JP2010166139A - 映像信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画質劣化を生じさせることなく、コントラストを強調させた表示を行うことが可能となる映像信号処理方法を提供することを目的とする。
【解決手段】入力映像信号に基づき各輝度毎の頻度を表す輝度分布を求め、この輝度分布に基づいて、入力映像信号中において最低又は最高の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物を検出する。そして、この表示物が含まれる輝度範囲を、輝度強調を実施させるべき輝度強調区間として設定し、入力映像信号によって示される入力輝度が上記輝度強調区間に含まれる場合には当該入力輝度に対して輝度レベルを増加又は低下させるべき輝度変換処理を施す。
【選択図】図４

Description

本発明は、入力映像信号に施す映像信号処理方法に関する。

現在、テレビジョン放送等の映像を表示するディスプレイ装置として、薄型平面のプラズマディスプレイ装置、あるいは液晶ディスプレイ装置が製品化されている。又、このようなディスプレイ装置において、ダイナミックレンジの狭い入力映像信号が供給された場合であっても、明暗のはっきりしたメリハリのある表示、すなわちコントラストが強調された表示が可能となる階調表示方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

かかる階調表示方法においては、入力映像信号に対して以下の如き累積輝度ヒストグラムを求めることにより、各フレーム毎に、Ｎ段階の各階調を割り当てるべき輝度範囲を設定するようにしている。すなわち、先ず、入力映像信号によって表される１フレーム内において、最低輝度で表示される画素の数、第２番目に低輝度で表示される画素の数、第３番目に低輝度で表示される画素の数、・・・、第（ｎ−１）番目に低輝度で表示される画素の数、第ｎ番目に低輝度で表示される画素の数を順次計数し、その計数した順に各輝度毎の画素数を累積して行く。この際、かかる累積数が所定の第１累積数を超えたときの輝度値を低輝度引込値とする。つまり、この低輝度引込値は、入力映像信号によって表現可能な最低輝度よりも高い輝度を示すものとなる。次に、入力映像信号によって表される１フレーム内において、最高輝度で表示される画素の数、第２番目に高輝度で表示される画素の数、第３番目に高輝度で表示される画素の数、・・・、第（ｎ−１）番目に高輝度で表示される画素の数、第ｎ番目に高輝度で表示される画素の数を順次計数し、その計数した順に各輝度毎の画素数を累積して行く。この際、かかる累積数が所定の第２累積数（第１累積数よりも大）を超えたときの輝度値を高輝度引込値とする。つまり、この高輝度引込値は、入力映像信号によって表現可能な最高輝度よりも低い輝度を示すものとなる。そして、入力映像信号によって表される輝度を、上記低輝度引込値〜高輝度引込値の輝度範囲内で例えば階調「０」〜階調「２５５」なる２５６段階の階調に区切るのである。この際、入力映像信号によって表される輝度が上記低輝度引込値よりも低い場合には一律に階調「０」、高輝度引込値よりも高い場合には一律に階調「２５５」に引き込まれることになる。よって、入力映像信号によって表される表示物（オブジェクト）が上記低輝度引込値よりも低い各種の輝度で構築されている場合であっても、この表示物は一律に階調「０」に対応した輝度、つまり「黒つぶれ」の状態で表示されてしまう。又、入力映像信号によって表される表示物（オブジェクト）が上記高輝度引込値よりも高い各種の輝度で構築されている場合であっても、この表示物は一律に階調「２５５」に対応した輝度、つまり「白つぶれ」の状態で表示されてしまう。

すなわち、このような階調表示方法によればコントラスト強調が為された表示が為されるものの、上記の如き低輝度引込値よりも低い輝度からなる暗い表示物、及び高輝度引込値よりも高い輝度からなる明るい表示物の２次元画面内での輝度変化が喪失してしまうという画質劣化が生じる虞があった。

特開２００４−２１２８０９号公報

本発明は、画質劣化を抑制しつつ、入力映像信号によって表される画像のコントラストを強調させることが可能な映像信号処理方法を提供することを目的とする。

本発明による映像信号処理方法は、入力映像信号によって表される輝度を強調させるべき映像信号処理を前記入力映像信号に対して施す映像信号処理方法であって、前記入力映像信号に基づき各輝度毎の頻度を表す輝度分布を求める輝度分布演算行程と、前記輝度分布に基づいて、前記入力映像信号中において最低又は最高の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物を検出する表示物検出行程と、前記表示物が含まれる輝度範囲を、輝度強調を実施させるべき輝度強調区間として設定する輝度強調区間設定行程と、前記入力映像信号によって示される入力輝度が前記輝度強調区間に含まれる場合には当該入力輝度に対して輝度レベルを増加又は低下させるべき輝度変換処理を施す輝度変換行程と、を有する。

本発明による映像信号処理方法に基づく映像信号処理を行う映像信号処理部１００が搭載されているディスプレイ装置の構成を示す図である。 映像信号処理部１００の内部構成の一例を示す図である。 映像信号処理部１００の各モジュールの動作を説明する為の図である。 映像信号処理部１００の各モジュールの動作を説明する為の図である。 輝度変換特性生成部９で生成される輝度変換特性信号ＹＣの他の一例を示す図である。 映像信号処理部１００の内部構成の他の一例を示す図である。

