JP2010199659A - 画像処理装置、及び画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示デバイスに表示できない信号レベルのクリップによる彩度低下を抑制すること。
【解決手段】第１の色信号を線形な第２の色信号に変換するガンマ変換回路３と、第２の色信号を正および負の閾値を用いてクリップするリミッタ回路４と、クリップされた第２の色信号を線形な表示デバイスの第３の色信号に変換する線形変換回路５とを備え、正の閾値および負の閾値を、線形変換回路５の変換マトリクスの逆行列の成分に基づいて生成し、第３の色信号でのクリップの前に、生成した正または負の閾値を用いて、第２の色信号でクリップすることにより、第３の色信号のみでクリップする場合に比べ、表示デバイスで表示できない信号レベルの彩度低下を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等の表示デバイスのための色変換処理等を行う画像処理装置、及び画像処理方法に関するものである。

近年、ＢＴ．７０９やｓＲＧＢなどの標準的な色域より大きい色域を持つＤＣＩ／Ｐ３やＡｄｏｂｅＲＧＢなどの画像信号を表示できる表示デバイスが増えてきた。表示デバイスが入力信号としてこれらのＲＧＢを判別できない場合、色再現がうまくいかず、彩度が異なる画像を表示してしまう現象が発生していた。この問題を解決するために、標準的な色域内を０．０から１．０の信号で表し（以後、ＲＧＢそれぞれが取りうる標準的な信号レンジを０．０から１．０として説明する。８ビット換算した場合、０．０は０に相当し、１．０は２５５に相当する。）、標準的な色域外の部分を１．０より大きい値や、負の値を用いて表し、広色域の信号レベルに対応できないレガシーな表示デバイスでもうまく色再現ができるようにする方法が提案されている。

従来、１．０より大きい値や負の値に対応するため、特許文献１に記載されているような方法を用いている。図１２は、特許文献１に記載された画像処理装置を示している。図１２において、画像処理装置は、画像入力補正部Ｐ１、第１の変換回路Ｐ２、第１のγ（ガンマ）補正回路Ｐ３、第２の変換回路Ｐ４、第２のγ補正回路Ｐ５、表示駆動回路Ｐ６、および表示デバイスＰ７を有している。特許文献１によれば、たとえば第１の変換回路Ｐ２に、正および負の信号レベルを含む映像信号が入力され、第１の変換回路Ｐ２において入力映像信号の色空間が第１の色空間から正のみならず負の信号レベルを含む第２の色空間に変換される。第１のガンマ補正回路Ｐ３で補正された線形な映像信号は、第２の変換回路Ｐ４において、映像信号に対して正の信号レベル並びに負の信号レベルを反映させた信号処理が施され、表示デバイスの色域に対応可能な色空間に変換される。また、第２の変換回路Ｐ４においては、変換後の映像信号から負の信号レベルがクリップされ、正の信号レベルのみを含む変換映像信号が出力される。
特開２００６−１４８６０６号公報

しかしながら、従来の構成では、第２の変換回路Ｐ４において、変換後に負の信号レベルをクリップして、表示デバイスに表示可能な正の信号レベルのみの変換映像信号に変換していたため、表示デバイスに表示できない信号レベルが入力された場合、クリップにより大きな彩度低下を引き起こしていた。

図２の従来の画像処理装置の彩度低下の説明図を用いて彩度低下の様子を説明する。説明を簡単にするため、通常ＲＧＢの３原色（３次元）であるところを２原色（例えば、ＲとＧの２次元）で説明する。図２において、縦軸２１は明度、横軸２２は彩度を示す。縦軸２１上の色が無彩色を表し、縦軸２１から（左右の）横方向に離れるほど彩度が高いことを意味する。点線２３は、１つの原色のベクトル（ここではＲベクトル２３とする）を示しており、同じく点線２４が別の原色のベクトル（ここではＧベクトル２４とする）を示す。Ｒベクトルの大きさが０．０になると原点Ｏになる。同様にＧベクトルの大きさが０．０になると原点Ｏになる。

ここでは、２次元で説明しているため、１．０の大きさのＲベクトル２３と１．０の大きさのＧベクトル２４を合成すると無彩色Ｗになる。また、Ｒベクトル２３が１．０のとき、Ｇベクトルの大きさにより点線２６上のいずれかの信号レベルとなり、同様にＧベクトル２４の大きさが１．０のとき、Ｒベクトルの大きさにより、点線２５上のいずれかの信号レベルとなる。ベクトル３２はＧベクトル２４が負の値をとる場合を示しており、ベクトル３１はＧベクトル２４が１．０を超えた場合を示している。点線２３〜２６に囲まれた領域がＲベクトル２３、およびＧベクトル２４の大きさが両方とも０．０〜１．０の値を取る場合に取りうる色の範囲を示している。逆にいうと、ＲおよびＧの少なくとも１つが負、もしくは１．０より大きな値を持つとき、点線２３〜２６外の信号レベルとなる。なお、ここではＲベクトル２３、Ｇベクトル２４を標準的な色域の色（例えばＢＴ．７０９の線形なＲと線形なＧのベクトル）とみなして説明する。

