JP2005077950A

JP2005077950A - ヒストグラム制御画質補正回路

Info

Publication number: JP2005077950A
Application number: JP2003310596A
Authority: JP
Inventors: Showa Fukuchi; 将和福地; Masayuki Sakauchi; 正幸坂内; Shuji Kiyama; 修治木山; Junichi Onodera; 純一小野寺
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】
中域部分の入出力特性が変動せず、急激な傾斜となる部分が存在しない補正曲線を生成すること。
【解決手段】
入力された輝度信号Ｙについて、Ｎ個（Ｎは自然数）の画素につき１個の画素を抽出する画素サンプリング処理部と、複数のカウンタからなり前記画素サンプリング処理部で抽出した画素の輝度レベルに応じてカウントしてヒストグラム分布を検出する分布検出部と、前記分布検出部のカウンタからの突出した出力に制限をかけ、入力輝度レベルと出力輝度レベルが特定された少なくとも１つの固定点を境界にして低階調側と高階調側でそれぞれ補正曲線を生成したのち前記固定点で結合して全体としての補正曲線を生成する補正曲線生成部とを具備してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のディスプレイ装置に映像を表示する場合に使用されてきた画質補正回路に関するものであり、ヒストグラム分布に基づいて最適な補正曲線を生成して出力するヒストグラム制御画質補正回路に関するものである。

従来より、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のディスプレイ装置に映像を表示する場合に、入力信号を基にして入出力特性を補正する画質補正処理が行われてきた。例えば、映像の平均入力レベルを求め、この平均入力レベルを基に補正曲線を選択して補正を行う方法が存在するが、図６（ａ）のように低階調部に分布が集中しているときと、図６（ｂ）のように中階調部に分布が集中しているときとの平均入力レベルが同一である場合に、この方法では、これらの映像の偏りを検出することができずに同一の補正曲線を選択してしまうため、十分な補正を行うことができなかった。

そこで、本出願人は、平均入力レベルは同一であるが輝度の分布が異なる図６（ａ）と図６（ｂ）のような場合を区別して補正を行う方法として、特許文献１に記載の映像信号補正回路を提案している。この特許文献１に記載の映像信号補正回路は、入力された映像信号の入力レベルの分布、いわゆるヒストグラムを検出し、このヒストグラムのうち全体のＭ％（０＜Ｍ＜１００）を占める領域の両端の点ａ１、ａ２を算出し、ａ１、ａ２間の傾きが最大となる補正曲線をＲＯＭから選択して補正を行うものである。この方法を用いることで、図６（ａ）、図６（ｂ）のようなヒストグラム分布の場合には、それぞれ図７（ａ）、図７（ｂ）のような補正曲線が選択されることとなり、平均入力レベルは同一であるが輝度の分布が異なる場合を区別して補正を行うことができる。
特開２０００−２８７１０４号公報

上記特許文献１記載の映像信号補正回路を用いることで、ヒストグラムの分布に応じた補正曲線を生成することができるが、図７（ａ）（ｂ）に示すように、これらの補正曲線は補正前の特性に比べて急激な傾斜をしているため、映像全体が明るくなりすぎたり、逆に画質が劣化したりするという問題があった。
また、特許文献１記載の映像信号補正回路では、図２に示すような、ヒストグラムの分布の山が２つ存在する場合に最適な補正曲線を生成することができないという、問題があった。
さらに、特許文献１記載の映像信号補正回路では、１フレームの画素数のうち９５％までカウントしなければヒストグラムの分布を検出することができず、大規模なカウンタが必要となり、全体としての回路規模が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、どのようなヒストグラム分布に対しても最適な補正曲線であり、中域部分の入出力特性が変動せず、かつ、画質の劣化を招くような急激な傾斜となる部分が存在しない補正曲線を生成することができるヒストグラム制御画質補正回路を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、入力された輝度信号Ｙについて、Ｎ個（Ｎは自然数）の画素につき１個の画素を抽出する画素サンプリング処理部と、複数のカウンタからなり前記画素サンプリング処理部で抽出した画素の輝度レベルに応じてカウントしてヒストグラム分布を検出する分布検出部と、前記分布検出部のカウンタからの突出した出力に制限をかけ、入力輝度レベルと出力輝度レベルが特定された少なくとも１つの固定点を境界にして低階調側と高階調側でそれぞれ補正曲線を生成したのち前記固定点で結合して全体としての補正曲線を生成する補正曲線生成部とを具備してなることを特徴とするヒストグラム制御画質補正回路である。

