JP4423226B2

JP4423226B2 - 色調整方法及び装置

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Publication number: JP4423226B2
Application number: JP2005126147A
Authority: JP
Inventors: 尚子近藤; 小▲忙▼ 張; 諭上野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2025-04-25
Also published as: JP2006304149A

Description

本発明は、色調整方法及び装置であり、特に色補正回路、及び該回路を備えたテレビ、カメラ、ＤＶＤなどの映像機器に関する。

テレビなどの表示装置に入力される放送信号は、ＩＴＵ−ＲＢＴ６０１の規格が採用されており、明度Ｙ、式差Ｃｒ／ＣｂとＲＧＢの関係は式１によって表される。

式１の条件では、式差Ｃｒ／Ｃｂの値の範囲が異なっているが、デジタル信号として扱う場合には不都合があるため正規化処理する。それを式２に示し、その逆変換を式３に示す。

Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ，Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ以下の条件を満足する。
０≦Ｙｂ≦１
−０．５≦Ｃｒ，Ｃｒ≦０．５
０≦Ｒ，Ｇ，Ｂ

式２によってＹＵＶ信号からからＲＧＢ信号に変換されたＲＧＢ信号がディスプレーなどのモニターに入力され表示される。モニターは、様々な画質調整機能を有している。この調整には、画質向上のためモニター側で設定される場合や、使用目的や環境もしくは個人の好みに応じて外部から設定される場合等がある。

画質調整のうち、表示色を調整する方法の１つに色の三属性を調整する方法がある。色の三属性とは『彩度』『明度』『色相』のことであり、これらはお互いに独立した３要素である。代表的なものにマンセルの表色系があり、物体色の標準として広く用いられている。

テレビにおいては、ＹＵＶ信号に対して特定の色ではなくすべての色域に対して三属性を調整する方法がある。また、特定の色に対する補正については、特許文献１に、ＲＧＢ色空間で色調整を行う方法が示されており、特許文献２には、ＹＭＣ色空間で色調整を行う方法が示されている。
特許第３１２８４２９号公報特開平７−１７０４０４号公報

色の個別調整については、特許文献１はＲＧＢ信号で行う方法が示されているが、すべての色域に対して三属性を調整するため、特定の色域たとえば赤い色に対してのみ色調整を行うことができない。また、特許文献２では、特定の色に対する調整は可能であるが、ＹＭＣ空間で処理を行うものである。テレビの入力信号はＹＵＶ信号であるので、ＹＵＶ信号で処理することが望ましい。

さらに、ＹＵＶ信号からＲＧＢ信号へ変換されるとき、ＹＵＶの色空間の方が大きいため、ＲＧＢ空間で表現できない色が発生する。その際の処理を、マトリクス計算後のＲＧＢの値でクリップした場合には三属性の要素は保存されず、入力された本来の色の特性を表示画像に反映することができない。

本発明において、テレビの入力信号であるＹ，Ｃｂ，Ｃｒ空間で色の三属性に基づいた色の調整を行う。また、色相の値を元に領域を設定し、特定の色域に対して独立に調整する。その際、調整係数に重みをかけ、各範囲の境界の連続性を保つ。

本発明において、ＲＧＢ信号への変換後に飽和する値に対して、あらかじめ調整係数の範囲を求めてから計算することで、ＲＧＢ信号へ変換する以前に再現可能な範囲の値にする。

