JP2020003998A - Tone mapping circuit and tone mapping method - Google Patents

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Abstract

To provide a tone mapping circuit configured to reduce circuit scale, power consumption, cost, and computation time without impairing continuity of output images, and a tone mapping method.SOLUTION: A tone mapping circuit includes: a global feature quantity calculation circuit which calculates global feature quantity of an HDR image of a current frame; a local feature quantity calculation circuit which calculates local feature quantity of a block image, and calculates local feature quantity of pixels by interpolating local feature quantities of a block image of a previous frame; a gain calculation circuit which calculates feature quantity of gain and total on the basis of global feature quantity of a previous frame, local feature quantity of pixels, and target luminance; and a gain application circuit which applies the feature quantity of gain and total to data of pixels to be processed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、広いダイナミックレンジを持つHDR(High Dynamic Range)画像を、狭いダイナミックレンジを持つディスプレイに表示するためのトーンマッピングを行うトーンマッピング回路およびトーンマッピング方法に関する。   The present invention relates to a tone mapping circuit and a tone mapping method for performing tone mapping for displaying an HDR (High Dynamic Range) image having a wide dynamic range on a display having a narrow dynamic range.

CRT(Cathode Ray Tube)を用いていた時代よりも広いダイナミックレンジを持つHDR画像を記録するために、HDR10およびHLG(Hybrid Log Gamma)などのフォーマットが提唱され、利用されている。HDR10では、表示されるべき画像の絶対的な輝度が記録される。HLGでは、SDR(Standard Dynamic Range)画像と同様にディスプレイが表示可能な最大輝度を最大値とする相対的な値が記録されるが、その低輝度領域はSDR画像と同じであり、高輝度領域の変換関数(変換曲線)は指数関数になる。   Formats such as HDR10 and HLG (Hybrid Log Gamma) have been proposed and used to record HDR images having a wider dynamic range than in the era when CRTs (Cathode Ray Tubes) were used. In the HDR 10, the absolute luminance of an image to be displayed is recorded. In the HLG, a relative value with the maximum luminance that can be displayed on the display as the maximum value is recorded similarly to the SDR (Standard Dynamic Range) image, but the low luminance area is the same as the SDR image, and the high luminance area is recorded. Is an exponential function.

これに対して、ディスプレイの標準的なガンマ値γである2.2の二乗のガンマ曲線の逆変換曲線を用いてピクセルのデータを変換する従来の画像はSDR画像と呼ばれる。   On the other hand, a conventional image in which pixel data is converted using an inverse conversion curve of a square gamma curve of 2.2, which is a standard gamma value γ of a display, is called an SDR image.

上記の広いダイナミックレンジを持つHDR画像を、狭いダイナミックレンジを持つディスプレイに表示するための変換を行う手法はトーンマッピングと呼ばれ、このトーンマッピングを行う回路がトーンマッピング回路である。しかし、ディスプレイの最大輝度、最小輝度などの性能は多様なため、その限られた輝度領域にHDR画像の全ての階調を再現することは不可能であり、明部または暗部の一部の階調は失われることになる。   A method of performing conversion for displaying the HDR image having a wide dynamic range on a display having a narrow dynamic range is called tone mapping, and a circuit for performing the tone mapping is a tone mapping circuit. However, since the display has various performances such as maximum luminance and minimum luminance, it is impossible to reproduce all the gradations of the HDR image in the limited luminance area, and it is not possible to reproduce all the gradations of the bright part or the dark part. The key will be lost.

画像またはこれを分割したブロック画像毎に平均輝度または多数のピクセル輝度が属する階調領域(階調範囲)を算出し、その領域内に圧縮して表示することにより階調が潰れる領域を削減することができる。このような局所的な情報を用いた処理を行う場合、人間の視覚特性などの理由から、輝度値そのものではなくその対数値を用いて処理が行われている。HDR10で使われているPQ(Perceptual Quantization)カーブおよびHLGの変換関数の高輝度領域はこのような特性を取り込み、対数関数に近い関数を用いて輝度信号が表現されている。   A gradation region (gradation range) to which the average luminance or a large number of pixel luminances belong is calculated for each image or a block image obtained by dividing the image, and a region in which gradation is destroyed is reduced by compressing and displaying the region. be able to. When processing using such local information is performed, processing is performed using not the luminance value itself but its logarithmic value for reasons such as human visual characteristics. The PQ (Perceptual Quantization) curve used in the HDR 10 and the high luminance area of the HLG conversion function take in such characteristics, and the luminance signal is expressed using a function close to a logarithmic function.

例えば、画像の情報によらず、y=[0,1]の範囲内にトーンマッピングを行う場合の変換関数としては、単純なものとして、y=x/(1+x)の変換関数および区分線形関数などがある。   For example, as a simple conversion function when tone mapping is performed within the range of y = [0, 1] regardless of image information, a simple conversion function of y = x / (1 + x) and a piecewise linear function and so on.

また、局所的な情報を取り入れた変換関数としては、非特許文献1に記載されているように、入力画像L(x,y)に対して下記式(1)に示すローパスフィルタRi(x,y,s)(sはフィルタの大きさを表す係数)をかけて下記式(2)に示す画像Vi(x,y,s)を算出し、画像Vi(x,y,s)に対して下記式(3)に示す関係となる関数などが知られている。   As a conversion function incorporating local information, as described in Non-patent Document 1, a low-pass filter Ri (x, y, s) (s is a coefficient representing the size of the filter) to calculate an image Vi (x, y, s) shown in the following equation (2). Functions and the like having the relationship shown in the following equation (3) are known.





また、非特許文献2では、対数空間における勾配を計算し、それを圧縮することによりトーンマッピングが行われている。   In Non-Patent Document 2, tone mapping is performed by calculating a gradient in a logarithmic space and compressing the gradient.

非特許文献3では、複数のスケールの画像を作成し、それぞれのスケールの画像にS字型の非線形変換を施した後に合成する方法が提唱されている。   Non-Patent Document 3 proposes a method of creating images of a plurality of scales, performing S-shaped nonlinear conversion on the images of each scale, and then combining the images.

非特許文献4では、それぞれのスケールの画像に対して並列に処理を行うことで高速化を達成する方法も提案されている。   Non-Patent Document 4 also proposes a method of achieving high-speed processing by performing processing on images of respective scales in parallel.

また、特許文献1では、対数入力画像に対して少なくとも2つの異なるスケールレシオ画像を生成し、それを対数入力画像に加えることによりトーンマッピングが行われている。   In Patent Document 1, tone mapping is performed by generating at least two different scale ratio images for a logarithmic input image and adding the generated scale ratio image to the logarithmic input image.

特許文献2では、まずHDR画像における対数ルミナンスピクセル値のヒストグラムから対数グローバルトーンマッピングされたルミナンス画像を計算し、そこから局所的な対数レシオ画像を計算し、それに基づいてダウンスケーリングされた第2対数トーンマッピング画像および第2レシオ画像を生成する処理を繰り返して画像の符号化を行い、JPEG−HDR画像が作成されている。   In Patent Literature 2, first, a logarithmic global tone mapped luminance image is calculated from a histogram of logarithmic luminance pixel values in an HDR image, a local log ratio image is calculated therefrom, and a second logarithm that is down-scaled based thereon is calculated. The image is encoded by repeating the process of generating the tone mapping image and the second ratio image, and a JPEG-HDR image is created.

特許文献3では、送信部が伝送ビデオデータを補助情報(レベルマッピング・カーブ情報および/または電光変換特性情報)と共に送信し、受信部が伝送ビデオデータを受信し、処理部が伝送ビデオデータのレベルを補助情報に基づいて変換している。また、図15、18および19には、受信画像にHDR逆変換を施した後に電光変換関数(EOTF:Electro-Optical Transfer Function)を用いてレベルマッピングが行われている。   In Patent Literature 3, a transmitting unit transmits transmission video data together with auxiliary information (level mapping curve information and / or electro-optical conversion characteristic information), a receiving unit receives the transmission video data, and a processing unit transmits the level of the transmission video data. Is converted based on the auxiliary information. In FIGS. 15, 18, and 19, after performing the HDR inverse conversion on the received image, the level mapping is performed using an electro-optical transfer function (EOTF).

特開2015−212978号公報JP-A-2005-212978 特表2015−508589号公報JP-T-2015-508589A 国際公開第2015/111467号WO 2015/111467

Erik Reinhard、外3名、" Photographic tone reproduction for digital images"、[online]、2002-07-01、ACM New York, NY, USA、"ACM Transactions on Graphics (TOG) - Proceedings of ACM SIGGRAPH 2002"、Volume 21 Issue 3, July 2002、[平成30年2月26日検索]、インターネット<URL:https://dl.acm.org/citation.cfm?id=566575>Erik Reinhard, 3 others, "Photographic tone reproduction for digital images", [online], 2002-07-01, ACM New York, NY, USA, "ACM Transactions on Graphics (TOG)-Proceedings of ACM SIGGRAPH 2002", Volume 21 Issue 3, July 2002, [Searched February 26, 2018], Internet <URL: https://dl.acm.org/citation.cfm?id=566575> Raanan Fattal、外2名、"Gradient Domain High Dynamic Range Compression"、[online]、"School of Computer Science and Engineering"、"The Hebrew University of Jerusalem"、[平成30年2月26日検索]、インターネット<URL: http://www.cs.huji.ac.il/~danix/hdr/>Raanan Fattal, 2 others, "Gradient Domain High Dynamic Range Compression", [online], "School of Computer Science and Engineering", "The Hebrew University of Jerusalem", [Search February 26, 2018], Internet < URL: http://www.cs.huji.ac.il/~danix/hdr/> Sylvain Paris、外2名、"Local Laplacian Filters: Edge-aware Image Processing with a Laplacian Pyramid"、[online]、March 2015、"ACM Transactions on Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2011)"、"Communications of the ACM"、Vol. 58, No. 3、インターネット<URL:https://people.csail.mit.edu/sparis/publi/2011/siggraph/>Sylvain Paris, 2 others, "Local Laplacian Filters: Edge-aware Image Processing with a Laplacian Pyramid", [online], March 2015, "ACM Transactions on Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2011)", "Communications of the ACM", Vol. 58, No. 3, Internet <URL: https://people.csail.mit.edu/sparis/publi/2011/siggraph/> Mathieu Aubry、外4名、"Fast Local Laplacian Filters: Theory and Applications "、[online]、2014、"ACM Transactions on Graphics"、[平成30年2月26日検索]、インターネット<URL: http://www.di.ens.fr/~aubry/llf.html>Mathieu Aubry, 4 others, "Fast Local Laplacian Filters: Theory and Applications", [online], 2014, "ACM Transactions on Graphics", [Search February 26, 2018], Internet <URL: http: // www.di.ens.fr/~aubry/llf.html>

画像またはブロック画像の情報によらない一様な変換関数を用いる場合、明部では白つぶれ、暗部では黒潰れが起きる。そのため画面またはブロック画像の輝度分布に応じて、多数のピクセルが所属する階調の領域に多くのビットを割り振るマッピングが提唱され、実施されているが、出力画像の連続性と、回路規模、計算時間および消費電力の観点での計算コストとの両立は簡単ではなかった。特に、モバイルディスプレイへの組み込み用途などでは計算結果の厳密さよりも計算負荷の軽さが求められている。   When a uniform conversion function that does not depend on information on an image or a block image is used, white portions are lost in a bright portion, and black portions are lost in a dark portion. Therefore, mapping that allocates many bits to the gradation area to which many pixels belong according to the luminance distribution of the screen or block image has been proposed and implemented, but the continuity of the output image, circuit scale, calculation Compatibility with computational costs in terms of time and power consumption has not been easy. In particular, in applications such as embedding in a mobile display, a lighter calculation load is required rather than a strict calculation result.

また、1フレーム内で処理が完結しない場合、処理対象の画像をフレームメモリに格納する必要があり、回路規模、消費電力およびコストが増大する。   If the processing is not completed within one frame, it is necessary to store the image to be processed in the frame memory, which increases the circuit scale, power consumption, and cost.

本発明の目的は、出力画像の連続性を損なうことなく、回路規模、消費電力およびコストを低減し、かつ計算時間を短縮することができるトーンマッピング回路およびトーンマッピング方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a tone mapping circuit and a tone mapping method that can reduce the circuit scale, power consumption and cost, and reduce the calculation time without impairing the continuity of an output image.

上記目的を達成するために、本発明は、現フレームのHDR画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記HDR画像の特徴量である複数の大域特徴量を算出して1フレーム時間保持し、かつ、1フレーム前のHDR画像の大域特徴量を出力する大域特徴量算出回路と、
前記現フレームのHDR画像を横方向および縦方向に分割した複数のブロック画像の各々について、前記ブロック画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記ブロック画像の特徴量である局所特徴量を算出して1フレーム時間保持し、かつ、前記現フレームのHDR画像の処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像およびその周囲のブロック画像の局所特徴量の間を補間して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像のピクセルの局所特徴量を算出する局所特徴量算出回路と、
前記1フレーム前のHDR画像の複数の大域特徴量、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量、および、前記複数の大域特徴量に対応するディスプレイの出力輝度を表す複数のターゲット輝度に基づいて、前記1フレーム前のHDR画像の各々のブロック画像について、前記複数の大域特徴量および前記複数のターゲット輝度に対応する複数のゲインと、前記複数の大域特徴量および前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量に対応する複数のトータルの特徴量を算出するゲイン算出回路と、
前記処理対象のピクセルのデータに対して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像についての複数のゲインの中から前記処理対象のピクセルのデータに対応するゲインとトータルの特徴量を適用して、ゲイン適用後のピクセルのデータを算出するゲイン適用回路と、を備える、トーンマッピング回路を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention calculates a plurality of global feature amounts, which are feature amounts of the HDR image, based on data of all pixels of the HDR image of the current frame, and holds the calculated global feature amount for one frame time, A global feature amount calculating circuit that outputs a global feature amount of the HDR image one frame before;
For each of a plurality of block images obtained by dividing the HDR image of the current frame in the horizontal direction and the vertical direction, a local feature amount which is a feature amount of the block image is calculated based on data of all pixels of the block image. By interpolating between the local feature values of the block image of the HDR image one frame before and the surrounding block image corresponding to the pixel position to be processed of the HDR image of the current frame, and A local feature calculating circuit that calculates a local feature of a pixel of the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed;
A plurality of global feature values of the HDR image of the previous frame, local feature values of pixels of the HDR image of the previous frame corresponding to the pixel position to be processed, and an output of a display corresponding to the plurality of global feature values A plurality of gains corresponding to the plurality of global feature amounts and the plurality of target brightnesses for each block image of the HDR image one frame before, based on a plurality of target brightnesses representing brightness; and the plurality of global features. A gain calculation circuit for calculating a plurality of total feature amounts corresponding to the amount and the local feature amount of the pixel of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed;
For the data of the pixel to be processed, a gain corresponding to the data of the pixel to be processed is selected from among a plurality of gains for the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position of the pixel to be processed. And a gain application circuit that calculates pixel data after gain application by applying the feature amount of (1).

