JPH0139267B2

JPH0139267B2 -

Info

Publication number: JPH0139267B2
Application number: JP55010667A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Okada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1980-01-31
Publication date: 1989-08-18
Also published as: CA1164994A; JPS56107674A; US4489349A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、映像信号の階調を映像信号の内容
に応じて自動的に補正することにより、自然でコ
ントラストのよい深みのある再生画像を得るよう
にしたものである。自然界における光のコントラストは非常に巾が
広い。しかし、これを再現する映像機器はこれに
匹敵するダイナミツクレンジをもつていない。し
たがつて、現在の放送技術はこの限られた範囲内
でいかに映像を見やすく、美しく再現するかとい
うことに工夫がなされている。たとえば現在のカラーカメラでは数百ルクスか
ら数十万ルクスの入力光に対して対応できる。し
かし、出力はたとえば1V_PPの映像信号の中にこ
れを対応させなければならない。たとえば入力光
が100ルクスから2000ルクスまでの分布をもつも
のも5000ルクスから数万ルクスまでの分布をもつ
ものもすべて1V_PP程度の映像信号に凝縮しなけ
れば、美しい画像は得られない。一般に映像機器のＳ／Ｎは有限であり、ノイズ
の少ないきれいな画を出すにはどのようなシーン
においても階調をダイナミツクレンジ一杯にとる
ように工夫をしなければならない。したがつて、
被写体の絶対的な明るさは本質的に伝送されない
し、かりに再現できるような表示手段ができたと
しても人間の目には疲れて見やすい画面にはなら
ないと考えられる。したがつて、重要なのは、いかに注目している
物体のコントラストレシオが大きくとれるかとい
うことになる。現在一般に行なわれている階調補正はγ補正と
いわれるもので、撮像側と受像側のトータルのγ
が１になるようにあらかじめ撮像側で補正をす
る。現在撮像側では白になるにつれて階調がねて
くるような補正を行つており、これが受像管で伸
長されて正しい階調になるようになつている。一般的には、白くなるにつれてねてくるような
γ特性だと黒側がきれいに再現され、逆に白にな
るにつれて立つてくるようなγ特性だと白側がき
れいに再現される。いま第１図の左側に示すような代表的な信号
Sa，Sb，Scについて考えてみる。図は信号Sa，
Sb，Scがいずれも映像信号としての階調は黒か
ら白まで充分振れているものとして示している
が、必ずしもこの状態にならない場合もある。そ
の場合には、図のように補正されたとして考え
る。図の信号Sbは、白部分と黒部分が適当に分布
し、被写体も照明も理想的で、ダイナミツクレン
ジを生かせて使えているので、見た目にもＳ／Ｎ
がよく非常にきれいな画像として写る。一方、信
号Saは、暗いシーンの中に一部光つたようなも
のがある場合で、目は絵素の大部分を占める黒部
分を注視したいのにかかわらず、ごく一部の白に
マークされ、見たい部分の階調が充分とれず、実
際は実質的なＳ／Ｎが低下するので汚ない画像と
して見える。また、信号Scは、バツクグランド
は非常に明るいが、一部の黒で明るい部分のコン
トラストがない場合で、屋外中継番組などに多
く、見た目には非常に淡い階調になる。信号Sa，Scは、いずれも被写体に忠実で黒か
ら白まで振幅が広がつているが、映像機器の限ら
れたＳ／Ｎなどのためにきれいに見えない。この発明は、信号Sa，Scのような信号をでき
るだけ信号Sbのような信号に変換して、画像中
最も情報がある部分が最もコントラストレシオが
とれるようにすることにより、効果的な映像表現
をしようとするものである。具体的には、映像信号を入出力特性を変えるこ
とのできる回路に供給する。そして、第１図の信
号Saのような入力のときには、第２図のａのよ
うな入出力特性にして、黒部分を伸長し、白部分
を圧縮することにより、第１図の信号S′aのよう
な出力にする。また、信号Scのような入力のと
きには、第２図のｃのような入出力特性にして、
白部分を伸長し、黒部分を圧縮することにより、
信号S′cのような出力にする。信号Sbのような入
力のときには、第２図のｂのように直線的な入出
力特性にして、入力と同じ信号S′bのような出力
にする。この場合、入力信号の情報分布に応じて入出力
特性を連続的に変化させる。しかも、これは入力
