WO2013145365A1 - 画像表示装置またはその方法 - Google Patents

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light component
corrected
component
image display
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玲央 安倍
政史 中尾
正史 東
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Eizo 株式会社
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    • G09G2320/0673—Adjustment of display parameters for control of gamma adjustment, e.g. selecting another gamma curve

Definitions

  • the present invention relates to Retinex processing in a display device, and more particularly to adjustment of gradation conversion intensity.
  • Image processing based on Retinex theory is known as a dynamic range compression method in an imaging apparatus. This is because the dynamic range of the imaging device is smaller than the dynamic range of nature. For this reason, the dynamic range is compressed by separating and compressing the illumination light component according to Retinex theory and recombining.
  • Single scale Retinex (SSR: Single Scale Retinex) is known as image processing based on Retinex theory.
  • An object of the present invention is to provide an image display apparatus or method for solving the above-described problems and capable of automatically adjusting a gradation conversion intensity that can prevent deterioration in image quality due to overcorrection while improving the visibility of dark areas.
  • An image display device is an image display device that generates output image data obtained by correcting an input image based on the Retinex theory, and the input image is filtered with an illumination light component and reflected light.
  • Separating means for separating into components, a corrected illumination light component calculating means for calculating a corrected illumination light component by adjusting the separated illumination light component by a brightness adjustment parameter for adjusting the brightness, and the separation
  • the adjusted reflected light component is adjusted by a reflectance adjustment parameter that adjusts the reflectance, thereby calculating a corrected reflectance calculating means for calculating a corrected reflectance, the corrected illumination light component, and the corrected reflectance.
  • generating means for generating the output image data.
  • the amplitude of the reflectance can be increased even when a small filter is employed.
  • the corrected illumination light component calculation means includes the separated illumination light component according to an enhancement degree adjustment parameter for adjusting the enhancement degree of the illumination light component with respect to a low gradation.
  • the degree of mixing and adding the illumination light component adjusted with the low gradation component and the illumination light component separated by the separating unit based on the brightness adjustment parameter after adjusting the enhancement degree of the low gradation component The corrected illumination light component is calculated. In this way, by mixing the illumination light component and calculating the corrected illumination light component, a more natural corrected illumination light component can be obtained.
  • An image display device is an image display device that generates output image data obtained by correcting an input image based on the Retinex theory, wherein the input image is filtered with an illumination light component and reflected light.
  • the separating means After adjusting the enhancement degree of the low gradation component of the separated illumination light component with the adjustment parameter, the illumination with the low gradation component adjusted based on the brightness adjustment parameter A component, the separating means has determined the degree of mixing adding the said illumination light components separated, computing the corrected illumination light component.
  • the corrected illumination light component calculation unit calculates an average representative value of luminance values for each pixel in the specific region of the input image, and the average representative value is high
  • the illumination light component and the low gradation component emphasized illumination light component are mixed and added so that the mixing ratio of the low gradation component emphasized illumination light component becomes small. Therefore, when the average representative value is high, the mixing ratio of the low gradation component weighted illumination light component can be reduced. As a result, when the average is large, the rate of the low gradation component-emphasized illumination light component can be reduced, so that overcorrection can be prevented.
  • the corrected illumination light component calculation means calculates a variation degree of the luminance value for each pixel in the peripheral pixel region, and when the variation degree is small, The illumination light component and the low gradation component emphasized illumination light component are mixed and added so that the mixing ratio of the low gradation component emphasized illumination light component becomes small.
  • the corrected illumination light component L ′ may be calculated by the following equation (1), for example.
  • L ' LGain * L1 + (1-LGain) * L ...
  • L ′ corrected illumination light component
  • L1 low gradation component emphasized illumination light component
  • L illumination light component
  • the illumination light component and the low gradation component-emphasized illumination light component can be appropriately mixed only by changing the LGain.
  • the image display device further includes a corrected reflectance for calculating a corrected reflectance by adjusting the separated reflected light component by a reflectance adjustment parameter for adjusting the reflectance.
  • the calculation means and the corrected illumination light component calculation means generate the output image data based on the corrected illumination light component and the corrected reflectance.
  • the amplitude of the reflectance can be increased even when a small filter is employed.
  • the reflectance adjustment parameter decreases as the scale of the low-pass filter used in the separation step increases, and decreases as the resolution of the monitor to be displayed decreases. Yes.
  • the amplification can be performed according to the size of the low-pass filter. Further, when the resolution of the monitor is reduced, the amplitude can be reduced.
  • An image display device is an image display device that generates output image data obtained by correcting an input image based on the Retinex theory, and for the input image data, a peripheral pixel that is located around the pixel of interest and its periphery.
  • Separating means for separating the illumination light component based on the pixel value of the pixel region, and for the illumination light component separated by the separating means, a low gradation component enhanced illumination light component in which a low gradation component is enhanced, and A corrected illumination light component calculation means for calculating a corrected illumination light component mixed and added with the illumination light component, the corrected illumination light component calculation means for each pixel in the specific area of the input image An average representative value and / or variation degree of the value is calculated, and when the average representative value is high and / or when the variation degree is low, the low gradation component enhancement is performed. Meiko As the mixing ratio of the components is reduced, and the illumination light component are mixed adding the low gradation component enhancement illumination light component.
  • the mixing ratio of the low gradation component-emphasized illumination light component can be reduced, and / or, in an image concentrated on high gradation, gradation correction can make it difficult to see. Can be prevented.
  • the input image data is moving image data composed of a plurality of frames, and for the input image data of each frame, an average representative value and a variation degree of the luminance value
  • the illumination light component and The low gradation component emphasized illumination light component is mixed and added. Therefore, the natural corrected illumination light component can also be obtained for moving images.
  • the “luminance value” is a V value in the HSV color space. Changes in luminance due to light may be taken into consideration.
  • the “average representative value” a simple average value, a median value of gradation ranges equal to or higher than a threshold in the histogram, a mode value in the histogram, and the like may be adopted.
  • the “variation degree” may be anything as long as it represents variation in luminance distribution. For example, variance, a range of gradations that satisfy a certain value or more, a sum of difference values from an average representative value, The entropy value calculated from the luminance distribution (histogram) is included.
