(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各画素毎の情報を表す画素信号を含む画像信号を、複数の画素を有する表示装置に入力させて上記表示装置で画像を表示させる画像表示方法において、
逆ガンマ補正された画素信号のレベルの全画面での平均を平均信号レベルとして演算するステップと、
画素信号のレベルに対する画素の輝度の変化を表す入力信号−出力輝度特性を、入力信号−出力輝度特性を指数関数で近似表現した場合の指数値が平均信号レベルの上昇に伴って連続的に大きくなるように、設定するステップと、
第１の信号補正部によって、設定された入力信号−出力輝度特性に等しい入出力特性で画像信号を補正するステップと、
第２の信号補正部によって、表示装置の入力信号−出力輝度特性に対して逆特性の入出力特性で画像信号を補正するステップと、
上記平均信号レベルに応じて、上記表示装置に入力される画像信号を変化させることなく表示装置の画素の最大出力輝度を調整するステップとを含むことを特徴とする画像表示方法。
【請求項２】
各画素毎の情報を表す画素信号を含む画像信号に基づいて複数の画素を有する表示装置で画像を表示させる画像表示方法において、
逆ガンマ補正された画素信号のレベルの全画面での平均を平均信号レベルとして演算するステップと、
画素信号のレベルに対する画素の輝度の変化を表す入力信号−出力輝度特性を、入力信号−出力輝度特性を指数関数で近似表現した場合の指数値が平均信号レベルの上昇に伴って連続的に大きくなるように、設定するステップと、
第１の信号補正部によって、設定された入力信号−出力輝度特性に等しい入出力特性で画像信号を補正するステップと、
上記平均信号レベルに応じて表示装置の画素の最大出力輝度を演算するステップと、
第１の信号補正部によって補正された画像信号を最大出力輝度の演算結果に基づいて変換処理することによって表示装置の画素の最大出力輝度を調整するステップと
第２の信号補正部によって、表示部の入力信号−出力輝度特性に対して逆特性の入出力特性で画像信号を補正するステップとを含むことを特徴とする画像表示方法。
【請求項３】
最大出力輝度が、上記平均信号レベルが上昇するにしたがってより小さくなるように画像を表示させることを特徴とする請求項１または２記載の画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置を用いて画像を再生する画像再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、画像表示装置において、入力画像信号に対応したガンマ補正や輝度補正が行われている。ガンマ補正とは、画像表示装置の入力信号−出力輝度特性（入力信号の変化に対する出力輝度の変化；ガンマ特性と呼ばれる）を補正するものである。このような補正により、出力画像の輝度や色味（色度）、コントラスト比を調整することで、入力原画像にほぼ等しい画像を表示することが可能となる。また、入力原画像に対してコントラスト比を調整した画像を表示するなどして表示品位を自由に調整することも可能となる。
【０００３】
液晶表示装置に関するガンマ補正技術として、特開平１０−１２６６４８号公報には、入力アナログ画像信号をＡＤ（アナログ−ディジタル）変換器でディジタル信号に変換したうえでガンマ補正するガンマ補正回路において、入力アナログ画像信号をＡＤ変換器の間口（アナログ入力電圧範囲）に対応して選択された増幅度で増幅した後にＡＤ変換器でディジタル信号に変換し、次いで、増幅度の選択情報と関連して定められたガンマ補正特性によってガンマ補正を行うガンマ補正回路が開示されている。この構成では、少ないビット数の変換処理でガンマ補正を広帯域でかつ高精度に行うことができ、ガンマ補正を広帯域でかつ高精度に行うために必要な回路のコストを低くすることが可能である。
【０００４】
また、特開平５−６４０３７号公報には、輝度計で測定した透過率特性に基づき、入力電圧−出力輝度特性を表す関数を線形化するように液晶表示装置に適応したガンマ補正曲線を求め、得られたガンマ補正曲線を用いてＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）各色の信号に対して適正なガンマ補正処理を行うガンマ補正回路が開示されている。
【０００５】
さらに、ＣＲＴ（陰極線管）表示装置に関するガンマ補正技術として、特開平５−１４５９４２号公報には、ＣＲＴ表示装置のＲＧＢ各色のガンマ特性を測定し、この測定したガンマ特性を用いて、ＲＧＢ信号の各レベルの輝度比が一定になるように色補正を行うとともにガンマ補正を行うことが開示されている。
【０００６】
また、液晶ディスプレイ用カラー光源の輝度補正技術として、特開平１−１５８４１６号公報（特公平７−１０９４５６号公報）には、低輝度時にＲＧＢ各色の比視感度が低下することによってカラーバランスが崩れて見えることを防止するために、ＲＧＢ各色用発光素子群の輝度レベルを共通に調整する第１の輝度調整手段と、第１の輝度調整手段によって調整された輝度レベルに応じて、緑色用発光素子群、赤色用発光素子群、および青色用発光素子群の間での輝度レベルのバランスを調整する第２の輝度調整手段とを設けることが開示されている。
【０００７】
従来より、ＣＲＴ表示装置には、通常、逆ガンマ補正された画像信号が入力されるようになっている。逆ガンマ補正とは、原画像の光強度と画像表示装置の各画素の輝度とを比例させるために、画像表示装置の入力信号−出力輝度特性（ガンマ特性）を表す非線形関数の逆関数を用いて画像信号を補正するものである。ＣＲＴ表示装置のガンマ特性を表す非線形関数は、指数関数で近似表現することができ、ガンマ値と呼ばれる指数値は、通常、約２．２程度である。したがって、ＣＲＴ表示装置には、通常、ＣＲＴ表示装置のガンマ値が２．２であるとして、逆ガンマ補正された画像信号が入力される。
【０００８】
一般に市販されている製造メーカの異なる２種のＣＲＴ表示装置ＤおよびＥにおける平均入力輝度信号レベル（入力画像信号の画面全体での平均輝度信号レベル）Ｇに対するガンマ値γ（Ｇ）および最大出力輝度ｉmax （Ｇ）の変化を測定した結果を図１０に示す。なお、図１０に示す曲線のうち、γＤと示す曲線が一方のＣＲＴ表示装置Ｄのガンマ値γ（Ｇ）を表す曲線、γＥと示す曲線が他方のＣＲＴ表示装置Ｅのガンマ値γ（Ｇ）を表す曲線、ｉmax Ｄと示す曲線がＣＲＴ表示装置Ｄの最大出力輝度ｉmax （Ｇ）を表す曲線、ｉmax Ｅと示す曲線がＣＲＴ表示装置Ｅの最大出力輝度ｉmax （Ｇ）を表す曲線である。また、平均入力輝度信号レベルＧは、最大値を１００％として表した相対値であり、最大出力輝度は最大値が１となるように規格化した値である。
【０００９】
図１０で示される測定データから、平均入力輝度信号レベルＧがある一定の範囲内である大部分の入力画像では、最大出力輝度ｉmax （Ｇ）およびガンマ値γ（Ｇ）はほぼ一定であるが、その範囲を外れるような平均入力輝度信号レベルＧを持つ入力画像では、最大出力輝度ｉmax （Ｇ）が低減するという特徴が読み取れる。
【００１０】
図１０によれば、平均入力輝度信号レベルＧが約６０％であるときには、実際に測定されたガンマ値γ（Ｇ）も約２．２となっている。したがって、このときには、ＣＲＴ表示装置は、入力された画像信号を線形化処理した画像、つまり逆ガンマ補正される前の原画像（撮影画像）を忠実に再生している。
【００１１】
しかしながら、平均入力輝度信号レベルＧが約６０％より低いときや、約６０％より高いときにおいては、ＣＲＴ表示装置の画像出力のガンマ値γ（Ｇ）が２．２を示さないため、線形化処理が完全でなく、原画像（撮影画像）に忠実な表示が得られない。
【００１２】
ところが、本願発明者等の検討によれば、このような表示特性であれば、平均入力輝度信号レベルが低いときに、図１２に示すように、暗部の出力輝度が相対的に持ち上げられた入力信号−出力輝度特性となるので、暗部の視認性が向上するという表示上の利点が得られることが分かった。
【００１３】
また、本願発明者等の検討によれば、このような表示特性であれば、平均入力輝度信号レベルが高い場合には、図１３に示すように、明部の出力輝度が相対的に下げられた入力信号−出力輝度特性となり、かつ、画面全体の出力輝度が相対的に低下するため、明るい部分において、白つぶれがなく、また、まぶしさを感じることもなく、視認性が向上することが分かった。
【００１４】
