JP6201933B2

JP6201933B2 - 映像信号処理装置、映像信号処理方法、映像信号処理プログラム

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Publication number: JP6201933B2
Application number: JP2014171276A
Authority: JP
Inventors: 晋吾木田
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP2016046749A

Description

本発明は、映像信号の階調を補正する映像信号処理装置、映像信号処理方法、映像信号処理プログラムに関する。

特許文献１，２に記載されているように、画質を向上させるための各種の映像信号処理技術が提案されている。

特許第４０７８６４９号公報特許第４４５３７７７号公報

視認性が低下した画像の一例として、低照度の画像がある。視認性が低下した画像の他の例として、霧がかかった画像がある。画像の視認性を低下させる要因は複数存在する。

そこで、各種の視認性が低下した画像の画質を向上させることができる映像信号処理技術が求められる。また、視認性が低下した画像だけではなく、通常の画像の画質も向上させることができる映像信号処理技術が求められる。

本発明はこのような要望に対応するため、各種の視認性が低下した画像や通常の画像の画質を向上させることができる映像信号処理装置、映像信号処理方法、映像信号処理プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、輝度信号を所定単位ごとに複数の階調群に分割し、それぞれの階調群に含まれる画素数の分布を示すヒストグラムデータを生成するヒストグラム生成部と、全体の階調で、前記輝度信号の階調を増加させる方向または減少させる方向に補正する全体階調補正信号を算出する全体階調補正信号算出部と、前記輝度信号が示す画像の輪郭部分を補正する部分階調補正信号を算出する部分階調補正信号算出部と、前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が第１の階調以下である低輝度の階調群に集中している程度を示す低輝度集中度を算出する低輝度集中度算出部と、前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が前記第１の階調よりも大きい第２の階調と、前記第２の階調よりも大きい第３の階調との間である中輝度の階調群に集中している程度を示す中輝度集中度を算出する中輝度集中度算出部と、前記低輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記全体階調補正信号を加算する程度を調整し、前記中輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記部分階調補正信号を加算する程度を調整して、前記輝度信号と前記全体階調補正信号と前記部分階調補正信号とを合成して、補正輝度信号を出力する合成部とを備えることを特徴とする映像信号処理装置を提供する。

また、本発明は、輝度信号を所定単位ごとに複数の階調群に分割し、それぞれの階調群に含まれる画素数の分布を示すヒストグラムデータを生成し、全体の階調で、前記輝度信号の階調を増加させる方向または減少させる方向に補正する全体階調補正信号を算出し、前記輝度信号が示す画像の輪郭部分を補正する部分階調補正信号を算出し、前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が第１の階調以下である低輝度の階調群に集中している程度を示す低輝度集中度を算出し、前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が前記第１の階調よりも大きい第２の階調と、前記第２の階調よりも大きい第３の階調との間である中輝度の階調群に集中している程度を示す中輝度集中度を算出し、前記低輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記全体階調補正信号を加算する程度を調整し、前記中輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記部分階調補正信号を加算する程度を調整して、前記輝度信号と前記全体階調補正信号と前記部分階調補正信号とを合成して、補正輝度信号を生成することを特徴とする映像信号処理方法を提供する。

さらに、本発明は、コンピュータに、輝度信号を所定単位ごとに複数の階調群に分割し、それぞれの階調群に含まれる画素数の分布を示すヒストグラムデータを生成するステップと、全体の階調で、前記輝度信号の階調を増加させる方向または減少させる方向に補正する全体階調補正信号を算出するステップと、前記輝度信号が示す画像の輪郭部分を補正する部分階調補正信号を算出するステップと、前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が第１の階調以下である低輝度の階調群に集中している程度を示す低輝度集中度を算出するステップと、前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が前記第１の階調よりも大きい第２の階調と、前記第２の階調よりも大きい第３の階調との間である中輝度の階調群に集中している程度を示す中輝度集中度を算出するステップと、前記低輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記全体階調補正信号を加算する程度を調整し、前記中輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記部分階調補正信号を加算する程度を調整して、前記輝度信号と前記全体階調補正信号と前記部分階調補正信号とを合成して、補正輝度信号を生成するステップとを実行させることを特徴とする映像信号処理プログラムを提供する。

