JP2005099291A - 画像変換装置およびそれを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示品位の優れた擬似階調を生成する画像変換装置を実現する。
【解決手段】 画像データ変換装置１は、入力された８ビットの各画素の入力画像データを、６ビットの出力画像データに変換し、６ビットの表示能力を有する表示部１１に出力する。さらに、６ビットより大きな擬似階調を生成するため、１つの入力画像データを４つの出力画像データに跨って付加し、４つの出力画像データに跨って付加された情報において、正規化した輝度の最大値と最小値との差を、正規化した色度の最大値と最小値との差よりも小さくする。人間の視覚特性は、色度よりも輝度に鋭敏であるため、より認識されにくい擬似階調を生成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力画像信号に対して擬似階調を生成する画像変換装置に関するものである。

従来から、表示装置のコストダウンの方法として、擬似階調を利用して、表現する階調数を維持しつつ、ハードにはより少ない階調数で実現するという方法が一般的に用いられる。

擬似階調を生成する方法としては、時間拡散を行うことによるディザ法、空間拡散を行うことによる単純ＢＤＥ法、それを拡張したＦＲＣ法、ＢＤＥ法などがある。

例えば、特許文献１には、ＲＧＢ入力画像データに対して時間拡散を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、ＲＧＢ入力画像データに対して空間拡散を行う技術が開示されている。
特開平７−１１０６６６号公報（公開日１９９５年４月２５日） 特開平５−７３００６号公報（公開日１９９３年３月２６日）

しかしながら、上記従来の構成では、時間拡散を行う場合、時間変化によるちらつきが見えやすいという問題が生じる。また、空間拡散を行う場合、特にピクセルサイズが大きいときに、空間拡散が模様に見える問題が生じる。

擬似階調である以上、拡散した方向に表示品位の劣化が発生することは避けられないが
、その劣化を人間が認識できる場合、上記のような問題が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示品位の優れた擬似階調を生成する画像変換装置およびそれを備えた表示装置を提供することにある。

本発明の画像変換装置は、上記の課題を解決するために、入力されたＰビット（Ｐは自然数）の各画素の入力画像データを、Ｑビット（Ｑ＜Ｐ、Ｑは自然数）の出力画像データに変換し、Ｑビットの表示能力を有する表示手段に出力する画像変換装置において、Ｑビットより大きな擬似階調を生成するために、１つの入力画像データを任意数の出力画像データに跨って付加し、前記任意数の出力画像データに跨って付加した情報において、正規化した輝度の最大値と最小値との差を、正規化した色度の最大値と最小値との差よりも小さくすることを特徴としている。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、前記任意数の出力画像データのそれぞれに対して、連続した異なる時間座標を付すことを特徴としている。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、前記任意数の出力画像データを前記時間座標の順に並べたときに、輝度の大きさの順番が、隣接する画素間において異なることを特徴としている。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、前記任意数の出力画像データのそれぞれに対して、前記任意数に分割された画素座標を付すことを特徴としている。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、前記任意数の出力画像データのそれぞれに対して、連続した異なる時間座標、および、前記任意数に分割された画素座標を付すことを特徴としている。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、前記出力画像データが、前記表示手段の階調輝度色度特性を満たすことを特徴としている。

本発明の表示装置は、上記の課題を解決するために、上記画像変換装置と、前記画像変換装置から出力された出力画像データを表示する表示手段とを備えることを特徴としている。

本発明に係る画像変換装置は、以上のように、Ｑビットより大きな擬似階調を生成するため、１つの入力画像データを任意数の出力画像データに変換するため、Ｑビットよりも大きな階調数を表現することができる。なお、擬似階調とは、人間の目の残像や空間認知能力の限界といった感覚特性を利用して行うものである。

さらに、任意数の出力画像データに跨って付加した情報において、正規化した輝度の最大値と最小値との差を、正規化した色度の最大値と最小値との差よりも小さくする。すなわち、任意数の出力画像データにおいて、輝度変化は、色度変化に比べて小さい。

人間の視角特性は、入力した光を網膜で感知することが知られている。この感覚細胞は、周波数によって異なっており、具体的には、黄色や緑の感覚細胞の数を１とすると、赤は２分の１、青は５０分の１程度の細胞数しかない。また、これらの情報を統合して得られる、明るさを表す輝度という指標と色を表す色度という指標の間にも認識しやすい、あるいは、認識しにくいの差がある。人間の神経細胞の処理は、０と１の２値の処理となり、その神経細胞の発火状態によって情報の処理が行われるため分解能は神経細胞の数によって概ね決まる。輝度と色度とで比較すると、概ね色度は輝度の１０分の１から１５分の１程度の分解能しか有していない。

