CN107665480A - 图像处理装置、其控制方法、显示装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像处理装置、其控制方法、显示装置及存储介质。该图像处理装置用于将输出图像向显示单元输出，该图像处理装置包括：转换单元，其被构造为将输入图像的第一像素的灰度值转换成预定灰度值，将输入图像的第二像素的灰度值转换成小于等于预定灰度值的灰度值，并生成包括具有转换后的灰度值的第一像素和具有转换后的灰度值的第二像素的输出图像，所述第一像素与高于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应所述第二像素与小于等于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；以及输出单元，其被构造为将输出图像输出到显示单元。

Description

图像处理装置、其控制方法、显示装置及存储介质
技术领域
本发明涉及一种图像处理装置、其控制方法、显示装置及存储介质。
背景技术
近年来，随着图像拍摄装置的光接收性能的提高，以如下方式生成图像：使得图像的亮度范围(动态范围)的限制宽于用作一般视频伽玛的BT.709的亮度范围。这样宽的动态范围被称为“高动态范围(HDR)”，并且与HDR兼容的图像被称为“HDR图像”。
同时，在显示装置上观看HDR图像的情况下，根据用户的偏好，显示输入HDR图像的一些HDR图像，其范围(显示范围)被设置成忠实地显示为指定的亮度。在这种情况下，可以对HDR图像进行用于将HDR图像的动态范围缩小到显示范围的图像处理(压缩处理)，并且生成显示图像。
在日本特开2004-220438号公报中，生成显示图像，使得以保持小于等于预定亮度的像素的亮度对显示图像进行显示，而亮度大于预定亮度的像素在显示范围的上限值处饱和。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种图像处理装置，该图像处理装置用于将输出图像向显示单元输出，该图像处理装置包括：转换单元，其被构造为将输入图像的第一像素的灰度值转换成预定灰度值，将输入图像的第二像素的灰度值转换成小于等于预定灰度值的灰度值，并生成包括具有转换后的灰度值的第一像素和具有转换后的灰度值的第二像素的输出图像，所述第一像素与高于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应所述第二像素与小于等于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；以及输出单元，其被构造为将输出图像输出到显示单元。
根据本发明的另一个方面，一种图像处理装置的控制方法，使图像处理装置执行处理，该方法包括：将输入图像的第一像素的灰度值转换成预定灰度值，所述第一像素与高于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；将输入图像的第二像素的灰度值转换成小于等于预定灰度值的灰度值，所述第二像素与小于等于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；生成包括具有转换后的灰度值的第一像素和具有转换后的灰度值的第二像素的输出图像；以及将输出图像输出到显示单元。
根据本发明的又一个方面，一种非暂时性存储介质，其存储有程序，该程序能够由处理器执行，以使图像处理装置与处理器连接来执行处理，所述处理包括：将输入图像的第一像素的灰度值转换成预定灰度值，所述第一像素与高于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；将输入图像的第二像素的灰度值转换成小于等于预定灰度值的灰度值，所述第二像素与小于等于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；生成包括具有转换后的灰度值的第一像素和具有转换后的灰度值的第二像素的输出图像；以及将输出图像输出到显示单元。
根据下面参照附图对示例实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是例示根据第一示例实施例的图像处理装置、测量装置和显示单元的装置结构图。
图2是例示要输入到显示单元的图像的灰度值与显示单元的显示亮度之间的关系的示意图。
图3是例示图像处理装置的构造的示例的框图。
图4是例示表示针对输入图像所示的亮度相关值与显示亮度之间的对应关系的信息的表。
图5是例示反射率与输入图像的灰度值之间的关系的示意图。
图6是例示反射率与线性图像的灰度值之间的关系的示意图。
图7是例示输入灰度值与输入图像的反射率以及输出灰度值与显示亮度之间的对应关系的示例的示意图。
图8是例示相对于输入图像的反射率的输出图像的灰度值的示意图。
图9是例示在基于输出图像在显示单元上显示图像的情况下的输入图像的反射率与显示亮度之间的关系的示意图。