  • the “difference value” may be the L2 norm (the square of the difference) or the L1 norm (the absolute value of the difference).
  • the expression “2” is used as the “illumination light component adjusted for the low gradation component”, but the present invention is not limited to this.
  • “mixed addition” is one in which one is between 0 and 1, and the other is one obtained by subtracting the one value from one.
  • a coefficient is applied to either or both. May be.
  • the specific area of the input image corresponds to the entire input image in the embodiment, but may be a part thereof. In some cases, for example, a moving image frame or the like may be detected from the input image, or the user may specify it.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an image display apparatus including a corrected image generation apparatus 20 according to the present invention.
  • the illumination light correction unit 25, the reflectance calculation unit 27, the image re-synthesis unit 29, the parameter automatic control unit 39, and the histogram analysis unit 37 correspond to the gradation correction device.
  • HSV color space conversion unit 21 performs conversion from RGB color space to HSV color space.
  • the conversion from the HSV color space to the RGB color space is performed using a normal conversion formula.
  • HSV color space it is possible to eliminate the saturation reduction effect caused by the brightness adjustment in the YUV color space and to achieve a visually favorable brightness correction.
  • the illumination light separation unit 23 is an edge-preserving low-pass filter, and calculates a weighted average value of local brightness, that is, an illumination light component.
  • the histogram analysis unit 37 generates a 32-part gradation histogram based on the V component of the input image and the output image in the HSV space, and calculates the feature amount of the entire image.
  • the parameter automatic adjustment unit 39 determines the illumination light correction amount parameter based on the image feature amount obtained as a result of the histogram analysis.
  • the illumination light correction unit 25 corrects the low gradation region of the illumination light component from the parameter value of the illumination light correction amount given from the parameter automatic adjustment unit 39 and the illumination light component L given from the illumination light separation unit 23. .
  • the reflectance calculation unit 27 obtains the reflectance from the logarithmic difference between the illumination light component and the reflected light component (input V value) obtained by the illumination light separation unit 23. The calculated reflectance is output as it is.
  • the image re-synthesis unit 29 calculates a corrected image from the corrected illumination light component calculated by the illumination light correction unit 25 and the reflectance component calculated by the reflectance calculation unit 27.
  • the range correction unit 31 performs range correction of the V component of the pixel based on the parameter value of the range correction amount.
  • the illumination light correction unit 25 corrects local brightness, and the range correction unit 31 corrects brightness for the entire image. Thereby, the contrast in the whole image can be optimized.
  • the histogram analysis unit 37 generates a gradation histogram of 32 divisions from the V value corrected by the range correction unit 31, calculates the feature amount of the entire image, and gives it to the parameter automatic control unit 39.
  • the parameter automatic adjustment unit 39 determines a range correction amount parameter based on the given feature amount.
  • the saturation correction unit 35 corrects the saturation in the low gradation region. In this embodiment, either enhancement or reduction is selected as the saturation correction in the low gradation region.
  • the RGB color space conversion unit 33 performs conversion from the HSV color space to the RGB color space.
  • the reflectance calculation unit 27 stores a parameter RGain for adjusting the amplitude of the reflectance component R.
  • the significance of the parameter RGain will be described.
  • the parameter RGain is used as a coefficient of logR so that the visual effect of Retinex can be increased or decreased even with a small filter size.
  • the parameter RGain is set to 1 ⁇ RGain, the amplitude of the waveform of the reflectance component R is increased, and an effect that the filter size is increased in a pseudo manner (local contrast appears to be emphasized) is obtained. Can do.
  • the parameter RGain is set to 0 ⁇ RGain ⁇ 1
  • the local contrast can be suppressed and an image with a blurred outline can be output.
  • the reflectance R is obtained from the logarithmic difference between the illumination light component and the reflected light component (input V value) obtained by the illumination light separation unit 23, and the obtained reflectance R is reflected after correction after gain adjustment.
  • Output rate R ' That is, the corrected reflectance R ′ is obtained by the following formula (1).
  • the illumination light correction unit 25 generates a corrected illumination light component L1 from the parameter value of the illumination light correction amount given from the parameter automatic adjustment unit 39 and the illumination light component L given from the illumination light separation unit 23.
  • the corrected illumination light component L1 is calculated by the following equation (2).
  • L1 (log (LAmp * L + 1)) / (log (LAmp + 1)) (2)
  • the parameter LAmp adjusts the degree of enhancement of the low gradation part for the illumination light component.
  • a general log curve equation is used.
  • FIG. 2 shows the correspondence between the illumination light component L and the corrected illumination light component L1 when the parameter LAmp changes.
  • the larger the parameter LAmp the faster the start of the low gradation part and the brighter the correction.
  • the parameter LAmp approaches 1
  • the value of the corrected illumination light component L1 gradually approaches the illumination light component L, and the effect of correcting the illumination light component is lost.
  • the parameter LAmp may be determined depending on the gamma characteristics of the panel to be used, the light amount of the backlight, and the ambient light (surface reflection luminance). The reason is as follows. Even if it is visible in the real world (high illumination environment), dynamic range compression is performed when it is displayed on the monitor. As a result, it may be difficult to visually identify the low gradation portion by being displayed on the monitor.
  • the purpose of this gradation correction method is to reproduce the original appearance of an image by converting the reflectance R ⁇ ⁇ of the low gradation part so that it can be seen. That is, the enhancement degree of the illumination light component in the low gradation part depends on the optical input / output characteristics of the monitor. In addition, if the ambient light is strong, the surface reflection brightness of the panel increases and it becomes difficult to see low gradation.
  • parameter LAmp may be dynamically adjusted according to the histogram of the input image.
  • the image re-synthesizing unit 29 calculates a corrected illumination light component L ′ obtained by mixing and adding the corrected illumination light component L1 that emphasizes the low gradation component and the original illumination light component L.
  • L ′ is obtained by the following equation (3).
  • the parameter LGain is a parameter for determining a mixing ratio when generating a composite image of the gradation correction processed image and the original image.