そのため、上記のように、人間の感覚が鋭敏な輝度の変化を、人間の感覚が比較的鈍感な色度の変化に比べて小さくすることで、人間の視覚に対して認識されにくい表示品位を持つ画像データを出力することができる。

この結果、表示品位の優れた擬似階調を生成する画像変換装置を実現することができるという効果を奏する。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、任意数の出力画像データのそれぞれに対して、連続した異なる時間座標を付す構成である。これにより、任意数の出力画像データを、時間をずらして連続に表示させて、時間拡散を行う表示手段は、該時間座標を利用することができる。そのため、該表示手段により好適な画像変換装置を提供することができるという効果を奏する。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、前記任意数の出力画像データを前記時間座標の順に並べたときに、輝度の大きさの順番が、隣接する画素間において異なる構成である。これにより、画面全体で輝度変化が強調されにくくなり、より一層人間の感覚に認識されにくくなる。この結果、より一層表示品位の向上した画像データを出力することができる。

特に、画面全体のピクセルを同時に動作させる表示手段に好適である。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、前記任意数の出力画像データのそれぞれに対して、前記任意数に分割された画素座標を付す構成である。これにより、任意数の出力画像データを、複数の画素で同時に表示させて、空間拡散を行う表示手段が、上記画素座標を用いることができる。そのため、該表示手段により好適な画像変換装置を提供することができるという効果を奏する。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、前記任意数の出力画像データのそれぞれに対して、連続した異なる時間座標、および、前記任意数に分割された画素座標を付す構成である。これにより、任意数の出力画像データを、複数の画素で同時に表示させて空間拡散を行うとともに、時間をずらして連続に表示させて時間拡散を行う表示手段は、該画素座標および時間座標を利用することができる。そのため、該表示手段により好適な画像変換装置を提供することができるという効果を奏する。

さらに、本発明の画像変換装置は、上記の構成に加えて、前記出力画像データが、前記表示手段の階調輝度色度特性を満たす構成である。これによれば、実際の表示手段の階調輝度色度特性に合わせた画像データを出力することができ、表示手段の階調輝度色度特性を理想的な状態に近づけることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る表示装置は、上記画像変換装置と、前記画像変換装置から出力された出力画像データを表示する表示手段とを備える構成である。この構成によれば、表示手段の表示能力（階調数）よりも優れた階調数を維持しつつ擬似階調を行い、表示品位の優れた画像を表示させることができるという効果を奏する。

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すると以下の通りである。

本実施の形態に係る画像データ変換装置を含む表示装置は、図１に示すように、画像データに応じた画像を表示するための表示部（表示手段）１１と、画像データを上記表示部１１の表示性能に合わせて変換する画像データ変換装置（画像変換装置）１とを備えている。

表示部１１は、Ｑビット（Ｑは自然数）の表示性能、即ち階調数が２^ＱであるＬＣＤ（liquid crystal display）１３と、このＬＣＤ１３を駆動させるための駆動手段としてのソースドライバ１４およびゲートドライバ１５とを含んでいる。表示部１１は、後述する時間座標が付された出力画像データを画像データ変換装置１より取得し、取得した出力画像データを、時間座標に従って、連続して表示させることができる。

ソースドライバ１４には、画像データ変換装置１により変換された画像データが入力される。ソースドライバ１４は、入力された画像データに対応する電圧をＬＣＤ１３のソース電極線（図示しない）に印加するようになっている。

一方、ゲートドライバ１５には、同期信号発生回路（図示しない）から同期信号（水平同期信号Ｈ、垂直同期信号Ｖ）が入力される。ゲートドライバ１５は、入力された同期信号に対応する電圧をゲート電極線（図示しない）に印加するようになっている。

画像データ変換装置１は、入力されたＰビット（Ｐは自然数、Ｐ＞Ｑ）の画像データを、表示部１１の表示性能であるＱビットの画像データに変換すると同時に、Ｑビットよりも細かいステップで階調表現するために、時間拡散を行い、擬似階調を生成するためのものである。具体的には、画像データ変換装置１は、入力された画像データを複数（任意数）のフレーム画像データ（出力画像データ）に跨って付加して、変換する。そして、各々のフレーム画像データに対して、時間座標を付す。時間座標とは、表示部１１が表示させる時間を指定しやすくするためのものである。

