(57)【要約】  変化量算出部（１１）で算出した変化量が、変化量記憶部（１２）に記憶され、変化量比較部（１３）は、階調補正を行うフレームの１つ前のフレームとそれ以前のフレームとの変化量の比較を行う。変化量が所定値より大きい場合には、１フレーム前の補正値データは使われずに、変化が生じる前のフレームの補正値テーブルが、補正値算出部（１５）から選択されて読み出される。変化量が所定値以下の場合には、変化が少ない１フレーム前の補正値テーブルが、補正値算出部（１５）から読み出されて、ルックアップテーブル（１６）に書き込まれる。ルックアップテーブル（１６）のアドレスから補正データ（レベルデータ）が読み出されて、階調補正後の輝度信号として出力される。このように、画面の変化量を元に、階調補正を行うフレームに応じて、最適な補正データが選択されて階調補正が行われ、フレームメモリなしで最適な階調補正が可能になる。
2007145168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する変化量算出部と、
前記変化量を記憶する変化量記憶部と、
前記変化量記憶部に記憶した各フレームの変化量を比較判定する変化量比較部と、
前記入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で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複数の輝度レベル毎の補正値データを前記ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて算出する補正量算出部と、
前記補正量算出部からの前記補正値データ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し、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読み出してそれを階調補正輝度信号として出力するルックアップテーブルメモリ部と、
を備え、
前記補正量算出部は、
前記ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて前記補正値データを算出し、フレーム単位で記憶する補正値算出テーブル記憶部と、
前記変化量比較部のフレーム間の変化量の判定結果により前記補正値算出テーブル記憶部に記憶されている補正値テーブルを選択するテーブル選択部と、
を備え、
フレーム間の変化量の判定の結果、前記変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、前記変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うことを特徴とする階調補正装置。
【請求項２】
前記補正量算出部は、
前記補正値算出テーブル記憶部の補正値テーブルを補正するための補正用テーブルと、
前記変化量比較部からの変化量に応じて前記補正値テーブルを補正するテーブル補正部と、
を備え、
前記判定の結果、前記変化量が所定値以下の時に、現在のフレームの変化量を予測して、前記補正値算出テーブル記憶部の補正値テーブルを、前記フレーム間の変化量の割合分、前記補正用テーブルを用いて補正する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】
前記補正量算出部は、
フレーム単位でフリッカ成分を検出してフリッカ成分があるか否かの判定を行うフリッカ検出部を備え、
フリッカを検出したフレームの補正値データを使用しない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】
入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、
前記入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを前記頻度データに基づいて算出し、
前記補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、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読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正方法において、
前記入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出し、
各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定し、
前記変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、前記変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うことを特徴とする階調補正方法。
【請求項５】
メモリに格納されたプログラムであり、
入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、
前記入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを前記頻度データに基づいて算出し、
前記補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、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読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正機能を実現するためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する手順、
各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定する手順、
前記変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、前記変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行う手順を実行させることを特徴とする階調補正プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒストグラムを用いて映像信号の輝度の階調を補正する階調補正装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒストグラム（映像信号の輝度の分布）を用いて映像信号の階調補正を行う方法が知られている。ヒストグラムを用いた階調補正の基本的な概念は、次のとおりである。入力された映像信号から各輝度信号レベルの発生頻度が算出され、ヒストグラムが作成される。このヒストグラムデータが低輝度から累積加算されて、累積ヒストグラムが作成される。この累積ヒストグラムが正規化されて、累積輝度分布が求められる。この累積輝度分布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された累積ヒストグラムが算出される。この累積ヒストグラム用いて映像信号の階調補正が行われる。【０００３】
このような階調補正を行う装置として、図７に示すような階調補正装置が知られている。この階調補正装置は、ヒストグラムメモリ１０１と、最大補正値算出回路１０２と、最大補正値テーブルメモリ１０３と、基準テーブルメモリ１０４と、ヒストグラム分散値算出回路１０５と、混合比算出回路１０６と、乗算器１０７、１０８と、加算器１０９と、ルックアップテーブルメモリ１１０と、制御回路１１１と、１フィールド遅延回路１１３から構成されている。【０００４】
ヒストグラムメモリ１０１は、入力輝度信号の輝度分布を取得するためのメモリであり、入力された輝度信号の輝度レベル毎の頻度を格納する。【０００５】
最大補正値算出回路１０２は、ヒストグラム累積加算回路と、累積ヒストグラムメモリと、正規化演算回路から構成される。この最大補正値算出回路１０２は、ヒストグラムメモリ１０１のデータを低輝度から順次累積加算し、その累積加算の結果を累積ヒストグラムメモリに記憶し、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。【０００６】
最大補正値テーブルメモリ１０３は、最大補正値算出回路から供給される正規化された補正データを記憶する。最大補正値テーブルメモリ１０３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る。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制御回路１１１によって読み出され、乗算器１０７に出力される。【０００７】
基準テーブルメモリ１０４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する。基準輝度レベルは、制御回路１１１によって読み出され、乗算器１０８に出力される。【０００８】
ヒストグラム分散値算出回路１０５は、ヒストグラムメモリ１０１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１０１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。【０００９】
混合比算出回路１０６は、ヒストグラム分散値算出回路１０５の出力に接続され、分散値に対応した混合比ｋ（ｋ＜１）を算出し、その混合比ｋを乗算器１０７、１０８に供給する。【００１０】
