JP2009159580A

JP2009159580A - 画質評価装置及びその方法

Info

Publication number: JP2009159580A
Application number: JP2008000087A
Authority: JP
Inventors: Jong-Ho Chong; 種晧鄭; Shobai Ri; 承培李; Jae-Woo Bae; 宰佑裴; Sang-Ho Kim; 相昊金; Heon-Soo Kim; 憲秀金
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2008-01-04
Publication date: 2009-07-16
Also published as: KR20090069681A; US20090169098A1; CN101478698A

Abstract

【課題】実際に人が認識する画像に対する定量化されたデータを算出できる画質評価装置及びその方法を提供する。
【解決手段】カラーアピアランスモデルを用いて、色領域の画質を評価する画質評価装置１を提供する。この画質評価装置１において、色領域に対する色順応結果を生成する色順応部１００と、色順応の結果を受けて、色領域に対する明順応の結果を生成する明順応部２００と、明順応の結果により、色領域のカラーアピアランスに対する情報を算出する算出部３００と、カラーアピアランスに対する情報により、色領域に対応する色空間を形成し、色空間の大きさを算出し、色空間における色領域の鮮明度、視野角特性、階調特性及び色差を算出するカラーアピアランス予想部４００と、を含む
【選択図】図２

Description

本発明は、画像表示装置の画質を評価する評価装置及びその方法に関する。特に、画像表示装置の色再現能力を評価する装置及びその方法に関し、人が表示画像を実際に認識する結果を基にして画像表示装置の画質を評価することができる評価装置及びその評価方法に関する。

従来の画像表示装置の画質評価方法は、人が認識する画質に対する評価よりは、画像から得られる光を物理的に測定分析して画質を評価した。具体的には、画質評価因子の代表的な例として、コントラスト比（ｃｏｎｔｒａｓｔｒａｔｉｏ）、輝度（ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）及び色再現範囲（ｃｏｌｏｒｇａｍｕｔ）により、画像表示装置の画質を定量的に示す方法がある。

しかし、このような因子による定量的値は、人が直接認知する色とは異なっている。また、外部環境の条件、すなわち、光源及び背景色（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄａｎｄｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｃｏｌｏｒｓ）によって人が認知する色が、物理的に表示される定量的な値と必ずしも同じとはいえない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、人が認知する画質を標準化することが可能な、新規かつ改良された画質評価装置及びその方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、カラーアピアランスモデルを用いて、色領域の画質を評価する画質評価装置において、色領域に対する色順応結果を生成する色順応部と、色順応の結果を受けて、色領域に対する明順応の結果を生成する明順応部と、明順応の結果により、色領域のカラーアピアランスに対する情報を算出する算出部と、カラーアピアランスに対する情報により、色領域に対応する色空間を形成し、色空間の大きさを算出し、色空間における色領域の鮮明度、視野角特性、階調特性及び色差を算出するカラーアピアランス予想部と、を含むことを特徴とする、画質評価装置が提供される。

また、カラーアピアランスに対する情報は、色領域の明るさ、カラフルネス及び色相角を含んでもよい。

また、カラーアピアランス予想部は、設定された基準線から色相角だけカラフルネス値を半径で回転した地点を、基準線及び地点を含む平面に対して垂直方向に明るさ値だけ平行移動させて色空間を形成し、色空間の大きさを算出する色空間形成部を含んでもよい。

また、色空間形成部は、色空間の任意のポイントに最も隣接した３個のポイント及び任意のポイントを含む複数の三角錐のそれぞれの体積を合算して色空間の大きさを算出してもよい。

また、色空間の大きさを測定するための複数のポイント個数は、色空間を構成する全体ポイントの少なくとも１／４であってもよい。

また、カラーアピアランス予想部は、色空間における明るさの最高値と最小値の比を算出し、算出比によって色領域の鮮明度を算出する鮮明度判断部をさらに含んでもよい。

また、明るさの最高値は白色レベルの明るさに対応し、明るさの最小値は黒色レベルの明るさに対応してもよい。

また、カラーアピアランス予想部は、色相角による色空間の大きさを算出して、色領域の視野角特性を算出する視野角特性判断部をさらに含んでもよい。

また、カラーアピアランス予想部は、色領域で階調だけ異なる複数の色刺激に対する色空間の複数のポイントを検出し、階調の変化によって複数のポイントを連結する経路を生成する階調算出部をさらに含んでもよい。

また、カラーアピアランス予想部は、色領域が露出した環境を異なるようにして、色領域のうち対象領域に対応する色空間上の複数ポイントを検出し、対象領域の露出環境による色差を算出する色差算出部をさらに含んでもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、カラーアピアランスモデルを用いて、色領域の画質を評価する画質評価方法において、色領域に対する色順応結果を生成する段階と、色順応結果を受信して、色領域に対する明順応の結果を生成する段階と、明順応の結果を用いて色領域のカラーアピアランスに対する情報を算出する段階と、カラーアピアランスに対する情報を用いて、色領域に対応する色空間を形成し、色空間の大きさを算出し、色空間における色領域の鮮明度、視野角特性、階調特性及び色差を算出して、カラーアピアランスの特徴を示す段階と、を含むことを特徴とする、画質評価方法が提供される。