  • extreme correction as seen in SSR is not necessary, but rather the appearance (contrast) as an image must be maintained to some extent.
  • the correction effect it is desirable that the strength can be adjusted, and when the effect is the weakest, it is closer to the original image.
  • the value of the corrected illumination light component (L ′) is determined by the mixing ratio (LGain) between the output value (L1) of the correction function and the original illumination light component (L). .
  • LGain the mixing ratio
  • the brightness adjustment by LGain® works seamlessly, so it can be used without a sense of incongruity even with parameter changes that change from moment to moment, such as video processing.
  • the image recombining unit 29 calculates the corrected image Iout by Expression (4). Is calculated.
  • the appearance (contrast) is maintained to some extent and the visibility of the dark portion is visible.
  • the output image Iout with improved can be generated.
  • the correction by the above-mentioned parameter LGain IV control is to reduce the side effects due to the gradation correction by adjusting in a direction that weakens the effect of the gradation correction.
  • Figures 3 and 4 plot the average value (APL) and variance value (VAR) of the input image when the LGain value is adjusted to be visually favorable for various arbitrary images. Show.
  • the horizontal axis represents the average luminance (APL_IN) of the input image
  • the vertical axis represents the difference between the average luminance of the output image and the average luminance of the input image ((APL_OUT) ⁇ (APL_IN)).
  • the horizontal axis represents the variance of the input image (VAR_IN)
  • the vertical axis represents the variance of the output image (VAR_OUT).
  • the VAR value of an input image tends to decrease by performing gradation correction. Therefore, as can be seen from FIG. 4, 2) in the case of a scene with a low VAR value so as to be biased to a specific gradation, it is necessary to moderate the effect of gradation correction.
  • the luminance component is stretched and expanded to increase the dispersion value, thereby increasing the parameter LGain and maximizing the visual improvement effect.
  • the parameter LGain is controlled to be low so that the output gradation does not become high.
  • the effect of the gradation correction can not only improve the visibility of the low gradation part but also optimize the contrast of the entire screen.
  • an APL fluctuation limit as shown in FIG. 3 is provided, and the relationship between the average brightness (APL_IN) of the input image and the average brightness (APL_OUT) of the output image exceeds the APL limit value.
  • the VAR fluctuation limit value shown in FIG. 4 is provided, and when the output variance value is not the region 211 below the VAR fluctuation limit value, the VAR fluctuation limit value is set as the upper limit. That is, LGain corresponding to the upper limit value of the APL limit value may be calculated in advance and stored as a correspondence table. The same applies to the VAR fluctuation limit value.
  • the APL fluctuation limit value APL_LIMIT and the VAR fluctuation limit value VAR_LIMIT may be determined by the following formulas (5) and (6).
  • APL_LIMIT max (0, iAPL_LIMIT_OFFSET-iAPL_IN * (iAPL_LIMIT_GAIN / 256)) (Expression) 5
  • iAPL_LIMIT_OFFSET and iAPL_LIMIT_GAIN are fixed values
  • iAPL_IN is an average value of the target area in the input image.
  • VAR_LIMIT min (iVAR_IN, iVAR_LIMIT_OFFSET + iAPL_IN * (iVAR_LIMIT_GAIN / 256)) (Expression) 6 iVAR_LIMIT_OFFSET and iVAR_LIMIT_GAIN are fixed values, and iVAR_IN is a variance value in the target area of the input image.
  • VAR_LIMIT iVAR_IN
  • VAR_LIMIT_OFFSET + iAPL_IN * iVAR_LIMIT_GAIN / 256.
  • the average and variance calculation method may be a normal calculation.
  • the brightness in the HSV color space is adopted as the pixel value, but the brightness in the HLS color space may be adopted. Moreover, you may employ
  • the size of the LPF is fixed. However, when the input resolution changes, in order to optimize the filter effect, the size of the LPF is adjusted to be increased or decreased. It may be.
  • the above units may be realized by either hardware or software.
  • the present invention can be grasped as the following methods 1) and 2).
  • a post-correction illumination light component calculation method for calculating a post-correction illumination light component in Retinex processing, wherein the illumination light is calculated based on pixel values of a target pixel and a peripheral pixel region located in the vicinity of the input image data.
  • a separation step for separating components a low gradation component enhanced illumination light component calculation step for obtaining a low gradation component enhanced illumination light component in which a low gradation component is enhanced for the separated illumination light component, and the low gradation component
  • a corrected illumination light component calculation method comprising: a corrected illumination light component calculation step for calculating a corrected illumination light component obtained by mixing and adding the emphasized illumination light component and the illumination light component.
  • a corrected illumination light component calculation method for calculating a corrected illumination light component in the Retinex process wherein the illumination light is calculated based on the pixel values of the target pixel and the surrounding pixel region located in the periphery of the input image data. Separation step for separating components, and for the separated illumination light component, a low gradation component-enhanced illumination light component obtained by enhancing a low gradation component is obtained, and the corrected illumination light component is mixed and added with the illumination light component
  • a post-correction illumination light component calculation step that calculates a luminance value average representative value and a degree of dispersion for each pixel in the peripheral pixel region, and the average representative value is calculated in the post-correction illumination light component calculation step.
  • Corrected illumination light component calculation method characterized by mixing adding the tone component enhanced illumination light component.

