JP2006025263A - 画像の特徴に応じた階調特性制御 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示画像の輝度についての階調特性を、画像の特徴に応じて適切に調整する。
【解決手段】 輝度階調補正部の特徴情報取得部は、入力画像信号から、１画面の画像ごとに最小輝度、平均輝度、および最大輝度を取得する。補正情報決定部は、前記１画面の画像ごとに、取得した前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに応じて、前記輝度についての階調特性を補正するための補正情報を決定する。輝度階調補正処理部は、前記１画面の画像ごとに、前記補正情報に基づいて多項式関数を設定し、前記多項式関数を用いた演算処理により、前記輝度についての階調特性を補正する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、表示する画像の特徴に応じて、画像信号の階調特性を変化させる技術に関する。

画像表示装置では、一般に、入力画像を表す画像信号(入力画像信号)に対する表示画像の輝度の変化を示す入出力特性を調整して、表示画像の画質を調整することが行われている。入出力特性の調整手法としては、例えば、入力画像の特徴を検出し、検出した特徴に応じて、入力画像信号を構成する輝度信号の階調特性を動的に変化させる手法が利用されている（例えば、特許文献１ないし特許文献７参照）。

特開２００３−１１０８７８号公報 特開２００３−３３７５８０号公報 特開２００３−２５９１５４号公報 特開２００３−２９８９７４号公報 特開２００３−４６８０７号公報 特開２００２−３５９７５４号公報 特開平１０−２４８０２４号公報

上記手法では、１画面の入力画像を構成する輝度信号中の最大輝度や最小輝度、平均輝度、輝度ヒストグラム等に応じて階調特性を変化させている。ただし、高階調側の階調特性は最大輝度に応じて調整され、低階調側の階調特性は最小輝度に応じて調整されるため、高階調側の調整に対して最小輝度は考慮されず、低階調値側の調整に対して最大輝度は考慮されていない。しかしながら、実際には、低階調側の階調特性に対する高階調側の輝度の影響および高階調側の階調特性に対する低階調側の輝度の影響があるため、従来の手法は、入力画像の特徴に応じて適切な階調特性となるように調整するという点で十分とは言えない。

この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、表示する画像の輝度についての階調特性を、画像の特徴に応じてより適切に調整することのできる技術を提供することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を達成するために、本発明の装置は、入力画像信号の階調特性を補正する階調特性補正装置であって、
前記入力画像信号の表す画像の輝度についての階調特性を補正する輝度階調補正部を備えており、
前記輝度階調補正部は、
前記入力画像信号から、１画面の画像ごとに最小輝度、平均輝度、および最大輝度を取得する特徴情報取得部と、
前記１画面の画像ごとに、取得した前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに応じて、前記輝度についての階調特性を補正するための補正情報を決定する補正情報決定部と、
前記１画面の画像ごとに、前記補正情報に基づいて多項式関数を設定し、前記多項式関数を用いた演算処理により、前記輝度についての階調特性を補正する輝度階調補正処理部と、
を備えることを特徴とする。

上記階調特性補正装置によれば、１画面の画像ごとに、取得した最小輝度、平均輝度、および最大輝度の組み合わせに応じて、輝度についての階調特性を補正するための補正情報を決定することができる。そして、決定した補正情報に基づいて多項式関数を設定し、設定した多項式関数を用いた演算処理により、輝度についての階調特性を補正することができる。これにより、画像の輝度についての階調特性を、従来よりもさらに適切に調整することが可能となり、画質の向上を図ることができる。

なお、前記多項式関数の種類はスプライン関数であることが好ましい。こうすれば、輝度についての階調特性をなめらかな曲線とすることができる。例えば、補正後の階調特性において、変化の境界が発生して非連続な階調特性となった場合には、画質の劣化が発生し得る。しかしながら、上記のようにスプライン関数を用いた場合、輝度についての階調特性をなめらかな曲線とすることができるので、非連続な階調特性となって画質の劣化が発生することを防止することができる。

また、前記補正情報は、少なくとも、前記輝度についての階調特性の補正に関する基準となる補正基準直線を示す情報と、前記輝度についての階調特性の補正結果である補正曲線を示す情報として、前記補正曲線上となる複数の曲線設定位置と、前記複数の曲線設定位置のそれぞれにおける前記補正基準直線に対する変位量と、を含むことが好ましい。こうすれば、多項式関数の設定が容易である。

なお、前記補正情報決定部は、
前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに対応する補正情報が、複数の前記組み合わせに関係付けて示される補正情報テーブルを有しており、
前記補正情報テーブルを参照して、取得した前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに対応する補正情報を決定することが好ましい。こうすれば、取得した最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに対応する補正情報を容易に決定することができる。

さらに、前記補正情報決定部は、
取得した前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに対応する補正情報が前記補正情報テーブルに存在しない場合に、所定の補間演算処理により前記組み合わせに対応する補正情報を決定することが好ましい。こうすれば、補正情報テーブルに含まれる最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせの数を減らすことができる。

なお、上記階調特性補正装置において、
前記輝度階調補正部から出力される画像信号に対して、画像表示装置に含まれる表示デバイスの非線形な入出力特性を補正するための補正部を備えるようにしてもよい。こうすれば、輝度階調補正における輝度についての階調特性の補正と、画像表示装置に含まれる表示デバイスの非線形な入出力特性を補正するための階調特性の補正とを切り分けることができるので、輝度についての階調特性の補正が容易である。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、階調特性補正方法および装置、階調特性補正装置を備える画像処理装置およびこれを備える画像表示装置等の種々の形態で実現することができる。さらに、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。

