JP4453805B2 - 画像処理システム、プロジェクタ、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、階調補正を行うための画像処理システム、プロジェクタ、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
ガンマ補正、ヒストグラム平坦化、線形変換等を基本とした階調補正処理は、コントラスト強調処理として画像処理において一般的に行われている手法である。動画の画像処理においても、このような階調補正処理は一般的に行われており、ＬＵＴ(Look Up Table)を用いて１フレームごとに適応的に階調補正を行う手法がある。
【０００３】
より具体的には、例えば、階調特性データをＬＵＴ形式でメモリに記憶しておき、１垂直走査期間（1フレームまたは1フィールド）の映像信号の平均輝度レベルや、高輝度または低輝度レベルの面積率（所定輝度範囲における画素数）等の特徴量を検出し、これらの特徴量の変化に応じてＬＵＴを更新することにより、階調補正を行う手法がある。
【０００４】
例えば、特許文献１では、映像の輝度分布の偏り具合に応じて最適な階調補正を行うために、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データに応じて輝度分布の分散値を算出し、当該分散値に基づく混合比で元の輝度レベルと補正輝度レベルとを混合した値を用いてＬＵＴを更新することにより、階調補正を行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３２２０４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、処理対象とする画像の種類によっては、ＬＵＴを更新するときに急激に階調特性が変化することによって急激な輝度変動が生じる場合があり、画像の観察者が当該輝度変動をフリッカ（ちらつき）として知覚する場合がある。
【０００７】
従来の一般的な手法では、しきい値に基づいて階調補正を行っていたため、しきい値の前後のどちらに該当するかによって階調補正の度合いが大きく異なってしまい、フリッカが顕著となってしまう事態が生じる可能性があった。
【０００８】
また、例えば、特許文献１の手法の場合、１垂直走査期間ごとのヒストグラムメモリの輝度分布に基づいて分散値を算出して当該分散値に応じて混合比ｋを算出しているが、分散値から混合比ｋを求める手法についての具体的な記載はなく、補正後の値＝ｋ＊補正値＋（１−ｋ）＊基準値という補正の手法と、分散値が小さい場合にｋ＞０．５とし、分散値が中程度の場合にｋ＝０．５とし、分散値が大きい場合にｋ＜０．５とする手法が開示されているに過ぎない。
【０００９】
また、特許文献１の手法は、輝度分布の偏りを考慮したものであり、フリッカの問題を考慮していない。
【００１０】
このため、特許文献１の手法では、急激な輝度変動が発生した場合、分散値も急激に変化してしまう。例えば、分散値が小さい状態から分散値が大きい状態に急変した場合、ｋ＞０．５からｋ＜０．５に急変し、補正後の値も急変するため、結果として急激な輝度変動が生じ、フリッカが生じることになる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することが可能な画像処理システム、プロジェクタ、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る画像処理システムは、画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持するとともに、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成する差分値生成手段と、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成手段と、
当該補正係数に基づき、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力する明るさ指標値出力手段と、
を含み、
前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るプロジェクタは、画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持するとともに、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成する差分値生成手段と、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成手段と、
当該補正係数に基づき、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力する明るさ指標値出力手段と、
当該明るさ指標値に基づき、画像の明るさを補正する明るさ補正手段と、
明るさが補正された画像を投写する画像投写手段と、
を含み、
前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るプログラムは、コンピュータにより読み取り可能なプログラムであって、
コンピュータを、
画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持するとともに、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成する差分値生成手段と、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成手段と、
当該補正係数に基づき、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力する明るさ指標値出力手段として機能させ、
前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る情報記憶媒体は、コンピュータにより読み取り可能なプログラムを記憶した情報記憶媒体であって、
コンピュータを、
画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持するとともに、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成する差分値生成手段と、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成手段と、
当該補正係数に基づき、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力する明るさ指標値出力手段として機能させるためのプログラムを記憶し、
前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る画像処理方法は、画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を抽出し、
少なくとも１垂直走査期間の間、抽出した特徴量を保持し、
画像の特徴量と、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量との差分値を生成し、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を演算し、
前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成し、
当該階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力し、
当該明るさ指標値に基づき、画像の明るさを補正することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、画像処理システム等は、画像の特徴量の差分値に基づいて階調特性データを補正することにより、画像の変化に応じて徐々に階調特性データを補正することができる。
【００１８】
これにより、画像処理システム等は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することができる。
【００１９】
なお、前記特徴量としては、例えば、ＡＰＬ（Average Picture Level、すなわち、対象領域における平均輝度値）、対象領域における所定の輝度範囲（例えば、所定の輝度レベル以下、所定の輝度レベル以上、所定の輝度レベル以上かつ所定の輝度レベル以下）に含まれる画素数の累積和、ヒストグラムにおける最多画素数の輝度レベル等を採用してもよい。
【００２０】
