JP2004159344A

JP2004159344A - コントラスト補正装置及びその方法

Info

Publication number: JP2004159344A
Application number: JP2003379073A
Authority: JP
Inventors: Yung-Jun Park; 永濬朴; Jae-Hwan Oh; 才煥呉; Hyun Kang; 賢姜; Seung-Joon Yang; 承▲ジュン▼ 梁
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2004-06-03
Also published as: EP1418543A3; KR20040040699A; DE60320735D1; EP1418543B1; US20040091169A1; CN1302436C; CN1499441A; US7359573B2; EP1418543A2

Abstract

【課題】ハードウェア的な構成が簡単ながらもコントラストの歪曲が少ないコントラスト補正装置及びその方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るコントラスト補正装置は、入力される映像信号の各画素が有する画素値の分布（ＰＤＦ）を検出する画素値検出部と、既設定された画素制限値を有し、前記既設定された画素制限値により前記各画素が有する画素値の分布を再構成する画素値制限部と、前記再構成された画素値に対する累積分布関数（ＣＤＦ）に基づいて前記各画素の画素値を再設定するマッピング部と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ヒストグラム等化（Histogram equalization）を用いたコントラスト（contrast）補正装置及びその方法に関し、特に、ハードウェア的な構成が簡単ながらもコントラストの歪曲が少ないコントラスト補正装置及びその方法に関する。

ヒストグラム等化の基本動作は、映像のヒストグラムを変化させ与えられた映像の特性を変化させることであり、このとき、ヒストグラムは映像のグレーレベルの輝度分布を表す。かかるグレーレベルのヒストグラムは映像の明暗の対比、即ち、コントラスト比（contrast ratio）を示しており、ヒストグラムの変化に応じてコントラスト比が変化する。通常、コントラスト比が高ければ高いほどその映像は鮮明になる。

図１ａと図１ｃは、コントラストの概念を説明するための図であり、図１ｂと図１ｄは、図１ａと図１ｃに対するヒストグラムを図示したものである。

図１ａと図１ｃは、それぞれ映像とヒストグラム等化によるコントラスト比が向上された映像とを示す。同図のように、映像を構成するそれぞれの画素間の輝度対比を大きくすることによって画像認識が容易になる。図１ｂは図１ａに図示された映像の輝度分布を示したヒストグラムを示す。同図のように、輝度の低い領域に画素が集中的に分布されている。これにより、映像を構成するそれぞれの画素が有する輝度間にその差異が少なく、認識し難い画像になる。図１ｄは、図１ｃに図示された映像のヒストグラムを示している。図示されたヒストグラムは、図１ｂに示されたヒストグラムの輝度が細分化され拡張された状態を有する。よって、映像を構成するそれぞれの画素は相異なる輝度を有し認識し易い画像となる。

図２は、従来のコントラスト補正装置のブロック概念図である。

図示されたコントラスト補正装置は、確率密度関数演算部（ＰＤＦ：probability Density function）１０、累積分布関数演算部（ＣＤＦ：Cumulative Distribution function）２０、及びマッピング部（Mapping）３０を有する。

確率密度関数演算部１０は、入力映像（input image）を構成するそれぞれの画素が有する輝度を検出し、これに基づいて確率密度関数を演算する。確率密度関数は特定輝度を有する画素の個数をグラフ化したものである。

累積分布関数演算部２０は、確率密度関数を順次に累積して累積分布を求める。この際に、累積分布関数（ＣＤＦ）は次式のように定義される。

ここで、ｉ＝０、１、２、３・・・・

マッピング部３０は、数式１によって求められた累積分布関数に基づいて映像が有する輝度が全体的に高い場合、輝度の低い画素がより明るい輝度値にマッピングされる傾向がある。

図３ａないし図３ｈは、図２に示されたコントラスト補正装置による映像の補正過程を説明するための図面である。

図３ａは、夜の山を図示したもので、全画面に渡って暗い。従って、図３ａを構成するそれぞれの画素が有する輝度を求め、これを確率密度関数に表わすと図３ｂのように暗い色が広く分布していることが分かる。これを数式１に従って累積分布関数を求めれば図３ｃになり、図３ｃから求められた累積分布関数を２５６レベルを有するグレースケールに変換すれば図３ｄのようになる。尚、図３ｄは映像信号をマッピングするマッピング関数で使用される。例えば、映像が全体的に暗い場合、映像を構成する画素のうち何れか１つが１００グレーレベルを有するとすれば、マッピング３０はこれを８０グレーレベルになるようにマッピングする。

