(57)【要約】【課題】  表示装置が表示可能な最大の表示輝度が変化する場合に、入力画像のうち、ユーザが指定した表示レンジに対応する領域の表示輝度が変化することを抑制することが可能な画像処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の画像表示装置は、入力画像が対象とする輝度関連値の範囲である入力レンジを示す情報を取得する入力レンジ取得部１０２と、校正処理を実行する場合に、表示部３に表示される画像の輝度を測定するための測定装置２から、表示部３の表示輝度の最大値を示す表示最大輝度を取得する測定輝度取得部１０４と、表示最大輝度に基づいて、入力レンジよりも狭い表示レンジを設定する表示レンジ決定部１０５と、出力画像の対象とする輝度関連値の範囲が表示レンジとなるように、入力画像の階調値を変換して、出力画像を生成する画像処理部１０１と、出力画像を表示部３に出力する出力部１０６と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図３
2018017931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像が対象とする輝度関連値の範囲である第１範囲を示す情報を取得する第１取得手段と、
校正処理を実行する場合に、表示手段に表示される画像の輝度を測定するための測定手段から、前記表示手段の表示輝度の最大値を示す最大輝度を取得する第２取得手段と、
前記最大輝度に基づいて、前記第１範囲よりも狭い第２範囲を設定する設定手段と、
出力画像の対象とする前記輝度関連値の範囲が前記第２範囲となるように、前記入力画像の階調値を変換して、前記出力画像を生成する画像処理手段と、
前記出力画像を前記表示手段に出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
所定の画像に基づいて画像が表示されている前記表示手段の表示輝度を、前記最大輝度として取得する校正処理を実行する校正手段をさらに備え、
前記校正処理が実行されたことに応じて、前記第２取得手段は、前記最大輝度を取得することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記校正処理は、
前記出力手段を、前記所定の画像を出力させるように制御する処理と、
前記第２取得手段を、前記最大輝度を取得するように制御する処理と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記所定の画像は、前記測定手段の測定位置に全白画像が表示されるように生成された画像であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記設定手段は、前記表示手段における表示輝度と前記輝度関連値との関係を示す情報に基づいて、前記最大輝度に対応する輝度関連値を上限とする前記第２範囲を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記画像処理手段は、前記入力画像のうち前記第２範囲に含まれる輝度関連値に対応する領域の前記出力画像における階調特性が、前記入力画像のうち前記第２範囲に含まれない輝度関連値に対応する領域の前記出力画像における階調特性よりも、前記入力画像における階調特性に近くなるように、前記出力画像を生成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記画像処理手段は、前記入力画像のうち前記第２範囲より狭い第３範囲に含まれる輝度関連値に対応する領域の前記出力画像における階調特性が、前記入力画像のうち前記第３範囲に含まれない輝度関連値に対応する領域の前記出力画像における階調特性を、前記第３範囲に含まれる輝度関連値に対応する領域よりも、前記入力画像における階調特性に近くなるように、前記出力画像を生成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記輝度関連値は、光が物体で反射する際の反射率である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記輝度関連値は、輝度を示す値である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記画像処理手段は、前記第２範囲の取り得る最大の輝度関連値および前記輝度測定値のうち少なくとも一方を示すグラフィック画像を、前記出力画像に合成して出力することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の前記画像処理装置と、
前記表示手段と、
を備える表示装置。
【請求項１２】
前記測定手段をさらに備える請求項１０に記載の表示装置。
【請求項１３】
入力画像が対象とする輝度関連値の範囲である第１範囲を示す情報を取得する第１取得工程と、
前記表示手段に表示される画像の輝度を測定するための測定手段から前記表示手段の表示輝度の最大値を示す最大輝度を取得する第２取得工程と、
前記最大輝度に基づいて、前記第１範囲よりも狭い第２範囲を設定する設定手段と、
出力画像の対象とする前記輝度関連値の範囲が前記第２範囲となるように、前記入力画像の階調値を変換して、前記出力画像を生成する画像処理工程と、
