WO2009130952A1

WO2009130952A1 - 画像出力装置

Info

Publication number: WO2009130952A1
Application number: PCT/JP2009/054614
Authority: WO
Inventors: 謙一岩内; 栄齋藤
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2009-10-29

Abstract

表示装置の適正な色変換が低コストで行え、表示装置に出力する画像の色を意図した色で表示することができる画像出力装置を提供する。表示装置の表示画面に較正画像を表示する画像出力装置であり、該較正画像を撮像した撮像装置からの出力画像を受け、該出力画像から色変換係数を作成し、該撮像装置から出力する視聴画像信号を前記色変換係数に基づいて色変換を行い出力する。

Description

画像出力装置

　本発明は、出力する画像信号の色を表示装置に意図した色で表示することができる画像出力装置に関する。

　近年、表示装置の高画質化に伴い、表示装置でより綺麗な画像を表示させる要求が一層と高まっている。特に、色に対する要求は、インターネットによる通信販売関連、医療機器関連、印刷関連などで高まっている。

　そのニーズに応えるため、カラーマネージメントシステムにより表示装置の色を補正し、意図した色を表示させる種々の手法が提案されている。
　例えば、特許文献１では、表示入力階調の複数階調について白色画面を表示して求めた輝度（白色輝度、単色輝度）、白色度に基づいて複数色（ＲＧＢ各色）の変換テーブルの較正を行うことにより、カラー表示装置の表示特性を較正している。
特開２００５－１２８２５４号公報

　従来の方法は、表示装置自体の色較正を行うことにより、表示装置の表示画質を調整するもので、出力側の画像信号は正しいものであるとした上でその画像信号を正しい色に補正して表示させるものであり、視聴者の意図した色を表示するものではない。そのため、視聴者が、彩度の高い派手な絵作りや彩度の低い地味な絵作りを期待しても、表示装置に忠実な色を表現するだけで、意図した色は表示できない。

　本発明は、上述の実情を考慮してなされたものであって、表示装置の適正な色変換が低コストで行え、表示装置に出力する画像の色を意図した色で表示することができる画像出力装置を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決するために、本発明の画像出力装置は、以下の構成を備えている。
　この画像出力装置は、表示装置の表示画面に較正画像を表示する画像出力装置であって、該較正画像を撮像した撮像装置からの出力画像を受け、該出力画像から色変換係数を作成し、該撮像装置から出力する視聴画像信号を前記色変換係数に基づいて色変換を行い意図した色で出力するものである。

　さらに、前記色変換は周囲光の影響も含めて行うようにして、周囲光の明るさを考慮して、より正しい色を含め意図した色に調整可能となる。
　また、前記表示装置と前記画像出力装置は、前記表示装置の表示画面の全領域を撮像できる画角になるように前記撮像装置が配置されるようにしておき、前記表示画面の一部に表示された較正画像を撮像して出力画像の色変換係数を作成するようにし、表示画面のムラや撮像した画像のムラの影響を少なくすることができる。

　また、前記画像出力装置からの出力画像信号が最大値のとき、前記撮像装置の信号値が最大になるようにしておき、暗い色まで撮像することができるようになる。
　さらに、前記画像出力装置から出力画像信号に応じ、前記撮像装置のゲインを調整するようにして、暗い色を撮影することができる。

　本発明によれば、表示装置の適正な色変換が低コストで行え、表示装置に出力する画像の色を意図した色で表示することができる。

本発明のシステムの概略構成図である。表示画面に表示する画像のパターンを示す図である。表示装置における画像信号と明るさの関係を示す図である。画像出力装置の機能構成図である。表示装置と画像出力装置の動作の示すフローチャートである。表示装置の周囲光による影響を説明する図である。

符号の説明

１…表示装置、２…表示画面、３…画像出力装置、４…画像信号伝送ケーブル、５…表示パターン、３１…表示パターン記憶部、３２…画像信号出力部、３３…撮像部、３４…色変換テーブル作成部、３５…色変換テーブル、３６…再生部、３７…記録媒体、３８…色変換部。

　以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

　図１は、本実施形態のシステムの概略構成図であり、表示装置１、画像出力装置３、画像信号伝送ケーブル４から構成されている。
　図１において、表示装置１は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイあるいは有機ＥＬディスプレイ等からなり、画像信号伝送ケーブル４により接続された画像出力装置３から受信した画像信号を表示画面２へ画像５として表示する。

　画像出力装置３は、撮像機能により動画像や静止画像を撮像し、その撮像した画像を記録媒体（例えば、ハードディスクドライブやＤＶＤや半導体メモリなど）に保存可能であり、または、記録媒体に保存した画像を再生して外部の表示装置（例えば、本実施形態では表示装置１）に伝送して表示させることが可能である。

