JP4030560B2 - 画像処理装置及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置及び画像表示装置に関する。

従来の画像表示装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の画像表示装置では、最大輝度レベル、最小輝度レベル及び平均輝度レベルを検出し、検出したこれらの情報を用いて、画像信号の輝度レベルをダイナミックレンジ幅まで増幅してコントラストを向上させている。

特許第３，２１５，３８８号明細書

一般的に、彩度が高い画像に対応した画像信号では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの色信号の間に階調分布のばらつき（差異）があり、これらの色信号には、輝度信号の最大階調値よりも大きな階調値を有する色信号や、輝度信号の最小階調値よりも小さい階調値を有する色信号が含まれることがある。この場合には、特許文献１の技術では、ある色信号において、階調値が大きい成分の間、あるいは階調値が小さい成分の間では、階調差が無くなる色つぶれ現象が発生することがある。
また、特許文献１の技術では、負の色信号については記載されていない。

そこで、本発明は上述の問題に鑑みて成されたものであり、負の色信号を含んだ画像信号に対してコントラストを向上することと、色つぶれを抑制しつつコントラストを向上することができる技術を提供することを目的とする。

この発明は、
複数の色信号からなる入力画像信号に画像処理を行う画像処理装置において、
前記入力画像信号から得られる輝度信号に対し、フレーム毎の最大階調値あるいはそれに準ずる値である輝度信号最大階調情報値と、最小階調値あるいはそれに準ずる値である輝度信号最小階調情報値とを検出して輝度情報値として出力する輝度情報検出部と、
前記輝度情報値に基づいて、補正パラメータを算出する補正制御部と、
前記補正パラメータに基づいて、前記画像信号を構成する複数の色信号に対して階調補正を行う階調補正部とを備え、
前記複数の色信号は負の値をも取り得る
ことを特徴とする画像処理装置を提供する。

上記の発明によれば、輝度信号における最大階調値あるいはそれに準ずる値と輝度信号における最小階調値あるいはそれに準ずる値とに基づいて、負の色信号を含む画像信号に対して階調補正を行うので、負の色信号を含む画像信号に対しても、コントラストを向上することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る画像表示装置は、入力端子１と、受信部２と、画像処理装置７と、表示部６とを備えている。入力端子１には、テレビやコンピューター等で用いられている所定の形式の画像信号Ｄａが入力される。受信部２は、入力端子１に入力された画像信号Ｄａを受信して、当該画像信号Ｄａを画像処理装置７で処理可能な形式に変換して画像信号Ｄｂとして出力する。例えば受信部２は、画像信号Ｄａを、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの色信号を含むデジタル形式の画像信号に変換して画像信号Ｄｂとして出力する。受信部２は、入力された画像信号Ｄａがアナログ形式の信号の場合にはＡ／Ｄ変換器などで構成され、入力された画像信号Ｄａがデジタル形式の信号の場合にはその形式に適合した所定の復調器等などで構成される。

画像処理装置７は、輝度情報検出部３と、補正制御部４と、階調補正部５とを備えている。受信部２から出力された画像信号Ｄｂは、画像処理装置７の輝度情報検出部３及び階調補正部５に入力される。輝度情報検出部３は、入力された画像信号Ｄｂに含まれるＲＧＢの３つの色信号から輝度信号Ｙｉを算出し、輝度情報値Ｙｉを検出して補正制御部４に出力する。補正制御部４は、階調補正部５が画像信号Ｄｂに対する階調補正を行う際に使用する補正パラメータＰａを輝度情報値Ｙｉに基づいて算出し、階調補正部５に出力する。

階調補正部５は、入力された補正パラメータＰａを用いて画像信号Ｄｂに対して階調補正を行い、それを画像信号Ｄｃとして表示部６に出力する。表示部６は、入力された画像信号Ｄｃに基づいて画像を表示する。表示部６は、例えば、液晶ディスプレイ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）ディスプレイ、ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、あるいはプラズマディスプレイであって、反射型、透過型、あるいは自発光デバイスなどのあらゆる表示手段を適用できる。

図２は、輝度情報検出部３の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示されるように、輝度情報検出部３は、マトリクス回路８と、ヒストグラム生成部９と、最大階調検出部１０と、最小階調検出部１１と、平均階調検出部１２とを備えている。

受信部２から入力された画像信号Ｄｂに含まれる、赤の色信号ＤｂＲ、緑の色信号ＤｂＧ及び青の色信号ＤｂＢは、マトリクス回路８に入力される。マトリクス回路８は、入力されたＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢから、
ＤｂＹ＝０．３０×ＤｂＲ＋０．５９×ＤｂＧ＋０．１１×ＤｂＢ …式（１）
により輝度信号ＤｂＹを算出し、算出した輝度信号ＤｂＹをヒストグラム生成部９および平均階調検出部１２に出力する。輝度信号ＤｂＹの算出式は、入力信号の形式に応じて異なる式あるいは異なる係数を用いてもよく、また、演算を簡素化するため、より簡易的な式を用いてもよい。

ヒストグラム生成部９は、１フレーム分の輝度信号ＤｂＹにおける階調値のヒストグラムを生成する。最大階調検出部１０は、ヒストグラム生成部９で生成されたヒストグラムから、１フレーム分の輝度信号ＤｂＹにおける輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸを検出して出力する。最小階調検出部１１は、ヒストグラム生成部９で生成されたヒストグラムから、１フレーム分の輝度信号ＤｂＹにおける輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮを検出して出力する。平均階調検出部１２は、１フレーム分の輝度信号ＤｂＹにおける階調値の平均階調を算出し、輝度信号平均階調ＹＡＶＧとして出力する。

ここで、「最大階調情報値」とは、最大階調値あるいは所定方法で検出される当該最大階調値に準ずる値を意味している。また「最小階調情報値」とは、最小階調値あるいは所定の方法で検出される当該最小階調値に準ずる値を意味している。これらについては後で詳細に説明する。

図３は、ヒストグラム生成部９が生成するヒストグラムの一例を示す図である。図中の横軸は階調値（階級）を示し、縦軸は度数、つまり１フレーム分の輝度信号ＤｂＹに含まれる各階調の画素数を示している。なお以下の説明では、１画素分の輝度信号ＤｂＹは例えば８ビットのデータで構成されており、その階調値が“０”から“２５５”までの値を採り、その階調数は“２５６”とする。

本実施の形態１に係るヒストグラム生成部９は、２５６の階調数を８階調ごとに３２の領域に分割し、当該３２の領域をヒストグラムの階級としている。そして、各階級での中心値付近の値、本例では、当該中心値よりも大きくかつ最も中心値に近い整数値を当該階級の代表値としている。例えば、階調値“０”から“７”までで構成される階級では、中心値は“３．５”となるため、当該階級の代表値は“４”となる。図３の横軸の数字は各階級の代表値を示している。

なお、階級の中心値が整数であれば、当該中心値を当該階級の代表値としても良い。また、本例のように階級の中心値が整数でなく小数の場合であっても、階級の代表値として当該階級の中心値を採用しても良い。階級の中心値が小数の場合には、本例のように、階級の代表値として当該階級の中心値付近の整数を採用することによって、演算量を低減できる。

このように、本実施の形態１に係るヒストグラム生成部９では、８つの連続する階調値からなる領域を一つの階級としているため、図３に示されるヒストグラムの各度数は、８階調分の信号の総和となる。例えば、横軸の数値４に示された度数は、１フレーム分の輝度信号ＤｂＹに含まれる、階調値０から階調値７までの信号の総和に相当する。

なお、図３のヒストグラムとは異なり、各階調値ごとに画素の度数を計数してヒストグラムを生成してもよい。つまり、各階級を一つの階調値で構成するようにしても良い。この場合には、各階級の代表値は当該階級を構成する階調値そのものとなる。また、階調数を分割する場合には、その分割数は３２以外でも良く、当該分割数を減らすことによって、ヒストグラム生成部９での演算量を低減することができる。分割数は、処理可能な演算量と、階調補正部５で必要とされる階調補正精度とに基づいて決定される。

最大階調検出部１０は、以上のようにして生成されたヒストグラムにおいて、階級の最大から最小に向かって度数を累積し、それによって得られる累積度数ＨＹｗが所定のしきい値ＹＡよりも初めて大きくなる階級の代表値を抽出する。そして最大階調検出部１０は、抽出した代表値を輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸとして出力する。

一方、最小階調検出部１１は、ヒストグラム生成部９で生成されたヒストグラムにおいて、階級の最小から最大に向かって度数を累積し、それによって得られる累積度数ＨＹｂが所定のしきい値ＹＢよりも初めて大きくなる階級の代表値を抽出する。そして最小階調検出部１１は、抽出した代表値を輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮとして出力する。

図３に示されるヒストグラムでは、累積度数ＨＹｗがしきい値ＹＡよりも初めて大きくなる階級の代表値は“２１２”であるため、この“２１２”が輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸとなる。この輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸは、１フレーム分の色信号ＤｂＹにおける最大階調値ではなく、累積度数ＨＹｗ及びしきい値ＹＡを用いて検出された、最大階調値に準ずる値である。

また図３の例では、累積度数ＨＹｂがしきい値ＹＢよりも初めて大きくなる階級の代表値は“１２”であるため、この“１２”が輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮとなる。この輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮは、１フレーム分の色信号ＤｂＹにおける最小階調値ではなく、累積度数ＨＹｂ及びしきい値ＹＢを用いて検出された、最小階調値に準ずる値となる。

なお、累積度数ＨＹｗを計算することなく、度数が計数されている階級のうち最も大きい階級の代表値を輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸとして出力しても良い。この場合には、各階級が一つの階調値で構成されているヒストグラムが使用されると、輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸは、１フレーム分の色信号ＤｂＹにおける最大階調値となり、各階級が複数の階調値で構成されているヒストグラムが使用されると、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最大階調値に準ずる値となる。図３の例では、階調値“２３６”が輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸとなる。

また、累積度数ＨＹｂを計算することなく、度数が計数されている階級のうち最も小さい階級の代表値を輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮとして出力しても良い。この場合には、各階級が一つの階調値で構成されているヒストグラムが使用されると、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮは、１フレーム分の色信号ＤｂＹにおける最小階調値となり、各階級が複数の階調値で構成されているヒストグラムが使用されると、１フレーム分の色信号ＤｂＹにおける最小階調値に準ずる値となる。図３の例では、階調値“４”が輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮとなる。

