JP2008042768A

JP2008042768A - 画像表示装置及びこれに用いられる表示画像の階調補正方法

Info

Publication number: JP2008042768A
Application number: JP2006217424A
Authority: JP
Inventors: Masami Morimoto; 正巳森本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】補正画像の輝度レベルが大きくシフトすることなく、特に、低輝度側にヒストグラムの偏りが存在する画像についても適正な補正を行う。
【解決手段】入力されるビデオ信号の輝度信号に基づき１フレームの画像について輝度ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部１２と、作成された輝度ヒストグラムについて度数値を用いて輝度範囲の区分を求める区間検出部１３と、求められた輝度区間毎に輝度累積ヒストグラムを作成し、輝度区間毎に正規化し、正規化された輝度累積ヒストグラムに基づき、輝度信号に関し入出力を対応させたルックアップテーブルを作成する区間別累積部１４及びルックアップテーブル作成部１５と、ルックアップテーブルのデータに基づいて当該１フレームの輝度信号を補正して出力する輝度補正部１６とを具備する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、ビデオカメラにより撮像された画像やネットワークを介して送られた画像に係るビデオ信号に基づき画像を表示する画像表示装置及びこれに用いられる表示画像の階調補正方法に関するものである。

従来、到来するビデオ信号に係る画像は、撮像環境等の影響から暗い画像となったり、明るい画像となったり、揺らぎがあることから輝度補正が行われている。

例えば、特許文献１においては、輝度信号のヒストグラムを生成し、これを対数近似してルックアップテーブルを作成し、入力輝度値を当該ルックアップテーブルのデータを用いて補正する画像処理装置が開示されている。
特開２０００−２０４３７３号公報

しかしながら、輝度信号のヒストグラムを生成し、このヒストグラムに基づき輝度補正を行う画像処理にあっては、輝度の偏りを是正する補正であり、輝度の度数分布の変更をともなうものである。このため、特に、低輝度側にヒストグラムの偏りが存在する画像について上記補正手法を適用したときには、補正後の輝度の度数分布が高輝度側（白側）にシフトし、全体に白っぽく補正されることになり、適正な補正が行われにくいという問題があった。

本発明では、上記の問題点を改善して、入力画像について得られる輝度信号のヒストグラム分布に拘らず、補正画像の輝度レベルが大きくシフトすることなく、ヒストグラムの偏りが存在する画像についても適正な補正を行うことのできる画像表示装置及びこれに用いられる表示画像の階調補正方法を提供することである。

本発明に係る画像表示装置は、入力されるビデオ信号の輝度信号に基づき１フレームの画像について輝度ヒストグラムを作成する輝度ヒストグラム作成手段と、作成された輝度ヒストグラムについて度数値を用いて輝度範囲の区分を求める輝度区間検出手段と、求められた輝度区間毎に輝度累積ヒストグラムを作成し、輝度区間毎に正規化し、正規化された輝度累積ヒストグラムに基づき、輝度信号に関し入出力を対応させたルックアップテーブルを作成するルックアップテーブル作成手段と、ルックアップテーブルのデータに基づき、当該１フレームの輝度信号を補正して出力する補正処理手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、ルックアップテーブル作成手段は、輝度区間毎の正規化において、輝度区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最大値を当該輝度区間の最大レベルとし、輝度区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最小値を当該輝度区間の最小レベルとすることを特徴とする。

本発明に係る表示画像の階調補正方法は、入力されるビデオ信号の輝度信号に基づき１フレームの画像について輝度ヒストグラムを作成し、作成された輝度ヒストグラムに基づき輝度信号に関し入出力を対応させたルックアップテーブルを作成し、当該ルックアップテーブルを用いて表示画像の階調補正を行う階調補正方法において、作成された輝度ヒストグラムについて度数値を用いて輝度範囲の区分を求める輝度区間検出ステップと、求められた輝度区間毎に輝度累積ヒストグラムを作成し、輝度区間毎に正規化する正規化ステップと、正規化された輝度累積ヒストグラムに基づき、輝度信号に関し入出力を対応させたルックアップテーブルを作成するステップとを具備することを特徴とする。

本発明に係る表示画像の階調補正方法は、正規化ステップでは、輝度区間毎の正規化において、輝度区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最大値を当該輝度区間の最大レベルとし、輝度区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最小値を当該輝度区間の最小レベルとすることを特徴とする。

