(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の輝度信号のブライトネスを非線形に変換する自動黒レベル制御回路と、当該変換された前記第１の輝度信号と色差信号とから生成される３原色信号のブライトネス及び階調をそれぞれ非線形に変換するブライトネス調整回路及びガンマ補正回路とを含む非線形変換回路と、
前記自動黒レベル制御回路で非線形変換される前の前記第１の輝度信号の輝度と、前記ブライトネス調整回路及び前記ガンマ補正回路で非線形変換された後の前記３原色信号から生成される第２の輝度信号の輝度とに基づいて、前記色差信号を補正する色差信号補正回路とを備える、
画像処理装置。
【請求項２】
前記色差信号補正回路は、
前記自動黒レベル制御回路で非線形変換される前の前記第１の輝度信号の輝度と、前記ブライトネス調整回路及び前記ガンマ補正回路で非線形変換された後の前記３原色信号から生成される前記第２の輝度信号の輝度との輝度比を画素単位で計算し、対応する前記画素の前記色差信号の振幅に当該輝度比を乗じる、
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記色差信号補正回路で用いる前記輝度比を増幅または減衰可能な、
請求項２に記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形に輝度信号の輝度情報を変換する画像処理装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像処理装置では、入力された輝度信号の輝度情報を自動黒レベル制御回路でシフトした後、色差信号と変換後の輝度信号とから３原色信号を生成する。その後、３原色信号のブライトネスをブライトネス調整回路でシフトした後、３原色信号の階調をガンマ補正回路で入力階調ごとに非線形に変換する。３原色信号のブライトネス調整とガンマ補正とにより、３原色信号における輝度信号の輝度情報は非線形に変換される。このように、従来の画像処理装置では、３原色信号生成前後で輝度信号の輝度情報を非線形に変換していた。特許文献１には、このような非線形変換を行う非線形変換回路が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−０７７１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の輝度信号の輝度情報の非線形変換により、非線形変換後の３原色信号における輝度信号と色差信号との比率は、非線形変換前の輝度信号と色差信号との比率と異なるという問題があった。その結果、非線形変換により当初入力時よりも輝度が低くなるように変換された画素部分では、色飽和度が高くなり、当初入力時よりも輝度が高くなるように変換された画素部分では、色飽和度が低くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、非線形変換後の輝度信号と色差信号とのバランスを、非線形変換前のバランスに戻す補正が可能な画像処理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】
【０００６】
本発明に係る画像処理装置は、第１の輝度信号のブライトネスを非線形に変換する自動黒レベル制御回路と、当該変換された前記第１の輝度信号と色差信号とから生成される３原色信号のブライトネス及び階調をそれぞれ非線形に変換するブライトネス調整回路及びガンマ補正回路とを含む非線形変換回路を備える。そして、前記自動黒レベル制御回路で非線形変換される前の前記第１の輝度信号の輝度と、前記ブライトネス調整回路及び前記ガンマ補正回路で非線形変換された後の前記３原色信号から生成される第２の輝度信号の輝度とに基づいて、前記色差信号を補正する色差信号補正回路を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の画像処理装置によれば、非線形変換回路で非線形変換される前の第１の輝度信号と、同非線形変換回路で非線形変換を終えた後の３原色信号から生成される第２の輝度信号とに基づいて、色差信号を補正する。これにより、非線形変換後の輝度信号と色差信号とのバランスを、非線形変換前の輝度信号と色差信号とのバランスに戻す補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
＜実施の形態１＞
本実施の形態に係る画像処理装置は、例えば、画像の加工処理を行う静止画カメラ、ビデオカメラ、テレビジョン受像機、モニタ受像機、映像記憶装置に設けられる。本実施の形態に係る画像処理装置の構成について説明する前に、従来の画像処理装置の構成について説明する。図４は、従来の画像処理装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、従来の画像処理装置は、自動黒レベル制御回路１と、デマトリクス回路２と、コントラスト調整回路３と、ブライトネス調整回路４と、ガンマ補正回路５と、振幅変換器６と、色相調整回路（ティント調整回路）７と、色飽和度調整回路８とを備える。自動黒レベル制御回路１には、輝度信号ｙが外部から入力され、振幅変換器６には、色差信号Ｃｂ，Ｃｒが外部から入力される。
