JP4497959B2 - 映像信号処理装置及び映像信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は映像信号を輪郭強調処理及びダイナミックγ補正処理を行う映像信号処理装置に関するものである。

テレビジョン受像機では、映像信号の画質向上を目的として様々な映像信号処理を行っている。その１つとして画像の鮮鋭度を高める輪郭強調処理がよく用いられる（例えば、非特許文献１）。

従来の輪郭強調処理を図５と図６を用いて説明する。

図５に示す輪郭強調処理は、入力映像信号の高域成分を抽出し、元の入力映像信号に加算することで輪郭強調を行う。図中ａ〜ｃ各箇所での信号の波形を図６に示す。例えば入力端子１０１に信号ａが入力された場合、輪郭検出部１０２では信号ａから信号ｂのような高域成分を抽出する。そして加算器１０３にて、元の信号ａと信号ｂが加算され信号ｃが得られる。このように高域成分を付加することで画像の輪郭部分にオーバーシュート、アンダーシュートが付き、画像の輪郭が強調される。

また近年、映像信号ダイナミックγ補正処理と呼ばれるものが注目を集めている。これは、各シーンごとの特徴を検出し、そのシーンに応じた階調変換を行うことで、コントラストの良好な階調特性を実現する処理である。図７を用いて従来のダイナミックγ補正処理について説明する。

入力端子３０１に映像信号が入力されるとシーン特徴検出部３０２はそのシーンの特徴を検出する。γ補正カーブ計算部３０３ではその特徴を元にγ補正カーブを算出し、ダイナミックγ補正ＲＡＭテーブル３０４に記憶する。ダイナミックγ補正ＲＡＭテーブル３０４では映像信号をエントリィとして、記憶されたγ補正カーブを元に、ダイナミックγ補正をした信号を出力する。一般にヒストグラム平坦化処理とよばれる手法では、シーン特徴検出部３０２でそのシーンの輝度分布のヒストグラムを特徴として検出し、γ補正カーブ計算部３０３にて、そのヒストグラムの累積値を算出、正規化を行う。また、シーンの特徴としてヒストグラムだけでなく、入力信号の最大値、最小値、平均値、モード値、偏差、黒面積、白面積を検出し、補正量をコントロールすることでダイナミックレンジの広がりすぎを防止する発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ヒストグラムにより、あらかじめ用意されているγ補正カーブの中から１本を選択する発明が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
「画像のディジタル信号処理（増補版）」、吹抜敬彦、１９８９年、ｐ．１１２ 特開平０３−１２６３７７号公報（第８項、図１） 特開平０６−１７８１５３号公報（第５項、図１）

しかしながら、輪郭強調処理とダイナミックγ補正処理は互いの効果を考慮していないため、輪郭強調処理済みの映像処理信号をダイナミックγ補正処理すると図８に示すような問題が発生する。
１．強調された輪郭部分がダイナミックγ補正処理で伸張された場合、シュートも伸張され過多補正になる。
２．強調された輪郭部分がダイナミックγ補正処理で圧縮された場合、シュートも圧縮され過少補正になる。
３．オーバーシュートとアンダーシュートがそれぞれ伸張、圧縮されることで対称性が崩れ、不自然な画像になる。

また、ダイナミックγ補正処理においては、好ましい階調変換特性について現在も検討が行われており、いろいろな非線形特性を持ったγ補正カーブが使われる可能性がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、輪郭強調済みの映像信号にダイナミックγ補正処理を行っても良好な輪郭強調効果を得ることにあり、且つ、様々なγ特性にも良好な輪郭強調効果を得られる映像信号処理装置及び方法を提案することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、入力映像信号に輪郭強調処理を施す輪郭強調部と、前記輪郭強調部において輪郭強調処理が施された輪郭強調済み信号に対して、所定のγ特性に基づいた階調変換処理を行う階調変換部とを備えた映像信号処理装置であって、前記輪郭強調部は、前記入力映像信号の輪郭成分から輪郭強調信号を生成する輪郭成分検出部と、前記γ特性に基づいて前記輪郭強調信号を補正する補正部と、前記入力映像信号と補正された輪郭強調信号とを合成して前記輪郭強調済み信号を生成する合成部とからなり、前記補正部は、前記階調変換処理後の輪郭強調済み信号に含まれる輪郭強調信号の大きさが、前記補正前の輪郭強調信号の大きさと同一となるように、前記輪郭強調信号を補正することを特徴とする映像信号処理装置である。

