JP2014127884A - 色域変換装置、色域変換方法及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色域変換されたカラー画像の色再現性を向上させることを目的としている。
【解決手段】 基本色域Ｒ１から設定色域Ｒ２へカラー画像の色域を変換する色域変換装置は、カラー画像の画素データの中の最大画素値（InMAX）を検出する第１検出部３と、色域変換行列を用いて、カラー画像の画素データを所定の設定色域Ｒ２に変換する色域変換部２と、色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値（OutMAX）を検出する第２検出部４と、第２検出部で検出された最大画素値（OutMAX）に対する、第１検出部で検出された最大画素値（InMAX）の比（α）を算出する補正係数演算部５と、算出された比を用いて、色域変換されたカラー画像の画素データを補正する補正部６と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラー画像の色域を変換する色域変換技術に関する。

カラー画像の処理では、カラー画像の色域を変換処理することが行なわれている。
このような色域の変換は、色域を拡げる拡張と、色域を狭める圧縮とがあり、表示されるカラー画像を人間の視覚に適した色域に変換する、本来のカラー画像の色合いを表現するために表示装置に適した色域に変換する、などといった目的で行なわれる。

特許文献１には、入力画像の分布に依存して色域圧縮の必要な領域のみを色域圧縮できるとともに、色域圧縮の方向を各領域ごとに連続的に調整できるようにする画像処理装置が記載されている。

特許文献２には、出力系の色域外の色信号を色域圧縮して、入力系の画像を出力系の色域に対応する画像へと変換する際に、入力系の色により近い色へと変換できるようにする画像処理装置が記載されている。

特許文献３には、色域圧縮では、第一の色域の色データを入力する色入力部と、第一の色域の色データを第二の色域内の色データとして圧縮クリッピングする色マッピング部と、圧縮クリッピングした色データと第一の色域の色データを合成する色合成部と、合成した色データを第二の色域のデバイスに出力する色出力部１３とを備える色変換出力装置が記載されている。

特開２０００−８３１７７号公報 特開２０００−２７８５４６号公報 特開２００９−２１８９６１号公報

従来からカラー画像の色域変換は種々な方法により行なわれているが、色域変換されたカラー画像の色再現性が良くないといった課題があった。
より具体的には、例えば色域を圧縮することにより明るさが低下してしまい、色域圧縮されたカラー画像の色合いが元のカラー画像と異なってしまっていた。

本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたものであり、色域変換されたカラー画像の色再現性を向上させることを目的としている。

本発明に係る色域変換方法は、カラー画像の色域を変換する色域変換方法であって、カラー画像の画素データの中の最大画素値を検出するステップと、色域変換行列を用いて、前記カラー画像の画素データを所定の設定色域に変換するステップと、前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出するステップと、前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値に対する、前記色域変換前のカラー画像の画素データの中の最大画素値の比を用いて、前記色域変換されたカラー画像の画素データを補正するステップと、を有する。

これにより、色域変換によって変動した明るさ等を補正して色再現性の高いカラー画像を得ることができる。例えば、色域圧縮によって画像の明るさが低減する場合にあっても、色合いを損なうことなく変換前のカラー画像に近い明るさをもったカラー画像を得ることができる。
本発明は、カラー画像を或る色域へ変換したことによる明るさ等による色合い（階調）を補正することができるものであり、このカラー画像の色域変換は、カラー画像の画素データを色域変換行列を用いて演算するなどといった公知の種々な方法を採用することができる。

ここで、上記のように色域変換及び補正がなされたカラー画像は、例えば、液晶画面を備えたディスプレイ装置により表示され、または、レーザプロジェクタでレーザ光の走査により投影表示され、または、プリンタ装置により紙などの記録媒体に印刷される、といったように種々な画像表示装置により表示されて、ユーザに提示される。

このような利用形態の内で、カラー画像をレーザ光により表示する場合には、レーザ光源が有する色域を表現する性能が、人が心地よく知覚する色域の大きさをかなり上回り、色域変換によりレーザ光により表示するカラー画像の色域をかなり圧縮する場合がある。
カラー画像の色域をかなり小さな色域に圧縮する場合には、その明るさ等もかなり低下してしまう。
したがって、本発明はカラー画像をレーザ光により表示する場合に好適であり、レーザ光源が性能として有する色域をユーザに対する表示用の色域に圧縮する場合に、この圧縮により低下した明るさ等を補正によって補うことができる。

