JP2018026794A - 画像処理装置、画像投影装置、及び画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
動画信号のフレーム毎の入力画像信号を、輝度画像信号及び色差画像信号に変換する入力画像色空間変換部と、
前記フレーム毎の輝度画像信号に対して、補正強度が調整されたヒストグラム平滑化処理を用いて輝度補正画像信号を作成する輝度画像補正部と、
前記フレーム毎の色差画像信号に対して、彩度が強調された色差補正画像信号を作成する色差画像補正部と、
作成された前記輝度補正画像信号及び前記色差補正画像信号を、入力された前記動画信号と同じ形式の出力画像信号に変換する出力画像色空間変換部と、を備える画像処理装置であって、
前記輝度画像補正部による処理と前記色差画像補正部による処理は、フレーム毎に並列して実行され、
前記輝度画像補正部は、前記ヒストグラム平滑化処理におけるヒストグラム平滑化の補正強度をフレーム毎に調整することを特徴とする
画像処理装置を提供する。
図3は本発明の一実施形態に係る画像処理装置10の概略構成を示す説明図である。本発明の実施形態に係る画像処理装置10は、入力画像(RGB)記憶部1、RGB・YCbCr変換部2、輝度画像補正部3、色差画像補正部4、YCbCr・RGB変換部5、及び出力画像(RGB)記憶部6を備える。なお、図11で後述するように、画像処理装置10はさらに、記憶色反映部7及び設定情報取得部8を備えていてもよい。
例えば、本明細書では、RGB信号を10bitのスケール(0〜1023)として述べる。
次に、RGBから変換したCbCr(色差画像信号)に対する彩度(Saturation)強調について説明する。
輝度(Y)に対して、ヒストグラム平滑化処理を用いて輝度補正画像信号を作成する方法を以下に詳述する。
なお、ヒストグラムを得る際に、対象とする画素を空間的に間引くと、処理の負荷が軽くなって好適である。
図7は、ヒストグラム平滑化のON/OFFの場合分け判定を説明する図である。図8は、本発明の制御例として動画の補正画像(信号)を作成する際のヒストグラム平滑化画像と原画像の混合比率の推移例を示す。
それを回避するために、第1の制御例として、ヒストグラム平滑化の強度を徐々に変化させると好適である。
上記のヒストグラム平滑化(HDR化)の移行のため、累積ヒストグラムをルックアップテーブルとして作成した平滑化トーンカーブ(図6(b)参照)と、非加工トーンカーブ(右上がりの対角線直線、いわゆる入力画素値そのまま)とを合成して、補正用トーンカーブを作成する。そして、その補正用トーンカーブに基づいて輝度補正画像(信号)を作成する。
図9は、合成画像を作成する際の重み付け合成手順を示す模式図を示す。この模式図は後述の図12の制御フローに示すステップS8に対応している。
次に、累積ヒストグラムを用いた輝度補正の範囲について、予め指定する強弱調整の設定方法を示す。この設定は、コンテンツの内容に依らない、輝度補正のヒストグラム平滑化の補正強度の前提となる任意の選択設定であるとする。
図11に、図9に示す制御が実行可能な画像処理装置の機能ブロック図を示す。
図12は、本発明の画像処理手順を示すフローチャートを示す。
図13に、フレームカウンタにおける演算手順を示す詳細フローチャートを示す。この詳細フローは図12に示すステップS7に対応している。
肌色や空、緑は記憶色と呼ばれ、特に印象に残りやすい色として知られている。前述のヒストグラム平滑化は、映像の明瞭感を大きく向上させる一方、映像にノイズがある場合、ノイズも強調させることがある。
上記の第1の制御例では、図7(a)に示すような自然画像のコンテンツと、図7(d)に示すような2値画像のコンテンツとの切り替え等、極端な変化が起こる場合であって、切り換わった画像が一定期間しばらく維持される場合に特に有効であった。
(1)作成する輝度補正画像におけるヒストグラム平滑化の補正強度に対応付けられた判定値を動画信号の連続するフレーム間で徐々に変化させ、判定値に応じて、ヒストグラム平滑化の補正強度をフレーム毎に調整する輝度補正と、
(2)作成するフレーム毎の前記輝度画像信号の、ヒストグラム平滑化の補正強度を、ヒストグラムのピーク値に基づいて算出し、クリッピングする輝度補正とを、
選択可能である、又は組み合わせることができる。
図16に、DLPプロジェクタのカラーホイールを示す。図16において、(a)は、RGB各色の扇型の色分離フィルタが円盤上に順次配置されている構成例、(b)は、RGB各色+C(シアン)、Y(イエロー)、W(ホワイト)の色分離フィルタが順次配置されている構成例を示す。
図17は、本発明の画像処理方法が適用可能なDLPプロジェクタ(画像投影装置)の構成例の一例を示すブロック図である。
また、上述の実施形態では、輝度色差信号として、YCbCrを用いた例を説明したがそれと同様な輝度色差信号であるYUV((Y)Lumina, U Axis blue component, V axis red component)等でもYCbCrと同様に好適に変換できる。
2 RGB・YCbCr変換部(入力画像色空間変換部)
3 輝度画像補正部
4 彩度画像補正部
5 YCbCr・RGB変換部(出力画像色空間変換部)
7 出力画像(RGB)記憶部
8 記憶色反映部
9 設定情報取得部
10 画像処理装置(FPGA,ASIC)
20 画像投影装置
41 CbCr画像記憶部