ここで、前記大域特徴量算出回路は、前記HDR画像の全てのピクセルのデータから、前記HDR画像のピクセルのデータの各領域に属するピクセルの数を表すヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムを用いて前記複数の大域特徴量を算出することが好ましい。   Here, the global feature amount calculation circuit creates a histogram representing the number of pixels belonging to each region of the pixel data of the HDR image from the data of all the pixels of the HDR image, and uses the histogram to generate the histogram. It is preferable to calculate a plurality of global feature values.

また、前記大域特徴量算出回路は、前記HDR画像の全てのピクセルのデータから、前記HDR画像のピクセルのデータの各領域に属するピクセルの累積数を表す累積ヒストグラムを作成し、前記累積ヒストグラムを用いて前記複数の大域特徴量を算出することが好ましい。   The global feature amount calculation circuit creates a cumulative histogram representing the cumulative number of pixels belonging to each area of the pixel data of the HDR image from the data of all the pixels of the HDR image, and uses the cumulative histogram. It is preferable to calculate the plurality of global feature amounts in this way.

また、前記大域特徴量算出回路は、前記累積ヒストグラムを用いて、前記複数の大域特徴量として、前記HDR画像の全ピクセル数に対して、複数のしきい値により指定される複数の割合のピクセル数に対応する複数のデータの領域に含まれるデータの代表値を出力することが好ましい。   In addition, the global feature amount calculation circuit uses the cumulative histogram to determine, as the plurality of global feature amounts, a plurality of pixels specified by a plurality of thresholds with respect to the total number of pixels of the HDR image. It is preferable to output a representative value of data included in a plurality of data areas corresponding to the numbers.

また、前記大域特徴量算出回路は、前記複数の大域特徴量の1つとして、前記HDR画像の全ピクセル数の中央値のピクセル数に対応するデータの領域に含まれるデータの代表値を出力することが好ましい。   In addition, the global feature amount calculation circuit outputs, as one of the plurality of global feature amounts, a representative value of data included in a data region corresponding to a median pixel number of all pixels of the HDR image. Is preferred.

また、前記大域特徴量算出回路は、前記現フレームのHDR画像を横方向および縦方向に分割した複数のエリア画像の各々について、前記エリア画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記エリア画像の特徴量である複数のエリア大域特徴量を順次算出して1フレーム時間保持し、かつ、前記1フレーム前のHDR画像の全てのエリア画像のエリア大域特徴量の中から、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のエリア画像のエリア大域特徴量を前記大域特徴量として順次出力することが好ましい。   In addition, the global feature amount calculation circuit is configured to determine, for each of a plurality of area images obtained by dividing the HDR image of the current frame in a horizontal direction and a vertical direction, based on data of all pixels of the area image, A plurality of area global feature amounts, which are feature amounts, are sequentially calculated and held for one frame time, and the pixel position of the processing target is selected from among the area global feature amounts of all the area images of the HDR image one frame before. It is preferable to sequentially output the area global feature amount of the area image of the HDR image one frame before corresponding to the above as the global feature amount.

また、前記局所特徴量算出回路は、前記ブロック画像の局所特徴量として、前記ブロック画像の全てのピクセルのデータの平均値、中央値、最大値、最小値または代表ピクセル値を算出することが好ましい。   Further, it is preferable that the local feature value calculation circuit calculates, as a local feature value of the block image, an average value, a median value, a maximum value, a minimum value, or a representative pixel value of data of all pixels of the block image. .

また、前記ゲイン算出回路は、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量と前記複数の大域特徴量の各々とを重み付けして加算することにより、前記複数の大域特徴量に対応する複数のトータルの特徴量を算出する特徴量マージ回路を備えることが好ましい。   Further, the gain calculation circuit weights and adds each of the plurality of global feature amounts to a local feature amount of a pixel of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed, thereby obtaining the plurality of gain values. It is preferable to provide a feature amount merging circuit for calculating a plurality of total feature amounts corresponding to the global feature amount.

また、前記ゲイン算出回路は、さらに、隣り合う2つの前記ターゲット輝度の差分を、隣り合う2つの前記トータルの特徴量の差分で除算することにより前記複数のゲインを算出するゲイン出力回路を備えることが好ましい。   The gain calculation circuit may further include a gain output circuit that calculates the plurality of gains by dividing a difference between two adjacent target luminances by a difference between two adjacent total feature amounts. Is preferred.

また、前記ゲイン適用回路は、前記処理対象のピクセルのデータが、最も大きい前記トータルの特徴量よりも小さい場合、前記処理対象のピクセルのデータから前記トータルの特徴量を減算し、その減算結果と前記トータルの特徴量に対応するゲインとを乗算し、その乗算結果と前記トータルの特徴量に対応するターゲット輝度とを加算することにより前記ゲイン適用後のピクセルのデータを算出し、
前記処理対象のピクセルのデータが、前記最も大きいトータルの特徴量以上である場合、前記ゲイン適用後のピクセルのデータとして、前記最も大きいトータルの特徴量に対応する、最も大きい前記ターゲット輝度を出力することが好ましい。
Further, when the data of the pixel to be processed is smaller than the largest total feature amount, the gain application circuit subtracts the total feature amount from the data of the pixel to be processed, and the result of the subtraction is Multiplying by the gain corresponding to the total feature amount, calculating the pixel data after the gain application by adding the multiplication result and the target luminance corresponding to the total feature amount,
When the data of the pixel to be processed is equal to or greater than the largest total feature amount, the largest target luminance corresponding to the largest total feature amount is output as the pixel data after the gain application. Is preferred.

また、前記HDR画像のピクセルのデータはRGB色空間のデータであり、
さらに、前記HDR画像のピクセルのRGB色空間のデータを、Y成分を含む色空間のデータに変換する画像空間変換回路を備え、
前記ゲイン適用回路は、前記HDR画像の処理対象のピクセルのY成分を含む色空間のY成分のデータに対して前記ゲインを適用して、前記ゲイン適用後のピクセルの前記Y成分を含む色空間のデータを算出し、
さらに、前記ゲイン適用後のピクセルのY成分を含む色空間のデータを前記RGB色空間のデータに変換する画像空間逆変換回路を備えることが好ましい。
The pixel data of the HDR image is data of an RGB color space,
The image processing apparatus further includes an image space conversion circuit configured to convert data of the RGB color space of the pixel of the HDR image into data of a color space including a Y component.
The gain application circuit applies the gain to data of a Y component of a color space including a Y component of a pixel to be processed of the HDR image, and a color space including the Y component of the pixel after the gain application. Calculate the data of
Further, it is preferable that an image space inverse conversion circuit for converting data in a color space including the Y component of the pixel after the gain application into data in the RGB color space is provided.

さらに、前記現フレームのHDR画像のピクセルのデータに基づいて、前記ピクセルの位置情報として、前記処理対象のピクセルの横方向および縦方向のアドレスを抽出する位置情報抽出回路を備え、
前記大域特徴量算出回路および前記局所特徴量算出回路は、前記処理対象のピクセルのアドレスに基づいて前記複数の大域特徴量および前記ブロック画像の局所特徴量を算出することが好ましい。
Further, based on the data of the pixel of the HDR image of the current frame, a position information extraction circuit for extracting the horizontal and vertical addresses of the pixel to be processed as the position information of the pixel,
It is preferable that the global feature value calculating circuit and the local feature value calculating circuit calculate the plurality of global feature values and the local feature value of the block image based on an address of the pixel to be processed.

さらに、電光変換関数を用いて、前記現フレームのHDR画像のピクセルのデータを線形空間のピクセルのデータに変換する線形空間変換回路を備え、
前記ゲイン適用回路は、線形空間の処理対象のピクセルのデータに対して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像についての複数のゲインの中から前記線形空間の処理対象のピクセルのデータに対応するゲインを適用して、前記ゲイン適用後のピクセルのデータを算出することが好ましい。
A linear space conversion circuit configured to convert pixel data of the HDR image of the current frame into linear space pixel data using an electro-optical conversion function;
The gain application circuit performs processing on the linear space from among a plurality of gains for the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position on the processing target for the data of the pixel to be processed in the linear space. Preferably, a gain corresponding to the data of the target pixel is applied to calculate the data of the pixel after the gain is applied.

さらに、前記現フレームのHDR画像の1ピクセル分のピクセルのデータとして入力される複数のデータを1つのデータに集約した集約データを出力するデータ集約回路を備え、
前記大域特徴量算出回路は、前記現フレームのHDR画像の全てのピクセルの集約データに基づいて前記複数の大域特徴量を算出し、
前記局所特徴量算出回路は、前記ブロック画像の全てのピクセルの集約データに基づいて前記ブロック画像の局所特徴量を算出することが好ましい。
A data aggregation circuit that outputs aggregated data in which a plurality of data input as pixel data of one pixel of the HDR image of the current frame is aggregated into one data;
The global feature amount calculation circuit calculates the plurality of global feature amounts based on aggregated data of all pixels of the HDR image of the current frame,
It is preferable that the local feature calculating circuit calculates a local feature of the block image based on aggregated data of all pixels of the block image.

また、前記データ集約回路は、前記集約データとして、前記1ピクセル分のピクセルのデータとして入力される複数のデータの平均値、最大値、最小値または輝度値を出力することが好ましい。   Further, it is preferable that the data aggregation circuit outputs, as the aggregated data, an average value, a maximum value, a minimum value, or a luminance value of a plurality of pieces of data input as the pixel data of the one pixel.

さらに、ディスプレイの輝度特性に合わせて、前記ゲイン適用後のピクセルのデータをガンマ補正するガンマ補正回路を備えることが好ましい。   Further, it is preferable that a gamma correction circuit for gamma-correcting the data of the pixel after the gain application be provided in accordance with the luminance characteristic of the display.

また、本発明は、大域特徴量算出回路が、現フレームのHDR画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記HDR画像の特徴量である複数の大域特徴量を算出して1フレーム時間保持し、かつ、1フレーム前のHDR画像の大域特徴量を出力するステップと、
局所特徴量算出回路が、前記現フレームのHDR画像を横方向および縦方向に分割した複数のブロック画像の各々について、前記ブロック画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記ブロック画像の特徴量である局所特徴量を算出して1フレーム時間保持し、かつ、前記現フレームのHDR画像の処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像およびその周囲のブロック画像の局所特徴量の間を補間して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像のピクセルの局所特徴量を算出するステップと、
ゲイン算出回路が、前記1フレーム前のHDR画像の複数の大域特徴量、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量、および、前記複数の大域特徴量に対応するディスプレイの出力輝度を表す複数のターゲット輝度に基づいて、前記1フレーム前のHDR画像の各々のブロック画像について、前記複数の大域特徴量および前記複数のターゲット輝度に対応する複数のゲインと、前記複数の大域特徴量および前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量に対応する複数のトータルの特徴量を算出するステップと、
ゲイン適用回路が、前記処理対象のピクセルのデータに対して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像についての複数のゲインの中から前記処理対象のピクセルのデータに対応するゲインとトータルの特徴量を適用して、ゲイン適用後のピクセルのデータを算出するステップと、を含む、トーンマッピング方法を提供する。
Further, according to the present invention, the global feature amount calculating circuit calculates a plurality of global feature amounts, which are feature amounts of the HDR image, based on data of all pixels of the HDR image of the current frame, and holds for one frame time. And outputting a global feature amount of the HDR image one frame before;
For each of the plurality of block images obtained by dividing the HDR image of the current frame in the horizontal direction and the vertical direction, a local feature amount calculation circuit calculates a feature amount of the block image based on data of all pixels of the block image. A local feature value is calculated and held for one frame time, and the local feature value of the block image of the HDR image one frame before and the surrounding block image corresponding to the pixel position to be processed of the HDR image of the current frame. Calculating the local feature amount of the pixel of the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position of the processing target by interpolating
A gain calculating circuit configured to calculate a plurality of global feature amounts of the HDR image of the previous frame, a local feature amount of a pixel of the HDR image of the previous frame corresponding to the pixel position to be processed, and the plurality of global feature amounts; A plurality of gains corresponding to the plurality of global features and the plurality of target luminances, for each block image of the HDR image one frame before, based on a plurality of target luminances representing output luminances of a corresponding display; Calculating a plurality of total feature values corresponding to the plurality of global feature values and local feature values of pixels of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed;
The gain application circuit converts the data of the pixel to be processed from the plurality of gains of the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position of the pixel to be processed to the data of the pixel to be processed. Calculating the data of the pixel after applying the gain by applying the corresponding gain and the total feature amount to provide a tone mapping method.

本発明によれば、狭いダイナミックレンジを持つディスプレイにおいても、広いダイナミックレンジを持つHDR画像をトーンマッピングして、その詳細な部分および出力画像の連続性を損なうことなく表現することができる。   According to the present invention, even in a display having a narrow dynamic range, an HDR image having a wide dynamic range can be expressed by tone mapping without deteriorating a detailed portion thereof and continuity of an output image.