图10是例示表示由图像处理单元生成的显示范围的屏幕上显示(OSD)图像的示意图。
图11是例示根据第二示例实施例的输入图像的反射率与显示亮度之间的关系的示意图。
图12是例示根据第二示例实施例的显示单元的亮度下降之前和之后的相对于输入图像的反射率的显示亮度的变化的示意图。
具体实施方式
将提供根据本发明的第一示例实施例的图像处理装置和该图像处理装置的控制方法的描述。本发明还可应用于例如包括图像处理装置和用于显示由图像处理装置生成的图像的显示器的显示装置。例如，本发明可以应用于液晶显示装置、有机电致发光(EL)显示装置和等离子体显示装置。在本示例实施例中，描述了要输入到图像处理装置的图像数据(输入图像数据)是包括在图像处理装置中的存储介质中所存储的图像数据的示例。可选地，输入图像数据可以是通过用图像拍摄装置摄像获得的拍摄图像数据。
图1是例示根据第一示例实施例的图像处理装置1、测量装置2和显示单元3的装置构造图。如图1所示，图像处理装置1可以连接到测量装置2和显示单元3。例如，图像处理装置1是个人计算机(PC)。图像处理装置1控制测量装置2的操作，并且还获取由测量装置2测量的亮度测量值。此外，图像处理装置1基于亮度测量值来确定要输出到显示单元3的输出图像的动态范围，转换输入图像的动态范围，生成输出图像，并将所生成的输出图像输出到显示单元3。
测量装置2是包括用于测量从显示单元3发射的光的亮度的光电传感器的测量装置。
显示单元3是用于基于从图像处理装置1输出的图像数据来显示图像的显示器。显示单元3基于获取的图像数据在包括以矩阵形式排列的多个像素的屏幕上显示图像。例如，显示单元3是包括液晶面板和背光的液晶显示装置。图像处理装置1和显示单元3可以包括在显示装置中。
图2是例示要输入到显示单元3的图像的灰度值与显示单元3的显示亮度之间的关系的示意图。图2例示显示单元3的显示特性。显示单元3具有显示亮度与灰度值线性对应的显示特性。显示单元3能够显示的最大显示亮度对应于要输入到显示单元3的图像的灰度值可以采取的值的最大值。
图2中的直线21表示显示单元3的显示亮度的最大值降低之前(在亮度降低之前)的显示特性。在亮度降低之前，显示单元3可以执行显示亮度高达1000cd/m2的显示。图2中的虚线22表示显示单元3的显示亮度的最大值降低的情况下(在亮度降低时)的显示特性。当亮度降低时，显示单元3的显示亮度的最大值降低到800cd/m2。“cd/m2”是表示亮度绝对值的单位。由于显示单元3具有显示亮度与灰度值线性对应的显示特性，所以相对于灰度值的显示亮度在亮度降低时的显示单元3的显示特性中低于在亮度降低之前的显示单元3的显示特性。显示单元3的显示特性被存储在图像处理装置1的存储单元200中。
在显示单元3基于从图像处理装置1输出的校准图像显示图像的情况下，测量装置2测量从显示单元3发射的光的亮度。测量装置2将测量的亮度输出到图像处理装置1。
校准图像是由测量装置2测量显示单元3能够显示的最大亮度所使用的图像。校准图像是在测量装置2测量亮度的位置处以预定尺寸或大于预定尺寸来显示显示单元3能够显示的最大灰度值的图像。例如，假设显示单元3包括与红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)相对应的子像素，并且可以基于对于各个子像素使用10位数据表现灰度值的图像数据来显示图像。在这种情况下，校准图像是为各个像素的子像素指定1023的灰度值的图像。也就是说，校准图像是在测量装置2测量亮度的显示单元3的屏幕上的位置处显示全白图像的图像。
也就是说，测量装置2基于校准图像来测量显示有图像的显示单元3的亮度，测量表示显示单元3能够显示的最大显示亮度的显示最大亮度。
当执行校准处理(校准)时，图像处理装置1从存储单元200读取校准图像，并将校准图像输出到显示单元3。例如，图像处理装置1向显示单元3输出预先生成的校准图像，使得全白图像显示在显示单元3的屏幕上的、测量装置2的光电传感器面对的位置(测量位置)处。可以基于在执行校准处理时设置的测量位置来生成校准图像。
图3是例示根据第一示例实施例的图像处理装置1的构造的示例的框图。如图3所示，图像处理装置1包括控制单元100、存储单元200和操作单元300。
控制单元100是用于将从存储单元200获取的输入图像的动态范围转换为基于从测量装置2获取的亮度测量值所确定的显示范围，生成输出图像并将生成的输出图像输出到显示单元3的控制电路板。控制单元100包括诸如中央处理单元(CPU)或微处理单元(MPU)的计算处理单元，用于执行下面描述的全部或一些功能块的处理。控制单元100可以包括诸如用于执行下面描述的一些功能块的处理的电子电路等的硬件。控制单元100的计算处理单元执行从存储单元200读取的程序，以执行下面描述的处理。
存储单元200是由计算处理单元可读的存储介质，并且其用于存储由控制单元100生成输出图像所依据的图像数据，由控制单元100的计算处理单元要执行的程序和执行该程序所使用的参数。例如，存储单元200是诸如硬盘等的非易失性存储介质。存储单元200可以包括诸如半导体存储器等的易失性存储介质。存储单元200存储从测量装置2获取的检测亮度。
