JP2007129600A - 画像データ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素データ中にノイズが含まれている場合であっても、その影響を極力小さくして精度の高い画像データ処理を行う。
【解決手段】輝度特性検出部１で画像データの輝度特性を検出し、その検出した輝度特性により補正部４で入力画像データを補正して表示データを生成する。この輝度特性検出部１は、画像データの１フレーム２１を複数に分割して得た各画素ブロック２２の平均的な輝度特性を検出し、これを利用して最大輝度もしくは最小輝度を検出することで画像データの輝度特性を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力された画像データから表示装置に出力する表示データを生成する画像データ処理装置に関するものである。

画像データ表示装置においては、画像信号のＡＰＬ（Average Picture Level)の高低に対応して明るい階調や暗い階調の程度をγ補正し、表示画像のコントラストを向上させる技術が知られている。例えば特許文献１では、複数のγ補正メモリを用意し、ＡＰＬ値によってγ補正メモリを選択的に使用することにより、ＡＰＬ値に応じたγ補正を行って表示装置のコントラストを向上させる技術が提案されている。しかし、この特許文献１では、異なる画像シーンであってもＡＰＬ値が同一の場合、同じγ補正メモリが選択されることになるので、必ずしも表示される画像に最適のγ補正がかかるとは限らなかった。例えばＡＰＬ値が低い場合、画面全体が平均的に暗い画像なのか、全体が非常に暗い中で一部明るい部分が存在する画面なのかを区別することが出来ずに同じガンマ補正メモリが選択される。

一方、特許文献２では、こういった問題を解決するため、画面中の輝度最大／最小値を検出する技術が紹介されている。フレーム毎に最大輝度、最小輝度を検出し、その値に応じた輝度特性を設定してコントラストを強調することにより、より高精細な画像表示を行うことが可能となる。たとえば、ＡＰＬが同一の低い値を示す場合でも、画面全体が平均的に暗いのか、全体が非常に暗い中で一部明るい部分が存在する画面なのかは最大輝度および最小輝度を評価することにより区別することが可能となり、それぞれの画像に適したγ補正メモリを選択することが可能となる。
特開平６−６８２０号公報 特開２００１−３４３９５７号公報

特許文献２で紹介されている画面中の輝度最大または最小値を検出する方法は、シリアルに入力される入力画像データと、ラッチ回路に保持されているそれまで入力された中で最大または最小の輝度データを大小比較回路に入力し、その比較結果の大きい方または小さい方を比較結果データとして再びラッチ回路に保持するという方法である。

しかし、１フレーム分の画素データを全て比較することによって、各フレームごとの最大輝度値または最小輝度値を得るという方法には次のような問題点がある。すなわち１フレーム分の画素データ中に何らかのノイズが乗っている場合である。たとえば、全体的に暗めの画像があり、その画像のある一部分に非常に明るい画素がノイズとして存在していた場合、ノイズである明るい画素の値が最大輝度値としてラッチ回路に保持される。また同様に全体的に明るめの画像があり、その画像のある一部分に非常に暗い画素がノイズとして存在していた場合、ノイズである暗い画素の値が最小輝度値としてラッチ回路に保持される。こうして得られたノイズによる最大または最小輝度値に基づいてγ補正が行われた場合、本来あるべき補正とは異なる、誤った補正が行われることになる。

本発明の目的は、上記のように画素データ中にノイズが含まれている場合であっても、その影響を極力小さくして精度の高い画像データ処理が行われるようにした画像データ処理装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、入力された画像データから表示装置に出力する表示データを生成する画像データ処理装置において、前記画像データの輝度特性を検出する検出部と、前記検出した輝度特性に応じて設定した補正特性で前記画像データを補正して前記表示データを生成する補正部とを有し、前記検出部は、前記画像データの１フレームの所定の領域を複数の領域に分割し、該分割領域毎に平均的な輝度特性を検出し、該検出した分割領域毎の輝度特性を互いに比較して前記１フレーム内の最大輝度もしくは最小輝度の少なくとも一方を算出し、前記画像データの輝度特性を検出するよう構成した。
ここで、前記分割領域毎の平均的な輝度特性は、前記各分割領域の画素数を同一として、前記分割領域内の同一数の画素の輝度を加算した加算値であることが望ましい。
また、前記検出部は、前記各分割領域の画素の輝度の加算値を算出することによって前記平均的な輝度特性を検出するとともに、該加算値を全分割領域に亘って加算して前記１フレームの平均輝度を算出し、該平均輝度と前記最大輝度もしくは最小輝度の少なくとも一方とに基づき、前記画像データの輝度特性を検出することが望ましい。
さらに、前記複数の分割領域毎に、前記分割領域毎の輝度特性の比較の際に考慮する指標を設定可能とすることが望ましい。
さらに、前記指標は、有効／無効フラグ、もしくは、重み付け係数であることが望ましい。