また、カラーアピアランスの特徴を示す段階は、設定された基準線から色相角だけ色感値を半径で回転した地点を、基準線及び地点を含む平面に対して垂直方向に明るさ値だけ平行移動させて色空間を形成し、色空間の大きさを算出する段階を含んでもよい。

また、色空間の大きさを算出する段階は、色空間の任意のポイントに最も隣接した３個のポイント及び任意のポイントを含む複数の三角錐のそれぞれの大きさを合算して、色空間の大きさを算出してもよい。

また、色空間の大きさを測定するための複数のポイント個数は、色空間を構成する全体ポイントのうちの少なくとも１／４であってもよい。

また、カラーアピアランスの特徴を示す段階は、色空間における明るさの最高値と最小値の比を算出して、算出された比によって色領域の鮮明度を算出する段階をさらに含んでもよい。

また、カラーアピアランスの特徴を示す段階は、色相角による色空間の大きさを算出して、色領域の視野角特性を算出する段階をさらに含んでもよい。

また、カラーアピアランスの特徴を示す段階は、色領域で階調だけ異なる複数の色刺激に対する色空間の複数のポイントを検出し、階調の変化によって複数のポイントを連結する経路を生成する段階をさらに含んでもよい。

また、カラーアピアランスの特徴を示す段階は、色領域が露出した環境を異なるようにして、色領域のうち対象領域に対応する色空間上の複数のポイントを検出し、対象領域の露出環境による色差を算出する段階をさらに含んでもよい。

以上説明したように本発明によれば、実際に人が認識する画像に対する定量化されたデータを算出できる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による画質評価及びその評価方法を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による他の画質評価装置を示した図である。
本発明の一実施形態による画質評価装置は、ＣＩＥＣＡＭ０２（ＣＩＥｃｏｌｏｒａｐｐｅａｒａｎｃｅｍｏｄｅｌ２００２）を用いて画像表示装置の画質を評価する。カラーアピアランスモデル（ｃｏｌｏｒａｐｐｅａｒａｎｃｅｍｏｄｅｌ）とは、人間が外部刺激に露出される条件を多様化して、色刺激（ｃｏｌｏｒｓｔｉｍｕｌｕｓ）のカラーアピアランスの変化を予想するためのモデルである。カラーアピアランスとは、人間が認識する実際の色を意味する。すなわち、本発明の一実施形態によるカラーアピアランスモデルは、画像表示装置などが表示する画像、すなわち、表示画像の色刺激を人間がどのようなカラーアピアランス空間として認識するかを予測するモデルである。

図１に示すように、画質評価装置１は、色順応部（ｃｈｒｏｍａｔｉｃａｄａｐｔａｔｉｏｎ）１００、明順応部（ｄｙｎａｍｉｃａｄａｐｔａｔｉｏｎ）２００、算出部３００、及びカラーアピアランス予想部（ｃｏｌｏｒａｐｐｅａｒａｎｃｅｐｒｅｄｉｃｔｏｒ）４００を含む。

画質評価装置１は、画質評価の対象になる画像が表示される色領域（ｃｏｌｏｒａｒｅａ）の三刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、基準白色三刺激値（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｗｈｉｔｔｒｉｓｔｉｍｕｌｕｓｖａｌｕｅ）（Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ）と、評価対象である色領域に隣接した色背景（ｃｏｌｏｒｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）の相対輝度（ｒｅｌａｔｉｖｅｌｕｍｉｎａｎｃｅ）（Ｙｂ）と、順応輝度（ａｄａｐｔｉｎｇｆｉｅｌｄｌｕｍｉｎａｎｃｅ）（Ｌ_Ａ）等を受信する。順応輝度（Ｌ_Ａ）は一般的な画像表示装置の場合、シーン（ｓｃｅｎｅ）において白色物体輝度の２０％に設定されて入力される。

また、画質評価装置１は、背景変数（ｃｏｎｔｅｘｔｐａｒａｍｅｔｅｒ）として明暗因子（ｃｏｎｔｒａｓｔｆａｃｔｏｒ）（Ｆ、Ｎｃ）及び指数的な非線形係数（ｅｘｐｏｎｅｎｔｆａｃｔｏｒ）（ｃ）を設定する。明暗因子は、周辺と色領域との間の輝度により決定され、非線形係数（ｃ）は、背景の明度によって発生する色領域の明るさ、及びカラフルネスの反応圧縮（ｒｅｓｐｏｎｓｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）を変調するための因子である。明暗因子（Ｆ、Ｎｃ）及び非線形係数（ｃ）は、画像が表示される環境によって異なる値を有し、一般的（ａｖｅｒａｇｅ）、薄暗い（ｄｉｍ）、暗黒（ｄａｒｋ）に区分されて設定される。

