JP2003168109A

JP2003168109A - 画像処理装置およびデータ処理装置および画像処理方法およびデータ処理方法

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Publication number: JP2003168109A
Application number: JP2001368684A
Authority: JP
Inventors: Shuki Ando; 宗棋安藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】低輝度域での階調劣化を軽減し、かつ画像が
白浮きしない画像信号を生成することが可能な逆ガンマ
変換テーブルを生成することである。【解決手段】入力される画像信号がＲＯＭ２により中
の低階調部を直線関数とし、前記画像信号中の高階調部
をガンマ関数の組み合わせからなる連続な非線形関数と
する変換関数に基づいて逆ガンマ変換処理を施して出力
すべき画像信号が生成され、該画像信号がディスプレイ
モジュール３に出力される構成を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガンマ補正がなさ
れて入力される画像信号に対して出力デバイスの出力特
性に合わせた所定の画像処理を行う画像処理装置および
データ処理装置および画像処理方法およびデータ処理方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画像情報を表示する出力デバ
イスとしてのＣＲＴディスプレイでは、γ特性といわれ
る発光輝度特性をもっているため、カソード電圧と発光
輝度の相関は直線関係にはならない。これに対応するた
めテレビ放送をはじめ一般的な各種映像信号にはＣＲＴ
のγ特性を打ち消すようにγ補正処理を行う画像処理装
置が提案されている。

【０００３】しかし、これらの映像信号をＣＲＴディス
プレイ以外のディスプレイデバイス、特に発光輝度特性
が直線に近いディスプレイにそのまま表示すると特性が
合わず、正常な表示を得ることができない。したがっ
て、映像信号にかけられているγ補正を打ち消すための
逆γ変換処理が必要となる。

【０００４】この際、逆γ変換処理はＬＵＴ（ルックア
ップテーブル）によるデジタル変換が一般的に用いられ
る。入力映像信号をＶｉ、変換後の出力画像信号をＶｏ
とすると、Ｖｏ＝Ｖｉ２．２の関係を予め計算してＲＯ
Ｍに格納し、変換はＶｉに対応するＶｏをＲＯＭから読
み出すことで行う。

【０００５】また、ＢＴａ規格では、逆γ補正の理論的
ガイドラインとして、Ｖｏ＝Ｖｉ／４（ただし、Ｖｉ＜
０．０９１３）、あるいは、Ｖｏ＝((Ｖｉ+０．１１１
５)／１．１１１５)^{１／０．４５}（ただし、Ｖｉ≧
０．０９１３）からなる変換関数（以下ＢＴａ関数と記
す）が示されている。

【０００６】なお、発光輝度特性がほぼ直線となるディ
スプレイデバイスとしては、冷陰極電子放出素子をパル
ス幅変調にて駆動する画像表示装置（特開平７−２３５
２５６号公報、特開平８−４５４１５号公報、特開２０
００−２９４２５号公報他）などが挙げられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画像処理装置において、γ＝２．２の特性カーブは、入
力映像信号Ｖｉの値が小さいときにはほぼ「０」とな
る。入力映像信号Ｖｉと出力画像信号Ｖｏの量子化ビッ
ト幅を８ビットとした場合、０≦Ｖｉ≦２０の範囲でＶ
ｏ＝０となり、０≦Ｖｉ≦６３の範囲でも出力画像信号
Ｖｏの値は０≦Ｖｏ≦２３の範囲でしか変化しない。

【０００８】すなわち、全入力域の１／４もの範囲で階
調表現力がほぼ１／３に落ちてしまい、顕著な画質劣化
が起こる。

【０００９】出力画像信号Ｖｏの量子化ビット幅を１０
ビットとすると、かなりこの現象は軽減されるが、それ
でも０≦Ｖｉ≦１８の範囲で出力画像信号Ｖｏは０≦Ｖ
ｏ≦３までしか変化せず、低輝度域での階調表現力の劣
化は避けられない。

【００１０】ＢＴａ規格の逆γ補正のガイドラインで示
されているＢＴａ関数では上記に示したような現象は起
こらない。

【００１１】しかし、このＢＴａ関数では本来のγ＝
２．２のカーブよりも出力画像信号Ｖｏが全体的に高輝
度域にシフトしてしまうため、変換後の画像が白浮きし
てしまりの無い印象を観察者（ユーザ）に与えてしま
う。

【００１２】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、本発明の目的は、ガンマ補正がなされ
て入力される画像信号中の低階調部を直線関数とし、前
記画像信号中の高階調部をガンマ関数の組み合わせから
なる連続な非線形関数とする変換関数に基づいて逆ガン
マ変換処理を施して出力すべき画像信号を生成すること
により、低輝度域での階調劣化を軽減し、かつ画像が白
浮きしない画像信号を生成処理するデータ処理環境を整
備できる画像処理装置およびデータ処理装置および画像
処理方法およびデータ処理方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の発明
は、ガンマ補正がなされている画像信号を入力する入力
手段（図１に示すＡＤコンバータ１に相当）と、前記入
力手段より入力される前記画像信号中の低階調部を直線
関数とし、前記画像信号中の高階調部をガンマ関数の組
み合わせからなる連続な非線形関数とする変換関数に基
づいて逆ガンマ変換処理を施して出力すべき画像信号を
生成する逆ガンマ変換手段（図１に示すＲＯＭ２に相
当）とを有することを特徴とする。

【００１４】本発明に係る第２の発明は、前記連続な非
線形関数は、正規化された入力信号をｘ（０≦ｘ≦１）
とし、正規化された出力信号をｆ（０≦Ｘ≦１）とし、
ガンマ定数をｇ（０＜ｇ）とし、直線定数をａ（０＜
ａ）とし、シフト定数をｚ（０＜ｚ＜１）とし、切り替
わり点をｋ（０＜ｋ＜１）とした場合に、関数ｆによ
り、ｆ＝ａｘ（０≦ｘ≦ｋ）ｆ＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚ（ｋ≦ｘ≦１）と表されることを特徴とする。

