JP4470587B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置に関するものである。

従来のテレビジョン受像機等のディスプレイ装置において、画像の表現力を高めるために入力信号や、周囲の明るさに応じて、映像信号のコントラストやブライトを適応的に制御してシーン毎に最適な画像を創出する試みがなされている。特許文献１にはその具体例が示され、周囲の明るさレベルを検出する手段と、映像信号の輝度レベルを検出する手段を備えて、検出された明るさレベル及び映像信号の輝度レベルに応じて、表示画像のコントラストを制御するものである。

一方で、ディジタルビデオカメラやディジタルカメラの液晶ディスプレイのように屋外の視認性を上げるためカラーフィルタの色純度を薄めに設定されたディスプレイでは、一般的に色再現範囲がテレビに比べて乏しく、輝度に加えて色の表現力を高める手法が望まれている。
特開平６−３０３５５１号公報

信号処理で色表現力を高める場合、従来から色差信号のレベルを上げて色を調整するのが一般的であるが、色差信号のレベル調整による色調整ではディスプレイの駆動信号であるＲＧＢ信号に変換した際に、オーバーフローが発生し、正しく変換されない色が発生する。これにより色相が変化したり、薄い青空の色が白飛びするなどの課題が発生する。

またＲＧＢでコントラストを上げることにより色のレベルも上がるが、コントラストの基準レベルにより一画面中で色レベルが所定よりも低い部分が発生したり、逆に高い部分が発生したりする場合がある。

図１０にグレイレベルを基準にコントラスト伸長した場合の色の変化の様子を示す。図において、図１０（Ａ）は基準レベルよりも暗い画素データの場合を、図１０（Ｂ）は基準レベル付近の画素データの場合を、図１０（Ｃ）は基準レベルよりも明るい画素データの場合を示す。

図１３（Ａ）に示すように着目した画素データが基準レベルより暗いレベルにあるときは、輝度レベルは下がっているのに対し色レベルは上がる。次いで図１０（Ｂ）のように着目した画素データが基準レベル付近にあるときは、視覚的な輝度レベルは変わらずに色レベルのみが上がる。従ってこの場合、色レベルの上昇のみが強調され視覚的に色が濃くなった印象を与える。次いで着目した画素データが図１０（ｃ）基準レベルより明るいレベルにあるときは色レベルに対して輝度レベルの上昇が大きく、視覚的に色が薄くなった印象を与える。

さらに図１０（Ｄ）に示す画素データの場合は色が飽和し、色相も変化する。さらにコントラストを上げた場合は色が無くなって白つぶれが発生するいわゆる白飛びという問題が発生する。

このようにコントラスト制御においては基準レベルにより色の変化の仕方が画素ごとに異なり、また色のみが強調されて濃くなったりし、自然な色の表現を損なったり、色相も変化するなどの不具合が発生する課題を有していた。

本発明は上記のような課題を改善するためになされたもので、輝度コントラスト制御と色相変化や色飽和の発生しない色レベル制御の両立を実現する画像表示装置を実現するものである。

上記課題を解決するための第１の手段は、入力信号に応じて最適な画像調整を行う画像表示装置において、入力の輝度信号の調整を行う輝度調整手段と、上記輝度調整手段から出力される輝度信号と入力の色差信号を、色相信号、色彩度信号、明度信号の３つの信号に変換する色空間変換手段と、上記色空間変換手段から出力される色彩度信号を調整する色彩度調整手段と、上記色彩度調整手段から出力される色彩度信号と上記色空間変換手段から出力される色相信号、明度信号を、Ｒ、Ｇ、Ｂの映像信号に変換する色空間逆変換手段と、入力の輝度信号から画像の輝度に関する特徴値を検出する輝度情報検出手段と、上記色彩度信号から画像の色彩度に関する特徴値を検出する色彩度検出手段と、上記輝度情報検出手段および上記色彩度検出手段から得られる画像の特徴情報により輝度信号の制御値および色彩度信号の制御値を演算し、上記輝度調整手段および上記色彩度調整手段に出力する制御パラメータ演算手段とから構成するものである。