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Abstract

【課題】　暗部の視認性を向上しつつ、過補正による画質劣化を防止する。 【解決手段】　反射率算出部２７は、反射率成分Rの振幅を調節するパラメータRGainを記憶している。照明光補正部２５は、照明光成分Ｌと式L1=(log(LAmp*L+1))/(log(LAmp+1)）とから、補正後照明光成分L1を生成する。画像再合成部２９は、L'＝LGain＊L1＋（１－LGain）＊Lから補正後の照明光成分L'を求める。画像再合成部２９は、補正後照明光成分L'と補正後反射率R'から、式Iout＝exp（logL'＋RGain(logI-logL)）から、補正画像Ioutを演算する。補正後照明光成分（L'）の値を補正関数の出力値（L1）と元の照明光成分（L）との混合比（LGain)で決定することにより、コントラストをある程度維持しつつ、自然な画像とすることができる。

Description

画像表示装置またはその方法
　この発明は、表示装置におけるレティネックス処理に関し、特に、階調変換強度の調整に関する。
　撮像装置におけるダイナミックレンジの圧縮方法として、レティネックス理論による画像処理が知られている。これは、自然界のダイナミックレンジに比べ、撮像装置のダイナミックレンジが小さいことによる。このため、レティネックス理論により照明光成分を分離して圧縮し、再合成することで、ダイナミックレンジを圧縮する。
　レティネックス理論による画像処理として、シングルスケールレティネックス（SSR:Single Scale Retinex）が知られている。レティネックス理論では、入射光Ｉは、照明光Lと反射率Rの積で定義される（I=RL）。かかる式から対数空間におけるlogR を、画像の出力値とするというものである（特許文献１　段落０００７参照）。
　ｌｏｇＲ　＝　ｌｏｇＩ－ｌｏｇＬ　
　これは、補正後の照明光L’が一様な照明光環境である（L'=１）として、出力値I’= R を、視覚上認識しやすい対数空間へと変換したものである。これより照明光変化の影響を取り除いた値を得ることができる。
特表2005-515515号公報
　しかし、表示装置では、入力画像がダイナミックレンジの許容範囲を超えることはないため、上記手法を採用すると過補正となり、その結果、画質が劣化してしまうという問題があった。
　この発明は、上記問題を解決し、暗部の視認性を向上しつつ、過補正による画質劣化を防止できる階調変換強度を自動調整できる画像表示装置またはその方法を提供することを目的とする。
　(1)本発明にかかる画像表示装置は、レティネックス理論に基づき、入力画像を補正した出力画像データを生成してする画像表示装置であって、前記入力画像をフィルタにより照明光成分と反射光成分に分離する分離手段、前記分離された照明光成分を、その明るさを調整する明るさ調整パラメータによって調整することにより、補正後照明光成分を算出する補正後照明光成分算出手段、前記分離された反射光成分を、その反射率を調整する反射率調整パラメータによって調整することにより、補正後反射率を算出する補正後反射率算出手段、前記補正後照明光成分および前記補正後反射率に基づいて、前記出力画像データを生成する生成手段、を備えている。
　このように、反射光成分を調整することにより、小さなフィルタを採用した場合でも、反射率の振幅を増大させることができる。
　(2)本発明にかかる画像表示装置においては、前記補正後照明光成分算出手段は、前記照明光成分の低階調に対する強調度合を調整する強調度合調整パラメータによって、前記分離された照明光成分の低階調成分の強調度を調整したあと、前記明るさ調整パラメータに基づいて、前記低階調成分調整した照明光成分と、前記分離手段が分離した前記照明光成分とを混合加算する度合いを決定した、前記補正後照明光成分を演算する。このように、前記照明光成分と混合させて、前記補正後照明光成分を演算することにより、より、自然な補正後照明光成分を得ることができる。
　(3)本発明にかかる画像表示装置は、レティネックス理論に基づき、入力画像を補正した出力画像データを生成してする画像表示装置であって、前記入力画像をフィルタにより照明光成分と反射光成分に分離する分離手段、前記分離された照明光成分を、その明るさを調整する照明光成分調整パラメータによって調整することにより、補正後照明光成分を算出する補正後照明光成分算出手段、前記補正後照明光成分に基づいて、前記補正後の入力画像を生成する生成手段、を備え、前記補正後照明光成分算出手段は、前記照明光成分の低階調に対する強調度合を調整する強調度合調整パラメータによって、前記分離された照明光成分の低階調成分の強調度を調整したあと、前記明るさ調整パラメータに基づいて、前記低階調成分調整した照明光成分と、前記分離手段が分離した前記照明光成分とを混合加算する度合いを決定した、前記補正後照明光成分を演算する。
　このように、補正前の照明光成分と補正後の照明光成分を混合加算することにより、より自然な視覚的向上効果が得られる。
　(4)本発明にかかる画像表示装置においては、前記補正後照明光成分算出手段は、前記入力画像の特定領域における各画素について、輝度値の平均代表値を算出し、前記平均代表値が高い場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算する。したがって、前記平均代表値が高い場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるようにすることができる。これにより、前記平均が大きい場合には、前記低階調成分強調照明光成分の率を少なくすることができるので、過補正を防止できる。
　(5)本発明にかかる画像表示装置においては、前記補正後照明光成分算出手段は、前記周辺画素領域内の各画素について、輝度値のばらつき度を算出し、このばらつき度が小さい場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算する。
　このように、前記ばらつき度が小さい場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率を小さくすることにより、特定階調に集中した画像において階調補正によって、見にくくなることを防止できる。
　なお、前記補正後照明光成分L'は、例えば、下記式（１）により演算すればよい。
　　L'=LGain＊L1＋（１－LGain）＊L・・・式（１）
　ここで、L':補正後照明光成分、L1:低階調成分強調照明光成分、L:照明光成分、０≦LGain≦１
　前記LGainを変更するだけで、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を適宜、混合することができる。
