JP4455554B2 - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、静止画及び動画といった画像データを高画質化するものであり、より詳しくは、画像処理装置に入力される画像データの階調及び彩度を補正する処理を実行する画像処理装置及び画像処理方法に関する。

昨今、画像データを扱う様々な機種では、画像データをより高画質なものとするために高画質化処理を実行することが一般的となっている。例えば、テレビなどでは入力された映像データに対して、様々な画像処理を行っている。こうした画像処理は、入力される映像データをユーザの好みに合わせた映像データに変換するため、又は映像データを表示する表示デバイスの特性に合わせた映像データに変換するためなどに行われる。

このような画像処理の一つとして、階調補正処理がある。階調補正処理は、入力された映像データに対して所定のルールに基づく変換特性を適用し、最適な出力映像データを生成することで映像の高画質化を図ることを目的としたものである。なお、こうした階調補正処理のことをガンマ補正処理（γ補正処理）と称することもある。

さて、テレビにおける階調補正処理としては、輝度値における黒側の入力映像信号を入力レベルに比して低下させる処理である黒伸長処理が知られている。また、輝度値における白側の入力映像信号を入力レベルに比して上昇させる処理である白伸長処理が知られている。その他、一般的によく知られたγカーブを用いた階調補正処理も実施されている。さらに最近では、映像の１フレーム毎に１フレーム内の画素の輝度値を元にヒストグラムを作成する。そして、そのヒストグラムを輝度レベルに応じて段階的に分割し、各レベルでの頻度を求める。最終的に、各レベルでの頻度分布から複雑な形状のγカーブを使用する手法なども行われるようになっている。つまり、低輝度側は映像信号の特性に応じた黒伸張処理を行うとともに、高輝度側は同じく信号特性に応じた白伸張処理を行うといった、複雑な階調補正処理が行われている。

しかし、階調補正処理によっては、彩度が変化してしまう色が存在するという問題があった。特許文献１にも、カラーマッチングにおける黒レベルの違いを補正する階調補正処理を行った場合、処理によっては彩度の変化も生じさせてしまうことが開示されている。これらの課題を解決するために、特許文献１ではγ補正処理により生じる彩度の変化を補正する彩度補正手段を有することが記載されている（特に、段落［００５１］以降を参照）。
特開２００２−１５２５３０号公報

特許文献１の手法は、デバイスのレンジ補正と明度方向のレンジγ補正とに加え、そこで用いたγ値と関連付けた彩度補正を行うものである。ここで、本手法における彩度補正ではレンジγ補正で使用したべき関数のべき係数を用いることになっている。つまり、単一のγ値をベースとして彩度補正を行うことになる。しかしながら、テレビの階調補正処理で使用する変換特性を単一のγ値で表現するのは実使用上困難な場合が多い。例えば、ヒストグラムを用いて作られた複雑な形状のカーブ（変換特性）を一つのγ値で表現するのは困難である。そのため、単一のγ値に応じて彩度補正を行う特許文献１の手法は、昨今一般化しているテレビでの映像処理に対しては有効を言い難い。

また、一般的なテレビの場合、階調補正処理が行われた映像信号に対して彩度を強調する彩度強調処理を行う。しかしながら黒伸長処理を行うことで画像の暗部（低輝度部）の彩度が特に上昇した画像データに対し、さらに通常の彩度強調処理を加えると、暗部が高彩度になり過ぎ、ノイズを含んだ映像データとなってしまう場合がある。特許文献１では、この点に関して技術的な言及がなされていない。

なお、特開２００３−２３５０５５号には低輝度領域における色ノイズを低減するため、彩度変調特性（輝度レベルに対して彩度レベルのゲインを定めた特性のこと）を的確に決定することを目的とした技術が開示されている。特開２００３−２３５０５５号では入力映像信号の低輝度領域（黒部分）を浮かせる処理（輝度を高める補正処理）を行った場合に、彩度補正の補正量を低下させる処理を開示している。つまり、黒伸張処理とは逆の処理を行った場合に低彩度化した画像データに補正するものである。これは、特開２００３−２３５０５５号が解決しようとする課題については効果が得られる。しかし、本発明が解決しようとする課題に対しては逆効果となる可能性がある。

