(57)【要約】【課題】見た目の鮮やかさを失うことなく原色信号を高コントラスト化することが可能な階調補正装置を提供する。【解決手段】階調情報算出回路１０１は原色信号から輝度信号Ｙを算出し、輝度分布抽出回路１０２は正規化累積度数分布ＨＳＴを作成し、階調補正変換テーブル作成回路１０４は補正量ΔＹを生成する。信号選択回路１０７〜１０９は、補正変化率算出回路１０５からの補正変化率ＹＫの値に基づいて赤色選択信号ＳＲ、緑色選択信号ＳＧ、青色選択信号ＳＢを出力し、乗算回路１１０〜１１２はそれらの信号と補正変化率ＹＫとをそれぞれ乗算して、赤色乗算信号ＭＲ、緑色乗算信号ＭＧ、青色乗算信号ＭＢを出力し、加算回路１１３〜１１５がさらにそれらの信号に赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩをそれぞれ加算して、原色信号ＲＯ、ＧＯ、ＢＯを出力する。【選択図】図１
2006033226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された複数の原色信号から輝度に対して相関性を有する輝度相関情報を生成する輝度相関情報生成手段と、
前記輝度相関情報に基づいて抽出された輝度分布を平滑化処理するための補正情報を生成する補正情報生成手段と、
前記輝度相関情報と前記補正情報とに基づいて補正変化率を算出する補正変化率算出手段と、
前記入力された複数の原色信号全てに相関性を有する混合信号を生成する混合信号生成手段とを備え、
前記補正変化率の値が０以上の値か０よりも小さい値かによって、前記入力された複数の原色信号に対する補正を行うように構成したことを特徴とする階調補正装置。
【請求項２】
前記補正変化率の値が０より小さい値のとき、前記補正変化率の値と混合信号生成手段の混合信号とを乗算して乗算信号を生成し、この乗算信号と入力された複数の原色信号とを加算した加算信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項１記載の階調補正装置。
【請求項３】
前記補正変化率の値が０以上の値であるとき、前記補正変化率の値と入力された複数の原色信号とを乗算して乗算信号を生成し、この乗算信号と前記入力された複数の原色信号とを加算した加算信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項１記載の階調補正装置。
【請求項４】
前記補正情報生成手段は、フレーム毎に輝度相関情報の各値の出現度数の分布を検出する度数分布検出手段と、前記出現度数の分布に基づいて各値における補正量を補正情報として記憶する補正情報記憶手段とを有し、前記補正情報記憶手段から読み出された補正情報に基づいて前記輝度相関情報に対応する補正変化率を算出するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の階調補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像信号の階調を補正する階調補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと略記する）や、液晶表示装置（以下、ＬＣＤと略記する）等の、デジタル方式で階調表示を行う表示装置において、様々な高画質化技術が提案され、実用化されている。それら高画質化技術のなかに、表示装置の階調ダイナミックレンジを有効に活用して高コントラスト化を実現するための、映像信号の輝度分布の平滑化処理に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。映像信号の輝度分布の平滑化処理とは、１フレームまたは１フィールド分の映像信号の輝度の分布を平滑化するように映像信号に補正を行う処理のことであり、表示装置に映像をより鮮明に表示するための技術である。このような輝度分布の平滑化処理（以下、単に平滑化処理とも記す）では、画像のコントラストを改善したり、全体的に暗い画像をより明るく改善したりすることが可能である。
【０００３】
図１５は、従来技術による平滑化処理前と平滑化処理後の輝度の分布を比較した図である。図１５（ａ）は、ある映像信号における、平滑化処理前の１フレーム分の輝度の度数分布を示す図であり、図１５（ｂ）は従来の階調補正装置による平滑化処理後の１フレーム分の輝度の度数分布を示す図である。図１５（ａ）、（ｂ）の横軸は映像信号の明るさ（以下、輝度レベルと略記する）を示し、縦軸はその輝度レベルの映像領域が１フレーム中にどれだけあるかを表す出現度数（以下、度数と略記する）を示す。図１５（ａ）に示した例では、輝度レベルの中間辺りで度数が高くなっている。そして、図１５（ａ）に示した映像信号に対して平滑化処理を行うと、図１５（ｂ）に示すように輝度分布が輝度レベルの全範囲に渡って平滑化される。それにより、図１５（ｂ）に示した映像信号では、図１５（ａ）に示した映像信号と比べて暗い部分と明るい部分が増えて、高コントラスト化が実現される。
【０００４】
一般に、これらの平滑化処理は輝度信号に対して行われる。一方、ＰＤＰやＬＣＤでは赤色原色信号、緑色原色信号、青色原色信号の３つの原色信号によって画像を表示する。そのため従来の階調補正装置においては、赤色原色信号、緑色原色信号、青色原色信号を一旦輝度信号に変換し、変換された輝度信号に対して輝度分布の平滑化処理を行っている。その後、平滑化処理前の輝度信号と平滑化処理後の輝度信号との比較を行って輝度信号の変換比率を求め、その変換比率を赤色原色信号、緑色原色信号、青色原色信号に乗算して高コントラスト化を行う。
【特許文献１】特開昭６３−０４０４７２号公報
【特許文献２】特開平０８−１１５４１７号公報
【特許文献３】特開２００２−１６５０９５号公報
