JP4419933B2 - 画像処理装置、画像表示装置および画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像信号に画質補正処理を施す機能を備えた画像処理装置、画像表示装置および画像処理方法に関する。

通常、テレビジョン受像機、ＶＴＲ（Video Tape Recorder）、デジタルカメラ、テレビジョンカメラあるいはプリンタ等の機器は、入力画像に画質補正を施してから出力する画像処理機能（例えば明暗やコントラストの調整、輪郭補正などの機能）を有している。こうした機能は、主に全体に暗くコントラストが低い画像や、細部がぼやけた画像に対して効果的に適用される。

これらの機能のうち、コントラスト調整は、通常、いわゆるガンマ特性を表すガンマ曲線を補正することによって行われる。ここでは、このガンマ曲線を補正する際に各輝度レベルごとに設定される補正量の度合いを、ゲイン（利得）と呼ぶこととする。

例えば、特許文献１〜３には、入力画像の輝度分布をヒストグラム分布として検出し、このヒストグラム分布に基づいて、入力画像に対してコントラスト調整などの画像処理を施すようにした画像処理技術が開示されている。これらの技術によれば、度数値の大きい輝度レベルに対して特にゲインを大きく設定することで、全体としてコントラストをより効果的に向上させることが可能である。

特開２００２−３６６１２１号公報 特開２００４−４０８０８号公報 特開２００４−２８２３７７号公報

ところが、これら特許文献１〜３の技術では、例えば図１４に示したように、ヒストグラム分布による輝度分布１２０Ａが特定の輝度レベルに集中している場合において、その集中している輝度レベルが図中の矢印Ｐ１０１，Ｐ１０２のようにＤＣ変動すると、たとえこれがわずかなＤＣ変動であったとしても、コントラスト調整などの画像処理結果に大きな変動が生じてしまうことがある。つまり、そのＤＣ変動が分割された輝度レベル間をまたぐような変動である場合には、このヒストグラム分布に基づいて画像処理を施すと、例えば図１５に示したコントラスト調整の場合のように、画像処理前のガンマ曲線γ１０１と画像処理後のガンマ曲線γ１０２とでは、大きな画質変動（図中の矢印Ｐ１０３，Ｐ１０４参照）をもたらすことになるのである。このような大きな画質変動は、表示画質に違和感を与え、不自然な画像が表示されることになる。このような問題は、輝度レベルの分割数が少ない場合に、特に顕著となる。

このように、従来の技術では、ヒストグラム分布による輝度分布が特定の輝度レベルに集中しているような場合には、画像処理によって不自然な画質変動が生じてしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、画像処理による不自然な画質変動を抑えることが可能な画像処理装置、画像表示装置および画像処理方法を提供することにある。

本発明の画像処理装置は、入力画像データについて各画像フレーム単位での輝度ヒストグラムを取得する取得手段と、得られた輝度ヒストグラムに基づいて、画像処理の度合いを示す利得を、度数値がより大きい輝度レベルでは度数値がより小さい輝度レベルよりも値が大きくなるようにして算出すると共に、その算出した利得の画像フレーム間での変化量である利得変化量を、連続する２つの画像フレーム間での利得の差分を取ることにより検出する利得変化量検出手段と、ある画像フレームについて得られた利得変化量が所定の利得変化閾値を越える場合に、その利得変化量を利得変化閾値に制限すると共に、この利得変化閾値を越えた分の利得変化量を次の画像フレームの利得変化量に対して上乗せすることにより、利得変化量の調整を行う調整手段と、調整された利得変化量に基づいて、入力画像データに対する画像処理を行う画像処理手段とを備えたものである。なお、「画像フレーム」とは、１画面を構成する画像データを意味する。

この場合において、上記入力画像データに関する画像フレーム内平均輝度の、画像フレーム間での変化量を検出する平均輝度変化量検出手段をさらに備え、上記調整手段が、この平均輝度変化量検出手段により得られた平均輝度変化量に基づいて、利得変化閾値を変化させるようにするのが好ましい。

本発明の画像表示装置は、入力画像データについて画像フレーム単位での輝度ヒストグラムを取得する取得手段と、得られた輝度ヒストグラムに基づいて、画像処理の度合いを示す利得を、度数値がより大きい輝度レベルでは度数値がより小さい輝度レベルよりも値が大きくなるようにして算出すると共に、その算出した利得の画像フレーム間での変化量である利得変化量を、連続する２つの画像フレーム間での利得の差分を取ることにより検出する利得変化量検出手段と、ある画像フレームについて得られた利得変化量が所定の利得変化閾値を越える場合に、その利得変化量を利得変化閾値に制限すると共に、この利得変化閾値を越えた分の利得変化量を次の画像フレームの利得変化量に対して上乗せすることにより、利得変化量の調整を行う調整手段と、調整された利得変化量に基づいて、入力画像データに対する画像処理を行い、画像処理データを生成する画像処理手段と、生成された画像処理データに基づく画像表示を行う表示手段とを備えたものである。

本発明の画像処理方法は、入力画像データについて画像フレーム単位での輝度ヒストグラムを取得し、得られた輝度ヒストグラムに基づいて、画像処理の度合いを示す利得を、度数値がより大きい輝度レベルでは度数値がより小さい輝度レベルよりも値が大きくなるようにして算出すると共に、その算出した利得の画像フレーム間での変化量である利得変化量を、連続する２つの画像フレーム間での利得の差分を取ることにより検出し、ある画像フレームについて得られた利得変化量が所定の利得変化閾値を越える場合に、その利得変化量を利得変化閾値に制限すると共に、この利得変化閾値を越えた分の利得変化量を次の画像フレームの利得変化量に対して上乗せすることにより、利得変化量の調整を行い、調整された利得変化量に基づいて、入力画像データに対する画像処理を行うようにしたものである。

