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JP5145658B2 - 画像信号処理装置及び画像表示装置 - Google Patents
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JP5145658B2 - 画像信号処理装置及び画像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画面の大きさに対する画面から観察者までの距離の比によって観察者が知覚する色および輝度の違いを補正する画像信号処理装置及び画像表示装置に関するものである。
画面サイズが50インチや100インチなどの大型の画面を持つプロジェクターやプラズマディスプレイなどの画像表示装置を正しい色再現の状態に調整する場合、一般的に30インチ程度の画面サイズを持つマスターモニターなどの基準とする画像表示装置と同じ輝度、色度になるように、輝度と色の調整を行っていた。また、一般的に画像の迫力感を得るために、プロジェクターやプラズマディスプレイなどの大画面を表示する画像表示装置は、画面の大きさに対する画面から観察者まで距離の比が小さくなることが多い。
しかし、人間の視感覚は、同じ色度で同じ輝度の映像を見ても視野角によって異なって見える。このことは一般に色の面積効果などと呼ばれる現象であり、2°視野と10°視野の分光感度が国際照明委員会(CIE)で決められている。
つまり、画面の大きさと画面から観察者まで距離の比が異なれば、画像表示装置を同じ輝度、色度になるように調整を行っても、人間の目には違ったように見えるという欠点があった。
この改善策として、明度補正手段を有する画像処理装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これは、入力された画像を変倍して、その変倍後の画像を出力する画像処理装置において、変倍前または変倍後の画像データの明度値をその変倍の倍率に応じて補正するようにしたものである。
また、目標となるマスターモニターを大画面の画像表示装置の横に配置し、様々な色票を表示しながら、目視によって色相、彩度、輝度などを手動で調整する方法もある。
特開2001−339602号公報
しかしながら、上記従来の画像表示装置は、画面の大きさと画面から観察者までの距離の比が違う画像を同じ色で同じ輝度に知覚させるための調整を目視や手動で行うなど、人によるバラツキが大きかったり、簡単に行うことができないという問題があった。
本発明は、簡単な方法で、色の面積効果の影響度を補正した画像信号を安定して表示することのできる、画像信号処理装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る画像信号処理装置は、カラー画像信号に基づいて画像を表示する画像表示装置の前処理装置として使用される画像信号処理装置であって、入力されたカラー画像信号の信号値を、視野角に応じた人間の分光視感度特性と、前記画像表示装置の分光特性と、基準画像表示装置の分光特性と、視野角補正量と、を用いて演算する色空間補正手段とを備えることを特徴とする。
なお、ここでカラー画像信号とは、主にRGB信号やYUV信号を意味するが、他の種類の画像信号であっても色空間を表す信号であればよい。
前記色空間補正手段は、視野角に応じた人間の分光視感度特性を用い、色を演算して補償することにより、目視による手動調整の必要がなく容易かつ迅速に、これに接続された画像表示装置で表示する画面における色の面積効果を補償することができる。
なお、視野角に応じた人間の分光視感度特性には、国際照明委員会(CIE)が定めた2°視野と10°視野の分光視感度特性が一般に使われるが、分光視感度特性は個人差や年齢による変化があるので、人間の分光視感度特性であればいかなるものでもよい。
さらに、前記色空間補正手段のみでは白色や灰色などの無彩色で色度が変化することがある。経験則から、この無彩色での色度変化は画面を見ている人間に違和感を与えるため、前記色空間補正手段で生じた白バランスの変化を少なくする白バランス補正手段を備える。
