JP4313032B2 - 映像の輝度制御装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は輝度制御回路に係り、より詳細には映像表示装置、例えば、ディスプレイモニタまたはカラーＴＶに表示される映像の全体または一部の輝度を増加させながらも、元の色相、彩度などの色感を維持できる映像輝度制御装置及びその方法と、映像の輝度の程度及び／または輝度の範囲によって適応的に映像の輝度を制御する適応的映像輝度制御装置及びその方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像輝度制御装置はディスプレイ表示される映像の輝度を制御する回路である。従来の映像輝度制御回路は、例えば特許文献１に記載されているように、映像信号を構成する赤色、緑色、及び青色信号に、ＤＣ（オフセット）を適用している。したがって、従来の映像輝度制御回路は映像の輝度を増加させるのにも限界がある。
【０００３】
映像の輝度を制御する方法には、Ｙ信号（luminance signal）にガンマ関数を適用して映像の輝度を制御する方法と、各赤色、緑色、及び青色（以下“ＲＧＢ”という。）信号にガンマ関数を適用して映像の輝度を制御する方法とがある。前者の方法は、ＲＧＢ信号を１つのＹ信号と２つの色差信号（Ｃｂ、ＣｒまたはＩ、Ｑ）とに分離した後、Ｙ信号にガンマ関数を利用して映像の輝度を増加させた後、これを再びＲＧＢ信号に変換する方法である。
【０００４】
しかし、この方法によると、色域離脱が生じてしまうことがある。色域離脱とは、輝度が増加したＹ信号に対応する２つの色差信号が存在しないことをいう。色域離脱が発生すれば、輝度が増加した映像は元の色相または／及び彩度を維持できないため、画質の低下が生じてしまう。
【０００５】
後者の方法は、ＲＧＢ各成分に非線形累乗（nonlinear involution）を適用するので、出力ＲＧＢが入力ＲＧＢと異なる比率、すなわち、他の方向ベクトルを有することにより色変移（color variation）が発生するという問題点がある。
【０００６】
また、映像の輝度を増加させるためのヒストグラム平滑化方法（Histogram equalization；非特許文献１及び非特許文献２参照）は映像の輝度及びコントラストを増加させることができるが、出力色のベクトル方向は入力色のベクトル方向と異なることがあるため、色変移が発生する点が問題点である。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第４，７１７，９５３号明細書
【非特許文献１】
Ｗ．Ｋ．プラット（William K. Pratt）著「ディジタル・イメージ・プロセシング（Digital Image Processing）」，アメリカ合衆国，ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社（John Wiley & Sons, Inc.），１９７８年
【非特許文献２】
Ｒ．Ｃ．ゴンザレス（R.C.Gonzalez）、Ｒ．Ｅ．ウッズ（R.E.Woods）共著「ディジタル・イメージ・プロセシング（Digital Image Processing）」，アメリカ合衆国，アディソン−ウェスリー社（Addison Welsey, Inc.），１９９３年
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した問題点を解決するために本発明が解決しようとする第１の技術的な課題は、映像の輝度を増加させながらも映像の色感（色相または彩度など）を維持できる映像輝度制御装置及びその方法を提供することである。
【０００９】
本発明が解決しようとする第２の技術的な課題は、映像の輝度程度によって適応的に映像の輝度を制御する適応的映像輝度制御装置及びその方法を提供することである。
【００１０】
本発明が解決しようとする第３の技術的な課題は、映像の輝度の範囲によって適応的に映像の輝度を制御する適応的映像輝度制御装置及びその方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御装置は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、ＲＧＢの各信号のうち最大値を有する各ＲＧＢ信号の値を前記入力信号の輝度として、基準値演算部、輝度差演算部および輝度増加量演算部に出力する最大成分演算部と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して前記輝度差演算部に出力する基準値演算部と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を計算して輝度増加量演算部に出力する輝度差演算部と、前記入力信号の輝度についてのＲＧＢの単位ベクトルおよび前記輝度差に基づいて、輝度増加量を計算してＲＧＢ増加量演算部に出力する前記輝度増加量演算部と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して加算演算部に出力するＲＧＢ増加量演算部と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＧＢごとに加算してあらわされる出力信号を出力する加算演算部とを具備する。
【００１２】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御装置は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、当該ＲＧＢ信号の加重値を示す定数を当該入力信号の各ＲＧＢ信号に乗算して設定した値を前記入力信号の輝度として、基準値演算部および輝度増加量演算部に出力する輝度演算部と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して前記輝度増加量演算部に出力する基準値演算部と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を輝度増加量として計算する前記輝度増加量演算部と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して加算演算部に出力するＲＧＢ増加量演算部と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＢＧごとに加算してあらわされる出力信号を出力する加算演算部とを具備する。
【００１３】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御装置は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、当該ＲＧＢ信号の加重値を示す定数を当該入力信号の各ＲＧＢ信号に乗算して設定した値を前記入力信号の輝度として、基準値演算部および輝度増加量演算部に出力する輝度演算部と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して前記輝度増加量演算部に出力する基準値演算部と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を輝度増加量として計算する前記輝度増加量演算部と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して加算演算部に出力するＲＧＢ増加量演算部と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＢＧごとに加算してあらわされる出力信号を出力する加算演算部とを具備する。
【００１４】
前記技術的課題を達成するための映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置は、輝度向上パラメータ設定部および輝度制御部を含んで構成される映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置であって、前記輝度向上パラメータ設定部は、フレーム映像を入力し、平均輝度演算部でそのフレーム映像の平均輝度を計算し、パラメータ演算部で、当該平均輝度、および輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号に基づいて、輝度向上パラメータを計算して前記輝度制御部に出力し、前記輝度制御部は、前記フレーム映像および前記輝度向上パラメータに応答して画素別に向上した輝度値を計算して出力することを特徴とする。
【００１５】
前記技術的課題を達成するための映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置は、パラメータ設定部、輝度範囲向上部および輝度制御部を含んで構成される映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置であって、前記パラメータ設定部は、輝度向上パラメータ設定部と輝度範囲向上パラメータ設定部とを有するとともに、前記輝度向上パラメータ設定部は、輝度最小値演算部、輝度最大値演算部、第２パラメータ演算部および第３パラメータ演算部を含み、前記輝度範囲向上パラメータ設定部は、平均輝度演算部および第１パラメータ演算部を含み、前記パラメータ設定部、前記輝度範囲向上部および前記輝度制御部の各々は、フレーム単位の映像を入力し、前記平均輝度演算部は、前記映像の平均輝度を計算し、前記第１パラメータ演算部は、前記フレーム映像の平均輝度から輝度向上パラメータを計算し、前記輝度最小値演算部および輝度最大値演算部の各々は、前記映像の輝度範囲最小値および最大値を計算し、前記第２パラメータ演算部および第３パラメータ演算部は、それぞれ、適用輝度範囲最小値および最大値を計算し、前記輝度範囲向上部は、前記映像の画素別に、前記映像の輝度パラメータの属する区間別に輝度範囲が拡張された輝度値を計算し、前記輝度制御部は、前記輝度向上パラメータを利用して、画素別に輝度の増加量を計算し、前記輝度制御部は、前記映像内のすべての画素について計算された輝度の増加量を前記映像に加算して表現される出力信号を出力することを特徴とする。
【００１６】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御方法は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、ＲＧＢの各信号のうち最大値を有する各ＲＧＢ信号の値を前記入力信号の輝度として出力する段階と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して出力する段階と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を計算して出力する段階と、前記入力信号の輝度についてのＲＧＢの単位ベクトルおよび前記輝度差に基づいて、輝度増加量を計算して出力する段階と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して出力する段階と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＧＢごとに加算してあらわされる出力信号を出力する段階とを具備する。
【００１７】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御方法は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、当該ＲＧＢ信号の加重値を示す定数を当該入力信号の各ＲＧＢ信号に乗算して設定した値を前記入力信号の輝度として出力する段階と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して出力する段階と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を輝度増加量として計算する段階と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して出力する段階と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＢＧごとに加算してあらわされる出力信号を出力する段階とを具備する。
【００１８】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御方法は、ＲＧＢ信号で構成される入力映像信号を受信し、当該入力映像信号の輝度を示す輝度パラメータを決定して出力する段階と、制御信号としての輝度向上パラメータに応答し、前記入力映像の輝度に相応する基準輝度を計算して出力する段階と、前記入力映像信号の画素の輝度値と前記基準輝度との比率をあらわす輝度向上比を求めて出力する段階と、前記輝度向上比を前記入力映像信号の画素のＲＢＧごとに乗算してあらわされた出力信号を出力する段階とを具備することを特徴とする。
【００１９】
前記技術的課題を達成するための映像の輝度程度による適応的映像輝度制御方法は、フレーム映像を入力し、平均輝度演算部でそのフレーム映像の平均輝度を計算し、当該平均輝度、および輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号に基づいて、輝度向上パラメータを計算して出力し、前記フレーム映像および前記輝度向上パラメータに応答して画素別に向上した輝度値を計算して出力することを特徴とする。
【００２０】
前記技術的課題を達成するための適応的映像輝度制御方法は、フレーム単位の映像を入力し、前記映像の平均輝度を計算し、前記フレーム映像の平均輝度から輝度向上パラメータを計算し、前記映像の輝度範囲最小値および最大値を計算し、適用輝度範囲最小値および最大値を計算し、前記映像の画素別に、前記映像の輝度パラメータの属する区間別に輝度範囲が拡張された輝度値を計算し、前記輝度向上パラメータを利用して、画素別に輝度の増加量を計算し、前記映像内のすべての画素について計算された輝度の増加量を前記映像に加算して表現される出力信号を出力することを特徴とする。
【００２５】
本発明の特徴及び利点は、添付した図面に基づいた次の望ましい実施例に関する詳細な説明によりもっと明らかになる。この前に、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、発明自者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に立脚して本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されねばならない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による望ましい実施例を添付した図面を参照して詳細に説明する。各図面に示した同じ参照符号は同じ部材を示す。
【００２７】
図１は、ＲＧＢ色空間でベクトル表現したＲＧＢ（Red, Green, Blue）信号を示す。図１において、ＲＧＢ信号は、ＲＧＢ色空間で方向と大きさとを有するベクトルとして表現されている。
【００２８】
各画素Ｐ＿１、Ｐ＿２、Ｐ＿３は、図１に示すＲＧＢ色空間で、それぞれ所定の大きさＬ＿Ａ、Ｌ＿Ｃ、Ｌ＿Ａ＋Ｌ＿Ｆと方向とを有するベクトルで表示されている。ここで、各ベクトルの大きさＬ＿Ａ、Ｌ＿Ｃ、Ｌ＿Ａ＋Ｌ＿Ｆは各画素Ｐ＿１、Ｐ＿２、Ｐ＿３の輝度をそれぞれ示し、各ベクトルの方向は色感を示すものと仮定する。
【００２９】
画素Ｐ＿１は大きさＬ＿Ａと所定の方向とを有するベクトルで表現されている。図１に示すように、画素Ｐ＿３の大きさは、画素Ｐ＿１の大きさＬ＿ＡにＬ＿Ｆを加えた大きさであり、画素Ｐ＿３の方向は、元の画素Ｐ＿１の方向と同一である。したがって、画素Ｐ＿３の輝度は画素Ｐ＿１の輝度より高く、画素Ｐ＿３の色感と画素Ｐ＿１の色感とは同一である。本発明の実施例による映像輝度制御装置及びその方法は、画素Ｐ＿１に対する画素Ｐ＿３を作るものである。
【００３０】
しかし、画素Ｐ＿２の大きさＬ＿Ｃは、画素Ｐ＿１の大きさＬ＿Ａよりも大きいが、画素Ｐ＿２の方向と元の画素Ｐ＿１の方向とは異なっている。したがって、画素Ｐ＿２の輝度は元の画素Ｐ＿１の輝度に比べて増加するが、画素Ｐ＿２の方向と元の画素Ｐ＿１の方向とが異なるため、画素Ｐ＿２の色感と元の画素Ｐ＿１の色感とが異なってしまう。したがって、映像の画質が低下するという問題点があった。
【００３１】
図２は、本発明の第１実施例による映像輝度制御装置の構成図を示す。図２に示すように、映像輝度制御装置１００は、最大成分演算部１０、基準値演算部２０、利得制御部３０、輝度差演算部４０、輝度増加量演算部５０、ＲＧＢ増加量演算部６０及び加算演算部７０を有する。
【００３２】
輝度増加量演算部５０は、Ｒ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５、チャンネル選択部５１及び輝度増加量演算回路５３を有し、ＲＧＢ増加量演算部６０はそれぞれのＲ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５及びＲＧＢ増加量演算回路６７を有する。
【００３３】
最大成分演算部１０は、所定の入力信号（または画素）を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、青色信号Ｂｉの３つの信号（または成分）のうち最大値を有する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、青色信号Ｂｉを、基準値演算部２０、輝度差演算部４０及び輝度増加量演算部５０に出力する。すなわち、最大成分演算部１０は所定の入力信号を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、青色信号Ｂｉのうち最大値を有する信号の値を、入力信号の輝度（Ｙ、以下“最大成分（信号）の輝度”という）と定めて出力する。
【００３４】
基準値演算部２０は、利得制御部３０の出力信号Ｇｖａｌ及び最大成分演算部１０の出力信号Ｙに応答して最大成分演算部１０の出力信号Ｙに相応する基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを計算し、基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを輝度差演算部４０に出力する。利得制御部３０の出力信号Ｇｖａｌは、ユーザが制御することができる。すなわち、基準値演算部２０は、最大成分演算部１０の出力信号Ｙに相応する基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを計算する。基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙは最大成分演算部１０の出力信号Ｙに対応する所定のルックアップテーブルを使用して計算することができる。
【００３５】
輝度差演算部４０は、基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙ及び最大成分の輝度Ｙに応答して前記出力信号Ｒｅｆ＿Ｙ，Ｙの輝度差ｄｉｆ＿Ｙを計算し、輝度差ｄｉｆ＿Ｙを輝度増加量演算部５０に出力する。すなわち、輝度差演算部４０は元の入力信号の輝度Ｙ及び基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙに応答して両信号Ｒｅｆ＿Ｙ，Ｙの輝度差ｄｉｆ＿Ｙを出力する。
【００３６】
