JPH0583596A

JPH0583596A - 階調補正装置

Info

Publication number: JPH0583596A
Application number: JP3241171A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Uchida; 篤志内田; Yoshihiko Azuma; 吉彦東; Jun Someya; 潤染谷; Yoshie Yamamoto; 芳枝山本
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1993-04-02
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JP2779080B2

Abstract

(57)【要約】【目的】階調の分布が偏っている画像を所望の階調分
布に補正する装置であって、階調分布の偏りを移動する
だけでなく、階調のダイナミックレンジの拡張ができ、
また回路の冗長性も低く、より高速に変換特性を変更で
きる階調補正装置を得ること。【構成】変換パラメータとして入力された任意の階調
Ｄａとその目標値Ｄｔ，白レベルＷおよび黒レベルＢの
３つの変換条件（任意の階調Ｄａを目標値Ｄｔに変換，
黒レベルを０階調に変換，白レベルを１００％白階調に
変換）から求まる変換特性の傾きＰ，Ｑを求める乗算係
数発生器６と、この傾きＰ，Ｑ，任意階調Ｄａおよび目
標値Ｄｔに応じて入力画像データＹｉの階調を変換する
変換回路７で構成した。なお、フレームメモリ１０，ヒ
ストグラム生成器１１，変換パラメータ発生器１２を設
ければ、任意階調Ｄａ、白レベルＷ，黒レベルＢを画像
に応じて自動的に設定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディジタル画像の階
調補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、特開昭６１−１０５９６２号公
報に示された従来の階調補正装置の構成を示すブロツク
回路図である。図において、４０はビデオ信号源、４１
はＡ／Ｄ変換器で、入力されたビデオ信号はＡ／Ｄ変換
器４１で８ビットに量子化され、フレームメモリ１０に
書き込まれる。フレームメモリ内の画像データは、画像
モニタを有する操作卓４３からの指示により、ＣＰＵ４
２，ＲＡＭ４４，ＲＯＭ４５によって階調補正される。
次に、フレームメモリ１０内の補正された画像データ
は、読み出されてＤ／Ａ変換器４６にてアナログ信号に
変換され、出力端子４７から出力される。

【０００３】次に、画像データの階調補正アルゴリズム
について説明する。まず、フレームメモリ１０に記憶さ
れた画像データの平均階調Ｄａをランダムサンプルによ
り調べる。次に、入力された希望平均階調Ｄｔと実際の
平均階調Ｄａとにもとづいて、図１０中に実線で示す変
換テーブル（入出力特性グラフ）を作成する。

【０００４】図１０中の一点鎖線は無補正の場合を示
し、入力データと出力データは一対一で対応する。ここ
でＤａとＤｔが定まれば座標の一点（Ｄａ，Ｄｔ）が決
まるので、図示のように黒〜階調Ｄａおよび階調Ｄａ〜
白の各部について、最も単純な形の線形関数による変換
特性を与える。関数式が求まれば、入出力データの変換
テーブルを作成することができるので、入力データをア
ドレス入力として出力値を読み出すようにＲＡＭ４４を
ＲＯＭ化する。

【０００５】次に、フレームメモリ１０内の画像データ
を作成した変換テーブルにしたがって階調変換する。こ
の場合、図１０中の実線の変換特性によれば、黒〜Ｄａ
は黒〜Ｄｔに伸長され、逆にＤａ〜白はＤｔ〜白に圧縮
される。これによって、例えば黒側に偏っていた画像を
白側に修正することができる。更に、一回の変換で良好
な画像が得られなかった場合は、補正された画像データ
に対して新たな希望平均階調Ｄｔを与え、再度これらの
処理を繰り返すことで最適な変換テーブルを作成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の階調補正装置
は、以上のように、平均階調と希望平均階調から変換テ
ーブルを作成しているので、画像データがある階調付近
に集中している場合の階調のダイナミックレンジ拡張が
できず、また、階調変換をＲＡＭやＲＯＭの変換テーブ
ルにより行っているので、直線性の強い変換を行う場合
には冗長性が高い。更に、変換テーブルの作成および変
更時に膨大な量のデータを演算しなければならないの
で、処理速度が遅い等の問題点があった。