また、前記垂直走査期間としては、例えば、フレーム、フィールドが該当する。また、前記明るさ指標値としては、例えば、輝度値等が該当する。
【００２１】
また、前記画像処理システムおよび前記プロジェクタは、前記画像信号に含まれる輝度信号に基づき、所定の階調範囲における画素数の累積和を示す累積ヒストグラムデータを生成する累積ヒストグラムデータ生成手段を含み、
前記特徴量生成手段は、前記累積ヒストグラムデータに基づき、前記特徴量としてＡＰＬを生成してもよい。
【００２２】
また、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体は、所定の階調範囲における画素数の累積和を示す累積ヒストグラムデータを生成する累積ヒストグラムデータ生成手段としてコンピュータを機能させ、
前記特徴量生成手段は、前記累積ヒストグラムデータに基づき、前記特徴量としてＡＰＬを生成してもよい。
【００２３】
また、前記画像処理方法は、前記画像信号に含まれる輝度信号に基づき、所定の階調範囲における画素数の累積和を示す累積ヒストグラムデータを生成し、
当該累積ヒストグラムデータに基づき、前記特徴量としてＡＰＬを生成してもよい。
【００２４】
これによれば、画像処理システム等は、特徴量としてＡＰＬを用いることにより、画像の特徴を適切に捉え、階調特性データを適切に補正することができる。
【００２５】
また、前記画像処理システム、前記プロジェクタ、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体において、前記補正係数生成手段は、入力値が、最大値または最小値に近い場合には中間値に近い場合と比べて出力値の変化が少なくなるＳ字曲線状の入出力特性を有する関数に基づき、前記補正係数を演算してもよい。
【００２６】
また、前記画像処理方法では、入力値が、最大値または最小値に近い場合には中間値に近い場合と比べて出力値の変化が少なくなるＳ字曲線状の入出力特性を有する関数に基づき、前記補正係数を演算してもよい。
【００２７】
なお、このような関数としては、例えば、シグモイド関数等が該当する。
【００２８】
これによれば、シグモイド関数は、人の感覚を近似する場合に用いられる関数であるため、画像処理システム等は、視覚的な不自然さを低減する階調補正を行うことが可能となる。
【００２９】
また、前記画像処理システム、前記プロジェクタ、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体において、前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと所定の階調補正用データとの差分値と、前記補正係数との乗算値を、前記階調特性データに加算することにより、新たな階調特性データを生成してもよい。
【００３０】
また、前記画像処理方法では、前記階調特性データと所定の階調補正用データとの差分値と、前記補正係数との乗算値を、前記階調特性データに加算することにより、新たな階調特性データを生成してもよい。
【００３１】
これによれば、画像処理システム等は、元の階調特性データに差分値に基づく乗算値を加算することによって階調特性データを更新することにより、階調特性データを徐々に更新することができる。
【００３２】
これにより、画像処理システム等は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することができる。
【００３３】
また、前記画像処理システム、前記プロジェクタ、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体において、前記明るさ指標値出力手段は、前記画像信号に含まれる輝度信号の輝度値を入力値として、当該入力値が、最大値または最小値に近い場合には中間値に近い場合と比べて出力値の変化が少なくなる入出力特性を有する関数を用いて前記階調補正用データを生成してもよい。
【００３４】
また、前記画像処理方法では、前記画像信号に含まれる輝度信号の輝度値を入力値として、当該入力値が、最大値または最小値に近い場合には中間値に近い場合と比べて出力値の変化が少なくなる入出力特性を有する関数を用いて前記階調補正用データを生成してもよい。
【００３５】
これによれば、輝度値が最大値または最小値に近い場合はグレーではなく白や黒に近い場合であるため、画像処理システム等は、白や黒に近い輝度値の変化率を中間階調（グレー）に近い輝度値の変化率と比べて少なくすることができ、黒つぶれや白とびの発生を低減し、伸長効果の高い中間階調をより伸長することができるため、適切な階調補正を行うことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、画像信号の一種であるＲＧＢ信号を入力し、各信号の輝度（「輝度値」または「輝度レベル」ともいう。）の階調補正を行う画像処理システムに適用した場合を例に採り、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下の実施形態に示す構成の全てが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３７】
（システム全体の説明）
以下、本発明を液晶プロジェクタの画像処理システムに適用した場合を例に採り、説明する。
【００３８】
図１は、本実施形態の一例に係るプロジェクタ２０の概略説明図である。
【００３９】
スクリーン１０のほぼ正面に設けられたプロジェクタ２０は、種々の画像を投写する。これにより、スクリーン１０上に画像の投写領域１２が形成される。
【００４０】
入力される画像の階調特性が急激に変化した場合、投写領域１２がちらついてしまう場合がある。
【００４１】
本実施の形態におけるプロジェクタ２０は、このような場合における画像のちらつきを低減するために、フレーム間のＡＰＬ（Average Picture Level、すなわち、対象領域における平均輝度値）の差分値に基づいて階調特性データの変化度合いを決定している。
【００４２】
次に、このような機能を実現するためのプロジェクタ２０の画像処理部の機能ブロックについて説明する。
【００４３】
図２は、本実施形態の一例に係る画像処理部８００の機能ブロック図である。
【００４４】
プロジェクタ２０内の画像処理部８００は、画像信号の一種であるアナログＲＧＢ信号（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）をデジタルＲＧＢ信号（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）に変換するＡ／Ｄ変換部８１０と、デジタルＲＧＢ信号（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）を補正する画像処理部８００と、補正されたデジタルＲＧＢ信号（Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３）をアナログＲＧＢ信号（Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４）に変換するＤ／Ａ変換部８８０と、アナログＲＧＢ信号（Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４）に基づき、画像を投写する画像投写部８９０とを含んで構成されている。また、画像処理部８００は、補正部８２０を含む。
【００４５】
また、補正部８２０は、入力輝度信号Ｙを補正することにより階調補正を行って補正後の輝度信号Ｙ’を出力する階調補正部８２２を含んで構成されている。
【００４６】
また、画像投写部８９０は、空間光変調器８９２と、アナログＲＧＢ信号（Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４）に基づき、空間光変調器８９２を駆動する駆動部８９４と、空間光変調器８９２に光を出力する光源８９６と、空間光変調器８９２で変調された光を投写するレンズ８９８とを含んで構成されている。
【００４７】
このようにしてプロジェクタ２０は、階調補正を行って画像を投写する。
【００４８】
ここで、階調補正部８２２の構成について説明する。
【００４９】
図３は、本実施形態の一例に係る階調補正部８２２の機能ブロック図である。
【００５０】
