JP2010271367A - 色変換パラメータ設定方法、および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示に用いる最適な色変換マトリックスを設定すること。
【解決手段】液晶パネル１０６の表示特性を示す３次元ＬＵＴを算出し、算出した３次元ＬＵＴを用いて、液晶パネル１０６への入力画像に対して行う色変換の色変換マトリックス（ＭＴＸ）を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、色変換パラメータ設定方法、および画像表示装置に関する。

次のような液晶装置が知られている。この液晶装置は、配向膜のプレチルト角、画素電極間隔。および液晶厚さを調整することによって、隣接画素からの電界の漏れに起因して発生するディスクリネーションによる影響を低減する（例えば、特許文献１）。

特開２００２−６３２１号公報

しかしながら、従来の液晶装置では、上記のようにディスクリネーションによる影響を低減するための調整を行っているため、従来行われていた単純な色補正方法では、液晶表示パネルの色特性を補正することができず、所望の色再現を行うことができなかった。

本発明による色変換パラメータ設定方法は、カラー画像表示装置の表示特性を示す３次元ＬＵＴを算出し、３次元ＬＵＴを用いて、カラー画像表示装置への入力画像に対して行う色変換のパラメータを設定することを特徴とする。
本発明による色変換パラメータ設定方法はまた、複数の入力色に対して色変換を行ってカラー画像表示装置に表示させた時の測色値を均等色空間で算出し、入力色と均等色空間の測色値を関連づけて３次元ＬＵＴを算出し、カラー画像表示装置に表示させたい目標色を算出し、目標色の均等色空間における第１の色座標を算出し、３次元ＬＵＴ上で目標色に隣接する複数の格子点を補間して第２の色座標を算出し、第１の色座標と、第２の色座標との差が小さくなるように、色変換のパラメータを設定することを特徴とする。
本発明では、３次元ＬＵＴ上で目標色に隣接する複数の格子点を抽出し、隣接する複数の格子点の３次元ＬＵＴに対応する入力色をそれぞれ求め、対応する入力色に色変換を施してから均等色空間に変換し、均等色空間で、３次元ＬＵＴ上で目標色に隣接する複数の格子点を補間して第２の色座標を算出するようにしてもよい。
本発明による画像表示装置は、上記の色変換パラメータ設定方法によって設定された色変換パラメータを用いて入力画像に対して第１の色変換を施す第１の色変換手段と、第１の色変換がされた後の画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
本発明では、表示パネルの原色ごとに用意した色変換テーブルを用いて入力画像に対する第２の色変換を行う第２の色変換手段をさらに備えるようにしてもよい。

本発明によれば、隣接画素による影響がある液晶表示パネルであっても、色特性を補正して所望の色再現を行うことができる。

カメラ１００の一実施の形態の構成を示すブロック図である。 一般的な色変換マトリックス（ＭＴＸ）の最適化方法を示す図である。 ３次元ＬＵＴの作成方法を示す図である。 ３次元ＬＵＴを用いた色変換マトリックス係数（ＭＴＸ）の最適化方法を示す図である。

図１は、本実施の形態におけるカメラの一実施の形態の構成を示すブロック図である。カメラ１００は、操作部材１０１と、レンズ１０２と、撮像素子１０３と、制御装置１０４と、メモリカードスロット１０５と、液晶モニタ１０６とを備えている。

操作部材１０１は、使用者によって操作される種々の入力部材、例えば電源ボタン、レリーズボタン、ズームボタン、十字キー、決定ボタン、再生ボタン、削除ボタンなどを含んでいる。

レンズ１０２は、複数の光学レンズから構成されるが、図１では代表して１枚のレンズで表している。撮像素子１０３は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサーであり、レンズ１０２により結像した被写体像を撮像する。そして、撮像によって得られた画像信号を制御装置１０４へ出力する。

制御装置１０４は、撮像素子１０３から入力された画像信号に基づいて所定の画像形式、例えばＪＰＥＧ形式の画像データ（以下、「本画像データ」と呼ぶ）を生成する。また、制御装置１０４は、生成した画像データに基づいて、表示用画像データ、例えばサムネイル画像データを生成する。制御装置１０４は、生成した本画像データとサムネイル画像データとを含み、さらにヘッダ情報を付加した画像ファイルを生成してメモリカードスロット１０５へ出力する。

