JPS58182377A - ビデオ信号の階調変換方法 - 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】 この発明は、コンドラスジの改善などに適用されるビデ
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シ
ラス）を自動的に良好とするものである。

一般的なコントラスＦの補正について第１図を参照して
説明する。

第１図人は、被写体の明るさＬｍ（ａ＋ｍ。

ｃｏｓ（ａｌｔ　）　ｋ示し、この被写体がビデオカメ
ラで撮影されることによって第１図Ｂに示す撮像出力（
ｘ　ｗｍ　−＋−ｃｏｓωｔ）が発生する。これ蝋、ビ
デ２　　　２ａ オカメラが第１図ＣＫ示す特性の平均値方式の自動数−
装置を有しているからである。この撮像出力は、コン）
ラスＦ不足のものであるため、第１図りに示す階調変換
関数（ｙ−ｊ（ｘ）３によって、交流成分がレベル調整
され、第１ｍＮＫ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、フレアーがあワて黒が浮
いている場合（コンドラスト不足〕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）ｊａ合又は逆光で被写体が影になる（コント
ラスト過剰）の場合には、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−θ、／、ユ）は撮像信号の振
幅分布を示す。第一図Ａに示す平担な振幅分布φ。（：
ｉ：）ｔ−仮に適正照明時のものとすると、第一図Ｂに
示す振幅分布φ１（ｘ）がコントラスＦ不足の場合のも
ので、第一図Ｃに示す振幅分布１１！（ｘ　）がコン）
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φ（ｘ）Ｋ求め、第一図Ｆ及び同図
ＧＫ示すように、階調補正後の振幅分布をψ（Ｘ）、ψ
、（Ｘ）とするとき、（ψ１−６−φ。）となる第２図
り及び同図Ｅに示す変換関数ｆ１（ｘ）及びｆ！（ｘ）
が求める最適なものである。

この発明は、上述のよ′うに、撮像出力の振幅分布をコ
ン）ラストが適正なときの目標とする振幅分布に変換し
ようとするものであって、その場合の変換を簡単に行な
いうるようにしたものである。

この発明におけるひとつのプロセスである平担分布への
変換について説明する。

撮像信号の振幅軸’ｔｃＯ≦Ｘ≦／）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（１）、変換後のものを
ψ（ｙ）、目標鍍金ψｄ（ｙ）とする。ψ（ｙ）−ψｄ
（ｙ　）となるために必要な変換関数をｙ−ｆ（１）と
すると ≠（Ｘ　）　ａＸ−ψｄ　（Ｙ　）　ｄＹ　　　　　　
　　、、、　＋１１但し く龜）式から、一般的に階調変換関数ｆｃｘ）ｆ求める
ことは困難であるが、ψｄ（ｙ）−／の場合には容易で
ある。つま抄 これをヒストグラムイコライゼーションと呼ぶことにす
る。第３図人及び同図Ｂ［夫々示す振幅分布φ（ｘ）は
、同図Ｃ及び同図りに夫々示す階調変換関数によって平
担分布に変換されることになる。

次に、第ダ図Ａに示す平担分布の振幅分布φ（ｘ）會第
弘図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　　ｙＪ≦ｙ≦Ｙ’＋１　　（ｉ＝
−θ、／−ｍ）ただし　　　　　　　　　　　　　　　
　°°（４）Σ　　ｄｉ（ｙユ＋ｔ　　＝　　ｙ□）＝
７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・　（５）１＝雪Ｏ また、φ（ｘ　）　ｄｘ　−ｄｉ　、ｄｙ　　　　　　
　　　・＝　（６１したがって、ｄｙｍｄｉ−宜Ｏφ（
ｘ　）　＃ｄ　（ｘ　）　　−＋７）このとき階調変換
関数ｆｃｘ）は、第を図Ｃに示され、次式で示すものと
なる。

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゛も嵐い。

この発明は、このように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
ゼーションを用いることｋよ抄、実用的な階調変換関数
の導出法を提供するものである。

（ψｄ−／）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０但し・ｈ１ｒｆｉ等間隔ヒストグラムの度数であ
る。

φ（ｘ　）　−ｈｉ　ｘ１≦Ｉ≦”　ｉ　＋１　　　　
−（９）但し、Σ　ｈｊ　（ｘｊ＋１１ｊ）　−／　　
　　　　　・・・（ゆｊ−・ 但し、ｍはヒス）グラムの階級数であｔ）、ｈｉは、（
２）式を満足する。

次に、ψａ（７）に多少の自由度（ψｄ（ｙ）＋／）を
与えるための工夫について説明する。このとき、ｆ（ｘ
）全直接求めるのは、面倒でおるから・次の３個のステ
ップに分解する。

（１）　　前述のように、撮像出力φ（ｘ）ｔ−第Ｓ図
Ａに示すように角形近似し、これを平担分布とするため
の第５図ＢＫ示す変換関数ｆ、（Ｘ）を一式によって求
める。

（動　φ（ｕ）−／の振幅分布を第Ｓ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３図りに示す変換関数ｆＤ（ｕ）を予め求めて
おく。

（至））　撮像出力φ（Ｘ）をψｄ（Ｙ）に変換するた
めの変換関数ｆ（ｘ）は ｙ＝ｆ　（ｚ　）　−ｆ　（ｕ）−ｆ（ｆ　（ｘ））　
　　・−ｔｉｓ）Ｄ　　　　　　　　ＤＥ 第Ｓ図Ｂ及び第Ｓ図りに示す関数の積であるｆ（Ｘ）は
、第５図Ｅに示すものとなる。

