JP4870533B2 - 表示装置の階調補正方法、表示装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、入力階調を出力階調に変換するための階調特性を調整することができる表示装置の階調補正方法、表示装置、該表示装置の出力階調算出をコンピュータで実現するためのコンピュータプログラムに関する。

表示装置（例えば、液晶表示装置）は、一対のガラス基板の間に液晶物質を封入した液晶パネル(表示部)と液晶パネルの背面に配置されたバックライトとを備え、液晶表示装置に接続された外部のパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）から映像信号が入力される。液晶表示装置に内蔵されたゲートドライバ及びソースドライバは、液晶パネルの各画素を駆動するＴＦＴのゲート及びソースに接続され、液晶表示装置に入力された映像信号に基づいて、ＴＦＴのオン・オフを制御するとともに、オンに制御されたＴＦＴに、映像信号に応じた電圧（液晶パネルへの入力レベル）を印加して、液晶物質の電気光学特性により決定される光透過率を変える。これにより、液晶表示装置は、液晶パネルを透過する光の量を画素毎に制御して画像を階調表示する。

一般的な液晶パネルの階調特性は、液晶パネル及び周辺回路などの特性に依存するため液晶パネル毎に異なり、液晶パネルは、固有の階調特性を有している。そこで、このような液晶表示装置では、まず、入力される映像信号を第１の変換テーブル（前段ルックアップ・テーブル）で所要の出力階調に変換し、変換した出力階調を第２の変換テーブル（後段ルックアップ・テーブル）で補正して、液晶パネル毎に異なる階調特性を理想的なガンマ値（後段ガンマ、例えば、２．２）になるようにして滑らかな階調表現を実現している。

中間色を含めた正しい色表現を実現するためには、液晶パネルが表示する白色の色温度が正しいことが重要であり、白色時（最大階調時）の色度を目標色度に調整するとともに、最大階調時以外の階調に対して白色時と同じ色度に設定することが望ましい。そこで、入力階調を任意の階調に設定し、設定した階調でＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各輝度値を測定して階調−輝度テーブルを作成し、作成された階調−輝度テーブルにより、測定輝度値の比率を最大入力階調（白色時）の測定輝度値の比率に一致するようにして、各入力階調時の理想輝度値を算出し、算出した理想輝度値に基づいて変換テーブルを更新（ガンマのキャリブレーション）することにより、全入力階調での色度を同じ値にする表示特性較正方法が提案されている（特許文献１参照）。
特許第３７５１６２１号公報

しかしながら、特許文献１の方法にあっては、階調−輝度テーブルの精度がキャリブレーションの精度を左右するため、キャリブレーションの精度を高めるためには、すべての入力階調に対して階調−輝度テーブルを作成する必要がある。１つの入力階調に対する輝度値の測定及び変換テーブルの更新には、約数秒程度要するため、例えば、２５６階調全てに対してキャリブレーションを行うには、１０〜２０分の作業を必要とし、キャリブレーション処理に要する時間が長時間に及ぶという問題があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、液晶パネル等の表示部の後段ガンマを用いることにより、従来に比較して、すべての入力階調に対して色度を高速に均一化することができる表示装置の階調補正方法、表示装置、該表示装置の出力階調算出をコンピュータで実現するためのコンピュータプログラムを提供することにある。

第１発明に係る表示装置の階調補正方法は、複数色について入力階調を所定の階調特性に基づき出力階調に変換し、変換された出力階調に応じて画像を表示する表示装置の階調補正方法において、画像の入力階調を最大入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率と最小入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率とが等しくなるように最小入力階調での複数の色成分を設定するステップと、設定した色成分及び前記所定の階調特性に基づいて、複数の入力階調での色成分の目標値を算出するステップと、前記複数の入力階調で測定された色成分と前記目標値との差分及び表示装置固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調に関連付ける補正量を算出するステップと、算出した補正量、前記所定の階調特性、及び前記表示装置固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調の間の補間入力階調に関連付ける補正量を算出するステップと、前記複数の入力階調及び補間入力階調で算出した補正量に基づいて、前記所定の階調特性を補正するステップとを含むことを特徴とする。

第２発明に係る表示装置の階調補正方法は、第１発明において、前記所定の階調特性に変換された出力階調を、前記表示装置固有の階調特性を補正する補正階調特性に基づいて変換するステップと、変換した出力階調に応じて画像を表示するステップとを含むことを特徴とする。

第３発明に係る表示装置の階調補正方法は、第１発明又は第２発明において、画像の入力階調を最大入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られた最大入力階調での複数の色成分同士の前記比率を所定値に調整するステップと、画像の入力階調を最小入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られた最小入力階調での複数の色成分から最大成分を特定するステップと、特定した最小入力階調での前記最大成分と、複数の色成分同士の比率が前記所定値に調整された最大入力階調での複数の色成分のうち前記最大成分と同じ成分との比率を算出するステップとを含み、前記複数の色成分を設定するステップは、前記所定値に調整された最大入力階調での複数の色成分のうち最大成分を除く色成分に、前記比率を算出するステップで算出した比率を乗算して、最小入力階調での複数の色成分のうち最大成分を除く色成分を設定することを特徴とする。

第４発明に係る表示装置の階調補正方法は、第１発明又は第２発明において、等しい比率に設定された最大入力階調での複数の色成分と最小入力階調での複数の色成分との差分を算出するステップと、算出した差分に前記所定の階調特性の最大出力階調と最小出力階調との差を対応付けるステップとを含み、前記色成分の目標値を算出するステップは、前記対応付けるステップで対応付けられた所定の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調での複数の色成分の目標値を算出することを特徴とする。