請求項２記載の発明は、入力された輝度信号Ｙについて、Ｎ個（Ｎは自然数）の画素につき１個の画素を抽出する画素サンプリング処理部と、複数のカウンタからなり前記画素サンプリング処理部で抽出した画素の輝度レベルに応じてカウントしてヒストグラム分布を検出する分布検出部と、前記分布検出部のカウンタからの突出した出力に制限をかけ、入力輝度レベルと出力輝度レベルが特定された少なくとも１つの固定点を境界にして低階調側と高階調側でそれぞれ補正曲線を生成したのち前記固定点で結合して全体としての補正曲線を生成する補正曲線生成部と、前記補正曲線生成部からの補正曲線についてフレーム間での微小な変化及び急激な変化を抑制する時間軸フィルタ部と、前記時間軸フィルタ部からの補正曲線に基づいて輝度信号Ｙの階調特性を補正して輝度信号Ｙ´として出力する階調特性補正部とを具備してなることを特徴とするヒストグラム制御画質補正回路である。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のヒストグラム制御画質補正回路に加えて、分布検出部は、入力輝度信号Ｙの輝度レベル０から最高輝度レベルまでを均等かつ複数に分割し、その分割したそれぞれの輝度レベル範囲をカウントする複数のカウンタからなり、前記画素サンプリング処理部で抽出した画素について、その輝度レベルに対応したカウンタでカウントするようにしたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載のヒストグラム制御画質補正回路に加えて、補正曲線生成部は、前記分布検出部の複数のカウンタの出力に対して上限及び下限をそれぞれ設定して制限をかける制限処理部と、前記制限処理部からの複数のカウンタに対応した出力のうち、ある入力と出力が同一の輝度レベルである点を固定点とし、この固定点より低階調側のカウンタに対応した出力を積算して低階調側の補正曲線を生成する第一の積分処理部と、前記固定点より高階調側のカウンタに対応した出力を積算して高階調側の補正曲線を生成する第二の積分処理部と、前記第一の積分処理部と第二の積分処理部の出力を前記固定点で結合し、かつ、輝度レベル出力に正規化して出力する正規化処理部とからなることを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項１、２又は３記載のヒストグラム制御画質補正回路に加えて、補正曲線生成部は、前記分布検出部の複数のカウンタの出力に対して上限及び下限をそれぞれ設定して制限をかける制限処理部と、前記制限処理部からの複数のカウンタに対応した出力のうち、ある入力と出力が同一の輝度レベルである点を固定点とし、この固定点より低階調側のカウンタに対応した出力について偏った分布を検出して制御する第一の偏分布制御処理部と、前記固定点より高階調側のカウンタに対応した出力について偏った分布を検出して制御する第二の偏分布制御処理部と、前記第一の偏分布制御処理部の出力を積算して低階調側の補正曲線を生成する第一の積分処理部と、前記第二の偏分布制御処理部の出力を積算して高階調側の補正曲線を生成する第二の積分処理部と、前記第一の積分処理部と第二の積分処理部の出力を前記固定点で結合し、かつ、輝度レベル出力に正規化して出力する正規化処理部とからなることを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、請求項１、２、３、４又は５記載のヒストグラム制御画質補正回路に加えて、階調特性補正部の後段に、マトリクス変換処理部とγ補正処理部を順次設け、前記マトリクス変換処理部は、階調特性補正部からの輝度信号Ｙ´と、別途設けた色差信号入力端子からの色差信号Ｃｒ、及び、色差信号Ｃｂとが入力されて、これら３つの信号に基づいてマトリクス変換処理をしてＲ、Ｇ、Ｂ信号を生成し、前記γ補正処理部では、前記マトリクス変換処理部で生成したＲ、Ｇ、Ｂ信号にγ補正処理をして出力するようにしたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、どのようなヒストグラム分布に対しても最適な補正曲線であり、中域部分の入出力特性が変動せず、かつ、急激な傾斜となる部分が存在しない補正曲線を生成することができる。

請求項２記載の発明によれば、どのようなヒストグラム分布に対しても最適な補正曲線であり、中域部分の入出力特性が変動せず、かつ、急激な傾斜となる部分が存在しない補正曲線を生成することができる。また、時間軸フィルタ部を設けたので、フレーム間での補正曲線の微小な変化及び急激な変化を抑制することができる。

請求項３記載の発明によれば、入力輝度信号Ｙの輝度レベル０から最高輝度レベルまでを均等かつ複数に分割し、その分割したそれぞれの輝度レベル範囲に対応させた複数のカウンタによって分布検出部を構成したので、正確なヒストグラム分布を検出することができる。

請求項４記載の発明によれば、制限処理部で制限をかけたカウンタの出力を用いて低階調側と高階調側でそれぞれ補正曲線を生成し、これを固定点で結合し、かつ、輝度レベル出力に正規化して出力するようにしたので、急激な傾斜となる部分がなく、固定点の階調特性が変動することのない補正曲線を生成することができ、安定した画質を提供することができる。

