JP2010021622A - 画像処理装置および方法、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】輝度ヒストグラムの計測値を読み出す過負荷を減少することができるようにする。
【解決手段】外部制御部６１は、まず、レジスタ７１−２の計測精度の粗い輝度ヒストグラムＢの計測値を用いて、所望の黒面積に相当する輝度値である黒ピーク値を計測する。その後、その計測された黒ピーク値を基に、外部制御部６１は、計測精度の高い輝度ヒストグラムＡの計測値を用いて、黒ピーク値を計測する。これにより、黒ピーク値が検出される。トーンカーブ調整部６３は、検出された黒ピーク値で、入力輝度信号に対して、黒レベルのオフセット調整を行う。本発明は、映像信号の画質調整を行う映像信号処理装置に適用することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像処理装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、輝度ヒストグラムの計測値を読み出す過負荷を減少することができるようにした画像処理装置および方法、並びにプログラムに関する。

画像のコントラストを補正する手法として、輝度信号のヒストグラムを用い、そのヒストグラム分布に応じて輝度階調のトーンカーブ変調を行うことで、画像に対してより一層のコントラスト感を与える高画質化処理が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、輝度信号のヒストグラムを用いてトーンカーブ変調を行う従来の画像処理装置の構成例を示す図である。

この映像信号処理装置１は、外部制御部１１、輝度ヒストグラム取得部１２、およびトーンカーブ調整部１３がCPU(Central Processing Unit)制御バス１４に接続されて構成されている。

外部制御部１１は、CPU制御バス１４を介して、輝度ヒストグラム取得部１２が有するレジスタ２１に記憶されている輝度ヒストグラムの計測値を読み出し、その計測値を用いて、トーンカーブ調整部１３に所定のトーンカーブ変調を行わせる。

図１においては、その図示は省略されているが、前段に配置されるデジタル放送復調部、アナログ放送復調部、または、A/D（Analog / Digital）変換部からの入力輝度信号が、輝度ヒストグラム取得部１２およびトーンカーブ調整部１３に入力される。

輝度ヒストグラム取得部１２は、レジスタ２１を有している。輝度ヒストグラム取得部１２は、入力輝度信号から、画像１フレームあたりの輝度分布を計測し、図２に示されるような各輝度値の出現頻度を表す輝度ヒストグラムをレジスタ２１に記憶する。

この場合、輝度ヒストグラム取得部１２においては、映像分解能（例えば、８ビット,２５６階調）であれば、２５６個ものヒストグラムに、入力輝度信号の各階調の１フレーム内の出現頻度がそれぞれ記憶される。

トーンカーブ調整部１３は、外部制御部１１の制御のもと、入力輝度信号に対して所定のトーンカーブ変調を与えて画質調整を行い、高画質な出力輝度信号を、図示せぬ後段に出力する。すなわち、トーンカーブ調整部１３においては、輝度ヒストグラムの計測値が用いられて、トーンカーブ調整が行われる。

この輝度ヒストグラムの計測値を用いたトーンカーブ変調の代表的な方法のひとつに、黒レベルのオフセット調整というものがある。これは、例えば、輝度ヒストグラムにおいて、最黒側（0LSB側）から計測し、合計数％のヒストグラム面積（以下、黒面積とも称する）を占める輝度値（以下、黒ピーク値と称する）を計測と演算により算出し、最黒側からその黒ピーク値に相当する階調までのトーンカーブを０にしてしまう方法である。

このような調整を行うことで、トーンカーブ調整される出力輝度信号は、フレーム内分布上、少ない黒側に割り当てる階調を減らし、黒が引き締まったコントラスト感、奥行き感のある好印象を視聴者に与えることができる。

また、近年の輝度ヒストグラムの計測値を用いた高画質化処理においては、黒ピーク値のみならず、ひとつではないいくつかの割合の黒面積に相当する階調値をそれぞれ求め、画像を高画質化する処理が行われている。また、その際、黒面積だけでなく、同様な考え方で、最白側（256LSB側）から計測して、合計数％のヒストグラム面積（以下、白面積とも称する）を占める輝度値に相当する白ピーク値の算出も必要とされることもある。

特開２００７−６０１６９号公報

しかしながら、この黒ピーク値を精度よく求めようとすると、輝度ヒストグラム取得部１２は、入力輝度信号の階調数（例えば、現状の日米欧などのデジタル放送の場合、８ビット、２５６階調）で、それぞれについて２１ビットものヒストグラムをレジスタ２１に記憶しておく必要がある。そして、外部制御部１１においては、レジスタ２１からそれらのヒストグラムを読み出す必要があり、しばしば、読み出しにかかる時間が大きく、外部制御部１１の過負荷になってしまうことがあった。