また、本発明に係る画像表示装置は、カラー画像信号を前処理する画像信号前処理手段と、前処理されたカラー画像信号に基づき画像を表示する画像表示手段とを備える画像表示装置であって、前記画像信号前処理手段は、上記画像信号処理装置であることを特徴とする。
本発明に係る画像信号処理装置及び画像表示装置によれば、入力されたカラー画像信号の信号値を、複数の分光特性と分光視感度特性と視野角補正量とを用いて演算し、色の面積効果を補償できるようにしているので、画像表示装置の画面の大きさと画面から観察者まで距離の比に関わらず、輝度と色を同じように知覚できる画像を容易かつ迅速に表示できる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1の画像表示装置の構成図である。図において、画像表示装置1は、RGB信号を入力する部分と、基準となる基準画像表示装置が表示する分光特性記憶部2と、2°視野分光視感度特性記憶部3と、10°視野分光視感度特性記憶部4と、画像表示装置1の分光特性記憶部5と、リモコン信号受信部6と、制御部7と、色空間補正部100と、白バランス補正部10などからなる。
色空間補正部100は、RGB信号と、基準となる基準画像表示装置が表示する分光特性記憶部2と、2°視野分光視感度特性記憶部3と、10°視野分光視感度特性記憶部4と、画像表示装置1の分光特性記憶部5と、制御部7からの情報を入力する。
また、画像表示装置1は、画像表示装置1の画面のサイズと画面から観察者までの距離の比をリモコン入力するリモコン信号受信部6を備え、制御部7を経由し、色空間補正部100にその情報を伝達する。
色空間補正部100は、後述の手段で色の面積効果を補償し、画像信号を白バランス補正部10に送出する。
白バランス補正部10は、色空間補正部100によって発生した無彩色の色ずれを補正するために、基準となる画像表示装置の赤、緑、青、黒の2°視野での輝度および色度から白の合成光の色度と、画像表示装置1の赤、緑、青、黒の広視野での輝度および色度から白の合成光の色度とを求め、白色の色度が等しくなるように、赤、緑、青のゲインを補正し、画像信号を輝度補正部11に送出する。ここで、赤、緑、青のゲインをそれぞれGr、Gg、Gbとし、その求め方を説明する。基準となる画像表示装置の2°視野での赤の色度座標xをXra、色度座標yをYra(以下、「色度座標(Xra、Yra)」と表記する。他の色についても同様。)、その輝度をKraとし、同じく緑色の色度座標を(Xga、Yga)、輝度をKga、青色の色度座標を(Xba、Yba)、輝度をKba、黒色の色度座標を(Xka、Yka)、輝度をKka、白色の色度座標を(Xwa、Ywa)とする。また、画像表示装置1の広視野での赤、緑、青、黒の色度座標をそれぞれ(Xrb、Yrb)、(Xgb、Ygb)、(Xbb、Ybb)、(Xkb、Ykb)とし、輝度をそれぞれKrb、Kgb、Kbb、Kkbとし、赤、緑、青にゲインを掛けた白色の合成光の色度座標を(Xwb、Ywb)とする。各画像表示装置の白の合成光は加法混色の原理より、次の(式1)〜(式6)の関係が成り立つ。
Figure 0005145658
これらの式において、緑のゲインを基準として例えば1とすると、この連立方程式を解くことができ、赤のゲインと青のゲインを求めることができる。
輝度補正部11は、入力信号における階調性と表示画像における階調性間の非線形性を補正するためになされるものであり、輝度補正部11内部には、このような非線形性を補正するための階調変換特性を示すテーブルがRGBごとに設けられており、当該テーブルを参照しながら各色についてガンマ補正が実行され、表示デバイス駆動部12に出力される。
表示デバイス駆動部12は、色空間補正及び白バランス補正されたRGB信号に基づき、液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルなど表示デバイス部13を駆動して表示画像を形成させる。