ＣＲＴ表示装置のこのような表示特性によって、表示における画像の視認性が向上しているということは一般に認識されていない。なお、必ずしも全てのＣＲＴ表示装置がこのような表示特性を示すものではないが、一般的なＣＲＴ表示装置では、ＣＲＴ表示装置に特有の駆動電流の増加によるＣＲＴの焼損を防止する目的で表示輝度の増加に伴う駆動電流の増加を制限する回路（自動輝度制限回路）が設けられているため、このような表示特性を示すのが普通である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、バックライト等の発光素子と液晶パネル等の光スイッチング素子とで構成されているような表示装置、例えば液晶表示装置では、画像信号を表示装置で再生する際、表示画像の最大輝度は発光素子の出力で概ね決定され、入力信号−出力輝度特性は概ね光スイッチング素子の特性で決定される。表示画像の最大輝度と入力信号−出力輝度特性とは、互いに独立した特性である。そして、このような表示装置では、液晶表示装置の場合の測定結果を示す図１１から明らかなように、表示画像における最大出力輝度ｉmax （Ｇ）と、入力信号−出力輝度特性を表す非線形関数を指数関数で近似表現した場合の指数値（ガンマ値）γ（Ｇ）とが、入力画像の平均入力輝度信号レベルＧ（背景部の入力輝度信号レベルＨにほぼ等しい）によらず一定である。
【００１６】
ここで、前述の民生用ＣＲＴ表示装置の表示特性（輝度特性）と、このような液晶表示装置の表示特性（輝度特性）とを本願発明者が主観的に比較したところ、画質の自然さの点においては、ＣＲＴ表示装置のような表示特性（輝度特性）を有している方がやや望ましいことが分かった。
【００１７】
図１１は、液晶表示装置において、液晶表示装置内の信号処理回路により、入力画像信号の逆ガンマ補正と、液晶の電圧−光学変換特性の補正（線形特性からのずれの補正）とを行った結果得られた入力信号−出力輝度特性を示している。
【００１８】
図１１に示す入力信号−出力輝度特性を持つ液晶表示装置に対してＴＶ放送局から送信される画像信号等の逆ガンマ補正された画像信号が入力された場合、液晶表示装置の表示面における再生画像の出力輝度特性は、図１４に示すようになる。
【００１９】
この出力輝度特性では、規格化輝度信号レベルが０．４以上の輝度が高い部分で、規格化輝度が線形特性よりもかなり高くなっている。この出力輝度特性では、画像を視認した際に全体が白く浮いたような印象を強く与える画像が得られ、入力画像を正しく再生できない。
【００２０】
また、図１１で示されるような再生画像の出力輝度特性であると、平均輝度が高い画像を表示する場合に、全体的に輝度が高くなってしまう。そのため、観視者にとって、画面全体がまぶしく感じられ、明るい部分の微小な輝度差が十分に認識できなくなり、見かけ上、白つぶれを起こしたような印象を受ける。また、逆に、平均輝度が低く暗い画像を表示する場合、暗部は、ほぼ線形特性で再生されるものの、全体的に暗いために暗部の視認性が十分でない印象を観視者に与える。
【００２１】
これに対し、ＣＲＴ表示装置においては、平均輝度が低いときの最大出力輝度が比較的高いので、暗部の視認性が比較的良く感じられる。また、平均輝度が高い全体的に明るい画像を表示する場合には、最大出力輝度が相対的に低くなるため、まぶしさが抑えられ、全体的に見易さの向上がやや見られる。
【００２２】
このような表示特性による視認性や白浮き等の色調の不具合は、ＣＲＴ表示装置、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットディスプレイ装置、投射型表示装置において顕著に見られる。
【００２３】
ところで、前記従来のガンマ補正技術は、表示装置のガンマ特性が画像の種類によって変化しないことを前提としており、どのような画像に対しても同じ設定値（ガンマ値）で補正を行うようになっている。そのため、上述したような液晶表示装置における視認性の不足を改善することはできない。
【００２４】
また、前記従来の輝度補正技術は、カラー光源の出力調整に係るものであり、液晶ディスプレイに入力される画像信号のレベルについては、何ら考慮されていない。したがって、この技術でも、上述したような液晶表示装置における視認性の不足を改善することはできない。
【００２５】
本来、表示画像が入力信号から忠実に再生されるためには少なくとも表示装置の画像表示面でほぼ線形な入力信号−出力輝度特性を示す必要がある。また、観視者にとって自然な映像を実現するためには、画像再生の輝度特性や色調特性のような入出力特性を任意に調整できる構成とすることが考えられるが、そのような構成にすると、画像表示装置の信号処理回路の構成が複雑化する、コストが増大する等の問題を生じる。
【００２６】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、高い表示品位で画像を再生することが可能な画像再生方法を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像再生方法は、上記の課題を解決するために、各画素毎の情報を表す画素信号を含む画像信号に基づいて複数の画素を有する表示装置で画像を再生する画像再生方法において、全ての画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算した後、画素信号のレベルに対する画素の輝度の変化を表す入力信号−出力輝度特性を、上記平均信号レベルに応じて設定し、次いで、設定された入力信号−出力輝度特性を満たすように画像を再生することを特徴としている。
【００２８】
上記方法によれば、例えば、平均信号レベルに係わらず入力信号−出力輝度特性が一定であるような表示装置（液晶表示装置等）を用いても、平均信号レベルの上昇に応じて入力信号−出力輝度特性を指数関数で近似表現した場合の指数値（ガンマ値）を小さくすることができるので、全体的に暗い画像（平均輝度が低い画像）における暗部の視認性に優れ、かつ、全体的に明るい画像（平均輝度が高い画像）における白つぶれや眩しさを防止して明部の視認性に優れた画像を再生することが可能となる。したがって、上記方法によれば、表示装置の入力信号−出力輝度特性が平均信号レベルに応じて変化するか否かにかかわらず、高い表示品位で画像を再生することが可能となる。
【００２９】
また、上記画像再生方法の好ましい形態は、さらに、上記平均信号レベルに応じて表示装置の画素の最大出力輝度が変化するように画像を再生する方法である。
【００３０】
上記方法によれば、例えば、入力平均信号レベルに係わらず最大出力輝度が一定であるような表示装置（液晶表示装置等）を用いても、画像表示装置の平均信号レベルの上昇に応じて表示装置の最大出力輝度を低くすることができるので、全体的に明るい画像を再生するときの画面のまぶしさを軽減するとともに直視の際の網膜漂白化現象による一時的な盲目化を防止することが可能となる。したがって、上記方法によれば、表示装置の種類によらず、高い表示品位で画像を再生することが可能となる。
【００３１】
また、本発明の画像表示装置は、上記の課題を解決するために、各画素毎の情報を表す画素信号を含む画像信号に基づいて複数の画素を有する表示装置で画像を再生する画像再生方法において、全ての画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算した後、上記平均信号レベルに応じて表示装置の画素の最大出力輝度が変化するように画像を再生することを特徴としている。
【００３２】
上記方法によれば、例えば、入力平均信号レベルに係わらず最大出力輝度が一定であるような表示装置（液晶表示装置等）を用いても、画像表示装置の平均信号レベルの上昇に応じて表示装置の最大出力輝度を低くすることができるので、全体的に明るい画像を再生するときの画面のまぶしさを軽減するとともに直視の際の網膜漂白化現象による一時的な盲目化を防止することが可能となる。したがって、上記方法によれば、表示装置の平均信号レベル−最大出力輝度特性によらず、高い表示品位で画像を再生することができる。
【００３３】
なお、上記各画像再生方法における平均信号レベルに応じた最大出力輝度値および／または入力信号−出力輝度特性の設定は、任意の設定が可能である。
【００３４】
上記平均信号レベルの演算は、単位期間内における全ての画素信号のレベルの平均を演算することにより行うことが好ましい。上記単位期間は、１フレームのような１つの画像を構成する期間全体であってもよいし、１フィールドあるいは数フィールドにわたる期間等のような１つの画像を構成する期間の一部であってもよい。また、上記平均信号レベルの演算は、適当なサンプリング周期で全画素信号の瞬間的な電圧レベルをサンプリングし、サンプリングされた各電圧レベルの平均を演算することにより行ってもよい。
【００３５】
上記各画像再生方法では、入力信号−出力輝度特性を指数関数で近似表現した場合の指数値が、平均信号レベルの上昇に伴ってより大きい値となるように画像を再生することが望ましい。これにより、全体的に明るい画像（平均輝度が高い画像）を再生するときの画面のまぶしさを軽減することができるとともに、直視の際の網膜漂白化現象による一時的な盲目化を防止することができる。したがって、上記方法によれば、全体的に明るい画像を視認性に優れた画像として再生することができる。