この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．画像表示装置の全体構成：
Ｂ．階調補正部：
Ｂ１．輝度階調補正部の構成：
Ｂ１．１．ＲＧＢ／ＹＵＶ変換部：
Ｂ１．２．特徴情報取得部：
Ｂ１．３．補正情報決定部：
Ｂ１．４．階調補正処理部：
Ｂ１．５．ＹＵＶ／ＲＧＢ変換部：
Ｂ２．輝度階調特性の設定：
Ｂ２．１．非線形演算処理の関数：
Ｂ２．２．補正パラメータの決定：
Ｂ２．３．輝度階調特性の設定例：
Ｂ３．効果：
Ｃ．変形例：

Ａ．画像表示装置の全体構成：
図１は、本発明を適用した画像表示装置の全体構成を示すブロック図である。この画像表示装置１０は、制御部１００と、入力処理部１１０と、本発明の階調特性補正装置としての階調補正部２００を含む画像処理部１２０と、画像表示部としての液晶パネル（ＬＣＤ）１４０および液晶パネル駆動部（ＬＣＤ駆動部）１３０と、を備えている。また、この画像表示装置１０はいわゆるプロジェクタであり、画像表示部には、液晶パネル１４０の被照明領域を照明するための照明光学系１５０と、液晶パネル１４０から射出された画像を表す光（「画像光」とも呼ぶ）をスクリーン２０上に投写する投写光学系１６０と、を備えている。

なお、液晶パネル１４０は、照明光学系１５０から射出された照明光を、液晶パネル駆動部１３０からの駆動信号に応じて変調し、変調された光（画像光）を射出する。また、図示は省略されているが、液晶パネル１４０は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）用の３枚の液晶パネルを有している。また、照明光学系１５０は光を３色の光に分離する色光分離光学系を備えており、投写光学系１６０は液晶パネル１４０から射出される３色の光を合成する合成光学系を備えている。なお、このようなプロジェクタの光学系の構成については、例えば本出願人により開示された特開平１０−１７１０４５号公報に詳述されているので、ここではその説明は省略する。

なお、液晶パネル１４０を１枚のカラー液晶パネルとすることも可能である。また、液晶パネル１４０を１枚のカラー液晶パネルとし、投写光学系１６０を省略して、直視型の画像表示装置とすることも可能である。

制御部１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、外部記憶装置、通信装置等を備えるいわゆるコンピュータシステムである。制御部１００は、ＲＯＭや外部記憶装置に記憶されているプログラムやデータを、ＣＰＵが読み取って実行することにより、各ブロックの動作を制御する。また、入力処理部１１０や画像処理部１２０等の各ブロックに対して、ＲＯＭや外部記憶装置に記憶されているデータやプログラムを供給することにより、種々の設定を実行する。

入力処理部１１０は、入力画像信号ＶＳを画像処理部１２０に入力可能なデジタルの画像信号ＤＩＶとして出力する。入力画像信号ＶＳがアナログ画像信号の場合には、アナログ−デジタル変換機能により、入力画像信号ＶＳに含まれる同期信号を除く画像信号（以下、単に「画像信号」と呼ぶ場合もある）をデジタルの画像信号に変換し、デジタル画像信号ＤＩＶとして出力する。また、入力画像信号ＶＳがデジタル画像信号の場合には、アナログ−デジタル変換機能による変換処理は省略される。なお、画像信号の信号形式はＲＧＢ信号形式である。

画像処理部１２０は、制御部１００からの指示に基づいて、入力されるデジタル画像信号ＤＩＶの表す画像データを図示しないメモリに一時的に書き込み、このメモリに記憶されたデジタルデータを読み出して、デジタル画像信号ＤＯＶとして出力する。そして、このメモリへの書き込みと読み出しの処理の過程において、画像サイズの変換処理（拡大あるいは縮小、画像歪み補正など）や液晶パネル駆動部１３０が処理することのできるフォーマットへの変換処理、階調補正部２００による輝度信号の階調特性の補正処理など、種々の画像処理が実行される。

液晶パネル駆動部１３０は、入力されるデジタル画像信号ＤＯＶに応じて、液晶パネル１４０を駆動するための駆動信号を生成する。

液晶パネル１４０は、照明光学系１５０による照明光を、駆動信号に応じて変調する。変調された光（画像光）は、画像光として投写光学系１６０を介してスクリーン２０上に投写される。これにより、スクリーン２０上に画像が表示される。

Ｂ．階調補正部：
以下では、本発明の階調補正装置に相当する階調補正部２００について説明する。図２は、階調補正部２００の構成を示す説明図である。階調補正部２００は、輝度階調補正部２１０と、ＶＴ補正部２２０とを備えている。輝度階調補正部２１０は、後述するように、入力されるＲＧＢ信号（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ）の表す画像の輝度についての階調特性を補正し、補正後のＲＧＢ信号（Ｒｓ，Ｇｓ、Ｂｓ）を出力する。ＶＴ補正部２２０は、液晶パネル１４０に固有の非線形な入出力特性を補正して、線形な入出力特性となるように、入力されるＲＧＢ信号（Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓ）の階調特性を補正し、補正されたＲＧＢ信号（Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ）を出力する。なお、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）を用いた画像表示装置の入出力特性は、一般にガンマカーブを描く。そこで、ＣＲＴ以外の画像表示装置の入出力特性も、ＣＲＴの入出力特性に合わせてガンマカーブとなるように設定するのが一般的である。このため、ＶＴ補正部２２０では、液晶パネルに固有の非線形な入出力特性の補正に加えて、画像表示装置１０の入出力特性がガンマカーブとなるように、入力されるＲＧＢ信号（Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓ）に対して出力されるＲＧＢ信号（Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ）の階調特性を補正する。

