专利名称：灰度校正装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于校正电视接收机、磁带录像机、摄像机、光盘录像机(ビデオディスク)等的图像信号灰度的灰度校正装置。
近来年，随着彩色电视机的大型化和图像质量的提高，为了使图像更鲜明，而让图像信号通过非线性放大器，来校正图像信号的灰度，扩大屏幕上图像的动态范围，为此，灰度校正装置正日益受到重视。
以下就已有的灰度校正装置进行说明。
图3是已有灰度校正装置的方框图。图中，1是检测输入辉度信号中黑信号并输出黑检测信号的黑信号检测电路。2是通过增益控制电压来对黑检测信号作增益控制并输出黑检测放大信号的增益控制电路。3是将输入辉度信号与辉度放大信号相加后输出输出辉度信号的加法器。4是保持输出辉度信号的黑信号峰值电平并将该电压作为黑信号峰值保持电压输出的黑信号峰值保持电路。5是将黑信号峰值保持电压与基准电压进行比较的比较器。6是产生基准电压的电压源。
下面，参照图4，说明上述结构的灰度校正装置的动作。
图4示出该已有实例中各部位的信号。
首先，输入辉度信号a输入到黑信号检测电路中，选出辉度信号中处于一定值之下的黑信号，作为黑检测信号b输出。接着，黑检测信号b输入到增益控制电路2，用增益控制电压f控制增益后作为黑检测放大信号c输出。该信号c再输入加法器3，与输入辉度信号a相加，输出黑区动态范围扩大后的输出辉度信号d。该信号d被输出的同时，还输入到黑信号峰值保持电路4。在该电路中，检测最黑的辉度信号电平，将该电压作为黑信号峰值保持电压e输出。在比较器5中，将电压e与电压源6发生的基准电压r比较，其差值作为增益控制电压f反馈到上述增益控制电路2。该反馈系统在黑信号峰值电压e与基准电压g相等时能够稳定。这样，在有黑信号检测成分的情况下，其峰值电压控制到与基准电压相等，由此扩大了黑区的动态范围，完成了灰度校正。
图5是另一已有灰度校正装置的方框图。图中，7是A/D转换器，将输入的辉度信号变换成数字值。8是直方图存储器，取出输入辉度信号的辉度直方图。一般情况下，将输入信号的辉度电平作为存储器的地址，在该地址内存入频次。9是直方图累加电路，将直方图存储器8的输出信号累加起来。10是累积直方图存储器，依次存放直方图累加电路9的累加结果，一般将输入信号的辉度电平作为存储器的地址，在地址内存入频次。11是表格运算电路，将累积直方图存储器10的各个数据归一化，使累加后的最大值成为输出辉度信号的最大值。12是表格存储器，存储由表格运算电路11归一化后的输出信号，一般以辉度电平作为存储器的地址，在其地址内存入频次。13是D/A转换器，将表格存储器12校正后的数字输出辉度信号转换成模拟信号。14是时序控制电路，控制上述各种运算的顺序和各个存储器。
下文中对上述结构的灰度校正装置的动作进行说明。图6示出该已有实例中变换的情况。
首先，将输入辉度信号a输入A/D转换器7中转换成数字值，作为输入辉度转换信号输出。直方图存储器8以该输入辉度转换信号h作为地址，每次寻址，就在该地址的数值上加1。在一个垂直扫描期间进行该动作，藉此检测输入辉度信号a的辉度直方图。其情形在图6(a)中示出。该直方图存储器8的内容每过一定时间后清除，将所有数据清零。这一时间一般选为一个垂直扫描周期，或者其整数倍。
接着，从0号地址开始，依次读出直方图存储器8的数据，在直方图累加电路9中累加输出信号i。进而将累加结果j存储在累积直方图存储器10中。其情形在图6(b)中示出。
接着在表格运算电路11中计算出使累积直方图存储器10的最大值成为输出辉度电平最大值的归一化系数，以该系数对累积直方图存储器10中的各个数据进行归一化运算，将其运算结果1存储在表格存储器12中。其情形示出在图6(c)中。
