JP2015133606A - ホワイトバランス調整方法、ホワイトバランス調整装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画像のＸ，Ｙ，Ｚ値の光学測定回数が少なくて済み、高精度、かつ輝度低下を最小限に抑えたホワイトバランスの調整技術を提供する。【解決手段】限定された複数の階調値における表示装置の光学データを測定し、測定した階調値を引数とする多次のスプライン関数を生成し、色空間座標値の予測値をスプライン関数を用いて計算し、色空間座標値の予測値を、予め設定された目標値でそれぞれの色空間の座標軸値ごとに除した値の中から最小値を算出する。そして、色空間座標値の予測値から目標値に最小値を乗算した値を減算した値を並べた行列により、色空間座標値の予測値の目標値からのズレを計算し、スプライン関数より、与えられた階調値における、階調値に対する色空間座標値の傾きを配列したヤコビ行列を作成し、上記行列をヤコビ行列の逆行列で一次変換した値を新たな階調値とする。【選択図】図３

Description

本発明はホワイトバランスの調整技術に関し、特に、液晶表示装置等の表示装置におけるホワイトバランスの調整技術に関する。

液晶表示装置は、一般的に二枚のガラスに挟まれた液晶を電気光学的に開閉制御することで、バックライトの光を透過または遮断して映像を表示するが、液晶の開閉制御は微小な画素単位で行われ、一般的には、当該画素ごとにＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のカラーフィルタを備えることでカラー表示を可能としている。

バックライトには、近年、ＣＣＦＬ（Cold-Cathode Fluorescent Lamp）に代えて白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が多く用いられている。白色ＬＥＤはその色度のばらつきも多く、結果的に液晶表示装置の画素を白表示（Ｒ、Ｇ、Ｂ何れも全開状態）にした際の白色のばらつきの主要因となる。

人間の目は白色付近の色度の差異に敏感であり、僅かな白色ばらつきであってもその差が認識されることも多く、白色色度のばらつきを抑えることが望まれている。

一般にばらつきそのものを抑制するのは難しいが、例えば映像信号処理技術を使用して補正することは容易である。

例えば８Ｂｉｔ／ｃｏｌｏｒの分解能を持つ表示装置の場合、各色０〜２５５の階調値で制御されるが、白表示（Ｒ，Ｇ，Ｂ＝２５５，２５５，２５５）した際に、所望の色度より青っぽかった場合は、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，２５５，２４９）のように調整することで青の成分を減少させ、所望の色度を表示させることができる。

ここで、この白表示する際の値（２５５，２５５，２４９）は、表示装置の個体ばらつきにより決める必要があり、この値を決定するパラメータを決定する処理をホワイトバランス調整と呼称する。

ここで、ホワイトバランス調整は、理想的な光学特性を持たない表示装置（理想的ではない表示装置）においては、調整の精度を高めるために何らかの工夫が必要となる。

例えば、特許文献１では、補正をかけたＲ，Ｇ，Ｂの階調値に対し、実際に光原色の三刺激値であるＸ，Ｙ，Ｚ値の光学測定を行い、所望とする値からの誤差をベースにして、再度Ｒ，Ｇ，Ｂ値を補正するフィードバック制御を行っている。

一方、ホワイトバランス調整は、表示装置の製造時に個別に行われることが多く、調整に時間がかかってしまうと、生産効率の低下によるコストアップ等の弊害があるため、なるべく短時間で終了させることが望ましい。

最も時間がかかるのは表示画像のＸ，Ｙ，Ｚ値の光学測定であり、なるべくこの回数を減らすことが時間短縮につながる。また、ホワイトバランス調整後は、ガンマ補正と呼称される処理が必須であるが、理想的ではない表示装置では、単純にゲインをかけた補正ではグレー階調表示（入力されるＲ，Ｇ，Ｂの階調値が同じ値ではあるが、２５５ではない階調表示）において色ずれが生じる。そのため特許文献１では、全ての（若しくは間引いた）階調で２５５階調と同じ処理を実施することが提案されているが、表示画像のＸ，Ｙ，Ｚ値の光学測定回数が飛躍的に増加するという問題がある。

特開２００５−３２８３８６号公報

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、理想的ではない表示装置であっても、表示画像のＸ，Ｙ，Ｚ値の光学測定回数が少なくて済み、高精度、かつ輝度低下を最小限に抑えたホワイトバランスの調整技術を提供することを目的とする。