上記課題を解決するための第２の手段は、入力信号に応じて最適な画像調整を行う画像表示装置において、入力の輝度信号の調整を行う輝度調整手段と、上記輝度調整手段から出力される輝度信号と入力の色差信号を、色相信号、色彩度信号、明度信号の３つの信号に変換する色空間変換手段と、上記色空間変換手段から出力される色彩度信号を調整する色彩度調整手段と、上記色彩度調整手段から出力される色彩度信号と上記色空間変換手段から出力される色相信号、明度信号を、Ｒ、Ｇ、Ｂの映像信号に変換する色空間逆変換手段と、入力の輝度信号から画像の輝度に関する特徴値を検出する輝度情報検出手段と、上記色彩度信号から画像の色彩度に関する特徴値を検出する色彩度検出手段と、上記輝度情報検出手段および上記色彩度検出手段から得られる画像の特徴情報により輝度信号の制御値および色彩度信号の制御値を演算し、上記輝度調整手段および上記色彩度調整手段に出力する制御パラメータ演算手段と上記制御パラメータ値演算手段から出力される制御値により上記色空間逆変換手段から出力された信号の輝度値を補正する輝度補正手段とから構成するようにしたものである。

本発明の画像表示装置は、色相変化や色飽和がない色制御が可能なため、色の表現力を格段に高めることができるという効果を有する。さらには、色を上げた場合に視覚的な輝度が低下する場合があるが、本発明の色制御では輝度に与える影響が極めて小さいため、従来の輝度コントラスト制御に影響を与えることのない色制御が可能であり、極めて高い画像表現力が得られるという格別の効果を有するものである。

（実施の形態１）
以下に、本発明の一実施の形態について、図１を用いて説明する。
図１において、輝度信号と色差信号から構成される映像信号（以下、輝度信号と色差信号から構成される映像信号の色空間をＹＵＶ空間と記す）に対し、１はＹＵＶ空間における輝度信号の特徴を検出する輝度情報検出手段であり、輝度信号の１フレーム内における輝度平均値、輝度最大値、輝度最小値を検出する。

２は上記輝度信号のコントラストおよびブライトの調整を行う輝度調整手段、３は輝度調整手段２から出力される輝度信号と入力される色差信号から、明度信号Ｖ、色彩度信号Ｓ、色相信号Ｈ（以下、明度信号Ｖ、色彩度信号Ｓ、色相信号Ｈから構成される映像信号の色空間をＨＳＶ空間と記す）に変換する色空間変換手段である。具体的には、輝度信号と色差信号から一旦ＲＧＢ信号に変換され、ＲＧＢ信号を次の変換式で明度信号、色彩度信号、色相信号に変換する。

明度信号Ｖ＝ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）・・・・数式１
ここでＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とは、各画素データにおけるＲＧＢ信号のうち最大レベルの信号を示す。

色彩度信号Ｓ＝｛ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）｝／ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）
・・・・数式２
ここでＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とは、各画素データにおけるＲＧＢ信号のうち最小レベルの信号を示す。

色相信号Ｈ＝｛ＭＩＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）｝／
｛ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）｝ ・・・・・・・・数式３
ここでＭＩＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とは、各画素データにおけるＲＧＢ信号のうち中間レベルの信号を示す。さらに色相情報は上記色相信号とともにＲＧＢの大小関係で区別される色相補助信号Ｔを伴う。この色相補助信号Ｔは、Ｒ＞Ｇ≧Ｂ（赤〜黄のデータ）のときは「０」、Ｇ≧Ｒ＞Ｂ（黄色〜緑のデータ）のときは「１」、Ｇ＞Ｂ≧Ｒ（緑〜シアンのデータ）のときは「２」、Ｂ≧Ｇ＞Ｒ（シアン〜青のデータ）のときは「３」、Ｂ＞Ｒ≧Ｇ（青〜マゼンタのデータ）のときは「４」、Ｒ≧Ｂ＞Ｇ（マゼンタ〜赤のデータ）のときは「５」となるように構成される。