このように、１フレーム分の画像信号Ｄｂから得られる輝度信号ＤｂＹにおける最大階調値に準ずる値は、累積度数ＨＹｗ及びしきい値ＹＡを用いて検出されるか、あるいは各階級が複数の階調値で構成されているヒストグラムにおいて、度数が計数されている階級のうち最も大きい階級の代表値となる。同様に、１フレーム分の画像信号Ｄｂから得られる輝度信号ＤｂＹにおける最小階調値に準ずる値は、累積度数ＨＹｂ及びしきい値ＹＢを用いて検出されるか、あるいは各階級が複数の階調値で構成されているヒストグラムにおいて、度数が計数されている階級のうち最も小さい階級の代表値となる。

なお、最大階調値に準ずる値は最大階調値と偶然に一致することもあるし、最小階調値に準ずる値は最小階調値と偶然に一致することもある。

なお本例では、累積度数ＨＹｗ、ＨＹｂは、ヒストグラム生成部９で生成していたが、最大階調検出部１０及び最小階調検出部１１で生成しても良い。

これらの輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸ、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮ、および輝度信号平均階調ＹＡＶＧは、輝度情報値Ｙｉとして輝度情報検出部３から補正制御部４に出力される。

補正制御部４は、入力された輝度情報値Ｙｉに基づいて補正パラメータＰａを算出し、階調補正部５に出力する。補正パラメータＰａは例えば以下に説明するパラメータＫ１、Ｋ２、ＢＫ、ＳＨ、ＤＩＳＴの集合である。図４及び図５は補正制御部４におけるパラメータの算出法の互いに異なる例を示す。
図４に示す例においては、横軸（ｘ軸）及び縦軸（ｙ軸）がともに階調値を示すｘｙ座標系において、輝度情報値Ｙｉに含まれる輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸ、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮ及び輝度信号平均階調ＹＡＶＧをｘ軸に示し、輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸ、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮ及び輝度信号平均階調ＹＡＶＧにおける階調補正を行う際のそれぞれの目標値ＹＭＡＸｔ、ＹＭＩＮｔ、ＹＡＶＧｔをｙ軸に示す。
補正制御部４は、ｘｙ座標（ＹＡＶＧ、ＹＡＶＧｔ）とｘｙ座標（ＹＭＩＮ、ＹＭＩＮｔ）とを結ぶ直線を考え、当該直線の傾きＫ１と、ｘｙ座標（ＹＭＡＸ、ＹＭＡＸｔ）とｘｙ座標（ＹＡＶＧ、ＹＡＶＧｔ）とを結ぶ直線を考え、当該直線の傾きＫ２と、上記傾きＫ１の直線とｘ軸との交点におけるｘ座標の値ＢＫとを、それぞれパラメータＫ１、Ｋ２、ＢＫとして以下の式（２）、（３）、（４）で求める。

Ｋ１＝（ＹＡＶＧｔ−ＹＭＩＮｔ）／（ＹＡＶＧ−ＹＭＩＮ） …式（２）
Ｋ２＝（ＹＭＡＸｔ−ＹＡＶＧｔ）／（ＹＭＡＸ−ＹＡＶＧ） …式（３）
ＢＫ＝ＹＭＩＮ−ＹＭＩＮｔ／Ｋ１ …式（４）
ＳＨ、ＤＩＳＴは、図中に示したとおり
ＳＨ＝ＹＡＶＧ …式（５）
ＤＩＳＴ＝ＹＡＶＧｔ …式（６）
とする。

この時、図に示したように、正の色信号に対する処理を、原点を中心に点対称に負の色信号に対して同様に行うことにより、負の色信号に対しても、正の色信号に対する効果と同様の効果を得ることができる。

ここで、各色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの上限値をＣＬＩＭ１、下限値をＣＬＩＭ２（負の数）として、図４に示している。輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸ、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮ、および輝度信号平均階調ＹＡＶＧから算出したパラメータＰａを用いて、各色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの上限値ＣＬＩＭ１、負の数である下限値ＣＬＩＭ２までの範囲の色信号の階調補正をすることができる。

このようにＫ１およびＫ２の２つの傾きにより階調補正を行うことで、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮ、輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸ、および輝度信号平均階調ＹＡＶＧの３つの輝度情報値に対して、目標値を設定することができ、コントラストを向上させると同時に任意の階調特性に変換することができる。

図５に示される例では、ｘ軸及びｙ軸がともに階調値を示すｘｙ座標系において、輝度情報値Ｙｉに含まれる輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸ及び輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮをｘ軸に示し、輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸ及び輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮにおける階調補正を行う際のそれぞれの目標値ＹＭＡＸｔ、ＹＭＩＮｔをｙ軸に示す。
補正制御部４は、ｘｙ座標（ＹＭＩＮ，ＹＭＩＮｔ）とｘｙ座標（０，０）とを結ぶ直線を考え、当該直線の傾きＫ１と、ｘｙ座標（ＹＭＡＸ，ＹＭＡＸｔ）とｘｙ座標（ＹＭＩＮ，ＹＭＩＮｔ）とを結ぶ直線を考え、当該直線の傾きＫ２と、上記傾きＫ１の直線とｘ軸との交点におけるｘ座標の値ＢＫとを、それぞれパラメータＫ１、Ｋ２、ＢＫとして以下の式（７）、（８）、（９）で求める。

Ｋ１＝（ＹＭＩＮｔ）／（ＹＭＩＮ） …式（７）
Ｋ２＝（ＹＭＡＸｔ−ＹＭＩＮｔ）／（ＹＭＡＸ−ＹＭＩＮ） …式（８）
ＢＫ＝０ …式（９）
ＳＨ、ＤＩＳＴは、図中に示したとおり
ＳＨ＝ＹＭＩＮ …式（１０）
ＤＩＳＴ＝ＹＭＩＮｔ …式（１１）

このようにＢＫ＝０に固定して階調補正することで、人間の目に敏感な暗い部分の階調変化が少なくなり、階調補正特性の時間的な変化に伴う画像のちらつきなどを感じにくくすることができる。

またここで、ＹＭＩＮｔ＝ＹＭＩＮとするとＫ１＝１固定となり、ＹＭＩＮ以下の輝度では階調補正されなくなるので、さらに画像の階調飛びや階調のつぶれなどを感じにくくすることができる。

そして補正制御部４は、求めたパラメータＫ１、Ｋ２、ＢＫ、ＳＨ、ＤＩＳＴを補正パラメータＰａとして階調補正部５に出力する。

補正実行部５は、補正パラメータＰａが求められる際に使用された１フレーム分の画像信号Ｄｂに対して、当該補正パラメータＰａに基づいて階調補正を行う。この階調補正は、１フレームごとに行っても良いし、数フレーム（２乃至９フレーム）に１回の割合で行っても良い。また、補正パラメータＰａが求められる際に使用された１フレーム分の画像信号Ｄｂより、１フレームから数フレーム（２乃至９フレーム）遅れた画像信号に対して、当該補正パラメータＰａに基づいて階調補正を行っても良い。

図６は、パラメータＫ１、Ｋ２、ＢＫ、ＳＨ、ＤＩＳＴを用いて階調補正を行う場合の階調補正部５の詳細な構成を示すブロック図である。図６に示されるように、階調補正部５は、絶対値算出部１３ｒ、１３ｇ、１３ｂと、比較条件判断部１４ｒ、１４ｇ、１４ｂと、減算器１５ｒ、１５ｇ、１５ｂと、乗算器１６ｒ、１６ｇ、１６ｂと、加算器１７ｒ、１７ｇ、１７ｂと、符号調整部１８ｒ、１８ｇ、１８ｂと、リミッタ１９ｒ、１９ｇ、１９ｂとを備えている。

絶対値算出部１３ｒ、１３ｇ、１３ｂには、色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢがそれぞれ入力される。絶対値算出部１３ｒ、１３ｇ、１３ｂは、色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢの符号に応じて符号信号ｓＤｂＲ、ｓＤｂＧ、ｓＤｂＢを符号調整部１８ｒ、１８ｇ、１８ｂに出力し、また、色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢの絶対値を算出し、絶対値信号ＤｂＲａ、ＤｂＧａ、ＤｂＢａとして、比較条件判断部１４ｒ、１４ｇ、１４ｂに出力する。また、比較条件判断部１４ｒ、１４ｇ、１４ｂのそれぞれには、パラメータＫ１、Ｋ２、ＢＫ、ＳＨ、ＤＩＳＴが入力される。

比較条件判断部１４ｒは、入力された絶対値信号ＤｂＲａをそのまま減算器１５ｒに出力する。比較条件判断部１４ｒはまた、パラメータＳＨをしきい値として用いて、絶対値信号ＤｂＲａの階調値とパラメータＳＨとを画素単位で比較し、絶対値信号ＤｂＲａの階調値がパラメータＳＨより小さいときには、パラメータＢＫを値ｓｕｂＲとして減算器１５ｒに出力し、パラメータＫ１を値ｍｕｌＲとして乗算器１６ｒに出力し、“０”を値ａｄｄＲとして加算器１７ｒに出力する。

一方、比較条件判断部１４ｒは、絶対値信号ＤｂＲａの階調値がパラメータＳＨ以上のときには、パラメータＳＨを値ｓｕｂＲとして減算器１５ｒに出力し、パラメータＫ２を値ｍｕｌＲとして乗算器１６ｒに出力し、パラメータＤＩＳＴを値ａｄｄＲとして加算器１７ｒに出力する。

ただし、図４の場合のように、ＢＫが０でない場合は、比較条件判断部１４ｒは、絶対値信号ＤｂＲａの階調値とパラメータＢＫとを画素単位で比較し、絶対値信号ＤｂＲａの階調値がパラメータＢＫより小さいときには、“０”を値ｓｕｂＲとして減算器１５ｒに出力し、“０”を値ｍｕｌＲとして乗算器１６ｒに出力し、“０”を値ａｄｄＲとして加算器１７ｒに出力する。

減算器１５ｒは、絶対値信号ＤｂＲａの階調値から値ｓｕｂＲを減算し、その減算結果を乗算器１６ｒに出力する。乗算器１６ｒは、入力された減算結果と値ｍｕｌＲを乗算し、その乗算結果を加算器１７ｒに出力する。加算器１７ｒは、入力された乗算結果と値ａｄｄＲを加算し、その加算結果を符号調整部１８ｒに出力する。符号調整部１８ｒは、符号信号ｓＤｂＲが正を表す場合は、入力された加算器１７ｒの加算結果をそのまま出力し、符号信号ｓＤｂＲが負を表す場合は、入力された加算器１７ｒの加算結果を負数にしてリミッタ１９ｒに出力する。リミッタ１９ｒは、符号調整部１８ｒの出力の値が、設定可能な階調値の範囲（ダイナミックレンジ）を超えている場合には、その範囲内に入るように符号調整部１８ｒの出力の値を制限して色信号ＤｃＲとして出力する。

