JP2016118689A - 画像表示方法及び画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】人間の眼に自然に映るような階調特性を実現する画像表示方法の提供。【解決手段】ＬＣＤパネル７により構成された画像表示装置を用いる、画像表示方法であって、ＲＧＢ画像を基にしたルックアップテーブル入力画像の階調を、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブル１７０４によって階調変換し、ルックアップテーブル出力画像を生成すること、前記ＬＣＤパネル７に前記ルックアップテーブル出力画像を表示すること、を含み、前記対応関係は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有する複数の実測点のそれぞれに対して、前記実測点を入力輝度値とした場合の前記ＬＣＤパネル７の出力輝度値の実測値と、前記実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで取得される、画像表示方法。【選択図】図１７

Description

本発明は、画像表示方法及び画像表示装置に関するものである。
平板形状のディスプレイ装置としては、量産性、駆動手段の容易性、高画質の具現というメリットにおいて、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ、ＬＣＤ）が特に使用されている。
図１８に、ＬＣＤパネルを１枚使用した従来の画像表示装置１８０１を示す。画像表示装置１８０１は、画像表示装置本体１８０２とＬＣＤモジュール１８０３を備えている。画像表示装置本体１８０２は、画像処理エンジン１８０４を含む。ＬＣＤモジュール１８０３は更に、Ｉ／Ｆ（インタフェース）１８０５、ＬＣＤコントローラ１８０６、及びＲＧＢパネル１８０７を備えている。
画像表示装置本体１８０１内の画像処理エンジン１８０４で生成された画像データは、Ｉ／Ｆ１８０５を経由してＬＣＤコントローラ１８０６に送信される。ＬＣＤコントローラ１８０６はＩ／Ｆ１８０５から受信した画像データを信号処理し、ＲＧＢパネル１８０７に送信する。ＲＧＢパネル１８０７はＬＣＤコントローラ１８０６から受信した、信号処理された画像を表示する。
画像表示装置１８０１においては、ＬＣＤモジュール１８０３に入力された画像データに対し、ＬＣＤコントローラ１８０６内のパネルドライバーなどによって折れ線ガンマによる補正を行って、目視における階調のリニアリティ特性を実現している。
このような画像表示装置１８０１においては、ＲＧＢパネル１８０７をバックライトの照明が通過することで輝度表現を行っている。そのため、特に黒領域の階調特性が悪く、理想の輝度に比べて明るい方向に輝度が観測される。この現象を表したものが図１９である。図１９において、横軸に示される入力、及び縦軸に示される出力は、入力および出力となる画像データの輝度値の最大値を１００％とした、輝度値の対数表現となっており、図１９は入力された輝度値が実際にどのような輝度値でＲＧＢパネルに表示されるかを示している。
本図において、線１９０１は輝度値の入出力の理想的な関係を、線１９０２はＬＣＤパネルを使用した従来の画像表示装置における実際の輝度値の入出力の関係を、それぞれ示す。この入出力の関係、つまり階調特性が理想値に近づくほど、階調がリニアに表示され、人間の目に自然な表示を行うことができる。
図１９の線１９０２においては、入力輝度値が小さく、つまり画像データの階調が暗くなると、出力輝度値が理想よりも大きくなっている。つまり実際にＲＧＢパネルに表示される画像は、理想とされる輝度値よりも大きく、すなわち、白っぽく、明るく表示される。この現象は黒浮きといわれ、ＬＣＤパネルにおいて暗い領域を表示する際にＬＣＤパネルの遮光が完全でなく、バックライトの照明光が漏れるために発生するものであり、ＬＣＤにおいて特に問題となる現象である。従来のＣＲＴでは１０,０００：１、有機ＥＬパネルでは１,０００,０００：１のコントラスト比が実現されているが、本現象により従来のＬＣＤパネルにおいては１５００：１程度のコントラスト比しか実現できない。
そこで、コントラスト比を改善し、黒浮きを解消する装置として、特許文献１（特開平５−８８１９７）、特許文献２（国際公開ＷＯ２００７／１０８１８３）に記載の画像表示装置が提案されている。
特許文献１、２に記載される画像表示装置は、共に、ガンマ特性に基づいた階調変換が折れ線近似で実装されている。そのため、特に黒領域、つまり輝度値が低い領域での階調特性が必ずしもリニアに実現されず、暗い画像における色再現性が低下し、それにより、画像の再現が忠実にできていない。折れ線によってガンマを近似すると、例えば輝度値が一定の増分で徐々に明るくなるようなグラデーションを画面に表示した場合、折れ線の変極点に相当する輝度値に対応する箇所に関しては、変極点の前後では入出力の関係が直線で表現され、つまりガンマの傾きが一定であるのに対し、変極点においては傾きが変化するため、人間には色の境界線が見えてしまう。
また、特に特許文献２に関しては、特許文献２に記載の処理に必要な回路の実現が容易でなく、また、ガンマの数に応じた複数の回路が必要となり、安価な製品の提供が困難である。
本発明は、上記課題を解決するために、ＬＣＤパネルにより構成された画像表示装置を用いる、画像表示方法であって、ＲＧＢ画像を基にしたルックアップテーブル入力画像の階調を、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルによって階調変換し、ルックアップテーブル出力画像を生成すること、前記ＬＣＤパネルに前記ルックアップテーブル出力画像を表示すること、を含み、前記対応関係は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有する複数の実測点のそれぞれに対して、前記実測点を入力輝度値とした場合の前記ＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、前記実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで取得される、画像表示方法を提供する。
前記ルックアップテーブル入力画像は、ＲＧＢ画像の各画素の輝度値をビット拡張すること、を含む方法によって生成されてもよい。
前記ビット拡張により拡張されたビットに格納される値は、前記画素と、前記画素の近傍の画素との大小関係から算出された重みを基に設定されてもよい。
前記実測点間の、各輝度値に関する対応関係は、前記実測点間で、前記実測点同士の前記実測値を線形補間することで、前記実測点間の各輝度値の実測値に対応する値を取得すること、前記各輝度値の実測値に対応する前記値と前記各輝度値の理想値から前記各輝度値の補正係数をそれぞれ計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化すること、によって取得されてもよい。
また、本発明は、前側のＬＣＤパネルと後側のＬＣＤパネルを重ねることにより構成された画像表示装置を用いる、画像表示方法であって、前記前側のＬＣＤパネルに、ＲＧＢ画像を表示すること、ＲＧＢ画像を基にしたルックアップテーブル入力画像の階調を、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルによって階調変換して、輝度が調整された白黒調整画像を生成すること、前記後側のＬＣＤパネルに、前記白黒調整画像を表示すること、を含み、前記対応関係は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有する複数の実測点のそれぞれに対して、前記実測点を入力輝度値とした場合の前記ＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、前記実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで取得される、画像表示方法を提供する。
