JP2009081849A - 色補正回路及びこれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切なカラーマネジメントにより最適な色再現を実現できる画像表示装置を提供する。
【解決手段】入力された映像信号の輝度情報と、彩度及び色相を含む色度ヒストグラム情報とを検出する検出部１１、１２と、
該検出部により検出された前記輝度情報及び前記色度ヒストグラム情報に基づいて、前記映像信号の色再現を制御するための制御部１５、１６と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、色補正回路及びこれを用いた画像表示装置に係わり、特に液晶ディスプレイ（LCD）、プラズマディスプレイパネル（PDP）等の表示デバイスを用いて映像信号を表示するための色補正回路及びこれを用いた画像表示装置に関する。

本発明の従来技術としては、特開２００６−３１１１７９号公報（特許文献１）、特開２００４−２４１８８２号公報（特許文献２）や特開２０００−３９８６２号公報がある。

特開２００６−３１１１７９号公報には、色差信号から色ヒストグラム情報を検出するとともに、輝度信号から平均輝度レベルとヒストグラム情報を検出して色差信号の復調軸を制御し、上記輝度情報と併せて適切な色飽和度の映像信号を得ることが提案されている。特開２００４−２４１８８２号公報には最適な肌色の映像を得るために、１フレームの映像信号の肌色部分の輝度分布に応じ、ヒストグラム変換型階調補正を行うとともに、色飽和度補正を行う技術が提案されている。また、特開２０００−３９８６２号公報には、液晶表示装置において、低輝度レベルでの彩度の低下をなくし、くすみのない映像を表示するために入力信号の平均輝度レベルを検出し、該検出した平均輝度レベルの利得を制御し、映像信号の所望彩度を制御する技術が提案されている。
特開２００６−３１１１７９号公報 特開２００４−２４１８８２号公報 特開２０００−３９８６２号公報

しかしながら、上記従来技術のうち、特開２００６−３１１１７９号公報記載の技術では、色制御をするのに色差信号の復調軸を調整しているので、全体の色相が変化してしまうこと、及び色情報として彩度のみを検出して色相は検出していないため、最適な色補正が難しい。また、特開２００４−２４１８８２号公報記載の技術では、映像信号の肌色部分のみについて階調や色飽和度の補正を行うものであり、他の色範囲についての補正は難しい。特開２０００−３９８６２号公報記載の技術では、低輝度時に彩度を上げるようにしているが、彩度情報に基づいた彩度制御ではないため、低輝度時の彩度が高い場合に更に彩度を高くすることが起こり得る。

本発明はかかる従来技術に鑑み、輝度情報及び色度ヒストグラムからその映像の特徴に応じて特定の色相を強調（色合いの僅かな差を任意に拡大）または抑制（色合いの差を少なく）することによって、最適な映像信号の色補正を行えるようにするとともに、任意の色相の色補正を行うことで表示デバイス、例えば液晶ディスプレイの色特性を補正することができる色補正回路及びこれを用いた画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る色補正回路（１０）は、入力された映像信号の輝度情報（平均輝度レベル及び輝度ヒストグラム）と、彩度（又は飽和度）及び色相を含む色度ヒストグラム情報とを検出する検出部（１１、１２）と、
該検出部により検出された前記輝度情報及び前記色度ヒストグラム情報に基づいて、前記映像信号の色再現を制御するための制御部（１５、１６）と、を備えたことを特徴とする。

これにより、彩度及び色相を含む色度ヒストグラム情報により映像信号の情報を取得するので、彩度及び色相の情報に基づいて、高精度な色再現を実現することができる。

第２の発明は、第１の発明に係る色補正回路（１０）において、
前記輝度情報は、前記映像信号の１フィールド若しくは複数フィールド期間、又は１フレーム若しくは複数フレームにおける輝度ヒストグラム及び平均輝度情報を含み、前記色度ヒストグラム情報は、色相ヒストグラム及び彩度ヒストグラムを含む色度ヒストグラムを含むことを特徴とする。

