JP4760433B2 - 画像処理装置および画像処理方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置および画像処理方法、並びにプログラムに関し、特に、画像の輝度信号のヒストグラムに基づいてコントラストを補正する場合に用いて好適な画像処理装置および画像処理方法、並びにプログラムに関する。

画像のコントラストを補正する手法として、輝度信号のヒストグラムを用いるヒストグラム法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、ヒストグラム法を適用して画像のコントラストを改善する従来のコントラスト補正装置の構成例を示している。

このコントラスト補正装置１０は、画像の輝度信号Ｙｉを入力として、補正（改善）後の輝度信号Ｙｏを出力するものであり、ヒストグラムデータ取得部１１、累積度数変換部１２、正規化ゲイン演算部１３、LUT輝度変換部１４、およびタイミング制御部１５から構成される。

コントラスト補正装置１０において、前段から入力される輝度信号Ｙｉは、ヒストグラムデータ取得部１１、およびLUT輝度変換部１４に入力される。

ヒストグラムデータ取得部１１は、入力された画像１枚分（１フィールド分または１フレーム分）の輝度信号Ｙｉのヒストグラムデータ、すなわち、各輝度の度数（画素の出現頻度）をカウントして累積度数変換部１２に出力する。累積度数変換部１２は、ヒストグラムデータ取得部１１から入力されたヒストグラムデータを各輝度に対する累積度数、すなわち、輝度の最小値に対する度数から当該輝度に対応する度数までの加算値に変換して正規化ゲイン演算部１３に出力する。

正規化ゲイン演算部１３は、累積度数変換部１２から入力された各輝度に対応する累積度数を、輝度の最大値（例えば、輝度が８ビットであるならば、２５５）で除算することにより正規化し、その結果得られる正規化ゲインカーブをLUT輝度変換部１４に出力する。

LUT輝度変換部１４は、正規化ゲイン演算部１３から入力された正規化ゲインカーブをルックアップテーブル（以下、LUTと称する）として保持し、コントラスト補正装置１０の前段から入力された輝度信号Ｙｉを、保持するLUTを用いて輝度信号Ｙｏに変換し、後段に出力する。

タイミング制御部１５は、ヒストグラムデータ取得部１１乃至LUT輝度変換部１４の動作タイミングを制御する。

このコントラスト補正装置１０によれば、ヒストグラムデータ取得部１１により、例えば、入力画像の画素が７２０（水平）×４８０（垂直）であり、その輝度が８ビットであって、図２に示すようなヒスグラムデータが取得された場合、累積度数変換部１２により、図３に示すような累積度数に変換され、さらに、正規化ゲイン演算部１３により、図４に示すような滑らかな右上がりの正規化ゲインカーブが得られる。この正規化ゲインカーブは、LUT輝度変換部１４に保持され、入力輝度信号Ｙｉを出力輝度信号Ｙｏに変換する際に参照される。

例えば、図２に示されたヒスグラムデータに対応する輝度信号Ｙｉは、図５に示すヒストグラムの輝度信号Ｙｏに変換される。図５に示されたように、出力輝度信号Ｙｏはそのヒストグラムがダイナミックレンジの全域に亘って分布するので、画像のコントラストが改善される。

特開２００２−１４０７０１号公報

しかしながら、実際にコントラストを改善しようとする画像の輝度信号のヒストグラムは、図２のように滑らかな分布であることは少なく、より複雑な分布を示していることが多い。そのような場合、コントラスト補正装置１０の正規化ゲイン演算部１３によって得られる正規化ゲインカーブは滑らかな右上がりの曲線とならないので、補正後の画像が劣化し見難くなってしまうことがある。

例えば、入力される輝度信号Ｙｉのヒストグラムが図６に示されるように複数のピークを有しているような場合、得られる正規化ゲインカーブは、図７に示すように曲線の傾きが急峻である部分Ｌ₁，Ｌ₂や傾きの変化が急激である部分Ｌ₃が生じてしまう。

この正規化ゲインカーブに基づいて輝度値を補正すると、傾きが急峻である部分Ｌ₁，Ｌ₂に基づく変換では、ゲインが大きくなるのでノイズ成分が強調されて画質が劣化してしまうことになる。また、傾きの変化が急激である部分Ｌ₃に基づく変換では、当該Ｌ₃をまたぐ輝度信号の波形に大きな歪を発生するため、階調が不足し（つぶれが生じ）画質が劣化してしまうことになる。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、入力された画像の輝度の分布に拘わらず、コントラストを改善できるようにするものである。

本発明の第１の側面である画像処理装置は、画像のコントラストを補正する画像処理装置において、１画像分の輝度信号のヒストグラムを取得する取得手段と、前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成する作成手段と、１画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出する算出手段と、算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成する生成手段と、前記輝度信号を前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正する補正手段とを含む。

本発明の第１の側面である画像処理装置は、前記取得手段、前記作成手段、前記算出手段、および前記生成手段の処理に要する時間だけ、前記輝度信号を遅延して前記補正手段に供給する遅延手段をさらに含むことができる。

本発明の第１の側面である画像処理装置は、前記生成手段によって生成された前記ゲイン関数の時間方向の変動を緩和して前記補正手段に供給する緩和手段をさらに含むことができる。

本発明の第１の側面である画像処理方法は、画像のコントラストを補正する画像処理装置の画像処理方法において、１画像分の輝度信号のヒストグラムを取得し、前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成し、１画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出し、算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成し、前記輝度信号を前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正するステップを含む。

本発明の第１の側面であるプログラムは、画像のコントラストを補正するためのプログラムであって、１画像分の輝度信号のヒストグラムを取得し、前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成し、１画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出し、算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成し、前記輝度信号を前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正するステップを含む処理をコンピュータに実行させる。

本発明の第１の側面においては、１画像分の輝度信号のヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジが所定の数の領域に分割され、各領域に属する画素数を示す領域度数分布が作成され、１画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、領域の境界における偏差が算出され、算出された偏差が輝度信号の階調数で除算されることにより正規化され、正規化された偏差を係数に用いる、領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線が奇関数および偶関数の組み合わせで近似された、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数が生成されて、輝度信号をゲイン関数に基づいて補正されることにより画像のコントラストが補正される。