本発明の画像処理装置、画像表示装置および画像処理方法では、入力画像データの各画像フレーム単位での輝度ヒストグラムが取得され、得られた輝度ヒストグラムに基づいて、画像処理の度合いを示す利得が、度数値がより大きい輝度レベルでは度数値がより小さい輝度レベルよりも値が大きくなるようにして算出されると共に、その算出された利得の画像フレーム間での変化量である利得変化量が、連続する２つの画像フレーム間での利得の差分を取ることにより検出される。また、ある画像フレームについて得られた利得変化量が所定の利得変化閾値を越える場合には、その利得変化量が利得変化閾値に制限されると共に、この利得変化閾値を越えた分の利得変化量が次の画像フレームの利得変化量に対して上乗せされることにより、利得変化量の調整がなされる。そして調整された利得変化量に基づいて、入力画像データに対する画像処理が行われる。

本発明の画像処理装置、画像表示装置または画像処理方法によれば、入力画像データの画像フレーム単位での輝度ヒストグラムを取得すると共に、得られた輝度ヒストグラムに基づいて、画像処理の度合いを示す利得の画像フレーム間での変化量である利得変化量を検出し、ある画像フレームについて得られた利得変化量が所定の利得変化閾値を越える場合には、その利得変化量を利得変化閾値に制限すると共にこの利得変化閾値を越えた分の利得変化量を次の画像フレームの利得変化量に対して上乗せすることにより利得変化量の調整を行い、調整された利得変化量に基づいて入力画像データに対する画像処理を行うようにしたので、画像処理による不自然な画質変動を抑えることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置の全体構成を表すものである。この画像表示装置は、チューナ１１、Ｙ／Ｃ分離回路１２、クロマデコーダ１３、スイッチ１４、遅延回路１５、ゲイン生成部２および画像処理部３からなる画像処理機能部と、マトリクス回路４１、ドライバ４２およびディスプレイ５からなる画像表示機能部とを備えている。なお、本発明の第１の実施の形態に係る画像処理装置および画像処理方法は、本実施の形態に係る画像表示装置によって具現化されるので、以下、併せて説明する。

この画像表示装置へ入力される画像信号は、ＴＶ（TeleVision）からのテレビ信号のほか、ＶＣＲ（Video Cassette Recorder）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の出力であってよい。このように複数種の媒体から画像情報を取り込み、各自について画面表示を行うことは、近年のテレビジョンやパーソナルコンピュータ（ＰＣ）においては一般的になってきている。

チューナ１１は、ＴＶからのテレビ信号を受信すると共に復調し、コンポジット信号（ＣＶＢＳ；Composite Video Burst Signal）として出力するものである。

Ｙ／Ｃ分離回路１２は、チューナ１１からのコンポジット信号、またはＶＣＲやＤＶＤ１からのコンポジット信号をそれぞれ、輝度信号Ｙ１と色信号Ｃ１とに分離して出力するものである。

クロマデコーダ１３は、Ｙ／Ｃ分離回路１２によって分離された輝度信号Ｙ１および色信号Ｃ１を、輝度信号Ｙ１および色差信号Ｕ１，Ｖ１からなるＹＵＶ信号（Ｙ１，Ｕ１，Ｖ１）として出力するものである。

なお、このＹＵＶ信号は、２次元ディジタル画像の画像データであり、画像上の位置に対応する画素値の集合である。そのうち、輝度信号Ｙは輝度レベルを表現し、白１００％である白レベルと、黒１００％である黒レベルとの間の振幅値をとるようになっている。また、画像信号の白１００％は、ＩＲＥ（Institute of Radio Engineers）という画像信号の相対的な比を表す単位において、１００（ＩＲＥ）と定められている。日本のＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）信号の規格では、白レベルが１００ＩＲＥ，黒レベルが０ＩＲＥである。一方、色差信号Ｕ，Ｖはそれぞれ、青信号（Ｂ；Blue）から輝度信号Ｙを引いた信号Ｂ−Ｙ、赤信号（Ｒ；Red）から輝度信号Ｙを引いた信号Ｒ−Ｙに対応しており、これらＵ信号，Ｖ信号を輝度信号Ｙと組み合わせることによって、色（色相，彩度，輝度）が表現されるようになっている。

スイッチ１４は、複数種の媒体からのＹＵＶ信号（ここではＹＵＶ信号（Ｙ１，Ｕ１，Ｖ１）、およびＤＶＤ２からのＹＵＶ信号（Ｙ２，Ｕ２，Ｖ２））を切り換えることにより、選択した信号をＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）として出力するものである。

ゲイン生成部２は、後述する画像処理部３内のγ補正回路３１へ出力するゲインデータＧoutを生成するものであり、輝度分布検出回路２１と、ゲイン算出回路２２と、ゲイン変化量調整部２３とを有している。

輝度分布検出回路２１は、スイッチ１４から出力されるＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）のうちの輝度信号Ｙinに基づいて、ヒストグラム分布からなる輝度分布を検出するものである。

図２は、輝度分布検出回路２１によって検出される輝度分布の一例（輝度分布２０Ａ）を表したものであり、縦軸がヒストグラム分布の度数を、横軸が輝度レベルを表している。また、この輝度分布２０Ａの例では、輝度レベルが８段階（８階調）から構成されている。なお、検出された輝度分布を示す輝度分布分布データＨout1は、ゲイン算出回路２２へ出力される。また、生成される輝度分布データＨout1は、例えば、画像表示する際の１フレーム分のデータや、１フィールド分のデータである画像フレームのデータ（１画面を構成する画像データ）から構成される。

