CN1658680A - 视频信号校正方法和视频信号校正装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供视频信号校正方法和视频信号校正装置。该视频信号校正方法对于R、G、B3色的输入亮度信号，具有至少2个不同的灰度校正函数，对各色使用灰度校正函数计算出各色的校正系数，根据各色的输入信号改变权重地合成，计算出对全色通用的校正系数，将该校正系数与输入信号相乘。这样，不改变原来的图像的色调地强调特定的颜色。

Description

视频信号校正方法和视频信号校正装置

技术领域

本发明涉及一种在对彩色图像实施校正的彩色视频信号处理中抑制色调(hue)的变化从而对灰度进行校正的视频信号校正方法及视频信号校正装置。

背景技术

近年来，在电视等的彩色图像中，为了强调和校正对比度感·明度感和色调，进行灰度校正(gray-lvel correction)和彩色校正等的视频信号校正处理的场合变得多起来。

作为灰度校正的第1已有例，相对映像的彩色输入亮度信号，实施图6所示那样的输入输出特性朝下凸的灰度校正，从而提高映像的对比度感。例如，亮度信号分解成红(R)、绿(G)、蓝(B)3色后输入。在RGB的3色的输入亮度信号为(R_in1，G_in1，B_in1)＝(0.3，0.4，0.5)、(R_in2，G_in2，B_in2)＝(0.7，0.8，0.9)的场合，通过进行图6的那样的灰度变换，成为(R_out1，G_out1，B_out1)＝(0.09，0.16，0.25)、(R_out2，G_out2，B_out2)＝(0.49，0.64，0.81)。将图像的亮度信息L作为L＝0.2125R+0.7154G+0.0721B(ITU-R BT709)计算的话，成为L_in1＝0.386，L_out1＝0.152，L_in2＝0.786，L_out2＝0.620。各个比成为L_in2/L_in1＝0.786/0.386＝2.04，L_out2/L_out1＝0.620/0.152＝4.09，L_out1/L_in1＝0.393，L_out2/L_in2＝0.789，亮度下降，对比度提高。

另外，作为灰度校正的第2已有例通过如图7那样实施输入输出特性朝上凸的灰度校正从而提高映像的明度感的处理为公知技术。在RGB的3色的输入亮度信号为(R_in1，G_in1，B_in1)＝(0.3，0.4，0.5)、(R_in2，G_in2，B_in2)＝(0.7，0.8，0.9)的场合，通过进行图7的那样的灰度校正，成为(R_out1，G_out1，B_out1)＝(0.548，0.632，0.707)、(R_out2，G_out2，B_out2)＝(0.837，0.894，0.949)。计算图像的亮度，得到L_in1＝0.386、L_out1＝0.620、L_in2＝0.786、L_out2＝0.886。各个比成为L_in2/L_in1＝0.786/0.386＝2.04，L_out2/_out1＝0.886/0.620＝1.43，L_out1/L_in1＝1.61，L_out2/L_in2＝1.13，对比度下降，亮度提高。

然而，在这些已有技术例中，灰度校正前后，RGB的比也变化，存在色调变化这样的共同的问题。

作为对该问题的解决方法，存在下述专利文献1那样的技术(灰度校正的第3已有技术例)。

专利文献1为图8那样的构成。在图8中，符号21为信号前处理部分，符号22为非线性变换部分，符号23为彩色校正部分，符号24为信号后处理部分。另外，符号25为依次传送彩色图像信号而输入的彩色图像信号输入端子，符号26为输出彩色图像信号的彩色图像信号输出端子。由信号前处理部分21进行除去噪声等视频信号的前处理，由非线性变换部分22进行灰度校正。另外，相对非线性变换部分22的输出由彩色校正部分23进行彩色校正，由信号后处理部分24进行此后的处理。

在作为主要部分的非线性变换部分中，成为

(式1)

M＝max(R_in，G_in，B_in)

R_out＝f(M)·R_in/M

G_out＝f(M)·G_in/M

B_out＝f(M)·B_in/M

并输出。其中，max()为选择最大值的函数，R_in、G_in、B_in为输入的RGB色信号，R_out、G_out、B_out为输出的RGB色信号，f()为灰度校正函数。

使上式变形时，

(式2)

