JPH11155108A

JPH11155108A - 映像信号処理装置と処理方法、それを用いたビデオカメラ

Info

Publication number: JPH11155108A
Application number: JP9336653A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Serizawa; 正之芹沢; Kenji Tabei; 憲治田部井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジの広い映像信号を生成す
ることができる映像信号処理装置を提供する。【解決手段】同一シーンに対して、標準の露光時間で
撮影された標準露光映像信号と、標準露光映像信号より
短い露光時間で撮影された非標準露光映像信号とを生成
し、それらを用いてダイナミックレンジが拡大された映
像信号を合成する映像信号処理装置において、標準露光
映像信号と非標準露光映像信号との露光時間比に応じ
て、非標準露光映像信号に対するゲイン調整を行なうゲ
イン調整手段1110と、標準露光映像信号とゲイン調整さ
れた非標準露光映像信号とを信号レベルに応じて合成す
ることによって高ダイナミックレンジの合成映像信号を
生成する映像信号合成手段1080とを設けている。低輝度
域から高輝度域に至るまで自然な階調の広いダイナミッ
クレンジの映像信号を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮影素子で映した
映像信号を処理する映像信号処理装置と、その映像信号
処理方法、及び、それを用いたビデオカメラに関し、特
に、広いダイナミックレンジの映像信号を合成できるよ
うにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラや電子スチルカメラ
等の画像取り込み手段として、ＣＣＤ撮像素子を始めと
する固体撮像素子が多く利用されている。

【０００３】ところが、この固体撮像素子のダイナミッ
クレンジは銀塩写真等に比べて狭く、コントラスト比の
大きな被写体を撮像する場合などでは、明るい箇所が一
様に白っぽくなる、所謂、白つぶれや、暗い箇所が一様
に黒っぽくなる、所謂、黒つぶれが映像に現れ、画質が
著しく劣化する。

【０００４】従来、画像のダイナミックレンジを拡大す
る仕方として、特開平７−１３１７１８号公報に記載さ
れた方法が知られている。これは同一シーンを露光量を
違えて撮影し、この露光量の異なる映像信号を合成し
て、ダイナミックレンジを拡大した映像信号を生成する
ものであり、この合成に際して、露光量が異なる複数の
映像信号に対して共通の合成領域を設けて信号レベルを
調整した後、露光量の異なる映像信号を合成する。

【０００５】しかし、この方法を単純に３板式ビデオカ
メラ及びＲＧＢ処理方式の単板ビデオカメラに応用した
場合には、忠実な色再現ができず、偽色を生じる場合が
ある。

【０００６】図９には、このダイナミックレンジ拡大方
法を適用した３板式ビデオカメラの映像信号処理装置を
示す。ここでは、フレーム単位でのダイナミックレンジ
拡大処理の場合について示す。

【０００７】この装置は、光をＲ、Ｇ、Ｂに分離するプ
リズム1000と、Ｒ、Ｇ、Ｂの３系統に分離された光量を
電気信号に変換するとともに、露光時間を異にする２種
類の映像信号（標準露光時の映像信号と非標準露光時の
映像信号）をフレーム単位で出力するＲＧＢ毎の３個の
撮像素子1010と、撮像素子1010を駆動し、標準露光の映
像信号及び非標準露光の映像信号が生成されるタイミン
グを制御するとともに、図１０（Ｄ）に示すように、標
準と非標準で異なる露光時間を示す露光時間識別信号10
21を生成し、各同時化手段1050に出力する撮像素子駆動
手段1020と、撮像素子1010から出力された映像信号のノ
イズを除去し、振幅を調整して所定レベルにクランプす
る前処理手段1030と、前処理手段1030の出力をディジタ
ル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器1040と、ディジタル
映像信号に変換された標準露光映像信号及び非標準露光
映像信号を同一タイミングで出力する同時化手段1050
と、標準露光映像信号1060及び非標準露光映像信号1070
を合成する映像信号合成手段1080と、映像信号合成手段
1081から出力される合成映像信号1081に対してガンマ補
正、輪郭補正等を行ない、輝度信号、色差信号、Ｒ、
Ｇ、Ｂ等の出力信号を生成するカメラプロセス1090とを
備えている。

【０００８】前処理手段1030は、撮像素子1010から出力
されたアナログ信号のノイズ成分を相関２重サンプリン
グにより削除するＣＤＳ手段と、ノイズ成分が除去され
たアナログ映像信号を一定の信号レベルに保つために振
幅調整を行なうＡＧＣ手段と、振幅調整されたアナログ
映像信号にクランプ処理を行なうクランプ回路等を具備
し、撮像素子1010から出力されたアナログ映像信号に対
して、Ａ／Ｄ変換するための前処理を実施する。

【０００９】Ａ／Ｄ変換器1040は、各前処理手段1030の
出力をディジタル映像信号に変換して、同時化手段1050
に出力する。このＡ／Ｄ変換器の出力1041を図１０
（Ｂ）に示している。