色順応部１００は、三刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を色順応により人間が認識するカラーアピアランスに対応する値に変換し、色順応結果を生成する。色順応とは、所定の色に慣れて該当色に対する感覚が鈍くなることを意味する。

色順応部１００は、三刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び基準白色の三刺激値（Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ）のそれぞれを同一の変換マトリックスを用いてスペクトル的に反応する錐状体応答（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙｃｏｎｅｒｅｓｐｏｎｓｅ）として、ＲＧＢ応答（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及び基準ＲＧＢ応答（Ｒｗ、Ｇｗ、Ｂｗ）を生成する。本発明の一実施形態による変換マトリックスは、ＣＩＥＣＡＭ０２で用いれるＭＣＡＴ０２行列を使用する。ＭＣＡＴ０２行列は、同一のエネルギー光源に対する三刺激値（Ｘ＝Ｙ＝Ｚ＝１００）が同一の錐状体応答（ｃｏｎｅｒｅｓｐｏｎｓｅ）（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を形成するように正規化される。これは下記式で表される。

式１

ここで、ＭＣＡＴ０２行列は下記式で表される。

式２

順応因子（ａｄａｐｔａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ）（Ｄ）は順応の程度を示す値であり、色領域が発光より反射するほど、限界値１として収斂される。輝度順応因子（Ｄ）は数式３のように、順応輝度（Ｌ_Ａ）及び明暗因子（Ｆ）の関数で表示される。光源が排除される効果を仮定する場合は、順応因子（Ｄ）は単に１と設定される。順応因子（Ｄ）は完全な順応を示す１から順応が起こらない０までの範囲を有する。

式３

色順応部１００は、順応因子（Ｄ）が確立される場合、三刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対するＲＧＢ応答（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を順応した三刺激値応答（Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃ）として算出し、基準ＲＧＢ応答（Ｒｗ、Ｇｗ、Ｂｗ）を順応した基準三刺激値応答（Ｒｗｃ、Ｇｗｃ、Ｂｗｃ）として算出する。順応した三刺激値応答（Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃ）のＲ応答（Ｒｃ）は、順応した基準ＲＧＢ応答（Ｒｗ、Ｇｗ、Ｂｗ）の基準Ｒ応答（Ｒｗ）と相関し、Ｇ応答（Ｇｃ）は基準Ｇ応答（Ｇｗ）と相関し、Ｂ応答（Ｂｃ）は基準Ｂ応答（Ｂｗ）と相関する。これは下記式で表される。

明順応部２００は、順応した三刺激値応答（以下、色順応応答という。）（Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃ）を受信して、人間が周辺の明るさに順応して視覚的刺激を認識する明順応を生成する。具体的には、明順応部２００は、色順応応答（Ｒｃ、Ｂｃ、Ｇｃ）を等積錐状体原則（ｅｑｕａｌａｒｅａｃｏｎｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ）タイプの錐状体の三刺激値応答（Ｒ'、Ｇ'、Ｂ'）に変換する。錐状体三刺激値の応答変化は、下記式を用いる。

式５

明順応部２００は、錐状体三刺激値応答（Ｒ'、Ｇ'、Ｂ'）を圧縮して、明順応応答（Ｒ'ａ、Ｇ'ａ、Ｂ'ａ）を生成する。これは下記式で表される。

式６

ここで、輝度段階順応係数（Ｆ_Ｌ）は、順応輝度（Ｌ_Ａ）を含む下記式で表される。

式７

ここで、ｋは１／（５Ｌ_Ａ+１）である。
この他に、明順応部２００は、輝度誘導係数である色対比因子（ｃｈｒｏｍａｃｏｎｔｒａｓｔｆａｃｔｏｒｓ）（Ｎｂｂ、Ｎｃｄ）、指数因子（ｚ）及び因子（ｎ）を算出する。具体的に、数式８〜１０は各因子を算出する式である。

式８

式９

式１０

算出部３００は、明順応部２００から明順応応答（Ｒ'ａ、Ｇ'ａ、Ｂ'ａ）及び因子を含む明順応結果を受信し、ＣＩＥＣＡＭ０２により色領域のカラーアピアランスに対する情報を算出する。カラーアピアランスに対する情報とは、ＣＩＥＣＡＭ０２によりカラーアピアランスモデルの明度（ｌｉｇｈｔｎｅｓｓ）、明るさ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）、クロマ（ｃｈｒｏｍａ）、カラフルネス（ｃｏｌｏｒｆｕｌｎｅｓｓ）、色飽和度、色相、及び色相角等を含む。

まず、算出部３００は、ＣＩＥＣＡＭ０２において初期反対次元セット（ａｓｅｔｏｆｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｏｐｐｏｎｅｎｔｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）（ａ、ｂ）を下記式１１及び１２により算出する。

