JP2000513907A - 映像信号の画質補正回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ヒストグラム生成回路で生成したヒストグラムと、平均輝度レベル検出回路で検出した画面の輝度レベルの平均値を用いて利得制御回路で演算して調整値を出力し、ヒストグラム修正回路でルックアップテーブルを算出し、映像信号補正回路でこのルックアップテーブルを用いて映像信号の階調補正を行うことにより、人物の顔のような或る特徴のある部分の階調を低下させることなく階調補正処理を行う階調補正回路。

Description

【発明の詳細な説明】 映像信号の画質補正回路 本発明は、映像信号のヒストグラムを用いて画像の階調補正処理を行う映像信 号の画質補正回路に関するものである。 背景技術 近年、カラーテレビジョン受信機は大画面化や横長のワイド画面化する傾向に あり、より高画質な映像を得る画質改善技術が重要視されている。そのなかで映 像信号のヒストグラムを応用する技術は、例えば、特開平５−６６７５１号公報 に開示されている。開示された技術は映像信号の内の大部分を占めるピクチャー レベルすなわち輝度レベルを強調する。この技術は、画質を高め、高コントラス トの映像を生成しようとするものである。 以下、図面を参照しながら、前記従来のヒストグラムを用いた階調補正回路の 一例について説明を行う。 図６は、前記従来のヒストグラムを用いた階調補正回路のブロック構成図を示 すものである。図６においてヒストグラム生成回路１は、入力映像信号ａから映 像信号レベルの分布を表したヒストグラムｂを生成する。映像信号補正回路４は 、ヒストグラム生成回路１の出力ｂを入力し、入力ｂを用いて累積ヒストグラム を作成し、そして正規化を行う。さらに、映像信号補正回路４は、この正規化デ ータを用いて入力した映像信号ａの階調を補正処理し、補正後の映像信号ｅを出 力する。 以上のように構成された従来のヒストグラムを用いた階調補正回路について、 以下その動作について説明する。 まず、この図６の回路において、ヒストグラム生成回路１は、ヒストグラムを ４領域に分けて生成すると仮定する。この場合、図８のように暗い背景の前に人 物が立っているような映像が入力された時、ヒストグラム生成回路１が出力する ヒストグラムｂは、図７に示す様に、領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に対応する頻 度Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４で表される。図７において横軸Ｓは入力映像信号レベ ルを、縦軸Ｆは頻度を表す。 すなわちここでＨ１は、映像信号の輝度レベルの範囲がＳ１に該当する部分の 頻度である。同様にＨ２は、輝度レベル範囲Ｓ２に該当する部分の頻度で、Ｈ３ は、輝度レベル範囲Ｓ３に該当する部分の頻度で、Ｈ４は、輝度レベル範囲Ｓ４ に該当する部分の頻度である。 次に、映像信号補正回路４は、得られたヒストグラムに累積・正規化処理を行 い、図７のＬ１のような累積・正規化関数を生成する。図７の横軸Ｔはこの累積 ・正規化関数のレベルを表し、その最大値は１となる。映像信号補正回路４は、 この累積・正規化関数Ｌ１を用いて入力映像信号の輝度レベルを補正し出力する 。 すなわち、図７のＬ１は入力輝度レベル−出力輝度レベル特性を示す。この特 性をルックアップテーブルとして用いて階調補正する。以降ルックアップテーブ ルと記載するのは、例えば図７の累積・正規化関数Ｌ１ような入力輝度レベル− 出力輝度レベル特性である。累積・正規化関数Ｌ１の傾きが急峻になると、入力 輝度レベル対出力輝度レベルの比が大きくなるので、その部分の階調が強調され ることを示している。 例えば、Ｓ１の輝度レベル範囲に映像信号が集中しているため、頻度Ｈ１が大 きい場合を考える。累積・正規化処理を行い、補正処理のためにルックアップテ ーブルを作成すると、領域Ｓ１の部分の累積・正規化関数Ｌ１の傾きが急峻にな っている。