本発明は、階調補正処理において黒伸張処理を行った場合でも、最終的に得られる出力信号の彩度変化を簡易な構成で防ぐことが可能な画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像処理装置は、明るさを示す輝度信号と色味を示す色味成分信号とを含む色信号で表現された複数の画素から構成される画像データに対して、当該画像データを構成する各画素の輝度信号を、所定のγ補正特性に従って補正する階調補正処理を実行する階調補正手段と、当該画像データを構成する各画素の色味成分信号を所定の彩度補正量に従って補正する彩度補正処理を実行する彩度補正手段とを有する画像処理装置であって、前記γ補正特性は、画像データを構成する各画素の輝度信号のうち、所定の輝度値よりも低輝度である輝度信号がさらに低輝度となるように補正する黒伸長特性を有し、前記画像処理装置は、前記黒伸長特性における、前記所定の輝度値よりも低輝度である輝度信号をさらに低輝度となるように階調補正を実行する際の補正度合いを示す黒変調量信号を前記階調補正手段で階調補正処理される画像データ単位で生成する生成手段と、前記生成手段で生成された黒変調量信号を用いて、前記階調補正手段で階調補正処理された画像データを構成する各画素の色味成分信号を補正する彩度補正量を決定する決定手段と、を有し、前記決定手段は、前記黒変調量信号が輝度信号を低輝度とする補正度合いが小さいことを示す場合には前記彩度補正量を大きくし、輝度信号を低下させる補正度合いが大きくなるにつれて前記彩度補正量を小さくするように彩度補正量を決定することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の画像処理装置は、複数の原色信号で表現された複数の画素から構成される画像データに対して、当該画像データを構成する各画素の明るさ成分を示す階調値を生成し、当該階調値を用いて画素数分布を示す階調ヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、当該階調ヒストグラムの画素数分布に基づいて決定したγ補正特性を用いて、前記画像データの階調補正処理を実行する階調補正手段と、前記階調補正手段で階調補正された画像データを所定の彩度補正量に従って補正する彩度補正処理を実行する彩度補正手段とを有する画像処理装置であって、前記γ補正特性は、画像データを構成する各画素の階調値のうち、所定の輝度値よりも低輝度である階調値がさらに低輝度となるように補正する黒伸長特性を有し、前記画像処理装置は、前記黒伸長特性における、前記所定の輝度値よりも低輝度である階調値をさらに低輝度となるように階調補正を実行する際の補正度合いを示す黒変調量信号を前記階調補正手段で階調補正処理される画像データ単位で生成する生成手段と、前記生成手段で生成された黒変調量信号を用いて、前記階調補正手段で階調補正処理された画像データの彩度補正量を決定する決定手段と、を有し、前記生成手段は、前記階調ヒストグラムにおいて、前記所定の輝度値よりも低輝度である階調値の画素数が少なくなるほど、前記補正度合いが大きくなるように前記黒変調量信号を生成し、前記決定手段は、前記黒変調量信号が、前記補正度合いが小さいことを示す場合には前記彩度補正量を大きくし、前記補正度合いが大きくなるにつれて前記彩度補正量を小さくするように彩度補正量を決定することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の画像処理方法は、明るさを示す輝度信号と色味を示す色味成分信号とを含む色信号で表現された複数の画素から構成される画像データに対して、当該画像データを構成する各画素の輝度信号を、所定のγ補正特性に従って補正する階調補正処理を実行する階調補正ステップと、当該画像データを構成する各画素の色味成分信号を所定の彩度補正量に従って補正する彩度補正処理を実行する彩度補正ステップとを有する画像処理方法であって、前記γ補正特性は、画像データを構成する各画素の輝度信号のうち、所定の輝度値よりも低輝度である輝度信号がさらに低輝度となるように補正する黒伸長特性を有し、前記画像処理方法は、前記黒伸長特性における、前記所定の輝度値よりも低輝度である輝度信号をさらに低輝度となるように階調補正を実行する際の補正度合いを示す黒変調量信号を前記階調補正ステップで階調補正処理される画像データ単位で生成する生成ステップと、前記生成ステップで生成された黒変調量信号を用いて、前記階調補正ステップで階調補正処理された画像データを構成する各画素の色味成分信号を補正する彩度補正量を決定する決定ステップと、を有し、前記決定ステップでは、前記黒変調量信号が輝度信号を低輝度とする補正度合いが小さいことを示す場合には前記彩度補正量を大きくし、輝度信号を低下させる補正度合いが大きくなるにつれて前記彩度補正量を小さくするように彩度補正量を決定することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の画像処理方法は、複数の原色信号で表現された複数の画素から構成される画像データに対して、当該画像データを構成する各画素の明るさ成分を示す階調値を生成し、当該階調値を用いて画素数分布を示す階調ヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、当該階調ヒストグラムの画素数分布に基づいて決定したγ補正特性を用いて、前記画像データの階調補正処理を実行する階調補正ステップと、前記階調補正ステップで階調補正された画像データを所定の彩度補正量に従って補正する彩度補正処理を実行する彩度補正ステップとを有する画像処理方法であって、前記γ補正特性は、画像データを構成する各画素の階調値のうち、所定の輝度値よりも低輝度である階調値がさらに低輝度となるように補正する黒伸長特性を有し、前記画像処理方法は、前記黒伸長特性における、前記所定の輝度値よりも低輝度である階調値をさらに低輝度となるように階調補正を実行する際の補正度合いを示す黒変調量信号を前記階調補正ステップで階調補正処理される画像データ単位で生成する生成ステップと、前記生成ステップで生成された黒変調量信号を用いて、前記階調補正ステップで階調補正処理された画像データの彩度補正量を決定する決定ステップと、を有し、前記生成ステップでは、前記階調ヒストグラムにおいて、前記所定の輝度値よりも低輝度である階調値の画素数が少なくなるほど、前記補正度合いが大きくなるように前記黒変調量信号を生成し、前記決定ステップでは、前記黒変調量信号が、前記補正度合いが小さいことを示す場合には前記彩度補正量を大きくし、前記補正度合いが大きくなるにつれて前記彩度補正量を小さくするように彩度補正量を決定することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば階調補正処理において黒伸張処理を行った場合でも、最終的に得られる出力信号の彩度変化を簡易な構成で防ぐことが可能となる。

（実施例１）
本発明を実施するための最良の形態であるいくつかの実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。

図１は本発明を適用可能な画像処理装置の回路ブロック図である。１は入力信号に対して階調補正処理を実行する階調補正処理部である。２は入力信号の彩度を補正する彩度補正部である。また、記号ｂは階調補正処理部１で生成される信号で、黒（低輝度画素）の変調度合いを表す黒変調量信号（変調度）である。この黒変調量信号の詳細については後述する。

図１に示した入力信号は輝度信号Ｙと色差信号Ｕ，Ｖとからなる輝度色差信号である（以下、ＹＵＶ信号と称する）。そして、この画像処理装置には、ＹＵＶ信号が入力される。このＹＵＶ信号に対して後述する画像処理が施されたＹ’Ｕ’Ｖ’信号が出力される。但し、本発明における入出力信号はＹＵＶ信号に限定されるものではない。本実施例では、明るさを示す明るさ成分信号である輝度Ｙ、色味を示す色味成分信号であるＵ、Ｖからなる色信号を用いて説明する。しかし、明るさを示す明るさ成分信号と色味を示す色味成分信号とを含む色信号であれば、他の色空間の信号でも良い。

