JP3885066B2 - 色温度補正回路 - Google Patents

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Description

本発明は、カラーテレビジョン受信機等の画像表示装置に用いられる色温度補正回路に関する。
従来、カラーテレビジョン受信機においては、白色の色再現を視聴者の好みに合わせるため、色温度を高めに設定している。しかし、色温度の設定を高くすると、白色以外の色の再現性が悪くなるという問題があるため、白色部分のみ色温度を補正し、着色部分に補正がかからないようにした方法が種々考えられている。
その一例が、特許文献1に記載されている。これを図6を参照して説明する。
入力の三原色信号R,G,Bは減算器101a,101b,101c,101dに入力され、それぞれ(R−G),−(R−G)及び(R−B),−(R−B)を得る。次にこれをそれぞれ最大値検出回路102a,102bに入力し、(R−G)と−(R−G)とで大きい方および(R−B)と−(R−B)とで大きい方を選択して取り出す。これによってそれぞれの差分の絶対値|R−G|,|R−B|が得られる。次に、それぞれの差分の絶対値|R−G|,|R−B|と基準電圧発生回路106から供給される基準レベルVrefとを比較回路103a,103bで比較し、基準レベルVrefより大きい時は零となり、基準レベルVrefに満たなければその大きさに応じた出力1
Figure 0003885066

、および出力2
Figure 0003885066

を得る。信号反転回路103c,103dは基準レベルより小さい時に正の出力を得るために入れられている。これらの出力は掛算器104で掛け合わされ、
Figure 0003885066

が色検出出力とされる。従って、RとG,RとBがそれぞれほぼ等しいレベルにある時、即ち飽和度が低い時、色検出出力が得られ、これが白ないし無彩色を示す。この従来例の色検出特性を図7に示す。飽和度が基準レベルの設定に対応する飽和度より下がると、色検出出力が得られる。
利得制御部105が、この色検出出力で青の利得を増減することで無彩色の時のみ青み
の強い白、すなわち色温度の高い白色を得ることができる。
特開昭63−160492号公報
上記方法では、色飽和度を判定するために三原色信号の差分を取っている。このときに輝度情報が失われるため、もともとの輝度レベルが異なっていても、差分が同じであれば同じ色飽和度として計算されてしまう。例えば、(R,G,B)=(200,100,100)と(R,G,B)=(120,20,20)の2色は、色飽和度が等しいものとして、色温度補正が施されることになる。
しかし本来は、同じ差分値が得られても、元の輝度レベルが高い方がより白色に近く、色飽和度は低い。すなわち、従来技術では正確な色飽和度を判定することができず、補正前と補正後で同系色の輝度レベルのバランスが変わってしまうことがあった。
本発明は、同系色の輝度レベルのバランスを保ちつつ、白色に近い色の色温度が高くなるように補正できる色温度補正技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では以下の構成を採用する。
本発明の第1態様は、カラー画像を表示する装置に用いられる色温度補正回路であって、
RGBの3原色の信号から a*Min−b*Max (MaxはR,G,Bのうちの最大値であり、MinはR,G,Bのうちの最小値であり、a,bはa>0かつ,b>0かつ,a>bを満たす係数である。)の値を算出し、該算出結果に基づいて補正値を得る補正値算出回路と、
前記補正値でBの信号を補正する補正回路と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第2態様は、カラー画像を表示する装置に用いられる色温度補正回路であって、
RGBの3原色の信号とその信号に対応した輝度信号Yとから c*Y−d*(Max−Min) (MaxはR,G,Bのうちの最大値であり、MinはR,G,Bのうちの最小値であり、c,dはc>0かつ,d>0を満たす係数である。)を算出し、該算出結果に基づいて補正値を得る補正値算出回路と、
前記補正値でBの信号を補正する補正回路と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第3態様は、カラー画像を表示する装置に用いられる色温度補正回路であって、
