JP5147521B2 - Image processing device - Google Patents
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本発明は、非線形に輝度信号の輝度情報を変換する画像処理装置に関する発明である。 The present invention relates to an image processing apparatus that nonlinearly converts luminance information of a luminance signal.
従来の画像処理装置では、入力された輝度信号の輝度情報を自動黒レベル制御回路でシフトした後、色差信号と変換後の輝度信号とから3原色信号を生成する。その後、3原色信号のブライトネスをブライトネス調整回路でシフトした後、3原色信号の階調をガンマ補正回路で入力階調ごとに非線形に変換する。3原色信号のブライトネス調整とガンマ補正とにより、3原色信号における輝度信号の輝度情報は非線形に変換される。このように、従来の画像処理装置では、3原色信号生成前後で輝度信号の輝度情報を非線形に変換していた。特許文献1には、このような非線形変換を行う非線形変換回路が記載されている。
In the conventional image processing apparatus, the luminance information of the input luminance signal is shifted by the automatic black level control circuit, and then the three primary color signals are generated from the color difference signal and the converted luminance signal. Thereafter, the brightness of the three primary color signals is shifted by the brightness adjustment circuit, and then the gradations of the three primary color signals are nonlinearly converted for each input gradation by the gamma correction circuit. By the brightness adjustment and gamma correction of the three primary color signals, the luminance information of the luminance signal in the three primary color signals is converted nonlinearly. As described above, the conventional image processing apparatus nonlinearly converts the luminance information of the luminance signal before and after the generation of the three primary color signals.
しかしながら、上述の輝度信号の輝度情報の非線形変換により、非線形変換後の3原色信号における輝度信号と色差信号との比率は、非線形変換前の輝度信号と色差信号との比率と異なるという問題があった。その結果、非線形変換により当初入力時よりも輝度が低くなるように変換された画素部分では、色飽和度が高くなり、当初入力時よりも輝度が高くなるように変換された画素部分では、色飽和度が低くなるという問題があった。 However, there is a problem that the ratio between the luminance signal and the color difference signal in the three primary color signals after the nonlinear conversion is different from the ratio between the luminance signal and the color difference signal before the nonlinear conversion due to the nonlinear conversion of the luminance information of the luminance signal. It was. As a result, color saturation is higher in the pixel portion that has been converted to have a lower luminance than that at the time of initial input by nonlinear conversion, and in the pixel portion that has been converted to have a higher luminance than at the time of initial input, There was a problem of low saturation.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、非線形変換後の輝度信号と色差信号とのバランスを、非線形変換前のバランスに戻す補正が可能な画像処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an image processing apparatus capable of correcting the balance between the luminance signal and the color difference signal after nonlinear conversion to the balance before nonlinear conversion is provided. The purpose is to provide.
本発明に係る画像処理装置は、第1の輝度信号のブライトネスを非線形に変換する自動黒レベル制御回路と、当該変換された前記第1の輝度信号と色差信号とから生成される3原色信号のブライトネス及び階調をそれぞれ非線形に変換するブライトネス調整回路及びガンマ補正回路とを含む非線形変換回路を備える。そして、前記自動黒レベル制御回路で非線形変換される前の前記第1の輝度信号の輝度と、前記ブライトネス調整回路及び前記ガンマ補正回路で非線形変換された後の前記3原色信号から生成される第2の輝度信号の輝度とに基づいて、前記色差信号を補正する色差信号補正回路を備える。 An image processing apparatus according to the present invention includes an automatic black level control circuit that nonlinearly converts the brightness of a first luminance signal, and three primary color signals generated from the converted first luminance signal and color difference signal . A nonlinear conversion circuit including a brightness adjustment circuit and a gamma correction circuit for nonlinearly converting brightness and gradation, respectively , is provided. Then, the luminance of the first luminance signal before nonlinear conversion by the automatic black level control circuit and the three primary color signals after nonlinear conversion by the brightness adjustment circuit and the gamma correction circuit are generated. And a color difference signal correction circuit for correcting the color difference signal based on the luminance of the second luminance signal.
本発明の画像処理装置によれば、非線形変換回路で非線形変換される前の第1の輝度信号と、同非線形変換回路で非線形変換を終えた後の3原色信号から生成される第2の輝度信号とに基づいて、色差信号を補正する。これにより、非線形変換後の輝度信号と色差信号とのバランスを、非線形変換前の輝度信号と色差信号とのバランスに戻す補正を行うことができる。 According to the image processing apparatus of the present invention, the second luminance generated from the first luminance signal before nonlinear conversion by the nonlinear conversion circuit and the three primary color signals after nonlinear conversion by the nonlinear conversion circuit. The color difference signal is corrected based on the signal. Thereby, it is possible to perform correction for returning the balance between the luminance signal and the color difference signal after the nonlinear conversion to the balance between the luminance signal and the color difference signal before the nonlinear conversion.
