JP2004342030A - 階調補正装置および階調補正方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じる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および階調補正方法を提供することである。
【解決手段】入力された複数の赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩから輝度信号Ｙ１が輝度情報算出回路５により生成され、その輝度信号Ｙ１に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正量ΔＹが輝度分布抽出回路１０、切替回路１１および階調補正変換テーブル作成回路１２により生成される。生成された補正量ΔＹに基づいて輝度情報算出回路５により生成された輝度信号Ｙ１に対応する変換比率ＹＲが変換比率算出回路７により算出され、その変換比率ＹＲが入力された複数の赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩに乗算回路２１，２２，２３によりそれぞれ乗算される。
【選択図】 図１
【解決手段】入力された複数の赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩから輝度信号Ｙ１が輝度情報算出回路５により生成され、その輝度信号Ｙ１に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正量ΔＹが輝度分布抽出回路１０、切替回路１１および階調補正変換テーブル作成回路１２により生成される。生成された補正量ΔＹに基づいて輝度情報算出回路５により生成された輝度信号Ｙ１に対応する変換比率ＹＲが変換比率算出回路７により算出され、その変換比率ＹＲが入力された複数の赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩに乗算回路２１，２２，２３によりそれぞれ乗算される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号の階調を補正する階調補正装置および階調補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）、液晶表示装置（以下、ＬＣＤと呼ぶ）等のようにデジタル方式で階調表示を行う表示装置においては、限られた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に、映像信号の輝度分布の平滑化処理が行われている（例えば、特許文献１〜４参照）。このような輝度分布の平滑化処理では、画像をより鮮明に見せるためにコントラストが改善されたり、全体的に暗い画像がより明るく改善されたりしている。
【０００３】
図１３（ａ）は平滑化処理前の１フレームにおける輝度の度数分布の一例を示す図であり、図１３（ｂ）は従来の階調補正装置による平滑化処理後の１フレームにおける輝度の度数分布を示す図である。図１３（ａ），（ｂ）の横軸は輝度レベルを示し、縦軸は出現度数（以下、度数と略記する）を示す。
【０００４】
図１３（ａ）の例では、中間の輝度レベルで度数が高くなっている。平滑化処理によれば、図１３（ｂ）に示すように度数分布が輝度レベルの全範囲にわたって平滑化される。それにより、高コントラスト化が実現される。
【０００５】
一般に、輝度分布の平滑化処理は輝度信号に対して行われる。そのため、従来の階調補正装置では、赤色原色信号（Ｒ信号）、緑色原色信号（Ｇ信号）および青色原色信号（Ｂ信号）が色座標変換により輝度信号および２つの色差信号に変換され、輝度信号に輝度分布の平滑化処理が行われる。その後、処理された輝度信号および２つの色差信号が色座標逆変換により赤色原色信号、緑色原色信号および青色原色信号に変換される（例えば、特許文献５および６参照）。
【０００６】
【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
【特許文献５】
特開平０９−２４７４８３号公報
【特許文献６】
特開２００３−００９１７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の階調補正装置では、３つの原色信号が色座標変換により輝度信号および２つの色差信号に変換される際に演算誤差が発生し、平滑化処理された輝度信号および２つの色差信号が色座標逆変換により３つの原色信号に変換される際にも演算誤差が発生する。それにより、平滑化処理により得られた３つの原色信号が劣化し、表示される映像の劣化が発生する。
【０００８】
また、色座標変換においては９回の乗算が必要であり、色座標逆変換においても９回の乗算が必要である。そのため、色座標変換を行う色座標変換回路および色座標逆変換を行う色座標逆変換回路をハードウエアにより実現する場合、合計１８個の乗算回路が必要となる。そのため、階調補正装置の回路規模が増大する。
【０００９】
本発明の目的は、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じる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および階調補正方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る階調補正装置は、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、輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報を生成する補正情報生成手段と、補正情報生成手段により生成された補正情報に基づいて輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報に対応する補正比率を算出する補正比率算出手段と、補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された複数の原色信号にそれぞれ乗算する乗算手段とを備えたものである。
【００１１】
本発明に係る階調補正装置においては、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が輝度相関情報生成手段により生成され、その輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報が補正情報生成手段により生成される。そして、補正情報生成手段により生成された補正情報に基づいて輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報に対応する補正比率が補正比率算出手段により算出され、その補正比率が入力された複数の原色信号に乗算手段によりそれぞれ乗算される。
【００１２】
このように、複数の原色信号に共通の補正情報に基づく輝度分布の平滑化処理が行われるので、回路規模の低減化が可能となる。また、入力された複数の原色信号の各々に輝度分布の平滑化処理が行われるので、演算誤差が小さく、映像の劣化が防止される。したがって、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じることなく原色信号を高コントラスト化することができる。
【００１３】
さらに、複数の原色信号に共通の補正比率が乗算されるので、入力された複数の原色信号と得られた複数の原色信号とで色バランスの変化が生じにくい。
【００１４】
補正比率算出手段は、補正情報生成手段により生成された補正情報および輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報の合計と輝度相関情報との比率を補正比率として算出してもよい。この場合、簡単な回路構成により補正比率を容易に算出することができる。
【００１５】
輝度相関情報生成手段は、輝度相関情報として輝度信号を生成してもよい。
この場合、輝度信号は、複数の原色信号の輝度の平均的な要素を含むので、複数の原色信号の平均的な輝度分布を平滑化することが可能となる。それにより、映像の画質を低下させることなく高コントラスト化を図ることができる。
【００１６】