前記出力画像を前記表示手段に出力する出力工程と、
を備えることを特徴とする画像処理装置の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の画像表示装置の制御方法の各工程を演算処理装置に実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラムを記憶し、演算処理装置が読取可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置及びその制御方法、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置の受光性能の向上に伴い、一般的なビデオガンマとして用いられているＢＴ．７０９よりも対応する輝度の範囲（ダイナミックレンジ）が広い画像が生成されるようになってきている。このような、広いダイナミックレンジを、Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ（ＨＤＲ）と記載し、ＨＤＲに対応した画像をＨＤＲ画像と記載する。
【０００３】
一方で、表示装置でＨＤＲ画像を視聴する場合、ユーザの好みに応じて、入力されたＨＤＲ画像のうち、指定された輝度に忠実に表示する範囲（表示レンジ）を設定して表示する場合がある。この様な場合、ＨＤＲ画像のダイナミックレンジを表示レンジに狭める画像処理（圧縮処理）をＨＤＲ画像に施して、表示画像を生成することがある。
【０００４】
圧縮処理に関する従来技術は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の技術では、所定の輝度以下の画素の輝度は維持しつつ、所定の輝度以上の画素が表示レンジの上限値で飽和させて表示されるように、表示画像が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２２０４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術で生成した表示画像に基づいて、表示装置で画像を表示した場合、表示画像において最大の階調値が指定された領域は、表示装置の表示輝度の最大値で表示される。
【０００７】
しかしながら、表示装置が表示可能な最大の表示輝度は、例えば、表示装置が液晶ディスプレイである場合には、バックライトの光源の経年劣化等により、低下することがあった。表示装置が表示可能な最大の表示輝度が、ユーザが指定した表示レンジの最大値を下回る場合、ユーザが意図した表示輝度で、画像を表示することができない場合があった。
【０００８】
本発明は、表示装置が表示可能な最大の表示輝度が変化する場合に、入力画像のうち、ユーザが指定した表示レンジに対応する領域の表示輝度が変化することを抑制することが可能な画像処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の画像処理装置は、入力画像が対象とする輝度関連値の範囲である第１範囲を示す情報を取得する第１取得手段と、校正処理を実行する場合に、表示手段に表示される画像の輝度を測定するための測定手段から、前記表示手段の表示輝度の最大値を示す最大輝度を取得する第２取得手段と、前記最大輝度に基づいて、前記第１範囲よりも狭い第２範囲を設定する設定手段と、出力画像の対象とする前記輝度関連値の範囲が前記第２範囲となるように、前記入力画像の階調値を変換して、前記出力画像を生成する画像処理手段と、前記出力画像を前記表示手段に出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の画像処理装置によれば、表示装置が表示可能な最大の表示輝度が変化する場合に、入力画像のうち、ユーザが指定した表示レンジに対応する領域の表示輝度が変化することを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施例に係る画像処理装置と測定装置と表示部とを示す装置構成図である。
【図２】表示部に入力される画像の階調値と、表示輝度との関係を示す模式図である。
【図３】画像表示装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】入力画像に指示された輝度関連値と表示輝度との対応関係を示す情報を示す表である。
【図５】反射率と、入力画像の階調値との関係を示す模式図である。
【図６】反射率と、リニア画像の階調値との関係を示す模式図である。
【図７】入力階調値および入力画像の反射率と、出力階調値および表示輝度と、の対応関係の一例を示す模式図である。
【図８】入力画像の反射率に対する出力画像の階調値を示す模式図である。
【図９】出力画像に基づいて表示部に画像を表示した場合の、入力画像の反射率と表示輝度との関係を示す模式図である。
【図１０】画像処理部が生成する表示レンジを示すＯＳＤ画像を示す模式図である。
【図１１】第２の実施例における入力画像の反射率と、表示輝度との関係を示す模式図である。
【図１２】第２の実施例における表示部の輝度低下前後での入力画像の反射率に対する表示輝度の変化を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施例）