輝度増加量演算部５０は、所定の入力信号、最大成分演算部１０の出力信号及び輝度差演算部４０の出力信号ｄｉｆ＿Ｙに応答して、最大信号（成分）の輝度Ｙに対する輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙを計算し、輝度増加量Ｉｎｃ＿ＹをＲＧＢ増加量演算部６０に出力する。
【００３７】
ＲＧＢ増加量演算部６０は、所定の入力信号及び輝度増加量演算部５０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙに応答して各ＲＧＢに対する各ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを計算し、前記ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂは加算演算部７０に出力する。各ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂは、輝度増加量演算部５０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙと、所定の入力信号を構成する赤色、緑色、及び青色に対する単位ベクトルとの乗算で演算される。
【００３８】
加算演算部７０は、所定の入力信号を構成するＲＧＢと、ＲＧＢ増加量演算部６０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂとの和である出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。
【００３９】
Ｒ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５それぞれは、各チャンネルに入力される赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、及び青色信号Ｂｉに対するそれぞれの単位ベクトルＲ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃを計算して、前記それぞれの単位ベクトルＲ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃをチャンネル選択部５１及びＲＧＢ増加量演算回路６０に出力する。チャンネル選択部５１は、最大成分演算部１０の出力信号に応答してＲ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５の出力信号Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃのうち一つを選択し、選択された信号を輝度増加量演算回路７５に出力する。チャンネル選択部５１は最大単位ベクトルを出力することが望ましい。
【００４０】
輝度増加量演算回路５３は、チャンネル選択部５１の出力信号と輝度差演算部４０の出力信号ｄｉｆ＿Ｙとを乗算し、その結果をＲＧＢ増加量演算回路６７に出力する。ＲＧＢ増加量演算回路６７は、輝度増加量演算回路５３の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙと、Ｒ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５それぞれの出力信号Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃとをそれぞれのＲ／Ｇ／Ｂチャンネル別に乗算してその結果Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを加算演算部７０に出力する。
【００４１】
図３は、本発明の第２実施例による映像輝度制御装置の構成図を示す。図３の映像輝度制御装置２００は、基準値演算部２０、利得制御部３０、輝度演算部１１０、輝度増加量演算部１３０、ＲＧＢ増加量演算部６０及び加算演算部７０を有する。図３の映像輝度制御装置２００は、図２の映像輝度制御装置１００と似ているため、輝度演算部１１０、輝度増加量演算部１３０についてのみ説明する。
【００４２】
輝度演算部１１０は、ＲＧＢで構成される所定の入力信号に対する輝度Ｙを計算して、その結果を基準値演算部２０及び輝度増加量演算部１３０に出力する。輝度増加量演算部１３０は、基準値演算部２０の出力信号Ｒｅｆ＿Ｙと輝度演算部１１０の出力信号Ｙとの輝度差ｄｉｆ＿Ｙを計算し、輝度差ｄｉｆ＿ＹをＲＧＢ増加量演算部６０に出力する。この場合、輝度差ｄｉｆ＿Ｙは輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙと同一である。
【００４３】
ＲＧＢ増加量演算部６０は、所定の入力信号及び輝度増加量演算部１３０の出力信号ｄｉｆ＿Ｙに応答して各ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを計算し、前記ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを加算演算部７０に出力する。加算演算部７０は、入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，ＢｉとＲＧＢ増加量演算部６０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂとの和である出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。
【００４４】
図４は、本発明の第３実施例による映像輝度制御装置の構成図を示す。図４の映像輝度制御装置３００は輝度パラメータ演算部１４５、基準値演算部２０、輝度向上比除算部１４０、ＲＧＢ乗算部１５０を有する。
【００４５】
輝度パラメータ演算部１４５は、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが入力されると、入力映像の輝度パラメータを決定し、基準値演算部２０、輝度向上比除算部１４０に出力する。輝度パラメータを決定する方法はいろいろある。例えば、入力映像信号を構成するＲｉ、Ｇｉ、Ｂｉの３要素の値のうち最大値を輝度パラメータとして決定することができる。
【００４６】
基準値演算部２０に関する説明は、前述同様なので説明を略す。
【００４７】
輝度向上比除算部１４０は、基準値演算部２０から基準輝度値が入力される一方、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータが入力されると、両入力信号値を除算した後、その結果をＲＧＢ乗算部１５０に出力する。ＲＧＢ乗算部１５０は、入力映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉそれぞれに対して輝度向上比除算部１４０から入力された輝度向上比を乗算して輝度が向上した信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。
【００４８】
図５は、本発明の第１実施例による映像輝度制御方法を示すフローチャートである。図１、図２及び図５を参照して所定の入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉに対する輝度を増加させる方法は次の通りである。
【００４９】
最大成分演算部１０は、赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉで構成される所定の入力信号（または画素）を受信して（第４００段階）、赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉのうち最大値を有する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉまたは青色信号Ｂｉを、数式１によって求める（第４１０段階）。
【００５０】
【数１】
【００５１】
ここで、Ｙは所定の入力信号（または画素）を構成する３信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉのうち最大値を有する信号の値を意味する。最大成分演算部１０は最大信号（または成分）に対する輝度Ｙを基準値演算部２０、輝度差演算部４０及び輝度増加量演算部５０に出力する。
【００５２】
基準値演算部２０は、利得制御部３０の出力信号Ｇｖａｌに応答して（第４２１段階）、所定の入力信号または最大信号（または成分）に対する輝度Ｙに相応する基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを、数式２によって計算し、基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを輝度差演算部４０に出力する（第４２０段階）。
【００５３】
【数２】
【００５４】
ここで、Ｒｅｆ＿ＹはＦ（Ｙ）であり、Ｆ（Ｙ）は数式１で表現される最大信号（または成分）に対する輝度Ｙに対する関数である。すなわち、基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙは最大信号（または成分）に対する輝度Ｙ及び利得制御部３０の出力信号Ｇｖａｌによって決定される。
【００５５】
図８は、本発明による輝度増加量を抽出する第１説明図である。図８を参照すれば、関数Ｆ（）は数式３のように表現される。
【００５６】
【数３】
【００５７】
ここでｇ１はスケール定数であり、ｇ２はオフセット定数、Ｇｖａｌは累乗を示す定数である。ｘは輝度Ｙを意味し、ｘ＿ｍａｘは最大輝度Ｙで白色（例えばＲ、Ｇ、Ｂがすべて最大である場合）に対応する。
【００５８】
点線で図示された対角線は傾度１を示し、関数Ｆ（）は非線形関数であって基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを示し、点Ｂ１は元の入力信号または画素の輝度Ｙを示し、点Ｂ２は関数Ｆ（）によって生成される基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを意味する。すなわち、Ｂ１はＹであり、すなわち、Ｂ２はＲｅｆ＿Ｙである。
【００５９】
図９は、本発明による輝度増加量を抽出する第２説明図である。図９の関数Ｆ（ｘ）は二つの非線形関数で構成され、関数Ｆ（ｘ）は数式４で表現される。
【００６０】
【数４】
【００６１】
ここでｘ＿ｔｈは輝度区間の境界値を示し、ｇ１１は第１区間のスケール定数を示し、ｇ２１は第１区間のオフセット定数を示し、Ｇｖａｌ１は第１区間の累乗を示す。また、ｇ１２は第２区間のスケール定数を示し、ｇ２２は第２区間のオフセット定数を示し、Ｇｖａｌ２は第２区間の累乗を示す。
【００６２】
関数Ｆ１（）及びＦ２（）は非線形関数であって基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを示し、点Ｂ１は元の入力信号または画素の輝度Ｙを示し、点Ｂ２は関数Ｆ１（）によって生成される基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを意味する。すなわち、Ｂ２はＲｅｆ＿Ｙである。
【００６３】
ｍ個の非線形関数を使用する場合、関数Ｆ（ｘ）は数式５のように表現される。
【００６４】
【数５】
【００６５】
ここでｋは区間を指定する指定子を示し、ｇ１（ｋ）はｋ区間でのスケール定数を示し、ｇ２（ｋ）はｋ区間でのオフセット定数を示し、Ｇｖａｌ（ｋ）はｋ区間での累乗を示す。数式５で表現される関数の図示は略す。
【００６６】
図１０は、本発明による輝度増加量を抽出する第３説明図である。図１０は、本発明で使われる関数Ｆ（ｘ）のまた他の構成例であり、関数Ｆ（ｘ）は線形関数で表現される。
【００６７】
【数６】
【００６８】
ここで、ｋは区間を指定する指定子を示し、ｓ１は直線傾度を示し、ｓ２はオフセットを示す。また、関数Ｆ１（）及びＦ２（）は線形関数であって基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを示し、点Ｂ１は元の入力信号または画素の輝度Ｙを示し、点Ｂ２は関数Ｆ１（）によって生成される基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを意味する。すなわち、Ｂ２はＲｅｆ＿Ｙである。
【００６９】
図１１は、本発明による輝度増加量を抽出する第４説明図である。図１１の関数は線形関数Ｆ２（）と非線形関数Ｆ１（）とより構成される。ここでＢ１はＹであり、Ｂ２はＲｅｆ＿Ｙである。
【００７０】
図１２は、本発明による輝度増加量を抽出する第４説明図である。図１２は、前記数式３の関数Ｆ（）がｇ１＝１、ｇ２＝０、Ｙ＿Ｇｖａｌ値が１より大きい時に現れるグラフであって、入力映像の輝度を減らす時に使われうる。点Ｂ１は元の画素の輝度値（Ｙ＝Ｂ１）を意味し、点Ｂ３は関数Ｆ（）により得られた基準輝度値（Ｒｅｆ＿Ｙ＝Ｂ３）を意味する。
【００７１】
図８ないし図１２の関数Ｆ（）は、本発明の実施例を説明するための関数であるが、本発明による関数は、図８ないし図１２の関数Ｆ（）に限定されるわけではない。
【００７２】
輝度差演算部４０は、数式７で表現される輝度差ｄｉｆ＿Ｙを計算する（第４３０段階）。すなわち、輝度差演算部４０は点Ｂ２と点Ｂ１との差を計算する。
【００７３】
【数７】
【００７４】
数式３及び７に示すように、累乗Ｇｖａｌが１以下であれば輝度Ｙに対する基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙが増加し、累乗Ｇｖａｌが０に接近すれば輝度差ｄｉｆ＿Ｙは増加する。したがって、輝度差ｄｉｆ＿Ｙは累乗Ｇｖａｌに応答して制御される。
【００７５】
輝度増加量演算部５０は、チャンネル選択部５１の出力信号及び輝度差演算部４０の出力信号ｄｉｆ＿Ｙに応答して数式８を通じて輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙを計算する（第４４０段階）。
【００７６】
【数８】
【００７７】
ここでＭａｘ＿Ｖｅｃｔｏｒは、所定の入力信号（または画素）を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉのうち最大値を有する信号（または成分）に対する単位ベクトルを意味する。ここで、輝度差ｄｉｆ＿ＹはＲＧＢの全成分に対する輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙを示す。
【００７８】
ＲＧＢ増加量演算部６０は、輝度増加量演算部５０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙ及び各チャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５の各出力信号Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃに応答して数式９で表現される所定の入力信号（または画素）を構成する各赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉの増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを計算する（第４５０段階）。
【００７９】
【数９】
【００８０】
ここで、ｂ１はスケール定数であり、Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃそそれぞれは赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉに対する単位ベクトルを示す。
【００８１】
加算演算部７０は、所定の入力信号を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉと、ＲＧＢ増加量演算部６０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂとに応答して輝度が増加した赤色信号Ｒｏ、緑色信号Ｇｏ及び青色信号Ｂｏを出力する。赤色信号Ｒｏ、緑色信号Ｇｏ及び青色信号Ｂｏは数式１０のように表現される。
【００８２】
【数１０】
【００８３】
輝度が増加したそれぞれの赤色信号Ｒｏ、緑色信号Ｇｏ及び青色信号Ｂｏは元のＲｉ、Ｇｉ及びＢｉと輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂとのそれぞれの和で表現される。したがって、本発明の一実施例による映像の輝度制御装置１００は、入力信号の輝度を増加させながら元の色相、彩度などの色感を維持できる効果がある。
【００８４】
また、出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏの輝度増加量が最大輝度を超過できないため、出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，ＢｏはＲＧＢ空間でそれぞれの最大値を超過しない。
【００８５】
図６は、本発明の第２実施例による映像輝度制御方法を示すフローチャートである。図３及び図６を参照して入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉの輝度を増加させる方法を説明する。図６は図５と似ているため、以下、図６の特徴的な部分だけ詳細に説明する。
【００８６】
輝度演算部１１０は、赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、青色信号Ｂｉで構成される所定の入力信号を受信して（第５００段階）、入力信号に対する輝度Ｙを数式１１を通じて計算する。すなわち、輝度演算部１１０は、所定の入力信号を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉに応答して所定の入力信号の輝度Ｙを計算する（第５１０段階）。
【００８７】
【数１１】
【００８８】
ここで、ａ１、ａ２、及びａ３それぞれは所定の入力信号を構成するＲＧＢ信号の加重値を示す定数である。基準値演算部２０は、輝度演算部１１０の出力信号Ｙに応答して基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを数式２を通じて求める（第５２０段階）。
【００８９】
輝度増加量演算部１３０は、入力信号に対する輝度Ｙ及び基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙに応答して、数式１２を通じて入力信号に対する輝度Ｙと基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙとの輝度差ｄｉｆ＿Ｙを求める（第５３０段階）。この場合、輝度差ｄｉｆ＿Ｙは輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙである。
【００９０】
【数１２】
【００９１】
ＲＧＢ増加量演算部６０は、輝度増加量演算部５０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙ及び各チャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５の出力信号Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃに応答して数式９で表現されるＲＧＢの各輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを計算する（第５４０段階）。
