JP4130421B2 - コントラスト自動制限回路及びコントラスト自動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、コントラスト自動制限回路及びコントラスト自動制御方法に関するものであり、特に、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路及びコントラスト自動制御方法に関するものである。

画像に関連する家庭用電気製品の中で、テレビジョン、液晶ディスプレイ、デジタルカメラ又はパーソナルコンピュータカメラのようなハードウェアや、写真店の及び種々の画像処理用のソフトウェアには全て、画質を改善するコントラスト調整機能がある。コントラスト調整用の式は通常以下の式（１）ように表わされる。
Yo＝Yi・コントラスト （１）
ここで、Yiは入力信号を表わし、Yoは出力信号を表わす。種々の入力信号及びこれらに対応する出力信号に与えられるコントラストは図１の曲線として表わされる。

これまでは、コントラストはユーザの好みに応じて調整されている。一般に、画像が暗いと、コントラスト値を高く設定し、入力信号の輝度が増大した際に、画像の輝度の飽和が図１の曲線Ａ及びＢのように生じるようにしうる。これに対し、画像が明るいと、コントラスト値が減少され、画像の精細度が図１の曲線Ｅ及びＦのように悪くなる。

画像のコントラストは、入力信号に応じて動的に調整しうるようにするのが理想的である。従って、自動的なコントラストレベル、すなわち、コントラストの自動制限が達成される。コントラストの調整原理は、飽和が生じるまでで、できるだけコントラスト値を最大にすることである。従って、予め決定したしきい値（例えば、図１に示す“ｔ”）と、入力に関連する基準値とを設けて、コントラストの最大値が決定される。これまでは、一般に平均画像レベル（ＡＰＬ；アベレージピクチャーレベル）が基準値として用いられていた。すなわち、画像の入力信号が明るいものとなると、ＡＰＬが高くなり、コントラスト値が低く設定され、画像が飽和するのが回避される。一方、画像の入力信号が暗いものとなると、コントラスト値が高く設定され、画像の精細度を高くする。

しかし、このＡＰＬ法は、室内や、夜間や、地下室内や、トンネル内や、洞窟内や、森林内のように背景が薄暗い状況には適用できない。画像背景の輝度が低い為、写真撮影の被写体を明るくするために、一般にフラッシュがたかれる。更に、被写体が画像領域に比べて小さいものとすると、ＡＰＬ値が低く保たれ、その結果コントラストの設定値はこのＡＰＬ値を参照して比較的高くなる。従って、被写体が過飽和し、その結果、画像の精細度が悪くなる。

従って、本発明の目的は、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタを有し、記録期間中に空間ドメイン無限インパルス応答フィルタによるフィルタリングによりピーク値を発生させて、コントラストを、良好な画質が得られるように調整するコントラスト自動制限回路、及びコントラスト自動制御方法を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、コントラストを計算する空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路を提供するものである。この空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路は、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタと、ピーク値検出器と、コントラスト計算器とを具えている。空間ドメイン無限インパルス応答フィルタは、入力信号を受けて、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値を発生するようになっている。ピーク値検出器は、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタに結合され、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値に対応する予め決定した記録期間中ピーク値を発生する。コントラスト計算器はピーク値検出器に結合され、ピーク値と予め決定したしきい値とに応じてコントラストを計算する。

本発明では更に、ピーク値が予め決定したしきい値よりも大きいということをコントラスト計算器が決定した場合、コントラスト値を１とし、それ以外では、コントラスト値は、予め決定したしきい値をピーク値で割った値とする。

本発明の好適例では、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタが、第１乗算器と、加算器と、第２乗算器とを有する。第１乗算器は、入力信号と第１係数値とを乗算して第１出力値を発生するようになっている。加算器は第１乗算器に結合され、前記第１出力値と第２出力値との合計を、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値として発生する。第２乗算器は、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値と第２係数値とを乗算し、前記第２出力値を発生させる。ここで、第１係数値と第２係数値との合計は１となるようにする。

本発明の２Ｄ分野では、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタが更に、フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタと、フロントエンドピーク値検出器とを具えている。フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタは、前記入力信号を受けてフロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値を発生するようになっている。このフロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタにフロントエンドピーク値検出器が結合され、このフロントエンドピーク値検出器は、予め決定したフロントエンド記録期間中フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値に応じて空間ドメイン無限インパルス応答フィルタの入力信号としてフロントエンドピーク値を発生する。

フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタは、第１乗算器と、加算器と、第２乗算器とを有する。第１乗算器は、フロントエンド入力信号と第１係数値とを乗算して、第１出力値を発生するようになっている。加算器は第１乗算器に結合され、フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値が発生された際に、前記第１出力値と第２出力値との合計を発生する。第２乗算器は、フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値と第２係数値とを乗算して、前記第２出力値を発生する。ここで、第１係数値と第２係数値との合計は１となるようにする。