前記ルックアップテーブル入力画像は、ＲＧＢ画像から色マトリクス変換によって生成されてもよい。
また、本発明は、画像表示装置であって、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルであって、ＲＧＢ画像を基にしたルックアップテーブル入力画像を階調変換し、ルックアップテーブル出力画像を生成する、前記ルックアップテーブルと、前記ルックアップテーブル出力画像を表示するＬＣＤパネルと、を含み、前記対応関係は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有する複数の実測点のそれぞれに対して、前記実測点を入力輝度値とした場合の前記ＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、前記実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで取得される、画像表示装置を提供する。
画像表示装置は、ＲＧＢ画像の各画素の輝度値をビット拡張してルックアップテーブル入力画像を生成するビット拡張部を更に含んでもよい。
前記ビット拡張により拡張されたビットに格納される値は、前記画素と、前記画素の近傍の画素との大小関係から算出された重みを基に設定されてもよい。
前記実測点間の、各輝度値に関する対応関係は、前記実測点間で、前記実測点同士の前記実測値を線形補間することで、前記実測点間の各輝度値の実測値に対応する値を取得すること、前記各輝度値の実測値に対応する前記値と前記各輝度値の理想値から前記各輝度値の補正係数をそれぞれ計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化すること、によって取得されてもよい。
また、本発明は、前側のＬＣＤパネルと後側のＬＣＤパネルを重ねることにより構成された画像表示装置であって、ＲＧＢ画像を信号処理して前記前側のＬＣＤパネルに供給するＬＣＤコントローラと、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルであって、ＲＧＢ画像を基にしたルックアップテーブル入力画像を階調変換し、輝度が調整された白黒調整画像を生成する、前記ルックアップテーブルを含み、前記白黒調整画像を前記後側のＬＣＤパネルに供給するＬＶコントローラと、を含み、前記対応関係は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有する複数の実測点のそれぞれに対して、前記実測点を入力輝度値とした場合の前記ＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、前記実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで取得される、画像表示装置を提供する。
前記ＬＶコントローラは、ＲＧＢ画像から色マトリクス変換によって、ルックアップテーブル入力画像を生成する色マトリクス変換部をさらに含んでもよい。
本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、人間の眼に自然に映るような階調特性を実現することが可能となる。
好ましい様態では、黒浮きを防止し、コントラスト比を格段に改善することが可能となる。
好ましい様態では、画像表示装置を、安価に製造することが可能となる。
本発明の第１の実施形態として示した画像表示装置の信号処理ブロック図を示す。 前記第１の実施形態として示した画像表示装置の断面図である。 前記第１の実施形態として示した画像表示装置に含まれるＬＶコントローラを示す。 前記第１実施形態における、ＬＵＴの階調変換の概要を示す。 前記第１実施形態における、ＬＵＴの設定を示す。 前記第１実施形態における、ＬＵＴの階調変換特性を示す。 前記第１実施形態の実験結果を示す。 前記第１実施形態の実験結果の拡大図を示す。 本発明の第２の実施形態として示した画像表示装置に含まれるＬＶコントローラを示す。 前記第２実施形態における、ビット拡張を示す。 前記第２実施形態における、注目画素及びその周辺画素を示す。 前記第２実施形態における、ＬＵＴの設定を示す。 前記第２実施形態における、ＬＵＴの階調変換特性を示す。 前記第２実施形態の実験結果を示す。 前記第２実施形態の実験結果の拡大図を示す。 前記第１及び２実施形態の実験結果画像の、輝度値に関するヒストグラムを示す。 本発明の第３の実施形態として示した画像表示装置の信号処理ブロック図を示す。 ＬＣＤパネルを用いた従来の画像表示装置の信号処理ブロック図を示す。 液晶パネルの階調特性を示す。
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である画像表示装置の信号処理ブロック図を示す。
図１における画像表示装置１は、画像表示装置本体２とＬＣＤモジュール３を備えている。画像表示装置本体２は、画像処理エンジン４を含む。ＬＣＤモジュール３は更に、Ｉ／Ｆ（インタフェース）５、ＬＣＤコントローラ６、ＲＧＢパネル７、ＬＶ（ライトバルブ）コントローラ８、及びＬＶパネル９を備えている。
画像表示装置本体２内の画像処理エンジン４はＲＧＢ画像を生成し、ＬＣＤモジュール３に送信する。
ＬＣＤモジュール３内のＩ／Ｆ５は、画像処理エンジン４が生成したＲＧＢ画像を受信し、ＬＣＤコントローラ６、及びＬＶコントローラ８に送信する。
ＬＣＤコントローラ６は、Ｉ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信し、受信したＲＧＢ画像を信号処理して、ＲＧＢパネル７に送信する。
ＲＧＢパネル７は、ＬＣＤコントローラ６からＲＧＢ画像を受信し、表示する。
ＬＶコントローラ８は、Ｉ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信し、受信したＲＧＢ画像を信号処理して、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールの画像を生成し、当該画像の輝度を調整して、ＬＶ画像（輝度が調整されたグレースケールの白黒調整画像）を生成し、ＬＶパネル９に送信する。
ＬＶパネル９は、ＬＶコントローラ８からＬＶ画像を受信し、表示する。
図２は、図１に示される画像表示装置１の一部の実施の形態を示す。図２の画像表示装置１は、図１に記載のＲＧＢパネル７とＬＶパネル９、及びバックライトユニット１０を備える。
ＲＧＢパネル７は、カラーフィルタ基板１１、ＴＦＴ基板１２、偏光フィルム１３、駆動ＩＣ１４を備えている。カラーフィルタ基板１１は、ブラックマトリクスやＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタを配列し、共通電極などが形成された基板である。ＴＦＴ基板１２は、液晶側にＴＦＴや電極などを形成した基板である。偏光フィルム１３は、後述するバックライトユニット１０から照射される光を偏光させる。駆動ＩＣ１４は、ＬＣＤコントローラ６によって処理されたＲＧＢ画像を、ＴＦＴ基板１２を駆動させることによってＲＧＢパネル７に表示する。
