JP5279625B2 - 表示画像補正方法および画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示画像補正方法および画像表示装置に関し、更に詳しくは、表示装置の画面上の輝度むらや色むらを補正するための表示画像補正方法および画像表示装置に関する。

従来、表示装置の画面における画素の水平位置ｘおよび垂直位置ｙおよび階調値（信号レベル）ｚに対応した補正用データを用いて階調値を補正する三次元補正を行って、表示装置の画面上の輝度むらや色むらを補正する技術が知られている（例えば特許文献１の［００４４］参照）。

特開平１１−１０９９２７号公報

上記の従来技術では、画素の水平位置ｘおよび垂直位置ｙおよび階調値ｚに応じた補正用データを予め記憶していた（例えば特許文献１の図７参照）。
しかし、例えば基準となる水平位置が１００点、基準となる垂直位置が７５点、基準となる階調値が５点とすると、記憶する補正用データの数は１００×７５×５＝３７５００個となり、非常に多くのメモリ容量を必要とし、回路構成が大規模になる問題点があった。また、補正用データを設定するための調整工数が非常に多くかかる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、三次元補正を行うために記憶する補正用データの数を大幅に低減でき、回路構成が小規模で済むと共に補正用データを設定するための調整工数を大幅に節減することが出来る表示画像補正方法および画像表示装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、画像における画素の水平位置ｘに対応した水平方向補正係数Ｋｘ（ｘ）と、垂直位置ｙに対応した垂直方向補正係数Ｋｙ（ｙ）と、階調値ｚまたはガンマ補正後階調値Ｐ（ｚ）に対応した階調方向補正係数Ｋｐ（Ｐ）とを記憶しておき、三次元補正後階調値Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｛Ｋｘ（ｘ）×Ｋｙ（ｙ）×Ｋｐ（Ｐ（ｚ））＋１−Ｋｐ（Ｐ（ｚ））｝×（Ｐ（ｚ））となるように補正することを特徴とする表示画像補正方法を提供する。
上記第１の観点による表示画像補正方法では、表示画面における画素の水平位置および垂直位置および階調値に対応した補正用データにより階調値を補正する三次元補正を行うことが出来る。そして、例えば基準となる水平位置が１００点、基準となる垂直位置が７５点、基準となる階調値が５点とすると、記憶する補正用データ（＝補正係数）の数は１００＋７５＋５＝１８０個となり、三次元補正を行うために記憶する補正用データの数を大幅に低減することが出来て、回路構成が小規模で済むと共に予め補正用データを設定するための調整工数を節減することが出来る。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による表示画像補正方法において、画面中心部ではＫｘ＝１，Ｋｙ＝１とすることを特徴とする表示画像補正方法を提供する。
上記第２の観点による表示画像補正方法では、画面中心部の輝度が不変となるため、画面中心部に色彩輝度計を当てて行うキャリブレーション（輝度や色やガンマ特性の校正）に影響を与えず、三次元補正とキャリブレーションの順序や組み合わせが自在となる。

第３の観点では、本発明は、画像における画素の水平位置ｘに対応した水平方向補正係数Ｋｘを記憶し出力する水平方向補正係数出力手段と、垂直位置ｙに対応した垂直方向補正係数Ｋｙを記憶し出力する垂直方向補正係数出力手段と、階調値ｚまたはガンマ補正後階調値Ｐ（ｚ）に対応した階調方向補正係数Ｋｐ（Ｐ）を記憶し出力する階調方向補正係数出力手段と、三次元補正後階調値Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｛Ｋｘ（ｘ）×Ｋｙ（ｙ）×Ｋｐ（Ｐ（ｚ））＋１−Ｋｐ（Ｐ（ｚ））｝×（Ｐ（ｚ））となるように補正演算を行う補正演算手段と、三次元補正後階調値Ｑを基に画像を表示する画像表示手段とを具備したことを特徴とする画像表示装置を提供する。
上記第３の観点による画像表示装置では、上記第１の観点による表示画像補正方法を好適に実施できる。