階調補正部８２２は、画像信号から１フレームごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成部１５０と、画像特徴量生成部１５０によって生成された特徴量を１フレームの間保持するとともに、保持した１フレーム前の特徴量と、現在のフレームにおける特徴量との差分値を生成する差分値生成部１６０と、当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成部１７０と、当該補正係数に基づき、階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、入力輝度信号を補正して輝度信号を出力する明るさ指標値出力手段として機能する輝度信号出力部１３０とを含んで構成されている。
【００５１】
また、階調補正部８２２は、輝度信号を１フレーム分遅延させて出力するための遅延部１２０と、輝度信号の累積ヒストグラムデータを生成する累積ヒストグラムデータ生成部１４０とを含んで構成されている。
【００５２】
また、画像特徴量生成部１５０は、画像の特徴量として、Ｌｍａｘ（累積ヒストグラムデータのｙ％にあたる点の輝度値）、Ｌｍｉｎ（累積ヒストグラムデータのｘ％にあたる点の輝度値）、Ｓ（Ｌｍａｘを白方向に伸長した輝度値）、Ｔ（Ｌｍｉｎを黒方向に伸長した輝度値）、ＡＰＬ（平均輝度値）を生成するために、Ｌｍａｘ演算部１５１と、Ｓ演算部１５２と、Ｌｍｉｎ演算部１５３と、Ｔ演算部１５４と、ＡＰＬ演算部１５６とを含んで構成されている。
【００５３】
また、差分値生成部１６０は、ＡＰＬ演算部１５６から出力されたＡＰＬを１フレームの間保持する遅延部１６２と、遅延部１６２によって１フレーム分遅延されたＡＰＬと現在のフレームのＡＰＬとの差分値を演算する減算部１６４と、補正係数であるｆを演算するｆ演算部１６６とを含んで構成されている。
【００５４】
なお、遅延部１２０、累積ヒストグラムデータ生成部１４０、画像特徴量生成部１５０、差分値生成部１６０は、垂直同期信号に基づき、１フレームごとにメモリの内容をリセットする。
【００５５】
次に、これらの各部を実現するためのハードウェア構成について説明する。
【００５６】
図４は、本実施形態の一例に係る階調補正部８２２のハードウェアブロック図である。
【００５７】
例えば、遅延部１２０としては、例えばラッチ回路９４０等、輝度信号出力部１３０としては、例えばＣＰＵ９１０、セレクタ回路９３０、ＲＡＭ９５０等、累積ヒストグラムデータ生成部１４０としては、例えば演算回路９２０等、差分値生成部１６０としては、例えば演算回路９２０、ラッチ回路９４０等、補正係数生成部１７０としては、例えばＣＰＵ９１０、演算回路９２０等を用いて実現できる。
【００５８】
なお、これらの各部はシステムバス９８０を介して相互に情報をやりとりすることが可能である。
【００５９】
また、これらの各部は回路のようにハードウェア的に実現してもよいし、ドライバのようにソフトウェア的に実現してもよい。
【００６０】
さらに、階調補正部８２２としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記憶した情報記憶媒体９００からプログラムを読み取って階調補正部８２２の機能をコンピュータに実現させてもよい。
【００６１】
このような情報記憶媒体９００としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等を適用でき、そのプログラムの読み取り方式は接触方式であっても、非接触方式であってもよい。
【００６２】
また、情報記憶媒体９００に代えて、上述した各機能を実現するためのプログラム等を、伝送路を介してホスト装置等からダウンロードすることによって上述した各機能を実現することも可能である。
【００６３】
（画像処理の流れの説明）
次に、これらの各部を用いた画像処理の流れについて説明する。
【００６４】
図５は、本実施形態の一例に係る画像処理のフローチャートである。
【００６５】
まず、累積ヒストグラムデータ生成部１４０は、輝度の累積ヒストグラムを示す累積ヒストグラムデータを生成して正規化した状態で保持する。
【００６６】
図６は、累積ヒストグラムの模式図である。
【００６７】
累積ヒストグラムデータは、図６に示すように、所定の輝度範囲（グラフの横軸）と当該輝度範囲に該当する画素の累積数を百分率に正規化した値（グラフの縦軸）との関係を示す。
【００６８】
Ｌｍａｘ演算部１５１は、図６に示す累積ヒストグラムのｙ％にあたる点の輝度値Ｌｍａｘを演算する（ステップＳ１）。
【００６９】
また、Ｌｍｉｎ演算部１５３は、累積ヒストグラムのｘ%にあたる点の輝度値Ｌｍｉｎを演算する（ステップＳ２）。
【００７０】
なお、ｘについては０＜ｘ＜５０であり、ｙについては５０＜ｙ＜１００である。
【００７１】
ＡＰＬ演算部１５６は、累積ヒストグラムの５０％点にあたる輝度値ＡＰＬを演算する（ステップＳ３）。
【００７２】
また、Ｓ演算部１５２は、Ｓ（Ｌｍａｘ）を演算する（ステップＳ４）。
【００７３】
図７は、Ｓ（Ｌｍａｘ）のグラフを示す模式図である。
【００７４】
なお、ここで、Ｓ（Ｌｍａｘ）は、輝度値Ｌｍａｘを白方向に伸長する関数である。また、図７のグラフにおいて、横軸がＬｍａｘ、縦軸がＳ（Ｌｍａｘ）である。また、Ｌｍａｘ＜＝Ｓ（Ｌｍａｘ）を満たす。
【００７５】
さらに、Ｓ（Ｌｍａｘ）は、図７に示すように、輝度値Ｌｍａｘの採り得る中間値よりも最大値側に折れ点を有する折れ線形状で表される。これにより、輝度値の最大値である白に近づくにつれて伸長の度合いが小さくなるため、元々コントラストが十分であるような画像に対しては過度な白伸長を行わないで済む。
【００７６】
また、Ｔ演算部１５４は、Ｔ（Ｌｍｉｎ）を演算する（ステップＳ５）。
【００７７】
図８は、Ｔ（Ｌｍｉｎ）のグラフを示す模式図である。
【００７８】
なお、ここで、Ｔ（Ｌｍｉｎ）は、輝度値Ｌｍｉｎを黒方向に伸長する関数である。また、図８のグラフにおいて、横軸がＬｍｉｎ、縦軸がＴ（Ｌｍｉｎ）である。また、Ｌｍｉｎ＞＝Ｔ（Ｌｍｉｎ）を満たす。
【００７９】
さらに、Ｔ（Ｌｍｉｎ）は、図８に示すように、輝度値Ｌｍｉｎの採り得る中間値よりも最小値側に折れ点を有する折れ線形状で表される。これにより、輝度値の最小値である黒に近づくにつれて伸長の度合いが小さくなるため、元々コントラストが十分であるような画像に対しては過度な黒伸長を行わないで済む。
【００８０】
また、減算部１６４は、ＡＰＬ演算部１５６の出力（ＡＰＬ）と、ＡＰＬ演算部１５６の出力を遅延部１６２によって１フレーム分遅延させたもの（ＡＰＬｏｌｄ）との差分値ＡＰＬｄｉｆｆを演算する（ステップＳ６）。
【００８１】
また、ｆ演算部１６６は、ＡＰＬｄｉｆｆを引数にとる関数ｆ(ＡＰＬｄｉｆｆ)を演算する（ステップＳ７）。
【００８２】
例えば、ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）＝１／（１＋ｅｘｐ（−ｂ＊（ＡＰＬｄｉｆｆ−ａ）））である。
【００８３】
図９は、ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）のグラフを示す模式図である。
【００８４】
なお、ここで、ａ、ｂは正の定数である。また、図９のグラフにおいて、横軸がＡＰＬｄｉｆｆ、縦軸がｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）である。例えば、ＡＰＬｄｉｆｆがａと一致する場合、ｂの値にかかわらず、ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）は０．５になる。また、ｆはｂを大きくすればするほど急峻な勾配をもつ関数になる。
【００８５】
なお、ｆは、シグモイド関数と呼ばれる関数であり、一般的に人の感覚を近似し、ニューラルネットワークで用いられることが多い。また、ＡＰＬｄｉｆｆは視覚的なシーン変化との相関が比較的高い特徴量である。したがって、ＡＰＬｄｉｆｆを引数にとるシグモイド関数を用いて階調特性の変化度合いを決定することにより視覚的なシーン変化の度合いと階調特性変化の度合いとの相関が高くなり、視覚的に不自然さがなく階調特性を変化させることが期待できる。
【００８６】
なお、本実施例では経験的に例えば、輝度値の最大値が２５５である場合、ａ＝１０〜４０、ｂ＝０．５〜２．０程度が適当である。
【００８７】
また、ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）は、階調特性の変化度合いを決定する量で、０から１の値をとる。補正係数生成部１７０は、差分値生成部１６０からのｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）並びに画像特徴量生成部１５０からのＬｍａｘ、Ｓ（Ｌｍａｘ）、Ｌｍｉｎ、Ｔ（Ｌｍｉｎ）およびＡＰＬを入力する。
【００８８】
そして、補正係数生成部１７０は、（Ｌｍａｘ，Ｓ（Ｌｍａｘ））、（Ｌｍｉｎ，Ｔ（Ｌｍｉｎ））、（ＡＰＬ，ＡＰＬ）を折れ点とする３点折れ線ｑ（ｌ）を求める。
