JP7302484B2 - 画像処理装置、表示装置、画像処理方法 - Google Patents
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Description
デュアル液晶セル型の表示装置では、リア液晶セルで階調をコントロールすることでコントラストを高くすることができるが、本技術はこのデュアル液晶セル型の表示装置を用いる場合に低階調域の色域を維持し、表示される画像の画質向上を実現することを目的とする。
この画像処理装置が処理対象とする画像信号は、デュアル液晶セル型の液晶表示パネルである。画像処理装置は、デュアル液晶セル型の液晶表示パネルのフロント液晶セルとリア液晶セルのそれぞれに対する画像信号の処理を行う。一方で液晶セルは微量な光漏れがあり、R、G、Bの分光が混ざることで特に低階調域では高階調域に比べ色域が狭く待ってしまう。そこで画像処理装置は、カラー画像表示を行うフロント液晶セルにおいて色域変化が大きい階調域(例えば低階調域)で階調表現を行うようなリア画像信号を生成するようにする。フロント画像信号については、このリア画像信号によるリア画像と合成したときに適切な画像となるように演算処理を行う。
また、入力されるカラー画像信号について、R、G、Bの各単色で見た場合にターゲット入力階調となっているときに、フロント画像信号の階調値がそのそれぞれの単色で下限値となるような階調値変換が行われるようにする。
即ちグレースケール信号を構成する各色(例えばR、G、B)について、まず階調値の下限値が設定される。フロント画像信号としての階調値の下限値である。この下限値を用いて、カラー画像からグレースケール画像へ変換する係数を設定する。グレースケール変換部は、この係数を用いた演算により、カラー画像信号をグレースケール信号に変換する。
即ちカラー画像信号を構成するR、G、Bについて、階調値の下限値がそれぞれ別個に設定される。これらの下限値を用いて、カラー画像からグレースケール画像へ変換するR、G、Bの階調値に対する係数が設定される。グレースケール変換部は、これらの係数を用いた演算により、カラー画像信号をグレースケール信号に変換する。
例えば赤、緑、青の各階調色度として、色度の値が高階調域では安定しているところ、低階調域において所定値に至ることになる階調値を、下限値とする。
る。
即ちグレースケール信号の階調値からルックアップテーブル(LUT)を参照してリア画像信号としての階調値を得る。
ターゲット入力階調は、そのターゲット入力階調以下の階調は、色度変化が感知しにくいとする階調とする。
即ちカラー画像信号としての例えばR、G、Bの各階調値について、それぞれリア画像信号の階調値を除算して、フロント画像信号としてのR、G、B階調値を得る。
即ちカラー画像信号としての例えばR、G、Bの各階調値について、それぞれフロント液晶セルに入射する光量成分に応じて補正係数が与えられたリア画像信号の階調値を除算して、フロント画像信号としてのR、G、B階調値を得る。
またその表示装置においては、前記表示パネルは、光源部と、前記リア液晶セルと、拡散層と、前記フロント液晶セルが、この順番で配置されていることが考えられる。
これによりいわゆるデュアル液晶セル型の液晶表示パネルを構成する。このようなデュアル液晶セル型の液晶表示パネルに対して、低階調域での色域変化を低減する画像処理が行われるようにする。
本技術に係る画像処理方法は、上記の画像処理装置におけるグレースケール変換部、階調値変換部、フロント画像生成部で行われる処理として、グレースケール変換手順と、階調値変換手順と、フロント画像生成手順とが行われるものである。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
<1.表示装置の構成>
<2.デュアルセル画像処理部の構成>
<3.実施の形態における色域改善>
<4.まとめ及び変形例>
なお説明上、3原色である赤色(red)、緑色(green)、青色(blue)は、それぞれアルファベットでR,G,Bと表記する。
図1は実施の形態の表示装置90の構成を示している。表示装置90は、液晶表示パネル1、画像処理装置10、フロント液晶セル駆動部20、リア液晶セル駆動部30を有する。
バックライト5の前面側に、リア液晶セル3、拡散層4、フロント液晶セル2がこの順番で重なるように配置されており、視認者はフロント液晶セル2の前面側から表示された画像を見ることになる。
フロント液晶セル2、リア液晶セル3はそれぞれ1つの液晶表示パネルを形成するが、本実施の形態では、デュアル液晶セル型の表示パネル全体を液晶表示パネル1と呼ぶこととする。
画像処理装置10は表示画像処理部11とデュアルセル画像処理部12を有する。
表示画像処理部11は、入力された画像信号S1に対して、必要なデコード処理、輝度処理、色処理、解像度変換等を行い、処理後の画像信号Sig_inをデュアルセル画像処理部12に供給する。少なくとも画像信号Sig_inの段階では、R、G、Bの各色の階調値を示すカラー画像信号とされている。
即ちデュアルセル画像処理部12は入力された画像信号Sig_inに対する信号処理を行い、フロント液晶セル2に対する画像信号(フロント画像信号Sig_FR)、及びリア液晶セル3に対する画像信号(リア画像信号Sig_RE)を生成して出力する。
フロント画像信号Sig_FRはR、G、Bの階調値を含むカラー画像信号である。一方、リア画像信号Sig_REはグレースケールとしての階調値を含む白黒(グレースケール)画像信号である。
リア画像信号Sig_REはリア液晶セル駆動部30に供給される。リア液晶セル駆動部30はリア画像信号Sig_REに基づいてリア液晶セル3を駆動し、白黒画像表示を実行させる。
