CN1328902C - 图像信号处理装置和使用它的电视接收机和图像信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明在同时进行对比度修正(特别是提高对比度的修正)和轮廓修正的情况下，防止也同时放大噪声成分而造成难看图像的现象发生。本发明具有检测图像信号一个画面的辉度分布的特征检测电路(3)、修正所述图像信号对比度的对比度修正电路(6)、修正图像信号的轮廓部分的轮廓修正电路(5)、根据由所述检测电路检测出的辉度分布判定作为控制对象的辉度范围而对于属于该范围的图像信号进行规定的修正那样控制所述对比度修正电路和轮廓修正电路的控制电路(4)。控制电路(4)，对于所述辉度范围内的图像信号按照使对比度比其他的图像信号高那样控制所述对比度修正电路，而且对于所述辉度范围内的图像信号按照使轮廓修正量小于其他的图像信号那样控制所述轮廓修正电路(5)。

Description

图像信号处理装置和使用它的电视接收机和图像信号处理方法
技术领域
本发明是涉及对于图像信号进行例如对比度调整，轮廓修正等信号处理的图像信号处理装置以及使用它的电视接收机和图像信号处理方法的。
背景技术
作为涉及电视接收机等的对比度修正功能的从前的技术，例如在日本专利第3215400号公报(以下称文献1)中记载的那样，检测出图像的辉度信号的最大最小水平、平均辉度水平，而根据此控制对比度修正的方法是大家知道的。另外作为涉及明显度调整功能、即轮廓修正功能的从前的技术，例如特开平5-56308号公报(以下称文献2)中记载的那样，抽出图像信号的高频成分，通过将其加在原来的图像上而修正(强调)轮廓的方法也是大家知道的。
在上述文献1中记载的从前的技术中，检测出图像的特征并与显示装置的动态区域配合，控制信号增益而提高对比度。但是，提高了信号增益的话，图像的振幅变大，同时包含在图像中的噪声成分也增大。另外，轮廓修正电路虽然如上述那样通过从图像信号中抽出水平、垂直方向的高频成分并放大而进行，但是由于包含在图像中的噪声成分也分布在比较高频的区域，所以有时噪声成分也与图像轮廓同时增大(强调)。
即，在进行提高对比度的修正的状态下，再进行轮廓修正的话，则噪声成分将双重增大。所以，在具备了这样的两种修正功能的装置上，在进行提高对比度的修正的状态下(即对于具有特定特征的图像信号)，噪声成分变得更大，根据图像的情况，有可能由于噪声的影响造成图像难看。在从前，没有考虑在同时进行对比度修正(特别是提高对比度的修正)和轮廓修正时的噪声放大的问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而作出的。本发明提供可以得到噪声小的高画质图像的技术。
本发明的特征在于，在对于具有特定特征的图像信号进行提高对比度的修正时，按照减弱轮廓修正那样控制。具体地说，在图像信号处理装置上设置：检测图像信号一个画面的辉度分布的检测电路、修正前述图像信号对比度的对比度修正电路、修正图像信号轮廓部分的轮廓修正电路、根据由前述检测电路检测出的辉度分布判定作为控制对象的辉度范围而对于属于该范围的图像信号进行规定的修正那样地控制上述对比度修正电路和轮廓修正电路的控制电路。这样，通过前述的控制电路，对于前述辉度范围内的图像信号按照使对比度高于除此以外的图像信号那样控制前述对比度修正电路，而且对于前述辉度范围内的图像信号按照使轮廓修正量小于除此以外的图像信号那样控制前述轮廓修正电路。
上述检测电路是对前述图像信号的一个画面的各个灰度等级的像素进行计数，而检测出该一个画面的辉度分布、即检测出直方图，由检测出的直方图，将所确定的像素数以上的灰度等级范围判定为前述辉度范围。这样，根据本发明可以得到噪声小的高画质图像。
附图说明
图1是表示本发明的图像信号处理装置的实施方式的一个例子的框图；