一方、図３ｅのように、夜の山（Ａ）の空（Ｂ）との間に輝度が高い月（Ｃ）が画面の右側上端に現れると仮定しよう。この際の確率密度関数は図３ｆのように図示される。図３ｆの左側は輝度の低い画素の分布を示し、右側は輝度の高い画素の分布を示す。これを数式１に従って累積分布関数を求めれば図３ｇのようになる。図３ｇにて求められた累積分布関数を２５６レベルを有するグレースケールに変換する際に図３ｈになり、これをマッピング関数に使用する際、図３ｄとは異なり１００グレーレベルが１２０グレーレベルにマッピングされる。これは図３ｆの確率密度関数に明るい色を有する月（Ａ）が出現するため、確率密度関数を累積演算する時に、累積分布関数の勾配が急激に上昇することに伴うもので、これをマッピング関数に使用する時、画面を構成する全ての画素の平均輝度が上昇する。つまり、月（Ｃ）が出現した位置のみが明るくなるというのではなく、画面全体が明るくなるのである。これにより、画面全体が高い輝度を有し、山（Ａ）、空（Ｂ）、月（Ｃ）間の輝度が差別化されないので画面がぼやけているような映像となる。即ち、コントラスト比が劣化する恐れがある。

本発明は、ハードウェア的な構成が簡単ながらもコントラストの歪曲が少ないコントラスト補正装置及びその方法を提供することにある。

前述の技術的な課題を解決するために、本発明のコントラスト補正装置は、入力される映像信号の各画素が有する画素値の分布（ＰＤＦ）を検出する画素値検出部と、既設定された画素制限値を有し、前記既設定された画素制限値により前記各画素が有する画素値の分布を再構成する画素値制限部と、前記再構成された画素値に対する累積分布関数（ＣＤＦ）に基づいて前記各画素の画素値を再設定するマッピング部と、を有する。

前記既設定された画素制限値は、前記検出された前記各画素が有する画素値の上限を設定するための第１の設定値と、前記検出された前記各画素が有する画素値の下限を設定するための第２の設定値と、を含むことが好ましい。

前記画素値制限部は、前記画素値検出部にて検出された前記各画素の画素値と前記第１の設定値とを比較して、前記検出された画素値が前記第１の設定値を超える際、前記第１の設定値を出力する第１の比較部と、前記画素値検出部にて検出された前記各画素の画素値と前記第２の設定値とを比較して、前記検出された前記各画素の画素値が前記第２の設定値より小さい時、前記第２の設定値を出力する第２の比較部と、を含むことが好ましい。

前記第１の比較部は、入力端は映像信号が入力され、出力端は前記第１の比較部の出力端と連結される第１のバッファと、前記第１の設定値を格納する第１の格納部と、前記映像信号と前記第１の格納部からの第１の設定値を比較して、その比較結果に応じて前記第１のバッファと前記第１の格納部のうち何れか１つをイネーブルさせる第１の比較器と、を含むことが好ましい。

前記第２の比較部は、入力端は映像信号が入力され、出力端は前記第２の比較部の出力端と連結される第２のバッファと、前記第２の設定値を格納する第２の格納部と、前記映像信号と前記第２の格納部からの第２の設定値を比較して、前記第２のバッファと前記第２の格納部のうち何れか１つをイネーブルさせる第１の比較器と、を含むことが好ましい。

好ましくは、前記画素値制限部と前記マッピング部との間に備えられ、前記画素値制限部にて再構成された画素値の累積分布関数について前記映像信号を次式に従って変換する累積分布関数変換部を更に含む。

尚、ＣＤＦ′（Ｋ）は補正された累積分布関数、ＣＤＦ（Ｎ）は補正前の累積分布関数、Ｋは画素値、Ｎは最大画素値を示す。

前記画素値は、輝度値、三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）信号の階調値、及び色差信号（Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ）の階調値のうち何れか１つであることが好ましい。

前述のような技術的な課題を解決するため、本発明のコントラスト補正方法は、映像信号の画素値を算出するステップと、既設定された画素制限値によって前記算出された画素値を制限して前記算出された映像信号の画素値を再構成するステップと、前記再構成された画素値に対する累積分布関数（ＣＤＦ）を求め、これに基づいて前記映像信号のコントラストを設定するステップと、を有する。

前記画素値を再構成するステップは、前記検出された画素値の上限値を設定するステップと、前記検出された画素値の下限値を設定するステップと、前記上限値を超える画素値と前記下限値より少ない画素値をそれぞれ前記上限値と前記下限値とにマッピングするステップと、を含むことが好ましい。

前記映像信号のコントラストを設定するステップは、前記累積分布関数（ＣＤＦ）を所定のグレーレベルに変換するステップと、グレーレベルに変換された累積分布関数によって前記映像信号の画素値をマッピングするステップと、を含むことが好ましい。