入力映像信号に基づき各輝度毎の頻度を表す輝度分布を求め、この輝度分布に基づいて、入力映像信号中において最低又は最高の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物（オブジェクト）を検出する。そして、この表示物が含まれる輝度範囲を、輝度強調を実施させるべき輝度強調区間として設定し、入力映像信号によって示される入力輝度が上記輝度強調区間に含まれる場合には当該入力輝度に対して輝度レベルを増加又は低下させるべき輝度変換処理を施す。これにより、入力映像信号によって表される小面積の低輝度（又は高輝度）表示物に対しても輝度レベルを強調させるべき処理が為されるようになるので、「白つぶれ」又は「黒つぶれ」等の画質劣化を生じさせることなく、コントラストを強調させた表示を行うことが可能となる。

図１は、本発明による映像信号処理方法に基づく映像信号処理を行う映像信号処理部１００が搭載されているディスプレイ装置の構成を示す図である。

映像信号処理部１００は、入力映像信号としてのコンポーネントビデオ信号（輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ及びＣｒ）に対して、コントラストを強調させるべき映像信号処理（後述する）を施し、これを色信号（ＲＧＢ信号）に変換する。そして、映像信号処理部１００は、このコントラスト強調が為された各色（赤、緑、青）毎の色信号Ｒ、Ｇ及びＢを、夫々パネルドライバ１０１に供給する。パネルドライバ１０１は、映像信号処理部１００にてコントラスト強調処理が施された色信号Ｒ、Ｇ及びＢに基づき、表示パネル１０２の各画素を担う表示セル（図示せぬ）を発光させるべき画素駆動信号を生成してこの表示パネル１０２に供給する。表示パネル１０２は、例えば液晶パネル、ＥＬ（Electro Luminescence）パネル、或いはプラズマディスプレイパネル等からなり、パネルドライバ１０１から供給された画素駆動信号に対応した画像を表示する。

図２は、映像信号処理部１００の内部構成の一例を示す図である。

図２において、輝度ヒストグラム演算部１は、入力されたコンポーネントビデオ信号における輝度信号Ｙに基づき、各フレーム毎の輝度ヒストグラム情報を以下の如く生成する。すなわち、輝度ヒストグラム演算部１は、各フレーム毎に、そのフレーム内の各画素に対応した輝度信号Ｙに基づき、入力されたコンポーネントビデオ信号によって表すことが可能な輝度範囲内の各輝度毎に、その輝度で表示される画素の総数を輝度頻度値として集計する。例えば、コンポーネントビデオ信号によって表すことが可能な輝度範囲が最低輝度「０」〜最高輝度「２５５」である場合、輝度ヒストグラム演算部１は、図３（ａ）に示す如く、輝度「０」〜「２５５」各々毎の輝度頻度値をフレーム毎に集計する。そして、輝度ヒストグラム演算部１は、この各輝度毎の輝度頻度値を輝度の低い順（又は高い順）に時系列化して表す、例えば図３（ａ）に示す如き波形の輝度分布信号ＹＨを生成して輝度頻度補正部２に供給する。

輝度頻度補正部２は、先ず、輝度分布信号ＹＨ中から極値を順次検出し、各極値に対応した輝度の系列を検出する。例えば、輝度頻度補正部２は、図３（ａ）に示す輝度分布信号ＹＨ中から、白丸にて示す如き極値に対応した輝度の系列として輝度Ｙ１〜Ｙ９を検出する。次に、輝度頻度補正部２は、上記の如き輝度系列（Ｙ１〜Ｙ９）中において、夫々の輝度頻度値が極大値〜極小値〜極大値の如く遷移する系列を抽出する。例えば、図３（ａ）においては、輝度系列（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３）、輝度系列（Ｙ３、Ｙ４、Ｙ５）、輝度系列（Ｙ５、Ｙ６、Ｙ７）が抽出される。次に、輝度頻度補正部２は、これら輝度系列の内で、極小値と極大値との差が所定値よりも大となる系列を検出し、その系列中の極小値を補正対象とする。例えば、図３（ａ）においては、これら輝度系列の内で、輝度系列（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３）中の極小値のみが補正対象となる。すなわち、輝度系列（Ｙ１〜Ｙ３）における輝度Ｙ１の輝度頻度値ｈ１（極大値）と、輝度Ｙ２の輝度頻度値ｈ２（極小値）との差分値が所定値よりも大となるので、この輝度Ｙ２の輝度頻度値ｈ２が補正対象となる。そして、輝度頻度補正部２は、輝度分布信号ＹＨ中において、補正対象となった輝度頻度値に対しては所定補正値を加算してその輝度頻度値を増加させる一方、その他の輝度頻度値はそのまま用いることにより、補正輝度分布信号ＹＨｈを生成する。例えば、図３（ａ）に示す輝度分布信号ＹＨに対しては、輝度Ｙ２の輝度頻度ｈ２に対してのみその頻度値を増加させるべき補正を行うことにより、図３（ｂ）に示す如き補正輝度分布信号ＹＨｈを生成する。要するに、上記コンポーネントビデオ信号を送出する側（例えば撮影装置）の分解能が低い場合には、そのビデオ信号によって表される画像の輝度範囲内において、特定の輝度が欠落する場合がある。このように一部の輝度が欠落しているビデオ信号に対して後述するが如き表示物の検出を行うと、その検出動作が不安定になる。そこで、輝度頻度補正部２において、欠落している輝度（例えば図３（ａ）の輝度Ｙ２）を検出し、その輝度に対応した輝度頻度値を強制的に増加させるべき補正を行うのである。

