JP2011004158A - 色変換装置および色変換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる表示装置または異なる視聴環境においても同様の画質で画像を表示させる。
【解決手段】色変換装置において、第１色空間変換部４２は、ＲＧＢ表色系とＸＹＺ表色系との対応関係が定められた３次元ルックアップテーブルを用いて、ＲＧＢ表色系において表現されるＲＧＢ信号を、絶対色空間であるＸＹＺ表色系において表現されるＸＹＺ信号に変換する。第２色空間変換部５０は、補正されたＸＹＺ信号をＲ’Ｇ’Ｂ’表色系において表現されるＲ’Ｇ’Ｂ’信号に変換する。第２補正部４４は、３次元ルックアップテーブルの補正領域および補正量を取得し、取得した補正領域における値を取得した補正量で３次元ルックアップテーブルを書き換えることにより、ＸＹＺ信号を補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は色変換技術に関し、特にある表色系において表現される画像データを、出力装置にて出力するための表色系において表現される画像データに変換する色変換技術に関する。

従来、表示装置における色補正および色調整は、入力ＲＧＢ信号またはＹＰｂＰｒ（輝度、色差）信号の明度、彩度、色相などのパラメータを変化させる、またはガンマ特性などの入出力特性を変化させることで実現されてきた。ここで、例えば、視環境情報と、ユーザによって選択された画像特性と、に基づき、その画像特性に適合した画像が表示されるように画像表示用情報を補正する補正手段を備えた画像表示システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第０２／０１９３０７号パンフレット

しかしながら、例えばプロジェクタを複数台使用して一つの映像を投影する場合は、各プロジェクタ間で投影像の画質が異なると、全体像は不自然なものとなる。また、色補正および色調整の結果を他の表示装置で利用しようとしても、色補正や色調整の結果がもとの表示装置に依存するものとなるため、やはり同様の画像を表示することは困難である。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、異なる表示装置または異なる視聴環境においても同様の画質で画像を表示させることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の色変換装置は、絶対色空間とは異なる第１の表色系において表現される第１の画像データを、絶対色空間である第２の表色系において表現される第２の画像データに変換する第１色空間変換部と、画質補正要求を取得し、当該画質補正要求にしたがって第２の画像データを補正する補正部と、補正部による補正内容を格納する記憶部と、補正された第２の画像データを、出力装置で画像を出力するための第３の表色系において表現される第３の画像データに変換する第２色空間変換部と、を備える。

本発明によれば、異なる表示装置または異なる視聴環境においても同様の画質で画像を表示させることができる。

本実施形態に係る画像表示システムの構成を示す図である。 本実施形態に係る色変換装置の構成を示す図である。 本実施形態に係る色変換装置の信号処理の手順を示すフローチャートである。 第２補正部による３Ｄ−ＬＵＴの書き換え処理の手順を示すフローチャートである。 ３Ｄ−ＬＵＴの書き換え処理の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る画像表示システム１０の構成を示す図である。画像表示システム１０は、入力ソース１２、ＩＰ変換装置１４、色変換装置１６、パネル駆動装置１８、および表示装置２０を備える。

ＩＰ変換装置１４は、入力ソース１２からの入力信号を表示装置２０の表示フォーマット（本実施形態では１９２０×１０８０、ＲＧＢ，１２−ｂｉｔとした場合について説明する）に変換する。色変換装置１６は、変換されたＲＧＢ信号（ＲＧＢ色空間における信号）を、表示装置２０で出力するためのＲ’Ｇ’Ｂ’表色系によって表現されるＲ’Ｇ’Ｂ’信号に変換して色変換を行う。色変換装置１６の構成については後述する。

パネル駆動装置１８は、色変換装置１６で変換されたＲ’Ｇ’Ｂ’信号で表示装置２０を駆動する。表示装置２０は、画像を出力する出力装置として機能するものであり、本実施形態ではプロジェクタとスクリーンの組み合わせによって構成されている。なお、表示装置２０はディスプレイであってもよい。この場合、表示装置２０はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であってもよく、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス：Organic Electro-Luminescence）ディスプレイであってもよい。

図２は、本実施形態に係る色変換装置１６の構成を示す図である。図３は、本実施形態に係る色変換装置１６の信号処理の手順を示すフローチャートである。以下、図２および図３の双方に関連して色変換装置１６の構成および動作について説明する。

