(57)【要約】【課題】ＨＬＧ方式のＨＤＲ映像信号を、表示装置のピーク輝度に応じて、最適な輝度で表示することが可能な映像表示装置を提供する。【解決手段】映像表示装置１は、所定の条件で高輝度部特性変換の関数のパラメータを算出する高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２と、信号レベルが中央レベル以下である映像信号に対して、映像信号の中央レベルの輝度が予め設定された基準輝度となるように特性変換する低輝度部特性変換手段１５１と、信号レベルが中央レベルよりも大きい映像信号に対して、高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２で算出されたパラメータを用いた関数で特性変換する高輝度部特性変換手段１５２と、を備える。【選択図】図３
2018093320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号レベルの中央を境にした低輝度部と高輝度部とで特性の異なるＨＬＧ方式の映像信号を、表示装置に表示する表示光の強度に比例した信号に変換する映像信号変換装置であって、
前記映像信号の中央レベルにおいて、前記低輝度部の表示特性を示す第１伝達関数により求められる輝度と、前記高輝度部の表示特性を示す第２伝達関数により求められる輝度とが設定された基準輝度と一致するとともに、それぞれの伝達関数の傾きが一致し、前記映像信号の最大レベルの輝度が前記表示装置のピーク輝度に一致するように、前記第２伝達関数を特定するパラメータを算出する高輝度部特性変換パラメータ演算手段と、
前記映像信号の信号レベルが前記中央レベル以下であるか否かを判定する信号レベル判定手段と、
前記信号レベルが前記中央レベル以下と判定された映像信号に対して、前記第１伝達関数により変換を行う低輝度部特性変換手段と、
前記信号レベルが前記中央レベルよりも大きいと判定された映像信号に対して、前記高輝度部特性変換パラメータ演算手段で算出されたパラメータで特定される前記第２伝達関数により変換を行う高輝度部特性変換手段と、
を備えることを特徴とする映像信号変換装置。
【請求項２】
前記基準輝度をＬＲＥＦ、前記ピーク輝度をＬＷ、システムガンマをγとしたとき、前記映像信号の信号レベルＥ′から前記表示光の強度に比例した信号レベルＥＤを算出する前記第１伝達関数は、
【数１】
2018093320.tif 000031
であって、前記第２伝達関数は、
【数２】
2018093320.tif 000032
であって、前記高輝度部特性変換パラメータ演算手段は、
【数３】
2018093320.tif 000033
の連立方程式から、前記パラメータｕ，ｖ，ｗを算出することを特徴とする請求項１に記載の映像信号変換装置。
【請求項３】
前記第１伝達関数および前記第２伝達関数にコントラスト調整αおよびブライトネス調整βを加え、前記第１伝達関数および前記第２伝達関数を、
【数４】
2018093320.tif 000034
とすることを特徴とする請求項２に記載の映像信号変換装置。
【請求項４】
前記基準輝度をＬＲＥＦ、前記ピーク輝度をＬＷ、システムガンマをγ、輝度に対する各色信号の寄与度をＣＲ，ＣＧ，ＣＢとしたとき、前記映像信号の各色信号のレベルＥ′Ｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）から前記表示光の強度に比例した各色信号レベルＥＤＸを算出する前記第１伝達関数は、
【数５】
2018093320.tif 000035
であって、前記第２伝達関数は、
【数６】
2018093320.tif 000036
であって、前記高輝度部特性変換パラメータ演算手段は、
【数７】
2018093320.tif 000037
の連立方程式から、前記パラメータｕ，ｖ，ｗを算出することを特徴とする請求項１に記載の映像信号変換装置。
【請求項５】
前記第１伝達関数および前記第２伝達関数にコントラスト調整αおよびブライトネス調整βを加え、前記第１伝達関数および前記第２伝達関数を、
【数８】
2018093320.tif 000038
とすることを特徴とする請求項４に記載の映像信号変換装置。
【請求項６】
コンピュータを、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の映像信号変換装置の各手段として機能させるための映像信号変換プログラム。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の映像信号変換装置と、
この映像信号変換装置で変換された信号を表示する表示装置と、
を備えることを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高ダイナミックレンジ映像方式で映像を表示するための映像信号変換装置およびそのプログラム、ならびに、映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のダイナミックレンジ（ＳＤＲ：Standard Dynamic Range）の映像表示装置は、カメラで撮影された暗部から明部にわたる情報を、制作意図に応じて当該映像表示装置が表現可能な狭いレンジに収めている。具体的には、ＨＤＴＶ（High-definition television）における輝度のダイナミックレンジは、大凡０．１〜１００ｃｄ／ｍ２（カンデラ毎平方メートル）の１０３である。
これに対し、高ダイナミックレンジテレビ（ＨＤＲ−ＴＶ：High Dynamic Range Television）の映像表示装置は、近年、最大輝度が１０００ｃｄ／ｍ２以上で黒レベルが１０−３ｃｄ／ｍ２以下のものが開発されている（非特許文献１参照）。
