JP3714657B2 - 階調補正装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、映像信号の輝度階調を補正する階調補正装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、表示装置の大型化に伴い、画像をより鮮明に見せるために階調補正装置を備えることが要求されている。階調補正装置は、通常、映像信号を非線形な増幅器に供給することによって輝度分布をダイナミックレンジの範囲に拡大するように映像信号の輝度階調を補正するものである。
【0003】
図1は従来の階調補正装置を示している。この階調補正装置は、ヒストグラムメモリ1、最大補正値算出回路2及びルックアップテーブルメモリ3から構成されている。ヒストグラムメモリ1及びルックアップテーブルメモリ3にはディジタル化された輝度信号が入力信号として供給される。ヒストグラムメモリ1は入力輝度信号の輝度分布をとるためのメモリであり、予め定められた複数の輝度レベル毎にその輝度レベルでアドレス指定される記憶領域を有し、各記憶領域には頻度が格納される。すなわち、1画素分の輝度信号が供給される毎にその輝度レベルに対応するヒストグラムメモリ1の記憶領域の頻度が1だけ上昇する。また、ヒストグラムメモリ1の記憶内容は所定の期間(1垂直走査期間又はその整数倍)毎に全て0にクリアされ、新たな輝度分布をとることになる。
【0004】
最大補正値算出回路2は、ヒストグラムメモリ1のデータを低輝度から順次累算するヒストグラム累積回路2aと、その累積回路2aの結果を記憶する累積ヒストグラムメモリ2bと、累積ヒストグラムメモリの記憶データに基づいてその最大累積度数が出力輝度信号の最大値となるように各データを正規化する正規化演算回路2cとからなる。累積ヒストグラムメモリ2bはヒストグラムメモリ1と同様に輝度信号の複数の輝度レベル毎にその輝度レベルでアドレス指定される頻度の記憶領域を有している。
【0005】
ルックアップテーブルメモリ3は累積ヒストグラムメモリの記憶データを正規化したデータを記憶する。ルックアップテーブルメモリ3のアドレスは入力輝度信号の輝度レベルによって指定され、指定されたアドレスの記憶領域に記憶された輝度レベルが正規化されたレベルとして出力される。
図2はかかる従来の階調補正装置による輝度変換動作を波形として示している。入力輝度信号の1画素毎にヒストグラムメモリ1のいずれか1のアドレスが指定され、その指定アドレスの記憶領域の値が1だけ増加される。所定の期間に亘る入力輝度信号の輝度レベルに対する頻度が図2(a)に示すように検出されたとする。ここで、分かり易くするために輝度レベルY150,Y160,Y170,Y180,Y190,Y200,Y210で頻度がヒストグラムメモリ1にて検出されたとする。Y150<Y160<Y170<Y180<Y190<Y200<Y210の関係がある。所定期間内の頻度が輝度レベルY150,Y160,Y170,Y180,Y190,Y200,Y210に対して1,3,5,7,5,3,1であったとすると、累積頻度は輝度レベルY150,Y160,Y170,Y180,Y190,Y200,Y210に対して1,4,9,16,21,24,25の如くなる。すなわち、図2(b)に示すように輝度レベルが大になるに従って累積頻度は大きくなる。この累積頻度の最大値に対応する輝度レベルが出力輝度レベルの最大値となるように正規化係数が正規化演算回路2cにて算出され、この正規化係数はヒストグラムメモリ1の各データに乗算し、その乗算結果は対応するルックアップテーブルメモリ3の記憶領域に記憶される。ルックアップデーブルメモリ3の入力輝度レベルと出力輝度レベルとの関係は図2(c)に示すようになり、入力輝度信号をルックアップデーブルメモリ3を介することにより階調補正した輝度信号が出力される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の階調補正装置においては、ダイナミックレンジの範囲の100%に輝度分布が拡大されるので、輝度分布が偏ったテレビジョン動画像等の映像に対してかかる階調補正処理を行うと、現実の映像とはかけ離れ、却って見辛い画像となってしまうという問題点があった。
【0007】
そこで、本発明の目的は、輝度分布のダイナミックレンジの範囲における広がり過ぎを防止して、映像の輝度分布の偏り具合に応じて最適な階調補正を行うことができる階調補正装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の階調補正装置は、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データを所定の期間毎に作成して記憶するヒストグラムメモリと、前記入力輝度信号の輝度分布を所定のダイナミックレンジの範囲に拡大するように複数の輝度レベル各々の補正輝度レベルを前記ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて作成して記憶する拡大補正テーブルメモリと、前記ヒストグラムメモリの頻度データに応じて輝度分布の偏りの程度が大なるほど大なる値を有する分散値を算出する手段と、前記複数の輝度レベル各々についてその輝度レベルとそれに対応する前記拡大補正テーブルメモリの前記補正輝度レベルとを、前記分散値が大なるほど前記補正輝度レベルの混合割合を小さくして混合する混合手段と、前記混合手段によって混合されたレベルを複数の輝度レベル各々に対応するテーブルデータとして記憶するルックアップテーブルメモリと、前記入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを前記ルックアップテーブルメモリから読み出してそれを階調補正輝度信号として出力することを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図3は本発明による階調補正装置を示している。