JP2003348377A - 画像表示装置および画像処理装置、並びに画像処理方法 - Google Patents
画像表示装置および画像処理装置、並びに画像処理方法Info
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Abstract
に、良好なコントラストバランスを与える画像補正が可
能な画像表示装置および画像処理装置、並びに画像処理
方法を提供する。 【解決手段】 輝度信号YINは、S/T分離回路10に
て画像の輪郭を構成するストラクチャー成分(エッジ成
分)S1と、画像の細部を構成するテクスチャー成分
(小振幅成分)T1に分離される。テクスチャー成分T
1は、テクスチャーエンハンサ20により増幅されてテ
クスチャー成分T2となる。ストラクチャー成分S1
は、ストラクチャー補正回路30にて、黒側が持ち上が
ると共に白側が抑えられるように振幅が補正され、スト
ラクチャー成分S2となる。加算器40にてテクスチャ
ー成分T2がストラクチャー成分S2に加算され、輝度
信号YINに対し振幅の拡大が抑えられた輝度信号YOUT
が生成される。
Description
正処理を施す機能を備えた画像表示装置および画像処理
装置、並びに画像処理方法に関する。
e Recorder),デジタルカメラ,テレビジョンカメラあ
るいはプリンタ等の機器は、入力画像に画質補正を施し
てから出力する画像処理機能、例えば、明暗やコントラ
ストの調整、輪郭補正などの機能を有している。こうし
た機能は、主に全体に暗くコントラストが低い画像や、
細部がぼやけた画像に対して効果的に適用される。しか
しながら、これらの処理を施したとしても、以下の理由
により、画質は必ずしも常に向上する訳ではなかった。
全体の信号レベルを上下させることで行われる。よっ
て、明るさを上げる場合には、信号全体が引き上げられ
るために画像内の暗い部分も明度が上がり、全体にメリ
ハリのない画像となることがあった。また、信号レベル
を上げていった結果、ディスプレイ装置の出力ダイナミ
ックレンジを超えてしまった場合には、高輝度側(白
側)の階調がつぶれてしまうために、デフォーカス(画
像のぼけ)を起こすおそれがあった。
ess )と呼ばれ、画像中の人物や物体の縁部、輪郭線の
部分のコントラストを強調し、はっきりさせる処理であ
る。しかし、この補正を強くかけると、輪郭が十分に鮮
鋭化される一方で画像が黒く縁取りされたようになり、
見た目に不自然な印象を与えてしまう。これでは、本来
再現されるべき画像とはいえない。こうした問題は、特
に、人物の顔において起こる。人間の顔は、記憶画像と
して本来人間にとって鋭敏に認識される対象であるため
に、顔のコントラスト拡大はわずかなものであっても見
る者に違和感を与えてしまう。
画像の輪郭に対応する信号のエッジを境に、その前後に
プリシュート・オーバーシュートをそれぞれ付けるもの
であるが、これらの成分をあまり増幅するとノイズが目
立ってくることもあった。
度合いが強いときに意図とは異なった画像を生む場合が
あり、そのような場合、各処理を組み合わせても画質が
改善される保証はなかった。
を強調する画質補正技術が提案されている(特許第32
33114号公報、特開2001−298621号公報
など)。この技術は、画像信号から、画像の細部を表す
比較的空間周波数が高い信号成分を抽出し、その振幅レ
ベルを選択的に増幅するものである。なお、本明細書に
おいては、画像信号において、画像中の主な輪郭に対応
する成分をストラクチャー(structure )成分と呼ぶ。
また、これに対して、空間周波数がより高く、画像の細
部に対応する成分をテクスチャー(texture )成分と呼
ぶ。すなわち、上記処理ではテクスチャー成分が強調さ
れる。テクスチャー成分は、例えば、人物画像における
衣服の模様や影であったり、樹木の葉が密生した部分で
あったりする。
順を、信号の振幅特性の変化で示したものである。ま
ず、画像信号210を、ストラクチャー成分S210と
テクスチャー成分T210に分離する。次に、テクスチ
ャー成分T210のみ増幅して信号T211とする。さ
らに、この信号T211をストラクチャー成分S210
に加算して、画像信号220を合成する。この処理によ
れば、ぼけがちな細部はくっきりするが全体の輪郭は強
調されないので、コントラストや鮮鋭度を向上させつつ
も、シャープネスとは異なって自然な印象の画像が得ら
れる。また、異なる照明条件下で得られた画像同士を合
成する際に、それぞれのコントラスト成分の違いのみを
補正でき、より自然な合成画像を生成することができ
る。
おいては、テクスチャー成分T211の増幅分によっ
て、合成後の画像信号220の最低値または最高値がデ
ィスプレイ装置の出力ダイナミックレンジを超えてしま
う可能性があった。そうなると、出力された画像は、信
号値が低輝度側(黒側)で飽和して起きる黒づまり、も
しくは、高輝度側(白側)で飽和して起きる白づまりの
状態を呈することになる。
211が大きく増幅されると、細部が不自然に強調され
た画像として見る者に違和感を与える可能性があった。
特に、人物の顔では、目鼻などが黒く縁取られたように
なるおそれもあった。
