JP5408736B2 - グレースケール表示装置及びグレースケール表示方法 - Google Patents

グレースケール表示装置及びグレースケール表示方法 Download PDF

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Description

本発明は、医療用の画像表示装置に係り、特に、グレースケール表示装置及びグレースケール表示方法に関する。
医療機関でＸ線写真の画像を表示する場合など、患者の病巣などを識別するに当たり、微妙な輝度の違いを表示させて、読み取る必要がある。このため、医療用の画像表示装置においては、優れたグレースケール再現性が要求されている。
医用画像と通信の標準規格としてＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）が定められている。病院内外で異なる製造業者の、異なる種類のデジタル画像機器を、ネットワークや、画像記録媒体を介して相互に接続して、医用画像情報のやり取りや、データ伝送を可能とすることを目的としている。すなわち、ＤＩＣＯＭ規格に沿った表示装置では、どの装置で見ても医用画像の整合性を取ることが可能となる。
ＤＩＣＯＭ規格では、表示装置のグレースケール再現性について定められており、グレースケール画像の表示のための標準表示関数が明記されている。人間の目は、画像の明るい領域よりも、暗い領域において相対的に高い感度を示す特性を持つため、この標準関数は非線形となる。そこで、ＤＩＣＯＭでは、平均的な観察者が識別可能な最小の輝度差を表すＪＮＤ（Just Noticeable Difference、最小弁別閾と呼ばれている）インデックスと輝度値との関係を測定し、グレースケール標準表示関数として定めている。
医用画像表示装置では、表示できる黒表示時の輝度値（黒輝度）と白表示の輝度値（白輝度）とから、このグレースケール標準表示関数を求め、ＬＵＴ（Look Up Table）によりＤＩＣＯＭに対応したグレースケール再現性を実現している。以下、ＬＵＴにより非線形に表されるガンマ特性をＤＩＣＯＭガンマ特性と記す。ＤＩＣＯＭに対応した表示装置として、ＪＮＤや、ＤＩＣＯＭガンマ特性に応じてＬＵＴを求める技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１１４４２７号公報
上述した従来技術は、ＤＩＣＯＭ規格に合致したグレースケール再現性を実現している。特に、液晶表示装置のバックライトの経時変化に追従してＤＩＣＯＭガンマ特性を維持することができる技術について記載されている。しかしながら、実際に医用画像表示装置を使用する際には、室内の照明等の環境光の影響があり、完全な暗室（すなわち、周囲光が全くない状態）以外では、ＤＩＣＯＭガンマ特性からずれが生ずる。これは、周囲光が画面に反射し、結果的に画面輝度（黒輝度及び白輝度共に）が増加してしまうからである。
図２は、周囲光の影響がないとき、白輝度４００ｃｄ／ｍ２、黒輝度０．５ｃｄ／ｍ２のときのＤＩＣＯＭガンマ特性を示す図である。また、図３は、周囲光の影響によって輝度上昇分が２ｃｄ／ｍ２のときにＤＩＣＯＭガンマ特性からずれた状態を表す図である。図２、図３において、縦軸は表示画面の輝度、横軸は映像信号のビデオレベル（映像信号の階調値）のデータである。図中の１０は、周囲光がない状態における理想的なＤＩＣＯＭガンマ特性で、１０’は、周囲光の影響があるときの理想的なＤＩＣＯＭガンマ特性であり、１１は、周囲光の影響により、周囲光の影響がないときと同一のＬＵＴを用いた場合に、理想的なＤＩＣＯＭガンマ特性からずれた状態を示している。
医用画像表示装置では、グレースケール標準関数からの輝度値をＪＮＤインデックスに対応したコントラスト値に変換して、その偏差を元に表示装置のグレードを決めている。図４及び図５は、縦軸をグレースケール標準関数からの偏差、横軸をＪＮＤインデックス値で表したものである。図４には、周囲光の影響がない場合の偏差を示している。図５では、周囲光の影響により低輝度領域にて特にグレースケール標準関数からの偏差が増加している様子を示している。図中の上下の曲線（点線）は、グレースケール標準関数からの偏差が３０％の領域を表している。この範囲内の表示装置をグレード２と呼んでいる。