本発明に係るホワイトバランス調整方法は、表示装置のホワイトバランスを補正するためのパラメータを決定するホワイトバランス調整方法であって、（ａ）前記表示装置を単色表示させて、限定された複数の階調値における光学データを測定し、測定した階調値を引数とする多次のスプライン関数を生成するステップと、（ｂ）階調値の初期値を設定するステップと、（ｃ）前期初期値を含む与えられた階調値に対して色空間座標値の予測値を前記スプライン関数を用いて計算するステップと、（ｄ）前記色空間座標値の予測値を、予め設定された目標値でそれぞれの色空間の座標軸値ごとに除した値の中から最小値を算出するステップと、（ｅ）前記色空間の座標軸ごとに、前記色空間座標値の予測値から前記目標値に前記最小値を乗算した値を減算した値を並べた行列により、前記色空間座標値の予測値の前記目標値からのズレを計算するステップと、（ｆ）前記スプライン関数より、前記与えられた階調値における、階調値に対する色空間座標値の傾きを配列したヤコビ行列を作成するステップと、（ｇ）前記行列を前記ヤコビ行列の逆行列で一次変換した値を、現在の階調値から減算した計算結果を新たな階調値として算出するステップと、を備え、前記新たな階調値を計算後、前記色空間座標値の予測値と前記目標値との差異が、予め設定された差異以下となるまで、前記ステップ（ｃ）〜（ｇ）を繰り返し、前記色空間座標値の予測値と前記目標値との差異が、予め設定された差異以下となった時点での階調値を、前記パラメータとする。

本発明に係るホワイトバランス調整方法によれば、光学データの測定回数を最低限に抑えつつ、高精度なホワイトバランス調整が可能となるので、短時間でのホワイトバランス調整ができ、ホワイトバランス補正に要する時間を低減することができる。また、色空間座標値の予測値を、予め設定された目標値でそれぞれの色空間の座標軸値ごとに除した値の中から最小値を算出し、当該最小値を用いて色空間座標値の予測値の目標値からのズレを計算するので、輝度低下を極力抑制したホワイトバランス補正が可能となる。

ホワイトバランス補正を行う補正部の構成の一例を示すブロック図である。 ホワイトバランス補正を行う補正部の構成の一例を示すブロック図である。 本発明に係るホワイトバランス調整方法を説明するフローチャートである。 階調刺激値特性を示す図である。 ガンマ補正のパラメータを決定する方法を説明するフローチャートである。 ガンマ補正のパラメータを決定する方法を説明するフローチャートである。 ニュートン法でβを求める方法を説明するフローチャートである。 本発明に係るホワイトバランス調整方法を導入した調整装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係るホワイトバランス調整方法を導入した表示装置の構成を示すブロック図である。

＜はじめに＞
本発明に係る実施の形態の説明に先立って、ホワイトバランス調整について説明する。

８Ｂｉｔ／ｃｏｌｏｒの分解能を持つ表示装置において、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）それぞれの階調は０〜２５５の階調値で制御される。ここで、それぞれの階調値がＧＳＲ，ＧＳＧ，ＧＳＢで与えられた場合、理想的な表示装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの強度値Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂは、一般化された以下の数式（１）で表される。

上記数式（１）において、文字ＡにはＲ，Ｇ，Ｂのいずれかが与えられ（Ａ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）、Ｉ_Ａは、Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂの何れかを表し、ＧＳＡは、ＧＳＲ，ＧＳＧ，ＧＳＢの何れかを表しており、Ｉ_Ａの値は０〜１の範囲となる。

Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの単色を表示した際の三刺激値をＸ_Ａ，Ｙ_Ａ，Ｚ_Ａ（Ａ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）とすると、表示される色空間座標（ＸＹＺ空間）は、以下の数式（２）で計算できる。

従って、この３行３列の行列を満たすように、予め三刺激値を光学測定により取得しておけば、所望とする色座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が与えられた場合に、数式（２）の逆演算より強度値Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂを計算することができる。具体的には、以下に説明する手順で計算する。

目標とする白色色度をｘ_ｗ，ｙ_ｗ（ＣＩＥ１９３２のＬｘｙ表色系）とすると、この指標には輝度の情報が含まれないので、ＸＹＺ空間でのベクトルが一意には定まらない。つまり方向のみ定まり、大きさは任意である。所望とするＸＹＺ空間での座標値（Ｘ_Ｗ，Ｙ_Ｗ，Ｚ_Ｗ）は、大きさを適当に与えることで以下の数式（３）のように書くことができる。

数式（２）と数式（３）より、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの強度値Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂは、次のように計算される。

ここで、強度値Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂは、何れも１にはならない。なぜなら、数式（３）において大きさの絶対値を適当に与えたからである。よって、強度値Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂの中で最大値を探し、その値で、強度値Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂを規格化することで、輝度低下を最小限に抑えた強度値Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂを得ることができる。

なお、映像信号処理によるホワイトバランス調整では、必ず輝度低下が生じるのでその低下分は少ないほうが望ましい。そのためにも、強度値Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂの何れかは最大になるようにする必要がある。