画像データ変換装置１は、データ変換部２と、フレーム番号発生部３と、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）４を備えている。

データ変換部２には、ＲＧＢの３色の画像データが、それぞれＰビットで入力される。さらに、データ変換部２には、フレーム番号発生部３からフレーム番号ｔが入力される。データ変換部２は、入力されたＰ×３ビットの画像データおよびフレーム番号ｔから、ＬＵＴ４を参照し、Ｑビットの出力画像データ（複数のフレームの画像データ）を生成して、表示部１１に出力する。

フレーム番号発生部３は、入力される画像データごとに、フレーム番号ｔを１から昇順に生成し、データ変換部２に出力するものである。

ＬＵＴ４は、擬似階調で（Ｐ−Ｑ）ビットを表現できるように、入力画像データと出力画像データ（複数のフレームデータ）との対応関係を示した数表である。

以下に、ＬＵＴ４の数表の生成方法を説明する。ここでは、表示部１１のビット数Ｑを６とし、入力画像データのビット数Ｐを８とした場合について説明する。入力画像データが８ビットであり、出力画像データが６ビットであるため、＋２ビットを擬似階調で表現することにより、入力画像データの階調を再現することができる。

ここでは、一つの入力画像データを、４フレーム分の出力画像データに跨って付加し、４つの出力画像データに跨って付加した情報（４フレーム分の出力画像データからなる情報）を出力することで擬似階調を生成する場合を例にとる。この場合、ｔ番目の入力画像データに対して、時間座標４ｔ，４ｔ＋１，４ｔ＋２，４ｔ＋３を付した４フレーム分の出力画像データを生成する。すなわち、ＬＵＴ４には、入力画像データ（ｎ_８Ｒ(ｔ)，ｎ_８Ｇ(ｔ)，ｎ_８Ｂ(ｔ)）と、時間座標４ｔ，４ｔ＋１，４ｔ＋２，４ｔ＋３が付された４フレーム分の出力画像データ（ｎ_６Ｒ(４ｔ)，ｎ_６Ｇ(４ｔ)，ｎ_６Ｂ(４ｔ)），（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋１)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋１)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋１)），（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋２)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋２)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋２)），（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋３)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋３)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋３)）との対照数表が備えられていればよい。なお、ｎ_８Ｒ，ｎ_８Ｇ，ｎ_８Ｂは入力画像データにおける各ＲＧＢ信号の階調数であり、ｎ_６Ｒ，ｎ_６Ｇ，ｎ_６Ｂは表示部１１における各ＲＧＢ信号の階調数である。なお、以下では、（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋α)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋α)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋α)）をｎ_６(４ｔ＋α)と呼ぶ場合もある。

また、表示部１１の白輝度をＷ、黒輝度をＢｋ、白表示時の赤緑青（ＲＧＢ）の輝度比を０．２９８６対０．５８７１４９対０．１１４２５１とする。

さらに、表示部１１の各サブピクセルの階調輝度色度特性がγ＝２．２に従うとすると、入力画像データが想定しているＲＧＢの階調輝度色度特性は、次式（１−１）のようになる。ただし、Ｌ_８Ｒ，Ｌ_８Ｇ，Ｌ_８Ｂを入力画像データにおける各ＲＧＢ信号の輝度とする。

同様に、表示部１１における階調輝度色度特性は、次式（１−２）のようになる。ただし、Ｌ_６Ｒ，Ｌ_６Ｇ，Ｌ_６Ｂを表示部１１における各ＲＧＢ信号の輝度とする。

また、入力画像データであるＲＧＢ信号の各色の輝度Ｌ_８Ｒ，Ｌ_８Ｇ，Ｌ_８Ｂから、Ｙ（輝度）、Ｃｒ（赤色差）、Ｃｂ（青色差）信号への変換は次式（１−３）のとおりになる。

同様に、出力画像データであるＲＧＢ信号の各色の輝度Ｌ_６Ｒ，Ｌ_６Ｇ，Ｌ_６Ｂから、正規化したＹ（輝度）、Ｃｒ（赤色差）、Ｃｂ（青色差）信号への変換は次式（１−４）のとおりになる。

