(57)【要約】      （修正有）【課題】使用状況に応じて、適切なハイダイナミックレンジを有する映像信号を投影することができる画像投影装置を提供する。【解決手段】画像投影装置１００は、輝度センサ２０（輝度測定手段）が測定した、スクリーンＣ（投影面）に投影された投影像の輝度に基づいて、ＨＤＲ切換部１２（選択手段）が、映像変換手段であるリアルＨＤＲ変換部１３ａと擬似ＨＤＲ変換部１３ｂとのうちのいずれか１つを選択する。そして、映像投影部１４（投影手段）が、選択された映像変換手段によって、原映像信号を、輝度レンジを拡大したＨＤＲ映像信号に変換してスクリーンに投影する。【選択図】図２
2018067786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影面に投影された投影像の輝度を測定する輝度測定手段と、
映像信号を、当該映像信号の輝度レンジを拡大したＨＤＲ映像信号に変換する複数の映像変換手段と、
前記輝度測定手段によって測定された前記輝度に基づいて、前記映像変換手段のうちのいずれか１つを選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された映像変換手段によって、前記映像信号を前記ＨＤＲ映像信号に変換して前記投影面に投影する投影手段と、
を備えることを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記映像変換手段は、前記映像信号を、当該映像信号の輝度レンジを実質的に拡大して、実環境と同等の輝度レンジを有する第１のＨＤＲ映像信号に変換する第１のＨＤＲ映像変換手段と、
前記映像信号を、当該映像信号の輝度レンジを疑似的に拡大して、実環境の輝度レンジを前記映像信号が表現可能な輝度レンジ内に収めた第２のＨＤＲ映像信号に変換する第２のＨＤＲ映像変換手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記輝度測定手段は、前記投影面に投影された白色の投影像の輝度を測定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記選択手段は、前記輝度が第１の閾値以上であることを条件として前記第１のＨＤＲ映像変換手段を選択して、
前記輝度が前記第１の閾値未満であることを条件として前記第２のＨＤＲ映像変換手段を選択する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記選択手段が前記第１のＨＤＲ映像変換手段を選択したときには、前記選択手段が次に前記映像変換手段を選択する際には、前記第１の閾値を変更する
ことを特徴とする請求項４に記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記選択手段が前記第１のＨＤＲ映像変換手段を選択したときには、前記選択手段が次に前記映像変換手段を選択する際には、前記第１の閾値を小さくして、
前記選択手段が前記第２のＨＤＲ映像変換手段を選択したときには、前記選択手段が次に前記映像変換手段を選択する際には、前記第１の閾値を大きくする
ことを特徴とする請求項５に記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記投影像を投影する環境の照度を測定する照度測定手段を更に備えて、前記選択手段は、前記照度測定手段によって測定された前記照度に基づいて、前記映像変換手段のうちのいずれか１つを選択する
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記選択手段は、前記照度が第２の閾値以上であることを条件として前記第２のＨＤＲ映像変換手段を選択し、
前記照度が前記第２の閾値未満であることを条件として前記第１のＨＤＲ映像変換手段を選択する
ことを特徴とする請求項７に記載の画像投影装置。
【請求項９】
前記照度測定手段は、前記投影面に黒色の投影像を投影した際の前記投影面の方向の照度、あるいは前記投影面とは異なる方向の照度を測定する
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の画像投影装置。
【請求項１０】
前記選択手段は、前記照度および前記輝度に基づいて前記映像変換手段の選択を行う
ことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像データを大画面に投影することが可能な画像投影装置が普及している（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような画像投影装置にあっては、より臨場感の高い投影像を得るために、輝度むらや外光などが原因で生まれる目への不快感を取り除くための様々な方策が検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載されたプロジェクタでは、スクリーンに明と暗の２つのパターンを投影することによって得たスクリーンからの反射光に基づいて、投影像の輝度を、環境光の変動を考慮して調整している。しかしながら、調整対象は投影像の輝度のみであって、臨場感を高めるために重要な、投影像のダイナミックレンジを調整することはできなかった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周囲環境等の画像投影装置の使用状況に応じて拡大されたダイナミックレンジ（ハイダイナミックレンジ）を有する映像信号を投影することができる画像投影装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、投影面に投影された投影像の輝度を測定する輝度測定手段と、映像信号を、当該映像信号の輝度レンジを拡大したＨＤＲ映像信号に変換する複数の映像変換手段と、前記輝度測定手段によって測定された前記輝度に基づいて、前記映像変換手段のうちのいずれか１つを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された映像変換手段によって、前記映像信号を前記ＨＤＲ映像信号に変換して前記投影面に投影する投影手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、投影像の輝度や視聴時の周囲環境に応じて拡大されたダイナミックレンジ（ハイダイナミックレンジ）を有する映像信号を投影することによって、臨場感の高い投影像を得ることができる画像投影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る画像投影装置の外観図である。