乗算器１０７は、最大補正値テーブルメモリ１０３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１０８は、基準テーブルメモリ１０４から読み出された輝度レベルに混合比１−ｋを乗算する。【００１１】
乗算器１０７、１０８の各出力は、加算器１０９で加算され、ルックアップテーブルメモリ１１０に供給され、制御回路２１で最大値補正テーブルメモリ１０３及び基準テーブルメモリ１０４の各アドレス指定に同期され、ルックアップテーブルメモリ１１０に書き込まれる。【００１２】
ルックアップテーブルメモリ１１０には、入力輝度信号が１フィールド遅延回路１１３によって遅延されて供給される。ルックアップテーブルメモリ１１０は、この１フィールド遅延回路１１３による１フィールド遅延後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この信号を階調補正後の輝度信号として出力する。このような階調補正装置は、例えば、特開２０００−３２２０４７号公報に開示されている。【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では、ヒストグラムデータを算出して補正テーブルを作成するため１フィールドの処理時間を要する。そのため補正する元の入力輝度信号も１フィールド遅らせる必要があり、例えば１フィールド遅延回路などのフレームメモリが必要であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記背景の下でなされたものである。本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、フレームメモリなしでも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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一の態様は、階調補正装置であり、この階調補正装置は、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する変化量算出部と、変化量を記憶する変化量記憶部と、変化量記憶部に記憶した各フレームの変化量を比較判定する変化量比較部と、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成して記憶するヒストグラムメモリと、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データをヒストグラムメモリの頻度データに基づいて算出する補正量算出部と、補正量算出部からの補正値データ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し、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力するルックアップテーブルメモリ部と、を備え、補正量算出部は、ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて補正値データを算出し、フレーム単位で記憶する補正値算出テーブル記憶部と、変化量比較部のフレーム間の変化量の判定結果により補正値算出テーブル記憶部に記憶されている補正値テーブルを選択するテーブル選択部と、を備え、フレーム間の変化量の判定の結果、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うものである。【００１６】
本発明の別の態様は、階調補正方法であり、この階調補正方法は、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを頻度データに基づいて算出し、補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正方法において、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出し、各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定し、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うものである。【００１７】
本発明の別の態様は、階調補正プログラムであり、この階調補正プログラムは、メモリに格納されたプログラムであり、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを頻度データに基づいて算出し、補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正機能を実現するためのプログラムであって、コンピュータに、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する手順、各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定する手順、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行う手順を実行させるものである。【００１８】
以下に説明するように、本発明には他の態様が存在する。したがって、この発明の開示は、本発明の一部の態様の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を制限することは意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における階調補正装置の構成を示す図
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における補正値算出部の構成を示す図
【図３】図３は、本発明の第１実施形態における処理手順の一例を示す説明図
【図４】図４は、本発明の第２実施形態における補正値算出部の構成を示す図
【図５】図５は、本発明の第２実施形態における明補正テーブル及び暗補正テーブルの特性を示す図
【図６】図６は、本発明の第３実施形態における補正値算出部の構成を示す図
【図７】図７は、従来の階調補正装置の構成を示す図
【符号の説明】
【００２０】
１１  変化量算出部
１２  変化量記憶部
１３  変化量比較部
１４  ヒストグラムメモリ
１５  補正値算出部
１６  ルックアップテーブルメモリ
１７  制御部
２１  累積加算部
２２  補正値算出テーブル記憶部
２３  テーブル選択部
４１  明補正テーブル
４２  暗補正テーブル
４３  テーブル補正部
６１  フリッカ検出部
１０１  ヒストグラムメモリ
１０２  最大補正値算出回路
１０３  最大補正値テーブルメモリ
１０４  基準テーブルメモリ
１０５  ヒストグラム分散値算出回路
１０６  混合比算出回路
１０７  乗算器
１０８  乗算器
１０９  加算器
１１０  ルックアップテーブルメモリ
１１１  制御回路
１１２  ｙ／ｘ演算回路
１１３  １フィールド遅延回路
１１４  １フィールド遅延回路
１１５  乗算器
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の詳細な説明を述べる。ただし、以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。代わりに、発明の範囲は添付の請求の範囲により規定される。【００２２】
本発明の階調補正装置は、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する変化量算出部と、変化量を記憶する変化量記憶部と、変化量記憶部に記憶した各フレームの変化量を比較判定する変化量比較部と、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成して記憶するヒストグラムメモリと、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データをヒストグラムメモリの頻度データに基づいて算出する補正量算出部と、補正量算出部からの補正値データ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し、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力するルックアップテーブルメモリ部と、を備え、補正量算出部は、ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて補正値データを算出し、フレーム単位で記憶する補正値算出テーブル記憶部と、変化量比較部のフレーム間の変化量の判定結果により補正値算出テーブル記憶部に記憶されている補正値テーブルを選択するテーブル選択部と、を備え、フレーム間の変化量の判定の結果、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うものである。【００２３】
この階調補正装置では、階調補正を行うフレームの１フレーム前とそれ以前のフレームの変化量が比較される。変化量が所定値よりも大きい場合には、変化の生じる前のフレームのヒストグラムデータ（頻度データ）から算出した補正値テーブルが使用される。変化量が所定値よりも小さい場合には、１フレーム前のヒストグラムデータから算出した補正値テーブルを用いて階調補正が行われる。これにより、フレームメモリなしでも適切な階調補正を行うことができる。【００２４】
