JPH10126647A - 量子化された平均−マッチングヒストグラム等化を用いた画質改善方法及びその回路 - Google Patents
量子化された平均−マッチングヒストグラム等化を用いた画質改善方法及びその回路Info
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- JPH10126647A JPH10126647A JP21664197A JP21664197A JPH10126647A JP H10126647 A JPH10126647 A JP H10126647A JP 21664197 A JP21664197 A JP 21664197A JP 21664197 A JP21664197 A JP 21664197A JP H10126647 A JPH10126647 A JP H10126647A
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- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/40—Image enhancement or restoration using histogram techniques
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- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10032—Satellite or aerial image; Remote sensing
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- G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 量子化された平均−マッチングヒストグラム
等化を用いて画質を改善する方法及びその回路を提供す
る。 【解決手段】 入力される映像信号のレベルを量子化
（１０２）し、量子化された映像信号に対して画面単位
のグレーレベル分布に基づき累積密度関数を求め（１０
４）、量子化された累積密度関数値に基づき補間し（１
０８）、補間された累積密度関数値を出力し、入力され
る映像信号を画面単位で平均レベルを計算し、補間され
た累積密度関数を変換関数で使用して入力される映像信
号をグレーレベルでマッピングし、平均レベルはそれ自
体にマッピングされるように変換関数を調整する段階と
を含んでコントラストを改善しながら与えられた映像の
平均輝度を一定に保たせうる。
等化を用いて画質を改善する方法及びその回路を提供す
る。 【解決手段】 入力される映像信号のレベルを量子化
（１０２）し、量子化された映像信号に対して画面単位
のグレーレベル分布に基づき累積密度関数を求め（１０
４）、量子化された累積密度関数値に基づき補間し（１
０８）、補間された累積密度関数値を出力し、入力され
る映像信号を画面単位で平均レベルを計算し、補間され
た累積密度関数を変換関数で使用して入力される映像信
号をグレーレベルでマッピングし、平均レベルはそれ自
体にマッピングされるように変換関数を調整する段階と
を含んでコントラストを改善しながら与えられた映像の
平均輝度を一定に保たせうる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は画質改善分野に係
り、特に量子化された平均−マッチングヒストグラム等
化を用いて画質を改善する方法及びその回路に関する。
り、特に量子化された平均−マッチングヒストグラム等
化を用いて画質を改善する方法及びその回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヒストグラム等化の基本動作は入力映像
のヒストグラムに基づき与えられた入力映像を変換する
ものであって、ここでヒストグラムとは与えられた入力
映像におけるグレーレベル分布を示す。このようなグレ
ーレベルのヒストグラムは映像の外観の全体的な描写を
提供する。映像サンプル分布に応じて適切に調節された
グレーレベルは外観または映像のコントラストを改善さ
せる。
のヒストグラムに基づき与えられた入力映像を変換する
ものであって、ここでヒストグラムとは与えられた入力
映像におけるグレーレベル分布を示す。このようなグレ
ーレベルのヒストグラムは映像の外観の全体的な描写を
提供する。映像サンプル分布に応じて適切に調節された
グレーレベルは外観または映像のコントラストを改善さ
せる。
【０００３】コントラストの改善のための多くの方法の
中、映像のサンプルの分布により与えられた映像のコン
トラストを改善する方法のヒストグラム等化が最も広く
知られており、これは下の文献［１］、［２］に開示さ
れている。［１］Ｊ. Ｓ.Lim，Two-Dimensional Signal
and Image Processing, Prentice Hall, EnglewoodCli
ffs, New Jersey，1990，［２］Ｒ．Ｃ．Gonzalez and
P.Wints、Digital Image Processing，Addison-Wesle
y，Reading, Massachusetts, 1977．また、メディカル
映像処理とレーダー映像処理を含むヒストグラム等化方
法の有用な応用は下の文献［３］、［４］に開示されて
いる。［３］Ｊ．Zimmerman,Ｓ．Pizer, Ｅ．Staab,
Ｅ．Perry, Ｗ．McCartney, and Ｂ．Brenton,“Eval
uation of the effectiveness of adaptive histogram
equalization for contrast enhancement,”IEEE Tr. o
n medical imaging ，pp．304-312, Dec. 1988，［４］
Ｙ．Ｌｉ，Ｗ．Wang，and Ｄ．Ｙ．Ｙｕ，“Applicatio
n of adaptivehistogram equalizition to x-ray chest
image,”Proc．of the SPIE,pp．513-514,vol. 2321,1
994．従って、与えられた映像のヒストグラムを用いた
技法はメディカル映像処理、赤外線映像処理、レーダー
映像処理分野など多様な分野で有用に応用されている。
一般に、ヒストグラム等化は動的範囲（ダイナミック
レンジ）を伸ばす（ストレッチング）効果を有するので
ヒストグラム等化は結果映像の分布密度を平ら（フラッ
ト）にし、その結果として映像のコントラストを改善す
る。広く知られたヒストグラム等化のこのような特性は
実際には欠点となる。即ち、ヒストグラム等化の出力密
度が一定するので出力映像の平均輝度は中間グレーレベ
ルに近くなる。実際に、アナログ映像のヒストグラム等
化のために、ヒストグラム等化で出力映像の平均輝度は
入力映像の平均輝度とは関係なく正確に中間グレーレベ
ルである。確かに、この特性は実際応用では望ましくな
い。例えば、夜に撮った場面がヒストグラム等化後に非
常に明るく見えるような問題点が発生することになる。
中、映像のサンプルの分布により与えられた映像のコン
トラストを改善する方法のヒストグラム等化が最も広く
知られており、これは下の文献［１］、［２］に開示さ
れている。［１］Ｊ. Ｓ.Lim，Two-Dimensional Signal
and Image Processing, Prentice Hall, EnglewoodCli
ffs, New Jersey，1990，［２］Ｒ．Ｃ．Gonzalez and
P.Wints、Digital Image Processing，Addison-Wesle
y，Reading, Massachusetts, 1977．また、メディカル
映像処理とレーダー映像処理を含むヒストグラム等化方
法の有用な応用は下の文献［３］、［４］に開示されて
いる。［３］Ｊ．Zimmerman,Ｓ．Pizer, Ｅ．Staab,
Ｅ．Perry, Ｗ．McCartney, and Ｂ．Brenton,“Eval
uation of the effectiveness of adaptive histogram
equalization for contrast enhancement,”IEEE Tr. o
n medical imaging ，pp．304-312, Dec. 1988，［４］
Ｙ．Ｌｉ，Ｗ．Wang，and Ｄ．Ｙ．Ｙｕ，“Applicatio
n of adaptivehistogram equalizition to x-ray chest
image,”Proc．of the SPIE,pp．513-514,vol. 2321,1
994．従って、与えられた映像のヒストグラムを用いた
技法はメディカル映像処理、赤外線映像処理、レーダー
映像処理分野など多様な分野で有用に応用されている。
一般に、ヒストグラム等化は動的範囲（ダイナミック
レンジ）を伸ばす（ストレッチング）効果を有するので
ヒストグラム等化は結果映像の分布密度を平ら（フラッ
ト）にし、その結果として映像のコントラストを改善す
る。広く知られたヒストグラム等化のこのような特性は
実際には欠点となる。即ち、ヒストグラム等化の出力密
度が一定するので出力映像の平均輝度は中間グレーレベ
ルに近くなる。実際に、アナログ映像のヒストグラム等
化のために、ヒストグラム等化で出力映像の平均輝度は
入力映像の平均輝度とは関係なく正確に中間グレーレベ
ルである。確かに、この特性は実際応用では望ましくな