また、それを解消しようとハードウエアにて黒ピーク値を算出する方法もある。しかしながら、上述したように、近年、トーンカーブ変調のアルゴリズムの複雑化に伴い、黒ピーク値を複数計測する必要が生じたり、白ピーク値も必要になるなど多様化するニーズに対して、ハードウエアでの検出具現化を逐一対応することが困難であった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、輝度ヒストグラムの計測値を読み出す過負荷を減少することができるようにするものである。

本発明の一側面の画像処理装置は、入力された画像信号から、１画像分の第１の輝度ヒストグラムを取得する第１の輝度ヒストグラム取得手段と、前記画像信号から、前記１画像分の前記第１の輝度ヒストグラムより計測精度の粗い第２の輝度ヒストグラムを取得する第２の輝度ヒストグラム取得手段と、前記第１の輝度ヒストグラムの計測値および前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を用いて、所定のヒストグラム面積に相当する輝度値を検出する輝度値検出手段と、前記輝度値検出手段により検出された前記輝度値に基づいて、前記画像信号に対してトーンカーブ調整を行うトーンカーブ調整手段とを備える。

前記輝度値検出手段は、前記第１の輝度ヒストグラムの計測値および前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を段階的に読み出すことができる。

前記輝度値検出手段は、前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を読み出して、前記第２の輝度ヒストグラムにおける前記輝度値を検出し、検出された記第２の輝度ヒストグラムにおける前記輝度値に基づいて、前記第１の輝度ヒストグラムの計測値を読み出して、前記第１の輝度ヒストグラムにおける前記輝度値を検出することができる。

前記輝度値検出手段は、最黒端から計測した、前記所定のヒストグラム面積に相当する前記輝度値を検出し、前記トーンカーブ調整手段は、前記画像信号に対して、前記最黒端から前記輝度値までのトーンカーブを０にする調整を行うことができる。

前記第１の輝度ヒストグラムは、２５６分割の計測精度を有し、前記第２の輝度ヒストグラムは、３２分割の計測精度を有する。

本発明の一側面の画像処理方法は、画像処理装置が、入力された画像信号から、１画像分の第１の輝度ヒストグラムを取得し、前記画像信号から、前記１画像分の前記第１の輝度ヒストグラムより計測精度の粗い第２の輝度ヒストグラムを取得し、前記第１の輝度ヒストグラムの計測値および前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を用いて、所定のヒストグラム面積に相当する輝度値を検出し、検出された前記輝度値に基づいて、前記画像信号に対してトーンカーブ調整を行うステップを含む。

本発明の一側面のプログラムは、入力された画像信号から、１画像分の第１の輝度ヒストグラムを取得し、前記画像信号から、前記１画像分の前記第１の輝度ヒストグラムより計測精度の粗い第２の輝度ヒストグラムを取得し、前記第１の輝度ヒストグラムの計測値および前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を用いて、所定のヒストグラム面積に相当する輝度値を検出し、検出された前記輝度値に基づいて、前記画像信号に対してトーンカーブ調整を行うステップを含む処理をコンピュータに実行させる。

本発明の一側面においては、入力された画像信号から、１画像分の第１の輝度ヒストグラムが取得され、前記画像信号から、前記１画像分の前記第１の輝度ヒストグラムより計測精度の粗い第２の輝度ヒストグラムが取得され、前記第１の輝度ヒストグラムの計測値および前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を用いて、所定のヒストグラム面積に相当する輝度値が検出される。そして、検出された前記輝度値に基づいて、前記画像信号に対してトーンカーブ調整が行われる。

本発明よれば、より一層のコントラスト感を与える高画質化画像を表示することができる。また、本発明によれば、輝度ヒストグラムの計測値を読み出す過負荷を減少することができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る画像処理装置としての映像信号処理装置の一部の構成例を示すブロック図である。

この映像信号処理装置５１は、例えば、デジタルやアナログの映像信号の電波を受信し、それを復号して生成されたデジタル映像信号の画質調整を行い、高画質化してから、アナログ映像信号に変換して、図示せぬ表示装置などに出力する。

図３の例においては、映像信号処理装置５１は、外部制御部６１、輝度ヒストグラム取得部６２−１および６２−２、並びにトーンカーブ調整部６３がCPU(Central Processing Unit)制御バス６４を介して接続されて構成されている。なお、映像信号処理装置５１においては、前段のチューナ、デジタル放送復調部、アナログ放送復調部、およびA/D（Analog/Digital）変換部、並びに、後段のD/A（Digital/Analog）変換部などの図示は省略されている。

