongs to.
[0036]
In this embodiment, in the case of (1) is a limiting value C pmin = C pma x, also (2) (3) In the case of, different values for the limit value C pmin and C pmax Thus, the displacement width of the gradation characteristic is defined.
[0037]
Step 15: The cumulative integral value Hks2 [n] is calculated by (Equation 4) using the histogram data Hk2 subjected to this inclination limiting process.
[0038]
Hks2 [n] = ΣHk2 [k] (k = 0 to n) (Equation 4)
The histogram data Hk2 on which the slope restriction processing is performed with respect to the histogram characteristics in the upper part of FIG. 2 is a bar graph in the lower part of FIG. This is indicated by a broken line. When (1) “the maximum gradation value is equal to or less than the standard level”, the input value and the output value are the same, and gradation correction is not performed.
[0039]
Step 16: Finally, a second normalization process for reproducing the peak value of the input image is performed. In this second standardization process,
Hksk2 [n] = Hks2 [n] x Kl (Equation 5)
Thus, the normalized value Hksk2 [n] is obtained. At this time, the value of Kl is changed according to which of the above-mentioned (1) to (3) the maximum gradation value Nmax belongs to.
[0040]
In this embodiment, in the case of (1), Kl = 1, and in the case of (2), the maximum gradation value of the gradation correction output signal is the same as the maximum gradation value of the input signal. The value of Kl is set as follows. In the case of (3), the value of Kl is set so that the maximum gradation value of the gradation correction output signal becomes the upper limit of the dynamic range of the post-processing system circuit. When the second normalization is performed, the gradation characteristic Hksk indicated by the one-dot chain line in the lower part of FIG. 2 is obtained.
[0041]
FIG. 1 shows the gradation characteristics in the cases (1), (2) and (3) thus obtained. The lower part of FIG. 1 shows histogram data in each case when the Ymix signal is used as the gradation correction input, and the upper part of FIG. 1 shows the gradation characteristic calculated from the histogram characteristic chart of the lower part.
[0042]
The horizontal axis of this figure shows the luminance of the composite signal Ymix for gradation correction input in 16 gradations, with the lower 8 gradations being the long exposure signal Ylong and the upper 8 gradations being the short exposure signal Yshort.
[0043]
The standard level that divides between (1) and (2) is set to about half of the long-time exposure signal. In this example, the standard level is set to the third gradation in the input gradation value. Further, the level that is “within the dynamic range of the post-processing system circuit” that divides between (2) and (3) is the fifth gradation in the input gradation value. Further, it is preferable to set an optimum value for the gradient limit value for each gradation.
[0044]
With the above algorithm, gradation characteristics corresponding to the luminance of the subject can be obtained. By setting this calculation result in the gradation correction unit 8, the gradation correction unit 8 can perform optimal gradation correction on the synthesized signal in accordance with the luminance of the subject. That is, gradation correction is not performed on a subject that does not have a high luminance portion, and the gradation of the high luminance portion is enhanced as the level of the high luminance portion increases. Also, if the high luminance level exceeds the dynamic range of the subsequent signal processing, the output signal falls outside the dynamic range by standardizing the maximum value of the combined luminance signal to the maximum value determined by the dynamic range of the subsequent signal processing. Can be prevented, and the dynamic range of the subsequent signal processing can be effectively utilized.
[0045]
As a result, an optimum gradation correction effect can be obtained for any subject.