ので、その第1の目的は、部分的なコントラスト低下を
改善することが可能な画像表示装置および画像処理装
置、並びに画像処理方法を提供することにある。本発明
の第2の目的は、良好なコントラストバランスを与える
画像補正が可能な画像表示装置および画像処理装置、並
びに画像処理方法を提供することにある。
は、画像データを、画像の輪郭を構成するストラクチャ
ー成分と画像の細部を構成するテクスチャー成分とに分
離するデータ分離手段と、テクスチャー成分を強調する
ために増幅するテクスチャー増幅手段と、ストラクチャ
ー成分に対し、ストラクチャー成分の輝度レベルの最低
値と最高値とを除いた中間輝度領域において補正量が正
の極大となるような非直線的補正を施すストラクチャー
補正手段と、ストラクチャー成分とテクスチャー成分を
合成して加工データを生成する合成手段とを備えたもの
である。
示装置を含み、さらに、加工データをもとに画像表示を
行う表示部を備えたものである。
画像の輪郭を構成するストラクチャー成分と画像の細部
を構成するテクスチャー成分とに分離し、テクスチャー
成分を強調するために増幅する一方で、ストラクチャー
成分に対し、ストラクチャー成分の輝度レベルの最低値
と最高値とを除いた中間輝度領域において補正量が正の
極大となるような非直線的補正を施し、ストラクチャー
成分とテクスチャー成分を合成して加工データを生成す
るものである。
置、並びに画像処理方法では、ストラクチャー成分に対
し、輝度レベルの最低値と最高値とを除いた中間輝度領
域において補正量が正の極大となるような非直線的補正
が施される。その際、ストラクチャー成分は低輝度側の
振幅が持ち上がるように増幅され、このストラクチャー
成分と増幅したテクスチャー成分とを合成して得られる
加工データでは、輝度レンジが出力ダイナミックレンジ
を超えることが回避される。
て図面を参照して詳細に説明する。
表示装置の全体構成を示している。この画像表示装置
は、画像の輪郭を構成するストラクチャー成分とその細
部を構成するテクスチャー成分からなる画像データを、
テクスチャー成分を強調するように加工するための画像
処理部と、得られる加工データをもとに画像表示を行う
ディスプレイ部とから構成されている。なお、信号上で
は、ストラクチャー成分は、エッジを含む平均振幅成分
(信号全体における振幅変動の傾向を表す成分)に相当
し、テクスチャー成分はそれ以外の比較的高い周波数で
小振幅である成分に相当する。
画像表示装置の全体構成について説明する。入力される
画像信号は、テレビ信号のほか、VCR(VideoCassett
e Recorder)やDVD(Digital Versatile Disc)等の
出力であってよい。このように複数種の媒体から画像情
報を取り込み、各自について画面表示を行うことは、近
年のテレビジョンやパーソナルコンピュータ(PC)に
おいては一般的になってきている。これらの画像信号
は、通常の処理によってYUV信号にまで復調されるよ
うになっている。
復調してコンポジット信号(CVBS;Composite Vide
o Burst Signal)とし、これを出力するようになってい
る。Y/C分離回路102は、チューナ101からの復
調信号、またはVCRやDVD1からのコンポジット信
号が入力され、コンポジット信号をそれぞれ輝度信号Y
1 ,色信号C1 に分離して出力するようになっている。
クロマデコーダ103は、Y/C分離回路102から輝
度信号Y1 と色信号C1 とが入力され、YUV信号Y1
U1 V1 として出力するようになっている。スイッチ1
04は、複数種の媒体からのYUV信号(ここではYU
V信号Y1 U1 V1 、および、DVD2からのYUV信
号Y2 U2 V2 )が入力され、出力を切り換えることに
より選択した信号をYUV信号YIN,UIN,VINとして
出力するようになっている。
0,クロマアンプ60では、後に詳述するテクスチャー
強調に関する処理が行われる。テクスチャー強調部10
0は、入力される輝度信号YINに対しテクスチャー強調
処理を施し、輝度信号YOUT としてマトリクス回路10
5に出力するものである。また、遅延回路50は、色差
信号UIN,VINに対して遅延をかけ、テクスチャー強調
部100において生成される輝度信号YOUT と同期をと
って出力する機能を有している。クロマアンプ60は、
入力される色差信号UIN,VINに(YIN/YOUT )の比
を乗じ、Y/C比(C;色差信号U,Vの双方を指す)
をテクスチャー強調処理の前後で保つようにして色差信
号UOUT ,VOUT を生成・出力する機能を有している。
これら色差信号UOUT ,VOUT は、マトリクス回路10
5に出力される。
の画像データであり、画像上の位置に対応する画素値の
集合である。そのうち、輝度信号Yは輝度レベルを表現
し、白100%である白レベルと、黒100%である黒
レベルとの間の振幅値をとる。なお、画像信号の白10
0%は、IRE(Institute of Radio Engineers)とい
う画像信号の相対的な比を表す単位において、100
(IRE)と定められている。日本のNTSC信号の規
格では、白レベルが100IRE,黒レベルが0IRE