これによって、ＨＤＲ−ＴＶは、表現可能な明暗の範囲が拡大され、従来のＳＤＲにおける高輝度部の白飛び等の発生をなくすことができる。
【０００３】
なお、ＳＤＲのＨＤＴＶ用表示装置については、国際電気通信連合無線通信部門（ＩＴＵ−Ｒ）の勧告ＢＴ．１８８６で、ＨＤＴＶの番組制作時に映像を評価するための基準となる映像表示装置が備えるべき基準ＥＯＴＦ（Electro-Optical Transfer Function）が規定されている。このＥＯＴＦは、再現される映像の階調特性を決定する電気−光伝達関数である（非特許文献２参照）。
【０００４】
一方、ＨＤＲ−ＴＶ用表示装置については、ＩＴＵ−Ｒの勧告ＢＴ．２１００で、基準ＥＯＴＦが定められている（非特許文献３参照）。
この勧告ＢＴ．２１００には、従来のテレビ方式と互換性のあるＨＤＲの映像方式として、日本放送協会（ＮＨＫ）と英国放送協会（ＢＢＣ）とが共同で開発したＨＬＧ（Hybrid Log-Gamma：ハイブリッド・ログ・ガンマ）方式が、その方式の１つとして規定されている。
【０００５】
ここで、図７を参照して、ＨＤＲ−ＴＶの伝達関数について簡単に説明しておく。
勧告ＢＴ．２１００では、伝達関数として、光−電気伝達関数（ＯＥＴＦ：Opto-Electronic Transfer Function）、電気−光伝達関数（ＥＯＴＦ：Electro-Optical Transfer Function）、光−光伝達関数（ＯＯＴＦ：Opto-Optical Transfer Function）を規定している。
【０００６】
図７（ａ）に示すように、ＯＯＴＦは、現実のシーン光の明暗の階調を表示光の明暗の階調に変換するものである。このＯＯＴＦの変換特性は、必ずしもリニア（線形）な関係ではなく、観視環境に応じた調整を含んでいる。
図７（ｂ），（ｃ）に示すように、ＯＥＴＦは、現実のシーン光の明暗の階調を映像信号に変換するものである。このＯＥＴＦは、撮像装置（カメラ）Ｃ内での処理に相当する。また、ＥＯＴＦは、映像信号を光の明暗の階調に変換するものである。このＥＯＴＦは、映像表示装置Ｄ内での処理に相当する。
【０００７】
図７（ｂ），（ｃ）の違いは、ＯＯＴＦを撮像装置Ｃが持つか、映像表示装置Ｄが持つかによる違いである。
図７（ｂ）のシステムは、撮像装置Ｃ１でシーン光をＯＥＴＦにより映像信号に変換する。そして、映像表示装置Ｄ１が、ＥＯＴＦにより映像信号を表示光に変換する。この場合、ＥＯＴＦは、ＯＥＴＦの逆変換（Inverse ＯＥＴＦ：ＯＥＴＦ−１）とＯＯＴＦとで実現される。ＨＤＲ−ＴＶでは、このモデルに基づく方式をＨＬＧ方式として規定している。
【０００８】
図７（ｃ）のシステムは、撮像装置Ｃ２でシーン光をＯＥＴＦにより映像信号に変換する。そして、映像表示装置Ｄ２が、ＥＯＴＦにより映像信号を表示光に変換する。この場合、ＯＥＴＦは、ＯＯＴＦと、ＥＯＴＦの逆変換（Inverse ＥＯＴＦ：ＥＯＴＦ−１）とで実現される。ＨＤＲ−ＴＶでは、このモデルに基づく方式をＰＱ（Perceptual Quantization）方式として規定している。
【０００９】
ここで、本発明に関係する方式として、図７（ｂ）に示したＨＬＧ方式について説明する。
ＨＬＧ方式は、ＯＥＴＦとして、シーン光に比例した信号に対する映像信号Ｅ′を以下の式（１）と規定している。なお、非特許文献３ではシーン輝度Ｅを［０：１２］で正規化しているが、ここでは「０：１」で正規化した式を用いて説明する。ＯＥＴＦＬは、低輝度部（暗部から中間）の光−電気伝達関数、ＯＥＴＦＨは、高輝度部（中間から明部）の光−電気伝達関数を示す。
【００１０】
【数１】
2018093320.tif 000003
【００１１】
ここで、Ｌｎ（ｘ）はｘの自然対数を示し、ａ＝０．１７８８３２７７、ｂ＝０．２８４６６８９２、ｃ＝０．５５９９１０７３である。
【００１２】
ＨＬＧ方式のＯＥＴＦは、図８に示すように、黒（映像信号レベルＥ′＝０）から映像信号レベルＥ′＝１／２までの範囲でＳＤＲのガンマ特性と同等の平方根特性となり、映像信号レベルＥ′＝１／２からピーク白（映像信号レベルＥ′＝１）までの範囲で対数特性となるように変換する。
そして、ＨＬＧ方式のＥＯＴＦは、図７（ｂ）に示したように、映像表示装置Ｄ１において、以下の式（２）に示すＯＥＴＦの逆変換（ＯＥＴＦ−１）と、式（３）に示すＯＯＴＦによって、映像信号Ｅ′を表示光（輝度Ｌ）に変換する。
【００１３】
【数２】
2018093320.tif 000004
【数３】
2018093320.tif 000005
【００１４】
ここで、ＬＷは映像表示装置Ｄ１のピーク輝度、γはシーン光と表示光との間の非線形性の程度を示すシステムガンマである。
なお、前記式（２）は、前記式（１）より、以下の式（４）となる。
【００１５】
【数４】
2018093320.tif 000006
【００１６】
そして、前記式（３）は、前記式（４）より、以下の式（５）となる。
【００１７】
【数５】
2018093320.tif 000007
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】久富等，“放送機器展ＩＢＣ２０１５”，ＩＴＵジャーナル，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１，ｐｐ．４１−４５（２０１６．１）
【非特許文献２】“Reference electro-optical transfer function for flat panel displays used in HDTV studio production”，Recommendation ITU-R BT.1886，03/2011
