JP2011133877A - 画像表示装置、および画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度階調領域での不連続化を回避して、中間階調領域から階調の最高値まで、感覚的な明るさ差が等間隔に変化するようなグラデーションを表示可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】階調−発光輝度変換部１０４は、所定の変換特性を用いて入力画像の階調を映像発光部１０７に表示させる輝度に対応するデータに変換する。中間階調領域では階調に対して映像発光部１０７に表示させる輝度の常用対数値が比例関係を持つ。高輝度階調領域では、その比例関係から次第に乖離して、階調の最高値に近付くほど、階調の刻み幅に割り当てる輝度の常用対数値の差分量を大きくする。
【選択図】図１

Description

画像の階調を輝度で表示する画像表示装置に関し、詳しくは高輝度階調領域のグラデーションの明るさ差の刻み幅を中間階調領域のグラデーションの明るさ差の刻み幅に近付けるための階調と表示輝度の変換曲線に関する。

自然界に存在する輝度（照度）で人間が明るさを判別できる範囲は１×１０^−４〜１×１０^５ｌｘの広域にわたり、人間は、輝度の明るさを、実際の輝度の常用対数値に比例した大きさとして感覚しているとされている。このため、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の画像表示装置では、入力画像の階調に対して、画像表示部に表示させる輝度の常用対数値が比例関係を持つように画素ごとの輝度を割り当てている（特許文献１）。

しかし、人間が明るさを判別できる下限の輝度に近付くほど、上記の単純な比例関係では画素の明るさの差の判別が困難になる（非特許文献１、２）。このような人間の視感特性に合わせて画像表示装置が表示可能な輝度範囲で等間隔に感じられる明るさ差のきざみ幅を階調に割り当てる規格が提案されている（非特許文献３、４）。また、この研究に基づいてＮＡＴＩＯＮＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥＳ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ による医療用ディスプレイ規格が規定されて、当該規格の階調−輝度変換特性を持たせた画像表示装置が販売されている。規格の名称は、ＤＩＣＯＭ（ＤＩＧＩＴＡＬ ＩＭＡＧＩＮＧ ＡＮＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮ ＭＥＤＩＣＩＮＥ）のＧＳＤＦ（ＧＲＡＹＳＣＡＬＥ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＦＵＮＣＴＩＯＮ）規格である。

図１５に示すように、この規格では、入力画像の画素の階調に対して画像表示部に表示させる表示輝度の常用対数値が比例関係を持つことを基調として、階調の刻み幅に割り当てられる輝度の常用対数値の差分量が階調の最低値に近付くほど大きくなる。

特開２００１−３０９２８０号公報

「ディスプレイの基礎」（２００１年 共立出版）大石巌ら 「ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ ＦＵＮＣＴＩＯＮ：ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＡＤＡＰＴＡＴＩＯＮ」（１９６３年 ＪＯＳＡ，５３，３，Ｐ３７５）Ｊ．Ｃ．ＳＴＥＶＥＮＳ ＡＮＤ Ｓ．Ｓ．ＳＴＥＶＥＮＳ 「ＤＩＧＩＴＡＬ ＩＭＡＧＩＮＧ ＡＮＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮ ＭＥＤＩＣＩＮＥ（ＤＩＣＯＭ）。ＰＡＲＴ １４ − ＧＲＡＹＳＣＡＬＥ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＦＵＮＣＴＩＯＮ」ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥＳ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ 「ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＭＯＤＥＬ ＦＯＲ ＴＨＥ ＣＯＮＴＲＡＳＴ ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹ ＯＦ ＨＵＭＡＮ ＥＹＥ」 （１９９２年 ＰＲＯＣ． ＳＰＩＥ １６６６）ＢＡＲＴＥＮ

人間が輝度の差分を識別する能力は一定の範囲があり、視覚に入射する輝度が低すぎてもまた高すぎても低下し、この現象は、既に実用化されている画像表示装置の高輝度領域でも現れていることが判明した。これに対して、ＤＩＣＯＭのＧＳＤＦ特性では、実用化されていない高輝度領域の１×１０^５ｃｄ／ｍ^２を超える範囲においても、入力画像の画素の階調に対する輝度の常用対数値の比例関係がほぼ保たれている。

従って、ＤＩＣＯＭのＧＳＤＦ特性を採用し、高輝度領域においてもその特性を外挿延長した画像表示装置であっても、期待されたほどにはグラデーションの品質が改善されていない。特に、中間階調領域に比較して高輝度階調領域のグラデーションは、画像信号の変化に対し輝度差識別能力の低下から階調の変化を感じられず、グラデーションがフラットに見える現象を引き起していることが判明した。

そして、高輝度階調領域の画像信号の変化に対する輝度差識別能力の低下の程度には、個人差、環境差等があるため、同一の階調−表示輝度変換特性では、高輝度階調領域の見かけのグラデーションを十分に改善できないことが判明した。

本発明は、高輝度階調領域でのグラデーションのフラット化を回避して、中間階調領域から階調の最高値まで、感覚的な明るさ差が等間隔に変化するようなグラデーションを表示可能な画像表示装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記に加えて、画面の観察者の個人差、装置の設置環境差等を加味して、高輝度階調領域でのグラデーションを感覚的により自然に表示可能な画像表示装置を提供することを目的としている。

本発明の画像表示装置は、画像表示部と、所定の変換特性を用いて入力画像の階調を前記画像表示部に表示させる輝度に対応させる変換処理を行う階調変換部とを備えるものである。そして、前記階調変換部は、表示輝度の常用対数値を用いて評価を行ったとき、高輝度階調領域において、前記階調の最高値に近付くほど中間階調領域における前記階調と前記表示輝度の常用対数値の関係から次第に乖離させて且つ前記階調の刻み幅に割り当てる前記常用対数値の差分量を大きくするように前記変換処理を行う。

本発明の画像表示装置では、階調の刻み幅に割り当てる輝度の常用対数値の変化量が階調の最高値に近付くほど大きくなるように変換処理するため、高輝度階調領域における人間が輝度の常用対数値の差分量を判別する能力の低下を相殺できる。従って、高輝度階調領域における階調−表示輝度変換特性が人間の感覚特性に適合して、入力画像の階調の刻みに対する明るさ差を階調の最高値まで等間隔に感覚させることができる。これにより、高輝度階調領域でのグラデーションのフラット化が回避されて、中間階調領域から階調の最高値まで、感覚的な明るさ差が等間隔に変化するような高品質のグラデーションを表示可能である。

