(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成手段と、
前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出手段と、
入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換手段と、
前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブを作成した後、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に基づいて、前記第１のカーブを変換することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定手段と、
前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換手段により解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正手段と、
を備え、
前記階調補正カーブ決定手段は、コントラスト度合いが大きいほど、または劣化改善度合いが大きいほど、前記第１のカーブによる階調補正の度合いが小さいカーブになるように、または前記第１のカーブによる階調補正と相反する階調補正を行うカーブになるように、前記第１のカーブを変換することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成手段と、
前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出手段と、
入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換手段と、
前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブを作成した後、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に基づいて、前記第１のカーブを変換することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定手段と、
前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換手段により解像度変換処理され
た画像に対して階調補正を行う階調補正手段と、
を備え、
前記階調補正カーブ決定手段は、前記第１のカーブの入力階調と出力階調を反転して第２のカーブを作成し、前記第１のカーブおよび前記第２のカーブを用いた演算により階調補正カーブを決定するものであり、当該演算においては、前記コントラスト度合いが大きいほど、または前記劣化改善度合いが大きいほど、前記第２のカーブに近い階調補正カーブを決定することを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成手段と、
前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出手段と、
入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換手段と、
前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされる第１のカーブと、中間階調に多くの出力階調を対応付けされる第２のカーブとを、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に応じた重みをつけて合成することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定手段と、
前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換手段により解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
前記階調補正カーブ決定手段は、前記コントラスト度合いが大きいほど、または前記劣化改善度合いが大きいほど、前記第１のカーブの重みを小さくし、前記第２のカーブの重みを大きくする請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記コントラスト検出手段は、入力画像の画素が取りうる階調値を低い側と高い側に二分したとき、低い側に含まれる所定の範囲の階調値である低階調値を持つ画素の度数である低階調値度数と、高い側に含まれる所定の範囲の階調値である高階調値を持つ画素の度数である高階調値度数とを求め、前記低階調値度数および高階調値度数から、前記コントラスト度合いを検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記コントラスト検出手段は、入力画像の画素が取りうる階調値のうち最も低い値を含む所定の範囲の階調値を前記低階調値とし、画素が取りうる階調値のうち最も高い値を含む所定の範囲の階調値を前記高階調値とすることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記コントラスト検出手段は、
前記階調ヒストグラムにおいて、画素が取りうる階調値のうち低い側に含まれる階調値の中で最大の度数を持つ階調値である低階調側最大度数階調を求め、当該低階調側最大度数階調の周囲の所定の範囲の階調値を前記低階調値とし、
