CN1774918A

CN1774918A - 图像信号处理方法、图像信号处理装置和图像显示装置

Info

Publication number: CN1774918A
Application number: CN 200580000066
Authority: CN
Inventors: 山田和弘
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: CN100591108C

Abstract

一种图像信号处理方法，是对输入到显示装置(103)的图像信号进行非线性修正的图像信号处理方法，其特征在于：根据显示装置(103)所设置的场所的明亮度，改变非线性修正的特性。利用该方法，即使受周围光的影响而使显示装置(103)的显示亮度一致地上升，也可以使人对图像信号感知到的明亮度的特性成为线性。

Description

图像信号处理方法、图像信号处理装置和图像显示装置

技术领域

本发明涉及对图像信号进行非线性修正的图像信号处理方法、图像信号处理装置和使用该图像信号处理装置的图像显示装置。

背景技术

人的视觉特性是非线性的，特别地，如图5所示，人感知到的明亮程度相对于亮度呈现对数函数的特性。另外，如图6A所示，对CRT(阴极射线管)的图像信号的显示亮度具有所谓的伽马(γ)特性。因此，在使用CRT的显示装置中，伽马特性与对数函数的视觉特性相互抵消，人感知到的明亮程度相对于图像信号基本上呈现线性的特性。

与此相反，近年来面市的DMD(Digital Mirror Device，数字微镜器件)或PDP(Plasma Display Panel，等离子显示面板)等显示装置不具有伽马特性，如图6B所示，这些显示装置相对于图像信号的显示亮度具有线性的特性。因此，在这些显示装置中，人感知到的明亮程度相对于图像信号呈现对数函数的特性。因此，为了将人对图像信号感知到的明亮程度恢复为线性的特性，必须对图像信号进行非线性修正。作为该方法，已提出了例如图7中所示的使用查找表(以下，简记为“LUT”)进行非线性修正的方法(例如，参见特开平10-153983号公报)。

图8是示出这样的LUT的输入输出特性的一个例子的图示。这里，“输入灰度”是修正前的图像信号，用“0”～“255”的256个等级来表示向LUT输入的输入图像信号的信号水平(信号电平)，“显示灰度”是修正后的图像信号，以其最大值为“255”的方式对从LUT输出的输出图像信号的信号水平进行规格化。图8中仅表示出了输入灰度为“0”、“10”、“20”、…、“250”时的显示灰度。

在显示装置设置在昏暗的场所而没有周围光时，对于不具有PDP等的伽马特性的显示装置，对输入灰度进行图8所示的非线性修正时，输入灰度与显示亮度的关系呈现如图9A的特性曲线A所示的那样的伽马特性。因此，人对输入灰度感知到的明亮程度为如图9B的特性曲线B所示的那样的基本上线性的特性。

但是，在明亮的场所，如图9A的特性曲线C所示的那样，由于受周围光的影响，显示亮度一致上升，即使进行以往的非线性修正，也不能使人感知到的明亮程度恢复为线性的特性。图9B的特性曲线D表示人对这时的输入灰度所感知到的明亮程度，在输入灰度低的部分，不能清楚地识别灰度的变化。

这与人的视觉特性有关，可以如以下这样来考虑。在昏暗的场所，假定图8所示的显示灰度直接表示显示亮度，则在输入灰度从10灰度增加到20灰度时，显示亮度从“0.2”增加到“0.9”，人感知到的明亮度变为原来的4.5倍。然而，在明亮的场所，由于周围光的影响，假定显示亮度仅上升例如与“30”相当的亮度时，则即使输入灰度从10灰度增加到20灰度，显示亮度也分别从“30.2”仅增加到“30.9”，人几乎感知不到明亮度的变化。当然，在明亮的图像的情况下，例如在昏暗的场所下的相对于240灰度与250灰度的显示亮度之比为244.1/223.2＝1.09，这与在明亮的场所下的相同显示灰度之比274.1/253.2＝1.08没有大的差别，可以不考虑周围光的影响。

这样，根据以往的非线性修正的方法，由于显示装置受所设置的场所的周围光的影响，不能使人感知到的明亮程度恢复为线性的特性，特别是不能识别在输入灰度低、暗的图像中灰度的变化，从而存在灰度失真的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提出的，目的旨在提供即使是显示亮度对图像信号具有线性的特性的显示装置、即使受周围光的影响而使显示装置的显示亮度一致地上升，也可以使人对图像信号感知到的明亮度的特性成为线性的图像信号处理方法、图像信号处理装置和使用该图像信号处理装置的图像显示装置。

本发明是对输入到显示装置的图像信号进行非线性修正的图像信号处理方法，其特征在于：根据显示装置所设置的场所的明亮度，改变非线性修正的特性。

附图说明

图1是本发明实施例1的图像显示装置的电路框图；

图2A是示出本发明实施例1的图像信号修正方法中输入灰度与显示亮度的关系的图示；

图2B是示出输入灰度与人感知到的明亮程度的关系的图示；

图3是本发明实施例1的其他图像显示装置的电路框图；

图4是本发明实施例2的图像显示装置的电路框图；

图5是示出人对亮度感知到的明亮程度的图示；

图6A是示出CRT的图像信号与显示亮度的关系的图示；

图6B是示出DMD、PDP的图像信号与显示亮度的关系的图示；

图7是先有技术的图像显示装置的电路框图；

图8是示出查找表的输入输出特性的一个例子的图示；

图9A是示出先有技术的图像信号修正方法中输入灰度与显示亮度的关系的图示；

图9B是示出输入灰度与人感知到的明亮程度的关系的图示。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施例。