レーザダイオード（ＬＤ）等のレーザ光源から発光されるレーザ光は、環境温度や光源温度などの変動によりレーザ光の波長が変動することが知られている。このようにＲ、Ｇ、Ｂ等といった各色成分のレーザ光の波長が変動すると、これらレーザ光により表現される色域も変動する。
本発明は、前記色域変換前のカラー画像はレーザ光の所定波長における色域に変換したカラー画像とすることで、このようなレーザ波長の変動に対処する方法にも適用することができる。

本発明に係る色域変換装置は、カラー画像の色域を変換する色域変換装置であって、色域変換行列を用いて、カラー画像の画素データを所定の設定色域に変換する色域変換部と、前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値に対する、前記色域変換前のカラー画像の画素データの中の最大画素値の比を用いて、前記色域変換されたカラー画像の画素データを補正する補正部と、を有する。
したがって、上記色域変換方法と同様な作用を奏する。

本発明に係る色域変換装置は、前記色域変換前のカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出する第１検出部と、前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出する第２検出部と、前記第２検出部で検出された最大画素値に対する、前記第１検出部で検出された最大画素値の比を算出する補正係数演算部と、を有し、前記補正部は、前記補正係数演算部で算出された比を用いて、前記色域変換されたカラー画像の画素データを補正するようにすることができる。

また、本発明に係る色域変換装置は、カラー画像の画素データをレーザ光の所定波長における色域に変換する第２の色域変換部を有し、前記色域変換部は、当該第２の色域変換部で色域変換されたカラー画像の画素データを所定の設定色域に変換するようにすることができる。
したがって、上記のようにレーザ波長の変動に対処することもできる。

本発明に係る色域変換方法や色域変換装置は、上記のような種々な画像表示装置に適用することができる。
本発明に係る画像表示装置は、レーザ光によりカラー画像を表示する画像表示装置であって、入力されたカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出する第１検出部と、色域変換行列を用いて、前記入力されたカラー画像の画素データを所定の設定色域に変換する色域変換部と、前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出する第２検出部と、前記第２検出部で検出された最大画素値に対する、前記第１検出部で検出された最大画素値の比を算出する補正係数演算部と、前記補正係数演算部で算出された比を用いて、前記色域変換されたカラー画像の画素データを補正する補正部と、前記補正部で補正された画素データに基づいてレーザ光により前記色域変換されたカラー画像を表示する画像表示部と、を有する。
したがって、上記色域変換方法と同様な作用を奏する。

本発明によると、色域変換されたカラー画像の色再現性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る色域変換装置の要部の構成図である。 本発明の一実施形態に係る色域変換装置の処理を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る色域変換装置の色域圧縮を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る色域変換装置の処理結果を説明する図である。 本発明の他の例に係る色域変換を説明する図である。 本発明の他の一実施形態に係る色域変換装置の要部の構成図である。 本発明の他の一実施形態に係る色域変換装置の処理を説明する図である。 本発明の他の一実施形態に係る色域変換装置の色域変換を説明する図である。 本発明の他の一実施形態を適用した画像表示装置の要部の構成図である。

本発明は、レーザ光により表示されるカラー画像に限らず、電子線、液晶、トナーなどといった種々な方法で表示されるカラー画像の色域変換に適用できるものであるが、以下では、レーザ光により表示されるカラー画像を色域変換する例を説明する。

まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図１には本例に係る色域変換装置を示してあり、この色域変換装置１は、パーソナルコンピュータなどから入力されるカラー映像信号（Video入力）が入力される色域変換部２及び第１の最大値検出部３、色域変換部２からの出力が入力される第２の最大値検出部４、第１の最大値検出部３と第２の最大値検出部４からの出力が入力される補正係数演算部５、色域変換部２と補正係数演算部５からの出力が入力されるデータ補正部６を有している。
なお、データ補正部６からの出力は、本例では、後述するようにＲ（赤色成分）、Ｇ（緑色成分）、Ｂ（青色成分）のレーザ光によりカラー画像を投影する画像表示部５０に入力される。

上記の各処理部２〜６の機能を、図２に示す処理手順に沿って説明する。
色域変換部２は、カラー映像信号が入力されると、そのカラー画像を色域変換する（ステップＳ１）。
具体的には、色域変換部２は、図３に示すように、パーソナルコンピュータなどから入力されたカラー画像の色域（基本色域）Ｒ１を、当該カラー画像をレーザ光により表示するに適した所定の色域（設定色域）Ｒ２に圧縮する。
なお、設定色域Ｒ２は、表示しようとするカラー画像の色域に応じて設定されるものである。