い。例えば、夜に撮った場面がヒストグラム等化後に非
常に明るく見えるような問題点が発生することになる。
【０００４】また、従来のヒストグラム等化回路は全て
のグレーレベルの発生回数を全て貯蔵しうる構成が必要
なのでハードウェアの費用が高まる問題点が発生され
る。例えば、グレーレベルＬがＬ＝256 と仮定すれば、
全てのグレーレベルの発生回数を貯蔵するために256 個
のメモリ素子が要求され、全てのグレーレベルの発生回
数を累積するため256 個の累積器等が必要であった。
のグレーレベルの発生回数を全て貯蔵しうる構成が必要
なのでハードウェアの費用が高まる問題点が発生され
る。例えば、グレーレベルＬがＬ＝256 と仮定すれば、
全てのグレーレベルの発生回数を貯蔵するために256 個
のメモリ素子が要求され、全てのグレーレベルの発生回
数を累積するため256 個の累積器等が必要であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１目的は与
えられた映像の量子化された累積密度関数を補間し、補
間された累積密度関数を変換関数として使用してヒスト
グラム等化時、与えられた映像の平均レベルがそれ自体
にマッピングされるように変換関数を調整する画質改善
方法を提供することにある。
えられた映像の量子化された累積密度関数を補間し、補
間された累積密度関数を変換関数として使用してヒスト
グラム等化時、与えられた映像の平均レベルがそれ自体
にマッピングされるように変換関数を調整する画質改善
方法を提供することにある。
【０００６】本発明の第２目的は入力映像の量子化され
た累積密度関数を補間し、補間された累積密度関数を変
換関数として使用してヒストグラム等化時、入力映像の
平均レベルが所望の出力平均でマッピングされるように
変換関数を調整する画質改善方法を提供することにあ
る。本発明の第３目的は与えられた映像の量子化された
累積密度関数を補間し、補間された累積密度関数を変換
関数として使用してヒストグラム等化時、与えられた映
像の平均レベルがそれ自体にマッピングされるように変
換関数を調整する画質改善回路を提供することにある。
た累積密度関数を補間し、補間された累積密度関数を変
換関数として使用してヒストグラム等化時、入力映像の
平均レベルが所望の出力平均でマッピングされるように
変換関数を調整する画質改善方法を提供することにあ
る。本発明の第３目的は与えられた映像の量子化された
累積密度関数を補間し、補間された累積密度関数を変換
関数として使用してヒストグラム等化時、与えられた映
像の平均レベルがそれ自体にマッピングされるように変
換関数を調整する画質改善回路を提供することにある。
【０００７】本発明の第４目的は入力映像の量子化され
た累積密度関数を補間し、補間された累積密度関数を変
換関数として使用してヒストグラム等化時、入力映像の
平均レベルが所望の出力平均でマッピングされるように
変換関数を調整する画質改善回路を提供することにあ
る。
た累積密度関数を補間し、補間された累積密度関数を変
換関数として使用してヒストグラム等化時、入力映像の
平均レベルが所望の出力平均でマッピングされるように
変換関数を調整する画質改善回路を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記第１目的を達成する
ため、本発明による画質改善方法は、入力される映像信
号のレベルを量子化し、量子化された映像信号を出力す
る段階と、前記量子化された映像信号に対した画面単位
のグレーレベル分布に基づき累積密度関数を求めて量子
化された累積密度関数値を出力する段階と、前記量子化
された累積密度関数値を補間し、補間された累積密度関
数値を出力する段階と、入力される映像信号を画面単位
で平均レベルを計算する段階と、補間された累積密度関
数を変換関数として使用して前記入力される映像信号を
グレーレベルでマッピングし、平均レベルはそれ自体に
マッピングされるように変換関数を調整する段階とを含
むことを特徴とする。
ため、本発明による画質改善方法は、入力される映像信
号のレベルを量子化し、量子化された映像信号を出力す
る段階と、前記量子化された映像信号に対した画面単位
のグレーレベル分布に基づき累積密度関数を求めて量子
化された累積密度関数値を出力する段階と、前記量子化
された累積密度関数値を補間し、補間された累積密度関
数値を出力する段階と、入力される映像信号を画面単位
で平均レベルを計算する段階と、補間された累積密度関
数を変換関数として使用して前記入力される映像信号を
グレーレベルでマッピングし、平均レベルはそれ自体に
マッピングされるように変換関数を調整する段階とを含
むことを特徴とする。
【０００９】前記第２目的を達成するための本発明によ
る画質改善方法は、入力される映像信号のレベルを量子
化し、量子化された映像信号を出力する段階と、量子化
された映像信号に対して画面単位のグレーレベル分布に
基づき累積密度関数を求めて量子化された累積密度関数
値を出力する段階と、量子化された累積密度関数値に基
づき補間により補間された累積密度関数値を出力する段
階と、入力される映像信号を画面単位で平均レベルを計
算する段階と、入力される映像信号の平均輝度に基づい
た所定の補正関数による補正値を前記平均レベルに加算
して補償された平均レベルを出力する段階と、補間され
た累積密度関数を変換関数として使用して前記補間され
た累積密度関数値に基づき前記入力される映像信号を新
たなグレーレベルでマッピングし、平均レベルが前記補
償された平均レベルでマッピングされるように変換関数
を調整する段階とよりなる。
る画質改善方法は、入力される映像信号のレベルを量子
化し、量子化された映像信号を出力する段階と、量子化
された映像信号に対して画面単位のグレーレベル分布に
基づき累積密度関数を求めて量子化された累積密度関数
値を出力する段階と、量子化された累積密度関数値に基
づき補間により補間された累積密度関数値を出力する段
階と、入力される映像信号を画面単位で平均レベルを計
算する段階と、入力される映像信号の平均輝度に基づい
た所定の補正関数による補正値を前記平均レベルに加算
して補償された平均レベルを出力する段階と、補間され
た累積密度関数を変換関数として使用して前記補間され
た累積密度関数値に基づき前記入力される映像信号を新
たなグレーレベルでマッピングし、平均レベルが前記補
償された平均レベルでマッピングされるように変換関数
を調整する段階とよりなる。
【００１０】前記第３目的を達成するための本発明によ
る画質改善回路の量子化器は、入力される映像信号のレ
ベルを量子化し、量子化された映像信号を出力し、第１
計算器は量子化された映像信号に対した画面単位のグレ
ーレベル分布に基づき累積密度関数を計算して量子化さ
れた累積密度関数値を出力し、第２計算器は入力される
映像信号を画面単位で平均レベルを計算し、補間器は量
子化された累積密度関数値を補間し、補間された累積密
度関数値を出力し、マッパは補間された累積密度関数を
変換関数として使用して入力される映像信号をグレーレ
ベルでマッピングし、第２計算器から求められた平均レ
ベルがそれ自体にマッピングされるように変換関数を調
整して改善された信号を出力する。
る画質改善回路の量子化器は、入力される映像信号のレ
ベルを量子化し、量子化された映像信号を出力し、第１
計算器は量子化された映像信号に対した画面単位のグレ
ーレベル分布に基づき累積密度関数を計算して量子化さ
れた累積密度関数値を出力し、第２計算器は入力される
映像信号を画面単位で平均レベルを計算し、補間器は量
子化された累積密度関数値を補間し、補間された累積密
度関数値を出力し、マッパは補間された累積密度関数を
変換関数として使用して入力される映像信号をグレーレ
ベルでマッピングし、第２計算器から求められた平均レ
ベルがそれ自体にマッピングされるように変換関数を調
整して改善された信号を出力する。
【００１１】前記第４目的を達成するための本発明によ
る画質改善回路の量子化器は、入力される映像信号のレ
ベルを量子化し、量子化された映像信号を出力し、第１
計算器は量子化された映像信号に対して画面単位のグレ
ーレベル分布に基づき累積密度関数を計算して量子化さ
れた累積密度関数値を出力し、第２計算器は入力される
映像信号を画面単位で平均レベルを計算し、輝度補償器
は入力された映像信号の平均輝度に基づいた所定の補正
関数による補正値を平均レベルに加算して補償された平
均レベルを出力し、補間器は量子化された累積密度関数
値を補間し、補間された累積密度関数値を出力し、マッ
パは補間された累積密度関数を変換関数として使用して
入力される映像信号をグレーレベルでマッピングし、平
均レベルが補償された平均レベルでマッピングされるよ
うに変換関数を調整して改善された信号を出力してい
る。
る画質改善回路の量子化器は、入力される映像信号のレ
ベルを量子化し、量子化された映像信号を出力し、第１
計算器は量子化された映像信号に対して画面単位のグレ
ーレベル分布に基づき累積密度関数を計算して量子化さ
れた累積密度関数値を出力し、第２計算器は入力される
映像信号を画面単位で平均レベルを計算し、輝度補償器
は入力された映像信号の平均輝度に基づいた所定の補正
関数による補正値を平均レベルに加算して補償された平
均レベルを出力し、補間器は量子化された累積密度関数
値を補間し、補間された累積密度関数値を出力し、マッ
パは補間された累積密度関数を変換関数として使用して
入力される映像信号をグレーレベルでマッピングし、平
均レベルが補償された平均レベルでマッピングされるよ