本発明の第２の側面である画像処理装置は、画像のコントラストを補正する画像処理装置において、１画像分の輝度信号のヒストグラムを取得する取得手段と、前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成する作成手段と、１画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出する算出手段と、算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成する生成手段と、前記ヒストグラムに基づき、輝度の最小値に対応する度数からの累積度数が所定の値となる輝度を黒レベルに決定する決定手段と、前記黒レベルの輝度信号を所定のペデスタルレベルの輝度信号に変換するための黒レベル補償関数を生成し、生成した前記黒レベル補償関数に基づいて前記ゲイン関数を修正する修正手段と、前記輝度信号を前記修正手段によって修正された前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正する補正手段とを含む。

本発明の第２の側面である画像処理装置は、前記取得手段の前段において前記輝度信号の高周波成分を除去する除去手段をさらに含むことができる。

本発明の第２の側面である画像処理方法は、画像のコントラストを補正する画像処理装置の画像処理方法において、１画像分の輝度信号のヒストグラムを取得し、前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成し、１画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出し、算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成し、前記ヒストグラムに基づき、輝度の最小値に対応する度数からの累積度数が所定の値となる輝度を黒レベルに決定し、前記黒レベルの輝度信号を所定のペデスタルレベルの輝度信号に変換するための黒レベル補償関数を生成し、生成した前記黒レベル補償関数に基づいて前記ゲイン関数を修正し、前記輝度信号を修正済みの前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正するステップを含む。

本発明の第２の側面であるプログラムは、画像のコントラストを補正するためのプログラムであって、１画像分の輝度信号のヒストグラムを取得し、前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成し、１画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出し、算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成し、前記ヒストグラムに基づき、輝度の最小値に対応する度数からの累積度数が所定の値となる輝度を黒レベルに決定し、前記黒レベルの輝度信号を所定のペデスタルレベルの輝度信号に変換するための黒レベル補償関数を生成し、生成した前記黒レベル補償関数に基づいて前記ゲイン関数を修正し、前記輝度信号を修正済みの前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正するステップを含む処理をコンピュータに実行させる。

本発明の第２の側面においては、１画像分の輝度信号のヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジが所定の数の領域に分割され、各領域に属する画素数を示す領域度数分布が作成され、１画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との領域の境界における偏差が算出され、算出された偏差が輝度信号の階調数で除算されることにより正規化され、正規化された偏差を係数に用いる、領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線が奇関数および偶関数の組み合わせで近似された、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数が生成される。また、生成されたヒストグラムに基づき、輝度の最小値に対応する度数からの累積度数が所定の値となる輝度が黒レベルに決定され、黒レベルの輝度信号を所定のペデスタルレベルの輝度信号に変換するための黒レベル補償関数が生成され、生成された黒レベル補償関数に基づいて前記ゲイン関数が修正され、輝度信号が修正済みのゲイン関数に基づいて補正されることにより画像のコントラストが補正される。

本発明の一側面によれば、入力された画像の輝度の分布に拘わらず、コントラストを改善することが可能となる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図８は、本発明の一実施の形態であるコントラスト補正装置の第１の構成例を示している。

このコントラスト補正装置２０は、画像の輝度信号Ｙｉを入力として、補正（改善）後の輝度信号Ｙｏを出力するものであり、ヒストグラムデータ取得部２１、３バンド累積度数変換部２２、偏差算出部２３、ゲイン関数生成部２４、LUT輝度変換部２５、およびタイミング制御部２６から構成される。

コントラスト補正装置２０において、前段から入力される輝度信号Ｙｉは、ヒストグラムデータ取得部２１、およびLUT輝度変換部２５に入力される。

ヒストグラムデータ取得部２１は、入力された画像１枚分（１フィールド分または１フレーム分）の輝度信号Ｙｉのヒストグラムデータ、すなわち、各輝度の度数（画素の出現頻度）をカウントして３バンド累積度数変換部２２に出力する。

図９は、ヒストグラムデータ取得部２１の詳細な第１の構成例を示している。ヒストグラムデータ取得部２１の第１の構成例は、タイミング制御部２６からの制御に従い、輝度信号の有効区間には前段から入力される輝度信号Ｙｉの値を読み出しアドレスとしてRAM３２に出力し、輝度信号の無効区間（垂直ブランキング区間など）にはタイミング制御部２６から供給される読み出しアドレスをRAM３２に出力するスイッチ３１、スイッチ３１から入力される読み出しアドレスに保持している値を出力するRAM３２、およびRAM３２から出力された値に１を加算してRAM３２に戻す加算部３３から構成される。加算部３３からRAM３２に戻された値は、RAM３２の出力前と同じアドレスに保持される。

なお、ヒストグラムデータ取得部２１の第２の構成例については、図３５を参照して後述する。

図８に戻る。３バンド累積度数変換部２２は、ヒストグラムデータ取得部２１から入力されるヒストグラムデータに基づき、輝度のダイナミックレンジを３つの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に分割し、度数領域Ａ１，Ａ２，Ａ３にそれぞれ属する輝度を有する画素数（以下、度数領域Ａ１乃至Ａ３の累積度数と称する）をカウントし、その結果（以下、３バンド累積ヒストグラムと称する）を偏差算出部２３に出力する。

偏差算出部２３は、３バンド累積度数変換部２２から入力される３バンド累積ヒストグラムに基づき、例えば図１０に示すように、原点（０，０）および（度数領域Ａ３の最大輝度，累積度数最大値）の２点を結ぶ直線ｆと、原点（０，０）、（度数領域Ａ１の最大輝度，度数領域Ａ１の累積度数）、（度数領域Ａ２の最大輝度，度数領域Ａ１の累積度数＋度数領域Ａ２の累積度数）および（度数領域Ａ３の最大輝度，度数領域Ａ１の累積度数＋度数領域Ａ２の累積度数＋度数領域Ａ３の累積度数）の４点を結ぶ曲線ｇとを生成し、度数領域Ａ１の最大輝度における直線ｆと曲線ｇの偏差ａ、度数領域Ａ２の最大輝度における直線ｆと曲線ｇの偏差ｂを算出し、さらにａ＋ｂおよびａ−ｂを算出して、これらをさらに累積度数の最大値で除算することにより正規化し、正規化されたａ，ｂ，ａ＋ｂおよびａ−ｂをゲイン関数生成部２４に出力する。