以下に、本発明の第１の実施例に係る画像処理装置及びその制御方法について説明する。なお、本発明は、画像処理装置と、画像処理装置が生成した画像を表示するディスプレイとを含む表示装置にも適用可能である。例えば、本発明は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、プラズマ表示装置、等に適用することができる。また、本実施例では、画像表示装置に入力される画像データ（入力画像データ）が、画像処理装置が備える記憶媒体に記憶された画像データである場合の例を説明するが、入力画像データは撮像装置を用いた撮影によって得られた撮影画像データであってもよい。
【００１３】
図１は、第１の実施例に係る画像処理装置１と測定装置２と表示部３とを示す装置構成図である。図１に示すように、画像処理装置１は、測定装置２と表示部３とに接続可能である。例えば、画像処理装置１は、パーソナルコンピュータ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ、ＰＣ）であるとする。画像処理装置１は、測定装置２の動作を制御し、かつ、測定装置２が測定した輝度測定値を取得する。また、画像処理装置１は、輝度測定値に基づいて、表示部３に出力する出力画像のダイナミックレンジを決定し、入力画像のダイナミックレンジを変換して、出力画像を生成して、表示部３に出力する。
【００１４】
測定装置２は、表示部３から照射される光の輝度を測定する光センサを備える測定器である。
【００１５】
表示部３は、画像処理装置１が出力した画像データに基づいて、画像を表示するディスプレイである。表示部３は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する画面に、取得した画像データに基づく画像を表示する。例えば、表示部３は、液晶パネルとバックライトとを備える液晶表示装置であるとする。なお、画像処理装置１と表示部３とで表示装置を構成してもよい。
【００１６】
図２は、表示部３に入力される画像の階調値と、表示輝度との関係を示す模式図である。図２は、表示部３の表示特性を示す。表示部３は、階調値に対して線形に、表示輝度が対応する表示特性を有するとする。表示部３は、入力される画像の階調値の取り得る値の最大値に対して、表示可能な最大の表示輝度が対応するとする。
【００１７】
図２の直線２１は、表示部３の表示輝度の最大値が低下する前（輝度低下前）の表示特性を示す。輝度低下前の表示部３は、１０００ｃｄ／ｍ２までの表示輝度を表示可能であるとする。また、図２の直線２２は、表示部３の表示輝度の最大値が低下した場合（輝度低下時）の表示特性を示す。輝度低下時の表示部３の表示輝度の最大値は、８００ｃｄ／ｍ２まで低下する。「ｃｄ／ｍ２」は、輝度の絶対値を示す単位である。表示部３は、階調値に対して、表示輝度が線形に対応する表示特性を有することから、輝度低下時の表示部３の表示特性は、輝度低下前の表示部３の表示特性に比べて、階調値に対する表示輝度が低下する。表示部３の表示特性は、後述する画像処理装置１の記憶部２００に記憶されているとする。
【００１８】
測定装置２は、画像処理装置１が出力した校正画像に基づいて表示部３が画像を表示した場合に、表示部３から照射される光の輝度を測定する。測定装置２は、測定した輝度を、画像処理装置１に出力する。
【００１９】
校正画像は、測定装置２が、表示部３の表示可能な最大の輝度を測定するために用いる画像である。校正画像は、測定装置２が輝度を測定する位置において、表示部３が表示可能な最大の階調値を、所定の大きさ以上で表示する画像である。例えば、表示部３が、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）の各色に対応する副画素を有し、各副画素に対して１０ビットデータで階調値が表される画像データに基づいて画像を表示可能であるとする。この場合、校正画像は、各画素の副画素に対して、１０２３の階調値を指定した画像である。つまり、校正画像は、測定装置２が輝度を測定する表示部３の画面の位置において、全白画像が表示される画像である。
【００２０】
つまり、測定装置２は、校正画像に基づいて画像を表示した表示部３の輝度を測定することにより、表示部３が表示可能な最大の表示輝度を示す表示最大輝度を測定する。
【００２１】
画像処理装置１は、校正処理（キャリブレーション）を実行する場合、記憶部２００から校正画像を読み出して、表示部３に出力する。例えば、画像処理装置１は、測定装置２の光センサが対向する表示部３の画面の位置（測定位置）に、全白画像が表示されるように予め生成された校正画像を、表示部３に出力するとする。なお、校正画像は、校正処理を実行する際に設定された測定位置に基づいて、生成されるものであってもよい。
【００２２】
図３は、第１の実施例に係る画像処理装置１の構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、画像処理装置１は、制御部１００、記憶部２００、および操作部３００を有する。
【００２３】
