(57)【要約】【課題】ヒストグラムに偏りがあり、画面全体の輝度が徐々にシフトするようなシーンであっても、ヒストグラムが急激に大きく変化することがないようにする。【解決手段】画像データの上位ビットに応じて該画像データの輝度値に対応する分配元階級Histo[n]を決定する。該画像データの下位ビットに応じて３つの分配度数down_val、middle_val、up_valの値をＬＵＴで決定する。ここで、輝度が分配元階級内のいずれの位置にあるときもdown_valとup_valの少なくとも一方は０を越える値である。前記決定された分配元階級Histo[n]に分配度数middle_valを累積加算し、前記決定された分配元階級Histo[n]の下の階級Histo[n-1]に分配度数down_valを累積加算し、前記決定された分配元階級Histo[n]の上の階級Histo[n+1]に分配度数up_valを累積加算することで、ヒストグラムを生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定領域の画面を形成する複数画素のそれぞれの輝度値を示す画像データに基づいて、該複数画素の輝度値の、輝度値分解能の数より少ない数に区分けした階級ごとの度数の分布を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成方法であって、
前記複数の画素のうちの分配対象画素の度数を、前記複数の階級のうちの、該分配対象画素の輝度値を含む分配元階級内での、該分配対象画素の輝度値の位置に応じて、該分配元階級と該分配元階級の上下の階級とのそれぞれに分配する分配度数を生成し、
前記複数の画素のそれぞれについての前記分配度数を、前記複数の階級ごとに累積加算して、該階級ごとの度数を生成し、
前記分配度数の生成において、前記分配対象画素の輝度値が前記分配元階級内のいずれの位置にあるときにも、前記上下の階級の少なくとも一方に分配する０を超える分配度数を生成することを特徴とするヒストグラム生成方法。
【請求項２】
前記度数の生成において、前記分配対象画素の輝度値が前記分配元階級の中央に位置する場合にも、前記上下の階級のそれぞれに分配する０を超える分配度数を生成することを特徴とする請求項１記載のヒストグラム生成方法。
【請求項３】
所定領域の画面を形成する複数画素のそれぞれの輝度値を示す画像データが入力され、該複数画素の輝度値の、輝度値分解能の数より少ない数に区分けした階級ごとの度数の分布を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成回路であって、
前記複数の画素のうちの分配対象画素の度数を、前記複数の階級のうちの、該分配対象画素の輝度値を含む分配元階級内での、該分布対象画素の輝度値の位置に応じて、該分配元階級と該分配元階級の上下の階級とのそれぞれに分配する分配度数を生成する度数生成回路と、
前記複数の画素のそれぞれについての前記分配度数を、前記複数の階級ごとに累積加算して、該階級ごとの度数を生成する累積加算回路とを備え、
前記度数生成回路は、前記分配対象画素の輝度値が前記分配元階級内のいずれの位置にあるときにも、前記上下の階級の少なくとも一方に分配する０を超える分配度数を生成することを特徴とするヒストグラム生成回路。
【請求項４】
前記度数生成回路は、前記分配対象画素の輝度値が前記分配元階級の中央に位置する場合にも、前記上下の階級のそれぞれに分配する０を超える分配度数を生成することを特徴とする請求項３記載のヒストグラム生成回路。
【請求項５】
前記複数の画素のそれぞれの輝度値が、上位ビットおよび下位ビットで表現され、前記複数の階級は、前記上位ビットの値のそれぞれに対応して設けられ、
前記度数生成回路は、前記輝度値の下位ビットが入力され、該下位ビットの値に応じて前記分配度数を生成し、
前記累積加算回路は、前記上位ビットが入力され、該上位ビットの値に応じて決まる階級を前記分配元階級として、該分配元階級およびその上下の階級に、前記度数生成回路が生成した分配度数を累積加算することを特徴とする請求項３または４記載のヒストグラム生成回路。
【請求項６】
前記請求項３ないし５のいずれかに記載のヒストグラム生成回路と、
