專利名稱：灰度校正裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于校正電視接收機(jī)、磁帶錄像機(jī)、攝像機(jī)、光盤錄像機(jī)(ビデオディスク)等的圖像信號灰度的灰度校正裝置。
近來年，隨著彩色電視機(jī)的大型化和圖像質(zhì)量的提高，為了使圖像更鮮明，而讓圖像信號通過非線性放大器，來校正圖像信號的灰度，擴(kuò)大屏幕上圖像的動態(tài)范圍，為此，灰度校正裝置正日益受到重視。
以下就已有的灰度校正裝置進(jìn)行說明。
圖3是已有灰度校正裝置的方框圖。圖中，1是檢測輸入輝度信號中黑信號并輸出黑檢測信號的黑信號檢測電路。2是通過增益控制電壓來對黑檢測信號作增益控制并輸出黑檢測放大信號的增益控制電路。3是將輸入輝度信號與輝度放大信號相加后輸出輸出輝度信號的加法器。4是保持輸出輝度信號的黑信號峰值電平并將該電壓作為黑信號峰值保持電壓輸出的黑信號峰值保持電路。5是將黑信號峰值保持電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的比較器。6是產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的電壓源。
下面，參照圖4，說明上述結(jié)構(gòu)的灰度校正裝置的動作。
圖4示出該已有實(shí)例中各部位的信號。
首先，輸入輝度信號a輸入到黑信號檢測電路中，選出輝度信號中處于一定值之下的黑信號，作為黑檢測信號b輸出。接著，黑檢測信號b輸入到增益控制電路2，用增益控制電壓f控制增益后作為黑檢測放大信號c輸出。該信號c再輸入加法器3，與輸入輝度信號a相加，輸出黑區(qū)動態(tài)范圍擴(kuò)大后的輸出輝度信號d。該信號d被輸出的同時，還輸入到黑信號峰值保持電路4。在該電路中，檢測最黑的輝度信號電平，將該電壓作為黑信號峰值保持電壓e輸出。在比較器5中，將電壓e與電壓源6發(fā)生的基準(zhǔn)電壓r比較，其差值作為增益控制電壓f反饋到上述增益控制電路2。該反饋系統(tǒng)在黑信號峰值電壓e與基準(zhǔn)電壓g相等時能夠穩(wěn)定。這樣，在有黑信號檢測成分的情況下，其峰值電壓控制到與基準(zhǔn)電壓相等，由此擴(kuò)大了黑區(qū)的動態(tài)范圍，完成了灰度校正。
圖5是另一已有灰度校正裝置的方框圖。圖中，7是A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的輝度信號變換成數(shù)字值。8是直方圖存儲器，取出輸入輝度信號的輝度直方圖。一般情況下，將輸入信號的輝度電平作為存儲器的地址，在該地址內(nèi)存入頻次。9是直方圖累加電路，將直方圖存儲器8的輸出信號累加起來。10是累積直方圖存儲器，依次存放直方圖累加電路9的累加結(jié)果，一般將輸入信號的輝度電平作為存儲器的地址，在地址內(nèi)存入頻次。11是表格運(yùn)算電路，將累積直方圖存儲器10的各個數(shù)據(jù)歸一化，使累加后的最大值成為輸出輝度信號的最大值。12是表格存儲器，存儲由表格運(yùn)算電路11歸一化后的輸出信號，一般以輝度電平作為存儲器的地址，在其地址內(nèi)存入頻次。13是D/A轉(zhuǎn)換器，將表格存儲器12校正后的數(shù)字輸出輝度信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。14是時序控制電路，控制上述各種運(yùn)算的順序和各個存儲器。
下文中對上述結(jié)構(gòu)的灰度校正裝置的動作進(jìn)行說明。圖6示出該已有實(shí)例中變換的情況。