ＬＶパネル９は、ガラス基板１５、ＴＦＴ基板１６、偏光フィルム１７、駆動ＩＣ１８を備えている。ガラス基板１５はＲＧＢパネル７におけるカラーフィルタ基板１１に対応するものであるが、カラーフィルタ基板１１とは異なり、カラーフィルタ基板１１の有するブラックマトリクスやカラーフィルタを有さない。これは、ＬＶパネル９が、ＬＶ画像、つまり白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールの画像を表示するという、本発明の特徴に基づくものである。ＴＦＴ基板１６、偏光フィルム１７は、ＲＧＢパネル７のＴＦＴ基板１２、偏光フィルム１３と同様のものである。駆動ＩＣ１８は、ＬＶコントローラ８によって処理されたＬＶ画像を、ＴＦＴ基板１６を駆動させることによってＬＶパネル９に表示する。
ＲＧＢパネル７とＬＶパネル９は、正面から見た場合に、対応する画素が重なって表示されるように、互いに重ねて配置される。
バックライトユニット１０は、光ガイドパネル１９と光源２０を備える。光源２０は光ガイドパネル１９に対し光を照射する。光ガイドパネル１９は、光源２０から照射された光を屈折させてＬＶパネル９に照射する。光ガイドパネル１９から照射された光は、重ねられたＬＶパネル９、及びＲＧＢパネル７を順に通過して、画像表示装置１を視聴する人間の眼に届く。
次に、図３を用いて、ＬＶコントローラ８を説明する。
ＬＶコントローラ８は、色マトリクス変換部３０、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３１を備える。
色マトリクス変換部３０は、Ｉ／Ｆ５を介して画像処理エンジン４からＲＧＢ画像を受信する。色マトリクス変換部３０は受信したＲＧＢ画像に対して、色マトリクス変換を行う。色マトリクス変換は、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの輝度値を入力とした場合に、例えば次式のような演算を行うことで、グレースケールの輝度値であるＹを取得する。ｃ１、ｃ２、ｃ３は所定の定数である。
Figure 2016118689
これにより、色マトリクス変換部３０は、入力されたＲＧＢ画像から、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールのＬＵＴ入力画像を生成する。色マトリクス変換部３０は生成したＬＵＴ入力画像をＬＵＴ３１に送信する。
ＬＵＴ３１は、色マトリクス変換部３０からＬＵＴ入力画像を受信する。ＬＵＴ３１はＬＵＴ入力画像を階調変換し、ＬＵＴ出力画像を生成する。図１９を用いて上述したように、画像データの階調が暗くなると、出力輝度値が理想よりも大きくなる。つまり、実際にＲＧＢパネルに表示される画像は、理想とされる輝度値よりも大きく、したがって白っぽく、明るく表示される。
図４（ａ）は、図１９においては対数表現されていたｘ軸、すなわち入力輝度値を、線形で表現したものである。線４１、４２は図１９の線１９０１、１９０２と同様、輝度値の入出力の理想的な関係、及び、ＬＣＤパネルを使用した従来の画像表示装置における実際の輝度値の入出力の関係を、それぞれ示す。図４（ａ）において、線４１と線４２が特に乖離している、入力輝度値が小さい部位を拡大したものが図４（ｂ）である。図４（ｂ）の線４３、４４は、輝度値の入出力の理想的な関係、及び、ＬＣＤパネルを使用した従来の画像表示装置における実際の輝度値の入出力の関係を、それぞれ示し、図４（ａ）の線４１と線４２にそれぞれ対応する。入力画像の画素がある入力輝度値を有していた場合、当該入力輝度値が実際に線４４上の対応する出力輝度値で描画されるところを、当該入力輝度値に対応する線４３の出力輝度値で描画されるように、出力輝度値が補正されるような階調変換を、ＬＵＴ３１が実施するように、ＬＵＴ３１は設定される。
図５（ａ）は、実測点に関するＬＵＴ３１の設定の一形態を示す。ここで実測点とは、出力輝度値の実測値が実験などによって実際に測定された、入力輝度値を指す。実測点は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有するものであり、本実施形態において、従来の折れ線によるガンマ近似における変極点に相当する。尚、本実施形態においては、輝度値は８ビットで表され、結果として輝度値の最大値は２５５の値を示しているが、輝度値を表現するビット数は８ビットに限られない。
図５（ａ）においては、実測点として、入力輝度値が図５（ａ）の「入力」列に示される値、すなわち、１、１５、…、２５５の値を用いている。「実測値％」列は、各実測点に対応する輝度値がＬＣＤパネルに入力された場合に実際に表示される出力輝度値を、１００％で正規化した値を示す。「理想％」列は、各実測点に対応する輝度値がＬＣＤパネルに入力された場合の理想の出力輝度値を、１００％で正規化した値を示す。例えばＸｎが入力輝度値とした場合に、Ｘｎの理想値は次式により求められてもよい。
Figure 2016118689
上式において、指数「２．２」は、一般的なディスプレイのガンマ値として知られるものであるため本実施形態において使用するものであるが、これに限られず、例えば使用するディスプレイの特性に応じた、他の値であってもいい。
「補正係数」列は、各実測点に対応する「理想％」を「実測値％」で除算した値を示す。「ＬＵＴ値」列は、各実測点に対応する「補正係数」を、輝度値の最大値で正規化した、すなわち、「補正係数」に輝度値の最大値を乗算して、丸め処理を行った値を示す。「ＬＵＴ値」は出力輝度値に相当する値である。
このように、入力輝度値が実測点のいずれかに対応する場合は、実測点を入力輝度値とした場合のＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、当該実測点に相当する「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、かつ、当該実測点と「ＬＵＴ値」が関連づけられた対応関係としてＬＵＴ３１に登録されている。ＬＵＴ入力画像のある画素が実測点に相当する輝度値を有している場合、この対応関係に基づいて、入力輝度値に対応する「ＬＵＴ値」を取得し、その値を出力輝度値としてＬＵＴ出力画像、すなわちＬＶ画像を生成する。
図５（ａ）は、各実測点に相当する輝度値のみの対応関係が登録されたものであり、この状態では、入力輝度値が離散的になっている、すなわちＬＵＴ３１の「入力」列に存在しない、例えば２〜１４、１６〜３０などの、実測点間の入力輝度値が存在する。したがって、「入力」列における入力値の刻みが１になるように、ＬＵＴ３１の対応関係を設定する。この設定は、隣接する実測点の間を線形補間し、さらに理想値への補正係数を求めることによって行われる。
具体的には、次のように、実測点間の各入力輝度値に対応する出力輝度値を計算する。まず、Ｘｎが入力輝度値とした場合に、次の線形補間式によって、Ｘｎに対応する、線形補間された実測値Ｙｎを算出する。
Figure 2016118689
ここで、Ｘｍｉｎ、Ｙｍｉｎは、入力輝度値Ｘｎを間に値として有する、２つの実測点のうち、値が小さい実測点の入力輝度値、及びそれに対応する実測値を指す。また、Ｘｍａｘ、Ｙｍａｘは、入力輝度値Ｘｎを間に値として有する、２つの実測点のうち、値が大きい実測点の入力輝度値、及びそれに対応する実測値を指す。このように、２つの実測点の実測値を案分して入力値の刻み１に対応する増分を計算し、相応する刻み分の増分を実測値に加算することで実測値を線形補間する。