<実施の形態1>
本実施の形態に係る画像処理装置は、例えば、画像の加工処理を行う静止画カメラ、ビデオカメラ、テレビジョン受像機、モニタ受像機、映像記憶装置に設けられる。本実施の形態に係る画像処理装置の構成について説明する前に、従来の画像処理装置の構成について説明する。図4は、従来の画像処理装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、従来の画像処理装置は、自動黒レベル制御回路1と、デマトリクス回路2と、コントラスト調整回路3と、ブライトネス調整回路4と、ガンマ補正回路5と、振幅変換器6と、色相調整回路(ティント調整回路)7と、色飽和度調整回路8とを備える。自動黒レベル制御回路1には、輝度信号yが外部から入力され、振幅変換器6には、色差信号Cb,Crが外部から入力される。
<
The image processing apparatus according to the present embodiment is provided in, for example, a still image camera, a video camera, a television receiver, a monitor receiver, and a video storage device that perform image processing. Before describing the configuration of the image processing apparatus according to the present embodiment, the configuration of a conventional image processing apparatus will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional image processing apparatus. As shown in the figure, the conventional image processing apparatus includes an automatic black
自動黒レベル制御回路1は、外部からの輝度信号yのブライトネスを補正する。この自動黒レベル制御回路1は、絵柄に応じて、視覚的に黒の締り感を常に維持するように、輝度信号yの黒レベル、すなわち、ブライトネスを時間ごとに変化させる補正を行い、補正後の輝度信号を出力する。
The automatic black
振幅変換器6は、外部からの色差信号Cb,Crの振幅を修正し、輝度信号と3原色信号との差分信号である色差信号b−y,r−yに変換し、当該変換後の色差信号b−y,r−yを出力する。色相調整回路7は、使用者の好みに応じて、振幅変換器6からの色差信号b−y、r−yのベクトル角を回転させて色合いを修正し、当該修正後の色差信号(b−y)t,(r−y)tを出力する。色飽和度調整回路8は、使用者の好みに応じて、色相調整回路7からの色差信号(b−y)t,(r−y)tの色飽和度を調整し、当該調整後の色差信号(b−y)ct,(r−y)ctを出力する。
The amplitude converter 6 corrects the amplitudes of the color difference signals Cb and Cr from the outside, converts them into color difference signals by and ry which are difference signals between the luminance signal and the three primary color signals, and the color difference after the conversion. The signals by and ry are output. The
デマトリクス回路2は、自動黒レベル制御回路1からの輝度信号と、色飽和度調整回路8からの色差信号(b−y)ct,(r−y)ctとから、3原色信号r,g,bを生成する。コントラスト調整回路3は、使用者からの好みに応じて、デマトリクス回路2からの3原色信号r,g,bの振幅を増幅し、当該増幅後の3原色信号を出力する。ブライトネス調整回路4は、使用者の好みに応じて、コントラスト調整回路3からの3原色信号の黒レベル、すなわち、ブライトネスを調整し、調整後の3原色信号を出力する。ガンマ補正回路5は、ブライトネス調整回路4からの3原色信号の階調を、入力階調ごとに非線形に変換し、輝度補正後の3原色信号r’,g’,b’を出力する。
The
上述の自動黒レベル制御回路1およびブライトネス調整回路4による黒レベルのシフト後の値は、現実的な処理において下限値が決まっており、下限値以下のシフト後の値は全て、下限値として処理される。そのため、自動黒レベル制御回路1は、3原色信号r,g,bを生成するデマトリクス回路2前で、輝度信号yの輝度情報を非線形に変換する回路とみなすことができる。同様に、ブライトネス調整回路4は、3原色信号r,g,bを生成するデマトリクス回路2後で、3原色信号における輝度信号の輝度情報を非線形に変換する回路とみなすことができる。
The values after the black level shift by the automatic black
このうち、自動黒レベル制御回路1では、時間的な変化に基づいて輝度信号のブライトネスの非線形変換を行う。しかしながら、その非線形変換は、振幅変換器6から色飽和度調整回路8までの色差信号の処理と連動されていない。そのため、自動黒レベル制御回路1で補正した輝度信号と、色飽和度調整回路8で変換した色差信号との比率は、入力時の輝度信号yと色差信号b−y,r−yとの比率(以下、入力時の比率と記すこともある)から変化したものになる。また、ブライトネス調整回路4では、暗階調から明階調まで一律に同じだけ、3原色信号における輝度信号の輝度情報を明方向もしくは暗方向にシフトする処理を行う。そのため、ブライトネス調整回路4で調整した3原色信号における輝度信号と色差信号との比率も、入力時の比率から変化したものになる。
Among these, the automatic black
また、ガンマ補正回路5は、3原色信号r,g,bを生成するデマトリクス回路2後において、ブライトネス調整回路4からの3原色信号の階調を、入力階調ごとに非線形に変換する。そのため、ガンマ補正回路5は、3原色信号r,g,bを生成するデマトリクス回路2後で、3原色信号における輝度信号の輝度情報を非線形に変換する回路とみなすことができる。このガンマ補正回路5で輝度補正した3原色信号における輝度信号と色差信号との比率も、同様に、入力時の比率から変化したものになる。
Further, after the
