JP4333421B2

JP4333421B2 - 映像表示装置

Info

Publication number: JP4333421B2
Application number: JP2004074309A
Authority: JP
Inventors: 政史金井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: JP2005265927A

Description

本発明は、映像表示装置の光学系の変更に応じた映像処理方法、映像処理装置、プログラムおよび記録媒体に関する。

一般に、映像表示装置は、使用目的や表示する内容に応じて要求される性能が異なる。例えば、パーソナルコンピュータの画面を表示する際には、明るい場所でも表示内容が正しく認識できる必要があり、色再現の正確さよりも、明るさが求められる。それに対し、テレビや映画等の映像を表示する際には、比較的暗い場所をする場合が多く、明るさよりも正しい色再現が求められる。

このような複数の表示特性を１台の映像表示装置で実現する為には、使用目的や表示する内容に応じて、映像表示装置の光学系や映像処理方法を切り換える必要がある。このような技術の一例が、特開２００３−１１４４８０号（特許文献１）に記載されている。
この技術は、プロジェクタに、緑の色光の強度を弱める着脱可能な光学フィルタを備え、使用目的に応じてこの光学フィルタを着脱することで、適切に色バランスを調節するものである。

さらに、この技術は、光学フィルタの着脱に応じて、入力された現映像データに対して施す映像処理のパラメータを切り換えて、プロジェクタの光学特性に応じた映像処理を行うことができる。

特開２００３−１１４４８０号公報

しかし、特許文献１で開示された技術では、広い色範囲の情報を持つ映像信号が入力された場合に適切に再現することができないという課題がある。

図８は、ＡＶ機器などから出力される映像データの記述に用いられるＹＰｂＰｒ信号に含まれる色の範囲と、映像表示装置で表示を行う際に用いられるＲＧＢ信号に含まれる色の範囲の違いを示した図である。図８（a）は、ＲＧＢ信号とＹＰｂＰｒ信号の色範囲を、青から黄方向の色味を表すＰｂ信号と赤から緑方向の色味を表すＰｒ信号の平面に射影した図である。図８（ｂ）は、ＲＧＢ信号とＹＰｂＰｒ信号の色範囲を、明るさを表すＹ信号と赤から緑方向の色味を表すＰｒ信号の平面に射影した図である。図８から分かるように、ＹＰｂＰｒ信号は、ＲＧＢ信号よりも広い範囲の色情報を持つ。

特許文献１で開示された技術では、ＹＰｂＰｒ信号が入力された場合の処理の方法についての記述はない。一般の表示装置では、赤緑青の３種類の色光を混ぜることで色を再現する為、ＹＰｂＰｒ信号で映像信号が入力された場合には、ＹＰｂＰｒ信号をＲＧＢ信号に変換して表示を行う。ＲＧＢ信号とＹＰｂＰｒ信号との関係は、ＩＴＵ−ＲＢＴ．７０９において以下の式で定められている。

このとき、図８で示したＲＧＢ信号の色範囲の外にある色信号については、ＲＧＢ信号の色範囲内の色で表現するため、ＲＧＢ信号の色範囲外の色情報が失われてしまうという課題がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、広い色域の情報を持つ映像信号が入力された場合にも適切に再現できる映像表示装置を実現すること目的とする。

上記課題を鑑み、請求項１に記載の発明は、入力映像信号に応じて映像を表示する映像表示装置であって、表示映像を構成する複数の色光うちの少なくとも１つ以上の色光の彩度を高める着脱可能な光学フィルタと、前記入力映像信号の色域が所定の色域内に含まれるか否かを比較し、前記光学フィルタを使用するかどうかを判定する表示色域制御部と、前記表示色域制御部の判定に合わせて前記光学フィルタの着脱を行う光学フィルタ制御部と、前記光学フィルタの着脱によって変化する前記映像表示装置の色域に合わせて、前記入力映像信号に対して色変換を行う色変換部を持つように構成される。

以上のように構成された、入力映像信号に応じて映像を表示する映像表示装置によれば、表示色域制御部によって、前記入力映像信号の色域が所定の色域内に含まれるか否かを比較し、前記光学フィルタを使用するかどうかを判定し、前記表示色域制御部によって前記光学フィルタを使用すると判断された場合、光学フィルタ制御部によって前記光学フィルタを装着される。すると、光学フィルタによって、表示映像を構成する複数の色光のうち少なくとも１つ以上の色光の彩度が高まる。そして、色変換部によって、前記光学フィルタの着脱によって変化する映像表示装置の色域に合わせて、入力映像信号が色変換される。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の映像表示装置であって、前記表示色域制御部は、前記入力映像信号がＲＧＢ信号の場合には、前記入力信号の各色成分が、所定の色域内に含まれない場合には、前記色成分に対応した前記光学フィルタを使用し、所定の色域内に含まれる場合には、前記色成分に対応した前記光学フィルタを使用しないように構成される。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２記載の映像表示装置であって、前記所定の色域が、前記光学フィルタを使用しない場合の前記映像表示装置の色域であるように構成される。

