JP4467416B2

JP4467416B2 - 階調補正装置

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Publication number: JP4467416B2
Application number: JP2004352134A
Authority: JP
Inventors: 明奥村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-12-06
Also published as: JP2006165828A

Description

本発明は、デレビ受像機等に採用される液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、デジタルマイクロミラー（ＤＭＤ）ディスプレイのような表示デバイスにおいて、ビデオ信号のコントラストを改善する階調補正装置に関するものである。

従来の階調補正装置は、ビデオ信号の階調補正をするために、周知のヒストグラム均等法を用いている。この方法は、画面全体の輝度値のヒストグラムに応じて、画面全体に対して同じ補正曲線を用いた階調補正を適用する方法である。しかし、画面全体に同じ階調補正を行った場合には、明暗が混在する画面において、暗い領域が真っ黒に見える黒潰れや明るい領域が真っ白に見える白潰れのような細部情報の消失が発生することがあった。

この改善策として、画面全体を複数ブロックに分割し、輝度平均値をブロック毎に求め、各ブロックの輝度平均値に応じて、あらかじめ用意された補正曲線から最適なものを選択及び適用することによって、局所的な階調補正を行う階調補正装置の提案がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−６５２５２号公報

しかしながら、上記した従来の階調補正装置では、あらかじめ用意されている補正曲線のいずれかを選択し、選択された補正曲線を用いて階調補正を行うため、適切な補正曲線の類似曲線を補正曲線として用いていることになり、適切な補正ができない可能性がある。

また、上記した従来の階調補正装置では、階調補正に際して、輝度信号と色信号について個別の回路で平均輝度測定、ヒストグラム測定、補正曲線選択、及び選択された補正曲線の適用といった処理がなされる。このため、ＲＧＢ信号で駆動する表示デバイスに適用した場合には、輝度信号と色信号のそれぞれについて上記処理を実行後、ＲＧＢ信号に変換することとなり、回路規模が増加する要因になる。

さらに、画面を複数ブロックに分割し、ブロック毎の補正曲線を適用する場合には、比較的小さな暗い領域や明るい領域が動く際に、その部分で波打つような歪（「波打ち歪」とも言う。）が発生する可能性がある。

そこで、本発明は、上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、画面の各ブロックの輝度ヒストグラムに基づいて生成された補正曲線を用いて、細部情報の消失が生じにくい適切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。

本発明の他の目的は、局所的な波打ち歪が生じにくい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。

本発明の階調補正装置は、ＲＧＢ信号から輝度信号を生成する輝度信号生成部と、前記輝度信号から、画面を分割した領域であるブロック毎に輝度レベルと該輝度レベルに対応する画素の個数との関係を示すヒストグラムを測定するブロック輝度ヒストグラム測定部と、前記ヒストグラムにおける画素の個数が所定の閾値以上となる輝度レベルの範囲内の最も低い輝度レベルである補正曲線開始位置と、前記ヒストグラムにおける画素数が前記閾値以上となる輝度レベルの範囲内の最も高い輝度レベルである補正曲線終了位置を前記ブロック毎に検出して蓄積する輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部と、前記補正曲線開始位置及び前記補正曲線終了位置に基づいて前記ブロック毎に補正曲線を生成し、生成された補正曲線を用いて前記ＲＧＢ信号を補正する補正曲線適用部とを有するものである。

本発明によれば、画面を分割したブロック毎に生成された補正曲線を用いて階調を補正するので、黒潰れや白潰れ等の細部情報の消失が生じにくい階調補正を行うことができるという効果がある。

また、本発明によれば、ブロック毎の輝度ヒストグラムに応じた補正曲線を、各ブロックにおいて生成し、階調補正に用いるので、あらかじめ記憶された補正曲線から選択された補正曲線を階調補正に適用する場合に比べ、より適切な補正曲線を適用でき、より適切な階調補正を行うことができるという効果がある。

さらに、本発明によれば、輝度のヒストグラム又は平均値を輝度信号及び色信号について個別に測定し、補正曲線を個別に生成又は選択して適用するという従来の方法ではなく、一つのヒストグラム測定値により生成された補正曲線をＲＧＢ信号に同様に適用するので、小さな回路規模で、輝度及び色のコントラストを改善することができるという効果がある。

さらにまた、補正曲線領域平均部により補正曲線のコントラスト強調度を隣接するブロックのヒストグラムに基づいて平均化する場合には、比較的小さな暗い領域や明るい領域が動く際に発生することがある波打ち歪の発生を抑制することができるという効果がある。

また、補正曲線時間平均部により補正曲線のコントラスト強調度を時間方向で平均化する場合には、面フリッカの発生を抑制することができるという効果がある。

さらに、補正曲線線形補間部により線形補間された補正曲線開始位置及び線形補間された補正曲線終了位置に基づいて補正曲線を生成する場合には、ブロックの境界においても徐々に（滑らかに）輝度を変化させることができ、より適切な階調補正を行うことができるという効果がある。

