JP2005215612A - 階調補正回路、画像表示装置及び画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模の増大を招くことなく、階調特性の曲率が高い部分に対しても正確な階調補正を行うことが可能な階調補正回路、画像表示装置及び画像処理方法を提供する。
【解決手段】階調補正回路は、例えばガンマ補正や色補正など、入力画像データの階調補正に使用される。入力画像データの階調数より少ない階調数の階調基準データ群が保持されており、入力画像データの階調値に基づいて、隣接する２つの階調基準データが選択される。また、入力階調値に応じた複数の補間基準データ群が保持されており、入力画像データの階調値に基づいて、複数の補間基準データ群のうちの１つが選択される。選択された補間基準データを用いて、２つの階調基準データ間の補間が行われ、出力階調値が出力される。入力画像データの階調値に応じて適切な補間基準データ群を選択して補間処理を実行することにより、正確な階調補正が可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像データの階調補正処理に関し、特にルックアップテーブル（ＬＵＴ）を利用した色補正やガンマ（γ）補正などの階調補正処理に関する。

画像データを表示する画像表示装置において、ＣＲＴ、ＬＣＤなどの表示デバイスの特性に応じて画像データの表示特性を調整する処理としてガンマ補正処理などの階調補正処理が知られている。一般的に、階調補正処理は表示デバイスの表示特性に基づいて作成された階調補正特性（ガンマ特性）データを記憶したＬＵＴなどを利用して行われる。ガンマ特性などの階調補正特性は、入力階調値と出力階調値の関係を規定する特性であり、画像表示装置は階調補正特性を参照して入力画像データの入力階調値に対応する出力階調値を取得し、その出力階調値で表示デバイス上に画像データの表示を行う。

また、入力画像データに対して、所望の色特性を考慮して色補正を行って画像表示装置に表示する際にも、予め用意された色変換特性を記憶したＬＵＴが使用される。上記のような色補正及びガンマ補正方法の一例が特許文献１に記載されている。

従来の階調補正回路では、入力階調データに対する演算や、入力階調データに応じた基準階調データの補間により階調補正を行っていた。演算によりガンマ補正を行う手法が特許文献２に記載されている。演算により階調補正を行う場合は、滑らかな曲線により構成される階調特性を得ることが可能であるが、階調特性の変更が難しいという問題があった。一方、補間により階調補正を行う場合は、階調特性の変更は容易であるが、その反面、階調特性の曲線部の曲率が大きい区間では所期の階調との誤差が大きくなり、表示画像品質が低下するという問題があった。このような観点から、誤差補正データ用のＬＵＴを追加して階調変換を行うことで誤差を低減する手法が提案されているが（特許文献３を参照）、基準データ用と誤差補正データ用の２つのＬＵＴが必要となるので回路規模が大きくなり、コストも高くなるという問題が残る。

特開平９−２７１０３６号公報 特開２００３−２２４７４０号公報 特表２００２−５３４００７号公報

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、回路規模の増大を招くことなく、階調特性の曲率が高い部分に対しても正確な階調補正を行うことが可能な階調補正回路、画像表示装置及び画像処理方法を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、階調補正回路は、入力画像データの階調数より少ない階調数分の階調基準データ群を保持する階調基準データ保持部と、前記入力画像データの入力階調値に基づいて、前記階調基準データ群から隣接する２つの階調基準データを選択する階調基準データ選択部と、入力階調値に応じた複数の補間基準データ群を保持する補間基準データ保持部と、前記入力画像データの入力階調値に基づいて、前記複数の補間基準データ群のうちの１つを選択する補間基準データ群選択部と、選択された前記補間基準データ群中の補間基準データを用いて前記隣接する２つの階調基準データ間を補間し、前記入力画像データに対応する出力階調値を算出して出力する演算部と、を備える。

上記の階調補正回路は、例えばガンマ補正や色補正など、入力画像データの階調補正に使用される。入力画像データの階調数より少ない階調数の階調基準データ群が保持されており、入力画像データの階調値に基づいて、隣接する２つの階調基準データが選択される。また、入力階調値に応じた複数の補間基準データ群が保持されており、入力画像データの階調値に基づいて、複数の補間基準データ群のうちの１つが選択される。補間基準データは、隣接する２つの階調基準データ間を補間するために必要なデータであり、例えば線形補間用の補間基準データと非線形補間用の補間基準データなどを含むことができる。そして、選択された補間基準データ群中の補間基準データを用いて、２つの階調基準データ間の補間が行われ、出力階調値が出力される。このように、複数の補間基準データ群を用意し、入力画像データの階調値に応じて適切な補間基準データ群を選択して補間処理を実行することにより、所望の階調特性に従って正確な階調補正が可能となる。

