专利名称：图像处理设备和方法
技术领域：
本发明涉及转换输入图像的亮度值而用于输出的图像处理设备和方法。
背景技术：
近年来，等离子体显示器、液晶显示器以及背投(rearprojection)显示器等大屏幕平板显示装置已经得到普及。
通常，因为由于各个显示装置的特性而使这些显示装置中可再现图像的亮度级范围(动态范围)存在限制，所以通常执行用于输出在有限的动态范围内强调对比度的图像的处理。
直方图平坦化(Histogram flattening)被认为是典型的处理技术。使用下图给出直方图平坦化中的基本处理技术的具体说明。
图1是用于说明直方图平坦化中的基本处理技术的图。在图1中，水平轴表示输入亮度级，垂直轴表示像素数量。这里，xmin表示最小的输入亮度级，xmax表示最大的输入亮度级。
而且，垂直轴上所示的H(x)是表示出现输入亮度级x的像素数量的亮度直方图。点线所示的C(x)是直到输入亮度级x为止的累积亮度直方图。应该注意，可以通过公式(1)来表示亮度直方图与累积亮度直方图之间的关系。
C(x)=Σi=0xH(i)···(1)]]>这里，给出最小的输出亮度级为x’min，最大的输出亮度级为x’max。将累积亮度直方图C(x)的垂直轴标准化成C(Xmin)＝x’min和C(xmax)＝x’max。图2示出标准化累积亮度直方图的函数C’(x)。C’(x)将被称为直方图平坦化函数。
当假设亮度级数量为L时，通过公式(2)表示C(x)和C’(x)之间的关系。
C′(x)=(C(x)-C(xmin))L-1C(L-1)-C(xmin)···(2)]]>直方图平坦化是指使用如上所示计算的直方图平坦化函数C’(x)来转换输入亮度级的处理，并且在该处理后，可以获得亮度级的频率分布变得均匀的输出图像。
通常，由于在直方图平坦化处理中均匀使用各亮度级，因而可以总体上实现对强调对比度的具有丰富色调表现的图像的转换。另一方面，当输入亮度级的频率分布存在大的差异时，过度强调对比度，这可能导致输出不自然的图像。
由于这个原因，在如日本特开2001-125535号公报中所公开的画质校正电路中，通过执行画质校正处理来抑制由于过度强调对比度而引起的画质劣化，在该画质校正处理中，对各输入亮度级的出现数量设置限制，并抑制极端特性点的分布。
然而，对于传统的直方图平坦化，基于整个画面图像的直方图来执行直方图平坦化，因此出现某些区域中色调表现劣化的问题。例如，当整个画面的直方图偏向亮区域时，画面内具有低亮度级的部分区域最终被转换成非常低的亮度级，从而导致部分浅黑区域变成全黑的问题。
另外，相反，当整个画面的直方图偏向暗区域时，画面内具有高亮度级的部分区域最终被转换成非常高的亮度级，从而导致部分亮区域变成全白的问题。
发明内容
提供本发明的实施例以便能够调整图像的亮度值，从而减少当在有限的动态范围内强调了对比度时在一些区域中发生的浅黑区域变成全黑(clipped shadows)和亮区域变成全白(clipped highlights)。
根据本发明的一个方面，提供一种转换输入图像的亮度值而用于输出的图像处理设备，该图像处理设备包括第一图像信息提取部件，用于从包括目标像素的第一图像区域中提取第一图像信息；第一转换特性计算部件，用于从第一图像信息计算第一转换特性；第二图像信息提取部件，用于从包括第一图像区域的第二图像区域中提取第二图像信息；第二转换特性计算部件，用于从第二图像信息计算第二转换特性；加权系数计算部件，用于计算加权系数；以及第三转换特性计算部件，用于使用第一转换特性、第二转换特性以及加权系数，计算用于转换目标像素的亮度值的第三转换特性，其中基于第三转换特性，转换并输出目标像素的亮度值。
根据本发明的另一方面，提供一种转换输入图像的亮度值而用于输出的方法，该方法包括以下步骤从包括目标像素的第一图像区域中提取第一图像信息；从第一图像信息计算第一转换特性；从包括第一图像区域的第二图像区域中提取第二图像信息；从第二图像信息计算第二转换特性；以及使用第一转换特性、第二转换特性以及加权系数，计算用于转换目标像素的亮度值的第三转换特性，其中基于第三转换特性，转换并输出目标像素的亮度值。
通过以下参照附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将显而易见。
图1是用于说明直方图平坦化中的基本处理技术的图。
图2示出标准化累积亮度直方图的函数C’(x)。
图3示出根据第一实施例的显示装置的结构的一个例子。
图4是用于说明亮度值调整单元300中的亮度值调整处理的图。
图5示出当存在8位(256值)输入亮度值的动态范围时将亮度级数量分成16个时的亮度直方图的具体例子。