　(6)本発明にかかる画像表示装置は、さらに、前記分離された反射光成分を、その反射率を調整する反射率調整パラメータによって調整することにより、補正後反射率を算出する補正後反射率算出手段、前記補正後照明光成分算出手段は、前記補正後照明光成分および前記補正後反射率に基づいて、前記出力画像データを生成する。このように、反射光成分を調整することにより、小さなフィルタを採用した場合でも、反射率の振幅を増大させることができる。
　(7)本発明にかかる画像表示装置においては、前記反射率調整パラメータは、前記分離ステップで用いるローパスフィルタのスケールが大きくなるにつれて小さくなり、表示対象のモニタの解像度が小さくなるにつれて小さく設定されている。
したがって、ローパスフィルタのサイズにあわせて、前記増幅が可能となる。また、モニタの解像度が小さくなったら、振幅を小さくすることができる。
　(8)本発明にかかる画像表示装置は、レティネックス理論に基づき、入力画像を補正した出力画像データを生成する画像表示装置であって、入力画像データについて、注目画素およびその周辺に位置する周辺画素領域の画素値に基づいて、照明光成分の分離を行う分離手段、前記分離手段で分離した照明光成分について、低階調成分を強調した低階調成分強調照明光成分を求めるとともに、前記照明光成分と混合加算した、補正後の照明光成分を演算する補正後照明光成分演算手段、を備え、前記補正後照明光成分演算手段は、前記入力画像の特定領域における各画素について、輝度値の平均代表値、および／または、ばらつき度を算出し、前記平均代表値が高い場合、および／または、前記ばらつき度が低い場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算する。
　したがって、前記平均が大きい場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率を少なくすることができ、および／または、高階調に集中した画像においては階調補正によって、かえって見にくくなることを防止できる。
　(9)本発明にかかる画像表示装置においては、前記入力画像データは、複数のフレームで構成される動画像データであり、各フレームの入力画像データについて、前記輝度値の平均代表値およびばらつき度を算出し、前記平均代表値が高い場合、および／または、前記ばらつき度が低い場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算する。したがって、動画についても、前記自然な補正後照明光成分を得ることができる
　なお、本明細書において「輝度値」とはHSV色空間におけるV値を採用したが、V値そのものだけでなく、バックライトによる輝度変化を考慮にいれてもよい。
　「平均代表値」は、単純平均値、ヒストグラムにおいて閾値以上の階調範囲の中央値、ヒストグラムにおける最頻値などを採用してもよい。
　「ばらつき度」とは、輝度の分布におけるばらつきを表すものであればどのようなものでもよく、例えば、分散、一定値以上を満たす階調の範囲幅、平均代表値との差分値の総和、輝度の分布（ヒストグラム）から算出されるエントロピー値を含む。ここで、「差分値」はL2ノルム（差分の二乗）でも、L1ノルム（差分の絶対値）でもよい。
　「低階調成分調整した照明光成分」とは、実施形態では、式（２）を採用したが、これに限定されない。
　また、「混合加算」とは、実施形態では、一方を0から１の間とし、他方を1から前記一方の値を減算したものとしたが、さらに、いずれかまたは双方に係数をかけるようにしてもよい。
　「入力画像の特定領域」とは、実施形態では、入力画像全体が該当するが、その一部であってもよい。一部の場合には、例えば、入力画像のうち、動画枠等を検出するようにしてよいし、ユーザが特定するようにしてもよい。
画像表示装置のブロック図である。 照明光成分Lと補正後照明光成分L1 との対応関係を示す図である。 「平均代表値」に基づく補正後照明光成分の制約条件を示す図である。 「分散変動制限値」に基づく補正後照明光成分の制約条件を示す図である。
　以下、本発明における実施形態について、図面を参照して説明する。
（１．概要）
　図１に、本発明にかかる補正後画像生成装置２０を含む画像表示装置の概要図を示す。この実施形態においては、照明光補正部２５，反射率算出部２７，画像再合成部２９，パラメータ自動制御部３９，ヒストグラム解析部３７が階調補正装置に該当する。
　HSV色空間変換部２１は、RGB色空間からHSV色空間への変換を行う。HSV色空間からRGB色空間 変換については、通常の変換式で行う。HSV色空間を用いることにより、YUV色空間による明るさ調整による彩度減少効果をなくし、視覚的に良好な明るさ補正を実現することができる。
　照明光分離部２３は、エッジ保存型ローパスフィルタであり、局所的な明るさの加重平均値、すなわち、照明光成分の算出を行う。ヒストグラム解析部３７は、HSV空間における入力画像と出力画像のV成分に基づいた３２分割の階調ヒストグラムを生成し、画像全体の特徴量を計算する。パラメータ自動調整部３９は、ヒストグラム解析の結果得られた画像特徴量に基づき、照明光補正量のパラメータを決定する。
　照明光補正部２５は、パラメータ自動調整部３９から与えられた照明光補正量のパラメータ値および、照明光分離部２３から与えられる照明光成分Ｌから、照明光成分の低階調領域を補正する。
　反射率算出部２７は、照明光分離部２３が求めた照明光成分および反射光成分（入力V値）の対数差分から、反射率を求める。求めた反射率にはそのまま出力する。
　画像再合成部２９は、照明光補正部２５が演算した補正後照明光成分と、反射率算出部２７が算出した反射率成分から、補正画像を演算する。レンジ補正部３１は、レンジ補正量のパラメータ値に基づき、画素のV成分のレンジ補正を行う。照明光補正部２５は局所的な明るさの補正を行い、レンジ補正部３１は画像全体に対する明るさの補正を行う。これより、画像全体におけるコントラストを最適化できる。
　ヒストグラム解析部３７は、レンジ補正部３１による補正後のV値から３２分割の階調ヒストグラムを生成し、画像全体の特徴量を計算し、パラメータ自動制御部３９に与える。パラメータ自動調整部３９は、与えられた特徴量に基づきレンジ補正量のパラメータを決定する。
　彩度補正部３５は、低階調領域における彩度を補正する。かかる低階調領域における彩度補正として、本実施形態においては、強調または低減のいずれかを選択させるようにした。 
　RGB色空間変換部３３は、HSV色空間からRGB色空間への変換を行う。
（２．詳細）
　図１を用いて、補正後画像生成装置２０の詳細について説明する。