图2是表示本发明的轮廓修正电路的实施方式的一个例子的框图；
图3是表示本发明的轮廓修正电路的动作例的特性图；
图4是表示本发明的图像信号处理装置的动作例的图；
图5是表示本发明的图像信号处理装置的实施方式的一个例子的框图；
图6是表示本发明的图像信号处理装置的动作例的图；
图7是表示本发明的图像信号处理装置的实施方式的一个例子的框图；
图8是表示本发明的图像信号处理装置的动作例的图；
图9是表示本发明的图像信号处理装置的实施方式的一个例子的框图。
具体实施方式
以下，参照附图，对于本发明的优选的实施方式进行说明。图1表示本发明的图像信号处理装置的实施方式的一个例子。这个图像信号处理装置虽然被用于电视接收机等的显示装置上，但是同样可以用于VTR和DVD装置以及被称为机顶盒(STB)的接收数字电视播放信号的数字调谐器等没有显示部的装置上。
在图1，数字形式的图像信号(以下，将其简称为图像信号)被输入到图像输入端子1，供给到图像特征检测电路3以及轮廓修正电路5。特征检测电路3检测被输入的图像信号的特征，例如图像信号的一个画面的辉度分布(直方图)，将其结果输出到控制电路4。控制电路4是控制轮廓修正电路5以及对比度修正电路6的，根据上述检测结果判定进行对比度修正以及轮廓修正的辉度范围，根据这个判定结果作成各种控制信号向轮廓修正电路5以及对比度修正电路6输出。另外，轮廓修正电路5抽出被输入的图像信号的水平、垂直方向的高频成分、即轮廓(边缘)部分，将其进行取样以及增益修正，将该轮廓部分的信号放大，通过加到原来的图像信号上，得到强调了轮廓部分的图像信号。这个取样量以及增益被控制电路4所控制。由轮廓修正电路5输出的图像信号被输入到对比度修正电路6，对于由上述控制电路4所判定的辉度范围的图像信号进行提高对比度那样的修正。在上述辉度范围的对比度修正量被来自控制电路4的控制信号所确定。由对比度修正电路输出的图像信号通过图像输出端子2被提供给例如液晶板等的显示部。
接下来，说明图1所示各电路的细节。首先，参照图4(A)说明特征检测电路3的详细。在下述说明中，图像信号是8位表示的。特征检测电路3包含依次检测图像信号的每个像素的辉度水平的功能以及对每个辉度水平的像素数进行计数的计数器(未图示)。计数器与各个辉度水平(例如每8灰度等级)相对应而设置多个，各个计数器对于每个对应的辉度水平，对于属于该辉度水平的像素数进行计数。在此，所谓像素数是指例如液晶屏和等离子体显示屏等固定像素式显示屏的像素数，例如是水平x垂直为1024×1024的屏的话，那个显示屏的像素数为1048576个。上述的计数器得到的计数结果例如如表1所示。
表1
  计数器号     对应辉度水平(灰度等级)     计数值(像素数)
  计数器1     0-7     2356
  计数器2     8-15     48909
  计数器3     16-23     10975
  计数器4     24-32     7891
  …     …     …
  计数器32     248-255     3890
而特征检测电路根据上述表1那样的计数结果，检测出如图4(A)所示那样的输入的图像信号的一个画面的直方图。这个直方图以横轴作为灰度等级(辉度水平)，由于如前所述图像信号是用8位表示，所以是0-255的值。另外纵轴表示分布度数(像素数)。通过作成这样的直方图，可以把握在一个画面上哪个灰度等级分布多(即哪个辉度水平的像素多)。
