JP2020118783A - 外光補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 暗部階調性を改善する外光補正方法を提供すること。【解決手段】 入力映像信号の階調を任意の階調に変換するガンマ補正手段と、駆動された階調に応じて表示の明るさに変換する表示手段と、外光補正量を設定する外光補正量設定手段と、外光補正量設定手段により設定された外光補正量から、階調性保証カーブを生成する階調性保証カーブ生成手段と、入力映像信号の階調を変換する規則を記したガンマテーブルを記憶するガンマ記憶手段と、前述の階調性保証カーブおよびガンマテーブルを合成するガンマカーブ合成手段と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置における外光補正方法に関し、特にユーザの求める精度で暗部階調性を改善しつつ、映像の印象をあまり変化させない方法に関する。

近年、高輝度で長寿命なプロジェクタ製品が市場に供給されてきており、使用環境も暗黒下での使用のみならず、比較的明るい環境でもプロジェクタが使用されるようになってきている。また、プロジェクタの使用用途も屋内でのプレゼンテーションや映画鑑賞のみならず、屋外でのプロジェクションマッピングのように、複数のプロジェクタを使ったシステムが提案されるなど、様々な使用方法が試されてきている。

このように、様々な使用方法が提案されてきている中、プロジェクタの課題の１つとして挙げられるのは外光が投写面に照射された際の投写映像の黒浮である。プロジェクタは、投射した像をスクリーン表面で結像させ、その反射拡散光を人間の目の機能により該像が網膜に再結像されることにより、映像を視認可能にした装置である。しかしながら、スクリーン表面に外光が照射されると投写映像に外光分が加算されてしまい、階調感のない映像として視認される現象、いわゆる黒浮が発生する。その結果、もともと暗黒下において暗部階調性が視認できるように編集された映像の階調差が、外光下では視認できなくなる場合がある。

このような視認性が低下する問題に対して、外光センサを用いて外光輝度を推定することにより表示する映像に階調処理を施し、コントラスト感を改善する方法が様々提案されている。

特許文献１には、外光センサを用いて所望とする階調となるように階調変換条件を変更する方法が開示されている。特許文献２には、外光センサと、外部映像ソースから入力された画像から、階調変換条件を変更する方法が開示されている。

特開平９−１９０１７０号公報 特許第４８３２９００号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術では、表示装置自身の明るさが変動した際、最良なコントラスト感を満たす階調変換条件から外れてしてしまう。また、外光の入った際の処理として、特許文献１記載の図３の例では暗部階調性が改善されるテーブル例が挙げられているが明部階調性が潰れてしまっている。特許文献１記載の図４の例では、明部階調性を外光が入る前の線図に持っていくことができているが、暗部階調性を大幅に損なっている。特許文献１記載の図５の例では、バランスよく外光補正がなされているが暗部階調性および明部階調性が犠牲となっている。特許文献１記載の図６の例では、特定の階調性を犠牲にすることなく理想的な変換に思えるが、ガンマ値が１に近づくため、全階調で白に対して階調差が少ないため、この変換では一般にコントラスト感の低い絵作りとなってしまう。

特許文献２に開示された従来技術では、入力映像信号と外光センサ値から階調変換規則を生成しているが、前述の入力映像信号からヒストグラムを作成し、各階級に属している画素輝度の度数に応じて階調変換規則の勾配を割り当てているため、必ずしも映像を制作した人が意図した階調性が再現されるわけでもなく、また、例えば比較的暗部に属する入力映像信号の階調値が比較的少なかった場合、外光によって最も階調性を失うと思われる暗部の階調性を更に酷くしてしまうことも考えられる。また、映像効果として暗いシーンを再現したいと意図した映像に対しても、階調差を優先するあまり明るくしてしまう処理となっている。更に、複数のプロジェクタを使ったブレンディング投写などを行う場合、それぞれのプロジェクタの入力される映像が異なるため、外光補正処理とブレンディング処理は共存できない。

そこで、本発明の目的は、特に外光による暗部視認性の劣化を低減させると共に、複数のプロジェクタによる合成投写においても比較的破綻しない外光補正方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る外光補正方法は、
入力映像信号の階調を任意の階調に変換するガンマ補正手段と、
駆動された階調に応じて表示の明るさに変換する表示手段と、
外光補正量を設定する外光補正量設定手段と、
外光補正量設定手段により設定された外光補正量から、階調性保証カーブを生成する階調性保証カーブ生成手段と、
入力映像信号の階調を変換する規則を記したガンマテーブルを記憶するガンマ記憶手段と、
前述の階調性保証カーブおよびガンマテーブルを合成するガンマカーブ合成手段とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、外光によって低下した暗部の階調視認性を改善する外光補正方法の提供を実現できる。