同様に、比較条件判断部１４ｇは、絶対値信号ＤｂＧａを減算器１５ｇに出力するとともに、絶対値信号ＤｂＧａの階調値がパラメータＳＨより小さいときには、パラメータＢＫを値ｓｕｂＧとして減算器１５ｇに出力し、パラメータＫ１を値ｍｕｌＧとして乗算器１６ｇに出力し、“０”を値ａｄｄＧとして加算器１７ｇに出力する。比較条件判断部１４ｇは、絶対値信号ＤｂＧａの階調値がパラメータＳＨ以上のときには、パラメータＳＨを値ｓｕｂＧとして減算器１５ｇに出力し、パラメータＫ２を値ｍｕｌＧとして乗算器１６ｇに出力し、パラメータＤＩＳＴを値ａｄｄＧとして加算器１７ｇに出力する。

また、図４の場合のように、ＢＫが０でない場合は、比較条件判断部１４ｇは、絶対値信号ＤｂＧａの階調値とパラメータＢＫとを画素単位で比較し、絶対値信号ＤｂＧａの階調値がパラメータＢＫより小さいときには、“０”を値ｓｕｂＧとして減算器１５ｇに出力し、“０”を値ｍｕｌＧとして乗算器１６ｇに出力し、“０”を値ａｄｄＧとして加算器１７ｇに出力する。

減算器１５ｇは、絶対値信号ＤｂＧａの階調値から値ｓｕｂＧを減算し、乗算器１６ｇは、減算器１５ｇでの減算結果と値ｍｕｌＧを乗算し、加算器１７ｇは、乗算器１６ｇでの乗算結果と値ａｄｄＧを加算する。符号調整部１８ｇは、符号信号ｓＤｂＧが正を表す場合は、入力された加算器１７ｇの加算結果をそのまま出力し、符号信号ｓＤｂＧが負を表す場合は、入力された加算器１７ｇの加算結果を負数にしてリミッタ１９ｇに出力する。リミッタ１９ｇは、符号調整部１８ｇの出力の値が、設定可能な階調値の範囲を超えている場合には、その範囲内に入るように符号調整部１８ｇの出力の値を制限して色信号ＤｃＧとして出力する。

同様に、比較条件判断部１４ｂは、絶対値信号ＤｂＢａを減算器１５ｂに出力するとともに、絶対値信号ＤｂＢａの階調値がパラメータＳＨより小さいときには、パラメータＢＫを値ｓｕｂＢとして減算器１５ｂに出力し、パラメータＫ１を値ｍｕｌＢとして乗算器１６ｂに出力し、“０”を値ａｄｄＢとして加算器１７ｂに出力する。比較条件判断部１４ｂは、絶対値信号ＤｂＢａの階調値がパラメータＳＨ以上のときには、パラメータＳＨを値ｓｕｂＢとして減算器１５ｂに出力し、パラメータＫ２を値ｍｕｌＢとして乗算器１６ｂに出力し、パラメータＤＩＳＴを値ａｄｄＢとして加算器１７ｂに出力する。

また、図４の場合のように、ＢＫが０でない場合は、比較条件判断部１４ｂは、絶対値信号ＤｂＢａの階調値とパラメータＢＫとを画素単位で比較し、絶対値信号ＤｂＢａの階調値がパラメータＢＫより小さいときには、“０”を値ｓｕｂＢとして減算器１５ｂに出力し、“０”を値ｍｕｌＢとして乗算器１６ｂに出力し、“０”を値ａｄｄＢとして加算器１７ｂに出力する。

減算器１５ｂは、絶対値信号ＤｂＢａの階調値から値ｓｕｂＢを減算し、乗算器１６ｂは、減算器１５ｂでの減算結果と値ｍｕｌＢを乗算し、加算器１７ｂは、乗算器１６ｂでの乗算結果と値ａｄｄＢを加算する。符号調整部１８ｂは、符号信号ｓＤｂＢが正を表す場合は、入力された加算器１７ｂの加算結果をそのまま出力し、符号信号ｓＤｂＢが負を表す場合は、入力された加算器１７ｂの加算結果を負数にしてリミッタ１９ｂに出力する。リミッタ１９ｂは、符号調整部１８ｂの出力の値が、設定可能な階調値の範囲を超えている場合には、その範囲内に入るように符号調整部１８ｂの出力の値を制限して色信号ＤｃＢとして出力する。

階調補正部５が以上のように構成されることにより、各色信号の階調補正前の階調値をＡ０、階調補正後の階調値をＡ１とすると、（Ａ０の絶対値）＜ＳＨのときにはＡ１＝（Ａ０の符号）（（Ａ０の絶対値）−ＢＫ）×Ｋ１となり、（Ａ０の絶対値）≧ＳＨのときには、Ａ１＝（Ａ０の符号）（（Ａ０の絶対値）−ＳＨ）×Ｋ２＋ＤＩＳＴとなる。ただし、設定可能な階調値の範囲の上限値が“ＣＬＩＭ１”の場合において、（Ａ０の符号）（（Ａ０の絶対値）−ＢＫ）×Ｋ１＞ＣＬＩＭ１、あるいは（Ａ０の符号）（（Ａ０の絶対値）−ＳＨ）×Ｋ２＋ＤＩＳＴ＞ＣＬＩＭ１のときには、Ａ１は“ＣＬＩＭ１”に制限される。また、設定可能な階調値の範囲の下限値が“ＣＬＩＭ２”の場合において、（Ａ０の符号）（（Ａ０の絶対値）−ＢＫ）×Ｋ１＜ＣＬＩＭ２、あるいは（Ａ０の符号）（（Ａ０の絶対値）−ＳＨ）×Ｋ２＋ＤＩＳＴ＜ＣＬＩＭ２のときには、Ａ１は“ＣＬＩＭ２”に制限される。

このように、輝度信号ＤｂＹから検出した輝度情報Ｙｉにより算出したパラメータＰａを正の色信号だけではなく、負の色信号に対して、図４及び図５のように正の色信号と点対称に階調補正を行うことにより、回路規模を抑えながら、負の色信号にも正の色信号と同様の効果を得ることができる。

以上のように、実施の形態１の画像処理装置によれば、輝度信号における最大階調値あるいはそれに準ずる値と輝度信号における最小階調値あるいはそれに準ずる値とに基づいて、負の色信号を含む画像信号に対して階調補正を行うので、負の色信号を含む画像信号に対しても、コントラストを向上することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態２に係る画像表示装置は、上述の実施の形態１に係る画像処理装置において、画像処理装置７の替わりに画像処理装置２１を備えるものである。

本実施の形態２に係る画像処理装置２１は、色情報検出部２０と、補正制御部２７と、階調補正部２８とを備えている。受信部２から出力された画像信号Ｄｂは、画像処理装置２１の色情報検出部２０及び階調補正部２８に入力される。色情報検出部２０は、入力された画像信号Ｄｂに含まれるＲＧＢの３つの色信号から、色情報値Ｃｉを検出して補正制御部２７に出力する。補正制御部２７は、階調補正部２８が画像信号Ｄｂに対する階調補正を行う際に使用する補正パラメータＰａを色情報値Ｃｉに基づいて算出し、階調補正部２８に出力する。

図８は色情報検出部２０の詳細な構成を示すブロック図である。図８に示されるように、本実施の形態２に係る色情報検出部２０は、ヒストグラム生成部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂと、最大階調検出部２３ｒ、２３ｇ、２３ｂと、最小階調検出部２４ｒ、２４ｇ、２４ｂと、色信号最大階調検出部２５と、色信号最小階調検出部２６とを備えている。

受信部２から出力された画像信号Ｄｂに含まれる、赤の色信号ＤｂＲ、緑の色信号ＤｂＧ及び青の色信号ＤｂＢは、ヒストグラム生成部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂにそれぞれ入力される。

ヒストグラム生成部２２ｒは、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける階調値のヒストグラムを生成する。最大階調検出部２３ｒは、ヒストグラム生成部２２ｒで生成されたヒストグラムから、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最大階調情報値ＲＭＡＸを検出して色信号最大階調検出部２５に出力する。最小階調検出部２４ｒは、ヒストグラム生成部２２ｒで生成されたヒストグラムから、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最小階調情報値ＲＭＩＮを検出して色信号最小階調検出部２６に出力する。

ここで、「最大階調情報値」とは、最大階調値あるいは所定方法で検出される当該最大階調値に準ずる値を意味している。また「最小階調情報値」とは、最小階調値あるいは所定方法で検出される当該最小階調値に準ずる値を意味している。これらについては後で詳細に説明する。

図９は、ヒストグラム生成部２２ｒが生成するヒストグラムの一例を示す図である。図中の横軸は階調値（階級）を示し、縦軸は度数、つまり１フレーム分の色信号ＤｂＲの画素数を示している。なお以下の説明では、１画素分の色信号ＤｂＲは例えば８ビットのデータで構成されており、その階調値が“０”から“２５５”までの値を採り、その階調数は“２５６”とする。

本実施の形態２に係るヒストグラム生成部２２ｒは、２５６の階調数を８階調ごとに３２の領域に分割し、当該３２の領域をヒストグラムの階級としている。そして、各階級での中心値付近の値、本例では、当該中心値よりも大きくかつ最も中心値に近い整数値を当該階級の代表値としている。例えば、階調値“０”から“７”までで構成される階級では、中心値は“３．５”となるため、当該階級の代表値は“４”となる。図９の横軸の数字は各階級の代表値を示している。

なお、階級の中心値が整数であれば、当該中心値を当該階級の代表値としても良い。また、本例のように階級の中心値が整数でなく小数の場合であっても、階級の代表値として当該階級の中心値を採用しても良い。階級の中心値が小数の場合には、本例のように、階級の代表値として当該階級の中心値付近の整数を採用することによって、演算量を低減できる。

このように、本実施の形態２に係るヒストグラム生成部２２ｒでは、８つの連続する階調値からなる領域を一つの階級としているため、図９に示されるヒストグラムの各度数は、８階調分の信号の総和となる。例えば、横軸の数値４に示された度数は、１フレーム分の色信号ＤｂＲに含まれる、階調値０から階調値７までの画素数の総和に相当する。

なお、図９のヒストグラムとは異なり、各階調値ごとに度数を計数してヒストグラムを生成してもよい。つまり、各階級を一つの階調値で構成するようにしても良い。この場合には、各階級の代表値は当該階級を構成する階調値そのものとなる。また、階調数を分割する場合には、その分割数は３２以外でも良く、当該分割数を減らすことによって、ヒストグラム生成部２２ｒでの演算量を低減することができる。分割数は、処理可能な演算量と、階調補正部５で必要とされる階調補正精度とに基づいて決定される。