第４の観点では、本発明は、前記第３の観点による画像表示装置において、画面中心部ではＫｘ＝１，Ｋｙ＝１とすることを特徴とする画像表示装置を提供する。
上記第４の観点による画像表示装置では、上記第２の観点による表示画像補正方法を好適に実施できる。

本発明の表示画像補正方法および画像表示装置によれば、三次元補正を行うために記憶する補正用データの数を大幅に低減することが出来る。これにより、回路構成が小規模で済むと共に、予め補正用データを設定するための調整工数を節減することが出来る。

実施例１に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 水平方向補正係数Ｋｘと垂直方向補正係数Ｋｙと階調方向補正係数Ｋｐとを例示するグラフである。 水平方向補正係数Ｋｘと垂直方向補正係数Ｋｙと階調方向補正係数Ｋｐの数値例を例示する概念図である。 ガンマ補正後階調値Ｐに対する画面上の輝度変化率Ｊ（Ｐ）を例示するグラフである。 水平方向補正係数Ｋｘと垂直方向補正係数Ｋｙの設定過程を説明するための数値例図である。 階調方向補正係数Ｋｐの設定過程を説明するための数値例図である。 階調方向補正係数Ｋｐの設定過程を説明するためのグラフである。 階調値５０％のベタ画像を入力した場合の三次元補正の効果を説明する数値例図である。 階調値７５％のベタ画像を入力した場合の三次元補正の効果を説明する数値例図である。 実施例２に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

−実施例１−
図１は、実施例１に係る画像表示装置１００を示すブロック図である。
この画像表示装置１００には、階調値ｚに対してガンマ補正を行いガンマ補正後階調値Ｐ（ｚ）を出力するガンマ補正部１と、水平同期信号とクロック信号を基に画像における画素の水平位置ｘを出力する水平位置出力回路１１と、水平位置ｘに対応した水平方向補正係数Ｋｘを記憶し出力する水平方向補正係数ＬＵＴ（ＬｏｏｋＵｐＴａｂｌｅ）１２と、垂直同期信号と水平同期信号を基に画像における画素の垂直位置ｙを出力する垂直位置出力回路２１と、垂直位置ｙに対応した垂直方向補正係数Ｋｙを記憶し出力する垂直方向補正係数ＬＵＴ２２と、ガンマ補正後階調値Ｐ（ｚ）に対応した階調方向補正係数Ｋｐを記憶し出力する階調方向補正係数ＬＵＴ３２と、三次元補正後階調値Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｛Ｋｘ（ｘ）×Ｋｙ（ｙ）×Ｋｐ（Ｐ（ｚ））＋１−Ｋｐ（Ｐ（ｚ））｝×（Ｐ（ｚ））となるように補正演算を行う補正演算器４０と、三次元補正後階調値Ｑを基に画像を表示する画像表示器２とを具備してなる。

図２の（ａ）に、水平方向補正係数Ｋｘを例示する。
水平方向補正係数Ｋｘは、０≦Ｋｘ＜２の値で、画面中央部の水平位置ＸｃではＫｘ＝１である。後述するように、三次元補正を行わないで特定階調値のベタ画面を表示させた表示画面の二次元輝度分布特性から算出する。

図２の（ｂ）に、垂直方向補正係数Ｋｙを例示する。
垂直方向補正係数Ｋｙは、０≦Ｋｙ＜２の値で、画面中央部の垂直位置ＹｃではＫｙ＝１である。後述するように、三次元補正を行わないで特定階調値のベタ画面を表示させた表示画面の二次元輝度分布特性から算出する。

図２の（ｃ）に、階調方向補正係数Ｋｐを例示する。
階調方向補正係数Ｋｐは、０から７０程度の値で、所定階調値Ｚｃに対応するガンマ補正後階調値Ｐｃ＝Ｐ（Ｚｃ）ではＫｐ＝１である。後述するように、ガンマ補正後階調値Ｐに対する画面の輝度変化率を用いて算出した値を基本として画像表示器２の階調特性や製品要求仕様や総合的な画質品位などを勘案して決める。

