CN1254086C - 图像处理装置以及图像处理方法 - Google Patents

Abstract

用简单的结构，降低画面的闪烁。图像处理装置(100)，具有统计值计算部(10)、修正参数计算部(20)及图像修正部(30)。统计值计算部(10)生成统计值数据(10A)。修正参数计算部(20)生成对应于场景变化程度的控制信号，使用根据该控制信号改变时间常数的低通滤波器，使统计值数据(10A)平滑化，生成修正参数。然后，根据修正参数生成查找表。

Description

图像处理装置以及图像处理方法

技术领域

本发明涉及对图像数据进行图像修正的图像处理装置、图像处理方法及图像处理程序。

背景技术

在图像处理中，有时统计地分析一画面的图像的性质，对图像数据进行对应于分析结果的图像修正处理。作为统计的分析方法，已知一种求灰度的频率分布(频率分布曲线，ヒストグラム)，根据频率分布曲线算出修正参数的方法。

可是，在动态图像的图像处理中，如果修正参数在帧之间变化大，则画面总体的对比度或亮度发生变化，图像的闪烁明显。另外，如果噪声等重叠在图像数据上，则图像的闪烁增大。为了消除这样的不良现象，在专利文献1中公开了这样一种技术：生成频率分布曲线时，通过使频率分布曲线分布的数据通过循环型滤波电路，使频率分布曲线分布变化的时间常数增大，抑制修正后的图像数据的波动。

[专利文献1]

特公平7-99862号公报(段落编号0018)

可是，由于生成成为统计值运算源的频率分布曲线时通过循环型滤波器，所以电路规模大，另外，处理需要时间。特别是对便携电话等便携电子设备来说，从装置的小型化及降低功耗等观点看，缩小电路规模及处理的高速化成为大问题。

发明内容

本发明就是鉴于上述的情况而完成的，将用简单的结构提供一种能降低画面的闪烁的图像处理装置、图像处理方法及图像处理程序作为解决课题。

为了解决上述课题，本发明的图像处理装置是一种对图像数据进行图像处理的装置，其特征在于具有：对上述图像数据进行统计处理并生成表示统计值的统计值数据的统计值计算单元；根据上述图像数据生成对应于场景变化程度的控制信号的场景检测单元；对多个帧的上述统计值数据进行对应于上述控制信号的加权并计算修正参数的修正参数计算单元；以及根据上述修正参数对上述图像数据进行图像修正处理的图像修正单元。

如果采用本发明，则在频率分布曲线或累积频率分布曲线的统计值的运算过程中，不进行平滑化处理，获得了统计值后，进行加权处理。在生成统计值的过程中，由于需要对像素单位的图像数据进行处理，所以运算电路规模增大，另外，处理负荷大。对此，在本发明中，获得了统计值后，进行加权，使修正参数平滑化，所以能使结构简单。另外，根据场景变化的程度变更加权大小，所以能提高修正参数对图像变化的响应性，能进行场景转换时能显示转换自然的图像等、跟踪场景变化的图像修正。

这里，上述修正参数计算单元最好是通过上述控制信号所表示的场景变化的程度越大对过去的帧的统计值数据的加权越小的计算，生成上述修正参数。由于场景变化程度越大，越会失去统计值的连续性，所以通过使过去帧的统计值数据的加权小，能提高修正参数的响应性。

另外，上述修正参数计算单元最好具有：存储在过去的帧中获得的统计值数据的存储单元；将系数分别与当前帧的统计值数据及从上述存储单元读出的过去的统计值数据相乘的系数单元；以及根据上述控制信号改变上述系数的系数控制单元。

另外，假设当前帧的统计值数据为S(n)，一帧前的修正参数为P(n-1)，第一系数为A，第二系数为B时，上述修正参数计算单元最好按照P(n)＝A*S(n)+B*P(n-1)，1＝A+B，计算当前帧的修正参数P(n)，同时根据上述控制信号，控制上述第一系数及上述第二系数的值。在此情况下，能由循环型的低通滤波器生成修正参数。

