JPS6119078B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、画像処理特に画像コントラスト強調
に使用する実時間形ヒストグラム修正装置に関す
るものである。

従来のヒストグラム修正装置では、光学技術お
よびデイジタルコンピユーターを使用してオフラ
イン方式で画像コントラスト強調を行うようにす
ることは既知である。デイジタルコンピユータを
使用する場合、入力グレイレベル情報に、ヒスト
グラム等化およびヒストグラム双曲線化の如き
種々の変換またはオペレータを使用して操作を施
した後、変換された情報をヒストグラム修正装置
の信号出力端子に供給するようにする。ヒストグ
ラム等化技術はR.HummelによりImage
Enhancement by Histogram Transformation，
Computer Gra−phics and Image
Processing6，184〜195頁（1977年）に記載され
ており、ヒストグラム双曲線化技術はWerner
FreiによりImage Enhan−cement by
Histogram、Hyperbolization，Compu−ter
Graphics and Image Processing6，286〜294頁
（1977年）に記載されている。

実時間形の２つの画像強調技術がDavid J.Ke
−tchamによりReal Time Image Enhancement
Tech−niques／SPIE／OSA−Vol.74（1976年）
に記載されている。画像処理およびこれらの画像
強調技術は米国特許第3983320号および同第
3996421号明細書に詳細に記載されている。これ
ら画像強調技術のうち前者は局部領域ヒストグラ
ム等化（LAHE）に関連し、後者はビデオ利得お
よび明るさを調整することによる局部領域強調に
関連する。前者の局部領域ヒストグラム等化技術
は、グレイスケール・ヒストグラムにおいて十分
小さいが重要な部分を示す画像領域におけるコン
トラスト減衰を除去することが所望される場合に
使用するのに好適である。この等化技術では32×
32画素から成る領域の濃度値のヒストグラムを算
出し、ヒストグラム等化に基づいて再符号化方式
を決定し、この再符号化方式を当該領域の中央の
４×４画素に適用する。窓またはキーホールと呼
ばれる領域が同一走査線に沿つて４画素だけ移動
され、この処理過程は前記第１の領域に隣接する
新たに画像強調の行われる４×４画素領域で繰返
される。この処理過程は、水平方向に最早や移動
できなくなるまで、走査線に沿つて毎回４画素宛
継続される。次いで処理過程は４画素だけ下降し
た位置でステツプ順次方式にて水平方向に継続さ
れる。最終的には、14画素幅の周縁帯状部を除く
画像の残りの部分が局部領域ヒストグラム等化を
施されることになる。この技術自体は満足な結果
をもたらすが、修正装置の構造が複雑になり、極
めて多数の回路特にメモリを必要とする。後者の
技術即ち利得／明るさ調整による強調技術（前記
米国特許第3996421号）では８×８画素を含む一
層小さい摺動窓を使用し、１画素だけの濃度値を
調整するようにしているに過ぎない。

本発明の目的は、従来の装置に比べ必要とする
回路の数が少なくかつ異なる再符号化方式の使用
を可能ならしめる実時間形ヒストグラム修正装置
を提供するにある。

本発明の実時間形ヒストグラム修正装置は、入
力ビデオ信号における画素の再符号化動作を、所
定の情景（シーン）適応オペレータを用いて出力
画像情報の各グレイレベルにおける画素の数を反
復処理することによつて決定する如く構成したこ
とを特徴とする。

再符号化動作を決定するため反復方式を使用す
ることにより本発明のヒストグラム修正装置は前
記米国特許第3983320号に記載されたものに比べ
構造が遥に簡単になると共に価格も遥に安くな
る。しかし反復方式は、入力情報のヒストグラム
を形成し次いでこれを等化する直接方式に比べ、
情報を所望の如く修正するのに開始時から約20フ
レームを必要としかつ情景の変化に対する追跡に
は１〜５フレームを要するという難点を有するの
に対し、直接方式では情景の所望の変更および情
景の変化に対する追跡は一般に２フレーム内に遂
行される。

本発明のヒストグラム修正装置ではヒストグラ
ム修正を、あらかじめ位置決めできる局部領域
（キーホールと称する）またはフレーム全体に対
して行うことができる。あらかじめ位置決めでき
るキーホール画像を使用することによりフレーム
全体の選択された領域内でコントラスト強調を達
成することができ、コントラスト強調が行われて
いる部分の内容を喪失せず、かつ表示された画像
全体の特性を喪失せず、これはある特殊な環境に
おいて使用する場合に重要である。フレーム全体
の強調を行う場合には、これはランダム方式また
は擬似ランダム方式でサンプリングされた画素の
部分集合に基いた再符号化動作を使用することに
より達成される。かかる技術を用いることにより
毎回の新たな再符号化動作を決めるのに必要な回
路および時間を、表示中のフレームにおける全て
の画素を使用するものに比べ著しく低減すること
ができる。

本発明の一実施例では符号化モジユールを備
え、この符号化モジユールにおいては修正すべき
入力信号における画素を、表示すべき情報の出力
グレイレベルにおける画素の分布によつて決まる
符号化動作に従つて符号化するようにする。出力
グレイレベルにおける画素のヒストグラムを形成
するため計数値モジユールを再符号化および制御
論理装置の出力端子に結合すると共にこの装置を
計数値モジユールに結合する。この装置は計数値
モジユールにおいて形成されるヒストグラムの各
グレイレベルにおける計数値を供給され、これを
当該レベルに対する所定の理論的母集団数量と比
較し、使用中の情景適応オペレータにより母集団
数量を決定し、計数値および母集団数量の間の差
が所定範囲（ウインドウ値と称す）内にない場
合、所定出力グレイレベルに符号化すべき入力信
号グレイレベルの数に対する適切な調整を表わす
信号を発生するようにする。

