JP3969414B2 - 映像信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラー画像を表示する画像表示装置の映像信号処理装置に関するものである。

近年、ビデオディスクプレーヤーやパーソナルコンピューターの普及に伴い、大画面で迫力のあるプレゼンテーションや広告を行うことができる画像表示装置への需要が高まってきている。

画像表示装置では、表示に用いるデバイスが持つ電気−光変換特性に応じて映像信号処理装置で表示デバイスに入力する映像信号を補正することで、良好な画質の画像が表示できるように構成されている。

従来の画像表示装置の映像信号処理装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。図７は、従来の画像表示装置の映像信号処理装置の一例の構成を示した構成図である。

１０１は入力されたアナログ映像信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換部、１０２は入力映像信号の画像領域を表示デバイス１０６の表示領域に適したものに変換するためのスケーリング処理部、１０３は映像信号の画質を調整するための映像画質処理部、１０４は映像信号の入出力特性を表示デバイス１０６の特性に合わせるためのガンマ補正部、１０５は表示デバイス駆動部、１０６は表示デバイス、１０７はＣＰＵ、１０８は各ブロックの動作を制御するクロック信号を発生するタイミング発生部である。

以上のように構成された従来の映像信号装置の一例について、以下にその動作を説明する。

入力された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各原色アナログ映像信号は、Ａ／Ｄ変換部１０１によってデジタル映像信号に変換される。入力される映像信号は用いる信号源によって水平方向および垂直方向の画素数や、同期信号の周波数が異なっているので、スケーリング処理部１０２で表示デバイス１０６に映像を表示するのに適した一定の画素数、同期周波数に変換される。映像画質処理部１０３では、映像信号の黒レベル、明るさ、輪郭強調といった画質調整が行われ、ガンマ補正部１０４で映像信号の出力特性を表示デバイス１０６の電気−光変換特性に合わせた特性に補正して表示デバイス駆動部１０５に入力する。表示デバイス駆動部１０５は、映像信号を表示デバイス１０６を駆動するのに適した信号形式に変換して表示デバイス１０６に入力する。ＣＰＵ１０７は各ブロックに動作状態を制御する制御信号を送って映像信号の処理状態を制御する。タイミング発生部１０８は各ブロックの動作を同期させるためのクロック信号を発生する。

従来の映像信号処理装置では、表示される映像の色再現性を良くするためにガンマ補正部１０４での映像信号の入出力特性、いわゆるガンマ補正特性を調節して色再現性の改善を行う方法が用いられている。
特開２００１−１６６０２号公報（第３ページ）

ガンマ補正は、表示デバイスに入力する映像信号に非線形な入出力特性を持たせて撮影系や表示デバイスが持つ電気−光変換特性を相殺することによって、入力映像信号のレベルに対して線形な光出力特性が得られるようにして、自然な表示画像を得るために行われる。そして、一般的には入力信号を２．２乗から２．４乗する補正が行われる。

このガンマ補正によって入力信号に対して線形な光出力特性が得られるのであるが、このままでは、表示された画像を見たときに画面の明るさ感が不足していると感じられることがある。そこで、表示画像に明るさ感を出すためにガンマ補正特性の低域から中間域のゲインを高くして出力を大きくする方法が用いられる場合がある。

しかしながら、ガンマ補正特性の低域から中間域のゲインを高くすると出力信号が早く飽和してしまうので、逆に高域のゲインを小さくして高域まで階調の変化があるように補正する必要がある。このために中間色において、中間色を構成している原色信号の輝度差が本来の輝度差より小さくなってしまい、表示される色が異なって見えてしまうという課題があった。

図８はこの課題を説明するためにガンマ補正の入出力特性を示した概念図である。

図８において波線で示したガンマ補正曲線ＧＭ１は入力信号レベルを２．２乗した特性を示している。一方、図８において実線で示したガンマ補正曲線ＧＭ２は、ガンマ補正曲線ＧＭ１のゲインを途中まで２倍とし、そこから出力が飽和しないように補正した曲線である。