うに変換関数を調整して改善された信号を出力してい
る。
【００１２】
【本発明の実施の形態】まず、本発明で提案する量子化
された平均−マッチングヒストグラム等化（Quantized
MeanーMatching Histogram Equalization)を用いた画質
改善方法に対して説明する。｛Ｘ｝は与えられた映像を
示し、Ｘm は与えられた映像｛Ｘ｝の平均レベルを示
す。
された平均−マッチングヒストグラム等化（Quantized
MeanーMatching Histogram Equalization)を用いた画質
改善方法に対して説明する。｛Ｘ｝は与えられた映像を
示し、Ｘm は与えられた映像｛Ｘ｝の平均レベルを示
す。
【００１３】与えられた映像｛Ｘ｝はＬ個の離散（ディ
スクリート）グレーレベル｛Ｘ0 、Ｘ1 、．．．、Ｘ
L-1 ｝で構成され、ここで、Ｘ0 ＝０ブラックレベルを
示し、ＸL-1 ＝１はホワイトレベルを示す。またＸm ∈
｛Ｘ0 、Ｘ1 、．．．、ＸL-1｝である。本来の離散入
力レベル｛Ｘ0 、Ｘ1 、．．．、ＸL-1 ｝を｛Ｚ0 、Ｚ
1 、．．．、ＺQ-1 ｝で限定されるＱ離散レベルに量子
化し、ここで、ＺQ-1 ＝ＸL-1 とし、またＱ≦Ｌであ
り、｛Ｚ0 、Ｚ1 、．．．、ＺQ-1 ｝⊂｛Ｘ0 、
Ｘ1 、．．．、ＸL-1 ｝と仮定する。
スクリート）グレーレベル｛Ｘ0 、Ｘ1 、．．．、Ｘ
L-1 ｝で構成され、ここで、Ｘ0 ＝０ブラックレベルを
示し、ＸL-1 ＝１はホワイトレベルを示す。またＸm ∈
｛Ｘ0 、Ｘ1 、．．．、ＸL-1｝である。本来の離散入
力レベル｛Ｘ0 、Ｘ1 、．．．、ＸL-1 ｝を｛Ｚ0 、Ｚ
1 、．．．、ＺQ-1 ｝で限定されるＱ離散レベルに量子
化し、ここで、ＺQ-1 ＝ＸL-1 とし、またＱ≦Ｌであ
り、｛Ｚ0 、Ｚ1 、．．．、ＺQ-1 ｝⊂｛Ｘ0 、
Ｘ1 、．．．、ＸL-1 ｝と仮定する。
【００１４】このようにＬレベル離散信号をＱレベル離
散信号で量子化する例は図１に示されている。そして、
Ｑ［Ｘk ］は量子化演算とし、次の通り限定する。 Ｑ［Ｘk ］＝Ｚq 、 ifＺq-1 ＜Ｘk ≦Ｚq ｛Ｚ｝＝Ｑ［｛Ｘ｝］とする際、｛Ｚ｝は量子化された
入力映像を示す。量子化された入力映像｛Ｚ｝の確率密
度関数(probablity density function：ＰＤＦ）は次の
式（１）で示しうる。
散信号で量子化する例は図１に示されている。そして、
Ｑ［Ｘk ］は量子化演算とし、次の通り限定する。 Ｑ［Ｘk ］＝Ｚq 、 ifＺq-1 ＜Ｘk ≦Ｚq ｛Ｚ｝＝Ｑ［｛Ｘ｝］とする際、｛Ｚ｝は量子化された
入力映像を示す。量子化された入力映像｛Ｚ｝の確率密
度関数(probablity density function：ＰＤＦ）は次の
式（１）で示しうる。
【００１５】
【数１】
【００１６】ここで、Ｐ（Ｚq ）は量子化された映像
｛Ｚ｝においてｑ番目の量子化グレーレベルＺq の確率
であり、Ｎq は量子化された映像｛Ｚ｝においてこのレ
ベルＺ q が現れる回数を示し、Ｎは量子化された映像
｛Ｚ｝の全体サンプル数を示す。その時、量子化された
映像｛Ｚ｝の累積密度関数(cumulative density functi
on：ＣＤＦ）は次の式（２）のように限定される。
｛Ｚ｝においてｑ番目の量子化グレーレベルＺq の確率
であり、Ｎq は量子化された映像｛Ｚ｝においてこのレ
ベルＺ q が現れる回数を示し、Ｎは量子化された映像
｛Ｚ｝の全体サンプル数を示す。その時、量子化された
映像｛Ｚ｝の累積密度関数(cumulative density functi
on：ＣＤＦ）は次の式（２）のように限定される。
【００１７】
【数２】
【００１８】ここで、Ｃ（ＺQ-1 ）＝１である。量子化
される前のサンプルの累積密度関数ｃ（Ｘk ）は量子化
されたサンプルの累積密度関数Ｃ（Ｚq ）から図２に示
されたように線形補間を通して近似的に計算しうる。Ｑ
［Ｘq ］＝Ｚq の場合、Ｚq-1 ＝０と仮定すれば、ｃ
（Ｘk ）は次の式（３）のように線形補間される。
される前のサンプルの累積密度関数ｃ（Ｘk ）は量子化
されたサンプルの累積密度関数Ｃ（Ｚq ）から図２に示
されたように線形補間を通して近似的に計算しうる。Ｑ
［Ｘq ］＝Ｚq の場合、Ｚq-1 ＝０と仮定すれば、ｃ
（Ｘk ）は次の式（３）のように線形補間される。
【００１９】
【数３】
【００２０】また、前記式（３）からｃ（Ｘm ）も近似
的に求めうる。ヒストグラム等化の最も大きな問題点は
変換関数として使用される累積密度関数により入出力信
号間の平均輝度が著しく変われるということである。こ
のような問題点を解決するため、本発明では線形補間を
通して求められた累積密度関数と結合して入力映像の平
均に基づいた次のマッピング動作を提案する。
的に求めうる。ヒストグラム等化の最も大きな問題点は
変換関数として使用される累積密度関数により入出力信
号間の平均輝度が著しく変われるということである。こ
のような問題点を解決するため、本発明では線形補間を
通して求められた累積密度関数と結合して入力映像の平
均に基づいた次のマッピング動作を提案する。
【００２１】
【数４】
【００２２】これは平均レベルＸm 以下の入力サンプル
は変換関数
は変換関数
【００２３】
【数５】
【００２４】によりＸm からＸm までのグレーレベルで
マッピングされ、平均レベルＸm より大きな入力サンプ
ルは変換関数
マッピングされ、平均レベルＸm より大きな入力サンプ
ルは変換関数
【００２５】
【数６】
【００２６】によりＸm+1 からＸL-1 までのグレーレベ
ルでマッピングされる。式（４）でＸ m はそのままＸm
でマッピングされることがわかる。従って、与えられた
映像を量子化された累積密度関数から線形補間を通して
計算された、補間された累積密度関数に応じてヒストグ
ラム等化する際、与えられた映像の平均レベルはそれ自
体に再びマッピングされるように補間された累積密度関
数に基づいた変換関数を式（４）のように調整して与え
られた映像の平均輝度がヒストグラム等化により変わら
ないようにする方法を本発明では量子化された平均−マ
ッチングヒストグラム等化と称する。
ルでマッピングされる。式（４）でＸ m はそのままＸm
でマッピングされることがわかる。従って、与えられた
映像を量子化された累積密度関数から線形補間を通して
計算された、補間された累積密度関数に応じてヒストグ
ラム等化する際、与えられた映像の平均レベルはそれ自
体に再びマッピングされるように補間された累積密度関
数に基づいた変換関数を式（４）のように調整して与え
られた映像の平均輝度がヒストグラム等化により変わら
ないようにする方法を本発明では量子化された平均−マ
ッチングヒストグラム等化と称する。
【００２７】また、本発明では線形補間を通して求めら
れた累積密度関数と結合し、与えられた映像の平均輝度
が過度に暗いか明るい場合に輝度補償を兼ねた次のマッ
ピング動作を提案する。
れた累積密度関数と結合し、与えられた映像の平均輝度
が過度に暗いか明るい場合に輝度補償を兼ねた次のマッ
ピング動作を提案する。
【００２８】
【数７】
【００２９】ここで、 Ｂm ＝Ｘm ＋Δ …（６） である。Ｂm を補償された平均レベルとし、△は平均輝
度による所定の補正関数により得られる補正値とすれ
ば、この補償された平均レベルＢm は与えられた映像の
平均レベルＸm に補正値△を加算した結果となる。この
際、Ｂm ⊂｛Ｘ0 、Ｘ1 、．．．、ＸL-1 ｝と仮定す
る。そして、 Ｂm ' ＝Ｂm ＋ＸL-1 ／（Ｌ−１） …（７） である。Ｂm ’の補償された平均レベルＢm より高いレ
ベル領域でマッピングされる最初のグレーレベルを示
す。
度による所定の補正関数により得られる補正値とすれ
ば、この補償された平均レベルＢm は与えられた映像の
平均レベルＸm に補正値△を加算した結果となる。この
際、Ｂm ⊂｛Ｘ0 、Ｘ1 、．．．、ＸL-1 ｝と仮定す
る。そして、 Ｂm ' ＝Ｂm ＋ＸL-1 ／（Ｌ−１） …（７） である。Ｂm ’の補償された平均レベルＢm より高いレ
ベル領域でマッピングされる最初のグレーレベルを示
す。
【００３０】従って、補正値が０より大きいと（△＞
0)、改善された出力ＹH の平均輝度は明るくなり、補正
値が０より小さいと（△＜0)、改善された出力ＹH の平
均輝度は暗くなる。△が増加するほど低いグレーレベル
領域のダイナミック範囲は改善され、△が減少するほど
高いグレーレベル領域のダイナミック範囲は改善され
る。
0)、改善された出力ＹH の平均輝度は明るくなり、補正
値が０より小さいと（△＜0)、改善された出力ＹH の平
均輝度は暗くなる。△が増加するほど低いグレーレベル
領域のダイナミック範囲は改善され、△が減少するほど
高いグレーレベル領域のダイナミック範囲は改善され
る。
【００３１】つまり、平均レベルＸm 以下の入力サンプ
ルは変換関数
ルは変換関数
【００３２】
【数８】
【００３３】によりＸ0 からＢm までのグレーレベルで
マッピングされ、平均レベルＸm より大きな入力サンプ
ルは変換関数
マッピングされ、平均レベルＸm より大きな入力サンプ
ルは変換関数
【００３４】
【数９】
【００３５】によりＢm ’からＸL-1 までのグレーレベ
ルでマッピングされる。式（５）において、Ｘm はＢm
でマッピングされることがわかる。従って、与えられた
映像の平均レベルＸm により、即ち明暗に応じて適切に
補償された平均レベルＢm を用いた量子化された平均−
マッチングヒストグラム等化は入力映像の画質を大きく