控制电路4根据由上述特征检测电路4得到得直方图，判定哪个灰度等级分布高，即哪个辉度范围的像素多。这个判定处理中使用图4(A)所示的设定的阈值h1。即，将各个辉度水平的像素数与阈值h1相比，将具有比这个阈值h1多的像素数的辉度水平的范围判定为控制上述轮廓修正电路5以及对比度修正电路6的辉度范围，输出表示其辉度范围的信息的第一控制信号。在此，作为比阈值h1高的分布度数的(即，具有比阈值h1大的像素数)辉度水平，将LV1-LV2的范围判定为该辉度范围。这样，控制电路4作成表示上述辉度范围(LV1-LV2)的第一控制信号、同时还有使轮廓修正的修正量比该辉度范围以外小的第二控制信号和在该辉度范围内提高对比度(与其他辉度范围相比)的第三控制信号并将它们输出。上述第二控制信号包含相对于取样量C和轮廓信号的增益控制量G的信息，而上述第三控制信号包含对比度控制量R的信息。
接下来，参照图2对于轮廓修正电路5的一个具体例子进行说明。输入图像输入端子7的图像信号被供给高通滤波器(HPF)，图像的高频成分，即轮廓部分(边缘成分)被抽出。这个被抽出的边缘成分被供给到取样电路(coring circuit)10，用被输入到取样量控制端子13的来自控制电路4的由第二控制信号(取样量C)决定的取样量进行取样处理。来自取样电路10的输出信号被供给到增益控制电路11。其增益通过被输入到增益控制端子14的来自控制电路4的第二控制信号(增益控制量G)而调整。来自增益控制电路11的输出信号利用加法器12与原来的图像信号(被输入到图像输入端子7的信号)加和。由此，进行图像的轮廓部分的强调、即轮廓修正。在此，高通滤波器9既可以抽出图像的水平方向、垂直方向、倾斜方向中的任何一个的高频成分，也可抽出多个方向的高频成分。接下来，使用图3对于取样电路10以及增益控制电路11的输入输出特性进行说明。图3(A)作为取样电路10的输入输出特性(取样控制的特性)的示例，横轴表示输入信号振幅，纵轴表示输出信号振幅。输入到取样量控制端子13的取样控制量C为0(C＝0)的情况下，用图3(A)的实线表示的那样，输出＝输入。另外还具有以下特性，即，在输入到取样量控制端子13的取样控制量C不是0(C＞0)的情况下，如虚线所示，特性直线偏移取样量C，具有在所设定的(包含在上述第二控制信号)的取样量C以下的输入振幅下输出为0的特性。图3(B)是增益控制电路11的输入输出特性(增益控制的特性)的举例，横轴表示输入信号振幅，纵轴表示输出信号振幅。输入到增益控制端子14的增益控制量G为1(G＝1)的情况，如图3(B)实线所示，输入＝输出。另一方面，在输入到增益控制端子14的增益控制量G大于1(G＞1)的情况，线的斜率大，相反地在输入到增益控制端子14的增益控制信量G小于1(G＜1)的情况下，线的斜率小。图3(C)表示取样控制和增益控制的综合特性。由这个综合特性得到的输出振幅为轮廓修正量。即由控制电路4而求得的轮廓修正量被分配到上述取样量C和增益控制量G上。另外，在图3(A)、(B)、(C)中，虽然没有表示负方向的线，但是负方向具有以原点为中心与正方向的点对称的特性。
接下来，对于对比度修正电路6进行说明。对比度修正电路6是根据预定的输入输出特性进行输入信号的水平变换后输出的。这个输入输出特性既可以是线性的，也可是画出规定γ非线性曲线的，但是可以通过外部的信号得到局部的变化。即，涉及本实施方式的对比度修正电路6按照其输入输出特性可以对应于由来自控制电路4的第一控制信号所表示的辉度范围(输入信号的水平范围)和包含在第三控制信号的对比度控制量R而变化那样的构成。
使用以上那样的轮廓修正电路5以及对比度修正电路6，对于图1所示的实施形态的动作的一个例子，参照图4进行说明。上述那样特性检测电路3例如检测出图4(A)所示那种一个图像的辉度分布(直方图)，控制电路4由这个被检测出的电路分布判定分布比设定的阈值h1高的辉度范围。在此，如图4(A)所示那样控制电路判定LV1-LV2为分布高的辉度区域。而控制电路4如上述那样，输出表示该LV1-LV2的辉度范围的第一控制信号。
