JP2003153036A

JP2003153036A - 階調補正装置

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Publication number: JP2003153036A
Application number: JP2001346884A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Takizawa; 一博滝沢
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2003-05-23
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP3981260B2

Abstract

(57)【要約】【課題】階調補正時の不自然さを極力排除しつつ、且
つメモリ使用量を削減することの可能な階調補正装置を
提供する。【解決手段】入力信号の信号値が取り得る範囲を複数
に分割設定した各エリアに相当する信号値を持つ入力信
号の頻度を、各エリア毎に求めて全画像に対するヒスト
グラムを作成する手段１と、ヒストグラムから累積ヒス
トグラムを作成し、正規化を行う累積ヒストグラム作成
手段２と、累積ヒストグラムに基づいて、入力信号の階
調特性を、入力画像全体の画像特性に応じて変換する階
調変換テーブルを作成する手段３と、階調変換テーブル
を用いて入力信号の階調特性を変換して出力する手段４
と、各エリアに対応する階調変換テーブルの階調変換値
の幅が均等となるように、ヒストグラム作成手段におけ
る、前記複数の各エリアに対応する前記信号値の幅を各
々のエリアについて更新する分割レベル更新手段５とで
階調補正装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、デジタル映像信
号を自動的に最適な画像に調整するための階調補正装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、デジタル映像信号の階調補正装置
としては、例えば特開昭６０−８４０８４号公報に記載
されたものが知られている。図13に該公報開示の従来の
階調補正装置の構成を示し、図14にその動作を説明する
ためのヒストグラムを示す。輝度信号ヒストグラム作成
手段100 に画像信号が入力されると、輝度信号ヒストグ
ラム作成手段100 はヒストグラム（輝度分布）を作成す
る。作成されたヒストグラムは、例えば図14で曲線105
で示されるようになるものとする。次に、このヒストグ
ラムデータを、累積輝度分布曲線設定手段101 で累積
し、入力輝度レベルが０〜255 であれば、累積度数も０
〜255 になるように正規化して、累積輝度分布曲線とす
る（図14中の曲線106 ）。この曲線106 が、Ｖ＝Ｆ
（Ｕ）という関数であるとすれば、Ｖは入力輝度レベル
Ｕを階調変換（特開昭６０−８４０８４号公報の場合は
ガンマ変換）した値となる。そこで、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号ガ
ンマ補正手段 102〜104 では、Ｒ，Ｇ，Ｂ入力信号を累
積輝度分布曲線に従って変換し、階調変換（ガンマ変
換）された値を出力する。

【０００３】また、特開平１０−２１０３２３号公報に
記載された階調変換装置では、図15の（Ａ）で示すヒス
トグラム検出手段が使用されている。このヒストグラム
検出手段は、入力輝度レベルを複数区間に分割し、この
分割区間を基本単位とするヒストグラムを作成してい
る。ここで、入力映像信号を８ビット（ 256階調）、分
割数を16とすると、例えば輝度が０〜15のデータは同一
データとして計数されることとなる。このヒストグラム
検出手段は、レベル検出手段110 と、マルチプレクサ11
1 と、セレクタ112 と、輝度レベルの分割数に応じた数
のレジスタ113 と、加算器114 を含む。

【０００４】レベル検出回路110 は、デジタル信号から
なる入力映像信号の上位４ビット（入力映像信号８ビッ
ト、16分割の場合）を、マルチプレクサ111 とセレクタ
112の制御信号として出力する。マルチプレクサ111 と
セレクタ112 は、前記抽出された４ビットの制御信号に
より、例えば16個のレジスタ113 の中から、入力した信
号のレベルに応じた１つを選択する。加算器114 は、前
記選択された１つのレジスタ113 の出力信号に“１”を
加算し、再び同じレジスタ113 に格納する。この動作を
入力映像信号の１フィールドに渡って行うことで、図15
の（Ｂ）の棒グラフで示すような離散的なヒストグラム
データが得られる。このようにして求められたヒストグ
ラムは、特開昭６０−８４０８４号公報に記載の階調変
換装置と同様に、累積、正規化され、更に補間されて図
15の（Ｂ）中の折れ線で示すような階調変換特性データ
となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開昭
６０−８４０８４号公報開示の階調変換装置では、メモ
リ使用量の削減という観点については考慮がなされてい
ない。すでにデジタルカメラ等では4,096 階調（12ビッ
ト）、総画素数200 万画素クラスの製品が当たり前のよ
うに販売されている。上記公報開示の従来技術では、入
力画像信号の全階調でヒストグラムを作成しているが、
このクラスの画像データのヒストグラムを作成するに
は、約86ｋビット（21ビット×4,096 ）が必要となる。
ここで、21ビットとは、1 画面の全画素が同じ輝度であ
る場合に備えて確保した数字である。例示されているＮ
ＴＳＣ信号（ 640×480 ，8 ビットで、19ビット×256
）の場合と比較すると、約18倍のメモリ容量が必要で
ある。