通常使用される表示装置のガンマ特性は、２．２が多く用いられ、「Ｙ（出力輝度）＝Ｘ（入力階調）＾（２．２）」と表現できる。実際には、「Ｙ＝Ａ×Ｘ＾（２．２）」となっており、Ａは、表示装置の明るさを変化させたときに変わる係数などである。これは、入力階調と出力輝度とが一義的に決まっておらず、表示装置が表現できる輝度の範囲が変化してもガンマ特性（上記では２．２）は変化しない。しかしながら、上記ＤＩＣＯＭガンマ特性では、平均的な観察者が識別可能な最小の輝度差を表すＪＮＤインデックスを基にＤＩＣＯＭガンマ特性が求められるために、ＪＮＤインデックスに対する輝度が一義的に決まっているので、表示装置が表現できる輝度の範囲が変化すると、良好なグレースケール再現性を得ることができないという問題があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、周囲光の影響を受けることなく、良好なグレースケール再現性を得ることができるグレースケール表示装置及びグレースケール表示方法を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明は、映像信号のビデオレベルを入力とし、ＤＩＣＯＭガンマ特性に準ずる輝度値と入力輝度値とを対応付けたテーブルに基づき変換して出力する変換部と、前記変換部により変換された映像信号を表示する表示部と、前記表示部の前面における周囲光の明るさを検出する照度検出部と、前記照度検出部により検出された周囲光の明るさの上昇分に応じて、前記表示部の画面輝度を低下させる画面輝度制御部と、前記表示部の画面輝度の低下分と前記周囲光の明るさの上昇分とに応じて前記表示部の黒輝度を補正し、前記表示部の白輝度と補正後の黒輝度とに基づき、前記ＤＩＣＯＭガンマ特性を得るように前記変換テーブルの内容を更新する更新部とを具備するグレースケール表示装置である。
また、本発明は、映像信号の輝度を入力とし、ＤＩＣＯＭガンマ特性に準ずる輝度値と入力輝度値とを対応付けたテーブルに基づき変換する過程と、変換した映像信号を表示部が表示する過程と、前記表示部の前面における周囲光の明るさを検出する過程と、検出した周囲光の明るさの上昇分に応じて、前記表示部の画面輝度を低下させる過程と、前記表示部の画面輝度の低下分と前記周囲光の明るさの上昇分とに応じて前記表示部の黒輝度を補正し、前記表示部の白輝度と補正後の黒輝度とに基づき、前記ＤＩＣＯＭガンマ特性を得るように前記テーブルの内容を更新する更新過程とを有するグレースケール表示方法である。
この発明によれば、周囲光の影響を受けることなく、常にＤＩＣＯＭガンマ特性を維持することができ、良好なグレースケール再現性を得ることができるという利点が得られる。
本発明の実施形態に係るグレースケール表示装置の構成を示すブロック図である。 周囲光の影響がないときのＤＩＣＯＭガンマ特性を示す図である。 周囲光の影響があるときによるＤＩＣＯＭガンマ特性を示す図である。 周囲光の影響がないときのコントラスト応答を示す図である。 周囲光の影響があるときのコントラスト応答を示す図である。
符号の説明
１ 映像信号処理部
２ ＬＵＴ部（変換部、及びテーブル）
３ ＣＰＵ
４ メモリ
５ 照度センサ
６ 表示部
７ バックライト
８ バックライト駆動部
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態によるグレースケール表示装置の構成を示すブロック図である。図において、映像信号処理部１は、映像信号に必要な信号処理を施してＬＵＴ部２に供給する。ＬＵＴ部２は、ＤＩＣＯＭガンマ特性に従って、入力された映像信号のビデオレベルを変換して表示部６に供給する。なお、ＬＵＴ部２は、ＤＩＣＯＭガンマ特性に準じて変換させるデータとして、ＤＩＣＯＭガンマ特性に準じた出力輝度値と、入力輝度値とを対応付けたテーブル（ルックアップテーブルともいう）を図示しない内部の記憶領域に予め記憶している。このＤＩＣＯＭガンマ特性は、ＣＰＵ３により照度センサ５により検出された周囲光の明るさの変化に応じて随時修正される。詳細は後述する。