图4(B)表示对比度修正电路6的输入输出特性，横轴为输入辉度水平，纵轴为输出辉度水平。另外，通常时(没有从控制电路4输入控制信号的状态下)，输入输出特性是由点划线表示的那样为实线。对比度修正电路6是按照在从控制电路4输出的第一控制信号表示的辉度范围(LV1-LV2的范围)内，输入输出特性的斜率变陡，在辉度分布少的区域(小于等于LV1的辉度区域和大于等于LV2的辉度区域)中，比其斜率平缓那样地控制。这时，第一控制信号表示的辉度范围内输入输出特性的斜率与包含在来自控制电路4的第三控制信号内的对比度修正量R相对应而确定。另外，辉度范围之外部分的输入输出特性的斜率也与包含在上述第三控制信号内的对比度修正量R相对应而适当地调整。在本实施方式中，通过这样的控制，可以在一个图像中提高分布多的辉度水平的对比度。
图4(C)表示在轮廓修正电路5中的轮廓修正量的控制特性。来自上述控制电路4的第一控制信号输入到轮廓修正电路5中。这样，轮廓修正电路5如图4(C)所示的那样控制成：该第一控制信号表示的辉度范围(LV1-LV2的范围)中的轮廓修正量比其之外的区域(小于等于LV1的辉度区域和大于等于LV2的辉度区域)小。即，轮廓修正电路5由控制电路4控制成，辉度分布高、对比度修正电路6的输入输出特性变陡的(即，按照对比度变高那样被修正)辉度范围(LV1-LV2的范围)内的修正量被减小，相反地辉度分布少、对比度修正电路6的输入输出特性变得平缓的(即，按照对比度变低那样被修正)辉度范围(小于等于LV1的辉度区域和大于等于LV2的辉度区域)内的修正量被提高。
图4(D)中表示辉度分布低的区域(小于等于LV1的辉度区域和大于等于LV2的辉度区域)内的轮廓修正量的振幅特性。在这个区域内，通过将取样量(C1)设定得小、而将增益(G1)设定得大，从小振幅信号到大振幅信号加大轮廓修正量。在图4(E)中，表示辉度分布高的区域(LV1-LV2的范围)内的轮廓修正量的振幅特性。在这个范围内，通过将取样量(C2)设定得大、而将增益(G2)设定得小，抑制包含噪声的小振幅信号的修正，对于大振幅信号，确保轮廓修正量。
通过以上的控制，由于在进行提高对比度的修正时，轮廓修正减弱，所以可以防止由于对比度修正电路6和轮廓修正电路5而使噪声双重放大。所以，根据本实施方式，可以减轻提高了对比度的辉度水平的噪声，得到高质量的图像。
在此，作为上述轮廓修正电路5的修正量控制方法，有前述那样依靠取样控制和增益控制的方法。作为使用方法，例如在象模拟图像那种小振幅噪声比较多的图像中，通过取样量而控制修正量是有效的。在这种情况下，可以不强调振幅小的噪声成分，而强调振幅比较大的原来的图像。另外，在数据图像的情况下，由于数据的压缩和释放而产生的蚊式噪声(mosquito noise)、块噪声(block noise)等振幅大的噪声比较多，通过利用增益控制控制修正量，对减轻噪声是有效的。另外，不用说将取样控制和增益控制组合的控制也是有效的。
接下来，参照图5对于本发明的其他的实施方式进行说明。图5是在图1所示的实施方式中附加了抑制辉度水平输入端子15，与图1符号相同的具有同样的功能。控制电路4中以由输入端子15所设定的抑制辉度水平为基准，在低于其辉度水平的范围内，对轮廓修正电路5的轮廓修正量进行抑制控制。其动作如图6所示。图6(A)、(B)、(C)分别与图4相同，表示由特征检测电路3检测出的图像信号的一个画面的辉度分布、对比度修正电路6的输入输出特性、轮廓修正电路5的修正特性。对比度修正电路6，如图6(B)所示的那样，由控制电路4控制成：如在分布高的辉度范围(大于等于阈值h2的辉度水平)内提高对比度那样，该辉度范围(比图6(B)的(E)所示的辉度水平LV3小的区域)的输入输出特性的斜率变陡。另外，轮廓修正电路5在使对比度修正特性变陡的辉度水平的区域，而且，在小于等于由输入端子15输入的、由控制电路4所设定的抑制辉度水平LV4(图6(C)的(F)所示的区域)的辉度水平，按照其轮廓修正量比其他区域的轮廓修正量小那样控制。图6(D)表示用取样量进行轮廓修正量控制的情况下的一个例子，通过加大取样量而降低轮廓修正量那样动作。不用说，如前所述也可以使用增益控制对于轮廓修正量进行控制。