信号の情報分布を検出して自動的に行なう。入力信号の情報分布は入力信号の平均輝度レベ
ル（APL）で知ることができる。すなわち、信
号Saのように黒側の情報量が多いときにはAPL
が低い。逆に信号Scのように白側の情報量が多
いときにはAPLが高い。信号Sbは黒側と白側に
平均的に情報が分布していて、APLが50％のと
きである。ただし、ここで情報量とは直流ではな
く、変化があるかどうかということである。したがつて、APLが低いときには第２図のａ
のような入出力特性にし、高いときにはｃのよう
な入出力特性にし、50％のときにはｂのような入
出力特性にすればよい。APLがその中間的なレ
ベルのときには入出力特性もその中間的な特性に
する。第３図はこの発明の原理的構成の一例で、入力
信号S_Iを入出力特性を変えることのできる回路す
なわち可変補正回路１０に供給する。また、入力
信号S_IをAPL検出回路２０に供給して入力信号S_I
のAPLを検出する。そして、その検出電圧を可
変補正回路１０に供給してその入出力特性を制御
し、回路１０より出力信号S_Oを得る。第４図は別の例で、出力信号S_OをAPL検出回
路２０に供給して出力信号S_OのAPLを検出し、
その検出電圧を可変補正回路１０に供給してその
入出力特性を制御するようにした場合である。可変補正回路１０での入出力特性は、具体的に
は第５図に示すように、入力をｘとするとき、出
力がx〓で表わされるとともに、APLに応じてそ
のγの値が変えられるようにすればよい。すなわ
ち、可変補正回路１０とは、可変γ（ガンマ）補
正回路のことである。たとえば、APLが最も低
いときにはγ＝1/2すなわち出力が√になるよ
うにし、50％のときにはγ＝１すなわち出力がｘ
になるようにし、最も高いときにはγ＝２すなわ
ち出力がx²になるようにする。あるいは、APL
が最も低いときにはγ＝1/3すなわち出力が³√
になるようにし、50％のときにはγ＝１すなわち
出力がｘになるようにし、最も高いときにはγ＝
３すなわち出力がx³になるようにしてもよい。実際には、第６図に示すように、可変補正回路
１０をγ＝1/2すなわち出力が√の回路１１と
γ＝２すなわち出力がx²の回路１２と回路１１及
び１２の出力を加算する加算回路１３で構成し、
APLに応じて回路１１の出力と回路１２の出力
の加算比を変えるようにすればよい。APLが最
も低いときには回路１１の出力を１の割合で取り
出せばよく、このとき回路１０としてはγ＝1/2
で出力が√になる。APLが50％のときには回
路１１の出力と回路１２の出力を1/2ずつの比で
加算すればよく、このとき回路１０としては出力
が

【式】になり、すなわち近似的にγ＝１で出力がｘになる。APLが最も高いときには回
路１２の出力を１の割合で取り出せばよく、この
とき回路１０としてはγ＝２で出力がx²になる。第７図は第６図の場合の具体的な接続例で、回
路１１がダイオード接続されたトランジスタQ₁、
トランジスタQ₂〜Q₄、ダイオード接続されたト
ランジスタQ₅及び定電流源１４で構成され、回
路１２がトランジスタQ₆、ダイオード接続され
たトランジスタQ₇、トランジスタQ₈及び定電流
源１５で構成される。また、加算回路１３がトラ
ンジスタQ₉〜Q₁₂と負荷抵抗１６で構成される。
APL検出回路２０はローパスフイルタで構成さ
れる。１７は出力端子である。この回路で、定電流源１４及び１５の電流をそ
れぞれＩ、トランジスタQ₁〜Q₈のベース・エミ
ツタ間順方向電圧をV_BE1〜V_BE8、トランジスタ
Q₁〜Q₈のコレクタ電流をI₁〜I₈とすると、 V_BE2＋V_BE3＝V_BE4＋V_BE5 ……(1) である。そして、一般にトランジスタのベース・
エミツタ間順方向電圧V_BEとコレクタ電流I_C及び
飽和電流I_Sとの間には V_BE＝KT／ｇlnI_C／I_S ……(2) の関係がある。ただし、ｇは電荷量、Ｋはボルツ
マン定数、Ｔは絶対温度である。したがつて、 I₂・I₃＝I₄・I₅ ……(3) となる。ここで、I₂は入力電流I_iに等しく、I₃は定電流
源１４の電流Ｉに等しく、I₄及びI₅は互いに等し
いので、I₄＝I₅＝I_nとすると、 I_i・Ｉ＝I_n ² ……(4) すなわち I_n＝√・√_i ……(5) となる。Ｉ＝１にすれば、 I_n＝√_i ……(6) となり、γ＝1/2の回路になる。一方、 V_BE1＋V_BE3＋V_BE2＝V_BE6＋V_BE7＋V_BE8 ……(7) であり、コレクタ電流の関係では I₁・I₃・I₂＝I₆・I₇・I₈ ……(8) となる。ここで、I₁及びI₂はそれぞれ入力電流I_iに等し
く、I₃，I₆及びI₇はそれぞれＩに等しいので、I₈