【００９２】
加算演算部７０は、入力信号を構成する３信号それぞれ及びそれぞれの輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂに応答して輝度が増加した出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏは数式１０のように表現される。
【００９３】
図７は、本発明の第３実施例による映像輝度制御方法を示すフローチャートである。図４及び図７を参照して入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉの輝度を増加させる方法を説明する。
【００９４】
まず、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが輝度パラメータ演算部１４５に入力される（第６００段階）。
【００９５】
入力信号Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉで表現可能な色域内で輝度を向上させるためには、入力信号の輝度を示す輝度パラメータが必要である。輝度パラメータを求める方法はいろいろある。第１の方法は、ＲＧＢ色空間上で任意の画素値Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉのうち最大値を輝度パラメータとして定めることである。すなわち、前述した数式１により輝度パラメータ演算部１４５で輝度パラメータＹ＿ｃｈを求める（第６１０段階）。
【００９６】
輝度パラメータを求める第２の方法は、前述した数式１１により求めることである。第３の方法は非線形方程式（数式１３）を利用する。
【００９７】
【数１３】
【００９８】
ここでｑ１はスケール定数、ｑ３はオフセット値、ｑ２は累乗、ＹはＲＧＢに対する線形輝度値であり、前記のＹｃになりうる。Ｙｍａｘは輝度の最大値、Ｌは入力Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉに対する非線形輝度を意味する。国際標準色空間であるＣＩＥ Ｌ＊の場合には、ｑ１＝１１６、ｑ２＝１／３、ｑ３＝１６を使用する。
【００９９】
第６１０段階後に、基準値演算部２０では基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙを求める（第６２０段階）。この時、輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌが制御信号として入力される（第６３０段階）。基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙは数式２のように表現される。ここで、関数Ｆ（）は輝度Ｙ＿ｃｈ（またはＹｃ、Ｌ）の関数であり、図８ないし図１２にＦ（）の例が示されており、図８ないし図１１の説明は前述した通りであり、図１２は関数Ｆ（）がｇ１＝１、ｇ２＝０、Ｙ＿Ｇｖａｌ値が１より大きい時に示すグラフであって、入力映像の輝度を減らす時に使用できる。図１２で、点Ｂ１は元の画素の輝度値を意味し、点Ｂ３は関数Ｆ（）により得られた基準輝度値（Ｒｅｆ＿Ｙ＝Ｂ３）を意味する。
【０１００】
第６２０段階後に、輝度向上比除算部１４０で入力画素の輝度値Ｙ＿ｃｈと基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙとの比率の輝度向上比Ｂｒｔ＿ｒａｔｉｏを求める（第６４０段階）。
【０１０１】
【数１４】
【０１０２】
前記数式１４を利用して任意の入力画素に対する輝度向上比を求める。
【０１０３】
第６４０段階後に、ＲＧＢ乗算部１５０では第６４０段階で求めた輝度向上比を入力画素のＲＧＢそれぞれの成分に乗算して、輝度が向上した出力画素値を得る（第６５０段階）。
【０１０４】
【数１５】
【０１０５】
数式１４のＲｅｆ＿ＹはＲＧＢ色空間で色域範囲内の値であり、ＲＧＢのうち最大値の向上比であるＢｒｔ＿ｒａｔｉｏも色域範囲内の値であるため、ＲＧＢのうち最大値と同一か、あるいは最大値より小さな残りの２成分の値も同一向上比を乗算する時、これらも色域範囲内の値になる。
【０１０６】
第６５０段階後に、輝度が向上した出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，ＢｏがＲＧＢ乗算部１５０から出力される（第６６０段階）
【０１０７】
数式３でｇ１、ｇ２、Ｙ＿Ｇｖａｌのような輝度向上パラメータが必要である。これら輝度向上パラメータはユーザの制御によりそれぞれの値が調整される。
【０１０８】
図１３は、本発明の実施例による映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置を示すブロック図である。本実施例の適応的映像輝度制御装置は、輝度向上パラメータ設定部１６０と輝度制御部１６９とより構成される。
【０１０９】
まず、輝度向上パラメータ設定部１６０は、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが入力されつつ、輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号が入力されて、輝度向上パラメータを計算する。制御信号には基準平均輝度Ｙ＿ｒｅｆｅｒ、ＤＲ＿ｈｉｇｈ、ＤＲ＿ｌｏｗ、ＳｃａｌｅＦｕ及びＳｃａｌｅＦｄが使われるが、後で図１８を説明する際に共に説明する。
【０１１０】
輝度制御部１６９は、輝度向上パラメータ設定部１６０の出力である輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌが入力されて、映像信号の輝度を制御して向上した輝度信号を出力する。輝度制御部１６９は、図２ないし図４で説明した輝度制御装置１００、２００、３００が使用できる。
【０１１１】
図１４は、図１３に示す輝度向上パラメータ設定部１６０の詳細ブロック図であり、ＲＧＢ信号変換部１６１、平均輝度演算部１６３及びパラメータ演算部１６５より構成される。
【０１１２】
まず、ＲＧＢ信号変換部１６１は、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが入力されると、それを輝度信号Ｙに変換した後、平均輝度演算部１６３に出力する。しかし、もし入力映像信号がＲＧＢ形態ではなくＹ、Ｃｂ、Ｃｒの形態であれば、ＲＧＢ信号変換部１６１は不要である。
【０１１３】
平均輝度演算部１６３は、入力された輝度値の平均を求めた後、その結果をパラメータ演算部１６５に出力する。フレーム単位で映像が処理される場合には一フレームの画素の輝度値を平均する。
【０１１４】
パラメータ演算部１６５は、平均輝度演算部１６３から平均輝度が入力されつつ輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号が入力されると、輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算して、これを輝度制御部１６９に出力する。
【０１１５】
図１６は、本発明の実施例による映像の輝度程度による適応的映像輝度制御方法を示すフローチャートである。図１３ないし図１６を参照して、入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉの輝度程度によって適応的に映像の輝度を増加させる方法を説明する。
【０１１６】
映像の輝度程度を示す代表的なパラメータは映像の平均輝度である。図１５は輝度が互いに異なる３つの映像の輝度ヒストグラムを示す図面であり、映像の輝度信号の分布を、映像の輝度が暗い場合のＤ１、中間輝度の場合のＤ２及び高輝度の場合のＤ３として示している。そしてＤ１〜Ｄ３の輝度程度を表現する平均輝度は各々Ｄｃ１、Ｄｃ２、Ｄｃ３で表記する。
【０１１７】
図１６で、まず、一フレーム映像が輝度向上パラメータ設定部１６０及び輝度制御部１６９に入力される（第７００段階）。
【０１１８】
平均輝度演算部１６３で入力映像の平均輝度を計算する（第７１０段階）。
【０１１９】
パラメータ演算部１６５から平均輝度が入力されて制御信号によって輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算する（第７３０段階）。
【０１２０】
輝度制御部１６９で輝度向上パラメータ及び入力映像信号に応答して画素別に向上した輝度値を計算する（第７５０段階）。向上した輝度値は、前述した図５ないし図７に示すように計算することができる。
【０１２１】
輝度制御部１６９から向上した輝度値を出力する（第７６０段階）。
【０１２２】
図１７は、図１６に示す第７１０段階の詳細フローチャートである。図１７に示す段階は、図１４に示す平均輝度演算部１６３で行われる。以下、図１７を参照して平均輝度を計算する第７１０段階を詳細に説明する。
【０１２３】
映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎは次の数式１６のように表現される。
【０１２４】
【数１６】
【０１２５】
ここで、Ｙｃは輝度を示すパラメータであり、数式１で表現できる。添字ｉは映像内の任意の空間座標を示すインデックスであり、Ｎは映像の総画素数である。
【０１２６】
平均輝度を計算する第７１０段階において、まず、一フレーム映像の開始直前に添字ｉ＝０、輝度和（Ｙ＿ｓｕｍ）＝０に設定する（第７１１段階）。
【０１２７】
画素値Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉが入力される（第７１２段階）。
【０１２８】
ｉに該当する位置の入力画素値Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉに対する輝度値を計算する（第７１３段階）。図面の第７１３段階には数式１１による輝度値が示されている。しかし、数式１または数式１３により輝度値を求めうることはもちろんである。
【０１２９】
第７１３段階で求めた輝度値を輝度和Ｙ＿ｓｕｍに加算する（第７１４段階）。
【０１３０】
第７１４段階後に、ｉがフレーム映像を構成する総画素数より小さいかどうかを比較する（第７１５段階）。
【０１３１】
ｉが総画素数より小さい場合にｉを１増加させた後、第７１２段階に戻って反復して段階を行う（第７１６段階）。
【０１３２】
第７１５段階でｉが総画素数より小さくない場合には輝度和Ｙ＿ｓｕｍを総画素数で割って映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎを計算する（第７１７段階）。
【０１３３】
図１８は、図１６に示す第７３０段階の詳細フローチャートである。図１８に示す段階は、図１４に示すパラメータ演算部１６５で行われる。以下、図１８を参照して輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算する第７３０段階を詳細に説明する。
【０１３４】
まず、第７１０段階で求めた映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎと基準平均輝度Ｙ＿ｒｅｆｅｒとの平均輝度差Ｙ＿ｄｉｆｆｅｒを求める（第７３１段階）。映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎによる輝度増減を決定するために平均輝度の基準になる基準平均輝度Ｙ＿ｒｅｆｅｒを使用する。基準平均輝度は、映像の輝度増減が要らない時の平均輝度値である。したがって、入力平均輝度値が基準平均輝度値より小さい場合、映像の輝度増加が要求され、入力平均輝度値が基準平均輝度値より大きい場合、映像の輝度減少が要求される。映像の輝度増加または減少を行う方法として、数式３でガンマ指数であるＧｖａｌを輝度向上パラメータとして利用することができる。
【０１３５】
第７３１段階後、平均輝度差Ｙ＿ｄｉｆｆｅｒが正数であれば、次の数式１７を利用して輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算する（第７３５段階）。
【０１３６】
【数１７】
【０１３７】
平均輝度差Ｙ＿ｄｉｆｆｅｒが負数であれば、次の数式１８を利用して輝度向上パラメータを計算する（第７３７段階）。
【０１３８】
【数１８】
【０１３９】
前記数式１７及び数式１８で、Ｇ＿ｄｅｆは基準平均輝度値に対するガンマ指数である輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌの基準値を表現し、ＤＲ＿ｈｉｇｈは映像の平均輝度に対する最大許容値、ＤＲ＿ｌｏｗは映像の平均輝度に対する最小許容値を意味し、スケールファクタであるＳｃａｌｅＦｕとＳｃａｌｅＦｄとは各々ガンマ指数の最大及び最小許容範囲を示す値である。各値の例として、Ｇ＿ｄｅｆ＝１、Ｙ＿ｒｅｆｅｒ＝１６８、ＤＲ＿ｈｉｇｈ＝２５０、ＤＲ＿ｌｏｗ＝５０、ＳｃａｌｅＦｕ＝ＳｃａｌｅＦｄ＝０．５を使用できる。基準平均輝度Ｙ＿ｒｅｆｅｒ、ＤＲ＿ｈｉｇｈ、ＤＲ＿ｌｏｗ、ＳｃａｌｅＦｕ及びＳｃａｌｅＦｄは、図１３に示す輝度向上パラメータ設定部１６０に入力される所定制御信号として使用されるが、その値は、ユーザまたはチップメーカーにより調整可能である。
【０１４０】
図１９は、本発明の実施例による映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御装置を示すブロック図である。本実施例の適応的映像輝度制御装置は、パラメータ設定部１７０、輝度範囲向上部１８０及び輝度制御部１９０より構成される。
【０１４１】
まず、パラメータ設定部１７０には、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ及び輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号、輝度範囲最小値のスケール値を含む制御信号ＬｏｗＳｃａｌｅ、輝度範囲最大値のスケール値を含む制御信号ＨｉｇｈＳｃａｌｅが入力される。ここで輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号は、図１３に示す輝度向上パラメータ設定部１６０に入力される制御信号と同一である。すなわち、基準平均輝度値Ｙ＿ｒｅｆｅｒ、映像の平均輝度に対する最大許容値ＤＲ＿ｈｉｇｈ、映像の平均輝度に対する最小許容値ＤＲ＿ｌｏｗ、及びスケールファクタとしてガンマ指数である輝度向上パラメータの最大許容範囲を示す値ＳｃａｌｅＦｕ及びガンマ指数の最小許容範囲を示す値ＳｃａｌｅＦｄになる。このような輝度向上パラメータ設定部１６０に入力される制御信号または輝度範囲のスケール値を含む制御信号の有無によって、図１９に示す適応的映像輝度制御装置は、輝度範囲または輝度程度によって、あるいは輝度範囲及び輝度程度によって適応的に映像の輝度を制御する機能を行う。
【０１４２】
パラメータ設定部１７０は、輝度向上パラメータを輝度制御部１９０に出力する一方、４種の輝度範囲向上パラメータ、すなわち、入力信号の輝度の最小値Ｙ＿ｌｏｗ、入力信号の輝度の最大値Ｙ＿ｈｉｇｈ、輝度範囲が拡張される場合に拡張された輝度範囲の最小値ＡｐｐＹＬ、及び輝度範囲が拡張される場合に拡張された輝度範囲の最大値ＡｐｐＹＨを、輝度範囲向上部１８０に出力する。
【０１４３】
輝度範囲向上部１８０は、パラメータ設定部１７０から前記４種の輝度範囲向上パラメータＹ＿ｌｏｗ、Ｙ＿ｈｉｇｈ、ＡｐｐＹＬ、ＡｐｐＹＨが入力され、ＭＩＣＯＭ（図示せず）から輝度範囲パラメータである基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹＨ、基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹＬ、拡張された輝度範囲の基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹｏＨ及び拡張された輝度範囲の基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹｏＬが入力されつつ映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが入力されて、画素別に輝度範囲向上を行って、その結果を輝度制御部１９０に出力する。
【０１４４】
輝度制御部１９０は、パラメータ設定部１７０から輝度向上パラメータが入力されつつ輝度範囲向上部１８０から輝度範囲が向上した信号が入力されて映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉに対して画素別に輝度向上を計算した後、輝度が向上した信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。
【０１４５】
図２０は、図１９に示すパラメータ設定部１７０の詳細構成を示す実施例である。本実施例のパラメータ設定部１７０は、輝度向上パラメータ設定部１６０と輝度範囲向上パラメータ設定部１７１とより構成される。そして、輝度範囲向上パラメータ設定部１７１は、ＲＧＢ信号変換部１６１、輝度最小値演算部１７４、輝度最大値演算部１７６、第２パラメータ演算部１７５及び第３パラメータ演算部１７７から構成される。輝度向上パラメータ設定部１６０は、前述した通りである。
【０１４６】
輝度向上パラメータ設定部１６０は前述した通りなので説明を略し、輝度範囲向上パラメータ設定部１７１について以下に説明する。
【０１４７】
まず、前述したようにＲＧＢ信号変換部１６１は、入力映像信号がＲＧＢ形態の信号である場合に輝度信号に変換して輝度最小値演算部１７４と輝度最大値演算部１７６とに各々出力する。したがって、入力映像信号がＲＧＢ形態でない場合にはＲＧＢ信号変換部は不要である。
【０１４８】
輝度最小値演算部１７４は、入力された輝度値のうち最小値Ｙ＿ｌｏｗを求めた後、その結果を第２パラメータ演算部１７５と輝度範囲向上部１８０とに出力する。
【０１４９】
第２パラメータ演算部１７５は、輝度最小値Ｙ＿ｌｏｗが入力される一方で輝度範囲最小値のスケール値を含む制御信号ＬｏｗＳｃａｌｅが入力されて適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬを計算した後、これを輝度範囲向上部１８０に出力する。
【０１５０】
輝度最大値演算部１７６は、入力された輝度値のうち最大値Ｙ＿ｈｉｇｈを求めた後、その結果を第３パラメータ演算部１７７及び輝度範囲向上部１８０に出力する。
【０１５１】
第３パラメータ演算部１７７は、輝度最大値Ｙ＿ｈｉｇｈが入力される一方で、輝度範囲最大値のスケール値を含む制御信号ＨｉｇｈＳｃａｌｅが入力されて、適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨを計算した後、これを輝度範囲向上部１８０に出力する。
【０１５２】
図２１及び図２２は、図１９に示す輝度範囲向上部１８０の詳細構成を示す実施例である。
【０１５３】
まず、図２１の輝度範囲向上部１８０は、輝度パラメータ演算部１４５、区間比較部１８１、区間選択部１８９及び区間別輝度信号演算部１８２より構成され、区間別輝度信号演算部１８２は、第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７より構成される。
【０１５４】