実施例１におけるブロック図 実施例１における関数Ｌ（ｘ），Ｖ（ｘ）をプロットしたグラフ 実施例１における関数Ｌ（ｘ），Ｖ（ｘ）、Ａ（ｘ）をプロットしたグラフ 実施例１における関数ｆ（Ｌ（ｘ）），ｆ（Ｖ（ｘ））、ｆ（Ａ（ｘ））をプロットしたグラフ 実施例２におけるブロック図 実施例３におけるブロック図

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の第１の実施例による、外光補正の流れについて説明する。

図１は、本実施例における基本的な構成を説明するためのプロジェクタ内部のブロック図である。

＃１０１は、非図示の映像出力装置から出力された映像信号を、非図示の映像信号レシーバが受け、非図示の解像度変換や色変換処理が施されたＲＧＢ映像信号を示している。本実施例では、この映像信号には一般に０．４５ガンマと呼ばれる１／２．２ガンマ処理がＲＧＢそれぞれの色に対して施されているとして本実施例を説明する。本実施例ではガンマが複数登場するため、このガンマを映像ガンマと称することにする。また、本実施例では映像ガンマが０．４５として説明するが、映像ガンマがどのような値であったとしても同様の議論を通して同様のシステムを設計することができる。

＃１０２は、＃１０１として入力されたＲＧＢ映像信号に対して、ＲＧＢそれぞれの映像信号に対して信号変換を行うガンマ補正手段である。ここで行う映像信号の変換は、ＲＧＢそれぞれの映像信号を１２ビット、０〜４０９５とし、出力信号をそれぞれ１２ビット、０〜４０９５とした３対の１Ｄ−ＬＵＴ型階調変換回路として本実施例を説明する。ここに書かれる１Ｄ−ＬＵＴの情報は、前述の映像ガンマの逆特性（以降モニタガンマと略す。一般的には２．２ガンマと呼ばれることもある）と、＃１０３で示したＲＧＢそれぞれの入力階調値に対する反射率（透過率）を示したパネル特性の逆特性を合成した１Ｄ−ＬＵＴである。また、外光補正のための特性も前述した１Ｄ−ＬＵＴに合成されて、ガンマ補正手段＃１０２に書き込まれることがある。

＃１０３は、＃１０２から出力されたＲＧＢそれぞれの階調信号に応じてＲＧＢそれぞれの液晶パネルの画素反射率（または透過率）に変換するライトバルブである。

＃１０４は、前述のモニタガンマとパネル特性の逆特性を合成したテーブルが記憶されているガンマ記憶手段である。ここに記憶されているガンマはＲＧＢそれぞれ１Ｄ―ＬＵＴで記憶されており、入力１２ビット、出力１２ビットでそれぞれ０〜４０９５までの整数型の変換テーブルの形式をとっているとして実施例を説明する。このテーブルがそのままガンマ補正手段＃１０２に登録されると、ガンマ補正手段のＲＧＢそれぞれの入力映像信号階調値と投射されるＲＧＢそれぞれの輝度の関係は、液晶パネル＃１０３の特性と合成されるため、結果、モニタガンマの特性のみが残ることとなる。その特性は、本実施例ではＲＧＢそれぞれ２．２ガンマ特性を示すとして説明する。ただし、実際には黒投写時にも若干明るく投射されるため、前述の２．２ガンマ特性は黒の輝度を引いた結果２．２ガンマの特性となっていることが理想的である。しかし、これも誤差のうちと考えて、略２．２ガンマ特性となっていれば十分である。

＃１０５は、外光補正量を設定するための外光補正量設定手段である。本実施例では、非図示のＧＵＩを使ってユーザが外光補正量を入力する。ここで入力される外光補正量は、

であり、詳細は後述する。外光補正量として入力する際、これらが個別に設定できるように実装してもよいし、外光補正量を１つのスカラー量と定義し、この外光補正量に対して上述のパラメータのうち１つもしくはこれらのパラメータの組み合わせをテーブルにより対応させてもよい。

＃１０６は、＃１０５で示した外光補正量設定手段によって設定された外光補正量に対応した階調性保証カーブを生成する手段である。本実施例では一例として、ヴェーバーの法則に従った考えをベースに、輝度刺激の弁別閾を考慮した階調性保証カーブの生成方法について詳説する。