そして、階調値ＧＳＡは、数式（１）を変形して以下の数式（５）で表される。

従って、数式（４）により強度値Ｉ_Ａが求まれば、数式（５）により階調値ＧＳＡが求まり、補正後の白色表示階調を算出することができる。

白色階調を求めた後は、階調値が２５５ではない色、例えば（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，２５５，２４９）では、Ｂについて、何らかのガンマ補正処理が必要となる。そうしないと、入力階調が２５５の場合と２５４の場合とでガンマ特性に差が生じてしまう。最も簡単には、Ｂの入力階調に、２４９／２５５（ゲイン）を乗じた演算を施すことで、入力階調が２５５の場合と２５４の場合とでガンマ特性に差が生じず、滑らかにつなぐことが可能となる。

しかし、上記は理想的な光学特性をもつ表示装置であれば成り立つが、通常は、各種要因、例えば数式（１）のカーブや、数式（２）の関係式などに誤差を持っており、ホワイトバランス調整結果の誤差要因となる。

＜実施の形態＞
＜ホワイトバランス調整について＞
以上説明したホワイトバランス調整方法を踏まえて、以下に、本発明に係るホワイトバランス調整方法について説明する。

図１は、ホワイトバランス補正を行う補正部の構成の一例を示すブロック図である。ここで、ホワイトバランス補正とは、値が２５５である入力値を補正して出力する処理であり、ホワイトバランス調整とは、値が２５５である入力値を補正するための係数やルックアップテーブル値（ＬＵＴ値）などの変換のためのパラメータを決定する処理である。

補正部は、リアルタイム処理に対応するためハードウェアとして表示装置に組み込まれており、図１に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの入力に対応したルックアップテーブルＬＵＴ＿Ｒ１１、ＬＵＴ＿Ｇ１２およびＬＵＴ＿Ｂ１３を備えた変換処理部１０を有している。このため、例えば、ある入力値としてＲの入力データ（「入力Ｒ」）がルックアップテーブルＬＵＴ＿Ｒ１１に入力されると、予めホワイトバランス調整で決定され、ルックアップテーブルＬＵＴ＿Ｒ１１に格納されたルックアップテーブル値が、「出力Ｒ」として出力される。

同様に、「入力Ｇ」がルックアップテーブルＬＵＴ＿Ｇ１２に入力されると、予め実行されたホワイトバランス調整で決定され、ルックアップテーブルＬＵＴ＿Ｇ１２に格納されたルックアップテーブル値が、「出力Ｇ」として出力され、「入力Ｂ」がルックアップテーブルＬＵＴ＿Ｂ１３に入力されると、予めホワイトバランス調整で決定され、ルックアップテーブルＬＵＴ＿Ｂ１３に格納されたルックアップテーブル値が、「出力Ｂ」として出力される。なお、入出力の関係は基本的に任意に設定できる。

ここで、入力データは８Ｂｉｔ（０〜２５５）の値を採るが、出力データは、もしこれが８Ｂｉｔで入力データと同じであれば、どこかで同一値が出力されることになるので階調潰れ（階調数減少）を招く。そのため出力データ幅は１０Ｂｉｔとするなど、入力データ幅よりも大きいほうが望ましい。ただし、表示装置本来の階調数（Ｂｉｔ数）よりも、ＬＵＴの出力Ｂｉｔ数が大きければ、そのままでは出力することはできず、その場合は、ディザ処理等の手法を用いることで、擬似的に階調を表現する構成とすれば良い。

なお、先に説明したように、ホワイトバランス補正とは、値が２５５である入力値を補正して出力する処理であるが、値が２５５ではない入力値に対する補正をガンマ補正と呼称し、当該ガンマ補正のためのパラメータを決定する処理はガンマ調整と呼称する。そして、図１に示す補正部は、ガンマ補正にも適用することができる。

図２は、補正部の構成の他の例を示すブロック図である。図２に示す補正部は、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの入力に対応した乗算部２１、２２および２３を有しており、乗算部２１〜２３のそれぞれには、ゲインとなる係数ｋＲ、ｋＧおよびｋＢを与える係数保持部２１１、２２１および２３１が付属しており、乗算部２１〜２３に入力されたＲ，Ｇ，Ｂの入力データのそれぞれと乗算され、「出力Ｒ」、「出力Ｇ」および「出力Ｂ」として出力される。

なお、係数保持部２１１、２２１および２３１にそれぞれ保持された、係数ｋＲ、ｋＧおよびｋＢは、予め実行されたホワイトバランス調整で決定される。

ただし、図２の補正部では、単純な係数の乗算処理を行うため、最大値（すなわち２５５）以外の他の入力値に対しては、当該係数によって出力値が決まってしまう。このため、もしガンマ特性などに理想状態に対する歪みがあると、例えば、白表示以外のグレー表示（入力Ｒ，Ｇ，Ｂが同じ値であるが、全てが２５５ではない）においてバランスが崩れてしまい、色ずれを生じてしまう。

よって、このような補正に起因したアーチファクトを防止するには、理想的ではない表示装置に対しては、図１に示した補正部によるホワイトバランス補正処理やガンマ補正処理を行う方が望ましい。換言すれば、図２に示した補正部は、ホワイトバランス補正に適した構成であると言える。

