JP2011228926A - 映像信号処理装置及び映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周辺の環境光が明るい場合に、暗部階調性を改善するゲインテーブルを用いて輝度補正を行うと、映像シーンによっては黒浮きによるコントラストの低下が生じる。
【解決手段】第一の特徴量検出回路は、対象画素を中心とした所定の画素数の周辺画素の平均輝度を検出する。第二の特徴量検出回路は、映像信号の輝度のヒストグラムを検出する。制御信号生成部は、第二の特徴量検出回路と周辺の環境光の照度を用いて、第一、第二のゲインテーブルを内分する内分比を生成する。ゲインテーブル生成回路は、第一、第二のゲインテーブルを内分し、映像信号の輝度補正を行うゲインテーブルを生成する。輝度補正回路は、映像信号の補正対象画素の輝度と第一の特徴量検出回路から出力する平均輝度とから、ゲインテーブル生成回路から出力するゲインテーブルに対して、適切なゲイン特性を選択し、映像信号の輝度補正を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、入力される映像信号に対して、輝度レベルを制御する映像信号処理装置及び映像表示装置に関するものである。

映像表示装置においては、映像の高画質化を目的とする様々な映像信号処理が行われている。特に、映像表示装置周辺の環境光の明るさに応じて、入力された映像信号のコントラストを改善する映像信号処理に注目した場合、例えば、特許文献1では、人間の視覚モデルを基にしたコントラスト改善を環境光に応じて行う技術を提案しており、その構成図は図１のようになる。
図１において、視覚処理装置１０８は、映像表示装置周辺の環境光の明るさに応じて、入力信号（画像信号）の空間処理及び階調処理など視覚処理を行う装置であり、空間処理部１０１、視覚処理部１０２、プロファイルデータ登録部１０４及び明度検出部１０５を備えている。空間処理部１０１は、入力信号として取得した原画像の画素ごとの輝度値に空間処理を実行し、アンシャープ信号を出力する。
視覚処理部１０２は、同じ画素についての入力信号とアンシャープ信号とを用いて、原画像の視覚処理を行い、出力信号を出力する。また、視覚処理部１０２は、入力信号およびアンシャープ信号と出力信号との関係を与える２次元ＬＵＴ１０３を有しており、入力信号とアンシャープ信号とに対して、２次元ＬＵＴ１０３を参照して出力信号を出力する。
プロファイルデータ登録部１０４には、入力信号とアンシャープ信号の組み合わせに対応する出力信号の画素値が格納されているプロファイルデータが複数登録されている。明度検出部１０５は、画像判定部１０６と入力装置１０７で構成される。画像判定部１０６は、入力信号の輝度、明度などの画素値を取得することにより、入力信号の明るさが判定される。また、入力装置１０７は、映像表示装置の周辺環境の明るさに関する条件を入力するための装置である。
プロファイルデータ登録部１０４は、画像判定部１０６からの判定結果と入力装置１０７からの出力とに基づいて、プロファイルデータを選択し、２次元ＬＵＴ１０３にプロファイルデータを登録する。これにより、入力信号自体の明るさ及び映像表示装置周辺の環境光の明るさの情報を基に、空間視覚処理による入力信号のコントラストを改善することができる。

