JP3288214B2 - 階調表示制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマディスプ
レイパネル（ＰＤＰ）や液晶ディスプレイ等の画像表示
装置のように装置の性能等の理由により表示可能な明る
さの階調を充分に確保しにくい場合にも効果的に階調表
示制御を可能にした階調表示制御装置に関する。

【０００２】［発明の概要］この発明は、少ない明るさ
の階調数で画像を表示する際に、その画像表示装置では
本来表示できない階調を、表示する階調の空間的密度の
変化により疑似的に表示させるもので、画像の輝度が非
常に低い部分の彩度を低下させてから、表示する階調の
空間的密度を変化させる疑似的階調表示技術を用いるこ
とにより、この種の表示装置に表示された画像の暗部で
生じることのある、特定の色のドットパターン状の画質
妨害を緩和させるものである。

【０００３】

【従来の技術】表示可能な明るさの階調数が少ない画像
表示装置において自然な階調表示を得るために、より多
数の階調を疑似的に表示させる技術は既に多数提案さ
れ、実用化されている。代表的なものとしてディザ法、
誤差拡散法、フレーム（フィールド）間変調法などがあ
る。これらの内容を解説した文献は多数あるが、例えば
以下のものがある。

【０００４】文献１：小林、上原、中門、「誤差拡散法
で５１２色表示液晶を１６７０万色に、専用ＬＳＩ開
発」、日経エレクトロニクス、no.615(1994.8.22）。

【０００５】これらの方法では、表示可能な階調の空間
的密度や時間的密度を変化させて表示することにより、
疑似的に中間の階調を表示させている。しかし、文献１
にも記載されているように、時間的密度を変化させる方
法は画面のフリッカの原因となりやすいため、現在は空
間的な密度を変化させる方法、もしくは両者を混合的に
用いる方法が主流である。空間的密度を変化させる方法
の中でも誤差拡散法は特に性能がよいとされ、近年多用
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の誤差拡散法による実験結果によれば、画像の輝度が
ある程度以上高い場合はほぼ問題ないが、画像の非常に
暗い部分では入力画像が無彩色でない場合に特定の色の
ドット状のパターンが表示されることが確認された。こ
のパターンは視覚的に目立ち、画質妨害として感じられ
ることが判明した。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、本来表示できない階調を、表示する
階調の空間的密度の変化により疑似的に表示させる場合
にあっても特定の色のドットパターン状の画質妨害の発
生を緩和させることのできる階調表示制御装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、入力されたカラー画像信号か
ら、有限の階調数しか表示できないカラー画像表示装置
に表示される画素の輝度に応じた輝度相当値を算出する
輝度算出手段と、算出された輝度相当値が所定レベルよ
り低い画素部分の彩度を低下させる彩度低下手段と、こ
の彩度低下手段により得られた画素の明るさの階調と、
前記カラー画像表示装置で表示可能な画素の明るさ階調
との間の差分を演算し、この差分を誤差として当該画素
の周辺画素に拡散して前記カラー画像表示装置における
表示階調を変化させる手段とを有することを特徴として
いる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の階調表
示制御装置において、前記画像表示装置の画素がＧ
（緑）、Ｂ（青）、Ｒ（赤）の３色の３つの画素を単位
として構成されている場合に、前記輝度算出手段は、隣
接したＧ画素、Ｂ画素、Ｒ画素にそれぞれ所定の係数を
乗算した後、これらを加算して輝度相当値となる輝度Ｙ
を算出し、前記彩度低下手段は、算出された輝度Ｙの値
に応じて、ＹとＧ、ＹとＢ、ＹとＲを各々混合して各表
示画素の明るさの階調とすることを特徴としている。請
求項３の発明は、請求項１記載の階調表示制御装置にお
いて、前記画像表示装置の画素がＧ１（緑）、Ｇ２
（緑）、Ｂ（青）、Ｒ（赤）の３色の４つの画素を単位
として構成されている場合に、前記輝度算出手段は、Ｇ
１画素とそれに隣接したＢ画素、Ｒ画素に対応する画像
信号値からそれらに応じた輝度Ｙ１を算出する手段と、
Ｇ２画素とそれに隣接した前記Ｇ１画素の場合と共通の
Ｂ画素、Ｒ画素に対応する画像信号値からそれらに応じ
た輝度Ｙ２を算出する手段と、算出された輝度Ｙ１と輝
度Ｙ２の平均輝度Ｙ３を算出する手段とから成り、前記
彩度低下手段は、算出された輝度Ｙ１の値に応じてＹ１
とＧ１を混合して表示画素の明るさの階調とする手段
と、算出された輝度Ｙ２の値に応じてＹ２とＧ２を混合
して表示画素の明るさの階調とする手段と、算出された
輝度Ｙ３の値に応じてＹ３とＢ、Ｙ３とＲを各々混合し
て表示画素の明るさの階調とする手段とを備えたことを
特徴としている。

【００１０】上記各請求項の構成によれば、色に対する
視覚の空間周波数特性は明暗に対する特性よりも狭帯域
であるという人間の視覚特性や、輝度（視感反射率）が
低い物体は通常彩度も低いという経験的事実を利用して
おり、画像の輝度が非常に低い部分の彩度を低下させて
から、誤差拡散法等の空間的な疑似階調表示方法を用い
ることにより、特定の色のドット状のパターンの表示が
抑制され、画質妨害が防止されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】

＜全体構成＞図１は本発明に係る階調表示制御装置の主
要構成部分となる疑似階調作成回路の一実施の形態を示
している。この疑似階調作成回路の入力信号は、Ｇ
（緑），Ｂ（青），Ｒ（赤）の３原色画像信号であり、
各信号は０〜２５５の２５６階調を持つものとする。ま
た、これらＧ，Ｂ，Ｒ信号はガンマ補正がされていない
信号（その値が表示すべき光の明るさに対してリニアな
信号）とする。一般のテレビ信号では通常ガンマ補正が
されているが、その場合は、図１の装置の前にガンマ補
正の逆処理を行う回路をＧ，Ｂ，Ｒ信号にそれぞれ設け
ることによりリニアな信号となる。また、Ｇ，Ｂ，Ｒ信
号の走査は、通常の左から右、上から下とする。