４フレーム分の出力画像データが入力された表示部１１では、入力された４フレームに対応する画像を、各フレームに付された時間座標の順に表示する。これにより、順に表示された４つの画像を見た人間は、該４つの画像から平均した輝度、色度を認識する。時間座標４ｔ，４ｔ＋１，４ｔ＋２，４ｔ＋３の４フレーム分の出力画像データから人間が認識する輝度Ｙ′，赤色差Ｃｒ′，青色差Ｃｂ′は、次式（１−５）のようになる。

４ｔ，４ｔ＋１，４ｔ＋２，４ｔ＋３の４フレームで擬似階調を生成し、ｔ番目の８ビットの入力画像データを表現するためには、４フレームから平均された上記Ｙ′，Ｃｒ′，Ｃｂ′は、８ビットの精度が必要となる。すなわち、Ｙ′，Ｃｒ′，Ｃｂ′と、入力画像データから変換されたＹ，Ｃｒ，Ｃｂとの間には、以下の関係式（１−６）を満たす必要がある。

さらに、色度よりも輝度に対して敏感であるという人間の感覚特性を利用して、ＬＵＴ４を作成する。すなわち、次式（１−７）のような評価関数Ｅを設定する。

式（１−７）において、ｍａｘ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち最大値を、ｍｉｎ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち最小値を表している。

第１項は、４フレームにおいて、正規化した輝度の最大値と最小値との差を表している。同様に、第２項は、正規化した赤色差の最大値と最小値との差を、第３項は、正規化した青色差の最大値と最小値との差を表している。

最大値と最小値との差が小さい場合、４フレームを表示するときにちらつきが認識されないため、高い表示品位を維持することができる。よって、式（１−６）を満たし、式（１−７）評価関数Ｅが最小値をとるように、（ｎ_８Ｒ，ｎ_８Ｇ，ｎ_８Ｂ）と、時間座標が付された４フレーム分の（ｎ_６Ｒ(４ｔ)，ｎ_６Ｇ(４ｔ)，ｎ_６Ｂ(４ｔ)），（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋１)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋１)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋１)），…との対照数表であるＬＵＴ４を生成する。

ここで、着目すべき点は、式（１−７）において、第１項の係数を１０と設定しているのに対し、第２項および第３項の係数を１と設定している点である。これにより、上記評価関数Ｅが最小値を取るとき、４フレーム画像データにおける、輝度の最大値と最小値との差は、色差の最大値と最小値との差の概ね１／１０となる。つまり、４フレームにおいて、輝度変化を色度変化よりも小さく抑えることができる。

上述したように、人間の感覚特性において、輝度に対する分解能と色度に対する分解能とは、互いに異なっている。概ね、輝度の分解能は、色差の分解能の１０〜１５倍である。

従って、評価関数Ｅを利用することにより、人間の目に捉えにくい（分解能の低い）色度変化よりも、人間の目に捉えやすい（分解能の高い）輝度変化を小さくし、人間の目にとっての表示部１１の表示品位を向上させることができる。

なお、画像データ変換装置１は、上記ＬＵＴ４等を備えることにより、ハード規模が増大することも考えられるが、高集積化のＬＳＩ等を利用することにより、コストに与える影響は少ない。

また、本実施形態の画像変換装置１では、１の入力画像データ（８ビット）に対して、４フレームに跨って付加された出力画像データ（６ビット）を出力し、４フレームの出力画像データに跨って付加された情報により、入力画像データの８ビットの階調表現が可能となる好ましい構成を有する。しかし、これに限らず、任意数に跨って出力画像データを付加すればよい。例えば、２フレームや３フレーム以上である。これにより、表示部１１の表示性能である６ビットよりも細かい階調表現を行うことができる。

さらに、本実施形態の表示装置は、表示部１１がＬＣＤ１３を備える構成とした液晶表示装置としたが、これに限られない。例えば、表示部１１の代わりに、プラズマディスプレイやCRT等を備える構成であってもよい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図２，３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

上記実施形態の画像データ変換装置１であっても、画面（表示部１１の画面）全てのピクセルの動作を同時に発生させる場合（いわゆる、ベタ画面）、擬似階調の処理が画面全面にわたって発生するため、より人間の目に捉えられやすくなってしまう。例えば、４フレームのうち、１番目のフレームの輝度が画面全体（全てのピクセル）で低く、４番目のフレームの輝度が画面全体（全てのピクセル）で高くなると、上記評価関数Ｅを用いて輝度変化をごく僅かに抑えても、画面全体であるためその差が強調されやすくなるのである。