式１１

式１２

算出部３００は、ＣＩＥＣＡＭ０２空間で色相角（ｈ）を初期反対次元セット（ａ、ｂ）により式１３を用いて算出する。ａ及びｂからなる初期ａｂ次元（ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙａｂｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）は色相角（ｈ）を算出するのに使用される。また、算出部３００は、離心率因子（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙｆａｃｔｏｒ）（ｅ）を式１４を用いて算出する。離心率因子（ｅ）は、色相環（ｈｕｅｃｉｒｃｌｅ）の周囲における色圧縮（ｃｈｒｏｍａｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）の差を示すａｂ次元の大きさを調節するための値である。

式１３

式１４

算出部３００は、輝度誘導係数（Ｎｂｂ）で修正された非線形的に順応した錐状体応答の加重合計により、初期無色相応答（Ａ）を算出する。これは式１４で表される。また、算出部３００は、白色に対する無色応答（Ａｗ）、周辺環境係数（ｃ）、及び指数因子（ｚ）を用いて明度（ｌｉｇｈｔｎｅｓｓ）（Ｊ）を算出する。これは式１５で表される。

式１５

式１６

算出部３００は、ＣＩＥＣＡＭ０２により明るさ（Ｑ）及びクロマ（Ｃ）を下記式１７及び１８により算出する。具体的には、算出部３００が白色に対する無色応答（Ａｗ）、周辺環境係数（ｃ）、明度（Ｊ）、及び輝度段階順応係数（ＦＬ）を用いて明るさ（Ｑ）を算出し、離心率因子（ｅ）、周辺環境と背景に対する色誘導係数（Ｎｃ、Ｎｃｂ）、明度（Ｊ）及び因子（ｎ）を用いて、クロマ（Ｃ）を算出する。

式１７

式１８

このとき、変数（ｔ）は下記式１９で表される。

式１９

また、算出部３００はクロマ（Ｃ）及び輝度段階順応係数（Ｆ_Ｌ）を用いて、カラフルネス（Ｍ）を算出し、カラフルネス（Ｍ）及び明るさ（Ｑ）を用いて色飽和度（ｓ）を下記式２０及び２１により算出する。

式２０

式２１

このように、ＣＩＥＣＡＭ０２により算出部３００は明度（Ｊ）、明るさ（Ｑ）、クロマ（Ｃ）、色飽和度（ｓ）、色相角（ｈ）及びカラフルネス（Ｍ）等を算出する。明るさ（Ｑ）は、明るさの程度を示す値である。カラフルネス（Ｍ）は、カラフルネスの程度を示す値である。明度（Ｊ）は、明るさの最高値を基準に相対的に判断される明るさ値である。クロマ（Ｃ）は明るさの最高値を基準に相対的に判断されるカラフルネス値である。色相角（ｈ）は基準クロマとの反対色（ｏｐｐｏｎｅｎｔｃｏｌｏｒ）の程度を示す値である。

以下、本発明の一実施形態による画質評価装置１が算出部３００から出力された結果を用いて、画質評価を行う方法について詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態によるカラーアピアランス予想部４００を示した図である。本発明の一実施形態によるカラーアピアランス予想部４００は、色空間形成部４１０、鮮明度判断部４２０、視野角特性判断部４３０、階調算出部４４０、及び色差算出部４５０を含む。

色空間形成部４１０は、明度（Ｊ）、クロマ（Ｃ）及び色相角（ｈ）により設定されるシリンダー座標系（以下、ＪＣｈ座標系ともいう。）を用いて、色領域（ｃｏｌｏｒａｒｅａ）のすべての色刺激（ｃｏｌｏｒｓｔｉｍｕｌｕｓ）を表示する。また、色空間形成部４１０は、明るさ（Ｑ）、カラフルネス（Ｍ）及び色相角（ｈ）により設定されるシリンダー座標系（以下、ＱＭｈ座標系ともいう。）を用いて、色領域のすべての色刺激を表示する。

図３は、ＪＣｈ座標系で１つの色刺激（Ｘ、Ｙ、Z）に対応する位置を示した図である。例えば、明度（Ｊ）が３０．８、クロマ（Ｃ）が８９．８、及び色相角（ｈ）が３０９．９°である場合、図３に示すように、基準線（ｘ１）からの色相角（ｈ）だけクロマ（Ｃ）値を半径で回転させて決定される地点を、この地点及び基準線（ｘ１）を含む平面に対して垂直方向に明度（Ｊ）値だけ平行移動して、ＪＣｈ座標系にポイント（Ｐ１）を表示する。このような方式で色領域のすべての色刺激に対するポイントをＪＣｈ座標系に表示して色領域に対応する色空間を形成する。