最大階調検出部２３ｒは、以上のようにして生成されたヒストグラムにおいて、階級の最大から最小に向かって度数を累積し、それによって得られる累積度数ＨＲｗが所定のしきい値ＲＡよりも初めて大きくなる階級の代表値を抽出する。そして最大階調検出部２３ｒは、抽出した代表値を最大階調情報値ＲＭＡＸとして出力する。

一方、最小階調検出部２４ｒは、ヒストグラム生成部２２ｒで生成されたヒストグラムにおいて、階級の最小から最大に向かって度数を累積し、それによって得られる累積度数ＨＲｂが所定のしきい値ＲＢよりも初めて大きくなる階級の代表値を抽出する。そして最小階調検出部２４ｒは、抽出した代表値を最小階調情報値ＲＭＩＮとして出力する。

なお、図９には負の値を有する階調値が示されているが、実施の形態２では、負の値を有する階調値は無視して、正の値を有する階調値の中の最小値を求めている。

図９に示されるヒストグラムでは、累積度数ＨＲｗがしきい値ＲＡよりも初めて大きくなる階級の代表値は“２１２”であるため、この“２１２”が最大階調情報値ＲＭＡＸとなる。この最大階調情報値ＲＭＡＸは、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最大階調値ではなく、累積度数ＨＲｗ及びしきい値ＲＡを用いて検出された、最大階調値に準ずる値である。

また図９の例では、正の範囲で累積度数ＨＲｂがしきい値ＲＢよりも初めて大きくなる階級の代表値は“１２”であるため、この“１２”が最小階調情報値ＲＭＩＮとなる。この最小階調情報値ＲＭＩＮは、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最小階調値ではなく、累積度数ＨＲｂ及びしきい値ＲＢを用いて検出された、最小階調値に準ずる値となる。

なお、累積度数ＨＲｗを計算することなく、度数が計数されている階級のうち最も大きい階級の代表値を最大階調情報値ＲＭＡＸとして出力しても良い。この場合には、各階級が一つの階調値で構成されているヒストグラムが使用されると、最大階調情報値ＲＭＡＸは、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最大階調値となり、各階級が複数の階調値で構成されているヒストグラムが使用されると、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最大階調値に準ずる値となる。図９の例では、階調値“２３６”が最大階調情報値ＲＭＡＸとなる。

また、累積度数ＨＲｂを計算することなく、度数が計数されている階級のうち最も小さい階級の代表値を最小階調情報値ＲＭＩＮとして出力しても良い。この場合には、各階級が一つの階調値で構成されているヒストグラムが使用されると、最小階調情報値ＲＭＩＮは、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最小階調値となり、各階級が複数の階調値で構成されているヒストグラムが使用されると、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最小階調値に準ずる値となる。図９の例では、階調値“４”が最小階調情報値ＲＭＩＮとなる。

このように、１フレーム分の画像信号Ｄｂから得られる色信号ＤｂＲにおける最大階調値に準ずる値は、累積度数ＨＲｗ及びしきい値ＲＡを用いて検出されるか、あるいは各階級が複数の階調値で構成されているヒストグラムにおいて、度数が計数されている階級のうち最も大きい階級の代表値となる。同様に、１フレーム分の画像信号Ｄｂから得られる色信号ＤｂＲにおける最小階調値に準ずる値は、累積度数ＨＲｂ及びしきい値ＲＢを用いて検出されるか、あるいは各階級が複数の階調値で構成されているヒストグラムにおいて、度数が計数されている階級のうち最も小さい階級の代表値となる。他の色信号ＤｂＧ、ＤｂＢについても同様である。

なお、最大階調値に準ずる値は最大階調値と偶然に一致することもあるし、最小階調値に準ずる値は最小階調値と偶然に一致することもある。

色信号ＤｂＧ及び色信号ＤｂＢに関しても、色信号ＤｂＲと同様に処理される。ヒストグラム生成部２２ｇでは１フレーム分の色信号ＤｂＧにおける階調値のヒストグラムが生成され、最大階調検出部２３ｇは、当該ヒストグラムから、１フレーム分の色信号ＤｂＧにおける最大階調情報値ＧＭＡＸを検出して色信号最大階調検出部２５に出力する。最小階調検出部２４ｇは、ヒストグラム生成部２２ｇで生成されたヒストグラムから、１フレーム分の色信号ＤｂＧにおける最小階調情報値ＧＭＩＮを検出して色信号最小階調検出部２６に出力する。同様に、ヒストグラム生成部２２ｂで１フレーム分の色信号ＤｂＢにおける階調値のヒストグラムが生成され、最大階調検出部２３ｂは、当該ヒストグラムから、１フレーム分の色信号ＤｂＢにおける最大階調情報値ＢＭＡＸを検出して色信号最大階調検出部２５に出力する。最小階調検出部２４ｂは、ヒストグラム生成部２２ｂで生成されたヒストグラムから、１フレーム分の色信号ＤｂＢにおける最小階調情報値ＢＭＩＮを検出して色信号最小階調検出部２６に出力する。

色信号最大階調検出部２５は、最大階調情報値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸから、１フレーム分の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢにおける最大階調情報値を検出してこれを色信号最大階調情報値ＭＡＸとして出力する。具体的には、色信号最大階調検出部２５は、最大階調情報値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸうち最も大きい値を色信号最大階調情報値ＭＡＸとして出力する。

一方、色信号最小階調検出部２６は、最小階調情報値ＲＭＩＮ、ＧＭＩＮ、ＢＭＩＮから、１フレーム分の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢにおける最小階調情報値を検出してこれを色信号最小階調情報値ＭＩＮとして出力する。具体的には、色信号最小階調検出部２６は、最小階調情報値ＲＭＩＮ、ＧＭＩＮ、ＢＭＩＮうち最も小さい値を色信号最小階調情報値ＭＩＮとして出力する。そして、色信号最大階調情報値ＭＡＸ及び色信号最小階調情報値ＭＩＮは、色情報値Ｃｉとして補正制御部２７に入力される。

色信号最大階調情報値ＭＡＸは、最大階調情報値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸのそれぞれが１フレーム分の単色の色信号における最大階調値である場合には、１フレーム分の複数種類の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢ全体における最大階調値となり、最大階調情報値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸのそれぞれが１フレーム分の単色の色信号における最大階調値に準ずる値である場合には、１フレーム分の複数種類の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢ全体における最大階調値に準ずる値となる。

同様に、色信号最小階調情報値ＭＩＮは、最小階調情報値ＲＭＩＮ、ＧＭＩＮ、ＢＭＩＮのそれぞれが１フレーム分の単色の色信号における最小階調値である場合には、１フレーム分の複数種類の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢ全体における最小階調値となり、最小階調情報値ＲＭＩＮ、ＧＭＩＮ、ＢＭＩＮのそれぞれが１フレーム分の単色の色信号における最小階調値に準ずる値である場合には、１フレーム分の複数種類の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢ全体における最小階調値に準ずる値となる。

なお本例では、累積度数ＨＲｗ、ＨＲｂ等は、ヒストグラム生成部２２ｒ、２２ｇ、２２ｂで生成していたが、最大階調検出部２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ及び最小階調検出部２４ｒ、２４ｇ、２４ｂで生成しても良い。

補正制御部２７は、入力された色情報値Ｃｉに基づいて補正パラメータＰａを算出し、階調補正部２８に出力する。補正パラメータＰａは例えば以下に説明するパラメータＫ及びＢＫの集合である。図１０は補正制御部２７における補正パラメータＰａの算出法を示す図である。図１０において、ｘ軸及びｙ軸がともに階調値を示すｘｙ座標系において、色情報値Ｃｉに含まれる色信号最大階調情報値ＭＡＸ及び色信号最小階調情報値ＭＩＮをｘ軸に示し、色信号最大階調情報値ＭＡＸ及び色信号最小階調情報値ＭＩＮにおける階調補正を行う際のそれぞれの目標値ＭＡＸｔ，ＭＩＮｔをｙ軸に示す。補正制御部２７は、ｘｙ座標（ＭＡＸ，ＭＡＸｔ）とｘｙ座標（ＭＩＮ，ＭＩＮｔ）とを結ぶ直線を考え、当該直線の傾きＫと、当該直線とｘ軸との交点におけるｘ座標の値ＢＫとを、それぞれパラメータＫ、ＢＫとして以下の式（１２）、（１３）で求める。

Ｋ＝（ＭＡＸｔ−ＭＩＮｔ）／（ＭＡＸ−ＭＩＮ） …式（１２）
ＢＫ＝ＭＩＮ−ＭＩＮｔ／Ｋ …式（１３）
そして補正制御部２７は、求めたパラメータＫ、ＢＫを補正パラメータＰａとして補正実行部２８に出力する。

目標値ＭＡＸｔ、ＭＩＮｔは、補正制御部２７内において、例えば以下の式（１４）、（１５）で簡単に求めることが出来る。

ＭＡＸｔ＝ＭＡＸ＋（ＭＡＸ−ＭＩＮ）×Ｋｍａｘ …式（１４）
ＭＩＮｔ＝ＭＩＮ−（ＭＡＸ−ＭＩＮ）×Ｋｍｉｎ …式（１５）
ただし、Ｋｍａｘ、Ｋｍｉｎは、０から１程度の数で、あまり大きな数に設定すると、コントラストが高くなり過ぎて、見にくい映像になることがある。

目標値ＭＡＸｔ、ＭＩＮｔは、設定可能な階調値の範囲（ダイナミックレンジ）の上限値及び下限値を超えて設定できないため、ＭＡＸｔは、ＭＡＸｔ≦ＣＬＩＭ１を満たすように設定される。ここでＣＬＩＭ１は正の上限である。ＭＩＮｔは、ＭＩＮｔ≧０を満たすように設定される。

階調補正部２８は、補正パラメータＰａが求められる際に使用された１フレーム分の画像信号Ｄｂに対して、当該補正パラメータＰａに基づいて階調補正を行う。この階調補正は、１フレームごとに行っても良いし、数フレーム（２乃至９フレーム）に１回の割合で行っても良い。また、補正パラメータＰａが求められる際に使用された１フレーム分の画像信号Ｄｂより、１フレームから数フレーム（２乃至９フレーム）遅れた画像信号に対して、当該補正パラメータＰａに基づいて階調補正を行っても良い。

図１１は階調補正部２８の詳細な構成を示すブロック図である。図１１に示されるように、階調補正部２８は、絶対値算出部３４ｒ、３４ｇ、３４ｂ、減算器２９ｒ、２９ｇ、２９ｂと、乗算器３０ｒ、３０ｇ、３０ｂと、比較器３１ｒ、３１ｇ、３１ｂと、条件判断部３２ｒ、３２ｇ、３２ｂと、リミッタ３３ｒ、３３ｇ、３３ｂとを備えている。