本発明の映像信号処理装置、映像信号処理方法、映像信号処理プログラムによれば、各種の視認性が低下した画像や通常の画像の画質を向上させることができる。

一実施形態の映像信号処理装置を示すブロック図である。通常シーンにおけるヒストグラムの一例を概念的に示す図である。低照度シーンにおけるヒストグラムの一例を概念的に示す図である。霧シーンにおけるヒストグラムの一例を概念的に示す図である。図１における階調補正部２０の具体的な構成例を示すブロック図である。図３における全体階調補正信号算出部２３の具体的な構成例を示すブロック図である。図４における演算部２３２で用いる広がりゲインＧexpの一例を示す特性図である。図４における演算部２３２で用いる平均輝度ゲインＧaplの一例を示す特性図である。図４における演算部２３２で用いる重み付けゲインＧｗの一例を示す特性図である。図４における演算部２３２で実行される積分処理の一例を示すフローチャートである。図４における演算部２３２で生成する階調補正曲線の生成方法を説明するための図である。図３における部分階調補正信号算出部２４の具体的な構成例を示すブロック図である。図１０における各フィルタの周波数特性を示す特性図である。図１０における輝度信号Ｙinとガウシアンフィルタ２４２より出力される低周波成分信号Ｙin２とを示す波形図である。図１０における減算器２４３より出力される高周波成分信号Ｙin3を示す波形図である。図１０におけるローパスフィルタ２４４より出力される低域側高周波成分信号Ｙin4を示す波形図である。図１０における乗算器２４５より出力される部分階調補正信号COR_bを示す波形図である。図１２Ａに示す輝度信号Ｙinと図１２Ｄに示す部分階調補正信号COR_bを加算した補正輝度信号Ｙin_bを示す波形図である。図３の合成部２５において全体階調補正信号COR_aに乗算するゲインＧａを示す特性図である。図３の合成部２５において部分階調補正信号COR_bに乗算するゲインＧｂを示す特性図である。

以下、一実施形態の映像信号処理装置、映像信号処理方法、映像信号処理プログラムについて、添付図面を参照して説明する。

図１において、映像信号処理装置１００は、ヒストグラム生成部１０と階調補正部２０とを備える。輝度信号Ｙinは、ヒストグラム生成部１０及び階調補正部２０に入力される。

ヒストグラム生成部１０は、輝度信号Ｙinの全階調を複数の階調群に分割して、それぞれの階調群に含まれる画素数をカウントしてヒストグラムデータＤhistを生成する。輝度信号Ｙinは例えば２５６階調である。ヒストグラム生成部１０は、輝度信号Ｙinの全階調を例えば１６の階調群に分割する。ヒストグラムデータＤhistは、階調補正部２０に入力される。

図２Ａ〜図２Ｃは、ヒストグラム生成部１０が生成するヒストグラムデータＤhistが示すヒストグラムを概念的に示している。図２Ａ〜図２Ｃにおける横軸は全階調を０〜１５の１６群に分割した階調群、縦軸はそれぞれの階調群における画素の総和を示す階調の頻度である。

図２Ａは通常シーンにおけるヒストグラムの一例であり、階調群０〜１５の全体に階調の頻度が分布している。図２Ｂは低照度シーンにおけるヒストグラムの一例であり、階調群０〜５（特に階調群０〜２）の低輝度階調群に頻度が集中して分布している。

図２Ｃは、霧シーンにおけるヒストグラムの一例であり、階調群６〜１１（特に階調群７〜９）の中輝度階調に頻度が集中して分布している。

階調補正部２０は、図２Ａ〜図２Ｃに示すようなヒストグラムデータＤhistを用いて、後述するようにして輝度信号Ｙinの階調を補正する。階調補正部２０は、階調を補正した輝度信号（補正輝度信号）Ｙoutを出力する。

図３を用いて階調補正部２０の具体的な構成及び動作を説明する。階調補正部２０は、低輝度集中度算出部２１，中輝度集中度算出部２２，全体階調補正信号算出部２３，部分階調補正信号算出部２４，合成部２５を備える。

ヒストグラムデータＤhistは、低輝度集中度算出部２１及び中輝度集中度算出部２２に入力される。輝度信号Ｙinは、全体階調補正信号算出部２３と、部分階調補正信号算出部２４と、合成部２５とに入力される。

低輝度集中度算出部２１は、ヒストグラムデータＤhistに基づいて、画素数の分布が低輝度領域に集中している程度を示す低輝度集中度Low_rateを算出する。ここでは、低輝度集中度算出部２１は、図２Ｂに示す階調群３以下の階調群に集中している程度を低輝度集中度Low_rateとする。

階調群３における最大の階調を第１の階調とすれば、低輝度集中度算出部２１は、第１の階調以下である低輝度の階調群に集中している程度を示す低輝度集中度Low_rateを算出する。