　上記の撮像機能は、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子（あるいは、撮像装置とも言う）によって構成され、画像出力装置３をカメラやビデオカメラとして使用することもできるが、本発明においては、特に表示装置１の表示画面２を撮像できるように設計されている。

　画像出力装置３は、電源をＯＮにしたときやユーザの指示に基づいて、画像信号伝送ケーブル４に接続された表示装置１の色較正を行って、色変換係数を算出してメモリに格納する。その後、記録媒体に記憶された視聴画像を再生するときには、再生された画像の信号を色変換係数に基づいて表示装置１用の画像信号へ変換して表示装置１に伝送する。

　この色較正は、予め決められた較正用の画像信号を発生させ、画像信号伝送ケーブル４により表示装置１に伝送し、表示装置１の表示画面２に表示された画像５を撮像装置により撮像し、撮像した画像に基づいて表示装置用の色変換係数を算出する。

　ここで、撮像装置が狭い範囲の表示画面を取得した場合、表示装置の視野角の影響や、表示画面２のムラなどの影響を大きく受けるため、撮像する範囲はある程度大きい方が良い。また、撮像装置のムラの影響を少なくするため、表示画面に表示する画像もある程度大きい方が良い。

　これらを簡単に実現する方法としては、例えば以下の方法がある。
　図２（Ａ）に示すように、表示装置１の表示画面２の全領域に白表示を行い、画像出力装置３の撮像装置で撮像する。このとき、表示画面２の明るい領域を検出し、その領域が撮像装置の画角一杯になるように、撮像装置のズームにより調整を行う。また、表示画面の全領域を白にする替わりに、例えば周辺部だけを赤などにして、表示画面２の領域が判断できる画像であってもよい。

　次に、図２（Ｂ）に示すように、表示画面２の周辺は黒、中央付近に白の表示パターン５を表示し、画像出力装置３の撮像装置で実際に明るさを取得するための領域を検出する。
　続いて、図２（Ｃ）に示すように、表示画面２の周辺はグレー、中央付近に実際に明るさを取得するための表示パターン５を表示する。

　これにより、表示装置１の表示画面２の撮像される範囲をある程度大きくすることが可能となり、また画像出力装置３の撮像する範囲もある程度大きくすることが可能となる。
　さらには、表示装置１は全画面で同じ画像信号を表示した場合、通常とは異なる表示をさせる場合があり、上述のように全画面のうちの一部で表示パターンによる画像信号を表示し明るさを取得することにより、表示装置１の一般的な特性が取得できる効果もある。

　画像信号伝送ケーブル４は、アナログ信号として画像信号を伝送するときには、コンポジット端子を有するケーブルやＤ端子を有するケーブルである。
　または、画像信号伝送ケーブル４は、デジタル信号として画像信号を伝送するときには、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）の端子を有するケーブルである。
　または、上記の伝送をケーブルなしに、赤外線やブルートゥース（登録商標）などの無線などで伝送するものとしてもよい。

　一般的に、表示装置は、綺麗な画像を表示するために、画像信号をそのまま表示せずに、表示装置を製造するメーカによる絵作りにより、画像信号が変換されている。さらには、本実施形態で説明する画像出力装置であるカメラにおいても、画像信号をそのまま出力せずに、画像出力装置を製造するメーカによる絵作りにより、画像信号が変換されている。
　そこで、本実施形態では、次のような動作を行わせることによって、表示装置の表示特性及び画像出力装置の出力特性に係わらず出力信号の色を意図した色で表示装置に表示することができるようにした。

　まず、画像出力装置３は、予め用意された較正用の画像信号を表示装置１に伝送し、表示装置１は、当該較正用の画像信号を表示画面２に表示する。画像出力装置３は、この表示画面２を撮像装置で撮像する。

　以下、画像信号は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、それぞれが８ビット、即ち２５６階調で表されるものとし、色を（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の組み合わせで表現し、白であれば（２５５，２５５，２５５）、赤であれば（２５５，０，０）、緑であれば（０，２５５，０）、青であれば（０，０，２５５）、黒であれば（０，０，０）で表わされる。
　このとき、画像出力装置３が生成する任意の画像信号は、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のすべての組み合わせ、あるいは、予め決められた組み合わせとしてもよい。

　図３は、画像出力装置３が生成する画像信号と表示画面２に表示される輝度の一般的な関係を示す図である。図３において、横軸は０～２５５の画像信号、縦軸は輝度を正規化したもので、単色あるいは組み合わせた色毎にこのような曲線を示している。

　しかしながら、この曲線は、上述したような各メーカの絵作りなどにより個々の表示装置で異なっている。また、この曲線は、赤、緑、青のそれぞれで同じであるとも限らないが、画像信号と輝度の関係は、入力する画像信号と表示画面の輝度が分かれば一義的に求まるため、この関係を求めることが可能である。