【０００６】一方、特開平１０−２１０３２３号公報開
示の階調変換装置では、入力信号の輝度レベルを複数区
間に分割し、その区間を基本単位としてヒストグラムを
作成しているため、その分割数に比例したメモリ削減効
果が得られるが、どのような画像データに対しても最適
な階調変換特性を実現するという観点については考慮が
なされていない。ここで、図16の（Ａ）に示すようなヒ
ストグラムの場合について考察する。図16の（Ａ）は、
入力輝度レベルを分割しないで累積ヒストグラムを作成
した場合の例である。図16の（Ｂ）に、図16の（Ｂ）中
の符号200 で示す分割ステップにより輝度レベルを分割
した場合の累積ヒストグラムを示す。同図中の網掛け部
分が累積ヒストグラムに相当する。この累積ヒストグラ
ムを基に補間を行った結果、図16の（Ｂ）中の201 で示
す階調変換特性が得られる。しかし、この階調変換特性
201 を、輝度レベルの分割がない場合〔図16の（Ａ）〕
と比較すると、本来丸みを帯びるべき箇所が直線になっ
てしまっている。よって、この領域に属する入力信号の
変換には、不自然さが生じる可能性がある。

【０００７】本発明は、従来の階調補正装置における上
記問題点を解消するためになされたもので、変換時の不
自然さを極力排除しつつ、なお且つメモリ使用量を削減
することのできる階調補正装置を提供することを目的と
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に係る発明は、入力画像信号の信号値が取
り得る範囲を複数に分割して設定された複数のエリアの
各エリエに相当する信号値を持つ入力画像信号の頻度
を、各エリア毎に求めて全画像に対するヒストグラムを
作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラムか
ら累積ヒストグラムを作成し、正規化を行う累積ヒスト
グラム作成手段と、前記累積ヒストグラムに基づいて、
入力画像信号の階調特性を、入力画像全体の画像特性に
応じて変換する階調変換テーブルを作成する階調変換テ
ーブル作成手段と、前記階調変換テーブルを用いて入力
画像信号の階調特性を変換して出力する階調変換手段
と、各エリアに対応する前記階調変換テーブルの階調変
換値の幅が均等となるように、前記ヒストグラムラム作
成手段における、前記複数のエリアの各エリアに対応す
る前記信号値の幅を各々のエリアについて更新する分割
レベル更新手段とを設けて階調補正装置を構成するもの
である。

【０００９】この請求項１に係る発明に関する実施の形
態には、第１及び第３の実施の形態が対応する。そし
て、上記のように構成された階調補正装置においては、
まず入力画像信号は、ヒストグラム作成手段に入力され
る。このヒストグラム作成手段は、入力画像信号を信号
レベルにより複数のエリアに分割し、その各エリア毎に
ヒストグラムを作成する手段である。例えば、入力信号
の取り得る範囲が０〜８とし、この範囲を０〜３，４〜
５，６〜８の3 エリアに分割し、ぞれぞれをエリア０，
エリア１，エリア２と呼称するものとする。なお、この
エリアの幅は固定されておらず、任意に変更することが
できる。このときに、０，１，２，３，４，５，６，
７，８，８，８，８，８という画像信号が入力されたと
すると、各エリアのヒストグラムはエリア０＝４、エリ
ア１＝２、エリア２＝７となる。

【００１０】入力画像信号の全画像に渡って作成された
ヒストグラムは、累積ヒストグラム作成手段に入力され
る。累積ヒストグラム作成手段は、ヒストグラム作成手
段が作成したヒストグラムを累積した累積ヒストグラム
を作成し、累積ヒストグラムの累積値の最大値を、入力
信号が取り得る最大値と等しくなるように正規化する手
段である。前述の例では、累積後のヒストグラムはエリ
ア０＝４，エリア１＝６，エリア２＝13となる。次に正
規化により、エリア２の値が入力信号の取り得る最大値
と等しくなるように調整されるが、この場合はエリア０
〜エリア２にそれぞれ８／13を乗ずることで正規化が行
われる。よって、正規化後の各エリアの累積ヒストグラ
ムは、エリア０＝２，エリア１＝４，エリア２＝８とな
る。