【００１０】同時化手段1050は、図１０（Ａ）に示すよ
うに、１フレーム分の映像信号を遅延するためのメモリ
ー手段10511と、標準露光映像信号を選択して出力する
セレクタ手段10513と、非標準露光映像信号を選択して
出力するセレクタ手段10514とを備えている。メモリー
手段10511は、図１０（Ｂ）のＡ／Ｄ変換器出力1041を
１フレーム分遅延させて図１０（Ｃ）のようにセレクタ
手段10513及びセレクタ手段10514に出力し、セレクタ手
段10513は、撮像素子駆動手段1020から出力される露光
時間識別信号1021に応じて、Ａ／Ｄ変換器出力1041及び
メモリー手段出力10512から、標準露光映像信号だけを
交互に選択して出力し（図１０（Ｆ））、また、セレク
タ手段10514は、同様に露光時間識別信号1021に応じ
て、Ａ／Ｄ変換器出力1041及びメモリー手段出力10512
から、非標準露光映像信号だけを交互に選択して出力す
る（図１０（Ｅ））。こうして、同時化手段1050から
は、標準露光映像信号1060と非標準露光映像信号1070と
が同一タイミングで映像信号合成手段1080に出力され
る。

【００１１】映像信号合成手段1080は、この標準露光映
像信号1060と非標準露光映像信号1070とを合成する。こ
の合成の様子を図１１に示している。

【００１２】図１１において、標準露光映像信号1060は
非標準露光映像信号1070より露光時間が長いのでＬＯＮ
Ｇ、また、非標準露光映像信号1070は標準露光の映像信
号1060より露光時間が短いのでＳＨＯＲＴと呼ぶことに
する。

【００１３】図１１（Ａ）は、ＬＯＮＧにおける入射光
量と撮像素子出力レベルとの関係を表す入出力特性であ
る。入射光量が飽和光量を超えると、出力レベルは一定
値で飽和し、白つぶれが生じ易い。ただし、飽和光量ま
では通常の標準の映像信号が得られる。

【００１４】図１１（Ｂ）は、ＳＨＯＲＴの入出力特性
である。これはシャッター時間を標準露光より短くした
り、感度をＬＯＮＧより下げることにより、その分だけ
撮像素子が飽和する入射光量を高めることができる。た
だし、入射光量の少ない部分はＳ／Ｎが悪く黒つぶれし
やすい。

【００１５】そこで、このＬＯＮＧとＳＨＯＲＴとの特
性を利用して映像信号のダイナミックレンジを拡大す
る。

【００１６】例えば、ＬＯＮＧが飽和しない領域では、
撮像素子出力としてＬＯＮＧだけを出力し、ＬＯＮＧが
飽和し始める領域（ＭＩＸ領域）ではＬＯＮＧとＳＨＯ
ＲＴとをＫ（映像信号合成信号）で内分した値を出力と
し、ＬＯＮＧが完全に飽和した領域では、ＳＨＯＲＴだ
けを出力するように制御する。ＫはＭＩＸ領域の下限で
はＬＯＮＧ、上限ではＳＨＯＲＴとなるように滑らかに
可変するための制御信号である。

【００１７】このＫの出力レベルは、図１１（Ｅ）に示
すように、合成映像信号1081に含まれるＳＨＯＲＴの割
合を示しているので、ＬＯＮＧ領域では０、ＭＩＸ領域
では０≦Ｋ≦１、ＳＨＯＲＴ領域では１となる。

【００１８】ここで、映像信号合成手段1080から出力さ
れる合成映像信号1081をＯＵＴ、ＬＯＮＧのＭＩＸ領域
の開始レベルをＹｔｈ、ＬＯＮＧの飽和レベルをＳＡＴ
とし、ＭＩＸ領域内でＬＯＮＧとＳＨＯＲＴを交差さ
せ、自然に映像信号を合成させるためのオフセット値を
ＯＦＳＥＴ１、Ｋを映像信号合成制御信号とすると、合
成映像信号1081（ＯＵＴ）を得るための制御を式で表す
と次のようになる。（１）ＬＯＮＧ≦Ｙｔｈの場合（ＬＯＮＧが飽和して
いない領域Ｋ＝０）ＯＵＴ＝ＬＯＮＧ（２）Ｙｔｈ≦ＬＯＮＧ≦ＳＡＴの場合（ＭＩＸ領域
０≦Ｋ≦１）ＯＵＴ＝（１−Ｋ）×ＬＯＮＧ＋Ｋ×（ＳＨＯＲＴ＋Ｏ
ＦＳＥＴ１）ここで、Ｋ＝（ＬＯＮＧ−Ｙｔｈ）／（ＳＡＴ―Ｙｔ
ｈ）（３）ＬＯＮＧ≧ＳＡＴの場合（ＬＯＮＧが飽和した領
域Ｋ＝１）ＯＵＴ＝ＳＨＯＲＴ＋ＯＦＳＥＴ１

【００１９】こうして最終的に得られる合成映像信号10
81を図１１（Ｆ）に示している。

【００２０】従来は、このように映像信号を合成して、
高ダイナミックレンジの映像信号を得ていた。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、標準露光映像
信号と非標準露光映像信号とは、それぞれ入射光量に対
する撮像素子出力の特性が異なるために、従来の方法で
合成された標準露光映像信号と非標準露光映像信号との
合成映像信号は、低輝度域から高輝度域までの全域に渡
る線形特性を持つことができない。そのため、Ｒ、Ｇ、
Ｂ毎に、この合成映像信号を生成する場合には、入射光
量のＲ、Ｇ、Ｂの比率と合成映像信号におけるＲ、Ｇ、
Ｂの比率とが違ってしまうことがあり、所謂、偽色が生
じるという問題点がある。

