JP4017810B2 - 階調補正装置及び記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオカメラなどに用いられる階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の階調補正装置としては特願平9−012844号公報に記載されたものが知られている。
【0003】
図12に従来の階調補正装置の構成図を示す。図12において、1は入力端子、3はヒストグラム検出手段、4は階調補正特性算出手段、5は階調補正手段、6は出力端子である。
【0004】
従来の階調補正装置では、入力端子1より入力した入力信号をヒストグラム検出手段3で入力信号の1画面分に相当する輝度値のヒストグラムを算出する。なお、ヒストグラム検出手段3では入力信号を等間隔の複数のレベルに分割し、そのレベルごとに輝度値の分布(ヒストグラム)を検出している。
【0005】
階調補正特性算出手段4では検出したヒストグラムに応じて、傾きが変わるような階調補正特性を算出する。階調補正特性はヒストグラムの分布が大きいところは傾きが大きく、分布が小さいところは傾きが小さくなるように設定するが、一部の信号レベルに分布が集中し、そのレベルの傾きが大きくなりすぎると、信号に含まれるノイズ成分も拡大し不自然な画像となるので、ヒストグラムの大きい場合は、傾きが一定値になるように設定する。
【0006】
図13に従来の階調補正装置のヒストグラム分布及び階調補正特性を示す。図13において(a)はヒストグラムで横軸は入力信号の分割レベル、縦軸は入力信号の各信号レベルに対応する頻度分布(ヒストグラム)である。(b)は階調補正特性で、横軸は入力信号レベル、縦軸は出力信号レベルである。
【0007】
図13(b)では、図13(a)のヒストグラム分布の累積が階調補正特性となり、各分割レベルに対応する分布がその分割レベルのゲインに相当している。そのため、図13(a)で頻度の多かった分割レベルに相当する入力信号レベルに対応する階調補正特性のゲインが大きくなるように設定されており、頻度の多かった分割レベルのコントラストが強調される。また、逆に図13(a)で頻度の少なかった分割レベルに相当する入力信号レベルに対応する階調補正特性のゲインは小さく、傾きは緩やかになるように設定される。
【0008】
ここで、3段目と12段目の分割レベルに対応するゲインは図13(a)の破線のレベルに抑圧されている。
【0009】
階調補正手段5では階調補正特性算出手段4で算出した階調補正特性で階調補正して出力端子6より出力する。
【0010】
このように、階調補正処理は、ダイナミックレンジの大きな入力信号に対し、一部の階調特性を抑圧することにより、限られたダイナミックレンジで出力するために行われる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、入力信号の最小値と最大値の差で表されるダイナミックレンジに関わらず一定の制御をするので、ダイナミックレンジの小さい信号においても不必要なゲインの抑圧を行い、不自然な画像にしてしまうという課題(第1の課題)がある。
【0012】
また、ダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合に階調補正を施すと、必要な部分まで階調を抑圧してしまう場合があるという課題(第2の課題)がある。
【0013】
また、ダイナミックレンジ検出手段として、入力信号のピークレベルを検出するピーク検出回路が必要であるという課題(第3の課題)がある。
【0014】
また、カメラ信号処理では低輝度部はガンマ補正などにより強調されるため、画面全体のコントラスト、解像感に大きな影響を与えるが、低輝度部のゲインが抑圧されることにより、画面全体の解像感が劣化するという課題(第4の課題)がある。
【0015】
本発明に関連する発明は、上記第1の課題を考慮し、ダイナミックレンジが異なる種々の信号に対して階調処理を行っても不自然な画像にならない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【0016】
また、本発明に関連する発明は、上記第2の課題を考慮し、ダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合に階調補正を施しても、必要な部分まで階調を抑圧することがない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【0017】
また、本発明または本発明に関連する発明は、上記第3の課題を考慮し、ダイナミックレンジ検出手段として、入力信号のピークレベルを検出するピーク検出回路を必要としない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【0018】