【特許文献４】特開平０８−０２３４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上述の階調補正装置においては、赤色原色信号、緑色原色信号、青色原色信号に同一の変換比率を乗算しており、そのため、平滑化処理によって平滑化処理前よりも輝度レベルが小さくなるような輝度レベルの映像領域においては、赤色原色信号、緑色原色信号、青色原色信号のそれぞれの信号の差分の絶対値が小さくなってしまうという課題があった。このような場合、肌色等の視覚感度の高い色については、色が抜けたように見えてしまうことがある。
【０００６】
本発明は、視覚感度の高い色であっても見た目の鮮やかさが失われないように原色信号を高コントラスト化することが可能な階調補正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明の階調補正装置は、入力された複数の原色信号から輝度に対して相関性を有する輝度相関情報を生成する輝度相関情報生成手段と、輝度相関情報に基づいて抽出された輝度分布を平滑化処理するための補正情報を生成する補正情報生成手段と、輝度相関情報と補正情報とに基づいて補正変化率を算出する補正変化率算出手段と、入力された複数の原色信号全てに相関性を有する混合信号を生成する混合信号生成手段とを備え、補正変化率の値が０以上の値か０よりも小さい値かによって、入力された複数の原色信号に対する補正を行うように構成したことを特徴とする。
【０００８】
この構成により、原色信号を階調補正によって高コントラスト化して出力することができるとともに、階調補正によって輝度レベルが上がる領域においては色バランスの変化を抑え、輝度レベルが下がる領域においては彩度の減少を抑えながら高コントラスト化を実現することができる。
【０００９】
また、補正変化率の値が０より小さい値のとき、補正変化率の値と混合信号生成手段の混合信号とを乗算して乗算信号を生成し、この乗算信号と入力された複数の原色信号とを加算した加算信号を出力するように構成してもよい。このような構成によれば、階調補正によって輝度レベルが下がる領域においては彩度の減少を抑えながら高コントラスト化を実現することができる。
【００１０】
また、補正変化率の値が０以上の値であるとき、補正変化率の値と入力された複数の原色信号とを乗算して乗算信号を生成し、この乗算信号と入力された複数の原色信号とを加算した加算信号を出力するように構成してもよい。このような構成によれば、階調補正によって輝度レベルが上がる領域においては色バランスの変化を抑えながら高コントラスト化を実現することができる。
【００１１】
また、補正情報生成手段は、フレーム毎に輝度相関情報の各値の出現度数の分布を検出する度数分布検出手段と、出現度数の分布に基づいて各値における補正量を補正情報として記憶する補正情報記憶手段とを有し、補正情報記憶手段から読み出された補正情報に基づいて輝度相関情報に対応する補正変化率を算出するように構成してもよい。このような構成によれば、輝度相関情報の各値の出現度数の分布に基づいて階調補正のための補正情報および補正変化率を作成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、平滑化処理後の輝度信号が平滑化処理前の輝度信号よりも小さくなるような場合であっても、見た目の鮮やかさが失われないように原色信号を高コントラスト化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における階調補正装置の構成を示すブロック図である。図１の階調補正装置は階調情報算出回路１０１、補正情報生成手段１５０、信号選択回路１０７、１０８、１０９、補正変化率算出回路１０５、混合信号算出回路１０６、乗算回路１１０、１１１、１１２および加算回路１１３、１１４、１１５を含む。また、補正情報生成手段１５０は、輝度分布抽出回路１０２、信号選択回路１０３、階調補正変換テーブル作成回路１０４を含んでいる。なお、図１において、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩは、それぞれデジタルの原色信号であり、赤色原色信号ＲＩの値は赤色の輝度レベル（階調）を、緑色原色信号ＧＩの値は緑色の輝度レベル（階調）を、青色原色信号ＢＩの値は青色の輝度レベル（階調）をそれぞれ表す。
【００１５】
階調情報算出回路１０１には赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩが入力される。輝度相関情報生成手段である階調情報算出回路１０１は、３個の乗算回路を含み、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩから、輝度に対して相関性を有する輝度相関情報として、輝度信号Ｙを算出する。階調情報算出回路１０１は算出した輝度信号Ｙを輝度分布抽出回路１０２、信号選択回路１０３、補正変化率算出回路１０５および混合信号算出回路１０６に出力する。
【００１６】
輝度分布抽出回路１０２は、輝度信号Ｙから輝度分布の抽出処理を行い、正規化累積度数分布ＨＳＴを作成して信号選択回路１０３に出力する。この輝度分布抽出回路１０２の詳細については後述する。
【００１７】
信号選択回路１０３は、垂直有効走査期間（映像を表示する期間）には輝度信号Ｙを、垂直帰線期間（映像が表示されない期間）には正規化累積度数分布ＨＳＴを、それぞれ垂直同期信号等に基づいて選択し、階調補正変換テーブル作成回路１０４に出力する。ここで、垂直有効走査期間とは１垂直走査期間のうちの映像を表示する期間のことであり、垂直帰線期間とは電子ビームの走査によって映像を表示するＣＲＴのために設けられた期間であって、１垂直走査期間のうちの電子ビームが垂直走査終了点から垂直走査開始点へ戻る期間をいう。