フロント液晶セル駆動部20は、表示制御部21と、垂直駆動部22と、水平駆動部23を有し、これらの構成でフロント液晶セル2を駆動する。
垂直駆動部22は、表示制御部21から供給される制御信号に基づいて、フロント液晶セル2における表示駆動の対象となる1水平ラインを順次選択する。
水平駆動部23は、表示制御部21から供給される画像信号および制御信号に基づいて、1水平ライン分の画素電圧を生成し、垂直駆動部22が選択した1水平ライン分のサブ画素26(26R,26G,26B)に供給する。
各画素25は、3つのサブ画素26R,26G,26Bを有している。
サブ画素26Rは、赤色のカラーフィルタを有するものであり、サブ画素26Gは、緑色のカラーフィルタを有するものであり、サブ画素26Bは青色のカラーフィルタを有するものである。
これらのサブ画素26R,26G,26Bには、水平駆動部23から画素電圧がそれぞれ供給される。そして、サブ画素26R,26G,26Bは、画素電圧に応じて、光の透過率をそれぞれ変化させるようになっている。
リア液晶セル駆動部30は、表示制御部31と、垂直駆動部32と、水平駆動部33を有し、これらの構成でリア液晶セル3を駆動する。
垂直駆動部32は、表示制御部31から供給される制御信号に基づいて、リア液晶セル3における表示駆動の対象となる1水平ラインを順次選択する。
水平駆動部33は、表示制御部31から供給される画像信号および制御信号に基づいて、1水平ライン分の画素電圧を生成し、垂直駆動部32が選択した1水平ライン分のサブ画素36に供給するものである。
各画素35は、3つのサブ画素36を有している。各サブ画素36は、カラーフィルタを有しないものである。すなわち、フロント液晶セル2における各サブ画素26R,26G,26Bは、対応する色のカラーフィルタを有するようにしたが、リア液晶セル3における各サブ画素36は、カラーフィルタを有しない。
1つの画素35に属する3つのサブ画素36には、水平駆動部33から同じ画素電圧が供給される。そして、サブ画素36は、画素電圧に応じて、光の透過率を変化させるようになっている。
なお、リア液晶セル3の画素35は、上記の3つのサブ画素分を1つの電極、及びブラックマトリックスの1画素として構成してもよい。即ち、カラーフィルタレスだけでなく、TFT(Thin Film Transistor)、透明電極、配線、ブラックマトリックスという各液晶構造要素についてもサブ画素を持たない構造とされることもある。その場合、1つの画素35は、フロント液晶セル2における3つのサブ画素26R,26G,26Bに対応することになる。
バックライト5は、例えばLED(Light Emitting Diode)による発光部を備えて発光を行う。
図示するように液晶表示パネル1では、バックライト5、リア液晶セル3、拡散層4、フロント液晶セル2が、この順に配置されており、図3におけるフロント液晶セル2の上面が、表示面DPになっている。
つまり、バックライト5から射出した光が、バックライト5、リア液晶セル3、拡散層4、フロント液晶セル2を順に通過し、視認者に届くようになっている。
フロント液晶セル2およびリア液晶セル3は、互いに離間して配置されている。そして、このフロント液晶セル2とリア液晶セル3の間の空隙8には、拡散層4が配置されている。
基板122,124は、例えばガラス基板により構成されるものであり、互いに対向するように配置されている。
基板122の基板124側の面には、サブ画素26ごとに画素電極が形成され、上述の水平駆動部23により画素電圧が印加されるようになっている。
基板124の基板122側の面には、各サブ画素26に共通の電極が形成されている。また、基板124には、カラーフィルタや、ブラックマトリクスが形成されている。
液晶層123は、基板122と基板124との間に封止されたものであり、基板122の画素電極に印加された画素電圧に応じて、光の透過率が変化するものである。
偏光板121は、基板122の光入射側に貼り付けられており、偏光板125は、基板124の光出射側に貼り付けられている。偏光板121の透過軸と偏光板125の透過軸とは、互いに交差するようになっている。
基板132,134は、例えばガラス基板により構成されるものであり、互いに対向するように配置されている。
基板132の基板134側の面には、サブ画素26ごとに画素電極が形成され、上述の水平駆動部33により画素電圧が印加されるようになっている。
なお上述のようにサブ画素を持たない構造も考えられ、その場合、画素35ごとに画素電極が形成される。
基板134の基板132側の面には、各サブ画素36に共通の電極が形成されている。また、基板134には、ブラックマトリクスが形成されている。そして基板134には、フロント液晶セル2の基板124とは異なり、カラーフィルタは形成されていない。
液晶層133は、基板132と基板134との間に封止されたものであり、基板132の画素電極に印加された画素電圧に応じて、光の透過率が変化するものである。
偏光板131は、基板132の光入射側に貼り付けられており、偏光板135は、基板134の光出射側に貼り付けられている。偏光板131の透過軸と偏光板135の透過軸とは、互いに交差するようになっている。
この拡散層4は、表示画像におけるモアレを低減するためのものである。すなわち、液晶表示パネル1は、2枚の液晶表示パネルであるフロント液晶セル2とリア液晶セル3を重ねて配置しているため、表示画像にモアレが生じてしまうおそれがある。そこで液晶表示パネル1では、拡散層4をフロント液晶セル2とリア液晶セル3の間に配置することにより、モアレを低減し、画質の低下を抑えるようにしている。
この場合、拡散層4とフロント液晶セル2との間、および拡散層4とリア液晶セル3との間のうちの一方または双方に透明材料層を形成してもよい。