図４は、ＪＣｈ座標系に形成される色空間を示した図である。図４の色空間にポイント（Ｐ１）の位置が表示されている。

図５は、ＱＭｈ座標系で１つの色刺激（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対応する位置を示した図である。例えば、明るさ（Ｑ）が１１９．０、カラフルネス（Ｍ）が７２．７、及び色相角（ｈ）が２５７．７°である場合、図５に示すように、基準線（ｘ２）からの色相角（ｈ）だけカラフルネス（Ｍ）値を半径で回転させて決定される地点を、この地点及び基準線（ｘ２）を含む平面に垂直方向に明るさ（Ｑ）値だけ平行移動して、ＱＭｈ座標系にポイント（Ｐ２）を表示する。このような方式で色領域のすべての色刺激に対する地点をＱＭｈ座標系に表示して、色領域に対応する色空間を形成する。

図６は、ＱＭｈ座標系に形成された色空間を示した図である。図６に示された色空間にポイント（Ｐ２）の位置が表示されている。

同一の色刺激の三刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対して他の座標系により形成される色空間を用いて多様な画質評価を行うことができる。

まず、色空間形成部４１０は、色領域の大きさを測定し、測定された大きさに応じて色領域の色再現の程度が分かる。これにより、色領域を表示する画像表示装置の色再現能力が分かる。

本発明の一実施形態による色空間形成部４１０は、実際の色空間の大きさを測定するために、画像表示装置の階調（ｇｒａｙｓｃａｌｅ）に対応する複数のポイントで色空間を形成する。すなわち、２５６階調の画像表示装置における２５６個のポイントで形成された色空間の大きさを測定する。

図７は、色空間の大きさを算出する方法を示した図である。
本発明の一実施形態による色空間形成部４１０は、３次元ドロネーテセレーション（Ｄｅｌａｕｎａｙｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ）を用いて色空間を複数の三角錐に分け、各三角錐の体積を合算して色空間の大きさを算出する。具体的には図６に示すように、まず色空間形成部４１０は、基準点（ｚｅｒｏｐｏｉｎｔ）を設定し、基準点に最も隣接した３ポイントで三角錐を形成し、その体積を求める。そして、最も隣接した３ポイントのそれぞれに最も隣接した３ポイントでさらに３個の三角錐を形成してそれぞれの体積を求める。このような方法を繰り返して形成されるすべての三角錐の体積を合算することにより色空間の大きさを求めることができる。三角錐は、基準点に隣接した３個点のそれぞれに連結される３個のベクター（ｕ、ｖ、ｗ）で表すことができる。色空間形成部４１０は、三角錐の１つの体積（Ｖｔ）を下記式２２を用いて算出し、算出された三角錐のそれぞれの体積を式２３のように合算することにより色空間の大きさを算出することができる。

式２２

式２３

実験結果によれば、２５６階調の色空間の大きさを算出するためには少なくとも６４階調に対応する６４個のポイントで表示される色空間の大きさを測定すれば良い。このようにして２５６階調による色空間の大きさに対応する値を得ることができる。具体的には、少なくとも６４階調に対応する６４個のポイントで表示される色空間の大きさが２５６階調の色空間の大きさと比較して、許容誤差範囲内で類似している。これは実験方法において許容誤差範囲を調節することによって変わり、本発明がこれに限定されるものではない。

図８は、各階調による色空間の大きさと２５６階調の色空間の大きさとの間の割合（比率）を示した表である。図８に示すように、２５６階調の大きさに対して６４階調の大きさは０．９９９５４の割合である。

図９は、図８に示される表の結果を示したグラフである。
図９からグラフの傾きが６４階調で緩慢な傾きを示すことが分かる。画像表示装置の総２５６階調数のうち１／４以上の階調数で色空間の大きさを求めても、実質的な色空間の大きさとの誤差は許容範囲に属する。最も簡単な方法として、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｂｌａｃｋ、Ｗｈｉｔｅの５点座標とガンマ値を任意に決め、中間点を補間法により算出して大きさを求めることができる。

このように、本発明の一実施形態による色空間形成部４１０は、色空間の大きさを介して画質評価の対象になる画像表示装置の色再現能力（ｃｏｌｏｒｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を算出することができる。なお、画像表示装置の総階調数より少ない階調に対応するデータを基に色空間の大きさを算出することができるので、画質評価装置１のデータ処理量が減少し、処理速度が増加するという効果がある。

図１０Ａは、従来２次元平面の色領域で１９７６年に提案されたＣＩＥＬＵＶにより画像表示装置（Ｄ１）及び画像表示装置（Ｄ２）の色領域を比較したものである。色領域の大きさは、各画像表示装置の色再現能力を示す。図１０Ａのように白線で表示された画像表示装置（Ｄ１）の三角形の色領域が、黒色線で表示された画像表示装置（Ｄ２）の三角形の色領域より大きい。すなわち、画像表示装置（Ｄ１）の色再現能力がより優れていることが明らかである。ｓＲＧＢは、ＮＴＳＣ方式のＴＶにおいて、ＨＤＴＶの放送標準色座標としてＩＴＵで定めた標準色領域である。

