JP4011122B2 - 映像信号の画質補正回路 - Google Patents

Description

本発明は、映像信号のヒストグラムを用いて画像の階調補正処理を行う映像信号の画質補正回路に関するものである。
背景技術
近年、カラーテレビジョン受信機は大画面化や横長のワイド画面化する傾向にあり、より高画質な映像を得る画質改善技術が重要視されている。そのなかで映像信号のヒストグラムを応用する技術は、例えば、特開平５−６６７５１号公報に開示されている。開示された技術は映像信号の内の大部分を占めるピクチャーレベルすなわち輝度レベルを強調する。この技術は、画質を高め、高コントラストの映像を生成しようとするものである。
以下、図面を参照しながら、前記従来のヒストグラムを用いた階調補正回路の一例について説明を行う。
図６は、前記従来のヒストグラムを用いた階調補正回路のブロック構成図を示すものである。図６においてヒストグラム生成回路１は、入力映像信号ａから映像信号レベルの分布を表したヒストグラムｂを生成する。映像信号補正回路４は、ヒストグラム生成回路１の出力ｂを入力し、入力ｂを用いて累積ヒストグラムを作成し、そして正規化を行う。さらに、映像信号補正回路４は、この正規化データを用いて入力した映像信号ａの階調を補正処理し、補正後の映像信号ｅを出力する。
以上のように構成された従来のヒストグラムを用いた階調補正回路について、以下その動作について説明する。
まず、この図６の回路において、ヒストグラム生成回路１は、ヒストグラムを４領域に分けて生成すると仮定する。この場合、図８のように暗い背景の前に人物が立っているような映像が入力された時、ヒストグラム生成回路１が出力するヒストグラムｂは、図７に示す様に、領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に対応する頻度Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４で表される。図７において横軸Ｓは入力映像信号レベルを、縦軸Ｆは頻度を表す。
すなわちここでＨ１は、映像信号の輝度レベルの範囲がＳ１に該当する部分の頻度である。同様にＨ２は、輝度レベル範囲Ｓ２に該当する部分の頻度で、Ｈ３は、輝度レベル範囲Ｓ３に該当する部分の頻度で、Ｈ４は、輝度レベル範囲Ｓ４に該当する部分の頻度である。
次に、映像信号補正回路４は、得られたヒストグラムに累積・正規化処理を行い、図７のＬ１のような累積・正規化関数を生成する。図７の横軸Ｔはこの累積・正規化関数のレベルを表し、その最大値は１となる。映像信号補正回路４は、この累積・正規化関数Ｌ１を用いて入力映像信号の輝度レベルを補正し出力する。
すなわち、図７のＬ１は入力輝度レベル−出力輝度レベル特性を示す。この特性をルックアップテーブルとして用いて階調補正する。以降ルックアップテーブルと記載するのは、例えば図７の累積・正規化関数Ｌ１ような入力輝度レベル−出力輝度レベル特性である。累積・正規化関数Ｌ１の傾きが急峻になると、入力輝度レベル対出力輝度レベルの比が大きくなるので、その部分の階調が強調されることを示している。
例えば、Ｓ１の輝度レベル範囲に映像信号が集中しているため、頻度Ｈ１が大きい場合を考える。累積・正規化処理を行い、補正処理のためにルックアップテーブルを作成すると、領域Ｓ１の部分の累積・正規化関数Ｌ１の傾きが急峻になっている。ビデオ信号が集中しており、領域Ｓ１に含まれる輝度レベルのコントラストは上がる。このようにして、前記従来のヒストグラムを用いた階調補正回路では、原ヒストグラムを修正することなく階調補正処理を行っている。
しかしながら前記のような回路構成では、ユーザーにとって重要な画像の部分は最適よりも低い階調で再生される。この問題は、人物の顔のようにユーザーが特に着目したい画像部分に発生する。なぜならば人物の顔の画像はヒストグラム解析で減衰され、小さい面積を占めるにすぎないからである。
発明の開示