また、本発明の階調補正装置では、補正量算出部は、補正値算出テーブル記憶部の補正値テーブルを補正するための補正用テーブルと、変化量比較部からの変化量に応じて補正値テーブルを補正するテーブル補正部と、を備え、前記の判定の結果、変化量が所定値以下の時に、現在のフレームの変化量を予測して、補正値算出テーブル記憶部の補正値テーブルを、フレーム間の変化量の割合分、補正用テーブルを用いて補正してもよい。【００２５】
この階調補正装置では、変化量に応じて現在のフレームの状態が予測される。ヒストグラム（頻度データ）から算出した補正データ（補正値テーブル）は、予め用意している補正用テーブルに基づいて、その変化の割合分、補正処理される。この補正後の補正データ（補正後の補正値テーブル）を使用して階調補正が行われる。これにより、フレームメモリなしでもより適応性のある階調補正を行うことができる。【００２６】
また、本発明の階調補正装置では、補正量算出部は、フレーム単位でフリッカ成分を検出してフリッカ成分があるか否かの判定を行うフリッカ検出部を備え、フリッカを検出したフレームの補正値データを使用しなくてもよい。【００２７】
この階調補正装置では、フリッカ検出部が設けられており、フリッカ（フリッカ成分）が検出される。フリッカが検出されたフレームの補正テーブル（補正値データ）は参照されない。これにより、フレームメモリなしでもより良好な階調補正を行うことができる。【００２８】
本発明の階調補正方法は、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを頻度データに基づいて算出し、補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正方法において、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出し、各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定し、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行う。【００２９】
本発明の階調補正プログラムは、メモリに格納されたプログラムであり、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを頻度データに基づいて算出し、補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正機能を実現するためのプログラムであって、コンピュータに、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する手順、各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定する手順、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行う手順を実行させる。【００３０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号をつけることにより重複説明を省略する。
（第１実施形態）【００３１】
図１は、本発明の第１実施形態における階調補正装置の構成を示す図である。図１に示すように、この階調補正装置は、変化量算出部１１、変化量記憶部１２、変化量比較部１３、ヒストグラムメモリ１４、補正値算出部１５、ルックアップテーブルメモリ１６、制御部１７から構成されている。【００３２】
変化量算出部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。変化量算出部１１は、その入力輝度信号から、変化量として画面の平均値や動きベクトルを各フレーム単位で算出する。算出に必要なサンプリングパルスや水平、垂直の基準となる同期信号は、制御部１７から供給される。【００３３】
変化量記憶部１２は、変化量算出部１１で算出された平均値や動きベクトルなどの変化量を記憶する。この変化量記憶部１２は、例えば、レジスタで構成されており、指定されたアドレスのレジスタに各フレームごとの変化量のデータを記憶する。記憶するためのレジスタのアドレスや制御信号は、制御部１７から供給される。【００３４】
変化量比較部１３は、ＣＰＵやマイクロコンピュータなどで構成される。この変化量比較部１３は、変化量記憶部１２に記憶されている各フレームごとの画面の平均値や動きベクトルなどの変化量のデータを取得する。変化量比較部１３は、階調補正を行うフレームの映像の有効期間の前に存在する映像の無効期間（以後、ブランキング期間と呼ぶ）に、階調補正を行う１つ前のフレームとそれ以前のフレームとの比較処理を行って、所定値より大きいかどうかを判定する。この比較結果は、補正値算出部１５に出力されて、どのフレームの補正データ（補正値テーブル）を使用するのかを選択する際の判定信号として使用される。比較を行う際に必要な映像の有効期間かブランキング期間かの判定信号は、制御部１７から供給される。また、変化量を判定するために必要な所定値及び比較するフレームのフレーム数は、例えばレジスタに保持されている。これらの所定値及びフレーム数は、ユーザが任意に設定できる。更に、変化量比較部１３は、変化量の比較の際に１つ前のフレームとそれ以前のフレームの平均値や動きベクトルの差分情報及び変化の割合（変化量の割合）を算出し、保持することができる。【００３５】
ヒストグラムメモリ１４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。このヒストグラムメモリ１４は、その入力輝度信号の輝度分布を取得するためのメモリである。ヒストグラムメモリ１４は、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する。各記憶領域には、頻度（頻度データ）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１４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１４の記憶内容は、１垂直期間毎に、制御部１７によって全て０にクリアされる。つまり、ヒストグラムメモリ１４は、１垂直期間毎に、新たな輝度分布を取得する。【００３６】
補正値算出部１５は、図２に示すように累積加算部２１と、補正値算出テーブル記憶部２２と、テーブル選択部２３から構成される。この補正値算出部は、本発明の補正量算出部に相当する。【００３７】
累積加算部２１は、フレーム毎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して、最大累積度数が出力輝度信号（階調補正輝度信号）の最大値となるように各データを正規化する。この累積加算部２１は、論理回路で構成される。【００３８】
補正値算出テーブル記憶部２２は、ヒストグラムメモリ１１と同様、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（頻度データ）の記憶領域を、ユーザが指定可能なフレームの数分、持っている。この補正値算出テーブル記憶部２２には、累積加算部２１により算出したヒストグラムメモリの累積加算データを正規化した補正値データが、フレーム単位で書き込まれる。補正値算出テーブル記憶部２２へのデータの書き込み制御は、制御部１７の制御信号によって行われる。【００３９】
テーブル選択部２３には、変化量比較部１３から、フレーム間の変化量を比較した結果どのフレームの補正テーブル（補正値テーブル）を使用するのかを示したテーブル選択信号が、入力される。テーブル選択部２３は、このテーブル選択信号に応じて、使用するフレームの補正テーブル（補正値テーブル）を、補正値算出テーブル記憶部２３から選択して読み出す。【００４０】
ルックアップテーブルメモリ１６には、入力輝度信号が供給される。このルックアップテーブルメモリ１６は、入力輝度信号の輝度レベルに応じてアドレス指定される記憶領域を有している。ルックアップテーブルメモリ１６は、そのアドレス指定された記憶領域のデータ（レベルデータ）を読み出して、階調補正後の輝度信号（階調補正輝度信号）として出力する。また、ルックアップテーブルの各記憶領域には、補正値算出部１５の出力データが輝度レベルとして書き込まれる。この書き込みは、制御部１７によって制御される。【００４１】
制御部１７には、変化量算出部１１、変化量記憶部１２、変化量比較部１３、ヒストグラムメモリ１４、補正値算出部１５、ルックアップテーブルメモリ１６の各々の制御信号を生成するために必要な垂直同期信号及び水平同期信号が供給される。制御部１７では、その垂直同期信号及び水平同期信号から各制御信号が生成される。【００４２】
図３は、階調補正処理の処理手順を示した図である。ここでは、例として３フレーム目のデータの階調補正の手順を示す。【００４３】
まず、１フレーム目において、画面の平均値や動きベクトルなどの変化量が、変化量算出部１１で算出されて、変化量記憶部１２の１フレーム目用のレジスタに記憶される。変化量が算出されるのと同時に、ヒストグラムメモリ１４には輝度分布が記憶される。そのヒストグラムメモリ１４のヒストグラムデータ（頻度データ）が、補正値算出部１５の累積加算部２１で、低輝度から順次累積加算され、その最大累積度数が出力輝度信号（階調補正輝度信号）の最大値となるように各データが正規化され、補正値データ（補正値テーブル）として補正値算出部２２に記憶される。【００４４】
２フレーム目においても、１フレーム目と同様に、画面の変化量、ヒストグラム、補正値データ（補正値テーブル）が算出され、記憶される。【００４５】
