(57)【要約】【課題】画像表示装置内部の階調値と表示部の出力値が設定通りの関係にない場合、隣接階調値の出力値の差が不均等となり、空のような明るさがゆっくり変化するグラデーションを表示すると、所々に段差が見え自然さを失った映像となる。【解決手段】乱数期待値生成部１０１は、入力画素を入力とし、入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を出力とする。乱数生成部１０２は、期待値を入力とし、乱数を出力とする。合成部１０３は、入力画素と乱数を入力とし、入力画素の階調値に乱数を加算し出力する。この構成により、期待値を調整することで、各隣接階調値の出力値の差を精度良く補正することができる。【選択図】図１
2008129521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の入出力特性を持つ表示部を有する画像表示装置に用いられる画像処理装置であって、
入力画像を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を生成する乱数期待値生成部と、
前記期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ前記乱数を生成する乱数生成部と、
前記所定の振幅幅を持つ前記乱数と前記入力画素の前記階調値とを合成し、前記画像表示装置の前記表示部に出力する合成部と、
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記乱数期待値生成部は、前記表示部の前記入出力特性に基づいて前記乱数の前記期待値を生成する、
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記乱数期待値生成部は、前記表示部の出力値のステップ幅が均等となるように前記乱数の前記期待値を生成する、
請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記乱数期待値生成部は、前記入力画素の前記階調値と前記表示部の出力値のステップ幅が均等となる前記乱数の前記期待値とを対応づけたテーブルを有し、
前記テーブルに基づいて、前記乱数の前記期待値を生成する、
請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記入力画素の前記階調値と前記入力画素の周辺画素の階調値とから得られる高周波成分に基づいて前記乱数の前記期待値を補正するためのエッジ拡大値を生成するエッジ拡大値生成部をさらに備え、
前記乱数期待値生成部は、前記エッジ拡大値と前記入力画素の前記階調値とに基づいて前記乱数の前記期待値を生成する、
請求項１から４のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記乱数期待値生成部は、所定の階調変換特性に基づいて前記乱数の前記期待値を生成する、
請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記乱数期待値生成部は、前記階調変換特性を２つの前記入力画素の前記階調値に対応する前記表示部の出力値の差が大きくなる特性とするために、前記２つの前記入力画素のうち大きい階調値をもつ画素に対応する前記画像表示装置の前記出力値がより大きな値となるように前記期待値を生成する、
請求項６に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記乱数期待値生成部は、前記階調変換特性を２つの前記入力画素の前記階調値に対応する前記表示部の出力値の差が大きくなる特性とするために、前記２つの前記入力画素のうち小さい階調値をもつ画素に対応する前記表示部の前記出力値がより小さな値となるように前記期待値を生成する、
請求項６又は７に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記入力画素の階調値と前記入力画素の周辺画素の階調値とから得られる低周波成分に基づいて前記乱数の前記期待値を補正するためのエッジ縮小値を生成するエッジ縮小値生成部をさらに備え、
前記乱数期待値生成部は、前記エッジ縮小値と前記入力画素の前記階調値とに基づいて前記乱数の前記期待値を生成する、
請求項１から８のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記乱数期待値生成部は、前記階調変換特性を２つの前記入力画素の前記階調値に対応する前記表示部の出力値の差が小さくなる特性とするために、前記２つの前記入力画素のうち大きい階調値をもつ画素に対応する前記表示部の前記出力値がより小さな値となるように前記期待値を生成する、
請求項９に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記乱数期待値生成部は、前記階調変換特性を２つの前記入力画素の前記階調値に対応する前記表示部の出力値の差が小さくなる特性とするために、前記２つの前記入力画素のうち小さい階調値をもつ画素に対応する前記表示部の前記出力値がより大きな値となるように前記期待値を生成する、
請求項９又は１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記期待値に基づいて前記乱数の振幅値を生成する乱数振幅生成部をさらに備え、
前記乱数生成部は、前記振幅値に基づいて前記乱数を生成する、
請求項１１に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記乱数は、一様乱数である、
請求項１から１２のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項１４】
前記乱数は、ガウス乱数である、
請求項１から１２のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項１５】
前記乱数は、フレームにおける任意の位置の画素において、フレームごとに異なる値をとる、
請求項１から１４のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項１６】
前記乱数は、フィールドにおける任意の位置の画素において、フィールドごとに異なる値をとる、
請求項１から１４のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項１７】
前記合成部は、前記期待値が０のとき、前記乱数を前記入力画素の前記階調値に付加しない、
請求項１から１６のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載の画像処理装置を用いたプラズマ・ディスプレイ装置。
【請求項１９】
所定の入出力特性を持つ表示部を有する画像表示装置に用いられる集積回路であって、
入力画像を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を生成する乱数期待値生成部と、
前記期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ前記乱数を生成する乱数生成部と、
前記所定の振幅幅を持つ前記乱数と前記入力画素の前記階調値とを合成し、前記画像表示装置の前記表示部に出力する合成部と、
を備える集積回路。
【請求項２０】
所定の入出力特性を持つ表示部を有する画像表示装置に表示させる画像を処理する画像処理方法であって、
入力画像を構成する入力画素の階調値と前記表示部の前記入出力特性とに基づいて乱数の期待値を生成する乱数期待値生成ステップと、
前記期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ前記乱数を生成する乱数生成ステップと、
前記所定の振幅幅を持つ前記乱数と前記入力画素の前記階調値とを合成し、前記画像表示装置の前記表示部に出力する合成ステップと、
を有する画像処理方法。
【請求項２１】
所定の入出力特性を持つ表示部を有する画像表示装置に用いられる画像処理用プログラムであって、コンピュータを、
入力画像を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を生成する乱数期待値生成部、
前記期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ前記乱数を生成する乱数生成部、
前記所定の振幅幅を持つ前記乱数と前記入力画素の前記階調値とを合成し、前記画像表示装置の前記表示部に出力する合成部、