【００３６】
また、上記各画像再生方法では、最大出力輝度が、上記平均信号レベルが上昇するにしたがってより小さくなるように画像を再生することが望ましい。これにより、全体的に暗い画像（平均輝度が低い画像）における暗部の視認性を向上させるとともに、全体的に明るい画像（平均輝度が高い画像）における白つぶれや眩しさを防止して明部の視認性を向上させることができる。したがって、全体的に暗い画像も全体的に明るい画像も視認性に優れた画像として再生することができる。
【００３７】
上記各画像再生方法において、画像の再生に用いられる画像信号は、各画素毎の輝度情報を表す輝度信号からなる白黒映像信号であってもよく、各画素毎の輝度情報を表す輝度信号と各画素毎の色度情報を表す色度信号とからなるカラー映像信号であってもよく、三原色あるいはそれより多くの原色の各色成分信号を含むカラー映像信号であってもよい。
【００３８】
入力される画像信号が各画素毎の輝度情報を表す輝度信号を含む場合、上記平均信号レベルの演算は、全ての輝度信号のレベルの平均を演算することにより行うことが望ましい。これにより、簡素な構成の画像表示装置で画像を再生することができる。
【００３９】
すなわち、標準的な画像再生方法では、画像信号として、輝度信号と色差信号とからなる形態のカラー映像信号が使用される。この場合、カラー映像信号を構成する信号のうち、表示装置の入力信号−出力輝度特性や最大出力輝度に影響を与えるのは、輝度信号である。そのため、上記平均信号レベルの演算を、輝度信号および色差信号の両方の平均を演算することにより行うよりも、輝度信号だけを利用して平均信号レベルを演算する方が、処理される信号の数が減る分、簡素な構成の画像表示装置で画像を再生することができる。
【００４０】
また、入力画像信号が三原色（例えば、ＲＧＢ）、あるいはそれより多くの原色の各色成分信号を含むカラー映像信号である場合、上記平均信号レベルの演算は、色成分信号から輝度値に相当する値のレベルの平均を演算することにより行うことが望ましい。輝度値に相当する値のレベルの平均を演算する方法としては、変換式により全ての色の色成分信号から輝度に相当する値を算出した後、算出された値を平均する方法であってもよいし、全ての色の色成分信号を平均した後、得られた平均値を変換式により輝度に相当する平均値に変換する方法であってもよい。また、輝度信号のレベルの平均を演算する方法として、全ての色の色成分信号を利用せず、一部の色の色成分信号のみを用いて平均信号レベルを演算する方法を採用してもよい。この場合にも、前述した全ての色の色成分信号成分を利用する場合と同様に、輝度に相当する値への変換と平均値の演算との順序は任意である。
【００４１】
さらに、このような各色成分信号を含むカラー映像信号が入力される場合、上記平均信号レベルの演算は、輝度値に相当する値のレベルの平均を算出するものでなくともよく、各色成分信号の少なくとも１つのレベルの平均を平均信号レベルとして演算するものであってもよい。すなわち、例えば、ＲＧＢの三原色信号が画像信号として入力される場合、Ｇ信号のみを取り出してＧ信号のレベルの平均値を平均信号レベルとして算出してもよいし、各色成分信号毎のレベルの平均値を平均信号レベルとして算出してもよい。
【００４２】
入力される画像信号が各画素毎の輝度情報を表す輝度信号を含む場合、輝度信号のレベルに対する画素の輝度の変化を表す入力輝度信号−出力輝度特性を上記平均信号レベルに応じて設定し、設定された入力輝度信号−出力輝度特性を満たすように輝度信号を補正することが好ましい。
【００４３】
また、入力される画像信号が、三原色（例えば、ＲＧＢ）あるいはそれより多くの原色の各色成分信号を含む場合、各色成分信号の少なくとも１つのレベルに対する画素の輝度の変化を表す入力信号−出力輝度特性を上記平均信号レベルに応じて設定し、設定された入力信号−出力輝度特性を満たすように各色成分信号の少なくとも１つを補正することが好ましい。
【００４４】
入力信号−出力輝度特性の設定は、計算式を用いて平均信号レベルから入力信号−出力輝度特性を表すパラメータを演算するようにしてもよい。また、入力信号−出力輝度特性の設定は、平均信号レベルと入力信号−出力輝度特性とを対応付けるルックアップテーブルをメモリ等の記憶装置に記憶させておき、このルックアップテーブルを参照して入力信号−出力輝度特性を設定するようにしてもよい。上記のルックアップテーブルは、予め様々な入力信号−出力輝度特性の測定し、得られた測定結果に基づいて作成すればよい。
【００４５】
入力信号−出力輝度特性パラメータを用いた演算処理により画像信号を補正する場合、入力信号−出力輝度特性パラメータを用いた演算処理により、入力信号−出力輝度特性に対応した入出力特性で画素信号を変換した後、表示部（表示装置）の入力信号−出力輝度特性における線形特性からのずれを補正することが望ましい。
【００４６】
上記構成によれば、２回目の補正の入出力特性と表示装置の入力信号−出力輝度特性とを合わせたものが、線形特性となる。そのため、１回目の補正は、入力信号−出力輝度特性パラメータのみを用いた単純な演算処理を行うだけでよく、演算が簡単になる。
【００４７】
これに対し、２回目の補正を行わない場合、入力信号−出力輝度特性パラメータと、表示部の入力信号−出力輝度特性パラメータとの両方を用いて画像信号を補正する必要があり、演算が複雑になる。
【００４８】
なお、２回目の補正は、画素信号を表示装置の入力信号−出力輝度特性を表す関数の逆関数を用いて画素信号を変換するようにすればよい。ただし、異なる複数の種類の表示装置で表示を行う場合、表示装置の種類が特定されないので、表示装置の入力信号−出力輝度特性が様々な特性に変化する可能性がある。そのため、この場合、予め各種の表示装置の入力信号−出力輝度特性を表示装置の種類に対応付けてＲＡＭ等の記憶装置あるいはハードディスク等の記憶媒体に記憶させておき、この記憶内容を参照することで表示装置の入力信号−出力輝度特性の逆特性の入出力特性で画像信号を補正することが好ましい。
【００４９】
上記表示装置は、発光素子と、発光素子からの光を各画素毎に制御するための光スイッチング素子とを備えていればよい。したがって、表示装置は、発光素子の機能を兼ね備える発光型の光スイッチング素子（発光型表示素子）、例えば、ＣＲＴ、発光ダイオード、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ＦＥＤ(Field Emission Display)等を備える構成であってもよく、発光素子と、自らは発光しないで発光素子からの光を制御または変調する非発光型の光スイッチング素子（非発光型表示素子）、例えば液晶表示素子等とを備える構成であってもよい。
【００５０】
上記表示装置が、例えば透過型液晶表示装置等のように、発光素子と非発光型の光スイッチング素子とを備え、これらが互いに独立に制御され得る構成である場合、最大出力輝度を演算し、演算結果を発光素子に出力することが好ましい。また、最大出力輝度の演算は、規格化した形の最大出力輝度を演算した後、その演算結果と外部から与えられた輝度基準値とに基づいて最大出力輝度を演算することにより行うことが望ましい。
【００５１】
一方、上記表示装置が、光スイッチング素子の機能を兼ね備える発光素子、すなわち発光型の光スイッチング素子を備える構成である場合、最大出力輝度を演算するとともに、設定された入力信号−出力輝度特性に従って補正された画像信号を最大出力輝度の演算結果に基づいて変換処理し、変換処理された画像信号を発光型の光スイッチング素子へ出力することが望ましい。
【００５２】
上記各演算処理は、回路によってハードウェアで実現することが望ましいが、ソフトウェアで実現してもかまわない。すなわち、上記各演算処理は、各演算部の演算処理を記述したコンピュータプログラムを記憶するＲＡＭ等の記憶手段と、該コンピュータプログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit) とによって実現してもよい。
【００５３】
次に、本願発明者等が本発明をなした課程を、図６ないし図９に基づいて詳細に説明する。
【００５４】
図６および図７は、種々の表示装置が、入力された画像信号に対してどのような表示特性を示すかを模式的に示した図である。図６および図７は、３つの互いに異なる表示特性を持つ表示装置３０Ａ〜３０Ｃに対して、それぞれ画像信号Ｓ１およびＳ５を入力した様子を示している。
【００５５】