本発明は、コントラスト値を計算するのに適用する、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタのコントラスト自動制御方法をも提供するものであり、この方法は、入力信号を受けて空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値を発生する工程と、記録期間中空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値に応じてピーク値を発生する工程と、このピーク値と予め決定したしきい値とに応じてコントラスト値を計算する工程とを有する。

ピーク値が、予め決定したしきい値よりも大きい場合には、コントラスト値を１に設定し、それ以外では、コントラスト値は、予め決定したしきい値をピーク値で割った値とする。

従来技術の幾つかの欠点及び本発明の利点を簡単に上述したが、本発明の他の特徴、利点及び実施例は、当業者にとって以下の説明、添付図面及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

図２は、本発明の一好適実施例による空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路を示す線図である。この図２を参照するに、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路２００は、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ２１０と、ピーク値検出器２２０と、コントラスト計算器２５０とを具えている。空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ２１０は、第１乗算器２１１と、加算器２１３と、第２乗算器２１２とを有している。

第１乗算器２１１は、入力信号を第１係数値“ａ”と乗算して第１出力値を発生し、この第１出力値を加算器２１３の入力端子に出力するようになっている。第２乗算器２１２は、加算器２１３から出力される空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値と第２係数値“1-a”とを乗算して第２出力値を発生するようになっている。この場合、第１係数値“ａ”と第２係数値“1-a”との合計は１となる。例えば、“ａ”が０．１の場合には、“1-a”は０．９である。従って、加算器２１３は最後の入力信号の１０％と、累積された信号の９０％とを加算し、過去の信号に関連する空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値を発生する。

空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値はピーク値検出器２２０に入力され、このピーク値検出器２２０は、例えば走査線のうちの予め決定した記録期間中、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値に対応するピーク値を発生する。このピーク値検出器２２０にはコントラスト計算器２５０が結合されており、このコントラスト計算器はピーク値検出器２２０からのピーク値と、予め決定したしきい値“ｔ”とに応じてコントラスト値を計算する。ピーク値が、予め決定したしきい値“ｔ”よりも大きい場合には、コントラスト値は画像の飽和を回避するために１に設定される。ピーク値が、予め決定したしきい値“ｔ”よりも小さい場合には、画像は暗すぎると判断される。コントラストにより画像の精細度を高めるために、コントラスト値は、予め決定したしきい値“ｔ”をピーク値で割った値として設定する。

図３は、本発明の一好適実施例による空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付の好適な２Ｄコントラスト自動制限回路を示す線図である。空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路３００は、図３に示すように、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ２１０、ピーク値検出器２２０及びコントラスト計算器２５０に加えて、フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ３１０と、フロントエンドピーク値検出器３２０とを具えている。フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ３１０は、フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値を発生するために、第１乗算器３１１と、加算器３１３と、第２乗算器３１２とを具えている。

入力信号に対する解像度が１０２４×７６８である場合、フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ３１０とフロントエンドピーク値検出器３２０とは、記録期間中各走査線に対しピーク値を発生する。空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ２１０とピーク値検出器２２０とは、７６８本の走査線に対する各入力の記録期間（この記録期間が、７６８本の走査線に対する、予め決定した記録期間となる）中ピーク値を発生し、コントラスト計算器２５０はピーク値からコントラスト値を計算しうるようになる。本発明の空間ドメイン無限インパルス応答フィルタによるコントラスト自動制限回路は３Ｄ以上の回路に適用しうること、当業者にとって明らかである。

従って、コントラスト値を計算するのに適用する、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタのコントラスト自動制御方法は、入力信号を受けて空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値を発生する工程と、記録期間中空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値に応じてピーク値を発生する工程と、このピーク値と予め決定したしきい値とに応じてコントラスト値を計算する工程とを有する。

ピーク値が、予め決定したしきい値よりも大きい場合には、画像の飽和を回避するために、コントラスト値を１に設定する。ピーク値が、予め決定したしきい値よりも小さい場合には、コントラストにより画像の精細度を高めるために、コントラスト値は、予め決定したしきい値をピーク値で割った値として設定する。