また、拡散層4をフロント液晶セル2に隣接するように(d1=0)配置するのがより望ましい。拡散層4をフロント液晶セル2に近づけるほど、モアレをより効果的に抑制することができ、また鮮鋭度を高めることができるためである。
また、拡散層4のヘイズ値が低い場合でも、例えば、拡散層4をフロント液晶セル2に近付けて配置することにより所望の画質を得ることができる。
発光アレイ42は例えばLEDが配列されて構成されている。
デュアルセル画像処理部12の構成を図4,図5で説明する。
図4はデュアルセル画像処理部12のブロック図であり、図5は図4におけるリア画像生成部51内を詳細に示したブロック図である。
画像信号Sig_inは例えばR、G、Bについてそれぞれ10ビットによる1024階調の信号である。もちろん1024階調(10ビット)とするのは説明上の一例に過ぎず、より少ない又はより多い階調(ビット数)の信号としてもよい。
リア画像信号Sig_REはパネルガンマ処理部54でリア液晶セル3に応じたガンマ処理が施された後、調整部55で必要な調整処理が施される。そしてリア出力部56で遅延調整処理や3つのサブ画素36に対応する並列化等が行われ、リア液晶セル駆動部30に供給される。
なお、上述のようにリア液晶セル3にサブ画素が構成されない場合、リア画像信号Sig_REは、フロント液晶セル2における3つのサブ画素26R,26G,26Bに対応する3つのタイミングのフロント画像信号Sig_FRに対応して出力される。
光量補正係数kLCは例えば固定値である。但し光量補正係数kLCは可変値とすることも考えられる。例えば画像に応じて適応的に光量補正係数kLCが算出されるものとしてもよい。
但し、実際にはリア液晶セル3からの出射からフロント液晶セル2に入射されるまでには光量差が生ずるため、正確には単純な除算ではなく補正が必要である。そこで光量補正部53でリア画像信号Sig_REを補正している(Sig_RE・kLC)。
このため、フロント画像生成部52(除算部52a)では、フロント画像信号Sig_FRを、
Sig_FR=Sig_in/(Sig_RE・kLC)
として算出することとしている。
Sig_FR(R)=Sig_in(R)/(Sig_RE・kLC)
Sig_FR(G)=Sig_in(G)/(Sig_RE・kLC)
Sig_FR(B)=Sig_in(B)/(Sig_RE・kLC)
のように生成されることになる。
R、G、Bの階調値Sig_FR(R)、Sig_FR(G)、Sig_FR(B)は、それぞれ例えば10ビットで1024階調(0~1023)の信号である。
リア画像生成部51では、入力されたカラー画像信号である画像信号Sig_inを、グレースケール変換部70でグレースケール信号(白黒画像信号)Grに変換する。
グレースケール変換は、係数kR,kG,kBを用いて、
Gr=kR・Sig_in(R)+kG・Sig_in(G)+kB・Sig_in(B)
として行う。
即ち、画像信号Sig_inに含まれるR、G、Bのそれぞれの階調値Sig_in(R)、Sig_in(G)、Sig_in(B)に対応してR用の係数kR、G用の係数kG、B用の係数kBを乗算し、それらを加算することでグレースケール信号Grとする。このグレースケール信号Grは、W(白色)としての階調値(0~1023)となる。
なお、係数kR,kG,kBの設定手法については後述する。
階調変換部72は、LUT(Look Up Table)73とガンマ変換部74で構成される。ガンマ変換部74は、入力されたグレースケール信号Grの階調値をLUT入力信号LUT inとしてLUT73を参照し、対応する出力階調値(LUT出力信号LUTout)を得る。そしてその出力階調値(LUT出力信号LUTout)を合成部78に供給する。
この階調変換部72ではグレースケール信号Grについて、フロント液晶セル2をカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行うことになる。
LUT73の設定については後述するが、本実施の形態では、特にグレースケール変換部70で用いる係数kR,kG,kB、及びLUT73による階調値変換によって、低階調域での色域拡張を実現することになる。
階調保持部75は画像信号Sig_inにおけるR、G、Bのそれぞれの階調値Sig_in(R)、Sig_in(G)、Sig_in(B)のうちで最大値を検出し、検出した最大値に所定の処理を行って信号Mを生成する。この信号Mは合成部78に供給される。
この合成部78の出力(リア画像信号Sig_RE)は、空間処理部79で処理されたうえでリア画像生成部51から出力される。
このことから、大まかに言えば、高階調域の画素についての画像信号Sig_inが入力された場合は、信号Mによる階調値がリア画像信号Sig_REに反映されやすく、低階調域の画素についての画像信号Sig_inが入力された場合は、LUT出力信号LUToutによる階調値がリア画像信号Sig_REに反映されやすいことになる。但し、LUT73の出力階調値は、単純に画像信号Sig_inの階調に応じたものとはならないため一概には言えない。
このような場合を想定して、階調性を保持するために、最大値に基づく信号Mを用いる場合があるようにしている。
以上の構成のデュアルセル画像処理部12の処理、特にリア画像生成部51の処理により実現される、低階調域での色域改善について説明する。
図6は横軸を入力階調、縦軸を輝度(Luminance[cd/m2])として1枚の液晶セルのW(ホワイト)の輝度の計測値wMDと、ガンマ2.2のカーブを示している。
なお、ここでいう“W”は、R階調,G階調,B階調がそれぞれ同階調とした場合である。例えばR階調値=G階調値=B階調値=“10”のときの輝度の計測値が、入力階調値“10”の場合の輝度値である。