ここで、一例として青色の入力信号レベルがｂ、緑色の入力信号レベルがｇのシアン色の映像信号が入力された場合を考える。ガンマ補正曲線がＧＭ１である場合、青色信号の出力レベルはＧＭ１（ｂ）に、緑色信号の出力レベルはＧＭ１（ｇ）になるので、両者の信号レベル差はＧＭ１（ｂ）−ＧＭ１（ｇ）＝ｓになる。

一方、ガンマ補正曲線がＧＭ２である場合、青色信号の出力レベルはＧＭ２（ｂ）に、緑色信号の出力レベルはＧＭ２（ｇ）になるので、両者の信号レベル差はＧＭ２（ｂ）−ＧＭ２（ｇ）＝ｔになるが、ここの入力信号レベルに対するガンマ補正曲線ＧＭ２の傾斜は緩やかになっているので、青色信号と緑色信号のレベル差のｔは、ガンマ補正曲線がＧＭ１の時の信号レベル差ｓより小さくなっている。これによって、ガンマ補正曲線ＧＭ２を用いたときに、青色の入力信号レベルがｂ、緑色の入力信号レベルがｇであるシアン色の映像信号は、ガンマ補正によってガンマ補正曲線ＧＭ１を用いた場合より緑色の成分が強くなってしまうので、表示される色が異なって見えてしまう。

表示されている画像の色が実際の色に対して正しく再現されているかどうかということは、表示画像を見ただけでは分からないのではあるが、人の肌色の黄色や、空や水のシアン色のように誰もが共通して実際の色を感覚的に記憶している色（以下記憶色と称す）については、表示されている画像の色が記憶している色と異なっている場合は、色再現が違っていると感じられてしまう。

この課題に対応するために、緑色のガンマ補正曲線のゲインを他の色のガンマ補正曲線のゲインより小さくして、緑色の成分を小さくする方法も考えられるが、この場合は、シアン色だけでなく他の色の場合も一律に緑色成分が少なくなってしまうので、表示画像の明るさ感が損なわれるという別の課題を有する。

本発明は上記した従来の問題点を解決するためのもので、画像表示装置の映像信号処理装置において、表示画像の明るさ感を確保しながら、良好な色再現性を得ることができる映像信号処理装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、
カラー映像信号に基づき駆動される少なくとも１つ以上の表示素子を有する画像表示装置の映像信号処理装置であって、
前記カラー映像信号を構成する赤色、青色、緑色の３つの原色映像信号のうち、少なくとも２つの原色映像信号を含む映像信号から、第１の原色映像信号と第２の原色映像信号の差分を検出する第１の差分検出手段と、
前記第１の差分検出手段からの出力信号と前記映像信号に含まれる第２の原色映像信号より第１の補正信号を発生する第１の補正信号発生手段と、
前記第１および第２の原色信号の最小値を検出する最小値検出手段と、
前記最小値検出手段からの出力信号と第３の原色映像信号の差分を検出する第２の差分検出手段と、
前記第２の差分検出手段からの出力信号より第２の補正信号を発生する第２の補正信号発生手段と、
前記第１の補正信号と第２の補正信号より映像信号レベル変調信号を作成する映像信号レベル変調信号作成手段と、
前記映像信号レベル変調信号で前記第１の原色映像信号を変調するための映像信号レベル変調手段を具備し、
前記第１の補正信号は、前記第１の差分検出手段において表示画素１画素ごとに前記第２の原色映像信号の信号レベルから前記第１の原色映像信号の信号レベルを減算して求めた差分出力と、前記第２の原色映像信号の信号レベルの関数であって、
前記差分出力が０から増加するにつれて補正信号の補正量を増加させ、かつ、差分出力が第１の設定レベル以上の領域で補正量を減少させ、かつ、差分出力が第２の設定レベル以上の領域で再び０にするように制御し、かつ、前記第２の原色映像信号の信号レベルによって補正量を制御するように構成されていることを特徴としたものであり、当該映像信号の特徴情報を検出して、当該映像信号に含まれる原色映像信号を変調することによって色再現性を改善し、かつ、原色映像信号レベルを変調する程度を制御することによって表示画像が過補正となることを回避することができる。