図３の（ａ）に、基準となる水平位置を５点としたときの水平方向補正係数Ｋｘの数値例を例示する。
図３の（ｂ）に、基準となる垂直位置を５点としたときの垂直方向補正係数Ｋｙの数値例を例示する。
図３の（ｃ）に、基準となる階調値を５点としたときの階調方向補正係数Ｋｐの数値例を例示する。

図４は、ガンマ補正後階調値Ｐ（ｚ）に対する輝度変化率Ｊ（Ｐ）＝ΔＬ／ΔＰを例示したグラフである。なお、ΔＰはガンマ補正後階調値変化分（またはガンマ補正後階調値変化量）であり、ΔＬはΔＰに対する輝度変化分（または輝度変化量）である。
階調値ｚ＝５０％に対応するガンマ補正後階調値Ｐ（５０％）の時にＪ（Ｐ）＝０．９６で、階調値ｚ＝７５％に対応するガンマ補正後階調値Ｐ（７５％）の時にＪ（Ｐ）＝１．５６で、階調値ｚ＝１００％に対応するガンマ補正後階調値Ｐ（１００％）の時にＪ（Ｐ）＝２．２０になっている。

次に、図５を参照して、水平方向補正係数Ｋｘおよび垂直方向補正係数Ｋｙの設定方法を説明する。
（１）補正演算器４０を作動させない状態とし、図５の（ａ）に示すような階調値ｚ＝５０％のベタ画像の信号を与え、表示画面の５×５の点での輝度を２次元輝度測定器などで測定し、画面中心で得られた輝度値を１００として各点の輝度値を正規化し、図５の（ｂ）に示す如き三次元補正前の輝度分布Ｌ（ｘ，ｙ）を得る。なお、説明簡単化のため、輝度分布における点数を５×５個としているが、実際には数千個以上ある。

（２）現在の輝度ＬのＥ％の輝度補正量を加えれば輝度が１００％になるとすれば、
Ｌ（ｘ，ｙ）＋Ｌ（ｘ，ｙ）×Ｅ（ｘ，ｙ）／１００＝１００
であるから、これを変形すると、
Ｅ（ｘ，ｙ）＝１００×（１００−Ｌ（ｘ，ｙ））／Ｌ（ｘ，ｙ）
となる。
上式により、図５の（ｃ）に示す如き必要な輝度補正量Ｅ（ｘ，ｙ）を求める。

（３）ガンマ補正後階調値ＰをＫ倍すれば輝度ＬがＥ％だけ変化するものとすれば、差分（Ｋ−１）に図４の輝度変化率Ｊ（Ｐ）を掛けた値がＥになればよいから、
（Ｋ−１）×Ｊ（Ｐ）×１００＝Ｅ（ｘ，ｙ）
となる。これを変形すれば、
Ｋ（ｘ，ｙ）＝Ｅ（ｘ，ｙ）／（１００×Ｊ（Ｐ））＋１
となる。ここで、階調値ｚ＝５０％のベタ画像の信号を与えているから図４よりＪ（Ｐ（５０％））＝０．９６であり、
Ｋ（ｘ，ｙ）＝Ｅ（ｘ，ｙ）／９６＋１
となる。
上式により、図５の（ｄ）に示す如き仮のガンマ補正後階調値乗率Ｋ（ｘ，ｙ）を求める。