前記映像信号処理装置は、入力信号に応じてγ特性を決定するダイナミックγ制御部を備え、前記階調変換部は、前記決定されたγ特性に応じて書き換えられる階調変換テーブルを有し、前記輪郭強調部は、前記階調変換テーブルの逆勾配の特性を有する変換テーブルに基づいて、前記輪郭強調信号を補正することが好適である。

前記映像信号処理装置は、入力信号に応じてγ特性を決定するダイナミックγ制御部を
備え、前記階調変換部は、前記決定されたγ特性に応じて書き換えられる階調変換テーブルを有し、前記輪郭強調部は、前記階調変換テーブルを逆変換する処理により、前記輪郭強調信号を補正することが好適である。

また、本発明は、入力映像信号に輪郭強調処理を施すステップと、前記輪郭強調処理が施された輪郭強調済み信号に対して、所定のγ特性に基づいた階調変換処理を行うステップとを備えた映像信号処理方法であって、前記入力映像信号の輪郭成分から輪郭強調信号を生成するステップと、前記γ特性に基づいて前記輪郭強調信号を補正するステップと、前記入力映像信号と補正された輪郭強調信号とを合成して前記輪郭強調済み信号を生成するステップとからなり、前記輪郭強調信号を補正するステップは、前記階調変換処理後の輪郭強調済み信号に含まれる輪郭強調信号の大きさが、前記補正前の輪郭強調信号の大きさと同一となるように、前記輪郭強調信号を補正するステップであることを特徴とする映像信号処理方法である。

本発明によれば、輪郭強調処理が施された輪郭強調済み信号を階調変換した場合に、良好な輪郭強調効果を得られる。また、複雑な非線形特性をもつγ特性に対しても輪郭強調処理を正確に補正することが可能であり、同様に良好な輪郭強調効果が得られる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態の構成図を示す。

図１において、輪郭強調部は、輪郭成分検出部４１１、補正ゲイン制御部（補正部に相当）及び加算器（合成部に相当）４１３からなり、補正ゲイン制御部はさらにゲインコントロール部４１２、逆勾配ＲＡＭテーブル４１４、及び逆勾配計算部４１５より構成される。また、階調変換部に相当するダイナミックγ補正部は、ダイナミックγ制御部とダイ
ナミックγ補正ＲＡＭテーブル４２３よりなり、さらにダイナミックγ制御部は、シーン特徴検出部４２１及びγ補正カーブ計算部４２２より構成される。また、図中ａ〜ｅ、βは各箇所での信号を示す。以上のように構成された本実施形態の動作を以下で説明する。

入力映像信号ａはまず入力端子４０１に入力される。輪郭検出部４１１は映像信号ａから輪郭成分ｂを検出する。ゲインコントロール部４１２は逆勾配ＲＡＭテーブル４１４からのコントロール信号βと輪郭成分ｂとを乗算し、輪郭強調信号ｃを生成する。そして、加算器４１３にて映像信号ａと輪郭強調信号ｃが加算されて輪郭強調済み信号ｄが得られる。

