CN1121114C - 视频信号的图象质量校正电路 - Google Patents

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Abstract

校正视频信号的色调而不损害某些图象特征如人脸的色调。增益控制器用直方图发生器产生的直方图输出操作并输出一调整值。屏幕上图象电平的平均值是由平均图象电平检测器检测的。直方图校正电路计算一查询表，而视频信号校正电路用该查询表校正视频信号的色调。

Description

视频信号的图象质量校正电路
(1)技术领域
本发明涉及采用视频信号的直方图校正视频信号的色调(tone)的图象质量校正电路。
(2)背景技术
更大并且更宽的屏幕在彩色电视机中日益普遍，并且越来越多的研究集中在画面质量技术的提高上，以获得具有更高图象质量的视频图象。
日本公开的专利申请H5-66751中揭示了一种应用视频信号的直方图的技术。所揭示的技术强调图象电平，即占据大部分视频信号的亮度信号的电平。该技术提高了图象质量，并试图产生高对比度的视频图像。
下面参照附图说明采用前述现有技术的直方图的色调校正电路的例子。
图6是采用前述现有技术的直方图的色调校正电路的方框图。图6中，直方图发生器1产生表示输入视频信号a的视频信号电平分布的直方图b。视频信号校正电路4从直方图发生器1接收直方图输出b，产生累积直方图，并使之归一化。视频信号校正电路4还用归一化数据校正输入视频信号a的色调，并输出经校正的视频信号e。
下面说明采用上述结构的现有技术直方图的色调校正电路的运行。
如图6所示的电路中，直方图发生器1产生具有四个间隔的直方图。在这种情况下，如图8所示，如果输入某人站立在黑色背景下的图象，那么从直方图发生器1输出的直方图代表如图7所示与区间S1、S2、S3和S4相应的频率H1、H2、H3和H4。图7中输入视频信号电平S是横坐标，而频率F是纵坐标。
更具体地说，H1是S1中图象电平的频率。与此类似，H2是S2中图象电平的频率，H3是S3中图象电平的频率，而H4是S4中图象电平的频率。
视频信号校正电路4累加如上所述产生的直方图，并使之归一化，产生如图7中L1所示的累加和归一化函数。纵坐标T表示最大值为1的累加和归一化函数的电平。视频信号校正电路4用累加和归一化函数L1校正和输出输入视频信号的图象电平。
换言之，图7中的L1表示输入图象电平随输出图象电平而变化的特征。色调校正是用从该特征产生的查询表来实现的。后文中，将“查询表”称为用例如图7中的累加和归一化函数表示的输入/输出图象电平特征。如果累加和归一化函数L1的坡度较陡，则输出图象电平与输入图象电平之比增大，这意味着色调增强了。
例如，考虑视频信号集中在图象电平S1中的情况，这时频率H1变大。如果在累加和归一化后产生一用于校正的查询表，则与区间S1相应的累加和归一化函数L1的坡度变陡。因此，视频信号所集中的区间S1中图象电平的对比度增大。所以，采用上述现有技术的直方图的色调校正电路执行色调校正而不修改原始直方图。
然而。采用上述电路结构，对使用者来说是重要的图象的一部分会是在低于最佳色调的情况下重现。这种情况会出现在使用者想要特别注意的图象部分如人脸中出现，因为这一部分的图象仅占据直方图分析所衰耗的一小部分区域中。
(3)发明内容
本发明的色调校正电路采用直方图来校正视频信号的色调。直方图接着由可调整的控制器再次校正。按照需要调整控制器，用以增强对使用者来说是重要的某些区域中图象电平的输入/输出视频信号特征。所以，视频信号的色调是用经校正的直方图来校正的。
因此，本发明提供一种用于视频信号的色调校正电路，通过增强使用者想要特别注意的某一区域(如人脸)的对比度来校正色调。
本发明提供了一种色调校正电路，它包含：从输入视频信号中产生第一直方图的直方图发生装置；输出第一调整值用来校正所述第一直方图的增益控制装置；根据第一调整值改变第一直方图而产生经校正的第二直方图的直方图校正装置；以及根据经校正的第二直方图校正输入视频信号的视频信号校正装置。
(4)附图说明
图1是按照本发明第一个典型实施例的视频信号色调校正电路的方框图。
图2是按照本发明第二个典型实施例的视频信号色调校正电路的方框图。
图3是按照本发明第一个典型实施例的修改的直方图和由视频信号校正电路产生的查询表。
图4是按照本发明第三个典型实施例的修改的直方图和由视频信号校正电路产生的查询表。
图5描绘的是平均图象电平特征与直方图校正的增益之间的关系。
图6是采用现有技术的直方图的色调校正电路的方框图。
图7描绘的是经修改的直方图和采用现有技术的直方图的色调校正电路产生的查询表。
图8描绘了一例输入视频图象。
图中，
1为直方图发生器；
2为增益控制器；
3为直方图校正电路(直方图控制器)
4为视频信号校正电路
5为平均图像电平检测电路(APL检测电路)
a为输入视频信号
b为直方图输出
c为调整值
d为更新的直方图
(5)具体实施方式
                          第一个典型实施例
图1描绘的是本发明第一个典型实施例视频信号的色调校正电路，它包含：直方图发生器1、增益控制器2、直方图校正电路(直方图控制器)3和视频信号校正电路4。直方图发生器1以直方图的形式产生输入视频信号a的图象电平分布，即，亮度信号电平，并输出直方图b。增益控制器2输出用于校正直方图的调整值c。直方图校正电路(直方图控制器)3接收直方图b和调整值c，并输出经校正的直方图d，用来增强一部分含有显示图象中包含的某一特征(例如人脸)所需的图象电平的图象的频率。视频信号校正电路4用经校正的直方图d来校正输入视频信号a的色调，以产生输出视频信号e。
