(57)【要約】【課題】階調補正をすることによって補正後の輝度信号の大きさが補正前と比べて大きく変わることがないようにする。【解決手段】輝度信号の値を補正する階調補正装置であって、前記輝度信号のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、前記ヒストグラムに基づいて、前記輝度信号の補正前の値と補正後の値との間の関係を示す補正曲線の傾きを計算する傾き計算部と、前記輝度信号の最大値及び最小値を求める最大値最小値抽出部と、前記最大値と前記最小値との差が閾値以下である場合に前記補正曲線の傾きを１に近づくように変更する補正効果調節部と、前記補正効果調節部で変更された前記補正曲線に従って、前記輝度信号の値を補正し、補正後の輝度信号を出力するレベル補正部とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輝度信号の値を補正する階調補正装置であって、
前記輝度信号のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
前記ヒストグラムに基づいて、前記輝度信号の補正前の値と補正後の値との間の関係を示す補正曲線の傾きを計算する傾き計算部と、
前記輝度信号の最大値及び最小値を求める最大値最小値抽出部と、
前記最大値と前記最小値との差が閾値以下である場合に前記補正曲線の傾きを１に近づくように変更する補正効果調節部と、
前記補正効果調節部で変更された前記補正曲線に従って、前記輝度信号の値を補正し、補正後の輝度信号を出力するレベル補正部とを備える
階調補正装置。
【請求項２】
請求項１に記載の階調補正装置において、
前記補正効果調節部は、前記最大値と前記最小値との差が小さいほど、前記補正曲線の傾きを１に近づくように変更する
階調補正装置。
【請求項３】
請求項１に記載の階調補正装置において、
前記補正後の輝度信号で表される画素のうち、輝度値が閾値以下の画素である低輝度画素の数が第１の数以上である場合には、前記補正後の輝度信号の値を低下させて出力する明るさ調節部を更に備える
階調補正装置。
【請求項４】
請求項３に記載の階調補正装置において、
前記補正後の輝度信号の値の低下量は、前記低輝度画素の数が前記第１の数から第２の数までの場合は前記低輝度画素の数が多いほど大きく、前記低輝度画素の数が前記第２の数以上の場合は一定である
階調補正装置。
【請求項５】
請求項１に記載の階調補正装置において、
前記閾値に対応する指示値を格納して前記補正効果調節部に出力するレジスタを更に備える
階調補正装置。
【請求項６】
請求項１に記載の階調補正装置と、
前記補正後の輝度信号に従って画像を表示する表示器とを備える
画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、輝度信号を補正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像のコントラストを強調する階調補正技術が知られている。例えば特許文献１には、輝度信号からヒストグラムを求め、これに従って高輝度の画素に対する補正曲線を修正する技術が記載されている。特許文献２には、輝度信号の最大値等に従って補正曲線を修正する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１９２０５号公報
【特許文献２】特開２００１−３３３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、画像内の輝度の最大値と最小値との差が小さい場合（例えば画像全体にわたって輝度がほぼ同じである場合）には、コントラストを強調すると、輝度に対する補正が大きくなり過ぎる傾向がある。このため、画像全体の輝度が補正前とは大きく異なる値に補正されたり、コントラストが大きくなり過ぎてざらざらした感じの画像になることがある。
【０００５】
本発明は、階調補正をすることによって補正後の輝度信号の大きさが補正前と比べて大きく変わることがないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態による階調補正装置は、輝度信号の値を補正する階調補正装置であって、前記輝度信号のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、前記ヒストグラムに基づいて、前記輝度信号の補正前の値と補正後の値との間の関係を示す補正曲線の傾きを計算する傾き計算部と、前記輝度信号の最大値及び最小値を求める最大値最小値抽出部と、前記最大値と前記最小値との差が閾値以下である場合に前記補正曲線の傾きを１に近づくように変更する補正効果調節部と、前記補正効果調節部で変更された前記補正曲線に従って、前記輝度信号の値を補正し、補正後の輝度信号を出力するレベル補正部とを有する。