表格存储器12以输入辉度转换信号为地址，读出该地址中的数据，将此数据作为输出辉度校正信号m输出。图6(d)示出了辉度变换后的直方图。然后在D/A转换器13中将该输出辉度校正信号m变换成模拟信号输出。
时序控制电路14控制各电路的动作，使各部分的动作按上述顺序进行。
但是，在上述已有结构中，首先是在前一例中存在这样的问题，即它仅以黑信号作为灰度校正的对象，因此，对于明亮的部分和中间辉度电平的信号不能进行灰度校正，不能充分改善动态范围。
而后一例一般称之为直方图平直化处理，动态范围扩大100%，它有这样的问题，即如对通常的图像信号进行这种处理，处理后的图像与实际图像相差很远，反而难以看清。
本发明用于解决上述已有的问题，目的在于提供一种灰度校正装置，对于黑区部分自不用说，对明亮部分和中间辉度电平的信号也能充分地进行灰度校正，同时，能防止动态范围过分扩大，更逼真地进行高对比度的灰度校正。
为了达到上述目的，本发明的灰度校正装置包括存储图像辉度信号的辉度直方图的直方图存储器;连接该直方图存储器，处理直方图存储器的数据的限幅电路;从上述直方图存储器的输出信号中检测出辉度直方图的总频次的总频次检测电路;从总频次检测电路的输出信号和上述直方图存储器的输出信号中检测出辉度直方图的辉度分布的辉度分布检测电路;从辉度分布检测电路的输出信号和上述总频次检测电路的输出信号计算出辉度直方图的扩展程度的分布系数运算电路;从该分布系数运算电路的运算结果计算出在求累积直方图时需要附加的数值的附加值运算电路;将附加值运算电路的运算结果与上述直方图存储器的输出信号相加的加法器;从上述直方图存储器的输出信号检测出辉度直方图的最小辉度电平的最小值检测电路;检测出输入上述直方图存储器的图像信号的平均辉度电平的平均辉度电平检测电路;从平均辉度电平检测电路的输出信号以及上述最小值检测电路的输出信号和分布系数运算电路的输出信号计算出起始累积直方图的辉度电平的累积起始辉度电平运算电路;从上述平均辉度电平检测电路的输出信号计算出终止累积直方图的辉度电平的累积终止辉度电平运算电路;依据上述累积起始辉度电平运算电路的输出信号和累积终止辉度电平运算电路的输出信号来控制上述加法器的输出信号并作累加运算的直方图累加电路;存储该累加结果的累积直方图存储器;从累积直方图存储器的输出信号检测出累积直方图的最大值的最大累积值检测电路;根据最大累积值检测电路的输出信号将上述累积直方图存储器的输出信号归一化的表格运算电路;存储表格运算电路的运算结果并依据该数据将输入的图像辉度信号变换后输出的表格存储器;控制上述各个电路动作的时序控制电路。
本发明根据上述结构，首先由限幅电路将取出的辉度直方图的频次的上限限制在一个规定值。然后，由总频次检测电路检测辉度直方图的总频次，再由辉度分布检测电路检测出辉度直方图的辉度分布。从这些结果中，由分布系数运算电路计算出辉度直方图的扩展程度，由附加值运算电路计算出求累积直方图时所需的附加值。进而，由加法器将该附加值与直方图存储器的输出信号相加，在直方图累加电路中累加该加法运算结果，进而将累加结果存储在累积直方图存储器中。但是，累加运算是在累积起始辉度电平运算电路检测出的起始点到累积终止辉度电平运算电路检测出的终止点的范围内进行的。这里，上述累加运算的终止点根据平均辉度电平检测电路检测出的输入图像信号的平均辉度电平计算得出。而累加运算的起始点是根据最小值检测电路检测到的辉度直方图的最小辉度电平和上述平均辉度电平及上述分布系数计算得出的。
然后，根据最大累积值检测电路检测出的累积直方图的最大值，由表格运算电路将累积直方图的各个数据归一化。进而将运算结果存储在表格存储器中，根据该数据来进行输入图像信号的变换。
如上所述，由直方图存储器检测出输入的图像信号的辉度直方图，再进行通常执行的直方图平直化处理，这时，能保持高动态范围化的特征，并且能对图像信号进行最佳处理。