上記の階調補正回路の一態様では、前記補間基準データ保持部は、外部から入力される前記補間基準データを書き換え可能に保持する。この態様によれば、複数の補間基準データ群を外部から書き換えることができるので、必要に応じて適切な補間基準データに変更を行うことにより、所望の階調特性に適合した正確な階調補正が可能となる。

上記の階調補正回路の他の一態様では、前記補間基準データ群選択部は、前記入力画像データの入力階調値と、当該入力階調値に対応して選択すべき補間基準データ群との対応関係を記憶する記憶部と、外部からの入力に応じて、前記対応関係を変更する手段と、を備える。この態様によれば、入力画像データの階調値と、その階調値に対して選択されるべき補間基準データ群との対応関係を、外部から任意に設定、変更することができる。よって、階調補正に使用する階調特性の設定における自由度が増加する。

上記の階調補正装置の他の一態様では、前記補間基準データ群選択部は、所定範囲の入力階調値に対応する補間基準データ群に対して所定の演算を行うことにより、他の所定範囲の入力階調値に対応する補間基準データ群を作成する作成手段と、前記入力画像データの入力階調値が前記他の所定範囲に含まれる場合、前記作成された補間基準データ群を選択する手段と、を備える。この態様では、階調特性に類似した曲線部分や対象な部分などが存在する場合には、ある入力階調値の範囲に対応する１つの補間基準データ群に基づいて、他の入力階調値の範囲に対応する補間基準データ群を作成することができる。よって、補間基準データ群として保持すべきデータ量を削減することができる。

１つの好適な実施例では、前記補間基準データ群選択部は、選択された補間基準データ群から前記入力画像データの入力階調値に対応する１つの補間基準データを前記演算部へ出力し、前記演算部は、前記隣接する２つの階調基準データの差分を演算する手段と、前記差分に、前記補間基準データ群選択部から供給された前記１つの補間基準データを乗算して乗算結果を出力する手段と、前記２つの階調基準データのいずれかに、前記乗算結果を加算して前記出力階調値を算出する手段と、を備える。

この例では、選択された補間基準データ群から、入力画像データの階調値に対応する補間基準データが抽出される。また、隣接する２つの階調基準データの差分が算出され、その差分に、補間基準データを乗算した結果を、２つの階調基準データのいずれかに加算して出力階調値を算出することができる。

また、上記の階調補正回路と、前記階調補正された画像データを表示する表示部と、を備える画像表示装置を構成することができる。

本発明の他の観点では、入力画像データの階調数より少ない階調数分の階調基準データ群、及び、入力階調値に応じた複数の補間基準データ群を保持する保持部を備える画像処理装置により実行される画像処理方法は、前記入力画像データの入力階調値に基づいて、前記階調基準データ群から隣接する２つの階調基準データを選択する階調基準データ選択工程と、前記入力画像データの入力階調値に基づいて、前記複数の補間基準データ群のうちの１つを選択する補間基準データ選択工程と、選択された前記補間基準データ群中の補間基準データを用いて前記隣接する２つの階調基準データ間を補間し、前記入力画像データに対応する出力階調値を算出して出力する演算工程と、を備える。上記の画像処理方法によっても、上述の画像処理装置と同様に、複数の補間基準データ群を用意し、入力画像データの階調値に応じて適切な補間基準データ群を選択して補間処理を実行するので、所望の階調特性に従って正確な階調補正が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

［画像表示装置］
図１は、本発明の階調補正回路を適用した画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。図示のように、画像表示装置１００は、画像処理回路１０１と画像表示部１０２とを備える。画像表示装置１００の例としては、携帯電話、携帯型端末、ＰＤＡ、デジタルカメラなどが挙げられる。

画像処理回路１０１は、外部から入力された画像データＤ１に対して色変換処理、ガンマ補正を含む階調特性補正処理などを施し、補正後の画像データＤ１０を画像表示部１０２へ供給する。なお、画像処理回路１０１へは、画像データＤ１と同期したクロック信号ＣＬＫも入力される。画像表示部１０２は、例えばＣＲＴ、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示デバイスを備え、補正後の画像データＤ１０を表示する。

［画像処理回路］
図２は、図１に示す画像処理回路１０１の内部構成を示すブロック図である。図示のように、画像処理回路１０１は、色変換演算部１０と、階調補正部２０と、減色処理部３０とを備える。

色変換演算部１０は、外部から入力される画像データＤ１に対して所望の色特性への色変換処理を施し、色変換後の画像データＤ２を階調補正部２０へ供給する。入力される画像データＤ１はＲＧＢ各色８ビットのデジタルデータであり、色変換演算部１０は３×３のマトリクス演算により色変換処理を行う。なお、色変換演算部１０へは画像データＤ１の他に、レジスタ制御信号Ｓｃが入力される。