これにより、映像信号のフィールド単位又はフレーム単位で輝度、色相及び彩度の情報を取得することができ、インターレース方式及びプログレッシブ方式の双方のテレビ受信機や、他の種々の画像表示装置に色補正回路を適用することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係る色補正回路（１０）において、
前記検出部（１１、１２）は、前記映像信号ＲＧＢ又はＹＣｒＣｂをＨＳＶ色空間に変換し、該ＨＳＶ色空間の色相から前記映像信号の任意の色相を検出する色相検出手段（１３、１４）を備えることを特徴とする。

これにより、色相の特定の容易なＨＳＶ色空間で補正すべき色相を特定し、ＲＧＢ信号の他の色相に影響を与えず、所望の特定の色を選択的に色補正することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る色補正回路（１０）において、
前記制御部（１５、１６）は、前記平均輝度情報及び前記輝度ヒストグラムと前記色度ヒストグラムの状況に応じて前記映像信号の色相を補正する手段として、色補正マトリックス演算部（１５）と、該色補正マトリックス演算部の演算に用いるマトリックス係数を複数個ルックアップテーブルとして格納するためのメモリ（１６）と、を備えることを特徴とする。

これにより、映像信号の特徴に応じて、色の再現範囲等を変化させる補正を容易かつ迅速に行うことができる。

第５の発明は、第４の発明に係る色補正回路（１０）において、
前記マトリックス係数は、前記映像信号を表示する表示デバイス（２２）の色特性に応じて、必要な色相だけ補正する係数であることを特徴とする。

第６の発明に係る画像表示装置（２０）は、第１〜５のいずれかの発明に係る色補正回路（１０）と、
該色補正回路（１０）により補正された映像信号を表示する表示デバイス（２２）と、を備えたことを特徴とする。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、映像信号の平均輝度レベル及び輝度ヒストグラムと色飽和度ヒストグラム及び色相ヒストグラムの状態に応じて、映像信号の必要な部分の色補正を他の色へ影響を抑えて行うことが可能となり、色再現性のよい画像表示ができるので、その実用効果は大きい。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は本発明の一実施例における色補正回路１０を示す。図１において、本実施例に係る色補正回路１０は、輝度情報検出回路１１と、色度ヒストグラム検出回路１２と、色差／ＲＧＢ変換部１３と、ＲＧＢ／ＨＳＶ変換部１４と、色補正マトリックス演算部１５と、メモリ１６とを備える。

図１において、輝度情報検出回路１１は輝度信号から少なくとも１フィールド又は１フレーム中の輝度信号のＡＰＬ（平均輝度レベル）及び輝度ヒストグラムを検出する検出回路である。なお、輝度情報検出回路１１は、映像信号の１フィールド又は１フレーム単位ではなく、複数フィールド又は複数フレーム単位で平均輝度レベル及び輝度ヒストグラムを含む輝度情報を検出するようにしてもよい。

図２は、輝度情報検出回路１１が検出した輝度ヒストグラムの一例を示した図である。図２に示すように、輝度ヒストグラムは、横軸が輝度、縦軸が頻度を示している。輝度は、例えば、０〜２５５の階調で表現されてもよい。輝度ヒストグラムにより、映像信号中のどの輝度が多く含まれているかを検出することができ、例えば、映像信号が白みを帯びた画像であるか、黒みを帯びた画像であるかを検出すことができる。また、輝度検出回路１１は、入力された映像信号から、輝度信号の平均輝度レベルＡＰＬを併せて検出する。

図１に戻る。色度ヒストグラム検出回路１２は上記輝度信号と同じフィールド中の色度（彩度及び色相）ヒストグラムを検出する検出回路である。図３は、色度ヒストグラム検出回路１２が検出する色相ヒストグラムの一例を示した図である。図３に示すように、色相ヒストグラムは、横軸が色相、縦軸が頻度で示される。色相は、０〜３６０°に、赤、黄、緑、シアン、青、マゼンダ等が色相環に対応して割り当てられ、色相環に対応した色相ヒストグラムとして表現されてよい。映像信号に含まれる色相の分布を検出することができる。