改善させうる。
ルでマッピングされる。式（５）において、Ｘm はＢm
でマッピングされることがわかる。従って、与えられた
映像の平均レベルＸm により、即ち明暗に応じて適切に
補償された平均レベルＢm を用いた量子化された平均−
マッチングヒストグラム等化は入力映像の画質を大きく
改善させうる。
【００３６】次いで、図３乃至図８に基づき本発明によ
る画質改善回路の実施例を説明する。図３は本発明によ
る量子化された平均−マッチングヒストグラム等化を用
いた画質改善回路の第１実施例によるブロック図であ
る。図３において、量子化器102 はＬレベルの入力映像
Ｘk 'sをＱレベルに量子化し、量子化された映像Ｚq 's
を出力する。フレームヒストグラム計算器104 は量子化
された映像Ｚq 'sに対して１画面単位でグレーレベルの
分布度を計算して式（１）を用いて確率密度関数Ｐ（Ｚ
q )'s を計算する。ここで、画面単位としてはフィール
ドでも良いがフレームとする。
る画質改善回路の実施例を説明する。図３は本発明によ
る量子化された平均−マッチングヒストグラム等化を用
いた画質改善回路の第１実施例によるブロック図であ
る。図３において、量子化器102 はＬレベルの入力映像
Ｘk 'sをＱレベルに量子化し、量子化された映像Ｚq 's
を出力する。フレームヒストグラム計算器104 は量子化
された映像Ｚq 'sに対して１画面単位でグレーレベルの
分布度を計算して式（１）を用いて確率密度関数Ｐ（Ｚ
q )'s を計算する。ここで、画面単位としてはフィール
ドでも良いがフレームとする。
【００３７】ＣＤＦ計算器106 はフレームヒストグラム
計算器104 から計算された量子化された映像Ｚq 'sの確
率密度関数Ｐ（Ｚq )'s に基づき式（２）を用いて量子
化された累積密度関数Ｃ（Ｚq )'s を計算する。ＣＤＦ
補間器108 では量子化された映像Ｚq 'sの累積密度関数
値Ｃ（Ｚq )'s に基づき式（３）により線形補間して補
間された累積密度関数値ｃ（Ｘk )'s を出力する。ここ
で、Ｋ＝０、１、．．．、Ｌ−１である。
計算器104 から計算された量子化された映像Ｚq 'sの確
率密度関数Ｐ（Ｚq )'s に基づき式（２）を用いて量子
化された累積密度関数Ｃ（Ｚq )'s を計算する。ＣＤＦ
補間器108 では量子化された映像Ｚq 'sの累積密度関数
値Ｃ（Ｚq )'s に基づき式（３）により線形補間して補
間された累積密度関数値ｃ（Ｘk )'s を出力する。ここ
で、Ｋ＝０、１、．．．、Ｌ−１である。
【００３８】一方、フレーム平均計算器110 はフレーム
単位の入力映像Ｘk 'sの平均レベルＸm を計算し、同期
信号( ここではフレーム同期信号：ＳＹＮＣ）により計
算された平均レベルＸm をＣＤＦメモリ114 、第１及び
第２マッパ116 、118 に出力する。フレームメモリ112
は入力される映像信号Ｘk 'sを１フレーム単位で貯蔵す
る。ここで、補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk )'s は
現在入力される映像信号Ｘ k 'sに比べて１フレームが遅
延された映像信号の累積密度関数値であるためこの補間
された累積密度関数値ｃ（Ｘk )'s と同一フレームの映
像信号を第１及び第２マッパ116 、118 に入力させるた
めに入力される映像信号Ｘk 'sをフレームメモリ112 に
より１フレーム遅延させる。
単位の入力映像Ｘk 'sの平均レベルＸm を計算し、同期
信号( ここではフレーム同期信号：ＳＹＮＣ）により計
算された平均レベルＸm をＣＤＦメモリ114 、第１及び
第２マッパ116 、118 に出力する。フレームメモリ112
は入力される映像信号Ｘk 'sを１フレーム単位で貯蔵す
る。ここで、補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk )'s は
現在入力される映像信号Ｘ k 'sに比べて１フレームが遅
延された映像信号の累積密度関数値であるためこの補間
された累積密度関数値ｃ（Ｘk )'s と同一フレームの映
像信号を第１及び第２マッパ116 、118 に入力させるた
めに入力される映像信号Ｘk 'sをフレームメモリ112 に
より１フレーム遅延させる。
【００３９】ＣＤＦメモリ114 はＣＤＦ補間器108 から
補間された累積密度関数ｃ（Ｘk )'s を同期信号ＳＹＮ
Ｃによりフレーム単位で更新し、更新される間に貯蔵さ
れた、補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk )'s 及びフレ
ーム平均計算器110 から出力される平均レベルＸm に対
した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）を出力する。ここで、Ｃ
ＤＦメモリ114 はバッファとして使用し、ｋ＝０、
１、．．．、Ｌ−１である。
補間された累積密度関数ｃ（Ｘk )'s を同期信号ＳＹＮ
Ｃによりフレーム単位で更新し、更新される間に貯蔵さ
れた、補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk )'s 及びフレ
ーム平均計算器110 から出力される平均レベルＸm に対
した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）を出力する。ここで、Ｃ
ＤＦメモリ114 はバッファとして使用し、ｋ＝０、
１、．．．、Ｌ−１である。
【００４０】第１マッパ116 はＣＤＦメモリ114 から出
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ) と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ) 、フレーム平均
計算器110 から出力される平均レベルＸm 及びフレーム
メモリ112 から出力される１フレーム遅延された映像信
号Ｘk を入力して式（４）を用いて平均レベルＸm 以下
の遅延された入力映像信号をＸ0 からＸm までのグレー
レベルでマッピングする。
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ) と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ) 、フレーム平均
計算器110 から出力される平均レベルＸm 及びフレーム
メモリ112 から出力される１フレーム遅延された映像信
号Ｘk を入力して式（４）を用いて平均レベルＸm 以下
の遅延された入力映像信号をＸ0 からＸm までのグレー
レベルでマッピングする。
【００４１】第２マッパ118 はＣＤＦメモリ114 から出
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ) と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ) 、フレーム平均
計算器110 から出力される平均レベルＸm 及びフレーム
メモリ112 から出力される１フレーム遅延された入力映
像信号Ｘk を入力して平均レベルＸm より大きい遅延さ
れた入力映像信号を式（４）を用いてＸm+1 からＸL-1
までのグレーレベルでマッピングする。
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ) と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ) 、フレーム平均
計算器110 から出力される平均レベルＸm 及びフレーム
メモリ112 から出力される１フレーム遅延された入力映
像信号Ｘk を入力して平均レベルＸm より大きい遅延さ
れた入力映像信号を式（４）を用いてＸm+1 からＸL-1
までのグレーレベルでマッピングする。
【００４２】比較器120 はフレームメモリ112 から出力
される映像信号Ｘk とフレーム平均計算器110 から出力
される平均レベルＸm を比較して選択制御信号を発生す
る。選択器122 は選択制御信号に応じ、即ちフレームメ
モリ112 から出力される映像信号Ｘk が平均レベルＸm
以下なら第１マッパ116 を選択し、前記平均レベルより
大きければ第２マッパ118 を選択して改善された映像信
号ＹH を出力する。
される映像信号Ｘk とフレーム平均計算器110 から出力
される平均レベルＸm を比較して選択制御信号を発生す
る。選択器122 は選択制御信号に応じ、即ちフレームメ
モリ112 から出力される映像信号Ｘk が平均レベルＸm
以下なら第１マッパ116 を選択し、前記平均レベルより
大きければ第２マッパ118 を選択して改善された映像信
号ＹH を出力する。
【００４３】ここで、フレームヒストグラム計算器104
とＣＤＦ計算器106 を別に使用せず、量子化された映像
信号Ｚq 'sに対して１画面単位でグレーレベルの分布を
計算してこれに基づき量子化された映像信号Ｚq 'sのＣ
ＤＦを計算する一つのブロックで構成されうる。図４は
本発明による量子化された平均−マッチングヒストグラ
ム等化を用いた画質改善回路の第２実施例によるブロッ
ク図である。図４において、量子化器202 はＬレベルの
入力映像Ｘk 'sをＱレベルに量子化し、量子化された映
像Ｚq 'sを出力する。フレームヒストグラム計算器204
は量子化された映像Ｚq 'sに対してフレーム単位でグレ
ーレベルの分布度を計算して式（１）を用いて量子化さ