また、本発明は、上記第4の課題を考慮し、画面全体の解像感が劣化しない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、第1の本発明(請求項1に対応)は、入力信号を信号レベル方向に複数の分割レベルに分割し、前記分割レベルごとの信号の出現頻度であるヒストグラムデータを検出するヒストグラム検出手段と、
前記検出されたヒストグラムデータに基づいて、前記分割レベルごとの信号の階調補正特性を算出する階調補正特性算出手段と、
前記算出された階調補正特性に基づいて、前記入力信号に対し階調補正を施す階調補正手段とを備え、
前記階調補正特性算出手段は、前記階調補正特性における入力信号のレベルの変化量に対する出力信号の変化量の割合である傾きを、前記分割レベル毎に前記ヒストグラムデータの前記信号の出現頻度と対応付けて求め、
前記階調補正特性の前記分割レベルごとの傾きを所定範囲に制限し、
低輝度部の前記分割レベルのゲインは固定せずに、前記ゲインの制御範囲をより小さくすることを特徴とする階調補正装置である。
【0026】
また、第2の本発明(請求項2に対応)は、第1の本発明の階調補正装置の、入力信号を信号レベル方向に複数の分割レベルに分割し、前記分割レベルごとの信号の出現頻度であるヒストグラムデータを検出するヒストグラム検出手段と、前記検出されたヒストグラムデータに基づいて、前記分割レベルごとの信号の階調補正特性を算出する階調補正特性算出手段と、前記算出された階調補正特性に基づいて、前記入力信号に対し階調補正を施す階調補正手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする記録媒体である。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に本発明または本発明に関連する発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0029】
(実施の形態1)
以下、本発明に関連する発明の実施の形態1の階調補正装置について、図面を参照しながら説明する。
【0030】
実施の形態1では、入力信号のダイナミックレンジの情報により、階調補正特性算出手段において階調補正特性を変更することにより、ダイナミックレンジの小さい信号においても自然な画像を得ることが出来る階調補正装置について説明する。
【0031】
図1は本発明に関連する発明の実施の形態1の階調補正装置の構成を表す構成図である。
【0032】
図1において1は入力端子、2はダイナミックレンジ検出手段としてのピーク検出回路手段、3はヒストグラム検出手段、4は階調補正特性算出手段としてのマイクロコンピュータ、5は階調補正手段、7は分割レベル設定レジスタ、8は比較器、9は出力端子、10は信号レベル判定回路、11はマルチプレクサ、12はヒストグラムレジスタ、13はセレクタ、14は加算器である。
【0033】
階調補正の分割レベル数は多ければ多いほど細かな階調補正が可能となるが、それに対して回路規模は大きくなる。本実施の形態では分割レベル数は16とする。
【0034】
また、本実施の形態の階調補正装置は、例えばビデオカメラやディジタルカメラに組み込まれて使用されるものである。また、入力信号Sin、出力信号Soutはともにディジタル信号であり、入力信号Sinが表現出来る階調数は出力信号Soutが表現出来る階調数よりも多いとする。例えば、入力信号Sinは、18ビットで階調を表現するディジタルデータであり、出力信号Soutは、8ビットで階調を表現するディジタルデータであるとする。
【0035】
次に、このような本実施の形態の動作を説明する。
【0036】
入力端子1より入力された入力信号Sinはダイナミックレンジ検出手段としてのピーク検出回路2に入力され、1画面の信号のうちで最も輝度レベルの高い信号レベルであるピークレベルPが検出され、マイクロコンピュータ4に入力される。ダイナミックレンジは信号レベルの分布範囲であるので、ピークレベルが高いとダイナミックレンジが広く、ピークレベルが低いとダイナミックレンジが狭いことになる。
【0037】
入力端子1より入力された入力信号Sinはダイナミックレンジ検出手段としてのピーク検出回路2と同時にヒストグラム検出手段3に入力される。ヒストグラム検出手段3は分割レベル設定レジスタ7a〜7pに設定された16個の分割レベルデータS(n)、n=0,1,2,3,...,15により、比較器8a〜8pで入力信号Sinと前記16個の分割レベルデータとを比較し、信号レベル判定回路10で入力信号が16個の分割レベルのうちどのレベルに入っているかを判定し制御信号としてマルチプレクサ11およびセレクタ13に伝える。
【0038】
ここで、レジスタ7に設定する分割レベルは入力信号の分布範囲に対して等間隔に分割するものとするが、低輝度部を細かく、高輝度部をあらくするようにしても良い。