【０００７】
本発明の実施形態による画像表示装置は、前記階調補正装置と、前記補正後の輝度信号に従って画像を表示する表示器とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、画像内の輝度の最大値と最小値との差が小さい場合であっても、補正後の輝度信号の大きさが補正前と比べて大きく変わることがないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１のヒストグラム生成部で生成されたヒストグラムの例である。
【図３】図２のヒストグラムが対応する画像に対して求められた、補正曲線の傾きを示すグラフである。
【図４】最大値−最小値と、係数Ｃとの間の関係の例を示すグラフである。
【図５】図１の補正効果調節部で生成された、図３に対応する補正曲線ＧＡ０の例を示すグラフである。
【図６】低輝度画素の数ＮＬと、レベル調整量ＳＨとの関係の例を示すグラフである。
【図７】図１のヒストグラム生成部で生成されたヒストグラムの他の例である。
【図８】図７のヒストグラムが対応する画像に対して求められた、補正曲線の傾きを示すグラフである。
【図９】図１の補正効果調節部で生成された、図８に対応する補正曲線ＧＢ１の例を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は、図７のヒストグラムが対応する画像の例を示す図である。（ｂ）は、図１の補正効果調節部が補正曲線の傾きを変更しないと仮定した場合の補正後の画像の例を示す図である。（ｃ）は、図１の補正効果調節部が補正曲線の傾きを変更する場合に出力される画像の例を示す図である。
【図１１】図１のヒストグラム生成部で生成されたヒストグラムの更に他の例である。
【図１２】入力輝度信号ＹＡと補正後の輝度信号との間の関係の例を示すグラフである。
【図１３】（ａ）は、図１１のヒストグラムに対応する画像の例を示す図である。（ｂ）は、図１の明るさ調節部が画像全体の輝度を変更しないと仮定した場合の補正後の画像の例を示す図である。（ｃ）は、図１の明るさ調節部が画像全体の輝度を変更後の画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。図面において同じ参照番号で示された構成要素は、互いに対応しており、同一の又は類似の構成要素である。画像には、動画及び静止画を含むものとする。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示すブロック図である。図１の画像表示装置１００は、階調補正装置１０と、表示器３２と、レジスタ３４とを有している。階調補正装置１０は、ヒストグラム生成部１２と、傾き計算部１４と、補正効果調節部１６と、最大値最小値抽出部１８と、レベル補正部２２と、明るさ調節部２４とを有している。
【００１２】
ヒストグラム生成部１２は、入力輝度信号ＹＡのヒストグラムを各画像について生成し、傾き計算部１４及び明るさ調節部２４に出力する。ここでは、ヒストグラムを画像のフレーム毎に生成するものとする。輝度信号ＹＡは、受信された放送波に選局及び復調等の処理を行って得られた信号であってもよいし、画像表示装置１００の外部の機器で生成された信号であってもよい。以下では例として、輝度信号ＹＡの値、言い換えると、輝度信号ＹＡが表す画像の画素値は、０〜１０２３の範囲のいずれかの整数であるとして説明する。
【００１３】
図２は、図１のヒストグラム生成部１２で生成されたヒストグラムの例である。画素値の範囲は互いに同じ長さの区間１〜区間ｎに分割され、各区間の画素数ＮＰが図２に示されている（ここではｎ＝８）。区間ｉの画素数をＮＰ［ｉ］（ｉは１≦ｉ≦ｎを満たす整数）で表すと、画素数ＮＰ［ｉ］の平均値ＡＶは、次式（１）で表される。
【００１４】
【数１】
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【００１５】
傾き計算部１４は、生成されたヒストグラムに基づいて、区間１〜ｎのそれぞれについて、補正曲線の傾きｍ０［ｉ］を計算して出力する。補正曲線は、輝度信号の補正前の値と補正後の値との間の関係を示し、ガンマカーブとも呼ばれる。傾きｍ０［ｉ］は、次式（２）、すなわち、
ｍ０［ｉ］＝ＮＰ［ｉ］／ＡＶ  …（２）
によって求められる。
【００１６】
図３は、図２のヒストグラムが対応する画像に対して求められた、補正曲線の傾きを示すグラフである。各区間の傾きｍ０［ｉ］は、画素数ＮＰ［ｉ］に比例する。画素数ＮＰ［ｉ］の平均値ＡＶは、傾きｍ０＝１に対応している。