複数の原色信号は、赤色原色信号、緑色原色信号および青色原色信号を含み、乗算手段は、補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された赤色原色信号に乗算する第１の乗算回路と、補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された緑色原色信号に乗算する第２の乗算回路と、補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された青色原色信号に乗算する第３の乗算回路とを含んでもよい。
【００１７】
乗算手段においては、補正比率算出手段により算出された補正比率が第１の乗算回路により入力された赤色原色信号に乗算され、補正比率算出手段により算出された補正比率が第２の乗算回路により入力された緑色原色信号に乗算され、補正比率算出手段により算出された補正比率が第３の乗算回路により入力された青色原色信号に乗算される。
【００１８】
この場合、色座標変換および色座標逆変換を行うことなく、赤色原色信号、緑色原色信号および青色原色信号を用いて映像をそのまま表示することができる。それにより、回路規模の低減が可能になるとともに映像の劣化が防止される。
【００１９】
補正情報生成手段は、フレームごとに輝度相関情報生成手段により生成された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、度数分布検出手段により検出された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含み、補正比率算出手段は、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生成手段により生成された輝度相関情報に対応する補正比率を算出してもよい。
【００２０】
この場合、フレームごとに輝度相関情報の各値の出現度数の分布が検出され、その分布に基づいて所定範囲内で各値における補正量が補正情報記憶手段に補正情報として記憶される。そして、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比率が算出される。
【００２１】
第２の発明に係る階調補正方法は、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ステップと、生成された輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報を生成するステップと、生成された補正情報に基づいて生成された輝度相関情報に対応する補正比率を算出するステップと、算出された補正比率を入力された複数の原色信号にそれぞれ乗算するステップとを備えたものである。
【００２２】
第２の発明に係る階調補正方法においては、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が生成され、その輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報が生成される。そして、生成された補正情報に基づいて生成された輝度相関情報に対応する補正比率が算出され、その補正比率が入力された複数の原色信号にそれぞれ乗算される。
【００２３】
このように、複数の原色信号に共通の補正情報に基づく輝度分布の平滑化処理が行われるので、回路規模の低減化が可能となる。また、入力された複数の原色信号の各々に輝度分布の平滑化処理が行われるので、演算誤差が小さく、映像の劣化が防止される。したがって、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じることなく原色信号を高コントラスト化することができる。
【００２４】
さらに、複数の原色信号に共通の補正比率が乗算されるので、入力された複数の原色信号と得られた複数の原色信号とで色バランスの変化が生じにくい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る階調補正装置について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る階調補正装置の構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１の階調補正装置１００は、階調情報算出回路５、変換比率算出回路７、輝度分布抽出回路１０、切替回路１１、階調補正変換テーブル作成回路１２および乗算回路２１，２２，２３を含む。
【００２８】
図１の階調補正装置１００の階調情報算出回路５には、赤色原色信号（Ｒ信号）ＲＩ、緑色原色信号（Ｇ信号）ＧＩおよび青色原色信号（Ｂ信号）ＢＩが入力される。また、乗算回路２１には赤色原色信号ＲＩが入力され、乗算回路２２には緑色原色信号ＧＩが入力され、乗算回路２３には青色原色信号ＢＩが入力される。
【００２９】
ここで、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩは、それぞれデジタルの原色信号である。赤色原色信号ＲＩの値、緑色原色信号ＧＩの値および青色原色信号ＢＩの値は、それぞれ赤色の輝度レベル（階調）、緑色の輝度レベル（階調）および青色の輝度レベル（階調）を表す。
【００３０】
階調情報算出回路５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および青色原色信号ＢＩから輝度信号Ｙ１を算出する。階調情報算出回路５は、算出した輝度信号Ｙ１を変換比率算出回路７、輝度分布抽出回路１０および切替回路１１に与える。
【００３１】
輝度分布抽出回路１０は、その輝度信号Ｙ１から後述する輝度分布抽出処理を行い、正規化累積度数分布ＳＳを作成して切替回路１１に与える。
【００３２】
切替回路１１は、垂直有効走査期間に輝度信号Ｙ１を階調補正変換テーブル作成回路１２に与え、垂直帰線期間に正規化累積度数分布ＳＳを階調補正変換テーブル作成回路１２に与える。ここで、垂直有効走査期間とは、１垂直走査期間のうち映像を表示する期間をいい、垂直帰線期間とは、１垂直帰線期間のうち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。
【００３３】
階調補正変換テーブル作成回路１２は、垂直帰線期間において正規化累積度数分布ＳＳ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記憶する。また、階調補正変換テーブル作成回路１２は、垂直有効走査期間において輝度信号Ｙ１から階調補正変換テーブルを用いて補正量ΔＹを生成し、その補正量ΔＹを変換比率算出回路７に与える。
【００３４】
変換比率算出回路７は、１個の乗算回路を含み、補正量ΔＹおよび与えられた輝度信号Ｙ１を用いて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変換比率ＹＲを算出する。この変換比率ＹＲの算出方法については後述する。変換比率算出回路７は、乗算回路２１，２２，２３に算出した変換比率ＹＲを与える。
【００３５】
乗算回路２１は、赤色原色信号ＲＩと変換比率ＹＲとを乗算し、その乗算結果を赤色原色信号Ｒ０として出力する。乗算回路２２は、緑色原色信号ＧＩと変換比率ＹＲとを乗算し、その乗算結果を緑色原色信号Ｇ０として出力する。乗算回路２３は、青色原色信号ＢＩと変換比率ＹＲとを乗算し、その乗算結果を青色原色信号Ｂ０として出力する。
【００３６】
次に、輝度分布抽出回路１０の構成および動作について説明する。図２は、図１の輝度分布抽出回路１０の構成を示すブロック図である。
【００３７】
図２に示す輝度分布抽出回路１０は、アドレスデコーダ３０、ｎ個のカウンタ４１ ，４２ ，・・・，４ｎ （以下、４１ 〜４ｎ と略記する）、累積度数分布作成回路５０、ゲイン制御回路６０および正規化回路７０を含む。ここで、ｎは輝度レベルの数（階調数）に相当する。例えば、輝度信号Ｙ１が８ビットを有する場合にはｎは２５６である。以下、理解を容易にするために、ｎ＝２５６とするが、階調数はこれに限定されず、任意の値に設定することができる。
【００３８】
まず、アドレスデコーダ３０に輝度信号Ｙ１が与えられる。アドレスデコーダ３０は、輝度信号Ｙ１の値に応じてカウンタ４１ 〜４ｎ のいずれかにパルスＰ１ 〜Ｐｎ を与える。
【００３９】
例えば、アドレスデコーダ３０は、輝度信号Ｙ１の値が“０”の場合にカウンタ４１ にパルスＰ１ を与え、輝度信号Ｙ１の値が“１”の場合にカウンタ４２ にパルスＰ２ を与え、輝度信号Ｙ１の値がｎ−１の場合にカウンタ４ｎ にパルスＰｎ を与える。