輝度パラメータ演算部１４５は前述したことと同じなので詳細な説明は略し、輝度パラメータ演算部１４５の出力である輝度パラメータＹ＿ｃｈは輝度制御部１９０に入力され、一方に区間比較部１８１、第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７に入力される。
【０１５５】
区間比較部１８１は、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される一方で入力映像の区間範囲の最小及び最大値であるＹ＿ｌｏｗとＹ＿ｈｉｇｈとが各々パラメータ設定部１７０から入力される。
【０１５６】
輝度パラメータＹ＿ｃｈをＹ＿ｌｏｗ及びＹ＿ｈｉｇｈと比較してＹ＿ｌｏｗより小さいか、Ｙ＿ｌｏｗとＹ＿ｈｉｇｈとの間にあるか、あるいはＹ＿ｈｉｇｈより大きいかを判断していずれの区間に属しているかを決定して、相応する区間情報を区間選択部１８９に出力する。
【０１５７】
第１区間演算部１８３は、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される。さらに、第１区間演算部１８３は、パラメータ設定部１７０から入力信号の輝度の最小値Ｙ＿ｌｏｗと、輝度範囲が拡張される場合に拡張された輝度範囲の最小値ＡｐｐＹＬとが入力され、マイコン（図示せず）から、基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹＬと、拡張された輝度範囲の基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹｏＬとが入力されて、Ｙ＿ｃｈを対象として輝度範囲が向上した値を計算した後、その結果を区間選択部１８９に出力する。
【０１５８】
第２区間演算部１８５は、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される。さらに、第２区間演算部１８５は、パラメータ設定部１７０）からＹ＿ｌｏｗ、Ｙ＿ｈｉｇｈ、ＡｐｐＹＬ及びＡｐｐＹＨが入力され、Ｙ＿ｃｈを対象として輝度範囲が向上した値を計算した後、その結果を区間選択部１８９に出力する。
【０１５９】
第３区間演算部１８７は、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される。さらに、第３区間演算部１８７は、パラメータ設定部１７０からＹ＿ｈｉｇｈ及びＡｐｐＹＨが入力され、マイコンから基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹＨと拡張された輝度範囲の基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹｏＨとが入力され、Ｙ＿ｃｈを対象として輝度範囲が向上した値を計算した後、その結果を区間選択部１８９に出力する。
【０１６０】
区間選択部１８９は、第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７それぞれから入力された信号のうち区間比較部１８１から入力された区間情報に相応する一つの信号を選択して輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を輝度制御部１９０に出力する機能を行う。
【０１６１】
図２２の輝度範囲向上部１８０は、輝度パラメータ演算部１４５、区間比較部１８１及び区間別輝度信号演算部１８２で構成され、区間別輝度信号演算部１８２は、第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７で構成される。図２１に示す装置と似ているので特徴的な部分だけ以下で説明する。
【０１６２】
区間比較部１８１は、区間情報を第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７それぞれに出力して該当区間に相応する区間演算部の出力だけをイネーブルさせて出力し、他の区間演算部はディセーブルさせる。したがって、輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１が輝度制御部１９０に出力される。
【０１６３】
図２３は図１９に示す輝度制御部１９０の詳細構成を示す図面である。図２３に示すように、輝度制御部１９０は、基準値演算部２０、輝度向上比除算部１４０及びＲＧＢ乗算部１５０で構成される。図２３に示す輝度制御部１９０は、図４に示す輝度制御装置と似ていて輝度パラメータ演算部１４５が除外されただけで他の構成要素の動作は同一である。したがって特徴的な部分だけ以下で説明する。
【０１６４】
図４の装置と比較した時の差異点は、図２３の基準値演算部２０が図４でのように輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される代わりに、輝度範囲向上部１８０の出力である輝度範囲が向上した信号Ｙ１が入力されて基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙを計算するという点である。輝度範囲が向上した信号Ｙ１を数式３で表現される関数Ｆ（）の変数ｘとして使用することによって映像の輝度範囲によって適応的に映像輝度を制御できる。
【０１６５】
図２４は、本発明の実施例による映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御方法を説明するためのフローチャートである。
【０１６６】
映像の輝度範囲Ｙ＿ＤＲを表現する方法は次の通りである。
【０１６７】
【数１９】
【０１６８】
ここで、Ｙ＿ｈｉｇｈは映像の輝度値のうち最大値を意味し、Ｙ＿ｌｏｗは映像の輝度値のうち最小値を意味する。前記Ｙ＿ｈｉｇｈとＹ＿ｌｏｗとを各々総画素数を基準に輝度が上位１０％と下位１０％の位置にある輝度値として設定できる。
【０１６９】
一方、映像の対比が大きいということはＹ＿ＤＲ値が大きいということと意味する。
【０１７０】
図４及び図２３に示す基準値演算部２０は、数式２及び数式３により表現される基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙを計算して入力映像の輝度向上のために使用する。この時、関数Ｆ（）の重要な役割として使われる現在入力映像の輝度パラメータＹ＿ｃｈの代りに輝度範囲が拡張された輝度値Ｙ１を使用すれば、入力映像の輝度範囲によって輝度が向上した出力映像を得られる。また図１６ないし図１８に示すような方法で輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算して輝度制御に利用することによって、輝度範囲による適応的映像輝度制御と共に映像の輝度程度による適応的映像輝度制御も可能になる。
【０１７１】
図１９ないし図２４を参照して映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御方法を説明する。
【０１７２】
まず、フレーム単位の映像がパラメータ設定部１７０、輝度範囲向上部１８０及び輝度制御部１９０に入力される（第８００段階）。
【０１７３】
平均輝度演算部１６３から入力された一フレーム映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎを求める（第８１０段階）。平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎは前述した図１７に示すような段階により求めうる。
【０１７４】
パラメータ演算部１６５は、映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎから輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算する（第８２０段階）。輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌは前述した図１８に示すような段階により求めることができる。
【０１７５】
輝度最小値演算部１７４及び輝度最大値演算部１７６は各々映像の輝度範囲最小値Ｙ＿ｌｏｗ及び最大値Ｙ＿ｈｉｇｈを計算する（第８３０段階）。輝度範囲最小値Ｙ＿ｌｏｗ及び最大値Ｙ＿ｈｉｇｈは各々映像の輝度値のうち最大値と最小値でもあるが、本実施例では輝度ヒストグラムで見る時、各々総画素数を基準に輝度が上位１０％の位置にある輝度値と下位１０％の位置にある輝度値と設定する。
【０１７６】
第２パラメータ演算部１７５及び第３パラメータ演算部１７７は各々適用輝度範囲最小値ＡｐｐＹＬ及び最大値ＡｐｐＹＨを計算する（第８４０段階）。映像の輝度範囲を拡張するためには輝度範囲の基準が必要であり、このために基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹＨ及び基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹＬを使用する。入力映像に対して輝度範囲値Ｙ＿ｈｉｇｈ、Ｙ＿ｌｏｗが計算されれば、輝度範囲の増加量を決定する方法は次の通りである。
【０１７７】
【数２０】
【０１７８】
【数２１】
【０１７９】
ここで、ＡｐｐＹＬ及びＡｐｐＹＨは各々実際映像に適用される拡張された輝度範囲の最小値及び最大値であり、ＬｏｗＳｃａｌｅ及びＨｉｇｈＳｃａｌｅは各々輝度範囲拡張程度を制御するパラメータである。パラメータ値の実施例では、ＬｏｗＳｃａｌｅ及びＨｉｇｈＳｃａｌｅの値はいずれも０．３、ＲｅｆｅｒＹＬ＝１、ＲｅｆｅｒＹＨ＝２５５である。
【０１８０】
輝度範囲向上部１８０から入力される画素別に、輝度パラメータが属している区間別に輝度範囲が拡張された信号Ｙ１を計算する（第８５０段階）。
【０１８１】
輝度制御部１９０で輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを利用して、画素別に輝度が向上した値を計算する（第８６０段階）。この段階は、図５ないし図７に示すような段階により行うことができる。
【０１８２】
入力された一フレーム映像内のあらゆる画素が処理されるまで第８５０段階と第８６０段階とを繰り返す（第８７０段階）。
【０１８３】
図２５は、図２４に示す第８５０段階をより詳細に説明するためのフローチャートである。図１９、図２１、図２２及び図２５を参照して説明する。
【０１８４】
まず、輝度パラメータＹ＿ｃｈ、適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬ及び適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨが区間比較部１８１に入力される（第８５１段階）。
【０１８５】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬより小さいかどうかを判断する（第８５２段階）。
【０１８６】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬより小さな場合には、第１区間演算部１８３で数式２２により輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を求める（第８５３段階）。
【０１８７】
【数２２】
【０１８８】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬより小さくない場合には、輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨより大きいかどうかを判断する（第８５４段階）。
【０１８９】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨより大きくない場合には、第２区間演算部１８５で数式２３により輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を求める（第８５５段階）。
【０１９０】
【数２３】
【０１９１】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨより大きい場合には、第３区間演算部１８７で数式２４により輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を求める（第８５６段階）。
【０１９２】
【数２４】
【０１９３】
第８５３段階、第８５５ないし第８５６段階のそれぞれの段階後に、輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を輝度制御部１９０に出力する（第８５７段階）。
【０１９４】
本発明の方法は、コンピュータを手段として機能させるプログラムとして実現可能である。一方、本発明はまた、コンピュータで読取りできる記録媒体にコンピュータが読取りできるコードとして具現することが可能である。コンピュータで読取りできる記録媒体は、コンピュータシステムによって読取りできるデータが記憶されるすべての記録装置を含む。コンピュータで読取りできる記録媒体の例には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フレキシブルディスク、光データ記憶装置などがあり、またキャリヤウェーブ（例えば、インターネットを通した伝送）の形態に具現されるものも含む。またコンピュータで読取りできる記録媒体はネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータが読取りできるコードに記憶されて実行される。
【０１９５】
【発明の効果】
前述したように、本発明による映像の輝度制御方法及び映像の輝度制御装置は、全体または一部分の映像の輝度を増加させながらも元の色感を維持する効果がある。また本発明による映像の輝度程度による適応的輝度制御方法及び装置は、映像全体または映像の一部分で映像の輝度程度によって輝度を適応的に向上させながらも元の色感を維持する効果がある。また本発明による映像の輝度範囲及び／または輝度程度による適応的輝度制御方法及び装置は、映像全体または映像の一部分で映像の輝度範囲及び／または輝度程度によって適応的に輝度範囲及び／または輝度を向上させながらも元の色感を維持する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＧＢ信号をＲＧＢ色空間でベクトルで表現したことを示す図面である。
【図２】本発明の第１実施例による映像の輝度制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の第２実施例による映像の輝度制御装置のブロック図である。
【図４】本発明の第３実施例による映像の輝度制御装置のブロック図である。
【図５】本発明の第１実施例による映像の輝度制御方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施例による映像の輝度制御方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施例による映像の輝度制御方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第１説明図である。
【図９】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第２説明図である。
【図１０】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第３説明図である。
【図１１】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第４説明図である。
【図１２】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第４説明図である。
【図１３】本発明の実施例による映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示す輝度向上パラメータ設定部１６０の詳細ブロック図である。
【図１５】輝度が相異なる３つの映像の輝度ヒストグラムを示す図面である。
【図１６】本発明の実施例による映像の輝度程度による適応的映像輝度制御方法を示すフローチャートである。
【図１７】図１６に示す第７１０段階の詳細フローチャートである。
【図１８】図１６に示す第７３０段階の詳細フローチャートである。
【図１９】本発明の実施例による映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御装置を示すブロック図である。
【図２０】図１９に示すパラメータ設定部１７０の詳細構成を示す図面である。
【図２１】図１９に示す輝度範囲向上部１８０の詳細構成を示す図面である。
【図２２】図１９に示す輝度範囲向上部１８０の詳細構成の一例を示す図面である。
【図２３】図１９に示す輝度制御部１９０の詳細構成の別の例を示す図面である。
【図２４】本発明の実施例による映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図２５】図２４に示す第８５０段階をより詳細に説明するためのフローチャートである。
【発明の属する技術分野】
本発明は輝度制御回路に係り、より詳細には映像表示装置、例えば、ディスプレイモニタまたはカラーＴＶに表示される映像の全体または一部の輝度を増加させながらも、元の色相、彩度などの色感を維持できる映像輝度制御装置及びその方法と、映像の輝度の程度及び／または輝度の範囲によって適応的に映像の輝度を制御する適応的映像輝度制御装置及びその方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像輝度制御装置はディスプレイ表示される映像の輝度を制御する回路である。従来の映像輝度制御回路は、例えば特許文献１に記載されているように、映像信号を構成する赤色、緑色、及び青色信号に、ＤＣ（オフセット）を適用している。したがって、従来の映像輝度制御回路は映像の輝度を増加させるのにも限界がある。
【０００３】
映像の輝度を制御する方法には、Ｙ信号（luminance signal）にガンマ関数を適用して映像の輝度を制御する方法と、各赤色、緑色、及び青色（以下“ＲＧＢ”という。）信号にガンマ関数を適用して映像の輝度を制御する方法とがある。前者の方法は、ＲＧＢ信号を１つのＹ信号と２つの色差信号（Ｃｂ、ＣｒまたはＩ、Ｑ）とに分離した後、Ｙ信号にガンマ関数を利用して映像の輝度を増加させた後、これを再びＲＧＢ信号に変換する方法である。
【０００４】
しかし、この方法によると、色域離脱が生じてしまうことがある。色域離脱とは、輝度が増加したＹ信号に対応する２つの色差信号が存在しないことをいう。色域離脱が発生すれば、輝度が増加した映像は元の色相または／及び彩度を維持できないため、画質の低下が生じてしまう。
【０００５】
後者の方法は、ＲＧＢ各成分に非線形累乗（nonlinear involution）を適用するので、出力ＲＧＢが入力ＲＧＢと異なる比率、すなわち、他の方向ベクトルを有することにより色変移（color variation）が発生するという問題点がある。
【０００６】
また、映像の輝度を増加させるためのヒストグラム平滑化方法（Histogram equalization；非特許文献１及び非特許文献２参照）は映像の輝度及びコントラストを増加させることができるが、出力色のベクトル方向は入力色のベクトル方向と異なることがあるため、色変移が発生する点が問題点である。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第４，７１７，９５３号明細書
【非特許文献１】