請求項５記載の発明によれば、制限処理部で制限をかけたカウンタの出力にさらに偏分布制御処理部で偏った分布を検出して制御するようにし、この偏分布制御処理部の出力を用いて低階調側と高階調側でそれぞれ補正曲線を生成し、これを固定点で結合し、かつ、輝度レベル出力に正規化して出力するようにしたので、急激な傾斜となる部分及び極端な補正となる偏りがなく、固定点の階調特性が変動することのない補正曲線を生成することができ、安定した画質を提供することができる。

請求項６記載の発明によれば、階調特性の補正に加えてγ補正処理も行えるので、低階調部と高階調部の階調特性を向上させることができる。

本発明によるヒストグラム制御画質補正回路は、Ｎ個につき１個の割合でサンプリング処理した画素の輝度信号に基づいて補正曲線を生成するにあたって、補正を行わなくても比較的階調特性の良い中域部分については、むしろ補正によって画質劣化の恐れがあるため、入力階調の中間点にあたる入力輝度レベル１２８で出力輝度レベル１２８（１６進数表記では輝度レベル８０）を固定して変化しないようにし、この中間点よりも低階調側と高階調側でそれぞれ独立して補正曲線を生成した後、最終的に中間点でこれら２つの補正曲線を結合するようにしたことを特徴とするものであり、また、それらの補正曲線の生成にあたっては、急激な傾斜となる部分が存在しないように制限をかける構成としている。

本発明によるヒストグラム制御画質補正回路の構成を図１のブロック図を用いて説明する。図１において、輝度信号入力端子１１からの輝度信号Ｙは、画素サンプリング処理部１２に入力されるとともに、階調特性補正部１６に入力される。画素サンプリング処理部１２からの出力は、分布検出部１３、補正曲線生成部１４、及び、時間軸フィルタ部１５を順次経た後、補正曲線として階調特性補正部１６へ出力され、階調特性補正部１６では補正曲線に基づいて輝度信号Ｙの階調特性を補正して、輝度信号出力端子１７から出力する。

前記画素サンプリング処理部１２は、輝度信号入力端子１１からの輝度信号Ｙについて、Ｎ（Ｎは自然数）個につき１個の画素を抽出するサンプリング処理を行う。例えば、３２個の画素に１個の割合でサンプリングして、後段の分布検出部１３に出力する。これによってカウンタの規模を小さくすることが可能となる。ここで、Ｎ個につき１個の画素を抽出する場合のＮの条件はどのようなものであっても良いが、例えばＮ＝２とすると、ヒストグラムの分布の精度は高く保てるがカウンタの規模を小さくすることができず、また、Ｎ＝１２８とすると、カウンタの規模は非常に小さくすることができるがヒストグラムの分布の精度は低くなってしまうため、適宜最適な値を設定することが望ましい。

前記分布検出部１３において、１８ａ〜１８ｈは、Ｌカウンタ０〜Ｌカウンタ７の８個のカウンタであり、１９ａ〜１９ｈは、Ｈカウンタ０〜Ｈカウンタ７の８個のカウンタであり、これら１６個のカウンタは、輝度信号Ｙの２５６階調を１６分割して、低階調側の輝度レベル０〜１２７に該当する画素についてはＬカウンタ０〜Ｌカウンタ７でそれぞれカウントし、高階調側の輝度レベル１２８〜２５５に該当する画素についてはＨカウンタ０〜Ｈカウンタ７でそれぞれカウントし、それぞれのカウンタでのカウント値を、後段の補正曲線生成部１４における制御処理部２０に出力する構成となっている。例えば、輝度レベル１８の画素はＬカウンタ１でカウントされることとなり、輝度レベル２３０のＨカウンタ６でカウントされることとなる。

前記補正曲線生成部１４は、前記分布検出部１３の各カウンタからの出力に制限をかけるための制限処理部２０と、制限処理部２０の低階調側の出力から低階調側に該当する補正曲線を生成する積分処理部２１と、制限処理部２０の高階調側の出力から高階調側に該当する補正曲線を生成する積分処理部２２と、画素数から求めた補正曲線を０〜２５５の輝度レベルの単位に正規化するための正規化処理部２３とからなる。

前記制限処理部２０は、Ｌカウンタ０〜Ｌカウンタ７及びＨカウンタ０〜Ｈカウンタ７のそれぞれの出力に上限と下限を設定して、上限を超える場合には上限値を出力し、下限を下回る場合には下限値を出力する構成となっており、補正曲線が極端に急傾斜で変化することを防ぐ構成となっている。ここで設定する上限と下限は、それぞれのカウンタで独自に設定することが可能であり、例えば高階調側に比べて低階調側の制限を強くしたい場合などに調整が可能である。Ｌカウンタ０〜Ｌカウンタ７（低階調側）からのカウント値は、それぞれ上限又は下限を超える場合には制限処理部２０で制限された後、後段の積分処理部２１に出力され、Ｈカウンタ０〜Ｈカウンタ７（高階調側）からのカウント値は、それぞれ上限又は下限を超える場合には制限処理部２０で制限された後、後段の積分処理部２１に出力される。