【００１５】本発明に係る第２の発明は、前記関数ｆの
２つの区間微分関数ｆ１´，ｆ２´が、ｆ１´＝ａｆ２´ ＝ｇｚｘ^g- ^１と表される場合に、ｘ＝ｋのときに同値となるように前
記シフト定数ｚおよび前記切り替わり点ｋを定めること
を特徴とする。

【００１６】本発明に係る第４の発明は、前記逆ガンマ
変換手段により補正された出力信号を表示する表示手段
を有することを特徴とする。

【００１７】本発明に係る第５の発明は、前記逆ガンマ
変換手段は、前記関数ｆで表される逆ガンマ変換処理を
行うための逆ガンマ変換処理テーブルを含む複数の逆ガ
ンマ変換処理テーブルを備えることを特徴とする。

【００１８】本発明に係る第６の発明は、前記直線定数
ａは、入力される画像信号の階調数Ｄｉと出力される画
像信号の階調数Ｄｏの比Ｄｉ／Ｄｏで決定されることを
特徴とする。

【００１９】本発明に係る第７の発明は、前記直線定数
ａは、入力される画像信号の階調数Ｄｉと出力される画
像信号の階調数Ｄｏの比Ｄｉ／Ｄｏの１／ｎに等しいこ
とを特徴とする。

【００２０】本発明に係る第８の発明は、前記画像信号
の階調数Ｄｏが出力する画像信号を表示する表示手段で
表現可能な階調数に等しいことを特徴とする。

【００２１】本発明に係る第９の発明は、前記逆ガンマ
変換テーブルに基づき出力される画像信号に対して所定
の擬似階調処理を施す画像処理手段を有することを特徴
とする。

【００２２】本発明に係る第１０の発明は、前記画像処
理手段は、前記逆ガンマ変換テーブルに基づき出力され
る画像信号の階調数Ｄｏを該画像信号を表示する表示手
段の階調数に合わせるように画像処理を行うことを特徴
とする。

【００２３】本発明に係る第１１の発明は、前記表示手
段は、走査配線および変調配線を介してマトリクス上に
配置された複数の電子放出素子を備え、前記電子放出素
子から放出される電子ビームを蛍光体に照射させて画像
を表示することを特徴とする。

【００２４】本発明に係る第１２の発明は、前記電子放
出素子が表面伝導型放出素子であることを特徴とする。

【００２５】本発明に係る第１３の発明は、前記電子放
出素子がＦＥ型であることを特徴とする。

【００２６】本発明に係る第１４の発明は、前記電子放
出素子がＭＩＭ型であることを特徴とする。

【００２７】本発明に係る第１５の発明は、直線特性を
有する画像信号を入力する入力手段と、前記入力手段よ
り入力される前記画像信号中の低階調部を直線関数と
し、前記画像信号中の高階調部をガンマ関数の組み合わ
せからなる連続な非線形関数とする変換関数に基づいて
ガンマ変換処理を施して出力すべき画像信号を生成する
ガンマ変換手段とを有する画像処理装置であって、前記
連続な非線形関数は、正規化された入力信号をＸ（０≦
Ｘ≦１）とし、正規化された出力信号をＦ（０≦Ｆ≦
１）とし、ガンマ定数をｇ（０＜ｇ）とし、直線定数を
ａ（０＜ａ）とし、シフト定数をＺ（０＜Ｚ＜１）と
し、切り替わり点をＫ（０＜Ｋ＜１）とした場合に、関
数Ｆにより、Ｆ＝（１／ａ）Ｘ（０≦Ｘ≦Ｋ）Ｆ＝（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）^１／ｇ（Ｋ≦Ｘ≦１）と表されることを特徴とする。

【００２８】本発明に係る第１６の発明は、前記関数Ｆ
の２つの区間微分関数Ｆ１´，Ｆ２´が、Ｆ１´＝１／ａＦ２´＝（１／ｇＺ）・（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）
^{（１／ｇ）−１} と表される場合に、Ｘ＝Ｋのときに同値となるように前
記シフト定数Ｚおよび前記切り替わり点Ｋを定めること
を特徴とする。

【００２９】本発明に係る第１７の発明は、ガンマ補正
がなされている画像信号を表示手段に出力する画像処理
装置における画像処理方法であって、入力される前記画
像信号中の低階調部を直線関数とし、前記画像信号中の
高階調部をガンマ関数の組み合わせからなる連続な非線
形関数とする変換関数に基づいて逆ガンマ変換処理を施
して出力すべき画像信号を生成する逆ガンマ変換ステッ
プ（図示しない）を有することを特徴とする。

【００３０】本発明に係る第１８の発明は、前記連続な
非線形関数は、正規化された入力信号をｘ（０≦ｘ≦
１）とし、正規化された出力信号をｆ（０≦ｘ≦１）と
し、ガンマ定数をｇ（０＜ｇ）とし、直線定数をａ（０
＜ａ）とし、シフト定数をｚ（０＜ｚ＜１）とし、切り
替わり点をｋ（０＜ｋ＜１）とした場合に、関数ｆによ
り、ｆ＝ａｘ（０≦ｘ≦ｋ）ｆ＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚ（ｋ≦ｘ≦１）と表されることを特徴とする。

【００３１】本発明に係る第１９の発明は、前記関数ｆ
の２つの区間微分関数ｆ１´，ｆ２´が、ｆ１´＝ａｆ２´＝ｇｚｘ^g- ^１と表される場合に、ｘ＝ｋのときに同値となるように前
記シフト定数ｚおよび前記切り替わり点ｋを定めること
を特徴とする。

【００３２】本発明に係る第２０の発明は、前記直線定
数ａは、入力される画像信号の階調数Ｄｉと出力される
画像信号の階調数Ｄｏの比Ｄｉ／Ｄｏで決定されること
を特徴とする。

【００３３】本発明に係る第２１の発明は、前記直線定
数ａは、入力される画像信号の階調数Ｄｉと出力される
画像信号の階調数Ｄｏの比Ｄｉ／Ｄｏの１／ｎに等しい
ことを特徴とする。