特開２００６−０２４１７６号公報

映像表示装置周辺の環境光が明るい場合、すなわち昼間のテレビの視聴環境下においては、映像表示装置における外光の影響を受け、表示される映像の暗部の階調性が失われ、コントラストが低下する。
これを改善するため、図１の視覚処理装置１０８では、映像表示装置周辺の環境光の明るさに応じて、プロファイルを最適に選択することで、環境光が明るいときでも、暗いときと同程度のコントラスト感が得られることが可能となる。
視覚処理装置１０８は、例えば、補正対象画素を中心とし、その周辺画素の平均輝度が小さい場合を想定したとき、環境光が明るい場合は、図２のようなプロファイルデータの一部であるゲイン特性を用い、環境光が暗い場合は、図３のようなプロファイルデータの一部であるゲイン特性を用いて、空間視覚処理により局所的に階調性及びコントラスト感の改善を行う。
図２のゲイン特性は、入力信号の輝度が比較的低い暗部の画素YINにおいて、ゲイン1よりも大きなゲインを与えて、出力輝度YOUT１を得る。これにより、暗部の階調性が改善され、また、全体的に輝度が上がる傾向となり、映像が明るくなる。また図３のゲイン特性は、入力信号の輝度が比較的低い暗部の画素YINにおいて、ゲイン1よりも小さなゲインを与えて、出力輝度YOUT２を得る。これにより、白黒のメリハリが強くなり、映像のコントラスト感が上がる。
上記のように基本的には、環境光の明るさに応じて、図２及び図３のゲイン特性を切り替えることで、入力信号の階調性及びコントラスト感が改善する。しかし、図２のゲイン特性を用いると、入力信号の黒レベルに近い画素の輝度が上がることとなり、入力信号の映像シーンによっては、輝度の黒浮きが目立ち、逆にコントラスト感が低下する虞があり、必ずしも環境光が明るいときに図２のゲイン特性を用いることが適切とは限らない。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、映像表示装置周辺の環境光と、入力映像信号の輝度に関する特徴量を基にして、入力映像信号の輝度を補正するゲイン特性を切り替えることで、任意の環境光及び映像シーンにおいて、輝度の黒浮きによるコントラスト感の低下を防ぐことができ、画質の品位低下を防ぐことができる映像信号処理装置及び映像表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る映像信号処理装置は、入力映像信号の輝度に関する画素単位の特徴量を検出する第一の特徴量検出部と、入力映像信号のフレーム単位の特徴量を検出する第二の特徴量検出部と、前記第二の特徴量検出部から出力する入力映像信号の特徴量及び周辺外光から得られる照度情報を用いて、入力映像信号の輝度補正を行うゲインテーブルの制御信号を生成する制御信号生成部と、ゲインテーブルを複数格納し、前記制御信号生成部から出力する制御信号に基づいてゲインテーブルを生成するゲインテーブル生成部と、前記第一の特徴量検出部から出力する入力映像信号の特徴量と前記ゲインテーブル生成部から得られるゲインテーブルを用いて、入力映像信号の輝度を補正する輝度補正回路とを備える。

また、上記映像信号処理装置において、前記第一の特徴量検出部は、輝度補正の対象画素に対して、所定の画素数で定められたその周辺領域における平均輝度を特徴量として検出することが好ましい。

また、上記映像信号処理装置において、前記制御信号生成部は、前記第二の特徴量検出部から出力する入力映像信号の特徴量を用いて、前記ゲインテーブル生成部に格納されている２種類のゲインテーブルの内分比を生成する第一の内分比算出部と、周辺外光から得られる照度情報を用いて、前記ゲインテーブル生成部に格納されている２種類のゲインテーブルの内分比を生成する第二の内分比算出部と、前記第一の内分比算出部及び第二の内分比算出部からそれぞれ出力する内分比を用いて、前記ゲインテーブル生成部に格納されている２種類のゲインテーブルの内分比を調整する内分比調整回路を備えることが好ましい。

また、上記映像信号処理装置において、前記内分比調整回路は、前記第一の内分比算出部の出力と前記第二の内分比算出部の出力のうち、最小値を選択することが好ましい。

また、上記映像信号処理装置において、前記ゲインテーブル生成部は、前記制御信号生成部から出力する制御信号を用いて２種類のゲインテーブルを内分してゲインテーブルを生成することが好ましい。

また、上記映像信号処理装置において、前記第二の特徴量検出部は、入力映像信号の輝度に対して、フレーム単位で所定の閾値以下の画素数を検出し、1フレームにおける低輝度の画素数の情報を特徴量として検出することが好ましい。この構成によれば、所定の照度の値によって予め定められた2種類のゲインテーブルに対して、外光から得られる照度だけでなく、入力映像信号の1フレームにおける低輝度の画素数の情報を用いて内分比が生成される。照度及び映像信号の特徴量から生成された内分比を用いて2種類のゲインテーブルを内分し、内分により得られたゲインテーブルを用いて入力映像信号の輝度を補正する。これにより、映像表示装置周辺の照度が大きく、かつ高輝度の画素数が多い入力映像信号の場合において、補正で用いられるゲインテーブルが改善されるため、輝度の黒浮きによる画質低下を防ぐことができる。

また、上記映像信号処理装置において、前記第二の特徴量検出部は、特徴量として、入力映像信号の輝度のヒストグラムをフレーム単位で検出することが好ましい。この構成によれば、所定の照度の値によって予め定められた2種類のゲインテーブルに対して、外光から得られる照度だけでなく、入力映像信号の1フレームにおける輝度のヒストグラムの情報を用いて内分比が生成される。照度及び映像信号の特徴量から生成された内分比を用いて2種類のゲインテーブルを内分し、内分により得られたゲインテーブルを用いて入力映像信号の輝度を補正する。これにより、映像表示装置周辺の照度が大きく、かつ入力映像信号の低輝度レベルのヒストグラムが大きい場合において、補正で用いられるゲインテーブルが改善されるため、輝度の黒浮きによる画質低下を防ぐことができる。