所要に応じ、大きさの異なる複数のウインドウ
値を形成できる装置を設け、使用すべきウインド
ウ値が修正装置にいわゆるハンテイングを生ぜし
める程小さくならないようにし、また最終ヒスト
グラムが当該情景適応オペレータに対する理想的
なものから大幅にずれる程には大きくならないよ
うにすることができる。

入力ビデオ信号の第１フレームの場合には再符
号化動作は直線性とし、然る後第２および後続フ
レームを等化、ガウス形、双曲線形または指数形
ヒストグラムを発生できる特定の情報適応オペレ
ータによつて決まる再符号化動作に従つて符号化
することができる。

再符号化および論理制御装置は適切にプログラ
ミングを施したマイクロプロセツサおよびプログ
ラムメモリを備えることができる。マイクロプロ
セツサを設けることによりヒストグラム修正装置
の融通性を遥に増大することができ、その理由は
プログラムメモリがある範囲にわたる複数の情景
適応オペレータを蓄積し、これらオペレータを任
意に供給できるようにするからである。従つて、
情景に対し異なるオペレータを供給できるように
することにより、いずれのオペレータが最良の画
像コントラスト強調を招来するかを決定すること
が可能になる。更に、マイクロプロセツサの使用
によりいわゆるズーム機能を具備させて、キーホ
ールの大きさを、ウインドウ値および理論的母集
団レベルの集合の如き領域依存変数と共に任意に
変化させることが可能となる。

所要に応じ、少なくとも２組のウインドウ値を
蓄積するメモリを設け、マイクロプロセツサを時
間依存方式で前記２組のウインドウ値の一方を選
択するようにすることができる。このようにした
場合、アルゴリズムの収斂の速度を一組のウイン
ドウ値のみ使用するものに比べ遥に増大すること
ができる。

情景依存態様でヒストグラムを修正するパター
ン検出装置を設け、これにより種々の画像強調を
可能にすることができ、例えばいわゆる双峰入力
ヒストグラムの強調を可能にすることができる。

図面につき本発明を説明する。

本発明のヒストグラム修正装置の回路構成を詳
細に説明する前に、画像強調に使用される性質ま
たは特性の決定に当り考慮される要因につき説明
する。

ここでは非直線性オペレータ例えばヒストグラ
ム等化をフレーム順次方式で実時間ビデオ信号に
適用する場合を例にとつて説明する。このオペレ
ータは、その位置および寸法を電子的に制御でき
る“キーホール”領域内、即ちフレーム内におい
て直線で囲まれた窓領域内で画像強調を行うこと
により最も便宜に使用できることを見出した。ヒ
ストグラム等化を使用することによりキーホール
内の画素が表示に使用できるグレイレベル内で適
切に再分布され、各レベルはほぼ同数の画素を含
むようになる。これは、原画像内の低コントラス
トの広い領域の鮮明度を改善する効果を有する。

ここではヒストグラム等化の技術につき詳細に
説明するが、二乗法則ガウス形、双曲線関数形お
よび指数関数形の如き他のヒストグラム修正も実
時間で即ちビデオ信号周波数で行うことができ
る。

ヒストグラム等化の動作はサンプリングおよび
量子化された画像の正規化と見做すことができ、
かかる正規化により表示すべき各量子化レベルに
おける画素数はほぼ同じになる。即ちヒストグラ
ム修正装置の放射束伝達関数が修正され、そのグ
レイレベル・ヒストグラム（１次確率密度関数）
即ち適宜に単一画像、フレームまたはキーホール
において各量子化レベルにおける画素数を示す仮
想グラフがほぼ長方形になる画像が表示される。
一般に直線性で量子化された画像のヒストグラム
は非長方形であるから、ヒストグラム等化動作で
は画像又はビデオ信号を非直線方式で量子化する
ことが必要であり、本願では情景適応量子化手段
（情景適応クオンタイザ）またはオペレータを用
いて量子化することが必要である。

かかるオペレータを使用する理由は、画像特に
情報検索およびＸ線装置からの画像は極めて尖鋭
な形状のヒストグラムを有すること、即ち全画素
のうち極めて多数の画素が狭い範囲のグレイレベ
ルに集中することにある。かかる状況の下ではた
とえ原信号中には存在しても縁部を規定する多く
のコントラスト比は簡単に表示できない。ヒスト
グラム等化オペレータにより、画素の密な所では
グレイレベル範囲が伸長される一方、画素が粗の
所ではグレイレベル範囲が圧縮され、これにより
原ヒストグラムのピークが位置した領域内での縁
部精細度が改善される。また数個の画素だけで表
わされる鮮明な部分はヒストグラム等化後は完全
に喪失させることができ、その場合これら小部分
はその周囲と同じ表示グレイレベルに圧縮され
る。しかし一般的な効果は強調された画像内の精
細度を改善することである。

第１図は説明の便宜上512×512画素を含む完全
なフレーム２０と、このフレーム２０内のキーホ
ール２２とを示す。キーホール２２はフレーム２
０の領域上の任意箇所に電子的に設定することが
できる。キーホールの寸法は後述する多数の要因
につき任意に選択する。最初、キーホール２２内
の画像部分を強調する必要があり、一方残りの画
像部分は元の直線性表示に対応していると仮定す
る。かかる表示形態では強調されつつある内容が
維持され、表示された画像全体の性質は失なわれ
ない。

最良の寸法のキーホール２２を選定するには多
数の相反する条件の間の妥協点を見出すことが必
要である。これら条件のうち最も重要なものは １ キーホール２２は当該情景において認識しよ
うとする対象物より大きくする必要があり、そ
うしないと対象物に関する符号化の急激な変化
によりその外形または輪郭が分断され、実際上
の効果が画像強調を全然行わない画像をも下回
るものとなる。