【００３４】本発明に係る第２２の発明は、前記画像信
号の階調数Ｄｏが出力する画像信号を表示する表示手段
で表現可能な階調数に等しいことを特徴とする。

【００３５】本発明に係る第２３の発明は、前記逆ガン
マ変換ステップから出力される画像信号に対して所定の
擬似階調処理を施す画像処理ステップを有することを特
徴とする。

【００３６】本発明に係る第２４の発明は、前記画像処
理ステップは、前記逆ガンマ変換ステップから出力され
る画像信号の階調数Ｄｏを該画像信号を表示する表示手
段の階調数に合わせるように画像処理を行うことを特徴
とする。

【００３７】本発明に係る第２５の発明は、直線特性を
有する画像信号にγ変換を施す画像処理装置における画
像処理方法であって、入力される前記画像信号中の低階
調部を直線関数とし、前記画像信号中の高階調部をガン
マ関数の組み合わせからなる連続な非線形関数とする変
換関数に基づいてガンマ変換処理を施して出力すべき画
像信号を生成するガンマ変換ステップを有し、前記連続
な非線形関数は、正規化された入力信号をＸ（０≦Ｘ≦
１）とし、正規化された出力信号をＦ（０≦Ｆ≦１）と
し、ガンマ定数をｇ（０＜ｇ）とし、直線定数をａ（０
＜ａ）とし、シフト定数をＺ（０＜Ｚ＜１）とし、切り
替わり点をＫ（０＜Ｋ＜１）とした場合に、関数Ｆによ
り、Ｆ＝（１／ａ）Ｘ（０≦Ｘ≦Ｋ）Ｆ＝（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）^１／ｇ（Ｋ≦Ｘ≦１）と表されることを特徴とする。

【００３８】本発明に係る第２６の発明は、前記関数Ｆ
の２つの区間微分関数Ｆ１´，Ｆ２´が、Ｆ１´＝１／ａＦ２´＝（１／ｇＺ）・（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）
^{（１／ｇ）−１} と表される場合に、Ｘ＝Ｋのときに同値となるように前
記シフト定数Ｚおよび前記切り替わり点Ｋを定めること
を特徴とする。

【００３９】本発明に係る第２７の発明は、入力される
ガンマ補正されている画像信号に対して所定の逆ガンマ
変換処理を行うための逆ガンマ変換テーブルを生成する
データ処理装置であって、入力される前記画像信号中の
低階調部を直線関数とし、前記画像信号中の高階調部を
ガンマ関数の組み合わせからなる連続な非線形関数とす
る変換関数に基づいて逆ガンマ変換処理を施して出力す
べき画像信号を生成するための逆ガンマ変換テーブルを
生成する生成手段（図１に示すＣＰＵ５に相当）と、前
記生成手段により生成される前記逆ガンマ変換テーブル
を不揮発性記憶媒体に書き込む書込み手段（図１に示す
ライタ６に相当）とを有することを特徴とする。

【００４０】本発明に係る第２８の発明は、前記連続な
非線形関数は、正規化された入力信号をｘ（０≦ｘ≦
１）とし、正規化された出力信号をｆ（０≦Ｘ≦１）と
し、ガンマ定数をｇ（０＜ｇ）とし、直線定数をａ（０
＜ａ）とし、シフト定数をｚ（０＜ｚ＜１）とし、切り
替わり点をｋ（０＜ｋ＜１）とした場合に、関数ｆによ
り、ｆ＝ａｘ（０≦ｘ≦ｋ）ｆ＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚ（ｋ≦ｘ≦１）と表されることを特徴とする。

【００４１】本発明に係る第２９の発明は、前記関数ｆ
の２つの区間微分関数ｆ１´，ｆ２´が、ｆ１´＝ａｆ２´ ＝ｇｚｘ^g- ^１と表される場合に、ｘ＝ｋのときに同値となるように前
記シフト定数ｚおよび前記切り替わり点ｋを定めること
を特徴とする。

【００４２】本発明に係る第３０の発明は、入力される
ガンマ補正されている画像信号に対して所定の逆ガンマ
変換処理を行うための逆ガンマ変換テーブルを生成する
データ処理装置におけるデータ処理方法であって、入力
される前記画像信号中の低階調部を直線関数とし、前記
画像信号中の高階調部をガンマ関数の組み合わせからな
る連続な非線形関数とする変換関数に基づいて逆ガンマ
変換処理を施して出力すべき画像信号を生成するための
逆ガンマ変換テーブルを生成する生成ステップ（図２に
示すステップ（１）〜（４））と、前記生成ステップに
より生成される前記逆ガンマ変換テーブルを不揮発性記
憶媒体に書き込む書込みステップ（図２に示すステップ
（５））とを有することを特徴とする。

【００４３】本発明に係る第３１の発明は、前記連続な
非線形関数は、正規化された入力信号をｘ（０≦ｘ≦
１）とし、正規化された出力信号をｆ（０≦ｘ≦１）と
し、ガンマ定数をｇ（０＜ｇ）とし、直線定数（０＜
ａ）とし、シフト定数をｚ（０＜ｚ＜１）とし、切り替
わり点をｋ（０＜ｋ＜１）とした場合に、関数ｆによ
り、ｆ＝ａｘ（０≦ｘ≦ｋ）ｆ＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚ（ｋ≦ｘ≦１）と表されることを特徴とする。

【００４４】本発明に係る第３２の発明は、前記関数ｆ
の２つの区間微分関数ｆ１´，ｆ２´が、ｆ１´＝ａｆ２´ ＝ｇｚｘ^g- ^１と表される場合に、ｘ＝ｋのときに同値となるように前
記シフト定数ｚおよび前記切り替わり点ｋを定めること
を特徴とする。

【００４５】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕図１は、本発明
の第１実施形態を示す画像処理装置とデータ処理装置と
の構成を説明するブロック図であり、（ａ）は情報処理
装置８に対応し、（ｂ）は画像処理装置７に対応する。
なお、画像処理装置７に組み込まれるＲＯＭ２は、デー
タ処理装置８のライタ６を介して、後述する逆γ変換特
性を備える逆γ変換テーブルが書き込まれているものと
する。