ベクトル２７は、表示デバイスのＲベクトルを示し、同様にベクトル２８は表示デバイスのＧベクトルを示す。Ｒベクトル２７とＧベクトル２８が０．０〜１．０の範囲の値をとるときに表現できることのできる信号レベルの一部は、点線２３〜２６外の色であることが分かる。換言すると、ＲもしくはＧが負の値や１．０より大きな値をとっても、広色域な表示デバイスでは、忠実に表示できる信号レベルがあることを示している。引用文献１の第２の変換回路Ｐ４における処理の一部は、Ｒベクトル２３とＧベクトル２４で表された信号を、Ｒベクトル２７とＧベクトル２８で表現する値に変換することにほとんど等しい（本来は３次元）。また、第２の変換回路Ｐ４でのクリップはベクトル２７〜３０に囲まれた領域（つまり、表示デバイスで表示可能な信号レベル）へクリップすることを意味する。点３３で示す信号レベルは、Ｇベクトル２８が負の値となっているため、Ｇのクリップが行われ（Ｇベクトル２８と並行な方向で、Ｒベクトル２７上の点へ写像される）、点３４の信号レベルとなり、彩度が著しく低下する。

そこで、本発明は、上記課題を解決するもので、表示デバイスに表示できない信号レベルが入力された場合でも、クリップによる彩度低下を抑制できる画像処理装置、及び画像処理方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の画像処理装置は、第１の原色点を有し、正および負の色彩値を含む所定の規格の第１の色信号を、第２の原色点を有すると共に負及び正の信号レベルで表現可能な第２の色信号に色域変換し、当該第２の色信号を基に生成される出力信号を表示デバイスに出力する画像処理装置であって、前記画像処理装置は、前記第１の色信号を、当該第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに、前記色域変換する前に補正することを特徴とするものである。

上記の構成により、第２の色信号ではなく、第２の色信号よりも色信号の変化に対する彩度変化が小さいガンマ変換された第１の色信号で、逆行列に基づいて生成した正および負の閾値を用いて予めクリップを行い、さらに色変換後に第２の色信号でクリップを再度行うようにしたことにより、従来に比べ彩度低下を抑制することができる。

また、本発明の画像処理装置が有する特徴を画像処理方法として実現しても構わない。

本発明の画像処理装置、及び画像処理方法によれば、表示デバイスで表示できない信号レベルに対して、表示デバイスの色信号でクリップするだけの場合に比べて彩度低下を抑えることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明の実施の形態における画像処理装置は、第１の原色点を有し、正および負の色彩値を含む所定の規格の第１の色信号を、第２の原色点を有すると共に負及び正の信号レベルで表現可能な第２の色信号に色域変換し、当該第２の色信号を基に生成される出力信号を表示デバイスに出力する画像処理装置であって、前記画像処理装置は、前記第１の色信号を、当該第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに、前記色域変換する前に補正することを特徴とするものである。

また、上記の画像処理装置は、前記所定の規格に応じて設定されるガンマ特性を基に、前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換部と、ガンマ変換された前記第１の色信号の補正を行うリミッタ部と、前記リミッタ部において補正された第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換部と、前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換部と、を備え、前記リミッタ部は、前記第１の色信号を、当該第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに、前記色域変換する前に補正する構成にしても構わない。

また、上記の画像処理装置は、前記第１の色信号を、当該第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに補正するリミッタ部と、前記所定の規格に応じて設定されるガンマ特性を基に、補正が行われた前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換部と、ガンマ変換された第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換部と、前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換部と、を備える構成にしても構わない。

また、上記の画像処理装置は、前記所定の規格に応じて設定され、さらに前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに補正するガンマ特性を基に、前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換部と、ガンマ変換された前記第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換部と、前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換部と、を備える構成にしても構わない。

また、上記の画像処理装置において、前記表示デバイスに応じて設定される色変換行列を用いて前記第２の色信号に変換し、前記リミッタ部は、前記色変換行列の逆行列を基に、前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルを設定することを特徴とする構成にしても構わない。

また、上記の画像処理装置における前記リミッタ部で設定される前記信号レベルは、前記逆行列の行毎の正の成分の和若しくは、負の成分の和に基づいて生成される正値若しくは、負値であることを特徴とする構成にしても構わない。

また、上記の画像処理装置における前記正値と、前記負値は、前記第１の色信号の色毎に異なる値であることを特徴とする構成にしても構わない。

また、本発明の実施の形態における画像処理方法は、第１の原色点を有し、正および負の色彩値を含む所定の規格の第１の色信号を、第２の原色点を有すると共に負及び正の信号レベルで表現可能な第２の色信号に色域変換し、当該第２の色信号を基に生成される出力信号を表示デバイスに出力する画像処理方法であって、前記所定の規格に応じて設定されるガンマ特性を基に、前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換ステップと、前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに補正を行うリミッタステップと、前記リミッタ部において補正された第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換ステップと、前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換ステップと、を備える構成である。

また、本発明の実施の形態における画像処理方法は、第１の原色点を有し、正および負の色彩値を含む所定の規格の第１の色信号を、第２の原色点を有すると共に負及び正の信号レベルで表現可能な第２の色信号に色域変換し、当該第２の色信号を基に生成される出力信号を表示デバイスに出力する画像処理方法であって、前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに、当該第１の色信号の補正を行うリミッタステップと、前記所定の規格に応じて設定されるガンマ特性を基に、補正が行われた前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換ステップと、ガンマ変換された第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換ステップと、前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換ステップと、を備える、構成である。