本発明では、作成された輝度ヒストグラムについて度数値を用いて輝度範囲の区分を求め、求められた輝度区間毎に輝度累積ヒストグラムを作成し、輝度区間毎に正規化する正規化して、正規化された輝度累積ヒストグラムに基づき、輝度信号に関し入出力を対応させたルックアップテーブルを作成するので、補正の広がりが区分された輝度区間毎に限定されるので、補正画像の輝度レベルが大きくシフトすることなく、ヒストグラムの偏りが存在する画像についても適正な補正を行うことが可能となる。

以下添付図面を参照して、本発明に係る画像表示装置及びこれに用いられる表示画像の階調補正方法の実施例を説明する。図１は、実施例に係る画像表示装置の構成図である。画像表示装置は、ビデオ信号取込部１１が、画像復号装置から、或いはカメラからケーブルを介して、ビデオ信号を取り込むように構成されている。ビデオ信号取込部１１は、取り込んだビデオ信号を画素毎に輝度信号と色差信号とに分離して出力する。

輝度信号は、ヒストグラム作成手段を構成するヒストグラム作成部１２へ送られ、色差信号はビデオ信号出力部１７へ送られる。ヒストグラム作成部１２は到来する輝度信号を輝度レベル毎にカウントして輝度ヒストグラムを作成する。ここに、ビデオ信号取込部１１が輝度レベル（階調）を伸長するものであれば０〜２５５までの値に対応させてヒストグラムを作成し、ビデオ信号取込部１１が輝度レベル（階調）を伸長しないものであれば１６〜２３５までの値に、対応させてヒストグラムを作成する。

ヒストグラム作成部１２により作成されたヒストグラムの情報は、輝度区間検出手段を構成する区間検出部１３及び区間別累積部１４へ送られる。区間検出部１３は、送られるヒストグラムの情報について度数値を用いて輝度範囲の区分を求めるものであり、その手法の詳細は後述する。この区間検出部１３が求めた区間情報は区間別累積部１４へ送られる。

区間別累積部１４は、ルックアップテーブル作成部１５と共にルックアップテーブル作成手段を構成するもので、上記区間検出部１３にて求められた輝度区間毎に累積ヒストグラムを作成し、輝度区間毎に正規化するものである。区間別累積部１４により区間毎に正規化された累積ヒストグラムは、ルックアップテーブル作成部１５へ送られる。

ルックアップテーブル作成部１５は、区間別累積部１４から送られる正規化された累積ヒストグラムに基づき、輝度信号に関し入出力を対応させたルックアップテーブルを作成するものである。ルックアップテーブル作成部１５により作成されたルックアップテーブルの情報は、輝度補正部１６へ送られる。

輝度補正部１６は、ルックアップテーブルのデータに基づき、ビデオ信号取込部１１から送られる当該１フレームの輝度信号を補正して出力するものである。なお、ルックアップテーブルのデータを得るまでの処理に時間を要することに応じて、輝度補正部１６にバッファを設け、ビデオ信号取込部１１から送られる当該１フレームの輝度信号を蓄積する構成を採用する。

輝度補正部１６により輝度補正された輝度信号はビデオ信号出力部１７へ送られる。ビデオ信号出力部１７は、上記輝度補正部１６から送られる輝度補正された輝度信号と、ビデオ信号取込部１１から送られる色差信号とから表示用のビデオ信号を作成し、ＬＥＤやＣＲＴなどの表示部２１へ送り画像を表示させる。この場合、輝度補正部１６にバッファを設ける理由と同じ理由により、ビデオ信号出力部１７に色差信号蓄積用のバッファを設ける。

以上の通りに構成された画像表示装置では、ヒストグラム作成部１２、区間検出部１３、区間別累積部１４、ルックアップテーブル作成部１５、輝度補正部１６及びビデオ信号出力部１７をプロセッサによって構成し、このプロセッサが図２、図３に示されるフローチャートに対応するプログラムを実行することにより処理を実現することができる。以下に、この図２と図３に示すフローチャートに基づき動作を説明する。１フレーム分の処理を開始し、各画素対応の輝度信号についてヒストグラムを作成する（Ｓ１１）。

作成されたヒストグラムが図４に示されるようであったとする。このヒストグラムについて、度数値を用いて輝度範囲の区分を求める処理を行うため、初期処理として分割フラグをクリアし（Ｓ１２）、輝度を示すレベル番号を「１６」に初期化して、最初の区間の始点とする（Ｓ１３）。ここで、レベル番号「１６」は輝度信号の伸長を行っていない場合であり、伸長を行った場合にはレベル「０」を始点とする。