ゲイン算出回路２２は、輝度分布検出回路２１から出力される輝度分布データＨout1に基づいて、γ補正回路３１におけるコントラスト調整の度合いを示すゲイン（利得）データＧinを算出するものである。このゲインデータＧinの算出方法としては、具体的には、輝度分布データＨout1を参照して、度数値の大きい輝度レベルに対しては、度数値の小さい輝度レベルよりも、ゲインデータＧinが大きくなるように設定する。つまり、度数値の大きい輝度レベル付近では、入力輝度レベルの変化に対する出力輝度レベルの変化量が大きくなるように設定する。このように設定すれば、後述するように、全体としてコントラストがより効果的に向上するからである。なお、このようにして算出されたゲインデータＧinは、ゲイン変化量調整部２３へ出力される。

図３は、ゲイン生成部２における、ゲイン変化量調整部２３の詳細構成を表すものである。このように、ゲイン変化量調整部２３は、ゲインリミッタ２３１と、遅延回路２３２とから構成されている。

ゲインリミッタ２３１は、ゲイン算出回路２２によって算出されたゲインデータＧinに基づいて、このゲインデータＧinの画像フレーム間での変化量であるゲイン変化量（利得変化量）ΔＧinを検出すると共に、このゲイン変化量ΔＧinを所定の閾値（ゲイン変化閾値ＧＬｉｍ）に制限する回路である。また、遅延回路２３２は、画像フレーム当たりの時間（単位時間Δｔ）だけデータを遅延させることにより、ゲインリミッタ２３１と共に、ゲイン変化量ΔＧinがこのゲイン変化閾値ＧＬｉｍを越える場合に、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍを越えた分のゲイン変化量（ΔＧin−ＧＬｉｍ）を次の画像フレームへ持ち越し、ゲイン変化量ΔＧinの調整を行うものである。

具体的には、例えば図４（Ａ）のタイミング図に示したように、ゲインリミッタ２３１へ入力されるゲインデータＧinが、タイミングｔ１において０からＧin１へと急激に増加し、その後もＧin１を保つようになっている場合、ゲインリミッタ２３１によって検出されるゲイン変化量ΔＧinの時間変化は、図４（Ｂ）のようになる。なお、これらの図において、タイミングｔ０，ｔ１，ｔ２，…間の時間Δｔが、上記した画像フレーム当たりの時間（単位時間Δｔ）に相当する。ここで、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍが図４（Ｂ）に示したように設定されている場合、ゲインリミッタ２３１は、ゲイン変化量ΔＧinの値Ｇin1を、このゲイン変化閾値ＧＬｉｍに制限する。そしてゲインリミッタ２３１および遅延回路２３２は、図４（Ｃ）に示したように、タイミングｔ１〜ｔ２においてゲイン変化閾値ＧＬｉｍを越えた分のゲイン変化量（Ｇin1−ＧＬｉｍ）を、図中の矢印Ｐ１で示したように、次の単位時間Δｔであるタイミングｔ２〜ｔ３へ持ち越すようにする。また、このタイミングｔ２〜ｔ３においても、持ち越されたゲイン変化量（Ｇin1−ＧＬｉｍ）がゲイン変化閾値ＧＬｉｍを越えてしまうことから、ゲインリミッタ２３１をゲイン変化閾値ＧＬｉｍに再び制限すると共に、ゲインリミッタ２３１および遅延回路２３２が、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍを越えた分のゲイン変化量（Ｇin1−２×ＧＬｉｍ）を、図中の矢印Ｐ２で示したように、さらに次の単位時間Δｔであるタイミングｔ３〜ｔ４へ持ち越すようにする。このようにして、ゲイン変化量ΔＧinがゲイン変化閾値ＧＬｉｍ以下に制限され、図５の矢印Ｐ３，Ｐ４に示したように、もとのゲインデータＧinに対してゲイン変化量調整がなされたゲインデータＧoutが、ゲインリミッタ２３１から画像処理部３内のγ補正回路３１へ出力される。

なお、例えば図６（Ａ）に示したように、ゲインデータＧinが、タイミングｔ０においてＧin１から０へと急激に減少し、その後も０を保つような場合でも、上記と同様のゲイン変化量調整動作がなされ、図６（Ｂ）の矢印Ｐ５，Ｐ６に示したように、もとのゲインデータＧinに対してゲイン変化量調整がなされたゲインデータＧoutが、ゲインリミッタ２３１から出力されるようになっている。

図１の説明に戻り、遅延回路１５は、スイッチ１４から出力される色差信号Ｕin，Ｖinに対して遅延をかけ、ゲイン生成部２から出力されるゲインデータＧoutとの間で同期をとって、画像処理部３へ出力するものである。

画像処理部３は、ゲイン生成部２から出力される、ゲイン変化量調整がなされたゲインデータＧoutを利用して、スイッチ１４から出力されて遅延回路１５を介したＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）に対して所定の画像処理を施すものであり、本実施の形態の画像表示装置では、このＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）に対してコントラスト改善処理を施すγ補正回路３１により構成されている。

このγ補正回路３１は、上記のように、ゲインデータＧoutを利用して、ＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）に対してコントラスト改善処理を施すものである。具体的には、例えば図７の入力輝度レベル−出力輝度レベル特性に示したように、もとのγカーブ曲線γ１に対して、各輝度レベルごとにゲインデータＧout（例えば、図中のゲインデータＧout1，Ｇout2）で表される度合いで、明暗調整を行う。このように明暗調整を行えば、例えばγカーブ曲線γ１をγカーブ曲線γ２のように補正することができ、度数値の大きい輝度レベル付近（図２および図７に示したように、中間の輝度レベル付近）で入力輝度レベルの変化に対する出力輝度レベルの変化量を大きくする（傾きを急にする）ことにより、特にこの輝度レベル付近でのコントラストを向上させることができる。よって、画像処理後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）全体として、コントラストをより効果的に向上させることができる。なお、このようにして画像処理（コントラスト調整）後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）は、マトリクス回路４１へ出力される。