　即ち、画像出力装置３から予め用意された較正用の画像信号を出力する。この画像信号は、撮影可能な広さの領域を持った画像として出力される。画像出力装置３の撮像センサは、その時の表示画面２の明るさで捉える。
　そして、画像出力装置３では、撮像する明るさと撮像センサの信号出力は予め決められているので、表示装置１の入力画像信号と表示画面の輝度の関係が分かる。

　例えば、赤に関して、（２５５，０，０）から（０，０，０）まで適当な間隔で（２００，０，０）や（１００，０，０）などの画像信号を画像出力装置３で生成して伝送し、これらの画像信号を受けた表示装置１の表示画面２の明るさを画像出力装置３で撮像し、撮像した画像の明るさと撮像センサの特性から、表示装置１の赤の画像信号に対する表示特性が分かる。

　これらの作業を緑や青についても同様に行う。
　表示装置１は、赤と緑と青の加法混色により様々な色を再現しているため、少なくとも赤と緑と青に対する表示特性が分かる必要があるが、実際の表示では単に足し算が実現されていない場合もある。

　このため、例えば、（２５５，２５５，２５５）から（０，０，０）の間の（２００，２００，２００）や（１００，１００，１００）などのグレースケールの色も同様な作業を行い、また、赤と緑と青が適当な比で混ざっている色などについても同様な作業を行う。これらの数が多ければ多いほど、表示装置の特性は正確に把握できることになり精度が向上するが、その反面時間がかかることになる。

　これらの作業により、画像出力装置３からある画像信号を出力したときに、表示装置１の表示画面２でどのような色が表示されるかが一義的に決定されるため、表示装置１の表示特性が分かる。
　例えば、白の画像信号（２５５，２５５，２５５）を出力して、表示装置１で表示させたとき、画像出力装置３で撮像した結果が青味がかっていた場合、青味をどの程度落として出力すれば良いかが分かることになる。

　次に、画像出力装置３の機能構成を説明する。
　図４において、画像出力装置３は、撮影・記録・再生の機能のほかに、上述のような予め用意された色の較正用の表示パターンを記録する表示パターン記憶部３１、表示パターン記憶部３１から読み取った表示パターンを順次表示装置１に出力する画像信号出力部３２、表示装置１の表示画面に表示された表示パターンを撮像する撮像部（撮像装置）３３、表示装置１に出力された表示パターンと撮像部３３で撮像した画像とから、色変換テーブル３５を作成する色変換テーブル作成部３４と、記録媒体３７に記録されている画像を読み出す再生部３６、再生部３６で読み出した画像信号を色変換テーブル３５によって表示装置１の画像信号へ変換する色変換部３８、を含んで構成される。ここでは、例えば上述の色変換係数を色変換テーブルとして扱っている。

　次に、画像出力装置３の動作について、図５のフローチャートをもとに説明する。
　画像出力装置の電源がＯＮとなったとき、あるいは、ユーザの指示により、画像信号出力部３２は、表示パターン記憶部３１から読み取った表示パターンを順次表示装置１に出力し（ステップＳ１）、表示装置１は表示画面２にその画像信号を表示させる（ステップＳ２）。

　色変換テーブル作成部３４は、表示装置１の表示画面２に表示された表示パターンを撮像部３３で撮像し、表示装置１における画像信号と表示画像の特性を取得して、色変換テーブル３５を作成し（ステップＳ３）、表示装置１の各色での特性が得られるよう表示パターンの表示と撮像の作業を複数回繰り返す（ステップＳ４）。

　表示を指定したすべての表示パターンに対する特性を取得し終わった場合、画像出力装置３がどのような画像信号を出した場合に、表示装置１がどのような色を表示するか一義的に決まるので、逆に表示装置１にどのような色で表示するためには画像出力装置３はどのような画像信号を出せば良いかが決まり、これを色変換テーブル３５に記憶する。
　この色変換テーブル３５は、複雑な表示特性をもつ表示装置の場合にはルックアップテーブルを使っても良く、また、単純な場合には、行列変換を用いるようにしても構わない。

　その後、再生部３６で記録媒体３７に記録されている画像を読み出したとき、色変換部３８は、読み出した画像信号を色変換テーブル３５によって表示装置１の表示特性に対応した画像信号へ変換し（ステップＳ５）、この補正された再生画像信号を表示装置１に出力し（ステップＳ６）、表示装置１の表示画面２に画像表示が行われる（ステップＳ７）。

　上述のように、一度、この一連の流れの色較正を行い、これ以降は決められた色変換を行うことで、画像出力装置（再生装置）が出力する色を意図した色で表示装置に表示することができる。