なシ、ｆＤ（Ｘ）は、（７）式にφ（ｘ）＝／を代入す
るか、口）式にもどってφ（ｘ）−／’を代入すること
で求められる。後者の場合、ＹからＩへの変換式なら容
易に求められ 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。

上述のように、求められた変換関数ｆ（ｘ）ｄ、第３図
Ｅからも明かなように折れ導関数であるから、ｆ（ｘ）
の導関数は不連続である。これの連続性を増すために、
ｆ（ｘ）’ｆＯｆＪ式で示す関数Ｗ（ｘ）と重畳積分し
ても良い。

第６図は、上述のこの発明の一実施例の構成を示し、同
図において、１で示す入力端子にビデオカメラからの撮
像信号が供給され、Ａ／Ｄコンバータ２によって例えば
ｌサンプルｔビットのディジタルビデオ信号に変換され
る。

このディジタルビデオ信号がアドレスセレクタ３に供給
される。また、ディジタルビデオ信号の最上位ビットＭ
１及び二番目の上位ビットＭ２がデコーダ４に供給され
る。デコーダ４は、（Ｍ、・Ｍ２）。

（Ｍｌ　’１鳩）、ＣＭ、・Ｍ、）　、　（ｙｌ・Ｍ２
）の論理式で表わされる亭個の出力を発生し、この出力
の高レベルとなるものがカウンタ５，６，７．８の夫々
によって計数される。したがって、これらのカウンタ５
，６．γ、８からｌ個の階級の夫々の発生度数ｈＯｐ　
ｈｌ　１１Ｊｙ　ｋｌｊを示すデータが発生し、これが
データバス９に供給される。

１０は、アドレスバスを示し、このデータバス９とアド
レスバス１０とに関連してＣＰＵ　１１、ＲＯＭ　ｌ　
２、ＲＡＭ　１３が設けられ、Ｔイクロコンピュータが
構成されている。ＲＯＭ　１２には、平担分布′ｌｒ目
標の振幅分布に変換するための変換関数ｆＤ（ｕ）が予
めデータテーブル化されて拡納されている。

また、１４は脆ｌ示し、このＲＡＭ　１４のリード動作
、ライ）動作のコンドロール、アドレスセレクタ３及び
データセレクタ１５のコンドロールを行なうために、メ
モリーコントローラ１６が設けられている。このメモリ
ーコントローラ１６は、ＣＰＵ　１１によって制御され
るものである。データセレクタ１５は、ＲＡＭ　ｌ　４
に対してデータバス９からデータ変換テーブルを供給し
、また、ＲＡＭ１４からリードアウトされたディジタル
ビデオ信号を取抄出すためのものである。

最初に、その撮影条件下の標準的なパターンの画像を撮
影し、所望のコントラス）補正を行なうための階調変換
関数ｆ（ｘ）を求める。つまり、このときの撮像信号の
亭個の階級の各々の発生度数へ〜へが検出され、また、
ＲＯＭ　１２　Ｋ拡納されているデータ変換テーブルが
読出され、このｉｉｌ賞のデータを用いることによって
ＣＰＵ　ｌ　ｌが階調変換関数ｆ（ｘ）と対応するデー
タ変換テーブルを形成する。このデータ変換テーブルが
データセレクタ１５に介してＲＡＭ　１４に書込まれる
。このとＩＫ蝶、アドレスバス１０からのアドレスがア
ドレスセレクタ３を介してＲＡＭ　１４に供給される。

階調変換関数ｆ（ｘ）と対応するデータデープルがＲＡ
Ｍ　１４に書込まれると、アドレスセレクタ３は、Ａ／
’Ｄコンバータ２からのビデオデータを選択する状態と
な９、データセレクタ１５は、ＲＡＭ　１４から読出さ
れたデータを出力する状態となし、所望の階調変換がな
されたディジタルビデオ信号を得ることができる。また
、撮像信号の振幅分布φ（ｘ）が撮影条件の変化などに
よって大幅に変わるときには、改めてデータ変懐テーブ
ルが作成され、これがＲＡＭ１４に書込まれる。

上述の実施的の説明から塩解されるように、この発明に
依れば、所望の階調変換を簡単な構成で行なうことがで
き、実用的な階調変換方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

！／図は＃ｉ！Ｑｌ変換の説明に用いる路線図、第二図
、第３図、第グ図は振幅分布を用いた階調変換方法の説
明に用いる路線図、第５図はこの発明による階調変換方
法の説明に用いる略縮図、第６図はこの発明が適用され
た階調変換装置の一ガのブロック図である。 １−−−−−−・・・・−入力端子、３・・・・・・・
・・・−・アドレスセレクタ、１３．１４−・・・・・
・・・・・・現（１）、１５・・・・・・・・・・・デ
ータセレクタ。 代理人　　杉　浦　正　知 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ビデオ信号の振幅を等分してなるｍ個の階級
   の夫々の発生度数ｈｉ’ｔ−計算し、この発生度数り、
   に基づき、次式で表わされる階調変換を行なうこと全特
   徴とするビデオ信号の階調変換方法。 ｙ−ｆＤ（ｆ、（ｘ）） 但し、ｙは変換後のビデオ信号の振幅、ｆ、（Ｘ）は上
   記ビデオ信号の度数分布を平担分布に変換する特性であ
   って、ｆＤ（ｕ）は上記平担分布を目標分布ψｄ（ｙ）
   　Ｋ変換する特性である。
2. （２）　変換関数ｆｐ（ｕ）　’ｔ”予め演算してメモ
   リに格納しておくことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のビデオ信号の階調変換方法。 （８１変換関数の連続性を増すために、ｆＤ（ｆ、（ｘ
   ））に対して所定の関数を重量積分することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第二項記載のビデオ信号の
   階調変換方法。