JP4950846B2

JP4950846B2 - カラー画像表示装置及び色変換装置

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Publication number: JP4950846B2
Application number: JP2007286065A
Authority: JP
Inventors: 巧今井; 謙一岩内
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-11-02
Also published as: JP2009117951A

Description

本発明は、カラー画像表示装置及び色変換装置、より詳細には、映像信号の色変換を行うカラー画像表示装置及び色変換装置に関する。

近年、水銀レスなどの環境問題や、長寿命などの観点からカラー画像表示装置の光源としてＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）やレーザといった半導体光源を用いる動きが活発化している。また、半導体光源を用いる大きなメリットとして、広い色再現域のディスプレイが実現できることがあげられる。これは、半導体光源が鋭いスペクトルを持つことによるもので、赤・緑・青の三原色に半導体光源を用いたカラー画像表示装置は、ＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）ディスプレイや冷陰極管を用いた液晶ディスプレイなどの従来のカラー画像表示装置に比べて広い色再現域を持つことが可能である。しかしながら、広い色再現域のために、全体の彩度が高く表示されてしまうので、薄い青空が濃い青になったり、肌色が黄色になったり、不自然な色再現となってしまう。

また、半導体光源の赤・緑・青の色相は、入力映像信号が意図する各原色の色相とは異なっているため、そのまま半導体光源を光源としたカラー画像表示装置で表示した場合には、不自然な色合いの映像が再現されてしまう。例えば、緑は短波長の青味がかった緑のため、芝が青味がかった緑になったり、赤は長波長の深紅の赤のため、肌色が赤味がかった肌色になったり、不自然な色再現となってしまう。半導体光源による色相の違いを解決するために、例えば特許文献１によるカラーマネージメント技術が提案されている。

この特許文献１に記載の発明は、所望の色相と異なった色相の三原色を持つカラー画像表示装置において、ＲＧＢ映像信号［Ｒ，Ｇ，Ｂ］を次のように原色成分ごとに三つの行列に分解し、

分解された成分をａ〜ｉの定数を用いて以下のように変換し、

次のようにそれぞれの行列を再び足し合わせて、変換後のＲＧＢ映像信号[Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’]を合成する。

このことは例えば赤を表示させる際に、赤だけでなく緑と青も一定の割合で発光させることで表示される赤の色相を変化させ、所望の色相を得ることを意味する。

図１８は、従来の色変換装置を用いて色空間を変換した様子を示す色度図である。これは、ｕ’ｖ’色度図（ＣＩＥ１９７６ＵＣＳ色度図）であって、上記特許文献１に開示された方法を用いて、ＩＥＣ６１９３３−２−１で制定されているｓＲＧＢ標準色空間に合わせて色相の補正を行った例である。白色の色度座標０００から色度図上の任意の色の色度座標に向かって半直線を引くと、その半直線上の二点の色は色相が同じであり、白色の色度座標０００からの距離がその点の色の彩度に概ね対応することは周知のことである。

カラー画像表示装置の色再現域０１０の三原色の色度座標は、白色の色度座標０００とｓＲＧＢ標準色空間（映像信号の色再現域）０２０の三原色の色度座標とを結んだ半直線上にはないため、ｓＲＧＢ標準色空間０２０の原色とは色相が異なっている。特許文献１に開示された方法で映像信号を変換することにより、色再現域０３０として再現することができる。色再現域０３０の三原色の色度座標は、白色の色度座標０００とｓＲＧＢ標準色空間０２０の三原色の色度座標とを結んだ半直線上に移されるため、変換後の三原色の色相がｓＲＧＢ標準色空間０２０の三原色の色相と一致することになる。
特開２０００−２７８７０５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では図１８に示されるようにカラー画像表示装置の色再現域を狭くすることで色相を合わせているため、広い色再現域を持つカラー画像表示装置を用いても、利用されるのは色再現域の一部だけであり、カラー画像表示装置の色再現域を色純度の高い領域まで広く利用することはできなかった。すなわち、色相を保持しながらカラー画像表示装置の色再現域を色純度の高い領域まで広く利用する、という要求を両立させることはできなかった。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、入力映像信号から決まる色を、自然な色相でかつ表示装置の広い色再現域を生かしながら、表示装置の色空間で再現するとともに、所望の階調特性に変更させることができるカラー画像表示装置及び色変換装置を提供すること、を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、少なくとも３つの原色を用いて画像を表示するカラー画像表示装置であって、該カラー画像表示装置で表示される色範囲は、白色を含む第１の色範囲と、該第１の色範囲より彩度の高い第２の色範囲との少なくとも２つの色範囲を含み、前記第１の色範囲においては、入力映像信号によって定まる色相を保持しながら該入力映像信号によって定まる彩度より高い彩度の色を表示し、前記第２の色範囲においては、入力映像信号を該入力映像信号によって定まる色相とは異なる色相の色を表示する出力映像信号へと変換し、該変換によって定まった色相が変化しないように、前記カラー画像表示装置の階調特性を変更することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記カラー画像表示装置で表示される階調特性を変更するために、表示する色の輝度を変化させることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１の技術手段において、前記カラー画像表示装置で表示される階調特性を変更するために、表示する色の輝度および彩度を変化させることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、少なくとも３つの原色を用いた入力映像信号を、特定のカラー画像表示装置に適した出力映像信号へと変換する色変換装置であって、前記カラー画像表示装置で再現される色範囲は、白色を含む第１の色範囲と、該第１の色範囲より彩度の高い第２の色範囲との少なくとも２つの色範囲を含み、前記第１の色範囲においては、入力映像信号によって定まる色相を保持しながら該入力映像信号によって定まる彩度より高い彩度の色を表示し、前記第２の色範囲においては、入力映像信号を該入力映像信号によって定まる色相とは異なる色相の色を表示する出力映像信号へと変換し、該変換によって定まった色相が変化しないように、前記カラー画像表示装置の階調特性を変更することを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第４の技術手段において、前記カラー画像表示装置で表示される階調特性を変更するために、表示する色の輝度を変化させることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第４の技術手段において、前記カラー画像表示装置で表示される階調特性を変更するために、表示する色の輝度および彩度を変化させることを特徴としたものである。

本発明によれば、第１の色範囲では入力映像信号本来の色相で再現し、第２以降の色範囲では色再現範囲を広げる方向へと少しずつ色相を変化させながら彩度を強調して再現するため、違和感を覚えさせることなしに表示装置の広い色再現域を生かした、鮮やかな映像の再現を行うとともに、映像を所望の階調特性に変化させることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るカラー画像表示装置及び色変換装置の好適な実施の形態について説明する。まず、本発明に係るカラー画像表示装置及び色変換装置の第１乃至第３の処理例について図１〜図１３に基づいて説明する。これら第１乃至第３の処理により、第１の色範囲では入力映像信号本来の色相で再現し、第２以降の色範囲では色再現範囲を広げる方向へと少しずつ色相を変化させながら彩度を強調して再現できるようにする。

（第１の処理例）
図１は、本発明の第１の処理例に係るカラー画像表示装置の構成例を示すブロック図で、図中、１０は入力映像信号、１１はカラー画像表示装置、１２は色変換部、１３はカラー画像表示部を示す。入力映像信号１０は色変換部１２により色変換され、カラー画像表示部１３で表示される。

色変換部１２は、本発明の色変換装置に相当し、入力映像信号１０に対してガンマ変換を行うガンマ変換部１２ａと、ガンマ変換されたＲＧＢ信号の変換処理を行う映像信号変換部１２ｂと、カラー画像表示部１３のガンマ特性の逆関数を用いて逆ガンマ変換を行う逆ガンマ変換部１２ｃと、を備えて構成される。これら各部の詳細は後述する。

図２は、本発明の第１の処理例に係るカラー画像表示部１３の構成例を示す図である。ここではカラー画像表示部１３の一例として、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）を光源に用いたＤＬＰ（ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、登録商標）プロジェクタを示す。

