(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データを所定の期間毎に作成して記憶するヒストグラムメモリと、
前記入力輝度信号の輝度分布を所定のダイナミックレンジの範囲に拡大するように複数の輝度レベル各々の補正輝度レベルを前記ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて作成して記憶する拡大補正テーブルメモリと、
前記ヒストグラムメモリの頻度データに応じて輝度分布の偏りの程度が大なるほど大なる値を有する分散値を算出する手段と、
前記複数の輝度レベル各々についてその輝度レベルとそれに対応する前記拡大補正テーブルメモリの前記補正輝度レベルとを、前記分散値が大なるほど前記補正輝度レベルの混合割合を小さくして混合する混合手段と、
前記混合手段によって混合されたレベルを複数の輝度レベル各々に対応するテーブルデータとして記憶するルックアップテーブルメモリと、
前記入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを前記ルックアップテーブルメモリから読み出してそれを階調補正輝度信号として出力することを特徴とする階調補正装置。
【請求項２】
前記入力輝度信号と前記階調補正輝度信号とに基づいて補正係数を算出し、入力色信号に前記補正係数を乗算して階調補正色信号を得る手段を有することを特徴とする請求項１記載の階調補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、映像信号の輝度階調を補正する階調補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、表示装置の大型化に伴い、画像をより鮮明に見せるために階調補正装置を備えることが要求されている。階調補正装置は、通常、映像信号を非線形な増幅器に供給することによって輝度分布をダイナミックレンジの範囲に拡大するように映像信号の輝度階調を補正するものである。
【０００３】
図１は従来の階調補正装置を示している。この階調補正装置は、ヒストグラムメモリ１、最大補正値算出回路２及びルックアップテーブルメモリ３から構成されている。ヒストグラムメモリ１及びルックアップテーブルメモリ３にはディジタル化された輝度信号が入力信号として供給される。ヒストグラムメモリ１は入力輝度信号の輝度分布をとるためのメモリであり、予め定められた複数の輝度レベル毎にその輝度レベルでアドレス指定される記憶領域を有し、各記憶領域には頻度が格納される。すなわち、１画素分の輝度信号が供給される毎にその輝度レベルに対応するヒストグラムメモリ１の記憶領域の頻度が１だけ上昇する。また、ヒストグラムメモリ１の記憶内容は所定の期間（１垂直走査期間又はその整数倍）毎に全て０にクリアされ、新たな輝度分布をとることになる。
【０００４】
最大補正値算出回路２は、ヒストグラムメモリ１のデータを低輝度から順次累算するヒストグラム累積回路２ａと、その累積回路２ａの結果を記憶する累積ヒストグラムメモリ２ｂと、累積ヒストグラムメモリの記憶データに基づいてその最大累積度数が出力輝度信号の最大値となるように各データを正規化する正規化演算回路２ｃとからなる。累積ヒストグラムメモリ２ｂはヒストグラムメモリ１と同様に輝度信号の複数の輝度レベル毎にその輝度レベルでアドレス指定される頻度の記憶領域を有している。
【０００５】
ルックアップテーブルメモリ３は累積ヒストグラムメモリの記憶データを正規化したデータを記憶する。ルックアップテーブルメモリ３のアドレスは入力輝度信号の輝度レベルによって指定され、指定されたアドレスの記憶領域に記憶された輝度レベルが正規化されたレベルとして出力される。
