JP2009260765A - 映像処理装置およびカラーディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の構成では、動的に補整量を変更するといった処理ができなかったため、異なる補整量を与えるべきシーンにおいても、共通の補整量しか与えることしかできず、求める色合いが出せないという課題を有していた。
【解決手段】色差信号から色相値を求める色相算出部と、色相値から色相補整量と彩度補整量を求める補整量算出部と、色相補整量によって色差信号を補整する色相補整部と、彩度補整量によって色差信号を補整する彩度補整部とを備え、補整量算出部において変更可能な補整関数を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーディスプレイ装置の映像信号処理技術に関する。

テレビやディスプレイにおける色の調整方法には、主なものとして、色温度、色の濃さ、色合い、記憶色補整などが挙げられる。通常の色合い調整が全ての色に対して作用するのに対して、記憶色補整とは、肌色や空色といった特定の色に対して、他の色には影響を及ぼすことなく色合いを変える技術である。記憶色補整を行うには、通常はＲＧＢの形式で表したものをＨＳＶ等の形式に変換することによって色相、彩度、明度を求め、特定の範囲の色相、彩度、明度を持つ画素について補整を行っている。また、前述の色温度はＲＧＢ形式で、同じく前述の色の濃さと色合いはＹＣｂＣｒ形式で表した状態で調整できる。

一般的に、放送信号はＹＣｂＣｒ形式、すなわち輝度信号Ｙと２つの色差信号ＣｂとＣｒによって記録されており、テレビまたはディスプレイに表示する際にＲＧＢ形式で表示デバイスにデータを渡している。このＹＣｂＣｒ形式またはＲＧＢ形式で記憶色補整のような特定の色の変更を行えば、ＨＳＶ等の他の形式への変換が不要であり、変換誤差の発生も抑えることができる。ＹＣｂＣｒ形式で特定の色の調整を行う技術が特許文献１に記されている。特許文献１では、２つの色差信号Ｂ−ＹとＲ−Ｙを極座標形式に変換し、角度を色相、距離を彩度として、算出した色相と彩度についてレジスタ値を加算するか、または色相の値に応じてメモリに持たせたルックアップテーブルに従って色相と彩度の補整を行うというものである。
特開２００１−１２５５５７号公報

テレビやディスプレイにおける色の補整方法があらゆる映像に対して常に一定の補整量である場合、映像によっては、その補整が効果的に機能する場合とそうでない場合とがある。

例えば、比較的単一の赤色で構成される果実の色を、鮮やかに見せるために大きな補整量を与えた場合、夕日のように連続的に色が変化するシーンにおいて色が不連続になることがあり、不自然になってしまうことがある。

前記従来の構成では、動的に補整量を変更するといった処理ができなかったため、前記のような異なる補整量を与えるべきシーンにおいても、共通の補整量しか与えることしかできず、求める色合いが出せないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、映像の内容に対応して動的に補整量を調整することで、映像に対応した、より豊かな色表現が可能な映像処理装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の映像処理装置は、
入力映像信号の色差信号から色相値を算出する色相算出部と、
前記色相値から色相補整関数によって色相補整量を算出するとともに、前記色相値から彩度補整関数によって彩度補整量を算出する補整量算出部と、
前記入力映像の特徴情報を検出する特徴検出部と、
前記色相補整関数と彩度補整関数を決定する関数制御部と、
前記色相補整量に基づき、前記色差信号の色相を変更する色相補整部と、
前記彩度補整量に基づき、前記色差信号の彩度を変更する彩度補整部と
を具備し、
前記関数制御部は、前記検出した特徴情報に基づいて、前記色相補整関数と前記彩度補整関数を決定することにより入力映像の色差信号を変換することを特徴としたものである。

さらに、映像処理装置において、前記色相補整関数と前記彩度補整関数は折れ線関数であり、前記関数制御部は、前記折れ線関数の各点の切片と傾きによって前記色相補整関数と前記彩度補整関数を決定することを特徴としたものである。