【非特許文献３】“Image parameter values for high dynamic range television for use in production and international programme exchange”，Recommendation ITU-R BT.2100-0，07/2016
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
前記したように、ＳＤＲ用表示装置のピーク輝度は、約１００ｃｄ／ｍ２であるのに対し、ＨＤＲ−ＴＶ用表示装置のピーク輝度は、１０００ｃｄ／ｍ２以上となっている。そのため、ＨＤＲの映像表示装置は、従来の映像表示装置の１０倍以上のピーク輝度が想定されることに加え、表示装置に用いられる技術や性能に応じてピーク輝度のバリエーションが増えると考えられる。
【００２０】
このような状況において、ＳＤＲの映像との整合性を考慮してＨＤＲの映像制作を行おうとすると、暗部から中間までの輝度についてはＳＤＲと同程度の輝度とし、中間から明部の輝度についてはＳＤＲとは異なるＨＤＲに相応しい表現とすることが考えられる。このとき、表示装置のピーク輝度によらずに所定のＥＯＴＦを映像表示装置に実装すると、暗部から中間の輝度も表示装置によって異なることとなり、映像制作を行う際に輝度の一貫性を保つことができないという問題がある。
【００２１】
例えば、表示装置のピーク輝度ＬＷ＝２０００ｃｄ／ｍ２、システムガンマγ＝１．２の場合、前記式（２）〜式（５）により、映像信号Ｅ′と表示輝度Ｌとの関係は、図９の実線で表される。この場合、映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度は１００ｃｄ／ｍ２となる。図９（ｂ）は、図９（ａ）の縦軸を対数目盛としたものである。
また、例えば、表示装置のピーク輝度ＬＷ＝１０００ｃｄ／ｍ２、システムガンマγ＝１．２の場合、前記式（２）〜式（５）により、映像信号Ｅ′と表示輝度Ｌとの関係は、図９の一点鎖線で表される。この場合、映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度は５０ｃｄ／ｍ２となる。
【００２２】
すなわち、ピーク輝度が２０００ｃｄ／ｍ２の映像表示装置では、映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度は１００ｃｄ／ｍ２となり、ＳＤＲのピーク輝度と一致する。しかし、ピーク輝度が１０００ｃｄ／ｍ２の映像表示装置では、映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度は５０ｃｄ／ｍ２となり、ＳＤＲの映像表示装置よりも暗く表示されることになる。
【００２３】
そのため、映像制作者は、ピーク輝度が１０００ｃｄ／ｍ２の映像表示装置によって映像を評価して映像を制作すると、映像信号レベルを高くした、より明るい映像を制作してしまう。これは、本来、ＨＤＲの映像として表現したい明部の輝度範囲を狭くしてしまうことになり、ＳＤＲの映像との差が小さいものとなってしまうという問題がある。
【００２４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ＨＬＧ方式の映像信号を、表示装置のピーク輝度に応じた映像信号に変換する映像信号変換装置およびそのプログラム、ならびに、映像表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記課題を解決するため、本発明に係る映像信号変換装置は、映像信号レベルの中央（Ｅ′＝１／２）を境にした低輝度部と高輝度部とで特性の異なるＨＬＧ方式の映像信号を、表示装置に表示する表示光の強度に比例した信号に変換する映像信号変換装置であって、高輝度部特性変換パラメータ演算手段と、信号レベル判定手段と、低輝度部特性変換手段と、高輝度部特性変換手段と、を備える構成とした。
【００２６】
かかる構成において、映像信号変換装置は、高輝度部特性変換パラメータ演算手段によって、特定の条件のもとで、高輝度部の表示特性を示す第２伝達関数を特定するパラメータを算出する。
ここで、特定の条件は、条件１として、映像信号の中央レベルにおいて、低輝度部の表示特性を示す第１伝達関数により求められる輝度と、高輝度部の表示特性を示す第２伝達関数により求められる輝度とが設定された基準輝度と一致すること、条件２として、映像信号の中央レベルにおいて、それぞれの伝達関数の傾きが一致すること、条件３として、映像信号の最大レベルの輝度が表示装置のピーク輝度に一致することである。
【００２７】
そして、映像信号変換装置は、信号レベル判定手段によって、映像信号の信号レベルが中央レベル以下であるか否かを判定する。
そして、映像信号変換装置は、信号レベルが中央レベル以下と判定された映像信号に対して、低輝度特性変換手段によって、第１伝達関数により変換を行う。
また、映像信号変換装置は、信号レベルが中央レベルよりも大きいと判定された映像信号に対して、高輝度部特性変換手段によって、高輝度部特性変換パラメータ演算手段で算出されたパラメータで特定される第２伝達関数により変換を行う。
【００２８】
このとき、条件１と条件２とによって、それぞれの伝達関数の変換値が映像信号の中央レベルにおいて滑らかに変化することになり、映像信号変換装置は、映像表示の違和感を無くすことができる。
さらに、条件３によって、映像信号を、表示装置のピーク輝度まで表示することができ、映像信号変換装置は、表示装置の性能を最大限に活かすことができる。