＝I_oとすると、 I_i ²・Ｉ＝I²・I_o ……(9) すなわち I_o＝１／Ｉ・I_i ² ……(10) となる。Ｉ＝１にすれば、 I_o＝I_i ² ……(11) となり、γ＝２の回路になる。したがつて、トランジスタQ₁₀のコレクタには
ｋ√_iの電流が流れ、トランジスタQ₁₂のコレク
タには（１−ｋ）I_i ²の電流が流れ、負荷抵抗１６
にはその和の I_p＝ｋ√_i＋（１−ｋ）I_i ² ……(12) の出力電流が流れる。ｋの値がAPL検出回路２
０からのAPL検出電圧に応じて変えられる。す
なわち、APLが最も低いときには、トランジス
タQ₉及びQ₁₂がオフでｋ＝１になり、I_p＝√_iにな
る。APLが50％のときには、ｋ＝1/2になり、

【式】になる。APLが最も高いときには、トランジスタQ₁₀及びQ₁₁がオフでｋ＝０に
なり、I_p＝I_i ²になる。第８図に示すように、可変補正回路１０をγ＝
２すなわち出力がx²の回路１２とその出力を極性
反転する極性反転回路１８と回路１２及び１８の
出力を加算する加算回路１３と入力信号及び回路
１３の出力を加算する加算器１９で構成し、
APLに応じて回路１２の出力と回路１８の出力
の加算比を変えるようにしてもよい。回路１８の
出力は−x²で表わされるので、回路１３の出力は
mx²−（１−ｍ）x²＝（2m−１）x²で表わされ、
加算器１９の出力はｘ＋（2m−１）x²で表わさ
れ、ｍの値に応じてすなわちAPLに応じて回路
１０の入出力特性が変化する。ただし、このまま
では出力信号S_Oの絶対的な大きさがｍの値によつ
て変化してしまうので、出力信号S_Oのピーク値が
一定になるように入力信号源に対してピーク
AGC回路３０を設ける必要がある。この発明は、ビデオカメラに適用することもで
き、またテレビ受像機に適用することもできる。第９図はビデオカメラに適用した場合の一例
で、３管式カラーカメラの場合で、光学系４０に
より分光された赤、緑、青の色光が撮像管５０
Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに与えられる。そして、撮像
管５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂより得られる赤、緑、
青の信号を上述の可変補正回路１０Ｒ，１０Ｇ，
１０Ｂにそれぞれ供給する。また、撮像管５０
Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂより得られる赤、緑、青の信
号をマトリツクス回路６０に供給して輝度信号を
得、この輝度信号をAPL検出回路２０に供給し
て輝度信号のAPLを検出する。そして、その検
出電圧を可変補正回路１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに
共通に供給してそれぞれの入出力特性を制御す
る。そして、回路１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの出力
の赤、緑、青の信号をγ補正回路７０Ｒ，７０
Ｇ，７０Ｂをそれぞれ通じてエンコーダ８０に供
給し、出力端９０にNTSCカラー映像信号を得
る。なお、輝度分離型のカラーカメラの場合も、１
つの撮像管より得られる輝度信号のAPLを検出
することによつて同様になしうる。第１０図はテレビ受像機に適用した場合の一例
で、入力端１００よりの複合カラー映像信号がフ
イルタ１１０に供給されて輝度信号と搬送色信号
に分離され、輝度信号が輝度信号処理回路１２０
を通じてマトリツクス回路１３０に供給され、搬
送色信号が色復調回路１４０に供給されて赤及び
青の色差信号が得られてこれがマトリツクス回路
１３０に供給され、回路１３０より赤、緑、青の
原色信号が得られる。そして、この赤、緑、青の
原色信号を可変補正回路１０Ｒ，１０G.１０Ｂ
にそれぞれ供給する。また、フイルタ１１０より
得られる輝度信号をAPL検出回路２０に供給し
て輝度信号のAPLを検出し、その検出電圧を可
変補正回路１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに共通に供給
してそれぞれの入出力特性を制御する。そして、
回路１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの出力の赤、緑、青
の信号を受像管１５０のカソード１５０Ｒ，１５
０Ｇ，１５０Ｂにそれぞれ供給する。第１１図は別の例で、輝度信号と搬送色信号に
分離しないで処理する場合である。すなわち、入
力端１００よりの複合カラー映像信号をクランプ
回路２１０に供給する。また、この複合カラー映
像信号を副搬送波トラツプ回路２２０に供給して
同期信号を含む輝度信号を取り出し、それを同期
分離回路２３０に供給して同期信号を取り出す。