図４は、色度ヒストグラム検出回路１２によって検出された彩度ヒストグラムの一例を示した図である。彩度ヒストグラムは、色相毎に作成されてよく、図４（ａ）には、色相が赤の場合の彩度ヒストグラムの例が示されており、図４（ｂ）には、色相が青の場合の彩度ヒストグラムが示されている。彩度ヒストグラムは、色の鮮やかさ、強さ又は濃さの分布を示したヒストグラムであり、彩度が高くなるほど、色が濃く鮮やかになり、彩度が低いほど、くすんだ又は薄まった色となる。このように、彩度ヒストグラムにより、各色相の鮮やかさの度数頻度を検出することができる。なお、彩度ヒストグラムは、任意の色相を選択して検出及び作成することができる。

このように、色度ヒストグラム検出回路１２は、入力された映像信号の色相ヒストグラムと彩度ヒストグラムを含む色度ヒストグラムを検出することができ、映像信号の色彩の特徴を検出することができる。なお、色度ヒストグラム検出回路１２においても、輝度情報検出回路１１と同様に、入力された映像信号の１フィールド若しくは複数フィールド、又は１フレーム若しくは複数フレームを単位として、色相ヒストグラム及び彩度ヒストグラムを含む色度ヒストグラムを検出することができる。

図１に戻る。色差／ＲＧＢ変換部１３は入力輝度（Ｙ）信号と色差信号（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）をＲＧＢ信号に変換する回路である。色差／ＲＧＢ変換部１３は、具体的には、入力された映像信号の輝度信号（Ｙ）及び色差信号（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）からＲＧＢ信号へ変換する。例えば、色差／ＲＧＢ変換部１３は、（１）〜（３）式に示したようなＹＣｂＣｒ信号からＲＧＢ信号への変換式を用いて、ＹＣｂＣｒ色空間で表現された映像信号をＲＧＢ色空間に変換して出力する。

ＲＧＢ／ＨＳＶ変換部１４は上記ＲＧＢ信号をＨＳＶ（Hue、Saturation、Value）信号へ変換する演算部である。図５は、ＨＳＶ空間の一例を示した図である。ＲＧＢ／ＨＳＶ変換部１４は、色差／ＲＧＢ変換部１３で変換されたＲＧＢ信号を図５に示すようなＨＳＶ（Hue色相、Saturation彩度、Value明度）色空間に変換する。ＲＧＢ色空間からＨＳＶ色空間への変換は次の通りである。（参考文献：フリー百科事典『ウィキペディア』）Ｒ、ＧおよびＢの最小値を０．０、最大値を１．０とする０．０〜１．０の範囲にあるとすると、ＲＧＢ色空間で定義されたＲＧＢ値に相当するＨＳＶ表色系におけるＨＳＶ値は下記の（４）〜（６）式によって決定される。ここでＭａｘを（ＲＧＢ）値の最大値と等しく、Ｍｉｎをその最小値と等しいとする。

ただし、Ｍａｘ＝Ｍｉｎ（Ｓ＝０）の時はＨ＝０、Ｍａｘ＝０の時（Ｖ＝０）はＳ＝０とする。

図５に示すように円錐形で表現されたＨＳＶ色空間において、色相（Ｈ）は円錐の円環に沿った０〜３６０°の角度で表現され、彩度（Ｓ）は円の中心から長さで０〜１．０までの範囲を、また明度（Ｖ）は円錐の頂点から円の中心までの長さで０〜１．０までの範囲の値を変化する。ＨＳＶ色空間がコンピュータグラフィック応用によく用いられるのは、ＲＧＢ色空間より人間が色を知覚する方法と類似しているためである。これは人間の感覚に近い色、例えば肌色の指定が可能になるので、テレビジョンや映像モニター等の画像表示装置において表示する色を最適化しようとする時に色補正したい色相が容易に検出できるので、色補正制御がしやすいということになる。さらに、ＨＳＶ表色系ならば容易に肌色領域特定色の抽出も可能である。