図６においては、一般的なＴＶ放送におけるような逆ガンマ補正された画像信号Ｓ１が入力されている。したがって、画像信号Ｓ１の入力レベル（原画像の光強度）に対する出力レベル（画像信号の電圧レベル）の変化を表す曲線Ｃ１の傾きは、入力レベルの増加にしたがって減少する。このような画像信号Ｓ１が入力される理由は、概ね、曲線Ｃ２で示すようなガンマ特性、すなわち、入力レベル（画像信号の電圧レベル）に対する出力レベル（輝度）の変化を表す曲線Ｃ２の傾きが入力レベルの増加にしたがって増加する表示特性を有するＣＲＴ表示装置３０Ａで画像が再生されることが前提であり、この傾きの変化を打ち消すように逆ガンマ補正を行っているからである。そのため、表示装置が、図６のＣＲＴ表示装置３０Ａのようなガンマ特性を持っていれば、ＣＲＴ表示装置３０Ａから出力（表示）される画像Ｓ２の出力レベル（輝度）は、曲線Ｃ５で示すように入力レベル（原画像の光強度）に対して線形になる。
【００５６】
一般的に、表示装置は、画像信号源（原画像）からの入力（光強度）に対して様々な入出力特性（表示特性）を持っている。このため、ＣＲＴ表示装置３０Ａにおいてほぼ忠実に再生される入力画像が、他の表示装置、例えば、曲線Ｃ３で表されるような入出力特性を持つ表示装置３０Ｂや、曲線Ｃ４で表されるような入出力特性を持つ表示装置３０Ｃにおいては、曲線Ｃ６およびＣ７で示すように、原画像からの入力レベルに対して非線形の出力レベルを持つ画像Ｓ３およびＳ４が出力され、原画像が忠実に再生されないといったことが生じている。
【００５７】
また、図７の曲線Ｃ８で示されるような入力レベル（原画像の光強度）に対する出力レベル（画像信号の電圧レベル）の変化が線形である画像信号Ｓ５が入力される場合、例えば、コンピュータ等で作成された画像データが直接入力される場合には、入力された画像信号Ｓ５に対して補正を行わなければ、画像信号Ｓ５は、表示装置３０Ａ〜３０Ｃにおいて、曲線Ｃ９〜Ｃ１１で示すような表示装置３０Ａ〜３０Ｃの入出力特性に応じた特性を持つ画像に変換されて出力される。そのため、表示装置３０Ａ〜３０Ｃでは、曲線Ｃ１２〜Ｃ１４で示すように、原画像からの入力レベルに対して非線形の出力レベルを持つＳ６〜Ｓ８が出力される。したがって、表示装置３０Ａ〜３０Ｃの表示画面上では、原画像（入力画像）が正しく再生されないことが分かる。
【００５８】
このような表示装置（表示デバイス）の入出力特性について、より詳しく述べる。
【００５９】
ＣＲＴ表示装置のような表示装置においては、一般的に、入力信号電圧−出力輝度変換特性をガンマ（γ) 特性と呼び、次の式（１）のように表す。
【００６０】
【数１】
0003657497.tif 000002
【００６１】
ここで、Ｉは出力輝度、Ｖは入力信号電圧、指数値γは、ガンマ値と呼ばれる非線形パラメータである。また、a およびｂはオフセット定数である。
【００６２】
入力信号が、米国映画テレビ技術者協会（ＳＭＴＰＥ）のテレビ規格であるＳＭＰＴＥ規格１７０Ｍまたは２４０Ｍ、もしくは、旧来の方式であった電波法／ＣＣＩＲ（国際無線通信諮問委員会）勧告６２４／ＲＳ１７０Ａにおいて規定される輝度−信号電圧変換式によって逆ガンマ補正された通常のＴＶ画像信号である場合について考える。このＴＶ画像信号は、γ＝２．２のＣＲＴ表示装置に入力することを想定して逆ガンマ補正されたものであるので、ＣＲＴ表示装置で表示すれば、一定条件においては特別な処理を施すことなく原画像がほぼ線形化されて出力される。入力信号電圧は、入力輝度信号レベルと概ね比例関係にあるので逆ガンマ処理された入力輝度信号レベルｇに対して、簡単化のため式（１）においてａ＝ｂ＝０とし、ｇが最大値の時に得られる最大輝度（最大出力輝度）ｉmax を用いて式（１）を書き換えると、次の式（２）のように表現できる。
【００６３】
【数２】
0003657497.tif 000003
【００６４】
このようにおくことで、入力と出力の関係を表示装置の制約を取り払って信号処理の部分で考えることができる。ここでは、概念を説明するため、式（１）の定数項を省略して考えているが、式（１）をそのまま用いて、ＣＲＴ表示装置の特性をより詳細に記述してもよい。これにより、以下に述べる式の精度がさらに向上する。
【００６５】
ＣＲＴ表示装置を例にとると、平均入力輝度信号レベルＧに応じてその系での最大出力輝度ｉmax が構造上決定されている。そのため、式（２）における最大輝度ｉmax を平均入力輝度信号レベルＧの関数ｉmax （Ｇ）として書き改めると、Ｉは、ｇおよびＧの関数となり、次の式（３）のように表記することができる。
【００６６】
【数３】
0003657497.tif 000004
【００６７】
ここで、平均入力輝度信号レベルＧは、表示装置の各画素Ｐ（ｘ，ｙ）に対応して入力される輝度信号のレベルｇxyの平均値であり次式として表現できる。
【００６８】
【数４】
0003657497.tif 000005
【００６９】
なお、画素Ｐ（ｘ，ｙ）は、ｉ行（ｉ≧２）×ｊ列（ｊ≧２）のマトリックス状に配列された複数画素のうちのｘ行目（１≦ｘ≦ｉ）ｙ列目（１≦ｙ≦ｊ）の画素を表すものとする。
【００７０】
しかしながら、一般のＣＲＴ表示装置において、図８および図９で示されるように平均入力輝度信号レベルＧに対する最大出力輝度ｉmax およびガンマ値γのの変化を調べたところ、図１０で示されるように、最大出力輝度ｉmax だけでなく、ガンマ値γも平均入力輝度信号レベルＧの変化に伴って変化する。そのため、最大出力輝度ｉmax と同様に、ガンマ値γも、平均入力輝度信号レベルＧの関数として書き換える必要がある。
【００７１】
つまり、図８の特性を元にすれば、式（３）は次の式（５）のように書き改めることができる。
【００７２】
【数５】
0003657497.tif 000006
【００７３】
式（５）によれば、平均入力輝度信号レベルＧに応じた最大出力輝度ｉmax （Ｇ）およびガンマ値γ（Ｇ）を設定すれば、入力輝度信号に対してＣＲＴ表示装置以外の表示装置を用いてＣＲＴ表示装置と同様の入出力特性で表示を行うことや、より再現性の良い入出力特性で画像再生を行うことができることが分かる。
【００７４】
そこで、任意の表示装置の規格化された入力信号−出力輝度特性を表す関数Ｄを、規格化された入力輝度信号レベルｇinput および規格化された出力輝度レベルｇoutputを用いて定義すると、
ｇoutput＝Ｄ（ｇinput ）・・・・・（６）
の関係となる。
【００７５】
ここで、信号レベルや特性を規格化した理由は、表示装置の種類によって入力される信号や出力される信号の精度が異なっている場合や、表示装置の種類によって出力輝度のスケールが異なる場合が想定されるからである。すなわち、表示装置の調整によって、例えば、入力信号が８ビットであり出力信号が１０ビットである場合や、入力信号が８ビットであり出力信号が６ビットである場合、出力輝度のスケールが、ある設定値においては１０であったものが別の設定値においては２０になる場合等が起こりうるからである。
【００７６】
実際の信号処理においては、ｇinput 、ｇoutput、およびｉmax の値を予め０〜１の範囲内の値となるように規格化しておけば、最終的な信号形態への変換は、演算結果を信号の最大表現数（ｎビットのディジタル信号であれば、最大表現数２n −１）に乗じれば良いので、計算を容易に行うことができる。
【００７７】
以上のことから、最適な表示出力を得るためには、入力画像信号に対して種々の画像信号の補正が必要となることが分かった。
【００７８】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の画像再生方法の実施の一形態について、図１に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００７９】
本実施形態の画像再生方法に用いる画像表示装置は、図１に示すように、画像を表示するための複数の画素（図示しない）を有する表示装置８と画像信号補正装置７とを備え、各画素毎の情報を表す画素信号を含む画像信号ｇ0 （輝度信号レベルｇ0 ）が画像信号補正装置７を介して表示装置８に入力されるようになっている。
【００８０】
画像信号補正装置７は、全ての画素信号のレベルの平均を平均入力輝度信号レベルＧとして演算する平均信号レベル演算回路１と、画素信号のレベルに対する画素の輝度の変化を表す入力信号−出力輝度特性を、平均入力輝度信号レベルＧに応じて設定する入力信号−出力輝度特性設定回路２と、平均入力輝度信号レベルＧに応じて表示装置８の画素の最大出力輝度を調整する最大出力輝度調整回路３と、設定された入力信号−出力輝度特性を満たすように画像信号ｇ0 を補正する信号補正部４とを備えている。
【００８１】
信号補正部４は、設定された入力信号−出力輝度特性に等しい入出力特性で画像信号ｇ0 を補正するγ（Ｇ）補正回路５と、表示装置８の入出力特性（入力信号−出力輝度特性）に対して逆特性の入出力特性でさらに画像信号ｇ1 を補正する逆特性補正回路６とを備えている。
【００８２】
次に、上記画像表示装置を用いた本発明の画像再生方法について説明する。
【００８３】
まず、平均信号レベル演算回路１にて、逆ガンマ補正された入力画像信号ｇ0 の輝度信号レベルｇ0 から平均入力輝度信号レベルＧを演算する。