図2は、本発明の色空間補正部100の構成図である。色空間補正部100は、RGB信号を入力する部分と、基準となる画像表示装置の赤、緑、青、黒の分光特性を入力する部分と、2°視野、10°視野の分光視感度特性を入力する部分と、本発明の画像表示装置1の赤、緑、青、黒の分光特性を入力する部分と、分光特性から色度と輝度を演算する色度・輝度演算部101〜104および111〜114と演算した赤、緑、青、黒の色度・輝度を合成した光を演算する合成光演算部109と、合成光を広視野で再現するために必要な赤、緑、青の輝度を算出するRGB輝度算出部115などからなる。
なお、図6は上記2°視野の分光視感度特性を示すグラフである。また、図7は上記10°視野の分光視感度特性を示すグラフである。
基準となる画像表示装置の赤、緑、青、黒色を表示させたときの分光特性は、それぞれ2°視野の赤、緑、青、黒の色度・輝度演算部101〜104に入力され、2°視野の分光視感度特性入力部から入力されたデータと波長1nmごとに乗算し積分することにより、2°視野の赤、緑、青、黒色の色度および輝度を演算する。
次に、この色度および輝度の一般的な演算方法を具体的に説明する。画像表示装置で任意の色を表示させたときの分光特性をE(λ)とし、分光視感度特性を等色関数x(λ)、y(λ)、z(λ)とすると、その色の三刺激値X、Y、Zは(式7)〜(式9)により求めることができる。この三刺激値のYは輝度であり、また、(式10)〜(式11)を使い色度座標(x、y)を求めることができる。これらの式において、λは波長、Kmは定数Km=683(lm/W)とし、積分は例えば380nm〜780nmなどの可視波長域で行うものとする。
Figure 0005145658
なお、演算方法にて波長1nmごとの計算を行っているが、分光特性から色度および輝度が演算できれば、例えば波長2nmごとなど他の計算方法を用いてもよい。
また、色空間として輝度と色度を用いて計算を行っているが、例えばCIE(Commission Internationale de l’Eclairage:国際照明委員会)により定義されたCIELab色空間やCIELUV色空間など、他の色空間を用いて計算してもよい。
また、色空間補正部100に入力された赤、緑、青色の各画像信号は、ガンマ補正部105に入力され、赤、緑、青色の輝度情報の係数となり乗算部106〜108に送出する。
乗算部106〜108は、2°視野の赤、緑、青の輝度・色度演算部101〜103で求めた輝度と、ガンマ補正部105から出力された赤、緑、青色の輝度情報の係数を乗算し、基準の画像表示装置が任意のRGB信号を入力した際に出力する赤、緑、青の輝度を演算する。乗算部106〜108は、これらの輝度と、2°視野の赤、緑、青の輝度・色度演算部101〜103で求めた色度を合成光演算部109に出力する。
合成光演算部109は、乗算部106〜108と2°視野の黒の色度・輝度演算部104から入力した赤、緑、青、黒の輝度および色度から、光の加法混色の原理を使い合成光の輝度および色度を演算し、合成光の輝度および色度をRGB輝度算出部115に出力する。合成光の輝度および色度は、合成光の輝度をKw、色度座標を(Xw、Yw)とし、赤、緑、青、黒の輝度をそれぞれ、Kr、Kg、Kb、Kk、赤、緑、青、黒の色度をそれぞれ、(Xr、Yr)、(Xg、Yg)、(Xb、Yb)、(Xk、Yk)とすると(式12)〜(式14)を使い求めることができる。
Figure 0005145658
一方、2°視野の分光視感度特性入力部から入力されたデータと、10°視野の分光視感度特性入力部から入力されたデータと、画像表示装置の画面のサイズと、画面から観察者までの距離の比の情報をリモコン信号受信部6を通じて視野角補正量として、分光特性合成部110に入力する。
分光特性合成部110は視野角補正量に応じて、2°視野の分光視感度特性と10°視野の分光視感度特性の割合を変化させて合成し、合成した分光視感度特性を広視野の色度・輝度演算部111〜114に出力する。
広視野の赤、緑、青、黒の色度・輝度演算部111〜114は、分光合成部110から出力された合成分光視感度特性と、画像表示装置1の赤、緑、青、黒色を表示させたときの分光特性をそれぞれ波長1nmごとに乗算し積分することにより、広視野での赤、緑、青、黒色の色度および輝度を演算する。演算は、既述の2°視野の赤、緑、青、黒の色度・輝度演算部101〜104と同様な演算方法を用いる。