【００１１】次に、正規化された累積ヒストグラムは、
階調変換テーブル作成手段に入力されるが、この階調変
換テーブル作成手段は、正規化された累積ヒストグラム
の補間を行い、入力画像信号に対する出力画像信号を規
定する階調変換テーブルを作成する手段である。前述の
例では、入力信号の取り得る値は０〜８の９通りである
が、正規化累積ヒストグラムから直接変換できるのは、
エリア０の上限である３，エリア１の上限である５，エ
リア２の上限である８のみである。よって、他の値を変
換するため、線形補間により全ての入力信号値に対する
階調変換テーブルを作成する。

【００１２】階調変換テーブルの作成が完了すると、入
力信号の階調変換処理に移行する。階調変換手段は、入
力画像信号を階調変換テーブル作成手段で作成した階調
変換テーブルに従って階調変換する。入力信号を全て階
調変換し終わると、次フレームのヒストグラム作成のた
めに、分割エリアの更新を行う。分割レベル更新手段
は、ヒストグラム作成手段のエリア分割を更新する手段
である。このとき、階調変換テーブルの階調変換値を、
分割エリア数に応じて均等に分割し、その値（エリア分
割判定点）に対応する入力信号値を新エリア範囲の上限
値とする。前述の例のように３エリアに分割するには、
０〜８の９レベルを３等分すればよいので、階調変換値
が２，５，８のときの入力信号を探せばよい。階調変換
値が２になるのは、入力が３のときであり、同様に５の
ときは６，8 のときは８となる。よって、新エリアは０
〜３，４〜６，７〜８となる。分割エリア更新手段は、
０から入力信号が取り得る最大値までの信号を階調変換
テーブルに入力し、その出力をエリア分割判定点と比較
してエリア分割を行う。

【００１３】このように、請求項１に係る発明において
は、階調変換値に併せてヒストグラム作成時の分割エリ
アを可変させるように構成しているので、階調変換値の
変化が急峻な部分のエリア分割間隔を狭くすることがで
きる。そして、エリア分割間隔が狭くなるほど正確な階
調変換テーブルの作成が可能であり、これにより、従来
はメモリ削減のための犠牲になっていた良好な階調変換
が実現できる。

【００１４】請求項２に係る発明は、入力画像信号の信
号値が取り得る範囲を複数に分割して設定された複数の
エリアの各エリアに相当する信号値を持つ入力画像信号
の頻度を、各エリア毎に求めて全画像に対するヒストグ
ラムを作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグ
ラムから累積ヒストグラムを作成し、正規化を行う累積
ヒストグラム作成手段と、前記累積ヒストグラムを用い
て、入力画像信号の階調特性を、入力画像全体の画像特
性に応じて変換して出力する階調変換手段と、各エリア
に対応する階調変換値の幅が均等となるように、前記ヒ
ストグラム作成手段における、前記複数のエリアの各エ
リアに対応する前記信号値の幅を各々のエリアについて
更新する分割レベル更新手段とを設けて階調補正装置を
構成するものである。

