DE69801349T2

DE69801349T2 - Verfahren zur Korrektur der Luminanzgradation innerhalb eines Bildaufnahmegerätes

Info

Publication number: DE69801349T2
Application number: DE69801349T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Sano; Keiji Toyoda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: DE69801349D1; JP2951910B2; EP0866608B1; EP0866608A2; CN1197348A; CN1164086C; JPH10261078A; EP0866608A3; US6111980A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Luminanzgradationskorrekturverfahren in Einem Bildaufnahmegerät, das für eine Videokamera oder dergleichen verwendet wird, und insbestimmte ein Luminanzgradationskorrekturverfahren zur Wiedergabe eines dynamischen Bildes eines Objekts, das aus einem hellen Objektabschnitt und/oder einem dunklen Objektabschnitt zusammengesetzt ist, mit einem natürlichen Eindruck, selbst wenn ein dynamischer Bereich einer Anzeigeeinheit eines Bildaufnahmegeräts für die Luminanz schmal ist.
In einer Farbkamera der Einzelplattenbauart beträgt das Verhältnis von der höchsten wiedergebbaren Luminanz zu der niedrigsten wiedergebbaren Luminanz zwei oder drei, sodass der dynamische Bereich der Farbkamera des Einzelplattentyps etwa drei- bis viermal beträgt. Da jedoch an einem sonnigen Tag die Luminanz im Freien etwa 50000 Lux beträgt und die Luminanz in geschlossenen Räumen etwa 500 Lux beträgt, ist in Fällen, in denen ein an einer sonnigen außenliegenden Stelle platzierter heller Objektabschnitt und ein in einem Raum platzierter dunkler Objektabschnitt gleichzeitig fotografiert werden, ein dynamischer Bereich von etwa einhundertmal für die Farbkamera der Einzelplattenbauart erforderlich. Zum Fotografieren eines bestimmten Objekts, das aus einem hellen Objektabschnitt und einem dunklen Objektabschnitt als ein dynamisches Bild zusammengesetzt ist, unter Verwendung eines Bildaufnahmegeräts mit einem schmalen dynamischen Bereich ist eine neue ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD, charge coupled device) für das Bildaufnahmegerät vorgesehen, die bei einer Übertragungsgeschwindigkeit betrieben wird, die doppelt so hoch wie bei einer herkömmlichen CCD ist, wobei ein erstes Bildsignal (was als Langzeitbildsignal bezeichnet wird) durch Fotografieren des bestimmten Objekts bei einer langen Belichtungszeit (beispielsweise etwa 1/60 Sekunde, die dieselbe wie in einem Bildaufnahmegerät mit der herkömmlichen CCD ist), ein zweites Bildsignal (das als Kurzzeitbildsignal bezeichnet wird) durch Fotografieren des bestimmten Objekts bei einer kurzen Belichtungszeit (beispielsweise etwa 1/1000 Sekunde) erhalten wird, das Langzeitbildsignal und das Kurzzeitbildsignal zur Erzeugung eines überlagerten Bildsignals für jede Halbbildperiode kombiniert werden, und eine Luminanzgradation in dem überlagerten Bildsignal derart korrigiert wird, dass eine korrigierte Luminanz eines durch das überlagerte Bildsignal wiedergegebenen Bilds der tatsächlichen Luminanz des bestimmten Objekts entsprechen und die korrigierte Luminanz des wiedergegebenen Bilds innerhalb des schmalen dynamischen Bereichs des Bildaufnahmegeräts eingestellt wird. In diesem Fall wird ein Bild des dunklen Objektabschnitts durch das Langzeitbildsignal klar angezeigt, wohingegen ein Bild des hellen Objektabschnitts durch das Langzeitbildsignal nicht klar angezeigt wird, und ein Bild des hellen Objektabschnitts wird durch das Kurzzeitbildsignal klar angezeigt, wohingegen ein Bild des dunklen Objektabschnitts nicht durch das Kurzzeitbildsignal klar angegeben wird. Daher können, selbst obwohl der dynamische Bereich des Bildaufnahmegeräts mit der neuen CCD schmal ist, der dunkle Objektabschnitt und der helle Objektsabschnitt in dem bestimmten Objekt klar durch das überlagerte Bildsignal in den Fällen angegeben werden, in denen die Luminanzgradation in dem überlagerten Bildsignal korrekt korrigiert wurde.
Ein Bildaufnahmegerät, das gemäß einem herkömmlichen Luminanzgradationskorrekturverfahren betrieben wird, ist unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Bildaufnahmegeräts, das gemäß einem herkömmlichen Luminanzgradationskorrekturverfahren betrieben wird.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Bildaufnahmegerät 11 zusammengesetzt aus
einer Bildaufnahmevorrichtung 12 mit M·N Bildelementen (M Bildelemente in Querrichtung und N Bildelemente in Längsrichtung) zur Erzeugung eines analogen Langzeitbildsignals entsprechend einer langen Belichtungszeit und eines analogen Kurzzeitbildsignals entsprechend einer kurzen Belichtungszeit durch abwechselndes Durchführen des Fotografierens eines bestimmten Objekts, das aus einem hellen Objektabschnitt und einem dunklen Objektabschnitt zusammengesetzt ist, bei einer langen Belichtungszeit und des Fotografierens des bestimmten Objekts bei einer kurzen Belichtungszeit sowie Senden des analogen Langzeitbildsignals und des analogen Kurzzeitbildsignals für jede Halbbildperiode in einem Paar,
einer Vorverarbeitungseinheit 13 zur Durchführung einer korrelierten Doppelabtastung und einer automatischen Verstärkungssteuerung für das analoge Langzeitbildsignal und das analoge Kurzzeitbildsignal sowie einer Verstärkung des analogen Langzeitbildsignals und des analogen Kurzzeitbildsignals für jede Halbbildperiode,
einem Analog-Digital-(A/D-)Wandler 14 zur Umwandlung des analogen Langzeitbildsignals und des analogen Kurzzeitbildsignals in ein digitales Langzeitbildsignal und ein digitales Kurzzeitbidsignal für jede Halbbildperiode,
einem Zeitachsenwandler 15 zur Erzeugung des digitalen Langzeitbildsignals und des digitalen Kurzzeitbildsignals, deren Übertragungszeitdauern (oder Zeitachsen) miteinander übereinstimmen, indem das digitale Langzeitbildsignal und das digitale Kurzzeitbildsignal in einem Langzeitsignalspeicher und einem Kurzzeitsignalspeicher für jede Halbbildperiode abwechselnd gespeichert werden und das digitale Langzeitbildsignal und das digitale Kurzzeitbildsignal aus den Signalspeichern gleichzeitig ausgelesen werden,
einer Luminanzpegelüberlagerungseinheit 16 zur Kombination des digitalen Langzeitbildsignals und des digitalen Kurzzeitbildsignals zur Erzeugung eines überlagerten Bildsignals mit einem Luminanzbereich, wobei die Luminanzwerte der Bildelemente in dem Luminanzbereich in 16 Luminanzpegel L(i) (i = 0 bis 15) klassifiziert werden, die 16 Luminanzpegel durch gleichmäßiges Unterteilen des Luminanzbereichs in 16 unterteilte Luminanzbereiche bestimmt werden, jeder Luminanzpegel Luminanzwerte eines unterteilten Luminanzbereichs mit derselben unterteilten Luminanzbreite Lw darstellt, und das überlagerte Bildsignal in 16 (nachstehend als Histogrammdatenwerte bezeichneten) Teile von Histogrammdaten mit Werten H(i) entsprechend den 16 Luminanzpegeln klassifiziert ist,
einer Histogrammdatenerfassungseinheit 17 zur Erfassung der Werte H(i) der Histogrammdatenwerte, wobei der Wert H(i) jedes Histogrammdatenwerts die Anzahl der Bildelemente mit einem Luminanzpegel angibt, und die Anzahl der Bildelemente mit einem Luminanzpegel als eine Luminanzhäufigkeit bezeichnet wird,