C＝f(M)/M

R_out＝R_in·C

G_out＝G_in·C

B_out＝B_in·C

RGB的比在灰度校正前后不改变，保存色调。

在专利文献1中记载了这样的构成，即，从RGB信号变换到CIE(国际照明船员会)的L^*a^*b^*和Luv等，仅亮度成分(L^*或L)在进行灰度校正后再次逆变换成RGB信号。在该场合，仅亮度成分进行变换，颜色成分不变化，所以，仍然保存色调。

作为其它公知例，还具有仅作为电视广播信号的一个的YUV信号的Y成分进行灰度校正的构成。

另外，作为彩色校正的已有技术例，这样的处理也为公知，即，如图9那样，使映像的彩色输入亮度信号R、G、B的各灰度校正函数为不同的函数(相对R为f_r(x)，相对G为f_g(x)，相对B为f_b(x)，x为任意的值)，校正色调。例如，在RGB的输入亮度信号为(R_in1，G_in1，B_in1)＝(0.3，0.4，0.5)、(R_in2，G_in2，B_in2)＝(0.7，0.8，0.9)的场合，通过进行图那样的灰度校正，成为(R_out1，G_out1，B_out1)＝(0.36，0.4，0.5)、(R_out2，G_out2，B_out2)＝(0.84，0.8，0.9)。在该场合，与灰度校正变换前相比，变换后的R的比例增大，成为强调了红色调颜色。

另外，在下述专利文献2中，作为进行原图像的选择性校正的方法，公开了这样的彩色校正方法，即，大于等于2个的选择性彩色校正相对各色变化通过基于选择加权值的加权平均修正而进行组合，其中该加权值是随选择色从原色偏离而减少。

(专利文献1)日本特开平06-311354号公报

(专利文献2)日本特开平08-315132号公报

当强调映像的特定的范围的颜色时，有时希望不改变色调地强调颜色。然而，在使由上述彩色校正的已有技术例列举的RGB的各灰度校正函数不同的例子中，色调变化。

作为不使色调变化地强调特定范围的颜色的方法，存在使用在上述背景技术中所述的灰度校正的第3方法的颜色强调。RGB分别具有别的灰度校正函数，对RGB信号中具有最大值的颜色进行灰度校正，将灰度校正前后的比作为系数乘到其它颜色信号(图10)。

在图10中，符号31为选择输入的RGB信号值中最大的值的选择器，符号32为输出与具有输入的RGB信号值中最大值的信号对应的信息的比较器，符号33为相应于比较器32的输出选择后述的灰度校正数据存储器中任一个的开关，符号34为根据来自开关33的指示输出R的灰度校正数据的R灰度校正数据表，符号35为根据来自开关33的指示输出G的灰度校正数据的G灰度校正数据表，符号36为根据来自开关33的指示输出B的灰度校正数据的B灰度校正数据表，符号37为将从灰度校正数据表34、35、36输出的灰度校正数据适用于选择器31的输出值的灰度校正单元。

在RGB的各灰度校正函数为图11那样的场合(R灰度校正数据表的内容为由实线表示的f_r(x)，G灰度校正数据表的内容为虚线的f_g(x)，B灰度校正数据表的内容为点划线的f_b(x))，例如，当输入(R_in，G_in，B_in)＝(0.7，0.3，0.5)时，在比较器32判断R为最大，将与其相应的信号输入到开关33。开关33选择R灰度校正数据表。另外，选择器31选择RGB的最大值0.7，输入到灰度校正单元37和除法器38。灰度校正单元37参照R灰度校正数据表34的校正表，对R_in进行校正，将0.9输出到除法器38。除法器38用校正前的值0.7除校正后的值0.9，将1.286作为校正系数输出。乘法器39、40、41将从除法器38输入的校正系数乘到原来的RGB值，输出(R_out，G_out，B_out)＝(0.9，0.39，0.64)。此时，R_out∶G_out∶B_out＝0.9∶0.39∶0.64＝0.7∶0.3∶0.5＝R_in∶G_in∶B_in，保存色调。