また、シーンを特徴検出部４２１では、１フレーム期間の映像信号ａからその映像シーンの特徴を検出する。ここで特徴とは例えばヒストグラムや、最大値、最小値、平均値、モード、偏差、黒面積、白面積等のことである。この特徴データを元にγ補正カーブ計算部４２２ではγ補正カーブが計算され、ダイナミックγ補正ＲＡＭテーブル４２３に記録される。また、このγ補正カーブは逆勾配計算部４１５にも供給される。この逆勾配計算部では各エントリィにおけるγ補正カーブの勾配の逆数が算出され、逆勾配ＲＡＭテーブル４１４に記憶される。逆勾配ＲＡＭテーブル４１４では映像信号ａがエントリィとして入力され、その信号レベルにおける記憶されているγ補正カーブの勾配の逆数がコントロール信号βとしてゲインコントロール部４１２に送られる。

そして輪郭強調済み信号ｄはダイナミックγ補正ＲＡＭテーブル４２３にエントリィとして入力され、ダイナミックγ補正された映像信号ｅとなり、出力端子４０２から出力される。

以上のように、ダイナミックγ補正を行う前に輪郭強調信号のゲインをγ補正カーブの勾配の逆数で制御することで、シュートが不自然に伸張または圧縮されることを防ぎ、ダイナミックγ補正を行う前と同一の強調量を得ることが可能となる。本実施形態では映像信号ａを逆勾配ＲＡＭテーブルにエントリィとして入力したが、これを映像信号ａ＋輪郭成分ｂをエントリィとして用いても問題はない。

（第２の実施形態）
図２に本発明の第２の実施形態の構成図を示す。

図２において、５１１は加算器、５１２はγ補正カーブＲＡＭテーブル、５１３は補正率算出部である。第１の実施形態と同一部には同一番号を付して説明を省略する。本実施形態ではγ補正カーブから逆勾配は算出せず、γ補正カーブ計算部４２２からγ補正カーブＲＡＭテーブル５１２にそのままγ補正カーブを記憶させる。そしてγ補正カーブＲＡＭテーブル５１２にはエントリィとして映像信号ａと、映像信号ａと輪郭成分ｂを加算し
た信号ｆが入力される。そしてそれぞれの出力信号ａ’とｆ’を補正率算出部５１３に入力する。補正率算出部５１３からはコントロール信号がゲインコントロール部４１２に出力される。このγ補正カーブＲＡＭテーブル５１２と補正率算出部５１３の動作について図３を使って説明する。

γ補正カーブＲＡＭテーブル５１２のエントリィと出力の関係は、γ補正カーブ計算部４２２によってシーンごとに書き換えられる。図３の（Ｉ）と（ＩＩ）はエントリィと出力の１例を示すものである。このとき映像信号ａと信号ｆがエントリィとして入力されると、図のように信号ａ’と信号ｆ’が補正率算出部５１３に出力される。補正率算出部５１３はこの信号ａ’と信号ｆ’及び映像信号ａと信号ｆを用いて次のような計算する。

このβをコントロール信号としてゲインコントロール部３１２に出力する。

以上のようにダイナミックγ補正によるシュートの変化率をあらかじめ正確に算出し、前もってシュートの大きさを補正することでシュートが不自然に伸張または圧縮されることを防ぎ、ダイナミックγ補正を行う前と同一の強調量を得ることが可能となる。本実施形態では変化率を正確に算出するので、図３の（Ｉ）や（ＩＩ）のような複雑な非線形特性をもつγ補正カーブに対して効果的に補正が行える。

本発明は、ダイナミックγに依存しない輪郭強調を可能とするものであって、オーバーシュート、アンダーシュートの大きさを非対称にしたり、映像信号レベルによって強調量を変更したりする絵作り的な要素を否定するものではない。例えば映像信号レベルの低い部分で強調量を抑えＳＮ比を向上させる、所謂レベルディペンド処理を行う実施形態では、ゲインコントロール部４１２を図４のように構成すれば良い。レベルディペンド処理部８０１は映像信号ａのレベルが低い場合に、輪郭成分ｂが小さくなるような処理を行う。また、映像信号ａのレベルは、ダイナミックγ補正処理後に変化するので、レベルディペンド処理部８０１で参照する映像信号はａではなく、γ補正変換後のａ’を用いた方が、ダイナミックγ補正処理の影響を受けない効果的な補正が可能となる。