３フレーム目の有効期間前のブランキング期間において、１フレーム前と２フレーム前の変化量が比較される。この変化量が任意に設定可能な所定値より大きい場合には、１フレーム前の補正データ（補正値テーブル）は使われずに、安定している２フレーム前の補正データ（補正値テーブル）が、補正値算出部１５のテーブル選択部２３で読み出され、階調補正データとしてルックアップテーブル１６に書き込まれる。逆に、変化量が所定値以下の場合は、変化の少ない１フレーム前の補正テーブル（補正値テーブル）が、補正値算出部１５のテーブル選択部２３から読み出され、階調補正データとしてルックアップテーブル１６に書き込まれる。【００４６】
３フレーム目の有効フレームにおいて、ルックアップテーブル１６から入力輝度信号の輝度レベルによってアドレス指定された記憶領域のデータ（レベルデータ）が読み出されて、階調補正後の輝度信号として出力される。【００４７】
なお、この動作例では、階調補正を行う対象のフレームの１フレーム前のデータ（変化量のデータ）と２フレーム前のデータ（変化量のデータ）を比較した例を示したが、比較するフレームは任意に設定することができる。
（第２実施形態）【００４８】
本発明の第２実施形態の階調補正装置の構成は、補正値算出部がテーブル補正部と補正テーブルを備えている点で、第１の実施形態の構成と相違する。以下、補正値算出部の構成を中心に説明するが、ここで特に言及しない限り、本実施の形態の階調補正装置の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。【００４９】
図４は、本発明の第２実施形態の階調補正装置の補正値算出部の構成を示す図である。【００５０】
図４に示すように、補正値算出部１５は、累積加算部２１と、補正値算出テーブル記憶部２２と、テーブル選択部２３と、明補正テーブル４１と、暗補正テーブル４２と、テーブル補正部４３を備えている。図４に示した累積加算部２１と、補正値算出テーブル記憶部２２と、テーブル選択部２３は、図２に示した第１実施形態と同様の構成である。これらの構成については、すでに第１実施形態で説明しているため、ここでは説明を省略する。【００５１】
テーブル補正部４３は、変化量比較部１３より算出された比較したフレーム間の平均値の差分情報をもとに、現在のフレームの輝度の情報を予測する。このテーブル補正部４３は、テーブル選択部２３で選択された補正テーブル（補正値テーブル）を、明補正テーブル４１もしくは暗補正テーブル４２を用いて補正する。【００５２】
図５に示すように、明補正テーブル４１は、高輝度部分に傾斜を持たせた補正テーブル（補正値テーブル）である。また、暗補正テーブル４２は、低輝度部分に傾斜を持たせた補正テーブル（補正値テーブル）である。暗補正テーブル４１や暗補正テーブル４２は、FPGA評価等で事前に求めた補正テーブルデータである。これらの明補正テーブル４１または暗補正テーブル４２が、本発明の補正用テーブルに相当する。【００５３】
テーブル補正部４３の具体的な補正手順を以下に示す。図３に示した第１実施形態の例と同様、補正するフレームが３フレーム目であり、画面の変化量を１フレーム目と２フレーム目で比較する場合を考える。この場合、まず変化量比較部１３で算出されたフレーム間の画面の平均値の差分情報に基づいて、テーブル補正部４３で明補正テーブル４１と暗補正テーブル４２のどちらを使うかが選択される。【００５４】
ここで、変化量比較部１３から入力される差分情報をｈとすると、差分情報ｈは、下記の式（１）で表される。【００５５】
【数１】
2007145168.tif 000003
【００５６】
ｈ＜０ならば、２フレーム前の平均値より１フレーム前の平均値が大きいことになるので、３フレーム目の平均値も大きくなる（＝明るくなる）と予測され、明補正テーブル４１が選択される。【００５７】
一方、ｈ≧０ならば、２フレーム前の平均値より１フレーム前の平均値が小さいことになるので、３フレーム目の平均値も小さくなる（＝暗くなる）と予測され、暗補正テーブル４２が選択される。【００５８】
次に、補正用テーブルが選択された後、変化量比較部１３で算出されたフレーム間の変化の割合（変化量の割合）に基づいて、選択された明補正テーブル４１もしくは暗補正テーブル４２のデータが補正される。ここでは、テーブル選択部２３の補正データ（補正値テーブル）に対して、前記選択された明補正テーブル４１もしくは暗補正テーブル４２のデータが、フレーム間の変化の割合分、補正される。ここで、変化量比較部１３から入力される変化の割合をｋとすると、変化の割合ｋは、下記の式（２）で表される。【００５９】
【数２】
2007145168.tif 000004
【００６０】
この変化の割合ｋを用いてテーブル選択部２３の補正データ（補正値テーブル）が補正される。その補正式は、下記の式（３）で表される。【００６１】
【数３】
2007145168.tif 000005
【００６２】
制御部１７からの制御信号に基づいて、テーブル選択部２３によって補正値算出テーブル記憶部２２から読み出された補正データ（補正値テーブル）に、１−ｋが乗算される。また、差分情報ｈを元に選択された明補正テーブル４１もしくは暗補正テーブル４２から読み出された補正データ（補正用テーブル）に、ｋが乗算される。各乗算結果の加算が行われ、その結果、階調補正データが得られる。このように補正された補正データが、ルックアップテーブルメモリ１６に書き込まれる。そして、入力輝度信号の輝度レベルに応じてアドレス指定された記憶領域のデータ（レベルデータ）が読み出され、階調補正後の輝度信号（階調補正輝度信号）として出力される。【００６３】
なお、明補正テーブル４１および暗補正テーブル４２については、予め補正データ（補正用テーブル）として固定データが記憶されていてもよいし、データを更新できるようにＣＰＵやマイコンで書き換え可能なデータが記憶されていてもよい。
（第３実施形態）【００６４】
本発明の第３実施形態の階調補正装置の構成は、補正値算出部がフリッカ検出部を備えている点で、第１の実施形態の構成と相違する。以下、補正値算出部の構成を中心に説明するが、ここで特に言及しない限り、本実施の形態の階調補正装置の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。【００６５】
図６は、本発明の第３実施形態の階調補正装置の補正値算出部１５の構成を示す図である。【００６６】
図６に示すように、補正値算出部１５は、累積加算部２１と、補正値算出テーブル２２と、テーブル選択部２３と、フリッカ検出部６１を備えている。図６に示した累積加算部２１と、補正値算出テーブル記憶部２２と、テーブル選択部２３は、図２に示した第１実施形態と同様の構成である。これらの構成については、すでに第１実施形態で説明しているため、ここでは説明を省略する。【００６７】
フリッカ検出部６１は、フレーム単位でフリッカ（フリッカ成分）を検出し、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたことを示すフリッカ検出フラグを、変化量比較部１５、補正値算出テーブル記憶部２２、テーブル選択部２３に出力する。【００６８】
変化量比較部１５は、そのフリッカ検出フラグを参照して、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームとは変化量の比較を行わない。【００６９】
補正値算出テーブル記憶部２２は、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームの補正データを使わない。補正値算出テーブル記憶部２２は、フリッカ検出フラグを参照して、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームの補正値データを削除する。【００７０】
テーブル選択部２３は、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームの補正値データを使わない。テーブル選択部２３は、フリッカ検出フラグを参照して、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームのテーブルデータを選択しない。【００７１】
なお、フリッカ検出部として、公知の技術が用いられてもよい。例えば、電源周波数５０Ｈｚで点滅する蛍光灯により照明が行われており、カメラの垂直走査周波数が６０Ｈｚである場合、映像信号では３フィールド周期でフリッカが起きることになる。このことを利用して、対象とするフレームの輝度平均値とその１フィールド前の輝度平均値との大きさの変化が大きく、かつ、３フィールド前の輝度平均値と同じ位の値であれば、そのフレームではフリッカが起きていると判定する方法が知られている。このような方法を用いて、フレーム単位でフリッカを検出することも可能である。【００７２】
上記のような階調補正装置の機能（階調補正機能）は、階調補正装置のメモリに格納されたプログラムによって実現することもできる。その場合、変化量算出部、変化量比較部、補正値算出部、テーブル選択部は、ＣＰＵなどのプロセッサで構成され、変化量記憶部、ヒストグラムメモリ、ルックアップテーブル、補正値算出テーブル記憶部は、ＨＤＤやメモリなどで構成される。【００７３】
以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明の階調補正装置は、フレームメモリなしでも最適な階調補正が可能になるので、コストの削減や回路規模の縮小化が重要である携帯カメラや監視カメラのカメラ信号処理部などに用いられ、有用である。
【図１】
2007145168.tif 000006
【図２】
2007145168.tif 000007
【図３】
2007145168.tif 000008
【図４】
2007145168.tif 000009
【図５】
2007145168.tif 000010
【図６】
2007145168.tif 000011
【図７】