すなわち、本発明は、入力された信号により表示装置に表示される色を調整する方法であって、基準となる色を設定し、色相の値を求め、Ｃｂ−Ｃｒ空間でこの基準の色によって領域に分割し、色相の値によって入力された色がどの領域に属しているかを判定し、入力された色が調整する色の領域に属していた場合に、各調整係数をＮｂ _ｘ，Ｎｈ _ｘ，Ｎｓ _ｘとするとき
明度Ｙ _ｏｕｔ＝Ｙ _ｉｎ＋Ｎｂ _ｘ
色相Ｃｂ _ｏｕｔ＝Ｃｂ _ｉｎ ×ｃｏｓ（Ｎｈ _ｘ）＋Ｃｒ _ｉｎ ×ｓｉｎ（Ｎｈ _ｘ）
Ｃｒ _ｏｕｔ＝−Ｃｂ _ｉｎ ×ｓｉｎ（Ｎｈ _ｘ）＋Ｃｒ _ｉｎ ×ｃｏｓ（Ｎｈ _ｘ）
彩度Ｃｂ _ｏｕｔ＝Ｃｂ _ｉｎ ×Ｎｓ _ｘ
Ｃｒ _ｏｕｔ＝Ｃｒ _ｉｎ ×Ｎｓ _ｘ
によって色調整を施し、上記調整係数には、基準となる色をＳとし、その両脇にある基準の色をＬ _１，Ｌ _２とし、それぞれの色相の値をθ _Ｓ，θ _Ｌ１，θ _Ｌ２（θ _Ｌ１＜θ _Ｓ＜θ _Ｌ２）としたとき、
θ _Ｌ１ ≦θ≦θ _Ｓ
Ｗ＝〔ｃｏｓ｛π×（θ _Ｓ −θ）／（θ _Ｓ −θ _Ｌ１）｝＋１〕／２
θ _Ｓ＜θ≦θ _Ｌ２
Ｗ＝〔ｃｏｓ｛π×（θ−θ _Ｓ）／（θ _Ｌ２ −θ _Ｓ）｝＋１〕／２
で示される重みＷがかけられている色調整方法である。

また、本発明は、前記調整方法は色の三属性に従っており、ＹＣｂＣｒ信号からＲＧＢ信号へ変換される際に、色の三属性の３つある要素のうち最低２つは保証したまま変換する色調整方法である。

更に、本発明は、三属性の中から任意の１つまたは２つの属性だけを調整する色調整方法である。

また、本発明は、入力された信号により表示される色を補正する手段を備えた色調整装置であって、基準となる色を設定し、色相の値を求め、Ｃｂ−Ｃｒ空間でこの基準の色によって領域に分割し、色相の値によって入力された色がどの領域に属しているかを判定し、入力された色が調整する色の領域に属していた場合に各調整係数をＮｂ _x ，Ｎｈ _x ，Ｎｓ _x とするとき
明度Ｙ _ｏｕｔ＝Ｙ _ｉｎ＋Ｎｂ _ｘ
色相Ｃｂ _ｏｕｔ＝Ｃｂ _ｉｎ ×ｃｏｓ（Ｎｈ _ｘ）＋Ｃｒ _ｉｎ ×ｓｉｎ（Ｎｈ _ｘ）
Ｃｒ _ｏｕｔ＝−Ｃｂ _ｉｎ ×ｓｉｎ（Ｎｈ _ｘ）＋Ｃｒ _ｉｎ ×ｃｏｓ（Ｎｈ _ｘ）
彩度Ｃｂ _ｏｕｔ＝Ｃｂ _ｉｎ ×Ｎｓ _ｘ
Ｃｒ _ｏｕｔ＝Ｃｒ _ｉｎ ×Ｎｓ _ｘ
によって色調整を施す手段を備え、上記調整係数には、基準となる色をＳとし、その両脇にある基準の色をＬ _１，Ｌ _２とし、それぞれの色相の値をθ _Ｓ，θ _Ｌ１，θ _Ｌ２（θ _Ｌ１＜θ _Ｓ＜θ _Ｌ２）としたとき、
θ _Ｌ１ ≦θ≦θ _Ｓ
Ｗ＝〔ｃｏｓ｛π×（θ _Ｓ −θ）／（θ _Ｓ −θ _Ｌ１）｝＋１〕／２
θ _Ｓ＜θ≦θ _Ｌ２
Ｗ＝〔ｃｏｓ｛π×（θ−θ _Ｓ）／（θ _Ｌ２ −θ _Ｓ）｝＋１〕／２
で示される重みＷがかけられていることを特徴とする色調整装置である。

そして、本発明は、色の三属性に従って調整し、ＹＣｂＣｒ信号からＲＧＢ信号へ変換される際に、色の三属性の３つある要素のうち最低２つは保証したまま変換する手段を備える色調整装置である。