【００１８】
補正情報生成手段１５０のなかの階調補正変換テーブル作成回路１０４は、垂直帰線期間においては、正規化累積度数分布ＨＳＴに基づいて平滑化処理のための階調補正変換テーブルを作成して、補正情報記憶手段（図示せず）に記憶する。また、垂直有効走査期間においては、その階調補正変換テーブルを用いて輝度信号Ｙから輝度分布の平滑化処理のための補正情報である補正量ΔＹを生成し、その補正量ΔＹを補正変化率算出回路１０５に出力する。この補正量ΔＹについては後述する。
【００１９】
補正変化率算出手段である補正変化率算出回路１０５は、１個の除算回路を含み、補正量ΔＹを輝度信号Ｙで除算することで、３つのデジタルの原色信号に対して輝度分布の平滑化処理を行うための補正変化率ＹＫを算出する。補正変化率算出回路１０５は、補正変化率ＹＫを信号選択回路１０７、１０８、１０９、乗算回路１１０、１１１、１１２に出力する。
【００２０】
混合信号算出回路１０６には赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩ、および輝度信号Ｙが入力される。混合信号生成手段である混合信号算出回路１０６は赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩおよび輝度信号Ｙから赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩの全ての信号に相関のある信号である混合信号として、赤色混合信号ＢＬＲ、緑色混合信号ＢＬＧ、青色混合信号ＢＬＢを生成する。そして、赤色混合信号ＢＬＲを信号選択回路１０７に、緑色混合信号ＢＬＧを信号選択回路１０８に、青色混合信号ＢＬＢを信号選択回路１０９に、それぞれ出力する。この赤色混合信号ＢＬＲ、緑色混合信号ＢＬＧ、青色混合信号ＢＬＢの算出方法については後述する。
【００２１】
また、信号選択回路１０７には赤色原色信号ＲＩが、信号選択回路１０８には緑色原色信号ＧＩが、信号選択回路１０９には青色原色信号ＢＩが、それぞれ入力される。そして、信号選択回路１０７は、補正変化率ＹＫが０以上の値のときは赤色原色信号ＲＩを選択し、補正変化率ＹＫが０より小さい値のときは赤色混合信号ＢＬＲを選択して、赤色選択信号ＳＲとして乗算回路１１０に出力する。また、信号選択回路１０８は、補正変化率ＹＫが０以上の値のときは緑色原色信号ＧＩを選択し、補正変化率ＹＫが０より小さい値のときは緑色混合信号ＢＬＧを選択して、緑色選択信号ＳＧとして乗算回路１１１に出力する。また、信号選択回路１０９は、補正変化率ＹＫが０以上の値のときは青色原色信号ＢＩを選択し、補正変化率ＹＫが０より小さい値のときは青色混合信号ＢＬＢを選択して、青色選択信号ＳＢとして乗算回路１１２に出力する。
【００２２】
乗算回路１１０は赤色選択信号ＳＲと補正変化率ＹＫとを乗算し、その乗算結果を赤色乗算信号ＭＲとして加算回路１１３に出力する。乗算回路１１１は緑色選択信号ＳＧと補正変化率ＹＫとを乗算し、その乗算結果を緑色乗算信号ＭＧとして加算回路１１４に出力する。乗算回路１１２は青色選択信号ＳＢと補正変化率ＹＫとを乗算し、その乗算結果を青色乗算信号ＭＢとして加算回路１１５に出力する。したがって、補正変化率ＹＫが０より小さい値、すなわち赤色選択信号ＳＲ、緑色選択信号ＳＧ、青色選択信号ＳＢとしてそれぞれ赤色混合信号ＢＬＲ、緑色混合信号ＢＬＧ、青色混合信号ＢＬＢが選択されたときには、乗算回路１１０、１１１、１１２からは赤色乗算信号ＭＲ、緑色乗算信号ＭＧ、青色乗算信号ＭＢが出力され、補正変化率ＹＫが０以上の値、すなわち赤色選択信号ＳＲ、緑色選択信号ＳＧ、青色選択信号ＳＢとしてそれぞれ赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩが選択されたときには、乗算回路１１０、１１１、１１２からは赤色乗算信号ＭＲ、緑色乗算信号ＭＧ、青色乗算信号ＭＢが出力される。
【００２３】
また、加算回路１１３には赤色原色信号ＲＩが、加算回路１１４には緑色原色信号ＧＩが、加算回路１１５には青色原色信号ＢＩがそれぞれ入力される。そして、加算回路１１３は赤色原色信号ＲＩと赤色乗算信号ＭＲとを加算し、その加算結果を赤色原色信号ＲＯとして出力する。加算回路１１４は緑色原色信号ＧＩと緑色乗算信号ＭＧとを加算し、その加算結果を緑色原色信号ＧＯとして出力する。加算回路１１５は青色原色信号ＢＩと青色乗算信号ＭＢとを加算し、その加算結果を青色原色信号ＢＯとして出力する。したがって、補正変化率ＹＫが０より小さい値、すなわち乗算回路１１０、１１１、１１２から赤色乗算信号ＭＲ、緑色乗算信号ＭＧ、青色乗算信号ＭＢが出力されたときには、加算回路１１３、１１４、１１５からは赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯが出力され、補正変化率ＹＫが０以上の値、すなわち乗算回路１１０、１１１、１１２から赤色乗算信号ＭＲ、緑色乗算信号ＭＧ、青色乗算信号ＭＢが出力されたときには、加算回路１１３、１１４、１１５からは赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯが出力される。
【００２４】
次に、補正情報生成手段１５０のなかの輝度分布抽出回路１０２の構成および動作について説明する。図２は、図１に示した階調補正装置の輝度分布抽出回路１０２の構成を示すブロック図である。
【００２５】
図２に示す輝度分布抽出回路１０２は、アドレスデコーダ２０１、ｎ個のカウンタ２０２１、２０２２、・・・・、２０２ｎ（以下、２０２１〜２０２ｎと略記する）、累積度数分布作成回路２０３、ゲイン制御回路２０４および正規化回路２０５を含む。ここで、ｎは輝度レベルの数（階調数）を表す。例えば、輝度信号Ｙが８ビットを有する場合にはｎは２５６である。以下、本発明の第１の実施の形態においてはｎ＝２５６として説明を行うが、階調数をこれに限定するものではなく、任意の値に設定することができる。