本発明の階調補正装置は、映像信号のヒストグラムを用いて、映像信号の階調補正を行う回路で、生成したヒストグラムを、ユーザーにとって重要な着目する特定領域の映像信号の輝度レベルに対する入出力特性を強調するように、調整可能な制御回路で修正し、修正したヒストグラムを用いて映像信号の階調を補正する。
本発明によれば、人物の顔部分等ユーザーが着目したい部分のコントラストを強調して、階調補正処理を行うことができる映像信号の階調補正回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の実施形態による映像信号の階調補正回路のブロック構成図、
図２は本発明の第２の実施形態による映像信号の階調補正回路のブロック構成図、
図３は本発明の第１の実施形態による映像信号の階調補正回路により修正されたヒストグラムとその修正ヒストグラムから得られたルックアップテーブル、
図４は本発明の第３の実施形態による映像信号の階調補正回路により修正されたヒストグラムとその修正ヒストグラムから得られたルックアップテーブル、
図５は平均輝度レベルとヒストグラム修正用ゲインとの関係を示す特性図、
図６は従来のヒストグラムを用いた階調補正回路のブロック構成図、
図７は従来のヒストグラムを用いた階調補正回路により修正されたヒストグラムとそのヒストグラムから得られたルックアップテーブル、
図８は入力画像の一例を示す図。
発明を実施するための最良の形態
第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態における映像信号の階調補正回路を示し、ヒストグラム生成回路１、利得制御回路２、ヒストグラム修正回路（ヒストグラム制御回路）３、映像信号補正回路４から構成される。ヒストグラム生成回路１は、入力映像信号ａのピクチャーレベルすなわち輝度レベルの分布をヒストグラムとして生成し、ヒストグラムｂを出力する。利得制御回路２は、ヒストグラムを修正するための調整値ｃを出力する。ヒストグラム修正回路（ヒストグラム制御回路）３はヒストグラムｂと調整値ｃとを入力し、画像に含まれる何か目立った特徴（例えば人物の顔）を表示するために必要な輝度レベルを含む画像の一部の頻度を強調する修正ヒストグラムｄを出力する。映像信号補正回路４は、修正ヒストグラムｄを用いて入力映像信号ａの階調補正処理を行い、出力映像信号ｅを出力する。
以上のように構成された映像信号の階調補正回路について、以下図面を用いてその動作を説明する。
まず図１に示される階調補正回路において、図８のような暗い背景の前に人物が立っている映像を入力した場合、ヒストグラム生成回路１は入力映像信号ａからヒストグラムｂを生成し出力する。
ここで、人物の顔の部分に相当する輝度レベルが含まれる領域は、例えば図７のＳ３であることが多い。領域Ｓ３とは、入力映像信号の輝度レベルの最大値を１００％、最小値を０％とすると、輝度レベルが５０％から７５％の間の領域である。しかし、画面での顔の部分の面積は比較的小さく、領域Ｓ３の頻度は図７に示されるように、領域Ｓ３の輝度レベルより低い輝度レベルの領域Ｓ１，Ｓ２の頻度より小さい値である場合が多い。そのため、その領域におけるルックアップテーブルすなわち累積・正規化関数の傾きが緩やかになり、結果的に顔部分のコントラストの低下を招いてしまう。
そこで、本発明では、生成したヒストグラムの、顔部分に相当する輝度レベルが含まれる領域Ｓ３の頻度Ｈ３に調整値ｃを加え、他の領域の頻度値から調整値ｃを引くという処理を施す。映像信号補正回路４は、この修正されたヒストグラムを使用して入力映像信号を補正する。このようにして、顔部分に相当する輝度レベルが含まれる領域Ｓ３の頻度Ｈ３は強調され、その部分の見かけ上のコントラストを向上させることができる。
図３の実線は本発明の映像信号のヒストグラム修正回路（ヒストグラム制御回路）３で得られた修正ヒストグラムｄのグラフＦと累積・正規化関数Ｌ２を示す。点線で示された頻度は図１のヒストグラム生成回路１から出力されたヒストグラムであり、従来例の図６のヒストグラム生成回路１から出力されたヒストグラムと同一である。