【０００９】
自動黒レベル制御回路１は、外部からの輝度信号ｙのブライトネスを補正する。この自動黒レベル制御回路１は、絵柄に応じて、視覚的に黒の締り感を常に維持するように、輝度信号ｙの黒レベル、すなわち、ブライトネスを時間ごとに変化させる補正を行い、補正後の輝度信号を出力する。
【００１０】
振幅変換器６は、外部からの色差信号Ｃｂ，Ｃｒの振幅を修正し、輝度信号と３原色信号との差分信号である色差信号ｂ−ｙ，ｒ−ｙに変換し、当該変換後の色差信号ｂ−ｙ，ｒ−ｙを出力する。色相調整回路７は、使用者の好みに応じて、振幅変換器６からの色差信号ｂ−ｙ、ｒ−ｙのベクトル角を回転させて色合いを修正し、当該修正後の色差信号（ｂ−ｙ）t，（ｒ−ｙ）tを出力する。色飽和度調整回路８は、使用者の好みに応じて、色相調整回路７からの色差信号（ｂ−ｙ）t，（ｒ−ｙ）tの色飽和度を調整し、当該調整後の色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ctを出力する。
【００１１】
デマトリクス回路２は、自動黒レベル制御回路１からの輝度信号と、色飽和度調整回路８からの色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ctとから、３原色信号ｒ，ｇ，ｂを生成する。コントラスト調整回路３は、使用者からの好みに応じて、デマトリクス回路２からの３原色信号ｒ，ｇ，ｂの振幅を増幅し、当該増幅後の３原色信号を出力する。ブライトネス調整回路４は、使用者の好みに応じて、コントラスト調整回路３からの３原色信号の黒レベル、すなわち、ブライトネスを調整し、調整後の３原色信号を出力する。ガンマ補正回路５は、ブライトネス調整回路４からの３原色信号の階調を、入力階調ごとに非線形に変換し、輝度補正後の３原色信号ｒ’，ｇ’，ｂ’を出力する。
【００１２】
上述の自動黒レベル制御回路１およびブライトネス調整回路４による黒レベルのシフト後の値は、現実的な処理において下限値が決まっており、下限値以下のシフト後の値は全て、下限値として処理される。そのため、自動黒レベル制御回路１は、３原色信号ｒ，ｇ，ｂを生成するデマトリクス回路２前で、輝度信号ｙの輝度情報を非線形に変換する回路とみなすことができる。同様に、ブライトネス調整回路４は、３原色信号ｒ，ｇ，ｂを生成するデマトリクス回路２後で、３原色信号における輝度信号の輝度情報を非線形に変換する回路とみなすことができる。
【００１３】
このうち、自動黒レベル制御回路１では、時間的な変化に基づいて輝度信号のブライトネスの非線形変換を行う。しかしながら、その非線形変換は、振幅変換器６から色飽和度調整回路８までの色差信号の処理と連動されていない。そのため、自動黒レベル制御回路１で補正した輝度信号と、色飽和度調整回路８で変換した色差信号との比率は、入力時の輝度信号ｙと色差信号ｂ−ｙ，ｒ−ｙとの比率（以下、入力時の比率と記すこともある）から変化したものになる。また、ブライトネス調整回路４では、暗階調から明階調まで一律に同じだけ、３原色信号における輝度信号の輝度情報を明方向もしくは暗方向にシフトする処理を行う。そのため、ブライトネス調整回路４で調整した３原色信号における輝度信号と色差信号との比率も、入力時の比率から変化したものになる。
【００１４】
また、ガンマ補正回路５は、３原色信号ｒ，ｇ，ｂを生成するデマトリクス回路２後において、ブライトネス調整回路４からの３原色信号の階調を、入力階調ごとに非線形に変換する。そのため、ガンマ補正回路５は、３原色信号ｒ，ｇ，ｂを生成するデマトリクス回路２後で、３原色信号における輝度信号の輝度情報を非線形に変換する回路とみなすことができる。このガンマ補正回路５で輝度補正した３原色信号における輝度信号と色差信号との比率も、同様に、入力時の比率から変化したものになる。
【００１５】
以上のように、自動黒レベル制御回路１，ブライトネス調整回路４，ガンマ補正回路５からなる非線形変換回路は、３原色信号を生成するデマトリクス回路２前後において、輝度信号の輝度情報を非線形に変換していた。そして、この非線形変換により、最終的に画像処理装置から出力される３原色信号おける輝度信号と色差信号との比率は、入力時の比率と異なるものになるという問題があった。
【００１６】
図１は、このような問題を解決する本実施の形態に係る画像処理装置の構成のブロック図である。以下、本実施の形態に係る画像処理装置の構成のうち、新たに説明しない構成については、上述の構成と実質的に同じものであるとし、同じ符号を付すものとする。図に示すように、本実施の形態に係る画像処理装置は、上述の構成に加え、輝度信号生成回路９と、色差信号補正回路１０と、デマトリクス回路１１とを備える。
【００１７】