２ キーホール２２の寸法を小さくする程、一層
特殊な適応符号化を当該局部領域に適用するこ
とができ、従つて一層大幅な強調を行うことが
できる。

ヒストグラム計数値に対するメモリの如き他の
要因も考慮しなければならない。512×512画素を
含む画像の場合には、128×128画素の寸法のキー
ホール２２を使用することが妥協策として有効で
ある。

本明細書では反復方式の実時間形ヒストグラム
修正装置をデイジタル化ビデオ信号と共に使用す
る場合につき説明する。到来ビデオ信号を２^aレ
ベルから２^bレベル（但しｂ＜ａ）に非直線性で
圧縮するためダイナミツク・ルツクアツプ・テー
ブルとして符号RAM（コード・ランダムアクセ
スメモリ）を使用するヒストグラム修正装置は、
他のヒストグラム修正装置とは次の２つの点で相
違している。第１に、前者の修正装置は所要の非
直線性伝達関数を算出するのに２^bレベル出力ヒ
ストグラムの知識を必要とする。代表的な場合８
ビツト入力ビデオ信号が５ビツトに圧縮され、こ
れはヒストグラム計数値用に必要なメモリ容量を
最大で８分の１までの低減を期待できることを意
味する。第２に、任意形式の修正方式例えばヒス
トグラム双曲線関数化、等化および指数関数化に
よる修正が可能なことである。

本発明修正装置の実施例のブロツク図を第２図
に示す。本例装置は完全なフレーム２０のキーホ
ール２２内でのみ修正を行うことができるように
し、キーホールの位置は“キーホール・フラグ”
を介し電子的に描かれる。このフラグは、現在走
査中のラスタの一部がキーホール領域内に入つて
いる場合常に所定の第１論理値を有し、典型的な
場合キーホール領域は１Ｋおよび１６Ｋ個の間の
画素を含む。通常、ヒストグラムはこのキーホー
ル領域内で計数され、かつ修正はこのキーホール
領域に対してだけ行われる。

第２図にブロツク図で示した本発明の修正装置
の実施例は３個の主要ブロツク、すなわち256×
５の符号を収容できる符号RAM（ランダムアク
セスメモリ）２４、再符号化および制御論理回路
２６並にヒストグラム計数回路２８を備える。ま
た信号の転送を制御する２個の８ビツト・マルチ
プレクサ３０，３２を備える。便宜上、各接続ラ
インにおける導体の数は各接続ラインに記入した
短い斜線に付した数字によつて示す。入力端子３
４におけるデイジタル化ビデオ信号は８個の導体
を介してマルチプレクサ３０の入力端子Ｂに結合
する。マルチプレクサ３０のＹ出力端子３８は符
号RAM２４の入力端子Ａに接続し、RAM２４の
Ｄ_put出力端子４０はマルチプレクサ３２のＢ入
力端子に接続する。マルチプレクサ３２のＹ出力
端子４２から８ビツト出力ビデオ信号を導出す
る。また符号RAM２４の_put出力端子４０はヒス
トグラム計数回路２８の“ビデオ・イン”入力端
子４４にも接続する。計数回路２８の計数値出力
端子４６は再符号化および制御論理回路２６の計
数値入力端子４８に接続する。再符号化および制
御論理回路２６は４個の出力端子５０，５２，５
４，５６を有する。出力端子５０は再符号化アド
レスのためのものであり、マルチプレクサ３０の
入力端子Ａに接続する。出力端子５２は書込信号
用のもので、マルチプレクサ３０の選択
入力端子SELに接続し、かつ符号RAM２４の
入力端子にも接続し、また出力端子５４を介し符
号RAM２４のＤ_IN入力端子６０に再符号化デー
タを供給する。再符号化および制御論理回路２６
の出力端子５６はレベル・アドレス出力を発生
し、ヒストグラム計数回路２８のレベル・アドレ
ス入力端子５８に接続する。本例の修正装置はク
ロツク信号ライン６２を有し、このクロツク信号
ラインは回路２６，２８およびマルチプレクサ３
２のクロツク入力端子CKに接続する。キーホー
ル・フラグ信号ライン６４を回路２６および２８
の“キーホール”入力端子KF並にマルチプレク
サ３２の選択入力端子SELに接続する。

作動に当りキーホール・フラグ信号が所定の第
２論理値を有する場合、すなわちキーホール２２
を含まないフレーム２０の部分が線順次方式で走
査されている場合、入力端子３４におけるデイジ
タル化ビデオ信号は修正されることなく遅延素子
３６を介しマルチプレクサ３２の入力端子Ａへ伝
送される。

キーホール２２（第１図）を含む走査線上で走
査が開始された場合、キーホール・フラグ信号は
前記所定の第１論理値を有し、修正装置は作動状
態となる。その場合入力端子３４からのデイジタ
ル化ビデオ信号はマルチプレクサ３０を介し符号
RAM２４の入力端子Ａに供給される。ルツク・
アツプ・テーブルとして作動するこの符号RAM
２４は、再符号化および制御論理回路２６によつ
て決定される符号化方式に従つて、到来ビデオ信
号を８ビツトすなわち256グレイ・レベルから５
ビツトすなわち32グレイ・レベルに圧縮する。フ
レームの最初の走査の場合には符号化方式は直線
性とすることができ、すなわち最初の８個の入力
グレイ・レベルはレベル１として符号化し、第２
の８個の入力グレイ・レベルはレベル２として符
号化し、以下同様に符号化して最後の８個の入力
グレイ・レベルはレベル３２として符号化する。
出力端子４０に生ずる符号化されたデータは、第
１に、ヒストグラム計数回路２８の入力端子４４
に供給し、第２に、基準符号源６６から導出した
３ビツトと共に８ビツトとしてマルチプレクサ３
２のＢ入力端子に供給する。その場合キーホー
ル・フラグ信号が前記所定の第１論理値を有して
いるので、修正されない信号ではなく、修正され
た信号がマルチプレクサ３２の出力端子４２に現
われる。