另外，上述修正参数计算单元检测上述图像数据的帧速率，最好对多个帧的上述统计值数据进行对应于检测到的帧速率及上述控制信号的加权，计算修正参数。在此情况下，能够在确定修正参数时考虑帧速率，所以能根据帧的疏密进行适当的图像修正。

其次，本发明的图像处理方法是一种对图像数据进行图像处理的方法，其特征在于包括：对上述图像数据进行统计处理并生成表示统计值的统计值数据的步骤；根据上述图像数据生成对应于场景变化的程度的控制信号的步骤；对多个帧的上述统计值数据进行对应于上述控制信号的加权并计算修正参数的步骤；以及根据上述修正参数对上述图像数据进行图像修正处理的步骤。

如果采用本发明，则由于获得了统计值后进行加权，使修正参数平滑化，所以能使结构简单。另外，由于能根据场景变化的程度变更加权的大小，所以能提高修正参数对图像变化的响应性，能进行场景转换时能显示转换自然的图像等、跟踪场景变化的图像修正。

另外，本发明的图像处理程序是一种对图像数据进行图像处理的程序，其特征在于，使计算机具有作为下列单元的功能：对上述图像数据进行统计处理并生成表示统计值的统计值数据的统计值计算单元；根据上述图像数据生成对应于场景变化的程度的控制信号的场景检测单元；对多个帧的上述统计值数据进行对应于上述控制信号的加权并计算修正参数的修正参数计算单元；以及根据上述修正参数对上述图像数据进行图像修正处理的图像修正单元。如果采用本发明，则获得了统计值后进行加权，使修正参数平滑，所以能大幅度减轻处理负荷。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的图像处理装置的结构的框图。

图2是用于说明统计计算处理的概要的说明图。

图3是表示修正参数计算部20的结构的框图。

图4是用于说明第一循环型滤波器F1的工作的说明图。

图5是用于说明基于统计值数据10A的图像修正处理的说明图。

图6是表示该实施方式中用的查找表LUT的存储内容之一例的曲线图。

图7是表示本发明的第二实施方式中用的修正参数计算部20’的结构的框图。

图8是表示变形例的图像处理装置中帧速率和第一系数A及第二系数B的关系的说明图。

符号说明

10…统计值计算部、10A…统计值数据(统计值)、20，20’…修正参数计算部、30…图像修正部、100…图像处理装置、GDin…输入图像数据、GDout…输出图像数据、Rmax…基准最大值、Rmin…基准最小值、P…修正参数、SE…控制信号

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的图像处理装置的一个实施方式。图1是表示本发明的第一实施方式的图像处理装置的结构的框图。输入图像数据GDin被供给图像处理装置100。输入图像数据GDin表示在构成一个画面的各像素中应显示的灰度值。另外，该例的输入图像数据GDin是每一像素8位的动态图像数据。因此，输入图像数据GDin是表示256灰度的数据，其最小值为“0”，最大值为“255”。图像处理装置100对输入图像数据GDin进行统计处理，生成统计值，另外，利用统计值对输入图像数据GDin进行修正处理，生成输出图像数据GDout。

图像处理装置100具有统计值计算部10、修正参数计算部20、以及图像修正部30。首先，统计值计算部10对输入图像数据GDin进行规定的统计计算处理并生成统计值数据10A。参照图2，说明统计计算处理的概要。在统计计算处理中，对于从最小值“0”到第一灰度值D1的第一范围T1、以及从最大值“255”到第二灰度值D2的第二范围T2，沿双向直接生成累积频率分布曲线HG1及HG2，特定所生成的累积频率分布曲线HG1及HG2的频率达到了预定的基准值REF的点作为基准最小值Rmin及基准最大值Rmax，生成表示它们的统计值数据10A。另外，第二灰度值D2比第一灰度值D1大。

累积频率分布曲线按每一阶段(每级)表示沿一定的方向(从最小值到最大值的方向，或者从最大值到最小值的方向)累计了频率分布曲线的频数后的频率。

阶段(级)的宽度虽然能任意地设定，但该例的阶段的宽度为1灰度。另外，在该例中，同时生成两种累积频率分布曲线。即，生成从最小值到第一灰度值D1的累积频率分布曲线HG1、以及从最大值到第二灰度值D2的累积频率分布曲线HG2。