高い側に含まれる階調値の中で最大の度数を持つ階調値である高階調側最大度数階調を求め、当該高階調側最大度数階調の周囲の所定の範囲の階調値を前記高階調値とすることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項８】
入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成ステップと、
前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出ステップと、
入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換ステップと、
前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブを作成した後、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に基づいて、前記第１のカーブを変換することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定ステップと、
前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正ステップと、
を含み、
前記階調補正カーブ決定ステップでは、コントラスト度合いが大きいほど、または劣化改善度合いが大きいほど、前記第１のカーブによる階調補正の度合いが小さいカーブになるように、または前記第１のカーブによる階調補正と相反する階調補正を行うカーブになるように、前記第１のカーブを変換することを特徴とする画像処理方法。
【請求項９】
入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成ステップと、
前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出ステップと、
入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換ステップと、
前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブを作成した後、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に基づいて、前記第１のカーブを変換することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定ステップと、
前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正ステップと、
を含み、
前記階調補正カーブ決定ステップでは、前記第１のカーブの入力階調と出力階調を反転して第２のカーブを作成し、前記第１のカーブおよび前記第２のカーブを用いた演算により階調補正カーブを決定するものであり、当該演算においては、前記コントラスト度合いが大きいほど、または前記劣化改善度合いが大きいほど、前記第２のカーブに近い階調補正カーブを決定することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１０】
入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成ステップと、
前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出ステップと、
入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換ステップと、
前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブと、中間階調に多くの出力階調を対応付けされる第２のカーブとを、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に応じた重みをつけて合成することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定ステップと、
前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正ステップと、
を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１１】
前記階調補正カーブ決定ステップでは、前記コントラスト度合いが大きいほど、または前記劣化改善度合いが大きいほど、前記第１のカーブの重みを小さくし、前記第２のカーブの重みを大きくする請求項１０に記載の画像処理方法。
【請求項１２】
前記コントラスト検出ステップでは、入力画像の画素が取りうる階調値を低い側と高い側に二分したとき、低い側に含まれる所定の範囲の階調値である低階調値を持つ画素の度数である低階調値度数と、高い側に含まれる所定の範囲の階調値である高階調値を持つ画素の度数である高階調値度数とを求め、前記低階調値度数および高階調値度数から、前記コントラスト度合いを検出することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の画像処理方法。
【請求項１３】
前記コントラスト検出ステップでは、入力画像の画素が取りうる階調値のうち最も低い値を含む所定の範囲の階調値を前記低階調値とし、画素が取りうる階調値のうち最も高い値を含む所定の範囲の階調値を前記高階調値とすることを特徴とする請求項１２に記載の画像処理方法。