【図２】図２は、画像投影装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図３は、輝度センサの測定対象となる輝度検出領域について説明する図である。
【図４】図４は、リアルＨＤＲ変換部が行う代表的な信号変換方法について説明する図である。
【図５】図５は、ＨＬＧ方式のガンマ特性について説明する図であり、図５（ａ）は、ＯＥＴＦを示す図である。図５（ｂ）は、ＥＯＴＦを示す図である。
【図６】図６は、ＰＱ方式のガンマ特性について説明する図であり、図６（ａ）は、ＯＥＴＦを示す図である。図６（ｂ）は、ＥＯＴＦを示す図である。
【図７】図７は、擬似ＨＤＲの概念を説明する図である。
【図８】図８は、擬似ＨＤＲ変換によってＨＤＲ映像信号を生成する方法について説明する図である。
【図９】図９は、第１の実施の形態に係る画像投影装置が行う一連の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第２の実施の形態に係る画像投影装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図１１】図１１は、第２の実施の形態に係る画像投影装置が行う一連の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
以下、添付図面を参照して画像投影装置の実施の形態について詳細に説明する。図１は、第１の実施の形態の画像投影装置１００の外観図である。図１に示すように、画像投影装置１００は、プロジェクタ本体１０と、輝度センサ２０と、を備えている。
【００１０】
プロジェクタ本体１０は、内部で生成した映像信号を、投影面の一例であるスクリーンＣに投影して投影像Ｉを生成する。
【００１１】
輝度測定手段の一例である輝度センサ２０は、プロジェクタ本体１０の上面にスクリーンＣの方向に向けて設置される。輝度センサ２０は、スクリーンＣ上の輝度検出領域ｐの輝度を測定する。なお、輝度の測定を行う際には、プロジェクタ本体１０は、投影面であるスクリーンＣに対して、少なくとも輝度検出領域ｐに白色の投影像Ｉを投影する。すなわち、図３（ａ）に示すように、スクリーンＣ全体に白色の投影像Ｉを投影する。あるいは、図３（ｂ）に示すように、少なくともスクリーンＣ上の輝度検出領域ｐを含む領域に白色の投影像Ｉを投影してもよい。
【００１２】
なお、輝度センサ２０はプロジェクタ本体１０の上面に設置する以外に、プロジェクタ本体１０に内蔵して、スクリーンＣの輝度検出領域ｐに向けて設置してもよい。
【００１３】
（画像投影装置の機能構成の説明）
次に、図２を用いて、画像投影装置１００の機能構成について説明する。図２は、画像投影装置１００の機能構成を示す機能ブロック図である。
【００１４】
図２に示すように、プロジェクタ本体１０は、映像信号入力部１１と、ＨＤＲ（High  Dynamic  Range）切換部１２と、ＨＤＲ変換部１３と、映像投影部１４と、動作制御部１５とを内包する。
【００１５】
映像信号入力部１１は、画像投影装置１００が投影する元になる映像信号（以後、原映像信号Ｕと呼ぶ）を入力する。なお、原映像信号Ｕは、プロジェクタ本体１０に接続した、図２に不図示のブルーレイディスク（blu-ray  disc：登録商標）プレーヤ、パソコン等の映像再生機器、またはビデオカメラ等の撮影装置から供給される。映像信号入力部１１は、これらの映像ソースから入力された原映像信号Ｕを、後述するＨＤＲ変換部１３に送出する。その際、映像信号入力部１１は、必要に応じて、原映像信号Ｕの信号形式を、画像投影装置１００が取り扱うことができる映像信号の形式に変換する信号処理を行う。
【００１６】
選択手段の一例であるＨＤＲ切換部１２は、映像信号入力部１１によって入力された原映像信号Ｕの輝度レンジであるダイナミックレンジを拡大する方式として、実環境と同等の輝度レンジを有する高輝度映像信号（以後、リアルＨＤＲと呼ぶ）への変換、またはトーンマッピングの画像処理により、擬似的に広い輝度レンジを有する映像信号（以後、擬似ＨＤＲと呼ぶ）への変換のいずれかを選定する。その際、ＨＤＲ切換部１２は、輝度センサ２０が測定した輝度を参照する。
【００１７】
映像変換手段の一例であるＨＤＲ変換部１３は、リアルＨＤＲ変換部１３ａと、擬似ＨＤＲ変換部１３ｂと、を備える。リアルＨＤＲ変換部１３ａは、原映像信号Ｕのダイナミックレンジを実質的に拡大する信号変換を行う第１のＨＤＲ映像変換手段として作用する。すなわち、リアルＨＤＲ変換部１３ａは、原映像信号Ｕの輝度レンジを、実環境と同等の輝度レンジを有するＨＤＲ映像信号Ｓに変換する。擬似ＨＤＲ変換部１３ｂは、原映像信号Ｕのダイナミックレンジを擬似的に拡大する信号変換を行う第２のＨＤＲ映像変換手段として作用する。すなわち、擬似ＨＤＲ変換部１３ｂは、実環境の輝度レンジを原映像信号Ｕが表現可能な輝度レンジ内に収めたＨＤＲ映像信号Ｓに変換する。なお、リアルＨＤＲ変換部１３ａにおいて信号変換されたＨＤＲ映像信号ＳをＨＤＲ映像信号Ｓ１（第１のＨＤＲ映像信号）と呼び、擬似ＨＤＲ変換部１３ｂにおいて信号変換されたＨＤＲ映像信号ＳをＨＤＲ映像信号Ｓ２（第２のＨＤＲ映像信号）と呼ぶ。なお、リアルＨＤＲ変換部１３ａおよび擬似ＨＤＲ変換部１３ｂが行う信号変換の詳細な方法については後述する。
【００１８】