また、本発明の実施の形態における画像処理方法は、第１の原色点を有し、正および負の色彩値を含む所定の規格の第１の色信号を、第２の原色点を有すると共に負及び正の信号レベルで表現可能な第２の色信号に色域変換し、当該第２の色信号を基に生成される出力信号を表示デバイスに出力する画像処理方法であって、前記所定の規格に応じて設定され、さらに前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに補正するガンマ特性を基に、前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換ステップと、ガンマ変換された前記第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換ステップと、前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換ステップと、を備える、構成である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における画像処理装置のブロック図である。図１において、画像処理装置は画像入力部１、ＹＣ−ＲＧＢ変換回路２、ガンマ変換回路３、リミッタ回路４、線形変換回路５、第２のリミッタ回路６、第２のガンマ変換回路７、表示駆動回路８、表示デバイス９からなる。

ＹＣ−ＲＧＢ変換回路２は、画像入力部１から入力された輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ，Ｃｒで構成される入力信号１１を、負および１より大きい値を含む第１の色信号であるＲＧＢ信号１２に変換する。

ガンマ変換回路３は、ＹＣ−ＲＧＢ変換回路２から入力されるＲＧＢ信号１２に対して、所定の規格に応じたガンマ変換（例えばｘｖＹＣＣ規格に応じたガンマ変換）を行い、負および１より大きな値を含む第２の色信号である線形のＲＧＢ信号１３を生成する。

リミッタ回路４は、ガンマ変換回路３から出力された線形のＲＧＢ信号１３に対して、負および正の閾値を用いてクリップを行い、ＲＧＢ信号１４を生成する。具体的なクリップの方法は、ＲＧＢ信号１３が負の閾値より小さい場合、ＲＧＢ信号１４を負の閾値と同じ値に設定する。また、ＲＧＢ信号１３が正の閾値よりも大きい場合、ＲＧＢ信号１４を正の閾値と同じ値に設定する。さらに、ＲＧＢ信号１３が負の閾値と正の閾値の間の場合、クリップは行わず、ＲＧＢ信号１３を、そのままＲＧＢ信号１４として出力する。なお、正の閾値と負の閾値はＲＧＢでそれぞれ異なる値に設定しても構わないし、同じ値に設定しても構わない。なお、具体的な閾値の設定方法については後で説明する。

線形変換回路５は、リミッタ回路４から出力されるクリップされた線形なＲＧＢ信号１４を、第３の色信号である表示ディスプレイの線形なデバイスＲＧＢ信号１５に変換する。

第２のリミッタ回路６は、線形変換回路５から出力されるＲＧＢ信号１５を、表示デバイス９で表示できる線形なデバイスＲＧＢ信号１６にクリップする。そして、デバイスＲＧＢ信号１６を第２のガンマ変換回路７に出力する。

第２のガンマ変換回路７は、第２のリミッタ回路６から出力されるデバイスＲＧＢ信号１６に対して、表示デバイスに応じて設定されるガンマ変換を行い、デバイスＲＧＢ信号１７を生成する。そして、デバイスＲＧＢ信号１７を表示駆動回路８に出力する。

表示駆動回路８は、第２のガンマ変換回路７から出力されるデバイスＲＧＢ信号１７を用いて表示駆動を制御する出力信号１８を生成し、表示デバイス９に出力する。

以下、本発明の実施の形態１における信号レベルの変換過程について図面を参照しながら説明する。

図３は、本発明の本実施の形態１における、リミッタ回路４を設けたことによる、表示デバイスでの彩度低下抑制の説明図である。図２と同じ説明の部分は同じ符号（番号２１〜３４）を用い、説明を省略する。ここで、図３において示される補助線３５〜３８で囲まれた領域は、ベクトル２７〜３０で囲まれた表示デバイスで表示可能な信号レベルをすべて含む領域である。このとき、補助線３５および補助線３６は、Ｇベクトル２４と並行な直線であり、補助線３７と補助線３８はＲベクトル２３と並行な直線である。したがって、図３の場合、補助線３５はＲベクトル２３の大きさが１．０以上の値となり、補助線３６はＲベクトル２３の大きさが０．０以下の値となる。ここで、補助線３５を第２の色信号Ｒの正の閾値３５、補助線３６を第２の色信号Ｒの負の閾値３６と設定する。同様に補助線３７を第２の色信号Ｇの正の閾値３７、補助線３８を第２の色信号Ｇの負の閾値３８と設定する。

なお、リミッタ回路４に入力されるＲＧＢ信号１３は、図３に示す信号レベル３３の値を有するものとする。

上記のように設定された場合、リミッタ回路４において信号レベル３３は、第２の色信号Ｇの負の閾値３８より小さいため、まず信号レベル３９にクリップされる。このとき、信号レベル３３から信号レベル３９へはＧベクトル２４と並行な方向へクリップされる。なお、信号レベル３３は、第２の色信号Ｒの正の閾値３５と、第２の色信号Ｒの負の閾値３６の間にあるため、Ｒベクトル２３の方向ではクリップされない。