このように、ＨＳＶ色空間においては、人間の感覚に近い色を指定することにより、色補正したい色相を容易に検出でき、色補正制御が容易となる。これを利用し、図１におけるＲＧＢ／ＨＳＶ変換部１４は、色差／ＲＧＢ変換部１３でＲＧＢ信号に変換された映像信号を、更にＨＳＶ色空間の映像信号に変換する。これにより、種々の映像信号の特徴に柔軟に適合することができる色補正を行うことができる。

なお、図１において、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙを色差／ＲＧＢ変換部１２においてＲＧＢ信号に変換し、その後ＲＧＢ／ＨＳＶ変換部１４においてＲＧＢ信号をＨＳＶ色空間の信号に変換しているが、入力された映像信号がＲＧＢ信号であるような画像表示装置に適用される場合には、色差／ＲＧＢ変換部１３は設けずに、直接ＲＧＢ／ＨＳＶ変換部１４に映像信号が入力されるような構成としてよい。

図１に戻る。色補正マトリックス演算部１５は上記輝度情報および上記色度情報に基づいて色補正を行う演算部であり、メモリ１６は色補正演算を行う際に必要なマトリックス係数をルックアップテーブルとして収納するための記憶手段（メモリ制御部を含む）である。

ＨＳＶ表色系において、本発明の主目的である輝度情報及び色度ヒストグラム情報から入力された映像信号の特徴に最適な色補正を行うことを考えると、例えば赤系の僅かな色相の差を拡大したい場合は、入力された映像信号ＲＧＢのＧ及びＢに対してＧ（１＋ｋｒ・Ｒ）及びＢ（１＋ｋｂ・Ｒ）とすることによって、赤系の色を強調することが可能となる。逆に赤系の色相の差を縮小したい場合は、上記入力されたＧ及びＢに対してＧ（１−ｋｒ・Ｒ）及びＢ（１−ｋｂ・Ｒ）とすればよい。このような色補正を実際に行うには、下記の（７）式に示すようなマトリックス演算を色補正マトリックス演算部１５でおこなう。なお、このマトリックス係数は予め必要な複数個ルックアップテーブルとして用意し、メモリ１６内に格納しておいて、入力映像信号の特徴にあったマトリックスをその中から選択することによって行うことが可能である。例えば、予め入力映像信号の特徴パターンを定めておき、それらの入力映像信号パターンに応じて、参照するルックアップテーブルが定まるような構成としておけば、入力映像信号の特徴に応じた最適な色補正を、容易かつ迅速に行うことができる。

本発明による色補正は、復調軸を変えて色補正する方法のようにある色の補正をしても他の色への影響はほとんど生じない。また、入力された映像信号の色補正を行いたい映像の色相（例えば肌色）を検出するには、映像信号ＲＧＢを上記ＨＳＶ色空間に変換する変換部を有しているので、ＨＳＶ色空間に変換された色相Ｈ（Hue）から容易に検出することが出来る。

なお、図１においては、色度ヒストグラムを検出する方法として色差信号から検出しているが、ＨＳＶ色区間に変換した後、色相Ｈと彩度Ｓから検出してもよい。

また、図１において、輝度情報検出回路１１と、色度ヒストグラム検出回路１２と、色差／ＲＧＢ変換部１３と、ＲＧＢ／ＨＳＶ変換部１４は、全体として特許請求の範囲における検出部を構成する。そして、このうち、色差／ＲＧＢ変換回路１３及びＲＧＢ／ＨＳＶ変換部１４は、色相検出手段を構成する。一方、メモリ１６と色補正マトリックス演算部１５は、特許請求の範囲における制御部を構成する。

