JPH02234282A - 対数変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、対数変換装置に関し、特にＣＯＤイメージセ
ンサの出力信号のようなアナログ信号の対数変換に利用
される対数変換装置に関する。

従来の技術 従来、多値スキャナ、写真伝送の送信機等においては、
第３図に示すように、ｃｃＤイメージセンサ２１によっ
て読み取った画信号を増幅器乙によって必要な信号レベ
ルまで増幅後、対数回路乙に通すことによって濃度リニ
アに変換したのちアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
別に入方し、デジタル画信号を得ている。

このような対数回路乙による対数変換（Ｉｌｌ度リニア
変換）が必要な理由について、第４図を参照しながら説
明する。

第４図は画信号を対数回路乙に通さない場合と通した場
合との入出力特性を示している。

まず、対数回路乙に通さない場合について説明する。Ｃ
ＣＤイメージセンサ２１の出方電圧は入射光量に比例す
るので、入射光量とＡ／Ｄ変換器列の出力との関係は、
第４図の横軸を目盛ｂで目盛ったグラフで示される。基
準光量ＬのときのＡ／Ｄ変換器冴の入射電圧をＶ。とす
れば、Ａ／Ｄ変換器２４の入出力関係は、第４図の横軸
を目盛ａで目盛ったグラフで示される。また、濃度＝−
Ｌｏｇｌ。１／Ｌである（１はＣＣＤイメージセンサの
入射光量、Ｌはその基準光量である）ので、濃度とＡ／
Ｄ変換器Ｕの出力との関係は、第４図の横軸を目盛Ｃで
目盛ったグラフによシ示される。Ｌ／１０，Ｌ／２０は
それぞれ濃度１．０，　　２．０に相当する。

目盛ａ，ｂ，ｃとしたグラフから理解できるように、対
数回路乙を通さない場合、光量が少ない部分（黒の部分
）でＡ／Ｄ変換器ツの分解能が悪くなυ、その結果とし
て黒の再現性が悪化する。

また、Ａ／Ｄ変換器あの後段のデジタル画像処理で誤差
が増加する。

さて対数回路乙の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔと
の関係は次の（１）式または（２）式で表すことができ
る。

Ｖｏｕｔ　＝Ａ−Ｌｏｇ＋ｏ　（　Ｖｉｎ／ＶＶＳ　）
　　　　−　（１）Ｖｏｕｔ　＝Ｖｏ　＋Ｂ−ＬＯｇ＋
ｏ　（Ｖｉｎ／ＶＭＳ）　　−・＝　（２）ここで、（
１）式は低入力レベルのときＫ出力が大きくなるように
した場合で６．！ｌ）、（２）式は高入力レベルのとき
に出力が大きくなるようにした場合である。Ｖｓは濃度
Ｏのときの入力電圧、ｖｏはそのときの出力電圧である
。

各式において、ｌＬｏｇ＋ｏ　（Ｖｉｎ／ＶＶＳ）　ｌ
は濃度であるから、対数回路乙を通した場合にはＡ／Ｄ
変換器Ｕの入力（対数回路の出力）は濃度に比例するか
、あるいは濃度の１次関数となり、この関係は第４図の
横軸を目盛ｅで目盛ったグラフで表される。したがって
、対数回路ｎを通さない場合に比べ、黒の部分でＡ／Ｄ
変換器２４の分解能が良くなシ、黒の再現性が向上する
。