実施例の映像表示装置の構成図である。 入射光輝度に対する輝度弁別閾コントラスト特性図である。 ＪＮＤインデックスに対する視覚の刺激光輝度特性図である。 刺激輝度に対する輝度差弁別閾輝度特性図である。 入力信号レベルに対する発光輝度特性図である。 映像信号入力から発光までの信号変換象限図である。 実施例２での入射光輝度に対する輝度弁別閾コントラスト特性図である。 実施例２でのＪＮＤインデックスに対する視覚の刺激光輝度特性図である。 実施例２での入力信号レベルに対する発光輝度特性図である。 スティーブンス指数法則式に掛る係数を示す図である。 スティーブンス指数法則を表す図である。 順応輝度レベル１．０ｃｄ／ｍ^２のときのスティーブンス指数法則を表す図である。 図１２を対数軸表示した図である。 図１２の縦横軸を入れ替え縦軸を対数表示にした図である。 ＤＩＣＯＭのＧＳＤＦ特性を表す図である。 ウェバー・フェヒナー則を表す図である。 ＤＩＣＯＭのＧＳＤＦ特性を刺激強度に対する弁別閾コントラストの特性図である。 常用対数を用いる理由の説明図である。 実施例３の映像表示装置の構成図である。 年齢層ごとの入射光輝度に対する輝度弁別閾コントラスト特性図である。 年齢層ごとの階調−発光輝度変換特性の説明図である。 実施例４の映像表示装置の構成図である。 実施例６の映像表示装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、階調の最高値に近付くほど階調差に割り当てる輝度の常用対数値の差分量が大きくなる限りにおいて、実施形態の構成の一部又は全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

本実施形態では、画像表示装置としてコンピュータディスプレイなど表示機能だけを有する映像表示装置を説明する。しかし、映像表示装置に映像音声受信部を具備することで、テレビジョン受像機や、カメラやビデオカメラに搭載されている電子ファインダー部なども映像表示装置として同義とする。映像表示装置は、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の画像表示装置で利用できる。

なお、特許文献１に示される画像表示装置の構成や制御に関する一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜ＤＩＣＯＭのＧＳＤＦ特性＞
図１０はスティーブンス指数法則式に掛る係数を示す図である。図１１はスティーブンス指数法則を表す図である。図１２は順応輝度レベル１．０ｃｄ／ｍ^２のときのスティーブンス指数法則を表す図である。図１３は図１２を対数軸表示した図である。図１４は図１２の縦横軸を入れ替え、縦軸を対数表示にした図である。図１５はＤＩＣＯＭのＧＳＤＦ特性を表す図である。図１６はウェバー・フェヒナー則を表す図である。図１７はＤＩＣＯＭのＧＳＤＦ特性を刺激強度に対する弁別閾コントラストの特性図である。

人間は、物を見るとき視対象の物体からの光を眼で受光して物体の明るさや色を感じ、視対象物が何であるか判断を行っている。眼に入射した光に対する感じ方は、個人個人の多少の差はありつつも、一般的にウェバーの法則およびウェバー・フェヒナーの法則として良く知られている。

ウェバーの法則は、刺激強度（眼に入射する入射光強度）をＩ、刺激強度に対する弁別閾（人間が知覚することができる最小の刺激差）をδＩとしたとき、ＩとδＩの比δＩ／ＩはＩの値に依らず一定である事を表す法則で式１によって表される。

また、ウェバー・フェヒナーの法則は、ウェバーの法則を拡張し、刺激強度Ｉ、刺激に対する感覚量をＥとしたとき、「感覚量Ｅは刺激強度Ｉの対数に比例して知覚される」としている。（ｋは比例定数）

一方スティーブンスの法則は、刺激強度Ｉ、刺激に対する感覚量をＥ、感覚の種類（ここでは眼への入射光強度に対する明るさの感覚）に依存する指数ｎによって、「感覚量Ｅは刺激強度Ｉのべき乗（べき係数ｎ）に比例する。」としている。（ｋは比例定数）

なお、式１、２、３については非特許文献１に詳細に説明されている。

映像表示装置においては、映像信号の１階調に表示発光強度に対する弁別閾δＩを割り当て、前記式２または式３の関係で発光させることにより、映像信号の階調に対し線形に明るさ感覚が得られることを示している。しかしながら一方で、上記法則が成立するのは比較的狭い範囲での刺激強度範囲に限られていることもよく知られている。

この点について、スティーブンスは、式３を拡張し、前述の眼への入射光強度Ｉ、刺激に対する感覚量Ｅと、べき係数ｎ、比例定数ｋを観察視環境での順応輝度Ｉ０に依存した係数として下記の式４を報告している。（非特許文献１および非特許文献２）

式４の係数ｎ，ｋ，Ｉ_０および式４の入射光強度Ｉと明るさ感覚量Ｅの関係を非特許文献１の９８頁に掲載の図を引用して図１０および図１１に示す。図１０中、Ｌ_０は式４のＩ_０に対応し、図１１の明るさ感覚量は、主観的明るさ尺度であるＢＲＩＬを単位としている。

ここで、式４の指数ｎについて図１０のｎの値、または非特許文献１に記載のように、周辺視環境が暗黒である場合はｎ＝０．３３、順応輝度レベルが増大（周辺が明るくなる）するに従い指数ｎは増大し、非常に明るいところではｎ＝０．５に近づく。

図１２は、図１０で示す順応輝度レベル１．０ｃｄ／ｍ^２のとき、ｎ＝０．３５ ｋ＝０．６７ Ｉ_０＝０．０１２として、刺激輝度（刺激光輝度）と明るさ感覚についてプロットした図であり指数係数０．３５の指数関数を形成している。刺激輝度（刺激光輝度）と明るさ感覚の各座標軸を対数表示にしたのが図１３である。式４の両辺の対数を取ると、式５で示されるように刺激輝度と明るさ感覚の各対数は係数をｎとした比例関係にあることがわかる。

図１４は明るさ感覚Ｅを横軸に刺激輝度Ｉを縦軸に対数表示にてプロットした図である。これは、人間の視覚が感覚的に均等に明るさ感を増していくためには、図１４のような関係で刺激輝度（刺激光輝度）を与えなければならないことを表している。そして、このような刺激輝度であれば、映像表示装置の均等階調映像信号の各階調に対して感覚的に均等連続に感じるための表示発光強度に相当すると考えられる。

スティーブンスの指数法則に関連して、ウェバー・フェヒナーの法則の適用範囲を拡張して、刺激輝度と明るさ感覚の関係を扱ったものにＮＡＴＩＯＮＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥＳ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ による医療用ディスプレイ規格ＤＩＣＯＭ（ＤＩＧＩＴＡＬ ＩＭＡＧＩＮＧ ＡＮＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮ ＭＥＤＩＣＩＮＥ）のＧＳＤＦ（ＧＲＡＹＳＣＡＬＥ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＦＵＮＣＴＩＯＮ）、および規格のもとになったＢＡＲＴＥＮらによる研究がある。（非特許文献３および非特許文献４）

図１５はＤＩＣＯＭによって開示されているＧＳＤＦをプロットした図である。縦軸は映像表示装置の表示発光強度、横軸はＪＮＤ（ＪＵＳＴ ＮＯＴＩＣＥＡＢＬＥ ＤＩＦＦＥＲＥＮＣＥ）指標でＪＮＤ１ステップが前述の光刺激強度に対する弁別閾であり、明るさ感覚差分に対し線形関係である。その意味で、スティーブンスによる図１４の明るさ感覚と刺激輝度のプロットは、人間の視覚特性に関して、図１５のＧＳＤＦ特性と同じものを示している。

ＤＩＣＯＭのＧＳＤＦ特性において映像信号とＪＮＤは比例関係にある。そして、医療用表示装置に表示する映像信号は、映像信号のビット深度（何ビットで映像階調を表現するかの映像信号ビット数）に応じて、ＪＮＤに線形的に割り当てられ、ＧＳＤＦ特性で決定される発光輝度でディスプレイ表示される。