前記ヒストグラム生成回路が生成したヒストグラムに応じて、前記画面を表示装置に表示するときに行う補正処理の条件を生成する演算回路とを有することを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定領域の画面を形成する複数画素のそれぞれの輝度値を示す画像データに基づき、全輝度値の度数の分布を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成方法、ヒストグラム生成回路およびこれを利用した画像処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置としてのＬＣＤの短所の１つに、ＣＲＴやＰＤＰなどの他の画像表示装置と比べてコントラスト比が低いことが挙げられる。これは、液晶がバックライトの光を完全には遮蔽できないことに起因する。例えば、背景が黒の画像を表示するときは、液晶が光を完全に遮蔽できないことから黒が白くぼやける（白浮き）ため、メリハリの無い画像になってしまう。そこで、ＬＣＤのコントラスト改善のために、暗いシーンではバックライトの明るさを抑える技術が提案された。また、暗いシーンで単純にバックライトを暗くすると、明るい部分もその分だけ暗くなってしまうので、画像データの値（輝度値）を変化させることも行われている。
【０００３】
この様に、コントラスト向上のために、画像表示装置での表示を行うときに、補正（バックライトの明るさの補正と画像データ値の補正）を実施しているが、その補正の最適条件は、画面を形成する複数画素の輝度値の分布パターンによって異なる。そのため最適な補正を行うためには、画像輝度値分布パターンを分析する必要があり、その分析法にヒストグラムが利用される。
【０００４】
その一例として、特許文献１では、画像データからヒストグラムを作成して、そのヒストグラムに基づいて画像データの値を変化させたり、バックライトの明るさを暗くすることが記載されている。このようにして、暗い画像では、階調表現を高めつつ消費電力を減少させることを可能としている。
【０００５】
ところが、ヒストグラムに偏りがあり、画面全体の輝度が徐々にシフトするようなシーンでは、ヒストグラムの形が急激に変化する場合がある。これはヒストグラムの横軸を特定の輝度値範囲毎に区画して複数（輝度値分解能の数より少ない）の階級に分け、入力画像データの輝度値の度数を対応する階級に累積加算するためであり、ある階級内に含まれていた輝度値が一様に階級の境界をまたいで変化するときに起こり得る。
【０００６】
このため、このようなヒストグラムに基づいて画像補正等の制御を行うと、このヒストグラムの急激な変化により、連続的に変化するはずのシーンが不連続のものになってしまう。例えば、暗いシーンで全体が徐々に明るくなる場合では、ある明るさを境にヒストグラムが急激に大きく変化することによって、急に画面が明るくなってしまう。
【０００７】
図３の「従来例１」は、元の画像（上段）の全体の輝度を一様に６だけ減少させたとき（中段）と、さらに６（合計１２）だけ減少させたとき（下段）のヒストグラムの変化を示す。ここでは、画像データを８ビットとし、個々の階級の幅を１６とし、階級の数を１６としている。元の画像の全体の輝度を−６、−１２と減少させただけであるので、作成されるヒストグラムは、理想的には同じ形状で暗い側（左側）にシフトするはずである。ところが、図３の「従来例１」では、元の画像のヒストグラムに対して、全体の輝度を６だけ減少させた画像では、そのヒストグラムはあまり大きくは変化していないが、全体の輝度を１２だけ減少させると、ヒストグラムが急激に大きく変化している。
【０００８】
具体的には、元の画像のヒストグラムおよび全体の画像の輝度を６だけ減少させた画像のヒストグラムでは、いずれも、度数が存在する最高の階級である階級１０に、大きな度数が含まれていた。ところが、全体の輝度を１２だけ減少させた画像のヒストグラムでは、階級１０の度数が０になっている。従って、ある閾値以上の度数が存在する最高の階級を考慮対象の１つとして補正の条件を設定した場合、全体の輝度が１２だけ減少したときに補正条件が大きく変化する。
【０００９】
このような問題点の解決方法の１つに、ヒストグラムの連続性を高めるために、過去フレームの情報を使って輝度補正を行うことがあるが、この方法では、比較・演算を行う複雑な回路が必要になり、回路規模が大きくなってしまう。また、他の解決方法として、階級の数を増やすことが挙げられる。これは、階級の幅を狭くすることによって、下位ビットの情報を反映させ、なだらかで連続性のあるヒストグラムを作成するものである。しかし、これも、階級の数が増えるため、演算量が増え、回路規模が大きくなってしまう。
【００１０】
また、特許文献２には、雑音によるヒストグラム精製の不安定性要因を除くため、ヒストグラムの各階級の幅を設定する閾値の近傍の画像データの輝度値に対して重み付けを行う技術が提案されている。これは、図４に示すように、１つの階級の幅を決める閾値をＡ，Ｂとするとき、閾値Ａ近傍の「Ａ−Ｗ」〜「Ａ＋Ｗ」の範囲では増加関数であり、閾値Ｂ近傍の「Ｂ−Ｗ」〜「Ｂ＋Ｗ」の範囲では減少関数となる重み関数を用いて累積加算を行うものである。
【特許文献１】特開２００７−３６７２８号公報