【００８９】
図１０は、ｑ（ｌ）のグラフを示す模式図である。
【００９０】
例えば、ｌが０以上Ｌｍｉｎ未満の場合、ｑ（ｌ）＝ｌ＊Ｔ（Ｌｍｉｎ）／Ｌｍｉｎ、ｌがＬｍｉｎ以上ＡＰＬ未満の場合、ｑ（ｌ）＝ｌ＊（ＡＰＬ−Ｔ（Ｌｍｉｎ））／（ＡＰＬ−Ｌｍｉｎ）＋Ｔ（Ｌｍｉｎ）、ｌがＡＰＬ以上Ｌｍａｘ未満の場合、ｑ（ｌ）＝ｌ＊（Ｓ（Ｌｍａｘ）−ＡＰＬ）／（Ｌｍａｘ−ＡＰＬ）＋ＡＰＬ、ｌがＬｍａｘ以上２５５以下の場合、ｑ（ｌ）＝ｌ＊（２５５−Ｓ（Ｌｍａｘ））／（２５５−Ｌｍａｘ）＋Ｓ（Ｌｍａｘ）という数式を採用することにより、ｑ（ｌ）は、図１０に示すグラフとなる。
【００９１】
なお、ここで、図１０のグラフの横軸であるｌはＬＵＴに入力する入力輝度値を示す。また、図１０のグラフの縦軸であるｑ（ｌ）は階調補正用データの一種である。
【００９２】
また、補正部１３４は、各ｌについて下記の数式によってＬＵＴ（ｌ）を演算する。
【００９３】
ＬＵＴ（ｌ）＝ＬＵＴｏｌｄ（ｌ）＋（ｑ（ｌ）−ＬＵＴｏｌｄ（ｌ））＊ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）
なお、ＬＵＴ（ｌ）はＬＵＴのｌ番地の値を表し、輝度値ｌに対応する変換後の値が格納される。また、ＬＵＴｏｌｄ（ｌ）は、更新前のＬＵＴ（ｌ）を示す。
【００９４】
このようにして補正部１３４は、階調特性データ記憶部１３２に記憶されたＬＵＴ形式の階調特性データ（ＬＵＴ）を補正する（ステップＳ８）。
【００９５】
そして、輝度信号出力部１３０は、補正されて階調特性データ記憶部１３２に記憶された階調特性データに基づき、入力輝度信号Ｙを補正して出力輝度信号Ｙ’を出力する。
【００９６】
以上のように、本実施形態によれば、プロジェクタ２０は、画像の特徴量の差分値に基づいて階調特性データを補正することにより、画像の変化に応じて徐々に階調特性データを補正することができる。
【００９７】
これにより、画像処理システム等は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することができる。
【００９８】
また、プロジェクタ２０は、ＡＰＬのフレーム間差分値を引数にとる関数ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）を用い、ＡＰＬのフレーム間差分値が大きいときは、画面の変化が大きいとみなし、階調特性の変化度合いを大きくし、階調変換の画面変化への応答性を高め、ＡＰＬのフレーム間差分値が小さいときは階調特性の変化度合いを小さくすることにより、輝度変化が少ない場面で階調特性を変化させることによってフリッカが生じることを防ぐことができる。
【００９９】
また、プロジェクタ２０は、特徴量としてＡＰＬを用いることにより、画像の特徴を適切に捉え、階調特性データを適切に補正することができる。
【０１００】
また、プロジェクタ２０は、図７、図８、図１０に示すように、白や黒に近い輝度値の変化率を中間階調に近い輝度値の変化率と比べて少なくすることができ、黒つぶれや白とびの発生を低減し、伸長効果の高い中間階調をより伸長することができるため、適切な階調補正を行うことができる。
【０１０１】
さらに、プロジェクタ２０は、元の階調特性データに差分値に基づく乗算値を加算することによって階調特性データを更新することにより、階調特性データを徐々に更新することができる。
【０１０２】
これにより、プロジェクタ２０は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することができる。
【０１０３】
（変形例）
以上、本発明を適用した好適な実施の形態について説明してきたが、本発明の適用は上述した実施例に限定されない。
【０１０４】
例えば、上述した実施例では、画像の特徴量として、ＡＰＬを適用したが、例えば、対象領域における所定の輝度範囲（例えば、所定の輝度レベル以下、所定の輝度レベル以上、所定の輝度レベル以上かつ所定の輝度レベル以下）に含まれる画素数の累積和、ヒストグラムにおける最多画素数の輝度レベル等を適用してもよい。
【０１０５】
また、上述した実施例では、垂直走査期間として、フレームを採用したが、例えば、フィールドを採用し、フィールド単位に処理を行ってもよい。遅延部１２０、１６２は、必ずしも１フレーム分遅延したものを保持する必要はなく、例えば、２フレーム以上遅延させてもよい。
【０１０６】
また、上述した実施例で用いた数式そのものに代えて当該数式を変形した数式を用いてもよいことはもちろんである。
【０１０７】
また、上述した階調補正部８２２の機能を複数の装置に分散して階調補正を行ってもよい。
【０１０８】
さらに、上述した階調補正を実行する画像処理システムは、プロジェクタ２０のような液晶プロジェクタに限定されず、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いたプロジェクタ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＥＬ（Electro Luminescence）、直視型液晶表示装置等の階調補正を行う種々の表示装置に実装してもよい。なお、ＤＭＤは米国テキサスインスツルメンツ社の商標である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態の一例に係るプロジェクタの概略説明図である。
【図２】 本実施形態の一例に係る画像処理部の機能ブロック図である。
【図３】 本実施形態の一例に係る階調補正部の機能ブロック図である。
【図４】 本実施形態の一例に係る階調補正部のハードウェアブロック図である。
【図５】 本実施形態の一例に係る画像処理のフローチャートである。
【図６】 累積ヒストグラムの模式図である。
【図７】 ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）のグラフを示す模式図である。
【図８】 Ｓ（Ｌｍａｘ）のグラフを示す模式図である。
【図９】 Ｔ（Ｌｍｉｎ）のグラフを示す模式図である。
【図１０】 ｑ（ｌ）のグラフを示す模式図である。
【符号の説明】
１３０ 輝度信号出力部、１５０ 画像特徴量生成部、１６０ 差分値生成部、１７０ 補正係数生成部、９００ 情報記憶媒体
【発明の属する技術分野】
本発明は、階調補正を行うための画像処理システム、プロジェクタ、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
ガンマ補正、ヒストグラム平坦化、線形変換等を基本とした階調補正処理は、コントラスト強調処理として画像処理において一般的に行われている手法である。動画の画像処理においても、このような階調補正処理は一般的に行われており、ＬＵＴ(Look Up Table)を用いて１フレームごとに適応的に階調補正を行う手法がある。
【０００３】
より具体的には、例えば、階調特性データをＬＵＴ形式でメモリに記憶しておき、１垂直走査期間（1フレームまたは1フィールド）の映像信号の平均輝度レベルや、高輝度または低輝度レベルの面積率（所定輝度範囲における画素数）等の特徴量を検出し、これらの特徴量の変化に応じてＬＵＴを更新することにより、階調補正を行う手法がある。
【０００４】
例えば、特許文献１では、映像の輝度分布の偏り具合に応じて最適な階調補正を行うために、入力輝度信号の輝度レベル各々の頻度データに応じて輝度分布の分散値を算出し、当該分散値に基づく混合比で元の輝度レベルと補正輝度レベルとを混合した値を用いてＬＵＴを更新することにより、階調補正を行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３２２０４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、処理対象とする画像の種類によっては、ＬＵＴを更新するときに急激に階調特性が変化することによって急激な輝度変動が生じる場合があり、画像の観察者が当該輝度変動をフリッカ（ちらつき）として知覚する場合がある。
【０００７】
従来の一般的な手法では、しきい値に基づいて階調補正を行っていたため、しきい値の前後のどちらに該当するかによって階調補正の度合いが大きく異なってしまい、フリッカが顕著となってしまう事態が生じる可能性があった。
【０００８】
また、例えば、特許文献１の手法の場合、１垂直走査期間ごとのヒストグラムメモリの輝度分布に基づいて分散値を算出して当該分散値に応じて混合比ｋを算出しているが、分散値から混合比ｋを求める手法についての具体的な記載はなく、補正後の値＝ｋ＊補正値＋（１−ｋ）＊基準値という補正の手法と、分散値が小さい場合にｋ＞０．５とし、分散値が中程度の場合にｋ＝０．５とし、分散値が大きい場合にｋ＜０．５とする手法が開示されているに過ぎない。