【0039】
ヒストグラム検出手段3では制御信号によりマルチプレクサ11とセレクタ13を制御し、マルチプレクサ11とセレクタ13は16個のレジスタ12a〜12pのうち入力した信号レベルに対応したレジスタを選択する。加算器14では選択されたレジスタ12の出力信号に1を加算し、再び同じレジスタ12に格納する。この動作を1フィールド期間にわたって行うことによって16個のレベルに対応する輝度値の分布であるヒストグラムデータH(0)からH(15)が得られる。
【0040】
ヒストグラムデータH(n)の大きさは、入力信号のサンプル数に依存し、サンプル数が多いほど安定した値が得られるがマイクロコンピュータ内での処理には負荷がかかる。1画面分のサンプル数は512サンプルもあれば十分であり、ヒストグラム検出手段3では入力信号に対して1画面で512サンプル検出するようにサンプル間隔が調整される。
【0041】
以上のようにして求められた16個のレベルに対応するヒストグラムデータH(0)からH(15)は、テレビ信号のブランキング期間内にマイクロコンピュータ4に転送される。
【0042】
マイクロコンピュータ4内では、ヒストグラムデータH(0)からH(15)を用いて、初期クリップ(S1)、第1の規格化(S2)、第1のMAX、MINクリップ(S3)、第2の規格化(S4)、第2のMAX、MINクリップ(S5)というように5段階のアルゴリズムに従い階調補正特性を算出する。
【0043】
図2に階調補正特性算出アルゴリズムのフロー図を示す。
【0044】
はじめにマイクロコンピュータ4では初期クリップ処理(S1)を行う。
【0045】
初期クリップ処理(S1)では、入力したヒストグラムデータH(0)からH(15)のうち、所定クリップレベルCL以上の大きさのものをその値CLにクリップする。画像によってはヒストグラムデータが一部の分割レベルに集中する場合がある。ところが、一部の分割レベルに階調が集中すると、その分割レベルの傾きが大きすぎて、S/Nの劣化等階調特性が不自然になる。ここで、ヒストグラムデータのクリップを行うのは、一部の分割レベルに階調が集中するのを避けるためである。クリップレベルは全ヒストグラムデータのサンプル数の8分の1程度が望ましく、512のサンプル数に対しては64となる。
【0046】
図3(a)にヒストグラムデータの例を示す。図3に(a)において、横軸は0から15段の分割レベル、縦軸は分割レベルごとの頻度である。図3(a)では3段目と12段目がの分割レベルに頻度が集中し、CLでクリップ処理が施される。
【0047】
マイクロコンピュータ4内では初期クリップ処理後の階調補正特性SH(n)が算出される。階調補正特性はヒストグラムデータH(0)からH(15)の累積積分値SH(0)からSH(15)により得る。累積積分値SH(n)は、H(n)を用いて、次に示す数1で表される。
【0048】
【数1】
SH(n)=ΣH(k) k=0,1,2,・・・,n
図3(b)に階調補正特性を示す。図3(b)で横軸は分割レベル、縦軸は階調補正特性を表す累積積分値SHであり、クリップ処理をしなかった場合の階調補正特性を破線aで、クリップ処理をした場合の階調補正特性を実線bで示す。図3(b)の2つの曲線で3段目と12段目での傾きがクリップ処理をしたbでは抑圧されている。階調補正特性の各分割レベルごとの差はヒストグラムデータH(n)に相当するので、階調補正特性SHの各分割レベルの傾きは各分割レベルのヒストグラムデータH(n)で表されることになる。
【0049】
図3(b)のaとbを比較すると、初期クリップ処理(S1)により、分割レベル15段目の階調補正特性SH(15)で表される最大値が変化することになる。
【0050】
つぎにマイクロコンピュータ4では最大値の変化した階調補正特性に対し、最大値が一定の値SHmaxとなるように第1の規格化処理(S2)を行う。
【0051】
規格化処理後のヒストグラムデータHnorm1(n)は初期クリップ処理後のヒストグラムデータに対して、SHmax/SH(15)を掛け合わせることにより、次に示す数2で表される。
【0052】
【数2】
Hnorm1(n)=H(n)×SHmax/SH(15) n=0,1,2,・・・,15
ここで、SHmaxは階調補正手段5の出力信号の最大値に対応するように設定する。ここではSHmax=512に設定する。
【0053】
図3(c)に第1の規格化処理後の階調補正特性を示す。図3(c)で破線bは規格化処理前の特性、実線cは規格化処理後の特性である。図3(c)ではcの規格化処理後の階調補正特性が15段目で階調補正手段5の出力信号の最大値SHmaxに達しており、階調再現範囲を有効に利用していることになる。
【0054】
次にマイクロコンピュータ4では第1の規格化処理後のヒストグラムデータHnorm1(n)に対し、各分割レベルごとの傾きに制限を与える第1のMAX、MINクリップ処理(S3)を行う。