首先，將輸入輝度信號a輸入A/D轉(zhuǎn)換器7中轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，作為輸入輝度轉(zhuǎn)換信號輸出。直方圖存儲器8以該輸入輝度轉(zhuǎn)換信號h作為地址，每次尋址，就在該地址的數(shù)值上加1。在一個垂直掃描期間進(jìn)行該動作，藉此檢測輸入輝度信號a的輝度直方圖。其情形在圖6(a)中示出。該直方圖存儲器8的內(nèi)容每過一定時間后清除，將所有數(shù)據(jù)清零。這一時間一般選為一個垂直掃描周期，或者其整數(shù)倍。
接著，從0號地址開始，依次讀出直方圖存儲器8的數(shù)據(jù)，在直方圖累加電路9中累加輸出信號i。進(jìn)而將累加結(jié)果j存儲在累積直方圖存儲器10中。其情形在圖6(b)中示出。
接著在表格運(yùn)算電路11中計算出使累積直方圖存儲器10的最大值成為輸出輝度電平最大值的歸一化系數(shù)，以該系數(shù)對累積直方圖存儲器10中的各個數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化運(yùn)算，將其運(yùn)算結(jié)果1存儲在表格存儲器12中。其情形示出在圖6(c)中。
表格存儲器12以輸入輝度轉(zhuǎn)換信號為地址，讀出該地址中的數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)作為輸出輝度校正信號m輸出。圖6(d)示出了輝度變換后的直方圖。然后在D/A轉(zhuǎn)換器13中將該輸出輝度校正信號m變換成模擬信號輸出。
時序控制電路14控制各電路的動作，使各部分的動作按上述順序進(jìn)行。
但是，在上述已有結(jié)構(gòu)中，首先是在前一例中存在這樣的問題，即它僅以黑信號作為灰度校正的對象，因此，對于明亮的部分和中間輝度電平的信號不能進(jìn)行灰度校正，不能充分改善動態(tài)范圍。
而后一例一般稱之為直方圖平直化處理，動態(tài)范圍擴(kuò)大100%，它有這樣的問題，即如對通常的圖像信號進(jìn)行這種處理，處理后的圖像與實(shí)際圖像相差很遠(yuǎn)，反而難以看清。
本發(fā)明用于解決上述已有的問題，目的在于提供一種灰度校正裝置，對于黑區(qū)部分自不用說，對明亮部分和中間輝度電平的信號也能充分地進(jìn)行灰度校正，同時，能防止動態(tài)范圍過分?jǐn)U大，更逼真地進(jìn)行高對比度的灰度校正。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的灰度校正裝置包括存儲圖像輝度信號的輝度直方圖的直方圖存儲器;連接該直方圖存儲器，處理直方圖存儲器的數(shù)據(jù)的限幅電路;從上述直方圖存儲器的輸出信號中檢測出輝度直方圖的總頻次的總頻次檢測電路;從總頻次檢測電路的輸出信號和上述直方圖存儲器的輸出信號中檢測出輝度直方圖的輝度分布的輝度分布檢測電路;從輝度分布檢測電路的輸出信號和上述總頻次檢測電路的輸出信號計算出輝度直方圖的擴(kuò)展程度的分布系數(shù)運(yùn)算電路;從該分布系數(shù)運(yùn)算電路的運(yùn)算結(jié)果計算出在求累積直方圖時需要附加的數(shù)值的附加值運(yùn)算電路;將附加值運(yùn)算電路的運(yùn)算結(jié)果與上述直方圖存儲器的輸出信號相加的加法器;從上述直方圖存儲器的輸出信號檢測出輝度直方圖的最小輝度電平的最小值檢測電路;檢測出輸入上述直方圖存儲器的圖像信號的平均輝度電平的平均輝度電平檢測電路;從平均輝度電平檢測電路的輸出信號以及上述最小值檢測電路的輸出信號和分布系數(shù)運(yùn)算電路的輸出信號計算出起始累積直方圖的輝度電平的累積起始輝度電平運(yùn)算電路;從上述平均輝度電平檢測電路的輸出信號計算出終止累積直方圖的輝度電平的累積終止輝度電平運(yùn)算電路;依據(jù)上述累積起始輝度電平運(yùn)算電路的輸出信號和累積終止輝度電平運(yùn)算電路的輸出信號來控制上述加法器的輸出信號并作累加運(yùn)算的直方圖累加電路;存儲該累加結(jié)果的累積直方圖存儲器;從累積直方圖存儲器的輸出信號檢測出累積直方圖的最大值的最大累積值檢測電路;根據(jù)最大累積值檢測電路的輸出信號將上述累積直方圖存儲器的輸出信號歸一化的表格運(yùn)算電路;存儲表格運(yùn)算電路的運(yùn)算結(jié)果并依據(jù)該數(shù)據(jù)將輸入的圖像輝度信號變換后輸出的表格存儲器;控制上述各個電路動作的時序控制電路。