操作单元300是用于用户向图像处理装置1输入指令的操作构件。例如，操作单元300是用于物理地输入信号的输入装置，例如键盘和鼠标。操作单元300可以被构造为使得用户通过操作显示在显示单元3上的图形用户界面(GUI)来输入指令。例如，操作单元300使得能够输入指令来执行校准和向图像处理装置1输入显示范围设置值。
控制单元100包括图像处理单元101、输入范围获取单元102、设置范围获取单元103、测量亮度获取单元104、显示范围确定单元105、输出单元106和校准控制单元107。图像处理单元101包括线性转换单元108和范围转换单元109。
图像处理单元101转换输入图像的灰度值，使得由输出图像所针对的动态范围变为从显示范围确定单元105获取的显示范围，并且生成输出图像。换句话说，图像处理单元101对输入图像进行灰度转换处理，使得在输入图像的动态范围内，包括在显示范围内的范围具有灰度，生成输出图像。图像处理单元101将输出图像输出到输出单元106。下面将描述图像处理单元101的特定处理。
输入范围获取单元102获取输入图像的动态范围(输入范围)。具体地，输入范围是由输入图像所针对的亮度相关值的范围。输入范围也可以被认为是输入图像可以采取的亮度相关值的范围。输入范围获取单元102将表示所获取的输入范围的信息输出到图像处理单元101。
例如，输入范围是添加到输入图像的数据的信息。在这种情况下，输入范围获取单元102执行对表示输入范围的信息进行分离以从输入图像获取输入范围的处理。在输入图像是从连接到图像处理装置1的图像拍摄装置输入的拍摄图像的情况下，输入范围获取单元102可以从图像拍摄装置获取表示输入范围的信息。
亮度相关值是与亮度相关的值。在本示例实施例中，亮度相关值是反射率。反射率是亮度的表现形式，并且当从物体反射光时，反射率表示光源的亮度与反射光的亮度之间的比率。用环境光照射的物体的亮度通常由大约0至100％的反射率表现，并且具有超过其亮度的光源(照明设备或太阳)的亮度通常由100％以上的反射率表现。在本示例实施例中，输入图像数据所针对的反射率为0至1000％，并且，输入图像数据的信号电平(灰度值)为10位值(0至1023)。也就是说，输入图像数据可以被认为是指定了与包括在输入范围中的亮度相关值相对应的灰度值的图像数据。
亮度相关值仅需要是与亮度相关的值，并且不限于反射率。例如，亮度相关值可以是亮度(亮度值)本身，或者可以是入射在图像拍摄装置中包括的图像传感器上的光的量。由输入图像数据所针对的反射率的范围和输入图像数据的灰度值的范围可以比上述范围窄或宽。
设置范围获取单元103通过操作单元300获取表示用户输入的设置范围的信息。在输入范围内，设置范围为动态范围，其中，在显示单元3上显示基于输入图像的图像时，将该图像忠实地显示为与针对输入图像所表示的亮度相关值相对应的亮度。例如，用户输入0到1000％作为设置范围。设置范围获取单元103将获取的表示设置范围的信息输出到图像处理单元101。
设置范围获取单元103也可以根据用户设置的操作模式获取设置范围。例如，在设置了与BT.709相对应的显示模式的情况下，设置范围获取单元103获取0至100％的动态范围作为设置范围。在设置与具有比BT.709的动态范围宽的动态范围的图像数据相对应的显示模式的情况下，设置范围获取单元103根据显示模式获取比0至100％的范围宽的设置范围。宽动态范围(例如，比BT.709宽的动态范围)可以被认为是“高动态范围(HDR)”。具有宽动态范围的图像数据可以被认为是“HDR图像数据”。
根据校准处理的执行，测量亮度获取单元104从测量装置2获取表示显示单元3能够显示的亮度的最大值的显示最大亮度。例如，显示最大亮度为800cd/m2(在亮度降低时显示单元3的显示亮度的最大值)。测量亮度获取单元104可以控制测量装置2，以基于从校准控制单元107获取的信号来测量亮度。
基于表示从设置范围获取单元103获取的设置范围的信息和从测量亮度获取单元104获取的显示最大亮度，显示范围确定单元105确定要由图像处理单元101生成的输出图像的动态范围(显示范围)。更具体地，显示范围确定单元105将设置范围和参考范围中的较窄动态范围设置为显示范围。
图4是例示表示亮度相关值与显示亮度之间的对应关系的亮度相关信息的表。在图4中，亮度相关值是反射率。表示亮度相关值和显示亮度之间的对应关系的亮度相关信息例如作为表数据被存储在存储单元200中。在本示例实施例中，输入图像的反射率与显示亮度之间的关系是线性的。例如，输入图像的100％的反射率对应于100cd/m2的显示亮度。
使用显示最大亮度和亮度相关信息，显示范围确定单元105获取与显示最大亮度相对应的参考范围。根据图4，与从测量亮度获取单元104获取的显示最大亮度(800cd/m2)相对应的参考范围为0至800％。因此，在这种情况下，显示范围确定单元105将参考范围(800％)确定为显示范围。显示范围获取单元105将表示显示范围的信息输出到图像处理单元101。