色変換装置１６は、第１補正部４０、第１色空間変換部４２、インターフェース部４６、第３補正部４８、および第２色空間変換部５０を有する。第１補正部４０は、１次元ルックアップテーブル（One Dimension Look Up Table）（以下、「１Ｄ−ＬＵＴ」という）を用いて、入力されたＲＧＢ信号を、下流の第１色空間変換部４２に適合する形式に変換すると共に、後述する第２補正部４４からのデータに基づき表示画像の表示特性（例えば黒つぶれや白とびなどの不良）を改善するためＲＧＢ信号にガンマ補正、明度補正、コントラスト補正などを施す（Ｓ１０）。

後述するように、第１色空間変換部４２は３次元ルックアップテーブル（Three Dimension Look Up Table）（以下、「３Ｄ−ＬＵＴ」という）を利用した変換を行う。このため第１補正部４０は、第１色空間変換部４２のフォーマットに適合させるべく、入力されたＲＧＢ信号に対し、第１色空間変換部４２の３Ｄ−ＬＵＴにおける座標の決定、すなわちマッピングを実行する。マッピングの具体例としては、入力された１２ｂｉｔのＲＧＢ信号を、３Ｄ−ＬＵＴにおける補間の精度を向上するため１６ｂｉｔのＲＧＢ信号に変換した後に３Ｄ−ＬＵＴを用いた処理を行う。

また、インターフェース部４６は、外部機器とデータを送受信可能に接続する通信インターフェース、および、ＵＳＢ端子などの接続インターフェースを含む。記憶部４５は、インターフェース部４６を通じて受信したデータを格納する。この記憶部４５には、第１補正部４０によって用いられる１Ｄ−ＬＵＴや第１色空間変換部４２によって用いられる３Ｄ−ＬＵＴも格納されている。

色変換装置１６には、マウスやキーボードなどの入力装置（図示せず）が接続されている。ユーザは、これら入力装置を用いて、輝度、コントラスト、および中間調の調整を行うことができる。第２補正部４４は、入力装置からの輝度、コントラスト、および中間調などの入力情報に基づき、オフセット、ゲイン、およびガンマ値などの画質補正要求情報として取得する。ここで、ガンマ値のデフォルトは、入力信号のフォーマットに基づくガンマ値に設定されている（ガンマ値としては、例えばＨＤＴＶ規格の入力に対しては１／０．４５≒２．２２である）。第２補正部４４は、こうして取得したオフセット、ゲイン、およびガンマ値などの画質補正要求情報を第１補正部４０に出力し１Ｄ−ＬＵＴのデータを書き換えることにより、第１補正部４０において入力されたＲＧＢ信号にガンマ補正、明度補正、コントラスト補正などの補正を施す、または画質補正要求情報に応じた１Ｄ−ＬＵＴを用いることにより、入力されたＲＧＢ信号にガンマ補正、明度補正、コントラスト補正などを施してもよい。

第１色空間変換部４２は、ＲＧＢ表色系において表現される画像データであるＲＧＢ信号を、表示装置とは独立した絶対色空間であるＣＩＥＸＹＺ表色系（以下、単に「ＸＹＺ表色系」という）において表現される画像データであるＸＹＺ信号に変換する（Ｓ１２）。ＲＧＢ信号からＸＹＺ信号への変換には、３Ｄ−ＬＵＴを用いる。記憶部４５には、ＲＧＢ表色系とＸＹＺ表色系との対応関係が定められた３Ｄ−ＬＵＴが格納されている。この３Ｄ−ＬＵＴには、ＣＩＥＸＹＺ表色系で構成されたデータが格納されている。なお、３Ｄ−ＬＵＴに、同様に表示装置に依存しないＣＩＥＬＡＢなど他の形式で構成されたデータが格納されていてもよい。

本実施形態の３Ｄ−ＬＵＴは１７×１７×１７のルックアップテーブルによって構成され、第１色空間変換部４２は、この３Ｄ−ＬＵＴを用いて、入力された１６ｂｉｔのＲＧＢ信号を１６ｂｉｔのＸＹＺ信号に変換する。このように絶対色空間であるＸＹＺ表色系で信号処理することで、異なる表示装置で画像を表示する場合においても、同様の画質（色の見え方）を実現することができる。また、３Ｄ−ＬＵＴを用いることで、入出力の関係が非線形となる色空間の変換を実現することができる。

第２補正部４４は、入力装置からの色相、明度および彩度などの色補正要求情報を取得し第１色空間変換部４２に出力する。第１色空間変換部４２では、第２補正部４４から入力した色補正要求情報に基づいて、３Ｄ−ＬＵＴの少なくとも一部を書き換えることにより、ＸＹＺ信号の色補正を行う。具体的には、インターフェース部４６を通じて、３Ｄ−ＬＵＴのデータ、色補正領域の係数、および補正量の係数を含む色空間規定データが受信され、記憶部４５に格納される。第１色空間変換部４２は、記憶部４５に格納された色空間規定データを取得する。次に第２補正部４４では、マウスやキーボードなどの入力装置を用いて色相、明度および彩度などの色補正要求情報を取得し、第１色空間変換部４２が取得した色空間規定データを補正する。第２補正部４４は、マウスやキーボードなどの入力装置を用いてユーザに入力された色空間規定データを取得してもよい。