れた映像Ｚq 'sの確率密度関数Ｐ（Ｚq ）'sを計算す
る。
とＣＤＦ計算器106 を別に使用せず、量子化された映像
信号Ｚq 'sに対して１画面単位でグレーレベルの分布を
計算してこれに基づき量子化された映像信号Ｚq 'sのＣ
ＤＦを計算する一つのブロックで構成されうる。図４は
本発明による量子化された平均−マッチングヒストグラ
ム等化を用いた画質改善回路の第２実施例によるブロッ
ク図である。図４において、量子化器202 はＬレベルの
入力映像Ｘk 'sをＱレベルに量子化し、量子化された映
像Ｚq 'sを出力する。フレームヒストグラム計算器204
は量子化された映像Ｚq 'sに対してフレーム単位でグレ
ーレベルの分布度を計算して式（１）を用いて量子化さ
れた映像Ｚq 'sの確率密度関数Ｐ（Ｚq ）'sを計算す
る。
【００４４】ＣＤＦ計算器206 はフレームヒストグラム
計算器204 から計算された量子化された映像Ｚq 'sの確
率密度関数Ｐ（Ｚq ）'sに基づき式（２）を用いて量子
化された累積密度関数Ｃ（Ｚq ）'sを計算する。ＣＤＦ
補間器208 は量子化された映像Ｚq 'sの累積密度関数Ｃ
（Ｚq ）'sに基づき式（３）により線形補間し、補間さ
れた累積密度関数ｃ（Ｘk ）'sを出力する。ここで、Ｋ
＝０、１、．．．、Ｌ−１である。
計算器204 から計算された量子化された映像Ｚq 'sの確
率密度関数Ｐ（Ｚq ）'sに基づき式（２）を用いて量子
化された累積密度関数Ｃ（Ｚq ）'sを計算する。ＣＤＦ
補間器208 は量子化された映像Ｚq 'sの累積密度関数Ｃ
（Ｚq ）'sに基づき式（３）により線形補間し、補間さ
れた累積密度関数ｃ（Ｘk ）'sを出力する。ここで、Ｋ
＝０、１、．．．、Ｌ−１である。
【００４５】一方、フレーム平均計算器210 はフレーム
単位の入力映像Ｘk 'sの平均レベルＸm を計算し、フレ
ーム同期信号ＳＹＮＣにより計算された平均レベルＸm
をＣＤＦメモリ212 及び第１、第２マッパ214 、216 に
出力する。ＣＤＦメモリ212 はＣＤＦ補間器208 で補間
された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）'sをフレーム同期信号
ＳＹＮＣによりフレーム単位で更新し、更新される間に
貯蔵された、補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）及び
フレーム平均計算器210 から出力される平均レベルＸm
に対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）を出力する。ここ
で、ｋ＝０、１、．．．、Ｌ−１である。
単位の入力映像Ｘk 'sの平均レベルＸm を計算し、フレ
ーム同期信号ＳＹＮＣにより計算された平均レベルＸm
をＣＤＦメモリ212 及び第１、第２マッパ214 、216 に
出力する。ＣＤＦメモリ212 はＣＤＦ補間器208 で補間
された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）'sをフレーム同期信号
ＳＹＮＣによりフレーム単位で更新し、更新される間に
貯蔵された、補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）及び
フレーム平均計算器210 から出力される平均レベルＸm
に対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）を出力する。ここ
で、ｋ＝０、１、．．．、Ｌ−１である。
【００４６】第１マッパ214 はＣＤＦメモリ212 から出
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、フレーム平均
計算器210 から出力される平均レベルＸm 及び入力映像
信号Ｘk を入力して式（４）を用いて平均レベルＸm 以
下の入力映像信号をＸ0 からＸm までのグレーレベルで
マッピングする。
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、フレーム平均
計算器210 から出力される平均レベルＸm 及び入力映像
信号Ｘk を入力して式（４）を用いて平均レベルＸm 以
下の入力映像信号をＸ0 からＸm までのグレーレベルで
マッピングする。
【００４７】第２マッパ216 はＣＤＦメモリ212 から出
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、フレーム平均
計算器210 から出力される平均レベルＸm 及び入力映像
信号Ｘk を入力して式（４）を用いて平均レベルＸm よ
り大きな入力映像信号をＸm+1 からＸL-1 までのグレー
レベルでマッピングする。
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、フレーム平均
計算器210 から出力される平均レベルＸm 及び入力映像
信号Ｘk を入力して式（４）を用いて平均レベルＸm よ
り大きな入力映像信号をＸm+1 からＸL-1 までのグレー
レベルでマッピングする。
【００４８】この際、第１及び第２マッパ214 、216 に
入力される映像信号Ｘk はＣＤＦメモリ212 から出力さ
れる補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）に比べて次の
フレームの映像信号である。しかし、隣接したフレーム
間には高い相関性を有するという特性を用いてフレーム
メモリを省略することにより、ハードウェアを減少させ
うる。
入力される映像信号Ｘk はＣＤＦメモリ212 から出力さ
れる補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）に比べて次の
フレームの映像信号である。しかし、隣接したフレーム
間には高い相関性を有するという特性を用いてフレーム
メモリを省略することにより、ハードウェアを減少させ
うる。
【００４９】比較器218 は入力映像信号Ｘk とフレーム
平均計算器210 から出力される平均レベルＸm を比較し
て選択制御信号を発生する。選択器220 は選択制御信号
により、即ち入力映像信号Ｘk が平均レベルＸm 以下な
ら第１マッパ214 を選択し、前記平均レベルより大きけ
れば第２マッパ216 を選択して式（４）に示されたよう
に改善された信号ＹH を出力する。
平均計算器210 から出力される平均レベルＸm を比較し
て選択制御信号を発生する。選択器220 は選択制御信号
により、即ち入力映像信号Ｘk が平均レベルＸm 以下な
ら第１マッパ214 を選択し、前記平均レベルより大きけ
れば第２マッパ216 を選択して式（４）に示されたよう
に改善された信号ＹH を出力する。
【００５０】図５は本発明による量子化された平均−マ
ッチングヒストグラム等化を用いた画質改善回路の第３
実施例によるブロック図であって、図３に示された回路
と比較すると輝度補償器316 がさらに付加されているの
でこれを中心に説明する。図５において、輝度補償器31
6 はフレーム平均計算器310 から出力される平均レベル
Ｘm を入力して式（６）に示されたように入力映像の平
均輝度による補正値△を平均レベルＸq に加算して補償
された平均レベルＢm を出力する。
ッチングヒストグラム等化を用いた画質改善回路の第３
実施例によるブロック図であって、図３に示された回路
と比較すると輝度補償器316 がさらに付加されているの
でこれを中心に説明する。図５において、輝度補償器31
6 はフレーム平均計算器310 から出力される平均レベル
Ｘm を入力して式（６）に示されたように入力映像の平
均輝度による補正値△を平均レベルＸq に加算して補償
された平均レベルＢm を出力する。
【００５１】この補正値△は図６（Ａ）及び図６（Ｂ）
に示されたように補正関数により決められる。本発明は
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示された補正関数の例に限
定されなく他の応用例がありうる。図６（Ａ）及び図６
（Ｂ）に示されたような補正関数による補正値により改
善された信号ＹH の輝度を調節することになる。即ち、
入力映像の平均レベルＸmが極端に小さいと、即ち、暗
すぎる映像なら０より大きな補正値△を平均レベルＸm
に加算して前記式（５）を用いて本発明で提案している
量子化された平均−マッチングヒストグラム等化すると
改善された信号ＹH の平均輝度が明るくなる。
に示されたように補正関数により決められる。本発明は
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示された補正関数の例に限
定されなく他の応用例がありうる。図６（Ａ）及び図６
（Ｂ）に示されたような補正関数による補正値により改
善された信号ＹH の輝度を調節することになる。即ち、
入力映像の平均レベルＸmが極端に小さいと、即ち、暗
すぎる映像なら０より大きな補正値△を平均レベルＸm
に加算して前記式（５）を用いて本発明で提案している
量子化された平均−マッチングヒストグラム等化すると
改善された信号ＹH の平均輝度が明るくなる。
【００５２】また、入力映像の平均レベルＸm が極端に
大きいと、即ち明るすぎる映像なら０より小さな補正値
△を平均レベルＸm に加算して前記式（５）を用いて本
発明で提案している量子化された平均−マッチングヒス
トグラム等化すると改善された信号ＹH の平均輝度が暗
くなる。従って、平均レベルＸm により所定の適切な補