ゲイン関数生成部２４は、鋭角に曲がる曲線ｇを、偶関数と奇関数が組み合わされた傾きの滑らかなゲイン関数gc(x)に変換する。具体的には、偶関数にはCOS(x)を、奇関数にはsin(x)を用い、偏差算出部２３から入力される正規化されたａ，ｂ，ａ＋ｂおよびａ−ｂに基づいて次式のようにゲイン関数gc(x)を生成する。
gc(x)＝x+ks・(a-b)・sin(2π(x-xp)/(xw-xp))
+kc・(a+b)・(1-cos(2π(x-xp)/(xw-xp)))
xp≦ｘ≦xw
gc(x)＝x
０≦ｘ＜xp，xw＜ｘ≦ｘ_max

ただし、ｘは入力輝度、ks，kcは任意の係数である。また、ｘ_maxは輝度の最大値、xpは輝度のペデスタルレベル、xwは輝度の白ピークレベルであって、輝度が８ビットである場合、０≦ｘ≦２５５であってｘ_max＝２５５であり、このとき、ペデスタルレベルxp＝１６、白レベルxw＝２３５とすることが一般的である。

なお、ゲイン関数生成部２４において生成されるゲイン関数gc(x)は、偏差ａ，ｂの正負の符号に応じて４パターンの形状が生成される。すなわち、第１のパターンは、図１１に示されたような-sin関数をベースとする形状である。第２のパターンは、例えば図１２に示すヒストグラムに基づいて図１３に示す３バンド累積ヒストグラムが生成され、これに基づいて生成される、図１４に示すような+cos関数をベースとする形状である。第３のパターンは、例えば図１５に示すヒストグラムに基づいて図１６に示す３バンド累積ヒストグラムが生成され、これに基づいて生成される、図１７に示すような-cos関数をベースとする形状である。第４のパターンは、例えば図１８に示すヒストグラムに基づいて図１９に示す３バンド累積ヒストグラムが生成され、これに基づいて生成される、図２０に示すような+sin関数をベースとする形状である。

図８に戻る。ゲイン関数生成部２４は、生成したゲイン関数gc(x)をLUT輝度変換部２５に出力する。LUT輝度変換部２５は、ゲイン関数生成部２４から入力されるゲイン関数gc(x)をルックアップテーブル（以下、LUTと称する）として保持し、コントラスト補正装置２０の前段から入力された輝度信号Ｙｉを、保持するLUTを用いて輝度信号Ｙｏに変換し、後段に出力する。タイミング制御部１５は、ヒストグラムデータ取得部２１乃至LUT輝度変換部２５の動作タイミングを制御する。

図２１は、LUT輝度変換部２５の詳細な構成例を示している。LUT輝度変換部２５は、スイッチ４１およびLUT４２から構成される。スイッチ４１は、タイミング制御部２６からの制御に従い、輝度信号の有効区間には前段から入力される輝度信号Ｙｉの値を読み出しアドレスとしてLUT２１に出力する。また、輝度信号の無効区間（垂直ブランキング区間など）にはタイミング制御部２６から供給される書き込みアドレスをLUT４２に出力する。LUT４２は、例えばRAMによって構成され、スイッチ４１を介して入力される書き込みアドレスに従ってゲイン関数生成部２４から供給されるゲイン関数gc(x)に最大輝度を乗算した値をルックアップテーブルとして記憶し、スイッチ４１から入力される読み出しアドレスに保持している値（すなわち、補正後の輝度信号Ｙｏ）を出力するLUT４２から構成される。

次に、コントラスト補正装置２０の動作（以下、コントラスト補正処理と称する）について、図２２のフローチャートを参照して説明する。

コントラスト補正装置２０に対して前段から画像の輝度信号Ｙｉが入力されると、ステップＳ１において、ヒストグラムデータ取得部２１は、入力された画像１枚分（１フィールド分または１フレーム分）の輝度信号Ｙｉに対応するヒストグラムデータを生成して３バンド累積度数変換部２２に出力する。ステップＳ２において、３バンド累積度数変換部２２は、ヒストグラムデータ取得部２１から入力されたヒストグラムデータに基づき、３バンド累積ヒストグラムを生成して偏差算出部２３に出力する。

ステップＳ３において、偏差算出部２３は、３バンド累積度数変換部２２から入力された３バンド累積ヒストグラムに基づき、正規化したａ，ｂ，ａ＋ｂおよびａ−ｂを算出してゲイン関数生成部２４に出力する。ステップＳ４において、ゲイン関数生成部２４は、偏差算出部２３から入力された、正規化されているａ，ｂ，ａ＋ｂおよびａ−ｂに基づいてゲイン関数gc(x)を生成し、LUT輝度変換部２５に出力する。

ステップＳ５において、LUT輝度変換部２５は、ゲイン関数生成部２４から入力されたゲイン関数gc(x)をルックアップテーブルとして保持する。ステップＳ６において、LUT輝度変換部２５は、前段から入力された輝度信号Ｙｉを、保持するLUTを用いて輝度信号Ｙｏに変換し、後段に出力する。

以上説明したコントラスト補正装置２０のコントラスト補正処理によれば、例えば図６に示されたように、ヒストグラムに複数のピークが出現しているような場合であっても、図２３に示す３バンド累積ヒストグラムが生成され、図２４に示す滑らかな曲線からなる-sin関数の形状をしたゲイン関数gc(x)が生成され、生成されたゲイン関数gc(x)によって輝度が補正されるので、出力される輝度信号Ｙｏは、ノイズ成分が強調されて画質が劣化してしまったり、階調が不足して画質が劣化してしまったりすることなく、適切にコントラストが改善されたものとなる。