【００４６】図１に示す画像処理装置７おいて、１は８
ビットのＡＤコンバータである。２はＲＯＭで、後述す
る情報処理装置８により生成される逆γ変換テーブルが
書き込まれており、例えば１０ビット＊２５６ワードの
ＲＯＭによって構成されている。３はデジタル映像信号
を表示するディスプレイモジュールである。また、表示
装置全体には不図示のタイミングコントローラ、制御用
マイクロコントローラなども含まれる。

【００４７】図１に示す情報処理装置８において、５は
ＣＰＵで、図示しないハードディスク等の記憶装置から
所定の制御プログラムを読み出して、ＲＯＭ２に書き込
むべき逆γ変換テーブルを生成し、該逆γ変換テーブル
がライタ６を介してＲＯＭ２に書き込まれる構成として
いる。なお、情報処理装置と画像処理装置とは別ユニッ
トとして構成される。

【００４８】画像処理装置７において、Ｓ１はアナログ
映像信号であり、該アナログ映像信号Ｓ１はＡＤコンバ
ータ１により、例えば８ビットのデジタル映像信号Ｓ２
に変換される。そして、８ビットのデジタル映像信号Ｓ
２は後段のＲＯＭ２により、例えば１０ビットのデジタ
ル映像信号に変換された後、ディスプレイモジュール３
に表示される。

【００４９】上記のように構成された画像処理装置にお
いて、ＡＤコンバータ１は表示装置に入力されたアナロ
グ映像信号Ｓ１を８ビットに量子化し、８ビットデジタ
ル映像信号Ｓ２を出力する。

【００５０】ＲＯＭ２は、ＡＤコンバータ１から出力さ
れる８ビットデジタル映像信号Ｓ２のとり得る値（０〜
２５５）に対して予め変換後の値を計算し、８ビットデ
ジタル映像信号Ｓ２の値をインデックスとして対応する
ＲＯＭ２のアドレスに変換後の値を格納しておく。な
お、上記ＲＯＭ２に格納するべき値の計算方法について
は後述する。

【００５１】実際の変換処理は、８ビットのデジタル映
像信号Ｓ２をアドレスとして、ＲＯＭ２に入力すれば、
変換後の値がデータとして逆γ変換部から出力されるの
で、これを例えば１０ビットのデジタル映像信号Ｓ３と
する。

【００５２】そして、ディスプレイモジュール３は、図
示しないディスプレイパネルとその駆動回路などから構
成される。ディスプレイパネルは冷陰極電子放出素子を
用いた薄型ディスプレイパネルが好適であるが、もちろ
ん他のタイプのディスプレイでもかまわない。

【００５３】なお、ディスプレイモジュールの詳細な構
成例としては、本出願人による特開２０００−２９４２
５号公報に説明されている画像表示装置などが挙げられ
る。以下、本実施形態では、階調表現力が例えば１０ビ
ットのディスプレイパネルを使用したディスプレイモジ
ュールを用いたとして説明する。

【００５４】入力された１０ビットのデジタル映像信号
Ｓ３は図示しない駆動回路に入力され、ディスプレイパ
ネルに１０ビットの階調を持つ画像として表示される。

【００５５】以下、ＲＯＭ２に格納（書き込む）すべき
値の生成方法について説明する。

【００５６】一般的な逆γ変換(縺?Q．２)の変換関数
は、ｆ＝ｘ^２．２で表されるが、本実施形態では変換
関数として下記第（１）式，第（２）式に従う連続な非
線形関数を採用している。

【００５７】ｆ＝ａｘ（０≦ｘ≦ｋ）……（１）ｆ＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚ（ｋ≦ｘ≦１）……（２）を採用としている。なお、変換関数ｆを示す式中のｘは
正規化された入力信号（０≦ｘ≦１）を表し、ｆは正規
化された出力信号（０≦ｆ≦１）を表し、ｇはガンマ定
数（０＜ｇ）を表し、ａは直線定数（０＜ａ）を表し、
ｚはシフト定数（０＜ｚ＜１）を表し、ｋは切り替わり
点（０＜ｋ＜１）を表す。

【００５８】次に、変換関数の各定数の決定処理方法を
図２に示すフローチャートを参照して説明する。

【００５９】図２は、本発明に係るデータ処理装置にお
けるデータ処理手順の一例を示すフローチャートであ
り、逆γ変換テーブルの生成および書き込み処理手順に
対応する。なお、（１）〜（５）は各ステップを示す。

【００６０】先ず、ＣＰＵ５は、制御プログラムに基づ
き、上記第（１）式中のガンマ定数ｇを決定する
（１）。これは入力される信号の特性のガンマ値をその
まま用いる。ここではγ＝２．２であるので、ｇ＝２．
２とする。

【００６１】次に、直線定数ａを決定する（２）。直線
定数ａは低輝度部の直線区間の傾きである。直線定数ａ
が小さければ小さいほど変換関数は本来のγ関数に近づ
き（漸近し）、輝度のずれが少なくなる。

【００６２】また、後でテーブル化したときに入出力関
係が１対１に対応すると表現可能な階調数が最大にな
る。したがって、ＲＯＭ２の入力信号との階調数Ｄｉと
出力信号の階調数Ｄｏを用いて、ａ＝Ｄｉ／Ｄｏとする
と最良の結果が得られる。

【００６３】具体的に、本実施形態の場合では、例えば
８ビットのデジタル映像信号Ｓ２の階調数Ｄｉは「２５
６」、例えば１０ビットのデジタル映像信号Ｓ３の階調
数Ｄｏは１０２４であるので、ａ＝２５６／１０２４＝
１／４とする。

【００６４】次に、ＣＰＵ５はシフト定数ｚおよび切り
替わり点ｋを算出する（３）。

【００６５】なお、変換関数は、２つの区間関数から成
っており、この二つの関数を連続かつ滑らかにつなぐと
最良の結果が得られる。２つの区間関数を、ｆ１＝ａ
ｘ，ｆ２＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚとすると、それぞれの微分
関数は、ｆ１´＝ａ、ｆ２´＝ｇｚｘ^g- ^１となる。連
続かつ滑らかにつながればよいので、ｆ１＝ｆ２，ｆ１
´＝ｆ２´の連立方程式をｘ，ｚについて解く。そし
て、求まったｚがシフト定数ｚ、ｘが切り替わり点ｋと
なる。具体的に本実施形態の場合では、ｚ≒０．９７
７、ｋ≒０．１６６となる。この値は数値計算によって
求めた解である。