図１６は前述のウェバー・フェヒナーの法則を式２の係数ｋ＝８でプロットした図であり、横軸に明るさ感覚Ｅ、縦軸に刺激強度Ｉを対数軸で表示してある。図１６と図１４および図１５を比較してわかるように、均等な感覚尺度においては、ウェバー・フェヒナーの法則では全領域において対数に比例関係である。これに対し、スティーブンスの指数法則およびＧＳＤＦ特性においては感覚量が小さい時の刺激量の対数に線形性のずれが反映されている。

図１７はＧＳＤＦ特性を式１の刺激強度Ｉと刺激強度Ｉに対する弁別閾δＩとの比である輝度コントラストδＩ／Ｉ（以降弁別閾コントラストと呼ぶ）でプロットした図である。図１７で示すようにＧＳＤＦ特性ではウェバーの法則で示される式１のようにδＩ／Ｉは一定ではない。ＪＮＤインデックスが小さい領域（暗く感じる領域）においては、人間の輝度差弁別感度は低下して弁別閾コントラストが大きくなり、ＪＮＤインデックスが大きくなるほど輝度差弁別感度は上昇して、弁別閾コントラストが小さくなる。このように、感覚量と刺激量の非線形性が考慮されているのがわかる。

しかしながら、我々は、高輝度側の刺激量に対しても感覚量の非線形性がある事を日常経験している。たとえば、暗い室内においてテレビを見るとき、画面照度が高い（眼に入射する発光輝度が大きい）と眩しさと供に画像が見えにくい。これは、暗い室内に限定した現象ではない。近年、液晶テレビでも発光輝度の広ダイナミックレンジ化が進められて、最大発光輝度はより高く、最小発光輝度はより小さくなっており、日常生活における部屋の明るさ環境においても、高輝度光を眼に受光する機会が増えている。また、映像コンテンツの臨場感を高めるために、市販民生用テレビより遙かに最大発光輝度の高い広ダイナミックレンジディスプレイという製品も市販されている。

このような映像表示装置においては、ＧＳＤＦ特性で示されるようなＪＮＤインデックスが大きくなるほど輝度弁別閾コントラストが小さくなっていく表示特性では、実際の視覚特性との差が生じる可能性がある。その結果、映像信号階調に対して明るさ感覚との不整合を生じる可能性がある。

そこで、以下の実施例では、人間の視覚の入射光輝度に対する輝度弁別閾特性を視覚が受容可能な輝度レンジ全域（視覚のダイナミックレンジ）において解析している。そして、明るさに対し均等分割された感覚量（ＪＮＤインデックス）と発光輝度値の対応関係を視覚のダイナミックレンジ全域に渡って記憶保持して、階調−輝度変換を行う。

＜実施例１＞
図１は実施例の映像表示装置の構成図である。図２は入射光輝度（刺激輝度）に対する輝度弁別閾コントラスト特性図である。図３はＪＮＤインデックスに対する視覚の刺激光輝度特性図である。図４は刺激輝度（刺激光輝度）に対する輝度差弁別閾輝度特性図である。図５は入力信号レベルに対する発光輝度特性図である。図６は映像信号入力から発光までの信号変換象限図である。

図１に示すように、映像表示装置１０１では、図示しない映像発生源から送信された映像信号は、映像信号入力部１０２を介して、映像表示装置１０１内に映像信号１０３として取り込まれる。映像信号１０３の信号フォーマットは、映像発生源の種類に依存して様々なフォーマットがあるが、本実施例では、映像表示装置１０１内の図示しないフォーマット変換部によって装置共通の信号フォーマットに正規化を行う。ここでは、説明の簡単のため、映像信号１０３は、０から１０２３までの１０ビットで階調表現される、色成分を持たない輝度成分のみ有するデジタル信号であるとする。

映像信号１０３は、階調−発光輝度変換部１０４へ入力される。階調−発光輝度変換部１０４（階調変換部）は、所定の変換特性を用いて入力画像の画素ごとの階調を映像発光部（画像表示部）１０７に表示させる表示輝度に対応するデータに変換する。階調−発光輝度変換部１０４は、１０ビットデジタル映像信号１０３を入力とし輝度信号１０５を出力とする階調−表示輝度変換ＬＵＴ（ＬＯＯＫ ＵＰ ＴＡＢＬＥ）が搭載されている。階調−表示輝度変換ＬＵＴは、後述する人間の視覚特性に基づいて入出力対応関係が決定されたＬＵＴである。

映像信号１０３は、図６に示す階調−表示輝度特性に従って、本装置が発光する発光輝度値に対応する輝度信号１０５に変換されて階調−発光輝度変換部１０４を出力する。輝度信号１０５は、発光輝度制御部１０６へ入力する。発光輝度制御部１０６は、液晶ディスプレイを用いた発光方式による映像発光部１０７を制御し、輝度信号１０５で指定された輝度値で表示する。映像発光部１０７は、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなど様々な方式を採用でき、この場合、発光輝度制御部１０６は、それらの発光方式に応じて画素の発光量を制御するものに置き換えられる。

本装置の映像信号入力から映像発光までの流れは上述の通りである。以下では、説明を簡単にするため、階調−発光輝度変換部１０４から出力された輝度信号１０５は、完全に発光輝度制御部１０６で制御されて、映像発光部１０７を指定の輝度値で発光させるものとする。映像発光部１０７は、液晶画像パネルやプラズマパネルで構成され、輝度信号１０５に対して表示輝度値がリニアに変化するものとする。

映像信号１０３が入力されてから映像発光部１０７によって輝度Ｂで発光されるまでの信号の流れを図６に示す。映像信号１０３は、映像信号Ｓ−入力信号レベルＰ変換ＬＵＴによって図６の第１象限記載の特性で入力信号Ｐに変換される。１０ビット映像信号の階調の最高値１０２３が階調−表示輝度変換特性の最大値Ｂｍａｘに一致し、最低値０が最小値Ｂｍｉｎに一致するように、第１象限記載の直線の傾きが調整されている。

入力信号Ｐは、第２象限記載のＳ字カーブ状の変換特性（所定の変換特性）を用いて、最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎの間の輝度Ｂで発光するように映像発光部（画像表示部）のドライブデータにデータ変換される。入力信号Ｐは、第２象限記載の変換特性で階調−輝度変換されることにより、輝度Ｂで映像発光部１０７から発光される。

第２象限記載の変換特性は、後述する実験により求めたＳ字カーブ状の曲線であって、映像発光部１０７の画素の輝度の最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎの輝度差を、感覚的に等しい明るさ差ごとに区分する関数である。第２象限記載の変換特性は、図３に示すＳ字カーブ状の特性を左回りに９０度回転させたものである。

図３に示すように、Ｓ字カーブ状の階調−輝度変換特性は、中間階調領域（３０３）では、上述したＧＳＤＦ特性に合わせて階調の増加に対して表示輝度の常用対数値が比例して増加する比例関係を基調としている。しかし、人間の目の高輝度領域での明るさ差の判別能力の低下を相殺するように、高輝度階調領域（３０４）では中間階調領域（３０３）よりも階調のきざみに割り当てる表示輝度の常用対数値の差分量を増している。また、人間の目の低輝度領域（３０２）での明るさ差の判別能力の低下を相殺するように、低輝度階調領域（３０２）でも、中間階調領域（３０３）よりも階調のきざみに割り当てる表示輝度の常用対数値の差分量を増している。