【請求項１４】
前記コントラスト検出ステップでは、
前記階調ヒストグラムにおいて、画素が取りうる階調値のうち低い側に含まれる階調値の中で最大の度数を持つ階調値である低階調側最大度数階調を求め、当該低階調側最大度数階調の周囲の所定の範囲の階調値を前記低階調値とし、
高い側に含まれる階調値の中で最大の度数を持つ階調値である高階調側最大度数階調を求め、当該高階調側最大度数階調の周囲の所定の範囲の階調値を前記高階調値とすることを特徴とする請求項１２に記載の画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置および画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、映像装置や映像記録装置、複写機などの機器は、入力画像の解像度を拡大または縮小して出力する、解像度変換と呼ばれる画像処理機能を備えている。一般的な解像度変換の方法として、バイキュービック法、ニアレストネイバー法やバイリニア法などが用いられる。しかし、どの方式を採用しても、自然画、文字、ＣＧなど、高精細または高コントラストな画像に対して、画面全体にぼやけを伴った画像劣化が生じる。
【０００３】
この劣化の改善策として、階調補正手段によりぼやけの原因である中間階調を補正する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１には、１つの階調補正カーブを決定し、解像度変換処理の拡大縮小の度合いに応じて、その階調補正カーブを変更する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１はダイナミックγ処理との連動を想定していない。そのため、特許文献１の方法で劣化改善処理を行い、加えて階調再現向上のためにダイナミックγ処理を行うと、両処理の改善効果が打ち消されてしまうという課題があった。ここでダイナミックγ処理とは、入力画像に応じて適応的に行われる補正を指す。以下、この課題について具体的に記述する。
【０００６】
まず、高コントラスト画像を解像度変換したのち、特許文献１の方法で解像度変換による劣化を改善する方法を記す。この方法では、図９（ａ）の階調補正カーブを生成する。ここで縦軸は出力階調値、横軸は入力階調値であり、実線は生成された階調補正カーブである。また、点線は入力階調値をそのまま出力した場合の入出力スルーカーブである（入出力スルーカーブは直線であるが、便宜上「カーブ」と呼ぶ）。階調補正カーブは、ぼやけの原因である中間階調のカーブの傾きを立たせることで、多くの出力階調を割り当てて、画質劣化の改善を図っている。
次に、特許文献１の方法で出力された解像度変換および劣化改善済みの画像に対して、ダイナミックγ処理を行った場合の課題を記す。ダイナミックγ処理においては、まず、入力画像の各画素の階調値をレンジごとに積み上げて、画面全体の階調ヒストグラムを算出する。高コントラスト画像の階調ヒストグラムの場合、図９（ｂ）のように低階調と高階調に度数が集中する。なお、横軸は階調値、縦軸は度数（その階調値を有する画素数）を表している。続いて、階調ヒストグラムより階調補正カーブを生成する。一般的にダイナミックγ処理は、階調ヒストグラムの度数が大きい階調値の階調補正カーブを立たせることで、画面全体の階調再現向上を行っている。よって、階調補正カーブは図９（ｃ）に実線で示したようになる。
ここで図９（ａ）と図９（ｃ）の階調補正カーブを見ると、入出力スルーカーブに対して相反する形になっている。そのため入力画像に両方の階調補正カーブを適用すると、補正結果はお互いに打ち消しあってしまう。その結果、解像度変換による劣化に対する改善処理と、階調再現向上の効果とが共になくなってしまう。
【０００７】
また、解像度変換による劣化が目に付かない低コントラスト画像に特許文献１の方法で劣化改善処理を行い、加えてダイナミックγ処理を行うと中間階調を過剰に階調補正してしまう課題があった。
例えば、解像度変換による劣化を改善するために特許文献１の方法により、図９（ａ）の階調補正カーブを生成する。次にダイナミックγ処理により、階調再現向上のための階調補正カーブを生成する。低コントラスト画像の階調ヒストグラムは、図１０のように、中間階調値に度数が集中する。次に階調ヒストグラムより階調補正カーブを生成すると、中間階調値の度数が多いため、図９（ａ）の階調補正カーブとなる。
その結果、図９（ａ）の階調補正カーブによる階調補正処理を２回行うことになり、中間階調が過剰に補正されてしまう。しかし実際には、低コントラスト画像では、解像度変換による劣化が目に付かないため、ダイナミックγ処理による階調補正のみでよい。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、解像度変換時の画像劣化改善と、ダイナミックγ処理による階調再現向上を両立するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成手段と、前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出手段と、入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換手段と、前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブを作成した後、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