本実施形態のデータ変換装置１０１は、画面全てのピクセルの動作を同時に発生させる場合であっても、人間の目に擬似階調処理を捉えられにくくし、表示品位を向上させる画像データに変換するものである。

図２のブロック図に、本実施形態のデータ変換装置１０１を含む表示装置の構成を示す。図２に示すように、データ変換装置１０１は、ＬＵＴ４の代わりにＬＵＴ１０４を備えている点を除いて、図１に示すデータ変換装置１と同様の構成を有する。

以下に、ＬＵＴ１０４の生成方法について説明する。

本実施形態では、上記式（１−６），（１−７）を満足させることに加えて、以下の条件を追加し、ＬＵＴ１０４を生成する。

まず、ピクセル（画素）ごとに４フレーム分の出力画像データを輝度の大きさの順に並べる。すなわち、４フレーム分の出力画像データを、次式（２−１）を満足するように求める。

式（１−６），式（１−７），および式（２−１）を満足する（ｎ_６Ｒ(４ｔ)，ｎ_６Ｇ(４ｔ)，ｎ_６Ｂ(４ｔ)），（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋１)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋１)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋１)），（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋２)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋２)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋２)），（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋３)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋３)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋３)））をすべてのピクセルでこの順に時間座標を付して生成すると、上述したように、画面全体で輝度変化が強調されやすくなる。

そこで、全ピクセルを４ピクセルごとに組分けし、各組において、４フレームの出力画像データの生成順をピクセルごとにずらしたうえで、新たな時間座標４ｔ′，４ｔ′＋１，４ｔ′＋２，４ｔ′＋３を付した出力画像データと、入力画像データとの対照数表を生成する。すなわち、本実施形態では、時間座標は、４ｔ，…ではなく、４ｔ′，…である。

具体的には、まず、図３で示されるように、ピクセル全体を２×２の４ピクセルを一組として組分ける。例えば、ピクセル座標（１，１）・（１，２）・（２，１）・（２，２）を１組、ピクセル座標（１，３）・（１，４）・（２，３）・（２，４）を１組、…として、画面全体を組分ける。

次に、各組において、ピクセルごとに、ｎ_６（４ｔ），ｎ_６（４ｔ＋１），ｎ_６（４ｔ＋２），ｎ_６（４ｔ＋３）の画像データの生成順をずらす。

例えば、図３で示されるように、時間座標４ｔ′を付した１番目のフレーム（４ｔ′フレーム）では、座標（１，１）に４ｔの画像データ（ｎ_６Ｒ(４ｔ)，ｎ_６Ｇ(４ｔ)，ｎ_６Ｂ(４ｔ)）、座標（１，２）に４ｔ＋１の画像データ（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋１)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋１)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋１)）、座標（２，１）に４ｔ＋２の画像データ（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋２)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋２)、座標（２，２）に４ｔ＋３の画像データ（ｎ_６Ｒ(４ｔ＋３)，ｎ_６Ｇ(４ｔ＋３)，ｎ_６Ｂ(４ｔ＋３)）を生成するように、ＬＵＴ１０４を作成する。

同様に、時間座標４ｔ′＋１を付した２番目のフレームでは、座標（１，１）に４ｔ＋１の画像データ、座標（１，２）に４ｔ＋２の画像データ、座標（２，１）に４ｔ＋３の画像データ、座標（２，２）に４ｔの画像データを生成する。時間座標４ｔ′＋２を付した３番目のフレームでは、座標（１，１）に４ｔ＋２の画像データ、座標（１，２）に４ｔ＋３の画像データ、座標（２，１）に４ｔの画像データ、座標（２，２）に４ｔ＋１の画像データを生成する。時間座標４ｔ′＋３を付した４番目のフレームでは、座標（１，１）に４ｔ＋３の画像データ、座標（１，２）に４ｔの画像データ、座標（２，１）に４ｔ＋１の画像データ、座標（２，２）に４ｔ＋２の画像データを生成する。