前記積分処理部２１は、Ｌカウンタ０〜Ｌカウンタ７（低階調側）からのカウント値にそれぞれ制限処理部２０で上限又は下限によって制限された出力を順次積算していくことにより、低階調側に該当する補正曲線を生成するためのものである。具体的には、０から始まって、先ずＬカウンタ０のカウント値が１つ目の出力となり、次にＬカウンタ０のカウント値にＬカウンタ１のカウント値を加算したものが２つ目の出力となり、Ｌカウンタ０のカウント値にＬカウンタ１のカウント値を加算しさらにＬカウンタ２のカウント値を加算したものが３つ目の出力値となる、といったように、カウンタのカウント値を次々と積算していきＬカウンタ７まで積算した８つの出力値の包絡線を結んだものが低階調側の補正曲線となる。同様に、前記積分処理部２２は、Ｈカウンタ０〜Ｈカウンタ７（高階調側）からのカウント値にそれぞれ制限処理部２０で上限又は下限によって制限された出力を順次積算していくことにより、高階調側に該当する補正曲線を生成するためのものであり、その具他的方法も同様である。

前記正規化処理部２３は、画素数の単位で求めた補正曲線を０〜２５５の輝度レベルの単位に正規化するためのものである。前記積分処理部２１及び積分処理部２２では、Ｌカウンタ０〜Ｌカウンタ７及びＨカウンタ０〜Ｈカウンタ７でカウントした画素数の単位で積算処理を行って補正曲線を求めているが、これを輝度レベル単位の補正曲線に正規化する必要がある。そこで、積分処理部２１で生成した低階調側の補正曲線と、積分処理部２２で生成した高階調側の補正曲線とを中間点である入力輝度レベル１２８の点で結合する。中間点は、入力輝度レベル１２８のとき出力輝度レベル１２８となるように固定した点であり、この点を基準として、それぞれ画素数で表記された低階調側と高階調側の補正曲線を出力輝度レベルで表記されるように正規化して、後段の時間軸フィルタ部１５の動的フィルタ２４に出力する。

前記時間軸フィルタ部１５は、フレーム間での急激な輝度レベル変化を抑えるための動的フィルタ２４と、フレーム間での輝度レベルの変化が一定値以下の場合には変化前の輝度レベルを採用するヒステリシス２５とで構成されている。

前記動的フィルタ２４は、フレームが切替わった際に急激に輝度レベルが変化することによる視認性の低下の現象を防ぐために、フレームの切替えの前後で輝度レベルに一定値以上の変化があった場合には、直接に変化させずに、輝度値が緩やかに変化するように調整するための構成である。具体的には、１フレーム前の輝度レベルａと現在のフレームの輝度レベルｂとの差が、設定値ｍ以上又は設定値−ｍ以下の場合には、輝度レベルｂを直接に出力せずに、（ｂ−ａ）と係数ｋ（０＜ｋ＜１）の積をａに加算したものを出力する。つまり、｜（ｂ−ａ）｜≧ｍのときは、ａ＋（ｂ−ａ）×ｋを輝度レベルとして出力するようにする。例えば、輝度レベルの変化が１０以上の場合に適用することとして、設定値ｍ＝１０、係数ｋ＝０．２として構成したときに、同一の画素について、１フレーム前の輝度レベルが「１０」であり、現在のフレームの輝度レベルが「２０」であるとすると、これらの輝度レベルの差は１０となり設定値ｍ＝１０と等しいので、現在のフレームでは輝度レベル「２０」は出力されず、替わりに、１０＋（２０−１０）×０．２＝１２で演算された輝度レベル「１２」が出力されることになる。この動的フィルタ２４の出力は、後段のヒステリシス２５に入力される。なお、設定値ｍ＝１０、係数ｋ＝０．２としたのは、ほんの一例にすぎず、設定値ｍ及び係数ｋの値は適宜設定可能なものである。