制御部１００は、記憶部２００から取得した入力画像のダイナミックレンジを、測定装置２から取得した輝度測定値に基づいて決定された表示レンジに変換して、出力画像を生成し、表示部３に出力する制御回路基板である。制御部１００は、後述する各機能ブロックの全てもしくは一部の処理を実行するためのＣｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ）や、Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ（ＭＰＵ）等の演算処理装置を備える。また、制御部１００は、後述する各機能ブロックの一部の処理を実行するための電子回路等のハードウェアを備えていてもよい。また、制御部１００の演算処理装置は、記憶部２００から読み取ったプログラムを実行することにより、後述の処理を実行する。
【００２４】
記憶部２００は、制御部１００が生成する出力画像のもととなる画像データ、制御部１００の演算処理装置が実行するプログラム、およびプログラムの実行に用いるパラメータを記憶する演算処理装置が読取可能な記憶媒体である。例えば、記憶部２００は、ハードディスク等の不揮発性の記憶媒体であるとする。記憶部２００は、半導体メモリ等の揮発性の記憶媒体を備えていてもよい。また、記憶部２００は、測定装置２から取得した検出輝度を記憶する。
【００２５】
操作部３００は、ユーザが、画像処理装置１に対して、指示を入力するための操作部材である。例えば、操作部３００は、キーボードやマウス等の物理的に信号を入力するための入力装置であるとする。また、操作部３００は、表示部３に表示されたＧｕｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＧＵＩ）を操作して、ユーザの指示を入力するものであってもよい。例えば、操作部３００は、画像処理装置１に対して、キャリブレーションの実行の指示や、表示レンジ設定値の入力が可能であるとする。
【００２６】
制御部１００は、画像処理部１０１、入力レンジ取得部１０２、表示レンジ取得部１０３、測定輝度取得部１０４、表示レンジ決定部１０５、出力部１０６、および校正制御部１０７を備える。さらに、画像処理部１０１は、リニア変換部１０８とレンジ変換部１０９とを備える。
【００２７】
画像処理部１０１は、出力画像の対象とするダイナミックレンジが表示レンジ決定部１０５から取得した表示レンジになるように、入力画像の階調値を変換して、出力画像を生成する。画像処理部１０１は、画像処理部１０１は、出力画像を出力部１０６に出力する。画像処理部１０１の具体的な処理は、後述する。
【００２８】
入力レンジ取得部１０２は、入力画像のダイナミックレンジ（入力レンジ）を取得する。具体的には、入力レンジは、入力画像が対象とする輝度関連値の範囲である。入力レンジは、入力画像取り得る輝度関連値の範囲とも言える。入力レンジ取得部１０２は、取得した入力レンジを示す情報を画像処理部１０１に出力する。
【００２９】
例えば、入力レンジは、入力画像のデータに付加された情報であるとする。この場合、入力レンジ取得部１０２は、入力画像から、入力レンジを示す情報を分離する処理を実行して入力レンジを取得する。なお、入力画像が、画像処理装置１に接続された撮像装置から入力される撮影画像である場合には、入力レンジ取得部は、撮像装置から、入力レンジを示す情報を取得することができる。
【００３０】
輝度関連値は、輝度に関連した値である。本実施例において、輝度関連値は、反射率であるとする。反射率は、輝度の表現の一形式であり、光が物体で反射する際の光源の輝度と反射光の輝度の比率を示す。環境光下で照明された物体の輝度は０〜１００％程度の反射率で表現され、それを超える輝度を有する光源（照明装置、太陽、等）の輝度は１００％以上の反射率で表現されることが多い。本実施例では、入力画像データが対象とする反射率が０〜１０００％であり、入力画像データの信号レベル（階調値）は１０ビットの値（０〜１０２３）であるものとする。
【００３１】
なお、輝度関連値は、輝度に関連した値であればよく、反射率に限らない。例えば、輝度関連値は、輝度（輝度値）そのものであってもよいし、撮像装置が有する撮像センサに入射した光の量（光量）であってもよい。また、入力画像データが対象とする反射率の範囲、及び、入力画像データの階調値の範囲は、上述した範囲より狭くても広くてもよい。
【００３２】
設定レンジ取得部１０３は、操作部３００を介してユーザが入力した設定レンジを示す情報を取得する。設定レンジは、入力レンジのうち、入力画像に基づく画像が表示部３に表示される場合に、入力画像に指示された輝度関連値に対応する輝度で忠実に表示するダイナミックレンジである。例えば、ユーザが設定レンジとして、０〜１０００％を入力したとする。設定レンジ取得部１０３は、取得した表示レンジを示す情報を画像処理部１０１に出力する。
【００３３】
設定レンジ取得部１０３は、ユーザが設定した動作モードに応じて、設定レンジを取得することも可能である。例えば、ＢＴ．７０９に対応する表示モードが設定された場合には、設定レンジ取得部１０３は、設定レンジとして０〜１００％のダイナミックレンジを取得する。そして、ＢＴ．７０９よりもダイナミックレンジが広い画像データに対応する表示モードが設定された場合には、設定レンジ取得部１０３は、表示モードに応じて、０〜１００％の範囲よりも広い設定レンジを取得する。広いダイナミックレンジ（例えば、ＢＴ．７０９よりも広いダイナミックレンジ）は、「ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）」と言うことができる。ダイナミックレンジが広い画像データは、「ＨＤＲ画像データ」と言うことができる。