（４）次式により仮のガンマ補正後階調値乗率Ｋ（ｘ，ｙ）から水平方向補正係数Ｋｘ（ｘ）と垂直方向補正係数Ｋｙ（ｙ）を算出する。なお、一般的表記はＫ（ｘ，ｙ），Ｋｘ（ｘ），Ｋｙ（ｙ）であるが、簡易表記としてＫ１１〜Ｋ５５，Ｋｘ１〜Ｋｘ５，Ｋｙ１〜Ｋｙ５を用いている。
Ｋｘ１＝√（（Ｋ１１＋Ｋ１２＋Ｋ１３＋Ｋ１４＋Ｋ１５）／５）
Ｋｘ２＝√（（Ｋ２２＋Ｋ２３＋Ｋ２４）／３）
Ｋｘ３＝√（Ｋ３３）
Ｋｘ４＝√（（Ｋ４２＋Ｋ４３＋Ｋ４４）／３）
Ｋｘ５＝√（（Ｋ５１＋Ｋ５２＋Ｋ５３＋Ｋ５４＋Ｋ５５）／５）
Ｋｙ１＝√（（Ｋ１１＋Ｋ２１＋Ｋ３１＋Ｋ４１＋Ｋ５１）／５）
Ｋｙ２＝√（（Ｋ２２＋Ｋ３２＋Ｋ４２）／３）
Ｋｙ３＝√（Ｋ３３）
Ｋｙ４＝√（（Ｋ２４＋Ｋ３４＋Ｋ４４）／３）
Ｋｙ５＝√（（Ｋ１５＋Ｋ２５＋Ｋ３５＋Ｋ４５＋Ｋ５５）／５）
上式は、図５の（ｅ）に示すように、画面中央に近い位置の仮のガンマ補正後階調値乗率Ｋほど大きなウエイトを持たせたものである。また、三次元補正時に水平方向補正係数Ｋｘと垂直方向補正係数Ｋｙとを乗算するため、それぞれの係数は平方根にしている。
以上により、図５の（ｆ）に示す如き水平方向補正係数Ｋｘ（ｘ）と垂直方向補正係数Ｋｙ（ｙ）とを求め、水平方向補正係数ＬＵＴ１２と垂直方向補正係数ＬＵＴ２２とを設定する。

（５）階調方向補正係数Ｋｐ（Ｐ）は、仮の階調方向補正係数Ｋｐ’（Ｐ）を、
Ｋｐ’（Ｐ）＝Ｊ（特定のガンマ補正後階調値）／Ｊ（Ｐ）
により求めて、それを経験的に修正して決定する。
例えば、特定のガンマ補正後階調値をＰ（５０％）にすると、図４からＪ（Ｐ（５０％））＝０．９６であるから、
Ｋｐ’（Ｐ）＝０．９６／Ｊ（Ｐ）
となり、図６の（ａ）に示す如き仮の階調方向補正係数Ｋｐ’が得られる。
この仮の階調方向補正係数Ｋｐ’を、画像表示器２の階調特性や画像表示装置１００の製品要求仕様や総合的な画質の品位などを勘案して修正し、図６の（ｂ）に示す如き階調方向補正係数Ｋｐを決定し、階調方向補正係数ＬＵＴ３２を設定する。

図７の（ａ）は仮の階調方向補正係数Ｋｐ’を表し、図７の（ｂ）は階調方向補正係数Ｋｐを表している。ガンマ補正後階調値Ｐの中央部分（中間的な輝度になる部分）では仮の階調方向補正係数Ｋｐ’をそのまま階調方向補正係数Ｋｐとするが、両端部分（暗い輝度になる部分と明るい輝度になる部分）を修正している。これは、画像表示器２が液晶パネルの場合、低輝度領域では表示むらの傾向が著しく異なり制御も困難なため補正をほとんど行わないこととし、高輝度領域では補正により最大輝度が犠牲になることを少なくするために補正量を下げている。

上記のように水平方向補正係数ＬＵＴ１２，垂直方向補正係数ＬＵＴ２２，階調方向補正係数ＬＵＴ３２を設定した画像表示装置１００において、補正演算器４０を作動させ、図５の（ａ）に示すような階調値ｚ＝５０％のベタ画像の信号を与えると、図８の（ａ）に示す如きガンマ補正後階調値乗率Ｇ（ｘ，ｙ，５０％）を用いた三次元補正Ｑ＝Ｇ×Ｐが行われる。この結果、図８の（ｂ）に示す如き輝度分布になり、輝度むらを補正できる。

また、図９の（ａ）に示すような階調値ｚ＝７５％のベタ画像の信号を与えると、三次元補正前は図９の（ｂ）に示す如き輝度分布になったが、図９の（ｃ）に示す如きガンマ補正後階調値乗率Ｇ（ｘ，ｙ，７５％）を用いた三次元補正Ｑ＝Ｇ×Ｐが行われる結果、図９の（ｄ）に示す如き輝度分布になり、輝度むらを補正できる。