図２はかかる従来の階調補正装置による輝度変換動作を波形として示している。入力輝度信号の１画素毎にヒストグラムメモリ１のいずれか１のアドレスが指定され、その指定アドレスの記憶領域の値が１だけ増加される。所定の期間に亘る入力輝度信号の輝度レベルに対する頻度が図２(a)に示すように検出されたとする。ここで、分かり易くするために輝度レベルＹ150，Ｙ160，Ｙ170，Ｙ180，Ｙ190，Ｙ200，Ｙ210で頻度がヒストグラムメモリ１にて検出されたとする。Ｙ150＜Ｙ160＜Ｙ170＜Ｙ180＜Ｙ190＜Ｙ200＜Ｙ210の関係がある。所定期間内の頻度が輝度レベルＹ150，Ｙ160，Ｙ170，Ｙ180，Ｙ190，Ｙ200，Ｙ210に対して１，３，５，７，５，３，１であったとすると、累積頻度は輝度レベルＹ150，Ｙ160，Ｙ170，Ｙ180，Ｙ190，Ｙ200，Ｙ210に対して１，４，９，１６，２１，２４，２５の如くなる。すなわち、図２(b)に示すように輝度レベルが大になるに従って累積頻度は大きくなる。この累積頻度の最大値に対応する輝度レベルが出力輝度レベルの最大値となるように正規化係数が正規化演算回路２ｃにて算出され、この正規化係数はヒストグラムメモリ１の各データに乗算し、その乗算結果は対応するルックアップテーブルメモリ３の記憶領域に記憶される。ルックアップデーブルメモリ３の入力輝度レベルと出力輝度レベルとの関係は図２(c)に示すようになり、入力輝度信号をルックアップデーブルメモリ３を介することにより階調補正した輝度信号が出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の階調補正装置においては、ダイナミックレンジの範囲の１００％に輝度分布が拡大されるので、輝度分布が偏ったテレビジョン動画像等の映像に対してかかる階調補正処理を行うと、現実の映像とはかけ離れ、却って見辛い画像となってしまうという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、輝度分布のダイナミックレンジの範囲における広がり過ぎを防止して、映像の輝度分布の偏り具合に応じて最適な階調補正を行うことができる階調補正装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の階調補正装置は、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データを所定の期間毎に作成して記憶するヒストグラムメモリと、前記入力輝度信号の輝度分布を所定のダイナミックレンジの範囲に拡大するように複数の輝度レベル各々の補正輝度レベルを前記ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて作成して記憶する拡大補正テーブルメモリと、前記ヒストグラムメモリの頻度データに応じて輝度分布の偏りの程度が大なるほど大なる値を有する分散値を算出する手段と、前記複数の輝度レベル各々についてその輝度レベルとそれに対応する前記拡大補正テーブルメモリの前記補正輝度レベルとを、前記分散値が大なるほど前記補正輝度レベルの混合割合を小さくして混合する混合手段と、前記混合手段によって混合されたレベルを複数の輝度レベル各々に対応するテーブルデータとして記憶するルックアップテーブルメモリと、前記入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを前記ルックアップテーブルメモリから読み出してそれを階調補正輝度信号として出力することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図３は本発明による階調補正装置を示している。この階調補正装置は、図３に示すようにヒストグラムメモリ１１、最大補正値算出回路１２、最大補正値テーブルメモリ１３、基準テーブルメモリ１４、ヒストグラム分散値算出回路１５、混合比算出回路１６、乗算器１７，１８，２５、加算器１９、ルックアップテーブルメモリ２０、制御回路２１、ｙ／ｘ演算回路２２及び２つの１フィールド遅延回路２３，２４から構成されている。
【００１０】
ヒストグラムメモリ１１にはディジタル化された輝度信号が入力信号として供給される。ヒストグラムメモリ１１は上記したヒストグラムメモリ１と同様に、入力輝度信号の輝度分布をとるためのメモリであり、輝度信号の輝度レベル単位毎にその輝度レベルでアドレス指定される記憶領域を有し、各記憶領域には頻度が格納される。すなわち、１画素分の輝度信号が供給される毎にその輝度レベルに対応するヒストグラムメモリ１１の記憶領域の頻度が１だけ上昇する。また、ヒストグラムメモリ１の記憶内容は１垂直走査期間毎に制御回路２１によって全て０にクリアされ、新たな輝度分布をとることになる。