图6示出图5中所示的亮度直方图的输入亮度值与亮度级之间的对应关系。
图7示出在将亮度级数量分成8个时的亮度直方图的具体例子。
图8示出图7中所示的亮度直方图的输入亮度值与亮度级之间的对应关系。
图9示出根据第一实施例的亮度直方图组合处理的具体例子。
图10示出根据第一实施例的亮度直方图组合处理的具体例子。
图11示出根据第一实施例的亮度直方图组合处理的具体例子。
图12示出根据第一实施例的限制处理的具体例子。
图13是示出根据第一实施例的亮度值调整单元300的处理的流程图。
图14示出根据第二实施例的显示装置的结构的一个例子。
图15示出根据第二实施例组合直方图平坦化函数的处理的具体例子。
图16示出根据第二实施例组合直方图平坦化函数的处理的具体例子。
图17示出根据第二实施例组合直方图平坦化函数的处理的具体例子。
图18示出根据第二实施例组合直方图平坦化函数的处理的具体例子。
图19示出根据第三实施例的显示装置的结构的一个例子。
图20示出根据第三实施例的加权系数计算技术的具体例子。
图21示出根据第四实施例的显示装置的结构的一个例子。
图22示出根据第五实施例的显示装置的结构的一个例子。
具体实施例方式
以下参照附图给出用于执行本发明的优选实施例的详细说明。
第一实施例图3示出根据第一实施例的显示装置的结构的一个例子。在图3中，附图标记300表示亮度值调整单元，附图标记310表示图像输入单元，附图标记320表示存储器单元，附图标记330表示图像输出单元。首先，图像输入单元310对应于接收视频信号等图像数据并以所期望的格式输出的解码器。例如包括接收DVI(digital visualinterface，数字视频接口)标准信号或MPEG格式的压缩信号并将这些信号解码成RGB各8位的24位RGB值的解码器。
接着，存储器单元320对应于帧存储器，该帧存储器用于接收从图像输入单元310输出的信号，并延迟至少一帧输出。例如包括SDRAM(synchronous dynamic random access memory，同步动态随机存取存储器)和用于其存储器控制器的接口。将从图像输入单元310输出的信号输入到存储器单元320，并且还输入到亮度值调整单元300。
接着，图像输出单元330将已在亮度值调整单元300中经过了亮度调整的输出视频信号转换成适于图像显示装置的信号，并输出这些信号。图像显示装置包括例如等离子体显示器、液晶显示器以及背投显示器等。
这里，给出亮度值调整单元300的详细结构以及调整从图像输入单元310输入的信号的亮度值的亮度值调整处理的说明。
图4是用于说明亮度值调整单元300中的亮度值调整处理的图。在图4中，附图标记401表示参考点(画面上涂黑的点)，附图标记402表示以参考点401为中心的固定大小的区域，附图标记400表示整个画面区域。
在第一实施例中，当目标像素处于参考点401的位置时，指定以参考点401为中心的固定大小的区域402为第一图像区域，指定整个画面的区域400为第二图像区域。然后，从第一图像区域获得亮度直方图(称为第一亮度直方图)，并从第二图像区域获得亮度直方图(称为第二亮度直方图)。而且，基于对第一和第二亮度直方图进行组合的亮度直方图(称为第三亮度直方图)计算转换函数，并且根据所计算出的转换函数调整目标像素的亮度值。
应当注意，“目标像素”是设置第一图像区域所基于的参考点，也是将对其亮度值集中调整的像素。而且，通过将输入信号中的所有像素依次作为目标像素处理，对整个画面执行亮度值调整。
在图3所示的亮度值调整单元300中，附图标记302表示第二图像信息提取单元，该单元从图像输入单元310接收视频信号，并提取第二图像区域的视频信号，然后将这些信号转换成亮度值。附图标记304表示第二亮度直方图计算单元，该单元从第二图像信息提取单元302接收亮度值，并对每一帧计算第二图像区域的亮度直方图(第二亮度直方图)。在计算后，将每一帧的第二亮度直方图存储在后面将说明的转换特性计算单元中。
附图标记301表示第一图像信息提取单元，该单元从存储器单元320接收视频信号，并确定目标像素的位置，然后基于目标像素的位置信息提取第一图像区域的视频信号，并将这些信号转换成亮度值。附图标记303表示第一亮度直方图计算单元，该单元从第一图像信息提取单元301接收亮度值，并且每当目标像素的位置改变时计算第一图像区域的亮度直方图(第一亮度直方图)。在计算后，将每次目标像素的位置改变时的第一亮度直方图存储在后面将说明的转换特性计算单元中。