其次，修正参数计算部20根据统计值数据10A，生成查找表LUT。在查找表LUT中对应地存储着输入图像数据GDin的各灰度值和修正后的各灰度值，该存储内容根据统计值数据10A进行更新。图像修正部30参照查找表LUT，生成输出图像数据GDout。具体地说，读出输入图像数据GDin的灰度值作为地址，访问查找表LUT，将从查找表LUT读出的灰度值作为输出图像数据GDout输出。

图3中示出了修正参数计算部20的详细结构。修正参数计算部20具有场景检测部21、计算部22、LUT生成部23、以及查找表LUT。

场景检测部21根据输入图像数据GDin，生成表示帧之间的场景变化的程度的控制信号SE。场景变化能够根据帧之间的图像的相关性检测，例如，计算当前的帧的平均亮度和一帧前的平均亮度的差分，根据差分值生成控制信号SE。控制信号的值可以是连续的，也可以是离散的。在该例中，将差分值与第一基准值r1及第二基准值r2进行比较，将场景变化的程度分成三个阶段。但，r1＜r2。

在差分值小于第一基准值r1的情况下，控制信号SE的值为“0”。该情况意味着几乎没有场景变化。另外，在差分值在大于等于第一基准值r1而小于第二基准值r2的情况下，控制信号SE的值为“1”。该情况意味着有某种程度的场景变化。另外，差分值在大于等于第二基准值r2的情况下，控制信号SE的值为“2”。该情况意味着有场景的转换。另外，在该例中，虽然用平均亮度生成控制信号SE，但除此以外也可以根据某些统计值，检测场景变化的程度。

计算部22具有第一循环型滤波器F1及第二循环型滤波器F2。这些滤波器F1及F2具有作为低通滤波器的作用，抑制基准最小值Rmin及基准最大值Rmax的急剧变化，生成修正参数P。第一循环型滤波器F1具有第一系数器221、第二系数器222、加法器223、以及存储器224。另外，第二循环型滤波器F2与第一循环型滤波器F1同样构成，省略说明。

第一系数器221具有乘法电路，将基准最小值Rmin和第一系数A相乘，将乘得的结果输出给加法器223。第二系数器222具有乘法电路，将一帧前的修正参数P(n-1)和第二系数B相乘，将乘得的结果输出给加法器223。加法器223将第一系数器221及第二系数器222的输出信号相加，生成修正参数P(n)。存储器224具有作为一帧的延迟单元的作用，存储修正参数P(n)，在下一帧时输出。因此，从存储器224输出一帧前的修正参数P(n-1)。

在以上的结构中，用以下式给出当前帧的修正参数P(n)。

P(n)＝A*S(n)+B*P(n-1)，1＝A+B但，当前帧的基准最小值Rmin为S(n)，一帧前的修正参数为P(n-1)。

根据控制信号SE，选择各第一系数A及第二系数B的值。例如，在控制信号SE的值为“0”(几乎没有场景变化)的情况下，可以使A＝B＝1/2，在控制信号SE的值为“1”(有某种程度的场景变化)的情况下，可以使A＝3/4，B＝1/4，另外，在控制信号SE的值为“2”(有场景的转换)的情况下，使A＝1，B＝0。

即，最好是通过控制信号SE表示的场景变化的程度越大对过去帧的统计值数据的加权越小的计算，生成修正参数P。

图4是用于说明第一循环型滤波器F1的输入输出特性之一例的说明图。基准最小值Rmin如图4(A)所示变化。在该例中，基准最小值Rmin中包括振幅小的高频分量。另外，在第n帧和第n+1帧中基准最小值Rmin的值变化大。在动态图像的修正处理中，如果用短周期使修正参数P变化，则人的眼睛能看到画面的闪烁或晃动。

这里，如果与场景变化的程度无关地将上述的第一系数A及第二系数B的值固定，则第一循环型F1的输出如图4(B)所示。在此情况下，虽然能将重叠在基准最小值Rmin上的振幅小的高频分量除去，但在有场景转换的n帧和n+1帧之间会出现响应延迟。