RGBの3原色の信号から a*Min−b*Max (MaxはR,G,Bのうちの最大値であり、MinはR,G,Bのうちの最小値であり、a,bはa>0かつ,b>0かつ,a>bを満たす係数である。)の値を算出し、該算出結果に基づいて補正値を得る補正値算出回路と、
前記補正値でRまたはGの信号を補正する補正回路と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の第4態様は、カラー画像を表示する装置に用いられる色温度補正回路であって、
RGBの3原色の信号とその信号に対応した輝度信号Yとから c*Y−d*(Max−Min) (MaxはR,G,Bのうちの最大値であり、MinはR,G,Bのうちの最小値であり、c,dはc>0かつ,d>0を満たす係数である。)を算出し、該算出結果に基づいて補正値を得る補正値算出回路と、
前記補正値でRまたはGの信号を補正する補正回路と、
を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、同系色の輝度レベルのバランスを保ちつつ、白色に近い色の色温度が高くなるように補正できる。
(第一の実施形態)
第一の実施形態の回路構成を説明する前に、まず本実施形態の補正の原理について説明する。
入力信号R,G,Bの最大値Maxと最小値Minの差Max−Minは無彩色(白色)に近いほど0に近い値となる。しかし、この値には元の信号レベル(輝度レベル)を反映する量が含まれていない。そこで元の信号レベルを反映する量としてMinを選び、Minをp倍(p>0)して(Max−Min)との差分をとった量S1、
S1=p*Min−(Max−Min)=(p+1)*Min−Max (式1)
を考える。Minの値を固定するとMax−Minが小さいほどS1は大きくなり、Max−Minが大きいほどS1は小さくなる。従ってS1は無彩色に近いほど大きくなり、有彩色の度合いが大きくなると小さくなる量といえる。そこでS1が正である場合に適当な係数をかけて補正値ΔBを計算する。
ΔB=b*((p+1)*Min−Max) (式2)
bは補正値のレベルが適切になるように決めた係数である。これをBに加算すると、無彩色に近いほど加算量が大きく、青みが強くなって色温度が大きく補正され、有彩色の度合いが大きくなると加算量が小さくなって色温度の補正が小さくなることになる。
さらに、ここでpの値を変えた時にS1の値がどのように変化するかを見てみる。
図5(a)はr=R/(R+G+B)をx軸に,g=G/(R+G+B)をy軸にとっ
たrg色度図である。R,G,Bをそれぞれ9ステップずつ変化させて組み合わせた9×9×9色について計算されたrg色度がプロットされている。
rg色度図のr=0,g=0の点はBのみが値を持って、R,Gが0である色であり、r=1,g=0の点はRのみが値を持って,G,Bが0である色であり、r=0,g=1の点はGのみが値を持って、R,Bが0である色である。RGBの入力により表現される色はすべてこの3点を結ぶ三角形の中に存在する。白色はr=1/3,g=1/3の点となり、この点に近い色が白色に近い色すなわち無彩色であり、遠くなるほど有彩色ということになる。
図5(b)は図5(a)に示した色のうち、式1のpに1を代入したもの、すなわち、
S1=(1+1)*Min−Max=2*Min−Max
が正となる色のみをプロットしたものである。図5(c)は式1のpに0.5を代入したもの、すなわち、
S1=(0.5+1)*Min−Max=1.5*Min−Max
が正となる色のみをプロットしたものである。
これを見るとpを小さくすると無彩色として検知される範囲が狭くなることがわかる。
さらにΔBの重要な性質として、RGBの比が同じ色どうしは補正後もRGB比が同じとなるというものがある。
今、入力のRGB信号を(R,G,B)=(R1,G1,B1)とし、最大値Max=R1,最小値Min=B1とする。この時Bに加算する補正量ΔB1は
ΔB1=b*((p+1)*B1−R1)
となる。次にこの入力をk倍した入力(R,G,B)=(k*R1,k*G1,k*B1)を考えると最大値Max=k*R1,最小値Min=k*B1となり、Bに加算する補正量ΔB2は
ΔB2=b*((p+1)*k*B1−k*R1)=k*ΔB1
となり補正量もk倍された値になる。従ってもとのRGB比が同じ入力は補正された後もRGB比の同じ信号となる。
従って式2に示すΔBを補正量とすることにより
・補正範囲が可変で白色に近いほど補正が大きい。
・元のRGB比が同じ色どうしは、補正後もRGB比が同じになる。
と言う特徴を持つ色温度補正ができることになる。