受信部２から出力された画像信号Ｄｂに含まれる色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢは、絶対値算出部３４ｒ、３４ｇ、３４ｂにそれぞれ入力される。絶対値算出部３４ｒ、３４ｇ、３４ｂは、色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢの符号に応じて符号信号ｓＤｂＲ、ｓＤｂＧ、ｓＤｂＢを条件判断部３２ｒ、３２ｇ、３２ｂにそれぞれ出力し、また、色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢの絶対値をそれぞれ算出し、色信号の絶対値信号ＤｂＲａ、ＤｂＧａ、ＤｂＢａとして出力し、比較器３１ｒ、３１ｇ、３１ｂにそれぞれ入力されるとともに、減算器２９ｒ、２９ｇ、２９ｂにそれぞれ入力される。

補正制御部２７で算出されたパラメータＢＫは、比較器３１ｒ、３１ｇ、３１ｂ及び減算器２９ｒ、２９ｇ、２９ｂに入力される。補正制御部２７で算出されたパラメータＫは、乗算器３０ｒ、３０ｇ、３０ｂに入力される。

減算器２９ｒは、１画素分のデータごとに、絶対値信号ＤｂＲａの階調値からパラメータＢＫを差し引いて、その結果を乗算器３０ｒに出力する。同様に、減算器２９ｇは、１画素分のデータごとに、絶対値信号ＤｂＧａの階調値からパラメータＢＫを差し引いて、その結果を乗算器３０ｇに出力し、減算器２９ｂは、１画素分のデータごとに、絶対値信号ＤｂＢａの階調値からパラメータＢＫを差し引いて、その結果を乗算器３０ｂに出力する。

乗算器３０ｒは、減算器２９ｒでの演算結果にパラメータＫを乗算して条件判断部３２ｒに出力する。同様に、乗算器３０ｇは、減算器２９ｇでの演算結果にパラメータＫを乗算して条件判断部３２ｇに出力し、乗算器３０ｂは、減算器２９ｂでの演算結果にパラメータＫを乗算して条件判断部３２ｂに出力する。

比較器３１ｒは、１画素分のデータごとに、絶対値信号ＤｂＲａの階調値とパラメータＢＫとの比較を行い、その比較結果を条件判断部３２ｒに出力する。同様に、比較器３１ｇは、１画素分のデータごとに、絶対値信号ＤｂＧａの階調値とパラメータＢＫとの比較を行い、その比較結果を条件判断部３２ｇに出力し、比較器３１ｂは、１画素分のデータごとに、絶対値信号ＤｂＢａの階調値とパラメータＢＫとの比較を行い、その比較結果を条件判断部３２ｂに出力する。

条件判断部３２ｒは、比較器３１ｒにおいて、絶対値信号ＤｂＲａの階調値がパラメータＢＫよりも大きいと判断された場合には、乗算器３０ｒでの演算結果を選択し、それ以外のときには“０”を選択して、符号信号ｓＤｂＲが正のときはそのまま、符号信号ｓＤｂＲが負のときは負数に変換して、乗算器３０ｒでの演算結果をリミッタ３３ｒに出力する。同様に、条件判断部３２ｇは、比較器３１ｇにおいて、絶対値信号ＤｂＧａの階調値がパラメータＢＫよりも大きいと判断された場合には、乗算器３０ｇでの演算結果を選択し、それ以外のときには“０”を選択して、符号信号ｓＤｂＧが正のときはそのまま、符号信号ｓＤｂＧが負のときは負数に変換して、乗算器３０ｇでの演算結果をリミッタ３３ｇに出力し、条件判断部３２ｂは、比較器３１ｂにおいて、絶対値信号ＤｂＢａの階調値がパラメータＢＫよりも大きいと判断された場合には、乗算器３０ｂでの演算結果を選択し、それ以外のときには“０”を選択して、符号信号ｓＤｂＢが正のときはそのまま、符号信号ｓＤｂＢが負のときは負数に変換して、乗算器３０ｂでの演算結果をリミッタ３３ｂに出力する。

リミッタ３３ｒは、入力された値が設定可能な階調値の範囲（図１０におけるＣＬＩＭ１とＣＬＩＭ２、以下同じ）を超えている場合には、当該範囲内に入るようにその値を制限して、それを色信号ＤｃＲとして出力する。同様に、リミッタ３３ｇは、入力された値が設定可能な階調値の範囲を超えている場合には、当該範囲内に入るようにその値を制限して、それを色信号ＤｃＧとして出力し、リミッタ３３ｂは、入力された値が設定可能な階調値の範囲を超えている場合には、当該範囲内に入るようにその値を制限して、それを色信号ＤｃＢとして出力する。

リミッタ３３ｒ、３３ｇ、３３ｂから出力される階調補正後の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢ、つまり色信号ＤｃＲ、ＤｃＧ、ＤｃＢは画像信号Ｄｃとして表示部６に入力される。

ここで、色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢのそれぞれの階調補正前の階調値をＡ０、階調補正後の階調値をＡ１とすると、本実施の形態２に係る階調補正部２８は、
（Ａ０の絶対値）≦ＢＫのときには
Ａ１＝０
とし、
（Ａ０の絶対値）＞ＢＫのときには、
Ａ１＝（Ａ０の符号）（（Ａ０の絶対値）−ＢＫ）×Ｋ
としている。

図１２（ａ）は、階調補正前の１フレーム分の画像信号Ｄｂの各色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢの階調分布と、当該画像信号Ｄｂから得られる輝度信号ＤｂＹの階調分布とを示している。図１２（ｂ）は、階調補正後の画像信号Ｄｂ、つまり画像信号Ｄｃの各色信号ＤｃＲ、ＤｃＧ、ＤｃＢの階調分布と、以下の式（１’）により当該画像信号Ｄｃから得られる輝度信号ＤｃＹの階調分布とを示している。

ＤｃＹ＝０．３０×ＤｃＲ＋０．５９×ＤｃＧ＋０．１１×ＤｃＢ …式（１’）
式（１）と同様、輝度信号ＤｃＹの算出式は、入力信号の形式に応じて異なる式を用いてもよく、また、演算を簡素化するため、より簡易的な式を用いてもよい。

図１２に示される例では、階調補正前の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢのうち、青（Ｂ）の色信号ＤｂＢにおける最大階調値が最も大きく、これが色信号最大階調情報値ＭＡＸとなっている。そして、目標値ＭＡＸｔをＣＬＩＭ１としている。また、色信号最小階調情報値ＭＩＮと目標値ＭＩＮｔを同じ値としている。

このように、正の色信号から得た色情報値Ｃｉにより算出したパラメータＰａを正の色信号だけではなく、負の色信号に対して、図１０のように正の色信号と点対称に階調補正を行うことにより、回路規模を抑えながら、負の色信号にも正の色信号と同様の効果を得ることができる。

本実施の形態２に係る色情報検出部２０としては、上述の図８に示される構成の替わりに、図１３に示される構成を採用しても良い。図１３に示される色情報検出部２０は、比較器３５ｒ、３５ｇ、３５ｂと、最大階調記憶部３６ｒ、３６ｇ、３６ｂと、最小階調記憶部３７ｒ、３７ｇ、３７ｂと、上述の色信号最大階調検出部２５及び色信号最小階調検出部２６とを備えている。

受信部２から出力された画像信号Ｄｂに含まれる色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢは、比較器３５ｒ、３５ｇ、３５ｂにそれぞれ入力される。比較器３５ｒは、１画素分のデータごとに、色信号ＤｂＲの階調値と、最大階調記憶部３６ｒが記憶している最大階調情報値ＲＭＡＸとを比較し、色信号ＤｂＲの階調値の方が大きければ当該階調値を最大階調記憶部３６ｒに出力し、小さければ何も出力しない。最大階調記憶部３６ｒは、比較器３５ｒから出力された色信号ＤｂＲの階調値を、新たな最大階調情報値ＲＭＡＸとして記憶し、当該最大階調情報値ＲＭＡＸを更新する。そして最大階調記憶部３６ｒは、比較器３５ｒにおいて１フレーム分の色信号ＤｂＲに対する処理が完了すると、その時点で記憶する最大階調情報値ＲＭＡＸを色信号最大階調検出部２５に出力し、最大階調情報値ＲＭＡＸの値をリセットして、以後同様の動作を行う。従って、本例では、色信号最大階調検出部２５で取り扱われる最大階調情報値ＲＭＡＸは、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最大階調値となる。

また比較器３５ｒは、１画素分のデータごとに、色信号ＤｂＲの階調値と、最小階調記憶部３７ｒが記憶している最小階調情報値ＲＭＩＮとを比較し、色信号ＤｂＲの階調値の方が小さければ当該階調値を最小階調記憶部３７ｒに出力し、大きければ何も出力しない。最小階調記憶部３７ｒは、比較器３５ｒから出力された色信号ＤｂＲの階調値を、新たな最小階調情報値ＲＭＩＮとして記憶し、当該最小階調情報値ＲＭＩＮを更新する。そして最小階調記憶部３７ｒは、比較器３５ｒにおいて１フレーム分の色信号ＤｂＲに対する処理が完了すると、その時点で記憶する最小階調情報値ＲＭＩＮを色信号最小階調検出部２６に出力し、最小階調情報値ＲＭＩＮの値をリセットして、以後同様の動作を行う。従って、本例では、色信号最小階調検出部２６で取り扱われる最小階調情報値ＲＭＩＮは、１フレーム分の色信号ＤｂＲにおける最小階調値となる。

色信号ＤｂＧ及び色信号ＤｂＢに関しても、色信号ＤｂＲと同様に処理される。比較器３５ｇでは、比較器３５ｒと同様に、色信号ＤｂＧの階調値と最大階調情報値ＧＭＡＸとの比較が行われ、その比較結果によって色信号ＤｂGの階調値が最大階調記憶部３６ｇに出力される。また比較器３５ｇでは、色信号ＤｂＧの階調値と、最小階調情報値ＧＭＩＮとの比較が行われ、その比較結果によって色信号ＤｂGの階調値が最小階調記憶部３７ｇに出力される。最大階調記憶部３６ｇ及び最小階調記憶部３７ｇは、入力される色信号ＤｂＧの階調値を、それぞれ新たな最大階調情報値ＧＭＡＸ及び最小階調情報値ＧＭＩＮとして記憶し、比較器３５ｇにおいて１フレーム分の色信号ＤｂＧに対する処理が完了すると、その時点で記憶する最大階調情報値ＧＭＡＸ及び最小階調情報値ＧＭＩＮを色信号最大階調検出部２５及び色信号最小階調検出部２６にそれぞれ出力する。