[0046]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, in the gradation correction method of the present invention, the maximum standardized value of the gradation correction calculation is changed according to the input image, so that the dynamics of the video signal processing circuit can be applied to any subject. By effectively utilizing the range and maintaining the gradation reproducibility of the image in the high luminance part, it is possible to obtain natural gradation reproduction in which the S / N deterioration is not noticeable in the low luminance image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a gradation characteristic diagram obtained by a gradation correction method according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a procedure for obtaining a gradation characteristic diagram by the gradation correction method of the embodiment;
FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the gradation correction method of the present invention;
FIG. 4 is a configuration diagram of a solid-state imaging device including a gradation correction device;
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a luminance signal synthesis method;
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of a conventional gradation correction method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image pick-up element 2 Pre-processing part 3 A / D converter 4 Time-axis converter 5 Synthesis | combination means 6 Histogram detection means 7 Microcomputer 8 Tone correction means 9 Main video signal processing means

Claims (2)

入力画像の各階調のヒストグラムデータの総和を求め、
前記各階調のヒストグラムデータを前記総和で除算した規格化値を求め、
前記規格化値が階調特性の傾きに制限を加える傾きの下限値より小さなときは前記規格化値を傾きの下限値で置き換え
前記規格化値が階調特性の傾きに制限を加える傾きの上限値より大きなときは前記規格化値を傾きの上限値で置き換え
前記規格化値を各階調まで累積積分した各階調毎の累積積分値を求め、
前記累積積分値の階調間の差に応じて入力画像の階調補正を行う階調補正方法において、
前記ヒストグラムデータの最大階調値を検出し、
前記最大階調値が標準レベル以内であるときは、前記傾きの上限値および前記傾きの下限値を等しい値とし、
前記最大階調値が標準レベルより大きく後処理回路のダイナミックレンジ以内であるときは、前記傾きの上限値を前記傾き下限値より大きくし、
前記最大階調値が前記後処理回路のダイナミックレンジより大きいときも、前記傾きの上限値を前記傾きの下限値より大きくすることを特徴とする階調補正方法。
Find the sum of the histogram data of each gradation of the input image,
Obtain a normalized value obtained by dividing the histogram data of each gradation by the sum,
When the normalized value is smaller than the lower limit value of the slope that limits the gradient of the gradation characteristics, the normalized value is replaced with the lower limit value of the slope,
When the normalized value is larger than the upper limit value of the slope that limits the slope of the gradation characteristic, the normalized value is replaced with the upper limit value of the slope,
A cumulative integration value for each gradation obtained by accumulating the normalized value to each gradation is obtained,
In a gradation correction method for performing gradation correction of an input image according to a difference between gradations of the cumulative integral value,
Detecting the maximum gradation value of the histogram data;
When the maximum gradation value is within the standard level, the upper limit value of the slope and the lower limit value of the slope are equal values,
When the maximum gradation value is larger than the standard level and within the dynamic range of the post-processing circuit, the upper limit value of the slope is made larger than the lower limit value of the slope,
The gradation correction method, wherein the upper limit value of the slope is made larger than the lower limit value of the slope even when the maximum gradation value is larger than the dynamic range of the post-processing circuit.
入力画像の各階調のヒストグラムデータの総和を求め、
前記各階調のヒストグラムデータを前記総和で除算した規格化値を求め、
前記規格化値が階調特性の傾きに制限を加える傾きの下限値より小さなときは前記規格化値を傾きの下限値で置き換え
前記規格化値が階調特性の傾きに制限を加える傾きの上限値より大きなときは前記規格化値を傾きの上限値で置き換え
前記規格化値を各階調まで累積積分した各階調毎の累積積分値を求め、
前記累積積分値の階調間の差に応じて入力画像の階調補正を行う階調補正方法において、
前記ヒストグラムデータの最大階調値を検出し、
前記最大階調値が標準レベル以上且つ後処理回路のダイナミックレンジ以内であるときは階調補正後のヒストグラムの最大階調値を入力信号の最大階調値と等しくし、前記最大階調値が後処理回路のダイナミックレンジより大きいときは、前記階調補正後のヒストグラムの最大階調値を前記後処理回路のダイナミックレンジの上限になるように前記階調補正後のヒストグラムの最大階調値を変更することを特徴とする階調補正方法。
Find the sum of the histogram data of each gradation of the input image,
Obtain a normalized value obtained by dividing the histogram data of each gradation by the sum,
When the normalized value is smaller than the lower limit value of the slope that limits the gradient of the gradation characteristics, the normalized value is replaced with the lower limit value of the slope,
When the normalized value is larger than the upper limit value of the slope that limits the slope of the gradation characteristic, the normalized value is replaced with the upper limit value of the slope,
A cumulative integration value for each gradation obtained by accumulating the normalized value to each gradation is obtained,
In a gradation correction method for performing gradation correction of an input image according to a difference between gradations of the cumulative integral value,
Detecting the maximum gradation value of the histogram data;
When the maximum gradation value is not less than the standard level and within the dynamic range of the post-processing circuit, the maximum gradation value of the histogram after gradation correction is made equal to the maximum gradation value of the input signal, and the maximum gradation value is If it is larger than the dynamic range of the post-processing circuit, the maximum gradation value of the histogram after gradation correction is set so that the maximum gradation value of the histogram after gradation correction becomes the upper limit of the dynamic range of the post-processing circuit. A gradation correction method characterized by changing.
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