次に、線形変換回路５において、信号レベル３９は第３の色信号の信号レベルに変換される。このとき、信号レベル３９は原点０を起点としたＧベクトル２８に対して負の方向に位置するため、さらに第２のクリップが行われ、Ｇベクトル２８と並行な方向にクリップされ信号レベル４０となる。図３より信号レベル４０は、従来の信号レベル３４と比べて彩度低下が抑制されることが分かる。

次に、（数１）から（数４）を用いて、第２の色信号Ｒの正の閾値３５、第２の色信号Ｒの負の閾値３６、第２の色信号Ｇの正の閾値３７、第２の色信号Ｇの負の閾値３８（図示しないが第２の色信号Ｂの正の閾値、負の閾値も含む）の設定方法に関して数式及び、図面を用いて説明する。

（数１）に示す３×３定数行列は、ＢＴ．７０９のプライマリ（第１の原色点）を持つＲＧＢの信号レベルを、表示デバイスのプライマリ（第２の原色点）を持つＲＧＢの信号レベルに変換するための行列である。（数１）において、Ｒex709、Ｇex709、Ｂex709は、第２の色信号の信号レベルで、ＢＴ．７０９のプライマリを持ち、信号レベルが１．０より大きい値および負の値を含む。また、Ｒdev、Ｇdev、Ｂdevは第３の色信号の（表示）デバイスＲＧＢの信号レベルを示している。例えば、[Ｒex709，Ｇex709，Ｂex709]の信号レベルが、[１．０，０．０，０．０]のとき、[Ｒdev，Ｇdev，Ｂdev]の信号レベルは、[０．８２２５，０．０３３２，０．０１７１]の値となる。

（数２）の３×３定数行列は、（数１）に示される定数行列の逆行列を示している。ここで、Ｒdev、Ｇdev、Ｂdevは０．０〜１．０の値しか表示できないことから、[Ｒdev，Ｇdev，Ｂdev]が｛１．０，０．０，０．０｝のとき、Ｒex709は最大値１．２２４９の値を取得する。また、[Ｒdev，Ｇdev，Ｂdev]が｛０．０，１．０，０．０｝のときＲex709は最小値−０．２２４９の値を取得する。逆にいうと、Ｒex709の値が−０．２２４９〜１．２２４９の範囲外のとき、表示デバイスで表示できないことになる。この最大値が第２の色信号Ｒの正の閾値、最小値が第２の色信号Ｒの負の閾値となる。同様に第２の色信号Ｇの正の閾値は１．０４２１、第２の色信号Ｇの負の閾値は−０．０４２１、第２の色信号Ｂの正の閾値は１．０９８３、第２の色信号Ｂの負の閾値は−０．０９８２となる。第２の色信号Ｂの負の閾値は、（数２）の3×３定数行列の３行目において、負の成分値（３行１列目の値と３行２列目の値）を加えたものに等しい。一般に、正の閾値は該当する行の正の成分の和、負の閾値は負の成分の和となる。

上記のように設定された閾値と、図１を用いて信号レベルの具体的な変換過程を説明する。画像入力部１より出力されるＹＣｂＣｒ信号｛Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ｝が｛０．１２，０．１２、−０．５５｝の場合を考える。このとき、ＹＣ−ＲＧＢ変換回路２により負および１より大きい信号レベルを持つガンマ付きのＲＧＢ信号１２に（数３）を用いて変換すると、[Ｒ’ex709，Ｇ’ex709，Ｂ’ex709]は[−０．７４６１，０．３５５０，０．３４２７]となる。

ガンマ変換回路３では、負および１より大きい値を含むガンマ付きＲＧＢ信号１２を、負および１より大きい値を含む線形なＲＧＢ信号１３に変形する。図４にガンマ変換曲線を示す。横軸５１がガンマ付きのＲＧＢ信号１２で、Ｒ’の例を示している。縦軸５２がガンマ変換曲線５３による変換後の線形なＲＧＢ信号１３でＲの例を示している。例えば、ｘｖＹＣＣ規格の場合、ガンマ変換曲線５３の正の部分は、１．０より大きい部分を含むようにＢＴ．７０９の変換曲線を延長したものであり、負の部分は正の部分を原点に対して点対称な形にしたものである。この例でガンマ変換を行うと、線形なＲＧＢ信号１３[Ｒex709，Ｇex709，Ｂex709]の値は、[−０．５５７８，０．１４０２，０．１３１９]となる。

従来の方法の場合、図１のリミッタ回路４がないため、（数１）より、[Ｒdev，Ｇdev，Ｂdev]は｛−０．４３３９，０．１１７０，０．１２０７｝となり、０．０〜１．０でクリップすると、クリップされた線形なデバイスＲＧＢ信号[Ｒdev，Ｇdev，Ｂdev]は｛０．０，０．１１７０，０．１２０７｝となる。

しかし、本発明の実施の形態１の場合、第２の色信号Ｒの負の閾値５５が、−０．２２４９で、第２の色信号Ｒの正の閾値５４が１．２２４９なので、リミッタ回路４の出力信号１４である[Ｒex709，Ｇex709，Ｂex709]の値は[−０．２２４９，０．１４０２，０．１３１９]となり、（数１）より[Ｒdev，Ｇdev，Ｂdev]は｛−０．１６０１，０．１２８１，０．１２６４｝となる。この値を第２のリミッタ回路６で０．０〜１．０になるようにクリップすると、クリップされた線形なデバイスＲＧＢ信号１６[Ｒdev，Ｇdev，Ｂdev]は｛０．０，０．１２８１，０．１２６４｝となる。従来方法と比べ、ＧとＢの信号が大きくなっている。

