JP4694925B2 - 表示装置の欠陥を補償するビデオ信号を処理するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に非線形表示装置（たとえば陰極線管）といった所定の表示装置の欠陥を補償することを目的とした、ビデオ画像を処理するための方法及び装置に関する。

ビデオ信号は、伝達関数により連結される様々な空間で表現される場合がある。したがって、カラーレベルの表現空間は、たとえば０と２５５との間で変動する整数のセットからなる。可視化空間は、その一部について、光信号が生成及び知覚される空間である。

大部分のビデオイメージ表示装置では、カラーレベルの表現空間及び可視化空間は、電気−光伝達関数と呼ばれる非線形法則又はより一般にはガンマロウにより関連される。スクリーンで再現される発光強度は、表示装置の入力でのカラーレベルの非線形関数である。

２つの表現空間に関連する伝達関数は、表示装置のタイプの特性である。陰極線管のケースでは、陰極線管のガンマロウは、以下の式を有している。

ｎ_inは入力レベル、ｎ_outは出力レベル、Ｎ_inはｎ_inを特徴付ける最大レベル、Ｎ_outはｎ_outを特徴付ける最大レベル、γは伝達関数を特徴付ける係数である。

従来技術によれば、表示装置のガンマロウを推定するため、そのレベルが０〜２５５まで変動する一連の一様な画像を表示装置に表示することが知られている。次いで、それぞれの入力レベルｎについてスクリーンにより放出される光レベルＬ（ｎ）を測定し、この曲線をこれらの入力レベルの最大値で正規化する。γ＝２５５*Ｌ（ｎ）／Ｌ（２５５）。

図１及び図２は、表示装置によるビジュアルアーチファクトを低減する目的で、逆のガンマロウにより前補正された（図１）又は前補正のない（図２）ビデオ信号の従来技術に係る処理方法を例示している。

先に記載され、図１で参照符号１５により引用される伝達関数（本明細書ではその後ポステリアロウとも呼ばれる）は、暗い画素を減衰する特性を有している。この補正信号を表示装置に送信する前にこの減衰を補正するように、（本明細書ではその後アンテリアロウとも呼ばれる）逆ガンマロウ１１によりカメラから生じる最初のビデオ信号を前補正することが知られている。カメラのレベルで一般に実行されたこの処理は強制的なものではない。最初のビデオ信号を前補正するために使用されるガンマ値は、様々な文献で、特にテレビジョンのＩＴＵの勧告で知られ、規定されている（たとえば、ITU-R BT.709-5, Basic Parameters Value for HDTV, ITU-R BT.470-6, Conventional Television System）。

さらに、スクリーンに送信されたビデオ信号を表示する前に、たとえば、表示されるビデオ信号の品質を改善するように、ビデオ処理１３を前補正されたビデオ信号又は前補正されていないビデオ信号に適用するのが必要な場合がある。ビデオ処理は、たとえば、画像における歪みを補正する目的でビデオ画像の再補間である場合がある。歪みは、表示装置によるものである。

かかるビデオ処理が適用されるとき、可視化空間に関して線形である空間で機能することが必要である。特に、逆のケースでは、処理に従属する欠陥の様子を表示される画像に見ることになる。たとえば、再補間のケースでは、画像のポイントの明るさは、１つの画素又はｎ個の画素に関して再補間されたかに依存して変動する場合がある。特に、このケースでは、ｎ画素の強度の視覚的な総和は、可視化空間に関して処理空間が線形でない場合に、画素単独での視覚的な総和と同じではない。

このため、図１に例示されるように、ブロック１２及び１４においてそれぞれ、処理ブロック１３のいずれかのサイドで、最初の信号が前補正されている場合にアンテリアロウ１１を反転し、ポステリアロウ１５を反転することが知られている。表示装置は、表示装置のガンマロウの特性に従って修正し、これによりビデオ信号は補正される。

しかし、前に記載されたように、ビデオ信号は、逆ガンマロウ１１により前もって前補正されることなしに、カメラ１１により発生及び生成される場合がある。このケースでは、図２に例示されるように、最初のビデオ信号２１にビデオ処理を直接適用することが知られている。このようにして得られた信号は、陰極線管の伝達関数により導入されたダークポイントの減衰を補正するように、逆ガンマロウ２２により補正される。表示装置２３は、表示装置のガンマロウの特性に従って、このようにして補正されたビデオ信号を修正する。

従来技術に係る方法は、（たとえばダークポイントの減衰といった）所定の欠陥を補正することが可能であるが、（たとえば、画素間のオーバラップ、スポットの形状といった）可視化の方向に依存する所定の表示装置の所定の特性を考慮していない。