einer Luminanzgradationsverhaltenserzeugungseinheit 18, die durch einen Mikrocomputer verwirklicht ist, zur Normalisierung der Werte H(i) der Histogrammdatenwerte zur Erzeugung von Werten Hn1(i) der normalisierten Histogrammdatenwerte, Ersetzen der Werte Hn1(i) mit Werten Hn2(i) der begrenzten Histogrammdatenwerte zur Begrenzung einer Steigung einer gekrümmten Linie, die durch eine Reihe von summierten Werten Hns1(j) = ΣHn1(i) (i = 0 bis j, j = 0 bis 15) angegeben wird, Aufsummieren der Werte Hn2(0), Hn2(1), ... und Hn2(j) zur Erzeugung einer Vielzahl summierter Werte Hns2(j) = ΣHn2(i) der summierten Histogrammdatenwerte und Durchführen einer Normalisierungsverarbeitung für die summierten Histogrammdaten zur Erzeugung von summierten normalisierten Histogrammdatenwerten mit Werten Hnsn(j), wobei eine durch eine Reihe summierter Werte Hnsn(j) der summierten normalisierten Histogrammdaten angegebene Steigung einer Kurve eine Luminanzgradationskennlinie eines zusammengesetzten Bilds bezeichnet, das durch das überlagerte Bildsignal angegeben wird,
einer Luminanzgradationskorrektureinheit 19 zur Korrektur einer Luminanzgradation des überlagerten Bilds, das durch das überlagerte Bildsignal angegeben wird, entsprechend der Luminanzgradationskennlinie zur Betonung eines Luminanzkontrasts zwischen einem bestimmten Luminanzpegel einer hohen Luminanzhäufigkeit und einer Gruppe benachbarter Luminanzpegel, die um den bestimmten Luminanzpegel liegen, und zur Erzeugung eines in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals, wobei das in der Luminanzgradation korrigierte Bildsignal in 16 Werte von in der Gradation korrigierten Histogrammdaten von Werten H(i) entsprechend 16 in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln klassifiziert ist,
einer Hauptbildsignalverarbeitungseinheit 20 zur Verarbeitung des in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals zur Erzeugung eines in der Luminanzgradation korrigierten Videosignals,
einer Anzeigeeinheit 21 zur Wiedergabe eines in der Gradation korrigierten Bilds des bestimmten Objekts entsprechend dem in der Luminanzgradation korrigierten Videosignal, wobei das Verhältnis von dem höchsten korrigierten Luminanzpegel zu dem niedrigsten korrigierten Luminanzpegel innerhalb eines dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 liegt.
In dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist die Bildaufnahmevorrichtung 12 aus einer CCD aufgebaut, die mit einer Übertragungsgeschwindigkeit betrieben wird, die doppelt so schnell wie bei einer normalen CCD ist, wobei ein aus einem hellen Objektabschnitt und einem dunklen Objektabschnitt zusammengesetzter bestimmter Objektabschnitt durch die Bildaufnahmevorrichtung 12 bei einer langen Belichtungszeit (1/64 Sekunde) zur Erzeugung eines analogen Langzeitbildsignals fotografiert wird, und das bestimmte Objekt mit einer kurzen Belichtungszeit (1/1000 Sekunde) zur Erzeugung eines analogen Kurzzeitbildsignals fotografiert wird. Das analoge Langzeitbildsignal und das analoge Kurzzeitbildsignal werden abwechselnd in der Bildaufnahmevorrichtung 12 erzeugt, und das analoge Langzeitbildsignal und das analoge Kurzzeitbildsignal werden für jede Halbbildperiode in einem Paar übertragen. Danach werden das analoge Langzeitbildsignal und das analoge Kurzzeitbildsignal in der Vorverarbeitungseinheit 13 verarbeitet und in dem Analog-Digital-Wandler 14 in ein digitales Langzeitbildsignal und ein digitales Kurzzeitbildsignal umgewandelt. Danach wird der Übertragungszeitverlauf des digitalen Langzeitbildsignals mit dem des digitalen Kurzzeitbildsignals in dem Zeitachsenumwandler 15 in Übereinstimmung gebracht, und werden das digitale Langzeitbildsignal und das digitale Kurzzeitbildsignal, die gleichzeitig übertragen werden, zur Erzeugung eines überlagerten Bildsignals in der Luminanzpegelüberlagerungseinheit 16 kombiniert.
Fig. 2 zeigt ein Kombinationsverfahren zur Erzeugung eines überlagerten Bildsignals aus einem digitalen Langzeitbildsignal und einem digitalen Kurzzeitbildsignal.
In Fig. 2 gibt die X-Achse einen Luminanzwert des digitalen Langzeitbildsignals für jedes Niedrigluminanzbildelement und einen Luminanzwert für das digitale Kurzzeitbildsignal für jedes Hochluminanzbildelement an, und gibt die Y-Achse einen Luminanzwert eines überlagerten Bildsignals bei dem entsprechenden Bildelement an. Ein niedriger Luminanzkombinationspegel L1 entsprechend dem digitalen Langzeitbildsignal und ein hoher Luminanzkombinationspegel L2 entsprechend dem digitalen Kurzzeitbildsignal werden eingestellt. Das digitale Langzeitbildsignal wird als überlagertes Bildsignal für Bildelemente mit Luminanzpegeln gleich oder niedriger als der niedrige Luminanzkombinationspegel L1 angewendet, da ein Bild eines dunkeln Objektabschnitts gut durch das digitale Langzeitbildsignal wiedergegeben werden kann, selbst wenn der dunkle Objektabschnitt mit einer langen Belichtungszeit fotografiert wird. Das digitale Kurzzeitbildsignal wird für Bildelemente mit Luminanzwerten verwendet, die gleich oder höher als der obere Luminanzkombinationspegel L2 ist, da ein Bild eines hellen Objektabschnitts gut durch das digitale Kurzzeitbildsignal wiedergegeben werden kann, selbst wenn der helle Objektabschnitt mit einer kurzen Belichtungszeit fotografiert wird.
Da das digitale Kurzzeitbildsignal bei einer Belichtungszeit erzeugt wird, die kürzer als die des digitalen Langzeitbildsignals ist, ist ein Luminanzwert Ykurz des digitalen Kurzzeitbildsignals bei einem Bildelement niedriger als ein Luminanzwert Ylang des digitalen Langzeitbildsignals bei demselben Bildelement, sodass ein Versatzwert Yoffset zu dem Luminanzwert Ykurz des digitalen Kurzzeitbildsignals für jedes Bildelement addiert wird. Daher werden Luminanzwerte des überlagerten Bildsignals für Bildelemente mit Luminanzwerten kleiner oder gleich des niedrigen Kombinationspegels L1 durch Ylang ausgedrückt und Luminanzwerte des überlagerten Bildsignals für Bildelemente mit Luminanzwerten größer oder gleich des oberen Kombinationspegels L2 durch Ykurz + Yoffset ausgedrückt. Ein niedriger überlagerter Luminanzpegel L3 des überlagerten Bildsignals entspricht dem niedrigen Luminanzkombinationspegel L1 des digitalen Langzeitbildsignals, and ein oberer überlagerter Luminanzpegel L4 des überlagerten Bildsignals entspricht dem oberen Luminanzkombinationspegel L2 des digitalen Kurzzeitbildsignals. Der untere überlagerte Luminanzpegel JA wird üblicherweise auf die Hälfte eines oberen Begrenzungsluminanzwerts Lmax des dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 eingestellt.
Außerdem wird eine sich in dem Übergangsluminanzbereich zwischen den Pegeln L1 und L2 linear ändernde Verstärkung (gain) K unter der Bedingung verwendet, dass K = 1 bei dem unteren Kombinationspegel L1 erfüllt wird und K = 0 bei dem oberen Kombinationspegel L2 erfüllt wird, wobei Luminanzwerte des überlagerten Bildsignals für Bildelemente in dem Übergangsluminanzbereich durch K·Ylang + (1-K)· (Ykurz + Yoffset) ausgedrückt werden. Daher wird der Einfluss des digitalen Kurzzeitbildsignals in dem überlagerten Bildsignal mit Anstieg des Luminanzwerts in dem Übergangsluminanzbereich erhöht.
Deshalb wird ein Luminanzwert Ymix des überlagerten Bildsignals für jedes Bildelement bestimmt.
Da das überlagerte Bildsignal eine Vielzahl von Luminanzwerten entsprechend den M·N Bildelementen aufweist, können in Fällen, in denen die Luminanzwerte gleichermaßen in 16 Luminanzpegel klassifiziert sind, 16 Histogrammdatenwerte von Werten H(i) (i = 0 bis 15) entsprechend den 16 Luminanzpegeln erhalten werden. In diesem Fall gibt der Wert H(i) jedes Histogrammdatenwerts die Anzahl der Bildelemente mit einem Luminanzpegel an und wird als Luminanzhäufigkeit bezeichnet. Da das überlagerte Bildsignal für Bildelemente mit Luminanzpegeln größer oder gleich dem oberen Kombinationspegel L2 die Luminanzwerte Ykurz + Yoffset aufweisen, die höher als die Luminanzwerte Ykurz sind, überschreitet der höchste Luminanzpegel L(15) einen oberen Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21, sodass das Verhältnis des höchsten Luminanzpegels zu dem niedrigsten Luminanzpegel in dem überlagerten Bildsignal einen dynamischen Bereich der Anzeigeeinheit 21 überschreitet.