請求項２に記載の発明は、カラー映像信号に基づき駆動される少なくとも１つ以上の表示素子を有する画像表示装置の映像信号処理装置であって、
前記カラー映像信号を構成する赤色、青色、緑色の３つの原色映像信号のうち、少なくとも２つの原色映像信号を含む映像信号から、第１の原色映像信号と第２の原色映像信号の差分を検出する第１の差分検出手段と、
前記第１の差分検出手段からの出力信号と前記映像信号に含まれる前記第２の原色映像信号より第１の補正信号を発生する第１の補正信号発生手段と、
前記第１および前記第２の原色映像信号の最小値を検出する最小値検出手段と、
前記最小値検出手段からの出力信号と第３の原色映像信号の差分を検出する第２の差分検出手段と、
前記第２の差分検出手段からの出力信号より第２の補正信号を発生する第２の補正信号発生手段と、
前記第１の補正信号と前記第２の補正信号より映像信号レベル変調信号を作成する映像信号レベル変調信号作成手段と、
前記映像信号レベル変調信号で前記第１の原色映像信号を変調するための映像信号レベル変調手段を具備し、
第２の補正信号は、第２の差分検出手段において表示画素１画素ごとに第１および第２の原色映像信号の最小値から、第３の映像信号を減算して求めた差分出力の関数であって、
差分出力が設定したレベルより小さいときに前記映像信号レベル変調信号の変調量が小さくなるように制御することを特徴としたものであり、
当該映像信号の補正を行う境界領域での原色映像信号レベルを変調する程度を制御することによって表示画像が異常となることを回避することができる。

以上のように本発明の画像表示装置の映像信号処理装置によれば、画像表示装置において、表示画像の明るさ感を確保しながら、良好な色再現性を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図１から図６を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態に係る画像表示装置の映像信号処理装置の構成の一例を示した構成図である。図１において図７で示した従来の映像信号処理装置の構成と同じ構成要素には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１において、１０１はＡ／Ｄ変換部、１０２はスケーリング処理部、１０３は映像信号の画質を調整するための映像画質処理部、１０４は映像信号の入出力特性を表示デバイス１０６の特性に合わせるためのガンマ補正部、１０５は表示デバイス駆動部、１０６は表示デバイス、１０７はＣＰＵ、１０８はタイミング発生部、１０は中間色の映像信号を変調するための映像信号変調部である。

図２は図１における映像信号変調部１０の構成の一部を示したブロック図である。図２は説明のために映像信号変調部１０の構成の一部分として中間色としてシアン色に変調を行う映像信号変調回路のブロック図を示しているが、他の中間色に対して変調を行う場合も図２に示したシアン色に対する映像信号変調回路を応用することで実現することができる。

図２において、１１は青色原色映像信号と緑色原色映像信号の差分を検出する第１の差分検出回路、１２は第１の差分検出回路１１の出力信号と青色原色映像信号に応じて補正信号を発生するための第１の補正信号発生回路、１３は青色原色映像信号と緑色原色映像信号の最小値を検出する最小値検出回路、１４は最小値検出回路１３の出力信号と赤色原色映像信号の差分を検出する第２の差分検出回路、１５は第２の差分検出回路１４の出力信号に応じて第２の補正信号を発生するための第２の補正信号発生回路、１６は第１の補正信号と第２の補正信号より映像信号レベル変調信号を作成するための乗算器、１７は乗算器１６で作成された変調信号によって緑色原色映像信号のレベルを変調するための加算器、Ｋ１は第１の補正信号、Ｋ２は第２の補正信号である。

以上のように構成された映像信号処理装置について図１と図２を用いてその動作を説明する。

映像画質処理部１０３で黒レベル、明るさ、輪郭強調といった画質調整が行われた赤色、緑色、青色の各原色映像信号は、映像信号変調部１０に入力される。中間色は３つの原色映像信号のうち２つの原色映像信号が中心となって表示されている。図２で映像変調部の構成を示したシアン色の場合は、青色と緑色の原色映像信号が中心となる。

