JP3650023B2 - 自動コントラスト補正回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理に係り、特に入力画像のコントラストを自動で補正する回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
入力画像の輝度の範囲が表示器の許容表示範囲より狭い場合は、表示画像は見づらいものとなる。表示画像を見やすいものにするために、入力画像の輝度の範囲を表示器の許容表示範囲に一致するように輝度を拡大するコントラスト補正を行うことが知られている。
【０００３】
このコントラスト補正の一つの方法として、入力画像データのうち一定の輝度以下の輝度を最低輝度とし、一定の輝度以上の輝度を最高輝度とし、この間の輝度は輝度に応じて最低輝度から最高輝度になるように線形に輝度を拡大する方法が知られている。
しかし、この方法を用いて一定の輝度として入力画像データの最低輝度および最高輝度を選択してコントラスト補正を実行すると、一画素でも最低輝度または最高輝度のものが存在するとそれに引きずられて所望のコントラスト補正ができないという欠点があった。この欠点を解決するためには入力画像１フレーム全体に対して占有する画素数が少ない最低輝度または最高輝度の画素の輝度は無視すればよいことが分かっており、その一つの方法としてヒストグラム（頻度分布）の手法を導入し、入力画像１フレーム分のヒストグラムを算出し、所定の画素数以下となる輝度を最低輝度および最高輝度として前記コントラスト補正を実行する方法が知られている。
【０００４】
図３は、この方法を用いてコントラスト補正を実行する要部ブロック図である。図３において、４１は入力画像データから所定の階調毎にヒストグラムを作成するヒストグラム作成部、４２はヒストグラム作成部４１で作成したヒストグラムから入力画像データのうち特定輝度以上の輝度の画素数の占める割合が予め決められた所定の割合に最も近いとき、その特定輝度を白レベルとする白レベルサーチ部、４３はヒストグラム作成部４１で作成したヒストグラムから入力画像のうち特定輝度以下の輝度の画素数の占める割合が予め決められた所定の割合に最も近いとき、その特定輝度を黒レベルとする黒レベルサーチ部、４４は白レベルサーチ部４２からの白レベルと黒レベルサーチ部４３からの黒レベルから増幅率を算出する増幅率演算部、４５は入力画像データから黒レベルサーチ部４３からの黒レベルを減算する黒レベル減算部、４６は黒レベル減算部４５からのデータに増幅率演算部４４からの増幅率を乗算する乗算部である。前記増幅率は最高輝度から最低輝度を減じた値を白レベルから黒レベルを減じた値で除算することによって求められる。
【０００５】
次に、図３のコントラスト補正の動作を説明する。
予め入力画像データのうち輝度の高い部分と低い部分の無視する画素数の割合をそれぞれ白レベルサーチ部４２と黒レベルサーチ部４３に設定しておく。この状態で、ヒストグラム作成部４１で入力画像データのヒストグラムを作成する。このヒストグラムを白レベルサーチ部４２および黒レベルサーチ部４３に入力し、前記設定値に最も近い値となるような白レベルおよび黒レベルを算出する。続いて前述したようにして増幅率演算部４４で増幅率を算出する。黒レベル減算部４５では入力画像データから黒レベルを減算する。これによって黒レベル以下の入力画像データが最低輝度となる。なお、この減算においては最低輝度はゼロであり、負の数にはならないようにしておく。黒レベルを減算した画像データは乗算部４６で増幅率と乗算され、黒レベルと白レベル間の入力画像データが最低輝度から最高輝度となるように輝度が拡大される。なお、この乗算においては最大の値は最高輝度であり、これを超えないようにしておく。かくしてコントラスト補正が実現される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のコントラスト補正は以上のように、ヒストグラムを作成することにより実現可能であり、方式的には簡単であるが、１フレームあたりの画素数が増えたり、また１画素あたりのビット数が増えると回路規模が大きくなるという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するために、無視できる黒レベルおよび白レベルの算出を容易にして簡単な構成で実現できる自動コントラスト補正回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明になる第1の自動コントラスト補正回路は、入力画像データの高輝度側の一定輝度以上の輝度を最高輝度に、また低輝度側の一定輝度以下の輝度を最低輝度に変換し、その