前記マッピングするステップは、前記累積分布関数を、映像信号を構成するピクセル数に分けるステップと、前記ピクセル数に分けられた累積分布関数に前記所定のグレーレベルを乗するステップと、からなることが好ましい。

好ましくは、前記映像信号のコントラストを設定するステップは、前記画素値に対する累積分布関数を求めた後、次式に従って前記累積分布関数を再構成するステップとを更に含む。

尚、ＣＤＦ′（Ｎ）は補正された累積分布関数、ＣＤＦ（Ｎ）は補正前の累積分布関数、Ｋは画素値、Ｎは最大画素値を示す。

前述のような技術的な課題を解決するため、本発明のコンピューターにより遂行及び読み取りの可能な記録媒体は、映像信号の画素値を算出するステップと、既設定された画素制限値に基づいて前記算出された画素値を制限し、これに基づき前記映像信号に対して算出された画素値を再設定するステップと、前記設定成された画素値に対する累積分布関数を算出するステップと、前記算出された累積分布関数に基づいて前記映像信号のコントラストを設定するステップとを具現する命令語セットを備える。

前記映像信号に対して算出された画素値を再設定するステップは、前記算出された画素値について上限値を設定するステップと、前記算出された画素値について下限値を設定するステップと、前記上限値を超える画素値と前記下限値より少ない画素値をそれぞれ前記上限値と前記下限値とにマッピングするステップと、を含むことが好ましい。

前記算出された累積分布関数に基づいて前記映像信号のコントラストを設定するステップは、前記累積分布関数（ＣＤＦ）を所定のグレーレベルに変換するステップと、グレーレベルに変換された累積分布関数によって前記映像信号の画素値をマッピングするステップと、を含むことが好ましい。

前記マッピングするステップは、前記累積分布関数を映像信号を構成するピクセル数に分けるステップと、前記ピクセル数に分けられた累積分布関数に前記所定のグレーレベルを乗するステップと、を含むことが好ましい。

前述の技術的課題を解決するため、本発明のコントラスト補正装置は、入力される映像信号の各画素が有する画素値の分布（ＰＤＦ）を検出する画素値検出部と、前記画素値検出部にて検出された画素値に対する上限及び下限を設定するための第１の設定値と第２の設定値を備えるＢＵＢＯ（Bit Under threshold Bit Over threshold）部と、前記ＢＵＢＯ部にて順次に出力される確率密度関数を順次に累積するＣＤＦ（Cumulative Distribution function）部と、前記ＣＤＦ部の出力を、画像を構成する画素の個数に分けるＣＤＦ補正部と、を含む。

前記ＢＵＢＯ部は、前記画素値検出部にて検出された前記画素の画素値と前記第１の設定値とを比較して、前記検出された画素値が前記第１の設定値を超える際、前記第１の設定値を出力する第１の比較部と、前記画素値検出部にて検出された前記各画素の画素値と前記第２の設定値とを比較して、前記検出された前記各画素の画素値が前記第２の設定値より小さい時、前記第２の設定値を出力する第２の比較部と、を含むことが好ましい。

前記ＣＤＦ補正部は、入力映像信号を構成する各画素の画素値を検出する画素値検出部と、前記各画素に対して検出された画素値と、前記入力映像信号を構成する画素の個数を乗する乗算器と、前記乗算器の出力を前記画素値を表す階調の個数にシフトするバレルシフトと、前記ＣＤＦ部の出力と前記バレルシフトの出力を入力にして前記ＣＤＦ部の出力と前記バレルシフトとの出力値との差を求める減算器と、前記画素値検出部にて検出された画素値と前記減算器の出力を合算する加算器と、を含むことが好ましい。

本発明のコントラスト補正装置及び補正方法によれば、画像の所定領域に極めて明るかったり暗い部分が形成される際、画面全体が急に明るくなったり暗くなる現象を減少させて画像のコントラストが劣化されるのを減少させる。さらに、本コントラスト補正装置は最小限の乗算器と加減算器のみを使用するためハードウェアで具現する時にその構成が簡単かつ電力消耗も減少される効果が挙げられる。

以下、添付された図面を参照しながら本発明を詳説する。

〔実施例〕
図４は、本発明に係るコントラスト補正装置の良好な実施形態によるブロック概念図である。

同図に示されたコントラスト補正装置は、確率密度関数演算部（ＰＤＦ）１００、輝度値制限部（ＢＵＢＯ：Bit Under threshold Bit Over threshold）２００、累積分布関数演算部（ＣＤＦ）３００、累積分布関数補正部（ＣＤＦ compansation）４００、及びマッピング部（Mapping）５００を有する。