なお、本発明の特徴部分は輝度階調補正部２１０であるので、以下では輝度階調補正部２１０についてさらに説明を加える。

Ｂ１．輝度階調補正部の構成：
輝度階調補正部２１０は、ＲＧＢ／ＹＵＶ変換部３１０と、輝度階調補正処理部３２０と、ＹＵＶ／ＲＧＢ変換部３３０と、特徴情報取得部３４０と、補正情報決定部３５０と、を備えている。以下では、各部について順に説明する。

Ｂ１．１．ＲＧＢ／ＹＵＶ変換部：
ＲＧＢ／ＹＵＶ変換部３１０は、入力されるデジタル画像信号ＤＩＶの信号形式を変換する。具体的には、ＲＧＢ信号（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ）をＹＵＶ信号（Ｙｉ，Ｕｉ，Ｖｉ）に変換する。ＹＵＶ信号のうち輝度信号Ｙｉは、輝度階調補正処理部３２０および特徴情報取得部３４０に入力される。なお、ＲＧＢ信号をＹＵＶ信号に変換するための構成は画像処理の分野において一般的であるので、ここではその説明を省略する。

Ｂ１．２．特徴情報取得部：
特徴情報取得部３４０は、各画面の画像の特徴を示す特徴情報を、表示する画像の１画面単位で入力される輝度信号Ｙｉに基づいて特徴パラメータとして取得する。具体的には、１画面の中で、輝度信号の最小輝度、最大輝度、および、平均輝度の３つの情報を特徴パラメータとして取得する。取得した特徴パラメータの値は、補正情報決定部３５０に供給される。なお、入力される輝度信号Ｙｉから輝度信号の最小輝度、最大輝度、および、平均輝度を求める構成は画像処理の分野において一般的であるので、ここではその説明を省略する。

Ｂ１．３．補正情報決定部：
補正情報決定部３５０は、１画面の画像ごとに、特徴情報取得部３４０から供給される３つの特徴パラメータの値の組み合わせに応じて、後述する補正パラメータに対応する値を決定する。決定した補正パラメータの値は、輝度階調補正処理部３２０に供給される。

Ｂ１．４．階調補正処理部：
輝度階調補正処理部３２０は、入力輝度信号Ｙｉについて非線形演算処理を施し、非線形演算処理後の輝度信号Ｙｓを出力する。この非線形演算処理の特性は、補正情報決定部３５０から供給される補正パラメータに従って設定される。なお、輝度階調補正処理部３２０における非線形演算処理は、補正情報決定部３５０から供給される補正パラメータのタイミングに応じて実施される。

補正後の輝度信号Ｙｓは、ＲＧＢ／ＹＵＶ変換部３１０から出力される２つの色差信号Ｕｉ，Ｖｉとともに、ＹＵＶ／ＲＧＢ変換部３３０に入力される。

なお、輝度階調補正処理部３２０における非線形演算処理については後述する。

Ｂ１．５．ＹＵＶ／ＲＧＢ変換部：
ＹＵＶ／ＲＧＢ変換部３３０は、ＲＧＢ／ＹＵＶ変換部３１０と同様に、入力されるデジタル画像信号の信号形式を変換する。具体的には、ＹＵＶ信号Ｙｓ，Ｕｉ，ＶｉをＲＧＢ信号Ｒｓ，Ｇｓ，Ｖｓに変換する。変換後のＲＧＢ信号Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓは、ＶＴ補正部２２０に入力される。なお、ＹＵＶ信号をＲＧＢ信号に変換する構成も画像処理の分野において一般的であるので、その説明も省略する。

なお、輝度階調補正部２１０は、１画面単位の画像信号に対して高速な信号処理が可能なプロセッサによって構成することができる。特に、輝度階調補正処理部３２０は、１画面単位の画像信号に対して高速な非線形演算処理が可能なプロセッサによって構成することが可能である。

Ｂ２．輝度階調特性の設定：
次に、輝度階調補正処理部３２０における非線形演算処理の特性の設定、すなわち、入力輝度信号Ｙｉに対す出力輝度信号Ｙｓの階調特性の設定について説明する。

Ｂ２．１．非線形演算処理の関数：
図３は、輝度階調補正処理部３２０における非線形演算処理に用いられる関数Ｆ（Ｙｉ）を示す説明図である。用いられる関数Ｆ（Ｙｉ）の種類は、スプライン関数である。このスプライン関数Ｆ（Ｙｉ）によって表される信号の入出力特性は、オフセットＯｆｆと、ゲインＧｎと、第１ないし第３の曲線設定位置Ｖｉ＿ＳＰ１〜Ｖｉ＿ＳＰ３と、それぞれの曲線設定位置に対応する第１ないし第３の曲線設定値ｄＶｉ＿ＳＰ１〜ｄＶｉ＿ＳＰ３の８個の補正パラメータによって決定される。ただし、第１ないし第３の曲線設定値ｄＶｉ＿ＳＰ１〜ｄＶｉ＿ＳＰ３は、後述する補正基準直線に対する変位量で表されている。そして、このスプライン関数Ｆ（Ｙｉ）で表されるＹｓ＝Ｆ（Ｙｉ）の曲線（以下、「補正曲線」とも呼ぶ）の特性が、輝度階調補正処理部３２０における入力輝度信号Ｙｉに対す出力輝度信号Ｙｓの階調特性を表すこととなる。

図３に示すように、入力輝度信号Ｙｉの輝度Ｖｉと出力輝度信号の輝度Ｖｓとが等しい値となる直線を基本直線とする。これに対して、Ｖｉ＝０における輝度Ｖｓの基本直線に対する変位量を示すオフセットＯｆｆと、輝度Ｖｉに対する輝度Ｖｓの傾きを示すゲインＧｎとによって、補正の基準となる直線（以下、「補正基準直線」とも呼ぶ）が設定され、この補正基準直線の２つの端点が補正曲線の２つの端点となる。