如上所述，在第一实施例中，将以目标像素为中心的固定大小的区域402设置为第一图像区域，因此，每当目标像素的位置改变时，第一图像区域的位置也改变。由于这个原因，每当目标像素的位置改变时，就需要计算第一亮度直方图。
另一方面，第二图像区域是整个画面的区域400，因此，不管目标像素的位置如何，第二图像区域是恒定的。也就是说，可以对每帧(每当显示画面切换时)计算第二亮度直方图。
而且，通过提供存储器单元320，第一图像信息提取单元301和第二图像信息提取单元302可以在不同定时处理相同的视频信号。因此，可以预先计算由于区域表面积大因而到算出亮度直方图为止需要的处理量大的第二亮度直方图，并将该第二亮度直方图存储在后面将说明的转换特性计算单元中。另一方面，可以使用来自存储器单元320的视频信号依次计算并存储由于区域表面积小因而需要的处理量小的第一亮度直方图。
当从输入的图像信号获得亮度值时，第一图像信息提取单元301和第二图像信息提取单元302基于例如公式(3)进行运算。注意，将输入的视频信号(RGB值)设为Rin、Gin和Bin，将亮度值设为Yin。
Yin＝0.299Rin+0.587Gin+0.114Bin…(3)这里，给出关于第一亮度直方图计算单元303和第二亮度直方图计算单元304中的亮度直方图计算技术的说明。
首先，通过使用计数器对每组输入的亮度值计数出现在输入的亮度值中的像素数量，可以获得亮度直方图。这里，使用图5～8给出关于第一实施例中用于计算亮度直方图的技术的具体说明。
图5示出当存在8位(256值)输入亮度值的动态范围时将亮度级数量分成16个时的亮度直方图的具体例子。而且，图6示出图5中所示的亮度直方图的输入亮度值与亮度级之间的对应关系。如图5和图6中所示，首先，对每一亮度级准备计数器，然后，基于图6中所示的对应关系对输入亮度级所对应的亮度级进行判断，由此能够通过计数对每一亮度级所出现的像素数量，获得亮度直方图。
应当注意，上述亮度级数量不局限于16，而可以为任何数字。例如，图7示出在将亮度级数量分成8个时的亮度直方图的具体例子。而且，图8示出图7中所示的亮度直方图的输入亮度值与亮度级之间的对应关系。
返回图3，附图标记306表示转换特性计算单元，该单元根据后面将说明的第一亮度直方图和第二亮度直方图的加权系数执行组合处理和限制处理，并计算转换函数。这里，使用图9～12，使用具体例子分别给出转换特性计算单元306的组合处理和限制处理的说明。
图9～11示出根据第一实施例的亮度直方图组合处理的例子。在这些图中，水平轴x表示输入亮度级，垂直轴表示出现的像素数量。
在图9中，H1(x)表示第一亮度直方图计算单元303从例如图4所示的以参考点401为中心的固定大小的区域402(第一图像区域)获得的第一亮度直方图。类似地，H2(x)表示第二亮度直方图计算单元304从图4所示的整个画面的区域400(第二图像区域)获得的第二亮度直方图。
在组合处理中，通过基于公式(4)对每一亮度级将第一亮度直方图H1(x)和第二亮度直方图H2(x)相加来获得第三亮度直方图H(x)。这里，w1和w2为加权系数。
H(x)＝w1·H1(x)+w2·H2(x) …(4)当不使用加权系数将亮度直方图相加时，对于第三亮度直方图来说，第二亮度直方图比第一亮度直方图占有更高的比例。这是因为，与第一亮度直方图相比，第二亮度直方图是从具有较大图像区域大小(大量像素)的区域的亮度值算出的。因此，在第一实施例中，加权系数计算单元305根据第一图像区域和第二图像区域各自的区域大小(像素数量)来设置加权系数。
例如，当使用Full HD(全高清)(1920×1080像素)显示装置时，第一图像区域大小被设成16×16像素，第二图像区域大小被设成1920×1080像素。在这种情况下，优选大约设置w1＝1024和w2＝1作为加权系数。另外，考虑到电路规模，可设为w1＝1和w2＝1/1024。
图10示出在加了加权系数后的第一亮度直方图和第二亮度直方图。这是在使第一亮度直方图的比例较大时的例子。图11示出在将第一亮度直方图和第二亮度直方图相加后的第三亮度直方图。基于上述公式(1)和(2)将第三亮度直方图转换成直方图平坦化函数C’(x)。
如前所述，基于包括整个画面的亮度信息和目标像素周围区域的亮度信息二者的亮度直方图，计算这里所获得的直方图平坦化函数。
由于这个原因，与当使用仅从整个画面的亮度信息获得的传统直方图平坦化函数来转换目标像素的亮度值时相比，能够将目标像素附近区域的亮度级转换成更宽亮度级的可能性更高。也就是说，减少了以下传统问题，即暗区域变成全暗、而亮区域变成全白。
