JP2005269476A

JP2005269476A - 輝度データ補正装置および輝度データ補正方法

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Publication number: JP2005269476A
Application number: JP2004082001A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 純一佐藤
Original assignee: Shikino High Tech Co Ltd
Current assignee: Shikino High Tech Co Ltd
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-22
Also published as: JP4318573B2

Abstract

【課題】輝度分布の形態によらず、的確な輝度補正を行なう。
【解決手段】画像処理装置１００は、入力されたビデオ信号に基づいて、輝度分布についての簡易ヒストグラムを作成する簡易ヒストグラム作成部１２０と、輝度補正部１３０と、ＣＰＵ２００とを含む。ＣＰＵ２００は、簡易ヒストグラム作成部１２０から取得したヒストグラムにおいて、しきい値との交点を算出するステップと、交点を変曲点とする輝度補正直線を算出するステップと、輝度補正直線を表わすデータを輝度補正部１３０に出力するステップとを含むプログラムを実行する。輝度補正部１３０は、ＣＰＵ２００から入力された補正直線を表わすデータに基づいて、入力された画像データに対して輝度補正を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオカメラ装置等から入力された画像データの補正に関し、特に、輝度データを補正する装置および方法に関する。

プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）や液晶ディスプレイパネル（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル）等を表示パネルとする表示装置で映像を表示する場合に、入出力変換特性曲線（入出力変換の関係を表す変換曲線）に対応した補正デ−タで入力映像信号の補正（たとえばガンマ補正）などを行なう映像信号補正回路が多数開示されている。

特開２０００−２８７１０４号公報（特許文献１）は、入力映像信号の輝度レベルの頻度分布全体のＭ％（たとえば９０％）を対象として、映像の解像度を高めるための補正を行なう映像信号補正回路を開示する。この映像信号補正回路は、入出力変換特性曲線に対応した補正デ−タで入力映像信号の補正を行なう映像信号補正回路であって、入力映像信号に基づいて輝度レベルの頻度分布を検出するヒストグラム検出部と、このヒストグラム検出部で検出された輝度レベルの頻度数に基づいて頻度分布全体のＭ％（０＜Ｍ＜１００）を占める分布領域の両端の輝度レベルａ１、ａ２を検出する輝度レベル検出部と、複数組の輝度レベルａ１、ａ２について輝度レベルａ１、ａ２間の傾きが最大となる入出力変換特性曲線に対応した補正デ−タが予め記憶されていて、輝度レベル検出部で検出された輝度レベルａ１、ａ２をアドレスとして対応した補正デ−タが読み出される補正デ−タ記憶部と、この補正デ−タ記憶部から読み出された補正デ−タで入力映像信号の補正を行なう画質補正部とを含む。

この映像信号補正回路によるとヒストグラム検出部、輝度レベル検出部、補正デ−タ記憶部および画質補正部を備え、入力映像信号に基づいて輝度レベルの頻度分布が検出され、検出された輝度レベルの頻度数に基づいて頻度分布全体のＭ％（たとえば９０％）を占める分布領域の両端の輝度レベルａ１、ａ２が検出され、検出された輝度レベルａ１、ａ２をアドレスとして補正デ−タ記憶部から対応した補正デ−タが読み出され、この補正デ−タに対応した入出力変換特性曲線に従って入力映像信号が補正され出力映像信号となるように構成した。このため、頻度分布全体のＭ％を占める分布領域の両端の輝度レベルａ１、ａ２に基づいた補正を行なうことができ、特に、分布領域の狭い入力映像信号の映像の解像度を高くする補正を行なうことができる。その結果、画面全体が暗い映像についても明るい映像についても、ともに解像度を高くするための補正を行なうことができる。
特開２０００−２８７１０４号公報

しかしながら、この映像信号補正回路では、以下のような画像データの場合に良好な輝度補正処理を行なうことができない。この映像信号補正回路においては、頻度分布全体の９０％を占める分布領域の両端の輝度レベルを検出して、その範囲内のデータに注目して処理が行なわれる。このときにヒストグラムにおける輝度分布が正規分布のような１つのピーク値ではない、２つのピーク値を有しても９０％の範囲の中にあるデータに対して輝度補正の処理が行なわれる。そのため、輝度のピークが分散されている状態で輝度補正が行なわれることになり、最も輝度分布が集中している部分の補正が期待したように成らない場合がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、輝度分布の形態によらず、的確に輝度補正を行なうことができる、輝度データ補正装置および輝度データ補正方法を提供することである。