そして、この同期信号をクランプ回路２１０に供
給して複合カラー映像信号をクランプし、そのク
ランプされた複合カラー映像信号を可変補正回路
１０に供給する。また、副搬送波トラツプ回路２
２０よりの同期信号を含む輝度信号を同期信号ス
ライス回路２４０に供給して同期信号を取り除
き、この同期信号の除かれた輝度信号をAPL検
出回路２０に供給してそのAPLを検出する。そ
して、その検出電圧を可変補正回路１０に供給し
てその入出力特性を制御し、出力端２５０に補正
された複合カラー映像信号を得る。この場合、回
路１０は図のように同期信号に対しては常にγ＝
１になるようにする。第１２図はさらに別の例で、やはり輝度信号と
搬送色信号に分離しないで処理する場合である
が、同期信号を除去して処理する場合である。す
なわち、入力端１００よりの複合カラー映像信号
をビデオ分離回路２６０と同期分離回路２３０に
供給して回路２６０から同期信号の除かれたカラ
ー映像信号を、回路２３０から同期信号をそれぞ
れ得る。そして、同期信号の除かれたカラー映像
信号をクランプ回路２１０に供給して同期信号に
よりクランプし、そのクランプされたカラー映像
信号を可変補正回路１０に供給する。また、この
カラー映像信号を副搬送波トラツプ回路２２０に
供給して輝度信号を取り出し、これをAPL検出
回路２０に供給してそのAPLを検出する。そし
て、その検出電圧を可変補正回路１０に供給して
その入出力特性を制御し、回路１０の出力のカラ
ー映像信号と回路２３０よりの同期信号を合成器
２７０に供給して合成し、出力端２５０に補正さ
れた複合カラー映像信号を得る。第１３図はさらに他の例で、ダイナミツクピク
チヤーと組み合わせた場合である。すなわち、第
１０図の例のように輝度信号と搬送色信号を分離
するが、輝度信号を利得制御回路１７０Ｙを通じ
てγ＝２の回路１２Ｙと利得制御回路１３Ｙと加
算器１９Ｙで構成された第８図のタイプの可変補
正回路１０Ｙに供給する。また、搬送色信号を
ACC回路１６０を通じ、利得制御回路１７０Ｃ
を通じて同じくγ＝２の回路１２Ｃと利得制御回
路１３Ｃと加算器１９Ｃで構成された可変補正回
路１０Ｃに供給する。そして、利得制御回路１７
０Ｙを通じた輝度信号をAPL検出回路２０に供
給してAPLを検出し、その検出電圧を利得制御
回路１３Ｙ及び１３Ｃに供給してその利得を制御
することにより回路１０Ｙ及び１０Ｃの入出力特
性を制御する。そして、回路１０Ｙの出力のすなわち加算器１
９Ｙよりの輝度信号を輝度信号処理回路１２０を
通じてマトリツクス回路１３０に供給し、回路１
０Ｃの出力のすなわち加算器１９Ｃよりの搬送色
信号を色復調回路１４０に供給して赤及び青の色
差信号を得てこれをマトリツクス回路１３０に供
給し、回路１３０より赤、緑、青の原色信号を得
る。そして、この赤、緑、青の原色信号を受像管
１５０のカソード１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂ
に供給する。また、最小値検出回路１８０によつ
て赤、緑、青の原色信号の最小値の信号を取り出
し、これをピーク検波回路１９０に供給してピー
ク検波し、その検波電圧を利得制御回路１７０Ｙ
及び１７０Ｃに供給してその利得を制御する。この発明によれば、映像信号の階調を映像信号
の内容に応じて自動的に補正し、画像中最も情報
がある部分が最もコントラストレシオがとれるよ
うにしたので、自然でコントラストのよい深みの
ある再生画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の説明のための波
形ないし特性を示す図、第３図及び第４図はこの
発明の原理的構成を示す図、第５図はその特性を
示す図、第６図は実際の回路の一例の系統図、第
７図はその具体的な接続例を示す図、第８図は実
際の回路の他の例の系統図、第９図はビデオカメ
ラへの適用例の系統図、第１０図〜第１３図はテ
レビ受像機への適用例の系統図である。１０は可変補正回路、２０はAPL検出回路で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

１入力映像信号を可変ガンマ補正回路を介して
出力映像信号を得、上記入力又は出力映像信号の
平均輝度レベルを検出する検出回路を設け、この
検出回路の出力を制御信号として上記可変ガンマ
補正回路に供給し、上記入力映像信号の平均輝度
レベルが低い時は黒部分を伸長し白部分を圧縮
し、上記入力信号の平均輝度レベルが高い時は白
部分を伸長し黒部分を圧縮するように上記可変ガ
ンマ補正回路のガンマ値を制御することにより、
上記出力映像信号の階調をその平均輝度レベルが
実質的に50％に近づくように制御することを特徴
とする映像信号の階調補正装置。