なお、映像信号変換装置は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるための映像信号変換プログラムで動作させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、ＨＤＲ用表示装置のピーク輝度に依存せずに、ＨＤＲの映像信号の主要部分の輝度レベルを基準輝度に合わせて表示することができるとともに、映像信号の最大輝度を表示装置のピーク輝度に合わせて表示することができる。
これによって、本発明は、表示装置の輝度性能を最大限に活かして、映像制作者が意図する輝度表現を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ＨＬＧ方式の撮像装置が映像信号を生成する処理内容を模式的に示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る映像表示装置の処理内容を模式的に示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る映像表示装置（映像信号変換装置を含む）の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る映像表示装置におけるＨＤＲ映像の映像信号レベル（横軸）と表示輝度（縦軸）との関係を示すグラフで、（ｂ）は（ａ）の縦軸を対数目盛りとしたものである。
【図５】本発明の実施形態に係る映像表示装置の動作（パラメータ特定動作）を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る映像表示装置の動作（映像表示動作）を示すフローチャートである。
【図７】ＨＤＲ−ＴＶで規定されている伝達関数を説明するための図であって、（ａ）は光−光伝達関数（ＯＯＴＦ）の説明図、（ｂ）はＯＯＴＦを映像表示装置内に実装するシステムの説明図、（ｃ）はＯＯＴＦを撮像装置内に実装するシステムの説明図である。
【図８】ＨＬＧ方式におけるシーン輝度（横軸）と映像信号レベル（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図９】従来のＨＤＲ映像の映像信号レベル（横軸）と表示輝度（縦軸）との関係を示すグラフで、（ｂ）は（ａ）の縦軸を対数目盛りとしたものである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態に係る映像表示装置について、その特徴となる表示特性について説明した後、映像表示装置の構成および動作について順次説明する。
【００３２】
≪映像表示装置の表示特性≫
＜撮像装置の概要＞
まず、映像表示装置の入力信号となる映像信号を特定するため、当該映像信号を生成する撮像装置の概要について説明する。
図１は、ＨＬＧ方式の撮像装置Ｃ１（図７（ｂ）のＣ１相当）が映像信号を生成する処理内容を模式的に示したものである。
【００３３】
図１に示すように、撮像装置Ｃ１は、撮像素子等の受光手段によって、光の三原色で表されるシーン光｛Ｒ，Ｇ，Ｂ｝をシーン光の強度に比例した電気信号｛ＥＲ，ＥＧ，ＥＢ｝に変換する。
そして、シーン光に比例した信号であるそれぞれの色信号Ｅｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）（［０：１］で正規化））が０≦Ｅｘ≦１／１２の範囲であれば、撮像装置Ｃ１は、以下の式（６）第一式の演算を行うことで映像信号｛ＥＲ′，ＥＧ′，ＥＢ′｝を生成する。
【００３４】
一方、色信号Ｅｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）（［０：１］で正規化））が１／１２＜Ｅｘ≦１の範囲であれば、撮像装置Ｃ１は、以下の式（６）第二式の演算を行うことで映像信号｛ＥＲ′，ＥＧ′，ＥＢ′｝を生成する。なお、ＯＥＴＦＬは、低輝度部（暗部から中間の輝度）の光−電気伝達関数、ＯＥＴＦＨは、高輝度部（中間から明部の輝度）の光−電気伝達関数を示す。また、Ｌｎ（ｘ）はｘの自然対数を示し、ａ，ｂ，ｃは、前記式（１）と同じ値である。
【００３５】
【数６】
2018093320.tif 000008
【００３６】
これによって、撮像装置Ｃ１は、図８に示すような、映像信号の所定の信号レベル（Ｅ′＝１／２）を境に、“０”〜“１／２”の映像信号レベルではガンマ特性と同等の平方根特性、“１／２”〜“１”の映像信号レベルでは対数特性を持ったＨＤＲの映像信号を生成することができる。
【００３７】
＜映像表示装置の概要＞
図２は、ＨＬＧ方式の撮像装置Ｃ１（図１）で撮像されたカラーの映像信号を表示光として表示する本発明の実施形態に係る映像表示装置１の処理内容を模式的に示したものである。
図２に示すように、映像表示装置１は、所定の信号レベル以下の映像信号に対して二乗特性変換とシステムガンマ特性変換、所定の信号レベルよりも大きい映像信号に対して指数特性変換とシステムガンマ特性変換を行うものである。
ここでは、映像表示装置１は、映像信号｛ＥＲ′，ＥＧ′，ＥＢ′｝のそれぞれの色信号Ｅ′Ｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）（［０：１］で正規化）が０≦Ｅｘ′≦１／２の範囲であれば、二乗特性変換とシステムガンマ特性変換として、以下の式（７）第一式の演算を行うことで、輝度Ｌの表示光｛ＲＤ，ＧＤ，ＢＤ｝を発光させる。
一方、色信号Ｅ′Ｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）（［０：１］で正規化）が１／２＜Ｅｘ′≦１の範囲であれば、指数特性変換とシステムガンマ特性変換として、以下の式（７）第二式の演算を行い、輝度Ｌの表示光｛ＲＤ，ＧＤ，ＢＤ｝を発光させる。