同様に、比較器３５ｂでは、色信号ＤｂＢの階調値と最大階調情報値ＢＭＡＸとの比較が行われ、その比較結果によって色信号ＤｂＢの階調値が最大階調記憶部３６ｂに出力される。また比較器３５ｂでは、色信号ＤｂＢの階調値と最小階調情報値ＢＭＩＮとの比較が行われ、その比較結果によって色信号ＤｂＢの階調値が最小階調記憶部３７ｂに出力される。最大階調記憶部３６ｂ及び最小階調記憶部３７ｂは、入力される色信号ＤｂＢの階調値を、それぞれ新たな最大階調情報値ＢＭＡＸ及び最小階調情報値ＢＭＩＮとして記憶し、比較器３５ｂにおいて１フレーム分の色信号ＤｂＢに対する処理が完了すると、その時点で記憶する最大階調情報値ＢＭＡＸ及び最小階調情報値ＢＭＩＮを色信号最大階調検出部２５及び色信号最小階調検出部２６にそれぞれ出力する。

色信号最大階調検出部２５は、上述のように、最大階調情報値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸうち最も大きい値を色信号最大階調情報値ＭＡＸとして出力し、色信号最小階調検出部２６は、最小階調情報値ＲＭＩＮ、ＧＭＩＮ、ＢＭＩＮうち最も小さい値を色信号最小階調情報値ＭＩＮとして出力する。なお本例では、色信号最大階調情報値ＭＡＸは、１フレーム分の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢにおける最大階調値となり、色信号最小階調情報値ＭＩＮは、１フレーム分の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢにおける最小階調値となる。

このように、色信号最大階調情報値ＭＡＸとして、１フレーム分の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢにおける最大階調値を採用し、色信号最小階調情報値ＭＩＮとして、１フレーム分の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢにおける最小階調値を採用する場合には、図１３に示されるように色情報検出部２０を構成することにより、各色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢの階調値のヒストグラムを生成する必要が無いため、当該色情報検出部２０の構成を簡素化できる。

図１４は、色情報検出部２０の他の構成を示すブロック図である。図１４に示される色情報検出部２０は、最大最小比較部４０と、最大階調ヒストグラム生成部４１と、最小階調ヒストグラム生成部４２と、最大階調検出部４３と、最小階調検出部４４とを備えている。

受信部２から出力された画像信号Ｄｂに含まれる色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢは全て最大最小比較部４０に入力される。最大最小比較部４０は、入力された色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢの階調値のうち最大のものを画素単位で抽出し、最大階調値ＲＧＢＭＡＸとして最大階調ヒストグラム生成部４１に出力する。また最大最小比較部４０は、入力された色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢの階調値のうち最小のものを画素単位で抽出し、最小階調値ＲＧＢＭＩＮとして最小階調ヒストグラム生成部４２に出力する。

最大階調ヒストグラム生成部４１は、１フレーム分の最大階調値ＲＧＢＭＡＸを受け取ると、それらの最大階調値ＲＧＢＭＡＸについて階調値ごとに度数を計数して、各階級を一つの階調値で構成するヒストグラムを生成する。同様にして、最小階調ヒストグラム生成部４２は、１フレーム分の最小階調値ＲＧＢＭＩＮを受け取ると、それらの最小階調値ＲＧＢＭＩＮについて階調値ごとに度数を計数して、各階級を一つの階調値で構成するヒストグラムを生成する。

最大階調検出部４３は、図８に示される最大階調検出部２３ｒ、２３ｇ、２３ｂと同様に、最大階調ヒストグラム生成部４１で生成されたヒストグラムにおいて、階級の最大から最小に向かって度数を累積し、それによって得られる累積度数が所定のしきい値ＲＧＢＡよりも初めて大きくなる階級の代表値、つまりその階級を構成する階調値を検出する。そして最大階調検出部４３は、検出した代表値を色信号最大階調情報値ＭＡＸとして出力する。

最小階調検出部４４は、図８に示される最小階調検出部２４ｒ、２４ｇ、２４ｂと同様に、最小階調ヒストグラム生成部４２で生成されたヒストグラムにおいて、階級の最小から最大に向かって度数を累積し、それによって得られる累積度数が所定のしきい値ＲＧＢＢよりも初めて大きくなる階級の代表値を検出する。そして最小階調検出部４４は、検出した代表値を色信号最小階調情報値ＭＩＮとして出力する。

なお、本例での色信号最大階調情報値ＭＡＸは、１フレーム分の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢにおける最大階調値に準ずる値となり、本例での色信号最小階調情報値ＭＩＮは、１フレーム分の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢにおける最小階調値に準ずる値となる。

色情報検出部２０をこのように構成することにより、色信号ごとにヒストグラムを生成して最大階調情報値あるいは最小階調情報値を検出する必要がないため、図８に示される構成より簡素化できる。

更に、階調値のヒストグラムから得られる所定の累積度数がしきい値よりも初めて大きくなる階級の代表値を色信号最大階調情報値ＭＡＸあるいは色信号最小階調情報値ＭＩＮとしているため、当該しきい値を調整することによって、図１３に示される構成よりも細かな階調補正が行える。

なお、最大階調ヒストグラム生成部４１や最小階調ヒストグラム生成部４２は、ヒストグラムを生成する際には、上述のように階調数を複数に分割して、各階級を複数の階調値で構成しても良い。これによって演算量を低減できる。

また、最大階調ヒストグラム生成部４１や最小階調ヒストグラム生成部４２は、処理の対象、つまり度数を計数する対象となる階調値の範囲を自由に設定できるように構成しても良い。例えば処理の対象を階調値範囲の最大値に近い領域及び階調値範囲の最小値に近い領域に限定しても良い。例えば、階調数が“２５６”の場合、最大階調ヒストグラム生成部４１では、階調値“１９２”から階調値“２５５”までの範囲を処理の対象とし、その範囲を８分割しても良い。また最小階調ヒストグラム生成部４２では、例えば、階調値“０”から階調値“６３”までの範囲を処理対象とし、その範囲を８分割しても良い。これにより、演算量を低減できる。

以上のように、実施の形態２の画像処理装置によれば、複数種類の色信号における最大階調値あるいはそれに準ずる値と複数種類の色信号における最小階調値あるいはそれに準ずる値とに基づいて、負の色信号を含む画像信号に対して階調補正を行っているため、負の色信号を含む画像信号に対しても、各色信号における色つぶれを抑制しつつコントラストを向上することができる。

実施の形態３．
図１５は、本発明の実施の形態３に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態３に係る画像表示装置は、上述の実施の形態１に係る画像処理装置において、画像処理装置７の替わりに画像処理装置４７を備えるものである。

本実施の形態３に係る画像処理装置４７は、実施の形態１に係る輝度情報検出部３と、階調補正部５と、実施の形態２に係る色情報検出部２０と、補正制御部４５とを備えている。輝度情報検出部３は、受信部２から出力される画像信号Ｄｂに含まれる色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢから輝度信号ＤｂＹを算出し、当該輝度信号ＤｂＹから各画素における輝度情報値Ｙｉを検出して出力する。

本実施の形態３に係る補正制御部４５は、色情報検出部２０から出力される色情報値Ｃｉと、輝度情報検出部３から出力される輝度情報値Ｙｉとに基づいて、階調補正部５が画像信号Ｄｂに対する階調補正を行う際に使用する補正パラメータＰａを算出し、階調補正部５に出力する。階調補正部５は、入力された補正パラメータＰａを用いて画像信号Ｄｂに対して階調補正を行い、それを画像信号Ｄｃとして表示部６に出力する。表示部６は、入力された画像信号Ｄｃに基づいて映像を表示する。

なお、輝度情報検出部３は、実施の形態１で説明した動作と全く同じ動作を行うため、詳細な動作説明は省略する。

また、色情報検出２０は、実施の形態２で説明した動作とほぼ同じ動作を行う。実施の形態２と異なる動作について、以下に説明する。

図１６は、ヒストグラム生成部２２ｒが生成するヒストグラムの一例を示す図である。図中に示された記号、数値などは、図９のものと同様である。最小階調を検出する際に、負の数についても検出範囲に入れることが図９の場合と異なる。これは、色情報検出部２０が実施の形態２で説明したものと全く同じであっても、画像信号Ｄｂのデジタル信号における負の数の表現方法により、検出される最小階調は異なるためで、以下に負の数の表現方法に関して述べる。

画像信号Ｄｂのデジタル信号における負の数の表現方法について説明する。例えば、８ビットのデジタル信号の場合、０から２５５階調までの２５６階調がある。さらに負の数を表現するには、８ビットのデジタル信号に１ビットの符号ビットを加え、合計９ビットのデジタル信号とし、例えば−２５６から２５５までを表現することができる。さらに符号ビットを含めた負の数の表現方法には、１の補数、２の補数、オフセット表現などがあり、例えば、２の補数であれば、”１００００００００”が−２５６、”０００００００００”が０、”０１１１１１１１１”が２５５を表す。例えば２５６のオフセット表現では、”０００００００００”が−２５６、”１００００００００”が０、”１１１１１１１１１”が２５５を表す。

オフセット表現で負の数を表現し、それが正の数だけを表現しているものとして、色情報検出部２０により最小階調を検出すると、負の数を検出範囲に入れることになる。

補正制御部４５は、入力された色情報値Ｃｉと輝度情報値Ｙｉに基づいて補正パラメータＰａを算出して、階調補正部５に出力する。図１７は補正制御部４５の動作を説明するための図である。図１７に示されるように、補正制御部４５は、ｘ軸及びｙ軸がともに階調値を示すｘｙ座標系において、輝度情報値Ｙｉに含まれる輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮと、色情報値Ｃｉに含まれる色信号最小階調情報値ＭＩＮと色信号最大階調情報値ＭＡＸをｘ軸に示し、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮにおける階調補正を行う際の目標値ＹＭＩＮｔと、色信号最小階調情報値ＭＩＮと色信号最大階調情報値ＭＡＸにおける階調補正を行う際の目標値ＭＩＮｔとＭＡＸｔをｙ軸に示す。