前記ヒステリシス２５は、１フレーム前の輝度レベルと現在のフレームの輝度レベルとの差が一定値以下の場合には、現在のフレームの輝度レベルを出力せずに、変化前の輝度レベルを採用するための構成であり、これは、例えば、フレームが切替わる毎に、輝度レベルが３０、３３、３０、３３、・・・といったようなわずかな変化を交互に繰り返すと、画像がちらつく現象が生じてしまうので、これを防ぐことを目的としたものである。上記一定値は任意に設定できるものであるが、例えば、輝度レベルの変化が３以下の場合には変化前の輝度レベルを採用するようにすると、上記のように輝度レベル「３０」と「３３」を繰り返す場合には、輝度レベル「３０」に固定されることになり、輝度レベルが４以上変化したときにはじめて切替わることになる。このヒステリシス２５の出力は、後段の階調特性補正部１６に入力される。

前記階調特性補正部１６では、分布検出部１３、補正曲線生成部１４、及び、時間軸フィルタ部１５を順次経て生成された補正曲線に基づいて、階調特性を補正して出力する。補正曲線は、入力輝度レベルに対する出力輝度レベルの関係を表したものであるため、この補正曲線に基づいて、輝度信号入力端子１１からの輝度信号Ｙに対する出力輝度信号Ｙ´を選択して輝度信号出力端子１７から出力する。

上記のような構成における本発明の作用について説明する。
輝度信号入力端子１１から入力された輝度信号Ｙは、画素サンプリング処理部１２に入力されて、ここで３２個につき１個の画素を抽出するサンプリング処理が行われ、サンプリングした画素の輝度信号Ｙの情報については後段の分布検出部１３に出力される。分布検出部１３に入力された輝度信号Ｙは、その輝度レベルに応じてそれぞれＬカウンタ０〜Ｌカウンタ７の何れか、又は、Ｈカウンタ０〜Ｈカウンタ７何れかのカウンタでカウントされる。

ここで、図２に示すような入力輝度レベル１２８部分を境界にして低輝度側と高輝度側にそれぞれ分布の山を持ち、全体として２つの分布の山を持つ信号が入力されると、低階調側の山についてはＬカウンタ０〜Ｌカウンタ７でカウントされ、高階調側の山についてはＨカウンタ０〜Ｈカウンタ７でカウントされる。このとき低階調側の山は、Ｌカウンタ３とＬカウンタ４で最もカウント値が大きくなり、Ｌカウンタ０とＬカウンタ７は０に近いカウント値となる。同様に、高階調側の山は、Ｈカウンタ３とＨカウンタ４で最もカウント値が大きくなり、Ｈカウンタ０とＨカウンタ７は０に近いカウント値となる。このような最大のカウント値が非常に大きい、又は、最小のカウント値が非常に小さいカウンタの出力に対しては、制限処理部２０で上限又は下限を設定して、それ以上又はそれ以下の出力をしないように制限する。この制限処理部２０で制限をかけることによって、急激すぎる傾斜をした補正曲線が生成されることを防止している。

上記のように制限処理部２０で制限をかけられた後、Ｌカウンタ０〜Ｌカウンタ７からの出力は積分処理部２１に入力され、この積分処理部２１で順次積分処理を行うことによって低階調側の補正曲線が生成され、Ｈカウンタ０〜Ｈカウンタ７からの出力は積分処理部２２に入力され、この積分処理部２２で順次積分処理を行うことによって高階調側の補正曲線が生成される。それぞれの積分処理部２１、２２で生成された補正曲線は、中間点である入力輝度レベル１２８出力輝度レベル１２８の点を結合点として、正規化処理部２３において結合された後、画素数の単位で求めた補正曲線を０〜２５５の輝度レベルの単位に正規化する。

図２示すようなヒストグラム分布の山が２つある信号について、本発明のヒストグラム制御画質補正回路を用いて補正曲線を生成したものが、図３に示す補正曲線である。この図３の補正曲線を図２のヒストグラム分布と照らし合わせてみると、分布の少ない輝度レベル「００」付近、輝度レベル「８０」付近、輝度レベル「ＦＦ」付近では、補正曲線の傾きは補正前に比べて緩やかになっているのに対して、分布の集中した２つの山の付近では、補正曲線の傾きは補正前に比べて急傾斜になっている。このように、従来の回路では最適な補正を行うことができなかった図２に示すようなヒストグラム分布に対しても、本発明のヒストグラム制御画質補正回路を用いることで最適な補正曲線を生成することができる。また、中間点を常に固定する方法をとっているため、比較的階調特性の良い中域部分の画質劣化の恐れがなく、安定した画像を提供することができる。なお、図２示すヒストグラム分布は、入力輝度レベル１２８を境界として左右対称形の分布の例であったが、本発明はこのような分布の場合に限定されるものではなく、どのようなヒストグラム分布に対しても最適な補正曲線を生成することができるものである。