ここで、図１のヒストグラム修正回路（ヒストグラム制御回路）３では、ヒストグラムｂの各領域の頻度のレベルを調整して、顔部分に相当する輝度レベルが含まれる領域の頻度を強調した修正ヒストグラムｄを出力する。
例えば、図７における輝度レベルの最も低い（一番暗い）領域Ｓ１の頻度Ｈ１は、図３のように調整値ｃを引かれてＨ１′へ減少する。
調整値ｃは同様に、領域Ｓ２の頻度Ｈ２からも引かれてＨ２′とする。このようにして削減された二つの調整値ｃすなわち２ｃを領域Ｓ３における頻度Ｈ３に加えることにより領域Ｓ３の頻度は、新しい頻度Ｈ３′となる。このような処理を行い、顔部分に相当する輝度レベルが集中する領域Ｓ３の頻度Ｈ３を強調処理して、ヒストグラム修正回路（ヒストグラム制御回路）３は、修正したヒストグラムｄを、映像信号補正回路４に出力する。
この修正されたヒストグラムｄを用いて得られた累積・正規化関数は図３の折れ線Ｌ２で表される。図７の累積・正規化関数Ｌ１（Ｌ１で示された累積・正規化関数を表すルックアップテーブル）と比較すると、図３の累積・正規化関数Ｌ２（ルックアップテーブル）では顔部分の輝度レベルが集中する領域Ｓ３の傾きが急峻になっている。このようにして画像上の顔の階調が改善される。
以上のように本実施形態によれば、ヒストグラムｂを利得制御回路２からの調整値ｃを用いて修正することにより、人物の顔のような画像の或る目立った特徴を持つ部分の階調を低下させることなく、最適な階調補正処理を行うことができる。
第２の実施形態
本発明の第２の実施形態における映像信号の階調補正回路は図２に示すように、第１の実施形態と構成が異なる点は平均輝度レベル検出回路５を加えた構成としている点である。平均輝度レベル検出回路５は、入力映像信号ａから輝度レベルの平均値を検出し、平均輝度レベルｆを利得制御回路２へ出力する。他の構成と動作については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
以上のように構成された映像信号の階調補正回路について、以下図面を用いてその動作を説明する。
第１の実施形態のブロック構成では、入力映像の画面全体が明るく平均輝度レベルの大きいような映像では、頻度Ｈ３のレベルも大きいために、前記した処理を行うと顔部分の階調を伸長しすぎてしまう。そこで第２の実施形態では、平均輝度レベル検出回路５で、入力映像信号ａから画面の輝度レベルの平均値を検出して、平均輝度レベルｆを出力する。利得制御回路２は、この平均輝度レベルｆを入力し、ｆの値に基づいて調整値ｃを出力する。
この時の平均輝度レベルｆと調整値ｃとの関係の１例を図５に示す。横軸が平均輝度レベルｆ、縦軸は調整値ｃである。ここで、平均輝度レベルｆが高い領域では、調整値ｃはゼロとなり、補正処理は行われない。平均輝度レベルｆが補正開始レベルｆ₀より低い場合、調整値ｃはゼロ以外となる。この調整値ｃは平均輝度レベルｆが低くなるにしたがって増加するが、過補正を防止するために、調整値ｃは図５のようにリミットレベルＬを越えないように設定されている。この補正開始レベルｆ₀、リミットレベルＬ、および平均輝度レベルｆに対する調整値ｃ(図５の実線の傾き)の増加の比率などは任意に設定できる。
以上のように本実施形態によれば、利得制御回路２が、生成されたヒストグラムを平均輝度レベルから演算した調整値を用いて修正することにより、表示される人物の顔のような目立った特徴部分の階調を、低下させることなく、画面の明るさに応じて、階調補正処理が行われる。
第３の実施形態
本発明の第３の実施形態のブロック構成図は図２と同一である。したがって第２の実施形態と同一の作用が得られる。特に人物の顔のような目立った特徴部分の階調を低下させることなく、最適な階調補正処理を行うことができる。しかし、第２の実施形態のように図３で頻度Ｈ１から調整値ｃを減算して頻度Ｈ１′を算出すると、領域Ｓ１の累積・正規化関数の傾きが緩やかになるために、入力映像によっては一番映像信号が集中している部分の階調が充分に伸長できない。