に基づいて、前記第１のカーブを変換することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定手段と、前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換手段により解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正手段と、を備え、前記階調補正カーブ決定手段は、コントラスト度合いが大きいほど、または劣化改善度合いが大きいほど、前記第１のカーブによる階調補正の度合いが小さいカーブになるように、または前記第１のカーブによる階調補正と相反する階調補正を行うカーブになるように、前記第１のカーブを変換することを特徴とする画像処理装置である。
また、本発明は、入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成手段と、前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出手段と、入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換手段と、前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブを作成した後、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に基づいて、前記第１のカーブを変換することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カー
ブを決定する階調補正カーブ決定手段と、前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換手段により解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正手段と、を備え、前記階調補正カーブ決定手段は、前記第１のカーブの入力階調と出力階調を反転して第２のカーブを作成し、前記第１のカーブおよび前記第２のカーブを用いた演算により階調補正カーブを決定するものであり、当該演算においては、前記コントラスト度合いが大きいほど、または前記劣化改善度合いが大きいほど、前記第２のカーブに近い階調補正カーブを決定することを特徴とする画像処理装置である。
また、本発明は、入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成手段と、前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出手段と、入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換手段と、前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされる第１のカーブと、中間階調に多くの出力階調を対応付けされる第２のカーブとを、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に応じた重みをつけて合成することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定手段と、前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換手段により解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正手段と、を備えることを特徴とする画像処理装置である。
【００１０】
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成ステップと、前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出ステップと、入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換ステップと、前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブを作成した後、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に基づいて、前記第１のカーブを変換することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定ステップと、前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正ステップと、を含み、前記階調補正カーブ決定ステップでは、コントラスト度合いが大きいほど、または劣化改善度合いが大きいほど、前記第１のカーブによる階調補正の度合いが小さいカーブになるように、または前記第１のカーブによる階調補正と相反する階調補正を行うカーブになるように、前記第１のカーブを変換することを特徴とする画像処理方法である。