【０００７】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、画像データの階調のダイナミッ
クレンジの拡張ができ、また、冗長性が低く、変換特性
の変更が高速で行える階調補正装置を得ることを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、任意
の階調とその目標値，白レベルおよび黒レベルを変換パ
ラメータとして入力する手段と、この変換パラメータの
任意の階調，白レベルおよび黒レベルをそれぞれ目標
値，１００％白階調および０階調に変換するという条件
にもとづいて変換係数を算出する手段と、この変換係数
および上記変換パラメータにもとづいて入力画像データ
を変換する変換手段とを備えたものである。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、目
標値，白レベルおよび黒レベルを決定するための判定デ
ータを入力する手段と、入力画像データを記憶するフレ
ームメモリと、このフレームメモリに記憶された画像デ
ータのヒストグラムを生成する手段と、このヒストグラ
ム，および判定データから変換パラメータとして用いる
白レベル，黒レベル，および任意階調として平均階調を
算出する手段とを備えた点を特徴とする。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２において、白
レベルおよび黒レベルを決定するための判定データを個
別に設定できるように構成し、これら２つの判定データ
をあらかじめ用意された複数の判定データの中から画像
データの平均階調に応じて選択するようにした点を特徴
とする。

【００１１】

【作用】請求項１の発明によれば、その変換特性を数個
のパラメータで設定できるので、変換特性の変更が高速
に行え、回路の冗長性の低減が図れる。また、変換特性
を外部から入力する４つの変換パラメータから求めてい
るので、画像の階調の偏りを調整できると同時に、ダイ
ナミックレンジの拡張を行うことができる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の階調補正装
置で用いる変換パラメータを決定する任意の階調，白レ
ベルおよび黒レベルを、白レベルおよび黒レベルを決定
する判定データおよび画像データのヒストグラムから自
動的に求めるので、画像に応じた適切な値を設定するこ
とができ、一定の品質の画像を得ることができる。

【００１３】請求項３の発明は、請求項２の階調補正装
置において、白レベルおよび黒レベルを決定する判定デ
ータを独立させ、これらの判定データを画像データに応
じて自動的に設定するようにしたので、入力画像の特性
に応じて、より適切なダイナミックレンジの拡張を行う
ことができる。

【００１４】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１において、１は８ビットに量子化
された画像データＹｉが入力される入力端子、２は任意
の階調Ｄａが入力される入力端子、３は入力端子２から
入力される任意の階調Ｄａを変換しようとする目標値Ｄ
ｔが入力される入力端子、４は黒レベルＢが入力される
入力端子、５は白レベルＷが入力される入力端子、６は
乗算係数発生器で、入力端子２，３，４，５から入力さ
れる任意の階調Ｄａ，目標値Ｄｔ，黒レベルＢおよび白
レベルＷから、傾きＰ，Ｑを算出する。７は変換回路
で、入力端子２，３，４から入力される任意の階調Ｄ
ａ，目標値Ｄｔ，黒レベルＢおよび乗算係数発生器６で
求められた傾きＰ，Ｑにもとづいて、入力端子１から入
力された画像データＹｉを出力画像データＹｏに変換す
る。８は出力画像データＹｏの出力端子である。

【００１５】図２は変換回路７の実施例のブロツク回路
図である。図において、２０は傾きＱが入力される入力
端子、２１は傾きＰが入力される入力端子、２２は画像
データＹｉと任意の階調Ｄａを比較する比較器、２３〜
２５はセレクタで、比較器２２の出力に応じてそれぞれ
任意の階調Ｄａまたは黒レベルＢ，傾きＱまたは傾き
Ｐ，目標値Ｄｔまたはゼロデータを選択する。２６は画
像データＹｉからセレクタ２３の出力を減算する減算
器、２７は０以下のデータを０にするリミッタ、２８は
リミッタ２７の出力とセレクタ２４の出力を乗算する乗
算器、２９は乗算器２８の出力とセレクタ２５の出力を
加算する加算器、３０は２５５以上のデータを２５５に
するリミッタである。