確率密度関数演算部（ＰＤＦ）１００は、入力映像（input image）を構成するそれぞれの画素が有する画素値を検出し、これに基づいて前述した数式１により確率密度関数（ＰＤＦ）を演算する。尚、画素値は、輝度値、三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）信号の階調値、及び色差信号（Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ）の階調値のうち何れか１つになり得る。通常の８ビットで三原色を示し、それぞれの色相（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は２５６（２）^８段階に表し、輝度値においてもそれぞれ２５６段階に表し得る。さらに、色差信号を構成するＹ、Ｃｂ、Ｃｒ信号もそれぞれ８ビットで表し得る。これによって、映像信号による輝度値変化について前述した輝度値、三原色信号の階調値、及び色差信号の階調値が可変となる。これらについてヒストグラムを算出し、入力される映像信号の輝度値変化に対応されるヒストグラムが得られる。以下、本発明の輝度値補正装置において、入力映像信号の輝度値について主に詳説する。

前述の三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の色相、及び色差信号の階調値についても同一に適用可能である。

輝度値制限部（ＢＵＢＯ）２００は、検出された輝度値の上限（over threshold）を設定するための第１の設定値と検出された輝度値の下限（under threshold）を設定するための第２の設定値を記憶し、確率密度関数演算部（ＰＤＦ）１００にて検出された輝度値のうち第１の設定値を超えた輝度値や、第２の設定値より小さい輝度値をそれぞれ第１の設定値と第２の設定値にマッピングする。例えば、２５６段階のグレーレベル（０〜２５５）を有する映像（input image）に第１の設定値と第２の設定値とがそれぞれグレーレベル２０、グレーレベル２００に設定される場合、グレーレベル２０〜２００との間の映像は、累積分布演算部（ＣＤＦ）３００にそのまま出力し、グレーレベル２０未満（例えば１５）の輝度値はグレーレベル２０にマッピングし、グレーレベル２００を超える場合には（例えば２１０）グレーレベル２００にマッピングして累積分布演算部（ＣＤＦ）３００に出力する。このような設定により、映像の所定領域が高過ぎた輝度、あるいは低過ぎた輝度を有してもこれを映像に具現する時には、画面全体の輝度を適切に調節することができる。

累積分布演算部３００は、輝度値制限部２００から出力される確率密度関数を順次に累積して演算する。この際、累積分布関数は前述した数式２のように定義される。

累積分布関数補正部４００は、累積分布演算部３００にて出力される累積演算値を、画像を構成する画素の個数に分けてその平均値を求める。この過程は後述する。

図５は、図４の輝度値制限部２００の一例に係る詳細ブロック図である。

同図の輝度値制限部２００は、第１の比較部２１０と第２の比較部２２０とを有する。第１の比較部２１０は、確率密度関数演算部１００にて検出された輝度値と第１の設定値とを比較する。その比較の結果、検出された輝度値が第１の設定値を超える際、第１の設定値を出力し、第１の設定値を超えなければ入力された輝度値を第２の比較部２２０に出力する。

第２の比較部２２０は、輝度値検出部にて検出された輝度値と第２の設定値とを比較する。その比較の結果、輝度値が第２の設定値より小さい場合第２の設定値を出力し、輝度値が第２の設定値より大きい場合には入力された輝度値を累積分布関数演算部３００に出力する。

好ましくは、第１の比較部２１０は、第１の設定値格納部２１１、第１の比較部２１２、及び第１のバッファ２１３を有する。第１の設定値格納部２１１は、第１の設定値を格納し、第１の比較器２１２にて論理「ハイ」が出力されればイネーブルされる。第１の比較器２１２は、確率密度関数演算部１００にて検出された輝度値と第１の設定値格納部２１１に格納された第１の設定値を比較する。比較の結果、入力された輝度値が第１の設定値を超過しない場合、論理「ロー」を出力する。これに従って、第１のバッファ２１３がイネーブルされ、入力され蓄えられた輝度値が第２の比較部２２０に出力される。比較の結果、入力された輝度値が第１の設定値を超える場合、論理「ハイ」を出力して第１の設定値格納部２１をイネーブルさせ、第１の設定値格納部２１１にて格納された第１の設定値を第２の比較部２２０に出力する。

第２の比較部２２０は、第２の設定値格納部２２１、第２の比較器２２２、及び第２のバッファ２２３を有する。第２の設定値格納部２２１は、第２の設定値を格納し、第２の比較器２２２の出力が論理「ロー」であればイネーブルされる。第２の比較器２２２は、第１の比較部２１０にて出力された輝度値と第２の設定値とを比較する。比較の結果、入力された輝度値が第２の設定値より小さければ、論理「ロー」を出力し、入力された輝度値が第２の設定値より大きければ、論理「ハイ」を出力する。これによって、第２の比較器２２２の出力値が論理「ハイ」である場合、第１の比較部２１０の出力値が累積分布演算部３００に出力され、第２の比較器２２２の出力値が論理「ロー」である場合、第２の設定値が累積分布演算部３００に出力される。