Ｓ字カーブ状の階調−輝度変換特性は、階調の最高値側では、中間階調領域（３０３）における階調と表示輝度の常用対数値の比例関係から次第に乖離させて、階調の最高値に近付くほど乖離量を大きくしている。また、階調の最低値側でも、中間階調領域（３０３）における階調と表示輝度の常用対数値の比例関係から次第に乖離させて、階調の最低値に近付くほど乖離量を大きくしている。

映像発光部１０７に関しては、それぞれ固有の発光方式や発光特性があるため、実際には輝度Ｂで発光させるような輝度信号１０５が入力した時、映像発光部１０７を駆動制御する発光輝度制御部１０６が存在し、輝度信号１０５と発光輝度Ｂの制御を行う。

＜実験＞
本発明の特長である映像階調信号から発光輝度値の決定に関し説明する。本実施例での視覚特性とは、眼に入射する入射光輝度に対する輝度弁別閾特性である。

まず、以下の手順で実験を行って、輝度１０ｃｄ／ｍ^２の環境光内において、充分知覚不可能な最小入射光輝度から最大入射輝度である１０^５ｃｄ／ｍ^２の輝度ダイナミックレンジにおいて輝度弁別閾コントラストを測定した。
（１）発光量調整可能な光源を用い光源からの射出光を２つに分離する。
（２）２つに分離した光の一方を参照光とし、その輝度値（参照光輝度値）は光源の発光量調整で制御する。
（３）他方、２つに分離した光のもう一方の光路中に連続的に濃度の異なる透過フィルター（グラデーションＮＤフィルター）を配置して実験光とする。
（４）参照光と実験光は、間隔を開けずに隣接して被験者の瞳に入射させる。
（５）被験者は、グラデーションＮＤフィルターの位置を微小移動して、実験光輝度値を変化させ、隣接する参照光と実験光の輝度差が弁別ができなくなった輝度を輝度差弁別閾とする。
（６）次に、異なる参照光における輝度差弁別閾を求めるために、光源の発光量調整で参照光輝度を変化させて固定する。
（７）上記（５）、（６）を繰り返して、夫々の輝度差弁別閾を求める。充分高濃度のＮＤフィルターをもってしても輝度差を知覚できないほど小さな（暗い）参照光輝度から、充分低濃度のＮＤフィルターをもってしても輝度差を知覚できないほど大きな（明るい）参照光輝度まで参照光輝度を変えて、夫々の輝度差弁別閾を求める。
（８）最後に、各輝度差弁別閾値を参照輝度値で割ることで正規化して輝度差弁別閾コントラスト値を算出する。

図２は入射光輝度（Ｘ軸）に対する輝度弁別閾コントラスト（Ｙ軸）特性を表す図である。ＤＩＣＯＭ−ＧＳＤＦ特性３０５と同様、入射光輝度が小さい（暗い）ときは弁別閾コントラストが大きく、入射光輝度が大きくなるに従い弁別閾コントラストが小さくなる。しかし、入射光輝度がさらに大きくなると、ＤＩＣＯＭ−ＧＳＤＦ特性とは異なり、弁別閾コントラストは再び大きくなる。このことは、実験に用いた市販のディスプレイが表示する高輝度領域でも、常用対数で見た輝度差の感度特性が再び低下する現象が現れることを示している。

そして、常用対数で見た輝度差の感度特性が高い範囲は、輝度の常用対数値の刻みに対してほぼ一定の明るさ差が感覚される領域であるから、等間隔に階調を割り当ることで一定の明るさ差のグラデーションを確保できる。しかし、画像の輝度が低いほど明るさ差の判別能力が低下する範囲では、次第に大きな「常用対数で見た輝度差」を階調差に割り当てていかないと、同じ階調差のグラデーションに対して、感度特性が高い範囲と同じ明るさ差を感覚できない。同様に、画像の輝度が高いほど明るさ差の判別能力が低下する範囲では、次第に大きな「常用対数で見た輝度差」を階調差に割り当てていかないと、同じ階調差のグラデーションに対して、感度特性が高い範囲と同じ明るさ差を感覚できない。

本実施例では、このような視覚特性を反映して、図５に示す階調−表示輝度変換特性が形成され、この階調−表示輝度変換特性を図６に示すように、映像信号の全階調に割り当てている。

＜階調−表示輝度変換特性＞
図３は図２をもとに図１５で示した座標軸、横軸にＪＮＤインデックス、縦軸に刺激光輝度を実線３０１でプロットした図である。比較参考のために同図上にＧＳＤＦ特性３０５を示している。図２から図３への変換手順を以下に説明する。

図２の曲線上の各点のデータについて、縦軸である弁別閾輝度コントラスト（δＩ／Ｉ）に横軸の刺激輝度（Ｉ）をかけ、刺激輝度（Ｉ）を横軸、弁別閾輝度（δＩ）を縦軸にプロットした図４を作成する。

図４の曲線上の各点のデータについて式６の演算を行うことで図５のＳ字曲線特性が得られる。

式６の演算式について、ステップを追って説明する。

ステップ１：図４の刺激輝度Ｉの最小値輝度値（本実施例では最小値輝度値を０．１ｃｄ／ｍ^２とする。）を始点としＪＮＤ ＩＮＤＥＸ＝０、輝度＝０．１を図３にプロットする。

ステップ２：ステップ１の始点刺激輝度Ｉ＝０．１ｃｄ／ｍ^２を図４の横軸である刺激輝度に入力し、刺激輝度０．１ｃｄ／ｍ^２に対する弁別閾輝度δＩを参照し、その弁別閾輝度（δＩ）を得る。本実施例では、刺激輝度０．１ｃｄ／ｍ^２の弁別閾輝度を０．０２とする。

ステップ３：輝度Ｉ＝０．１ｃｄ／ｍ^２の弁別閾輝度はδＩ＝０．０２ｃｄ／ｍ^２であることから、次に弁別可能な刺激輝度Ｉは０．１＋０．０２＝０．１２ｃｄ／ｍ^２である。従って、ＪＮＤ ＩＮＤＥＸ＝１、輝度＝０．１２ｃｄ／ｍ^２を図３にプロットする。

ステップ４：ステップ３の工程に戻り、図４の刺激輝度０．１２ｃｄ／ｍ^２からその弁別閾輝度δＩを参照し、弁別閾輝度δＩ＝０．０３を得る。刺激輝度０．１２ｃｄ／ｍ^２の弁別閾輝度を０．０３とする。

弁別閾輝度δＩ＝０．０３は、ステップ３と同様に輝度＝０．１２ｃｄ／ｍ^２に加算され、刺激輝度０．１２ｃｄ／ｍ^２の次に弁別可能な輝度は０．１２＋０．０３＝０．１５
ｃｄ／ｍ^２である。従って、ＪＮＤ ＩＮＤＥＸ＝２、輝度＝０．１５を図３にプロットする。