【０００９】
また、特許文献１の手法は、輝度分布の偏りを考慮したものであり、フリッカの問題を考慮していない。
【００１０】
このため、特許文献１の手法では、急激な輝度変動が発生した場合、分散値も急激に変化してしまう。例えば、分散値が小さい状態から分散値が大きい状態に急変した場合、ｋ＞０．５からｋ＜０．５に急変し、補正後の値も急変するため、結果として急激な輝度変動が生じ、フリッカが生じることになる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することが可能な画像処理システム、プロジェクタ、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る画像処理システムは、画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持するとともに、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成する差分値生成手段と、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成手段と、
当該補正係数に基づき、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力する明るさ指標値出力手段と、
を含み、
前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るプロジェクタは、画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持するとともに、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成する差分値生成手段と、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成手段と、
当該補正係数に基づき、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力する明るさ指標値出力手段と、
当該明るさ指標値に基づき、画像の明るさを補正する明るさ補正手段と、
明るさが補正された画像を投写する画像投写手段と、
を含み、
前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るプログラムは、コンピュータにより読み取り可能なプログラムであって、
コンピュータを、
画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持するとともに、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成する差分値生成手段と、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成手段と、
当該補正係数に基づき、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力する明るさ指標値出力手段として機能させ、
前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る情報記憶媒体は、コンピュータにより読み取り可能なプログラムを記憶した情報記憶媒体であって、
コンピュータを、
画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持するとともに、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成する差分値生成手段と、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成手段と、
当該補正係数に基づき、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力する明るさ指標値出力手段として機能させるためのプログラムを記憶し、
前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る画像処理方法は、画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を抽出し、
少なくとも１垂直走査期間の間、抽出した特徴量を保持し、
画像の特徴量と、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量との差分値を生成し、
当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を演算し、
前記階調特性データと前記補正係数に基づく補正量との加減算を行うことにより、新たな階調特性データを生成し、
当該階調特性データに基づき、前記画像信号の明るさの指標となる明るさ指標値を出力し、
当該明るさ指標値に基づき、画像の明るさを補正することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、画像処理システム等は、画像の特徴量の差分値に基づいて階調特性データを補正することにより、画像の変化に応じて徐々に階調特性データを補正することができる。
【００１８】
これにより、画像処理システム等は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することができる。
【００１９】
なお、前記特徴量としては、例えば、ＡＰＬ（Average Picture Level、すなわち、対象領域における平均輝度値）、対象領域における所定の輝度範囲（例えば、所定の輝度レベル以下、所定の輝度レベル以上、所定の輝度レベル以上かつ所定の輝度レベル以下）に含まれる画素数の累積和、ヒストグラムにおける最多画素数の輝度レベル等を採用してもよい。
【００２０】
また、前記垂直走査期間としては、例えば、フレーム、フィールドが該当する。また、前記明るさ指標値としては、例えば、輝度値等が該当する。
【００２１】
また、前記画像処理システムおよび前記プロジェクタは、前記画像信号に含まれる輝度信号に基づき、所定の階調範囲における画素数の累積和を示す累積ヒストグラムデータを生成する累積ヒストグラムデータ生成手段を含み、
前記特徴量生成手段は、前記累積ヒストグラムデータに基づき、前記特徴量としてＡＰＬを生成してもよい。
【００２２】
また、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体は、所定の階調範囲における画素数の累積和を示す累積ヒストグラムデータを生成する累積ヒストグラムデータ生成手段としてコンピュータを機能させ、
前記特徴量生成手段は、前記累積ヒストグラムデータに基づき、前記特徴量としてＡＰＬを生成してもよい。
【００２３】
また、前記画像処理方法は、前記画像信号に含まれる輝度信号に基づき、所定の階調範囲における画素数の累積和を示す累積ヒストグラムデータを生成し、
当該累積ヒストグラムデータに基づき、前記特徴量としてＡＰＬを生成してもよい。
【００２４】
これによれば、画像処理システム等は、特徴量としてＡＰＬを用いることにより、画像の特徴を適切に捉え、階調特性データを適切に補正することができる。
【００２５】
また、前記画像処理システム、前記プロジェクタ、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体において、前記補正係数生成手段は、入力値が、最大値または最小値に近い場合には中間値に近い場合と比べて出力値の変化が少なくなるＳ字曲線状の入出力特性を有する関数に基づき、前記補正係数を演算してもよい。
【００２６】
また、前記画像処理方法では、入力値が、最大値または最小値に近い場合には中間値に近い場合と比べて出力値の変化が少なくなるＳ字曲線状の入出力特性を有する関数に基づき、前記補正係数を演算してもよい。
【００２７】
なお、このような関数としては、例えば、シグモイド関数等が該当する。
【００２８】
これによれば、シグモイド関数は、人の感覚を近似する場合に用いられる関数であるため、画像処理システム等は、視覚的な不自然さを低減する階調補正を行うことが可能となる。
【００２９】
また、前記画像処理システム、前記プロジェクタ、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体において、前記明るさ指標値出力手段は、前記階調特性データと所定の階調補正用データとの差分値と、前記補正係数との乗算値を、前記階調特性データに加算することにより、新たな階調特性データを生成してもよい。