【００２６】
まず、アドレスデコーダ２０１に輝度信号Ｙが入力される。アドレスデコーダ２０１は、輝度信号Ｙの値に応じてカウンタ２０２１〜２０２ｎのいずれかにパルスＰ１〜Ｐｎを出力する。
【００２７】
例えば、アドレスデコーダ２０１は、輝度信号Ｙの輝度レベルが０の場合にはカウンタ２０２１にパルスＰ１を出力し、輝度信号Ｙの値が１の場合にはカウンタ２０２２にパルスＰ２を出力し、輝度信号Ｙの値がｎ−１の場合にはカウンタ２０２ｎにパルスＰｎを出力する。
【００２８】
カウンタ２０２１〜２０２ｎは、それぞれパルスＰ１〜Ｐｎをカウントして１フレーム毎の各輝度レベルの度数Ｈ１〜Ｈｎを計算し、算出したＨ１〜Ｈｎを累積度数分布作成回路２０３に出力する。輝度信号Ｙの各値の度数の分布を検出する度数分布検出手段である累積度数分布作成回路２０３は、１フレーム毎の輝度信号Ｙの各輝度レベルの度数Ｈ１〜Ｈｎを累積することにより累積度数分布ＲＤを生成し、その累積度数分布ＲＤをゲイン制御回路２０４に出力する。
【００２９】
ゲイン制御回路２０４には、所定の補正ゲイン制限パラメータＧＰが入力されている。本発明の第１の実施の形態では、補正ゲイン制限パラメータＧＰの値は予め設定されている。そして、ゲイン制御回路２０４は、補正ゲイン制限パラメータＧＰに基づき累積度数分布ＲＤにゲイン補正のための処理を行って補正累積度数分布ＧＲとし、その補正累積度数分布ＧＲを正規化回路２０５に出力する。ゲイン制御回路２０４の処理については後述する。
【００３０】
正規化回路２０５は、与えられた補正累積度数分布ＧＲの正規化処理を行って正規化累積度数分布ＨＳＴとし、その正規化累積度数分布ＨＳＴを出力する。
【００３１】
次に、図１の階調情報算出回路１０１および図２の輝度分布抽出回路１０２の動作の詳細について、輝度信号Ｙの算出から正規化累積度数分布ＨＳＴの算出に至るまでの処理に沿って、例を用いて説明する。
【００３２】
図３は、原色信号の度数分布の一例を示す図である。図３（ａ）は赤色原色信号ＲＩの度数分布の一例を示す図であり、図３（ｂ）は緑色原色信号ＧＩの度数分布の一例を示す図であり、図３（ｃ）は青色原色信号ＢＩの度数分布を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の横軸はそれぞれ赤色入力輝度レベル（赤色原色信号ＲＩの値）、緑色入力輝度レベル（緑色原色信号ＧＩの値）、青色入力輝度レベル（青色原色信号ＢＩの値）を示し、縦軸は度数を示す。
【００３３】
図１の階調情報算出回路１０１は次式にしたがって赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩから輝度信号Ｙを算出する。
Ｙ＝α・ＲＩ＋β・ＧＩ＋γ・ＢＩ
上式において、α、βおよびγはそれぞれ所定の係数である。このように、階調情報算出回路１０１においては、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩにそれぞれ所定の係数を乗算し、それらを加算することで輝度信号Ｙを算出する。そして、輝度分布抽出回路１０２において、この輝度信号Ｙから正規化累積度数分布ＨＳＴが算出される。
【００３４】
図４は、本発明の第１の実施の形態における階調補正装置の階調情報算出回路１０１において算出された輝度信号Ｙの度数分布の一例を示す図である。図４の横軸は輝度レベル（輝度信号Ｙの値）を示し、縦軸は度数を示す。なお、本発明の第１の実施の形態においては、輝度レベルは０〜２５５の値を有する。
【００３５】
図４に示した例では、輝度レベルの低い範囲ａおよび高い範囲ｂにおいては、度数が０となっている。そのため、範囲ａ、ｂには、平滑化処理によって度数分布を広げることができる裕度がある。平滑化処理を行うためには、まず、各輝度レベルの度数を順に累積演算して、累積度数分布ＲＤを算出する。この累積度数分布ＲＤの算出は、上述したように、輝度分布抽出回路１０２の中の累積度数分布作成回路２０３において行う。
【００３６】
図５は、本発明の第１の実施の形態における階調補正装置の累積度数分布作成回路２０３によって作成された累積度数分布ＲＤの一例を示す図である。図５の横軸は輝度レベル（輝度信号Ｙの値）を示し、縦軸は累積度数を示す。このように、累積度数分布作成回路２０３においては、最小の輝度レベルから最大の輝度レベルまでの各輝度レベルにおけるそれぞれの度数を累積した累積度数分布ＲＤが算出される。
【００３７】
また、累積度数分布作成回路２０３は、輝度レベルの度数の平均値、モード値、最小値、最大値、偏差係数、白面積、黒面積等の特徴量を検出する構成としてもよい。そして、それら検出した特徴量に基づいて、正規化回路２０５において補正累積度数分布ＧＲの正規化演算に用いる、正規化後の最大輝度レベルを算出する。
【００３８】
次に、ゲイン制御回路２０４は、補正ゲイン制限パラメータＧＰに基づいてオフセットを生成する。ここで、このオフセットについて説明する。
【００３９】
図６は、本発明の第１の実施の形態における階調補正装置のゲイン制御回路２０４により生成されるオフセットの一例を示す図である。図６の横軸は輝度レベルを示し、縦軸はオフセット値を示す。ゲイン制御回路２０４は、図６に示したような最小の輝度レベルから最大の輝度レベルまで徐々に大きくなっていきかつ各輝度レベル毎に異なるオフセットを生成する。そして、図５に示した累積度数分布ＲＤに、それぞれの輝度レベルに応じたオフセットを加算して補正累積度数分布ＧＲを生成する。
【００４０】