として機能させるための画像処理用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置内部の信号値と表示部の出力値が設定通りの関係にない画像表示装置、画像処理方法、画像処理用プログラム、集積回路およびそれらを用いたプラズマ・ディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像（映像）表示装置では、画像表示装置の表示部（以下、「表示部」という。）に入力される画像表示装置内部の画像（映像）信号値（画像（映像）信号階調値）（以下、「画像信号階調値」という。）によって、表示部で出力（発光）される光の強度（出力値）が決定される。表示部のガンマ補正において、γ＝１に設定すれば、表示部に入力される画像信号階調値と表示部の出力値とは、線形の関係となる。しかし、実際は、例えば、図２に示すように線形の関係とならず、隣接する画像信号階調値に対応する表示部の出力値の差が不均等となり、階調歪を発生させる画像表示装置が多い。例えば、表示部に入力される画像信号階調値と表示部の出力値との関係が図２に示す特性である場合、表示部に入力される画像信号階調値がＩ＋３ＡおよびＩ＋４Ａである場合の表示部の出力値の差は、１．５Ｂであるのに対し、表示部に入力される画像信号階調値がＩ＋４ＡおよびＩ＋５Ａである場合の表示部の出力値の差は０．５Ｂである。このような画像表示装置で、例えば、空のような明るさがゆっくり変化するグラデーションを含む画像（映像）を表示させると、所々に段差（いわゆる疑似輪郭）が見え自然さを失った画像（映像）となってしまうという問題点がある。
【０００３】
この問題点を改善する従来技術として、画像表示装置に入力される画像（映像）を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の振幅値を決定し、その振幅値が決定された乱数を入力画素の階調値に加算するものがある（例えば、特許文献１）。図３２に、従来の画像表示装置３０００の一部の構成を示す。図３２において、画像表示装置３０００は、主に、画像処理装置３００１と表示部３００６とから構成される。画像処理装置３００１は、主に、ＬＵＴ部３００２と、乱数生成部３００３と、乗算器３００４と、加算器３００５とから構成される。ＬＵＴ部３００１は、入力画素の階調値を入力とし、階調歪の目立ち易さに応じて乱数の振幅値を出力する。乱数生成部３００４は、一様乱数を出力する。乱数生成部３００３から出力された一様乱数とＬＵＴ部３０１から出力された振幅値とが乗算器３００４により乗算され、加算器３００５に入力される。加算器３００３は、入力画素の階調値と乗算器３００４から出力された補正後の一様乱数の値とを加算し、出力画素の階調値として出力する。そして、加算器３００３から出力された画像（映像）信号は、表示部３００６で画像（映像）として表示される。
【０００４】
このように、従来の画像処理装置３００１では、乱数を付加することで階調歪を和らげる効果を実現することができる。例えば、表示部３００６が図２に示す階調特性をもつ画像表示装置３０００について図３を用いて説明する。画像処理装置３００１は、画像表示装置３０００に入力される画像信号の階調値（画像信号階調値）がＩ＋４Ａである場合、画像信号の階調値Ｉ＋４Ａに振幅値Ｚ１の一様乱数Ｎ１を加算する（−１．５Ａ≦Ｚ１≦１．５Ａ）。ここで、画像信号階調値は整数の値をとるので、乱数を加算することで発生した少数部分の値は、例えば四捨五入され整数値に丸め込まれる。つまり、図３に示す場合、−１．５Ａ≦Ｎ１＜−０．５Ａの範囲の乱数が発生したときは階調値Ｉ＋３Ａが選択され、−０．５Ａ≦Ｎ１＜０．５Ａの範囲の乱数が発生したときは階調値Ｉ＋４Ａが選択され、０．５Ａ≦Ｎ１＜１．５Ａの範囲の乱数が発生したときは階調値Ｉ＋５Ａが選択される。Ｎ１は一様乱数であるので、階調値Ｉ＋３Ａ、Ｉ＋４ＡおよびＩ＋５Ａが選択される確率は、それぞれ１/３となる。ある瞬間に１つの画素をみれば、Ｉ＋３Ａ、Ｉ＋４Ａ、Ｉ＋５Ａのどれか１つの階調値が選択されていることになるが、表示される画像の１画素や印刷物の１画素の大きさが十分小さい場合、人間の視覚特性によれば、人間は空間方向に複数の画素をまとめて見ているとみなすことができる。また、ＴＶ装置などに表示される画像（映像）の場合は、時間方向に複数のフレーム（フィールド）を短時間に表示するので、人間の視覚特性によれば、人間は時間方向に複数の画素をまとめて見ているとみなすことができる。図２に示す画像信号階調値と表示部の出力値との関係から乱数を付加した後の出力値について計算すると、それぞれの階調値が選択される確率は１/３であるから、乱数付加後の出力値の平均値Ｙ１は（数式１）のようになる。
【０００５】
【数１】
2008129521.tif 000003
人間は小さい画素を見る場合、視覚特性上、時間的・空間的に複数の画素を見ているとみなすことができるので、人間の目には、時間的・空間的に平均された階調値をもつ画素をずっと見ているように感じられる。このように時間的・空間的に複数の画素を利用することで各出力値の中間値を表現することができる。図２において、階調値Ｉ＋ＡからＩ＋７Ａの各階調値に振幅値Ｚ１（−１．５Ａ≦Ｚ１＜１．５Ａ）の一様乱数Ｎ１を加算した結果は、図４に示す表４０１のようになる。乱数付加前の表示部の出力値は、各隣接階調値の出力値の差が表示部に入力される階調値Ｉ＋４Ａを境に１．５Ｂと０．５Ｂであった。このため、表示部に入力される階調値（入力階調値）がＩ＋ＡからＩ＋７Ａである階調値のグラデーション画像を表示部に表示した場合、入力階調値Ｉ＋４Ａに対応する部分で段差が生じた状態（疑似輪郭が発生しやすい状態）で表示部に表示されていた。しかし、乱数付加後の表示部の出力値は、各隣接階調値の出力値の差（出力値のステップ幅）が０．５Ｂ〜１．５Ｂの範囲でまばらな値をとっているが、入力階調値Ｉ＋３ＡおよびＩ＋４Ａの差（出力値のステップ幅）と、階調値Ｉ＋４ＡおよびＩ＋５Ａの差（出力値のステップ幅）とを比較すると乱数付加前より小さくなっている。つまり、乱数付加前は、１．０Ｂ（＝１．５Ｂ−０．５Ｂ）であったものが、乱数付加により０．４Ｂ（＝１．２Ｂ−０．８Ｂ）と小さくなっており、入力階調値Ｉ＋４Ａに対応する部分での段差が小さくなっている。他の出力値に関しても出力値のステップ幅の差が生じてはいるが乱数付加前にある１.０Ｂほど大きな差はない。
【０００６】
したがって、画像処理装置３００１では、乱数を付加することにより、各階調値の出力値を平均化し、隣接する出力値のステップ幅の大きな差を緩和することができ、表示部３００６で表示される画像（映像）の階調歪を軽減することができる。
【特許文献１】特開平６−２０３１４８号公報（第７頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の画像処理装置３００１の構成では、振幅値の設定された乱数を用いることで、各隣接階調値の出力値の差（出力値のステップ幅）を調整しているので、精度良く補正できず、表示部で表示される画像（映像）に階調歪が残って自然さを失うという課題がある。
振幅値の設定された乱数を用いるだけでは各隣接階調値の出力値の差を精度良く補正できないことに関して、図２、図３および図５〜７を用いて補足説明する。図５に示すように、振幅値Ｚ１より小さい振幅値Ｚ２による一様乱数Ｎ２が、表示部３００６に入力される階調値Ｉ＋４Ａに加算されている（−１．０Ａ≦Ｚ２＜１．０Ａ）。図２に示す画像信号階調値と表示部の出力値との関係から乱数を付加した後の表示部の出力値について計算すると、乱数付加後の表示部の出力値の平均値Ｙ２は（数式２）のようになる。
【０００８】
【数２】
2008129521.tif 000004
（数式１）や（数式２）から分かるように、乱数の振幅値の範囲を調整することで、隣接階調値の出力値の差（出力値のステップ幅）を調整することができる。
しかし、その調整範囲は狭い。まず、同じ画像信号階調値を使って振幅値の範囲を調整する場合（例えば図３や図５のようにＩ＋３Ａ、Ｉ＋４Ａ、Ｉ＋５Ａの３つの階調値のみを使用して振幅値の範囲を調整する場合）、乱数付加後の表示部の出力値の平均値Ｙは、最大・最小の階調値（図３、図５では、階調値Ｉ＋３ＡとＩ＋５Ａ）を全く使用しないときの値Ｙｏｎｅから、全ての階調値（図３、図５では、階調値Ｉ＋３Ａ、Ｉ＋４ＡおよびＩ＋５Ａ）を均等に使用するときの値Ｙａｌｌの範囲となる（Ｙａｌｌ≦Ｙ＜Ｙｏｎｅ  ｏｒ  Ｙｏｎｅ＜Ｙ≦Ｙａｌｌ）。例えば、図３、図５の場合、階調値Ｉ＋４Ａのみ使用して算出された表示部の出力値の平均値Ｏ＋５．５Ｂより小さく、３つの階調値を均等に使用して算出された表示部の出力値の平均値Ｏ＋５．２Ｂ以上の範囲となる。つまり、表示部の出力値のステップ幅の補正は、この値の範囲のみでしか行うことができない。
【０００９】
次に、図６に示すように、振幅値を大きくすることで使用する画像信号階調値の数を増やすことができる。このことにより、隣接する画像信号階調値の表示部の出力値の差（出力値のステップ幅）の調整範囲が広がる可能性はあるが、それは各画像信号階調値に対応する表示部の出力値次第である。例えば、表示部の出力値が図７に示すように、表示部に入力される画像信号階調値に対応する表示部の出力値のステップ幅が均等であり（図７では、表示部の出力値のステップ幅が０．５Ｂで均等。）、かつ、表示部の出力値の平均値を求めるために使用される画像信号階調値が均等である場合、乱数の振幅値の範囲を変更しても表示部の出力値の平均値を変化させることはできない。図７に示す場合は、Ａ〜Ｃのいずれの場合も表示部の出力値の平均値は、Ｏ＋９Ｂとなる。つまり、このような場合、表示部の出力値の平均値を調整することができないので、表示部の出力値のステップ幅の補正を行うことができず、その結果、表示部の入出力特性（階調特性）を補正することはできない。