下面参照附图说明上述结构的视频信号的色调校正电路的运行。
首先，已知如图8所示的图象(人站在暗背景中)输入到图1中的色调校正电路内，直方图发生器1从输入视频信号a中产生直方图b。
这里，含有显示例如该图象中人脸的图象电平的区间与图7中的区间S3相应。例如，区域S3是这样一个区域，其中的图象电平变化范围为50％到75％，输入视频信号的图象电平的最大值是100％，最小值是0％。屏幕上人脸的区域很小，所以与图7中图象电平低于S3的区间S1和S2的频率相比，区间S3的频率通常较小。这在该区间内的查询表或累加和归一化函数中形成中等坡度，从而减小了脸的对比度。
本发明中，将某一值加到直方图中含有显示人脸的图象电平的区间S3的频率H3上，然后从其他区间的频率中减去一调整值。视频信号校正电路4采用该经校正的直方图来校正输入视频信号。因此，含有显示人脸的图象电平的区域S3的频率H3得到增强，以提高这一部分的对比度。
图3中的实线表示根据直方图校正电路(直方图控制器)3产生的校正直方图d的更新直方图F以及累加和归一化函数L2。用虚线表示的频率是从图1中的直方图发生器1输出的直方图，它是与图6中所示传统电路直方图发生器1的输出相同的直方图。
图1中所示的直方图校正电路(直方图控制器)3调整直方图b的每一区间内的频率电平，并输出经校正的直方图d。该直方图中，含有与人脸对应的图象电平的区间的频率得到加强。
图7中与最低图象电平(最黑)对应的区间S1的频率H1例如从调整值c降低到图3中的H1’。
也从区间S2的频率H2中减去调整值，使之达到新的频率电平H2’。将对频率H1和H2的调整值之和即2c加到区间S3的频率H3上，达到区间S3的新频率H3’。由于这一调整，集中显示人脸图象电平的区间S3内的频率H3被加强，并且直方图校正电路3(直方图控制器)向视频信号校正电路4输出经校正的直方图。
用经校正的直方图d获得的累加和归一化函数如图3中的线段L2所示。与图7中的累加和归一化函数L1(代表L1中的累加和归一化函数的查询表)相比，图3中累加和归一化函数L2(查询表)在S3区间内的坡度更陡；其中集中了人脸的图象电平。因此，图象中人脸的色调得到改善。
如上所述，上述典型实施例通过采用增益控制器2提供的调整值来校正直方图b，使信号色调得到校正，而不会损害图象中的某些特征如人脸。
                          第二个实施例
图2描绘的是本发明第二个实施例的视频信号校正电路。与第一个典型实施例不同的是，在第一个典型实施例中加入了平均图象电平检测电路5(APL检测电路)。平均图象电平检测器5检测输入视频信号a的图象电平的平均值，并向增益控制器2输出平均图象电平f。图2中其余元件与第一个典型实施例中的是很相象的，因而其功能性描述从略。
下面参照附图说明上述结构的视频信号校正电路的运行。
在第一个典型实施例的结构中，如果在图7所示的频率H3的电平为高时进行上述校正，则人脸的色调可能被过分加强。例如，在整个输入视频信号较亮并且平均图象电平较高的图象中。第二个实施例采用平均图象电平检测器5从输入视频信号中检测平均图象电平，以输出平均图象电平f。增益控制器2接收该平均图象电平f，并根据f的值输出调整值c。
图5描绘的是调整值c对平均图象电平f的可能的依赖性。平均图象电平f沿横轴方向，而调整值c沿纵轴方向。当平均图象电平f较高时，即色调未经校正时，调整值c落在零(0)处。当平均图象电平f位于校正起始电平f0以下时，调整值c为非零。调整值c随平均图象电平f的下降而增加，但为了防止过校正，该调整值被设置成不超过图5所示的极限电平L。校正起始电平f0和极限电平L以及调整值c对平均图象电平f的增加比(图5中直线的斜率)可以随意设置的。
如上所述，本典型实施例使得能够根据图象的亮度对色调进行校正。校正是在不损害特征(如人脸)的色调的情况下进行的。校正是修改由增益控制器2采用从平均图象电平计算的调整值产生的直方图来显示的。
                        第三个典型实施例
第三个典型与图2中示出的具有相同的结构。具体说来，信号的色调可以在不损害特征(如人脸)的色调的情况下得到校正。然而，当从图3中的频率H1中减去调整值c来计算频率H1’时，区间S1的累加和归一化函数的斜率变小。这就使得大多数视频信号集中在某些输入视频图像内那些区域的色调加强是不够的。
为了克服这一缺陷，第三个典型实施例是这样构成的，即，从频率H2中减去调整值c，达到新的频率H2”，但将相同的量(调整值c)加到频率H3上，但不对频率H1进行修改，如图4中的实线所示。采用这一结构，可以改善与这些特征如人脸对应的区间S3的色调，同时确保集中大多数图象电平的部分图象中的足够的色调。
                            工业应用性
本发明提供了一种视频信号的色调校正电路，通过强化使用者想要特别注意的图象(如人脸)部分所对应的图象电平的色调来进行色调校正。本发明的色调校正电路改善了包括彩色电视机的显示装置的对比度。
上述说明中，视频信号的图象电平同时用作输入和输出。当合成视频信号交替用作输入和输出时可以得到同样的效果。
上述典型实施例涉及在直方图发生器中产生四种电平。很明显，在直方图中多于四种电平的情况下可以得到相同的效果。

