JP2005196156A - カラー画像表示装置、色変換装置、色彩シミュレーション装置及びそれらの方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 色温度が安定し中間調の色再現性に優れたカラー画像表示装置を提供する。
【解決手段】 赤、緑、青の各階調信号Ｒ（ｉ）、Ｇ（ｉ）、Ｂ（ｉ）(ｉは１〜ｎ：nは階調数)を、表示手段１に表示した光を測色し、各階調信号に対する測色値（ＣＩＥ−ＸＹＺ）の３属性Ｘ（ｉ）、Ｙ（ｉ）、Ｚ（ｉ）に基づく演算により、階調補正手段１２の補正条件となる階調プロファイルを生成する。階調補正手段１２は、この階調プロファイルを用いて階調を補正する。色温度が安定し中間調（例えば、肌色等の自然画像）における色再現性が向上し、表示品位を向上できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、階調を制御することにより、表示デバイスの色再現性を改善する画像表示装置およびその関連技術に関するものである。

カラー液晶ディスプレイは、パソコン等、情報端末のディスプレイとしてだけではなく、映画等の高品位なソースを鑑賞するモニターとして利用が急速に増えている。映画を鑑賞する際には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に対しても、ブラウン管（ＣＲＴ）並みの色再現性が求められる。

ＣＲＴの赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の階調特性は均一であり、ディスプレイの色温度は、階調レベルによらず一定である。色温度が均一であるので、ＣＲＴは、中間調のカラーバランスが良く、肌色等、自然画像の色再現性に優れている。

一方、ＬＣＤの赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の階調特性は、それぞれ異なり、自然画像の色再現性は、一般的にＣＲＴより劣る。そこで、特許文献１（特開２００１−３１２２５４号公報）に開示されているように、Ｒ、Ｇ、Ｂの輝度（Ｙ）を、輝度計等を用いて測定し、その特性を逆変換したものを補正特性とし、この補正特性を用いてＬＣＤの階調特性を補正することが考えられる。さらに、この補正特性を、ＩＣＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｏｒ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）プロファイルの中に、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）として保存することが考えられる。

なお、特許文献１では、ＩＣＣプロファイルにおいて、赤と緑のガンマ曲線をほぼ一致させるとともに、青のガンマ曲線を赤、緑のガンマ曲線の値より大きくする技術を開示する。

図１３は、従来のカラー画像表示装置のブロック図である。図１３に示すように、従来のカラー画像表示装置は、ＬＣＤなどの表示手段１を備え、デバイス依存色（ここではＲＧＢ）による入力色データは、階調補正手段３で補正されてから、表示手段１に入力される。ここで、階調補正手段３は、例えばルックアップテーブルからなる階調プロファイル記録手段２内の階調プロファイルを用いて補正を行う。ところで、従来の階調補正をおこなうカラー画像表示装置では、図１３に示すように、分光測定計４で表示手段１の出力光を測定し、階調プロファイルを、輝度（Ｙ）、すなわちＣＩＥ−ＸＹＺ表色系のＹのみにより求めていた。しかしながら、輝度（Ｙ）は、ＬＣＤのＲＧＢ各階調特性、すなわち、ＲＧＢの発光強度特性と比例していない。何故ならば、液晶の光透過特性が波長に依存するからである。

いいかえれば、同じ電圧をＬＣＤに印加しても、波長の短い光は、波長の長い光より、中間調で多くの光を透過するから、さらに大きな電圧を与えると、波長の短い光は、波長の長い光よりも先に透過特性が飽和してしまう。輝度（Ｙ）は、図１４（横軸：波長、縦軸：重み）に示すように、人間の視覚特性に基づいて、５５５（ｎｍ）を最大値とし、波長の短い部分、長い部分の重みが小さくなる等色関数と呼ばれる重み関数を積算することにより、定義される。

従って、輝度（Ｙ）のみを用いて、波長の短い青や、波長の長い赤の発光強度特性を導出すれば、実際の特性との誤差が大きくなる。図１５は、本発明者らが検討した結果を示す。図１５において、横軸は信号レベル（グレースケール入力信号）を示し、縦軸は色温度（ケルビン）を示す。

理想的な特性は、信号レベルにかかわらず、色温度＝６０００Ｋで一定という特性である。ところが、ＬＣＤでは、裸特性（Ａ）で示すように、信号レベルが小さくなると、色温度が急上昇する性質がある。

これに対し、本発明者らが輝度（Ｙ）のみについて補正したところ、補正後の特性（Ｂ）に示すように、裸特性（Ａ）よりはやや改善されているものの、色温度はかなり上昇してしまう。

その結果、このような補正を行っても、中間調でカラーバランスが崩れてしまい、ＣＲＴ並みの色再現性を実現するのは困難である。

また、特許文献１の技術によると、階調調整に作業者の熟練を要すると共に、様々なＬＣＤデバイス特性に対して、安定した調整をおこなうことが困難である。さらに、赤と緑の階調をほぼ同一としているため、中間調で色温度が変動することがあった。
特開２００１−３１２２５４号公報

そこで本発明は、色温度が安定し中間調の色再現性に優れたカラー画像表示装置及びその関連技術を提供することを目的とする。

第１の発明に係るカラー画像表示装置では、入力色データ（デバイス依存色、以下同じ）の階調を、階調プロファイルを用いて補正し補正色データ（デバイス依存色、以下同じ）を生成する階調補正手段と、補正色データを表示する表示手段と、表示手段の階調プロファイルを記憶する階調プロファイル記憶手段と、表示手段の測色値（デバイス独立色、以下同じ）の少なくとも３属性に基づく演算により、階調プロファイル記憶手段に記憶される階調プロファイルを生成する階調プロファイル生成手段とを備える。

この構成において、階調プロファイル生成手段は、表示手段の測色値（デバイス独立色、以下同じ）の少なくとも３属性に基づく演算により、階調プロファイル記憶手段に記憶される階調プロファイルを生成するため、ＬＣＤ等、波長により光の透過率が異なる表示手段においても、ＲＧＢの階調を均一にしやすく、グレースケールにおける色温度上昇を抑制できる。このため、自然画像等において色再現性を向上できる。