請求項４に記載の発明は、入力映像信号に応じて映像を表示する映像表示装置において、表示映像を構成する複数の色光うちの少なくとも１つ以上の色光の彩度を高める着脱可能な光学フィルタと、前記入力映像信号が輝度色差信号の場合には前記光学フィルタを装着する光学フィルタ制御部と、前記光学フィルタの着脱によって変化する前記映像表示装置の色域に合わせて、前記入力映像信号に対して色変換を行う色変換部を持つように構成される。

以上のように構成された、入力映像信号に応じて映像を表示する映像表示装置によれば、光学フィルタ制御部によって、前記入力映像信号が輝度色差信号の場合には、前記光学フィルタを装着される。すると、光学フィルタによって、表示映像を構成する複数の色光のうち少なくとも１つ以上の色光の彩度が高まる。そして、色変換部によって、前記光学フィルタの着脱によって変化する映像表示装置の色域に合わせて、入力映像信号が色変換される。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４記載の映像表示装置であって、前記光学フィルタの各波長に対する透過率が最大値の５０％以下になる波長帯域が、前記色光の分光分布の波長帯域の５％から５０％であるように構成される。

以上のように、本発明を用いることで、ＹＰｂＰｒ信号に含まれるＲＧＢ信号色域外の色を正確に再現することができる。また、ｓＲＧＢの色域を上回るような広域のＲＧＢ信号が入力された場合にも正しい色が再現できる。

また、入力された映像信号の色域が狭いときは、光学フィルタを使用しないので、その分表示輝度を高くすることができる。

[実施例１]
図１は、本発明における映像表示装置の一例を示すブロック図である。映像表示装置は、入力された信号に応じて映像を表示する投射光学系１と、入力された映像信号に対して映像処理を行う映像処理部２から構成されている。

投射光学系１の構成：
まず、図１の投射光学系１の構成要素とその機能を説明する。ランプ１０１出力された光は、ダイクロイックミラー１０２，１０３によって、赤緑青の３色の色光に分離される。分離された各色光は、ミラー１０４，１０５によって液晶パネル１５，１６，１７に入射される。液晶パネル１５，１６，１７において、各色光毎に表示画面内の各画素に応じた光量に減光され、ダイクロイックプリズム１１０に入射する。ダイクロイックプリズム１１０において、赤緑青の３色の色光は再び重ね合わされ、投射レンズ１１１を通してスクリーン（図示せず）に投影される。液晶パネル１０７，１０８，１０９の手前には、着脱が可能な光学フィルタ１１２，１１３，１１４がある。この光学フィルタの着脱によって、赤緑青の各色光の色が変化する。

光学フィルタ１１２，１１３，１１４の光学特性：
図２は、光学フィルタ１１２，１１３，１１４の分光透過率特性を示した図である。図２のＦＲは赤色光用光学フィルタ１１２の分光透過率、ＦＧは緑色光用光学フィルタ１１３の分光透過率、ＦＢは青色光用光学フィルタ１１４の分光透過率、Ｄ１はダイクロイックミラー１０２の分光透過率、Ｄ２はダイクロイックミラー１０３の分光透過率である。ランプからの光は、ダイクロイックミラー１０２，１０３によって３つの色光に分離されるため、Ｒ色光の波長λ１以上、Ｇ色光の波長はλ１以下λ２以上、Ｂ色光はλ２以下に分布する。λ１は５５０ｎｍから６５０ｎｍ、λ２は４５０ｎｍから５５０ｎｍが適している。一方、光学フィルタ１１２，１１３，１１４の分光透過率は、図２に示すようにＲＧＢの各色光の波長帯域をさらに狭めるような特性を持っている。したがって、この光学フィルタ１１２，１１３，１１４を各色光の光路上に挿入することにより、映像表示装置の各色光の彩度が高くなり、映像表示装置の色域を広げることができる。光学フィルタによる映像表示装置の各色光の高彩度化は、入力される映像信号に含まれる色の分布をカバーするのに必要十分な範囲で行うのが良い。なぜなら、高彩度化が足りないと、入力された映像信号に含まれる色の一部が正しく再現できなくなり、過度に高彩度化を行うと、映像表示装置の発光輝度が必要以上に低下してしまうためである。光学フィルタの各波長に対する透過率が、最大値の５０％以下になる波長帯域を非透過波長帯域とすると、各光学フィルタの非透過波長帯域は、映像表示装置の各色光の波長帯域の５％から５０％の間が好ましい。その際、図２のように各色光とも長波長側と短波長側の両方を狭める方が好ましいが、どちらか片側のみを削るような特性でも良い。