輝度頻度補正部２は、かかる補正によって得られた補正輝度分布信号ＹＨｈをローパスフィルタ３に供給する。

ローパスフィルタ３は、補正輝度分布信号ＹＨｈによって表される輝度頻度値の系列に対して、急峻な変化が生じる部分に対してのみに平坦化処理を施すことによりノイズ除去を行い、この際得られた輝度分布信号ＹＨＤを微分処理部４に供給する。

微分処理部４は、図３（ｂ）に示す如き輝度分布信号ＹＨＤに対して以下の如き微分処理を施す。すなわち、微分処理部４は、輝度分布信号ＹＨＤ中における輝度頻度値の立ち上がり部を夫々検出し、各立ち上がり部毎に、図３（ｃ）に示す如くその極大値に対応したピークレベルを有し且つこの立ち上がり部の区間（輝度範囲）に対応したパルス幅を有するパルスを生成する。この際、各パルスは、１フレーム画像内において表示されるべき表示物（オブジェクト）各々の代表的な輝度分布を夫々示すものとなる。例えば、図３（ｃ）に示す如きパルスＰ１は、そのパルス幅によって示される輝度範囲内の各輝度で表される少なくとも１の表示物（オブジェクト）の存在を表すものである。すなわち、微分処理部４は、輝度分布信号ＹＨＤ中に存在する輝度頻度値の極大値を夫々検出し、各極大値毎に、その極大値に到るまでの立ち上がり区間に対応したパルス幅を有するパルスを、１フレーム画像内において表示される表示物の輝度分布を表す情報として生成するのである。

微分処理部４は、図３（ｃ）に示す如き各表示物を表すパルスの列からなる信号を表示物輝度分布信号ＵＤとして低輝度引込点／変極点検出部５０Ａ及び高輝度引込点／変極点検出部５０Ｂの各々に供給する。

低輝度引込点／変極点検出部５０Ａは、重付け処理部５Ａ、オブジェクト検出部６Ａ、平均化処理部７Ａ、及び引込点／変極点算出部８Ａからなる。

重付け処理部５Ａは、先ず、図３（ｃ）に示す如き表示物輝度分布信号ＵＤ中において、所定の第１輝度ＹＴ１よりも低い輝度範囲内に含まれるパルスを抽出する。例えば、図３（ｃ）においては、表示物輝度分布信号ＵＤによって表されるパルス列（Ｐ１〜Ｐ５）の内から、第１輝度ＹＴ１よりも低い輝度範囲に含まれるパルスＰ１及びＰ２を抽出する。次に、重付け処理部５Ａは、これらパルス各々に対して、夫々の振幅をそのパルスに対応した輝度が低いものほど大なる増加率にて増加させるべき重み付け処理を施して得られた信号を、低域強調表示物輝度分布信号ＵＤＬとしてオブジェクト検出部６Ａに供給する。例えば、かかる重み付け処理により、重付け処理部５Ａは、図３（ｃ）に示されるパルスＰ１及びＰ２各々の内のＰ１を図３（ｄ）のパルスＰＢ１、Ｐ２を図３（ｄ）のパルスＰＢ２に夫々変換し、これらパルスＰＢ１及びＰＢ２を示す低域強調表示物輝度分布信号ＵＤＬをオブジェクト検出部６Ａに供給する。すなわち、重付け処理部５Ａは、オブジェクト検出部６Ａでの低輝度表示物に対する検出精度を高めるべく、表示物輝度分布信号ＵＤ中における低輝度区間に含まれる各パルスに対して、低輝度な表示物を表すパルスほど、その振幅を増大させるべき重み付け処理を行うのである。

オブジェクト検出部６Ａは、先ず、低域強調表示物輝度分布信号ＵＤＬによって表される各パルスのピークレベルを２乗し、この２乗値が所定の閾値以上となるパルスを低輝度表示物の代表となる輝度分布を表すパルスとして検出する。例えば、図３（ｄ）に示す如き低域強調表示物輝度分布信号ＵＤＬにて表されるパルスＰＢ１及びＰＢ２の内で、ＰＢ１のピークレベルの２乗値が所定閾値以上となり、ＰＢ２のピークレベルの２乗値が所定閾値未満である場合には、オブジェクト検出部６Ａは、このパルスＰＢ１を低輝度表示物の代表となる輝度分布を表すパルスとして検出する。次に、オブジェクト検出部６Ａは、この検出したパルスのピークレベルに対応した輝度を、このパルスによって表される表示物を眺めた際に視覚される代表的な輝度値である代表輝度値Ｌｐ、そのパルスによって表される最低輝度を最低輝度値Ｌｂとする。例えば、オブジェクト検出部６Ａは、図３（ｄ）に示す如きパルスＰＢ１のピークレベルに対応した輝度値を代表輝度値Ｌｐとすると共に、パルスＰＢ１によって表される最低輝度を最低輝度値Ｌｂとする。オブジェクト検出部６Ａは、これら代表輝度値Ｌｐ及び最低輝度値Ｌｂを、入力されたコンポーネントビデオ信号における各フレーム毎に検出し、順次、平均化処理部７Ａに供給する。