である。それゆえ、以下の説明では、輝度信号Yが、黒
を表す最低値(0IRE)またはその近傍の値をとるこ
とを「黒側」、白を表す最大値(100IRE)または
その近傍の値をとることを「白側」という。また、色差
信号U,Vはそれぞれ、青(B;Blue)から輝度信号Y
を引いた信号B−Y、赤(R;Red)から輝度信号Yを
引いた信号R−Yに対応しており、これらU信号,V信
号を輝度信号Yと組み合わせることによって色(色相,
彩度,輝度)が表現される。
調処理後のYUV信号YOUT ,UOU T ,VOUT が入力さ
れ、これらをRGB信号に再生・出力するようになって
いる。ドライバ106は、マトリクス回路105からR
GB信号が入力され、ディスプレイ107の駆動信号を
生成・出力するようになっている。ディスプレイ107
は、ドライバ106から駆動信号が入力され、駆動信号
に応じて画像表示を行うようになっている。ディスプレ
イ107は、どのような種類のディスプレイデバイスで
あってもよく、CRT(Cathode-Ray Tube)や、PDP
(Plasma Display Panel),LCD(Liquid Crystal D
isplay)等が用いられる。
画像表示装置のうち、テクスチャー強調部100の構成
と機能について、より詳細に説明する。テクスチャー強
調部100は、S/T分離回路10,テクスチャー増幅
回路20,ストラクチャー補正回路30および加算器4
0により構成されている。
に示したような処理が行われる。すなわち、入力される
輝度信号YINは、S/T分離回路10により画像の輪郭
を構成するストラクチャー成分S1と、画像の細部を構
成するテクスチャー成分T1とに分離される。テクスチ
ャー成分T1は、テクスチャー増幅回路20により増幅
されてテクスチャー成分T2となる。
チャー成分S1は、ストラクチャー補正回路30によ
り、低域側(黒側)が持ち上がると共に高域側(白側)
が抑えられるように振幅が補正され、ストラクチャー成
分S2となる。
チャー成分T2は、加算器40により加算されて輝度信
号YOUT となる。その際には、補正が施されたストラク
チャー成分S2にテクスチャー成分T2が重畳される格
好となり、輝度信号YOUT の振幅拡大は抑えられる。
ック図である。S/T分離回路10は、レベル判定手段
11,周波数判定手段12,フィルタ特性決定手段1
3,非線形フィルタ14および減算器15により構成さ
れている。レベル判定手段11,周波数判定手段12
は、それぞれ、輝度信号YINの振幅レベルおよび周波数
の変動範囲を判定し、フィルタ特性決定手段13に判定
結果を出力する。フィルタ特性決定手段13は、この判
定結果に応じて、非線形フィルタ14の振幅レベルおよ
び周波数の閾値を決定する。非線形フィルタ14は、フ
ィルタ特性決定手段13によって決められたフィルタ特
性で輝度信号YINに平滑化を行い、ストラクチャー成分
S1を抽出する。減算器15は、元の輝度信号YINから
ストラクチャー成分S1を差し引くことでテクスチャー
成分T1を抽出する。
形ローパスフィルタとは異なり、輝度信号YINの振幅レ
ベルと周波数の双方を加味した非線形のフィルタであっ
て、画像の輪郭を構成するストラクチャー成分S1が、
それ以外の成分から峻別されるようになっている。より
具体的には、輝度信号YINのうち振幅変動が急峻なエッ
ジ成分はそのまま保存し、エッジ成分以外の小振幅成分
に対して平滑化を行うようになっている(特開2001
−298621号公報を参照)。非線形フィルタ14
は、2次元の非線形フィルタもしくは画像の水平方向と
垂直方向それぞれに適用される1次元の非線形フィルタ
として構成され、フィルタリングの中心画素に対し、画
素値(振幅)の差の絶対値が所定の閾値ε以下に収まっ
ている周辺画素の画素値はそのまま適用するが、画素値
の絶対値の差が閾値εよりも大きければ、そこをエッジ
と判断し、周辺画素の画素値の代わりに中心画素の画素
値を用いることで周辺画素の影響を排除してから平滑化
を行う。
い部分が必ずしも画像上の輪郭線であるとは限らず、逆
に、振幅変動が小さくとも輪郭線である場合がある。そ
のため、ここでは、振幅レベルだけでなく周波数からの
情報を合わせて平滑化を行うことで、ストラクチャー成
分S1の抽出の確度を上げるようにしている。
クチャー成分S1としてエッジ以外の部分では出来るだ
け変化が少ない信号を得ることが望ましいが、そのため
には、空間的に広い範囲をカバーできるフィルタとする
ことが必要となる。例えば、輝度信号YINが水平有効画
素720ドット,垂直走査ライン288本に相当するデ
ータであれば、両方向に1/4である(180画素×7
2画素)程度の大きさのフィルタを用いるとよい。
ー強調部の後段を示すブロック図である。テクスチャー
増幅回路20は、S/T分離回路10から出力されるテ
クスチャー成分T1を、外部入力されるエンハンスゲイ
ンTEに応じて増幅する増幅器であり、テクスチャー成
分T2を生成・出力する。なお、実際のエンハンスゲイ
ンTEの値は、1〜2の間の値とするのが適当である。
通常の使用では、その値は例えば1.3〜1.4程度と
されるが、それ以上ではテクスチャー強調の効果が強く