補正制御部４５は、ｘｙ座標（ＹＭＩＮ，ＹＭＩＮｔ）とｘｙ座標（ＹＭＡＸ，ＹＭＡＸｔ）とを結ぶ直線の傾きＫｙ、ｘｙ座標（ＹＭＩＮ，ＹＭＩＮｔ）とｘｙ座標（ＭＡＸ，ＭＡＸｔ）とを結ぶ直線の傾きＫｃ１、ｘｙ座標（−ＹＭＩＮ，−ＹＭＩＮｔ）とｘｙ座標（ＭＩＮ，ＭＩＮｔ）とを結ぶ直線の傾きＫｃ２のうち、最小のものをＫ２とする。また、ＢＫ＝０に設定し、ｘｙ座標（ＹＭＩＮ，ＹＭＩＮｔ）とｘｙ座標（０，０）とを結ぶ直線を考え、当該直線の傾きＫ１としている。このように、Ｋｙ、Ｋｃ１、Ｋｃ２のうち最小のものをＫ２とし、負の領域も原点に対して点対称に階調補正を行うよう制御することにより、色つぶれ、白つぶれ、黒つぶれを抑えることができる。

また、正の色信号と負の色信号に対して、異なるパラメータにより階調補正を行うと、同一画素に正の色信号と負の色信号を含んでいる場合、当該画素では色信号によって階調補正の度合いが異なり、色相の変化が起こるが、上述のように、負の領域も原点に対して点対称に階調補正を行うよう制御することにより、意図しない色相の変化を抑えることができる。

図１８を用いて、さらに具体的な例について説明する。各色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの上限値ＣＬＩＭ１を１５３５、下限値ＣＬＩＭ２を−５１２とし、輝度Ｙの上限値ＹＬＩＭを１０２３とする。輝度情報検出部３により検出された、輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸと輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮと、色情報検出部２０により検出された、色信号最大階調情報値ＭＡＸと色信号最小階調情報値ＭＩＮから、次式（１６）、（１７）、（１８）により、ＹＭＡＸｔ、ＭＡＸｔ、ＭＩＮｔが算出される。
ＹＭＡＸｔ＝ＹＭＡＸ＋（ＹＭＡＸ−ＹＭＩＮ）×ＫＹｍａｘ …式（１６）
ＭＡＸｔ＝ＭＡＸ＋（ＭＡＸ−ＹＭＩＮ）×Ｋｍａｘ …式（１７）
ＭＩＮｔ＝ＭＩＮ−（ＭＩＮ＋ＹＭＩＮ）×Ｋｍｉｎ …式（１８）
ＹＭＡＸｔ≦ＹＬＩＭ、ＭＡＸｔ≦ＣＬＩＭ１、ＭＩＮｔ≧ＣＬＩＭ２を満たすように設定されるが、若干の余裕を考慮し、ＹＭＡＸｔはＹＬＩＭよりも少し小さい値、ＭＡＸｔはＣＬＩＭ１より少し小さい値、ＭＩＮｔはＣＬＩＭ２より少し大きな値（負の数のため）に設定される。

このようにして算出された、ＹＭＡＸｔ、ＭＡＸｔ、ＭＩＮｔから、上述のようにＫｙ、Ｋｃ１、Ｋｃ２が求められ、もっとも小さい（傾きが小さい）Ｋｃ１がＫ２として採用される。

ただし、ＭＩＮ≧ＹＭＩＮの場合は、ＭＩＮｔは設定せず、Ｋｃ２は採用されない。

また、ＹＭＩＮｔは輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮと同じにすることにより、Ｋ１＝１となり、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮ以下の階調の低い部分（暗い部分）の階調補正が行われなくなる。暗い部分の階調に対して、人の目は敏感であり、暗い部分の階調補正を行うと、却って画質が低下することがあるため、このようにＹＭＩＮｔを輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮと同じにしＫ１＝１と設定する方法がある。

パラメータＰａ、すなわち、ＢＫ、ＳＨ、ＤＩＳＴ、Ｋ１、Ｋ２が決まると、実施の形態１において説明した階調補正部５と同様に、画像データＤｂの階調補正を行い、階調補正後の画像データＤｃＲを表示部６に出力する。

図１９（ａ）は、階調補正前の１フレーム分の画像信号Ｄｂの各色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢの階調分布と、当該画像信号Ｄｂから得られる輝度信号ＤｂＹの階調分布とを示している。図１９（ｂ）は、階調補正後の画像信号Ｄｂ、つまり画像信号Ｄｃの各色信号ＤｃＲ、ＤｃＧ、ＤｃＢの階調分布と、当該画像信号Ｄｃから得られる輝度信号ＤｃＹの階調分布とを示している。

図１９（ａ）及び（ｂ）に示される例では、階調補正前の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢのうち、青（Ｂ）の色信号ＤｂＢにおける最大階調値が最も大きく、これが色信号最大階調情報値ＭＡＸとなっている。そして、目標値ＭＡＸｔをＣＬＩＭ１よりも少し小さい値としている。また階調補正前の色信号ＤｂＲ、ＤｂＧ、ＤｂＢのうち、青（Ｂ）の色信号ＤｂＢにおける最小階調値が最も小さく、これが色信号最小階調情報値ＭＩＮとなっている。そして、目標値ＭＩＮｔをＣＬＩＭ２よりも少し大きい値としている。また、輝度信号最大階調情報値ＹＭＡＸに対する目標値ＹＭＡＸｔは、ＹＬＩＭより少し小さい値とし、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮに対する目標値ＹＭＩＮｔは、輝度信号最小階調情報値ＹＭＩＮと同じ値としている。

上述のように、これらのＹＭＡＸｔ、ＭＡＸｔ、ＭＩＮｔから、Ｋｙ、Ｋｃ１、Ｋｃ２が求められ、これらのうち最も小さいＫｃ１がＫ２として採用される。このようにＫ２としてＫｃ１を採用することにより、階調補正後の各色ＤｃＲ、ＤｃＧ、ＤｃＢが各色信号の上限値ＣＬＩＭ１、各色信号の下限値ＣＬＩＭ２を超えず（上限値ＣＬＭ１よりも大きい値にはならず、また下限値ＣＬＭ２よりも小さい値にはならず）、階調補正後の各色ＤｃＲ、ＤｃＧ、ＤｃＢから得られる輝度信号ＤｃＹが輝度の上限値ＹＬＩＭを超えないことがわかる。

仮に、Ｋ２としてＫｃ２を採用した場合は、階調補正後の画像信号Ｄｂ、つまり画像信号Ｄｃの各色信号ＤｃＲ、ＤｃＧ、ＤｃＢのうち、ＤｃＢが図１９（ａ）及び（ｂ）の右端に点線で示すように、各色信号の上限値ＣＬＩＭ１を超え、色つぶれが発生し、ＤｃＢが図１９（ａ）及び（ｂ）の左端に点線で示すように、各色信号の下限値ＣＬＩＭ２よりも小さい値となり、色つぶれが発生する。

以上のように、実施の形態３の画像処理装置によれば、輝度信号における最大階調値あるいはそれに準ずる値と、輝度信号における最小階調値あるいはそれに準ずる値と、複数種類の色信号における最大階調値あるいはそれに準ずる値と、複数種類の色信号における最小階調値あるいはそれに準ずる値とに基づいて、負の色信号を含む画像信号に対して階調補正を行っているため、負の色信号を含む画像信号に対しても、各色信号における色つぶれを抑制しつつコントラストを向上することができる。

実施の形態４．
図２０は本発明の実施の形態４に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態４に係る画像表示装置は、上述の実施の形態３に係る画像表示装置において、階調値検出部４８及び光源制御部４９を更に備えるものである。なお、本実施の形態４に係る表示部６は光源６ａを備えており、当該光源６ａから発する光を画像信号Ｄｃに基づいて変調することによって画像を表示する。本表示部６は、例えば、液晶表示装置や、液晶パネルあるいはＤＭＤをライトバルブとして使用したプロジェクタ等である。

階調値検出部４８には、受信部２から出力される画像信号Ｄｂと、階調補正部５から出力される画像信号Ｄｃとが入力される。階調値検出部４８は、１フレーム分の画像信号Ｄｂから得られる輝度信号ＤｂＹの平均階調値Ｙｂａｖを検出するとともに、当該画像信号Ｄｂに対応する１フレーム分の画像信号Ｄｃから得られる輝度信号ＤｃＹの平均階調値Ｙｃａｖを検出する。そして階調値検出部４８は、平均階調値Ｙｂａｖから平均階調値Ｙｃａｖを差し引いた値を輝度変化情報値Ｙｓｉとして光源制御部４９に出力する。光源制御部４９は、入力された輝度変化情報値Ｙｓｉに基づいて光源制御信号Ｌｃを生成して表示部６に出力する。表示部６は、入力された光源制御信号Ｌｃに基づいて光源６ａの明るさを決定する。その他の構成については実施の形態３に係る画像表示装置と同様であるため、その説明は省略する。

図２１は階調値検出部４８の詳細な構成を示すブロック図である。図２１に示されるように、階調値検出部４８は、マトリクス回路５０、５１と、平均算出器５２、５３と、減算器５４とを備えている。

マトリクス回路５０は、上記の式（１）を用いて画像信号Ｄｂから輝度信号ＤｂＹを生成して出力する。マトリクス回路５１は、上記の式（１’）を用いて画像信号Ｄｃから輝度信号ＤｃＹを生成して出力する。

なお、輝度信号ＤｂＹ、ＤｃＹの算出式は、画像信号Ｄｂ、Ｄｃの形式に応じて異なる式を用いてもよく、また、演算を簡素化するため、より簡易的な式を用いてもよいが、マトリクス回路５０、５１は、互いに同じ式により輝度信号ＤｂＹ、ＤｃＹを算出する。

平均算出器５２は、輝度信号ＤｂＹの階調値を１フレーム分足し合わせて、それを１フレーム分の画素数で除算することにより、１フレーム分の輝度信号ＤｂＹの平均階調値Ｙｂａｖを求めて減算器５４に出力する。平均算出器５４は、輝度信号ＤｃＹの階調値を１フレーム分足し合わせて、それを１フレーム分の画素数で除算することにより、１フレーム分の輝度信号ＤｃＹの平均階調値Ｙｃａｖを求めて減算器５４に出力する。

減算器５４は、以下の式（１９）を用いて輝度変化情報値Ｙｓｉを算出して光源制御部４９に出力する。

Ｙｓｉ＝Ｙｂａｖ−Ｙｃａｖ …式（１９）
光源制御部４９は、以下の式（２０）を用いて、表示部６が光源６ａの明るさを決定するために使用する光源制御信号Ｌｃを生成して出力する。

Ｌｃ＝ＯＲＧ＋Ｙｓｉ×Ｋｓｃ …式（２０）
表示部６は、光源制御信号Ｌｃの値が大きいほど光源６ａを明るく、小さいほど光源６ａを暗くするようにする。

なお式（２０）中のＯＲＧは、輝度変化情報値Ｙｓｉが０の場合、すなわち階調補正前後において平均輝度が変化しない場合において設定すべき光源６ａの明るさに基づいて決定される値である。また式（２０）中のＫｓｃは光源制御係数で、Ｋｓｃが大きいほど光源６ａの明るさは大きく変化する。