Danach werden die Werte H(i) der Histogrammdatenwerte durch die Histogrammdatenerfassungseinheit 17 erfasst, und eine Luminanzgradationskennlinie eines überlagerten Bilds, das durch das überlagerte Bildsignal angegeben wird, wird durch die Luminanzgradationskennlinienerzeugungseinheit 18 erzeugt.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung einer Luminanzgradationskennlinie eines durch das überlagerte Bildsignal angegebenen überlagerten Bilds.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird in Schritt S101 eine Summe Hall der Werte H(i) der Histogrammdatenwerte berechnet.
Hall = H(i)
Danach werden die Histogrammdatenwerte zur Erzeugung von Werten Hn1(i) der normalisierten Histogrammdatenwerte in Schritt S102 normalisiert.
Hn1(i) = H(n)/Hall
Danach werden unter der Annahme, dass eine Vielzahl summierter Werte Hns1(j) = ΣHn1(i) (j = 0 bis 15) aus den normalisierten Histogrammdaten als eine Luminanzgradationskennlinie erzeugt werden, und ein Luminanzkontrast des durch das überlagerte Bildsignal angegebenen überlagerten Bilds entsprechend der Luminanzgradationskennlinie betont wird, eine leichte Differenz zwischen den Luminanzpegeln mit hohen Luminanzhäufigkeiten übermäßig betont, sodass der Signal-Rausch-Abstand (S/N-Abstand) sich verschlechtert oder der Luminanzkontrast zwischen Luminanzpegeln niedriger Luminanzhäufigkeiten verloren geht. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird die Steigung einer durch eine Reihe summierter Werte Hns1(j) angegebenen Kurve beschränkt. Das heißt, dass in Schritt S103 in den Fällen, in denen ein Wert Hn1(i) der normalisierten Histogrammdaten niedriger als ein niedriger Grenzwert Cpmin(i) ist, ein Wert Hn2(i) eines begrenzten Histogrammdatenwerts entsprechend dem Wert Hn1(i) auf den niedrigen Begrenzungswert Cpmin(i) eingestellt wird. Ebenfalls wird in den Fällen, in denen ein Wert Hn1(i) der normalisierten Histogrammdaten höher als ein oberer Begrenzungswert Cpmax(i) ist, ein Wert Hn2(i) eines begrenzten Histogrammdatenwerts entsprechend dem Wert Hn1(i) auf den oberen Begrenzungswert Cpmax(i) eingestellt. Ebenfalls wird in den Fällen, in denen ein Wert Hn1(i) der normalisierten Histogrammdaten in einem Bereich zwischen den Begrenzungswerten Cpmin(i) und Cpmax (i) liegt, der Wert Hn1(i) als Wert Hn2(i) eines begrenzten Histogrammdatenwerts verwendet.
Danach wird in Schritt S104 eine Summe der Werte Hn2(0), Hn2(1), ... und Hn2(j) der begrenzten Histogrammdatenwerte für jede Variable j (j = 0 bis 15) berechnet.
Hns2(j) ΣHn2(i)
Deshalb wird eine Vielzahl summierter Werte Hns2(j) summierter Histogrammdatenwerte erhalten. Danach wird, da der höchste Luminanzpegel L(15) des überlagerten Bildsignals einen oberen Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 überschreitet, eine Normalisierungverarbeitung für die summierten Histogrammdatenwerte in Schritt S105 durchgeführt, indem der Wert jedes Summierten Histogrammdatenwerts mit einem konstanten Wert K1 multipliziert wird, damit der höchste Luminanzpegel L(15) des überlagerten Bildsignals mit einem oberen Begrenzungsluminanzwert Lmax des dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 in Übereinstimmung gebracht wird.
Hnsn(j) = Hns2(j)·K1
K1 = Lmax/Hns2(15)
Danach wird eine Vielzahl summierter Werte Hnsn(j) summierter normalisierter Histogrammdatenwerte erhalten. In diesem Fall gibt eine Steigung einer durch die Reihe summierter Werte Hnsn(j) der summierten normalisierten Histogrammdatenwerte angegebenen Kurve eine Luminanzgradationskennlinie eines durch das überlagerte Bildsignal angegebenen überlagerten Bilds an, sodass die Kurve als Luminanzgradationskennlinie bezeichnet wird.
Danach werden in der Luminanzgradationskorrektureinheit 19 16 in der Gradation korrigierte Luminanzpegel Lc(i) entsprechend in der Gradation korrigierter Histogrammdatenwerte eines in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals aus den summierten normalisierten Histogrammdatenwerten erzeugt.
Lc(i) = Hnsn(i)
In diesem Fall stimmt, da die Steigung der Luminanzgradationskennlinie durch den Wert K1 eingestellt wird, der höchste in der Gradation korrigierte Luminanzpegel Lc(15) mit dem oberen Begrenzungsluminanzwert Lmax des dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 überein, sodass das Verhältnis des höchsten in der Gradation korrigierten Luminanzpegels Lc(15) zu dem niedrigsten in der Gradation korrigierten Luminanzpegel Lc(0) innerhalb des dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 eingestellt wird.
Danach wird ein in der Luminanzgradation korrigiertes Bildsignal erzeugt, in dem jeder in der Gradation korrigierte Histogrammdatenwert des Werts H(i) dem in der Gradation korrigierten Luminanzpegel Lc(i) entspricht. Daher wird, da ein in der Gradation korrigierter Luminanzpegel entsprechend einer hohen Luminanzhäufigkeit einen unterwertten Luminanzbereich mit einer großen Luminanzbreite darstellt, ein Luminanzkontrast zwischen einem bestimmten Luminanzpegel mit einer hohen Luminanzhäufigkeit und einer Gruppe benachbarter Luminanzpegel, die um den bestimmten Luminanzpegel liegen, in einem in der Luminanzgradation korrigierten Bild betont, das durch das in der Luminanzgradation korrigierte Bildsignal angegeben ist.
Danach wird das in der Luminanzgradation korrigierte Bildsignal in der Hauptbildsignalverarbeitungseinheit 20 verarbeitet, und ein in der Gradation korrigiertes Bild des bestimmten Objekts wird in der Anzeigeeinheit 21 unter der Bedingung wiedergegeben, dass das Verhältnis von dem höchsten in der Gradation korrigierten Luminanzpegel zu dem niedrigsten in der Gradation korrigierten Luminanzpegel innerhalb eines schmalen dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 liegt.
Dementsprechend kann ein Luminanzkontrast eines bestimmten Luminanzpegels, bei dem eine große Anzahl von Bildelementen existieren, für andere Luminanzpegel entsprechend einem herkömmlichen Luminanzgradationskorrekturverfahren betont werden. Ebenfalls stimmt der höchste in der Gradation korrigierte Luminanzpegel Lc(15) mit einem oberen Begrenzungswert des dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 entsprechend einem herkömmlichen Luminanzgradationskorrekturverfahren überein, um zu vermeiden, dass die Luminanzwerte des in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals den schmalen dynamischen Bereich der Anzeigeeinheit 21 überschreiten. Jedoch werden, selbst wenn lediglich ein Objekt mit niedriger Luminanz wie ein dunkles Objekt durch das Bildaufnahmegerät 11 fotografiert wird und der höchste Luminanzpegel eines überlagerten Bildsignals, das das dunkle Objekt angibt, einen oberen Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 nicht überschreitet, die Luminanzpegel des überlagerten Bildsignals unnötig eingestellt, damit der höchste Luminanzpegel des überlagerten Bildsignals in Übereinstimmung mit dem unteren Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs der Anzeigeeinheit 21 gebracht wird. Daher gibt es den Nachteil, dass der Anwender ein in der Luminanzgradation korrigiertes Bild des dunkeln Objekts mit einem unnatürlichen Eindruck sieht.