【００４０】
カウンタ４１ 〜４ｎ は、それぞれパルスＰ１ 〜Ｐｎ をカウントし、１フレーム毎の各輝度レベルの出現度数（以下、度数と略記する）Ｈ１ 〜Ｈｎ を累積度数分布作成回路５０に与える。累積度数分布作成回路５０は、１フレーム毎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６０に与える。
【００４１】
ゲイン制御回路６０には、所定の補正ゲイン制限パラメータＧＰが与えられている。本実施の形態では、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。ゲイン制御回路６０は、補正ゲイン制限パラメータＧＰに基づいて累積度数分布作成回路５０より与えられた累積度数分布ＲＤにゲイン補正のための処理を行い、補正累積度数分布ＧＲを正規化回路７０に与える。ゲイン制御回路６０の処理については後述する。
【００４２】
正規化回路７０は、与えられた補正累積度数分布ＧＲの正規化処理を行い、正規化累積度数分布ＳＳを出力する。
【００４３】
ここで、図１の階調情報算出回路５および図２の輝度分布抽出回路１０の動作の詳細について例を用いて説明する。
【００４４】
図３（ａ）は赤色原色信号ＲＩの度数分布の一例を示す図、図３（ｂ）は緑色原色信号ＧＩの度数分布の一例を示す図、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。
【００４５】
図１の階調情報算出回路５は、次式に従って赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩから輝度信号Ｙ１を算出する。
【００４６】
Ｙ１＝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。
【００４７】
図４は、階調情報算出回路５より算出される輝度信号Ｙ１の度数分布の一例を示すヒストグラムである。図４の横軸は輝度レベル（輝度信号Ｙ１の値）を示し、縦軸は度数を示す。本実施の形態では、輝度レベルは値“０”〜“２５５”を有する。
【００４８】
図４の例では、輝度レベルが低い範囲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、輝度分布を広げることにより平滑化処理を行うための裕度がある。
【００４９】
図２の累積度数分布作成回路５０は、図４に示した各輝度レベルの度数を順に累積演算することにより累積度数を算出する。
【００５０】
図５は累積度数分布作成回路５０により作成される累積度数分布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Ｙ１の値）を示し、縦軸は累積度数を示す。
【００５１】
また、累積度数分布作成回路５０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し、検出した特徴量に基づいて正規化後の最大輝度レベル等の制御値を算出する。
【００５２】
さらに、ゲイン制御回路６０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。
【００５３】
図６はゲイン制御回路６０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。
【００５４】
オフセットＯＦの一例を実線で示し、オフセットＯＦの他の例を破線で示す。ゲイン制御回路６０は、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。
【００５５】
ゲイン制御回路６０は、補正ゲイン制限パラメータＧＰに基づいてゲイン補正のための以下の処理を行う。
【００５６】
ゲイン制御回路６０は、図５に示す累積度数分布ＲＤに図６に示すオフセットＯＦを加算し、補正累積度数分布ＧＲを生成する。
【００５７】
図７はゲイン制御回路６０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。
【００５８】
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。
【００５９】
正規化回路７０は、ゲイン制御回路６０から与えられる補正累積度数分布ＧＲを正規化し、正規化累積度数分布ＳＳを作成する。具体的に、正規化回路７０は、正規化累積度数分布ＳＳの最大累積度数が累積度数分布作成回路５０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。
【００６０】
図８は、正規化回路７０により作成される正規化累積度数分布ＳＳ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。
【００６１】
図８において、図６のオフセットＯＦの傾きが大きい場合の正規化累積度数分布ＳＳを実線で示し、図６のオフセットＯＦの傾きが小さい場合の正規化累積度数分布ＳＳ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。
【００６２】
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ＳＳの変位量は小さくなり、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は、ランプ直線ＬＰに対する正規化累積度数分布ＳＳの変位量は大きくなる。
【００６３】
図１の階調補正変換テーブル作成回路１２は、正規化回路７０により得られた正規化累積度数分布ＳＳ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。
【００６４】
図９は、階調補正変換テーブル作成回路１２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。
【００６５】
図９において、図６のオフセットＯＦの傾きが大きい場合の補正量ΔＹを実線で示し、図６のオフセットＯＦの傾きが小さい場合の補正量ΔＹを破線で示す。
【００６６】
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、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は、補正量ΔＹは大きくなる。そのため、設定された補正ゲイン制限パラメータＧＰの値により補正ゲインが定まる。
【００６７】
また、階調補正変換テーブル作成回路１２は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）メモリを有する。ルックアップテーブルメモリのアドレスに輝度信号Ｙ１を対応させ、そのアドレスに補正量ΔＹがデータとして格納される。ルックアップテーブルメモリに記憶される補正量ΔＹが階調補正変換テーブルを構成する。階調補正変換テーブル作成回路１２は、垂直有効走査期間に切替回路１１を介して与えられる輝度信号Ｙ１をアドレス信号として受け、ルックアップテーブルメモリの指定されたアドレスから補正量ΔＹを読み出し、変換比率算出回路７に与える。
【００６８】
次に、変換比率算出回路７の構成および動作について説明する。図１０は、変換比率算出回路７の構成を示すブロック図である。
【００６９】
図１０の変換比率算出回路７は、加算回路７１および除算回路７２を含む。
加算回路７１は、図１の階調情報算出回路５より与えられた輝度信号Ｙ１と階調補正変換テーブル作成回路１２より与えられた補正量ΔＹとを加算して補正後輝度信号Ｙ２を生成し、除算回路７２に与える。
【００７０】
図１１は、加算回路７１に与えられる輝度信号Ｙ１と加算回路７１により生成される補正後輝度信号Ｙ２との関係の一例を示す図である。図１１の横軸は輝度信号Ｙ１の値を示し、縦軸は補正後輝度信号Ｙ２の値を示す。
【００７１】
図１１の例においては、輝度信号Ｙ１の値が低い場合、補正後輝度信号Ｙ２は輝度信号Ｙ１の値よりも低い値を有し、輝度信号Ｙ１の値が高い場合、補正後輝度信号Ｙ２は輝度信号Ｙ１の値よりも高い値を有する。
【００７２】
すなわち、輝度信号Ｙ１の値が比較的低い場合、補正後輝度信号Ｙ２はさらに輝度レベルの低い範囲に平滑化され、輝度信号Ｙ１の値が比較的高い場合、補正後輝度信号Ｙ２はさらに輝度レベルの高い範囲に平滑化される。
【００７３】