中輝度集中度算出部２２は、ヒストグラムデータＤhistに基づいて、階調の頻度が中輝度領域に集中している程度を示す中輝度集中度Mid_rateを算出する。ここでは、中輝度集中度算出部２２は、図２Ｃに示す階調群７〜１０の階調群に集中している程度を中輝度集中度Mid_rateとする。

階調群７における最小の階調を第２の階調、階調群１０における最大の階調を第３の階調とする。中輝度集中度算出部２２は、画素数の分布が第１の階調よりも大きい第２の階調と、第２の階調よりも大きい第３の階調との間である中輝度の階調群に集中している程度を示す中輝度集中度Mid_rateを算出する。

低輝度集中度算出部２１と中輝度集中度算出部２２は、具体的に、以下のようにして低輝度集中度Low_rateと中輝度集中度Mid_rateを算出する。

低輝度集中度算出部２１及び中輝度集中度算出部２２は、ヒストグラムの総和Hist_sumを算出する。図２Ａ〜図２Ｃに示すヒストグラムデータＤhistにおける階調群０〜１５それぞれの画素の総和をHist[0]〜Hist[15]とする。低輝度集中度算出部２１及び中輝度集中度算出部２２は、ヒストグラムの総和Hist_sumを次の式（１）により算出する。

低輝度集中度算出部２１は、低輝度集中度Low_rateを一例として次の式（２）により算出する。
Low_rate=(Hist[0]+Hist[1]+Hist[2]+Hist[3])×100／Hist_sum …（２）

中輝度集中度算出部２２は、中輝度集中度Mid_rateを一例として次の式（３）により算出する。
Mid_rate=(Hist[7]+Hist[8]+Hist[9]+Hist[10])×100／Hist_sum …（３）

低輝度集中度算出部２１が低輝度集中度Low_rateを算出する算出方法は、式（２）に限定されるものではなく、低輝度領域への集中度合いを求めればよい。中輝度集中度算出部２２が中輝度集中度Mid_rateを算出する算出方法は、式（３）に限定されるものではなく、中輝度領域への集中度合いを求めればよい。

以上のように算出された低輝度集中度Low_rate及び中輝度集中度Mid_rateは、合成部２５に入力される。

全体階調補正信号算出部２３は、輝度信号Ｙinにおける最小階調から最大階調までの全体の階調を補正するための全体階調補正信号COR_aを算出する。

部分階調補正信号算出部２４は、輝度信号Ｙinにおける部分的な階調を補正するための部分階調補正信号COR_bを算出する。具体的には、部分階調補正信号算出部２４は、輝度信号Ｙinにおける画像の輪郭部分のコントラストを改善するための部分階調補正信号COR_bを算出する。

全体階調補正信号算出部２３には、特許文献１に記載されている映像信号処理技術を採用することができる。部分階調補正信号算出部２４には、特許文献２に記載されている映像信号処理技術（輪郭補正技術）を採用することができる。

ここで、図４〜図９を用いて、全体階調補正信号算出部２３の具体的な構成及び動作を説明する。

図４に示すように、全体階調補正信号算出部２３は、画像特徴検出部２３１と演算部２３２とを備える。画像特徴検出部２３１は、ヒストグラム生成部１０と同様に、輝度信号Ｙinに基づいてヒストグラムデータを生成する。また、画像特徴検出部２３１は、例えば１フレーム内の平均輝度（ＡＰＬ）を求める。

画像特徴検出部２３１がヒストグラムデータを生成する代わりに、ヒストグラム生成部１０が生成したヒストグラムデータＤhistを画像特徴検出部２３１に入力してもよい。

画像特徴検出部２３１が生成したヒストグラムデータも図２Ａ〜図２Ｃのように階調群０〜１５それぞれの画素の総和を示すとし、階調群０〜１５それぞれの画素の総和を同様にHist[0]〜Hist[15]とする。

画像特徴検出部２３１は、ヒストグラムデータの分布の広がり方を示す広がり係数expCoefを次の式（４）により算出する。式（４）におけるmin(Hist[i-1], Hist[i+1])は、Hist[i-1]とHist[i+1]とのうちの小さい方の値をとることを意味する。Histmaxは、Hist[0]〜Hist[15]のうちの最大値である。

図２Ｂ，図２Ｃのように階調の頻度が局所的に分布しているとき、広がり係数expCoefは０となる。図２Ａのように階調の頻度が全体的に分布するほど広がり係数expCoefは大きくなり、完全一様な分布のとき、式（４）の場合には広がり係数expCoefは６００となる。即ち、広がり係数expCoefを次の式（４）により算出する場合、広がり係数は０〜６００のいずれかの値をとる。