【００１０】
さらに乱数の振幅値を大きくすることにより、表示部に出力される画像（映像）のノイズ感を高めてしまうという大きな問題を生じることになる。
本発明が解決しようとする課題は、上記問題点を解決するもので、出力画像（映像）のノイズ感を抑制しつつ、画像信号階調値において隣接する各階調値に対応する表示部の出力値の差（出力値のステップ幅）を精度良く補正することで、表示部の入出力特性（階調特性）を精度良く補正することができる画像処理装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、所定の入出力特性を持つ表示部を有する画像表示装置に用いられる画像処理装置であって、乱数期待値生成部と、乱数生成部と、合成部と、を備える。乱数期待値生成部は、入力画像を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を生成する。乱数生成部は、期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ乱数を生成する。合成部は、所定の振幅幅を持つ乱数と入力画素の階調値とを合成し、画像表示装置の表示部に出力する。
この画像処理装置では、入力画像を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を生成し、期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ乱数を入力画素に付加することができるので、ノイズ感を抑えたまま各隣接階調値に対応する表示部の出力値の差（出力値のステップ幅）を精度良く補正できる。
これにより、表示部において自然な映像として表示されるように入力画像に対して画像処理を施すことができる。
【００１２】
なお、この画像処理装置と画像表示装置とは、それぞれ独立したものであってもよいし、画像表示装置の内部に画像処理装置が含まれるものであってもよい。
第２の発明は、第１の発明であって、乱数期待値生成部は、表示部の入出力特性に基づいて乱数の期待値を生成する。
これにより、この画像処理装置では、表示部の入出力特性に基づいた乱数の期待値により入力画素の階調値を補正することができるので、ノイズ感を抑えたまま所定の階調特性を実現するように階調補正を実現することができる。この画像処理装置により、例えば、特定の視覚処理効果を有する階調特性を実現する階調補正を行うことができる。
第３の発明は、第２の発明であって、乱数期待値生成部は、表示部の出力値のステップ幅が均等となるように乱数の期待値を生成する。
【００１３】
これにより、この画像処理装置では、表示部の入出力特性に基づき、乱数の期待値により、所定の振幅幅を持つ乱数を入力画素に付加することができるので、ノイズ感を抑えたまま各隣接階調値に対応する表示部の出力値の差（出力値のステップ幅）を均等にすることができる。その結果、この画像処理装置に入力された画像（映像）信号の階調値と表示部での出力値との入出力特性は、線形特性となるので、この画像処理装置により処理された画像（映像）信号を表示部に表示させることで階調歪みのない画像（映像）を表示させることができる。
第４の発明は、第２の発明であって、乱数期待値生成部は、入力画素の階調値と表示部の出力値のステップ幅が均等となる乱数の期待値とを対応づけたテーブルを有し、テーブルに基づいて、乱数の期待値を生成する。
【００１４】
この画像処理装置では、乱数期待値生成部において、入力画素の階調値と表示部の出力値のステップ幅が均等となる乱数の期待値とを対応づけたテーブルを有しているので、表示部の出力値のステップ幅が均等となる乱数の期待値の計算を逐一行うことがないので、迅速な処理を行うことができる。
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明であって、入力画素の階調値と入力画素の周辺画素の階調値とから得られる高周波成分に基づいて乱数の期待値を補正するためのエッジ拡大値を生成するエッジ拡大値生成部をさらに備える。乱数期待値生成部は、エッジ拡大値と入力画素の階調値とに基づいて乱数の期待値を生成する。
この画像処理装置では、高周波成分に基づいて生成した期待値の乱数を付加することにより、入力画素が構成する画像においてエッジ周辺部の広い領域で視覚的に表示部の出力値の差が大きいようにみせることができるため、ノイズ感を抑えつつ、入力画素の各隣接階調値に対応する表示部１０４の出力値の差を補正することができる。
【００１５】
第６の発明は、第５の発明であって、乱数期待値生成部は、所定の階調変換特性に基づいて乱数の期待値を生成する。
これにより、出力画像におけるノイズ感を抑えつつ、表示部に表示させる画像において所定の階調変換特性を実現させることができる。
なお、「所定の階調変換特性」とは、例えば、特定のガンマ補正を実現するような階調特性を含む概念である。
第７の発明は、第６の発明であって、乱数期待値生成部は、階調変換特性を２つの入力画素の階調値に対応する表示部の出力値の差が大きくなる特性とするために、２つの入力画素のうち大きい階調値をもつ画素に対応する画像表示装置の出力値がより大きな値となるように期待値を生成する。
【００１６】
この画像処理装置では、特に、入力画素が構成する画像において、平坦な部分におけるエッジ部分において良好な視覚特性効果を有する階調変換特性を実現することができる。特に、表示部に表示される画像において、平坦なディテール部分を、ノイズ感を上げることなく自然に強調することができる。
第８の発明は、第６又は第７の発明であって、乱数期待値生成部は、階調変換特性を２つの入力画素の階調値に対応する表示部の出力値の差が大きくなる特性とするために、２つの入力画素のうち小さい階調値をもつ画素に対応する表示部の出力値がより小さな値となるように期待値を生成する。
この画像処理装置では、特に、入力画素が構成する画像において、平坦な部分におけるエッジ部分において良好な視覚特性効果を有する階調変換特性を実現することができる。
【００１７】
第９の発明は、第１から第８のいずれかの発明であって、入力画素の階調値と入力画素の周辺画素の階調値とから得られる低周波成分に基づいて乱数の期待値を補正するためのエッジ縮小値を生成するエッジ縮小値生成部をさらに備える。乱数期待値生成部は、エッジ縮小値と入力画素の階調値とに基づいて乱数の期待値を生成する。
この画像処理装置では、特に、入力画素が構成する画像において、平坦な部分におけるエッジ部分において良好な視覚特性効果を有する階調変換特性を実現することができる。そして、表示部に表示される画像において、不自然な段差が生じている部分やいわゆる疑似輪郭が生じている部分を、ノイズ感を上げることなく自然に階調補正することができる。
第１０の発明は、第９の発明であって、乱数期待値生成部は、階調変換特性を２つの入力画素の階調値に対応する表示部の出力値の差が小さくなる特性とするために、２つの入力画素のうち大きい階調値をもつ画素に対応する表示部の出力値がより小さな値となるように期待値を生成する。
【００１８】
この画像処理装置では、特に、入力画素が構成する画像において、平坦な部分におけるエッジ部分において良好な視覚特性効果を有する階調変換特性を実現することができる。そして、表示部に表示される画像において、不自然な段差が生じている部分やいわゆる疑似輪郭が生じている部分を、ノイズ感を上げることなく自然に階調補正することができる。
第１１の発明は、第９又は１０の発明であって、乱数期待値生成部は、階調変換特性を２つの入力画素の階調値に対応する表示部の出力値の差が小さくなる特性とするために、２つの入力画素のうち小さい階調値をもつ画素に対応する表示部の出力値がより大きな値となるように期待値を生成する。
この画像処理装置では、特に、入力画素が構成する画像において、平坦な部分におけるエッジ部分において良好な視覚特性効果を有する階調変換特性を実現することができる。そして、表示部に表示される画像において、不自然な段差が生じている部分やいわゆる疑似輪郭が生じている部分を、ノイズ感を上げることなく自然に階調補正することができる。
【００１９】
第１２の発明は、第１１の発明であって、期待値に基づいて乱数の振幅値を生成する乱数振幅生成部をさらに備える。乱数生成部は、振幅値に基づいて乱数を生成する。
この画像処理装置では、期待値に基づき、乱数の振幅値を生成するので、期待値が小数値部分の値が小さくなるほど、入力画素に付加される乱数の振幅を小さくすることができる。
第１３の発明は、第１から第１２のいずれかの発明であって、乱数は、一様乱数である。一様乱数は、任意の範囲内にあるそれぞれの値の発生確率が等しいので、乱数期待値生成部において、一様乱数を用い、画像信号階調値から期待値を参照するテーブルを作成することが容易になる。なお、「一様乱数」は、一様疑似乱数を含む概念である。
第１４の発明は、第１から第１２のいずれかの発明であって、乱数は、ガウス乱数である。
【００２０】
第１５の発明は、第１から第１４のいずれかの発明であって、乱数は、フレームにおける任意の位置の画素において、フレームごとに異なる値をとる。