さらにまた、遅延調整部を備えた、補正曲線の生成のための時間に対応する時間だけ補正対象となる信号を遅延させた場合には、より一層適切な階調補正を行うことができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る階調補正装置の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る階調補正装置は、ＲＧＢ信号Ｒｉｎ，Ｇｉｎ，Ｂｉｎから輝度信号Ｙｉｎを求める輝度信号生成部１と、画面上の任意のブロックに分割された領域における輝度信号のヒストグラムを測定するブロック輝度ヒストグラム測定部２と、測定したヒストグラムに基づいて補正曲線を生成するための値を保存する輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部３とを有する。また、実施の形態１に係る階調補正装置は、各ブロックの補正曲線を隣接するブロックの補正曲線を用いて平均化する補正曲線領域平均部４と、補正曲線が時間方向に急激に変化しないようにする補正曲線時間平均部５と、各ブロックの補正曲線を適用する画素の位置に応じて線形補間する補正曲線線形補間部６と、求められた補正曲線を用いてＲＧＢ信号Ｒｉｎ，Ｇｉｎ，Ｂｉｎを補正する補正曲線適用部７とを有する。

図１に示されるＲｉｎ，Ｇｉｎ，Ｂｉｎは、それぞれデジタル化されたビデオ信号のＲＧＢ信号である。輝度信号生成部１は、ＲＧＢ信号Ｒｉｎ，Ｇｉｎ，Ｂｉｎから輝度信号Ｙｉｎを求めるマトリクス回路である。輝度信号生成部１により生成される輝度信号Ｙｉｎは、補正曲線を生成するために用いられるものであり、特に高い精度が要求されるものではないので、簡易な構成のものを使用することも可能である。

図２は、ブロック輝度ヒストグラム測定部２の動作を説明するための図である。図２に示されるように、ブロック輝度ヒストグラム測定部２は、画面全体を任意のブロックに分割して、ブロック毎に輝度ヒストグラムを求める。図２には、ブロックＡ１〜Ａ７，Ｂ１〜Ｂ７，Ｃ１〜Ｃ７，Ｄ１〜Ｄ７の２８個のブロックが示されているが、ブロックの数及び配列は、図示のものに限定されない。また、図２には、輝度ヒストグラムの例として、ブロックＢ３，Ｂ４，Ｂ５の輝度ヒストグラムＨＩＳ_Ｂ３，ＨＩＳ_Ｂ４，ＨＩＳ_Ｂ５を示している。ブロック輝度ヒストグラム測定部２は、輝度信号Ｙｉｎの輝度値毎に輝度信号の個数（画素の個数）を測定して蓄えるが、必ずしも入力された輝度信号Ｙｉｎの輝度値毎に輝度信号の個数（画素の個数）を蓄える必要はなく、例えば、入力輝度値０から１５までの範囲内にある画素の個数、入力輝度値１６から３１までの範囲内にある画素の個数というように、各区間（各範囲）における画素の個数を蓄えるように構成してもよい。

図３（ａ）及び（ｂ）は、ブロック輝度ヒストグラム測定部２により測定されたヒストグラムから補正曲線を生成するための輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部３及び後述する補正曲線適用部７の動作を説明するための図である。輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部３は、ブロック輝度ヒストグラム測定部２により測定されたヒストグラムから、補正曲線を生成するために必要な値をブロック毎に測定し保存する。図３（ａ）及び（ｂ）のそれぞれは、ある一つのブロック（ここではブロックＢ３，Ｂ５）におけるヒストグラムＨＩＳ_Ｂ３，ＨＩＳ_Ｂ５と、それらに対応する補正曲線ＣＯＲ_Ｂ３，ＣＯＲ_Ｂ５を一つにまとめて描いた図である。図３（ａ）及び（ｂ）において、ヒストグラムＨＩＳ_Ｂ３，ＨＩＳ_Ｂ５は、横軸が入力輝度信号レベルＹｉｎであり、縦軸がその輝度レベルに相当する画素の個数Ｙｎｕｍである座標系に描かれている。また、図３（ａ）及び（ｂ）において、補正曲線ＣＯＲ_Ｂ３，ＣＯＲ_Ｂ５は、横軸が入力輝度信号レベルＹｉｎであり、縦軸がその出力輝度信号レベルＹｏｕｔである座標系に描かれている。また、ＴＨは、ヒストグラム軸に相当する画素の個数を示す所定の閾値であり、画素の個数が閾値ＴＨ以上の範囲において、最も低い輝度レベルＹｉｎを補正曲線開始位置Ｓｔ（図３（ａ）においてはＳｔ_Ｂ３、図３（ｂ）においてはＳｔ_Ｂ５で示す。）とし、最も高い輝度レベルＹｉｎを補正曲線終了位置Ｅｎ（図３（ａ）においてはＥｎ_Ｂ３、図３（ｂ）においてはＥｎ_Ｂ５で示す。）とする。

輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部３は、ブロック毎に補正曲線開始位置Ｓｔ及び補正曲線終了位置Ｅｎを保存するものであり、ブロック毎のヒストグラムを蓄えておく必要はない。このため、階調補正装置に、あらかじめ補正曲線を用意しておく必要がなく、また、それぞれのブロックのヒストグラム分布に適応した補正曲線を、補正曲線開始位置Ｓｔ及び補正曲線終了位置Ｅｎに基づいて生成する（後述する補正曲線適用部７による）ことができるため、メモリ規模を小さくすることができる。

図４は、補正曲線領域平均部４の動作を説明するための図である。補正曲線領域平均部４は、輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部３により求められた補正曲線開始位置Ｓｔ及び補正曲線終了位置Ｅｎを隣接するブロックの補正曲線開始位置及び補正曲線終了位置を用いて平均化する。図４には、中心となるブロックＣ４と、このブロックＣ４に隣接する８個のブロックＢ３〜Ｂ４，Ｃ３，Ｃ５，Ｄ３〜Ｄ５が示されている。また、図４は、各ブロックＢ３〜Ｂ４，Ｃ３〜Ｃ５，Ｄ３〜Ｄ５の補正曲線開始位置がＳｔ_Ｂ３〜Ｓｔ_Ｂ５，Ｓｔ_Ｃ３〜Ｓｔ_Ｃ５，Ｓｔ_Ｄ３〜Ｓｔ_Ｄ５であり、各ブロックＢ３〜Ｂ４，Ｃ３〜Ｃ５，Ｄ３〜Ｄ５の補正曲線終了位置がＥｎ_Ｂ３〜Ｅｎ_Ｂ５，Ｅｎ_Ｃ３〜Ｅｎ_Ｃ５，Ｅｎ_Ｄ３〜Ｅｎ_Ｄ５であることを示している。例えば、図４に示されるように、補正曲線開始位置Ｓｔ_Ｃ４及び補正曲線終了位置Ｅｎ_Ｃ４を持ったブロックＣ４（注目ブロック）が存在する場合、ブロックＣ４の補正曲線開始位置Ｓｔ_Ｃ４及び補正曲線終了位置Ｅｎ_Ｃ４を以下の式（１）及び（２）により平均化する。なお、式（１）及び（２）において、ＡｖｅＳｔ_Ｃ４及びＡｖｅＥｎ_Ｃ４は、それぞれブロックＣ４の補正曲線開始位置Ｓｔ_Ｃ４及び補正曲線終了位置Ｅｎ_Ｃ４についての平均化処理によって得られた平均化された補正曲線開始位置及び平均化された補正曲線終了位置であり、ａ及びｂはそれぞれ定数である。

また、注目ブロックが画面の端であり、隣接ブロックが図４のように８ブロック存在しない場合は、存在する隣接ブロックだけを使用した平均化を行う。例えば、注目ブロックが画面の辺に接する場合には、５個の隣接ブロックを使用して平均化を行う。また、例えば、注目ブロックが画面の角にある場合には、３個の隣接ブロックを使用して平均化を行う。なお、これらの平均化処理は、補正曲線開始位置Ｓｔ及び補正曲線終了位置Ｅｎの両方について、同様に行う。

このことは、補正曲線のコントラスト強調範囲（後述する図６（ｂ）のＳｔ_ｃｅｎｔからＥｎ_ｃｅｎｔまでの範囲）だけでなく、コントラスト強調度（後述する図６（ｂ）のＳｔ_ｃｅｎｔからＥｎ_ｃｅｎｔまでの範囲の補正曲線ＣＯＲ_{ｃｅｎｔ１}の直線部分の傾斜）をも隣接するブロック領域の補正曲線開始位置（後述する図６（ａ）のＳｔ_ｎｅａｒ）及び補正曲線終了位置（後述する図６（ａ）のＥｎ_ｎｅａｒ）を用いて平均することになり、従来（比較例）の輝度平均値から補正曲線を選択する方法に比べ、比較的小さな暗い領域や明るい領域が動く際に発生する波打ち歪を、より効果的に抑制することが可能となる。以下に、従来の領域平均による補正曲線と、本発明の補正曲線の違いを図面を参照しながら詳細に説明する。