【００６６】なお、最終的にテーブル化するときに量子
化するので、数値計算による近似解でも事実上特に問題
はない。

【００６７】以上により必要な定数はすべて求まり、変
換関数は、ｆ＝ｘ／４（０≦ｘ≦０．１６６）ｆ＝０．９７７ｘ^２．２＋０．０２３（０．１６６
≦ｘ≦１）となる。さらに、正規化されている入出力範
囲を実際の値にスケーリングすると、Ｓ３＝Ｓ２（０≦Ｓ２≦４２）Ｓ３＝９９９＊（Ｓ２／２５５）^２．２＋２４（４２
＜Ｓ２≦２５５）が得られる（４）。

【００６８】これを入力範囲の「０〜２５５」について
それぞれＣＰＵ５が計算し、得られた計算結果をライタ
６を介してＲＯＭ２に書き込み（５）、本処理を終了す
る。

【００６９】これにより、第１実施形態における変換関
数は、図３に示すような特性を示すものとなる。

【００７０】図３は、図１に示したＲＯＭ２に書き込ま
れる逆γ変換関数特性を示す図であり、縦軸は出力レベ
ルを示し、横軸は入力レベルを示す。また、太実線が本
発明に係る逆γ変換関数特性を示し、破線がＢＴＡ特性
を示し、細実線がγ＝２．２のガンマ関数を示す。

【００７１】図３に示すように、この変換関数をＢＴＡ
関数と比較すると、低輝度域の直線区間は同一線上に乗
るが、曲線区間ではγ＝２．２のカーブにより近い特性
をもつために、全体的な輝度レベルがγ＝２．２のγ関
数に近くなる。この結果、ＲＯＭ２が組み込まれる画像
処理装置における出力装置に対する低輝度域での階調劣
化が改善される。

【００７２】〔第２実施形態〕なお、上記第１実施形態
では、直線定数ａが１／４の場合について説明したが、
もっと小さい値に設定する場合も第１実施形態とほぼ同
様の構成、手法にて本発明を適用することが可能であ
る。以下、本実施形態について説明する。

【００７３】なお、第２実施形態では、直線定数ａをＤ
ｉ／Ｄｏのさらに１／ｎ、例えばａ＝１／８に設定する
場合を説明する。

【００７４】第１実施形態と同様に各定数を計算する
と、シフト定数ｚ（ｚ＝０．９９３７），切り替わり点
ｋ（ｋ＝０．０９２１）を得る。

【００７５】なお、本実施形態では、Ｄｉ／Ｄｏ≠ａで
あるので、低輝度部における階調表現力は１／２に低下
するが、入力に対して出力が「０」に固定される輝度域
が無いので、それほど悪い階調表現力とはならない。

【００７６】図４は、図１に示したＲＯＭ２に書き込ま
れる他の逆γ変換関数特性を示す図であり、縦軸は出力
レベルを示し、横軸は入力レベルを示す。また、太実線
が本発明に係る逆γ変換関数特性を示し、破線がＢＴＡ
特性を示し、細実線がγ＝２．２のガンマ関数を示す。

【００７７】図４に示すように、直線定数ａ値が小さい
ことにより得られた変換関数の特性はγ＝２．２のガン
マ関数により近くなる。この結果、低輝度域での階調劣
化が改善される。

【００７８】なお、上記実施形態における情報処理装置
における逆ガンマ変換テーブル生成および生成された逆
ガンマ変換テーブルをＲＯＭ２に書き込む一連の処理、
すなわち逆ガンマ変換テーブル処理方法として本発明を
適用することも本発明の適用範囲に属する。

【００７９】〔第３実施形態〕上記第１，第２実施形態
では、ＲＯＭ２とディスプレイモジュール３との間に特
定の画像処理を行うことなく変換された出力画像信号が
出力される場合について説明したが、ディスプレイモジ
ュール３で実質的に表現可能な階調数がディザ法などの
手段を用いて拡大（拡張）されている場合もほぼ同様の
構成、手法にて本発明を適用することが可能である。以
下、その実施形態について説明する。

【００８０】図５は、本発明の第３実施形態を示す画像
処理装置における構成を説明するブロック図であり、図
１と同一のものには同一の符号を付してある。

【００８１】図５において、４は擬似階調を発生させる
ディザ処理部である。Ｓ４は例えば１２ビットデジタル
映像信号である。

【００８２】図５に示すように構成された画像処理装置
において、ディザ処理部４は、例えば１２ビットのデジ
タル映像信号Ｓ４を入力し、２×２のディザリング処理
を行って、例えば１０ビット階調＋２ビット擬似階調に
変換して、例えば１０ビットのデジタル映像信号Ｓ３を
出力する。

【００８３】なお、２はＲＯＭで、１２ビット出力とな
り１２ビット＊２５６ワードで構成され、後述する逆γ
変換関数特性の逆γ変換テーブルが書き込まれている。
そして、８ビットのデジタル映像信号をアドレスとして
ＲＯＭ２に入力すると、変換後の値がデータとしてＲＯ
Ｍ２から出力されるので、これを１２ビットのデジタル
映像信号Ｓ４とする。また、ＲＯＭ２の変換関数の計算
方法も第１実施形態とほぼ同様である。

【００８４】入力信号である８ビットのデジタル映像信
号Ｓ２の階調数Ｄｉは「２５６」、出力信号である１２
ビットのデジタル映像信号Ｓ４の階調数Ｄｏは「４０９
６」であるので、直線定数ａは１／１６とする。以下上
述した手順と同様に計算処理して、シフト定数ｚ（ｚ＝
０．９９８３）と、切り替わり点ｋ（ｋ＝０．０５１
５）を得る。その他の構成、方法については第１実施形
態と同様である。