【００３０】
また、前記画像処理方法では、前記階調特性データと所定の階調補正用データとの差分値と、前記補正係数との乗算値を、前記階調特性データに加算することにより、新たな階調特性データを生成してもよい。
【００３１】
これによれば、画像処理システム等は、元の階調特性データに差分値に基づく乗算値を加算することによって階調特性データを更新することにより、階調特性データを徐々に更新することができる。
【００３２】
これにより、画像処理システム等は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することができる。
【００３３】
また、前記画像処理システム、前記プロジェクタ、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体において、前記明るさ指標値出力手段は、前記画像信号に含まれる輝度信号の輝度値を入力値として、当該入力値が、最大値または最小値に近い場合には中間値に近い場合と比べて出力値の変化が少なくなる入出力特性を有する関数を用いて前記階調補正用データを生成してもよい。
【００３４】
また、前記画像処理方法では、前記画像信号に含まれる輝度信号の輝度値を入力値として、当該入力値が、最大値または最小値に近い場合には中間値に近い場合と比べて出力値の変化が少なくなる入出力特性を有する関数を用いて前記階調補正用データを生成してもよい。
【００３５】
これによれば、輝度値が最大値または最小値に近い場合はグレーではなく白や黒に近い場合であるため、画像処理システム等は、白や黒に近い輝度値の変化率を中間階調（グレー）に近い輝度値の変化率と比べて少なくすることができ、黒つぶれや白とびの発生を低減し、伸長効果の高い中間階調をより伸長することができるため、適切な階調補正を行うことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、画像信号の一種であるＲＧＢ信号を入力し、各信号の輝度（「輝度値」または「輝度レベル」ともいう。）の階調補正を行う画像処理システムに適用した場合を例に採り、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下の実施形態に示す構成の全てが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３７】
（システム全体の説明）
以下、本発明を液晶プロジェクタの画像処理システムに適用した場合を例に採り、説明する。
【００３８】
図１は、本実施形態の一例に係るプロジェクタ２０の概略説明図である。
【００３９】
スクリーン１０のほぼ正面に設けられたプロジェクタ２０は、種々の画像を投写する。これにより、スクリーン１０上に画像の投写領域１２が形成される。
【００４０】
入力される画像の階調特性が急激に変化した場合、投写領域１２がちらついてしまう場合がある。
【００４１】
本実施の形態におけるプロジェクタ２０は、このような場合における画像のちらつきを低減するために、フレーム間のＡＰＬ（Average Picture Level、すなわち、対象領域における平均輝度値）の差分値に基づいて階調特性データの変化度合いを決定している。
【００４２】
次に、このような機能を実現するためのプロジェクタ２０の画像処理部の機能ブロックについて説明する。
【００４３】
図２は、本実施形態の一例に係る画像処理部８００の機能ブロック図である。
【００４４】
プロジェクタ２０内の画像処理部８００は、画像信号の一種であるアナログＲＧＢ信号（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）をデジタルＲＧＢ信号（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）に変換するＡ／Ｄ変換部８１０と、デジタルＲＧＢ信号（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）を補正する画像処理部８００と、補正されたデジタルＲＧＢ信号（Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３）をアナログＲＧＢ信号（Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４）に変換するＤ／Ａ変換部８８０と、アナログＲＧＢ信号（Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４）に基づき、画像を投写する画像投写部８９０とを含んで構成されている。また、画像処理部８００は、補正部８２０を含む。
【００４５】
また、補正部８２０は、入力輝度信号Ｙを補正することにより階調補正を行って補正後の輝度信号Ｙ’を出力する階調補正部８２２を含んで構成されている。
【００４６】
また、画像投写部８９０は、空間光変調器８９２と、アナログＲＧＢ信号（Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４）に基づき、空間光変調器８９２を駆動する駆動部８９４と、空間光変調器８９２に光を出力する光源８９６と、空間光変調器８９２で変調された光を投写するレンズ８９８とを含んで構成されている。
【００４７】
このようにしてプロジェクタ２０は、階調補正を行って画像を投写する。
【００４８】
ここで、階調補正部８２２の構成について説明する。
【００４９】
図３は、本実施形態の一例に係る階調補正部８２２の機能ブロック図である。
【００５０】
階調補正部８２２は、画像信号から１フレームごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成部１５０と、画像特徴量生成部１５０によって生成された特徴量を１フレームの間保持するとともに、保持した１フレーム前の特徴量と、現在のフレームにおける特徴量との差分値を生成する差分値生成部１６０と、当該差分値に基づき、階調特性データの補正度合いを示す補正係数を生成する補正係数生成部１７０と、当該補正係数に基づき、階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、入力輝度信号を補正して輝度信号を出力する明るさ指標値出力手段として機能する輝度信号出力部１３０とを含んで構成されている。
【００５１】
また、階調補正部８２２は、輝度信号を１フレーム分遅延させて出力するための遅延部１２０と、輝度信号の累積ヒストグラムデータを生成する累積ヒストグラムデータ生成部１４０とを含んで構成されている。
【００５２】
また、画像特徴量生成部１５０は、画像の特徴量として、Ｌｍａｘ（累積ヒストグラムデータのｙ％にあたる点の輝度値）、Ｌｍｉｎ（累積ヒストグラムデータのｘ％にあたる点の輝度値）、Ｓ（Ｌｍａｘを白方向に伸長した輝度値）、Ｔ（Ｌｍｉｎを黒方向に伸長した輝度値）、ＡＰＬ（平均輝度値）を生成するために、Ｌｍａｘ演算部１５１と、Ｓ演算部１５２と、Ｌｍｉｎ演算部１５３と、Ｔ演算部１５４と、ＡＰＬ演算部１５６とを含んで構成されている。
【００５３】
また、差分値生成部１６０は、ＡＰＬ演算部１５６から出力されたＡＰＬを１フレームの間保持する遅延部１６２と、遅延部１６２によって１フレーム分遅延されたＡＰＬと現在のフレームのＡＰＬとの差分値を演算する減算部１６４と、補正係数であるｆを演算するｆ演算部１６６とを含んで構成されている。
【００５４】
なお、遅延部１２０、累積ヒストグラムデータ生成部１４０、画像特徴量生成部１５０、差分値生成部１６０は、垂直同期信号に基づき、１フレームごとにメモリの内容をリセットする。
【００５５】
次に、これらの各部を実現するためのハードウェア構成について説明する。
【００５６】
図４は、本実施形態の一例に係る階調補正部８２２のハードウェアブロック図である。
【００５７】
例えば、遅延部１２０としては、例えばラッチ回路９４０等、輝度信号出力部１３０としては、例えばＣＰＵ９１０、セレクタ回路９３０、ＲＡＭ９５０等、累積ヒストグラムデータ生成部１４０としては、例えば演算回路９２０等、差分値生成部１６０としては、例えば演算回路９２０、ラッチ回路９４０等、補正係数生成部１７０としては、例えばＣＰＵ９１０、演算回路９２０等を用いて実現できる。
【００５８】
なお、これらの各部はシステムバス９８０を介して相互に情報をやりとりすることが可能である。
【００５９】
また、これらの各部は回路のようにハードウェア的に実現してもよいし、ドライバのようにソフトウェア的に実現してもよい。
【００６０】