なお、ステップＳ１乃至Ｓ５の処理は、１画像分の輝度信号Ｙｉが入力される期間に実施されるので、LUT輝度変換部２５において補正される輝度信号Ｙｉとその際に用いられるLUTとは１画像分のずれが生ずることになるが、通常、前後する画像の輝度特性に大差はないので、この１画像分のずれは、補正後の画像が劣化してしまうなどの問題とはならない。

以上で、コントラスト補正装置２０によるコントラスト補正処理の説明を終了する。

次に、補正される輝度信号Ｙｉとその際に用いられるLUTとの１画像分のずれが問題（例えば、シーンチェンジの場面など）にも対応可能なコントラスト補正装置の構成例（以下、第２の構成例と称する）について説明する。

図２５は、コントラスト補正装置の第２の構成例を示している。このコントラスト補正装置５０は、図８に示された第１の構成例であるコントラスト補正装置２０に対して、LUT輝度変換部２５の前段に遅延部５１を追加したものであり、その他の構成要素についてはコントラスト補正装置２０と同様であって同一の符号を付与している。

遅延部５１は、コントラスト補正装置５０の前段から入力される輝度信号Ｙｉを１画像周期だけ遅延してLUT輝度変換部２５に出力する。したがって、コントラスト補正装置５０のLUT輝度変換部２５においては、補正される輝度信号Ｙｉとその際に用いられるLUTとは１画像分のずれがないので、コントラスト補正装置５０よりもより適切にコントラストを補正することが可能となる。

次に、コントラスト補正装置２０から順次出力される輝度信号Ｙｏの前後する画像間の変化の緩和が十分ではない場合に対応するコントラスト補正装置の構成例（以下、第３の構成例と称する）について説明する。

図２６は、コントラスト補正装置の第３の構成例を示している。このコントラスト補正装置６０は、図８に示された第１の構成例であるコントラスト補正装置２０に対して、ゲイン関数生成部２４とLUT輝度変換部２５の間にIIRフィルタ６１を追加したものであり、その他の構成要素についてはコントラスト補正装置２０と同様であって同一の符号を付与している。

IIR(Infinite Impulse Response)フィルタ６１は、ゲイン関数生成部２４からのゲイン関数gc(x)を入力としてフィルタリング結果をLUT輝度変換部２５に出力する。したがって、LUT輝度変換部２５に供給されるゲイン関数gc(x)の時間軸方向の変動が抑止されるので、LUT輝度変換部２５において、より安定した、すなわち変化が緩和な輝度変換が可能となる。

なお、IIRフィルタ６１に、前後する画像間のヒストグラムの差分に基づいてシーンチェンジを検出し、検出結果に従ってIIRフィルタの時定数の設定を変更することにより応答速度を改善する機能を設けるようにしてもよい。

また、コントラスト補正装置６０にも、コントラスト補正装置５０と同様に、遅延部５１を追加するようにしてもよい。

次に、ゲインコントロール特性によってコントラストを補正するだけでなく、輝度信号の黒レベルも補正することによって画素値を向上させるコントラスト補正装置の構成例（以下、第４の構成例と称する）について説明する。なお、黒レベルの補正とは、例えばテレビジョン放送信号では送信される黒レベルが撮影条件や記録機材等の違いにより変動しているが、この黒レベルを受信側（例えば、テレビジョン受像機など）の黒レベルであるペデスタルレベルと一致させることにより、画質を向上させることを意味する。

図２７は、コントラスト補正装置の第４の構成例を示している。このコントラスト補正装置７０は、図８に示された第１の構成例であるコントラスト補正装置２０に対して、ローパスフィルタ７１、黒レベル検出部７２、黒レベル補償ゲイン計算部７３、およびIIRフィルタ７４を追加したものであり、その他の構成要素についてはコントラスト補正装置２０と同様であって同一の符号を付与している。

ヒストグラムデータ取得部２１の前段に設けられるローパスフィルタ７１は、コントラスト補正装置７０の前段からの輝度信号Ｙｉを入力とし、その高周波成分を除去してヒストグラムデータ取得部２１に出力する。ローパスフィルタ７１によって高周波成分が除去されたことにより、輝度信号Ｙｉの黒レベル付近の変動が抑止される。ローパスフィルタ７１は、例えば次式に示されるような比較的簡易な構成のものでよい。
flpf(Z)＝（１＋２・Ｚ^-1＋Ｚ^-2）／４
ただし、Ｚ^-1は１クロック周期分の遅延を表す。

ヒストグラムデータ取得部２１の後段に設けられる黒レベル検出部７２は、ヒストグラムデータ取得部２１からのヒストグラムデータを入力とし、輝度＝０からの累積度数が所定の値（例えば、総画素数の３％の値）に達した輝度を黒レベルＢＬに決定し、黒レベルＢＬを黒レベル補償ゲイン計算部７３に出力する。

ゲイン関数生成部２４の後段に設けられる黒レベル補償ゲイン計算部７３は、黒レベル検出部７２から入力される黒レベルＢＬに対応する黒補償量ｋａを算出し、黒補償量ｋａに基づいてゲイン関数生成部２４から入力されるゲイン関数gc(x)を修正し、その結果得られる修正済みのゲイン関数gct(x)をIIRフィルタ７４に出力する。

IIRフィルタ７４は、黒レベル補償ゲイン計算部７３からのゲイン関数gct(x)を入力としてフィルタリング結果をLUT輝度変換部２５に出力する。

次に、コントラスト補正装置７０の動作（以下、コントラスト補正処理と称する）について、図２８のフローチャートを参照し、図６に示されたヒストグラムの輝度信号Ｙｉが入力される場合を例にして説明する。この黒レベル補正を含むコントラスト補正処理は、図６に示されたヒストグラムのように、輝度が小さい範囲での度数が少なく、いわゆる画像の黒浮きが生じているような場合に効果的である。