また、集約データを用いて、大域特徴量、局所特徴量およびゲインを算出することにより回路規模、消費電力およびコストを大幅に削減し、そのための計算時間を大幅に短縮することができる。   Further, by calculating the global feature amount, the local feature amount, and the gain using the aggregated data, the circuit scale, the power consumption, and the cost can be significantly reduced, and the calculation time for that can be greatly reduced.

さらに、1フレーム前のHDR画像の大域特徴量を保持して現フレームのHDR画像に適用するため、現フレームのHDR画像のピクセルのデータを1フレーム時間保持しておくためのメモリは必要ない。また、HDR画像における複数のブロック画像の局所特徴量を保持するため、局所特徴量を保持するために必要なメモリ容量も大幅に削減することができる。従って、回路規模を大幅に削減し、消費電力およびコストを大幅に低減することができる。   Furthermore, since the global feature amount of the HDR image of the previous frame is retained and applied to the HDR image of the current frame, a memory for retaining the pixel data of the HDR image of the current frame for one frame time is not required. In addition, since the local feature amounts of a plurality of block images in the HDR image are stored, the memory capacity required for storing the local feature amounts can be significantly reduced. Therefore, the circuit scale can be significantly reduced, and power consumption and cost can be significantly reduced.

本発明に係るトーンマッピング回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an embodiment showing a configuration of a tone mapping circuit according to the present invention. 図1に示す大域特徴量算出回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an embodiment illustrating a configuration of a global feature amount calculation circuit illustrated in FIG. 1. 集約データの値の各大域領域に属するピクセルの累積数を表す一例の累積ヒストグラムである。6 is an example of a cumulative histogram showing the cumulative number of pixels belonging to each global region of the value of the aggregated data. 図1に示す局所特徴量算出回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a local feature calculating circuit illustrated in FIG. 1. 図1に示すゲイン算出回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an embodiment illustrating a configuration of a gain calculation circuit illustrated in FIG. 1. HDR画像のピクセルに適用されるゲインを表す一例のグラフである。5 is an example graph showing gain applied to pixels of an HDR image. 図1に示すゲイン適用回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an embodiment illustrating a configuration of a gain application circuit illustrated in FIG. 1. 本発明に係るトーンマッピング回路の構成を表す別の実施形態のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of another embodiment showing a configuration of a tone mapping circuit according to the present invention. 本発明に係るトーンマッピング回路の構成を表すさらに別の実施形態のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of still another embodiment showing the configuration of the tone mapping circuit according to the present invention.

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のトーンマッピング回路およびトーンマッピング方法を詳細に説明する。   Hereinafter, a tone mapping circuit and a tone mapping method of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明に係るトーンマッピング回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。図1に示すトーンマッピング回路10は、広いダイナミックレンジを持つHDR画像を、狭いダイナミックレンジを持つディスプレイに表示するためのトーンマッピングを行う。トーンマッピング回路10は、位置情報抽出回路30と、データ集約回路12と、大域特徴量算出回路14と、局所特徴量算出回路16と、ゲイン算出回路18と、線形空間変換回路20と、ゲイン適用回路22と、ガンマ補正回路24とを備えている。   FIG. 1 is a block diagram of one embodiment showing a configuration of a tone mapping circuit according to the present invention. The tone mapping circuit 10 shown in FIG. 1 performs tone mapping for displaying an HDR image having a wide dynamic range on a display having a narrow dynamic range. The tone mapping circuit 10 includes a position information extraction circuit 30, a data aggregation circuit 12, a global feature calculation circuit 14, a local feature calculation circuit 16, a gain calculation circuit 18, a linear space conversion circuit 20, and a gain application circuit. A circuit 22 and a gamma correction circuit 24 are provided.

トーンマッピング回路10において、位置情報抽出回路30には、1ピクセル時間毎に、外部からHDR画像のピクセルのデータRGB imageが入力される。
位置情報抽出回路30は、HDR画像のピクセルのデータRGB imageに基づいて、ピクセルの位置情報として、処理対象のピクセルの横方向(水平方向)および縦方向(垂直方向)のアドレス(座標)x,yを抽出する。
In the tone mapping circuit 10, the data RGB image of the pixel of the HDR image is input from the outside to the position information extracting circuit 30 every pixel time.
Based on the pixel data RGB image of the HDR image, the position information extracting circuit 30 determines the horizontal (horizontal) and vertical (vertical) addresses (coordinates) x, x, of the pixel to be processed as the pixel position information. Extract y.

続いて、データ集約回路12には、1ピクセル時間毎に、外部からHDR画像のピクセルのデータRGB imageが入力される。
データ集約回路12は、現フレームのHDR画像の1ピクセル分のピクセルのデータRGB imageとして入力される複数のデータを1つのデータに集約した集約データを出力する。
Subsequently, the data aggregating circuit 12 receives, from the outside, pixel data RGB image of the HDR image every pixel time.
The data aggregating circuit 12 outputs aggregated data obtained by aggregating a plurality of pieces of data input as data RGB image of one pixel of the HDR image of the current frame into one data.

複数のデータは、例えばRGB(赤緑青)の3チャンネルのデータRGB imageである。また、テレビ等のように、1ピクセル分のピクセルのデータとして複数ピクセルのデータが入力される場合、複数のデータは、この複数ピクセルのデータである。   The plurality of data is, for example, data RGB image of three channels of RGB (red, green, blue). Further, when data of a plurality of pixels is input as pixel data of one pixel as in a television or the like, the plurality of data is the data of the plurality of pixels.

データ集約回路12は、集約データとして、例えば1ピクセル分のピクセルのデータとして入力される複数のデータの平均値、最大値、最小値または輝度値等を出力する。
複数のデータがRGBの3チャンネルのデータRGB imageである場合、平均値は、Rのデータ、GのデータおよびBのデータを加算平均したものである。最大値および最小値は、Rのデータ、GのデータおよびBのデータのうちの最大のものおよび最小のものである。輝度値は、RGB色空間のピクセルのデータRGB imageを、YUV(輝度Yおよび色差UV)色空間等のY成分を含む色空間のピクセルのデータに変換したY成分のデータである。
複数のデータが複数ピクセルのデータである場合も同様である。
The data aggregation circuit 12 outputs, as aggregated data, an average value, a maximum value, a minimum value, a luminance value, and the like of a plurality of data input as, for example, pixel data of one pixel.
When a plurality of data are RGB three-channel data RGB images, the average value is obtained by averaging R data, G data, and B data. The maximum value and the minimum value are the maximum and minimum values of R data, G data, and B data. The luminance value is Y component data obtained by converting data RGB image of a pixel in the RGB color space into data of a pixel in a color space including a Y component such as a YUV (luminance Y and color difference UV) color space.
The same applies to a case where a plurality of data is data of a plurality of pixels.

本実施形態の場合、1ピクセル分のピクセルのデータとしてRGBの3チャンネルのデータRGB imageが入力される。データ集約回路12は、1ピクセル分のピクセルのRGBのデータRGB imageを集約してその平均値を出力する。   In the case of the present embodiment, three-channel RGB data RGB image is input as pixel data of one pixel. The data aggregating circuit 12 aggregates RGB data RGB images of one pixel and outputs the average value.

続いて、大域特徴量算出回路14には、1ピクセル時間毎に、位置情報抽出回路30からHDR画像のピクセルのアドレスx,yが入力され、データ集約回路12からHDR画像のピクセルの集約データが入力される。
大域特徴量算出回路14は、現フレームのHDR画像を横方向のM個および縦方向のN個に分割した複数(M×N個、MおよびNは1以上の整数)のエリア画像M、Nの各々について、処理対象のピクセルのアドレスx,yにより特定されるエリア画像M、Nの全てのピクセルの集約データに基づいて、エリア画像M、Nの特徴量である複数(i個、iは1以上の整数であり、後述するしきい値の数を表す)のエリア大域特徴量global_ore[M, N][i]を順次算出して1フレーム時間保持する。
また、大域特徴量算出回路14は、1フレーム時間前に保持された1フレーム前のHDR画像の全てのエリア画像M、Nのエリア大域特徴量global_ore[M, N][i]の中から、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のエリア画像M、Nのエリア大域特徴量global_ore[M, N][i]を大域特徴量global_ore'[i]として順次出力する。
Subsequently, the address x, y of the pixel of the HDR image is input from the position information extraction circuit 30 to the global feature amount calculation circuit 14 every pixel time, and the aggregated data of the pixel of the HDR image is input from the data aggregation circuit 12. Is entered.
The global feature amount calculating circuit 14 divides the HDR image of the current frame into M pieces in the horizontal direction and N pieces in the vertical direction (M × N pieces, where M and N are integers of 1 or more), and area images M, N Of each of the area images M and N based on the aggregated data of all the pixels of the area images M and N specified by the addresses x and y of the pixels to be processed. An area global feature amount global_ore [M, N] [i] (an integer of 1 or more, which represents the number of thresholds described later) is sequentially calculated and held for one frame time.
In addition, the global feature amount calculation circuit 14 selects, from among the area global feature amounts global_ore [M, N] [i] of all the area images M and N of the HDR image of the previous frame held one frame time earlier. The global global feature amounts global_ore [M, N] [i] of the area images M and N of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed are sequentially output as global feature amounts global_ore '[i].

大域特徴量算出回路14は、図2に示すように、エリア大域特徴量算出回路32と、バッファ34と、エリア画像選択回路36と、大域特徴量出力回路38とを備えている。   As shown in FIG. 2, the global feature amount calculation circuit 14 includes an area global feature amount calculation circuit 32, a buffer 34, an area image selection circuit 36, and a global feature amount output circuit 38.

大域特徴量算出回路14においては、エリア大域特徴量算出回路32により、処理対象のピクセルのアドレスx,yに基づいて、処理対象のピクセルを含むエリア画像M、Nが特定され、処理対象のピクセルを含むエリア画像M、Nの全てのピクセルの集約データに基づいて、処理対象のピクセルを含むエリア画像M、Nのエリア大域特徴量global_ore[M, N][i]が算出されてバッファ34に1フレーム時間保持される。
また、エリア画像選択回路36により、処理対象のピクセルのアドレスx,yに基づいて処理対象のピクセルを含むエリア画像M、Nが選択される。
続いて、大域特徴量出力回路38により、バッファ34に保持された1フレーム前のHDR画像の全てのエリア画像M、Nのエリア大域特徴量global_ore[M, N][i]の中から、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のエリア画像M、Nのエリア大域特徴量global_ore[M, N][i]が大域特徴量global_ore'[i]として出力される。
In the global feature amount calculation circuit 14, the area global feature amount calculation circuit 32 specifies the area images M and N including the pixel to be processed based on the addresses x and y of the pixel to be processed. Is calculated based on the aggregated data of all the pixels of the area images M and N including the global image feature global_ore [M, N] [i] of the area images M and N including the pixel to be processed. It is held for one frame time.
The area image selection circuit 36 selects area images M and N including the pixel to be processed based on the addresses x and y of the pixel to be processed.
Subsequently, the global feature output circuit 38 performs processing from the area global feature [global_ore [M, N] [i] of all the area images M and N of the HDR image one frame before stored in the buffer 34. The global feature amount global_ore [M, N] [i] of the area images M and N of the HDR image one frame before corresponding to the target pixel position is output as the global feature amount global_ore '[i].

本実施形態の場合、M=N=1である。つまり、HDR画像は分割されず、1つのエリア画像となる。この場合、エリア大域特徴量算出回路32により、現フレームのHDR画像の全てのピクセルの集約データに基づいて、HDR画像の大域特徴量global_ore[i]が算出されてバッファ34に1フレーム時間保持される。エリア画像選択回路36および大域特徴量出力回路38は不要であり、バッファ34から1フレーム前のHDR画像の大域特徴量global_ore[i]が大域特徴量global_ore'[i]として出力される。   In the case of the present embodiment, M = N = 1. That is, the HDR image is not divided and becomes one area image. In this case, the global feature amount calculating circuit 32 calculates the global feature amount global_ore [i] of the HDR image based on the aggregated data of all the pixels of the HDR image of the current frame, and holds the global feature value global_ore [i] in the buffer 34 for one frame time. You. The area image selection circuit 36 and the global feature amount output circuit 38 are unnecessary, and the global feature amount global_ore [i] of the HDR image one frame before is output from the buffer 34 as the global feature amount global_ore '[i].

大域特徴量算出回路14は、複数の大域特徴量global_ore'[i]として、HDR画像の全ピクセル数に対して、外部から入力される複数(i個)のしきい値により指定される複数(i個)の割合のピクセル数に対応する、複数(i個)の集約データの領域に含まれる集約データの中心値等を算出する。   The global feature value calculation circuit 14 determines a plurality of (i) threshold values input from the outside as a plurality of global feature values global_ore '[i] with respect to the total number of pixels of the HDR image. A central value or the like of aggregated data included in a plurality (i) of aggregated data regions corresponding to the number of pixels having a ratio of (i) is calculated.

例えば、HDR画像の全ピクセル数に対して50%(中央値)のピクセル数を指定する場合、HDR画像の全ピクセル数が一定であれば、しきい値としてHDR画像の全ピクセル数の50%のピクセル数が入力される。HDR画像の全ピクセル数が可変であれば、例えばHDR画像の全ピクセル数を100に設定し、しきい値として50が入力される。そして、大域特徴量算出回路14においてあらかじめ設定されている、HDR画像の実際の全ピクセル数と、HDR画像の全ピクセル数の設定サイズである100に対するしきい値の50の割合である50%との乗算値が実際のしきい値として使用される。   For example, when specifying the number of pixels of 50% (median value) with respect to the total number of pixels of the HDR image, if the total number of pixels of the HDR image is constant, the threshold is set to 50% of the total number of pixels of the HDR image. Is input. If the total number of pixels of the HDR image is variable, for example, the total number of pixels of the HDR image is set to 100, and 50 is input as a threshold value. Then, the actual total number of pixels of the HDR image, which is set in advance in the global feature amount calculation circuit 14, and 50%, which is the ratio of 50 of the threshold value to 100, which is the set size of the total number of pixels of the HDR image, Is used as the actual threshold.