次に、図３に示すフローチャートを用いて、ホワイトバランス調整方法について説明する。なお、以下の説明では、図１に示した補正部によるホワイトバランス補正処理で使用されるパラメータの決定方法について説明するが、当該方法は、図２に示した補正部によるホワイトバランス補正処理に使用されるパラメータの決定に対しても適用可能である。

図３に示すホワイトバランス調整のフローでは、まずステップＳ１において、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対して限定された複数の階調での光学データを測定し、測定した光学データより三次スプライン関数を算出する。

すなわち、特に液晶表示装置では、階調値ＧＳＡ（Ａ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）と、輝度との関係が数式（１）からずれてしまう場合が多い。さらには、階調値と三刺激値であるＸ，Ｙ，Ｚ値（相対値）との関係を表す特性（以下、「階調刺激値特性」と呼称）は、図４に示すように、三刺激値で完全には一致していない。従って、例えばＧのＹ刺激値を所望の強度値Ｉ_Ｇに比例するように完全に調整したとしても、ＧのＺ刺激値は強度値Ｉ_Ｇと完全には比例しないこともある。これはＧ単色の階調を表示した場合に、階調ごとに色度がわずかに異なることに相当する。また、各色で階調刺激値特性は異なり、この特性の取得が重要となる。

上記階調刺激値特性は、単色表示を階調ごとに行い、その際のＸ，Ｙ，Ｚ値を記録することで得られる。従って、３色のそれぞれについて、２５６階調の全てについて光学測定すれば、精度の高い情報が得られるが、そのためには７６８回の光学測定が必要となり、非常に多くの測定時間が必要となる。これでは、表示装置の製造過程での調整などには適さない。

そのため、本発明においては、各色のそれぞれで、限定された複数の階調での光学測定を行い、補間により階調刺激値特性を得るので、測定時間を抑制することができる。

補間には多項式補間が望ましく、ここでは三次スプライン補間を使用する。三次スプラインは、補間関数が三次多項式であり、測定点（関数の接続点）において微分係数が連続となるよう算出される。よって、一度関数を計算すれば、値の導出のみならず、微分係数の導出も容易に可能である。

測定点は、最小限の測定点でスプライン関数を生成した時に、図４に示した階調刺激値特性がほぼ再現できる階調を選択する。

例えば最大値、最小値、中間値および図４におけるＺ刺激値の特性に見られる高階調での特異領域あたりの階調値での光学測定が最低限必要となる。

そして、得られた測定値から、黒（Ｒ，Ｇ，Ｂ＝０，０，０）表示の際のＸ，Ｙ，Ｚ値を引いた値でスプライン関数を算出する。ここで、黒表示のＸ，Ｙ，Ｚ値を、それぞれＸ_０，Ｙ_０，Ｚ_０とし、算出したスプライン関数を、ＸＡ（ＧＳＡ），ＹＡ（ＧＳＡ），ＺＡ（ＧＳＡ）と表す。なお、文字ＡにはＲ，Ｇ，Ｂのいずれかが与えられる（Ａ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）。

ここで、図３のフローチャートに戻り、ステップＳ２において、収束演算の開始点として、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢの初期階調値を、輝度低下の最も少ない２５５（最大値）に設定する。

次に、ステップＳ３において、階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢ（初期値は２５５，２５５，２５５）が与えられた場合の予測Ｘ，Ｙ，Ｚ値（色空間座標値の予測値）を計算する。以下、予測Ｘ，Ｙ，Ｚ値をＸ_Ｐ，Ｙ_Ｐ，Ｚ_Ｐとする。

計算式は以下の数式（６）で与えられる。数式（６）は、コントラストが有限（黒輝度がゼロではない値を採る）で、加法混色が成り立つ場合に成立するものである。なお、他の要因により無視できない誤差を生じる場合は補正項が必要となるが、ここでは数式（６）が成り立つものとする。

次に、ステップＳ４において、色度の目標値（絶対値を任意に設定したＸ，Ｙ，Ｚ値）を、Ｘ_Ｔ，Ｙ_Ｔ，Ｚ_Ｔとして、ステップＳ３で計算した予測値を目標値で割った値の最小値ｋＴｇｔを算出する。計算式は以下の数式（７）で与えられる。

上記数式（７）において、ｍｉｎ（ ）は、（ ）内の計算式で得られた値の組み合わせのうち最も小さい値の組み合わせを表すことを定義している。

次に、ステップＳ５において、予測値の目標値からのズレを、以下の数式（８）に示す行列Δにより計算する。

次に、ステップＳ６において、誤差が所定値以下であるかどうかを計算して終了判定を行う。これは、行列Δの各要素のそれぞれの大きさが全て所定の範囲内であるか否かで判定しても良いし、行列Δのベクトルの大きさで判別しても良い。