【特許文献２】特表２０００−５１３９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、上記図４に示した手法は、重み付けが行われる範囲は閾値Ａ，Ｂの近傍のみであり、閾値近傍を除いた階級区間（「Ａ＋Ｗ」〜「Ｂ−Ｗ」）内の輝度値では、その階級に度数の１００％が分配されることになる。したがって、この手法では、従来と同様に、ヒストグラムに偏りがあり、画面全体の輝度が徐々にシフトするようなシーンでは、ヒストグラムが急激に大きく変化する場合があり得る。
【００１２】
図３の「従来例２」に、特許文献２の手法によって作成したヒストグラムを示す。画像データのビット数、階級の幅、階級の数、画像全体の輝度変化は「従来例１」と同じである。ここでは、範囲Ｗ＝４とした。この例でも、元の画像のヒストグラムに対して、全体の輝度を６だけ減少させた画像では、ヒストグラムはあまり大きくは変化していないが、全体の輝度を１２だけ減少させた画像では、階級１０の度数が０になり、ヒストグラムが急激に大きく変化している。
【００１３】
本発明の目的は、ヒストグラムに偏りがあり、画面全体の輝度が徐々にシフトするようなシーンであっても、ヒストグラムが急激に大きく変化することがないようにしたヒストグラム生成方法、ヒストグラム生成回路およびこれを利用した画像処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のヒストグラム生成方法は、所定領域の画面を形成する複数画素のそれぞれの輝度値を示す画像データに基づいて、該複数画素の輝度値の、輝度値分解能の数より少ない数に区分けした階級ごとの度数の分布を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成方法であって、前記複数の画素のうちの分配対象画素の度数を、前記複数の階級のうちの、該分配対象画素の輝度値を含む分配元階級内での、該分配対象画素の輝度値の位置に応じて、該分配元階級と該分配元階級の上下の階級とのそれぞれに分配する分配度数を生成し、前記複数の画素のそれぞれについての前記分配度数を、前記複数の階級ごとに累積加算して、該階級ごとの度数を生成し、前記分配度数の生成において、前記分配対象画素の輝度値が前記分配元階級内のいずれの位置にあるときにも、前記上下の階級の少なくとも一方に分配する０を超える分配度数を生成することを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のヒストグラム生成方法において、前記度数の生成において、前記分配対象画素の輝度値が前記分配元階級の中央に位置する場合にも、前記上下の階級のそれぞれに分配する０を超える分配度数を生成することを特徴とする。
請求項３にかかる発明のヒストグラム生成回路は、所定領域の画面を形成する複数画素のそれぞれの輝度値を示す画像データが入力され、該複数画素の輝度値の、輝度値分解能の数より少ない数に区分けした階級ごとの度数の分布を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成回路であって、前記複数の画素のうちの分配対象画素の度数を、前記複数の階級のうちの、該分配対象画素の輝度値を含む分配元階級内での、該分布対象画素の輝度値の位置に応じて、該分配元階級と該分配元階級の上下の階級とのそれぞれに分配する分配度数を生成する度数生成回路と、前記複数の画素のそれぞれについての前記分配度数を、前記複数の階級ごとに累積加算して、該階級ごとの度数を生成する累積加算回路とを備え、前記度数生成回路は、前記分配対象画素の輝度値が前記分配元階級内のいずれの位置にあるときにも、前記上下の階級の少なくとも一方に分配する０を超える分配度数を生成することを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載のヒストグラム生成回路において、前記度数生成回路は、前記分配対象画素の輝度値が前記分配元階級の中央に位置する場合にも、前記上下の階級のそれぞれに分配する０を超える分配度数を生成することを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項３又は４に記載のヒストグラム生成回路において、前記複数の画素のそれぞれの輝度値が、上位ビットおよび下位ビットで表現され、前記複数の階級は、前記上位ビットの値のそれぞれに対応して設けられ、前記度数生成回路は、前記輝度値の下位ビットが入力され、該下位ビットの値に応じて前記分配度数を生成し、前記累積加算回路は、前記上位ビットが入力され、該上位ビットの値に応じて決まる階級を前記分配元階級として、該分配元階級およびその上下の階級に、前記度数生成回路が生成した分配度数を累積加算することを特徴とする。