また、本発明は、前記調整する手段は、三属性の中から任意の１つまたは２つの属性だけを調整することができる色調整装置である。

本発明によれば、Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ色空間で色調整を行うことで、色の三属性に基づいた色調整が可能である。これによって、ある要素を調整しても他の要素に影響を及ばすことが無く、意図しない色の変化を防ぐことができる。さらに、色空間の領域分けを行うことで特定の色領域だけを処理することができ、それぞれの色にたいして細かな調整を行うことができる。

また、調整係数には重みをかける。これによって、各領域の境界において色が不連続になることを防ぎ変化を滑らかにしたり、調整が及ぼす表示画像のへの効果を際立たせたりすることができる。

ＲＧＢ信号への変換後に飽和する値にたいして、あらかじめ調整係数の範囲を求めてから計算することで、ＲＧＢ信号へ変換する以前に再現可能な範囲の値に調整する。これによって、ＲＧＢ信号への変換後も三属性の値が保たれ、意図しない色の変化を防ぐことができる。

各要素のパラメータは表示モニターの調整として外部から与えるのが一般的である。しかし、表示画像の特性や照明などのモニターが置かれた環境をフィードバックし自動的に設定することもできる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の色調整方法及び装置の実施例について、図面を用いて説明する。
本発明における「Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ空間で特定の色それぞれ独立に色調整をする」ことを説明する。入力信号の値をＹ_in，Ｃｂ_in，Ｃｒ_inとし、Ｃｂ−Ｃｒ座標系を以下の式によって極座標に変換する。原点からの距離をＤ、Ｃｂ軸からの角度をθとする。

Ｃｂ_in＝０のとき

Ｃｂ_in＞０のとき

Ｃｂ_in＜０のとき

となる。以上で求めた値のうち、θは色相、Ｄは彩度であり、Ｙ_inが明度である。

特定の色を独立で調整するために、基準となる色を設定する。その数はモニターの特性や目的に合わせて任意に設定することができるが、ここではＲ，Ｇ，Ｂ，Ｃ，Ｍ，Ｙの６色とし、それぞれの色相の値をθ_r，θ_g，θ_b，θ_c，θ_m，θ_yeとする。Ｃｂ−Ｃｒ空間は、この基準の色によって領域に分割される。分けられた領域を図２に示す。

上記で求めた色相から、入力された色がどの領域に属しているかを判定する。入力された色が調整する色の領域に属していた場合、式４の色調整を施す。特定の色ｘ（ｘ＝ＲＧＢＣＭＹ）の三属性である明度，色相，彩度にかける各調整係数をＮｂ_x，Ｎｈ_x，Ｎｓ_xとするとき、三属性の計算は以下のようになる。

上記の調整によって、各領域の境界において色が不連続になることを防ぎ、変化を滑らかにするために、調整係数には重みをかける。

基準となる色をＳとし、その両脇にある基準の色をＬ₁，Ｌ₂としたとき、それぞれの色相の値をθ_S，θ_L1，θ_L2（θ_L1＜θ_S＜θ_L2）とする。たとえば図３に示すように、基準となる色がＲである場合には、Ｌ₁＝Ｍ，Ｌ₂＝Ｙｅとなる。図４は、基準の色がＳであった場合、入力信号のθに対してどのような重みがかけられるかを示すグラフであり、入力された信号のθの値によって値が変わる。以下の式５によって重みＷを求める。

以上の結果より、基準色それぞれに対する三属性の係数Ｎｂ_X，Ｎｈ_X，Ｎｓ_Xを、以下式６によって求める。Ｋｂ_X，Ｋｈ_X，Ｋｓ_Xは、基準の色に対して外部から任意に入力されるパラメータで、各色それぞれに与えられる。

Ｙ_xは基準色ｘのＹの値である。たとえばｘ＝Ｒのとき、式２よりＹｒ＝０．２９９である。ｎは任意の実数であり、重みの強さを調節する場合には、この値ｎを調整する。

実施例における「明度と彩度の飽和した値の処理」について、説明する。色調整係数によって、Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ空間で色調整された入力値は、式３によってＲＧＢ空間に変換される。