階調補正部２０は、色変換後の画像データＤ２に対してガンマ補正などの階調補正を行い、補正後の画像データＤ３を減色処理部３０へ供給する。補正後の画像データＤ３もＲＧＢ各色８ビットのデータである。なお、階調補正部２０へは、レジスタ制御信号Ｓｃが入力されている。

減色処理部３０は、ガンマ補正後の画像データＤ３に対して減色処理を行う。上述のようにガンマ補正後の画像データＤ３はＲＧＢ各色８ビットのデータであり、減色処理部３０は例えばその上位６ビットをビットスライスすることによりＲＧＢ各色６ビットのデータとし、下位２ビットのデータに基づいてディザ処理を適用してＲＧＢ各色６ビット（ディザ処理により各色８ビット相当となっている）の画像データＤ１０を画像表示装置１０２へ供給する。

なお、減色処理部３０は、画像表示部１０２の表示能力によっては、減色処理を行わずに各色８ビットの画像データを画像表示部１０２へ供給することもできる。例えば、画像表示部１０２が各色８ビットの表示能力を有する場合、減色処理部３０は減色処理を行わずに各色８ビットの画像データＤ１０を画像表示部１０２へ供給してもよい。一方、画像表示部１０２が各色６ビットの表示能力しか有しない場合は、減色処理部３０は減色処理により各色６ビットの画像データを作成して画像表示部１０２へ供給することができる。なお、減色処理部３０へは、ガンマ補正後の画像データＤ３に加えて、レジスタ制御信号Ｓｃ、並びに、画像データＤ１と同期した水平同期信号Hsync及び垂直同期信号Vsyncが入力されている。

［色変換演算部］
次に、色変換演算部１０について詳しく説明する。図３（ａ）に色変換演算部１０の構成例を示す。色変換演算部１０は、３つの乗算器１１〜１３と、加算器１４と、レジスタ値制御部１５とを備え、図３（ｂ）に示す３×３のマトリクス演算を行う。各乗算器１１〜１３が乗算する係数ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３、及び、ｃ１〜ｃ３は、レジスタ制御信号Ｓｃに基づいてレジスタ値制御部１５が決定し、各乗算器１１〜１３に設定する。

具体的には、乗算器１１は、画像データＤ１のうちのＲ（赤）データＲinに対して係数ａ１、ｂ１、ｃ１を乗算し、加算器１４へ出力する。乗算器１２は画像データＤ１のうちのＧ（緑）データＧinに対して係数ａ２、ｂ２、ｃ２を乗算し、加算器１４へ出力する。乗算器１３は画像データＤ１のうちのＢ（青）データＢinに対して係数ａ３、ｂ３、ｃ３を乗算し、加算器１４へ出力する。加算器１４は、乗算器１１〜１３の出力を加算してＲout、Ｇout及びＢoutを生成し、これらを画像データＤ２として出力する。

レジスタ値制御部１５が設定する係数ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３、及び、ｃ１〜ｃ３により、出力される画像データＤ２（即ちＲout、Ｇout及びＢout）の色特性が変化する。係数ａ１、ｂ２及びｃ３を「１」とし、他の計数値を「０」とすれば入力される画像データＤ１と出力される画像データＤ２は同一の色特性となる。例えば、出力される画像データＤ２を赤が強めの色特性としたい場合には、Ｒoutに影響を与える係数ａ１〜ａ３を大きめに設定すればよい。

［階調補正部］
次に、本発明の階調補正回路を適用した階調補正部について説明する。

（第１実施例）
まず、第１実施例に係る階調補正部２０ａについて図４乃至６を参照して説明する。図４に、階調補正部２０ａの構成を示す。なお、図４に示すのは、ＲＧＢ３色の入力画像データのうち、Ｒに対応する部分のみである。Ｇ及びＢに対応する部分も同様に構成されるので、図示及び重複した説明は省略する。

図示のように、階調補正部２０ａは大別して、階調基準データ部２１と、補間基準データ部２２と、演算部２３とを備える。階調基準データ部２１は、階調特性を示す階調基準データを記憶している。ここで、階調特性とは、図５（ａ）に例示するように、入力画像データＤ２の入力階調値と、それに対応する出力階調値との関係を示す特性である。補間基準データ部２２は、階調特性を補間するための補間基準データを記憶している。

但し、階調基準データ部２１に記憶する階調特性として、入力画像データＤ２の全入力階調値に対して出力階調値を有することとすると、階調基準データ部２１に要求される記憶容量が膨大となる。そこで、本発明では、階調基準データ部２１に記憶する階調特性は、入力画像データＤ２の階調数より少ない階調数分とし、不足する分は補間処理により補って階調補正を行う。階調基準データ部２１は、入力画像データＤ２の階調値（「入力階調値」と呼ぶ。）に近い２つの隣接する出力階調値を演算部２３へ出力する。