第１色空間変換部４２は、こうして取得した色空間規定データに含まれる色補正領域の係数、補正量の係数および第２補正部４４から入力した色補正要求情報を利用して３Ｄ−ＬＵＴを書き換える。色空間規定データおよび第２補正部４４から入力した色補正要求情報は、表示装置２０に画像を出力したときの色の見え方を規定する画質データとして利用されるものであり、色空間規定データおよび第２補正部４４から入力した色補正要求情報を利用して３Ｄ−ＬＵＴを書き換えることにより、表示装置２０に表示される画像の色の見え方を調整することができる。

第３補正部４８もまた、視聴環境に対応した色となるようＸＹＺ信号を補正する（Ｓ１４）。具体的には、インターフェース部４６を通じて、表示装置または視聴環境に対応付けられた対応データが受信され、第３補正部４８などにより補正すべき補正内容として記憶部４５に格納される。対応データには、色温度変換マトリックス係数データおよび視聴環境補正データが含まれている。本実施形態の第３補正部４８では３×３マトリックスによるマトリックス変換が行われるため、これらのデータはマトリックス係数データとされている。色温度変換マトリックス係数データもまた、色の見え方を定義する画質データとして利用される。視聴環境補正データは、スクリーンの分光特性や、スクリーンサイズ、スクリーンゲインなどの情報を基に作成されたマトリックス係数データである。

第３補正部４８は、記憶部４５に格納された対応データを色温度補正要求情報として取得する。なお、第３補正部４８は、入力装置を用いてユーザが色温度情報やスクリーン特性情報などの色温度補正要求情報を取得してもよい。また、記憶部４５には、複数種類の表示装置または複数種類の視聴環境の各々にそれぞれが対応付けられた色温度補正要求情報が格納されていてもよい。第３補正部４８は、格納された複数の色温度補正要求情報のうち、ユーザに選択された表示装置または視聴環境に対応する色温度補正要求情報を取得し、これを用いて補正を行ってもよい。

第３補正部４８は、取得した対応データを利用してマトリックス変換（線形色空間変換）を行い、第１色空間変換部４２によって変換された１６ｂｉｔのＸＹＺ信号を補正し、１７ｂｉｔのＸＹＺ信号を出力する。このとき第３補正部４８は、色温度補正要求情報に含まれる色温度変換マトリックス係数データを用いてＸＹＺ信号を補正することにより、プロジェクタに用いられる白色光の色温度を補正し、表示装置２０に表示される画像の色温度を補正する。また、第３補正部４８は、色温度補正要求情報に含まれる視聴環境補正データを用いてＸＹＺ信号を補正することにより、スクリーンの分光特性や、スクリーンサイズ、スクリーンゲインなどに応じた画像の出力を可能とする。これにより、異なる表示装置または異なる視聴環境において画像を表示する場合においても、その表示装置や視聴環境に対応する色温度補正要求情報を取得することにより、常に同様の画像を表示することが可能となる。

また、画像表示システム１０は、複数種類の表示装置または複数種類の視聴環境の中から画像を表示すべき表示装置または視聴環境がユーザにより選択可能に設けられていてもよい。この場合、記憶部４５には、複数種類の表示装置および複数種類の視聴環境の各々にそれぞれが対応付けられた複数の対応データが格納されている。第３補正部４８は、格納された複数の色温度補正要求情報のうち、ユーザに選択された表示装置または視聴環境に対応する色温度補正要求情報を取得する。第３補正部４８は、取得した色温度補正要求情報を利用してＸＹＺ信号を補正することによって、表示装置の種類によって生じる画像の違いを抑制する。

こうして書き換えられた３Ｄ−ＬＵＴは、第２補正部４４による補正内容として記憶部４５に保存される。記憶部４５に格納されたデータは、インターフェース部４６を通じて外部に送信可能とされており、またはメモリなど外部記憶装置を介して持ち出し可能とされている。このように書き換えられた３Ｄ−ＬＵＴを共有することにより、異なる特性の表示装置や異なる環境下においても、同様の画像を容易に出力することが可能となる。