しかし、画像表示装置が再現すると解釈された領域の色が人間が認識し難い場合、該当画像表示装置が再現する色領域のカラーアピアランスが、アピアランスとして計算される大きさは小さい。これを補完したものが本実施形態の画質評価装置であって、図１０Ｂにこのような面が明らかに示されている。

図１０Ｂは、本発明の一実施形態により色空間形成部４１０がＱＭｈ座標系により画像表示装置（Ｄ１、Ｄ２）の色空間の大きさを設定したものである。図１０Ｂに示す表において、第１変数（ａｍ）及び第２変数（ｂｍ）のそれぞれは、算出部３００から伝達されたカラフルネス（Ｍ）値と色相角（ｈ）により決定される色空間での座標値である。具体的には、第１変数はカラフルネス（Ｍ）に色相角のサイン値（ｓｉｎｈ）を掛けた値であり、第２変数はカラフルネス（Ｍ）に色相角のコサイン値（ｃｏｓｈ）を掛けた値である。ｍｉｎ及びｍａｘは、第１変数、第２変数及び明るさ（Ｑ）の最大値及び最小値である。画像表示装置（Ｄ１、Ｄ２）のそれぞれの色空間の大きさをｓＲＧＢによる色空間の大きさと比較した値がｃｆ．ｓＲＧＢに示されている。

図１０Ｂに示すように、図１０Ａの結果と異なり、白線（Ｗｈｉｔｅ）で表示された画像表示装置（Ｄ１）の色空間が、カラー（Ｃｏｌｏｒ）で表示された画像表示装置（Ｄ２）の色空間より大きい（ｖｏｌｕｍｅ（体積）、ｃｆ．ｓＲＧＢ値参照）。これは実際に人間が認識する画像表示装置の色再現の程度を示したものである。

このように、２次元色領域と３次元色空間とでの色再現の結果が異なるのは、２次元色領域より本発明の一実施形態による色空間が実際に人間が認識する色を正確に反映するためである。

鮮明度判断部４２０は、色空間形成部４１０で設定された色空間における明るさ（Ｑ）の最高値と最小値の比により、画像表示装置の鮮明度（ｃｌｅａｒｎｅｓｓ）を判断する。本発明の一実施形態による鮮明度は、認知対比（ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌｃｏｎｔｒａｓｔ）によって決定される。認知対比は白色レベルの明るさ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓｏｆｗｈｉｔｅｌｅｖｅｌ）と黒色レベルの明るさ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓｏｆｂｌａｃｋｌｅｖｅｌ）の比で定義される。具体的には、白色レベルの明るさは明るさ（Ｑ）の最高値に対応し、黒色レベルの明るさは明るさ（Ｑ）の最小値に対応する。鮮明度判断部４２０は、ＱＭｈ座標系の色空間における明るさ（Ｑ）の最大値を最小値で除して認知対比を算出することができる。

図１１は、本発明の一実施形態による画像表示装置（Ｄ３、Ｄ４）のＱＭｈ座標系の色空間を示したものである。図１１に示すように、画像表示装置（Ｄ３）の明るさ（Ｑ）の最高値は２８３．５４であり、最小値が１６．２４である。画像表示装置（Ｄ４）の明るさ（Ｑ）の最高値が２８２．６３であり、最小値が６３．２２である。これにより、画像表示装置（Ｄ３）の認知対比が１７．５であり、画像表示装置（Ｄ４）の認知対比が４．５である。結果として、画像表示装置（Ｄ３）が画像表示装置（Ｄ４）より３．９倍程度鮮明な画像を提供する。

視野角（ｖｉｅｗｉｎｇａｎｇｌｅ）特性判断部４３０は、色空間での色相角（Ｈｕｅａｎｇｌｅ（ｈ））による色空間の大きさを算出し、画像表示装置の視野角特性を判断する。具体的には、視野角特性判断部４３０が色相角による色空間の大きさを算出し、算出された色空間の大きさは色再現能力に対応する。すなわち、色相角による色空間の大きさは、視野角による画像表示装置（Ｄ５）の色再現能力を示す指標である。結果として、視野角特性判断部４３０が色相角による色空間の大きさを算出し、視野角による画像表示装置の色再現能力を示す。
図１２は、本発明の一実施形態による視野角特性判断部４３０がＱＭｈ座標系の色空間における色相角０°、３０°、及び６０°での色空間の大きさを示した図である。色相角０°は画像表示装置を正面から見たときの角度である。色相角３０°及び６０°は、それぞれ正面を基準に人間が画像表示装置を見る視野角である。

図１３は、図１２の色空間の大きさを算出した表である。色相角が０°、３０°及び６０°であるときの色空間の大きさは各々異なる値を有し、色相角が３０°であるとき、最も大きな色空間を有する。すなわち、視野角が３０°であるとき、色再現量が最も大きいことを意味する。表の比率は、色相角０°での色空間の大きさを基準に他の色相角での色空間の大きさの比率を示したものである。