【００１２】図１に示すように、この疑似階調作成回路
１００は、画像の低輝度部分の彩度を低下させる彩度低
下回路１と、Ｇ，Ｂ，Ｒ信号各別に設けられた誤差拡散
回路２，３，４とから構成され、Ｇ，Ｂ，Ｒ信号を入力
して画像の低輝度部分の彩度を低下させた後、誤差拡散
されたＧ’，Ｂ’，Ｒ’信号を生成して、図示していな
い画像表示装置に供給する。表示装置では、Ｇ’，
Ｂ’，Ｒ’信号の値に応じた明るさで画像が表示され
る。従って、このＧ’，Ｂ’，Ｒ’信号の各値は、利用
する表示装置において表示可能な値でなければならな
い。例えば、６４階調の表示装置であれば、Ｇ’，
Ｂ’，Ｒ’信号として６４種類の値のみが許される。

【００１３】《彩度低下回路１》 前記彩度低下回路１は、Ｇ信号に係数Ｋ_G を掛けるＫ_G
乗算器５と、Ｂ信号に係数Ｋ_B を掛けるＫ_B 乗算器６
と、Ｒ信号に係数Ｋ_R を掛けるＫ_R 乗算器７と、これら
乗算器５，６，７の出力を加算してＹ信号を生成する加
算器８と、加算器８から出力されるＹ信号の値に応じた
係数αを出力するα発生器９と、この係数αと前記Ｙ信
号とを入力して係数１−αをＹ信号に掛ける１−α乗算
器１０と、Ｇ，Ｂ，Ｒ信号に対してα発生器９から出力
される係数αを掛けるα乗算器１１，１２，１３と、各
α乗算器１１，１２，１３の出力に対して１−α乗算器
１０の出力を加算してＧ”，Ｂ”，Ｒ”信号を生成して
それぞれ誤差拡散回路２，３，４に出力する加算器１
４，１５，１６とを備えている。

【００１４】次に、彩度低下回路１の動作を説明する。

【００１５】彩度低下回路１に入力されたＧ信号はＫ_G
乗算器５とα乗算器１１に、Ｂ信号はＫ_B 乗算器６とα
乗算器１２に、Ｒ信号はＫ_R 乗算器７とα乗算器１３に
各々供給される。各乗算器５，６，７に入力されたＧ，
Ｂ，Ｒ信号には、各々係数Ｋ_G ，Ｋ_B ，Ｋ_R が乗じられ
た後、加算器８で加算されてＹ信号となる。すなわち、
加算器８から出力されるＹ信号の値は、 Ｙ＝Ｋ_G ×Ｇ＋Ｋ_B ×Ｂ＋Ｋ_R ×Ｒ …(1) となる。係数Ｋ_G ，Ｋ_B ，Ｋ_R の値は、Ｙ信号が画像の
輝度に応じた値（特許請求の範囲でいう「輝度相当値」
を示す。以下、これを単に輝度Ｙと呼ぶ）となるように
設定する。例えば、入力信号Ｇ，Ｂ，Ｒがハイビジョン
信号であれば、Ｋ_G ＝０．７０１，Ｋ_B ＝０．０８７，
Ｋ_R ＝０．２１２でなければＹは正確には輝度とは言え
ないが、本発明にはそれほどの厳密性は必要なく、多少
誤差はあってもより実現しやすい値でよい。例えば、以
下の例においては、 Ｋ_G ＝１２／１６ Ｋ_B ＝ １／１６ Ｋ_R ＝ ３／１６ …(2) とする。これらの係数はディジタル回路においてビット
シフトと加算により容易に実現することができる。

【００１６】加算器８から出力されたＹ信号はα発生器
９と１−α乗算器１０に入力される。α発生器９ではＹ
信号の値に応じて係数αを発生する。Ｙ信号から係数α
への変換特性の１例を図２に示す。この特性はＹ信号の
値がしきい値Ｙth以下ではＹ信号に比例してαが０〜１
まで変化し、しきい値Ｙth以上ではα＝１．０で一定と
なる特性である。

【００１７】α発生器９で発生された係数αは１−α乗
算器１０、および各α乗算器１１，１２，１３に入力さ
れる。１−α乗算器１０ではＹ信号に係数１−αを乗じ
る。各α乗算器１１，１２，１３では入力されたＧ，
Ｂ，Ｒ信号に係数αを各々乗じる。１−α乗算器１０の
出力とα乗算器１１の出力は加算器１４で、１−α乗算
器１０の出力とα乗算器１２の出力は加算器１５で、１
−α乗算器１０の出力とα乗算器１３の出力は加算器１
６でそれぞれ加算され、Ｇ”，Ｂ”，Ｒ”信号となる。
すなわち、 Ｇ”＝αＧ＋（１−α）Ｙ …(3) Ｂ”＝αＢ＋（１−α）Ｙ …(4) Ｒ”＝αＲ＋（１−α）Ｙ …(5) となる。

【００１８】このようにして、彩度低下回路１では、入
力されたＧ，Ｂ，Ｒ信号の低輝度部分の彩度を低下させ
たＧ”，Ｂ”，Ｒ”信号を生成する。式(3) 〜(5) から
明らかなように、係数αの値が小さいほど、Ｇ”，
Ｂ”，Ｒ”信号により表示される画像は無彩色に近くな
る。そのような係数αは、図２の特性から輝度Ｙが低い
場合にのみ生じることになる。ただし係数αがいかなる
値であっても、Ｇ”，Ｂ”，Ｒ”信号を表示した場合の
輝度は、式(1) 〜(5) から、