また、表示手段の特性によって、階調プロファイルが一意に定まるので、階調調整作業にに熟練を要しない。

第２の発明に係るカラー画像表示装置では、階調プロファイル生成手段は、表示手段にデバイス依存色の原色と、白と、黒とを表示させた際における測色値に基づいて、測色値と入力色データ（デバイス依存色）とを１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成手段と、デバイス依存色の原色に対応する測色値に行列係数を積算した値を当該原色の階調プロファイルとして出力する行列演算手段とを備える。

この構成により、行列係数により、階調プロファイルを厳密且つ正確に表現できる。

第３の発明に係るカラー画像表示装置では、階調プロファイル生成手段は、デバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から表示手段に黒を表示させた際における測色値を減算する減算手段と、減算手段の出力に基づいて、測色値と入力色データ（デバイス依存色）とを１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成手段と、減算手段から出力されるデバイス依存色の原色の出力値に、行列係数を積算した値を当該原色の階調プロファイルとして出力する行列演算手段とを備える。

この構成において、減算手段を設けることにより、バックライト漏れ光や表面反射光等の影響を排除し、色温度が上昇しやすい領域（信号レベルが低く黒に近い領域）においても、色温度上昇を抑制できる。

第４の発明に係るカラー画像表示装置では、階調プロファイル生成手段は、表示手段にデバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から表示手段に黒を表示させた際における測色値を減算する減算手段と、減算手段から出力されるデバイス依存色の原色の出力値を正規化した値を当該原色の階調プロファイルとして出力する正規化手段とを備える。

この構成において、正規化手段を設けることにより、行列係数を用いなくとも、階調プロファイルを生成でき、より簡易で演算量が少ない処理により、階調補正を行える。

本発明によれば、色温度が安定し中間調における色再現性が向上する。例えば、肌色等の自然画像を高品位に表示できる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における画像表示装置のブロック図である。図１において、図１３と同様の構成要素については同一符号を付すことにより説明を省略する。本形態の画像表示装置は、カラー画像の入力色データ（デバイス依存色）を、階調補正し表示する。簡単に言えば、表示手段１の階調特性の逆変換（補正）により、入力色データの色彩バランスを保ったまま表示する。

図１に示すように、この画像表示装置は、次の要素を備える。まず、階調補正手段１２は、階調プロファイル記録手段１１に格納された「階調プロファイル」を用いて、カラー画像の入力色データの階調を補正する。また、表示手段１は、階調補正手段１２により階調補正された色データを表示する液晶ディスプレイである。

また、階調プロファイル生成手段１０は、表示手段１に補正前の信号を入力し、出力光を分光測色計４により測定した測色値（ＣＩＥ−ＸＹＺ、デバイス独立色）に基づく演算により、表示手段１の階調特性を「階調プロファイル」として生成する。階調プロファイル記録手段１１は、生成された階調プロファイルを記録し、階調補正手段１２へ階調プロファイルを出力する。

また、図２に示すように、階調プロファイル生成手段１０は、次の要素を備える。まず、行列係数生成手段１４は、表示手段１に表示される白、３原色（赤、緑、青）の測色値（ＣＩＥ−ＸＹＺ）に基づく連立方程式を解くことにより、行列係数Ｋ（ｋｉｊ）を出力する。また、行列演算手段１３は、赤、緑、青の各階調信号Ｒ（ｉ）、Ｇ（ｉ）、Ｂ（ｉ）(ｉは１〜ｎ：nは階調数)に対する測色値（Ｘ（ｉ）、Ｙ（ｉ）、Ｚ（ｉ））に行列係数Ｋを積算し、階調プロファイルとして出力する。

さて、本発明の「階調プロファイル」とは、図３に示すように、ＲＧＢ各信号レベル（ここでは、０−２５５に正規化されている）に対する、表示される光の発光強度（ここでは、０−１に正規化されている）の関係をあらわすものである。すなわち、階調プロファイルは、表示手段１単体における階調特性をあらわしている。

カラー画像の入力色データは、階調補正手段１２により、表示手段１で出力されたＲＧＢ各階調が均一となるように、かつＣＲＴ等と同じガンマカーブとなるように補正される。まず、入力色は、次式によって、図４（ａ）のような目標となるガンマカーブに補正される。

本形態では、目標ガンマを２．２と設定している。これは、多くのＣＲＴのガンマが２．２であり、これにあわせたものである。次に、ガンマ補正されたデータは、図４（ｂ）のグラフであらわされる関数ｆにより変換され、階調補正手段１２から出力される。

ここで、図４（ｂ）のグラフは、図３の階調プロファイルの入力と出力を入れ替えたものである。すなわち、表示手段１単体の階調特性の逆変換をおこなうことにより、ＲＧＢ各階調を均一にしている。実際の階調プロファイルは、離散値なので、関数ｆは多項式近似、あるいはプロファイルをルックアップテーブルとした補間演算であらわされる。

従って、この階調プロファイルが、色彩を補正する上で重要な意味を有する。次に、階調プロファイル生成手段１０の動作について詳しく説明する。

まず、補正されていないＲＧＢ各階調信号（０−２５５）と、白、３原色(赤、緑、青)を、表示手段１に入力する。次に、分光測色計４を用いて表示された色を測色し、図２に示すように、階調プロファイル生成手段１０に入力する。行列係数生成手段１４は、白、３原色(赤、緑、青)の測色値（ＣＩＥ−ＸＹＺ）を条件とした連立方程式を解くことにより、 Ｒ_linear，Ｇ_linear，Ｂ_linear信号と（ＣＩＥ−ＸＹＺ）値とを１対１に写像する行列Ｋ（ｋｉｊ）を、次式に従うように出力する。ここで、Ｒ_linear，Ｇ_linear，Ｂ_linearは「０」から「１」に正規化されている。