第２色空間変換部５０は、第３補正部４８を通じて出力されたＸＹＺ信号を、例えばガンマ特性、赤、緑、青、白色の色度点など表示装置の特性に適応したＲ’Ｇ’Ｂ’表色系のＲ’Ｇ’Ｂ’信号に変換する（Ｓ１６）。第２色空間変換部５０は、機器依存色変換部５２および逆ガンマ補正部５４を有する。記憶部４５には、機器依存色変換部５２によるマトリックス変換のための３×３マトリックスが格納されている。このマトリックスもまた、インターフェース部４６を介して受信され格納されたものであってもよい。機器依存色変換部５２は、第３補正部４８を通じて出力された１７ｂｉｔのＸＹＺ信号を、このマトリックスを用いてマトリックス変換（線形色空間変換）し、１８ｂｉｔのリニアＲＧＢ信号に変換する。

記憶部４５には、表示装置のガンマ特性に応じた１Ｄ−ＬＵＴが格納されている。この１Ｄ−ＬＵＴもまた、インターフェース部４６を介して受信され格納されたものであってもよい。逆ガンマ補正部５４は、この１Ｄ−ＬＵＴを用いて、機器依存色変換部５２から出力された１８ｂｉｔのリニアＲＧＢ信号を、１２ｂｉｔのＲ’Ｇ’Ｂ’信号に変換することにより、出力をガンマ１．０にする逆ガンマ補正を実行する（Ｓ１８）。逆ガンマ補正は公知の技術であるため説明を省略する。逆ガンマ補正されたＲ’Ｇ’Ｂ’信号に基づいて表示装置を駆動することにより、所望の画質（色の見え方）の画像を表示することができる（Ｓ２０）。

また、記憶部４５には、複数種類の表示装置の各々にそれぞれが対応付けられた、複数のマトリックスおよび複数の１Ｄ−ＬＵＴが格納されていてもよい。機器依存色変換部５２は、格納された複数のマトリックスのうち、ユーザに選択された表示装置に対応するマトリックスを取得し、これを用いて第３補正部４８から出力されたＸＹＺ信号をリニアＲＧＢ信号に変換してもよい。また、逆ガンマ補正部５４は、格納された複数の１Ｄ−ＬＵＴのうち、ユーザに選択された表示装置に対応する１Ｄ−ＬＵＴを取得し、これを用いて機器依存色変換部５２から出力されリニアＲＧＢ信号をＲ’Ｇ’Ｂ’信号に変換してもよい。

以上のように、色変換装置１６を用いて色変換を実行することにより、異なった環境においても同一の映像を提供することが可能となる。また、表示装置２０の特性による画質のばらつきを抑制し、高品位な映像を提供することができる。

図４は、第２補正部４４による３Ｄ−ＬＵＴの書き換え処理の手順を示すフローチャートであり、図５は、３Ｄ−ＬＵＴの書き換え処理の一例を示す図である。以下、図４および図５の双方に関連して３Ｄ−ＬＵＴの書き換え処理の手順を説明する。

第２補正部４４は、第１補正部４０に入力されるＲＧＢ信号を検出し（Ｓ４０）、検出したＲＧＢ信号（ＲＧＢ色空間における信号）をＨＳＬ信号（ＨＳＬ色空間における信号）に変換して（Ｓ４２）、色補正中心値を算出する。ＨＳＬ信号には、Ｈｕｅ（色相）、Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ（彩度）、Ｌｉｇｈｔｎｅｓｓ（明度）を示すデータが含まれる。

第２補正部４４は、色補正領域の係数が含まれる色空間規定データを記憶部４５から取得し、取得した色補正領域の係数を用いて色補正の対象となる色補正領域を算出する（Ｓ４４）。算出されたＨＳＬ色空間の色補正領域とその中心値を図５に示す。

次に第２補正部４４は、色補正量の係数が含まれる色空間規定データを記憶部４５から取得し、Ｓ４４で算出した色補正領域に対して取得した色補正量の係数を用いた補正を行いうことにより、補正後のＨＳＬ信号を算出する（Ｓ４６）。図５には、中心値における補正されたＨＳＬ信号のみを示すが、実際は色補正領域の全体に対して同様の補正を行う。

次に第２補正部４４は、こうして算出した補正後のＨＳＬ信号を再びＲＧＢ信号に変換し（Ｓ４８）、補正後のＲＧＢ信号を取得する。第２補正部４４は、補正後のＲＧＢ信号をＸＹＺ信号に変換し（Ｓ５０）、補正後のＸＹＺ信号を取得する（Ｓ５２）。ここで、図５では、補正後のＲＧＢ信号および補正後のＸＹＺ信号について中心値に対する補正結果を示しているが、実際は色補正領域の全体に対して同様の補正を行い色補正領域の各位置の補正後のＲＧＢ信号および補正後のＸＹＺ信号を算出している。