ヒストグラム計数回路２８では符号化されたデ
ータが分析されかつ特定のキーホール内での各出
力レベルの生起に関するテーブルとして蓄積され
る。一つの形式のヒストグラム計数回路を第３図
につき後で説明する。キーホール２２が完全に走
査された場合、出力端子４６から入力端子４８に
至るライン上に計数値信号が発生し、再符号化お
よび制御論理回路２６は符号RAM２４およびヒ
ストグラム計数回路２８の指令を受信することと
なる。再符号化および制御論理回路２６は、ヒス
トグラム計数回路２８に蓄積したデータを用いて
新たな符号化方式を決定し、この新たな符号化方
式は出力端子５０から再符号化アドレス・ライン
を介してマルチプレクサ３０に書込まれ、かつ出
力端子５４から再符号化データ・ラインを介して
符号RAM２４に書込まれる。

キーホールの次の走査に当り符号RAM２４は
新たな符号化方式を供給し、同様の動作サイクル
が反復される。その場合、ヒストグラム計数回路
２８が符号化データの計数を完了した際、再符号
化および制御論理回路２６は再び新たな符号化方
式を決定する。符号化方式の反復決定は、キーホ
ール２２（第１図）の走査の後毎に行われる。第
４図につき後述する事項を考慮することにより、
情景（シーン）の十分なヒストグラム修正が典型
的には20回の走査後に達成され、キーホールによ
つて囲まれた情景に急激な変化がなければ、本例
修正装置は感知できない１〜５フレームの遅延を
伴うのみで殆んどの情景変化を追跡することがで
きる。

第３図は、各出力グレイレベルにおける画素の
数のヒストグラムを計数および蓄積する第２図に
示したヒストグラム計数回路２８の一例を詳細に
示す。本例のヒストグラム計数回路２８は入力端
子ＡおよびＢならびに出力端子Ｙを有するマルチ
プレクサ７０を備え、出力端子Ｙは５ビツト・ラ
インを介し32×12ビツト計数値RAM（ランダム
アクセスメモリ）７２のアドレス入力端子Ａに接
続する。RAM７２の出力端子Ｄ_Oはヒストグラム
計数回路２８の出力端子４６および加算器７４の
一方の入力端子Ａに接続し、その他方入力端子Ｂ
は２進“１”信号源に接続する。加算器７４の和
出力端子Σは12ビツトラインを介しＤ形フリツプ
フロツプ７６を含むを可とする（すなわち各ビツ
トライン当り１個のフリツプフロツプ）ランチ回
路に接続する。フリツプフロツプ７６のＱ出力端
子はRAM７２の12ビツトＤ_IN入力端子７７に接
続する。キーホール・フラグ信号ライン６４およ
びクロツク信号ライン６２はNANDゲート７８の
入力端子に接続し、NANDゲート７８の出力端子
はRAM７２の書込入力端子Ｗおよびフリツプフ
ロツプ７６のクロツク入力端子CKに接続する。
またクロツク信号ライン６２はマルチプレクサ７
０の選択入力端子SELにも接続し、マルチプレク
サ７０はその入力端子Ａを入力端子５８を介し再
符号化および制御論理回路２６（第２図）のレベ
ル出力端子５６に接続し、かつその入力端子Ｂを
ヒストグラム計数回路２８の入力端子４４に接続
する。

RAM７２は圧縮された各グレイレベル当り12
ビツトから成るワードを32個蓄積できる。これら
の各ワードのビツトは、キーホール２２（第１
図）が走査される際当該ワード（すなわちグレイ
レベル）の生起の和を示すために使用される。所
定グレイレベルが生起する毎に、すなわちRAM
７２の入力端子Ａにアドレスが生起する毎に、こ
のアドレスにおけるワードを“１”だけ増加させ
ることが必要である。これは、RAM７２の出力
を加算器７４の入力端子Ａに供給することによつ
て遂行される。加算器７４の入力端子Ｂには恒久
的に２進値“１”が供給されているので、加算器
７４において12ビツトワードに“１”が加算さ
れ、新たな和が加算器７４の出力端子Σに発生す
る。新たな和信号はラツチされ、Ｄ形フリツプフ
ロツプ７６の入力端子およびRAM７２の
入力端子Ｗが低レベルになるとRAM７２に
書込まれ、これはクロツク信号ライン６２が高レ
ベルになつた場合に起る。

キーホール２２（第１図）の走査が完了した場
合、キーホール・フラグ信号は前記所定の第２論
理値を有し、再符号化および制御論理回路２６
（第２図）からのレベル・アドレス信号により
RAM７２からは、所望の如く、アドレス指定さ
れるレベルｋの総計数値Ｐ_k（ｎ）が読出され
る。

なお図面を簡単にするため、計数／再符号化動
作サイクルの終端にRAM７２をクリヤする装置
は図示しない。

第４図は再符号化および制御論理回路２６の実
施例を詳細に示す。この回路の構成および動作の
理解を容易にするため、再符号化および制御論理
回路２６の目的を説明する。ヒストグラム計数回
路２８におけるレベルｋの計数値Ｐ_k（ｎ）を理
論上理想的な母集団計数値Ｍ_kと比較し、その差
が所定限界値範囲内すなわちいわゆるウインドウ
値内にある場合、符号RAM２４（第２図）はレ
ベルｋに関する限り当該再符号化方式が満足なも
のであることを通報される一方、前記計数値の差
がウインドウ値内にない場合にはこの差が前記ウ
インドウ値に対し過大であるかまたは過小である
かに応じた再符号化が符号RAM２４によつて行
われ、従つて入力ビデオ信号においてレベル数が
少なくとも１個少ないかまたは少なくとも１個多
いグレイレベルがレベルｋに符号化される。