【００８４】
次いで、入力信号−出力輝度特性設定回路２にて、画像表示装置の入力信号−出力輝度特性を指数関数で近似表現した場合の指数値（ガンマ値）γ（Ｇ）を平均入力輝度信号レベルＧから演算する。具体的には、画像表示装置の入力信号−出力輝度特性を指数関数で近似表現した場合の指数値（ガンマ値）γ（Ｇ）を、例えば前記の図１０の曲線γＤのように、平均入力輝度信号レベルＧが高くなるにつれて大きくなるように設定する。
【００８５】
さらに、信号補正部４にて、画像表示装置の入力信号−出力輝度特性を指数関数で近似表現した場合の指数値（ガンマ値）がその設定値γ（Ｇ）に一致するように入力画像信号ｇ0 を補正し、補正後の画像信号ｇ0 を表示装置８へ出力する。具体的には、まず、γ（Ｇ）補正回路５にて、設定値γ（Ｇ）を指数値とする指数関数を用いて、画像信号ｇ0 の輝度信号レベルｇ0 から画像信号ｇ1 の輝度信号レベルｇ1 を算出し、輝度信号レベルｇ1 を持つ画像信号ｇ1 を生成する。次いで、逆特性補正回路６にて、表示装置８の入力信号−出力輝度特性を表す関数の逆関数を用いて、画像信号ｇ1 の輝度信号レベルｇ1 から画像信号ｇout の輝度信号レベルｇout を算出し、輝度信号レベルｇout を持つ画像信号ｇout を表示装置８へ出力する。
【００８６】
また、最大出力輝度調整回路３にて、平均入力輝度信号レベルＧに応じて表示装置８の画素の最大出力輝度を調整する。具体的には、平均入力輝度信号レベルＧから表示装置８の最大出力輝度ｉmax （Ｇ）を演算し、この演算結果を最大出力輝度ｉout として表示装置８へ出力する。最大出力輝度ｉmax （Ｇ）の演算は、例えば前記の図１０の曲線ｉmax Ｄのように、平均入力輝度信号レベルＧが高くなるにつれて最大出力輝度ｉmax （Ｇ）が小さくなるような演算とする。
【００８７】
この場合、表示装置８の表示素子に入力される画像信号ｇout の輝度信号レベルｇout および表示装置８の最大出力輝度ｉout は、次の式（７）および式（８）で表現することができる。
【００８８】
【数６】
0003657497.tif 000007
【００８９】
また、最終的な表示装置８の出力輝度Ｉは、次の式（９）のように表現することができる。
【００９０】
【数７】
0003657497.tif 000008
【００９１】
なお、ｇout は前記の式（６）のｇinput に対応する規格化された入力輝度信号レベルを表し、Ｄ-1（）は、表示装置８の規格化された出力輝度レベルｇd （前記の式（６）のｇoutputに対応する）を表す関数Ｄ（ｇout ）の逆関数である。
【００９２】
このように、本発明の画像再生方法では、逆ガンマ補正された画像信号ｇ0 における平均入力輝度信号レベルＧを参照値としてガンマ値γ（Ｇ）と最大出力輝度ｉmax （Ｇ）とを設定することによって、表示装置８の種類によらず再現性の良い高品位の画像が表示可能となる。
【００９３】
なお、前述の式（２）〜（９）においては、入力画像信号の輝度信号に対しての処理を示したが、実際の画像表示装置においては、輝度信号を表示素子駆動用の駆動電圧ｖ1 に変換する処理、および最大出力輝度ｉout を表示装置８の発光素子の駆動電圧ｖ2 に変換する処理が、一般的に含まれている。
【００９４】
このため、式（９）は、次の式（１０）のようにも表現できる。
【００９５】
【数８】
0003657497.tif 000009
【００９６】
ここで、式中のＶは、輝度信号電圧の平均入力電圧値を示す。
【００９７】
また、輝度信号レベルｇout から表示装置８の表示素子の駆動電圧ｖ1 への変換、および最大出力輝度ｉout から表示装置８の発光素子の駆動電圧ｖ2 への変換は、線形関数Ｖ1 およびＶ2 を用いて、次の式（１１Ａ）および（１１Ｂ）のように表現できる。
【００９８】
ｖ1 ＝Ｖ1 （ｇout ）・・・（１１Ａ）
ｖ2 ＝Ｖ2 （ｉout ）・・・（１１Ｂ）
なお、式（１０）や式（１１Ａ）、（１１Ｂ）は、表示装置８の動作形態が電圧値の変化によって駆動される形態である場合のものであるが、表示装置８の動作形態が他の信号、例えば、熱、光、圧力、振動、音波等の信号によって駆動される形成である場合でも、式（１０）や式（１１Ａ）、（１１Ｂ）と同様の式が成り立つ。
【００９９】
また、図１は、表示装置８が、互いに独立に制御され得る表示素子および発光素子を備える場合の画像表示装置の構成を示している。この場合、式（７）により得られる画像信号ｇout （輝度信号レベルｇout ）および式（８）により得られる最大出力輝度ｉout を、それぞれ表示素子および発光素子に入力すれぱよい。
【０１００】
なお、表示装置８が、発光素子の機能を兼ね備えたスイッチング素子、すなわち、いわゆる発光型表示素子（自発光型スイッチング素子）を備える場合においては、最大出力輝度ｉout の調整は、画像信号の信号処理によって行う必要がある。
【０１０１】
したがって、逆特性補正回路６にて表示装置８の入力信号−出力輝度特性の逆特性の補正を行う前の画像信号ｇ1 に対して最大出力輝度ｉout を乗じるようにすればよい。すなわち、この場合、画像信号補正装置７から出力される画像信号ｇout の輝度信号レベルｇout は、次の式（１２）で表される。
【０１０２】
【数９】
0003657497.tif 000010
【０１０３】
また、最終的な出力輝度Ｉは、次の式（１３）で表現することができる。なお、信号の表現形態は、前述と同様である。
【０１０４】
【数１０】
0003657497.tif 000011
【０１０５】
ここでは、テレビ放送用の画像等の逆ガンマ補正された画像信号ｇ0 が入力された場合の画像信号の処理の概略について説明した。そのため、この場合には、特に前処理を行う必要がなかったが、例えば、コンピュータ等の画像信号を生成可能な装置から直接線形化された画像信号が入力される場合には、逆ガンマ補正を施してから、上記処理を行えばよい。
【０１０６】
また、上述した画像信号の処理については、アナログ信号系及びデジタル信号系でも同様に行うことができるが、デジタル信号系で行う方が数値の演算によって容易に行うことができ、パラメータの変更も容易である。デジタル信号系で、アナログ信号が入力される場合には、アナログ信号をデジタル信号に変換してから前述の処理を行えばよい。この処理におけるデジタルデータの階調表現ビット数としては少なくとも８ビット以上であれば精度良く処理が可能であるが、精度があまり必要でない場合や、構成をより簡略にする場合には表現ビット数を８ビットよりも小さくして処理を行ってもよい。
【０１０７】
上記の処理は、表示装置８は、例えば透過型液晶表示装置等のようなスイッチング素子と発光素子とが独立したものであってもよいし、ＦＥＤ(Field Emission Display)やＰＤＰのように発光素子がスイッチング素子と一体化しているものであっても、同様に適用ができ、容易に表示品位を設定することが可能となる。
【０１０８】
上記の処理において、画像表示装置の輝度パラメータであるガンマ値γ（Ｇ）と最大出力輝度ｉmax （Ｇ）とは、自由な設定が可能である。そのため、ガンマ値γ（Ｇ）および最大出力輝度ｉmax （Ｇ）の種々の設定パターンを記憶装置に記憶させておき、この記憶内容を必要に応じて読み出すようにすれば、異なる表示装置８を用いても、映像表示品位を統一することが容易となる。
【０１０９】
また、上記の画像信号補正装置７による信号処理において、入力画像信号が輝度信号ｇ0 と色差信号とからなる場合には、出力輝度信号ｇout の信号レベルｇout が入力輝度信号ｇ0 の信号レベルｇ0 のα（０≦α≦１）倍であるとすると、色差信号に対しても同様の係数αを乗じ、得られた色差信号を出力すればよい。
【０１１０】
また、上記の画像信号補正装置７による信号処理において、入力画像信号が、各色成分信号からなり、各色成分信号の組み合わせにより輝度が表現されている場合にも、上述した演算により得られた出力輝度信号ｇout の信号レベルｇout が入力輝度信号ｇ0 の信号レベルｇ0 のβ（０≦β≦１）倍となったとすると、各色成分信号をβ倍した結果を出力信号として出力すればよい。
【０１１１】
また、上記の処理においては、入力された画像信号の線形化された輝度信号を基準にした処理について示したが、Ｒ・Ｇ・Ｂ三原色、あるいはより多原色の各色成分信号に対して独立に処理を行うように設定することもできる。その場合は、式中の輝度信号レベルを各色成分信号レベルに変更してそれぞれの処理をするだけで良い。この方法を用いた場合には、輝度信号のみによる補正を行う場合よりも高精度な補正が可能である一方、独立パラメータの個数が増加し、パラメータを記憶する記憶装置や演算処理回路等の装置コストが高くなる。そのため、装置コストよりも精度の向上を優先する場合にこの方法を適用すればよい。
【０１１２】