通过以上的控制，在噪声比较容易突出的低辉度上减轻噪声，在高辉度水平上，可以保持轮廓修正的效果。本实施方式的构成，在噪声容易突出的低辉度区域可以预先判明的情况下是有效的。
接下来，参照图7说明本发明的别的实施方式。在图7中，与图1符号相同的具有同样的功能。本实施方式的一个例子，是与图1的实施方式相比较，将轮廓修正电路5与对比度调整电路6更换了顺序的。即使在本实施方式中，通过进行前述的动作也可以得到同样的效果。
接下来，参照图8说明本发明的又一实施方式。本实施方式的电路构成按照与图5相同而进行说明。图8(A)是特征检测电路3检测出的图像特征，检测出输入信号的振幅、最小辉度水平、最大值辉度水平。图8(B)表示对比度调整电路6的动作，作为将输入信号振幅放大到显示动态范围的特性。接下来，图8(C)表示轮廓修正电路5的动作。在轮廓修正电路5中，预先设定抑制辉度水平(F)，在轮廓修正电路5中，在小于等于由对比度控制6放大的辉度水平，而且在小于等于抑制辉度水平(F)的辉度水平，按照降低轮廓修正量那样动作。
通过以上的控制，可以在噪声比较容易突出的低辉度上减轻噪声，在高辉度水平上，保持轮廓修正的效果。
接下来，作为将本发明的图像信号处理装置用在电视接收机上的例子，将使用液晶屏的电视接收机的实施方式表示在图9中。除了附加了液晶屏20和液晶背灯21外与图1相同，符号相同的具有同样的功能。轮廓修正电路5以及对比度修正电路6虽然与图1说明的动作同样地动作，但是控制电路4根据输入图像的特征不但控制轮廓修正电路5以及对比度调整电路6，还控制液晶背灯21。例如，在整体暗的图像被输入的情况下，按照不使图像整体发白的方式，控制电路4降低液晶背灯21的照度那样进行控制。另外，在整体暗的图像被输入的情况下，由于被特征检测电路3检测出的辉度分布在辉度水平低的区域内显示为高的分布，所以控制电路4在该低辉度区域内按照提高对比度那样控制对比度调整电路6。即在本实施方式中，在整体暗的图像被输入时，降低背灯21的照度，而且，在对比度修正电路6上提高对比度那样进行控制。通过这样的控制，可以提高暗的图像的对比度。当然，在该低辉度区域内，控制电路4按照轮廓修正电路5的轮廓修正量变小那样进行控制。
以上那样，根据本发明，根据图像信号的特征量适当地联动控制对比度修正电路6和轮廓修正电路5。由此，在通过对比度修正电路6提高对比度地进行控制的情况下，由于按照轮廓修正电路5降低修正量那样进行控制，所以可以既减轻噪声又提高对比度。
另外，在上述联动控制中，通过预先设定抑制辉度水平，在比该设定的辉度水平低的辉度水平，适当地控制轮廓修正电路5的修正量，在保持高辉度水平的轮廓修正效果的基础上，可以抑制噪声比较容易突出的低辉度水平的噪声，提高对比度。
另外通过特征检测电路3检测出图像的一个画面的各个灰度等级的辉度水平的分布，对比度控制电路6上按照用对比度控制电路6提高特征检测电路3检测出的分布多的辉度等级的对比度那样进行控制，而且，对于提高对比度的辉度水平，按照降低轮廓修正电路的修正量那样联动地进行控制。由此，可以抑制噪声，提高对比度。
另外，依靠取样量控制进行上述轮廓修正电路的修正量控制，可以在抑制噪声成分外，保持本来的图像轮廓修正效果。

Claims (13)

1.一种图像信号处理装置，其特征在于，包含：
修正图像信号对比度的对比度修正电路；
修正图像信号的轮廓部分的轮廓修正电路；
检测图像信号的一个画面的辉度分布的检测电路；和
判定成为控制对象的辉度范围以及控制对比度修正电路和轮廓修正电路的对图像信号的修正方式的控制电路，
在所述对比度修正电路按照提高图像信号的对比度的方式进行修正的辉度范围内，所述轮廓修正电路使对于该图像信号的轮廓部分的轮廓修正量比对于所述辉度范围以外的图像信号的轮廓修正量小。