第１の差分検出回路１１で青色原色映像信号のレベルより緑色原色映像信号のレベルを減算して両信号の差分を求める。第１の差分検出回路１１で作成された差分信号は、第１の補正信号発生回路１２に入力される。第１の補正信号発生回路１２では映像信号を変調するための第１の補正信号Ｋ１を発生する。

図３は第１の補正信号発生回路１２によって発生される第１の補正信号Ｋ１の一例を示した特性図である。図３に示したように第１の補正信号Ｋ１は、第１の差分検出回路１１からの差分信号レベルが負の間は、補正量が０であり（領域ａ）、差分信号レベルが０から大きくなるにつれて補正量を増加させ（領域ｂ）、差分信号レベルが第１の設定レベルになると補正量を一定値にし（領域ｃ）、第２の設定レベル以上の領域では補正量を減少させる（領域ｄ）。そして、差分信号レベルが第３の設定レベル以上の領域では補正量を再び０にする（領域ｅ）ような補正信号である。

ここで、第１の補正信号発生回路１２によって発生される第１の補正信号Ｋ１の特性は、図３に示したような特性に限られるわけでなく、上記した条件を満足していればどのような特性を用いても良い。

第１の補正信号発生回路が発生する第１の補正信号Ｋ１を上記したような非線形に制御した理由は、青色原色映像信号と緑色原色映像信号のレベル差が大きい領域では、レベルの強い色が支配的になっていてガンマ補正による出力映像信号レベル差の変化による色目の変化が目立たず、全体階調の１／４ぐらいのところで色目の変化がよく目立つという結果に基づいている。そして、レベル差が小さい領域では変調を行わない色との連続性を保つために補正信号を減少させている。

第１の補正信号発生回路１２では、上記したように第１の差分検出回路１１で検出した青色原色映像信号と緑色原色映像信号の差分出力に基づいて図３に示したような第１の補正信号Ｋ１を発生しているが、差分出力だけに基づいて補正信号を発生させると、補正量が信号レベルの大きさによらず一定になってしまうので、低域での補正が過補正になってしまう可能性がある。本実施例ではこの課題を回避するために、第１の補正信号発生回路１２で発生する補正量を、入力した青色原色映像信号のレベルに応じて調整することによって低域での補正量が小さくなるように制御している。

そして、第１の補正信号発生回路１２で発生された第１の補正信号Ｋ１を基にして加算器１７で緑色の原色映像信号を変調して、シアン色の色再現性の改善を行っている。

上記した説明では、シアン色の色再現性の改善を行う場合、青色原色映像信号のレベルが緑色原色映像信号のレベルより大きい場合について緑色原色映像信号を変調するように説明してきたが、これは、記憶色である水の色や空の色は青色が強い色であることと、画像表示装置は一般的に緑色の輝度が大きいので、緑色原色映像信号を変調することが色再現性の改善に効果があるからである。

図４は、本実施例の映像信号処理装置による緑色原色映像信号の変調の状態の一例を示した特性図である。図４において（ａ）が変調を行わない場合の出力特性、（ｂ）が変調を行った場合の出力特性を示している。図４（ａ）に示したように変調を行わない場合は、差分信号（Ｂ−Ｇ）に対して緑色原色映像信号の出力特性（Ｇ’）は線形であるが、図４（ｂ）に示したように変調を行った場合は、差分信号（Ｂ−Ｇ）が０から増えるに従って、緑色出力信号は減少するように変調され（領域ｂ）、第１の設定レベルを超えたところで一定になり（領域ｃ）、更に差分信号（Ｂ−Ｇ）のレベルが増えていくと第２の設定レベル以上の領域で変調量が減少していき（領域ｄ）、再び、変調量が０になる（領域ｅ）ように変調される。