さらに、映像処理装置において、前記特徴情報は、前記色相値の画素数分布を累算することにより得られる色相ヒストグラムであることを特徴としたものである。

さらに、映像処理装置において、前記関数制御部は、１フレーム毎または１フィールド毎に前記色相補性関数と彩度補整関数を決定することを特徴としたものである。

また、本発明のカラーディスプレイ装置は、入力映像信号から輝度信号と色差信号を分離する抽出部と、
前記色差信号を補整する前記映像処理装置と、
前記抽出部によって分離された輝度信号と前記映像処理装置によって補整された色差信号とを表示装置で表示可能な形式に変換する映像表示部と、
前記映像表示部から出力された信号をカラー映像として表示するディスプレイ部と
からなるカラーディスプレイ装置に対しても適用できるものである。

本発明の映像処理装置によれば、刻々と変化する映像に対して、シーンの特徴に応じた画質の調整を常に行うことができる。

しかも、他の色に影響を及ぼすことなく特定の色だけを補整することが可能である。

また、信号形式の変換を行うことなく特定色の調整を行えるため、変換誤差の発生を抑えることができる。

さらには、表示デバイスの色域特性を考慮した調整をすることにより、入力信号と出力デバイスの色域の調整を行うことができる。

以下に、本発明の映像処理装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における映像処理装置のブロック図を示す。

図１において、色相算出部１は、入力した色差信号から色相値を算出し、補整量算出部２と特徴検出部３に出力する。補整量算出部２は内部に変更可能な色相補整関数と、同じく変更可能な彩度補整関数とを包含しており、色相値から色相補整量と彩度補整量を算出し、色相補整部５に色相補整量を、彩度補整部６に彩度補整量を、それぞれ出力する。特徴検出部３は、色相値に対して、1フレーム毎または1フィールド毎に全ての画素の色相値を累算することで色相ヒストグラムを作成し、関数制御部４に出力する。関数制御部４は色相ヒストグラムを分析し、映像を構成する色相値の分布から、最良の色相補整関数と彩度補整関数とを定義し、それらの関数を補整量算出部２に設定する。補整量算出部２によって算出された色相補整量は、色相補整部５で色差信号の色相を補整する。色相補整を行った色差信号は、彩度補整部６で、補整量算出部２によって算出された彩度補整量と演算を行い、彩度の補整を行うことで、色差信号の色相と彩度を調整することができる。

色相算出部１における色相値の算出は、以下の方法によって実現することができる。
放送信号は輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ、Ｃｒの３つの信号から成り立っており、これら３つの信号の組み合わせにより色を表現している。Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒを互いに直行する座標軸にとり、Ｙ軸の方向からＣｂ−Ｃｒ平面を見ると、図２のようにＣｂ=Ｃｒ=０の原点は無彩色であり、その周辺に赤、黄、緑、シアン、青、マゼンタが環状かつ連続的に配置される。さらに、Ｃｂ=Ｃｒ=０の原点から距離が離れるほど色が濃くなっている。すなわち、Ｃｂ−Ｃｒ平面では、Ｃｂ=Ｃｒ=０の原点を中心にした円周方向に色相を、半径方向に彩度を定義することが可能である。ある画素の色相値を求めるには、その画素のＣｂ、ＣｒとＣｂ−Ｃｒ平面における原点とを結ぶ線分を考え、その線分とＣｂ軸あるいはＣｒ軸との角度を求めることで、色相値を得ることができる。Ｃｒ軸を基準とし、色相値をθとすると、θ=arctan(Cb/Cr)によって色相値を求めることができる。

ところで、この演算は、図３のようにθを円周率/4毎に分割する、すなわちＣｂ−Ｃｒ平面を、原点を中心として放射状に８分割することで、色相値算出のためにメモリに蓄えるデータを省略することができる。θが0から円周率/4の範囲である場合、すなわちＣｂ、Ｃｒが共に正で、Ｃｒ＞Ｃｂの場合は、前述のθ=arctan(Cb/Cr)によって色相値を求める。θが円周率/4から円周率/2の範囲である場合、すなわちＣｂ、Ｃｒが共に正で、Ｃｂ＞Ｃｒの場合は、ＣｂとＣｒを入れ替えたarctan(Cr/Cb)の値を円周率/2から減じた値が色相値となる。その他のθにおいても、図３に示す数式により求めることができる。