画像特徴検出部２３１が生成したヒストグラムデータと、平均輝度と、広がり係数expCoefは、演算部２３２に入力される。ヒストグラム生成部１０が生成したヒストグラムデータＤhistを用いる場合には、ヒストグラムデータＤhistを演算部２３２に入力すればよい。

演算部２３２は、それぞれのフレームにおいて、ヒストグラムデータと、平均輝度と、広がり係数expCoefとを用いて、後述する複数のゲインを生成する。

演算部２３２は、広がり係数expCoefに基づいて、図５に示すような特性を有する広がりゲインＧexpを生成する。図５における横軸は広がり係数expCoef、縦軸は広がりゲインＧexpである。

図５に示す例では、広がりゲインＧexpは、広がり係数expCoefが０〜４のときゲインが０、広がり係数expCoefが４〜１２ではゲインが増加する特性を有する。また、図５に示す例では、広がり係数expCoefが１２〜３００のときゲインは最大の１であり、広がり係数expCoefが３００〜６００ではゲインが減少する特性を有する。

広がりゲインＧexpの特性は、図５に限定されるものではない。ゲインの変化
点（図５では、４，１２，３００）の位置は任意に設定できる。

演算部２３２は、平均輝度に基づいて、図６に示すような特性を有する平均輝度ゲインＧaplを生成する。図６における横軸は平均輝度（ＡＰＬ）、縦軸は平均輝度ゲインＧaplである。

図６に示す例では、平均輝度ゲインＧaplは、平均輝度が０〜６４ではゲインは最大の１、平均輝度が６４〜２５５ではゲインが減少する特性を有する。平均輝度ゲインＧaplの特性は、図６に限定されるものではない。ゲイン減少の開始点（図６では６４）、ゲイン減少の割合は任意に設定できる。

演算部２３２は、ヒストグラムデータに対する重み付けのため、図７に示すような特性を有する重み付けゲインＧｗを生成する。図７における横軸はヒストグラムデータの階調群０〜１５のいずれかを示す値［ｉ］、縦軸は重み付けゲインＧｗである。

図７に示す例では、重み付けゲインＧｗは、ｉが０〜４ではゲインは最大の１、ｉが５〜１５ではゲインが減少する特性を有する。重み付けゲインＧｗの特性は、図７に限定されるものではない。ゲイン減少の開始点（図７では４）、ゲイン減少の割合は任意に設定できる。

演算部２３２は、広がりゲインＧexpと、平均輝度ゲインＧaplと、重み付けゲインＧｗとを用いて、ヒストグラムデータを積分する。図８に示すフローチャートは、ヒストグラムデータの積分処理の一例を示している。演算部２３２は、図８に示す積分処理によって、輝度信号Ｙinの階調を補正する階調補正曲線（ガンマ曲線）を構成するポイントＰ［ｉ］（ｉ＝０〜１５）を生成する。

図８において、積分処理が開始されると、演算部２３２は、ステップＳ１にて、ｉ及びポイントＰ［ｉ］の積分値sumを０に設定する。演算部２３２は、ステップＳ２にて、ｉが１６未満であるか否かを判定する。演算部２３２は、ｉが１６未満であれば（YES）、処理をステップＳ３へ移行させ、ｉが１６未満でなければ（NO）、処理をステップＳ９へ移行させる。

演算部２３２は、ステップＳ３にて、ヒストグラムデータHist[i]を入力する。ここではｉは０であるから、Hist[0]が入力される。

演算部２３２は、ステップＳ４にて、ヒストグラムデータHist[i]を式（５）に示す計算式により、Hist[i]（ｉ＝０〜１５）の平均値Haveを用いてオフセットする。ステップＳ４における計算値integはオフセット値である。平均値Ｈavを、平均輝度または広がり係数expCoefで補正してもよい。