ステップ６：この工程を図４または図２の刺激輝度Ｉの最大輝度値になるまで繰り返し図３にプロットする。本実施例では最大値輝度値を１００００ｃｄ／ｍ^２とする。

なお、本実施例では、わかりやすいため図４をはじめに作成したが、弁別閾輝度コントラスト（δＩ／Ｉ）に刺激輝度（Ｉ）を乗じて弁別閾輝度（δＩ）を必要工程で毎回行えば図２から直接、図３を作成できる。

つぎに、以上の工程で作成された図３のＪＮＤインデックス−刺激光輝度特性の特性について定性的概念を説明する。

図３に示すように、常用対数を用いて計算した人間が明るさの違いを識別可能な輝度差を弁別閾輝度とするとき、階調の最高値と最低値との間に設定される複数の階調を、弁別閾度の等しい刻み幅に対応して設定している。

ここで、領域３０２は、刺激光輝度（図３縦軸）の小さい領域で、図２の同刺激光輝度（図２横軸）の弁別閾輝度コントラストが大きく刺激感度が低いことを表している。よって、領域３０２において等間隔の感覚量を得るためには、刺激輝度差を大きくしなければならない事から、ＪＮＤインデックス変化量に対する刺激光輝度変化量（図の傾き、または微分値）は大きい。

領域３０２から領域３０３にかけて、相当する刺激光輝度の図２の弁別閾輝度コントラストは減少しており刺激感度が高くなっていくことを表している。よって、領域３０２から領域３０３にかけてＪＮＤインデックス変化量に対する刺激光輝度変化量（図の傾き、または微分値）は減少していく。

さらに、領域３０３から領域３０４にかけて、図２の弁別閾輝度コントラストは増加して刺激感度が再び低くなっていくことを表している。これに対応して、領域３０３から領域３０４にかけてＪＮＤインデックス変化量に対する刺激光輝度変化量（図の傾き、または微分値）は再度増加していく。

このように、暗い感覚から明るい感覚までを均等な感覚量変化で増していくためには、その視入射光輝度は、対数軸においてその傾きの変化が減少→増加（傾き量（微分値）は大→小→大）となる必要がある。

以上のように解析された人間の明るさに関する視覚特性に基づき、階調−表示輝度変換ＬＵＴの作成方法を次に説明する。

映像表示装置１０１の映像発光部１０７は、発光方式や設計仕様によって、その発光輝度は様々な値を有する。ここでは、映像発光部１０７の発光輝度（ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ）Ｂの最小発光輝度をＢｍｉｎ、最大発光輝度をＢｍａｘとする。図５は図３の横軸座標名称を入力信号レベルＰ、縦軸座標名称を映像発光部１０７の発光輝度Ｂに置き換えたものである。入力信号レベルＰは、図３に示すＪＮＤインデックスに対応し、明るさ感覚で均等階調を有する映像信号を表す。

最小発光輝度Ｂｍｉｎおよび最大発光輝度Ｂｍａｘは、図５を参照して、対応する入力信号レベルＰｍｉｎおよびＰｍａｘに変換される。従って、階調の最高値を映像発光部（画像表示部）１０７で表示可能な最高輝度に一致させて、映像信号１０３の全階調が入力信号レベルＰｍｉｎからＰｍａｘの範囲内に線形に対応づけされる。本実施例では、映像信号１０３は、０から１０２３までの１０ビット信号であるので、０→Ｐｍｉｎ、１０２３→Ｐｍａｘ、映像信号値をＳとして次式となる。

この線形変換は、入力１０２４階調、出力（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）のＬＵＴで変換される。階調−発光輝度変換部１０４は、前述の映像信号−入力信号レベルＰ変換ＬＵＴと図５で表される入力信号レベルＰ−発光輝度変換ＬＵＴの２つの変換テーブルから構成される。映像信号１０３は、図６の第１象限記載の映像信号ｓ−入力信号レベルＰ変換ＬＵＴによって入力信号Ｐに変換される。入力信号Ｐは、続けて、図６の第２象限記載の特性で輝度Ｂに対応するデータに生成され、映像発光部１０７から輝度Ｂで発光される。

以上、説明したように、実施例１では、映像表示装置１０１の発光輝度範囲（ダイナミックレンジ）全域に渡って、知覚的に階調の非連続／つぶれ／サチリのない階調再現が可能となる。人間の視覚特性に応じた発光輝度特性を持つ映像を出力できる画像表示装置を提供することが可能となる。視覚のダイナミックレンジのどの受光輝度量に対しても、映像信号の階調性と明るさ感覚とが一致し、どのような映像信号が表示されても階調の飛びつぶれ感が発生せず、滑らかな階調映像を鑑賞することが可能となる。

なお、映像信号処理部１０４は、ＲＡＭを内蔵したＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を用いて、シリアルデータで送られてくる映像信号から画素ごとの階調値を読み取って階調−表示輝度変換特性を反映した階調値に補正する階調変換処理を行ってもよい。

また、種々のフォーマットで形成された入力画像の画像データを画素ごとの階調データに再生し、本実施例の階調−表示輝度変換特性を反映した階調に変換して新たな１枚の画像データに変換する画像処理を行ってもよい。この場合、階調−発光輝度変換部１０４を、映像発光部１０７から独立した１台の画像処理装置として実施してもよい。

＜実施例２＞
図７は実施例２での入射光輝度（刺激輝度）に対する輝度弁別閾コントラスト特性図である。図８は実施例２でのＪＮＤインデックスに対する視覚の刺激光輝度特性図である。図９は実施例２での入力信号レベルに対する発光輝度特性図である。

実施例２は、映像表示装置１０１の階調―発光輝度変換部１０４に搭載された階調−表示輝度変換ＬＵＴの特性が実施例１と異なる以外は実施例１と同様に構成され、制御される。従って、実施例１と以下、階調−表示輝度変換ＬＵＴの特性の違いについて説明し、その他の重複する説明を省略する。

図７は入射光輝度に対する輝度弁別閾コントラスト特性を表す図であって、実施例１の図２に相当する。上述した実験の結果、室内が明るい場合には図２のような曲線の底部分が平らな特性となるが、室内が暗い場合には図７のような曲線の底部分にふくらみのある特性となることが判明した。人間が映像表示装置１０１を見る環境の明るさにより、図７に示すように入射光輝度値の増加に対応し微小な極大値１つと極小値２つを有する減少増加減少増加となることが判明した。また、図７のような特性が現れる部屋の明るさは被験者によって異なることが判明した。

そこで、実施例２では、図１に示すように周囲明るさを検出する照度センサ（検出手段）１０８を設け、室内明るさが例えば１ルックス以下の場合には図７の特性に基づく階調−表示輝度変換ＬＵＴに切り換える制御とした。階調−発光輝度変換部（階調変換部）１０４は、階調の最高値に近付く領域と階調の最低値に近付く領域との中間で、階調の刻み幅に割り当てる輝度の常用対数変化量が局所的に増えるように画像データを変換する。階調−発光輝度変換部（階調変換部）１０４は、周囲の明るさが所定明るさを上まわる場合には、局所的に輝度の常用対数変化量が増える領域でその増やす量を少なくする。