上記したように本実施例の映像信号処理装置では、シアン色の色再現性の改善のために、青色原色映像信号と緑色原色映像信号の差分信号を検出して、それより補正信号を発生させて、緑色原色映像信号の変調を行うように構成しているが、赤色原色映像信号のレベルが他の原色映像信号のレベルに近い境界領域では変調を行うことによって表示画像が異常になってしまうことがある。そこで本実施例の映像信号処理装置では、緑色原色映像信号の変調を行う条件として、当該画素の色が十分シアン色である場合について変調を行うように制御することで表示画像が異常となることを防いでいる。

最小値検出回路１３は入力された青色原色映像信号と緑色原色映像信号のレベルの小さい方の値を検出する。最小値検出回路１３で検出された最小値は第２の差分検出回路１４に入力され、入力された最小値のレベルより赤色原色映像信号のレベルを減算して両信号の差分を求める。ここで、第２の差分検出回路１４で作成された差分信号が小さい場合は、赤色原色映像信号のレベルと青色または緑色原色映像信号のレベルの小さい方の信号のレベルが近いことを示しているので、当該画素の色は白色成分が混ざった色である。一方、第２の差分検出回路１４で作成された差分信号が大きい場合は、赤色原色映像信号のレベルが小さいことを示しているので、当該画素の色は十分シアン色であると判断できる。

第２の補正信号発生回路１５は、第２の差分検出回路１４で作成された差分信号に応じて、差分信号レベルが小さいときは、第１の補正信号発生回路１２が発生する補正信号の補正量を小さくするような第２の補正信号Ｋ２を発生する。

図５は第２の補正信号発生回路１５によって発生される第２の補正信号Ｋ２の一例を示した特性図である。第２の補正信号発生回路１５によって発生される第２の補正信号Ｋ２の特性は、図５に示した特性に限られるわけでなく、上記した条件を満足していればどのような特性を用いても良い。

そして、第１の補正信号発生回路１２が発生する第１の補正信号Ｋ１と第２の補正信号発生回路１５が発生する第２の補正信号Ｋ２を乗算器１５で乗算することによって、第１の補正信号発生回路１２が発生する第１の補正信号Ｋ１を更に補正して、映像信号レベル変調信号を作成し、当該画素の色が十分シアン色である場合に緑色原色映像信号の変調を行うように制御している。

図６に上記した第１の補正信号Ｋ１と第２の補正信号Ｋ２によって作成される映像信号レベル変調信号の条件を再度まとめた関係図を示す。

以上のように本実施の形態によれば、第１の差分検出回路１１で検出した差分信号に応じて、第１の補正信号発生回路１２で発生した第１の補正信号Ｋ１で緑色原色映像信号のレベルを下げるように変調することによって、青色原色映像信号と緑色原色映像信号のレベル差を広げるように動的に変調する。加えて、第２の差分検出回路１４で検出した赤色原色映像信号との差分信号に応じて、第２の補正信号発生回路１５で第２の補正信号Ｋ２を発生し、第１の補正信号発生回路１２で発生した第１の補正信号Ｋ１に補正を行っている。このように、緑色原色映像信号に対する変調が当該画素の色が十分シアン色である場合に変調が行われるように動的に制御するように構成することによって、原色映像信号に対する変調を所望の色の部分に対してだけおこなうことができ、画像表示装置の映像信号処理装置において明るさ感を損なうことなく良好な色再現性を得ることができる。

なお、本発明の映像信号処理装置では、記憶色であるシアン色の色再現性を改善するために緑色原色映像信号を変調するような回路構成について説明したが、これに限られるわけでなく、他の中間色である黄色やマゼンタ色について同様な手法を用いて原色映像信号の変調を行うような構成にしても良いことは明らかである。

本発明にかかる画像表示装置の映像信号処理装置は、画像表示装置の表示画像の明るさを確保しつつ、色再現性を改善することができるので、直視型、投写型を問わず画像表示装置の映像信号処理装置の用途に適用することができる。