間の輝度を輝度に応じて線形に最低輝度から最高輝度に拡大する自動コントラスト補正回路において、低輝度側の輝度、高輝度側の輝度、低輝度側の無視画素数および高輝度側の無視画素数を予め設定し、入力画像データのうち設定された低輝度側の輝度以下の画素数と設定された高輝度側の輝度以上の画素数を計数し、それぞれの計数画素数と無視画素数を比較し、それぞれの画素数が最も近づくように低輝度側の輝度と高輝度側の輝度を増減させ、増減方向が反転したときの輝度をそれぞれ求める低輝度側の輝度および高輝度側の輝度とすることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明になる第２の自動コントラスト補正回路は、入力画像データの高輝度側の一定輝度以上の輝度を最高輝度に、また低輝度側の一定輝度以下の輝度を最低輝度に変換し、その間の輝度を輝度に応じて線形に最低輝度から最高輝度に拡大する自動コントラスト補正回路において、低輝度側の一定輝度と高輝度側の一定輝度を求めるために次の構成を備えることを特徴とするものである。
（イ）予め決められた高輝度側の一定輝度、低輝度側の一定輝度、高輝度側の無視する画素数および低輝度側の無視する画素数を設定すること
（ロ）（イ）記載の高輝度側の一定輝度以上および低輝度側の一定輝度以下の入力画像データの画素数を入力画像１フレーム分計数すること
（ハ）（イ）記載の高輝度側の無視する画素数と低輝度側の無視する画素数を（ロ）記載の高輝度側の計数画素数と低輝度側の画素数とをそれぞれ比較すること
（ニ）（ハ）記載の比較結果に大小に応じて、（イ）記載の高輝度側、低輝度側それぞれの輝度を所定数増減させること
（ホ）（ニ）記載の高輝度側の輝度以上および低輝度側の輝度以下の入力画像データの画素数を入力画像１フレーム分計数すること
（ヘ）（イ）記載の高輝度側の無視する画素数と低輝度側の無視する画素数を（ホ）記載の高輝度側の計数画素数と低輝度側の画素数とをそれぞれ比較すること
（ト）（へ）記載の比較結果に大小に応じて、（ニ）記載の高輝度側、低輝度側それぞれの輝度を所定数増減させること
（チ）増減の方向が反転するまで前記画素数の計数、比較を繰り返すこと
（リ）反転したときの高輝度側の輝度および低輝度側の輝度を求めるそれぞれの輝度とすること
【発明の詳細な説明】
【０００９】
本発明によれば、低輝度側の輝度、高輝度側の輝度、低輝度側の無視画素数および高輝度側の無視画素数を予め設定し、入力画像データのうち設定された低輝度側の輝度以下の画素数と設定された高輝度側の輝度以上の画素数を計数し、それぞれの計数画素数と無視画素数を比較し、それぞれの画素数が最も近づくように低輝度側の輝度と高輝度側の輝度を増減させ、無視できる低輝度側の輝度と高輝度側の輝度を求める。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明について、図を用いて詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である無視できる一定輝度である黒レベルを算出する黒レベル検出部である。また、図２はもう一つのは黒レベル検出部である。無視できる一定輝度である白レベルを算出する白レベル算出部も一緒にないとコントラスト補正の条件の一つである無視する白レベルと黒レベルの算出ができないが、ブロック図上には差が出ないので図は省略する。また、コントラスト補正に必要な黒レベル減算部、増幅率演算部、および乗算部は従来例と同様であるから図示、説明とも省略する。
【００１１】
【実施の形態１】
図１において、１は予め決められた黒レベルを比較値として設定し、また、この比較値の増減信号１０７を受けて設定されている比較値を増減してその結果を比較値として設定し、設定された比較値をそのまま比較値１０１として出力する比較値レジスタ、２は比較値１０１と入力画像データ１０２とを比較し、第１比較結果信号１０３を出力する第１値比較部、３は第１比較結果信号１０３に応じて入力画像データ１０２の方が小さいときに、その画素数を計数し、計数画素数１０４を出力する画素カウンタ、４は入力画像１フレームの全画素数のうち無視する画素数を設定し、そのまま無視画素数１０５として出力する無視値レジスタ、５は計数画素数１０４と無視画素数１０５とを比較し、第２比較結果信号１０６として出力する第２値比較部、６は第２比較結果信号１０６に応じて前記増減信号１０７を生成する比較値増減部である。
【００１２】
次に、図１を用いて黒レベルの検出についてその動作を説明する。