以下、対数回路の入出力特性は（２）式で表されるもの
とする。なお、濃度２、Ｏのときの出力がＯｖであると
すると、（２）式よ’）Ｂ＝Ｖｏ／２となる。

発明が解決しようとする課題 しかし、上述のように画信号を対数回路に通しても、実
際には低濃度と高濃度の領域でリニアリティの悪化が目
立つという問題゛があった。

その原因は、アナログ回路である対数回路の入出力特性
は、第２図に実線で示すような理想的特性ではなく、入
力電圧が大きい領域（低濃度の領域）で飽和する傾向が
ちシ、逆に入力電圧が小さい領域（高濃度の領域）で内
部トランジスタの非直線性が現れる結果、第２図に破線
で示すようなＳ字状カーブになるためである。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、対数
回路の非直線歪みを補正し、直線性の良好な対数変換を
可能とした対数変換装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、外部入力信号のレベルをレベル判定回路によ
って判定し、その判定出力に従って利得が変化する可変
利得回路を通して外部入力信号を対数回路に入力し、ま
た可変利得回路の利得に従って変化する補正電圧を補正
電圧発生回路よシ出力し、この補正電圧を対数回路の出
力信号に減算または加算することにより外部出力信号を
得るという構成を備えたものである。

作用 本発明は上述の構成によって、外部入力信号を対数回路
の直線性が良好な入力レベルにするように可変利得回路
の利得を制御し、対数回路を直線性が良好な入力レベル
領域内で作動させることにより、対数回路の非直線歪み
を対数回路の出力よシ排除し、他方、可変利得回路の利
得の対数に比例した補正電圧を補正電圧発生回路より出
力させ、これを対数回路の出力信号に減算まだは加算す
ることによって、外部入力信号を可変利得回路に通した
ことによる対数回路の出力レベルの増減分を相殺し、全
体として直線性の良好な対数変換特性を実現することが
できる。

実施例 第１図は本発明の一実施例による対数変換装置の概略構
成図である。この対数変換装置１は、ＣＯＤイメージセ
ンサ２の出力信号（画信号）が増幅回路３を介して入力
し、その対数変換信号をＡ／Ｄ変換器４へ出力するもの
である。

対数変換装置１は、外部入力信号（増幅回路３の出力信
号）　Ｖｉｎを利得Ｎが３段階に可変の可変利得回路５
を通してＮ倍し、従来と同様の対数回路６に入力し、補
正電圧発生回路７よυ利得Ｎの対数に比例した補正電圧
を出力させ、この補正電圧を対数回路６の呂力信号よシ
減算増幅器８で減算することにより外部出力信号を得、
またレベル判定回路９によシ外部入力信号Ｖ　ｉ　ｎの
レベル判定を行い、その判定出力に従い利得Ｎおよび補
正電圧を自動的に制御する構成である。

変利得回路５は、それぞれ利得がＮａ（＞１），Ｎｂ　
（＝　１）　，　Ｎｃ　（＜　１）　　の３個の増幅器
１０ａ，１０ｂ，１０ｃをスイッチ１１　ａ　，　１ｌ
　ｂ　，　１１　ｃによって選択的に接続することによ
り利得ＮをＮａ，Ｎｌ），Ｎｃの３段階に切り換える構
成である。スイッチ１１　ａ　＋　１ｌ　ｂ　＋　１１
　ｃはそれぞれレベル判定回路９の対応する出力９ａ，
９ｂ，９ｃがオンしたときに閉成する。

補正電圧発生回路７は、電圧設定器１２　ａ　，　１２
　ｂ　！１２ｃによって設定された電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖ
ｃをスイッチ１３　ａ　＋　１３　ｂ　ｔ　１３　ｃに
よって選択し補正電圧として出力する構成であり、スイ
ッチ１３ａ，１３ｔ），１３ｃはそれぞれレベル判定回
路９の対応出力９ａ，９ｂ，９ｃがオンしたときに閉成
する。

以上のように構成された対数変換装置１の動作について
、第２図を参照しながら説明する。

第２図は対数回路６の入出力特性を濃度と関連させて示
すものであシ、実線はその理想特性、破線は実際の特性
である。また、ｖｓは濃度が０のときの外部入力信号Ｖ
ｉｎの電圧である。

レベル判定回路９は外部入力信号Ｍｉｎのレベル判定を
行い、ｖｉｎ＜ｖＬのときに出力９ａだけをオンし、Ｖ
ｉｎ＞Ｖｈのときに出力９Ｃだけをオンし、またＶＬ≦
Ｖｉｎ≦ｖｈのときに出力９ｂだけをオンする回路であ
る。ただし、■ｈは対数回路６の飽和による非直線領域
と直線領域との境界の入力電圧、ＶＬは内部トランジス
タの非直線性による非直線領域と直線領域との境界の入
力電圧である。