また、第２補正部４４は、Ｓ４４で取得した色補正領域の係数を用いて算出したＨＳＬ色空間における色補正領域をＲＧＢ信号（ＲＧＢ色空間における色補正領域）に変換する（Ｓ５４）。次に第２補正部４４は、ＲＧＢ信号で表された色補正領域に、３Ｄ−ＬＵＴ参照アドレス変換を施し（Ｓ５６）、３Ｄ−ＬＵＴにおける参照アドレスを特定する（Ｓ５８）。第２補正部４４は、取得した補正後のＸＹＺ信号、および取得した３Ｄ−ＬＵＴの参照アドレスを用いて３Ｄ−ＬＵＴを書き換える（Ｓ６０）。ここで、図５では、ＲＧＢ色空間における色補正領域および３Ｄ−ＬＵＴにおける参照アドレスについて、対象となる色補正領域とその中心値とを示す。

なお、補正範囲内の３Ｄ−ＬＵＴの参照アドレスにフラグを設定し、フラグの設定状況に応じて別の処理を実行してもよい。例えばフラグがある値に設定されていた場合はカラー表示処理を実行し、別の値に設定されていた場合はモノクロ表示処理を実行してもよい。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。

表示装置２０に代えて、プリンタや印刷装置などの画像形成装置が設けられてもよい。第２色空間変換部５０は、第１色空間変換部４２および第３補正部４８を介して受信したＸＹＺ信号を、ＣＭＹＫ表色系によって表現されるＣＭＹＫ信号に変換してもよい。これにより、プリンタや印刷装置などにおいても、装置間における出力画像の画質の差を抑制することができる。

第１色空間変換部４２は、ＲＧＢ信号を、ＣＩＥＬＡＢ表色系によって表現されるＬ＊ａ＊ｂ＊信号に変換してもよい。第２補正部４４および第３補正部４８は、補正後の表現形式が絶対色空間であるＣＩＥＬＡＢ表色系となるようＬ＊ａ＊ｂ＊信号を補正してもよい。このように入出力機器や視聴環境に影響されない絶対色空間で表現される状態で画像データを補正することにより、表示装置間での画質の差を抑制することができる。

１０ 画像表示システム、 １２ 入力ソース、 １４ ＩＰ変換装置、 １６ 色変換装置、 １８ パネル駆動装置、 ２０ 表示装置、 ４０ 第１補正部、 ４２ 第１色空間変換部、 ４４ 第２補正部、 ４６ インターフェース部、 ４８ 第３補正部、 ５０ 第２色空間変換部、 ５２ 機器依存色変換部、 ５４ 逆ガンマ補正部。

Claims (5)

1. 絶対色空間とは異なる第１の表色系において表現される第１の画像データを、絶対色空間である第２の表色系において表現される第２の画像データに変換する第１色空間変換部と、
   画質補正要求を取得し、当該画質補正要求にしたがって第２の画像データを補正する補正部と、
   前記補正部による補正内容を格納する記憶部と、
   補正された第２の画像データを、出力装置で画像を出力するための第３の表色系において表現される第３の画像データに変換する第２色空間変換部と、
   を備えることを特徴とする色変換装置。
2. 前記第１色空間変換部は、第１の表色系と第２の表色系との対応関係が定められた多次元ルックアップテーブルを用いて第１の画像データを第２の画像データに変換し、
   前記補正部は、前記多次元ルックアップテーブルの少なくとも一部を書き換えることにより第２の画像データを補正し、
   前記記憶部は、書き換えられた前記多次元ルックアップテーブルを、前記補正部による補正内容として格納することを特徴とする請求項１に記載の色変換装置。
3. 前記補正部は、前記画質補正要求として、画像を出力する出力装置に対応付けられた対応データを取得し、取得した対応データを用いて第２の画像データを補正し、
   前記記憶部は、対応データを前記補正部による補正内容として格納することを特徴とする請求項１に記載の色変換装置。
4. 第１の表色系はＲＧＢ表色系であり、第２の表色系はＸＹＺ表色系であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の色変換装置。
5. 絶対色空間とは異なる第１の表色系において表現される第１の画像データを、絶対色空間である第２の表色系において表現される第２の画像データに変換するステップと、
   画質補正要求を取得するステップと、
   取得した画質補正要求にしたがって第２の画像データを補正するステップと、
   第２の画像データを補正したときの補正内容を格納するステップと、
   補正された第２の画像データを、出力装置で画像を出力するための第３の表色系において表現される第３の画像データに変換するステップと、
   を備えることを特徴とする色変換方法。

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