自動黒レベル制御回路１は、デマトリクス回路２前において、第１の輝度信号ｙのブライトネスを非線形に変換し、輝度信号の輝度情報を非線形に変換する。デマトリクス回路２は、自動黒レベル制御回路１で非線形変換された第１の輝度信号と、振幅変換器６で変換された色差信号ｂ−ｙ，ｒ−ｙとに基づいて、３原色信号ｒ，ｇ，ｂを生成する。ブライトネス調整回路４は、デマトリクス回路２後において、３原色信号ｒ，ｇ，ｂのブライトネスを非線形に変換し、３原色信号における輝度信号の輝度情報を非線形に変換する。ガンマ補正回路５は、デマトリクス回路２後において、３原色信号ｒ，ｇ，ｂの階調を、入力階調ごとに非線形に変換し、３原色信号における輝度信号の輝度情報を非線形に変換する。そして、ガンマ補正回路５は、輝度信号の輝度情報を非線形変換した３原色信号ｒ’，ｇ’，ｂ’を出力する。
【００１８】
こうして、自動黒レベル制御回路１およびブライトネス調整回路４およびガンマ補正回路５からなる非線形変換回路は、第１の輝度信号ｙと色差信号ｂ−ｙ，ｒ−ｙとから生成される３原色信号において、デマトリクス回路２前後で輝度信号の輝度情報を非線形に変換する。
【００１９】
ここで、自動黒レベル制御回路１に入力される第１の輝度信号ｙと、デマトリクス回路２に入力される色差信号ｂ−ｙ，ｒ−ｙと、ガンマ補正回路５から出力される３原色信号ｒ’，ｇ’，ｂ’との関係は式（１）のように示される。この式（１）の関数ｆは、自動黒レベル制御回路１からガンマ補正回路５までの変換処理、つまり、自動黒レベル制御回路１、および、ブライトネス調整回路４、および、ガンマ補正回路５における非線形変換を含む変換処理を表す。
【００２０】
【数１】
0005147521.tif 000002
【００２１】
輝度信号生成回路９は、ガンマ補正回路５が出力する非線形変換後の３原色信号ｒ’，ｇ’，ｂ’に基づいて、第２の輝度信号ｙ’を生成する。本実施の形態に係る輝度信号生成回路９は、非線形変換後の３原色信号ｒ’，ｇ’，ｂ’から、式（２）に基づいて、第２の輝度信号ｙ’を線形に生成する。ここで、ｋ，ｌ，ｍは所定の係数である。
【００２２】
【数２】
0005147521.tif 000003
【００２３】
色差信号補正回路１０は、色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ctに基づいて、色差信号（ｇ−ｙ）ctを生成する。本実施の形態に係る輝度信号生成回路９は、色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ctから、式（３）に基づいて、色差信号（ｇ−ｙ）ctを生成する。ここで、ｓ，ｔは所定の係数である。
【００２４】
【数３】
0005147521.tif 000004
【００２５】
本実施の形態に係る画像処理装置が備える色差信号補正回路１０は、上述の非線形変換回路で非線形変換される前の第１の輝度信号ｙの輝度と、同非線形変換回路で非線形変換された後の３原色信号ｒ’，ｇ’，ｂ’から線形に生成される第２の輝度信号ｙ’の輝度とに基づいて、色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ct，（ｇ−ｙ）ctを補正する。本実施の形態では、色差信号補正回路１０は、上述の非線形変換回路で非線形変換される前の第１の輝度信号ｙの輝度と、同非線形変換回路で非線形変換された後の３原色信号ｒ’，ｇ’，ｂ’から生成される第２の輝度信号ｙ’の輝度との輝度比（＝ｙ’／ｙ）を画素単位で計算する。すなわち、輝度変化率を計算する。そして、対応する画素の色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ct，（ｇ−ｙ）ctの振幅に、式（４）に示すように、上述の輝度比（＝ｙ’／ｙ）を乗じて補正し、当該補正後の色差信号（ｂ−ｙ）’，（ｇ−ｙ）’，（ｒ−ｙ）’を出力する。
【００２６】
【数４】
0005147521.tif 000005
【００２７】
デマトリクス回路１１は、色差信号補正回路１０で補正された色差信号（ｂ−ｙ）’，（ｇ−ｙ）’，（ｒ−ｙ）’と、輝度信号生成回路９から出力された非線形変換後の第２の輝度信号ｙ’とに基づいて、補正後の３原色信号ｒout，ｇout，ｂoutを生成する。本実施の形態に係るデマトリクス回路１１は、色差信号（ｂ−ｙ）’，（ｇ−ｙ）’，（ｒ−ｙ）’と、第２の輝度信号ｙ’から、式（５）に基づいて、３原色信号ｒout，ｇout，ｂoutを生成し、出力する。
【００２８】
【数５】
0005147521.tif 000006
【００２９】
以上のような本実施の形態に係る画像処理装置によれば、上述の非線形変換回路から出力された後の３原色信号における輝度信号と色差信号との比率を、上述の非線形変換回路に入力される前の第１の輝度信号ｙと色差信号ｂ−ｙ，ｒ−ｙとの比率に戻す補正処理を画素ごとに行うことができる。こうして、３原色信号ｒout，ｇout，ｂoutが入力された装置では、輝度信号と色差信号との比率が画素ごとに補正された映像、つまり、画素の色飽和度が補正された自然な映像を表示することができる。