ビデオ信号が集中しており、領域Ｓ１に含まれる輝度レベルのコント ラストは上がる。このようにして、前記従来のヒストグラムを用いた階調補正回 路では、原ヒストグラムを修正することなく階調補正処理を行っている。 しかしながら前記のような回路構成では、ユーザーにとって重要な画像の部分 は最適よりも低い階調で再生される。この問題は、人物の顔のようにユーザーが 特に着目したい画像部分に発生する。なぜならば人物の顔の画像はヒストグラム 解析で減衰され、小さい面積を占めるにすぎないからである。 発明の開示 本発明の階調補正装置は、映像信号のヒストグラムを用いて、映像信号の階調 補正を行う回路で、生成したヒストグラムを、ユーザーにとって重要な着目する 特定領域の映像信号の輝度レベルに対する入出力特性を強調するように、調整可 能な制御回路で修正し、修正したヒストグラムを用いて映像信号の階調を補正す る。 本発明によれば、人物の顔部分等ユーザーが着目したい部分のコントラストを 強調して、階調補正処理を行うことができる映像信号の階調補正回路を提供でき る。 図面の簡単な説明 図１は本発明の第１の実施形態による映像信号の階調補正回路のブロック構成 図、 図２は本発明の第２の実施形態による映像信号の階調補正回路のブロック構成 図、 図３は本発明の第１の実施形態による映像信号の階調補正回路により修正され たヒストグラムとその修正ヒストグラムから得られたルックアップテーブル、 図４は本発明の第３の実施形態による映像信号の階調補正回路により修正され たヒストグラムとその修正ヒストグラムから得られたルックアップテーブル、 図５は平均輝度レベルとヒストグラム修正用ゲインとの関係を示す特性図、 図６は従来のヒストグラムを用いた階調補正回路のブロック構成図、 図７は従来のヒストグラムを用いた階調補正回路により修正されたヒストグラ ムとそのヒストグラムから得られたルックアップテーブル、 図８は入力画像の一例を示す図。 発明を実施するための最良の形態 第１の実施形態 図１は、本発明の第１の実施形態における映像信号の階調補正回路を示し、ヒ ストグラム生成回路１、利得制御回路２、ヒストグラム修正回路（ヒストグラム 制御回路）３、映像信号補正回路４から構成される。ヒストグラム生成回路１は 、入力映像信号ａのピクチャーレベルすなわち輝度レベルの分布をヒストグラム として生成し、ヒストグラムｂを出力する。利得制御回路２は、ヒストグラムを 修 正するための調整値ｃを出力する。ヒストグラム修正回路（ヒストグラム制御回 路）３はヒストグラムｂと調整値ｃとを入力し、画像に含まれる何か目立った特 徴（例えば人物の顔）を表示するために必要な輝度レベルを含む画像の一部の頻 度を強調する修正ヒストグラムｄを出力する。映像信号補正回路４は、修正ヒス トグラムｄを用いて入力映像信号ａの階調補正処理を行い、出力映像信号ｅを出 力する。 以上のように構成された映像信号の階調補正回路について、以下図面を用いて その動作を説明する。 まず図１に示される階調補正回路において、図８のような暗い背景の前に人物 が立っている映像を入力した場合、ヒストグラム生成回路１は入力映像信号ａか らヒストグラムｂを生成し出力する。 ここで、人物の顔の部分に相当する輝度レベルが含まれる領域は、例えば図７ のＳ３であることが多い。領域Ｓ３とは、入力映像信号の輝度レベルの最大値を １００％、最小値を０％とすると、輝度レベルが５０％から７５％の間の領域で ある。しかし、画面での顔の部分の面積は比較的小さく、領域Ｓ３の頻度は図７ に示されるように、領域Ｓ３の輝度レベルより低い輝度レベルの領域Ｓ１，Ｓ２ の頻度より小さい値である場合が多い。そのため、その領域におけるルックアッ プテーブルすなわち累積・正規化関数の傾きが緩やかになり、結果的に顔部分の コントラストの低下を招いてしまう。 そこで、本発明では、生成したヒストグラムの、顔部分に相当する輝度レベル が含まれる領域Ｓ３の頻度Ｈ３に調整値ｃを加え、他の領域の頻度値から調整値 ｃを引くという処理を施す。