2.一种图像信号处理装置，其特征在于，包含：
检测图像信号一个画面的辉度分布的检测电路；
修正所述图像信号对比度的对比度修正电路；
修正图像信号的轮廓部分的轮廓修正电路；和
控制电路，其中，根据由所述检测电路检测出的辉度分布判定作为控制对象的辉度范围且对属于该辉度范围的图像信号进行规定的修正地控制所述对比度修正电路和轮廓修正电路，
所述控制电路，对于所述辉度范围内的图像信号按照使对比度高于除所述辉度范围内的图像信号以外的图像信号的方式控制所述对比度修正电路，而且对于所述辉度范围内的图像信号按照使轮廓修正量小于除所述辉度范围内的图像信号以外的图像信号的方式控制所述轮廓修正电路。
3.如权利要求2所述的图像信号处理装置，其特征在于，
所述检测电路检测所述图像信号的一个画面的每个灰度等级的直方图作为所述图像信号一个画面的辉度分布。
4.如权利要求3所述的图像信号处理装置，其特征在于，
所述检测电路将所述图像信号的一个画面的各个灰度等级的像素进行计数而检测出所述直方图。
5.如权利要求4所述的图像信号处理装置，其特征在于，
所述控制电路根据所述检测电路检测出的直方图，将大于等于规定像素数的灰度等级范围判定为所述辉度范围。
6.如权利要求2所述的图像信号处理装置，其特征在于，
所述检测电路检测辉度水平低于规定辉度水平的像素，所述控制电路根据该检测结果控制所述轮廓修正电路的修正量。
7.如权利要求2所述的图像信号处理装置，其特征在于，
所述轮廓修正电路具有：
从图像信号中取出轮廓部分的信号的滤波电路；
对于从该滤波电路输出的轮廓信号进行取样的取样电路；和
控制由所述取样电路而取样的轮廓信号的增益的增益控制电路。
8.如权利要求7所述的图像信号处理装置，其特征在于，
所述控制电路通过控制所述取样电路的取样量，控制轮廓修正量。
9.如权利要求7所述的图像信号处理装置，其特征在于，
所述控制电路通过控制增益控制电路的增益，控制轮廓修正量。
10.如权利要求2所述的图像信号处理装置，其特征在于，
在由所述轮廓修正电路进行轮廓修正后，进行基于所述对比度修正电路的对比度修正。
11.如权利要求2所述的图像信号处理装置，其特征在于，
在由所述对比度修正电路进行对比度修正后，进行基于所述轮廓修正电路的轮廓修正。
12.一种具有图像信号处理装置的电视接收机，其特征在于，
该图像信号处理装置包括有：
检测图像信号的一个画面的辉度分布的检测电路；
修正所述图像信号的对比度的对比度修正电路；
修正图像信号的轮廓部分的轮廓修正电路；和
控制电路，根据由所述检测电路检测出的辉度分布判定成为控制对象的辉度范围而按照对属于该范围的图像信号进行规定的修正的方式控制所述对比度修正电路和轮廓修正电路，
所述控制电路，对于所述辉度范围内的图像信号按照使对比度高于除所述辉度范围内的图像信号以外的图像信号的方式控制所述对比度修正电路，而且，对于所述辉度范围内的图像信号按照使轮廓修正量小于除所述辉度范围内的图像信号以外的图像信号的方式控制所述轮廓修正电路。
13.一种图像信号处理方法，对于所输入的图像信号进行对比度修正以及轮廓修正，其特征在于，该方法包括以下步骤：
检测出表示所述输入图像信号的一个画面的各灰度等级的分布的辉度直方图；
根据该辉度直方图，对于属于规定分布以上的灰度等级范围的图像信号，提高其对比度地进行修正，
与属于其他的灰度等级范围内的图像信号相比，减少对属于该规定分布以上的灰度等级范围的图像信号的轮廓修正量。
CNB2004100970220A 2003-12-10 2004-12-08 图像信号处理装置和使用它的电视接收机和图像信号处理方法 Active CN1328902C (zh)

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