【００２２】また、この偽色は、表示装置の階調特性に
合わせて映像信号のダイナミックレンジを制限しなけれ
ばならないときに、さらに生じ易い。

【００２３】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、偽色の発生が少ない、広いダイナミック
レンジの映像信号を生成する映像信号処理装置を提供
し、そのための映像信号処理方法を提供し、さらに、そ
うした映像信号処理によって被写体の色相を忠実に映す
ことができるビデオカメラを提供することを目的として
いる。

【００２４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の映像信
号処理方法では、標準露光映像信号と非標準露光映像信
号との露光時間比に応じて、非標準露光映像信号に対す
るゲインを調整し、標準露光映像信号と、ゲインを調整
した非標準露光映像信号とを信号レベルに応じて合成し
ている。

【００２５】また、本発明の映像信号処理装置では、こ
のゲイン調整を行なうゲイン調整手段と、この合成を行
なう映像信号合成手段とを設けている。

【００２６】また、本発明のビデオカメラでは、撮像素
子の映像信号を、この映像信号処理装置を用いて処理し
ている。

【００２７】そのため、飽和以前の標準露光映像信号の
入出力特性と、ゲイン調整された非標準露光映像信号の
入出力特性とが同等にできるので、それらを合成するこ
とにより、低輝度域から高輝度域まで広いダイナミック
レンジを持つ映像信号を生成することができる。

【００２８】また、撮像素子を持つビデオカメラで、こ
の映像信号処理を行なうことにより、被写体の色相に忠
実な映像を映すことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、同一シーンに対して、標準の露光時間で撮影された
標準露光映像信号と、標準露光映像信号より短い露光時
間で撮影された非標準露光映像信号とを生成し、それら
を用いてダイナミックレンジが拡大された映像信号を合
成する映像信号処理装置において、標準露光映像信号と
非標準露光映像信号との露光時間比に応じて、非標準露
光映像信号に対するゲイン調整を行なうゲイン調整手段
と、標準露光映像信号とゲイン調整された非標準露光映
像信号とを信号レベルに応じて合成することによって高
ダイナミックレンジの合成映像信号を生成する映像信号
合成手段とを設けたものであり、低輝度域から高輝度域
までの広いダイナミックレンジを持つ映像信号を得るこ
とができる。

【００３０】請求項２に記載の発明は、標準露光映像信
号及び非標準露光映像信号を、入射光を分離したＲ、
Ｇ、Ｂごとに生成し、ゲイン調整手段が、Ｒ、Ｇ、Ｂご
との非標準露光映像信号に対するゲイン調整を行ない、
映像信号合成手段が、Ｒ、Ｇ、Ｂごとの合成映像信号を
生成するようにしたものであり、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率が被
写体の色相と変わらない、偽色を生じることの無い高ダ
イナミックレンジの映像信号を生成することができる。

【００３１】請求項３に記載の発明は、映像信号合成手
段によって生成された合成映像信号に対して、表示装置
のダイナミックレンジに応じて非線形処理を施す非線形
処理手段を設けたものであり、表示装置の階調特性に合
わせて合成映像信号のダイナミックレンジを制限する場
合でも、偽色の発生を減らすことができる。

【００３２】請求項４に記載の発明は、同一シーンに対
して、標準の露光時間で撮影した標準露光映像信号と、
標準露光映像信号より短い露光時間で撮影した非標準露
光映像信号とを生成し、それらを用いてダイナミックレ
ンジが拡大された映像信号を合成する映像信号処理方法
において、標準露光映像信号と非標準露光映像信号との
露光時間比に応じて、非標準露光映像信号に対するゲイ
ンを調整し、標準露光映像信号と、ゲインを調整した非
標準露光映像信号とを信号レベルに応じて合成すること
により高ダイナミックレンジの合成映像信号を生成する
ようにしたものであり、低輝度域から高輝度域まで広い
ダイナミックレンジを持つ映像信号を生成することがで
きる。

【００３３】請求項５に記載の発明は、標準露光映像信
号及び非標準露光映像信号の生成から合成映像信号の生
成までを、入射光を分離したＲ、Ｇ、Ｂごとに行なうよ
うにしたものであり、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率が被写体の色相
と変わらない高ダイナミックレンジの映像信号を生成す
ることができる。

【００３４】請求項６に記載の発明は、この合成映像信
号に対して、表示装置のダイナミックレンジに応じて非
線形処理を施すようにしたものであり、表示装置の階調
特性に合わせて合成映像信号のダイナミックレンジを制
限する場合でも、被写体の色相と殆ど変わらない映像信
号を生成することができる。

【００３５】請求項７に記載の発明は、撮影手段として
固体撮像素子を具備するビデオカメラに、請求項１乃至
３のいずれか一つに記載の映像信号処理装置を設けたも
のであり、固体撮像素子で得られる映像信号のダイナミ
ックレンジを拡大して、被写体の色相を忠実に再現する
映像を撮ることができる。