現れる。エンハンスゲインTEの値が2以上となると、
テクスチャー成分が強調され過ぎて違和感を与えるよう
になってくる。
ンマ曲線生成回路31,ゲイン調整回路32,遅延回路
33および加算器34からなる。このストラクチャー補
正回路30は、S/T分離回路10から入力されるスト
ラクチャー成分S1に対し、(1)ストラクチャー成分
S1の輝度レベルの最低値と最高値を除いた中間輝度領
域において補正量が正の極大となるような非直線的補
正、および(2)輝度レベルの最高値を低減する補正を
同時に施すものである。なお、本実施の形態では、上記
非直線的補正を便宜的にガンマ補正と呼称する。
ように、予め基準となるガンマ特性31Aを保持してお
り、これからストラクチャーS1を差し引いてガンマ補
正の補正量であるガンマ曲線γ0 を求め、ゲイン調整回
路32に出力するようになっている。このガンマ特性3
1Aのガンマ値は、例えば、0.5ないし0.7(入力
値をX,出力値をYとしたときの入出力特性がY=X
0.5 ないしY=X0.7 )とするとよい。またここでは、
ガンマ特性31Aは、白側のレンジが下がった出力が得
られるよう、最高出力値が、入力されるストラクチャー
成分S1の最高値よりもオフセット値ΔYだけ低く設定
されている。
号レベルの20〜40(IRE)の範囲内にピーク(入
力信号との差、すなわち補正量が最大となる振幅出力)
Pを有している。人間の顔の輪郭や影の部分の黒は、振
幅レベルでは、ほぼ20〜40(IRE)に相当する。
したがって、このように20〜40(IRE)の範囲内
の振幅レベルを持ち上げるように補正することで、人間
の顔の輪郭や影の部分に対する強調効果を和らげ、顔に
対し違和感を生じないようにすることができる。このよ
うに、最高値に対してオフセット値ΔYがあり、20〜
40(IRE)にピークPをもつという特徴は、生成さ
れるガンマ曲線γ0 に受け継がれる。
ゲインGを加減して調整する増幅器として構成されてい
る。図6は、その調整の様子を示している。ガンマ曲線
γ0は、ゲインGを上げると(G>1)、ガンマ曲線γ
1 のように変化し、ゲインGを下げると(0<G<
1)、ガンマ曲線γ2 のように変化する。これにより、
ガンマ曲線γ0 は、ピークP側への曲がり具合とオフセ
ット値ΔYの値が同時に調整される。オフセット値ΔY
は、例えば、入力側の最大振幅値に対して2〜25%の
範囲で選択される。
をエンハンスゲインTEに応じて加減するようになって
いる。エンハンスゲインTEが大きいほどテクスチャー
成分T2の振幅は大きくなる。ストラクチャー成分S2
は、ダイナミックレンジに対して黒側および白側で飽和
しないよう、エンハンスゲインTEに応じて黒側の特性
は大きく曲げられねばならないし、白側の特性は低く抑
えられねばならない。したがって、この場合にはゲイン
Gが大きくなるように調整され、γ1 型のガンマ曲線が
得られる。逆に、エンハンスゲインTEが小さい場合に
は、テクスチャー成分T2の振幅増大はさほど考慮する
必要がないので、ゲインGはあまり変える必要はない。
よって、この場合には、その増幅の度合いに応じてゲイ
ンGが小さくなるように調整され、γ2 型のガンマ曲線
が得られる。
さらに、ゲインGをドライブゲインDに応じて加減する
ようになっている。前述のように、ドライバ106は、
輝度階調に応じた電圧値の駆動信号を生成する。しかし
ながら、通常の画像表示装置では、駆動信号のダイナミ
ックレンジは可変であり、ダイナミックレンジの高輝度
側(白側)にオフセットを付けて実効的な駆動電圧を加
減することにより、画像の明るさが調整されるようにな
っている。このダイナミックレンジに対するゲインが、
ドライブゲインDである。すなわち、ここでは、エンハ
ンスゲインTEとドライブゲインDの2つの要素が同時
に考慮されてガンマ曲線γ0 のゲインGが決定される。
駆動されることを意味する。このときの白側は、輝度が
ひときわ高くなるために、人間の目の特性上、階調がと
れなくなってくる。そのような状態では、いくらテクス
チャー成分を強調しても効果的な画質改善は望めない。
こうした場合、階調を視認できるレベルまでストラクチ
ャー成分S2の振幅を下げるようにすれば、強調された
テクスチャー成分T2を十分に認めることができる。し
たがって、ドライブゲインDが大きい場合には、ゲイン
Gは大きくなるように調整される。また、その場合にエ
ンハンスゲインTEが大きければ、一層ゲインGは大き
くする必要がある。
このような問題が生じないのでストラクチャー成分S2
を補正する必要はなく、ゲインGは小さく選ばれる。た
だし、エンハンスゲインTEも小さければゲインGは小
さいままでよいが、エンハンスゲインTEが大きけれ
ば、ゲインGはエンハンスゲインTEに応じて大きくす
る必要がある。
あるが、一般的には、画質モードに対応して予め数段階
に設定されており、そのうちの1つが外部から選択され
るようになっている。具体例としては、ダイナミックモ
ード(D=100%)、スタンダードモード(D=80
〜90%)、ソフトモード(D=50%)などと設定さ
れる。ダイナミックモードやスタンダードモードでは、
ディスプレイ107をフルレンジに対し100%〜80