入力されたＲ階調信号の測色値を（Ｘｒ（ｉ），Ｙｒ（ｉ），Ｚｒ（ｉ））とし、Ｇ階調信号の測色値を（Ｘｇ（ｉ），Ｙｇ（ｉ），Ｚｇ（ｉ））とし、Ｂ階調信号の測色値を（Ｘｂ（ｉ），Ｙｂ（ｉ），Ｚｂ（ｉ））とすると、行列演算手段１３は、（式４）、（式５）、（式６）の演算をおこない、階調プロファイルを出力する。ここで、ｉは１〜ｎの値をとり、ｎは階調データ数である。すなわち、（式４）、（式５）、（式６）の出力は、図３の光強度に該当する。

輝度Ｙにより光強度を計算していた従来技術に比べ、本形態では、Ｙだけではなく、Ｘ、Ｚの値も条件とし、ＣＩＥ−ＸＹＺの光強度に対する重み、言い換えればＣＩＥ−ＸＹＺの光強度に対する貢献率を、（式３）の表示手段１の３原色特性から求めた写像関数により決定している。つまり、図１４の等色関数により、光の広い波長域から、人間の視覚特性に基づいた光強度を計算している。

本形態の画像表示装置にグレースケールを入力し、出力光を測定した一例を、図５に示す。形態１の特性（ｃ）は、色温度（＝６０００Ｋ）でほぼ一定となっている。即ち、輝度（Ｙ）により階調補正をおこなっていた従来技術に比べ、色温度が均一となることがわかる。

実施の形態１には、次の効果がある。
（効果１）輝度（Ｙ）のみを用いた階調補正では、ＬＣＤ等、波長により光の透過率が異なるデバイスでは、ＲＧＢの階調を均一にすることが難しく、グレースケールの色温度上昇が発生していた。本形態では、階調補正の重要なパラメータとなる階調プロファイルを、デバイス特性に基づいて決定した行列係数と、ＣＩＥ−ＸＹＺ値とを用いて決定することにより、ＲＧＢの階調を均一とすることが可能である。従って、グレースケールの色温度上昇を少なくすることが可能である。
（効果２）また、階調特性がＲＧＢで均一になることによる、肌色等の自然画像の色再現性を改善することが可能である。
（効果３）また、階調プロファイルは、表示手段の特性により一意に決定されるので、階調調整に、作業者の熟練が不要であり、様々なＬＣＤデバイス特性に対して、安定した調整をおこなうことが可能である。

本形態は、次のように変更できる。
（変更点１）表示手段は、ＬＣＤとしたが、プロジェクタ等、波長により光の透過率が異なるディスプレイであればよい。
（変更点２）ＣＲＴ等、波長により光の透過率が変化しない表示デバイスにおいても、広い範囲の波長を階調特性として反映するので、輝度（Ｙ）だけを用いた階調補正よりも変換ノイズが軽減される。
（変更点３）デバイス依存色は、ＣＭＹでもよく、４原色以上でもよい。
（変更点４）（式４）、（式５）、（式６）の出力最大値が「１」に完全に一致せず、数％の誤差がある場合は、最小値を「０」、最大値を「１」になるように正規化してもよい。

（実施の形態２）
次に、図６から図７を用いて、実施の形態２について説明する。以下、実施の形態１と同様の点については、重複を避けるため、説明を省略する。

実施の形態２が、実施の形態１と異なるのは、図６に示すように、階調プロファイル生成手段２０において、補正されていないＲＧＢ各階調信号（０−２５５）と、白、３原色(赤、緑、青)の測色値に加え、黒成分の測色値を条件とする点である。

ここで言う「黒成分の測色値」とは、入力信号が「０」の場合の測色値である。ここで、ＬＣＤでは、入力信号を「０」としても、透過型ＬＣＤのバックライト漏れ光や、反射型ＬＣＤの表面反射光等の影響で測色値の輝度（Ｙ）は、一般に「０」とはならない。

図６は、階調プロファイル生成手段２０の内部要素を示す。第１の減算手段１５は、白、３原色(赤、緑、青)の測色値から、黒成分の測色値を減算し、行列係数生成手段１４に出力する。第２の減算手段１６は、補正されていないＲＧＢ各階調信号（０−２５５）の測色値から、黒成分の測色値を減算し、行列演算手段１３に出力する。行列係数生成手段１４と、行列演算手段１３の動作は、減算手段１５、１６から出力された値を入力とする点を除いて、実施の形態１と同様である。

行列係数生成手段１４は、白、３原色(赤、緑、青)の測色値（ＣＩＥ−ＸＹＺ）から、黒成分の（ＣＩＥ−ＸＹＺ）（Ｘk、Ｙk、Ｚk）を減算した値を条件とした、連立方程式を解くことにより、Ｒ_linear，Ｇ_linear，Ｂ_linear信号とＣＩＥ−ＸＹＺ値とを、次式に従って、１対１に写像する行列Ｋ（ｋｉｊ）を出力する。ここで、Ｒ_linear，Ｇ_linear，Ｂ_linearは「０」から「１」に正規化されている。

入力されたＲ階調信号の測色値を（Ｘ_r（ｉ），Ｙ_r（ｉ），Ｚ_r（ｉ））とし、Ｇ階調信号の測色値を（Ｘ_g（ｉ），Ｙ_g（ｉ），Ｚ_g（ｉ））とし、Ｂ階調信号の測色値を（Ｘ_b（ｉ），Ｙ_b（ｉ），Ｚ_b（ｉ））とすると、行列演算手段１３は、（式４）、（式５）、（式６）の演算をおこない、階調プロファイルを出力する。ここで、ｉは１〜ｎの値をとり、ｎは階調データ数である。

図５の信号レベルが低いところ（信号レベル５０以下）で、形態１の特性（ｃ）であっても、色温度が少し上昇しているのは、黒成分が、青みがかっている（つまり完全な黒になっていない）ためと考えられる。信号レベルの低いところでは、発光強度が小さいので、微小な黒成分の発光強度の影響を受けやすい。

実施の形態２には、実施の形態１の効果に加えて、次の効果がある。
（効果１）本形態では、減算手段１５、１６を新たに設けることにより、透過型ＬＣＤのバックライト漏れ光や、反射型ＬＣＤの表面反射光等の影響を排除し、図７に示すように、信号レベルが低い領域においても、グレースケールの色温度変化を少なくすることができる。