【００３６】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図８を用いて説明する。

【００３７】（第１の実施の形態）第１の実施形態の映
像信号処理装置は、図１に示すように、光をＲ、Ｇ、Ｂ
に分離するプリズム1000と、Ｒ、Ｇ、Ｂの３系統に分離
された光量を電気信号に変換するとともに露光時間を異
にする２種類の映像信号（標準露光による映像信号1060
と非標準露光による映像信号1070）をフレーム単位で交
互に出力するＲ、Ｇ、Ｂ毎の３個の撮像素子1010と、撮
像素子1010を駆動し、標準露光及び非標準露光のタイミ
ングを制御するとともに露光時間識別信号1021を出力す
る撮像素子駆動手段1020と、撮像素子1010から出力され
た映像信号に対してＡ／Ｄ変換前の前処理を施す前処理
手段1030と、前処理手段1030の出力をディジタル映像信
号に変換するＡ／Ｄ変換器1040と、ディジタル映像信号
に変換された標準露光映像信号1060及び非標準露光映像
信号1070を同一タイミングで出力する同時化手段1050
と、同時化手段1050から出力される非標準露光映像信号
1070のゲインを調整するゲイン調整手段1110と、標準露
光と非標準露光との露光時間比に応じてゲイン調整手段
1110のゲインを制御する露光比演算手段1100と、同時化
手段1050から出力される標準露光映像信号1060とゲイン
調整手段1110から出力されるゲインが調整された非標準
露光映像信号1070とを用いて合成を実行する映像信号合
成手段1081と、映像信号合成手段1080から出力される合
成映像信号1081に対してガンマ補正、輪郭補正等を行な
い、輝度信号、色差信号、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の出力信号を生
成するカメラプロセス1090とを備えている。

【００３８】この装置は、従来の映像信号処理装置（図
９）と比べて、ゲイン調整手段1110及び露光比演算手段
1100を備えている点で違っているが、その他の構成は変
わりがない。

【００３９】この装置において、同時化手段1050から標
準露光映像信号と非標準露光映像信号とが同一タイミン
グで出力されるまでの動作は、従来の映像信号処理装置
（図９）と同じである。即ち、プリズム1000は、入射光
をＲ、Ｇ、Ｂに分離し、また、撮影素子駆動手段1020
は、図２（Ａ）に示すように、信号レベルが１フレーム
ごとに標準露光時の信号レベルと非標準露光時の信号レ
ベルとに切り換わる露光時間識別信号1021を各同時化手
段1050に出力する。この標準露光時の信号レベルは標準
露光時間に対応し、非標準露光時の信号レベルは、非標
準露光時間に対応している。

【００４０】各撮像素子1010は、プリズム1000で分離さ
れたＲ、Ｇ、Ｂの各光量を電気信号に変換するととも
に、露光時間を異にする２種類の映像信号（標準露光映
像信号1060と非標準露光映像信号1070）をフレーム単位
で交互に出力する。

【００４１】前処理手段1030は、撮像素子1010から出力
されたアナログ信号のノイズ成分を除去し、振幅を調整
してクランプ処理を施す。Ａ／Ｄ変換器1040は、この前
処理されたアナログ信号をディジタル映像信号に変換し
て、同時化手段1050に出力する。

【００４２】同時化手段1050は、図１０（Ａ）に示すよ
うに、メモリー手段10511、セレクタ手段10513、及びセ
レクタ手段10514を備え、先に説明した手順で、標準露
光映像信号1060と非標準露光映像信号1070とを同一タイ
ミングで出力する。

【００４３】ここで、標準露光映像信号1060と非標準露
光映像信号1070との特性について説明する。

【００４４】図３（Ａ）は、標準露光映像信号1060の入
出力特性を示し、図３（Ｂ）は、非標準露光映像信号10
70の入出力特性を示している。図３（Ａ）、（Ｂ）から
分かるように、非標準露光映像信号1070と標準露光映像
信号1060とは、入射光量に対する撮像素子出力の特性が
異なるため、従来の手法で映像信号を合成した場合に
は、図１１（Ｆ）に示す特性となり、図３（Ｃ）に示す
ような低輝度域から高輝度域まで線形特性を持つ合成映
像信号1081を得ることができない。

【００４５】このように、合成映像信号の低輝度域から
高輝度域に至る特性が線形でない場合には、偽色が発生
しやすい。例えば、３板式ビデオカメラの場合には、図
１２（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）に示すように、入射光量時
のＲ、Ｇ、Ｂの比がＲ：Ｂ：Ｇ＝１０：１：１であって
も、従来手法で映像信号を合成した場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎
に合成した合成映像信号1081におけるＲ、Ｇ、Ｂの比は
Ｒ：Ｂ：Ｇ＝７：１：１に変化してしまう。このよう
に、本来あるべきＲ：Ｇ：Ｂの比が変わってしまう場合
がある。このため、偽色の原因となる。

【００４６】そこで、この映像信号処理装置では、偽色
の発生を防ぐために、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎の標準露光映像信号
1060と非標準露光映像信号1070とを合成したとき、低輝
度域から高輝度域まで線形特性を持つ映像信号が得られ
るように映像信号を処理している。そのために、非標準
露光映像信号1070の入出力特性が、標準露光映像信号10
60の飽和しない領域での入出力特性と同等になるよう
に、非標準露光映像信号1070を変換し、この変換した非
標準露光映像信号1070と標準露光映像信号1060とを用い
て合成を行なう。