第５発明に係る表示装置の階調補正方法は、第１発明又は第２発明において、前記所定の階調特性のガンマ値と前記表示装置固有の階調特性又は補正階調特性のガンマ値との比を指数として、最大入力階調に対する前記複数の入力階調及び前記補間入力階調それぞれの比をべき乗して、前記複数の入力階調及び補間入力階調での理想のガンマ値を有する理想階調特性での理想出力階調を算出するステップと、前記入力階調に関連付ける補正量を算出するステップで算出した補正量により前記複数の入力階調に関連付けられた出力階調の差分と、前記理想出力階調を算出するステップで算出した前記複数の入力階調での理想出力階調の差分との比率を算出するステップとを含み、前記補間入力階調に関連付ける補正量を算出するステップは、前記ステップで算出した比率及び前記補間入力階調での理想出力階調に基づいて、前記補間入力階調に関連付ける補正量を算出することを特徴とする。

第６発明に係る表示装置の階調補正方法は、第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記色成分は、三刺激値であることを特徴とする。

第７発明に係る表示装置は、表示部と、複数色について入力階調を該入力階調に関連付ける出力階調に変換する第１変換手段とを備え、該第１変換手段から出力された出力階調に応じて画像を表示する表示装置において、複数の色成分を測定する測定手段と、画像の入力階調を最大入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率と最小入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率とが等しくなるように最小入力階調での複数の色成分を設定する設定手段と、該設定手段で設定された色成分及び前記第１変換手段の階調特性に基づいて、複数の入力階調での色成分の目標値を算出する目標値算出手段と、前記複数の入力階調で測定された色成分と前記目標値との差分及び表示部固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調に関連付ける補正量を算出する第１補正量算出手段と、該第１補正量算出手段で算出された補正量、前記第１変換手段の階調特性、及び表示部固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調の間の補間入力階調に関連付ける補正量を算出する第２補正量算出手段と、前記第１及び第２補正量算出手段で算出された補正量に基づいて、前記第１変換手段の階調特性を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。

第８発明に係る表示装置は、第７発明において、前記第１変換手段から出力された出力階調を、前記表示部固有の階調特性を補正する補正階調特性に基づいて変換する第２変換手段を備え、該第２変換手段で変換された出力階調に応じて画像を表示するように構成してあることを特徴とする。

第９発明に係るコンピュータプログラムは、表示部と、複数色について入力階調を該入力階調に関連付ける出力階調に変換する第１変換手段とを備え、該第１変換手段から出力された出力階調に応じて画像を表示する表示装置の出力階調の算出を実行させるためのコンピュータプログラムにおいて、コンピュータを、画像の入力階調を最大入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率と最小入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率とが等しくなるように最小入力階調での複数の色成分を設定する設定手段と、設定された色成分及び前記第１変換手段の階調特性に基づいて、複数の入力階調での色成分の目標値を算出する目標値算出手段と、前記複数の入力階調で測定された色成分と前記目標値との差分及び前記表示部固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調に関連付ける補正量を算出する第１補正量算出手段と、算出された補正量、前記第１変換手段の階調特性、及び前記表示部固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調の間の補間入力階調に関連付ける補正量を算出する第２補正量算出手段として機能させることを特徴とする。

第１０発明に係るコンピュータプログラムは、第９発明において、コンピュータを、前記第１変換手段から出力された出力階調を、前記表示部固有の階調特性を補正する補正階調特性に基づいて変換する第２変換手段として機能させることを特徴とする。

第１発明、第７発明及び第９発明にあっては、画像の入力階調を最大入力階調（白色時）した場合に得られる複数の色成分同士（例えば、三刺激値）の比率と画像の入力階調を最小入力階調（黒色時）した場合に得られる複数の色成分同士の比率とが等しくなるように最小入力階調での複数の色成分を設定し、白色時及び黒色時の色度を等しくする。例えば、最小入力階調（黒色時）の色成分の比率が最大入力階調（白色時）の色成分の比率に等しくなるように最小入力階調（黒色時）の色成分を調整する。比率が等しくなるように設定された色成分及び第１変換手段（例えば、前段ルックアップ・テーブル）の階調特性（前段ガンマγ１）に基づいて、複数の入力階調（黒色及びグレースケール）での色成分の目標値を算出する。例えば、前段ガンマγ１で表される階調特性の最小出力階調及び最大出力階調それぞれを黒色時の調整後色成分及び白色時の色成分に対応させ、対応させた階調特性上で複数の入力階調での色成分の目標値を求める。

複数の入力階調で測定された色成分と算出された目標値との差分及び液晶パネル等の表示部固有の階調特性（後段ガンマγ２）に基づいて、複数の入力階調に関連付ける補正量（出力階調も含む）を算出する。より具体的には、第１変換手段（前段ルックアップ・テーブル）の複数の入力階調に対する出力階調（前段ルックアップ・テーブルの出力値）で出力表示された結果により測定された色成分と、算出された目標値との差分に対応する後段ガンマγ２で表される階調特性上での入力値の差分を前段ルックアップ・テーブルの出力値の差分、すなわち、補正量として算出する。複数の入力階調に対応する前段ルックアップ・テーブルの出力値に前記補正量を加算した値を出力階調として算出する。

複数の入力階調に対して算出された補正量、第１変換手段の階調特性（前段ガンマγ１）、及び表示部固有の階調特性（後段ガンマγ２）に基づいて、複数の入力階調の間の階調（補間入力階調）に関連付ける補正量を算出する。すなわち、複数の入力階調の間の補間入力階調に対応する前段ルックアップ・テーブルの出力値（出力階調）を、後段ガンマγ２を用いて算出する。より具体的には、前段ガンマγ１で表される階調特性上で２つの入力階調間の曲線を切り出し、切り出した曲線を前段ルックアップ・テーブルの前記２つの入力階調間にスケーリングすることにより、補間入力階調に関連付ける補正量を算出する。算出した補正量に基づいて、変換手段の階調特性を補正する。これにより、全入力階調のうち、複数の入力階調に対して、後段ガンマγ２を用いて前段ルックアップ・テーブルの補正量（出力階調）を算出するとともに、複数の入力階調の間の階調に対しては、後段ガンマγ２を用いて補間処理することで前段ルックアップ・テーブルの補正量（出力階調）を算出することにより、従来の例のように、全入力階調に対して階調−輝度テーブルを作成することなく、グレースケールの色度を高速、かつ高精度で白色時の色度と同一にしてグレーバランス調整をすることができる。