【００１６】次に動作について説明する。まず、乗算係
数発生器６において、入力端子２，４，５から入力され
る任意の階調Ｄａ，黒レベルＢ，白レベルＷおよび入力
端子３から入力される目標値Ｄｔから、図３中に実線で
示したような変換特性を規定する傾きＰおよび傾きＱを
求める。この傾きＰは、Ｐ＝Ｄｔ／（Ｄａ−Ｂ）で求められ、傾きＱは、Ｑ＝（２５５−Ｄｔ）／（Ｗ−Ｄａ）で求められる。

【００１７】次に、乗算係数発生器６にて算出した傾き
ＰおよびＱと、外部から入力される任意の階調Ｄａ，目
標値Ｄｔ，黒レベルＢの５つのパラメータをもとに、変
換回路７において画像データＹｉを画像データＹｏに変
換する。この変換は、まず、比較器２２にて画像データ
Ｙｉと任意の階調Ｄａを比較し、その結果に応じてセレ
クタ２３〜２５にてそれぞれパラメータを選択する。セ
レクタ２３〜２５は比較結果が（Ｙｉ＞Ｄａ）のときＡ
側のパラメータを選択し、（Ｙｉ≦Ｄａ）のときＢ側の
パラメータを選択する。

【００１８】ここで、まず（Ｙｉ≦Ｄａ）の場合につい
て説明する。この場合、セレクタ２３〜２５は全てＢ側
のパラメータを選択するので、減算器２６にて画像デー
タＹｉから黒レベルＢを減算する。減算結果はリミッタ
２７を経て乗算器２８によって傾きＰと乗算され、次に
加算器２９によって乗算結果と０が加算され、リミッタ
３０を経て出力画像データＹｏとなる。

【００１９】ここで、ＹｉからＹｏへの変換演算は、Ｙｏ＝Ｐ・（Ｙｉ−Ｂ）ただし、Ｙｏ≦０のときＹｏ＝０なる演算式で表される。これは、図３における、任意階
調Ｄａ以下の入力データに対する変換特性を示す変換式
に相当する。

【００２０】次に、（Ｙｉ＞Ｄａ）の場合について説明
する。この場合、セレクタ２３〜２５は全てＡ側のパラ
メータを選択するので、減算器２６によって画像データ
Ｙｉから任意の階調Ｄａを減算する。減算結果はリミッ
タ２７を経て乗算器２８によって傾きＱと乗算され、次
に加算器２９によって乗算結果と目標値Ｄｔが加算さ
れ、リミッタ３０を経て出力画像データＹｏとなる。

【００２１】ここで、ＹｉからＹｏへの変換演算は、Ｙｏ＝Ｑ・（Ｙｉ−Ｄａ）＋Ｄｔただし、Ｙｏ≧２５５のときＹｏ＝２５５なる演算式で表される。これは、図３における、任意階
調Ｄａ以上の入力データに対する変換特性を示す変換式
に相当する。この場合、図３の実線の変換特性によれ
ば、黒レベルＢ〜任意階調Ｄａは、黒（０階調）〜目標
値Ｄｔに伸長され、逆に、任意階調Ｄａ〜白レベルＷ
は、目標値Ｄｔ〜白（２５５階調）に圧縮される。これ
によって、例えば、図４（ａ）に示すように黒側に偏っ
ていた画像を図４（ｂ）に示すように白側に修正し、か
つ、階調のダイナミックレンジを広げることができる。

【００２２】実施例２．図５は、図１に示した実施例１
の階調補正装置において、入力される黒レベルＢ，白レ
ベルＷおよび任意の階調Ｄａとしての平均階調を自動的
に算出するようにした階調補正装置を示すブロツク回路
図である。図において、１０は画像データを記憶するフ
レームメモリ、１１はヒストグラム生成器、９は白レベ
ルＷおよび黒レベルＢを決めるための判定データＳＨが
入力される入力端子、１２は変換パラメータ発生器で、
入力端子３から入力される目標値Ｄｔ，入力端子９から
入力される判定データＳＨおよびヒストグラム生成器１
１によって生成されたヒストグラムから、黒レベルＢ，
白レベルＷおよび平均階調Ｄａを算出する。