図５（ｂ）は、２つの実測点「Ｘ１５」「Ｘ３１」の間の各輝度値に対応する、ＬＵＴ３１の対応関係の設定の一形態を示す。２つの実測点間の各入力輝度値が、「入力」列に示される。また、上記の線形補間式においてＸｍｉｎを１５、Ｘｍａｘを３１としたときに、Ｘ１６〜Ｘ３０の各入力輝度値に対して線形補間式によって計算された実測値を、１００％で正規化した値が、「実測値％」列に示されている。「理想％」列は、各入力輝度値がＬＣＤパネルに入力された場合の理想の出力輝度値を、１００％で正規化した値を示す。この値は、実測点に対応する輝度値の場合と同じ計算式によって求められてもよい。「補正係数」列は、各入力輝度値に対応する「理想％」を「実測値％」で除算した値を示す。「ＬＵＴ値」列は、各入力輝度値に対応する「補正係数」を、輝度値の最大値で正規化した、すなわち、「補正係数」に輝度値の最大値を乗算して、丸め処理を行った値を示す。ＬＵＴ値は出力輝度値に相当する値である。
このように、入力輝度値が実測点のいずれにも対応しない場合は、当該入力輝度値を間に値として有する、２つの実測点間で、実測点同士の実測値を線形補間して、当該入力輝度値の実測値に対応する値を取得し、当該入力輝度値の実測値に対応する値と当該入力輝度値の理想値から当該入力輝度値の補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、当該入力輝度値と「ＬＵＴ値」が関連づけられた対応関係としてＬＵＴ３１に登録されている。ＬＵＴ入力画像のある画素が実測点に相当しない輝度値を有している場合、この対応関係に基づいて、入力輝度値に対応する「ＬＵＴ値」を取得し、その値を出力輝度値として、ＬＵＴ出力画像、すなわちＬＶ画像を生成する。
ＬＵＴ３１は、メモリなどに、入力輝度値と出力輝度値の、つまり、階調変換前後の輝度値の対応関係として事前に登録し、別途設置されるＣＰＵなどでＬＵＴ３１上に登録された対応関係を参照しながら、入力輝度値を出力輝度値に変換するように、実装することが可能である。
ＬＵＴ３１は、上記のように生成されたＬＵＴ出力画像を、ＬＶ画像（輝度が調整されたグレースケールの白黒調整画像）として、ＬＶパネル９へ送信する。
次に、第１の実施形態に基づいて、画像を表示する手順について記載する。
まず、図１に示されるように、画像表示装置本体２の画像処理エンジン４が、画像表示装置１に表示すべきＲＧＢ画像を生成し、ＬＣＤモジュール３に送信する。
ＬＣＤモジュール３が、Ｉ／Ｆ５によりＲＧＢ画像を受信し、Ｉ／Ｆ５は受信したＲＧＢ画像をＬＣＤコントローラ６、ＬＶコントローラ８の双方に送信する。
ＬＣＤコントローラ６が、Ｉ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信し、受信したＲＧＢ画像を信号処理してＲＧＢパネル７に送信する。
ＲＧＢパネル７がＬＣＤコントローラ６から受信したＲＧＢ画像を表示する。
他方、ＬＶコントローラ８もＬＣＤコントローラ６と同様に、Ｉ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信する。
図３に図示される、ＬＶコントローラ８の色マトリクス変換部３０が、受信したＲＧＢ画像に対し色マトリクス変換を行い、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールのＬＵＴ入力画像を生成し、ＬＵＴ３１に送信する。
ＬＵＴ３１が、色マトリクス変換部３０からＬＵＴ入力画像を受信する。ＬＵＴ３１には階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されている。この対応関係としては、入力輝度値が実測点のいずれかに対応する場合は、実測点を入力輝度値とした場合のＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、当該実測点に相当する「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該実測点と「ＬＵＴ値」が関連づけられて登録されている。また、入力輝度値が実測点のいずれにも対応しない場合は、当該入力輝度値を間に値として有する、２つの実測点間で、実測点同士の実測値を線形補間して、当該入力輝度値の実測値に対応する値を取得し、当該入力輝度値の実測値に対応する値と当該入力輝度値の理想値から当該入力輝度値の補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該入力輝度値と「ＬＵＴ値」が関連づけられた対応関係としてＬＵＴ３１に登録されている。
ＬＵＴ３１は、受信したＬＵＴ入力画像の各画素に対して、階調変換を行い、ＬＵＴ出力画像を生成する。ＬＵＴ３１は生成したＬＵＴ出力画像を、ＬＶ画像（輝度が調整されたグレースケールの白黒調整画像）として、ＬＶパネル９に送信する。
上記のように、同一のＲＧＢ画像が、一方はＬＣＤコントローラ６を介してＲＧＢ画像としてＲＧＢパネル７に、他方はＬＶコントローラ８を介して、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールのＬＶ画像としてＬＶパネル９に、同時に表示される。
前側のＬＣＤパネルであるＲＧＢパネル７と、後側のＬＣＤパネルであるＬＶパネル９は、図２に示されるように重ねられた構造になっているため、光源２０からバックライトユニット１０を介して照射された光は、同一のＲＧＢ画像を基にしたＬＶ画像、ＲＧＢ画像がそれぞれ表示されたＬＶパネル９、ＲＧＢパネル７を順次通過し、人間の眼に届く。光がＬＶパネル９、及びＲＧＢパネル７を通過する際に、カラーフィルタ基板１１、及びそれぞれが有する図示しない液晶層を通過することによって、色調や輝度が制御される。
輝度の制御は、ＬＶパネル９、及びＲＧＢパネル７のそれぞれによって個別に行うことが可能であり、したがって、細やかなコントラストの調整が可能となる。
また、ＲＧＢパネル７とＬＶパネル９を通してバックライトユニット１０から光を照射すると、双方のパネルを通して人間の眼に届く光は、それぞれのパネルの透過率を掛け合わせたものとなる。第１の実施形態において、実際にＬＵＴ３１に設定される、入力輝度値と出力輝度値の対応の一形態を図６に示す。本図において、入力輝度値が小さい部分に対応する出力輝度値の傾きは図４に示される実測値に比べて急峻な形状となっており、理想に近いものとなっている。ＬＵＴ３１がこのような階調変換を、グレースケールの画像に対して行うことにより、輝度値が小さく暗い部分のＬＶパネル９の透過率を悪くする。それにより、ＲＧＢ画像を表示するＲＧＢパネル７の輝度値を変更せずに、ＬＶパネル９の輝度値のみを変更することで、黒浮きを防止することが可能となる。
図６において特に注目すべき点は、実測点、すなわち折れ線によるガンマ近似における変極点に相当する入力輝度値の多くは、対応する出力輝度値が極大点となっている、すなわち、入力輝度値が変極点より大きくなると出力輝度値は一旦減少していることである。これは、実測点間の各入力輝度値における実測値は、上記の線形補間式のように、実測点間の線形補間によって算出しているところが、Ｘｎの理想値を導出するための計算式は右下方向に膨らんだ形状の関数を有することに起因する。図５（ｂ）においては、実際に、入力輝度値が変極点である１５の場合よりも、１６〜１９の場合の方が、小さい出力輝度値（ＬＵＴ値）を有している。