次に、以上のように構成された色補正マトリックス演算部１５を含む色補正回路１０について、以下にその動作説明を行う。図１における輝度情報検出部１１と色度ヒストグラム検出部１２において、それぞれ少なくとも１フィールド又は１フレームの映像信号の輝度情報（平均輝度レベルおよび輝度ヒストグラム）および色度ヒストグラムを検出し、これらの情報をマトリックス係数のルックアップテーブルが格納されているメモリ１６の図示しないメモリ制御部へ供給する。入力映像信号（Ｙ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）は色差／ＲＧＢ変換部１３でＲＧＢ信号に変換された後、ＲＧＢ／ＨＳＶ変換部１４でＨＳＶ色空間に変換される。上記の輝度情報および色度ヒストグラムから入力映像信号のある部分の色、例えば肌色を補正する場合、ＨＳＶに変換されたＨ（色相）から肌色に相当する部分の映像を読み出し、上記色補正マトリックス演算部１５において上記マトリックス係数と上記入力ＲＧＢ信号でマトリックス演算を行う。このようにどの色相の色を補正するかは、上記のＨＳＶ色空間のＨ（色相）は色相を表しているので、容易に判別できる。上記ルックアップテーブルは、映像信号の特徴に対応して予め必要なだけ複数個のマトリックス係数を用意しておく。

本発明による色補正の具体的な内容について、図６の映像信号をベクトルスコープで表したもので説明する。図６の（１）は補正する前の赤色系の色再現範囲を示し、（２）は補正によって色の再現範囲を拡大した場合と、（３）は逆に色の再現範囲を縮小した場合を示す。例えば、医療現場の映像で血管や血の色のように赤系の色が多い場合に、同じ赤系の色でもその少しの差違を強調することが望まれることがあるが、そのような場合には、図３の（２）のように再現の範囲を拡大することで達成することができる。同様に、自然の中で動植物を観察しているような映像であって、緑の中に混在して隠れている動植物を区別して観察したい場合には、同じ緑系の色であっても、その差を強調することにより、動植物の観察を容易にすることができる。

図７は、本実施例に係る色補正回路１０が行う色補正を説明するための図６とは異なる映像信号のベクトル図である。例えば、本実施例に係る色補正回路１０において、肌色についてある輝度情報および色度ヒストグラムの状況下で肌色の色相を少し変えたい場合は、図７の肌色の色相を変えるようなマトリックス係数を用意しておき、該マトリックス係数をメモリ１６から読み出して、色補正マトリックス演算部１５において色補正マトリックス演算を行えばよい。

更に、テレビジョンにおいては、液晶等の表示パネルの色特性の差などあるため、図７に示すように暖系色、寒系色及び緑系色の色相をそれぞれ独立して少し変化させたい場合があるが、このような場合にも、それぞれに合ったマトリックス係数をルックアップテーブルとして用意し、メモリ１６に格納しておいて必要なマトリックス係数を読み出し、色補正マトリックス演算で色補正を行うことが可能である。

図８は、本実施例に係る色補正回路１０を適用した画像表示装置２０を示した図である。本実施例に係る画像表示装置２０は、今まで説明した実施例に係る色補正回路１０に加えて、表示デバイス２２と、駆動手段２１とを有する。

表示デバイス２２は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube、ブラウン管）、液晶ディスプレイデバイス、プラズマディスプレイパネル、ＥＬ（Electro-Luminescent ）ディスプレイデバイス等、種々の表示デバイス２２を適用することができる。

駆動手段２１は、表示デバイス２２を駆動するための回路であり、表示デバイス２２を駆動するのに適切な駆動手段が適用されてよい。例えば、表示デバイス２２がＣＲＴの場合には、駆動手段２１は電子銃であってよいし、液晶ディスプレイデバイスの場合には、ＸドライバーとＹドライバーを含む駆動用集積回路であってよい。また、例えば、表示デバイス２２がプラズマディスプレイパネルの場合には、駆動手段２１は、アドレスドライバ、スキャンドライバ、サステインドライバ等を含む駆動回路であってよいし、ＥＬディスプレイデバイスの場合には、薄膜トランジスタを用いたマトリックス駆動回路であってよい。