このとき、ゲイン制御回路２０４は、補正ゲイン制限パラメータＧＰに基づいてオフセットを変えることができる。例えば、補正ゲイン制限パラメータＧＰの値が小さい場合には、実線で示すようにオフセットＯＦの傾きを大きくし、補正ゲイン制限パラメータＧＰの値が大きい場合には、破線で示すようにオフセットＯＦの傾きを小さくすることができる。
【００４１】
図７は、同階調補正装置のゲイン制御回路２０４により生成される補正累積度数分布ＧＲの一例を示す図である。図７の横軸は輝度レベルを示し、縦軸は累積度数を示す。また、オフセットＯＦの傾きが大きい場合の補正累積度数分布ＧＲを実線で示し、オフセットＯＦの傾きが小さい場合の補正累積度数分布ＧＲを破線で示す。図６に示すように、オフセットＯＦの傾きが大きいほど、補正累積度数分布ＧＲの最大値が大きくなる。
【００４２】
正規化回路２０５は、ゲイン制御回路２０４から出力される補正累積度数分布ＧＲを正規化して正規化累積度数分布ＨＳＴを作成する。そのとき、正規化回路２０５は、正規化累積度数分布ＨＳＴの最大累積度数が累積度数分布作成回路２０３により得られた最大輝度レベルとなるように、補正累積度数分布ＧＲの正規化演算を行う。
【００４３】
図８は、同階調補正装置の正規化回路２０５により生成される正規化累積度数分布ＨＳＴの一例を示す図である。図８の横軸は輝度レベルを示し、縦軸は正規化された度数を示す。また、図６に示したオフセットＯＦの傾きが大きい場合の正規化累積度数分布ＨＳＴを実線で示し、オフセットＯＦの傾きが小さい場合の正規化累積度数分布ＨＳＴを破線で示す。また、横軸をＸ軸とし、縦軸をＹ軸とした場合、Ｙ＝Ｘの一次関数で示されるランプ直線ＬＰを一点鎖線で示す。
【００４４】
図８に示すように、オフセットＯＦの傾きが大きい場合、すなわち補正ゲイン制限パラメータＧＰの値が小さい場合には、ランプ直線ＬＰに対する正規化累積度数分布ＨＳＴの変位量は小さくなる。これは、オフセットが大きくなることで累積度数が大きくなり、その結果、正規化する際の母数が大きくなって正規化累積度数分布ＨＳＴが平均化されるためである。したがって、オフセットＯＦの傾きが小さい場合、すなわち補正ゲイン制限パラメータＧＰの値が大きい場合には、ランプ直線ＬＰに対する正規化累積度数分布ＨＳＴの変位量は大きくなる。以上が、輝度信号Ｙの算出から正規化累積度数分布ＨＳＴの算出に至るまでの説明である。次に、算出された正規化累積度数分布ＨＳＴから、出力信号ＲＯ、ＧＯ、ＢＯを出力するまでの動作の詳細について説明する。
【００４５】
図１に示した階調補正変換テーブル作成回路１０４は、正規化回路２０５により得られた正規化累積度数分布ＨＳＴからランプ直線ＬＰを減算することにより補正量ΔＹを算出する。図９は、本発明の第１の実施の形態における階調補正装置の階調補正変換テーブル作成回路１０４により算出された補正量ΔＹの分布の一例を示す図である。図９の横軸は輝度レベルを示し、縦軸は補正量ΔＹを示す。また、オフセットＯＦの傾きが大きい場合の補正量ΔＹを実線で示し、オフセットＯＦの傾きが小さい場合の補正量ΔＹを破線で示す。オフセットＯＦの傾きが大きい場合、すなわち補正ゲイン制限パラメータＧＰの値が小さい場合に補正量ΔＹは小さくなり、オフセットＯＦの傾きが小さい場合、すなわち補正ゲイン制限パラメータＧＰの値が大きい場合に補正量ΔＹが大きくなるのは、図８で説明したとおりである。したがって、補正ゲイン制限パラメータＧＰの値によって、平滑化する際の補正ゲインを設定することができる。
【００４６】
また、本発明の第１の実施の形態において、補正情報生成手段１５０のなかの階調補正変換テーブル作成回路１０４は、補正情報記憶手段としてのルックアップテーブル（ＬＵＴ）メモリ（図示せず）を有する。そして、ＬＵＴメモリのアドレスに輝度信号Ｙを対応させ、そのアドレスに補正量ΔＹをデータとして格納する。すなわち、ＬＵＴメモリに記憶されている補正量ΔＹが階調補正変換テーブルとなる。階調補正変換テーブル作成回路１０４は、垂直有効走査期間に信号選択回路１０３を介して入力される輝度信号Ｙをアドレス信号として、ＬＵＴメモリの対応するアドレスから補正情報である補正量ΔＹを読み出し、補正変化率算出回路１０５に出力する。
【００４７】
補正変化率算出回路１０５では階調補正変換テーブル作成回路１０４から入力されたΔＹを階調情報算出回路１０１から入力された輝度信号Ｙで除算する。こうして補正変化率ＹＫを算出し、信号選択回路の制御信号として信号選択回路１０７、１０８、１０９に出力し、また、乗算回路の演算信号として乗算回路１１０、１１１、１１２に出力する。
【００４８】
図１０は、本発明の第１の実施の形態における階調補正装置の補正変化率算出回路１０５により算出された補正変化量ＹＫの分布の一例を示す図である。図１０の横軸は輝度レベルを示し、縦軸は補正変化量ＹＫを示す。ただし、輝度レベルＹ＝０のときは補正変化量ＹＫ＝０とする。また、オフセットＯＦの傾きが大きい場合の補正変化量ＹＫを実線で示し、オフセットＯＦの傾きが小さい場合の補正変化量ＹＫを破線で示す。
【００４９】
補正変化量ＹＫの値により赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩに対する補正を前述したように切替える。その詳細な動作について説明する。
【００５０】
補正変化量ＹＫの値が０以上の値のとき、つまり図１０に示したＹＫが正の領域にある場合は、図１に示したように、信号選択回路１０７、１０８、１０９から乗算回路１１０、１１１、１１２には、赤色選択信号ＳＲ、緑色選択信号ＳＧ、青色選択信号ＳＢとしてそれぞれＳＲ＝ＲＩ、ＳＧ＝ＧＩ、ＳＢ＝ＢＩが入力される。乗算回路１１０、１１１、１１２は、それぞれ式（１）、式（２）、式（３）に基づいて赤色乗算信号ＭＲ、緑色乗算信号ＭＧ、青色乗算信号ＭＢを算出し、加算回路１１３、１１４、１１５に出力する。ここで、輝度信号Ｙに対して平滑化処理後の輝度信号をＹ’とすると、式（１）、式（２）、式（３）は以下のとおりである。