2007145168.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月11日(2008.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する変化量算出部と、
前記変化量を記憶する変化量記憶部と、
前記変化量記憶部に記憶した各フレームの変化量を比較判定する変化量比較部と、
前記入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で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複数の輝度レベル毎の補正値データを前記ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて算出する補正量算出部と、
前記補正量算出部からの前記補正値データ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し、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読み出してそれを階調補正輝度信号として出力するルックアップテーブルメモリ部と、
を備え、
前記補正量算出部は、
前記ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて前記補正値データを算出し、フレーム単位で記憶する補正値算出テーブル記憶部と、
前記変化量比較部のフレーム間の変化量の判定結果により前記補正値算出テーブル記憶部に記憶されている補正値テーブルを選択するテーブル選択部と、
を備え、
フレーム間の変化量の判定の結果、前記変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、前記変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うことを特徴とする階調補正装置。
【請求項２】
前記補正量算出部は、
前記補正値算出テーブル記憶部の補正値テーブルを補正するための補正用テーブルと、
前記変化量比較部からの変化量に応じて前記補正値テーブルを補正するテーブル補正部と、
を備え、
前記判定の結果、前記変化量が所定値以下の時に、現在のフレームの変化量を予測して、前記補正値算出テーブル記憶部の補正値テーブルを、前記フレーム間の変化量の割合分、前記補正用テーブルを用いて補正する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】
前記補正量算出部は、
フレーム単位でフリッカ成分を検出してフリッカ成分があるか否かの判定を行うフリッカ検出部を備え、
フリッカを検出したフレームの補正値データを使用しない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】
入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、
前記入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを前記頻度データに基づいて算出し、
前記補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、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読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正方法において、
前記入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出し、
各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定し、
前記変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、前記変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うことを特徴とする階調補正方法。
【請求項５】
メモリに格納されたプログラムであり、
入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、
前記入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを前記頻度データに基づいて算出し、
前記補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、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読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正機能を実現するためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する手順、
各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定する手順、
前記変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、前記変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行う手順を実行させることを特徴とする階調補正プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒストグラムを用いて映像信号の輝度の階調を補正する階調補正装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒストグラム（映像信号の輝度の分布）を用いて映像信号の階調補正を行う方法が知られている。ヒストグラムを用いた階調補正の基本的な概念は、次のとおりである。入力された映像信号から各輝度信号レベルの発生頻度が算出され、ヒストグラムが作成される。このヒストグラムデータが低輝度から累積加算されて、累積ヒストグラムが作成される。この累積ヒストグラムが正規化されて、累積輝度分布が求められる。この累積輝度分布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された累積ヒストグラムが算出される。この累積ヒストグラム用いて映像信号の階調補正が行われる。
【０００３】
このような階調補正を行う装置として、図７に示すような階調補正装置が知られている。この階調補正装置は、ヒストグラムメモリ１０１と、最大補正値算出回路１０２と、最大補正値テーブルメモリ１０３と、基準テーブルメモリ１０４と、ヒストグラム分散値算出回路１０５と、混合比算出回路１０６と、乗算器１０７、１０８と、加算器１０９と、ルックアップテーブルメモリ１１０と、制御回路１１１と、１フィールド遅延回路１１３から構成されている。
【０００４】
ヒストグラムメモリ１０１は、入力輝度信号の輝度分布を取得するためのメモリであり、入力された輝度信号の輝度レベル毎の頻度を格納する。
【０００５】
最大補正値算出回路１０２は、ヒストグラム累積加算回路と、累積ヒストグラムメモリと、正規化演算回路から構成される。この最大補正値算出回路１０２は、ヒストグラムメモリ１０１のデータを低輝度から順次累積加算し、その累積加算の結果を累積ヒストグラムメモリに記憶し、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。
【０００６】
最大補正値テーブルメモリ１０３は、最大補正値算出回路から供給される正規化された補正データを記憶する。最大補正値テーブルメモリ１０３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る。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制御回路１１１によって読み出され、乗算器１０７に出力される。
【０００７】
基準テーブルメモリ１０４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する。基準輝度レベルは、制御回路１１１によって読み出され、乗算器１０８に出力される。
【０００８】
ヒストグラム分散値算出回路１０５は、ヒストグラムメモリ１０１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１０１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。
【０００９】
混合比算出回路１０６は、ヒストグラム分散値算出回路１０５の出力に接続され、分散値に対応した混合比ｋ（ｋ＜１）を算出し、その混合比ｋを乗算器１０７、１０８に供給する。
【００１０】
乗算器１０７は、最大補正値テーブルメモリ１０３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１０８は、基準テーブルメモリ１０４から読み出された輝度レベルに混合比１−ｋを乗算する。
【００１１】
乗算器１０７、１０８の各出力は、加算器１０９で加算され、ルックアップテーブルメモリ１１０に供給され、制御回路２１で最大値補正テーブルメモリ１０３及び基準テーブルメモリ１０４の各アドレス指定に同期され、ルックアップテーブルメモリ１１０に書き込まれる。
【００１２】