【００３８】
【数７】
2018093320.tif 000009
【００３９】
ここで、ＬＲＥＦは映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度、γはシステムガンマである。また、ｕ，ｖ，ｗは、映像信号レベルＥ′＝１／２以下の特性とＥ′＝１／２以上の特性とを予め定めた条件を満たすように定めたパラメータである。
以下、前記式（７）で表される表示特性について説明する。
【００４０】
＜表示特性＞
映像表示装置の表示特性は、例えば、図９で示した表示装置のピーク輝度が異なる場合でも、映像信号レベルＥ′＝１／２以下の輝度は同じ（図９の場合、映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度は１００ｃｄ／ｍ２）であることが望ましい。これによって、表示装置の輝度性能によらず、映像の主要部分の再現特性の一貫性を保つことができる。
また、映像信号レベルＥ′＝１／２以上の表示特性は、表示装置のピーク輝度に応じた特性であることが望ましい。これによって、表示装置の性能を活かすことができる。
以下、この表示特性を満たす前記式（７）の特定手法について説明する。
前記式（５）を、未定のパラメータｕ，ｖ，ｗを用いて書き換えると、以下の式（８）となる。
【００４１】
【数８】
2018093320.tif 000010
【００４２】
ここで、ＬＷ０は映像信号レベルがＥ′＝１／２のときにＬ＝ＬＲＥＦとなる輝度で、γはシステムガンマであり、ＬＷ０（１／１２）γ＝ＬＲＥＦである。
この式（８）において、映像信号レベルＥ′＝１／２以下の特性とＥ′＝１／２以上の特性が連続するためには、以下の３つの条件を満たす必要がある。
【００４３】
（条件１）
映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度は、指定された特定の輝度ＬＲＥＦ（ｃｄ／ｍ２）とすること。
（条件２）
映像信号レベルＥ′＝１／２以下の表示特性を示す関数（式（８）の第一式）と、映像信号レベルＥ′＝１／２以上の表示特性を示す関数（式（８）の第二式）とで、映像信号レベルＥ′＝１／２の傾きが一致すること。
（条件３）
映像信号Ｅ′のレベルＥ′＝１の輝度は、表示装置のピーク輝度ＬＷ（ｃｄ／ｍ２）と一致すること。
【００４４】
条件１から、式（８）の両式にＥ′＝１／２を代入すると、以下の式（９）となる。
【００４５】
【数９】
2018093320.tif 000011
【００４６】
このとき、前記式（８）は、以下の式（１０）となる。
【００４７】
【数１０】
2018093320.tif 000012
【００４８】
また、前記式（９）から、ｅｘｐ（（１／２−ｗ）／ｕ）＋ｖ＝１が導かれ、以下の式（１１）を導き出すことができる。なお、Ｌｎ（ｘ）はｘの自然対数を示す。
【００４９】
【数１１】
2018093320.tif 000013
【００５０】
また、条件２から、式（８）の両式をそれぞれＥ′で微分することによって得られるＥ′＝１／２における傾きにより、以下の式（１２）が導かれる。
【００５１】
【数１２】
2018093320.tif 000014
【００５２】
そして、式（１１）と式（１２）とから、以下の式（１３）を導き出すことができる。
【００５３】
【数１３】
2018093320.tif 000015
【００５４】
また、条件３から、式（８）第二式にＥ′＝１を代入すると、以下の式（１４）が成り立つ。
【００５５】
【数１４】
2018093320.tif 000016
【００５６】
そして、式（９）と式（１４）とから、以下の式（１５）が成り立つ。
【００５７】
【数１５】
2018093320.tif 000017
【００５８】
そして、この式（１５）から、以下の式（１６）を導き出すことができる。
【数１６】
2018093320.tif 000018
【００５９】
このように、条件１〜３で導き出された式（１１）、式（１３）および式（１６）の連立方程式は、システムガンマγ、映像信号レベルＥ′＝１／２の基準輝度ＬＲＥＦ、表示装置の最大輝度（ピーク輝度）ＬＷを与えて解くことができる。
例えば、γ＝１．２、ＬＲＥＦ＝１００（ｃｄ／ｍ２）、ＬＷ＝１０００（ｃｄ／ｍ２）の場合、ｕ＝０．３０４１４１、ｖ＝１−４ｕ＝−０．２１６５６４、ｗ＝１／２−Ｌｎ［（４ｕ）ｕ］＝０．４４０３７９となる。
【００６０】
この場合、映像信号Ｅ′と表示輝度Ｌとの関係は、図４の破線で表される。図４（ｂ）は、図４（ａ）の縦軸を対数目盛としたものである。なお、図４の実線は、ＬＷ＝２０００（ｃｄ／ｍ２）としたときの特性である。
図４に示すように、映像表示装置１の表示特性は、表示装置のピーク輝度が２０００ｃｄ／ｍ２の場合（図４中、実線）でも、１０００ｃｄ／ｍ２の場合（図４中、破線）でも、映像信号レベルＥ′＝１／２以下の特性は変わらず、Ｅ′＝１／２の表示輝度は、１００ｃｄ／ｍ２となる。
このように、映像表示装置１は、表示装置のピーク輝度に関わらず、ＨＤＲの映像信号における５０％以下の特性を一定にできる。
【００６１】
≪映像表示装置の構成≫
次に、図３を参照して、前記した表示特性を実現する本発明の実施形態に係る映像表示装置１の構成について説明する。
図３に示すように、映像表示装置１は、映像信号変換部（映像信号変換装置）１０と、表示部（表示装置）２０と、を備える。
【００６２】
映像信号変換部１０は、ＨＬＧ方式の映像信号を、表示部２０のピーク輝度に応じた映像信号に変換するものである。