【数１】 Ｋ_G ×Ｇ”＋Ｋ_B ×Ｂ”＋Ｋ_R ×Ｒ” ＝α（Ｋ_G ×Ｇ＋Ｋ_B ×Ｂ＋Ｋ_R ×Ｒ） ＋（１−α）Ｙ（Ｋ_G ＋Ｋ_B ＋Ｋ_R ） ＝αＹ＋（１−α）Ｙ＝Ｙ …(6) となるので、係数αの値に関わらず一定である。

【００１９】Ｇ”，Ｂ”，Ｒ”信号は各々誤差拡散回路
２，３，４に入力される。誤差拡散回路２，３，４は
Ｇ”，Ｂ”，Ｒ”信号を表示装置において表示可能な値
を持つＧ’，Ｂ’，Ｒ’信号に変換する。このとき、出
力されるＧ’，Ｂ’，Ｒ’信号は入力されたＧ”，
Ｂ”，Ｒ”信号との間の誤差に応じて各値の空間的密度
が変化する。

【００２０】《誤差拡散回路２，３，４》図３は誤差拡
散回路２，３，４の一例を示す構成図である。

【００２１】この誤差拡散回路２，３，４の入力信号Ｐ
は、図１ではＧ”，Ｂ”，Ｒ”信号のいずれかに相当す
る。同様に出力信号Ｐ’はＧ’，Ｂ’，Ｒ’信号のいず
れかに相当する。

【００２２】この誤差拡散回路２，３，４はそれぞれ、
入力信号Ｐと後述する累積誤差信号ｅとを加算する加算
器２１と、この加算器２１の出力を上位Ｍビットと下位
｛（Ｎ−Ｍ）＋Ｌ｝ビットに分割するビット分割器２２
と、ビット分割器２２で分割された下位ビットを誤差信
号ｅ’として入力して１クロック分遅延する１クロック
ディレイ（Ｄ）２３と、ビット分割器２２で分割された
下位ビットを誤差信号ｅ’として入力して（１ライン−
１クロック）分遅延する（１ライン−１クロック）ディ
レイ（Ｈ−Ｄ）２４と、（１ライン−１クロック）ディ
レイ２４の出力をさらに１クロック分遅延する１クロッ
クディレイ２５と、１クロックディレイ２５の出力をさ
らに１クロック分遅延する１クロックディレイ２６と、
１クロックディレイ２３の出力に対して係数ｋ₀ を乗算
する係数器２７と、（１ライン−１クロック）ディレイ
２４の出力に対して係数ｋ₁ を乗算する係数器２８と、
１クロックディレイ２５の出力に対して係数ｋ₂ を乗算
する係数器２９と、１クロックディレイ２６の出力に対
して係数ｋ₃ を乗算する係数器３０と、各係数器２７，
２８，２９，３０の出力を加算しその加算信号（累積誤
差信号）ｅを前記加算器２１に供給する加算器３１とを
具備している。

【００２３】図３において入力信号Ｐは、小数点以上が
Ｎビット、小数点以下がＬビットの２進符号で表される
ものとする。以下の説明では、このような状態を精度が
Ｎ＋Ｌビットであると表す。また、出力信号Ｐ’はＭビ
ットの整数値の２進符号で表されるものとする。ただし
Ｍ＜Ｎである。入力信号Ｐに対し、加算器２１において
加算器３１から出力された累積誤差信号ｅが加算され
る。累積誤差信号ｅについては後述する。加算器２１の
出力もまた入力信号Ｐと同じくＮ＋Ｌビットの精度を持
つものとする。加算器２１の出力はビット分割器２２に
入力される。

【００２４】ビット分割器２２ではＮ＋Ｌビットの入力
のうち、上位からＭビットを出力信号Ｐ’として、残り
の下位｛（Ｎ−Ｍ）＋Ｌ｝ビットを誤差信号ｅ’として
出力する。すなわち、ビット分割器２２は入力信号Ｐの
下位ビットを切り捨てて出力信号Ｐ’として出力し、入
力信号Ｐに対する出力信号Ｐ’の誤差を誤差信号ｅ’と
して出力している。誤差信号ｅ’は１クロックディレイ
２３および（１ライン−１クロック）ディレイ２４に入
力される。（１ライン−１クロック）ディレイ２４の出
力は１クロックディレイ２５に、１クロックディレイ２
５の出力は１クロックディレイ２６に順次入力される。
１クロックディレイ２３の出力は係数器２７に、（１ラ
イン−１クロック）ディレイ２４の出力は係数器２８
に、１クロックディレイ２５の出力は係数器２９に、お
よび１クロックディレイ２６の出力は係数器３０にそれ
ぞれ入力される。

【００２５】係数器２７ではその入力に係数ｋ₀ を、係
数器２８では係数ｋ₁ を、係数器２９では係数ｋ₂ を、
係数器３０では係数ｋ₃ を各々乗じて出力とする。各係
数器２７，２８，２９，３０の出力は加算器３１におい
てすべて加算され、累積誤差信号ｅとなる。前述のよう
に累積誤差信号ｅは加算器２１において入力信号Ｐに加
算される。