图1是本发明一个实施例的灰度校正装置的方框图。
图2是说明本发明的灰度校正装置动作的波形图。
图3是第一种已有的灰度校正装置的方框图。
图4是说明第1种已有的灰度校正装置的动作波形图。
图5是第2种已有的灰度校正装置的方框图。
图6是说明第2种已有的灰度校正装置的动作波形图。
下面参照附图对本发明的一个实施例进行说明。
图1是本发明的灰度校正装置的方框图。图中，7是A/D转换器，8是直方图存储器，9是直方图累加电路，10是累积直方图存储器，11是表格运算电路，12是表格存储器，13是D/A变换器，与后一种已有实例相同。31是限幅电路，限制辉度直方图的频次不超出某一值。32是平均辉度电平检测电路，检测输入图像信号的平均辉度电平。33是总频次检测电路，检测处理后的辉度直方图的总频次。34是辉度分布检测电路，检测辉度分布的范围。35是分布系数运算电路，计算辉度直方图的扩展程度。36是附加值运算电路，计算在求累积直方图时附加的一定值。37是加法器，将直方图存储器8的输出信号与附加值运算电路36的输出信号相加。38是最小值检测电路，检测辉度直方图的最小辉度电平。39是累积起始辉度电平运算电路，计算出在进行累积直方图的运算时的起始辉度电平。40是累积终止辉度电平运算电路，计算出在进行累积直方图的运算时的终止辉度电平。41是最大累积值检测电路，检测累积直方图的最大值。14是时序控制电路，控制上述各个电路的运算顺序和存储器。
现在说明上述结构的灰度校正装置的动作。图2中示出各部位的动作波形。
首先，在直方图存储器8中存储输入图像信号的辉度直方图。其情形在图2(a)中示出。接着，在限幅电路31中，对于辉度直方图的频次设置一定的上限，将超过该值的频次限制在该上限值。其情形在图2(b)中示出。以后，依据处理过的辉度直方图数据进行各种运算。
运算过程中，首先，在总频次检测电路33中检测出辉度直方图的面积，亦即各个频次的总和。接着在辉度分布检测电路34中计算出检测到的总频次的10%和90%的频次，从直方图存储器8的数据中检测出包含从10%到90%的频次的辉度电平范围。分布系数运算电路35依据检测到的总频次和辉度分布，计算出辉度直方图的扩展程度。附加值运算电路36从计算出的分布系数计算出在求累积直方图时要附加的一定值(参照图2c)。该附加值控制校正效果的强弱，附加值越小，校正效果越强，附加值越大，校正效果越弱。进而在加法器37中，进行直方图存储器8的输出信号与附加值运算电路36的输出信号的加法运算。
接着，最小值检测电路38从直方图存储器8的输出信号中检测出辉度直方图的最小辉度电平，平均辉度电平检测电路32检测出输入的图像辉度信号的平均电平。进而累积起始辉度电平运算电路39从检测到的最小辉度电平和平均辉度电平以及分布系数计算出在求累积直方图时开始累积的辉度电平。而累积终止辉度电平运算电路40则从检测到的平均辉度电平计算出在求累积直方图时结束累积的辉度电平。
然后，直方图累加电路9在累积起始辉度电平运算电路39算出的辉度电平及累积终止辉度电平运算电路40算出的辉度电平的范围内对加法器37的输出信号进行累加运算，其累加结果存储在累积直方图存储器10中。该情形显示在图2(d)中。最大累积值检测电路41从累积直方图存储器10的数据中检测出最大值，在表格运算电路11中计算使该最大值成为校正后的输出辉度电平的最大值的归一化系数，用该系数将累积直方图存储器10的各个数据归一化。其情形在图2(e)中示出。进而，在表格存储器12中存储运算结果，结束设定过程。将输入辉度信号作为表格存储器12的地址，根据该地址中的数据可得到校正后的输出辉度信号。图2(f)是辉度变换后的直方图。