コントラスト補正装置７０に対して前段から画像の輝度信号Ｙｉが入力されると、ステップＳ１１において、ローパスフィルタ７１は、輝度信号Ｙｉのフィルタリングを行い、その結果得られる高周波成分が除去された輝度信号Ｙｉをヒストグラムデータ取得部２１に出力する。ステップ１２において、ヒストグラムデータ取得部２１は、入力された画像１枚分（１フィールド分または１フレーム分）の輝度信号Ｙｉに対応するヒストグラムデータを生成して３バンド累積度数変換部２２および黒レベル検出部７２に出力する。

ステップＳ１３において、３バンド累積度数変換部２２は、ヒストグラムデータ取得部２１から入力されたヒストグラムデータに基づき、３バンド累積ヒストグラムを生成して偏差算出部２３に出力する。いまの例の場合、図２３に示された３バンド累積ヒストグラムが出力される。

ステップＳ１４において、偏差算出部２３は、３バンド累積度数変換部２２から入力された３バンド累積ヒストグラムに基づき、正規化したａ，ｂ，ａ＋ｂおよびａ−ｂを算出してゲイン関数生成部２４に出力する。ステップＳ１５において、ゲイン関数生成部２４は、偏差算出部２３から入力された、正規化されているａ，ｂ，ａ＋ｂおよびａ−ｂに基づいてゲイン関数gc(x)を生成し、LUT輝度変換部２５に出力する。いまの例の場合、図２４に示されたゲイン関数gc(x)が出力される。

ステップＳ１６において、黒レベル検出部７２は、ヒストグラムデータ取得部７２から入力されたヒストグラムデータに基づき、輝度＝０からの累積度数が所定の値（例えば、総画素数の３％の値）に達した輝度を黒レベルBLに決定し、黒レベルBLを黒レベル補償ゲイン計算部７３に出力する。いまの例の場合、輝度＝８４が黒レベルBLに決定されたとする。

なお、ステップＳ１３乃至Ｓ１５の処理とステップＳ１６の処理とは、実際には平行して実行される。

ステップＳ１７において、黒レベル補償ゲイン計算部７３は、図２９に示す黒レベルBLにおけるゲイン関数gc(BL)×２５５と、ペデスタルレベルxpにおけるゲイン関数gc(xp)×２５５との差である黒伸長量ΔＢを算出する。いまの例の場合、黒伸長量ΔＢとして４６が算出されたとする。

ステップＳ１８において、黒レベル補償ゲイン計算部７３は、図３０に示すように、輝度のとり得る値の中間付近に折れ曲がり点CPを設定し、折れ曲がり点CP以上の範囲においては傾き１であり、折れ曲がり点CPにおいて滑らかにつながり、折れ曲がり点CP以下の範囲において輝度信号Ｙｉの２次関数であり、黒レベルBLの輝度信号Ｙｉをペデスタルレベルまで引き込むことができるゲインコントロール特性fauto(x)を算出する。
fauto(x)＝ｘ−ka・（ｘ−CP）² ０≦ｘ≦CP
fauto(x)＝ｘ CP≦ｘ≦２５５

さらに、上式に黒レベルBLにおける関係を代入して黒レベル補償量kaを算出する。
BL−ΔＢ＝BL−ka・（BL−CP）²
ΔＢ＝ka・（BL−CP）²
ka＝ΔＢ／（BL−CP）²
いまの例の場合、黒レベル補償量ka＝４６／（８４−CP）²が算出される。

ステップＳ１９において、黒レベル補償ゲイン計算部７３は、黒レベル補償量kaに基づいて、折れ曲がり点CP以下のゲイン関数gc(x)を以下のように修正して、修正後のゲイン関数gct(x)を生成し、IIRフィルタ７４を介してLUT輝度変換部２５に出力する。
gct(x)＝ｘ−ka・（ｘ−CP）² ０≦ｘ＜xp
gct(x)＝ｘ＋ks・(a-b)・sin(2π(x-xp)/(xw-xp))
＋kc・(a+b)・(1-cos(2π(x-xp)/(xw-xp)))
−ka・（ｘ−CP）² xp≦ｘ≦CP
gct(x)＝ｘ＋ks・(a-b)・sin(2π(x-xp)/(xw-xp))
＋kc・(a+b)・(1-cos(2π(x-xp)/(xw-xp))) CP＜ｘ≦xw
gct(x)＝ｘ xw＜ｘ≦ｘ_max

いまの例の場合、修正後のゲイン関数gct(x)は図３１に示すとおりとなる。すなわち、黒レベルBLの輝度信号Ｙｉをペデスタルレベルまで引き込み、かつ、コントラスト改善の特性も有するものとなる。

ステップＳ２０において、LUT輝度変換部２５は、IIRフィルタ７４を介して入力されたゲイン関数gct(x)をルックアップテーブルとして保持する。ステップＳ２１において、LUT輝度変換部２５は、前段から入力された輝度信号Ｙｉを、保持するLUTを用いて輝度信号Ｙｏに変換し、後段に出力する。

以上説明したコントラスト補正装置７０のコントラスト補正処理によれば、コントラスト改善と黒レベル補償による安定した黒レベルの再現が可能となる。特に、コントラスト補正装置７０では、IIRフィルタ７４によりコントラスト改善と黒レベル補償の変動の緩和に関する時定数を共通化することができるので、より安定した時間応答特性とすることができる。よって、コントラスト改善量の係数と黒レベル補償量をより大きく設定することでき、画質改善効果を従来もより引き出すことが可能となる。

図３２は、ゲイン関数gc(x)で変換した場合と、ゲイン関数gct(x)で変換した場合の変換後の輝度信号Ｙｏのヒストグラムを示している。ゲイン関数gc(x)で変換した場合では、一見、輝度の全域に亘って度数が分布してようにではあるが、輝度が５０以下の度数がほとんど存在せずに黒浮きの状態となる。これに対して、ゲイン関数gct(x)で変換した場合、輝度が５０以下の範囲も含めて全域に度数が分布する。したがって、輝度のダイナミックレンジが十分に使用されてコントラスト改善が行われていることがわかる。

