JP4835907B2

JP4835907B2 - 信号処理装置および方法

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Publication number: JP4835907B2
Application number: JP2005159692A
Authority: JP
Inventors: 義明松原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006339823A

Description

本発明は、信号処理装置および方法に関し、特に、自然な画像を表示できるようにした信号処理装置および方法に関する。

テレビジョン受像機（以下、TV受像機と称する）において画像を表示するCRT（Cathode Ray Tube）などの表示装置は、画面の明るさが映像信号のレベルに比例せず、指数関数的に変化する特性（ガンマ特性）を有する。そこで放送局はこのガンマ特性が補正されるようにするために、図１に示されるように、逆ガンマ補正して映像信号を送信している。ITU-R BT601,ITU-R BT709、またはsRGBの規格においては、CRTが基準の表示装置であるものとして、逆ガンマ補正におけるガンマ値はγ＝１/2.2程度と規定されている。

逆ガンマ補正が行われた映像信号を受信するため、従来のTV受像機は、図２に示される構成の補正部１１を有している。

放送局から送信されてくる映像信号は図示せぬアンテナにより受信され、その映像信号から輝度信号Ｙ、色差信号Cb、および色差信号Crが検出され、補正部１１に供給される。補正部１１において補正（信号処理）された映像信号は表示部１２に供給され、供給された映像信号に対応する画像が表示される。

補正部１１は輪郭補正部３１、コントラスト補正部３２、加算部３３,YCbCrRGB変換部３４、およびパネルガンマ補正部３５から構成される。検出された輝度信号Ｙは輪郭補正部３１およびコントラスト補正部３２に供給される。また、検出された色差信号Cｂおよび色差信号CｒはYCbCrRGB変換部３４に供給される。

輪郭補正部３１は、供給された輝度信号Ｙ（例えば、図３Ａに示される信号）から２次微分成分（例えば、図３Ｂに示される信号）を抽出し、元の輝度信号Ｙに重畳することにより輪郭を補正する。輪郭補正部３１は輪郭を補正した映像信号（例えば、図３Ｃに示される信号）を加算部３３に供給する。

コントラスト補正部３２は、供給された輝度信号Ｙにおける輝度の分布などからコントラストを補正（改善）する処理を行う。コントラスト補正部３２はコントラストを補正（改善）した輝度信号Ｙを加算部３３に供給する。

加算部３３は、輪郭補正部３１から供給された輝度信号Ｙおよびコントラスト補正部３２から供給された輝度信号Ｙを加算（合成）する。加算部３３は加算した信号をYCbCrRGB変換部３４に供給する。

YCbCrRGB変換部３４は、加算部３３から供給された輝度信号Ｙ、並びに検出された色差信号Cｂおよび色差信号Cｒを、原色信号であるRGB信号に変換する。YCbCrRGB変換部３４は生成したRGB信号をパネルガンマ補正部３５に供給する。

パネルガンマ補正部３５は、YCbCrRGB変換部３４から供給されたRGB信号に対して、表示部１２（のディスプレイパネル）のガンマ特性に応じたガンマ値でガンマ補正を行う。パネルガンマ補正部３５はガンマ補正したRGB信号を表示部１２に供給し、そのRGB信号に対応する画像を表示させる。

逆ガンマ補正をかけられている映像信号に対してガンマ値約2.2のガンマ補正をかけることで輝度特性が直線的になるように補正することは、例えば特許文献１にも開示されている。

なお、送信側で行われる逆ガンマ補正にも、ガンマ値が異なるだけなので、ガンマ補正の一種と考えることもできる。
特許第３２７１２８６号公報

しかしながら、従来の技術においては、補正された映像信号に対応する画像を人間が見た場合、人間には画像の輪郭における黒レベルが浮き上がるように見えてしまう問題があった。その結果、表示装置において違和感のある画像が表示されてしまっていた。

これは、図３Ｃにおける低レベルに強調する補正量（高さＨ１）と、高レベルに強調する補正量（高さＨ２）が信号レベルとしては同一であったとしても、人間の目の感度特性を考慮すると、両者の補正量が同一と感知されないことに起因する。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、表示される画像がより自然な画像となるようにするものである。

本発明の信号処理装置は、映像信号に含まれている輝度信号を補正する信号補正手段と、信号補正手段により補正された輝度信号に基づいて輪郭を補正する輪郭補正手段と、輪郭補正手段と並列に配置され、信号補正手段により補正された輝度信号のコントラストを補正するコントラスト補正手段と、輪郭が補正された輝度信号とコントラストが補正された輝度信号とを加算する加算手段と、加算手段の加算により得られた輝度信号および映像信号に含まれている色差信号に基づいて、表示部に画像を表示させるための表示信号を生成する生成手段と、生成手段により生成された表示信号に対して、表示部のガンマ特性に応じたガンマ補正を行うガンマ補正手段とを備え、信号補正手段は、映像信号に対応する画像の輝度に基づいて、画像の輝度の平均を表す平均輝度を算出する平均輝度算出手段と、逆ガンマ補正に用いたガンマ値と輝度信号とから演算される第１の知覚輝度を、平均輝度に応じて輝度信号により決定される第２の知覚輝度に補正するために、輝度信号に加算される補正用信号を生成する補正用信号生成手段と、輝度信号に補正用信号を加算して得られる、補正後の輝度信号を生成する加算生成手段とを有する。