本發(fā)明根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，首先由限幅電路將取出的輝度直方圖的頻次的上限限制在一個規(guī)定值。然后，由總頻次檢測電路檢測輝度直方圖的總頻次，再由輝度分布檢測電路檢測出輝度直方圖的輝度分布。從這些結(jié)果中，由分布系數(shù)運(yùn)算電路計算出輝度直方圖的擴(kuò)展程度，由附加值運(yùn)算電路計算出求累積直方圖時所需的附加值。進(jìn)而，由加法器將該附加值與直方圖存儲器的輸出信號相加，在直方圖累加電路中累加該加法運(yùn)算結(jié)果，進(jìn)而將累加結(jié)果存儲在累積直方圖存儲器中。但是，累加運(yùn)算是在累積起始輝度電平運(yùn)算電路檢測出的起始點(diǎn)到累積終止輝度電平運(yùn)算電路檢測出的終止點(diǎn)的范圍內(nèi)進(jìn)行的。這里，上述累加運(yùn)算的終止點(diǎn)根據(jù)平均輝度電平檢測電路檢測出的輸入圖像信號的平均輝度電平計算得出。而累加運(yùn)算的起始點(diǎn)是根據(jù)最小值檢測電路檢測到的輝度直方圖的最小輝度電平和上述平均輝度電平及上述分布系數(shù)計算得出的。
然后，根據(jù)最大累積值檢測電路檢測出的累積直方圖的最大值，由表格運(yùn)算電路將累積直方圖的各個數(shù)據(jù)歸一化。進(jìn)而將運(yùn)算結(jié)果存儲在表格存儲器中，根據(jù)該數(shù)據(jù)來進(jìn)行輸入圖像信號的變換。
如上所述，由直方圖存儲器檢測出輸入的圖像信號的輝度直方圖，再進(jìn)行通常執(zhí)行的直方圖平直化處理，這時，能保持高動態(tài)范圍化的特征，并且能對圖像信號進(jìn)行最佳處理。


圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的灰度校正裝置的方框圖。
圖2是說明本發(fā)明的灰度校正裝置動作的波形圖。
圖3是第一種已有的灰度校正裝置的方框圖。
圖4是說明第1種已有的灰度校正裝置的動作波形圖。
圖5是第2種已有的灰度校正裝置的方框圖。
圖6是說明第2種已有的灰度校正裝置的動作波形圖。
下面參照附圖對本發(fā)明的一個實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1是本發(fā)明的灰度校正裝置的方框圖。圖中，7是A/D轉(zhuǎn)換器，8是直方圖存儲器，9是直方圖累加電路，10是累積直方圖存儲器，11是表格運(yùn)算電路，12是表格存儲器，13是D/A變換器，與后一種已有實(shí)例相同。31是限幅電路，限制輝度直方圖的頻次不超出某一值。32是平均輝度電平檢測電路，檢測輸入圖像信號的平均輝度電平。33是總頻次檢測電路，檢測處理后的輝度直方圖的總頻次。34是輝度分布檢測電路，檢測輝度分布的范圍。35是分布系數(shù)運(yùn)算電路，計算輝度直方圖的擴(kuò)展程度。36是附加值運(yùn)算電路，計算在求累積直方圖時附加的一定值。37是加法器，將直方圖存儲器8的輸出信號與附加值運(yùn)算電路36的輸出信號相加。38是最小值檢測電路，檢測輝度直方圖的最小輝度電平。39是累積起始輝度電平運(yùn)算電路，計算出在進(jìn)行累積直方圖的運(yùn)算時的起始輝度電平。40是累積終止輝度電平運(yùn)算電路，計算出在進(jìn)行累積直方圖的運(yùn)算時的終止輝度電平。41是最大累積值檢測電路，檢測累積直方圖的最大值。14是時序控制電路，控制上述各個電路的運(yùn)算順序和存儲器。