補間基準データ部２２は、上記のように、階調基準データ部２１に記憶される階調特性の補間演算を行う際に使用する補間用のデータを記憶している。補間基準データ部２２は、入力画像データＤ２の所定数（本例では４ビット）の下位ビットデータに基づいて、補間処理に使用される補間基準データを取得し、演算部２３へ出力する。

演算部２３は、階調基準データ部２１から受け取った２つの出力階調値と、補間基準データ部２２から受け取った補間基準データとに基づいて補間演算を実行し、階調補正後の出力階調値を出力画像データＤ３として減色処理部３０へ出力する。

次に、上記各要素について詳しく説明する。

階調基準データ部２１は、ＳＲＡＭ２１１とセレクタ２１２を有する。ＳＲＡＭ２１１は階調特性を示す階調基準データを記憶する。階調特性の一例を図５（ａ）に示す。図示のように、階調特性７１は、１０ビットの入力画像データＲin[9:0]に対応する１０２４個の入力階調データと、それに対応する８ビットの出力階調データＲout[7:0]との対応関係を示す。なお、図５（ａ）では階調特性７１は実線により連続的に示されているが、階調基準データは、全１０２４個の入力階調データに対して出力階調データを有するのではなく、１６個の入力階調データ（４ビットに対応）毎に１つの出力階調データを有している。この様子が図５（ｂ）に示されている。図５（ｂ）において、個々の階調特性データ７３は階調特性７１上にあるが、１６個の入力階調値毎に用意されている。

セレクタ２１２は、入力画像データＤ２（以下、Ｒin[9:0]とも記す。）の上位６ビットであるＲin[9:4]を受け取り、ＳＲＡＭ２１１に記憶されている階調基準データを参照して、入力画像データＲin[9:0]に最も近い２つの隣接する入力階調データに対応する出力階調データＲout1[7:0]及びＲout2[7:0]を演算部２３へ出力する。これら出力階調データＲout1[7:0]及びＲout2[7:0]は、演算部２３において実行される補間演算において、階調特性７１上の補間すべき領域の両端を示すものである。

補間基準データ部２２は、ＲＯＭ２２０と、セレクタ２２３を有する。ＲＯＭ２２０は、補間基準データ１及び２を記憶している。データ１は線形補間用の補間基準データであり、データ２は非線形補間用の補間基準データである。なお、本実施例では補間基準データ部２２のＲＯＭ２２０には、データ１とデータ２の２つの補間基準データが記憶されているが、さらに別の補間基準データが記憶されることもある。以下、複数の補間基準データをまとめて「補間基準データ群」と呼ぶことがある。補間基準データの例を図５（ｃ）に示す。なお、補間基準データは、階調基準データ部２１から出力される２つの出力階調データＲout1[7:0]及びＲout2[7:0]の差分に対して設定されている。線形補間用の補間基準データ１は黒点で示すように線形のグラフ上に位置し、非線形補間用の補間基準データ２は白点で示すように非線形（この例では曲線）のグラフ上に位置する。また、線形補間用の補間基準データ２の数値例を図６（ａ）に示し、非線形補間用の補間基準データ２の数値例を図６（ｂ）に示す。

セレクタ２２３は入力画像データＲin[9:0]を受け取り、その入力階調値に基づいてＲＯＭ２２０から入力階調値に対応する補間値Ｒintp[7:0]を演算部２３へ出力する。ここで、セレクタ２２３は、入力画像データＲin[9:0]の入力階調値に基づいて、補間基準データ１及び２のいずれかを選択し、選択した方の補間基準データに含まれる補間値を演算部２３へ出力する。

いま、階調基準データ部２１に記憶されている階調特性が図５（ａ）及び（ｂ）に示すものであると仮定する。なお、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す階調特性の入力階調値が小さい領域の拡大図である。この階調特性７１においては、入力階調値が小さい場合、具体的には領域７２に属する場合には、階調特性７１の曲率が大きいため、線形補間を行うと誤差が大きくなる。そこで、入力階調値が領域７２に属する場合には非線形（曲線）の補間基準データにより補間処理を行う。一方、入力階調値が領域７２に属しない場合は、階調特性の曲率はそれほど大きくなく、線形補間を行えばよい。従って、セレクタ２２３は入力階調値が図５（ａ）に示す領域７２に属する場合には非線形補間用の補間基準データ２を選択し、その中から当該入力階調値に対応する補間値をＲintp[7:0]として出力する。一方、セレクタ２２３は入力階調値が図５（ａ）に示す領域７２以外の領域に属する場合には線形補間用の補間基準データ１を選択し、その中から当該入力階調値に対応する補間値をＲintp[7:0]として出力する。