また、図１に示した画像処理装置は階調補正処理部１と彩度補正部２のみで構成されているが、もちろん、他の機能部を有する画像処理装置に適用することも可能である。さらに、本発明の画像処理装置はデジタルテレビ（ＤＴＶ）や、ＨＤＤレコーダなどのデジタルビデオレコーダ（ＤＶＲ）に搭載することが可能である。また、静止画を扱うカラー複写機やプリンタ、デジタルスチルカメラなどに搭載することも可能である。

続いて、図２に示したグラフを用いて階調補正処理部１における階調補正特性を説明する。

図２は横軸に入力映像信号の入力輝度信号値（Ｙ）を設定し、縦軸には入力輝度信号値Ｙに対して所定の階調補正特性を適用して得られる出力輝度信号値（Ｙ’）を設定したグラフである。即ち、入力輝度信号値を出力輝度信号値に変換する変換特性を概念的に示した図となる。本例では入力輝度レベルを８ビット（０〜２５５）、出力輝度レベルを同じく８ビットとしているが、この値はどのようなものであってもよい。

図２のグラフにおける実線は階調変換特性を示すものであり、所謂γ補正曲線やγカーブと称される。本例では、この実線の変換特性は入力輝度信号値と出力輝度信号値が同値になるように構成されているが、本発明はこれに限らない。

図２のグラフにおける点線は入力輝度信号値が０からＹ０までの区間における階調変換特性を示すものである。ここで、この点線の傾きをｋとする。従って、階調補正処理部１では、入力輝度信号値が０からＹ０までであれば傾き値ｋの点線で定められた階調変換特性を用いて出力輝度信号値Ｙ’を得る。また、入力輝度信号値がＹ０を超える場合は実線で示した階調変換特性を用いて出力輝度信号値Ｙ’を得ることになる。

即ち、図２に示した階調補正処理は、低輝度側の画素の輝度値をさらに低下させた出力信号を得ることを目的としたものである。つまり、黒伸張処理に相当する。そして、本例では、図１で示した黒変調量信号ｂとして、上述した傾き値ｋの値を使用する。黒変調量信号ｂは本発明における変調度に相当するものであり、一般的にγ値と称されることもある。傾き値ｋが大きいほど黒の伸張度合いが大きい、つまり、より低輝度の値に変換していると考えることができる。なお、黒変調量信号ｂは１枚の画像に対して１つ存在する。静止画であれば１つの静止画に１つの黒変調量信号が対応する。また、動画の場合は１フレームに１つの黒変調量信号が対応する。

なお、本例において変曲点となる基準輝度値Ｙ０はユーザの調整による手動設定、もしくは入力画像の特徴に応じた自動設定など、任意の方法で決定すればよい。いずれにしても、基準輝度値Ｙ０は低輝度区間を定める値である。また、傾き値ｋは予め定められた範囲内で任意の値を取ることができる。

続いて、図３を用いて階調補正処理部１の詳細を説明する。階調補正処理部１には入力輝度信号Ｙが入力される。この入力輝度信号Ｙを分岐し、一方をセレクタ１２に、他方を演算部１０に入力する。

演算部１０は図２のグラフで示した階調補正を実行する演算処理を行う。そのため、黒伸張処理の階調変換特性である傾き値ｋが演算部１０に入力される。演算部１０での階調補正処理を数式で表すと次のようになる。
Ｙ’＝ｋ（Ｙ−Ｙ０）＋Ｙ０ （１）
なお、本例では階調補正処理部１の外部から傾き値ｋが入力されるように図示しているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。また、必ずしも演算部１０に傾き値ｋが入力される必要はない。演算部１０の内部で傾き値ｋを算出してもよいし、予め定めた傾き値ｋを保持する構成であってもよい。また、演算部１０は輝度信号Ｙが入力されるたびに出力輝度信号Ｙ’を演算により求める必要はない。例えば、予め定められたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を利用した輝度信号変換処理によっても同様の結果を得ることができる。本発明は、出力輝度信号値Ｙ’を求めるにあたり、必ずしも数式を用いた値の算出のみに限定するものではない。即ち、演算処理とはＬＵＴを用いた変換処理も含めるものである。

演算部１０により式（１）の演算を行った場合、Ｙ’が負の値を示す場合がある。そこで、演算部１０の出力が負の値になった場合、Ｙ’をゼロにリミットするリミッタ１１が演算部１０の後段に配置されている。

リミッタ１１の出力はセレクタ１２に入力される。セレクタ１２には、階調補正処理を施していない入力輝度信号Ｙと、演算部１０により階調補正処理が施された補正輝度信号Ｙ’が夫々入力されている。セレクタ１２は入力輝度信号Ｙと図２で示した変曲点Ｙ０の値を比較する。セレクタ１２は、入力輝度信号が変曲点Ｙ０以下の場合（Ｙ≦Ｙ０）、補正輝度信号Ｙ’をそのまま出力輝度信号として出力する。また、セレクタ１２は入力輝度信号Ｙが変曲点Ｙ０よりも大きい場合、入力輝度信号Ｙを出力輝度信号Ｙ’として出力する。このような構成により、入力輝度信号に対して黒伸張処理を実行することが可能となる。

なお、本例では変曲点Ｙ０よりも大きい入力輝度レベルの場合は補正を行わない構成としているので階調補正処理部１は上記の構成を採用している。しかしながら、変曲点との大小に限らず、入力輝度信号に対して何らかの階調変換特性を用いた補正を行う場合は本構成とは異なる構成となる場合もある。本発明は階調補正処理部の内部構成によって限定されるものではない。また、図２に示した階調変換特性に限定されるものでもない。