%の電圧で駆動させる。このようにドライブレベル上限
近くで駆動させるほど輝度は高くなるが、ディスプレイ
107上で視認される輝度は白側で飽和したようにな
り、白側の階調はあまりとれなくなってくる。これに対
して、ソフトモードでは、フルレンジをダイナミックモ
ード時の50%の電圧で駆動するので、輝度は多少低く
なるが適正な階調表現がなされる。よって、ダイナミッ
クモードやスタンダードモードのように、ドライブゲイ
ンDが大きな画質モードほど、高輝度側の特性を確保す
るために最終的に得られる輝度信号の白レベルを下げる
必要がある。よって、ゲインGを大きくして、ガンマ曲
線γ0 のオフセットΔYを大きくとるようにする。
6における駆動信号の振幅がダイナミックレンジいっぱ
いとなるような値に選ばれるのが好ましい。ただし、デ
ィスプレイ107がCRTである場合には、管面に表示
される画像の輝度のうち高周波成分が高輝度側で大幅に
低下する傾向があるため、駆動信号の振幅レベルを、ダ
イナミックレンジぎりぎりではなく、さらに少し下げる
ようにゲインGを調整する。このように、ゲインGはデ
ィスプレイ107の種類によっても加減され、例えば、
エンハンスゲインTEが1.7であるときには、ディス
プレイ107がLCDであればゲインGは95%前後、
CRTであれば90%前後とされる。
て得られたゲインGによって、ガンマ曲線γ0 の補正量
が調整される。
ー成分S1に遅延をかけ、ガンマ曲線生成回路31,ゲ
イン調整回路32において生成されるガンマ曲線γ0 と
同期をとって出力する。加算器34は、入力されるスト
ラクチャー成分S1とガンマ曲線γ0 とを加算し、スト
ラクチャー成分S2を生成・出力する。
40によりテクスチャー成分T2と加算される。これに
より、テクスチャー成分が強調されると共にストラクチ
ャー成分が補正された輝度信号YOUT が生成される。
動作について図1〜図6を参照して説明する。
復調される。テレビ信号は、チューナ101で復調され
てコンポジット信号となるが、VCRやDVD1からは
直接コンポジット信号が入力される。これらのコンポジ
ット信号は、Y/C分離回路102において輝度信号Y
1 と色信号C1 に分離され、クロマデコーダ103にお
いてYUV信号Y1 U1 V1 にデコードされる。また、
DVD2からは、YUV信号Y2 U2 V2 が入力される
ものとされ、どの画像信号を用いるかをスイッチ104
が選択する。
号のうち、輝度信号YINはテクスチャー強調部100
に、色差信号UIN,VINは遅延回路50,クロマアンプ
60に入力され、ここでテクスチャー強調に関する処理
が行われる。
YINは、まずS/T分離回路10に入力される(図
3)。
11,周波数判定手段12に輝度信号YINが入力され、
それぞれが輝度信号YINの振幅レベルおよび周波数の変
動範囲を判定し、判定結果をフィルタ特性決定手段13
に出力する。フィルタ特性決定手段13は、この判定結
果に応じて非線形フィルタ14の振幅レベルおよび周波
数の閾値を決定し、非線形フィルタ14に出力する。非
線形フィルタ14は、フィルタ特性決定手段13に与え
られたフィルタ特性に基づいて輝度信号YINに平滑化を
施し、ストラクチャー成分S1を抽出する。ここで得ら
れたストラクチャー成分S1は、エッジ部分はそのまま
保存され、それ以外の部分のみ平滑化された画像データ
となっている。すなわち、画像のなかの輪郭線等の大ま
かな構成を表すデータである。
トラクチャー成分S1を差し引くことでテクスチャー成
分T1を抽出する。得られたテクスチャー成分T1は、
元信号からストラクチャー成分S1を除いた小振幅成分
となっており、画像の中の細部、例えば衣服の模様など
の細かな起伏に相当するデータである。この結果、S/
T分離回路10からストラクチャー成分S1およびテク
スチャー成分T1が生成・出力される。
スチャー増幅回路20に入力される。テクスチャー増幅
回路20にはエンハンスゲインTEが外部入力され、テ
クスチャー成分T1はこのエンハンスゲインTEに応じ
て増幅され、テクスチャー成分T2となる(図2,図
4)。このテクスチャー成分T2は、加算器40に出力
される。
クチャー補正回路30に入力され、以下の補正を施され
ることによりストラクチャー成分S2として出力される
(図4)。まず、ストラクチャー成分S1を、遅延回路
33およびガンマ曲線生成回路31にそれぞれ入力す
る。遅延回路33は、ストラクチャー成分S1に遅延を
かけ、加算器34に出力する。
ー成分S1をガンマ特性31Aから減算することでガン
マ補正の補正量であるガンマ曲線γ0 を求め、ゲイン調
整回路32に出力する(図5)。ここでは、ガンマ曲線
γ0 は、以下の特徴と備えたものとなっている。(1)
ガンマ値が選ばれることで黒側が持ち上がるような曲線
となっている(2)入力信号の20〜40(IRE)の
範囲内に曲線のピークPを有する(3)最高出力値が最
高入力値に対しオフセット値ΔYだけ低く設定されてい
る。
曲線γ0 に対し、そのゲイン(ゲインG)を加減する
(図4,図6)。ここでは、ゲイン調整回路32にはエ
ンハンスゲインTEおよびドライブゲインDが入力さ