また、上記映像信号処理装置において、前記第二の特徴量検出部は、入力映像信号の輝度に関するフレーム単位の特徴量を少なくとも２種類以上検出することが好ましい。

また、上記映像信号処理装置において、前記第一の内分比算出部は、前記ゲインテーブル生成部に格納されている２種類のゲインテーブルの内分比を算出する内分比算出回路を少なくとも２個以上備えることが好ましい。

また、上記映像信号処理装置において、前記第二の特徴量検出部は、特徴量として、入力映像信号の低輝度の画素数及び輝度のヒストグラムをフレーム単位で検出することが好ましい。この構成によれば、所定の照度の値によって予め定められた2種類のゲインテーブルに対して、外光から得られる照度だけでなく、入力映像信号の1フレームにおける低輝度の画素数及び輝度のヒストグラムの情報を用いて内分比が生成される。照度及び映像信号の特徴量から生成された内分比を用いて2種類のゲインテーブルを内分し、内分により得られたゲインテーブルを用いて入力映像信号の輝度を補正する。これにより、映像表示装置周辺の照度が大きく、かつ入力映像信号の黒レベル付近の画素数及び低輝度レベルのヒストグラムが大きい場合において、補正で用いられるゲインテーブルが改善されるため、輝度の黒浮きによる画質低下を防ぐことができる。
本発明に係る映像表示装置は、上記の映像信号処理装置と、前記映像信号処理装置によって輝度が補正された映像信号を表示する表示装置とを備える。この構成によれば、表示装置周辺の外光の照度及び入力映像信号の映像の特徴量に応じて、入力映像信号のコントラスト補正を最適に行うことができ、高品位な画質の映像を表示することができる。

本発明によれば、映像表示装置周辺の外光の照度と入力映像信号の映像の特徴量を用いて、入力映像信号の輝度を補正するゲインテーブルを生成することで、照度が大きい視聴環境下においても、輝度の黒浮きによる画質の品位低下を伴うことなく、映像のコントラスト感を改善することができ、入力映像信号に対して、周辺外光の照度及び入力映像信号の特徴に応じて最適なコントラスト補正を行うことが可能となる。

従来のコントラスト改善手法の構成を示す図 視覚処理装置で用いる環境光が明るい時のプロファイルデータの一例を示す図 視覚処理装置で用いる環境光が暗い時のプロファイルデータの一例を示す図 本発明の実施の形態に係る映像表示装置の構成を示すブロック図 第１の構成例に係る階調補正部の詳細な構成を示すブロック図 周辺画素の平均輝度が小さいときの第一のゲインテーブル及び第二のゲインテーブルの一例を示す図 周辺画素の平均輝度が大きいときの第一のゲインテーブル及び第二のゲインテーブルの一例を示す図 図５の制御信号生成部の詳細な構成を示すブロック図 図８の第一の内分比算出回路の動作を示す図 図８の第二の内分比算出回路の動作を示す図 図５の第二の特徴量検出回路の動作を示す図 第２の構成例に係る階調補正部の詳細な構成を示すブロック図 図１２の制御信号生成部の詳細な構成を示すブロック図

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態について、図４〜図１３を用いて説明する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図４は、本発明の映像信号処理装置を適用した映像表示装置の概略構成図である。図４において、４０１は映像信号処理部、４０２はフィールドメモリ、４０３は階調補正部、４０４は駆動制御部、４０５は表示装置である。

映像信号処理部４０１には、デジタル形式の映像信号ＶＤ１が与えられる。映像信号ＶＤ１は、アナログ形式の映像信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル形式に変換して生成されるものであってもよいし、ＤＶＤレコーダー等の外部機器からのＨＤＭＩ入力によるデジタル形式の映像信号であってもよい。

映像信号処理部４０１は、例えば、映像信号ＶＤ１に対してインターレース−プログレッシブ変換（以下、ＩＰ変換と略記する）を行う。映像信号処理部４０１は、ＩＰ変換時に、映像信号ＶＤ１をフィールドメモリ４０２に書き込み、フィールドメモリ４０２に書き込まれた映像信号を読み出すことによりプログレッシブ方式の映像信号ＶＤ２を生成する。また、映像信号処理部４０１はフィールドメモリ４０２を用いる映像の表示領域の変更処理を含んでもよい。生成された映像信号ＶＤ２は階調補正部４０３に与えられる。

フィールドメモリ４０２は内部にフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、もしくはＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリ）等の揮発性メモリおよびそのデータを保持するためのデータ保持用電源を備え、またはそれ以外のデータ保存のための手段を備えている。