式（１９）、（２０）からも理解できるように、本実施の形態４に係る画像表示装置では、輝度変化情報値Ｙｓｉが正の方向に大きくなると、光源制御信号Ｌｃが大きくなり、表示部６の光源６ａは明るくなる。一方、輝度変化情報値Ｙｓｉが負の方向に大きくなると、光源制御信号Ｌｃが小さくなり、表示部６の光源６ａは暗くなる。

このように、光源制御部４９の働きによって、輝度変化情報値Ｙｓｉが負の方向に大きくなると、つまり、画像信号Ｄｂにおける階調補正後の平均階調値が階調補正前のそれよりも大きくなると、光源６ａの明るさは暗くなる。

ここで、一般的に、表示部６の画面における輝度が低い領域での光源６ａの明るさは視聴者に目に付きやすい。これを防止するためには、光源６ａの明るさを低減することが有効であるが、単に光源６ａの明るさを低減しただけでは、画面中における輝度が高い領域での明るさが低下する。

本実施の形態４に係る画像表示装置では、画像信号Ｄｂにおける階調補正後の平均階調値が階調補正前のそれよりも大きくなると、光源６ａの明るさを低減するように制御されているため、表示部６での画面における輝度が高い領域での明るさを向上しつつ、輝度が暗い領域での光源６ａの明るさが視聴者に目に付かないように光源６ａの明るさを低減できる。

なお実施の形態４では、実施の形態３に係る画像表示装置をベースにして光源制御について説明したが、実施の形態１に係る画像表示装置や、実施の形態２に係る画像表示装置に対しても、階調値検出部４８及び光源制御部４９を新たに設けることによって、本実施の形態４に係る光源制御技術を適用することができ、同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態４に係る階調値検出部４８では、平均階調値Ｙｂａｖ、Ｙｃａｖを検出して、それらの差を輝度変化情報値Ｙｓｉとして出力していたが、１フレーム分の画像信号Ｄｂから得られる輝度信号ＤｂＹの階調値の総和と、１フレーム分の画像信号Ｄｃから得られる輝度信号ＤｃＹの階調値の総和とを検出して、それらの差を輝度変化情報値Ｙｓｉとして光源制御部４９に出力しても良い。この場合には、平均算出器５２では、１フレーム分の輝度信号ＤｂＹの階調値の総和が求められて、１フレーム分の画素数で除算されずにそのまま減算器５４に出力される。平均算出器５３では、１フレーム分の輝度信号ＤｃＹの階調値の総和が求められて、１フレーム分の画素数で除算されずにそのまま減算器５４に出力される。減算器５４は、１フレーム分の輝度信号ＤｂＹの階調値の総和から１フレーム分の輝度信号ＤｃＹの階調値の総和を差し引いて、その結果を輝度変化情報値Ｙｓｉとして光源制御部４９に出力する。なお、光源制御部４９及び表示部６は上述と同様に動作する。

このように、階調補正前の１フレーム分の画像信号Ｄｂから得られる輝度信号ＤｂＹの階調値の総和から階調補正後の当該総和を差し引いた値を、輝度変化情報値Ｙｓｉとして採用した場合には、階調補正後の１フレーム分の画像信号Ｄｂから得られる輝度信号ＤｂＹの階調値の総和が階調補正前のそれよりも大きくなると、光源６ａの明るさは暗くなる。この場合にも、上述と同様の効果を得ることができ、表示部６での画面における輝度が高い領域での明るさを向上しつつ、輝度が暗い領域での光源６ａの明るさが視聴者に目に付かないように光源６ａの明るさを低減できる。更に、平均算出器５２、５３では、除算演算を行う必要がないため、それらの構成を簡素化できる。

本発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る輝度情報検出部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るヒストグラム生成部で生成されるヒストグラムを示す図である。 本発明の実施の形態１の画像表示装置の補正制御部における補正パラメータの算出法の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１の画像表示装置の補正制御部における補正パラメータの算出法の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る階調補正部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る色情報検出部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るヒストグラム生成部で生成されるヒストグラムを示す図である。 本発明の実施の形態２の画像表示装置の補正制御部における補正パラメータの算出法を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る階調補正部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る画像表示装置が生じる効果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る色情報検出部の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る色情報検出部の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るヒストグラム生成部で生成されるヒストグラムを示す図である。 本発明の実施の形態３の画像表示装置の補正制御部における補正パラメータの算出法を示す図である。 本発明の実施の形態３の画像表示装置の補正制御部における補正パラメータの算出法を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る画像表示装置が生じる効果を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る輝度情報検出部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 入力端子、 ２ 受信部、 ３ 輝度情報検出部、 ４，２７，４５ 補正制御部、 ５，２８ 階調補正部、 ６ 表示部、 ６ａ 光源、 ７，２１，４７ 画像信号処理部、 ＹＭＡＸ 輝度信号最大階調情報値、 ＹＭＩＮ 輝度信号最小階調情報値、 Ｙｉ 輝度情報値、 ＢＭＡＸ，ＧＭＡＸ，ＲＭＡＸ 最大階調情報値、 ＢＭＩＮ，ＧＭＩＮ，ＲＭＩＮ 最小階調情報値、 ＭＡＸ 色信号最大階調情報値、 ＭＩＮ 色信号最小階調情報値、 Ｃｉ 色情報値、 Ｄｂ，Ｄｃ 画像信号、 ＤｂＢ，ＤｂＧ，ＤｂＲ 色信号、 ＨＹｂ，ＨＹｗ，ＨＲｂ，ＨＲｗ 累積度数、 ＹＡ，ＹＢ，ＲＡ，ＲＢ しきい値。

Claims (7)

1. 複数の色信号からなる入力画像信号に画像処理を行う画像処理装置において、
   前記入力画像信号から得られる輝度信号に対し、フレーム毎の最大階調値あるいはそれに準ずる値である輝度信号最大階調情報値と、最小階調値あるいはそれに準ずる値である輝度信号最小階調情報値とを検出して輝度情報値として出力する輝度情報検出部と、
   前記輝度情報値に基づいて、補正パラメータを算出する補正制御部と、
   前記補正パラメータに基づいて、前記画像信号を構成する複数の色信号に対して階調補正を行う階調補正部とを備え、
   前記複数の色信号は負の値をも取り得、
   前記補正制御部は、前記階調補正部が、負の値を取る色信号に対して、正の値を取る色信号と原点を中心として点対称の階調補正を行うよう前記階調補正部を制御する
   ことを特徴とする画像処理装置。
2. 複数の色信号からなる入力画像信号に画像処理を行う画像処理装置において、
   前記複数の色信号の各々に対し、フレーム毎の最大階調値あるいはそれに準ずる値である色信号最大階調情報値と、最小階調値あるいはそれに準ずる値である色信号最小階調情報値とを検出して色情報値として出力する色情報検出部と、
   前記色情報値に基づいて、補正パラメータを算出する補正制御部と、
   前記補正パラメータに基づいて、前記画像信号を構成する複数の色信号に対して階調補正を行う階調補正部とを備え、
   前記複数の色信号は負の値も取り得、
   前記補正制御部は、前記階調補正部が、負の値を取る色信号に対して、正の値を取る色信号と原点を中心として点対称の階調補正を行うよう前記階調補正部を制御する
   ことを特徴とする画像処理装置。
3. 複数の色信号からなる入力画像信号に画像処理を行う画像処理装置において、
   前記入力画像信号から得られる輝度信号に対し、フレーム毎の最大階調値あるいはそれに準ずる値である輝度信号最大階調情報値と、最小階調値あるいはそれに準ずる値である輝度信号最小階調情報値とを検出して輝度情報値として出力する輝度情報検出部と、
   前記複数の色信号の各々に対し、フレーム毎の最大階調値あるいはそれに準ずる値である色信号最大階調情報値と、最小階調値あるいはそれに準ずる値である色信号最小階調情報値とを検出して色情報値として出力する色情報検出部と、
   前記輝度情報値と、前記色情報値とに基づいて、補正パラメータを算出する補正制御部と、
   前記補正パラメータに基づいて、前記複数の色信号に対して階調補正を行う階調補正部とを備え、
   前記複数の色信号は負の値も取り得、
   前記補正制御部は、前記階調補正部が、負の値を取る色信号に対して、正の値を取る色信号と原点を中心として点対称の階調補正を行うよう前記階調補正部を制御する
   ことを特徴とする画像処理装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の画像処理装置と、
   前記入力画像信号を前記画像処理装置により階調補正した補正後画像信号に基づいて画像を表示する表示部と
   を備える画像表示装置。
5. 前記表示部は、明るさが制御可能な光源を有し、当該光源から発する光を前記補正後画像信号に基づいて変調することによって画像を表示することを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記入力画像信号及び前記補正後画像信号から得られる輝度信号の平均階調値あるいは当該輝度信号の階調値の総和を検出する階調値検出部と、
   前記補正後画像信号から得られる検出値が前記入力画像信号からえられる検出値よりも大きくなると、暗くなるように前記光源の明るさを制御する光源制御部とを更に備えることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記補正制御部は、
   前記輝度信号最小階調情報値を横軸座標値、前記輝度信号最小階調情報値における階調補正を行なう際の目標値を縦軸座標値とする点と、前記輝度信号最大階調情報値を横軸座標値、前記輝度信号最大階調情報値における階調補正を行なう際の目標値を縦軸座標値とする点とを結ぶ第１の直線の傾きと、
   前記輝度信号最小階調情報値を横軸座標値、前記輝度信号最小階調情報値における階調補正を行なう際の目標値を縦軸座標値とする点と、前記色信号最大階調情報値を横軸座標値、前記色信号最大階調情報値における階調補正を行なう際の目標値を縦軸座標値とする点とを結ぶ第２の直線の傾きと、
   前記輝度信号最小階調情報値に「−１」を掛けることで得られる値を横軸座標値、前記輝度信号最小階調情報値に「−１」を掛けることで得られる値における階調補正を行なう際の目標値を縦軸座標値とする点と、前記色信号最小階調情報値を横軸座標値、前記色信号最小階調情報値における階調補正を行なう際の目標値を縦軸座標値とする点とを結ぶ第３の直線の傾きのうちの最小の値を、階調補正の傾きを表すパラメータとして出力し、
   前記階調補正部は、前記補正制御部から出力される前記階調補正の傾きを表すパラメータにより、前記階調補正を行なう
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
   

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