図５（ａ）乃至（ｃ）は、輝度平均値から補正曲線を選択する従来の装置（比較例）における補正曲線領域平均部の動作を説明するための図である。図５（ａ）は、例えば、隣接ブロックの輝度平均値がＹＡ_ｎｅａｒであり、輝度平均値ＹＡ_ｎｅａｒに基づいて選択された補正曲線がＣＯＲ_ｎｅａｒである場合を示している。図５（ｂ）は、例えば、中心ブロックの輝度平均値がＹＡ_ｃｅｎｔであり、輝度平均値ＹＡ_ｃｅｎｔに基づいて選択された補正曲線がＣＯＲ_ｃｅｎｔである場合を示している。図５（ｃ）は、輝度平均値ＹＡ_ｎｅａｒと輝度平均値ＹＡ_ｃｅｎｔの平均値（図５（ｃ）においては、輝度平均値ＹＡ_ｎｅａｒと輝度平均値ＹＡ_ｃｅｎｔの中間位置）ＡｖｅＹＡに基づく補正曲線ＣＯＲ_ａｖｅを選択することを示している。図５（ａ）乃至（ｃ）は、あらかじめ用意された一定の傾き（図５（ａ）における範囲Ｒ_ｎｅａｒ内、及び図５（ｂ）における範囲Ｒ_ｃｅｎｔ内）を持った補正曲線を選択するため、補正曲線のコントラスト強調範囲を平均化しているだけである。

一方、図６（ａ）乃至（ｃ）は、実施の形態１における補正曲線領域平均部４の動作を説明するための図である。図６（ａ）は、補正曲線領域平均部４による平均化処理に用いられる隣接ブロックの補正曲線開始位置がＳｔ_ｎｅａｒであり、補正曲線終了位置がＥｎ_ｎｅａｒであることを示している。図６（ｂ）は、補正曲線領域平均部４による平均化処理に用いられる中心ブロックの補正曲線開始位置がＳｔ_ｃｅｎｔであり、補正曲線終了位置がＥｎ_ｃｅｎｔであることを示している。図６（ｃ）は、中心ブロックの補正曲線開始位置Ｓｔ_ｃｅｎｔ及び補正曲線終了位置Ｅｎ_ｃｅｎｔと、隣接ブロック（実際には、複数の隣接ブロック）の補正曲線開始位置Ｓｔ_ｎｅａｒ及び補正曲線終了位置Ｅｎ_ｎｅａｒとを用いて、平均化された補正曲線開始位置ＡｖｅＳｔ及び平均化された補正曲線終了位置ＡｖｅＥｎを求め、求められた平均化された補正曲線開始位置ＡｖｅＳｔ及び平均化された補正曲線終了位置ＡｖｅＥｎに基づいて補正曲線ＣＯＲ_ａｖｅ１を生成する場合を示している。実施の形態１においては、補正曲線のコントラスト強調範囲だけでなく、補正曲線の傾き（コントラスト強調度）をも平均化しているので、比較的小さな暗い領域や明るい領域が動く際に発生する波打ち歪をより効果的に抑制することが可能である。

次に、補正曲線時間平均部５は、時間方向にヒストグラムが急激に変化することにより、ブロックの輝度が瞬間的に変化する「面フリッカ」を防ぐことを目的とする。補正曲線領域平均部４の出力である、平均化された補正曲線開始位置ＡｖｅＳｔ及び平均化された補正曲線終了位置ＡｖｅＥｎに対しては、補正曲線時間平均部５により、時間的に急激な変化を抑制するフィルター処理がなされる。

このフィルター処理は、
１フレーム前の平均化された補正曲線開始位置ＡｖｅＳｔを、ＡｖｅＳｔ（ｔ−１）とし、
１フレーム前の平均化された補正曲線終了位置ＡｖｅＥｎを、ＡｖｅＥｎ（ｔ−１）とし、
現フレームの平均化された補正曲線開始位置ＡｖｅＳｔを、ＡｖｅＳｔ（ｔ）とし、
現フレームの平均化された補正曲線終了位置ＡｖｅＥｎを、ＡｖｅＥｎ（ｔ）とし、
補正曲線時間平均部５によるフィルター処理が施された平均化された補正曲線開始位置ＡｖｅＳｔを、ＴＡｖｅＳｔとし、
補正曲線時間平均部５によるフィルター処理が施された平均化された補正曲線終了位置ＡｖｅＥｎを、ＴＡｖｅＥｎとし、
時間変化量の閾値を、ＣＨとしたときに、次式（３）〜（８）によって表すことができる。

ＡｖｅＳｔ（ｔ）＞ＡｖｅＳｔ（ｔ−１）＋ＣＨのとき（即ち、輝度上昇率が閾値ＣＨより大きいとき）には、
ＴＡｖｅＳｔ＝ＡｖｅＳｔ（ｔ−１）＋１ …式（３）
とし、
ＡｖｅＳｔ（ｔ）＜ＡｖｅＳｔ（ｔ−１）−ＣＨのとき（即ち、輝度減少率が閾値ＣＨより大きいとき）には、
ＴＡｖｅＳｔ＝ＡｖｅＳｔ（ｔ−１）−１ …式（４）
とし、
上記以外のとき（輝度変化率が所定範囲内のとき）には、
ＴＡｖｅＳｔ＝ＡｖｅＳｔ（ｔ−１） …式（５）
とする。