第２発明、第８発明及び第１０発明にあっては、第２変換手段（例えば、後段ルックアップ・テーブル）は、液晶パネル等の表示部固有の階調特性を補正する。第１変換手段から出力された出力階調（前段ルックアップ・テーブルの出力値、すなわち、後段ルックアップ・テーブルの入力値）は、第２変換手段の補正階調特性に基づいて、所要の階調特性に変換される。

第３発明にあっては、最大入力階調（白色時、例えば、階調数２５５）で測定された色成分ＸＹＺの比率を所定値に調整する。例えば、白色点の色度が所定値になるように調整する。最小入力階調（黒色時、例えば、階調数０）で測定された色成分ＸＹＺの最大成分（例えば、Ｚ）と、白色時の色成分のうち前記最大成分と同成分（Ｚ）との比率を算出する。算出された比率及び白色時に測定された色成分ＸＹＺに基づいて、最大入力階調及び最小入力階調での色成分の比率が等しくなるように最小入力階調での色成分を設定する。例えば、白色時に測定された色成分ＸＹＺに前記比率を乗算して、最小入力階調（黒色時）の調整後の色成分Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０を求める。これにより、最小入力階調（黒色時）の色成分のずれを調整して白色時の色成分の比率と同一にすることができる。

第４発明にあっては、等しい比率に設定された最大入力階調及び最小入力階調での色成分の差分を算出する。算出された差分に所定の階調特性（第１変換手段の階調特性）の最大出力階調と最小出力階調との差を対応付ける。所定の階調特性に基づいて、複数の入力階調での色成分の目標値を算出する。より具体的には、入力階調数を２５６階調、入力階調をｘとした場合、入力階調ｘでの色成分の目標値は、（ｘ／２５５）のγ１乗に（白色時の色成分−黒色時の調整後色成分）を乗算し、乗算した値に黒色時の調整後色成分を加算することにより算出する。（ｘ／２５５）のγ１乗に（白色時の色成分−黒色時の調整後色成分）を乗算することにより、最大入力階調及び最小入力階調での色成分の差分に所定の階調特性（第１変換手段の階調特性）の最大出力階調と最小出力階調との差を対応つけ、乗算した値に黒色時の調整後色成分を加算することにより、対応付けられた所定の階調特性（第１変換手段の階調特性）に基づいて、入力階調での色成分の目標値を算出する。これにより、所要の入力階調（グレースケール）に対応する色成分の目標値を算出する。

第５発明にあっては、所定の階調特性（第１変換手段の階調特性、すなわち、前段ガンマγ１）及び第２変換手段で補正された液晶パネル等の表示装置の階調特性（後段ガンマγ２）又は表示装置固有の階調特性（後段ガンマγ２）に基づいて、複数の入力階調及び補間入力階調での理想出力階調（理想出力値）を算出する。例えば、入力階調数を２５６階調とし、複数の入力階調ａ、ｂ（ａ＜ｂ）、補間入力階調ｃ（ａ＜ｃ＜ｂ）とした場合、入力階調ａの理想出力値Ａは、（ａ／２５５）の（γ１／γ２）乗に第１変換手段（前段ルックアップ・テーブル）の出力値の最大値ｌｕｔＭａｘを乗算して得られた値として算出する。他の入力階調ｂ、ｃの理想出力値Ｂ、Ｃも同様に算出する。これにより、理想のガンマ値を有する理想階調特性における理想出力階調（理想出力値）を算出する。

入力階調ａ、ｂそれぞれに関連付ける出力階調（調整済出力値）ｙ（ａ）、ｙ（ｂ）の差分（ｙ（ｂ）−ｙ（ａ））と、入力階調ａ、ｂそれぞれでの理想出力値の差分（Ｂ−Ａ）との比率（ｙ（ｂ）−ｙ（ａ））／（Ｂ−Ａ）を理想階調特性から前段ルックアップ・テーブルへのスケーリング比率Ｒとして算出する。算出された比率Ｒ及び補間入力階調ｃでの理想出力値Ｃにより、補間入力階調ｃに関連付ける出力階調（出力値）ｙ（ｃ）を、ｙ（ａ）＋（Ｃ−Ａ）×Ｒにより算出する。従来の例では、単に２点間（例えば、入力階調ａ、ｂ）を直線で結び、その間の階調に対する出力値を前記直線上の値として線形補間して求める場合に、表示装置に設定されている階調特性が線形でないときには、線形補間により出力値に大きな誤差が生じ、表示が正しく行われないという事態を招くが、前段ガンマγ１及び後段ガンマγ２から所要の入力階調（例えば、ａ、ｂ）の理想出力値を求め、調整済出力値との比率から補間入力階調（例えば、ｃ）の出力値を補間演算することにより、補間された出力値が階調特性から乖離することを防止することができ、高速、かつ高精度で第１変換手段（前段ルックアップ・テーブル）の調整をすることができる。

第６発明にあっては、色成分は、三刺激値である。

本発明にあっては、階調−輝度テーブルを作成することなく、黒及び任意のグレーの色度を高速、かつ高精度で白色時の色度と同一にしてグレーバランス調整をすることができる。

以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る液晶表示装置１０の構成を示すブロック図である。液晶表示装置１０は、制御部１１、前段ＬＵＴ（ルックアップ・テーブル）１２、色空間変換部１３、後段ＬＵＴ（ルックアップ・テーブル）１４、駆動回路１５、液晶パネル１６、光源１７などを備えている。また、液晶表示装置１０は、信号線を介して外部のＰＣ（パーソナルコンピュータ）２０に接続されている。また、液晶表示装置１０の表示面には、光学センサ３０を着脱することができるようにしている。