まずＶｔｎ＜ＶＬの場合、レベル判定回路９の出力９ａ
のオンによってスイッチｌｌａ，１３ａが閉成する。ス
イッチｌｌａの閉成によって可変利得回路５の増幅器１
０ａが選択され、可変利得回路５の利得Ｎは増幅器１０
ａの利得Ｎａに等しくなる。この利得Ｎａは、対数回路
６の入力信号電圧（＝Ｎａ・Ｖｉｎ）が直線性のよい領
域内になるように１よシ？きな値に選ばれる。

したがって、対数回路６０入出力関係が（２）式で表さ
れるとすると、この場合の対数回路６の出力電圧ＶＯｕ
　ｔは次式で表される。

Ｖｏｕｔ＝Ｖ■＋ＢＬｏｇ＋ｏ（ＮａＸＶｉｎ／Ｖｓ）
　　　−・−・−（３）この式は次のように形できる。

Ｖｏｕｔ　＝Ｖｏ＋Ｂ　Ｌｏｇ　１０　Ｖ　ｉｎ／Ｖｓ
　＋Ｂ　ＬＯｇ＋ｏ　Ｎａ　＋＋＋　（４）ここで、（
４）式の右辺の第１項と第２項の和が理想的な対数変換
出力であ！）、（４）式の右辺第３項は外部入力信号Ｖ
ｉｎをＮａ倍したことによって生じた誤差であり、Ｎａ
＞１であるので第３項は正の値である。

このとき、補正電圧発生回路７はスイッチ１３ａの閉成
によって電圧Ｖａを補正電圧として出力し、これが減算
増幅器８で（４）式で示された対数回路６の出力信号よ
り減算される。したがって、ｖａ＝ＢＬｏｇ，＠　Ｎａ
に設定されていれば、（４）式の右辺の第３項を除去し
た信号が減算増幅器８よシ出力される。かくして、対数
回路６の低入力レベルの領域の非直線性が補正される。

Ｖｉ　ｎ　＞　Ｖｈの場合、レベル判定回路９の出力９
ｃのオンによってスイッチｌｌｃ，１３ｃが閉成する。

スイッチＩｌｃの閉成によって可変利得回路５の増幅器
１０ｃが選択され、可変利得回路５の利得Ｎは増幅器１
０ｃの利得Ｎｃに等しく々る。この利得Ｎｃは、対数回
路６の入力電圧Ｎｃ−ｖｉｎが直線性のよい領域内にな
るように１よシ小さな値に選ばれる。

したがって、（４）式に対応した次の式が得られる。

Ｖｏｕｔ＝Ｖｏ＋ＢＬｏｇ＋ｏＶｉｎ／Ｖｓ＋ＢＬｏｇ
＋ｏＮｃ　　−（５）この（５）式の右辺の第３項は外
部入力信号ＶｉｎをＮｃ倍したことによって生じた誤差
であシ、Ｎｃく１であるので第３項は負の値である。

このとき、補正電圧発生回路７はスイッチ１３　ｃの閉
成によって電圧Ｖｃを補正電圧七して出力するが、Ｖ　
ｃ　＝　Ｂ　Ｌｏｇ　１（Ｉ　Ｎａ　に設定されれば、
これを減算増幅器８で（５）式で示された対数回路６の
出力信号よシ減算すると（補正電圧は負値であるので実
質的に加算である）　、（５）式の右辺の第３項を除去
した外部出力信号が得られる。すなわち、対数回路６の
高入力レベルの領域の非直線性が補正さ゛れる。