ＭＲ＝ＹＫ・ＳＲ＝（ΔＹ／Ｙ）・ＲＩ＝｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＲＩ    （１）
ＭＧ＝ＹＫ・ＳＧ＝（ΔＹ／Ｙ）・ＧＩ＝｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＧＩ    （２）
ＭＢ＝ＹＫ・ＳＢ＝（ΔＹ／Ｙ）・ＢＩ＝｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＢＩ    （３）
また、加算回路１１３、１１４、１１５は、以下に示す式（４）、式（５）、式（６）に基づいて赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯを算出する。
ＲＯ＝ＲＩ＋ＭＲ＝ＲＩ＋｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＲＩ＝（Ｙ’／Ｙ）・ＲＩ    （４）
ＧＯ＝ＧＩ＋ＭＧ＝ＧＩ＋｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＧＩ＝（Ｙ’／Ｙ）・ＧＩ    （５）
ＢＯ＝ＢＩ＋ＭＢ＝ＢＩ＋｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＢＩ＝（Ｙ’／Ｙ）・ＢＩ    （６）
ただし、上述したように式（１）〜式（６）の適用は補正変化量ＹＫの値が０以上の値のときであり、ΔＹ≧０つまりＹ’≧Ｙのときに限定する。
【００５１】
一方、補正変化量ＹＫの値が０より小さい値のとき（図１０においてＹＫが負の領域にあるとき）、すなわちΔＹ＜０の場合は、信号選択回路１０７、１０８、１０９から乗算回路１１０、１１１、１１２に出力される赤色選択信号ＳＲ、緑色選択信号ＳＧ、青色選択信号ＳＢは、それぞれＳＲ＝ＢＬＲ、ＳＧ＝ＢＬＧ、ＳＢ＝ＢＬＢとなる。
【００５２】
ここで、混合信号算出回路１０６から算出される赤色混合信号ＢＬＲは赤色原色信号ＲＩと輝度信号Ｙの混合信号であり、緑色混合信号ＢＬＧは緑色原色信号ＧＩと輝度信号Ｙの混合信号であり、青色混合信号ＢＬＢは青色原色信号ＢＩと輝度信号Ｙの混合信号であって、それぞれ、式（７）、式（８）、式（９）に基づいて算出される。そして、原色信号の混合比率をａ（ａ＝０〜１）とし、輝度信号の混合比率をｂ（ｂ＝０〜１）とすると、式（７）、式（８）、式（９）は以下のように表される。
ＢＬＲ＝ａ・ＲＩ＋ｂ・Ｙ  （ただしａ＋ｂ＝１）    （７）
ＢＬＧ＝ａ・ＧＩ＋ｂ・Ｙ  （ただしａ＋ｂ＝１）    （８）
ＢＬＢ＝ａ・ＢＩ＋ｂ・Ｙ  （ただしａ＋ｂ＝１）    （９）
また、乗算回路１１０、１１１、１１２は、以下に示す式（１０）、式（１１）、式（１２）に基づいて赤色乗算信号ＭＲ、緑色乗算信号ＭＧ、青色乗算信号ＭＢを算出し、加算回路１１３、１１４、１１５に出力する。
ＭＲ＝ＹＫ・ＳＲ＝（ΔＹ／Ｙ）・ＢＬＲ＝｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＢＬＲ    （１０）
ＭＧ＝ＹＫ・ＳＧ＝（ΔＹ／Ｙ）・ＢＬＧ＝｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＢＬＧ    （１１）
ＭＢ＝ＹＫ・ＳＢ＝（ΔＹ／Ｙ）・ＢＬＢ＝｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＢＬＢ    （１２）
また、加算回路１１３、１１４、１１５は、以下に示す式（１３）、式（１４）、式（１５）に基づいて赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯを算出し、出力する。
ＲＯ＝ＲＩ＋ＭＲ＝ＲＩ＋｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＢＬＲ    （１３）
ＧＯ＝ＧＩ＋ＭＧ＝ＧＩ＋｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＢＬＧ    （１４）
ＢＯ＝ＢＩ＋ＭＢ＝ＢＩ＋｛（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ｝・ＢＬＢ    （１５）
ただし、上述したように式（７）〜式（１５）の適用は補正変化量ＹＫの値が０より小さい値のときであり、ΔＹ＜０のときに限定する。
【００５３】
以上が、正規化累積度数分布ＨＳＴから、出力信号ＲＯ、ＧＯ、ＢＯを出力するまでの動作の説明である。ここで、出力信号ＲＯ、ＧＯ、ＢＯについてさらに詳しく説明する。
【００５４】
まず、ΔＹが０以上の値のとき、つまり平滑化処理後の輝度信号Ｙ’が輝度信号Ｙよりも大きい値のとき、式（４）、式（５）、式（６）に基づいて算出された３つのデジタルの原色信号ＲＯ、ＧＯ、ＢＯについて説明する。図１１は、本発明の第１の実施の形態における輝度信号Ｙと平滑化処理後の輝度信号Ｙ’との関係の一例を示す図である。図１１の横軸は輝度信号Ｙの値を示し、縦軸は平滑化処理後の輝度信号Ｙ’の値を示す。
【００５５】
図１１の例において、輝度信号Ｙの値が高い場合、平滑化処理後の輝度信号Ｙ’は輝度信号Ｙの値よりも高い値を有する。すなわち、輝度信号Ｙの値が比較的高い場合、平滑化処理後の輝度信号Ｙ’は輝度信号Ｙよりもさらに輝度レベルの高い範囲に平滑化される。
【００５６】