制御装置１０４は、ＣＰＵ、メモリ、およびその他の周辺回路により構成され、カメラ１００を制御する。なお、制御装置１０４を構成するメモリには、ＳＤＲＡＭやフラッシュメモリが含まれる。ＳＤＲＡＭは、揮発性のメモリであって、ＣＰＵがプログラム実行時にプログラムを展開するためのワークメモリとして使用されたり、データを一時的に記録するためのバッファメモリとして使用される。また、フラッシュメモリは、不揮発性のメモリであって、制御装置１０４が実行するプログラムのデータや、プログラム実行時に読み込まれる種々のパラメータなどが記録されている。

メモリカードスロット１０５は、記憶媒体としてのメモリカードを挿入するためのスロットであり、制御装置１０４から出力された画像ファイルをメモリカードに書き込んで記録する。また、メモリカードスロット１０５は、制御装置１０４からの指示に基づいて、メモリカード内に記憶されている画像ファイルを読み込む。

液晶モニタ１０６は、カメラ１００の背面に搭載され、当該液晶モニタ１０６には、メモリカードに記憶されている画像やカメラ１００を設定するための設定メニューなどが表示される。また、液晶モニタ１０６は、液晶ビューファインダとしても用いられ、制御装置１０４は、使用者によってカメラ１００のモードが撮影モードに設定されると、撮像素子１０３から時系列で取得した画像の表示用画像データを液晶モニタ１０６に出力する。これによって液晶モニタ１０６にはスルー画が表示される。また、制御装置１０４は、使用者から画像の再生が指示された場合には、液晶モニタ１０６上に画像を表示して再生を行う。

カメラ１００に搭載される液晶モニタ１０６のように、画素密度が細かい液晶パネルでは、隣接画素からの電界の漏れに起因して、ディスクリネーションと呼ばれる液晶表示画素の欠陥が生じる。液晶パネルでは、各画素の液晶にかける電界の強さで各画素に表示する輝度を制御するが、隣接画素の状態によって補正対象画素の周辺部では電界の状態が変わり、所望の階調と異なる輝度が表示されることになる。

例えば、電界をかけない状態で白を表示するノーマリーホワイト型のパネルにおいて、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，０，０）（８ｂｉｔ表示）を表示しようとすると、隣接画素からの電界の影響が有る場合、影響がない場合に比べ、Ｒサブピクセルは暗く、Ｇ，Ｂサブピクセルは逆に少し明るくなる。結果として、補正対象画素（Ｒ，Ｇ，Ｂサブピクセルのセット）は暗くなり、所望の階調と異なる色が表示されることになる。色画素毎に周辺画素による影響が異なる為、結果として表示階調のずれ、中間階調での色相回転等、著しい色再現の悪化が生じる。これは特に解像度の高い小型パネルで顕著に生じる為、カメラ１００に搭載される液晶モニタ１０６では顕著に現れる。

本実施の形態では、液晶モニタ１０６が備える液晶パネルが隣接画素からの影響をうける場合であっても、液晶パネルへ出力する画像の色変換を精度高く行うために、色変換に用いる色変換マトリックス（ＭＴＸ）を最適化する方法について説明する。まず、入力画像がＲＧＢ表色系で表されており、色再現目標がｓＲＧＢ表示の場合の一般的な色変換マトリックス（ＭＴＸ）の最適化方法（設定方法）について、図２を用いて説明する。

まず、パソコン等を用いて、入力画像のＲＧＢにかかっている階調特性を線形に戻すためのルックアップテーブルであるＬＵＴ１を用いて色変換２ａを行った後、色変換後のＲＧＢ値に、ＸＹＺに変換するためのマトリックス係数（ｓＲＧＢ→ＸＹＺ ＭＴＸ）を用いて色変換２ｂを行う。これによって得られた（ＸＹＺ）_０を目標パネル白（Ｄ６５）を用いてＬａｂ演算２ｃを行ってＣＩＥＬＡＢ空間へ変換する。これによって得られたＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０が色再現目標となり、後述する色差評価２ｄの対象となる。なお、ＬＵＴ１を用いた色変換２ａは、入力画像のＲＧＢがｓＲＧＢ画像であればｓＲＧＢのγを用いて線形に戻すための色変換を行い、入力画像のＲＧＢが線形であれば色変換２ａを省略する。

一方で、カメラ１００を用いて液晶モニタ１０６への画像表示を行う。液晶モニタ１０６に表示する画像については、ＲＧＢに対して上述したＬＵＴ１を用いた色変換２ａを行った後、色変換のパラメータである色変換マトリックス係数（ＭＴＸ）を用いて色変換２ｅを行い、さらにパネル表示特性の非線形性（液晶応答特性）を逆補正するルックアップテーブルであるＬＵＴ２を用いて色変換２ｆを行う。色変換後の画像は、パネル表示特性２ｇを通してパネル表示２ｈが行われて液晶モニタ１０６に表示される。