【００４７】そのため、まず、図１の露光比演算手段11
00は、撮像素子駆動手段1020から入力する露光時間識別
信号1021（図２（Ａ））の標準露光時の信号レベルと非
標準露光時の信号レベルとの比を算出する。そして、そ
の比に相当する倍率でのゲインを指示するゲイン制御信
号1101を、ゲイン調整手段1110に出力する（図２（Ｂ）
に示すように、非標準露光時の映像信号に対するゲイン
が標準露光時の映像信号より大きくなるようにする）。

【００４８】Ｒ、Ｇ、Ｂ毎のゲイン調整手段1110は、ゲ
イン制御信号1101で指示されたゲインを非標準露光映像
信号1070に乗算する。その結果、ゲイン調整手段1110か
らは、図３（Ｂ）に示す、ゲイン調整後の映像信号1111
が出力される。

【００４９】例えば、図２（Ａ）（Ｂ）及び図１０
（Ｄ）に示すように、露光時間識別信号1021を、図１０
（Ｂ）のＡ／Ｄ変換器出力1041の標準露光映像信号1060
（ｌｏｎｇ）を６４に、また、非標準映像信号1070（ｓ
ｈｏｒｔ）を２に重み付けしている場合には、その露光
比からＲ、Ｇ、Ｂ毎の非標準露光映像信号1070を３２倍
するようにゲインが制御される。

【００５０】このゲイン制御により、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれ
ぞれにおける標準露光映像信号1060と非標準露光映像信
号1070との傾きは同等になる。Ｒ、Ｇ、Ｂ毎の映像信号
合成手段1080は、標準露光映像信号1060とゲイン調整後
の非標準露光映像信号1111とを用いて映像信号を合成す
る。その結果、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれにおける合成映像
信号1081は、図３（Ｃ）に示すように、低輝度域から高
輝度域まで線形特性を保った映像信号になる。

【００５１】従って、図４（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）に示
すように、入射光量時のＲ、Ｇ、Ｂの比が１０：１：１
であったものは、合成後においても１０：１：１を保っ
ており、本来あるべき入射光量時のＲ：Ｇ：Ｂの比と変
わらない。

【００５２】そのため、カメラプロセス1090でガンマ補
正や輪郭補正を施しても、低輝度域から高輝度域まで偽
色のない優れた高ダイナミックレンジの映像を得ること
ができる。

【００５３】（第２の実施の形態）しかし、表示装置の
ダイナミックレンジに制限がある場合には、カメラプロ
セス1090では、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎の合成映像信号1081を表示
装置のダイナミックレンジに合わせてクリップする必要
がある。

【００５４】例えば、図８の（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）に
示すように、入射光量時に、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝２０：５：２
５であったものは、第１の実施形態の映像信号処理装置
で合成すると、Ｒ、Ｇ、Ｂの比は保存されるから、合成
後でも、この比は２０：５：２５となる。しかし、表示
装置のダイナミックレンジの限度が２０であるとする
と、映像信号はカメラプロセスで２０にクリップされる
ため、Ｒ、Ｇ、Ｂの比は２０：５：２０となり、Ｒ成分
とＢ成分とは信号レベルの差がなくなり、偽色の原因と
なる。

【００５５】図６を用いて、この偽色の原因について詳
細に説明する。

【００５６】図６において、ＲＧＢＭＡＸは、合成後の
Ｒ、Ｇ、Ｂの各フレームにおける最大値の内で、最も大
きい値を意味する。ここでは、ＲＧＢＭＡＸを信号レベ
ル２５として示す。

【００５７】ＤＩＰＳＭＡＸは、表示装置のダイナミッ
クレンジ（上限）を意味する。ここでは、入射光量が２
０以上で表示装置のダイナミックレンジは飽和するもの
とし、ＤＩＳＰＭＡＸ＝２０とする。

【００５８】また、標準露光映像信号1060の飽和レベル
をＳＡＴとし、標準露光映像信号1060と非標準露光映像
信号1070との合成開始レベルをＹｔｈとし、Ｙｔｈから
ＳＡＴまでの信号レベルを合成幅とする。

【００５９】入射光量が２３で、本来はＡのような信号
レベルにあるべき映像信号は、表示装置のダイナミック
レンジの制限を受けるためにＤＩＳＰＭＡＸと同じ信号
レベルである２０のＡ’となってしまう。つまり、この
ような場合には、入射光量が２０以上の信号レベルの信
号はすべてＤＩＳＰＭＡＸと同じ信号レベル２０と見な
されてしまうことになる。（Ａ'＝ＤＩＳＰＭＡＸ）従
って、これでは、被写体によっては階調が無くなり、偽
色を生じてしまう原因になる。

【００６０】そこで、この第２の実施形態では、Ｒ、
Ｇ、Ｂ毎の合成映像信号1081に対して、表示装置のダイ
ナミックレンジに合わせて非線形処理を施すことによ
り、階調及び偽色を改善する。