そして、補正曲線の２つの端点と、第１ないし第３の曲線設定位置Ｖｉ＿ＳＰ１〜Ｖｉ＿ＳＰ３およびそれぞれの曲線設定位置に対応する第１ないし第３の曲線設定値ｄＶｉ＿ＳＰ１〜ｄＶｉ＿ＳＰ３によって表される補正曲線上の３つの点とがなめらかな曲線で結ばれるように、スプライン関数Ｆ（Ｙｉ）の特性が設定される。この結果、輝度階調補正処理部３２０における入力輝度信号Ｙｉに対す出力輝度信号Ｙｓの階調特性は、設定されたスプライン関数Ｆ（Ｙｉ）によって表されるＹｓ＝Ｆ（Ｙｉ）の補正曲線によって示されることとなる。

Ｂ２．２．補正パラメータの決定：
補正情報決定部３５０は、以下で説明するように、特徴情報取得部３４０から供給される３つの特徴パラメータ（最小輝度,平均輝度,最大輝度）の値の組み合わせに応じて、上記８個の補正パラメータの値を決定する。

補正情報決定部３５０は、上記３つの特徴パラメータの値の組み合わせと、対応する上記８個の補正パラメータの値とを関係付けて示す補正パラメータテーブルを有している。この補正パラメーテーブルは、補正情報決定部３５０内のメモリ、あるいは、画像表示装置１０内のいずれかに備えられた図示しないメモリに、参照可能に格納されている。

図４は、補正パラメータテーブルを示す説明図である。この補正パラメータテーブルでは、最小輝度Ｂｐ、平均輝度ＡＰＬ、および最大輝度Ｗｐの値の組み合わせのうち、Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの４通りの組み合わせに対して、８個の補正パラメータに関する値がそれぞれ関係付けられている。最小輝度Ｂｐ、平均輝度ＡＰＬ、および最大輝度Ｗｐは、それぞれ、最低輝度（０）〜最高輝度（１０２３）までの１０ビットの階調値を取り得ることとする。

組み合わせＫはＢｐ＝０，ＡＰＬ＝０，Ｗｐ＝０の組み合わせを示し、組み合わせＬはＢｐ＝０，ＡＰＬ＝０，Ｗｐ＝１０２３の組み合わせを示している。また、組み合わせＭはＢｐ＝０，ＡＰＬ＝１０２３，Ｗｐ＝１０２３の組み合わせを示し、組み合わせＮはＢｐ＝１０２３，ＡＰＬ＝１０２３，Ｗｐ＝１０２３の組み合わせを示している。

そして、補正情報決定部３５０は、特徴情報取得部３４０から供給される３つの特徴パラメータの値の組み合わせに対応する８個の補正パラメータの値を、補正パラメータテーブルを参照して決定する。

特徴パラメータの値の組み合わせが補正パラメータテーブルにない場合には、この組み合わせに対応する補正パラメータの値を、以下で説明するように補間演算により決定する。

図５は、補正パラメータの補間演算について示す説明図である。最小輝度Ｂｐ、平均輝度ＡＰＬ、および最大輝度Ｗｐの値の組み合わせは、図５の左側に示すように、最小輝度Ｂｐ、平均輝度ＡＰＬ、および最大輝度Ｗｐを互いに直交する座標軸とした３次元の座標系の点（位置）で表すことができる。そして、最小輝度値Ｂｐ、最大輝度値Ｗｐ、および、平均輝度値ＡＰＬの取りうる組み合わせの点は、図４の補正パラメータテーブルに示された４つの組み合わせＫ，Ｌ，Ｍ，Ｎに対応する点であって、図５の右側の表に示す４つの点Ｋ（０，０，０），Ｌ（０，０，１０２３），Ｍ（０，１０２３，１０２３），Ｎ（１０２３，１０２３，１０２３）を頂点とする四面体ＫＬＭＮ中に含まれる。

そして、最小輝度Ｂｐがｂ（０≦ｂ≦１０２３）、平均輝度ＡＰＬがａ（０≦ａ≦１０２３）、最大輝度Ｗｐがｗ（０≦ｗ≦１０２３）である四面体ＫＬＭＮ中の点Ｐ（ｂ，ａ，ｗ）の各補正パラメータは、以下に示す、４つの点Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎから直線補間により点Ｐの位置を求めるための補間演算式を利用して求めることができる。

点Ｐ（ｂ，ａ，ｗ）の位置は、点Ｋに対する最小輝度Ｂｐの変位Ｐｂ、平均輝度ＡＰＬの変位Ｐａ、および、最大輝度Ｗｐの変位Ｐｗにより、下式（１）で示される補間演算式により求められる。
Ｐ（ｂ，ａ，ｗ）＝Ｋ＋Ｐｂ＋Ｐａ＋Ｐｗ ...（１）

ここで、最小輝度Ｂｐの変位Ｐｂは、最小輝度Ｂｐの値が最低輝度（０）から最高輝度（１０２３）まで増えたとき、点Ｍにおける輝度から点Ｎにおける輝度まで、すなわち（Ｎ−Ｍ）の値だけ増えることとし、最小輝度Ｂｐの値が点Ｋにおける最低輝度（０）から点Ｐにおける輝度（ｂ）まで増えた場合の最小輝度Ｂｐの変位Ｐｂを、下式（２）で表すこととする。
Ｐｂ＝ｂ／１０２３×（Ｎ−Ｍ） ...（２）