また、本発明は、入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成ステップと、前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出ステップと、入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換ステップと、前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブを作成した後、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に基づいて、前記第１のカーブを変換することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定ステップと、前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正ステップと、
を含み、前記階調補正カーブ決定ステップでは、前記第１のカーブの入力階調と出力階調を反転して第２のカーブを作成し、前記第１のカーブおよび前記第２のカーブを用いた演算により階調補正カーブを決定するものであり、当該演算においては、前記コントラスト度合いが大きいほど、または前記劣化改善度合いが大きいほど、前記第２のカーブに近い階調補正カーブを決定することを特徴とする画像処理方法である。
また、本発明は、入力画像の階調ヒストグラムを作成する階調ヒストグラム作成ステップと、前記階調ヒストグラムにおける度数分布から、入力画像のコントラスト度合いを検出するコントラスト検出ステップと、入力画像を拡大または縮小する解像度変換処理を行う解像度変換ステップと、前記階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされるような第１のカーブと、中間階調に多くの出力階調を対応付けされる第２のカーブとを、前記コントラスト度合いと、前記拡大または縮小の倍率に基づき求められる、解像度変換処理による画像の劣化を改善する必要性の大きさに関する劣化改善度合いと、に応じた重みをつけて合成することにより、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを決定する階調補正カーブ決定ステップと、前記決定された階調補正カーブにより、前記解像度変換処理された画像に対して階調補正を行う階調補正ステップと、を含むことを特徴とする画像処理方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の画像処理装置および画像処理方法によれば、解像度変換時の画像劣化改善と、ダイナミックγ処理による階調再現向上を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例の画像処理装置の構成を示すブロック図。
【図２】コントラスト検出に用いるヒストグラムを示す図。
【図３】劣化改善度合い生成方法を示す図。
【図４】階調補正カーブ生成方法を示す図。
【図５】階調補正カーブ生成方法を詳細に説明するための図。
【図６】コントラストが大きい画像と小さい画像の例を示す図。
【図７】実施例２の低階調値検出方法を示すフローチャート。
【図８】実施例２の高階調値検出方法を示すフローチャート。
【図９】従来の画質劣化改善の方法を説明する図。
【図１０】コントラストが小さい画像の階調ヒストグラムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施例１＞
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例に係る画像処理装置および画像処理方法について説明する。本発明の画像処理装置は、動画または静止画からなる入力映像を受け付け、処理を施した上で出力しディスプレイに表示させる装置に適用できる。画像処理装置は単独で用いても良いし、テレビジョンやＳＴＢ（Ｓｅｔ  Ｔｏｐ  Ｂｏｘ）等に用いることもできる。また、コンピュータや複写機に組み込んで画像を処理する用途にも好適である。以下に記述する構成要素は専用の回路を用いて実現しても、ＣＰＵ上で動作するプログラムとして実現しても良い。また、以下の各処理をコンピュータ用のプログラム等に実行させることにより、本発明を解像度変換方法として実現することができる。
図１に示すように、画像処理装置は、階調ヒストグラム算出部１０２、コントラスト検出部１０３、解像度変換部１０４、階調補正カーブ算出部１０５、階調補正部１０６を有する。そして、入力画像信号１０１に画像処理を施し、出力画像信号１０７を出力する。本実施例での入力画像信号１０１は動画であり、そのフレームごとに階調補正を行う場合について説明する。
【００１４】
まず、階調ヒストグラム算出部１０２は、入力画像信号のフレーム単位で、図２のような階調ヒストグラムを算出する。図中、横軸は入力画像信号の階調値レンジ、縦軸はフレーム単位で算出された度数（階調値レンジに含まれる画素数）である。本実施例の階調値レンジは０〜２５５の２５６段階とする。
次に、コントラスト検出部１０３は、上記の階調ヒストグラムの度数分布より、画像全体のコントラスト高低度合いの検出を行う。そのために、コントラスト検出部１０３は、まず、比（１）および比（２）という２つの値を求める。
ここで、比（１）とは、「１フレームの画素数」と、「低階調値度数＋高階調値度数」との比を言う。また、比（２）とは、「低階調値度数」と、「高階調値度数」との比を言う。階調ヒストグラムを階調値で二分したときの、低い側に含まれる所定の範囲の階調値を低階調値といい、高い側に含まれる所定の範囲の階調値を高階調値と呼ぶ。本実施例では、以下に示すように低階調値および高階調値は一定である。
【００１５】
比（１）を算出する手段を説明する。階調ヒストグラムにおいて、低階調値を０〜６４、高階調値を１９２〜２５５とする。例えば１フレームの画素数を１００として、低階調値度数＋高階調値度数を９０とすると、比（１）は（９０／１００）＝０．９と求められる。