可是，在本实施方式中，根据场景变化的程度，使第一系数A及第二系数B变化。因此，第一循环型低通滤波器F1的输出如图4(C)所示。在此情况下，重叠在基准最小值Rmin上的振幅小的高频分量被除去，还能大幅度改善响应性。因此，场景转换时能显示转换自然的图像。

其次，图3所示的LUT生成部23根据从计算部22输出的修正参数P，将规定的数据存储在查找表LUT中。修正参数P包括从第一循环型滤波器F1输出的修正过的基准最小值Rmin’和从第二循环型滤波器F1输出的修正过的基准最大值Rmax’。

其次，参照图5所示的例说明基于修正参数P的图像修正处理。例如，一画面的输入图像数据GDin的灰度值的分布如图5(A)中的频率分布曲线所示，通过上述的统计计算处理，获得基准最小值Rmin及基准最大值Rmax。在此情况下，如图5(B)所示，图像修正部30截断灰度值低于基准最小值Rmin的阴影部，同时截断灰度值大于基准最大值Rmax的最亮部。

因此，修正参数计算部20生成查找表LUT，以便输出图像数据GDout的最小值成为修正过的基准最小值Rmin’，其最大值成为修正过的基准最大值Rmax’。具体地说，生成查找表LUT，以便图像修正处理的输入输出灰度特性按照以下式给出。

GDout＝fa*GDin-fb

fa＝256/(Rmax’-Rmin’)

fb＝fa*Rmin另外，fa是输入输出灰度特性的斜率，fb是输入输出灰度特性的截距。

图6中示出了查找表LUT的存储内容的一例。该图中，虚线是不进行图像修正处理的情况的特性，实线是进行图像修正处理的情况的输入输出灰度特性。如该图所示，在输入图像数据GDin的灰度值从最小值“0”到修正过的基准最小值Rmin’的范围内，输出图像数据GDout的灰度值成为最小值“0”。另外，在输入图像数据GDin的灰度值从最大值“255”到修正过的基准最大值Rmax’的范围内，输出图像数据GDout的灰度值成为最大值“255”。因此，阴影部和最亮部被截断，灰度总体沿图示的箭头方向扩展。

如上所述，如果采用本实施方式，则由于对基准最小值Rmin及基准最大值Rmax等统计值进行了除去高频分量的处理，所以与在生成成为获得统计值用的源的频率分布曲线的过程中除去高频分量的情况相比，能大幅度地简化结构，能谋求减轻处理负荷。另外，由于根据场景变化的程度，调整低通滤波器的时间常数，所以能进行跟踪场景变化的恰当的图像修正。

其次，说明本发明的第二实施方式的图像处理装置。第二实施方式的图像处理装置使用计算部22’来代替计算部22，除此以外，与图1所示的第一实施方式的图像处理装置100相同。

图7是表示第二实施方式的修正参数计算部20的详细结构的框图。另外，与图3所示的结构部分相同的结构标以相同的标记。该例的计算部22’具有第一低通滤波器f1及第二低通滤波器f2。这些滤波器f1及f2抑制基准最小值Rmin及基准最大值Rmax的急剧变化，生成修正参数P。第一低通滤波器f1具有第一系数器225、第二系数器226、加法器228、以及存储器227。另外，第二低通滤波器f2与第一低通滤波器f1同样构成，省略说明。

一帧前的基准最小值Rmin存储在存储器227中。这里，假设当前帧的基准最小值Rmin为S(n)，一帧前的基准最小值Rmin为S(n-1)，则能用下式给出当前帧的修正参数P(n)。

P(n)＝A*S(n)+B*S(n-1)，1＝A+B

与第一实施方式同样地根据控制信号SE，选择各第一系数A及第二系数B的值。例如，在控制信号SE的值为“0”(几乎没有场景变化)的情况下，可以使A＝B＝1/2，在控制信号SE为“1”(有某种程度的场景变化)的情况下，可以使A＝3/4，B＝1/4，另外，在控制信号SE为“2”(有场景的转换)的情况下，可以使A＝1，B＝0。即，最好通过控制信号SE表示的场景变化的情况过大对过去帧的统计值数据的加权越小的计算，生成修正参数P。