最初に、予め決められた一定輝度である黒レベルを比較値レジスタ１に、無視する画素数を無視値レジスタ４に設定する。この状態で入力画像データ１０２を第１値比較部２へ入力する。第１値比較部２では、入力画像データ１０２と比較値１０１との輝度の比較が行われる。第１値比較部２では第１比較結果信号１０３として、入力画像データ１０２の方が比較値１０１以下の場合は論理「１」を、それ以外の場合は論理「０」を出力する。
【００１３】
第１比較結果信号１０３は画素カウンタ３に送られ、第1比較結果信号１０３が論理「１」の場合の画素数を計数する。この計数は入力画像１フレーム分について実行される。こうして1フレームの画像のうち比較値１に設定された黒レベルである比較値１以下の画素数が計数される。この計数画素数１０４は第２値比較部５に送られ、ここで無視画素数１０５と比較され、第２比較結果信号１０６として無視画素数１０５が計数画素数１０４を超えた場合に論理「１」を、それ以外の場合は論理「０」を出力する。第２比較結果信号１０６は比較値増減部６に送られ、ここで論理「１」の場合は比較値増加信号が、論理「０」の場合は比較値減少信号が、論理が反転した場合は増加も減少もさせない信号を増減信号１０７として出力する。
【００１４】
増減信号１０７が比較値増加信号の場合は比較値レジスタ１に設定されている比較値に１を加えて、この値を新しい比較値１０１として出力し、前述の動作を実行する。この結果、なお増加信号１０７が比較値増加信号の場合は比較値レジスタ１に設定されている比較値にさらに１を加えて、この値を新しい比較値１０１として出力し、前述の動作を実行する。この動作は、増減信号１０７が比較値減少信号に変化するまで続行される。この変化が現れたとき前述の動作が停止され、この時の比較値１０１の値が求める黒レベルである。
【００１５】
同様に考えて、増減信号１０７が比較値減少信号の場合は比較値レジスタ１に設定されている比較値から１を減じて、この値を新しい比較値１０１として出力し、前述の動作を実行する。この結果、なお増加信号１０７が比較値減少信号の場合は比較値レジスタ１に設定されている比較値からさらに１を減じて、この値を新しい比較値１０１として出力し、前述の動作を実行する。この動作は、増減信号１０７が比較値増加信号に変化するまで続行される。この変化が現れたとき前述の動作が停止され、この時の比較値１０１の値が求める黒レベルである。
【００１６】
次に、白レベルの検出についてその動作を説明する。白レベルの検出は本質的には黒レベルの検出と同じであるから略述する。
最初に予め決められた一定輝度である白レベルと無視する画素数を設定する。この状態で前述の黒レベルの検出時と同様にして入力画像データと前記白レベルを比較し、その結果を得る。
【００１７】
比較した結果、入力画像データの方が大きいときにのみ、その画素数の計数を入力画像１フレーム分について実行する。こうして1フレームの画像のうち白レベル以上の画素数が計数される。この計数画素数は無視画素数と比較され、計測画素数が無視画素数より多いときは前記白レベルに１を加え、新たな白レベルとして前述の動作を繰り返す。この動作は計数画素数が無視画素数より少なくなるまで繰り返され、この時の白レベルが求める白レベルである。
【００１８】
逆に計数画素数が無視画素数より少ないときは最初に設定された白レベルから１を減じて、新たな白レベルとして前述の動作を繰り返す。この動作は計数画素数が無視画素数より多くなるまで繰り返され、この時の白レベルが求める白レベルである。
【００１９】
【実施の形態２】
実施の形態２の構成は実施の形態１の構成より高速に黒レベルの収束を速めるものである。
図２において、２１は予め決められた黒レベルを比較値として設定し、また、この比較値の増減信号２１１を受けて設定されている比較値を増減してその結果を比較値として設定し、設定された比較値をそのまま比較値２０１として出力する第１比較値レジスタ、２２は比較値２０１を受けて、比較値２０１に１を加えて比較値２０３として出力する第２比較レジスタ、２３は比較値１０１と入力画像データ２０２とを比較し、第１比較結果信号２０４を出力する第１値比較部、２４は比較値２０３と入力画像データ２０２とを比較し、第２比較結果信号２０５として出力する第２比較部である。
【００２０】
また、２５は第1比較結果信号２０４に応じて入力画像データ２０２の方が小さいときに、その画素数を計数し、計数画素数２０６を出力する第１画素カウンタ、２６は第２比較結果信号２０５に応じて入力画像データ２０２の方が小さいときに、その画素数を計数し、計数画素数２０７を出力する第２画素カウンタ、２７は入力画像1フレームの全画素数のうち無視する画素数を設定し、そのまま無視画素数２０８として出力する無視値レジスタ、２８は計数画素数２０６と無視画素数２０８とを比較し、第３比較結果信号２０９として出力する第３値比較部、２９は計数画素数２０７と無視画素数２０８とを比較し、第４比較結果信号２１０として出力する第４値比較部、３０は第３比較結果信号２０９と第４比較結果信号２１０に応じて前記増減信号２１１を生成する比較値増減部である。