　反射率算出部２７は、反射率成分Rの振幅を調節するパラメータRGainを記憶している。かかるパラメータRGainの意義について説明する。レティネックス演算による効果は、対象画素値（反射光成分） I と、その周辺の局所平均値（照明光成分）L との対数差分であるR によって生まれる。例えば、ローパスフィルタのフィルターサイズが１＊１であれば、L=Iとなり、Rは常に１となる。ローパスフィルタのフィルターサイズが大きくなると、Rは１を中心とした波打つ波形へと変化する。従来のレティネックス理論では、前記フィルターサイズが直径が数十ピクセル ～数百ピクセルという広範囲なものが使用されている。しかし、かかるサイズをモニタで実現する場合、前記フィルタサイズの2乗に比例してコストが増大する。そこで、小さいフィルタサイズでもレティネックスの視覚的効果を、増減させられるようlogRの係数として、パラメータRGainを採用した。
　パラメータRGainを、１＜RGainに設定すれば、反射率成分Rの波形の振幅が増大され、擬似的にフィルタサイズが大きくなったような効果（局所的なコントラストが強調されて見える）を得ることができる。
　なお、付加的な機能として、パラメータRGainを、0 ＜ RGain ＜ 1 に設定すれば、局所的なコントラストが抑制されて、輪郭がぼけたような画像を出力することもできる。
　このように、照明光分離部２３が求めた照明光成分および反射光成分（入力V値）の対数差分から、反射率Rを求め、求めた反射率Rについて、ゲイン調整後の補正後の反射率R’を出力する。すなわち、補正後の反射率R’は下記式（１）で求められる。
　R’＝(I/L)^RGain　・・・式（１）
　これは、logR’＝RGain＊logR、およびR＝(I/L)から導き出すことができる。
　照明光補正部２５は、パラメータ自動調整部３９から与えられた照明光補正量のパラメータ値および、照明光分離部２３から与えられる照明光成分Ｌから、補正後照明光成分L1を生成する。本実施形態においては、下記式（２）にて補正後照明光成分L1を演算した。
　L1=(log(LAmp*L+1))／（log(LAmp+1) ）　　・・・式（２）
　パラメータLAmpは、照明光成分について、低階調部分の強調度合いを調節する。本実施形態においては、低階調部分をなるべく自然に強調するために、一般的な Log カーブの式とした。
　図２に、パラメータLAmpが変化した場合における、照明光成分Lと補正後照明光成分L1 との対応関係を示す。パラメータLAmpを大きくすればするほど、低階調部分の立ち上がりが早くなり、より明るく補正される。一方、パラメータLAmpを１に近づけると、補正後照明光成分L1の値は照明光成分Lに漸近し、照明光成分の補正効果がなくなる。
　パラメータLAmpは、使用するパネルのガンマ特性や、バックライトの光量、さらに、環境光（表面反射輝度）に依存して定めればよい。理由は下記の通りである。現実の世界（高照度環境）では見えていても、モニタに表示する場合には、ダイナミックレンジ圧縮が行われる。これにより、低階調部分については、モニタに表示されることによって視覚的に識別が困難になる場合がある。本階調補正方法は、低階調部分の反射率R を見えるように変換することにより画像本来の見た目を再現することを目的とする。すなわち、かかる低階調部分における照明光成分の強調度は、モニタにおける光学的な入出力特性に依存するからである。また、環境光が強いと、パネルの表面反射輝度が高くなり、低階調が見づらくなるからである。
　なお、パラメータLAmpは、入力画像のヒストグラム等に応じて動的に調整するようにしてもよい。
　画像再合成部２９(図１参照)は、低階調成分を強調した補正後照明光成分L1と、元の照明光成分Lと混合加算した、補正後の照明光成分L’を演算する。本実施形態においては、下記式（３）によりL’を求めた。
　L’＝LGain＊L1＋（１－LGain）＊L　　・・・式（３）
　パラメータLGainの意義について説明する。パラメータLGainは、階調補正処理画像と元画像の合成画像を生成する際の混合比を決定するパラメータである。モニタにおけるSSRの適用を考えた場合、SSRに見られるような極端な補正は必要なく、むしろ、画像としての見た目（コントラスト）はある程度維持しなければいけない。また、補正効果については、強弱を調整でき、かつ、効果を最も弱くしたときは元画像に近づくことが望ましい。そこで、本実施形態においては、補正後照明光成分（L‘）の値を補正関数の出力値（L1）と元の照明光成分（L）との混合比（LGain)で決定するようにした。その結果、LGain ＝0 の場合は、L’=L となり、元画像に漸近する。一方、LGain=1 の場合はL=L1となり、最も明るい補正結果となる。
　また、LGain による明るさ調整はシームレスに働くので、動画処理などの時々刻々と変化するパラメータ変動にも違和感なく使用することができる。
　つぎに、画像再合成部２９(図１参照)のおける演算処理について説明する。画像再合成部２９は、照明光補正部２５が演算した補正後照明光成分L’と、反射率算出部２７が算出した補正後の反射率R’から、式（４）により、補正画像Ioutを演算する。
　　Iout＝exp（logL’＋RGain(logI-logL)）　　・・・式（４）上記式（４）は、下記式より導いたものである。
　レティネックス理論では、I＝RLであり、本件発明では、反射率成分Rおよび照明光成分Lのそれぞれを補正した、補正後の反射率成分R’、および補正後照明光成分L’を求めている。
　したがって、補正後の出力Iout＝R'L'　で表される。ここで、logR’＝RGain＊logRである。したがって、R’＝(I/L)^RGainである。よって、Iout＝R’L'は、Iout＝(I/L)^RGain＊L'　となる。これを指数関数で表すと、上記式（４）となる。
　このように、本実施形態においては、　パラメータLAmp、RGain、LGainという３つのパラメータを採用することにより、小規模なフィルタサイズであっても、見た目（コントラスト）をある程度維持しつつ、暗部の視認性を向上させた出力画像Ioutを生成することができる。
　つぎに、ヒストグラム解析部３７におけるパラメータLGainの調整について説明する。
　上記パラメータLGain 制御による補正は、階調補正の効果を弱める方向で調整をすることにより、階調補正による副作用を軽減するというものである。
　1)特定の階調付近に集中して分布しているような画像の場合では、分散値の値が小さくなり、視覚的向上効果が得られるなくなる。また、2)高階調に集中した白っぽい画像のような、特定階調に集中した画像においては階調補正によって、かえって見にくくなる。
　具体的に説明する。様々な任意の画像に対して、LGain値を、目視で好ましくなるよう調整した時の、入力画像の平均値（APL）と分散値（VAR）をプロットしたものを、図３、図４にそれぞれ示す。