另一方面，当在执行亮度值的调整时使用该直方图平坦化函数时，由于直方图平坦化函数的转换特性，因而可能施以过度的亮度扩展(luminance extension)，并且可能输出不自然的图像。由于这个原因，转换特性计算单元306对直方图平坦化函数的转换强度执行限制处理，以抑制过度的亮度扩展。
接着，使用具体例子给出关于转换特性计算单元306中的直方图平坦化函数的限制处理的说明。
图12示出根据第一实施例的限制处理的具体例子。在该图中，水平轴x表示输入亮度级，垂直轴x’表示输出亮度级。在图12中，(A)表示前述直方图平坦化函数。而且，(B)表示无转换时的转换特性，其中，输入亮度级和输出亮度级的值相等(x＝x’)。这里，将无转换时的转换特性称为无转换函数。
为了抑制过度的亮度扩展，直方图平坦化函数的转换特性可接近于无转换时的转换特性。因此，在转换特性计算单元306的限制处理中，执行处理以便在尽可能地保持直方图平坦化函数的转换特性的同时，使直方图平坦化函数的转换特性与无转换时的转换特性保持接近于恒定的比例。具体地，如公式(5)所示，获得直方图平坦化函数与无转换函数之间的差值，并将该差值的40％加到无转换函数。这样，计算出图12中(C)所示的转换函数。这里，F(x)是转换函数。
F(x)＝x+0.4(C’(x)-x) …(5)应该注意，公式(5)中的右边第二项中的系数0.4是指差值(C’(x)-x)的40％。
这里，返回图3，附图标记308表示转换处理单元，该单元使用转换特性计算单元306所计算出的转换函数，以转换从附图标记307所表示的延迟缓冲器中输出的目标像素的亮度值。在将目标像素从存储器单元320读出到第一图像信息提取单元301后，延迟缓冲器307将目标像素值的输出延迟直到算出转换函数为止所需的时间。
基于例如公式(6)将转换后的亮度值逆转换成RGB值，并将转换后的亮度值输出给图像输出单元330。这里，将目标像素的输入视频信号(RGB值)设为Rin、Gin和Bin，将输入的亮度值设为Yin。而且，将转换目标像素后的输出亮度值设为Yout，将输出视频信号(RGB值)设为Rout、Gout和Bout。
Rout＝Rin+Yout-YinGout＝Gin+Yout-Yin…(6)Bout＝Bin+Yout-Yin应该注意，在逆转换成RGB值时所使用的公式不局限于上述公式(6)。例如，在第一图像信息提取单元301和第二图像信息提取单元302中基于公式(7)分离亮度值Y和色彩成分Cb和Cr后，可以使用逆转换公式。
Yin＝0.299Rin+0.587Gin+0.114BinCb＝-0.169Rin-0.331Gin+0.500Bin…(7)Cr＝0.500Rin-0.419Gin-0.081Bin
接着，使用图13给出在亮度值调整单元300中调整目标像素的亮度值的处理的说明。
图13是示出根据第一实施例的亮度值调整单元300的处理的流程图。在该例子中，当将输入图像的图像大小设置成宽h+1像素、高V+1像素时，将输入图像左上的位置坐标确定为(0，0)，将右下的位置坐标确定为(h，V)。而且，将从图像输入单元310输出的视频信号的位置坐标表示为(p，q)，将目标像素的位置坐标表示为(r，s)。
首先，在步骤S1301，将从图像输入单元310输出的视频信号的位置坐标(p，q)设为(0，0)，并且程序进入步骤S1302。在步骤S1302，将从图像输入单元310输出的视频信号写到存储器单元320，并将该视频信号转换成亮度值，并经过第二亮度直方图的计算。通过第二图像信息提取单元302和第二亮度直方图计算单元304执行该处理。
在步骤S1303～1306，对是否对单个画面的所有视频信号完成了步骤S1302的计算处理进行判断。这里，如果对所有视频信号完成了步骤S1302的处理(步骤S1305为“是”)，则程序进入步骤S1307。如果对所有视频信号来说未完成步骤S1302的处理(步骤S1305为“否”)，则在步骤S1306更新视频信号的位置坐标(p，q)，并且处理返回到步骤S1302。
这里，给出关于更新(p，q)的具体说明。首先，在步骤S1303，对视频信号的位置坐标是否在输入图像的右端(即，p＝h)进行判断，如果不在右端(步骤S1303为“否”)，则处理进入步骤S1304，在步骤S1304，将视频信号的位置坐标向相邻右边移动(即，p＝p+1)。而且，在步骤S1303，如果视频信号的位置坐标在该图像的右端(即，p＝h)，则程序进入下一步骤S1305。在步骤S1305，对视频信号的位置坐标是否在该图像的最后一行(即，q＝v)进行判断，如果不在该图像的最后一行，则处理进入步骤S1306，在步骤S1306，将视频信号的位置坐标移动到向下一行的左端(即，p＝0，q＝q+1)。而且，如果在步骤S1305视频信号的位置坐标在最后一行，则程序进入下一步骤S1307，并将已计算出的第二亮度直方图存储在转换特性计算单元306中。