同様に、
ＡｖｅＥｎ（ｔ）＞ＡｖｅＥｎ（ｔ−１）＋ＣＨのとき（即ち、輝度上昇率が閾値ＣＨより大きいとき）には、
ＴＡｖｅＥｎ＝ＡｖｅＥｎ（ｔ−１）＋１ …式（６）
とし、
ＡｖｅＥｎ（ｔ）＜ＡｖｅＥｎ（ｔ−１）−ＣＨのとき（即ち、輝度減少率が閾値ＣＨより大きいとき）には、
ＴＡｖｅＥｎ＝ＡｖｅＥｎ（ｔ−１）−１ …式（７）
とし、
上記以外のとき（輝度変化率が所定範囲内のとき）には、
ＴＡｖｅＥｎ＝ＡｖｅＥｎ（ｔ−１） …式（８）
とする。

補正曲線時間平均部５は、上記式（３）〜（８）のようなフィルター処理以外にも、数フレーム分のデータを蓄えて平均化することによるフィルター処理でもよい。これにより、時間方向にヒストグラムが急激に変化することによる「面フリッカ」を防ぐことができる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、補正曲線線形補間部６の動作を説明するための図である。図７（ａ）は４個のブロックを示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）の４個のブロックのそれぞれの中心位置ＣＥＮ_Ｃ４，ＣＥＮ_Ｃ５，ＣＥＮ_Ｄ５，ＣＥＮ_Ｄ４を繋ぐ破線の四角形を拡大して示したものである。

図７（ａ）及び（ｂ）に示されるように、補正曲線線形補間部６は、補正曲線適用部７による階調補正の対象となる画素を注目画素ＯＢＪとしたときに、注目画素ＯＢＪの属するブロックＣ４内における注目画素ＯＢＪの位置と、注目画素ＯＢＪの属するブロックＣ４の中心位置ＣＥＮ_Ｃ４と、注目画素ＯＢＪの属するブロックＣ４に隣接するブロックＣ５，Ｄ４，Ｄ５の中心位置とに基づく線形補間により、注目画素ＯＢＪの階調補正に用いられる補正曲線を生成する際に用いられる、線形補間された補正曲線開始位置ＬＡｖｅＳｔ及び線形補間された補正曲線終了位置ＬＡｖｅＥｎを求める。より具体的に言えば、図７（ｂ）に示されるように、補正曲線線形補間部６は、注目画素ＯＢＪから注目画素ＯＢＪの属するブロックＣ４の中心位置ＣＥＮ_Ｃ４までの水平方向距離ｈ及び垂直方向距離ｖと、注目画素ＯＢＪから注目画素ＯＢＪの属するブロックＣ４の隣接ブロックＣ５又はＤ５の中心位置ＣＥＮ_Ｃ５又はＣＥＮ_Ｄ５までの水平方向距離（ｘ−ｈ）と、注目画素ＯＢＪから注目画素ＯＢＪの属するブロックＣ４の隣接ブロックＤ４又はＤ５の中心位置ＣＥＮ_Ｄ４又はＣＥＮ_Ｄ５までの垂直方向距離（ｙ−ｖ）とに基づく線形補間（重み係数を掛けることによる線形補間）により、注目ブロック及び隣接ブロックのＴＡｖｅＳｔ及びＴＡｖｅＥｎから、注目画素ＯＢＪの階調補正に用いられる補正曲線を生成する際に用いられる、線形補間された補正曲線開始位置ＬＡｖｅＳｔ及び線形補間された補正曲線終了位置ＬＡｖｅＥｎを求める。ここで、ｘは、各ブロックの水平幅、ｙは各ブロックの垂直幅を示す。

図７（ａ）及び（ｂ）における４つのブロックＣ４，Ｃ５，Ｄ４，Ｄ５において、例えば、ブロックＣ４における画素に注目する。注目画素ＯＢＪはブロックＣ４の中心位置ＣＥＮ_Ｃ４よりブロックＣ５，Ｄ４，Ｄ５側に寄っている。ここで、各ブロックのＴＡｖｅＳｔ、ＴＡｖｅＥｎをそれぞれＳｔ_Ｃ４，Ｅｎ_Ｃ４，Ｓｔ_Ｃ５，Ｅｎ_Ｃ５，Ｓｔ_Ｄ４，Ｅｎ_Ｄ４，Ｓｔ_Ｄ５，Ｅｎ_Ｄ５とすると、注目画素に適用される線形補間された平均化補正曲線開始位置ＬＡｖｅＳｔ及び線形補間された平均化補正曲線終了位置ＬＡｖｅＥｎは以下の式（９）及び（１０）で求められる。