平均化処理部７Ａは、各フレーム毎に供給される代表輝度値Ｌｐ及び最低輝度値Ｌｂを夫々個別に平均化して得られた平均代表輝度値Ｌｐ１及び平均最低輝度値Ｌｂ１を引込点／変極点算出部８Ａに供給する。

引込点／変極点算出部８Ａは、上記平均代表輝度値Ｌｐ１及び平均最低輝度値Ｌｂ１に基づく以下の演算により、低輝度側の輝度変換特性（後述する）を決定するパラメータとしての引込点輝度値ｄｐ及び変極点輝度値ｉｐを算出する。

すなわち、引込点輝度値ｄｐを求める場合、引込点／変極点算出部８Ａは、平均代表輝度値Ｌｐ１から所定値ＬＹ１（ＬＹ１＞０）を減算し、その減算結果を引込点輝度値ｄｐとする。ただし、所定値ＬＹ１は、算出された引込点輝度値ｄｐが上記平均最低輝度値Ｌｂ１を下回らないような値に設定される。又、引込点／変極点算出部８Ａは、平均最低輝度値Ｌｂ１に所定値ＬＹ１（ＬＹ１＞０）を加算し、その加算結果を引込点輝度値ｄｐとして求めるようにしても良い。ただし、この際、所定値ＬＹ１は、算出された引込点輝度値ｄｐが上記平均代表輝度値Ｌｐ１を超えないような値に設定される。又、平均代表輝度値Ｌｐ１から平均最低輝度値Ｌｂ１を減算した結果を１００パーセントとし、平均最低輝度値Ｌｂ１に対して所定のα％（0％＜α＜100％）を加算した値を引込点輝度値ｄｐとするようにしても良い。この際、引込点輝度値ｄｐは必ず平均代表輝度値Ｌｐ１よりも小となるように上記α％が設定される。

一方、変極点輝度値ｉｐを求める場合、引込点／変極点算出部８Ａは、上述した如く算出した引込点輝度値ｄｐに所定値ＬＹ２（ＬＹ２＞０）を加算し、その加算結果を変極点輝度値ｉｐとする。又、引込点／変極点算出部８Ａは、引込点輝度値ｄｐに所定値ｂ（ｂ＞１）を乗算し、その乗算結果を変極点輝度値ｉｐとしても良い。或いは、変極点輝度値ｉｐは、この引込点輝度値ｄｐの値に拘わらず所定の固定値であっても良い。更に、引込点輝度値ｄｐが０〜所定値ａなる範囲内にある場合には変極点輝度値ｉｐを所定の固定値Ｓ１に固定し、所定値ａ〜固定値Ｓ１なる範囲内にある場合には引込点輝度値ｄｐに所定値ｂを乗算した乗算結果を変極点輝度値ｉｐとするようにしても良い。

引込点／変極点算出部８Ａは、これら低輝度側の輝度変換特性パラメータとしての引込点輝度値ｄｐ及び変極点輝度値ｉｐを示す低輝度変換パラメータＹＰ_Ｌを輝度変換特性生成部９に供給する。

一方、高輝度引込点／変極点検出部５０Ｂは、重付け処理部５Ｂ、オブジェクト検出部６Ｂ、平均化処理部７Ｂ及び引込点／変極点算出部８Ｂからなる。

重付け処理部５Ｂは、先ず、図３（ｃ）に示す如き表示物輝度分布信号ＵＤ中において、所定の第２輝度ＹＴ２よりも高い輝度範囲内に含まれるパルスを抽出する。例えば、図３（ｃ）においては、表示物輝度分布信号ＵＤによって表されるパルス列（Ｐ１〜Ｐ５）の内から、第２輝度ＹＴ２よりも高い輝度範囲に含まれるパルスＰ４及びＰ５を抽出する。次に、重付け処理部５Ｂは、これらパルス各々に対して、夫々の振幅をそのパルスに対応した輝度が高いものほど大なる増加率にて増加させるべき重み付け処理を施して得られた信号を、高域強調表示物輝度分布信号ＵＤＨとしてオブジェクト検出部６Ｂに供給する。例えば、かかる重み付け処理により、重付け処理部５Ｂは、図３（ｃ）に示されるパルスＰ４及びＰ５各々の内のＰ４を図３（ｅ）のパルスＰＢ４、Ｐ５を図３（ｅ）のパルスＰＢ５に夫々変換し、これらパルスＰＢ４及びＰＢ５を示す高域強調表示物輝度分布信号ＵＤＨをオブジェクト検出部６Ｂに供給する。すなわち、重付け処理部５Ｂは、オブジェクト検出部６Ｂでの高輝度表示物に対する検出精度を高めるべく、表示物輝度分布信号ＵＤ中における高輝度区間に含まれる各パルスに対して、高輝度な表示物を表すパルスほど、その振幅を増大させるべき重み付け処理を行うのである。