この映像信号処理装置５１は、第１の輝度ヒストグラム取得部としての輝度ヒストグラム取得部６２−１と、第２の輝度ヒストグラム取得部としての輝度ヒストグラム取得部６２−２の２つの輝度ヒストグラム取得部を有している。

外部制御部６１は、CPU制御バス６４を介して、輝度ヒストグラム取得部６２−１が有するレジスタ７１−１に記憶されている輝度ヒストグラムＡおよび輝度ヒストグラム取得部６２−２が有するレジスタ７１−２に記憶されている輝度ヒストグラムＢの計測値を読み出す。外部制御部６１は、CPU制御バス６４を介して、読み出した輝度ヒストグラムＡおよびＢの計測値を用いて、トーンカーブ調整部６３に所定のトーンカーブ変調を行わせる。

具体的には、外部制御部６１は、輝度ヒストグラムの計測値を用いたトーンカーブ変調処理の代表的な方法の１つとして、黒レベルのオフセット調整をトーンカーブ調整部６３に行わせる。この場合、外部制御部６１は、輝度ヒストグラムＡおよびＢにおいて最黒側（0LSB側）から計測し、合計数％のヒストグラム面積（以下、黒面積とも称する）を占める輝度値（この黒面積を占める輝度値を、黒ピーク値とも称する）を計測と演算により検出する輝度値検出部として機能する。そして、外部制御部６１は、検出した黒ピーク値での黒レベルのオフセット調整をトーンカーブ調整部６３に行わせる。

なお、以下、適宜、輝度値を、輝度レベル値または階調値などとも称する。

輝度ヒストグラム取得部６２−１および６２−２、並びにトーンカーブ調整部６３には、前段の図示せぬデジタル放送復調部、アナログ放送復調部、または、A/D（Analog / Digital）変換部などからの入力輝度信号が入力される。

輝度ヒストグラム取得部６２−１は、レジスタ７１−１を有している。輝度ヒストグラム取得部６２−１は、入力輝度信号から、輝度ヒストグラムＡを取得する。すなわち、輝度ヒストグラム取得部６２−１は、入力輝度信号から、画像１フレームあたりの輝度分布を計測し、各輝度値の出現度数を表す輝度ヒストグラムＡをレジスタ７１−１に記憶する。

輝度ヒストグラム取得部６２−２は、レジスタ７１−２を有している。輝度ヒストグラム取得部６２−２は、入力輝度信号から、輝度ヒストグラムＢを取得する。すなわち、輝度ヒストグラム取得部６２−２は、入力輝度信号から、画像１フレームあたりの輝度分布を計測し、各輝度値の出現度数を表す輝度ヒストグラムＢをレジスタ７１−２に記憶する。

輝度ヒストグラムＡは、例えば、図４に示されるように、映像分解能（例えば、８ビット,２５６階調）であれば、２５６個ものヒストグラムに、入力輝度信号の各階調の１フレーム内の出現頻度がそれぞれ記憶されるものである。これに対して、輝度ヒストグラムＢは、例えば、図５に示されるように、輝度ヒストグラムＡの計測精度よりも計測精度が粗い分割数（例えば、１６分割精度）で構成されている。

図４および図５においては、それぞれ、黒側のみの輝度ヒストグラムＡと輝度ヒストグラムＢが示されている。左側は、それぞれの最黒側（0LSB側）を表しており、最黒側からの序数が示されている。

図４に示されるＷは、図５の輝度ヒストグラムＢの幅に相当する輝度ヒストグラムＡの要素数（例えば、３２）を示しており、輝度ヒストグラムＢの方が、輝度ヒストグラムＡよりも計測精度が粗いことがわかる。

トーンカーブ調整部６３は、外部制御部６１の制御のもと、入力輝度信号に対して、例えば、図６に示されるような所定のトーンカーブ変調を与えて画質調整を行い、高画質な出力輝度信号を、図示せぬ後段に出力する。具体的には、CPU制御バス６４を介して、外部制御部６１により検出された黒ピーク値が供給されるので、トーンカーブ調整部６３は、入力輝度信号に対して、黒ピーク値での黒レベルのオフセット調整を行う。