このように、本実施例に係る色補正回路１０は、種々の表示デバイス２２を有する画像表示装置２０に適用することができる。そして、いずれの表示デバイス２２に対しても、復調軸を変えることなく色補正を行うことができるとともに、表示デバイス２２の特性に合わせて補正が必要な色相に対してのみ補正を行うことができる。これにより、ＣＲＴ、液晶ディスプレイデバイス、プラズマディスプレイパネル及びＥＬディスプレイデバイスといった種類の異なる表示デバイス２２に対して、各々の色特性に適合した適切な色補正を行うことが可能な画像表示装置２０とすることができる。

また、本実施例に係る色補正回路１０を、半導体ウエハ等の半導体基板上に構成してパッケージングし、半導体集積回路装置として構成してもよい。これにより、本実施例に係る色補正回路を、容易に画像表示装置に搭載することができるとともに、画像表示装置をコンパクトに構成することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明による実施例のシステム構成を説明するブロック図である。 輝度情報検出回路１１が検出した輝度ヒストグラムの一例を示した図である。 色相ヒストグラムの一例を示した図である。 彩度ヒストグラムの一例を示した図である。図４（ａ）は、色相が赤の彩度ヒストグラムの例を示した図である。図４（ｂ）は、色相が青の彩度ヒストグラムの例を示した図である。 ＨＳＶ色空間を説明する図である。 本発明による実施例の色補正を説明するベクトル図である。 本発明による実施例の色補正を説明する別のベクトル図である。 本実施例に係る色補正回路１０を適用した画像表示装置２０を示した図である。

符号の説明

１０ 色補正回路
１１ 輝度情報（ＡＰＬ平均レベル、ヒストグラム）検出部
１２ 色度（彩度、色相）ヒストグラム検出部
１３ 色差信号（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）からＲＧＢ信号への変換部
１４ ＲＧＢ色空間からＨＳＶ色空間への変換部
１５ メモリ（ＬＵＴルックアップテーブル格納用）
１６ 色補正マトリックス演算部
２０ 画像表示装置
２１ 駆動手段
２２ 表示デバイス

Claims (6)

1. 入力された映像信号の輝度情報と、彩度及び色相を含む色度ヒストグラム情報とを検出する検出部と、
   該検出部により検出された前記輝度情報及び前記色度ヒストグラム情報に基づいて、前記映像信号の色再現を制御するための制御部と、を備えたことを特徴とする色補正回路。
2. 前記輝度情報は、前記映像信号の１フィールド若しくは複数フィールド期間、又は１フレーム若しくは複数フレームにおける輝度ヒストグラム及び平均輝度情報を含み、前記色度ヒストグラム情報は、色相ヒストグラム及び彩度ヒストグラムを含む色度ヒストグラムを含むことを特徴とする請求項１に記載の色補正回路。
3. 前記検出部は、前記映像信号ＲＧＢ又はＹＣｒＣｂをＨＳＶ色空間に変換し、該ＨＳＶ色空間の色相から前記映像信号の任意の色相を検出する色相検出手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の色補正回路。
4. 前記制御部は、前記平均輝度情報及び前記輝度ヒストグラムと前記色度ヒストグラムの状況に応じて前記映像信号の色相を補正する手段として、色補正マトリックス演算部と、該色補正マトリックス演算部の演算に用いるマトリックス係数を複数個ルックアップテーブルとして格納するためのメモリと、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の色補正回路。
5. 前記マトリックス係数は、前記映像信号を表示する表示デバイスの色特性に応じて、必要な色相だけ補正する係数であることを特徴とする請求項４に記載の色補正回路。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の色補正回路と、
   該色補正回路により補正された映像信号を表示する表示デバイスと、を備えたことを特徴とする画像表示装置。

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