映像信号補正回路４は、この修正されたヒストグラ ムを使用して入力映像信号を補正する。このようにして、顔部分に相当する輝度 レベルが含まれる領域Ｓ３の頻度Ｈ３は強調され、その部分の見かけ上のコント ラストを向上させることができる。 図３の実線は本発明の映像信号のヒストグラム修正回路（ヒストグラム制御回 路）３で得られた修正ヒストグラムｄのグラフＦと累積・正規化関数Ｌ２を示す 。点線で示された頻度は図１のヒストグラム生成回路１から出力されたヒストグ ラムであり、従来例の図６のヒストグラム生成回路１から出力されたヒストグラ ム と同一である。 ここで、図１のヒストグラム修正回路（ヒストグラム制御回路）３では、ヒス トグラムｂの各領域の頻度のレベルを調整して、顔部分に相当する輝度レベルが 含まれる領域の頻度を強調した修正ヒストグラムｄを出力する。 例えば、図７における輝度レベルの最も低い（一番暗い）領域Ｓ１の頻度Ｈ１ は、図３のように調整値ｃを引かれてＨ１’へ減少する。 調整値ｃは同様に、領域Ｓ２の頻度Ｈ２からも引かれてＨ２’とする。このよ うにして削減された二つの調整値ｃすなわち２ｃを領域Ｓ３における頻度Ｈ３に 加えることにより領域Ｓ３の頻度は、新しい頻度Ｈ３’となる。このような処理 を行い、顔部分に相当する輝度レベルが集中する領域Ｓ３の頻度Ｈ３を強調処理 して、ヒストグラム修正回路（ヒストグラム制御回路）３は、修正したヒストグ ラムｄを、映像信号補正回路４に出力する。 この修正されたヒストグラムｄを用いて得られた累積・正規化関数は図３の折 れ線Ｌ２で表される。図７の累積・正規化関数Ｌ１（Ｌ１で示された累積・正規 化関数を表すルックアップテーブル）と比較すると、図３の累積・正規化関数Ｌ ２（ルックアップテーブル）では顔部分の輝度レベルが集中する領域Ｓ３の傾き が急峻になっている。このようにして画像上の顔の階調が改善される。 以上のように本実施形態によれば、ヒストグラムｂを利得制御回路２からの調 整値ｃを用いて修正することにより、人物の顔のような画像の或る目立った特徴 を持つ部分の階調を低下させることなく、最適な階調補正処理を行うことができ る。 第２の実施形態 本発明の第２の実施形態における映像信号の階調補正回路は図２に示すように 、第１の実施形態と構成が異なる点は平均輝度レベル検出回路５を加えた構成と している点である。平均輝度レベル検出回路５は、入力映像信号ａから輝度レベ ルの平均値を検出し、平均輝度レベルｆを利得制御回路２へ出力する。他の構成 と動作については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。 以上のように構成された映像信号の階調補正回路について、以下図面を用いて その動作を説明する。 第１の実施形態のブロック構成では、入力映像の画面全体が明るく平均輝度レ ベルの大きいような映像では、頻度Ｈ３のレベルも大きいために、前記した処理 を行うと顔部分の階調を伸長しすぎてしまう。そこで第２の実施形態では、平均 輝度レベル検出回路５で、入力映像信号ａから画面の輝度レベルの平均値を検出 して、平均輝度レベルｆを出力する。利得制御回路２は、この平均輝度レベルｆ を入力し、ｆの値に基づいて調整値ｃを出力する。 この時の平均輝度レベルｆと調整値ｃとの関係の１例を図５に示す。横軸が平 均輝度レベルｆ、縦軸は調整値ｃである。ここで、平均輝度レベルｆが高い領域 では、調整値ｃはゼロとなり、補正処理は行われない。平均輝度レベルｆが補正 開始レベルｆ₀より低い場合、調整値ｃはゼロ以外となる。この調整値ｃは平均 輝度レベルｆが低くなるにしたがって増加するが、過補正を防止するために、調 整値ｃは図５のようにリミットレベルＬを越えないように設定されている。この 補正開始レベルｆ₀、リミットレベルＬ、および平均輝度レベルｆに対する調整 値ｃ（図５の実線の傾き）の増加の比率などは任意に設定できる。 