オブジェクト検出部６Ｂは、先ず、高域強調表示物輝度分布信号ＵＤＨによって表される各パルスのピークレベルを２乗し、この２乗値が所定の閾値以上となるパルスを高輝度表示物の代表となる輝度分布を表すパルスとして検出する。例えば、図３（ｅ）に示す如き高域強調表示物輝度分布信号ＵＤＨにて表されるパルスＰＢ４及びＰＢ５の内で、ＰＢ５のピークレベルの２乗値が所定閾値以上となり、ＰＢ４のピークレベルの２乗値が所定閾値未満である場合には、オブジェクト検出部６Ｂは、このパルスＰＢ５を高輝度表示物の代表となる輝度分布を表すパルスとして検出する。次に、オブジェクト検出部６Ｂは、この検出したパルスのピークレベルに対応した輝度を、このパルスによって表される表示物を眺めた際に視覚される代表的な輝度値である代表輝度値Ｈｐとすると共に、そのパルスによって表される最高輝度を最高輝度値Ｈｂとする。例えば、オブジェクト検出部６Ｂは、図３（ｅ）に示す如きパルスＰＢ５のピークレベルに対応した輝度値を代表輝度値Ｈｐ、パルスＰＢ５によって表される最高輝度を最高輝度値Ｈｂとする。オブジェクト検出部６Ｂは、これら代表輝度値Ｈｐ及び最高輝度値Ｈｂを、入力されたコンポーネントビデオ信号における各フレーム毎に検出し、順次、平均化処理部７Ｂに供給する。

平均化処理部７Ｂは、各フレーム毎に供給される代表輝度値Ｈｐ及び最高輝度値Ｈｂを夫々個別に平均化して得られた平均代表輝度値Ｈｐ１及び平均最高輝度値Ｈｂ１を引込点／変極点算出部８Ｂに供給する。

引込点／変極点算出部８Ｂは、上記平均代表輝度値Ｈｐ１及び平均最高輝度値Ｈｂ１に基づく以下の演算により、高輝度側の輝度変換特性（後述する）を決定するパラメータとしての引込点輝度値ｄｐ及び変極点輝度値ｉｐを算出する。

すなわち、引込点輝度値ｄｐを求める場合、引込点／変極点算出部８Ｂは、平均代表輝度値Ｈｐ１に所定値ＨＹ１（ＨＹ１＞０）を加算し、その加算結果を引込点輝度値ｄｐとする。ただし、所定値ＨＹ１は、算出された引込点輝度値ｄｐが上記平均最高輝度値Ｈｂ１を超えないような値に設定される。又、引込点／変極点算出部８Ｂは、平均最高輝度値Ｈｂ１から所定値ＨＹ１（ＨＹ１＞０）を減算し、その減算結果を引込点輝度値ｄｐとして求めるようにしても良い。ただし、この際、所定値ＨＹ１は、算出された引込点輝度値ｄｐが上記平均代表輝度値Ｈｐ１を下回らないような値に設定される。又、平均最高輝度値Ｈｂ１から平均代表輝度値Ｈｐ１を減算した結果を１００パーセントとし、平均最高輝度値Ｈｂ１に対して所定のβ％（0％＜β＜100％）を減算した値を引込点輝度値ｄｐとするようにしても良い。この際、引込点輝度値ｄｐは必ず平均代表輝度値Ｈｐ１よりも大となるように上記β％が設定される。

そして、変極点輝度値ｉｐを求める場合、引込点／変極点算出部８Ｂは、上述した如く算出した引込点輝度値ｄｐから所定値ＬＹ２（ＬＹ２＞０）を減算し、その減算結果を変極点輝度値ｉｐとする。又、引込点／変極点算出部８Ｂは、引込点輝度値ｄｐに所定値ｂ（１＞ｂ＞０）を乗算し、その乗算結果を変極点輝度値ｉｐとしても良い。或いは、変極点輝度値ｉｐは、この引込点輝度値ｄｐの値に拘わらず所定の固定値であっても良い。

引込点／変極点算出部８Ｂは、これら高輝度側の輝度変換特性パラメータとしての引込点輝度値ｄｐ及び変極点輝度値ｉｐを示す高輝度変換パラメータＹＰ_Ｈを輝度変換特性生成部９に供給する。

輝度変換特性生成部９は、上記低輝度変換パラメータＹＰ_Ｌ及び高輝度変換パラメータＹＰ_Ｈに基づき、以下の如く輝度変換特性信号を生成する。

すなわち、輝度変換特性生成部９は、先ず、図４（ａ）に示す如き所定の一次変換関数ｆｘ（破線にて示す）上において、低輝度変換パラメータＹＰ_Ｌにおける変極点輝度値ｉｐに対応した出力輝度値Ｑ１、高輝度変換パラメータＹＰ_Ｈにおける変極点輝度値ｉｐに対応した出力輝度値Ｑ２を求める。

尚、一次変換関数ｆｘは、例えば、
Ｙ_out＝Ｙ_in
Ｙ_in：入力輝度
Ｙ_out：出力輝度
なる一次関数であり、入力輝度Ｙ_inによって表される最低輝度「０」〜最高輝度「２５５」をそのまま出力輝度Ｙ_outに変換するものである。

次に、輝度変換特性生成部９は、図４（ｂ）の太線に示すように、輝度「０」〜低輝度変換パラメータＹＰ_Ｌにおける引込点輝度値ｄｐまでの輝度区間を、入力輝度Ｙ_inを一律に最低輝度「０」の出力輝度Ｙ_outに変換する区間とする。

次に、輝度変換特性生成部９は、低輝度変換パラメータＹＰ_Ｌにおける引込点輝度値ｄｐ〜変極点輝度値ｉｐまでの区間を、図４（ｂ）の太線に示すように、この引込点輝度値ｄｐにて出力輝度値「０」となる点と、変極点輝度値ｉｐにて出力輝度値「Ｑ１」となる点とを直線で結んで表される、
Ｙ_out＝[Q1/(ip-dp)]・Ｙ_in−[Q1・dp/(ip-dp)]
なる一次関数、つまりＹ_out＝Ｙ_inよりも傾きが大となる一次関数にて入力輝度を出力輝度に変換する区間とする。