仮に隣接する映像信号の左右それぞれに輝度の異なる映像信号

が投射されたとき、これら２種類の輝度差が弁別可能である条件を、

であると仮定する。我々が実験したところ、

以上の値であれば、十分輝度の弁別が可能であるという結論に至った。故に、本実施例ではこの値を用いて説明を続けるが、適当な値でよい。

さて、ここで黒投写時の輝度（プロジェクタから黒を投射した際の輝度＋外光輝度）を

としたとき、ＲＧＢ同一の入力映像信号階調値（０〜４０９５）に対して満たすべき輝度、つまり階調保証カーブは、

ただし、ｓは視認したい階調数で、ｓとして２５６を設定すると、映像信号入力階調値ｘ（ＲＧＢ映像信号それぞれｘ）に対する応答輝度Ｖ（ｘ）を実現したガンマテーブル設定時、２５６ステアステップ映像信号を投写すると、隣接する２階調の輝度差は人間に識別可能となる。

次に、ＲＧＢそれぞれのガンマテーブルをガンマ補正手段＃１０２に登録した際の、ＲＧＢ同一の入力映像信号階調値（０〜４０９５）に対するプロジェクタ投写輝度は

の関係を満たすはずである。ただし、

は白色輝度であり、ガンマテーブルと関連して記憶されているとする。Ｖ（ｘ）とＬ（ｘ）をグラフにしたのが図２である。このグラフは、

の時の結果を示している。

さて、このグラフはプロジェクタ黒投写時の黒の輝度と外光輝度の加算された黒を基準として、暗部の階調性が指定されたステアステップ数に対して視認可能であるための線図がＶ（ｘ）であり、少なくともＬ（ｘ）とＶ（ｘ）のうち大きな輝度値の線図を満たすべきであることを示している。もちろん、暗い階調から順にＬ（ｘ）≦Ｖ（ｘ）の条件を満たしている階調までしか有効ではない。

このような条件で、入力映像信号と満たすべき輝度の関係として実現すべき線図を図３のＡ（ｘ）として示している。

ところで、ガンマ補正手段＃１０２の入力映像信号値（ＲＧＢ共通）ｘに対してプロジェクタから投写される輝度はＬ（ｘ）だった。ここでは逆に輝度ｐを満たす、ガンマ設定手段＃１０２の入力値ｘについて考える。計算すると、

となる。

よって、入力映像信号階級値ｘに対して投写輝度が２．２の特性を満たしているガンマテーブルが与えられているとき、実現すべき輝度がＡ（ｘ）として与えられた場合、前述の入力映像信号階級値ｘに対して変換処理ｆ（ｘ）を施すことにより、目的のする階調特性を得ることが可能であることが分かる。以上の結果を図４で示す。

ここで、

が階調性保証カーブとなる。また、外光補正量は

の何れか、もしくはこれらの組み合わせである。

＃１０７は、＃１０４で示したガンマ記憶手段から読みだされたガンマテーブルと、＃１０６で示した階調性保証カーブ生成手段から出力された階調性保証カーブテーブルを合成するガンマカーブ合成手段である。

＃１０４で示したガンマ記憶手段から読みだされたガンマテーブルを

とする。また、前述の通り生成された階調性保証カーブを

とする。そのとき合成されるテーブルは、

となる。ここで

はそれぞれ、色を合わせる目的で与えられたパラメータであり、ガンマカーブ合成手段＃１０７で使われる他に、ガンマ補正手段＃１０２に入力される前に、入力映像信号＃１０１へのゲイン処理が施される。

以上がガンマカーブ合成手段の詳細である。

以下、図５を参照して、本発明の第２の実施例による、外光補正方法について説明する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本実施例の大部分は実施例１と同じであり、差は図５における投写面輝度補正手段＃５０１が追加されたのみである。以下、図５を使って差分について説明する。

＃５０１は、投写面輝度補正手段であり、実施例としては
（１）フォーカス位置による投写距離起因による輝度補正手段
（２）光学的な絞り及びＮＤ設定変更による輝度補正手段
（３）光学ズーム設定変更による輝度補正手段
の総称である。

実施例１で説明したとおり、外光補正設定手段＃１０５により外光補正量

の何れか、もしくはこれらの組み合わせとして値が変更されたとき、同時に上述のフォーカス位置、光学的な絞りおよびＮＤ設定、光学ズーム設定を記憶しておき、これらの値が変更された際、上記パラメータのうち