階調補正部４０３は、映像信号処理部４０１から与えられた映像信号ＶＤ２に対して、映像の明るさやコントラストを改善するための輝度あるいは色の補正を行い、映像信号ＶＤ３を駆動制御部４０４に与える。階調補正部４０３の詳細は後述する。

駆動制御部４０４は与えられた映像信号ＶＤ３を基に、映像に対応した駆動信号Ｄ１を生成し、表示装置４０５を駆動させる。それにより、映像が表示装置４０５に表示される。表示装置４０５は例えばプラズマディスプレイパネルであってもよいし、液晶パネルであってもよい。

続いて、上記の階調補正部４０３の具体的な構成例を説明する。

＜第１の構成例＞
図５は、第１の構成例に係る階調補正部４０３の詳細な構成を示す図である。図５において、５０１は第一の特徴量検出回路、５０２は第一のゲインテーブル、５０３は第二のゲインテーブル、５０４はゲインテーブル生成回路、５０５は第二の特徴量検出回路、５０６は制御信号生成部、５０７は輝度補正回路である。

第一の特徴量検出回路５０１は、入力映像信号の画素単位の特徴量を検出し、特徴量ＣＨ１を輝度補正回路５０７に与える。画素単位の特徴量は、例えば、特徴量を検出する対象画素を中心としたときの所定の画素数で定められた周辺画素の平均輝度で表される。但し、これは本発明の一例であって、それ以外の画素単位の特徴量を採用することも可能である。なお、以降の説明を容易にするために、特徴量ＣＨ１は、特徴量を検出する対象画素を中心としたときの所定の画素数で定められた周辺画素の平均輝度であるとする。

次に、第一のゲインテーブル５０２及び第二のゲインテーブル５０３について説明する。第一のゲインテーブル５０２及び第二のゲインテーブル５０３は、輝度補正回路５０７において入力映像信号の輝度を補正するためのゲイン情報が特徴量ＣＨ１の値に応じて格納されている。以下、図６及び図７を用いて、第一のゲインテーブル５０２及び第二のゲインテーブル５０３についてより詳細に説明する。図６及び図７は、第一のゲインテーブル５０２及び第二のゲインテーブル５０３の一部であるゲイン特性を示す図である。図６は、特徴量ＣＨ１が比較的小さい場合、すなわち、補正対象画素に対して周辺画素の平均輝度が小さい場合のゲイン特性であり、中輝度から高輝度の画素に対して輝度を上げることで局所的なコントラスト感が向上する。また、図７は特徴量ＣＨ１が比較的大きい場合、すなわち、補正対象画素に対して周辺画素の平均輝度が大きい場合のゲイン特性であり、低輝度から中輝度の画素に対して輝度を下げることで局所的なコントラスト感が向上する。

また、第一のゲインテーブル５０２及び第二のゲインテーブル５０３は、映像表示装置周辺の環境光から得られる照度によっても異なる。例えば、第一のゲインテーブル５０２は、照度が大きい（明るい）ときのゲインテーブルであり、第二のゲインテーブル５０３は、照度が小さい（暗い）ときのゲインテーブルであるとする。この場合、第一のゲインテーブル５０２の一部は、例えば図２のようなゲイン特性となり、第二のゲインテーブル５０３の一部は、例えば図３のようなゲイン特性となる。但し、図２と図３のゲイン特性は、特徴量ＣＨ１が同じ場合（比較的小さい値）を示している。
図２のゲイン特性は、入力映像信号の輝度に対して一様に輝度を上げており、特に輝度が低い画素に対しては、ゲイン特性の傾きが急峻であるため、映像信号の明るさ向上及び暗部の階調性の向上に寄与する。また、図３のゲイン特性は、入力映像信号の輝度に対して一様に輝度を上げず、比較的輝度が低い画素に対しては輝度を下げ、比較的輝度が高い画素に対しては輝度を上げるため、コントラストの向上に寄与する。
映像表示装置周辺の環境光が明るい場合、環境光の影響を受けて、映像表示装置に表示される映像は、暗部の階調性が失われ、コントラストが低下する。よって、環境光が明るい場合は、暗部の階調性が改善する第一のゲインテーブル５０２を用いた補正を行えばよい。また、環境光が暗い場合は、コントラストが改善する第二のゲインテーブル５０３を用いた補正を行えばよい。このように、環境光の明るさに応じて、ゲインテーブルを変えることで、環境光によらず常にコントラスト感が維持される。