次に、図７のフローチャートを参照して、図３の映像信号処理装置５１の映像信号処理について説明する。

輝度ヒストグラム取得部６２−１および６２−２、並びにトーンカーブ調整部６３には、前段の図示せぬデジタル放送復調部、アナログ放送復調部、または、A/D変換部などからの入力輝度信号が入力される。

ステップＳ１１において、輝度ヒストグラム取得部６２−１は、入力輝度信号から、画像１フレームあたりの輝度分布を計測し、レジスタ７１−１の階調分解能の高い輝度ヒストグラムＡに記憶する。

ステップＳ１２において、輝度ヒストグラム取得部６２−２は、入力輝度信号から、画像１フレームあたりの輝度分布を計測し、レジスタ７１−２の階調分解能の粗い輝度ヒストグラムＢに記憶する。

ステップＳ１３において、外部制御部６１は、トーンカーブ調整部６３に黒レベルのオフセット調整を行わせるため、黒ピーク値検出処理を実行する。例えば、所望の黒面積を５％（この割合は、画質の好みに応じて任意に設定可能な数値である）とした場合、この５％の黒面積に相当する輝度値が黒ピーク値と設定される。このとき、最黒側からのヒストグラム累積値が次の式（１）に達した階調値が、求めたい黒ピーク値Ｘに相当する輝度値となる。

1920×1080×0.05 ＝ 103680 ・・・（１）

すなわち、黒ピーク値Ｘと、そのときの所望の黒面積に相当するヒストグラム累積値Ｔｈは、図８に示されるような関係になる。図８の例においては、左側が最黒側を表す黒側の輝度ヒストグラムＡが示されている。最黒側から１番目の輝度値の出現度数が累積され、２番目の輝度値の出現度数が累積され、３番目の輝度値の出現度数が累積され、・・・、というように各輝度値の出現度数が最黒側から順番に累積される。そして、それらの累積された値（出現度数）がヒストグラム累積値Ｔｈに達したときの輝度値は、最黒側からＸ番目の輝度値であり、この値が黒ピーク値として検出される。

このステップＳ１３の黒ピーク値検出処理の詳細については、図１０を参照して後述するが、この処理では、まず、輝度ヒストグラムＢの計測値が読み出され、それが用いられて、黒ピーク値が計測され、その後、輝度ヒストグラムＡの計測値が読み出され、それが用いられて、さらに細かい分解能で黒ピーク値が計測されて、検出される。そして、検出された黒ピーク値が、CPU制御バス６４を介して、トーンカーブ調整部６３に供給される。

ステップＳ１４において、トーンカーブ調整部６３は、入力輝度信号に対して、外部制御部６１により供給された黒ピーク値での黒レベルのオフセット調整を行って、画質調整を行い、高画質な出力輝度信号を、図示せぬ後段に出力する。

図９は、トーンカーブ調整部６３が行うトーンカーブ調整例のグラフである。図９の例においては、縦軸が出力輝度値を表し、横軸が入力輝度値を表しており、横軸の入力輝度値の最黒側（0LSB側）から黒ピーク値Ｘまでに対応する出力輝度値は、０となっている。

すなわち、トーンカーブ調整部６３は、図９に示されるように、入力輝度値において、最黒側（0LSB側）から、外部制御部６１により検出された黒ピーク値Ｘに相当する階調までのトーンカーブの出力を０にするトーンカーブ調整を行って、黒レベルのオフセット調整を行う。

これにより、トーンカーブ調整される出力輝度信号は、フレーム内分布上、少ない黒側に割り当てる階調を減らし、黒が引き締まったコントラスト感、奥行き感のある好印象を視聴者に与えることができる。

次に、図１０のフローチャートを参照して、図７のステップＳ１３の黒ピーク値検出処理について説明する。なお、図１０の例において説明は省略するが、外部制御部６１は、CPU制御バス６４を介して、レジスタ７１−１から輝度ヒストグラムＡの計測値を読み出し、レジスタ７１−２から輝度ヒストグラムＢの計測値を読み出している。

まず、外部制御部６１は、ステップＳ３１において、初期化処理として、輝度ヒストグラムＡの最黒側からの累積値ΣＨ_A＝０とし、ヒストグラムＢの最黒側からの累積値ΣＨ_B＝０とし、輝度ヒストグラムＢの読み出し位置Ｎを最黒側から１番目（Ｎ＝１）とする。

外部制御部６１は、ステップＳ３２において、Ｎ＝１番目の輝度ヒストグラムＢの計測値Ｈ_B（Ｎ）を読み出し、ステップＳ３３において、読み出した計測値Ｈ_B（Ｎ）を累積値ΣＨ_Bに加算する。すなわち、次の式（２）が行われる。