例えば輝度値が徐々に明るくなるようなグラデーションを画面に表示した場合、通常の折れ線によるガンマ近似であれば折れ線の変極点に相当する輝度値に対応する箇所に関しては人間には色の境界線が見えてしまう。しかし、第１の実施形態は、図６に示されるような形状の入力輝度値と出力輝度値との対応関係を有するＬＵＴ３１を備えている。つまり、折れ線によるガンマ近似の適用を前提として補正をかける、すなわち、折れ線によるガンマ近似が実装された装置において階調特性を実測し、それを理想の状態に補正する補正曲線が、ＬＵＴ３１に対応関係として登録されている。これにより、変極点より少し明るい輝度値に相当する画素の輝度を小さくして描画することで、境界線を目立たなくすることが可能となり、したがって自然なグラデーションの表示を実現し、人間の眼に自然に映るような階調特性を実現することが可能となる。
上記の一連の処理は、バックライト側の後側のＬＣＤパネルをＬＶパネル９として構成したために、複雑な構成となってはおらず、実装に要する回路規模が小さくて済む。
また、ＬＵＴ３１の値は製品実装前にオフラインで作成し、回路構成上はメモリを実装するのみですむので、階調特性の変換は容易に実現できる。そのうえ、階調変換特性を理想に近づけるための、入力輝度値と出力輝度値との対応関係は１種類のみ、すなわち、装置の実現に必要なＬＵＴ３１は１つのみで足りる。
更に図２を用いて示したように、ＬＶパネル９はＬＶコントローラ８から受信したＬＶ画像を表示する。ＬＶ画像はグレースケールの画像を基にしたものであるため、カラーフィルタなどの、通常のＬＣＤパネルが必要とする一部の構成要素を必要としない。
以上の理由により、安価に製品を提供することも可能である。
上記の第１の実施形態による実験結果を図７、８に示す。
図７（ａ）はＲＧＢ画像、図７（ｂ）はＲＧＢ画像に対し色マトリクス変換を行ったＬＵＴ入力画像、図７（ｃ）はＬＵＴ３１により階調変換したＬＶ画像で、図７（ａ）のＲＧＢ画像と図７（ｃ）のＬＶ画像を重ねて表示したものが図７（ｄ）の最終出力画像である。
図８（ａ）〜（ｄ）は、図７（ａ）〜（ｄ）の拡大図である。
最終出力画像は黒の階調特性が改善され、高いコントラスト比の画像表示が実現されている。
次に、図９を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。ＬＶコントローラ９０以外の構成は、第１の実施形態と同じである。
ＬＶコントローラ９０は、出力輝度値の輝度ヒストグラムがなめらかになるように、すなわち、画像を表示するに際し、出力輝度値がとり得る値について、特定の値の輝度値のみがよく使用されうるという状況をなくし、できるだけ多くの値が出力輝度値として使用されるようにすることで、階調特性を改善する。そのために、輝度値に対しビット拡張を実施する。
ＬＶコントローラ９０は、色マトリクス変換部３０、ビット拡張部９１、およびＬＵＴ９２を備える。
色マトリクス変換部３０の構成は、第１の実施形態と同じであり、前述した第１の実施形態と同様に色マトリクス変換を実施し、グレースケールのビット拡張入力画像を生成する。色マトリクス変換部３０は生成したビット拡張入力画像をビット拡張部９１に送信する。
ビット拡張部９１は、色マトリクス変換部３０が生成したビット拡張入力画像を受信する。ビット拡張部９１は、受信したビット拡張入力画像の、各画素の輝度値をビット拡張する。図１０はビット拡張を説明するものである。ここでは、８ビットの画素値に対して２ビット分左シフト演算を行い、ＬＳＢの下に２ビットを追加して、１０ビットに拡張している。本実施形態においては、８ビットで表される輝度値を１０ビットに拡張しているが、輝度値を表現するビット数は８ビットに限られず、また、拡張後のビット数も１０ビットに限られない。拡張後のビット数は増加する回路規模とコストとのトレードオフで決定されてよい。
拡張された２ビットに設定する値は、処理対象の画素を注目画素と呼称すると、注目画素の周囲の画素の輝度値を基に設定する。図１１（ａ）に、注目画素Ｘ５とその周囲の画素Ｘ１〜Ｘ４、Ｘ６〜Ｘ９を例示する。注目画素に対し、周囲の画素は注目画素と似ている、あるいは関連する値を示していることが多い。例えば、注目画素が周囲の画素より大きい輝度値を有する場合、画素の並びを横軸、各画素の輝度値を縦軸としてみたときの関数の形状は凸の形状を有し、注目画素の真の画素値ともいえる画素値のアナログ値は、８ビットに丸められた画素値のデジタル値よりも本来小さいであろうことが推定される。したがって、当該注目画素は実際には周囲の画素に近づけるように、８ビットに丸められた画素値のデジタル値よりも若干小さい輝度値で描画すると、人間の眼に自然に映るように画像を描画できる。逆に、注目画素が周囲の画素より小さい輝度値を有する場合、その注目画素は若干大きい輝度値で描画すると、自然に画像を描画できる。このような値の調整を拡張された２ビットを用いて実施する。
具体的には、拡張された２ビットの値の設定を次のように行う。図１１（ｂ）はこの値の設定のプログラム実現例である。変数ｄｃを０で初期化したうえで、注目画素Ｘ５の８ビットの輝度値をその周囲の画素Ｘ１〜Ｘ４、Ｘ６〜Ｘ９の８ビットの輝度値とそれぞれ比較し、注目画素Ｘ５の輝度値が周囲の画素より大きければｄｃから１を減算し、注目画素Ｘ５の輝度値が周囲の画素より小さければｄｃに１を加算する。ここでは注目画素と比較される周囲の画素の数は８であり、この時点での変数ｄｃの値は−８〜＋８の値をとり得る。この変数ｄｃを８で除算することで−１〜１までの値に正規化し、注目画素の８ビットの輝度値に加算することで、小数点以下の２ビットの値が設定される。正規化された変数ｄｃが加算された輝度値を、最終的に２ビット分だけ左シフトすることにより、８ビットの輝度値の１０ビットへの拡張が完了する。
前述のように、正規化前の変数ｄｃは−８〜＋８の、１６段階の値をとることが可能であり、つまり４ビットで表現できる。したがって、上記のビット拡張方法によれば、例えば８ビットの輝度値を最大１２ビットまで拡張することが可能であるが、本実施形態ではｄｃの下位２ビット分は丸められている。拡張するビット数は、後述のＬＵＴ９２のビット幅にも影響するため、輝度値のビット数と同様、回路規模とコストとのトレードオフで決定されてよい。
ビット拡張部９１は、上記のように各注目画素に対し、周囲の画素との大小関係を反映した値が重みとして拡張されたビットに設定されたＬＵＴ入力画像を、ＬＵＴ９２に送信する。
ＬＵＴ９２は、ビット拡張されたＬＵＴ入力画像をビット拡張部９１から受信する。ＬＵＴ９２は基本的に、第１の実施形態におけるＬＵＴ３１と同様に値が設定される。すなわち、ＬＵＴ９２には対応関係として、入力輝度値が実測点のいずれかに対応する場合は、実測点を入力輝度値とした場合のＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、当該実測点に相当する「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該実測点と「ＬＵＴ値」が関連づけられて登録されている。また、入力輝度値が実測点のいずれにも対応しない場合は、当該入力輝度値を間に値として有する、２つの実測点間で、実測点同士の実測値を線形補間して、当該入力輝度値の実測値に対応する値を取得し、当該入力輝度値の実測値に対応する値と当該入力輝度値の理想値から当該入力輝度値の補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該入力輝度値と「ＬＵＴ値」が関連づけられた対応関係がＬＵＴ９２に登録されている。
ＬＵＴ９２の設定の一形態を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。図１２（ａ）は実測点に関する設定例であり、図１２（ｂ）は実測点の間の各入力輝度値に対応する設定例である。図１２（ｂ）において、例えば「入力」が６０と６４の間については破線で表現されているが、実際には６１〜６３の入力輝度値に関する行が存在するところ、これらを省略して表すものである。