正値△により補償された平均レベルＢm を用いて量子化
された平均−マッチングヒストグラム等化を行うと入力
映像の画質を大きく改善させうる。
大きいと、即ち明るすぎる映像なら０より小さな補正値
△を平均レベルＸm に加算して前記式（５）を用いて本
発明で提案している量子化された平均−マッチングヒス
トグラム等化すると改善された信号ＹH の平均輝度が暗
くなる。従って、平均レベルＸm により所定の適切な補
正値△により補償された平均レベルＢm を用いて量子化
された平均−マッチングヒストグラム等化を行うと入力
映像の画質を大きく改善させうる。
【００５３】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は各々図６
（Ａ）及び図６（Ｂ）に示された輝度補正関数による補
正値△が加算された、補償された平均レベルＢm と入力
映像の平均レベルＸm との関係を示した図である。一
方、第１マッパ318 はＣＤＦメモリ314 から出力される
補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レベルに対
した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、輝度補償器316 から出
力される補償された平均レベルＢm 及びフレームメモリ
312 から出力される１フレーム遅延された映像信号Ｘk
を入力して式（５）を用いて平均レベルＸm 以下の遅延
された入力映像信号をＸ0 からＢm までのグレーレベル
でマッピングする。
（Ａ）及び図６（Ｂ）に示された輝度補正関数による補
正値△が加算された、補償された平均レベルＢm と入力
映像の平均レベルＸm との関係を示した図である。一
方、第１マッパ318 はＣＤＦメモリ314 から出力される
補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レベルに対
した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、輝度補償器316 から出
力される補償された平均レベルＢm 及びフレームメモリ
312 から出力される１フレーム遅延された映像信号Ｘk
を入力して式（５）を用いて平均レベルＸm 以下の遅延
された入力映像信号をＸ0 からＢm までのグレーレベル
でマッピングする。
【００５４】第２マッパ320 はＣＤＦメモリ314 から出
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、輝度補償器31
6 から出力される補償された平均レベルＢm 及びフレー
ムメモリ312 から出力される１フレーム遅延された入力
映像信号Ｘk を入力して式（５）を用いて平均レベルＸ
m より大きい遅延された入力映像信号をＢm ’からＸ
L-1 までのグレーレベルでマッピングする。第１及び第
２マッパ318 、320 の出力は式（５）で示され、Ｂm ’
は式（７）で示される。
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、輝度補償器31
6 から出力される補償された平均レベルＢm 及びフレー
ムメモリ312 から出力される１フレーム遅延された入力
映像信号Ｘk を入力して式（５）を用いて平均レベルＸ
m より大きい遅延された入力映像信号をＢm ’からＸ
L-1 までのグレーレベルでマッピングする。第１及び第
２マッパ318 、320 の出力は式（５）で示され、Ｂm ’
は式（７）で示される。
【００５５】比較器322 はフレームメモリ312 から出力
される映像信号Ｘk とフレーム平均計算器310 から出力
される平均レベルＸm を比較して選択制御信号を発生す
る。選択器324 は選択制御信号に応じ、即ちフレームメ
モリ312 から出力される映像信号Ｘk が平均レベルＸm
以下なら第１マッパ318 を選択し、前記平均レベルより
大きければ第２マッパ320 を選択して改善された映像信
号ＹH を出力する。
される映像信号Ｘk とフレーム平均計算器310 から出力
される平均レベルＸm を比較して選択制御信号を発生す
る。選択器324 は選択制御信号に応じ、即ちフレームメ
モリ312 から出力される映像信号Ｘk が平均レベルＸm
以下なら第１マッパ318 を選択し、前記平均レベルより
大きければ第２マッパ320 を選択して改善された映像信
号ＹH を出力する。
【００５６】図８は本発明による量子化された平均−マ
ッチングヒストグラム等化を用いた画質改善回路の第４
実施例によるブロック図であって、図４に示された回路
と比較すると輝度補償器414 がさらに付加されているの
で、これを中心に説明する。図８において、輝度補償器
414 はフレーム平均計算器410 から出力される平均レベ
ルＸm を入力して式（６）に示されたように入力映像の
平均輝度による補正値を平均レベルＸm に加算して補償
された平均レベルＢm を出力する。
ッチングヒストグラム等化を用いた画質改善回路の第４
実施例によるブロック図であって、図４に示された回路
と比較すると輝度補償器414 がさらに付加されているの
で、これを中心に説明する。図８において、輝度補償器
414 はフレーム平均計算器410 から出力される平均レベ
ルＸm を入力して式（６）に示されたように入力映像の
平均輝度による補正値を平均レベルＸm に加算して補償
された平均レベルＢm を出力する。
【００５７】第１マッパ416 はＣＤＦメモリ412 から出
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、輝度補償器41
4 から出力される補償された平均レベルＢm 及び入力映
像信号Ｘk を入力して式（５）を用いて平均レベルＸm
以下の入力映像信号をＸ0 からＢm までのグレーレベル
でマッピングする。
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、輝度補償器41
4 から出力される補償された平均レベルＢm 及び入力映
像信号Ｘk を入力して式（５）を用いて平均レベルＸm
以下の入力映像信号をＸ0 からＢm までのグレーレベル
でマッピングする。
【００５８】第２マッパ418 はＣＤＦメモリ412 から出
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、輝度補償器41
4 から出力される補償された平均レベルＢm 及び入力映
像信号Ｘk を入力して式（５）を用いて平均レベルＸm
より大きな入力映像信号Ｘk をＢm ' からＸL-1 までの
グレーレベルでマッピングする。第１及び第２マッパ41
6 、418 の出力は式（５）で示され、Ｂm ' は式（７）
で示される。
力される補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）と平均レ
ベルに対した累積密度関数値ｃ（Ｘm ）、輝度補償器41
4 から出力される補償された平均レベルＢm 及び入力映
像信号Ｘk を入力して式（５）を用いて平均レベルＸm
より大きな入力映像信号Ｘk をＢm ' からＸL-1 までの
グレーレベルでマッピングする。第１及び第２マッパ41
6 、418 の出力は式（５）で示され、Ｂm ' は式（７）
で示される。
【００５９】この際、第１及び第２マッパ416 、418 に
入力される映像信号Ｘk はＣＤＦメモリ412 から出力さ
れる補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）に比べて次の
フレームの映像信号である。しかし、図８では隣接した
フレーム間には高相関性を有するという特性を用いてフ
レームメモリを略すことによりハードウェアを減少させ
る。
入力される映像信号Ｘk はＣＤＦメモリ412 から出力さ
れる補間された累積密度関数値ｃ（Ｘk ）に比べて次の
フレームの映像信号である。しかし、図８では隣接した
フレーム間には高相関性を有するという特性を用いてフ
レームメモリを略すことによりハードウェアを減少させ
る。
【００６０】比較器420 は入力映像信号Ｘk とフレーム
平均計算器410 から出力される平均レベルＸm を比較し
て選択制御信号を発生する。選択器422 は選択制御信号
により、即ち入力映像信号Ｘk が平均レベルＸm 以下な
ら第１マッパ416 を選択し、前記平均レベルより大きけ
れば第２マッパ418 を選択して式（５）に示されたよう
な改善された信号ＹH を出力する。
平均計算器410 から出力される平均レベルＸm を比較し
て選択制御信号を発生する。選択器422 は選択制御信号
により、即ち入力映像信号Ｘk が平均レベルＸm 以下な
ら第１マッパ416 を選択し、前記平均レベルより大きけ
れば第２マッパ418 を選択して式（５）に示されたよう
な改善された信号ＹH を出力する。
【００６１】本発明は映像信号の画質改善に関連した広
範囲の分野に応用されうる。即ち、放送機器、レーダー
信号処理システム、医用工学、家電製品等に応用されう
る。
範囲の分野に応用されうる。即ち、放送機器、レーダー
信号処理システム、医用工学、家電製品等に応用されう
る。
【００６２】
【発明の効果】前述したように、本発明は与えられた映
像信号の量子化された累積密度関数から線形補間を通し
て近似化された累積密度関数に応じてヒストグラム等化
時、与えられた映像の平均グレーレベルが選択し、それ
自体にマッピングされるように変換関数を調整してコン
トラストを改善しながら与えられた映像の平均輝度を一
定に保てる。