以上で、コントラスト補正装置７０によるコントラスト補正処理の説明を終了する。

ところで、例えば図３３に示す画像のように一様な背景を有する画像の場合、そのヒストグラムは図３４に示すように、背景に対応する輝度（１５０付近）の度数が被写体に対応する輝度信号の度数よりも突出して高くなることが多い。このようなヒストグラムに基づいてコントラスト補正が行われると、被写体のうち、背景の輝度と同じ輝度を有する部分のコントラストが不必要に補正されてしまい不自然で見苦しい画像となってしまう。

このような背景の問題に対処するため、ヒストグラムデータ取得部２１の第２の構成例を提案する。図３５は、ヒストグラムデータ取得部２１の第２の構成例を示している。このヒストグラムデータ取得部２１の第２の構成例は、図９に示された当該第１の構成例に対し、背景判定部１０１、インバータ１０２、背景画像カウント部１０３、平均化部１０４、および加算部１０５を追加したものであり、その他の構成要素については当該第１の構成例と同様であって同一の符号を付与している。

背景判定部１０１は、前段から入力される輝度信号Ｙｉが背景の画素に対応するものであるか否かを判定し、背景の画素に対応するものであると判定した場合には１を、背景の画素に対応するものではないと判定した場合には０をインバータ１０２および背景画素カウント部１０３に出力する。

図３６は、背景判定部１０１の詳細な構成例を示している。背景判定部１０１は、ローパスフィルタ１１１、バンドパスフィルタ１１２、絶対値変換部１１３、ローパスフィルタ１１４、比較部１１５、連続性判定部１１６から構成される。

ローパスフィルタ１１１は、前段から入力される輝度信号Ｙｉの高周波成分を除去してバンドパスフィルタ１１２に出力する。バンドパスフィルタ１１２は、ローパスフィルタ１１１の出力のうち、所定の周波数帯域のみを絶対値変換部１１３に通過させる。

ローパスフィルタ１１１とバンドパスフィルタ１１２の周波数特性の２例を図３７に示す。なお、同図の横軸は周波数を示し、縦軸はゲインを示している。またfsはサンプリング周波数であり、fs/2はfsでサンプリングされた信号の最大通過周波数である。同図に示すように、ローパスフィルタ１１１とバンドパスフィルタ１１２との総合特性は、信号通過帯域の低域側のバンドパスフィルタ１１２の通過帯域のうち、低域側を通し、高域側を減衰させるものとなる。これにより、輝度信号Ｙｉの高域のノイズ成分が除去される。

このような総合特性は、特に、輝度入力信号Ｙｉが、MPEG等の動画像圧縮技術を使用した信号であるような場合、１画像ごとに高域のノイズ成分量が変動していることがあるが、その変動周期で背景部分の判定度数が変動して、ゲイン特性が変動してしまうことを防止することができる。

図３６に戻る。絶対値変換部１１３は、バンドパスフィルタ１１２からの入力の絶対値をローパスフィルタ１１４に出力する。ローパスフィルタ１１４は、絶対値変換部１１３の絶対値変換によって発生する高次周波数を減衰させて平滑化し、比較部１１５に出力する。比較部１１５は、ローパスフィルタ１１４の出力と所定の判定レベルとを比較し、ローパスフィルタ部１１４の出力が所定の判定レベル以上である場合には１を、ローパスフィルタ部１１４の出力が所定の判定レベルより小さい場合には０を連続性判定部１１６に出力する。

連続性判定部１１６は、図３８に示すように、１ビットの入力を１サンプルクロック分だけ遅延して出力する遅延部（Ｄ）１２１乃至１２４、およびNOR演算部１２５から構成され、比較部１１５の出力が５個連続して０である場合には背景であると判定して１を後段に出力し、その他の時には０を後段に出力する。なお、この遅延部の数を増やすことにより、より輝度の変化が平坦な部分を検出することができる。

図３５に戻る。インバータ１０２は、背景判定部１０１からの入力を反転して加算部３３に出力する。したがって、背景の画素に対応するものではないときのみ、RAM３２において保持される度数がインクリメントされることになる。背景画素カウント部１０３は、背景判定部１０１からの入力を順次加算し、１画像分の輝度信号Ｙｉが入力された時点でその加算値（背景カウンタ値）を平均化部１０４に出力した後、背景カウンタ値を０にリセットする。

平均化部１０４は、背景画素カウント部１０３から入力された背景カウンタ値を、輝度のダイナミックレンジの階調数（８ビットの場合、２５６）で除算し、その商を加算部１０５に出力する。この除算は、例えば、背景画素カウント部１０３の出力を、輝度のビット数だけ下位ビットから切り捨てることにより簡単に算出される。例えば輝度が８ビットである場合、背景画素カウント部１０３の出力の下位８ビットを切り捨てればよい。

加算部１０５は、１画像毎にRAM３２から出力される背景以外の部分が反映された各輝度の度数に、平均化部１０４から入力される値を加算して後段に出力する。したがって、加算部１０５から後段に出力されるヒストグラムの総度数は１画像分の画素数と同数となる。

次に、ヒストグラムデータ取得部２１の第２の構成例の動作（以下、背景を除去したヒストグラム生成処理と称する）について、図３９のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ３１において、背景判定部１０１は、前段から順次入力される輝度信号Ｙｉの１画素に注目し、ステップＳ３２において、その画素が背景に属する画素であるか否かを判定する。

ステップＳ３２において、背景に属する画素であると判定された場合、処理はステップＳ３３に進められる。ステップＳ３３において、背景判定部１０１は１をインバータ１０２および背景カウント部１０３に出力する。インバータ１０２に入力された１は、０に反転されて加算部３３に供給される。背景画素カウント部１０３に入力された１は、それまで保持されている背景カウンタ値に加算される（すなわち、背景カウンタ値は１だけインクリメントされる）。したがって、当該画素の度数は、RAM３２には反映されず、背景カウンタ値にのみ反映される。