本形態は、次のように変更できる。
（変更点１）表示手段１は、ＬＣＤとしたが、プロジェクタ等、波長により光の透過率が異なるディスプレイであればよい。
（変更点２）また、ＣＲＴ等、波長により光の透過率が変化しない表示デバイスにおいても、広い範囲の波長を階調特性として反映するので、輝度（Ｙ）だけを用いた階調補正よりも変換ノイズが軽減される。
（変更点３）デバイス依存色は、ＣＭＹでもよく、４原色以上でもよい。
（変更点４）（式８）、（式９）、（式１０）の出力最大値が「１」に完全に一致せず、数％の誤差がある場合は、最小値を「０」、最大値を「１」になるように正規化してもよい。

（実施の形態３）
次に、図８を用いて、実施の形態３について説明する。以下、実施の形態２と同様の点については、重複を避けるため、説明を省略する。

実施の形態３が、実施の形態２と異なるのは、階調プロファイル生成手段３０において、補正されていないＲＧＢ各階調信号（０−２５５）と黒成分の測色値を条件とし、かつ行列係数演算手段を省いて、演算の簡略化をおこなった点である。

表示手段１のＲＧＢ色純度が高くなるにつれ、（式７）の行列係数の対角成分は、他の成分に比べて大きくなる。本形態の階調プロファイル生成手段３０は、（式１１）、（式１２）、（式１３）の簡略式により、階調プロファイルを出力する。すなわち、Ｘ正規化手段１８ａは、（式１１）の演算をおこない赤の階調プロファイルを出力する。また、Ｙ正規化手段１８ｂは、（式１２）の演算をおこない緑の階調プロファイルを出力する。また、Ｚ正規化手段１８ｃは、（式１３）の演算をおこない青の階調プロファイルを出力する。

但し、表示手段１のＲＧＢ純度が低い場合や、ＣＭＹ色を表示する場合は、階調生成誤差が大きくなるので、実施の形態１あるいは２の手法を用いるのが望ましい。

実施の形態３には、実施の形態１の効果に加えて、次の効果がある。
（効果１）本形態では、簡易な処理により階調プロファイルを生成することにより、演算量を削減でき、システムリソースに乏しい情報処理装置にも実装しやすい。

（実施の形態４）
次に、図９を用いて、実施の形態４について説明する。本形態の色変換装置は、ある表示デバイスに、意図する色を忠実に再現するために、デバイス独立色（ＣＩＥ−ＸＹＺ）で表される第一の色データを、ある表示デバイスのデバイス依存色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））で表される第二の色データに変換する。

図９に示すように、この色変換装置は、次の要素を備える。まず、黒成分記録手段３１には、ある表示デバイスの黒の測色値が格納されている。黒補正手段３２は、黒成分記録手段３１の測色値（ＣＩＥ−ＸＹＺ）を、入力値（デバイス独立色）から減算する。階調プロファイル生成手段２０は、実施の形態２と同様であり、行列係数生成手段１４が生成する行列係数は行列係数記録手段３３に格納され、行列演算手段１３が出力する階調プロファイルは階調プロファイル記録手段３４に格納されている。行列演算手段３５は、黒成分補正手段３２からの出力を、行列係数記録手段３３に格納された行列係数を用いて、ある表示デバイス依存色（ＲＧＢ信号）に変換する。階調補正手段３６は、階調プロファイル記録手段３４に格納された階調プロファイルを用いて、行列演算手段３５からの出力を階調補正し、ある表示デバイスのデバイス依存色のデータ（ＲＧＢデータ）を出力する。

次に、本形態の色変換装置の動作について説明する。黒成分補正手段３２は、次式に従って、デバイス独立色のデータ（ＣＩＥ−ＸＹＺデータ）から、ある表示デバイスの黒成分（Ｘk，Ｙk，Ｚk）を減算し、その結果は、（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）として出力される。

次に、行列演算手段３５は、行列係数記録手段３３に格納された行列係数Ｋを用いて、次式に従い、黒成分補正手段３２の出力値（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）を、ある表示デバイスのＲＧＢ光強度（Ｒ_linear，Ｇ_linear，Ｂ_linear）に変換する。

最後に、階調補正手段３６は、階調プロファイル記録手段３４に格納された階調プロファイルを用いて、次式に従い、ＲＧＢ光強度（Ｒ_linear，Ｇ_linear，Ｂ_linear）を変換（つまり、階調特性の補正）し、その出力（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、色変換装置の出力となる。

実施の形態４には、次の効果がある。
（効果１）輝度（Ｙ）のみを用いた階調補正では、ＬＣＤ等、波長により光の透過率が異なるデバイスにおいて、ＲＧＢの階調を均一にすることが難しく、グレースケールの色温度上昇が発生する。本形態では、階調補正の重要なパラメータとなる階調プロファイルを、デバイス特性に基づいて決定した行列係数と、ＣＩＥ−ＸＹＺ値とを用いて決定することにより、ＲＧＢの階調を均一とすることが可能である。従って、グレースケールの色温度上昇を少なくすることができる。
（効果２）また、階調特性がＲＧＢで均一になることによる、肌色等の自然画像の色再現性を改善できる。
（効果３）また、階調プロファイルは、デバイス特性により一意に決定されるので、階調調整に作業者の熟練が不要であり、様々なＬＣＤデバイス特性に対して、安定した調整をおこなうことが可能である。
（効果４）また、黒成分補正手段３２を設けることにより、透過型ＬＣＤのバックライト漏れ光や、反射型ＬＣＤの表面反射光等の影響を排除し、信号レベルが低い場合のグレースケールの色温度変化を少なくすることができる。
（効果５）黒成分を減算した測色値を条件に求めた行列係数を用いて、行列演算をおこなうことにより、意図する色と、表示デバイスに実際表示される色との誤差が小さくなる。