横軸の階調は、例えば10ビットデータを想定して0~1023の1024階調としたときの、そのうちの0~1000の範囲を示している。
そしてこのように低階調では本来の階調が出力できないことで、コントラストの低下が生じている。
図7はR、G、Bのそれぞれの単色出力時の階調に対する色度変化を、色度図の軸としてのx、y、u’、v’、Δu'v'のそれぞれの値で示している。横軸は入力階調であり、0~1023のうちの0~1000の範囲を示している。縦軸は色度である。
これらの図から光漏れの影響により、低階調の領域で色度変化が大きくなっていることがみてとれる(実際には、色が薄くなるように見える)。
またこのような色度変化は、R、G、Bのそれぞれで一様ではないこともわかる。
特には、カラーセルであるフロント液晶セル2側の色域変化が少ない階調範囲だけを使うようにバックライト側(白黒側)であるリア液晶セル3の表示階調をLUT変換で調整する。
グレースケール変換部70で用いる各色についての係数kR,kB,kGを設定する。
このために、まず1枚セル(本実施の形態の場合、フロント液晶セル2)で、各単色について入力階調に対する出力色度特性を確認する。この特性は表示パネル毎に特性が異なるので実機確認することが望ましい。
そして特性として得られた結果から色度変化が少ない入力階調範囲(下限値ターゲット)を設定する。
下限値ターゲットとしては、色度変化が少ない入力階調範囲の下限を決めるのであるが、例えば、各単色で、下限値ターゲットはΔu'v'=0.033(10JND)までの階調範囲とすることとする。
この場合、下限値ターゲットは、
R_min階調=239/1023
G_min階調=127/1023
B_min階調=255/1023
として仮設定する。
上記(1)で設定した各階調下限値の逆数をパラメータ係数kR,kG,kBとする 。なお、kR、kG、kBのトータルで“1”となるように分母で割るようにする。
kG=1/G_min階調/(1/R_min階調+1/G_min階調+1/B_min階調)
kB=1/B_min階調/(1/R_min階調+1/G_min階調+1/B_min階調)
これらの式に、上記の仮設定したR_min階調、G_min階調、B_min階調を代入すると、
kR=0.26
kG=0.49
kB=0.25
となる。このように係数kR,kG,kBを仮設定する。
係数の傾向としては、ターゲット下限値が大きい(低階調域で色変化が大きい)色ほど、係数値としては小さくなる(リア出力階調は低くなる)。
入力階調としてのカラー画像信号Sig_inのどの階調値まで色域を確保するかを決める。
液晶パネルに限らず、輝度が低くなると、人は、目の色覚特性(暗所視~薄明視と呼ばれる)によって色を知覚しにくくなる。
このため、その色を知覚できなくなる階調以下の低階調まで色を再現しても、画質向上としての十分な効果は得られにくい。換言すれば極低階調では色域を狭くしても画質への影響は極めて小さいと考えられる。
また色域確保の階調域を広くすると、二重画等の画質課題とトレードオフとなるという事情もある。二重画とは、リア液晶セル3の影によって、視認者が、表示画像が2重になっているような感じを知覚しまう現象である。
そこで、どこまでの入力階調に対して単色色域確保するかを、実機の目視による官能評価を行う。
入力階調の最大値とは、R階調=1023/1023、G階調=1023/1023、B階調=1023/1023の場合である。
この官能評価により、R、G、B単色の入力階調が80/1023以下の場合に色域の有意差が小さくなることがわかった。
図9はパネルガンマ2.2で入力階調を最大値とした場合の各色ガンマを示している。
入力階調80/1023以下で輝度3[cd/m2])以下の破線で囲った範囲は、人の目では、色に対する感度が鈍くなり色度が変化しても差を知覚しにくくなる。すなわち、入力階調80/1023以下では広色域の効果が得られにくい。
以上より、入力階調80/1023をターゲット入力階調と仮設定する。
上述の(1)(2)(3)における仮設定値から条件を満たすようにLUT値(カーブ)を決定する。カーブの作り方によってはターゲット階調以外のフロント液晶セル2とリア液晶セル3の階調関係(色度特性)が変わるが、ここではあくまでターゲット階調の領域に限定する。
ここでは、上述の(3)の単色ターゲット入力階調(80/1023)時にフロント液晶セル2の下限値ターゲット階調になるようにLUT変換設定を行うようにする例を述べる。
R単色の場合の単色ターゲット入力階調、つまりR値=80/1023、G値=0/1023、B値=0/1023の入力を“Sig_in (80,0,0)”とする。
G単色の場合の単色ターゲット入力階調、つまりR値=0/1023、G値=80/1023、B値=0/1023の入力を“Sig_in (0,80,0)”とする。
B単色の場合の単色ターゲット入力階調、つまりR値=0/1023、G値=0/1023、B値=80/1023の入力を“Sig_in (0,0,80)”とする。
グレースケール変換部70からのグレースケール信号Grについては“Gr(*)”とする(“*”は*/1023としての階調値を示す0から1023の間の値)。
リア画像信号Sig_REについてはSig_RE (*)のように階調値を表記する。
LUT入力信号LUT in、LUT出力信号LUT out についても LUT in (*) 、 LUT out (*)のように階調値を表記する。
フロント画像信号Sig_FRについてはSig_FR (*,*,*)のように階調値を表記する。 (*,*,*)は(R値,G値,B値)である。
ここで下限値ターゲットは、R_min階調=239/1023と仮設定されている。