ΣＨ_B＝ΣＨ_B＋Ｈ_B（Ｎ） ・・・（２）

外部制御部６１は、ステップＳ３４において、求めたい黒面積に相当するヒストグラム累積値（＝黒面積しきい値）Ｔｈが累積値ΣＨ_Bより大きいか否かを判定する。外部処理部６１は、ヒストグラム累積値Ｔｈが累積値ΣＨ_Bより大きくないと判定した場合、ステップＳ３５において、Ｎの値をひとつ増やす。そして、処理は、ステップＳ３２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、ステップＳ３２以降の処理が、ステップＳ３４においてヒストグラム累積値Ｔｈが累積値ΣＨ_Bより大きいと判定されるまで繰り返される。

一方、ステップＳ３４において、ヒストグラム累積値Ｔｈが累積値ΣＨ_Bより大きいと判定された場合、処理はステップＳ３６に進む。外部制御部６１は、ステップＳ３６において、次の式（３）を満たすＭを求める。

Ｍ＝（Ｎ−１）×Ｗ ・・・（３）

ここで、Ｗは、図４を参照して上述した輝度ヒストグラムＢの幅に相当する輝度ヒストグラムＡの要素数である。

以上のステップＳ３６までが、輝度ヒストグラムＢによる黒ピーク値の計測処理である。ステップＳ３７より、輝度ヒストグラムＢによる黒ピーク値を基に、さらに計測分解能を高める、輝度ヒストグラムＡによる黒ピーク値の計測処理が行われる。

ステップＳ３７において、外部制御部６１は、Ｎ−１番目までの輝度ヒストグラムＢの最黒側からの累積値ΣＨ_Bを輝度ヒストグラムＡの累積値ΣＨ_Aの初期値とする。すなわち、次の式（４）が行われる。

ΣＨ_A＝ΣＨ_B−Ｈ_B（Ｎ） ・・・（４）

外部制御部６１は、ステップＳ３８において、Ｍ番目の輝度ヒストグラムＡの計測値Ｈ_A（Ｍ）を読み出し、ステップＳ３９において、読み出した計測値Ｈ_A（Ｍ）を累積値ΣＨ_Aに加算する。すなわち、次の式（５）が行われる。

ΣＨ_A＝ΣＨ_A＋Ｈ_A（Ｍ） ・・・（５）

外部制御部６１は、ステップＳ４０において、求めたい黒面積に相当するヒストグラム累積値（＝黒面積しきい値）Ｔｈが累積値ΣＨ_Aより大きいか否かを判定する。外部処理部６１は、ヒストグラム累積値Ｔｈが累積値ΣＨ_Aより大きくないと判定した場合、ステップＳ４１において、Ｍの値をひとつ増やす。そして、処理は、ステップＳ３８に戻り、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、ステップＳ３８以降の処理が、ステップＳ４０においてヒストグラム累積値Ｔｈが累積値ΣＨ_Aより大きいと判定されるまで繰り返される。

一方、ステップＳ４０において、ヒストグラム累積値Ｔｈが累積値ΣＨ_Aより大きいと判定された場合、処理はステップＳ４２に進む。外部制御部６１は、ステップＳ４２において、Ｍ−１番目の輝度値を黒ピーク値として検出する。

以上のように、映像信号処理装置５１においては、まず、輝度ヒストグラムＢの計測値が読み出され、次に、輝度ヒストグラムＡの計測値が読み出され、というように、輝度ヒストグラムＡと輝度ヒストグラムＢの計測値が段階的に読み出されて、その結果、黒ピーク値が検出される。すなわち、まず、計測精度の粗い輝度ヒストグラムＢの計測値を用いて、黒ピーク値が計測され、その後、計測精度の高い輝度ヒストグラムＡの計測値を用いて、黒ピーク値が計測されることによって、黒ピーク値が検出される。

これにより、外部制御部６１による輝度ヒストグラムＡおよび輝度ヒストグラムＢの読み出し回数、すなわち、レジスタ７１−１および７１−２へのアクセス回数を従来よりも減少させることができる。この効果の詳細については、以下に順に説明する。

次に、輝度ヒストグラムの最良分割数について定量的に考察をする。日米欧などのデジタル放送においては輝度信号の階調数が２５６（８ビット）階調であるため、分解能２５６階調の黒面積検出（黒面積に相当する輝度値検出）時において、輝度ヒストグラムＡが２５６分割であるときの輝度ヒストグラムＢの最適分割数は、以下のように求められる。