また、平均輝度値ＡＰＬの変位Ｐａは、平均輝度ＡＰＬの値が最低輝度（０）から最高輝度（１０２３）まで増えたとき、点Ｌにおける輝度から点Ｍにおける輝度まで、すなわち（Ｍ−Ｌ）の値だけ増えることとし、平均輝度ＡＰＬの値が点Ｋにおける最低輝度（０）から点Ｐにおける輝度（ａ）まで増えた場合の平均輝度ＡＰＬの変位Ｐａを、下式（３）で表すこととする。
Ｐａ＝ａ／１０２３×（Ｍ−Ｌ） ...（３）

さらに、最大輝度Ｗｐの変位Ｐｗは、最大輝度値Ｗｐの値が最低輝度（０）から最高輝度（１０２３）まで増えたとき、点Ｋにおける輝度から点Ｌにおける輝度まで、すなわち（Ｌ−Ｋ）の値だけ増えることとし、最大輝度Ｗｐの値が最低輝度（０）から点Ｐにおける輝度（ｗ）まで増えた場合の最大輝度Ｗｐの変位Ｐｗを、下式（４）で表すこととする。
Ｐｗ＝ｗ／１０２３×（Ｌ−Ｋ） ...（４）

なお、上記式（１）〜（４）を用いて実際に各補正パラメータを求める場合には、符号Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｐで示した部分をそれぞれ求める補正パラメータに置き換えて利用すればよい。

以下では、上式（１）〜（４）を用いた補間演算について、（１）組み合わせＰ１（Ｂｐ＝１００，ＡＰＬ＝２００，Ｗｐ＝７００）の場合（補間演算例１）、および、（２）組み合わせＰ２（Ｂｐ＝５００，ＡＰＬ＝７００，Ｗｐ＝９００）の場合（補間演算例２）の２つを例示する。

（１）補間演算例１
組み合わせＰ１（Ｂｐ＝１００，ＡＰＬ＝２００，Ｗｐ＝７００）の場合における第１ないし第３の曲線設定値ｄＶｏ＿Ｓｐ１〜ｄＶｏ＿Ｓｐ３は、上式（１）〜（４）を用いた補間演算により下式（５ａ）〜（５ｃ）に示すように求められる。
ｄＶｏ＿ＳＰ１＝３００＋１００／１０２３×（−３００−（−２００））＋２００／１０２３×（−２００−１５０）＋７００／１０２３×（１５０−３００）＝１１９ ...（５ａ）
ｄＶｏ＿ＳＰ２＝５００＋１００／１０２３×（−５００−（−３００））＋２００／１０２３×（−３００−３００）＋７００／１０２３×（３００−５００）＝２２６ ...（５ｂ）
ｄＶｏ＿ＳＰ３＝５００＋１００／１０２３×（−５００−（−２００））＋２００／１０２３×（−２００−２５０）＋７００／１０２３×（２５０−５００）＝２１２ ...（５ｃ）

なお、図４の補正パラメータテーブルからわかるように、第１ないし第３の曲線設定位置Ｖｉ＿Ｓｐ１〜Ｖｉ＿Ｓｐ３、ゲインＧｎ、および、オフセットＯｆｆは全て固定であり、補間演算する必要がないので、補間演算の説明を省略する。また、下記補間演算例２でも同じである。

（２）補間演算例２
組み合わせＰ２（Ｂｐ＝５００，ＡＰＬ＝７００，Ｗｐ＝９００）の場合における第１ないし第３の曲線設定値ｄＶｏ＿Ｓｐ１〜ｄＶｏ＿Ｓｐも、補間演算例１と同様に、上式（１）〜（４）を用いた補間演算により下式（６ａ）〜（６ｃ）に示すように求められる。
ｄＶｏ＿ＳＰ１＝３００＋５００／１０２３×（−３００−（−２００））＋７００／１０２３×（−２００−１５０）＋９００／１０２３×（１５０−３００）＝−１２０ ...（６ａ）
ｄＶｏ＿ＳＰ２＝５００＋５００／１０２３×（−５００−（−３００））＋７００／１０２３×（−３００−３００）＋９００／１０２３×（３００−５００）＝−１８４ ...（６ｂ）
ｄＶｏ＿ＳＰ３＝５００＋５００／１０２３×（−５００−（−２００））＋７００／１０２３×（−２００−２５０）＋９００／１０２３×（２５０−５００）＝−１７４ ...（６ｃ）

Ｂ２．３．輝度階調特性の設定例：
特徴パラメータの値の組み合わせが補正パラメータテーブルに存在する場合には、補正パラメータテーブルを参照して得られる補正パラメータの値が輝度階調補正処理部３２０に供給される。そして、輝度階調補正処理部３２０では、上記スプライン関数Ｆ（Ｙｉ）によって表される信号の入出力特性が、供給された補正パラメータに応じて設定され、これにより、入力輝度信号Ｙｉに対する出力輝度信号Ｙｓの階調特性が設定される。

図６は、組み合わせＫ（Ｂｐ＝０，ＡＰＬ＝０，Ｗｐ＝０）の場合に設定される階調特性を示する説明図である。この組み合わせＫは、最小輝度Ｂｐ、平均輝度ＡＰＬ、および、最大輝度Ｗｐのいずれの値も輝度値として取りうる最低輝度（０）となっているため、画像の全体が真っ暗な画像であることを意味している。そこで、この場合の階調特性は、輝度の高い側、すなわち、明るい側の階調をつぶして、輝度の低い側、すなわち、暗い側のみを重視した補正曲線で表された階調特性に設定される。