次に、ゲインテーブル生成回路５０４について説明する。ゲインテーブル生成回路５０４は、第一のゲインテーブル５０２から出力するゲインテーブルＧＡＩＮ１と第二のゲインテーブル５０３から出力するゲインテーブルＧＡＩＮ２を制御信号生成部５０６から出力する内分比ＣＴＲＬを用いて内分し、輝度補正回路５０７において入力映像信号の輝度補正を行うためのゲインテーブルＧＡＩＮ３を生成する。ゲインテーブルＧＡＩＮ３は、例えば下記の式で算出される。

ＧＡＩＮ３ ＝ ＧＡＩＮ１＊ＣＴＲＬ ＋ ＧＡＩＮ２＊（１−ＣＴＲＬ）
（０≦ＣＴＲＬ≦１）
上記式によれば、内分比ＣＴＲＬが大きいほど、第一のゲインテーブル５０２のゲインテーブルの比率が高くなり、内分比ＣＴＲＬが小さいほど、第二のゲインテーブル５０３のゲインテーブルの比率が高くなる。

次に第二の特徴量検出回路５０５について説明する。第二の特徴量検出回路５０５は、入力映像信号の１フレーム単位での映像の特徴量を検出する。一例として、第二の特徴量検出回路５０５は、入力映像信号の１フレーム単位の輝度に関するヒスグラムを検出する場合について説明する。第二の特徴量検出回路５０５では、入力映像信号の輝度を任意のＮ個の区分に分け、１フレーム単位における各区分の画素数を検出する。第二の特徴量検出回路５０５から出力する特徴量ＣＨ２は、任意のＭ番目の区分の画素数である（１≦Ｍ≦Ｎ）。なお、特徴量ＣＨ２は、複数の区分の画素数であってもよい。

上述したように、映像表示装置周辺の環境光が明るい場合、環境光の影響を受けて、映像表示装置に表示される映像は、暗部の階調性が失われ、コントラストが低下する。これを改善するために、暗部の階調性が改善する第一のゲインテーブル５０２を用いて入力映像信号の輝度を補正する。しかし、映像シーンによっては、暗部の画素の輝度が上がり、黒浮きが目立つことにより、逆にコントラストが低下したと感じる場合がある。具体的には、入力映像信号の低輝度レベル（輝度レベル２０％〜３０％程度）の画素が多い映像シーンにおいて黒浮きが顕著である。よって、環境光が明るい場合であっても、入力映像信号の低輝度レベル（輝度レベル２０％〜３０％程度）の画素が多い映像シーンにおいては、第一のゲインテーブル５０２を用いず、第二のゲインテーブル５０３に近い傾向をもつゲインテーブルを用いた方が、黒浮きによるコントラスト感の低下を防ぐことができる。よって、第二の特徴量検出回路５０５から出力する特徴量ＣＨ２は、輝度のヒストグラムにおいて、低輝度レベル２０％〜３０％程度を含む区分の画素数であることが望ましい。

次に制御信号生成部５０６について説明する。図８は制御信号生成部５０６の構成を示す図である。図８において、８０１は第一の内分比算出部、８０２は第二の内分比算出部、８０３は内分比調整回路である。第一の内分比算出部８０１は、第二の特徴量検出回路５０５から出力する特徴量ＣＨ２の値に応じて、第一のゲインテーブル５０２と第二のゲインテーブル５０３が格納しているゲイン情報を内分するための内分比Ｒ１を生成する。図９は第一の内分比算出回路８０１の動作を示す図である。
特徴量ＣＨ２が入力映像信号の輝度のヒストグラムにおける低輝度レベルの区分の画素数である場合、特徴量ＣＨ２の値が大きいほど、第一のゲインテーブル５０２を用いることによる輝度の黒浮きが目立ちやすい。よって、第一の内分比算出回路８０１においては、特徴量ＣＨ２が大きいほど、内分比Ｒ１は小さくなるようにして、第二のゲインテーブル５０３の比率を高くする。なお、図９において、閾値ＴＨ１及び閾値２を用いて、内分比Ｒ１の上限及び下限の制約を設けても良い（Ｌ２≦Ｒ１≦Ｌ１）。

また、第二の内分比算出部８０２は、照度ＩＬの値に応じて、第一のゲインテーブル５０２と第二のゲインテーブル５０３が格納しているゲイン情報を内分するための内分比Ｒ２を生成する。図１０は第二の内分比算出回路８０２の動作を示す図である。照度ＩＬは、表示映像装置周辺の環境光に対して、照度センサー等により得られる。照度ＩＬは、環境光が明るいほど大きいため、照度ＩＬが大きいほど内分比Ｒ２を大きくし、第一のゲインテーブル５０２の比率を高くする。これにより、明るい視聴環境下において、映像表示装置に表示される映像の暗部の階調性を改善する。