ここで、映像信号変換部１０は、輝度・システムガンマ設定手段１１と、高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２と、システム定数記憶手段１３と、信号レベル判定手段１４と、特性変換手段１５と、を備える。
【００６３】
輝度・システムガンマ設定手段１１は、特性変換を特定するための輝度として、映像信号の中央レベルの輝度（映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度：基準輝度）と、表示部２０のピーク輝度と、システムガンマとを設定するものである。この輝度・システムガンマ設定手段１１は、操作者からの指示により、輝度（基準輝度ＬＲＥＦ、ピーク輝度ＬＷ）とシステムガンマγとを設定するもので、例えば、表示部２０を介して設定画面を表示して、リモコン装置等によって輝度を設定するものであってもよいし、物理的なツマミ等によって輝度やシステムガンマを設定するものであってもよい。
【００６４】
この輝度・システムガンマ設定手段１１は、設定された基準輝度ＬＲＥＦ、ピーク輝度ＬＷおよびシステムガンマγを、システム定数記憶手段１３に書き込み記憶するとともに、高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２に高輝度部特性変換パラメータの演算を指示する。
【００６５】
高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２は、映像信号レベルＥ′＝１／２以上の映像信号を、映像表示装置１の表示部２０のピーク輝度以内に収めるように変換するパラメータを演算するものである。
具体的には、高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２は、以下の式（１７）〜式（１９）の連立方程式を解くことで、パラメータｕ，ｖ，ｗを求める。
【００６６】
【数１７】
2018093320.tif 000019
【数１８】
2018093320.tif 000020
【数１９】
2018093320.tif 000021
【００６７】
この式（１７）〜式（１９）は、前記式（１１），式（１３），式（１６）と同じものである。
ここで、基準輝度（映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度）ＬＲＥＦ、表示装置のピーク輝度（表示部２０の最大輝度）ＬＷおよびシステムガンマγは、輝度・システムガンマ設定手段１１で設定される値である。
なお、高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２は、この連立方程式を一般的な数式処理ソフトウェア（例えば、ＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＡ（登録商標）等）で解くことができる。
このパラメータｕ，ｖ，ｗによって、式（７）第二式および式（１０）第二式に示した伝達関数を特定することができる。
高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２は、求めたパラメータｕ，ｖ，ｗをシステム定数記憶手段１３に書き込み記憶する。
【００６８】
システム定数記憶手段１３は、映像信号変換部１０内で使用するシステム定数を記憶するもので、半導体メモリ等の一般的な記憶装置である。
このシステム定数記憶手段１３には、基準輝度ＬＲＥＦ、ピーク輝度ＬＷ、システムガンマγおよび高輝度部特性伝達関数のパラメータｕ，ｖ，ｗがシステム定数として書き込まれる。
【００６９】
信号レベル判定手段１４は、映像信号を入力し、その映像信号のレベルを判定するものである。この映像信号は、撮像装置Ｃ１（図１参照）で撮像された、信号レベルが“０”〜“１／２”で平方根特性、信号レベルが“１／２”〜“１”で対数特性を持ったＨＤＲの映像信号（ここでは、ＲＧＢのカラー映像信号）である。
この信号レベル判定手段１４は、各画素のＲＧＢの色ごとに、映像信号レベルが１／２以下であるか否かを判定する。そして、信号レベル判定手段１４は、映像信号レベルが１／２以下の信号については、当該信号を特性変換手段１５の低輝度部特性変換手段１５１に出力する。また、信号レベル判定手段１４は、映像信号レベルが１／２よりも大きい信号については、当該信号を特性変換手段１５の高輝度部特性変換手段１５２に出力する。
【００７０】
特性変換手段１５は、画素ごとに映像信号の特性を変換するものである。
ここで、特性変換手段１５は、低輝度部特性変換手段１５１と、高輝度部特性変換手段１５２と、を備える。
【００７１】
低輝度部特性変換手段１５１は、信号レベル判定手段１４で映像信号レベルが１／２以下であると判定された信号に対して、二乗特性変換とシステムガンマ変換を行うものである。すなわち、低輝度部特性変換手段１５１は、以下の式（２０）に示す関数（第１伝達関数）により、撮像装置Ｃ１（図１参照）の平方根特性変換に対して逆変換とシステムガンマ変換を行うことで、信号レベルＥ′から表示光の強度に比例した信号レベルＥＤを算出する。
【００７２】
【数２０】
2018093320.tif 000022
【００７３】
ここで、αはコントラスト調整、βはブライトネス調整であって、適宜外部から設定可能な値である。なお、コントラスト調整、ブライトネス調整を行わない場合、α＝１，β＝０とすればよい。
具体的には、低輝度部特性変換手段１５１は、０以上１以下の範囲で正規化された映像信号｛ＥＲ′，ＥＧ′，ＥＢ′｝のそれぞれの色信号をＥ′Ｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）としたとき、画素のＲＧＢごとに、以下の式（２１）の変換を行うことで、表示光の強度に比例した信号｛ＥＤＲ，ＥＤＧ，ＥＤＢ｝を生成する。