【００６１】この映像信号処理を行なう装置は、図５に
示すように、映像信号合成手段1080の各々から同時に出
力された１フレームの信号レベルの中で最も大きい値を
抽出する最大値検出手段1130と、表示装置のダイナミッ
クレンジ（上限）を設定するダイナミックレンジ設定手
段1140と、最大値検出手段1130で検出された最大値と表
示装置のダイナミックレンジ（上限）とを用いて合成映
像信号の非線形処理を行なう非線形処理手段1120とを備
えている。その他の構成は第１の実施形態（図１）と変
わりがない。

【００６２】この装置のＲ、Ｇ、Ｂの各映像信号合成手
段1080は、それぞれの１フレーム中の信号レベルの最大
値（ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸ）を検出して、最大
値検出手段1130に転送するとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂの標準
露光映像信号1060の飽和レベルであるＳＡＴ1082を非線
形処理手段1120へ転送する。

【００６３】最大値検出手段1130は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各映
像信号合成手段1080から転送された１フレーム中の信号
レベルの最大値（ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸ）の中
から最も大きい値をＲＧＢＭＡＸ1131として抽出し、
Ｒ、Ｇ、Ｂの各非線形処理手段1120へ転送する。また、
表示装置のダイナミックレンジ設定手段1140は、表示装
置のダイナミックレンジ（上限）を設定し、そのＤＩＳ
ＰＭＡＸ1141をＲ、Ｇ、Ｂの各非線形処理手段1120へ転
送する。

【００６４】Ｒ、Ｇ、Ｂの各非線形処理手段1120は、図
６に示すように、表示装置のダイナミックレンジ以上の
入射光量である２０の場合でも信号レベルが飽和しない
ように、ＡをＡ”とし、Ｓ＝Ｓ”＝ＲＧＢＭＡＸ＝ＤＩ
ＳＰＭＡＸとなるようにＳＡＴ以上の信号レベルについ
ては、非線形特性を持たせるように制御する。

【００６５】このとき、合成映像信号1081をＡ、非線形
処理後のＡをＡ”とすると、ＡがＳＡＴレベル以下では
非線形処理を行なわず、Ａ＝Ａ”とする。

【００６６】ＡがＳＡＴ以上では、非線形特性を実現す
るために、ＲＧＢＭＡＸとＳＡＴの差をＡで内分するこ
とにより求めたαＡを制御係数とし、ｎを非線形特性の
制御係数とすると、非線形処理後のＡ”は次式で表すこ
とができる。ＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ≧０且つＡ≧ＳＡＴ
の場合 αＡ＝（Ａ−ＳＡＴ）／（ＲＧＢＭＡＸ−ＳＡＴ）Ａ”＝Ａ―｛（αＡ）ⁿ ×（ＲＧＢＭＡＸ―ＤＩＳＰＭ
ＡＸ）｝ＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ≧０且つＡ＜ＳＡＴ
の場合 αＡ＝０Ａ”＝ＡＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ＜０の場合 αＡ＝０Ａ”＝Ａ

【００６７】こうして非線形処理された合成映像信号10
81を、図６では、非線形処理後の映像信号1121として示
している。

【００６８】Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の合成映像信号に対して
は、この非線形処理を、それぞれ、次の（１）から
（３）で示すように実施する。

【００６９】（１）：Ｒ成分に対する非線形処理合成映像信号1081をＲ、非線形処理後のＲをＲ”とする
と、ＲがＳＡＴレベル以下では非線形処理を行なわない
ので、Ｒ＝Ｒ”（αＲ＝０）とする。

【００７０】ＲがＳＡＴ以上では、非線形特性となるよ
うにするため、ＲＧＢＭＡＸとＳＡＴの差をＲで内分す
ることにより求めたαＲを制御係数とし、ｎを非線形特
性の制御係数とすると、非線形処理後のＲ”は次式で表
される。ＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ≧０且つＲ≧ＳＡＴ
の場合 αＲ＝（Ｒ−ＳＡＴ）／（ＲＧＢＭＡＸ−ＳＡＴ）Ｒ”＝Ｒ―｛（αＲ）ⁿ ×（ＲＧＢＭＡＸ―ＤＩＳＰＭ
ＡＸ）｝ＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ≧０且つＲ＜ＳＡＴ
の場合 αＲ＝０Ｒ”＝ＲＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ＜０の場合 αＲ＝０Ｒ”＝Ｒ

【００７１】図７には、ｎ＝２の場合のＲ成分に対する
非線形処理手段1120の構成例を示している。

【００７２】（２）：Ｇ成分に対する非線形処理合成映像信号1081をＧ、非線形処理後のＧをＧ”とする
と、ＧがＳＡＴレベル以下では非線形処理を行なわない
ので、Ｇ＝Ｇ”（αＧ＝０）とする。

【００７３】ＧがＳＡＴ以上では、非線形特性となるよ
うにするため、ＲＧＢＭＡＸとＳＡＴの差をＧで内分す
ることにより求めたαＧを制御係数とし、ｎを非線形特
性の制御係数とすると、非線形処理後のＧ”は次式で表
される。ＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ≧０且つＧ≧ＳＡＴ
の場合 αＧ＝（Ｇ−ＳＡＴ）／（ＲＧＢＭＡＸ−ＳＡＴ）Ｇ”＝Ｇ―｛（αＧ）ⁿ ×（ＲＧＢＭＡＸ―ＤＩＳＰＭ
ＡＸ）｝ＲＧＢＡＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ≧０且つＧ＜ＳＡ
Ｔの場合 αＧ＝０Ｇ”＝ＧＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ＜０の場合 αＧ＝０Ｇ”＝Ｇ

