JP2015170905A - 画像処理装置及び画像処理方法、並びに画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低ダイナミック・レンジ又は標準的なダイナミック・レンジに圧縮された画像を元の高ダイナミック・レンジの画像に変換する。
【解決手段】Knee伸長処理部1001は、輝度信号Yを入力して、Knee伸長を行なって、輝度信号Y+ΔYを出力する。また、Y/C一定処理部1002は、輝度信号YをY+ΔYにKnee伸長した後に、入力輝度信号Y並びにクロマ信号Cb、Crを入力するとともにKnee伸長処理部1001からΔYを入力して、輝度信号Yとクロマ信号Cの比が一定となるように入力クロマ信号Cb、Crを補正する。
【選択図】 図10
【解決手段】Knee伸長処理部1001は、輝度信号Yを入力して、Knee伸長を行なって、輝度信号Y+ΔYを出力する。また、Y/C一定処理部1002は、輝度信号YをY+ΔYにKnee伸長した後に、入力輝度信号Y並びにクロマ信号Cb、Crを入力するとともにKnee伸長処理部1001からΔYを入力して、輝度信号Yとクロマ信号Cの比が一定となるように入力クロマ信号Cb、Crを補正する。
【選択図】 図10
Description
本明細書で開示する技術は、高ダイナミック・レンジの画像を処理する画像処理装置及び画像処理方法、並びに画像表示装置に関する。
最近、撮像素子(イメージ・センサー)の高ビット化などにより、画像の高ダイナミック・レンジ(HDR:High Dynamic Range)化が進んでいる。HDR画像は、最大明度色と最低明度色の間のコントラスト比が例えば10000:1以上に達し、現実世界をリアルに表現することができる。HDR画像は、陰影をリアルに表現できる、露出をシミュレーションできる、眩しさを表現できるなどの利点がある。ちなみに、SDR画像は、一般に、コントラスト比が例えば1000:1、256:1、又はそれら以下であり、ダイナミック・レンジが小さく、レッド、グリーン、ブルー又はシアン、マゼンタ、イエローというデバイス原色の256階調で表現されることが多い。
例えば、露光量の異なる複数の撮像画像からHDR画像を合成する撮像装置について提案がなされている(例えば、特許文献1を参照のこと)。
テレビ番組などの画像制作に用いるカメラは、通常、HDR画像を撮影する能力を持つ。一方、テレビ番組を視聴する各家庭内のテレビ受像機の多くは、HDR画像に対応していない。このため、画像制作に用いるカメラは、HDR画像を撮影することができても、家庭内のテレビ受像機でそのまま表示できること、すなわち下方互換性を考慮して、ダイナミック・レンジを圧縮した画像に変換して編集した後に放送信号を伝送するのが実情である。放送局で画像の編集に用いられるマスター・モニターは、白輝度が100[nit]程度であり、撮影された高輝度情報が圧縮され、階調が損なわれ、臨場感が失われてしまう。
ちなみに、一般的な家庭用テレビでは、例えば40分の1程度に減らされたダイナミック・レンジが標準的すなわちSDR(Standard Dynamic Range)である。SDR画像は、コントラスト比が例えば1000:1、256:1、又はそれら以下であり、ダイナミック・レンジが小さく、レッド、グリーン、ブルー又はシアン、マゼンタ、イエローというデバイス原色の256階調で表現されることが多い。
また、Knee圧縮を用いて、HDR画像をSDR画像に変換することができる。Knee圧縮は、画像の輝度を所定のダイナミック・レンジ(ここでは、SDRのダイナミック・レンジ)に収めるように高輝度部分の信号を抑制する処理である。例えば、撮像素子から出力される画像信号をKnee圧縮してダイナミック・レンジを所定の輝度レベルに収める撮像装置について提案かなされている(例えば、特許文献2を参照のこと)。
最近では、最大輝度が500nitや1000nitであるHDR対応のディスプレイが市販され始めている。ところが、上記のように、元はHDR画像であるにも拘らず、SDR画像として放送されるため、HDR対応テレビでSDR画像を視聴するという無駄が生じてしまう。
本明細書で開示する技術の目的は、低ダイナミック・レンジ又は標準的なダイナミック・レンジに圧縮された画像を元の高ダイナミック・レンジの画像に変換することができる、優れた画像処理装置及び画像処理方法、並びに画像表示装置を提供することにある。
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項1に記載の技術は、
輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
を具備する画像処理装置である。
輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
を具備する画像処理装置である。
本願の請求項2に記載の技術によれば、請求項1に記載の画像処理装置の前記クロマ信号補正部は、前記輝度信号伸長部で輝度信号を伸長する前後で輝度信号とクロマ信号の比が一定となるようにクロマ信号を補正するように構成されている。
本願の請求項3に記載の技術によれば、請求項2に記載の画像処理装置は、前記クロマ信号補正部が補正した後のクロマ信号を伸長するクロマ信号伸長部をさらに備えている。
本願の請求項4に記載の技術によれば、請求項3に記載の画像処理装置の前記クロマ信号伸長部は、表示色域からはみ出さない範囲でクロマ信号を伸長するように構成されている。
また、本願の請求項5に記載の技術は、
輝度信号を伸長する輝度信号伸長ステップと、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正ステップと、
を有する画像処理方法である。
輝度信号を伸長する輝度信号伸長ステップと、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正ステップと、
を有する画像処理方法である。
また、本願の請求項6に記載の技術は、
輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
輝度信号及びクロマ信号をRGB信号に変換して表示する表示部と、
を具備する画像表示装置である。
輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
輝度信号及びクロマ信号をRGB信号に変換して表示する表示部と、
を具備する画像表示装置である。
本明細書で開示する技術によれば、低ダイナミック・レンジ又は標準的なダイナミック・レンジに圧縮された画像を元の高ダイナミック・レンジの画像に変換することができる、優れた画像処理装置及び画像処理方法、並びに画像表示装置を提供することができる。
なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本発明の効果はこれに限定されるものではない。また、本発明が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。
本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。
図1には、本明細書で開示する技術を適用することができる画像表示装置100の構成例を模式的に示している。
アンテナ101には、地上波ディジタル放送や衛星ディジタル放送などの伝送電波が入力される。チューナー102は、アンテナ101から供給され信号のうち所望の電波を選択的に増幅し、周波数変換する。ディジタル復調部103は、周波数変換された受信信号を検波するとともに、送信時(放送局側)のディジタル変調方式に対応した方式で復調し、さらに伝送誤りの訂正も行なう。ディジタル復号部104は、ディジタル復調信号を復号して、Y、Cb、Crの画像信号を表示部105に出力する。
図2には、表示部105が液晶表示方式の場合の構成例を模式的に示している。
ビデオ・デコーダー202は、入力端子201を介してディジタル復号部104から入力される画像信号に対して、クロマ処理などの信号処理を行ない、液晶表示パネル207の駆動に適した解像度のRGB画像信号に変換し、水平同期信号H及び垂直同期信号Vとともに制御信号生成部203に出力する。
制御信号生成部203は、ビデオ・デコーダー202から供給されるRGBデータに基づいて画像信号データを生成し、水平同期信号H及び垂直同期信号Vとともにビデオ・エンコーダー204に供給する。また、制御信号生成部204は、バックライト208の発光ダイオード・ユニットを画像信号の明るさに応じて個別に制御する光量制御信号を生成して、バックライト駆動制御部209に供給する。
ビデオ・エンコーダー204は、水平同期信号H及び垂直同期信号Vに同期して、データ・ドライバー205及びゲート・ドライバー206を動作させるための各制御信号を供給する。
データ・ドライバー205は、画像信号に基づく駆動電圧を出力する駆動回路であり、ビデオ・エンコーダー204から伝送されたタイミング信号並びに画像信号に基づいてデータ線へ印加する信号を生成して出力する。また、ゲート・ドライバー206は、順次駆動するための信号を生成する駆動回路であり、ビデオ・エンコーダー204から伝送されたタイミング信号に応じて、液晶表示パネル207内の各画素に接続されたゲート・バス・ラインへ、駆動電圧を出力する。