請求項６にかかる発明の画像処理装置は、前記請求項３ないし５のいずれかに記載のヒストグラム生成回路と、前記ヒストグラム生成回路が生成したヒストグラムに応じて、前記画面を表示装置に表示するときに行う補正処理の条件を生成する演算回路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、分配対象画素の輝度値の度数を、対応する分配元階級と該分配元階級の上下の階級とのそれぞれに分配し、しかも、分配対象画素の輝度値が分配元階級内のいずれの位置にあるときにも、分配元階級の上下の階級の少なくとも一方に分配する０を超える分配度数を生成するので、ヒストグラムに偏りがあり、画面全体の輝度が徐々にシフトするようなシーンであっても、ヒストグラムが急激に大きく変化することはない。このため、得られたヒストグラムを利用して表示補正を行う条件を、適正に生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明では、（ａ）画像データの下位ビットの情報もヒストグラム結果に反映させる、（ｂ）できるだけ階級の数を増やさない、（ｃ）度数の合計は画像パターンによって異ならせない、という点に注意を払う。
【００１７】
従来のヒストグラム生成では、例えば、画像データを８ビットとすれば、分解能は２５６であり、階級の幅を１６とすれば、階級の数も１６となるので、特定の画素（以下、「分配対象画素」と呼ぶ）の画像データの例えば上位４ビットに応じて、当該分配対象画素がいずれの階級に属するかを判定し、属する階級（以下、「分配元階級」と呼ぶ）に度数を１だけ累積加算していた。このとき、画像データの下位４ビットは不要であった。
【００１８】
これに対し、本発明では、（ａ）、（ｂ）を解決するために、分配対象画素の画像データの例えば上位４ビットに応じて、当該分配対象画素の属する分配元階級を決定しながらも、当該分配対象画素の度数を、当該画像データの下位４ビットに応じて重みを付けた３つの度数に分配し、この３つの分配度数を、分配元階級とその上下の階級に分配して累積加算することにした。これにより階級の数は従来よりも２つだけ増えることとなる。（ｃ）を解決するために、下位４ビットから生成される３つの分配度数の合計値は一定とし、全階級の度数の合計値は画像サイズによってのみ変化するものとする。
【００１９】
この手法を採用することにより、階級の数は２つ増えるが、ヒストグラムの連続性は向上するので、明るさが徐々に変化するシーンでヒストグラムが急激に大きく変化することはなくなる。
【００２０】
ヒストグラム算出は、以下の順番で行う。以下では、入力する画像データは８ビット、ヒストグラムの階級の数は「１６＋２」の場合を考える。
【００２１】
（１）画像データの上位４ビット[7:4]に基づき、度数を累積加算する階級を決定する。この階級は、Histo[n-1]、Histo[n]、Histo[n+1]の３つである。Histo[n]は分配元階級を、Histo[n-1]はその１つ下の階級を、Histo[n+1]はその１つ上の階級を、それぞれ示す。ｎは８ビットの画像データの上位４ビット[7:4]で決まる値であって、次式(1)で導き出される。
ｎ＝[7:4]＋１                          (1)
ここで、ｎは１〜１６となる。
【００２２】
（２）画像データの下位４ビット[3:0]に基づき、加算する３つの分配度数の値をＬＵＴから決定して、３つの階級Histo[n-1]、Histo[n]、Histo[n+1]に加算する。１つの画像データについて、各階級Histo[n-1]、Histo[n]、Histo[n+1]に加える度数の合計値は一定値（αとする）である。図１に、下位４ビットと各階級Histo[n-1]、Histo[n]、Histo[n+1]に加算する分配度数の関係を示す。ここでは、α＝１００である。この内容はＬＵＴに設定される。下の階級Histo[n-1]に加える分配度数down_valは、下位４ビットの値が最大（１５）のとき最小（０）であり、下位４ビットの値が小さくなるほど大きくなって、最大５０（＝α／２）になる。上の階級Histo[n+1]に加える分配度数up_valは、下位４ビットの値が最小（０）のとき最小（０）であり、下位４ビットの値が大きくなるほど大きくなって最大５０（＝α／２）になる。分配元階級Histo[n]に加える分配度数middle_valは、下位４ビットの値が中間（７又は８）のときに最も大きいが、１００ではなく、残りの度数が上下の階級Histo[n-1]、Histo[n+1]の分配度数down_val、up_valに振り分けられている。
【００２３】
（３）ヒストグラムの結果を画面サイズ（全画素数）によって補正して、最終的なヒストグラムを生成する。
【００２４】