以上、各実施形態においては各信号のタイミングを合わせる遅延回路について記述していないが、回路の構成に応じて、適宜遅延回路が用いられることは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態に係る映像信号処理装置の構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る映像信号処理装置の構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る映像信号処理装置の信号処理を説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係るゲインコントロール部の構成図である。 従来の輪郭強調装置の構成図である。 従来の輪郭強調装置の信号処理を説明する図である。 従来のダイナミックγ補正処理装置の構成図である。 従来技術の問題点を説明する図である。

符号の説明

１０１ 映像信号入力端子
１０２ 輪郭検出部
１０３ 加算器
１０４ 映像信号出力端子
３０１ 映像信号入力端子
３０２ シーン特徴検出部
３０３ γ補正カーブ計算部
３０４ ダイナミックγ補正ＲＡＭテーブル
３０５ 映像信号出力端子
４０１ 映像信号入力端子
４０２ 映像信号出力端子
４１１ 輪郭成分検出部
４１２ ゲインコントロール部
４１３ 加算器
４１４ 逆勾配ＲＡＭテーブル
４１５ 逆勾配計算部
４２１ シーン特徴検出部
４２２ γ補正カーブ計算部
４２３ ダイナミックγ補正ＲＡＭテーブル
５１１ 加算器
５１２ γ補正カーブＲＡＭテーブル
５１３ 補正率算出部
８０１ レベルディペンド処理部
８０２ 乗算器

Claims (4)

1. 入力映像信号に輪郭強調処理を施す輪郭強調部と、
   前記輪郭強調部において輪郭強調処理が施された輪郭強調済み信号に対して、所定のγ特性に基づいた階調変換処理を行う階調変換部とを備えた映像信号処理装置であって、
   前記輪郭強調部は、前記入力映像信号の輪郭成分から輪郭強調信号を生成する輪郭成分検出部と、前記γ特性に基づいて前記輪郭強調信号を補正する補正部と、前記入力映像信号と補正された輪郭強調信号とを合成して前記輪郭強調済み信号を生成する合成部とからなり、
   前記補正部は、前記階調変換処理後の輪郭強調済み信号に含まれる輪郭強調信号の大きさが、前記補正前の輪郭強調信号の大きさと同一となるように、前記輪郭強調信号を補正する
   ことを特徴とする映像信号処理装置。
2. 入力信号に応じてγ特性を決定するダイナミックγ制御部を備え、
   前記階調変換部は、前記決定されたγ特性に応じて書き換えられる階調変換テーブルを有し、
   前記輪郭強調部は、前記階調変換テーブルの逆勾配の特性を有する変換テーブルに基づいて、前記輪郭強調信号を補正することを特徴とする請求項１に記載の映像信号処理装置。
3. 入力信号に応じてγ特性を決定するダイナミックγ制御部を備え、
   前記階調変換部は、前記決定されたγ特性に応じて書き換えられる階調変換テーブルを有し、
   前記輪郭強調部は、前記階調変換テーブルを逆変換する処理により、前記輪郭強調信号を補正することを特徴とする請求項１に記載の映像信号処理装置。
4. 入力映像信号に輪郭強調処理を施すステップと、
   前記輪郭強調処理が施された輪郭強調済み信号に対して、所定のγ特性に基づいた階調変換処理を行うステップとを備えた映像信号処理方法であって、
   前記入力映像信号の輪郭成分から輪郭強調信号を生成するステップと、
   前記γ特性に基づいて前記輪郭強調信号を補正するステップと、
   前記入力映像信号と補正された輪郭強調信号とを合成して前記輪郭強調済み信号を生成するステップとからなり、
   前記輪郭強調信号を補正するステップは、前記階調変換処理後の輪郭強調済み信号に含まれる輪郭強調信号の大きさが、前記補正前の輪郭強調信号の大きさと同一となるように、前記輪郭強調信号を補正するステップである
   ことを特徴とする映像信号処理方法。
   

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