所望の黒面積に相当する輝度値（＝黒ピーク値）Ｘ［LSB］、輝度ヒストグラムＢの分割数Ｄ_Bとすると、輝度ヒストグラムＢの１ブロックあたりの輝度ヒストグラムＡの要素数Ｎは、次の式（６）で表わされる。

Ｎ＝２５６／Ｄ_B ・・・（６）

輝度ヒストグラムＢのアクセス回数Ｃ_Bは、次の式（７）で表わされる。

Ｃ_B＝RONUDUP（Ｘ／Ｎ） ・・・（７）

ここで、RONUDUP（Ａ）とは、小数点を含む正の実数Ａを小数点第０位で切り上げる演算を表している。

輝度ヒストグラムＡのアクセス回数Ｃ_Aは、次の式（８）で表わされる。

Ｃ_A＝MOD（Ｘ−１,Ｎ）＋１ ・・・（８）

ここで、MOD（Ａ,Ｂ）とは、ＡをＢで割った余りの算出を表している。

したがって、外部制御部６１が黒ピーク値Ｘを検出するまでの総アクセス数Ｃ_totalは、次の式（９）で求められる。

Ｃ_total＝Ｃ_A＋Ｃ_B
＝RONUDUP（Ｘ／Ｎ）＋MOD（Ｘ−１,Ｎ）＋１
＝RONUDUP（Ｘ＊Ｄ_B／２５６）＋MOD（Ｘ−１, ２５６／Ｄ_B）＋１
・・・（９）

図１１は、式（９）の演算で求められる、輝度ヒストグラムＢの分割数Ｄ_B＝８のときに、黒ピーク値Ｘの値を１乃至１２８まで変化させた場合の総アクセス数Ｃ_totalの遷移を表している。図１１においては、縦軸が総アクセス数（Ｃ_total）を示し、横軸が、黒ピーク値Ｘを示している。

このときのＸ＝１乃至３２［LSB］（黒面積0%〜12.5%に相当）、Ｘ＝１乃至６４［LSB］（黒面積0%〜25%に相当）、Ｘ＝１乃至１２８［LSB］（黒面積0%〜50%に相当）までのアクセス回数最大値ＭＡＸと、アクセス回数平均値ＡＶＥは、図１１より求めると、次の式（１０）となる。

ＭＡＸ_1~32＝３３回，ＡＶＥ_1~32＝１７．５回
ＭＡＸ_1~64＝３４回，ＡＶＥ_1~64＝１８回
ＭＡＸ_1~128＝３５回，ＡＶＥ_1~128＝１９回 ・・・（１０）

以下同様に、輝度ヒストグラムＢの分割数Ｄ_Bの値を変化させた場合の上記６つの数を求めると、図１２に示されるようになる。図１２の例においては、輝度ヒストグラムＢの分割数Ｄ_Bの値を変化させた場合のＡＶＥ_1~32（図１２ではＡＶＥ３２）,ＡＶＥ_1~64（図１２ではＡＶＥ６４）,ＡＶＥ_1~128（図１２ではＡＶＥ１２８）,ＭＡＸ_1~32（図１２ではＭＡＸ３２）,ＭＡＸ_1~64（図１２ではＭＡＸ６４）,ＭＡＸ_1~128（図１２ではＭＡＸ１２８）が示されている。

図１２のＡＶＥ３２, ＡＶＥ６４, ＡＶＥ１２８, ＭＡＸ３２, ＭＡＸ６４, ＭＡＸ１２８のどれを見ても、輝度ヒストグラムＢの分割数Ｄ_B＝３２の場合で極小をとっている。したがって、分割数をこれより増やしても減らしてもかえってアクセス回数（＝輝度ヒストグラムの読み出し回数）が増えてしまう。

以上より、輝度ヒストグラムＡの分割数２５６の場合に、輝度ヒストグラムＢは分割数３２を用いることが最も効率よくアクセス回数を減らせる組み合わせであることがわかる。このことは、逆に、輝度ヒストグラムを２つに増やすことでアクセス回数を減らせる第２のヒストグラム（いまの場合、輝度ヒストグラムＢ）の分割数が一意的に求まることを示しているとも言える。

さらに、輝度ヒストグラムＡが分割数２５６を用い、輝度ヒストグラムＢが分割数３２を用いる場合の効率についても考察する。

Ｄ_B＝３２の場合に、Ｘ＝１乃至１２８として、式（９）で総アクセス回数Ｃ_totalを求める。この総アクセス回数Ｃ_totalと、従来手法でのアクセス回数（すなわち、輝度ヒストグラムＡのみでのアクセス回数）とのアクセス回数減少割合（改善効率）Ｒは、次の式（１１）で求められる。