以上のように、自動黒レベル制御回路1,ブライトネス調整回路4,ガンマ補正回路5からなる非線形変換回路は、3原色信号を生成するデマトリクス回路2前後において、輝度信号の輝度情報を非線形に変換していた。そして、この非線形変換により、最終的に画像処理装置から出力される3原色信号おける輝度信号と色差信号との比率は、入力時の比率と異なるものになるという問題があった。
As described above, the nonlinear conversion circuit including the automatic black
図1は、このような問題を解決する本実施の形態に係る画像処理装置の構成のブロック図である。以下、本実施の形態に係る画像処理装置の構成のうち、新たに説明しない構成については、上述の構成と実質的に同じものであるとし、同じ符号を付すものとする。図に示すように、本実施の形態に係る画像処理装置は、上述の構成に加え、輝度信号生成回路9と、色差信号補正回路10と、デマトリクス回路11とを備える。
FIG. 1 is a block diagram of a configuration of an image processing apparatus according to the present embodiment for solving such a problem. Hereinafter, among the configurations of the image processing apparatus according to the present embodiment, configurations that are not newly described are assumed to be substantially the same as those described above, and are denoted by the same reference numerals. As shown in the figure, the image processing apparatus according to the present embodiment includes a luminance
自動黒レベル制御回路1は、デマトリクス回路2前において、第1の輝度信号yのブライトネスを非線形に変換し、輝度信号の輝度情報を非線形に変換する。デマトリクス回路2は、自動黒レベル制御回路1で非線形変換された第1の輝度信号と、振幅変換器6で変換された色差信号b−y,r−yとに基づいて、3原色信号r,g,bを生成する。ブライトネス調整回路4は、デマトリクス回路2後において、3原色信号r,g,bのブライトネスを非線形に変換し、3原色信号における輝度信号の輝度情報を非線形に変換する。ガンマ補正回路5は、デマトリクス回路2後において、3原色信号r,g,bの階調を、入力階調ごとに非線形に変換し、3原色信号における輝度信号の輝度情報を非線形に変換する。そして、ガンマ補正回路5は、輝度信号の輝度情報を非線形変換した3原色信号r’,g’,b’を出力する。
The automatic black
こうして、自動黒レベル制御回路1およびブライトネス調整回路4およびガンマ補正回路5からなる非線形変換回路は、第1の輝度信号yと色差信号b−y,r−yとから生成される3原色信号において、デマトリクス回路2前後で輝度信号の輝度情報を非線形に変換する。
Thus, the non-linear conversion circuit composed of the automatic black
ここで、自動黒レベル制御回路1に入力される第1の輝度信号yと、デマトリクス回路2に入力される色差信号b−y,r−yと、ガンマ補正回路5から出力される3原色信号r’,g’,b’との関係は式(1)のように示される。この式(1)の関数fは、自動黒レベル制御回路1からガンマ補正回路5までの変換処理、つまり、自動黒レベル制御回路1、および、ブライトネス調整回路4、および、ガンマ補正回路5における非線形変換を含む変換処理を表す。
Here, the first luminance signal y input to the automatic black
輝度信号生成回路9は、ガンマ補正回路5が出力する非線形変換後の3原色信号r’,g’,b’に基づいて、第2の輝度信号y’を生成する。本実施の形態に係る輝度信号生成回路9は、非線形変換後の3原色信号r’,g’,b’から、式(2)に基づいて、第2の輝度信号y’を線形に生成する。ここで、k,l,mは所定の係数である。
The luminance
色差信号補正回路10は、色差信号(b−y)ct,(r−y)ctに基づいて、色差信号(g−y)ctを生成する。本実施の形態に係る輝度信号生成回路9は、色差信号(b−y)ct,(r−y)ctから、式(3)に基づいて、色差信号(g−y)ctを生成する。ここで、s,tは所定の係数である。
The color difference
本実施の形態に係る画像処理装置が備える色差信号補正回路10は、上述の非線形変換回路で非線形変換される前の第1の輝度信号yの輝度と、同非線形変換回路で非線形変換された後の3原色信号r’,g’,b’から線形に生成される第2の輝度信号y’の輝度とに基づいて、色差信号(b−y)ct,(r−y)ct,(g−y)ctを補正する。本実施の形態では、色差信号補正回路10は、上述の非線形変換回路で非線形変換される前の第1の輝度信号yの輝度と、同非線形変換回路で非線形変換された後の3原色信号r’,g’,b’から生成される第2の輝度信号y’の輝度との輝度比(=y’/y)を画素単位で計算する。すなわち、輝度変化率を計算する。そして、対応する画素の色差信号(b−y)ct,(r−y)ct,(g−y)ctの振幅に、式(4)に示すように、上述の輝度比(=y’/y)を乗じて補正し、当該補正後の色差信号(b−y)’,(g−y)’,(r−y)’を出力する。
The color difference
デマトリクス回路11は、色差信号補正回路10で補正された色差信号(b−y)’,(g−y)’,(r−y)’と、輝度信号生成回路9から出力された非線形変換後の第2の輝度信号y’とに基づいて、補正後の3原色信号rout,gout,boutを生成する。本実施の形態に係るデマトリクス回路11は、色差信号(b−y)’,(g−y)’,(r−y)’と、第2の輝度信号y’から、式(5)に基づいて、3原色信号rout,gout,boutを生成し、出力する。
The