本発明の画像データ処理装置によれば、１フレームの所定の領域を複数に分割し、その分割領域毎に平均的な輝度特性を検出して、最大輝度もしくは最小輝度の一方を算出することで画像データの輝度特性を検出するので、画素単位でノイズが混入することがあっても、その影響を極力小さくすることが出来る。
また、各分割領域に有効／無効のフラグや重み付け係数等の指標を設定することにより、最大または最小輝度値算出時に演算対象とする分割領域を指定したり、最大または最小輝度値算出時に重視する分割領域を指定することが出来る。

[第１実施例]
図１は本発明の実施例の画像データ処理装置の構成を示すブロック図である。１は入力画像データの輝度特性を検出する輝度特性検出部、２は検出部１で検出された輝度特性に応じて補正特性を設定する補正特性設定部、３は補正特性設定部２で設定された補正特性によって入力画像データを補正して表示データを生成する表示データ生成部であり、補正特性設定部２と表示データ生成部３が補正部を構成する。

図２はその輝度特性検出部１の詳細な構成を示すブロック図である。１１は加算器、１２は加算値格納レジスタ、１３は演算用メモリ、１４Ａ，１４Ｂは大小比較回路、１５Ａは最大値格納レジスタ、１５Ｂは最小値格納レジスタ、１６Ａ，１６Ｂは単位画素当りの輝度データを算出するための除算器である。

本実施例では、１フレームの画面を同じ大きさの複数の分割領域（以下ではこれを「画素ブロック」と呼ぶ）に分割し、その画素ブロックに属する画素の輝度値を積算し、加算値を算出する。そして、この加算値を比較することによって、全画素ブロックにわたる内での最大または最小輝度値を算出することで、特定の画素に大きなノイズが含まれていても、その影響を小さくする。

図３に、本実施例によるフレームの画素ブロック分割例を示す。２１はフレームを表し、２２は画素ブロックを表している。この例では画素ブロック２２のサイズは３２画素×３２画素としており（言うまでも無いが画素ブロックサイズはこの大きさに限らない）、またフレーム２１のサイズは１０２４画素×７６８画素（ＸＧＡ）としている。したがって、水平方向に並ぶ画素ブロック２２の数は３２個、垂直方向に並ぶ画素ブロック２２の数は２４個になる。

本実施例での最大輝度算出方法は次のようになる。各画素２２ａの画像データは、フレーム２１の左上から順に図４の矢印のようにシリアルに入力される。入力された画像データは、図２の加算器１１と加算値格納レジスタ１２を利用して順に３２個（画素ブロックサイズ）までその輝度値が加算（累算）され、その加算値は演算用メモリ１３に保持される。例えば図５の＃０の画素ブロック２２の１ライン目の３２画素分のデータが加算されて、演算用メモリ１３のアドレス０ｈに保持される。続けて＃１の画素ブロック２２の１ライン目の３２画素分のデータが加算されて演算用メモリ１３のアドレス１ｈに保持される。このようにして横一列に並ぶ＃０〜＃３１の各画素ブロック２２の１ライン目の各加算データ計３２個が演算用メモリ１３のアドレス０ｈ〜１Ｆｈに保持される。

次に、＃０〜＃３１の各画素ブロック２２の２ライン目の演算が行われる。０＃の画素ブロック２２の２ライン目の加算に先立って、演算用メモリ１３のアドレス０ｈから＃０の画素ブロック２２の１ライン目の加算データが読み出される。そして、その値に＃０の画素ブロック２２の２ライン目の３２個の画素の画像データが加算され、再び演算用メモリ１３のアドレス０ｈに書き戻される。次に、演算用メモリ１３から＃１の画素ブロック２２の１ライン目の加算データが読み出され、その値に＃１の画素ブロック２２の２ライン目の３２個の画素の画像データが加算され、再び演算用メモリ１３のアドレス１ｈに書き戻される。このようにして、＃３１の画素ブロック２２までの「１ライン目＋２ライン目」の加算データ計３２個が演算用メモリ１３のアドレス０ｈ〜１Ｆｈに保持される。