フロント画像信号Sig_FR=Sig_F(239,0,0)とするには、除算部52aのR値の除算結果が“239”となるようにリア画像信号Sig_REが得られればよい。従ってリア画像信号Sig_RE=Sig_RE(342)となればよい(ここでは説明の簡略化のため光量補正部53の係数は無視している)。
このことからグレースケール信号Gray(21)からリア画像信号Sig_RE(342)への変換が行われればよい。従って、R単色の場合の条件としてLUT in(21) → LUT out(342)を満たすこと(階調値21/1023を階調値342/1023に変換すること)が求められる。
下限値ターゲットは、G_min階調=127/1023と仮設定されている。
フロント画像信号Sig_FR=Sig_F(0,127,0)とするには、除算部52aのG値の除算結果が“127”となるようにリア画像信号Sig_RE(644)が得られればよい。
従ってグレースケール信号Gray(39)からリア画像信号Sig_RE(644)への変換が行われればよいことになるため、G単色の場合の条件としてLUT in(39) → LUT out(644)を満たすこと(階調値39/1023を階調値644/1023に変換すること)が求められる。
下限値ターゲットは、B_min階調=255/1023と仮設定されている。
フロント画像信号Sig_FR=Sig_F(0,0,255)とするには、除算部52aのB値の除算結果が“255”となるようなリア画像信号Sig_RE (321)が得られればよい。
従ってグレースケール信号Gray(20)からリア画像信号Sig_RE(321)への変換が行われればよいため、B単色の場合の条件としてLUT in(20) → LUT out(321)を満たすこと(階調値20/1023を階調値321/1023に変換すること)が求められる。
LUT in(21) → LUT out(342)・・・R単色条件
LUT in(39) → LUT out(644)・・・G単色条件
LUT in(20) → LUT out(321)・・・B単色条件
を満たすような変換が行われるようにLUT73を設計(仮設定)すればよいことになる。
図10Bは仮設定されるLUT73の入力階調(横軸)-出力階調(縦軸)としての変換カーブを示しており、図10Aは図10Bの一部(破線で囲った部分)を拡大したものである。
これらの点Rp、点Gp、点Bpを含む近似曲線がLUT73の仮設定例となる。
近似値となる関数を使って設定することで、必ずしも厳密に上記条件を満たすこととは成らない場合もあるが、おおよその条件を満たすようにすれば有効である。
このような本実施の形態のLUT73の入出力特性は変換カーブの形状自体を問うものでは無く、低階調時のフロントとリアの階調関係を決める目安となるもので、上記の条件を満たすようにLUT73の入出力特性を設定すれば、低階調時のフロント階調と色度はターゲット通りとなり、色域が確保されることになる。
またこの特性は色域だけでなく2枚セルの画質上の課題となる2重画やフレア、コントラスト等の様々な特性を左右する要素となる。
先に述べたように1枚の液晶パネルにおいては低階調域について光漏れや色度変化が大きくなることがあり、本実施の形態では、フロント液晶セル2とリア液晶セル3により、それを解消する。この場合、リア液晶セル3は、フロント液晶セル2において光漏れや色度変化の影響が表れる低階調域について補完を行うという目的となる。すると、リア画像信号Sig_REについての出力ガンマ特性は、低階調域のみ階調調整することとし、フロント液晶セル2だけでも問題無い高階調域は透過(白)にするのが良いと考えられる。このため図10Bのように高階調域では、リア液晶セル3を開放するようにLUT変換を行う。
以上の(1)~(4)の仮設定条件における2枚の液晶セルの出力階調関係を図11に示す。
図11Aはリア液晶セル3の入出力特性であり、横軸を入力階調値、縦軸を出力階調値としている。ここではR、G、B、W(ホワイト)のそれぞれについて示している。
図11Bはフロント液晶セル2の入出力特性であり、横軸を入力階調値、縦軸を出力階調値としている。ここではR、G、Bのそれぞれについて示している。図11Cは、図11Bにおいて破線で囲った低階調域を拡大したものである。
例えばR単色で入力ターゲット階調(80/1023)の場合、出力階調はR_min階調=239/1023付近となる。
G単色で入力ターゲット階調(80/1023)の場合、出力階調はG_min階調=127/1023付近となる。
B単色で入力ターゲット階調(80/1023)の場合、出力階調はB_min階調=255/1023付近となる。
従って、色度変化は設定した範囲内に抑えられることになり、目標の色域が確保されることになる。
一方で、図11Aのように低階調域での階調はリア液晶セル3側で表現される。
この考えに沿って、フロント液晶セル2において色度変化が小さい階調範囲を使用するようにするために、グレースケール変換の係数kR,kG,kBとLUT73の特性を上述のように設定する。これにより色域変動を抑制する。
図12A、図12Bに、改善効果の例を示す。
図12Aは比較例と本実施の形態についてDCIカバー率を示している。比較例とは、1枚の液晶セルを有する液晶表示パネルの場合である。
ここでは輝度レベルとして100IRE、10IRE、5IREの場合でそれぞれ示している。
図12Bではu'v'色度図で色域Cg1、Cg2、Cg3、Cg4、Cg5を示している。色域Cg1は100IRE、色域Cg2は比較例(10IRE)、色域Cg3は比較例(5IRE)、色域Cg4は実施の形態(10IRE)、色域Cg5は実施の形態(5IRE)の場合である。
これらの図から、本実施の形態では低階調側で大幅な色域改善が確認できる。
以上の実施の形態では次のような効果が得られる。