図７は、組み合わせＬ（Ｂｐ＝０，ＡＰＬ＝０，Ｗｐ＝１０２３）の場合に設定される階調特性を示す説明図である。なお、以下で示す階調特性の設定差例において、実線で表された曲線が設定された階調特性を示し、破線で表された直線が補正基準直線を示している。この組み合わせＬは、平均輝度ＡＰＬが最低輝度（０）であるため、画像の全体がほとんど真っ暗な画像であることを意味している。ただし、最大輝度Ｗｐが輝度値として取りうる最高輝度（１０２３）となっているため、ごく一部に最高輝度の明るい部分がある画像であることも意味している。そこで、この場合の階調特性は、輝度の低い側、すなわち、暗い側を重視するとともに、輝度の高い側、すなわち、明るい側もつぶさないような補正曲線で表された階調特性に設定される。

図８は、組み合わせＭ（Ｂｐ＝０，ＡＰＬ＝１０２３，Ｗｐ＝１０２３）の場合に設定される階調特性を示す説明図である。この組み合わせＭは、平均輝度ＡＰＬが最高輝度（１０２３）であるため、画像の全体が最も明るい画像であることを意味している。ただし、最小輝度Ｗｐが最低輝度（０）となっているため、ごく一部に最低輝度の真っ暗な部分がある画像であることも意味している。そこで、この場合の階調特性は、輝度の高い側、すなわち、明るい側を重視するとともに、輝度の低い側、すなわち、暗い側もつぶさないような補正曲線で表された階調特性に設定される。

図９は、組み合わせＮ（Ｂｐ＝１０２３，ＡＰＬ＝１０２３，Ｗｐ＝１０２３）の場合に設定される階調特性を示す説明図である。この組み合わせＮは、最小輝度Ｂｐ、平均輝度ＡＰＬ、および、最大輝度Ｗｐのいずれの値も最高輝度（１０２３）となっているため、画像の全体が最も明るい画像であることを意味している。そこで、この場合の階調特性は、輝度の低い側、すなわち、暗い側の階調をつぶして、輝度の高い側、すなわち、明るい側のみを重視した階調特性に設定される。

特徴パラメータの組み合わせが補正パラメータテーブルに存在しない場合には、補間演算により対応する補正パラメータの値が求められ、輝度階調補正処理部３２０に供給される。そして、輝度階調補正処理部３２０では、上記スプライン関数Ｆ（Ｙｉ）の特性が、供給された補正パラメータに応じて設定され、これにより、入力輝度信号Ｙｉに対する出力輝度信号Ｙｓの階調特性が設定される。

図１０は、組み合わせＰ１（Ｂｐ＝１００，ＡＰＬ＝２００，Ｗｐ＝７００）の場合に設定される階調特性を示する説明図である。この組み合わせＰ１は、図４の補正パラメータテーブルに存在しないため、各補正パラメータは、上記式（５ａ）〜（５ｃ）に示すように、補間演算によって求められる。

この組み合わせＰ１は、平均輝度ＡＰＬの値が、取りうる輝度値の中間輝度（５１２）と最低輝度（０）の中間値（２００）であるため、画像の全体は暗めの画像であることを意味している。ただし、最大輝度Ｗｐが中間輝度（５１２）と最高輝度（１０２３）との間の中間値（７００）となっているため、比較的明るい部分も存在する画像であることを意味している。そこで、この場合の階調特性は、図１０に示すように、最小輝度Ｗｐが平均輝度ＡＰＬの値（２００）と最低輝度（０）の中間値（１００）であること、および、最大輝度Ｗｐが中間輝度（５１２）と最高輝度（１０２３）との間の中間値（７００）であることを考慮して、明るい側の階調をつぶさずに、かつ、輝度の低い側の階調特性および最小輝度Ｂｐから最大輝度Ｗｐまでの階調特性を重視した補正曲線で表される階調特性に設定される。

図１１は、組み合わせＰ２（Ｂｐ＝５００，ＡＰＬ＝７００，Ｗｐ＝９００）の場合に設定される階調特性を示す説明図である。この組み合わせＰ２も、図４の補正パラメータテーブルに存在しないため、各補正パラメータは、上記式（６ａ）〜（６ｃ）に示すように、補間演算によって求められる。

この組み合わせＰ２は、平均値ＡＰＬの値が、中間輝度（５１２）と最高輝度（１０２３）の中間値（９００）であり、かつ、最小輝度Ｂｐもほぼ中間輝度に近いため、輝度の低い部分を含まない全体的に明るい画像を意味している。そこで、この場合の階調特性は、図１１に示すように、暗い側の階調をつぶさずに、かつ、輝度の高い側の階調特性および最小輝度Ｂｐから最大輝度Ｗｐまでの階調特性を重視した補正曲線で表される階調特性に設定される。

Ｂ３．効果：
以上説明したように、本実施例の輝度階調補正部２１０では、１画面単位で取得される最小輝度、平均輝度、および、最大輝度の３つの特徴パラメータの値の組み合わせに応じて、輝度階調補正処理部３２０における入力輝度信号Ｙｉに対する出力輝度信号Ｙｓの表す階調特性を設定することができる。これにより、明るい側の階調特性に対して平均輝度および最大輝度だけでなく最小輝度も考慮して階調特性を設定することができ、暗い側の階調特性に対して平均輝度および最小輝度だけでなく最大輝度も考慮して階調特性を設定することができる。従って、表示する画像の輝度についての階調特性の設定を、表示する画像の特徴に応じて、従来に比べてより適切に設定することが可能である。

また、輝度についての階調特性は、複数の補正パラメータによって設定されるスプライン関数による補正曲線により表されているので、階調特性の変化をなめらかな曲線とすることができる。この結果、例えば、階調特性の変化の境界で発生する画像の不具合、例えば、階調特性が非連続となることによって発生する画質の劣化等を防止することができる。