本発明の第２の実施例を図面に基づいて説明する。
図５に示すのが、本発明の第２の実施例としてのヒストグラム制御画質補正回路の構成を示したブロック図であり、実施例１と同一構成のものに関しては同一符号を付して説明する。前記実施例１において、補正曲線生成部１４は、前記分布検出部１３の各カウンタからの出力に制限をかけるための制限処理部２０と、制限処理部２０の低階調側の出力から低階調側に該当する補正曲線を生成する積分処理部２１と、制限処理部２０の高階調側の出力から高階調側に該当する補正曲線を生成する積分処理部２２と、画素数から求めた補正曲線を０〜２５５の輝度レベルの単位に正規化するための正規化処理部２３とからなるように構成していた。この構成において、制限処理部２０では、各カウンタ毎に上限及び下限を設定してカウント値を制限しているが、これは、各カウンタの出力毎に制御しているものであり、カウンタ間の相関関係については考慮していない。そこで、図５に示すように、制限処理部２０と積分処理部２１との間に偏分布制御処理部２６を設け、制限処理部２０と積分処理部２２との間に偏分布制御処理部２７を設けることで、カウンタ間の相関関係を考慮して分布の偏りを制御するように構成しても良い。

前記偏分布制御処理部２６は、入力輝度レベル０〜１２７の低階調側のカウンタ間の相関関係を考慮して分布の偏りを制御するためのものであり、Ｌカウンタ０〜Ｌカウンタ７の出力に制限処理部２０で制限をかけたものが入力されてくると、偏分布制御処理部２６ではこれらのＬカウンタ０〜Ｌカウンタ７に対応した入力データをそれぞれ隣接するカウンタと比較して、極端に偏った分布となる部分のデータに制限をかける。これにより、補正曲線として見たときに偏った分布となる部分の階調補正処理の効果を抑制することができる。同様に、前記偏分布制御処理部２７は、入力輝度レベル１２８〜２５５の高階調側のカウンタ間の相関関係を考慮して分布の偏りを制御するためのものであり、Ｈカウンタ０〜Ｈカウンタ７の出力に制限処理部２０で制限をかけたものが入力されてくると、偏分布制御処理部２６ではこれらのＨカウンタ０〜Ｈカウンタ７に対応した入力データをそれぞれ隣接するカウンタと比較して、極端に偏った分布となる部分のデータに制限をかける。

例えば、図４（ａ）の曲線で示すようなヒストグラム分布が入力されると、前記分布検出部１３の各カウンタはそれぞれカウントを行い、図４（ａ）に示す階段状の分布が検出される。このような分布検出部１３の各カウンタで検出した分布に対して、前記実施例１においては、制限処理部２０によって各カウンタの出力に上限値と下限値を設定することで、極端な分布の集中を緩和していた。図４（ａ）に示す階段状の分布に制限処理部２０によって上限値と下限値を設定して得た分布を図４（ｂ）に示す。しかし、図４（ｂ）に示す分布からも分かるように、制限処理部２０によって上限値と下限値を設定して各カウンタの出力に制限をかけているにもかかわらず、全体としては分布の偏りが依然として残っている。このような分布を用いて補正曲線を生成しても、図４（ｃ）に示す補正曲線からも分かるように、曲線の効果が強すぎて、映像が破錠してしまう恐れがあった。

そこで、前記偏分布制御処理部２６及び偏分布制御処理部２７を設けることにより、極端に偏った分布を是正する。制限処理部２０によって上限値と下限値を設定された分布に対して、偏分布制御処理部２６、又は、偏分布制御処理部２７において、図４（ｂ）の一点鎖線で示すように、制限処理部２０で設定したものよりもさらに大きく下限値を設定することで分布の偏りを是正する。このようにして下限値を大きく設定した分布を用いて補正曲線を生成することで、図４（ｃ）に示すように、制限処理部２０で制限処理のみを行った破線で表示した補正曲線を、制限処理に加えて偏分布制御処理を行った実線で示した補正曲線とすることができる。このようにして生成した補正曲線は、スルー特性から大幅にかけ離れることがなく、安定した画像を得ることができる。なお、偏分布制御処理部２６及び偏分布制御処理部２７における下限値等のデータの制限は適宜設定可能なものであり、ユーザが調整可能なようにパラメータ化することもできる。