そして、第２のガンマ変換回路７において、[Ｒdev，Ｇdev，Ｂdev]を表示デバイス９に対応したガンマ変換を行う。図５に第２のガンマ変換曲線の様子を示す。横軸が線形なデバイスＲＧＢ信号１６を表し、縦軸がガンマ付きのデバイスＲＧＢ信号１７を示す。図５の例ではＲの場合を示しており、ガンマ変換曲線６１により、ガンマ変換が行われる。本実施例では表示デバイスのガンマが２．２であるとし、ガンマ曲線を（１／２．２）乗の変換式で表す。なお、第２のガンマ変換は、表示デバイスのガンマ特性に合わせたガンマ変換を用いるとよい。このとき、ガンマ付きのデバイスＲＧＢ信号１７[Ｒ’dev，Ｇ’dev，Ｂ’dev]は｛０．０，０．３９２９，０．３９０６｝となる。従来の方法では、[Ｒ’dev，Ｇ’dev，Ｂ’dev]は｛０．０，０．３７７１，０．３８２５｝となる。

本発明の実施の形態１で、彩度低下が抑制されていることを示すため、（数４）の変換式で輝度と色度信号に変換し、彩度を求める。本発明の方法では｛Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ｝は｛０．３０９２，０．０４３９、−０．１９６４｝となり、Ｃｂ，Ｃｒから彩度を求めると、彩度は０．２０１２となる。一方、従来の方法では、｛Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ｝は｛０．２９７３，０．０４５９、−０．１８８８｝となり、彩度は０．１９４３となる。したがって、本発明の方法では彩度の低下が抑制されていることが分かる。

上記構成によれば、ガンマ変換後の第２の色信号を、線形変換により、線形なデバイスＲＧＢ色信号の第３の色信号に変換する前に、リミッタ回路で線形変換の変換マトリクス成分から求めた正および負の閾値を用いて第２の色信号をクリップする。これにより、第３の色信号のみでクリップするより、デバイスＲＧＢ色域外の信号レベルの彩度低下を抑制することができる。デバイスＲＧＢの色域が広がるほど、第２の色信号のベクトルと第３の色信号のベクトルの傾き（ベクトル大きさの変化に対する彩度の変化量の大きさ）が大きく変わるので、効果が大きくなる。

＜変形例＞
本発明の実施の形態１の画像処理装置の変形例について説明する。図１に示す本発明の実施の形態１の画像処理装置のブロック図のガンマ変換回路３とリミッタ回路４を合成することができる。図６は、修正したガンマ変換曲線６６の説明図であり、予め正の閾値および負の閾値でクリップしたガンマ変換曲線を用いる。

かかる構成によれば、ガンマ変換回路から出力されるのはクリップされた第２の色信号となり、リミッタ回路４をガンマ変換回路３と別に設ける必要がなくなるなど、回路規模を削減することが可能になる。

また、ガンマ変換回路をＬＵＴ（ルックアップテーブル）で構成した場合は、テーブル値のビット数を削減できる効果を奏する。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２の画像処理装置のブロック図である。図７において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図７において、図１とは異なり、リミッタ回路７１をガンマ変換回路７２の前に設けている。したがって、ガンマ変換後の第２の色信号１４をクリップするのではなく、ガンマ変換前のＹＣ−ＲＧＢ変換回路２から出力される第１の色信号１２に対してクリップを行う。つまり、ガンマ変換の出力側をクリップするのではなく、入力側をクリップすることになる。

図８は本発明の実施の形態２におけるガンマ変換曲線の説明図である。図８において、図４と同じ要素については同じ符号を用い、説明を省略する。本発明の実施の形態１で説明したガンマ変換後にクリップすることは、線形なＲＧＢ色信号でクリップすることであり、図８において縦軸上の値を閾値にすることに相当する。一方、本発明の実施の形態２のガンマ変換前にクリップすることは、ガンマ付きＲＧＢ（非線形ＲＧＢ）色信号でクリップすることであり、図８において横軸上の値を閾値にすることに相当する。つまり図８（Ｒの例）において、正の閾値８２と負の閾値８３を用いることに相当する。

実施の形態２において、正の閾値と負の閾値を生成する場合、実施の形態１で生成した方法に加え、得られた線形の正負の閾値に対して、ガンマ変換処理の逆変換処理を施す必要がある。すなわち、図８のＲ軸からＲ’軸への正負の閾値それぞれの変換を行えばよい。図８の例では、Ｒの正の閾値５４の値１．２２４９はＲ’の正の閾値８２の１．１０４９となり、Ｒの負の閾値である−０．２２４９はＲ’の負の閾値８３の−０．４６２６となる。なお、同様にＧ’の正の閾値は１．０２０６、Ｇ’の負の閾値は−０．１６５２、Ｂ’の正の閾値は１．０４７３、Ｂ’の負の閾値は−０．２８７８となる（図示していない）。