この階調補正装置は、図3に示すようにヒストグラムメモリ11、最大補正値算出回路12、最大補正値テーブルメモリ13、基準テーブルメモリ14、ヒストグラム分散値算出回路15、混合比算出回路16、乗算器17,18,25、加算器19、ルックアップテーブルメモリ20、制御回路21、y/x演算回路22及び2つの1フィールド遅延回路23,24から構成されている。
【0010】
ヒストグラムメモリ11にはディジタル化された輝度信号が入力信号として供給される。ヒストグラムメモリ11は上記したヒストグラムメモリ1と同様に、入力輝度信号の輝度分布をとるためのメモリであり、輝度信号の輝度レベル単位毎にその輝度レベルでアドレス指定される記憶領域を有し、各記憶領域には頻度が格納される。すなわち、1画素分の輝度信号が供給される毎にその輝度レベルに対応するヒストグラムメモリ11の記憶領域の頻度が1だけ上昇する。また、ヒストグラムメモリ1の記憶内容は1垂直走査期間毎に制御回路21によって全て0にクリアされ、新たな輝度分布をとることになる。
【0011】
最大補正値算出回路12は、最大補正値算出回路2と同様にヒストグラムメモリ11のデータを低輝度から順次累算する累積回路と、その累積回路の結果を記憶する累積ヒストグラムメモリと、累積ヒストグラムメモリの記憶データに基づいてその最大累積度数が出力輝度信号の最大値となるように各データを正規化する正規化演算回路とからなる。累積ヒストグラムメモリはヒストグラムメモリ11と同様に輝度信号の輝度レベル単位毎にその輝度レベルでアドレス指定される頻度の記憶領域を有している。
【0012】
最大補正値テーブルメモリ(拡大補正テーブルメモリ)13は、累積ヒストグラムメモリの記憶データを正規化したデータを記憶する。最大補正値テーブルメモリ13のアドレスは入力輝度信号の輝度レベルによって指定され、指定されたアドレスの記憶領域に記憶された輝度レベルが正規化されたレベルとして出力される。最大補正値テーブルメモリ13の記憶輝度レベルは制御回路21によって読み出されて乗算器17に供給される。
【0013】
基準テーブルメモリ14は、輝度信号の輝度レベル単位毎に基準輝度レベルを記憶している。すなわち、基準テーブルメモリ14では入力輝度レベルに対して基準輝度レベルは比例関係を有している。基準テーブルメモリ14の記憶輝度レベルは制御回路21によって読み出されて乗算器18に供給される。
ヒストグラム分散値算出回路15はヒストグラムメモリ11の出力に接続され、1垂直走査期間毎にヒストグラムメモリ11の輝度分布を基に分散値(輝度分布の偏り具合)を算出する。混合比算出回路16はヒストグラム分散値算出回路15の出力に接続され、分散値に対応した混合比kを算出する。また、混合比算出回路16は混合比k(k<1)を示す係数信号を乗算器17,18に供給する。
【0014】
乗算器17は最大補正値テーブルメモリ13から読み出された輝度レベルに混合比kを乗算し、乗算器18は基準テーブルメモリ14から読み出された輝度レベルに混合比1−kを乗算する。乗算器17,18の各出力には加算器19が接続されている。加算器19は加算器17,18の各乗算結果を加算してルックアップテーブルメモリ20に供給する。
【0015】
ルックアップテーブルメモリ20には入力輝度信号が1フィールド遅延回路23によって遅延されて供給され、ルックアップテーブルメモリ20はこの1フィールド遅延回路23による1フィールド遅延の輝度信号の輝度レベルによってアドレス指定される記憶領域を有し、そのアドレス指定された記憶領域のデータを読み出して出力する。また、ルックアップテーブルメモリ20の各記憶領域には加算器19の出力データが輝度レベルとして書き込まれるようになっている。この書き込みは制御回路21によって制御される。
【0016】
制御回路21にはヒストグラムメモリ11、最大補正値算出回路12、最大補正値テーブルメモリ13、基準テーブルメモリ14及びルックアップテーブルメモリ20各々の制御のために垂直同期信号V及び水平同期信号Hが供給される。なお、ヒストグラムメモリ11、最大補正値算出回路12内の累積ヒストグラムメモリ、最大補正値テーブルメモリ13、基準テーブルメモリ14及びルックアップテーブルメモリ20各々の記憶領域は輝度レベルをアドレスとして指定することができ、それらメモリには輝度レベルの変化分の記憶領域が備えられている。
【0017】
y/x演算回路22はルックアップテーブルメモリ20の出力輝度レベルyと1フィールド遅延回路23による1フィールド遅延の輝度レベルxとの比y/xを補正係数として乗算器25に出力する。