【００１５】この請求項２に係る発明に関する実施の形
態には、第２及び第３の実施の形態が対応する。そし
て、上記のように構成された階調補正装置においては、
入力画像信号のヒストグラムを作成し、累積、正規化す
るまでは、請求項１に係る発明における動作と同じであ
り、その説明は省略する。本請求項における階調変換手
段は、入力画像信号と正規化累積ヒストグラムから、階
調変換テーブルを介さずにそのつど補間処理を施すこと
で階調変換を実行する。階調変換後は、分割レベル更新
手段により、ヒストグラム作成手段の分割エリアが更新
される。本請求項に係る発明においては、上記のように
階調変換テーブルを持たない。そこで、分割レベルの更
新にあたっては、分割レベル更新手段は、０から入力信
号が取り得る最大値までの信号をヒストグラム作成手段
に入力する。ヒストグラム作成手段は、分割レベル更新
手段からの入力信号が属するエリアのアドレスを累積ヒ
ストグラム作成手段に出力する。該当するアドレスの正
規化累積ヒストグラムデータが累積ヒストグラム作成手
段から読み出され、読み出された正規化累積ヒストグラ
ムデータは階調変換手段により補間されて、階調変換値
として分割レベル更新手段に入力される。以降の分割レ
ベル更新手段でのエリア決定処理は、上記請求項１に係
る発明と同じであるため説明を省略する。以上のよう
に、請求項２に係る発明においては、階調変換テーブル
を持たないため、大幅なメモリ削減効果が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）次に、実施
の形態について説明する。図１は、本発明に係る階調補
正装置の第１の実施の形態を示す概略ブロック構成図で
ある。図１において、１はヒストグラム作成手段で、該
ヒストグラム作成手段１は、入力画像信号６を信号レベ
ルにより複数のエリアに分割し、その各エリア毎にヒス
トグラム作成する手段である。累積ヒストグラム作成手
段２は、ヒストグラム作成手段１が作成したヒストグラ
ムを累積した累積ヒストグラムを作成し、累積ヒストグ
ラムの累積値の最大値を、入力の最大値と等しくなるよ
うに正規化する手段である。階調変換テーブル作成手段
３は、正規化された累積ヒストグラムの補間を行い、入
力画像信号に対する出力画像信号を規定する階調変換テ
ーブルを作成する手段である。階調変換手段４は、入力
画像信号６を入力階調変換テーブル作成手段３で作成し
た階調変換テーブルに従って階調変換する手段である。
分割レベル更新手段５は、全画像の変換終了後に、次フ
レーム画像のヒストグラム作成のために、ヒストグラム
作成手段１の各エリアに対応する入力信号値の幅を、各
エリアに対応する階調変換テーブルの階調変換信号値の
幅が均等となるように、すなわち、階調変換テーブルの
出力レベルが、全エリア間で均等となるように更新する
手段である。

【００１７】次に、図１の概略ブロック構成図で示した
第１の実施の形態の詳細なブロック構成図を図２に示
す。図１に示したヒストグラム作成手段１は、図２に示
すようにメモリアドレス決定手段11と、インクリメント
手段12，及びヒストグラムメモリ15により構成されてい
る。入力信号は、まずメモリアドレス決定手段11に入力
される。

【００１８】図３は、メモリアドレス決定手段11の詳細
な構成を示すブロック図である。このメモリアドレス決
定手段11は、分割レベル設定レジスタブロック30，比較
器ブロック31，アドレスデコーダ32により構成されてい
る。分割レベル設定レジスタブロック30は、複数のレジ
スタ（図３ではＲ０〜Ｒ_max）により構成されており、
このレジスタの個数は入力信号のエリア分割数と等し
い。同様に、比較器ブロック31も複数の比較器により構
成されており、この比較器の個数も入力信号のエリア分
割数と等しい。なお、図３では、例えば分割レベル設定
レジスタＲ０に格納されているデータをＴＲ０と表現し
ている。これらの分割レベル設定レジスタブロック30の
各データと、入力信号ＩmgＸが比較器ブロック31でそれ
ぞれ比較され、比較結果がアドレスデコーダ32により、
ヒストグラムメモリ15のアドレスＡＤＤＲn に変換され
る。アドレスデコーダ32は、例えば入力信号ＩmgＸが、
ＩmgＸ≦ＴＲ０であればメモリアドレスを“０”とし、
ＴＲ０＜ＩmgＸ≦ＴＲ１であればメモリアドレスを
“１”とする、というように動作する。

【００１９】ヒストグラムメモリ15の、メモリアドレス
決定手段11が指定するアドレスＡＤＤＲn に格納されて
いるヒストグラムデータは、インクリメント手段12に入
力される。インクリメント手段12では、このデータに
“１”を加算し、再び同じメモリアドレスにデータを書
き戻す。

【００２０】ここまでの動作の一例を、図４の（Ａ）〜
（Ｄ）に示す。図４の（Ａ）は、入力信号のエリア分割
を行わない場合のヒストグラムであり、この場合のヒス
トグラムメモリの内容は、図４の（Ｃ）に示すようにな
る。ここで、ＴＲ０＝２，ＴＲ１＝７，ＴＲ２＝９，・
・・というように設定すると、ヒストグラムメモリのア
ドレスは、入力信号ＩmgＸ≦２であれば“０”、２＜Ｉ
mgＸ≦７であれば“１”となり、ヒストグラムは図４の
（Ｂ）に示すようになり、ヒストグラムメモリの内容は
図４の（Ｄ）に示すようになる。なお、図３に示したメ
モリアドレス決定手段からは、出力信号としてメモリア
ドレスＡＤＤＲn の他に、分割レベル設定レジスタのデ
ータＴＲn-1 ，ＴＲn も出力されているが、後者の信号
は補間手段16で使用されるので後述する。