続いて、図４を用いて彩度補正部２について詳細に説明する。彩度補正部２には前段の階調補正処理部１から出力された輝度信号Ｙ’と、色差信号Ｕ、Ｖが入力される。また、階調補正処理部１から出力された黒変調量信号ｂも彩度補正部２に入力される。２０は色差信号Ｕ、Ｖそれぞれに対して、後述するゲインｇを乗算する乗算部である。２１は黒変調量信号ｂに基づいて、ゲインｇを決定し出力する変換テーブルである。彩度補正部２はＹ’ＵＶの映像信号のうち、Ｙ’は階調補正処理部１で出力された出力輝度信号Ｙ’をそのまま出力する。また、入力色差信号Ｕ，Ｖに対しては黒変調量信号ｂに基づいて決定されたゲインｇを掛け合わせ、それぞれ出力色差信号Ｕ’、Ｖ’を出力する。上述したように、黒変調量信号ｂは画素単位に定まるものではなく、１画面（１つの静止画像または１フレーム）に対応して定まるものであるので、ゲインｇも１画面（１つの静止画像または１フレーム）に対応する。従って、１画面を構成する全ての画素に対応する色差信号Ｕ、Ｖに対してゲインｇが乗算される。

変換テーブル２１におけるゲインｇの決定について図５を用いて説明する。図５は黒変調量信号ｂを入力し、ゲインｇを出力するためのテーブルの一例をグラフ化したものである。横軸が黒変調量信号ｂ、縦軸がゲインｇを示している。なお、このグラフはあくまでも概念的なものである。従って、本発明は図５に示した数値や曲線によって限定されるものではない。通常のテレビの場合、彩度補正は強調方向に行うのが一般的である。従って、図５における変換特性もゲインが常に１以上になるように設定されている。しかしながら、本発明は必ずしも彩度を強調することを前提とするものではなく、ゲインが１より小さい値（但しゼロ以上）となるように特性を設定しても良い。

さて、課題としても記載したように、図２に示したような階調変換特性を用いて階調補正処理を輝度データに対して行った場合、色によっては彩度が高くなる場合がある。そのため、最終的に得られた映像では彩度変換が目立ち、結果として好ましくない映像になることがあった。

しかし、発明者の画質評価検討の結果、階調補正処理において黒伸張処理を行った場合であっても、その伸張度合いに応じて彩度補正処理を適切に行うことにより、彩度変化が適切に抑制できることが判明した。

そこで、本発明では、低輝度側の画素の輝度値をより低輝度な値に補正した場合、その補正量（変調度）に応じて色差信号の補正量であるゲインｇを決定する構成を有する。図５では、黒変調量信号ｂが大きい、即ち、低輝度化する傾向が強いほど、ゲインｇが小さくなるようなテーブルとなっている。なお、図５ではどのような黒変調量信号が入力されてもゲインｇの値は１より大きくなっているが、ゲインｇの値は黒変調量信号ｂの値に応じて１より小さい値（但し、０＜ｇ）に設定されていてもよい。また、傾き値ｋとして４を明記してあるが、傾き値ｋの上限値として定義したものではない。本発明は、低輝度側（黒側）の階調補正度合いに応じて彩度補正量を調整するにあたり、低輝度側の輝度レベルを低下させる度合いが強くなるに応じて、彩度補正における彩度補正量を低減するように制御するものである。

以上、実施例１によれば、映像信号に対して階調補正処理として黒伸張処理を行った場合でも、最終的に得られる出力信号の彩度変化を簡易な構成で防ぐことが可能となる。

（実施例２）
本発明を適用可能な別の実施例である実施例２を図面を用いて説明する。図６は実施例２における画像処理装置の回路ブロック図である。本画像処理装置にも、実施例１と同様、入力映像信号としてＹＵＶ信号が入力される。

３０は入力映像信号であるＹＵＶ信号をＹＵＶ色空間からＲＧＢ色空間に変換する色空間変換部である。色空間変換部３０での色空間変換処理の詳細は本発明の本質に関わらないので説明を省略する。なお、本実施例ではＲＧＢ色空間におけるＲＧＢ信号を用いて説明するが、複数の原色信号を含む色信号であればその他の色空間における信号を用いても良い。

色空間変換部３０でＲＧＢデータに変換された入力映像信号は、続いて階調補正処理部３１に入力される。階調補正処理部３１の詳細な構成を図７を用いて説明する。

図７は実施例２における階調補正処理部３１の詳細な回路ブロック図である。階調補正処理部３１は後述する階調補正処理を入力されたＲＧＢ信号に対して施し、Ｒ’Ｇ’Ｂ’信号を出力する。

まず、入力されたＲＧＢの各信号は変換テーブル４３とヒストグラム作成部４０にそれぞれ入力される。ヒストグラム作成部４０では１画面分のヒストグラムを作成する。ヒストグラム作成部４０では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各データの階調値の合計を３で除した平均値を求め、その平均値を用いてヒストグラムを作成する。図８はヒストグラム作成部４０により作成されるヒストグラムの一例を示している。

例えば、入力されたＲＧＢ信号が０から２５５までの階調を有する８ビットのデータとすると、全信号の総和が取り得る値は０から７６５（＝２５５×３）までである。そして、この総和を３で除算することにより、平均階調値の取り得るレンジは０から２５５までとなる。ここで、平均階調値は即ちＲＧＢ信号の明るさ成分を表す信号である。