れ、両者の兼ね合いによってゲインGに強弱がつけられ
る。これにより、ゲインGは、テクスチャー成分T1の
増幅の度合い、さらにはドライバ106側の信号制御、
ディスプレイ107自体の特性等の画質に関わる条件を
考慮した値となる。このゲインGにより、ガンマ曲線γ
0 の特性は、合成後の輝度信号YOUT の振幅レンジがダ
イナミックレンジ内に収まるように設定される。ここで
は、輝度信号YOUT の振幅レンジがダイナミックレンジ
いっぱいに収まるようにゲインGを加減し、ガンマ曲線
γ0 を調整するものとする。このガンマ曲線γ0 を、加
算器34に出力する。
遅延回路33を通して同期を取ったストラクチャー成分
S1とが入力される。加算器34はストラクチャー成分
S1にガンマ曲線γ0 を加算し、いわゆるガンマ補正を
行う。このガンマ補正では、黒側の振幅レベルが持ち上
がるように増幅されてコントラストが補正されるだけで
なく、オフセットΔYにより白側の振幅レベルが低減さ
れる。また、20〜40(IRE)の範囲内の輝度領域
にピークを持たせ、振幅を持ち上げるような補正が施さ
れる。このように、ストラクチャー成分S1に上述した
ガンマ曲線γ0の特性が付与され、ストラクチャー成分
S2が生成される(図2)。このストラクチャー成分S
2は、加算器40に出力される。
とテクスチャー成分T2が入力され、両者を加算して輝
度信号YOUT を生成する。ストラクチャー成分S2は、
エンハンスゲインTEとドライブゲインDを参照したガ
ンマ補正によって黒側が持ち上げられているので、テク
スチャー成分T2を加算した後の最小振幅レベルは、ダ
イナミックレンジいっぱいになる。また、白側の振幅レ
ベルがエンハンスゲインTEとドライブゲインDを参照
して低減されているので、テクスチャー成分T2を加算
した後の最大振幅レベルは、ダイナミックレンジいっぱ
いになる。したがって、輝度信号YOUT は、テクスチャ
ー強調処理がなされていると同時に、ドライバ106の
駆動信号のダイナミックレンジ内にちょうど収まるよう
になっている。
延回路50により輝度信号YOUT の処理にかかる時間だ
け遅延させ、クロマアンプ60によりYOUT /YINを乗
じて輝度信号YOUT の増幅分だけ増幅して、Y/C比が
テクスチャー強調処理の前後で保たれるように色差信号
UOUT ,VOUT を生成する。
OUT は、マトリクス回路105に入力される。マトリク
ス回路105は、これらのYUV信号からRGB信号を
再生し、ドライバ106に出力する。ドライバ106
は、入力されるRGB信号を増幅し、輝度階調に応じた
電圧値の駆動信号を生成し、ディスプレイ107に出力
してこれを駆動させる。ディスプレイ107は、入力さ
れる駆動信号に応じた画像を表示する。
トラクチャー成分補正により、駆動信号は白側、黒側と
もダイナミックレンジ内に収まったものとなる。よっ
て、黒づまりや白づまりの現象が防止される。しかも、
ここでは、駆動信号はダイナミックレンジいっぱいに駆
動されるようになっており、必要以上に画像が暗くなる
のを防いでいる。なお、上述したように、輝度信号Y
OUT には、ドライバ106側での信号制御、ディスプレ
イ107自体の特性等の画質に関わる条件を考慮してス
トラクチャー成分補正がなされているので、これに基づ
く駆動信号は、適正なコントラスト配分で表示を行うよ
うになっている。
(IRE)の範囲内にピークを有するように低輝度領域
の振幅を持ち上げるような補正がなされているので、こ
れに基づく駆動信号においても、この輝度領域の振幅が
持ち上がったものとなる。よって、ちょうど人物の顔の
輪郭や影に相当する黒色が明るく補正され、この範囲の
テクスチャー成分増幅の効果が緩和される。
れる画像では、黒づまりや白づまりの現象が防止され、
テクスチャー強調処理による効果、すなわち細部のコン
トラスト向上により、鮮鋭であるにも関わらず自然な印
象を与えるという効果が遺憾なく発揮される。また、ス
トラクチャー成分の補正により全体のコントラストバラ
ンスが調整されているため、細部のコントラスト向上を
明るい部分でもはっきりと視認することができ、テクス
チャー強調が一層有効なものとなる。さらに、テクスチ
ャー強調処理によって人物の顔の輪郭や影の部分が黒く
強調されてしまうことが緩和され、画質を落とすことが
ないようになっている。
ば、テクスチャー強調処理を行う画像表示装置におい
て、ストラクチャー補正回路30を設け、ストラクチャ
ー成分S1に対して黒側が持ち上がるようなガンマ補正
と白側のレベルダウン補正を行うようにしたので、テク
スチャー成分が増幅された輝度信号YOUT の振幅レンジ
が上下で抑えられる。よって、輝度信号YOUT の振幅レ
ンジがダイナミックレンジを超えることが回避され、黒
づまり、白づまりの現象を抑制することができる。特
に、この補正には、オフセットΔYを有するガンマ曲線
γ0 を用いるようにしたので、ストラクチャー成分S1
に対するガンマ補正と振幅レベル低減とを同時に行うこ
とができる。
ンハンスゲインTEを参照して行うようにしたので、テ
クスチャーT1の増幅の度合いに応じて、輝度信号Y
OUT を元にした駆動信号の振幅レンジをダイナミックレ
ンジ内に収めることができる。これにより、黒づまり、