【００２１】このようにして作成されたヒストグラム
は、図１の累積ヒストグラム作成手段２に入力される。
累積ヒストグラム作成手段２は、図１のヒストグラム作
成手段１で作成したヒストグラムを累積加算して正規化
する手段であり、図２に示すように累積ヒストグラム作
成部13，正規化手段14及びヒストグラムメモリ15により
構成されている。累積加算の方法は、例えばヒストグラ
ムデータをＨ(0) 〜Ｈ(7) とすると、累積ヒストグラム
ＡＨは、ＡＨ(n) ＝ΣＨ(k) ，ｋ＝０，１，２，・・・
ｎで表わすことができる。

【００２２】累積ヒストグラム作成部13は、ヒストグラ
ムメモリ15よりヒストグラムを読み出し、前述の演算を
行って再びヒストグラムメモリ15の同じアドレスにデー
タを書き戻す。正規化手段14は、ヒストグラムメモリ15
に格納されている累積ヒストグラムの累積値の最大値
を、入力信号の取り得る最大値と等しくすることで、正
規化する手段である。例えば、入力画像の階調が 256階
調だった場合の正規化累積ヒストグラムＮＡＨは、累積
ヒストグラムをＡＨとすると、ＮＡＨ(n) ＝ＡＨ(n) ×
（ 256／ＡＨ(255) ）となる。

【００２３】正規化された累積ヒストグラムは、図１の
階調変換テーブル作成手段３に入力される。階調変換テ
ーブル作成手段３は、図２に示すように補間手段16，階
調変換テーブル17及びヒストグラムメモリ15により構成
されている。

【００２４】補間手段16は、ヒストグラムメモリ15に格
納されている間引いて作成された正規化累積ヒストグラ
ムから、補間により全ての入力画像信号に対する階調変
換値を算出し、階調変換テーブル17に格納する。補間手
段16の動作を、図５及び図６に基づいて説明する。図５
は補間手段16の構成を示す図である。この補間手段16
は、３つの減算器と、単一の除算器、乗算器及び加算器
とで構成されている。図６の網掛け部は、正規化手段14
により正規化された正規化累積ヒストグラムの例であ
り、横軸は入力信号、縦軸は階調変換値となる。同図中
の折れ線は、補間により得られる階調変換特性である。

【００２５】ここで、入力信号ＩmgＸに対する階調変換
値ＯＩmgＸを算出する場合、図６より、ＯＩmgＸ＝ＯＲ
n-1 ＋｛（ＯＲn −ＯＲn-1 ）×（ＩmgＸ−ＴＲn-1
）｝／（ＴＲn −ＴＲn-1 ）となる。なお、ＴＲn ，
ＴＲn-1 は入力信号ＩmgＸが含まれるエリアの下限値と
上限値であり、ＯＲn ，ＯＲn-1 は、ＴＲn ，ＴＲn-1
をそれぞれ階調変換した結果である。したがって、ＯＲ
n ，ＯＲn-1 はヒストグラムメモリ15の出力となる。ま
た、ＴＲn ，ＴＲn-1 は、前述の通りメモリアドレス決
定手段11から出力される。

【００２６】補間手段16は、メモリアドレス決定手段11
に、階調変換値を算出するデータ（ＩmgＸ）を入力する
と、メモリアドレス決定手段11はＴＲn ，ＴＲn-1 及び
メモリアドレスを出力する。ヒストグラムメモリ15は、
このアドレスに該当するデータを出力するが、補間作業
にはＯＲn ，ＯＲn-1 の２つのデータが必要であるた
め、ヒストグラムメモリ15は図７に示すように、同時に
２つのデータが読み出せる構成になっていることが望ま
しい。補間手段16は、このようにしてＴＲn ，ＴＲn-1
，ＯＲn ，ＯＲn-1 を得て補間作業を行う。

【００２７】図５に示した補間手段の構成からも分かる
ように、補間作業には除算が必要となる。除算器はハー
ドウェア規模が大きくなる傾向があるため、正規化手段
14で使用する除算器と兼用にするのが望ましい。なお、
正規化の際の除算は、本発明に限らず必要であるため、
正規化手段を有するからといって、本発明のハードウェ
ア規模が従来例と比較して大きくなるというわけではな
い。

【００２８】これまで述べてきたように、階調変換テー
ブル17を作成するには、１フレームの全画像データの情
報が必要になる。よって、階調変換作業を行う際には、
変換対象となる入力画像が保存されている必要があるた
め、入力画像信号は図２の画像メモリ18に保存されて階
調変換テーブルの完成を待つ。階調変換手段４は、画像
メモリ18からデータを読み出し、読み出しデータをアド
レスとして階調変換テーブル17に入力し、階調変換結果
を得る。