現(xiàn)在說明上述結(jié)構(gòu)的灰度校正裝置的動作。圖2中示出各部位的動作波形。
首先，在直方圖存儲器8中存儲輸入圖像信號的輝度直方圖。其情形在圖2(a)中示出。接著，在限幅電路31中，對于輝度直方圖的頻次設(shè)置一定的上限，將超過該值的頻次限制在該上限值。其情形在圖2(b)中示出。以后，依據(jù)處理過的輝度直方圖數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算。
運(yùn)算過程中，首先，在總頻次檢測電路33中檢測出輝度直方圖的面積，亦即各個頻次的總和。接著在輝度分布檢測電路34中計算出檢測到的總頻次的10%和90%的頻次，從直方圖存儲器8的數(shù)據(jù)中檢測出包含從10%到90%的頻次的輝度電平范圍。分布系數(shù)運(yùn)算電路35依據(jù)檢測到的總頻次和輝度分布，計算出輝度直方圖的擴(kuò)展程度。附加值運(yùn)算電路36從計算出的分布系數(shù)計算出在求累積直方圖時要附加的一定值(參照圖2c)。該附加值控制校正效果的強(qiáng)弱，附加值越小，校正效果越強(qiáng)，附加值越大，校正效果越弱。進(jìn)而在加法器37中，進(jìn)行直方圖存儲器8的輸出信號與附加值運(yùn)算電路36的輸出信號的加法運(yùn)算。
接著，最小值檢測電路38從直方圖存儲器8的輸出信號中檢測出輝度直方圖的最小輝度電平，平均輝度電平檢測電路32檢測出輸入的圖像輝度信號的平均電平。進(jìn)而累積起始輝度電平運(yùn)算電路39從檢測到的最小輝度電平和平均輝度電平以及分布系數(shù)計算出在求累積直方圖時開始累積的輝度電平。而累積終止輝度電平運(yùn)算電路40則從檢測到的平均輝度電平計算出在求累積直方圖時結(jié)束累積的輝度電平。
然后，直方圖累加電路9在累積起始輝度電平運(yùn)算電路39算出的輝度電平及累積終止輝度電平運(yùn)算電路40算出的輝度電平的范圍內(nèi)對加法器37的輸出信號進(jìn)行累加運(yùn)算，其累加結(jié)果存儲在累積直方圖存儲器10中。該情形顯示在圖2(d)中。最大累積值檢測電路41從累積直方圖存儲器10的數(shù)據(jù)中檢測出最大值，在表格運(yùn)算電路11中計算使該最大值成為校正后的輸出輝度電平的最大值的歸一化系數(shù)，用該系數(shù)將累積直方圖存儲器10的各個數(shù)據(jù)歸一化。其情形在圖2(e)中示出。進(jìn)而，在表格存儲器12中存儲運(yùn)算結(jié)果，結(jié)束設(shè)定過程。將輸入輝度信號作為表格存儲器12的地址，根據(jù)該地址中的數(shù)據(jù)可得到校正后的輸出輝度信號。圖2(f)是輝度變換后的直方圖。
根據(jù)上述實(shí)施例，通過設(shè)置直方圖存儲器8、直方圖累加電路9、累積直方圖存儲器10、表格運(yùn)算電路11、表格存儲器12、時序控制電路14、限幅電路31、平均輝度電平檢測電路32、總頻次檢測電路33、輝度分布檢測電路34、分布系數(shù)運(yùn)算電路35、附加值運(yùn)算電路36、加法器37、最小值檢測電路38、累積起始輝度電平運(yùn)算電路39、累積終止輝度電平運(yùn)算電路40和最大累積值檢測電路41，將直方圖平直化處理應(yīng)用于電視信號等圖像信號的灰度校正，用從輝度直方圖數(shù)據(jù)中檢測出的附加值、累積起始輝度電平和累積終止輝度電平等控制其校正效果，因此，這不是以往的僅對黑區(qū)進(jìn)行校正，對于明亮部分和中間輝度電平的信號也作了充分的灰度校正，同時防止了動態(tài)范圍過分?jǐn)U展，能夠更逼真地進(jìn)行高對比度的灰度校正。