次に、測色機を用いて液晶モニタ１０６に表示されたＥＶＦ表示色の測色２ｉを行う。この測色２ｉの結果として測色機から出力されるＸＹＺをパソコンに取り込み、パソコン上で目標パネル白（Ｄ６５）を用いてＬａｂ演算２ｊを行ってＣＩＥＬＡＢ空間へ変換する。Ｌａｂ演算２ｊによって得たＬ^＊、ａ^＊、ｂ^＊が液晶パネルの実際の表示色に相当し、これが色差評価２ｄの対象となる。

よって、色再現目標であるＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０と、液晶パネルの実際の表示色であるＬ^＊、ａ^＊、ｂ^＊とを対象として色差評価２ｄを行って、色変換２ｅで用いる色変換マトリックス（ＭＴＸ）を最適化する。具体的には、Ｌａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０とＬ^＊、ａ^＊、ｂ^＊との色差が最小となるように色変換マトリックス係数（ＭＴＸ）を決定することによって最適化を行う。

このようにして最適化された色変換マトリックス（ＭＴＸ）はカメラ１００のフラッシュメモリに記録される。そして、制御装置１０４は、フラッシュメモリに記録されている色変換マトリックス（ＭＴＸ）を用いて、液晶モニタ１０６に表示する画像の色変換を行う。これによって、液晶モニタ１０６のパネル特性に応じて色再現を行った画像をモニタ１０６に表示することが可能となる。

以上説明した従来の最適化方法によれば、パネル表示特性２ｇに加法混色性が成立していれば、色変換マトリックス係数（ＭＴＸ）を変化させた場合に毎回測色しなくても測色値ＸＹＺを推定できる。しかし上述したように、液晶モニタ１０６のような小型液晶パネルでは隣接画素からの影響を受けるため加法混色性が成立しない。実際、ＬＵＴ２を用いて色変換２ｆでグレーの階調を補正して線形出力になるように補正しても、ＲＧＢ単色の階調のようにグレーとＲＧＢ比が異なる場合には線形に補正されない。

そこで、本実施の形態では、図３に示す方法でパネル表示特性を示す３次元ＬＵＴ（３Ｄ−ＬＵＴ）を作成する。そして、図４に示す方法で、この３Ｄ−ＬＵＴを用いた色変換による変化に対し、実際の表示色を推定することによって色変換マトリックス係数（ＭＴＸ）の最適化を行う。

図３を用いて３Ｄ−ＬＵＴの作成方法について説明する。まず、ｓＲＧＢとしてＣＩＥＬＡＢ空間内で色差が均等となるように均等色パッチを作成し、これをカメラ１００の液晶モニタ１０６から出力する。具体的には、作成した均等色パッチに対して、入力ＲＧＢを線形に補正するＬＵＴ１を用いた色変換３ａ、単位行列（色変換なし）の色変換マトリックス係数（ＭＴＸ）を用いた色変換３ｂ、および液晶表示特性を線形に補正するルックアップテーブルであるＬＵＴ２を用いた色変換３ｃを行う。そして、パネル表示特性３ｄを通してパネル表示３ｅが行われることによって液晶モニタ１０６に画像が表示される。

次に、測色機を用いて液晶モニタ１０６に表示された色の測色３ｆを行う。この測色３ｆの結果として測色機から出力されるＸＹＺをパソコンに取り込み、パソコンでは、取り込んだＸＹＺをパネル白のＹで正規化した後、正規化後のＸＹＺを目標パネル白（Ｄ６５）を用いてＬａｂ演算３ｇを行うことにより、ＣＩＥＬＡＢ空間へ変換してＬ^＊ａ^＊ｂ^＊を得る。その後、色変換３ｂの結果（Ｒ”Ｇ”Ｂ”）とＬａｂ演算３ｇの結果Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊とを対応づけて３Ｄ−ＬＵＴ（Ｒ”Ｇ”Ｂ”→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）を作成する。

次に、図３に示す方法で作成された３Ｄ−ＬＵＴ（Ｒ”Ｇ”Ｂ”→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）を用いて、色変換マトリックス係数（ＭＴＸ）の最適化を行うための方法について、図４を用いて説明する。なお、図４に示す処理は、全てパソコン上で行われる。

まず、あらかじめ色変換マトリックス係数（ＭＴＸ）調整用のパッチ（ＭＴＸ調整用パッチ）を作成しておく。ＭＴＸ調整用パッチとしては、例えば、標準のカラーチャートから作成したパッチや画像として頻出する色、特に精度良く色調整したい色を中心に集めたパッチと、白（２５５，２５５，２５５）のパッチとを作成する。そして、作成したＭＴＸ調整用パッチに対して、入力ＲＧＢを線形に補正するＬＵＴ１を用いた色変換４ａを行う。