投影手段の一例である映像投影部１４は、ＨＤＲ変換部１３によって生成されたＨＤＲ映像信号Ｓ１またはＨＤＲ映像信号Ｓ２をスクリーンＣに投影する。映像投影部１４は、いずれも図２に不図示のＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）と、投射レンズとを備えている。ＤＭＤは、表面に多数の微小なミラーを備えており、これらのミラーを個別に静電力で駆動して、ＨＤＲ映像信号Ｓが重畳した光ビームを偏向および走査して投影像を形成する。光学レンズは、形成された投影像を所定の倍率で拡大してスクリーンＣに投影する。このようなプロジェクタは、ＤＬＰ（登録商標）（Digital  Light  Processing）プロジェクタと呼ばれて広く普及している。
【００１９】
動作制御部１５は、前述した各部に指示を出して、画像投影装置１００全体の動作を制御する。
【００２０】
なお、映像投影部１４は、動作制御部１５の指示によって、スクリーンＣに輝度測定用の投影像Ｉを投影する。そして、輝度センサ２０は、映像投影部１４が輝度測定用の投影像Ｉを投影しているタイミングで、輝度検出領域ｐの輝度測定を行う。
【００２１】
（ダイナミックレンジを拡大する信号変換の説明）
次に、ダイナミックレンジを拡大する信号変換の方法について、リアルＨＤＲ変換部１３ａが行う信号変換と、擬似ＨＤＲ変換部１３ｂが行う信号変換とに分けて説明する。なお、ダイナミックレンジを拡大する前の狭いダイナミックレンジ（ＳＤＲ（Standard  Dynamic  Range））を有する原映像信号Ｕは、一般に、８ｂｉｔあるいは１０ｂｉｔのビット長を有して、ＩＴＵ−Ｒ（Radiocommunication  Sector  of  ITU）がＢＴ．７０９（ｓＲＧＢ）として規定した色再現域を有する。これに対して、ダイナミックレンジが拡大された（ハイダイナミックレンジを有する）ＨＤＲ映像信号Ｓは、１０ｂｉｔのビット長を有して、ＢＴ．７０９よりも広いＢＴ．２０２０で規定された色再現域を有する。
【００２２】
図４は、リアルＨＤＲ変換部１３ａが行う代表的な信号変換方法について説明する図である。原映像信号Ｕのダイナミックレンジを拡大して、ハイダイナミックレンジを有するＨＤＲ映像信号Ｓに変換する方法には、いくつかの方式が提案されており、リアルＨＤＲ変換部１３ａは、そのいずれかの方法を用いて信号変換を行う。ここでは、代表的なＨＬＧ（Hybrid  Log-Gamma）方式に基づく信号変換方法と、ＰＱ（Perceptual  Quantizer）方式に基づく信号変換方法について説明する。
【００２３】
ＨＬＧ方式は、原映像信号Ｕの輝度値を相対的に扱う。そして、従来の映像機器と互換性のあるガンマ曲線を用いてダイナミックレンジを実質的に拡大する。すなわち、ＨＬＧ方式は、暗部には従来のガンマ曲線を適用して、明部にはログ曲線を適用するハイブリッド方式である。すなわち、ＨＬＧ方式では、原映像信号Ｕの白レベルを基準白色としてハイダイナミックレンジを有するＨＤＲ映像信号Ｓ１ａを生成する。このＨＬＧ方式は、「黒」と「白」の間の階調の相対表現を行い、例えば、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ａを１０ｂｉｔのビット長で表現した際には、コード６４が「黒レベル」を表し、コード９４０が「白レベル」を表す。
【００２４】
ＨＬＧ方式によって変換されたＨＤＲ映像信号Ｓ１ａのダイナミックレンジは、後述するカメラ側のＯＥＴＦ特性で規定される（図５参照）。このＨＬＧ方式によってダイナミックレンジを拡大したときには、最大約１，０００ｃｄ／ｍ２の輝度まで（表示装置の性能による）視認可能である。ＨＬＧ方式は、従来の表示装置と高い互換性を有しており、原映像信号ＵをＨＤＲ映像信号Ｓ１に変換する際に行う映像信号処理は、従来と同等である。
【００２５】
一方、ＰＱ方式は、最大１０，０００ｃｄ／ｍ２までの輝度値を絶対輝度として扱う。ＰＱ方式は、人間の視覚特性に基づくガンマ曲線であるＰＱ（Perceptual  Quantizer）曲線を利用して原映像信号Ｕのダイナミックレンジを実質的に拡大する。すなわち、ＰＱ方式は、表示装置できれいに映るようにＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂを生成する。したがって、表示装置で表示することができるピーク輝度に応じた信号処理を行う必要がある。その際、ＰＱ曲線の非線形性が強いため、信号処理や符号化による画質劣化に注意する必要がある。
【００２６】
ＰＱ方式では、生成したＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂのコード値と表示装置の絶対輝度値とは一意に対応する。例えば、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂを１０ｂｉｔのビット長で表現した際には、コード６４が０．０１ｃｄ／ｍ２に対応し、コード１０１９が１０，０００ｃｄ／ｍ２に対応する。ＰＱ方式によって変換されたＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂのダイナミックレンジは、後述する表示装置側のＥＯＴＦ特性で規定される（図６参照）。このＰＱ方式によってダイナミックレンジを拡大したときには、最大約１０，０００ｃｄ／ｍ２の輝度まで視認可能である。ただし、ＰＱ方式を適用する場合には、最大約１０，０００ｃｄ／ｍ２まで出力可能な表示装置が必要となるため、従来の表示装置との互換性はない。
【００２７】
図５（ａ）は、ＨＬＧ方式によってダイナミックレンジを拡大したＨＤＲ映像信号Ｓ１ａの入出力特性であるガンマ特性について説明する第１の図である。図５（ａ）は、カメラ等の撮影装置でＨＤＲ映像を得る際のガンマ曲線を表している。このガンマ曲線は、実環境の輝度を映像信号に変換する関数であるＯＥＴＦ（Optical  Electro  Transfer  Function）と呼ばれる。ダイナミックレンジを拡大する前の従来の狭いダイナミックレンジ（ＳＤＲ（Standard  Dynamic  Range））を有する原映像信号Ｕのガンマ特性によると、図５（ａ）に示すように、基準白色よりも明るいシーンでは、映像信号は全て飽和してしまう。これに対して、ＨＬＧ方式によってダイナミックレンジを拡大したＨＤＲ映像信号Ｓ１ａでは、基準白色に対する出力信号が０．５になるようにガンマ曲線が調整されて、さらに、基準白色よりも明るいシーンの場合は、出力信号が０．５〜１．０に対応するようにガンマ曲線が調整される。したがって、明るいシーンを飽和することなく、すなわち階調を潰すことなく再現することができる。