これにより、画像処理装置に動画像（映像）が入力される場合であっても、時間方向についてのノイズ感をも抑えつつ、各隣接階調値に対応する表示部の出力値の差（出力値のステップ幅）を精度良く補正できる。ここでの「異なる値をとる」乱数とは、各フレームの画像において同じ座標を有する画素について、時間方向に乱数となるものをいう。例えば、疑似乱数の場合、フレームごとに異なるＳＥＥＤ（種）により発生した乱数を使うことで実現される。
第１６の発明は、第１から第１４のいずれかの発明であって、乱数は、フィールドにおける任意の位置の画素において、フィールドごとに異なる値をとる。
【００２１】
これにより、第１５の発明における効果と同様の効果が、フィールドに対して実現される。
第１７の発明は、第１から第１６のいずれかの発明であって、合成部は、期待値が０のとき、乱数を入力画素の階調値に付加しない。
この画像処理装置では、期待値が０であるときに入力画素の階調値に乱数を付加しないことにより、乱数によって階調値を補正する必要がないところに乱数を付加しなくなり、ノイズ感を抑えることができる。
第１８の発明は、第１から第１７のいずれかの発明である画像処理装置を用いたプラズマ・ディスプレイ装置である。
これにより、第１から第１７のいずれかの発明の効果をプラズマ・ディスプレイ装置で実現することができる。
第１９の発明は、所定の入出力特性を持つ表示部を有する画像表示装置に用いられる集積回路であって、乱数期待値生成部と、乱数生成部と、合成部と、を備える集積回路である。乱数期待値生成部は、入力画像を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を生成する。乱数生成部は、期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ乱数を生成する。合成部は、所定の振幅幅を持つ乱数と入力画素の階調値とを合成し、画像表示装置の表示部に出力する。
【００２２】
これにより集積回路において、発明１と同様の効果を実現することができる。
第２０の発明は、所定の入出力特性を持つ表示部を有する画像表示装置に表示させる画像を処理する画像処理方法であって、乱数期待値生成ステップと、乱数生成ステップと、合成ステップと、を有する。乱数期待値生成ステップでは、入力画像を構成する入力画素の階調値と表示部の入出力特性とに基づいて乱数の期待値を生成する。乱数生成ステップでは、期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ乱数を生成する。合成ステップでは、所定の振幅幅を持つ乱数と入力画素の階調値とを合成し、画像表示装置の表示部に出力する。
この画像処理方法では、入力画像を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を生成し、期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ乱数を入力画素に付加することができるので、ノイズ感を抑えたまま各隣接階調値に対応する表示部の出力値の差（出力値のステップ幅）を精度良く補正できる。
【００２３】
これにより、表示部において自然な映像として表示されるように入力画像に対して画像処理を施すことができる。
第２１の発明は、所定の入出力特性を持つ表示部を有する画像表示装置に用いられる画像処理用プログラムであって、コンピュータを、乱数期待値生成部、乱数生成部、および合成部として機能させるための画像処理用プログラムである。乱数期待値生成部は、入力画像を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を生成する。乱数生成部は、期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ乱数を生成する。合成部は、所定の振幅幅を持つ乱数と入力画素の階調値とを合成し、画像表示装置の表示部に出力する。
この画像処理用プログラムでは、入力画像を構成する入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を生成し、期待値に基づいて所定の振幅幅を持つ乱数を入力画素に付加することができるので、ノイズ感を抑えたまま各隣接階調値に対応する表示部の出力値の差（出力値のステップ幅）を精度良く補正できる。
【００２４】
これにより、表示部において自然な映像として表示されるように入力画像に対して画像処理を施すことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の画像表示装置によれば、入力画素の階調値に基づいて生成された期待値の乱数を付加することにより、ノイズ感を抑えたまま各隣接階調値の出力値の差を精度良く補正できるので、自然な映像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
＜画像表示装置および画像処理装置の構成＞
図１に本発明の第１実施形態に係る画像表示装置１０００の構成図を示す。画像表示装置１０００は、主に、画像（映像）信号が入力される画像処理装置１００と、画像処理装置１００から出力された画像（映像）信号の画像信号階調値に基づいて、画像（映像）を表示させる表示部１０４とから構成される。そして、画像処理装置１００は、主に、乱数の期待値を生成する乱数期待値生成部１０１と、乱数期待値生成部１０１で生成された期待値に基づいて、乱数を生成させる乱数生成部１０２と、画像処理装置１００に入力された画像（映像）信号の画像信号階調値と乱数生成部１０２で生成された乱数の値とを合成する合成部１０３とから構成される。
【００２７】
乱数期待値生成部１０１は、画像処理装置１００に入力された画像（映像）信号（以下、「入力画素」という。）を入力とし、入力画素の階調値に基づいて乱数の期待値を出力する。乱数期待値生成部１０１は、例えば、図１３に示すような入力画素の階調値から期待値を参照するテーブル１３００を持つ。このテーブル１３００は、表示部１０４の入出力特性（階調特性）を基に、隣接する画像信号階調値に対応する表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）が均等になるように期待値を決定し、決定された期待値を入力画素の階調値と対応づけることで作成される。なお、このテーブル１３００は、必ずしも全階調値（図１３の場合は、０〜２５５の階調値）について対応する期待値のデータを有している必要はなく、例えば、暗部に相当する階調値０〜６０の部分のみのデータを有するテーブルであってもよい。特に、プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）を有する画像（映像）表示装置では、明部に比べ暗部の階調特性が悪いことが知られている。ＰＤＰ画像（映像）表示装置は、光量の異なる複数のサブフィールドを組合せることにより、任意の階調値に対応する出力値を表現する。例えば、各サブフィールドの光量が１（＝２0）、２（＝２1）、４（＝２2）、８（＝２3）…１２８（＝２7）である場合、階調値３である画素を表示させるには、１の光量に相当するサブフィールドと、２の光量に相当するサブフィールドとを発光させて表示する。しかし、１に相当するサブフィールドに異常が起こり、発光できなかった場合、出力値は２となり、階調値２に相当する表示がなされる。この異常は光量の小さいサブフィールドにおいて発生する確率が高い。このように、階調値が低い部分（暗部）においては、特定のサブフィールドに異常があった場合、ＰＤＰに表示される出力値の誤差が大きくなる。明部においては、光量の大きいサブフィールドとの組み合わせとなるので、光量の小さいサブフィールドの影響は小さく、暗部のようにＰＤＰに表示される出力値の誤差が大きくなることはあまりない。以上の理由により、暗部では階調特性が悪くなりやすい。これに効率良く対応させるため、テーブル１３００において、暗部に相当する階調値のみを設定するようにしてもよい。
【００２８】
乱数期待値生成部１０１は、入力画素の階調値からテーブル１３００を参照して、期待値を決定し、決定した期待値を乱数生成部１０２に出力する。
乱数生成部１０２は、乱数期待値生成部１０１から出力された期待値を入力とし、所定の振幅幅を持つ一様乱数を生成し、出力する。なお、所定の振幅値は、予め設定された定数である。
合成部１０３は、入力画素と乱数生成部１０２から出力された乱数とを入力とし、入力画素の階調値に乱数生成部１０２から出力された乱数の値を加算し、表示部１０４に出力する。
表示部１０４は、合成部１０３から出力された画像（映像）信号を入力とし、合成部１０３から出力された画像（映像）信号の階調値に基づいて、画像（映像）を表示させる。表示部１０４は、所定の入出力特性（階調特性）を持っている。
【００２９】
＜画像処理装置の動作＞
次に、画像処理装置１００の動作について、説明する。