集約データの領域は、集約データの最小値から最大値までの値の範囲を一定値(一定幅)により分割した値の範囲を表す。例えば、10ビットの集約データの場合、その値の範囲は0〜1023である。例えば、一定値が1である場合、集約データの領域の数は1024個になる。また、一定値が16である場合、集約データの領域の数は1024/16=64個になる。   The area of the aggregated data represents a range of values obtained by dividing a range of values from the minimum value to the maximum value of the aggregated data by a fixed value (constant width). For example, in the case of 10-bit aggregate data, the value range is 0 to 1023. For example, when the fixed value is 1, the number of areas of the consolidated data is 1024. When the fixed value is 16, the number of areas of the aggregated data is 1024/16 = 64.

大域特徴量算出回路14は、例えばHDR画像の全てのピクセルの集約データから、集約データの値の各領域に属するピクセルの累積数を表す累積ヒストグラムを作成し、この累積ヒストグラムを用いて、HDR画像の全ピクセル数に対して、3つのしきい値th1、th2およびth3により指定される例えば10%(暗部)、50%(中央部)および90%(明部)のピクセル数に対応する、3つの集約データの領域に含まれる集約データの例えば中央値および最頻値などの代表値を大域特徴量global_ore'[i]として出力する。   The global feature amount calculation circuit 14 creates a cumulative histogram representing the cumulative number of pixels belonging to each area of the value of the aggregated data from the aggregated data of all the pixels of the HDR image, and uses the cumulative histogram to generate an HDR image. Corresponding to the number of pixels of, for example, 10% (dark portion), 50% (center portion) and 90% (bright portion) specified by three threshold values th1, th2 and th3 with respect to the total number of pixels Representative values such as a median value and a mode value of the aggregated data included in the one aggregated data area are output as global feature amounts global_ore '[i].

図3は、集約データの各大域領域に属するピクセルの累積数を表す一例の累積ヒストグラムである。図3に示す累積ヒストグラムの横軸は、大域特徴量global_ore'[i]として出力される集約データの値を表し、縦軸は集約データの各領域に属するピクセルの累積数を表す。集約データの値は、累積ヒストグラムの横軸において、左端を0として、右側に向かうに従って1つずつ大きくなり、右端が最大値となる。   FIG. 3 is an example of a cumulative histogram representing the cumulative number of pixels belonging to each global region of the aggregated data. The horizontal axis of the cumulative histogram shown in FIG. 3 represents the value of the aggregated data output as the global feature amount global_ore '[i], and the vertical axis represents the cumulative number of pixels belonging to each area of the aggregated data. On the horizontal axis of the cumulative histogram, the value of the aggregated data increases one by one toward the right side with the left end being 0, and becomes the maximum value at the right end.

集約データの各領域に属するピクセルの累積数は、各領域に含まれるピクセルの数を表す一般的なヒストグラムにおける左端の領域から各領域までに属するピクセルの合計数である。つまり、隣り合う2つの集約データの領域のうちの右側の領域の累積数から左側の領域の累積数を減算すると、一般的なヒストグラムにおいて右側の領域に属するピクセルの数となる。また、右端の集約データの領域に属するピクセルの累積数は、HDR画像の全ピクセル数になる。   The cumulative number of pixels belonging to each region of the aggregated data is the total number of pixels belonging to each region from the leftmost region in a general histogram representing the number of pixels included in each region. That is, when the cumulative number of the left region is subtracted from the cumulative number of the right region of the two adjacent aggregated data regions, the number of pixels belonging to the right region in a general histogram is obtained. Further, the cumulative number of pixels belonging to the rightmost aggregated data area is the total number of pixels of the HDR image.

大域特徴量算出回路14は、例えばしきい値th1(i=1)により10%のピクセル数が指定された場合、累積ヒストグラムにおいて、累積数が10%のピクセル数に最も近い数である左端の集約データの領域に含まれる集約データの中心値を大域特徴量global_ore'[1]として出力する。同様に、しきい値th2(i=2)により50%のピクセル数が指定された場合、左側から2番目の集約データの領域に含まれる集約データの中心値を大域特徴量global_ore'[2]として出力し、しきい値th3(i=3)により90%のピクセル数が指定された場合、左側から7番目の集約データの領域に含まれる集約データの中心値を大域特徴量global_ore'[3]として出力する。   For example, when the number of pixels of 10% is specified by the threshold value th1 (i = 1), the global feature amount calculation circuit 14 determines, in the cumulative histogram, the number of pixels on the left end that is the number closest to the number of pixels of 10%. The central value of the aggregated data included in the area of the aggregated data is output as the global feature amount global_ore '[1]. Similarly, when the number of pixels of 50% is specified by the threshold value th2 (i = 2), the central value of the aggregated data included in the area of the second aggregated data from the left is the global feature amount global_ore '[2]. When the number of pixels of 90% is designated by the threshold th3 (i = 3), the central value of the aggregated data included in the seventh aggregated data area from the left is the global feature amount global_ore '[3 ].

なお、集約データの領域の数は、10ビットの集約データの場合、その最大数の1024個としてもよいが、これよりも小さい数、例えば12〜80個とするのが好ましい。エリア画像当たりの大域特徴量global_ore'[i]の個数も3つに限らず、2以上であればよく、例えば10個程度とするのが好ましい。また、複数の大域特徴量global_ore'[i]の1つとして、HDR画像の全ピクセル数の中央値のピクセル数に対応する集約データの領域に含まれる集約データの中央値を算出する代わりに、HDR画像の全てのピクセルのデータの平均値に対応する集約データの領域に含まれる集約データの中央値を算出してもよい。また、累積ヒストグラムに限らず、HDR画像の全てのピクセルの集約データから、HDR画像のピクセルの集約データの各領域に属するピクセルの数を表す一般的なヒストグラムを作成し、このヒストグラムを用いて複数の大域特徴量global_ore'[i]を算出してもよい。   In the case of 10-bit aggregated data, the number of areas of the aggregated data may be 1024, which is the maximum number, but is preferably a smaller number, for example, 12 to 80. The number of global feature values global_ore '[i] per area image is not limited to three, but may be two or more, and for example, is preferably about ten. Also, instead of calculating the median value of the aggregated data included in the area of the aggregated data corresponding to the median pixel number of the total number of pixels of the HDR image as one of the plurality of global feature amounts global_ore '[i], The median value of the aggregated data included in the aggregated data area corresponding to the average value of the data of all the pixels of the HDR image may be calculated. In addition to the cumulative histogram, a general histogram representing the number of pixels belonging to each region of the aggregated data of the pixels of the HDR image is created from the aggregated data of all the pixels of the HDR image. May be calculated as the global feature amount global_ore '[i].

図1に戻って、局所特徴量算出回路16には、1ピクセル時間毎に、位置情報抽出回路30からHDR画像のピクセルのアドレスx,yが入力され、データ集約回路12からHDR画像のピクセルの集約データが入力される。
局所特徴量算出回路16は、現フレームのHDR画像を横方向のm個および縦方向のn個に分割した複数(m×n個、mおよびnは2以上の整数)のブロック画像m、nの各々について、ブロック画像m、nの全てのピクセルの集約データおよび処理対象のピクセルのアドレスx,yに基づいて、ブロック画像m、nの特徴量である局所特徴量local_ore[m, n]を算出して1フレーム時間保持する。
また、局所特徴量算出回路16は、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム時間前に保持された1フレーム前のHDR画像のブロック画像m、nおよびその周囲のブロック画像の局所特徴量の間を補間して、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像m、nのピクセルの局所特徴量local_ore'を算出する。
Returning to FIG. 1, the address x, y of the pixel of the HDR image is input from the position information extraction circuit 30 to the local feature amount calculation circuit 16 every pixel time, and the pixel aggregation of the HDR image is input from the data aggregation circuit 12. Aggregated data is input.
The local feature calculating circuit 16 divides the HDR image of the current frame into m pieces in the horizontal direction and n pieces in the vertical direction (m × n pieces, where m and n are integers equal to or greater than 2). Of each of the block images m and n, based on the aggregate data of all the pixels of the block images m and n and the addresses x and y of the pixels to be processed, a local feature amount local_ore [m, n] which is a feature amount of the block images m and n Calculate and hold for one frame time.
In addition, the local feature calculating circuit 16 calculates the local feature between the block images m and n of the HDR image one frame before and held one frame before the frame position corresponding to the pixel position to be processed, and the local feature of the block images around it. To calculate the local feature value local_ore 'of the pixel of the block image m, n of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed.

局所特徴量算出回路16は、図4に示すように、ブロック局所特徴量算出回路40と、バッファ42と、ブロック画像選択回路44と、ピクセル局所特徴量出力回路46とを備えている。   As shown in FIG. 4, the local feature calculating circuit 16 includes a block local feature calculating circuit 40, a buffer 42, a block image selecting circuit 44, and a pixel local feature outputting circuit 46.

局所特徴量算出回路16においては、ブロック局所特徴量算出回路40により、処理対象のピクセルのアドレスx,yに基づいて、処理対象のピクセルを含むブロック画像m、nが特定され、処理対象のピクセルを含むブロック画像m、n毎に、ブロック画像m、nの全てのピクセルの集約データに基づいて、ブロック画像m、nの局所特徴量local_ore[m, n]が算出されてバッファ42に1フレーム時間保持される。
また、ブロック画像選択回路44により、処理対象のピクセルのアドレスx,yに基づいて処理対象のピクセルを含むブロック画像m、nが選択される。
続いて、ピクセル局所特徴量出力回路46により、バッファ42に保持された1フレーム前のHDR画像の全てのブロック画像m、nの局所特徴量local_ore[m, n]の中から、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像m、nおよびその周囲のブロック画像の局所特徴量local_ore[m, n]が読み出され、処理対象のピクセルに対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像m、nおよびその周囲のブロック画像の局所特徴量local_ore[m, n]の間が補間されて、処理対象のピクセルに対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像m、nのピクセルの局所特徴量local_ore'が出力される。
In the local feature calculating circuit 16, the block local feature calculating circuit 40 specifies block images m and n including the pixel to be processed based on the addresses x and y of the pixel to be processed, and the pixel to be processed. Is calculated based on the aggregate data of all the pixels of the block images m and n, and the local feature value local_ore [m, n] of the block images m and n is stored in the buffer 42 for one frame. Hold for time.
Further, the block image selection circuit 44 selects the block images m and n including the pixel to be processed based on the addresses x and y of the pixel to be processed.
Subsequently, the pixel local feature output circuit 46 outputs a pixel to be processed from the local feature local_ore [m, n] of all the block images m and n of the HDR image one frame before stored in the buffer 42. The block image m, n of the HDR image one frame before corresponding to the position and the local feature value local_ore [m, n] of the surrounding block image are read out, and the HDR image one frame before corresponding to the pixel to be processed Is interpolated between the block image m, n and the local feature value local_ore [m, n] of the surrounding block image, and the pixels of the block image m, n of the HDR image one frame before corresponding to the pixel to be processed Is output.

局所特徴量算出回路16は、ブロック画像m、nの局所特徴量local_ore[m, n]として、ブロック画像m、nの全てのピクセルの集約データの平均値、中央値、最大値、最小値または代表ピクセル値等を算出する。代表ピクセル値は、ブロック画像の全てのピクセルのうちの左上のピクセル、中央のピクセルというように、ブロック画像において、あらかじめ決められた位置(アドレス)のピクセルの集約データである。   The local feature value calculation circuit 16 calculates the average value, the median value, the maximum value, the minimum value, or the average value of the aggregated data of all the pixels of the block images m and n as the local feature value local_ore [m, n] of the block images m and n. A representative pixel value and the like are calculated. The representative pixel value is aggregate data of pixels at predetermined positions (addresses) in the block image, such as the upper left pixel and the center pixel among all the pixels of the block image.

本実施形態の場合、HDR画像は、横方向の100個(m=100)×縦方向の100個(n=100)=10000個のブロック画像に分割される。局所特徴量算出回路16は、ブロック画像の局所特徴量local_ore[m, n]として、ブロック画像毎に、ブロック画像の全てのピクセルの集約データの平均値を算出する。また、局所特徴量算出回路16は、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像およびその周囲の8個のブロック画像を含む9個のブロック画像の集約データの平均値の間を補間して、ピクセルの局所特徴量Local_ore'として、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像のピクセルのデータを算出する。   In the case of the present embodiment, the HDR image is divided into 100 (m = 100) × 100 (n = 100) = 10000 block images in the horizontal direction. The local feature calculating circuit 16 calculates an average value of aggregated data of all pixels of the block image for each block image as a local feature of the block image local_ore [m, n]. In addition, the local feature calculating circuit 16 calculates the average value of the aggregate value of the aggregate data of the block image of the HDR image one frame before and the surrounding nine block images corresponding to the pixel position to be processed. Interpolation is performed to calculate pixel data of the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed as the local feature amount Local_ore 'of the pixel.

なお、HDR画像の横方向および縦方向の分割数は各々2以上であればよく、ブロック画像の数は4以上であればよい。また、補間処理で用いられるブロック画像の局所特徴量local_ore[m, n]の数は2以上であればよい。例えば、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像およびその十字方向に周囲の4つのブロック画像からなる5個のブロック画像の局所特徴量local_ore[m, n]を用いて補間処理を行ってもよいし、処理対象のピクセルに対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像およびその周囲の24個のブロック画像からなる25個のブロック画像の局所特徴量local_ore[m, n]を用いて補間処理を行ってもよい。   The number of divisions in the horizontal and vertical directions of the HDR image may be two or more, and the number of block images may be four or more. Further, the number of local feature values local_ore [m, n] of the block image used in the interpolation processing may be two or more. For example, using the local feature value local_ore [m, n] of a block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed and five block images including four block images surrounding the block image in the cross direction. The interpolation process may be performed, or the local feature amount local_ore [m, n of the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel to be processed and the 25 block images around the block image of the block image 24 ] May be used to perform the interpolation processing.