式（９）及び（１０）で、画素毎にその位置に従って線形補間された平均化補正曲線開始位置ＬＡｖｅＳｔ及び線形補間された平均化補正曲線終了位置ＬＡｖｅＥｎを求めることによって、隣接するブロックにおけるヒストグラムが異なっていても、画素毎にスムーズに変化する補正曲線を生成することができる。

補正曲線適用部７は、各画素について補正曲線線形補間部６で求められた線形補間された平均化補正曲線開始位置ＬＡｖｅＳｔ及び線形補間された平均化補正曲線終了位置ＬＡｖｅＥｎから補正曲線を生成し、各画素に適用する。

図３（ａ）及び（ｂ）を用いて、補正曲線の生成方法を説明する。入力輝度信号レベルＹｉｎに対してある傾きを持った補正曲線を適用する時、その曲線の上部クリップ値に相当するレベルをＣＨｉ、下部クリップ値に相当するレベルをＣＬｏとする。これは、出力輝度信号レベルＹｏｕｔは下部クリップ値に相当するレベルＣＬｏから上部クリップ値に相当するレベルＣＨｉの範囲を超えて補正されることはないことを意味する。補正曲線は最終的に求められた線形補間された平均化された補正曲線開始位置ＬＡｖｅＳｔと下部クリップ値に相当するレベルＣＬｏが交差するポイントから、線形補間された平均化補正曲線終了位置ＬＡｖｅＥｎと上部クリップ値に相当するレベルＣＨｉが交差するポイントまでを直線で繋ぎ、下部クリップ値に相当するレベルＣＬｏから上部クリップ値に相当するレベルＣＨｉを超える範囲ではクリップをする曲線となる。例えば、広範囲に輝度ヒストグラムが分布している場合、補正曲線は傾き１の直線に近くなり、輝度ヒストグラム分布があるレベルに集中している場合、補正曲線の傾きは急峻になる。

補正曲線適用部７は、生成した補正曲線を入力輝度信号レベルＹｉｎにではなく、入力Ｒ，Ｇ，Ｂ信号Ｒｉｎ，Ｇｉｎ，Ｂｉｎに適用する。これにより、白の色温度が変わることなく、階調補正が可能となる。また、同時に色のコントラストを向上させることもできる。

なお、上記説明においては、階調制御装置が、補正曲線領域平均部４、補正曲線時間平均部５、及び補正曲線線形補間部６を備える場合を説明したが、装置の構成を簡略にこれらの構成４〜６の１つ又は２つ以上を省略した構成とすることも可能である。構成４〜６の１つ又は２つ以上を省略した構成を採用した場合にも、黒潰れや白潰れ等の細部情報の消失を回避することができるという効果を得ることができる。

また、補正曲線領域平均部４及び補正曲線時間平均部５の配置を逆にして、補正曲線時間平均部５による処理を先に行うことも可能である。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る階調補正装置の構成を示すブロック図である。図８において、図１の構成と同一又は対応する構成には同じ符号を付す。

図８に示されるように、実施の形態２に係る階調補正装置は、任意のブロックに分割された領域での輝度信号のヒストグラムを測定するブロック輝度ヒストグラム測定部２と、測定したヒストグラムより補正曲線を生成するための値を保存する輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部３と、ブロック毎の補正曲線を隣接するブロックより平均する補正曲線領域平均部４と、補正曲線が時間方向に急激に変化しないようにする補正曲線時間平均部５と、各ブロックの補正曲線を適用する画素の位置に応じて線形補間する補正曲線線形補間部６と、求められた補正曲線を入力輝度信号Ｙｉｎに適用して補正された出力輝度信号Ｙｏｕｔを生成する補正曲線適用部７と、求められた補正曲線とその適用する画素の位置を合わせる遅延調整部８とを有する。

実施の形態２は、本発明を輝度信号Ｙｉｎのみに適用したものであり、ブロック輝度ヒストグラム測定部２、輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部３、補正曲線領域平均部４、補正曲線時間平均部５、及び補正曲線線形補間部６は入力輝度信号Ｙｉｎに対して、実施の形態１の場合と同様の働きをする。

図８における補正曲線適用部７は、補正曲線線形補間部６で求められた線形補間された平均化補正曲線開始位置ＬＡｖｅＳｔ及び線形補間された平均化補正曲線終了位置ＬＡｖｅＥｎに基づいて補正曲線を生成し、この生成された補正曲線を用いて各画素について輝度信号を補正する。これにより、輝度信号のみの階調補正が可能となる。また、遅延調整部８は、入力画素の補正曲線が補正曲線線形補間部６により求められる時間まで、入力画素を遅延させるラインメモリである。これにより、補正曲線適用部７は入力画素の補正曲線が生成された時点で入力画素に適用することが可能となり、ブロックの大きさに関わるだけのラインメモリを有するが、より現在の入力画像のヒストグラムに適した補正曲線を適用することが可能となり、コントラスト改善効果も向上する。