另外，在输入了(R_in，G_in，B_in)＝(0.5，0.7，0.3)的场合，同样地动作，选择最大值G的灰度校正数据表，输出(R_out，G_out，B_out)＝(0.32，0.45，0.19)。R_out∶G_out∶B_out＝0.32∶0.45∶0.19＝0.5∶0.7∶0.3＝R_in∶G_in∶B_in，保存色调。

同样，当输入了(R_in，G_in，B_in)＝(0.3，0.5，0.7)时，成为(R_out，G_out，B_out)＝(0.3，0.5，0.7)，颜色·亮度没有变化。

即，在该例的场合，R最强的颜色(显红色的颜色)的亮度增大，G最强的颜色(显绿色的颜色)的亮度减少，B最强的颜色(显蓝色的颜色)的亮度没有变化。

一般，当使与RGB中希望强调的色调对应的灰度校正函数朝上凸时，该色调的亮度上升。当使与不希望突出的色调对应的灰度校正函数朝下凸时，该色调的亮度减少。这样，可强调特定范围的颜色。

然而，在该构成中，存在以下那样的问题。图12表示了例如显示装置的某一水平线的R、G信号，从除法器38输出的校正系数，及画面上的亮度值。B信号在全部区域为0。如图12所示那样，画面左为最大的R，随着往右，R成分减少。另外，在最大的R的位置，G信号为0，随着往右，G成分增加，在R成分为0的位置，G成分最大。在画面中央部分，正好R与G的值相等，以其为边界，左侧为显红色的颜色，右侧为显绿色的颜色。

在该场合，在画面左半部分，R成分为最大，所以，图11的R灰度校正函数f_r(x)计算校正系数。在这里，校正系数时常大于等于1，另外，朝右往上，校正系数增大。另外，在画面右半部分，G成分成为最大，所以，由G灰度校正函数f_g(x)计算出校正系数，但校正系数时常小于等于1，在左下，校正系数变小。此时的亮度的变化如图示那样，以画面中央为边界，出现亮度的的等级差。

发明内容

本发明就是鉴于上述实际情况而作出的，其目的在于提供一种不改变原来的图像的色调地强调特定的颜色的视频信号校正方法和视频信号校正装置。

为了达到上述目的，在本发明的视频信号校正方法中，相对3色的输入亮度信号根据至少2个不同的灰度校正函数校正该输入亮度信号；其特征在于：具有使用各色的上述灰度校正函数计算出各色的输入亮度信号的校正值的步骤，相对根据上述各色的输入亮度信号改变权重地合成的各色计算出通用的校正系数的步骤，及在上述输入亮度信号乘上述校正系数的步骤。

在本发明的视频信号校正装置中，相对3色的输入亮度信号根据至少2个不同的灰度校正函数校正该输入亮度信号；其特征在于：具有使用各色的上述灰度校正函数计算出各色的输入亮度信号的校正值的校正单元，相对根据上述各色的输入亮度信号改变权重地合成的各色计算出通用的校正系数的校正系数计算单元，及在上述输入亮度信号乘上述校正系数的乘法单元。

本发明在强调特定范围的颜色时，可不改变色调地强调颜色。

附图说明

图1为实施例1的视频信号校正装置的框图。

图2为实施例1的灰度校正函数的例子。

图3为示出实施例1的映像截面的信号、校正系数、输出亮度的图。

图4为实施例2的视频信号校正装置的框图。

图5为实施例3的视频信号校正装置的框图。

图6为过去的进行灰度校正的场合的灰度校正函数的例子。

图7为过去的进行灰度校正的场合的灰度校正函数的另一例。

图8为说明过去的灰度校正的框图。

图9为使用已有技术例进行颜色强调的场合的校正函数的例子。

图10为使用已有技术例进行颜色强调的场合的视频信号校正装置的框图。

图11为用于说明使用已有技术例进行颜色强调的场合的动作的灰度校正函数的例子。

图12为使用已有技术例进行颜色强调的场合的具体例。

图13为本发明电视装置的框图。

具体实施方式

(实施例1)

(概要)将对映像输入亮度信号进行分色后获得的RGB值分别设为R_in、G_in、B_in，将R的灰度校正函数设为f_r(x)，将G的灰度校正函数设为f_g(x)，将B的灰度校正函数设为f_b(x)。将根据R的输入值与灰度校正函数获得的输出值(校正值)的比设为K_r，将根据G的输入值与灰度校正函数获得的输出值(校正值)的比设为K_g，将根据B的输入值与灰度校正函数获得的输出值的比设为K_b，则K_r、K_g、K_b分别成为