ところで、式2を変形すると
ΔB=b*(p+1)*Min−b*Max
となる。ここで、b*(p+1)をaとおけば補正値ΔBは
ΔB=a*Min−b*Max (式3)
と表すことができる。
ここで、aとbが満たすべき条件について考察してみる。補正を行うためにはΔBが正とならなければならない。すなわち、
a*Min−b*Max>0
これを変形すると
Min>b/a*Max
MaxがMinよりも小さくなることはないので、この式を満たすMinとMaxの組が存在するためにはb/a<1となる。またΔBはMaxが一定の時、Minが大きくな
るほど大きくなり、Minが一定の時、Maxが大きくなるほど小さくなる量なのでa>0,b>0でなければならない。従ってb/a<1はa>bと書ける。
まとめると、a,bの条件としてはa>0かつ,b>0かつ,a>bとなる。
次に以上の原理に基づいた本発明の一実施形態の回路構成を図面に基づいて説明する。図1は本発明の第一の実施の形態を示すブロック図である。図1に示すように、第一の実施形態に係る色温度補正回路は、最大値検出回路1、最小値検出回路2、乗算器3,4、減算器5、リミッタ6、加算器7を備える。
RGBの原色信号は最大値検出回路1及び最小値検出回路2に入力される。最大値検出回路1ではRGBのうち最大であるものの値Maxが出力され、最小値検出回路2ではRGBのうち最小であるものの値Minが出力される。最小値検出回路2の出力は乗算器3に入力され、ここでa倍されて出力される。また,最大値検出回路1の出力は乗算器4に入力されてb倍されて出力される。減算器5では乗算器3の出力から乗算器4の出力が減算される。
従って減算器5の出力は
a*Min−b*Max
となる。
減算器5の出力はリミッタ6に入力される。リミッタ6は減算器5の出力が正であればそのまま出力し、減算器5の出力が負又は0の場合には0を出力する。リミッタ6の出力は、加算器7でBの原色信号に加算される。すなわち、最大値検出回路1、最小値検出回路2、乗算器3、4、減算器5、リミッタ6によって補正値算出回路が構成され、加算器7が補正回路に相当する。
従って加算器7の出力B′は、
B′=B+a*Min−b*Max (a*Min−b*Max>0の時)
B′=B (a*Min−b*Max≦0の時)
となる。
従って、式3に示す補正値がBに加算されることにより、色温度が高く補正される。
このように構成することで、無彩色(白色)に近いほど色温度を高く補正でき、しかも、同系色の輝度レベルのバランスを保持することができる。すなわち、同じ色でレベルの異なる入力どうしは補正後も同じ色でレベルが異なるという関係が保たれる。
なお本実施形態では、Bの信号に補正値を加算する事により色温度を高くしていたが、RあるいはGの信号から補正値を減算することにより色温度を高く補正するように構成する事も可能である。
(第二の実施形態)
本実施形態も第一の実施形態と同様の原理に基づいて補正を行うが、本実施形態の場合は元の信号レベルを表す量としてY信号を利用する。
Yは入力信号が白色の時、R=G=B=Yとなるように定められており例えばNTSC信号の場合には次式で定義される。
Y=0.3R+0.59G+0.11B
これから、第一の実施形態におけるS1に相当する量として
S2=q*Y−(Max−Min) (式4)
を考える。ここで、Maxは入力R,G,Bの最大値、Minは最小値であり、qは係数である。
S2もS1と同様にMax−Minが小さいほど、すなわち白色に近いほど大きな値となってq*Yの値に近づき、Max−Minが大きくなるほど、すなわち有彩色の度合いが大きくなるほど小さな値になり、場合によって負の値をとる。
従って、S2が正となる場合にこれに適当な係数をかけてBに加算すれば、白色に近いほどBの信号に補正が大きくかかり、色温度が高く補正される。
ここで、qの値を変えた時にS2がどのように変化するかを見てみる。
式4のqに1を代入した時、S2は
S2=Y−(Max−Min)
となる。図5(a)にプロットされた色のうちS2が正になる色のみをプロットしたのが図5(d)である。
また、図5(e)は式4のqに0.5を代入した時のS2、
S2=0.5*Y−(Max−Min)
が正となる点をプロットしたものである。qが小さくなるに従って白色として検出される範囲が狭くなっているのがわかる。
そこで、色温度を補正するためにS2に適当な係数dをかけて補正値ΔBとしBに加算するものとする。
ΔB=d*(q*Y−(Max−Min))=d*q*Y−d*(Max−Min)