Integ＝（Hist[i]−Have）×１６／Have …（５）

演算部２３２は、ステップＳ５にて、式（６）に示すように、ステップＳ４にて求めたオフセット値integに、所定の固定ゲインＧと、広がりゲインＧexpと、平均輝度ゲインＧaplと、重み付けゲインＧｗとを乗算する。

integ＝integ×Ｇ×Ｇexp×Ｇapl×Ｇｗ …（６）

演算部２３２は、ステップＳ６にて、ステップＳ５で求めたゲイン乗算後のオフセット値integに、上限と下限のリミッタをかける。演算部２３２は、ステップＳ７にて、式（７）に示すように、ポイントＰ［ｉ］の積分値sumにステップＳ６で求めた値を加算する。

sum＝sum＋integ …（７）

式（７）におけるintegは、ステップＳ６にてリミッタをかけたオフセット値である。ここではｉは０であるから、積分値sumは０であり、ステップＳ７にて新たに得られるsumはステップＳ６で求めた値となる。

演算部２３２は、ステップＳ８にて、式（８）に示すように、ステップＳ７で求められた積分値sumを用いて、ヒストグラムデータHist[i]のポイントＰ［ｉ］を求める。ステップＳ８で求められたポイントＰ［ｉ］は演算部２３２内に一時記憶される。

Ｐ［ｉ］＝sum／１６ …（８）

演算部２３２は、ステップＳ８の処理終了後にｉを１インクリメントして、処理をステップＳ２に戻す。演算部２３２は、ステップＳ２〜Ｓ８の処理をｉが１５となるまで繰り返す。

以上の処理によって、図９に示す階調補正曲線を構成するＰ［０］〜Ｐ［１５］の各ポイントが生成される。図９の横軸は輝度信号Ｙin、縦軸は輝度信号Ｙinを階調補正曲線で補正した補正輝度信号Ｙin’である。図９において、Ｌｗは所定の白レベル、Ｌｂは所定の黒レベルである。図９では、黒レベルＬｂを０としている。

ステップＳ８にてＰ［１５］が求められるとｉは１６となるので、ステップＳ２にてｉは１６未満ではない（NO）と判定され、演算部２３２は、処理をステップＳ９に移行させる。

演算部２３２は、ステップＳ９にて、白レベルＬｗとポイントＰ［１５］のレベルとの差分Ｄを式（９）により求める。この処理は、ポイントＰ［１５］のレベルを白レベルＬｗへと補正するために必要となる。ここでは、Ｌｂは０である。演算部２３２は、差分Ｄが０となるようにポイントＰ［１５］のレベルを補正する。これにより、ポイントＰ［１５］のレベルは白レベルＬｗとなる。

Ｄ＝Ｌｗ−Ｌｂ−Ｐ［１５］ …（９）

ｉを０とし、ステップＳ１１にてｉが１６未満であるか否かを判定する。ｉが１６未満であれば（YES）、演算部２３２は処理をステップＳ１２に移行させ、ｉが１６未満でなければ（NO）、演算部２３２は処理をステップＳ１３に移行させる。

演算部２３２は、ポイントＰ［１５］のレベルを白レベルＬｗに補正したことに伴い、ステップＳ１２にて、各ポイントＰ［ｉ］のレベルを式（１０）により補正して、ポイントＰ［ｉ］’とする。ポイントＰ［ｉ］’は、演算部２３２内に一時記憶される。

Ｐ［ｉ］’＝Ｄ×（ｉ＋１）／１６＋Ｌｂ …（１０）

演算部２３２は、ステップＳ１２の処理終了後にｉを１インクリメントして、処理をステップＳ１１に戻す。演算部２３２は、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理をｉが１５となるまで繰り返す。

ステップＳ１２にてＰ［１５］が補正されるとｉは１６となるので、ステップＳ１１にてｉは１６未満ではない（NO）と判定され、演算部２３２は、処理をステップＳ１３に移行させる。

演算部２３２は、ステップＳ１３にて、ポイントＰ［０］’〜Ｐ［１５］’を直線補間して、図９に示すような階調補正曲線である全体階調補正信号COR_aを生成する。図９では、便宜上、ステップＳ１２にて各ポイントＰ［ｉ］のレベルをポイントＰ［ｉ］’に補正する前の状態で、各ポイントＰ［ｉ］を直線補間した階調補正曲線を示している。

演算部２３２は、ポイントＰ［１５］のレベルを白レベルＬｗに補正してポイントＰ［１５］’とし、ポイントＰ［０］〜Ｐ［１４］をポイントＰ［０］’〜Ｐ［１４］’に補正したら、ポイントＰ［０］’〜Ｐ［１５］’を直線補間すればよい。演算部２３２は、全体階調補正信号COR_aを生成したら処理を終了させる。

輝度信号Ｙinを全体階調補正信号COR_aによって補正しない状態では、図９における輝度信号Ｙinと補正輝度信号Ｙin’とは破線で示すようにリニアな関係である。全体階調補正信号COR_aは、輝度信号Ｙinにおける最小階調から最大階調まで全体の階調において、輝度信号Ｙinを、階調を増加させる方向または減少させる方向の補正値である。