色変換４ａ後のＲＧＢ値に、ＸＹＺに変換するためのマトリックス係数（ｓＲＧＢ→ＸＹＺ ＭＴＸ）を用いて色変換４ｂを行い、これによって得られた（ＸＹＺ）_０を目標パネル白（Ｄ６５）を用いてＬａｂ演算４ｃを行ってＣＩＥＬＡＢ空間へ変換して、Ｌａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０を求める。このＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０が色再現目標となり、後述する色差評価４ｉの対象となる。

次に、Ｌａｂ演算４ｃによって求めたＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０の近接、すなわち色差ΔＥが小さい３点を、図３に示した処理で生成した３Ｄ−ＬＵＴ（Ｒ”Ｇ”Ｂ”→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）から選択して、隣接３点抽出４ｄを行う。すなわち、Ｌａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）に対する３Ｄ−ＬＵＴ（Ｒ”Ｇ”Ｂ”→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）上の３点の隣接格子点を抽出する。ここで抽出した３点を（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_ｉ （ｉ＝１，２，３）とする。このとき、隣接３点（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_ｉ （ｉ＝１，２，３）を重み係数ｐ_ｉ（ｉ＝１，２，３）を用いて重み付け平均した結果が、Ｌａｂ演算４ｃで求めたＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０になるように、重み係数ｐ_ｉ（ｉ＝１，２，３）を求めておく。

次に、３Ｄ−ＬＵＴ逆変換４ｅを行って、隣接３点抽出４ｄで抽出した３点（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_ｉ （ｉ＝１，２，３）に対応するＲ”Ｇ”Ｂ” _ｉ （ｉ＝１，２，３）を図３に示した処理で生成した３Ｄ−ＬＵＴ（Ｒ”Ｇ”Ｂ”→Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）から選択して、隣接３点の（Ｒ”Ｇ”Ｂ”) _ｉ （ｉ＝１，２，３）を抽出する。そして、ＭＴＸ´逆変換４ｆを行って、３Ｄ−ＬＵＴ逆変換４ｅで抽出した隣接３点の（Ｒ”Ｇ”Ｂ”) _ｉ （ｉ＝１，２，３）に、仮行列ＭＴＸ´の逆行列をかける。なお、仮行列ＭＴＸ´の初期値として、例えば次式（１）で表される、理想的な場合のｓＲＧＢからパネルＲＧＢへの変換行列Ｍ_{ｓＲＧＢ→ｐａｎｅｌＲＧＢ}を使用してもよい。
Ｍ_{ｓＲＧＢ→ｐａｎｅｌＲＧＢ}＝（Ｍ_{ｐａｎｅｌＲＧＢ→ＸＹＺ}）^−１・Ｍ_{ｓＲＧＢ→ＸＹＺ}・・・（１）
ここで、Ｍ_{ｓＲＧＢ→ＸＹＺ}はｓＲＧＢからＸＹＺへの変換行列である。また、Ｍ_{ｐａｎｅｌＲＧＢ→ＸＹＺ}はパネルＲＧＢからＸＹＺへの変換行列であって、液晶パネルの３原色Ｒ、Ｇ、Ｂ、および黒の測色値から求められる。

次に、ｓＲＧＢ→ＸＹＺ変換マトリックス（規格）を用いた逆変換４ｇを行って、逆変換４ｆによって求めたＲＧＢ値をＸＹＺに変換して、（Ｘ´Ｙ´Ｚ´) _ｉ （ｉ＝１，２，３）を算出する。そして、Ｌａｂ算出＆補間４ｈで、逆変換４ｇで求めた（Ｘ´Ｙ´Ｚ´) _ｉ （ｉ＝１，２，３）を、目標パネル白（Ｄ６５）を用いたＬａｂ演算を行ってＣＩＥＬＡＢ空間に変換してＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_ｉ （ｉ＝１，２，３）を算出する。また、隣接３点抽出４ｄで求めたおいた重み係数ｐ_ｉ（ｉ＝１，２，３）と、Ｌａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_ｉ （ｉ＝１，２，３）とを用いて、仮行列ＭＴＸ´を用いた場合のＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）´を求める。