(Cb/Cr)または(Cr/Cb)の値からarctan(Cb/Cr)または arctan(Cr/Cb)を求めるには、図４のようにarctan関数を折れ線関数で近似することで計算することができる。例えば、数１に示すように、arctan関数の０度から４５度の区間を９つの区間に分けて折れ線近似をした場合には、誤差は図５に示すように、最大でも約0.46％となる。

以上の処理をフローに示すと図６のようになる。

（１）色差信号のＣｂとＣｒの符号と絶対値の大小により、領域番号を決定する。領域番号は図３に示した８つの領域を示す０から７までの数であり、３ビットで表される。

（２）|Cb|<|Cr|の領域では|Cb|/|Cr|、|Cb|>|Cr|の領域では|Cr|/|Cb|の演算を行う。

（３）折れ線関数により、arctanの演算を行う。演算結果の値域は0から円周率/4の範囲であり、この範囲を、例えば８ビットで表す。

（４）|Cb|>|Cr|の領域では、（３）の演算結果を円周率/4から減じる。これは、ビットを反転して１を加えることに相当する。

（５）領域番号×円周率/4を、（４）の演算結果に加える。これは、領域番号の３ビットを上位ビットに、（４）の演算結果を下位ビットとして連結し、合計１１ビットとすることに相当する。こうして得られた１１ビットデータが色相値となる。

このように、ＣｂとＣｒの大小と符号により場合わけし、arctan関数を折れ線で近似することで、算術演算のみにより色相値の算出が可能であり、データを格納するメモリが不要となる。

上記の例ではＣｂ−Ｃｒ平面を８つの領域に分割したが、この分割数は４としてもよいし、また領域分割しなくても算出可能である。また、折れ線近似による演算ではなくメモリから値を読み出す方式でもよい。

補整量算出部２の変更可能な色相補整関数と変更可能な彩度補整関数は、色相値の入力に対して色相補整量または彩度補整量を出力する関数である。前述のように、色相は座標軸との角度、彩度は原点からの距離で表される。図２において、点Ａで表されるＣｂとＣｒの値を持つ画素を、補整によって点Ｂに移すときには、色相補整量はデルタθとなり、彩度補整量はαとなる。

前記の２つの関数は、関数の取りうる全ての入力値に対して、その出力値を示した対応表をメモリに格納し、その対応表に従って出力値を求めるのではなく、関数制御部４によって定義された関数により、算術演算によって出力値を求めるものとする。関数の形は、例えば折れ線関数であるとすると、その形は図７や図８のようになる。各折れ点の切片、すなわち各折れ点における色相値と、そこでの傾きを与えることで関数が定義されるため、関数の形を決定するために必要なデータは、折れ点の数×２である。折れ点の数が数個程度であれば、メモリに全ての入力値に対する出力値を持たせる方法と比較すると、扱うデータの数が大幅に少なくなるため、関数の変更が容易になり、補整量を画像に応じて随時変更することが可能となる。

また、前記変更可能な色相補整関数にオフセット値を持たせ、このオフセット値を可変とすることにより、従来行われていた色合い調整と同様に、全ての色に対して色相を一定量動かすことができる。同様に、前記の変更可能な彩度補整関数にオフセット値を持たせ、このオフセット値を可変とすることにより、従来行われていた色の濃さの調整と同様に、全ての色に対して色の濃さを調整することができる。特徴検出部３は、色相値の値域をいくつかの領域に分割し、1フレーム期間毎または１フィールド期間毎に、それぞれの領域に入る色相値を持つ画素の数を計数することで図９に示すような色相ヒストグラムを作成する。領域の分割方法は、市場のニーズを反映する、あるいは既存機種よりも高画質を狙うなどの画質方針により、例えば肌色周辺の色相値を他の領域よりも細かく分割するといったものでもよい。