【００７４】
【数２１】
2018093320.tif 000023
【００７５】
なお、ＲＧＢの色ごとで輝度に寄与する割合が異なる。すなわち、Ｒの輝度寄与率をＣＲ（例えば、０．２６２７），Ｇの輝度寄与率をＣＧ（例えば、０．６７８０）、Ｂの輝度寄与率をＣＢ（例えば、０．０５９３）としたとき、表示輝度ＹＤは、以下の式（２２）に示すように、ＲＧＢの輝度寄与率に応じた加重和となる。
【００７６】
【数２２】
2018093320.tif 000024
【００７７】
そこで、低輝度部特性変換手段１５１は、前記式（２１）により求めた値に、色ごとの輝度寄与率を乗算して、色ごとの信号とする。
この低輝度部特性変換手段１５１は、変換した信号を表示部２０に出力する。
【００７８】
高輝度部特性変換手段１５２は、信号レベル判定手段１４で映像信号レベルが１／２よりも大きいと判定された信号に対して、指数特性変換とシステムガンマ変換を行うものである。すなわち、高輝度部特性変換手段１５２は、以下の式（２３）に示す関数（第２伝達関数）により、撮像装置Ｃ１（図１参照）の対数変換に対して逆変換とシステムガンマ変換を行うことで、信号レベルＥ′から表示光の強度に比例した信号レベルＥＤを算出する。
【００７９】
【数２３】
2018093320.tif 000025
【００８０】
ここで、αはコントラスト調整、βはブライトネス調整、ｕ，ｖ，ｗはシステム定数記憶手段１３に記憶されているパラメータ値である。なお、コントラスト調整、ブライトネス調整を行わない場合、α＝１，β＝０とすればよい。
具体的には、高輝度部特性変換手段１５２は、０以上１以下の範囲で正規化された映像信号｛ＥＲ′，ＥＧ′，ＥＢ′｝のそれぞれの色信号をＥ′Ｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対して、画素のＲＧＢごとに、以下の式（２４）の変換を行うことで、表示光の強度に比例した信号｛ＥＤＲ，ＥＤＧ，ＥＤＢ｝を生成する。
【００８１】
【数２４】
2018093320.tif 000026
【００８２】
なお、高輝度部特性変換手段１５２は、前記式（２４）により求めた値に、低輝度部特性変換手段１５１と同様に、色ごとの輝度寄与率を乗算して、色ごとの信号とする。
この高輝度部特性変換手段１５２は、変換した信号を表示部２０に出力する。
【００８３】
以上説明した特性変換手段１５では、システムガンマをＲＧＢ各色に適用することとした。しかし、システムガンマを輝度成分のみに適用することとしてもよい。
その場合、低輝度部特性変換手段１５１は、信号レベルＥ′Ｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）からシーン光の強度に比例した信号レベルＥＸを以下の式（２５）により算出する。
【００８４】
【数２５】
2018093320.tif 000027
【００８５】
そして、低輝度部特性変換手段１５１は、シーン輝度Ｙを以下の式（２６）に示すようにＲＧＢの輝度寄与率に応じて加重和演算し、表示光の強度に比例した信号｛ＥＤＲ，ＥＤＧ，ＥＤＢ｝を、以下の式（２７）により生成すればよい。
【００８６】
【数２６】
2018093320.tif 000028
【数２７】
2018093320.tif 000029
【００８７】
ここで、αはコントラスト調整、βはブライトネス調整である。なお、コントラスト調整、ブライトネス調整を行わない場合、α＝１，β＝０とすればよい。
また、システムガンマを輝度成分のみに適用する場合、高輝度部特性変換手段１５２は、信号レベルＥ′Ｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）からシーン光の強度に比例した信号レベルＥＸを、パラメータｕ，ｖ，ｗを用いて以下の式（２８）により算出する。
【００８８】
【数２８】
2018093320.tif 000030
【００８９】
そして、高輝度部特性変換手段１５２は、低輝度部特性変換手段１５１と同様に、前記式（２６），式（２７）により、表示光の強度に比例した信号｛ＥＤＲ，ＥＤＧ，ＥＤＢ｝を生成すればよい。
【００９０】
なお、映像信号変換部１０は、図示を省略したコンピュータを、輝度・システムガンマ設定手段１１、高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２、信号レベル判定手段１４、特性変換手段１５として機能させるための映像信号変換プログラムで動作させることができる。
【００９１】
表示部２０は、特性変換手段１５で得られた表示光の強度に比例した信号を、前記式（７）および前記式（１０）で示される表示光として出力するものである。この表示部２０は、カラーの映像信号を表示光として表示する一般的な表示手段であって、例えば、液晶ディスプレイ等である。
この表示部２０によって、映像表示装置１は、映像信号を映像として観察者に視認させることができる。
【００９２】
以上説明したように映像表示装置１を構成することで、映像表示装置１は、表示部２０のピーク輝度に関わらず、ＨＤＲの映像信号レベルＥ′＝１／２以下の表示輝度を一定の特性に合わせることができる。これによって、映像表示装置１は、映像制作者が意図する映像を再現することができる。
【００９３】
≪映像表示装置の動作≫
次に、映像表示装置１の動作について説明する。ここでは、映像表示の前に行う映像表示装置１における高輝度部特性変換のパラメータを特定する動作（パラメータ特定動作）と、映像信号を表示する動作（映像表示動作）とに分けて説明する。
【００９４】
＜パラメータ特定動作＞
最初に、図５を参照（構成については適宜図３参照）して、パラメータ特定動作について説明する。