すなわち、座標（１，１）のピクセルでは、ｎ_６(４ｔ)，ｎ_６(４ｔ＋１)，ｎ_６(４ｔ＋２)，ｎ_６(４ｔ＋３)の順で、座標（１，２）のピクセルでは、ｎ_６(４ｔ＋１)，ｎ_６(４ｔ＋２)，ｎ_６(４ｔ＋３)，ｎ_６(４ｔ)の順で、座標（２，１）のピクセルでは、ｎ_６(４ｔ＋２)，ｎ_６(４ｔ＋３)，ｎ_６(４ｔ)，ｎ_６(４ｔ＋１)の順で、座標（２，２）のピクセルでは、ｎ_６(４ｔ＋３)，ｎ_６(４ｔ)，ｎ_６(４ｔ＋１)，ｎ_６(４ｔ＋２)の順で、新たな時間座標４ｔ′，４ｔ′＋１，４ｔ′＋２，４ｔ′＋３を付した出力画像データを生成するように、ＬＵＴ１０４を作成する。

このようにすれば、近傍する４ピクセルが同時に４フレーム分のうち最小輝度もしくは最大輝度を表す出力画像データを生成することがない。言い換えると、出力画像データを時間座標４ｔ′，４ｔ′＋１，４ｔ′＋２，４ｔ′＋３の順に並べたときに、隣接するピクセル（画素）間において、輝度の大きさの順が異なるようになる。この結果、輝度変化が画面全体において強調されるようなことがない。よって、擬似階調を生成すると同時に、高い表示品位を維持することが可能となる。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図４，５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

上記実施形態の画像データ変換装置１，１０１は、入力画像データに対して、時間拡散を行い、擬似階調を生成する構成であった。本実施形態の画像データ変換装置２０１は、時間拡散ではなく、空間拡散を行い、擬似階調を生成する構成である。画像データ変換装置２０１は、Ｐビットの入力画像データに対して、任意数のＱビット（Ｑ＜Ｐ）の出力画像データを生成する。なお、以下では、Ｐ＝８、Ｑ＝６とし、１ピクセルの入力画像データを、２×２（４）のピクセル分の出力画像データに跨って付加し、４つの出力画像データに跨って付加した情報（４ピクセル分の出力画像データからなる情報）を出力することで擬似階調を生成するとして説明する。

図４のブロック図は、本実施形態の画像データ変換装置２０１を含む表示装置を示している。表示装置には、画像データ変換装置２０１と表示部２１１とが備えられている。

表示部２１１は、階調数が２^６であるＬＣＤ（liquid crystal display）２１３と、このＬＣＤ２１３を駆動させるための駆動手段としてのソースドライバ２１４およびゲートドライバ２１５とを含んでいる。

ＬＣＤ２１３は、画像データ変換装置２０１に入力される入力画像データの１フレーム分の各ピクセルに対して、縦横の両方向それぞれに２倍（２×２）の数に分割されたピクセル（画素）を有している。これにより、ＬＣＤ２１３は、画像データ変換装置２０１において空間拡散された出力画像データを表示させることができ、入力画像の階調を表現することができる。

図５は、ＬＣＤ２１３の模式図を示している。図５に示すように、ピクセル座標（画素座標）（０，０）・（０，１）・（１，０）・（１，１）からなる２×２ピクセルが繰り返し配置されている。ＬＣＤ２１３の各２×２ピクセルが、表示装置に入力された入力画像データの各１ピクセル分を表示し、＋２ビットの階調を表現するのである。

ソースドライバ２１４には、画像データ変換装置２０１により変換された画像データが入力される。ソースドライバ２１４は、入力された画像データに対応する電圧をＬＣＤ２１３のソース電極線（図示しない）に印加するようになっている。

一方、ゲートドライバ２１５には、同期信号発生回路（図示しない）から同期信号（水平同期信号Ｈ、垂直同期信号Ｖ）が入力される。ゲートドライバ２１５は、入力された同期信号に対応する電圧をゲート電極線（図示しない）に印加するようになっている。

上記ソース電極線の本数とゲート電極線の本数とを乗じた数は、ＬＣＤ２１３のピクセル数と同数である。

画像データ変換装置２０１は、データ変換部２０２とＬＵＴ２０４とを備えている。

データ変換部２０２には、ＲＧＢ各色の８ビットの画像データ（ｎ_８Ｒ，ｎ_８Ｇ，ｎ_８Ｂ）とそのピクセル座標（以下、元ピクセル座標と呼ぶ）とが入力される。データ変換部２０２は、入力された画像データ（ｎ_８Ｒ，ｎ_８Ｇ，ｎ_８Ｂ）および元ピクセル座標から、ＬＵＴ２０４を参照し、４分割された画素座標（０，０）・（０，１）・（１，０）・（１，１）を付した４ピクセル分の６ビットの出力画像データ（ｎ_６Ｒ（０，０），ｎ_６Ｇ（０，０），ｎ_６Ｂ（０，０）），（ｎ_６Ｒ（０，１），ｎ_６Ｇ（０，１），ｎ_６Ｂ（０，１）），（ｎ_６Ｒ（１，０），ｎ_６Ｇ（１，０），ｎ_６Ｂ（１，０）），（ｎ_６Ｒ（１，１），ｎ_６Ｇ（１，１），ｎ_６Ｂ（１，１））を生成して、表示部２１１に出力する。