本例では、この平均値を４つのカテゴリに分類することでヒストグラム４０を作成する。つまり、入力階調レベルを４つのカテゴリ（区間）に分割するものとする。この４つのカテゴリのヒストグラム値（度数）をそれぞれｈ１、ｈ２、ｈ３，ｈ４とすると、ｈ１は０〜６３階調における度数、ｈ２は６４〜１２７階調における度数といった具合に割り当てられる。作成したヒストグラムにおいて、黒に近い階調であるカテゴリの度数ｈ１と白に近い階調であるカテゴリの度数ｈ４がそれぞれ階調変換カーブ選択部４１に出力される。階調レベルは即ち、明るさの度合いを示すレベルである。そして、カテゴリｈ１とｈ２では、カテゴリｈ１の方がカテゴリｈ２よりも暗いレベルとなる。

階調変換カーブ選択部４１はカテゴリの度数に対応して予め定められた複数の変換特性（階調変換カーブ）をＬＵＴとして保持している。そして、ヒストグラム作成部４０から出力された度数ｈ１及びｈ４に基づいて、保持している階調変換カーブを選択する。

ここで、低輝度側の度数ｈ１に対応する階調変換カーブを黒側カーブと称する。つまり、階調値６４が所定の明るさ度（閾値）となる。また、高輝度側の度数ｈ４に対応する階調変換カーブを白側カーブと称する。図９は階調変換カーブ選択部４１で選択された黒側カーブ５０と白側カーブ５１、中間調領域のカーブとからなる階調変換特性のグラフである。ここで、階調変換カーブ選択部４１に保持されている黒側カーブ及び白側カーブはそれぞれ２５６種類あるものとする。そして、度数ｈ１によって２５６種類の黒側カーブから一つの黒側カーブが選択される。白側カーブについても同様である。なお、図９に示したグラフはあくまでも概念的なものである。従って、本発明は図９に示した数値や曲線によって限定されるものではない。

図１０は２５６種類の黒側カーブの変換特性を模式的に示した図である。カーブ（階調変換特性）ごとにＩＤとしてのカーブナンバーが付与されている。そして、カーブナンバーが大きいほど、黒伸張の度合いが強い変換特性となっている。本例では、ヒストグラムの度数ｈ１が小さい場合、即ち、１画面内に暗い階調の画素が少ない画像の場合には黒の伸張度合いを大きくするカーブが選択される。つまり、図１０におけるカーブナンバーの大きい黒側カーブが選択されることになる。このような階調変換カーブの選択ルールを採用することで、暗い画素が多いシーンの場合、つまり度数ｈ１が大きい値を示す場合は黒の伸張度合いを小さくするカーブが選択される。結果として、暗いシーンであっても入力映像の階調を的確に表現することができる。反対に、暗い画素が少ないシーンの場合、つまり度数ｈ１が小さい値を示す場合は、黒の伸張度合いを大きくするカーブが選択される。この結果、画像の黒浮きを抑制することが可能となる。

なお、高輝度側の度数ｈ４に対応する白側カーブについても、黒側カーブと同様の制御を行う。但し、本発明において白側カーブの選択制御は重要ではないため、説明を省略する。

以上のように選択された黒側カーブと白側カーブは中間調補間部４２に出力される。中間調補間部４２では、黒側カーブと白側カーブの間の中間調部分の階調変換特性を作成する。本例では、中間調補間部４２は黒側カーブと白側カーブの間を直線によって補間するものとする。図９に点線で示したものが中間調補間部で作成された、中間調領域の階調変換特性である。

中間調補間部４２から出力される階調変換カーブは、入力階調（本例では０〜２５５）全域での変換特性を規定するカーブとなっている。つまり、図９として示した階調変換カーブである。このカーブを階調変換テーブル４３に設定する。この設定処理は映像が変化するたびに行われる。例えば、動画の場合はフレーム単位で行われる。これにより、入力の画像に応じた変換特性を自動的に設定し、階調補正処理が実行される。こうして、階調補正処理部３１からは階調補正が行われたＲ’Ｇ’Ｂ’信号が出力される。

なお、図７における階調変換カーブ選択部４１からは、選択された黒側カーブのカーブナンバーが実施例１で説明した黒変調量信号（変調度）ｂとして出力される。そして、この黒変調量信号ｂが後述する彩度補正部３２に入力される。本例では黒変調量信号ｂにカーブナンバーを対応させているが、黒変調量信号ｂはカーブナンバーである必要はない。また、黒変調量信号ｂは予め定められた範囲内で任意の変調量となる値を取るように構成すればよい。

続いて、本実施例における彩度補正部３２の構成を説明する。図１１は彩度補正部３２の詳細な構成を示すブロック図である。階調補正処理部３１から出力されたＲ’Ｇ’Ｂ’信号は平均値検出部３３に入力される。また、減算部３４に入力される。

平均値検出部３３はＲ’Ｇ’Ｂ’信号の平均値Ａｖを求める処理を行う。Ａｖを求めるための数式は次の通りである。
Ａｖ＝（Ｒ’＋Ｇ’＋Ｂ’）／３ （２）
上述したが、この平均値はＲ’Ｇ’Ｂ’信号の明るさ成分を表す信号に相当する。平均値検出部３３で求められた平均値Ａｖは減算部３４に入力される。減算部３４ではＲ’Ｇ’Ｂ’信号のそれぞれの値から平均値Ａｖを減ずる。これにより、減算部３４からはＲ１、Ｇ１、Ｂ１の各信号が出力される。なお、ここで出力されるＲ１、Ｇ１、Ｂ１の各信号の絶対値を求め、求めた３つの絶対値の中で最大の値が大きいほど彩度が高いと言える。例えば、８ビットの信号であれば最大値が２５５に近いものほど高彩度のデータとなる。