第４図に示した実施例では、RAM７２（第３
図）の選択されたレベルにおける計数値Ｐ_k
（ｎ）を入力端子４８を介し減算回路８０の一方
の入力端子Ａに供給する。減算回路８０の他方入
力端子Ｂにはレベルｋにおける理想的母集団を示
す信号Ｍ_kを供給する。信号Ｍ_kはPROM（プログ
ラマブルROM）８２から導出する。ヒストグラ
ム等化の場合にはＭ_kは一定値であるが、他の形
式のヒストグラム修正に対してはＭ_kは当該レベ
ルｋのアドレスに応じて変化できる。Ｐ_k（ｎ）−
Ｍ_kを示す差信号Δを新たな幅発生器８４に供給
する。また幅発生器８４にはPROM（プログラマ
ブルROM）８６から導出したウインドウ値信号
Ｗ_k、およびRAM８８から導出されかつ選択され
たレベルｋに圧縮された入力ビデオ信号レベルの
数を示す信号Ｓ_k（ｎ）を供給する。ウインドウ
値信号Ｗ_kの大きさは固定することができるが、
代案として第４図に図的に示したスイツチ９０を
用いて複数例えば４つのウインドウ値から一つの
ウインドウ値を手動で選択するようにすることが
できる。フイールド・プログラマブル・ロジツ
ク・アレイ（FPLA）を備えることができる幅発
生器８４では、差信号Δをウインドウ値信号Ｗ_k
と比較し、その結果に応じて新たな値Ｓ_k（ｎ＋
１）がRAM８８に供給、蓄積され、かつ制御装
置９２に入力として供給され、幅発生器８４にお
けるＳ_k（ｎ）およびΔの比較の結果に応じ次の
Ｓ_k（ｎ＋１）をＳ_k（ｎ）に等しいか、Ｓ_k
（ｎ）より大きいかまたはＳ_k（ｎ）より小さくす
る再符号化動作を行うようにする。

第４図に示すように、クロツク信号ライン６２
およびキーホール・フラグ信号ライン６４を制御
装置９２に接続し、制御装置９２は出力端子５
０，５２，５４，５６に至る結線を有する。

以上、本発明の一つの実施例を説明したが、本
発明においては直線性符号化から、最大で約20フ
レームの遅延を付随する特殊な情景適応形非直線
性符号化にわたり、かつ感知できない１〜５フレ
ームの遅延を伴う殆んどの変化を追跡できる反復
アルゴリズムを実行できる他の構成が可能であ
る。かかるアルゴリズムの一例を第５図に示し、
本例では次の記号を使用する。

ｎ ：現在の反復回数 Ｐおよびｒ：入力レベルの数および出力レベルの
数。

ｉおよびｋ：入力レベルおよび出力レベルの指標
パラメータ即ち０ｉｐ−１および０ｋ
ｒ−１。

Ｍ_k：所定のキーホールの寸法および選択された
分布に対応する第ｋ番目出力レベルの理論上
の母集団。従つて母集団の集合（Ｍ_k）は再
符号化方式が収斂せんとする仮定的な理想分
布を規定する。

Ｓ_k（ｎ）：第ｎ番目の反復において出力レベル
ｋに圧縮される入力レベルの数、すべてのｋ
およびｎに対し必ずＳ_k（ｎ）＞０。

Ｐ_k（ｎ）：第ｎ番目の反復後の第ｋ番目の出力
レベルの実測された母集団。

Ｗ_k：第ｋ番目のレベルに対する“ウインドウ”
値であり、適合させるために十分であると見
做される理論的母集団Ｍ_kおよび実測母集団
Ｐ_k（ｎ）の間の差に要求される許容誤差を
規定する。従つて０ｋｒ−１におけるす
べてのｋに対し｜Ｍ_k−Ｐ_k（ｎ）｜＜Ｗ_kで
ある場合には、第ｎ番目の反復後に所望の出
力分布および実際の出力分布は十分整合した
状態になる。ウインドウ値の集合（Ｗ_k）は
所要の出力分布に応じてｋに左右されるかま
たはされないようにすることができ、またあ
る状態の下ではウインドウ値は時間依存形式
のものとすることができ、その場合にはウイ
ンドウ値はＷ_k（ｎ）で表わされる。

Δ：Ｐ_k（ｎ）およびＭ_kの間の差、すなわちΔ＝
Ｐ_k（ｎ）−Ｍ_k。

Ｂ：符号RAMの再符号化に当り使用される和変
数。再符号化動作サイクル中の任意の時間に
Ｂは次の出力値変化のアドレスを含む。

再符号化方式全体を考察すると、このアルゴリ
ズムは円形ブロツク１００で示した決定すべき事
項は｛Ｍ_k｝、｛Ｗ_k｝および｛Ｓ_k（ｏ）｝の如き開
始または初期因子であり、これを一括してブロツ
ク１０２で示す。これらの因子が決定された場
合、直接性圧縮を使用してビデオ入力信号に対し
最初または第１の質問を行うことができる。ブロ
ツク１０４はヒストグラム計数値を形成し（第２
図のヒストグラム計数回路２８を参照）かつ母集
団数量の集合｛Ｐ_k（ｎ）｝を得る動作を示す。ブ
ロツク１０６は、この母集団数量の集合｛Ｐ_k
（ｎ）｝を用いて新たな再符号化方式すなわち｛Ｓ
_k（ｎ＋１）｝を決定する動作を示す（第４図につ
き前述した再符号化および制御論理回路２６を参
照）。ブロツク１０８は｛Ｓ_k（ｎ＋１）｝を用い
て行われる符号RAMの再符号化の動作を示し、
ブロツク１１０はこの動作サイクルが次の反復動
作のために繰返されることを示す。