42 S字トーンカーブ記憶部
43 彩度強調処理部
71 記憶色含有判断部
72 肌色記憶部
73 空色記憶部
74 灰色記憶部
75 記憶色割合カウンタ部
301 Y画像記憶部
302 ヒストグラム作成部
303 オフセット量記憶部
304 オフセット加算部
305 ヒストグラム累積部
306 ヒストグラム規格化部
307 平滑化トーンカーブ作成部
308 ピーク値・所定値比較部(平滑化有無判定部)
309 過去フレームカウント値記憶部(過去フレーム判定値記憶部)
310 カウント値演算部(判定値演算部)
311 重み付け合成画像作成部
312 補正用トーンカーブ合成部
313 合成画像作成部
321 ヒストグラム累積部
322 ピーク値算出部
323 補正強度算出部
324 補正強度設定部
325 補正強度閾値記憶部
326 ヒストグラム規格化部
327 平滑化トーンカーブ作成部
328 輝度補正画像作成部
Claims (15)
- 動画信号のフレーム毎の入力画像信号を、輝度画像信号及び色差画像信号に変換する入力画像色空間変換部と、
前記フレーム毎の輝度画像信号に対して、補正強度が調整されたヒストグラム平滑化処理を用いて輝度補正画像信号を作成する輝度画像補正部と、
前記フレーム毎の色差画像信号に対して、彩度が強調された色差補正画像信号を作成する色差画像補正部と、
作成された前記輝度補正画像信号及び前記色差補正画像信号を、入力された前記動画信号と同じ形式の出力画像信号に変換する出力画像色空間変換部と、を備える画像処理装置であって、
前記輝度画像補正部による処理と前記色差画像補正部による処理は、フレーム毎に並列して実行され、
前記輝度画像補正部は、前記ヒストグラム平滑化処理におけるヒストグラム平滑化の補正強度をフレーム毎に調整することを特徴とする
画像処理装置。 - 前記輝度画像補正部は、
一のフレームの輝度画像信号のコンテンツ内容に基づいて前記ヒストグラム平滑化の補正を実行するか否かを決定する平滑化有無判定部と、
作成する前記輝度補正画像信号におけるヒストグラム平滑化の補正強度に対応付けられた判定値を、前記決定に応じて、所定の範囲に対して所定数ずつ、加算又は減算することで、前記判定値を前記動画信号の連続するフレーム間で徐々に変化させる判定値演算部と、
前記フレーム毎の前記判定値を、前記所定の範囲で累積して記憶する過去フレーム判定値記憶部と、
前記判定値に応じて、前記ヒストグラム平滑化の補正強度をフレーム毎に調整する際、前記一のフレームの直前のフレームに対する前記ヒストグラム平滑化の補正強度の変化量を緩やかに変化させ、複数のフレームにかけて、前記ヒストグラム平滑化の補正の有無の状態を切り替える重み付け合成画像作成部と、を備えることを特徴とする
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記輝度画像補正部は、
前記輝度画像信号の前記フレーム毎のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記ヒストグラムから累積ヒストグラムを作成するヒストグラム累積部と、
前記累積ヒストグラムを参照して、平滑化トーンカーブを作成する平滑化トーンカーブ作成部と、を備え、
前記重み付け合成画像作成部は、前記平滑化トーンカーブと、非加工トーンカーブとを合成して、補正用トーンカーブを作成する補正用トーンカーブ合成部、及び前記補正用トーンカーブに基づいて輝度補正画像信号を作成する合成画像作成部を備えており、
前記補正用トーンカーブ合成部では、前記補正用トーンカーブを合成する際の、前記平滑化トーンカーブと、前記非加工トーンカーブとの混合の比率を、前記判定値に応じて重み付けして設定することで、前記輝度補正画像信号の前記ヒストグラム平滑化の補正強度を調整できることを特徴とする
請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記出力画像信号の補正強度のレベルを、ユーザーが任意に設定可能であり、
前記ユーザーが設定した補正強度が最も強いレベル以外は、前記輝度画像補正部において、所定量のオフセットを、作成された前記輝度画像信号の前記フレーム毎のヒストグラムに加算し、
補正強度のレベルが弱いほど、前記ヒストグラムへのオフセットの加算量を多くすることを特徴とする
請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記輝度画像補正部は、前記所定量のオフセットを前記ヒストグラムに加算するオフセット加算部をさらに備え、
前記ヒストグラム累積部は、前記オフセットが加算されたヒストグラムから、オフセット調整累積ヒストグラムを作成し
前記平滑化トーンカーブ作成部は、前記輝度画像信号のビット数に正規化した前記オフセット調整累積ヒストグラムを参照して、オフセット調整平滑化トーンカーブを作成し、
前記補正用トーンカーブ合成部は、前記オフセット調整平滑化トーンカーブと、非加工トーンカーブとを合成して、補正用トーンカーブを作成し、
前記合成画像作成部は、前記補正用トーンカーブに基づいて輝度補正画像信号を作成し、
前記補正用トーンカーブ合成部では、前記補正用トーンカーブを合成する際の、前記オフセット調整平滑化トーンカーブと、前記非加工トーンカーブとの混合の比率を、前記判定値に応じて重み付けして設定することで、前記輝度補正画像信号の前記ヒストグラム平滑化の補正強度を、前記設定した補正強度のレベル内で調整できることを特徴とする