ＰＣ２０は、ＣＰＵ２１、入力部２２、インタフェース部２３、記憶部２４、ＲＡＭ２５、出力部２６などを備えている。ＰＣ２０は、出力部２６を通じて、液晶表示装置１０で表示させる画像を映像信号として前段ＬＵＴ１２へ出力する。映像信号としては、アナログ信号形式又はデジタル信号形式のいずれであってもよい。また、ＰＣ２０は、液晶表示装置１０の前段ＬＵＴ１２の出力階調補正のための出力階調算出処理を行う。なお、出力階調算出処理は、液晶表示装置１０の内部（例えば、制御部１１）で行うこともできるが、以下、ＰＣ２０で行う場合について説明する。

前段ＬＵＴ１２は、例えば、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）それぞれに対応したＬＵＴを備え、入力された映像信号により表現される入力階調と、その入力階調に対応する液晶パネル（より正確には、後段ＬＵＴ１４）への入力レベル（出力値）とが関連付けられている。前段ＬＵＴ１２は、例えば、入力階調が８ビットで構成され、０〜２５５の２５６階調それぞれに対応する２５６個のエントリに、例えば、１４ビットで表される出力階調（出力値）を格納してあり、ユーザにより階調特性が設定可能（例えば、ガンマ値の設定が可能）に構成してあり、所望の階調特性を実現することができる。

前段ＬＵＴ１２は、制御部１１の制御の下、後述するようにＰＣ２０で求められた出力階調（出力値）で各入力階調に対応する出力階調（出力値）が書き換えられ、これにより、前段ＬＵＴ１２で表される階調特性（前段ガンマγ１の階調特性）を調整することができる。

色空間変換部１３は、前段ＬＵＴ１２から出力された出力値（出力階調）に対して、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分に対応する変換係数で構成される３×３マトリクスにより、特定の色の成分を強めたり、あるいは弱めたりすることにより、色調整を行って、調整後の出力階調（出力値）を後段ＬＵＴ１４へ出力する。

後段ＬＵＴ１４は、例えば、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）それぞれに対応したＬＵＴを備え、液晶パネル１６毎に異なる階調特性を理想的なガンマ値（後段ガンマ、例えば、２．２）になるようにして滑らかな階調表現を実現するために出力階調を補正し、補正後の出力階調（補正信号）を駆動回路１５へ出力する。

駆動回路１５は、ゲートドライバ、ソースドライバなどを備え、制御部１１の制御の下、後段ＬＵＴ１４から入力された補正信号に基づいて、液晶パネル１６を駆動する。これにより、制御部１１は、ＰＣ２０から出力された映像信号の入力階調に関連付けられた出力階調で液晶パネル１６の透過率を調整して映像の濃度変化を表すことができる。

液晶パネル１６は、一対のガラス基板が対向配置され、その間隙内に液晶物質である液晶層が形成された構造を有し、一方のガラス基板には複数の画素電極と、画素電極の夫々にドレインを接続したＴＦＴとが、他方のガラス基板には共通電極が設けてある。ＴＦＴのゲート及びソースは、夫々ゲートドライバ及びソースドライバの各出力段に順次接続されている。

液晶パネル１６は、ゲートドライバから入力されたゲート信号によって各画素のＴＦＴのオン・オフが制御され、ソースドライバから入力される出力電圧（液晶パネル１６への入力レベル）をオン期間に各画素のＴＦＴに印加することにより、液晶物質の電気光学特性によって決定される光透過率を制御して映像を階調表示する。液晶パネル１６は一対の偏光板で挟まれ、さらにその背面に光源１７を配置してある。

制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成され、ＰＣ２０のインタフェース部２３を通じて入力された前段ＬＵＴ１２の各エントリに格納された出力階調（出力値）を書き換えるための出力階調（出力値）を取得し、取得した出力階調を用いて前段ＬＵＴ１２の各エントリに格納された出力階調を書き換える。また、制御部１１は、液晶表示装置１０全体の動作を制御するように構成してある。

光学センサ３０は、例えば、人間の目に対応する分光感度と略同一の感度を有する３つのセンサを備え、三刺激値と称されるＸ、Ｙ、Ｚの３つの値を測定することができ、測定した値をＰＣ２０の入力部２２へ出力する。

ＣＰＵ２１は、出力階調算出処理を実現するためのコンピュータプログラムが記録された記録媒体２７（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブル・ディスクなど）を記憶部２４で読み取って、読み取ったコンピュータプログラムをＲＡＭ２５にロードすることにより、ＰＣ２０は所定の処理手順で処理を行うことができる。なお、出力階調算出処理を実現するためのコンピュータプログラムを予め液晶表示装置１０内のＲＯＭ（不図示）に格納しておき、制御部１１で実行する構成とすることもできる。

図２は各ＬＵＴの階調特性と液晶パネルから出力される階調特性との関係を示すグラフである。図中、左側のグラフは前段ＬＵＴ１２の階調特性、中央のグラフは後段ＬＵＴ１４の階調特性、右側のグラフは液晶パネル１６から出力される階調特性を示す。図２（ａ）に示すように、前段ＬＵＴ１２、後段ＬＵＴ１４それぞれの階調特性がリニア（線形）の場合、すなわち、各ＬＵＴ１２、１４で階調特性の変換（補正）を行わない場合、液晶パネル１６から出力される階調特性は、個々の液晶パネル１６の特性の違いにより、非線形となり、階調のつぶれ、グレースケールに色のかぶりなどが生じ、表示される画像に悪影響を与える。