この変換（圧縮）処理は、（式１）に示すように、基本色域Ｒ１のカラー画像の画素データ（Ｅr、Ｅg、Ｅb）を、３行３列の公知の変換行列（Ａ11、Ａ12、Ａ13／Ａ21、Ａ22、Ａ23／Ａ31、Ａ32、Ａ33）を用いて、設定色域Ｒ２のカラー画像の画素データ（Ｅ’r、Ｅ’g、Ｅ’b）に変換する。この変換行列は、Ｙxy表示系での出力デバイスの色域値と狙った色域値とから求められる。
なお、Ｅrは赤色成分の画素データ、Ｅgは緑色成分の画素データ、Ｅb青色成分の画素データであり、画素データ（Ｅ’r、Ｅ’g、Ｅ’b）、更には、後述する画素データ（Ｅ”r、Ｅ”g、Ｅ”b）及び画素データ（Ｅ0r、Ｅ0g、Ｅ0b）についても同様である。

また、第１の最大値検出部３は、カラー映像信号が入力されると、そのカラー画像の画素データ（Ｅr、Ｅg、Ｅb）の中で最大画素値（InMAX）を検出する（ステップＳ２）。すなわち、色域変換前の画素データ中の最大画素値（InMAX）を検出する。
ここで、色域変換部２による色域変換処理（ステップＳ１）と、第１の最大値検出部３による最大画素値検出処理（ステップＳ２）は、実行する順は問わず、両者を同時並行して実行してもよい。

次いで、第２の最大値検出部４が、設定色域Ｒ２に圧縮されたカラー画像の画素データ（Ｅ’r、Ｅ’g、Ｅ’b）の中で最大画素値（OutMAX）を検出する（ステップＳ３）。すなわち、色域変換された画素データ中の最大画素値（OutMAX）を検出する。
そして、補正係数演算部５が、（式２）に示すように、色域変換された画素データ中の最大画素値（OutMAX）に対する、色域変換前の画素データ中の最大画素値（InMAX）の比として補正係数αを算出する（ステップＳ４）。
この補正係数αは、色域変換による画素値の変動の程度を示しているということができ、本例の補正係数αは、色域圧縮によって画素値が減少した程度、すなわち、色域圧縮によってカラー画像の明るさ等が減少した程度の逆数ということができる。

そして、データ補正部５が、（式３）に示すように、設定色域Ｒ２に圧縮された画素データ（Ｅ’r、Ｅ’g、Ｅ’b）に補正係数αを乗算して補正し（ステップＳ５）、補正された画素データ（Ｅ”r、Ｅ”g、Ｅ”b）を画像表示部５０へ出力する。
この補正は、色域圧縮による画素値を減少の程度に応じて補うということができ、補正された画素データ（Ｅ”r、Ｅ”g、Ｅ”b）によるカラー画像は、色域変換前の画素データ（Ｅ’r、Ｅ’g、Ｅ’b）によるカラー画像と同等な明るさ等を有する。すなわち、カラー画像が、元の明るさ等を維持して色域変換させる。なお、図３に示す例は、基本色域Ｒ１を、それに相似な設定色域Ｒ２に変換しており、色域変換によっても明るさの他、色合いも維持される。

図４には、色域変換処理だけを行なった場合（同図（ａ））と、上記のように色域変換処理及び補正処理を行なった場合（同図（ｂ））とにおける、処理後のカラー画像の彩度と明るさを示してある。
同図から明らかなように、色域変換処理だけを行なった場合に比べて、色域変換処理及び補正処理を行なった場合には、彩度はほぼ同じであるが、明るさが色域変換前の画像と同程度に向上し、カラー画像が表現できる階調が増加されている。

ここで、上記の基本色域Ｒ１は、各色成分のレーザ光源が設計通りの波長のレーザ光を発光することを前提とした色域であるが、温度変化によりレーザ光源が発光するレーザ光の波長が変動した場合には、例えば図５に示すように、波長のシフト変動に応じて基本色域Ｒ１はシフト色域Ｒ３にシフトする。
図６〜図８に示す本発明の他の一実施形態は、このようなレーザ光の波長変動にも対処することができる。
なお、上記の一実施形態と同様な部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。

図６には本例に係る色域変換装置を示してあり、この色域変換装置１は、図１に例示した例の色域変換装置に、第２の色域変換部７と、波長検出部８とを加えており、パーソナルコンピュータなどから入力されるカラー映像信号（Video入力）は第２の色域変換部７に入力され、第２の色域変換部７からの出力が色域変換部２及び第１の最大値検出部３に入力される。
なお、画像表示部５０には、環境温度やレーザ光源の温度を検出する温度検出部５１が備えられている。