実施の形態２の階調補正装置は、ＲＧＢ信号に対してではなく、輝度信号のコントラストのみ改善する場合に有効であり、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。なお、実施の形態２において、上記以外の点は、上記実施の形態１の場合と同じである。また、遅延調整部８を備えず、入力された輝度信号Ｙｉｎに補正曲線適用部７による補正を行ってもよい。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る階調補正装置の構成を示すブロック図である。図９において、図１の構成と同一又は対応する構成には同じ符号を付す。

図９に示されるように、実施の形態３に係る階調補正装置は、ＲＧＢ信号より輝度信号を求める輝度信号生成部１と、任意のブロックに分割された領域での輝度信号のヒストグラムを測定するブロック輝度ヒストグラム測定部２と、測定したヒストグラムより補正曲線を生成するための値を保存する輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部３と、ブロック毎の補正曲線を隣接するブロックより平均する補正曲線領域平均部４と、補正曲線が時間方向に急激に変化しないようにする補正曲線時間平均部５と、各ブロックの補正曲線を適用する画素の位置に応じて線形補間する補正曲線線形補間部６と、求められた補正曲線とその適用する画素の位置を合わせる遅延調整部８と、求められた補正曲線をＲＧＢ信号に適用する補正曲線適用部７とを有する。

実施の形態３は、上記実施の形態１の構成に遅延調整部８を追加したものであり、輝度信号生成部１、ブロック輝度ヒストグラム測定部２、輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部３、補正曲線領域平均部４、補正曲線時間平均部５、補正曲線線形補間部６、及び補正曲線適用部７は実施の形態１と同様の働きをする。

遅延調整部８は、入力画素の補正曲線が補正曲線線形補間部６により求められる時間まで、入力画素を遅延させるラインメモリである。これにより、補正曲線適用部７は入力画素の補正曲線が生成された時点で入力画素に適用することが可能となり、ブロックの大きさに関わるだけのラインメモリを有するが、より現在の入力画像のヒストグラムに適した補正曲線を適用することが可能となり、コントラスト改善効果も向上する。

なお、実施の形態３は、実施の形態２と同様に、生成された補正曲線を輝度信号に適用してもよい。また、実施の形態３において、上記以外の点は、上記実施の形態１又は２の場合と同じである。

本発明の実施の形態１に係る階調補正装置の構成を示すブロック図である。ブロック輝度ヒストグラム測定部の動作を説明するための図である。（ａ）及び（ｂ）は、ヒストグラムから補正曲線開始位置及び補正曲線終了位置を決定し蓄積する輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部の動作及び補正曲線を生成し適用する補正曲線適用部の動作を説明するための図である。補正曲線領域平均部の動作を説明するための図である。（ａ）乃至（ｃ）は、比較例（従来例）における補正曲線領域平均部の動作を説明するための図である。（ａ）乃至（ｃ）は、実施の形態１における補正曲線領域平均部の動作を説明するための図である。（ａ）及び（ｂ）は、補正曲線線形補間部の動作を説明するための図である。本発明の実施の形態２に係る階調補正装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態３に係る階調補正装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１輝度信号生成部、２ブロック輝度ヒストグラム測定部、３輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部、４補正曲線領域平均部、５補正曲線時間平均部、６補正曲線線形補間部、７補正曲線適用部、８遅延調整部。