【００２６】ここで、各係数ｋ₀ ，ｋ₁ ，ｋ₂ ，ｋ
₃ は、ほぼ ｋ₀ ＋ｋ₁ ＋ｋ₂ ＋ｋ₃ ＝１ …(7) となるよう選ぶものとする。図３の回路では誤差信号
ｅ’は、割合ｋ₀ で右隣りの画素へ、割合ｋ₁ で左下の
画素へ、割合ｋ₂ で真下の画素へ、割合ｋ₃ で右下の画
素へそれぞれ拡散されることになる。この状況を図３右
下の略図に記す。また、入力信号Ｐのある画素について
みれば、左隣りの画素で生じた誤差が割合ｋ₀ で、右上
の画素の誤差が割合ｋ₁ で、真上の画素の誤差が割合ｋ
₂ で、左上の画素の誤差が割合ｋ₃ で累積されて累積誤
差信号ｅとなり、この累積誤差信号ｅが入力信号Ｐに加
算されることになる。この状況を図３左下の略図に記
す。累積誤差信号ｅもまた誤差信号ｅ’と同様に｛（Ｎ
−Ｍ）＋Ｌ｝ビットの精度を持つ。

【００２７】＜全体動作＞次に、図４乃至図８を用いて
図１、図３の回路の動作を説明する。

【００２８】表示装置には、図４（ａ）のように各１画
素毎にＧ，Ｂ，Ｒの３色をすべて発光する画素配列を有
するものと、図４（ｂ）などのように１画素毎にＧ，
Ｂ，Ｒのいずれかを発光する画素配列を有するものがあ
る。図１の回路は図４（ａ），（ｂ）のいずれの装置に
も利用可能であるが、図４（ａ）の装置により適合す
る。そこで以下の説明は、図１の回路を図４（ａ）の表
示装置に対して適用するものとする。

【００２９】いま、図３の誤差拡散回路に入力信号Ｐと
して図５のような値を持つＧ，Ｂ，Ｒいずれかの画像信
号が直接入力された場合を考える。図５はより大きな画
素の１部分を抜き出したものであり、図５のｘは水平方
向の座標、ｙは垂直方向の座標を表している。図の画像
はｘ＝０，ｙ＝０を境として、それより左、またはそれ
より上の画素はすべて信号値が２ｎ（ｎは整数）、それ
より右でかつ下の画素はすべて信号値が２ｎ＋１である
ことを意味している。

【００３０】図５の画像に対する図３の回路の動作例を
図６に記す。ここで、係数ｋ₀ 等は、例えば、ｋ₀ ＝１
／２，ｋ₁ ＝ｋ₂ ＝１／４，ｋ₃ ＝０とする。Ｐ（＝
Ｇ，Ｂ，Ｒのいずれか）は０〜２５５の整数値であるの
で図３のＮはＮ＝８である。一方、出力信号Ｐ’は１２
８階調、すなわちＭ＝７とする。また、回路の各部はす
べて１／１６までの演算精度を持ち、１／１６以下の値
は切り捨てられるものとする。すなわちＬ＝４であり、
回路の他の部分もこれに見合ったビット数を有するもの
とする。ただし、この例では入力信号Ｐは整数値である
ので、入力信号Ｐの小数点以下の４ビットは常にゼロで
ある。また、この場合、累積誤差信号ｅおよび誤差信号
ｅ’は｛（８−７）＋４｝＝５ビットの精度を持つ。

【００３１】図６の値は、座標（ｘ，ｙ）の画素におけ
る図３の加算器２１内部の下位ビットの加算結果を１６
倍した値を示している。１６倍しているのは、記述の簡
単化のため少数点以下４ビットの値を整数値として表す
ためである。入力信号Ｐはこの例では整数値であるの
で、下位５ビットは１６倍した値では０または１６であ
る。また、累積誤差信号ｅは０〜３１の値を持ち得る。
従って加算結果は０から４７の値をとりえる。値が３２
以上となった場合は上位ビット（この場合は上位から７
ビット目）に対してキャリーが加算され、加算器２１の
下位５ビット出力は｛（加算結果）−３２｝となる。図
６においてはキャリーを生じる場合を矢印で記してい
る。矢印の左の数値は加算結果であり、右の数値は３２
を引いた値である。また、ｘ＝０またはｙ＝０の座標に
おける加算結果はすべてゼロである。これは、図５の画
像では、ｘ＜０，ｙ＜０において誤差が全く発生しない
ためである。たとえｘ＝０，ｙ＝０の左方あるいは上方
のある程度離れた位置に誤差を生じるような画像レベル
（Ｍ＝７であれば奇数の信号値）が存在したとしても、
一般に誤差拡散回路は有限の演算精度を持っているた
め、ある程度誤差を生じない画像レベルが連続すると、
累積誤差信号ｅは拡散の繰り返しにより次第に小さな値
となって、ついには切り捨てられてゼロとなる。この様
に、加算結果が連続的にゼロになることは一般画像にお
いても珍しいことではない。以上の規則やパラメータの
値に従って計算すると、加算結果は図６のような値とな
る。例えば、図６のｘ＝３，ｙ＝２の欄については、ｘ
＝２，ｙ＝２の欄の値が１０、ｘ＝３，ｙ＝１、ｘ＝
４，ｙ＝１の欄の値が各々２８，３０であるので、

【数２】 ｅ＝１０／２＋２８／４＋３０／４＝５＋７＋７＝１９ （加算結果）＝ｅ＋（Ｐの下位５ビット） ＝１９＋１６＝３５→３ となる。他の欄も同様に計算できる。

【００３２】さて、２ｎ＋１の信号レベルの上位７ビッ
トは２ｎである。従って、図６においてキャリーが発生
しない画素ではＰ’＝２ｎ、発生する画素ではキャリー
が加算されてＰ’＝２ｎ＋２となる。出力信号Ｐ’を画
面に表示した場合の画像を図７に示す。図の○の画素が
Ｐ’＝２ｎ＋２となる画素であり、他の画素はＰ’＝２
ｎである。また、図の点線は、本来２ｎ＋１のレベルが
表示されるべき画素のうち図６に計算結果を示した画素
の範囲を示している。図を見ると、点線内では平均的に
みて２ｎ＋１のレベルがほぼ一様に表示されており、誤
差拡散回路の効果がわかる。