【００１１】
最大補正値算出回路１２は、最大補正値算出回路２と同様にヒストグラムメモリ１１のデータを低輝度から順次累算する累積回路と、その累積回路の結果を記憶する累積ヒストグラムメモリと、累積ヒストグラムメモリの記憶データに基づいてその最大累積度数が出力輝度信号の最大値となるように各データを正規化する正規化演算回路とからなる。累積ヒストグラムメモリはヒストグラムメモリ１１と同様に輝度信号の輝度レベル単位毎にその輝度レベルでアドレス指定される頻度の記憶領域を有している。
【００１２】
最大補正値テーブルメモリ（拡大補正テーブルメモリ）１３は、累積ヒストグラムメモリの記憶データを正規化したデータを記憶する。最大補正値テーブルメモリ１３のアドレスは入力輝度信号の輝度レベルによって指定され、指定されたアドレスの記憶領域に記憶された輝度レベルが正規化されたレベルとして出力される。最大補正値テーブルメモリ１３の記憶輝度レベルは制御回路２１によって読み出されて乗算器１７に供給される。
【００１３】
基準テーブルメモリ１４は、輝度信号の輝度レベル単位毎に基準輝度レベルを記憶している。すなわち、基準テーブルメモリ１４では入力輝度レベルに対して基準輝度レベルは比例関係を有している。基準テーブルメモリ１４の記憶輝度レベルは制御回路２１によって読み出されて乗算器１８に供給される。
ヒストグラム分散値算出回路１５はヒストグラムメモリ１１の出力に接続され、１垂直走査期間毎にヒストグラムメモリ１１の輝度分布を基に分散値（輝度分布の偏り具合）を算出する。混合比算出回路１６はヒストグラム分散値算出回路１５の出力に接続され、分散値に対応した混合比ｋを算出する。また、混合比算出回路１６は混合比ｋ（ｋ＜１）を示す係数信号を乗算器１７，１８に供給する。
【００１４】
乗算器１７は最大補正値テーブルメモリ１３から読み出された輝度レベルに混合比ｋを乗算し、乗算器１８は基準テーブルメモリ１４から読み出された輝度レベルに混合比１−ｋを乗算する。乗算器１７，１８の各出力には加算器１９が接続されている。加算器１９は加算器１７，１８の各乗算結果を加算してルックアップテーブルメモリ２０に供給する。
【００１５】
ルックアップテーブルメモリ２０には入力輝度信号が１フィールド遅延回路２３によって遅延されて供給され、ルックアップテーブルメモリ２０はこの１フィールド遅延回路２３による１フィールド遅延の輝度信号の輝度レベルによってアドレス指定される記憶領域を有し、そのアドレス指定された記憶領域のデータを読み出して出力する。また、ルックアップテーブルメモリ２０の各記憶領域には加算器１９の出力データが輝度レベルとして書き込まれるようになっている。この書き込みは制御回路２１によって制御される。
【００１６】
制御回路２１にはヒストグラムメモリ１１、最大補正値算出回路１２、最大補正値テーブルメモリ１３、基準テーブルメモリ１４及びルックアップテーブルメモリ２０各々の制御のために垂直同期信号Ｖ及び水平同期信号Ｈが供給される。なお、ヒストグラムメモリ１１、最大補正値算出回路１２内の累積ヒストグラムメモリ、最大補正値テーブルメモリ１３、基準テーブルメモリ１４及びルックアップテーブルメモリ２０各々の記憶領域は輝度レベルをアドレスとして指定することができ、それらメモリには輝度レベルの変化分の記憶領域が備えられている。
【００１７】
ｙ／ｘ演算回路２２はルックアップテーブルメモリ２０の出力輝度レベルｙと１フィールド遅延回路２３による１フィールド遅延の輝度レベルｘとの比ｙ／ｘを補正係数として乗算器２５に出力する。
１フィールド遅延回路２４はディジタル化された入力色信号を受け入れ、その色信号を１フィールド分だけ遅延して乗算器２５に出力する。この入力色信号と上記入力輝度信号とは同一の映像信号から分離された信号である。乗算器２５は１フィールド遅延回路２４を経た色信号とｙ／ｘ演算回路２２の出力補正係数と乗算し、階調補正した色信号を出力する。
【００１８】