【００２８】
図５（ｂ）は、ＨＬＧ方式によってダイナミックレンジを拡大したＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂのガンマ特性について説明する第２の図である。図５（ｂ）は、表示装置等の出力装置でＨＤＲ映像信号Ｓ１ａを表示する際のガンマ曲線（γ＝１．２）を表している。このガンマ曲線は、実環境の輝度と表示装置の輝度との間の変換関数であるＥＯＴＦ（Electro  Optical  Transfer  Function）と呼ばれる。ＥＯＴＦと、前述したＯＥＴＦと、は互いに逆関数の関係になっている。図５（ｂ）からわかるように、原映像信号Ｕが同じ値であっても、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ａによると、非常に明るい輝度領域までカバーすることがわかる。
【００２９】
図６（ａ）は、ＰＱ方式によってダイナミックレンジを拡大したハイダイナミックレンジを有するＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂのガンマ特性について説明する第１の図である。図６（ａ）に示すように、ＰＱ方式のガンマ曲線では、輝度１０，０００ｃｄ／ｍ２のシーンが、映像信号レベルで約１（正確には１．１近傍）に割り当てられるのが特徴である。図６（ａ）に示すガンマ曲線は、実環境の輝度を映像信号に変換する関数であるＯＥＴＦを表している。
【００３０】
図６（ｂ）は、ＰＱ方式によってダイナミックレンジを拡大したハイダイナミックレンジを有するＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂのガンマ特性について説明する第２の図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したガンマ曲線の逆関数に相当するＥＯＴＦを示す。図６（ｂ）からわかるように、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂによると、輝度１０，０００ｃｄ／ｍ２の領域まで映像化できることがわかる。
【００３１】
次に、擬似ＨＤＲ変換部１３ｂが行う信号変換について説明する。擬似ＨＤＲ変換部１３ｂは、ＳＤＲを有する原映像信号Ｕから、擬似的にダイナミックレンジを拡大したＨＤＲ映像信号Ｓ２を生成する。
【００３２】
図７は、擬似ＨＤＲの概念を説明する図である。図７に示すように、実環境における視対象は、太陽光（１０６ｃｄ／ｍ２）から星明かり（１０−４ｃｄ／ｍ２）まで１０１０オーダのダイナミックレンジを有する。このような広いダイナミックレンジを有する実環境を、最大数百ｃｄ／ｍ２程度の表示装置に表示するために、実環境の輝度レンジを、表示装置が表現可能な輝度レンジ内に収めることによって、明るさのダイナミックレンジを擬似的に拡大するのが擬似ＨＤＲである。
【００３３】
すなわち、前述したＨＤＲ映像信号Ｓ１を生成するためには、高価な入出力装置が必要となるのに対して、ＨＤＲ映像信号Ｓ２を生成するためには、ＳＤＲを有する原映像信号Ｕの入出力装置があればよい。
【００３４】
擬似的にダイナミックレンジを拡大することによってＨＤＲ映像信号Ｓ２を生成することを、一般にトーンマッピングと呼ぶ。トーンマッピングを実現するアルゴリズムには、図８に示すような様々な方法が提案されている。
【００３５】
図８は、擬似ＨＤＲ変換によってＨＤＲ映像信号Ｓ２を生成する方法について説明する図である。以下、図８を用いて、具体的な擬似ＨＤＲ変換の方法について説明する。
【００３６】
まず、トーンカーブ補正について説明する。トーンカーブ補正は、原映像信号Ｕによって形成される画像に対して、Ｓ字形状の濃度変換テーブル（ルックアップテーブル）を適用して、ハイライト部はより明るい映像信号に変換して、シャドウ部はより暗い映像信号に変換する方法である。トーンカーブ補正は、極めてシンプルなアルゴリズムであるため、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等のプロセッサを利用することによって、短い遅延時間で信号変換を行うことができる。ただし、ハイライト部およびシャドウ部の微細な階調を再現したい場合には逆効果となる場合もあるため、適用する際には、事前確認を行うのが望ましい。
【００３７】
次に、ヒストグラム平滑化について説明する。ヒストグラム平滑化は、原映像信号Ｕによって形成される画像の濃淡ヒストグラムを広域化することによって、表示装置の輝度再現域の中でダイナミックレンジを拡大する方法である。実装規模も小さくて済む方法ではあるが、元々濃淡ヒストグラムが広域化された画像に対しては効果が小さくなる等、コンテンツ依存性を有する。
【００３８】
続いて、ラプラシアンピラミッドについて説明する。ラプラシアンピラミッドは、まず、原映像信号Ｕによって形成される画像を、空間周波数の高い成分を抽出した画像から、空間周波数の低い成分を抽出した画像まで数段階に分解する。そして、分解した各画像にラプラシアン処理（２次微分によるエッジ強調処理）を施して、最後にそれらを合成する方法である。ラプラシアンピラミッドは、アンシャープマスクをより適切に改良したものであると言えるが、これにより、ハイライト部やシャドウ部の領域で潰れていた階調が好適に強調され、ＨＤＲ調のＨＤＲ映像信号Ｓ２を生成することができる。しかしながら、実装規模は前者２つに比べると大きくなる。
【００３９】