【００２９】以上のようにして階調変換が行われた後、
次フレームの画像ヒストグラムを作成するために、分割
レベル更新手段５によりメモリアドレス決定手段11の分
割レベル設定レジスタブロック30の値を更新する。

【００３０】分割レベル更新手段５の詳細な構成を、図
８に示す。まず、カウンタ40が、０から入力信号が取り
得る最大値までの数値をカウントする。カウント出力は
階調変換テーブル17に入力され、入力値に対応する階調
変換値が比較器41に入力される。比較器41には比較値レ
ジスタ42からのデータが入力されており、例えば階調変
換値が比較値レジスタ42のデータ以上であったら、比較
器41はイネーブル信号を出力する。このイネーブル信号
は、新エリア格納メモリ43と比較値レジスタ42に入力さ
れる。新エリア格納メモリ43では、イネーブルが入力さ
れたときのカウンタ40の出力を格納し、自身のアドレス
をインクリメントする。

【００３１】一方、比較値レジスタ42の出力は、加算器
44によりオフセット値との加算が行われており、イネー
ブル信号が入力された場合には、この加算結果が比較値
レジスタ42に取り込まれる。カウンタ40が入力信号の最
大値までのカウントを終了すると、新エリア格納メモリ
43には分割レベル設定レジスタブロック30に書き込まれ
る更新データが格納されている。分割レベル更新手段５
は、次のフレームの画像信号が入力される前に、新エリ
ア格納メモリ43に格納されたデータを分割レベル設定レ
ジスタブロック30に格納する。

【００３２】以上の動作を図９を用いて説明する。図９
は、図16で示された分割エリア200を更新する場合につ
いて図示している。図９の50で示す点線が、現在の階調
変換テーブルの特性であるとする。まず、比較値レジス
タ42には、図９の52で示す値が入力されているものとす
る。カウンタ40の出力が、図９の51で示すレベルに到達
すると、比較器41では、入力信号レベル51のときの階調
変換値53と、比較値レジスタ42の内容（この時点ではレ
ベル52）との比較が行われる。図９ではこの値が等しい
ため、比較器41からはイネーブル信号が出力される。す
ると、新エリア格納メモリ43には、入力信号レベル51
（カウンタ40の出力）の値が保持され、比較値レジスタ
42には、オフセット値54を加算した値（図９でのレベル
55）が保持される。すなわち、次フレームにおける最初
の分割エリアは、０〜レベル51の範囲となる。以下、交
点56，57，58についても同様な処理を行うことで、階調
変換テーブルの出力レベルが各エリアで均等（＝オフセ
ット値）となる新エリア59，60，61，62が決定される。
図16に示す場合と同じ画像信号が入力されたとすると、
新エリア59，60，61，62により、新階調変換特性63が得
られる。旧階調変換特性50と比較して、カーブの滑らか
さが飛躍的に向上している。なお、旧分割エリアは細い
２点鎖線で示されている。

【００３３】なお、現実的には次フレームで全く同じ画
像信号が入力されることはないが、動画の場合は急激な
場面変化が起こることは考えにくく、連続する２フレー
ム間での画像の類似性はかなり高いと考えられる。処理
時間に余裕のある静止画の場合については、ヒストグラ
ムの作成からエリア再構築のループを、処理時間が許す
限り繰り返すようにすれば、階調変換テーブルの精度が
かなり向上すると考えられる。

【００３４】ここで、本実施の形態に必要なメモリ容量
について考察する。12ビットで 200万画素の画像を、入
力信号を32エリアに分割して処理すると仮定すると、ヒ
ストグラムメモリには21×32＝672 ビット、階調変換テ
ーブルには12×4,096 ＝49,152ビットとなり、合計で4
9,824ビットとなる。一方、分割を行わない場合に必要
なメモリ容量は、21×4,096 ＝86,016であり、約４割の
削減が見込まれる。単純な分割を行う場合と比較する
と、メモリ削減効果は小さいが、本発明により得られる
処理結果の方が優れているのは明らかである。逆に、処
理結果の精度を同程度にするのであれば、より少ないメ
モリで実現可能である。

【００３５】なお、この発明の実施の形態の各構成は、
当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、図８の
比較器41は、階調変換テーブルの出力が比較値レジスタ
42以上であったら、新エリア格納メモリの内容を更新す
るようになっているが、その前後の値を参照して、より
比較値レジスタ42に格納されている数値と近いものを選
択するようにしてもよい。その場合には、より詳細なエ
リア分割が可能になる。