図７に本例の処理手順を示すように、第２の色域変換部７は、色域変換部２及び第１の最大値検出部３による処理の前処理として設けられており、図５に示すように、温度変化によりシフトしたレーザ光の色域Ｒ３を、基本色域Ｒ１へ変換する処理を行なう（ステップＳ０）。
この変換処理は、（式４）に示すように、シフト色域Ｒ３のカラー画像の画素データ（Ｅ0r、Ｅ0g、Ｅ0b）を、３行３列の公知の変換行列（Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13／Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23／Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33）を用いて、基本色域Ｒ１の画素データ（Ｅr、Ｅg、Ｅb）に変換する。この変換行列は、Ｙxy表示系での出力デバイスの色域値と狙った色域値とから求められる。

第２の色域変換部７による色域変換処理は、波長検出部８が検出するレーザ光の波長シストに応じてなされ、波長のシフト量に応じた変換行列（Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13／Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23／Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33）が用いられる。
波長検出部８は、温度検出部５１で検出された温度情報が入力され、これに基づいて、画像表示部５０の画像投影用レーザ光の波長のシフトを検出する。

第２の色域変換部７により基本色域Ｒ１に変換された画素データ（Ｅr、Ｅg、Ｅb）は、上記と同様に、各処理部２〜６によって処理されて画像表示部５０に入力されて、レーザ光によりカラー画像は表示される。
すなわち、本例では、図８に示すように、温度変化によりシフトした色域Ｒ３を基本色域Ｒ１へ変換し、この基本色域Ｒ１を設定色域Ｒ２へ圧縮する処理がなされる。したがって、レーザ光の波長変動が生じても、これに対応して、所定の設定色域Ｒ２によるカラー画像を画像表示部５０で表示させることができる。

図９には、画像表示装置の一例であるレーザプロジェクタ５０に、図６に示した色域変換装置１を適用した構成例を示してある。
なお、図６及び図９には、色域変換装置１をレーザプロジェクタ５０に接続した態様で示すが、色域変換装置１をレーザプロジェクタ５０に一体的に組み込んだ態様としてもよい。

レーザプロジェクタ５０は、レーザ光源５２ａ〜５２ｃと、各種の光学素子５３〜５５と、ＭＥＭＳ走査ミラー５６と、各種の駆動・制御ユニット５７〜６１を主体に構成されており、温度センサ等からなる温度検出部５１が設けられている。
レーザプロジェクタ５０は、赤青緑の各成分のレーザ光を合成した上で、スクリーンや壁などの投射面Ａに投影することによって、映像信号に応じたカラー画像を投射面Ａ上に表示する。

レーザ光源５２ａ〜５２ｃは、レーザドライバ６１から個別に供給される駆動電流によって互いに独立して駆動する。これによって、レーザ光源５２ａからは青成分（Ｂ）、レーザ光源５２ｂからは緑成分（Ｇ）、レーザ光源５２ｃからは赤成分（Ｒ）といったように、特定の波長のレーザ光が発光出射される。
映像処理部５９は、色域変換装置１から入力される入力映像信号に基づいて、所定の時間間隔で映像データをレーザ制御部６０に送信し、これにより、レーザ制御部６０は所定の走査位置における画素データを得る。
レーザ制御部６０は、画素データに基づいて投影範囲に複数の画素からなる映像を投影するために、駆動電流信号によりレーザドライバ６１を制御する。

ダイクロイックミラー５３、５４は、特定波長のレーザ光のみを透過し、それ以外を反射することによって、レーザ光源５２ａ〜５２ｃから出射された各色成分のレーザ光を合成する。具体的には、レーザ光源５２ａ、５２ｂから出射された青成分および緑成分のレーザ光は、光路上流側のダイクロイックミラー５３において合成された上で、光路下流側のダイクロイックミラー５４に出射される。この出射された合成光は、ダイクロイックミラー５４においてレーザ光源５２ｃから出射された赤成分のレーザ光と更に合成され、目標となる最終的なカラー光として出射される。この出射されたカラー光は、レンズ５５を介して走査ミラー５６に入射される。