補正用信号生成手段は、第１の知覚輝度を、平均輝度に応じて異なる演算式により輝度信号を用いて演算される第２の知覚輝度に補正するための補正用信号を生成することができる。

補正用信号生成手段は、第１の知覚輝度を、平均輝度が第１の閾値未満である場合、第１の閾値以上であって第２の閾値未満である場合、または第２の閾値以上である場合でそれぞれ異なる演算式により輝度信号を用いて演算される第２の知覚輝度に補正するための補正用信号を生成するようにすることができる。

補正用信号生成手段は、輝度信号と第２の知覚輝度との対応関係を規定したルックアップテーブルであって、異なる平均輝度毎に予め用意された複数のルックアップテーブルのうち、平均輝度算出手段により算出された平均輝度に対応するルックアップテーブルを用いて、輝度信号に対応する第２の知覚輝度を決定し、第１の知覚輝度を、決定した第２の知覚輝度に補正するための補正用信号を生成することができる。

本発明の信号処理方法は、映像信号に含まれている輝度信号を補正する信号補正ステップと、信号補正ステップの処理により補正された輝度信号に基づいて輪郭を補正する輪郭補正ステップと、信号補正ステップの処理により補正された輝度信号のコントラストを補正するコントラスト補正ステップと、輪郭が補正された輝度信号とコントラストが補正された輝度信号とを加算する加算ステップと、加算ステップの処理により得られた輝度信号および映像信号に含まれている色差信号に基づいて、表示部に画像を表示させるための表示信号を生成する生成ステップと、生成ステップの処理により生成された表示信号に対して、表示部のガンマ特性に応じたガンマ補正を行うガンマ補正ステップとを含み、信号補正ステップは、映像信号に対応する画像の輝度に基づいて、画像の輝度の平均を表す平均輝度を算出する平均輝度算出ステップと、逆ガンマ補正に用いたガンマ値と輝度信号とから演算される第１の知覚輝度を、平均輝度に応じて輝度信号により決定される第２の知覚輝度に補正するために、輝度信号に加算される補正用信号を生成する補正用信号生成ステップと、輝度信号に補正用信号を加算して得られる、補正後の輝度信号を生成する加算生成ステップとを有する。

本発明の信号処理装置および方法においては、映像信号に含まれている輝度信号が補正され、補正された輝度信号に基づいて輪郭が補正され、補正された輝度信号のコントラストが補正され、輪郭が補正された輝度信号とコントラストが補正された輝度信号とが加算され、加算により得られた輝度信号および映像信号に含まれている色差信号に基づいて、表示部に画像を表示させるための表示信号が生成され、生成された表示信号に対して、表示部のガンマ特性に応じたガンマ補正が行われる。なお、輝度信号の補正においては、映像信号に対応する画像の輝度に基づいて、画像の輝度の平均を表す平均輝度が算出され、逆ガンマ補正に用いたガンマ値と輝度信号とから演算される第１の知覚輝度を、平均輝度に応じて輝度信号により決定される第２の知覚輝度に補正するために、輝度信号に加算される補正用信号が生成され、輝度信号に補正用信号を加算して得られる、補正後の輝度信号が生成される。

本発明によれば、画像の輪郭を補正することができる。特に、本発明によれば、輪郭補正に伴う黒レベルの浮き上がりを防止し、表示される画像をより自然な画像にすることができる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、請求項に記載の構成要件と、発明の実施の形態における具体例との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、請求項に記載されている発明をサポートする具体例が、発明の実施の形態に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の実施の形態中には記載されているが、構成要件に対応するものとして、ここには記載されていない具体例があったとしても、そのことは、その具体例が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、具体例が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その具体例が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

さらに、この記載は、発明の実施の形態に記載されている具体例に対応する発明が、請求項に全て記載されていることを意味するものではない。換言すれば、この記載は、発明の実施の形態に記載されている具体例に対応する発明であって、この出願の請求項には記載されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により追加される発明の存在を否定するものではない。