实施例1

图1是本发明实施例1的图像显示装置100的电路框图。图像信号处理装置101对输入图像信号即输入灰度进行非线性修正，并输出到显示装置103。显示装置103是使用DMD或PDP等的不具有伽马特性的显示装置。图像信号处理装置101具有检测周围的明亮度的周围光检测部104和根据周围的明亮度对输入灰度进行非线性修正的变换部105。

周围光检测部104具有检测周围的明亮度的光传感器106和将来自光传感器106的检测信号转换为数字信号的AD转换部107。变换部105具有用于对输入灰度进行非线性修正的多个LUT108₁～108₄和根据周围光检测部104的检测信号从多个LUT108₁～108₄中选择1个LUT的LUT选择部112。图1示出了4个LUT108₁～108₄，但是，LUT的个数并不限于4个，其根据需要可以由任意的数量来构成。通常，通过增加LUT的个数，可以适应更广范围的外围光，另外，可以使伴随着LUT切换的显示亮度的变化设定得比较小。

多个LUT108₁～108₄分别按照(显示灰度)＝K×(输入灰度)^γ，对输入灰度进行非线性修正。其中，伽马系数γ是大于1的值，其对于各LUT分别被设定为不同的值。另外，系数K是用于使显示灰度的最大值与输入灰度的最大值相等的系数，可以表示为

K＝(输入灰度的最大值)^(1-γ)

在本实施例中，LUT108₁是没有周围光等的昏暗场所的非线性修正用的LUT，其伽马系数γ设定为2.2。在昏暗的场所，在使用LUT108₁对输入灰度进行非线性修正从而进行图像显示时，输入灰度与显示亮度的关系如图2A的特性曲线A所示。并且，人感知到的明亮程度如图2B的特性曲线B所示，相对于输入灰度基本上呈现线性的特性。另外，如图2A的特性曲线C所示，在受周围光的影响而使显示亮度一致地上升时，如果使用昏暗场所用的LUT108₁进行非线性修正，则如图2B的特性曲线D所示，人感知到的明亮程度破坏了线性特性，在输入灰度低的部分，灰度失真。因此，这时，如图2A的特性曲线E所示，切换为伽马系数γ小的LUT108₄进行非线性修正。于是，人感知到的明亮程度就如图2B的特性曲线F所示，相对于输入灰度基本上可以恢复为线性的特性。

在本实施例中，虽然将4个LUT108₁～108₄的伽马系数γ分别设定为2.2、2.1、2.0、1.9，根据周围光检测部104的检测结果来切换这些LUT，但是，本发明也可以使用其他结构，只要可以根据周围光改变对输入灰度进行的非线性修正的特性就可以。例如，可以使用数字信号处理器等运算处理装置实现多个查找表和查找表选择部的功能，如图3所示，作为变换部205，可以使用运算处理装置200，作为输入图像信号和周围光的检测信号、输出显示灰度的结构。根据该结构，可以使用较少的电路部件来构成变换部。

另外，在本实施例中，虽然是通过改变伽马系数γ的值来改变非线性修正的特性，但是，也可以利用其他方法改变非线性修正的特性。例如，对于各种各样的周围光，可以通过实际测量人感知到的明亮度对修正前的图像信号成为线性那样的修正特性，求出非线性修正的特性。这样，不论是对图像信号的显示亮度具有什么样的特性的显示装置，都可以求出能够使人感知到的明亮度相对于修正前的图像信号呈线性的修正的特性。

实施例2

图4是本发明实施例2的图像显示装置300的电路框图。对于与实施例1相同的电路框标以相同的标号，并省略其说明。实施例2与实施例1的不同之处在于，不仅根据周围光改变非线性修正的特性，而且依显示装置103的显示模式而变化。例如，在使用PDP的显示装置中，在其驱动原理上，可以显示的灰度数(以下，简记为“灰度显示能力”)与可以显示的最大亮度之间存在折衷(trade-off)的关系。因此，作为显示装置103的显示模式，设置了“动态模式”、“标准模式”、“电影模式”等，并设计为用户可以选择自己喜欢的显示模式。这里，“动态模式”是略微牺牲灰度显示能力而提高最大亮度的显示模式，“电影模式”是抑制最大亮度而提高灰度显示能力的显示模式，“标准模式”是上述两者的中间的显示模式。

如上所述，人感知到的明亮程度受周围光的影响，当然，也直接影响到显示装置显示的亮度。并且，为了使人感知到的明亮程度相对于输入灰度成为线性，必须不仅要依周围光而且要依显示装置显示的最大亮度来改变非线性修正的特性。