Claims (6)

1.一种色调校正电路，其特征在于，它包含：
从输入视频信号中产生第一直方图的直方图发生装置；
输出第一调整值用来校正所述第一直方图的增益控制装置；
根据所述第一调整值改变所述第一直方图而产生经校正的第二直方图的直方图校正装置；以及
根据所述经校正的第二直方图校正所述输入视频信号的视频信号校正装置。
2.如权利要求1所述的色调校正电路，其特征在于，它还包含：
检测所述输入视频信号的平均图象电平并向所述增益控制装置输出所述平均图象电平的平均图象电平检测装置；并且，
所述增益控制装置根据所述平均图象电平改变所述第一调整值。
3.如权利要求1所述的色调校正电路，其特征在于，所述视频信号校正装置根据所述直方图校正装置产生的所述经校正的第二直方图，产生一累加和归一化函数，并根据所述累加和归一化函数改变输入视频信号。
4.如权利要求1所述的色调校正电路，其特征在于，它还包含检测所述输入视频信号的平均图象电平的平均图象电平检测装置；
其中，如果所述平均图象电平大于一校正起始电平则所述平均图象电平检测装置输出一第二调整值，而如果所述平均图象电平小于所述校正起始电平时输出一第三调整值，并且所述增益控制装置根据所述平均图象电平检测装置的输出改变所述第一调整值。
5.如权利要求4所述的色调校正电路，其特征在于，所述第一调整值受一极限电平的限制。
6.如权利要求1所述的色调校正电路，其特征在于，所述第一调整值是一对比度值。
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