ブロツク１０６の動作の詳細を第５図の右側部
分に示す。母集団数量Ｐ_k（ｎ）の集合はブロツ
ク１１２において入力され、ブロツク１１４は新
たな集合｛Ｓ_k（ｎ＋１）｝を決定するためレベル
ｋ＝０から始るシーケンス動作の開始を示し、こ
の新たな集合の決定はブロツク１１６に示す如く
実行され、すなわち Ｓ_k（ｎ＋１）： ＝Ｓ_k（ｎ）−Int〔（Ｐ_k（ｎ）−Ｍ_k）／Ｗ
_k〕 ＝Ｓ_k（ｎ）−Int〔Δ／Ｗ_k〕 ここで“Int”は括弧内の商の整数部を示す。

Ｓ_k（ｎ）における変化分すなわち〔Δ／Ｗ_k〕
はいわゆるハンテイングを低減するため本例の場
合は値７に切縮めるのが普通である。ウインドウ
値Ｗ_kの大きさは重要なパラメータである。Ｗ_kが
過小である場合には、ビデオ信号が変化しない場
合でも当該装置は入力レベルを異なる出力レベル
に常に再度割当てるという動作を継続する。Ｗ_k
が過大である場合にに、最終的に等化されたヒス
トグラムが理想的な矩形形状から大幅にずれる。

Ｓ_k（ｎ＋１）の決定に際しては、Ｓ_k（ｎ＋
１）が零以下であるか否かを決定することが必要
である。Ｓ_k（ｎ＋１）が零以下である場合に
は、Ｓ_k（ｎ＋１）：＝１にする必要があり、そ
の理由はそうしないと出力レベルが画素を含むに
至らないからであり、この動作をブロツク１２０
で示す。この動作が行われた場合または判定ブロ
ツク１１８の判定結果がNo.の場合、次の高位レベ
ル従つてｋ：＝ｋ＋１を選択する必要があり、こ
れはブロツク１２２において行われる。最後にｋ
＝ｒか否かを決定する必要があり、（但しｒは最
高の出力レベル）、これは判定ブロツク１２４に
おいて行われる。判定ブロツク１２４での判定結
果がNo.であれば、ブロツク１１６，１１８，１２
０および１２２を介する動作サイクルはｋの次の
値に対して繰返される。判定ブロツク１２４での
判定結果がYesである場合には、この動作サイク
ルは出口点を示す円形ブロツク１２６に到達す
る。

ブロツク１０８の動作の詳細を第５図の左側部
分に示し、円形ブロツク１２８で示す入口点に
｛Ｓ_k（ｎ＋１）｝が設定され、ブロツク１３０で
ｋ，ｉおよびＢを最初零に等しくする。次いでブ
ロツク１３２でＢをＢ＋Ｓ_k（ｎ＋１）に等しく
し、ブロツク１３４で符号RAMを適切に設定し
て入力ビデオ信号入力レベルｉを特定の出力レベ
ルｋに再符号化するかまたは割当てることが必要
である。ブロツク１３６では入力レベルｉを１だ
け増大してｉの新たな値即ちｉ：＝ｉ＋１とす
る。再符号化が完了したか否かを点検するために
は、新たな値ｉが入力レベルの数ｐに等しいかど
うかを判定する必要がある。この判定はブロツク
１３８で行われ、判定結果がYesであれば、ブロ
ツク１４０で再符号化完了信号を発生することが
必要であり、この信号は円形ブロツク１４０で示
した出口点に現われる。

ブロツク１３８での判定結果がNoであれば、
ブロツク１４４でｉの新たな値がＢに等しいか否
かを判定する必要がある。この判定結果がNoで
あれば、ブロツク１３４で適切な信号を与えら
れ、動作サイクルはｉ＝Ｂになるまで繰返される
が、ブロツク１４４での判定結果がYesであれ
ば、ブロツク１４６で出力レベルｋが１だけ増加
し、ｋのこの新たな値を用いてブロツク１３２に
命令を与えるようにする。

ヒストグラム等化、双曲線関数化および指数関
数化の如きオペレータを用いる第５図のアルゴリ
ズムでは、再符号化動作は黒レベルで開始され、
白レベルの方向へ向つて行われる。しかしガウス
分布の如きある出力分布に対しては再符号化は、
第５図においてｋ＝０から開始しｋ＝ｒへ漸増す
る際の如く出力分布の最高黒レベルからではな
く、出力分布の中央から開始する必要がある。

上述したアルゴリズムはｒ＝１を試験する構成
にはなつていない。

ΣＳ_k＝ｐであり、各Ｓは独立して変化する。
実際上ｋ＝０ではかかる点検は不必要な事項であ
ることが見出された。

この反復アルゴリズムを使用した場合、Ｓ_kの
値およびヒストグラム計数値Ｐ_kを蓄積する必要
があることに注意しなければならない。

上述した図面の説明はフレーム２０のキーホー
ル２２（第１図）における画像強調に限定されて
いる。しかしサンプリング技術によれば、計数値
RAM入力端子に供給する画素は完全なフレーム
からランダム方式または擬似ランダム方式で選択
することができる。その場合計数値モジユールに
生ずるヒストグラムは画像全体のヒストグラムに
近似したものとなる。従つて、ヒストグラムにお
けるグレイレベルに基づく再符号化はフレーム２
０全体に適用することができる。