〔実施の形態２〕
次に、実施の形態１で説明した実施の形態の好ましい形態を図２および図３に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１３】
本実施形態の画像再生方法に用いる画像表示装置は、図２に示すように、画像信号補正装置７’と、発光素子と表示素子（スイッチング素子）とが独立に制御され得る表示装置８とを備えている。
【０１１４】
表示装置８は、図示しない複数の画素を有する液晶パネル等の非発光型の表示素子１６と、画像信号補正装置７から出力された画像信号ｇout を表示駆動用の信号（駆動信号）Ｓout に変換する液晶駆動回路等の表示素子駆動形態変換回路１５と、バックライト等の発光素子１８と、画像信号補正装置７から出力された最大出力輝度ｉout を発光素子１８の入力に応じた形態の信号Ｉout に変換する発光素子駆動形態変換回路１７、例えば、最大出力輝度ｉout に対応した電圧を発生させる可変電圧源とを備えている。
【０１１５】
画像信号補正装置７’は、実施の形態１と同様の平均信号レベル演算回路１、入力信号−出力輝度特性設定回路２、最大出力輝度調整回路３、および信号補正部４に加えて、スイッチ９、逆ガンマ補正回路１０、および遅延回路１１を備えている。
【０１１６】
スイッチ９は、逆ガンマ補正回路１０からの画像信号ｇ0 と外部から入力された逆ガンマ補正された画像信号ｇ0 とのいずれかを選択的に遅延回路１１および平均信号レベル演算回路１の両方へ出力するものである。また、逆ガンマ補正回路１０は、逆外部から入力された線形補正された画像信号ｇ0 ’を逆ガンマ補正し、補正後の画像信号ｇ0 をスイッチ９に出力するものである。
【０１１７】
また、遅延回路１１は、画像信号ｇ0 が入力信号−出力輝度特性設定回路２に出力されるタイミングと、画像表示装置の入力信号−出力輝度特性の設定パラメータであるガンマ値γ（Ｇ）が信号補正部４に出力されるタイミングとが同期するように、平均信号レベル演算回路１における平均入力輝度信号レベルＧの演算および入力信号−出力輝度特性設定回路２におけるガンマ値γ（Ｇ）の演算に要する時間だけ画像信号ｇ0 を遅延させるものである。
【０１１８】
本実施形態の最大出力輝度調整回路３は、平均入力輝度信号レベルＧに基づいて、規格化された最大出力輝度の設定値Ｉmax を演算する最大出力輝度設定回路１２と、規格化された最大出力輝度の設定値Ｉmax と外部から与えられた輝度基準値αとに基づいて最大出力輝度ｉmax を演算し、演算結果を表示装置８の発光素子駆動形態変換回路１７に出力する輝度出力制御回路１３とを備えている。
【０１１９】
なお、図２では、逆ガンマ補正された画像信号ｇ0 と、線形補正された入力画像信号ｇ0 ’との両方を示しているが、これらは、必ずしも同時に入力されるものではない。また、ここでは、説明の便宜上、逆ガンマ補正された画像信号と、線形補正された入力画像信号ｇ0 ’をさらに逆ガンマ補正した画像信号とを、同じ符号ｇ0 で示すが、これらが同一の信号であることを示すものではない。
【０１２０】
また、本実施形態では、逆ガンマ補正された画像信号ｇ0 および線形補正された画像信号（原画像信号）ｇ0 ’のいずれが入力されても対応可能な構成としているが、いずれか一方の画像信号の入力にのみ対応する構成とすることも可能である。例えば、スイッチ９および逆ガンマ補正回路１０を省き、逆ガンマ補正された画像信号ｇ0 の入力にのみ対応する構成としてもよい。
【０１２１】
次に、上記画像表示装置を用いた画像再生方法を図２および図３に基づいて説明する。なお、ここでは、輝度信号レベルｇ0 ，ｇ1 ，ｇout 、平均入力輝度信号レベルＧ、最大出力輝度（照明輝度調整レベル）Ｉmax （Ｇ），ｉout 、および輝度基準値（外部輝度調整レベル）αは、全て０〜１の値となるように規格化されているものとする。
【０１２２】
表示装置８の入力端（信号入力ポート）に入力された画像信号ｇ0 は、線形処理された画像信号ｇ0 ’である場合と、ＣＲＴ表示装置向けに逆ガンマ補正された画像信号ｇ0 である場合とがあり得る。そのため、まず、線形処理された画像信号ｇ0 ’が入力された場合には、逆ガンマ補正回路１０にて、逆ガンマ補正を行う。一方、予め逆ガンマ補正された画像信号ｇ0 が入力された場合には、逆ガンマ補正を行わない。
【０１２３】
次に、平均信号レベル演算回路１にて、逆ガンマ補正された画像信号ｇ0 に対して一定信号量分の画像信号における画素信号レベルの平均ＡＶＥ（ｇ0 xy）（＝ｆ1 （ｇ0 ））を平均入力輝度信号レベルＧとして演算する。平均化される一定信号量分の画像信号ｇ0 は、１フィールドの画像分の画像信号ｇ0 でも良いし、適当な間隔でサンプリングした画素信号の電圧値であってもよい。さらには、入力された画像信号ｇ0 が輝度−色差信号（ＹＰｂＰｒあるいはＹＣｂＣｒ）である場合は、輝度信号Ｙの平均信号レベルを演算すればよい。また、入力された画像信号ｇ0 が三原色信号（ＲＧＢ）である場合には、三原色信号（ＲＧＢ）の平均信号レベルを演算してもよく、三原色信号（ＲＧＢ）を輝度信号Ｙに変換してから輝度信号Ｙの平均信号レベルを演算してもよい。
【０１２４】
次に、入力信号−出力輝度特性設定回路２にて、平均入力輝度信号レベルＧに応じて、入力信号−出力輝度特性パラメータであるガンマ値γ（Ｇ）（＝ｆ2 （Ｇ））を設定する。また、最大出力輝度調整回路３にて平均入力輝度信号レベルＧに対応する最大出力輝度ｉmax （Ｇ）（＝ｉout ）を設定する。具体的には、まず、最大出力輝度設定回路１２にて、平均入力輝度信号レベルＧに基づいて、規格化された最大出力輝度の設定値Ｉmax （Ｇ）を演算する。次いで、輝度出力制御回路１３にて、規格化された最大出力輝度の設定値Ｉmax と外部から与えられた輝度基準値αとを乗算し、得られた値α・Ｉmax を最大出力輝度ｉmax （Ｇ）として発光素子駆動形態変換回路１７に出力する。
【０１２５】
その後、γ（Ｇ）補正回路５にて、設定ガンマ値γ（Ｇ）を指数値とする以下の式（１４）で表される指数関数を用いて、画像信号ｇ0 の輝度信号レベルｇ0 から画像信号ｇ1 の輝度信号レベルｇ1 を算出する。
【０１２６】
【数１１】
0003657497.tif 000012
【０１２７】
このとき、入力画像信号ｇ0 は、γ（Ｇ）補正回路５へ供給される前に、平均信号レベル演算回路１における平均入力輝度信号レベルＧの演算および入力信号−出力輝度特性設定回路２におけるガンマ値γ（Ｇ）の演算に要する時間だけ遅延され、平均入力輝度信号レベルＧが同時刻の入力画像信号ｇ0 に反映するように図られている。
【０１２８】
次いで、逆特性補正回路６にて、表示装置８の入力信号−出力輝度特性を表す関数の逆関数ｇout ＝Ｄ-1（ｇ1 ）を用いて、画像信号ｇ1 の輝度信号レベルｇ1 から画像信号ｇout の輝度信号レベルｇout を算出し、輝度信号レベルｇout を持つ画像信号ｇout を表示素子駆動形態変換回路１５へ出力する。
【０１２９】
その後、画像信号ｇout は、表示素子駆動形態変換回路１５にて表示素子１６の入力形態の信号Ｓout へと変換される。具体的には、例えば、図３に示すように、関数ｖ1 ＝Ｖ1 （ｇout ) を用いて表示素子１６に対応した駆動電圧レベルｖ1 （＝Ｓout ）に変換される。この際、最大輝度値ｇout がデータとして表示素子駆動形態変換回路１５に入力されるとすると、表示素子駆動形態変換回路１５では、最大輝度値ｇout のデータをｎビットのディジタル信号（０〜２n −１）に変換した後、ｎビットのディジタル信号を駆動電圧レベルｖ1 （＝Ｓout ）に変換する。
【０１３０】
一方、最大輝度値ｉout は、発光素子駆動形態変換回路１７にて発光素子１８の駆動形態に対応した信号Ｉout に変換される。具体的には、例えば、図３に示すように、関数ｖ2 ＝Ｖ2 （ｉout ) を用いて表示素子１６に対応した駆動電圧レベルｖ2 （＝Ｉout ）に変換される。この際、最大輝度値ｉout がデータとして発光素子駆動形態変換回路１７に入力されるとすると、発光素子駆動形態変換回路１７では、最大輝度値ｉout のデータをｎビットのディジタル信号（０〜２n −１）に変換した後、ｎビットのディジタル信号を駆動電圧レベルｖ2 （＝Ｉout ）に変換する。
【０１３１】
本実施形態では、このような画像信号処理を行うことで、表示素子１６と発光素子１８とが独立に制御可能な表示装置８であれば、どのような輝度特性（平均入力輝度信号レベル−ガンマ値特性および平均入力輝度信号レベル−最大出力輝度特性）を持つ表示装置８を用いても、最適な輝度特性を持つ画像表示装置を実現することが可能となり、品質の高い表示を行うことができる。