比（２）を算出する手段を説明する。まず、低階調値の度数と高階調の度数を大小比較する。次に大きい度数に対する小さい度数の比を算出する。したがって、比（２）は１以下となる。例えば、図２において、低階調値の度数を５０、高階調値の度数を４０とすると、比（２）は（４０／５０）＝０．８となる。
最後に、比（１）と比（２）を乗算することで、コントラスト高低度合いを算出する。本実施例では、０．９×０．８＝０．７２より、コントラスト高低度合いは０．７２と求められる。なお、画面全体のコントラストを考えると、コントラスト高低度合いが１の時はコントラストが最も大きく、０の時にコントラストが最も小さい。したがって、図２はコントラストが比較的大きい画像の階調ヒストグラムを表していることが分かる。
【００１６】
解像度変換部１０４は、入力画像信号を解像度変換し出力する。本実施例ではそれに加
え、解像度変換によって生じた画像の劣化を改善する必要性の大きさを表す、劣化改善度合いを出力する。劣化改善度合いの求め方を図３に示す。ここで、横軸は解像度変換率であり、１倍を中心に右側が拡大、左側が縮小を表している。また、縦軸は劣化改善度合いを表している。図示したように、解像度変換率が１倍の時、劣化改善度合いを０とし、拡大縮小時は解像度変換率に比例して劣化改善度合いを決定する。拡大が１６倍以上の時は劣化改善度合いを１６に固定し、１／４倍よりも縮小する時は劣化改善度合いを４に固定する。ここで、拡大縮小率と劣化改善度合いが比例させている理由は、解像度変換における劣化は拡大縮小率が大きいほど目に付くからである。ただし、拡大時に比べ縮小時の方が解像度変換における劣化が目に付きにくい為、劣化改善度合いは小さくなる。
なお、本実施例では劣化改善度合いを折れ線カーブで生成したが、これに限定されず曲線カーブでもよい。また、解像度変換の方法としては、バイキュービック法、ニアレストネイバー法やバイリニア法など、一般に用いられる方法を適用できる。
【００１７】
階調補正カーブ算出部１０５は、階調ヒストグラム情報とコントラスト高低度合いと劣化改善度合いに基づき、入力階調と出力階調が対応付けされた階調補正カーブを算出する。
まず、階調再現向上を重視した階調補正カーブを決定する。一般的に、階調再現向上の為の階調補正カーブを生成する手段として、階調ヒストグラムにおいて度数が集中している階調の階調補正カーブの傾きを立たせる方法がある。例えば、図２の階調ヒストグラムから階調補正カーブを生成すると、図４のｆ１（Ｌ）のようになる（本発明の第１のカーブに相当する）。図２の階調ヒストグラムでは低階調値と高階調値に度数が集中しており、その集中部分の階調再現向上を図るために、対応する範囲の階調補正カーブの傾きを立たせる。これにより、入力階調値と出力階調値が同じ値になる入出力スルーカーブである、図４のｆ２（Ｌ）と比べて階調再現が向上する。言い換えると、ｆ１（Ｌ）を作成する段階では、階調ヒストグラムにおいて階調値の度数が大きければ大きいほど、入力階調に対して多くの出力階調が対応付けされる。
【００１８】
次に、コントラスト高低度合いと劣化改善度合いによりｆ１（Ｌ）のカーブの変換を行う。なお、分かり易く説明するために図４の入力階調値０から１２８の部分の拡大図を図５に表す。図中、ｆ１（Ｌ）、ｆ２（Ｌ）は図４と対応している。まず、ｆ２（Ｌ）のカーブを基準にｆ１（Ｌ）のカーブを反転し、ｆ３（Ｌ）のカーブを生成する（本発明の第２のカーブに相当する）。したがって、カーブｆ３（Ｌ）による補正は、カーブｆ１（Ｌ）と相反する特徴を持っている。次に、式（１）の演算を行って、カーブｆ（Ｌ）を生成する。ここで、αはコントラスト高低度合い(α＝０〜１)、βは劣化改善度合い(β＝０
〜１６)である。
f(L) = (f3(L) - f1(L))× α × (β/16) + f1(L)  …式（１）
【００１９】
図５中、ｆ１（Ｌ）は階調再現向上を重視したカーブであり、ｆ３（Ｌ）は解像度変換による画像劣化改善を重視したカーブである。式（１）は、２つのカーブの中間で、コントラスト高低度合いと劣化改善度合いに応じてカーブを求めることを表している。
例えば、コントラスト高低度合いを０.９５、劣化改善度合いを１５とした場合のカー
ブは、ｆ４（Ｌ）となる。入力階調６４におけるｆ１（Ｌ）の出力階調値を９４、ｆ３（Ｌ）の出力階調値を３４とした時、ｆ４（Ｌ）の出力階調値は式（１）より約４１と求められる。ｆ４（Ｌ）のカーブは、コントラスト高低度合いと劣化改善度合いが大きいため、解像度変換による画像劣化が生じていると判定され、ｆ３（Ｌ）に近いカーブとなるよう生成されたものである。また、コントラスト高低度合いと劣化改善度合いが小さいときは、ｆ５（Ｌ）のような、ｆ１（Ｌ）に近いカーブが生成される。
なお、入力階調値が高い（１２８〜２５５）領域においても、式（１）と同様の考え方によって、ｆ１（Ｌ）とｆ３（Ｌ）から階調補正カーブを求めることができる。また、図５の階調補正カーブは一例に過ぎず、式（１）は様々な階調補正カーブに適用できる。さ
らに、入力階調値や出力階調値は２５６段階に限られず、信号や装置の制約に応じて適宜変更すればよい。さらに、複数の画素値をまとめて階調値レンジとすることもできる。
【００２０】
階調補正部１０６は、解像度変換部１０４より出力された、解像度変換済みの画像信号に、階調補正カーブ算出部１０５にて算出された階調補正カーブを適用して階調補正を行う。そして、出力画像信号１０７として出力する。