【００３３】ところで、人間の視覚特性におけるWeber-
Fechner の法則によれば、２つの光の明るさが近い場
合、それに対する明るさ感覚の差は明るさの比に比例す
る。図７において、例えば２ｎ＝１２８であれば（２ｎ
＋２）／２ｎ＝６５／６４であり、レベル間の比が小さ
いので、図７の画像を観視する人間には一様な画像のレ
ベルが緩やかに変化しているように感じられる。しかし
ながら、画像の暗部ではこの比が大きくなる。例えば２
ｎ＝２であれば（２ｎ＋２）／２ｎ＝２と画素間のコン
トラストは２倍となり、図７の画像はもはや一様な画像
とは感じられなくなる。実験した結果においても、画像
の暗部では図７のようなドットパターンがそのまま見え
てしまい、むしろ画質妨害として感じられることがわか
った。特に、ほぼ完全な暗部、すなわち信号値が２ｎ＝
０，２ｎ＋１＝１であり、しかもその１のレベルがＧ信
号やＲ信号の様な特定の色に生じる場合に最も目立ちや
すい。図１に示した回路はこの現象を緩和し、暗部にお
ける特定の色のドットパターンをみえにくくする効果を
有している。

【００３４】いま、図１の回路に例として、画面の全部
分でＢ，Ｒ信号はゼロ、Ｇ信号は図５においてｎ＝０で
ある画像が入力されたものとする。つまり、入力画像は
Ｇ（緑）信号の単色画像で、かつＧ信号もｘ＞０，ｙ＞
０でのみレベルが１という非常に暗い画像である。この
様な画像は、一般画像でも非常に暗い画像において時折
みられ、また、無彩色である黒の画像がレベル偏差のあ
るアナログ回路を通ったときなどにも生じることがあ
る。この場合における図１の各部の信号値を求める。こ
のとき、図１の回路の各部は図３の回路と同様にすべて
１／１６までの演算精度を持つものとする。また、図２
のパラメータＹthは、Ｙth＝８とする。従って、図２の
特性からＹ＜８ではα＝Ｙ／８である。前述の図１の回
路の動作から、Ｋ_G ，Ｋ_B ，Ｋ_R を式(2) の値としたと
き、ｘ＞０，ｙ＞０において、

【数３】 Ｙ＝Ｋ_G ×１＋Ｋ_B ×０＋Ｋ_R ×０＝３／４ …(8) α＝３／４×（１／８）＝１／１６ …(9) Ｇ”＝１／１６×１＋（１−１／１６）×３／４ ＝１／１６＋１１／１６＝１２／１６ …(10) Ｂ”＝Ｒ”＝１／１６×０＋（１−１／１６）×３／４ ＝１１／１６ …(11) となる。図１の回路では、式(10)，(11)の値が誤差拡散
回路２，３，４に各々入力される。図３の回路の入力信
号値Ｐのみが式(10)、(11)の値に変わったものとして、
図６と同様に図３の回路の動作を計算すると、Ｇ”信号
については図８となり、Ｂ”信号，Ｇ”信号については
図９となる。図表の記法は図６と同様である。

【００３５】図７と同様に、図８、図９から得られる表
示画像を図示すると図１０のようになる。図の◎はＧ，
Ｂ，Ｒのすべての色がレベル２、すなわちＧ’＝Ｂ’＝
Ｒ’＝２で発光している画素であり、同様に○はＧのみ
が、△はＢ，Ｒの２色がレベル２で発光している画素で
ある。他の画素は、全く発光していないＧ’＝Ｂ’＝
Ｒ’＝０の画素である。誤差拡散回路のみによる表示画
像の図７と、図１の実施の形態による表示画像の図１０
を比較すると、図１０の方がドットパターンがよりラン
ダム化されている状況が明らかである。実験結果におい
ても、図１の回路による表示画像の方がドットパターン
による画質妨害がより目立ちにくい。

【００３６】図１０のパターンが目立ちにくい１つの理
由として、各画素の輝度を計算すると以下のようにな
る。すなわち、正しい輝度の計算式

【数４】 ＹＤ＝０．７０１Ｇ’＋０．０８７Ｂ’＋０．２１２Ｒ’ …(12) により各画素の表示されている輝度ＹＤを計算すると、 ◎：ＹＤ＝０．７０１×２＋０．０８７×２＋０．２１２×２＝２．０ ○：ＹＤ＝０．７０１×２＝１．４ △：ＹＤ＝０．０８７×２＋０．２１２×２＝０．６ となる。図７の画像は○の画素のみによって構成されて
いる。これに対して図１０の画像は輝度の階調が２．
０，１．４，０．６の３段階で表示されており、特に△
の画素により単独の画素としても輝度の中間調が表示さ
れている。さらに、図１０においては色の異なる○や△
の画素が空間的によく混じり合っている。人間の視覚特
性によれば、色度の空間周波数特性は明暗の特性に比べ
て狭帯域であるため、図１０の画像における画素の色の
違いは、視覚的にかなり判別しにくい。このため、適正
な視距離で図１０の画像を観視すると、全体としては自
然な階調の無彩色画像が観視され、図７のような特定の
色のドットパターンは検知されない。また、光源色では
輝度が非常に低く彩度（飽和度）の高い色が存在する
が、物体色ではそのような色は通常希である。一般にテ
レビジョン等の画像システムでは物体色を表示すること
が圧倒的に多いので、本実施の形態のように輝度の非常
に低い画像部分の彩度を低下させても、画像を見たとき
の不自然感はほとんどない。これらの理由から、図１の
回路により、誤差拡散回路を単独で用いたときの画質妨
害を緩和させて、表示される総合的な画質を改善するこ
とができる。

【００３７】＜他の実施の形態＞次に、図１１乃至図１
４により本発明の他の実施の形態を説明する。以下で
は、本発明を、前述した図４（ｂ）に示すような１画素
毎にＧ，Ｂ，Ｒ信号のいずれかを発光する画素配列を有
する表示装置に適用する場合を考える。