図７に示す視感特性は、基本的には図２の視感特性と同様に変化する。入射光輝度が最も小さい（暗い）ときは弁別閾コントラストは大きく、入射光輝度が大きくなるに従い輝度弁別閾コントラストは小さくなる。一方、入射光輝度が最も大きい（明るい）ときは輝度弁別閾コントラストは大きく、入射光輝度が小さくなるに従い輝度弁別閾コントラストは小さくなる。ただし、入射光輝度値の増加に対応し微小な極大値１つと極小値２つを有する減少増加減少増加の曲線である。これに対して、図２に示す視感特性は、入射光輝度値の増加に対応して輝度弁別閾コントラストが極小値を１つ有する減少増加の曲線である。

このような視覚特性を実施例１の図３に対応させて式６の演算式により変換して図８を作成した。図８は横軸にＪＮＤインデックス、縦軸に刺激光輝度をプロットしたＪＮＤインデックス−刺激光輝度特性８０１である。図中、細破線３０１は図３に示した実施例１の変換特性、細破線３０５はＧＳＤＦ特性である。

図８に示すように、ＪＮＤインデックス−刺激光輝度特性８０１は、図７の入射光輝度に対する輝度弁別閾コントラスト特性に対応して３つの変曲点８０２、８０３、８０４を有し増加する。

このような特性を踏まえ、実施例１と同様のＬＵＴ作成ステップを実施して、図９に示す階調−表示輝度変換ＬＵＴを作成した。ただし、実施例１で説明した図４を作成するステップは省略し、図２、３は、それぞれ図７、８に置き換えている。また、演算に用いる数値データは、各々の図に対応した数値に置き換えている。

映像表示装置１０１の階調−発光輝度変換部１０４搭載の入力信号レベル−発光輝度ＬＵＴは図９になる。図９の入力信号レベル−発光輝度特性においても 実施例１と同様に、最も暗い感覚から明るさ感覚を増すように入射光輝度を増加していくと、入射光輝度は、常用対数軸において、その傾きの変化が減少し上に凸な曲線となる。そして、複数の変曲点を経て最も明るく知覚される範囲では、入射光輝度は対数軸においてその傾きの変化が増大し、下に凸の曲線となる。

以上、説明したように、実施例２では、映像表示装置１０１の発光輝度範囲（ダイナミックレンジ）全域に渡って、知覚的に階調の非連続／つぶれ／サチリのない階調再現が可能となる。人間の視覚特性に応じた発光輝度特性を持つ映像を出力できる画像表示装置を提供することが可能となる。

＜常用対数＞
図１８は常用対数を用いる理由の説明図である。

図１８の（ｂ）、（ｃ）は、（ａ）に示す実施例１の階調−表示輝度変換特性（３０１）の縦軸を実数表示としたものである。（ｃ）は（ｂ）の部分的な拡大図である。それぞれの図にウェバー・フェヒナーの直線式（３００）と、それに基づくＤＩＣＯＭのＧＳＤＦ特性（３０５）を記載している。

図１８の（ｂ）、（ｃ）に示す実数軸表示の場合、３つの関数を見分けることが困難であって、図１８の（ａ）に示すようには、直感的に３種類の変換特性の違いを区別することができない。非特許文献１、２に記載されるように、表示輝度の常用対数値を用いて評価を行うとき、中間階調領域で、表示輝度の常用対数値が明るさ感覚の刻みと比例関係が見えてくる。

しかし、理論的、実験的に３つの関数の変換効果の差を認識した後は、実数軸表示で近似式を作成して、実施例１の階調−表示輝度変換特性（３０１）を演算することは容易である。画像表示装置は、表示輝度の実数値を階調値に割り当てる階調−表示輝度変換特性を用いることもできる。常用対数に近似させてｙ＝ｘｎ（ｎ＝０．３）曲線で視覚特性を表現した別の演算式を元にして実施例１と同様な効果を持つ階調−表示輝度変換特性を作成することもできる。

従って、本発明は、常用対数を用いた演算を通じて階調−表示輝度変換ＬＵＴを作成する実施例には限定されない。別の演算式や実数値を用いて求めた階調−表示輝度変換ＬＵＴを用いる変換処理を含む。演算は、データテーブルを用いたデータ変換、２以上の関数の補間演算、常用対数と似通った関数や近似式を用いた演算に置き換えて実施してもよい。いずれにせよ、常用対数を用いた演算を通じて作成した変換式を用いたような同様な階調−表示輝度変換特性が得られる実施例を含む。

＜観察者の視感特性の個人差＞
ところで、実施例２では、同一の観察者であっても、室内明るさによって図２（明るい）と図７（暗い）のように観察者の視感特性が異なってくることを説明した。そして、室内明るさに合わせて図５（明るい）と図９（暗い）とに階調−表示輝度変換ＬＵＴを切り替えることで、観察者の視感特性が違っていても、高品質のグラデーションを表示できることを説明した。

したがって、周囲の明るさが異なる場合のみならず、観察者（人間）の視感特性が異なっていれば、高品質のグラデーションを表示するための階調−表示輝度変換ＬＵＴ、すなわち階調−発光輝度変換特性は切り替える必要がある。言い換えれば、周囲の明るさが一定であっても、図２に示す観察者の視感特性に個人差があれば、映像表示装置の階調−発光輝度変換特性は切り替える必要がある。

そこで、以下の実施例では、視感特性の個人差に注目して、映像表示装置の階調−発光輝度変換特性を切り替えることにより、観察者ごとに最適化されたグラデーション表示性能を映像表示装置に持たせている。

＜実施例３＞
図１９は実施例３の映像表示装置の構成図である。図２０は年齢層ごとの入射光輝度（刺激輝度Ｉ）に対する輝度弁別閾コントラスト特性図である。図２１は年齢層ごとの階調−発光輝度変換特性の説明図である。

図１９に示すように、パラメータ情報取得手段の一例である観察者年齢入力部１９０１は、映像発光部１０７に表示される画像を観察する表示画像観察者からパラメータ情報の一例である年齢層のデータを取得する。年齢層は、高輝度階調領域の画像信号の変化に対する輝度差識別能力の違いを反映しているからである。

階調−発光輝度変換部１０４は、階調変換部の一例である。階調−発光輝度変換部１０４は、観察者年齢入力部１９０１によって取得された年齢層のデータに基づいて、表示画像観察者の輝度差識別能力が低いほど高輝度階調領域の階調の刻み幅に割り当てる表示輝度の常用対数値の差分量を大きくする。つまり、表示画像観察者の年齢が高いほど高輝度階調領域の階調の刻み幅に割り当てる表示輝度の常用対数値の差分量を大きくする。

実施例３では、観察者の年齢層に応じて映像表示装置１０１の階調−発光輝度変換特性を切り替える。観察者年齢入力部１９０１は、表示画像観察者（以下、観察者）が映像表示装置１０１に観察者年齢を手入力するリモコン装置である。画像表示部（映像発光部１０７）に表示した年齢層の複数の選択肢から観察者が１つの年齢層を選択して、自己の名前とともに入力を行う。観察者年齢入力部１９０１は、映像表示装置１０１の様々な機能調整を行うメニュー画面の設定項目の一つとして観察者が自分の年齢を自己申告により設定する。