図２において、赤色ＬＥＤ２０、緑色ＬＥＤ２１、青色ＬＥＤ２２からの光が、ミラー２３と、緑反射・青透過のダイクロイックミラー２４と、青緑反射・赤透過のダイクロイックミラー２５とを用いて合成され、レンズ２６を用いて集光された後にミラー２７を経て空間光変調器２８へ至る。このように空間光変調器２８が一枚であるいわゆる単板の場合、ＬＥＤからの光を時分割し、空間光変調器２８で各画素を赤・緑・青の発光の期間に合わせて光空間変調することにより、時間平均の光強度が各画素の入力映像信号に応じた値となって投射レンズ２９へと反射される。投射レンズ２９を通った光はスクリーン３０に結像される。

図１に示す入力映像信号１０は、ｓＲＧＢ標準色空間内の色を、下記の表１に表される色度座標を持つ赤・緑・青の標準原色成分に分解し、赤・緑・青の各成分の数値で表す標準ＲＧＢ信号である。

図３は、本発明の第１の処理例に係るカラー画像表示装置の色再現域と映像信号の色再現域とを示す色度図である。これは、ｕ’ｖ’色度図（ＣＩＥ１９７６ＵＣＳ色度図）であり、カラー画像表示部１３の色再現域１００と、ｓＲＧＢ標準色空間をｕ’ｖ’色度図上に投影した色再現域１１０を示している。

色度座標と三刺激値との関係を説明する。表１におけるｘおよびｙという値はｘｙ色度図（ＣＩＥ１９３１色度図）上の座標であり、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚとは次の関係がある。

ｕ’ｖ’色度図（ＣＩＥ１９７６ＵＣＳ色度図）での色度座標ｕ’，ｖ’とＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚとは次の関係がある。

したがって式（１）と式（２）より、ｓＲＧＢ標準色空間の標準原色と白色のｕ’ｖ’色度座標が容易に計算できる。また、標準ＲＧＢ信号のＲＧＢ値とＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系の三刺激値には次の関係がある。ただし式（３）および式（４）でのＲＧＢ信号値の範囲は０−２５５ではなく０−１００となるように各ＲＧＢ値に１００／２５５を乗算しておく必要がある。

ここで、入力映像信号によって定まり、入力映像信号が表すことのできる色全体を表した空間を第１色空間とする。例えば入力映像信号１０が有する第１色空間はｓＲＧＢ標準色空間であり、図３に示すｕ’ｖ’色度図において色再現域１１０内の色を表わすことができる。また、カラー画像表示部１３が再現可能な色空間を第２色空間とする。例えばカラー画像表示部１３の第２色空間は、図３に示すｕ’ｖ’色度図上において色再現域１００を持つ。

図４は、本発明の第１の処理例に係る色変換部１２における色変換手順の一例を説明するためのフロー図である。まず映像信号の色再現域を取得する（ステップＳ１）。映像信号によって表される色は全て赤・緑・青の標準原色の足し合わせで表されるため、映像信号の色再現域は赤・緑・青の標準原色を表す映像信号に対応する三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚの値からなる３×３行列によって特定される。本例における映像信号はｓＲＧＢ標準色空間であるため、表１と式（１）よりＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系の三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを計算することができる。また計算を行わずに、あらかじめ映像信号の種類に応じた色再現域の情報を持たせておいて、これを参照してもよい。また、映像信号のガンマ特性も取得しておく（ステップＳ２）。

次に、カラー画像表示部１３の色再現域と、カラー画像表示部１３の伝達関数を取得する（ステップＳ３）。ＲＧＢ標準信号の標準原色に当たるＲＧＢ信号［２５５，０，０］、［０，２５５，０］、［０，０，２５５］および黒に当たる［０，０，０］に対するカラー画像表示部１３での三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを測定する。

下記の式（５）のように各信号での三刺激値を表す行列を順にＲ_０，Ｇ_０，Ｂ_０およびＫ_０とする。映像信号［０，０，０］に対して測定される三刺激値Ｋ_０は、すべての入力映像信号に対して等しく上乗せされる外部光のような雑音成分であるため、式（６）に示すように各測定値から差し引く。なお、Ｋ_０の値がＲ_０，Ｇ_０，Ｂ_０に比べて十分小さい場合は、簡易化のためにＫ_０を差し引く処理は省略してもよい。

こうして赤・緑・青の標準原色を表す標準ＲＧＢ信号に対してカラー画像表示部１３で表示される色の三刺激値の行列Ｒ’_０、Ｇ’_０、Ｂ’_０が得られる。各Ｒ’_０、Ｇ’_０、Ｂ’_０行列を０〜１の範囲で実数倍して足し合わせることで取りうる三刺激値にＫ_０を加えた範囲が、本例のカラー画像表示部１３が持つ第２色空間となっている。本例のカラー画像表示部１３における入力映像信号とカラー画像表示部１３で表示される色との関係は、伝達関数Ｔにて一意に結び付けることが可能である。

伝達関数Ｔは、下記の式（７）のように、赤・緑・青の原色に対応する標準ＲＧＢ信号の値を並べた３×３行列の逆行列と、これらのＲＧＢ信号を入力した際の測色値から黒に対応するＲＧＢ信号を入力した際の測色値を引いた値を並べた３×３行列との行列演算によって求められる。求めた伝達関数Ｔを用いると式（８）のように、任意の標準ＲＧＢ信号［Ｒ_ｉ、Ｇ_ｉ、Ｂ_ｉ］を入力したときにカラー画像表示部１３で表示される色の三刺激値［Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ、Ｚ_ｉ］を計算することが可能となる。

次に、この伝達関数の逆の関係（ＲＧＢ値算出関数Ｓ）を求める（ステップＳ４）。
式（８）は式（９）のように変形することができる。
ここで行列Ｔ^−１の成分を式（１０）のように置くと、式（９）は式（１１）と書き直すことができ、表示させたい三刺激値に対して４行３列の行列を掛けることで、カラー画像表示部１３に入力すべきＲＧＢ信号値を算出できることがわかる。この三刺激値からＲＧＢ信号値を求めるための行列をＲＧＢ値算出関数Ｓとする。

なお、式（１２）に示すＲＧＢ値算出関数Ｓは、演算を簡略化するために式（８）の左辺で雑音成分の影響を無視した式（１３）から算出してもよく、あるいは精度を上げるために二次項を追加して伝達関数を１０行３列に拡張した式（１４）から算出しても構わない。また表示装置の入出力特性が大きな非線形性を持つ場合は、実際の入出力特性に即したルックアップテーブル（ＬＵＴ）をＲＧＢ値算出関数として用いることで、精度をさらに向上することができる。なおＬＵＴとは、入力に対する出力の対をあらかじめ求め、表としてまとめたものをいう。

なおここで三刺激値を求める際に用いるＲＧＢ値は実際の輝度と線形な関係を持った値でなければならない。標準ＲＧＢ信号はＣＲＴの特性に合わせて映像信号に逆ガンマ変換がなされているため、先に取得した映像信号のガンマ特性に基づき、ガンマ変換を行う必要がある。本例のガンマ変換はＩＴＵ−ＲＢＴ．７０９に基づき次のように行った。

とした場合に、

以上のようにして、入力映像信号のＲＧＢ信号値Ｒ’_{ｓｉｇｎａｌ}、Ｇ’_{ｓｉｇｎａｌ}、Ｂ’_{ｓｉｇｎａｌ}から標準ディスプレイで表示される輝度と線形な関係を持った真の値であるＲ’_{ｖａｌｕｅ}、Ｇ’_{ｖａｌｕｅ}、Ｂ’_{ｖａｌｕｅ}にすることができる。

ここでは各入力映像信号に対して測定を行ったが、カラー画像表示部１３の標準原色の座標と白色座標がわかっている場合は、測定を行わずに色度座標からＸ，Ｙ，Ｚを逆算により求めてもよい。