また、複数の補正パラメータとして、上記のように、補正曲線の２つの端点に対応するオフセットＯｆｆおよびゲインＧｎと、補正曲線上の３つの点に対応する第１ないし第３の曲線設定位置Ｖｉ＿ＳＰ１〜Ｖｉ＿ＳＰ３およびそれぞれの曲線設定位置に対応する第１ないし第３の曲線設定値ｄＶｉ＿ＳＰ１〜ｄＶｉ＿ＳＰ３とが用いられているので、スプライン関数Ｆ（Ｙｉ）の設定が容易である。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、説明の便宜上、補正パラメータテーブルとして、図４に示すように、３つの特徴パラメータの値の４通りの組み合わせ（図５の４面体ＫＬＭＮの頂点Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎに相当する）に対して、それぞれ８個の補正パラメータの値が関係付けられている場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、図４の４通りの組み合わせに加えて、４面体ＫＬＭＮ内の複数の位置に相当する複数の特徴パラメータの値の組み合わせに対して、それぞれ８個の補正パラメータの値が関係付けられている補正パラメータテーブルを用いるようにしてもよい。この場合においても、３つの特徴パラメータの値の組み合わせが補正パラメータテーブルに存在しない組み合わせについては、実施例と同様に補間演算により８個の補正パラメータの値を求めるようにすればよい。また、補正パラメータのそれぞれの値も固定ではなく、ユーザによってあらかじめ任意に設定可能である。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、３つの曲線設定位置Ｖｉ＿ＳＰ１〜Ｖｉ＿Ｓｐ３およびそれぞれの曲線設定位置に対応する曲線設定値ｄＶｏ＿Ｓｐ１〜ｄＶｏ＿ＳＰ３の６つの補正パラメータによって、スプライン関数Ｆ（Ｙｉ）による補正曲線上の３つの点を設定する場合を例に説明している。しかしながら、これに限定されるものではなく、２つ以上の複数の曲線設定位置およびそれぞれの曲線設定位置に対応する曲線設定値を補正パラメータとして、スプライン関数Ｆ（Ｙｉ）による補正曲線上の複数の点を設定するようにしてもよい。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、補正パラメータとして、ゲインＧｎと、オフセットＯｆｆと、３つの曲線設定位置Ｖｉ＿ＳＰ１〜Ｖｉ＿Ｓｐ３およびそれぞれ曲線設定位置に対応する曲線設定値ｄＶｏ＿Ｓｐ１〜ｄＶｏ＿ＳＰ３との８個の補正パラメータを用いてスプライン関数Ｆ（Ｙｉ）の特性を設定する場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、ゲインＧｎおよびオフセットＯｆｆから求められた補正曲線の２つの端点におけるそれぞれの接線の傾きをパラメータとして加えるようにしてもよい。すなわち、スプライン関数Ｆ（Ｙｉ）の特性を適切に設定することができるパラメータであればどのような補正パラメータを用いるようにしてもよい。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、補正パラメータとしてゲインＧｎおよびオフセットＯｆｆを用いて、補正曲線の２つの端点を求める場合を示しているが、補正パラメータとして直接２つの端点の設定位置とそれぞれに対応する設定値、接線の傾きを用いるようにしてもよい。

Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、説明の便宜上、８個の補正パラメータのうち、ゲインＧｎ、オフセットＯｆｆ、および３つの曲線設定位置Ｖｉ＿ＳＰ１〜Ｖｉ＿ＳＰ３がそれぞれ一定である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。最小輝度、平均輝度、最大輝度の組み合わせに応じて、それぞれの値を変化させるようにしてもよい。すなわち、スプライン関数の特性を決定するための補正パラメータとして用いられる補正パラメータの値を、最小輝度、平均輝度、最大輝度の組み合わせに応じて適宜変化させるようにすればよい。

Ｃ６．変形例６：
上記実施例では、非線形演算処理の関数Ｆ（Ｙｉ）として、スプライン関数を用いた場合を例に説明しているが、これに限定するものではなく、種々の多項式関数を利用して、補正パラメータによって設定される補正曲線上の複数の点をなめらかな曲線で結ぶものであってもよい。また、補正パラメータによって設定される補正曲線上の複数の点を直線で結ぶものであってもよい。ただし、上記したように、階調特性の変化の境界で発生する画像の不具合を考慮すれば、補正パラメータによって設定される補正曲線上の複数の点をなめらかな曲線で結ぶことができる関数を用いる方が好ましい。

Ｃ７．変形例７：
上記実施例では、入力処理部１１０に入力される画像信号の信号形式はＲＧＢ信号形式であるとして説明している。しかしながら、これに限定されるものではなく、画像信号の信号形式は、例えば、ＹＵＶ形式等の種々の信号形式であってもよい。ＹＵＶ形式の画像信号である場合には、階調補正部２００の輝度階調補正部２１０に含まれるＲＧＢ／ＹＵＶ変換部３１０を省略することができる。

Ｃ８．変形例８：
上記実施例では、階調補正部２００の各ブロックをハードウェアとして説明したが、コンピュータがプログラムを読み取って実行することにより各ブロック、特に、輝度階調補正部２１０の機能をソフトウェア的に実現するようにしてもよい。また、ハードウェアとソフウェアを組み合わせて実現するようにしてもよい。

Ｃ９．変形例９：
上記実施例の画像表示装置では、非発光型の表示デバイスである液晶パネルを用いたプロジェクタを例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、非発光型の表示デバイスであるＤＭＤ（Digital Micromirror Device:ＴＩ社の商標）を用いたプロジェクタにも適用可能である。また、プロジェクタに限らず直視型の画像表示装置にも適用可能である。また、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＦＥＤ（Field Emission Display）等の種々の発光型表示デバイスを用いた画像表示装置にも適用可能である。