本形態は、次のように変更できる。
（変更点１）表示デバイスは、ＬＣＤ、ＣＲＴ等、カラー画像を表示するデバイスであればよく、特定のデバイスに限定されない。
（変更点２）本形態は、色変換装置であったが、プロファイル生成手段と、実際にカラー画像を変換する黒成分補正手段、行列演算手段、階調補正手段とは、別の装置として構成してもよい。この場合、様々な表示デバイスに対し、1対１に対応するデバイスプロファイル（黒成分、行列係数、階調プロファイルのセット）群を、あらかじめ記憶しておけば、様々な表示デバイスが色変換システムに接続された場合、対応するデバイスプロファイルに入れ替えるだけでよい。
（変更点３）デバイス依存色は、ＣＭＹでもよい。

（実施の形態５）
次に、図１０を用いて、実施の形態５について説明する。本形態の色彩シミュレーション装置は、第１の表示デバイスに表示される色を、第２の表示デバイス上で模擬表示するために、第１の表示デバイスへの入力色データ（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）（第１の表示デバイスのデバイス依存色）を、第２の表示デバイスへの入力色データ（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２）（第２の表示デバイスのデバイス依存色）に変換する。

色彩シミュレーション装置は、例えば、次のような状況で好適に使用できる。即ち、第１の表示デバイスが開発対象となっている携帯電話端末のＬＣＤであり、その仕様（特にデバイス依存色）は既知であるものの、ＬＣＤそのものは未だ入手できない。一方、第２の表示デバイスが開発者が使用するコンピュータのＬＣＤであり、そのデバイス依存色が既知である場合などである。このとき、開発者がこの色彩シミュレーション装置を用いれば、第１の表示デバイスのＬＣＤ（未入手）の色再現性の評価を開発者のコンピュータ（第２の表示デバイス）を用いて実施できる。勿論、この例は本形態の色彩シミュレーション装置の用途を上述のものに限定する趣旨ではない。

さて図１０に示すように、この色彩シミュレーション装置は、入力段１００と出力段２００とに大別できる。まず、入力段１００は、本来、第１の表示デバイスに入力されるべき色データであり、第１の表示デバイス依存色の色データ（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）を、デバイス独立色のデータ（ＣＩＥ−ＸＹＺ）に変換する。また、出力段２００は、デバイス独立色のデータ（ＣＩＥ−ＸＹＺ）を、第２の表示デバイスのデバイス依存色の色データ（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２）に変換し、第２の表示デバイスに出力する。これにより、第１の表示デバイス上の色を、第２の表示デバイス上で模擬表示できる。黒成分補正手段３２は、入力段１００から出力されたデータについて、第１の表示デバイスの黒成分と、第２の表示デバイスの黒成分の違いを補正し、出力段２００へ出力する。

また、図１０に示すように、出力段２００は、行列演算手段３５、階調補正手段３６、第２のプロファイル生成手段２０、第２の黒成分記録手段３１、第２の行列係数記録手段３３、第２の階調プロファイル記録手段３４を備える。これらは、実施の形態４の行列演算手段３５、階調補正手段３６、プロファイル生成手段２０、黒成分記録手段３１、行列係数記録手段３３、階調プロファイル記録手段３４と同様であるので、説明を省略する。

また、入力段１００は、階調逆補正手段４１、逆行列演算手段４２、第１のプロファイル生成手段４３、第１の黒成分記録手段４４、第１の行列係数記録手段４５、第１の階調プロファイル記録手段４６を備える。階調逆補正手段４１は、演算パラメータは異なるが、階調補正手段３６の逆変換に相当する。同様に、逆行列演算手段４２は、演算パラメータは異なるが、行列演算手段３５の逆変換に相当する。第１のプロファイル生成手段４３、第１の黒成分記録手段４４、第１の行列係数記録手段４５、第１の階調プロファイル記録手段４６は、第１の表示デバイスのデバイス特性を入力とする点が、出力段２００とは異なるが、それぞれの動作及び内容は、出力段２００のものと同様である。

以下に、本形態の色彩シミュレーション装置の動作について説明する。本来、第１の表示デバイスに入力されるべき、第１の表示デバイスの依存色である色データ（Ｒ₁，Ｇ₁，Ｂ₁）は、入力段１００に入力される。色データ（Ｒ₁，Ｇ₁，Ｂ₁）は、階調逆補正手段４１により、次式に従い階調補正され、出力値（Ｒ_{1_linear}，Ｇ_{1_linear}，Ｂ_{1_linear}）として出力される。

ここで、ｆ_{1_r} ^-1，ｆ_{1_g} ^-1，ｆ_{1_b} ^-1は、第１の階調プロファイル記録手段４６に記憶された階調プロファイルにより決定される逆関数である。

次に、出力値（Ｒ_{1_linear}，Ｇ_{1_linear}，Ｂ_{1_linear}）は、逆行列変換手段４２により、次式に従い、デバイス独立色（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として出力される。

ここで、Ｋ’₁ ^-1は、第１の行列係数記録手段４５に格納されている逆行列係数である。

デバイス独立色（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、黒成分補正手段３２により、次式に従って、第１の黒成分記録手段４４に記憶されている第１の表示デバイスの黒成分（Ｘ_{1_k}，Ｙ_{1_k}，Ｚ_{1_k}）が加算され、第２の黒成分記録手段３１に記憶されている第２の表示デバイスの黒成分（Ｘ_{2_k}，Ｙ_{2_k}，Ｚ_{2_k}）が減算されることにより、出力値（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）として出力段２００に出力される。なお、出力値（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）は、デバイス独立色である。

次に、行列演算手段３５は、第２の行列係数記録手段３３に格納された行列係数Ｋ’２を用いて、次式に従い、デバイス独立色（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）を第２の表示デバイスのＲＧＢ光強度（Ｒ_{2_linear}，Ｇ_{2_linear}，Ｂ_{2_linear}）に変換する。なお、ＲＧＢ光強度（Ｒ_{2_linear}，Ｇ_{2_linear}，Ｂ_{2_linear}）は第２の表示デバイスのデバイス依存色である。

最後に、階調補正手段３６は、階調プロファイル記録手段３４に格納された階調プロファイルを用いて、次式に従い、ＲＧＢ光強度（Ｒ_{2_linear}，Ｇ_{2_linear}，Ｂ_{2_linear}）の階調特性を補正し、色彩シミュレーション装置は、第２の表示デバイスのデバイス依存色の色データ（Ｒ₂，Ｇ₂，Ｂ₂）を出力する。