【００３４】
測定輝度取得部１０４は、校正処理を実行することに応じて、測定装置２から表示部３の表示可能な輝度の最大値を示す表示最大輝度を取得する。例えば、表示最大輝度は、８００ｃｄ／ｍ２（輝度低下時の表示部３の表示輝度の最大値）であるとする。なお、測定輝度取得部１０４は、校正制御部１０７から取得した信号に基づいて、測定装置２が輝度測定を実行するように、測定装置２を制御してもよい。
【００３５】
表示レンジ決定部１０５は、設定レンジ取得部１０３から取得した設定レンジを示す情報と、測定輝度取得部１０４から取得した表示最大輝度に基づいて、画像処理部１０１が生成する出力画像のダイナミックレンジ（表示レンジ）を決定する。具体的には、表示レンジ決定部１０５は、設定レンジと参照レンジとのうち、狭いほうのダイナミックレンジを、表示レンジとする。
【００３６】
図４は、輝度関連値と表示輝度との対応関係を示す輝度関連情報を示す表である。図４において、輝度関連値は、反射率である。輝度関連値と表示輝度との対応関係を示す輝度関連情報は、例えば、テーブルデータとして記憶部２００に記憶されているとする。本実施例において、入力画像の反射率と、表示輝度との関係は、線形であるとする。例えば、入力画像の反射率１００％は、表示輝度１００ｃｄ／ｍ２に対応するとする。
【００３７】
表示レンジ決定部１０５は、表示最大輝度と、輝度関連情報と、を用いて、表示最大輝度に対応する参照レンジを取得する。図４より、測定輝度取得部１０４から取得した表示最大輝度（８００ｃｄ／ｍ２）に対応する参照レンジは、０〜８００％である。したがって、この場合、表示レンジ決定部１０５は、参照レンジ（８００％）を、表示レンジとして決定する。表示レンジ決定部１０５は、表示レンジを示す情報を画像処理部１０１に出力する。
【００３８】
出力部１０６は、画像処理部１０１が出力した出力画像を、表示部３に出力する。出力部１０６は、表示部３が利用可能なデータの形式に出力画像を変換して出力してもよい。また、後述するように、校正処理実行時に校正制御部１０７の指示に応じて、記憶部２００から読み出した校正画像を表示部３に出力する。
【００３９】
校正制御部１０７は、校正処理を実行するように、測定輝度取得部１０４と出力部１０６とを制御する。校正制御部１０７は、ユーザの指示に基づいて、校正処理を実行するとする。なお、校正制御部１０７は、記憶部２００に記憶された予め定められたタイミングに基づいて、校正処理を実行するものであってもよい。
【００４０】
校正処理を実行する場合、校正制御部１０７は、出力部１０６に、校正画像を表示部３に出力することを指示する信号を出力する。また、校正制御部１０７は、測定輝度取得部１０４に、測定装置２から、表示最大輝度を取得することを指示する信号を出力する。
【００４１】
画像処理部１０１は、リニア変換部１０８とレンジ変換部１０９とを備える。画像処理部１０１は、入力レンジ取得部１０２から出力された入力レンジを示す情報と、表示レンジ決定部１０５から出力された表示レンジを示す情報と、に基づいて、レンジ変換処理を入力画像に施して出力画像を生成する。画像処理部１０１は、入力画像のうち表示レンジに含まれる輝度関連値に対応する領域が、入力画像のうち表示レンジに含まれない輝度関連値に対応する領域よりも、出力画像において、入力画像における階調特性に近くなるように、出力画像を生成する。
【００４２】
レンジ変換処理は、入力画像のダイナミックレンジを入力レンジから表示レンジに変換する処理である。具体的には、レンジ変換処理は、出力画像のダイナミックレンジが表示レンジになるように、入力画像の各階調値を変換する。レンジ変換処理により、入力レンジのうち、表示レンジの内側の範囲は、表示レンジの外側の範囲よりも出力画像の階調特性として入力画像の階調特性に近い特性が得られる。画像処理部１０１は、生成した出力画像を表示部３に出力する。
【００４３】
なお、画像処理部１０１が入力画像に施す画像処理は、レンジ変換処理に限らない。レンジ変換処理を含む複数の画像処理が入力画像に施されてもよい。レンジ変換処理以外の画像処理としては、例えば、ぼかし処理、エッジ強調処理、等を用いることができる。また、画像処理部１０１は、後述するようにリニア変換処理を入力画像に施すことも可能である。
【００４４】
リニア変換部１０８は、輝度関連値（反射率）と階調値との関係（階調特性）が非線形である入力画像に対して、リニア変換処理を施して、線形の階調特性を有するリニア画像を生成する。図５は、反射率と、入力画像の階調値との関係を示す模式図である。本実施例では、入力画像は、反射率の増加に対して階調値が非線形（対数的）に増加する非線形特性を有するとする。例えば、入力画像の階調特性は、反射率に対して、１／γの累乗であるとする。図６は、反射率と、リニア画像の階調値との関係を示す模式図である。図６に示すように、リニア画像は、反射率の増加に対して階調値が線形に増加する線形の階調特性を有する。リニア変換部１０８は、入力画像の階調特性を、リニア画像の階調特性に変換する。
【００４５】
リニア変換部１０８は、生成したリニア画像をレンジ変換部１０９に出力する。なお、リニア変換処理は、その後の処理を簡単化するために行われるものであり、省略されてもよい。
【００４６】