Ｗ．Ｋ．プラット（William K. Pratt）著「ディジタル・イメージ・プロセシング（Digital Image Processing）」，アメリカ合衆国，ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社（John Wiley & Sons, Inc.），１９７８年
【非特許文献２】
Ｒ．Ｃ．ゴンザレス（R.C.Gonzalez）、Ｒ．Ｅ．ウッズ（R.E.Woods）共著「ディジタル・イメージ・プロセシング（Digital Image Processing）」，アメリカ合衆国，アディソン−ウェスリー社（Addison Welsey, Inc.），１９９３年
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した問題点を解決するために本発明が解決しようとする第１の技術的な課題は、映像の輝度を増加させながらも映像の色感（色相または彩度など）を維持できる映像輝度制御装置及びその方法を提供することである。
【０００９】
本発明が解決しようとする第２の技術的な課題は、映像の輝度程度によって適応的に映像の輝度を制御する適応的映像輝度制御装置及びその方法を提供することである。
【００１０】
本発明が解決しようとする第３の技術的な課題は、映像の輝度の範囲によって適応的に映像の輝度を制御する適応的映像輝度制御装置及びその方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御装置は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、ＲＧＢの各信号のうち最大値を有する各ＲＧＢ信号の値を前記入力信号の輝度として、基準値演算部、輝度差演算部および輝度増加量演算部に出力する最大成分演算部と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して前記輝度差演算部に出力する基準値演算部と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を計算して輝度増加量演算部に出力する輝度差演算部と、前記入力信号の輝度についてのＲＧＢの単位ベクトルおよび前記輝度差に基づいて、輝度増加量を計算してＲＧＢ増加量演算部に出力する前記輝度増加量演算部と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して加算演算部に出力するＲＧＢ増加量演算部と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＧＢごとに加算してあらわされる出力信号を出力する加算演算部とを具備する。
【００１２】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御装置は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、当該ＲＧＢ信号の加重値を示す定数を当該入力信号の各ＲＧＢ信号に乗算して設定した値を前記入力信号の輝度として、基準値演算部および輝度増加量演算部に出力する輝度演算部と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して前記輝度増加量演算部に出力する基準値演算部と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を輝度増加量として計算する前記輝度増加量演算部と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して加算演算部に出力するＲＧＢ増加量演算部と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＢＧごとに加算してあらわされる出力信号を出力する加算演算部とを具備する。
【００１３】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御装置は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、当該ＲＧＢ信号の加重値を示す定数を当該入力信号の各ＲＧＢ信号に乗算して設定した値を前記入力信号の輝度として、基準値演算部および輝度増加量演算部に出力する輝度演算部と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して前記輝度増加量演算部に出力する基準値演算部と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を輝度増加量として計算する前記輝度増加量演算部と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して加算演算部に出力するＲＧＢ増加量演算部と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＢＧごとに加算してあらわされる出力信号を出力する加算演算部とを具備する。
【００１４】
前記技術的課題を達成するための映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置は、輝度向上パラメータ設定部および輝度制御部を含んで構成される映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置であって、前記輝度向上パラメータ設定部は、フレーム映像を入力し、平均輝度演算部でそのフレーム映像の平均輝度を計算し、パラメータ演算部で、当該平均輝度、および輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号に基づいて、輝度向上パラメータを計算して前記輝度制御部に出力し、前記輝度制御部は、前記フレーム映像および前記輝度向上パラメータに応答して画素別に向上した輝度値を計算して出力することを特徴とする。
【００１５】
前記技術的課題を達成するための映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置は、パラメータ設定部、輝度範囲向上部および輝度制御部を含んで構成される映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置であって、前記パラメータ設定部は、輝度向上パラメータ設定部と輝度範囲向上パラメータ設定部とを有するとともに、前記輝度向上パラメータ設定部は、輝度最小値演算部、輝度最大値演算部、第２パラメータ演算部および第３パラメータ演算部を含み、前記輝度範囲向上パラメータ設定部は、平均輝度演算部および第１パラメータ演算部を含み、前記パラメータ設定部、前記輝度範囲向上部および前記輝度制御部の各々は、フレーム単位の映像を入力し、前記平均輝度演算部は、前記映像の平均輝度を計算し、前記第１パラメータ演算部は、前記フレーム映像の平均輝度から輝度向上パラメータを計算し、前記輝度最小値演算部および輝度最大値演算部の各々は、前記映像の輝度範囲最小値および最大値を計算し、前記第２パラメータ演算部および第３パラメータ演算部は、それぞれ、適用輝度範囲最小値および最大値を計算し、前記輝度範囲向上部は、前記映像の画素別に、前記映像の輝度パラメータの属する区間別に輝度範囲が拡張された輝度値を計算し、前記輝度制御部は、前記輝度向上パラメータを利用して、画素別に輝度の増加量を計算し、前記輝度制御部は、前記映像内のすべての画素について計算された輝度の増加量を前記映像に加算して表現される出力信号を出力することを特徴とする。
【００１６】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御方法は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、ＲＧＢの各信号のうち最大値を有する各ＲＧＢ信号の値を前記入力信号の輝度として出力する段階と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して出力する段階と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を計算して出力する段階と、前記入力信号の輝度についてのＲＧＢの単位ベクトルおよび前記輝度差に基づいて、輝度増加量を計算して出力する段階と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して出力する段階と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＧＢごとに加算してあらわされる出力信号を出力する段階とを具備する。
【００１７】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御方法は、ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、当該ＲＧＢ信号の加重値を示す定数を当該入力信号の各ＲＧＢ信号に乗算して設定した値を前記入力信号の輝度として出力する段階と、利得制御部からの出力信号に応答して、前記入力信号の輝度に相応する基準輝度を計算して出力する段階と、前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を輝度増加量として計算する段階と、前記入力信号および前記輝度増加量に基づいて、前記各ＲＧＢの輝度増加量を計算して出力する段階と、前記入力信号と前記各ＲＧＢの輝度増加量とをＲＢＧごとに加算してあらわされる出力信号を出力する段階とを具備する。
【００１８】
前記技術的課題を達成するための映像輝度制御方法は、ＲＧＢ信号で構成される入力映像信号を受信し、当該入力映像信号の輝度を示す輝度パラメータを決定して出力する段階と、制御信号としての輝度向上パラメータに応答し、前記入力映像の輝度に相応する基準輝度を計算して出力する段階と、前記入力映像信号の画素の輝度値と前記基準輝度との比率をあらわす輝度向上比を求めて出力する段階と、前記輝度向上比を前記入力映像信号の画素のＲＢＧごとに乗算してあらわされた出力信号を出力する段階とを具備することを特徴とする。
【００１９】
前記技術的課題を達成するための映像の輝度程度による適応的映像輝度制御方法は、フレーム映像を入力し、平均輝度演算部でそのフレーム映像の平均輝度を計算し、当該平均輝度、および輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号に基づいて、輝度向上パラメータを計算して出力し、前記フレーム映像および前記輝度向上パラメータに応答して画素別に向上した輝度値を計算して出力することを特徴とする。
【００２０】
前記技術的課題を達成するための適応的映像輝度制御方法は、フレーム単位の映像を入力し、前記映像の平均輝度を計算し、前記フレーム映像の平均輝度から輝度向上パラメータを計算し、前記映像の輝度範囲最小値および最大値を計算し、適用輝度範囲最小値および最大値を計算し、前記映像の画素別に、前記映像の輝度パラメータの属する区間別に輝度範囲が拡張された輝度値を計算し、前記輝度向上パラメータを利用して、画素別に輝度の増加量を計算し、前記映像内のすべての画素について計算された輝度の増加量を前記映像に加算して表現される出力信号を出力することを特徴とする。
【００２５】
本発明の特徴及び利点は、添付した図面に基づいた次の望ましい実施例に関する詳細な説明によりもっと明らかになる。この前に、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、発明自者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に立脚して本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されねばならない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による望ましい実施例を添付した図面を参照して詳細に説明する。各図面に示した同じ参照符号は同じ部材を示す。
【００２７】
図１は、ＲＧＢ色空間でベクトル表現したＲＧＢ（Red, Green, Blue）信号を示す。図１において、ＲＧＢ信号は、ＲＧＢ色空間で方向と大きさとを有するベクトルとして表現されている。
【００２８】
各画素Ｐ＿１、Ｐ＿２、Ｐ＿３は、図１に示すＲＧＢ色空間で、それぞれ所定の大きさＬ＿Ａ、Ｌ＿Ｃ、Ｌ＿Ａ＋Ｌ＿Ｆと方向とを有するベクトルで表示されている。ここで、各ベクトルの大きさＬ＿Ａ、Ｌ＿Ｃ、Ｌ＿Ａ＋Ｌ＿Ｆは各画素Ｐ＿１、Ｐ＿２、Ｐ＿３の輝度をそれぞれ示し、各ベクトルの方向は色感を示すものと仮定する。
【００２９】
画素Ｐ＿１は大きさＬ＿Ａと所定の方向とを有するベクトルで表現されている。図１に示すように、画素Ｐ＿３の大きさは、画素Ｐ＿１の大きさＬ＿ＡにＬ＿Ｆを加えた大きさであり、画素Ｐ＿３の方向は、元の画素Ｐ＿１の方向と同一である。したがって、画素Ｐ＿３の輝度は画素Ｐ＿１の輝度より高く、画素Ｐ＿３の色感と画素Ｐ＿１の色感とは同一である。本発明の実施例による映像輝度制御装置及びその方法は、画素Ｐ＿１に対する画素Ｐ＿３を作るものである。
【００３０】
しかし、画素Ｐ＿２の大きさＬ＿Ｃは、画素Ｐ＿１の大きさＬ＿Ａよりも大きいが、画素Ｐ＿２の方向と元の画素Ｐ＿１の方向とは異なっている。したがって、画素Ｐ＿２の輝度は元の画素Ｐ＿１の輝度に比べて増加するが、画素Ｐ＿２の方向と元の画素Ｐ＿１の方向とが異なるため、画素Ｐ＿２の色感と元の画素Ｐ＿１の色感とが異なってしまう。したがって、映像の画質が低下するという問題点があった。
【００３１】
図２は、本発明の第１実施例による映像輝度制御装置の構成図を示す。図２に示すように、映像輝度制御装置１００は、最大成分演算部１０、基準値演算部２０、利得制御部３０、輝度差演算部４０、輝度増加量演算部５０、ＲＧＢ増加量演算部６０及び加算演算部７０を有する。
【００３２】
輝度増加量演算部５０は、Ｒ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５、チャンネル選択部５１及び輝度増加量演算回路５３を有し、ＲＧＢ増加量演算部６０はそれぞれのＲ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５及びＲＧＢ増加量演算回路６７を有する。
【００３３】
最大成分演算部１０は、所定の入力信号（または画素）を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、青色信号Ｂｉの３つの信号（または成分）のうち最大値を有する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、青色信号Ｂｉを、基準値演算部２０、輝度差演算部４０及び輝度増加量演算部５０に出力する。すなわち、最大成分演算部１０は所定の入力信号を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、青色信号Ｂｉのうち最大値を有する信号の値を、入力信号の輝度（Ｙ、以下“最大成分（信号）の輝度”という）と定めて出力する。
【００３４】
基準値演算部２０は、利得制御部３０の出力信号Ｇｖａｌ及び最大成分演算部１０の出力信号Ｙに応答して最大成分演算部１０の出力信号Ｙに相応する基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを計算し、基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを輝度差演算部４０に出力する。利得制御部３０の出力信号Ｇｖａｌは、ユーザが制御することができる。すなわち、基準値演算部２０は、最大成分演算部１０の出力信号Ｙに相応する基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを計算する。基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙは最大成分演算部１０の出力信号Ｙに対応する所定のルックアップテーブルを使用して計算することができる。
【００３５】
輝度差演算部４０は、基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙ及び最大成分の輝度Ｙに応答して前記出力信号Ｒｅｆ＿Ｙ，Ｙの輝度差ｄｉｆ＿Ｙを計算し、輝度差ｄｉｆ＿Ｙを輝度増加量演算部５０に出力する。すなわち、輝度差演算部４０は元の入力信号の輝度Ｙ及び基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙに応答して両信号Ｒｅｆ＿Ｙ，Ｙの輝度差ｄｉｆ＿Ｙを出力する。
【００３６】
輝度増加量演算部５０は、所定の入力信号、最大成分演算部１０の出力信号及び輝度差演算部４０の出力信号ｄｉｆ＿Ｙに応答して、最大信号（成分）の輝度Ｙに対する輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙを計算し、輝度増加量Ｉｎｃ＿ＹをＲＧＢ増加量演算部６０に出力する。
【００３７】
ＲＧＢ増加量演算部６０は、所定の入力信号及び輝度増加量演算部５０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙに応答して各ＲＧＢに対する各ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを計算し、前記ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂは加算演算部７０に出力する。各ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂは、輝度増加量演算部５０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙと、所定の入力信号を構成する赤色、緑色、及び青色に対する単位ベクトルとの乗算で演算される。
【００３８】
加算演算部７０は、所定の入力信号を構成するＲＧＢと、ＲＧＢ増加量演算部６０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂとの和である出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。
【００３９】
Ｒ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５それぞれは、各チャンネルに入力される赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、及び青色信号Ｂｉに対するそれぞれの単位ベクトルＲ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃを計算して、前記それぞれの単位ベクトルＲ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃをチャンネル選択部５１及びＲＧＢ増加量演算回路６０に出力する。チャンネル選択部５１は、最大成分演算部１０の出力信号に応答してＲ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５の出力信号Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃのうち一つを選択し、選択された信号を輝度増加量演算回路７５に出力する。チャンネル選択部５１は最大単位ベクトルを出力することが望ましい。