ＬＵＴ２０４は、出力画像データが擬似階調で＋２ビットを表現できるように、入力画像データと４ピクセル分の出力画像データとの対応関係を示した数表である。以下に、ＬＵＴ２０４の生成方法を説明する。

本実施形態においても、上記実施形態と同様に、表示部２１１の白輝度をＷ、黒輝度をＢｋ、白表示時の赤緑青の輝度比を０．２９８６対０．５８７１４９対０．１１４２５１とし、各サブピクセルの階調輝度特性がγ＝２．２に従うとする。このとき、輝度Ｌと入力画像データ（ｎ_８Ｒ，ｎ_８Ｇ，ｎ_８Ｂ）との関係は、上記式（１−１）のように、輝度Ｌと出力画像データ（ｎ_６Ｒ，ｎ_６Ｇ，ｎ_６Ｂ）との関係は、上記式（１−２）のようになる。また、画像データから正規化した輝度Ｙ，赤色差Ｃｒ，青色差Ｃｂへの変換は、上記式（１−３）および式（１−４）に従う。

１ピクセルの入力画像データに対して、４ピクセル分の出力画像データが入力された表示部１１は、入力された４ピクセル分の画像を同時に表示する。これにより、４ピクセルの画像を見た人間は、該４ピクセルの画像から平均した輝度、色度を認識する。すなわち、（０，０）・（０，１）・（１，０）・（１，１）の４ピクセル分の出力画像データから人間が認識する輝度Ｙ′，赤色差Ｃｒ′，青色差Ｃｂ′は、次式（３−１）のようになる。

画素座標（０，０）・（０，１）・（１，０）・（１，１）の４ピクセル分の出力画像データにより８ビットの階調を表現するということは、８ビットの精度が必要であることになる。よって、上記実施形態と同様に、入力画像データの輝度および色差である、Ｙ，Ｃｒ，Ｃｂと、上記４ピクセル分の平均輝度および平均色差である、Ｙ′，Ｃｒ′，Ｃｂ′とは、上記関係式（１−６）を満たす必要がある。

また、色度よりも輝度に対して敏感であるという人間の感覚特性を利用して、ＬＵＴ２０４を作成する。すなわち、次式（３−２）のような評価関数Ｅを設定する。

式（３−２）において、ｍａｘ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち最大値を、ｍｉｎ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち最小値を表している。

第１項は、４ピクセルにおいて、正規化した輝度の最大値と最小値との差を表している。同様に、第２項は、正規化した赤色差の最大値と最小値との差を、第３項は、正規化した青色差の最大値と最小値との差を表している。

最大値と最小値との差が小さい場合、４ピクセルを同時に表示するときにピクセルごとのちらつきが認識されないため、高い表示品位を維持することができる。よって、式（１−６）を満たし、式（３−２）の評価関数Ｅが最小値をとるように、（ｎ_８Ｒ，ｎ_８Ｇ，ｎ_８Ｂ）と画素座標（０，０）・（０，１）・（１，０）・（１，１）が付された（ｎ_６Ｒ，ｎ_６Ｇ，ｎ_６Ｂ）との対照数表であるＬＵＴ２０４を生成する。

ここで、着目すべき点は、上記実施形態と同様に、式（３−２）において、第１項の係数を１０と設定しているのに対し、第２項および第３項の係数を１と設定している点である。これにより、上記評価関数Ｅが最小値を取るとき、４ピクセル間の輝度の最大値と最小値との差は、色差の最大値と最小値との差の概ね１／１０となる。つまり、４ピクセルにおいて、輝度変化を色度変化よりも小さく抑えることができる。