次に、色温度の変更を行わない場合（ステップＳ５でＮＯの場合）、第１色空間と第２色空間から新たに第３色空間を定義する（ステップＳ７）。本例の色変換部１２は、所望の色がカラー画像表示部１３で再現されるように映像信号を変換するが、変換によって再現しようとするのは、入力映像信号が表す第１色空間の色そのものではなく、第１色空間の色を第３色空間に変換した色である。そのため第１色空間と第３色空間の関係をどのように定義するかで、色変換部１２で変換された映像によってどのように映像が再現されるかが決まる。第１色空間から第３色空間への変換は、第１色空間を複数の色範囲に分けた上で行い、各々の色範囲で第１色空間と第３色空間は異なる関係を持つ。また、色範囲のうち特に白色を含む色範囲を、変換前および変換後でそれぞれ第１色空間第１色範囲および第３色空間第１色範囲と呼ぶこととする。第１色空間第１色範囲の外側にあり、第１色空間の少なくとも一つの原色と同じ色相の色を含んだ色範囲の一つを、第１色空間第２色範囲と呼ぶこととする。第１色空間第２色範囲の色は、第３色空間第２色範囲へと変換される。

第３色空間を定義するに際し、まず、第１色空間の白色の三刺激値を求める。本例の入力映像信号が従うｓＲＧＢ規格では、白色の三刺激値が定められているので定義されている値を用いればよいが、表示装置で異なった色温度の映像を再現したいときなど、第３色空間で再現したい白色座標が第１色空間の白色座標と異なる場合（ステップＳ５でＹＥＳの場合）、前もって第１色空間の再定義を行う（ステップＳ６）。白色座標において三刺激値のうち輝度を表すＹの値を１００と決めると、第１色空間の赤・緑・青の色度座標は既知であるため、本来の第１色空間と異なった白色座標に対応する赤・緑・青の三刺激値が計算により得られる。

また、あらかじめ代表的な白色の色温度に対してこれらの三刺激値の値を計算したテーブルを用意しておき、参照してもよい。なお色温度を変更する場合には、視覚機能の順応効果を考慮して、白色座標だけでなく赤・緑・青の原色座標の再定義を行ってもよい。再定義を行った場合には、再定義された赤・緑・青の原色座標および白色座標によって決まる色空間を、改めて第１色空間とする。

続いて、第１色空間の赤・緑・青および白の座標を元に、色相を保持したまま第１色空間を拡大、すなわち彩度を強調した第３色空間第１色範囲を定義する。なお、本明細書においては、二次元平面である色度図を用いて色相を考える場合、基準とする白色座標からある色Ａの座標へ向かって伸ばした半直線上を伸ばし、色Aがこの半直線上の別の色に変換された場合に、色相が保持されているものとする。また、三次元空間である均等色空間で色相を考える場合には、基準とした白色座標から色Ａの座標へ向かって半直線を引き、この半直線を含み輝度（明度）軸に水平な平面を考え、色Ａがこの平面上の色へと変換された場合に、色相が保持されているものとする。

本例では色度図上で第３色空間を定義する。色度図上で第１色空間の白色座標から第１色空間の各原色の色度座標へ伸ばした半直線上に新しい原色点の色度座標を定めると、全体の色相を保持したまま彩度を強調することができる。ただし、これだけでは第３色空間第１色範囲の三原色の色相が第１色空間の三原色と色相が同じであることは保証されるが、それぞれの原色を足し合わせた任意の中間色に対しても色相が保持されるとは限らない。

第３色空間第１色範囲の中間色の色相についても第１色空間の色相を保持させるためには、第３色空間第１色範囲の三原色を足し合わせて決まる白色座標が、第１色空間の白色座標と同じになるように、第３色空間第１色範囲の三原色の輝度の比率を定めればよい。

図５に第１色空間の三原色と色相が同じになるように第３色空間第１色範囲の三原色の色度座標を定め、三原色間の輝度の比を第１色空間の三原色間の輝度比と同じにした場合の例を、図６に三原色の色度座標は前者と同じであるが第３色空間第１色範囲の白色の色度座標が第１色空間の白色の色度座標と同じになるように第３色空間第１色範囲の三原色間の輝度の比を定めた場合の例を示す。

色度点２１０〜２１３は図５と図６で同一の色度座標となっており、色度点２１０は第１色空間２００の白色座標を表し、色度点２１１〜２１３は適当な異なるＲＧＢ信号が第１色空間２００にて示す色を表している。また、図５の２２０，図６の２４０は第２色空間を表している。色度点２１０〜２１３の色を第３色空間第１色範囲に変換した色がそれぞれ図５の色度点２３０〜２３３と図６の色度点２５０〜２５３である。なお、図６において、色度点２５０は白色座標である色度点２１０と一致している。

白色座標を考慮しない図５の場合には、四点全ての色で、変換によって色相が変化してしまっているのに対し、図６では第３色空間第１色範囲の色は、第１色空間における色と同じ色相となっていることがわかる。図５，図６に示したのはいくつかの色の場合の例だけであるが、この関係は白色の座標を第１色空間と同じになるように定める限り、全ての色に関して成り立つ。

続いて、白色の座標を変化させずに三原色の色相を保持したまま彩度を強調する具体的な方法の一例を示す。第１色空間の三原色の三刺激値をそれぞれ［Ｘ_Ａｒ，Ｙ_Ａｒ，Ｚ_Ａｒ］、［Ｘ_Ａｇ，Ｙ_Ａｇ，Ｚ_Ａｇ］、［Ｘ_Ａｂ，Ｙ_Ａｂ，Ｚ_Ａｂ］とし、これら三原色の三刺激値の和である第１色空間の白色の三刺激値を［Ｘ_Ａｗ，Ｙ_Ａｗ，Ｚ_Ａｗ］とする。また第３色空間の三原色の三刺激値をそれぞれ［Ｘ_Ｂｒ，Ｙ_Ｂｒ，Ｚ_Ｂｒ］、［Ｘ_Ｂｇ，Ｙ_Ｂｇ，Ｚ_Ｂｇ］、［Ｘ_Ｂｂ，Ｙ_Ｂｂ，Ｚ_Ｂｂ］とする。ここで次の式（１５）のように第１色空間の三原色の三刺激値に対して同一の定数を乗算し、第１色空間の白色と同じ比率の三刺激値を加算して、第３色空間第１色範囲の三刺激値を決定する。

とすると、任意のＲＧＢ信号[Ｒ_１，Ｇ_１，Ｂ_１]に対する、第３色空間での三刺激値[Ｘ_Ｂ１，Ｙ_Ｂ１，Ｚ_Ｂ１]との関係が以下のように書ける。

となる。なおＲＧＢ信号[Ｒ_１，Ｇ_１，Ｂ_１]に対する、第１色空間での三刺激値[Ｘ_Ａ１，Ｙ_Ａ１，Ｚ_Ａ１]との関係は次式である。

ここで白色を表すＲＧＢ信号[２５５，２５５，２５５]に対する第３色空間の三刺激値[Ｘ_Ｂｗ，Ｙ_Ｂｗ，Ｚ_Ｂｗ]は式（１６）より

となるため第１色空間の白色と色度座標が変化しない。なお

と置いた。

また、三刺激値に定数を乗算しても色度座標が変化しないことは明らかであり、ある二色を加法混色してできた色の色度座標は、足し合わせた二色の色度座標を結んだ線分上の点にくるという周知の事実から、白色の比で三刺激値を加減算すると色相を変化させずに彩度が変化することが容易に理解できる。ここで白色の三刺激値は第３色空間第１色範囲への変換後も代わらないとすると、式（１８）から

が求められる。

上記式（２０）を満たす任意のｂ_１、ｂ_２、ｂ_３に対して、三原色の色相が変わらないという関係と、白色の色度座標が変化しないという関係が成立するため、ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３は式（２０）を満たす任意の値を選んでよい。例えば三原色それぞれに同一の三刺激値を加えるという意味で、ｂ_１＝ｂ_２＝ｂ_３とすることができる。また別の一例としてｂ_１、ｂ_２、ｂ_３の比が第１色空間の三原色の輝度の比と同じになるように、ｂ_１：ｂ_２：ｂ_３＝Ｙ_Ａｒ：Ｙ_Ａｇ：Ｙ_Ａｂと定めることもできる。このことはすなわち、