４は上記色彩度信号Ｓの特徴を検出する色彩度検出手段であり、１フレーム内における色彩度最大値を検出する。５は色彩度信号Ｓのレベル（色レベルと等価）を調整する色彩度調整手段、６は輝度情報検出手段１と色彩度検出手段４から得られた画像の特徴をもとに入力画像に最適な輝度コントラスト値、輝度ブライト値、色彩度値を算出し、輝度調整手段２および色彩度調整手段５の各調整値に反映させる制御パラメータ演算手段、７は明度信号Ｖ、色彩度信号Ｓ、色相信号ＨからＲＧＢ信号に変換する色空間逆変換手段である。

ここでＨＳＶカラーモデルは近年映像系においても注目されている色空間であり周知の通りであるが、以下の説明を判りやすくするため、ＨＳＶ空間での色表現を、図を用いて説明する。

図２は明度信号Ｖを変化させたときの画素データの変化を示す。図２に示すように明度信号のゲインを変えることはＲＧＢ空間において黒レベル基準でコントラストを変えることと等価となる。

図３は色相信号Ｈを変化させたときの画素データの変化を示す。図３は画素データが赤〜黄色までの変化を示しているが、ＲＧＢのうちの最大レベルの信号と最小レベルの信号を変えずに、つまり色の彩度を変えずに色相を変える動作をする。

図４は色彩度信号Ｓを変化させたときの画素データの変化を示す。図４に示すように色彩度信号Ｓのレベルを大きくした場合、（数式３）で表される比率を変えずにＲＧＢのうちの最小レベルの信号を小さくする動作をする。逆に小さくした場合は最小レベルの信号を大きくする動作を行い、「０」にした場合はＲ＝Ｇ＝Ｂとなり色のない画素データとなる。

上記のように構成された本発明のポイントは、輝度制御をＨＳＶ空間の明度信号ではなくＹＵＶ空間で行い、色の制御をＹＵＶ空間の色差信号ではなくＨＳＶ空間の色彩度信号で行っていることである。

まず輝度制御について言えば、ＨＳＶ空間の明度信号ＶはＲＧＢの最大レベルの信号を示すため、例えば視覚的に輝度レベルが小さい青の信号でも明度信号Ｖは大きな値を示す。このように明度信号Ｖは、ＲＧＢの色が人間の目に与える輝度感と必ずしも一致した信号ではないため、明るい画像と暗い画像のメリハリをダイナミックに表現することに適していない。

一方で、ＹＵＶ空間の輝度信号は人間の目に与える視覚的な輝度レベルと概ね等価な信号であるため輝度制御によって明るい画像と暗い画像のメリハリをダイナミックに表現することが可能である。しかしながら、前述したようにＹＵＶ空間での色制御は正しくＲＧＢ空間に変換されないことから色相が変化したり、色つぶれが発生するなどの課題がある。これに対しＨＳＶ空間の色彩度信号Ｓの値を変えても色相が変化することはない。さらに色彩度調整手段５の入出力特性を図５に示すようにすれば、色彩度を上げたときの色飽和を簡単に抑制することができる。

以下、具体的な例を挙げて動作を説明する。

図６は輝度の制御例としてコントラスト伸長とブライト調整を行う例を示している。輝度情報検出手段１から得られた情報が輝度最大値、輝度平均値、輝度最小値である入力信号に対し、ダイナミックレンジを表す図６のＤと（輝度最大値―輝度最小値）の値を用いて、Ｄ／（輝度最大値―輝度最小値）倍のコントラスト伸長を行う。図６で示すＤ／（輝度最大値―輝度最小値）倍した信号は、輝度平均値を基準にコントラスト伸長したものである。

