JPH0342554B2

JPH0342554B2 -

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Publication number: JPH0342554B2
Application number: JP57068429A
Authority: JP
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1982-04-23
Publication date: 1991-06-27
Also published as: JPS58186291A

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.
cosωt）を示し、この被写体がビデオカメラで撮
影されることによつて第１図Ｂに示す撮像出力
（ｘ＝１／２＋ｍ／2acosωt）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
自動絞り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Ｄに示す階調変換関数（ｙ＝(x)）によつ
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、フレアーがあつ
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
被写体が影になる（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２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）から階調変換を説明するもの
で、同図において、φi(x)（ｉ＝０、１、２）は撮
像信号の振幅分布を示す。第２図Ａに示す平坦な
振幅分布φ₀(x)を仮に適正照明時のものとすると、
第２図Ｂに示す振幅分布φ₁(x)がコントラスト不
足の場合のもので、第２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
補正の目標値を適正照明下の振幅分布φ₀(x)に求
め、第２図Ｆ及び同図Ｇに示すように、階調補正
後の振幅分布をψ₁(x)、ψ₂(x)とするとき、（ψ₁＝ψ₂
＝φ₀）となる第２図Ｄ及び同図Ｅに示す変換関
数₁(x)及び₂(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ントラ
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≦ｘ≦１）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＝(x)とすると φ(x)dx＝ψd(y)dy ……(1) 但し ∫¹ ₀φ(x)dx＝∫¹ ₀ψ(x)dx＝∫¹ ₀ψd(x)dx＝１ ……(2) (1)式から、一般的に階調変換関数∫(x)を求める
ことは困難であるが、ψd(y)＝１の場合には容易
である。つまりｙ＝(x)＝∫^x ₀φ(x)dx ……(3) これをヒストグラムイコライゼーシヨンと呼ぶ
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Ｄに夫々示す階調変
換関数によつて平坦分布に変換されることにな
る。

次に、第４図Ａに示す平坦分布の振幅分布φ(x)
を第４図Ｂに示す振幅分布ψd(y)に変換すること
を考える。ここで、ψd(y)は、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)＝di yi≦ｙ≦y_i+1 ……(4) （ｉ＝０、１、…ｍ）ただし _n 〓ⁱ⁼⁰ di（y_i+1−y_i）＝１ ……(5) また、 φ(x)dx＝di・dy ……(6) したがつて、 dy＝di^-1・φ(x)・ｄ(x) ……(7) このとき階調変換関数(x)は、第４図Ｃに示さ
れ、次式で示すものとなる。

(x)＝di^-1 ∫^x _xiφ(x)dx＋yi yi≦ｙ≦y_i+1 ……(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、上述の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(x)も同様に角形
に近似しても良い。

このようにして撮像信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
コライゼーシヨンを用いることにより、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＝１）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。但し、hiは等間隔ヒストグラム
の度数である。

φ(x)＝hi xi≦ｘ≦x_i+1 ……(9) (x)＝∫^x ₀φ（ｘ）dx ＝hi（ｘ−xi）＋_i-1 〓^j=0 hj（x_j+1−x_j） ……(10) 但し、 _n 〓^j=0 hj（x_j+1−x_j）＝１ ……（11）等区間の角形近似とすれば x_j+1−x_j＝１／ｍ、X_j＝ｊ／ｍ ……（12） ∴(x)＝hi（ｘ−ｉ／ｍ）＋１／ｍ_i-1 〓^j=0 hj ……（13）但し、ｍはヒストグラムの階級数であり、hi
は、（14）式を満足する。

１／ｍ_n 〓^j=0 hi＝１ ……（14）次に、ψd(y)に多少の自由度（ψd(y)≠１）を与
えるための工夫について説明する。このとき、
(x)を直接求めるのは、面倒であるから、次の３個
のステツプに分解する。

(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た
めの第５図Ｂに示す変換関数_E(x)を（13）式に
よつて求める。

(2) φ(u)＝１の振幅分布を第５図Ｃに示すような
角形近似された目標の振幅分布ψd(y)に変換す
るための第５図Ｄに示す変換関数_D(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(x)はｙ＝(x)＝_D(u)＝_D（_E(x)）……（15）第５図Ｂ及び第５図Ｄに示す関数の積である
(x)は、第５図Ｅに示すものとなる。

なお、_D(x)は、(7)式にφ(x)＝１を代入するか、
(1)式にもどつてφ(x)＝１を代入することで求めら
れる。後者の場合、ｙからｘへの変換式なら容易
に求められｕ＝∫^y ₀ψd(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、データテーブル化して
おくことができる。

上述の階調変換方法は、色再現性に係る考慮が
なされていない問題点がある。この発明は、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、階調変換によつて原色、補
色軸の色相は変化しないことである。

第２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）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色信号に同一の階調
補正を施こす。

第２の必要条件は、階調変換関数(x)として (x)＝x〓 ……（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。