RGB輝度算出部は、広視野の色度・輝度演算部111〜114から出力された広視野での赤、緑、青、黒色の色度を合成して、合成光演算部109からの輝度および色度になるために必要な赤、緑、青の輝度を光の加法混色の原理を使い算出し、赤、緑、青色の輝度を逆ガンマ補正部116へ出力する。次に具体的な演算方法を説明する。広視野での赤、緑、青、黒色の色度座標をそれぞれ、(Xrw、Yrw)、(Xgw、Ygw)、(Xbw、Ybw)、(Xkw、Ykw)とし、広視野での赤、緑、青、黒色の輝度をそれぞれ、Krw、Kgw、Kbw、Kkwとする。また、合成光演算部109から出力された色度座標を(Xw、Yw)とし、輝度をKwとし、合成光演算部109から出力された色度および輝度になるために必要な赤、緑、青のゲインをGr、Gg、Gbとすると、次の(式15)〜(式17)の関係が成り立つ。
Figure 0005145658
したがって、この連立方程式を解くことにより、合成光演算部109からの輝度および色度になるために必要な赤、緑、青のゲインGr、Gg、Gbを求めることができる。
逆ガンマ補正部116は、入力した赤、緑、青色の輝度と映像表示装置で輝度補正されるガンマ補正の逆変換を行い、赤、緑、青色の各画像信号を出力する。
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2の画像信号処理装置の構成図である。図において、画像信号処理装置200は、RGB信号を入力する部分と、基準となる基準画像表示装置が表示する分光特性記憶部2と、2°視野分光視感度特性記憶部3と、10°視野分光視感度特性記憶部4と、画像表示装置1の分光特性記憶部5と、視野角設定値入力部201と、制御部7と、色空間補正部100と、白バランス補正部10などからなる。
色空間補正部100は、RGB信号と、基準となる基準画像表示装置が表示する分光特性記憶部2と、2°視野分光視感度特性記憶部3と、10°視野分光視感度特性記憶部4と、画像信号処理装置200から出力した画像信号を表示する画像表示装置の分光特性記憶部5と、制御部7からの情報を入力する。
また、画像信号処理装置200は、画像信号処理装置200から出力した画像信号を表示する画像表示装置の画面のサイズと画面から観察者までの距離の比を入力する視野角設定値入力部201を備え、制御部7を経由し色空間補正部100にその情報を伝達する。
色空間補正部100は、既述の手段で色の面積効果を補償し、画像信号を白バランス補正部10に送出する。
白バランス補正部10は、色空間補正部100によって発生した無彩色の色ずれを補正するために、基準となる画像表示装置の赤、緑、青、黒の2°視野での輝度および色度から白の合成光の色度と、画像信号処理装置200から出力した画像信号を表示する画像表示装置の赤、緑、青、黒の広視野での輝度および色度から白の合成光の色度とを求め、白色の色度が等しくなるように赤、緑、青のゲインを既述の手段で補正し、画像信号を表示する画像表示装置に送出する。
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3の白バランス補正部を色空間補正部に取り込んだ画像信号処理装置の構成図である。図において、画像信号処理装置300は、RGB信号を入力する部分と、基準となる基準画像表示装置が表示する分光特性記憶部2と、2°視野分光視感度特性記憶部3と、10°視野分光視感度特性記憶部4と、画像表示装置1の分光特性記憶部5と、視野角設定値入力部201と、制御部7と、色空間補正部301などからなる。
色空間補正部301は、RGB信号と、基準となる基準画像表示装置が表示する分光特性記憶部2と、2°視野分光視感度特性記憶部3と、10°視野分光視感度特性記憶部4と、画像信号処理装置200から出力した画像信号を表示する画像表示装置の分光特性記憶部5と、制御部7からの情報を入力する。
また、画像信号処理装置300は、画像信号処理装置300から出力した画像信号を表示する画像表示装置の画面のサイズと画面から観察者までの距離の比を入力する視野角設定値入力部201を備え、制御部7を経由し色空間補正部301にその情報を伝達する。