図２（ｂ）に示すように、液晶パネル１６毎の階調特性のばらつきを相殺すべく、後段ＬＵＴ１４の階調特性を工場調整時に補正することにより、液晶パネル１６から出力される階調特性を理想的な階調特性（例えば、ガンマ値が２．２）にすることができる。この場合に、後段ＬＵＴ１４に設定されるガンマ特性が後段ガンマγ２となる。なお、以下の処理では、後段ガンマγ２を液晶パネル１６の階調特性とみなしている。

次に、本発明に係る液晶表示装置１０の階調補正方法について説明する。図３及び図４は本発明に係る液晶表示装置１０の階調補正処理（出力階調算出処理を含む）の手順を示すフローチャートである。なお、上述の処理は、ＣＰＵ２１で行ってよく、あるいは、制御部１１で行うこともできるが、以下、ＣＰＵ２１で行うものとして説明する。また、入力階調は２５６階調とするが、これに限定されるものではない。

ＣＰＵ２１は、入力階調を最大入力階調２５５（白色時）に設定し、最大入力階調での三刺激値ＸＹＺを測定し（Ｓ１１）、入力階調を最小入力階調０（黒色時）に設定し、最小入力階調での三刺激値ＸＹＺを測定する（Ｓ１２）。なお、最大入力階調時の三刺激値ＸＹＺを測定する場合、三刺激値ＸＹＺの比率で表される色度が所定値になるように設定される。

図５は入力階調に対する出力特性を示すグラフである。例えば、入力階調２５５（白色時）の三刺激値ＸＹＺの測定値は、それぞれＸ＝１３３．９０、Ｙ＝１４０．８３、Ｚ＝１３７．５３であり、入力階調０（黒色時）の三刺激値ＸＹＺの測定値は、Ｘ＝０．３７２２、Ｙ＝０．３７００、Ｚ＝０．５６７２である。この場合、白色時と黒色時の２点間を結ぶ出力特性は、図５のように表すことができ、黒色を含む任意のグレーの階調において、三刺激値の比率、すなわち、色度は白色時の色度と異なる。

ＣＰＵ２１は、最小入力階調（黒色時）での三刺激値ＸＹＺの比率が、白色時に測定された三刺激値の比率と同一になるように最小入力階調（黒色時）での三刺激値ＸＹＺを調整する（Ｓ１３）。例えば、最小入力階調（黒色時）で測定された三刺激値の最大成分（図５の場合、Ｚ＝０．５６７２）と、これと同じ成分の白色時に測定された三刺激値（Ｚ＝１３７．５３）との比率を算出し、算出した比率に白色時に測定された三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを乗算して黒色時の三刺激値の調整値Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０を算出する。

図６は黒色時の三刺激値を調整した場合の入力階調に対する出力特性を示すグラフである。白色時に測定された三刺激値Ｘ＝１３３．９０、Ｙ＝１４０．８３、Ｚ＝１３７．５３それぞれに、比率（０．５６７２／１３７．５３）を乗算して、調整値Ｘ０＝０．５５２２、Ｙ０＝０．５８０８、Ｚ０＝０．５６７２が得られる。この場合、白色時と黒色時の２点間を結ぶ出力特性は、図６のように表すことができ、黒色を含む任意のグレーの階調において、三刺激値の比率、すなわち、色度は白色時の色度と同一にすることができる。

ＣＰＵ２１は、最大入力階調及び最小入力階調の間の任意の入力階調（グレー階調）での三刺激値ＸＹＺを測定し（Ｓ１４）、測定した入力階調と同一入力階調での三刺激値の目標値を算出する（Ｓ１５）。なお、最小入力階調（黒色時）での三刺激値の目標値も同様に算出することができる。

図７は任意の入力階調に対する三刺激値の目標値の算出方法を示す説明図である。図７において、横軸は入力階調を示し、縦軸は三刺激値を示す。なお、図７では、三刺激値ＸＹＺのうち、Ｙについて説明するが、他のＸ、Ｚについても同様である。ステップＳ１１で測定された最大入力階調（白色時）の測定値をＹ２５５、ステップＳ１３で調整された最小入力階調（黒色時）の調整値をＹ０とする。

三刺激値ＸＹＺの比率が同一に設定された最大入力階調及び最小入力階調での三刺激値の差分（Ｙ２５５−Ｙ０）に前段ＬＵＴ１２の階調特性である前段ガンマγ１の最大出力階調と最小出力階調との差を対応付ける。この対応付けは、任意の入力階調をｘ１とすると、（ｘ１／２５５）のγ１乗に（白色時の三刺激値Ｙ２５５−黒色時の三刺激値の調整値Ｙ０）を乗算することにより行うことができる。任意の入力階調ｘ１に対応する三刺激値の目標値Ｙｘ１は、Ｙｘ１＝Ｙ０＋（Ｙ２５５−Ｙ０）×｛（ｘ１／２５５）のγ１乗｝により算出することができる。また、他の入力階調ｘ２に対応する三刺激値の目標値Ｙｘ２ついても同様に、Ｙｘ２＝Ｙ０＋（Ｙ２５５−Ｙ０）×｛（ｘ２／２５５）のγ１乗｝により算出することができる。

ＣＰＵ２１は、任意の入力階調での三刺激値の目標値と測定値との差分である三刺激値差分を算出し（Ｓ１６）、算出した三刺激値差分をＲＧＢ値の差分であるＲＧＢ値差分に変換する（Ｓ１７）。なお、三刺激値からＲＧＢ値への変換は、最大入力階調時（白色時）の各色三刺激値の測定値から作成される３×３の変換マトリクスを用いることができる。

ＣＰＵ２１は、後段ガンマγ２に基づいて、ＲＧＢ値差分を前段ＬＵＴ１２の補正値に換算する（Ｓ１８）。なお、前段ＬＵＴ１２の補正値への換算は、ステップＳ１４で三刺激値が測定された任意の入力階調に対する前段ＬＵＴ１２の出力階調（出力値）を調整（算出）するものである。また、同様に、最小入力階調（黒色時）に対する前段ＬＵＴ１２の出力階調（出力値）も算出することができる。