【００３６】また、本実施の形態では、画像データを保
持するために画像メモリを使用している。しかし、動画
の連続性を考慮すると、連続画像間では画像の特徴にそ
れほど大きな変化がないことが考えられる。そこで、画
像メモリを省略し、現フレームの画像データを基に作成
した階調変換デーブルで、次フレームの画像データの階
調変換をするようにしてもよい。

【００３７】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。図10に本発明の第２の
実施の形態の概略構成を示す。図１に示した第１の実施
の形態における構成要素と同じ機能をもつものには同一
符号を付して、説明を省略する。本実施の形態は、第１
の実施の形態とは階調変換テーブル作成手段を有してい
ない点で異なる。本実施の形態の詳細な構成を図11に示
す。図11において、図10の階調変換手段70に相当するの
が補間手段71である。本実施の形態においても、正規化
累積ヒストグラム作成までは第１の実施の形態と同様な
ので、その説明は省略する。

【００３８】補間手段71は、階調変換の際に画像メモリ
18から画像データを読み出し、メモリアドレス決定手段
11に読み取りデータを出力する。読み出したデータが含
まれるエリアの正規化累積ヒストグラムデータがヒスト
グラムメモリ15から読み出され、補間手段71に入力され
る。補間手段71は、図５に示したと同様な演算を行い、
入力データの階調変換を行って、階調変換された信号を
出力する。

【００３９】全画像の階調変換終了後、分割エリアの更
新を行うが、分割レベル更新手段５の動作は、第１の実
施の形態と同様でよい。ただし、本実施の形態は階調変
換テーブルをもたないため、分割レベル更新手段５はメ
モリアドレス決定手段11に０から入力信号の最大値まで
の数値を入力し、補間手段51により補間された階調変換
値を基に、分割エリアの再構築を行う。

【００４０】本実施の形態の階調変換時には、テーブル
参照という形式をとらないため、高速な演算が必要とな
るが、必要なメモリはヒストグラムメモリ15のみでよい
ため、大幅なメモリ容量削減が可能になる。なお、本実
施の形態でも、第１の実施の形態と同様な変形が可能で
ある。

【００４１】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について説明する。本実施の形態の基本構
成は、第１の実施の形態、又は第２の実施の形態と同じ
でよい。本実施の形態は、図２，又は図11に示した補間
手段を、図12に示すように除算器をテーブルで置き換え
た構成にすることを特徴としている。

【００４２】入力信号をＩmgＸ，入力信号を含むエリア
をＴＲn-1 からＴＲn とし、ＴＲn-1 ，ＴＲn のそれぞ
れを階調変換テーブルにより変換した値をＯＲn-1 ，Ｏ
Ｒnとすると、求める補間結果が、ＯＲn-1 ＋｛（ＯＲn
−ＯＲn-1 ）×（ＩmgＸ−ＴＲn-1 ）｝／（ＴＲn −
ＴＲn-1 ）で表わされることは、すでにに述べた通りで
ある（図６参照）。ここで、この計算式の（ＯＲn −Ｏ
Ｒn-1 ）の項に着目する。図９で示すように、本発明の
入力信号のエリア分割は、階調変換特性を均等に分割す
ることで設定することを特徴としている。すなわち、理
想的な場合では、この（ＯＲn −ＯＲn-1 ）は固定値と
して扱えることになる。

【００４３】また、（ＯＲn −ＯＲn-1 ）は、入力信号
のレベル分割数を決定した時点で決定する。例えば、入
力信号の取り得る範囲が０〜4,096 で、この範囲を32分
割する場合には、（ＯＲn −ＯＲn-1 ）は128 となる。
よって、（ＯＲn −ＯＲn-1）／（ＴＲn −ＴＲn-1 ）
の取り得る結果は、前述の場合には、 128／１〜 128／
4,096 の4,096 通りに限定できる。ただし、これは最悪
の場合であり、 128／１〜128/200 程度の範囲が現実的
であると思われる。ただし、実際には（ＯＲn−ＯＲn-1
）が全て同じ値になることは希であると考えられるた
め、本実施の形態による演算は若干の誤差を含むことに
なる。

【００４４】本実施の形態によれば、除算結果を小規模
なテーブルにより置換できるため、ハードウェア除算よ
りも高速な演算が可能になる。また本実施の形態と第２
の実施の形態とを組み合わせることで、省メモリ且つ高
速な階調変換装置が実現できる。