請求項１に記載の信号処理装置は、逆ガンマ補正が行われた映像信号を入力し、映像信号に対応する画像を表示部（例えば、図４の表示部１２）に表示させる信号処理装置（例えば、図４の補正部９４）であって、映像信号に含まれている輝度信号を補正する信号補正手段（例えば、図５の信号補正部１１１）と、信号補正手段により補正された輝度信号に基づいて輪郭を補正する輪郭補正手段（例えば、図５の輪郭補正部３１）と、輪郭補正手段と並列に配置され、信号補正手段により補正された輝度信号のコントラストを補正するコントラスト補正手段（例えば、図５のコントラスト補正部３２）と、輪郭が補正された輝度信号とコントラストが補正された輝度信号とを加算する加算手段（例えば、図５の加算部３３）と、加算手段の加算により得られた輝度信号および映像信号に含まれている色差信号に基づいて、表示部に画像を表示させるための表示信号を生成する生成手段（例えば、図５のYCbCrRGB変換部３４）と、生成手段により生成された表示信号に対して、表示部のガンマ特性に応じたガンマ補正を行うガンマ補正手段（例えば、図５のパネルガンマ補正部３５）とを備え、信号補正手段は、映像信号に対応する画像の輝度に基づいて、画像の輝度の平均を表す平均輝度を算出する平均輝度算出手段（例えば、図６の平均輝度算出部１３１）と、逆ガンマ補正に用いたガンマ値と輝度信号とから演算される第１の知覚輝度を、平均輝度に応じて輝度信号により決定される第２の知覚輝度に補正するために、輝度信号に加算される補正用信号を生成する補正用信号生成手段（例えば、図６の補正用信号生成部１３２）と、輝度信号に補正用信号を加算して得られる、補正後の輝度信号を生成する加算生成手段（例えば、図６の加算部１３３）とを有する。

前記補正用信号生成手段は、前記第１の知覚輝度を、前記平均輝度が第１の閾値（例えば、図９のステップＳ３２における閾値THa）未満である場合、前記第１の閾値以上であって第２の閾値（例えば、図９のステップＳ３４における閾値THb）未満である場合、または前記第２の閾値以上である場合でそれぞれ異なる演算式により前記輝度信号を用いて演算される前記第２の知覚輝度に補正するための前記補正用信号を生成する。

請求項５に記載の信号処理方法は、逆ガンマ補正が行われた映像信号を入力し、映像信号に対応する画像を表示部（例えば、図４の表示部１２）に表示させる信号処理装置（例えば、図４の補正部９４）の信号処理方法であって、映像信号に含まれている輝度信号を補正する信号補正ステップ（例えば、図７のステップＳ１の処理）と、信号補正ステップの処理により補正された輝度信号に基づいて輪郭を補正する輪郭補正ステップ（例えば、図７のステップＳ２の処理）と、信号補正ステップの処理により補正された輝度信号のコントラストを補正するコントラスト補正ステップ（例えば、図７のステップＳ３の処理）と、輪郭が補正された輝度信号とコントラストが補正された輝度信号とを加算する加算ステップ（例えば、図７のステップＳ４の処理）と、加算ステップの処理により得られた輝度信号および映像信号に含まれている色差信号に基づいて、表示部に画像を表示させるための表示信号を生成する生成ステップ（例えば、図７のステップＳ５の処理）と、生成ステップの処理により生成された表示信号に対して、表示部のガンマ特性に応じたガンマ補正を行うガンマ補正ステップ（例えば、図７のステップＳ６の処理）とを含み、信号補正ステップは、映像信号に対応する画像の輝度に基づいて、画像の輝度の平均を表す平均輝度を算出する平均輝度算出ステップ（例えば、図９のステップＳ３１の処理）と、逆ガンマ補正に用いたガンマ値と輝度信号とから演算される第１の知覚輝度を、平均輝度に応じて輝度信号により決定される第２の知覚輝度に補正するために、輝度信号に加算される補正用信号を生成する補正用信号生成ステップ（例えば、図９のステップＳ３３，Ｓ３５またはＳ３６の処理）と、輝度信号に補正用信号を加算して得られる、補正後の輝度信号を生成する加算生成ステップ（例えば、図９のステップＳ３７の処理）とを有する。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図４は、本発明の一実施の形態に係るTV受像機８１の構成例を示すブロック図である。TV受像機８１はアンテナ９１、映像受信部９２、色信号再生部９３、補正部９４、および表示部１２により構成される。なお、TV受像機８１において、図２に示される従来のTV受像機と対応する部分（図５を参照して後述する補正部９４の各構成および表示部１２）には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

アンテナ９１は放送局から送信されてくる映像信号（テレビジョン電波）を受信する。アンテナ９１は受信した映像信号を映像受信部９２に供給する。放送局から送信されてくる映像信号は、逆ガンマ補正されたRGB信号を含むコンポジット信号である。