図３は、図２で示した光学フィルタを用いた際の映像表示装置の出力光の分光特性の変化を示している。ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが光学フィルタを用いない場合のＲＧＢ各色光の分光特性、ＬＲ’，ＬＧ’，ＬＢ’が光学フィルタを用いた場合のＲＧＢ各色光の分光特性である。図３から分かるように、光学フィルタを使用することで、ＲＧＢ各色光の波長帯域が狭くなっている。

図４は、図２で示した光学フィルタを用いた際の映像表示装置の色域の変化を示している。図４（ａ）はＲ光用光学フィルタ１１２のみを用いた場合の映像表示装置の色域，図４（ｂ）はＧ光用光学フィルタ１１３のみを用いた場合の映像表示装置の色域，図４（ｃ）はＢ光用光学フィルタのみを用いた場合の映像表示装置の色域，図４（ｄ）は３つの光学フィルタ１１２，１１３，１１４を全て用いた場合の映像表示装置の色域である。これらの図のように、入力された映像信号の色範囲に応じて、３つの光学フィルタを適切に選択することによって、効率的に映像表示装置の色域を広げ、正しい色再現をすることができる。

映像処理部２の構成：
次に、図１の映像処理部２の構成要素とその機能を説明する。

映像処理部２は、映像信号に対して色変換処理を行う第１色変換部２０１および第２色変換部２０２と、液晶パネルを駆動する液晶パネル駆動部２０３と、映像信号の色域情報を元に光学フィルタ１０７，１０８，１０９のいずれを使うかを決定する入力信号判定部２０４および表示色域制御部２０５と、映像表示装置のＲＧＢ各色光について、光学フィルタ１０７，１０８，１０９を装着した場合と装着しない場合の色情報を保存する表示色域データ保存部２０６と、光学フィルタの着脱を制御する光学フィルタ制御部２０７から構成される。

図５は本実施例における映像処理部２の動作を示すフローチャートである。映像処理部２に映像信号が入力されると（ステップＳ５０１）、入力信号判別部２０４、表示色域制御部２０５、および表示色域データ保存部２０６において、映像信号の色範囲に合わせて使用する光学フィルタを選択する（ステップＳ５０２）。次に、光学フィルタ制御部２０７において光学フィルタを制御することによって、ステップＳ５０２で選択した光学フィルタを投射光学系１の光路上に挿入する（ステップＳ５０３）。次に、第１色変換部２０１、および第２色変換部２０２おいて、映像信号の各画素の値について、使用する光学フィルタに合わせた色補正処理を行う（ステップＳ５０４）。最後に、色変換された映像信号を元に、液晶パネル制御部２０３においてＲＧＢ各色の液晶パネル１０７，１０８，１０９を駆動することで映像表示を行う（ステップＳ５０５）。以下、映像表示が終了するまで、ステップＳ５０４とステップＳ５０５を繰り返す。

ステップＳ５０２光学フィルタ選択処理とステップＳ５０４の色補正処理については、以下でさらに詳しく説明する。

光学フィルタ選択処理（ステップＳ５０２）：
次に、図６を用いて、入力信号判定部２０４と表示色域制御部２０５で行う光学フィルタ選択処理を説明する。

まず、映像表示装置に映像信号が入力されると、映像信号がＲＧＢ信号かＹＰｂＰｒ信号かを入力信号判定部２０４が判定する（ステップＳ６０１）。さらに、入力信号判定部２０４は、入力映像信号のＲＧＢの色度情報も取得する（ステップＳ６０２）。ここで言う入力映像信号のＲＧＢの色度情報は、映像信号の規格として各映像信号に対してＲＧＢの原色ごとに一つずつ定められているものを指しており、映像信号の各画素の色度情報ではない。入力映像信号のＲＧＢの色度情報は、映像データにＲＧＢ色度情報がメタデータとして添付されている場合には、映像信号のメタデータから取得し、メタデータがない場合には、ｓＲＧＢにおけるＲＧＢの色度などの前もって決めておいたＲＧＢの色度情報を用いる。ＲＧＢの色度情報は、映像表示装置の使用者が入力しても良い。ＹＰｂＰｒ信号が入力された場合は、ｓＲＧＢにおけるＲＧＢの色度を用いる。映像信号の種類と色度情報は表示色域制御部２０５に送られる。