これを繰り返し、３２ライン目までの演算が終了すると、演算用メモリ１３の各アドレス０ｈ〜１Ｆｈには＃０〜＃３１の各画素ブロック２２に含まれる１０２４個の画素データ加算値が格納されていることになる。このあと演算用メモリ１３に格納された加算値をアドレス０ｈから順に読み出し、大小比較回路１４Ａによって、直前のアドレスから読み出したデータと比較する。そして、大きい方を最大値格納レジスタ１５Ａに保持する。これを繰り返すことにより、演算用メモリ１３の全アドレスを読み出した後、＃０〜＃３１の３２個の画素ブロック２２のデータ加算値の中で、最大のものをＭＡＸ(0-31）として最大値格納レジスタ１５Ａに残すことができる。

＃３２〜＃６３の画素ブロック２２に対して再び上記と同じ演算を行い、ＭＡＸ(32-63）を得る。これと上記のＭＡＸ(0-31）との比較を行い、大きいほうをＭＡＸ(current）として最大値格納レジスタ１５Ａに保持する。この演算をＭＡＸ(736-767）まで繰り返すと、最終的に７６８個の画素ブロック２２のデータ加算値の中で最大のものを求めることが出来る。各画素ブロック２２には３２×３２＝１０２４画素が含まれているので、最終的なＭＡＸ(current）を除算器１６Ａにおいて１０２４で除算した値が、求める最大輝度値である。図６に以上の最大輝度値算出処理のフローチャートを示した。

なお、除算器１６Ａによる除算処理は、ＭＡＸ(current)の下位の所定数のビットを廃棄する処理によって容易に実現することができる。このような処理を行わず、ＭＡＸ(current)の値をそのまま、最大輝度値として補正設定部２に供給することも可能である。しかし、現実には、除算処理を行い、補正設定部２において扱いやすいビット数のデータを最大輝度値として算出することが好ましい。

以上説明したように本実施例においては、画素ブロック毎の画素の輝度値を加算して平均的な輝度特性を検出することにより、画素ブロック内にノイズが混入した場合にもその影響を抑えることができる。そして、その中から最大のものを選択するこによって、フレーム２１の最大輝度を求めた。

（旧００１７）
このように、本実施例では、画素単位ではなく画素ブロック単位の平均的な輝度特性を検出し、それを利用して最大輝度値を求めるという考え方に基づく。従って、フレーム１内に高い階調の画素データがノイズとして存在していたとしても、その影響は無視できる程度に抑えることが可能である。

ここで、各画素ブロックの平均的な輝度特性を検出するために、画素ブロック内の全画素の輝度値を利用することは必須ではない。個々の画素の輝度値が平均化され、ノイズの影響を抑えるために十分な個数の複数の画素を選択すれば、一部の画素のみの輝度値を利用することも可能である。この場合、図６に示したフローで最大輝度値を算出するためには、各画素ブロック毎に同一数の画素の輝度値を利用して平均的な輝度特性を検出することが好ましい。

また、フレーム１内の最小輝度値を求める場合には、上記演算プロセスで「大きい」を「小さい」に、また「最大」を「最小」に、「ＭＡＸ」を「ＭＩＮ」に、それぞれ読み変えていけばよい。こうして得られた最小輝度値は、フレーム内に低い階調の画素データがノイズとして存在していたとしても、最大輝度値同様その影響を無視できる程度に抑えることが可能である。

なお、フレーム２１の周辺領域については、画像全体に与える影響が少ないので、これを最初から演算対象から外して処理を行うようにしてもよい。また、本実施例においては、最大輝度値を求める過程で画素ブロック２２単位で輝度加算値を得ている。この各画素ブロック２２の輝度加算値を全画素ブロック２２にわたって加算して平均値を求めるようにすれば、わずかな回路の追加によってフレーム全体の平均輝度を求めることもできる。最大輝度、最小輝度ばかりか、このようにして求めた平均輝度をも考慮して、より適切に補正特性を設定することができる。

[第２実施例]
図７は別の実施例の輝度特性検出部１の構成を示すブロック図である。本実施例では、画素ブロック有効ビットメモリ１７から読み出した画素ブロック有効ビットをレジスタ１８に保持する。この有効ビットを利用して、最大値格納レジスタ１５Ａおよび最小値格納レジスタ１５Ｂを制御することによって、最大または最小輝度値を求める場合の特定の画素ブロックの有効／無効の指定を行う。

図３の画素ブロック分割例を再度説明に用いると、この例では１画面を横方向に３２個、縦方向に２４個の合計７６８個の画素ブロックに分割している。そこで、例えば図８のように上下各３行を演算の対象から外す演算対象外画素ブロック領域２３，２４とする場合や、図９のようにフレーム１内のある領域内の画素ブロックを演算対象画素ブロック領域２５とし、残りの画素ブロックを演算対象外とする場合を考える。