Claims

ＲＧＢ信号から輝度信号を生成する輝度信号生成部と、
前記輝度信号から、画面を分割した領域であるブロック毎に輝度レベルと該輝度レベルに対応する画素の個数との関係を示すヒストグラムを測定するブロック輝度ヒストグラム測定部と、
前記ヒストグラムにおける画素の個数が所定の閾値以上となる輝度レベルの範囲内の最も低い輝度レベルである補正曲線開始位置と、前記ヒストグラムにおける画素数が前記閾値以上となる輝度レベルの範囲内の最も高い輝度レベルである補正曲線終了位置を前記ブロック毎に検出して蓄積する輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部と、
前記補正曲線開始位置及び前記補正曲線終了位置に基づいて前記ブロック毎に補正曲線を生成し、生成された補正曲線を用いて前記ＲＧＢ信号を補正する補正曲線適用部と
を有することを特徴とする階調補正装置。
前記補正曲線開始位置及び前記補正曲線終了位置を隣接するブロックの補正曲線開始位置及び補正曲線終了位置を用いて平均化する補正曲線領域平均部をさらに有し、
前記補正曲線適用部による前記補正曲線の生成が、前記補正曲線領域平均部により平均化された補正曲線開始位置及び前記補正曲線領域平均部により平均化された補正曲線終了位置に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項１に記載の階調補正装置。
過去のフレームにおける前記平均化された補正曲線開始位置と現フレームにおける前記平均化された補正曲線開始位置との差を所定値以下に制限し、過去のフレームにおける前記平均化された補正曲線終了位置と現フレームにおける前記平均化された補正曲線終了位置との差を所定値以下に制限する処理を実行する補正曲線時間平均部をさらに有し、
前記補正曲線適用部による前記補正曲線の生成が、前記補正曲線時間平均部によって処理された前記平均化された補正曲線開始位置及び前記補正曲線時間平均部によって処理された前記平均化された補正曲線終了位置に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項２に記載の階調補正装置。
前記補正曲線適用部による階調補正の対象となる画素を注目画素としたときに、前記注目画素の属するブロック内における注目画素の位置と、前記注目画素の属するブロックの中心位置と、前記注目画素の属するブロックに隣接するブロックの中心位置とに基づく線形補間により、前記注目画素の階調補正に用いられる補正曲線を生成する際に用いられる、線形補間された補正曲線開始位置及び線形補間された補正曲線終了位置を求める補正曲線線形補間部をさらに有し、
前記補正曲線適用部による前記補正曲線の生成が、前記補正曲線線形補間部により線形補間された補正曲線開始位置及び前記補正曲線線形補間部により線形補間された補正曲線終了位置に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項３に記載の階調補正装置。
前記ＲＧＢ信号を遅延させる遅延調整部をさらに有し、
前記補正曲線適用部により実行される前記ＲＧＢ信号の補正が、前記遅延調整部により遅延した前記ＲＧＢ信号に対して実行される
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の階調補正装置。
輝度信号から、画面を分割した領域であるブロック毎に輝度レベルと該輝度レベルに対応する画素の個数との関係を示すヒストグラムを測定するブロック輝度ヒストグラム測定部と、
前記ヒストグラムにおける画素の個数が所定の閾値以上となる輝度レベルの範囲内の最も低い輝度レベルである補正曲線開始位置と、前記ヒストグラムにおける画素数が前記閾値以上となる輝度レベルの範囲内の最も高い輝度レベルである補正曲線終了位置を前記ブロック毎に検出して蓄積する輝度ヒストグラム補正曲線蓄積部と、
前記補正曲線開始位置及び前記補正曲線終了位置に基づいて前記ブロック毎に補正曲線を生成し、生成された補正曲線を用いて前記輝度信号を補正する補正曲線適用部と
を有することを特徴とする階調補正装置。
前記補正曲線開始位置及び前記補正曲線終了位置を隣接するブロックの補正曲線開始位置及び補正曲線終了位置を用いて平均化する補正曲線領域平均部をさらに有し、
前記補正曲線適用部による前記補正曲線の生成が、前記補正曲線領域平均部により平均化された補正曲線開始位置及び前記補正曲線領域平均部により平均化された補正曲線終了位置に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項６に記載の階調補正装置。
過去のフレームにおける前記平均化された補正曲線開始位置と現フレームにおける前記平均化された補正曲線開始位置との差を所定値以下に制限し、過去のフレームにおける前記平均化された補正曲線終了位置と現フレームにおける前記平均化された補正曲線終了位置との差を所定値以下に制限する処理を実行する補正曲線時間平均部をさらに有し、
前記補正曲線適用部による前記補正曲線の生成が、前記補正曲線時間平均部によって処理された前記平均化された補正曲線開始位置及び前記補正曲線時間平均部によって処理された前記平均化された補正曲線終了位置に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項７に記載の階調補正装置。
前記補正曲線適用部による階調補正の対象となる画素を注目画素としたときに、前記注目画素の属するブロック内における注目画素の位置と、前記注目画素の属するブロックの中心位置と、前記注目画素の属するブロックに隣接するブロックの中心位置とに基づく線形補間により、前記注目画素の階調補正に用いられる補正曲線を生成する際に用いられる、線形補間された補正曲線開始位置及び線形補間された補正曲線終了位置を求める補正曲線線形補間部をさらに有し、
前記補正曲線適用部による前記補正曲線の生成が、前記補正曲線線形補間部により線形補間された補正曲線開始位置及び前記補正曲線線形補間部により線形補間された補正曲線終了位置に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項８に記載の階調補正装置。
前記輝度信号を遅延させる遅延調整部をさらに有し、
前記補正曲線適用部により実行される前記輝度信号の補正が、前記遅延調整部により遅延した前記輝度信号に対して実行される
ことを特徴とする請求項６から９までのいずれかに記載の階調補正装置。