【００２３】次に、変換パラメータ発生器における黒レ
ベルＢ，白レベルＷおよび平均階調Ｄａの算出動作につ
いて説明する。まず、入力端子１から入力された画像デ
ータＹｉは、フレームメモリ１０に記憶される。ヒスト
グラム生成器１１は、フレームメモリ１０内の画像デー
タをランダムサンプルして各階調の度数を調べ、図６の
ようなヒストグラムを生成する。図６の横軸は、０〜１
５，１６〜３１，‥‥のように１６階調毎に区分けされ
ている。なお、この区分けは、システムに応じて自由に
設定してもよい。

【００２４】次に、このヒストグラムからフレームメモ
リ１０内の画像データの黒レベルＢ，白レベルＷおよび
平均階調Ｄａを求める。黒レベルＢは、ヒストグラムの
０階調側から順に、度数と入力端子９から入力される判
定データＳＨを比較し、最初に（ＳＨ≦度数）を満たし
たときの階調とする。図６の例では、黒レベルＢは３２
である。白レベルＷは、逆に２５５階調側から順に、度
数と判定データＳＨとを比較し、最初に（ＳＨ≦度数）
を満たしたときの階調とする。図６の例では、白レベル
Ｗは１９１である。平均階調Ｄａは、（各階調×各階調
の度数）／（サンプル数）で求めてもよく、また、ヒス
トグラムの０階調または２５５階調から順にその度数を
累積し、累積値が（サンプル数／２）を超えたときの階
調を平均階調Ｄａとしてもよい。

【００２５】実施例３．図７は、図５に示した実施例２
において、入力される黒レベルＢおよび白レベルＷを決
定するための判定データＳＨを、黒レベルＢを決定する
ための判定データＢＳＨと、白レベルＷを決定するため
の判定データＷＳＨの２つに分けて与え、かつ、これら
の判定データＢＳＨ，ＷＳＨを平均階調Ｄａに応じて自
動的に設定するようにしたものである。図７において、
１３は判定データ発生器で、黒レベルＢを決定する判定
データＢＳＨと、白レベルＷを決定する判定データＷＳ
Ｈを自動的に設定する。その他の構成は、図５と同様で
ある。

【００２６】次に、動作について説明する。判定データ
発生器１３では、あらかじめ用意されている判定データ
の中から、平均階調Ｄａすなわち画像の明るさに応じて
黒レベルを決定する判定データＢＳＨと、白レベルＷを
決定する判定データＷＳＨを選択する。例えば、極端に
白側に偏っているような画像を黒側に拡張しすぎると、
不自然な画像となるため、極端に白側に偏っているよう
な場合、すなわち、平均階調Ｄａがかなり大きい場合に
はＢＳＨを小さめにして黒側への拡張度を抑え、逆に極
端に黒側に偏っている場合、すなわち、平均階調Ｄａが
かなり小さい場合にはＷＳＨを小さめにして白側への拡
張度を抑える機能を有しているものである。

【００２７】この黒レベルＢおよび白レベルＷは、変換
パラメータ発生器１２において、判定データＢＳＨとＷ
ＳＨをもとに、図５の実施例２と同様な方法で求められ
る。すなわち、図８に示したヒストグラムの０階調側か
ら順に度数と判定データＢＳＨを比較し、最初に（ＢＳ
Ｈ≦度数）を満たしたときの階調を黒レベルＢとし、逆
にヒストグラムの２５５階調側から順に度数と判定デー
タＷＳＨとを比較し、最初に（ＷＳＨ≦度数）を満たし
たときの階調を白レベルＷとする。図８に示した例で
は、黒レベルＢは４８となり、白レベルＷは２０７とな
る。以上の処理で得られた黒レベルＢと白レベルＷを使
用し、図５の実施例２と同様な処理で階調を補正する。