続いて、図１０の除算回路７２は、与えられた補正後輝度信号Ｙ２と輝度信号Ｙ１との比率を算出する。除算回路７２は、補正後輝度信号Ｙ２を輝度信号Ｙ１で除算することにより３つのデジタルの原色信号に輝度分布の平滑化処理を行うための変換比率ＹＲ（＝Ｙ２／Ｙ１）を算出する。除算回路７２は、その変換比率ＹＲを乗算回路２１，２２，２３に与える。
【００７４】
乗算回路２１は、次式に従って変換比率ＹＲ（＝Ｙ２／Ｙ１）を用いて赤色原色信号Ｒ０を算出する。
【００７５】
Ｒ０＝（Ｙ２／Ｙ１）・ＲＩ＝ＹＲ・ＲＩ
同様に、乗算回路２２および乗算回路２３は、次式に従って変換比率ＹＲ（＝Ｙ２／Ｙ１）を用いて緑色原色信号Ｇ０および青色原色信号Ｂ０を算出する。
【００７６】
Ｇ０＝（Ｙ２／Ｙ１）・ＧＩ＝ＹＲ・ＧＩ
Ｂ０＝（Ｙ２／Ｙ１）・ＢＩ＝ＹＲ・ＢＩ
次いで、上式によって算出された３つのデジタルの原色信号について説明する。図１２（ａ）は赤色原色信号Ｒ０の度数分布の一例を示す図、図１２（ｂ）は緑色原色信号Ｇ０の度数分布の一例を示す図、図１２（ｃ）は青色原色信号Ｂ０の度数分布を示す図である。図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）の横軸は赤色出力輝度レベル（赤色原色信号Ｒ０の値）、緑色出力輝度レベル（緑色原色信号Ｇ０の値）、青色出力輝度レベル（青色原色信号Ｂ０の値）を示し、縦軸は度数を示す。
【００７７】
図１２（ａ）の赤色原色信号Ｒ０の度数分布においては、図３（ａ）の赤色原色信号ＲＩの度数分布と比較して、輝度分布が低い範囲および高い範囲に広げられている。したがって、赤色原色信号ＲＩの平滑化処理により、赤色原色信号Ｒ０の高コントラスト化を実現することができる。
【００７８】
同様に、図１２（ｂ）の緑色原色信号Ｇ０の度数分布においては、図３（ｂ）の緑色原色信号ＧＩの度数分布と比較して、輝度分布が低い範囲および高い範囲に広げられている。したがって、緑色原色信号ＧＩの平滑化処理により、緑色原色信号Ｇ０の高コントラスト化を実現することができる。さらに、図１２（ｃ）の青色原色信号Ｂ０の度数分布においては、図３（ｂ）の青色原色信号ＢＩの度数分布と比較して、輝度分布が低い範囲および高い範囲に広げられている。したがって、青色原色信号ＢＩの平滑化処理により、青色原色信号Ｂ０の高コントラスト化を実現することができる。
【００７９】
本実施の形態に係る階調補正装置１００においては、階調情報算出回路５が３つの乗算回路を含み、変換比率算出回路７が１つの除算回路を含む。なお、除算回路は、乗算回路とほぼ等価の回路規模で実現可能である。また、３つの乗算回路２１，２２，２３が用いられる。すなわち、階調補正装置１００は、７つの乗算回路に相当する回路を含む。したがって、階調補正装置１００では、１８個の乗算回路を有する従来の階調補正回路と比較して大幅に回路規模が低減される。
【００８０】
また、入力された赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩの各々に輝度分布の平滑化処理が行われ、色座標変換および色逆座標変換が行われないので、演算誤差が小さく、映像の劣化が防止される。このように、階調補正装置１００においては、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じることなく原色信号を高コントラスト化することができる。
【００８１】
さらに、複数の原色信号に共通の変換比率ＹＲが乗算されるので、入力された赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩと得られた赤色原色信号Ｒ０、緑色原色信号Ｇ０および青色原色信号Ｂ０とで色バランスの変化が生じにくい。
【００８２】
なお、本実施の形態では、階調情報算出回路５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から輝度相関情報として輝度信号Ｙ１が算出される場合を説明したが、これに限定されず、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号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用いてもよい。
【００８３】
本実施の形態においては、階調情報算出回路５が輝度相関情報生成手段に相当し、輝度分布抽出回路１０および階調補正変換テーブル作成回路１２が補正情報生成手段に相当し、変換比率算出回路７が補正比率算出手段に相当し、乗算回路２１，２２，２３が乗算手段に相当する。また、乗算回路２１が第１の乗算回路に相当し、乗算回路２２が第２の乗算回路に相当し、乗算回路２３が第３の乗算回路に相当し、輝度分布抽出回路１０が度数分布検出手段に相当し、階調補正変換テーブル作成回路１２が補正情報記憶手段に相当する。さらに、補正量ΔＹが補正情報に相当し、輝度信号Ｙ１が輝度相関情報に相当し、変換比率ＹＲが補正比率に相当する。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の原色信号に共通の補正情報に基づく輝度分布の平滑化処理が行われるので、回路規模の低減化が可能となる。また、入力された複数の原色信号の各々に輝度分布の平滑化処理が行われるので、演算誤差が小さく、映像の劣化が防止される。したがって、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じることなく原色信号を高コントラスト化することができる。
【００８５】
さらに、複数の原色信号に共通の補正比率が乗算されるので、入力された複数の原色信号と得られた複数の原色信号とで色バランスの変化が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る階調補正装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の輝度分布抽出回路の構成を示すブロック図
【図３】（ａ）は赤色原色信号の度数分布の一例を示す図、（ｂ）は緑色原色信号の度数分布の一例を示す図、（ｃ）は青色原色信号の度数分布を示す図
【図４】階調情報算出回路より算出される輝度信号の度数分布の一例を示すヒストグラム
【図５】累積度数分布作成回路により作成される累積度数分布の一例を示す図
【図６】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】ゲイン制御回路により生成される補正累積度数分布の一例を示す図
【図８】正規化回路により作成される正規化累積度数分布の一例を示す図
【図９】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の分布の一例を示す図
【図１０】変換比率算出回路の構成を示すブロック図
【図１１】加算回路に与えられる輝度信号と加算回路により生成される補正後輝度信号との関係の一例を示す図
【図１２】（ａ）は赤色原色信号の度数分布の一例を示す図、（ｂ）は緑色原色信号の度数分布の一例を示す図、（ｃ）は青色原色信号の度数分布を示す図
【図１３】（ａ）は平滑化処理前の１フレームにおける輝度の度数分布の一例を示す図、（ｂ）は従来の階調補正装置による平滑化処理後の１フレームにおける輝度の度数分布を示す図
【符号の説明】
４１ 〜４ｎ カウンタ
５ 階調情報算出回路
７ 変換比率算出回路
１０ 輝度分布抽出回路
１１ 切替回路
１２ 階調補正変換テーブル作成回路
２１，２２，２３ 乗算回路
１００ 階調補正装置
Ｙ１，Ｙ２ 輝度信号
ΔＹ 補正量
ＹＲ 変換比率
３０ アドレスデコーダ
５０ 累積度数分布作成回路
６０ ゲイン制御回路
７０ 正規化回路
７１ 加算回路
７２ 除算回路
ＧＰ 補正ゲイン制限パラメータ
ＧＲ 補正累積度数分布
Ｈ１ 〜Ｈｎ 度数
Ｐ１ 〜Ｐｎ パルス
ＲＤ 累積度数分布
ＳＳ 正規化累積度数分布
ＲＩ，Ｒ０ 赤色原色信号
ＧＩ，Ｇ０ 緑色原色信号
ＢＩ，Ｂ０ 青色原色信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号の階調を補正する階調補正装置および階調補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）、液晶表示装置（以下、ＬＣＤと呼ぶ）等のようにデジタル方式で階調表示を行う表示装置においては、限られた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に、映像信号の輝度分布の平滑化処理が行われている（例えば、特許文献１〜４参照）。このような輝度分布の平滑化処理では、画像をより鮮明に見せるためにコントラストが改善されたり、全体的に暗い画像がより明るく改善されたりしている。