　図３は、横軸が入力画像の平均輝度（APL_IN）、縦軸が出力画像の平均輝度と入力画像の平均輝度の差（(APL_OUT)－（APL_IN））である。図４は横軸が入力画像の分散（VAR_IN）で、縦軸が出力画像の分散（VAR_OUT)である。
　図３で明らかなように、1)入力画像の平均輝度が元々高い場合は、パラメータLGainを小さくし、出力の平均輝度値を小さくすることが好ましい。
　また、一般的に、入力画像のVAR値は階調補正を行うことで低下する傾向にある。したがって、図４からわかるように、2)特定階調に偏っているようにVAR値が低いシーンの場合は、階調補正の効果を和らげる必要がある。
　そこで、本実施形態においては、上記1)に対して、輝度成分をストレッチ拡大して分散値を大きくさせることで、パラメータLGainを大きくさせ、視覚的な向上効果を最大限に高めるようにした。
　また、上記2)に対しては、特定階調に集中した画像に対しては、出力の階調が高くならないようパラメータLGainを低く抑えるように制御するようにした。
　かかる制御を行うことにより、階調補正の効果は、低階調部分の視認性向上だけでなく、画面全体のコントラストを、より最適化することができる。
　具体的には、平均輝度については、図３に示すようなAPL変動制限を設け、入力画像の平均輝度（APL_IN）と出力画像の平均輝度(APL_OUT)の関係が、APL制限の値を越える領域２０１に位置する場合には、前記APL変動制限となるLGainとするようにした。また、分散値については、図４に示すVAR変動制限値を設け、出力分散値がVAR変動制限値未満の領域２１１で無い場合には、VAR変動制限値を上限とする。すなわち、APL制限の値の上限値に該当するLGainについては、予め計算しておき、対応表として記憶しておけばよい。VAR変動制限値についても同様である。
　APL変動制限の値APL_LIMIT、およびVAR変動制限値VAR_LIMITについては、下記式（５）、式（６）で決定すればよい。
　APL_LIMIT＝max(0，iAPL_LIMIT_OFFSET－iAPL_IN*（iAPL_LIMIT_GAIN／２５６））　　・・・(式）５
　ここで、iAPL_LIMIT_OFFSET、iAPL_LIMIT_GAINは固定値、iAPL_INは入力画像における対象領域の平均値である。
　すなわち、iAPL_LIMIT_OFFSET－iAPL_IN*（iAPL_LIMIT_GAIN／２５６）がゼロよりも小さい場合には、APL_LIMIT＝０、それ以外は、APL_LIMIT＝iAPL_LIMIT_OFFSET－iAPL_IN*（iAPL_LIMIT_GAIN／２５６）という一次減少関数で定義される。
　VAR_LIMIT＝min(iVAR_IN，iVAR_LIMIT_OFFSET＋iAPL_IN*（iVAR_LIMIT_GAIN／２５６））　　・・・(式）６
　　iVAR_LIMIT_OFFSETと、iVAR_LIMIT_GAINは固定値、iVAR_INは入力画像の対象領域における分散値である。
　すなわち、iVAR_INが、iVAR_LIMIT_OFFSET＋iAPL_IN*（iVAR_LIMIT_GAIN／２５６）を越えるまでは、VAR_LIMIT＝iVAR_INであり、これを越えると、VAR_LIMIT＝iVAR_LIMIT_OFFSET＋iAPL_IN*（iVAR_LIMIT_GAIN／２５６）となる。
　平均と分散の演算手法は、通常の演算を行えばよい。
（３.他の実施形態）
　上記実施形態では、静止画である場合について説明したが、同様に、入力画像が時々刻々と変化する動画像についても同様に適用可能である。
　本実施形態においては、画素値として HSV色空間における明度を採用したが、HLS色空間における輝度を採用してもよい。また、ＲＧＢ値、ＹＵＶ値を採用してもよい。
　本実施形態においては、LPFのサイズは固定であるとしたが、入力される解像度が変化した場合に、そのフィルタ効果を最適なものにするために、大きくしたり小さくしたりと、調節するようにしてもよい。 
　上記各部については、ハードウェア、ソフトウェアのいずれで実現するようにしてもよい。
　本発明は、下記1)2)のような方法として把握することができる。
　1)レティネックス処理における補正後照明光成分を演算する補正後照明光成分演算方法であって、入力画像データについて、注目画素およびその周辺に位置する周辺画素領域の画素値に基づいて、照明光成分の分離を行う分離ステップ、前記分離した前記照明光成分について、低階調成分を強調した低階調成分強調照明光成分を求める低階調成分強調照明光成分演算ステップ、前記低階調成分強調照明光成分と前記照明光成分とを混合加算した、補正後の照明光成分を演算する補正後照明光成分演算ステップ、を備えたことを特徴とする補正後照明光成分演算方法。
　2)レティネックス処理における補正後照明光成分を演算する補正後照明光成分演算方法であって、入力画像データについて、注目画素およびその周辺に位置する周辺画素領域の画素値に基づいて、照明光成分の分離を行う分離ステップ、前記分離した照明光成分について、低階調成分を強調した低階調成分強調照明光成分を求めるとともに、前記照明光成分と混合加算した、補正後の照明光成分を演算する補正後照明光成分演算ステップ、を備え、前記補正後照明光成分演算ステップでは、前記周辺画素領域内の各画素について、輝度値の平均代表値および分散度を算出し、前記平均代表値が高いほど、および／または、前記分散度が低い場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算することを特徴とする補正後照明光成分演算方法。
　２５　　　照明光補正部
　２７　　　反射率算出部
　２９　　　画像再合成部
　３７　　　ヒストグラム解析部
　３９　　　パラメータ自動制御部

Claims (12)

  1. 　レティネックス理論に基づき、入力画像を補正した出力画像データを生成してする画像表示装置であって、
    　前記入力画像をフィルタにより照明光成分と反射光成分に分離する分離手段、
    　前記分離された照明光成分を、その明るさを調整する明るさ調整パラメータによって調整することにより、補正後照明光成分を算出する補正後照明光成分算出手段、
    　前記分離された反射光成分を、その反射率を調整する反射率調整パラメータによって調整することにより、補正後反射率を算出する補正後反射率算出手段、
    　前記補正後照明光成分および前記補正後反射率に基づいて、前記出力画像データを生成する生成手段、
    　を備えたことを特徴とする画像表示装置。
  2. 　請求項１の画像表示装置において、