かかる構成の階調補正装置においては、入力輝度信号の１画素毎にヒストグラムメモリ１１のいずれか１のアドレスが入力輝度信号の輝度レベルによって指定され、その指定されたアドレスの記憶領域の値が１だけ増加される。ヒストグラムメモリ１１には１垂直走査期間毎に１垂直走査期間に亘る輝度分布が形成される。その１垂直走査期間に亘る輝度分布に基づいて最大補正値算出回路１２では累積回路によって累積頻度がとられ、その累積回路の結果が累積ヒストグラムメモリに記憶される。累積ヒストグラムメモリに記憶された累積頻度のうちの最大値が出力輝度レベルの最大値となるように正規化係数が正規化演算回路にて算出され、この正規化係数はヒストグラムメモリ１１の各データと乗算され、その乗算結果は対応する最大補正値テーブルメモリ１３の記憶領域に記憶される。
【００１９】
ヒストグラムメモリ１１に記憶された輝度分布に応じてヒストグラム分散値算出回路１５では分散値が算出され、分散値に対応して混合比算出回路１６では混合比ｋが算出される。
制御回路２１は垂直帰線期間内において最大補正値テーブルメモリ１３及び基準テーブルメモリ１４の各アドレスを順に指定して輝度レベルを各々読み出す。最大補正値テーブルメモリ１３から読み出された輝度レベルには混合比ｋが乗算器１７で乗算され、基準テーブルメモリ１４から読み出された輝度レベルには混合比１−ｋが乗算器１８で乗算され、各乗算結果が加算器１９で加算されてルックアップテーブルメモリ２０に供給される。制御回路２１は垂直帰線期間内において最大補正値テーブルメモリ１３及び基準テーブルメモリ１４の各アドレス指定に同期してルックアップテーブルメモリ２０の書き込みアドレスを順に指定するので、ルックアップテーブルメモリ２０の指定アドレスの記憶領域には加算器１９の出力データが書き込まれる。このようにアドレス毎に繰り返すことにより、ルックアップテーブルメモリ２０の全ての記憶領域に混合輝度レベルが書き込まれる。
【００２０】
ここで、ヒストグラムメモリ１１に記憶された輝度分布が図４(a)に示す如き分布である場合には、輝度分布の偏りが小さいので、分散値は小さい。このように分散値が小さい場合には混合比算出回路１６で算出される混合比ｋはｋ＞０．５となる。図４(a)の輝度分布に対して最大補正値算出回路１２内の累積ヒストグラムメモリに記憶される輝度レベルに対する累積頻度は図４(b)に示す如き特性となり、最大補正値テーブルメモリ１３に記憶される入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図４(c)に示す如き最大補正輝度特性となる。基準テーブルメモリ１４に記憶される入力輝度レベルに対する出力基準輝度レベルは図４(d) に示す如き基準輝度特性である。ｋ＞０．５である場合には最大補正値テーブルメモリ１３から読み出された輝度レベルと基準テーブルメモリ１４から読み出された輝度レベルとの混合割合としては最大補正値テーブルメモリ１３から読み出された輝度レベルの方が大きくなる。よって、ルックアップテーブルメモリ２０に書き込まれる混合輝度レベルによってルックアップテーブルメモリ２０における入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図４(e)に実線で示す如き特性となる。図４(e)の特性において破線Ａは基準輝度特性であり、破線Ｂは最大補正輝度特性である。
【００２１】
次に、ヒストグラムメモリ１１に記憶された輝度分布が図５(a)に示す如き分布である場合には、輝度分布の偏りは中程度であるので、分散値は中程度である。このように分散値が中程度である場合には混合比算出回路１６で算出される混合比ｋはｋ≒０．５となる。図５(a)の輝度分布に対して最大補正値算出回路１２内の累積ヒストグラムメモリに記憶される輝度レベルに対する累積頻度は図５(b)に示す如き特性となり、最大補正値テーブルメモリ１３に記憶される入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図５(c)に示す如き最大補正輝度特性となる。基準テーブルメモリ１４に記憶される入力輝度レベルに対する出力基準輝度レベルは図５(d)に示す如き基準輝度特性である。ｋ≒０．５である場合には最大補正値テーブルメモリ１３から読み出された輝度レベルと基準テーブルメモリ１４から読み出された輝度レベルとの混合割合は互いに等しくなる。よって、ルックアップテーブルメモリ２０に書き込まれる混合輝度レベルによってルックアップテーブルメモリ２０における入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図５(e)に実線で示す如き特性となる。図５(e)の特性において破線Ａは基準輝度特性であり、破線Ｂは最大補正輝度特性である。