(式3)

K_r＝f_r(R_in)/R_in

K_g＝f_g(G_in)/G_in

K_b＝f_b(B_in)/B_in

像素的校正系数C根据相对这些比进行了与输入RGB输入值的大小相应的加权的加权平均求出。即，

(式4)

$C=\frac{R_{\mathrm{in}}^2\·K_r+G_{\mathrm{in}}^2\·K_g+B_{\mathrm{in}}^2\·K_b}{R_{\mathrm{in}}^2+G_{\mathrm{in}}^2+B_{\mathrm{in}}^2}=\frac{R_{\mathrm{in}}\·f\left(R_{\mathrm{in}}\right)+G_{\mathrm{in}}\·f\left(G_{\mathrm{in}}\right)+B_{\mathrm{in}}\·f\left(B_{\mathrm{in}}\right)}{R_{\mathrm{in}}^2+G_{\mathrm{in}}^2+B_{\mathrm{in}}^2}$

将该通用的校正系数C与该RGB输入值相乘，进行灰度校正。

(构成)图1示出本实施例的框图。在图1中，符号1为相对R的输入值R_in适用灰度校正函数f_r(R_in)并输出的R灰度校正单元，符号2为相对G的输入值G_in适用灰度校正函数f_g(G_in)并输出的G灰度校正单元，符号3为相对B的输入值B_in适用灰度校正函数f_b(B_in)并输出的B灰度校正单元。

另外，符号4为将输入值R_in与R灰度校正单元1的输出相乘的乘法器，符号5为将输入值G_in与G灰度校正单元2的输出相乘的乘法器，符号6为将输入值B_in与B灰度校正单元3的输出相乘的乘法器，符号7为将上述乘法器4、5、6的输出全部相加的加法器。

符号8为分别将RGB的输入值分别平方并全部相加的平方和计算器，符号9为用平方和计算器8的输出除加法器7的输出的除法器，符号10为在R的输入值R_in乘除法器9的输出的乘法器，符号11为在G的输入值G_in乘除法器9的输出的乘法器，符号12为在B的输入值B_in乘除法器9的输出的乘法器。

在本实施例中，R灰度校正单元1、G灰度校正单元2、B灰度校正单元3这3个为校正单元。包含R灰度校正单元1、G灰度校正单元2、B灰度校正单元3在内，乘法器4、5、6、加法器7、平方和计算器8、除法器9为校正系数计算单元，最终从除法器9输出的值为校正系数C。乘法器10、11、12为乘法单元。

图2为R灰度校正单元1(实线)、G灰度校正单元2(虚线)、B灰度校正单元3(点划线)的输入输出特性的例子。在图2中，R灰度校正单元的输入输出特性朝上凸，G灰度校正单元的输入输出特性朝下凸，B灰度校正单元的输入输出特性为线性。

在适用图2的灰度校正函数的场合，例如当将RGB输入值(R_in，G_in，B_in)＝(0.7，0.3，0.5)输入到某一像素时，将R_in输入到R灰度校正单元1，输出f_r(R_in)＝0.9。同样，获得f_g(G_in)＝0.14、f_b(B_in)＝0.5。

这些分别由乘法器4、5、6乘上输入值R_in、G_in、B_in，由加法器7加上其输出。从加法器7输出R_in×f_r(R_in)+g_in×f_g(G_in)+B_in×f_b(B_in)＝0.7×9+0.3×0.14+0.5×0.5＝0.92。

另外，在平方和计算器8中，将作为输入值0.7、0.3、0.5的平方的0.49、0.09、0.25相加，输出平方和S＝0.83。

加法器7的输出值0.92与平方和计算器8的输出值0.83输入到除法器9，获得对各色通用的校正系数C＝0.92/0.83＝1.11。

将其乘到原来的输入值，输出最终的输出值R_out＝C×R_in＝0.776、G_out＝C×G_in＝0.333、B_out＝C×B_in＝0.554。该R_out、G_out、B_out的比为R_out∶G_out∶B_out＝0.776∶0.333∶0.5540.7∶0.3∶0.5＝R_in∶G_in∶B_in，与灰度校正前的RGB的比大体相等，色调没有变化。