を意味する。すると式（１５）は

となるため、任意のａの値に対して

が成り立ち、三原色の輝度が第１色空間と第３色空間第１色範囲で等しくなる。さらに式（１６）の一行目と式（１７）から、Ｙ_Ａｒ＝Ｙ_Ｂｒ、Ｙ_Ａｇ＝Ｙ_Ｂｇ、Ｙ_Ａｂ＝Ｙ_Ｂｂであれば任意のＲＧＢ信号［Ｒ_１，Ｇ_１，Ｂ_１］に対してＹ_Ａ＝Ｙ_Ｂとなることは明らかである。すなわち、任意のａに対し式（２１）のようにｂ_１、ｂ_２、ｂ_３を定めると、第３色空間第１色範囲は第１色空間と全ての色に関して色相が保持されるだけでなく、輝度も保持されることになる。

図７は、第１色空間をｓＲＧＢとしてａを変化させた場合の第３色空間第１色範囲の変化を示す図である。ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３の関係を定めると、ａだけで第３色空間が定義されることになる。図中、３００は白色座標であり、３１０はａ＝０．８のときの第３色空間第１色範囲を、３２０はａ＝１．０のときの第３色空間第１色範囲を、３３０はａ＝１．２のときの第３色空間第１色範囲をそれぞれ示している。

これより、ａ＝１．０では第３色空間第１色範囲は第１色空間と一致し、ａ＜１では第３色空間第１色範囲は第１色空間と色相が同じで全体に彩度が低くなり、ａ＞１では第３色空間第１色範囲は第１色空間と色相が同じで全体に彩度が高くなることがわかる。したがってａが彩度の強調度合いを表している。ａの値は、ａを変化させたときの第３色空間第１色範囲とカラー画像表示部１３の第２色空間を色度図上で比較し、第３色空間第１色範囲が第２色空間の広い領域を含むように決めることができる。

以上で述べた第３色空間第１色範囲の定義の方法では、ａという一つのパラメータの調整だけで第３色空間第１色範囲を定義できるようにしたため、簡単に彩度の強調度合いを変えることができる。また、このように三刺激値ＸＹＺの計算のみで第３色空間第１色範囲を定義するほかにも、ｕ’ｖ’色度図やｘｙ色度図（ＣＩＥ１９３１色度図）、あるいは均等色空間であるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間やＣＩＥ１９７６Ｌ＊ｕ＊ｖ＊色空間において第１色空間の白色座標と第１色空間の三原色の色度座標とを結んだ半直線上で自由に三原色の色度座標を定めてから、第３色空間第１色範囲の白色の色度座標が第１色空間の白色の色度座標と同じになるように第３色空間第１色範囲の三原色の輝度比を決めるという定義の仕方をすることもできる。

また、白色の色度座標と三原色の色度座標とを結んだ半直線上から外れた色度座標の色を第３色空間第１色範囲の原色に取ることもできるが、この場合には原色の色相の変化によって第３色空間第１色範囲における色全体の色相の変化を抑えるために、第１色空間の三原色の主波長と第３色空間の三原色の主波長との差が±２ｎｍ以内となる範囲であることが望ましい。人間は一般的に最も感度のよい波長帯では２ｎｍ主波長の異なった光を区別することができるためである。

第３色空間第２色範囲では、第３色空間第１色範囲との境界における色の連続性を保ちつつ、色相の変化の方向を第３色空間第１色範囲と異なる方向へと変化させる。この色相の変化は第３色空間が第２色空間のより大きな範囲を含むように行い、本例のような三原色表示装置の場合では、原色を表す入力映像信号に対して表示される色がより表示装置本来の原色に近づく方向となる。このように第３色空間を定義することによって、変換前の第１色空間において連続な色の変化は第３色空間においても連続となり、変換を行ったことによって突然色のジャンプが起こってしまうことなく、自然により広い色再現範囲を実現することができる。

ここで具体的な第３色空間の取り方について述べる。第３色空間第１色範囲での彩度の強調度合いをあまり大きく設定すると、主に肌色などで違和感を覚えやすくなる。そのため、第３色空間第１色範囲には彩度の変化に対して敏感な色を含み、彩度の強調度合いを控えることが望ましい。被験者１０人の主観評価実験の結果、好ましい第３色空間第１色範囲は、白色の他に肌色や青空や緑葉の色を含む範囲とし、第３色空間第１色範囲の彩度強調度合いは先に述べたａが１．０〜１．２程度と、わずかな強調あるいは全く強調しないことが望ましいことが明らかになった。

なお第３色空間第１色範囲を定義する際には、肌色の彩度を押さえて明度を上げるといった記憶色の再現を考慮した補正を行っても良い。この場合は行列演算では値の連続性などの問題が発生するため、数点の座標を定義し、それらの点から他の色を補間したＬＵＴを作成することが適している。

第３色空間第２色範囲の定義においては、彩度の強調度合いを第３色空間第１色範囲に比べて大きく変化させても違和感を覚えにくく、また色相を少しずつ変化させても大きな違和感を与えることはないことが、主観評価実験の結果明らかになった。元々彩度が高い色ほどこの傾向が強くみられたため、第３色空間の外側の色範囲ほど彩度の強調度合いを大きくし、色相の変化を大きくしても構わない。第３色空間第１色範囲の定義は一定のまま第３色空間第２色範囲の定義を変更させたＬＵＴを作成し、主観評価実験を行った結果、彩度に関しては最終的に表示装置の色再現域ぎりぎりまで使用することが好ましいが、彩度が高い領域では明度を少し下げた方が良い結果が得られること、色相に関しては原色の色相は主波長で１０ｎｍ程度変化させても問題は起こりにくいこと、補色では原色に比べて色相の変化の許容値が小さいこと、が明らかになった。

図８と図９に、第１色空間と第３色空間における各色範囲の例を示す。４００および５００が第１色範囲であり、この色範囲では第１色空間の色相を保持したまま彩度をわずかに強調し、第３色空間へ変換される。４０１および５０１は第２色範囲であり、この色範囲では先の第１色範囲との境界での色の連続性を保ちつつ、色相を少しずつ変化させながら彩度を強調して、第１色空間から第３色空間へと変換する。

第３色空間第２色範囲については、隣接する第３色空間第１色範囲との色の連続性が必要であるため、基本的に第３色空間第１色範囲のように一つの線形行列演算で映像信号の変換を行うことはできない。第３色空間の第２色範囲での原色座標と原色の輝度比によって、第３色空間第１色範囲と第３色空間第２色範囲とで原色信号は連続であっても、それらの原色信号を足し合わせた色では不連続になってしまうことがあるためである。これは白色から原色へ向かって色が変化する軌跡は、第１色空間では当然直線であるが、第３色空間では各色範囲の境界の度に折れ曲がっているため、第１色空間と第３色空間の第２色範囲では原色を足し合わせる際の重み付けが変化してしまうためである。この重み付けを補正すれば、第３色空間第２色範囲においても行列演算で変換を行うこともできる。

また、カラー画像表示部１３のガンマ特性を補正するため、赤・緑・青それぞれについてガンマ特性を取得（測定）する（ステップＳ８）。なお、赤・緑・青でガンマ特性に大きな違いがないことがわかっている場合は赤・緑・青の全てのガンマ特性を測定する必要はなく、白色のガンマ特性の測定のみで代用することもできる。また、測定を行わずカラー画像表示部１３の設定されたガンマの設定値から逆ガンマ変換を行ってもよい。

図１の色変換部１２ではここまでのステップで求めた情報に基づいて、映像信号を変換する（ステップＳ９）。まずガンマ変換部１２ａでは、映像信号に付加されているガンマ特性の影響を排除する。続いて映像信号変換部１２ｂにおいて、映像信号のＲＧＢ値を第１色空間のＸＹＺ値へと変換し、さらにそのＸＹＺ値を第３色空間のＸＹＺ値へ変換し、そして表示装置用のＲＧＢ値へと変換する。その後逆ガンマ変換部１２ｃにてカラー画像表示部１３が持つ特性の逆のガンマ特性を付加し、カラー画像表示部へと出力される。なお、映像信号変換部１２ｂの内部処理をまとめて、直接ＲＧＢ値からＲＧＢ値を求めるようにしても構わないし、色変換部の入出力特性にガンマ変換部１２ａと逆ガンマ変換部１２ｃの特性を加えたＬＵＴを作成しても構わない。