【0055】
第1のMAX、MINクリップ処理(3)では各分割レベルの傾きの最大をMAX(n)、各分割レベルの傾きの最小値をMIN(n)として、各分割レベルのヒストグラムデータHnorm(n)が最大値MAX(n)より大きい場合はMAX(n)に、ヒストグラムデータHnorm(n)が最小値MIN(n)より小さい場合はMIN(n)になるようにクリップ処理する。
【0056】
階調補正特性の傾きが大きすぎると画像のS/Nが劣化し、傾きが小さすぎると階調つぶれが発生する。最大値MAXはS/N劣化を抑圧するため、最小値MINは階調つぶれを抑圧するように決定する。ここで、最大値MAX(n)、最小値MIN(n)の値は各分割レベル全て64と8とする。図3(d)に第1のMAX、MINクリップ処理後の階調補正特性を示す。図3(d)で破線cはMAX、MINクリップ処理前の階調補正特性、実線dはMAX、MINクリップ処理後の階調補正特性である。
【0057】
このように第1のMAX、MINクリップ処理(S3)を行うことによっても階調補正特性の最大値が変化することになる。
【0058】
次にマイクロコンピュータ4では最大値の変化した階調補正特性に対し、再び最大値が一定の値SHmaxとなるように第2の規格化処理(S4)を行う。第2の規格化処理の動作は第1の規格化処理の動作と同様であり、第1の規格化処理と同様に規格化処理後の階調補正特性が15段目の分割レベルで階調補正手段5の出力信号の最大値SHmaxに達し、階調再現範囲を有効に利用できるようになる。
【0059】
次にマイクロコンピュータ4では第2の規格化処理後のヒストグラムデータHnorm2(n)に対し、各分割レベルごとの傾きに制限を与える第2のMAX、MINクリップ処理(5)を行う。第2のMAX、MINクリップ処理では第1のMAX、MINクリップ処理と異なり、クリップ値MAX(n)とMIN(n)はピーク検出回路2で検出されたピークレベルPに応じて値が変更される。
【0060】
すなわち、ピークレベルPが小さい場合にはMIN(n)は大きく、Pが大きい場合にはMIN(n)は小さく設定される。図4にピークレベルとMIN(n)との関係を示す。ここでは、MIN(n)の最大値を64,最小値を8としている。
【0061】
なお、MAX(n)に関しては変更しても良いが、必ずしも変更する必要はない。
【0062】
さらに、MIN(n)の最大値を64、最小値を8とする代わりに、各分割レベル毎にMIN(n)の初期値を予め決めておき、ピークレベルPが小さい場合には各分割レベル毎のMIN(n)を予め設定されている初期値よりより大きくし、Pが大きい場合にはMIN(n)を予め設定されている初期値よりより小さく設定しても構わない。
【0063】
図5(a)にピークレベルが低い場合のヒストグラムデータを示す。ピークレベルが低い場合には、ヒストグラムデータも低い分割レベルに分布する。図5(b)に第2のMAX、MINクリップ処理をしない場合の階調補正特性を破線aで、第2のMAX、MINクリップ処理をした場合の階調補正特性を実線bで示す。
【0064】
ピークレベルが低い場合にはダイナミックレンジが低いために階調補正の傾きを抑圧する必要はない。第2のMAX、MINクリップ処理におけるMINクリップ値を大きくすることにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来る。
【0065】
階調補正手段5ではマイクロコンピュータ4により算出された階調補正特性により入力端子1から入力する入力信号Sinに対して階調補正処理を施し出力信号Soutを出力端子9より出力する。
【0066】
階調補正処理は、入力信号Sinに対してヒストグラム検出手段3と同じ分割レベルごとに、ゲインA(n)とオフセットB(n)が与えられ、以下の数3に示す関係による折れ線近似から出力信号Soutとして出力される。
【0067】
【数3】
Sout=A(n)×(Sin−S(n))+B(n)
ここで、A(n)=(SH(n+1)−SH(n))/(S(n+1)−S(n))、B(n)=SH(n)である。
【0068】
図6にSH(n)、S(n)の関係を示す。
【0069】
このように本実施の形態の効果は、ダイナミックレンジ検出手段から得られる入力信号のダイナミックレンジの情報により、階調補正特性算出手段において階調補正特性を変更することにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来るというものである。
【0070】
なお、本実施の形態においてヒストグラム検出手段3で検出したヒストグラムデータH(n)から階調補正特性SH(n)を算出する階調補正特性算出手段としてマイクロコンピュータ4を用いたが、このマイクロコンピュータ4の動作の一部または全てをハードウェア、その他の手段で実現しても同様の効果が得られる。
【0071】