白づまりが適正に防止される。また、駆動信号の振幅レ
ンジをダイナミックレンジいっぱいに制御することも可
能である。
1の補正をドライブゲインDを参照して行うようにした
ので、ドライバ106側での信号制御や、ディスプレイ
107自体の特性等に応じ、実効的なコントラスト制御
が可能となる。よって、テクスチャー強調の効果を一層
上げることができる。
20〜40(IRE)の範囲内にピークPをもつように
ガンマ補正を施すようにしたので、テクスチャー強調処
理により、人物の顔の輪郭や影の部分が強調されること
を回避して表示することができる。よって、記憶画像で
ある顔の表情に違和感を与えることが防止される。
ャー補正回路30に対する変形例について説明する。図
7は、本変形例に係るストラクチャー補正回路を示して
いる。この場合、補正に用いるガンマ曲線はエンハンス
ゲインTEとドライブゲインDとに対応させていくつか
用意され、予めルックアップテーブル(LUT)35に
格納されている。LUT35にはエンハンスゲインT
E,ドライブゲインDが入力され、それらの値に応じた
ガンマ曲線がスイッチ回路により選択され、出力され
る。
リクスとしてガンマ曲線を格納している。ここでは、一
例としてエンハンスゲインTE,ドライブゲインDは共
に3段階としており、計9種類のガンマ曲線〜が格
納されている。既に説明したとおり、エンハンスゲイン
TEに対しては、値が大きいほど(弱→中→強の方向
に)ガンマ曲線は強い補正効果をもつように設定され
る。すなわち、ガンマ値は大きく、白側のオフセット値
ΔYは大きく設定される。ドライブゲインDに対して
は、実際にドライブさせるダイナミックレンジが大きく
なるほど、高輝度側の階調を確保するために、ガンマ曲
線は強い補正効果をもつように設定される。そこで、ガ
ンマ曲線の補正強度は、が最も高く、次いで,、
さらに,,、…としてよい。そのとき、単純に
=、==、…としてもよいが、各自に重み付け
を施すこともできる。
0 の調整を、エンハンスゲインTE,ドライブゲインD
の2つの条件を組み合わせて行うようにしたが、エンハ
ンスゲインTEだけを参照して行うようにしてもよい。
これをルックアップテーブルを用いて行う場合、LUT
35は、図9のようなテーブルにガンマ曲線を格納して
いる。
れず種々の変形実施が可能である。例えば、ストラクチ
ャー補正に用いるガンマ曲線の設定は、上記実施の形態
に限定されず、そのほかの種々の方法によって行うこと
ができる。また、通常の意味で用いられるガンマ補正に
おける入力特性はY=Xγと表されるが、本発明のスト
ラクチャー補正においては、このような入力値の巾乗に
従う特性だけでなく、そのほかの非直線的な特性を適用
しても構わない。
一定の関数に従うものでない場合も、当然含まれてい
る。例えば、図10に示した方法では、ガンマ曲線γ0
を、入力に対してピークPと白レベルの位置に支点を持
つような折れ線として近似しておき、これによりストラ
クチャー成分S1を補正してストラクチャー成分S11
とする。次いで、ストラクチャー成分S11にロウパス
フィルタをかけて平滑化する。これにより、曲線状のス
トラクチャー成分S2が得られる。
処理方法に係るS/T分離、テクスチャー強調およびス
トラクチャー補正の各動作を回路によって行うものとし
たが、これらをソフトウエア上で実現させてもよい。
について説明したが、本発明の画像処理装置は、画像表
示機能を有する装置に限定されず、画像処理を行うその
ほかの装置全般に適用が可能である。そのような装置と
しては、テレビジョンカメラ、VTR、プリンタ等があ
る。
のいずれか1項に記載の画像処理装置、または請求項9
記載の画像表示装置、または請求項10記載の画像処理
方法によれば、ストラクチャー成分に対して、黒側の振
幅レベルを増幅させるようなガンマ補正が施されるよう
にしたので、補正後のストラクチャー成分と、増幅され
たテクスチャー成分とを合成して得られる加工データで
は、コントラストバランスが調整されると同時に、結果
として最低輝度近傍、すなわち黒側での平均輝度レベル
が上昇する。そのため、テクスチャー強調処理を行うこ
とが原因で出力画像に黒づまりを生じることを回避する
ことができる。したがって、テクスチャー強調画像にお
いて、安定した画質向上と黒側でのコントラスト低下の
改善を図ることが可能となる。
ば、請求項1記載の画像処理装置において、ストラクチ
ャー補正における入出力特性を、入力されるストラクチ
ャー成分の輝度レベルの最高値の20%ないし40%の
範囲内において補正量が最大となるように設定するよう
にしたので、ちょうど人物の顔の輪郭や影に相当する黒
色が明るく補正され、この範囲のテクスチャー成分増幅
の効果が緩和される。よって、記憶画像である顔の表情
に違和感を与えるような極端な画像補正を回避すること
が可能となる。
ば、請求項1記載の画像処理装置において、ストラクチ
ャー補正における入出力特性を、最高出力値が、入力さ
れるストラクチャー成分の輝度レベルの最高値よりも低
くなるように設定するようにしたので、結果として加工
データの最高輝度近傍、すなわち白側のレンジが抑えら
れる。よって、黒づまりと同時に白づまりもまた防止さ