したがって、画像の水平成分（Ｘ）と垂直成分（Ｙ）に連続して適用されるビデオ処理の印加のケースでは、グローバルなガンマロウの適用は、視覚的な欠陥を生じさせる場合がある。用語「グローバルなガンマロウ（global gamma law）」は、ビデオ信号の垂直成分又は水平成分を処理するかを同じやり方で適用する法を意味する。色の欠陥を発生する、赤、緑及び青信号の局所的な減衰の欠陥は、たとえば、カラー画像の再補間の処理を適用する場合に目に見ることができる。

したがって、ビデオ信号を処理するため、処理の（水平又は垂直）方向を考慮することが望まれる。

上記目的のため、本発明は、その目的が（水平及び垂直）処理方向のそれぞれで、異なるガンマロウを適用することで所定の視覚的な欠陥を減少させる方法を提供する。本発明によれば、表示装置による信号の表示の前に、水平成分及び垂直成分を含むビデオ信号を処理することを提案するものであって、以下のステップに従う。

ビデオ信号の水平成分及び垂直成分のうちの第一の成分に関連する特定のガンマロウによるビデオ信号の補正。
補正されたビデオ信号の第一の成分に作用する第一のビデオ処理。
処理されたビデオ信号への、第一の成分に関して線形である空間から第二の成分と呼ばれる水平及び垂直成分の他方に関して線形である空間への伝送に作用する中間的なロウの適用。
前のステップから出力されるビデオ信号の第二の成分に作用する第二のビデオ処理。
第二の成分に関連する特定の逆ガンマロウにより処理されたビデオ信号の補正。
信号成分の処理のオーダーは、重要ではない。

好適な実施の形態によれば、中間的なガンマロウ（intermediate gamma law）は、第二の成分に関連するロウ、及び第一の成分に関連する逆のガンマロウの成分である。特に、これらの成分にうちの１つに従って信号を処理した後、他の成分に従って線形である空間において視点（standpoint）を取り入れることは適切である。したがって、Ｙ成分がはじめに処理された場合、Ｘにおいてリニアな空間で視点を取り入れるのが適切である。

好適な実施の形態によれば、ビデオ信号は各種のガンマロウにより補正され、中間的なロウは、適切なロウに従って計算される出力レベルをビデオ信号のそれぞれの入力レベルと関連付けする対応テーブルを使用して適用される。

有利なことに、第一及び第二のビデオ処理は、信号の第一の成分に従う、及び信号の第二の成分に従う、ビデオ信号の再補間の処理である。
好適な実施の形態によれば、ビデオ信号の再補間は、信号のフィルタリングからなり、使用されるフィルタは、ポリフェーズフィルタである。

好適な実施の形態によれば、ビデオ信号のビット数（又はダイナミックレンジ）の観点での解像度は、ビデオ信号の第一の成分と関連される特定のガンマロウによる補正ステップの間に増加され、ビデオ信号の第二の成分に関連される特定の逆のガンマロウによる補正のステップの間に最初に解像度に戻る。ビット数の観点で解像度における増加は、残りの量子化のアーチファクトを除去するのが可能である。
本発明は、非マトリクス型表示装置に有利にも適用される。

また、本発明は、本方法を実現することが意図される装置に関する。本発明によれば、本装置は、以下を備えている。
ビデオ信号の水平成分及び垂直成分のうちから第一の成分に関連される特定のガンマロウによりビデオ信号を補正するための手段。
補正されたビデオ信号の第一の成分に作用する第一のビデオ処理を適用するための手段。
処理されたビデオ信号に、第一の成分に関して線形である空間から第二の成分と呼ばれる水平及び垂直成分の他方に関してリニアである空間への伝送に作用する中間的なロウを適用し、中間的なビデオ信号を生成する手段。
中間的なビデオ信号の第二の成分に作用する第二のビデオ処理を適用するための手段。
ビデオ信号の第二の成分に関連する特定の逆のガンマロウにより処理されるビデオ信号を補正するための手段。

本発明は、添付図面を参照して、実施形態及び実現の全体として限定するものではない有利な例示的なモードにより理解及び例示される。

本発明に係る方法は、図３及び図４により例示されている。図３及び図４では参照符号３により示されている。本方法は、図３におけるステップ３２〜３６で示される５つのステップ、図４におけるステップ４１〜４５で示される５つのステップを含んでいる。

本発明に係る方法３の第一のステップ３２（方法４におけるステップ４１）は、Ｙで線形空間における視点を使用することからなる。このため、垂直方向のロウγ_Y特性は、グローバルな逆のガンマロウにより前補正（pre-corrected）３１がされた最初のビデオ信号に適用される。このロウを適用するため、適切な逆のガンマロウに従って計算された出力レベルをそれぞれの入力レベルと関連付けする対応テーブルを使用することが知られている。