実施の形態の画像処理装置(デュアルセル画像処理部12)は、リア液晶セル3とフロント液晶セル2を通過した光により表示画像が生成される液晶表示パネル1に対するカラー画像信号である画像信号Sig_inについて、所定の係数kR,kG,kBを用いてグレースケール信号Gr(白黒画像信号)に変換するグレースケール変換部70(白黒変換部)を備える。またデュアルセル画像処理部12は、グレースケール変換部70で得られたグレースケール信号Grについて、フロント液晶セル2をカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行って、リア液晶セル3に対する白黒画像信号であるリア画像信号Sig_REを生成する階調値変換部72を備える。さらにデュアルセル画像処理部12は、画像信号Sig_inに対してリア画像信号Sig_REを用いた演算処理を行って、フロント液晶セルに対2するカラー画像信号であるフロント画像信号Sig_FRを生成するフロント画像生成部52を備える。
この構成により、例えば低階調域においてリア画像信号Sig_REによって階調表現が十分できるようにすることで、フロント画像信号Sig_FRでは色域変動が大きい低階調域の階調値が階調表現に寄与しなくともよい状態にできる。換言すれば、フロント画像信号Sig_FRについては、色域変動が大きい低階調域の階調値を用いなくとも液晶表示パネル1としては低階調域でも十分な階調表現がなされた表示画像を得ることができる。このため実施の形態では、フロント画像信号Sig_FRについては色域が狭くなる階調域を用いないようにする。これにより低階調域でも色域を維持できる。即ち階調による色域変化が少なくなり、より低階調での色域が広がることで画質向上を実現できる。
またLUT73を用いた階調値変換と、グレースケール変換部70でのグレースケール変換のための係数kR,kG,kBの設定によって、必要な階調色域とトレードオフとなる二重画のバランスをとることが可能となる。
即ちカラー画像信号を構成する各色(例えばR、G、B)について、まず階調値の下限値(R_min階調、G_min階調、B_min階調)が設定される。即ちフロント画像信号Sig_FRとしての階調値の下限値である。この下限値を用いて、カラー画像から白黒画像へ変換する係数(kR、kG、kB)を設定する。白黒変換部は、この係数を用いた演算により、カラー画像信号Sig_inを白黒画像信号(グレースケール信号Gr)に変換する。
このように白黒画像信号に変換することで、フロント画像信号Sig_FRとしての階調値の下限値を反映した画像処理が実現される。つまりフロント画像信号Sig_FRとして色域変化が少ない階調域を用いることとする場合に、その階調域の下限を設定することができる。階調域の下限値を適切に選択することで、色域変化を小さくするという効果が適切に発揮される。
即ちカラー画像信号を構成するR、G、Bについて、階調値の下限値(R_min階調、G_min階調、B_min階調)がそれぞれ別個に設定される。これらの下限値を用いて、カラー画像から白黒画像へ変換するR、G、Bの階調値に対する係数(kR、kG、kB)が設定される。白黒変換部は、これらの係数を用いた演算により、カラー画像信号Sig_inを白黒画像信号(グレースケール信号Gr)に変換する。
R、G、Bの各色は、それぞれ低階調域での色度の変化具合が異なる。このため、階調値の下限値も、R、G、Bのそれぞれで設定することが望ましい。R、G、Bのそれぞれの階調値の下限値から、R、G、Bのそれぞれの階調値に対する係数を設定し、この係数によりグレースケール変換を行うことで、各色の色度変化の違いも加味した画像処理が可能できる。即ち、フロント液晶セル3側のR、G、Bそれぞれの色域階調範囲の実力値に合わせた処理設定ができる。
実施の形態の場合、R、G、Bの階調値の下限値(R_min階調、G_min階調、B_min階調)は、Δu'v'=0.033(10JND)となる階調値とした。R、G、Bについてこのような基準で下限値を設定することで、R、G、Bのそれぞれの低階調域での色度変動に応じた係数設定ができる。これにより低階調域で色度変化が少なくなるような画像処理の精度を上げることができる。
LUT入力信号LUT inに対するLUT出力信号LUToutをLUT73の設計により高い自由度で適切に設定できる。これにより、フロント液晶セル側の色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域でリア画像信号が階調表現を行う信号となるような階調値変換を正確且つ容易に実現できる。
輝度が低くなると人は目の色覚特性によって色を知覚しにくくなるため、あまりに低階調の場合には実施の形態の画像処理は意味をなさない場合が生ずる。そこで色を知覚できる最低階調としてターゲット入力階調を設定し、そのターゲット入力階調の場合に下限値となるようにLUT73を設定する。これにより、有意な階調域での色域改善ができる。
例えば官能評価により、人は目で色域変化を知覚しにくくなる階調をターゲット入力階調とすることで、実際に、色域拡張の意味のない階調域で不必要な処理が行われないようにすることができる。
即ちカラー画像信号である画像信号Sig_inとしての例えばR、G、Bの各階調値について、それぞれリア画像信号Sig_REの階調値を除算して、フロント画像信号としてのR、G、Bの階調値を得る。
カラー画像信号からリア画像信号を除算することで、リア液晶セル3とフロント液晶セル2を重ねた画像として適切な階調が得られる状態とすることができる。
リア液晶セル3からフロント液晶セル2に入射する光量成分を考慮したフロント画像信号Sig_FRを得ることができ、リア液晶セル3とフロント液晶セル2を重ねた画像として適切な階調が得られる状態とすることができる。