输出单元106将从图像处理单元101输出的输出图像输出到显示单元3。输出单元106可以将输出图像转换成显示单元3可用的数据格式，并输出所得到的输出图像。此外，如下所述，当执行校准处理时，输出单元106将根据来自校准控制单元107的指令从存储单元200读取的校准图像输出到显示单元3。
校准控制单元107控制测量亮度获取单元104和输出单元106，以执行校准处理。校准控制单元107基于来自用户的指令执行校准处理。校准控制单元107可以基于预先预定并且存储在存储单元200中的定时来执行校准处理。
在执行校准处理的情况下，校准控制单元107向输出单元106输出指示输出单元106将校准图像输出到显示单元3的信号。校准控制单元107向测量亮度获取单元104输出指示测量亮度获取单元104从测量装置2获取显示最大亮度的信号。
图像处理单元101包括线性转换单元108和范围转换单元109。基于表示从输入范围获取单元102输出的输入范围的信息和表示从显示范围确定单元105输出的显示范围的信息，图像处理单元101对输入图像进行范围转换处理，并生成输出图像。图像处理单元101生成输出图像，使得在输出图像中，输入图像中的与包括在显示范围内的亮度相关值相对应的区域，比输入图像中的与不包括在显示范围内的亮度相关值相对应的区域更接近输入图像的灰度特性。
范围转换处理是将输入图像的动态范围从输入范围转换为显示范围的处理。更具体地，在范围转换处理中，转换输入图像的各个灰度值，使得输出图像的动态范围变为显示范围。通过范围转换处理，在输入范围中，显示范围内的范围比显示范围之外的范围获得更接近输入图像的灰度特性的特性作为输出图像的灰度特性。图像处理单元101将生成的输出图像输出到显示单元3。
由图像处理单元101对输入图像进行的图像处理不限于范围转换处理。可选地，可以对输入图像进行包括范围转换处理的多种类型的图像处理。作为除了范围转换处理之外的图像处理，例如，可以使用像素化处理和边缘增强处理。图像处理单元101还可以如下所述对输入图像进行线性转换处理。
线性转换单元108对亮度相关值(反射率)与灰度值之间的关系(灰度特性)是非线性的输入图像进行线性转换处理，并生成具有线性灰度特性的线性图像。图5是例示反射率与输入图像的灰度值之间的关系的示意图。在本示例实施例中，输入图像具有灰度值相对于反射率的增加而非线性(对数)地增加的非线性特性。例如，输入图像的灰度特性是相对于反射率的1/γ的幂。图6是例示反射率与线性图像的灰度值之间的关系的示意图。如图6所示，线性图像具有灰度值相对于反射率的增加而线性地增加的线性灰度特性。线性转换单元108将输入图像的灰度特性转换成线性图像的灰度特性。
线性转换单元108将生成的线性图像输出到范围转换单元109。进行线性转换处理以简化后续处理，并且可以省略线性转换处理。
范围转换单元109对线性图像进行范围转换处理，以产生亮度相关值的范围为显示范围的输出图像。范围转换单元109可以对经过范围转换处理的线性图像进行考虑显示单元3的伽马特性的伽马转换处理。例如，在显示单元3的伽马特性具有2.2的伽马值的情况下，范围转换单元109进行用于将经过范围转换处理的线性图像的灰度值提高到1/2.2的幂的伽马转换处理。可以省略伽马转换处理。在本示例实施例中，显示单元3的伽马特性具有1的伽马值，并且省略了伽马转换处理。
参照图7，具体地描述根据本示例实施例的范围转换处理的示例。图7是例示线性图像的灰度值(输入灰度值)和输入图像的反射率与输出图像的灰度值(输出灰度值)和在基于输出图像而显示图像的情况下的显示亮度之间的对应关系的示例的示意图。图7中的横轴表示输入灰度值。由于作为线性转换处理的结果，线性图像的灰度值线性地对应于输入图像的反射率，因此，图7中的横轴表示输入图像的反射率。图7中的纵轴表示输出灰度值。在第一示例实施例中，如图2所示，显示单元3的显示特性相对于灰度值是线性的。因此，图7中的纵轴表示显示单元3的显示亮度。
在本示例实施例中，与输入图像的情况一样，输出图像的灰度值也是10位值(0至1023)。输出图像的灰度值的范围可以比上述范围窄或宽。输出图像的灰度值的范围可以比输入图像的灰度值的范围窄或宽。
为了比较，图7中的虚线71表示在不进行范围转换处理的情况下的输入灰度值与输出灰度值之间的关系。在不进行范围转换处理的情况下，输出灰度值与输入灰度值具有相同的灰度值。
图7中的实线72表示在进行根据本示例实施例的范围转换处理的情况下的输入灰度值与输出灰度值之间的关系。在本示例实施例中，使用下式1来计算输出灰度值Lout。
Lout＝(D1÷D2)×Lin...(式1)
在式1中，D1是输入范围的最大反射率。D1为1000％。D2是显示范围的最大反射率。D2为800％。Lin是输入灰度值。在式1中，在计算出的Lout大于可用作输出灰度值的灰度值的最大值的情况下，Lout被设置为1023。也就是说，大于1023的输出灰度值Lout被剪切(限制)为1023。这种转换处理称为剪切处理。