以上のような本実施の形態に係る画像処理装置によれば、上述の非線形変換回路から出力された後の3原色信号における輝度信号と色差信号との比率を、上述の非線形変換回路に入力される前の第1の輝度信号yと色差信号b−y,r−yとの比率に戻す補正処理を画素ごとに行うことができる。こうして、3原色信号rout,gout,boutが入力された装置では、輝度信号と色差信号との比率が画素ごとに補正された映像、つまり、画素の色飽和度が補正された自然な映像を表示することができる。 According to the image processing apparatus according to the present embodiment as described above, the ratio of the luminance signal and the color difference signal in the three primary color signals output from the above-described nonlinear conversion circuit is input to the above-described nonlinear conversion circuit. Correction processing for returning to the ratio between the first luminance signal y and the color difference signals by and ry before being performed can be performed for each pixel. Thus, in an apparatus to which the three primary color signals r out , g out , and b out are input, an image in which the ratio between the luminance signal and the color difference signal is corrected for each pixel, that is, the natural color saturation of the pixel is corrected. Video can be displayed.
<実施の形態2>
図2は、本実施の形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。以下の実施の形態に係る画像処理装置の構成のうち、実施の形態1に係る画像処理装置と同一の構成については、同一符号を付すものとし、新たに説明しない構成については、実施の形態1と同じであるものとする。図1に示す実施の形態1に係る画像処理装置の構成では、色相調整回路7と、色飽和度調整回路8が、色差信号補正回路10の前に配置されていた。それに対して、図2に示す本実施の形態に係る画像処理装置の構成では、色相調整回路7と、色飽和度調整回路8とが、色差信号補正回路10の後に配置されている。本実施の形態に係る画像処理装置は、色相調整回路7の配置と、色飽和度調整回路8の配置が異なる点で実施の形態1と異なるが、本実施の形態に係る画像処理装置においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
<
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the image processing apparatus according to this embodiment. Of the configurations of the image processing apparatuses according to the following embodiments, the same configurations as those of the image processing apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the configurations not newly described are described in the first embodiment. Shall be the same. In the configuration of the image processing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1, the
<実施の形態3>
図3は、本実施の形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。図1に示す実施の形態1に係る画像処理装置では、色差信号(b−y)ct,(r−y)ct,(g−y)ctに、第1の輝度信号yと第2の輝度信号y’の輝度比(=y’/y)をそのまま乗ずる構成とした。それに対し、本実施の形態に係る画像処理装置では、色差信号補正回路10で用いる輝度比(=y’/y)を増幅または減衰可能である。このことについて、以下、説明する。
<
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the image processing apparatus according to the present embodiment. In the image processing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1, the color difference signal (b-y) ct, ( r-y) ct, the (g-y) ct, the first luminance signal y and the second luminance The luminance ratio (= y ′ / y) of the signal y ′ is multiplied as it is. On the other hand, in the image processing apparatus according to this embodiment, the luminance ratio (= y ′ / y) used in the color difference
本実施の形態に係る画像処理装置では、図3に示すように、実施の形態1の構成に加えて、増減器12と、加算器13とをさらに備える。増減器12は、輝度信号生成回路9の後に設けられる。この増減器12は、例えば、増幅器および減衰器から構成される。増減器12は、第2の輝度信号y’の輝度に係数mを乗じた第2の輝度信号my’を出力する。加算器13は、輝度信号生成回路9からの第2の輝度信号y’の輝度に、増減器12からの第2の輝度信号my’の輝度を加算した第2の輝度信号(1+m)y’を出力する。
As shown in FIG. 3, the image processing apparatus according to the present embodiment further includes an increase /