従って、かかる区間（ＹＰ_Ｌのｄｐ〜ｉｐ）が図４（ｂ）に示す如く低輝度の入力輝度に対する低輝度強調区間ＳＥ_Ｌとなる。

次に、輝度変換特性生成部９は、低輝度変換パラメータＹＰ_Ｌにおける変極点輝度値ｉｐから高輝度変換パラメータＹＰ_Ｈにおける変極点輝度値ｉｐまでの区間を、図４（ｂ）の太線に示すように、上記一次変換関数ｆｘ、つまり入力輝度をそのまま出力輝度として出力する区間とする。

次に、輝度変換特性生成部９は、高輝度変換パラメータＹＰ_Ｈにおける変極点輝度値ｉｐ〜引込点輝度値ｄｐまでの区間を、図４（ｂ）の太線に示すように、この変極点輝度値ｉｐにて出力輝度値「Ｑ２」となる点と、引込点輝度値ｄｐにて出力輝度値「２５５」となる点とを直線で結んで表される、
Ｙ_out＝[(255-Q2)/(dp-ip)]・Ｙ_in＋[(Q2・dp-255ip)/(dp-ip)]
なる一次関数、つまりＹ_out＝Ｙ_inよりも傾きが大となる一次関数にて入力輝度を出力輝度に変換する区間とする。

従って、かかる区間（ＹＰ_Ｈのｉｐ〜ｄｐ）が図４（ｂ）に示す如く高輝度の入力輝度に対する高輝度強調区間ＳＥ_Ｈとなる。

次に、輝度変換特性生成部９は、高輝度変換パラメータＹＰ_Ｈにおける引込点輝度値ｄｐ〜最高輝度「２５５」までの輝度区間を、入力輝度Ｙ_inを一律に最高輝度「２５５」の出力輝度Ｙ_outに変換する区間とする。

輝度変換特性生成部９は、図４（ｂ）の太線に示す如き、入力輝度Ｙ_in（輝度「０」〜「２５５」）を出力輝度Ｙ_out（輝度「０」〜「２５５」）に変換させるべき輝度変換特性を表す輝度変換特性信号ＹＣをスムージング処理部１０に供給する。

スムージング処理部１０は、輝度変換特性信号ＹＣによって表される図４（ｂ）に示す如き変換特性ラインに対して、これを滑らかな曲線にすべきスムージング処理を施して得られた図４（ｃ）に示す如き輝度変換特性信号ＹＱを輝度変換部１１に供給する。すなわち、図４（ｂ）に示すように、引込点輝度値ｄｐ及び変極点輝度値ｉｐを境界とした前後の輝度間で変換後の輝度遷移量が大幅に異なっていると、表示画像中の表示物のエッジ部が不自然に強調されてしまう場合があるので、これを防止すべく図４（ｂ）に示す輝度変換特性信号ＹＣに対してスムージング処理を施すのである。

遅延処理部１２は、１フレーム分の輝度信号Ｙに対して、上記輝度ヒストグラム演算部１、輝度頻度補正部２、ローパスフィルタ３、微分処理部４、低輝度引込点／変極点検出部５０Ａ（又は５０Ｂ）、輝度変換特性生成部９及びスムージング処理部１０によって費やされる処理時間の合計時間の分だけ、入力コンポーネントビデオ信号（Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ）を遅延させて輝度変換部１１に供給する。

輝度変換部１１は、遅延処理部１２から供給されたコンポーネントビデオ信号（Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ）中の色差信号Ｃｂ及びＣｒをそのままＲＧＢ変換部１３に供給する。

更に、輝度変換部１１は、このコンポーネントビデオ信号中の輝度信号Ｙに対しては、図４（ｃ）に示す如き輝度変換特性信号ＹＱに従った輝度変換処理を施し、この際得られた輝度信号ＹＹをＲＧＢ変換部１３に供給する。ＲＧＢ変換部１３は、輝度変換部１１から供給された輝度信号ＹＹ、色差信号Ｃｂ及びＣｒに基づき、各色（赤、緑、青）毎の色信号Ｒ、色信号Ｇ及び色信号Ｂを復元してパネルドライバ１０１に供給する。

ここで、輝度変換部１１による輝度変換処理では、図４（ｃ）に示す如き輝度変換特性信号ＹＱに基づき、入力輝度が中輝度の輝度範囲（ＹＰ_Ｌのｉｐ〜ＹＰ_Ｈのｉｐ）に含まれる場合には、その入力輝度をそのまま輝度信号ＹＹとして出力する。一方、入力輝度が低輝度の輝度範囲、つまり図４（ｃ）に示す低輝度強調区間ＳＥ_Ｌ（ＹＰ_Ｌのｄｐ〜ｉｐ）に含まれる場合には、かかる入力輝度を、その入力輝度よりも更に低い輝度に変換したものを輝度信号ＹＹとして出力する。尚、低輝度強調区間ＳＥ_Ｌよりも更に低輝度な入力輝度に対しては、表示パネル１０１の最低輝度「０」に対応した輝度に変換したものを輝度信号ＹＹとして出力する。又、入力輝度が高輝度の輝度範囲、つまり図４（ｃ）に示す高輝度強調区間ＳＥ_Ｈ（ＹＰ_Ｈのｉｐ〜ｄｐ）に含まれる場合には、かかる入力輝度を、その入力輝度よりも更に高い輝度に変換したものを輝度信号ＹＹとして出力する。尚、高輝度強調区間ＳＥ_Ｈよりも更に高低輝度な入力輝度に対しては、表示パネル１０１の最高輝度「２５５」に対応した輝度に変換したものを輝度信号ＹＹとして出力するのである。