図６ａ及び図６ｂは、それぞれ図５の第１の比較部２１０と第２の比較部２２０の動作を概念的に説明した図面である。

図６ａは、図５の第１の比較部２１０の動作を説明するものであり、図６ａの（１）は入力映像（input image）の確率密度関数（ＰＤＦ）を示し、図６aの（２）は第１の設定値より大きい輝度値を有する部分を図示したものである。図６ａの（３）は第１の設定値を超える輝度値を第１の設定値にマッピングするものを示す。

図６ｂは、図５の第２の比較部２２０の動作を説明するもので、図６ｂの（１）は映像の確率密度関数（ＰＤＦ）を、図６ｂの（２）は第２の設定値より小さい輝度値を示し、

図６ｂの（３）は第２の設定値より小さい輝度値を第２の設定値にマッピングしたものを示す。図６ａと図６ｂに図示された概念に従って本発明のコントラスト補正装置は画像を構成する特定の領域の輝度に応じて全画像の輝度が影響を受けるのを最大少なくする役割を果たす。

図７は、図５の累積分布関数補正部（ＣＤＦ compansation）４００の詳細ブロック図である。

図示された累積分布関数補正部（ＣＤＦ compansation）４００は、輝度値検出部４１０、乗算器４２０、バレルシフト４３０、減算器４４０、及び加算器４５０を備える。

輝度値検出部４１０は、入力映像信号（input image）が入力され、入力映像信号が有する輝度値を検出する。乗算器４２０は、輝度値（１／Ｋ）検出部４１０にて検出された輝度値と映像信号を所定の画像に具現する際に使用されるピクセルの個数を乗する。バレルシフト４３０は、乗算器４２０にて出力された信号を、映像信号を画像に具現する際に使用される輝度の個数（例えば２５５）によりシフトする。尚、バレルシフト４３０のシフト動作は乗算器４２０の出力を輝度の個数によって分ける割算器の役割を果たす。

減算器４４０は、累積分布演算部３００の出力とバレルシフト４３０の出力が入力され累積分布演算部３００の出力とバレルシフト４３０の出力値の差異を演算する。

加算器４５０は、輝度値検出部４１０にて検出された輝度値と減算器４４０の出力を合算する。

以下、図７を参照しながら本実施の形態の細部的な動作と累積分布関数補正部（ＣＤＦ compansation）４００の動作につき詳説する。

先ず、映像（Ｘ）が有する輝度信号の分布が次のようであると仮定する。
X=[1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,3,3,3,3,2,2,2,2,1,1,]

ここで、輝度信号の最低値は「１」であり、最大値は「４」である。これは理解の便宜のため輝度値を４つにのみ限定したもので、実際は２５６（０〜２５５）段階の輝度を有する。

次に、前記の輝度分布を有する映像（Ｘ）が確率密度関数演算部（ＰＤＦ）１００に入力時、次のような確率密度関数が得られる。
PDF[1] = 4
PDF[2] = 8
PDF[3] = 8
PDF[4] = 13

つまりこれは、輝度値「１」を有する画素の個数は４個、輝度値「２」を有する画素の個数は８個、輝度値「３」を有する画素の個数は８個、及び輝度値「４」を有する画素の個数は１３個であることを意味する。

次に、前述した確率密度関数（ＰＤＦ）が累積分布関数演算部（ＣＤＦ）２００に入力時に次のような累積分布関数が得られる。
CDF[1] = 4
CDF[2] = 12
CDF[3] = 20
CDF[4] = 33

つまり、CDF[2]は、PDF[1]＋ PDF[2] であり、CDF[4]は、 PDF[1] ＋PDF[2] ＋
PDF[3] ＋PDF[4] であることが分かる。

累積分布関数補正部４００は、前述した過程により求められた累積分布関数を次式によって変換する。

尚、Ｎは本映像信号を画像に具現する際、表現可能な最大輝度、即ち、輝度値「４」であり、Ｋは輝度値を示すもので、本実施例においては１から４までの値を有する。

上記した数式２に従って累積分布関数（ＣＤＦ）を再構成すれば次の通りである。
CDF[1] = (4 - 33/(4 x 1)) + 1 = - 3.25
CDF[2] = (12 - 33/(4 x 2)) + 2 = - 2.50
CDF[3] = (20 - 33/(4 x 3)) + 3 = - 1.75
CDF[4] = (33 - 33/(4 x 4)) + 4 = + 4.00