次に、特徴的な画素値の部分を１区間とするため（度数の多い範囲毎を１区分とするため）、分割判定閾値Ｄを設定して、この分割判定閾値Ｄ以上であるかを検出する（Ｓ１４）。この分割判定閾値Ｄは特徴的な画素値の部分を１区間とするための閾値であり、システムの設計の際に決定されるが、１フレーム分のヒストグラムについて最大頻度の例えば２／３の値、或いは１／２の値等として設定することができる。

図４において、レベル番号の「１６」から処理を開始するので、当初はステップＳ１４においてＮＯへ分岐し、分割フラグがセットされているかを検出する（Ｓ１６）。当初、分割フラグはセットされていないので、ステップＳ２２へ進み、レベル番号が最終の「２３５」であるかを検出し（Ｓ２２）、ＮＯへ分岐してレベル番号を「１」インクリメントして（Ｓ１８）、再びステップＳ１４へ進み、分割判定閾値Ｄとの大小比較を行う。

上記の通りにして、レベル番号を「１」インクリメントして処理を続けると、度数が分割判定閾値Ｄ以上となるレベル番号の処理へ進み、ステップＳ１４においてＹＥＳへ分岐することになり、この場合には分割フラグをセットする（Ｓ１５）。ステップＳ１５に続いて分割フラグがセットされているかを検出し（Ｓ１６）、ここではＹＥＳへ分岐する。

上記ステップＳ１６において分割フラグがセットされていることが検出された場合には、区間の終点検出のため、複数レベル連続して図４に示す度数０判定閾値Ｚ未満となったかを検出する（Ｓ１７）。この度数０判定閾値Ｚは、区間の境界に補正のための領域を確保するための値であり、システムの設計の際に決定されるが、度数０そのものを度数０判定閾値Ｚとして用いても良く、また、１フレーム分のヒストグラムについての最小頻度値に、例えば数十度数のオフセット値を加えた値とすることができる。また、度数０判定閾値Ｚ未満が幾つ連続した場合にＹＥＳへ分岐させるかについても、区間の境界に補正のためのどの程度の領域を確保するか設定するための値であり、システムの設計の際に決定される。

ステップＳ１７について図４においては、分割判定閾値Ｄ以上となってから暫くは度数０判定閾値Ｚ未満となることはなく、ステップＳ１７においてＮＯへ分岐し、ステップＳ２２、Ｓ１８を介してステップＳ１４へ進み、処理が続けられる。上記の処理を続けるに従って、図４の区間１における度数が度数０判定閾値Ｚ未満となり、ステップＳ１７においてＹＥＳへ分岐すると、複数レベル連続して図４に示す度数０判定閾値Ｚ以上となったかを検出する（Ｓ１９）。度数０判定閾値Ｚ以上が幾つ連続した場合にＹＥＳへ分岐させるかについても、区間の境界に補正のためのどの程度の領域を確保するか設定するための値であり、システムの設計の際に決定される。

図４の例では、区間２に入ってある程度進むまでＳ１９ではＮＯへ分岐して、ステップＳ２２、Ｓ１８を介してステップＳ１４へ進み処理を繰り返すが、区間２の度数についての第１の山においてＳ１９ではＹＥＳへ分岐し、度数が度数０判定閾値Ｚ未満の範囲について、その中央のレベル番号を第１区間の終点（最大レベル）とし、その次のレベル番号を次の区間（図４では区間２）の始点（最小レベル）とし（Ｓ２０）、分割フラグをリセットし（Ｓ２１）、ステップＳ１８へ進み処理を繰り返す。図４の例では、再び度数が分割判定閾値Ｄ以上となるレベル番号が存在せずに、遂にレベル番号が「２３５」となってステップＳ２２においてＹＥＳへ分岐し、最後の区間の終点をレベル番号「２３５」として（Ｓ２３）区間検出が終了する。

ステップＳ２３に続いて、区間毎にヒストグラムを作成し、区間毎の正規化を行う（Ｓ２４）。区間毎の正規化においては、度数が度数０判定閾値Ｚ以下の値は０として処理し、区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最大値を当該輝度区間の最大レベルとし、輝度区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最小値を当該輝度区間の最小レベルとする。例えば、補正前のヒストグラムが図５のＨ１であるとき、区間毎に求めた累積ヒストグラムは、区間１においてＳＨ−１、区間２においてＳＨ−２となり、正規化により区間１のＳＨ−１に区間２のＳＨ−２が連続した正規化累積ヒストグラムＭＨが得られる。この結果、度数が度数０判定閾値Ｚ以下の値を０として処理した区間の両端部においては、累積ヒストグラムの曲線が伸長され、傾きが緩やかにされる。このときに、正規化累積ヒストグラムＭＨについて更に対数化処理やオフセットを加える処理を行って、必要な補正を行うようにしても良い。図６には、区間に区分することなく累積ヒストグラムＭＨ−Ｊを求めた従来例が示されており、単純に累積した結果、度数の多い山の部分において急峻に立上がりが生じている。