【００２２】
更に、ヒストグラムメモリ１１に記憶された輝度分布が図６(a)に示す如き分布である場合には、輝度分布が大きく偏っているので、分散値は大きい。このように分散値が大きい場合には混合比算出回路１６で算出される混合比ｋはｋ＜０．５となる。図６(a)の輝度分布に対して最大補正値算出回路１２内の累積ヒストグラムメモリに記憶される輝度レベルに対する累積頻度は図６(b)に示す如き特性となり、最大補正値テーブルメモリ１３に記憶される入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図６(c)に示す如き最大補正輝度特性となる。基準テーブルメモリ１４に記憶される入力輝度レベルに対する出力基準輝度レベルは図６(d)に示す如き基準輝度特性である。ｋ＜０．５である場合には最大補正値テーブルメモリ１３から読み出された輝度レベルと基準テーブルメモリ１４から読み出された輝度レベルとの加算器１９における混合割合においては基準テーブルメモリ１４から読み出された輝度レベルの方が大きくなる。よって、ルックアップテーブルメモリ２０に書き込まれる混合輝度レベルによってルックアップテーブルメモリ２０における入力輝度レベルに対する出力輝度レベルは図６(e)に実線で示す如き特性となる。図６(e)の特性において破線Ａは基準輝度特性であり、破線Ｂは最大補正輝度特性である。
【００２３】
このように各記憶領域に混合輝度レベルが記憶されたルックアップテーブルメモリ２０においては、１フィールド遅延回路２３から出力される１フィールド遅延の輝度信号の輝度レベルに対応する記憶領域から輝度レベルが読み出され、それが階調補正された輝度信号として出力される。すなわち、輝度分布の偏りが小さい場合にはダイナミックレンジの範囲に十分に拡大した輝度信号が出力され、輝度分布の偏りが大きい場合にはダイナミックレンジの範囲にほとんど拡大しない輝度信号が出力されるので、映像の輝度分布の偏り具合に応じて最適な階調補正を行うことができる。
【００２４】
また、この階調補正の輝度信号はｙ／ｘ演算回路２２において入力輝度信号によって割り算され、その結果が補正係数として乗算器２５に供給される。その補正係数は乗算器２５において１フィールド遅延の色信号と乗算され、これによって色信号が輝度信号の階調補正に対応して補正されることになる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、輝度分布のダイナミックレンジの範囲における広がり過ぎを防止して、映像の輝度分布の偏り具合に応じて最適な階調補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の階調補正装置を示すブロック図である。
【図２】図１の装置の動作例を説明するための特性図である。
【図３】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図４】輝度分布の偏りが小さい場合の図３の装置による階調補正動作を説明するための図である。
【図５】輝度分布の偏りが中程度の場合の図３の装置による階調補正動作を説明するための図である。
【図６】輝度分布の偏りが大きい場合の図３の装置による階調補正動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１，１１  ヒストグラムメモリ
２，１２  最大補正値算出回路
３，２０  ルックアップテーブルメモリ
１４  基準テーブルメモリ
１５  ヒストグラム分散値算出回路
１７，１８，２５  乗算器
１９  加算器
【図１】
0003714657.tif 000002
【図２】
0003714657.tif 000003
【図３】
0003714657.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003714657.tif 000006
【図６】
0003714657.tif 000007