演算部２３は、減算器２３１と、乗算器２３２と、加算器２３３とを備える。減算器２３１は、階調基準データ部２１から受け取った出力階調データＲout1[7:0]とＲout2[7:0]の差分Ｄoutを計算し、乗算器２３２へ供給する。乗算器２３２は、差分Ｄoutと、補間基準データ部２２３から受け取った補間値とを乗算し、乗算結果Ｒmul[15:8]を加算器２３３へ出力する。加算器２３３は、乗算結果Ｒmul[15:8]を、階調基準データ部２１から入力された出力階調データＲout1[7:0]に加算して、階調補正後の画像データＲout[7:0]（図２における出力画像データＤ３に対応）を出力する。

このように、演算部２３は、階調基準データ部２１から、入力画像データの入力階調値に近い２つの入力階調データに対応する２つの出力階調データＲout1[7:0]とＲout2[7:0]を受け取り、その間を、補間基準データ部２２に記憶されている補間基準データ１又は２のいずれかに従って補間する。具体的には、２つの出力階調データＲout1[7:0]とＲout2[7:0]の間を、図５（ｃ）に例示する補間特性を示すデータ１又は２に従って補間し、入力画像データの入力階調値に対応する補間値を決定する。補間値の決定は、２つの出力階調データＲout1[7:0]とＲout2[7:0]の差分に、補間基準データ１又は２により規定される補間特性に従った補間値を乗算して求められる。

本発明では、補間特性として、線形補間用の補間基準データ１と、非線形補間用の補間基準データ２を用意し、入力画像データの入力階調値に応じて、いずれか一方を選択して演算部２３内における補間処理を行っている。よって、予め決定された階調特性が直線的である領域については線形補間用のデータ１を使用して補間処理を行い、階調特性が非線形である領域（図５（ａ）に示す領域７２など）については非線形補間用の補間基準データ２を使用して補間処理を行う。これにより、予め決定された階調特性の曲率の大きい部分や複雑な湾曲形状を有する部分などを正確に補間することができる。

（第２実施例）
次に、階調補正部の第２実施例について図７乃至１０を参照して説明する。なお、第２実施例は第１実施例を前提としているが、補間基準データ部２２３内に記憶する補間基準データを外部から設定可能に構成した点を特徴とする。

図７に第２実施例に係る階調補正部２０ｂの構成を示す。図７において、階調基準データ部２１の構成及び動作は第１実施例と同様であるので説明を省略する。

補間基準データ部２２は、レジスタ２２５とセレクタ２２３により構成される。レジスタ２２５には、外部からの補間基準データINTPRset[7:0]及び書き込み信号INTPRwrが入力される。具体的には、書き込み信号INTPRwrが入力されたタイミングで、補間基準データINTPRset[7:0]が補間基準データ１又は２に設定される。この構成により、補間処理に使用される補間特性を示す補間基準データを任意のタイミングで変更することが可能となる。

また、本実施例では、１つの補間基準データを階調特性における複数の領域に対する補間処理に使用することができる。図９（ａ）に階調特性の他の例を示す。この例では、階調特性８１は略Ｓ字の形状を有している。図９（ａ）の領域８２の近傍を拡大したものを図９（ｂ）に示す。いま、階調特性８１のうち、領域８２の部分を非線形補間用の補間基準データ２を用いて補間し、それ以外の領域を線形補間用の補間基準データ１を用いて補間するものとする。この場合、基本的には領域８２の全体に対応する補間基準データ２を用意し、補間基準データ部２２内のレジスタ２２５に記憶すればよいのであるが、図９の例のように領域８２内の階調特性８１が点対称であるような場合は、領域８２全体について補間基準データを記憶する必要はなく、領域８２の半分についての補間基準データを記憶し、残りの半分については演算により求めることができる。

いま、図９（ｂ）に示すように、非線形補間処理を行うべき領域８２が中央で点対称であるとし、領域８２をその中央で２つの領域８２ａ及び８２ｂに分割し、それぞれの領域内における階調特性８１の部分を８１ａ及び８１ｂとする。補間基準データ部２２内には、補間基準データ２として、図１０（ｂ）に示す階調特性８１ｂに従った補間基準データを記憶する。一方、領域８２ａにおける階調特性８１ａは、階調特性８１ｂを「１」から減算して図１０（ａ）に示す特性８１ｂ’を生成し、さらにこれを入力階調値に対して逆順にレジスタ２２５から読み出すことにより得ることができる。