1フィールド遅延回路24はディジタル化された入力色信号を受け入れ、その色信号を1フィールド分だけ遅延して乗算器25に出力する。この入力色信号と上記入力輝度信号とは同一の映像信号から分離された信号である。乗算器25は1フィールド遅延回路24を経た色信号とy/x演算回路22の出力補正係数と乗算し、階調補正した色信号を出力する。
【0018】
かかる構成の階調補正装置においては、入力輝度信号の1画素毎にヒストグラムメモリ11のいずれか1のアドレスが入力輝度信号の輝度レベルによって指定され、その指定されたアドレスの記憶領域の値が1だけ増加される。ヒストグラムメモリ11には1垂直走査期間毎に1垂直走査期間に亘る輝度分布が形成される。その1垂直走査期間に亘る輝度分布に基づいて最大補正値算出回路12では累積回路によって累積頻度がとられ、その累積回路の結果が累積ヒストグラムメモリに記憶される。累積ヒストグラムメモリに記憶された累積頻度のうちの最大値が出力輝度レベルの最大値となるように正規化係数が正規化演算回路にて算出され、この正規化係数はヒストグラムメモリ11の各データと乗算され、その乗算結果は対応する最大補正値テーブルメモリ13の記憶領域に記憶される。
【0019】
ヒストグラムメモリ11に記憶された輝度分布に応じてヒストグラム分散値算出回路15では分散値が算出され、分散値に対応して混合比算出回路16では混合比kが算出される。
制御回路21は垂直帰線期間内において最大補正値テーブルメモリ13及び基準テーブルメモリ14の各アドレスを順に指定して輝度レベルを各々読み出す。最大補正値テーブルメモリ13から読み出された輝度レベルには混合比kが乗算器17で乗算され、基準テーブルメモリ14から読み出された輝度レベルには混合比1−kが乗算器18で乗算され、各乗算結果が加算器19で加算されてルックアップテーブルメモリ20に供給される。制御回路21は垂直帰線期間内において最大補正値テーブルメモリ13及び基準テーブルメモリ14の各アドレス指定に同期してルックアップテーブルメモリ20の書き込みアドレスを順に指定するので、ルックアップテーブルメモリ20の指定アドレスの記憶領域には加算器19の出力データが書き込まれる。このようにアドレス毎に繰り返すことにより、ルックアップテーブルメモリ20の全ての記憶領域に混合輝度レベルが書き込まれる。
【0020】
ここで、ヒストグラムメモリ11に記憶された輝度分布が図4(a)に示す如き分布である場合には、輝度分布の偏りが小さいので、分散値は小さい。このように分散値が小さい場合には混合比算出回路16で算出される混合比kはk>0.5となる。図4(a)の輝度分布に対して最大補正値算出回路12内の累積ヒストグラムメモリに記憶される輝度レベルに対する累積頻度は図4(b)に示す如き特性となり、最大補正値テーブルメモリ13に記憶される入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図4(c)に示す如き最大補正輝度特性となる。基準テーブルメモリ14に記憶される入力輝度レベルに対する出力基準輝度レベルは図4(d) に示す如き基準輝度特性である。k>0.5である場合には最大補正値テーブルメモリ13から読み出された輝度レベルと基準テーブルメモリ14から読み出された輝度レベルとの混合割合としては最大補正値テーブルメモリ13から読み出された輝度レベルの方が大きくなる。よって、ルックアップテーブルメモリ20に書き込まれる混合輝度レベルによってルックアップテーブルメモリ20における入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図4(e)に実線で示す如き特性となる。図4(e)の特性において破線Aは基準輝度特性であり、破線Bは最大補正輝度特性である。
【0021】
次に、ヒストグラムメモリ11に記憶された輝度分布が図5(a)に示す如き分布である場合には、輝度分布の偏りは中程度であるので、分散値は中程度である。このように分散値が中程度である場合には混合比算出回路16で算出される混合比kはk≒0.5となる。図5(a)の輝度分布に対して最大補正値算出回路12内の累積ヒストグラムメモリに記憶される輝度レベルに対する累積頻度は図5(b)に示す如き特性となり、最大補正値テーブルメモリ13に記憶される入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図5(c)に示す如き最大補正輝度特性となる。基準テーブルメモリ14に記憶される入力輝度レベルに対する出力基準輝度レベルは図5(d)に示す如き基準輝度特性である。k≒0.5である場合には最大補正値テーブルメモリ13から読み出された輝度レベルと基準テーブルメモリ14から読み出された輝度レベルとの混合割合は互いに等しくなる。よって、ルックアップテーブルメモリ20に書き込まれる混合輝度レベルによってルックアップテーブルメモリ20における入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図5(e)に実線で示す如き特性となる。図5(e)の特性において破線Aは基準輝度特性であり、破線Bは最大補正輝度特性である。