【００２１】
次に、図２を用いて黒レベルの検出についてその動作を説明する。
最初に、予め決められた一定輝度である黒レベルを第１比較値レジスタ２１に、無視する画素数を無視値レジスタ２７に設定する。第２比較値レジスタ２２には第１比較値レジスタ２１に設定された一定輝度に１加えた黒レベルが設定される。この状態で入力画像データ２０２を第１値比較部２３と第２値比較部２４へ入力する。
【００２２】
第１値比較部２３では、入力画像データ２０２と比較値２０１との輝度の比較が、第２比較部２４では、入力画像データ２０２と比較値２０３との輝度の比較が行われる。第１値比較部２３では第１比較結果信号２０４として、入力画像データ２０２の方が比較値１０１以下の場合は論理「１」を、それ以外の場合は論理「０」を、第２値比較値２４では第２比較結果信号２０５として入力画像データ２０２の方が比較値２０３以下の場合は論理「１」を、それ以外の場合は論理「０」を出力する。
【００２３】
第１比較結果信号２０４は第１画素カウンタ２５に送られ、第1比較結果信号２０４が論理「１」の場合の画素数を計数する。また、第２比較結果信号２０５は第２画素カウンタ２６に送られ、第２比較結果信号２０５が論理「１」の場合の画素数を計数する。この計数は入力画像１フレーム分について実行される。こうして1フレームの画像のうち比較値１に設定された黒レベルである比較値１以下の画素数と比較値２に設定された黒レベルである比較値２以下の画素数が計数される。
【００２４】
この計数画素数２０６、２０７はそれぞれ第３値比較部２８および第４比較部２９に送られ、ここで無視画素数２０８と比較され、第３比較結果信号２０９として無視画素数２０８が計数画素数２０６を超えた場合に論理「１」を、それ以外の場合は論理「０」を、第４比較結果信号２１０として無視画素数２０８が計数画素数２０７を超えた場合に論理「１」を、それ以外の場合は論理「０」を出力する。第３比較結果信号２０９および第４比較結果信号２１０は比較値増減部３０に送られ、ここで次の５通りの判断が行われる。
【００２５】
即ち、▲１▼第３比較結果信号２０９および第４比較結果信号２１０が共に論理「０」であるか、▲２▼第３比較結果信号２０９および第４比較結果信号２１０が共に論理「１」であるか、▲３▼第３比較結果信号２０９は論理「１」で第４比較結果信号２１０は論理「０」であるか、▲４▼第３比較結果信号２０９は論理「０」で第４比較結果信号２１０が論理「１」であるか、▲５▼それ以外か、である。
それぞれの判断により、比較値１の黒レベルを増減させる増減信号２１１が生成され、第１比較値レジスタ２１および第２比較値レジスタ２２の設定値が増減される。
【００２６】
増減信号２１１が前記▲１▼の場合を示す信号の場合は比較値レジスタ２１に設定されている比較値から４を減じて、この値を新しい比較値２０１として出力し、前述の動作を実行する。この結果、なお増減信号２１１が前記▲１▼の場合を示す信号の場合はさらに比較値レジスタ２１に設定されている比較値から４を減じて、この値を新しい比較値２０１として出力し、前述の動作を実行する。この動作は、増減信号２１１が前記▲２▼〜▲５▼の状態になるまで続行される。この状態変化が現れたとき前述の動作が停止され、この時の比較値２０１の値が求める黒レベルである。
【００２７】
増減信号２１１が前記▲２▼の場合を示す信号の場合は比較値レジスタ２１に設定されている比較値に２を加えて、この値を新しい比較値２０１として出力し、前述の動作を実行する。この結果、なお増減信号２１１が前記▲２▼の場合を示す信号の場合はさらに比較値レジスタ２１に設定されている比較値に２を加えて、この値を新しい比較値２０１として出力し、前述の動作を実行する。この動作は、増減信号２１１が前記▲１▼または▲３▼〜▲５▼の状態になるまで続行される。この状態変化が現れたとき前述の動作が停止され、この時の比較値２０１の値が求める黒レベルである。
【００２８】
増減信号２１１が前記▲３▼〜▲５▼の場合は比較値レジスタ２１に設定されている比較値を増減することなく、この時点で黒レベルが決定され、比較値レジスタ２１に設定されている比較値が求める黒レベルである。
【００２９】
次に、白レベルの検出についてその動作を説明する。白レベルの検出は本質的には黒レベルの検出と同じであるから略述する。
最初に予め決められた一定輝度である白レベルと無視する画素数を設定する。この状態で前述の黒レベルの検出時と同様にして入力画像データと前記白レベルおよび入力画像データと白レベルに１を加えたレベルをそれぞれ比較し、その結果を得る。