かかる構成によれば、ガンマ変換前の第１の色信号でクリップを行うため、実施の形態１の効果に加え、ガンマ変換回路７２に入力される第１の色信号の信号レンジを予め制限できることとなり、回路規模の削減等の効果がある。例えば、ｘｖＹＣＣ規格では、取り得るガンマ付きＲＧＢの入力レンジは−１．１２０６から２．１３０５となり、それに対応するガンマ変換回路の規模が必要であるが、本発明の実施の形態２では、例えばＲの場合、リミッタを行うことによりガンマ付きＲの入力範囲は−０．２２４９から１．１０４９となり、半分以下の入力レンジのガンマ変換回路で実現することができる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３の画像処理装置のブロック図である。図９において、図１および図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図９において、図７のガンマ変換回路７２、線形変換回路５、第２のリミッタ回路６、第２のガンマ変換回路７は、図９ではＬＵＴ９１で実現している。ルックアップテーブル（ＬＵT）を用いる効果は、処理時間の削減や、その他の色処理、例えば簡単な記憶色補正処理などと組み合わせて実現できることである。

かかる構成によれば、ＬＵＴ９１の前の第１の色信号でクリップを行うため、実施の形態１の効果に加え、ＬＵＴ９１に入力される第１の色信号の信号レンジをあらかじめ制限できることとなり、ＬＵＴのサイズを小さくできるので回路規模を削減できる。例えば、ｘｖＹＣＣ規格では、取り得るガンマ付きＲＧＢの入力レンジは−１．１２０６から２．１３０５となり、それに対応するガンマ変換回路の規模が必要であるが、本発明の実施の形態２では、例えばＲの場合、リミッタを行うことによりガンマ付きＲの入力範囲は−０．２２４９から１．１０４９となり、半分以下の入力レンジのルックアップテーブル回路で実現することができる。また、３次元ＬＵＴの補間で処理を実現する場合、テーブル数を同じにした場合は、分割間隔を小さくできるため、処理精度の向上が期待できる。

なお、実施の形態３において、リミッタ回路７１で用いる正の閾値や負の閾値は、ＬＵＴ内の処理の正確な逆変換で実現してもよいが、逆変換処理が実現しにくい場合は、近似的な逆変換を行って求めてもよい。

（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４の画像処理方法のフローチャートである。入力された色信号はＹＣ−ＲＧＢ変換ステップＳ２で輝度・色差信号からガンマ付きのＲＧＢである第１の色信号に変換される。第１の色信号は負および１．０より大きい信号レベルを含む。第１の色信号はガンマ変換ステップＳ３で、第２の色信号である線形なＲＧＢ信号に変換される。ガンマ変換ステップＳ３は、入力される色信号の規格に基づいた変換処理であり、負および１．０より大きい第１の色信号に対応したガンマ変換である。リミッタステップＳ４では、正および負の閾値を用いてＲＧＢ信号ごとにリミッタ処理を行う。正および負の閾値は、線形変換ステップＳ５で行われる線形変換の逆変換の成分に基づいて求める。線形変換ステップＳ５で行われる線形変換は、第２の色信号である第１の原色点に基づく線形なＲＧＢ信号を第２の原色点（例えば表示デバイスの原色点）に基づく第３の色信号であるデバイスＲＧＢ信号に変換する。

第２のリミッタステップＳ６では、線形変換ステップＳ５で変換した第３の色信号を、表示デバイスが表示可能なＲＧＢレンジである０．０〜１．０にクリップする。第２のガンマ変換ステップＳ７では、クリップされた第３の色信号をガンマ付きの色信号に変換する。ステップＳ８で、１つの画像データのすべての画素について処理が終了したかを確認し、終了していい場合は次の画素の処理を行うためＹＣ−ＲＧＢ変換ステップＳ２に戻り、すべての画素の処理が終了した場合は処理を終わる。

線形変換ステップＳ５で行われる変換は、例えば、式（１）に示されるマトリクス変換である。正の閾値および負の閾値の生成方法については実施の形態１で述べた方法と同じでよい。

かかる構成によれば、ガンマ変換後の第２の色信号を、線形変換により、線形な（表示）デバイスＲＧＢ色信号の第３の色信号に変換する前に、リミッタステップＳ４で線形変換の変換マトリクス成分から求めた正および負の閾値を用いて第２の色信号をクリップすることにより、第３の色信号のみでクリップするより、デバイスＲＧＢ色域外の信号レベルの彩度低下を抑制することができる。なお、デバイスＲＧＢの色域が広がるほど、第２の色信号のベクトルと第３の色信号のベクトルの傾き（ベクトル大きさの変化に対する彩度の変化量の大きさ）が大きく変わるので、効果が大きくなる。

なお、ステップＳ２〜Ｓ７を１画素単位で行って１つの画像を処理したが、各ステップを１つの画像単位で行ってもよく、また複数のステップをまとめて１つの画像単位で順次処理してもよい。

＜変形例＞
本発明の実施の形態４の画像処理方法の変形例について説明する。図１０に示す本発明の実施の形態４の画像処理方法のフローチャートのガンマ変換ステップＳ３をテーブルで実現するとリミッタステップＳ４を組み合わせることができる。つまり、テーブルからの出力をリミッタされた出力にすることができる。