【００７４】（３）：Ｂ成分に対する非線形処理合成映像信号1081をＢ、非線形処理後のＢをＢ”とする
と、ＢがＳＡＴレベル以下では非線形処理を行なわない
ので、Ｂ＝Ｂ”（αＢ＝０）とする。

【００７５】ＢがＳＡＴ以上では、非線形特性となるよ
うにするため、ＲＧＢＭＡＸとＳＡＴの差をＢで内分す
ることにより求めたαＢを制御係数とし、ｎを非線形特
性の制御係数とすると、非線形処理後のＢ”は次式で表
される。

【００７６】合成映像信号1081をＢ、非線形処理後のＢ
をＢ”とすると、次の式で表される処理を行なう。ＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ≧０且つＢ≧ＳＡＴ
の場合 αＢ＝（Ｂ−ＳＡＴ）／（ＲＧＢＭＡＸ−ＳＡＴ）Ｂ”＝Ｂ―｛（αＢ）ⁿ ×（ＲＧＢＭＡＸ―ＤＩＳＰＭ
ＡＸ）｝ＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ≧０且つＢ＜ＳＡＴ
の場合 αＢ＝０Ｂ”＝ＢＲＧＢＭＡＸ−ＤＩＳＰＭＡＸ＜０の場合 αＢ＝０Ｂ”＝Ｂ

【００７７】この非線形処理によって、階調が改善さ
れ、偽色が軽減される様子を図８に示している。

【００７８】図８の（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）では、表示装置のダイナミックレンジ：ＤＩＳＰＭＡＸ＝２
０、Ｒ、Ｇ、Ｂの最大信号レベル：ＲＧＢＭＡＸ＝２
５、標準露光映像信号1060の飽和レベル：ＳＡＴ＝３である条件下で、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎の合成映像信号1081に対
して非線形処理を施す場合について示している。

【００７９】入射光量時にＲ：Ｇ：Ｂ＝２０：５：２５
であるＲ、Ｇ、Ｂ毎の合成映像信号1081は、この非線形
処理を施すことにより、Ｒ”：Ｇ”：Ｂ”＝１８：５：
２０となる。第１の実施形態の映像信号処理では、Ｒ、
Ｇ、Ｂの比がＲ：Ｇ：Ｂ＝２０：５：２０となり、２０
以上の入射光量に対して階調が無くなり、偽色の要因に
なっていたが、この非線形処理では、ＤＩＳＰＭＡＸ以
上の階調が完全に潰れてしまうことが改善される。この
ようにＲ、Ｇ、Ｂの比（色相）が十分に維持されるの
で、偽色も軽減することができる。

【００８０】また、１フレーム中の最大値ＲＧＢＭＡＸ
を常に表示装置のダイナミックレンジＤＩＳＰＭＡＸに
合わせているため、表示装置のダイナミックレンジを最
大限生かすことができる。

【００８１】従って、この映像信号処理装置では、表示
装置のダイナミックレンジに応じた偽色の少ない優れた
映像信号を得ることができる。

【００８２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の映像信号処理装置は、広い範囲に渡って線形特性を保
つ、高ダイナミックレンジの映像信号を合成することが
でき、そのため、偽色の発生を抑えることが可能とな
る。

【００８３】また、表示装置のダイナミックレンジの制
限を受ける場合でも、合成映像信号に非線形処理を施す
ことにより、表示装置のダイナミックレンジを最大限に
生かしながら、偽色の発生を改善することができる。

【００８４】また、本発明の映像信号処理方法は、被写
体の色を忠実に再現する高ダイナミックレンジの映像信
号を生成することができ、また、表示装置のダイナミッ
クレンジの制限を受ける場合でも、被写体と同等の色相
を保てるので、偽色の少ない映像信号を生成することが
できる。

【００８５】また、本発明のビデオカメラは、固体撮像
素子の欠点を克服して、被写体の色相に忠実な映像を撮
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の映像信号処理装置を用いたカ
メラシステムの構成図、

【図２】（Ａ）露光時間識別信号の特性を示す図、
（Ｂ）ゲイン制御信号の特性を説明する図、

【図３】（Ａ）標準露光映像信号の特性を示す図、
（Ｂ）非標準露光の映像信号の特性と非標準露光映像信
号のゲイン調整を示す図、（Ｃ）第１の実施形態の映像
信号処理装置による合成映像信号を示す図、

【図４】（Ｒ）第１の実施形態の映像信号処理装置によ
るＲ信号に対する合成映像信号を示す図、（Ｇ）第１の
実施形態の映像信号処理装置によるＧ信号に対する合成
映像信号を示す図、（Ｂ）第１の実施形態の映像信号処
理装置によるＢ信号に対する合成映像信号を示す図、