続いて、減算部３４から出力されたＲ１、Ｇ１、Ｂ１の各信号は乗算部３５に入力される。乗算部３５では、各信号に対してゲインｇを乗ずる。ここで、ゲインｇは彩度データの調整量に相当する。ゲインｇは階調補正処理部３１から出力された黒変調量信号ｂを変換テーブル３７で変換することで得られる値である。即ち、黒変調量信号ｂに基づいてゲインｇは決定される。なお、変換テーブル３７における黒変調量信号ｂとゲインｇの関係は図１２に示す。変換テーブル３７における黒変調量信号ｂとゲインｇの関係は上述した実施例１における変換テーブル２１と基本的な思想は同一である。なお、このグラフはあくまでも概念的なものである。従って、本発明は図１２に示した数値や曲線によって限定されるものではない。

さて、乗算部３５ではＲ１、Ｇ１、Ｂ１の各信号に対して、彩度の調整量であるゲインｇが乗算される。続いて、乗算によって得られたＲ２、Ｇ２、Ｂ２の各信号は加算部３６に入力される。この加算部３６ではＲ２、Ｇ２、Ｂ２の各信号に対して平均値検出部３３で求めた平均値Ａｖを加算する処理を行う。平均値Ａｖを加算することで、Ｒ”、Ｇ”、Ｂ”信号が得られる。

即ち、彩度補正部３２では、減算部３４でＲＧＢデータを彩度データに変換した後、ゲインｇを乗算して彩度補正を行い、その後に加算部３６で彩度補正がなされたＲＧＢデータ（Ｒ”Ｇ”Ｂ”）に変換し直すという処理を実行している。

以上、説明したように本実施例では、低輝度側（黒側）の階調補正度合いに応じて彩度補正量を調整するにあたり、低輝度側の輝度レベルを低下させる度合いが強くなるに応じて、彩度補正における彩度補正量を低減するように制御するものである。このような制御を行うことで、最終的に得られる出力信号の彩度変化を簡易な構成で防ぐことが可能となる。

（実施例３）
続いて、色補正を３次元ルックアップテーブル（以後、３ＤＬＵＴと称する）を用いる構成に対して本発明を適用する場合を実施例３として説明する。本実施例における画像処理装置の回路ブロック図は図６で示した回路ブロック図と同様であるので説明を省略する。また、色空間変換部３０及び階調補正処理部３１での処理は実施例２と同様であるので、説明を省略する。以下、彩度補正部３２の説明を行う。

図１３は本実施例における彩度補正部の詳細図である。６１は後述する補間演算を行う補間演算部である。６２はＲＡＭ、６３は補間演算した演算結果をＲ’、Ｇ’、Ｂ’の各信号に対して加算する加算部である。６４は３ＤＬＵＴを格納したＲＯＭである。６５は黒変調量信号ｂに基づいてゲインｇを出力する変換テーブルである。６６はゲインｇをＲＯＭ６４の出力に乗算する乗算部である。

ＲＯＭ６４には図１４に示すような３ＤＬＵＴが格納されている。本実施例ではＲＧＢ色空間を図１４に示すように５×５×５に分割した３ＤＬＵＴを想定している。つまり、ＲＯＭ６４にはＲＧＢ色空間を５×５×５に分割した際の格子点（１２５点）のデータを保持していることになる。格子点のＲＧＢデータは、各色が８ビットの階調レベルを有する場合、図１６のようになる。

各格子点には、当該格子点における入力ＲＧＢデータと、そのＲＧＢデータに対応する出力ＲＧＢデータの差分（出力ＲＧＢデータ−入力ＲＧＢデータ）が格納されている。差分データはそれぞれ△Ｒ、△Ｇ、△Ｂとなる。つまり、３ＤＬＵＴはＲＧＢ色空間での色補正を行うためのものであり、差分データは色補正データとなる。

差分データ△Ｒ、△Ｇ、△Ｂは例えば、以下のように求めることができる。例えば、実施例２で用いた図１２において、ゲインｇを最大値である１．５とした場合の出力データＲ”、Ｇ”、Ｂ”と、入力データＲ’、Ｇ’、Ｂ’の差分を用いる。つまり、
△Ｒ＝Ｒ”−Ｒ’
△Ｇ＝Ｇ”−Ｇ’
△Ｂ＝Ｂ”−Ｂ’
となる。このとき、入力データＲ’、Ｇ’、Ｂ’は上述した３ＤＬＵＴの格子点のＲＧＢデータであるとして計算する。このような処理を実施することで、１２５個の格子点の差分データが求められる。この差分データがＲＯＭ６４に格納される。ＲＯＭ６４に格納された差分データ△Ｒ、△Ｇ、△Ｂは、各格子点の彩度補正の補正量を算定するために必要なデータである。例えば、以上のように求められた差分データ△Ｒ、△Ｇ、△Ｂにゲインｇ＝１を乗算し、入力データＲ’、Ｇ’、Ｂ’と加算する。そうすれば、上述した実施例２におけるゲインｇ＝１．５の場合の彩度補正データ、即ち、Ｒ”、Ｇ”、Ｂ”データが得られる。

変換テーブル６５は階調補正処理部３１で生成された黒変調量信号ｂを入力し、ゲインｇを出力する。本実施例では図１５に示す変換テーブル特性を用いることとする。

乗算部６６では、ＲＯＭ６４から出力される差分データとゲインｇを乗算する。ＲＯＭ６４の差分データは上述したように１２５点分存在する。従って、乗算部６６では１２５点の差分データ全てに対して以下のようにゲインｇを乗ずる処理を実行する。
△Ｒ’＝△Ｒ×ｇ
△Ｇ’＝△Ｇ×ｇ
△Ｂ’＝△Ｂ×ｇ
乗算部６６から出力された△Ｒ’、△Ｇ’、△Ｂ’はＲＡＭ６２に格納される。ＲＡＭ６２はＲＯＭ６４と同様、５×５×５の３ＤＬＵＴを格納する。