図１２は、本発明の第１の実施の形態におけるΔＹ≧０のときの平滑化処理前と平滑化処理後の３つの原色信号の輝度レベルの関係の一例を示す図である。図１２（ａ）は、ある１画素の平滑化処理前の赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩの輝度レベルの関係を示す図であり、図１２（ｂ）は、その１画素の平滑化処理後の赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯの輝度レベルの関係を示す図である。
【００５７】
図１２（ａ）に示した例では、３つのデジタル信号の中で赤色原色信号ＲＩの輝度レベルが最も大きく、次に青色原色信号ＢＩの輝度レベルが大きく、緑色原色信号ＧＩの輝度レベルが最も小さくなっている。そして、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩに対してそれぞれ同一の係数であるＹ’／Ｙを乗算することにより赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯを算出する。したがって、図１２（ｂ）に示したように、３つのデジタル信号の中で最も大きい輝度レベルを有する赤色原色信号ＲＩに対する補正量が最も大きくなり、次に青色原色信号ＢＩに対する補正量が大きくなり、緑色原色信号ＧＩに対する補正量が最も小さくなる。
【００５８】
このとき、３つの原色信号のそれぞれに共通の係数であるＹ’／Ｙを乗算するので、入力された赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩの比率と、補正によって得られた赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯの比率とはほぼ等しく、色バランスの変化は生じにくい。
【００５９】
次に、ΔＹが０より小さい値のとき、つまり平滑化処理後の輝度信号Ｙ’が輝度信号Ｙよりも小さい値のとき、式（１３）、式（１４）、式（１５）に基づいて算出された３つのデジタルの原色信号ＲＯ、ＧＯ、ＢＯについて説明する。なお、説明をわかりやすくするため、原色信号の混合比率ａ＝０として説明を行う。
【００６０】
ａ＝０のとき、式（１３）、式（１４）、式（１５）に基づき赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯはそれぞれ
ＲＯ＝ＲＩ＋Ｙ’−Ｙ
ＧＯ＝ＧＩ＋Ｙ’−Ｙ
ＢＯ＝ＢＩ＋Ｙ’−Ｙ
となる。したがって、入力された原色信号ＲＩ、ＧＩ、ＢＩからそれぞれＹ−Ｙ’を一律に減算することで赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯが算出される。
【００６１】
図１３は、本発明の第１の実施の形態におけるΔＹ＜０のときの平滑化処理前と平滑化処理後の３つの原色信号の輝度レベルの関係の一例を示す図である。図１３（ａ）は、ある１画素の平滑化処理前の赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩの輝度レベルの関係を示す図であり、図１３（ｂ）は、その１画素の平滑化処理後の赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯの輝度レベルの関係を示す図である。
【００６２】
図１３（ａ）に示した例では、図１２に示した例と同様、３つのデジタル信号の中で赤色原色信号ＲＩの輝度レベルが最も大きく、次に青色原色信号ＢＩの輝度レベルが大きく、緑色原色信号ＧＩの輝度レベルが最も小さくなっている。そして、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩに対してそれぞれ一律にＹ−Ｙ’を減算し、赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯを算出する。したがって、図１３（ｂ）に示したように、入力された赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩのそれぞれの差分値と、補正によって得られた赤色原色信号ＲＯ、緑色原色信号ＧＯ、青色原色信号ＢＯのそれぞれの差分値とはほぼ等しくなる。
【００６３】
一般的にＨＳＶ色空間では、彩度は３つのデジタル信号の中で最大の輝度レベルをもつ信号と最小の輝度レベルをもつ信号の差分値を最大の輝度レベルをもつ信号で除算した値となる。本発明の第１の実施の形態では、上述したように赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩのそれぞれの差分値を保存したまま補正を行う構成としている。こうすることにより、彩度が減少すること、すなわち、色抜け等の見た目の鮮やかさが失われることを抑えることができる。
【００６４】
なお、原色信号の混合比率ａ＝０のとき、補正による彩度の変化率が最大となり、原色信号の混合比率ａが０より大きくなるにつれて補正による彩度の変化率は小さくなり、原色信号の混合比率ａ＝１のときには、補正による彩度の変化はない。
【００６５】
以上の処理により算出された３つのデジタルの原色信号について説明する。図１４は、図３に示した入力信号を本発明の第１の実施の形態における階調補正装置で補正した場合の出力信号の度数分布を示す図である。図１４（ａ）は赤色原色信号ＲＯの度数分布を示す図であり、図１４（ｂ）は緑色原色信号ＧＯの度数分布を示す図であり、図１４（ｃ）は青色原色信号ＢＯの度数分布を示す図である。図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の横軸はそれぞれの原色信号の出力輝度レベルを示し、縦軸は度数を示す。
【００６６】