Die EP-0 516 084 A offenbart eine Videosignalgradationskorrektureinrichtung zur Verwendung in einem Fernsehempfänger, die hohe und niedrige Luminanzpegel durch Bezug auf einen Durchschnittsluminanzpegel begrenzt, damit ein Verlust von Details in dunklen Bereichen und ein Überstrahlen in hellen Bereichen vermieden wird.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, unter Berücksichtigung der Nachteile für ein derartiges herkömmliches Luminanzgradationskorrekturverfahren ein Luminanzgradationskorrekturverfahren zu schaffen, in dem ein Bild wiedergegeben wird, das durch einen Anwender mit einem natürlichen Eindruck gesehen werden kann, selbst obwohl das Bild durch Fotografieren eines Objekts mit niedriger Luminanz wie eines dunklen Objekts mit einem Bildaufnahmegerät mit einem schmalen dynamischen Bereich erhalten wird.
Erfindungsgemäß wird ein Luminanzgradationskorrekturverfahren zur Verwendung bei einem Bildaufnahmegerät mit einer dynamischen Reichweite geschaffen, mit den Schritten
Empfangen eines lang belichteten Bildsignals und eines kurz belichteten Bildsignals aus einer Bildaufnahmevorrichtung während einer Halbbildperiode,
Umwandeln einer Zeitachse des lang belichteten Bildsignals und des kurz belichteten Bildsignals,
Überlagern des lang belichteten Signals und des kurz belichteten Signals zu einem überlagerten Bildsignal,
Erzeugen von Histogrammdaten des überlagerten Bildsignals,
Erfassen eines maximalen Luminanzpegels der Histogrammdaten,
Erfassen einer Luminanzgradationkennlinie des überlagerten Bildsignals anhand der Histogrammdaten,
Erzeugen einer korrigierten Luminanzgradationskennlinie anhand der Luminanzgradationskennlinie entsprechend dem maximalen Luminanzpegel und dem Dynamikbereich des Bildaufnahmegeräts,
Korrigieren der(des) Luminanzpegel(s) und der Histogrammdaten zu einer in der Gradation korrigierten Lunimanzgradationskennlinle, um die in der Gradation korrigierten Luminanzpegel innerhalb des Dynamikbereichs des Bildaufnahmegeräts einzustellen, und
Erzeugen eines in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals, das aus den Histogrammdaten entsprechend den in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln zusammengesetzt ist,
wobei der Schritt des Erzeugens einer korrigierten Luminanzgradationskennlinie die Schritte aufweist:
Einstellen der korrigierten Luminanzgradationskennlinie derart, dass sie die ursprüngliche Luminanzgradationskennlinie in den Fällen ist, in denen der maximale Luminanzpegel des ursprünglichen überlagerten Bildsignals kleiner oder gleich einem Standardluminanzpegel ist, der halb so groß wie ein oberer Luminanzgrenzwert des Dynamikbereichs ist,
Einstellen der korrigierten Luminanzgradationskennlinie derart, dass ein maximaler in der Gradation korrigierter Luminanzpegel unter den in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln mit dem maximalen Luminanzpegel in den Fällen in Übereinstimmung gebracht wird, in denen der maximale Luminanzpegel höher als der Standardluminanzpegel ist und niedriger oder gleich dem oberen Luminanzgrenzwert des Dynamikbereichs ist, und
Einstellen der korrigierten Luminanzgradationskennlinie derart, dass ein maximaler in der Gradation korrigierter Luminanzpegel unter den in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln mit dem oberen Luminanzgrenzwert des dynamischen Bereichs in den Fällen in Übereinstimmung gebracht wird, in denen der maximale Luminanzpegel höher als der obere Luminanzgrenzwert des Dynamikbereichs ist.
In den vorstehend beschriebenen Schritten wird, nachdem Histogrammdaten aus einem eingegebenen Bildsignal erfasst worden sind, ein maximaler Luminanzpegel unter den Luminanzpegeln erfasst, und anhand der Histogrammdaten wird eine Luminanzgradationskennlinie des bestimmten Bilds erfasst. Ein Histogrammdatenwert entsprechend dem maximalen Luminanzpegel ist nicht gleich Null. Ebenfalls bezeichnet die Luminanzgradationskennlinie eine Steigung einer Linie, die durch eine Reihe summierter Werte von summierten Histogrammdaten angegeben ist, und die summierten Werte der summierten Histogrammdaten werden durch wiederholtes Berechnen einer Summe von Werten von Histogrammdaten bestimmt, während die Anzahl der Histogrammdatenteile um eins erhöht wird.
Danach wird eine korrigierte Luminanzgradationskennlinie des bestimmten Bilds aus der Luminanzgradationskennlinie des bestimmten Bilds erzeugt, und die Luminanzpegel werden auf eine Vielzahl von in der Gradation korrigierter Luminanzpegel entsprechend der korrigierten Luminanzgradationskennlinie korrigiert. In diesem Fall sind, wenn der maximale Luminanzpegel niedriger oder gleich einem Standardluminanzpegel ist, die Luminanzpegel dieselben wie die in der Gradation korrigierten Luminanzpegel. Das heißt, dass keine Luminanzgradationskorrektur durchgeführt wird. Wenn der maximale Luminanzpegel höher als der Standardluminanzpegel ist und niedriger oder gleich einem oberen Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs ist, wird die korrigierte Luminanzgradationskennlinie derart eingestellt, dass ein maximaler in der Gradation korrigierter Luminanzpegel mit dem maximalen Luminanzpegel übereinstimmt. Wenn der maximale Luminanzpegel höher als der obere Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs ist, wird die korrigierte Luminanzgradationskennlinie derart eingestellt, dass ein maximaler in der Gradation korrigierter Luminanzpegel mit dem oberen Begrenzungsluminanzwert übereinstimmt.
Danach wird ein in der Luminanzgradation korrigiertes Bildsignal erzeugt, das aus den Histogrammdatenwerten entsprechend den in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln zusammengesetzt ist, und das bestimmte Bild, in dem jedes der Bildelemente einen entsprechenden in der Gradation korrigierten Luminanzpegel aufweist, wird aus dem in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignal wiedergegeben.
Dementsprechend kann, selbst wenn das eingegebene Bildsignal durch Fotografieren eines bestimmten Objekts wie eines dunklen Objekts mit niedriger Luminanz, eines hellen Objekts mit hoher Luminanz oder eines kombinierten Objekts erhalten wird, das aus einem dunklen Objektabschnitt und einem hellen Objektabschnitt zusammengesetzt ist, das bestimmte Bild des eingegebenen Bildsignals durch einen Anwender mit einem natürlichen Eindruck gesehen werden.
Die Erfindung ist anhand der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen;
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Bildaufnahmegeräts, das gemäß einem herkömmlichen Luminanzgradationskorrekturverfahren betrieben wird,
Fig. 2 ein Kombinationsverfahren zur Erzeugung eines überlagerten Bildsignals aus einem digitalen Langzeitbildsignal und einem digitalen Kurzzeitbildsignal,
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung einer Luminanzgradationskennlinle eines überlagerten Bilds, das durch das überlagerte Bildsignal angegeben ist, gemäß dem herkömmlichen Luminanzgradationskorrekturverfahren,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Bildaufnahmegeräts, das gemäß einem Luminanzgradationskorrekturverfahren der Erfindung betrieben wird,
Fig. 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer Luminanzgradationskorrektur zur Änderung von Luminanzpegeln von Histogrammdatenwerten des überlagerten Bildsignals auf in der Gradation korrigierter Luminanzpegel,