レンジ変換部１０９は、リニア画像にレンジ変換処理を施して、輝度関連値の範囲が表示レンジである出力画像を生成する。なお、レンジ変換部１０９は、表示部３のガンマ特性を考慮したガンマ変換処理を、レンジ変換処理が施されたリニア画像に施してもよい。例えば、表示部３のガンマ特性がガンマ値＝２．２のガンマ特性である場合には、レンジ変換部１０９は、レンジ変換処理が施されたリニア画像の階調値を１／２．２乗するガンマ変換処理を行う。なお、ガンマ変換処理は省略されてもよい。本実施例では、表示部３のガンマ特性がガンマ値＝１のガンマ特性であり、ガンマ変換処理は省略されるとする。
【００４７】
図７を用いて、本実施例に係るレンジ変換処理の一例について具体的に説明する。図７は、リニア画像の階調値（入力階調値）および入力画像の反射率と、出力画像の階調値（出力階調値）および出力画像に基づいて画像を表示した場合の表示輝度と、の対応関係の一例を示す模式図である。図７の横軸は入力階調値を示す。なお、リニア変換処理により、リニア画像の階調値は、入力画像の反射率と線形に対応することから、図７の横軸は、入力画像の反射率を示す。図７の縦軸は出力階調値を示す。第１の実施例において、表示部３の表示特性は、図２に示すように、階調値に対して線形であるとする。したがって、図７の縦軸は、表示部３の表示輝度を示す。
【００４８】
本実施例では、出力画像の階調値も、入力画像と同様に、１０ビットの値（０〜１０２３）であるものとする。なお、出力画像の階調値の範囲は、上述した範囲より狭くても広くてもよい。出力画像の階調値の範囲は、入力画像の階調値の範囲より狭くても広くてもよい。
【００４９】
図７の破線７１は、レンジ変換処理を行わない場合の、入力階調値と出力階調値との関係を比較のために示す。レンジ変換処理を行わない場合、出力階調値は、入力階調値と同じ階調値となる。
【００５０】
図７の実線７２は、本実施例に係るレンジ変換処理を施した場合の入力階調値と出力階調値との関係を示す。本実施例では、以下の式１を用いて、出力階調値Ｌｏｕｔが算出される。式１において、Ｄ１は入力レンジの最大反射率である。Ｄ１は、１０００％であるとする。Ｄ２は表示レンジの最大反射率である。Ｄ２は８００％であるとする。Ｌｉｎは入力階調値である。式１において、出力階調値として使用可能な階調値の最大値よりも大きいＬｏｕｔが算出された場合、Ｌｏｕｔは１０２３が設定される。即ち、１０２３よりも大きい出力階調値Ｌｏｕｔは、１０２３にクリップ（制限）される。このような変換処理をクリップ処理という。
Ｌｏｕｔ＝（Ｄ１÷Ｄ２）×Ｌｉｎ  ・・・（式１）
【００５１】
上述のレンジ変換処理により、入力画像の入力レンジのうち表示レンジに含まれる範囲に階調性を有する出力画像が生成される。
【００５２】
なお、式１を用いた演算によって、リニア画像の各階調値が変更されてもよいし、そうでなくてもよい。例えば、入力階調値と出力階調値の対応関係を表すＬＵＴ（Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ）が、式１に基づいて予め生成されてもよい。そして、ＬＵＴを用いて、リニア画像の各階調値が変更されてもよい。具体的には、ＬＵＴからリニア画像の階調値（入力階調値）に対応する出力階調値が取得され、リニア画像の各階調値が取得値（取得された出力階調値）に変更されてもよい。
【００５３】
上述のレンジ変換処理を実行することによって、実線７２に示すように、出力画像は、入力レンジのうち、表示レンジに対応する輝度関連値（反射率）において、入力画像における輝度関連値と輝度との対応に忠実な輝度で表示される。一方で、破線７１で示すように、レンジ変換処理を行わない場合、入力画像の輝度関連値に対応する輝度よりも表示部３に表示される表示輝度が全体的に低下してしまう。これにより、表示部３に表示される画像の視認性が低下する。
【００５４】
上述のレンジ変換処理により、入力反射率の範囲のうち、表示レンジについて、表示レンジの外側の範囲に比べ、出力画像の階調特性として入力画像の階調特性に近い特性が得られる。それにより、階調特性の変化及び画質の劣化が抑制され、且つ、視認性が高い表示画像を得ることができる。
【００５５】
なお、出力階調値Ｌｏｕｔの算出式は、式１に限らない。レンジ変換処理前の画像の階調特性、レンジ変換処理後の画像の階調特性、入力階調値の範囲、出力階調値の範囲、等に依存して、式１は適宜変更される。
【００５６】
本実施例によれば、表示部３の光源や発光素子の経時的な劣化等により、表示部３が表示可能な表示輝度が低下した場合において、入力画像の表示輝度の変化を抑制することが可能となる。表示部３の輝度低下前後における出力画像の表示輝度の変化を用いて、本実施例における画像処理装置１の効果を説明する。例えば、表示部３は、輝度低下前には１０００ｃｄ／ｍ２まで表示可能であり、輝度低下時には８００ｃｄ／ｍ２まで表示可能であるとする。また、設定レンジは０〜１０００％であるとする。
【００５７】
図８は、入力画像の反射率に対する出力画像の階調値を示す模式図である。図８の横軸は、入力画像の反射率を示す。図８の縦軸は、出力画像の階調値を示す。図８の破線８１は、表示レンジが０〜１０００％である場合の、入力画像の反射率に対する出力画像Ａの階調値を示す。破線８１は、輝度低下前の表示部３に対してキャリブレーション処理を実行して得られた表示最大輝度（１０００ｃｄ／ｍ２）に基づいて決定された参照レンジと設定レンジとを用いて、レンジ変換処理を施して生成された出力画像の階調値を示すといえる。また、破線８１は、設定レンジのみに基づいて、レンジ変換処理を施して生成された出力画像の階調値を示すともいえる。