図５に示すように、映像表示装置１は、映像信号変換部１０の輝度・システムガンマ設定手段１１によって、操作者からの指示により、基準輝度（映像信号レベルＥ′＝１／２の輝度）、表示装置のピーク輝度（表示部２０の最大輝度）およびシステムガンマを設定する（ステップＳ１）。
【００９５】
そして、映像表示装置１は、高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２によって、ステップＳ１で設定された基準輝度ＬＲＥＦ、ピーク輝度ＬＷおよびシステムガンマγにより、前記式（１７）〜式（１９）の連立方程式を解くことで、高輝度部の特性変換を行う伝達関数のパラメータｕ，ｖ，ｗを算出する（ステップＳ２）。
【００９６】
そして、映像表示装置１は、高輝度部特性変換パラメータ演算手段１２によって、算出したパラメータをシステム定数記憶手段１３に書き込み記憶する（ステップＳ３）。
以上の動作によって、映像表示装置１は、映像信号に高輝度部特性変換を行うために用いる伝達関数のパラメータｕ，ｖ，ｗを、予めシステム定数記憶手段１３に記憶する。
【００９７】
＜映像表示動作＞
次に、図６を参照（構成については適宜図３参照）して、映像表示動作について説明する。
図６に示すように、映像表示装置１は、外部から映像信号を入力する（ステップＳ１０）。
そして、映像表示装置１は、信号レベル判定手段１４によって、ステップＳ１０で入力された映像信号の信号レベルを各画素のＲＧＢごとに、その映像信号レベルが１／２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。
【００９８】
ここで、映像信号レベルが１／２以下である場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、映像表示装置１は、特性変換手段１５の低輝度部特性変換手段１５１によって、前記式（２０）により、映像信号に対して、低輝度部特性変換を行う（ステップＳ１２）。
【００９９】
一方、映像信号レベルが１／２よりも大きい場合（ステップＳ１１でＮｏ）、映像表示装置１は、特性変換手段１５の高輝度部特性変換手段１５２によって、システム定数記憶手段１３に記憶されているパラメータｕ，ｖ，ｗの値を用いて、前記式（２３）により、映像信号に対して、高輝度部特性変換を行う（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１２，Ｓ１３において、特性変換手段１５は、色ごとの輝度寄与率を乗算して、色ごとの映像信号を生成することとする。
そして、映像表示装置１は、表示部２０によって、ステップＳ１２またはステップＳ１３で変換された映像信号を表示光として出力する（ステップＳ１４）。
【０１００】
なお、ここでは、システムガンマをＲＧＢ各色に適用する例で説明したが、システムガンマを輝度成分のみに適用することとしてもよい。その場合、映像表示装置１は、ステップＳ１２において、低輝度部特性変換手段１５１によって、前記式（２５）および式（２６）により、シーン光の強度に比例した信号レベルおよびシーン輝度を算出し、前記式（２７）の演算を行えばよい。
また、システムガンマを輝度成分のみに適用する場合、映像表示装置１は、ステップＳ１３において、高輝度部特性変換手段１５２によって、前記式（２８）および式（２６）により、シーン光の強度に比例した信号レベルおよびシーン輝度を算出し、前記式（２７）の演算を行えばよい。
【０１０１】
以上の動作によって、映像表示装置１は、表示部２０のピーク輝度に関わらず、映像の主要部分である５０％の輝度レベルを、表示部２０の特定の輝度に合わせることができる。
これによって、映像表示装置１は、映像の主要部分である５０％以下の輝度レベルの再現特性の一貫性を保つことができるとともに、表示部２０のピーク輝度まで有効に活用することができる。
【０１０２】
以上、本発明の実施形態に係る映像表示装置１の構成および動作について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
例えば、ここでは、輝度・システムガンマ設定手段１１を介して、ピーク輝度を設定することとしたが、表示部２０のピーク輝度が既知の場合は、予めシステム定数記憶手段１３に設定しておくこととしてもよい。
また、ここでは、基準輝度やシステムガンマを設定することとしたが、この基準輝度やシステムガンマは、予めシステム定数記憶手段１３に記憶しておくこととしてもよい。
その場合、映像表示装置１は、構成から輝度・システムガンマ設定手段１１を省略してもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１      映像表示装置
１０    映像信号変換部（映像信号変換装置）
１１    輝度・システムガンマ設定手段
１２    高輝度部特性変換パラメータ演算手段
１３    システム定数記憶手段
１４    信号レベル判定手段
１５    特性変換手段
１５１  低輝度部特性変換手段
１５２  高輝度部特性変換手段
２０    表示部（表示装置）
【図１】
2018093320.tif 000039
【図２】
2018093320.tif 000040
【図３】
2018093320.tif 000041
【図４】
2018093320.tif 000042
【図５】
2018093320.tif 000043
【図６】
2018093320.tif 000044
【図７】
2018093320.tif 000045
【図８】
2018093320.tif 000046
【図９】
2018093320.tif 000047