ルックアップテーブルメモリ１１０には、入力輝度信号が１フィールド遅延回路１１３によって遅延されて供給される。ルックアップテーブルメモリ１１０は、この１フィールド遅延回路１１３による１フィールド遅延後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この信号を階調補正後の輝度信号として出力する。このような階調補正装置は、例えば、特開２０００−３２２０４７号公報に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３２２０４７号公報
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では、ヒストグラムデータを算出して補正テーブルを作成するため１フィールドの処理時間を要する。そのため補正する元の入力輝度信号も１フィールド遅らせる必要があり、例えば１フィールド遅延回路などのフレームメモリが必要であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記背景の下でなされたものである。本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、フレームメモリなしでも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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一の態様は、階調補正装置であり、この階調補正装置は、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する変化量算出部と、変化量を記憶する変化量記憶部と、変化量記憶部に記憶した各フレームの変化量を比較判定する変化量比較部と、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成して記憶するヒストグラムメモリと、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データをヒストグラムメモリの頻度データに基づいて算出する補正量算出部と、補正量算出部からの補正値データ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し、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力するルックアップテーブルメモリ部と、を備え、補正量算出部は、ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて補正値データを算出し、フレーム単位で記憶する補正値算出テーブル記憶部と、変化量比較部のフレーム間の変化量の判定結果により補正値算出テーブル記憶部に記憶されている補正値テーブルを選択するテーブル選択部と、を備え、フレーム間の変化量の判定の結果、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うものである。
【００１６】
本発明の別の態様は、階調補正方法であり、この階調補正方法は、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを頻度データに基づいて算出し、補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正方法において、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出し、各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定し、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うものである。
【００１７】
本発明の別の態様は、階調補正プログラムであり、この階調補正プログラムは、メモリに格納されたプログラムであり、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを頻度データに基づいて算出し、補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正機能を実現するためのプログラムであって、コンピュータに、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する手順、各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定する手順、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行う手順を実行させるものである。
【００１８】
以下に説明するように、本発明には他の態様が存在する。したがって、この発明の開示は、本発明の一部の態様の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を制限することは意図していない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の詳細な説明を述べる。ただし、以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。代わりに、発明の範囲は添付の請求の範囲により規定される。
【００２０】
本発明の階調補正装置は、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する変化量算出部と、変化量を記憶する変化量記憶部と、変化量記憶部に記憶した各フレームの変化量を比較判定する変化量比較部と、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成して記憶するヒストグラムメモリと、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データをヒストグラムメモリの頻度データに基づいて算出する補正量算出部と、補正量算出部からの補正値データ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し、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力するルックアップテーブルメモリ部と、を備え、補正量算出部は、ヒストグラムメモリの頻度データに基づいて補正値データを算出し、フレーム単位で記憶する補正値算出テーブル記憶部と、変化量比較部のフレーム間の変化量の判定結果により補正値算出テーブル記憶部に記憶されている補正値テーブルを選択するテーブル選択部と、を備え、フレーム間の変化量の判定の結果、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行うものである。
【００２１】
この階調補正装置では、階調補正を行うフレームの１フレーム前とそれ以前のフレームの変化量が比較される。変化量が所定値よりも大きい場合には、変化の生じる前のフレームのヒストグラムデータ（頻度データ）から算出した補正値テーブルが使用される。変化量が所定値よりも小さい場合には、１フレーム前のヒストグラムデータから算出した補正値テーブルを用いて階調補正が行われる。これにより、フレームメモリなしでも適切な階調補正を行うことができる。
【００２２】
また、本発明の階調補正装置では、補正量算出部は、補正値算出テーブル記憶部の補正値テーブルを補正するための補正用テーブルと、変化量比較部からの変化量に応じて補正値テーブルを補正するテーブル補正部と、を備え、前記の判定の結果、変化量が所定値以下の時に、現在のフレームの変化量を予測して、補正値算出テーブル記憶部の補正値テーブルを、フレーム間の変化量の割合分、補正用テーブルを用いて補正してもよい。
【００２３】
この階調補正装置では、変化量に応じて現在のフレームの状態が予測される。ヒストグラム（頻度データ）から算出した補正データ（補正値テーブル）は、予め用意している補正用テーブルに基づいて、その変化の割合分、補正処理される。この補正後の補正データ（補正後の補正値テーブル）を使用して階調補正が行われる。これにより、フレームメモリなしでもより適応性のある階調補正を行うことができる。
【００２４】
また、本発明の階調補正装置では、補正量算出部は、フレーム単位でフリッカ成分を検出してフリッカ成分があるか否かの判定を行うフリッカ検出部を備え、フリッカを検出したフレームの補正値データを使用しなくてもよい。
【００２５】
この階調補正装置では、フリッカ検出部が設けられており、フリッカ（フリッカ成分）が検出される。フリッカが検出されたフレームの補正テーブル（補正値データ）は参照されない。これにより、フレームメモリなしでもより良好な階調補正を行うことができる。
【００２６】
本発明の階調補正方法は、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを頻度データに基づいて算出し、補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正方法において、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出し、各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定し、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行う。
【００２７】