また、行列ではなく、予測値Ｘ_Ｐ，Ｙ_Ｐ，Ｚ_Ｐから計算される色度と、目標値Ｘ_Ｔ，Ｙ_Ｔ，Ｚ_Ｔとから計算される色度との色差で判別しても良い。なお、ステップＳ６は、ステップＳ３の後で行っても良い。

ステップＳ６で誤差が所定値以下と判断された場合は、その時の階調値ＧＳＲ，ＧＳＧ，ＧＳＢの値をホワイトバランス調整値として使用し、一連の処理を終了するが、誤差が所定値を超える場合は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、ヤコビ行列Ｊを作成する。すなわち、ステップＳ１で算出したスプライン関数より、現在の階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢにおける一次の微分係数（階調値に対する色空間座標値の傾き）を取得し、以下の数式（９）のように３行３列に配列する。

そして、ステップＳ８において新たな階調値を計算する。まずは、以下の数式（１０）に示すように、行列Δを、行列Ｊの逆行列で一次変換した計算結果（Ｊ^−１・Δ）を、修正すべきΔＧＳとして現在の階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢから減算し、新たな階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢを算出する。

行列Ｊの逆行列は、ｄＧＳ／ｄＸＹＺの次元であるので、これにΔ（次元はＸＹＺ）を乗じて修正すべきΔＧＳを算出する。

そして、新たな値が最大値の２５５以上であれば２５５とし、０未満であれば０とすることで、最大値、最小値の制限を行う。

なお、上記数式（１０）において、αは収束演算の発振防止のための係数であり、１以下の値に設定される。理想的な光学特性からのズレの大きな表示装置の場合、αを小さくしたほうが良い場合もある。その場合、収束演算回数は増加するので、特性にあわせた値を決定することが望ましいが、本収束演算は、表示装置の調整工程でＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置によって行われることを前提としているので、演算回数が増えても、人間が認識できない程の時間で終了する。

ステップＳ８において算出された新たな階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢに対して、ステップＳ６で誤差が所定値以下と判断さされるまで、ステップＳ３以下の処理を繰り返す。この処理の繰り返しにより、理想的ではない光学特性を持つ表示装置においても、次第に予測値が目標値に近づき、ホワイトバランス補正のためのパラメータを高精度に決定することができる。

なお、上述したホワイトバランス調整における誤差の発生要因としては、数式（６）における加法混色と、スプライン関数の誤差（測定誤差と補間誤差）が挙げられるが、発明者による試行では、ある液晶表示装置を用いた調整に適用して十分な精度（u’v’座標系で０．００１未満）が得られたことが確認されている。

ここで、数式（７）でｋＴｇｔを算出す理由は、数式（７）で三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれの予測値と目標値の比の最小値を求めることで、数式（８）の何れかの行を０とすることにある。

すなわち、ホワイトバランス調整では、輝度低下を極力抑えるために、表示可能な色空間の中で所望の色度を持つ最大輝度の点を探す必用があるが、理想的ではない表示装置の場合、表示可能な色空間が６面体ではなく曲面体となるのでその計算が単純でない。

本発明では収束演算過程で、ターゲットとするＸＹＺ座標も少しずつ変化させることになるが、ｋＴｇｔ値を使うことで、目標値が極力、上記曲面体の縁となるように計算することができ、輝度低下を極力抑制することができる。

＜ガンマ調整について＞
ホワイトバランス調整が終了することで、図１に示した補正部のルックアップテーブルＬＵＴ＿Ｒ１１、ＬＵＴ＿Ｇ１２およびＬＵＴ＿Ｂ１３における、入力値２５５に対するＬＵＴ値が決定する。この後は、他の入力値に対するＬＵＴ値を決定するガンマ調整を行う。

ガンマ調整には、大きく分けて２通りの方法がある。一つは、ホワイトバランス調整と同様のアルゴリズムを適用して色度も含めてガンマ補正のパラメータを決定する方法と、もう一つは、単純に輝度に基づいて決定する方法である。

＜ホワイトバランス調整と同様のアルゴリズムを適用した方法＞
まず、図５に示すフローチャートを用いて、ホワイトバランス調整と同様のアルゴリズムを適用してガンマ補正のパラメータを決定する方法について説明する。

当該方法は、基本的には、図３を用いて説明したフローを、２５４階調以下について実行することになるが、図３のステップＳ１における光学測定や、三次スプライン関数の算出については、ホワイトバランス調整で実行しているので不要となる。従って、光学測定は行わず、単に演算処理が増加するだけであり、昨今のＣＰＵの能力であれば、数百回当該演算を繰り返しても人間が認識できない程の短時間で終了するので、生産効率の低下は招来しない。