通过上述范围转换处理，生成输出图像，其中包括在显示范围中的输入图像的输入范围中的范围具有灰度。
线性图像的各个灰度值可以通过使用式1的计算而改变，也可以不改变。例如，可以基于式1预先生成表示输入灰度值与输出灰度值之间的对应关系的查找表(LUT)。然后，可以使用LUT来改变线性图像的各个灰度值。具体地，可以从LUT获取与线性图像的灰度值(输入灰度值)相对应的输出灰度值，并且可以将线性图像的各个灰度值改变为所获取的值(所获取的输出灰度值)。
执行上述范围转换处理，如实线72所示，在与显示范围相对应的输入范围内的亮度相关值(反射率)下，输出图像以忠实于输入图像的亮度相关值与亮度之间的对应关系的亮度显示。比较而言，在没有进行范围转换处理的情况下，如虚线71所示，显示单元3上的显示的显示亮度总体上低于与输入图像的亮度相关值相对应的亮度。这降低了显示在显示单元3上的图像的可视性。
通过上述范围转换处理，在输入图像的反射率的范围内，该显示范围比显示范围以外的范围获得更接近于输入图像的灰度特性的特性作为输出图像的灰度特性。因此，能够抑制灰度特性的变化和图像质量的劣化，并且还能够获得具有高可视性的显示图像。
输出灰度值Lout的计算公式不限于式1。式1根据范围转换处理前的图像的灰度特性、范围转换处理后的图像的灰度特性、输入灰度值的范围或输出灰度值的范围而适当改变。
根据本示例实施例，在显示单元3能够显示的显示亮度例如由于显示单元3的光源或发光元件的光源随着时间劣化而降低的情况下，能够抑制输入图像的显示亮度的变化。使用显示单元3的亮度降低之前和之后的输出图像的显示亮度的变化，描述根据本示例实施例的图像处理装置1的效果。例如，显示单元3可以在亮度降低之前进行高达1000cd/m2的显示。假设显示单元3可以在亮度降低时进行高达800cd/m2的显示。此外，假设设置范围为0至1000％。
图8是例示相对于输入图像的反射率的输出图像的灰度值的示意图。图8中的横轴表示输入图像的反射率。图8中的纵轴表示输出图像的灰度值。图8中的虚线81表示在显示范围为0至1000％的情况下相对于输入图像的反射率的输出图像A的灰度值。可以说虚线81表示使用参考范围和设置范围通过范围转换处理生成的输出图像的灰度值，其中，所述参考范围和设置范围是基于通过在亮度降低之前对显示单元3执行校准处理而获得的显示最大亮度(1000cd/m2)来确定的。也可以说虚线81表示为仅基于设置范围通过范围转换处理生成的输出图像的灰度值。
比较而言，图8中的直线82表示在显示范围为0至800％的情况下相对于输入图像的反射率的输出图像B的灰度值。更具体地，直线82表示使用参考范围和设置范围通过范围转换处理生成的输出图像的灰度值，其中，所述参考范围和设置范围是基于通过在亮度降低时对显示单元3执行校准处理而获得的显示最大亮度(800cd/m2)来确定的。
换句话说，在显示单元3的亮度降低之前和之后，根据本示例实施例的处理的执行将从输出图像A生成的输出图像改变为输出图像B。比较而言，在使用显示最大亮度不改变显示范围的情况下，与显示单元3的亮度的降低无关地输出输出图像A。
图9是例示在基于输出图像A和输出图像B在显示单元3上显示图像的情况下的输入图像的亮度相关值(反射率)与显示亮度之间的关系的示意图。图9中的横轴表示输入图像的亮度相关值(反射率)。图9中的纵轴表示输出图像的显示亮度。
图9中的虚线91表示在亮度降低之前显示单元3基于输出图像A显示图像的情况下的显示亮度。输出图像A是具有线性灰度特性的图像，其中输出图像的灰度值的最大值(1023)对应于输入图像的亮度相关值的最大值(1000％)。由于显示单元3的显示亮度具有相对于灰度值的线性显示特性，所以输出图像A的灰度值的最大值对应于显示单元3能够显示的最大显示亮度(1000cd/m2)，并且灰度值与显示亮度线性对应。因此，以忠实于输入图像的亮度相关值和亮度之间的关系的亮度在显示单元3上显示图像。
图9中的点划线92表示在亮度降低时显示单元3基于输出图像A显示图像的情况下的显示亮度。在显示亮度降低的情况下，输出图像A的灰度值线性地对应于显示单元3能够显示的最大显示亮度(800cd/m2)的范围。换句话说，以总体上低于对应于输入图像的亮度相关值的亮度的亮度在显示单元3上显示输出图像。
图9中的实线93表示在亮度降低时显示单元3基于输出图像B显示图像的情况下的显示亮度。输出图像B是经过范围转换处理的图像，以与基于在亮度降低时显示单元3能够显示的最大显示亮度(800cd/m2)的显示范围(0至800％)相对应。输出图像B的灰度值的最大值对应于显示范围的最大值(800％)，并且，灰度值与显示亮度线性对应。因此，在输入范围内，在包括在显示范围中的输入图像的亮度相关值处，在显示单元3上以忠实于输入图像的亮度相关值与亮度之间的关系的亮度显示图像。
如日本特开2004-220438号公报的公开中所讨论的，在基于通过常规技术生成的显示图像在显示装置上显示图像的情况下，显示图像中的指定了最大灰度值的区域以显示装置的显示亮度的最大值显示。