表示色域制御部２０５では、入力信号判定部２０４から送られた入力信号のＲＧＢの色度情報と、表示色域データ保存部２０６に保存されている光学フィルタ１１２，１１３，１１４を使用しない場合の映像表示装置のＲＧＢ各色光の色度情報を比較して、光学フィルタ１１２，１１３，１１４のうちいずれを使用するかを決定する（ステップＳ６０３）。ただし、映像表示装置に入力された映像信号がＹＰｂＰｒ信号であった場合には、映像表示装置の色域に依らず、全ての光学フィルタを使用する。映像表示装置に入力された映像信号がＲＧＢ信号の場合には、以下の式を用いて使用する光学フィルタの選択を行う。

式（２）のｒ_Ｒ,ｇ_Ｒ,ｂ_Ｒの全ての値が０以上かつ1以下の場合は、入力信号のＲの色度が光学フィルタを使用しなくても映像表示装置の色域内または色域の境界面上にあるのでＲの光学フィルタは使用しない。それ以外の場合はＲの光学フィルタを使用する。同様に、ｒ_Ｇ,ｇ_Ｇ,ｂ_Ｇの全ての値が０以上かつ1以下の場合はＧの光学フィルタを使用せず、それ以外の場合はＧの光学フィルタを使用する。ｒ_Ｂ,ｇ_Ｂ,ｂ_Ｂの全ての値が０以上かつ1以下の場合はＢの光学フィルタを使用せず、それ以外の場合はＢの光学フィルタを使用する。

使用する光学フィルタが決定したら、使用する光学フィルタの情報を光学フィルタ制御部２０７に送る（ステップＳ６０４）。さらに、入力信号判定部から送られたの入力信号のＲＧＢの色度情報と、ステップＳ６０３で決定した光学フィルタを装着した場合の映像表示装置のＲＧＢ各色光の色度情報を元に、ＲＧＢ信号から映像表示装置ＲＧＢ信号への変換を行うための変換行列Ｎを求める（ステップＳ６０５）。変換行列Ｎは以下の式で求めることができる。

式（３）の映像表示装置のＲＧＢ各色光の色度は、ステップＳ６０３で決定した使用する光学フィルタの選択に応じて、表示色域データ保存部２０６に保存してある色度情報を使用する。つまり、ＲＧＢの各色において、光学フィルタを使用する場合は光学フィルタ使用時の色度を、光学フィルタを使用しない場合は光学フィルタ非使用時の色度データを用いる。
算出された変換行列は、第２色変換部２０２へ送られる（ステップＳ６０６）。

色変換処理（ステップＳ５０４）：
次に、図７を用いて、第１色変換部２０１と第２色変換部２０２で行う色変換処理を説明する。

まず、入力された映像信号がＹＰｂＰｒ信号かＲＧＢ信号化を判別し（ステップＳ７０１）、ＹＰｂＰｒ信号の場合には、第１色変換部において、ＹＰｂＰｒ信号をＲＧＢ信号に変換する処理を行う（ステップＳ７０２）。計算式は式（1）と同じである。ただし、計算後のＲＧＢ信号が０以下や最大値以上になっても、そのまま第２色変換部２０２に送る。入力された映像信号がＲＧＢ信号の場合は、そのまま第２色変換部２０２に送る。

次に、ＲＧＢ信号に対してガンマ変換を行う（ステップＳ７０３）。ガンマ変換とは入力されたＲＧＢ値を、ＲＧＢの各色光の輝度に比例する値に変換することである。ガンマ変換は以下の式で行う。

ガンマ変換は、第２色変換部２０２で式（４）を直接演算しても良いし、式（４）の計算結果をテーブルとして保存し、それを参照しても良い。
次に、表示色域制御部２０５から送られた変換行列を用いて、ＲＧＢ信号を映像表示装置ＲＧＢ信号に変換する（ステップＳ７０４）。変換処理は以下の式で行う。