さらに、本発明の第２の実施例では、階調特性補正部１６の後段に、マトリクス変換処理部３０と、γ補正処理部３１を設けている。階調特性補正部１６で補正曲線に基づいて階調特性を補正された輝度信号Ｙ´はマトリクス変換処理部３０に入力され、また、色差信号入力端子２８からの色差信号Ｃｒと色差信号入力端子２９からの色差信号Ｃｂもマトリクス変換処理部３０に入力され、マトリクス変換処理部３０では、これらの信号Ｙ´、Ｃｒ、Ｃｂを用いてＲ、Ｇ、Ｂ信号を生成してγ補正処理部３１に出力する。このＲ、Ｇ、Ｂ信号には、補正曲線に基づいて階調特性を補正された輝度信号Ｙ´の情報が反映されており、このこのＲ、Ｇ、Ｂ信号に基づいてγ補正処理部３１においてγ補正処理を行った後、Ｒ´、Ｇ´、Ｂ´信号としてそれぞれ出力端子３２、３３、３４から出力される。このような構成とすることで、階調特性が補正された輝度信号Ｙ´の情報が反映され、かつ、γ補正処理を行ったＲ´、Ｇ´、Ｂ´信号を生成することができ、このようにして生成したＲ´、Ｇ´、Ｂ´信号は、γ補正処理のみを行った場合に生じる低階調部と高階調部における画質劣化という問題を解消でき、滑らかな画質を得ることができる。

前記実施例１及び２において、補正曲線は、入力輝度レベル０〜１２７の低階調のＬカウンタ０〜Ｌカウンタ７側で生成した曲線と、入力輝度レベル１２８〜２５５の高階調のＨカウンタ０〜Ｈカウンタ７側で生成した曲線とを、中間点である入力輝度レベル１２８で出力輝度レベル１２８の点で結合して生成し、中間点については固定する構成となっていたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、固定点を２点設けるような構成であっても良い。具体的な例としては、輝度レベル０〜８５については、実施例１及び２のようにカウンタを設けて低階調側の補正曲線を生成し、輝度レベル８６〜１７０については、補正曲線は生成しないようにし、輝度レベル１７１〜２５５については、実施例１及び２のようにカウンタを設けて高階調側の補正曲線を生成する。その後、入力輝度レベル８５で出力輝度レベル８５の点を第一固定点とし、入力輝度レベル１７０で出力輝度レベル１７０の点を第二固定点として、第一固定点より低階調側及び第二固定点より高階調側は、それぞれ生成した補正曲線を用い、第一固定点と第二固定点の間は補正を行わないようにしてもよい。このように、本発明は、比較的階調特性の良い中域部分の階調特性を変化させずに、低階調部分又は高階調部分の階調特性のみを補正することで、画質の劣化を防止することが１つの目的であり、中域部分の階調特性を変化させない構成であれば、固定点の位置を限定するものではない。

また、前記実施例１及び２では、２５６階調の場合を想定し、これを１６分割して１つのカウンタに１６階調を割り振って構成しているが、階調数についても、分割数についても、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、２５６階調を３２分割して、低階調側のカウンタをＬカウンタ０〜Ｌカウンタ１５で構成し、高階調側のカウンタをＨカウンタ０〜Ｈカウンタ１５で構成してもよいし、また、２５６階調を８分割して構成するような例であってもよい。

本発明によるヒストグラム制御画質補正回路は、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＣＲＴ（陰極線管）等、あらゆるディスプレイに使用可能な技術である。

本発明によるヒストグラム制御画質補正回路の構成を示したブロック図である。分布の山が２つある場合のヒストグラム分布を示したグラフである。図２に示すヒストグラム分布に本発明のヒストグラム制御画質補正回路を用いて生成した補正曲線を示すグラフである。図５のヒストグラム制御画質補正回路における偏分布制御処理部による制御を説明するためのもので、（ａ）は、最低輝度レベルと最高輝度レベルの付近に分布が集中したヒストグラム分布を示すもので、（ｂ）は、（ａ）の分布に制限処理を行った場合の分布を示しており、（ｃ）は、（ａ）の分布に基づいたスルー特性、制限処理のみの補正曲線、及び、制限処理に加えて偏分布制御処理を行った補正曲線を示した模式的なグラフである。本発明によるヒストグラム制御画質補正回路の他の実施例を示したブロック図である。（ａ）は低階調部分に分布が集中したヒストグラム分布を示しており、（ｂ）は中階調部分に分布が集中したヒストグラム分布を示しており、これら（ａ）（ｂ）の関係は、平均入力レベルは同一であるが輝度の分布が異なる場合を示している。図７（ａ）（ｂ）はそれぞれ、図６（ａ）（ｂ）のヒストグラム分布に対して、特許文献１に記載の映像信号補正回路を適用した場合の補正曲線を示したグラフである。

符号の説明

１１…輝度信号入力端子、１２…画素サンプリング処理部、１３…分布検出部、１４…補正曲線生成部、１５…時間軸フィルタ部、１６…階調特性補正部、１７…輝度信号出力端子、１８ａ〜１８ｈ…Ｌカウンタ０〜Ｌカウンタ７、１９ａ〜１９ｈ…Ｈカウンタ０〜Ｈカウンタ７、２０…制限処理部、２１…積分処理部、２２…積分処理部、２３…正規化処理部、２４…動的フィルタ、２５…ヒステリシス、２６…偏分布制御処理部、２７…偏分布制御処理部、２８…色差信号入力端子、２９…色差信号入力端子、３０…マトリクス変換処理部、３１…γ補正処理部、３２…Ｒ´信号出力端子、３３…Ｇ´信号出力端子、３４…Ｂ´信号出力端子。