【０００３】
図１３（ａ）は平滑化処理前の１フレームにおける輝度の度数分布の一例を示す図であり、図１３（ｂ）は従来の階調補正装置による平滑化処理後の１フレームにおける輝度の度数分布を示す図である。図１３（ａ），（ｂ）の横軸は輝度レベルを示し、縦軸は出現度数（以下、度数と略記する）を示す。
【０００４】
図１３（ａ）の例では、中間の輝度レベルで度数が高くなっている。平滑化処理によれば、図１３（ｂ）に示すように度数分布が輝度レベルの全範囲にわたって平滑化される。それにより、高コントラスト化が実現される。
【０００５】
一般に、輝度分布の平滑化処理は輝度信号に対して行われる。そのため、従来の階調補正装置では、赤色原色信号（Ｒ信号）、緑色原色信号（Ｇ信号）および青色原色信号（Ｂ信号）が色座標変換により輝度信号および２つの色差信号に変換され、輝度信号に輝度分布の平滑化処理が行われる。その後、処理された輝度信号および２つの色差信号が色座標逆変換により赤色原色信号、緑色原色信号および青色原色信号に変換される（例えば、特許文献５および６参照）。
【０００６】
【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
【特許文献５】
特開平０９−２４７４８３号公報
【特許文献６】
特開２００３−００９１７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の階調補正装置では、３つの原色信号が色座標変換により輝度信号および２つの色差信号に変換される際に演算誤差が発生し、平滑化処理された輝度信号および２つの色差信号が色座標逆変換により３つの原色信号に変換される際にも演算誤差が発生する。それにより、平滑化処理により得られた３つの原色信号が劣化し、表示される映像の劣化が発生する。
【０００８】
また、色座標変換においては９回の乗算が必要であり、色座標逆変換においても９回の乗算が必要である。そのため、色座標変換を行う色座標変換回路および色座標逆変換を行う色座標逆変換回路をハードウエアにより実現する場合、合計１８個の乗算回路が必要となる。そのため、階調補正装置の回路規模が増大する。
【０００９】
本発明の目的は、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じる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および階調補正方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る階調補正装置は、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、輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報を生成する補正情報生成手段と、補正情報生成手段により生成された補正情報に基づいて輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報に対応する補正比率を算出する補正比率算出手段と、補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された複数の原色信号にそれぞれ乗算する乗算手段とを備えたものである。
【００１１】
本発明に係る階調補正装置においては、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が輝度相関情報生成手段により生成され、その輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報が補正情報生成手段により生成される。そして、補正情報生成手段により生成された補正情報に基づいて輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報に対応する補正比率が補正比率算出手段により算出され、その補正比率が入力された複数の原色信号に乗算手段によりそれぞれ乗算される。
【００１２】
このように、複数の原色信号に共通の補正情報に基づく輝度分布の平滑化処理が行われるので、回路規模の低減化が可能となる。また、入力された複数の原色信号の各々に輝度分布の平滑化処理が行われるので、演算誤差が小さく、映像の劣化が防止される。したがって、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じることなく原色信号を高コントラスト化することができる。
【００１３】
さらに、複数の原色信号に共通の補正比率が乗算されるので、入力された複数の原色信号と得られた複数の原色信号とで色バランスの変化が生じにくい。
【００１４】
補正比率算出手段は、補正情報生成手段により生成された補正情報および輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報の合計と輝度相関情報との比率を補正比率として算出してもよい。この場合、簡単な回路構成により補正比率を容易に算出することができる。
【００１５】
輝度相関情報生成手段は、輝度相関情報として輝度信号を生成してもよい。
この場合、輝度信号は、複数の原色信号の輝度の平均的な要素を含むので、複数の原色信号の平均的な輝度分布を平滑化することが可能となる。それにより、映像の画質を低下させることなく高コントラスト化を図ることができる。
【００１６】
複数の原色信号は、赤色原色信号、緑色原色信号および青色原色信号を含み、乗算手段は、補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された赤色原色信号に乗算する第１の乗算回路と、補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された緑色原色信号に乗算する第２の乗算回路と、補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された青色原色信号に乗算する第３の乗算回路とを含んでもよい。
【００１７】
乗算手段においては、補正比率算出手段により算出された補正比率が第１の乗算回路により入力された赤色原色信号に乗算され、補正比率算出手段により算出された補正比率が第２の乗算回路により入力された緑色原色信号に乗算され、補正比率算出手段により算出された補正比率が第３の乗算回路により入力された青色原色信号に乗算される。
【００１８】
この場合、色座標変換および色座標逆変換を行うことなく、赤色原色信号、緑色原色信号および青色原色信号を用いて映像をそのまま表示することができる。それにより、回路規模の低減が可能になるとともに映像の劣化が防止される。
【００１９】
補正情報生成手段は、フレームごとに輝度相関情報生成手段により生成された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、度数分布検出手段により検出された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含み、補正比率算出手段は、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生成手段により生成された輝度相関情報に対応する補正比率を算出してもよい。
【００２０】
この場合、フレームごとに輝度相関情報の各値の出現度数の分布が検出され、その分布に基づいて所定範囲内で各値における補正量が補正情報記憶手段に補正情報として記憶される。そして、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比率が算出される。
【００２１】
第２の発明に係る階調補正方法は、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ステップと、生成された輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報を生成するステップと、生成された補正情報に基づいて生成された輝度相関情報に対応する補正比率を算出するステップと、算出された補正比率を入力された複数の原色信号にそれぞれ乗算するステップとを備えたものである。