尚、負数（-３.２５、-２.５０、-１.７５）は、正数「１」にマッピングされると仮定すれば、再構成された累積分布関数（ＣＤＦ、以下、ＬＵＴ：Look Up Tableと称する）は次の通りである。
LUT[1] = 1
LUT[2] = 1
LUT[3] = 1
LUT[4] = 4

このように再構成された累積分布関数（ＣＤＦ）は、マッピング部５００にルックアップテーブルとして格納され映像信号が有する輝度値を、再構成された累積分布関数に応じてマッピングし出力する。例えば、映像信号が有する輝度値が１、２、３であれば、これを輝度値「１」にマッピングして出力し、輝度値が「４」である時のみ、これを輝度値「４」に出力する。これによって、映像信号を画像で具現する際、輝度の高い輝度値「４」の比重が高くても画像全体が明るくならないので、コントラスト比が劣化しない。

一方、数式２をハードウェアで具現する際、加算器、減算器、乗算器、及び割算器をそれぞれ１つずつ必要とするものの、本コントラスト補正装置はこれらのうち割算器をバレルシフト４３０に具現することによってハードウェア的な構成を大幅に減少させるのである。バレルシフト４３０は、表現可能な最大輝度Ｎに従ってシフト量が決められ、通常のコントラスト補正時、その値は「２５５」となる。

図８は、本発明のコントラスト補正方法の良好な一実施の形態を示す流れ図である。

先ず、確率密度関数演算部１００に入力される映像信号を構成するそれぞれの画素に対する画素値に基づいて確率密度関数を演算する（Ｓ１００）。

尚、画素値は、輝度値、三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）信号の階調値、及び色差信号（Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ）の階調値のうちのどれか１つにすることができる。通常、８ビットで三原色を表し、それぞれの色相（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は２５６（２）^８段階に表し、輝度値も２５６段階に表すことができる。さらに、色差信号を構成するＹ、Ｃｂ、Ｃｒ信号もそれぞれ８ビットで表現できる。これによって、映像信号（input）による輝度値変化について前述された輝度値、三原色信号の階調値、及び色差信号の階調値が可変される。これについてヒストグラムを算出する際、入力される映像信号の輝度値の変化に応じるヒストグラムが得られる。

以下、本発明の輝度値補正方法は、入力映像信号（input）の輝度値につき主に詳説する。前述の三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の階調値、及び色差信号の階調値についても同一に適用可能である。次に、演算された確率密度関数（ＰＤＦ）値のうち画像において占める面積に比べて全体の画像が有する輝度値に及ぼす影響が大きい値（例えば、輝度「０」または輝度「２５５」）、つまり、明る過ぎたり暗過ぎた輝度値を取除くための上限値と下限値を設定する（Ｓ２００）。上限値と下限値は、通常、上位１０％と下位１０％を設定可能であるが、該値は固定値ではなく、画像状態が暗かったり明るい場合に可変する。ここで、映像信号の輝度が上限値を超える際、これを上限値にマッピングし、映像信号の輝度が下限値より小さい時はこれを下限値にマッピングする。これに従って、特定の輝度値によって画像の輝度が左右されない。次に、上限値と下限値により制限された輝度を有する確率密度関数（ＰＤＦ）を順次に加算して確率分布関数（ＣＤＦ）求める（Ｓ４００）。次に、求められた確率分布関数（ＣＤＦ）をグレースケールに変換する（Ｓ５００）。最後に映像信号が有する輝度をグレースケールの確率分布関数（以下、ＬＵＴと称する）にマッピングしてこれを出力する。グレースケールの変換方法と確率分布関数（ＬＵＴ）によるマッピング方法は公知であるため詳説は除く。これによって、上限値と下限値により画像の所定領域に明るい部分または暗い部分が形成される際に画面全体が明るくなったり暗くなる現象を減少させることができる。

以上では、本発明の好適な実施例について図示し説明したが、本発明は、前述の特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する技術分野における通常の知識を有するものであれば誰でも各種の変形実施が可能であることはもとより、そのような変更は、請求の範囲記載の範囲内にあることが自明である。

本発明は、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＴＶ、ビデオ、ＬＣＤ、及びその他の映像信号をディスプレーする装置に適用してコントラスト比を向上させることが可能である。