このとき、Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ空間のほうがＲＧＢ空間より大きい場合、調整後の値がＲＧＢで表現できないケースが発生する。式２による変換の後にＲＧＢの各値をクリップすることで飽和処理を行うことも可能であるが、そうした場合には三属性の関係を保証することができない。大きな空間から小さな空間へ対応するためには、いずれかの要素を犠牲にせざるを得ないが、最低２つの要素の関係を保証した値を求めるために、色調整係数に対して飽和処理を行う。

Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ空間での飽和処理は、彩度と色相の要素を保障し明度の係数に対して飽和処理する方法と、明度と色相を保障し彩度の係数に対して飽和処理する方法とが考えられる。

図５はＣｂ−Ｃｒ平面であり、図６は図５のＡ−Ｂ間の断面図で、縦軸が明度、横軸が彩度を表している。この平面では色相は一定であり、Ｙ軸の１はもっとも明るい色である白を示しており、０はもっとも暗い色である黒を示している。図５の五角形の内部と、図６の斜線の部分はＲＧＢ空間で表現できる範囲を示している。

図７に彩度の係数Ｋｓをかけたときの入力値Ｐ₀の動きを示し、図８に明度の係数Ｋｂをかけたときの入力値Ｐ₀の動きを示す。係数をかけた結果が、Ｐ’若しくはＱ’のような値になった場合には、ＲＧＢ信号で表現することができない。そこで、三属性の他の要素に影響を与えないように処理をするには、図９に示したように処理されればよい。つまり、たとえばＰ’，Ｑ’のようにＲＧＢ信号で再現できる範囲より大きな数値になった場合をＯとすると、明度を保証する場合には、Ｏ₁の値となり、彩度を保証する場合にはＯ₂の値に調整されれば、ＲＧＢ信号への変換による色変化を防止することができる。

マトリクスの値をＭ_ijとすると変換後の範囲の条件は式３から以下の式７ようになる。

これを変形すると、（Ｍ_i1×Ｙ）≧０のとき

となる。（Ｍ_i1×Ｙ）＜０のとき

となる。係数Ｎｂはすべてのｉに対して式を満たす値で無ければならない。もし、式６で求めた値が、この範囲を満たしていない場合は、不等式の解からＫｂがとりうる最大値若しくは最小値のうち、近い値をＫｂとする。

同様に、明度の調整係数Ｎｓの変換後の範囲の条件は式３の変形から下の式８で表される。係数Ｎｓはすべてのｉについて式を満たす範囲で無ければならない。もし、式６で求めた値が、この範囲を満たしていない場合は、不等式の解からＫｓがとりうる最大値若しくは最小値のうち、近い値をＫｓとする。

（Ｍ_i2×Ｃｂ＋Ｍ_i3×Ｃｒ）≧０のとき

である。（Ｍ_i2×Ｃｂ＋Ｍ_i3×Ｃｒ）＜０のとき

である。

実施例における色調整回路の回路構成例を示すブロック図。実施例における色相θによる領域分けの実施形態一例を示す図。実施例における重みをかける範囲を示す図。実施例における重みをかける範囲と重みの値の関係示す図。実施例におけるＣｂ，Ｃｒ平面と、ＲＧＢ信号が再現できる範囲を表す図。図５に示す直線Ａ−Ｂの断面を示す図。彩度の係数Ｋｓをかけたときの入力値Ｐ₀が取る値を示す図。明度の係数Ｋｂをかけたときの入力値Ｑ₀が取る値を示す図。値Ｏがどの値に補正されるべきかを示す図。