以上、このように色変換を行うと、第３色空間第１色範囲へ変換される色は映像信号の色空間での色相を維持して再現され、第３色空間第２色範囲の色は、カラー画像表示部１３の色再現域に応じて、色相を連続的に変化させながら彩度を強調した鮮やかな映像をカラー画像表示部１３にて再現可能となる。なお第３色空間の色範囲の分け方は、ここで述べた分け方に限られるものではなく、また色範囲の境界線（境界面）は曲線（曲面）であってもよい。

次に、上記第１の処理例の変形例について説明する。第１の処理例では、図８と図９のように色範囲を第１色範囲と第２色範囲に分けていたが、さらに多くの色範囲に分けて変換しても構わない。図１０と図１１に、第１色空間および第３色空間をより多くの色範囲に分けた場合の例を示す。第１色範囲は白色を含んだ色範囲である。第２色範囲は第１色範囲の一部に隣接し、各原色と同じ色相の色の一部を含んだ色範囲である。第３色範囲は第２色範囲と隣接した第２色範囲よりもさらに彩度の高い色を含む色範囲であり、第３色範囲も各原色と同じ色相の色の一部を含む。第４色範囲は第２色範囲と同じく第１色範囲に隣接するが、原色と同じ色相の色を含まない色範囲である。また第１色範囲のうち特に一部の色範囲を第５色範囲として、第１色範囲とは別に分けた。変換後の色範囲と色範囲の境界で色の変化が不連続な部分があると、本来あるべきでない色のジャンプが生じてしまうことを防ぐため、隣接した色範囲同士の境界では色の変化が連続となるようにする。

図１０及び図１１において、４１０および５１０が第１色範囲であり、この色範囲では第１色空間の色相を保持したまま彩度をわずかに強調して、第３色空間へと変換する。４１１〜４１３および５１１〜５１３は第２色範囲であり、色相を少しずつ変化させながら彩度を強調して、第１色空間から第３色空間へと変換する。４１４〜４１６および５１４〜５１６は第３色範囲であり、第２色範囲よりも色相をさらに表示装置本来の色相に向かって変化させながら彩度を強調して、第１色空間から第３色空間へと変換する。４１７〜４１９および５１７〜５１９は第４色範囲であり、本例では特に各原色の補色の色相を保持するようにしながら彩度を強調して、第１色空間から第３色空間へと変換する。また第１色範囲のうち、特に４２０および５２０で示した第５色範囲では、周囲の色範囲との色の連続性を保ちつつ、より記憶色に近い色になるようにして、第１色空間から第３色空間へと変換する。本例では一例として第５色範囲を特に肌色の範囲として、この色範囲の明度を相対的に上げることで、より記憶色に近い肌色を再現できるようにした。第３色空間定義後の処理は上述した処理と同様である。

第３色範囲では第２色範囲よりも彩度の強調度合いを大きくしたため、結果的に第２色範囲の彩度の強調度合いは前述の第１の処理例の場合に比べて緩やかになる。すると第１色範囲と第２色範囲での彩度変化の差が緩やかになり、より自然に感じられるようになる。第４色範囲では、原色色相に比べて原色に対する補色の色相はあまり変化しないため、鮮やかな黄色などでの色相の不自然さを軽減することができる。第５色範囲では記憶色に近い再現を行うことにより、より好ましい肌色を再現できる。

次に、本発明に係る第２の処理例について説明する。
第２の処理例は、表示装置の色再現域が第１色空間に対してそれほど大きくなく、また表示装置の伝達関数が行列で表せる場合などに、前述の例で触れたＬＵＴや重み付けの補正を行わずに、第３色空間を定義する方法の例である。

前述の第１の処理例では、第１色空間を複数の色範囲に分け、それぞれの色範囲ごとに第３色空間へと変換したが、本例ではまず第１色空間全体を、一度表示装置の第２色空間よりも大きな仮想的な色空間（以降、第４色空間と称す）へと変換し、その後第２色空間の範囲内に収めるよう第４色空間を変換した色空間を、第３色空間とする。

以下に第３色空間を定義する具体的な方法を示す。
前述の第１の処理例において第３色空間第１色範囲を定義した際の計算において、ｂ_１＝ｂ_２＝ｂ_３およびａ＝１．１８として第４色空間を定義した。図１２に示すｕ’ｖ’色度図において、６００は白色座標、６１０は第１色空間であるｓＲＧＢ空間を、６２０はカラー画像表示部１３の第２色空間を、６３０はｓＲＧＢ空間の色相を保持したまま彩度が強調された第４色空間を示す。第４色空間の原色の三刺激値をそれぞれ［Ｘ’_ｒ、Ｙ’_ｒ、Ｚ’_ｒ］、［Ｘ’_ｇ、Ｙ’_ｇ、Ｚ’_ｇ］、［Ｘ’_ｂ、Ｙ’_ｂ、Ｚ’_ｂ］とする。また表示装置の伝達関数は、雑音成分を無視した式（１３）で表されるとする。すると任意の三刺激値を表示するために必要なＲＧＢ値算出関数Ｓは、３行３列の伝達関数Ｔの逆行列となり、入力された映像信号を、カラー画像表示部１３で第４色空間の三刺激値を再現するための映像信号へと変換する変換行列Ｃは式（２４）で与えられる。

式（２５）は実際に変換行列Ｃを求めた例である。

ただしこの行列用いてＲＧＢ信号を変換しても、変換後の信号がＲＧＢ信号として有効な範囲内に収まっていない可能性もある。実際［Ｒ，Ｇ，Ｂ］＝［２５５，２５５，２５５］というＲＧＢ信号を変換すると、変換後のＲＧＢ信号は［Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’］＝［２４８，２５６，２８９］となり、２５５を超える数値が現れてしまう。これは第４色空間と第２色空間の間で輝度の正規化を行っていないことが原因であり、色変換後の輝度の飽和を避けるために正規化を行うのが望ましい。正規化は以下のようにして行う。変換行列Ｃにおいて、各行の正の要素の合計のうち最大の数値が１以下となるように変換行列全体に同一の定数（１／Ｃ_ｍ）を乗算することにより、先の変換行列Ｃは式（２６）の変換行列Ｃ_{ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}へと正規化される。なお、各行の正の要素の合計値のうち最大の数値が１となるときが、輝度が飽和しない範囲でもっとも輝度が高いので、この数値が１となるように定数（１／Ｃ_ｍ）を定めるのが望ましい。

これにより入力映像信号として有効な範囲内、すなわち０−２５５の範囲のいかなるＲＧＢ値に対しても変換後のＲＧＢ値が２５５を超えることがなくなり、輝度の飽和を避けられる。

なお、色変換後の輝度の飽和を避けるための他の方法として、変換後のＲＧＢ信号の少なくとも１つの値が２５５を超えた場合、その値を２５５に置き換えるようにしてもよい。

また、第４色空間を第２色空間よりも大きく取ったため、行列の要素には一つ以上の負の値が含まれており、例えば［Ｒ，Ｇ，Ｂ］＝［０，０，２５５］というＲＧＢ信号を変換すると、［Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’］＝［−１１，−２，２５５］となり負の値が現れ、標準ＲＧＢ信号の仕様を満たさなくなってしまう。変換後の映像信号に負の値が含まれる場合は、カラー画像表示部１３の色再現域の外の色を表示しようとしていることに相当しており、表示不可能な色である。この表示不可能な色範囲は図１２の６４０である。

このような負の値の処理には、例えば以下の方法がある。

負の値の処理として最も簡易的なのは、変換後に負の値が生じた場合はその値を０とすることである。これにより本来色再現域の外へ変換されるべき色が色再現域の境界面上に張り付いた形で変換されることになる。この処理によりカラー画像表示部１３の再現域外の領域では色の情報の一部が失われ、異なった色を表示させることになるが、大まかな色相は合っておりＲＧＢ信号値の変化に対して連続的に変化するため、簡易的な処置として有効である。