【0022】
更に、ヒストグラムメモリ11に記憶された輝度分布が図6(a)に示す如き分布である場合には、輝度分布が大きく偏っているので、分散値は大きい。このように分散値が大きい場合には混合比算出回路16で算出される混合比kはk<0.5となる。図6(a)の輝度分布に対して最大補正値算出回路12内の累積ヒストグラムメモリに記憶される輝度レベルに対する累積頻度は図6(b)に示す如き特性となり、最大補正値テーブルメモリ13に記憶される入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図6(c)に示す如き最大補正輝度特性となる。基準テーブルメモリ14に記憶される入力輝度レベルに対する出力基準輝度レベルは図6(d)に示す如き基準輝度特性である。k<0.5である場合には最大補正値テーブルメモリ13から読み出された輝度レベルと基準テーブルメモリ14から読み出された輝度レベルとの加算器19における混合割合においては基準テーブルメモリ14から読み出された輝度レベルの方が大きくなる。よって、ルックアップテーブルメモリ20に書き込まれる混合輝度レベルによってルックアップテーブルメモリ20における入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図6(e)に実線で示す如き特性となる。図6(e)の特性において破線Aは基準輝度特性であり、破線Bは最大補正輝度特性である。
【0023】
このように各記憶領域に混合輝度レベルが記憶されたルックアップテーブルメモリ20においては、1フィールド遅延回路23から出力される1フィールド遅延の輝度信号の輝度レベルに対応する記憶領域から輝度レベルが読み出され、それが階調補正された輝度信号として出力される。すなわち、輝度分布の偏りが小さい場合にはダイナミックレンジの範囲に十分に拡大した輝度信号が出力され、輝度分布の偏りが大きい場合にはダイナミックレンジの範囲にほとんど拡大しない輝度信号が出力されるので、映像の輝度分布の偏り具合に応じて最適な階調補正を行うことができる。
【0024】
また、この階調補正の輝度信号はy/x演算回路22において入力輝度信号によって割り算され、その結果が補正係数として乗算器25に供給される。その補正係数は乗算器25において1フィールド遅延の色信号と乗算され、これによって色信号が輝度信号の階調補正に対応して補正されることになる。
【0025】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、輝度分布のダイナミックレンジの範囲における広がり過ぎを防止して、映像の輝度分布の偏り具合に応じて最適な階調補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の階調補正装置を示すブロック図である。
【図2】図1の装置の動作例を説明するための特性図である。
【図3】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図4】輝度分布の偏りが小さい場合の図3の装置による階調補正動作を説明するための図である。
【図5】輝度分布の偏りが中程度の場合の図3の装置による階調補正動作を説明するための図である。
【図6】輝度分布の偏りが大きい場合の図3の装置による階調補正動作を説明するための図である。
【符号の説明】
1,11 ヒストグラムメモリ
2,12 最大補正値算出回路
3,20 ルックアップテーブルメモリ
14 基準テーブルメモリ
15 ヒストグラム分散値算出回路
17,18,25 乗算器
19 加算器
Claims (2)
- 入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データを所定の期間毎に作成して記憶するヒストグラムメモリと、
前記入力輝度信号の輝度分布を所定のダイナミックレンジの範囲に拡大するように複数の輝度レベル各々の補正輝度レベルを前記ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて作成して記憶する拡大補正テーブルメモリと、
前記ヒストグラムメモリの頻度データに応じて輝度分布の偏りの程度が大なるほど大なる値を有する分散値を算出する手段と、
前記複数の輝度レベル各々についてその輝度レベルとそれに対応する前記拡大補正テーブルメモリの前記補正輝度レベルとを、前記分散値が大なるほど前記補正輝度レベルの混合割合を小さくして混合する混合手段と、
前記混合手段によって混合されたレベルを複数の輝度レベル各々に対応するテーブルデータとして記憶するルックアップテーブルメモリと、
前記入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを前記ルックアップテーブルメモリから読み出してそれを階調補正輝度信号として出力することを特徴とする階調補正装置。 - 前記入力輝度信号と前記階調補正輝度信号とに基づいて補正係数を算出し、入力色信号に前記補正係数を乗算して階調補正色信号を得る手段を有することを特徴とする請求項1記載の階調補正装置。
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