かかる構成によれば、ガンマ変換ステップＳ３から出力されるのはクリップされた第２の色信号となり、リミッタ処理が不要になる。

（実施の形態５）
図１１は、本発明の実施の形態５の画像処理方法のフローチャートである。図１１において、図１０と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１１において、ＹＣ−ＲＧＢ変換ステップＳ２で生成される第１の色信号ＲＧＢは、リミッタステップＳ１１で正および負の閾値によってクリップされる。クリップされた第１の色信号ＲＧＢは、ガンマ変換ステップＳ１２で線形な第２の色信号ＲＧＢに変換される。ガンマ変換ステップＳ１２の前に、リミッタステップＳ１１でクリッピングを行うことにより、ガンマ変換ステップＳ１２での入力レンジを制限することができる。なお、本発明の実施の形態２と同様の方法で、本発明の実施の形態５における正および負の閾値を作成することができる。

かかる構成によれば、ガンマ変換ステップＳ１２実行前の第１の色信号でクリップを行うため、実施の形態４の効果に加え、ガンマ変換ステップＳ１２で処理対象となる第１の色信号の信号レンジを予め制限できることとなり、特にガンマ変換ステップＳ１２を処理高速化等のためにテーブルを用いて処理する場合にメモリ削減効果がある。例えば、ｘｖＹＣＣ規格では、取り得るガンマ付きＲＧＢの入力レンジは−１．１２０６から２．１３０５となり、それに対応するガンマ変換テーブルが必要であるが、本発明の実施の形態５では、例えばＲの場合、リミッタを行うことによりガンマ付きＲの入力範囲は−０．２２４９から１．１０４９となり、半分以下の入力レンジのガンマ変換テーブルで実現することができる。

なお、実施の形態の図３（および図２）において、説明を簡略化するためにＲＧの２つの原色点（２次元）の場合で説明したが、ＲＧＢの３つの原色点（３次元）でも同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態ではＹＣ−ＲＧＢ変換回路（ＹＣ−ＲＧＢ変換ステップ）において、式（３）を用いて輝度・色差信号から第１の色信号であるＲＧＢ信号に変換したが、式（３）に限定されるものではなく、例えばＢＴ．６０１の変換式やＪＰＥGなどの変換式、あるいは特定の原色点をもつＲＧＢ信号を、第１の原色点を有するＲＧＢ信号へ変換して生成してもよい。また、入力される信号は輝度・色差信号である必要はなく最初から負および１より大きい値を含むＲＧＢ信号であってもよい。

また、実施の形態において、表示デバイスのガンマ変換を行う第２ガンマ変換回路７（第２のガンマ変換ステップＳ７）を設けたが、表示デバイスが線形な出力デバイスの場合、第２ガンマ変換回路７（第２のガンマ変換ステップＳ７）はなくてもよい。また、第２のリミッタ回路６（第２のリミッタステップＳ６）は、線形変換回路５（線形変換ステップＳ５）、第２のガンマ変換回路７（第２のガンマ変換ステップＳ７）、あるいは表示駆動回路８のいずれかに含まれる構成にしてもよい。

また、リミッタ回路４，７１（リミッタステップＳ４，Ｓ１１）で用いる正および負の閾値は、線形変換回路５（線形変換ステップＳ５）で用いるマトリクス成分に基づいて求めたが、この値に限定されるものではなく、例えば負の閾値の場合はマトリクス成分に基づいて求めた負の閾値よりも小さければ良く、正の閾値の場合はマトリクス成分に基づいて求めた正の閾値よりも大きければよい。

また、ＲＧＢごとに正および負の閾値を求め、ＲＧＢごとに異なる閾値を生成したが、ＲＧＢで同じ閾値を用いてもよい。例えばＲＧＢの３つの負側の閾値で、最小の閾値をＲＧＢ共通の負の閾値とし、ＲＧＢの３つの正側の閾値で最大の閾値をＲＧＢ共通の正の閾値としてもよい。

また、本発明の実施の形態においてプラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等の内部の処理として説明したが、本発明の画像処理を撮像デバイス側や伝送手段中に実現してもよい。表示デバイス側にカラーマチングや線形色変換部がない場合、ＹＣ−ＲＧＢ変換後の負や１より大きな信号を表示できないが、予め表示デバイスの原色点がわかっている場合、ＹＣ−ＲＧＢ変換回路で負や１より大きな値を出さない信号を、表示デバイスに入る前に生成しておくことができる。つまり、撮像デバイス側や伝送手段中に本発明の方法を用いて予めクリップしておくことができる。

なお、本発明はＴＶに限られるものではなく、ディスプレイを備えた機器やシステム（例えばカメラ、ムービー、携帯電話、カーナビなど）に適用してもよい。

本発明の方法をプログラムで実施してもよいし、プログラムを記録媒体に格納して用いてもよい。また、ＬＳＩなどの半導体で画像処理を実現してもよい。

本発明にかかる画像処理装置、及び画像処理方法は、表示デバイスの色信号でクリップするだけの場合に比べて彩度低下を抑えることができ、また負または１より大きな画像信号が入力された場合に、ガンマ変換回路やルックアップテーブルの回路規模削減が可能になるので、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等のための色変換処理等として有用である。