液晶表示パネル1は、バックライト5と、リア液晶セル3と、拡散層4と、フロント液晶セル2が、この順番で配置されている。
このようなデュアル液晶セル型の液晶表示パネル1に対して、低階調域での色域変化を低減する画像処理がデュアルセル画像処理部12で実現される。
また低階調域で色域変化が大きい液晶パネルに適用したが、低階調域に限らず、特定の階調域で色域変動がある場合に本実施の形態技術は応用可能である。
(1)
リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いて白黒画像信号に変換する白黒変換部と、
前記白黒変換部で得られた白黒画像信号について、前記フロント液晶セルをカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対する白黒画像信号であるリア画像信号を生成する階調値変換部と、
前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するカラー画像信号であるフロント画像信号を生成するフロント画像生成部と、を備えた
画像処理装置。
(2)
前記白黒変換部は、カラー画像信号を構成する各色について、設定された階調値の下限値を用いて算出された係数を用いた演算により、カラー画像信号を白黒画像信号に変換する
上記(1)に記載の画像処理装置。
(3)
カラー画像信号は赤、緑、青の各階調値で構成され、
前記白黒変換部は、赤、緑、青のそれぞれについて設定された階調値の下限値を用いて算出された、赤、緑、青のそれぞれについての係数を用いた演算により、カラー画像信号を白黒画像信号に変換する
上記(2)に記載の画像処理装置。
(4)
前記下限値は、赤、緑、青のそれぞれについて、低階調域で色度が所定値に変化する階調値である
上記(3)に記載の画像処理装置。
(5)
前記階調値変換部は、入力値に対して出力値が記憶されているルックアップテーブルを用いて階調値変換を行う
上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の画像処理装置。
(6)
カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調が設定され、
単色のターゲット入力階調のカラー画像信号が入力されたときに、フロント画像信号が、当該単色での下限値となるように、前記ルックアップテーブルが設定されている
上記(5)に記載の画像処理装置。
(7)
前記ターゲット入力階調は、人の目で色度変化を知覚しにくくなる低階調域の最大階調値として設定される
上記(6)に記載の画像処理装置。
(8)
前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記リア画像信号を除算することでフロント画像信号を生成する
上記(1)乃至(7)のいずれかに記載の画像処理装置。
(9)
フロント液晶セルに入射する光量成分に応じた補正係数を前記リア画像信号に乗算する光量補正部を備え、
前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記光量補正部で補正係数が乗算された前記リア画像信号を除算することでフロント画像信号を生成する
上記(1)乃至(7)のいずれかに記載の画像処理装置。
(10)
リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルと、
前記表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いて白黒画像信号に変換する白黒変換部と、
前記白黒変換部で得られた白黒画像信号について、前記フロント液晶セルをカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対する白黒画像信号であるリア画像信号を生成する階調値変換部と、
前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するカラー画像信号であるフロント画像信号を生成するフロント画像生成部と、を備えた
表示装置。
(11)
前記表示パネルは、
光源部と、前記リア液晶セルと、拡散層と、前記フロント液晶セルが、この順番で配置されている
上記(10)に記載の表示装置。
(12)
リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いて白黒画像信号に変換する白黒変換手順と、
前記白黒変換手順で得られた白黒画像信号について、前記フロント液晶セルをカラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として設定した階調域についての階調表現を行う信号となるように階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対する白黒画像信号であるリア画像信号を生成する階調値変換手順と、
前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するカラー画像信号であるフロント画像信号を生成するフロント画像生成手順と、を画像処理装置が行う
画像処理方法。
Claims (11)
- リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いてグレースケール信号に変換するグレースケール変換部と、
前記グレースケール変換部で得られた前記グレースケール信号について階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対するリア画像信号を生成する階調値変換部と、
前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するフロント画像信号を生成するフロント画像生成部と、を備え、