また、本実施の形態では、ヒストグラム検出および階調補正の分割レベルを等間隔に設定したが、低輝度部を細かく、高輝度部を粗くするように設定しても良い。分割レベルの幅を細かくした部分の制御は当然の事ながら細かな制御が可能となる。ガンマ補正により低輝度部の信号の階調特性を強調するするビデオカメラなどでは、低輝度部の分割を細かくすることは有効である。
【0072】
また、本実施の形態では信号の分割レベルを16分割としたが、それよりも多くても少なくても良い。分割数が多いほど細かな制御が可能となるが、階調補正特性算出に必要な処理量が大きくなり、マイクロコンピュータやハードウェアに負荷がかかる。
【0073】
また、本実施の形態では階調補正特性算出手段では分割レベルごとのゲインの制御範囲に制限を与え、ダイナミックレンジの情報によりゲインの制御範囲を変更することにより、階調補正特性を変更しているが、ダイナミックレンジに応じた複数の階調補正特性を用意しておき、ダイナミックレンジの情報により階調補正特性を切り替えるような構成としても良い。ただし、その場合には本実施の形態のような分割レベルごとの細かな制御は不可能である。
【0074】
本発明に関連する発明の効果は、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来るというものである。
【0075】
(実施の形態2)
実施の形態1で第2のMAX,MINクリップ処理において、ピークレベルとMIN(n)の関係が単純にピークレベルPが小さい場合にはMIN(n)は大きく、Pが大きい場合にはMIN(n)は小さく設定されるが、ピークレベルが小さい場合にMIN(n)が小さいと、低輝度部の階調が抑圧され、不自然な画像になる場合がある。
【0076】
実施の形態2において、階調補正装置の構成およびマイクロコンピュータ4における第2の規格化処理までのアルゴリズムは実施の形態1に準じるので省略し、第2のMAX、MINクリップ処理(5)について説明する。
【0077】
マイクロコンピュータ4の第2のMAX、MINクリップ処理ではピークレベルに対応したクリップレベルMIN(n)の変更のしかたが異なる。すなわち、ピークレベルPが小さい場合にはMIN(n)は大きく、Pが大きい場合にはMIN(n)は小さく設定されるが、ピークレベルの可変範囲の最大値をPmaxとした場合に、ピークレベルがPmaxの1/2以下の場合にMIN(n)はMAX(n)と同じ値に設定し、ピークレベルがPmaxの場合にMIN(n)はMAX(n)の1/8に設定する。ピークレベルがPmaxとPmaxの1/2の間の範囲の場合には、ピークレベルに応じて設定値を補間する。図7にピークレベルとMIN(n)との関係を示す。ここでは、MIN(n)の最大値を64,最小値を8としている。
【0078】
図8(a)にピークレベルが低い場合のヒストグラムデータを示す。ピークレベルが低い場合には、ヒストグラムデータも低い分割レベルに分布する。図8(b)に第2のMAX、MINクリップ処理をしない場合の階調補正特性を破線aで第2のMAX、MINクリップ処理をした場合の階調補正特性を実線bで示す。
【0079】
ピークレベルが低い場合にはダイナミックレンジが低いために階調補正の傾きを抑圧する必要はない。第2のMAX、MINクリップ処理におけるMINクリップ値を大きくすることにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来る。
【0080】
階調補正手段5以降の動作は実施の形態1に準じるのでここでは省略する。
【0081】
このように本実施の形態の効果は、階調補正特性算出手段ではダイナミックレンジ検出手段で検出されるダイナミックレンジの情報により、入力信号のダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合には、階調補正特性を固定とすることにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来るというものである。
【0082】
なお、実施の形態2において、MINクリップ値を固定にするダイナミックレンジをピークレベルの可変範囲の最大値をPmaxとした場合に、ピークレベルがPmaxの1/2としたが、1/2に限るものではない。
【0083】
(実施の形態3)
実施の形態1および2においてダイナミックレンジ検出手段として、ピーク検出回路2を用いたが、回路規模削減のためにはピーク検出回路以外の手段でダイナミックレンジが検出できるのが望ましい。
【0084】
実施の形態3では、ダイナミックレンジ検出手段として、ヒストグラム検出手段で検出されるヒストグラムデータを用いることにより、ピーク検出回路を削減することが出来る階調補正装置について説明する。
【0085】
以下、本発明または本発明に関連する発明の実施の形態3の階調補正装置について、図面を参照しながら説明する。