    　前記補正後照明光成分算出手段は、前記照明光成分の低階調に対する強調度合を調整する強調度合調整パラメータによって、前記分離された照明光成分の低階調成分の強調度を調整したあと、前記明るさ調整パラメータに基づいて、前記低階調成分調整した照明光成分と、前記分離手段が分離した前記照明光成分とを混合加算する度合いを決定した、前記補正後照明光成分を演算すること、
    　を特徴とする画像表示装置
  3. 　レティネックス理論に基づき、入力画像を補正した出力画像データを生成してする画像表示装置であって、
    　前記入力画像をフィルタにより照明光成分と反射光成分に分離する分離手段、
    　前記分離された照明光成分を、その明るさを調整する照明光成分調整パラメータによって調整することにより、補正後照明光成分を算出する補正後照明光成分算出手段、
    　前記補正後照明光成分に基づいて、前記補正後の入力画像を生成する生成手段、
    　を備え、
    　前記補正後照明光成分算出手段は、前記照明光成分の低階調に対する強調度合を調整する強調度合調整パラメータによって、前記分離された照明光成分の低階調成分の強調度を調整したあと、前記明るさ調整パラメータに基づいて、前記低階調成分調整した照明光成分と、前記分離手段が分離した前記照明光成分とを混合加算する度合いを決定した、前記補正後照明光成分を演算すること、
    　を特徴とする画像表示装置。
  4. 　請求項３の画像表示装置において、
    　前記補正後照明光成分算出手段は、前記入力画像の特定領域における輝度値の平均代表値を算出し、前記平均代表値が高い場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算すること、
    　を特徴とする画像表示装置。
  5. 　請求項３または請求項４の画像表示装置において、
    　前記補正後照明光成分算出手段は、前記入力画像の特定領域における輝度値のばらつき度を算出し、このばらつき度が小さい場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算すること、
    　を特徴とする画像表示装置。
  6. 　請求項３～５のいずれかの画像表示装置において、さらに、
    　前記分離された反射光成分を、その反射率を調整する反射率調整パラメータによって調整することにより、補正後反射率を算出する補正後反射率算出手段を備え、
    　前記補正後照明光成分算出手段は、前記補正後照明光成分および前記補正後反射率に基づいて、前記出力画像データを生成すること、
    　を特徴とする画像表示装置。
  7. 　請求項６の画像表示装置において、
    　前記反射率増幅係数は、前記分離ステップで用いるローパスフィルタのスケールが大きくなるにつれて小さくなり、表示対象のモニタの解像度が小さくなるにつれて小さく設定されていること、
    　を特徴とする画像表示装置。
  8. 　レティネックス理論に基づき、入力画像を補正した出力画像データを生成してする画像表示装置であって、
    　入力画像データについて、注目画素およびその周辺に位置する周辺画素領域の画素値に基づいて、照明光成分の分離を行う分離手段、
    　前記分離手段で分離した照明光成分について、低階調成分を強調した低階調成分強調照明光成分を求めるとともに、前記照明光成分と混合加算した、補正後の照明光成分を演算する補正後照明光成分演算手段、
    　を備え、
    　前記補正後照明光成分演算手段は、前記入力画像の特定領域における輝度値の平均代表値、および／または、ばらつき度を算出し、前記平均代表値が高い場合、および／または、前記ばらつき度が低い場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算すること、
    　を特徴とする画像表示装置。
  9. 　請求項８の画像表示装置において、
    　前記入力画像データは、複数のフレームで構成される動画像データであり、各フレームについて、前記輝度値の平均代表値、および／または、ばらつき度を算出し、前記平均代表値が高い場合、および／または、前記ばらつき度が低い場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算すること、
    　を特徴とする画像表示装置。
  10. 　レティネックス理論に基づき、入力画像を補正した出力画像データを生成してする画像表示方法であって、
    　前記入力画像をフィルタにより照明光成分と反射光成分に分離し、
    　前記分離された照明光成分を、その明るさを調整する明るさ調整パラメータによって調整することにより、補正後照明光成分を算出し、
    　前記分離された反射光成分を、その反射率を調整する反射率調整パラメータによって調整することにより、補正後反射率を算出し、
    　前記補正後照明光成分および前記補正後反射率に基づいて、前記出力画像データを生成すること、
    　を特徴とする画像表示方法。
  11. 　レティネックス理論に基づき、入力画像を補正した出力画像データを生成してする画像表示方法であって、
    　前記入力画像をフィルタにより照明光成分と反射光成分に分離し、
    　前記分離された照明光成分を、その明るさを調整する照明光成分調整パラメータによって調整することにより、補正後照明光成分を算出し、
    　前記補正後照明光成分に基づいて、前記補正後の入力画像を生成する画像表示方法において、
    　前記照明光成分の低階調に対する強調度合を調整する強調度合調整パラメータによって、前記分離された照明光成分の低階調成分の強調度を調整したあと、前記明るさ調整パラメータに基づいて、前記低階調成分調整した照明光成分と、前記分離した前記照明光成分とを混合加算する度合いを決定した、前記補正後照明光成分を演算すること、
    　を特徴とする画像表示方法。
  12. 　レティネックス理論に基づき、入力画像を補正した出力画像データを生成してする画像表示方法であって、
    　入力画像データについて、注目画素およびその周辺に位置する周辺画素領域の画素値に基づいて、照明光成分の分離を行い、
    　前記分離した照明光成分について、低階調成分を強調した低階調成分強調照明光成分を求めるとともに、前記照明光成分と混合加算した、補正後の照明光成分を演算する画像表示方法において、
    　前記入力画像の特定領域内の各画素について、輝度値の平均代表値および／または、ばらつき度を算出し、前記平均代表値が高い場合、および／または、前記ばらつき度が低い場合には、前記低階調成分強調照明光成分の混合率が小さくなるように、前記照明光成分と、前記低階調成分強調照明光成分を混合加算すること、
    　を特徴とする画像表示方法。
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