そして、Ｌａｂ演算４ｃで求めたＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０と、Ｌａｂ算出＆補間４ｈで求めたＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_ｉ （ｉ＝１，２，３）とに基づいて色差評価４ｉを行う。具体的には、Ｌａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０とＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_ｉ （ｉ＝１，２，３）との色差ΔＥを求め、求めたΔＥのＭＴＸ調整用パッチ平均が最小になるように色変換マトリックス（ＭＴＸ）を最適化する。なお、色変換マトリックス（ＭＴＸ）を最適化するに当たっては、必要に応じて、白の色差を制限したり、所定の色に対して色差が小さくなるよう制約を加えることもできる。

以上のように、３Ｄ−ＬＵＴを用いて色変換マトリックス（ＭＴＸ）を最適化すれば、隣接画素による影響がある液晶表示パネルでも、精度よく色変換を行うための色変換マトリックス（ＭＴＸ）を作成することができる。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）液晶パネル１０６の表示特性を示す３Ｄ−ＬＵＴを算出し、算出した３Ｄ−ＬＵＴを用いて、液晶パネル１０６の表示に使用する色変換マトリックス（ＭＴＸ）を調整するようにした。これによって、隣接画素による影響がある液晶表示パネルでも、簡単に精度よく色変換を行うための色変換マトリックス（ＭＴＸ）を作成することができる。

（２）Ｌａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_０とＬａｂ値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）_ｉ （ｉ＝１，２，３）との色差ΔＥを求め、求めたΔＥのＭＴＸ調整用パッチ平均が最小になるように色変換マトリックス（ＭＴＸ）を最適化して、モニタ１０６に表示するようにした。これによって、液晶モニタ１０６に表示する画像の色再現性を高めることができる。

―変形例―
なお、上述した実施の形態のカメラは、以下のように変形することもできる。
（１）上述した実施の形態では、カメラ１００に搭載された液晶モニタ１０６に画像を表示するために色変換を行う場合の色変換マトリックス（ＭＴＸ）の最適化方法について説明した。しかしながら、隣接画素からの電界の漏れの影響を受けるその他の液晶モニタ、マイクロプロジェクタなど、特に画素密度が細かい液晶パネルを搭載した小型の液晶モニタを対象として色変換マトリックス（ＭＴＸ）を最適化する場合にも本発明は適用可能である。

（２）上述した実施の形態では、図３の色変換３ｃにおいて、ＬＵＴ２を用いた色変換を行うようにした。この場合、パネル表示ではＲＧＢの３原色それぞれが異なる電圧範囲で使用することになるため、ＬＵＴ２としてはパネル原色毎に異なるＬＵＴを用意しておく方が望ましい。

なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。また、上述の実施の形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。

１００ カメラ、１０１ 操作部材、１０２ レンズ、１０３ 撮像素子、１０４ 制御装置、１０５ メモリカードスロット、１０６ 液晶モニタ

Claims (5)

1. カラー画像表示装置の表示特性を示す３次元ＬＵＴを算出し、
   前記３次元ＬＵＴを用いて、前記カラー画像表示装置への入力画像に対して行う色変換のパラメータを設定することを特徴とする色変換パラメータ設定方法。
2. 複数の入力色に対して色変換を行ってカラー画像表示装置に表示させた時の測色値を均等色空間で算出し、
   前記入力色と前記均等色空間の前記測色値を関連づけて３次元ＬＵＴを算出し、
   前記カラー画像表示装置に表示させたい目標色を算出し、
   前記目標色の均等色空間における第１の色座標を算出し、
   前記３次元ＬＵＴ上で前記目標色に隣接する複数の格子点を補間して第２の色座標を算出し、
   前記第１の色座標と、前記第２の色座標との差が小さくなるように、前記色変換のパラメータを設定することを特徴とする色変換パラメータ設定方法。
3. 請求項２に記載の色変換パラメータ設定方法において、
   前記３次元ＬＵＴ上で前記目標色に隣接する複数の格子点を抽出し、
   前記隣接する複数の格子点の前記３次元ＬＵＴに対応する入力色をそれぞれ求め、
   前記対応する入力色に前記色変換を施してから前記均等色空間に変換し、
   前記均等色空間で、前記３次元ＬＵＴ上で前記目標色に隣接する複数の格子点を補間して前記第２の色座標を算出することを特徴とする色変換パラメータ設定方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の色変換パラメータ設定方法によって設定された前記色変換パラメータを用いて入力画像に対して第１の色変換を施す第１の色変換手段と、
   前記第１の色変換がされた後の画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項４に記載の画像表示装置において、
   表示パネルの原色ごとに用意した色変換テーブルを用いて前記入力画像に対する第２の色変換を行う第２の色変換手段をさらに備えることを特徴とする画像表示装置。

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