【００３８】図１１は、かかる画素配列を有する場合に
おける入力のＧ，Ｂ，Ｒ信号から表示装置にいたる回路
系統図の一例を示している。

【００３９】図示のように、この回路は、疑似階調作成
回路１００と、画素間引き回路３３と、表示装置３４と
から成る。入力されるＧ，Ｂ，Ｒ信号は疑似階調作成回
路１００によって表示装置３４で表示可能なＧ’，
Ｂ’，Ｒ’信号に変換される。この疑似階調作成回路１
００としては図１の回路がそのまま使用できる。

【００４０】疑似階調作成回路１００から出力される
Ｇ’，Ｂ’，Ｒ’信号は３色とも全画素分の画素数を持
っているので、図４（ｂ）の画素配列に適合するように
画素間引き回路３３によって画素を間引く処理が実行さ
れる。この画素間引き回路３３は信号の詳細なタイミン
グに応じたラッチ等により実現容易である。その動作内
容は原理的に自明であり、また、具体的な回路構成は実
際の用途に応じた信号の詳細なタイミングに依存するの
で、回路例は省略する。

【００４１】図４（ｂ）に示す画素配列は、水平２画
素、垂直２画素の４画素、すなわち図のＧ１，Ｇ２，
Ｂ，Ｒ画素を１組として、その繰り返しにより構成され
ている。Ｇ１，Ｇ２は色は同じＧ（緑）の色の画素であ
るが、位置の違いを考慮して呼び分けるものとする。図
１１の画素間引き回路３３では、これらの４画素が１組
として間引かれて出力される。画素間引き回路３３の出
力であるＧ，Ｂ，Ｒ信号を入力のＧ，Ｂ，Ｒ信号と区別
するためＧ１’，Ｇ２’，ＢＢ’，ＲＲ’信号と呼ぶ。
これらが表示装置３４に送られ、そのまま表示される。

【００４２】表示装置３４に同時に入力されるＧ１’，
Ｇ２’，ＢＢ’，ＲＲ’信号の画面上での配置の例を、
図１１内右上に示す。ここで、Ｇ１’，Ｇ２’，Ｂ
Ｂ’，ＲＲ’信号の各画素は１画素おきかつ１ラインお
きにしか存在しない。このため、画素間引き回路３３以
前の疑似階調作成回路１００等がクロック周波数ｆｓの
ディジタル回路で実現されるとすれば、間引き回路３３
以後に挿入される回路はクロック周波数ｆｓ／２、ある
いは画素間引き回路３３にラインバッファを利用すれば
ｆｓ／４で実現できる。

【００４３】以上の図１１の構成を回路規模の観点から
検討すると以下のように考えられる。

【００４４】疑似階調作成回路１００で３色とも全画素
分の疑似階調作成処理を行っているにも関わらず、画素
間引き回路３３で画素が間引かれるため、処理結果の１
／３の画素しか実際には表示されない。従って図１１の
回路構成は回路規模的にかなり冗長である。この冗長性
を削除し、回路全体を経済的に構成するためには、例え
ば回路構成を図１２のようにすればよい。

【００４５】図１２の構成は、入力されるＧ，Ｂ，Ｒ信
号に対して画素間引きを行う画素間引き回路３３と、彩
度低下回路３５、G1,G2 誤差拡散回路３６、Ｂ誤差拡散
回路３７、およびＲ誤差拡散回路３８からなる疑似階調
作成回路１０１とから成っており、Ｇ，Ｂ，Ｒ信号に対
してまず画素間引きを行ってから疑似階調作成処理を行
い、その結果であるＧ１’，Ｇ２’，ＢＢ’，ＲＲ’信
号を表示装置３４に表示するようにしている。この場合
においても、表示装置３４に同時に入力されるＧ１’，
Ｇ２’，ＢＢ’，ＲＲ’信号の画面上での配置は、例え
ば図１１と同様である。

【００４６】このとき、誤差拡散回路３６，３７，３８
は、図３と同様な回路で実現できる。誤差拡散処理は同
じ色の画素のみで行われる必要がある。従って、Ｂ用の
誤差拡散回路３７、Ｒ用の誤差拡散回路３８について
は、係数ｋ₀ ，ｋ₁ ，ｋ₂ ，ｋ₃ を誤差に乗じる画素が
累積誤差信号ｅに対して画面上で図１３（ｂ）の位置関
係となることが必要である。このような回路は、図３に
おいて１クロックディレイ２３，２５，２６、及び（１
ライン−１クロック）ディレイ２４の各ディレイ量を図
１３（ｂ）に合わせて変更するだけで実現できる。Ｇ
１、Ｇ２用の誤差拡散回路３６については、同様に、係
数ｋ₀ ，ｋ₁ ，ｋ₂ ，ｋ₃ を誤差に乗じる画素が累積誤
差信号ｅに対して画面上で図１３（ａ）の位置関係とな
ることが必要である。この様な回路は、例えば、図３の
回路をＧ１，Ｇ２用に１組ずつ設け、係数ｋ₁ ，ｋ₂ ，
ｋ₃ を乗じる画素が図１３（ａ）の位置関係となるよう
に、Ｇ１，Ｇ２の回路間を相互に接続すれば実現でき
る。より具体的には、Ｇ２の誤差信号ｅ’を適当にディ
レイさせたのち係数ｋ₁ ，ｋ₂ ，ｋ₃ を乗じてＧ１画素
に加算し、Ｇ１の誤差信号ｅ’を適当にディレイさせた
のち係数ｋ₁ ，ｋ₂ ，ｋ₃を乗じてＧ２画素に加算す
る。その他の動作内容は図３と全く同様であり、また、
具体的な回路構成は実際の用途に応じた信号の詳細なタ
イミングに依存するので、回路例は省略する。