【００３０】
比較した結果、入力画像データの方が大きいときにのみ、その画素数の計数を入力画像１フレーム分について実行する。こうして1フレームの画像のうち白レベルおよび白レベルに１を加えたレベル以上の画素数が計数される。この二つの計数画素数は無視画素数と比較され、この二つの計測画素数が共に無視画素数より多いときは前記白レベルに２を加え、新たな白レベルとして前述の動作を繰り返す。この動作は計数画素数のいずれか一つが無視画素数より少なくなるまで繰り返され、繰り返しを停止した時の白レベルが求める白レベルである。
【００３１】
逆に、この二つの計測画素数が共に無視画素数より少ないときは前記白レベルから４を減じて新たな白レベルとして前述の動作を繰り返す。この動作は計数画素数のいずれか一つが無視画素数より多くなるまで繰り返され、繰り返しを停止した時の白レベルが求める白レベルである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、以上のように、黒レベル、白レベル、黒側の無視画素数および白側の無視画素数を予め設定し、入力画像データのうち設定された黒レベル以下の画素数と設定された白レベル以上の画素数を計数し、それぞれの計数画素数と無視画素数を比較し、それぞれの画素数が最も近づくように黒レベルと白レベルを増減させ、無視できる黒レベルと白レベルを求めるようにしたので、簡単な構成で自動コントラスト補正回路を実現でき、コストの低減を図ることができる。また、簡単な構成なので、設計ミスも少なくなり信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である無視できる一定輝度以下である黒レベルを算出する黒レベル検出部である。
【図２】もう一つの本発明の実施の形態である黒レベル検出部である。
【図３】従来の自動コントラスト補正回路の要部ブロック図である。
【符号の説明】
１ 比較値レジスタ
２ 第１値比較部
３ 画素カウンタ
４ 無視値レジスタ
５ 第２値比較部
６ 比較値増減部

Claims (2)

1. 入力画像データの高輝度側の一定輝度以上の輝度を最高輝度に、また低輝度側の一定輝度以下の輝度を最低輝度に変換し、その間の輝度を輝度に応じて線形に最低輝度から最高輝度に拡大する自動コントラスト補正回路において、
   低輝度側の輝度、高輝度側の輝度、低輝度側の無視画素数および高輝度側の無視画素数を予め設定し、入力画像データのうち設定された低輝度側の輝度以下の画素数と設定された高輝度側の輝度以上の画素数を計数し、それぞれの計数画素数と無視画素数を比較し、それぞれの画素数が最も近づくように低輝度側の輝度と高輝度側の輝度を増減させ、増減方向が反転したときの輝度をそれぞれ求める低輝度側の輝度および高輝度側の輝度とすることを特徴とする自動コントラスト補正回路。
2. 入力画像データの高輝度側の一定輝度以上の輝度を最高輝度に、また低輝度側の一定輝度以下の輝度を最低輝度に変換し、その間の輝度を輝度に応じて線形に最低輝度から最高輝度に拡大する自動コントラスト補正回路において、低輝度側の一定輝度と高輝度側の一定輝度を求めるために次の構成を備えることを特徴とする自動コントラスト補正回路。
   （イ）予め決められた高輝度側の一定輝度、低輝度側の一定輝度、高輝度側の無視する画素数および低輝度側の無視する画素数を設定すること
   （ロ）（イ）記載の高輝度側の一定輝度以上および低輝度側の一定輝度以下の入力画像データの画素数を入力画像１フレーム分計数すること
   （ハ）（イ）記載の高輝度側の無視する画素数と低輝度側の無視する画素数を（ロ）記載の高輝度側の計数画素数と低輝度側の画素数とをそれぞれ比較すること
   （ニ）（ハ）記載の比較結果に大小に応じて、（イ）記載の高輝度側、低輝度側それぞれの輝度を所定数増減させること
   （ホ）（ニ）記載の高輝度側の輝度以上および低輝度側の輝度以下の入力画像データの画素数を入力画像１フレーム分計数すること
   （ヘ）（イ）記載の高輝度側の無視する画素数と低輝度側の無視する画素数を（ホ）記載の高輝度側の計数画素数と低輝度側の画素数とをそれぞれ比較すること
   （ト）（へ）記載の比較結果に大小に応じて、（ニ）記載の高輝度側、低輝度側それぞれの輝度を所定数増減させること
   （チ）増減の方向が反転するまで前記画素数の計数、比較を繰り返すこと
   （リ）反転したときの高輝度側の輝度および低輝度側の輝度を求めるそれぞれの輝度とすること

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