本例では、第４色空間のうち第２色空間に含まれる範囲が第３色空間第１色範囲に相当し、第４色空間のうち第２色空間を越えてしまう範囲の色を第２色空間内に補正したものが、第３色空間第２色範囲となる。最終的に第３色空間での各原色色相の変化は図１３のようになり、第３色空間第１色範囲では色相を保持したまま彩度を強調し、第３色空間第２色範囲では連続的に色相を変化させており、表示装置の色再現範囲の全てではないものの、６５０に示されるようにより広い範囲を利用できるようになっていることがわかる。

ここまで説明したカラー画像表示装置および色変換装置は、以下の特徴を持つものである。
第１の特徴は、入力映像信号が有する第１色空間の色再現域と、カラー画像表示装置が有する第２色空間の色再現域の情報とから、前記第１色空間の色を該第１色空間の色相を保持しながら該第１色空間とは異なる第３色空間に変換する色変換装置であって、前記第１色空間の少なくとも１つの色を、前記第２色空間の外側にある前記第３色空間内の色へ変換することである。

第２の特徴は、第１の特徴において、前記第３色空間を構成する三原色の色度座標は、白色の色度座標と前記第１色空間の三原色の色度座標とを結ぶ半直線上にあることである。

第３の特徴は、第１又は第２の特徴において、前記第３色空間の三原色の輝度の比率は、前記第３色空間の白色座標が前記第１色空間の白色座標と同じになるように定められていることである。

第４の特徴は、第１乃至第３のいずれか１の特徴において、前記第３色空間の色再現域は、彩度の強調度合いを表すパラメータを変化させることにより定義されることである。

第５の特徴は、第１乃至第４のいずれか１の特徴において、入力映像信号が有する前記第１色空間の色を前記第３色空間へ変換するとともに、前記入力映像信号を前記カラー画像表示装置で前記第３色空間の色を再現するための出力映像信号に変換する映像信号変換部を備えていることである。

第６の特徴は、第５の特徴において、前記映像信号変換部は、前記入力映像信号を前記出力映像信号に変換するために、少なくとも一つの変換行列による演算を行うものであって、前記変換行列を、前記カラー画像表示装置固有の伝達関数と前記第３色空間の三原色が持つ三刺激値とから算出し、前記出力映像信号が映像信号として有効な最大値を超えることがないように、前記変換行列に定数を乗算することである。

第７の特徴は、第６の特徴において、前記出力映像信号の少なくとも１つの値が負の値になってしまう場合、該負の値を０に置き換える処理を行うことで、第３色空間が表示装置が再現可能な範囲内に収まるように、第３色空間を補正することである。

第８の特徴は、第５の特徴において、前記出力映像信号の少なくとも１つの値が映像信号として有効な最大値を超えた場合、該値を最大値に置き換えることで、第３色空間が表示装置が再現可能な範囲内に収まるように、第３色空間を補正することである。

第９の特徴は、第８の特徴において、前記出力映像信号の少なくとも１つの値が負の値になった場合、該負の値を０に置き換えることで、第３色空間が表示装置が再現可能な範囲内に収まるように、第３色空間を補正することである。

第１０の特徴は、第５の特徴において、前記入力映像信号に応じたガンマ変換を行うガンマ変換部と、前記カラー画像表示装置のガンマ特性に応じた逆ガンマ変換を行う逆ガンマ変換部とを備え、前記ガンマ変換部、前記映像信号変換部、前記逆ガンマ変換部の順番で処理を実行することである。

第１１の特徴は、第１乃至第１０のいずれか１の特徴を持つ色変換装置を備えたカラー画像表示装置であること、である。

次に、本発明に係る第３の処理例について説明する。
第２の処理例において、式（２６）の各行の正の要素の合計は、変換後の赤・青・緑のＬＥＤが最大に発光するとき変換前の何倍に当たるかを示している。したがって全てのＬＥＤについて１となっていることが望ましい。式（２６）で赤に対応する一行目では合計が０．８２８であるため、この例での赤と緑はいかなる入力映像信号に対しても０．８２８×２５５より大きな値が変換後に現れることはなく、カラー画像表示部１３のダイナミックレンジが狭くなってしまう。各ＬＥＤの最大発光量を個別に変更することで、各行の正の要素の合計を１に近づけ、ダイナミックレンジを拡げることができる。

ＬＥＤの駆動電流を増やし発光量を増加させると、ある色を表示する際にそのＬＥＤに対応する色の信号値は小さくて済むことになる。したがってＬＥＤ発光量の増大はそのＬＥＤの色に対応する行全体を減少させ、逆にＬＥＤ発光量の減少はそのＬＥＤの色に対応する行全体を増加させることになる。ＬＥＤの色度座標の変化は駆動電流がしきい値電流より十分大きい領域では小さいために色度座標の変化をほぼ無視することができ、赤・緑・青のそれぞれの原色に関して、個別にＬＥＤ発光量と変換行列の対応する行の要素を変化させても同一の結果をもたらすことができる。なお同一の結果を得るために必要なＬＥＤ発光量と、変換行列のうちそのＬＥＤに対応する行の要素とが反比例することは容易に理解できる。そのため三刺激値の再測定や第２色空間、第３色空間の定義を再び行うことなしに、全ての要素が１を超えない範囲で各行の合計を１に近づけることが容易に可能である。赤・緑・青のうち明るさに最も寄与するのは緑であるため、緑の行の要素あるいは行の合計の値を最大値として、この値以下で赤と青の行の要素および行の合計を大きくなるように赤と青のＬＥＤ発光量を調整すればよい。

以上のようにしてカラー画像表示部１３のＬＥＤの駆動電流を最適化した上で、正規化を行った変換行列は次の式（２７）となる。このとき緑のＬＥＤの発光量は変化させず、赤のＬＥＤの発光量を１．０１５倍、青のＬＥＤの発光量を１．２０４倍としている。

すると赤は入力映像信号［Ｒ，Ｇ，Ｂ］＝［２５５，２５５，０］のときに最大の２５５に、緑は入力映像信号［Ｒ，Ｇ，Ｂ］＝［２５５，２５５，０］のときに最大の２５５に、青は入力映像信号［Ｒ，Ｇ，Ｂ］＝［０，０，２５５］のときに最大の２５５になり、ダイナミックレンジを広く使えるようになったことがわかる。ここでは緑のＬＥＤの発光量を変化させなかったが、固定するＬＥＤは他の色でも構わないし、全てのＬＥＤの発光量を変化させても当然構わない。
このようにすることで、前述の第２の処理例の効果が有効なままカラー画像表示部１３のダイナミックレンジを広く用い、階調性を向上させることができる。

つづいて本発明の主たる特徴部分となる映像信号変換処理について説明する。本発明では、前述の第１乃至第３の処理例により、第１の色範囲では入力映像信号本来の色相で再現し、第２以降の色範囲では色再現範囲を広げる方向へと少しずつ色相を変化させながら彩度を強調して再現可能とし、さらに、追加の映像信号変換処理を施して、映像を所望の階調特性に変化させるようにしている。ここでは、これまで説明した色変換に加えて、映像のガンマ特性を変化させてコントラスト感を高めたり、暗部の階調性を強調したりといった、階調特性の変更を行う場合について説明する。

通常、再生時の階調特性の調整は、逆ガンマ変換がなされた映像信号に対して、元のリニアな値が何であるかを考慮せずにガンマカーブの補正を行っている。そのため、表示したい色を構成する各原色に対応する光の光量比が、本来意図された比率から変化し、明るさだけでなく色相や彩度まで変わってしまうこととなる。

このことについて詳細に説明する。一例として、主にパーソナルコンピュータのビデオカードドライバが持つガンマ調整機能を挙げる。このドライバのガンマ調整では、横軸に入力のＲＧＢ値、縦軸に出力のＲＧＢ値を取った図１４のようなグラフを操作してガンマ特性の調整を行っている。初期状態ではこのグラフは傾きが１の直線となっており、入力と出力が一致する。つまりドライバのガンマ調整機能は何もしない。ここで、ガンマ調整のグラフを操作してｙ＝ｘ＾０．７で表される曲線を設定した場合を考えると、伝送用の逆ガンマ変換がなされた映像信号ｘに対して、この演算を行った映像信号ｙがビデオカードから出力されることになる。ここでは簡単に表示装置のガンマ特性をｙ＝ｘ＾γとし、映像信号に載っている表示装置のガンマ特性の逆特性をｙ＝ｘ＾（１／γ）であるとする。