この動作の間、ビット数の観点において解像度が増加される。これにより、特に、所定の量子化のアーチファクトを除去するのが可能である。したがって、その後のステップは、ビット数における観点でより大きなダイナミックレンジで実行することができ、最初のダイナミックレンジへの復帰は、最後のガンマロウの適用に応じて作用される。

最初のビデオ信号が逆のグローバルなガンマロウにより前補正されているケースでは、ロウγ_Y３２は、ロウΨ_Y及びグローバルなガンマロウの組成、すなわちγ_Y＝Ψ_Yoγである。ここでoは関数の組成の法であり、Ψ_YはグローバルなガンマロウとＹに沿って測定されたロウγ_Yとの間の偏差に対応する。γ_Yは本明細書でその後に記載される手順に従って直接推定される。ガンマロウは公知であって、これよりロウΨ_Yを推測する。

最初のビデオ信号が逆のグローバルなガンマロウにより前補正されていないケースでは、ロウγ_Y４１はロウΨ_Yに等しく、すなわちγ_Y＝Ψ_Yである。

表示装置により導入された歪を補正するため、これらの歪を補正するのを可能にするビデオ処理がビデオ信号に適用される。この処理は、たとえば、ビデオ系列の画像のフィルタリングである場合がある。より正確には、画像の再補間の処理を適用するのが可能である。また、表示装置の特定の技術要件に対処する別のビデオ処理を適用することも可能である。

このため、本発明に係る第二のステップ３３，４２は、作用されるべきＹの変位に依存するフィルタを画素に適用することで、Ｙでビデオ画像を再補間することからなる。たとえば、その位相が計算されるべきポイントの位置におけるシフトに基づいて計算されるポリフェーズフィルタを適用することが可能である。このように、ポイントが最初のグリッドにある場合に位相はゼロになる。ポイントが最初のグリッドに関して画素の１／２によりシフトされた場合に位相は＋０．５になる。画像を再補間するのが可能な他のタイプのフィルタを適用することが可能である（たとえば、バイキュービック、バイリニアフィルタ）。

本発明によれば、ビデオ信号の垂直成分を処理した後、ビデオ信号の水平成分が処理される。次いで、Ｘで線形空間におけるスタンドポイントを使用することが必要である。このため、第三のステップ３４，４３では、以下の中間的な関数γ_intermediate＝γ_Xoγ_Y ^-1は、前のステップから生じたビデオ信号に適用される。このステップについて、ロウγ_intermediateに従って計算される出力レベルをそれぞれの入力レベルと関連付けする対応テーブルを使用することも可能である。関数γ_Xは、記述において後に説明される手順により推定される。

本発明によれば、第四のステップ３５，４４は、作用されるべきＸの変位に依存するフィルタを画素に適用することでＸにおいてビデオ画像を再補間することからなる。
最後に、第五のステップ３６，４５は、水平方向のロウγ^-1 _X特性を信号に適用することで処理される信号を補正することからなる。このステップについて、変更された場合に最初のダイナミックレンジを回復する対応テーブルを使用することもできる。

先に記載された５つのステップの間、水平成分Ｘに沿って信号を処理することで開始し、次いで、垂直成分Ｙに沿って信号を続けて処理することもできる。
このようにして処理されたビデオ信号は、その後、表示装置３７，４６により表示される。

本発明によれば、先に説明された、従来技術に係るガンマロウを推定するための手順は、ロウγ_X及びγ_Yを推定するように適合される。このため、γ_Xを推定するため、十分な数の黒のラインで分離される、１画素高い水平ラインを表示し、画素から画素に介入する場合があるＹの影響が除かれる（たとえば４ブラックライン）。次いで、それぞれの入力レベルｎについてスクリーンにより放出される光レベルＬ（ｎ）を計測し、この曲線をこれら入力レベルの最大値により正規化する。γ_X＝２５５*Ｌ（ｎ）／Ｌ（２５５）。同じやり方で、十分な数の黒の列により分離される、１画素広い垂直ラインを使用して、γ_Yを推定するために進む。