実施例１の画像表示装置１００によれば次の効果が得られる。
（ａ）輝度むらを補正できる。カラー表示の場合は同様に色むらを補正できる。
（ｂ）三次元補正を行うために記憶する補正用データの数を大幅に低減することが出来るので、ＬＵＴ１２，２２，３２の回路構成が小規模で済むと共に補正用データを設定するための調整工数を節減することが出来る。。
（ｃ）従来は補正用データを設定するために階調ごとに２次元輝度データを測定する必要があったが、１つの特定階調の２次元輝度データを測定するだけでよいため、この点でも調整工数を節減することが出来る。
（ｄ）画面中心部の輝度を不変として画面周辺部の補正を行うので、画面中心に色彩輝度計を当てて行うキャリブレーション（輝度や色やガンマ特性の校正）とは独立して調整が可能であり、輝度むら調整とキャリブレーションの順序や組み合わせが自在となる。

−実施例２−
図１０は、実施例２に係る画像表示装置１００’を示すブロック図である。
この画像表示装置１００’は、階調値ｚに応じて階調方向補正係数Ｋｐを出力する階調方向補正係数ＬＵＴ３２’を用いている。階調値ｚとガンマ補正後階調値Ｐとは１：１に対応するため、このような構成も可能である。

−実施例３−
カラー表示の場合は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれについて三次元補正を行うことにより、輝度むらの補正に加えて色むらも補正することが出来る。

本発明の表示画像補正装置および画像表示装置は、特にＣＣＦＬや拡散シートや液晶の塗布むら等に起因した液晶パネルの輝度むらや色むらを補正して画像を表示するのに有用である。

１ ガンマ補正部
２ 画像表示器
１１ 水平位置出力回路
１２ 水平方向補正係数ＬＵＴ
２１ 垂直位置出力回路
２２ 垂直方向補正係数ＬＵＴ
３２，３２’ 階調方向補正係数ＬＵＴ
４０ 補正演算器
１００，１００’ 画像表示装置

Claims (4)

1. 画像における画素の水平位置ｘに対応した水平方向補正係数Ｋｘ（ｘ）と、垂直位置ｙに対応した垂直方向補正係数Ｋｙ（ｙ）と、階調値ｚまたはガンマ補正後階調値Ｐ（ｚ）に対応した階調方向補正係数Ｋｐ（Ｐ）とを記憶しておき、三次元補正後階調値Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｛Ｋｘ（ｘ）×Ｋｙ（ｙ）×Ｋｐ（Ｐ（ｚ））＋１−Ｋｐ（Ｐ（ｚ））｝×（Ｐ（ｚ））となるように補正することを特徴とする表示画像補正方法。
2. 請求項１に記載の表示画像補正方法において、画面中心部ではＫｘ＝１，Ｋｙ＝１とすることを特徴とする表示画像補正方法。
3. 画像における画素の水平位置ｘに対応した水平方向補正係数Ｋｘを記憶し出力する水平方向補正係数出力手段と、垂直位置ｙに対応した垂直方向補正係数Ｋｙを記憶し出力する垂直方向補正係数出力手段と、階調値ｚまたはガンマ補正後階調値Ｐ（ｚ）に対応した階調方向補正係数Ｋｐ（Ｐ）を記憶し出力する階調方向補正係数出力手段と、三次元補正後階調値Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｛Ｋｘ（ｘ）×Ｋｙ（ｙ）×Ｋｐ（Ｐ（ｚ））＋１−Ｋｐ（Ｐ（ｚ））｝×（Ｐ（ｚ））となるように補正演算を行う補正演算手段と、三次元補正後階調値Ｑを基に画像を表示する画像表示手段とを具備したことを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項３に記載の画像表示装置において、画面中心部ではＫｘ＝１，Ｋｙ＝１とすることを特徴とする画像表示装置。

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