Ｒ＝１００×Ｃ_total／Ｘ[％] ・・・（１１）

図１３は、黒ピーク値Ｘに対する、式（１１）で求められるアクセス回数減少割合Ｒを表している。図１３の例において、縦軸はアクセス回数減少割合（改善効率）Ｒを表し、横軸は黒ピーク値Ｘを表している。

図１３に示されるように、黒ピーク値Ｘ＝８までは、従来手法よりも改善効率が悪化しているが、どの場合もアクセス回数の差でみるとたかだか１回であり、実用上全く問題のないレベルである。

これに対して、黒ピーク値Ｘ＝９以降は、常にアクセス回数減少割合が62.5％以下に低減しており、特に黒ピーク値Ｘが大きな値の場合には、アクセス回数減少割合は顕著である。

図１４は、輝度ヒストグラムＢの分割数Ｄ_B＝３２のときに、黒ピーク値Ｘの値を１乃至１２８まで変化させた場合のＣ_totalの遷移を表している。図１４においては、縦軸がアクセス数（Ｃ_total）を示し、横軸が、黒ピーク値Ｘを示している。

このときのＸ＝１乃至３２［LSB］（黒面積0%〜12.5%に相当）、Ｘ＝１乃至６４［LSB］（黒面積0%〜25%に相当）、Ｘ＝１乃至１２８［LSB］（黒面積0%〜50%に相当）までのアクセス回数最大値ＭＡＸと、アクセス回数平均値ＡＶＥは、図１４より求めると、次の式（１２）となる。

ＭＡＸ_1~32＝１２回，ＡＶＥ_1~32＝７回
ＭＡＸ_1~64＝１６回，ＡＶＥ_1~64＝９回
ＭＡＸ_1~128＝２４回，ＡＶＥ_1~128＝１３回 ・・・（１２）

以上のように、輝度ヒストグラムＢの分割数Ｄ_B＝３２においては、求める黒面積がいずれの場合でも、最大アクセス回数は２４回以下に抑えることができる。

なお、従来手法の最大アクセス回数は１２８回であるので、最大アクセス回数が18.75％低下することとなり、計測精度の異なる２つの輝度ヒストグラムを用いての黒ピーク値検出が有効であることがわかる。

以上のように、所定の黒面積に相当する輝度値（黒ピーク値）を求める際に、計測精度の異なる２つの輝度ヒストグラムを用いて、それらを段階的に読み出して用いるようにしたので、輝度ヒストグラムへのアクセス回数（読み出し回数）を抑えることができる。すなわち、ヒストグラムの計測値を読み出す過負荷を減少し、黒ピーク値を効率的に取得することができる。

なお、上記説明においては、階調数が８ビットの場合を例に輝度ヒストグラムＢの最適分割数を求めたが、同様に、１０ビット（1024階調）などさらなる多階調計測の場合も最適分割数を求めることができる。

また、輝度ヒストグラムＡの分割数を８ビット分解能の最大精度である２５６階調として説明したが、ハードウエア制約を優先し、１２８階調などにした場合も同様に最適分割数を求めることもできる。

さらに、輝度ヒストグラムを２つにした場合の例を説明したが、輝度階調数が今後増した場合などに、輝度ヒストグラムの数を増やして異なる分割数の輝度ヒストグラムを用いたとしても、同様にアクセス回数を低減できる。

また、黒面積に相当する輝度値を１つ求める例を説明したが、ひとつではないいくつかの割合の黒面積に相当する輝度値をそれぞれ求める場合や、黒面積だけでなく、同様な考え方で、最白側（256LSB側）から計測して、合計数％のヒストグラム面積（白面積とも称する）に相当する輝度値を求める場合も同様に行うことができる。

すなわち、輝度値の両極端の一方の端から計測した、所定のヒストグラム面積に相当する輝度値を求める際に、計測精度の異なる２つの輝度ヒストグラムを用いて、それらを段階的に読み出して用いるようにしたので、計測精度を下げることなく、輝度ヒストグラムへのアクセス回数（読み出し回数）を抑えることができる。

以上により、本発明によれば、黒ピーク値を高精度かつロバストに取得可能となる。なお、この輝度ヒストグラムの読み出し方は、外部制御部６１のソフトウエア記述方法の変更のみで対応可能であり、これにより多様な高画質処理を行うことができる。