最後に、Ｒｅｔｉｎｅｘモデルについて説明する。Ｒｅｔｉｎｅｘモデルは、原映像信号Ｕによって形成される画像内の照明光分布を推定して、照明光の影響を適切に除去することによって、見かけ上のダイナミックレンジを拡大させる方法である。例えば、太陽光直下の日向の屋外と、蛍光灯や電球の下の室内が同時に収められている画像の場合、室内側は暗く潰れてしまい、屋外と室内の細部を同時に表示できにくい。このような場合、Ｒｅｔｉｎｅｘモデルでは、まず、画像内に分布する照明光を推定する。そして、推定した照明光成分を除去して、照明光が大きく異なる日向（太陽光）と日陰（蛍光灯/電球）を一律に近く扱い、それぞれの階調再現性を向上させる。これによって、屋外と室内の細部が同時に表示できるようになるため、人間の視覚に近いＨＤＲ映像信号Ｓ２を生成することができる。
【００４０】
このように、ＨＤＲ映像信号Ｓは、リアルＨＤＲ変換部１３ａが生成するＨＤＲ映像信号Ｓ１と、擬似ＨＤＲ変換部１３ｂが生成するＨＤＲ映像信号Ｓ２とに分類される。ここで、画像投影装置１００にあっては、使用する状況に応じて投影像Ｉの投影サイズやスクリーンＣまでの投影距離が異なる。したがって、常にＨＤＲ映像信号Ｓ１によるリアルＨＤＲを再現できるハイダイナミックレンジを保証できる訳ではない。
【００４１】
したがって、画像投影装置１００の使用状況に応じて、リアルＨＤＲと擬似ＨＤＲとを適切に使い分けることで、周囲環境に応じたハイダイナミックレンジを有するＨＤＲ映像信号Ｓ１、Ｓ２を投影することができる。
【００４２】
（画像投影装置の作用の説明）
次に、画像投影装置１００の作用について、図９を用いて説明する。図９は、第１の実施の形態に係る画像投影装置１００が行う一連の処理の流れを示すフローチャートである。
【００４３】
映像投影部１４は、動作制御部１５の指示によって、スクリーンＣに輝度測定用の投影像Ｉを投影する（ステップＳ１０）。
【００４４】
輝度センサ２０は、輝度測定用の投影像Ｉが投影されたスクリーンＣの輝度検出領域ｐの輝度Ｉｓを測定する（ステップＳ１２）。
【００４５】
ＨＤＲ切換部１２は、輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であるかを判定する（ステップＳ１４）。輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であるとき（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）はステップＳ１６に進み、それ以外のとき（ステップＳ１４：Ｎｏ）はステップＳ１８に進む。なお、第１の閾値Ｔｈ１は、例えば１０００ｃｄ／ｍ２程度に設定する。
【００４６】
輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であるとき（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）には、リアルＨＤＲ変換部１３ａにおいて、映像信号入力部１１から入力した原映像信号Ｕに対してリアルＨＤＲ変換を行って、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ａを生成する（ステップＳ１６）。その後、ステップＳ２０に進む。
【００４７】
なお、図９のフローチャートには記載していないが、リアルＨＤＲ変換部１３ａを、ＨＬＧ方式とＰＱ方式の両方に対応できる構成としておき、ステップＳ１６において、輝度Ｉｓに応じてＨＬＧ方式とＰＱ方式とを切り換える構成にしてもよい。特に、スクリーンＣの輝度Ｉｓが、１０００ｃｄ／ｍ２を大きく超えている場合には、前述したようにＰＱ方式を用いるのが望ましい。
【００４８】
輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１未満であるとき（ステップＳ１４：Ｎｏ）には、擬似ＨＤＲ変換部１３ｂにおいて、映像信号入力部１１から入力した原映像信号Ｕに対して擬似ＨＤＲ変換を行って、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂを生成する（ステップＳ１８）。その後、ステップＳ２０に進む。
【００４９】
なお、画像投影装置１００にあっては、ステップＳ１４において、ＨＤＲ切換部１２が、輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であるかに応じて、ＨＤＲ変換方法を切り換える。このように、輝度Ｉｓに応じてＨＤＲ変換方法を切り換えることによって、周囲環境に応じたハイダイナミックレンジを有するＨＤＲ映像信号Ｓ１を投影することができる。なお、ステップＳ１４の処理を行わずに、輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であるときに擬似ＨＤＲ変換を行うと、明部や暗部が強調され過ぎた不自然な映像になる場合がある。一方、輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１未満であるときにリアルＨＤＲ変換を行うと、明瞭感のない、ぼやけた（眠い）映像になってしまう場合がある。
【００５０】
映像投影部１４は、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ａまたはＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂをスクリーンＣに投影する（ステップＳ２０）。
【００５１】
動作制御部１５は、画像投影装置１００の電源がＯＦＦであるかを判定する（ステップＳ２２）。画像投影装置１００の電源がＯＦＦであるとき（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）は図８の処理を終了する。一方、画像投影装置１００の電源がＯＦＦでないとき（ステップＳ２２：Ｎｏ）はステップＳ２４に進む。
【００５２】
動作制御部１５は、輝度測定を再度実行するかを判定する（ステップＳ２４）。輝度測定を再度実行するとき（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）はステップＳ１０に戻り、それ以外のとき（ステップＳ２４：Ｎｏ）は、ステップＳ２４を繰り返す。