液晶表示パネル207は、例えば格子状に配列された複数の画素を有する。ガラスなどの透明板の間に所定の配向状態を有する液晶分子が封入されており、外部からの信号の印加に応じて画像を表示する。上述したように、液晶表示パネル207への信号の印加はデータ・ドライバー205及びデータ・ドライバー206によって実行される。
バックライト208は、液晶表示パネル207の後方に配設された光源であり、液晶表示パネル207の表示内容を前方に発光する。本実施形態では、バックライト208は、液晶表示パネル207の直下に配置され、複数の発光ダイオード・ユニット(図示しない)で構成される。
バックライト駆動制御部209は、制御信号生成部204から供給される光量制御信号に応じて、バックライト208の発光ダイオード・ユニット毎に明るさを個別に制御する。バックライト駆動制御部209は、電源210からの電力を供給する量に応じて各発光ダイオード・ユニットの光量を制御することができる。
本実施形態では、図1、図2に示した画像表示装置100は、HDR画像を表示する能力を有することを想定している。
一方、アンテナ101で受信する放送信号は、家庭内のテレビ受像機の多くがSDR対応であることを考慮して、ダイナミック・レンジをKnee圧縮したSDR画像である。SDR画像のテレビ番組を画像表示装置100でHDR画像として視聴するには、受信したSDR画像をKnee伸長処理すればよい。
しかしながら、放送局(若しくは、画像の供給元)から、Knee圧縮の方法が不完全な形でしか伝えられない、あるいは全く伝えられない場合、受信側ではKnee伸長する正確な方法を把握することができない。正確でないKnee伸長を行なうと、hue(色合い)が変化するという弊害がある。
Knee圧縮によりHDRからSDRに変換された画像を、元のHDR画像にKnee伸長するには、Knee圧縮の方法、すなわち、Kneeポイントと最大輝度レベルの情報が必要である。
また、Knee圧縮の方法に関する情報を入手できたとしても、Y−Contrastブロック(すなわち、図2で、ビデオ・エンコーダー204によりRGB信号に変換される前)、又は、RGBブロック(すなわち、図2で、ビデオ・エンコーダー204によりRGB信号に変換された後)のいずれでKnee伸長を行なうべきか不明である。
オリジナル信号、すなわち放送波で受信したSDR画像のRGB信号が図3に示す例で考えてみる。図4には、このオリジナル信号を、RGB空間で、R成分についてのみKnee伸長した結果を示している。この場合、高輝度領域で赤色のみが強調されるので、hue(色合い)がオリジナル信号から変化してしまう。すなわち、Knee伸長する前のSDR画像とは上方互換性のないHDR画像となってしまう。したがって、hueの変化なしにSDR画像をHDR画像に変換するには、図5に示すように、RGBの成分毎にKnee伸長しなければならない。この場合、RGBの成分毎にKnee圧縮の情報が必要になる。
SDR画像として放送されるテレビ番組を、HDR対応ディスプレイで元のHDR画像として楽しむには、受信したSDR画像をKnee伸長処理すればよい。Knee圧縮の方法は、Kneeポイントすなわち信号レベルの抑制を開始する入力輝度位置及び出力輝度位置と、抑制される最大輝度レベルで定義することができる。しかしながら、放送局(若しくは、画像の供給元)から、Knee圧縮の方法が不完全な形でしか伝えられない、あるいは全く伝えられない場合、受信側ではKnee伸長する正確な方法が分からなくなってしまう。正確でないKnee伸長を行なうと、hue(色合い)が変化するという弊害がある。
第1の実施例として、Knee伸長をY−Contrastブロックで行なうことを提案する。図6には、輝度信号YをKnee伸長するKnee伸長曲線600を例示している。図中、横軸は入力輝度信号Yin、縦軸は出力輝度信号Youtとする。図示のKnee伸長曲線600は、入力輝度位置Ykで輝度をΔYkだけ減殺する出力輝度位置Yk−ΔYkを持っている。ここで、ΔYkは、KneeポイントなどKnee圧縮の方法に関する情報に加え、画像表示装置100のハードウェアの性能なども考慮して決定すべきである。
また、図7には、Y−Contrastブロックで輝度信号YをKnee伸長処理する機能的構成を模式的に示している。Knee伸長処理部700は、輝度信号Yを入力して、図6に示したKnee伸長を行なって、輝度信号Y+ΔYを出力する。