れ、白側でのコントラスト低下の改善、および一層の画
質向上を図ることが可能となる。
体構成を示す回路ブロック図である。
ー強調部の作用を説明するための図である。
回路の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
ャー補正回路およびテクスチャー増幅回路の具体的な構
成を示す回路ブロック図である。
ガンマ曲線生成回路の作用を説明するための図である。
ゲイン調整回路の作用を説明するための図である。
を示す回路図である。
ルックアップテーブルの第1の構成を示す図である。
ルックアップテーブルの第2の構成を示す図である。
変形例について示す説明図である。
調処理の概要を説明するための図である。
周波数判定手段、13…フィルタ特性決定手段、14…
非線形フィルタ、15…減算器、20…テクスチャー増
幅回路、30…ストラクチャー補正回路、31…ガンマ
曲線生成回路、32…ゲイン調整回路、34,40…加
算器、33,50…遅延回路、35…LUT、60…ク
ロマアンプ、100…テクスチャー強調部、101…チ
ューナ、102…Y/C分離回路、103…クロマデコ
ーダ、104…スイッチ、105…マトリクス回路、1
06…ドライブ、107…ディスプレイ、S1,S2…
ストラクチャー成分、T1,T2…テクスチャー成分、
YIN,YOUT …輝度信号、UIN,VIN,,UOUT ,V
OUT …色差信号、TE…エンハンスゲイン、D…ドライ
ブゲイン。
Claims (10)
- 【請求項1】 画像データを、画像の輪郭を構成するス
トラクチャー成分と画像の細部を構成するテクスチャー
成分とに分離するデータ分離手段と、 前記テクスチャー成分を強調するために増幅するテクス
チャー増幅手段と、 前記ストラクチャー成分に対し、ストラクチャー成分の
輝度レベルの最低値と最高値とを除いた中間輝度領域に
おいて補正量が正の極大となるような非直線的補正を施
すストラクチャー補正手段と、 前記ストラクチャー成分とテクスチャー成分を合成して
加工データを生成する合成手段とを備えたことを特徴と
する画像処理装置。 - 【請求項2】 前記非直線的補正における入出力特性
は、 前記テクスチャー成分の増幅の度合いに応じて設定され
ていることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。 - 【請求項3】 前記非直線的補正における入出力特性
は、 入力されるストラクチャー成分の輝度レベルの最高値の
20%ないし40%の範囲内において補正量が最大とな
るように設定されていることを特徴とする請求項1記載
の画像処理装置。 - 【請求項4】 前記非直線的補正における入出力特性
は、 最高出力値が、入力されるストラクチャー成分の輝度レ
ベルの最高値よりも低くなるように設定されていること
を特徴とする請求項1記載の画像処理装置。 - 【請求項5】 前記最高出力値は、前記テクスチャー成
分の増幅の度合いに応じて設定されていることを特徴と
する請求項4記載の画像処理装置。 - 【請求項6】 前記最高出力値は、入力されるストラク
チャー成分の最高値から、この最高値の2%ないし25
%の範囲内の値だけ低く設定されていることを特徴とす
る請求項4記載の画像処理装置。 - 【請求項7】 前記最高出力値は、 前記加工データの輝度レベルの最高値が、前記加工デー
タをもとに画像出力を行う出力装置の最大許容出力値以
下となるように設定されていることを特徴とする請求項
5記載の画像処理装置。 - 【請求項8】 前記最高出力値は、前記加工データの輝
度レベルの最高値が前記最大許容出力値と等しくなるよ
うに設定されていることを特徴とする請求項7記載の画
像処理装置。 - 【請求項9】 画像データを、画像の輪郭を構成するス
トラクチャー成分と画像の細部を構成するテクスチャー
成分とに分離するデータ分離手段と、 前記テクスチャー成分を強調するために増幅するテクス
チャー増幅手段と、 前記ストラクチャー成分に対し、ストラクチャー成分の
輝度レベルの最低値と最高値とを除いた中間輝度領域に
おいて補正量が正の極大となるような非直線的補正を施
すストラクチャー補正手段と、 前記ストラクチャー成分とテクスチャー成分を合成して
加工データを生成する合成手段と、 前記加工データをもとに画像表示を行う表示部とを備え
たことを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項10】 画像データを、画像の輪郭を構成する
ストラクチャー成分と画像の細部を構成するテクスチャ
ー成分とに分離し、 前記テクスチャー成分を強調するために増幅する一方
で、前記ストラクチャー成分に対し、ストラクチャー成
分の輝度レベルの最低値と最高値とを除いた中間輝度領
域において補正量が正の極大となるような非直線的補正
を施し、 前記ストラクチャー成分とテクスチャー成分を合成して
加工データを生成することを特徴とする画像処理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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