在输入RGB输入值(R_in，G_in、B_in)＝(0.3，0.7，0.5)的场合，同样，成为(f_r(R_out)，f_g(G_out)，f_b(B_out))＝(0.5，0.45，0.5)，除法器9的输出(校正系数C)为C＝(0.3×0.5+0.7×0.45+0.5×5)/(0.3²+0.7²+0.5²)＝0.715/0.83＝0.86。

最终的输出值为(R_out，G_out，B_out)＝(0.258，0.603，0.431)，R_out∶G_out∶B_out＝0.258∶0.603∶0.4310.3∶0.7∶0.5＝R_in∶G_in∶B_in，与灰度校正前的RGB的比大体相等，色调没有变化。

在本实施例的构成中，对与在上述课题中列举的产生问题的图案同样的映像进行彩色校正，如图3那样，图12所示那样的亮度等级差消失，亮度平滑地变化。如上述那样，在本实施例中，当强调特定的范围的颜色时，没有亮度的等级差，使亮度平滑地变化，可不改变色调地强调颜色。

(实施例2)

图4示出本发明的实施例2。在图4中，符号13为乘法器10的输出不超过R的可取的最大值地实施限制的限幅器，符号14为乘法器11的输出不超过G的可取的最大值地实施限制的限幅器，符号15为乘法器12的输出不超过B可取的最大值地施加限制的限幅器。其它构成与实施例1同样，所以，采用相同符号，省略说明。在本实施例中，限幅器13、14、15为限制单元。

在本实施例中，在从乘法器10、11、12输出值之前，与上述实施例1相同。从乘法器10的输出C×R_in输入到限幅器13。在限幅器13中，判断来自乘法器10的值是否超过R可取的最大值(8位的场合255)，如未超过，则将值直接输出，如超过，则输出最大值(8位的场合255)。限幅器14、限幅器15也同样分别比较从乘法器11、乘法器12的输出C×G_in、C×B_in与最大值，如未超过最大值，则将该值直接输出，如超过，则输出最大值。

这样，可防止校正系数C过大而使输出值超过可取的最大的值。

(实施例3)

图5示出本发明实施例3。在图5中，符号16为检测RGB的输入值中的最大值并输出的最大值检测器，符号17为输出用最大值检测器16的输出除RGB可取的最大值后获得的值的系数计算器，符号18为比较除法器9的输出与系数计算器17的输出并将较小一方输出的比较器。其它构成与实施例1同样，所以，采用相同符号，省略说明。在本实施例中，最大值检测器16和系数计算器17为最大值计算单元。比较器18和乘法器10、11、12为比较乘法单元。

在本实施例中，直到从除法器9输出值，与上述实施例1相同。RGB的输入值R_in、G_in、B_in输入到最大值检测器16，输出最大的值。从最大值检测器输出的RGB的最大值输入到系数计算器17。系数计算器17用输入的值除RGB的可取的最大的值V_max(8位的场合255)，将其结果输出到比较器18。比较器18比较除法器9的输出与系数计算器17的输出，输出较小一方的值。从比较器18输出的值输入到乘法器10、11、12，乘到输入信号R_in、G_in、B_in，获得最终的输出值R_out、G_out、B_out。

在上述实施例1中，当校正系数C超过V_max/max(R_in，G_in，B_in)时，存在R_out、G_out、B_out中的任一个超过V_max的场合，但在本实施例中，预先由系数计算器17计算V_max/max(R_in，G_in，B_in)，与校正系数C比较，选择较小一方，所以，可不超过可取的最大值地进行彩色校正。

在实施例1～3中，使用(式4)计算出校正系数C，但如为满足本发明的条件的校正系数，则也可使用任何的系数。

另外，在实施例1～3中使用框图进行了说明，但实现本发明的构成不限于由上述实施例所示的构成。

图13为本发明的电视装置的框图。接收电路20由调谐器和解码器等构成，接收卫星广播和地上波等的电视信号、通过互联网的数据广播等，将解密后的映像数据输出到图像处理部分21。图像处理部分21包含γ校正电路、析像度变换电路、I/F电路等和在上述实施例中说明的视频信号校正装置，将进行了图像处理的映像数据转换成显示装置的显示格式，将图像数据输出到显示装置25。显示装置25由显示板24、驱动电路23、及控制电路22构成。控制电路22对输入的图像数据实施适合于显示板的校正处理等的信号处理，同时，将图像数据和各种控制信号输出到驱动电路23。驱动电路23根据输入的图像数据将驱动信号输出到显示板24，显示电视映像。