続いて、ゲイン算出回路18には、1フレーム時間毎に、大域特徴量算出回路14から処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のエリア画像M、Nの複数の大域特徴量global_ore'[i]が入力される。また、ゲイン算出回路18には、1ピクセル時間毎に、局所特徴量算出回路16から現フレームのHDR画像のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量local_ore'が入力される。さらに、ゲイン算出回路18には、外部から、複数の大域特徴量global_ore'[i]に対応するディスプレイの出力輝度を表す複数のターゲット輝度ore_y[i]およびore_y[0]が入力される。
ゲイン算出回路18は、現フレームのHDR画像の処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のエリア画像M、Nの複数の大域特徴量global_ore'[i]、現フレームのHDR画像の処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量local_ore'、および、複数のターゲット輝度ore_y[0], ore_y[i]に基づいて、1フレーム前のHDR画像の各々のブロック画像について、複数の大域特徴量global_ore'[i]および複数のターゲット輝度ore_y[0], ore_y[i]に対応する複数のゲインgain[i]を算出する。なお、本実施形態のように、補間してピクセルの局所特徴量local_ore'を算出する場合はピクセル毎に複数のゲインgain[i]を算出してもよい。
Subsequently, the gain calculation circuit 18 outputs a plurality of global feature amounts global_ore of the area images M and N of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed from the global feature amount calculation circuit 14 every frame time. '[i] is entered. Further, the local feature value local_ore 'of the pixel of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position of the HDR image of the current frame is input from the local feature value calculation circuit 16 to the gain calculation circuit 18 every pixel time. You. Further, a plurality of target luminances ore_y [i] and ore_y [0] representing the output luminance of the display corresponding to the plurality of global feature amounts global_ore ′ [i] are input from the outside to the gain calculation circuit 18.
The gain calculation circuit 18 calculates a plurality of global feature values global_ore '[i] of the area images M and N of the HDR image of the previous frame corresponding to the pixel position to be processed of the HDR image of the current frame, Based on the local feature local_ore 'of the pixel of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed, and a plurality of target luminances ore_y [0] and ore_y [i], each of the HDR images one frame before For the block image of, a plurality of gains [i] corresponding to a plurality of global feature amounts global_ore '[i] and a plurality of target luminances ore_y [0] and ore_y [i] are calculated. When the local feature value local_ore 'of a pixel is calculated by interpolation as in the present embodiment, a plurality of gains gain [i] may be calculated for each pixel.

ゲイン算出回路18は、図5に示すように、特徴量マージ回路48と、ゲイン出力回路50とを備えている。   As shown in FIG. 5, the gain calculating circuit 18 includes a feature amount merging circuit 48 and a gain output circuit 50.

ゲイン算出回路18においては、特徴量マージ回路48により、1フレーム前のHDR画像のエリア画像M、Nの複数の大域特徴量global_ore'[i]と現フレームのHDR画像の処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量local_ore'とが後述する式でマージされて1フレーム前のHDR画像のトータルの特徴量ore[0], ore[i]が生成される。
続いて、ゲイン出力回路50により、1フレーム前のHDR画像のトータルの特徴量ore[0], ore[i]に基づいて、複数(i個)の大域特徴量global_ore'[i]および複数(i+1個)のターゲット輝度ore_y[0], ore_y[i]に対応する複数(i個)のゲインgain[i]が算出される。なお、トータルの特徴量ore[0]は、トータルの特徴量ore[i]の下限値、つまり、0であることを表し、ターゲット輝度ore_y[0]は、ディスプレイの出力輝度の下限値を表す。
In the gain calculating circuit 18, the feature amount merging circuit 48 sets a plurality of global feature amounts global_ore ′ [i] of the area images M and N of the HDR image of the previous frame and a pixel position to be processed in the HDR image of the current frame. The corresponding local feature value local_ore 'of the pixel of the HDR image one frame before is merged by a formula described later, and the total feature values ore [0] and ore [i] of the HDR image one frame before are generated.
Then, based on the total feature amounts ore [0] and ore [i] of the HDR image one frame before, the gain output circuit 50 sets a plurality of (i) global feature amounts global_ore ′ [i] and a plurality ( A plurality (i) of gains [i] corresponding to (i + 1) target luminances ore_y [0] and ore_y [i] are calculated. The total feature amount ore [0] represents the lower limit of the total feature amount ore [i], that is, 0, and the target luminance ore_y [0] represents the lower limit of the output luminance of the display. .

例えば、大域特徴量global_ore'[i]を算出するためのしきい値として、HDR画像の全ピクセル数に対して10%のピクセル数を指定するしきい値th1が入力された場合、ターゲット輝度ore_y[1]は、ディスプレイの最大輝度の10%の輝度に設定される。50%および90%のしきい値th2、th3が入力された場合も同様に、ターゲット輝度ore_y[2], ore_y[3]は、ディスプレイの最大輝度の50%、90%の輝度に設定される。   For example, when a threshold th1 that specifies 10% of the number of pixels in the HDR image is input as a threshold for calculating the global feature amount global_ore '[i], the target luminance ore_y [1] is set to a luminance of 10% of the maximum luminance of the display. Similarly, when threshold values th2 and th3 of 50% and 90% are input, the target luminance ore_y [2] and ore_y [3] are set to 50% and 90% of the maximum luminance of the display. .

図6は、HDR画像のピクセルに適用されるゲインを表す一例のグラフである。図6に示すグラフの横軸はトータルの特徴量ore[0], ore[i]を表し、縦軸はディスプレイのターゲット輝度ore_y[0], ore_y[i]を表す。トータルの特徴量ore[0], ore[i]は、グラフの横軸において、左端をore[0]=0として、右側に向かうに従って大きくなり、右端が最大値となる。また、ターゲット輝度ore_y[0], ore_y[i]は、グラフの縦軸において、下端のターゲット輝度を0として、上側に向かうに従って大きくなり、上端が最大値となる。   FIG. 6 is an example graph illustrating gain applied to pixels of an HDR image. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 6 represents the total feature amounts ore [0] and ore [i], and the vertical axis represents the target luminance ore_y [0] and ore_y [i] of the display. The total feature values ore [0] and ore [i] are increased toward the right side with ore [0] = 0 at the left end on the horizontal axis of the graph, and the maximum value is at the right end. Further, the target luminance ore_y [0] and ore_y [i] are set such that the target luminance at the lower end is 0 on the vertical axis of the graph, and the target luminance increases toward the upper side, and the upper end has the maximum value.

グラフの横軸には、トータルの特徴量ore[0]と、HDR画像の全ピクセル数の10%、50%および90%のピクセル数に対応するトータルの特徴量ore[1], ore[2]およびore[3]とが示されている。また、グラフの縦軸には、ターゲット輝度ore_y[0]と、トータルの特徴量ore[1], ore[2]およびore[3]、つまり、HDR画像の全ピクセルの数の10%、50%および90%のピクセル数に対応するディスプレイの出力輝度を表すターゲット輝度ore_y[1], ore_y[2]およびore_y[3]とが示されている。   On the horizontal axis of the graph, the total feature amounts ore [0] and the total feature amounts ore [1] and ore [2] corresponding to 10%, 50%, and 90% of the total number of pixels of the HDR image are shown. ] And ore [3] are shown. On the vertical axis of the graph, target luminance ore_y [0], total feature amounts ore [1], ore [2] and ore [3], that is, 10% of the total number of pixels of the HDR image, 50% Target luminances ore_y [1], ore_y [2], and ore_y [3] representing the output luminance of the display corresponding to the number of pixels of% and 90% are shown.

ゲイン算出回路18は、例えば下記式によりゲインgain[i]を算出する。   The gain calculation circuit 18 calculates the gain gain [i] by, for example, the following equation.

gain[i] = (ore_y[i] - ore_y[i-1]) / (ore[i] - ore[i-1])
ore[i] = c * (a * local_ore' + (1-a) * global_ore'[i])
gain [i] = (ore_y [i]-ore_y [i-1]) / (ore [i]-ore [i-1])
ore [i] = c * (a * local_ore '+ (1-a) * global_ore' [i])

ここで、iはしきい値の数を表し、本実施形態の場合、i=1,2,3である。aは外部から入力される重み付け係数であり、その値を外部から0≦a≦1の範囲で調節可能である。重み付け係数aにより、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量local_ore'と大域特徴量global_ore’[i]とを重み付けして調節することができる。仮に、a=1の場合、ゲインgain[i]に大域特徴量global_ore’[i]を加味しないことを意味する。inputは、入力されるHDR画像のピクセルのデータを表す。cは係数であり、この係数cにより、トータルの特徴量ore[i]とピクセルのデータinputの最大値を合わせる。   Here, i represents the number of thresholds, and in the present embodiment, i = 1, 2, and 3. a is a weighting coefficient input from outside, and its value can be adjusted from the outside in the range of 0 ≦ a ≦ 1. With the weighting coefficient a, the local feature value local_ore ′ and global feature value global_ore ′ [i] of the pixel of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed can be weighted and adjusted. If a = 1, it means that the global feature amount global_ore '[i] is not added to the gain gain [i]. input represents pixel data of an input HDR image. c is a coefficient, and the maximum value of the total feature amount ore [i] and the maximum value of the pixel data input are matched by the coefficient c.

つまり、特徴量マージ回路48は、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量local_ore'と複数の大域特徴量global_ore’[i]の各々とを重み付けして加算することにより、複数の大域特徴量global_ore’[i]に対応する複数のトータルの特徴量ore[0], ore[i]を算出する。また、ゲイン出力回路50は、隣り合う2つのターゲット輝度の差分(ore_y[i] - ore_y[i-1])を、隣り合う2つのトータルの特徴量の差分(ore[i] - ore[i-1])で除算することにより複数のゲインgain[i]を算出する。   That is, the feature amount merging circuit 48 weights and adds the local feature amount local_ore 'of the pixel of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed and each of the plurality of global feature amounts global_ore' [i]. By doing so, a plurality of total feature amounts ore [0] and ore [i] corresponding to a plurality of global feature amounts global_ore '[i] are calculated. The gain output circuit 50 calculates the difference between two adjacent target luminances (ore_y [i] -ore_y [i-1]) and the difference between two adjacent total feature amounts (ore [i] -oree [i]. -1]) to calculate a plurality of gains gain [i].

上記式により、ブロック画像毎に、トータルの特徴量ore[0], ore[1], ore[2], ore[3]およびターゲット輝度ore_y[0], ore_y[1], ore_y[2], ore_y[3]に対応する3つのゲインgain[1], gain[2], gain[3]が、図6に示すグラフの傾きとして算出される。なお、図6のグラフに示すように、最も大きいトータルの特徴量ore[3]、つまり、HDR画像の全ピクセル数の90%のピクセル数よりも上側のピクセル数の領域のターゲット輝度は、その最大値であるターゲット輝度ore_y[3]=limitにクリップされる。   According to the above equation, the total feature amounts ore [0], ore [1], ore [2], ore [3] and the target luminance ore_y [0], ore_y [1], ore_y [2], Three gains gain [1], gain [2], and gain [3] corresponding to ore_y [3] are calculated as the slopes of the graph shown in FIG. As shown in the graph of FIG. 6, the target luminance of the largest total feature amount ore [3], that is, the target luminance of the region having the number of pixels higher than 90% of the total number of pixels of the HDR image, is Target luminance ore_y [3], which is the maximum value, is clipped to limit.

続いて、線形空間変換回路20には、1ピクセル時間毎に、外部からHDR画像のピクセルのデータRGB imageが入力される。
線形空間変換回路20は、電光変換関数(EOTF)を用いて、現フレームのHDR画像のピクセルのデータRGB imageを線形空間のピクセルのデータinputに変換する。
Subsequently, the data RGB image of the pixels of the HDR image is input from the outside to the linear space conversion circuit 20 every pixel time.
The linear space conversion circuit 20 converts the pixel data RGB image of the HDR image of the current frame into the data input of the pixel in the linear space using an electro-optical conversion function (EOTF).

HDR画像のフォーマットがHDR10の場合、電光変換関数はPQカーブの逆変換関数であり、下記式で定義される。   When the format of the HDR image is HDR10, the electro-optical conversion function is an inverse conversion function of the PQ curve, and is defined by the following equation.

ここで、inputは入力されるピクセルのデータRGB image、outputは出力されるピクセルのデータである。max(s1, s2)は、2つの値s1, s2のうちの大きい方の値を出力する関数である。m1、m2、c1、c2、c3の値は以下の通りである。
m1 = 0.1593017578
m2 = 78.84375
c1 = 0.8359375 = c3-c2+1
c2 = 18.8515625
c3 = 18.6875
Here, input is input pixel data RGB image, and output is output pixel data. max (s1, s2) is a function that outputs the larger value of the two values s1, s2. The values of m1, m2, c1, c2, and c3 are as follows.
m1 = 0.1593017578
m2 = 78.84375
c1 = 0.8359375 = c3-c2 + 1
c2 = 18.8515625
c3 = 18.6875

また、HDR画像のフォーマットがHLGの場合の電光変換関数はHLGカーブの逆変換関数であり、下記式で定義される。   When the format of the HDR image is HLG, the electro-optical conversion function is an inverse conversion function of the HLG curve, and is defined by the following equation.