利用上述处理，将单个画面的视频信号写到存储器单元320，并完成作为整个画面的亮度直方图的第二亮度直方图的计算并将该第二亮度直方图存储到转换特性计算单元306。
接着，在步骤S1308，接收从存储器单元320输出的视频信号，并将目标像素的位置坐标(r，s)设为(0，0)。接着，在步骤S1309，基于目标像素的位置坐标(r，s)计算第一亮度直方图。通过第一图像信息提取单元301和第一亮度直方图计算单元303执行该处理。接着，在步骤S1310，将已计算出的第一亮度直方图存储在转换特性计算单元306中。
接着，在步骤S1311，使用在步骤S1307存储的第二亮度直方图、在步骤S1310存储的第一亮度直方图和加权系数，计算用于转换目标像素的亮度值的转换函数。然后，在步骤S1312，使用在步骤S1311计算出的转换函数转换位置坐标(r，s)处的目标像素的亮度值，并获得新的亮度值。通过转换特性计算单元306、转换处理单元308以及加权系数计算单元305执行该处理。然后，将所获得的亮度值最终逆转换成RGB值，并将其输出给图像输出单元330。
接着，在步骤S1313～1316，对是否对单个画面的所有视频信号完成了步骤S1309～S1312的处理进行判断，如果已经完成，则亮度值调整单元300中的处理完成。如果未完成，则更新目标像素的位置坐标(r，s)。
上面是示出亮度值调整单元300的处理的流程图的一个具体例子。根据实施例，参照图13示出并说明对单个画面的处理流程，但是可以对两个或多个画面的连续输入的视频信号并行执行上述处理流程。
利用第一实施例，基于包括整个画面的亮度信息和目标像素周围区域的亮度信息二者的亮度直方图，计算直方图平坦化函数。这增加了将目标像素附近区域的亮度级转换成较宽的亮度级的可能性，并使得可以减少暗区域变成全黑而亮区域变成全白的问题。
而且，利用第一实施例，可以抑制过度的亮度扩展，并减少输出不自然图像的可能性。
而且，利用第一实施例，设置存储器单元320，并且在不同定时将相同视频信号输入到第一图像信息提取单元301和第二图像信息提取单元302。这样，预先计算由于区域表面积大因而到算出亮度直方图为止需要的处理量大的第二亮度直方图，并将该第二亮度直方图存储在转换特性计算单元306中。另一方面，可以使用从存储器单元320输出的视频信号，依次计算并存储由于区域表面积小因而需要的处理量小的第一亮度直方图。这使得可以缩短直到算出转换函数为止所需的处理时间。
第二实施例接着，参照附图给出关于本发明第二实施例的详细说明。在第一实施例中，执行第一亮度直方图和第二亮度直方图的组合。在第二实施例中，分别从第一亮度直方图和第二亮度直方图获得第一转换函数和第二转换函数，并将这两个转换函数进行组合。
图14示出根据第二实施例的显示装置的结构的一个例子。对与图3所示的第一实施例中具有相同功能的组件赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。在图14中，附图标记1401表示第一转换函数计算单元，附图标记1402表示第二转换函数计算单元，附图标记1403表示第三转换函数计算单元。
在计算出第一亮度直方图后，第一转换函数计算单元1401基于公式(8)获得第一累积亮度直方图C1(x)。而且，基于公式(9)获得直方图平坦化函数C’1(x)。然后，在计算出第二亮度直方图后，类似地，第二转换函数计算单元1402基于公式(8)获得第二累积亮度直方图C2(x)。而且，基于公式(9)获得直方图平坦化函数C’2(x)。
C1(x)=Σi=0xH1(i),C2(x)=Σi=0xH2(i)···(8)]]>C′1(x)=(C1(x)-C1(xmin))L-1C1(L-1)-C1(xmin),]]>C′2(x)=(C2(x)-C2(xmin))L-1C2(L-1)-C2(xmin)···(9)]]>接着，利用第三转换函数计算单元1403，考虑到加权系数w1和w2进行直方图平坦化函数C’1(x)和C’2(x)的组合处理。具体地，基于公式(10)进行该处理。
C’1+2(x)＝w1·C’1(x)+w2·C’2(x)(w1+w2＝1) …(10)图15～18示出根据第二实施例组合直方图平坦化函数的处理的具体例子。在这些图中，水平轴表示输入亮度级，垂直轴表示输出亮度级。这里，在图17中示出了使用w1＝0.5和w2＝0.5组合图15和图16中所示的直方图平坦化函数的结果。另外，在图18中示出了使用w1＝0.2和w2＝0.8组合的结果。