这样，第二实施方式与第一实施方式相同，由于对基准最小值Rmin及基准最大值Rmax等统计值进行了除去高频分量的处理，所以与在生成成为获得统计值用的源的频率分布曲线的过程中除去高频分量的情况相比，能大幅度地简化结构，能谋求减轻处理负荷。另外，由于根据场景变化的程度，转换低通滤波器的时间常数，所以能进行跟踪场景变化的恰当的图像修正。

另外，本发明不限定于上述的第一及第二实施方式，例如，能进行以下的变形。

(1)在上述的各实施方式中，也可以考虑输入图像数据GDin的帧速率，转换第一系数A及第二系数B。例如，如图8所示，规定第一基本常数A1及第二基本常数B1，代替第一系数A而用第一基本常数A1和由控制信号SE决定的第一系数A的积，并且代替第二系数B而用第二基本常数B1和由控制信号SE决定的第二系数B的积。因此，帧速率越下降，越增大滤波器的时间常数，从而可以增加平滑化的程度。如果帧速率下降，则帧之间的相关性下降，所以最好增大时间常数。

(2)在上述的各实施方式中，虽然用硬件构成修正参数计算部20中的处理，但当然也可以用软件构成。在此情况下，使CPU按照规定的图像处理程序工作即可。

(3)另外，上述的各实施方式适合用于具有液晶面板、电致发光(EL)面板、数字微镜装置(DMD)面板、利用由等离子体发光或电子释放产生的荧光等这样的各种电光面板的电子设备。在此情况下，电子设备具有：根据输出图像数据GDout发生控制电光面板用的控制信号的定时信号发生电路；根据输出图像数据GDout生成供给电光面板的图像信号的图像信号生成电路；驱动电光面板的驱动电路；以及电光面板。作为电子设备，例如能举出：移动用户型的个人计算机、便携电话、电视机、取景器型或监视器直视型的磁带摄像机、导航装置、寻呼机、电子笔记本、计算器、文字处理机、工作站、可视电话、POS终端、具有触摸面板的装置等。

Claims (6)

1.一种图像处理装置，是对图像数据进行图像处理的图像处理装置，其特征在于，具备：

对上述图像数据进行统计处理、生成表示统计值的统计值数据的统计值计算单元；

根据上述图像数据生成对应于场景变化程度的控制信号的场景检测单元；

对多个帧的上述统计值数据进行对应于上述控制信号的加权、计算修正参数的修正参数计算单元；以及

根据上述修正参数对上述图像数据进行图像修正处理的图像修正单元。

2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于：上述修正参数计算单元，通过上述控制信号所表示的场景变化程度越大对过去的帧的统计值数据的加权越小的计算，生成上述修正参数。

3.根据权利要求1或2所述的图像处理装置，其特征在于，上述修正参数计算单元具备：

存储在过去的帧中获得的统计值数据的存储单元；

将系数分别与现在帧的统计值数据及从上述存储单元读出的过去的统计值数据相乘的系数单元；以及

根据上述控制信号改变上述系数的系数控制单元。

4.根据权利要求1或2所述的图像处理装置，其特征在于：将现在帧的统计值数据设为S(n)，将一帧前的修正参数设为P(n-1)，将第一系数设为A，将第二系数设为B时，上述修正参数计算单元按照

P(n)＝A*S(n)+B*P(n-1)，1＝A+B

计算现在帧的修正参数P(n)，同时根据上述控制信号，控制上述第一系数及上述第二系数的值。

5.根据权利要求1或2所述的图像处理装置，其特征在于：上述修正参数计算单元，检测上述图像数据的帧速率，对多个帧的上述统计值数据进行与检测到的帧速率及上述控制信号对应的加权，计算修正参数。

6.一种图像处理方法，是对图像数据进行图像处理的图像处理方法，其特征在于，包括：

对上述图像数据进行统计处理，生成表示统计值的统计值数据的步骤；

根据上述图像数据生成对应于场景变化程度的控制信号的步骤；

对多个帧的上述统计值数据进行对应于上述控制信号的加权，计算修正参数的步骤；以及

根据上述修正参数对上述图像数据进行图像修正处理的步骤。

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