これを実現するための補間基準データ部２２の構成例を図８に示す。図８において、補間基準データ部２２は、レジスタ２２５と、セレクタ２２３ａ〜２２３ｃとを備える。セレクタ２２３ａは、まず、入力画像データＲin[9:0]の上位６ビットであるＲin[9:4]が「３１」又は「３２」であるか、それ以外であるかを判定する。入力画像データの上位６ビットＲin[9:4]＝３１であれば入力階調値は領域８２ａに属し、Ｒin[9:4]＝３２であれば入力階調値は領域８２ｂに属し、それ以外であれば入力階調値は領域８２外に属することになる。よって、セレクタ２２３ａは、入力画像データの上位６ビットＲin[9:4]が「３１」又は「３２」である場合はデータ２（dat2[127:0]）を選択し、それ以外である場合はデータ１（dat1[127:0]）を選択して選択結果dat_sel[127:0]としてセレクタ２２３ｂへ供給する。

セレクタ２２３ｃは、入力画像データＲin[9:4]が「３１」である場合は減算指示信号subintpを有効とし（例えば「１」にセットする）、演算部２３へ出力する。同時に、セレクタ２２３ｃは、入力画像データの下位４ビットであるＲin[3:0]のビット順を反転し、Ｒin_sel[3:0]にセットする。即ち、Ｒin_sel[3:0]＝Ｒin[0:3]とする。

一方、セレクタ２２３ｃは、入力画像データＲin[9:4]が「３１」でない場合は減算指示信号subintpを無効とし（例えば「０」にセットする）、演算部２３へ出力する。同時に、セレクタ２２３ｃは、入力画像データの下位４ビットであるＲin[3:0]のビット順をそのまま（反転することなく）Ｒin_sel[3:0]にセットする。即ち、Ｒin_sel[3:0]＝Ｒin[3:0]とする。

セレクタ２２３ｂは、入力画像データＲin[9:0]とＲin_sel[3:0]とに基づいて、セレクタ２２３ａからの選択結果dat_sel[127:0]を選択結果Ｒintp[7:0]として出力する。具体的には、入力画像データの入力階調値が領域８２外である場合は、セレクタ２２３ａからの選択結果dat_sel[127:0]＝dat1[127:0]であるので、dat1[127:0]から入力階調値に対応する補間値を読み出してＲintp[7:0]として出力する。

入力画像データの入力階調値が領域８２ｂに属する場合は、セレクタ２２３ａからの選択結果dat_sel[127:0]＝dat2[127:0]であり、かつ、セレクタ２２３ｃからのＲin_sel[3:0]＝Ｒin[3:0]であるので、dat2[127:0]から正順に入力階調値に対応する補間値を探し、これを読み出してＲintp[7:0]として出力する。これにより、図１０（ｂ）に示す補間特性８１ｂに従った補間値が得られる。

一方、入力画像データの入力階調値が領域８２ａに属する場合（即ち入力階調値の上位６ビットＲin[9:4]が「３１」である場合）は、セレクタ２２３ａからの選択結果dat_sel[127:0]＝dat2[127:0]であり、かつ、セレクタ２２３ｃからのＲin_sel[3:0]＝Ｒin[0:3]であるので、dat2[127:0]から逆順に入力階調値に対応する補間値を探し、これを読み出してＲintp[7:0]として出力する。これにより、図１０（ａ）に示す補間特性８１ａに従った補間値が得られる。

第２実施例において、演算部２３は、図７に示すように減算器２３４を備える。減算器２３４は上述のセレクタ２２３ｂから出力される補間値Ｒintp[7:0]及び減算指示信号subintpを受け取る。そして、減算指示信号subintpが無効であるときには補間値Ｒintp[7:0]をそのまま補間値Ｒintp2[7:0]として乗算器２３２へ供給する。一方、減算指示信号subintpが有効であるときには補間値Ｒintp[7:0]を「１」から減算して補間値Ｒintp2[7:0]を生成し、乗算器２３２へ供給する。

以上により、図９（ｂ）において、入力画像データの入力階調値が領域８２外であるときは線形補間用の補間基準データ１を補間特性として用いて補間が行われる。また、入力階調値が領域８２ｂに属するときは非線形補間用の補間基準データ２（図１０（ｂ）参照、特性８１ｂに対応する）をそのまま補間特性として用いて補間が行われる。一方、入力階調値が領域８２ａに属するときは、非線形補間用の補間基準データ（図１０（ａ）参照、特性８１ａに対応する）を補間特性として用いて補間が行われる。従って、領域８２ｂに対応する１つの補間基準データ２を用いて、領域８２ａ及び８２ｂの全体における補間演算を行うことができ、補間基準データの記憶容量を低減することが可能となる。

（第３実施例）
次に、階調補正部の第３実施例について図１１及び１２を参照して説明する。第３実施例は、第１実施例を前提とするものであるが、第２実施例と同様に補間基準データ部２２内の補間基準データを外部から変更可能とすることに加え、入力画像データの入力階調値と補間基準データとの対応関係をも外部から設定及び変更可能とした点を特徴とする。