関数制御部４は、前述の色相ヒストグラムから得られる色相値の分布情報を元に適切な処理を行い、折れ線関数として定義されている色相補整関数と彩度補整関数の折れ点の色相値と傾きを決定し、補整量算出部２に送出する。ここでの処理とは、例えば、
（１）画像中に多く分布している色相値周辺に折れ点を集め、滑らかな関数形にすることにより、階調性を損なうことなく特定色を強調する。

（２）色合いと階調性をうまく両立できるような関数形を作るための設定を赤色、青色、緑色それぞれ個別にメモリに持たせ、ヒストグラムの赤、青、緑の画素数の割合に応じてこれらの関数を重み付けした上で足し合わせる。
といった類の処理が考えられる。

１フレーム分の色相ヒストグラムを取得後に補整関数を設定することになるので、色相ヒストグラムの元となる映像と実際に補整を反映する映像は、最低で１フレームのずれが生じることになる。そのため、算出した設定値と現在の設定値との平均をとったものを新しい設定値とするなどの処理を入れることで、シーン切り替えなど、急激に色の変化するシーンで過補整になるのを防ぐ処理を入れてもよい。この関数制御部４の処理は、汎用マイコンを用いて実現することもできる。

色相補整部５において、色相補整量を色差信号に作用させるには、２×２の行列を用いる。数２に色差信号をデルタθだけ回転させるための変換式を示す。数２のデルタθに色相補正量を代入して演算を行うことになるが、その際にθからsinθまたはcosθへの変換が必要となる。この変換は、色差信号から色相値を求めたのと同様に、領域分割と折れ線関数の演算によって求めることもできるが、ここでは領域を４分割し、メモリにデータを持たせる方法を記述する。

各θの値に対応するsinθまたはcosθの値をメモリに持たせることになるが、三角関数の形を考慮すれば、θは0から2＊円周率までのデータを持たせる必要はなく、円周率/2分のデータを持たせれば十分である。また、メモリにsinθまたはcosθのいずれか１つのデータを持たせておけば、他方の値はθを円周率/2ずらすことで求めることができるため、メモリの削減が可能である。図１０に0≦θ＜円周率/2におけるsinθの値を用いて0≦θ＜2＊円周率におけるsinθとcosθを求める式を示す。

彩度補整部６では、色相補整部５によって色相を補整された色差信号に対して、彩度補整量を作用させる。これは、数３のように、色相を補整された色差信号に対して、彩度補整量を掛け合わせることで達成できる。

図１１に本発明の映像処理装置を用いたカラーディスプレイ装置のブロック図を示す。入力映像信号は抽出部で色差信号と輝度信号に分離され、色差信号は本発明の映像処理装置によって補整された後、輝度信号と共に映像表示部に入力され、映像表示部より、ディスプレイ部にカラー表示される。

映像信号には様々な形態が存在するが、輝度信号と色差信号が分離されていない入力映像信号については、抽出部において輝度信号と色差信号との分離を行う。コンポーネント信号のように、あらかじめ輝度信号と色差信号が分離されている映像信号については抽出部による分離は不要である。入力信号がアナログ入力の場合はさらにデジタル値に変換した後に映像処理装置に入力する。

映像処理装置で補整された色差信号は、抽出部で分離された輝度信号とともに、映像表示部に入力される。輝度信号には、色差信号の補整に要する処理時間を考慮して、適切な量の遅延を加える。映像表示部では、入力された輝度信号と色差信号とを、ディスプレイ部で表示することのできる形式に変換する。例えば、液晶に表示する場合には、輝度信号と色差信号をＲＧＢ信号に変換した後、デジタル値を電圧値に変換して出力するといった処理となる。