実施の形態５には、次の効果がある。
（効果１）輝度（Ｙ）のみを用いた階調補正では、ＬＣＤ等、波長により光の透過率が異なるデバイスにおいて、ＲＧＢの階調を忠実にシミュレーションにすることが難しく、グレースケールの色温度上昇が発生していた。本形態では、階調補正の重要なパラメータとなる階調プロファイルを、デバイス特性に基づいて決定した行列係数とＣＩＥ−ＸＹＺ値を用いて決定することにより、入力側の階調特性を表示デバイスに忠実に再現することが可能である。
（効果２）また、階調プロファイルは、デバイス特性により一意に決定されるので、作業者の熟練が不要であり、様々なＬＣＤデバイス特性に対して、安定した色再現をおこなうことが可能である。
（効果３）また、黒成分補正手段を設けることにより、透過型ＬＣＤのバックライト漏れ光や、反射型ＬＣＤの表面反射光等の影響を、表示デバイスに忠実に再現できる。
（効果４）目的の表示デバイス（第１の表示デバイス）が入手できない状態においても、その仕様（デバイス依存色等）が分かっていれば、他の表示デバイス（第２の表示デバイス）上で、精度良く色再現性の評価を行える。
（効果５）黒成分を減算した測色値を条件に求めた行列係数を用いて、行列演算をおこなうことにより、実際に第１の表示デバイスに実際に出力される色と、第２の表示デバイス上にシミュレーションされた色との誤差が小さくなる。

本形態は、次のように変更できる。
（変更点１）表示デバイスは、ＬＣＤ、ＣＲＴ等、カラー画像を表示するデバイスであればよく、特定のデバイスに限定されない。
（変更点２）デバイス依存色は、ＣＭＹでもよい。

（実施の形態６）
以下、図１１から図１２を参照しながら、本形態の画像表示装置について説明する。

本形態の画像表示装置は、カラー画像の入力色データ（デバイス依存色）を、階調補正し表示する。簡単に言えば、表示手段の階調特性の逆変換（補正）により、入力色データの色彩バランスを保ったまま表示する。

図１１に示すように、この画像表示装置は次の要素を備える。まず、階調補正手段１２は、カラー画像の入力色データの階調を補正する。また、表示手段１は、階調補正手段１２により階調補正された色データを表示する液晶ディスプレイである。

階調補正手段１２の特性は、次の条件を満たすように定められる。

（条件）：各成分を同一にした色データ（テスト色データ）が、入力色データとして階調補正手段１２に入力されるとき、階調補正手段１２の出力値（テスト補正色データ）が評価関数生成手段４０に入力されると、評価関数生成手段４０の出力値(評価データ)の各成分が等しい。

図１４の例では、テスト色データ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，１２８，１２８）が階調補正手段１２に入力され、階調補正手段１２はテスト補正色データ（Ｒ'、Ｇ'、Ｂ'）＝（９０、１２８、１５０）を評価関数生成手段４０へ入力する。このとき、評価関数生成手段４０が出力する評価データ（ＲＸ，ＧＸ、ＢＸ）＝（０．２５、０．２５、０．２５）の各成分は、全て等しい。

図１２を参照しながら、評価関数生成手段４０が生成する評価関数について説明する。

図３に示すように、この評価関数は、ＲＧＢ各信号レベル（ここでは、０−２５５に正規化されている）と、表示される光の発光強度（ここでは、０−１に正規化されている）との関係を定義する。言い換えれば、評価関数は、表示手段１単体における階調特性を示す。

図１５に示すように、補正されていないＲＧＢ各階調信号（０−２５５）と、白、３原色(赤、緑、青)とが、表示手段１に入力される。

次に、分光測色計４が表示された色を測色し、評価関数生成手段４０にその結果を出力する。

評価関数生成手段４０は、白、３原色(赤、緑、青)の測色値（ＣＩＥ−ＸＹＺ）をパラメータとする連立方程式を解き、 Ｒ_linear，Ｇ_linear，Ｂ_linear信号と（ＣＩＥ−ＸＹＺ）値とを１対１に写像する行列Ｋ（ｋｉｊ）を、次式に従うように求める。ここで、Ｒ_linear，Ｇ_linear，Ｂ_linearは「０」から「１」に正規化されている。

入力されたＲ階調信号の測色値を（Ｘ_ｒ（ｉ），Ｙ_ｒ（ｉ），Ｚ_ｒ（ｉ））とし、Ｇ階調信号の測色値を（Ｘ_ｇ（ｉ），Ｙ_ｇ（ｉ），Ｚ_ｇ（ｉ））とし、Ｂ階調信号の測色値を（Ｘ_ｂ（ｉ），Ｙ_ｂ（ｉ），Ｚ_ｂ（ｉ））とする。このとき、評価関数生成手段４０は、（式２３）、（式２４）、（式２５）に基づく演算をおこない、評価関数の出力値を決定する。ここで、ｉは１〜ｎの値をとり、ｎは階調データ数である。すなわち、（式２３）、（式２４）、（式２５）の出力は、（実施の形態１）の図３の光強度と同じ値になる。

つまり、輝度Ｙにより階調特性を評価していた従来技術に比べ、本形態では、Ｙだけではなく、Ｘ、Ｚの値を反映する評価関数により評価がなされる。

実施の形態６には、次の効果がある。
（効果１）輝度（Ｙ）のみを評価して階調を決定した階調補正によると、ＬＣＤ等、波長により光の透過率が異なるデバイスでは、ＲＧＢの階調を均一にすることが難しく、グレースケールの色温度上昇が発生しやすい。本形態では、デバイス特性、（ＣＩＥ−ＸＹＺ値）のＸ，Ｙ、Ｚのいずれも用いた評価関数により、階調補正量を決定しているため、ＲＧＢの階調を均一とすることが可能である。従って、グレースケールの色温度上昇を少なくできる。