図１１に第３実施例に係る階調補正部２０ｃの構成を示す。階調基準データ部２１及び演算部２３の構成は第１実施例と同一である。補間基準データ部２２は、レジスタ２２５と、セレクタ２２３と、領域設定レジスタ２２４とを備える。レジスタ２２５は第２実施例と同一であり、外部から入力される補間基準データINTPRset[7:0]を、同じく外部から入力されるINTPRwrのタイミングでレジスタ２２５内に保持する。

領域設定レジスタ２２４は、補間基準データ２を用いて補間演算を行うべき入力階調値の領域を示す領域指定データINTPSELを設定するレジスタである。図１２（ａ）に第３実施例における階調特性９１の例を示し、図１２（ｂ）に領域指定データINTPSELの例をに示す。本例では、非線形補間を行うべき領域９２に対応する補間基準データ２を適用する領域を領域指定データINTPSELにより示している。

具体的には、領域設定レジスタ２２４は、外部から入力されるSELRwrのタイミングで、補間基準データ２を適用すべき領域を示す領域指定データSELRset[7:0]を保持する。領域指定データINTPSELは設定レジスタ２２４からセレクタ２２３へ送られる。

セレクタ２２３は、入力画像データＲin[9:0]の入力階調値が領域指定データINTPSELの領域に属する場合は補間基準データ２から当該入力階調値に対応する補間値を抽出してＲintp[7:0]として演算部２３へ出力し、それ以外の場合は補間基準データ１から当該入力階調値に対応する補間値を抽出してＲintp[7:0]として演算部２３へ出力する。演算部２３における補間演算は第１実施例と同様であるので説明は省略する。

このように、第３実施例では、非線形補間を行うべき領域を外部から設定することができるので、階調特性の設定及び変更に自由度が増す。よって、より適切な階調特性を使用して階調補正を行うことが可能となる。

なお、上記の例では、領域指定データは非線形補間用の補間基準データ２を適用すべき領域を指定するものとしているが、これに限らず、線形補間用の補間基準データ１を適用すべき領域を指定するものとしても構わない。また、そのような領域は１つには限られず、線形／非線形を問わず、予め用意された複数の補間基準データ毎に、それを適用すべき領域を領域指定データで指定するように構成しても構わない。

［減色処理部］
次に、減色処理部について詳しく説明する。図１３に示すように、減色処理部３０は、階調補正部２０から出力されたＲＧＢ各色８ビットの画像データＤ３、即ちＲout、Ｇout及びＢoutをビットスライス及びディザ処理により各色６ビットの画像データに減色して画像データＤ１０として出力する。図１３に、減色処理部３０の構成例を示す。なお、図１３は、ＲＧＢ３色のうち、Ｒデータに対応する部分のみを示すが、Ｇデータ及びＢデータについても同様の構成となる。

図１３において、減色処理部３０は、２ビットカウンタ３１及び３２と、ディザマトリクス回路３３と、加算器３４と、スイッチャー３５と、レジスタ値制御部３６とを備える。ディザマトリクス回路３３においては、既知の４×４のディザマトリクスが使用される。

カウンタ３１は画像データＤ３と同期したクロック信号ＣＬＫをカウントすることにより、２ビットのＸアドレスＸadをディザマトリクス回路３３へ出力する。なお、カウンタ３１は水平同期信号Hsyncでリセットされる。また、カウンタ３２は水平同期信号Hsyncをカウントすることにより、２ビットのＹアドレスＹadをディザマトリクス回路３３へ出力する。なお、カウンタ３２は垂直同期信号Ｙsyncによりリセットされる。

ディザマトリクス回路３３は、入力されたＸアドレスＸad及びＹアドレスＹadに基づいて、ディザマトリクス中に規定される値をＲ（D_out）として加算器３４へ供給する。加算器３４は、階調補正部２０から出力されたＲデータＲ（lut_out）と、ディザマトリクス回路３３から出力された値Ｒ（D_out）の上位２ビットとを加算し、その結果の上位６ビットをＲ（ADD_out）としてスイッチャー３５の入力端子ｂへ出力する。こうして、階調補正部２０から供給されたＲＧＢ各色８ビットの画像データＤ３は各色６ビットの画像データに減色される。なお、ディザ処理を適用しているので、各色６ビットの画像データは各色８ビット相当の色特性を有している。

スイッチャー３５の出力は、レジスタ制御信号Ｓｃに基づいてレジスタ値制御部３６が出力するレジスタ値に応じて切り替えられる。スイッチャー３５の入力端子ａが選択されているときは、減色処理を行わないＲＧＢ各色８ビットの画像データが画像データＤ１０として出力される。スイッチャー３５の入力端子ｂが選択されているときは、減色処理により得られたＲＧＢ各色６ビットの画像データが画像データＤ１０として出力される。