【００５３】
このように、ステップＳ１０の輝度測定用の投影像Ｉの投影と、ステップＳ１２の輝度測定と、ステップＳ１４の輝度値の評価とは、所定のタイミングで繰り返し実行する。繰り返しのタイミングは数分もしくは数十分間隔として、自動で繰り返してもよいし、手動で繰り返しを指示しても構わない。
【００５４】
なお、ステップＳ２４において、輝度測定の時間間隔が短すぎると、リアルＨＤＲと擬似ＨＤＲが短時間で切り替わりすぎて、投影像Ｉが視聴者に違和感を与えてしまう可能性がある。逆に、輝度測定の時間間隔が長すぎると、リアルＨＤＲと擬似ＨＤＲの適切な切り換えタイミングを逃してしまう可能性がある。そのため、輝度測定の時間間隔は、数分もしくは数十分間隔とするのが望ましい。
【００５５】
また、輝度Ｉｓと第１の閾値Ｔｈ１とが近い値である場合には、リアルＨＤＲと擬似ＨＤＲとが短時間で切り換わる可能性がある。その場合、視聴者に違和感を与えるおそれがある。そのため、第１の閾値Ｔｈ１に基づく判定（ステップＳ１４）にはヒステリシスを設けるのが望ましい。すなわち、輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１（１０００ｃｄ／ｍ２）を超えてリアルＨＤＲが選択されたときには、次のタイミングでは第１の閾値Ｔｈ１を、例えば９００ｃｄ／ｍ２に変更して、輝度Ｉｓが９００ｃｄ／ｍ２を下回らない限り、擬似ＨＤＲへの切り換えを行わないようにする。逆に、輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１を下回って擬似ＨＤＲが選択されたときには、次のタイミングでは第１の閾値Ｔｈ１を、例えば１１００ｃｄ／ｍ２に変更して、輝度Ｉｓが１１００ｃｄ／ｍ２以上にならない限り、リアルＨＤＲへの切り換えを行わないようにする。このようにヒステリシスを設けることによって、第１の閾値Ｔｈ１を変更するタイミングで、ＨＤＲ映像信号Ｓの不安定な切り換えの発生を抑止することができる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の画像投影装置について説明する。図１０は、画像投影装置１００ａの概略構成を示すブロック図である。画像投影装置１００ａは、前述した画像投影装置１００に照度センサ２２を付加した構成を有する。
【００５７】
照度測定手段の一例である照度センサ２２は、画像投影装置１００ａが投影像Ｉを投影する周囲環境の照度Ｌを測定する。照度センサ２２は、例えば、プロジェクタ本体１０の上面に上向きに設置して、プロジェクタ本体１０の上面の照度Ｌを測定する。なお、照度センサ２２は、遮蔽物に遮られることなく、周囲環境の明るさを測定できる場所に設置するのが望ましい。そして、照度センサ２２が照度を測定する際には、投影像Ｉの明るさの影響をなくして、周囲環境の照度をより正確に測定するために、投影面であるスクリーンＣ全体に黒色の投影像Ｉを投影するのが望ましい。
【００５８】
照度センサ２２は、プロジェクタ本体１０の上面以外に、プロジェクタ本体１０の左右面等に、投影面であるスクリーンＣとは異なる方向を向けて設置しても構わない。また、照度センサ２２を複数の異なる方向に向けて設置して、複数の照度センサ２２が測定した照度Ｌの値を平均化することによって、画像投影装置１００ａが使用される周囲環境の明るさを総合的に判定してもよい。
【００５９】
（画像投影装置の作用の説明）
画像投影装置１００ａの作用について、図１１を用いて説明する。図１１は、第２の実施の形態に係る画像投影装置１００ａが行う一連の処理の流れを示すフローチャートである。
【００６０】
照度センサ２２は、動作制御部１５の指示によって、照度Ｌを測定する（ステップＳ３０）。
【００６１】
映像投影部１４は、動作制御部１５の指示によって、スクリーンＣに輝度測定用の投影像Ｉを投影する（ステップＳ３２）。
【００６２】
輝度センサ２０は、輝度測定用の投影像Ｉが投影されたスクリーンＣの輝度検出領域ｐの輝度Ｉｓを測定する（ステップＳ３４）。
【００６３】
ＨＤＲ切換部１２は、照度Ｌが第２の閾値Ｔｈ２以上であるかを判定する（ステップＳ３６）。照度Ｌが第２の閾値Ｔｈ２以上であるとき（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）はステップＳ３８に進み、それ以外のとき（ステップＳ３６：Ｎｏ）はステップＳ４０に進む。なお、第２の閾値Ｔｈ２としては、例えば５００〜１０００ルクスの範囲の値を用いる。
【００６４】
照度Ｌが第２の閾値Ｔｈ２以上であるとき（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）には、擬似ＨＤＲ変換部１３ｂは、映像信号入力部１１から入力した原映像信号Ｕに対して擬似ＨＤＲ変換を行って、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂを生成する（ステップＳ３８）。
【００６５】
照度Ｌが第２の閾値Ｔｈ２未満であるとき（ステップＳ３６：Ｎｏ）には、ＨＤＲ切換部１２は、輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であるかを判定する（ステップＳ４０）。輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であるとき（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）はステップＳ４２に進み、それ以外のとき（ステップＳ４０：Ｎｏ）はステップＳ３８に戻る。
【００６６】
輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であるとき（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）には、リアルＨＤＲ変換部１３ａは、映像信号入力部１１から入力した原映像信号Ｕに対してリアルＨＤＲ変換を行って、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ａを生成する（ステップＳ４２）。