本発明の画像表示装置は、例えば、ＬＣＤ等の表示デバイスを色再現性が要求される用途に使用する場合等において好適に利用できる。

本発明の実施の形態１における画像表示装置のブロック図 本発明の実施の形態１における階調プロファイル生成手段のブロック図 本発明の実施の形態１における階調プロファイル生成手段の例を示すグラフ （ａ）本発明の実施の形態１における目的のガンマ特性を示すグラフ （ｂ）本発明の実施の形態１における階調補正手段の関数ｆを示すグラフ 本発明の実施の形態１における信号レベルと色温度変化の関係を示すグラフ 本発明の実施の形態２における階調プロファイル生成手段のブロック図 本発明の実施の形態２における信号レベルと色温度変化の関係を示すグラフ 本発明の実施の形態３における階調プロファイル生成手段のブロック図 本発明の実施の形態４における色変換装置のブロック図 本発明の実施の形態５における色変換装置のブロック図 本発明の実施の形態６における画像表示装置のブロック図 本発明の実施の形態６における評価関数生成法の説明図 従来の画像表示装置のブロック図 等色関数の説明図 従来の画像表示装置の信号レベルと色温度変化の関係を示すグラフ

符号の説明

１ 表示手段
２、１１ 階調プロファイル記録手段
３、１２、１６ 階調プロファイル記録手段
４ 分光測定計
１０、２０、４３ 階調プロファイル生成手段
１３ 行列演算手段
１４ 行列係数生成手段
１５、１６、１７ 減算手段
１８ａ〜１８ｃ 正規化手段
３１ 黒成分記録手段
３２ 黒成分補正手段
３３、４５ 行列係数記録手段
３４、４６ 階調プロファイル記録手段
３５ 行列演算手段
４１ 階調逆補正手段
４２ 逆行列演算手段

Claims (18)