上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされ

図１５は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。

CPU(Central Processing Unit)１０１、ROM(Read Only Memory)１０２、RAM(Random Access Memory)１０３は、バス１０４により相互に接続されている。

バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１０８、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部１０９、光ディスクや半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動するドライブ１１０が接続されている。

以上のように構成されるコンピュータでは、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを入出力インタフェース１０５及びバス１０４を介してRAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。

CPU１０１が実行するプログラムは、例えばリムーバブルメディア１１１に記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供され、記憶部１０８にインストールされる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。

本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

従来の映像信号処理装置の構成例を示すブロック図である。 輝度ヒストグラムの例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る映像信号処理装置の構成例を示すブロック図である。 輝度ヒストグラムＡの例を示す図である。 輝度ヒストグラムＢの例を示す図である。 トーンカーブ変調の例を示す図である。 映像信号処理を説明するフローチャートである。 黒面積に相当するヒストグラム累積値Ｔｈと黒ピーク値Ｘの関係を示す図である。 トーンカーブ変調の例を示す図である。 黒ピーク値検出処理を説明するフローチャートである。 輝度ヒストグラムＢの分割数８のときに、黒ピーク値の値を変化させた場合の総アクセス数の遷移を示す図である。 輝度ヒストグラムＢの分割数を変化させた場合のアクセス回数最大値とアクセス回数平均値を示す図である。 アクセス回数減少割合を示す図である。 輝度ヒストグラムＢの分割数３２のときに、黒ピーク値の値を変化させた場合の総アクセス数の遷移を示す図である。 コンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。

符号の説明

５１ 映像信号処理装置， ６１ 外部制御部， ６２−１,６２−２ 輝度ヒストグラム取得部， ６３ トーンカーブ調整部， ６４ CPU制御バス， ７１−１，７１−２ レジスタ

Claims (7)

1. 入力された画像信号から、１画像分の第１の輝度ヒストグラムを取得する第１の輝度ヒストグラム取得手段と、
   前記画像信号から、前記１画像分の前記第１の輝度ヒストグラムより計測精度の粗い第２の輝度ヒストグラムを取得する第２の輝度ヒストグラム取得手段と、
   前記第１の輝度ヒストグラムの計測値および前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を用いて、所定のヒストグラム面積に相当する輝度値を検出する輝度値検出手段と、
   前記輝度値検出手段により検出された前記輝度値に基づいて、前記画像信号に対してトーンカーブ調整を行うトーンカーブ調整手段と
   を備える画像処理装置。
2. 前記輝度値検出手段は、前記第１の輝度ヒストグラムの計測値および前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を段階的に読み出す
   請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記輝度値検出手段は、前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を読み出して、前記第２の輝度ヒストグラムにおける前記輝度値を計測し、計測された記第２の輝度ヒストグラムにおける前記輝度値を基に、前記第１の輝度ヒストグラムの計測値を読み出して、前記第１の輝度ヒストグラムにおける前記輝度値を計測して、前記輝度値を検出する
   請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記第１の輝度ヒストグラムは、２５６分割の計測精度を有し、
   前記第２の輝度ヒストグラムは、３２分割の計測精度を有する
   請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記輝度値検出手段は、最黒端から計測した、前記所定のヒストグラム面積に相当する前記輝度値を検出し、
   前記トーンカーブ調整手段は、前記画像信号に対して、前記最黒端から前記輝度値までのトーンカーブを０にする調整を行う
   請求項３に記載の画像処理装置。
6. 画像処理装置が、
   入力された画像信号から、１画像分の第１の輝度ヒストグラムを取得し、
   前記画像信号から、前記１画像分の前記第１の輝度ヒストグラムより計測精度の粗い第２の輝度ヒストグラムを取得し、
   前記第１の輝度ヒストグラムの計測値および前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を用いて、所定のヒストグラム面積に相当する輝度値を検出し、
   検出された前記輝度値に基づいて、前記画像信号に対してトーンカーブ調整を行うステップを
   含む画像処理方法。
7. 入力された画像信号から、１画像分の第１の輝度ヒストグラムを取得し、
   前記画像信号から、前記１画像分の前記第１の輝度ヒストグラムより計測精度の粗い第２の輝度ヒストグラムを取得し、
   前記第１の輝度ヒストグラムの計測値および前記第２の輝度ヒストグラムの計測値を用いて、所定のヒストグラム面積に相当する輝度値を検出し、
   検出された前記輝度値に基づいて、前記画像信号に対してトーンカーブ調整を行うステップを
   含む処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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