ここで、inputは入力されるピクセルのデータ、outputは出力されるピクセルのデータである。kneeは、変換関数の曲線形状が切り替わるニーポイント(knee point)におけるピクセルのデータであり、画像コンテンツのメタデータによって決まる値である。vmaxはoutputの最大値である。min(s1, s2)は、2つの値s1, s2のうちの小さい方の値を出力する関数である。a、b、cの値は以下の通りである。
a=0.17883277
b=0.28466892
c=0.55991073
Here, input is input pixel data, and output is output pixel data. The knee is pixel data at a knee point at which the curve shape of the conversion function switches, and is a value determined by the metadata of the image content. vmax is the maximum value of output. min (s1, s2) is a function that outputs the smaller value of the two values s1, s2. The values of a, b, and c are as follows.
a = 0.17883277
b = 0.28466892
c = 0.55991073

本実施形態の場合、線形空間変換回路20には、HDR画像のピクセルのRGBのデータRGB imageが入力される。線形空間変換回路20は、RGBに対応する3つの同じ内容のルックアップテーブル(LUT:Lookup table)を用いて実現することができる。ルックアップテーブルには、一般的に、入力ビット幅より出力ビット幅のほうが大きいか、あるいは入力固定小数点および出力浮動小数点のフォーマットとなるような値が格納される。   In the case of the present embodiment, the RGB data RGB image of the pixel of the HDR image is input to the linear space conversion circuit 20. The linear space conversion circuit 20 can be realized by using three look-up tables (LUTs) having the same contents corresponding to RGB. In general, the look-up table stores values such that the output bit width is larger than the input bit width or the input fixed width and output floating point format.

続いて、ゲイン適用回路22には、1ピクセル時間毎に、線形空間変換回路20から線形空間のピクセルのデータinputが入力され、ゲイン算出回路18から、HDR画像の各々のピクセルについてのトータルの特徴量ore[0], ore[i]およびHDR画像の各々のブロック画像の複数のゲインgain[i]が入力される。
ゲイン適用回路22は、線形空間の処理対象のピクセルのデータinputに対して、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像についての複数のゲインgain[i]の中から、線形空間の処理対象のピクセルのデータinputに対応するゲインgain[i]とトータルの特徴量ore[0], ore[i]を適用して、ゲイン適用後のピクセルのデータoutputを算出する。つまり、トーンマッピングを行う。
Subsequently, the data input of the pixel in the linear space is input from the linear space conversion circuit 20 to the gain application circuit 22 every pixel time, and the total characteristic of each pixel of the HDR image is input from the gain calculation circuit 18. The quantities ore [0], ore [i] and a plurality of gains gain [i] of each block image of the HDR image are input.
The gain application circuit 22 calculates, for the data input of the pixel to be processed in the linear space, from a plurality of gains gain [i] for the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed. The gain gain [i] corresponding to the data input of the pixel to be processed in the linear space and the total feature values ore [0] and ore [i] are applied to calculate the pixel output data after the gain application. That is, tone mapping is performed.

ゲイン適用回路22は、例えば図7に示すように、下記式により線形空間のピクセルのデータinputに対してゲインgain[i]を適用する。   For example, as shown in FIG. 7, the gain application circuit 22 applies a gain gain [i] to pixel data input in a linear space by the following equation.

つまり、ゲイン適用回路22は、処理対象のピクセルのデータinputが、最も大きいトータルの特徴量ore[3]よりも小さい場合、処理対象のピクセルのデータinputからトータルの特徴量ore[i]を減算し、その減算結果とトータルの特徴量ore[i]に対応するゲインgain[i]とを乗算し、その乗算結果とトータルの特徴量ore[i]に対応するターゲット輝度ore_y[i]とを加算することによりゲイン適用後のピクセルのデータoutputを算出する。
一方、処理対象のピクセルのデータinputが、最も大きいトータルの特徴量ore[3]以上である場合、ゲイン適用後のピクセルのデータoutputとして、最も大きいトータルの特徴量ore[3]に対応する、最も大きいターゲット輝度ore_y[3]=limitを出力する。
That is, when the data input of the pixel to be processed is smaller than the largest total feature amount ore [3], the gain application circuit 22 subtracts the total feature amount ore [i] from the data input of the pixel to be processed. Then, the result of the subtraction is multiplied by the gain gain [i] corresponding to the total feature amount ore [i], and the multiplication result is multiplied by the target luminance ore_y [i] corresponding to the total feature amount ore [i]. The pixel data output after the gain application is calculated by the addition.
On the other hand, if the data input of the pixel to be processed is greater than or equal to the largest total feature amount ore [3], the data output of the pixel after gain application corresponds to the largest total feature amount ore [3]. The maximum target luminance ore_y [3] = limit is output.

続いて、ガンマ補正回路24には、1ピクセル時間毎に、ゲイン適用回路22から現フレームのHDR画像のゲイン適用後のピクセルのデータoutputが入力される。
ガンマ補正回路24は、ゲイン適用後のHDR画像が表示されるディスプレイの輝度特性に合わせて、ゲイン適用後のピクセルのデータoutputをガンマ補正する。
Then, the pixel data output of the HDR image of the current frame after gain application is input from the gain application circuit 22 to the gamma correction circuit 24 every pixel time.
The gamma correction circuit 24 performs gamma correction on the pixel output data after the gain application in accordance with the luminance characteristics of the display on which the HDR image after the gain application is displayed.

ガンマ補正回路24は、例えばディスプレイの標準的なガンマ値γである2.2の二乗のガンマ曲線の逆変換曲線を用いて、ゲイン適用後のピクセルのデータoutputを非線形変換することによりガンマ補正を行う。   The gamma correction circuit 24 performs gamma correction by non-linearly converting the data output of the gain-applied pixel using, for example, an inverse conversion curve of 2.2 squared gamma curve which is a standard gamma value γ of the display. Do.

次に、トーンマッピング回路10の動作を説明する。   Next, the operation of the tone mapping circuit 10 will be described.

トーンマッピング回路10においては、位置情報抽出回路30により、現フレームのHDR画像のピクセルのデータRGB imageに基づいて、位置情報として、HDR画像のピクセルのアドレスx,yが抽出される。   In the tone mapping circuit 10, the position information extraction circuit 30 extracts the address x, y of the pixel of the HDR image as the position information based on the pixel data RGB image of the HDR image of the current frame.

また、データ集約回路12により、現フレームのHDR画像の1ピクセル分のピクセルのデータRGB imageとして入力されるRGBの3チャンネルのデータが集約され、集約データとしてその平均値が出力される。   In addition, the data aggregating circuit 12 aggregates data of three channels of RGB input as data RGB image of one pixel of the HDR image of the current frame, and outputs an average value as the aggregated data.

続いて、大域特徴量算出回路14により、現フレームのHDR画像の全てのピクセルの集約データに基づいて、HDR画像の全ピクセル数に対して、3つのしきい値th1、th2およびth3により指定される例えば10%、50%および90%のピクセル数に対応する、3つの集約データの領域に含まれる集約データの例えば中央値が大域特徴量global_ore[1], global_ore[2], global_ore[3]として算出され、1フレーム時間保持される。
また、1フレーム前のHDR画像の大域特徴量global_ore[1], global_ore[2], global_ore[3]が大域特徴量global_ore'[1], global_ore'[2], global_ore'[3]として出力される。
Subsequently, the global feature value calculation circuit 14 specifies three threshold values th1, th2, and th3 for the total number of pixels of the HDR image based on the aggregated data of all the pixels of the HDR image of the current frame. For example, the median value of the aggregated data included in the three aggregated data regions corresponding to the pixel numbers of 10%, 50%, and 90% is global feature amount global_ore [1], global_ore [2], global_ore [3] And is held for one frame time.
Also, the global feature amounts global_ore [1], global_ore [2], global_ore [3] of the HDR image one frame before are output as global feature amounts global_ore '[1], global_ore' [2], global_ore '[3]. You.

また、局所特徴量算出回路16により、ブロック画像m、n毎に、ブロック画像m、nの全てのピクセルの集約データおよび処理対象のピクセルのアドレスx,yに基づいて、ブロック画像m、nの局所特徴量local_ore[m, n]として、ブロック画像m、nの全てのピクセルの集約データの例えば平均値が算出される。ブロック画像m、nの局所特徴量local_ore[m, n]は1フレーム時間保持される。
また、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像m、nおよびその周囲のブロック画像の局所特徴量local_ore[m, n]の間が補間されて、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像m、nのピクセルの局所特徴量local_ore'が算出される。ピクセルの局所特徴量local_ore'は、ピクセルのデータの変動よりも空間的に緩やかに変化する特徴を持つ。
Further, the local feature calculating circuit 16 calculates the block images m and n based on the aggregate data of all the pixels of the block images m and n and the addresses x and y of the pixels to be processed for each of the block images m and n. As the local feature value local_ore [m, n], for example, an average value of aggregate data of all pixels of the block images m and n is calculated. The local feature value local_ore [m, n] of the block images m and n is held for one frame time.
Further, the block image m, n of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed and the local feature value local_ore [m, n] of the surrounding block image are interpolated to obtain the pixel position to be processed. Is calculated, the local feature value local_ore 'of the pixel of the block image m, n of the HDR image one frame before is calculated. The local feature value local_ore 'of a pixel has a feature that changes spatially more slowly than a change in data of the pixel.

続いて、ゲイン算出回路18により、1フレーム前のHDR画像の3つの大域特徴量global_ore'[1], global_ore'[2], global_ore'[3]、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量local_ore'、および、ターゲット輝度ore_y[0], ore_y[1], ore_y[2]およびore_y[3]に基づいて、1フレーム前のHDR画像の各々のブロック画像について3つのゲインgain[1], gain[2], gain[3]が算出される。   Subsequently, the gain calculation circuit 18 calculates three global feature values global_ore '[1], global_ore' [2], global_ore '[3] of the HDR image one frame before and one frame before the pixel position to be processed. Block image of the HDR image one frame before based on the local feature amount local_ore 'of the pixel of the HDR image and the target luminance ore_y [0], ore_y [1], ore_y [2] and ore_y [3]. , Three gains gain [1], gain [2], and gain [3] are calculated.

一方、線形空間変換回路20により、電光変換関数を用いて、現フレームのHDR画像のピクセルのデータRGB imageが線形空間のピクセルのデータinputに変換される。   On the other hand, the linear space conversion circuit 20 converts the pixel data RGB image of the HDR image of the current frame into the pixel data input of the linear space using the lightning conversion function.

続いて、ゲイン適用回路22により、線形空間の処理対象のピクセルのデータinputに対して、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像についての複数のゲインgain[i]の中から、線形空間の処理対象のピクセルのデータinputに対応するゲインgain[i]が適用されて、ゲイン適用後のピクセルのデータoutputが算出される。つまり、暗部、中央部および明部において異なるゲインgain[i]が適用される。例えば、暗部には中央部よりも大きなゲインが適用され、明部には中央部よりも小さいゲインが適用される。これにより、ダイナミックレンジのクリッピングによる不自然な見た目を防ぐことができる。   Subsequently, the gain application circuit 22 applies a plurality of gains gain [i] for the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed, to the data input of the pixel to be processed in the linear space. From among them, the gain gain [i] corresponding to the data input of the pixel to be processed in the linear space is applied, and the data output of the pixel after the gain application is calculated. That is, different gains gain [i] are applied to the dark, central, and light portions. For example, a larger gain is applied to a dark portion than to the central portion, and a smaller gain is applied to a bright portion than to the central portion. Thus, an unnatural appearance due to clipping of the dynamic range can be prevented.

続いて、ガンマ補正回路24により、ディスプレイの輝度特性に合わせて、ゲイン適用後のピクセルのデータoutputがガンマ補正され、ガンマ補正後のピクセルのデータに対応する画像がディスプレイに表示される。   Then, the gamma correction circuit 24 performs gamma correction on the pixel data output after the gain application in accordance with the luminance characteristics of the display, and displays an image corresponding to the gamma corrected pixel data on the display.

上記のように、集約データ、大域特徴量global_ore'[i]、局所特徴量local_ore'およびゲインgain[i]の算出は、パイプライン処理され、これと並列に、線形空間への変換およびゲインgain[i]の適用もパイプライン処理される。   As described above, the calculation of the aggregated data, the global feature amount global_ore '[i], the local feature amount local_ore', and the gain gain [i] are pipelined, and in parallel with this, the conversion to linear space and the gain gain Application of [i] is also pipelined.

トーンマッピング回路10においては、狭いダイナミックレンジを持つディスプレイにおいても、明るい場面と暗い場面とが存在する動画、および、1フレーム内において明部と暗部とがともに存在する静止画を含む、広いダイナミックレンジを持つHDR画像をトーンマッピングして、その詳細な部分および出力画像の連続性を損なうことなく表現することができる。特に、雲および天体等の空にある高輝度な物体、照明、光の反射の形状、および、夜の風景における暗い部分とその中にある物体等を詳細に表現することができる。   The tone mapping circuit 10 has a wide dynamic range including a moving image in which a bright scene and a dark scene exist, and a still image in which both a bright portion and a dark portion exist in one frame even in a display having a narrow dynamic range. Can be expressed without loss of continuity of the detailed part and the output image by tone mapping. In particular, high-luminance objects in the sky such as clouds and celestial bodies, shapes of illumination and light reflection, and dark portions in night scenes and objects therein can be expressed in detail.

また、HDR画像の全てのピクセルのデータRGB imageではなく、集約データを用いて、大域特徴量global_ore'[i]、局所特徴量local_ore'およびゲインgain[i]を算出することにより回路規模、消費電力およびコストを大幅に削減し、そのための計算時間を大幅に短縮することができる。   The circuit scale and consumption are calculated by calculating the global feature amount global_ore '[i], the local feature amount local_ore', and the gain gain [i] using the aggregated data, not the data RGB image of all the pixels of the HDR image. Power and cost can be significantly reduced, and the computation time for it can be significantly reduced.