第１の発明に係る輝度データ補正装置は、入力画像信号に基づいて、輝度レベルの頻度分布を算出するための手段と、頻度分布の頻度度数に対するしきい値を記憶するための手段と、頻度分布の極大点を中心として、しきい値以上の頻度度数を有する暗領域側の輝度値と、しきい値以上の頻度を有する明領域側の輝度値とを算出するための手段と、暗輝度側から、暗領域側の輝度値までの第１の輝度領域と、暗領域側の輝度値から明領域側の輝度値までの第２の輝度領域と、明領域側の輝度値からの第３の輝度領域とに分けて、輝度を補正するための補正手段とを含む。

第１の発明によると、輝度分布における度数の極大値を中心として、予め定められたしきい値以上の頻度を有する暗領域側の輝度値と明領域側の輝度値とが求められる。このとき、複数のピークがあっても、極大値は１つに定まるため、暗領域側の輝度値が１つ、明領域側の輝度値が１つ決定される。決定された輝度値に基づいて、第１の輝度領域、第２の輝度領域および第３の輝度領域が規定される。このように規定される第２の輝度領域は、輝度分布において度数が大きな領域である。たとえば、この第２の輝度領域において、より明るい部分はより明るく、より暗い部分はより暗くなるように補正すると、輝度分布の集中している領域において、輝度のメリハリをつけることができる。その結果、輝度分布の形態によらず、的確に輝度補正を行なうことができる、輝度データ補正装置を提供することができる。

第２の発明に係る輝度データ補正装置においては、第１の発明の構成に加えて、補正手段は、３つの輝度領域で補正輝度が連続的になるように輝度を補正するための手段を含む。

第２の発明によると、第１の輝度領域（暗領域）、第２の輝度領域（中間領域）および第３の輝度領域（明領域）のいずれにおいても連続的な輝度補正が実現できる輝度データ補正装置を提供することができる。

第３の発明に係る輝度データ補正装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、補正手段は、第１の領域において輝度が暗く補正される直線状の第１の補正線と、第３の領域で輝度が明るく補正される直線状の第３の補正線と、第２の領域で第１の補正線と第３の補正線とを直線状に接続された第２の補正線の、３つの補正線により、輝度を補正するための手段を含む。

第３の発明によると、第１の輝度領域において、より暗くなるように補正して、第２の輝度領域において、明るい部分はより明るく、より暗い部分はより暗くなるように補正して、第３の輝度領域において、より明るくなるように補正する。これにより、輝度分布の集中している領域において、適正に輝度を補正できるとともに、連続的な補正線を用いるので、画像の明暗の反転も発生しない輝度データ補正装置を提供することができる。

第４の発明に係る輝度データ補正方法は、入力画像信号に基づいて、輝度レベルの頻度分布を算出するステップと、頻度分布の頻度度数に対するしきい値を予め準備するステップと、頻度分布の極大点を中心として、しきい値以上の頻度度数を有する暗領域側の輝度値と、しきい値以上の頻度を有する明領域側の輝度値とを算出するステップと、暗輝度側から、暗領域側の輝度値までの第１の輝度領域と、暗領域側の輝度値から明領域側の輝度値までの第２の輝度領域と、明領域側の輝度値からの第３の輝度領域とに分けて、輝度を補正する補正ステップとを含む。

第４の発明によると、輝度分布における度数の極大値を中心として、予め定められたしきい値以上の頻度を有する暗領域側の輝度値と明領域側の輝度値とが求められる。このとき、複数のピークがあっても、極大値は１つに定まるため、暗領域側の輝度値が１つ、明領域側の輝度値が１つ決定される。決定された輝度値に基づいて、第１の輝度領域、第２の輝度領域および第３の輝度領域が規定される。このように規定される第２の輝度領域は、輝度分布において度数が大きな領域である。たとえば、この第２の輝度領域において、より明るい部分はより明るく、より暗い部分はより暗くなるように補正すると、輝度分布の集中している領域において、輝度のメリハリをつけることができる。その結果、輝度分布の形態によらず、的確に輝度補正を行なうことができる、輝度データ補正方法を提供することができる。