反対にステップＳ３２において、背景に属する画素ではないと判定された場合、処理はステップＳ３４に進められる。ステップＳ３４において、背景判定部１０１は０をインバータ１０２および背景カウント部１０３に出力する。インバータ１０２に入力された０は、１に反転されて加算部３３に供給される。背景画素カウント部１０３に入力された０は、それまで保持されている背景カウンタ値に加算される。したがって、当該画素の度数は、RAM３２に反映され（すなわち、当該画素の輝度信号Ｙｉに対応する度数が１だけインクリメントされ）、背景カウンタ値には実質的には反映されない。

ステップＳ３５において、背景判定部１０１は、前段から順次入力される輝度信号Ｙｉの画素を１画像分注目したか否かを判定し、１画像分の画素を注目した判定するまで、処理はステップＳ３１に戻り、それ以降の処理を繰り返す。そして、ステップＳ３５において、１画像分の画素を注目した判定した場合、処理はステップＳ３６に進められる。

ステップＳ３６において、背景画素カウント部１０３は、背景カウンタ値を平均化部１０４に出力する。平均化部１０４は、背景画素カウント部１０３から入力された背景カウンタ値を、輝度のダイナミックレンジの階調数で除算し、その商を加算部１０５に出力する。

ステップＳ３７において、RAM３２は、タイミング制御部２６からスイッチ３１を介して指定された読み出しアドレスに従い、それまで保持していた値を出力することにより、背景を除く１画像分の各輝度の度数を加算部１０５に出力する。加算部１０５は、１画像毎にRAM３２から出力された背景以外の部分が反映された各輝度の度数に、平均化部１０４から入力された値を加算して後段に出力する。

加算部１０５から出力されるヒストグラムは、ヒストグラムデータ取得部２１に入力される画像が例えば図３３に示されたように一様な背景を有するものであっても、図４０に示すように、背景に対応する輝度の度数が突出することなく、背景に対応する輝度の度数を輝度の全域に亘って均等に分散される。したがって、このヒストグラムに基づいてコントラスト補正を行えば、被写体のうち、背景の輝度と同じ輝度の部分のコントラストが不必要に補正されてしまい不自然で見苦しい画像となってしまうようなことを抑止することができる。

上述したように、背景を除去してヒストグラムを生成する方法は、自然画像だけでなく、コンピュータグラフィックやアニメーション画像などの平坦な部分が多い画像に対しても、平坦部分の度数を除去する効果がある。さらに、カラーバーなどのテスト信号などでも、同様に、平坦部分が多く存在し、従来例では不必要なゲイン特性を発生していたが、このような作られた信号にも、効果を発揮することができる。

以上で、ヒストグラムデータ取得部２１の第２の構成例による、背景を除去したヒストグラム生成処理の説明を終了する。

ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば図４１に示すように構成された汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。

このパーソナルコンピュータ２００は、CPU(Central Processing Unit)２０１を内蔵している。CPU２０１にはバス２０４を介して、入出力インタフェース２０５が接続されている。バス２０４には、ROM(Read Only Memory)２０２およびRAM(Random Access Memory)２０３が接続されている。

入出力インタフェース２０５には、ユーザが操作コマンドを入力するキーボード、マウス等の入力デバイスよりなる入力部２０６、合処理対象の画像などを表示するCRT(Cathode Ray Tube)またはLCD(Liquid Crystal Display)等のディスプレイよりなる出力部２０７、プログラムや各種データを格納するハードディスクドライブなどよりなる記憶部２０８、およびモデム、LAN（Local Area Network）アダプタなどよりなり、インタネットに代表されるネットワークを介した通信処理を実行する通信部２０９が接続されている。また、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ(Mini Disc)を含む）、もしくは半導体メモリなどの記録媒体２１１に対してデータを読み書きするドライブ２１０が接続されている。

このパーソナルコンピュータ２００に上述した一連の処理を実行させるプログラムは、記録媒体２１１に格納された状態でパーソナルコンピュータ２００に供給され、ドライブ２１０によって読み出されて記憶部２０８に内蔵されるハードディスクドライブにインストールされている。記憶部２０８にインストールされているプログラムは、入力部２０６に入力されるユーザからのコマンドに対応するCPU２０１の指令によって、記憶部２０８からRAM２０３にロードされて実行される。

なお、本明細書において、プログラムに基づいて実行されるステップは、記載された順序に従って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

また、プログラムは、１台のコンピュータにより処理されるものであってもよいし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであってもよい。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであってもよい。

また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

従来のコントラスト補正装置の構成の一例を示すブロック図である。 輝度のヒストグラムの一例を示す図である。 図２のヒストグラムに対応する累積ヒストグラムを示す図である。 図３の累積ヒストグラムに基づくゲインコントロール特性を示す図である。 図２のヒストグラムに対応する補正後のヒストグラムを示す図である。 輝度のヒストグラムの一例を示す図である。 図６のヒストグラムに対応するゲインコントロール特性を示す図である。 本発明を適用したコントラスト補正装置の第１の構成例を示すブロック図である。 図８のヒストグラムデータ取得部の第１の構成例を示すブロック図である。 ３バンド累積ヒストグラムの一例を示す図である。 図１０の３バンド累積ヒストグラムに基づくゲイン関数を示す図である。 輝度のヒストグラムの一例を示す図である。 図１２のヒストグラムに対応する３バンド累積ヒストグラムを示す図である。 図１３の３バンド累積ヒストグラムに基づくゲイン関数を示す図である。 輝度のヒストグラムの一例を示す図である。 図１５のヒストグラムに対応する３バンド累積ヒストグラムを示す図である。 図１５の３バンド累積ヒストグラムに基づくゲイン関数を示す図である。 輝度のヒストグラムの一例を示す図である。 図１８のヒストグラムに対応する３バンド累積ヒストグラムを示す図である。 図１９の３バンド累積ヒストグラムに基づくゲイン関数を示す図である。 図８のLUT輝度変換部の構成例を示すブロック図である。 コントラスト補正装置の第１の構成例によるコントラスト補正処理を説明するフローチャートである。 図６のヒストグラムに対応する３バンド累積ヒストグラムを示す図である。 図２３の３バンド累積ヒストグラムに対応するゲイン関数を示す図である。 本発明を適用したコントラスト補正装置の第２の構成例を示すブロック図である。 本発明を適用したコントラスト補正装置の第３の構成例を示すブロック図である。 本発明を適用したコントラスト補正装置の第４の構成例を示すブロック図である。 コントラスト補正装置の第４の構成例による動作を説明するフローチャートである。 黒レベル補償なしのゲイン関数の一例を示す図である。 係数ｋａの算出を説明するための図である。 図２９のゲイン関数に対応する、黒レベル補償有に補正したゲイン関数を示す図である。 コントラスト補正装置の第４の構成例による補正後のヒストグラムを示す図である。 均一な背景を含む画像の一例を示す図である。 図３３の画像に対応する輝度のヒストグラムを示す図である。 ヒストグラムデータ取得部の第２の構成例を示すブロック図である。 図３５の背景判定部の構成例を示すブロック図である。 背景判定部を構成するローパスフィルタとバンドパスフィルタの特性を示す図である。 図３６の連続性判定部の構成例を示すブロック図である。 ヒストグラムデータ取得部の第２の構成例の動作を説明するフローチャートである。 ヒストグラムデータ取得部の第２の構成例から出力される、背景部分が除去されたヒストグラムを示す図である。 汎用パーソナルコンピュータの構成例を示すブロック図である。