【００８５】図６は、図５に示したＲＯＭ２に書き込ま
れる更に他の逆γ変換関数特性を示す図であり、縦軸は
出力レベルを示し、横軸は入力レベルを示す。また、太
実線が本発明に係る逆γ変換関数特性を示し、破線がＢ
ＴＡ特性を示し、細実線がγ＝２．２のガンマ関数を示
す。

【００８６】図６に示すように、直線定数ａは１／１６
であるので、得られた変換関数はγ＝２．２のガンマ関
数に非常に近くなるが、低輝度域においては入出力の１
対１の関係は保たれており、階調性の劣化は起こらず良
好な変換結果が得られる。得られた変換関数とγ＝２．
２のγ関数、ＢＴＡ関数との比較を図６に示す。

【００８７】〔第４実施形態〕上記第１実施形態では、
画像処理装置として、図１に示すようなアナログ系のデ
ィスプレイモジュール３を例として説明したが、デジタ
ル撮像装置にも本発明を適用することが可能である。以
下、その実施形態について説明する。

【００８８】図７は、本発明の第４実施形態を示す画像
処理装置の構成を説明するブロック図である。

【００８９】図７において、１５は撮像部であり、ＣＣ
ＤやＣ−ＭＯＳセンサなどの撮像素子である。１６はＡ
Ｄコンバータであり、撮像部１５の出力したアナログ信
号（撮像信号）Ｓ５を、例えば１０ビットのデジタル撮
像信号Ｓ６に変換する。１７は例えば８ビット＊１０２
４ワードのＲＯＭで、後述する特性の関数で定義される
ガンマ補正テーブルが書き込まれており、デジタル撮像
信号Ｓ６を入力としてγ補正処理して、例えば８ビット
のデジタル撮像信号Ｓ７を出力する。

【００９０】上記のように構成された画像処理装置にお
いて、撮像部１５により撮像された画像光が電気信号に
変換され、アナログ撮像信号Ｓ５をＡＤコンバータ１６
に出力する。そして、ＡＤコンバータ１６はアナログ撮
像信号Ｓ５が入力されると、例えば１０ビットに量子化
して１０ビットのデジタル撮像信号Ｓ６をＲＯＭ１７に
出力する。

【００９１】そして、ＲＯＭ１７は１０ビットのデジタ
ル撮像信号Ｓ６が入力されると、記憶された変換テーブ
ルに基づき、ガンマ補正を行い、８ビットのデジタル撮
像信号Ｓ７を図示しない出力部に出力する。動作の仕組
みは第１実施形態におけるＲＯＭ２と同様である。

【００９２】なお、補正用のγ関数に通常のＦ＝Ｘ
^{１／２．２}を用いると低輝度域において出力の８ビッ
トのデジタル撮像信号の値が飛び飛びになってしまい、
８ビットの階調を使い切ることができず表現力が低下す
る。

【００９３】そこで、補正用のγ関数に本発明による逆
γ変換関数の逆関数を用いる。Ｆ＝（１／ａ）Ｘ（０≦Ｘ≦Ｋ）Ｆ＝（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）^１／ｇ（Ｋ≦Ｘ≦１）

【００９４】また、ガンマ定数ｇおよび直線定数ａは第
１実施形態における逆ガンマ変換で用いた定数に対応し
ている。シフト定数Ｚおよび切り替わり点Ｋは第１実施
形態と同様に２つの区間微分関数（Ｆ１´，Ｆ２´）を
用いて、Ｆ１´＝１／ａＦ２´＝（１／ｇＺ）・（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）
^{（１／ｇ）−１} Ｆ１＝Ｆ２、Ｆ１´＝Ｆ２´の連立方程式をＸ，Ｚにつ
いて解き、求まったＺをシフト定数Ｚ、Ｘを切り替わり
点Ｋとする。

【００９５】以上で得られたガンマ補正関数を記憶され
たＲＯＭ１７を画像処理装置内で用いることによって、
８ビットのデジタル撮像信号Ｓ７の出力の階調をすべて
使い切り、撮像信号を出力する出力部において階調表現
力を向上させることが可能となる。

【００９６】なお、上記実施形態における画像処理装置
における画像処理方法として本発明を適用することも本
発明の適用範囲に属する。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る第１
〜第３２の発明によれば、入力されるガンマ補正がなさ
れている画像信号中の低階調部を直線関数とし、前記画
像信号中の高階調部をガンマ関数の組み合わせからなる
連続な非線形関数とする変換関数に基づいて逆ガンマ変
換処理を施して出力すべき画像信号を生成するので、低
輝度域での階調劣化を軽減し、かつ画像が白浮きしない
画像信号を生成できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す画像処理装置とデ
ータ処理装置との構成を説明するブロック図である。