請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記輝度画像補正部の前記判定値演算部は、前記ヒストグラム平滑化の補正を実行すると決定した場合は、前記判定値を加算し、前記ヒストグラム平滑化の補正を実行しないと決定した場合は、前記判定値を減算することを特徴とする
請求項2乃至5のいずれか一項に記載の画像処理装置。 - 前記フレーム毎の前記入力画像信号の記憶色の含有率を検出し、前記輝度画像補正部に対して、前記ヒストグラム平滑化を強めるか弱めるかの判定に対して、前記記憶色の含有率も反映させる記憶色反映部、をさらに備えることを特徴とする
請求項2乃至5のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記記憶色反映部が、一のフレームの前記記憶色の含有率が定められた閾値よりも高いと判定した場合、前記輝度画像補正部において、前記判定値を無効にして、前記一のフレームの前記ヒストグラム平滑化による補正強度を、前記一のフレームの直前のフレームに対して、弱めるよう変化させることを特徴とする
請求項7に記載の画像処理装置。 - 前記輝度画像補正部は、
前記輝度画像信号の前記フレーム毎のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記ヒストグラムからピークを検出し、ピーク値を算出するピーク値算出部と、
前記フレーム毎の輝度画像信号を変換するヒストグラム平滑化の補正強度を、前記ピーク値に基づいてフレーム毎に算出する補正強度算出部と、
前記ヒストグラム平滑化の補正強度の明るい方向に補正する場合の明方向閾値と、暗い方向に補正する場合の暗方向閾値を予め記憶する補正強度閾値記憶部と、
暗いフレームの輝度画像信号に基づいて算出されるピーク値と対応づけられたヒストグラム平滑化の補正強度が前記明方向閾値を上回る場合は、作成する前記輝度補正画像信号における前記ヒストグラム平滑化の補正強度を前記明方向閾値に合わせて設定し、明るいフレームの輝度画像信号に基づいて算出されるピーク値と対応づけられたヒストグラム平滑化の補正強度が前記暗方向閾値を上回る場合は、作成する前記輝度補正画像信号における前記ヒストグラム平滑化の補正強度を前記暗方向閾値に合わせて設定する補正強度設定部と、を備えることを特徴とする
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記輝度画像補正部は、投影する動画のコンテンツの種類に応じて、
作成する前記フレーム毎の前記輝度補正画像信号におけるヒストグラム平滑化の補正強度に対応付けられた判定値を前記動画信号の連続するフレーム間で徐々に変化させ、前記判定値に応じて、前記ヒストグラム平滑化の補正強度をフレーム毎に調整する輝度補正と、
前記輝度画像信号の前記フレーム毎のヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムから算出したピーク値に基づいて、作成する前記フレーム毎の前記輝度画像信号のヒストグラム平滑化の補正強度を、フレーム毎に調整し、前記補正強度を明方向閾値及び暗方向閾値以下に制限して設定する輝度補正と、を選択可能であることを特徴とする
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の画像処理装置。 - 前記輝度画像補正部は、前記フレーム毎の前記輝度画像信号の画素を空間的に間引いてヒストグラムを形成することを特徴とする
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の画像処理装置。 - 前記色差画像補正部は、前記色差画像信号の画素値の高域部分をより高く、低域部分をより低くするS字状のトーンカーブを用いて、前記彩度を強調することを特徴とする
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の画像処理装置。 - 作成された色差補正画像信号のビット数は、入力された前記色差画像信号のビット数よりも小さいことを特徴とする
請求項12に記載の画像処理装置。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の画像処理装置をFPGAあるいはASICで実行することを特徴とする
画像投影装置。 - 動画信号のフレーム単位の入力画像信号を輝度画像信号及び色差画像信号に変換する入力画像色空間変換ステップと、
各フレームの輝度画像信号に対して、補正強度が調整されたヒストグラム平滑化処理を用いて輝度補正画像信号を作成する、輝度画像補正ステップと、
各フレームの色差画像信号に対して、彩度が強調された色差補正画像信号を作成する色差画像補正ステップと、
前記作成された輝度補正画像信号及び前記色差補正画像信号を、入力された動画信号と同じ形式の出力画像信号に変換する出力画像色空間変換ステップと、を有する画像処理方法であって、
前記輝度画像補正ステップと、前記色差画像補正ステップとは、フレーム毎に並列して実行され、
前記輝度画像補正ステップでは、前記ヒストグラム平滑化処理におけるヒストグラム平滑化の補正強度をフレーム毎に調整することを特徴とする
画像処理方法。
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