色空間補正部301は、後述の手段で色の面積効果を補償し、白バランス補正を行い、画像信号を表示する画像表示装置に送出する。
図5は、上記色空間補正部301の構成図である。色空間補正部301は、RGB信号を入力する部分と、基準となる画像表示装置の赤、緑、青、黒の分光特性を入力する部分と、2°視野、10°視野の分光視感度特性を入力する部分と、本発明の画像表示装置1の赤、緑、青、黒の分光特性を入力する部分と、分光特性から色度と輝度を演算する色度・輝度演算部101〜104および111〜114と、演算した赤、緑、青、黒の色度・輝度を合成した光を演算する合成光演算部109と、合成光を広視野で再現するために必要な赤、緑、青の輝度を算出するRGB輝度算出部115と、白バランス補正部313などからなる。
基準となる画像表示装置の赤、緑、青、黒色を表示させたときの分光特性は、それぞれ2°視野の赤、緑、青、黒の色度・輝度演算部101〜104に入力され、2°視野の分光視感度特性入力部から入力されたデータと波長1nmごとに乗算し積分することにより、2°視野の赤、緑、青、黒色の色度および輝度を演算する。
また、色空間補正部100に入力された赤、緑、青色の各画像信号は、ガンマ補正部105に入力され、赤、緑、青色の輝度情報の係数となり乗算部106〜108に送出する。
乗算部106〜108は、2°視野の赤、緑、青の輝度・色度演算部101〜103で求めた輝度および色度と、ガンマ補正部105から出力された赤、緑、青色の輝度情報の係数を乗算し、基準の画像表示装置が任意のRGB信号を入力した際に出力する赤、緑、青の輝度および色度を演算し、合成光演算部109に出力する。
合成光演算部109は、乗算部106〜108と2°視野の黒の色度・輝度演算部104から入力した赤、緑、青、黒の輝度および色度から光の加法混色の原理を使い合成光の輝度および色度を演算し、合成光の輝度および色度をRGB輝度算出部115に出力する。
一方、2°視野の分光視感度特性入力部から入力されたデータと、10°視野の分光視感度特性入力部から入力されたデータと、映像表示装置の画面のサイズと画面から観察者までの距離の比の情報を、視野角補正量として分光特性合成部110に入力する。
分光特性合成部110は、視野角補正量に応じて、2°視野の分光視感度特性と、10°視野の分光視感度特性の割合を変化させて合成し、合成した分光視感度特性を広視野の色度・輝度演算部111〜114に出力する。
広視野の赤、緑、青、黒の色度・輝度演算部111〜114は、分光合成部110から出力された合成分光視感度特性と、画像表示装置1の赤、緑、青、黒色を表示させたときの分光特性をそれぞれ波長1nmごとに乗算し積分することにより、広視野での赤、緑、青、黒色の色度および輝度を演算する。
2°視野の白の色度・輝度演算部311は、基準となる画像表示装置の赤、緑、青、黒の分光特性と2°視野の分光視感度特性から2°視野での白色の色度と輝度を求め、白バランス補正部313に出力する。
広視野の白の色度・輝度演算部312は、色空間補正部301から出力する画像信号を表示する画像表示装置の赤、緑、青、黒の分光特性と分光特性合成部110が出力した広視野の分光視感度特性から広視野での白色の色度と輝度を求め、白バランス補正部313に出力する。
白バランス補正部313は、広視野の白の色度・輝度演算部312で求めた色度が2°視野の白の色度・輝度演算部311で求めた色度になるように、赤、緑、青の輝度バランスを補正し、RGB輝度算出部115に出力する。
RGB輝度算出部115は、白バランス補正部313から出力された広視野での赤、緑、青、黒色の色度を合成して、合成光演算部109からの輝度および色度になるために必要な赤、緑、青の輝度を光の加法混色の原理を使い算出し、赤、緑、青色の輝度を逆ガンマ補正部116へ出力する。
逆ガンマ補正部116は、入力した赤、緑、青色の輝度と、映像表示装置で輝度補正されるガンマ補正の逆変換を行い、赤、緑、青色の各画像信号を出力する。
なお、上記これらの実施の形態では、色空間補正部での演算に基準画像装置の分光特性を用いたが、必ずしも必要ではなく、また、基準画像装置の輝度および色度を用いるようにしてもよい。