像信号の量子化された累積密度関数から線形補間を通し
て近似化された累積密度関数に応じてヒストグラム等化
時、与えられた映像の平均グレーレベルが選択し、それ
自体にマッピングされるように変換関数を調整してコン
トラストを改善しながら与えられた映像の平均輝度を一
定に保てる。
【００６３】そして、本発明は与えられた映像信号の量
子化された累積密度関数から線形補間を通して近似化さ
れた累積密度関数に応じてヒストグラム等化時、与えら
れた映像の平均グレーレベルが所望の出力平均レベルで
マッピングされるように変換関数として使用される近似
化された累積密度関数を調整してコントラストを改善し
ながら与えられた映像の平均輝度を一定に保てる。
子化された累積密度関数から線形補間を通して近似化さ
れた累積密度関数に応じてヒストグラム等化時、与えら
れた映像の平均グレーレベルが所望の出力平均レベルで
マッピングされるように変換関数として使用される近似
化された累積密度関数を調整してコントラストを改善し
ながら与えられた映像の平均輝度を一定に保てる。
【００６４】また、本発明の回路は入力映像信号を量子
化してヒストグラム等化時、ＣＤＦ計算のために量子化
されたレベルの発生回数のみを貯蔵し、累積させること
によりハードウェアが簡単になり、費用が節減される効
果がある。
化してヒストグラム等化時、ＣＤＦ計算のために量子化
されたレベルの発生回数のみを貯蔵し、累積させること
によりハードウェアが簡単になり、費用が節減される効
果がある。
【図１】本発明の量子化概念を説明するためＬレベル離
散信号をＱレベル離散信号に量子化する例を示した図で
ある。
散信号をＱレベル離散信号に量子化する例を示した図で
ある。
【図２】本発明に適用される補間概念を説明するための
図である。
図である。
【図３】本発明による画質改善回路の第１実施例による
ブロック図である。
ブロック図である。
【図４】本発明による画質改善回路の第２実施例による
ブロック図である。
ブロック図である。
【図５】本発明による画質改善回路の第３実施例による
ブロック図である。
ブロック図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は図５に示された輝度補償器に
適用される輝度補正関数の例を示した図である。
適用される輝度補正関数の例を示した図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は各々図６（Ａ）と（Ｂ）に示
された輝度補正関数により補償された平均レベルと入力
映像の平均レベルとの関係を示した図である。
された輝度補正関数により補償された平均レベルと入力
映像の平均レベルとの関係を示した図である。
【図８】本発明による画質改善回路の第４実施例による
ブロック図である。
ブロック図である。
１０２ 量子化器 １０４ フレームヒストグラム計算器 １０６ ＣＤＦ計算器 １０８ ＣＤＦ補間器 １１０ フレーム平均計算器 １１２ フレームメモリ １１４ ＣＤＦメモリ １１６ 第１マッパ １１８ 第２マッパ １２０ 比較器 １２２ 選択器 ２０２ 量子化器 ２０４ フレームヒストグラム計算器 ２０６ ＣＤＦ計算器 ２０８ ＣＤＦ補間器 ２１０ フレーム平均計算器 ２１２ ＣＤＦメモリ ２１４ 第１マッパ ２１６ 第２マッパ ２１８ 比較器 ２２０ 選択器 ３０２ 量子化器 ３０４ フレームヒストグラム計算器 ３０６ ＣＤＦ計算器 ３０８ ＣＤＦ補間器 ３１０ フレーム平均計算器 ３１２ フレームメモリ ３１４ ＣＤＦメモリ ３１６ 輝度補償器 ３１８ 第１マッパ ３２０ 第２マッパ ３２２ 比較器 ３２４ 選択器
Claims (26)
- 【請求項１】 所定数のグレーレベルで表現される映像
信号をヒストグラム等化して画質を改善する方法におい
て、 （ａ） 入力される映像信号のレベルを量子化し、量子
化された映像信号を出力する段階と、 （ｂ） 前記量子化された映像信号に対した画面単位の
グレーレベル分布に基づき累積密度関数を求めて量子化
された累積密度関数値を出力する段階と、 （ｃ） 前記量子化された累積密度関数値を補間し、補
間された累積密度関数値を出力する段階と、 （ｄ） 入力される映像信号を画面単位で平均レベルを
計算する段階と、 （ｅ） 前記補間された累積密度関数を変換関数として
使用して前記入力される映像信号をグレーレベルでマッ
ピングし、前記（ｄ）段階で求められた平均レベルはそ
れ自体にマッピングされるように変換関数を調整する段
階とを含むことを特徴とする画質改善方法。 - 【請求項２】 前記入力される映像信号を画面単位で遅
延し、遅延された映像信号を前記（ｅ）段階に出力する
段階（ｆ）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記
載の画質改善方法。 - 【請求項３】 前記（ｃ）段階において補間は線形補間
であることを特徴とする請求項１に記載の画質改善方
法。 - 【請求項４】 前記（ｂ）段階は、 (b1) 前記量子化された映像信号を画面単位でグレーレ
ベル分布を求める段階と、 (b2) 求められた量子化された映像信号のグレーレベル
分布に基づき累積密度関数を計算して量子化された累積
密度関数値を出力する段階とを含むことを特徴とする請
求項１に記載の画質改善回路。 - 【請求項５】 前記（ｅ）段階は、 (e1) 入力される映像信号が前記平均レベル以下なら入
力される映像信号をこれに対応する補間された累積密度
関数値に応じて最小グレーレベルＸ0 から平均レベルＸ
m までのグレーレベルでマッピングし、前記平均レベル
はそれ自体にマッピングする段階と、 (e2) 入力される映像信号が前記平均レベルより大きけ
れば入力される映像信号をこれに対応する補間された累
積密度関数値に応じて平均レベルの次のグレーレベルＸ
m+1 から最大グレーレベルＸL-1 までのグレーレベルで
マッピングする段階とを含むことを特徴とする請求項１
に記載の画質改善方法。 - 【請求項６】 所定数のグレーレベルで表現される映像
信号をヒストグラム等化して画質を改善する方法におい
て、 （ａ） 入力される映像信号のレベルを量子化し、量子
化された映像信号を出力する段階と、 （ｂ） 前記量子化された映像信号に対して画面単位の
グレーレベル分布に基づき累積密度関数を求めて量子化
された累積密度関数値を出力する段階と、 （ｃ） 前記量子化された累積密度関数値を補間し、補
間された累積密度関数値を出力する段階と、 （ｄ） 入力される映像信号を画面単位で平均レベルを
計算する段階と、 （ｅ） 入力される映像信号の平均輝度に基づいた所定
の補正関数による補正値を前記平均レベルに加算して補
償された平均レベルを出力する段階と、 （ｆ） 前記補間された累積密度関数を変換関数として
使用して前記補間された累積密度関数値に基づき前記入
力される映像信号を新たなグレーレベルでマッピング
し、前記平均レベルが前記補償された平均レベルでマッ
ピングされるように前記変換関数を調整する段階とを含
むことを特徴とする画質改善方法。 - 【請求項７】 前記入力される映像信号を画面単位で遅
延し、遅延された映像信号を前記（ｆ）段階に出力する
段階（ｇ）をさらに含むことを特徴とする請求項６に記
載の画質改善方法。 - 【請求項８】 前記（ｂ）段階は、 (b1) 前記量子化された映像信号を画面単位でグレーレ
ベル分布を求める段階と、 (b2) 求められた量子化された映像信号のグレーレベル
分布に基づき累積密度関数を計算して量子化された累積
密度関数値を出力する段階とを含むことを特徴とする請
求項６に記載の画質改善回路。 - 【請求項９】 前記（ｃ）段階において補間は線形補間
であることを特徴とする請求項６に記載の画質改善方
法。 - 【請求項１０】 前記（ｅ）段階では前記平均レベルが
極端に小さいと、即ち非常に暗い映像ならばゼロより大
きな補正値を前記平均レベルに加算して補償された平均
レベルを出力し、前記平均レベルが極端に大きいと、即
ち非常に明るい映像ならばゼロより小さな補正値を前記
平均レベルに加算して補償された平均レベルを出力する
ことを特徴とする請求項６に記載の画質改善回路。 - 【請求項１１】 前記（ｆ）段階は、 (f1) 入力される映像信号が前記平均レベル以下なら入
力される映像信号をこれに対応する補間された累積密度
関数値に応じて最小グレーレベル（Ｘ0 ）から補償され
た平均レベル（Ｂm ）までのグレーレベルでマッピング
し、前記平均レベルは前記補償された平均レベルでマッ
ピングする段階と、 (f2) 入力される映像信号が前記平均レベルより大きけ
れば入力される映像信号をこれに対応する補間された累
積密度関数値に応じてＢm ’から最大グレーレベル（Ｘ
L-1 ）までのグレーレベルでマッピングし、ここで
Ｂm ' ＝Ｂm ＋ＸL- 1 ／（Ｌ−１）の段階とを含むこと
を特徴とする請求項６に記載の画質改善方法。 - 【請求項１２】 所定数のグレーレベルで表現される映
像信号をヒストグラム等化して画質を改善する回路にお
いて、 入力される映像信号のレベルを量子化し、量子化された
映像信号を出力する量子化手段と、 前記量子化された映像信号に対した画面単位のグレーレ
ベル分布に基づき累積密度関数を計算して量子化された
累積密度関数値を出力する第１計算手段と、 入力される映像信号を画面単位で平均レベルを計算する
第２計算手段と、 前記量子化された累積密度関数値を所定の補間を用いて
補間し、補間された累積密度関数値を出力する補間手段
と、 前記補間された累積密度関数を変換関数として使用し、
入力される映像信号をグレーレベルでマッピングし、前