【００２２】
第２の発明に係る階調補正方法においては、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が生成され、その輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報が生成される。そして、生成された補正情報に基づいて生成された輝度相関情報に対応する補正比率が算出され、その補正比率が入力された複数の原色信号にそれぞれ乗算される。
【００２３】
このように、複数の原色信号に共通の補正情報に基づく輝度分布の平滑化処理が行われるので、回路規模の低減化が可能となる。また、入力された複数の原色信号の各々に輝度分布の平滑化処理が行われるので、演算誤差が小さく、映像の劣化が防止される。したがって、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じることなく原色信号を高コントラスト化することができる。
【００２４】
さらに、複数の原色信号に共通の補正比率が乗算されるので、入力された複数の原色信号と得られた複数の原色信号とで色バランスの変化が生じにくい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る階調補正装置について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る階調補正装置の構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１の階調補正装置１００は、階調情報算出回路５、変換比率算出回路７、輝度分布抽出回路１０、切替回路１１、階調補正変換テーブル作成回路１２および乗算回路２１，２２，２３を含む。
【００２８】
図１の階調補正装置１００の階調情報算出回路５には、赤色原色信号（Ｒ信号）ＲＩ、緑色原色信号（Ｇ信号）ＧＩおよび青色原色信号（Ｂ信号）ＢＩが入力される。また、乗算回路２１には赤色原色信号ＲＩが入力され、乗算回路２２には緑色原色信号ＧＩが入力され、乗算回路２３には青色原色信号ＢＩが入力される。
【００２９】
ここで、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩは、それぞれデジタルの原色信号である。赤色原色信号ＲＩの値、緑色原色信号ＧＩの値および青色原色信号ＢＩの値は、それぞれ赤色の輝度レベル（階調）、緑色の輝度レベル（階調）および青色の輝度レベル（階調）を表す。
【００３０】
階調情報算出回路５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および青色原色信号ＢＩから輝度信号Ｙ１を算出する。階調情報算出回路５は、算出した輝度信号Ｙ１を変換比率算出回路７、輝度分布抽出回路１０および切替回路１１に与える。
【００３１】
輝度分布抽出回路１０は、その輝度信号Ｙ１から後述する輝度分布抽出処理を行い、正規化累積度数分布ＳＳを作成して切替回路１１に与える。
【００３２】
切替回路１１は、垂直有効走査期間に輝度信号Ｙ１を階調補正変換テーブル作成回路１２に与え、垂直帰線期間に正規化累積度数分布ＳＳを階調補正変換テーブル作成回路１２に与える。ここで、垂直有効走査期間とは、１垂直走査期間のうち映像を表示する期間をいい、垂直帰線期間とは、１垂直帰線期間のうち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。
【００３３】
階調補正変換テーブル作成回路１２は、垂直帰線期間において正規化累積度数分布ＳＳ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記憶する。また、階調補正変換テーブル作成回路１２は、垂直有効走査期間において輝度信号Ｙ１から階調補正変換テーブルを用いて補正量ΔＹを生成し、その補正量ΔＹを変換比率算出回路７に与える。
【００３４】
変換比率算出回路７は、１個の乗算回路を含み、補正量ΔＹおよび与えられた輝度信号Ｙ１を用いて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変換比率ＹＲを算出する。この変換比率ＹＲの算出方法については後述する。変換比率算出回路７は、乗算回路２１，２２，２３に算出した変換比率ＹＲを与える。
【００３５】
乗算回路２１は、赤色原色信号ＲＩと変換比率ＹＲとを乗算し、その乗算結果を赤色原色信号Ｒ０として出力する。乗算回路２２は、緑色原色信号ＧＩと変換比率ＹＲとを乗算し、その乗算結果を緑色原色信号Ｇ０として出力する。乗算回路２３は、青色原色信号ＢＩと変換比率ＹＲとを乗算し、その乗算結果を青色原色信号Ｂ０として出力する。
【００３６】
次に、輝度分布抽出回路１０の構成および動作について説明する。図２は、図１の輝度分布抽出回路１０の構成を示すブロック図である。
【００３７】
図２に示す輝度分布抽出回路１０は、アドレスデコーダ３０、ｎ個のカウンタ４１ ，４２ ，・・・，４ｎ （以下、４１ 〜４ｎ と略記する）、累積度数分布作成回路５０、ゲイン制御回路６０および正規化回路７０を含む。ここで、ｎは輝度レベルの数（階調数）に相当する。例えば、輝度信号Ｙ１が８ビットを有する場合にはｎは２５６である。以下、理解を容易にするために、ｎ＝２５６とするが、階調数はこれに限定されず、任意の値に設定することができる。
【００３８】
まず、アドレスデコーダ３０に輝度信号Ｙ１が与えられる。アドレスデコーダ３０は、輝度信号Ｙ１の値に応じてカウンタ４１ 〜４ｎ のいずれかにパルスＰ１ 〜Ｐｎ を与える。
【００３９】
例えば、アドレスデコーダ３０は、輝度信号Ｙ１の値が“０”の場合にカウンタ４１ にパルスＰ１ を与え、輝度信号Ｙ１の値が“１”の場合にカウンタ４２ にパルスＰ２ を与え、輝度信号Ｙ１の値がｎ−１の場合にカウンタ４ｎ にパルスＰｎ を与える。
【００４０】
カウンタ４１ 〜４ｎ は、それぞれパルスＰ１ 〜Ｐｎ をカウントし、１フレーム毎の各輝度レベルの出現度数（以下、度数と略記する）Ｈ１ 〜Ｈｎ を累積度数分布作成回路５０に与える。累積度数分布作成回路５０は、１フレーム毎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６０に与える。
【００４１】
ゲイン制御回路６０には、所定の補正ゲイン制限パラメータＧＰが与えられている。本実施の形態では、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。ゲイン制御回路６０は、補正ゲイン制限パラメータＧＰに基づいて累積度数分布作成回路５０より与えられた累積度数分布ＲＤにゲイン補正のための処理を行い、補正累積度数分布ＧＲを正規化回路７０に与える。ゲイン制御回路６０の処理については後述する。
【００４２】
正規化回路７０は、与えられた補正累積度数分布ＧＲの正規化処理を行い、正規化累積度数分布ＳＳを出力する。
【００４３】
ここで、図１の階調情報算出回路５および図２の輝度分布抽出回路１０の動作の詳細について例を用いて説明する。
【００４４】
図３（ａ）は赤色原色信号ＲＩの度数分布の一例を示す図、図３（ｂ）は緑色原色信号ＧＩの度数分布の一例を示す図、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。
【００４５】
図１の階調情報算出回路５は、次式に従って赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩから輝度信号Ｙ１を算出する。
【００４６】
Ｙ１＝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。
【００４７】
図４は、階調情報算出回路５より算出される輝度信号Ｙ１の度数分布の一例を示すヒストグラムである。図４の横軸は輝度レベル（輝度信号Ｙ１の値）を示し、縦軸は度数を示す。本実施の形態では、輝度レベルは値“０”〜“２５５”を有する。
【００４８】
図４の例では、輝度レベルが低い範囲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、輝度分布を広げることにより平滑化処理を行うための裕度がある。
【００４９】
図２の累積度数分布作成回路５０は、図４に示した各輝度レベルの度数を順に累積演算することにより累積度数を算出する。
【００５０】