階調算出部４４０は、色領域で階調だけ異なる色刺激に対する色空間のポイントを検出して、色刺激に対するカラーアピアランス階調を算出する。これにより、実際に人間が認識する階調を把握できる。これをカラーアピアランス階調という。カラーアピアランス階調により、画像表示装置の階調を補正するガンマ補正に重要な資料を提供することができる。

図１４は、ＱＭｈ座標系の色空間で検出されたポイントを連結する経路を示した図である。図１４から分かるように、階調増加に比例して明るさ（Ｑ）が増加せず複雑な経路に変わる。これは実際に人間が認識する階調の不安定性（ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を示す。

色差（ｃｏｌｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）算出部４５０は、同一の画像を環境の変化によって人間が認識する色差を算出する。色差算出部４５０はこのように算出された色差を合計し、該当画像を表示する画像表示装置が環境に応じて補償する色差に関するデータを得ることができる。

図１５Ａは、異なる環境で人間が認識する画像を示したものである。図１５Ａに示すように、画像１（ＩＭ）及び画像２（ＩＭ'）のそれぞれは、異なる環境で人間が認識する画像を示すものである。

図１５Ｂは、ＱＭｈ座標系の色空間における異なる環境で人間が認識する特定領域の色分布を示したものである。図１５Ｂは、ＱＭｈ座標系の色空間における画像１（ＩＭ）の領域（Ｒ）及び画像２（ＩＭ'）の領域（Ｒ'）に対応するポイントを示した図である。画像１（ＩＭ）の領域（Ｒ）及び画像２（ＩＭ'）の領域（Ｒ'）のそれぞれは、各画像中の左に位置する少女の右肩近傍の丸で囲まれた領域を表す。赤色ポイントの集合（紙面中央近傍に集中している点群）は、領域（Ｒ）に対応し、紫色ポイントの集合（赤色ポイント（紙面中央近傍）よりも右方に分散している点群）は、領域（Ｒ'）に対応する。

例えば画像１（ＩＭ）が画像表示装置がもともと意図した色であり、画像２（ＩＭ'）は人間が認識する色である場合、色差算出部４５０は、赤色ポイントの座標値とこれに対応する紫色ポイントの座標値を引いた差を算出する。

このように、同一の画像の同一の領域であっても環境によって人間が認識する色が異なり、本発明の一実施形態による画質評価装置はこれを明確に定量化して表示することができる。

以上、本発明の一実施形態による画質評価装置と画質評価方法について説明した。本発明の一実施形態によれば、実際に人間が認識する画像に対する定量化されたデータを算出できる画質評価装置及び画質評価方法を提供する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の一実施形態による他の画質評価装置を示した図である。本発明の一実施形態によるカラーアピアランス予想部４００を示した図である。ＪＣｈ座標系において１つの色刺激（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対応する位置を示した図である。ＪＣｈ座標系に設定された色空間を示した図である。ＱＭｈ座標系において１つの色刺激（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対応する位置を示した図である。ＱＭｈ座標系に設定された色空間を示した図である。色空間の大きさを算出する方法を示した図である。各階調による色空間の大きさと２５６階調の色空間の大きさとの比率を示した表である。図８に示される表の結果を示したグラフである。従来の２次元平面の色領域で１９７６年に提案されたＣＩＥＬＵＶにより画像表示装置（Ｄ１）及び画像表示装置（Ｄ２）の色領域を比較した図である。本発明の一実施形態により色空間形成部４１０がＱＭｈ座標系により画像表示装置（Ｄ１、Ｄ２）の色空間の大きさを示した図である。本発明の一実施形態による画像表示装置（Ｄ３、Ｄ４）のＱＭｈ座標系の色空間を示した図である。本発明の一実施形態による視野角特性判断部４３０がＱＭｈ座標系の色空間の色相角０°、３０°、及び６０°における色空間の大きさを示した図である。図１２の色空間の大きさを算出して示した表である。ＱＭｈ座標系の色空間で検出されたポイントを連結する経路を示した図である。異なる環境で人が認識する画像を示した図である。ＱＭｈ座標系の色空間の異なる環境で人が認識する特定領域の色分布を示した図である。

符号の説明

１画質評価装置
１００色順応部
２００明順応部
３００算出部
４００カラーアピアランス予想部
４１０色空間形成部
４２０鮮明度判断部
４３０視野角特性判断部
４４０階調算出部
４５０色差算出部