【００４７】さて、誤差拡散回路３６，３７，３８の動
作は基本的には図３の回路と同様であるため、画像の暗
部に図７と同様なドットパターンが現れることも同様で
ある（ただし、画像の色により図１３（ａ），（ｂ）の
係数配置に応じて、図７のパターンが空間的に広がって
見える）。従って、図１の回路と同様に、ドットパター
ンによる画質妨害を避けるためには、図１２の構成にお
いても彩度低下回路３５が必要である。

【００４８】《彩度低下回路３５》 図１２に示した彩度低下回路３５として好適な具体的回
路構成例を図１４に示す。

【００４９】この図に示す彩度低下回路３５は、２つの
Ｋ_G 係数器４１，４２と、Ｋ_B 係数器４３と、Ｋ_R 係数
器４４と、４つの加算器４５，４６，４７，４８と、１
／２係数器４９と、Ｇ１”信号生成回路５０と、Ｇ２”
信号生成回路５１と、ＢＢ”信号生成回路５２と、Ｒ
Ｒ”信号生成回路５３とを備えている。この彩度低下回
路３５の入力信号は、図１２の画素間引き回路３３の出
力であるＧ１，Ｇ２，ＢＢ，ＲＲ信号である。Ｇ１信号
はＫ_G 係数器４１およびＧ１”信号生成回路５０、Ｇ２
信号はＫ_G 係数器４２およびＧ２”信号生成回路５１、
ＢＢ信号はＫ_B 係数器４３およびＢＢ”信号生成回路５
２、ＲＲ信号はＫ_R 係数器４４およびＲＲ”信号生成回
路５３にそれぞれ入力される。係数Ｋ_G ，Ｋ_B ，Ｋ_R の
値は、例えば式(2) の値と同一でよい。Ｋ_B 係数器４３
とＫ_R 係数器４４の出力は加算器４５で加算される。加
算器４５の出力は、加算器４６，４７において各々Ｋ_G
係数器４１，４２の出力とそれぞれ加算される。加算器
４６の出力はＹ１信号としてＧ１”信号生成回路５０に
入力される。加算器４７の出力はＹ２信号としてＧ２”
信号生成回路５１に入力される。また、加算器４６，４
７の出力は加算器４８で加算され、この加算器４８の出
力は１／２係数器４９において係数１／２が乗じられ
る。加算器４９の出力はＹ３信号としてＢＢ”信号生成
回路５２、ＲＲ”信号生成回路５３に入力される。Ｇ
１”信号生成回路５０，Ｇ２”信号生成回路５１，Ｂ
Ｂ”信号生成回路５２，ＲＲ”信号生成回路５３は各々
以下の式により、図１４の回路の出力であるＧ１”，Ｇ
２”，ＢＢ”，ＲＲ”信号を生成し出力する。

【００５０】

【数５】 Ｇ１”＝α１×Ｇ１＋（１−α１）Ｙ１ …(13) Ｇ２”＝α２×Ｇ２＋（１−α２）Ｙ２ …(14) ＢＢ”＝α３×ＢＢ＋（１−α３）Ｙ３ …(15) ＲＲ”＝α３×ＲＲ＋（１−α３）Ｙ３ …(16) 回路５０〜５３は図１の回路９〜１６と同様にして容易
に実現できる。係数α１，α２，α３の値は各々Ｙ１，
Ｙ２，Ｙ３の値から決定されるが、図１の場合と同様に
図２の変換特性を利用できる。この回路では、図４
（ｂ）のＧ１画素とそれに隣接したＢ，Ｒ画素に対応す
る画像信号値からそれらに応じた輝度Ｙ１を、Ｇ２画素
とそれに隣接したＢ，Ｒ画素（Ｙ１に用いたのと共通の
Ｂ，Ｒ）に対応する画像信号値からそれらに応じた輝度
Ｙ２を、輝度Ｙ１と輝度Ｙ２の平均値として輝度Ｙ３を
算出し、それらの値により出力信号Ｇ１”，Ｇ２”，Ｂ
Ｂ”，ＲＲ”の値を制御している。

【００５１】これら図１４の回路の詳細な動作や画質的
効果は、図１の回路の場合と同様であるので説明は省略
する。しかし、図１４の回路を図１２の構成で使用すれ
ば、表示装置が図４（ｂ）のように画素毎にＧ，Ｂ，Ｒ
のいずれかを発光する画素配列の場合は、図１の回路と
同様な効果を１／２あるいは１／４のクロック周波数の
ディジタル回路で実現でき、経済的に極めて有利であ
る。

【００５２】以上、本発明は上述した実施の形態以外の
回路や方法、あるいはパラメータでも利用できる。例え
ば、係数Ｋ_G ，Ｋ_B ，Ｋ_R ，ｋ₀ ，ｋ₁ ，ｋ₂ ，ｋ₃ 等
の各値は他の値でもよい。また、Ｙ信号から係数αを発
生させる特性も図２に示したものに限定されず、Ｙ信号
の値に対して係数αの値が単調増加していればよく、例
えばステップ的変化であってもよい。また、回路実現手
段についても他の手段が利用できる。例えば、図１４に
おいてはＹ１信号とＹ２信号とを加算してＹ３信号を得
ているが、２つのＫ_G 係数器４１と４２の出力を加算
し、その１／２に加算器４５の出力を加算してもよい。
また、図１１の右上に示したＧ１’，Ｇ２’，ＢＢ’，
ＲＲ’の位置関係もこれに限定されるものではなく、回
路において同時に処理される４つの信号を表示する画素
が空間的に隣接していれば、図１１や図１２、図１４の
回路はそのまま利用できる。