【００１７】
最大値最小値抽出部１８は、輝度信号ＹＡの最大値及び最小値を各画像について求め、補正効果調節部１６に出力する。補正効果調節部１６は、最大値と最小値との差が閾値以下である場合には補正曲線の傾きを１に近づくように変更する。言い換えると、補正効果調節部１６は、輝度信号ＹＡの補正前の値の変化と補正後の値の変化とが等しくなるようにする。具体的には、補正効果調節部１６は、変更後の傾きｍ１［ｉ］を、係数Ｃを用いて次式（３）、すなわち、
ｍ１［ｉ］＝１＋（ｍ０［ｉ］−１）×Ｃ  …（３）
によって求める。ｍ０［ｉ］−１の値は、図３において破線の長さ及び矢印の向きによって示されている。
【００１８】
図４は、最大値−最小値と、係数Ｃとの間の関係の例を示すグラフである。閾値ＯＦＰと閾値ＯＦＳとの間において、このグラフは傾きＧＣを有している。係数Ｃの値は、閾値ＯＦＰ＜（最大値−最小値）のときには１であるが、ＯＦＳ＜（最大値−最小値）≦ＯＦＰのときには最大値−最小値−ＯＦＳに従って変化し、（最大値−最小値）≦ＯＦＳのときには０になる。
【００１９】
図２のヒストグラムが対応する画像の場合は、最大値が１０２３に近い値、最小値が０に近い値となる。最大値と最小値との差は、比較的大きく、閾値ＯＦＰより大きいとする。この場合には、図４より、Ｃ＝１となる。Ｃ＝１であるので、補正効果調節部１６は、補正曲線の傾きを変更することなく、各区間の傾きｍ０［ｉ］の補正曲線を順に接続して、全区間についての補正曲線ＧＡ０を生成する。
【００２０】
レジスタ３４が閾値ＯＦＳ及び傾きＧＣを格納して補正効果調節部１６に出力することによって、図４のような最大値−最小値と係数Ｃとの関係を補正効果調節部１６に設定するようにしてもよい。この場合、閾値ＯＦＰは、閾値ＯＦＳ及び傾きＧＣによって定まる。
【００２１】
図５は、図１の補正効果調節部１６で生成された、図３に対応する補正曲線ＧＡ０の例を示すグラフである。補正曲線ＧＡ０は、輝度信号ＹＡの補正前の値と補正後の値Ｙとの間の関係を示している。直線ＬＣは、輝度が補正されない場合について、輝度信号ＹＡと補正後の輝度信号Ｙとの関係を参考のために示している。補正効果調節部１６は、生成された補正曲線ＧＡ０をレベル補正部２２に出力する。レベル補正部２２は、補正曲線ＧＡ０に従って輝度信号ＹＡの値を補正し、補正後の輝度信号ＹＬを明るさ調節部２４に出力する。
【００２２】
明るさ調節部２４は、各画像における低輝度画素の数ＮＬが第１の数ＳＴＳ以上である場合には、補正後の輝度信号ＹＬの値をレベル調整量ＳＨだけ低下させ、輝度信号ＹＢとして表示器３２に出力する。低輝度画素は、入力輝度信号ＹＡで表される画素のうち、値が閾値以下の画素である。
【００２３】
図６は、低輝度画素の数ＮＬと、レベル調整量ＳＨとの関係の例を示すグラフである。第１の数ＳＴＳと第２の数ＳＴＰとの間において、このグラフは傾きＧＳを有している。レベル調整量ＳＨの値は、ＮＬ≦ＳＴＳのときには０であるが、ＳＴＳ＜ＮＬ≦ＳＴＰのときにはＮＬの増加に従って低下し、ＳＴＰ＜ＮＬのときには負の一定値になる。
【００２４】
図２のヒストグラムが対応する画像では、例えば、値が２５５以下の画素の数が２５６未満であるとする。ここでは、例えば閾値を２５５、ＳＴＳ＝２５６とすると、明るさ調節部２４は、補正後の輝度信号ＹＬの値を変更せずに輝度信号ＹＢとして表示器３２に出力する。表示器３２は、例えばフラットパネルディスプレイであって、輝度信号ＹＢに従って画像を表示する。
【００２５】
レジスタ３４が第１の数ＳＴＳ、第２の数ＳＴＰ、及び傾きＧＳを格納して明るさ調節部２４に出力することによって、図６のような数ＮＬとレベル調整量ＳＨとの関係を明るさ調節部２４に設定するようにしてもよい。
【００２６】
次に、画像内の輝度の最大値と最小値との差が小さい場合について説明する。図７は、図１のヒストグラム生成部１２で生成されたヒストグラムの他の例である。図７の場合、全ての画素の値が、５１２〜６３９の範囲にある。傾き計算部１４は、図７のヒストグラムに基づいて、補正曲線の傾きｍ０［ｉ］を計算して出力する。
【００２７】
図８は、図７のヒストグラムが対応する画像に対して求められた、補正曲線の傾きを示すグラフである。図７のヒストグラムが対応する画像の場合は、最大値と最小値との差が、閾値ＯＦＳと閾値ＯＦＰとの間の値であるとする。この場合には、図４より、Ｃは０と１との間の値となる。
【００２８】
図９は、図１の補正効果調節部１６で生成された、図８に対応する補正曲線ＧＢ１の例を示すグラフである。補正効果調節部１６は、式（３）に従って補正曲線の傾きを変更し、各区間の傾きｍ０［ｉ］の補正曲線を順に接続して、全区間についての補正曲線ＧＢ１を生成する。もし補正効果調節部１６が補正曲線の傾きを変更しなければ、図９の補正曲線ＧＢ０が得られる。