観察者年齢入力部１９０１を通じて観察者年齢が指定されると、映像表示装置１０１は、階調−発光輝度特性記憶部１９０３へ観察者年齢信号１９０２を送信する。なお、観察者年齢入力部１９０１を通じて観察者年齢層を登録すると、以降は、画像表示部（映像発光部１０７）に最初に表示される登録者名の中から１つを選択して、必要な設定が完了する。このため、登録操作は初回のみである。

階調−発光輝度特性記憶部１９０３は、図２０に示す年齢層ごとの視感特性に基づいて予め設定された図２１に示す年齢層ごとの階調−発光輝度変換特性を保持している。階調−発光輝度特性記憶部１９０３は、観察者年齢信号１９０２に応じて、設定された年齢層に対応する階調−発光輝度特性１９０４を選択して、階調−発光輝度変換部１０４へ送る。観察者年齢信号１９０２によって、観察者の年齢層に対応する階調−発光輝度特性１９０４が選択されると、階調−発光輝度変換部１０４は、その階調−発光輝度特性１９０４を用いて発光輝度信号１０５を形成する。

階調−発光輝度変換部１０４は、観察者の年齢層に対応する階調−発光輝度特性１９０４を用いて、実施例１で説明したように、映像信号レベルに対する観察者年齢に対応した発光輝度信号１０５を出力する。発光輝度信号１０５に基づいて、発光輝度制御部１０６、映像発光部１０７によって映像信号が発光表示される。

階調−発光輝度変換特性から階調−表示輝度変換ＬＵＴを作成する手順、および発光輝度制御部１０６、映像発光部１０７の動作については、実施例１、２で説明したとおりであるため、重複する説明を省略する。

＜年齢層ごとの階調−発光輝度特性＞
観察者の年齢層と階調−発光輝度変換特性との間には相関があることが知られている。観察者の眼に入射する入射光輝度に対する輝度差弁別感度は、加齢に応じて鈍くなる傾向があるため、入射光輝度に対する輝度弁別閾コントラストも加齢によって大きな値となる。

図２０に示すように、図３の入射光輝度に対する輝度弁別閾コントラスト特性２００１に対して、年齢が増すに連れて、階調−発光輝度変換特性は、ダイナミックレンジが狭く、感度が鈍くなる方向にシフトしる。図２０中、特性２００１、特性２００２、特性２００３、特性２００４のように、観察者が高齢になるに連れて、輝度弁別閾コントラスト特性値は大きくなる。

このような観察者年齢に応じた輝度弁別閾コントラスト特性から、実施例１で説明した手順によって、ＪＮＤインデックスに対する視覚の刺激光輝度特性図を形成したものが図２１である。図２１中、曲線２１０１、２１０２、２１０３、２１０４は、それぞれ図２０の輝度弁別閾コントラスト特性２００１、２００２、２００３、２００４に対応する。ＪＮＤインデックスに対する視覚の刺激光輝度特性２１０１〜２１０４は、それぞれ実施例１で説明したように、図５の入力信号レベルに対する発光輝度特性に変換されている。階調−発光輝度特性記憶部１９０３には、これらの年齢層に応じた入力信号レベルに対する発光輝度特性が複数個、事前に計算され記憶保持されている。

＜実施例４＞
図２２は実施例４の映像表示装置の構成図である。実施例４は、観察者画像入力部２２０１及び観察者年齢推定部２２０２が付加された以外は実施例３と同一である。したがって、実施例３と共通する構成には図１９と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

実施例３では、観察者の年齢層を映像表示装置１０１のメニュー画面の設定項目の一つとして年齢を入力する方法について説明した。しかし、観察者が異なるたびにメニュー画面の設定項目により変更するのは面倒である。そこで、実施例４では、登録操作と同時に観察者の画像を撮影し、以降は、正面の観察者を撮影して、顔画像の照合により必要な設定項目を自動的に選択している。実施例４では、観察者画像入力部２２０１を設け、更に観察者年齢推定部２２０２を付加している。

観察者画像入力部２２０１は、映像表示装置１０１に観察者に向かって設置されたカメラであり、観察者が映像表示装置１０１に対面すると観察者を撮像し、観察者顔領域を認識する。

観察者年齢推定部２２０２は、撮影された観察者顔領域の画像の特徴を抽出して顔画像の照合データを作成する。観察者年齢推定部２２０２は、実施例３で説明した年齢層の直接入力の際に観察者を撮像することによって、予め観察者の顔画像（照合データ）と年齢を登録している。そして、異なる観察者毎に新規に撮影した顔画像と過去の登録顔画像との認証を行い、登録顔画像に対応する年齢層を出力する。階調−発光輝度特性記憶部１９０３は、顔画像で照合した年齢層に応じた階調−発光輝度特性を選択する。そして、以後の処理は実施例３で説明した通りである。

＜実施例５＞
図２２において、観察者年齢推定部２２０２は、過去に登録された顔画像との照合が得られない場合、観察者画像入力部２２０１によって撮影された顔画像から直接年齢を推定しても良い。この場合、一切の事前の顔画像・年齢の登録なしに、実施例４と同様の効果が得られる。

＜実施例６＞
図２３は実施例６の映像表示装置の構成図である。実施例６は、観察者住所入力部２３０１及び観察者視感能力推定部２４０２が付加された以外は実施例３と同一である。したがって、実施例３と共通する構成には図１９と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

実施例３では、視感特性の個人差を年齢層というパラメータ情報でグループ化している。しかし、視感特性の個人差をグループ化するためのパラメータ情報は、年齢層には限られない。例えば、視神経の桿体・錐体の反応する主波長が異なるため、民族間でも輝度や色彩の知覚に関して違いがあると言われている。別のパラメータ情報としては、以下のような観察者付帯情報を用いることができる。
（１）国名、民族、緯度、住所は、観察者の遺伝的性質や日常生活の輝度環境に対応している。これらのパラメータ情報を共有する観察者のグループは、その土地の輝度環境に順応した共通性を有する視感特性を持つと考えられる。
（２）性別、職業、睡眠時間、視覚的な疾患履歴、昼間の屋外活動時間等は、観察者の日常的な環境輝度に対する訓練機会、順応度合、紫外線や疾患による視神経の損傷状態に対応している。これらのパラメータ情報を共有する観察者のグループは、視感特性の共通な傾向が高いと考えられる。

しかし、人間の持つ他の知覚能力と同様に、視感特性についても個人差の割合が大きいため、これらのパラメータ情報は、単独では、個人ごとの視感特性との相関が低いと考えられる。そこで、実施例６では、複数のパラメータ情報を組み合わせて観察者ごとの階調−発光輝度特性を選択している。

図２３に示すように、実施例６では、観察者が、観察者の居住環境と個人差とを観察者付帯情報として観察者住所入力部２３０１に登録設定する。画像表示部（映像発光部１０７）に複数の質問を表示させ、メニュー画面の設定項目の一つとして観察者の住所と性別を、観察者自身が観察者住所入力部２３０１に自己の名前とともに入力する。

観察者視感能力推定部２４０２には、住所と性別の組み合わせと視感能力のグループ（例えば図２０の特性２００１、特性２００２、特性２００３、特性２００４）とを対応させたテーブルが予め記憶されている。階調−発光輝度特性記憶部１９０３は、選択された視感能力のグループに応じた階調−発光輝度特性を選択して、階調−発光輝度変換部１０４に送信する。