図５に示すガンマ調整のフローでは、ステップＳ１０で、図３のホワイトバランス調整フローの最後のループで通過したステップＳ３において算出された予測値を、Ｘ_２５５，Ｙ_２５５，Ｚ_２５５とする。これは補正後の白色のＸ，Ｙ，Ｚ値である。これをベースに各階調での目標とするＸ，Ｙ，Ｚ値を決定する。なお、決定した階調Ｎでの色度の目標値をＸ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎと表す。

より具体的には、数式（１）で表される強度値Ｉ_ＡをＸ_２５５，Ｙ_２５５，Ｚ_２５５にそれぞれ掛けることで目標値を決定する。例えば、階調値１００のＸについては、Ｘ_１００＝Ｘ_２５５×（１００／２５５）^γとなる。

ただし、コントラストが有限（黒輝度がゼロではない値を採る）の表示装置の場合、０輝度表示は不可能なので、光学測定から求めたＸ_０，Ｙ_０，Ｚ_０を用いてオフセット等の処理をしておく。

次に、ステップＳ１１において、初期値として階調値Ｎを２５４に設定する。

次に、ステップＳ１２において、収束演算の開始点として、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢの初期階調値を、（ＧＳＲ_２５５，ＧＳＢ_２５５，ＧＳＢ_２５５ ）×Ｎ／２５５に設定する。

例えば、ホワイトバランス調整後の白色階調が（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，２５５，２４９）の場合、Ｎ＝１００では、初期値として（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１００×２５５／２５５，１００×２５５／２５５，１００×２４９／２５５）＝（１００，１００，９７．６）とすれば良い。

次に、ステップＳ１３において、初期階調値（ＧＳＲ_２５５，ＧＳＢ_２５５，ＧＳＢ_２５５ ）×Ｎ／２５５が与えられた場合の予測Ｘ，Ｙ，Ｚ値を計算する。以下、予測Ｘ，Ｙ，Ｚ値をＸ_Ｐ，Ｙ_Ｐ，Ｚ_Ｐとする。

そして、図３においてはステップＳ４で最小値ｋＴｇｔを算出したが、ステップＳ１４においてはｋＴｇｔを１とする。

次に、ステップＳ１５において、予測値の目標値からのズレを、先に説明した数式（８）において、Ｘ_Ｔ，Ｙ_Ｔ，Ｚ_ＴをＸ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ に変更した行列Δにより計算する。なお、ｋＴｇｔ＝１であるので、数式（８）の各要素の第２項はそれぞれＸ_Ｔ，Ｙ_Ｔ，Ｚ_Ｔとなり、それをＸ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎに変更した行列となる。

次に、ステップＳ１６において、誤差が所定値以下であるかどうかを計算して終了判定を行う。これは、行列Δの各要素のそれぞれの大きさが全て所定の範囲内であるか否かで判定しても良いし、行列Δのベクトルの大きさで判別しても良い。

また、行列ではなく、予測値Ｘ_Ｐ，Ｙ_Ｐ，Ｚ_Ｐから計算される色度と、目標値Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎとから計算される色度との色差で判別しても良い。なお、ステップＳ１６は、ステップＳ１３の後で行っても良い。

ステップＳ１６で誤差が所定値以下と判断された場合は、ステップＳ１９に進み、階調値Ｎを１つ下げる。そして、ステップＳ２０において、変更後の階調値Ｎが０より小さいか否かを判断し、０より小さい場合には、その時の階調値ＧＳＲ，ＧＳＧ，ＧＳＢの値をガンマ調整値として使用し、一連の処理を終了するが、変更後の階調値Ｎが０以上の場合は、変更後の階調値Ｎに基づいてステップＳ１２以下の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１６で誤差が所定値を超えると判断された場合は、ステップＳ１７に進み、ヤコビ行列Ｊを作成する。すなわち、ホワイトバランス調整で算出したスプライン関数より、現在の階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢにおける一次の微分係数を取得し、先に説明した数式（９）のように配列する。

そして、ステップＳ１８において、先に説明した数式（１０）に示すように、行列Δを、行列Ｊの逆行列で一次変換した計算結果（Ｊ^−１・Δ）を、修正すべきΔＧＳとして現在の階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢから減算し、新たな階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢを算出する。

行列Ｊの逆行列は、ｄＧＳ／ｄＸＹＺの次元であるので、これにΔ（次元はＸＹＺ）を乗じて修正すべきΔＧＳを算出する。

そして、新たな値が最大値の２５５以上であれば２５５とし、０未満であれば０とすることで、最大値、最小値の制限を行う。

ステップＳ１８において算出された新たな階調値ＧＳＲ，ＧＳＢ，ＧＳＢに対して、ステップＳ１６で誤差が所定値以下と判断さされるまで、ステップＳ１３以下の処理を繰り返す。

＜輝度に基づいて決定する方法＞
次に、図６および図７に示すフローチャートを用いて、輝度に基づいてガンマ補正のパラメータを決定する方法について説明する。

この方法においては、まず、図６のステップＳ２１に示すように、ホワイトバランス調整で得られた白の階調値ＧＳＲ，ＧＳＧ，ＧＳＢを使用して、スプライン関数ＹＲ（ＧＳＲ），ＹＧ（ＧＳＧ），ＹＢ（ＧＳＢ）を計算する。