マトリクス回路４１は、画像処理部３によって画像処理後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）をＲＧＢ信号に再生すると共に、再生されたＲＧＢ信号（Ｒout，Ｇout，Ｂout）をドライバ４２へ出力するものである。

ドライバ４２は、マトリクス回路４１から出力されるＲＧＢ信号（Ｒout，Ｇout，Ｂout）に基づいてディスプレイ５に対する駆動信号を生成し、この駆動信号をディスプレイ５へ出力するものである。

ディスプレイ５は、ドライバ４２から出力される駆動信号に応じて、画像処理部３によって画像処理後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）に基づく画像表示を行うものである。このディスプレイ５は、どのような種類のディスプレイデバイスであってもよく、例えばＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）５１や、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）５２、図示しないＰＤＰ（Plasma Display Panel）等が用いられる。

ここで、ＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）は本発明における「入力画像データ」の一具体例に対応し、ＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）は本発明における「画像処理データ」の一具体例に対応する。また、また、輝度分布検出回路２１は本発明における「取得手段」の一具体例に対応し、ゲインリミッタ２３１は本発明における「利得変化量検出手段」の一具体例に対応し、このゲインリミッタ２３１および遅延回路２３２は本発明における「調整手段」の一具体例に対応する。また、γ補正回路３１は、本発明における「画像処理手段」の一具体例に対応する。

次に、図１〜図７を参照して、本実施の形態の画像表示装置の動作について説明する。

まず、この画像表示装置へ入力される画像信号が、ＹＵＶ信号に復調される。具体的には、ＴＶからのテレビ信号は、チューナ１１で復調されてコンポジット信号となり、ＶＣＲやＤＶＤ１からは、コンポジット信号が直接、画像表示装置へ入力される。そしてこれらコンポジット信号は、Ｙ／Ｃ分離回路１２において、輝度信号Ｙ１と色信号Ｃ１とに分離され、クロマデコーダ１３において、ＹＵＶ信号（Ｙ１，Ｕ１，Ｖ１）にデコードされる。一方、ＤＶＤ２からは、ＹＵＶ信号（Ｙ２，Ｕ２，Ｖ２）が直接、画像表示装置へ入力される。

次いで、スイッチ１４において、これらＹＵＶ信号（Ｙ１，Ｕ１，Ｖ１）とＹＵＶ信号（Ｙ２，Ｕ２，Ｖ２）とのうち、一方のＹＵＶ信号が選択され、ＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）として出力される。そして、このＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）のうち、輝度信号Ｙinは、ゲイン生成部２および画像処理部３内のγ補正回路３１へ出力される一方、色差信号Ｕin，Ｖinは、それぞれ遅延回路１５へ出力される。

ここで、ゲイン生成部２では、入力される輝度信号Ｙinに基づいて、以下のようなゲインデータＧoutの生成動作がなされる。

具体的には、まず輝度分布検出回路２１では、スイッチ１４から出力されるＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）のうちの輝度信号Ｙinに基づいて、例えば図２に示したような、ヒストグラム分布からなる輝度分布が検出され、輝度分布データＨout1として出力される。次いで、ゲイン算出回路２２では、この輝度分布データＨout1に基づいて、ゲインデータＧinが算出される。そしてゲイン変化量調整部２３では、ゲインリミッタ２３１において、ゲインデータＧinからゲイン変化量ΔＧinが検出されると共に、このゲイン変化量ΔＧinがゲイン変化閾値ＧＬｉｍ以下に制限される。また、ゲイン変化量ΔＧinがゲイン変化閾値ＧＬｉｍを越える場合には、ゲインリミッタ２３１および遅延回路２３２によって、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍを越えた分のゲイン変化量（ΔＧin−ＧＬｉｍ）が、次の画像フレームへ持ち越される。このようにして、ゲイン変化量の調整がなされた後のゲインデータＧoutが生成され、ゲイン生成部２から画像処理部３へ出力される。

一方、遅延回路１５では、色差信号Ｕin，Ｖinに対して遅延がかけられ、その結果、ゲイン生成部２から出力されるゲインデータＧoutとの間で、同期がとられる。

次いで、画像処理部３のγ補正回路３１では、スイッチ１４から出力された輝度信号Ｙinと、スイッチ１４から出力されて遅延回路１５を介した色差信号Ｕin，Ｖinとに基づいて、ゲイン生成部２から供給されるゲインデータＧoutを利用することにより、これらＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）に対して、コントラスト改善処理が施される。具体的には、ゲインデータＧoutで表される度合いで、各輝度レベルごとに明暗調整がなされる。

ここで、このゲイン生成部２から供給されるゲインデータＧoutは、上記のように、ゲイン変化量調整がなされた後のものである。したがって、特定の輝度レベルに分布集中した輝度分布におけるＤＣ変動により、例えば図４（Ａ），図６（Ａ）に示したゲインデータＧinのように、ある輝度レベルのゲインＧｉｎが急に変化（増加または減少）する（ゲイン変化量ΔＧｉｎが大きい）場合であっても、単位時間Δｔでのゲイン変化量ΔＧinがゲイン変化閾値ＧＬｉｍ以下に制限されていることから、コントラスト調整後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）におけるコントラスト調整前のＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）に対する変動が、ゲイン変化量調整がなされる前のゲインデータＧinを用いた場合と比べて、低減される。

次いで、マトリクス回路４１では、コントラスト処理後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）がＲＧＢ信号（Ｒout，Ｇout，Ｂout）に再生され、ドライバ４２では、このＲＧＢ信号（Ｒout，Ｇout，Ｂout）に基づいて駆動信号が生成され、この駆動信号に基づいて、ディスプレイ５に、画像が表示される。