図５は累積度数分布作成回路５０により作成される累積度数分布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Ｙ１の値）を示し、縦軸は累積度数を示す。
【００５１】
また、累積度数分布作成回路５０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し、検出した特徴量に基づいて正規化後の最大輝度レベル等の制御値を算出する。
【００５２】
さらに、ゲイン制御回路６０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。
【００５３】
図６はゲイン制御回路６０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。
【００５４】
オフセットＯＦの一例を実線で示し、オフセットＯＦの他の例を破線で示す。ゲイン制御回路６０は、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。
【００５５】
ゲイン制御回路６０は、補正ゲイン制限パラメータＧＰに基づいてゲイン補正のための以下の処理を行う。
【００５６】
ゲイン制御回路６０は、図５に示す累積度数分布ＲＤに図６に示すオフセットＯＦを加算し、補正累積度数分布ＧＲを生成する。
【００５７】
図７はゲイン制御回路６０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。
【００５８】
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。
【００５９】
正規化回路７０は、ゲイン制御回路６０から与えられる補正累積度数分布ＧＲを正規化し、正規化累積度数分布ＳＳを作成する。具体的に、正規化回路７０は、正規化累積度数分布ＳＳの最大累積度数が累積度数分布作成回路５０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。
【００６０】
図８は、正規化回路７０により作成される正規化累積度数分布ＳＳ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。
【００６１】
図８において、図６のオフセットＯＦの傾きが大きい場合の正規化累積度数分布ＳＳを実線で示し、図６のオフセットＯＦの傾きが小さい場合の正規化累積度数分布ＳＳ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。
【００６２】
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ＳＳの変位量は小さくなり、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は、ランプ直線ＬＰに対する正規化累積度数分布ＳＳの変位量は大きくなる。
【００６３】
図１の階調補正変換テーブル作成回路１２は、正規化回路７０により得られた正規化累積度数分布ＳＳ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。
【００６４】
図９は、階調補正変換テーブル作成回路１２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。
【００６５】
図９において、図６のオフセットＯＦの傾きが大きい場合の補正量ΔＹを実線で示し、図６のオフセットＯＦの傾きが小さい場合の補正量ΔＹを破線で示す。
【００６６】
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、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は、補正量ΔＹは大きくなる。そのため、設定された補正ゲイン制限パラメータＧＰの値により補正ゲインが定まる。
【００６７】
また、階調補正変換テーブル作成回路１２は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）メモリを有する。ルックアップテーブルメモリのアドレスに輝度信号Ｙ１を対応させ、そのアドレスに補正量ΔＹがデータとして格納される。ルックアップテーブルメモリに記憶される補正量ΔＹが階調補正変換テーブルを構成する。階調補正変換テーブル作成回路１２は、垂直有効走査期間に切替回路１１を介して与えられる輝度信号Ｙ１をアドレス信号として受け、ルックアップテーブルメモリの指定されたアドレスから補正量ΔＹを読み出し、変換比率算出回路７に与える。
【００６８】
次に、変換比率算出回路７の構成および動作について説明する。図１０は、変換比率算出回路７の構成を示すブロック図である。
【００６９】
図１０の変換比率算出回路７は、加算回路７１および除算回路７２を含む。
加算回路７１は、図１の階調情報算出回路５より与えられた輝度信号Ｙ１と階調補正変換テーブル作成回路１２より与えられた補正量ΔＹとを加算して補正後輝度信号Ｙ２を生成し、除算回路７２に与える。
【００７０】
図１１は、加算回路７１に与えられる輝度信号Ｙ１と加算回路７１により生成される補正後輝度信号Ｙ２との関係の一例を示す図である。図１１の横軸は輝度信号Ｙ１の値を示し、縦軸は補正後輝度信号Ｙ２の値を示す。
【００７１】
図１１の例においては、輝度信号Ｙ１の値が低い場合、補正後輝度信号Ｙ２は輝度信号Ｙ１の値よりも低い値を有し、輝度信号Ｙ１の値が高い場合、補正後輝度信号Ｙ２は輝度信号Ｙ１の値よりも高い値を有する。
【００７２】
すなわち、輝度信号Ｙ１の値が比較的低い場合、補正後輝度信号Ｙ２はさらに輝度レベルの低い範囲に平滑化され、輝度信号Ｙ１の値が比較的高い場合、補正後輝度信号Ｙ２はさらに輝度レベルの高い範囲に平滑化される。
【００７３】
続いて、図１０の除算回路７２は、与えられた補正後輝度信号Ｙ２と輝度信号Ｙ１との比率を算出する。除算回路７２は、補正後輝度信号Ｙ２を輝度信号Ｙ１で除算することにより３つのデジタルの原色信号に輝度分布の平滑化処理を行うための変換比率ＹＲ（＝Ｙ２／Ｙ１）を算出する。除算回路７２は、その変換比率ＹＲを乗算回路２１，２２，２３に与える。
【００７４】
乗算回路２１は、次式に従って変換比率ＹＲ（＝Ｙ２／Ｙ１）を用いて赤色原色信号Ｒ０を算出する。
【００７５】
Ｒ０＝（Ｙ２／Ｙ１）・ＲＩ＝ＹＲ・ＲＩ
同様に、乗算回路２２および乗算回路２３は、次式に従って変換比率ＹＲ（＝Ｙ２／Ｙ１）を用いて緑色原色信号Ｇ０および青色原色信号Ｂ０を算出する。
【００７６】
Ｇ０＝（Ｙ２／Ｙ１）・ＧＩ＝ＹＲ・ＧＩ
Ｂ０＝（Ｙ２／Ｙ１）・ＢＩ＝ＹＲ・ＢＩ
次いで、上式によって算出された３つのデジタルの原色信号について説明する。図１２（ａ）は赤色原色信号Ｒ０の度数分布の一例を示す図、図１２（ｂ）は緑色原色信号Ｇ０の度数分布の一例を示す図、図１２（ｃ）は青色原色信号Ｂ０の度数分布を示す図である。図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）の横軸は赤色出力輝度レベル（赤色原色信号Ｒ０の値）、緑色出力輝度レベル（緑色原色信号Ｇ０の値）、青色出力輝度レベル（青色原色信号Ｂ０の値）を示し、縦軸は度数を示す。
【００７７】
図１２（ａ）の赤色原色信号Ｒ０の度数分布においては、図３（ａ）の赤色原色信号ＲＩの度数分布と比較して、輝度分布が低い範囲および高い範囲に広げられている。したがって、赤色原色信号ＲＩの平滑化処理により、赤色原色信号Ｒ０の高コントラスト化を実現することができる。
【００７８】
同様に、図１２（ｂ）の緑色原色信号Ｇ０の度数分布においては、図３（ｂ）の緑色原色信号ＧＩの度数分布と比較して、輝度分布が低い範囲および高い範囲に広げられている。したがって、緑色原色信号ＧＩの平滑化処理により、緑色原色信号Ｇ０の高コントラスト化を実現することができる。さらに、図１２（ｃ）の青色原色信号Ｂ０の度数分布においては、図３（ｂ）の青色原色信号ＢＩの度数分布と比較して、輝度分布が低い範囲および高い範囲に広げられている。したがって、青色原色信号ＢＩの平滑化処理により、青色原色信号Ｂ０の高コントラスト化を実現することができる。
【００７９】
本実施の形態に係る階調補正装置１００においては、階調情報算出回路５が３つの乗算回路を含み、変換比率算出回路７が１つの除算回路を含む。なお、除算回路は、乗算回路とほぼ等価の回路規模で実現可能である。また、３つの乗算回路２１，２２，２３が用いられる。すなわち、階調補正装置１００は、７つの乗算回路に相当する回路を含む。したがって、階調補正装置１００では、１８個の乗算回路を有する従来の階調補正回路と比較して大幅に回路規模が低減される。