Fig. 6A ein erstes Beispiel für das überlagerte Bildsignal, in dem der maximale Luminanzpegel niedriger oder gleich einem Standardluminanzpegel äquivalent zu der Hälfte eines oberen Begrenzungsluminanzwerts eines dynamischen Bereichs einer Postverarbeitungseinheit des in Fig. 4 gezeigten Bildaufnahmegeräts ist,
Fig. 6B zeigt ein zweites Beispiel für das überlagerte Bildsignal, in dem der maximale Luminanzpegel höher als der Standardluminanzpegel ist und gleich oder niedriger als der obere Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs ist,
Fig. 6C zeigt ein drittes Beispiel für das überlagerte Bildsignal, in dem der maximale Luminanzpegel größer als der obere Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs ist,
Fig. 7A zeigt in der Gradation korrigierte Luminanzpegel des in Fig. 6A dargestellten ersten Beispiels,
Fig. 7B zeigt in der Gradation korrigierte Luminanzpegel des in Fig. 6B dargestellten zweiten Beispiels, und
Fig. 7C zeigt in der Gradation korrigierte Luminanzpegel des in Fig. 6C dargestellten dritten Beispiels.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Luminanzgradationskorrekturverfahrens gemäß der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Bildaufnahmegeräts, das gemäß einem Luminanzgradationskorrekturverfahren der Erfindung betrieben wird, und Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer Luminanzgradationskorrektur zur Änderung von Luminanzpegeln von Histogrammdaten des überlagerten Bildsignals auf in der Gradation korrigierte Luminanzpegel.
Wie in Fig. 4 gezeigt, weist ein Bildaufnahmegerät 31 auf:
die Bildaufnahmevorrichtung 12 mit M·N Bildelemente, die Vorverarbeitungseinheit 13, den Analog-Digital- Wandler 14, den Zeitachsenwandler 15, die Luminanzpegelüberlagerungseinheit 16, die Histogrammdatenerfassungseinheit 17,
eine Maximumluminanzpegelerfassungseinheit 32 zur Auswahl von bestimmten Luminanzpegel L(i) entsprechend bestimmten Histogrammdatenwerten mit Werten H(i), die nicht gleich Null sind, aus den ursprünglichen Histogrammdatenwerten, die durch die Histogrammdatenerfassungseinheit 17 erfasst worden sind, zur Auswahl eines maximalen Luminanzpegels h(Nmax) mit dem maximalen Luminanzwert unter den bestimmten Luminanzpegeln und zur Erfassung der Anzahl Nmax der maximalen Luminanzpegel,
eine Steigungsbegrenzungsauswahleinheit 33 zur Auswahl einer ersten Steigungsbegrenzung in den Fällen, in denen der maximale Luminanzpegel niedriger oder gleich einem Standardluminanzpegel L5 ist, Auswahl einer zweiten Steigungsbegrenzung in den Fällen, in denen der maximale Luminanzpegel höher als der Standardluminanzpegel L5 ist, und kleiner oder gleich einem oberen Begrenzungsluminanzwert Lmax eines dynamischen Bereichs einer Nachverarbeitungseinheit 39 ist, und zur Auswahl einer dritten Steigerungsbegrenzung in den Fällen, in denen der maximale Luminanzpegel höher als der obere Begrenzungsluminanzwert Lmax des dynamischen Bereichs ist, wobei der Standardluminanzpegel L5 die Hälfte des oberen Begrenzungsluminanzwerts Lmax des dynamischen Bereichs ist,
eine Histogrammdatennormalisierungseinheit 34 zur Normalisierung der Werte H(i) der ursprünglichen Histogrammdatenwerte, die durch die Histogrammdatenerfassungseinheit 17 erfasst worden sind, zur Erzeugung von Werten Hn1(i) normalisierter Histogrammdatenwerte,
eine Steigungsbegrenzungsdurchführungseinheit 35 zur Bereitstellung eines niedrigen Begrenzungswerts Cpmin(i) und eines oberen Begrenzungswerts Cpmax(i) derart, dass Cpmin(i) = Cpmax(i) in den Fällen erfüllt wird, in denen die erste Steigungsbegrenzung ausgewählt wird, zur Bereitstellung eines niedrigen Begrenzungswerts Cpmin(i) und eines oberen Begrenzungswerts Cpmax(i) derart, dass Cpmin(i) < Cpmax(i) in den Fällen erfüllt wird, in denen die zweite Steigungsbegrenzung oder die dritte Steigungsbegrenzung ausgewählt wird, wobei der Wert Hn1(i) jedes Werts der normalisierten Histogrammdaten auf den niedrigen Begrenzungswert Cpmin(i) in Fällen von Hn1(i) < Cpmin(i) eingestellt wird, der Wert Hn1(i) jedes normalisierten Histogrammdatenwerts auf den oberen Begrenzungswert Cpmax(i) im Fall von Hn1(i) < Cpmin(i) eingestellt wird, der Wert Hn1(i) jedes normalisierten Histogrammdatenwerts im Fall von Hn1(i) > Cpmax(i) auf den oberen Begrenzungswert Cpmax(i) eingestellt wird und der Wert Hn1(i) jedes normalisierten Histogrammdatenwerts als Wert Hn2(i) (i = 0 bis Nmax) eines begrenzten Histogrammdatenwerts eingestellt wird, wobei eine Steigung einer durch eine Serie summierter Werte Hns1(j) = ΣHn1(i) (i = 0 bis j) angegebene Kurve auf eine Kurve begrenzt wird, die durch eine Reihe summierter Werte Hns2(j) ΣHn2(i) begrenzt wird,
eine Luminanzgradationskennlinienerzeugungseinheit 36 zur Akkumulation der Werte Hn2(i) der begrenzten Histogrammdatenwerte zur Erzeugung summierter Werte Hns2(j) = ΣHn2(i) (i = 0 bis j, j = 0 bis Nmax) von begrenzten Histogrammdatenwerten und zur Erzeugung einer begrenzten Steigung einer durch eine Reihe summierter Werte Hns2(j) angegebenen Linie als Luminanzgradationskennlinie des überlagerten Bildsignals,
eine Einheit zur Erzeugung einer in der Luminanzgradation korrigierten Kennlinie 37 zur Multiplikation jedes der summierten Werte Hns2(j) mit einem Normalisierungsfaktor K2 = L (Nmax)/Hns2(Nmax) zur Erzeugung normalisierter summierter Werte Hnsn2(j) = K2·Hns2(j) in den Fällen, in denen die erste Steigungsbegrenzung oder die zweite Steigungsbegrenzung ausgewählt wird, zur Multiplikation jedes der summierten Werte Hns2(j) mit einem Normalisierungsfaktor K2 = Lmax/Hns2(Nmax) zur Erzeugung normalisierter summierter Werte Hnsn2(j) = K2·Hns2(j) in den Fällen, in denen die dritte Steigungsbegrenzung ausgewählt wird, und zur Erzeugung einer korrigierten Steigung einer durch eine Reihe normalisierter summierter Werte Hnsn2(j) angegebenen Linie als in der Luminanzgradation korrigierte Kennlinien eines in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals,
eine Luminanzgradationskorrektureinheit 38 zur Einstellung der normalisierten summierten Werte Hnsn2(j) als in der Gradation korrigierte Luminanzwerte Lc(j) und zur Erzeugung eines in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals, das in (Nmax + 1) Werte von in der Gradation korrigierter Histogrammdaten der Werte H(i) entsprechend den in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln Lc(i) (i = 0 bis Nmax), um eine Luminanzgradation des durch das überlagerte Bildsignal angegebenen überlagerten Bilds auf eine Luminanzgradation zu korrigieren, das durch das in der Luminanzgradation korrigierte Bildsignal angegeben ist, wobei ein Luminanzkontrast zwischen einem bestimmten in der Gradation korrigierten Luminanzpegel Lc(n) und einer Gruppe benachbarter Luminanzpegel Lc(n - 1) und Lc(n + 1), die um den bestimmten Luminanzpegel liegen, betont werden, wenn eine Steigung einer durch die Reihe summierter Werte Hns2(n) bei dem Luminanzpegel L(n) hoch ist,
die Hauptbildsignalverarbeitungseinheit 20 zur Verarbeitung des in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals, um ein in der Luminanzgradation korrigiertes Videosignal zu erzeugen, und
eine Nachverarbeitungseinheit 39 zur Wiedergabe des bestimmten Objekts entsprechend dem in der Luminanzgradation korrigierten Videosignals bei einem schmalen dynamischen Bereich von dem in der Gradation korrigierten Luminanzpegel Lc(0) bis zu dem oberen Begrenzungsluminanzwert Lmax.
In dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden, nachdem in der Luminanzpegelüberlagerungseinheit 16 ein überlagertes Bildsignal erzeugt worden ist, die Werte H(i) der Werte der ursprünglichen Histogrammdaten durch die Histogrammdatenerfassungseinheit 17 in derselben Weise wie gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Stand der Technik erfasst.
Danach wird, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, in der Maximumluminanzpegelerfassungseinheit 32 ein maximaler Luminanzpegel L(Nmax) mit dem maximalen Luminanzwert aus bestimmten Luminanzpegeln entsprechend Werten der ursprünglichen Histogrammdaten ausgewählt, die Werte H(i) ungleich Null aufweisen, und die Anzahl Nmax der maximale Luminanzpegel wird in Schritt S201 erfasst. Beispielsweise ist, wie es in Fig. 6A gezeigt ist, die maximale Anzahl Nmax der Luminanzpegel in einem ersten Beispiel 3, in dem ein Luminanzwert des maximalen Luminanzpegels L (Nmax) gleich oder niedriger als ein Standardluminanzpegel Ls = L(4) ist. Der Standardluminanzpegel L5 beträgt etwa die Hälfte des oberen Begrenzungsluminanzwerts Lmax des dynamischen Bereichs und ist auf den niedrigen überlagerten Luminanzpegel L3 eingestellt, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Ebenfalls, wie es in Fig. 6B gezeigt ist, beträgt die maximale Anzahl Nmax der Luminanzpegel 4 in einem zweiten Beispiel, in dem ein Luminanzwert des maximalen Luminanzpegels L(Nmax) höher als der Standardluminanzpegel L5 ist und gleich oder niedriger als ein oberer Begrenzungsluminanzwert Lmax = L(5) eines dynamischen Bereichs der Nachverarbeitungseinheit 39 ist. Wie es in Fig. 6C gezeigt ist, beträgt in einem dritten Beispiel 15 die maximale Luminanzpegelanzahl Nmax, in dem ein Luminanzwert des maximalen Luminanzpegels L(Nmax) höher als der obere Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheiden sich die für die vorstehend beschriebenen Beispiele durchgeführten Luminanzkorrekturverfahren voneinander.
Danach wird in Schritt S202 eine Steigungsbegrenzung in der Steigungsbegrenzungsauswahleinheit 33 ausgewählt. Genauer wird eine erste Steigungsbegrenzung in den Fällen ausgewählt, in denen der maximale Luminanzpegel L(Nmax) kleiner oder gleich dem Standardluminanzpegel L5 ist, wird eine zweite Steigungsbegrenzung in den Fällen ausgewählt, in denen der maximale Luminanzpegel L(Nmax) größer als der Standardluminanzpegel L5 und kleiner oder gleich dem oberen Begrenzungsluminanzpegel Lmax des dynamischen Bereichs ist, und wird eine dritte Steigungsbegrenzung in den Fällen ausgewählt, in denen der maximale Luminanzpegel L(Nmax) größer als der obere Begrenzungsluminanzwert Lmax des dynamischen Bereichs ist.
In Schritt S203 werden die Werte H(i) der Werte der ursprünglichen Histogrammdaten, die durch die Histogrammdatenerfassungseinheit 17 erfasst werden, in der Histogrammdatennormalisierungseinheit 34 zur Erzeugung von Werten Hn1(i) der Werte der normalisierten Histogrammdaten in derselben Weise wie in Schritt S102 gemäß Fig. 3 normalisiert.
Danach wird in Schritt S204 ein Wert der ursprünglichen Histogrammdaten, der eine extrem große Anzahl von Bildelementen angibt, auf einen oberen Begrenzungswert Cpmax(i) beschnitten, und ein Wert der ursprünglichen Histogrammdaten, der eine extrem niedrige Anzahl von Bildelementen angibt, wird auf einen niedrigen Begrenzungswert Cpmin(i) beschnitten. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Luminanzkontrast zwischen einem bestimmten Luminanzpegel, in dem die Anzahl der Bildelemente groß ist, und einer Gruppe benachbarter Luminanzpegel, die um den bestimmten Luminanzpegel liegen, durch Verbreiterung einer Unterteilungsluminanzbreite des bestimmten Luminanzpegels betont. Jedoch wird in den Fällen, in denen eine unterteilte Luminanzbreite des bestimmten Luminanzpegels durch Multiplikation der unterteilten Luminanzbreite mit einer Verstärkung extrem verbreitert wird, die entsprechend einer extrem großen Anzahl von Bildelementen entsprechend dem bestimmten Luminanzpegel bestimmt wird, eine leichte Differenz zwischen Luminanzpegeln mit hohen Luminanzhäufigkeiten übermäßig betont, sodass sich das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert. Ebenfalls wird in den Fällen, in denen eine unterteilte Luminanzbreite des bestimmten Luminanzpegels durch Multiplikation der unterteilten Luminanzbreite durch eine Verstärkung extrem eingeengt wird, die entsprechend einer extrem geringen Anzahl von Bildelementen entsprechend dem bestimmten Luminanzpegel bestimmt wird, ein Luminanzkontrast zwischen Luminanzpegeln mit niedrigen Luminanzhäufigkeiten übermäßig unterdrückt. Daher wird unerwünscht eine unnatürliche Luminanzgradationskorrektur durchgeführt.
Zur Vermeidung dieser unnatürlichen Luminanzgradationskorrektur in der Steigungsbegrenzungsdurchführungseinheit 35 in Schritt S204 werden ein unterer Begrenzungswert Cpmin(i) und ein oberer Begrenzungswert Cpmax(i), die Cpmin(i) = Cpmax(i) erfüllen, im Falle der ersten Steigungsbegrenzung erzeugt, werden ein unterer Begrenzungswert Cpmin(i) und ein oberer Begrenzungswert Cpmax(i), die Cpmin(i) < Cpmax(i) erfüllen, im Falle der zweiten Steigungsbegrenzung oder der dritten Steigungsbegrenzung erzeugt, wird der Wert Hn1(i) jedes Werts normalisierter Histogrammdaten auf den unteren Begrenzungswert Cpmin(i) im Falle von Hn1(i) < Cpmin(i) eingestellt, wird der Wert Hn1(i) jedes Werts normalisierter Histogrammdaten auf den oberen Begrenzungswert Cpmax(i) im Fall von Hn1(i) > Cpmax(i) eingestellt, und wird der Wert Hn1(i) jedes Werts normalisierter Histogrammdaten als ein Wert Hn2(i) (i = 0 bis Nmax) eines Werts begrenzter Histogrammdaten eingestellt. Daher wird, wie es in Fig. 6A bis 6C gezeigt ist, eine Steigung einer durch eine leihe summierter Werte Hns1(j) = ΣHn1(i) (i = 0 bis j) angegebene Linien auf eine begrenzte Steigung einer Linie geändert, die durch eine Reihe von summierter Werte Hns2(j) ΣHn2(i) angegeben ist. In diesem Fall gibt der obere Begrenzungswert Cpmax(i) eine obere Begrenzung für die begrenzte Steigung an, und gibt der untere Begrenzungswert Cpmin(i) eine untere Begrenzung für die begrenzte Steigung an.
Beispielsweise werden die Begrenzungswerte Cpmin(i) und Cpmax(i) für Nmax = 511 auf 32 im Falle der ersten Steigungsbegrenzung eingestellt. Im Falle der zweiten Steigungsbegrenzung wird der untere Begrenzungswert Cpmin(i) auf 32 eingestellt (i = 0,1) und auf 16 (i ≥ 2) für Nmax = 511 eingestellt, und der obere Begrenzungswert Cpmax(i) wird auf 32 (14) und 16 (i ≥ 5) für Nmax = 511 eingestellt. Im Fall der dritten Steigungsbegrenzung wird der untere Begrenzungswert Cpmin(i) auf 32 (i = 0, i ≥ 5) und 8 (1 < i < 4) für Nmax = 511 eingestellt, und wird der obere Begrenzungswert Cpmax(i) auf 32 (i ≤ 4) und 64 (i ≥ 5) für Nmax = 511 eingestellt. Jedoch ist gemäß Fig. 6A bis 6C der Begrenzungswert Cpmin(i) für alle Luminanzpegel L(i) konstant, und ist der Begrenzungswert Cpmax(i) für alle Luminanzpegel L(i) zur vereinfachten Darstellung konstant.
Danach wird in Schritt S205 eine Luminanzgradationskennlinie der Werte begrenzter Histogrammdaten in der Histogrammdatenkennlinienerzeugungseinheit 36 erzeugt. Das heißt, dass die Wert Hn2(i) der Werte begrenzter Histogrammdaten zur Erzeugung summierter Werte Hns2(j) akkumuliert werden.
Hns2(j) = Hn2(i) (j = 0 bis Nmax)
Eine begrenzte Steigung einer durch eine Reihe summierter Werte Hns2(j) angegebenen Linie bezeichnet die Luminanzgradationskennlinie des überlagerten Bildsignals, wie es in Fig. 6A bis 6C gezeigt ist.