【００４０】
輝度増加量演算回路５３は、チャンネル選択部５１の出力信号と輝度差演算部４０の出力信号ｄｉｆ＿Ｙとを乗算し、その結果をＲＧＢ増加量演算回路６７に出力する。ＲＧＢ増加量演算回路６７は、輝度増加量演算回路５３の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙと、Ｒ／Ｇ／Ｂチャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５それぞれの出力信号Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃとをそれぞれのＲ／Ｇ／Ｂチャンネル別に乗算してその結果Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを加算演算部７０に出力する。
【００４１】
図３は、本発明の第２実施例による映像輝度制御装置の構成図を示す。図３の映像輝度制御装置２００は、基準値演算部２０、利得制御部３０、輝度演算部１１０、輝度増加量演算部１３０、ＲＧＢ増加量演算部６０及び加算演算部７０を有する。図３の映像輝度制御装置２００は、図２の映像輝度制御装置１００と似ているため、輝度演算部１１０、輝度増加量演算部１３０についてのみ説明する。
【００４２】
輝度演算部１１０は、ＲＧＢで構成される所定の入力信号に対する輝度Ｙを計算して、その結果を基準値演算部２０及び輝度増加量演算部１３０に出力する。輝度増加量演算部１３０は、基準値演算部２０の出力信号Ｒｅｆ＿Ｙと輝度演算部１１０の出力信号Ｙとの輝度差ｄｉｆ＿Ｙを計算し、輝度差ｄｉｆ＿ＹをＲＧＢ増加量演算部６０に出力する。この場合、輝度差ｄｉｆ＿Ｙは輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙと同一である。
【００４３】
ＲＧＢ増加量演算部６０は、所定の入力信号及び輝度増加量演算部１３０の出力信号ｄｉｆ＿Ｙに応答して各ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを計算し、前記ＲＧＢ増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを加算演算部７０に出力する。加算演算部７０は、入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，ＢｉとＲＧＢ増加量演算部６０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂとの和である出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。
【００４４】
図４は、本発明の第３実施例による映像輝度制御装置の構成図を示す。図４の映像輝度制御装置３００は輝度パラメータ演算部１４５、基準値演算部２０、輝度向上比除算部１４０、ＲＧＢ乗算部１５０を有する。
【００４５】
輝度パラメータ演算部１４５は、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが入力されると、入力映像の輝度パラメータを決定し、基準値演算部２０、輝度向上比除算部１４０に出力する。輝度パラメータを決定する方法はいろいろある。例えば、入力映像信号を構成するＲｉ、Ｇｉ、Ｂｉの３要素の値のうち最大値を輝度パラメータとして決定することができる。
【００４６】
基準値演算部２０に関する説明は、前述同様なので説明を略す。
【００４７】
輝度向上比除算部１４０は、基準値演算部２０から基準輝度値が入力される一方、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータが入力されると、両入力信号値を除算した後、その結果をＲＧＢ乗算部１５０に出力する。ＲＧＢ乗算部１５０は、入力映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉそれぞれに対して輝度向上比除算部１４０から入力された輝度向上比を乗算して輝度が向上した信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。
【００４８】
図５は、本発明の第１実施例による映像輝度制御方法を示すフローチャートである。図１、図２及び図５を参照して所定の入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉに対する輝度を増加させる方法は次の通りである。
【００４９】
最大成分演算部１０は、赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉで構成される所定の入力信号（または画素）を受信して（第４００段階）、赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉのうち最大値を有する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉまたは青色信号Ｂｉを、数式１によって求める（第４１０段階）。
【００５０】
【数１】
ここで、Ｙは所定の入力信号（または画素）を構成する３信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉのうち最大値を有する信号の値を意味する。最大成分演算部１０は最大信号（または成分）に対する輝度Ｙを基準値演算部２０、輝度差演算部４０及び輝度増加量演算部５０に出力する。
【００５２】
基準値演算部２０は、利得制御部３０の出力信号Ｇｖａｌに応答して（第４２１段階）、所定の入力信号または最大信号（または成分）に対する輝度Ｙに相応する基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを、数式２によって計算し、基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを輝度差演算部４０に出力する（第４２０段階）。
【００５３】
【数２】
ここで、Ｒｅｆ＿ＹはＦ（Ｙ）であり、Ｆ（Ｙ）は数式１で表現される最大信号（または成分）に対する輝度Ｙに対する関数である。すなわち、基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙは最大信号（または成分）に対する輝度Ｙ及び利得制御部３０の出力信号Ｇｖａｌによって決定される。
【００５５】
図８は、本発明による輝度増加量を抽出する第１説明図である。図８を参照すれば、関数Ｆ（）は数式３のように表現される。
【００５６】
【数３】
ここでｇ１はスケール定数であり、ｇ２はオフセット定数、Ｇｖａｌは累乗を示す定数である。ｘは輝度Ｙを意味し、ｘ＿ｍａｘは最大輝度Ｙで白色（例えばＲ、Ｇ、Ｂがすべて最大である場合）に対応する。
【００５８】
点線で図示された対角線は傾度１を示し、関数Ｆ（）は非線形関数であって基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを示し、点Ｂ１は元の入力信号または画素の輝度Ｙを示し、点Ｂ２は関数Ｆ（）によって生成される基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを意味する。すなわち、Ｂ１はＹであり、すなわち、Ｂ２はＲｅｆ＿Ｙである。
【００５９】
図９は、本発明による輝度増加量を抽出する第２説明図である。図９の関数Ｆ（ｘ）は二つの非線形関数で構成され、関数Ｆ（ｘ）は数式４で表現される。
【００６０】
【数４】
ここでｘ＿ｔｈは輝度区間の境界値を示し、ｇ１１は第１区間のスケール定数を示し、ｇ２１は第１区間のオフセット定数を示し、Ｇｖａｌ１は第１区間の累乗を示す。また、ｇ１２は第２区間のスケール定数を示し、ｇ２２は第２区間のオフセット定数を示し、Ｇｖａｌ２は第２区間の累乗を示す。
【００６２】
関数Ｆ１（）及びＦ２（）は非線形関数であって基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを示し、点Ｂ１は元の入力信号または画素の輝度Ｙを示し、点Ｂ２は関数Ｆ１（）によって生成される基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを意味する。すなわち、Ｂ２はＲｅｆ＿Ｙである。
【００６３】
ｍ個の非線形関数を使用する場合、関数Ｆ（ｘ）は数式５のように表現される。
【００６４】
【数５】
ここでｋは区間を指定する指定子を示し、ｇ１（ｋ）はｋ区間でのスケール定数を示し、ｇ２（ｋ）はｋ区間でのオフセット定数を示し、Ｇｖａｌ（ｋ）はｋ区間での累乗を示す。数式５で表現される関数の図示は略す。
【００６６】
図１０は、本発明による輝度増加量を抽出する第３説明図である。図１０は、本発明で使われる関数Ｆ（ｘ）のまた他の構成例であり、関数Ｆ（ｘ）は線形関数で表現される。
【００６７】
【数６】
ここで、ｋは区間を指定する指定子を示し、ｓ１は直線傾度を示し、ｓ２はオフセットを示す。また、関数Ｆ１（）及びＦ２（）は線形関数であって基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを示し、点Ｂ１は元の入力信号または画素の輝度Ｙを示し、点Ｂ２は関数Ｆ１（）によって生成される基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを意味する。すなわち、Ｂ２はＲｅｆ＿Ｙである。
【００６９】
図１１は、本発明による輝度増加量を抽出する第４説明図である。図１１の関数は線形関数Ｆ２（）と非線形関数Ｆ１（）とより構成される。ここでＢ１はＹであり、Ｂ２はＲｅｆ＿Ｙである。
【００７０】
図１２は、本発明による輝度増加量を抽出する第４説明図である。図１２は、前記数式３の関数Ｆ（）がｇ１＝１、ｇ２＝０、Ｙ＿Ｇｖａｌ値が１より大きい時に現れるグラフであって、入力映像の輝度を減らす時に使われうる。点Ｂ１は元の画素の輝度値（Ｙ＝Ｂ１）を意味し、点Ｂ３は関数Ｆ（）により得られた基準輝度値（Ｒｅｆ＿Ｙ＝Ｂ３）を意味する。
【００７１】
図８ないし図１２の関数Ｆ（）は、本発明の実施例を説明するための関数であるが、本発明による関数は、図８ないし図１２の関数Ｆ（）に限定されるわけではない。
【００７２】
輝度差演算部４０は、数式７で表現される輝度差ｄｉｆ＿Ｙを計算する（第４３０段階）。すなわち、輝度差演算部４０は点Ｂ２と点Ｂ１との差を計算する。
【００７３】
【数７】
数式３及び７に示すように、累乗Ｇｖａｌが１以下であれば輝度Ｙに対する基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙが増加し、累乗Ｇｖａｌが０に接近すれば輝度差ｄｉｆ＿Ｙは増加する。したがって、輝度差ｄｉｆ＿Ｙは累乗Ｇｖａｌに応答して制御される。
【００７５】
輝度増加量演算部５０は、チャンネル選択部５１の出力信号及び輝度差演算部４０の出力信号ｄｉｆ＿Ｙに応答して数式８を通じて輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙを計算する（第４４０段階）。
【００７６】
【数８】
ここでＭａｘ＿Ｖｅｃｔｏｒは、所定の入力信号（または画素）を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉのうち最大値を有する信号（または成分）に対する単位ベクトルを意味する。ここで、輝度差ｄｉｆ＿ＹはＲＧＢの全成分に対する輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙを示す。
【００７８】
ＲＧＢ増加量演算部６０は、輝度増加量演算部５０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙ及び各チャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５の各出力信号Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃに応答して数式９で表現される所定の入力信号（または画素）を構成する各赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉの増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを計算する（第４５０段階）。
【００７９】
【数９】
ここで、ｂ１はスケール定数であり、Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃそそれぞれは赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉに対する単位ベクトルを示す。
【００８１】
加算演算部７０は、所定の入力信号を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉと、ＲＧＢ増加量演算部６０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂとに応答して輝度が増加した赤色信号Ｒｏ、緑色信号Ｇｏ及び青色信号Ｂｏを出力する。赤色信号Ｒｏ、緑色信号Ｇｏ及び青色信号Ｂｏは数式１０のように表現される。
【００８２】
【数１０】
輝度が増加したそれぞれの赤色信号Ｒｏ、緑色信号Ｇｏ及び青色信号Ｂｏは元のＲｉ、Ｇｉ及びＢｉと輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂとのそれぞれの和で表現される。したがって、本発明の一実施例による映像の輝度制御装置１００は、入力信号の輝度を増加させながら元の色相、彩度などの色感を維持できる効果がある。
【００８４】
また、出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏの輝度増加量が最大輝度を超過できないため、出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，ＢｏはＲＧＢ空間でそれぞれの最大値を超過しない。
【００８５】
図６は、本発明の第２実施例による映像輝度制御方法を示すフローチャートである。図３及び図６を参照して入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉの輝度を増加させる方法を説明する。図６は図５と似ているため、以下、図６の特徴的な部分だけ詳細に説明する。
【００８６】
輝度演算部１１０は、赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ、青色信号Ｂｉで構成される所定の入力信号を受信して（第５００段階）、入力信号に対する輝度Ｙを数式１１を通じて計算する。すなわち、輝度演算部１１０は、所定の入力信号を構成する赤色信号Ｒｉ、緑色信号Ｇｉ及び青色信号Ｂｉに応答して所定の入力信号の輝度Ｙを計算する（第５１０段階）。
【００８７】
【数１１】
ここで、ａ１、ａ２、及びａ３それぞれは所定の入力信号を構成するＲＧＢ信号の加重値を示す定数である。基準値演算部２０は、輝度演算部１１０の出力信号Ｙに応答して基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙを数式２を通じて求める（第５２０段階）。
【００８９】
輝度増加量演算部１３０は、入力信号に対する輝度Ｙ及び基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙに応答して、数式１２を通じて入力信号に対する輝度Ｙと基準輝度Ｒｅｆ＿Ｙとの輝度差ｄｉｆ＿Ｙを求める（第５３０段階）。この場合、輝度差ｄｉｆ＿Ｙは輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｙである。
【００９０】
【数１２】
ＲＧＢ増加量演算部６０は、輝度増加量演算部５０の出力信号Ｉｎｃ＿Ｙ及び各チャンネル単位ベクトル演算部６１、６３、６５の出力信号Ｒ＿ｖｅｃ，Ｇ＿ｖｅｃ，Ｂ＿ｖｅｃに応答して数式９で表現されるＲＧＢの各輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂを計算する（第５４０段階）。
【００９２】
加算演算部７０は、入力信号を構成する３信号それぞれ及びそれぞれの輝度増加量Ｉｎｃ＿Ｒ，Ｉｎｃ＿Ｇ，Ｉｎｃ＿Ｂに応答して輝度が増加した出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏは数式１０のように表現される。
【００９３】
図７は、本発明の第３実施例による映像輝度制御方法を示すフローチャートである。図４及び図７を参照して入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉの輝度を増加させる方法を説明する。
【００９４】
まず、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが輝度パラメータ演算部１４５に入力される（第６００段階）。
【００９５】
入力信号Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉで表現可能な色域内で輝度を向上させるためには、入力信号の輝度を示す輝度パラメータが必要である。輝度パラメータを求める方法はいろいろある。第１の方法は、ＲＧＢ色空間上で任意の画素値Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉのうち最大値を輝度パラメータとして定めることである。すなわち、前述した数式１により輝度パラメータ演算部１４５で輝度パラメータＹ＿ｃｈを求める（第６１０段階）。
【００９６】
輝度パラメータを求める第２の方法は、前述した数式１１により求めることである。第３の方法は非線形方程式（数式１３）を利用する。
【００９７】
【数１３】
ここでｑ１はスケール定数、ｑ３はオフセット値、ｑ２は累乗、ＹはＲＧＢに対する線形輝度値であり、前記のＹｃになりうる。Ｙｍａｘは輝度の最大値、Ｌは入力Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉに対する非線形輝度を意味する。国際標準色空間であるＣＩＥ Ｌ＊の場合には、ｑ１＝１１６、ｑ２＝１／３、ｑ３＝１６を使用する。
【００９９】
第６１０段階後に、基準値演算部２０では基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙを求める（第６２０段階）。この時、輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌが制御信号として入力される（第６３０段階）。基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙは数式２のように表現される。ここで、関数Ｆ（）は輝度Ｙ＿ｃｈ（またはＹｃ、Ｌ）の関数であり、図８ないし図１２にＦ（）の例が示されており、図８ないし図１１の説明は前述した通りであり、図１２は関数Ｆ（）がｇ１＝１、ｇ２＝０、Ｙ＿Ｇｖａｌ値が１より大きい時に示すグラフであって、入力映像の輝度を減らす時に使用できる。図１２で、点Ｂ１は元の画素の輝度値を意味し、点Ｂ３は関数Ｆ（）により得られた基準輝度値（Ｒｅｆ＿Ｙ＝Ｂ３）を意味する。
【０１００】
第６２０段階後に、輝度向上比除算部１４０で入力画素の輝度値Ｙ＿ｃｈと基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙとの比率の輝度向上比Ｂｒｔ＿ｒａｔｉｏを求める（第６４０段階）。