然而，例如，在显示装置是液晶显示器的情况下，显示装置能够显示的最大显示亮度可能由于背光的光源随时间劣化而降低。在显示装置能够显示的最大显示亮度低于用户指定的显示范围的最大值的情况下，图像可能不能以用户想要的显示亮度显示。
通过执行上述处理，根据本示例实施例的图像处理装置可以生成与基于由测量装置2通过校准测量的显示单元3的显示亮度的最大值(显示最大亮度)所确定的显示范围相对应的输出图像。因此，即使在显示单元3能够显示的亮度由于光源的劣化或随时间的劣化而降低的情况下，也可以忠实地表现能够显示的亮度的范围的灰度特性。因此，在显示单元3能够显示的最大显示亮度改变的情况下，能够抑制与用户指定的显示范围相对应的输入图像中的区域的显示亮度的变化。
图像处理单元101可以生成表示由显示范围确定单元105所确定的显示范围的图形图像作为屏幕上显示(OSD)，并且将该图形图像输出到显示单元3，其中图形图像与输出图像组合。
图10是例示表示由图像处理单元101生成的显示范围的OSD图像的示意图。例如，OSD图像是用于以组合的方式显示由用户指定的设置范围和输出图像的显示范围的图形图像。这些图像使得用户能够在设置的动态范围(设置范围)中容易地识别实际上忠实于输入图像的灰度特性进行显示的动态范围(显示范围)。在图10中，亮度范围设置表示显示有设置范围和显示范围的画面。在显示单元3的亮度降低(初始状态)之前，显示范围(1000％)等于设置范围(1000％)。在显示单元3的亮度降低(劣化状态)的情况下，显示范围(800％)低于设置范围(1000％)，并且，OSD图像表示显示范围减小。
图像处理装置1也可以在任何定时执行校准，并且基于所获取的显示最大亮度，每时每刻动态地确定显示范围。该构造可以减少由于基于显示单元3的温度或使用环境而导致显示亮度的波动对图像的影响。例如，测量装置2可以内置在显示单元3中。测量装置2被放置在测量装置2不妨碍用户视觉地检查诸如显示单元3的屏幕的端部等的图像的位置处，可以在任何定时执行校准，并且获取显示最大亮度。
用于获取表示显示单元3能够显示的亮度的最大值的显示最大亮度的方法不限于上述方法。例如，在显示单元3是包括用于发光的背光和液晶面板的液晶显示器的情况下，显示单元3可以包括配设在背光内并能够测量从背光的光源发射的光的光电传感器。在这种情况下，显示单元3的显示最大亮度根据背光的光源的发光效率而变化。更具体地说，背光的光源的发光效率可能由于发热或破损而降低，从而降低显示最大亮度。此时，显示最大亮度的变化大致对应于背光的光源的发光效率的变化。测量亮度获取单元104可以基于从光电传感器获取的背光的光源的发光效率的变化和初始显示最大亮度来获取显示最大亮度。
在显示单元3是包括以矩阵形式布置的多个有机EL元件的有机EL显示器的情况下，监视用于向各个有机EL元件施加电压的驱动器的驱动电压或驱动电流，可以获取显示单元3的显示最大亮度。基于有机EL显示器的驱动电压与驱动电流之间的关系，测量亮度获取单元104获取显示最大亮度。例如，测量亮度获取单元104可以获取预定驱动条件下的驱动电流，参考预先存储在存储单元200中的表，该表例示有机EL显示器的驱动电流与显示最大亮度之间的关系，以获取显示最大亮度。
在本示例实施例中，用于获取显示最大亮度的方法不限于在进行校准时直接测量从显示单元3发射的光的亮度的方法。此外，显示单元3不限于液晶显示器。
下面将描述本发明的第二示例实施例。根据本示例实施例的图像处理装置1生成输出图像，使得在输入图像的反射率被包括在特定范围内的情况下，显示输出图像，使得显示亮度与反射率具有线性关系，并且在特定范围以外的范围内，基于预定的指数函数以压缩方式显示输出图像。图像处理装置1将由用户设置的设定范围确定为特定范围。
根据第二示例实施例的图像处理装置1的装置构造图和功能框图与第一示例实施例中的相似。在根据第二示例实施例的图像处理装置1中，除了显示范围确定单元105和范围转换单元109之外的功能块与第一示例实施例中的相似，因此这里不再描述。
显示范围确定单元105从设置范围获取单元103获取表示显示亮度相对于输入图像的反射率是线性的设置范围的信息。此外，显示范围确定单元105从测量亮度获取单元104获取作为显示单元3能够显示的最大显示亮度并通过校准而获得的显示最大亮度。例如，设置范围为0至500％。
范围转换单元109根据线性图像生成输出图像，使得显示亮度相对于包括在设置范围内的反射率是线性的。此外，范围转换单元109根据线性图像生成输出图像，从而显示输出图像，使得不包括在设置范围中的反射率对应于从与设置范围的上限值相对应的显示亮度到显示最大亮度的显示亮度的范围。换句话说，范围转换单元109生成输出图像，使得在输出图像中，对应于设置范围中包括的亮度相关值的区域比除对应于亮度相关值的区域以外的区域更接近于输入图像的灰度特性。例如，输入图像的动态范围(输入范围)为0至1000％，并且，显示单元3可进行显示的亮度的最大值(显示最大亮度)为800cd/m2。