第５の発明に係る輝度データ補正方法においては、第４の発明の構成に加えて、補正ステップは、３つの輝度領域で補正輝度が連続的になるように輝度を補正するステップを含む。

第５の発明によると、第１の輝度領域（暗領域）、第２の輝度領域（中間領域）および第３の輝度領域（明領域）のいずれにおいても連続的な輝度補正が実現できる輝度データ補正方法を提供することができる。

第６の発明に係る輝度データ補正方法においては、第４または５の発明の構成に加えて、補正ステップは、第１の領域において輝度が暗く補正される直線状の第１の補正線と、第３の領域で輝度が明るく補正される直線状の第３の補正線と、第２の領域で第１の補正線と第３の補正線とを直線状に接続された第２の補正線の、３つの補正線により、輝度を補正するステップを含む。

第６の発明によると、第１の輝度領域において、より暗くなるように補正して、第２の輝度領域において、明るい部分はより明るく、より暗い部分はより暗くなるように補正して、第３の輝度領域において、より明るくなるように補正する。これにより、輝度分布の集中している領域において、適正に輝度を補正できるとともに、連続的な補正線を用いるので、画像の明暗の反転も発生しない輝度データ補正方法を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係る画像処理装置の制御ブロックについて説明する。

図１に示すように、この画像処理装置１００は、ビデオ信号が外部のビデオカメラ装置などから入力されるビデオ信号入力部１１０と、ビデオ信号入力部１１０に接続され、輝度データの簡易ヒストグラムを作成する簡易ヒストグラム作成部１２０と、簡易ヒストグラム作成部１２０を介してビデオ信号が入力され、そのビデオ信号の輝度を補正する輝度補正部１３０と、輝度補正部１３０に接続され、画像データ圧縮処理をするＪＰＥＧ（Joint Photographic coding Experts Group）処理部１４０と、輝度補正部１３０に接続され、輝度が補正された画像データを外部のモニタなどに出力するビデオ信号出力部１５０とを含む。また、ＪＰＥＧ処理部１４０から外部のコンピュータなどに圧縮画像信号が出力される。

簡易ヒストグラム作成部１２０および輝度補正部１３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２００に接続されている。ＣＰＵ２００は、ＪＰＥＧ処理部１４０をも制御する。

本発明の実施の形態に係る画像処理装置１００における最大の特徴は、ビデオ信号入力部１１０を介して入力されたビデオ信号に対して輝度の度数分布を表わす簡易ヒストグラムが作成され、その簡易ヒストグラムに基づいて輝度を補正するための補正線が作成され、その補正線に基づいて輝度補正部１３０にて、ビデオ信号の画像データが補正される。このような処理がＣＰＵ２００の内部でプログラムが実行されることにより実現される。すなわち、ビデオ信号に含まれる画像データの輝度の簡易的なヒストグラム分布を修正する。輝度の最大ピーク値から左右の広がりを求め、分割点を求め、その分割点に基づいて輝度のヒストグラムの主要部分を暗方向および明方向のいずれかに拡大し、連続的なヒストグラム分布を作成する。このようにすることにより、輝度のヒストグラムにおいて輝度が集中している領域におけるメリハリをよりはっきりとつけることができる。以下、この特徴的な機能について詳細に説明する。

図２を参照して、図１のＣＰＵ２００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＣＰＵ２００は、入力ビデオデータから作成された簡易ヒストグラムを簡易ヒストグラム作成部１２０から取得する。Ｓ２００にて、ＣＰＵ２００は、取得した簡易ヒストグラムにおいて、予め定められたしきい値との交点Ｈ（１）、Ｈ（２）を算出する。このとき、暗領域側の交点を交点Ｈ（１）と、明領域側の交点を交点Ｈ（２）とする。