【図２】本発明に係るデータ処理装置におけるデータ処
理手順の一例を示すフローチャートである。

【図３】図１に示したＲＯＭに書き込まれる逆γ変換関
数特性を示す図である。

【図４】図１に示したＲＯＭに書き込まれる他の逆γ変
換関数特性を示す図である。

【図５】本発明の第３実施形態を示す画像処理装置にお
ける構成を説明するブロック図である。

【図６】図５に示したＲＯＭに書き込まれる更に他の逆
γ変換関数特性を示す図である。

【図７】本発明の第４実施形態を示す画像処理装置の構
成を説明するブロック図である。

【符号の説明】

１ＡＤコンバータ２ＲＯＭ３ディスプレイモジュール４ディザ処理部５ＣＰＵ６ライタ７データ処理装置８画像処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガンマ補正がなされている画像信号を入
力する入力手段と、前記入力手段より入力される前記画像信号中の低階調部
を直線関数とし、前記画像信号中の高階調部をガンマ関
数の組み合わせからなる連続な非線形関数とする変換関
数に基づいて逆ガンマ変換処理を施して出力すべき画像
信号を生成する逆ガンマ変換手段と、を有することを特
徴とする画像処理装置。
【請求項２】前記連続な非線形関数は、正規化された
入力信号をｘ（０≦ｘ≦１）とし、正規化された出力信
号をｆ（０≦ｆ≦１）とし、ガンマ定数をｇ（０＜ｇ）
とし、直線定数をａ（０＜ａ）とし、シフト定数をｚ
（０＜ｚ＜１）とし、切り替わり点をｋ（０＜ｋ＜１）
とした場合に、関数ｆにより、ｆ＝ａｘ（０≦ｘ≦ｋ）ｆ＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚ（ｋ≦ｘ≦１）と表されることを特徴とする請求項１記載の画像処理装
置。
【請求項３】前記関数ｆの２つの区間微分関数ｆ１
´，ｆ２´が、ｆ１´＝ａｆ２´＝ｇｚｘ^g- ^１と表される場合に、ｘ＝ｋのときに同値となるように前
記シフト定数ｚおよび前記切り替わり点ｋを定めること
を特徴とする請求項１または２記載の画像処理装置。
【請求項４】前記逆ガンマ変換手段により補正された
出力信号を表示する表示手段を有することを特徴とする
請求項１記載の画像処理装置。
【請求項５】前記逆ガンマ変換手段は、前記関数ｆで
表される逆ガンマ変換処理を行うための逆ガンマ変換処
理テーブルを含む複数の逆ガンマ変換処理テーブルを備
えることを特徴とする請求項４記載の画像処理装置。
【請求項６】前記直線定数ａは、入力される画像信号
の階調数Ｄｉと出力される画像信号の階調数Ｄｏの比Ｄ
ｉ／Ｄｏで決定されることを特徴とする請求項２記載の
画像処理装置。
【請求項７】前記直線定数ａは、入力される画像信号
の階調数Ｄｉと出力される画像信号の階調数Ｄｏの比Ｄ
ｉ／Ｄｏの１／ｎに等しいことを特徴とする請求項１ま
たは２記載の画像処理装置。
【請求項８】前記画像信号の階調数Ｄｏが出力する画
像信号を表示する表示手段で表現可能な階調数に等しい
ことを特徴とする請求項７または８記載の画像処理装
置。
【請求項９】前記逆ガンマ変換テーブルに基づき出力
される画像信号に対して所定の擬似階調処理を施す画像
処理手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像
処理装置。
【請求項１０】前記画像処理手段は、前記逆ガンマ変
換テーブルに基づき出力される画像信号の階調数Ｄｏを
該画像信号を表示する表示手段の階調数に合わせるよう
に画像処理を行うことを特徴とする請求項１０記載の画
像処理装置。
【請求項１１】前記表示手段は、走査配線および変調
配線を介してマトリクス上に配置された複数の電子放出
素子を備え、前記電子放出素子から放出される電子ビー
ムを蛍光体に照射させて画像を表示することを特徴とす
る請求項４，８，１０のいずれかに記載の画像処理装
置。
【請求項１２】前記電子放出素子が表面伝導型放出素
子であることを特徴とする請求項１１記載の画像処理装
置。
【請求項１３】前記電子放出素子がＦＥ型であること
を特徴とする請求項１１記載の画像処理装置。
【請求項１４】前記電子放出素子がＭＩＭ型であるこ
とを特徴とする請求項１１記載の画像処理装置。
【請求項１５】直線特性を有する画像信号を入力する
入力手段と、前記入力手段より入力される前記画像信号
中の低階調部を直線関数とし、前記画像信号中の高階調
部をガンマ関数の組み合わせからなる連続な非線形関数
とする変換関数に基づいてガンマ変換処理を施して出力
すべき画像信号を生成するガンマ変換手段とを有する画
像処理装置であって、前記連続な非線形関数は、正規化された入力信号をＸ
（０≦Ｘ≦１）とし、正規化された出力信号をＦ（０≦
Ｆ≦１）とし、ガンマ定数をｇ（０＜ｇ）とし、直線定
数（０＜ａ）とし、シフト定数をＺ（０＜Ｚ＜１）と
し、切り替わり点をＫ（０＜Ｋ＜１）とした場合に、関
数Ｆにより、Ｆ＝（１／ａ）Ｘ（０≦Ｘ≦Ｋ）Ｆ＝（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）^１／ｇ（Ｋ≦Ｘ≦１）と表されることを特徴とする画像処理装置。
【請求項１６】前記関数Ｆの２つの区間微分関数Ｆ１
´，Ｆ２´が、Ｆ１´＝１／ａＦ２´＝（１／ｇＺ）・（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）^（ ^1/
^ｇ） ^-1 と表される場合に、Ｘ＝Ｋのときに同値となるように前
記シフト定数Ｚおよび前記切り替わり点Ｋを定めること
を特徴とする請求項１５記載の画像処理装置。
【請求項１７】ガンマ補正がなされている画像信号を
表示手段に出力する画像処理装置における画像処理方法
であって、入力される前記画像信号中の低階調部を直線
関数とし、前記画像信号中の高階調部をガンマ関数の組
み合わせからなる連続な非線形関数とする変換関数に基
づいて逆ガンマ変換処理を施して出力すべき画像信号を
生成する逆ガンマ変換ステップを有することを特徴とす
る画像処理方法。
【請求項１８】前記連続な非線形関数は、正規化され
た入力信号をｘ（０≦ｘ≦１）とし、正規化された出力