これを解決するため、本実施形態では図４の実線のように、頻度Ｈ１に関しては処理を行わず、頻度Ｈ２から調整値ｃを減算し新たな頻度Ｈ２′′とし、同一値（調整値ｃ）を頻度Ｈ３に加算するという構成にすると、最も輝度レベルが集中している部分の階調は充分確保したままで、人物の顔部分に相当する領域Ｓ３の階調も向上させることができる。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、人物の顔部分等の視聴者が着目したい画像部分に相当する輝度レベルの階調を強調して、階調補正処理を行うことができる映像信号の階調補正回路を提供できる。本発明の階調補正回路により、画像の見かけ上のコントラストを改善したカラーテレビジョン受信機等の表示装置を実現することができる。
なお、以上の説明では、入力信号と出力信号とは映像信号の輝度レベルとしたが、これを映像複合信号としても同様の効果が得られる。
また、ヒストグラム生成回路において、生成するヒストグラムレベルは４と仮定したが、これも４レベル以上でも同様の効果が得られる。

Claims (4)

1. 入力映像信号の輝度レベル分布を複数の領域毎に算出することにより前記入力映像信号の第一のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
   前記入力映像信号の所定区間における平均輝度レベルを算出する平均輝度レベル検出回路と、前記第一のヒストグラムの領域毎の輝度レベル分布のうち、所定の領域の分布を増加させる調整量を算出する利得制御回路と、
   前記利得制御回路により算出された調整量と前記第一のヒストグラムとを入力して、前記調整量により前記第一のヒストグラムを調整して第二のヒストグラムとして出力するヒストグラム修正回路と、
   前記第二のヒストグラムに基づいて前記入力映像信号の階調を補正する映像信号補正回路とを備え、
   前記平均輝度レベル検出回路において、平均輝度レベルが予め定められた所定輝度以下の場合にのみ前記ヒストグラム修正回路による調整を行うことを特徴とする階調補正回路。
2. 入力映像信号の輝度レベル分布を複数の領域毎に算出することにより前記入力映像信号の第一のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
   前記第一のヒストグラムの領域毎の輝度レベル分布のうち、所定の領域の分布を増加させる調整量を算出する利得制御回路と、
   前記利得制御回路により算出された調整量と前記第一のヒストグラムとを入力して、前記調整量により前記第一のヒストグラムを調整して第二のヒストグラムとして出力するヒストグラム修正回路と、
   前記第二のヒストグラムに基づいて前記入力映像信号の階調を補正する映像信号補正回路とを備え、
   前記利得制御回路により算出される調整量は、前記第一のヒストグラムの領域毎の輝度レベル分布のうち、最も輝度レベル分布の高い領域を除いた領域から算出されることを特徴とする階調補正回路。
3. 前記映像信号補正回路は、前記ヒストグラム修正手段の生成する第二のヒストグラムに基づき、累積・正規化関数を生成し、前記累積・正規化関数に基づいて前記入力映像信号の階調を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の階調補正回路。
4. 前記利得制御回路により算出される調整量は、予め定められた制限値を越えないように制限されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の階調補正回路。

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