本発明の階調補正プログラムは、メモリに格納されたプログラムであり、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データをフレーム単位で作成し、入力輝度信号の複数の輝度レベル毎の補正値データを頻度データに基づいて算出し、補正値データが複数の輝度レベル各々に対応するように記憶されたテーブルデータから、入力輝度信号の輝度レベルに対応するレベルデータを読み出してそれを階調補正輝度信号として出力する階調補正機能を実現するためのプログラムであって、コンピュータに、入力輝度信号の所定フレームの変化量を算出する手順、各フレームの変化量を比較して、フレーム間の変化量を判定する手順、変化量が所定値より大きい場合は変化が生じる前のフレームの補正値テーブルを選択し、変化量が所定値以下の場合は１フレーム前の補正値テーブルを選択して階調補正を行う手順を実行させる。
【００２８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号をつけることにより重複説明を省略する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における階調補正装置の構成を示す図である。図１に示すように、この階調補正装置は、変化量算出部１１、変化量記憶部１２、変化量比較部１３、ヒストグラムメモリ１４、補正値算出部１５、ルックアップテーブルメモリ１６、制御部１７から構成されている。
【００３０】
変化量算出部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。変化量算出部１１は、その入力輝度信号から、変化量として画面の平均値や動きベクトルを各フレーム単位で算出する。算出に必要なサンプリングパルスや水平、垂直の基準となる同期信号は、制御部１７から供給される。
【００３１】
変化量記憶部１２は、変化量算出部１１で算出された平均値や動きベクトルなどの変化量を記憶する。この変化量記憶部１２は、例えば、レジスタで構成されており、指定されたアドレスのレジスタに各フレームごとの変化量のデータを記憶する。記憶するためのレジスタのアドレスや制御信号は、制御部１７から供給される。
【００３２】
変化量比較部１３は、ＣＰＵやマイクロコンピュータなどで構成される。この変化量比較部１３は、変化量記憶部１２に記憶されている各フレームごとの画面の平均値や動きベクトルなどの変化量のデータを取得する。変化量比較部１３は、階調補正を行うフレームの映像の有効期間の前に存在する映像の無効期間（以後、ブランキング期間と呼ぶ）に、階調補正を行う１つ前のフレームとそれ以前のフレームとの比較処理を行って、所定値より大きいかどうかを判定する。この比較結果は、補正値算出部１５に出力されて、どのフレームの補正データ（補正値テーブル）を使用するのかを選択する際の判定信号として使用される。比較を行う際に必要な映像の有効期間かブランキング期間かの判定信号は、制御部１７から供給される。また、変化量を判定するために必要な所定値及び比較するフレームのフレーム数は、例えばレジスタに保持されている。これらの所定値及びフレーム数は、ユーザが任意に設定できる。更に、変化量比較部１３は、変化量の比較の際に１つ前のフレームとそれ以前のフレームの平均値や動きベクトルの差分情報及び変化の割合（変化量の割合）を算出し、保持することができる。
【００３３】
ヒストグラムメモリ１４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。このヒストグラムメモリ１４は、その入力輝度信号の輝度分布を取得するためのメモリである。ヒストグラムメモリ１４は、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する。各記憶領域には、頻度（頻度データ）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１４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１４の記憶内容は、１垂直期間毎に、制御部１７によって全て０にクリアされる。つまり、ヒストグラムメモリ１４は、１垂直期間毎に、新たな輝度分布を取得する。
【００３４】
補正値算出部１５は、図２に示すように累積加算部２１と、補正値算出テーブル記憶部２２と、テーブル選択部２３から構成される。この補正値算出部は、本発明の補正量算出部に相当する。
【００３５】
累積加算部２１は、フレーム毎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して、最大累積度数が出力輝度信号（階調補正輝度信号）の最大値となるように各データを正規化する。この累積加算部２１は、論理回路で構成される。
【００３６】
補正値算出テーブル記憶部２２は、ヒストグラムメモリ１１と同様、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（頻度データ）の記憶領域を、ユーザが指定可能なフレームの数分、持っている。この補正値算出テーブル記憶部２２には、累積加算部２１により算出したヒストグラムメモリの累積加算データを正規化した補正値データが、フレーム単位で書き込まれる。補正値算出テーブル記憶部２２へのデータの書き込み制御は、制御部１７の制御信号によって行われる。
【００３７】
テーブル選択部２３には、変化量比較部１３から、フレーム間の変化量を比較した結果どのフレームの補正テーブル（補正値テーブル）を使用するのかを示したテーブル選択信号が、入力される。テーブル選択部２３は、このテーブル選択信号に応じて、使用するフレームの補正テーブル（補正値テーブル）を、補正値算出テーブル記憶部２３から選択して読み出す。
【００３８】
ルックアップテーブルメモリ１６には、入力輝度信号が供給される。このルックアップテーブルメモリ１６は、入力輝度信号の輝度レベルに応じてアドレス指定される記憶領域を有している。ルックアップテーブルメモリ１６は、そのアドレス指定された記憶領域のデータ（レベルデータ）を読み出して、階調補正後の輝度信号（階調補正輝度信号）として出力する。また、ルックアップテーブルの各記憶領域には、補正値算出部１５の出力データが輝度レベルとして書き込まれる。この書き込みは、制御部１７によって制御される。
【００３９】
制御部１７には、変化量算出部１１、変化量記憶部１２、変化量比較部１３、ヒストグラムメモリ１４、補正値算出部１５、ルックアップテーブルメモリ１６の各々の制御信号を生成するために必要な垂直同期信号及び水平同期信号が供給される。制御部１７では、その垂直同期信号及び水平同期信号から各制御信号が生成される。
【００４０】
図３は、階調補正処理の処理手順を示した図である。ここでは、例として３フレーム目のデータの階調補正の手順を示す。
【００４１】
まず、１フレーム目において、画面の平均値や動きベクトルなどの変化量が、変化量算出部１１で算出されて、変化量記憶部１２の１フレーム目用のレジスタに記憶される。変化量が算出されるのと同時に、ヒストグラムメモリ１４には輝度分布が記憶される。そのヒストグラムメモリ１４のヒストグラムデータ（頻度データ）が、補正値算出部１５の累積加算部２１で、低輝度から順次累積加算され、その最大累積度数が出力輝度信号（階調補正輝度信号）の最大値となるように各データが正規化され、補正値データ（補正値テーブル）として補正値算出部２２に記憶される。
【００４２】
２フレーム目においても、１フレーム目と同様に、画面の変化量、ヒストグラム、補正値データ（補正値テーブル）が算出され、記憶される。
【００４３】
３フレーム目の有効期間前のブランキング期間において、１フレーム前と２フレーム前の変化量が比較される。この変化量が任意に設定可能な所定値より大きい場合には、１フレーム前の補正データ（補正値テーブル）は使われずに、安定している２フレーム前の補正データ（補正値テーブル）が、補正値算出部１５のテーブル選択部２３で読み出され、階調補正データとしてルックアップテーブル１６に書き込まれる。逆に、変化量が所定値以下の場合は、変化の少ない１フレーム前の補正テーブル（補正値テーブル）が、補正値算出部１５のテーブル選択部２３から読み出され、階調補正データとしてルックアップテーブル１６に書き込まれる。
【００４４】
３フレーム目の有効フレームにおいて、ルックアップテーブル１６から入力輝度信号の輝度レベルによってアドレス指定された記憶領域のデータ（レベルデータ）が読み出されて、階調補正後の輝度信号として出力される。
【００４５】
なお、この動作例では、階調補正を行う対象のフレームの１フレーム前のデータ（変化量のデータ）と２フレーム前のデータ（変化量のデータ）を比較した例を示したが、比較するフレームは任意に設定することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の階調補正装置の構成は、補正値算出部がテーブル補正部と補正テーブルを備えている点で、第１の実施形態の構成と相違する。以下、補正値算出部の構成を中心に説明するが、ここで特に言及しない限り、本実施の形態の階調補正装置の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。
【００４７】
図４は、本発明の第２実施形態の階調補正装置の補正値算出部の構成を示す図である。
【００４８】
図４に示すように、補正値算出部１５は、累積加算部２１と、補正値算出テーブル記憶部２２と、テーブル選択部２３と、明補正テーブル４１と、暗補正テーブル４２と、テーブル補正部４３を備えている。図４に示した累積加算部２１と、補正値算出テーブル記憶部２２と、テーブル選択部２３は、図２に示した第１実施形態と同様の構成である。これらの構成については、すでに第１実施形態で説明しているため、ここでは説明を省略する。
【００４９】
テーブル補正部４３は、変化量比較部１３より算出された比較したフレーム間の平均値の差分情報をもとに、現在のフレームの輝度の情報を予測する。このテーブル補正部４３は、テーブル選択部２３で選択された補正テーブル（補正値テーブル）を、明補正テーブル４１もしくは暗補正テーブル４２を用いて補正する。