【０１０１】
【数１４】
前記数式１４を利用して任意の入力画素に対する輝度向上比を求める。
【０１０３】
第６４０段階後に、ＲＧＢ乗算部１５０では第６４０段階で求めた輝度向上比を入力画素のＲＧＢそれぞれの成分に乗算して、輝度が向上した出力画素値を得る（第６５０段階）。
【０１０４】
【数１５】
数式１４のＲｅｆ＿ＹはＲＧＢ色空間で色域範囲内の値であり、ＲＧＢのうち最大値の向上比であるＢｒｔ＿ｒａｔｉｏも色域範囲内の値であるため、ＲＧＢのうち最大値と同一か、あるいは最大値より小さな残りの２成分の値も同一向上比を乗算する時、これらも色域範囲内の値になる。
【０１０６】
第６５０段階後に、輝度が向上した出力信号Ｒｏ，Ｇｏ，ＢｏがＲＧＢ乗算部１５０から出力される（第６６０段階）
【０１０７】
数式３でｇ１、ｇ２、Ｙ＿Ｇｖａｌのような輝度向上パラメータが必要である。これら輝度向上パラメータはユーザの制御によりそれぞれの値が調整される。
【０１０８】
図１３は、本発明の実施例による映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置を示すブロック図である。本実施例の適応的映像輝度制御装置は、輝度向上パラメータ設定部１６０と輝度制御部１６９とより構成される。
【０１０９】
まず、輝度向上パラメータ設定部１６０は、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが入力されつつ、輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号が入力されて、輝度向上パラメータを計算する。制御信号には基準平均輝度Ｙ＿ｒｅｆｅｒ、ＤＲ＿ｈｉｇｈ、ＤＲ＿ｌｏｗ、ＳｃａｌｅＦｕ及びＳｃａｌｅＦｄが使われるが、後で図１８を説明する際に共に説明する。
【０１１０】
輝度制御部１６９は、輝度向上パラメータ設定部１６０の出力である輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌが入力されて、映像信号の輝度を制御して向上した輝度信号を出力する。輝度制御部１６９は、図２ないし図４で説明した輝度制御装置１００、２００、３００が使用できる。
【０１１１】
図１４は、図１３に示す輝度向上パラメータ設定部１６０の詳細ブロック図であり、ＲＧＢ信号変換部１６１、平均輝度演算部１６３及びパラメータ演算部１６５より構成される。
【０１１２】
まず、ＲＧＢ信号変換部１６１は、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが入力されると、それを輝度信号Ｙに変換した後、平均輝度演算部１６３に出力する。しかし、もし入力映像信号がＲＧＢ形態ではなくＹ、Ｃｂ、Ｃｒの形態であれば、ＲＧＢ信号変換部１６１は不要である。
【０１１３】
平均輝度演算部１６３は、入力された輝度値の平均を求めた後、その結果をパラメータ演算部１６５に出力する。フレーム単位で映像が処理される場合には一フレームの画素の輝度値を平均する。
【０１１４】
パラメータ演算部１６５は、平均輝度演算部１６３から平均輝度が入力されつつ輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号が入力されると、輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算して、これを輝度制御部１６９に出力する。
【０１１５】
図１６は、本発明の実施例による映像の輝度程度による適応的映像輝度制御方法を示すフローチャートである。図１３ないし図１６を参照して、入力信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉの輝度程度によって適応的に映像の輝度を増加させる方法を説明する。
【０１１６】
映像の輝度程度を示す代表的なパラメータは映像の平均輝度である。図１５は輝度が互いに異なる３つの映像の輝度ヒストグラムを示す図面であり、映像の輝度信号の分布を、映像の輝度が暗い場合のＤ１、中間輝度の場合のＤ２及び高輝度の場合のＤ３として示している。そしてＤ１〜Ｄ３の輝度程度を表現する平均輝度は各々Ｄｃ１、Ｄｃ２、Ｄｃ３で表記する。
【０１１７】
図１６で、まず、一フレーム映像が輝度向上パラメータ設定部１６０及び輝度制御部１６９に入力される（第７００段階）。
【０１１８】
平均輝度演算部１６３で入力映像の平均輝度を計算する（第７１０段階）。
【０１１９】
パラメータ演算部１６５から平均輝度が入力されて制御信号によって輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算する（第７３０段階）。
【０１２０】
輝度制御部１６９で輝度向上パラメータ及び入力映像信号に応答して画素別に向上した輝度値を計算する（第７５０段階）。向上した輝度値は、前述した図５ないし図７に示すように計算することができる。
【０１２１】
輝度制御部１６９から向上した輝度値を出力する（第７６０段階）。
【０１２２】
図１７は、図１６に示す第７１０段階の詳細フローチャートである。図１７に示す段階は、図１４に示す平均輝度演算部１６３で行われる。以下、図１７を参照して平均輝度を計算する第７１０段階を詳細に説明する。
【０１２３】
映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎは次の数式１６のように表現される。
【０１２４】
【数１６】
ここで、Ｙｃは輝度を示すパラメータであり、数式１で表現できる。添字ｉは映像内の任意の空間座標を示すインデックスであり、Ｎは映像の総画素数である。
【０１２６】
平均輝度を計算する第７１０段階において、まず、一フレーム映像の開始直前に添字ｉ＝０、輝度和（Ｙ＿ｓｕｍ）＝０に設定する（第７１１段階）。
【０１２７】
画素値Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉが入力される（第７１２段階）。
【０１２８】
ｉに該当する位置の入力画素値Ｒｉ、Ｇｉ、Ｂｉに対する輝度値を計算する（第７１３段階）。図面の第７１３段階には数式１１による輝度値が示されている。しかし、数式１または数式１３により輝度値を求めうることはもちろんである。
【０１２９】
第７１３段階で求めた輝度値を輝度和Ｙ＿ｓｕｍに加算する（第７１４段階）。
【０１３０】
第７１４段階後に、ｉがフレーム映像を構成する総画素数より小さいかどうかを比較する（第７１５段階）。
【０１３１】
ｉが総画素数より小さい場合にｉを１増加させた後、第７１２段階に戻って反復して段階を行う（第７１６段階）。
【０１３２】
第７１５段階でｉが総画素数より小さくない場合には輝度和Ｙ＿ｓｕｍを総画素数で割って映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎを計算する（第７１７段階）。
【０１３３】
図１８は、図１６に示す第７３０段階の詳細フローチャートである。図１８に示す段階は、図１４に示すパラメータ演算部１６５で行われる。以下、図１８を参照して輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算する第７３０段階を詳細に説明する。
【０１３４】
まず、第７１０段階で求めた映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎと基準平均輝度Ｙ＿ｒｅｆｅｒとの平均輝度差Ｙ＿ｄｉｆｆｅｒを求める（第７３１段階）。映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎによる輝度増減を決定するために平均輝度の基準になる基準平均輝度Ｙ＿ｒｅｆｅｒを使用する。基準平均輝度は、映像の輝度増減が要らない時の平均輝度値である。したがって、入力平均輝度値が基準平均輝度値より小さい場合、映像の輝度増加が要求され、入力平均輝度値が基準平均輝度値より大きい場合、映像の輝度減少が要求される。映像の輝度増加または減少を行う方法として、数式３でガンマ指数であるＧｖａｌを輝度向上パラメータとして利用することができる。
【０１３５】
第７３１段階後、平均輝度差Ｙ＿ｄｉｆｆｅｒが正数であれば、次の数式１７を利用して輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算する（第７３５段階）。
【０１３６】
【数１７】
平均輝度差Ｙ＿ｄｉｆｆｅｒが負数であれば、次の数式１８を利用して輝度向上パラメータを計算する（第７３７段階）。
【０１３８】
【数１８】
前記数式１７及び数式１８で、Ｇ＿ｄｅｆは基準平均輝度値に対するガンマ指数である輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌの基準値を表現し、ＤＲ＿ｈｉｇｈは映像の平均輝度に対する最大許容値、ＤＲ＿ｌｏｗは映像の平均輝度に対する最小許容値を意味し、スケールファクタであるＳｃａｌｅＦｕとＳｃａｌｅＦｄとは各々ガンマ指数の最大及び最小許容範囲を示す値である。各値の例として、Ｇ＿ｄｅｆ＝１、Ｙ＿ｒｅｆｅｒ＝１６８、ＤＲ＿ｈｉｇｈ＝２５０、ＤＲ＿ｌｏｗ＝５０、ＳｃａｌｅＦｕ＝ＳｃａｌｅＦｄ＝０．５を使用できる。基準平均輝度Ｙ＿ｒｅｆｅｒ、ＤＲ＿ｈｉｇｈ、ＤＲ＿ｌｏｗ、ＳｃａｌｅＦｕ及びＳｃａｌｅＦｄは、図１３に示す輝度向上パラメータ設定部１６０に入力される所定制御信号として使用されるが、その値は、ユーザまたはチップメーカーにより調整可能である。
【０１４０】
図１９は、本発明の実施例による映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御装置を示すブロック図である。本実施例の適応的映像輝度制御装置は、パラメータ設定部１７０、輝度範囲向上部１８０及び輝度制御部１９０より構成される。
【０１４１】
まず、パラメータ設定部１７０には、映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ及び輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号、輝度範囲最小値のスケール値を含む制御信号ＬｏｗＳｃａｌｅ、輝度範囲最大値のスケール値を含む制御信号ＨｉｇｈＳｃａｌｅが入力される。ここで輝度向上に必要なスケール値を含む制御信号は、図１３に示す輝度向上パラメータ設定部１６０に入力される制御信号と同一である。すなわち、基準平均輝度値Ｙ＿ｒｅｆｅｒ、映像の平均輝度に対する最大許容値ＤＲ＿ｈｉｇｈ、映像の平均輝度に対する最小許容値ＤＲ＿ｌｏｗ、及びスケールファクタとしてガンマ指数である輝度向上パラメータの最大許容範囲を示す値ＳｃａｌｅＦｕ及びガンマ指数の最小許容範囲を示す値ＳｃａｌｅＦｄになる。このような輝度向上パラメータ設定部１６０に入力される制御信号または輝度範囲のスケール値を含む制御信号の有無によって、図１９に示す適応的映像輝度制御装置は、輝度範囲または輝度程度によって、あるいは輝度範囲及び輝度程度によって適応的に映像の輝度を制御する機能を行う。
【０１４２】
パラメータ設定部１７０は、輝度向上パラメータを輝度制御部１９０に出力する一方、４種の輝度範囲向上パラメータ、すなわち、入力信号の輝度の最小値Ｙ＿ｌｏｗ、入力信号の輝度の最大値Ｙ＿ｈｉｇｈ、輝度範囲が拡張される場合に拡張された輝度範囲の最小値ＡｐｐＹＬ、及び輝度範囲が拡張される場合に拡張された輝度範囲の最大値ＡｐｐＹＨを、輝度範囲向上部１８０に出力する。
【０１４３】
輝度範囲向上部１８０は、パラメータ設定部１７０から前記４種の輝度範囲向上パラメータＹ＿ｌｏｗ、Ｙ＿ｈｉｇｈ、ＡｐｐＹＬ、ＡｐｐＹＨが入力され、ＭＩＣＯＭ（図示せず）から輝度範囲パラメータである基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹＨ、基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹＬ、拡張された輝度範囲の基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹｏＨ及び拡張された輝度範囲の基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹｏＬが入力されつつ映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉが入力されて、画素別に輝度範囲向上を行って、その結果を輝度制御部１９０に出力する。
【０１４４】
輝度制御部１９０は、パラメータ設定部１７０から輝度向上パラメータが入力されつつ輝度範囲向上部１８０から輝度範囲が向上した信号が入力されて映像信号Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉに対して画素別に輝度向上を計算した後、輝度が向上した信号Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを出力する。
【０１４５】
図２０は、図１９に示すパラメータ設定部１７０の詳細構成を示す実施例である。本実施例のパラメータ設定部１７０は、輝度向上パラメータ設定部１６０と輝度範囲向上パラメータ設定部１７１とより構成される。そして、輝度範囲向上パラメータ設定部１７１は、ＲＧＢ信号変換部１６１、輝度最小値演算部１７４、輝度最大値演算部１７６、第２パラメータ演算部１７５及び第３パラメータ演算部１７７から構成される。輝度向上パラメータ設定部１６０は、前述した通りである。
【０１４６】
輝度向上パラメータ設定部１６０は前述した通りなので説明を略し、輝度範囲向上パラメータ設定部１７１について以下に説明する。
【０１４７】
まず、前述したようにＲＧＢ信号変換部１６１は、入力映像信号がＲＧＢ形態の信号である場合に輝度信号に変換して輝度最小値演算部１７４と輝度最大値演算部１７６とに各々出力する。したがって、入力映像信号がＲＧＢ形態でない場合にはＲＧＢ信号変換部は不要である。
【０１４８】
輝度最小値演算部１７４は、入力された輝度値のうち最小値Ｙ＿ｌｏｗを求めた後、その結果を第２パラメータ演算部１７５と輝度範囲向上部１８０とに出力する。
【０１４９】
第２パラメータ演算部１７５は、輝度最小値Ｙ＿ｌｏｗが入力される一方で輝度範囲最小値のスケール値を含む制御信号ＬｏｗＳｃａｌｅが入力されて適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬを計算した後、これを輝度範囲向上部１８０に出力する。
【０１５０】
輝度最大値演算部１７６は、入力された輝度値のうち最大値Ｙ＿ｈｉｇｈを求めた後、その結果を第３パラメータ演算部１７７及び輝度範囲向上部１８０に出力する。
【０１５１】
第３パラメータ演算部１７７は、輝度最大値Ｙ＿ｈｉｇｈが入力される一方で、輝度範囲最大値のスケール値を含む制御信号ＨｉｇｈＳｃａｌｅが入力されて、適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨを計算した後、これを輝度範囲向上部１８０に出力する。
【０１５２】
図２１及び図２２は、図１９に示す輝度範囲向上部１８０の詳細構成を示す実施例である。
【０１５３】
まず、図２１の輝度範囲向上部１８０は、輝度パラメータ演算部１４５、区間比較部１８１、区間選択部１８９及び区間別輝度信号演算部１８２より構成され、区間別輝度信号演算部１８２は、第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７より構成される。
【０１５４】
輝度パラメータ演算部１４５は前述したことと同じなので詳細な説明は略し、輝度パラメータ演算部１４５の出力である輝度パラメータＹ＿ｃｈは輝度制御部１９０に入力され、一方に区間比較部１８１、第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７に入力される。
【０１５５】
区間比較部１８１は、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される一方で入力映像の区間範囲の最小及び最大値であるＹ＿ｌｏｗとＹ＿ｈｉｇｈとが各々パラメータ設定部１７０から入力される。
【０１５６】
輝度パラメータＹ＿ｃｈをＹ＿ｌｏｗ及びＹ＿ｈｉｇｈと比較してＹ＿ｌｏｗより小さいか、Ｙ＿ｌｏｗとＹ＿ｈｉｇｈとの間にあるか、あるいはＹ＿ｈｉｇｈより大きいかを判断していずれの区間に属しているかを決定して、相応する区間情報を区間選択部１８９に出力する。
【０１５７】
第１区間演算部１８３は、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される。さらに、第１区間演算部１８３は、パラメータ設定部１７０から入力信号の輝度の最小値Ｙ＿ｌｏｗと、輝度範囲が拡張される場合に拡張された輝度範囲の最小値ＡｐｐＹＬとが入力され、マイコン（図示せず）から、基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹＬと、拡張された輝度範囲の基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹｏＬとが入力されて、Ｙ＿ｃｈを対象として輝度範囲が向上した値を計算した後、その結果を区間選択部１８９に出力する。
【０１５８】
第２区間演算部１８５は、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される。さらに、第２区間演算部１８５は、パラメータ設定部１７０）からＹ＿ｌｏｗ、Ｙ＿ｈｉｇｈ、ＡｐｐＹＬ及びＡｐｐＹＨが入力され、Ｙ＿ｃｈを対象として輝度範囲が向上した値を計算した後、その結果を区間選択部１８９に出力する。
【０１５９】
第３区間演算部１８７は、輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される。さらに、第３区間演算部１８７は、パラメータ設定部１７０からＹ＿ｈｉｇｈ及びＡｐｐＹＨが入力され、マイコンから基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹＨと拡張された輝度範囲の基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹｏＨとが入力され、Ｙ＿ｃｈを対象として輝度範囲が向上した値を計算した後、その結果を区間選択部１８９に出力する。
【０１６０】
区間選択部１８９は、第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７それぞれから入力された信号のうち区間比較部１８１から入力された区間情報に相応する一つの信号を選択して輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を輝度制御部１９０に出力する機能を行う。
【０１６１】
図２２の輝度範囲向上部１８０は、輝度パラメータ演算部１４５、区間比較部１８１及び区間別輝度信号演算部１８２で構成され、区間別輝度信号演算部１８２は、第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７で構成される。図２１に示す装置と似ているので特徴的な部分だけ以下で説明する。
【０１６２】
区間比較部１８１は、区間情報を第１区間演算部１８３、第２区間演算部１８５及び第３区間演算部１８７それぞれに出力して該当区間に相応する区間演算部の出力だけをイネーブルさせて出力し、他の区間演算部はディセーブルさせる。したがって、輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１が輝度制御部１９０に出力される。