信号をｆ（０≦ｘ≦１）とし、ガンマ定数をｇ（０＜
ｇ）とし、直線定数（０＜ａ）とし、シフト定数をｚ
（０＜ｚ＜１）とし、切り替わり点をｋ（０＜ｋ＜１）
とした場合に、関数ｆにより、ｆ＝ａｘ（０≦ｘ≦ｋ）ｆ＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚ（ｋ≦ｘ≦１）と表されることを特徴とする請求項１７記載の画像処理
方法。
【請求項１９】前記関数ｆの２つの区間微分関数ｆ１
´，ｆ２´が、ｆ１´＝ａｆ２´＝ｇｚｘ^g- ^１と表される場合に、ｘ＝ｋのときに同値となるように前
記シフト定数ｚおよび前記切り替わり点ｋを定めること
を特徴とする請求項１７または１８記載の画像処理方
法。
【請求項２０】前記直線定数ａは、入力される画像信
号の階調数Ｄｉと出力される画像信号の階調数Ｄｏの比
Ｄｉ／Ｄｏで決定されることを特徴とする請求項１８ま
たは１９記載の画像処理方法。
【請求項２１】前記直線定数ａは、入力される画像信
号の階調数Ｄｉと出力される画像信号の階調数Ｄｏの比
Ｄｉ／Ｄｏの１／ｎに等しいことを特徴とする請求項１
８または１９記載の画像処理方法。
【請求項２２】前記画像信号の階調数Ｄｏが出力する
画像信号を表示する表示手段で表現可能な階調数に等し
いことを特徴とする請求項２０または２１記載の画像処
理方法。
【請求項２３】前記逆ガンマ変換ステップから出力さ
れる画像信号に対して所定の擬似階調処理を施す画像処
理ステップを有することを特徴とする請求項１７記載の
画像処理方法。
【請求項２４】前記画像処理ステップは、前記逆ガン
マ変換ステップから出力される画像信号の階調数Ｄｏを
該画像信号を表示する表示手段の階調数に合わせるよう
に画像処理を行うことを特徴とする請求項２３記載の画
像処理方法。
【請求項２５】直線特性を有する画像信号にγ変換を
施す画像処理装置における画像処理方法であって、入力される前記画像信号中の低階調部を直線関数とし、
前記画像信号中の高階調部をガンマ関数の組み合わせか
らなる連続な非線形関数とする変換関数に基づいてガン
マ変換処理を施して出力すべき画像信号を生成するガン
マ変換ステップを有し、前記連続な非線形関数は、正規化された入力信号をＸ
（０≦Ｘ≦１）とし、正規化された出力信号をＦ（０≦
Ｆ≦１）とし、ガンマ定数をｇ（０＜ｇ）とし、直線定
数をａ（０＜ａ）とし、シフト定数をＺ（０＜Ｚ＜１）
とし、切り替わり点をＫ（０＜Ｋ＜１）とした場合に、
関数Ｆにより、Ｆ＝（１／ａ）Ｘ（０≦Ｘ≦Ｋ）Ｆ＝（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）１／ｇ（Ｋ≦Ｘ≦１）と表されることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２６】前記関数Ｆの２つの区間微分関数Ｆ１
´，Ｆ２´が、Ｆ１´＝１／ａＦ２´＝（１／ｇＺ）・（（Ｘ−１）／Ｚ）＋１）
^{（１／ｇ）−１} と表される場合に、Ｘ＝Ｋのときに同値となるように前
記シフト定数Ｚおよび前記切り替わり点Ｋを定めること
を特徴とする請求項２５記載の画像処理方法。
【請求項２７】入力されるガンマ補正されている画像
信号に対して所定の逆ガンマ変換処理を行うための逆ガ
ンマ変換テーブルを生成するデータ処理装置であって、
入力される前記画像信号中の低階調部を直線関数とし、
前記画像信号中の高階調部をガンマ関数の組み合わせか
らなる連続な非線形関数とする変換関数に基づいて逆ガ
ンマ変換処理を施して出力すべき画像信号を生成するた
めの逆ガンマ変換テーブルを生成する生成手段と、前記
生成手段により生成される前記逆ガンマ変換テーブルを
不揮発性記憶媒体に書き込む書込み手段と、を有するこ
とを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２８】前記連続な非線形関数は、正規化され
た入力信号をｘ（０≦ｘ≦１）とし、正規化された出力
信号をｆ（０≦ｘ≦１）とし、ガンマ定数をｇ（０＜
ｇ）とし、直線定数（０＜ａ）とし、シフト定数をｚ
（０＜ｚ＜１）とし、切り替わり点をｋ（０＜ｋ＜１）
とした場合に、関数ｆにより、ｆ＝ａｘ（０≦ｘ≦ｋ）ｆ＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚ（ｋ≦ｘ≦１）と表されることを特徴とする請求項２７記載のデータ処
理装置。
【請求項２９】前記関数ｆの２つの区間微分関数ｆ１
´，ｆ２´が、ｆ１´＝ａｆ２´ ＝ｇｚｘ^g- ^１と表される場合に、ｘ＝ｋのときに同値となるように前
記シフト定数ｚおよび前記切り替わり点ｋを定めること
を特徴とする請求項２７または２８記載のデータ処理装
置。
【請求項３０】入力されるガンマ補正されている画像
信号に対して所定の逆ガンマ変換処理を行うための逆ガ
ンマ変換テーブルを生成するデータ処理装置におけるデ
ータ処理方法であって、入力される前記画像信号中の低
階調部を直線関数とし、前記画像信号中の高階調部をガ
ンマ関数の組み合わせからなる連続な非線形関数とする
変換関数に基づいて逆ガンマ変換処理を施して出力すべ
き画像信号を生成するための逆ガンマ変換テーブルを生
成する生成ステップと、前記生成ステップにより生成さ
れる前記逆ガンマ変換テーブルを不揮発性記憶媒体に書
き込む書込みステップと、を有することを特徴とするデ
ータ処理方法。
【請求項３１】前記連続な非線形関数は、正規化され
た入力信号をｘ（０≦ｘ≦１）とし、正規化された出力
信号をｆ（０≦ｘ≦１）とし、ガンマ定数をｇ（０＜
ｇ）とし、直線定数（０＜ａ）とし、シフト定数をｚ
（０＜ｚ＜１）とし、切り替わり点をｋ（０＜ｋ＜１）
とした場合に、関数ｆにより、ｆ＝ａｘ（０≦ｘ≦ｋ）ｆ＝ｚｘ^ｇ＋１−ｚ（ｋ≦ｘ≦１）と表されることを特徴とする請求項３０記載のデータ処
理方法。
【請求項３２】前記関数ｆの２つの区間微分関数ｆ１
´，ｆ２´が、ｆ１´＝ａｆ２´＝ｇｚｘ^g- ^１と表される場合に、ｘ＝ｋのときに同値となるように前
記シフト定数ｚおよび前記切り替わり点ｋを定めること
を特徴とする請求項３０または３１記載のデータ処理方
法。