【００５０】
図５に示すように、明補正テーブル４１は、高輝度部分に傾斜を持たせた補正テーブル（補正値テーブル）である。また、暗補正テーブル４２は、低輝度部分に傾斜を持たせた補正テーブル（補正値テーブル）である。暗補正テーブル４１や暗補正テーブル４２は、FPGA評価等で事前に求めた補正テーブルデータである。これらの明補正テーブル４１または暗補正テーブル４２が、本発明の補正用テーブルに相当する。
【００５１】
テーブル補正部４３の具体的な補正手順を以下に示す。図３に示した第１実施形態の例と同様、補正するフレームが３フレーム目であり、画面の変化量を１フレーム目と２フレーム目で比較する場合を考える。この場合、まず変化量比較部１３で算出されたフレーム間の画面の平均値の差分情報に基づいて、テーブル補正部４３で明補正テーブル４１と暗補正テーブル４２のどちらを使うかが選択される。
【００５２】
ここで、変化量比較部１３から入力される差分情報をｈとすると、差分情報ｈは、下記の式（１）で表される。
【００５３】
【数１】
2007145168.tif 000013
【００５４】
ｈ＜０ならば、２フレーム前の平均値より１フレーム前の平均値が大きいことになるので、３フレーム目の平均値も大きくなる（＝明るくなる）と予測され、明補正テーブル４１が選択される。
【００５５】
一方、ｈ≧０ならば、２フレーム前の平均値より１フレーム前の平均値が小さいことになるので、３フレーム目の平均値も小さくなる（＝暗くなる）と予測され、暗補正テーブル４２が選択される。
【００５６】
次に、補正用テーブルが選択された後、変化量比較部１３で算出されたフレーム間の変化の割合（変化量の割合）に基づいて、選択された明補正テーブル４１もしくは暗補正テーブル４２のデータが補正される。ここでは、テーブル選択部２３の補正データ（補正値テーブル）に対して、前記選択された明補正テーブル４１もしくは暗補正テーブル４２のデータが、フレーム間の変化の割合分、補正される。ここで、変化量比較部１３から入力される変化の割合をｋとすると、変化の割合ｋは、下記の式（２）で表される。
【００５７】
【数２】
2007145168.tif 000014
【００５８】
この変化の割合ｋを用いてテーブル選択部２３の補正データ（補正値テーブル）が補正される。その補正式は、下記の式（３）で表される。
【００５９】
【数３】
2007145168.tif 000015
【００６０】
制御部１７からの制御信号に基づいて、テーブル選択部２３によって補正値算出テーブル記憶部２２から読み出された補正データ（補正値テーブル）に、１−ｋが乗算される。また、差分情報ｈを元に選択された明補正テーブル４１もしくは暗補正テーブル４２から読み出された補正データ（補正用テーブル）に、ｋが乗算される。各乗算結果の加算が行われ、その結果、階調補正データが得られる。このように補正された補正データが、ルックアップテーブルメモリ１６に書き込まれる。そして、入力輝度信号の輝度レベルに応じてアドレス指定された記憶領域のデータ（レベルデータ）が読み出され、階調補正後の輝度信号（階調補正輝度信号）として出力される。
【００６１】
なお、明補正テーブル４１および暗補正テーブル４２については、予め補正データ（補正用テーブル）として固定データが記憶されていてもよいし、データを更新できるようにＣＰＵやマイコンで書き換え可能なデータが記憶されていてもよい。
【００６２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の階調補正装置の構成は、補正値算出部がフリッカ検出部を備えている点で、第１の実施形態の構成と相違する。以下、補正値算出部の構成を中心に説明するが、ここで特に言及しない限り、本実施の形態の階調補正装置の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。
【００６３】
図６は、本発明の第３実施形態の階調補正装置の補正値算出部１５の構成を示す図である。
【００６４】
図６に示すように、補正値算出部１５は、累積加算部２１と、補正値算出テーブル２２と、テーブル選択部２３と、フリッカ検出部６１を備えている。図６に示した累積加算部２１と、補正値算出テーブル記憶部２２と、テーブル選択部２３は、図２に示した第１実施形態と同様の構成である。これらの構成については、すでに第１実施形態で説明しているため、ここでは説明を省略する。
【００６５】
フリッカ検出部６１は、フレーム単位でフリッカ（フリッカ成分）を検出し、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたことを示すフリッカ検出フラグを、変化量比較部１５、補正値算出テーブル記憶部２２、テーブル選択部２３に出力する。
【００６６】
変化量比較部１５は、そのフリッカ検出フラグを参照して、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームとは変化量の比較を行わない。
【００６７】
補正値算出テーブル記憶部２２は、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームの補正データを使わない。補正値算出テーブル記憶部２２は、フリッカ検出フラグを参照して、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームの補正値データを削除する。
【００６８】
テーブル選択部２３は、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームの補正値データを使わない。テーブル選択部２３は、フリッカ検出フラグを参照して、フリッカ（フリッカ成分）が検出されたフレームのテーブルデータを選択しない。
【００６９】
なお、フリッカ検出部として、公知の技術が用いられてもよい。例えば、電源周波数５０Ｈｚで点滅する蛍光灯により照明が行われており、カメラの垂直走査周波数が６０Ｈｚである場合、映像信号では３フィールド周期でフリッカが起きることになる。このことを利用して、対象とするフレームの輝度平均値とその１フィールド前の輝度平均値との大きさの変化が大きく、かつ、３フィールド前の輝度平均値と同じ位の値であれば、そのフレームではフリッカが起きていると判定する方法が知られている。このような方法を用いて、フレーム単位でフリッカを検出することも可能である。
【００７０】
上記のような階調補正装置の機能（階調補正機能）は、階調補正装置のメモリに格納されたプログラムによって実現することもできる。その場合、変化量算出部、変化量比較部、補正値算出部、テーブル選択部は、ＣＰＵなどのプロセッサで構成され、変化量記憶部、ヒストグラムメモリ、ルックアップテーブル、補正値算出テーブル記憶部は、ＨＤＤやメモリなどで構成される。
【００７１】
以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明の階調補正装置は、フレームメモリなしでも最適な階調補正が可能になるので、コストの削減や回路規模の縮小化が重要である携帯カメラや監視カメラのカメラ信号処理部などに用いられ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における階調補正装置の構成を示す図
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における補正値算出部の構成を示す図
【図３】図３は、本発明の第１実施形態における処理手順の一例を示す説明図
【図４】図４は、本発明の第２実施形態における補正値算出部の構成を示す図
【図５】図５は、本発明の第２実施形態における明補正テーブル及び暗補正テーブルの特性を示す図
【図６】図６は、本発明の第３実施形態における補正値算出部の構成を示す図
【図７】図７は、従来の階調補正装置の構成を示す図
【符号の説明】
【００７４】
１１  変化量算出部
１２  変化量記憶部
１３  変化量比較部
１４  ヒストグラムメモリ
１５  補正値算出部
１６  ルックアップテーブルメモリ
１７  制御部
２１  累積加算部
２２  補正値算出テーブル記憶部
２３  テーブル選択部
４１  明補正テーブル
４２  暗補正テーブル
４３  テーブル補正部
６１  フリッカ検出部
１０１  ヒストグラムメモリ
１０２  最大補正値算出回路
１０３  最大補正値テーブルメモリ
１０４  基準テーブルメモリ
１０５  ヒストグラム分散値算出回路
１０６  混合比算出回路
１０７  乗算器
１０８  乗算器
１０９  加算器
１１０  ルックアップテーブルメモリ
１１１  制御回路
１１２  ｙ／ｘ演算回路
１１３  １フィールド遅延回路
１１４  １フィールド遅延回路
１１５  乗算器
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007145168.tif 000016
【図２】
2007145168.tif 000017
【図３】
2007145168.tif 000018
【図４】
2007145168.tif 000019
【図５】
2007145168.tif 000020
【図６】
2007145168.tif 000021
【図７】
2007145168.tif 000022
【国際調査報告】
2007145168.tif 000023
2007145168.tif 000024
2007145168.tif 000025
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