コントラストの概念を説明するための図面である。図１ａに対するヒストグラムである。図１ａに対するヒストグラムである。コントラストの概念を説明するための図面である。図１ｃに対するヒストグラムである。図１ｃに対するヒストグラムである。従来のコントラスト補正装置のブロック概念図である。図２に図示されたコントラスト補正装置による映像の補正過程を説明するための図面である。図２に図示されたコントラスト補正装置による映像の補正過程を説明するための図面である。図２に図示されたコントラスト補正装置による映像の補正過程を説明するための図面である。図２に図示されたコントラスト補正装置による映像の補正過程を説明するための図面である。図２に図示されたコントラスト補正装置による映像の補正過程を説明するための図面である。図２に図示されたコントラスト補正装置による映像の補正過程を説明するための図面である。図２に図示されたコントラスト補正装置による映像の補正過程を説明するための図面である。図２に図示されたコントラスト補正装置による映像の補正過程を説明するための図面である。本発明に係るコントラスト補正装置の良好な実施形態によるブロック概念図である。図４の輝度値制限部の詳細ブロック図である。輝度値制限部の動作を説明するための図である。輝度値制限部の動作を説明するための図である。図５の累積分布関数補正部の詳細ブロック図である。本発明のコントラスト補正方法の良好な一実施形態を図示した流れ図である。

符号の説明

１００確率密度関数演算部
２００輝度値制限部
３００累積分布関数演算部
４００累積分布関数補正部
５００マッピング部

Claims

入力される映像信号の各画素が有する画素値の分布（ＰＤＦ）を検出する画素値検出部と、
既設定された画素制限値を有し、前記既設定された画素制限値により前記各画素が有する画素値の分布を再構成する画素値制限部と、
前記再構成された画素値に対する累積分布関数（ＣＤＦ）に基づいて前記各画素の画素値を再設定するマッピング部と、を含むことを特徴とするコントラスト補正装置。
前記既設定された画素制限値は、
前記検出された前記各画素が有する画素値の上限を設定するための第１の設定値と、
前記検出された前記各画素が有する画素値の下限を設定するための第２の設定値と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のコントラスト補正装置。
前記画素値制限部は、
前記画素値検出部にて検出された前記各画素の画素値と前記第１の設定値とを比較して、前記検出された画素値が前記第１の設定値を超える際、前記第１の設定値を出力する第１の比較部と、
前記画素値検出部にて検出された前記各画素の画素値と前記第２の設定値とを比較して、前記検出された前記各画素の画素値が前記第２の設定値より小さい時、前記第２の設定値を出力する第２の比較部と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のコントラスト補正装置。
前記第１の比較部は、
入力端は映像信号が入力され、出力端は前記第１の比較部の出力端と連結される第１のバッファと、
前記第１の設定値を格納する第１の格納部と、
前記映像信号と前記第１の格納部からの第１の設定値を比較して、その比較結果に応じて前記第１のバッファと前記第１の格納部のうち何れか１つをイネーブルさせる第１の比較器と、を含むことを特徴とする請求項３に記載のコントラスト補正装置。
前記第２の比較部は、
入力端は映像信号が入力され、出力端は前記第２の比較部の出力端と連結される第２のバッファと、
前記第２の設定値を格納する第２の格納部と、
前記映像信号と前記第２の格納部からの第２の設定値を比較して、前記第２のバッファと前記第２の格納部のうち何れか１つをイネーブルさせる第１の比較器と、を含むことを特徴とする請求項４に記載のコントラスト補正装置。
前記画素値制限部と前記マッピング部との間に備えられ、
ＣＤＦ′（Ｎ）が補正された累積分布関数、ＣＤＦ（Ｎ）が補正前の累積分布関数、Ｋが画素値、Ｎが最大画素値であるとして、次式

に従って、前記画素値制限部にて再構成された画素値の累積分布関数について前記映像信号を変換する累積分布関数変換部を更に含むことを特徴とする請求項５に記載のコントラスト補正装置。
前記画素値は、
輝度値、三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）信号の階調値、及び色差信号（Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ）の階調値のうち何れか１つであることを特徴とする請求項１に記載のコントラスト補正装置。
映像信号の画素値を算出するステップと、
既設定された画素制限値によって前記算出された画素値を制限して前記算出された映像信号の画素値を再構成するステップと、
前記再構成された画素値に対する累積分布関数（ＣＤＦ）を求め、これに基づいて前記映像信号のコントラストを設定するステップと、を含むことを特徴とするコントラスト補正方法。
前記画素値を再構成するステップは、
前記検出された画素値の上限値を設定するステップと、
前記検出された画素値の下限値を設定するステップと、
前記上限値を超える画素値と前記下限値より少ない画素値をそれぞれ前記上限値と前記下限値とにマッピングするステップと、を含むことを特徴とする請求項８に記載のコントラスト補正方法。
前記映像信号のコントラストを設定するステップは、
前記累積分布関数（ＣＤＦ）を所定のグレーレベルに変換するステップと、
グレーレベルに変換された累積分布関数によって前記映像信号の画素値をマッピングするステップと、を含むことを特徴とする請求項９に記載のコントラスト補正方法。
前記マッピングするステップは、
前記累積分布関数を、映像信号を構成するピクセル数に分けるステップと、
前記ピクセル数に分けられた累積分布関数に前記所定のグレーレベルを乗するステップと、からなることを特徴とする請求項１０に記載のコントラスト補正方法。
前記映像信号のコントラストを設定するステップは、
前記画素値に対する累積分布関数を求めた後、ＣＤＦ′（Ｎ）が補正された累積分布関数、ＣＤＦ（Ｎ）が補正前の累積分布関数、Ｋが画素値、Ｎが最大画素値であるとして、次式