さらに、階調補正部８２２としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記憶した情報記憶媒体９００からプログラムを読み取って階調補正部８２２の機能をコンピュータに実現させてもよい。
【００６１】
このような情報記憶媒体９００としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等を適用でき、そのプログラムの読み取り方式は接触方式であっても、非接触方式であってもよい。
【００６２】
また、情報記憶媒体９００に代えて、上述した各機能を実現するためのプログラム等を、伝送路を介してホスト装置等からダウンロードすることによって上述した各機能を実現することも可能である。
【００６３】
（画像処理の流れの説明）
次に、これらの各部を用いた画像処理の流れについて説明する。
【００６４】
図５は、本実施形態の一例に係る画像処理のフローチャートである。
【００６５】
まず、累積ヒストグラムデータ生成部１４０は、輝度の累積ヒストグラムを示す累積ヒストグラムデータを生成して正規化した状態で保持する。
【００６６】
図６は、累積ヒストグラムの模式図である。
【００６７】
累積ヒストグラムデータは、図６に示すように、所定の輝度範囲（グラフの横軸）と当該輝度範囲に該当する画素の累積数を百分率に正規化した値（グラフの縦軸）との関係を示す。
【００６８】
Ｌｍａｘ演算部１５１は、図６に示す累積ヒストグラムのｙ％にあたる点の輝度値Ｌｍａｘを演算する（ステップＳ１）。
【００６９】
また、Ｌｍｉｎ演算部１５３は、累積ヒストグラムのｘ%にあたる点の輝度値Ｌｍｉｎを演算する（ステップＳ２）。
【００７０】
なお、ｘについては０＜ｘ＜５０であり、ｙについては５０＜ｙ＜１００である。
【００７１】
ＡＰＬ演算部１５６は、累積ヒストグラムの５０％点にあたる輝度値ＡＰＬを演算する（ステップＳ３）。
【００７２】
また、Ｓ演算部１５２は、Ｓ（Ｌｍａｘ）を演算する（ステップＳ４）。
【００７３】
図７は、Ｓ（Ｌｍａｘ）のグラフを示す模式図である。
【００７４】
なお、ここで、Ｓ（Ｌｍａｘ）は、輝度値Ｌｍａｘを白方向に伸長する関数である。また、図７のグラフにおいて、横軸がＬｍａｘ、縦軸がＳ（Ｌｍａｘ）である。また、Ｌｍａｘ＜＝Ｓ（Ｌｍａｘ）を満たす。
【００７５】
さらに、Ｓ（Ｌｍａｘ）は、図７に示すように、輝度値Ｌｍａｘの採り得る中間値よりも最大値側に折れ点を有する折れ線形状で表される。これにより、輝度値の最大値である白に近づくにつれて伸長の度合いが小さくなるため、元々コントラストが十分であるような画像に対しては過度な白伸長を行わないで済む。
【００７６】
また、Ｔ演算部１５４は、Ｔ（Ｌｍｉｎ）を演算する（ステップＳ５）。
【００７７】
図８は、Ｔ（Ｌｍｉｎ）のグラフを示す模式図である。
【００７８】
なお、ここで、Ｔ（Ｌｍｉｎ）は、輝度値Ｌｍｉｎを黒方向に伸長する関数である。また、図８のグラフにおいて、横軸がＬｍｉｎ、縦軸がＴ（Ｌｍｉｎ）である。また、Ｌｍｉｎ＞＝Ｔ（Ｌｍｉｎ）を満たす。
【００７９】
さらに、Ｔ（Ｌｍｉｎ）は、図８に示すように、輝度値Ｌｍｉｎの採り得る中間値よりも最小値側に折れ点を有する折れ線形状で表される。これにより、輝度値の最小値である黒に近づくにつれて伸長の度合いが小さくなるため、元々コントラストが十分であるような画像に対しては過度な黒伸長を行わないで済む。
【００８０】
また、減算部１６４は、ＡＰＬ演算部１５６の出力（ＡＰＬ）と、ＡＰＬ演算部１５６の出力を遅延部１６２によって１フレーム分遅延させたもの（ＡＰＬｏｌｄ）との差分値ＡＰＬｄｉｆｆを演算する（ステップＳ６）。
【００８１】
また、ｆ演算部１６６は、ＡＰＬｄｉｆｆを引数にとる関数ｆ(ＡＰＬｄｉｆｆ)を演算する（ステップＳ７）。
【００８２】
例えば、ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）＝１／（１＋ｅｘｐ（−ｂ＊（ＡＰＬｄｉｆｆ−ａ）））である。
【００８３】
図９は、ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）のグラフを示す模式図である。
【００８４】
なお、ここで、ａ、ｂは正の定数である。また、図９のグラフにおいて、横軸がＡＰＬｄｉｆｆ、縦軸がｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）である。例えば、ＡＰＬｄｉｆｆがａと一致する場合、ｂの値にかかわらず、ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）は０．５になる。また、ｆはｂを大きくすればするほど急峻な勾配をもつ関数になる。
【００８５】
なお、ｆは、シグモイド関数と呼ばれる関数であり、一般的に人の感覚を近似し、ニューラルネットワークで用いられることが多い。また、ＡＰＬｄｉｆｆは視覚的なシーン変化との相関が比較的高い特徴量である。したがって、ＡＰＬｄｉｆｆを引数にとるシグモイド関数を用いて階調特性の変化度合いを決定することにより視覚的なシーン変化の度合いと階調特性変化の度合いとの相関が高くなり、視覚的に不自然さがなく階調特性を変化させることが期待できる。
【００８６】
なお、本実施例では経験的に例えば、輝度値の最大値が２５５である場合、ａ＝１０〜４０、ｂ＝０．５〜２．０程度が適当である。
【００８７】
また、ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）は、階調特性の変化度合いを決定する量で、０から１の値をとる。補正係数生成部１７０は、差分値生成部１６０からのｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）並びに画像特徴量生成部１５０からのＬｍａｘ、Ｓ（Ｌｍａｘ）、Ｌｍｉｎ、Ｔ（Ｌｍｉｎ）およびＡＰＬを入力する。
【００８８】
そして、補正係数生成部１７０は、（Ｌｍａｘ，Ｓ（Ｌｍａｘ））、（Ｌｍｉｎ，Ｔ（Ｌｍｉｎ））、（ＡＰＬ，ＡＰＬ）を折れ点とする３点折れ線ｑ（ｌ）を求める。
【００８９】
図１０は、ｑ（ｌ）のグラフを示す模式図である。
【００９０】
例えば、ｌが０以上Ｌｍｉｎ未満の場合、ｑ（ｌ）＝ｌ＊Ｔ（Ｌｍｉｎ）／Ｌｍｉｎ、ｌがＬｍｉｎ以上ＡＰＬ未満の場合、ｑ（ｌ）＝ｌ＊（ＡＰＬ−Ｔ（Ｌｍｉｎ））／（ＡＰＬ−Ｌｍｉｎ）＋Ｔ（Ｌｍｉｎ）、ｌがＡＰＬ以上Ｌｍａｘ未満の場合、ｑ（ｌ）＝ｌ＊（Ｓ（Ｌｍａｘ）−ＡＰＬ）／（Ｌｍａｘ−ＡＰＬ）＋ＡＰＬ、ｌがＬｍａｘ以上２５５以下の場合、ｑ（ｌ）＝ｌ＊（２５５−Ｓ（Ｌｍａｘ））／（２５５−Ｌｍａｘ）＋Ｓ（Ｌｍａｘ）という数式を採用することにより、ｑ（ｌ）は、図１０に示すグラフとなる。
【００９１】
なお、ここで、図１０のグラフの横軸であるｌはＬＵＴに入力する入力輝度値を示す。また、図１０のグラフの縦軸であるｑ（ｌ）は階調補正用データの一種である。
【００９２】
また、補正部１３４は、各ｌについて下記の数式によってＬＵＴ（ｌ）を演算する。
【００９３】
ＬＵＴ（ｌ）＝ＬＵＴｏｌｄ（ｌ）＋（ｑ（ｌ）−ＬＵＴｏｌｄ（ｌ））＊ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）
なお、ＬＵＴ（ｌ）はＬＵＴのｌ番地の値を表し、輝度値ｌに対応する変換後の値が格納される。また、ＬＵＴｏｌｄ（ｌ）は、更新前のＬＵＴ（ｌ）を示す。
【００９４】
このようにして補正部１３４は、階調特性データ記憶部１３２に記憶されたＬＵＴ形式の階調特性データ（ＬＵＴ）を補正する（ステップＳ８）。
【００９５】
そして、輝度信号出力部１３０は、補正されて階調特性データ記憶部１３２に記憶された階調特性データに基づき、入力輝度信号Ｙを補正して出力輝度信号Ｙ’を出力する。
【００９６】
以上のように、本実施形態によれば、プロジェクタ２０は、画像の特徴量の差分値に基づいて階調特性データを補正することにより、画像の変化に応じて徐々に階調特性データを補正することができる。
【００９７】
これにより、画像処理システム等は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することができる。
【００９８】
また、プロジェクタ２０は、ＡＰＬのフレーム間差分値を引数にとる関数ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）を用い、ＡＰＬのフレーム間差分値が大きいときは、画面の変化が大きいとみなし、階調特性の変化度合いを大きくし、階調変換の画面変化への応答性を高め、ＡＰＬのフレーム間差分値が小さいときは階調特性の変化度合いを小さくすることにより、輝度変化が少ない場面で階調特性を変化させることによってフリッカが生じることを防ぐことができる。
【００９９】