【００２８】なお、上記実施例では、８ビット量子化を
例に説明したが、他のビット数でも発明の主旨を適用で
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明では、任
意の階調Ｄａ，目標値Ｄｉ，白レベルＷおよび黒レベル
Ｂを変換パラメータとし、任意の階調を目標値に、白レ
ベルを１００％白階調に、黒レベルを０階調に変換する
条件にもとづいて変換係数を算出し、この変換係数にも
とづいて入力画像データを階調変換するようにしたもの
であるから、階調変換を論理回路で構成できるので、回
路的には冗長性が低く、数個の、パラメータにより変換
特性が規定できるので変換特性の変更が高速に行える効
果が得られる。

【００３０】また、変換特性を決める条件として、平均
階調を目標値に変換するという条件だけでなく、原画像
より検出した原画像データの黒レベルと白レベルをそれ
ぞれ０階調および１００％白の階調に変換するという条
件を用いたので、階調のダイナミックレンジの拡張がで
きる効果がある。

【００３１】請求項２の発明は、請求項１において、入
力画像データのヒストグラムを作成し、このヒストグラ
ムと判定データを用いて白レベル，黒レベルおよび平均
階調を算出して変換パラメータとして用いるようにした
ものであるから、変換パラメータを自動的に設定でき、
一定の品質の画像を得ることができる効果がある。

【００３２】請求項３の発明は、請求項２において、白
レベルと黒レベルを決定する判定データを個別に与える
構成とし、入力画像データの平均階調に応じて予め定め
た判定データのなかから選択して設定するようにしたも
のであるから、入力画像の特性に応じて、より適切なダ
イナミックレンジの拡張を行うことができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示すブロツク回路図であ
る。

【図２】実施例１の変換回路の構成を示すブロツク回路
図である。

【図３】この変換回路の変換特性の一例を示すグラフで
ある。

【図４】図３の変換特性を用いた場合の変換例を示す図
である。

【図５】この発明の実施例２を示すブロツク回路図であ
る。

【図６】実施例２で作成されるヒストグラムと、その動
作を説明するための図である。

【図７】この発明の実施例３を示すブロツク回路図であ
る。

【図８】実施例３で作成されるヒストグラムと、その動
作を説明するための図である。

【図９】従来例を示すブロツク回路図である。

【図１０】従来例の変換特性の一例を示す図である。

【符号の説明】

６乗算係数発生器７変換回路１０フレームメモリ１１ヒストグラム生成器１２変換パラメータ発生器１３判定データ発生器２２比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者染谷潤京都府長岡京市馬場図所１番地三菱電機株式会社電子商品開発研究所内 (72)発明者山本芳枝京都府長岡京市馬場図所１番地三菱電機株式会社電子商品開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】量子化された２次元画像データの階調分
布を所望の階調分布に変換する装置であって、任意の階
調とその目標値，白レベルおよび黒レベルを変換パラメ
ータとして入力する手段と、これらの入力データから乗
算係数を算出する手段と、入力画像データと上記任意の
階調を比較する手段と、この比較結果にもとづいて変換
パラメータおよび乗算係数を選択する手段と、この選択
した変換パラメータおよび乗算係数にもとづいて階調変
換を行う手段とを具備したことを特徴とする階調補正装
置。
【請求項２】請求項１において、白レベルおよび黒レ
ベルを決定するための判定データを入力する手段と、入
力画像データを記憶するフレームメモリと、このフレー
ムメモリ内の画像データのヒストグラムを生成する手段
と、このヒストグラム，および判定データから変換パラ
メータの白レベル，黒レベルおよび任意階調としての平
均階調を算出する手段とを備えたことを特徴とする階調
補正装置。
【請求項３】請求項２において、白レベルを決定する
ための判定データおよび黒レベルを決定するための判定
データをあらかじめ用意された複数の判定データの中か
ら入力画像データの平均階調に応じて選択する手段を備
えたことを特徴とする階調補正装置。