Ｒ＝R₀ Ｇ＝αR₀ Ｂ＝βR₀ ……（18）この各色信号が(x)＝x〓の階調変換関数で変換
されるとＲ＝（R₀）＝R₀〓Ｇ＝（αR₀）＝α〓R₀〓Ｂ＝（βR₀）＝β〓R₀〓 ……（19）となる。また、上述と輝度だけが異なる色Ｒ＝kR₀ Ｇ＝kαR₀ Ｂ＝kβR₀ ……（20）を同様に階調変換するとＲ＝k〓R₀〓Ｇ＝k〓α〓R₀〓Ｂ＝k〓β〓R₀〓 ……（21）となる。この（19）式及び（21）式から明らかな
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、同一色相であり、また、飽和度
（｜Ｃ｜／Ｙ）（但し、｜Ｃ｜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（17）式で近似することを考える。（17）式
で折れ線を近似するには、折れ線の継ぎ目は１点
に制限される。言い換えれば、撮像信号の振幅分
布φ(x)を角形近似する場合、２階級となる。第６
図Ａは、４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
うに不等間隔の２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（x〓）の変換
関数が折れ線近似される。この第６図Ｃは、変換
関数の一例であつて、γの値を変えることによつ
て第６図Ｄに示すような変換関数を得ることもで
きる。また、２階級に分けたときの階級端x₁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。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（x〓）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
正する本来のガンマ補正のための変換関数（y〓⁰）
（一般にγ₀＝0.45）のデータ変換テーブル５とを
含んでおり、出力信号ｖが得られる。

２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プルのうちで最上位
ビツトが０のサンプル（第１階級値）がカウンタ
６によつて計数され、この計数値hoが検出制御
回路７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、オープンループの構成として、入力撮像
信号からhoの値を検出するようにしても良い。
また、データ変換テーブル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８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８図において、９，１０，１１は撮像素子と
してのCCDを示し、このCCD９，１０，１１に
対してアイリス１２を介された撮像光が入射し、
色分解フイルタ（図示せず）によつて赤、緑、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によつて可変される構成と
され、所謂オートアイリス動作が行なわれる。

CCD９，１０，１１から発生する色信号がプ
リアンプ１４，１５，１６を介してＡ／Ｄコンバ
ータ１７，１８，１９に供給され、デイジタル化
され、アドレスセレクタ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ド
レスセレクタ２０，２１，２２に供給されてお
り、選択されたアドレスがRAM２３，２４，２
５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からのデータ変換テーブルをRAM２
３，２４，２５に供給し、読出し動作の場合に
は、RAM２３，２４，２５からのデータを出力
として取り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によつてその書込動作及び
読出動作が制御される。アドレスセレクタ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によつて制御される。

データバス３０及びアドレスバス３１に関連し
てCPU３２、ROM３３、RAM３４からなるマ
イクロコンピユータが設けられている。ROM３
３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ためのデ
ータが記憶されている。

この一実施例では、（(x)＝x〓）の変換関数を
用いて階調変換を行なうと共に、γ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、メモリーの容
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、(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、ROM３３には、(x)と｛(x)−ｇ(x)｝とを
格納しておく。そして、(x)及びｇ(x)の中間の関
数yiは yi＝y_i-1＋１／ｎ｛ｇ(x)−(x)｝ ……（22）の差分方程式を用い、ｉを１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、CPU３２によつてなされる。

そして、データセレクタ２６，２７，２８の夫
夫から現れる色データの最上位ビツトMSBの所
定サンプル数における０の数がカウンタ３５，３
６，３７によつて計数される。この計数値h_0r、
h_0g、h_0bがＩ／Ｏ回路３８を介してデータバス３
０に供給される。この計数値を用いてCPU３２
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３０に供給され、CPU３２において、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Ｉ／Ｏ回路４０を介してＤ／Ａコンバー
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
チエツクされ、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、０のMSBの個数がカウンタ３５，３６，３
７によつて計数され、その計数値h_0r、h_0g、h_0b、
がデータバス３０を介してCPU３２に供給され
る。

CPU３２により、目標値doと計数値の各々と
の差の絶対値｜h_0r−do｜、｜h_0g−do｜、｜h_0b−
do｜が計算され、これが最小となるh_0a（h_0aは
h_0r、h_0g又はh_0b）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_0a−do）の極性によつて、（22）式のｉ
の増減を決め、CPU３２によつてコントラスト
補正データのテーブルを発生し、このデータテー
ブルをRAM２３，２４，２５に書込む。次に、
これらのRAMを読出し状態として、出力データ
を取り出す。このデータテーブルの変更には、或
る程度の時間がかかるために、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２個のメモリーバンク
を有する構成とし、一方のメモリーバンクが書込
状態（データテーブル変更状態）のときに、他方
のメモリーバンクが読出状態（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エツクされる。このアイリス
が適正な場合に、｜h_0a−do｜≦ε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、階調補正を行なつても、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
イクロコンピユータとデータテーブルとを用いる
ことによつ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略
線図、第３図、第４図及び第５図は階調変換方法
の一例の説明に用いる略線図、第６図はこの発明
による階調変換方法の説明に用いる略線図、第７
図はこの発明による階調変換装置の基本的構成を
示すブロツク図、第８図及び第９図はこの発明が
適用された階調変換装置の一例の構成を示すブロ
ツク図及びその動作説明に用いるフローチヤート
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、３
１……アドレスバス、３２……CPU。

Claims

【特許請求の範囲】

１変換関数としてx〓又はその近似した折れ線特
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γ又はこれに相当する値を
制御することを特徴とするカラービデオ信号の階
調変換方法。