画像処理装置１００に入力された画像（映像）信号は、乱数期待値生成部１０１および合成部１０３に入力される。乱数期待値生成部１０１では、入力された画像（映像）信号（入力画素）の階調値から、テーブル１３００により、期待値を決定し、決定された期待値が乱数生成部１０２に出力される。ここで、決定される期待値は、隣接する画像信号階調値に対応する表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）が均等になる値である。乱数生成部１０２では、乱数生成部１０２から出力された期待値をとる一様乱数で、かつ、予め設定されている振幅値を有する乱数を生成する。合成部１０３に入力された画像（映像）信号は、乱数生成部１０２で生成され、合成部１０３に入力された乱数と加算され、表示部１０４に出力される。表示部１０４に出力される画像（映像）信号は、表示部１０４で表示されたときに、隣接する画像信号階調値に対応する表示部１０４の表示部の出力値のステップ幅が均等になるものであるので、この画像（映像）信号は、表示部１０４に階調歪みのない画像（映像）として表示される。
【００３０】
＜表示部の出力値の平均値の調整と画像処理装置の期待値の設定について＞
次に、表示部１０４の出力値の平均値の調整と画像処理装置１００の動作について、図２、および図７〜９を用いて説明する。
画像処理装置１００では、期待値を調整した乱数を入力画素の階調値に付加することにより、表示部１０４の最大出力値および最小出力値の発生確率を調整できるため、隣接する画像信号階調値に対応する出力値の差（出力値のステップ幅）を精度良く補正することができる。表示部１０４の入出力特性（階調特性）が図２に示すものである場合について、以下説明する。例えば、図８のように画像信号階調値がＩ＋４Ａである場合に期待値０．５Ａで振幅値Ｚ１（−１．５Ａ≦Ｚ１＜１．５Ａ）の一様乱数Ｎ３（−１．０Ａ≦Ｎ３＜２．０Ａ）を付加する。−１．０Ａ≦Ｎ３＜−０．５Ａの範囲の乱数が発生したときは階調値Ｉ＋３Ａが選択され、−０．５Ａ≦Ｎ３＜０．５Ａの範囲の乱数が発生したときは階調値Ｉ＋４Ａが選択され、０．５Ａ≦Ｎ３＜１．５Ａの範囲の乱数が発生したときは階調値Ｉ＋５Ａが選択され、１．５Ａ≦Ｎ３＜２．０Ａの範囲の乱数が発生したときは階調値Ｉ＋６Ａが選択される。図２に示す表示部１０４の入出力特性（階調特性）から乱数を付加した後の表示部１０４の出力値について計算すると、乱数付加後の表示部１０４の出力値の平均値Ｙ３は（数式３）のようになる。
【００３１】
【数３】
2008129521.tif 000005
一方、図９のように画像信号階調値Ｉ＋４Ａに期待値−０．５Ａで振幅値Ｚ１（−１．５Ａ≦Ｚ１＜１．５Ａ）の一様乱数Ｎ４を付加する。図２の階調値と出力値の関係から乱数を付加した後の出力値について計算すると乱数付加後の出力値の平均値Ｙ４は（数式４）のようになる。
【００３２】
【数４】
2008129521.tif 000006
図２の階調値と出力値の関係において、このＹ３，Ｙ４の値は、振幅値の調整のみ行う従来技術では作れない範囲の値であり、期待値を調整することで従来技術よりも表示部１０４の入出力特性の補正範囲は格段に広くなることが分かる。つまり、従来よりも広い範囲で表示部１０４の出力値の平均値を所望の値にすることができる。以上の方法を用いることで、乱数期待値生成部１０１のテーブル１３００を作成することができる。
また、従来技術では調整できなかった図７の場合でも、表示部１０４の最大出力値および最小出力値の発生確率を調整することで、表示部１０４の出力値の平均値を調整し補正することができる。
【００３３】
さらに、乱数の振幅値を大きくするとノイズ感が上がってしまうが、画像処理装置１００では、乱数の期待値を用いて表示部１０４の出力値の平均値を調整することができるので、乱数の振幅値を大きくせずに補正することができる。
したがって、画像処理装置１００によれば、表示部１０４の入出力特性（階調特性）に基づいて調整された期待値による乱数を入力画素の階調値に付加することにより、ノイズ感を抑えたまま隣接する画像信号階調値に対応する表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）を精度良く補正できる。
また、本実施形態では、乱数として一様乱数を用いる場合について説明した。一様乱数は、任意の範囲内にあるそれぞれの値の発生確率が等しいので、乱数期待値生成部１０１において、一様乱数を用い、画像信号階調値から期待値を参照するテーブル１３００を作成することが容易であるという利点がある。しかし、乱数は一様乱数に限定される必要はなく、例えば、ガウス乱数（正規分布を持つ乱数）であってもよく、また、疑似乱数であってもよい。
【００３４】
なお、本実施形態において、乱数期待値生成部１０１の出力を乱数生成部１０２の入力としたが、図１４に示すように、乱数生成部１０２で出力された乱数と加算し、その加算値を合成部１０３の入力とする構成にしても良い。
さらに、乱数期待値生成部１０１において、表示部１０４の入出力特性から期待値を参照するテーブル１３００を作成するようにしたが、これだけに限るものではない。例えば、階調歪は、視覚特性上、画像（映像）の明部では目立たず暗部で目立つという性質を持つ。この視覚特性を考慮した階調特性から期待値を参照するテーブル１３００を作成するようにしてもよい。この場合のテーブル１３００の作成方法は、画像（映像）の明部に対応する部分については、処理を行わず、暗部についてのみ処理を行うという作成方法になる。
【００３５】
［第２実施形態］
＜画像処理装置の構成＞
図１５に本発明の第２実施形態に係る画像処理装置２００の構成図を示す。図１５において、第１実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。なお、画像処理装置２００の出力は、第１実施形態と同じく、表示部１０４に接続されており、画像処理装置２００と表示部１０４とから画像表示装置が構成される点については、第１実施形態と同様であるので、図示を省略する。
画像処理装置２００は、主に、入力された画像（映像）信号からエッジ拡大値を生成するエッジ拡大値生成部１５０４と、そのエッジ拡大値と入力された画像（映像）信号とから乱数の期待値を生成する乱数期待値生成部１５０１と、乱数期待値生成部１５０１で生成された期待値に基づいて、乱数を生成させる乱数生成部１０２と、画像処理装置２００に入力された画像（映像）信号の画像信号階調値と乱数生成部１０２で生成された乱数の値とを合成する合成部１０３とから構成される。ここで、乱数生成部１０２と合成部１０３とは、第１実施形態のものと同じである。
【００３６】
エッジ拡大値生成部１５０４は、図１６に示すように、主に、ＨＰＦ部１５４１と乗算器１５４２とから構成される。エッジ拡大値生成部１５０４は、入力画像（映像）信号に含まれる高周波成分からエッジを広げるためのエッジ拡大値を算出する。ＨＰＦ部１５４１は、例えば、図１７に示すようなＨＰＦを用いて、入力画素を中心とするブロック（図１７では、３×３のブロック）にフィルタ処理を行い、フィルタ処理を行った画像（映像）信号を、乗算器１５４２に出力する。乗算器１５４２は、ＨＰＦ部１５４１からの出力値と係数Ｃｏｅｆ１とを乗算する。係数Ｃｏｅｆ１は、あらかじめ設定された固定値とする。乗算器１５４２は、乗算した値を乱数期待値生成部１５０１に、エッジ拡大値として出力する。
乱数期待値生成部１５０１は、図１８に示すように、主に、平均値算出部１５１１、分散値算出部１５１２、参照値算出部１５１３、テーブル参照部１５１４および乗算器１５１５から構成される。
【００３７】
平均値算出部１５１１は、入力画素を中心とするブロックで処理を行い、入力画素に対する平均値Ｄａｖｅを算出し、分散値算出部１５１２および参照値算出部１５１３に出力する。
分散値算出部１５１２は、入力画素および平均値算出部１５１１からの出力を入力とし、入力画素を中心とするブロックで処理を行い、入力画素に対する分散値Ｖを算出する。分散値Ｖの算出式は、例えば、（数式５）のようになる。
【００３８】
【数５】
2008129521.tif 000007
ここではＩ×Ｊの画素からなるブロックから分散値を求めており、Ｄ（i，j）はブロック内の横i番目、縦j番目の画素の階調値である。
参照値算出部１５１３は、入力画素と、平均値算出部１５１１の出力である平均値Ｄａｖｅと、分散値算出部１５１２の出力である分散値Ｖとを入力とする。そして、補正を画像信号階調値ごとに精度良く行うために、表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）を補正する画像信号階調値がどこであるか、また補正する必要の有無を判断し、テーブル参照部１５１４でテーブルを参照するための参照値を出力する。図１９（ａ）を用いて、参照値算出部１５１３の処理を説明する。
【００３９】
まず分散値Ｖと閾値Ｔ１、Ｔ２を（数式６）のような条件式１で比較する（ステップＳ１９０１）。
【００４０】
【数６】
2008129521.tif 000008
つまり、Ｔ１≦Ｖ＜Ｔ２である場合、図１９（ａ）のステップＳ１９０２に処理を進める。Ｖ＜Ｔ１またはＴ２≦Ｖである場合、参照値Ｊを０に設定する。