【０１６３】
図２３は図１９に示す輝度制御部１９０の詳細構成を示す図面である。図２３に示すように、輝度制御部１９０は、基準値演算部２０、輝度向上比除算部１４０及びＲＧＢ乗算部１５０で構成される。図２３に示す輝度制御部１９０は、図４に示す輝度制御装置と似ていて輝度パラメータ演算部１４５が除外されただけで他の構成要素の動作は同一である。したがって特徴的な部分だけ以下で説明する。
【０１６４】
図４の装置と比較した時の差異点は、図２３の基準値演算部２０が図４でのように輝度パラメータ演算部１４５から輝度パラメータＹ＿ｃｈが入力される代わりに、輝度範囲向上部１８０の出力である輝度範囲が向上した信号Ｙ１が入力されて基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙを計算するという点である。輝度範囲が向上した信号Ｙ１を数式３で表現される関数Ｆ（）の変数ｘとして使用することによって映像の輝度範囲によって適応的に映像輝度を制御できる。
【０１６５】
図２４は、本発明の実施例による映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御方法を説明するためのフローチャートである。
【０１６６】
映像の輝度範囲Ｙ＿ＤＲを表現する方法は次の通りである。
【０１６７】
【数１９】
ここで、Ｙ＿ｈｉｇｈは映像の輝度値のうち最大値を意味し、Ｙ＿ｌｏｗは映像の輝度値のうち最小値を意味する。前記Ｙ＿ｈｉｇｈとＹ＿ｌｏｗとを各々総画素数を基準に輝度が上位１０％と下位１０％の位置にある輝度値として設定できる。
【０１６９】
一方、映像の対比が大きいということはＹ＿ＤＲ値が大きいということと意味する。
【０１７０】
図４及び図２３に示す基準値演算部２０は、数式２及び数式３により表現される基準輝度値Ｒｅｆ＿Ｙを計算して入力映像の輝度向上のために使用する。この時、関数Ｆ（）の重要な役割として使われる現在入力映像の輝度パラメータＹ＿ｃｈの代りに輝度範囲が拡張された輝度値Ｙ１を使用すれば、入力映像の輝度範囲によって輝度が向上した出力映像を得られる。また図１６ないし図１８に示すような方法で輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算して輝度制御に利用することによって、輝度範囲による適応的映像輝度制御と共に映像の輝度程度による適応的映像輝度制御も可能になる。
【０１７１】
図１９ないし図２４を参照して映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御方法を説明する。
【０１７２】
まず、フレーム単位の映像がパラメータ設定部１７０、輝度範囲向上部１８０及び輝度制御部１９０に入力される（第８００段階）。
【０１７３】
平均輝度演算部１６３から入力された一フレーム映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎを求める（第８１０段階）。平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎは前述した図１７に示すような段階により求めうる。
【０１７４】
パラメータ演算部１６５は、映像の平均輝度Ｙ＿ｍｅａｎから輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを計算する（第８２０段階）。輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌは前述した図１８に示すような段階により求めることができる。
【０１７５】
輝度最小値演算部１７４及び輝度最大値演算部１７６は各々映像の輝度範囲最小値Ｙ＿ｌｏｗ及び最大値Ｙ＿ｈｉｇｈを計算する（第８３０段階）。輝度範囲最小値Ｙ＿ｌｏｗ及び最大値Ｙ＿ｈｉｇｈは各々映像の輝度値のうち最大値と最小値でもあるが、本実施例では輝度ヒストグラムで見る時、各々総画素数を基準に輝度が上位１０％の位置にある輝度値と下位１０％の位置にある輝度値と設定する。
【０１７６】
第２パラメータ演算部１７５及び第３パラメータ演算部１７７は各々適用輝度範囲最小値ＡｐｐＹＬ及び最大値ＡｐｐＹＨを計算する（第８４０段階）。映像の輝度範囲を拡張するためには輝度範囲の基準が必要であり、このために基準輝度範囲最大値ＲｅｆｅｒＹＨ及び基準輝度範囲最小値ＲｅｆｅｒＹＬを使用する。入力映像に対して輝度範囲値Ｙ＿ｈｉｇｈ、Ｙ＿ｌｏｗが計算されれば、輝度範囲の増加量を決定する方法は次の通りである。
【０１７７】
【数２０】
【数２１】
ここで、ＡｐｐＹＬ及びＡｐｐＹＨは各々実際映像に適用される拡張された輝度範囲の最小値及び最大値であり、ＬｏｗＳｃａｌｅ及びＨｉｇｈＳｃａｌｅは各々輝度範囲拡張程度を制御するパラメータである。パラメータ値の実施例では、ＬｏｗＳｃａｌｅ及びＨｉｇｈＳｃａｌｅの値はいずれも０．３、ＲｅｆｅｒＹＬ＝１、ＲｅｆｅｒＹＨ＝２５５である。
【０１８０】
輝度範囲向上部１８０から入力される画素別に、輝度パラメータが属している区間別に輝度範囲が拡張された信号Ｙ１を計算する（第８５０段階）。
【０１８１】
輝度制御部１９０で輝度向上パラメータＹ＿Ｇｖａｌを利用して、画素別に輝度が向上した値を計算する（第８６０段階）。この段階は、図５ないし図７に示すような段階により行うことができる。
【０１８２】
入力された一フレーム映像内のあらゆる画素が処理されるまで第８５０段階と第８６０段階とを繰り返す（第８７０段階）。
【０１８３】
図２５は、図２４に示す第８５０段階をより詳細に説明するためのフローチャートである。図１９、図２１、図２２及び図２５を参照して説明する。
【０１８４】
まず、輝度パラメータＹ＿ｃｈ、適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬ及び適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨが区間比較部１８１に入力される（第８５１段階）。
【０１８５】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬより小さいかどうかを判断する（第８５２段階）。
【０１８６】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬより小さな場合には、第１区間演算部１８３で数式２２により輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を求める（第８５３段階）。
【０１８７】
【数２２】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最小値パラメータＡｐｐＹＬより小さくない場合には、輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨより大きいかどうかを判断する（第８５４段階）。
【０１８９】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨより大きくない場合には、第２区間演算部１８５で数式２３により輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を求める（第８５５段階）。
【０１９０】
【数２３】
輝度パラメータＹ＿ｃｈが適用輝度最大値パラメータＡｐｐＹＨより大きい場合には、第３区間演算部１８７で数式２４により輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を求める（第８５６段階）。
【０１９２】
【数２４】
第８５３段階、第８５５ないし第８５６段階のそれぞれの段階後に、輝度範囲が拡張された輝度信号Ｙ１を輝度制御部１９０に出力する（第８５７段階）。
【０１９４】
本発明の方法は、コンピュータを手段として機能させるプログラムとして実現可能である。一方、本発明はまた、コンピュータで読取りできる記録媒体にコンピュータが読取りできるコードとして具現することが可能である。コンピュータで読取りできる記録媒体は、コンピュータシステムによって読取りできるデータが記憶されるすべての記録装置を含む。コンピュータで読取りできる記録媒体の例には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フレキシブルディスク、光データ記憶装置などがあり、またキャリヤウェーブ（例えば、インターネットを通した伝送）の形態に具現されるものも含む。またコンピュータで読取りできる記録媒体はネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータが読取りできるコードに記憶されて実行される。
【０１９５】
【発明の効果】
前述したように、本発明による映像の輝度制御方法及び映像の輝度制御装置は、全体または一部分の映像の輝度を増加させながらも元の色感を維持する効果がある。また本発明による映像の輝度程度による適応的輝度制御方法及び装置は、映像全体または映像の一部分で映像の輝度程度によって輝度を適応的に向上させながらも元の色感を維持する効果がある。また本発明による映像の輝度範囲及び／または輝度程度による適応的輝度制御方法及び装置は、映像全体または映像の一部分で映像の輝度範囲及び／または輝度程度によって適応的に輝度範囲及び／または輝度を向上させながらも元の色感を維持する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＧＢ信号をＲＧＢ色空間でベクトルで表現したことを示す図面である。
【図２】本発明の第１実施例による映像の輝度制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の第２実施例による映像の輝度制御装置のブロック図である。
【図４】本発明の第３実施例による映像の輝度制御装置のブロック図である。
【図５】本発明の第１実施例による映像の輝度制御方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施例による映像の輝度制御方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施例による映像の輝度制御方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第１説明図である。
【図９】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第２説明図である。
【図１０】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第３説明図である。
【図１１】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第４説明図である。
【図１２】本発明による映像の輝度増加量を抽出する第４説明図である。
【図１３】本発明の実施例による映像の輝度程度による適応的映像輝度制御装置を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示す輝度向上パラメータ設定部１６０の詳細ブロック図である。
【図１５】輝度が相異なる３つの映像の輝度ヒストグラムを示す図面である。
【図１６】本発明の実施例による映像の輝度程度による適応的映像輝度制御方法を示すフローチャートである。
【図１７】図１６に示す第７１０段階の詳細フローチャートである。
【図１８】図１６に示す第７３０段階の詳細フローチャートである。
【図１９】本発明の実施例による映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御装置を示すブロック図である。
【図２０】図１９に示すパラメータ設定部１７０の詳細構成を示す図面である。
【図２１】図１９に示す輝度範囲向上部１８０の詳細構成を示す図面である。
【図２２】図１９に示す輝度範囲向上部１８０の詳細構成の一例を示す図面である。
【図２３】図１９に示す輝度制御部１９０の詳細構成の別の例を示す図面である。
【図２４】本発明の実施例による映像の輝度範囲または輝度範囲及び輝度程度による適応的映像輝度制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図２５】図２４に示す第８５０段階をより詳細に説明するためのフローチャートである。
Claims (9)
- ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、各ＲＧＢ信号のうち最大値を有する各ＲＧＢ信号の値を前記入力信号の輝度として、基準値演算部、輝度差演算部および輝度増加量演算部に出力する最大成分演算部と、
所定の制御信号と前記入力信号の輝度を用いて、明るさが増加された出力信号の輝度が予め設定された最大輝度値を超えないようにするための基準輝度を求めて前記輝度差演算部に出力する前記基準値演算部と、
前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を計算して前記輝度増加量演算部に出力する前記輝度差演算部と、
前記当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差と前記入力信号のうち最大値を有する各ＲＧＢ信号に対する単位ベクトル間の比率に基づいて、前記入力信号全体の輝度増加量を計算してＲＧＢ増加量演算部に出力する前記輝度増加量演算部と、
前記入力信号全体に対する輝度増加量と各ＲＧＢ信号の単位ベクトルを乗算して各ＲＧＢ信号の輝度増加量を計算して加算演算部に出力する前記ＲＧＢ増加量演算部と、
前記各ＲＧＢ信号の輝度増加量を前記入力信号の各ＲＧＢ信号に加算して前記明るさが増加された出力信号を出力する前記加算演算部とを具備し、
前記制御信号はユーザにより調整され、前記明るさが増加された出力信号の輝度は色空間で最大値を超えないことを特徴とする映像輝度制御装置。 - 前記入力信号に代えて画素としたことを特徴とする請求項１に記載の映像輝度制御装置。
- ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、当該ＲＧＢ信号の加重値を示す定数を当該入力信号の各ＲＧＢ信号に乗算して設定した値を前記入力信号の輝度として、基準値演算部および輝度増加量演算部に出力する輝度演算部と、
所定の制御信号と前記入力信号の輝度を用いて、明るさが増加された出力信号の輝度が予め設定された最大輝度値を超えないようにするための基準輝度を求めて前記輝度増加量演算部に出力する前記基準値演算部と、
前記入力信号の輝度及び前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を前記入力信号全体に対する輝度増加量として計算する前記輝度増加量演算部と、
前記入力信号全体に対する輝度増加量と各ＲＧＢ信号の単位ベクトルを乗算して各ＲＧＢ信号の輝度増加量を計算して加算演算部に出力するＲＧＢ増加量演算部と、
前記各ＲＧＢ信号の輝度増加量を前記入力信号の各ＲＧＢ信号に加算して前記明るさが増加された出力信号を出力する前記加算演算部を具備し、
前記制御信号はユーザにより調整され、前記明るさが増加された出力信号の輝度は色空間で最大値を超えないことを特徴とする映像輝度制御装置。 - ＲＧＢ信号で構成される入力映像信号を受信し、当該入力映像信号の輝度を示す輝度パラメータを決定して、基準値演算部および輝度向上比除算部に出力する輝度パラメータ演算部と、
制御信号としての輝度向上パラメータと前記入力映像信号の輝度を用いて、明るさが増加された出力信号の輝度が予め設定された最大輝度値を超えないようにするための基準輝度を求めて前記輝度向上比除算部に出力する前記基準値演算部と、
前記入力映像信号の輝度パラメータと前記基準輝度との比率に基づき輝度向上比を求めてＲＧＢ乗算部に出力する前記輝度向上比除算部と、
前記輝度向上比を前記入力映像信号の画素のＲＢＧごとに乗算してあらわされた出力信号を出力するＲＧＢ乗算部とを具備し、
前記輝度向上パラメータはユーザにより調整され、前記明るさが増加された出力信号の輝度は色空間で色域範囲内に存在することを特徴とする映像輝度制御装置。 - 前記輝度パラメータは、前記入力映像信号を構成するＲＧＢの各信号のうち最大値を有する各ＲＧＢ信号の値を設定することを特徴とする請求項４に記載の映像輝度制御装置。
- ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、各ＲＧＢ信号のうち最大値を有する各ＲＧＢ信号の値を前記入力信号の輝度として出力する段階と、
ユーザにより調整された所定の制御信号と前記入力信号の輝度を用いて、明るさが増加された出力信号の輝度が予め設定された最大輝度値を超えないようにするための基準輝度を求めて出力する段階と、
前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を計算して出力する段階と、
前記入力信号の輝度と基準輝度との輝度差と前記入力信号のうち最大値を有する各ＲＧＢ信号に対する単位ベクトル間の比率に基づいて、前記入力信号全体の輝度増加量を計算して出力する段階と、
前記入力信号全体に対する輝度増加量と各ＲＧＢ信号の単位ベクトルを乗算して各ＲＧＢ信号の輝度増加量を計算して出力する段階と、
前記各ＲＧＢ信号の輝度増加量を前記入力信号の各ＲＧＢ信号に加算して前記明るさが増加された出力信号を出力する段階とを具備し、
前記明るさが増加された出力信号の輝度は色空間で最大値を超えないことを特徴とする映像輝度制御方法。 - 前記入力信号に代えて画素としたことを特徴とする請求項６に記載の映像輝度制御方法。
- ＲＧＢ信号で構成される所定の入力信号を受信し、当該ＲＧＢ信号の加重値を示す定数を当該入力信号の各ＲＧＢ信号に乗算して設定した値を前記入力信号の輝度として出力する段階と、
ユーザにより調整された所定の制御信号と前記入力信号の輝度を用いて、明るさが増加された出力信号の輝度が予め設定された最大輝度値を超えないようにするための基準輝度を求めて出力する段階と、
前記入力信号の輝度および前記基準輝度に基づいて、当該入力信号の輝度と当該基準輝度との輝度差を前記入力信号全体に対する輝度増加量として計算する段階と、
前記入力信号全体に対する輝度増加量と各ＲＧＢ信号の単位ベクトルを乗算して各ＲＧＢの輝度増加量を計算して出力する段階と、
前記各ＲＧＢ信号の輝度増加量を前記入力信号の各ＲＧＢ信号に加算して前記明るさが増加された出力信号を出力する段階とを具備し、
前記明るさが増加された出力信号の輝度は色空間で最大値を超えないことを特徴とする映像輝度制御方法。 - ＲＧＢ信号で構成される入力映像信号を受信し、当該入力映像信号の輝度を示す輝度パラメータを決定して出力する段階と、
ユーザにより調整された制御信号としての輝度向上パラメータと前記入力映像信号の輝度を用いて、明るさが増加された出力信号の輝度が予め設定された最大輝度値を超えないようにするための基準輝度を求めて出力する段階と、
前記入力映像信号の輝度パラメータと前記基準輝度との比率に基づき輝度向上比を求めて出力する段階と、
前記輝度向上比を前記入力映像信号の画素のＲＢＧごとに乗算してあらわされた出力信号を出力する段階とを具備し、
前記明るさが増加された出力信号の輝度は色空間で色域範囲内に存在することを特徴とする映像輝度制御方法。
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