映像受信部９２はアンテナ９１から供給された映像信号の中からユーザが所望するチャネルの映像信号を抽出し、その映像信号を増幅、検波して輝度信号Ｙを検出する。映像受信部９２は検出した輝度信号Ｙを補正部９４に供給する。また、映像受信部９２は映像信号から色に関する信号（搬送色信号（クロマ信号））を検出し、色信号再生部９３に供給する。

色信号再生部９３は映像受信部９２から供給された色に関する信号を増幅、検波（色復調）することにより色差信号Cｂおよび色差信号Cｒを検出し、補正部９４に供給する。

補正部９４は映像受信部９２から供給された輝度信号Ｙに対して所定の補正処理（信号処理）を行う。また、補正部９４は補正処理を行った輝度信号Ｙと、色信号再生部９３から供給された色差信号Cｂおよび色差信号Cｒとに基づいて、所定の信号処理を行い、表示部１２に画像を表示させるための表示信号としてのRGB信号を生成し、表示部１２に供給する。

表示部１２は補正部９４から供給されたRGB信号に対応する画像を表示する。

なお、図示は省略するが、TV受像機８１には、同期をとるための同期部、音声信号を処理するための音声処理部も設けられている。

図５は補正部９４の構成例を示すブロック図である。補正部９４は信号補正部１１１、輪郭補正部３１、コントラスト補正部３２、加算部３３、YCbCrRGB変換部３４、およびパネルガンマ補正部３５から構成される。

補正部９４において、映像受信部９２において検出された輝度信号Ｙは、信号補正部１１１に供給され、色信号再生部９３において検出された色差信号Cｂおよび色差信号Cｒは、YCbCrRGB変換部３４に供給される。

信号補正部１１１は、供給された輝度信号Ｙに対して、人間の視感度の特性における輝度（明度）の感度に基づく補正の処理を行う。信号補正部１１１は、補正した輝度信号Ｙを、並列に接続されている輪郭補正部３１およびコントラスト補正部３２に供給する。

輪郭補正部３１、コントラスト補正部３２、加算部３３、YCbCrRGB変換部３４、およびパネルガンマ補正部３５は、図２における場合と同様の機能を有するものであり、同図におけるそれらの説明はそのまま図５の説明としても引用する。

図６は信号補正部１１１の構成例を示すブロック図である。信号補正部１１１は平均輝度算出部１３１、補正用信号生成部１３２、および加算部１３３により構成される。映像受信部９２において検出された輝度信号Ｙは平均輝度算出部１３１、補正用信号生成部１３２、および加算部１３３に供給される。

平均輝度算出部１３１は、供給された輝度信号Ｙに基づいて、１フレーム（もしくは１フィールド）、またはそれ以上の複数のフレーム（もしくはフィールド）の画像全体の平均輝度を算出し、その算出結果である平均輝度を補正用信号生成部１３２に供給する。

補正用信号生成部１３２は、平均輝度算出部１３１から供給された平均輝度に基づいて、映像受信部９２から供給された輝度信号Ｙの視感度を補正する補正用信号を生成する。補正用信号生成部１３２は生成した補正用信号を加算部１３３に供給する。

加算部１３３は映像受信部９２から供給された輝度信号Ｙに、補正用信号生成部１３２から供給された補正用信号を加算（合成）することで輝度信号Ｙを補正する。加算部１３３は加算した輝度信号Ｙを輪郭補正部３１およびコントラスト補正部３２に供給する。

次に図７のフローチャートを参照して、TV受像機８１が実行する画像表示処理について説明する。この処理は例えば、ユーザがTV受像機８１の図示せぬ操作部を操作することで、所定の番組の表示の指示が入力された場合に開始される。

ステップＳ１において、信号補正部１１１は輝度信号補正処理を実行する。この輝度信号補正処理の詳細は、図９のフローチャートを参照して後述するが、この処理により輝度信号Ｙが人間の視感度に基づいて補正される。

ステップＳ２において、輪郭補正部３１はステップＳ１の処理により補正された輝度信号Ｙの輪郭を補正する。

ここで、図８を参照して輝度信号Ｙに対する輪郭の補正の原理について説明する。

輪郭補正部３１は、供給された輝度信号Ｙ（図８Ａ）から、時間ｔだけ遅延した信号と、時間２ｔだけ遅延した遅延信号を生成する。さらに、輪郭補正部３１は、輝度信号Ｙと時間２ｔだけ遅延した遅延信号とを加算（合成）する。これにより、映像信号の高調波成分が集中している輪郭部に段差が生じる。輪郭補正部３１は加算した信号の波形に1/2を乗算する。

輪郭補正部３１は、時間ｔだけ遅延した遅延信号から、乗算した信号を減算する。これにより輪郭部がオーバーシュートした補正成分信号（図８Ｂ）が生成される。すなわち２次微分成分が抽出される。輪郭補正部３１は補正成分信号に時間ｔだけ遅延した遅延信号を加算することで、輪郭補正後の輝度信号（図８Ｃ）を生成する。