本発明の実施の形態における映像信号処理装置の構成の一例を示した構成図 同実施の形態１における映像信号変調部のシアン色に対する映像信号変調回路の構成を示したブロック図 第１の補正信号発生回路１２によって発生される第１の補正信号Ｋ１の一例を示した特性図 同実施の形態１における映像信号変調部での緑色原色映像信号の変調の状態の一例を示した特性図 第２の補正信号発生回路１５によって発生される第２の補正信号Ｋ２の一例を示した特性図 映像信号レベル変調信号の条件をまとめた関係図 従来の映像信号処理装置の構成の一例を示した構成図 ガンマ補正の入出力特性を示した概念図

符号の説明

１０ 映像信号変調部
１１ 第１の差分検出回路
１２ 第１の補正信号発生回路
１３ 最小値検出回路
１４ 第２の差分検出回路
１５ 第２の補正信号発生回路
１６ 乗算器
１７ 加算器

Claims (2)

1. カラー映像信号に基づき駆動される少なくとも１つ以上の表示素子を有する画像表示装置の映像信号処理装置であって、
   前記カラー映像信号を構成する赤色、青色、緑色の３つの原色映像信号のうち、少なくとも２つの原色映像信号を含む映像信号から、第１の原色映像信号と第２の原色映像信号の差分を検出する第１の差分検出手段と、
   前記第１の差分検出手段からの出力信号と前記映像信号に含まれる前記第２の原色映像信号より第１の補正信号を発生する第１の補正信号発生手段と、
   前記第１および前記第２の原色映像信号の最小値を検出する最小値検出手段と、
   前記最小値検出手段からの出力信号と第３の原色映像信号の差分を検出する第２の差分検出手段と、
   前記第２の差分検出手段からの出力信号より第２の補正信号を発生する第２の補正信号発生手段と、
   前記第１の補正信号と前記第２の補正信号より映像信号レベル変調信号を作成する映像信号レベル変調信号作成手段と、
   前記映像信号レベル変調信号で前記第１の原色映像信号を変調するための映像信号レベル変調手段を具備し、
   前記第１の補正信号は、前記第１の差分検出手段において表示画素１画素ごとに前記第２の原色映像信号の信号レベルから前記第１の原色映像信号の信号レベルを減算して求めた差分出力と、前記第２の原色映像信号の信号レベルの関数であって、
   前記差分出力が０から増加するにつれて補正信号の補正量を増加させ、かつ、差分出力が第１の設定レベル以上の領域で補正量を減少させ、かつ、差分出力が第２の設定レベル以上の領域で再び０にするように制御し、かつ、前記第２の原色映像信号の信号レベルによって補正量を制御するように構成されていることを特徴とする映像信号処理装置。
2. カラー映像信号に基づき駆動される少なくとも１つ以上の表示素子を有する画像表示装置の映像信号処理装置であって、
   前記カラー映像信号を構成する赤色、青色、緑色の３つの原色映像信号のうち、少なくとも２つの原色映像信号を含む映像信号から、第１の原色映像信号と第２の原色映像信号の差分を検出する第１の差分検出手段と、
   前記第１の差分検出手段からの出力信号と前記映像信号に含まれる前記第２の原色映像信号より第１の補正信号を発生する第１の補正信号発生手段と、
   前記第１および前記第２の原色映像信号の最小値を検出する最小値検出手段と、
   前記最小値検出手段からの出力信号と第３の原色映像信号の差分を検出する第２の差分検出手段と、
   前記第２の差分検出手段からの出力信号より第２の補正信号を発生する第２の補正信号発生手段と、
   前記第１の補正信号と前記第２の補正信号より映像信号レベル変調信号を作成する映像信号レベル変調信号作成手段と、
   前記映像信号レベル変調信号で前記第１の原色映像信号を変調するための映像信号レベル変調手段を具備し、
   前記第２の補正信号は、前記第２の差分検出手段において表示画素１画素ごとに前記第１および前記第２の原色映像信号の最小値から、前記第３の映像信号を減算して求めた差分出力の関数であって、
   差分出力が設定したレベルより小さいときに前記映像信号レベル変調信号の変調量が小さくなるように制御することを特徴とする映像信号処理装置。

Images