また、上記これらの実施の形態では、画像信号は、画像表示装置の分光特性や分光視感度特性などの多くの情報を画像表示装置または画像信号処理装置で演算したが、演算処理部の小型化や演算処理速度の高速化などのために、あらかじめ変換テーブルを作成して、変換テーブルを用いた構成としてもよい。
本発明にかかる画像信号処理装置及び画像表示装置は、色の面積効果を補償できるようにしているので、画面の大きさに対する画面から観察者までの距離の比によって観察者が知覚する色および輝度の違いを補正する画像表示装置に関して有用である。
本発明の実施の形態1に係る画像表示装置の全体構成を示す図 本発明の実施の形態1に係る画像表示装置の色空間補正部の構成を示す図 本発明の実施の形態2に係る画像信号処理装置の全体構成を示す図 本発明の実施の形態3に係る白バランス補正部を色空間補正部に取り込んだ画像信号処理装置の全体構成を示す図 本発明の実施の形態3に係る画像信号処理装置の色空間補正部の構成を示す図 2°視野の分光視感度特性を示すグラフ 10°視野の分光視感度特性を示すグラフ
符号の説明
1 画像表示装置
2 基準画像表示装置分光特性記憶部
3 2°視野分光視感度特性記憶部
4 10°視野分光視感度特性記憶部
5 画像表示装置分光特性記憶部
6 リモコン信号受信部
7 制御部
10 白バランス補正部
11 輝度補正部
12 表示デバイス駆動部
13 表示デバイス部
100、301 色空間補正部
101 2°視野の赤の色度・輝度演算部
102 2°視野の緑の色度・輝度演算部
103 2°視野の青の色度・輝度演算部
104 2°視野の黒の色度・輝度演算部
105 ガンマ補正部
106、107、108 乗算部
109 合成光演算部
110 分光特性合成部
111 広視野の赤の色度・輝度演算部
112 広視野の緑の色度・輝度演算部
113 広視野の青の色度・輝度演算部
114 広視野の黒の色度・輝度演算部
115 RGB輝度算出部
116 逆ガンマ補正部
200、300 画像信号処理装置
201 視野角設定値入力部
311 2°視野の白の色度・輝度演算部
312 広視野の白の色度・輝度演算部
313 白バランス補正部

Claims (8)

  1. カラー画像信号に基づいて画像を表示する画像表示装置の前処理装置として使用される画像信号処理装置であって、入力されたカラー画像信号の信号値を、視野角に応じた人間の分光視感度特性と、前記画像表示装置の分光特性と、視野角補正量と、を用いて演算する色空間補正手段を備えることを特徴とする画像信号処理装置。
  2. 前記色空間補正手段は、さらに、基準画像表示装置の分光特性、または、基準画像表示装置の輝度および色度を用いて演算することを特徴とする請求項1に記載の画像信号処理装置。
  3. 前記色空間補正手段から出力されたカラー画像信号を白バランス補正する白バランス補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の画像信号処理装置。
  4. 前記色空間補正手段内に、白バランス補正する白バランス補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の画像信号処理装置。
  5. 前記視野角補正量は、前記画像表示装置の画面のサイズと、画面から観察者までの距離の比により決定されることを特徴とする請求項1または2に記載の画像信号処理装置。
  6. 前記分光視感度特性は、2°視野分光視感度特性と、10°視野分光視感度特性とを用いることを特徴とする請求項1に記載の画像信号処理装置。
  7. カラー画像信号を前処理する画像信号前処理手段と、前処理されたカラー画像信号に基づき画像を表示する画像表示手段とを備える画像表示装置であって、前記画像信号処理手段は、請求項1乃至6のいずれかに記載の画像信号処理装置であることを特徴とする画像表示装置。
  8. 視野角補正量の入力をリモコン入力により行うことを特徴とする請求項7に記載の画像表示装置。
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