次に、内分比調整回路８０３について説明する。内分比調整回路８０３は、内分比Ｒ１及び内分比Ｒ２の値を用いて、第一のゲインテーブル５０２と第二のゲインテーブル５０３を内分する内分比ＣＴＲＬを調整する。例えば、映像表示装置周辺の環境光が明るい場合は、内分比Ｒ２が大きくなり、基本的には第一のゲインテーブル５０２による入力映像信号の輝度補正を行い、映像表示装置に表示される映像の暗部の階調性を改善する。しかし、明るい環境下で、低輝度レベル（２０％〜３０％程度）の画素数が多い映像シーンを見た場合、すなわち、内分比Ｒ１が小さい映像シーンを見た場合、第一のゲインテーブル５０２のゲイン特性による低輝度の持ち上がりにより、黒浮きが目立つ場合がある。
よって、この場合では、第二のゲインテーブル５０３のゲイン特性の比率を高めた方がコントラスト感が低下せず、画質の品位がよい。よって、例えば内分比調整回路８０３では、内分比Ｒ１とＲ２の最小値を選択し、最小値を内分比ＣＴＲＬとする。これにより、明るい環境下で、低輝度レベルの画素数が多い映像シーンに対しては、内分比ＣＴＲＬは内分比Ｒ１が選択され、第二のゲインテーブル５０３のゲイン特性の比率が高くなり、黒浮きを防ぐことができる。なお、内分比ＣＴＲＬは内分比Ｒ１と内分比Ｒ２の乗算した値であってもよい。

次に、輝度補正回路５０７について説明する。入力映像信号の補正対象画素の輝度及び第一の特徴量検出回路５０１から出力する特徴量ＣＨ１、すなわち、補正対象画素の周辺画素の平均輝度の組み合わせから、ゲインテーブル生成回路５０４から出力するゲインテーブルＧＡＩＮ３に対して、適切なゲイン特性を選択する。選択されたゲイン特性を用いて、入力映像信号の輝度を補正することで、局所的にコントラストが改善された出力映像信号を得ることができ、かつ入力映像信号の特徴量及び映像表示装置周辺の環境光の明るさに応じて暗部の階調性とコントラスト感を最適に制御された出力映像信号を得ることができる。

なお、第二の特徴量検出回路５０５は、１フレームにおける黒レベル付近の輝度（輝度レベル０％〜２０％程度）の画素数（以降黒面積と称する）を検出してもよい。図１１は第二の特徴量検出回路５０５において、黒面積を検出する場合の動作を示す図である。図１１の特性は、入力映像信号の輝度に応じて重み付けＷＥＩＧＨＴを設定しており、輝度が低いほど、重み付けＷＥＩＧＨＴを大きくする。輝度が０〜閾値ＴＨ５の期間の重み付けＷＥＩＧＨＴはＷ１であり、閾値ＴＨ５〜ＴＨ６の期間の重み付けＷＥＩＧＨＴは単調に減少し、輝度がＴＨ６以上の期間の重み付けＷＥＩＧＨＴは０である。１フレームの全画素の重み付けＷＥＩＧＨＴを累積加算することで黒面積を検出することができる。

第一のゲインテーブル５０２を用いた暗部の階調性の改善は、黒面積が大きいほど効果がある。逆に、黒面積が小さい場合は、第一のゲインテーブル５０２を用いることによる暗部階調性の改善効果は小さく、低輝度の画素が黒浮きするデメリットの方が大きい。よって、第二の特徴量検出回路ＣＨ２が黒面積の場合は、第一の内分比算出回路８０１は、図１０に示す特性であった方がよい。
すなわち、黒面積が大きいほど、内分比Ｒ１を大きくする。内分比調整回路８０３において、内分比Ｒ１と照度から得られる内分比Ｒ２の最小値を選択することにより、環境光が明るく、入力映像信号の黒面積が大きい映像シーンの場合のみ、第一のゲインテーブル５０２の比率を高め、それ以外の場合においては、第二のゲインテーブル５０３の比率を高めることで、暗部階調性の改善を効率的に行うことができ、不必要な黒浮きを低減することができる。
＜第２の構成例＞
図１２は、第２の構成例に係る階調補正部４０３の詳細な構成を示す図である。図１２において、５０１は第一の特徴量検出回路、５０２は第一のゲインテーブル、５０３は第二のゲインテーブル、５０４はゲインテーブル生成回路、５０５は第二の特徴量検出回路、１２０１は第三の特徴量検出回路、５０６は制御信号生成部、５０７は輝度補正回路である。第一の特徴量検出回路５０１、第一のゲインテーブル５０２、第二のゲインテーブル５０３、ゲインテーブル生成回路５０４及び輝度補正回路５０７は、第１の構成例に係る階調補正部１０４の第一の特徴量検出回路５０１、第一のゲインテーブル５０２、第二のゲインテーブル５０３、ゲインテーブル生成回路５０４及び輝度補正回路５０７と同様の構成及び動作を有する。