【００６７】
映像投影部１４は、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ａまたはＨＤＲ映像信号Ｓ１ｂを投影する（ステップＳ４４）。
【００６８】
動作制御部１５は、画像投影装置１００ａの電源がＯＦＦであるかを判定する（ステップＳ４６）。画像投影装置１００ａの電源がＯＦＦであるとき（ステップＳ４６：Ｙｅｓ）は図１１の処理を終了する。一方、画像投影装置１００ａの電源がＯＦＦでないとき（ステップＳ４６：Ｎｏ）はステップＳ４８に進む。
【００６９】
動作制御部１５は、輝度測定を再度実行するかを判定する（ステップＳ４８）。輝度測定を再度実行するとき（ステップＳ４８：Ｙｅｓ）はステップＳ３０に戻り、それ以外のとき（ステップＳ４８：Ｎｏ）は、ステップＳ４８を繰り返す。
【００７０】
なお、第２の閾値Ｔｈ２は、５００〜１０００ルクス程度に設定するのが望ましい。そして、照度Ｌが第２の閾値Ｔｈ２以上であるとき（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、すなわち周囲が明るいときには、投影像Ｉのコントラストが低下するため、リアルＨＤＲによる高ダイナミックレンジ化の効果が低下する。そのため、周囲が明るいときには、人工的にメリハリをつけた擬似ＨＤＲの方が好ましい投影像Ｉとなる場合が多い。
【００７１】
逆に、照度Ｌが第２の閾値Ｔｈ２未満であるとき（ステップＳ３６：Ｎｏ）、すなわち周囲が暗いときには、第１の実施の形態で説明した通り、投影像Ｉの輝度Ｉｓに基づいて、リアルＨＤＲと擬似ＨＤＲとを使い分ける。
【００７２】
また、第１の実施の形態で説明したように、輝度測定の時間間隔は数分もしくは数十分間隔とするのが望ましい。さらに、第１の閾値Ｔｈ１に基づく判定（ステップＳ４０）にはヒステリシスを設けるとともに、第２の閾値Ｔｈ２に基づく判定（ステップＳ３６）にもヒステリシスを設けるのが望ましい。
【００７３】
なお、第２の実施の形態では、照度センサ２２を用いて周囲環境の照度Ｌを測定したが、周囲環境の照度Ｌは照度センサ２２を用いずに推定することも可能である。すなわち、スクリーンＣに黒色の投影像Ｉを投影して、輝度センサ２０によって、黒色の投影像Ｉの輝度Ｉｓを測定する。黒色の投影像Ｉがどのくらいの輝度Ｉｓを有するかによって、スクリーンＣの方向の明るさ（照度Ｌ）を推定することができる。なお、黒色の投影像Ｉの輝度ＩｓとスクリーンＣの方向の照度Ｌとの関係を予め測定してテーブルを作成しておくことによって、照度Ｌの推定を簡便に行うことができる。
【００７４】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る画像投影装置１００によれば、輝度センサ２０（輝度測定手段）が測定した、スクリーンＣ（投影面）に投影された投影像Ｉの輝度Ｉｓに基づいて、ＨＤＲ切換部１２（選択手段）が、ＨＤＲ変換部１３（映像変換手段）の中から、リアルＨＤＲ変換部１３ａと擬似ＨＤＲ変換部１３ｂとのうちのいずれか１つを選択する。そして、映像投影部１４（投影手段）が、選択された映像変換手段によって、原映像信号Ｕ（映像信号）を、輝度レンジを拡大したＨＤＲ映像信号Ｓに変換してスクリーンＣに投影する。したがって、画像投影装置１００が使用される周囲環境に応じて、拡大されたダイナミックレンジ（ハイダイナミックレンジ）を有する映像信号を投影することができる。
【００７５】
また、第１の実施の形態に係る画像投影装置１００によれば、ＨＤＲ変換部１３（映像変換手段）は、原映像信号Ｕ（映像信号）を、当該映像信号の輝度レンジを実質的に拡大したＨＤＲ映像信号Ｓ１（第１のＨＤＲ映像信号）に変換するリアルＨＤＲ変換部１３ａ（第１のＨＤＲ映像変換手段）と、原映像信号Ｕを、当該映像信号の輝度レンジを疑似的に拡大したＨＤＲ映像信号Ｓ２（第２のＨＤＲ映像信号）に変換する擬似ＨＤＲ変換部１３ｂ（第２のＨＤＲ映像変換手段）と、を備える。したがって、画像投影装置１００の投影サイズや投影距離等の使用状況に応じて、リアルＨＤＲと擬似ＨＤＲとを使い分けることができ、臨場感をより高めることができる。
【００７６】
また、第１の実施の形態に係る画像投影装置１００によれば、輝度センサ２０（輝度測定手段）は、スクリーンＣ（投影面）に投影された白色の投影像Ｉの輝度Ｉｓを測定する。したがって、輝度Ｉｓを簡単かつ確実に測定することができる。
【００７７】
また、第１の実施の形態に係る画像投影装置１００によれば、ＨＤＲ切換部１２（選択手段）は、輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であることを条件としてリアルＨＤＲ変換部１３ａ（第１のＨＤＲ映像変換手段）を選択して、輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１未満であることを条件としてＨＤＲ映像信号Ｓ２（第２のＨＤＲ映像信号）を選択する。したがって、スクリーンＣの輝度Ｉｓに応じて、より臨場感が高いＨＤＲ映像信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを選択して投影することができる。
【００７８】
また、第１の実施の形態に係る画像投影装置１００によれば、ＨＤＲ切換部１２（選択手段）がリアルＨＤＲ変換部１３ａ（第１のＨＤＲ映像変換手段）を選択したときには、ＨＤＲ切換部１２が次に映像変換手段を選択する際には、第１の閾値Ｔｈ１を変更する。したがって、ＨＤＲ映像信号Ｓ１（第１のＨＤＲ映像信号）からＨＤＲ映像信号Ｓ２（第２のＨＤＲ映像信号）への切り換えの頻度を少なくすることができ、これによって、スクリーンＣに投影された投影像Ｉが不安定な状態になるのを抑止することができる。
【００７９】