Claims

入力された輝度信号Ｙについて、Ｎ個（Ｎは自然数）の画素につき１個の画素を抽出する画素サンプリング処理部と、複数のカウンタからなり前記画素サンプリング処理部で抽出した画素の輝度レベルに応じてカウントしてヒストグラム分布を検出する分布検出部と、前記分布検出部のカウンタからの突出した出力に制限をかけ、入力輝度レベルと出力輝度レベルが特定された少なくとも１つの固定点を境界にして低階調側と高階調側でそれぞれ補正曲線を生成したのち前記固定点で結合して全体としての補正曲線を生成する補正曲線生成部とを具備してなることを特徴とするヒストグラム制御画質補正回路。
入力された輝度信号Ｙについて、Ｎ個（Ｎは自然数）の画素につき１個の画素を抽出する画素サンプリング処理部と、複数のカウンタからなり前記画素サンプリング処理部で抽出した画素の輝度レベルに応じてカウントしてヒストグラム分布を検出する分布検出部と、前記分布検出部のカウンタからの突出した出力に制限をかけ、入力輝度レベルと出力輝度レベルが特定された少なくとも１つの固定点を境界にして低階調側と高階調側でそれぞれ補正曲線を生成したのち前記固定点で結合して全体としての補正曲線を生成する補正曲線生成部と、前記補正曲線生成部からの補正曲線についてフレーム間での微小な変化及び急激な変化を抑制する時間軸フィルタ部と、前記時間軸フィルタ部からの補正曲線に基づいて輝度信号Ｙの階調特性を補正して輝度信号Ｙ´として出力する階調特性補正部とを具備してなることを特徴とするヒストグラム制御画質補正回路。
分布検出部は、入力輝度信号Ｙの輝度レベル０から最高輝度レベルまでを均等かつ複数に分割し、その分割したそれぞれの輝度レベル範囲をカウントする複数のカウンタからなり、前記画素サンプリング処理部で抽出した画素について、その輝度レベルに対応したカウンタでカウントするようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のヒストグラム制御画質補正回路。
補正曲線生成部は、前記分布検出部の複数のカウンタの出力に対して上限及び下限をそれぞれ設定して制限をかける制限処理部と、前記制限処理部からの複数のカウンタに対応した出力のうち、ある入力と出力が同一の輝度レベルである点を固定点とし、この固定点より低階調側のカウンタに対応した出力を積算して低階調側の補正曲線を生成する第一の積分処理部と、前記固定点より高階調側のカウンタに対応した出力を積算して高階調側の補正曲線を生成する第二の積分処理部と、前記第一の積分処理部と第二の積分処理部の出力を前記固定点で結合し、かつ、輝度レベル出力に正規化して出力する正規化処理部とからなることを特徴とする請求項１、２又は３記載のヒストグラム制御画質補正回路。
補正曲線生成部は、前記分布検出部の複数のカウンタの出力に対して上限及び下限をそれぞれ設定して制限をかける制限処理部と、前記制限処理部からの複数のカウンタに対応した出力のうち、ある入力と出力が同一の輝度レベルである点を固定点とし、この固定点より低階調側のカウンタに対応した出力について偏った分布を検出して制御する第一の偏分布制御処理部と、前記固定点より高階調側のカウンタに対応した出力について偏った分布を検出して制御する第二の偏分布制御処理部と、前記第一の偏分布制御処理部の出力を積算して低階調側の補正曲線を生成する第一の積分処理部と、前記第二の偏分布制御処理部の出力を積算して高階調側の補正曲線を生成する第二の積分処理部と、前記第一の積分処理部と第二の積分処理部の出力を前記固定点で結合し、かつ、輝度レベル出力に正規化して出力する正規化処理部とからなることを特徴とする請求項１、２又は３記載のヒストグラム制御画質補正回路。
階調特性補正部の後段に、マトリクス変換処理部とγ補正処理部を順次設け、前記マトリクス変換処理部は、階調特性補正部からの輝度信号Ｙ´と、別途設けた色差信号入力端子からの色差信号Ｃｒ、及び、色差信号Ｃｂとが入力されて、これら３つの信号に基づいてマトリクス変換処理をしてＲ、Ｇ、Ｂ信号を生成し、前記γ補正処理部では、前記マトリクス変換処理部で生成したＲ、Ｇ、Ｂ信号にγ補正処理をして出力するようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のヒストグラム制御画質補正回路。