図４及び５は、本発明の一好適実施例による空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路及びコントラスト自動制御方法の性能を表わすものである。図４（ａ）〜（ｃ）の波形において、横軸は記録期間を表わし、縦軸は入力信号Ｓの輝度を表わし、この図における入力信号Ｓは全て同じ平均画像レベル（ＡＰＬ）を有する。ＡＰＬが従来技術の方法によりコントラストを設定する作用をするものとすると、図４（ａ）の信号が飽和して画像の輪郭がぼんやりするようになるか、又は図４（ｂ）の信号がコントラストにおいて低くなって同じ影響が生じるようになる。本発明の方法及び回路によれば、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタの出力ピーク値は図４に示すように入力信号に対して変化する。図４（ａ）に示す信号はより明るく且つより集中して現れる為、出力ピーク値は高くなり且つコントラスト値は低くなるのに対し、図４（ｂ）に示す信号はより暗く現れ、出力ピーク値は低くなり且つコントラスト値は高くなる。

図５（ａ）及び（ｂ）を参照するに、これらの状態は、図４（ａ）及び（ｂ）に示す状態にそれぞれ類似する。図５（ａ）及び（ｂ）に示す画像のＡＰＬは同一であるが、図５（ａ）の画像はより明るくて集中している為、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタは、過剰なコントラスト及び飽和を回避するために高いピーク値を出力する。しかしながら、図５（ｂ）の画像は暗く表われ、空間ドメイン無限インパルス応答フィルタは、コントラスト及び画像精細度を高めるために低いピーク値を出力する。

上述したところでは、本発明を代表的な実施例につき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本発明の範囲内で種々の変形例が可能であること、当業者にとって明らかである。

従来技術による種々のコントラストの入出力特性曲線を示す線図的説明図である。 本発明の一好適実施例による空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路を示す線図である。 本発明の一好適実施例による空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付２Ｄコントラスト自動制限回路を示す線図である。 本発明の一好適実施例による種々の入力信号及び出力ピーク値を示す波形図である。 本発明の一好適実施例による図４の（ａ）及び（ｂ）に示す波形にそれぞれ対応する例示的画像を示す説明図である。

符号の説明

２１０ 空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ
２１１ 第１乗算器
２１２ 第２乗算器
２１３ 加算器
２２０ ピーク値検出器
２５０ コントラスト計算器

Claims (5)

1. 入力信号を受けて空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値を発生する空間ドメイン無限インパルス応答フィルタと、
   この空間ドメイン無限インパルス応答フィルタに結合され、予め決定した記録期間中空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値に対応するピーク値を発生するピーク値検出器と、
   このピーク値検出器に結合され、前記ピーク値及び予め決定したしきい値に応じてコントラスト値を計算するコントラスト計算器と
   を具えている空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路であって、
   ピーク値が予め決定したしきい値よりも大きいということをコントラスト計算器が決定した場合、コントラスト値を１とし、それ以外では、コントラスト値は、予め決定したしきい値をピーク値で割った値とするようにした空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路。
2. 請求項１に記載の空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路において、前記空間ドメイン無限インパルス応答フィルタが、
   入力信号と第１係数値とを乗算して第１出力値を発生する第１乗算器と、
   この第１乗算器に結合され、前記第１出力値と第２出力値との合計を空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値として発生する加算器と、
   前記空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値と第２係数値とを乗算して前記第２出力値を発生するようにした第２乗算器と
   を有し、前記第１係数値と前記第２係数値との合計を１とした空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路。
3. 請求項１に記載の空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路が更に、
   フロントエンド入力信号を受けてフロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値を発生するフロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタと、
   このフロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタに結合され、予め決定したフロントエンド記録期間中フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値に対応するフロントエンドピーク値を前記空間ドメイン無限インパルス応答フィルタの入力信号として発生するフロントエンドピーク値検出器と
   を具えている空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路。
4. 請求項３に記載の空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路において、前記フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタが、
   前記フロントエンド入力信号と第１係数値とを乗算して第１出力値を発生する第１乗算器と、
   この第１乗算器に結合され、前記第１出力値と第２出力値との合計を前記フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値として発生する加算器と、
   前記フロントエンド空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値と第２係数値とを乗算して前記第２出力値を発生するようにした第２乗算器と
   を有し、前記第１係数値と前記第２係数値との合計を１とした空間ドメイン無限インパルス応答フィルタ付コントラスト自動制限回路。
5. 入力信号を受けて空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値を発生する工程と、
   記録期間中空間ドメイン無限インパルス応答フィルタリング値に応じてピーク値を発生する工程と、
   このピーク値及び予め決定したしきい値に応じてコントラスト値を計算する工程と
   を具え、コントラスト値を計算するようにした空間ドメイン無限インパルス応答フィルタの自動コントラスト制御方法であって、
   ピーク値が予め決定したしきい値よりも大きい場合に、コントラスト値を１とし、それ以外では、コントラスト値は、予め決定したしきい値をピーク値で割った値とする空間ドメイン無限インパルス応答フィルタの自動コントラスト制御方法。