次に、コントラスト伸長によりダイナミックレンジに収まらなくなったレベル（図６のＢ）をブライト調整によりダイナミックレンジに収まるように調整を行う。ここで用いているＹＵＶ空間の輝度信号は前述のように人間の目に与える視覚的な輝度レベルと概ね等価な信号であるため、入力された輝度信号をダイナミックレンジまで伸長することでコントラスト感を高めることが可能である。

次に、色の制御について図４と図５を用いて説明を行う。色彩度検出手段４から得られた色彩度最大値が図５で示されるＹの値を取る場合には、図５の入出力特性に示されているＡ，Ｂの値の比率により、色彩度信号Ｓのレベルが求まり、図４に示している画素データの調整が行われる。

入力信号が図４の色彩度信号Ｓのレベル１．０で表される大小関係であり、Ｂ／Ａの値が例えば１．５である場合には、画素データは図４で示される色彩度信号Ｓのレベル１．０で表される大小関係から色彩度信号Ｓのレベル１．５で表される大小関係へ変化する。この時、前述のように色彩度信号のレベルを大きくしても（数式３）で表される比率、即ち、
｛ＭＩＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）｝／｛ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）｝
は変化しないので色相が変化することはない。前述の図１０（Ｄ）で生じた色飽和も同様の理由から発生することはない。

このように、本実施例では輝度コントラスト制御と色相変化や色飽和の発生しない色レベル制御の両立が実現できるため、極めて高い画像表現力が得られる。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の他の一実施の形態について図を用いて説明する。

図７において、９は制御パラメータ演算手段６により算出された色彩度の制御量に応じて、ＲＧＢ信号を補正し、色制御による輝度変化を最小限に抑制する輝度補正手段である。その他の構成および動作は図１の実施例で説明した構成、動作と同一である。

つぎに、本発明の他の一実施の形態について図を用いて説明する。図７において、９は制御パラメータ演算手段６により算出された色彩度の制御量に応じて、ＲＧＢ信号を補正し、色制御による輝度変化を最小限に抑制する輝度補正手段である。その他の構成および動作は図１の実施例で説明した構成、動作と概略同一であるが、異なる点は、色空間変換手段３からは明度信号Ｖ、色彩度信号Ｓ、色相信号Ｈを生成する過程で生じる第１のＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の信号を出力するように構成されておりさらに、色空間逆変換手段７からはＲＧＢの信号に変換する過程で生じる第２のＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の信号を出力するように構成されているものである。

次いで本実施例の特徴である輝度補正手段９について説明する。図８に輝度補正手段９によるＲＧＢ信号の補正をした場合の動作を示す。色彩度信号Ｓのゲインを大きくしたときの色空間逆変換手段７のＲＧＢの出力信号は図８（Ａ）に示すようになる。図８（Ａ）に示すように色彩度信号Ｓのゲインを大きくすれば、ＲＧＢのトータルでの輝度レベルは低下する。すなわち、輝度制御で最適な輝度レベルに制御しても色制御により画面の明るさが変化する不具合が発生する。輝度補正手段９は図８（Ｂ）に示すように色制御で低下した輝度レベルに相当する輝度補正値をＲＧＢ信号に一様に加えるものである。

これを実現する簡易的な手法の一例を図８（Ｂ）に示している。図９に輝度補正手段９の具体的な構成例を示すように、色空間変換手段３から出力される第１のＭＩＮレベルの信号と、色空間逆変換手段７から出力される第２のＭＩＮレベルの信号の差（この差は図８（Ａ）の差ｄになる）の１／２のレベルをＲＧＢの各信号に加えるものである。
これにより色制御によって発生した輝度低下を大きく改善することができる。

この例では、簡易的な手法で輝度補正を行っているが、回路規模やマイコンの負荷の制約がなければ次のように変換後の輝度値と変換前の輝度値から補正係数を演算すればなお正確な輝度補正が可能である。