　次に、画像出力装置３と表示装置１の位置関係について説明する。
　画像出力装置３は、従来は、撮像センサを表示装置１に接触させて使用していたが、表示装置１から離して配置することで周囲光の影響を取り入れることを可能にした。
　例えば、画像出力装置３を表示装置１の視聴環境に近い位置に配置し、上述の色較正を実施することで視聴時に目に入ってくる環境光を考慮した色変換テーブルを作成することができる。
　勿論、色較正の作業が終わり、画像出力装置３の映像を視聴する場合は、画像出力装置３はどこに配置しても構わない。

　図６は、表示装置の周囲光による影響を説明する図である。
　図３に示した画像信号と表示画面の明るさの関係は、周囲光の影響を考慮していない場合であったが、周囲光があり表示装置の表示画面にその周囲光が映り込む場合、例えば映像信号が０の場合、本来なら表示画面も明るさがないが、周囲光の映りこみのためある程度の明るさがある（図６（Ａ））。

　例えば、表示画面の最大の明るさの１０％の映り込みがあった場合、画像信号が０のときにも１０％、つまり０.１の明るさがある。この映り込みによる明るさは、画像信号がどのような明るさであれ同じ明るさのため、全ての画像信号で０.１だけ明るさが増加する。

　図６（Ｂ）は、この０.１の増加分をさらに正規化した図である。この周囲光の映り込みも含めて表示装置の特性と捉えることができ、例えば最大の明るさの５０％の明るさの画像信号を出力する場合、周囲光がない場合では画像信号が１９０程度だったのに対し、周囲光がある場合では画像信号が１８０程度に下がっている。

　このように、周囲光の影響を考慮して画像信号を出力する色変換テーブルを各色について作成しておけば、明るさをより正しいものに調整して、意図した色の表示ができる。

　また、画像出力装置３の撮像装置による表示装置１の表示画面２の撮像において、最大の明るさである白（２５５，２５５，２５５）を表示したときに、画像出力装置３の撮像装置ができるだけ大きな出力値になるよう調整するのが良い。

　これは、他の色はこの白より暗い色になるので、信号値の最大値と最小値の間で表現できる信号値の数、つまりダイナミックレンジを考えると、明るい色を撮像装置の大きな出力値にしておくことで、暗い色まで撮像が可能になるためである。また、暗い色を撮像するときは、それに応じて撮像装置のゲインを調整して撮像しても良い。

　以上、本発明の画像出力装置を用いることにより、高価なキャリブレーションセンサを用いることなく、どんな表示特性をもつ表示装置であっても、上述したような種々の画像信号を出力、表示、撮像することで、出力する画像信号と表示画像が一対一で対応させることができるので、低コストで、画像出力装置からの画像の色を意図した色で表示することができる。
　従来は、視聴者はカメラメーカーやディスプレイメーカーにより絵作りされた画像を見るしかなく、またそれぞれの機器で二重にかけられた絵作りを見ていたが、本手法により忠実な色の表示を始め、明るい部分をより明るく強調した表示や、派手な色をより派手にした表示や、視聴者の好みを反映させた、意図した色での表示が可能となる。
　本実施形態では、撮像装置と画像出力装置とが一体となっている例を示したが、カメラとしての撮像装置と、カメラからの画像信号を受け色変換して表示装置へ画像信号を出力する画像出力装置とは、一体型でなく別々の構成でも良く、機器連携がされていれば良い。
　また、撮像装置は動画像を撮影するものに限られず、静止画であるデジタルスチルカメラでも上記と同様な効果が得られる。

　尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各種の変形、修正が可能であるのは勿論である。

Claims

　表示装置の表示画面に較正画像を表示する画像出力装置であって、
該較正画像を撮像した撮像装置からの出力画像を受け、
該出力画像から色変換係数を作成し、
該撮像装置から出力する視聴画像信号を前記色変換係数に基づいて色変換を行い出力することを特徴とする画像出力装置。
　請求項１記載の画像出力装置であって、前記撮像装置と一体であることを特徴とする画像出力装置。
　請求項１または２記載の画像出力装置であって、前記色変換は周囲光の影響も含めて行うことを特徴とする画像出力装置。
　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像出力装置であって、前記表示装置の表示画面の全領域を撮像できる画角になるように前記撮像装置が配置され、前記表示画面の一部に表示された較正画像を撮像して出力画像の色変換係数を作成することを特徴とする画像出力装置。
　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像出力装置であって、前記画像出力装置からの出力画像信号が最大値のとき、前記撮像装置の信号値が最大になることを特徴とする画像出力装置。
　請求項５に記載の画像出力装置であって、前記画像出力装置からの出力画像信号に応じ、前記撮像装置のゲインを調整することを特徴とする画像出力装置。