に従って前記累積分布関数を再構成するステップとを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のコントラスト補正方法。
前記画素値は、
輝度値、三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）信号の階調値、及び色差信号（Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ）の階調値のうち何れか１つであることを特徴とする請求項８に記載のコントラスト補正方法。
映像信号の画素値を算出するステップと、
既設定された画素制限値に基づいて前記算出された画素値を制限し、これに基づき前記映像信号に対して算出された画素値を再設定するステップと、
前記再設定された画素値に対する累積分布関数を算出するステップと、
前記算出された累積分布関数に基づいて前記映像信号のコントラストを設定するステップとを具現する命令語セットを備え、コンピューターにより遂行及び読み取りの可能な記録媒体。
前記映像信号に対して算出された画素値を再設定するステップは、
前記算出された画素値について上限値を設定するステップと、
前記算出された画素値について下限値を設定するステップと、
前記上限値を超える画素値と前記下限値より少ない画素値をそれぞれ前記上限値と前記下限値とにマッピングするステップと、を含むことを特徴とする請求項１４に記載のコンピューターにより遂行及び読み取りの可能な記録媒体。
前記算出された累積分布関数に基づいて前記映像信号のコントラストを設定するステップは、
前記累積分布関数（ＣＤＦ）を所定のグレーレベルに変換するステップと、
グレーレベルに変換された累積分布関数によって前記映像信号の画素値をマッピングするステップと、を含むことを特徴とする請求項１４に記載のコンピューターにより遂行及び読み取りの可能な記録媒体。
前記マッピングするステップは、
前記累積分布関数を映像信号を構成するピクセル数に分けるステップと、
前記ピクセル数に分けられた累積分布関数に前記所定のグレーレベルを乗するステップと、を含むことを特徴とする請求項１６に記載のコンピューターにより遂行及び読み取りの可能な記録媒体。
前記映像信号のコントラストを設定するステップは、
前記画素値に対する累積分布関数を求めた後、ＣＤＦ′（Ｎ）が補正された累積分布関数、ＣＤＦ（Ｎ）が補正前の累積分布関数、Ｋが画素値、Ｎが最大画素値であるとして、次式

に従って前記累積分布関数を再構成するステップとを更に含むことを特徴とする請求項１４に記載のコンピューターにより遂行及び読み取りの可能な記録媒体。
入力される映像信号の各画素が有する画素値の分布（ＰＤＦ）を検出する画素値検出部と、
前記画素値検出部にて検出された画素値に対する上限及び下限を設定するための第１の設定値と第２の設定値を備えるＢＵＢＯ（Bit Under threshold Bit Over threshold）部と、
前記ＢＵＢＯ部にて順次に出力される確率密度関数を順次に累積するＣＤＦ（Cumulative Distribution function）部と、
前記ＣＤＦ部の出力を画像を構成する画素の個数に分けるＣＤＦ補正部と、を含むことを特徴とするコントラスト補正装置。
前記ＢＵＢＯ部は、
前記画素値検出部にて検出された前記画素の画素値と前記第１の設定値とを比較して、前記検出された画素値が前記第１の設定値を超える際、前記第１の設定値を出力する第１の比較部と、
前記画素値検出部にて検出された前記各画素の画素値と前記第２の設定値とを比較して、前記検出された前記各画素の画素値が前記第２の設定値より小さい時、前記第２の設定値を出力する第２の比較部と、を含むことを特徴とする請求項１９に記載のコントラスト補正装置。
前記ＣＤＦ補正部は、
入力映像信号を構成する各画素の画素値を検出する画素値検出部と、
前記各画素に対して検出された画素値と、前記入力映像信号を構成する画素の個数を乗する乗算器と、
前記乗算器の出力を前記画素値を表す階調の個数にシフトするバレルシフトと、
前記ＣＤＦ部の出力と前記バレルシフトの出力を入力にして前記ＣＤＦ部の出力と前記バレルシフトとの出力値との差を求める減算器と、
前記画素値検出部にて検出された画素値と前記減算器の出力を合算する加算器と、を含むことを特徴とする請求項２０に記載のコントラスト補正装置。