ＭＥＭＳ走査ミラー５６は、走査ミラー制御部５８から駆動信号が入力される走査ミラードライバ５７によって走査変位され、自己に入射したカラー光を、自己の振れ角に応じて反射して投射面Ａ上に投射する。この走査ミラー５６は、投射面Ａの水平方向Ｘおよび垂直方向Ｙに対応した二次元的な自由度を有しており、その二次元的な変位に対応した線順次走査によって、投射面Ａ上に画像を形成する。この線順次走査は、投射面Ａ上におけるある水平ラインで一方向にレーザスポットｐを進め、次の直下の水平ラインで逆方向にレーザスポットｐを戻すことの繰り返しによって、１フレーム内で連続して行われる。

このレーザプロジェクタ５０では、温度変化でレーザ光の波長が変動した場合にあっても、パーソナルコンピュータ等の外部から入力された映像信号に基づいて、レーザプロジェクタ５０に設定された色域Ｒ２でカラー画像をレーザ光により投影表示することができる。
なお、画像表示装置の一例であるレーザプロジェクタ５０に、図１に示した色域変換装置１を適用することもでき、この場合には、パーソナルコンピュータ等の外部から入力された映像信号に基づいて、レーザプロジェクタ５０に設定された色域Ｒ２でカラー画像をレーザ光により投影表示することができる。

上記色域変換装置１の各処理部２〜８や、画像表示装置の各処理部５７〜６１は、それぞれ専用のハードウエアで構成することもできるが、色域変換装置や画像表示装置を構成するコンピュータハードウエアで所定のプログラムを実行することにより構成することができる。
また、上記では、基本色域Ｒ１を設定色域Ｒ２に圧縮する例を示したが、設定色域Ｒ２が基本色域Ｒ１より大きく、基本色域Ｒ１を設定色域Ｒ２に拡張する場合にも本発明を適用することができる。

１：色域変換装置、 ２：色域変換部、
３：第１の最大値検出部、 ４：第２の最大値検出部、
５：補正係数演算部、 ６：データ補正部、
７：第２の色域変換部、 ８：波長検出部、
５０：画像表示部（レーザプロジェクタ）、 ５１：温度検出部、
５２ａ〜５２ｃ：レーザ光源、 Ｒ１：基本色域、
Ｒ２：設定色域、 Ｒ３：シフト色域、

Claims (5)

1. カラー画像の色域を変換する色域変換方法において、
   カラー画像の画素データの中の最大画素値を検出するステップと、
   色域変換行列を用いて、前記カラー画像の画素データを所定の設定色域に変換するステップと、
   前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出するステップと、
   前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値に対する、前記色域変換前のカラー画像の画素データの中の最大画素値の比を用いて、前記色域変換されたカラー画像の画素データを補正するステップと、
   を有することを特徴とする色域変換方法。
2. カラー画像の色域を変換する色域変換装置において、
   色域変換行列を用いて、カラー画像の画素データを所定の設定色域に変換する色域変換部と、
   前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値に対する、前記色域変換前のカラー画像の画素データの中の最大画素値の比を用いて、前記色域変換されたカラー画像の画素データを補正する補正部と、
   を有することを特徴とする色域変換装置。
3. 請求項２に記載の色域変換装置において、
   前記色域変換前のカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出する第１検出部と、
   前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出する第２検出部と、
   前記第２検出部で検出された最大画素値に対する、前記第１検出部で検出された最大画素値の比を算出する補正係数演算部と、を有し、
   前記補正部は、前記補正係数演算部で算出された比を用いて、前記色域変換されたカラー画像の画素データを補正することを特徴とする色域変換装置。
4. 請求項２又は３に記載の色域変換装置において、
   カラー画像の画素データをレーザ光の所定波長における色域に変換する第２の色域変換部を有し、
   前記色域変換部は、当該第２の色域変換部で色域変換されたカラー画像の画素データを所定の設定色域に変換することを特徴とする色域変換装置。
5. レーザ光によりカラー画像を表示する画像表示装置において、
   入力されたカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出する第１検出部と、
   色域変換行列を用いて、前記入力されたカラー画像の画素データを所定の設定色域に変換する色域変換部と、
   前記色域変換されたカラー画像の画素データの中の最大画素値を検出する第２検出部と、
   前記第２検出部で検出された最大画素値に対する、前記第１検出部で検出された最大画素値の比を算出する補正係数演算部と、
   前記補正係数演算部で算出された比を用いて、前記色域変換されたカラー画像の画素データを補正する補正部と、
   前記補正部で補正された画素データに基づいてレーザ光により前記色域変換されたカラー画像を表示する画像表示部と、
   を有することを特徴とする画像表示装置。

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