さらに、現フレームのHDR画像のピクセルのデータを用いて大域特徴量global_ore'[i]を算出し、これを現フレームのHDR画像に適用する場合、大域特徴量global_ore'[i]の算出のために1フレーム時間を必要するため、現フレームのHDR画像のピクセルのデータを1フレーム時間保持しておくためのメモリが必要になる。これに対し、トーンマッピング回路10においては、1フレーム前の大域特徴量global_ore'[i]を現フレームのHDR画像に適用するため、現フレームのHDR画像のピクセルのデータを1フレーム時間保持しておくためのメモリは必要ない。従って、回路規模を大幅に削減し、消費電力およびコストを大幅に低減することができる。   Further, a global feature amount global_ore '[i] is calculated using the pixel data of the HDR image of the current frame, and when this is applied to the HDR image of the current frame, the global feature amount global_ore' [i] is calculated. Requires one frame time, so a memory for holding the pixel data of the HDR image of the current frame for one frame time is required. On the other hand, in the tone mapping circuit 10, in order to apply the global feature amount global_ore '[i] one frame before to the HDR image of the current frame, the pixel data of the HDR image of the current frame is held for one frame time. No additional memory is required. Therefore, the circuit scale can be significantly reduced, and power consumption and cost can be significantly reduced.

また、HDR画像の全てのピクセルの局所特徴量ではなく、HDR画像における複数のブロック画像の局所特徴量local_ore[m, n]を保持するため、局所特徴量を保持するために必要なメモリ容量も大幅に削減することができる。従って、回路規模を大幅に削減し、消費電力およびコストを大幅に低減することができる。   In addition, since the local feature amounts local_ore [m, n] of a plurality of block images in the HDR image are stored instead of the local feature amounts of all the pixels of the HDR image, the memory capacity required for storing the local feature amounts is also large. It can be significantly reduced. Therefore, the circuit scale can be significantly reduced, and power consumption and cost can be significantly reduced.

なお、ゲイン適用回路22は、HDR画像のピクセルのRGB色空間のデータに限らず、Y成分を含む色空間等の他の色空間のデータにゲインgain[i]を適用することができる。   The gain application circuit 22 can apply the gain gain [i] to data in another color space such as a color space including a Y component, without being limited to data in the RGB color space of the pixels of the HDR image.

図8は、本発明に係るトーンマッピング回路の構成を表す別の実施形態のブロック図である。図8に示すトーンマッピング回路11は、図1に示すトーンマッピング回路10において、さらに、画像空間変換回路26と、画像空間逆変換回路28と、を備えている。   FIG. 8 is a block diagram of another embodiment showing the configuration of the tone mapping circuit according to the present invention. The tone mapping circuit 11 shown in FIG. 8 further includes an image space conversion circuit 26 and an image space inverse conversion circuit 28 in the tone mapping circuit 10 shown in FIG.

つまり、トーンマッピング回路11は、位置情報抽出回路30と、データ集約回路12と、大域特徴量算出回路14と、局所特徴量算出回路16と、ゲイン算出回路18と、線形空間変換回路20と、ゲイン適用回路22と、ガンマ補正回路24と、画像空間変換回路26と、画像空間逆変換回路28と、を備えている。トーンマッピング回路11には、HDR画像のピクセルのデータとしてRGB色空間のデータRGB imageが入力される。   That is, the tone mapping circuit 11 includes a position information extraction circuit 30, a data aggregation circuit 12, a global feature calculation circuit 14, a local feature calculation circuit 16, a gain calculation circuit 18, a linear space conversion circuit 20, A gain application circuit 22, a gamma correction circuit 24, an image space conversion circuit 26, and an image space inverse conversion circuit 28 are provided. To the tone mapping circuit 11, data RGB image in the RGB color space is input as pixel data of the HDR image.

以下、画像空間変換回路26および画像空間逆変換回路28について説明し、これ以外の他の構成要素の繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, the image space conversion circuit 26 and the image space inverse conversion circuit 28 will be described, and the description of the other components will not be repeated.

トーンマッピング回路11において、画像空間変換回路26には、1ピクセル時間毎に、線形空間変換回路20から線形空間のピクセルのRGB色空間のデータinputが入力される。
画像空間変換回路26は、線形空間のピクセルのRGB色空間のデータinputを、Y成分を含む色空間のデータinput'に変換する。本実施形態の画像空間変換回路26は、RGB色空間のデータをYUV色空間のデータに変換する。
In the tone mapping circuit 11, data input of the RGB color space of the pixels in the linear space is input from the linear space conversion circuit 20 to the image space conversion circuit 26 every pixel time.
The image space conversion circuit 26 converts the data input in the RGB color space of the pixels in the linear space into the data input ′ in the color space including the Y component. The image space conversion circuit 26 of the present embodiment converts data in the RGB color space into data in the YUV color space.

続いて、画像空間逆変換回路28には、1ピクセル時間毎に、ゲイン適用回路22からゲイン適用後のHDR画像のピクセルのデータoutputが入力される。
画像空間逆変換回路28は、ゲイン適用後のピクセルのY成分を含む色空間のデータoutputをRGB色空間のデータoutput'に変換する。本実施形態の画像空間逆変換回路28は、YUV色空間のデータをRGB色空間のデータに変換する。
Subsequently, the pixel space output of the HDR image after the gain application is input from the gain application circuit 22 to the image space inverse conversion circuit 28 every pixel time.
The image space inverse conversion circuit 28 converts the data output of the color space including the Y component of the pixel after the gain application into the data output ′ of the RGB color space. The image space inverse conversion circuit 28 of the present embodiment converts data in the YUV color space into data in the RGB color space.

トーンマッピング回路11においては、画像空間変換回路26により、線形空間のピクセルのRGB色空間のデータinputがYUV色空間のデータinput'に変換される。
続いて、ゲイン適用回路22により、線形空間の処理対象のピクセルのYUV色空間のY成分のデータinput'に対してゲインgain[i]が適用されて、YUV色空間のデータoutputが算出される。
続いて、画像空間逆変換回路28により、ゲイン適用後のピクセルのYUV色空間のデータoutputがRGB色空間のデータoutput'に変換される。つまり、色空間が逆変換される。
続いて、ガンマ補正回路24により、画像空間逆変換回路28により変換されたゲイン適用後のピクセルのRGB色空間のデータoutput'がガンマ補正される。
In the tone mapping circuit 11, the image space conversion circuit 26 converts the data input in the RGB color space of the pixel in the linear space into the data input ′ in the YUV color space.
Subsequently, the gain application circuit 22 applies the gain gain [i] to the Y component data input ′ of the pixel to be processed in the linear space in the YUV color space, and calculates the data output in the YUV color space. .
Subsequently, the image space inverse conversion circuit 28 converts the data output in the YUV color space of the pixel after the gain application to the data output ′ in the RGB color space. That is, the color space is inversely transformed.
Subsequently, the gamma correction circuit 24 performs gamma correction on the data output ′ of the RGB color space of the pixel to which the gain has been applied converted by the image space inverse conversion circuit 28.

なお、トーンマッピング回路10において、位置情報抽出回路30、データ集約回路12、線形空間変換回路20およびガンマ補正回路24は必須の構成要素ではない。   Note that, in the tone mapping circuit 10, the position information extraction circuit 30, the data aggregation circuit 12, the linear space conversion circuit 20, and the gamma correction circuit 24 are not essential components.

例えば、位置情報抽出回路30を備えていない場合、大域特徴量算出回路14は、処理対象のピクセルのアドレスx,yを参照することなく、現フレームのHDR画像の全てのピクセルの集約データに基づいて複数の大域特徴量を算出することができる。同様に、局所特徴量算出回路16は、現フレームのHDR画像の全てのピクセルの集約データに基づいてブロック画像の局所特徴量を算出することができる。この場合でも、異なる2つの特徴量をマージして補正値を演算することができる。   For example, when the position information extracting circuit 30 is not provided, the global feature amount calculating circuit 14 does not refer to the addresses x and y of the pixels to be processed, and based on the aggregated data of all the pixels of the HDR image of the current frame. Thus, a plurality of global feature values can be calculated. Similarly, the local feature calculating circuit 16 can calculate the local feature of the block image based on the aggregated data of all the pixels of the HDR image of the current frame. Even in this case, the correction value can be calculated by merging two different feature amounts.

データ集約回路12を備えていない場合、大域特徴量算出回路14は、集約データではなく、現フレームのHDR画像の全てのピクセルのデータに基づいて複数の大域特徴量を算出することができる。同様に、局所特徴量算出回路16は、ブロック画像の全てのピクセルのデータに基づいてブロック画像の局所特徴量を算出することができる。   When the data aggregating circuit 12 is not provided, the global feature amount calculating circuit 14 can calculate a plurality of global feature amounts based on the data of all the pixels of the HDR image of the current frame instead of the aggregated data. Similarly, the local feature calculating circuit 16 can calculate the local feature of the block image based on the data of all the pixels of the block image.

また、データ集約回路12を備えていない場合、図9に示すように、線形空間変換回路20から線形空間のピクセルのデータinputを大域特徴量算出回路14および局所特徴量算出回路16に入力してもよい。この場合、大域特徴量算出回路14および局所特徴量算出回路16は、線形空間のピクセルのデータinputに基づいて複数の大域特徴量およびブロック画像の局所特徴量を算出することができる。   When the data aggregation circuit 12 is not provided, as shown in FIG. 9, linear space pixel data input from the linear space conversion circuit 20 is input to the global feature amount calculation circuit 14 and the local feature amount calculation circuit 16. Is also good. In this case, the global feature value calculation circuit 14 and the local feature value calculation circuit 16 can calculate a plurality of global feature values and local feature values of the block image based on the pixel data input in the linear space.

線形空間変換回路20を備えていない場合、ゲイン適用回路22は、線形空間のピクセルのデータinputではなく、現フレームのHDR画像の処理対象のピクセルのデータRGB imageに対して、処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像についての複数のゲインgain[i]の中から処理対象のピクセルのデータに対応するゲインgain[i]を適用して、ゲイン適用後のピクセルのデータoutputを算出することができる。   When the linear space conversion circuit 20 is not provided, the gain application circuit 22 calculates the position of the pixel to be processed with respect to the data RGB image of the pixel to be processed in the HDR image of the current frame, instead of the data input of the pixel in the linear space. Of the block image of the HDR image one frame before corresponding to the data of the pixel to be processed, from among the plurality of gains gain [i] corresponding to the pixel data to be processed, output can be calculated.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。   As described above, the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.

10、11 トーンマッピング回路
12 データ集約回路
14 大域特徴量算出回路
16 局所特徴量算出回路
18 ゲイン算出回路
20 線形空間変換回路
22 ゲイン適用回路
24 ガンマ補正回路
26 画像空間変換回路
28 画像空間逆変換回路
30 位置情報抽出回路
32 エリア大域特徴量算出回路
34、42 バッファ
36 エリア画像選択回路
38 大域特徴量出力回路
40 ブロック局所特徴量算出回路
44 ブロック画像選択回路
46 ピクセル局所特徴量出力回路
48 特徴量マージ回路
50 ゲイン出力回路
10, 11 tone mapping circuit 12 data aggregation circuit 14 global feature calculation circuit 16 local feature calculation circuit 18 gain calculation circuit 20 linear space conversion circuit 22 gain application circuit 24 gamma correction circuit 26 image space conversion circuit 28 image space inverse conversion circuit Reference Signs List 30 position information extraction circuit 32 area global feature calculation circuit 34, 42 buffer 36 area image selection circuit 38 global feature output circuit 40 block local feature calculation circuit 44 block image selection circuit 46 pixel local feature output circuit 48 feature merge Circuit 50 Gain output circuit

Claims (17)