前記カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、前記カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調が予め設定されており、
前記階調値変換部は、前記フロント液晶セルを前記カラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として予め設定された階調域について単色のターゲット入力階調の前記カラー画像信号が入力されたときに前記フロント画像信号が当該単色での下限値となり、前記階調域以外について階調値として取り得る範囲の最大値となるような変換カーブに基づいて階調値変換を行う
画像処理装置。 - 前記グレースケール変換部は、前記カラー画像信号を構成する各色について、設定された階調値の下限値を用いて算出された係数を用いた演算により、前記カラー画像信号を前記グレースケール信号に変換する
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記カラー画像信号は赤、緑、青の各階調値で構成され、
前記グレースケール変換部は、赤、緑、青のそれぞれについて設定された階調値の下限値を用いて算出された、赤、緑、青のそれぞれについての係数を用いた演算により、前記カラー画像信号を前記グレースケール信号に変換する
請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記下限値は、赤、緑、青のそれぞれについて、低階調域で色度が所定値に変化する階調値である
請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記階調値変換部は、入力値に対して出力値が記憶されているルックアップテーブルを用いて階調値変換を行う
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記ターゲット入力階調は、人の目で色度変化を知覚しにくくなる低階調域の最大階調値として設定される
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記リア画像信号を除算することで前記フロント画像信号を生成する
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記フロント液晶セルに入射する光量成分に応じた補正係数を前記リア画像信号に乗算する光量補正部を備え、
前記フロント画像生成部は、前記カラー画像信号から前記光量補正部で補正係数が乗算された前記リア画像信号を除算することで前記フロント画像信号を生成する
請求項1に記載の画像処理装置。 - リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルと、
前記表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いてグレースケール信号に変換するグレースケール変換部と、
前記グレースケール変換部で得られた前記グレースケール信号について階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対するリア画像信号を生成する階調値変換部と、
前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するフロント画像信号を生成するフロント画像生成部と、を備え、
前記カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、前記カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調が予め設定されており、
前記階調値変換部は、前記フロント液晶セルを前記カラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として予め設定された階調域について単色のターゲット入力階調の前記カラー画像信号が入力されたときに前記フロント画像信号が当該単色での下限値となり、前記階調域以外について階調値として取り得る範囲の最大値となるような変換カーブに基づいて階調値変換を行う
表示装置。 - 前記表示パネルは、
光源部と、前記リア液晶セルと、拡散層と、前記フロント液晶セルが、この順番で配置されている
請求項9に記載の表示装置。 - リア液晶セルとフロント液晶セルを通過した光により表示画像が生成される表示パネルに対するカラー画像信号について、所定の係数を用いてグレースケール信号に変換するグレースケール変換手順と、
前記グレースケール変換手順で得られた前記グレースケール信号について階調値変換を行って、前記リア液晶セルに対するリア画像信号を生成する階調値変換手順と、
前記カラー画像信号に対して前記リア画像信号を用いた演算処理を行って、前記フロント液晶セルに対するフロント画像信号を生成するフロント画像生成手順と、を画像処理装置が行い、
前記カラー画像信号を構成する各色についての階調値の下限値と、前記カラー画像信号としての階調値についてのターゲット入力階調が予め設定されており、
前記階調値変換手順では、前記フロント液晶セルを前記カラー画像信号で駆動した場合に色域変化が大きい階調の範囲として予め設定された階調域について単色のターゲット入力階調の前記カラー画像信号が入力されたときに前記フロント画像信号が当該単色での下限値となり、前記階調域以外について階調値として取り得る範囲の最大値となるような変換カーブに基づいて階調値変換を行う
画像処理方法。
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