【０１３２】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図４および図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１または２にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１３３】
本実施形態の画像再生方法に用いる画像表示装置は、図４に示すように、画像信号補正装置２７と、表示素子（スイッチング素子）自体が発光素子として機能する表示装置２８とを備えている。
【０１３４】
表示装置２８は、図示しない複数の画素を有するＣＲＴ等の発光型表示素子２３と、画像信号補正装置２７から出力された画像信号ｇout ’を表示駆動用の信号（駆動信号）Ｓout ’に変換する発光型表示素子駆動形態変換回路２２とを備えている。
【０１３５】
画像信号補正装置２７は、実施の形態２の画像信号補正装置７におけるγ（Ｇ）補正回路５と逆特性補正回路６との間に、信号変換回路２１が挿入され、輝度出力制御回路１３の出力が信号変換回路２１に供給されるようになっている以外は、実施の形態２の画像信号補正装置７と同様である。
【０１３６】
信号変換回路２１は、γ（Ｇ）補正回路５から出力された画像信号ｇ1 の信号レベルｇ1 と最大出力輝度ｉ1 （＝Ｉmax （Ｇ））とを乗算し、得られた画像信号ｇ2 を逆特性補正回路６へ出力するものである。
【０１３７】
次に、上記画像表示装置を用いた画像再生方法を図４および図５に基づいて説明する。なお、ここでは、輝度信号レベルｇ0 ，ｇ1 ，ｇ2 ，ｇout ’、平均入力輝度信号レベルＧ、最大出力輝度（照明輝度調整レベル）Ｉmax （Ｇ），ｉ1 、および輝度基準値（外部輝度調整レベル）αは、全て０〜１の値となるように規格化されているものとする。
【０１３８】
まず、入力画像信号ｇ0 から適正な最大出力輝度ｉ1 （＝Ｉmax （Ｇ））およびガンマ値γ（Ｇ）を算出し、γ（Ｇ）補正回路５にて入力画像信号ｇ0 を画像信号ｇ1 に補正するまでの各工程は、実施の形態２と同様である。
【０１３９】
ただし、最大出力輝度調整回路３では、この画像表示装置で予め設定されている、表示装置２８で出力可能な最大出力輝度レベルを１００％として、平均入力輝度信号レベルＧに応じて最大出力輝度ｉmax （Ｇ）を変更する。
【０１４０】
ここで、表示装置２８で出力可能な最大出力輝度レベルをＹ100 とし、平均入力輝度信号レベルＧの入力画像に対する最大出力輝度ｉmax （Ｇ）とＹ100 との比率をαとおくと、次式が成り立つ。
【０１４１】
α＝Ｉmax （Ｇ）／Ｙ100 ・・・（１５）
ここで、次式のように設定しておけばよい。
【０１４２】
Ｙ100 ＝Ｉmax （Ｇ100 ）・・・（１６）
本実施形態の画像再生方法では、これらの各工程の後に、信号変換回路２１にて、γ（Ｇ）補正回路５から出力された画像信号ｇ1 の信号レベルｇ1 と最大出力輝度ｉ1 （＝Ｉmax （Ｇ））とを乗算する。すなわち、画像信号ｇ1 に最大出力輝度ｉ1 を乗じ、次式により、画像信号ｇ2 を求める。
【０１４３】
ｇ2 ＝ｉ1 ・ｇ1 ・・・（１７）
このように、画像信号（輝度信号）ｇ1 に最大出力輝度ｉ1 を乗算する信号変換を行っているのは、表示装置２８の最大出力輝度が発光型表示素子２３の入力信号レベルに依存するためである。
【０１４４】
その後は、得られた画像信号ｇ2 を逆特性補正回路６へ出力し、逆特性補正回路６にて、表示装置２８の入力信号−出力輝度特性を表す関数の逆関数ｇout ’＝Ｄ-1（ｇ2 ）を用いて、画像信号ｇ2 の輝度信号レベルｇ2 から画像信号ｇout ’の輝度信号レベルｇout ’を算出する。
【０１４５】
さらに、輝度信号レベルｇout ’を持つ画像信号ｇout ’が、発光型表示素子駆動形態変換回路２２へ出力され、発光型表示素子駆動形態変換回路２２にて表示装置２８に対応した入力形態の信号Ｓout ’へと変換される。具体的には、例えば、図５に示すように、関数ｖ3 ＝Ｖ3 （ｇout ’) を用いて発光型表示素子２３に対応した駆動電圧レベルｖ3 （＝Ｓout ’）に変換される。この際、最大輝度値ｇout ’がデータとして発光型表示素子駆動形態変換回路２２に入力されるとすると、発光型表示素子駆動形態変換回路２２では、最大輝度値ｇout ’のデータをｎビットのディジタル信号（０〜２n −１）、例えば、８ビットのディジタル信号（０〜２５５）に変換した後、ｎビットのディジタル信号を駆動電圧レベルｖ3 （＝Ｓout ’）に変換する。
【０１４６】
本実施形態では、このような画像信号処理を行うことで、どのような輝度特性（平均入力輝度信号レベル−ガンマ値特性および平均入力輝度信号レベル−最大出力輝度特性）を持つ発光型表示素子を備える表示装置２８を用いても、最適な輝度特性を持つ画像表示装置を実現することが可能となり、品質の高い表示を行うことができる。
【０１４７】
なお、以上の各実施の形態では、平均入力輝度信号レベルに応じて、画像表示装置の入力信号−出力輝度特性と表示部の画素の最大出力輝度との両方を調整することで、品質の高い表示を得ていたが、平均入力輝度信号レベルに応じて、画像表示装置の入力信号−出力輝度特性と表示部の画素の最大出力輝度との一方だけを調整しても、ある程度品質の高い表示を得ることが可能である。
【０１４８】
【実施例】
〔実施例１〕
まず、高品位のＣＲＴ表示装置である市販のＨＤＴＶ（高品位テレビ）を用いて、平均入力輝度信号レベル（全画面での入力輝度信号の平均値）と、入力輝度信号データおよび最大出力輝度との関係を測定した。
【０１４９】
測定には、１９２０×１０３５ピクセルサイズのフレーム画像の中央に１５０×１５０ピクセルサイズのボックスを設けた画像を用い、ボックスの入力輝度信号レベルＢ（最大値を１００％として表した相対値）と、背景部（ボックス以外の部分）の入力輝度信号レベルＨ（最大値を１００％として表した相対値）とを変化させ、ボックスの出力輝度を色彩輝度計により測定した。また、入力輝度信号には、線形化されたデータを用いた。
【０１５０】
測定の結果、背景部の入力輝度信号レベルＨを固定してボックスの入力輝度信号レベルＢを変化させた場合の各ボックスの出力輝度は、図８に示す通りであった。また、背景部の入力輝度信号レベルＨを固定して画面の平均入力輝度信号レベルＧに対するボックスの出力輝度をプロットすると、図９に示す通りであった。
【０１５１】
この場合、ボックスの面積は、全画面の面積の１．１３％であり、十分に小さい。そのため、背景部の入力輝度信号レベルＨは、画像全体の平均入力輝度信号レベルＧに等しいとみなしても、差し支えない。
【０１５２】
そこで、本実施例では、前記の実施の形態１の方法において、ＣＲＴ表示装置Ｄ（またはＥ）の表示特性と同様な表示（再生）をするために、設定パラメータ、すなわち最大出力輝度ｉmax （Ｇ）およびガンマ値γ（Ｇ）の設定値を、平均入力輝度信号レベルＧに対応して図１０に示す曲線ｉmax Ｄ（またはｉmax Ｅ）および曲線γＤ（またはγＥ）のように変化させた。これにより、ＣＲＴ表示装置以外の表示装置、例えば、液晶表示装置を用いて、ＣＲＴ表示装置Ｄ（またはＥ）と同様の、平均入力輝度信号レベル−最大出力輝度特性（平均入力輝度信号レベルＧに対する最大出力輝度ｉmax （Ｇ）の変化）および平均入力輝度信号レベル−ガンマ値特性（平均入力輝度信号レベルＧに対するガンマ値γ（Ｇ）の変化）を有する画像表示装置が実現できる。
【０１５３】
そして、この画像表示装置では、図８〜図１０の結果から、平均入力輝度信号レベルＧが低い場合に、ガンマ値γ（Ｇ）が増加され暗部の出力輝度が相対的に増加されることによって暗部の視認性が向上することが期待される。また、平均入力輝度信号レベルＧが高い場合には、ガンマ値γ（Ｇ）が減少され明部の出力輝度が相対的に減少されることによって、明部の視認性が向上することが期待される。さらに、平均入力輝度信号レベルＧが高い場合には、最大出力輝度ｉmax （Ｇ）が減少され画面のまぶしさが抑えられることによって、視認性が増すことも期待される。
【０１５４】
次に、一般的な液晶表示装置の入力信号−出力輝度特性を、ＣＲＴ表示装置と同様な手法で測定した。ただし、ここでは、液晶表示装置として、ＮＴＳＣ（全米テレビシステム委員会）方式表示用の液晶表示装置を用いたので、ＨＤＴＶとの表示画素数等の違いを考慮して、ボックスの面積を画面全体の面積の約１％になるように設定した。得られた測定結果を、最大値を基準に規格化して図１１に示す。なお、図１１に示す入力信号−出力輝度特性は、液晶表示装置において、液晶表示装置内の信号処理回路により、入力画像信号の逆ガンマ補正と、液晶の電圧−光学変換特性の補正（線形特性からのずれの補正）とを行った結果得られた入力信号−出力輝度特性を示している。この液晶表示装置の入力信号−出力輝度特性は、平均入力輝度信号レベルＧ（＝背景部の入力輝度信号レベルＨ）によらずほぼ一定であった。
【０１５５】