現フレームのHDR画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記HDR画像の特徴量である複数の大域特徴量を算出して1フレーム時間保持し、かつ、1フレーム前のHDR画像の大域特徴量を出力する大域特徴量算出回路と、
前記現フレームのHDR画像を横方向および縦方向に分割した複数のブロック画像の各々について、前記ブロック画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記ブロック画像の特徴量である局所特徴量を算出して1フレーム時間保持し、かつ、前記現フレームのHDR画像の処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像およびその周囲のブロック画像の局所特徴量の間を補間して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像のピクセルの局所特徴量を算出する局所特徴量算出回路と、
前記1フレーム前のHDR画像の複数の大域特徴量、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量、および、前記複数の大域特徴量に対応するディスプレイの出力輝度を表す複数のターゲット輝度に基づいて、前記1フレーム前のHDR画像の各々のブロック画像について、前記複数の大域特徴量および前記複数のターゲット輝度に対応する複数のゲインと、前記複数の大域特徴量および前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量に対応する複数のトータルの特徴量を算出するゲイン算出回路と、
前記処理対象のピクセルのデータに対して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像についての複数のゲインの中から前記処理対象のピクセルのデータに対応するゲインとトータルの特徴量を適用して、ゲイン適用後のピクセルのデータを算出するゲイン適用回路と、を備える、トーンマッピング回路。
Based on the data of all the pixels of the HDR image of the current frame, a plurality of global feature amounts, which are the feature amounts of the HDR image, are calculated and held for one frame time, and the global feature amount of the HDR image of the previous frame is calculated. A global feature amount calculation circuit that outputs
For each of a plurality of block images obtained by dividing the HDR image of the current frame in the horizontal direction and the vertical direction, a local feature amount which is a feature amount of the block image is calculated based on data of all pixels of the block image. By interpolating between the local feature values of the block image of the HDR image one frame before and the surrounding block image corresponding to the pixel position to be processed of the HDR image of the current frame, and A local feature calculating circuit that calculates a local feature of a pixel of the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed;
A plurality of global feature values of the HDR image of the previous frame, local feature values of pixels of the HDR image of the previous frame corresponding to the pixel position to be processed, and an output of a display corresponding to the plurality of global feature values A plurality of gains corresponding to the plurality of global feature amounts and the plurality of target brightnesses for each block image of the HDR image one frame before, based on a plurality of target brightnesses representing brightness; and the plurality of global features. A gain calculation circuit for calculating a plurality of total feature amounts corresponding to the amount and the local feature amount of the pixel of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed;
For the data of the pixel to be processed, a gain corresponding to the data of the pixel to be processed is selected from among a plurality of gains for the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position of the pixel to be processed. And a gain application circuit that calculates pixel data after gain application by applying the feature amount of (1).
前記大域特徴量算出回路は、前記HDR画像の全てのピクセルのデータから、前記HDR画像のピクセルのデータの各領域に属するピクセルの数を表すヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムを用いて前記複数の大域特徴量を算出する、請求項1に記載のトーンマッピング回路。   The global feature amount calculation circuit creates a histogram representing the number of pixels belonging to each area of the pixel data of the HDR image from the data of all pixels of the HDR image, and uses the histogram to generate the plurality of global regions. The tone mapping circuit according to claim 1, wherein the tone mapping circuit calculates a feature amount. 前記大域特徴量算出回路は、前記HDR画像の全てのピクセルのデータから、前記HDR画像のピクセルのデータの各領域に属するピクセルの累積数を表す累積ヒストグラムを作成し、前記累積ヒストグラムを用いて前記複数の大域特徴量を算出する、請求項1に記載のトーンマッピング回路。   The global feature amount calculation circuit creates a cumulative histogram representing the cumulative number of pixels belonging to each region of the pixel data of the HDR image from the data of all the pixels of the HDR image, and uses the cumulative histogram to generate the cumulative histogram. 2. The tone mapping circuit according to claim 1, wherein a plurality of global feature values are calculated. 前記大域特徴量算出回路は、前記累積ヒストグラムを用いて、前記複数の大域特徴量として、前記HDR画像の全ピクセル数に対して、複数のしきい値により指定される複数の割合のピクセル数に対応する複数のデータの領域に含まれるデータの代表値を出力する、請求項3に記載のトーンマッピング回路。   The global feature amount calculation circuit uses the cumulative histogram to determine, as the plurality of global feature amounts, a plurality of ratios of the number of pixels specified by a plurality of thresholds with respect to the total number of pixels of the HDR image. 4. The tone mapping circuit according to claim 3, wherein a representative value of data included in a plurality of corresponding data areas is output. 前記大域特徴量算出回路は、前記複数の大域特徴量の1つとして、前記HDR画像の全ピクセル数の中央値のピクセル数に対応するデータの領域に含まれるデータの代表値を出力する、請求項4に記載のトーンマッピング回路。   The global feature amount calculation circuit outputs a representative value of data included in a data area corresponding to a median pixel number of all pixels of the HDR image as one of the plurality of global feature amounts. Item 5. The tone mapping circuit according to Item 4. 前記大域特徴量算出回路は、前記現フレームのHDR画像を横方向および縦方向に分割した複数のエリア画像の各々について、前記エリア画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記エリア画像の特徴量である複数のエリア大域特徴量を順次算出して1フレーム時間保持し、かつ、前記1フレーム前のHDR画像の全てのエリア画像のエリア大域特徴量の中から、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のエリア画像のエリア大域特徴量を前記大域特徴量として順次出力する、請求項1ないし5のいずれか一項に記載のトーンマッピング回路。   The global feature amount calculating circuit, for each of a plurality of area images obtained by dividing the HDR image of the current frame in a horizontal direction and a vertical direction, a feature amount of the area image based on data of all pixels of the area image. Are sequentially calculated and held for one frame time, and correspond to the pixel position of the processing target from among the area global feature amounts of all the area images of the HDR image of the previous frame. The tone mapping circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein an area global feature amount of an area image of the HDR image one frame before is sequentially output as the global feature amount. 前記局所特徴量算出回路は、前記ブロック画像の局所特徴量として、前記ブロック画像の全てのピクセルのデータの平均値、中央値、最大値、最小値または代表ピクセル値を算出する、請求項1ないし6のいずれか一項に記載のトーンマッピング回路。   The local feature value calculation circuit calculates an average value, a median value, a maximum value, a minimum value, or a representative pixel value of data of all pixels of the block image as the local feature value of the block image. 7. The tone mapping circuit according to claim 6. 前記ゲイン算出回路は、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量と前記複数の大域特徴量の各々とを重み付けして加算することにより、前記複数の大域特徴量に対応する複数のトータルの特徴量を算出する特徴量マージ回路を備える、請求項1ないし7のいずれか一項に記載のトーンマッピング回路。   The gain calculation circuit weights and adds a local feature amount of a pixel of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed and each of the plurality of global feature amounts, thereby obtaining the plurality of global features. The tone mapping circuit according to any one of claims 1 to 7, further comprising a feature amount merging circuit that calculates a plurality of total feature amounts corresponding to the feature amounts. 前記ゲイン算出回路は、さらに、隣り合う2つの前記ターゲット輝度の差分を、隣り合う2つの前記トータルの特徴量の差分で除算することにより前記複数のゲインを算出するゲイン出力回路を備える、請求項8に記載のトーンマッピング回路。   The gain calculation circuit further includes a gain output circuit that calculates the plurality of gains by dividing a difference between two adjacent target luminances by a difference between two adjacent total feature amounts. 9. The tone mapping circuit according to 8. 前記ゲイン適用回路は、前記処理対象のピクセルのデータが、最も大きい前記トータルの特徴量よりも小さい場合、前記処理対象のピクセルのデータから前記トータルの特徴量を減算し、その減算結果と前記トータルの特徴量に対応するゲインとを乗算し、その乗算結果と前記トータルの特徴量に対応するターゲット輝度とを加算することにより前記ゲイン適用後のピクセルのデータを算出し、
前記処理対象のピクセルのデータが、前記最も大きいトータルの特徴量以上である場合、前記ゲイン適用後のピクセルのデータとして、前記最も大きいトータルの特徴量に対応する、最も大きい前記ターゲット輝度を出力する、請求項8または9に記載のトーンマッピング回路。
When the data of the pixel to be processed is smaller than the largest total feature amount, the gain application circuit subtracts the total feature amount from the data of the pixel to be processed, and the result of the subtraction and the total Multiplying by the gain corresponding to the feature amount, calculating the data of the pixel after the gain application by adding the multiplication result and the target luminance corresponding to the total feature amount,
When the data of the pixel to be processed is equal to or greater than the largest total feature amount, the largest target luminance corresponding to the largest total feature amount is output as the pixel data after the gain application. The tone mapping circuit according to claim 8.
前記HDR画像のピクセルのデータはRGB色空間のデータであり、
さらに、前記HDR画像のピクセルのRGB色空間のデータを、Y成分を含む色空間のデータに変換する画像空間変換回路を備え、
前記ゲイン適用回路は、前記HDR画像の処理対象のピクセルのY成分を含む色空間のY成分のデータに対して前記ゲインを適用して、前記ゲイン適用後のピクセルの前記Y成分を含む色空間のデータを算出し、
さらに、前記ゲイン適用後のピクセルのY成分を含む色空間のデータを前記RGB色空間のデータに変換する画像空間逆変換回路を備える、請求項1ないし10のいずれか一項に記載のトーンマッピング回路。
The pixel data of the HDR image is data of an RGB color space,
The image processing apparatus further includes an image space conversion circuit configured to convert data of the RGB color space of the pixel of the HDR image into data of a color space including a Y component.
The gain application circuit applies the gain to data of a Y component of a color space including a Y component of a pixel to be processed of the HDR image, and a color space including the Y component of the pixel after the gain application. Calculate the data of
The tone mapping according to any one of claims 1 to 10, further comprising an image space inverse conversion circuit configured to convert data in a color space including a Y component of the pixel after the gain application into data in the RGB color space. circuit.
さらに、前記現フレームのHDR画像のピクセルのデータに基づいて、前記ピクセルの位置情報として、前記処理対象のピクセルの横方向および縦方向のアドレスを抽出する位置情報抽出回路を備え、
前記大域特徴量算出回路および前記局所特徴量算出回路は、前記処理対象のピクセルのアドレスに基づいて前記複数の大域特徴量および前記ブロック画像の局所特徴量を算出する、請求項1ないし11のいずれか一項に記載のトーンマッピング回路。
Further, based on the data of the pixel of the HDR image of the current frame, a position information extraction circuit for extracting the horizontal and vertical addresses of the pixel to be processed as the position information of the pixel,
The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the global feature value calculating circuit and the local feature value calculating circuit calculate the plurality of global feature values and the local feature value of the block image based on an address of the pixel to be processed. The tone mapping circuit according to claim 1.
さらに、電光変換関数を用いて、前記現フレームのHDR画像のピクセルのデータを線形空間のピクセルのデータに変換する線形空間変換回路を備え、
前記ゲイン適用回路は、線形空間の処理対象のピクセルのデータに対して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像についての複数のゲインの中から前記線形空間の処理対象のピクセルのデータに対応するゲインを適用して、前記ゲイン適用後のピクセルのデータを算出する、請求項1ないし12のいずれか一項に記載のトーンマッピング回路。
A linear space conversion circuit configured to convert pixel data of the HDR image of the current frame into linear space pixel data using an electro-optical conversion function;
The gain application circuit performs processing on the linear space from among a plurality of gains for the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position on the processing target for the data of the pixel to be processed in the linear space. The tone mapping circuit according to any one of claims 1 to 12, wherein a gain corresponding to data of a target pixel is applied to calculate data of the pixel after the gain is applied.
さらに、前記現フレームのHDR画像の1ピクセル分のピクセルのデータとして入力される複数のデータを1つのデータに集約した集約データを出力するデータ集約回路を備え、
前記大域特徴量算出回路は、前記現フレームのHDR画像の全てのピクセルの集約データに基づいて前記複数の大域特徴量を算出し、
前記局所特徴量算出回路は、前記ブロック画像の全てのピクセルの集約データに基づいて前記ブロック画像の局所特徴量を算出する、請求項1ないし13のいずれか一項に記載のトーンマッピング回路。
A data aggregation circuit that outputs aggregated data in which a plurality of data input as pixel data of one pixel of the HDR image of the current frame is aggregated into one data;
The global feature amount calculation circuit calculates the plurality of global feature amounts based on aggregated data of all pixels of the HDR image of the current frame,
The tone mapping circuit according to claim 1, wherein the local feature calculation circuit calculates a local feature of the block image based on aggregated data of all pixels of the block image.
前記データ集約回路は、前記集約データとして、前記1ピクセル分のピクセルのデータとして入力される複数のデータの平均値、最大値、最小値または輝度値を出力する、請求項14に記載のトーンマッピング回路。   15. The tone mapping according to claim 14, wherein the data aggregation circuit outputs, as the aggregated data, an average value, a maximum value, a minimum value, or a luminance value of a plurality of pieces of data input as the pixel data of the one pixel. circuit. さらに、ディスプレイの輝度特性に合わせて、前記ゲイン適用後のピクセルのデータをガンマ補正するガンマ補正回路を備える、請求項1ないし15のいずれか一項に記載のトーンマッピング回路。   The tone mapping circuit according to claim 1, further comprising a gamma correction circuit configured to perform gamma correction on data of the pixel after the gain is applied in accordance with a luminance characteristic of a display. 大域特徴量算出回路が、現フレームのHDR画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記HDR画像の特徴量である複数の大域特徴量を算出して1フレーム時間保持し、かつ、1フレーム前のHDR画像の大域特徴量を出力するステップと、
局所特徴量算出回路が、前記現フレームのHDR画像を横方向および縦方向に分割した複数のブロック画像の各々について、前記ブロック画像の全てのピクセルのデータに基づいて、前記ブロック画像の特徴量である局所特徴量を算出して1フレーム時間保持し、かつ、前記現フレームのHDR画像の処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像およびその周囲のブロック画像の局所特徴量の間を補間して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像のピクセルの局所特徴量を算出するステップと、
ゲイン算出回路が、前記1フレーム前のHDR画像の複数の大域特徴量、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量、および、前記複数の大域特徴量に対応するディスプレイの出力輝度を表す複数のターゲット輝度に基づいて、前記1フレーム前のHDR画像の各々のブロック画像について、前記複数の大域特徴量および前記複数のターゲット輝度に対応する複数のゲインと、前記複数の大域特徴量および前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のピクセルの局所特徴量に対応する複数のトータルの特徴量を算出するステップと、
ゲイン適用回路が、前記処理対象のピクセルのデータに対して、前記処理対象のピクセル位置に対応する1フレーム前のHDR画像のブロック画像についての複数のゲインの中から前記処理対象のピクセルのデータに対応するゲインとトータルの特徴量を適用して、ゲイン適用後のピクセルのデータを算出するステップと、を含む、トーンマッピング方法。
A global feature amount calculating circuit calculates a plurality of global feature amounts, which are feature amounts of the HDR image, based on data of all pixels of the HDR image of the current frame, holds the global feature amount for one frame time, and one frame before. Outputting global features of the HDR image of
For each of the plurality of block images obtained by dividing the HDR image of the current frame in the horizontal direction and the vertical direction, a local feature amount calculation circuit calculates a feature amount of the block image based on data of all pixels of the block image. A local feature value is calculated and held for one frame time, and the local feature value of the block image of the HDR image one frame before and the surrounding block image corresponding to the pixel position to be processed of the HDR image of the current frame. Calculating the local feature amount of the pixel of the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position of the processing target by interpolating
A gain calculating circuit configured to calculate a plurality of global feature amounts of the HDR image of the previous frame, a local feature amount of a pixel of the HDR image of the previous frame corresponding to the pixel position to be processed, and the plurality of global feature amounts; A plurality of gains corresponding to the plurality of global features and the plurality of target luminances, for each block image of the HDR image one frame before, based on a plurality of target luminances representing output luminances of a corresponding display; Calculating a plurality of total feature values corresponding to the plurality of global feature values and local feature values of pixels of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position to be processed;
The gain application circuit converts the data of the pixel to be processed from the plurality of gains of the block image of the HDR image one frame before corresponding to the pixel position of the pixel to be processed to the data of the pixel to be processed. Calculating the data of the pixel after applying the gain by applying the corresponding gain and the total feature amount.
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