このとき、低レベルに強調する成分の補正量（高さＨ１１）と、高レベルに強調する成分の補正量（Ｈ１２）は信号レベル上では同一となる。

ステップＳ３において、コントラスト補正部３２はステップＳ１の処理により補正された輝度信号Ｙのコントラストを補正（改善）する。このコントラストを補正する処理としては、例えば、特開平７−１５４６４４号公報に開示されているような、入力映像信号の所定レベル以下の黒信号を検出し、検出された黒信号のピーク値がぺデスタルと一致するように黒信号を伸長する技術を利用することができる。

なお、ステップＳ２とステップＳ３の処理は、実際には並列的に行われる。

ステップＳ４において、加算部３３はステップＳ２の処理により輪郭が補正された輝度信号ＹにステップＳ３の処理によりコントラストが補正された輝度信号Ｙを加算（合成）する。

ステップＳ５において、YCbCrRGB変換部３４はステップＳ４の処理により加算された輝度信号Ｙ、並びに色差信号Cbと色差信号Crから原信号であるRGB信号（Ｒ,Ｇ,Ｂ信号）を生成する。すなわち、YCbCrRGB変換部３４は、輝度信号Ｙ、色差信号Cｂ、および色差信号Cｒから３×３行列によるマトリクス処理によりＲ（Red）信号、Ｇ（Green）信号、およびＢ（Blue）信号を生成する。

ステップＳ６において、パネルガンマ補正部３５はステップＳ５の処理により生成されたRGB信号に対して、表示部１２（のディスプレイパネル）のガンマ特性に応じたガンマ補正を行う。通常、放送局から送信されてくる映像信号における逆ガンマ補正のガンマ値は、基準の表示部はCRTであるとしているため、γ＝1/2.2とされている。従って、図５の表示部１２がCRTである場合、ガンマ値γ＝2.2であるから、パネルガンマ補正部３５は次式（１）に基づいて、供給されたRGB信号に対してガンマ補正を行う。

Yout＝Xin ・・・（１）

式（１）において、“Xin”はYCbCrRGB変換部３４からパネルガンマ補正部３５に入力されるRGB信号のレベルを表し、“Yout”は表示部１２に出力する信号のレベルを表している。すなわち、パネルガンマ補正部３５は表示部１２がCRTである場合、YCbCrRGB変換部３４から供給されたRGB信号をそのまま表示部１２に出力する。表示部１２がガンマ値γ＝2.2のガンマ特性を有するため、送信側でガンマ値γ＝1/2.2で逆ガンマ補正された映像信号は、表示部１２で結果的にリニアな特性に補正され、表示される。

また、表示部１２がPDP（Plasma Display Panel）である場合、そのガンマ値γ＝1.0であるため、パネルガンマ補正部３５は次式（２）に基づいて、供給されたRGB信号にガンマ補正を行う。

Yout＝Xin＾2.2 ・・・（２）

なお、“＾”はべき乗を表す。

さらにまた表示部１２がLCD（Liquid Crystal Display）である場合、そのガンマ特性は必ずしも１つのガンマ値で一義的に決定されない非線形の特性となる。このような場合、パネルガンマ補正部３５に、入出力の関係を規定するルックアップテーブル（以下、LUTと称する）を設け、それに基づいてガンマ補正を行うようにしてもよい。

ステップＳ７において、表示部１２はステップＳ６の処理によりガンマ補正が行われたRGB信号に対応する画像を表示する。ステップＳ７の処理の後、処理は終了する。

このように、表示部１２のガンマ特性とパネルガンマ補正部３５におけるガンマ特性を合成した特性が、ガンマ値γ＝2.2の特性となるように、パネルガンマ補正部３５の特性が設定されているので、全体として、ガンマ値γ＝1/2.2が補正され、リニアな特性が実現される。

以上の処理が表示部１２に表示される各フレーム毎または各フィールド毎に実行される。

次に図９のフローチャートを参照して、図７のステップＳ１における輝度信号補正処理の詳細について説明する。ステップＳ３１において、平均輝度算出部１３１は、輝度信号Ｙに基づいて、１枚の画像全体の平均輝度を算出する。

ステップＳ３２で、補正用信号生成部１３２は、平均輝度と閾値THaとの大きさを比較する。この閾値THaは、後述するステップＳ３４において、画像の平均輝度の大きさを判定するための閾値THbより小さい値とされる。すなわち、平均輝度が閾値THb以上である場合、その画像は明るい画像であることになり、平均輝度が閾値THa以上であり、かつ閾値THb未満である場合、画像は薄暗い画像であることになる。平均輝度が閾値THa未満である場合、画像は暗い画像であることになる。