のパラメータを補正する。モデルとしての美しさは劣るが、ガンマテーブルに対応して記憶されている輝度パラメータ

を補正しても実質同じく目的を達成できる。

一般に、投写距離が２倍になったら、投写面の輝度は４分の１となり、絞り及びＮＤについては設定に比例して投写面の輝度が変化する。光学ズームによる投写面輝度は、投写面積に反比例することが知られており、これらの変化量を補正値とする。ここでの補正値は、外光輝度補正手段＃１０５の表示には影響を与えないが、該外光補正手段＃１０５の値が変更される際は内部的に前述の補正値を加味することにより、ＧＵＩを通して外光補正量を変更した際に、同じ外光補正量に設定したにもかかわらず、操作前と異なる補正量が施されないように考慮しているとする。

以上が実施例２の説明である。

以下、図６を参照して、本発明の第３の実施例による、外光補正方法について説明する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本実施例の大部分は実施例１と同じであり、差は図６における環境光量計測手段＃６０１が追加された点と、外光補正手段＃６０２の一部機能が修正された点である。以下、図６を使って差分について説明する。

＃６０１は環境光量計測手段であり、プロジェクタ外周部の何れかに配置さえた光電センサである。光電センサで検出された環境光は電圧値として出力され、該電圧値はＡ／Ｄ変換によりデジタル値に変換される。変換されたデジタル値は、環境光と比例関係となるように補正処理が施されたのち、環境光量として外光補正量設定手段＃６０２に送られる。

＃６０２は外光補正量設定手段であり、基本は＃１０５で説明した内容と同じである。異なる点は、＃６０１による取得した環境光量に乗算するための係数を該外光補正量設定手段から設定可能とした点である。ここで設定する乗算計数を

とし、前述の環境光量を

とすると、黒投写時の輝度（プロジェクタから黒を投射した際の輝度＋外光輝度）を

とすることを特徴とする。

以上が実施例３の説明である。

実施例１では、２つの関数

において、０＜ｘ＜４０９６において交点が１つ以上存在するならよりｘが０に近い交点を

とし、

を階調性保証カーブとした。妥当な

が存在しない場合は、

とする。

実施例４では、階調性保証カーブとして別の例を示す。

の導出過程までは同じであるが、実施例１の例では２つの関数

が滑らかに繋がっていないという問題があった。実施例４ではこの問題を解決する方法を提案する。

生成後のＣ（ｘ）に対して

を新たな階調性保証カーブとする。ただし、

は

を満たす任意の実数定数である。
もちろん、

のようなアレンジも容易である。ただし、

とする任意の実数定数である。

以上のように階調性保証カーブを生成することにより、滑らかな階調変化を保証できる。

導出までは実施例４と同じである。

実施例５では、階調性保証カーブとして別の例を示す。

となる

を決める。
一例としては、

のように決めてもよい。これらを使い、

を階調性保証カーブとする。

ただし、

は

を満たすものとする。

以上のように階調性保証カーブを生成することにより、滑らかな階調変化を保証できる。

＃１０２ ガンマ補正手段、＃１０３ 表示手段としての液晶パネル、
＃１０５ 外光補正量設定手段、＃１０６ 階調性保証カーブ生成手段、
＃１０４ ガンマ記憶手段、＃１０７ ガンマカーブ合成手段

Claims (5)

1. 入力映像信号の階調を任意の階調に変換するガンマ補正手段と、
   駆動された階調に応じて表示の明るさに変換する表示手段と、
   外光補正量を設定する外光補正量設定手段と、
   外光補正量設定手段により設定された外光補正量から、階調性保証カーブを生成する階調性保証カーブ生成手段と、
   入力映像信号の階調を変換する規則を記したガンマテーブルを記憶するガンマ記憶手段と、
   前述の階調性保証カーブおよびガンマテーブルを合成するガンマカーブ合成手段と、
   を含むことを特徴とする外光補正方法。
2. 投写面輝度の変化を推定する投写面輝度補正手段を有することを特徴とする請求項１に記載の外光補正方法。
3. 外光補正量設定手段は、環境光量を計測する手段を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の外光補正方法。
4. ガンマカーブ合成手段は、前述の階調性保証カーブとガンマテーブルを合成する際、ローパス処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の外光補正方法。
5. ガンマカーブ合成手段は、前述の階調性保証カーブとガンマテーブルを合成する際、前述の２つのカーブの両端以外の交点を含む区間を多項式で補間することを特徴とする請求項１に記載の外光補正方法。