本来表示装置で表示させたいリニアなＲＧＢ値が［Ｒ₂，Ｇ₂，Ｂ₂］であった場合、ガンマ調整が行われるのは逆ガンマ変換がなされた映像信号に対してであるから、ビデオカードドライバのガンマ調整機能へ入力される信号は［（Ｒ₂／２５５）＾（１／γ）＊２５５、（Ｇ₂／２５５）＾（１／γ）＊２５５、（Ｂ₂／２５５）＾（１／γ）＊２５５］、ビデオカードから出力される信号は［（（Ｒ₂／２５５）＾（１／γ））＾０．７＊２５５、（（Ｇ₂／２５５）＾（１／γ））＾０．７＊２５５、（（Ｂ₂／２５５）＾（１／γ））＾０．７＊２５５］となる。

すると最終的に表示装置で解釈されるリニアなＲＧＢ値は、［（Ｒ₂／２５５）＾０．７、（Ｇ₂／２５５）＾０．７、（Ｂ₂／２５５）＾０．７］となる。本来表示させたかった［Ｒ₂／２５５，Ｇ₂／２５５，Ｂ₂／２５５］と比較すると、白色や原色といった特別な場合を除き、ＲとＧとＢの比率が変化してしまうことが容易に理解できる。表示装置の色再現域がｓＲＧＢの色域であり、γ＝２．２として色度座標を計算した例を図１５に示す。

図１５はｕ’ｖ’色度図の一部を拡大したものであり、７００は白色の色度座標を、７２０はｓＲＧＢの色再現域、７０１はｓＲＧＢ色空間において伝送用のガンマ特性が載った状態でのＲＧＢ値が［２３０，１３０，６０］となる色を、ガンマ調整を行わずに表示した場合の色度座標を表している。７０２はガンマ特性が載った信号に対してｙ＝ｘ＾０．７のガンマ調整を行ったときの色度座標であり、７０３はｙ＝ｘ＾１．３のガンマ調整を行ったときの色度座標である。また、７１１は７０１と同じ色相上の色が取りうる色度座標の軌跡を表している。この軌跡７１１上の色に対して、同様のガンマ調整を行った場合に描く色度座標の軌跡を示したものが７１２と７１３である。このようなガンマ調整で階調特性を変化させた場合には、色相や彩度が変化してしまうことがわかる。

そのため、第１の処理例の色変換装置に対して、ここで説明したような簡易なガンマ調整を行った場合には、色相や彩度が変化してしまい、十分な効果が得られなくなってしまう。本発明では、色相や彩度まで変化してしまうことを防ぎつつ、第１の処理例の色変換装置にガンマ調整機能を付加するために、映像信号変換部１２ｂで処理を行った後に、さらに追加の映像信号変換処理を行う。

映像信号変換部１２ｂで表示装置に合わせたリニアなＲＧＢ値へ変換するところまでは前述の図４に示した第１の処理例と同様である。このＲＧＢ値へ変換する過程で、表示装置で再現しようとする第３色空間のＸＹＺ値が求められている。変換されたリニアなＲＧＢ値に対して先に述べた簡易なガンマ調整を行った場合に得られるＲＧＢ値を求め、求めたＲＧＢ値から表示装置に入力した際に表示される色の輝度Ｙ’を求める。リニアなＲＧＢ値（すなわち、出力映像信号のＲＧＢ値）による第３色空間での輝度Ｙに対する輝度Ｙ’の比Ｙ’／Ｙを求め、リニアなＲＧＢ値に乗算を行う。そして前述の図４に示した第１の処理例と同様に逆ガンマ変換部１２ｃにてカラー画像表示部１３の逆ガンマ特性を付加し、カラー画像表示部１３へと出力する。リニアなＲＧＢ値に対して同じ数を乗算しているため、映像信号変換部１２ｂからの出力映像信号の各原色ＲとＧとＢの比率は変化せず、したがって色相や彩度は変化しない。白色及び原色の輝度についてはガンマ調整に従った値となり、それ以外の中間の色相の色に関しては、その色の輝度の値に応じて、他の色との整合性をもって連続的に変化することとなる。したがって、本発明によれば、第１の処理例の色変換の効果をそのままに、ガンマ特性の調整を行うことが可能となる。

ここで説明した例では輝度の比率を基準にＲＧＢ値を変化させたが、輝度の代わりにＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間におけるＬ＊の値を用いても構わない。あるいはＸＹＺと等価であるリニアなＲＧＢ値を基準にしてガンマ特性の調整を行ったが、ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間やＣＩＥ１９７６Ｌ＊ｕ＊ｖ＊色空間といった均等色空間の表色値で考えることもできる。Ｌ＊ａ＊ｂ＊で考える場合には、第３色空間のＸＹＺからＬ＊、ａ＊、ｂ＊を、簡易なガンマ調整を行った際に表示されるＸＹＺからＬ’＊を求める。本来のＬ＊をＬ’＊に差し替え、ａ＊とｂ＊は変化させない。その後Ｌ＊ａ＊ｂ＊を再びＸＹＺへ変換し、さらにＲＧＢへ変換するという手順を取ることができる。

なお、Ｌ＊ａ＊ｂ＊のような均等色空間においては、表示装置が取りうる色再現範囲は図１６の球体８００で示したようなイメージ図で表され、Ｌ＊の値によってａ＊ｂ＊の取りうる範囲が変化する。そのためＬ＊を変化させることによって元と同じａ＊とｂ＊の色を表示装置が再現できなくなるという場合があるため、Ｌ＊ａ＊ｂ＊で考える場合には、色相はそのままで、そのＬ＊においてａ＊、ｂ＊が取りうる範囲に応じて彩度を変更して色再現範囲の中に収める。例えば図１７における点８０１は、ガンマ調整によって色再現範囲の狭いＬ＊になるため、その色再現範囲に応じた分だけ彩度を下げ、色相は同じである点８０２へ移動する。このようにしてガンマ調整後のＲＧＢを求めると、色相が変化して不自然な色合いに感じられてしまうことなくガンマ特性を調整できる。

また、各原色で異なるガンマカーブを設定してもよい。本発明で述べた方法では、原色ごとに異なるガンマカーブで補正を行った場合であっても、色相を変化させずに明るさを調整することが可能である。

有限のビット数で量子化して映像信号を伝送する場合においては、映像信号の変換で色再現特性や階調特性を変化させると、一般に表示装置で再現できる階調数が減少し、量子化誤差が生じる。この量子化誤差の影響を少なくするためには、入力ビット数および表現可能な階調数が大きい表示装置を用いることが望ましい。

また、表示装置に入力可能な最大のビット数は、通常各チャンネル８ビットであることが多いが、一部の表示装置では、内部で映像表示部を駆動するための信号は１０ビットを超える階調数で制御している。このような表示装置は、所望の階調特性に合わせて、入力の８ビットに対応する映像表示部の駆動レベルを変更することで、量子化誤差の影響を抑え、良好な階調特性を得ることが可能である。このような表示装置を用いる場合は、あらかじめ表示装置特性を目的のガンマ特性に近づけておき、その上で図４のステップＳ７を行っておくと、伝送路や表示部に入力するビット数の影響による量子化誤差を抑えることが可能である。

また、特にコントラスト感の強調や暗部の階調性を強調する必要がない場合であっても、十分な入力ビット数および映像表示部が表現可能な階調数を持たない表示装置であって、映像信号が意図するガンマ特性と表示装置のガンマ特性に違いが有る場合は、映像信号が意図した通りの階調特性ではなく、表示装置本来のガンマ特性と一致するようにガンマ特性の補正を行うことによって、映像信号の量子化の際に生じる誤差を小さく抑えることが可能である。