d*qをcとおけば上式は
ΔB=c*Y−d*(Max−Min) (式5)
と表すことができる。
ここで、式5においてcとdの満たすべき条件を考察してみる。ΔBはMax=Minの時に正の値を持つからc>0となる。さらに(Max−Min)が大きいほど小さく、小さいほど大きくなるのでd>0である必要がある。
次に、第一の実施形態と同様、本実施形態においても、RGBの比が同じ色どうしは補正後もRGBの比が同じとなることを示す。
今、入力の(R,G,B)=(R1,G1,B1)とし、最大値Max=R1,最小値Min=B1とする。この時Bに加算される補正量ΔB3は
ΔB3=c*Y−d*(R1−B1)
となる。次にこの入力をk倍した入力(R,G,B)=(k*R1,k*G1,k*B1)を考えると、Max=k*R1,Min=k*B1となり、またY=k*Yとなるので、Bに加算される補正量ΔB4は
ΔB4=c*k*Y−d*(k*R1−k*B1)
=k*(c*Y−d*(R1−B1)
=k*ΔB3
となり補正量もk倍された値になる。従ってもとのRGB比が同じ入力は補正された後もRGB比の同じ信号となる。
図2は以上の原理に基づく本発明による色温度補正回路の第二の実施形態を示す構成図である。本実施形態の色温度補正回路は、輝度算出回路8、最大値検出回路1、最小値検出回路2、乗算器9,10、減算器11,12、リミッタ6、加算器7を備える。図1に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。
入力されたRGB信号は第一の実施形態と同様に最大値検出回路1及び最小値検出回路2に入力され、それぞれ最大値Max、最小値Minが求められる。本実施形態ではさらにRGB信号は輝度算出回路8に入力され輝度レベルYが算出される。
減算器11では最大値Maxと最小値Minの差分(Max−Min)が計算される。この値には乗算器10で係数dが乗算される。またYには乗算器9で係数cが乗算され、さらに減算器12で乗算器10の出力が減算される。
すなわち減算器12の出力は
c*Y−d*(Max−Min)
となる。
リミッタ6は、減算器12の出力が正の値の場合だけそのまま出力し、負又は0の場合には0を出力する。リミッタ6の出力は、加算器7でBの信号に加算される。すなわち、最大値検出回路1、最小値検出回路2、輝度算出回路8、乗算器9及び10、減算器11及び12、リミッタ6によって補正値算出回路が構成され、加算器7が補正回路に相当する。
従って加算器7の出力B′は、
B′=B+c*Y−d*(Max−Min) (c*Y−d*(Max−Min)>0の時)
B′=B (c*Y−d*(Max−Min)≦0の時)
となり、Bに対して式5に示す補正値の加算が行われる。
このように構成することで、無彩色(白色)に近いほど色温度を高く補正でき、しかも、同系色の輝度レベルのバランスを保持することができる。すなわち、同じ色でレベルの異なる入力は補正後も同じ色でレベルが異なるという関係が保たれる。
なお本実施形態では、RGB信号からYを求める回路を使用しているが、Y色差信号を変換してRGBを得ているような場合にはRGBに変換する前のY色差信号のY信号をそのままYとして用いても良く、その場合回路構成が簡便になる。
また本実施形態でも、Bの信号に補正値を加算する事により色温度を高くしていたが、RあるいはGの信号から補正値を減算することにより色温度を高く補正するように構成してもよい。
(第三の実施形態)
図3は本発明による色温度補正回路の第3の実施形態を示す構成図である。本実施形態の色温度補正回路は、最大値検出回路1、最小値検出回路2、減算器13、割算器14、利得制御回路15を備える。図1に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。
割算器14の出力S3は
S3=(Max−Min)/Max
となる。この値は(Max−Min)が小さいほど小さな値となってMax=Minの時最小値0をとる。また(Max−Min)が大きくなると大きな値となりMin=0の時最大値1をとる。従ってS3は彩度を表す量と考えられる。利得制御回路15は入力されるS3の値に応じた係数をBの信号にかけることによりBの値を補正する。すなわち、最大値検出回路1、最小値検出回路2、減算器13、割算器14によって補正値算出回路が構成され、利得制御回路15が補正回路に相当する。