ＬＵＴ９２のＬＵＴ３１との相違点は、ＬＵＴ３１は入力輝度値が、例えば８ビット等の、ビット拡張されていない値であったのに対し、ＬＵＴ９２は、例えば１０ビット等の、ビット拡張された値である点である。実測点自体の数はＬＵＴ３１と同じであるため、実測点に相当する入力輝度値に関するＬＵＴ９２の構成はＬＵＴ３１と同じであり、ＬＵＴ９２とＬＵＴ３１の対応する各実測点に関して、「実測値％」列、「理想％」列、「補正係数」列及び「ＬＵＴ値」列はそれぞれ同じ値を有する。しかし、実測点の間の輝度値は、拡張されたビット数に応じて増加する。図５（ａ）における入力輝度値１５、３１は、図１２（ａ）における、ビット拡張された入力輝度値６０、１２４にそれぞれ対応する。図５（ｂ）には、ビット拡張しない場合の入力輝度値１５と３１の間の１５個の入力輝度値に関する設定がなされているが、これに対し、図１２（ｂ）においては、入力輝度値がビット拡張された結果、対応する入力輝度値６０〜１２４の間の、６３個の入力輝度値に関する設定がなされている。
尚、理想値の導出に使用される式は、第１の実施形態と異なり、次式を使用してもよい。１０２３はビット数を１０に拡張した場合の輝度値の最大値を示す。
Figure 2016118689
ＬＵＴ９２の入力輝度値は拡張されたビット数、すなわち図１２においては１０ビットで表現されたものであるが、最終的に各入力輝度値に応じて出力される出力輝度値、すなわちＬＵＴ値は、ＬＵＴ３１と同様にビット拡張前のビット数における最大値、すなわち図１２においては８ビットの最大値である２５５で正規化され、それによりＬＵＴ出力画像が構成される。したがって、ＬＵＴ９２の出力を使用する各部位においては、ＬＵＴ９２の前にビット拡張が行われたか否かに影響されず、各々の処理を構築、実行することが可能である。
ＬＵＴ９２が階調変換し、輝度を調整したＬＵＴ出力画像は、ＬＶパネル９に送信される。
次に、第２の実施形態に基づいて、画像を表示する手順について記載する。第１の実施形態と第２の実施形態の相違はＬＶコントローラ９０であるため、ＬＶコントローラ９０に関して詳述する。
図９に図示される、ＬＶコントローラ９０の色マトリクス変換部３０が、受信したＲＧＢ画像に対し色マトリクス変換を行い、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールのビット拡張入力画像を生成し、ビット拡張部９１に送信する。
ビット拡張部９１は、色マトリクス変換部３０からビット拡張入力画像を受信する。ビット拡張部９１は、受信したビット拡張入力画像の各画素に対して、ビット拡張を行い、ＬＵＴ入力画像を生成する。ビット拡張により拡張されたビットに格納される値は、注目画素と、注目画素の近傍の画素との大小関係から算出された重みを基に設定される。ビット拡張部９１は、生成したＬＵＴ入力画像を、ＬＵＴ９２に送信する。
ＬＵＴ９２が、ビット拡張部９１から、ビット拡張された画像データである、ＬＵＴ入力画像を受信する。ＬＵＴ９２には階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されている。この対応関係としては、入力輝度値が実測点のいずれかに対応する場合は、実測点を入力輝度値とした場合のＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、当該実測点に相当する「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該実測点と「ＬＵＴ値」が関連づけられて登録されている。また、入力輝度値が実測点のいずれにも対応しない場合は、当該入力輝度値を間に値として有する、２つの実測点間で、実測点同士の実測値を線形補間して、当該入力輝度値の実測値に対応する値を取得し、当該入力輝度値の実測値に対応する値と当該入力輝度値の理想値から当該入力輝度値の補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該入力輝度値と「ＬＵＴ値」が関連づけられた対応関係がＬＵＴ９２に登録されている。
ＬＵＴ９２は、受信したＬＵＴ入力画像の各画素に対して、階調変換を行い、ＬＵＴ出力画像を生成する。ＬＵＴ９２は生成したＬＵＴ出力画像を、ＬＶ画像（輝度が調整されたグレースケールの白黒調整画像）として、ＬＶパネル９に送信する。
第２の実施形態は、既に説明したように、出力輝度値の輝度ヒストグラムをなめらかにすることを意図するものである。出力輝度値の輝度ヒストグラムの粗さは、入力輝度値と出力輝度値の情報が共に、例えば８ビットで格納されるＬＵＴを考えた場合、当該ＬＵＴ上に対応関係として実現される「階調特性を変化させる補正曲線」を計算する際に、演算誤差、つまり丸め誤差によって、出力輝度値に値の抜けが生じるために発生していた。これに対し、ビット拡張部９１において入力輝度値をビット拡張し、拡張されたビットに周囲の画素の輝度値との関連を表した値を設定することにより、本来、アナログである画像信号を８ビットに量子化する場合に、丸められて使用されなかったビット解像度以下の情報を復元した。これにより、輝度ヒストグラムをなめらかにすると同時に、階調変換を更になめらかにすることが可能である。
尚、第２の実施形態に関しては、同一のＲＧＢ画像が、一方はＬＣＤコントローラ６を介してＲＧＢ画像としてＲＧＢパネル７に、他方はＬＶコントローラ８を介して、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールのＬＶ画像としてＬＶパネル９に、同時に表示されるという特徴については第１の実施形態と同じである。したがって、当該特徴に起因する、細やかなコントラストの調整や黒浮きの防止が可能であるという効果、および、実装に要する回路規模が小さく安価な製品の提供が可能という効果を、第２の実施形態も第１の実施形態と同様に有する。
同様に、第２の実施形態におけるＬＵＴ９２に格納される対応関係は、第１の実施形態におけるＬＵＴ３１の値と同様な手法で設定されており、結果としてＬＵＴ３１の場合に図６で示したものと同様な、図１３として示される、入力輝度値と出力輝度値の対応関係を有する。そのため、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、人間の眼に自然に映るような階調特性が実現できるという効果を奏する。
上記の第１の実施形態による実験結果を図１４、１５に示す。
図１４（ａ）はＲＧＢ画像、図１４（ｂ）はＲＧＢ画像に対し色マトリクス変換を行ったビット拡張入力画像、図１４（ｃ）はビット拡張部９１によってビット拡張を実施した後、ＬＵＴ９２により階調変換したＬＶ画像で、図１４（ａ）のＲＧＢ画像と図１４（ｃ）のＬＶ画像を重ねて表示したものが図１４（ｄ）の最終出力画像である。
図１５（ａ）〜（ｄ）は、図１４（ａ）〜（ｄ）の拡大図である。
最終出力画像においては、黒の階調特性が改善され、高コントラストの画像表示が実現されている。
図１６は、図７、図１４に示される各画像の輝度ヒストグラム分布を示したものである。図１６（ａ）は、図７（ａ）、図１４（ａ）に示される、ＲＧＢ画像の輝度ヒストグラム分布、図１６（ｂ）は、図７（ｃ）に示される、ＬＵＴ３１により階調変換を行ったＬＶ画像の輝度ヒストグラム分布、図１６（ｃ）は、図１４（ｃ）に示される、ビット拡張部９１によってビット拡張を実施した後、ＬＵＴ９２により階調変換したＬＶ画像の輝度ヒストグラム分布を、それぞれ示す。図１６（ｂ）はビット拡張を行っていないため、輝度値に抜けが発生している。それに対し、ビット拡張を行った図１６（ｃ）は、輝度値の抜けが減少し、図１６（ｂ）に比べると輝度値の分布が改善されて、なめらかになっている。