图15和图16中所示的直方图平坦化函数使其垂直轴标准化成输出亮度级，因此，如公式(10)中所示，采用满足w1+w2＝1的加权系数就可以了。
基于公式(11)对图17和图18中所示的组合结果执行限制处理，并计算转换函数F(x)。
F(x)＝x+0.4(C’1+2(x)-x)…(11)顺便提及，上述(11)的限制处理不局限于仅应用于图17和图18中所示的组合结果，而还可以应用于图15或图16中所示的直方图平坦化函数中的任何一个。在这种情况下，可以增大相对于例如图15中所示的直方图平坦化函数的差值的比例，而且还可以减小相对于图16中所示的直方图平坦化函数的差值的比例。
利用第二实施例，将标准化后的函数组合在一起，因此，与如第一实施例中将亮度直方图组合在一起的情况相比，具有仅需要处理少量数据的优点。而且，可以计算对每一区域优选的转换特性。
第三实施例接着，参照附图给出关于本发明第三实施例的详细说明。在第三实施例中，根据目标像素的位置信息，改变加权系数的值、图像区域大小以及限制处理中差值的比例。
图19示出根据第三实施例的显示装置的结构的一个例子。对与图3所示的第一实施例中具有相同功能的组件赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。在图19中，附图标记1901表示第一图像信息提取单元，该单元接收从存储器单元320输出的视频信号，并确定目标像素的位置，然后将表示目标像素在画面内的什么位置的位置信息发送给加权系数计算单元1902。加权系数计算单元1902基于目标像素的位置信息选择预先准备的加权系数，并将所选择的加权系数输出给转换特性计算单元306。
图20示出根据第三实施例的加权系数计算技术的具体例子。在该例子中，以将整个画面的区域400分成三个区域即区域2001、2002和2003的状态示出该区域400。这里，在加权系数计算单元1902中为每一区域设置加权系数，并且在对目标像素属于三个区域中的哪个区域做出判断之后，选择并输出目标像素所属的区域的加权系数。
通常在视频中，所表现的内容倾向位于画面中心附近，且观众的视线一般朝向画面中心。因此，通过进行对画面中心附近区域更加强调的色调校正并设置向画面的外周区域降低强调程度，可以实现考虑了视频倾向和观众视线的亮度值调整。
另外，在第一图像信息提取单元1901中为每一区域设置第一图像区域的大小。也就是说，可以根据目标像素的位置信息，改变第一图像区域的大小。例如，当使用Full HD(1920×1080像素)显示装置时，将区域2001中的第一图像区域大小设成4×4像素，将区域2002中的设成16×16像素，而将区域2003中的设成32×32像素。利用这些设置，可以实现更强调画面中心附近区域的亮度值调整。
而且，对于目标像素的每一位置，类似地改变转换特性计算单元306的限制处理中差值的比例(公式(5)右边第二项中的系数)。
利用第三实施例，如上所述，通过对目标像素的每一位置调整加权系数的值、图像区域大小以及限制处理中差值的比例，可以实现考虑了画面内的位置的亮度值调整。例如，可以实现考虑了视频中主要表现的内容倾向位于画面中心附近和观众视线的亮度值调整。
第四实施例接着，参照附图给出关于本发明第四实施例的详细说明。在第四实施例中，基于第一亮度直方图和第二亮度直方图的形状，改变加权系数的值和限制处理中差值的比例。
图21示出根据第四实施例的显示装置的结构的一个例子。对与图3所示的第一实施例中具有相同功能的组件赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。将由图21中所示的第一亮度直方图计算单元2101和第二亮度直方图计算单元2102计算出的第一亮度直方图和第二亮度直方图输出给加权系数计算单元2103。加权系数计算单元2103测量所输入的第一亮度直方图和第二亮度直方图的分布形状。
这里，测量分布形状是指基于与例如平均亮度值、最大和最小亮度值以及每一亮度级中的最大和最小像素数量等因素有关的亮度直方图进行计算。在加权系数计算单元2103中为分布形状的每一测量结果设置加权系数，且基于测量结果选择并输出加权系数。
而且，根据亮度直方图的分布形状，类似地改变转换特性计算单元306的限制处理中差值的比例(公式(5)右边第二项中的系数)。
而且，除亮度直方图的分布形状以外，还可以从部分区域的图像信息中提取色彩信息，例如皮肤和天空色彩等的存储色彩，并在转换特性的调整中使用该色彩信息。
利用第四实施例，通过基于亮度直方图的分布形状和色彩信息调整加权系数的值以及限制处理中差值的比例，可以针对每一视频图案实现考虑了亮度信息和色彩信息的亮度值调整。