根据上述实施例，通过设置直方图存储器8、直方图累加电路9、累积直方图存储器10、表格运算电路11、表格存储器12、时序控制电路14、限幅电路31、平均辉度电平检测电路32、总频次检测电路33、辉度分布检测电路34、分布系数运算电路35、附加值运算电路36、加法器37、最小值检测电路38、累积起始辉度电平运算电路39、累积终止辉度电平运算电路40和最大累积值检测电路41，将直方图平直化处理应用于电视信号等图像信号的灰度校正，用从辉度直方图数据中检测出的附加值、累积起始辉度电平和累积终止辉度电平等控制其校正效果，因此，这不是以往的仅对黑区进行校正，对于明亮部分和中间辉度电平的信号也作了充分的灰度校正，同时防止了动态范围过分扩展，能够更逼真地进行高对比度的灰度校正。
如上所述，本发明设置了直方图存储器、限幅电路、总频次检测电路、辉度分布检测电路、分布系数运算电路、附加值运算电路、加法器、最小值检测电路、平均辉度电平检测电路、累积起始辉度电平运算电路、累积终止辉度电平运算电路、直方图累加电路、累积直方图存储器、最大累积值检测电路、表格运算电路、表格存储器和时序控制电路，从而可以得到这样的灰度校正装置，它对明亮部分及中间辉度电平的信号也能进行充分的灰度校正，同时，能防止动态范围过分扩展，更逼真地进行高对比度的灰度校正。
权利要求
1.一种辉度校正装置，其特征在于，它包括存储图像辉度信号的辉度直方图的直方图存储器；连接该直方图存储器，处理直方图存储器的数据的限幅电路；从上述直方图存储器的输出信号中检测出辉度直方图的总频次的总频次检测电路；从总频次检测电路的输出信号和上述直方图存储器的输出信号中检测出辉度直方图的辉度分布的辉度分布检测电路；从辉度分布检测电路的输出信号和上述总频次检测电路的输出信号计算出辉度直方图的扩展程度的分布系数运算电路；从该分布系数运算电路的运算结果计算出在求累积直方图时要附加的一定数值的附加值运算电路；将附加值运算电路的运算结果与上述直方图存储器的输出信号相加的加法器；从上述直方图存储器的输出信号检测出辉度直方图的最小辉度电平的最小值检测电路；检测出输入到上述直方图存储器的图像信号的平均辉度电平的平均辉度电平检测电路；从平均辉度电平检测电路的输出信号、上述最小值检测电路的输出信号和分布系数运算电路的输出信号计算出累积直方图起始的辉度电平的累积起始辉度电平运算电路；从上述平均辉度电平检测电路的输出信号计算出累积直方图终了时的辉度电平的累积终止辉度电平运算电路；依据上述累积起始辉度电平运算电路的输出信号和累积终止辉度电平运算电路的输出信号来控制上述加法器的输出信号并作累加运算的直方图累加电路；存储该累加结果的累积直方图存储器；从累积直方图存储器的输出信号检测出累积直方图的最大值的最大累积值检测电路；根据最大累积值检测电路的输出信号将上述累积直方图存储器的输出信号归一化的表格运算电路；存储表格运算电路的运算结果并依据该数据将输入的图像辉度信号变换后输出的表格存储器；控制上述各个电路动作的时序控制电路。
全文摘要
用于电视机的灰度校正装置，能对所有辉度电平的信号进行非线性校正，产生最佳的图像质量，存储器8存储输入信号的辉度直方图。依据该数据，分别由电路33、34、35、36求出总频次、辉度分布、扩展程度和一定的附加值。再由电路38、32、39和40求出最小辉度电平、平均辉度电平、累积起始点和累积终止点。加法器37将算出的附加值与存储器8的数据相加，由电路9在累积起始点到终止点的范围内累加运算后，存储于存储器10中。电路41检测最大值，电路11用量大值将存储器10中的各个数据归一化，存储于存储器12中。输入信号用该数据进行最佳校正。
文档编号G06T5/40GK1067544SQ9210423
公开日1992年12月30日 申请日期1992年5月28日 优先权日1991年5月28日
发明者辻敏昭, 影山敦久 申请人:松下电器产业株式会社