ステップＳ１９０１では、分散値をみることでブロック内の画素の画像信号階調値が隣接する２つの階調値に集中しているか否かを判断する。隣接する２つの階調値に集中している場合、分散値は小さくなる。逆に隣接する２つの階調値に集中していない場合、分散値は大きくなる。さらに分散値がかなり小さい場合、ブロック内の画素の画像信号階調値は、ほとんど１つの階調値をとるだけなので階調補正は行わない。このように、あらかじめ閾値Ｔ１，Ｔ２を設定し、ブロック内の画素の画像信号階調値がとる値が、隣接する２つの階調値に集中しているか否かを（数式６）の条件式により判断する。
【００４１】
ブロック内の画素の画像信号階調値がとる値が隣接する２つの階調値に集中していると判断されるときは、ステップＳ１９０２へ進む。逆に集中していないと判断されるときは、参照値Ｊを０に設定する。
次に、入力画素の階調値Ｄｎｏｗと平均値Ｄａｖｅとを（数式７）のような条件式２で比較する（ステップＳ１９０２）。
【００４２】
【数７】
2008129521.tif 000009
つまり、Ｄｎｏｗ−１＜Ｄａｖｅ＜Ｄｎｏｗならば、Ｊ＝−１とし、Ｄｎｏｗ≦Ｄａｖｅ＜Ｄｎｏｗ＋１ならば、Ｊ＝１とし、Ｄａｖｅ≦Ｄｎｏｗ−１またはＤｎｏｗ＋１≦Ｄａｖｅならば、Ｊ＝０とする。以上のように参照値Ｊを設定する。
ステップＳ１９０２では、表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）を補正する画像信号階調値がどこであるかを判断する。
表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）を補正するための画像信号階調値が入力画素の階調値とその１つ下（１ステップ分小さい値）の階調値とである場合、参照値Ｊを−１とする。表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）を補正するための画像信号階調値が、入力画素の階調値とその１つ上（１ステップ分大きい値）の階調値とである場合、参照値Ｊを＋１とする。また、その他の場合は参照値Ｊを０とする。その他の場合として、ブロック内で入力画素の階調値にだけノイズ成分がのり、その画素の階調値が大きくことなることがあげられる。
【００４３】
参照値算出部１５１３は、以上の処理により、参照値Ｊを設定し、設定した参照値Ｊをテーブル参照部１５１４に出力する。
テーブル参照部１５１４は、図２０に示すように、入力画素の階調値と参照値算出部１５１３から出力された参照値とから期待値の係数を求めるテーブル２００１をもつ。テーブル参照部１５１４は、入力画素の階調値と参照値算出部１５１３から出力された参照値とから、テーブル２００１を参照して期待値の係数を求め、乗算器１５１５に出力する。
ここで、テーブル２００１について、図１９（ｂ）および図２０を用いて説明する。
図１９（ｂ）は、表示部１０４の入出力特性（階調特性）の一部を示している。ここで、ステップ幅αを補正する場合を例に説明する。隣接する２つの階調値がＩ＋２ＡとＩ＋３Ａである場合について説明する。
【００４４】
表示部１０４の出力値のステップ幅αを補正するための画像信号階調値が、入力画素の階調値Ｉ＋３Ａとその１つ下（１ステップ分小さい値）の階調値Ｉ＋２Ａとである場合、参照値Ｊを−１とする。表示部１０４の出力値のステップ幅αを補正するための画像信号階調値が、入力画素の階調値Ｉ＋２Ａとその１つ上（１ステップ分大きい値）の階調値Ｉ＋３Ａとである場合、参照値Ｊを＋１とする。
この２つの場合は、ともにステップ幅αを調整していることになる。したがって、テーブル２００１において、画像信号階調値がＩ＋２Ａで参照値Ｊ＝１のときの期待値の係数と、画像信号階調値がＩ＋３Ａで参照値Ｊ＝−１のときの期待値の係数とは同じ値になる。このような理由により、図２０に示したテーブル２００１の一例において、画像信号階調値が１で参照値Ｊが１であるときの期待値の係数（＋ａ）と、画像信号階調値が２で参照値Ｊが−１であるときの期待値の係数（＋ａ）とは同じ値となっており、また、画像信号階調値が２５４で参照値Ｊが１であるときの期待値の係数（＋ｂ）と、画像信号階調値が２５５で参照値Ｊが−１であるときの期待値の係数（＋ｂ）とは同じ値となっている。
【００４５】
このテーブル２００１は、表示部１０４の入出力特性（階調特性）を基に、隣接する画像信号階調値に対応する表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）が均等になるように期待値を決定し、決定された期待値を入力画素の階調値と対応づけることで作成される。ただし、これに限定されるものではなく、表示部１０４の入出力特性（階調特性）を基にして、特定の視覚処理効果を生じさせるように決定させてもよい。つまり、画像処理装置２００から出力された画像（映像）信号が表示部１０４に表示されたときに所望の階調特性を実現するように、期待値の係数を決定させればよい。例えば、画像（映像）信号により構成される画像の暗部においてのみ視覚効果（階調補正）を実現させたい場合は、暗部に相当する部分の画像信号階調値についてのみ期待値の係数を設定するようにテーブル２００１を作成すればよい。この場合は、例えば、テーブル２００１を画像信号階調値が０〜６０に対応する部分だけデータを有するテーブルとして、テーブルを保持するためのメモリ容量を削減するようにしてもよい。
【００４６】
また、ＰＤＰ画像（映像）表示装置等においては、暗部における階調特性が悪いので、テーブル２００１を暗部に対応する画像信号階調値の部分のみにデータを有するものとしてもよい。なお、図２０に示したテーブル２００１は、一例であり、これに限定されるものではない。
乗算器１５１５は、テーブル参照部１５１４の出力である期待値の係数と、エッジ拡大値生成部１５０４から出力されたエッジ拡大値とを乗算し、その値を期待値として出力する。
＜画像処理装置の作用効果＞
次に、画像処理装置２００の作用効果について説明する。
階調歪は、階調値に変化のある領域では目立ちにくく、階調値に変化の少ない領域で目立ちやすいという性質を有する。このため、階調値に変化の少ない領域に対してのみ乱数を付加することにより、効果的に階調歪を抑制し、さらにノイズ感を抑えることができる。
【００４７】
この階調値に変化の少ない領域では、エッジでのわずかな出力階調値の変化によって、そのエッジ周辺の広い領域が視覚的に明るくなったり暗くなったりする。これについて、図１０を用いて説明する。図１０に、自然画の画像（模式図）の一例を示す。図１０の空の領域は、階調値に変化の少ない領域であり、線ＸＹが図１１に示すような出力値（表示部１０４の出力値）をとる。領域Ｐ１では、出力値の差が小さく、領域Ｐ２では出力値の差が大きいため、自然さを失った空が表示されることになる。ここで、領域Ｐ１において、図１２のようにエッジに近づくにつれ徐々にその差（表示部１０４の出力値のステップ幅）を広げるように変化をつけると、表示部１０４の出力値Ｏ＋６ＢとＯ＋５．５Ｂとのエッジ周辺の領域は視覚的に実際の差よりも差があるように見せることができる。
図３０はこの手法の効果を模擬的に示した一例である。図３０（ａ）には、３つの理想的な出力値（表示部１０４の出力値）が並んでおり、図３０（ｂ）は図３０（ａ）と比較して中央領域の出力値（表示部１０４の出力値）が大きい。図１１に示した３つの出力値（Ｏ＋４Ｂ，Ｏ＋５．５Ｂ，およびＯ＋６Ｂ）と同様の関係を示している。図３０（ｂ）では、図３０（ａ）と比べ、左側領域の出力値と中央領域の出力値との差が領域Ｐ２で目立っており、中央領域の出力値と右側領域の出力値との差が領域Ｐ１で目立たなくなっている。ここで、領域Ｐ１に対してエッジに近づくにつれ徐々にその差（表示部１０４の出力値のステップ幅）を広げるように変化をつけると図３０（ｃ）のようになり、図３０（ｂ）よりもエッジ周辺の広い領域で出力値の差（表示部１０４の出力値のステップ幅）が大きいように見える。このようにエッジでのわずかな出力値の変化により、そのエッジ周辺の広い領域が視覚的に明るくなったり暗くなったりするので、上記手法により、エッジ周辺の領域は視覚的に実際の差よりも差があるように見せることができ、隣接階調値の出力値の差を視覚的に補正することができる。
【００４８】
画像処理装置２００により、図１２の領域Ｐ１に対して、エッジに近づくにつれ徐々にその差（表示部１０４の出力値のステップ幅）を広げるように変化をつけることができるので、表示部１０４の出力値の平均値が、図１２の領域Ｐ１に示したような値とすることができ、上記で説明した効果を実現することができる。より具体的には、乱数期待値生成部１５０１により、入力画素とその周辺の平均値および分散値を算出し、その平均値と分散値とエッジ拡大値生成部で生成されたエッジ拡大値とにより領域Ｐ１に相当する部分を検出することができる。そして、検出された領域Ｐ１の画像信号階調値に対応する表示部１０４の出力値のステップ幅を広げるように、乱数期待値生成部が期待値を生成し、その期待値を持つ乱数を入力画素の階調値に加算することで、領域Ｐ１における表示部１０４の出力値の平均値が図１２に示すような値となる。これにより、画像処理装置２００において、上記で説明した効果を実現することができる。
【００４９】
さらに、画像処理装置２００では、エッジ付近に相当する部分にのみに乱数を付加するのでノイズ感を抑えることができる。