補間演算部６１は入力されたＲ’、Ｇ’、Ｂ’データとＲＡＭ６２に格納された、ゲインを乗じた差分データ△Ｒ’、△Ｇ’、△Ｂ’を用いた補間演算処理を実行することで、Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’データに対応する△Ｒ”、△Ｇ”、△Ｂ”となる差分データを求める。なお、補間演算部６１で実行する補間演算は例えば線形補間などの公知の補間方法を適用することができる。

つまり、補間演算部６１はＲＧＢ色空間を図１４のように分割した際、入力Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’データが属する一つの格子ブロックの８つの頂点の差分データ△Ｒ’、△Ｇ’、△Ｂ’を参照する。そして、入力Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’データと８つの頂点とのそれぞれの距離に応じて差分データ△Ｒ’、△Ｇ’、△Ｂ’を演算により求める。このように求められた差分データ△Ｒ”、△Ｇ”、△Ｂ”は彩度補正部に入力されたＲ’、Ｇ’、Ｂ’データにそれぞれ加算される。この加算処理の結果、彩度補正処理が施されたＲ”、Ｇ”、Ｂ”データが出力される。

続いて、本実施例の処理フローを説明する。ＲＯＭ６４には上述のように実施例２におけるゲインがｇ＝１．５であったときの差分データ△Ｒ、△Ｇ、△Ｂが格納されているとする。

例えば、黒側カーブのカーブナンバーが０であった場合、黒変調量信号ｂは０である。このとき、図１５よりゲインｇ＝１となる。従って、乗算部６６の入出力は以下の関係になる。
△Ｒ’＝△Ｒ
△Ｇ’＝△Ｇ
△Ｂ’＝△Ｂ
つまり、△Ｒ’、△Ｇ’、△Ｂ’データは実施例２におけるゲインｇ＝１．５のときの彩度補正出力データＲ”Ｇ”Ｂ”と、入力データＲ’Ｇ’Ｂ’の差分を表している。

乗算部６６の出力である差分データ△Ｒ’、△Ｇ’、△Ｂ’はＲＡＭ６２に格納される。この時点では１２５の格子点における差分データしか存在しない。

その後、補間演算部６１では、ＲＡＭ６２に格納された差分データ△Ｒ’、△Ｇ’、△Ｂ’を参照し、入力データＲ’Ｇ’Ｂ’に対応する差分データ△Ｒ”、△Ｇ”、△Ｂ”を求める。このとき、入力データＲ’Ｇ’Ｂ’に対応する差分データ△Ｒ”、△Ｇ”、△Ｂ”は、やはり実施例２におけるゲインｇ＝１．５の時の差分データに相当するものである。

差分データ△Ｒ”、△Ｇ”、△Ｂ”は、加算部６３で入力データＲ’Ｇ’Ｂ’と加算される。これにより、黒変調量信号ｂ＝０の場合、入力データＲ’Ｇ’Ｂ’は、実施例２におけるゲインｇ＝１．５に相当する彩度補正をかけられたＲ”Ｇ”Ｂ”データとして出力される。

以上、説明したように本実施例では、彩度補正処理を３ＤＬＵＴを用いて行う場合であっても、彩度補正処理を適正に行うことが可能である。従って、低輝度側（黒側）の階調補正度合いに応じて彩度補正量を調整するにあたり、低輝度側の輝度レベルを低下させる度合いが強くなるに応じて、彩度補正における彩度補正量を低減するように制御するものである。このような制御を行うことで、最終的に得られる出力信号の彩度変化を簡易な構成で防ぐことが可能となる。

実施例１における画像処理装置の回路ブロック図である。 実施例１の階調補正処理部１における階調変換特性を概念的に示した図である。 実施例１における階調補正処理部１のブロック図である。 実施例１における彩度補正部２のブロック図である。 実施例１の彩度補正部２における変換テーブル２１の変換特性を概念的に示した図である。 実施例２における画像処理装置の回路ブロック図である。 実施例２の階調補正処理部３１のブロック図である。 実施例２のヒストグラム作成部４１で作成されるヒストグラムの一例を示す図である。 実施例２の階調変化テーブル４３に設定される階調変換特性を示すグラフである。 実施例２の黒側カーブの変換特性を模式的に示した図である。 実施例２の彩度補正部３２のブロック図である。 実施例２の彩度補正部３２における変換テーブル３７の変換特性を概念的に示した図である。 実施例３の彩度補正部のブロック図である。 実施例３の彩度補正部における３次元ルックアップテーブルの概念を示した図である。 実施例３の彩度補正部における変換テーブル６５の変換特性を概念的に示した図である。 実施例３の彩度補正部における３次元ルックアップテーブルの格子点情報を説明するための表である。

Claims (8)