以上のように、本実施の形態では、ゲイン生成部２内の輝度分布検出回路２１が、スイッチ１４から出力されるＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）のヒストグラム分布による輝度分布を検出し、ゲイン算出回路２２およびゲイン変化量調整部２３内のゲインリミッタ２３１が、輝度分布データＨout1に基づいてゲイン変化量ΔＧinを検出し、ゲインリミッタ２３１が、このゲイン変化量ΔＧinを所定のゲイン変化閾値ＧＬｉｍ以下に制限すると共に、遅延回路２３２と協働してゲイン変化閾値ＧＬｉｍを越えた分のゲイン変化量（ΔＧin−ＧＬｉｍ）を次の画像フレームへ持ち越すことでゲイン変化量ΔＧinの調整を行い、画像処理部３内のγ補正回路３１が、ゲイン変化量調整後のゲイン変化量ΔＧinに基づいて、ＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）に対する画像処理（コントラスト調整）を行うようにしたので、輝度分布の態様によらず、画像処理による不自然な画質変動を抑えることが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の画像表示装置は、第１の実施の形態の画像表示装置におけるゲイン生成部２において、ＡＰＬ（Average Picture Level；平均輝度）検出回路２４をさらに設けると共に、ゲイン変化量調整部２３において、ΔＡＰＬ算出回路２３３および遅延回路２３４をさらに設けるようにしたものである。

図８は、本実施の形態に係るゲイン生成部２の構成を表すものである。本実施の形態のゲイン生成部２は、輝度分布検出回路２１と、ゲイン算出回路２２と、ゲイン変化量調整部２３と、ＡＰＬ検出回路２４とから構成されている。また、ゲイン変化量調整部２３は、ゲインリミッタ２３１と、遅延回路２３２と、ΔＡＰＬ算出回路２３３と、遅延回路２３４とから構成されている。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

ＡＰＬ検出回路２４は、スイッチ１４から出力されるＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）のうちの輝度信号Ｙinに基づいて、単位データ領域（例えば、１フィールド）当たりの平均輝度を検出するものである。検出された平均輝度ＡＰＬoutは、ゲイン変化量調整部２３内のΔＡＰＬ算出回路２３３および遅延回路２３４へ出力される。

ΔＡＰＬ算出回路２３３は、ＡＰＬ検出回路２４から出力される、ある画像フレームの平均輝度（例えば、ｎ番目（ｎ；自然数）の画像フレームの平均輝度ＡＰＬout（ｎ））と、その次の画像フレームの平均輝度（例えば、（ｎ＋１）番目の画像フレームの平均輝度ＡＰＬout（ｎ＋１））との差分である平均輝度変化量ΔＡＰＬout（例えば、ΔＡＰＬ（ｎ＋１）＝ＡＰＬout（ｎ＋１）−ＡＰＬout（ｎ））を検出するものである。また、遅延回路２３４は、ＡＰＬ検出回路２４から出力される平均輝度ＡＰＬoutのデータを、画像フレーム当たりの時間（例えば、前述の単位時間Δｔ）だけ遅延させて、ΔＡＰＬ算出回路２３３へ供給するものである。

ここで、ΔＡＰＬ算出回路２３３は、本発明における「平均輝度変化量検出手段」の一具体例に対応する。

本実施の形態のゲイン生成部２では、入力される輝度信号Ｙinに基づいて、以下のようなゲインデータＧoutの生成動作がなされる。

まず、輝度分布検出回路２１では、輝度信号Ｙinに基づいて輝度分布データＨout1が検出され、ゲイン算出回路２２によって、この輝度分布データＨout1に基づいて、ゲインデータＧinが算出される。また、ＡＰＬ検出回路２４では、輝度信号Ｙinに基づいて画像フレームの平均輝度ＡＰＬoutが検出され、ΔＡＰＬ算出回路および遅延回路２３４によって、平均輝度変化量ΔＡＰＬoutが検出される。そして、ゲインリミッタ２３１では、ゲインデータＧinからゲイン変化量ΔＧinが検出されると共に、このゲイン変化量ΔＧinがゲイン変化閾値ＧＬｉｍ以下に制限される。

ここで、本実施の形態のゲインリミッタ２３１は、ΔＡＰＬ算出回路２３３から供給される平均輝度変化量ΔＡＰＬoutの大きさに応じて、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍを変化させるようになっている。具体的には、例えば図９に示したように、ΔＡＰＬout＜ΔＡＰＬout1である小変化領域ΔＡＰＬout（Ｓ）では、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍ＝ＧＬｉｍ（Ｓ）と、ΔＡＰＬout1≦ΔＡＰＬout＜ΔＡＰＬout2である中変化領域ΔＡＰＬout（Ｍ）では、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍ＝ＧＬｉｍ（Ｍ）と、ΔＡＰＬout2≦ΔＡＰＬoutである大変化領域ΔＡＰＬout（Ｌ）では、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍ＝ＧＬｉｍ（Ｌ）というように、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍが多段階（この場合、３段階）に変化するように設定する。また、より具体的には、小変化領域ΔＡＰＬout（Ｓ）のゲイン変化閾値ＧＬｉｍ（Ｓ）および大変化領域ΔＡＰＬout（Ｌ）のゲイン変化閾値ＧＬｉｍ（Ｌ）を、中変化領域ΔＡＰＬout（Ｍ）のゲイン変化閾値ＧＬｉｍ（Ｍ）よりもそれぞれ小さくなるように設定する。なお、これら小変化領域ΔＡＰＬout（Ｓ）、中変化領域ΔＡＰＬout（Ｍ）および大変化領域ΔＡＰＬout（Ｌ）は、それぞれ、本発明における「第１の領域」、「第３の領域」および「第２の領域」の一具体例に対応する。