【００３０】
＜実施の形態２＞
図２は、本実施の形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。以下の実施の形態に係る画像処理装置の構成のうち、実施の形態１に係る画像処理装置と同一の構成については、同一符号を付すものとし、新たに説明しない構成については、実施の形態１と同じであるものとする。図１に示す実施の形態１に係る画像処理装置の構成では、色相調整回路７と、色飽和度調整回路８が、色差信号補正回路１０の前に配置されていた。それに対して、図２に示す本実施の形態に係る画像処理装置の構成では、色相調整回路７と、色飽和度調整回路８とが、色差信号補正回路１０の後に配置されている。本実施の形態に係る画像処理装置は、色相調整回路７の配置と、色飽和度調整回路８の配置が異なる点で実施の形態１と異なるが、本実施の形態に係る画像処理装置においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
＜実施の形態３＞
図３は、本実施の形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。図１に示す実施の形態１に係る画像処理装置では、色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ct，（ｇ−ｙ）ctに、第１の輝度信号ｙと第２の輝度信号ｙ’の輝度比（＝ｙ’／ｙ）をそのまま乗ずる構成とした。それに対し、本実施の形態に係る画像処理装置では、色差信号補正回路１０で用いる輝度比（＝ｙ’／ｙ）を増幅または減衰可能である。このことについて、以下、説明する。
【００３２】
本実施の形態に係る画像処理装置では、図３に示すように、実施の形態１の構成に加えて、増減器１２と、加算器１３とをさらに備える。増減器１２は、輝度信号生成回路９の後に設けられる。この増減器１２は、例えば、増幅器および減衰器から構成される。増減器１２は、第２の輝度信号ｙ’の輝度に係数ｍを乗じた第２の輝度信号ｍｙ’を出力する。加算器１３は、輝度信号生成回路９からの第２の輝度信号ｙ’の輝度に、増減器１２からの第２の輝度信号ｍｙ’の輝度を加算した第２の輝度信号（１＋ｍ）ｙ’を出力する。
【００３３】
色差信号補正回路１０は、実施の形態１と同様、式（３）に基づいて、色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ctから、色差信号（ｇ−ｙ）ctを生成する。そして、色差信号補正回路１０は、第１の輝度信号ｙの輝度と、加算器１３からの第２の輝度信号（１＋ｍ）ｙ’の輝度とに基づいて、色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ct，（ｇ−ｙ）ctを補正する。本実施の形態では、色差信号補正回路１０は、第１の輝度信号ｙの輝度と、加算器１３からの第２の輝度信号（１＋ｍ）ｙ’の輝度との輝度比（＝（１＋ｍ）・ｙ’／ｙ）を画素単位で計算する。そして、対応する画素の色差信号（ｂ−ｙ）ct，（ｒ−ｙ）ct，（ｇ−ｙ）ctの振幅に、式（６）に示すように、当該輝度比（＝（１＋ｍ）・ｙ’／ｙ）を乗じて補正し、当該補正後の色差信号（ｂ−ｙ）’，（ｇ−ｙ）’，（ｒ−ｙ）’を出力する。その後の動作は、実施の形態１と同様である。
【００３４】
【数６】
0005147521.tif 000007
【００３５】
以上の構成からなる本実施の形態に係る画像処理装置では、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態に係る画像処理装置によれば、色差信号補正回路１０で用いる輝度比を増幅または減衰可能であるため、画像処理装置から出力される輝度信号と色差信号とのバランスを微調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態１に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態２に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態３に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  自動黒レベル制御回路、２，１１  デマトリクス回路、３  コントラスト回路、４  ブライトネス調整回路、５  ガンマ補正回路、６  振幅変換器、７  色相調整回路、８  色飽和度調整回路、９  輝度信号生成回路、１０  色差信号補正回路、１２  増減器、１３  加算器。
【図１】
0005147521.tif 000008
【図２】
0005147521.tif 000009
【図３】
0005147521.tif 000010
【図４】
0005147521.tif 000011