Danach wird in Schritt S 206 eine korrigierte Luminanzgradationskennlinie eines in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals in der Luminanzgarationskennlinienerzeugungseinheit 37 erzeugt, wie es in Fig. 6A bis 6C gezeigt ist. Das heißt, dass jeder der summierten Werte Hns2(j) mit einem Normalisierungsfaktor K2 multipliziert wird, damit die maximalen in der Gradation korrigierten Luminanzwerte Lc(Nmax) in Übereinstimmung mit den maximalen Luminanzwerten L(Nmax) in den Fällen gebracht werden, in denen die erste Steigungsbegrenzung oder die zweite Steigungsbegrenzung ausgewählt wird, und die maximalen in der Gradation korrigierten Luminanzwerte Lc(Nmax) mit dem oberen Begrenzungsluminanzwert Lmax des dynamischen Bereichs in den Fällen in Übereinstimmung gebracht werden, in denen die dritte Steigungsbegrenzung ausgewählt wird.
Hnsn2(j) = K2·Hns2(j) (j = 0 bis Nmax)
K2 = L(Nmax)/Hns2(Nmax) (für die erste oder zweite Steigerungsbegrenzung)
K2 = Lmax/Hns2(Nmax) (für die dritte Steigerungsbegrenzung)
In diesem Fall bezeichnet eine Steigung einer durch eine Reihe summierter normalisierter Werte Hnsn2(j) angegebene Linie die korrigierte Luminanzgradationskennlinie eines in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals, da Hnsn2(Nmax) = L(Nmax) für die erste Steigungsbegrenzung oder die zweite Steigungsbegrenzung erfüllt wird, und Hnsn2(Nmax) = Lmax für die dritte Steigungsbegrenzung erfüllt wird. Ebenfalls ist in den Fällen, in denen die erste Steigungsbegrenzung ausgewählt wird, eine Differenz zwischen zwei summierten normalisierten Werten Hnsn2(j) und Hnsn2(j + 1) konstant, da jeder Wert Hn2(i) gleich Cpmin(i) (oder Cpmax(i)) ist, und der Wert Cpmin(i) (oder Cpmax(i)) derart eingestellt ist, dass die Differenz in Übereinstimmung mit einer Luminanzdifferenz zwischen zwei Luminanzpegeln L(j) und L(j + 1) gebracht wird.
Danach wird in Schritt S207 eine Luminanzgradation des durch das überlagerte Bildsignal angegebenen überlagerten Bilds in der Luminanzaradationskorrektureinheit 38 korrigiert. Das heißt, dass die normalisierten summierten Werte Hnsn2(j) als in der Gradation korrigierte Luminanzwerte Lc(j) eingestellt werden.
Lc(j) = Hnsn2(j) (j = 0 bis Nmax)
Danach wird in Schritt S208 ein in der Luminanzgradation korrigiertes Bildsignal erzeugt, das aus (Nmax + 1) Werten von in der Gradation korrigierten Histogrammdaten entsprechend den in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln Lc(i) (i = 0 bis Nmax) erzeugt. Ein Wert jeder in der Gradation korrigierter Histogrammdaten entsprechend einem in der Gradation korrigierten Luminanzpegel Lc(i) ist gleich dem Wert H(i) eines Histogrammdatums entsprechend einem Luminanzpegel L(i).
Daher wird, wenn eine Steigung der Reihe summierter Werte Hns2(n) bei einem Luminanzpegel L(n) groß ist, da ein Wert Hn2(n) der begrenzten Histogrammdaten hoch ist, ein Luminanzkontrast zwischen einem bestimmten in der Gradation korrigierten Luminanzpegel Lc(n) und einer Gruppe benachbarter Luminanzpegel Lc(n - 1) und Lc(n + 1), die um den bestimmten Luminanzpegel liegen, betont.
In diesem Fall wird, wenn die erste Steigungsbegrenzung ausgewählt wird, da die Differenz zwischen zwei summierten normalisierten Werten Hnsn2(j) und Hnsn2(j + 1) konstant ist und auf eine Luminanzbreite zwischen zwei Luminanzpegeln eingestellt ist, die einander benachbart sind, keine Korrektur der Luminanzgradation durchgeführt. Das heißt, dass in den Fällen, in denen der maximale Luminanzpegel L(Nmax) kleiner oder gleich dem Standardluminanzpegel L5 ist, das durch das überlagerte Bildsignal angegebene überlagerte Bild ausreichend in der Nachverarbeitungseinheit 39 mit einem schmalen dynamischen Bereich ohne Korrektur der Luminanzgradation wiedergegeben werden kann.
Wenn die zweite Steigungsbegrenzung ausgewählt wird, da das durch das überlagerte Bildsignal angegebene überlagerte Bild mit einem natürlichen Eindruck in der Nachverarbeitungseinheit 39 mit einem schmalen dynamischen Bereich wiedergegeben werden kann, wenn ein Luminanzkontrast zwischen einem bestimmten Luminanzpegel einer hohen Luminanzhäufigkeit und einer Gruppe benachbarter Luminanzpegeln betont wird, die um den bestimmten Luminanzpegel liegen, werden die Luminanzpegel L(i) auf in der Gradation korrigierte Luminanzpegel Lc(i) unter der Bedingung geändert, dass der maximale in der Gradation korrigierte Luminanzpegel Lc(Nmax) mit dem maximalen Luminanzpegel L(Nmax) übereinstimmt.
Wenn die dritte Steigungsbegrenzung ausgewählt wird, da ein Luminanzbereich in dem überlagerten Bildsignal einen dynamischen Bereich der Nachverarbeitungseinheit 39 überschreitet, ist es notwendig, den Luminanzbereich des überlagerten Bildsignals innerhalb des dynamischen Bereichs der Nachverarbeitungseinheit 39 einzuengen. Daher werden die Luminanzpegel L(i) auf in der Gradation korrigierte Luminanzpegel Lc(i) unter der Bedingung geändert, dass der maximale in der Gradation korrigierte Luminanzpegel Lc(Nmax) mit dem oberen Begrenzungsluminanzwert Lmax des dynamischen Bereichs übereinstimmt.
Danach wird das in der Luminanzgradation korrigierte Bildsignal in der Hauptbildsignalverarbeitungseinheit 20 verarbeitet und wird ein Bild des bestimmten Objekts in der Nachverarbeitungseinheit 39 mit einem schmalen dynamischen Bereich wiedergegeben.
Daher werden beispielsweise in den Fällen, in denen der maximale Luminanzpegel L(Nmax) kleiner oder gleich dem Standardluminanzpegel L5 Ist, die Luminanzpegel L(i) der ursprünglichen Histogrammdaten des überlagerten Bildsignals auf den in der Gradation korrigierten Luminanzpegel Lc(i) geändert, wie es in Fig. 7A gezeigt ist. In den Fällen, in denen der maximale Luminanzpegel L(Nmax) größer als der Standardluminanzpegel L5 ist und kleiner oder gleich einem oberen Begrenzungsluminanzwert des dynamischen Bereichs ist, werden die Luminanzpegel L(i) der ursprünglichen Histogrammdaten des überlagerten Bildsignals auf den in Fig. 7B gezeigten in der Gradation korrigierten Luminanzpegel Lc(i) geändert. In den Fällen, in denen der maximale Luminanzpegel L(Nmax) größer als der obere Begrenzungsluminanzwert Lmax des dynamischen Bereichs ist, werden die Luminanzpegel L(i) der ursprünglichen Histogrammdaten des überlagerten Bildsignals auf den in Fig. 7C gezeigten in der Gradation korrigierten Luminanzpegel Lc(i) geändert.
Dementsprechend kann ein durch einen Betrachter mit einem natürlichen Eindruck betrachtetes Bild in einem Bildaufnahmegerät mit einem schmalen dynamischen Bereich wiedergegeben werden, selbst wenn ein Objekt wie ein dunkles Objekt mit niedriger Luminanz, ein helles Objekt mit hoher Luminanz oder ein dunkles und helles Objekt fotografiert wird, das aus einem dunklen Objektabschnitt und einem hellen Objektabschnitt zusammengesetzt ist.
Da der maximale in der Gradation korrigierte Luminanzpegel in dem in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignal entsprechend einer ersten Beziehung zwischen dem maximalen Luminanzpegel des überlagerten Bildsignals und dem Standardluminanzpegel L5 und einer zweiten Beziehung zwischen dem maximalen Luminanzpegel und dem unteren Begrenzungsluminanzwert Lmax des dynamischen Bereichs bestimmt wird, kann der dynamische Bereich der Nachverarbeitungseinheit wirksam verwendet werden, selbst wenn irgendein Objekt fotografiert wird, und kann das Signalrauschverhältnis für ein Bild mit einem Abschnitt mit niedriger Luminanz verbessert werden, während ein Bild mit einem Abschnitt hoher Luminanz wiedergegeben wird.