このようにゲイン変化閾値ＧＬｉｍを設定した場合、小変化領域ΔＡＰＬout（Ｓ）では、第１の実施の形態の場合と同様に、単位時間Δｔでのゲイン変化量ΔＧinがゲイン変化閾値ＧＬｉｍ（Ｓ）以下に制限されることから、例えば前述の図４（Ａ）や図６（Ａ）のように、特定の輝度レベルに分布集中した輝度分布におけるわずかなＤＣ変動により、ある輝度レベルのゲインＧｉｎが急に変化（増加または減少）する（ゲイン変化量ΔＧｉｎが大きい）場合であっても、コントラスト調整後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）におけるコントラスト調整前のＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）に対する変動が、ゲイン変化量調整がなされる前のゲインデータＧinを用いた場合と比べて、低減される。また、このようにゲイン変化閾値ＧＬｉｍ（Ｓ）を、中変化領域ΔＡＰＬout（Ｍ）のゲイン変化閾値ＧＬｉｍ（Ｍ）よりも小さく設定しても、平均輝度変化量ΔＡＰＬoutが小さい（ＤＣ変動がわずかである）ので、コントラスト調整後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）に基づく画像表示が不自然とはならない。

また、中変化領域ΔＡＰＬout（Ｍ）では、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍ（Ｍ）が大きくなる（ゲイン変化閾値ＧＬｉｍの制限を解除する）ように設定され、平均輝度変化量ΔＡＰＬoutがある程度大きい場合（中程度の場合）にゲインデータＧoutが急激に変化できることから、コントラスト調整後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）におけるコントラスト調整前のＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）に対する画質変動が平均輝度変化に追随できるようになり、不自然な画質変動抑制が回避される。

また、大変化領域ΔＡＰＬout（Ｌ）では、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍ（Ｌ）が小さくなる（ゲイン閾値ＧＬｉｍを制限する）ように設定されることから、例えばシーン変化の際などのように平均輝度変化量ΔＡＰＬoutが大きい場合に、ゲイン変化量ΔＧinが制限され、輝度変化時の不自然な画質変動が抑制される。

以上のように、本実施の形態では、ゲイン生成部２内に、ＡＰＬ検出回路２４、ΔＡＰＬ算出回路２３３および遅延回路２３４を設け、ゲインリミッタ２３１が、このΔＡＰＬ算出回路２３３から供給される平均輝度変化量ΔＡＰＬoutの大きさに応じて、ゲイン変化閾値ＧＬｉｍを変化させるようにしたので、第１の実施の形態における効果に加え、画像処理による不自然な画質変動を、平均輝度変化量に応じてより効果的に抑制することが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態の画像表示装置は、第１または第２の実施の形態の画像表示装置におけるゲイン生成部２において、輝度分布検出回路２１とゲイン算出回路２２との間に、さらに平準化処理部２５を設けるようにしたものである。なお、以下の説明では、図１に示した第１の実施の形態のゲイン生成部２をもとに説明するが、図８に示した第２の実施の形態のゲイン生成部２の場合についても同様である。

図１０は、本実施の形態に係るゲイン生成部２の構成を表すものである。本実施の形態のゲイン生成部２は、輝度分布検出回路２１と、平準化処理部２５と、ゲイン算出回路２２と、ゲイン変化量調整部２３とから構成されている。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

平準化処理部２５は、図示しない分布リミッタや、分布フィルタなどから構成される。なお、この平準化処理部２５は、本発明における「平準化手段」の一具体例に対応する。

このうち、分布リミッタは、輝度分布検出回路２１から出力される輝度分布データＨout1において、ヒストグラムの度数を所定の閾値以下に制限する回路である。具体的には、例えば図１１（Ａ）に示した輝度分布２０Ｂ中の符号Ｐ７で示したように、特定の輝度レベルに分布が集中し、分布閾値ＨＬｉｍ以上の度数値となっている場合には、図１１（Ｂ）に示した輝度分布２０Ｃ中の符号Ｐ８で示したように、この分布閾値ＨＬｉｍ以上の度数値を削除するようにする。これにより、ヒストグラムにおける特定の輝度レベルへの分布集中が緩和され、平準化される。このようにして、平準化処理された輝度分布データＨout2は、ゲイン算出回路２３へ出力される。

このようにして、このゲイン生成部２から供給されるゲインデータＧoutは、分布リミッタによって平準化処理された輝度分布データＨout2に基づくものとなるので、例えば図１２に示した輝度分布２０Ｃのように、分布集中している輝度レベルが図中の矢印Ｐ９，Ｐ１０のようにＤＣ変動した場合であっても、コントラスト調整後のＹＵＶ信号（Ｙout，Ｕout，Ｖout）におけるコントラスト調整前のＹＵＶ信号（Ｙin，Ｕin，Ｖin）に対する変動が、平準化処理される前の輝度分布データＨout1に基づくゲインデータを用いた場合と比べて、低減される。

一方、分布フィルタは、輝度分布検出回路２１によって生成された輝度分布データＨout1において、連続した複数の輝度レベル間で所定の重み付き平均値を算出すると共に、これをもとの度数値と置き換え、輝度分布データＨout2として出力するものである。