【００５８】
一方、図８の直線８２は、表示レンジが０〜８００％である場合の、入力画像の反射率に対する出力画像Ｂの階調値を示す。すなわち、直線８２は、輝度低下時の表示部３に対してキャリブレーション処理を実行して得られた表示最大輝度（８００ｃｄ／ｍ２）に基づいて決定された参照レンジと設定レンジとを用いて、レンジ変換処理を施して生成された出力画像の階調値を示す。
【００５９】
つまり、第１の実施例に記載の処理を実行することにより、表示部３の輝度低下の前後で、生成される出力画像は、出力画像Ａから出力画像Ｂに変化する。一方で、表示最大輝度を用いて表示レンジを変更しない場合、表示部３の輝度低下によらず、出力画像Ａが出力される。
【００６０】
図９は、出力画像Ａおよび出力画像Ｂに基づいて表示部３に画像を表示した場合の、入力画像の輝度関連値（反射率）と表示輝度との関係を示す模式図である。図９の横軸は、入力画像の輝度関連値（反射率）を示す。図９の縦軸は、出力画像の表示輝度を示す。
【００６１】
図９の破線９１は、輝度低下前の表示部３が出力画像Ａに基づいて画像を表示した場合の、表示輝度を示す。出力画像Ａは、入力画像の輝度関連値の最大値（１０００％）に出力画像の階調値の最大値（１０２３）が対応する線形の階調特性を有する画像である。表示部３は、階調値に対して表示輝度が線形の表示特性であることから、出力画像Ａの階調値の最大値は、表示部３が表示可能な最大の表示輝度（１０００ｃｄ／ｍ２）に対応し、階調値は表示輝度と線形に対応する。したがって、入力画像の輝度関連値と輝度との関係に忠実な輝度で、表示部３で表示される。
【００６２】
図９の一点破線９２は、輝度低下時の表示部３が出力画像Ａに基づいて画像を表示した場合の、表示輝度を示す。表示輝度が低下した場合、出力画像Ａの階調値は、表示部３が表示可能な最大の表示輝度（８００ｃｄ／ｍ２）までの範囲に線形に対応する。つまり、出力画像は、入力画像の輝度関連値に対応する輝度よりも全体的に低い輝度で表示部３に表示される。
【００６３】
図９の実線９３は、輝度低下時の表示部３が出力画像Ｂに基づいて画像を表示した場合の、表示輝度を示す。出力画像Ｂは、輝度低下時の表示部３が表示可能な最大の表示輝度（８００ｃｄ／ｍ２）に基づく、表示レンジ（０〜８００％）に対応するようにレンジ変換処理を施された画像である。出力画像Ｂの階調値の最大値は、表示レンジの最大値（８００％）に対応し、階調値は表示輝度と線形に対応する。したがって、入力レンジのうち、表示レンジに含まれる入力画像の輝度関連値において、入力画像の輝度関連値と輝度との関係に忠実な輝度で、表示部３で表示される。
【００６４】
本実施例に記載の画像処理装置によれば、上述の処理を実行することにより、キャリブレーションにより測定装置２が測定した表示部３の表示輝度の最大値（表示最大輝度）に基づいて決定された表示レンジに対応する出力画像を生成することが可能となる。したがって、表示部３が表示可能な輝度が、経時的な劣化や、光源の劣化等により低下した場合においても、表示可能な輝度の範囲の階調特性を忠実に表現することが可能となる。したがって、表示部３が表示可能な最大の表示輝度が変化する場合に、入力画像のうち、ユーザが指定した表示レンジに対応する領域の表示輝度が変化することを抑制することが可能となる。
【００６５】
また、画像処理部１０１は、表示レンジ決定部１０５が決定した表示レンジを示すグラフィック画像を、Ｏｎ  Ｓｃｒｅｅｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ（ＯＳＤ）として生成し、出力画像に合成して表示部３に出力してもよい。
【００６６】
図１０は、画像処理部１０１が生成する表示レンジを示すＯＳＤ画像を示す模式図である。例えば、ＯＳＤ画像は、ユーザが指定した設定レンジと、出力画像の表示レンジとを合わせて表示するためのグラフィック画像であるとする。これにより、ユーザは、設定したダイナミックレンジ（設定）のうち、実際に入力画像の階調特性に忠実に表示されるダイナミックレンジ（表示レンジ）を認識することが容易となる。図１０において、輝度レンジ設定は、設定レンジと表示レンジとを表示する画面を示している。表示部３が輝度低下前（初期）である場合には、表示レンジ（１０００％）は、設定レンジ（１０００％）と同等である。表示部３が輝度低下時（劣化時）である場合には、表示レンジ（８００％）は、設定レンジ（１０００％）よりも低下し、ＯＳＤ画像に表示レンジが低下したことが示される。
【００６７】
なお、画像処理装置１は、キャリブレーションを任意のタイミングで実行し、取得した表示最大輝度に基づいて、時々刻々と動的に表示レンジを決定することも可能である。これにより、表示部３の温度や、使用環境による表示輝度の変動による画像への影響を抑制することが可能となる。例えば、測定装置２は、表示部３に組み込まれていてもよい。表示部３の画面の端部等、ユーザが画像を視認する際に妨げにならない位置に、測定装置２を配置することにより、任意のタイミングでキャリブレーションを実行し、表示最大輝度を取得することが可能となる。