【００２９】
図１０（ａ）は、図７のヒストグラムが対応する画像の例を示す図である。図１０（ｂ）は、図１の補正効果調節部１６が補正曲線の傾きを変更しないと仮定した場合の補正後の画像の例を示す図である。図１０（ｃ）は、図１の補正効果調節部１６が補正曲線の傾きを変更する場合に出力される画像の例を示す図である。
【００３０】
例えば、全ての画素の輝度が図９の点Ｐ付近にあるような画像の場合には、補正曲線ＧＢ０を用いると画像の輝度が点Ｐ０付近の値に低下し、図１０（ｂ）のように画像全体が暗くなってしまう。図１の階調補正装置１０では、補正曲線ＧＢ１を用いるので、画像の輝度が点Ｐ１付近の値になり、図１０（ｃ）のように画面全体の輝度があまり変化しない。つまり、画像内の輝度の最大値と最小値との差が小さい場合であっても、補正後の輝度信号の大きさが補正前と比べて大きく変わることがないようにすることができる。
【００３１】
入力画像にノイズが重畳している場合には、補正曲線ＧＢ０を用いると画素間の輝度の差が強調され過ぎるので、ざらざらした印象の画像になってしまう。補正曲線ＧＢ１を用いる階調補正装置１０によると、このようなことがない。
【００３２】
次に、低輝度画素の数ＮＬが多い場合について説明する。図１１は、図１のヒストグラム生成部１２で生成されたヒストグラムの更に他の例である。図１１の場合、輝度が閾値２５５以下の画素の数ＮＬがＳＴＳ＝２５６より多いとする。最大値と最小値との差は、比較的大きく、閾値ＯＦＰより大きいとする。この場合には、補正効果調節部１６は、補正曲線の傾きを変更しない。
【００３３】
図１２は、入力輝度信号ＹＡと補正後の輝度信号との間の関係の例を示すグラフである。図１２には、入力輝度信号ＹＡとレベル補正部２２から出力される輝度信号ＹＬとの関係が示されている。明るさ調節部２４は、図６に従って、レベル調整量ＳＨの値を求める。レベル調整量ＳＨは、ＮＬに応じた負の値となる。そこで、明るさ調節部２４は、画像全体の輝度をレベル調整量ＳＨだけシフトし、輝度信号ＹＢとして出力する。ここでは、入力輝度信号ＹＡと明るさ調節部２４から出力される輝度信号ＹＢとの関係を示す曲線は、曲線ＹＬをレベル調整量ＳＨだけシフトしたものとなる。
【００３４】
図１３（ａ）は、図１１のヒストグラムに対応する画像の例を示す図である。図１３（ｂ）は、図１の明るさ調節部２４が画像全体の輝度を変更しないと仮定した場合の補正後の画像の例を示す図である。図１３（ｃ）は、図１の明るさ調節部２４が画像全体の輝度を変更後の画像の例を示す図である。
【００３５】
明るさ調節部２４が画像全体の輝度を変更しない場合、つまり、輝度信号ＹＬがそのまま輝度信号ＳＢとして出力されると仮定すると、図１３（ａ）の画像は全域で輝度が高くなるように補正され、図１３（ｂ）のようになる。特に黒に近い暗い領域が、明るくなり過ぎて黒には見えなくなってしまう。明るさ調節部２４が図１２の曲線ＹＢのように画像全体の輝度を変更すると、画像は図１３（ｃ）のように補正され、図１３（ａ）で黒かった領域が黒く見えるようになる。つまり、低輝度画素の数ＮＬが多い場合であっても、補正後の輝度信号の大きさが補正前と比べて大きく変わることがないようにすることができる。
【００３６】
以上の説明においては、本発明をその例示的実施形態を参照して説明した。しかし、添付の特許請求の範囲に示された本発明のより広い精神及び範囲から離れることなく、種々の修正及び変更を行い得ることは明白であろう。したがって、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味において考慮されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明したように、本発明は、階調補正装置及び画像表示装置等について有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  階調補正装置
１２  ヒストグラム生成部
１４  傾き計算部
１６  補正効果調節部
１８  最大値最小値抽出部
２２  レベル補正部
２４  明るさ調節部
３２  表示器
３４  レジスタ
【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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【図１１】
2011166520.tif 000014
【図１２】
2011166520.tif 000015
【図１３】
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