以上により、画像処理装置２００では、高周波成分に基づいて生成した期待値の乱数を付加することにより、エッジ周辺の広い領域で視覚的に表示部１０４の出力値の差が大きいようにみせることができるため、ノイズ感を抑えつつ各隣接階調値に対応する表示部１０４の出力値の差を補正することができる。
なお、分散値の求め方の一例として（数式５）を挙げたが、これに限るものではなく、他の算出方法でも良い。
また、ＨＰＦの係数の一例として図１７に示すものを挙げたが、これに限るものではなく、入力画素とその周辺画素から高周波成分を得るような係数であれば他の値でも良い。
【００５０】
さらに、階調値から期待値を参照するテーブル２００１を表示部１０４の出力値（表示部１０４の入出力特性）を基に作成するようにしたが、これだけに限るものではない。例えば、階調歪が明部では目立たず暗部で目立つことから階調値に基づいて、特定の視覚効果を奏する階調特性を実現させるようにテーブル２００１を作成しても良い。この場合、明部では処理を行わず、暗部のみ処理を行うという作成方法になる。
［第３実施形態］
図２１は、本発明の第３実施形態に係る画像処理装置３００の構成図を示す。図２１において、前述の実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。なお、画像処理装置３００の出力は、第１実施形態と同じく、表示部１０４に接続されており、画像処理装置３００と表示部１０４とから画像表示装置が構成される点については、第１実施形態と同様であるので、図示を省略する。
【００５１】
画像処理装置３００は、主に、入力された画像（映像）信号からエッジ拡大値を生成するエッジ拡大値生成部１５０４と、入力された画像（映像）信号からエッジ縮小値を生成するエッジ縮小値生成部２１０５と、エッジ拡大値とエッジ縮小値と入力された画像（映像）信号とから乱数の期待値を生成する乱数期待値生成部２１０１と、乱数期待値生成部２１０１で生成された期待値に基づいて、乱数を生成させる乱数生成部１０２と、乱数期待値生成部２１０１で生成された期待値に基づいて画像処理装置３００に入力された画像（映像）信号の画像信号階調値と乱数生成部１０２で生成された乱数の値とを合成する合成部２１０３とから構成される。
エッジ縮小値生成部２１０５は、図２２に示すように、主に、ＬＰＦ部２２０１と、減算器２２０２と、乗算器２２０３とから構成される。エッジ縮小値生成部２１０５は、入力画素（画像処理装置３００に入力された画像（映像）信号）の低周波成分からエッジを縮めるためのエッジ縮小値を算出する。ＬＰＦ部２２０１は、たとえば、図２３のようなＬＰＦをもちいて、入力画素を中心とするブロックに対してフィルタ処理を実行し、フィルタ処理結果を減算器２２０２に出力する。減算器２２０２は、ＬＰＦ部２２０１の出力から入力画素の階調値を減算する。乗算器２２０３は、減算器２２０２から出力された値と係数Ｃｏｅｆ２とを乗算し、乗算結果をエッジ縮小値として乱数期待値生成部２１０１に出力する。係数Ｃｏｅｆ２は、あらかじめ設定された固定値とする。
【００５２】
乱数期待値生成部２１０１は、図２４の示すように、主に、平均値算出部１５１１と分散値算出部１５１２と、参照値算出部１５１３と、テーブル参照部２４１４と、期待値算出部２４１５とから構成される。ここで、平均値算出部１５１１、分散値算出部１５１２および参照値算出部１５１３は、第２実施形態と同様のものであり、同様の動作を行うものであるので説明を省略する。
テーブル参照部２４１４は、図２５に示すような入力画素の階調値と参照値とから期待値の係数を求めるテーブル２５０１をもつ。このテーブル２５０１は、表示部１０４の入出力特性（階調特性）を基に、隣接する画像信号階調値に対応する表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）が均等になるように期待値を決定し、決定された期待値を入力画素の階調値と対応づけることで作成される。そして、テーブル２５０１の期待値の係数において、正の係数は、表示部１０４の出力値のステップ幅を広げるための（エッジ部分の表示部１０４の出力値の差を広げるための）係数であり、負の係数は、表示部１０４の出力値のステップ幅を縮めるための（エッジ部分の表示部１０４の出力値の差を縮めるための）係数である。
【００５３】
テーブル参照部２４１４は、入力画素および参照値を入力とし、このテーブル２５０１を参照して期待値の係数を求め、期待値算出部２４１５に出力する。
期待値算出部２４１５は、テーブル参照部２４１４の出力である係数が正の場合、エッジ拡大値と係数とを乗算し、期待値として出力する。係数が負の場合、エッジ縮小値と係数とを乗算し、その後乗算した結果に−１を乗算した値を期待値として出力する。−１を乗算するのは係数が負になっているからである。
図３１を用いて、乱数期待値生成部２１０１の期待値を出力する動作について説明する。図３１は、図１１に示したのと同じ図１０の線ＸＹの部分における表示部１０４の出力信号波形である。図３１のＬ１で示しているのは、ＬＰＦ部２２０１の出力を表示部１０４に出力させた場合の信号波形である。入力画素として、Ｘ軸に番号を付した１〜６の画素について説明する。画像処理装置３００において、領域Ｐ２の画素に対してエッジ縮小を行い、領域Ｐ１の画素に対してエッジ拡大処理を行う場合について、以下説明する。領域Ｐ２の画素に対してエッジ縮小を行うので、画素１（Ｘ軸に番号「１」を付した画素。以下、同様に記載する。）から画素３に対応する階調値についてのテーブル２５０１の期待値の係数は、−ｅとする。そして、領域Ｐ１の画素に対してエッジ拡大処理を行うので、画素４から画素６に対応する階調値についてのテーブル２５０１の期待値の係数は、＋ｆとする。
【００５４】
まず、領域Ｐ２について説明する。
画素１に対応する画像信号階調値は、画素１におけるＬＰＦ部２２０１の出力値より小さい値であるので、エッジ縮小値の符号は、プラスとなる（前述したようにエッジ縮小値は、ＬＰＦ部２２０１の出力から入力画素の階調値を減算し、係数Ｃｏｅｆ２が乗算されることで算出される。）。画素２および画素３に対応する画像信号階調値は、画素２および画素３におけるＬＰＦ部２２０１の出力値より大きい値であるので、エッジ縮小値の符号は、マイナスとなる。したがって、前述したように期待値の係数がマイナスであるので−１を乗算し、さらに画素１から画素３のそれぞれに対応するエッジ縮小値と乗算することで期待値が求められ、期待値算出部２４１５から出力される。図３１に示したように期待値の符号は、画素１ではプラス、画素２および画素３ではマイナスとなるので、表示部１０４の出力ステップ幅が小さくなるように階調補正が実現される（領域Ｐ２における表示部１０４の出力値の平均値が図１２の領域Ｐ２のような値となる）。
【００５５】
次に、領域Ｐ１について、説明する。
エッジ拡大値は、図１７に示したＨＰＦによるフィルタ処理を行い、係数Ｃｏｅｆ１を乗算された値であるので、画素４に対応するエッジ拡大値の符号はマイナスとなる。そして、画素５および画素６に対するエッジ拡大値の符号はプラスとなる。したがって、前述したように期待値の係数がプラスであるので、画素４から画素６のそれぞれに対応するエッジ拡大値と期待値の係数とを乗算することで期待値が求められ、期待値算出部２４１５から出力される。図３１に示したように期待値の符号は、画素４ではマイナス、画素５および画素６ではプラスとなるので、表示部１０４の出力ステップ幅が大きくなるように階調補正が実現される（領域Ｐ１における表示部１０４の出力値の平均値が図１２の領域Ｐ１のような値となる）。
【００５６】
以上のように、乱数期待値生成部２１０１は、期待値を出力する。
合成部２１０３は、乱数期待値生成部２１０１で生成された期待値を判定基準とし、乱数を入力画素の階調値に付加するか否かを決定する。したがって、出力画素の階調値Ｐｏｕｔは、入力画素の階調値Ｐｉｎ、乱数Ｎおよび期待値Ｅを用いて（数式８）のように表すことができる。
【００５７】
【数８】
2008129521.tif 000010
期待値が０である場合、表示部１０４の出力値の平均値は、乱数を付加しない場合と同じである。したがって、この場合、乱数Ｎを付加しないようにして、表示部１０４の出力におけるノイズ感の発生を抑制する。
以上のように、画像処理装置３００では、入力画像（映像）信号の低周波成分に基づいて生成した期待値の乱数を付加することにより、エッジ周辺の広い領域で視覚的に表示部１０４の出力値の差（出力値のステップ幅）が小さいようにみせることができるため、ノイズ感を抑えつつ各隣接階調値に対応する表示部１０４の出力値の差を補正することができる。また、期待値が０であるときに入力画素の階調値に乱数を付加しないことにより、乱数によって階調値を補正する必要がないところに乱数を付加しなくなり、ノイズ感を抑えることができる。
【００５８】
なお、上記説明では、エッジ拡大値生成部１５０４とエッジ縮小値生成部２１０５とを独立した構成としたが、共有する構成としてもよい。この場合、例えば、エッジ拡大する場合とエッジ縮小する場合とで乗算させる係数を切り換える構成とすることで実現することができる。
［第４実施形態］