また、第１の実施の形態に係る画像投影装置１００によれば、ＨＤＲ切換部１２（選択手段）がリアルＨＤＲ変換部１３ａ（第１のＨＤＲ映像変換手段）を選択したときには、ＨＤＲ切換部１２が次にＨＤＲ変換部１３（映像変換手段）を選択する際には、第１の閾値Ｔｈ１を小さくする。そして、ＨＤＲ切換部１２が擬似ＨＤＲ変換部１３ｂ（第２のＨＤＲ映像変換手段）を選択したときには、ＨＤＲ切換部１２が次にＨＤＲ変換部１３（映像変換手段）を選択する際には、第１の閾値Ｔｈ１を大きくする。したがって、ＨＤＲ映像信号Ｓ１（第１のＨＤＲ映像信号）とＨＤＲ映像信号Ｓ２（第２のＨＤＲ映像信号）との切り換えの頻度を少なくすることができ、これによって、スクリーンＣに投影された投影像Ｉが不安定な状態になるのを抑止することができる。
【００８０】
また、第２の実施の形態に係る画像投影装置１００ａは、投影像Ｉを投影する環境の照度Ｌを測定する照度センサ２２（照度測定手段）を更に備えて、ＨＤＲ切換部１２（選択手段）は、照度センサ２２によって測定された照度Ｌに基づいて、ＨＤＲ変換部１３（映像変換手段）の中から、リアルＨＤＲ変換部１３ａと擬似ＨＤＲ変換部１３ｂとのうちのいずれか１つを選択する。したがって、周囲環境の明るさを考慮して、より臨場感の高い投影像Ｉを投影することができる。
【００８１】
また、第２の実施の形態に係る画像投影装置１００ａによれば、ＨＤＲ切換部１２（選択手段）は、照度Ｌが第２の閾値Ｔｈ２以上であることを条件として擬似ＨＤＲ変換部１３ｂ（第２のＨＤＲ映像変換手段）を選択する。そして、照度Ｌが第２の閾値Ｔｈ２未満であることを条件としてリアルＨＤＲ変換部１３ａ（第１のＨＤＲ映像変換手段）を選択する。したがって、画像投影装置１００ａが、照度Ｌが高い、明るい環境で使用されるときには、人工的にメリハリを高めたＨＤＲ映像信号Ｓ２が投影されるため、投影像Ｉのコントラストの低下を抑止することができる。一方、画像投影装置１００ａが、照度Ｌが低い、暗い環境で使用されるときには、ダイナミックレンジが拡大されたＨＤＲ映像信号Ｓ１が投影されるため、臨場感の高い投影像Ｉを投影することができる。
【００８２】
また、第２の実施の形態に係る画像投影装置１００ａによれば、照度センサ２２（照度測定手段）は、スクリーンＣ（投影面）に黒色の投影像Ｉを投影した際のスクリーンＣの方向の照度Ｌ、あるいは、スクリーンＣとは異なる方向の照度Ｌを検出する。したがって、画像投影装置１００ａが使用される環境の照度Ｌを簡単かつ確実に測定することができる。
【００８３】
また、第２の実施の形態に係る画像投影装置１００ａによれば、ＨＤＲ切換部１２（選択手段）は、照度Ｌおよび輝度Ｉｓに基づいてＨＤＲ変換部１３（映像変換手段）の選択を行う。すなわち、画像投影装置１００ａが、照度Ｌが第２の閾値Ｔｈ２未満の暗い環境で使用される場合に、さらにスクリーンＣの輝度Ｉｓが第１の閾値Ｔｈ１以上であるときには、ＨＤＲ映像信号Ｓ１ａが選択される。したがって、画像投影装置１００ａの使用状況に応じて、ＨＤＲ変換部１３（映像変換手段）をよりきめ細かく選択することができる。
【００８４】
以上、実施の形態について説明したが、その各部の具体的な構成、処理の内容等は、実施の形態で説明したものに限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００８５】
例えば、第１の実施の形態、および第２の実施の形態にあっては、スクリーンＣの輝度Ｉｓに基づいてＨＤＲ映像信号Ｓの選択を行うが、この選択は、スクリーンＣの輝度Ｉｓを測定することなしに行うことも可能である。すなわち、スクリーンＣの輝度Ｉｓと、画像投影装置１００、１００ａとスクリーンＣの距離とが反比例の関係を有する（例えば、画像投影装置１００、１００ａとスクリーンＣとの距離が１ｍの場合の投影像Ｉの輝度Ｉｓは、距離が２ｍの場合と比較すると約４倍になる）ことを用いて、スクリーンＣの輝度Ｉｓを推定することができる。具体的には、超音波センサ等の測距センサによって、画像投影装置１００、１００ａとスクリーンＣとの距離を測定する。基準となる距離におけるスクリーンＣの輝度Ｉｓを予め測定しておけば、測定された距離と、前述した反比例の関係とを用いてスクリーンＣの輝度Ｉｓを推定することができる。また、距離を測定する以外に、スクリーンＣ上の投影像Ｉのサイズを測定して、投影像Ｉのサイズに基づいて、スクリーンＣの輝度Ｉｓを推定してもよい。すなわち、投影像Ｉのサイズが大きいほど、スクリーンＣの輝度Ｉｓが小さくなる。
【符号の説明】
【００８６】
１０      プロジェクタ本体
１１      映像信号入力部
１２      ＨＤＲ切換部（選択手段）
１３      ＨＤＲ変換部（映像変換手段）
１３ａ    リアルＨＤＲ変換部（第１のＨＤＲ映像変換手段）
１３ｂ    擬似ＨＤＲ変換部（第２のＨＤＲ映像変換手段）
１４      映像投影部（投影手段）
１５      動作制御部
２０      輝度センサ（輝度測定手段）
２２      照度センサ（照度測定手段）
１００、１００ａ        画像投影装置
Ｃ        スクリーン（投影面）
Ｉ        投影像
Ｉｓ      輝度
Ｌ        照度
Ｓ、Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ      ＨＤＲ映像信号
Ｓ１      ＨＤＲ映像信号（第１のＨＤＲ映像信号）
Ｓ２      ＨＤＲ映像信号（第２のＨＤＲ映像信号）
Ｔｈ１    第１の閾値
Ｔｈ２    第２の閾値
Ｕ        原映像信号
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８７】
【特許文献１】特開２０１４−５３８４４号公報
【図１】
2018067786.tif 000003
【図２】
2018067786.tif 000004
【図３】
2018067786.tif 000005
【図４】
2018067786.tif 000006
【図５】
2018067786.tif 000007
【図６】
2018067786.tif 000008
【図７】
2018067786.tif 000009
【図８】
2018067786.tif 000010
【図９】
2018067786.tif 000011
【図１０】
2018067786.tif 000012
【図１１】
2018067786.tif 000013