色差信号補正回路10は、実施の形態1と同様、式(3)に基づいて、色差信号(b−y)ct,(r−y)ctから、色差信号(g−y)ctを生成する。そして、色差信号補正回路10は、第1の輝度信号yの輝度と、加算器13からの第2の輝度信号(1+m)y’の輝度とに基づいて、色差信号(b−y)ct,(r−y)ct,(g−y)ctを補正する。本実施の形態では、色差信号補正回路10は、第1の輝度信号yの輝度と、加算器13からの第2の輝度信号(1+m)y’の輝度との輝度比(=(1+m)・y’/y)を画素単位で計算する。そして、対応する画素の色差信号(b−y)ct,(r−y)ct,(g−y)ctの振幅に、式(6)に示すように、当該輝度比(=(1+m)・y’/y)を乗じて補正し、当該補正後の色差信号(b−y)’,(g−y)’,(r−y)’を出力する。その後の動作は、実施の形態1と同様である。
Similar to the first embodiment, the color difference
以上の構成からなる本実施の形態に係る画像処理装置では、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態に係る画像処理装置によれば、色差信号補正回路10で用いる輝度比を増幅または減衰可能であるため、画像処理装置から出力される輝度信号と色差信号とのバランスを微調整することができる。
In the image processing apparatus according to the present embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, according to the image processing apparatus according to the present embodiment, since the luminance ratio used in the color difference
1 自動黒レベル制御回路、2,11 デマトリクス回路、3 コントラスト回路、4 ブライトネス調整回路、5 ガンマ補正回路、6 振幅変換器、7 色相調整回路、8 色飽和度調整回路、9 輝度信号生成回路、10 色差信号補正回路、12 増減器、13 加算器。
1 automatic black level control circuit, 2, 11 dematrix circuit, 3 contrast circuit, 4 brightness adjustment circuit, 5 gamma correction circuit, 6 amplitude converter, 7 hue adjustment circuit, 8 color saturation adjustment circuit, 9 luminance
Claims (3)
前記自動黒レベル制御回路で非線形変換される前の前記第1の輝度信号の輝度と、前記ブライトネス調整回路及び前記ガンマ補正回路で非線形変換された後の前記3原色信号から生成される第2の輝度信号の輝度とに基づいて、前記色差信号を補正する色差信号補正回路とを備える、
画像処理装置。 An automatic black level control circuit that nonlinearly converts the brightness of the first luminance signal, and the brightness and gradation of the three primary color signals generated from the converted first luminance signal and color difference signal are respectively nonlinearly converted. A non-linear conversion circuit including a brightness adjustment circuit and a gamma correction circuit ,
A second luminance generated from the luminance of the first luminance signal before nonlinear conversion by the automatic black level control circuit and the three primary color signals after nonlinear conversion by the brightness adjustment circuit and the gamma correction circuit. A color difference signal correction circuit for correcting the color difference signal based on the luminance of the luminance signal;
Image processing device.
前記自動黒レベル制御回路で非線形変換される前の前記第1の輝度信号の輝度と、前記ブライトネス調整回路及び前記ガンマ補正回路で非線形変換された後の前記3原色信号から生成される前記第2の輝度信号の輝度との輝度比を画素単位で計算し、対応する前記画素の前記色差信号の振幅に当該輝度比を乗じる、
請求項1に記載の画像処理装置。 The color difference signal correction circuit includes:
The second luminance generated from the luminance of the first luminance signal before nonlinear conversion by the automatic black level control circuit and the three primary color signals after nonlinear conversion by the brightness adjustment circuit and the gamma correction circuit. Calculating a luminance ratio with the luminance of the luminance signal of each pixel, and multiplying the amplitude of the color difference signal of the corresponding pixel by the luminance ratio,
The image processing apparatus according to claim 1.
請求項2に記載の画像処理装置。 The luminance ratio used in the color difference signal correction circuit can be amplified or attenuated.
The image processing apparatus according to claim 2.
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