ステップＳ３２において平均輝度が閾値THa以上ではないと判定された場合、画像は暗い画像であるので、ステップＳ３３において、補正用信号生成部１３２は暗い画像である場合における輝度信号Ｙの補正用信号を生成する。

ここで、人間の視感度における輝度（明度）の感度と“γ＝1/2.2”のガンマ値で逆ガンマ補正されている映像信号に対応する画像の輝度との関係を説明する。人間の視感度における輝度（明度）の感度は、γ＝1/2.2で逆ガンマ補正されている映像信号に対応する（実際に画面に表示された）画像の輝度と必ずしも一致しないことが知られている。Bartleson 1967, 1975; Sproson 1983, pp148によれば、人間の目が感じる輝度は、周囲が暗い時、薄暗い時、明るい時のそれぞれの状態において次の式（３）乃至式（５）で表すことができる。

Ｌ＝２５．４（１００Ｙ/Ｙn＋１．０）＾０．３３−１６・・・（３）
Ｌ＝１７．５（１００Ｙ/Ｙn＋０．６）＾０．４１−１６・・・（４）
Ｌ＝１１．５（１００Ｙ/Ｙn＋１．０）＾０．５−１６・・・（５）

式（３）乃至式（５）において、“Ｌ”は人間の目が感じる輝度である“知覚輝度”を表し、“Ｙ”は実際にディスプレイの画面に表示される画像の輝度、すなわち、例えば画像が表示された表示部１２の画面の輝度である“物理輝度”を示し、 “Ｙn”は光源の輝度（表示部１２の画面に表示される画像の最大輝度）を示している。すなわち、式（３）乃至式（５）は“Ｙ”で示される物理輝度が光源の輝度である“Ｙn”と同じ値である場合、それぞれの知覚輝度“Ｌ”が略１００になるように規定されている関数である。

また、人間の視感度における輝度（明度）と、γ＝1/2.2で逆ガンマ補正されている映像信号に対応する（実際に画面に表示された）画像の輝度とは次式（６）で表される。

知覚輝度＝物理輝度＾γ （γ＝1/2.2）・・・（６）

図１０は“知覚輝度”および“物理輝度”における、式（３）乃至式（５）と式（６）との関係を説明する図である。図１０においては縦軸が“知覚輝度”を表し、横軸が“物理輝度”を表している。

図１０に示される曲線Ｌ₁₁は式（６）に対応する曲線である。曲線Ｌ₂₁は式（３）に対応する曲線であり、曲線Ｌ₂₂は式（４）に対応する曲線であり、曲線Ｌ₂₃は式（５）に対応する曲線である。

図１０に示されるように、周囲が暗い時、薄暗い時、明るい時のそれぞれに対応する人間の視感度における輝度を表す曲線Ｌ₂₁乃至曲線Ｌ₂₃と、ガンマ値γ＝1/2.2（逆ガンマ補正時のガンマ値）である場合における表示部１２の画面に表示される画像の輝度を表す曲線Ｌ₁₁とは一致しない。

これは図８を参照して上述した低レベルに強調する補正量（高さＨ１１）と補正量（高さＨ１２）は信号レベル上では同一の補正量であるが、人間の視感度を基準に考えた場合、両者は同一の補正量とはならないことを意味している。

図１１の曲線Ｌ₃₁は曲線Ｌ₂₁と曲線Ｌ₁₁との知覚輝度の差分を示す図である。図１１において横軸は図１０と同様に“物理輝度”を表し、縦軸は“物理輝度”の各値に対応する式（３）に基づく知覚輝度と式（６）に基づく知覚輝度の差分を表している。

図１１に示されるように、曲線Ｌ₃₁は“物理輝度”が“０”である場合、“知覚輝度の差分”が略“１０”となり、“物理輝度”がそれより大きくなるにつれて“知覚輝度の差分”が次第に減少するように変化し、“物理輝度”が略“５”である場合、“知覚輝度の差分”が略“４”となる。“物理輝度”が略“２０”である場合、“知覚輝度の差分”が略“５”まで大きくなり、“物理輝度”がさらに大きくなると“知覚輝度”は次第に減少し、“物理輝度”が“１００”である場合、“知覚輝度の差分”が略“０．５”となる。

説明を図９に戻し、ステップＳ３３において補正用信号生成部１３２は、式（３）（周囲が暗い時の式）と、ガンマ値γ＝1/2.2の場合の式（６）との差分であって、輝度信号Ｙを物理輝度とした場合のその輝度値に対応する差分を、輝度信号Ｙの補正用信号として演算する。すなわち、図１１の曲線Ｌ₃₁に対応する値が求められる。