第五实施例接着，参照附图给出关于本发明第五实施例的详细说明。在第五实施例中，根据再前一帧的转换特性，计算当前帧的转换特性。
图22示出根据第五实施例的显示装置的结构的一个例子。对与图14所示的第二实施例中具有相同功能的组件赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。在图22中，附图标记2201表示帧特性计算单元。帧特性计算单元2201存储前一帧的第二转换函数。
当对动画(moving picture)等连续视频信号进行亮度值调整时，当帧间校正量存在大的差异时，可能导致画面闪烁等。
在第五实施例中，为了减少该现象，帧特性计算单元2201进行控制，使得在前一帧的第二转换函数与当前帧的第二转换函数之间的校正量上不产生大的差异。也就是说，帧特性计算单元2201进行处理，使得在尽可能地保持当前帧的转换特性的同时，使当前帧的转换特性与前一帧的转换特性保持接近于恒定的比例。
具体地，获得前一帧的第二直方图平坦化函数与当前帧的第二直方图平坦化函数之间的差值，并将该差值的60％与前一帧的第二直方图平坦化函数相加，以计算新的转换函数。公式(12)示出了用于计算的公式。这里，给出前一帧的第二直方图平坦化函数为C’2old(x)，并且给出当前帧的第二直方图平坦化函数为C’2new(x)。
C’2(x)＝C’2old(x)+0.6(C’2new(x)-C’2old(x))…(12)将新获得的第二转换函数输出给第三转换函数计算单元1403，并且在第三转换函数计算单元1403中，如在第二实施例中所述，进行用于组合新获得的第二转换函数和第一转换函数的处理。
利用上述处理，进行调整以使帧间校正量不产生大的差异，这使得可以降低画面闪烁。
另一方面，如果当输入的视频中存在场景改变时进行上述处理，则使需要快速改变的视频信号缓慢改变，这可能给观众造成不自然的感觉。这里，场景改变是指画面的大面积区域中的图像改变，典型地包括场景间的切换或画面摇摄(panning)。
为了减少与这种场景改变有关的问题，帧特性计算单元2201仅在没有检测到场景改变时才应用上述公式(12)。
作为用于检测场景改变的技术，例如，在当前帧的转换特性与前一帧的转换特性之间的差值超过了指定数值(阈值)时，可以判断为场景改变。
具体地，将公式(12)右边第二项中的差的绝对值作为该差值，并且针对该差值设置阈值。
利用第五实施例，可以减少由帧间校正量的大的差异所产生的画面闪烁。而且，可以减少场景改变时视频信号的缓慢改变，这能够减轻给观众造成的任何不自然的感觉。
应该注意，在上述例子中，使用直方图平坦化函数在当前帧和前一帧之间进行比较，但是还可以使用亮度直方图在帧间进行比较。
而且，在上述实施例中，公式(5)、公式(11)和公式(12)右边第二项不局限于为系数0.4和0.6，而它们可以为任何数字。另外，在不脱离本发明的主旨的情况下，可以进行各种修改。
而且，可以向系统或装置提供记录有用于实现这些实施例的功能的软件程序代码的记录介质，并且该系统或装置的计算机(CPU或MPU)可以读出并执行存储在该记录介质上的程序代码。显然，本发明的目的可以以这种方式来实现。
在这种情况下，从记录介质读出的实际程序代码实现上述实施例的功能，从而存储有该程序代码的记录介质构成本发明。
而且，显然，不仅可以通过执行由计算机读出的程序代码来实现上述实施例的功能，而且还包括以下情况。即包括如下情况使运行在计算机上的OS(操作系统)等根据该程序代码的指示，执行部分或全部实际处理，从而通过该处理来实现上述实施例的功能。
而且，可以将从记录介质读出的程序代码写到插入计算机的扩展板或与计算机连接的扩展单元中所设置的存储器中。显然，这随后还可以包括使该扩展板或扩展单元中所设置的CPU等根据该程序代码的指示执行部分或全部实际处理，从而通过该处理来实现上述实施例的功能。
而且，该程序能够使计算机执行上述实施例的功能，该程序的形式可以包括目标代码、由解释程序执行的程序或OS中提供的脚本数据等形式。
用于提供该程序的记录介质包括例如RAM、NV-RAM、软(floppy，注册商标)盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、MO、CD-R以及CD-RW。而且，可以使用能够存储上述程序的任何介质，包括DVD(DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW以及DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡以及ROM等。可选地，可以通过从与因特网、商务网络或局域网等连接的未示出的其它计算机或数据库等下载来提供该程序。