図１１の特性は、ＣＲＴ表示装置に対して用いられるような非線形な指数関数で近似表現すると輝度の高い部分で誤差が大きくなったため、６次多項式によって近似表現し、処理を行った。
【０１５６】
これらの入力信号−出力輝度特性をシミュレータにより図３に示される信号処理を通して液晶表示装置に適用した。平均入力輝度信号レベルＧがほぼ０％である場合の液晶表示装置の入力信号−出力輝度特性を図１２に、平均入力輝度信号レベルＧが７５％程度である場合の液晶表示装置の入力信号−出力輝度特性を図１３に示した。
【０１５７】
この処理形態では、図１１で示される液晶表示装置の入力信号−出力輝度特性は、式（９）で示される信号処理を通して線形特性に変換されるように処理される。そのため、実質的には図１０で示される入力信号−出力輝度特性が液晶表示装置にて実現されている。
【０１５８】
実際の画像で評価した結果、前述の期待される効果が得られた。また、図１０に対応するデータを異なる表示装置で測定しておき、得られた測定データを記憶装置等に記憶させておけば、図１で示されるような処理を経て任意の表示装置において画像を再現することが可能になる。
【０１５９】
〔比較例１〕
実施例１で用いた液晶表示装置に対して、本発明に係る画像再生方法を適用せず、入力画像信号をそのまま液晶表示装置へ入力した場合の表示特性を図１４に示した。逆ガンマ補正された画像信号が入力されるとすると、液晶表示装置での表示結果（出力輝度）が入力レベル（原画像の光強度）に対して線形特性を示せば、原画像（撮像された画像等）を忠実に再生したことになる。図１４の表示特性においては、４０％以上の輝度が高い部分で、相対的にレベルが増加しているため、霞のかかったような白っぽい画像として認知される可能性が高い。
【０１６０】
また、実際の画像で評価した結果、入力信号−出力輝度特性が線形である画像と比較して全体的に白っぽい表示として視認された。また、そのために、画像の色調はやや色があせたように感じられ、画像の質感はみずみずしさが損なわれているように感じられた。
【０１６１】
【発明の効果】
本発明の画像再生方法は、以上のように、全ての画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算した後、画素信号のレベルに対する画素の輝度の変化を表す入力信号−出力輝度特性を、上記平均信号レベルに応じて設定し、次いで、設定された入力信号−出力輝度特性を満たすように画像を再生する方法である。
【０１６２】
上記方法によれば、例えば、平均信号レベルに係わらず入力信号−出力輝度特性が一定であるような表示装置（液晶表示装置等）を用いても、全体的に暗い画像における暗部の視認性に優れ、かつ、全体的に明るい画像における明部の視認性に優れた画像を再生することが可能となる。したがって、上記方法は、表示装置の入力信号−出力輝度特性が平均信号レベルに応じて変化するか否かにかかわらず、高い表示品位で画像を再生することが可能な画像再生方法を提供することができるという効果を奏する。
【０１６３】
また、上記画像再生方法の好ましい形態は、さらに、上記平均信号レベルに応じて表示装置の画素の最大出力輝度が変化するように画像を再生する方法である。
【０１６４】
上記方法によれば、例えば、入力平均信号レベルに係わらず最大出力輝度が一定であるような表示装置（液晶表示装置等）を用いても、全体的に明るい画像を再生するときの画面のまぶしさを軽減するとともに直視の際の網膜漂白化現象による一時的な盲目化を防止することが可能となる。したがって、上記方法は、表示装置の種類によらず高い表示品位で画像を再生することが可能な画像再生方法を提供することができるという効果を奏する。
【０１６５】
また、本発明の画像表示装置は、上記の課題を解決するために、全ての画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算した後、上記平均信号レベルに応じて表示装置の画素の最大出力輝度が変化するように画像を再生する方法である。
【０１６６】
上記方法によれば、例えば、入力平均信号レベルに係わらず最大出力輝度が一定であるような表示装置（液晶表示装置等）を用いても、全体的に明るい画像を再生するときの画面のまぶしさを軽減するとともに直視の際の網膜漂白化現象による一時的な盲目化を防止することが可能となる。したがって、上記方法は、表示装置の平均信号レベル−最大出力輝度特性によらず高い表示品位で画像を再生することが可能な画像再生方法を提供することができるという効果を奏する。
【０１６７】
上記各画像再生方法では、入力信号−出力輝度特性を指数関数で近似表現した場合の指数値が、平均信号レベルの上昇に伴ってより大きい値となるように画像を再生することが望ましい。これにより、全体的に明るい画像（平均輝度が高い画像）を再生するときの画面のまぶしさを軽減することができるとともに、直視の際の網膜漂白化現象による一時的な盲目化を防止することができる。したがって、上記方法は、全体的に明るい画像を視認性に優れた画像として再生することができるという効果を奏する。
【０１６８】
また、上記各画像再生方法では、最大出力輝度が、上記平均信号レベルが上昇するにしたがってより小さくなるように画像を再生することが望ましい。これにより、全体的に暗い画像（平均輝度が低い画像）における暗部の視認性を向上させるとともに、全体的に明るい画像（平均輝度が高い画像）における白つぶれや眩しさを防止して明部の視認性を向上させることができる。したがって、上記方法は、全体的に暗い画像も全体的に明るいい画像も視認性に優れた画像として再生することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の画像再生方法に用いられる画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】上記画像再生方法のより好ましい形態の画像再生方法に用いられる画像表示装置であって、独立に制御される表示素子および発光素子を表示部に備える画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す画像表示装置における画像再生方法の流れを模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の画像再生方法に用いられる画像表示装置であって、発光型表示素子を表示部に備える画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す画像表示装置における画像再生方法の流れを模式的に示すブロック図である。
【図６】逆ガンマ補正された画像信号が種々の表示装置を通して出力されたときの入力信号−出力輝度特性の変化を表示装置の入出力特性とともに模式的に表す説明図である。
【図７】線形処理された画像信号が種々の表示装置を通して出力されたときの入力信号−出力輝度特性の変化を表示装置の入出力特性とともに模式的に表す説明図である。
【図８】ＣＲＴ表示装置の背景部の入力輝度信号レベルが一定である場合における、ボックスの入力輝度信号レベルに対するボックスの出力輝度の変化を示すグラフである。
【図９】ＣＲＴ表示装置の平均入力輝度信号レベルに対するボックスの出力輝度の変化を示すグラフである。
【図１０】ＣＲＴ表示装置における、平均入力輝度信号レベルに対する、規格化された最大出力輝度およびガンマ値の変化を示すグラフである。
【図１１】液晶表示装置の背景部の入力輝度信号レベルが一定である場合における、ボックスの入力輝度信号レベルに対するボックスの出力輝度の変化を示すグラフである。
【図１２】平均入力輝度信号レベルが０％であるときの液晶表示装置の入力信号−出力輝度特性を示すグラフである。
【図１３】平均入力輝度信号レベルが７５％である時の液晶表示装置の入力信号−出力輝度特性を示すグラフである。
【図１４】本発明を適用しなかった場合の液晶表示装置の入力信号−出力輝度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  平均信号レベル演算回路
２  入力信号−出力輝度特性設定回路
３  最大出力輝度調整回路
４  信号補正部
５  γ（Ｇ）補正回路
６  逆特性補正回路
７  画像信号補正装置
７’  画像信号補正装置
８  表示装置
９  スイッチ
１０  逆ガンマ補正回路
１１  遅延回路
１２  最大出力輝度設定回路
１３  輝度出力制御回路
１５  表示素子駆動形態変換回路
１６  表示素子
１７  発光素子駆動形態変換回路
１８  発光素子
２１  信号変換回路
２２  発光型表示素子駆動形態変換回路
２３  発光型表示素子
２７  画像信号補正装置
２８  表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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