【図５】第２の実施形態の映像信号処理装置を用いたカ
メラシステムの構成図、

【図６】表示装置のダイナミックレンジによる制限を受
ける合成映像信号及び非線形処理を示す図、

【図７】非線形処理手段の回路構成を示す図、

【図８】（Ｒ）第２の実施形態の映像信号処理装置によ
るＲ信号に対する合成映像信号を示す図、（Ｇ）第２の
実施形態の映像信号処理装置によるＧ信号に対する合成
映像信号を示す図、（Ｂ）第２の実施形態の映像信号処
理装置によるＢ信号に対する合成映像信号を示す図、

【図９】従来の映像信号処理装置を用いたカメラシステ
ムを示す図、

【図１０】（Ａ）同時化手段を示す構成図、（Ｂ）Ａ／
Ｄ変換器出力を示す図、（Ｃ）メモリー手段出力を示す
図、（Ｄ）露光時間識別信号を示す図、（Ｅ）非標準露
光映像信号を示す図、（Ｆ）標準露光映像信号を示す
図、

【図１１】（Ａ）標準露光映像信号：ＬＯＮＧの特性を
示す図、（Ｂ）非標準露光映像信号：ＳＨＯＲＴの特性
を示す図、（Ｃ）非標準露光映像信号にオフセット(OFS
ET1)を加算した場合の特性を示す図、（Ｄ）標準露光映
像信号と非標準露光映像信号との合成を示す図、（Ｅ）
映像信号合成制御信号の特性を示す図、（Ｆ）合成映像
信号の特性を示す図、

【図１２】（Ｒ）従来の映像信号処理装置によるＲ信号
に対する合成映像信号を示す図、（Ｇ）従来の映像信号
処理装置によるＧ信号に対する合成映像信号を示す図、
（Ｂ）従来の映像信号処理装置によるＢ信号に対する合
成映像信号を示す図。

【符号の説明】

1000 プリズム 1010 撮像素子 1020 撮像素子駆動手段 1021 露光時間識別信号 1030 前処理手段 1040 Ａ／Ｄ変換器 1041 Ａ／Ｄ変換器出力 1050 同時化手段 10511 メモリー手段 10512 メモリー出力 10513 セレクタ手段 10514 セレクタ手段 1060 標準露光映像信号 1070 非標準露光映像信号 1080 映像信号合成手段 1081 合成映像信号 1082 飽和レベル 1090 カメラプロセス 1100 露光比演算手段 1101 ゲイン制御信号 1110 ゲイン調整手段 1111 ゲイン調整後の映像信号 1120 非線形処理手段 1121 非線形処理後の映像信号 1130 最大値検出手段 1131 ＲＧＢＭＡＸ 1140 表示装置のダイナミックレンジ設定手段 1141 ＤＩＳＰＭＡＸ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一シーンに対して、標準の露光時間で
撮影された標準露光映像信号と、標準露光映像信号より
短い露光時間で撮影された非標準露光映像信号とを生成
し、それらを用いてダイナミックレンジが拡大された映
像信号を合成する映像信号処理装置において、前記標準露光映像信号と前記非標準露光映像信号との露
光時間比に応じて、前記非標準露光映像信号に対するゲ
イン調整を行なうゲイン調整手段と、前記標準露光映像信号とゲイン調整された前記非標準露
光映像信号とを信号レベルに応じて合成することによっ
て高ダイナミックレンジの合成映像信号を生成する映像
信号合成手段とを備えることを特徴とする映像信号処理
装置。
【請求項２】前記標準露光映像信号及び非標準露光映
像信号が、入射光を分離したＲ、Ｇ、Ｂごとに生成さ
れ、前記ゲイン調整手段が、Ｒ、Ｇ、Ｂごとの前記非標
準露光映像信号に対するゲイン調整を行ない、前記映像
信号合成手段が、Ｒ、Ｇ、Ｂごとの合成映像信号を生成
することを特徴とする請求項１に記載の映像信号処理装
置。
【請求項３】前記映像信号合成手段によって生成され
た合成映像信号に対して、表示装置のダイナミックレン
ジに応じて非線形処理を施す非線形処理手段を具備する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の映像信号処
理装置。
【請求項４】同一シーンに対して、標準の露光時間で
撮影した標準露光映像信号と、標準露光映像信号より短
い露光時間で撮影した非標準露光映像信号とを生成し、
それらを用いてダイナミックレンジが拡大された映像信
号を合成する映像信号処理方法において、前記標準露光映像信号と前記非標準露光映像信号との露
光時間比に応じて、前記非標準露光映像信号に対するゲ
インを調整し、前記標準露光映像信号とゲインを調整し
た前記非標準露光映像信号とを信号レベルに応じて合成
することにより高ダイナミックレンジの合成映像信号を
生成することを特徴とする映像信号処理方法。
【請求項５】前記標準露光映像信号及び非標準露光映
像信号の生成から前記合成映像信号の生成までを、入射
光を分離したＲ、Ｇ、Ｂごとに行なうことを特徴とする
請求項４に記載の映像信号処理方法。
【請求項６】前記合成映像信号に対して、表示装置の
ダイナミックレンジに応じて非線形処理を施すことを特
徴とする請求項４または５に記載の映像信号処理方法。
【請求項７】撮影手段として撮像素子を具備し、前記
撮影手段で撮影された映像信号を処理するために前記請
求項１乃至３のいずれか一つに記載の映像信号処理装置
を具備することを特徴とするビデオカメラ。