図８は前段ＬＵＴ１２の出力階調の調整方法を示す説明図である。図中、横軸は前段ＬＵＴ１２の出力値、すなわち、前段ＬＵＴ１２の各エントリに格納されている出力階調（出力値）を示し（従って、後段ＬＵＴ１４への入力値に対応する）、縦軸は、ＲＧＢ値を示す。図中の曲線は、後段ＬＵＴ１４の階調特性（後段ガンマγ２）を示す。任意の入力階調に対応する現在の前段ＬＵＴ１２の出力値をｙ、前段ＬＵＴ１２の出力値の最大値をｌｕｔＭａｘ、後段ガンマをγ２、前段ＬＵＴ１２の出力値の差分（補正値）をｎ、任意の入力階調に対応するＲＧＢ値の差（ステップＳ１７で換算された値）をΔとすると、Δは式（１）で表すことができ、前段ＬＵＴ１２の出力値の差分ｎは、式（２）で表すことができる。

図８に示すように、前段ＬＵＴ１２の出力値ｙに対応するＲＧＢ値が、任意の入力階調時に測定された三刺激値をＲＧＢ値に換算した値に相当し、前段ＬＵＴ１２の出力値ｙ＋ｎに対応するＲＧＢ値が、前記入力階調時に対応する三刺激値の目標値をＲＧＢ値に換算した値に相当し、両値の差がΔに相当する。

ＣＰＵ２１は、前段ＬＵＴ１２の現在の出力値ｙに換算した補正値（差分ｎ）を加算することにより、補正値を前段ＬＵＴ１２に設定する（Ｓ１９）。これにより、任意の入力階調での三刺激値の測定値及び目標値との差分に相当する値と、後段ガンマγ２とに基づいて、前段ＬＵＴ１２の差分ｎを算出し、算出された差分ｎを前段ＬＵＴ１２の現在の出力値に加算することにより前段ＬＵＴ１２の出力値を調整することができる。

ＣＰＵ２１は、任意の入力階調での三刺激値を測定し（Ｓ２０）、同一入力階調での三刺激値の目標値を算出し（Ｓ２１）、算出した目標値とステップＳ２０で測定した測定値との差分である三刺激値差分を算出する（Ｓ２２）。ＣＰＵ２１は、三刺激値差分が所定の閾値より小さいか否かを判定し（Ｓ２３）、三刺激値差分が閾値より小さくない場合（Ｓ２３でＮＯ）、前段ＬＵＴ１２の再調整を行う必要があると判断して、ステップＳ１８以降の処理を続ける。一方、三刺激値差分が閾値より小さい場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、所定のすべての入力階調の補正が終了したか否かを判定する（Ｓ２４）。

ステップＳ２０〜Ｓ２３の処理は、例えば、経年変化により後段ガンマと実際の出力階調特性との間にズレが生じる場合があり、このようなズレを補正するために行うことができる。従って、前記処理は、必要に応じて適宜行うように構成すればよい。

所定のすべての入力階調の補正が終了していない場合（Ｓ２４でＮＯ）、ＣＰＵ２１は、ステップＳ１４以降の処理を続ける。何箇所の入力階調に対して、前段ＬＵＴ１２の出力値の調整を行うかは、適宜設定することができる。例えば、入力階調が２５６階調である場合、１０〜２０階調おきに入力階調を定めて、前段ＬＵＴ１２の出力値を調整することができる。これにより、全入力階調に対して、輝度を測定し輝度−階調テーブルを作成する場合に比べて、大幅にキャリブレーション時間を短縮することが可能となる。

所定のすべての入力階調の補正が終了した場合（Ｓ２４でＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、補間処理を行い（Ｓ２５）、処理を終了する。なお、補間処理の詳細は後述する。

図９は本発明に係る液晶表示装置１０の補間処理の手順を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、入力階調ａ、ｂに対しては、図３及び図４で説明した前段ＬＵＴ１２の出力値の補正を行う階調補正処理がすでに行われており、入力階調ａ、ｂの間の入力階調（補間入力階調）ｃ（ａ＜ｃ＜ｂ）に対する前段ＬＵＴ１２の出力値を補間する場合について説明する。すなわち、補間処理は、入力階調ａ、ｂ間のすべての入力階調について行われる。

ＣＰＵ２１は、入力階調ａ、ｂに対する前段ＬＵＴ１２の理想出力値Ａ、Ｂを算出する（Ｓ２５１）。理想出力値Ａは、式（３）に示すように、（ａ／２５５）の（γ１／γ２）乗にｌｕｔＭａｘ（前段ＬＵＴ１２の出力値の最大値）を乗算した値で算出することができ、理想出力値Ｂは、式（４）に示すように、（ｂ／２５５）の（γ１／γ２）乗にｌｕｔＭａｘを乗算した値で算出することができる。これにより、理想のガンマ値を有する理想階調特性における理想出力階調（理想出力値）を算出する。

ＣＰＵ２１は、理想出力値の差分（Ｂ−Ａ）を算出し（Ｓ２５２）、入力階調ａ、ｂに対する前段ＬＵＴ１２の調整済出力値ｙ（ａ）、ｙ（ｂ）を取得する（Ｓ２５３）。なお、調整済出力値ｙ（ａ）、ｙ（ｂ）は、それぞれ、図３及び図４で示した処理において算出済である。

ＣＰＵ２１は、調整済出力値の差分（ｙ（ｂ）−ｙ（ａ））を算出し（Ｓ２５４）、入力階調ｃに対する前段ＬＵＴ１２の理想出力値Ｃを算出する（Ｓ２５５）。理想出力値Ｃは、式（５）に示すように、（ｃ／２５５）の（γ１／γ２）乗にｌｕｔＭａｘを乗算した値で算出することができる。