ディスプレイ部はカラー表示の可能なディスプレイデバイスを含んでおり、映像表示部からの映像信号を映像として表示する。

以上のように、実施の形態１においては、補整量算出部２に、変更可能な色相補整関数と変更可能な彩度補整関数とを持たせ、さらにこれらの関数を折れ線関数とし、折れ線の各点の切片とそこでの傾きによって定義する構成としたことで、少数のパラメータで関数を定義することができるため、関数の変更が容易となり、補整値を随時変更することができる。また、変更可能な色相補整関数と変更可能な彩度補整関数とを、１フレームまたは１フィールド毎に算出した映像の色相ヒストグラムによって定義する構成としたことで、映像内容に応じて最適な補整を随時行うことができる。

また、従来行われていた記憶色補整と同等の処理を、ＨＳＶ座標系等に変換することなく行うことができるため、変換に伴う誤差の発生を防ぐことができる。また、補整の結果出力される色の色度が信号規格上の標準値と合致するように、前記変更可能な色相補整関数と前記変更可能な彩度補整関数の初期状態を設定することにより、入力信号の色域を表示デバイスの色域に合致するよう補整することができるため、色域変換に使用することもできる。

本発明にかかる映像処理装置は、シーンに応じて色の調整を随時行うことができる機能を有し、画質調整装置として有用である。

本発明の実施の形態１における映像処理装置のブロック図 Ｃｂ−Ｃｒ平面における色相と彩度を示す特性図 本発明の実施の形態１におけるarctan関数を計算するための領域分割を示す特性図 本発明の実施の形態１におけるarctan関数を計算するための折れ線近似を示す特性図 本発明の実施の形態１におけるarctan関数を計算するための折れ線近似関数と、arctan関数との誤差を示すグラフ 本発明の実施の形態１における色差信号から色相値を求めるフロー図 本発明の実施の形態１における変更可能な色相補整関数を示す特性図 本発明の実施の形態１における変更可能な彩度補整関数を示す特性図 本発明の実施の形態１における色相ヒストグラムを示す特性図 本発明の実施の形態１におけるsin関数とcos関数を、0から円周率/2の sin関数の値のみで計算する方法を示した特性図 本発明の映像処理装置を用いたカラーディスプレイ装置のブロック図

符号の説明

１ 色相算出部
２ 補整量算出部
３ 特徴検出部
４ 関数制御部
５ 色相補整部
６ 彩度補整部

Claims (5)

1. 映像信号の色差信号から色相値を算出する色相算出部と、
   前記色相値から色相補整関数によって色相補整量を算出するとともに、前記色相値から彩度補整関数によって彩度補整量を算出する補整量算出部と、
   前記入力映像の特徴情報を検出する特徴検出部と、
   前記色相補整関数と彩度補整関数を決定する関数制御部と、
   前記色相補整量に基づき、前記色差信号の色相を変更する色相補整部と、
   前記彩度補整量に基づき、前記色差信号の彩度を変更する彩度補整部と
   を具備し、
   前記関数制御部は、前記検出した特徴情報に基づいて、前記色相補整関数と前記彩度補整関数を決定することにより映像信号の色差信号を変換する映像処理装置。
2. 前記色相補整関数と前記彩度補整関数は折れ線関数であり、前記関数制御部は、前記折れ線関数の各点の切片と傾きによって前記色相補整関数と前記彩度補整関数を決定する請求項１に記載の映像処理装置。
3. 前記特徴情報は、前記色相値の画素数分布を累算することにより得られる色相ヒストグラムであることを特徴とする請求項１に記載の映像処理装置。
4. 前記関数制御部は、映像の１フレームまたは１フィールド毎に前記色相補性関数と彩度補整関数を更新することを特徴とした請求項１に記載の映像処理装置。
5. 映像信号から輝度信号と色差信号を分離する抽出部と、
   前記色差信号を補整する請求項１から請求項４に記載の映像処理装置と、
   前記抽出部によって分離された輝度信号と、前記映像処理装置によって補整された色差信号とを、表示装置で表示可能な形式に変換する映像表示部と、
   前記映像表示部から出力された信号をカラー映像として表示するディスプレイ部と
   を備えたカラーディスプレイ装置。

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