【0086】
図9に実施の形態3の階調補正装置の構成を示す。図9において1は入力端子、3はヒストグラム検出手段、4は階調補正特性算出手段としてのマイクロコンピュータ、5は階調補正手段である。図9の構成は、実施の形態1の図1に示した構成図からピーク検出回路2を削除したものである。
【0087】
実施の形態3において、ヒストグラム検出手段3の動作は実施の形態1に準じるのでここでは省略する。
【0088】
実施の形態3ではマイクロコンピュータ4において、ヒストグラム検出手段3で得られたヒストグラムデータを用いてダイナミックレンジの検出を行う。ダイナミックレンジの検出は以下のアルゴリズムで行う。図10に実施の形態3におけるダイナミックレンジ検出アルゴリズムを示す。
【0089】
なお、実施の形態3においてもヒストグラム検出手段3における分割レベルの数は0から15の16段とする。
【0090】
ダイナミックレンジは入力信号の最大値であるピークレベルで表される。ヒストグラム検出手段3で検出されたヒストグラムデータH(n)は、分割レベルごとの信号の頻度を表し、信号の分布する最も高い分割レベルがピークレベルを表すことになる。
【0091】
信号の分布する最も高い分割レベルは、ヒストグラムデータが0でない最も高い分割レベルと言うことになるが、単純にヒストグラムデータが0かどうかを検出するだけでは、木漏れ日などの信号レベルのピークレベルの変化が激しい場合に検出データが不安定になる。
【0092】
ここではピークレベルの安定性を得るために、ある程度以下のヒストグラムデータの変化に対しピークレベルを変化させないようにしている。
【0093】
まずはじめに、ヒストグラム検出手段3で得られたヒストグラムデータH(n)について、高い分割レベル(ここでは15)の方から順に第1の閾値th1と比較し(S7、S8)、はじめにH(n)が第1の閾値th1を越えた分割レベルを第1のピークレベルp1とする(S9)。
【0094】
つぎに第1のピークレベルp1と前回検出したピークレベルp0を比較し(S10)、p1がp0より大きい場合には、第1のピークレベルp1を今回の検出ピークレベルp2とする(S11)。
【0095】
また、第1のピークレベルp1が前回検出したピークレベルp0より小さい場合には、H(n)をp0から順に小さい方に第1の閾値th1より小さい第2の閾値th2と比較し、ヒストグラムデータH(n)が第2の閾値th2より大きくなったはじめの分割レベルを今回の検出ピークレベルp2とする(S13,S14,S15,S16)。
【0096】
最後に今回の検出ピークレベルp2を時間方向に平滑化して、ダイナミックレンジを表すピークレベルPとする(S12)。
【0097】
なお、時間方向の平滑化は巡回型のフィルタ処理で行われ、ピークレベルPの安定性と演算処理による精度向上が得られる。
【0098】
マイクロコンピュータ4では以上のようにして得られたピークレベルPを用いて、実施の形態1または2と同様に階調補正特性を算出する。
【0099】
ダイナミックレンジの検出以外の動作は実施の形態1または、実施の形態2に準じるので、ここでは省略する。
【0100】
このようにして、実施の形態3ではピーク検出回路を用いずにヒストグラム検出手段から得られるヒストグラムデータからピークレベルを検出することが出来る。
【0101】
本実施の形態の効果は、ダイナミックレンジ検出手段で得られるダイナミックレンジの情報として、ヒストグラム検出手段で検出されるヒストグラムデータを用いることにより、ピーク検出回路を削減するというものである。
【0102】
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4の階調補正装置について、図面を参照しながら説明する。
【0103】
カメラ信号処理では低輝度部はガンマ補正などにより強調されるため、解像感など画面全体に大きな影響を与えるが、ヒストグラムイコライゼーションにより、低輝度部の頻度が少ないために低輝度部のゲインが抑圧されることにより、画面全体の解像感が劣化したり、画面全体の明るさが暗くなる場合ある。
【0104】
実施の形態4では、画面全体の解像感や、画面全体の明るさを保存することが出来る階調補正装置について説明する。
【0105】
実施の形態4において、階調補正装置の構成およびマイクロコンピュータ4における第2の規格化処理までのアルゴリズムは実施の形態1に準じるので省略し、第2のMAX、MINクリップ処理(S5)について説明する。
【0106】
マイクロコンピュータ4では第2の規格化処理後のヒストグラムデータHnorm2(n)に対し、各分割レベルごとの傾きに制限を与える第2のMAX、MINクリップ処理(S5)を行う。
【0107】
実施の形態4では、第2のMAX、MINクリップ処理の動作は実施の形態1,2または3と同様であるが、実施の形態4でMAX(n)およびMIN(n)の最大値と,最小値を分割レベルの段によって変更する。