图11是例示在显示单元3基于由根据第二示例实施例的图像处理装置1生成的输出图像而显示图像的情况下，相对于输入图像的反射率的显示单元3的亮度的示意图。如图11所示，在输入图像的反射率包括在设置范围(0至500％)的情况下，生成输出图像，使得亮度与反射率成线性关系。此外，在超过设置范围(>500％)的反射率下，压缩灰度，使得以从与设置范围的上限值(500％)相对应的500cd/m2的显示亮度到显示最大亮度(800cd/m2)的范围来显示图像。
根据第二示例实施例，在显示单元3能够显示的亮度的最大值由于例如光源的随时间的劣化而降低的情况下，能够抑制与至少包括在设置范围中的反射率相对应的输入图像的显示特性的变化。此外，如第一示例实施例中所述，例如，在显示单元3的显示亮度的最大值减小的情况下，能够抑制与至少包括在设置范围中的反射率相对应的输入图像的显示特性的变化。因此，在显示单元3能够显示的最大显示亮度改变的情况下，能够抑制与用户指定的设置范围相对应的输入图像中的区域的显示亮度的变化。
图12是例示亮度降低之前和之后的相对于输入图像的亮度相关值的显示亮度的变化的示意图。图12中的横轴表示输入图像的亮度相关值(反射率)。图12中的纵轴表示显示亮度。
图12中的虚线121表示基于通过在亮度降低之前对显示单元3执行校准而获得的显示最大亮度而生成的输出图像C的显示亮度。图12中的实线122表示基于通过在亮度降低时对显示单元3执行校准而获得的显示最大亮度而生成的输出图像C的显示亮度。显示单元3的显示亮度使得能够在亮度降低之前显示高达800cd/m2。显示单元3的显示亮度使得能够在亮度降低时显示高达600cd/m2。设置范围为0至500％。
在显示单元3的显示亮度的最大值从800cd/m2降低到600cd/m2的情况下，输入图像的反射率与要基于从图像处理装置1输出的输出图像显示的图像的亮度之间的关系从虚线121变为实线122。因此，即使在显示单元3能够显示的显示亮度降低的情况下，在设置范围(0至500％)中，也忠实于输入图像的亮度相关值与亮度之间的关系显示图像，其特性是亮度相对于亮度相关值为线性的。
利用这些构造，即使在显示单元3能够显示的亮度降低的情况下，也可以抑制用户希望以忠实于与输入图像相关联的亮度相关值的亮度进行显示的设置范围的显示亮度的降低。
其它实施例
本发明的(多个)实施例也可以通过如下实现：一种系统或装置的计算机，该系统或装置读出并执行在存储介质(其也可被更充分地称为“非暂态计算机可读存储介质”)上记录的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)，以执行上述(多个)实施例中的一个或多个的功能，并且/或者，该系统或装置包括用于执行上述(多个)实施例中的一个或多个的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))；以及由该系统或者装置的计算机执行的方法，例如，从存储介质读出并执行计算机可执行指令，以执行上述(多个)实施例中的一个或多个的功能，并且/或者，控制所述一个或多个电路以执行上述(多个)实施例中的一个或多个的功能。所述计算机可以包括一个或更多处理器(例如，中央处理单元(CPU)，微处理单元(MPU))，并且可以包括分开的计算机或分开的处理器的网络，以读出并执行所述计算机可执行指令。所述计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质被提供给计算机。例如，存储介质可以包括如下中的一个或多个：硬盘，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，分布式计算系统的存储器，光盘(例如，压缩盘(CD)，数字多功能光盘(DVD)，或蓝光光盘(BD)TM)，闪速存储器装置，存储卡，等等。
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然针对示例实施例描述了本发明，但是，应该理解，本发明不限于公开的示例实施例。下述权利要求的范围应当被赋予最宽的解释，以涵盖所有这类变型以及等同的结构和功能。

Claims (20)

1.一种图像处理装置，该图像处理装置用于将输出图像向显示单元输出，所述图像处理装置包括：
转换单元，其被构造为将输入图像的第一像素的灰度值转换成预定灰度值，将输入图像的第二像素的灰度值转换成小于等于预定灰度值的灰度值，并生成包括具有转换后的灰度值的第一像素和具有转换后的灰度值的第二像素的输出图像，所述第一像素与高于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应所述第二像素与小于等于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；以及