このように、かかる輝度変換処理によれば、入力輝度に対して各フレーム毎にそのフレーム内での最低輝度及び最高輝度を夫々表示パネル１０１の最低輝度「０」及び最高輝度「２５５」で表示させるべきダイナミックレンジの拡張が為される。この際、入力輝度に対して特定の低輝度強調区間（ＳＥ_Ｌ）及び高輝度強調区間（ＳＥ_Ｈ）において輝度の強調を行うようにしているので、コントラスト感の高い、メリハリのある表示が為されるようになる。

尚、上記輝度変換処理によると、入力映像信号によって表される表示物の内で、上述した如き特定の低輝度強調区間（ＳＥ_Ｌ）での最低輝度、つまり低輝度変換パラメータＹＰ_Ｌによる引込点輝度値ｄｐ（以降、低輝度引込値と称する）よりも低輝度な表示物は、一律に最低輝度「０」で表示される。又、入力映像信号によって表される表示物の内で、上述した如き特定の高輝度強調区間（ＳＥ_Ｈ）での最高輝度、つまり高輝度変換パラメータＹＰ_Ｈによる引込点輝度値ｄｐ（以降、高輝度引込値と称する）よりも高輝度な表示物は、一律に最高輝度「２５５」で表示される。

この際、これら低輝度引込値及び高輝度引込値を設定するにあたり、図２に示される映像信号処理部１００では、先ず、入力された輝度信号Ｙに基づき各フレーム毎に輝度ヒストグラム情報を生成する。すなわち、輝度信号Ｙによって表すことが可能な全輝度範囲内の各輝度毎に、その輝度で表示される１フレーム内での画素の総数を輝度頻度値として集計し、この集計結果を輝度の低い順又は高い順に系列化した、例えば図３（ａ）又は図３（ｂ）に示す如き輝度分布信号（ＹＨ、ＹＨｈ又はＹＨＤ）を生成する。次に、かかる輝度分布信号中から、輝度頻度値の極大値を検出し、各極大値毎にその極大値に到るまでの立ち上がり区間に対応したパルス幅を有するパルスを、１フレーム画像内において表示される表示物の輝度分布を表す表示物輝度分布情報［図３（ｃ）に示す］として生成する。次に、かかる表示物輝度分布情報中から、所定の第１輝度（ＹＴ１）よりも低輝度な輝度分布を有する表示物に対応した輝度分布情報［図３（ｄ）に示す］、及び所定の第２輝度（ＹＴ２）よりも高輝度な輝度分布を有する表示物に対応した輝度分布情報［図３（ｅ）に示す］を夫々抽出する。そして、映像信号処理部１００は、この低輝度な輝度分布を有する表示物における最低輝度（Ｌｂ）又は代表輝度（Ｌｐ）に基づいて低輝度引込値を設定する。更に、上記の如き高輝度な輝度分布を有する表示物における最高輝度（Ｈｂ）又は代表輝度（Ｈｐ）に基づいて高輝度引込値を設定するようにしている。

すなわち、１フレーム分の入力映像信号によって表される、輝度変化を伴う表示物の内で、最低の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物を低輝度強調の対象とさせるべく低輝度強調区間（ＳＥ_Ｌ）の下限（低輝度引込値）を設定する。更に、最高の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物の輝度分布を高輝度強調の対象とさせるべく高輝度強調区間（ＳＥ_Ｈ）の上限（高輝度引込値）を設定するのである。

言い換えると、最低の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物（オブジェクト）を低輝度強調区間（ＳＥ_Ｌ）に確実に引き込めることができ、最高の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物（オブジェクト）を高輝度強調区間（ＳＥ_Ｈ）に確実に引き込めることができる。これは、輝度頻度値の微分値を表示物（オブジェクト）の検出に用いることによって、表示物（オブジェクト）の検出を確実にすることができるためである。

従って、映像信号処理部１００の輝度変換処理によれば、２次元面内において輝度の変化が生じている表示物の全てに対して、「白つぶれ」或いは「黒つぶれ」等の画質劣化を生じさせることなく、高輝度部及び低輝度部の輝度を夫々強調させた、コントラスト感の高いメリハリある表示を行うことが可能となる。

尚、上記実施例において、輝度変換特性生成部９では、図４（ｂ）の太線にて示す如き輝度変換特性を表す輝度変換特性信号ＹＣを生成するようにしているが、これに代わり図５の太線にて示す如き輝度変換特性を表す輝度変換特性信号ＹＣを生成するようにしても良い。すなわち、図５の太線に示す如く、低輝度変換パラメータＹＰ_Ｌの変極点輝度値ｉｐ〜高輝度変換パラメータＹＰ_Ｈの引込点輝度値ｄｐまでの区間に限り、低輝度変換パラメータＹＰ_Ｌの変極点輝度値ｉｐにて出力輝度値Ｑ１となる点と、高輝度変換パラメータＹＰ_Ｈの引込点輝度値ｄｐにて出力輝度値「２５５」となる点とを直線で結んで表される輝度変換特性を採用するのである。かかる輝度変換特性によれば、入力輝度の中輝度区間（ＹＰ_Ｌのｉｐ〜ＹＰ_Ｈのｉｐ）に対しても輝度の強調が為される。よって、画像を全体的に明るく表示させたい場合に、図４（ｂ）に代わり図５に示す輝度変換特性を採用する。