第二の特徴量検出回路５０５について説明する。第二の特徴量検出回路５０５は、第１の構成例に係る第二の特徴量検出回路５０５と同様の構成及び動作を有し、入力映像信号の１フレーム単位の黒面積を検出する。よって、第二の特徴量検出回路５０５から出力する特徴量ＣＨ２は黒面積を示す。

次に第三の特徴量検出回路１２０１について説明する。第三の特徴量検出回路１２０１は、入力映像信号の１フレーム単位の輝度に関するヒストグラムを検出する。第三の特徴量検出回路１２０１の出力ＣＨ３は、輝度のヒストグラムのうち、低輝度レベル（２０％〜３０％）の区分の画素数を示す。第三の特徴量検出回路１２０１と第二の特徴量検出回路５０５との違いは、第二の特徴量検出回路５０５が入力映像信号の１フレーム単位の黒面積を検出するのに対して、第三の特徴量検出回路１２０１は、入力映像信号の１フレーム単位のヒストグラムから低輝度レベルを検出する点が相違する。

次に制御信号生成回路５０６について説明する。図１３は制御信号生成回路５０６の構成を示す図である。図１３において、８０１は第一の内分比算出部、８０２は第二の内分比算出部、１３０１は第三の内分比算出回路、８０３は内分比調整回路である。第二の内分比算出回路８０２は、第１の構成例に係る第二の内分比算出回路８０２と同様の構成及び動作を有する。第一の内分比算出回路８０１は、特徴量ＣＨ２が黒面積である場合の内分比Ｒ１を出力する。このとき、内分比Ｒ１は図９ではなく、図１０の特性により算出される。すなわち、黒面積が大きいほど内分比Ｒ１の値は大きくなる。また、第三の内分比算出回路１３０１は、特徴量ＣＨ３がヒストグラムにおける低輝度レベルの区分の画素数である場合の内分比Ｒ３を出力する。このとき、内分比Ｒ３は図９の特性により算出される。すなわち、低輝度レベルの画素数が大きいほど内分比Ｒ３の値は小さくなる。

次に内分比調整回路８０３について説明する。内分比調整回路８０３は、内分比Ｒ１、内分比Ｒ２及び内分比３の値を用いて、第一のゲインテーブル５０２と第二のゲインテーブル５０３を内分する内分比ＣＴＲＬを調整する。例えば、映像表示装置周辺の環境光が明るく、かつ入力映像信号の黒面積が大きい場合は、基本的には第一のゲインテーブル５０２による入力映像信号の輝度補正を行うことで、効率的に映像表示装置に表示される映像の暗部の階調性を改善することが可能となる。
しかし、この場合においても、入力映像信号の低輝度レベル（２０％〜３０％程度）の画素数が多い映像シーンでは、第一のゲインテーブル５０２のゲイン特性による低輝度の持ち上がりにより、黒浮きが目立つ場合がある。よって、この場合では、第二のゲインテーブル５０３のゲイン特性の比率を高めた方が、コントラスト感が低下せず、画質の品位がよい。
よって、例えば内分比調整回路８０３では、内分比Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の中から最小値を選択し、最小値を内分比ＣＴＲＬとする。これにより、明るい環境下で、黒面積が大きくかつ低輝度レベルの画素数が多い映像シーンに対しては、内分比ＣＴＲＬは内分比Ｒ３が選択され、第二のゲインテーブル５０３のゲイン特性の比率が高くなり、黒浮きを防ぐことができる。なお、内分比ＣＴＲＬは内分比Ｒ１と内分比Ｒ２と内分比Ｒ３の乗算した値であってもよい。

図１２のように、制御信号生成部５０６に入力する入力映像信号の特徴量を複数用意することで、任意の映像バターンを特定することができ、よりゲインテーブルを適切に制御することが可能となる。これにより、黒浮きによるコントラスト低下を防ぐことができる映像シーンが増え、任意の環境下及び映像シーンに適した階調補正及びコントラスト補正を行うことが可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、第一から第三の内分比算出回路について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、それ以上の内分比算出回路の構成を設ける構成とすることも可能である。