以上説明した図４に示す全体階調補正信号算出部２３の構成及び動作をまとめると、次のとおりである。画像特徴検出部２３１は、ヒストグラム生成部として機能する。画像特徴検出部２３１は、輝度信号Ｙinにおける所定単位（例えば１フレーム）ごとに最小輝度から最大輝度までを複数の階調群に分割してそれぞれの階調群における画素数の分布を示すヒストグラムデータを生成する。

演算部２３２は、広がり係数生成部と、ゲイン生成部と、階調補正曲線生成部として機能する。広がり係数生成部は、輝度信号Ｙinが複数の階調群にどのように分布しているかを示す係数であり、輝度信号Ｙinが所定の階調群に集中するほど小さく、輝度信号Ｙinが複数の階調群の全体に広がるほど大きな値を示す広がり係数expCoefを生成する。

ゲイン生成部は、広がり係数expCoefに応じてゲイン（広がりゲインＧexp）を生成する。ゲインは次のような特性を有する。ゲインの特性は、広がり係数expCoefが、最小の値から第１の値までの範囲では広がり係数expCoefが大きくなるに従ってゲインが逓増する部分を有する。

さらに、ゲインの特性は、第１の値から第１の値より大きい第２の値までの範囲ではゲインが一定の部分を有する。ゲインの特性は、第２の値から最大の値までの範囲では広がり係数expCoefが大きくなるに従ってゲインが逓減する部分を有する。

階調補正曲線生成部は、少なくとも上記のゲインとヒストグラムデータとを演算して輝度信号Ｙinの階調を補正するための階調補正曲線を構成する複数の値を生成し、複数の値に基づいて階調補正曲線を生成する。

以上のように構成される全体階調補正信号算出部２３によれば、輝度信号Ｙinを補正するための階調補正曲線を、所定単位ごとに、輝度信号Ｙinにおける階調の分布の仕方に応じて生成することができる。

次に、図１０，図１１，図１２Ａ〜図１２Ｅを用いて、部分階調補正信号算出部２４の具体的な構成及び動作を説明する。

図１０に示すように、部分階調補正信号算出部２４は、遅延器２４１，ガウシアンフィルタ２４２，減算器２４３，ローパスフィルタ２４４，乗算器２４５を備える。

輝度信号Ｙinは、遅延器２４１及びガウシアンフィルタ２４２に入力される。ガウシアンフィルタとは、ガウス関数を利用して極めて低い周波数信号を抽出するローパスフィルタのことである。図１１に示すように、ガウシアンフィルタ２４２の周波数特性ＦＧは極めて低い遮断周波数を有する。

ガウシアンフィルタ２４２の代わりに、極めて低い遮断周波数を有し、タップ長の長いローパスフィルタを用いてもよい。

遅延器２４１は、輝度信号Ｙinを、ガウシアンフィルタ２４２における処理に要する時間だけ遅延させて輝度信号Ｙin1として出力する。ガウシアンフィルタ２４２は、輝度信号Ｙinより低周波成分信号Ｙin2を抽出する。

図１２Ａに示すように、輝度信号Ｙinが実線にて示すようなエッジ信号の場合、低周波成分信号Ｙin2は破線にて示すような波形となる。図１１に示すように、低周波成分信号Ｙin2の帯域は周波数特性ＦＧで制限された帯域となる。

減算器２４３は、輝度信号Ｙin1から低周波成分信号Ｙin2を減算して、図１２Ｂに示す高周波成分信号Ｙin3を出力する。減算器２４３は全帯域の映像信号Ｙin1から低周波成分信号Ｙin2を減算するので、高周波成分信号Ｙin3の帯域は図１１に示すとおりとなる。

減算器２４３より出力された高周波成分信号Ｙin3はローパスフィルタ２４４に入力される。ローパスフィルタ２４４の周波数特性ＦＬは図１１に示すとおりであり、ローパスフィルタ２４４の遮断周波数はガウシアンフィルタ２４２の遮断周波数よりも高い。

ローパスフィルタ２４４の出力信号Ｙin4は、高周波成分信号Ｙin3における低域側の信号を周波数特性ＦＬによって抽出した信号であり、図１２Ｃに示す波形となる。出力信号Ｙin4を低域側高周波成分信号Ｙin4と称することとする。低域側高周波成分信号Ｙin4は乗算器２４５に入力される。