【0108】
図11(a)に各分割レベルのクリップ値MAX(n)、MIN(n)を示す。図11(a)に示す各分割レベルのクリップ値は、低輝度部のクリップ値ほど大きくなるように、また、低輝度部のクリップ値ほどMAX(n)とMIN(n)の差が小さくなるように設定している。
【0109】
図11(b)に階調補正特性を示す。図11(b)において、最大の傾きの場合の階調補正特性をMAX、最小の傾きの場合の階調補正特性をMINとしている。
【0110】
マイクロコンピュータ4から出力される階調補正特性は図11(b)のMINとMAXの間の特性をとることになる。
【0111】
図11(b)からわかるように、本実施の形態における階調補正特性は低輝度部の傾きが急になり、高輝度部の傾きが緩やかになるような特性になる。
【0112】
このように、低輝度部の分割レベルのゲインの制御範囲を小さくすることにより、画面全体の解像感や、画面全体の明るさがを保存される。
【0113】
階調補正手段5以降の動作は実施の形態1に準じるのでここでは省略する。
【0114】
本実施の形態の効果は、低輝度部の分割レベルのゲインの制御範囲を小さくすることにより、画面全体の解像感や、画面全体の明るさを保存することができる。
【0115】
このように本実施の形態によれば、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来る。
【0116】
また、本実施の形態によれば、階調補正特性算出手段ではダイナミックレンジ検出手段で検出されるダイナミックレンジの情報により、入力信号のダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合には、階調補正特性を固定とすることにより、ダイナミックレンジが低い場合でも階調補正特性を抑圧することなく、最適な階調補正特性を得ることが出来る。
【0117】
また、本実施の形態によれば、ダイナミックレンジ検出手段で検出されるダイナミックレンジの情報として、ヒストグラム検出手段で検出されるヒストグラムデータを用いることにより、ピーク検出回路を削減することが出来る。
【0118】
また、本実施の形態によれば、低輝度部の分割レベルのゲインの制御範囲を小さくすることにより、画面全体の解像感や、画面全体の明るさを保存することができる。
【0119】
なお、本実施の形態のピーク検出回路2は本発明に関連する発明のダイナミックレンジ検出手段の例であり、本実施の形態のマイクロコンピュータ4は本発明または本発明に関連する発明の階調補正特性算出手段の例であり、本実施の形態の傾きは本発明または本発明に関連する発明の階調補正特性における入力信号のレベルの変化量に対する出力信号の変化量の割合である傾きの例である。
【0120】
なお、本発明または本発明に関連する発明の階調補正装置の全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び/またはデータを担持した媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする媒体は本発明または本発明に関連する発明に属する。
【0121】
さらに、本発明または本発明に関連する発明の階調補正装置の全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び/またはデータであることを特徴とする情報集合体は本発明に関連する発明に属する。
【0122】
さらに、本発明または本発明に関連する発明のデータとは、データ構造、データフォーマット、データの種類などを含む。また、本発明または本発明に関連する発明の媒体とは、ROM等の記録媒体、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等の伝送媒体を含む。また、本発明または本発明に関連する発明の担持した媒体とは、例えば、プログラム及び/またはデータを記録した記録媒体、やプログラム及び/またはデータを伝送する伝送媒体等を含む。また、本発明または本発明に関連する発明のコンピュータにより処理可能とは、例えば、ROMなどの記録媒体の場合であれば、コンピュータにより読みとり可能であることであり、伝送媒体の場合であれば、伝送対象となるプログラム及び/またはデータが伝送の結果として、コンピュータにより取り扱えることであることを含む。また、本発明に関連する発明の情報集合体とは、例えば、プログラム及び/またはデータ等のソフトウエアを含むものである。
【0123】
さらに、上記実施の形態のいずれかに記載の階調補正装置の各ブロック、各手段、各回路の全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び/またはデータを記録したプログラム記録媒体は、コンピュータにより読み取り可能であり、読み取られた前記プログラム及び/またはデータが前記コンピュータと協動して前記機能を実行するプログラム記録媒体であっても良い。