又、図２に示す映像信号処理部１００では、輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ及びＣｒからなるコンポーネントビデオ信号を入力映像信号の対象としているが、各色（赤、緑、青）毎の色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を入力映像信号の対象としても良い。この際、映像信号処理部１００の輝度ヒストグラム演算部１及び遅延処理部１２の前段に、図６に示す如き、色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をコンポーネントビデオ信号（Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ）に変換するコンポーネントビデオ変換処理部１４を設けるのである。

又、図２及び図６に示す映像信号処理部１００では、入力映像信号に対してその高輝度部及び低輝度部を共に強調させるべき処理を施すようにしているが、いずれか一方のみに強調処理を施すようにしても良い。すなわち、高輝度部に対する強調処理のみを実施する場合には、図２及び図６に示される低輝度引込点／変極点検出部５０Ａ、及び高輝度引込点／変極点検出部５０Ｂの内の５０Ａを省く。又、低輝度部に対する強調処理のみを実施する場合には、高輝度引込点／変極点検出部５０Ｂを省くのである。

１ 輝度ヒストグラム演算部
４ 微分処理部
６Ａ、６Ｂ オブジェクト検出部
８Ａ、８Ｂ 引込点／変極点算出部
９ 輝度変換特性生成部
１１ 輝度変換部１１

Claims (8)

1. 入力映像信号によって表される輝度を強調させるべき映像信号処理を前記入力映像信号に対して施す映像信号処理方法であって、
   前記入力映像信号に基づき各輝度毎の頻度を表す輝度分布を求める輝度分布演算行程と、
   前記輝度分布に基づいて、前記入力映像信号中において最低又は最高の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物を検出する表示物検出行程と、
   前記表示物が含まれる輝度範囲を、輝度強調を実施させるべき輝度強調区間として設定する輝度強調区間設定行程と、
   前記入力映像信号によって示される入力輝度が前記輝度強調区間に含まれる場合には当該入力輝度に対して輝度レベルを増加又は低下させるべき輝度変換処理を施す輝度変換行程と、を有することを特徴とする映像信号処理方法。
2. 前記表示物検出行程は、前記入力映像信号中において最低の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物を検出し、
   前記輝度変換行程は、前記入力映像信号によって示される入力輝度が前記輝度強調区間に含まれる場合には当該入力輝度に対して輝度レベルを低下させるべき輝度変換処理を施すことを特徴とする請求項１記載の映像信号処理方法。
3. 前記表示物検出行程は、前記入力映像信号中において最高の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物を検出し、
   前記輝度変換行程は、前記入力映像信号によって示される入力輝度が前記輝度強調区間に含まれる場合には当該入力輝度に対して輝度レベルを増加させるべき輝度変換処理を施すことを特徴とする請求項１記載の映像信号処理方法。
4. 前記表示物検出行程は、前記入力映像信号中において最低の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物を最低輝度表示物として検出すると共に、前記前記入力映像信号中において最高の輝度成分を含む輝度成分で構築されている表示物を最高輝度表示物として検出し、
   前記輝度強調区間設定行程は、前記最低輝度表示物が含まれる輝度範囲を、低輝度を強調させるべき低輝度強調区間として設定すると共に、前記最高輝度表示物が含まれる輝度範囲を、高輝度を強調させるべき高輝度強調区間として設定し、
   前記輝度変換行程は、前記入力映像信号によって示される入力輝度が前記低輝度強調区間に含まれる場合には当該入力輝度に対して輝度レベルを低下させるべき輝度変換処理を施す一方、前記入力輝度が前記高輝度強調区間に含まれる場合には当該入力輝度に対して輝度レベルを増加させるべき輝度変換処理を施すことを特徴とする請求項１記載の映像信号処理方法。
5. 前記輝度分布演算行程は、前記入力映像信号に基づき各フレーム毎にそのフレーム内での各輝度毎の出現頻度を求め、当該出現頻度を輝度の低い又は高い順に系列化して表す輝度分布信号を生成し、
   前記表示物検出行程は、前記輝度分布信号を微分することにより前記表示物の輝度分布を抽出することを特徴とする請求項２に記載の階調補正方法。
6. 前記表示物の輝度分布における最低輝度に基づき前記輝度強調区間の最低輝度を決定することを特徴とする請求項５に記載の階調補正方法。
7. 前記輝度分布演算行程は、前記入力映像信号に基づき各フレーム毎にそのフレーム内での各輝度毎の出現頻度を求め、当該出現頻度を輝度の低い又は高い順に系列化して表す輝度分布信号を生成し、
   前記表示物検出行程は、前記輝度分布信号を微分することにより前記表示物の輝度分布を抽出することを特徴とする請求項３に記載の階調補正方法。
8. 前記表示物の輝度分布における最高輝度に基づき前記輝度強調区間の最高輝度を決定することを特徴とする請求項７に記載の階調補正方法。

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