乗算器２４５は低域側高周波成分信号Ｙin4にゲインＧ１を乗算して、図１２Ｄに示す部分階調補正信号COR_bを生成する。ゲインＧ１は部分階調補正信号算出部２４による画像の輪郭部分のコントラストの改善効果を調整するためのものであり、通常は０を超える１未満の正数である。

仮に図１２Ａに示す輝度信号Ｙinに図１２Ｄに示す部分階調補正信号COR_bを加算して輝度信号Ｙinを補正したとすると、補正輝度信号Ｙin_bは図１２Ｅに示すようになる。

以上説明した図１０に示す部分階調補正信号算出部２４の構成及び動作をまとめると、次のとおりである。

ガウシアンフィルタ２４２（第１のローパスフィルタ）は、第１の遮断周波数を有し、輝度信号Ｙinの低周波成分信号Ｙin2を抽出する。減算器２４３は、輝度信号Ｙinより低周波成分信号Ｙin2を減算して、高周波成分信号Ｙin3を抽出する。

ローパスフィルタ２４４（第２のローパスフィルタ）は、第１の遮断周波数よりも高い第２の遮断周波数を有し、高周波成分信号Ｙin3における低域側の信号である低域側高周波成分信号Ｙin4を抽出する。乗算器２４５は、低域側高周波成分信号Ｙin4に所定のゲインＧ１を乗算して、補正成分信号である部分階調補正信号COR_bを生成する。

図１０に示す部分階調補正信号算出部２４によれば、一般的なエンハンサによって強調する高域成分よりも低域成分（低域側高周波成分信号Ｙin4の帯域成分）を強調することができるので、エッジの周辺に比較的幅の広いシュート成分が付加されることになる。すると、人が知覚する信号レベルの差が実際の信号レベルの差よりも大きくなり、コントラストを向上させることができる。

図３に戻り、合成部２５には、低輝度集中度Low_rateと、中輝度集中度Mid_rateと、全体階調補正信号COR_aと、部分階調補正信号COR_bとが入力される。

合成部２５は、全体階調補正信号COR_aにゲインＧａを乗算して全体階調補正信号COR_a’とする乗算器と、部分階調補正信号COR_bにゲインＧｂを乗算して部分階調補正信号COR_b’とする乗算器とを有する。これらを式で表すと式（１１），（１２）となる。

COR_a’＝Ｇａ×COR_a …（１１）
COR_b’＝Ｇｂ×COR_b …（１２）

ゲインＧａは、図１３Ａに示すように、低輝度集中度Low_rateに応じた値である。ゲインＧｂは、図１３Ｂに示すように、中輝度集中度Mid_rateに応じた値である。

図１３Ａに示すように、ゲインＧａは、低輝度集中度Low_rateが０から中間値（例えば５０）までの範囲では０．５であり、中間値から１００までの範囲では、０．５から２までリニアに増加する特性を有する。図１３Ｂに示すように、ゲインＧｂもゲインＧａと同様の特性を有する。ゲインＧａ，Ｇｂの特性は、図１３Ａ，図１３Ｂに限定されない。

合成部２５は、輝度信号Ｙinと全体階調補正信号COR_a’と部分階調補正信号COR_b’とを加算して補正輝度信号Ｙoutを出力する加算器を有する。これを式で表すと式（１３）となる。

Ｙout＝Ｙin＋COR_a’＋COR_b’ …（１３）

このように、合成部２５は、ヒストグラムデータＤhistに基づいて、輝度信号Ｙinに対して全体階調補正信号COR_aを加算する程度を調整して、全体階調補正信号COR_a’とする。また、合成部２５は、ヒストグラムデータＤhistに基づいて、輝度信号Ｙinに対して部分階調補正信号COR_bを加算する程度を調整して、部分階調補正信号COR_b’とする。

そして、合成部２５は、輝度信号Ｙinと全体階調補正信号COR_a’と部分階調補正信号COR_b’とを合成して、補正輝度信号Ｙoutを出力する。

合成部２５は、低輝度集中度Low_rateに応じて、輝度信号Ｙinに全体階調補正信号COR_aを加算する程度を調整し、中輝度集中度Mid_rateに応じて、輝度信号Ｙinに部分階調補正信号COR_bを加算する程度を調整する。

図１３Ａに示すように、少なくとも部分的に、低輝度集中度Low_rateが大きくなるほど、全体階調補正信号COR_a’が大きくなるようにするのがよい。図１３Ｂに示すように、少なくとも部分的に、中輝度集中度Mid_rateが大きくなるほど、部分階調補正信号COR_b’が大きくなるようにするのがよい。