上述したように、人間の感覚特性において、輝度に対する分解能と色度に対する分解能とは、互いに異なっている。概ね、輝度の分解能は、色差の分解能の１０〜１５倍である。

従って、式（３−２）の評価関数Ｅを利用することにより、人間の目に捉えにくい（分解能の低い）色度変化よりも、人間の目に捉えやすい（分解能の高い）輝度変化を小さくし、人間の目にとっての表示部２１１の表示品位を向上させることができる。

〔実施形態４〕
上記実施形態１，２では、時間軸方向に拡散して擬似階調を生成し、上記実施形態３では、空間軸方向に拡散して擬似階調を生成するとした。時間軸と空間軸とは直交しているため、両方の軸で処理を行うことができる。

そこで、本実施形態の画像データ変換装置を含む表示装置では、時間拡散と空間拡散との両方を行い、擬似階調を生成することを特徴としている。

例えば、本実施形態の表示装置では、８ビットの入力画像データに対して、６ビットの階調で表現する。このとき、本実施形態の画像データ変換装置は、１入力画像データから２フレーム分の画像データを出力して時間拡散を行い、＋１ビットの擬似階調を生成する。さらに、画像データ変換装置は、１入力画像データの各ピクセルに対して、縦または横方向に２ピクセル分の画像データを出力し、＋１ビットの擬似階調を生成する。

これにより、時間拡散および空間拡散を合わせて、＋２ビットの擬似階調を生成し、８ビットの入力画像を表現することができる。

〔実施形態５〕
上記実施形態１〜４においては、表示部の特性が式（１−２）に従うとした。しかし、式（１−２）は、理想的な特性を示しており、実際の表示部では、式（１−２）とは異なる特性を有する場合がある。

例えば、液晶表示装置といったような表示装置においては、構造的な問題があり、理想的な階調輝度色度特性を有しているわけではない。

そこで、本実施形態では、式（１−２）を使用する代わりに、実際の表示部の輝度色度データを基に、画像データ変換装置のＬＵＴの生成を行う。これにより、画像データ変換装置は、表示部の階調輝度色度特性を理想的な状態に近づけることができる。また、該画像データ変換装置を備える表示装置は、入力された画像データに対して、再現性の向上した画像を表示させることができる。

入力画像データの階調数に比べて、表示手段の階調数が小さくても、本発明の画像データ変換装置は、輝度変化を小さくして、人間の視覚に認識されにくい擬似階調を生成することができる。よって、擬似階調を生成するような装置、例えば、ビット数変換装置等にも利用することができる。また、表示装置における階調数を変換させる部品や装置においても利用することができる。

本発明の一実施形態の画像データ変換装置を含む表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態の画像データ変換装置を含む表示装置の構成を示すブロック図である。 図２に示した画像データ変換装置が出力するフレームデータを示す図である。 本発明の他の実施形態の画像データ変換装置を含む表示装置の構成を示すブロック図である。 図４に示した表示装置の表示部の画素分割を示す図である。

符号の説明

１・１０１・２０１ 画像データ変換装置（画像変換装置）
１１・２１１ 表示部（表示手段）

Claims (7)

1. 入力されたＰビット（Ｐは自然数）の各画素の入力画像データを、Ｑビット（Ｑ＜Ｐ、Ｑは自然数）の出力画像データに変換し、Ｑビットの表示能力を有する表示手段に出力する画像変換装置において、
   Ｑビットより大きな擬似階調を生成するために、１つの入力画像データを任意数の出力画像データに跨って付加し、
   前記任意数の出力画像データに跨って付加した情報において、正規化した輝度の最大値と最小値との差を、正規化した色度の最大値と最小値との差よりも小さくすることを特徴とする画像変換装置。
2. 前記任意数の出力画像データのそれぞれに対して、連続した異なる時間座標を付すことを特徴とする請求項１に記載の画像変換装置。
3. 前記任意数の出力画像データを前記時間座標の順に並べたときに、輝度の大きさの順番が、隣接する画素間において異なることを特徴とする請求項２に記載の画像変換装置。
4. 前記任意数の出力画像データのそれぞれに対して、前記任意数に分割された画素座標を付すことを特徴とする請求項１に記載の画像変換装置。
5. 前記任意数の出力画像データのそれぞれに対して、連続した異なる時間座標、および、前記任意数に分割された画素座標を付すことを特徴とする請求項１に記載の画像変換装置。
6. 前記出力画像データが、前記表示手段の階調輝度色度特性を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像変換装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の画像変換装置と、
   前記画像変換装置から出力された出力画像データを表示する表示手段とを備えることを特徴とする表示装置。

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