Ｓ３００にて、ＣＰＵ２００は、交点Ｈ（１），交点Ｈ（２）を変曲点とする輝度補正曲線を算出する。このとき、曲線ではなく直線であっても構わない。特に直線とすることで、デジタル信号処理を簡易化することができる。Ｓ４００にて、ＣＰＵ２００は、交点Ｈ（１），Ｈ（２）、最大領域における輝度補正直線の傾きおよび切片、中間領域における輝度補正直線の傾きおよび切片、最小領域における輝度補正直線の傾きおよび切片を輝度補正部１３０へ出力する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る画像処理装置における輝度補正に関する動作について説明する。

まず、図３に、本実施の形態に係る画像データ処理装置１００の輝度補正の対象となる画像データを表わす図を示す。

図３に示すように、この画像データは、ＶＧＡ（Video Graphics Array）データと呼ばれる６４０画素×４８０画素のデータである。この画像データを１６画素×１６画素に分割する。このとき、１６画素×１６画素の画素ブロックが、横方向に４０列、縦方向に３０行だけ並ぶことになる。この１６画素×１６画素の画素ブロックの交点（図３に黒丸で示す）における輝度データが求められ、その輝度データの輝度分布を表わす簡易ヒストグラムが、簡易ヒストグラム作成部１２０で作成される。すなわち、横方向の４０個および縦方向の３０個の合計１２００個の交点における輝度データが簡易ヒストグラムによりその分布が度数として表わされる。

図４に、簡易ヒストグラム作成部１２０で作成される簡易ヒストグラムについて示す。なお、以下の説明においては、デジタル画像データの処理時間を短縮するため、輝度の階調を２５５階調とし、さらに図４に示すように、輝度の領域を１６階調ずつの離散的な領域に分けている。すなわち、２５５階調の輝度を１６分割した簡易的なヒストグラムを作成している。図４に示すヒストグラムは、横軸を輝度とし縦軸を度数としたものである。図４における度数のすべてを加算することにより１２００個のデータとなる。図４に示すように、６４／２５５〜８０／２５５における度数が最も大きくなっている。

ＣＰＵ２００は、図４に示すような簡易ヒストグラムを簡易ヒストグラム作成部１２０から取得する（Ｓ１００）。簡易ヒストグラムにおいて、予め定められたしきい値との交点Ｈ（１），Ｈ（２）が算出される（Ｓ２００）。このとき、図５に示すように、極大値を中心として、しきい値以上であって、その中で最も小さな度数である輝度との交点Ｈ（１）（暗領域側）と交点Ｈ（２）（明領域側）とが求められる。このしきい値は、図５においては１２８としたが、これに限定されるものではない。また、図４および図５に示すヒストグラムにおいて、２５５を超える度数を示す輝度においては、２５５で上限値を定めるようにすれば、メモリの上限を定めることができ、無駄なメモリ領域を確保する必要がなくなる。

交点Ｈ（１）（暗領域側）および交点Ｈ（２）（明領域側）を変曲点とする輝度補正曲線（直線）が算出される（Ｓ３００）。このとき、図６に示すように、補正曲線（直線）が決定される。図６に示すように、補正曲線は、交点Ｈ（１）までの第１の領域においては、元の輝度よりも補正後の輝度の方が暗くなるように、交点Ｈ（１）から交点Ｈ（２）により決定される第２の領域においては、暗領域側においては元の輝度が暗くなり、明領域において元の輝度よりも明るくなるように補正される。交点Ｈ（２）よりも明るい領域である第３の領域においては、元の輝度よりも明るくなるように輝度が補正される。図６には、たとえば、交点Ｈ（１）において５０％輝度を暗くするように、交点Ｈ（２）において５０％輝度を明るくするように設定されている。なお、図６に示すこの５０％というのは、一例であって、これに限定されるものではない。

交点Ｈ（１），交点Ｈ（２）、最大領域である第３の領域における補正直線の傾きおよび切片、中間領域である第２の領域における補正直線の傾きおよび切片、最小領域である第１の領域における補正直線の傾きおよび切片が輝度補正部１３０に出力される（Ｓ４００）。この輝度補正部１３０においては、簡易ヒストグラム作成部１２０を介して入力された画像データの輝度を図６に示す輝度補正直線に従って輝度を補正する。このようにして輝度補正部により補正された画像データがＪＰＥＧ処理部１４０にて圧縮画像処理され、コンピュータに出力されたり、ビデオ信号出力部１５０を介してビデオモニタなどに出力される。