図8には、入力画像信号801とY−ContrastブロックでKnee伸長した出力画像信号802の色分布を、色差を横軸とし、輝度信号Yを縦軸とするグラフ上に示している。同図から、図6に示したようにY−ContrastブロックでKnee伸長しただけでは、出力画像信号が参照番号803で示す表示色域から外れた部分が発生するという問題があることが分かる。
そこで、第2の実施例として、Y−Contrastブロックで輝度信号YについてKnee伸長を行なった後、さらにクロマ信号Cを補正して、表示色域から外れないようにすることを提案する。クロマ信号Cの変更とは、具体的には、輝度信号Yとクロマ信号の比Y/Cが一定となるようにする処理である。
図9には、入力画像信号901をY−ContrastブロックでKnee伸長した信号902に対して、さらにY/Cが一定となるようにクロマ信号Cを補正した結果903を示している。図示のように、出力画像を表示色域904内に収めることができる。
また、図10には、Y−Contrastブロックで輝度信号YをKnee伸長するとともに、Y/Cが一定となるようにクロマ信号を補正する機能的構成を模式的に示している。
Knee伸長処理部1001は、輝度信号Yを入力して、図6に示したKnee伸長を行なって、輝度信号Y+ΔYを出力する。
また、Y/C一定処理部1002は、輝度信号YをY+ΔYにKnee伸長した後に、入力輝度信号Y並びにクロマ信号Cb、Crを入力するとともにKnee伸長処理部1001からΔYを入力して、輝度信号Yとクロマ信号Cの比が一定となるように入力クロマ信号Cb、Crを補正する。具体的には、下式(1)、(2)に従って、入力クロマ信号Cb、Crを出力クロマ信号Cb´、Cr´に補正する。
ディジタルスチルカメラなどで撮影されたHDR画像の色分布1101は、表示色域から大きくはみ出している。このため、HDR画像を圧縮するが、圧縮後の色分布もなお表示色域から外れていることがある。
そこで、図11に示すように、表示色域1201から外れた色分布1202を、色合いを重視して輝度方向に圧縮するY圧縮1203、輝度を重視して彩度方向に圧縮するC圧縮1204、輝度と彩度をブレンドして圧縮するYC圧縮1205などを行なうのが一般的である。YC圧縮によれば、階調のベタりや、色抜けを防ぐことができる。
一方、第2の実施例のように、輝度信号を伸長する前後で輝度信号とクロマ信号の比が一定となるようにクロマ信号を補正すると、図12に示すように、表示色域1301内でHDR画像の表示に使用されない、無駄な領域1302が生じてしまう。
そこで、第3の実施例として、輝度信号Yとクロマ信号の比Y/Cが一定となるようにクロマ信号を補正した後、HDR画像の表示に適するように、さらにクロマ信号を伸長処理することを提案する。
図13には、入力画像信号1401をY−ContrastブロックでKnee伸長するとともにY/Cが一定となるようにクロマ信号Cを補正した結果1402に対して、さらに、表示色域1403からはみ出さない範囲でクロマ信号を伸長処理した結果1404を示している。
図14には、Y−Contrastブロックで輝度信号YをKnee伸長し、Y/Cが一定となるようにクロマ信号を補正した後、さらにクロマ信号を伸長する機能的構成を模式的に示している。
Knee伸長処理部1501は、輝度信号Yを入力して、図6に示したKnee伸長を行なって、輝度信号Y+ΔYを出力する。
Y/C一定処理部1502は、輝度信号YをY+ΔYにKnee伸長した後に、入力輝度信号Y並びにクロマ信号Cb、Crを入力するとともにKnee伸長処理部1001からΔYを入力して、輝度信号Yとクロマ信号Cの比が一定となるように、上式(1)、(2)に従って入力クロマ信号Cb、Crを補正して、Cb´、Cr´を出力する。
クロマ信号伸長部1503は、補正後のクロマ信号Cb´、Cr´を伸長処理する。クロマ信号伸長部1503は、表示色域からはみ出さない範囲でクロマ信号Cb´、Cr´を伸長処理する。具体的には、クロマ信号Cb´、Cr´にそれぞれ(1+α)を乗算する。ここで、αは以下の条件(3)を満たすものとする。但し、Ykは折り曲がりポイントである。
入力輝度信号Y並びに入力クロマ信号Cb、Crと、出力クロマ信号Cb″、Cr″との関係は、それぞれ下式(4)、(5)に示す通りとなる。
以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
本明細書で開示する技術は、テレビ受信機やパーソナル・コンピューター、ゲーム機、プロジェクター、プリンターなどHDR画像を表示又は出力するさまざまな装置に適用することができる。