符号の説明

２０ コントラスト補正装置， ２１ ヒストグラムデータ取得部, ２２ ３バンド累積度数変換部， ２３ 偏差算出部， ２４ ゲイン関数生成部， ２５ LUT輝度変換部， ５１ 遅延部 ，６１ IIRフィルタ， ７１ ローパスフィルタ， ７２ 黒レベル検出部， ７３ 黒レベル補償ゲイン計算部， ７４ IIRフィルタ， １０１ 背景判定部， １０２ インバータ， １０３ 背景画素カウント部， １０４ 平均化部， １０５ 加算部， ２０１ CPU， ２１１ 記録媒体

Claims (9)

1. 画像のコントラストを補正する画像処理装置において、
   １画像分の輝度信号のヒストグラムを取得する取得手段と、
   前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成する作成手段と、
   １画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出する算出手段と、
   算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成する生成手段と、
   前記輝度信号を前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正する補正手段と
   を含む画像処理装置。
2. 前記取得手段、前記作成手段、前記算出手段、および前記生成手段の処理に要する時間だけ、前記輝度信号を遅延して前記補正手段に供給する遅延手段を
   さらに含む請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記生成手段によって生成された前記ゲイン関数の時間方向の変動を緩和して前記補正手段に供給する緩和手段を
   さらに含む請求項１に記載の画像処理装置。
4. 画像のコントラストを補正する画像処理装置の画像処理方法において、
   １画像分の輝度信号のヒストグラムを取得し、
   前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成し、
   １画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出し、
   算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成し、
   前記輝度信号を前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正する
   ステップを含む画像処理方法。
5. 画像のコントラストを補正するためのプログラムであって、
   １画像分の輝度信号のヒストグラムを取得し、
   前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成し、
   １画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出し、
   算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成し、
   前記輝度信号を前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正する
   ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
6. 画像のコントラストを補正する画像処理装置において、
   １画像分の輝度信号のヒストグラムを取得する取得手段と、
   前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成する作成手段と、
   １画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出する算出手段と、
   算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成する生成手段と、
   前記ヒストグラムに基づき、輝度の最小値に対応する度数からの累積度数が所定の値となる輝度を黒レベルに決定する決定手段と、
   前記黒レベルの輝度信号を所定のペデスタルレベルの輝度信号に変換するための黒レベル補償関数を生成し、生成した前記黒レベル補償関数に基づいて前記ゲイン関数を修正する修正手段と、
   前記輝度信号を前記修正手段によって修正された前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正する補正手段と
   を含む画像処理装置。
7. 前記取得手段の前段において前記輝度信号の高周波成分を除去する除去手段を
   さらに含む請求項６に記載の画像処理装置。
8. 画像のコントラストを補正する画像処理装置の画像処理方法において、
   １画像分の輝度信号のヒストグラムを取得し、
   前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成し、
   １画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出し、
   算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成し、
   前記ヒストグラムに基づき、輝度の最小値に対応する度数からの累積度数が所定の値となる輝度を黒レベルに決定し、
   前記黒レベルの輝度信号を所定のペデスタルレベルの輝度信号に変換するための黒レベル補償関数を生成し、生成した前記黒レベル補償関数に基づいて前記ゲイン関数を修正し、
   前記輝度信号を修正済みの前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正する
   ステップを含む画像処理方法。
9. 画像のコントラストを補正するためのプログラムであって、
   １画像分の輝度信号のヒストグラムを取得し、
   前記ヒストグラムに基づき、輝度のダイナミックレンジを所定の数の領域に分割し、各領域に属する画素数を示す領域度数分布を作成し、
   １画像分の輝度信号が輝度のダイナミックレンジに均等に分布している場合を想定した累積ヒストグラムに対応する直線と、前記領域度数分布に基づく直線を結合した曲線との、前記領域の境界における偏差を算出し、
   算出した前記偏差を前記輝度信号の階調数で除算することにより正規化し、正規化した前記偏差を係数に用いる、前記領域度数分布に基づく直線を結合した前記曲線を奇関数および偶関数の組み合わせで近似した、コントラスト補正前の輝度信号を入力、コントラスト補正後の輝度信号を出力とするゲイン関数を生成し、
   前記ヒストグラムに基づき、輝度の最小値に対応する度数からの累積度数が所定の値となる輝度を黒レベルに決定し、
   前記黒レベルの輝度信号を所定のペデスタルレベルの輝度信号に変換するための黒レベル補償関数を生成し、生成した前記黒レベル補償関数に基づいて前記ゲイン関数を修正し、
   前記輝度信号を修正済みの前記ゲイン関数に基づいて補正することにより前記画像のコントラストを補正する
   ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。

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