输出单元，其被构造为将输出图像输出到显示单元。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，所述预定灰度值是输出图像能够采取的灰度值的最大值。
3.根据权利要求1所述的图像处理装置，所述图像处理装置还包括：
获取单元，其被构造为从用于测量显示单元上显示的图像的亮度的测量单元获取亮度测量值；以及
校准控制单元，其被构造为控制输出单元以将校准图像输出到显示单元，并控制获取单元基于校准图像来获取与显示单元上显示的图像的亮度相对应的亮度测量值。
4.根据权利要求3所述的图像处理装置，其中，校准图像是至少在测量单元能够测量亮度的位置处包括全白图像的图像。
5.根据权利要求1所述的图像处理装置，所述图像处理装置还包括：
第一获取单元，其被构造为获取表示输入动态范围的信息，所述输入动态范围是与输入图像能够采取的亮度相关的值的范围；以及
设置单元，其被构造为基于显示单元能够显示的亮度的最大值来设置输入动态范围中的输出动态范围，
其中，转换单元转换输入图像的灰度值，并且生成输出图像，使得与输出图像能够采取的亮度相关的值的范围是输出动态范围。
6.根据权利要求5所述的图像处理装置，其中，基于表示显示单元的显示亮度和与亮度相关的值之间的关系的信息，设置单元设置输出动态范围，使得与输出动态范围相对应的亮度的最大值是显示单元能够显示的亮度的最大值。
7.根据权利要求5所述的图像处理装置，其中，与亮度相关的值是表示光从物体反射时的反射率的值。
8.根据权利要求5所述的图像处理装置，其中，与亮度相关的值是表示亮度的绝对值。
9.根据权利要求5所述的图像处理装置，其中，输出单元输出图形图像，该图形图像与输出图像组合，该图形图像表示与输出动态范围能够采取的最大亮度相关的值和显示单元能够显示的亮度的最大值中的至少一个。
10.一种显示装置，所述显示装置包括：
根据权利要求1-9任一所述的图像处理装置；以及
显示单元。
11.一种图像处理装置的控制方法，使图像处理装置执行处理，该方法包括：
将输入图像的第一像素的灰度值转换成预定灰度值，所述第一像素与高于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；
将输入图像的第二像素的灰度值转换成小于等于预定灰度值的灰度值，所述第二像素与小于等于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；
生成包括具有转换后的灰度值的第一像素和具有转换后的灰度值的第二像素的输出图像；以及
将输出图像输出到显示单元。
12.根据权利要求11所述的图像处理装置的控制方法，其中，所述预定灰度值是输出图像能够采取的灰度值的最大值。
13.根据权利要求11所述的图像处理装置的控制方法，所述图像处理装置的控制方法还包括：
将校准图像输出到显示单元；以及
从用于测量显示单元上显示的图像的亮度的测量单元，基于校准图像来获取与在显示单元上显示的图像的亮度相对应的亮度测量值，并获取显示单元能够显示的亮度的最大值。
14.根据权利要求11所述的图像处理装置的控制方法，其中，校准图像是至少在测量单元能够测量亮度的位置处包括全白图像的图像。
15.根据权利要求11所述的图像处理装置的控制方法，所述图像处理装置的控制方法还包括：
获取表示输入动态范围的信息，所述输入动态范围是与输入图像能够采取的亮度相关的值的范围；以及
基于显示单元能够显示的亮度的最大值来设置输入动态范围中的输出动态范围，
其中，转换输入图像的灰度值，并且生成输出图像，使得与输出图像能够采取的亮度相关的值的范围是输出动态范围。
16.根据权利要求15所述的图像处理装置的控制方法，其中，基于表示显示单元的显示亮度和与亮度相关的值之间的关系的信息，设置输出动态范围，使得与输出动态范围相对应的亮度的最大值是显示单元能够显示的亮度的最大值。
17.根据权利要求15所述的图像处理装置的控制方法，其中，与亮度相关的值是表示光从物体反射时的反射率的值。
18.根据权利要求15所述的图像处理装置的控制方法，其中，与亮度相关的值是表示亮度的绝对值。
19.根据权利要求15所述的图像处理装置的控制方法，其中，输出图形图像，该图形图像与输出图像组合，该图形图像表示与输出动态范围能够采取的最大亮度相关的值和显示单元能够显示的亮度的最大值中的至少一个。
20.一种非暂时性存储介质，其存储有程序，该程序能够由处理器执行，以使图像处理装置与处理器连接来执行处理，所述处理包括：
将输入图像的第一像素的灰度值转换成预定灰度值，所述第一像素与高于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；
将输入图像的第二像素的灰度值转换成小于等于预定灰度值的灰度值，所述第二像素与小于等于显示单元能够显示的亮度的最大值的亮度相对应；
生成包括具有转换后的灰度值的第一像素和具有转换后的灰度值的第二像素的输出图像；以及
将输出图像输出到显示单元。
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