図１４（ａ）に示すように、赤色原色信号ＲＯの度数分布は、図３（ａ）に示した赤色原色信号ＲＩの度数分布と比較して、低い輝度レベルから高い輝度レベルまでのより広い範囲に広げられている。また、図１４（ｂ）に示すように、緑色原色信号ＧＯの度数分布も、図３（ｂ）に示した緑色原色信号ＧＩの度数分布と比較して、低い輝度レベルから高い輝度レベルまでのより広い範囲に広げられている。さらに、図１４（ｃ）に示すように、青色原色信号ＢＯの度数分布も、図３（ｃ）に示した青色原色信号ＢＩの度数分布と比較して、低い輝度レベルから高い輝度レベルまでのより広い範囲に広げられている。したがって、本発明の第１の実施の形態においては、入力された３つの原色信号から輝度信号Ｙを算出し、それを平滑化して原色信号に補正をかけることで、高コントラスト化された原色信号を出力することができる。さらに、輝度信号Ｙの平滑化によって輝度レベルが上がる領域と下がる領域とを分け、それぞれの領域で原色信号に異なる補正をかける構成とすることで、輝度レベルが上がる領域においては色バランスの変化を抑え、輝度レベルが下がる領域においては彩度の減少を抑えながら高コントラスト化を実現することができる。
【００６７】
なお、本発明の第１の実施の形態では、階調情報算出回路１０１によって赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩから輝度相関情報としての輝度信号Ｙを算出する構成を説明したが、これに限定するものではない。例えば、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩから輝度と相関性を有する他の信号を算出して輝度相関情報としてもよい。
【００６８】
また、混合信号算出回路１０６によって算出される赤色混合信号ＢＬＲ、緑色混合信号ＢＬＧ、青色混合信号ＢＬＢは輝度信号Ｙを含む混合信号であると説明したが、これに限定するものではない。例えば、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩ、青色原色信号ＢＩの全ての信号と相関性を有する他の信号を含む混合信号であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る階調補正装置は、輝度信号Ｙの平滑化によって輝度レベルが上がる領域と下がる領域とを分け、それぞれの領域で原色信号に異なる補正をかける構成とすることで、輝度レベルが上がる領域においては色バランスの変化を抑え、輝度レベルが下がる領域においては彩度の減少を抑えながら高コントラスト化を実現することができるので、映像信号の階調を補正する階調補正装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における階調補正装置の構成を示すブロック図
【図２】同階調補正装置の輝度分布抽出回路の構成を示すブロック図
【図３】原色信号の度数分布の一例を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態における階調補正装置の階調情報算出回路において算出された輝度信号Ｙの度数分布の一例を示す図
【図５】同階調補正装置の累積度数分布作成回路によって作成された累積度数分布ＲＤの一例を示す図
【図６】同階調補正装置のゲイン制御回路により生成されるオフセットの一例を示す図
【図７】同階調補正装置のゲイン制御回路により生成される補正累積度数分布ＧＲの一例を示す図
【図８】同階調補正装置の正規化回路により生成される正規化累積度数分布ＨＳＴの一例を示す図
【図９】同階調補正装置の階調補正変換テーブル作成回路により算出された補正量ΔＹの分布の一例を示す図
【図１０】同階調補正装置の補正変化率算出回路により算出された補正変化量ＹＫの分布の一例を示す図
【図１１】本発明の第１の実施の形態における輝度信号Ｙと平滑化処理後の輝度信号Ｙ’との関係の一例を示す図
【図１２】本発明の第１の実施の形態におけるΔＹ≧０のときの平滑化処理前と平滑化処理後の３つの原色信号の輝度レベルの関係の一例を示す図
【図１３】本発明の第１の実施の形態におけるΔＹ＜０のときの平滑化処理前と平滑化処理後の３つの原色信号の輝度レベルの関係の一例を示す図
【図１４】図３に示した入力信号を同階調補正装置で補正した場合の出力信号の度数分布を示す図
【図１５】従来技術による平滑化処理前と平滑化処理後の輝度の分布を比較した図
【符号の説明】
【００７１】
１０１    階調情報算出回路
１０２    輝度分布抽出回路
１０３，１０７，１０８，１０９    信号選択回路
１０４    階調補正変換テーブル作成回路
１０５    補正変化率算出回路
１０６    混合信号算出回路
１１０，１１１，１１２    乗算回路
１１３，１１４，１１５    加算回路
１５０    補正情報生成手段
２０１    アドレスデコーダ
２０２１〜２０２ｎ    カウンタ
２０３    累積度数分布作成回路
２０４    ゲイン制御回路
２０５    正規化回路
【図１】
2006033226.tif 000003
【図２】
2006033226.tif 000004
【図３】
2006033226.tif 000005
【図４】
2006033226.tif 000006
【図５】
2006033226.tif 000007
【図６】
2006033226.tif 000008
【図７】
2006033226.tif 000009
【図８】
2006033226.tif 000010
【図９】
2006033226.tif 000011
【図１０】
2006033226.tif 000012
【図１１】
2006033226.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2006033226.tif 000015
【図１４】
2006033226.tif 000016
【図１５】
2006033226.tif 000017