ＣＰＵ２１は、入力階調ｃの補間出力値ｙ（ｃ）を算出する（Ｓ２５６）。補間出力値ｙ（ｃ）は、ｙ（ｃ）＝ｙ（ａ）＋（Ｃ−Ａ）×Ｒにより算出する。ここで、Ｒは理想階調特性から前段ＬＵＴ１２へのスケーリング比率であり、Ｒ＝（ｙ（ｂ）−ｙ（ａ））／（Ｂ−Ａ）で表すことができる。

図１０は補間処理の方法を示す説明図である。図中、横軸は入力階調を示し、縦軸は出力値（出力階調）を示す。図中実線で表される曲線は、前段ガンマγ１及び後段ガンマγ２から求められる理想階調特性を示し、破線で表される曲線は、前段ＬＵＴ１２の実際の階調特性を示している。図１０に示すように、補間処理は、入力階調ａ、ｂ、ｃに対して上述の式（３）〜式（５）により、前段ガンマγ１及び後段ガンマγ２から求められる理想階調特性上の理想出力値Ａ、Ｂ、Ｃを算出し、入力階調ａ、ｂの間で切り出された理想階調特性を前段ＬＵＴ１２の階調特性にスケーリングすることにより、理想出力値Ｃに対応する補間出力値ｙ（ｃ）を求めている。

従来の例では、単に２点間（例えば、入力階調ａ、ｂ）を直線で結び、その間の階調に対する出力値を前記直線上の値として線形補間して求めるため、液晶表示装置に設定されている階調特性が線形でないときには、線形補間により出力値に大きな誤差が生じ、階調表現が正しく行われないという事態を招くが、前段ガンマγ１及び後段ガンマγ２から理想出力階調特性上の理想出力値を求め、前段ＬＵＴ１２の調整済出力値との比率から補間入力階調（例えば、ｃ）の出力値を補間演算することにより、補間された出力値が階調特性から乖離することを防止することができ、高精度で前段ＬＵＴ１２の調整をすることができる。

ＣＰＵ２１は、算出した補間出力値ｙ（ｃ）を入力階調ｃに関連付けて前段ＬＵＴ１２に設定し（Ｓ２５７）、入力階調ａ、ｂ間のすべて入力階調に対して補間処理が終了したか否かを判定する（Ｓ２５８）。入力階調ａ、ｂ間のすべての入力階調に対して補間処理が終了していない場合（Ｓ２５８でＮＯ）、ＣＰＵ２１は、ステップＳ２５５以降の処理を続け、入力階調ａ、ｂ間のすべての入力階調に対して補間処理が終了した場合（Ｓ２５８でＹＥＳ）、処理を終了する。これにより、すべての入力階調に対して、前段ＬＵＴ１２の出力値の補正（調整）を行うことができる。

以上説明したように、本発明にあっては、後段ガンマを利用することで、階調−輝度テーブルを作成する必要がなくなり、黒及びグレースケールの色度を白色時の色度と同一に調整することができ、色度のズレを防止することができる。また、全入力階調にわたって、白色時と同一色度とする階調補正を高速、かつ高精度で行うことができる。

上述の実施の形態では、ＰＣ２０内で前段ＬＵＴ１２の出力値を算出する構成であったが、これに限定されるものではなく、液晶表示装置１０内部で処理を行う構成とすることもできる。

上述の実施の形態では、表示装置の表示部として液晶パネルを用いた構成であるが、表示部は液晶パネルに限定されるものではなく、ＣＲＴ、ＰＤＰなど他の表示デバイスにおいても、本発明を適用することができる。

上述の実施の形態では、入力階調が２５６階調の場合について説明したが、階調数は、これに限定されるものではなく、他の階調数を用いることもできる。また、前段ＬＵＴ、後段ＬＵＴのビット数も適宜所要の値のものを用いることができる。

上述の実施の形態では、最小入力階調（黒色時）での三刺激値の調整値を算出する場合に、最小入力階調（黒色時）で測定された三刺激値の最大成分と、これと同じ成分の白色時に測定された三刺激値との比率を用いる構成であったが、これに限定されるものではなく、他の成分同士の比率を用いてもよい。なお、黒色時に測定された三刺激値の最大成分を用いることにより、黒色時に測定された三刺激値の他の成分は増加する方向で調整されるため、調整を容易に行うことができる。

上述の実施の形態では、液晶パネル等の表示部固有の階調特性を補正するための後段ルックアップ・テーブルを用いる構成であったが、表示部自体の階調特性のばらつきが少なく階調特性が理想なものであれば、後段ルックアップ・テーブルを使用せず、表示部固有の階調特性（ガンマ特性）を利用して階調補正する構成であってもよい。

上述の実施の形態では、ルックアップ・テーブルを用いる構成であったが、これに限定されるものではなく、階調特性を変換することができるものであれば、入力値に対応する出力値を単にメモリに記憶する構成、各値をファイルとして記憶するような構成であってもよい。

本発明に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 各ＬＵＴの階調特性と液晶パネルから出力される階調特性との関係を示すグラフである。 本発明に係る液晶表示装置の階調補正処理の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る液晶表示装置の階調補正処理の手順を示すフローチャートである。 入力階調に対する出力特性を示すグラフである。 黒色時の三刺激値を調整した場合の入力階調に対する出力特性を示すグラフである。 任意の入力階調に対する三刺激値の目標値の算出方法を示す説明図である。 前段ＬＵＴの出力階調の調整方法を示す説明図である。 本発明に係る液晶表示装置の補間処理の手順を示すフローチャートである。 補間処理の方法を示す説明図である。

符号の説明

１０ 液晶表示装置
１１ 制御部
１２ 前段ＬＵＴ
１３ 色空間変換部
１４ 後段ＬＵＴ
１５ 駆動回路
１６ 液晶パネル
１７ 光源
２０ ＰＣ
２１ ＣＰＵ
２２ 入力部
２３ インタフェース部
２４ 記憶部
２５ ＲＡＭ
２６ 出力部
２７ 記録媒体
３０ 光学センサ