Claims

1. Luminanzgradationskorrekturverfahren zur Verwendung bei einem Bildaufnahmegerät mit einer dynamischen Reichweite, mit den Schritten

Empfangen eines lang belichteten Bildsignals und eines kurz belichteten Bildsignals aus einer Bildaufnahmevorrichtung während einer Halbbildperiode,

Umwandeln einer Zeitachse des lang belichteten Bildsignals und des kurz belichteten Bildsignals,

Überlagern des lang belichteten Signals und des kurz belichteten Signals zu einem überlagerten Bildsignal, Erzeugen von Histogrammdaten des überlagerten Bildsignals,

Erfassen (S201) eines maximalen Luminazpegels der Histogrammdaten,

Erfassen (S205) einer Luminanzgradationkennlinie des überlagerten Bildsignals anhand der Histogrammdaten,

Erzeugen (S206) einer korrigierten Luminanzgradationskennlinie anhand der Luminanzgradationskennlinie entsprechend dem maximalen Luminanzpegel und dem Dynamikbereich des Bildaufnahmegeräts,

Korrigieren der(des) Luminanzpegel(s) und der Histogrammdaten zu einer in der Gradation korrigierten Lunimanzgradationskennlinie, um die in der Gradation korrigierten Luminanzpegel innerhalb des Dynamikbereichs des Bildaufnahmegeräts einzustellen, und Erzeugen (5208) eines in der Luminanzgradation korrigierten Bildsignals, das aus den Histogrammdaten entsprechend den in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln zusammengesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Schritt des Erzeugens (5206) einer korrigierten Luminanzgradationskennlinie die Schritte aufweist:

Einstellen der korrigierten Luminanzgradationskennlinie derart, dass sie die ursprüngliche Luminanzgradationskennlinie in den Fällen ist, in denen der maximale Luminanzpegel des ursprünglichen überlagerten Bildsignals kleiner oder gleich einem Standardluminanzpegel ist, der halb so groß wie ein oberer Luminanzgrenzwert des Dynamikbereichs ist,

Einstellen der korrigierten Luminanzgradationskennlinie derart, dass ein maximaler in der Gradation korrigierter Luminanzpegel unter den in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln mit dem maximalen Luminanzpegel in den Fällen in Übereinstimmung gebracht wird, in denen der maximale Luminanzpegel höher als der Standardluminanzpegel ist und niedriger oder gleich dem oberen Luminanzgrenzwert des Dynamikbereichs ist, und

Einstellen der korrigierten Luminanzgradationskennlinie derart, dass ein maximaler in der Gradation korrigierter Luminanzpegel unter den in der Gradation korrigierten Luminanzpegeln mit dem oberen Luminanzgrenzwert des dynamischen Bereichs in den Fällen in Übereinstimmung gebracht wird, in denen der maximale Luminanzpegel höher als der obere Luminanzgrenzwert des Dynamikbereichs ist.

2. Luminanzgradationskorrekturverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erfassens (S201) eines maximalen Luminanzpegels die Schritte aufweist:

Auswählen eines oder mehrerer besonderer Histogrammdaten, die jeweils einen Wert ungleich Null haben, aus den Luminanzpegeln, und

Erfassen des maximalen Luminanzpegels aus einem oder mehreren Luminanzpegeln entsprechend den besonderen Luminanzdaten.

3. Luminanzgradationskorrekturverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Erfassens (S205) einer Luminanzgradationskennlinie die Schritte aufweist:

wiederholtes Berechnen einer Summe von Histogrammdatenwerten als summierter Wert von summierten Histogrammdaten, während die Anzahl der Histogrammdaten jeweils um Eins erhöht wird, in der Reihenfolge ansteigender Luminanzpegel entsprechend einem zu den Histogrammdaten hinzuaddierten besonderen Histogrammdatum, und

Einstellen einer Steigung einer Linie, die durch die Reihen summierter Werte der summierten Histogrammdaten angegeben ist, die in ansteigender Reihenfolge der Histogrammdaten entsprechen jedem summierten Histogrammdatum angeordnet sind, als die Luminanzgradationskennlinie.

4. Luminanzgradationskorrekturverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Schritt Erzeugen von Histogrammdaten die Schritte aufweist:

Erzeugen anfänglicher Histogrammdaten, die jeweils die Anzahl der Bildelemente eines Luminanzpegels aus dem eingegebenen Bildsignal angeben,

Vorbereiten eines Grenzwertes in den Fällen, in denen der maximale Luminanzpegel kleiner oder gleich dem Standardluminanzpegel ist,

Vorbereiten eines unteren Grenzwertes und eines oberen Grenzwertes, der höher als der untere Grenzwert ist, in Fällen, in denen der maximale Luminanzpegel höher als der Standardluminanzpegel ist, und

Erzeugen der Histogrammdaten anhand der anfänglichen Histogrammdaten durch:

Einstellen der Histogrammdaten derart, dass sie Werte gleich dem Grenzwert haben, wenn der maximale Luminanzpegel kleiner oder gleich dem Standardluminanzpegel ist, und

Einstellen der Histogrammdaten derart, dass sie Werte gleich dem niedrigen Grenzwert haben, wenn die entsprechender anfänglichen Histogrammdaten niedriger als der untere Grenzwert sind, wenn der maximale Luminanzpegel höher als der Standardluminanzpegel ist,

Einstellen der Histogrammdaten derart, dass sie Werte gleich dem hohen Grenzwert haben, wenn die entsprechenden anfänglichen Histogrammdaten höher als der hohe Grenzwert sind, und

andernfalls Einstellen der Daten der Histogrammdaten derart, dass sie gleich den entsprechenden anfänglichen Histogrammdaten sind.