以上のように本実施形態によれば、利得制御回路２が、生成されたヒストグラ ムを平均輝度レベルから演算した調整値を用いて修正することにより、表示され る人物の顔のような目立った特徴部分の階調を、低下させることなく、画面の明 るさに応じて、階調補正処理が行われる。 第３の実施形態 本発明の第３の実施形態のブロック構成図は図２と同一である。したがって第 ２の実施形態と同一の作用が得られる。特に人物の顔のような目立った特徴部分 の階調を低下させることなく、最適な階調補正処理を行うことができる。しかし 、第２の実施形態のように図３で頻度Ｈ１から調整値ｃを減算して頻度Ｈ１’を 算出すると、領域Ｓ１の累積・正規化関数の傾きが緩やかになるために、入力映 像によっては一番映像信号が集中している部分の階調が充分に伸長できない。 これを解決するため、本実施形態では図４の実線のように、頻度Ｈ１に関して は処理を行わず、頻度Ｈ２から調整値ｃを減算し新たな頻度Ｈ２''とし、同一値 （調整値ｃ）を頻度Ｈ３に加算するという構成にすると、最も輝度レベルが集中 している部分の階調は充分確保したままで、人物の顔部分に相当する領域Ｓ３の 階調も向上させることができる。 産業上の利用の可能性 本発明によれば、人物の顔部分等の視聴者が着目したい画像部分に相当する輝 度レベルの階調を強調して、階調補正処理を行うことができる映像信号の階調補 正回路を提供できる。本発明の階調補正回路により、画像の見かけ上のコントラ ストを改善したカラーテレビジョン受信機等の表示装置を実現することができる 。 なお、以上の説明では、入力信号と出力信号とは映像信号の輝度レベルとした が、これを映像複合信号としても同様の効果が得られる。 また、ヒストグラム生成回路において、生成するヒストグラムレベルは４と仮 定したが、これも４レベル以上でも同様の効果が得られる。 参照符号 １ ヒストグラム生成回路 ２ 利得制御回路 ３ ヒストグラム修正回路 ４ 映像信号補正回路 ５ 平均輝度レベル検出回路 ａ 入力映像信号 ｂ ヒストグラム ｃ 調整値 ｄ 修正ヒストグラム ｅ 出力映像信号 Ｓ 入力輝度レベル Ｔ 出力輝度レベル Ｆ 頻度 Ｌ２、Ｌ３ 累積・正規化関数 ｆ 平均輝度レベル ｆ₀ 補正開始レベル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．入力映像信号より第１のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と 、 前記第１のヒストグラムを修正するための第１の調整値を出力する利得制御手 段と、 前記第１の調整値に基づき、前記第１のヒストグラムを変更することにより第 ２の修正ヒストグラムを生成するヒストグラム修正手段と、 および前記ヒストグラム修正手段の出力に応じて入力映像信号の階調を補正す る映像信号補正手段と、 から構成されたことを特徴とする映像信号の階調補正回路。 ２．前記入力映像信号の平均輝度レベルを検出し、前記利得制御手段へ出力す る平均輝度レベル検出手段をさらに備え、前記利得制御手段は、前記平均輝度レ ベルに応じて出力する調整値を変更する請求項１記載の映像信号の階調補正回路 ３．前記映像信号補正手段は、前記ヒストグラム修正手段の生成する修正ヒス トグラムに基づき、累積・正規化関数を生成し、前記累積・正規化関数に基づい て入力映像信号の階調を変更することを特徴とする請求項１記載の映像信号の階 調補正回路。 ４．前記入力映像信号の平均輝度レベルを検出する平均輝度レベル検出手段を さらに備え、前記平均輝度レベル検出手段は、平均輝度レベルが補正開始レベル 以上の場合は第２の調整値を出力し、前記補正開始レベル未満の場合には第３の 調整値を出力し、前記利得制御手段は、前記平均輝度レベル検出手段の出力に応 じて前記第１の調整値を変更することを特徴とする請求項１記載の映像信号の階 調補正回路。 ５．前記第１の調整値は或るリミットレベル値を越えないよう制限されたこと を特徴とする請求項４記載の映像信号の階調補正回路。 ６．前記第１の調整値は定数値であることを特徴とする請求項１記載の映像信 号の階調補正回路。