Claims

入力された信号により表示装置に表示される色を調整する方法であって、
基準となる色を設定し、色相の値を求め、Ｃｂ−Ｃｒ空間でこの基準の色によって領域に分割し、色相の値によって入力された色がどの領域に属しているかを判定し、入力された色が調整する色の領域に属していた場合に、各調整係数をＮｂ _x ，Ｎｈ _x ，Ｎｓ _x とするとき、
明度Ｙ _ｏｕｔ＝Ｙ _ｉｎ＋Ｎｂ _ｘ
色相Ｃｂ _ｏｕｔ＝Ｃｂ _ｉｎ ×ｃｏｓ（Ｎｈ _ｘ）＋Ｃｒ _ｉｎ ×ｓｉｎ（Ｎｈ _ｘ）
Ｃｒ _ｏｕｔ＝−Ｃｂ _ｉｎ ×ｓｉｎ（Ｎｈ _ｘ）＋Ｃｒ _ｉｎ ×ｃｏｓ（Ｎｈ _ｘ）
彩度Ｃｂ _ｏｕｔ＝Ｃｂ _ｉｎ ×Ｎｓ _ｘ
Ｃｒ _ｏｕｔ＝Ｃｒ _ｉｎ ×Ｎｓ _ｘ
によって色調整を施し、
上記調整係数には、基準となる色をＳとし、その両脇にある基準の色をＬ _１，Ｌ _２とし、それぞれの色相の値をθ _Ｓ，θ _Ｌ１，θ _Ｌ２（θ _Ｌ１＜θ _Ｓ＜θ _Ｌ２）としたとき、
θ _Ｌ１ ≦θ≦θ _Ｓ
Ｗ＝〔ｃｏｓ｛π×（θ _Ｓ −θ）／（θ _Ｓ −θ _Ｌ１）｝＋１〕／２
θ _Ｓ＜θ≦θ _Ｌ２
Ｗ＝〔ｃｏｓ｛π×（θ−θ _Ｓ）／（θ _Ｌ２ −θ _Ｓ）｝＋１〕／２
で示される重みＷがかけられていることを特徴とする色調整方法。
前記調整方法は色の三属性に従っており、ＹＣｂＣｒ信号からＲＧＢ信号へ変換される際に、色の三属性の３つある要素のうち最低２つは保証したまま変換する請求項１記載の色調整方法。
三属性の中から任意の１つまたは２つの属性だけを調整する請求項２記載の色調整方法。
入力された信号により表示される色を補正する手段を備えた色調整装置であって、
基準となる色を設定し、色相の値を求め、Ｃｂ−Ｃｒ空間でこの基準の色によって領域に分割し、色相の値によって入力された色がどの領域に属しているかを判定し、入力された色が調整する色の領域に属していた場合に、各調整係数をＮｂ _x ，Ｎｈ _x ，Ｎｓ _x とするとき、
明度Ｙ _ｏｕｔ＝Ｙ _ｉｎ＋Ｎｂ _ｘ
色相Ｃｂ _ｏｕｔ＝Ｃｂ _ｉｎ ×ｃｏｓ（Ｎｈ _ｘ）＋Ｃｒ _ｉｎ ×ｓｉｎ（Ｎｈ _ｘ）
Ｃｒ _ｏｕｔ＝−Ｃｂ _ｉｎ ×ｓｉｎ（Ｎｈ _ｘ）＋Ｃｒ _ｉｎ ×ｃｏｓ（Ｎｈ _ｘ）
彩度Ｃｂ _ｏｕｔ＝Ｃｂ _ｉｎ ×Ｎｓ _ｘ
Ｃｒ _ｏｕｔ＝Ｃｒ _ｉｎ ×Ｎｓ _ｘ
によって色調整を施す手段を備え、
上記調整係数には、基準となる色をＳとし、その両脇にある基準の色をＬ _１，Ｌ _２とし、それぞれの色相の値をθ _Ｓ，θ _Ｌ１，θ _Ｌ２（θ _Ｌ１＜θ _Ｓ＜θ _Ｌ２）としたとき、
θ _Ｌ１ ≦θ≦θ _Ｓ
Ｗ＝〔ｃｏｓ｛π×（θ _Ｓ −θ）／（θ _Ｓ −θ _Ｌ１）｝＋１〕／２
θ _Ｓ＜θ≦θ _Ｌ２
Ｗ＝〔ｃｏｓ｛π×（θ−θ _Ｓ）／（θ _Ｌ２ −θ _Ｓ）｝＋１〕／２
で示される重みＷがかけられていることを特徴とする色調整装置。
色の三属性に従って調整し、ＹＣｂＣｒ信号からＲＧＢ信号へ変換される際に、色の三属性の３つある要素のうち最低２つは保証したまま変換する手段を備える請求項４記載の色調整装置。
前記調整する手段は、三属性の中から任意の１つまたは２つの属性だけを調整することができる請求項５記載の色調整装置。