ある画素ブロック２２を演算対象あるいは演算対象外とするために、本実施例では各画素ブロック２２に対応した「画素ブロック有効ビット」をフラグとして全部の画素ブロック分だけ備える。そして前述の最大または最小輝度値算出の際に「画素ブロック有効ビット」を参照し、その画素ブロックが有効か無効かの判断を行うようにする。

図７の回路構成において、画素ブロック有効ビットメモリ１７は３２bit×２４wordのメモリから構成されおり、１個の画素ブロックに１ビットが割り当てられている。ある画素ブロックの最初の行の処理を開始するのに先立って、上記メモリ１７より対応する画素ブロック有効ビットデータが読み出される。読み出された画素ブロック有効ビットデータ３２bitは横一列の３２個の画素ブロックの有効／無効を示しており、その値は画素ブロック有効ビットレジスタ１８に格納しておいて、画素ブロック１行分の演算終了後に演算用メモリ１３のデータを連続的に読み出して大小比較する際に参照され、有効である画素ブロックのときのみ大小比較結果がＭＡＸ(current）またはＭＩＮ(current）として保持される。

このようにして各画素ブロックに対応した「画素ブロック有効ビット」を用意し、これを参照することによって、最大または最小輝度演算対象の画素ブロックを指定し、演算の領域指定を行うことが可能となる。

さらに、ある画素ブロックに対応した「画素ブロック有効ビット」を１ビットではなく複数ビットとすることにより、特定の画素ブロックの有効／無効だけではなく特定の画素ブロックの演算データに対して重み付けを行うことも可能である。例えば「画素ブロック有効ビット」を２ビットとした場合、各画素ブロックに対して００，０１，１０，１１の４通りの重み付けを行うことが可能である。そして画素ブロックのデータの大小比較の際に重み付けを考慮した比較を行うことにより、コントラスト補正を行う際に重視する領域とそうでない領域を区別して最大または最小輝度値を算出することが可能となる。

本発明の第１実施例の画像データ処理装置の全体構成のブロック図である。 画像データ処理装置の検出部の構成を示すブロック図である。 フレームの領域分割の説明図である。 フレームの入力画像データの処理の順序の説明図である。 画素ブロックの輝度加算の説明図である。 最大輝度値算出処理のフローチャートである。 第２実施例の検出部の構成を示すブロック図である。 フレームの上下領域を処理対象から外す場合の説明図である。 フレームの中央部分のみを処理対象とする場合の説明図である。

符号の説明

１：輝度特性検出部
２：補正特性設定部
３：表示データ生成部
４：補正部
１１：加算器
１２：加算値格納レジスタ
１３：演算用メモリ
１４Ａ，１４Ｂ：大小比較回路
１５Ａ：最大値格納レジスタ
１５Ｂ：最小値格納レジスタ
１６Ａ，１６Ｂ：除算器
１７：画像ブロック有効ビットメモリ
１８：画像ブロック有効ビットレジスタ
２１：フレーム
２２：画素ブロック、２２ａ：画素
２３，２４：演算対象外画素ブロック領域
２５：演算対象画像ブロック領域

Claims (5)

1. 入力された画像データから表示装置に出力する表示データを生成する画像データ処理装置において、
   前記画像データの輝度特性を検出する検出部と、前記検出した輝度特性に応じて設定した補正特性で前記画像データを補正して前記表示データを生成する補正部とを有し、
   前記検出部は、前記画像データの１フレームの所定の領域を複数の領域に分割し、該分割領域毎に平均的な輝度特性を検出し、該検出した分割領域毎の輝度特性を互いに比較して前記１フレーム内の最大輝度もしくは最小輝度の少なくとも一方を算出し、前記画像データの輝度特性を検出することを特徴とする画像データ処理装置。
2. 前記分割領域毎の平均的な輝度特性は、前記各分割領域の画素数を同一として、前記分割領域内の同一数の画素の輝度を加算した加算値であることを特徴とする請求項１記載の画像データ処理装置。
3. 前記検出部は、前記各分割領域の画素の輝度の加算値を算出することによって前記平均的な輝度特性を検出するとともに、該加算値を全分割領域に亘って加算して前記１フレームの平均輝度を算出し、該平均輝度と前記最大輝度もしくは最小輝度の少なくとも一方とに基づき、前記画像データの輝度特性を検出することを特徴とする請求項２記載の画像データ処理装置。
4. 前記複数の分割領域毎に、前記分割領域毎の輝度特性の比較の際に考慮する指標を設定可能としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像データ処理装置。
5. 前記指標は、有効／無効フラグ、もしくは、重み付け係数であることを特徴とする請求項４記載の画像データ処理装置。

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