如上所述，当在有限的动态范围内强调对比度时，本发明的显示装置能够在减少一些区域中发生的浅黑区域变成全黑和亮区域变成全白的同时，调整图像的亮度值。
使用优选实施例说明了本发明，但是本发明不局限于上述实施例，并且可以在权利要求书的范围内进行各种修改。
尽管参照典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改及等同结构和功能。
权利要求
1.一种转换输入图像的亮度值而用于输出的图像处理设备，其包括第一图像信息提取部件，用于从包括目标像素的第一图像区域中提取第一图像信息；第一转换特性计算部件，用于从所述第一图像信息计算第一转换特性；第二图像信息提取部件，用于从包括所述第一图像区域的第二图像区域中提取第二图像信息；第二转换特性计算部件，用于从所述第二图像信息计算第二转换特性；加权系数计算部件，用于计算加权系数；以及第三转换特性计算部件，用于使用所述第一转换特性、所述第二转换特性和所述加权系数，计算用于转换所述目标像素的亮度值的第三转换特性，其中，基于所述第三转换特性，转换并输出所述目标像素的亮度值。
2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，还包括存储部件，该存储部件用于存储所述输入图像的图像信息，其中，所述第一转换特性计算部件读出存储在所述存储部件中的图像信息作为所述第一图像信息，并依次计算所述第一转换特性。
3.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述第一转换特性计算部件计算所述第一图像信息的亮度直方图，所述第二转换特性计算部件计算所述第二图像信息的亮度直方图。
4.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述第一转换特性计算部件基于所述第一图像信息的亮度直方图，计算所述第一转换特性；所述第二转换特性计算部件基于所述第二图像信息的亮度直方图，计算所述第二转换特性。
5.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，根据所述目标像素的位置信息来设置所述加权系数。
6.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，至少根据所述第一亮度直方图和所述第二亮度直方图来设置所述加权系数。
7.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，基于所述第一图像区域的大小和所述第二图像区域的大小来计算所述加权系数。
8.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，根据所述目标像素的位置信息来设置所述第一图像区域和所述第二图像区域的大小。
9.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，至少根据前一帧的第二转换特性和当前帧的第二转换特性来计算所述第三转换特性。
10.一种转换输入图像的亮度值而用于输出的方法，其包括以下步骤从包括目标像素的第一图像区域中提取第一图像信息；从所述第一图像信息计算第一转换特性；从包括所述第一图像区域的第二图像区域中提取第二图像信息；从所述第二图像信息计算第二转换特性；使用所述第一转换特性、所述第二转换特性和加权系数，计算用于转换所述目标像素的亮度值的第三转换特性，其中，基于所述第三转换特性，转换并输出所述目标像素的亮度值。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，基于所述第一图像区域的大小和所述第二图像区域的大小来计算所述加权系数。
全文摘要
本发明提供一种图像处理设备和方法。从包括输入图像的目标像素的第一图像区域的图像信息计算第一转换特性，从包括第一图像区域的第二图像区域的图像信息计算第二转换特性，并使用第一转换特性、第二转换特性和加权系数计算第三转换特性。然后，基于第三转换特性，转换并输出目标像素的亮度值。
文档编号G09G5/10GK101059951SQ20071009824
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月20日 优先权日2006年4月20日
发明者水野良亮, 坂下幸彦 申请人:佳能株式会社