照度センサ５は、例えば、表示部６の前面に設けられ、周囲光の明るさを検出してＣＰＵ３に供給する。メモリ４には、照度センサ５により検出される周囲光の明るさによる画面輝度の上昇分と、その上昇分に対するバックライト７の輝度低下分とが対応付けられて、予め記憶されている。なお、照度センサ５は、周囲光の影響により変化する表示部６の画面輝度を算出することが可能であれば、いずれの構成でもよく、例えば、表示部６の前面に限らず、表示部６の画面の四隅に複数の照度センサ５を備えるなど、異なる位置、複数のセンサを設けるようにしてもよい。複数のセンサを設けることにより、画面を分割した領域ごとに画面輝度値を算出し、輝度を補正することが可能になるため、補正の精度を向上させることが可能になるという効果がある。
ＣＰＵ３は、メモリ４に記憶された、周囲光の明るさによる画面輝度の上昇分と、その上昇分に対するバックライト７の輝度低下分との関連付けを参照し、照度センサ５の出力から、該画面輝度の上昇分に応じて白輝度の調整を行うためにバックライト駆動部８にバックライト７の輝度を下げるように指示する。
また、ＣＰＵ３は、バックライト７の輝度低下分と周囲光の影響による輝度上昇分とを加味して、黒輝度を補正し、補正後の黒輝度と白輝度（補正前後で同一値）とから導出するグレースケール標準表示関数に基づき、ＤＩＣＯＭガンマ特性に準じた輝度値の対応関係を求め、周囲光の影響による輝度上昇分が差し引かれた値となるようにＬＵＴ部２が記憶するテーブルを更新する。
表示部６は、例えば、液晶表示器からなり、ＬＵＴ部２によりＤＩＣＯＭガンマ特性を得るように変換された映像信号に従って映像を表示する。バックライト７は、バックライト駆動部８により駆動され、ＣＰＵ３の指示に応じた輝度で発光する。
次に、ＣＰＵ３によるバックライト７の輝度低下とＬＵＴ部２のＤＩＣＯＭガンマ特性の補正についてより詳細に説明する。
ＣＰＵ３は、周囲光が全くないときの画面輝度に対して照度センサ５からの輝度上昇分を加算して暫定的に白輝度を求める。ＣＰＵ３は、操作者が指定した値に白輝度を維持する必要があるため、周囲光による輝度上昇に相当する分だけ、バックライト７の輝度を低下させるべく制御する。例えば、操作者が指定した白輝度がＬｗ、周囲光の影響を輝度上昇に変換した値をαとすると、白輝度を維持するためのバックライトの輝度ＢＬ’は、初期値をＢＬとすると、次式（１）で求めることができる。
ＢＬ’＝ＢＬ×Ｌｗ／（Ｌｗ＋α） ……（１）
本実施形態では、周囲光による輝度上昇値αと上記バックライト７に低下させる輝度低下分（ＢＬ−ＢＬ’）の値とを対応付けたテーブルを、予めメモリ４が記憶している。そしてＣＰＵ３がメモリ４を参照することにより、周囲光の明るさによる画面輝度の上昇分に対するバックライト７の輝度低下分を求める。
同様に、ＣＰＵ３は、バックライト７の輝度低下分と周囲光の影響による輝度上昇分を加味してバックライト７の輝度の補正後の黒輝度Ｌｂ’を次式（２）で求める。
Ｌｂ’＝（Ｌｂ＋α）×ＢＬ’／ＢＬ
＝（Ｌｂ＋α）×Ｌｗ／（Ｌｗ＋α） ……（２）
ＣＰＵ３は、こうして求めた補正後の黒輝度Ｌｂ’と白輝度（補正前後で同一値）Ｌｗとからグレースケール標準表示関数を導出し、ＤＩＣＯＭガンマ特性に準じた入力輝度値と出力輝度値とを対応づけたテーブルを求め、周囲光の影響である輝度上昇分αが差し引かれた値となるようにＬＵＴ部２のテーブルの内容を更新する。
上述した構成によれば、映像信号は、映像信号処理部１にて必要な信号処理が施されるとともに、ＬＵＴ部２にてＤＩＣＯＭガンマ特性を得るように変換され、表示部６に出力される。このとき、ＣＰＵ３は、メモリ４に記憶されている、周囲光の明るさによる画面輝度の上昇分と、その上昇分に対するバックライト７の輝度低下分との関連付けデータを参照し、照度センサ５の出力から画面輝度の上昇分に対するバックライト７の輝度低下分を取得し、バックライト駆動部８にバックライト７の輝度を下げるように指示する。これにより、周囲光の明るさによる画面輝度の上昇分だけ、バックライト７の輝度が低下することになる。一方、ＣＰＵ３は、バックライト７の輝度低下分を加味して黒輝度を修正し、ＤＩＣＯＭガンマ特性を得るようにＬＵＴ部２の内容を更新する。したがって、グレースケール標準関数からの偏差がない良好なグレースケール再現性を得ることができる。