变换部305具有用于对输入灰度进行非线性修正的多个LUT108₁～108₁₂和根据周围光检测部104的检测信号和从显示装置103输出的显示模式信号从多个LUT108₁～108₁₂中选择1个LUT的LUT选择部312。虽然在图4中，示出了对各个显示模式分别具有4个LUT、共计具有12个LUT的结构，但是，LUT的个数当然可以根据需要由任意的数量来构成。

并且，对于同一显示模式，随着周围光增强，切换到伽马系数γ小的LUT。另外，在周围光相同的情况下，在“动态模式”中切换到伽马系数γ大的LUT，在“电影模式”中切换到伽马系数γ小的LUT。

这样，通过不仅依周围光而且依显示装置的显示模式来改变非形修正的特性，即使用户切换显示模式来改变显示装置显示的最大亮度，也可以使人感知到的明亮程度相对于输入灰度基本上恢复为线性的特性。

在实施例2中，作为表示显示装置显示的最大亮度的信号，虽然使用了从显示装置103输出的显示模式信号，但是，也可以是其他的信号，只要是表示显示装置显示的最大亮度的信号就可以，例如，可以使用修正前的图像信号的APL。另外，作为表示显示装置的最大亮度的信号，也可以使用表示显示模式的信号和图像信号的APL这2种信号。

此外，在实施例2中，作为变换部305，虽然示出了切换多个LUT的结构，但是，也可以使用其他的结构，只要是改变非线性修正的特性的结构就可以。例如，作为变换部305，可以使用数字信号处理器等运算处理装置，从而可以采用输入图像信号和周围光的检测信号以及表示最大亮度的信号而输出显示灰度的结构。

另外，在实施例2中，作为改变非线性修正的特性的方法，虽然切换伽马系数γ不同的多个LUT，但是，对于各种各样的周围光和显示装置的最大亮度，也可以通过实际测量人感知到的明亮程度相对于输入灰度成为线性那样的修正特性而求出非线性修正的特性。

根据本发明，可以提供即使受周围光的影响而使显示装置的显示亮度一致地上升，也可以使人对图像信号感知到的明亮度的特性成为线性的图像信号处理方法、图像信号处理装置和使用该图像信号处理装置的图像显示装置。

本发明的图像信号处理方法、图像信号处理装置和图像显示装置，即使受周围光的影响而使显示装置的显示亮度一致地上升，也可以使人对图像信号感知到的明亮度的特性成为线性，所以，作为对图像信号进行非线性修正的图像显示装置是有用的。

Claims

1.一种图像信号处理方法，是对输入到显示装置的图像信号进行非线性修正的图像信号处理方法，其特征在于：根据上述显示装置所设置的场所的明亮度，改变上述非线性修正的特性。

2.根据权利要求1所述的图像信号处理方法，其特征在于：上述非线性修正将与修正前的图像信号的γ次方(γ＞1)成比例的图像信号作为修正后的图像信号，上述显示装置所设置的场所的明亮度越明亮，将上述γ的值设定为越小的值。

3.根据权利要求1所述的图像信号处理方法，其特征在于：以人感知到的明亮度相对于修正前的图像信号成为线性的方式来设定上述非线性修正的特性。

4.一种图像信号处理方法，是对输入到显示装置的图像信号进行非线性修正的图像信号处理方法，其特征在于：根据上述显示装置所设置的场所的明亮度和上述显示装置显示的最大亮度，改变上述非线性修正的特性。

5.根据权利要求4所述的图像信号处理方法，其特征在于：上述非线性修正将与修正前的图像信号的γ次方(γ＞1)成比例的图像信号作为修正后的图像信号，上述显示装置所设置的场所的明亮度越明亮，将上述γ的值设定为越小的值，并且上述显示装置能够显示的最大亮度越高，将上述γ的值设定为越大的值。

6.一种图像信号处理装置，是对输入到显示装置的图像信号进行非线性修正的图像信号处理装置，其特征在于，具有：

周围光检测部，检测上述显示装置所设置的场所的明亮度；

变换部，输入上述周围光检测部的检测结果，并且对修正前的图像信号进行非线性修正从而变换为修正后的图像信号；

其中，上述变换部具有非线性修正的特性分别不同的多个查找表和根据上述周围光检测部的检测结果从上述多个检查表中选择1个查找表的查找表选择部。

7.一种图像信号处理装置，是对输入到显示装置的图像信号进行非线性修正的图像信号处理装置，其特征在于，具有：

周围光检测部，检测上述显示装置所设置的场所的明亮度；

变换部，输入上述周围光检测部的检测结果和表示上述显示装置显示的最大亮度的信号，并且对修正前的图像信号进行非线性修正从而变换为修正后的图像信号；

其中，上述变换部具有非线性修正的特性分别不同的多个查找表和根据上述周围光检测部的检测结果和上述显示装置显示的最大亮度从上述多个检查表中选择1个查找表的查找表选择部。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的图像信号处理装置，其特征在于：使用运算处理装置实现上述多个查找表和上述查找表选择部的功能。

9.一种图像显示装置，具有权利要求6或权利要求7所述的图像信号处理装置。