記第２計算手段から求められた平均レベルがそれ自体に
マッピングされるように変換関数を調整するマッピング
手段とを含むことを特徴とする画質改善回路。 - 【請求項１３】 前記補間された累積密度関数値と同一
なフレームの映像信号を前記マッピング手段に入力させ
るために前記入力される映像信号を画面単位で遅延する
画面メモリをさらに含むことを特徴とする請求項１２に
記載の画質改善回路。 - 【請求項１４】 前記第１計算手段は、 前記量子化された映像信号を画面単位でグレーレベル分
布を求めるフレームヒストグラム計算器と、 求められた量子化された映像信号のグレーレベル分布に
基づき累積密度関数を計算して量子化された累積密度関
数（ＣＤＦ）値を出力するＣＤＦ計算器とを含むことを
特徴とする請求項１２に記載の画質改善回路。 - 【請求項１５】 前記補間は線形補間であることを特徴
とする請求項１２に記載の画質改善回路。 - 【請求項１６】 前記補間された累積密度関数値を画面
単位で更新し、更新される間に貯蔵された補間された累
積密度関数値と前記平均レベルに対した累積密度関数値
を出力するバッファをさらに含むことを特徴とする請求
項１２に記載の画質改善回路。 - 【請求項１７】 前記マッピング手段は、 前記平均レベルはそれ自体にマッピングし、平均レベル
以下の入力映像信号はこれに対応する補間された累積密
度関数値と前記平均レベルに対した累積密度関数値に応
じて第１範囲のグレーレベルでマッピングする第１マッ
パと、 前記平均レベルより大きな入力映像信号はこれに対応す
る補間された累積密度関数値と前記平均レベルに対した
累積密度関数値に応じて第２範囲のグレーレベルでマッ
ピングする第２マッパと、 入力される映像信号と前記平均レベルを比較して選択制
御信号を発生する比較器と、 前記選択制御信号により入力される映像信号が前記平均
レベル以下なら第１マッパを選択し、前記平均レベルよ
り大きければ第２マッパを選択する選択器とを含むこと
を特徴とする請求項１６に記載の画質改善回路。 - 【請求項１８】 前記マッピング手段は、 前記第２計算手段で計算された平均レベルはそれ自体に
マッピングし、前記画面メモリから出力される平均レベ
ル以下の映像信号はこれに対応する補間された累積密度
関数値と前記平均レベルに対した累積密度関数値により
第１範囲のグレーレベルでマッピングする第１マッパ
と、 前記画面メモリから出力される前記平均レベルより大き
な映像信号はこれに対応する補間された累積密度関数値
と前記平均レベルに対した累積密度関数値により第２範
囲のグレーレベルでマッピングする第２マッパと、 前記画面メモリから出力される映像信号と前記平均レベ
ルとを比較して選択制御信号を発生する比較器と、 前記選択制御信号により前記画面メモリから出力される
映像信号が前記平均レベル以下なら第１マッパを選択
し、前記平均レベルより大きければ第２マッパを選択す
る選択器とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の
画質改善回路。 - 【請求項１９】 所定数のグレーレベルで表現される映
像信号をヒストグラム等化して画質を改善する回路にお
いて、 入力される映像信号のレベルを量子化し、量子化された
映像信号を出力する量子化手段と、 前記量子化された映像信号に対して画面単位のグレーレ
ベル分布に基づき累積密度関数を求めて量子化された累
積密度関数値を出力する第１計算手段と、 前記量子化された累積密度関数値を補間し、補間された
累積密度関数値を出力する補間手段と、 前記補間された累積密度関数を変換関数として使用して
入力される映像信号を新たなグレーレベルでマッピング
し、前記平均レベルが前記補償された平均レベルでマッ
ピングされるように変換関数を調整して改善された信号
を出力するマッピング手段とを含むことを特徴とする画
質改善回路。 - 【請求項２０】 前記補間された累積密度関数値と同一
フレームの映像信号を前記マッピング手段に入力させる
ために前記入力される映像信号を画面単位で遅延する画
面メモリをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記
載の画質改善回路。 - 【請求項２１】 前記第１計算手段は、 前記量子化された映像信号を画面単位でグレーレベル分
布を求めるフレームヒストグラム計算器と、 求められた量子化された映像信号のグレーレベル分布に
基づき累積密度関数を計算して量子化された累積密度関
数（ＣＤＦ）値を出力するＣＤＦ計算器とを含むことを
特徴とする請求項１９に記載の画質改善回路。 - 【請求項２２】 前記輝度補償手段は前記平均レベルが
極端に小さいと、即ち、非常に暗い映像ならば、ゼロよ
り大きな補正値を前記平均レベルに加算して補償された
平均レベルを出力し、前記平均レベルが極端に大きい
と、即ち非常に明るい映像ならば、ゼロより小さな補正
値を平均レベルに加算して補償された平均レベルを出力
することを特徴とする請求項１９に記載の画質改善回
路。 - 【請求項２３】 前記補間は線形補間であることを特徴
とする請求項１９に記載の画質改善回路。 - 【請求項２４】 前記補間された累積密度関数値を画面
単位で更新し、更新される間に貯蔵された補間された累
積密度関数値と前記平均レベルに対した累積密度関数値
を出力するバッファをさらに含むことを特徴とする請求
項１９に記載の画質改善回路。 - 【請求項２５】 前記マッピング手段は、 前記平均レベル以下の入力映像信号はこれに対応する補
間された累積密度関数値に応じて最小グレーレベル（Ｘ
0 ）から補償された平均レベル（Ｂm ）までのグレーレ
ベルでマッピングし、前記平均レベルは前記補償された
平均レベルでマッピングする第１マッパと、 前記平均レベルより大きな入力映像信号はこれに対応す
る補間された累積密度関数値に応じてＢm ’から最大グ
レーレベル（ＸL-1 ）までのグレーレベルでマッピング
し、ここでＢm ’＝Ｂm ＋ＸL-1 ／（Ｌ−１）の第２マ
ッパと、 入力される映像信号と前記平均レベルとを比較して選択
制御信号を発生する比較器と、 前記選択制御信号に応じて入力される映像信号が前記平
均レベル以下なら第１マッパを選択し、前記平均レベル
より大きければ第２マッパを選択する選択器とを含むこ
とを特徴とする請求項１９に記載の画質改善回路。 - 【請求項２６】 前記マッピング手段は、 前記画面メモリから出力される平均レベル以下の映像信
号はこれに対応する補間された累積密度関数値に応じて
最小グレーレベル（Ｘ0 ）から補償された平均レベル
（Ｂm ）までのグレーレベルでマッピングし、前記平均
レベルは前記補償された平均レベルでマッピングする第
１マッパと、 前記画面メモリから出力される前記平均レベルより大き
な映像信号はこれに対応する補間された累積密度関数値
に応じてＢm ’から最大グレーレベル（ＸL-1）までの
グレーレベルでマッピングし、ここでＢm ’＝Ｂm ＋Ｘ
L-1 ／（Ｌ−１）の第２マッパと、 前記画面メモリから出力される映像信号と前記平均レベ
ルとを比較して選択制御信号を発生する比較器と、 前記選択制御信号に応じて前記画面メモリから出力され
る映像信号が前記平均レベル以下なら第１マッパを選択
し、前記平均レベルより大きければ第２マッパを選択す
る選択器とを含むことを特徴とする請求項２０に記載の
画質改善回路。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960034281A KR100195119B1 (ko) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 양자화된 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선 방법 및 그 회로 |
| KR34281/1996 | 1996-10-09 | ||
| KR44917/1996 | 1996-10-09 | ||
| KR1019960044917A KR100200630B1 (ko) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 밝기 보상 기능을 가진 양자화된 평균-매칭 히스토그램 등화를 이용한 화질 개선방법 및 그 회로 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10126647A true JPH10126647A (ja) | 1998-05-15 |
| JP3280888B2 JP3280888B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=26632094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21664197A Expired - Fee Related JP3280888B2 (ja) | 1996-08-19 | 1997-08-11 | 量子化された平均−マッチングヒストグラム等化を用いた画質改善方法及びその回路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5937090A (ja) |
| JP (1) | JP3280888B2 (ja) |
| CN (1) | CN1081870C (ja) |
| GB (1) | GB2316825B (ja) |
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