なお、実施例６においても、実施例４で説明したように、図２２に示す観察者画像入力部２２０１を備えて、２回目以降の階調−発光輝度特性の設定操作を簡略化してもよい。

また、実施例４で説明したように、観察者画像入力部２２０１によって撮影された顔画像から性別を推定し、映像表示装置１０１の設置場所から住所を推定して、階調−発光輝度特性の設定を行ってもよい。

また、更には、年齢、住所、性別の組み合わせによって、階調−発光輝度特性を選択しても良い。上述したその他のパラメータ情報に関する質問を画像表示部（映像発光部１０７）に表示させて観察者付帯情報として取得してもよい。パラメータ情報が多いほど、選択される階調−発光輝度特性は、観察者の個人の視感能力をより正確に反映したものとなるからである。

＜実施例７＞
上述したように、観察者の視感特性は、個人差の割合が大きいため、パラメータ情報のみでは傾向は掴めても正確には把握できない。そこで、実施例７では、実施例３で説明した構成を用いて、観察者の視感特性を直接測定する。

図１９に示すように、パラメータ情報取得手段の一例である階調−発光輝度特性記憶部１９０３は、高輝度階調領域の画像信号の変化に対する輝度差識別能力に応じて回答が異なるように設定された質問を映像発光部１０７に表示する。

パラメータ情報取得手段の一例である観察者年齢入力部１９０１は、質問に応答して表示画像観察者が回答を入力する形式で、表示画像観察者からパラメータ情報の一例である輝度差識別能力の評価データを取得する。

観察者年齢入力部１９０１は、観察者が映像表示装置１０１に質問回答を手入力するリモコン装置である。画像表示部（映像発光部１０７）に表示したグラデーション試験画像の複数の選択肢から観察者が１つを選択して、自己の名前とともに入力を行う。

階調−発光輝度特性記憶部１９０３は、回答の選択肢ごとに予め設定された複数の階調−発光輝度変換特性を保持している。階調−発光輝度特性記憶部１９０３は、観察者年齢入力部１９０１を通じて選択された回答の選択肢に対応する階調−発光輝度特性を選択して、階調−発光輝度変換部１０４へ送る。

グラデーション試験画像は、図２１に示す刺激光輝度特性２１０１、２１０２、２１０３、２１０４に対応する階調−発光輝度特性の中輝度領域〜最高輝度領域のグラデーションを用いて形成された４つの半球画像（頂点方向から見た平面図）である。

観察者は、４つの半球画像の中から最も高く見える半球画像と最も低く見える半球画像と最も半球形に見える半球画像とを選択して、観察者年齢入力部１９０１に入力する。階調−発光輝度特性記憶部１９０３は、最も高く見える半球画像と最も低く見える半球画像とを除いた残りの階調−発光輝度特性を選択する。最も高く見える半球画像の階調−発光輝度特性は、高輝度領域の階調に対する輝度の割り当てが過剰であり、最も低く見える半球画像は、高輝度領域の階調に対する輝度の割り当てが不足しているからである。

実施例７によれば、実際の年齢層とかけはなれた視感特性を持つ観察者に対して、実施例３よりも適正な階調−発光輝度変換特性を選択できる。

１０１ 映像表示装置（画像表示部）、１０２ 映像信号入力部、１０３ 映像信号
１０４ 階調−発光輝度変換部（階調変換部）、１０５ 輝度信号
１０６ 発光輝度制御部、１０７ 映像発光部（画像表示部）
３０１ ＪＮＤインデックス−刺激光輝度特性曲線
３０２ 低刺激光輝度領域、３０３ 中刺激光輝度領域、３０４ 高刺激光輝度領域
３０５ ＤＩＣＯＭ−ＧＳＤＦ特性曲線
８０１ ２つの輝度差弁別閾極小点を持つＪＮＤインデックス−刺激光輝度特性曲線
１９０１ 観察者年齢入力部、１９０３ 階調−発行輝度特性記憶部
２２０１ 観察者画像入力部、２２０２ 観察者年齢推定部、
２４０２ 観察者視感能力推定部

Claims (10)

1. 画像表示部と、所定の変換特性を用いて入力画像の階調を前記画像表示部に表示させる輝度に対応させる変換処理を行う階調変換部とを備える画像表示装置において、
   前記階調変換部は、表示輝度の常用対数値を用いて評価を行ったとき、高輝度階調領域において、前記階調の最高値に近付くほど中間階調領域における前記階調と前記表示輝度の常用対数値の関係から次第に乖離させて且つ前記階調の刻み幅に割り当てる前記常用対数値の差分量を大きくするように前記変換処理を行うことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記階調変換部は、低輝度階調領域において、前記階調の最低値に近付くほど中間階調領域における前記階調と前記表示輝度の常用対数値の関係から次第に乖離させて且つ前記階調の刻み幅に割り当てる前記常用対数値の差分量を大きくするように前記変換処理を行うことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記階調変換部は、前記中間階調領域で、前記階調の刻み幅に割り当てる前記常用対数値の差分量が局所的に増えるように前記変換処理を行うことを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
4. 周囲明るさを検出する検出手段を備え、
   前記階調変換部は、検出された周囲明るさが明るいほど前記中間階調領域で局所的に増やす前記常用対数値の差分量を少なくするように前記変換処理を行うことを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
5. 前記階調変換部は、前記階調の最高値を前記画像表示部で表示可能な最高輝度に一致させるように前記変換処理を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記中間階調領域における前記階調と前記表示輝度の常用対数値の関係は比例関係を基調とし、
   前記階調変換部は、常用対数を用いて計算した人間が明るさの違いを識別可能な輝度差を弁別閾輝度とするとき、前記階調の最高値と最低値との間に設定される複数の階調を、弁別閾度の等しい刻み幅に対応して設定するように前記変換処理を行うことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の画像表示装置。
7. 前記画像表示部に表示される画像を観察する表示画像観察者について高輝度階調領域の画像信号の変化に対する輝度差識別能力の違いを反映するパラメータ情報を取得するパラメータ情報取得手段を備え、
   前記階調変換部は、前記パラメータ情報取得手段によって取得された前記パラメータ情報に基づいて、前記表示画像観察者の前記輝度差識別能力が低いほど高輝度階調領域の前記階調の刻み幅に割り当てる前記常用対数値の差分量を大きくするように、前記変換処理を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記パラメータ情報は、前記表示画像観察者の年齢であって、
   前記階調変換部は、前記表示画像観察者の年齢が高いほど高輝度階調領域の前記階調の刻み幅に割り当てる前記常用対数値の差分量を大きくするように、前記変換処理を行うことを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
9. 前記パラメータ情報取得手段は、前記画像表示部に表示した質問に対して前記表示画像観察者が前記パラメータ情報を直接入力する手段であることを特徴とする請求項７又は８に記載の画像表示装置。
10. 所定の変換特性を用いて入力画像を所定の画像表示装置に表示させる画像に変換する階調変換部を備える画像処理装置において、
    前記階調変換部は、中間階調領域における前記階調と前記表示輝度の常用対数値の関係から次第に乖離させて前記階調の最高値に近付くほど前記階調の刻み幅に割り当てる前記常用対数値の差分量を大きくするように前記変換処理を行うことを特徴とする画像処理装置。

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