接收电路20和图像处理部分21可作为机顶盒(STB26)收容到与显示装置25不同的箱体，也可收容到与显示装置25一体的箱体。

Claims (9)

1.一种视频信号校正方法，对于3色的输入亮度信号根据至少2个不同的灰度校正函数校正该输入亮度信号；其特征在于具有：

使用各色的上述灰度校正函数计算出各色的输入亮度信号的校正值的步骤，

对于根据上述各色的输入亮度信号改变权重地合成的各色，计算出通用的校正系数的步骤，及

在上述输入亮度信号乘上述校正系数的步骤。

2.一种视频信号校正方法，对于3色的输入亮度信号根据至少2个不同的灰度校正函数校正该输入亮度信号；其特征在于具有：

使用各色的上述灰度校正函数计算出各色的输入亮度信号的校正值的步骤，

对于根据上述各色的输入亮度信号改变权重地合成的各色，计算出通用的校正系数的步骤，

在上述输入亮度信号乘上述校正系数的步骤，及

以在上述输入亮度信号乘上述校正系数获得的值不超过可取的最大值的方式施加限制的步骤。

3.一种视频信号校正方法，对于3色的输入亮度信号根据至少2个不同的灰度校正函数校正该输入亮度信号；其特征在于具有：

使用各色的上述灰度校正函数计算出各色的输入亮度信号的校正值的步骤，

对于根据上述各色的输入亮度信号改变权重地合成的各色，计算出通用的校正系数的步骤，

计算上述校正系数的最大值的步骤，及

在上述输入亮度信号乘在上述校正系数的计算值与最大值中的较小一个的步骤。

4.根据权利要求1所述的视频信号校正方法，其特征在于：上述校正系数从上述各色的输入亮度信号的校正值的加权平均计算出。

5.一种视频信号校正装置，对于3色的输入亮度信号根据至少2个不同的灰度校正函数校正该输入亮度信号；其特征在于具有：

使用各色的上述灰度校正函数计算出各色的输入亮度信号的校正值的校正单元，

对于根据上述各色的输入亮度信号改变权重地合成的各色，计算出通用的校正系数的校正系数计算单元，及

在上述输入亮度信号乘上述校正系数的乘法单元。

6.一种视频信号校正装置，对于3色的输入亮度信号根据至少2个不同的灰度校正函数校正该输入亮度信号；其特征在于具有：

使用各色的上述灰度校正函数计算出各色的输入亮度信号的校正值的校正单元，

对于根据上述各色的输入亮度信号改变权重地合成的各色，计算出通用的校正系数的校正系数计算单元，

在上述输入亮度信号乘上述校正系数的乘法单元，及

以在上述输入亮度信号乘上述校正系数获得的值不超过可取的最大值的方式施加限制的限制单元。

7.一种视频信号校正装置，对于3色的输入亮度信号根据至少2个不同的灰度校正函数校正该输入亮度信号；其特征在于具有：

使用各色的上述灰度校正函数计算出各色的输入亮度信号的校正值的校正单元，

对于根据上述各色的输入亮度信号改变权重地合成的各色，计算出通用的校正系数的校正系数计算单元，

计算上述校正系数的最大值的最大值计算单元，及

在上述输入亮度信号乘在上述校正系数的计算值与最大值中的较小一方的比较乘法单元。

8.根据权利要求5所述的视频信号校正装置，其特征在于：上述校正系数计算单元从上述各色的输入亮度信号的校正值的加权平均计算出上述校正系数。

9.一种电视装置，其中具有：包含权利要求5所述的视频信号校正装置的图像处理部分，接收电视信号并将上述输入亮度信号输出到上述图像处理部分的接收电路，及根据从上述图像处理部分输出的图像数据显示映像的显示装置。

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