変換前の輝度値Ｌ１＝ ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×α＋ＭＩＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×β
＋ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×γ ・・・数式４
ここでαはＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の輝度係数、βはＭＩＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の輝度係数、
γはＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の輝度係数である。例えば
ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝Ｒ、ＭＩＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝Ｇ、ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝Ｂ
であれば、例えばα：β：γはＲＧＢの輝度比率から概ね１：２：１とすればよい。

変換後の輝度値Ｌ２＝ ＭＡＸ‘（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×α＋ＭＩＤ‘（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×β＋ＭＩＮ‘（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×γ ・・・数式５
ＲＧＢの輝度補正係数は、Ｌ２／Ｌ１となり、輝度補正手段９では、入力のＲＧＢのそれぞれに上記輝度補正係数（Ｌ２／Ｌ１）を乗じて出力すればよい。

以上説明したように、本実施例では、色制御に伴う輝度低下を補正することで輝度に影響することなく色の制御が可能となり、色再現範囲の狭いディスプレイの色表現力を大幅に高めることができる。

本発明は、屋内あるいは屋外で使用する機器の画像表示装置に適用できる。

本発明の第１の手段による画像表示装置を示すブロック図 ＨＳＶ空間において明度信号Ｖを変化させた時の画素データの変化を説明する図 ＨＳＶ空間において色相信号Ｈを変化させた時の画素データの変化を説明する図 ＨＳＶ空間において色彩度信号Ｓを変化させた時の画素データの変化を説明する図 本発明の第１の手段による色彩度調整手段の入出力特性を説明する図 本発明の第１の手段による輝度調整手段の動作を説明する図 本発明の第２の手段による画像表示装置を示すブロック図 本発明の第２の手段による輝度補正手段の動作を説明するブロック図 本発明の第２の手段による輝度補正手段の具体例を示すブロック図 ＲＧＢ信号でコントラストを変化させた時の画素データの変化を説明する図

符号の説明

１ 輝度情報検出手段
２ 輝度調整手段
３ 色空間変換手段
４ 色彩度検出手段
５ 色彩度調整手段
６ 制御パラメータ演算手段
７ 色空間逆変換手段
８ パネル
９ 輝度補正手段

Claims (2)

1. 入力信号に応じて最適な画像調整を行う画像表示装置において、入力の輝度信号の調整を行う輝度調整手段と、上記輝度調整手段から出力される輝度信号と入力の色差信号を、色相信号、色彩度信号、明度信号の３つの信号に変換する色空間変換手段と、上記色空間変換手段から出力される色彩度信号を調整する色彩度調整手段と、上記色彩度調整手段から出力される色彩度信号と上記色空間変換手段から出力される色相信号、明度信号を、Ｒ、Ｇ、Ｂの映像信号に変換する色空間逆変換手段と、入力の輝度信号から画像の輝度に関する特徴値を検出する輝度情報検出手段と、上記色彩度信号から画像の色彩度に関する特徴値を検出する色彩度検出手段と、上記輝度情報検出手段および上記色彩度検出手段から得られる画像の特徴情報により輝度信号の制御値および色彩度信号の制御値を演算し、上記輝度調整手段および上記色彩度調整手段に出力する制御パラメータ演算手段と、上記制御パラメータ値演算手段から出力される制御値により上記色空間逆変換手段から出力された信号の輝度値を補正する輝度補正手段とから構成されたことを特徴とする画像表示装置。
2. 上記輝度補正手段は、上記色空間変換手段で明度信号、色彩度信号、色相信号に変換する過程で生じるＲ、Ｇ、Ｂ信号の最小値である第１のＭＩＮレベルの信号と、上記色空間逆変換手段でＲＧＢの信号に変換する過程で生じるＲＧＢ信号の最小値である第２のＭＩＮレベルの信号との差の１／２のレベルを、上記色空間逆変換手段で出力されるＲＧＢの信号に加算することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
   

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