具体的には、例えば図１３（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示した輝度分布２０Ｄ，２０Ｅを参照して説明すると、以下のようになる。すなわち、例えば図１３（Ａ）に示した輝度分布２０Ｄのように、ある輝度レベル（左側の輝度レベル）の度数値が２０、その右側の輝度レベル（真ん中の輝度レベル）の度数値が１００、さらにその右側の輝度レベル（右側の輝度レベル）の度数値が２０、というように、真ん中の輝度レベルに分布集中している場合、それぞれの輝度レベルにおいて、以下の式（１）〜（３）で表した連続した複数（この場合、３つ）の輝度レベル間での重み付け平均値Ａｖｅ（左），Ａｖｅ（中），Ａｖｅ（右）が算出される。なお、この場合の重み付けは、一例として、（左：中：右）＝（１：２：１）となっている。
Ａｖｅ（左）＝（０×１＋２０×２＋１００×１）／（１＋２＋１） ＝３５ …（１）
Ａｖｅ（中）＝（２０×１＋１００×２＋２０×１）／（１＋２＋１）＝６０ …（２）
Ａｖｅ（右）＝（１００×１＋２０×２＋０×１）／（１＋２＋１） ＝３５ …（３）

よって、これら式（１）〜（３）によって算出された重み付け平均値Ａｖｅ（左），Ａｖｅ（中），Ａｖｅ（右）を、それぞれもとの輝度レベルの度数値と置き換えると、図１３（Ｂ）に示したような輝度分布２０Ｅとなる。この輝度分布２０Ｅを、もとの輝度分布２０Ｄと比較すると、図中の矢印Ｐ１１〜Ｐ１３で示したように、それぞれ、度数値が２０から３５へと増加し、１００から６０へと減少し、２０から３５へと増加しているので、真ん中の輝度レベルへの分布集中が緩和され、平準化されていることが分かる。

以上のように、本実施の形態では、ゲイン生成部２に平準化処理部２５を設け、特定の輝度レベルへの分布集中を緩和させて平準化処理を行うようにしたので、平準化処理された輝度分布データＨout2に基づいてゲインデータＧoutを生成することができ、第１または第２の実施の形態における効果に加え、画像処理による不自然な画質変動をより低減することが可能となる。

なお、本実施の形態では、平準化処理部２５を、分布リミッタまたは分布フィルタの一方から構成した場合について説明したが、平準化処理部２５を、これら分布リミッタおよび分布フィルタの両者から構成するようにしてもよい。具体的には、分布リミッタが、輝度分布の度数値を分布閾値ＨＬｉｍ以下に制限すると共に、分布フィルタが、度数値制限がなされた後の輝度分布データにおいて重み付き平均値を算出し、これをもとの度数値と置き換えて出力するようにする。このように構成した場合、これら分布リミッタおよび分布フィルタの両者を用いて、不自然な画質変動をより低減することができる。なお、これらを逆に配置するようにしてもよい。

以上、第１〜第３の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、輝度分布２０Ａ〜２０Ｅにおいて輝度レベルが８段階（８階調）に分割されている場合について説明したが、ゲイン変化量調整部２３やＡＰＬ検出回路２４が、この輝度レベルの分割数に応じて、ゲイン変化量ΔＧinの調整動作や平均輝度ＡＰＬoutの検出動作を行うようにしてもよい。また、同様に平準化処理部２５としての分布リミッタや分布フィルタが、この輝度レベルの分割数に応じて、平準化処理を行うようにしてもよい。すなわち、特定の輝度レベルへの分布集中に起因した不自然な画質変動は、前述のようにこの輝度レベルの分割数が少ない場合に特に顕著となることから、分割数が所定の閾値（分割閾値）以下の場合にのみ、これらの動作を行うようにする。このように構成した場合、不自然な画質変動がほとんど気にならない程度の分割数である場合にはこれらの動作を停止させることで、画像処理全体の処理速度を向上させることが可能となる。

また、上記実施の形態では、画像処理部３が、γ補正回路３１を含むようにした場合について説明したが、画像処理部３の構成はこれには限られず、例えば他の画像処理用の回路例を含むようにしてもよく、また、このような回路を複数設けるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置の全体構成を表す回路ブロック図である。 輝度分布を説明するための特性図である。 図１に示したゲイン生成部の詳細構成を表す回路ブロック図である。 図１に示したゲイン変化量調整部の作用の一例を説明するためのタイミング図である。 図４に示したゲイン変化量調整後のゲインの変化態様を説明するためのタイミング図である。 図１に示したゲイン変化量調整部の作用の他の例を説明するためのタイミング図である。 図１に示したγ補正回路の作用を説明するための特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係るゲイン生成部の詳細構成を表す回路ブロック図である。 図８に示したゲイン変化量調整部の作用を説明するための特性図である。 本発明の第３の実施の形態に係るゲイン生成部の詳細構成を表す回路ブロック図である。 図１０に示した平準化処理部の作用の一例を説明するための特性図である。 輝度分布における特定の輝度レベルの分布変化を説明するための特性図である。 図１０に示した平準化処理部の作用の他の例を説明するための特性図である。 従来の画像表示装置の輝度分布における特定の輝度レベルの分布変化を説明するための特性図である。 図１４に示した輝度レベルの分布変化によるガンマ曲線の変化態様を説明するための特性図である。

符号の説明

１１…チューナ、１２…Ｙ／Ｃ分離回路、１３…クロマデコーダ、１４…スイッチ、１５…遅延回路、２…ゲイン生成部、２０Ａ〜２０Ｅ…輝度分布、２１…輝度分布検出回路、２２…ゲイン算出回路、２３…ゲイン変化量調整部、２３１…ゲインリミッタ、２３２，２３４…遅延回路、２３３…ΔＡＰＬ算出回路、２４…ＡＰＬ検出回路、２５…平準化処理部、３…画像処理部、３１…γ補正回路、４１…マトリクス回路、４２…ドライバ、５…ディスプレイ、５１…ＣＲＴ、５２…ＬＣＤ、Ｙ１，Ｙ２，Ｙin，Ｙout…輝度信号、Ｃ１…色信号、Ｕ１，Ｕ２，Ｕin，Ｕout，Ｖ１，Ｖ２，Ｖin，Ｖout…色差信号、Ｒout，Ｇout，Ｂout…ＲＧＢ信号、Ｈin，Ｈout，Ｈout1，Ｈout2…輝度分布データ、Ｇin，Ｇout，Ｇout1，Ｇout2…ゲインデータ、ΔＧin…ゲイン変化量、Δｔ…単位時間（単位データ領域当たりの時間）、ＡＰＬout…平均輝度、ΔＡＰＬout…平均輝度変化量、ＧＬｉｍ，ＧＬｉｍ（Ｓ），ＧＬｉｍ（Ｍ），ＧＬｉｍ（Ｌ）…ゲイン変化閾値、ＨＬｉｍ…分布閾値、γ１，γ２…ガンマ曲線。