ＶＬ≦Ｖｉｎ≦ｖｈの場合、レベル判定回路９の出力９
ｂのオンによシスイッチｌｌｂ，１３ｂが閉成されるの
で、可変利得回路５の利得はＮｂ，補正電圧はｖｂとな
る。

このとき（４）式または（５）式に対応する入出力関係
式の右辺第３項（　Ｂ　Ｌｏｇ＋ｏ　Ｎｂ　）はＯであ
る（Ｎｂ＝１ゆえ）したがって、Ｖｂ二〇に設定されて
いれば、可変利得回路５を通さない場合と同じ出力信号
が得られるが、この信号レベルでは対数回路６の直線性
が良好である。

かくして、この対数変換装置の入出力特性は第２図に破
線で示すようなＳ字状カーブとはならず、実線に示すよ
うな直線となる。

なお、実際的には減算増幅器８のオフセットなどがある
だめ、補正電圧は多少の調整が必要である。

ここまで対数回路の入出力関係が（２）式で表されると
して説明したが、（１）式で表される場合も同様であシ
、対数回路の非直線性を補正し直線性の良？な対数変換
特性を得ることができる。

前記実施例では可変利得回路の利得および補正電圧が外
部入力信号レベルに応じて３段階に切シ換えられるが、
切シ換え段数を４段以上に増加させ、さらに精密な補正
を行うことによシ変換特性の直線性を向上させることも
可能である。また、低入力レベル領域または高入力レベ
ル領域の一方だけの補正で間に合う場合、切り換え段数
を２段にすることもできる。

前記実施例はＣＣＤイメージセンサによって読み取られ
た画信号の濃度リニア変換に適用された例であったが、
本発明による対数変換装置は他のアナログ信号の対数変
換の用途に一般的に適用できるものである。

発明の効果 以上の説明から明らかなよう■に、本発明は、対数回路
の前段に設けた可変利得回路の利得を外部入力信号レベ
ルに応じて変化させ、対数回路を直線性が良好な入力レ
ベル領域内で作動させることによシ、対数回路の非直接
歪みを対数回路の出力よシ排除するとともに、外部入力
信号レベルに応じて比例した補正電圧を対数回路の出力
信号に減算または加算することにより、外部入力信号を
可変利得回路に通すことによる対数回路の出力レベルの
増減分を相殺し、全体として直線性の良好な対数変換が
可能Ｋなるという効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による対数変換装置の概略構
成図、第２図は対数回路の入出力特性とその非直線歪み
補正を説明するための特性線図、第３図は対数回路を用
いた濃度リニア変換系の概略図、第４図は濃度リニア変
換が必要な理由をＡ／Ｄ変換器の入出力特性と関連させ
て説明するための特性線図である。 １・・・対数変換装置、５・・・可変利得回路、６・・
・対数回路、７・・・補正電圧発生回路、８・・・減算
増幅器、９・・・レベル判定回路、１０ａ．１０ｂ．ｌ
ｏｐ・・・増幅器、１１　ａ　，　　１ｌ　ｂ　，　　
１１　ｃ−スイッチ、１２ａｔ　　１２ｂｔ　　１２ｃ
・・・電圧設定器、１３ａ．１３ｂ，１３ｃ・・・スイ
ッチ。 第 図 瓢 第 図 目駈ａ　Ｖｏ ＶａｌＪｚｏ　　虐因淑零八力 で，Ｖ Ｏ ｌ０ ｚＯ ？屋■ 目笈ｂ Ｌ ｍｈ ぎ２士込射光量 巳ｇＬＣ Ｏ ！０２０ 雇虞 第 図 目互ｅｏ ＩＯ ｚＯ 濃度

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外部入力信号のレベルを判定するレベル判定回路と、こ
   のレベル判定回路の判定出力に従って利得が変化する可
   変利得回路と、この可変利得回路を通した前記外部入力
   信号の対数変換を行う対数回路と、前記可変利得回路の
   利得に従って変化する補正電圧を出力する補正電圧発生
   回路と、前記対数回路の出力信号に前記補正電圧発生回
   路より出力した補正電圧を減算または加算することによ
   り外部出力信号を得る回路とを有することを特徴とする
   対数変換装置。