なお、上記の例では、各画素の輝度値を示す画像データは８ビット、分配元階級を決定するのは上位４ビット、分配度数を決定するのは下位４ビットとしているが、これらのビットと幅と前記したαは任意に設定できる。たとえば、画像データを１０ビットとした場合は、最上位から４ビット[9:6]を上位ビットとして分配元階級を決め、その下位の５ビット[5:2]を下位ビットとして配分度数を決め、最下位１ビット[0]を使用しないようにしてもよい。
【００２５】
＜実施例＞
図２に、本発明の１つの実施例の画像処理装置の構成を示す。入力する画像データは８ビットである。１０はヒストグラム生成回路であり、度数生成回路１１と累積加算回路１２からなる。
【００２６】
度数生成回路１１は、画像データの下位４ビット[3:0]を入力し、図１に示した特性をもつＬＵＴにより隣接する３個の階級Histo[n-1]、Histo[n]、Histo[n+1]に分配する分配度数down_val、middle_val、up_valを作成する。例えば、下位４ビットの値が４であれば、各分配度数は、down_val＝２２、middle_val＝７３、up_val＝５である。
【００２７】
累積加算回路１２は、画像データの上位４ビット[7:4]を入力し、これにより式(1)からｎが求まり、分配元階級Histo[n]が決定される。これによって決定された３個の階級Histo[n-1]、Histo[n]、Histo[n+1]に、度数生成回路１１から入力された分配度数度数down_val、middle_val、up_valが累積加算される。例えば、上位４ビット[7:4]でｎ＝１２が決まれば、Histo[11]に２２、Histo[12]に７３、Histo[13]に５の分配度数が累積加算される。
【００２８】
このような度数生成回路１１での分配度数の生成、および、累積加算回路１２での累積加算を、画面を構成するそれぞれの画素の画像データについて行い、さらに、画面サイズによる補正を行うことにより、ヒストグラムが生成される。
【００２９】
２０は演算回路であり、得られたヒストグラムに応じて補正（画像補正、および、バックライトの明るさ補正）を行う条件を生成する。
【００３０】
３０は画像処理部であり、入力する８ビットの画像データに対して、演算回路２０で得られた画像補正処理を行う条件に基づき、入力する画像データに対して補正を行う。
【００３１】
４０は画像表示装置としてのＬＣＤモジュールであり、ＬＣＤパネル４１とバックライト制御部４２を備え、演算回路２０が生成した補正の条件に基づき、バックライトの制御を行う。
【００３２】
図３の「本実施例」に、本実施例によって作成したヒストグラムを示す。画像データのビット数、階級幅、画像全体の輝度変化は図３の「従来例１」と同じである。ただし、階級数は「１６＋２」である。また、αの値は図１の場合とは異なる。本実施例では、元の画像のヒストグラムに対して、画面の全体の輝度を６だけ減少させた画像のヒストグラム、全体の輝度を１２だけ減少させた画像のヒストグラムのいずれも、大きくは変化していない。
【００３３】
具体的には、元の画像のヒストグラム（上段）から、全体の輝度が６だけ（中段）、および、１２だけ（下段）減少するにともなって、ピークの位置が、階級９から階級８に移動しているが、ヒストグラム全体の形は顕著には変化していない。そして、元の画像のヒストグラムでは大きな度数が含まれていた階級１０の度数も、全体の輝度が６だけ、および、１２だけ減少するにともなって、徐々に減少しており、「従来例１」もしくは「従来例２」のように、急に０になることはない。従って、補正の条件も徐々に変化するように、演算回路２０における演算を設定することが用意である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】画像データの下位４ビットによって隣接する３個の階級Histo[n-1]、Histo[n]、Histo[n+1]に振り分ける度数の特性図である。
【図２】本発明の１つの実施例の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】「本実施例」、「従来例１」、「従来例２」のヒストグラムの一例を示す特性図である。
【図４】従来のヒストグラム作成の説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０：ヒストグラム生成回路、１１：度数生成回路、１２：累積加算回路
２０：演算回路
３０：画像処理部
４０：ＬＣＤモジュール、４１：ＬＣＤパネル、４２：バックライト制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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