図4に利得制御回路の特性例を示す。a、b2つの特性が図示されているが、どちらもS3が小さいほど、すなわち白色に近いほどBの信号に対する補正量が大きくなり、有彩色に近づくほど補正量が少なくなる。特性bの場合は、S3がある値以上では利得が1となり色温度の補正が行われなくなる。
次に本実施形態の場合もRGB比が同じでレベルの異なる色どうしが補正後もRGB比が同じになることを示す。
入力の3原色信号RGBを(R,G,B)=(R1,G1,B1)とし、Max=R1,Min=B1とする。この時、割算器14の出力S3は
S3=(R1−B1)/R1
となる。次にこの入力をk倍した入力(R,G,B)=(k*R1,k*G1,k*B1)を考えると
Max=k*R1,Min=k*B1
となるので割算器14の出力S3は
S3=(k*R1−k*B1)/k*R1=S3
となり同じ値になる。従って、B1とk*B1には、利得制御回路15によって同じ係数が乗算されることになり、補正後も2色のRGB比は同じに保たれることになる。
このように構成することで、無彩色(白色)に近いほど色温度を高く補正でき、しかも、同系色の輝度レベルのバランスを保持することができる。すなわち、同じ色でレベルの異なる入力は補正後も同じ色でレベルが異なると言う関係が保たれる。
また、本実施形態でもBの信号に補正値を乗算することにより色温度を高くしていたが、RあるいはGの信号を補正値で除算することにより色温度を高く補正するように構成する事もできる。
本発明の第1の実施形態を説明するブロック図である。 本発明の第2の実施形態を説明するブロック図である。 本発明の第3の実施形態を説明するブロック図である。 本発明の第3の実施形態における利得制御の特性図である。 本発明の実施形態における白色の検出範囲を説明する図である。 従来例を説明するブロック図である。 従来例の色検出特性を説明する図である。
符号の説明
1 最大値検出回路
2 最小値検出回路
3,4 乗算器
5 減算器
6 リミッタ
7 加算器
8 輝度算出回路
9,10 乗算器
11,12 減算器
13 減算器
14 割算器
15 利得制御回路

Claims (6)

  1. カラー画像を表示する装置に用いられる色温度補正回路であって、
    RGBの3原色の信号から a*Min−b*Max (MaxはR,G,Bのうちの最大値であり、MinはR,G,Bのうちの最小値であり、a,bはa>0かつ,b>0かつ,a>bを満たす係数である。)の値を算出し、該算出結果に基づいて補正値を得る補正値算出回路と、
    前記補正値でBの信号を補正する補正回路と、
    を備えることを特徴とする色温度補正回路。
  2. カラー画像を表示する装置に用いられる色温度補正回路であって、
    RGBの3原色の信号とその信号に対応した輝度信号Yとから c*Y−d*(Max−Min) (MaxはR,G,Bのうちの最大値であり、MinはR,G,Bのうちの最小値であり、c,dはc>0かつ,d>0を満たす係数である。)を算出し、該算出結果に基づいて補正値を得る補正値算出回路と、
    前記補正値でBの信号を補正する補正回路と、
    を備えることを特徴とする色温度補正回路。
  3. 前記補正回路は、前記補正値をBの信号に加算することを特徴とする請求項1または2記載の色温度補正回路。
  4. カラー画像を表示する装置に用いられる色温度補正回路であって、
    RGBの3原色の信号から a*Min−b*Max (MaxはR,G,Bのうちの最大値であり、MinはR,G,Bのうちの最小値であり、a,bはa>0かつ,b>0かつ,a>bを満たす係数である。)の値を算出し、該算出結果に基づいて補正値を得る補正値算出回路と、
    前記補正値でRまたはGの信号を補正する補正回路と、
    を備えたことを特徴とする色温度補正回路。
  5. カラー画像を表示する装置に用いられる色温度補正回路であって、
    RGBの3原色の信号とその信号に対応した輝度信号Yとから c*Y−d*(Max
    −Min) (MaxはR,G,Bのうちの最大値であり、MinはR,G,Bのうちの最小値であり、c,dはc>0かつ,d>0を満たす係数である。)を算出し、該算出結果に基づいて補正値を得る補正値算出回路と、
    前記補正値でRまたはGの信号を補正する補正回路と、
    を備えたことを特徴とする色温度補正回路。
  6. 前記補正回路は、前記補正値をRまたはGの信号から減算することを特徴とする請求項4または5記載の色温度補正回路。
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