如上所述，本發(fā)明設(shè)置了直方圖存儲器、限幅電路、總頻次檢測電路、輝度分布檢測電路、分布系數(shù)運(yùn)算電路、附加值運(yùn)算電路、加法器、最小值檢測電路、平均輝度電平檢測電路、累積起始輝度電平運(yùn)算電路、累積終止輝度電平運(yùn)算電路、直方圖累加電路、累積直方圖存儲器、最大累積值檢測電路、表格運(yùn)算電路、表格存儲器和時序控制電路，從而可以得到這樣的灰度校正裝置，它對明亮部分及中間輝度電平的信號也能進(jìn)行充分的灰度校正，同時，能防止動態(tài)范圍過分?jǐn)U展，更逼真地進(jìn)行高對比度的灰度校正。
權(quán)利要求
1.一種輝度校正裝置，其特征在于，它包括存儲圖像輝度信號的輝度直方圖的直方圖存儲器；連接該直方圖存儲器，處理直方圖存儲器的數(shù)據(jù)的限幅電路；從上述直方圖存儲器的輸出信號中檢測出輝度直方圖的總頻次的總頻次檢測電路；從總頻次檢測電路的輸出信號和上述直方圖存儲器的輸出信號中檢測出輝度直方圖的輝度分布的輝度分布檢測電路；從輝度分布檢測電路的輸出信號和上述總頻次檢測電路的輸出信號計算出輝度直方圖的擴(kuò)展程度的分布系數(shù)運(yùn)算電路；從該分布系數(shù)運(yùn)算電路的運(yùn)算結(jié)果計算出在求累積直方圖時要附加的一定數(shù)值的附加值運(yùn)算電路；將附加值運(yùn)算電路的運(yùn)算結(jié)果與上述直方圖存儲器的輸出信號相加的加法器；從上述直方圖存儲器的輸出信號檢測出輝度直方圖的最小輝度電平的最小值檢測電路；檢測出輸入到上述直方圖存儲器的圖像信號的平均輝度電平的平均輝度電平檢測電路；從平均輝度電平檢測電路的輸出信號、上述最小值檢測電路的輸出信號和分布系數(shù)運(yùn)算電路的輸出信號計算出累積直方圖起始的輝度電平的累積起始輝度電平運(yùn)算電路；從上述平均輝度電平檢測電路的輸出信號計算出累積直方圖終了時的輝度電平的累積終止輝度電平運(yùn)算電路；依據(jù)上述累積起始輝度電平運(yùn)算電路的輸出信號和累積終止輝度電平運(yùn)算電路的輸出信號來控制上述加法器的輸出信號并作累加運(yùn)算的直方圖累加電路；存儲該累加結(jié)果的累積直方圖存儲器；從累積直方圖存儲器的輸出信號檢測出累積直方圖的最大值的最大累積值檢測電路；根據(jù)最大累積值檢測電路的輸出信號將上述累積直方圖存儲器的輸出信號歸一化的表格運(yùn)算電路；存儲表格運(yùn)算電路的運(yùn)算結(jié)果并依據(jù)該數(shù)據(jù)將輸入的圖像輝度信號變換后輸出的表格存儲器；控制上述各個電路動作的時序控制電路。
全文摘要
用于電視機(jī)的灰度校正裝置，能對所有輝度電平的信號進(jìn)行非線性校正，產(chǎn)生最佳的圖像質(zhì)量，存儲器8存儲輸入信號的輝度直方圖。依據(jù)該數(shù)據(jù)，分別由電路33、34、35、36求出總頻次、輝度分布、擴(kuò)展程度和一定的附加值。再由電路38、32、39和40求出最小輝度電平、平均輝度電平、累積起始點(diǎn)和累積終止點(diǎn)。加法器37將算出的附加值與存儲器8的數(shù)據(jù)相加，由電路9在累積起始點(diǎn)到終止點(diǎn)的范圍內(nèi)累加運(yùn)算后，存儲于存儲器10中。電路41檢測最大值，電路11用量大值將存儲器10中的各個數(shù)據(jù)歸一化，存儲于存儲器12中。輸入信號用該數(shù)據(jù)進(jìn)行最佳校正。
文檔編號G06T5/40GK1067544SQ9210423
公開日1992年12月30日 申請日期1992年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月28日
發(fā)明者辻敏昭, 影山敦久 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社