ステップＳ３３の処理の後、ステップＳ３７において、加算部１３３は映像受信部９２から供給された輝度信号ＹにステップＳ３３の処理により生成された補正用信号を加算（合成）する。これにより、図１０の曲線Ｌ₁₁の値（輝度信号Ｙ）に、補正用信号を加算することで、曲線Ｌ₂₁の値（暗い画像である場合の知覚輝度）が求められたことになる。これが表示部１２に表示されるので、黒レベルが浮き上がるように見えてしまうことが抑制され、ユーザは自然な画像を見ることができる。ステップＳ３７の処理の後、処理は図７のステップＳ２に戻り、それ以降の処理が実行される。

ステップＳ３２において、平均輝度が閾値THa以上であると判定された場合、ステップＳ３４において、補正用信号生成部１３２はステップＳ３１の処理により算出された平均輝度が閾値THb以上であるかを判定する。ステップＳ３４において平均輝度が閾値THb以上ではないと判定された場合、表示部１２に表示される画像は薄暗い画像であるので、ステップＳ３５において、補正用信号生成部１３２は表示部１２に表示される画像が薄暗い場合における輝度信号Ｙの補正用信号を生成する。

すなわち、ステップＳ３５において補正用信号生成部１３２は、式（４）（周囲が薄暗い時の式）と、式（６）との差分であって、輝度信号Ｙに対応する差分を補正用信号として演算する。

ステップＳ３５の処理の後、ステップＳ３７において、加算部１３３は映像受信部９２から供給された輝度信号ＹにステップＳ３５の処理により生成された補正用信号を加算（合成）する。これにより、曲線Ｌ₂₂の値が求められたことになる。ステップＳ３７の処理の後、処理は図７のステップＳ２に戻り、それ以降の処理が実行される。

ステップＳ３４において、平均輝度が閾値THb以上であると判定された場合、表示部１２に表示される画像は明るい画像であるので、ステップＳ３６において、補正用信号生成部１３２は表示部１２に表示される画像が明るい画像である場合における輝度信号Ｙの補正用信号を生成する。

すなわち、ステップ３６において補正用信号生成部１３２は、式（５）（周囲が明るい時の式）と、式（６）との差分であって、輝度信号Ｙに対応する差分を補正用信号として演算する。

ステップＳ３６の処理の後、ステップＳ３７において、加算部１３３は映像受信部９２から供給された輝度信号ＹにステップＳ３６の処理により生成された補正用信号を加算（合成）する。これにより、曲線Ｌ₂₃の値が求められたことになる。ステップＳ３７の処理の後、処理は図７のステップＳ２に戻り、それ以降の処理が実行される。

以上のように、逆ガンマ補正が行われた映像信号に対して人間の視感度に応じた補正を行うことにより、この映像信号に対応する画像を人間が見た場合、人間の目おいて、輪郭補正により画像の輪郭における黒レベルが浮き上がるように見えることを防ぐことができる。すなわち、違和感のある画像が表示されることを防ぐことができる。

また、映像信号に対して人間の視感度に応じた補正を行うことにより、画像の輪郭を強調することができる。

従って、表示される画像をより自然な画像にすることができる。特に、TV受像機８１（表示部１２）の画面が大画面である場合に、また輪郭が多い画像である場合に表示される画像をより自然な画像にすることができる。

図５において輪郭補正部３１とコントラスト補正部３２とが並列に配置されることで、コントラスト補正部３２、輪郭補正部３１の順に直列に配置される場合と比較して、信号補正部１１１が人間の視感度に基づいて輝度信号Ｙを補正する効果を顕著にすることができる。

また、ステップＳ３３、ステップＳ３５、およびステップＳ３６において、式（３）乃至式（５）に基づいて演算を行い、知覚輝度を算出するように説明したが、図１０に示される物理輝度と知覚輝度との対応関係を規定したLUTを平均輝度毎に用意し（図９のように処理する場合、３種類のLUTを用意し）、それを利用して補正用信号を生成してもよい。

さらにまたTV受像機８１に所定のセンサを設け、表示部１２の周囲の光に基づいて信号補正部１１１が補正した輝度信号Ｙをさらに補正するようにしてもよい。

本発明に係る信号処理装置の実施の形態は、TV受像機８１に限定されず、ビデオカメラ（カムコーダ）、PDA（Personal Digital Assistants）、携帯電話機、パーソナルコンピュータなど、記録媒体から少なくとも画像の記録および読み出しが可能な信号処理装置に適用することができる。

なお、本明細書において、記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくても、並列的あるいは個別に実行される処理を含むものである。

逆ガンマ補正を説明する図である。従来のテレビジョン受像機における補正部の構成例を示すブロック図である。輪郭の補正を説明する図である。本発明を適用したテレビジョン受像機の構成例を示すブロック図である。図４の補正部の構成例を示すブロック図である。図５の信号補正部の構成例を示すブロック図である。画像表示処理を説明するフローチャートである。輪郭の補正を説明する図である。輝度信号補正処理を説明するフローチャートである。人間の視感度に基づく物理輝度と知覚輝度との関係を説明する図である。知覚輝度との差分を説明する図である。