第６図は、マイクロプロセツサを用いて制御す
る反復式ヒストグラム修正装置の実施例をブロツ
ク図で示す。

本例装置はデータバス２００、アドレスバス２
０２および制御バス２０４を備え、これらのバス
には符号化モジユール２０６、計数値モジユール
２０８、マイクロプロセツサ２１０、RAM（ラ
ンダムアクセスメモリ）を含む主メモリ２１２お
よびPROM（プログラマブル読出専用メモリ）を
含むプログラムメモリ２１４を図示の如く接続す
る。符号化モジユール２０６は第２図に示したマ
ルチプレクサ３０および３２並に符号RAM２４
を組合せて構成すると好適であり、かつ計数値モ
ジユール２０８は第３図に示したヒストグラム計
数回路２８で構成すると好適である。従つてこれ
らの動作の詳細な説明は省略する。

マイクロプロセツサ２１０のプログラミングは
プログラムメモリ２１４に蓄積したソフトウエア
によつて決定される。このソフトウエアは等化さ
れた双曲線関数形、指数関数形およびガウス形ヒ
ストグラムの如き種々の所望情報強調を得るのに
必要なオペレータと共に、第５図に示した一般的
な反復式ヒストグラム修正アルゴリズムを含む。

マイクロプロセツサ２１０およびプログラムメ
モリ２１４と共働するため主メモリ２１２には、
第ｋ番目出力レベルの理論的母集団Ｍ_k、第ｎ番
目の反復動作において出力レベルｋに圧縮された
入力レベルの数Ｓ_k（ｎ）、および第ｋ番目のレベ
ルに対するウインドウ値Ｗ_kの如き情報を蓄積す
る。

適切にプログラムを施したマイクロプロセツサ
２１０を使用することにより第６図のヒストグラ
ム修正装置は第２〜４図に示した装置に比べ遥に
融通性に富みかつ遥に多様な動作の可能なヒスト
グラム修正装置とすることができる。

例えば、マイクロプロセツサ２１０の付加的な
融通性を用いることにより、｛Ｍ_k｝で表わされる
出力画像の統計学的性質を情景依存形式のものと
し、即ち双峰形、主として黒（mostly black）、
主として白（mostly white）の如き種々の典型
的な入力ヒストグラムを検出し、これを用いて異
なる“理想的”ヒストグラムを選択するようにす
ることができる。また理想的ヒストグラムは、当
該ヒストグラム修正装置の外部に設けたある種の
パターン検出装置によつて示されるある形状の対
象物例えば物標点がキーホール内に存在する場合
この存在に応じて修正を行うようにすることもで
きる。更に、種々の形式の画像強調は“理想的”
ヒストグラム｛Ｍ_k（ｎ）｝につき時間および情景
依存の選択から種々の利点がもたらされ、そのパ
ラメータは反復方式で新たな画像統計量｛Ｐ_k
（ｎ＋１）｝および古い標準統計量｛Ｍ_k（ｎ）｝の
両方の関係とすることができる。

マイクロプロセツサを使用することによりウイ
ンドウ係数｛Ｗ_k｝を時間依存形式で決定するこ
とが可能になる。これはヒストグラム修正装置の
極めて有用な拡張が可能であることを示し、その
理由は所定の出力ヒストグラムおよびキーホール
寸法に対しては理想的ウインドウ係数もある範囲
まで画像の統計的性質に左右されるので理想的ウ
インドウ係数が単独には決定されないからであ
る。第４図の実施例では手動操作により４つの異
なるウインドウ値の集合を選択できるが、マイク
ロプロセツサを設けることにより、ウインドウ値
の最適集合｛Ｍ_k｝を遥に巧妙に情景依存形式で
決定することが可能になる。これは例えば、最初
小さい平均値と共にウインドウ値の集合｛Ｗ_k｝
の選択による多量の摂動を伴うアルゴリズムの収
斂速度を増大するのに有用である。先に説明した
第５図から明らかなようにＳ_k（ｎ＋１）＝Int
〔（Ｐ_k（ｎ）−Ｍ_k（ｎ）／Ｗ_k（ｎ）〕即ちＳ_k
（ｎ）における変化はＷ_kに逆比例する。ヒストグ
ラム修正装置が最適に近い状態に収斂した場合、
ウインドウ値の集合｛Ｗ_k｝の平均値を増大でき
るようにすることにより雑音の低減した動作が得
られ、その理由は任意のレベルｋに対しＷ_kが過
小である場合には入力レベルが連続的に出力レベ
ルに加算されかつ入力レベルが連続的に出力レベ
ルから減算される動作が交番形式で行われ必須基
準｜Ｐ_k（ｎ）−Ｍ_k｜＜Ｗ_kを満足できず、再符号
化雑音が導入される。

マイクロプロセツサを使用することにより可変
領域キーホールを容易に実現することができ、こ
れによりズーム機能を具備させることが可能とな
る。アルゴリズム・パラメータ｛Ｍ_k｝および
｛Ｗ_k｝はキーホールの寸法に依存し、従つてオペ
レータによりキーホール領域が変更される毎にマ
イクロプロセツサによりこれらパラメータを再計
算することができる。