（他の実施例）
図１において、ＬＵＴ部２を映像信号処理部１の後に配置した構成例を示したが、ＬＵＴ部２は、映像信号処理部１の前に配置してもよいし、映像信号処理部１や、表示部６に内蔵されていてもよい。
また、上述した実施形態では、周囲光の変化に常に追従して動作する例について説明したが、周囲光の変化が所定の値以上のときのみ、ＬＵＴ部２のＤＩＣＯＭガンマ特性に準じた出力輝度値のテーブルを更新する構成としてもよいし、所定の時間以上経過後にＬＵＴ部２のテーブルを更新する構成としてもよい。また、ＬＵＴ部２のテーブルを更新する際に、周囲光の変化に対してヒステリシスを持たせてもよい。さらに、自動ではなく、オンスクリーンディスプレイや、ＰＣアプリケーション等の通信で使用者の意図によりＬＵＴ部２の更新を行ってもよい。
また、上述した実施形態では、表示部６をバックライト７を用いる液晶表示器として説明したが、液晶表示器に限ることなく、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、有機ＥＬ等の自発光表示装置であってもよい。この場合もＬｂ’の求め方をＬｗ’と同様とすれば同様に処理できる。あるいは、バックライト７の輝度低下分をメモリ４から読まずに、図示しない輝度センサを用いて測定することによりバックライト駆動部８の制御量を求めてもよい。
また、ＤＩＣＯＭガンマ特性を得る際に再計算するとしたが、予めメモリ４にモニタ特性に応じたＪＮＤインデックスと輝度の特性データとを持つことにより、再計算せずにメモリから読み出してもよい。
また、本実施形態において、周辺光により、画面輝度が上昇する場合にバックライト７を輝度低下させる場合を例に説明したが、同様に、周辺光により、画面輝度が下降する場合にも、周辺光のレベルと輝度上昇分と対応付けたテーブルをＬＵＴ部２が備え、表示部の輝度を上昇させることにより適用可能である。
上述した実施形態によれば、周囲光の影響があっても、グレースケール標準関数からの偏差がない良好なグレースケール再現性を得ることができる。

Claims (2)

  1. 映像信号のビデオレベルを入力とし、ＤＩＣＯＭガンマ特性に準ずる輝度値と入力輝度値とを対応付けたテーブルに基づき変換して出力する変換部と、
    前記変換部により変換された映像信号を表示する表示部と、
    前記表示部の前面における周囲光の明るさを検出する照度検出部と、
    前記照度検出部により検出される周囲光の明るさの上昇分に応じて、前記表示部の画面輝度を低下させる画面輝度制御部と、
    前記表示部の画面輝度の低下分と前記周囲光の明るさの上昇分とに応じて前記表示部の黒輝度を補正し、前記表示部の白輝度と補正後の黒輝度とに基づき、前記ＤＩＣＯＭガンマ特性を得るように前記変換テーブルの内容を更新する更新部と
    を具備するグレースケール表示装置。
  2. 変換部が、映像信号の輝度を入力とし、ＤＩＣＯＭガンマ特性に準ずる輝度値と入力輝度値とを対応付けたテーブルに基づき変換する過程と、
    表示部が、変換した映像信号を表示部が表示する過程と、
    照度検出部が、前記表示部の前面における周囲光の明るさを検出する過程と、
    画面輝度制御部が、前記検出した周囲光の明るさの上昇分に応じて、前記表示部の画面輝度を低下させる過程と、
    更新部が、前記表示部の画面輝度の低下分と前記周囲光の明るさの上昇分とに応じて前記表示部の黒輝度を補正し、前記表示部の白輝度と補正後の黒輝度とに基づき、前記ＤＩＣＯＭガンマ特性を得るように前記テーブルの内容を更新する更新過程と
    を有するグレースケール表示方法。
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