【００８０】
また、入力された赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩの各々に輝度分布の平滑化処理が行われ、色座標変換および色逆座標変換が行われないので、演算誤差が小さく、映像の劣化が防止される。このように、階調補正装置１００においては、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じることなく原色信号を高コントラスト化することができる。
【００８１】
さらに、複数の原色信号に共通の変換比率ＹＲが乗算されるので、入力された赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号ＢＩと得られた赤色原色信号Ｒ０、緑色原色信号Ｇ０および青色原色信号Ｂ０とで色バランスの変化が生じにくい。
【００８２】
なお、本実施の形態では、階調情報算出回路５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から輝度相関情報として輝度信号Ｙ１が算出される場合を説明したが、これに限定されず、赤色原色信号ＲＩ、緑色原色信号ＧＩおよび青色原色信号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用いてもよい。
【００８３】
本実施の形態においては、階調情報算出回路５が輝度相関情報生成手段に相当し、輝度分布抽出回路１０および階調補正変換テーブル作成回路１２が補正情報生成手段に相当し、変換比率算出回路７が補正比率算出手段に相当し、乗算回路２１，２２，２３が乗算手段に相当する。また、乗算回路２１が第１の乗算回路に相当し、乗算回路２２が第２の乗算回路に相当し、乗算回路２３が第３の乗算回路に相当し、輝度分布抽出回路１０が度数分布検出手段に相当し、階調補正変換テーブル作成回路１２が補正情報記憶手段に相当する。さらに、補正量ΔＹが補正情報に相当し、輝度信号Ｙ１が輝度相関情報に相当し、変換比率ＹＲが補正比率に相当する。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の原色信号に共通の補正情報に基づく輝度分布の平滑化処理が行われるので、回路規模の低減化が可能となる。また、入力された複数の原色信号の各々に輝度分布の平滑化処理が行われるので、演算誤差が小さく、映像の劣化が防止される。したがって、回路規模を増大させることなくかつ映像の劣化を生じることなく原色信号を高コントラスト化することができる。
【００８５】
さらに、複数の原色信号に共通の補正比率が乗算されるので、入力された複数の原色信号と得られた複数の原色信号とで色バランスの変化が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る階調補正装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の輝度分布抽出回路の構成を示すブロック図
【図３】（ａ）は赤色原色信号の度数分布の一例を示す図、（ｂ）は緑色原色信号の度数分布の一例を示す図、（ｃ）は青色原色信号の度数分布を示す図
【図４】階調情報算出回路より算出される輝度信号の度数分布の一例を示すヒストグラム
【図５】累積度数分布作成回路により作成される累積度数分布の一例を示す図
【図６】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】ゲイン制御回路により生成される補正累積度数分布の一例を示す図
【図８】正規化回路により作成される正規化累積度数分布の一例を示す図
【図９】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の分布の一例を示す図
【図１０】変換比率算出回路の構成を示すブロック図
【図１１】加算回路に与えられる輝度信号と加算回路により生成される補正後輝度信号との関係の一例を示す図
【図１２】（ａ）は赤色原色信号の度数分布の一例を示す図、（ｂ）は緑色原色信号の度数分布の一例を示す図、（ｃ）は青色原色信号の度数分布を示す図
【図１３】（ａ）は平滑化処理前の１フレームにおける輝度の度数分布の一例を示す図、（ｂ）は従来の階調補正装置による平滑化処理後の１フレームにおける輝度の度数分布を示す図
【符号の説明】
４１ 〜４ｎ カウンタ
５ 階調情報算出回路
７ 変換比率算出回路
１０ 輝度分布抽出回路
１１ 切替回路
１２ 階調補正変換テーブル作成回路
２１，２２，２３ 乗算回路
１００ 階調補正装置
Ｙ１，Ｙ２ 輝度信号
ΔＹ 補正量
ＹＲ 変換比率
３０ アドレスデコーダ
５０ 累積度数分布作成回路
６０ ゲイン制御回路
７０ 正規化回路
７１ 加算回路
７２ 除算回路
ＧＰ 補正ゲイン制限パラメータ
ＧＲ 補正累積度数分布
Ｈ１ 〜Ｈｎ 度数
Ｐ１ 〜Ｐｎ パルス
ＲＤ 累積度数分布
ＳＳ 正規化累積度数分布
ＲＩ，Ｒ０ 赤色原色信号
ＧＩ，Ｇ０ 緑色原色信号
ＢＩ，Ｂ０ 青色原色信号
Claims (6)
- 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、
前記輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報を生成する補正情報生成手段と、
前記補正情報生成手段により生成された補正情報に基づいて前記輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報に対応する補正比率を算出する補正比率算出手段と、
前記補正比率算出手段により算出された補正比率を前記入力された複数の原色信号にそれぞれ乗算する乗算手段とを備えたことを特徴とする階調補正装置。 - 前記補正比率算出手段は、
前記補正情報生成手段により生成された補正情報および前記輝度相関情報生成手段により生成された輝度相関情報の合計と前記輝度相関情報との比率を前記補正比率として算出することを特徴とする請求項１記載の階調補正装置。 - 前記輝度相関情報生成手段は、
前記輝度相関情報として輝度信号を生成することを特徴とする請求項１または２記載の階調補正装置。 - 前記複数の原色信号は、赤色原色信号、緑色原色信号および青色原色信号を含み、
前記乗算手段は、
前記補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された赤色原色信号に乗算する第１の乗算回路と、
前記補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された緑色原色信号に乗算する第２の乗算回路と、
前記補正比率算出手段により算出された補正比率を入力された青色原色信号に乗算する第３の乗算回路とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の階調補正装置。 - 前記補正情報生成手段は、
フレームごとに前記輝度相関情報生成手段により生成された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、
前記度数分布検出手段により検出された前記分布に基づいて各値における補正量を前記補正情報として記憶する補正情報記憶手段とを含み、
前記補正比率算出手段は、
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生成手段により生成された輝度相関情報に対応する補正比率を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の階調補正装置。 - 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ステップと、
前記生成された輝度相関情報に基づいて輝度分布の平滑化処理のための補正情報を生成するステップと、
前記生成された補正情報に基づいて前記生成された輝度相関情報に対応する補正比率を算出するステップと、
前記算出された補正比率を前記入力された複数の原色信号にそれぞれ乗算するステップとを備えたことを特徴とする階調補正方法。
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