なお、図１に示したカラー画像表示部１３は、図２における空間光変調器２８としてＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ、登録商標）を用いた単板式ＤＬＰプロジェクタであったが、ＤＭＤを各ＬＥＤにつき一つ用いた３板式ＤＬＰプロジェクタ、あるいは三原色毎に複数のＬＥＤとＤＭＤを設けた構成のＤＬＰプロジェクタでもよいし、空間光変調器２８として液晶デバイスを用いてもよい。また、光源としてＬＥＤではなくレーザを用いてもよいし、色純度の高いカラーホイールを用いた高圧水銀ランプを用いてもよい。また、色純度の高いカラーフィルタを用いた液晶ディスプレイやレーザの発光強度を変調しながらスクリーンを走査することで映像を形成するレーザプロジェクタや、ホログラムによる回折を利用して映像を形成するプロジェクタの場合であっても、映像の色情報を特定の三原色成分に分解した映像信号を入力に用い、映像信号の各三原色成分の信号値に応じてカラー画像表示装置の各三原色を発光させるカラー画像表示装置であれば本発明を適用可能であることは明らかである。

また、四原色以上の多原色映像信号や、四原色以上の多原色カラー画像表示装置の場合に対しても、入力映像信号が表すＸＹＺなどの表色値を求める手順と、第３色空間での表色値を表示させるための映像信号を求める手順が変わるだけであり、本発明の効果はそのまま適用可能である。

また、これまでは全てＲＧＢ信号値を０−２５５で８ｂｉｔ量子化した例について述べているが、８ｂｉｔをｎｂｉｔに拡張した場合にも本発明の全ての効果が有効であることはいうまでもない。

また、以上では入力映像信号をＲＧＢ信号としていたが、色差信号など、適切な演算によってＲＧＢ信号へ変換できる映像信号であれば、本発明の全ての効果が有効であることは明らかである。

また、第１色空間および第３色空間における色範囲の数や分け方は、本明細書の実施形態として述べたものに限られるものではなく、異なる色範囲へ分けても構わないし、さらに多くの色範囲に分けて異なる処理を行っても構わなく、また実施形態の例で述べた色空間と色空間の間に、別の色空間を挟んでいても構わない。色範囲の数を増やし、結果として色相を曲線的に変化するようにしてもよい。
また、入力映像信号がどのような色再現域を持っているかという情報をメタデータとして映像信号に付加しておき、そのメタデータ情報に応じて本発明の色変換機能の有効／無効を切り替えや、有効時の各変換パラメータの値を切り替えるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、映像信号の色空間を、色範囲に応じて色相と彩度の変化の度合いを連続的に変化させていくため、色相や彩度の変化に敏感な色範囲は映像信号本来の色再現に近く、そうでない色は彩度を増した鮮やかな映像として再現することができる。そのため広色域表示装置で生じていた不自然な色合いという問題を解決しながら、広い色再現域を活用することができる。
さらに、映像信号が表す色が何であるかを考慮して階調特性の変更を行うため、任意の階調特性を実現するために映像のガンマ特性の調整を行った場合であっても、不自然な色合いとならずに色再現を行うことができる。

また、カラー画像表示装置が持つ固有の特性に対する補正を、ガンマ特性と伝達関数で表される信号伝達特性とに分けて行うため、カラー画像表示装置で意図した通りの色を再現することができる。また、映像信号に応じたガンマ変換と、カラー画像表示装置固有の伝達関数に対する補正と、カラー画像表示装置のガンマ特性に応じた逆ガンマ変換とをこの順番で行うため、カラー画像表示装置が、映像信号が意図するガンマ特性とは異なった特性を持っていても、高い精度で意図した通りの色を再現することができる。

また、映像信号の白色の色度座標と三原色の色度座標とを結んだ半直線上に新しい三原色の色度座標を定めることにより、色相を変化させずに色再現域を広げた第３色空間第１色範囲の定義が容易になる。

本発明の第１の処理例に係るカラー画像表示装置の構成例を示すブロック図である。本発明の第１の処理例に係るカラー画像表示部の構成例を示す図である。本発明の第１の処理例に係るカラー画像表示部の色再現域と映像信号の色再現域とを示す色度図である。本発明の第１の処理例に係る色変換部における色変換パラメータ算出処理の一例を説明するためのフロー図である。本発明の第１の処理例に係る第３色空間を、白色座標を考慮せずに定めた場合の例を示す色度図である。本発明の第１の処理例に係る第３色空間を、白色座標を考慮して定めた場合を例を示す色度図である。第１色空間をｓＲＧＢとしてａを変化させた場合の第３色空間の変化を示す色度図である。第１色空間における色範囲と、白色から原色および原色の補色へ向かう色相の軌跡を示した図である。第３色空間における色範囲と、白色から原色および原色の補色へ向かう色相の軌跡を示した図である。本発明の第１の処理例の変形例に係る色変換部による第１色空間の変換例を示す色度図である。本発明の第１の処理例の変形例に係る色変換部による第３色空間の変換例を示す色度図である。本発明の第２の処理例に係る色変換部による第１色空間の変換例を示す色度図である。本発明の第２の処理例に係る色変換部による第３色空間の変換例を示す色度図である。パーソナルコンピュータのビデオカードドライバに実装されているガンマ調整機能の例を示した図である。ガンマ調整によって、色相が変化してしまう例を示した図である。Ｌ＊ａ＊ｂ＊空間における表示装置の色再現域のイメージを示した図である。Ｌ＊ａ＊ｂ＊空間において、色相を変えずにＬ＊および彩度を変更した例を示す図である。従来の色変換装置を用いて色空間を変換した様子を示す色度図である。

符号の説明

１０…入力映像信号、１１…色変換装置、１１ａ…ガンマ変換部、１１ｂ…映像信号変換部、１１ｃ…映像信号補正部、１１ｄ…逆ガンマ変換部、１２…カラー画像表示装置、２０…赤色ＬＥＤ、２１…緑色ＬＥＤ、２２…青色ＬＥＤ、２３…ミラー、２４…緑反射・青透過ダイクロイックミラー、２５…青緑反射・赤透過ダイクロイックミラー、２６…集光レンズ、２７…ミラー、２８…空間光変調器、２９…投射レンズ、３０…スクリーン。

Claims

少なくとも３つの原色を用いて画像を表示するカラー画像表示装置であって、
該カラー画像表示装置で表示される色範囲は、白色を含む第１の色範囲と、該第１の色範囲より彩度の高い第２の色範囲との少なくとも２つの色範囲を含み、前記第１の色範囲においては、入力映像信号によって定まる色相を保持しながら該入力映像信号によって定まる彩度より高い彩度の色を表示し、前記第２の色範囲においては、入力映像信号を該入力映像信号によって定まる色相とは異なる色相の色を表示する出力映像信号へと変換し、該変換によって定まった色相が変化しないように、前記カラー画像表示装置の階調特性を変更することを特徴としたカラー画像表示装置。
前記カラー画像表示装置で表示される階調特性を変更するために、表示する色の輝度を変化させることを特徴とした請求項１に記載のカラー画像表示装置。
前記カラー画像表示装置で表示される階調特性を変更するために、表示する色の輝度および彩度を変化させることを特徴とした請求項１に記載のカラー画像表示装置。
少なくとも３つの原色を用いた入力映像信号を、特定のカラー画像表示装置に適した出力映像信号へと変換する色変換装置であって、
前記カラー画像表示装置で再現される色範囲は、白色を含む第１の色範囲と、該第１の色範囲より彩度の高い第２の色範囲との少なくとも２つの色範囲を含み、前記第１の色範囲においては、入力映像信号によって定まる色相を保持しながら該入力映像信号によって定まる彩度より高い彩度の色を表示し、前記第２の色範囲においては、入力映像信号を該入力映像信号によって定まる色相とは異なる色相の色を表示する出力映像信号へと変換し、該変換によって定まった色相が変化しないように、前記カラー画像表示装置の階調特性を変更することを特徴とした色変換装置。
前記カラー画像表示装置で表示される階調特性を変更するために、表示する色の輝度を変化させることを特徴とした請求項４に記載の色変換装置。
前記カラー画像表示装置で表示される階調特性を変更するために、表示する色の輝度および彩度を変化させることを特徴とした請求項４に記載の色変換装置。