【００４５】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、請求項１に係る発明によれば、階調変換値に合わせ
てヒストグラム作成時の分割エリアを可変させるように
構成しているので、階調変換値の変化が急峻な部分のエ
リア分割間隔を狭くすることができ、またエリア分割間
隔が狭くなるほど正確な階調変換テーブルの作成が可能
であり、これにより従来はメモリ削減のための犠牲にな
っていた良好な階調変換を行える階調補正装置を実現す
ることができる。また請求項２に係る発明によれば、請
求項１に係る発明における階調変換テーブルを持たない
ように構成しているので、大幅なメモリ削減効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る階調補正装置の第１の実施の形態
の概略構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示した第１の実施の形態に係る階調補正
装置の詳細な構成を示すブロック図である。

【図３】図２に示したメモリアドレス決定手段の詳細な
構成例を示すブロック図である。

【図４】図２に示したヒストグラム作成手段の動作を説
明するための説明図である。

【図５】図２に示した補間手段の構成例を示すブロック
図である。

【図６】図２に示した正規化手段で正規化された正規化
累積ヒストグラムの例を示す図である。

【図７】図２に示したヒストグラムメモリの構成例を示
すブロック図である。

【図８】図１に示した第１の実施の形態に係る分割レベ
ル更新手段の詳細な構成を示すブロック図である。

【図９】図８に示した分割レベル更新手段の動作を説明
するための説明図である。

【図10】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示すブ
ロック図である。

【図11】図10に示した第２の実施の形態の詳細な構成を
示すブロック図である。

【図12】本発明の第３の実施の形態における補間手段の
構成を示すブロック図である。

【図13】従来の階調補正装置の構成例を示すブロック図
である。

【図14】図13に示した従来の階調補正装置の動作を説明
するためのヒストグラム説明図である。

【図15】従来の階調補正装置の他の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図16】入力輝度レベルを分割しないで作成した累積ヒ
ストグラムの例、及び分割ステップにより輝度レベルを
分割した場合の累積ヒストグラムの例を示す図である。

【符号の説明】

１ヒストグラム作成手段２累積ヒストグラム作成手段３階調変換テーブル作成手段４階調変換手段５分割レベル更新手段６入力画像信号 11 メモリアドレス決定手段 12 インクリメント手段 13 累積ヒストグラム作成部 14 正規化手段 15 ヒストグラムメモリ 16 補間手段 17 階調変換テーブル 18 画像メモリ 30 分割レベル設定レジスタブロック 31 比較器ブロック 32 アドレスデコーダ 40 カウンタ 41 比較器 42 比較値レジスタ 43 新エリア格納メモリ 44 加算器 70 階調変換手段 71 補間手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力画像信号の信号値が取り得る範囲を
複数に分割して設定された複数のエリアの各エリアに相
当する信号値を持つ入力画像信号の頻度を、各エリア毎
に求めて全画像に対するヒストグラムを作成するヒスト
グラム作成手段と、前記ヒストグラムから累積ヒストグ
ラムを作成し、正規化を行う累積ヒストグラム作成手段
と、前記累積ヒストグラムに基づいて、入力画像信号の
階調特性を、入力画像全体の画像特性に応じて変換する
階調変換テーブルを作成する階調変換テーブル作成手段
と、前記階調変換テーブルを用いて入力画像信号の階調
特性を変換して出力する階調変換手段と、各エリアに対
応する前記階調変換テーブルの階調変換値の幅が均等と
なるように、前記ヒストグラム作成手段における、前記
複数のエリアの各エリアに対応する前記信号値の幅を各
々のエリアについて更新する分割レベル更新手段とを有
することを特徴とする階調補正装置。
【請求項２】入力画像信号の信号値が取り得る範囲を
複数に分割して設定された複数のエリアの各エリアに相
当する信号値を持つ入力画像信号の頻度を、各エリア毎
に求めて全画像に対するヒストグラムを作成するヒスト
グラム作成手段と、前記ヒストグラムから累積ヒストグ
ラムを作成し、正規化を行う累積ヒストグラム作成手段
と、前記累積ヒストグラムを用いて、入力画像信号の階
調特性を、入力画像全体の画像特性に応じて変換して出
力する階調変換手段と、各エリアに対応する階調変換値
の幅が均等となるように、前記ヒストグラム作成手段に
おける前記複数のエリアの各エリアに対応する前記信号
値の幅を各々のエリアについて更新する分割レベル更新
手段とを有することを特徴とする階調補正装置。