符号の説明

１２表示部, ３１輪郭補正部, ３２コントラスト補正部, ３３加算部, ３４ YCbCrRGB変換部, ３５パネルガンマ補正部, ８１テレビジョン受像機，９４補正部，１１１信号補正部, １３１平均輝度算出部, １３２補正用信号生成部

Claims

逆ガンマ補正が行われた映像信号を入力し、前記映像信号に対応する画像を表示部に表示させる信号処理装置において、
前記映像信号に含まれている輝度信号を補正する信号補正手段と、
前記信号補正手段により補正された前記輝度信号に基づいて輪郭を補正する輪郭補正手段と、
前記輪郭補正手段と並列に配置され、前記信号補正手段により補正された前記輝度信号のコントラストを補正するコントラスト補正手段と、
輪郭が補正された前記輝度信号とコントラストが補正された前記輝度信号とを加算する加算手段と、
前記加算手段の加算により得られた前記輝度信号および前記映像信号に含まれている色差信号に基づいて、前記表示部に前記画像を表示させるための表示信号を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された前記表示信号に対して、前記表示部のガンマ特性に応じたガンマ補正を行うガンマ補正手段と
を備え、
前記信号補正手段は、
前記映像信号に対応する画像の輝度に基づいて、前記画像の輝度の平均を表す平均輝度を算出する平均輝度算出手段と、
前記逆ガンマ補正に用いたガンマ値と前記輝度信号とから演算される第１の知覚輝度を、前記平均輝度に応じて前記輝度信号により決定される第２の知覚輝度に補正するために、前記輝度信号に加算される補正用信号を生成する補正用信号生成手段と、
前記輝度信号に前記補正用信号を加算して得られる、補正後の前記輝度信号を生成する加算生成手段と
を有する
信号処理装置。
前記補正用信号生成手段は、前記第１の知覚輝度を、前記平均輝度に応じて異なる演算式により前記輝度信号を用いて演算される前記第２の知覚輝度に補正するための前記補正用信号を生成する
請求項１に記載の信号処理装置。
前記補正用信号生成手段は、前記第１の知覚輝度を、前記平均輝度が第１の閾値未満である場合、前記第１の閾値以上であって第２の閾値未満である場合、または前記第２の閾値以上である場合でそれぞれ異なる演算式により前記輝度信号を用いて演算される前記第２の知覚輝度に補正するための前記補正用信号を生成する
請求項２に記載の信号処理装置。
前記補正用信号生成手段は、
前記輝度信号と前記第２の知覚輝度との対応関係を規定したルックアップテーブルであって、異なる前記平均輝度毎に予め用意された複数の前記ルックアップテーブルのうち、前記平均輝度算出手段により算出された前記平均輝度に対応する前記ルックアップテーブルを用いて、前記輝度信号に対応する前記第２の知覚輝度を決定し、
前記第１の知覚輝度を、決定した前記第２の知覚輝度に補正するための前記補正用信号を生成する
請求項１に記載の信号処理装置。
逆ガンマ補正が行われた映像信号を入力し、前記映像信号に対応する画像を表示部に表示させる信号処理装置の信号処理方法において、
前記映像信号に含まれている輝度信号を補正する信号補正ステップと、
前記信号補正ステップの処理により補正された前記輝度信号に基づいて輪郭を補正する輪郭補正ステップと、
前記信号補正ステップの処理により補正された前記輝度信号のコントラストを補正するコントラスト補正ステップと、
輪郭が補正された前記輝度信号とコントラストが補正された前記輝度信号とを加算する加算ステップと、
前記加算ステップの処理により得られた前記輝度信号および前記映像信号に含まれている色差信号に基づいて、前記表示部に前記画像を表示させるための表示信号を生成する生成ステップと、
前記生成ステップの処理により生成された前記表示信号に対して、前記表示部のガンマ特性に応じたガンマ補正を行うガンマ補正ステップと
を含み、
前記信号補正ステップは、
前記映像信号に対応する画像の輝度に基づいて、前記画像の輝度の平均を表す平均輝度を算出する平均輝度算出ステップと、
前記逆ガンマ補正に用いたガンマ値と前記輝度信号とから演算される第１の知覚輝度を、前記平均輝度に応じて前記輝度信号により決定される第２の知覚輝度に補正するために、前記輝度信号に加算される補正用信号を生成する補正用信号生成ステップと、
前記輝度信号に前記補正用信号を加算して得られる、補正後の前記輝度信号を生成する加算生成ステップと
を有する
信号処理方法。