1. 入力色データ（デバイス依存色、以下同じ）の階調を、階調プロファイルを用いて補正し補正色データ（デバイス依存色、以下同じ）を生成する階調補正手段と、
   補正色データを表示する表示手段と、
   前記表示手段の階調プロファイルを記憶する階調プロファイル記憶手段と、
   前記表示手段の測色値（デバイス独立色、以下同じ）の少なくとも３属性に基づく演算により、前記階調プロファイル記憶手段に記憶される階調プロファイルを生成する階調プロファイル生成手段と
   を備えるカラー画像表示装置。
2. 前記階調プロファイル生成手段は、
   前記表示手段にデバイス依存色の原色と、白と、黒とを表示させた際における測色値に基づいて、測色値と入力色データ（デバイス依存色）とを１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成手段と、
   デバイス依存色の原色に対応する測色値に行列係数を積算した値を当該原色の階調プロファイルとして出力する行列演算手段と
   を備える請求項１記載のカラー画像表示装置。
3. 前記階調プロファイル生成手段は、
   デバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記表示手段に黒を表示させた際における測色値を減算する減算手段と、
   前記減算手段の出力に基づいて、測色値と入力色データ（デバイス依存色）とを１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成手段と、
   前記減算手段から出力されるデバイス依存色の原色の出力値に、行列係数を積算した値を当該原色の階調プロファイルとして出力する行列演算手段と
   を備える請求項１記載のカラー画像表示装置。
4. 前記階調プロファイル生成手段は、
   前記表示手段にデバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記表示手段に黒を表示させた際における測色値を減算する減算手段と、
   前記減算手段から出力されるデバイス依存色の原色の出力値を正規化した値を当該原色の階調プロファイルとして出力する正規化手段と
   を備える請求項１記載のカラー画像表示装置。
5. 入力色データ（デバイス依存色）の階調を補正する階調補正手段と、
   補正色データを表示する表示手段とを備えるカラー画像表示装置であり、
   各成分を同一にした色データ（テスト色データ、以下同じ）を前記入力色データとした際における前記階調補正手段から出力される値（テスト補正データ、以下同じ）を、
   前記表示手段の測色値の少なくとも３属性に基づく演算により得られる評価関数に入力した際に出力される値(評価データ、以下同じ)が、各成分で等しくなるように補正されるカラー画像表示装置。
6. 前記表示手段の測色値は、デバイス依存色の３原色を表示させた際における測色値から、前記表示手段に黒を表示させた際における測色値を減算した値である、請求項５記載のカラー画像表示装置。
7. デバイス独立色で表される第１の色データを、ある表示デバイスのデバイス依存色で表される第２の色データに変換する色変換装置であって、
   前記第１の色データから前記表示デバイスに黒を表示させた際における測色値を減算する第１の減算手段と、
   前記表示デバイスにデバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記表示デバイスに黒を表示させた際における測色値を減算する第２の減算手段と、
   前記第２の減算手段の出力値に基づいて、前記表示デバイスの測色値と、デバイス依存色とを１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成手段と、
   前記表示デバイスの測定値の少なくとも３属性に基づく演算により階調プロファイルを生成する階調プロファイル生成手段と、
   前記第１の減算手段の出力値に行列係数を積算する行列演算手段と、
   前記行列演算手段の出力値を階調プロファイルを用いて補正し第２の色データを生成する階調補正手段とを備える色変換装置。
8. 第１の表示デバイス上の色を第２の表示デバイス上で模擬表示する色彩シミュレーション装置であって、
   入力色データをデバイス独立色に変換する手段と、
   変換されたデバイス独立色に前記第１の表示デバイスの黒の測色値を加算し前記第２の表示デバイスの黒の測色値を減算する黒成分補正手段と、
   前記第２の表示デバイスに前記第２の表示デバイスのデバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記第２の表示デバイスの黒の測色値を減算する減算手段と、
   前記減算手段の出力値に基づいてデバイス独立色と前記第２の表示デバイスのデバイス依存色に１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成手段と、
   行列係数を用いて前記黒成分補正手段の出力値を前記第２の表示デバイスのデバイス依存色に変換する行列演算手段と、
   前記第２の表示デバイスの測色値の少なくとも３属性に基づく演算により階調プロファイルを生成する階調プロファイル生成手段と、
   前記行列演算手段の出力値を階調プロファイルを用いて補正する階調補正手段とを備える色彩シミュレーション装置。
9. 前記入力色データをデバイス独立色に変換する手段は、
   前記第１の表示デバイスの測色値の少なくとも３属性に基づく演算により第１の階調プロファイルを生成する第１の階調プロファイル生成手段と、
   第１の階調プロファイルの逆特性を用いて入力色データを補正する階調逆補正手段と、
   前記第１の表示デバイスに前記第１の表示デバイスのデバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記第１の表示デバイスの黒の測色値を減算する第１の減算手段と、
   前記第１の減算手段の出力値に基づいて、前記第１の表示デバイスのデバイス依存色をデバイス独立色に１対１に写像する第１の行列係数を生成する第１の行列係数生成手段と、第１の行列係数を用いて前記階調逆補正手段の出力値を変換し、変換されたデバイス独立色として出力する逆行列演算手段とを備える請求項８記載の色彩シミュレーション装置。
10. 表示手段の測色値（デバイス独立色、以下同じ）の少なくとも３属性に基づく演算により、階調プロファイルを生成する階調プロファイル生成ステップと
    入力色データ（デバイス依存色、以下同じ）の階調を、生成した前記階調プロファイルを用いて補正し補正色データ（デバイス依存色、以下同じ）を生成する階調補正ステップとを含むカラー画像表示方法。
11. 前記階調プロファイル生成ステップは、
    前記表示手段にデバイス依存色の原色と、白と、黒とを表示させた際における測色値に基づいて、測色値と入力色データ（デバイス依存色）とを１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成ステップと、
    デバイス依存色の原色に対応する測色値に行列係数を積算した値を当該原色の階調プロファイルとして出力する行列演算ステップと
    を含む請求項１０記載のカラー画像表示方法。
12. 前記階調プロファイル生成ステップは、
    デバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記表示手段に黒を表示させた際における測色値を減算する減算ステップと、
    前記減算ステップの出力に基づいて、測色値と入力色データ（デバイス依存色）とを１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成ステップと、
    前記減算ステップから出力されるデバイス依存色の原色の出力値に、行列係数を積算した値を当該原色の階調プロファイルとして出力する行列演算ステップとを含む請求項１０記載のカラー画像表示方法。
13. 前記階調プロファイル生成ステップは、
    前記表示手段にデバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記表示手段に黒を表示させた際における測色値を減算する減算ステップと、
    前記減算ステップから出力されるデバイス依存色の原色の出力値を正規化した値を当該原色の階調プロファイルとして出力する正規化ステップと
    を含む請求項１０記載のカラー画像表示方法。
14. 入力色データ（デバイス依存色）の階調を補正し、補正色データ（デバイス依存色）を生成する階調補正ステップと、
    補正色データを表示手段に表示させる表示ステップとを含む、カラー画像表示方法であり、
    各成分を同一にした色データ（テスト色データ）を前記入力色データとした際における前記階調補正ステップから出力される値（テスト補正データ）を、
    前記表示手段の測色値の少なくとも３属性に基づく演算により得られる評価関数に入力した際に出力される値(評価データ)が、各成分で等しくなるように補正されるカラー画像表示方法。
15. 前記表示手段の測色値は、デバイス依存色の３原色を表示させた際における測色値から、前記表示ステップで黒を表示させた際における測色値を減算した値である、請求項１４記載のカラー画像表示方法。
16. デバイス独立色で表される第１の色データを、ある表示デバイスのデバイス依存色で表される第２の色データに変換する色変換方法であって、
    前記第１の色データから前記表示デバイスに黒を表示させた際における測色値を減算する第１の減算ステップと、
    前記表示デバイスにデバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記表示デバイスに黒を表示させた際における測色値を減算する第２の減算ステップと、
    前記第２の減算ステップの出力値に基づいて、前記表示デバイスの測色値と、デバイス依存色とを１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成ステップと、
    前記表示デバイスの測定値の少なくとも３属性に基づく演算により階調プロファイルを生成する階調プロファイル生成ステップと、
    前記第１の減算ステップの出力値に行列係数を積算する行列演算ステップと、
    前記行列演算ステップの出力値を階調プロファイルを用いて補正し第２の色データを生成する階調補正ステップとを含む色変換方法。
17. 第１の表示デバイス上の色を第２の表示デバイス上で模擬表示する色彩シミュレーション方法であって、
    入力色データをデバイス独立色に変換するステップと、
    変換されたデバイス独立色に前記第１の表示デバイスの黒の測色値を加算し前記第２の表示デバイスの黒の測色値を減算する黒成分補正ステップと、
    前記第２の表示デバイスに前記第２の表示デバイスのデバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記第２の表示デバイスの黒の測色値を減算する減算ステップと、
    前記減算ステップの出力値に基づいてデバイス独立色と前記第２の表示デバイスのデバイス依存色に１対１に写像する行列係数を生成する行列係数生成ステップと、
    行列係数を用いて前記黒成分補正ステップの出力値を前記第２の表示デバイスのデバイス依存色に変換する行列演算ステップと、
    前記第２の表示デバイスの測色値の少なくとも３属性に基づく演算により階調プロファイルを生成する階調プロファイル生成ステップと、
    前記行列演算ステップの出力値を階調プロファイルを用いて補正する階調補正ステップとを含む色彩シミュレーション方法。
18. 前記入力色データをデバイス独立色に変換するステップは、
    前記第１の表示デバイスの測色値の少なくとも３属性に基づく演算により第１の階調プロファイルを生成する第１の階調プロファイル生成ステップと、
    第１の階調プロファイルの逆特性を用いて入力色データを補正する階調逆補正ステップと、
    前記第１の表示デバイスに前記第１の表示デバイスのデバイス依存色の原色を表示させた際における測色値から前記第１の表示デバイスの黒の測色値を減算する第１の減算ステップと、
    前記第１の減算ステップの出力値に基づいて、前記第１の表示デバイスのデバイス依存色をデバイス独立色に１対１に写像する第１の行列係数を生成する第１の行列係数生成ステップと、第１の行列係数を用いて前記階調逆補正ステップの出力値を変換し、変換されたデバイス独立色として出力する逆行列演算ステップとを含む請求項１７記載の色彩シミュレーション方法。

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