【００６８】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例における画像処理装置１は、入力画像の反射率が特定の範囲に含まれる場合、反射率に対して表示輝度が線形の関係となるように表示し、それ以外の範囲は、所定の指数関数に基づいて圧縮して表示するように、出力画像を生成する。画像処理装置１は、ユーザが設定した設定レンジを、特定の範囲とする。
【００６９】
第２の実施例における画像処理装置１の装置構成図、および機能ブロック図は、第１の実施例と同様である。第２の実施例における画像処理装置１のうち、表示レンジ決定部１０５、およびレンジ変換部１０９以外の機能ブロックは、第１の実施例と同様であることから説明を省略する。
【００７０】
表示レンジ決定部１０５は、設定レンジ取得部１０３から、入力画像の反射率に対して表示輝度が線形となる設定レンジを示す情報を取得する。さらに、表示レンジ決定部１０５は、測定輝度取得部１０４から、キャリブレーションによって得られた表示部３の表示可能な最大の表示輝度である表示最大輝度を取得する。例えば、設定レンジは、０〜５００％であるとする。
【００７１】
レンジ変換部１０９は、設定レンジに含まれる反射率に対して表示輝度が線形になるように、リニア画像から出力画像を生成する。さらに、レンジ変換部１０９は、設定レンジに含まれない反射率が設定レンジの上限値に対応する表示輝度から表示最大輝度までの表示輝度の範囲で表示されるように、リニア画像から出力画像を生成する。言い換えると、レンジ変換部１０９は、設定レンジに含まれる輝度関連値に対応する領域が、それ以外の領域よりも、出力画像において、入力画像の階調特性に近くなるように出力画像を生成する。例えば、入力画像のダイナミックレンジ（入力レンジ）が０〜１０００％、表示部３の表示可能な輝度の最大値（表示最大輝度）は８００ｃｄ／ｍ２であるとする。
【００７２】
図１１は、入力画像の反射率に対して、第２の実施例の画像処理装置１が生成した出力画像に基づいて表示部３が画像を表示した場合の輝度を示す模式図である。図１１に示すように、入力画像の反射率が設定レンジ（０〜５００％）に含まれる場合、反射率に対して、輝度が線形の関係になるように出力画像を生成される。さらに、設定レンジを超える（＞５００％）反射率は、設定レンジの上限値（５００％）に対応する表示輝度５００ｃｄ／ｍ２から、表示最大輝度（８００ｃｄ／ｍ２）までの範囲で表示されるように階調が圧縮される。
【００７３】
第２の実施例によれば、表示部３の表示可能な輝度の最大値が光源の経時的な劣化等により低下した場合に、少なくとも設定レンジに含まれる反射率に対応する入力画像の表示特性の変化を抑制することが可能となる。また、第１の実施例に記載したように、例えば、表示部３の表示輝度の最大値が低下した場合に、少なくとも設定レンジに含まれる反射率に対応する入力画像の表示特性の変化を抑制することが可能となる。したがって、表示部３が表示可能な最大の表示輝度が変化する場合に、入力画像のうち、ユーザが指定した設定レンジに対応する領域の表示輝度が変化することを抑制することが可能となる。
【００７４】
図１２は、輝度低下前後における入力画像の輝度関連値に対する表示輝度の変化を示す模式図である。図１２の横軸は、入力画像の輝度関連値（反射率）を示す。図１２の縦軸は、表示輝度を示す。
【００７５】
図１２の破線１２１は、輝度低下前の表示部３に対してキャリブレーションを実行して得られた表示最大輝度に基づいて、生成された出力画像Ｃの表示輝度を示す。また、図１２の実線１２２は、輝度低下時の表示部３に対してキャリブレーションを実行して得られた表示最大輝度に基づいて、生成された出力画像Ｃの表示輝度を示す。表示部３の表示輝度は、輝度低下前は８００ｃｄ／ｍ２まで表示可能であり、輝度低下時は６００ｃｄ／ｍ２まで表示可能であるとする。設定レンジは、０〜５００％であるとする。
【００７６】
表示部３の表示輝度の最大値が、８００ｃｄ／ｍ２から６００ｃｄ／ｍ２に低下した場合に、入力画像の反射率と画像処理装置１が出力する出力画像に基づいて表示される画像の輝度との関係は、破線１２１から実線１２２に変化する。したがって、表示部３が表示可能な表示輝度が低下した場合においても、設定レンジ（０〜５００％）において、入力画像の輝度関連値と輝度との関係に忠実に輝度が輝度関連値に対して線形の特性で表示される。
【００７７】
これにより、表示部３の表示可能な輝度が低下しても、ユーザが入力画像に関連付けられた輝度関連値に対して忠実に輝度を表示したい設定レンジの表示輝度が低下することを抑制することが可能となる。
【００７８】
＜その他の実施例＞
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１  画像処理装置
２  測定装置
３  表示部
１００  制御部
１０１  画像処理部
１０２  入力レンジ取得部
１０３  設定レンジ取得部
１０４  測定輝度取得部
１０５  表示レンジ決定部
１０６  出力部
１０７  校正制御部
１０８  リニア変換部
１０９  レンジ変換部
２００  記憶部
３００  操作部
【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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