【００２１】
以上の方法により、解像度変換により生じる劣化の改善と、階調再現性の向上とを両立した画像を出力可能である。
例えば、図６（ａ）のような、文字やＣＧなど、コントラストの大きい高コントラスト画像に対して解像度変換を行った場合、解像度変換による劣化が目に付いてしまう。しかし、式（１）により劣化改善を重視した階調補正カーブを作成できるので、画質を向上させることができる。
また、図６（ｂ）のような、顔や木の自然画など、コントラストの小さい低コントラスト画像に対して解像度変換を行った場合、解像度変換による画像劣化は目に付かないため、階調再現向上を行った方がよい。そこで、式（１）により階調再現向上を重視した階調補正カーブを作成できるので、画質を向上させることができる。
【００２２】
以上説明したように、コントラスト高低度合いと解像度の拡大縮小率により適応的に階調補正カーブを変更しつつダイナミックγ処理を行うことで、解像度処理による画像劣化改善と、階調再現向上とが両立できる。
【００２３】
＜実施例２＞
本実施例では、実施例１とはコントラスト検出部１０３における低階調値と高階調値の検出方法が異なる例を示す。この方法は図６（ａ）のような高コントラストの画像にとりわけ効果がある。実施例１では低階調値を０〜６４、高階調値を１９２〜２５５としたが、以下の方法により低階調値と高階調値を検出すれば、コントラスト検出の精度を上げることができる。図６（ａ）の文字やＣＧは、階調ヒストグラムの特定の階調に度数のピークを持つ特性がある。そこで、ピークの度数と、前後の階調値の度数を比較することにより、コントラスト検出を行う。
【００２４】
低階調値の検出方法を図７のフローチャートに表す。
ステップＳ８０１では、階調ヒストグラムの階調値０〜１２７のうち、最大度数を持つ階調値が判定される（低階調側最大度数階調）。ステップＳ８０２では、最大度数階調値の周囲の階調として、前後４階調の度数が抽出される。ここで、前後４階調において０〜１２７の範囲に入らない階調の度数は０とされる。ステップＳ８０３では、最大度数と前後４階調の度数とが各々比較される。比較する際は、ステップＳ８０４にあるように、「最大度数／２」と前後４階調の度数が大小比較される。そして、前後４階調全ての度数が「最大度数／２」より小さければステップＳ８０５に進み、成り立たない度数がある場合はステップＳ８０６に進む。ステップＳ８０５に進んだ場合、最大度数階調と前後３２階調ずつ、合計６５階調の範囲が低階調値とされる。ただし、前後３２階調において０〜１２７の範囲に入らない階調は除外する。ステップＳ８０６に進んだ場合、階調値０〜６４が低階調値とされる。
【００２５】
次に、高階調値の検出方法を図８のフローチャートに表す。
ステップＳ９０１では、階調ヒストグラムの階調値１２８〜２５５のうち、最大度数を持つ階調値が判定される（高階調側最大度数階調）。ステップＳ９０２では、最大度数階調値の周囲の階調として、前後４階調の度数が抽出される。ここで、前後４階調において１２８〜２５５の範囲に入らない階調の度数は０とされる。ステップＳ９０３では、最大度数と前後４階調の度数とが各々比較される。比較する際は、ステップＳ９０４にあるよ
うに、「最大度数／２」と前後４階調の度数が大小比較される。そして、前後４階調全ての度数が「最大度数／２」より小さければステップＳ９０５に進み、成り立たない度数がある場合はステップＳ９０６に進む。ステップＳ９０５に進んだ場合、最大度数階調と前後３２階調ずつ、合計６５階調の範囲が高階調値とされる。ただし、前後３２階調において１２８〜２５５の範囲に入らない階調は除外する。ステップＳ９０６に進んだ場合、階調値１９２〜２５５が高階調値とされる。
【００２６】
以上の方法でコントラストを検出した後の解像度変換、階調補正カーブ算出、階調補正などの手順については、上記の実施例１と同様である。
本実施例の方法でコントラストを検出することにより、高階調値と低階調値を適応的に検出することが可能である。その結果、高コントラストな画面で高精細な画質向上ができるようになる。
なお、実施例２をより簡便に実施したい場合、図７のステップＳ８０４、および、図８のステップＳ９０４の判断を省くこともできる。その場合、低階調側最大度数階調と前後３２階調ずつが自動的に低階調値となり、高階調側最大度数階調と前後３２階調ずつが高階調範囲となる。この場合、コントラスト検出の精度は落ちるものの、処理速度の向上と装置の簡便化が期待できる。
【００２７】
以上の実施例１、２では、解像度変換部１０４が画面全体について一様な倍率で解像度変換を行ったときの例を挙げた。しかし実際にはこれに限定されず、画面の部分ごとに解像度変換率が異なる場合にも対応する。例えば、縦横変倍解像度変換の場合、画面中央部に対し周辺部に、より大きな倍率で拡大処理が行われる。そのような場合であっても、画面位置ごとに、解像度変換率に基づく劣化改善度合いを図３により求め、階調補正カーブを算出することにより、階調再現の向上と解像度変換処理による劣化改善を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００２８】
１０２：階調ヒストグラム算出部，１０３：コントラスト検出部，１０４：解像度変換部，１０５：階調補正カーブ算出部，１０６：階調補正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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