本発明は、視聴環境が明るい場合においても、低輝度レベルの画素数が多い映像シーンにおいては、暗部の階調性を向上するゲインテーブルを用いた輝度補正を行わず、黒浮きによるコントラストの低下を防止することが可能になるので、映像信号処理装置及び映像表示装置として有用である。

１０１ 空間処理部
１０２ 視覚処理部
１０３ ２次元ＬＵＴ
１０４ プロファイルデータ登録部
１０５ 明度検出部
１０６ 画像判定部
１０７ 入力装置
１０８ 視覚処理装置
４０１ 映像信号処理部
４０２ フィールドメモリ
４０３ 階調補正部
４０４ 駆動制御部
４０５ 表示装置
５０１ 第一の特徴量検出回路
５０２ 第一のゲインテーブル
５０３ 第二のゲインテーブル
５０４ ゲインテーブル生成回路
５０５ 第二の特徴量検出回路
５０６ 制御信号生成部
５０７ 輝度補正回路
８０１ 第一の内分比算出回路
８０２ 第二の内分比算出回路
８０３ 内分比調整回路
１２０１ 第三の特徴量検出回路
１３０１ 第三の内分比算出回路

Claims (10)

1. 入力映像信号の輝度に関する画素単位の特徴量を検出する第一の特徴量検出部と、入力映像信号のフレーム単位の特徴量を検出する第二の特徴量検出部と、前記第二の特徴量検出部から出力する入力映像信号の特徴量及び周辺外光から得られる照度情報を用いて、入力映像信号の輝度補正を行うゲインテーブルの制御信号を生成する制御信号生成部と、ゲインテーブルを複数格納し、前記制御信号生成部から出力する制御信号に基づいてゲインテーブルを生成するゲインテーブル生成部と、前記第一の特徴量検出部から出力する入力映像信号の特徴量と前記ゲインテーブル生成部から得られるゲインテーブルを用いて、入力映像信号の輝度を補正する輝度補正回路とを備えることを特徴とする映像信号処理装置。
2. 前記第一の特徴量検出部は、輝度補正の対象画素に対して、所定の画素数で定められたその周辺領域における平均輝度で出力することを特徴とする請求項１記載の映像信号処理装置。
3. 前記第二の特徴量検出部は、入力映像信号の輝度に関するフレーム単位の特徴量を少なくとも２種類以上検出することを特徴とする請求項１または2記載の映像信号処理装置。
4. 前記第二の特徴量検出部は、入力映像信号の輝度に対して、フレーム単位で所定の閾値以下の画素数を検出し、１フレームにおける低輝度の画素数の情報を有することを特徴とする請求項３記載の映像信号処理装置。
5. 前記第二の特徴量検出部は、入力映像信号の輝度に対して、フレーム単位でヒストグラムを検出することを特徴とする請求項３記載の映像信号処理装置。
6. 前記制御信号生成部は、前記第二の特徴量検出部から出力する入力映像信号の特徴量を用いて、前記ゲインテーブル生成部に格納されている２種類のゲインテーブルの内分比を生成する第一の内分比算出部と、映像信号処理装置の周辺の環境光から得られる照度情報を用いて、前記ゲインテーブル生成部に格納されている２種類のゲインテーブルの内分比を生成する第二の内分比算出部と、前記第一の内分比算出部及び第二の内分比算出部からそれぞれ出力する内分比を用いて、前記ゲインテーブル生成部に格納されている２種類のゲインテーブルの内分比を調整する内分比調整回路とを備えた請求項１〜５のいずれかに記載の映像信号処理装置。
7. 前記第一の内分比算出部は、前記ゲインテーブル生成部に格納されている２種類のゲインテーブルの内分比を算出する内分比算出回路を少なくとも２個以上備えることを特徴とする請求項６記載の映像信号処理装置。
8. 前記内分比調整回路は、前記第一の内分比算出部の出力と前記第二の内分比算出部の出力のうち、最小値を選択することを特徴とする請求項６記載の映像信号処理装置。
9. 前記ゲインテーブル生成部は、２種類のゲインテーブルと前記制御信号生成部から出力する制御信号を用いて２種類のゲインテーブルを内分するゲインテーブル生成回路とを備え、入力映像信号の輝度を補正するゲインテーブルを生成することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の映像信号処理装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の映像信号処理装置と、前記映像信号処理装置によって輝度が補正された映像信号を表示する表示装置とを備えることを特徴とする映像表示装置。

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