【００５３】また、誤差拡散処理についても、図３以外
の回路や方法で実現してもよい。さらには、図１の誤差
拡散回路２，３，４、および図１２の誤差拡散回路３
６，３７，３８に代えて、空間的な表示密度を変化させ
ることにより擬似的な階調を作成する他の方法を用いて
もよい。さらにまた、空間的密度を変化させる方法と時
間的密度を変化させる方法の混合的な方法を用いてもよ
い。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように各請求項の発明によ
れば、表示可能な明るさの階調数が比較的少ない画像表
示装置において、画像の輝度が非常に低い部分の彩度を
低下させてから、疑似的階調表示を行うようにしている
ので、疑似的階調表示技術を用いた場合に画像の暗部で
生じることのある特定の色のドット状の画質妨害を目立
たせることなく、表示階調数を増加させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る階調表示制御装置の主要構成部分
である疑似階調作成回路の一実施の形態を示す構成図で
ある。

【図２】図１の疑似階調作成回路に使用する特性の一例
を示す説明図である。

【図３】誤差拡散回路の一例を示す構成図である。

【図４】表示装置の画素配列の一例を示す説明図であ
る。

【図５】図１，２の回路の動作を説明するための画像の
一例を示す説明図である。

【図６】誤差拡散回路の動作例を示す説明図である。

【図７】図６から得られる出力信号Ｐ’を画面に表示し
た場合の画像を示す説明図である。

【図８】誤差拡散回路の動作例を示す説明図である。

【図９】誤差拡散回路の動作例を示す説明図である。

【図１０】図８、図９から得られる出力信号Ｐ’を画面
に表示した場合の画像を示す説明図である。

【図１１】本発明に係る階調表示制御装置の他の実施の
形態を示す構成図である。

【図１２】本発明に係る階調表示制御装置のさらに他の
実施の形態を示す構成図である。

【図１３】図１２の回路の動作例を示す説明図である。

【図１４】本発明の彩度低下回路の他の実施の形態を示
す構成図である。

【符号の説明】

１，３５ 彩度低下回路 ２，３，４ 誤差拡散回路 ５ Ｋ_G 乗算器 ６ Ｋ_B 乗算器 ７ Ｋ_R 乗算器 ８，１４，１５，１６，２１，３１，４５，４６，４
７，４８ 加算器 ９ α発生器 １０ １−α乗算器 １１，１２，１３ α乗算器 ２２ ビット分割器 ２３，２５，２６ １クロックディレイ ２４ （１ライン−１クロック）ディレイ ２７，２８，２９，３０ 係数器 ３３ 画素間引き回路 ３４ 表示装置 ３６ G1,G2 誤差拡散回路 ３７ Ｂ誤差拡散回路 ３８ Ｒ誤差拡散回路 ４１，４２ Ｋ_G 係数器 ４３ Ｋ_B 係数器 ４４ Ｋ_R 係数器 ４９ １／２係数器 ５０ Ｇ１”信号生成回路 ５１ Ｇ２”信号生成回路 ５２ ＢＢ”信号生成回路 ５３ ＲＲ”信号生成回路 １００，１０１ 疑似階調作成回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 孝一 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 小林 希一 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 国分 秀樹 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 山本 敏裕 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 馬嶋 圭三 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 平７−105364（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−6282（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−190360（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−190361（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−251426（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−46539（ＪＰ，Ａ) 特許2622141（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09G 3/20 H04N 1/405 G06T 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力されたカラー画像信号から、有限の
   階調数しか表示できないカラー画像表示装置に表示され
   る画素の輝度に応じた輝度相当値を算出する輝度算出手
   段と、 算出された輝度相当値が所定レベルより低い画素部分の
   彩度を低下させる彩度低下手段と、 この彩度低下手段により得られた画素の明るさの階調
   と、前記カラー画像表示装置で表示可能な画素の明るさ
   階調との間の差分を演算し、この差分を誤差として当該
   画素の周辺画素に拡散して前記カラー画像表示装置にお
   ける表示階調を変化させる手段と、 を有することを特徴とする階調表示制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の階調表示制御装置におい
   て、 前記画像表示装置の画素がＧ（緑）、Ｂ（青）、Ｒ
   （赤）の３色の３つの画素を単位として構成されている
   場合に、 前記輝度算出手段は、隣接したＧ画素、Ｂ画素、Ｒ画素
   にそれぞれ所定の係数を乗算した後、これらを加算して
   輝度相当値となる輝度Ｙを算出し、 前記彩度低下手段は、算出された輝度Ｙの値に応じて、
   ＹとＧ、ＹとＢ、ＹとＲを各々混合して各表示画素の明
   るさの階調とする、 ことを特徴とする階調表示制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の階調表示制御装置におい
   て、 前記画像表示装置の画素がＧ１（緑）、Ｇ２（緑）、Ｂ
   （青）、Ｒ（赤）の３色の４つの画素を単位として構成
   されている場合に、 前記輝度算出手段は、Ｇ１画素とそれに隣接したＢ画
   素、Ｒ画素に対応する画像信号値からそれらに応じた輝
   度Ｙ１を算出する手段と、Ｇ２画素とそれに隣接した前
   記Ｇ１画素の場合と共通のＢ画素、Ｒ画素に対応する画
   像信号値からそれらに応じた輝度Ｙ２を算出する手段
   と、算出された輝度Ｙ１と輝度Ｙ２の平均輝度Ｙ３を算
   出する手段とから成り、 前記彩度低下手段は、算出された輝度Ｙ１の値に応じて
   Ｙ１とＧ１を混合して表示画素の明るさの階調とする手
   段と、算出された輝度Ｙ２の値に応じてＹ２とＧ２を混
   合して表示画素の明るさの階調とする手段と、算出され
   た輝度Ｙ３の値に応じてＹ３とＢ、Ｙ３とＲを各々混合
   して表示画素の明るさの階調とする手段と、 から成ることを特徴とする階調表示制御装置。