次に、ルックアップテーブルを作成する（Ｓ２５）。ルックアップテーブルを作成するに際しては、基本的にガンマ補正の手法が採用され、入力の輝度を横軸に、出力の輝度を縦軸にとった場合のガンマ値が「1.0」に相当する図５の基準線Ｂと正規化累積ヒストグラムＭＨとの差をなくするように、入力の輝度に対し出力の輝度が割り当てられたルックアップテーブルが作成される。本実施例による処理を示す図５と従来の処理を示す図６とから明らかな通り、図５の基準線Ｂと正規化累積ヒストグラムＭＨとの差は、図６における累積ヒストグラムＭＨ−Ｊと基準線Ｂとの差に比べて小さく、極端な補正が抑制されていることが分かる。

ステップＳ２６では、ルックアップテーブルを用いて当該１フレーム分の輝度補正が行われ（Ｓ２６）、続いてビデオ信号出力部１７としてのビデオ信号出力処理が行われて（Ｓ２７）、画像が表示される（Ｓ２８）。このようにして、ルックアップテーブルを用いて当該１フレーム分の輝度補正を行った場合の補正後の輝度についてヒストグラムを作成した場合、本実施例による補正後の輝度ヒストグラムＨ２を示す図５と従来例による輝度ヒストグラムＨ２Ａを示す図６とから明らかな通り、本実施例においては、補正画像の輝度レベルが大きくシフトすることなく、ヒストグラムの偏りが存在する画像についても適正な補正を行うことができることが分かる。

本発明の画像表示装置の実施例を示す構成図。本発明の画像表示装置の実施例による表示画像の処理、特に階調補正方法に対応するフローチャート。本発明の画像表示装置の実施例による表示画像の処理、特に階調補正方法に対応するフローチャート。本発明の画像表示装置の実施例による、度数値を用いて輝度範囲の区分を求める場合の処理を説明するヒストグラムを示す図。本発明の画像表示装置の実施例による、区分毎に累積ヒストグラムを作成し正規化する場合の処理を説明するための図。従来例による、区分毎に累積ヒストグラムを作成し正規化する場合の処理を説明するための図。

符号の説明

１１ビデオ信号取込部
１２ヒストグラム作成部
１３区間検出部
１４区間別累積部
１５ルックアップテーブル作成部
１６輝度補正部
１７ビデオ信号出力部
２１表示部

Claims

入力されるビデオ信号の輝度信号に基づき１フレームの画像について輝度ヒストグラムを作成する輝度ヒストグラム作成手段と、
作成された輝度ヒストグラムについて度数値を用いて輝度範囲の区分を求める輝度区間検出手段と、
求められた輝度区間毎に輝度累積ヒストグラムを作成し、輝度区間毎に正規化し、正規化された輝度累積ヒストグラムに基づき、輝度信号に関し入出力を対応させたルックアップテーブルを作成するルックアップテーブル作成手段と、
ルックアップテーブルのデータに基づき、当該１フレームの輝度信号を補正して出力する補正処理手段と
を具備することを特徴とする画像表示装置。
ルックアップテーブル作成手段は、輝度区間毎の正規化において、輝度区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最大値を当該輝度区間の最大レベルとし、輝度区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最小値を当該輝度区間の最小レベルとすることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
入力されるビデオ信号の輝度信号に基づき１フレームの画像について輝度ヒストグラムを作成し、作成された輝度ヒストグラムに基づき輝度信号に関し入出力を対応させたルックアップテーブルを作成し、当該ルックアップテーブルを用いて表示画像の階調補正を行う階調補正方法において、
作成された輝度ヒストグラムについて度数値を用いて輝度範囲の区分を求める輝度区間検出ステップと、
求められた輝度区間毎に輝度累積ヒストグラムを作成し、輝度区間毎に正規化する正規化ステップと、
正規化された輝度累積ヒストグラムに基づき、輝度信号に関し入出力を対応させたルックアップテーブルを作成するステップと
を具備することを特徴とする表示画像の階調補正方法。
正規化ステップでは、輝度区間毎の正規化において、輝度区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最大値を当該輝度区間の最大レベルとし、輝度区間毎に求められた輝度累積ヒストグラムの最小値を当該輝度区間の最小レベルとすることを特徴とする請求項３に記載の表示画像の階調補正方法。