ホワイトバランス調整後の白色階調が（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，２５５，２４９）の場合、スプライン関数ＹＲ（２５５），ＹＧ（２５５），ＹＢ（２４９）となる。

これを最大値として、ステップＳ２２において、数式（１）で表される強度値Ｉ_ＡをＲ，Ｇ，Ｂのスプライン関数にそれぞれ掛けることで目標値ＹＲ_Ｎ，ＹＧ_Ｎ，ＹＢ_Ｎを２５４以下の階調値について算出しておく。すなわち、目標値ＹＡ_Ｎは、ＹＡ_Ｎ＝ＹＡ（ＧＳＡ_２５５）×（Ｎ／２５５）^γ で表される。

次に、ステップＳ２３において、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれで、目標値ＹＡ（β）がＹＡ_Ｎと等しくなるようなβを求め、階調値ＮでのＬＵＴ値とする。

βを求める方法は、ホワイトバランス調整で求めたスプライン関数は、１変数の関数なので単純にニュートン法で求めても良い。

図７は、ニュートン法でβを求める方法を説明するフローチャートである。図７に示すように、まず、ステップＳ２３１でβの仮の値を設定する。

その後、ステップＳ２３２において、仮のβに基づいてＹＡ（β）の値を計算する。

次に、ステップＳ２３３において、予測値の目標値からのズレ量Δ１をΔ１＝ＹＡ（β）−ＹＡ_Ｎより計算する。

そして、ステップＳ２３４において、ズレ量Δ１の絶対値が予め定めた所定値以下であるか否かを判断し、所定値以下であれば、現在のβがＹＡ（β）＝ＹＡ_Ｎを満たすβであるとして一連の処理を終了する。

一方、所定値を超える場合は、ステップＳ２３５において、β＝β−（ｄＹＡ／ｄＧＳ）×Δ１により新たなβを決定し、ステップＳ２３２以下の処理を繰り返す。

また、βを求める方法の他の例としては、一旦、細かい階調刻み（例えば０．２５階調刻み）のＧＳＡについてスプライン関数ＹＡ（ＧＳＡ）を算出する。

すなわち、ＹＡ（０），ＹＡ（０．２５），ＹＡ（０．５），ＹＡ（０．７５）・・・，ＹＡ（２５４．７５），ＹＡ（２５５）を計算しておき、逐次検索でＹＡ_Ｎに最も近いものを探し、その値の（ ）内の値を階調Ｎにおける１つの色についてのβとする。

なお、上述した、ホワイトバランス調整と同様のアルゴリズムを適用してガンマ補正のパラメータを決定する方法であっても、輝度に基づいてガンマ補正のパラメータを決定する方法であっても、追加の光学測定は不要であり、単に演算処理だけが増加するので、例えば表示装置の製造工程で実施したとしても生産効率の低下は招来しない。

以上説明したホワイトバランス調整方法によれば、光学測定の回数を最低限に抑えつつ、高精度なホワイトバランス調整が可能となる。加えて、ホワイトバランス調整で発生する輝度の低下を極力抑えることができる。また、ガンマ調整にも適用することで、高精度なガンマ調整が可能となる。

＜調整装置への適用＞
以上説明したホワイトバランス調整方法およびガンマ調整方法は、表示装置の製造工程に使用する調整装置に導入することができる。

図８は、当該調整装置１００の構成を示すブロック図である。調整装置１００は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）４等のコンピュータシステムで実現され、ＰＣ４は、調整対象である表示装置１に入力されるテスト信号を生成する信号源３を制御し、スプライン関数を生成するのに必要なテスト信号を表示装置１に入力する。

そして、テスト信号に基づいて表示装置１に表示される画像を色彩輝度計２で測定し、表示画像のＸ，Ｙ，Ｚ値を取得し、ＰＣ４に与える。これは、図３を用いて説明したステップＳ１の処理に対応する。ここで、テスト信号は、表示画像としてＲ，Ｇ，Ｂの各色を単色表示させ、階調を任意に変更することができる信号である。

スプライン関数の生成に必要な全ての測定が終了すれば、ＰＣ４は、ＣＰＵ等の演算処理部で、図３を用いて説明したステップＳ２以降の処理を行い、ホワイトバランス調整によりホワイトバランス補正のパラメータを決定する。それが終了すれば、ガンマ調整によりガンマ補正のパラメータを決定する。

表示装置１は、図１に示した補正部を内蔵しており、得られたパラメータは補正部内のルックアップテーブルに書き込まれる。なお、調整中は、図１に示した補正部は無効化しておくことは言うまでもない。