本発明を適用した画像表示装置の全体構成を示すブロック図である。 階調補正部２００の構成を示す説明図である。 輝度階調補正処理部３２０における非線形演算処理に用いられる関数Ｆ（Ｙｉ）を示す説明図である。 補正パラメータテーブルを示す説明図である。 補正パラメータの補間演算について示す説明図である。 組み合わせＫ（Ｂｐ＝０，ＡＰＬ＝０，Ｗｐ＝０）の場合に設定される階調特性を示する説明図である。 組み合わせＬ（Ｂｐ＝０，ＡＰＬ＝０，Ｗｐ＝１０２３）の場合に設定される階調特性を示す説明図である。 組み合わせＭ（Ｂｐ＝０，ＡＰＬ＝１０２３，Ｗｐ＝１０２３）の場合に設定される階調特性を示す説明図である。 組み合わせＮ（Ｂｐ＝１０２３，ＡＰＬ＝１０２３，Ｗｐ＝１０２３）の場合に設定される階調特性を示す説明図である。 組み合わせＰ１（Ｂｐ＝１００，ＡＰＬ＝２００，Ｗｐ＝７００）の場合に設定される階調特性を示する説明図である。 組み合わせＰ２（Ｂｐ＝５００，ＡＰＬ＝７００，Ｗｐ＝９００）の場合に設定される階調特性を示す説明図である。

符号の説明

１０...画像表示装置
２０...スクリーン
１００...制御部
１１０...入力処理部
１２０...画像処理部
１３０...液晶パネル駆動部（ＬＣＤ駆動部）
１４０...液晶パネル（ＬＣＤ）
１５０...照明光学系
１６０...投写光学系
２００...階調補正部
２１０...輝度階調補正部
２２０...ＶＴ補正部
３２０...輝度階調補正処理部
３４０...特徴情報取得部
３５０...補正情報決定部

Claims (10)

1. 入力画像信号の階調特性を補正する階調特性補正装置であって、
   前記入力画像信号の表す画像の輝度についての階調特性を補正する輝度階調補正部を備えており、
   前記輝度階調補正部は、
   前記入力画像信号から、１画面の画像ごとに最小輝度、平均輝度、および最大輝度を取得する特徴情報取得部と、
   前記１画面の画像ごとに、取得した前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに応じて、前記輝度についての階調特性を補正するための補正情報を決定する補正情報決定部と、
   前記１画面の画像ごとに、前記補正情報に基づいて多項式関数を設定し、前記多項式関数を用いた演算処理により、前記輝度についての階調特性を補正する輝度階調補正処理部と、
   を備えることを特徴とする階調特性補正装置。
2. 請求項１記載の階調特性補正装置であって、
   前記多項式関数の種類はスプライン関数であることを特徴とする階調特性補正装置。
3. 請求項１または請求項２記載の階調特性補正装置であって、
   前記補正情報は、少なくとも、前記輝度についての階調特性の補正に関する基準となる補正基準直線を示す情報と、前記輝度についての階調特性の補正結果である補正曲線を示す情報として、前記補正曲線上に位置する複数の曲線設定位置と、前記複数の曲線設定位置のそれぞれにおける前記補正基準直線に対する変位量と、を含むことを特徴とする階調特性補正装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の階調特性補正装置であって、
   前記補正情報決定部は、
   前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに対応する補正情報が、複数の前記組み合わせに関係付けて示される補正情報テーブルを有しており、
   前記補正情報テーブルを参照して、取得した前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに対応する補正情報を決定することを特徴とする階調特性補正装置。
5. 請求項４記載の階調特性補正装置であって、
   前記補正情報決定部は、
   取得した前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに対応する補正情報が前記補正情報テーブルに存在しない場合に、所定の補間演算処理により前記組み合わせに対応する補正情報を決定することを特徴とする階調特性補正装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の階調特性補正装置であって、
   前記輝度階調補正部から出力される画像信号に対して、画像表示装置に含まれる表示デバイスの非線形な入出力特性を補正するための補正部を備えることを特徴とする階調特性補正装置。
7. 入力画像信号を処理する画像処理装置であって、
   前記入力画像信号の階調特性を補正する請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の階調特性補正装置を含むことを特徴とする画像処理装置。
8. 入力画像信号の表す画像を表示する画像表示装置であって、
   前記入力画像信号を処理する請求項７記載の画像処理装置と、
   前記画像処理装置から出力される画像信号の表す画像を表示するための表示部と、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。
9. 入力画像信号の表す画像の輝度についての階調特性を補正する輝度階調補正方法であって、
   前記入力画像信号から、１画面の画像ごとに最小輝度、平均輝度、および最大輝度を取得し、
   前記１画面の画像ごとに、取得した前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに応じて、前記輝度の階調特性を補正するための補正情報を決定し、
   前記１画面の画像ごとに、前記補正情報に基づいて多項式関数を設定し、前記多項式関数を用いた演算処理により、前記輝度についての階調特性を補正する、
   ことを特徴とする輝度階調補正方法。
10. 画像信号の表す画像の輝度についての階調特性を補正するためのコンピュータプログラムであって、
    前記入力画像信号から、１画面の画像ごとに最小輝度、平均輝度、および最大輝度を取得する機能と、
    前記１画面の画像ごとに、取得した前記最小輝度、平均輝度および最大輝度の組み合わせに応じて、前記輝度についての階調特性を補正するための補正情報を決定する機能と、
    前記１画面の画像ごとに、前記補正情報に基づいて多項式関数を設定し、前記多項式関数を用いた演算処理により、前記輝度についての階調特性を補正する機能と、
    をコンピュータによって実現させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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