また、プロジェクタ２０は、特徴量としてＡＰＬを用いることにより、画像の特徴を適切に捉え、階調特性データを適切に補正することができる。
【０１００】
また、プロジェクタ２０は、図７、図８、図１０に示すように、白や黒に近い輝度値の変化率を中間階調に近い輝度値の変化率と比べて少なくすることができ、黒つぶれや白とびの発生を低減し、伸長効果の高い中間階調をより伸長することができるため、適切な階調補正を行うことができる。
【０１０１】
さらに、プロジェクタ２０は、元の階調特性データに差分値に基づく乗算値を加算することによって階調特性データを更新することにより、階調特性データを徐々に更新することができる。
【０１０２】
これにより、プロジェクタ２０は、階調特性の変化時に生じる輝度変動を低減することができる。
【０１０３】
（変形例）
以上、本発明を適用した好適な実施の形態について説明してきたが、本発明の適用は上述した実施例に限定されない。
【０１０４】
例えば、上述した実施例では、画像の特徴量として、ＡＰＬを適用したが、例えば、対象領域における所定の輝度範囲（例えば、所定の輝度レベル以下、所定の輝度レベル以上、所定の輝度レベル以上かつ所定の輝度レベル以下）に含まれる画素数の累積和、ヒストグラムにおける最多画素数の輝度レベル等を適用してもよい。
【０１０５】
また、上述した実施例では、垂直走査期間として、フレームを採用したが、例えば、フィールドを採用し、フィールド単位に処理を行ってもよい。遅延部１２０、１６２は、必ずしも１フレーム分遅延したものを保持する必要はなく、例えば、２フレーム以上遅延させてもよい。
【０１０６】
また、上述した実施例で用いた数式そのものに代えて当該数式を変形した数式を用いてもよいことはもちろんである。
【０１０７】
また、上述した階調補正部８２２の機能を複数の装置に分散して階調補正を行ってもよい。
【０１０８】
さらに、上述した階調補正を実行する画像処理システムは、プロジェクタ２０のような液晶プロジェクタに限定されず、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いたプロジェクタ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＥＬ（Electro Luminescence）、直視型液晶表示装置等の階調補正を行う種々の表示装置に実装してもよい。なお、ＤＭＤは米国テキサスインスツルメンツ社の商標である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態の一例に係るプロジェクタの概略説明図である。
【図２】 本実施形態の一例に係る画像処理部の機能ブロック図である。
【図３】 本実施形態の一例に係る階調補正部の機能ブロック図である。
【図４】 本実施形態の一例に係る階調補正部のハードウェアブロック図である。
【図５】 本実施形態の一例に係る画像処理のフローチャートである。
【図６】 累積ヒストグラムの模式図である。
【図７】 ｆ（ＡＰＬｄｉｆｆ）のグラフを示す模式図である。
【図８】 Ｓ（Ｌｍａｘ）のグラフを示す模式図である。
【図９】 Ｔ（Ｌｍｉｎ）のグラフを示す模式図である。
【図１０】 ｑ（ｌ）のグラフを示す模式図である。
【符号の説明】
１３０ 輝度信号出力部、１５０ 画像特徴量生成部、１６０ 差分値生成部、１７０ 補正係数生成部、９００ 情報記憶媒体
Claims (7)
- 画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持し、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成するとともに、当該差分値に基づくシグモイド関数の出力値を演算する差分値生成手段と、
当該出力値に基づき、階調補正用データを生成する補正係数生成手段と、
階調特性データと前記階調補正用データとの差分値と、前記出力値との乗算値を、前記階調特性データに加算することにより、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の輝度信号を出力する輝度信号出力手段と、
を含むことを特徴とする画像処理システム。 - 請求項１において、
前記画像信号に含まれる輝度信号に基づき、所定の階調範囲における画素数の累積和を示す累積ヒストグラムデータを生成する累積ヒストグラムデータ生成手段を含み、
前記画像特徴量生成手段は、前記累積ヒストグラムデータに基づき、前記特徴量としてＡＰＬを生成することを特徴とする画像処理システム。 - 請求項１、２のいずれかにおいて、
前記補正係数生成手段は、前記画像信号に含まれる輝度信号の輝度値を入力値として、当該入力値が、最大値または最小値に近い場合には中間値に近い場合と比べて出力値の変化が少なくなる入出力特性を有する関数を用いて前記階調補正用データを生成することを特徴とする画像処理システム。 - 画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持し、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成するとともに、当該差分値に基づくシグモイド関数の出力値を演算する
差分値生成手段と、
当該出力値に基づき、階調補正用データを生成する補正係数生成手段と、
階調特性データと前記階調補正用データとの差分値と、前記出力値との乗算値を、前記階調特性データに加算することにより、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の輝度信号を出力する輝度信号出力手段と、
当該輝度信号に基づき、画像の明るさを補正する明るさ補正手段と、
明るさが補正された画像を投写する画像投写手段と、
を含むことを特徴とするプロジェクタ。 - コンピュータにより読み取り可能なプログラムであって、
コンピュータを、
画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持し、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成するとともに、当該差分値に基づくシグモイド関数の出力値を演算する差分値生成手段と、
当該出力値に基づき、階調補正用データを生成する補正係数生成手段と、
階調特性データと前記階調補正用データとの差分値と、前記出力値との乗算値を、前記階調特性データに加算することにより、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の輝度信号を出力する輝度信号出力手段として機能させることを特徴とするプログラム。 - コンピュータにより読み取り可能なプログラムを記憶した情報記憶媒体であって、
コンピュータを、
画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を生成する画像特徴量生成手段と、
当該画像特徴量生成手段によって生成された特徴量を少なくとも１垂直走査期間の間保持し、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量と、現在の１垂直走査期間における特徴量との差分値を生成するとともに、当該差分値に基づくシグモイド関数の出力値を演算する差分値生成手段と、
当該出力値に基づき、階調補正用データを生成する補正係数生成手段と、
階調特性データと前記階調補正用データとの差分値と、前記出力値との乗算値を、前記階調特性データに加算することにより、前記階調特性データを補正し、補正した階調特性データに基づき、前記画像信号の輝度信号を出力する輝度信号出力手段として機能させるためのプログラムを記憶した情報記憶媒体。 - 画像特徴量生成部と、差分値生成部と、補正係数生成部と、輝度信号出力部とを含むコンピュータによる画像処理方法であって、
前記画像特徴量生成部は、画像信号から１垂直走査期間ごとに画像の特徴量を抽出し、
前記差分値生成部は、少なくとも１垂直走査期間の間、抽出した特徴量を保持し、
前記差分値生成部は、画像の特徴量と、保持した１垂直走査期間以上前の特徴量との差分値を生成し、
前記差分値生成部は、当該差分値に基づくシグモイド関数の出力値を演算し、
前記補正係数生成部は、当該出力値に基づき、階調補正用データを生成し、
前記輝度信号出力部は、階調特性データと前記階調補正用データとの差分値と、前記出力値との乗算値を、前記階調特性データに加算することにより、前記階調特性データを補正し、当該階調特性データに基づき、前記画像信号の輝度信号を出力することを特徴とする画像処理方法。
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