図１６（ｄ）は、図１４（ｃ）の結果に対し、更にローパスフィルタを適用した画像の輝度ヒストグラムである。これにより、更になめらかな分布が実現できる。
尚、ビット拡張の手法については、上記で説明した方法に限られず、他の手法によって実現してもよい。
次に、図１７を用いて、本発明の第３の実施形態を説明する。画像表示装置本体２の構成は、第１の実施形態の画像表示装置１と同じである。
第３の実施形態における画像表示装置１７００が備えるＬＣＤモジュール１７０１は、Ｉ／Ｆ（インタフェース）５、ＬＣＤコントローラ１７０２、及びＲＧＢパネル７を備えている。Ｉ／Ｆ（インタフェース）５、及びＲＧＢパネル７は前述の画像表示装置１と同じである。しかし、画像表示装置１７００は第１、第２の実施形態と異なり、ＬＶコントローラ８、９０、及びＬＶパネル９を有さず、その代わり、ＬＣＤコントローラ１７０２がビット拡張部１７０３、及びＬＵＴ１７０４を備えている。これにより、本実施形態は、ＲＧＢパネル７に表示されるＲＧＢ画像に対して、ビット拡張処理、及び階調変換処理を行うものとなっている。
ビット拡張部１７０３は、前記の第２の実施形態におけるビット拡張部９１と、基本的に同様の挙動を示すものである。すなわち、ビット拡張部１７０３は、ビット拡張部１７０３に対する入力画像の各画素の輝度値をビット拡張し、拡張されたビットには、当該画素と、当該画素の近傍の画素との大小関係から算出された重みを基にした値を設定する。ビット拡張部１７０３は、このように生成したＬＵＴ入力画像を、ＬＵＴ１７０４に送信する。
ＬＵＴ１７０４は、第２の実施形態におけるＬＵＴ９２と、基本的に同様の方法で値が設定される。すなわち、ＬＵＴ１７０４には対応関係として、入力輝度値が実測点のいずれかに対応する場合は、実測点を入力輝度値とした場合のＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、当該実測点に相当する「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該実測点と「ＬＵＴ値」が関連づけられて登録されている。また、入力輝度値が実測点のいずれにも対応しない場合は、当該入力輝度値を間に値として有する、２つの実測点間で、実測点同士の実測値を線形補間して、当該入力輝度値の実測値に対応する値を取得し、当該入力輝度値の実測値に対応する値と当該入力輝度値の理想値から当該入力輝度値の補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該入力輝度値と「ＬＵＴ値」が関連づけられた対応関係がＬＵＴ９２に登録されている。
ビット拡張部１７０３、及びＬＵＴ１７０４と、図９に示される、第２の実施形態におけるビット拡張部９１、及びＬＵＴ９２との差異は、ビット拡張部１７０３、及びＬＵＴ１７０４はＬＣＤモジュール１７０１内のＬＣＤコントローラ１７０２内にあるということである。すなわち、第２の実施形態のビット拡張部９１、及びＬＵＴ９２がＬＶコントローラ９０の中に存在し、同じくＬＶコントローラ９０内に存在する色マトリクス変換部３０が出力するグレースケールの画像を処理するのに対し、本実施形態におけるビット拡張部１７０３、及びＬＵＴ１７０４は、ＲＧＢ画像を処理し、ＲＧＢパネル７に送信する。ＬＣＤコントローラ１７０２は入力されたＲＧＢ画像のＲ、Ｇ、Ｂのいずれかの、またはこれらから選択された輝度値、あるいは全ての輝度値に対して、個別にビット拡張部１７０３、及びＬＵＴ１７０４による処理を行うように構成することが可能である。
ＬＵＴ１７０４が階調変換し、輝度を調整したＬＵＴ出力画像は、ＲＧＢパネル７に送信される。
次に、第３の実施形態に基づいて、画像を表示する手順について記載する。
まず、画像表示装置本体２の画像処理エンジン４が、画像表示装置１７００に表示すべきＲＧＢ画像を生成し、ＬＣＤモジュール１７０１に送信する。
ＬＣＤモジュール１７０１が、Ｉ／Ｆ５によりＲＧＢ画像を受信し、Ｉ／Ｆ５は受信したＲＧＢ画像をＬＣＤコントローラ１７０２に送信する。
ＬＣＤコントローラ１７０２がＩ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信し、受信したＲＧＢ画像をビット拡張部１７０３に送信する。
ビット拡張部１７０３は、Ｉ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信する。ビット拡張部１７０３は、受信したＲＧＢ画像の各画素の、例えばＲ、Ｇ、Ｂのすべての輝度値に対して、ビット拡張を行い、ＬＵＴ入力画像を生成する。ビット拡張により拡張されたビットに格納される値は、注目画素と、注目画素の近傍の画素との大小関係から算出された重みを基に設定される。ビット拡張部１７０３は、ビット拡張されたＲＧＢ画像であるＬＵＴ入力画像を、ＬＵＴ１７０４に送信する。
ＬＵＴ１７０４が、ビット拡張部１７０３からＬＵＴ入力画像を受信する。ＬＵＴ９２には階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されている。この対応関係としては、入力輝度値が実測点のいずれかに対応する場合は、実測点を入力輝度値とした場合のＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、当該実測点に相当する「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該実測点と「ＬＵＴ値」が関連づけられて登録されている。また、入力輝度値が実測点のいずれにも対応しない場合は、当該入力輝度値を間に値として有する、２つの実測点間で、実測点同士の実測値を線形補間して、当該入力輝度値の実測値に対応する値を取得し、当該入力輝度値の実測値に対応する値と当該入力輝度値の理想値から当該入力輝度値の補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで、「ＬＵＴ値」の値が事前に計算され、当該入力輝度値と「ＬＵＴ値」が関連づけられた対応関係がＬＵＴ９２に登録されている。
ＬＵＴ１７０４は、受信したＬＵＴ入力画像の各画素に対して、例えばＲ、Ｇ、Ｂのすべての輝度値に対して、階調変換を行い、階調変換されたＲＧＢ画像であるＬＵＴ出力画像を生成する。ＬＵＴ１７０４は生成したＬＵＴ出力画像を、ＲＧＢパネル７に送信する。
ＲＧＢパネル７がＬＣＤコントローラ１７０２から受信したＲＧＢ画像を表示する。
本実施形態は、第１、第２の実施形態のＬＵＴ３１、ＬＵＴ９２と同様に機能するＬＵＴ１７０４を有し、ＬＵＴ１７０４によってＲＧＢ画像を、グレースケールの画像にすることなく、階調変換している。したがって、第１、第２の実施形態と同様に、通常の折れ線近似によるガンマ変換の不具合を防止する細やかなコントラストの調整が可能であり、人間の眼に自然に映るような階調特性が実現できる。
また、本実施形態は、第２の実施形態と同様にビット拡張部１７０３を有し、ビット拡張部１７０３は第２の実施形態のビット拡張部９１と同様に機能する。したがって、第２の実施形態と同様に、ＬＵＴによる階調変換特性を更になめらかにすることが可能である。
尚、本実施形態においては、ＲＧＢ画像はビット拡張部１７０３によってビット拡張されたのち、ＬＵＴ１７０４で階調変換されたが、ビット拡張部１７０３はコストとのトレードオフで、実装しないことも可能である。この場合、ＲＧＢ画像はビット拡張されずに、直接ＬＵＴ１７０４に入力される。また、ＬＵＴ１７０４はビット拡張されていないＲＧＢ画像を階調変換するため、例えば、第１の実施形態のＬＵＴ３１と同様な対応関係を格納するものとなる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施の形態が可能であることが理解できるであろう。
よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。
１ 画像表示装置
２ 画像表示装置本体
３ ＬＣＤモジュール
４ 画像処理エンジン
５ Ｉ／Ｆ（インタフェース）
６ ＬＣＤコントローラ
７ ＲＧＢパネル
８ ＬＶコントローラ
９ ＬＶパネル
１０ バックライトユニット
１１ カラーフィルタ基板
１２ ＴＦＴ基板
１３ 偏光フィルム
１４ 駆動ＩＣ
１５ ガラス基板
１６ ＴＦＴ基板
１７ 偏光フィルム
１８ 駆動ＩＣ
１９ 光ガイドパネル
２０ 光源
３０ 色マトリクス変換部
３１ ルックアップテーブル（ＬＵＴ）
９０ ＬＶコントローラ
９１ ビット拡張部
９２ ルックアップテーブル（ＬＵＴ）
１７００ 画像表示装置
１７０１ ＬＣＤモジュール
１７０２ ＬＣＤコントローラ
１７０３ ビット拡張部
１７０４ ルックアップテーブル（ＬＵＴ）

Claims (12)

  1. ＬＣＤパネルにより構成された画像表示装置を用いる、画像表示方法であって、
    ＲＧＢ画像を基にしたルックアップテーブル入力画像の階調を、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルによって階調変換し、ルックアップテーブル出力画像を生成すること、
    前記ＬＣＤパネルに前記ルックアップテーブル出力画像を表示すること、
    を含み、
    前記対応関係は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有する複数の実測点のそれぞれに対して、前記実測点を入力輝度値とした場合の前記ＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、前記実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで取得される、画像表示方法。
  2. 前記ルックアップテーブル入力画像は、
    ＲＧＢ画像の各画素の輝度値をビット拡張すること、
    を含む方法によって生成される、請求項１に記載の画像表示方法。
  3. 前記ビット拡張により拡張されたビットに格納される値は、前記画素と、前記画素の近傍の画素との大小関係から算出された重みを基に設定される、請求項２に記載の画像表示方法。
  4. 前記実測点間の、各輝度値に関する対応関係は、
    前記実測点間で、前記実測点同士の前記実測値を線形補間することで、前記実測点間の各輝度値の実測値に対応する値を取得すること、
    前記各輝度値の実測値に対応する前記値と前記各輝度値の理想値から前記各輝度値の補正係数をそれぞれ計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化すること、
    によって取得される、請求項１から３のいずれか一項に記載の画像表示方法。
  5. 前側のＬＣＤパネルと後側のＬＣＤパネルを重ねることにより構成された画像表示装置を用いる、画像表示方法であって、
    前記前側のＬＣＤパネルに、ＲＧＢ画像を表示すること、
    ＲＧＢ画像を基にしたルックアップテーブル入力画像の階調を、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルによって階調変換して、輝度が調整された白黒調整画像を生成すること、
    前記後側のＬＣＤパネルに、前記白黒調整画像を表示すること、
    を含み、
    前記対応関係は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有する複数の実測点のそれぞれに対して、前記実測点を入力輝度値とした場合の前記ＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、前記実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで取得される、画像表示方法。
  6. 前記ルックアップテーブル入力画像は、ＲＧＢ画像から色マトリクス変換によって生成される、請求項５に記載の画像表示方法。
  7. 画像表示装置であって、
    階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルであって、ＲＧＢ画像を基にしたルックアップテーブル入力画像を階調変換し、ルックアップテーブル出力画像を生成する、前記ルックアップテーブルと、
    前記ルックアップテーブル出力画像を表示するＬＣＤパネルと、
    を含み、
    前記対応関係は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有する複数の実測点のそれぞれに対して、前記実測点を入力輝度値とした場合の前記ＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、前記実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで取得される、画像表示装置。
  8. ＲＧＢ画像の各画素の輝度値をビット拡張してルックアップテーブル入力画像を生成するビット拡張部を更に含む、請求項７に記載の画像表示装置。
  9. 前記ビット拡張により拡張されたビットに格納される値は、前記画素と、前記画素の近傍の画素との大小関係から算出された重みを基に設定される、請求項８に記載の画像表示装置。
  10. 前記実測点間の、各輝度値に関する対応関係は、
    前記実測点間で、前記実測点同士の前記実測値を線形補間することで、前記実測点間の各輝度値の実測値に対応する値を取得すること、
    前記各輝度値の実測値に対応する前記値と前記各輝度値の理想値から前記各輝度値の補正係数をそれぞれ計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化すること、
    によって取得される、請求項７から９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
  11. 前側のＬＣＤパネルと後側のＬＣＤパネルを重ねることにより構成された画像表示装置であって、
    ＲＧＢ画像を信号処理して前記前側のＬＣＤパネルに供給するＬＣＤコントローラと、
    階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルであって、ＲＧＢ画像を基にしたルックアップテーブル入力画像を階調変換し、輝度が調整された白黒調整画像を生成する、前記ルックアップテーブルを含み、前記白黒調整画像を前記後側のＬＣＤパネルに供給するＬＶコントローラと、
    を含み、
    前記対応関係は、０から輝度値の最大値までの間の、異なる値を有する複数の実測点のそれぞれに対して、前記実測点を入力輝度値とした場合の前記ＬＣＤパネルの出力輝度値の実測値と、前記実測点を入力輝度値とした場合の出力輝度値の理想値から、補正係数を計算し、当該補正係数を輝度値の最大値で正規化することで取得される、画像表示装置。
  12. 前記ＬＶコントローラは、ＲＧＢ画像から色マトリクス変換によって、ルックアップテーブル入力画像を生成する色マトリクス変換部をさらに含む、請求項１１に記載の画像表示装置。
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