この結果、映像表示装置ＲＧＢ信号が０以下になった場合は０に、１以上になった場合には１に変換する。

次に、映像表示装置ＲＧＢ信号に対して逆ガンマ変換を行う（ステップＳ７０５）。これは、ステップＳ５０２の逆で、ステップＳ７０３で求めた映像表示装置ＲＧＢ信号は、ＲＧＢの各色光の輝度に比例する値なので、これを通常の映像表示装置ＲＧＢ信号に戻すことに相当する。逆ガンマ変換は以下の式で行う。

逆ガンマ変換も、ガンマ変換と同様、第２色変換部２０２で式（６）を直接演算しても良いし、式（６）の計算結果をテーブルとして保存し、それを参照しても良い。

ステップＳ７０５で求めた映像表示装置ＲＧＢ信号を、液晶パネル制御部に出力する（ステップＳ７０６）。これにより、使用する光学フィルタの特性に合わせて適切な色が表示される。

実施例１では、ＲＧＢの各色光に対応した３枚の光学フィルタを用いていたが、必ずしも３枚である必要はない。映像表示装置のＲＧＢの各色光において特に彩度が低い色についてのみ光学フィルタを用いても良い。

また、光学フィルタを挿入する場所についても、必ずしも図１で図示した場所でなくても良い。ランプ１０１からの光が映像表示装置の観察者の目に届くまでの間の光路上のどこに置いてもよい。

また、実施例１では、映像処理部２は映像表示装置内に存在したが、映像処理部２を映像表示装置外に設けても良い。

また、実施例１では、投影型の映像表示装置を用いた場合の一例を示したが、本発明の映像表示装置は、光源から映像表示装置の観測者の目に届くまでの間の光路上に挿入される着脱可能な光学フィルタと、映像処理部２があれば実現可能であるため、他の映像表示装置を用いても良い。

本発明の実施例における映像表示装置のブロック図である。光学フィルタの透過率特性を示す説明図である。光学フィルタの着脱による映像表示装置の出力光の分光特性の変化を示す説明図である。光学フィルタの着脱による映像表示装置の色域の変化を示す説明図である。本発明の実施例における映像処理部２の動作の示すフローチャートである。本発明の実施例における光学フィルタ選択処理のフローチャートである。本発明の実施例における色変換処理のフローチャートである。ＹＰｂＰｒ信号とＲＧＢ信号の色域の違いを示す説明図である。

符号の説明

１投射光学系
１０１ランプ
１０２，１０３ダイクロイックミラー
１０４，１０５，１０６ミラー
１０７液晶パネル（赤色光用）
１０８液晶パネル（緑色光用）
１０９液晶パネル（青色光用）
１１０ダイクロイックプリズム
１１１投射レンズ
１１２光学フィルタ（赤色光用）
１１３光学フィルタ（緑色光用）
１１４光学フィルタ（青色光用）
２映像処理部
２０１第１色変換部
２０２第２色変換部
２０３液晶パネル制御部
２０４入力信号判定部
２０５表示色域制御部
２０６表示色域データ保存部
２０７光学フィルタ制御部

Claims

入力映像信号に応じて映像を表示する映像表示装置において、表示映像を構成する複数の色光うちの少なくとも１つ以上の色光の彩度を高める着脱可能な光学フィルタと、前記入力映像信号のＲＧＢ各色の色度情報からなる色域が所定の色域内に含まれるか否かに応じて、前記光学フィルタを使用するかどうかを判定する表示色域制御部と、前記表示色域制御部の判定に合わせて前記光学フィルタの着脱を行う光学フィルタ制御部と、前記光学フィルタの着脱によって変化する前記映像表示装置の色域に合わせて、前記入力映像信号に対して色変換を行う色変換部を持つことを特徴とする映像表示装置。
請求項１記載の映像表示装置において、前記表示色域制御部は、前記入力映像信号がＲＧＢ信号の場合には、前記入力信号の各色成分が、所定の色域内に含まれない場合には、前記色成分に対応した前記光学フィルタを使用し、所定の色域内に含まれる場合には、前記色成分に対応した前記光学フィルタを使用しないことを特徴とする映像表示装置。
請求項１乃至２記載の映像表示装置において、前記所定の色域が、前記光学フィルタを使用しない場合の前記映像表示装置の色域であることを特徴とする映像表示装置。
請求項１記載の映像表示装置において、前記入力映像信号が輝度色差信号の場合には前記光学フィルタを装着する光学フィルタ制御部と、前記光学フィルタの着脱によって変化する前記映像表示装置の色域に合わせて、前記入力映像信号に対して色変換を行う色変換部を持つことを特徴とする映像表示装置。