Claims (12)

1. 入力画像データについて画像フレーム単位で輝度ヒストグラムを取得する取得手段と、
   得られた輝度ヒストグラムに基づいて、画像処理の度合いを示す利得を、度数値がより大きい輝度レベルでは度数値がより小さい輝度レベルよりも値が大きくなるようにして算出すると共に、その算出した利得の画像フレーム間での変化量である利得変化量を、連続する２つの画像フレーム間での利得の差分を取ることにより検出する利得変化量検出手段と、
   ある画像フレームについて得られた利得変化量が所定の利得変化閾値を越える場合に、その利得変化量を前記利得変化閾値に制限すると共に、前記利得変化閾値を越えた分の利得変化量を次の画像フレームの利得変化量に対して上乗せすることにより、利得変化量の調整を行う調整手段と、
   調整された利得変化量に基づいて、前記入力画像データに対する画像処理を行う画像処理手段と
   を備えた画像処理装置。
2. 前記入力画像データに関する画像フレーム内平均輝度の、画像フレーム間での変化量を検出する平均輝度変化量検出手段をさらに備え、
   前記調整手段は、前記平均輝度変化量検出手段により得られた平均輝度変化量に基づいて、前記利得変化閾値を変化させる
   請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記調整手段は、前記平均輝度変化量の大きさに応じて、前記利得変化閾値を多段階に変化させる
   請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記調整手段は、前記平均輝度変化量によって規定される第１の領域の利得変化閾値と、平均輝度変化量がこの第１の領域よりも大きい第２の領域の利得変化閾値とを、それぞれ、平均輝度変化量がこれら第１の領域と第２の領域との中間にある第３の領域の利得変化閾値よりも小さくなるように設定する
   請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記取得手段により得られた輝度ヒストグラムに対して平準化処理を行う平準化手段をさらに備え、
   前記利得変化量検出手段は、前記平準化処理された輝度ヒストグラムに基づいて、前記利得変化量を検出する
   請求項１に記載の画像処理装置。
6. 前記平準化手段は、前記輝度ヒストグラムの度数を所定の度数閾値以下に制限することにより、前記平準化処理を行う
   請求項５に記載の画像処理装置。
7. 前記平準化手段は、前記輝度ヒストグラムの連続した複数の輝度レベル間において所定の重み付き平均値をそれぞれ算出すると共に、算出したこれら重み付き平均値を各々の輝度レベルの度数値と置き換えることにより、前記平準化処理を行う
   請求項５に記載の画像処理装置。
8. 前記平準化手段は、さらに、前記輝度ヒストグラムの連続した複数の輝度レベル間において所定の重み付き平均値をそれぞれ算出すると共に、算出したこれら重み付き平均値を各々の輝度レベルの度数値と置き換えることにより、前記平準化処理を行う
   請求項６に記載の画像処理装置。
9. 前記調整手段は、前記輝度ヒストグラムにおける輝度レベルの分割数が所定の分割閾値以下の場合に、前記利得変化量の調整を行う
   請求項１に記載の画像処理装置。
10. 前記画像処理手段は、前記入力画像データのコントラストを改善させるためのγ補正回路を含む
    請求項１に記載の画像処理装置。
11. 入力画像データについて画像フレーム単位で輝度ヒストグラムを取得する取得手段と、
    得られた輝度ヒストグラムに基づいて、画像処理の度合いを示す利得を、度数値がより大きい輝度レベルでは度数値がより小さい輝度レベルよりも値が大きくなるようにして算出すると共に、その算出した利得の画像フレーム間での変化量である利得変化量を、連続する２つの画像フレーム間での利得の差分を取ることにより検出する利得変化量検出手段と、
    ある画像フレームについて得られた利得変化量が所定の利得変化閾値を越える場合に、その利得変化量を前記利得変化閾値に制限すると共に、前記利得変化閾値を越えた分の利得変化量を次の画像フレームの利得変化量に対して上乗せすることにより、利得変化量の調整を行う調整手段と、
    調整された利得変化量に基づいて、前記入力画像データに対する画像処理を行い、画像処理データを生成する画像処理手段と、
    生成された前記画像処理データに基づく画像表示を行う表示手段と
    を備えた画像表示装置。
12. 入力画像データについて画像フレーム単位で輝度ヒストグラムを取得し、
    得られた輝度ヒストグラムに基づいて、画像処理の度合いを示す利得を、度数値がより大きい輝度レベルでは度数値がより小さい輝度レベルよりも値が大きくなるようにして算出すると共に、その算出した利得の画像フレーム間での変化量である利得変化量を、連続する２つの画像フレーム間での利得の差分を取ることにより検出し、
    ある画像フレームについて得られた利得変化量が所定の利得変化閾値を越える場合に、その利得変化量を前記利得変化閾値に制限すると共に、前記利得変化閾値を越えた分の利得変化量を次の画像フレームの利得変化量に対して上乗せすることにより、利得変化量の調整を行い、
    調整された利得変化量に基づいて、前記入力画像データに対する画像処理を行う
    画像処理方法。

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