また、本明細書で開示する技術は、静止画並びに動画のいずれについても、SDR画像をHDR画像に変換する際に適用することができる。
要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
(1)輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
を具備する画像処理装置。
(2)前記クロマ信号補正部は、前記輝度信号伸長部で輝度信号を伸長する前後で輝度信号とクロマ信号の比が一定となるようにクロマ信号を補正する、
上記(1)に記載の画像処理装置。
(3)前記クロマ信号補正部が補正した後のクロマ信号を伸長するクロマ信号伸長部をさらに備える、
上記(2)に記載の画像処理装置。
(4)前記クロマ信号伸長部は、表示色域からはみ出さない範囲でクロマ信号を伸長する、
上記(3)に記載の画像処理装置。
(5)輝度信号を伸長する輝度信号伸長ステップと、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正ステップと、
を有する画像処理方法。
(6)輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
輝度信号及びクロマ信号をRGB信号に変換して表示する表示部と、
を具備する画像表示装置。
(1)輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
を具備する画像処理装置。
(2)前記クロマ信号補正部は、前記輝度信号伸長部で輝度信号を伸長する前後で輝度信号とクロマ信号の比が一定となるようにクロマ信号を補正する、
上記(1)に記載の画像処理装置。
(3)前記クロマ信号補正部が補正した後のクロマ信号を伸長するクロマ信号伸長部をさらに備える、
上記(2)に記載の画像処理装置。
(4)前記クロマ信号伸長部は、表示色域からはみ出さない範囲でクロマ信号を伸長する、
上記(3)に記載の画像処理装置。
(5)輝度信号を伸長する輝度信号伸長ステップと、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正ステップと、
を有する画像処理方法。
(6)輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
輝度信号及びクロマ信号をRGB信号に変換して表示する表示部と、
を具備する画像表示装置。
100…画像表示装置、101…アンテナ、102…チューナー
103…ディジタル復調部、104…ディジタル・デコーダー
105…表示部
201…入力端子、202…ビデオ・デコーダー、203…制御信号生成部
204…ビデオ・エンコーダー、205…データ・ドライバー
206…ゲート・ドライバー、207…液晶表示パネル
208…バックライト、209…バックライト駆動制御部、210…電源
103…ディジタル復調部、104…ディジタル・デコーダー
105…表示部
201…入力端子、202…ビデオ・デコーダー、203…制御信号生成部
204…ビデオ・エンコーダー、205…データ・ドライバー
206…ゲート・ドライバー、207…液晶表示パネル
208…バックライト、209…バックライト駆動制御部、210…電源
Claims (6)
- 輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
を具備する画像処理装置。 - 前記クロマ信号補正部は、前記輝度信号伸長部で輝度信号を伸長する前後で輝度信号とクロマ信号の比が一定となるようにクロマ信号を補正する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記クロマ信号補正部が補正した後のクロマ信号を伸長するクロマ信号伸長部をさらに備える、
請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記クロマ信号伸長部は、表示色域からはみ出さない範囲でクロマ信号を伸長する、
請求項3に記載の画像処理装置。 - 輝度信号を伸長する輝度信号伸長ステップと、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正ステップと、
を有する画像処理方法。 - 輝度信号を伸長する輝度信号伸長部と、
輝度信号の伸長に合わせてクロマ信号を補正するクロマ信号補正部と、
輝度信号及びクロマ信号をRGB信号に変換して表示する表示部と、
を具備する画像表示装置。
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