［変形例］
以上、本発明の色変換回路を適用した画像表示装置の例を、主に液晶を用いた表示装置を例にして説明したが、これに限定されるものではなく、プラズマディスプレイ（PDP）や、有機EL表示装置、フィールドエミッションディスプレイ（FED）などにも適用できる。

本発明の階調補正回路を適用した画像表示装置のブロック図である。 図１に示す画像処理回路の内部構成を示すブロック図である。 色変換回路の構成を示すブロック図である。 第１実施例に係る階調補正部の構成を示すブロック図である。 第１実施例における階調特性及び補間基準データの例を示す。 補間基準データの数値例を示す。 第２実施例に係る階調補正部の構成を示すブロック図である。 図７における補間基準データ部の構成を示すブロック図である。 第２実施例における階調特性の例を示す。 非線形補間を行う領域の階調特性の例を示す。 第３実施例に係る階調補正部の構成を示すブロック図である。 第３実施例における階調特性の例を示す。 図１に示す減色処理部のブロック図である。

符号の説明

１０ 色変換演算部、 ２０ 階調補正部、 ２１ 階調基準データ部、 ２２ 補間基準データ部、 ２３ 演算部、 ３０ 減色処理部、 １００ 画像表示装置、 １０１ 画像処理回路、 １０２ 画像表示部、 ２１１ ＳＲＡＭ、 ２１２ セレクタ、 ２２０ ＲＯＭ、 ２２１、２２２ 補間基準データ、 ２２３ セレクタ、 ２２４ 領域設定レジスタ、 ２３１ 減算器、 ２３２ 乗算器、 ２３３ 加算器

Claims (8)

1. 入力画像データの階調数より少ない階調数分の階調基準データ群を保持する階調基準データ保持部と、
   前記入力画像データの入力階調値に基づいて、前記階調基準データ群から隣接する２つの階調基準データを選択する階調基準データ選択部と、
   入力階調値に応じた複数の補間基準データ群を保持する補間基準データ保持部と、
   前記入力画像データの入力階調値に基づいて、前記複数の補間基準データ群のうちの１つを選択する補間基準データ選択部と、
   選択された前記補間基準データ群中の補間基準データを用いて前記隣接する２つの階調基準データ間を補間し、前記入力画像データに対応する出力階調値を算出して出力する演算部と、を備えることを特徴とする階調補正回路。
2. 前記複数の補間基準データ群は、線形補間用の補間基準データ群と、非線形補間用の補間基準データ群とを含むことを特徴とする請求項１に記載の階調補正回路。
3. 前記補間基準データ保持部は、外部から入力される前記補間基準データを書き換え可能に保持することを特徴とする請求項１に記載の階調補正回路。
4. 前記補間基準データ選択部は、
   前記入力画像データの入力階調値と、当該入力階調値に対応して選択すべき補間基準データ群との対応関係を記憶する記憶部と、
   外部からの入力に応じて、前記対応関係を変更する手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の階調補正回路。
5. 前記補間基準データ選択部は、
   所定範囲の入力階調値に対応する補間基準データ群に対して所定の演算を行うことにより、他の所定範囲の入力階調値に対応する補間基準データ群を作成する作成手段と、
   前記入力画像データの入力階調値が前記他の所定範囲に含まれる場合、前記作成された補間基準データ群を選択する手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の階調補正回路。
6. 前記補間基準データ選択部は、選択された補間基準データ群から前記入力画像データの入力階調値に対応する１つの補間基準データを前記演算部へ出力し、
   前記演算部は、
   前記隣接する２つの階調基準データの差分を演算する手段と、
   前記差分に、前記補間基準データ選択部から供給された前記１つの補間基準データを乗算して乗算結果を出力する手段と、
   前記２つの階調基準データのいずれかに、前記乗算結果を加算して前記出力階調値を算出する手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の階調補正回路。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の階調補正回路と、前記階調補正された画像データを表示する表示部と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
8. 入力画像データの階調数より少ない階調数分の階調基準データ群、及び、入力階調値に応じた複数の補間基準データ群を保持する保持部を備える画像処理装置により実行される画像処理方法であって、
   前記入力画像データの入力階調値に基づいて、前記階調基準データ群から隣接する２つの階調基準データを選択する階調基準データ選択工程と、
   前記入力画像データの入力階調値に基づいて、前記複数の補間基準データ群のうちの１つを選択する補間基準データ選択工程と、
   選択された前記補間基準データ群中の補間基準データを用いて前記隣接する２つの階調基準データ間を補間し、前記入力画像データに対応する出力階調値を算出して出力する演算工程と、を備えることを特徴とする画像処理方法。

Images