本発明の実施の形態１における画像処理装置のブロック図 従来の画像処理装置の彩度低下の説明図 本発明の実施の形態１における表示デバイスでの彩度低下抑制の説明図 本発明の実施の形態１におけるガンマ変換曲線の説明図 本発明の実施の形態１における第２のガンマ変換曲線の説明図 本発明の実施の形態１における修正したガンマ変換曲線の説明図 本発明の実施の形態２における画像処理装置のブロック図 本発明の実施の形態２におけるガンマ変換曲線の説明図 本発明の実施の形態３における画像処理装置のブロック図 本発明の実施の形態４における画像処理方法のフローチャート 本発明の実施の形態５における画像処理方法のフローチャート 従来の画像処理装置のブロック図

１ 画像入力部
２ ＹＣ−ＲＧＢ変換回路
３、７２ ガンマ変換回路
４、７１ リミッタ回路
５ 線形変換回路
６ 第２のリミッタ回路
７ 第２のガンマ変換回路
８ 表示駆動回路
９ 表示デバイス
１１ 入力信号
１２ 第１の色信号であるＲＧＢ信号
１３ 線形のＲＧＢ信号
１４ ＲＧＢ信号
１５ ＲＧＢ信号
１６ デバイスＲＧＢ信号
１７ デバイスＲＧＢ信号
１８ 出力信号
３５、３７ 正の閾値
３６、３８ 負の閾値
５４ Ｒの正の閾値
５５ Ｒの負の閾値
８２ Ｒ’の正の閾値
８３ Ｒ’の負の閾値
９１ ルックアップテーブル

Claims (10)

1. 第１の原色点を有し、正および負の色彩値を含む所定の規格の第１の色信号を、第２の原色点を有すると共に負及び正の信号レベルで表現可能な第２の色信号に色域変換し、当該第２の色信号を基に生成される出力信号を表示デバイスに出力する画像処理装置であって、
   前記画像処理装置は、前記第１の色信号を、当該第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに、前記色域変換する前に補正する特徴を備える、
   画像処理装置。
2. 前記画像処理装置は、前記所定の規格に応じて設定されるガンマ特性を基に、前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換部と、
   ガンマ変換された前記第１の色信号の補正を行うリミッタ部と、
   前記リミッタ部において補正された第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換部と、
   前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換部と、を備え、
   前記リミッタ部は、前記第１の色信号を、当該第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに、前記色域変換する前に補正する特徴を備える、
   請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記画像処理装置は、前記第１の色信号を、当該第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに補正するリミッタ部と、
   前記所定の規格に応じて設定されるガンマ特性を基に、補正が行われた前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換部と、
   ガンマ変換された第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換部と、
   前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換部と、を備える、
   請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記画像処理装置は、前記所定の規格に応じて設定され、さらに前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに補正するガンマ特性を基に、前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換部と、
   ガンマ変換された前記第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換部と、
   前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換部と、を備える、
   請求項１に記載の画像処理装置。
5. 前記色域変換部は、前記表示デバイスに応じて設定される色変換行列を用いて前記第２の色信号に変換し、
   前記リミッタ部は、前記色変換行列の逆行列を基に、前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルを設定することを特徴とする請求項２及び、請求項３に記載の画像処理装置。
6. 前記リミッタ部で設定される前記信号レベルは、前記逆行列の行毎の正の成分の和若しくは、負の成分の和に基づいて生成される正値若しくは、負値であることを特徴とする請求項５記載の画像処理装置。
7. 前記正値と、前記負値は、前記第１の色信号の色毎に異なる値であることを特徴とする、請求項６に記載の画像処理装置。
8. 第１の原色点を有し、正および負の色彩値を含む所定の規格の第１の色信号を、第２の原色点を有すると共に負及び正の信号レベルで表現可能な第２の色信号に色域変換し、当該第２の色信号を基に生成される出力信号を表示デバイスに出力する画像処理方法であって、
   前記所定の規格に応じて設定されるガンマ特性を基に、前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換ステップと、
   前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに補正を行うリミッタステップと、
   前記リミッタ部において補正された第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換ステップと、
   前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換ステップと、を備える、
   画像処理方法。
9. 第１の原色点を有し、正および負の色彩値を含む所定の規格の第１の色信号を、第２の原色点を有すると共に負及び正の信号レベルで表現可能な第２の色信号に色域変換し、当該第２の色信号を基に生成される出力信号を表示デバイスに出力する画像処理方法であって、
   前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに、当該第１の色信号の補正を行うリミッタステップと、
   前記所定の規格に応じて設定されるガンマ特性を基に、補正が行われた前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換ステップと、
   ガンマ変換された第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換ステップと、
   前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換ステップと、を備える、
   画像処理方法。
10. 第１の原色点を有し、正および負の色彩値を含む所定の規格の第１の色信号を、第２の原色点を有すると共に負及び正の信号レベルで表現可能な第２の色信号に色域変換し、当該第２の色信号を基に生成される出力信号を表示デバイスに出力する画像処理方法であって、
    前記所定の規格に応じて設定され、さらに前記第１の色信号を前記第２の色信号に色域変換した際に当該第２の色信号が取り得る信号レベルに補正するガンマ特性を基に、前記第１の色信号のガンマ変換を行なうガンマ変換ステップと、
    ガンマ変換された前記第１の色信号を前記第２の色信号に変換を行なう色域変換ステップと、
    前記第２の色信号を前記出力信号に変換する出力変換ステップと、を備える、
    画像処理方法。

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