本発明の方法は、ビデオ信号を補正するためのガンマロウ以外のロウにも適用することができる。
また、本発明は、先に記載された方法を実現することが目的とされる表示装置５４にリンクされる装置５に関する。装置の本質的なエレメントのみが図５に示されている。本発明に係る装置は、特にメモリ５２を含んでおり、このメモリには、様々なガンマロウ３２，３４，３６，４１，４３，４５による処理のために使用される対応テーブルが記憶されている。また、装置は、特に再補間プログラムといった処理プログラムを含んでいるマイクロプロセッサ等のような処理ユニット５３を有している。処理ユニットは、様々なガンマロウ３２，３４，３６，４１，４３，４５による処理を可能にする変換機能をも有している。これらの機能は、メモリに記憶される対応テーブルを利用する。さらに、装置は、ガンマロウにより前補正された入力ビデオ信号を受け、本発明の方法３，４に従って処理されたビデオ信号を表示装置に送るための入力／出力インタフェース５１を含んでいる。

最初のビデオ信号が逆のガンマロウにより前補正されるケースで、表示装置によるビジュアルアーチファクトを低減する目的で、従来技術に係るビデオ信号を処理する方法を例示する図である。 最初のビデオ信号が逆のガンマロウにより前補正されていないケースで、表示装置によるビジュアルアーチファクトを低減する目的で、従来技術に係るビデオ信号を処理する方法を例示する図である。 最初のビデオ信号が逆のガンマロウにより前補正されているケースで、表示装置によるビジュアルアーチファクトを低減する目的で、本発明に係るビデオ信号を処理する方法を例示する図である。 最初のビデオ信号が逆のガンマロウにより前補正されていないケースで、表示装置によるビジュアルアーチファクトを低減する目的で、本発明に係るビデオ信号を処理する方法を例示する図である。 表示装置によるビジュアルアーチファクトを低減する目的で、本発明に係るビデオ信号を処理するための装置を例示する図である。

符号の説明

３１：前補正
３２，３４，３６，４１，４３，４５：ガンマロウ
３３，３５，４２，４４：ビデオ処理
３７，４６：表示装置

Claims (7)

1. 表示装置によるビデオ信号の表示の前に、垂直成分及び水平成分を含むビデオ信号を処理する方法であって、
   前記ビデオ信号の水平成分及び垂直成分のうちの一方の成分に関連する予め決定されたガンマロウによりビデオ信号を補正するステップと、
   補正されたビデオ信号の前記一方の成分に作用する第一のビデオ処理を適用するステップと、
   前記第一のビデオ処理おいて処理されたビデオ信号に、前記水平成分及び垂直成分のうちの他方の成分に関連する予め決定されたガンマロウと前記一方の成分に関連する予め決定されたガンマロウとは逆のガンマロウとの組成である中間的なロウを適用するステップと、
   前記ビデオ信号の前記他方の成分に作用する第二のビデオ処理を適用するステップと、
   前記ビデオ信号の前記他方の成分に関連する前記予め決定されたガンマロウとは逆のガンマロウにより、前記第二のビデオ処理において処理されたビデオ信号を補正するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記ガンマロウによる補正及び前記中間的なロウの適用は、適切なロウに従って計算された出力レベルを前記ビデオ信号のそれぞれの入力レベルと関連付けする対応テーブルにより実行される、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第一及び第二のビデオ処理は、前記ビデオ信号の前記一方の成分及び他方の成分のそれぞれに従う、前記ビデオ信号の再補間の処理である、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記ビデオ信号の再補間は前記ビデオ信号のフィルタリングからなり、使用されるフィルタはポリフェーズフィルタである、
   ことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記ビデオ信号のビット数の観点での解像度は、前記ビデオ信号の前記一方の成分に関連する予め決定されたガンマロウによる補正ステップの間に増加され、前記ビデオ信号の前記他方の成分に関連する予め決定されたガンマロウとは逆のガンマロウによる補正ステップの間にビット数の観点で最初の解像度に戻る、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 非マトリクス型の表示装置に適用される、
   ことを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 表示装置によるビデオ信号の表示の前に、垂直成分及び水平成分を含むビデオ信号を処理する装置であって、
   前記ビデオ信号の水平成分及び垂直成分のうちの一方の成分に関連する予め決定されたガンマロウによりビデオ信号を補正する手段と、
   補正されたビデオ信号の前記一方の成分に作用する第一のビデオ処理を適用する手段と、
   前記第一のビデオ処理おいて処理されたビデオ信号に、前記水平成分及び垂直成分のうちの他方の成分に関連する予め決定されたガンマロウと前記一方の成分に関連する予め決定されたガンマロウとは逆のガンマロウとの組成である中間的なロウを適用する手段と、
   前記ビデオ信号の前記他方の成分に作用する第二のビデオ処理を適用する手段と、
   前記ビデオ信号の前記他方の成分に関連する前記予め決定されたガンマロウとは逆のガンマロウにより、前記第二のビデオ処理において処理されたビデオ信号を補正する手段と、
   を有することを特徴とする装置。

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