最後に、サブフレームまたは副フレーム・キー
ホール・ヒストグラム修正装置を擬似−全フレー
ム・オペレータに交換するために使用される前述
した情景サンプルまたは情景標本値のランダムな
選択はプログラム可能であり、マイクロプロセツ
サを用いて容易に変化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレーム全体およびその内部にあらか
じめ位置決めできるキーホールを示す線図、第２
図は本発明の実施例を示すブロツク図、第３図は
第２図のヒストグラム計数回路の一例を示すブロ
ツク図、第４図は第２図の再符号化および制御論
理回路の一例を示すブロツク図、第５図は反復式
ヒストグラム修正アルゴリズムの一例の流れ図、
第６図はマイクロプロセツサによつて制御する本
発明の実施例を示すブロツク図である。 ２０……フレーム、２２……キーホール、２４
……RAM、２６……再符号化および制御論理回
路、２８……ヒストグラム計数回路、３０，３２
……８ビツト・マルチプレクサ、３４……入力端
子、３６……遅延素子、６２……クロツク信号、
６４……キーホール・プラグ信号ライン、６６…
…基準符号源、７０……マルチプレクサ、７２…
…RAM、７４……加算器、７６……Ｄ形フリツ
プフロツプ、８０……減算回路、８２……
PROM、８４……新たな幅発生器、８６……
PROM、８８……RAM、９０……スイツチ、９
２……制御装置、２００……データバス、２０２
……アドレスバス、２０４……制御バス、２０６
……符号化モジユール、２０８……計数値モジユ
ール、２１０……マイクロプロセツサ、２１２…
…主メモリ、２１４……プログラムメモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ デイジタル化された入力ビデオ信号における
   画素の再符号化動作を、所定の情景適応量子化手
   段を用いて出力画像情報のそれぞれのグレイレベ
   ルにおける画素の数を反復処理することによつて
   決定する実時間形ヒストグラム修正装置であつ
   て、 符号化動作に応じて前記入力ビデオ信号におけ
   るグレイレベルの数を所定数のグレイレベルに圧
   縮する圧縮手段と、 前記圧縮手段に結合され、前記所定数のグレイ
   レベルの各々において現われる圧縮されたビデオ
   信号における画素の数を計数しかつ蓄積する計数
   および蓄積手段と、 前記計数および蓄積手段に結合され、前記計数
   及び蓄積手段による各計数値が、全体で前記情景
   適応量子化手段を構成するそれぞれの所定理論値
   の各々の周りでウインドウと呼ばれる値の範囲内
   か、前記ウインドウ以上か又は前記ウインドウ以
   下かを決定する決定手段と、 前記計数値のいずれかが前記それぞれのウイン
   ドウ以上又は以下の場合それぞれの出力グレイレ
   ベルに対する入力グレイレベルの数を調整するこ
   とにより前記符号化動作を発生しかつ前記符号化
   動作を再符号化する符号化動作発生及び再符号化
   手段とを備えたことを特徴とする実時間形ヒスト
   グラム修正装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のヒストグラム修
   正装置において、複数の異なる大きさのウインド
   ウ値を形成する手段を備えたことを特徴とするヒ
   ストグラム修正装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のヒストグラム修
   正装置において、前記符号化動作発生および再符
   号化手段が入力ビデオ信号の第１フレームに対し
   直線性符号化動作を発生し、第２番目以降のフレ
   ームを情景適応量子化手段を使用して再符号化す
   る如く構成したことを特徴とするヒストグラム修
   正装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のヒストグラム修
   正装置において、情景適応量子化手段がヒストグ
   ラム等化であり、前記所定理論値の各々が画素の
   総数を出力画像におけるグレイレベルの数で割算
   した商である如く構成したことを特徴とするヒス
   トグラム修正装置。 ５ 特許請求の範囲第１項記載のヒストグラム修
   正装置において、情景適応量子化手段がガウス形
   であり、前記符号化発生および再符号化手段が前
   記計数および蓄積手段において形成されるヒスト
   グラムの中央におけるグレイレベルで開始し、か
   つ白および黒レベルに向つて外方へ作動すること
   により再符号化動作を決定する如く構成したこと
   を特徴とするヒストグラム修正装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載のヒストグラム修
   正装置において、情景適応量子化手段が双曲線関
   数形である如く構成したことを特徴とするヒスト
   グラム修正装置。 ７ 特許請求の範囲第１項記載のヒストグラム修
   正装置において、情景適応量子化手段が指数関数
   形である如く構成したことを特徴とするヒストグ
   ラム修正装置。 ８ 特許請求の範囲第２項記載のヒストグラム修
   正装置において、前記符号化動作発生および再符
   号化手段がマイクロプロセツサ、および少なくと
   も１個の情景適応量子化手段を蓄積するプログラ
   ムメモリを備えたことを特徴とするヒストグラム
   修正装置。 ９ 特許請求の範囲第８項記載のヒストグラム修
   正装置において、前記プログラムメモリが複数の
   非直線性情景適応量子化手段を蓄積し、前記マイ
   クロプロセツサによりいずれか一つの非直線性情
   景適応量子化手段を随意に選択しこれを適用する
   如く構成したことを特徴とするヒストグラム修正
   装置。 １０ 特許請求の範囲第８項記載のヒストグラム
   修正装置において、前記マイクロプロセツサに適
   切にプログラミングを施して、修正すべきフレー
   ムの領域の寸法を変更し、かつウインドウ値の大
   きさおよび所定理論値の組（両方共領域に依存す
   る変数）を再度算出する如く構成したことを特徴
   とするヒストグラム修正装置。 １１ 特許請求の範囲第８項記載のヒストグラム
   修正装置において、少なくとも２組のウインドウ
   値を含むメモリを備え、前記マイクロプロセツサ
   により時間依存方式で前記２組のウインドウ値の
   一方を選択する如く構成したことを特徴とするヒ
   ストグラム修正装置。 １２ 特許請求の範囲第８項記載のヒストグラム
   修正装置において、情景に依存する方式でヒスト
   グラムを修正するパターン検出装置を備えたこと
   を特徴とするヒストグラム修正装置。