図２６は、本発明の第４実施形態に係る画像処理装置４００の構成図である。図２６において、前述の実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。なお、画像処理装置４００の出力は、第１実施形態と同じく、表示部１０４に接続されており、画像処理装置４００と表示部１０４とから画像表示装置が構成される点については、第１実施形態と同様であるので、図示を省略する。
【００５９】
本実施形態において、第３実施形態と同様の部分については、その詳細な説明を省略する。本実施形態と第３実施形態との相違点は、乱数振幅生成部２６０６を設けたこと、並びに乱数期待値生成部２６０１および乱数生成部２６０２の動作である。
乱数期待値生成部２６０１は、図２７に示すように、主に、平均値算出部１５１１と、分散値算出部１５１２と、参照値算出部１５１３と、テーブル参照部２７１４と、期待値算出部２４１５とから構成されている。ここで、平均値算出部１５１１と、分散値算出部１５１２と、参照値算出部１５１３と、期待値算出部２４１５とは、第３実施形態と同様のものであり、同様の動作を行うものであるので説明を省略する。
テーブル参照部２７１４は、図２５に示すような入力画素の階調値と参照値とから係数を求めるテーブル２５０１をもつ。このテーブル２５０１は、表示部１０４の階調変換特性で均等に差を作っていないところ（表示部１０４の出力値のステップ幅が均等でないところ）が均等にみえるように期待値の係数を作成する。
【００６０】
これは、表示部１０４を構成する表示デバイスの性能により階調変換特性を任意の値に設定できない場合があり、それに対応させるものである。例えば、図２８の実線で描かれている特性１に設定したいが、出力階調値において１〜５の階調値が表示デバイスの性能により全て階調値０に潰れてしまうため、特性２のように設定したとする。このとき、入力階調値１〜４および５〜７は、全て同じ出力値となるため、入力階調値１〜４で構成されるテクスチャを有するような画像や入力階調値５〜７で構成されるテクスチャを有する画像は、一つの階調値のみの画像となってしまい、表示部１０４で表示される出力画像において、テクスチャを表現することができない。このように階調歪を発生させる原因に階調変換特性が関係している部分もある。
そこで、テーブル２５０１を階調変換特性に基づいて作成する。テーブル２５０１において、期待値の係数で正の係数は、エッジを広げるための係数であり、期待値の係数で負の係数は、エッジを縮めるための係数である。テーブル参照部２７１４は、入力画素と参照値とを入力とし、このテーブル２５０１を参照して期待値の係数を求める。
【００６１】
乱数振幅生成部２６０６は、乱数期待値生成部２６０１から出力された期待値を入力とし、乱数の振幅値を出力とする。乱数の振幅値は、期待値を基に図２９の関数により算出される。図２９に示すように、期待値の小数部分の値が０．５であるとき乱数の振幅値を最大とし、期待値の小数部分の値が０のとき振幅値を０とする。
乱数生成部２６０２は、乱数期待値生成部２６０１から出力された期待値と、乱数振幅生成部２６０６から出力された振幅値とを入力とし、その期待値と振幅値とで一様乱数を発生させる。
画像処理装置４００では、乱数の期待値を階調変換特性に基づいて生成することにより、階調歪がおこる位置を正確に特定できるため、精度良く階調変換特性を補正することができる。また、期待値に基づき、図２９の関数により乱数の振幅値を生成するので、期待値が小数値部分の値が小さくなるほど、入力画素に付加される乱数の振幅を小さくすることができる。エッジを拡げるように階調補正する場合もエッジを縮めるように階調補正する場合も、エッジ部分の階調値は、所定の階調値から徐々に離れるのが一般的である。したがって、エッジ部分においてエッジを拡大あるいは縮小する場合に、階調補正するための期待値に小数部分が発生すると、その小数部分の値に関係なく、いきなり、振幅値の大きい乱数を付加してしまうと、その周辺にある画素で乱数を付加されていない画素との違いが目立ってしまう。画像処理装置４００では、期待値が小数値部分の値が小さくなるほど、入力画素に付加される乱数の振幅を小さくするので、エッジ部分において乱数付加による不自然さが発生することを抑制することができる。
【００６２】
［他の実施形態］
上記実施形態においては、動画（映像）に特化した説明をしなかったが、上記実施形態に係る画像処理装置を動画（映像）に対して動作させることができるのは、言うまでもない。
また、動画（映像）を処理する場合、フレームあるいはフィールドごとに異なる乱数を使用して、本発明に係る画像処理装置の処理を行ってもよい。このとき乱数として疑似乱数を用いてもよく、その場合は、疑似乱数の種（ＳＥＥＤ）をフレームあるいはフィールドごとに変化させるとよい。
また、上記実施形態で説明した画像処理装置において、各ブロックは、ＬＳＩなどの半導体装置により個別に１チップ化されても良いし、一部又は全部を含むように１チップ化されても良い。なお、ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
【００６３】
また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアにより実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。
なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明にかかる画像処理装置は、入力画素の階調値に基づいて生成した期待値から乱数を生成し入力画素の階調値に付加するという構成にすることにより、ノイズ感を抑制しつつ出力値の差を精度良く補正するので、自然な映像を表示することができ、ＴＶ放送受信機やプロジェクターなどのディスプレイ装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態における画像表示装置の構成図
【図２】画像表示装置内部の階調値と表示部の出力値の関係図
【図３】階調値に一様乱数を付加する説明図
【図４】一様乱数を付加する効果の説明図
【図５】小さい振幅値の一様乱数を付加する説明図
【図６】振幅値を大きくすることの効果の説明図
【図７】従来技術の課題を示す図
【図８】正の期待値の乱数を階調値に付加する説明図
【図９】負の期待値の乱数を階調値に付加する説明図
【図１０】自然画の一例を示す図
【図１１】自然画の一例の一部分の階調値波形を示す図
【図１２】自然画の一例の一部分の階調値波形を示す図
【図１３】本発明の第１実施形態における階調値と期待値の関係図
【図１４】本発明の第１実施形態を実現する他の構成図
【図１５】本発明の第２実施形態おける画像表示装置の構成図
【図１６】エッジ拡大値生成部の構成図
【図１７】ＨＰＦを示す図
【図１８】本発明の第２実施形態おける乱数期待値生成部の構成図
【図１９】（ａ）参照値算出部の処理を説明するための（ｂ）画像信号階調値と表示部の出力値との関係を示すグラフ
【図２０】本発明の第２実施形態おける階調値と参照値と期待値の係数の関係図
【図２１】本発明の第３実施形態おける画像表示装置の構成図
【図２２】エッジ縮小値生成部の構成図
【図２３】ＬＰＦを示す図
【図２４】本発明の第３実施形態おける乱数期待値生成部の構成図
【図２５】本発明の第３実施形態おける階調値と参照値と期待値の係数の関係図
【図２６】本発明の第４実施形態おける画像表示装置の構成図
【図２７】本発明の第４実施形態おける乱数期待値生成部の構成図
【図２８】階調変換特性を示す図
【図２９】振幅値を求めるための関数を示す図
【図３０】視覚的効果を説明するための図
【図３１】乱数期待値生成部の期待値を出力する動作を説明するための図
【図３２】従来の振幅値を調整する階調補正処理のブロック図
【符号の説明】
【００６６】
１０００  画像表示装置
１００、２００、３００、４００  画像処理装置
１０１、１５０１、２１０１、２６０１  乱数期待値生成部
１０２、２６０２  乱数生成部
１０３、２１０３  合成部
１０４  表示部
１３００、２００１、２５０１  参照用テーブル
１５０４  エッジ拡大値生成部
２１０５  エッジ縮小値生成部
２４１５  期待値算出部
２６０６  乱数振幅生成部
【図１】
2008129521.tif 000011
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2008129521.tif 000029
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2008129521.tif 000036
【図２７】
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【図２８】
2008129521.tif 000038
【図２９】
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【図３０】
2008129521.tif 000040
【図３１】
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【図３２】
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