Claims (10)

1. 複数色について入力階調を所定の階調特性に基づき出力階調に変換し、変換された出力階調に応じて画像を表示する表示装置の階調補正方法において、
   画像の入力階調を最大入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率と最小入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率とが等しくなるように最小入力階調での複数の色成分を設定するステップと、
   設定した色成分及び前記所定の階調特性に基づいて、複数の入力階調での色成分の目標値を算出するステップと、
   前記複数の入力階調で測定された色成分と前記目標値との差分及び表示装置固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調に関連付ける補正量を算出するステップと、
   算出した補正量、前記所定の階調特性、及び前記表示装置固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調の間の補間入力階調に関連付ける補正量を算出するステップと、
   前記複数の入力階調及び補間入力階調で算出した補正量に基づいて、前記所定の階調特性を補正するステップと
   を含むことを特徴とする階調補正方法。
2. 前記所定の階調特性に変換された出力階調を、前記表示装置固有の階調特性を補正する補正階調特性に基づいて変換するステップと、
   変換した出力階調に応じて画像を表示するステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の階調補正方法。
3. 画像の入力階調を最大入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られた最大入力階調での複数の色成分同士の前記比率を所定値に調整するステップと、
   画像の入力階調を最小入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られた最小入力階調での複数の色成分から最大成分を特定するステップと、
   特定した最小入力階調での前記最大成分と、複数の色成分同士の比率が前記所定値に調整された最大入力階調での複数の色成分のうち前記最大成分と同じ成分との比率を算出するステップと
   を含み、
   前記複数の色成分を設定するステップは、
   前記所定値に調整された最大入力階調での複数の色成分のうち最大成分を除く色成分に、前記比率を算出するステップで算出した比率を乗算して、最小入力階調での複数の色成分のうち最大成分を除く色成分を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の階調補正方法。
4. 等しい比率に設定された最大入力階調での複数の色成分と最小入力階調での複数の色成分との差分を算出するステップと、
   算出した差分に前記所定の階調特性の最大出力階調と最小出力階調との差を対応付けるステップと
   を含み、
   前記色成分の目標値を算出するステップは、
   前記対応付けるステップで対応付けられた所定の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調での複数の色成分の目標値を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の階調補正方法。
5. 前記所定の階調特性のガンマ値と前記表示装置固有の階調特性又は補正階調特性のガンマ値との比を指数として、最大入力階調に対する前記複数の入力階調及び前記補間入力階調それぞれの比をべき乗して、前記複数の入力階調及び補間入力階調での理想のガンマ値を有する理想階調特性での理想出力階調を算出するステップと、
   前記入力階調に関連付ける補正量を算出するステップで算出した補正量により前記複数の入力階調に関連付けられた出力階調の差分と、前記理想出力階調を算出するステップで算出した前記複数の入力階調での理想出力階調の差分との比率を算出するステップと
   を含み、
   前記補間入力階調に関連付ける補正量を算出するステップは、
   前記ステップで算出した比率及び前記補間入力階調での理想出力階調に基づいて、前記補間入力階調に関連付ける補正量を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の階調補正方法。
6. 前記色成分は、三刺激値であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の階調補正方法。
7. 表示部と、複数色について入力階調を該入力階調に関連付ける出力階調に変換する第１変換手段とを備え、該第１変換手段から出力された出力階調に応じて画像を表示する表示装置において、
   複数の色成分を測定する測定手段と、
   画像の入力階調を最大入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率と最小入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率とが等しくなるように最小入力階調での複数の色成分を設定する設定手段と、
   該設定手段で設定された色成分及び前記第１変換手段の階調特性に基づいて、複数の入力階調での色成分の目標値を算出する目標値算出手段と、
   前記複数の入力階調で測定された色成分と前記目標値との差分及び表示部固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調に関連付ける補正量を算出する第１補正量算出手段と、
   該第１補正量算出手段で算出された補正量、前記第１変換手段の階調特性、及び表示部固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調の間の補間入力階調に関連付ける補正量を算出する第２補正量算出手段と、
   前記第１及び第２補正量算出手段で算出された補正量に基づいて、前記第１変換手段の階調特性を補正する補正手段と
   を備えることを特徴とする表示装置。
8. 前記第１変換手段から出力された出力階調を、前記表示部固有の階調特性を補正する補正階調特性に基づいて変換する第２変換手段を備え、
   該第２変換手段で変換された出力階調に応じて画像を表示するように構成してあることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 表示部と、複数色について入力階調を該入力階調に関連付ける出力階調に変換する第１変換手段とを備え、該第１変換手段から出力された出力階調に応じて画像を表示する表示装置の出力階調の算出を実行させるためのコンピュータプログラムにおいて、
   コンピュータを、
   画像の入力階調を最大入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率と最小入力階調にした場合に表示される画像を測定して得られる複数の色成分同士の比率とが等しくなるように最小入力階調での複数の色成分を設定する設定手段と、
   設定された色成分及び前記第１変換手段の階調特性に基づいて、複数の入力階調での色成分の目標値を算出する目標値算出手段と、
   前記複数の入力階調で測定された色成分と前記目標値との差分及び前記表示部固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調に関連付ける補正量を算出する第１補正量算出手段と、
   算出された補正量、前記第１変換手段の階調特性、及び前記表示部固有の階調特性に基づいて、前記複数の入力階調の間の補間入力階調に関連付ける補正量を算出する第２補正量算出手段と
   して機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
10. コンピュータを、
    前記第１変換手段から出力された出力階調を、前記表示部固有の階調特性を補正する補正階調特性に基づいて変換する第２変換手段として機能させることを特徴とする請求項９に記載のコンピュータプログラム。

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