【0124】
以上説明したところから明らかなように、本発明に関連する発明は、ダイナミックレンジが異なる種々の信号に対して階調処理を行っても不自然な画像にならない階調表示装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
【0125】
また、本発明に関連する発明は、ダイナミックレンジが所定の値よりも小さい場合に階調補正を施しても、必要な部分まで階調を抑圧することがない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
また、本発明に関連する発明は、ダイナミックレンジ検出手段として、入力信号のピークレベルを検出するピーク検出回路を必要としない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
【0126】
【発明の効果】
本発明は、ダイナミックレンジ検出手段として、入力信号のピークレベルを検出するピーク検出回路を必要としない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
【0127】
また、本発明は、画面全体の解像感が劣化しない階調補正装置、階調補正方法及び記録媒体を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の階調補正装置の構成を表す構成図。
【図2】実施の形態1の階調補正装置のマイクロコンピュータ4における階調補正特性算出アルゴリズムのフロー図。
【図3】実施の形態1の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【図4】実施の形態1の階調補正装置のピークレベルとクリップ値MIN(n)の関係を表す特性図。
【図5】実施の形態1の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【図6】実施の形態1の階調補正装置の階調補正特性を示す特性図
【図7】実施の形態2の階調補正装置のピークレベルとクリップ値MIN(n)の関係を表す特性図。
【図8】実施の形態2の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【図9】実施の形態3の階調補正装置の階調補正装置の構成を表す構成図。
【図10】実施の形態3の階調補正装置のマイクロコンピュータ4におけるピークレベル検出アルゴリズムのフロー図。
【図11】実施の形態4の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【図12】従来の階調補正装置の構成を示す構成図。
【図13】従来の階調補正装置のヒストグラムデータと階調補正特性を示す特性図。
【符号の説明】
1...入力端子、
2...ピーク検出回路、
3...ヒストグラム検出手段、
4...マイクロコンピュータ、
5...階調補正手段、
7...分割レベル設定レジスタ、
8...比較器、
9...出力端子、
10...信号レベル判定回路、
11...マルチプレクサ、
12...レジスタ、
13...セレクタ、
Claims (2)
- 入力信号を信号レベル方向に複数の分割レベルに分割し、前記分割レベルごとの信号の出現頻度であるヒストグラムデータを検出するヒストグラム検出手段と、
前記検出されたヒストグラムデータに基づいて、前記分割レベルごとの信号の階調補正特性を算出する階調補正特性算出手段と、
前記算出された階調補正特性に基づいて、前記入力信号に対し階調補正を施す階調補正手段とを備え、
前記階調補正特性算出手段は、前記階調補正特性における入力信号のレベルの変化量に対する出力信号の変化量の割合である傾きを、前記分割レベル毎に前記ヒストグラムデータの前記信号の出現頻度と対応付けて求め、
前記階調補正特性の前記分割レベルごとの傾きを所定範囲に制限し、
低輝度部の前記分割レベルのゲインは固定せずに、前記ゲインの制御範囲をより小さくすることを特徴とする階調補正装置。 - 請求項1記載の階調補正装置の、入力信号を信号レベル方向に複数の分割レベルに分割し、前記分割レベルごとの信号の出現頻度であるヒストグラムデータを検出するヒストグラム検出手段と、前記検出されたヒストグラムデータに基づいて、前記分割レベルごとの信号の階調補正特性を算出する階調補正特性算出手段と、前記算出された階調補正特性に基づいて、前記入力信号に対し階調補正を施す階調補正手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能なことを特徴とする記録媒体。
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