図１３Ａ，図１３Ｂに示すように、低輝度集中度Low_rate，中輝度集中度Mid_rateにかかわらず、全体階調補正信号COR_a’，部分階調補正信号が一定となる部分を設けてもよい。

以上のように、本実施形態の映像信号処理装置は、ヒストグラムデータＤhistに基づいて、全体階調補正信号COR_a（COR_a’）と部分階調補正信号COR_b（COR_b’）とを適応的に合成している。よって、本実施形態の映像信号処理装置によれば、各種の視認性が低下した画像や通常の画像の画質を向上させることができる。

図１，図３，図４，図１０の構成をコンピュータプログラム（映像信号処理プログラム）で実現してもよい。映像信号処理プログラムは、コンピュータに以上説明したそれぞれの処理を実行させればよい。ハードウェアとソフトウェア（コンピュータプログラム）との使い分けは任意であり、両者を混在させてもよい。

映像信号処理プログラムは、非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介して供されてもよい。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１０ヒストグラム生成部
２０階調補正部
２１低輝度集中度算出部
２２中輝度集中度算出部
２３全体階調補正信号算出部
２４部分階調補正信号算出部
２５合成部
１００映像信号処理装置

Claims

輝度信号を所定単位ごとに複数の階調群に分割し、それぞれの階調群に含まれる画素数の分布を示すヒストグラムデータを生成するヒストグラム生成部と、
全体の階調で、前記輝度信号の階調を増加させる方向または減少させる方向に補正する全体階調補正信号を算出する全体階調補正信号算出部と、
前記輝度信号が示す画像の輪郭部分を補正する部分階調補正信号を算出する部分階調補正信号算出部と、
前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が第１の階調以下である低輝度の階調群に集中している程度を示す低輝度集中度を算出する低輝度集中度算出部と、
前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が前記第１の階調よりも大きい第２の階調と、前記第２の階調よりも大きい第３の階調との間である中輝度の階調群に集中している程度を示す中輝度集中度を算出する中輝度集中度算出部と、
前記低輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記全体階調補正信号を加算する程度を調整し、前記中輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記部分階調補正信号を加算する程度を調整して、前記輝度信号と前記全体階調補正信号と前記部分階調補正信号とを合成して、補正輝度信号を出力する合成部と、
を備えることを特徴とする映像信号処理装置。
輝度信号を所定単位ごとに複数の階調群に分割し、それぞれの階調群に含まれる画素数の分布を示すヒストグラムデータを生成し、
全体の階調で、前記輝度信号の階調を増加させる方向または減少させる方向に補正する全体階調補正信号を算出し、
前記輝度信号が示す画像の輪郭部分を補正する部分階調補正信号を算出し、
前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が第１の階調以下である低輝度の階調群に集中している程度を示す低輝度集中度を算出し、
前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が前記第１の階調よりも大きい第２の階調と、前記第２の階調よりも大きい第３の階調との間である中輝度の階調群に集中している程度を示す中輝度集中度を算出し、
前記低輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記全体階調補正信号を加算する程度を調整し、前記中輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記部分階調補正信号を加算する程度を調整して、前記輝度信号と前記全体階調補正信号と前記部分階調補正信号とを合成して、補正輝度信号を生成する
ことを特徴とする映像信号処理方法。
コンピュータに、
輝度信号を所定単位ごとに複数の階調群に分割し、それぞれの階調群に含まれる画素数の分布を示すヒストグラムデータを生成するステップと、
全体の階調で、前記輝度信号の階調を増加させる方向または減少させる方向に補正する全体階調補正信号を算出するステップと、
前記輝度信号が示す画像の輪郭部分を補正する部分階調補正信号を算出するステップと、
前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が第１の階調以下である低輝度の階調群に集中している程度を示す低輝度集中度を算出するステップと、
前記ヒストグラムデータに基づいて、画素数の分布が前記第１の階調よりも大きい第２の階調と、前記第２の階調よりも大きい第３の階調との間である中輝度の階調群に集中している程度を示す中輝度集中度を算出するステップと、
前記低輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記全体階調補正信号を加算する程度を調整し、前記中輝度集中度に応じて、前記輝度信号に前記部分階調補正信号を加算する程度を調整して、前記輝度信号と前記全体階調補正信号と前記部分階調補正信号とを合成して、補正輝度信号を生成するステップと、
を実行させることを特徴とする映像信号処理プログラム。