Claims

カラーアピアランスモデルを用いて、色領域の画質を評価する画質評価装置において、
前記色領域に対する色順応結果を生成する色順応部と、
前記色順応の結果を受けて、前記色領域に対する明順応の結果を生成する明順応部と、
前記明順応の結果により、前記色領域のカラーアピアランスに対する情報を算出する算出部と、
前記カラーアピアランスに対する情報により、前記色領域に対応する色空間を形成し、前記色空間の大きさを算出し、前記色空間における前記色領域の鮮明度、視野角特性、階調特性及び色差を算出するカラーアピアランス予想部と、
を含むことを特徴とする、画質評価装置。
前記カラーアピアランスに対する情報は、色領域の明るさ、カラフルネス及び色相角を含むことを特徴とする、請求項１に記載の画質評価装置。
前記カラーアピアランス予想部は、設定された基準線から前記色相角だけカラフルネス値を半径で回転した地点を、前記基準線及び前記地点を含む平面に対して垂直方向に前記明るさ値だけ平行移動させて色空間を形成し、前記色空間の大きさを算出する色空間形成部を含むことを特徴とする、請求項２に記載の画質評価装置。
前記色空間形成部は、前記色空間の任意のポイントに最も隣接した３個のポイント及び前記任意のポイントを含む複数の三角錐のそれぞれの体積を合算して前記色空間の大きさを算出することを特徴とする、請求項３に記載の画質評価装置。
前記色空間の大きさを測定するための複数のポイント個数は、前記色空間を構成する全体ポイントの少なくとも１／４であることを特徴とする、請求項４に記載の画質評価装置。
前記カラーアピアランス予想部は、前記色空間における前記明るさの最高値と最小値の比を算出し、前記算出比によって前記色領域の鮮明度を算出する鮮明度判断部をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の画質評価装置。
前記明るさの最高値は白色レベルの明るさに対応し、
前記明るさの最小値は黒色レベルの明るさに対応することを特徴とする、請求項６に記載の画質評価装置。
前記カラーアピアランス予想部は、前記色相角による前記色空間の大きさを算出して、前記色領域の視野角特性を算出する視野角特性判断部をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の画質評価装置。
前記カラーアピアランス予想部は、前記色領域で階調だけ異なる複数の色刺激に対する前記色空間の複数のポイントを検出し、前記階調の変化によって前記複数のポイントを連結する経路を生成する階調算出部をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の画質評価装置。
前記カラーアピアランス予想部は、前記色領域が露出した環境を異なるようにして、前記色領域のうち対象領域に対応する前記色空間上の複数ポイントを検出し、前記対象領域の露出環境による色差を算出する色差算出部をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の画質評価装置。
カラーアピアランスモデルを用いて、色領域の画質を評価する画質評価方法において、
前記色領域に対する色順応結果を生成する段階と、
前記色順応結果を受信して、前記色領域に対する明順応の結果を生成する段階と、
前記明順応の結果を用いて前記色領域のカラーアピアランスに対する情報を算出する段階と、
前記カラーアピアランスに対する情報を用いて、前記色領域に対応する色空間を形成し、前記色空間の大きさを算出し、前記色空間における前記色領域の鮮明度、視野角特性、階調特性及び色差を算出して、カラーアピアランスの特徴を示す段階と、
を含むことを特徴とする、画質評価方法。
前記カラーアピアランスに対する情報は、色領域の明るさ、カラフルネス及び色相角を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の画質評価方法。
前記カラーアピアランスの特徴を示す段階は、設定された基準線から前記色相角だけ色感値を半径で回転した地点を、前記基準線及び前記地点を含む平面に対して垂直方向に前記明るさ値だけ平行移動させて色空間を形成し、前記色空間の大きさを算出する段階を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の画質評価方法。
前記色空間の大きさを算出する段階は、前記色空間の任意のポイントに最も隣接した３個のポイント及び前記任意のポイントを含む複数の三角錐のそれぞれの大きさを合算して、前記色空間の大きさを算出することを特徴とする、請求項１３に記載の画質評価方法。
前記色空間の大きさを測定するための複数のポイント個数は、前記色空間を構成する全体ポイントのうちの少なくとも１／４であることを特徴とする、請求項１４に記載の画質評価方法。
前記カラーアピアランスの特徴を示す段階は、前記色空間における前記明るさの最高値と最小値の比を算出して、前記算出された比によって前記色領域の鮮明度を算出する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の画質評価方法。
前記明るさの最高値は白色レベルの明るさに対応し、
前記明るさの最小値は黒色レベルの明るさに対応することを特徴とする、請求項１６に記載の画質評価方法。
前記カラーアピアランスの特徴を示す段階は、前記色相角による前記色空間の大きさを算出して、前記色領域の視野角特性を算出する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の画質評価方法。
前記カラーアピアランスの特徴を示す段階は、前記色領域で階調だけ異なる複数の色刺激に対する前記色空間の複数のポイントを検出し、前記階調の変化によって前記複数のポイントを連結する経路を生成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の画質評価方法。
前記カラーアピアランスの特徴を示す段階は、前記色領域が露出した環境を異なるようにして、前記色領域のうち対象領域に対応する前記色空間上の複数のポイントを検出し、前記対象領域の露出環境による色差を算出する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の画質評価方法。