＜表示装置への適用＞
ハイエンド用途で使用される表示装置では、ホワイトバランスの経時変化を抑えるために、定期的にキャリブレーションを行うためのキャリブレーション機能を持たせることがある。その中に以上説明したホワイトバランス調整方法およびガンマ調整方法を導入することで、短時間かつ高精度に調整を行うことが可能となる。

図９は、当該キャリブレーション機能を有した表示装置２００の構成を示すブロック図である。

表示装置２００内のＣＰＵ７は、キャリブレーション時には内蔵信号源３Ａからのテスト信号が表示部５に与えられるように切替器６を制御し、通常動作時には、通常の映像信号が表示部５に与えられるように切替器６を制御する。

そして、テスト信号に基づいて表示部５に表示される画像を色彩輝度計２で測定し、表示画像のＸ，Ｙ，Ｚ値を取得し、ＣＰＵ７に与える。これは、図３を用いて説明したステップＳ１の処理に対応する。ここで、テスト信号は、表示画像としてＲ，Ｇ，Ｂの各色を単色表示させ、階調を任意に変更することができる信号である。

スプライン関数の生成に必要な全ての測定が終了すれば、ＣＰＵ７は、図３を用いて説明したステップＳ２以降の処理を行い、ホワイトバランス調整によりホワイトバランス補正のパラメータを決定する。それが終了すれば、ガンマ調整によりガンマ補正のパラメータを決定する。

表示部５は、図１に示した補正部を内蔵しており、得られたパラメータは補正部のルックアップテーブルに書き込まれる。なお、キャリブレーション中は、図１に示した補正部は無効化しておくことは言うまでもない。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 表示装置、２ 色彩輝度計、３ 信号源、３Ａ 内蔵信号源、４ パーソナルコンピュータ、５ 表示部、７ ＣＰＵ。

Claims (4)

1. 表示装置のホワイトバランスを補正するためのパラメータを決定するホワイトバランス調整方法であって、
   （ａ）前記表示装置を単色表示させて、限定された複数の階調値における光学データを測定し、測定した階調値を引数とする多次のスプライン関数を生成するステップと、
   （ｂ）階調値の初期値を設定するステップと、
   （ｃ）前期初期値を含む与えられた階調値に対して色空間座標値の予測値を前記スプライン関数を用いて計算するステップと、
   （ｄ）前記色空間座標値の予測値を、予め設定された目標値でそれぞれの色空間の座標軸値ごとに除した値の中から最小値を算出するステップと、
   （ｅ）前記色空間の座標軸ごとに、前記色空間座標値の予測値から前記目標値に前記最小値を乗算した値を減算した値を並べた行列により、前記色空間座標値の予測値の前記目標値からのズレを計算するステップと、
   （ｆ）前記スプライン関数より、前記与えられた階調値における、階調値に対する色空間座標値の傾きを配列したヤコビ行列を作成するステップと、
   （ｇ）前記行列を前記ヤコビ行列の逆行列で一次変換した値を、現在の階調値から減算した計算結果を新たな階調値として算出するステップと、を備え、
   前記新たな階調値を計算後、前記色空間座標値の予測値と前記目標値との差異が、予め設定された差異以下となるまで、前記ステップ（ｃ）〜（ｇ）を繰り返し、前記色空間座標値の予測値と前記目標値との差異が、予め設定された差異以下となった時点での階調値を、前記パラメータとすることを特徴とするホワイトバランス調整方法。
2. 前記限定された複数の階調値は、
   前記表示装置で表示可能な全階調値のうち、最大値、最小値および両者の中間値を少なくとも含む、請求項１記載のホワイトバランス調整方法。
3. 請求項１記載のホワイトバランス調整方法により表示装置のホワイトバランスを補正するための前記パラメータを決定するホワイトバランス調整装置であって、
   前記表示装置に入力されるテスト信号を生成する信号源と、
   前記表示装置に表示される画像を光学測定する色彩輝度計と、
   前記ホワイトバランス調整方法を実行するコンピュータシステムと、を備え、
   前記コンピュータシステムは、
   前記信号源を制御して前記テスト信号を前記表示装置に入力し、前記テスト信号に基づいて前記表示装置に表示される画像を前記色彩輝度計で測定し、得られた複数の階調における光学データに基づいて前記スプライン関数を生成する、ホワイトバランス調整装置。
4. 請求項１記載のホワイトバランス調整方法により決定された前記パラメータにより表示部のホワイトバランス補正を行うキャリブレーション機能を有した表示装置であって、
   前記表示部に入力されるテスト信号を生成する信号源と、
   前記ホワイトバランス調整方法を実行する演算処理装置と、を備え、
   前記演算処理装置は、
   前記信号源を制御して前記テスト信号を前記表示部に入力し、前記テスト信号に基づいて前記表示部に表示される画像を外部の色彩輝度計で測定し、得られた複数の階調における前記光学データに基づいて前記スプライン関数を生成する、表示装置。

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