1. 明るさを示す輝度信号と色味を示す色味成分信号とを含む色信号で表現された複数の画素から構成される画像データに対して、当該画像データを構成する各画素の輝度信号を、所定のγ補正特性に従って補正する階調補正処理を実行する階調補正手段と、当該画像データを構成する各画素の色味成分信号を所定の彩度補正量に従って補正する彩度補正処理を実行する彩度補正手段とを有する画像処理装置であって、
   前記γ補正特性は、画像データを構成する各画素の輝度信号のうち、所定の輝度値よりも低輝度である輝度信号がさらに低輝度となるように補正する黒伸長特性を有し、
   前記画像処理装置は、
   前記黒伸長特性における、前記所定の輝度値よりも低輝度である輝度信号をさらに低輝度となるように階調補正を実行する際の補正度合いを示す黒変調量信号を前記階調補正手段で階調補正処理される画像データ単位で生成する生成手段と、
   前記生成手段で生成された黒変調量信号を用いて、前記階調補正手段で階調補正処理された画像データを構成する各画素の色味成分信号を補正する彩度補正量を決定する決定手段と、
   を有し、
   前記決定手段は、前記黒変調量信号が輝度信号を低輝度とする補正度合いが小さいことを示す場合には前記彩度補正量を大きくし、輝度信号を低下させる補正度合いが大きくなるにつれて前記彩度補正量を小さくするように彩度補正量を決定することを特徴とする画像処理装置。
2. 複数の原色信号で表現された複数の画素から構成される画像データに対して、当該画像データを構成する各画素の明るさ成分を示す階調値を生成し、当該階調値を用いて画素数分布を示す階調ヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、当該階調ヒストグラムの画素数分布に基づいて決定したγ補正特性を用いて、前記画像データの階調補正処理を実行する階調補正手段と、前記階調補正手段で階調補正された画像データを所定の彩度補正量に従って補正する彩度補正処理を実行する彩度補正手段とを有する画像処理装置であって、
   前記γ補正特性は、画像データを構成する各画素の階調値のうち、所定の輝度値よりも低輝度である階調値がさらに低輝度となるように補正する黒伸長特性を有し、
   前記画像処理装置は、
   前記黒伸長特性における、前記所定の輝度値よりも低輝度である階調値をさらに低輝度となるように階調補正を実行する際の補正度合いを示す黒変調量信号を前記階調補正手段で階調補正処理される画像データ単位で生成する生成手段と、
   前記生成手段で生成された黒変調量信号を用いて、前記階調補正手段で階調補正処理された画像データの彩度補正量を決定する決定手段と、
   を有し、
   前記生成手段は、前記階調ヒストグラムにおいて、前記所定の輝度値よりも低輝度である階調値の画素数が少なくなるほど、前記補正度合いが大きくなるように前記黒変調量信号を生成し、
   前記決定手段は、前記黒変調量信号が、前記補正度合いが小さいことを示す場合には前記彩度補正量を大きくし、前記補正度合いが大きくなるにつれて前記彩度補正量を小さくするように彩度補正量を決定することを特徴とする画像処理装置。
3. 前記彩度補正手段は、前記階調補正手段で階調補正された画像データの各原色信号の階調値を算出し、前記各原色信号から当該階調値を減じた値に対して、決定された前記彩度補正量を乗算することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記彩度補正手段は、前記彩度補正量が乗算された各原色信号の値に対して、前記階調値を加算することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 明るさを示す輝度信号と色味を示す色味成分信号とを含む色信号で表現された複数の画素から構成される画像データに対して、当該画像データを構成する各画素の輝度信号を、所定のγ補正特性に従って補正する階調補正処理を実行する階調補正ステップと、当該画像データを構成する各画素の色味成分信号を所定の彩度補正量に従って補正する彩度補正処理を実行する彩度補正ステップとを有する画像処理方法であって、
   前記γ補正特性は、画像データを構成する各画素の輝度信号のうち、所定の輝度値よりも低輝度である輝度信号がさらに低輝度となるように補正する黒伸長特性を有し、
   前記画像処理方法は、
   前記黒伸長特性における、前記所定の輝度値よりも低輝度である輝度信号をさらに低輝度となるように階調補正を実行する際の補正度合いを示す黒変調量信号を前記階調補正ステップで階調補正処理される画像データ単位で生成する生成ステップと、
   前記生成ステップで生成された黒変調量信号を用いて、前記階調補正ステップで階調補正処理された画像データを構成する各画素の色味成分信号を補正する彩度補正量を決定する決定ステップと、
   を有し、
   前記決定ステップでは、前記黒変調量信号が輝度信号を低輝度とする補正度合いが小さいことを示す場合には前記彩度補正量を大きくし、輝度信号を低下させる補正度合いが大きくなるにつれて前記彩度補正量を小さくするように彩度補正量を決定することを特徴とする画像処理方法。
6. 複数の原色信号で表現された複数の画素から構成される画像データに対して、当該画像データを構成する各画素の明るさ成分を示す階調値を生成し、当該階調値を用いて画素数分布を示す階調ヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、当該階調ヒストグラムの画素数分布に基づいて決定したγ補正特性を用いて、前記画像データの階調補正処理を実行する階調補正ステップと、前記階調補正ステップで階調補正された画像データを所定の彩度補正量に従って補正する彩度補正処理を実行する彩度補正ステップとを有する画像処理方法であって、
   前記γ補正特性は、画像データを構成する各画素の階調値のうち、所定の輝度値よりも低輝度である階調値がさらに低輝度となるように補正する黒伸長特性を有し、
   前記画像処理方法は、
   前記黒伸長特性における、前記所定の輝度値よりも低輝度である階調値をさらに低輝度となるように階調補正を実行する際の補正度合いを示す黒変調量信号を前記階調補正ステップで階調補正処理される画像データ単位で生成する生成ステップと、
   前記生成ステップで生成された黒変調量信号を用いて、前記階調補正ステップで階調補正処理された画像データの彩度補正量を決定する決定ステップと、
   を有し、
   前記生成ステップでは、前記階調ヒストグラムにおいて、前記所定の輝度値よりも低輝度である階調値の画素数が少なくなるほど、前記補正度合いが大きくなるように前記黒変調量信号を生成し、
   前記決定ステップでは、前記黒変調量信号が、前記補正度合いが小さいことを示す場合には前記彩度補正量を大きくし、前記補正度合いが大きくなるにつれて前記彩度補正量を小さくするように彩度補正量を決定することを特徴とする画像処理方法。
7. 前記彩度補正ステップでは、前記階調補正ステップで階調補正された画像データの各原色信号の階調値を算出し、前記各原色信号から当該階調値を減じた値に対して、決定された前記彩度補正量を乗算することを特徴とする請求項６に記載の画像処理方法。
8. 前記彩度補正ステップでは、前記彩度補正量が乗算された各原色信号の値に対して、前記階調値を加算することを特徴とする請求項７に記載の画像処理方法。

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