以上のようにして、本実施の形態に係る画像データ処理装置によると、元データの画像データの輝度の分布を表わす簡易ヒストグラムを作成し、その簡易ヒストグラムに対して度数のしきい値を設定しておく。その度数のしきい値以上である暗領域側の輝度と明領域側の輝度とを算出する。暗領域側の輝度においては元の輝度が暗くなるように、明領域側の輝度においては元の輝度が明るくなるような補正が決定される。その交点と交点とを直線状に結び、３つの補正直線からなる補正直線が作成される。このような補正直線に基づいて画像データの輝度データが補正される。これにより、輝度ヒストグラムにおける度数の極大値を中心として、しきい値以上の頻度を有する暗領域側の輝度と明領域側の輝度とが求められ、３つの輝度領域が規定される。この３つの輝度領域においてそれぞれ直線状かつ連続な輝度補正直線を設定するため、輝度分布の集中している領域において輝度のメリハリをつけることができる。また、直線的であるため、連続的な輝度補正を実現することができる。その結果、輝度分布の集中している領域において、適正に輝度を補正できるとともに、連続的な補正線を用いるので輝度の明暗の反転が発生しない輝度データの補正を実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

画像処理装置の制御ブロック図である。図１のＣＰＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。処理対象の画像を表わす図である。輝度ヒストグラムを表わす図（その１）である。輝度ヒストグラムを表わす図（その２）である。補正線を表わす図である。

符号の説明

１００画像処理装置、１１０ビデオ信号入力部、１２０簡易ヒストグラム作成部、１３０輝度補正部、１４０ＪＰＥＧ処理部、１５０ビデオ信号出力部、２００ＣＰＵ。

Claims

入力画像信号に基づいて、輝度レベルの頻度分布を算出するための手段と、
前記頻度分布の頻度度数に対するしきい値を記憶するための手段と、
前記頻度分布の極大点を中心として、前記しきい値以上の頻度度数を有する暗領域側の輝度値と、前記しきい値以上の頻度を有する明領域側の輝度値とを算出するための手段と、
暗輝度側から、前記暗領域側の輝度値までの第１の輝度領域と、前記暗領域側の輝度値から前記明領域側の輝度値までの第２の輝度領域と、前記明領域側の輝度値からの第３の輝度領域とに分けて、輝度を補正するための補正手段とを含む、輝度データ補正装置。
前記補正手段は、３つの輝度領域で補正輝度が連続的になるように輝度を補正するための手段を含む、請求項１に記載の輝度データ補正装置。
前記補正手段は、前記第１の領域において輝度が暗く補正される直線状の第１の補正線と、前記第３の領域で輝度が明るく補正される直線状の第３の補正線と、前記第２の領域で前記第１の補正線と前記第３の補正線とを直線状に接続された第２の補正線の、３つの補正線により、輝度を補正するための手段を含む、請求項１または２に記載の輝度データ補正装置。
入力画像信号に基づいて、輝度レベルの頻度分布を算出するステップと、
前記頻度分布の頻度度数に対するしきい値を予め準備するステップと、
前記頻度分布の極大点を中心として、前記しきい値以上の頻度度数を有する暗領域側の輝度値と、前記しきい値以上の頻度を有する明領域側の輝度値とを算出するステップと、
暗輝度側から、前記暗領域側の輝度値までの第１の輝度領域と、前記暗領域側の輝度値から前記明領域側の輝度値までの第２の輝度領域と、前記明領域側の輝度値からの第３の輝度領域とに分けて、輝度を補正する補正ステップとを含む、輝度データ補正方法。
前記補正ステップは、３つの輝度領域で補正輝度が連続的になるように輝度を補正するステップを含む、請求項４に記載の輝度データ補正方法。
前記補正ステップは、前記第１の領域において輝度が暗く補正される直線状の第１の補正線と、前記第３の領域で輝度が明るく補正される直線状の第３の補正線と、前記第２の領域で前記第１の補正線と前記第３の補正線とを直線状に接続された第２の補正線の、３つの補正線により、輝度を補正するステップを含む、請求項４または５に記載の輝度データ補正方法。