(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイの応答特性に応じて、画像信号の第１階調域、第２階調域、第３階調域をそれぞれ第１変換特性、第２変換特性、第３変換特性にしたがい変換する変換手段と、
前記変換手段による変換で得られる変換信号を処理する処理手段と、を備え、
前記第１階調域は前記第３階調域より低階調であり、かつ前記第２階調域は前記第１階調域と前記第３階調域との間にあり、
前記第３変換特性は前記応答特性に対応し、前記第１変換特性は前記処理手段におけるビット精度が高いほど傾きが小さくなる線形の変換特性であり、前記第２変換特性は前記第２階調域において前記第１変換特性と前記第３変換特性とを滑らかにつなぐよう決定されることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記処理手段における処理または前記画像信号に応じて前記第１変換特性の傾きを決定する決定手段をさらに備え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】
前記第２変換特性は、前記第１変換特性と前記第３変換特性とを予め定めた割合で合成することにより決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記割合は、前記第２階調域の低階調側において前記第１変換特性からの寄与が前記第３変換特性からの寄与よりも大きくなるよう設定されることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記応答特性はディスプレイのガンマ特性であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記画像信号を解析して特徴量を算出する解析手段をさらに備え、
前記決定手段は、前記解析手段によって算出された前記特徴量に応じて前記第１変換特性の傾きを決定する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７】
前記画像信号を解析して特徴量を算出する解析手段をさらに備え、
前記割合は、前記解析手段によって算出された前記特徴量に基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記処理手段による処理の結果得られる出力信号を、前記変換手段における変換特性の逆特性にしたがい変換する逆変換手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項９】
ディスプレイの応答特性に応じて、画像信号の第１階調域、第２階調域、第３階調域をそれぞれ第１変換特性、第２変換特性、第３変換特性にしたがい変換することと、
変換で得られる変換信号を処理することと、を含み、
前記第１階調域は前記第３階調域より低階調であり、かつ前記第２階調域は前記第１階調域と前記第３階調域との間にあり、
前記第３変換特性は前記応答特性に対応し、前記第１変換特性は前記変換信号の処理におけるビット精度が高いほど傾きが小さくなる線形の変換特性であり、前記第２変換特性は前記第２階調域において前記第１変換特性と前記第３変換特性とを滑らかにつなぐよう決定されることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１０】
前記画像信号を解析して特徴量を算出することと、
算出された前記特徴量に応じて前記第１変換特性の傾きを決定することと、をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の画像処理方法。
【請求項１１】
前記画像信号を解析して特徴量を算出することと、
前記第１変換特性と前記第３変換特性とを予め定めた割合で合成することにより前記第２変換特性を決定することと、をさらに含み、
前記割合は、算出された前記特徴量に基づいて設定されることを特徴とする請求項９または１０に記載の画像処理方法。
【請求項１２】
コンピュータを請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置および画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＶの受像機やＰＣのモニタをはじめとして、液晶表示デバイスなどの様々な表示デバイスを備えた画像表示装置が実用化されている。画像表示装置は、入力画像信号に対して様々な画像処理を施した後、表示デバイスへと出力して表示する。画像処理とは、例えば、解像度変換や色補正処理、投射型の画像表示装置における、投影面の形状補正処理などである。
【０００３】
これらの画像処理の中には、画像表示装置から発する光の強度（輝度レベルと称す）と信号レベルとが比例することを前提とする画像信号に対して行われることが望ましい処理（以下、リニア処理と称す）がある。特許文献１には、１つのフレームを２つのサブフレームに分割することでフレーム周波数を２倍にして表示する際に、動画の視認性を向上するための技術が開示されている。具体的には、１フレームの高周波成分を第１のサブフレームに集中させ、低周波成分を第１および第２のサブフレームに配分して表示することで、動きぼやけが低減され、且つフリッカが抑制される。この時、周波数成分の算出や各サブフレームへの配分度合は輝度レベルに対して定義される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６０４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リニア処理を施す場合、入力画像信号レベルが一旦輝度レベルに変換される。入力画像信号レベルと輝度レベルとは非線形な関係を有するため、輝度レベルへの変換後においても入力画像信号レベルのステップを維持するために必要な変換後のビット精度は、入力画像信号レベルより大きくなる。つまり、リニア処理する際に必要となるビット精度は、入力画像信号レベルに対して処理する場合と比べて大きくなり、画像処理に必要な回路規模が増大しうる。
【０００６】
また、ＴＶ映像といった一般的な入力画像信号と輝度レベルとは、ＣＲＴの特性より、２．２乗の特性を持つことが知られている。２．２乗の特性は、０レベル（原点）に近いほど小さくなる傾きを持つ。したがって、２．２乗の特性を有する画像信号レベルを輝度レベルに変換する場合、変換後のビット精度が十分でないと、画像信号レベルの低階調部の階調性が低下する。これにより、低階調部が黒く潰れて視認されるといった画質劣化が生じうる。
【０００７】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、リニア処理を行う際の低階調部における画質劣化の抑制と回路規模の増大の抑制と、を両立できる画像処理技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は画像処理装置に関する。この画像処理装置は、ディスプレイの応答特性に応じて、画像信号の第１階調域、第２階調域、第３階調域をそれぞれ第１変換特性、第２変換特性、第３変換特性にしたがい変換する変換手段と、変換手段による変換で得られる変換信号を処理する処理手段と、を備える。第１階調域は第３階調域より低階調であり、かつ第２階調域は第１階調域と第３階調域との間にあり、第３変換特性は応答特性に対応し、第１変換特性は処理手段におけるビット精度が高いほど傾きが小さくなる線形の変換特性であり、第２変換特性は第２階調域において第１変換特性と第３変換特性とを滑らかにつなぐよう決定される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、リニア処理を行う際の低階調部における画質劣化の抑制と回路規模の増大の抑制と、を両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は第１の実施の形態に係る画像処理方法における、画像信号に対する処理の流れを示す模式図、図１（ｂ）は、ディスプレイの応答特性の一例を示す図。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第１、第２の実施の形態に係る画像処理装置の機能および構成を示すブロック図。
【図３】図３（ａ）はガンマ変換部における変換特性を説明するための図、図３（ｂ）はガンマ変換部における変換特性を示す図、図３（ｃ）はデガンマ変換部における変換特性を説明するための図、図３（ｄ）はデガンマ変換部における変換特性を示す図。
【図４】図２（ａ）の画像処理装置のハードウエア構成の一例を示す図。
【図５】図２（ａ）の画像処理装置における一連の処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明の実施の形態は以下の実施の形態に限定されるものではない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理、信号には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面において説明上重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る画像処理方法における、画像信号に対する処理の流れを示す模式図である。画像信号は、デジタルカメラやビデオカメラやスキャナなどの撮像装置１０により生成され、画像処理１２を経て、ＣＲＴモニタや液晶モニタやＴＶ受像機などのディスプレイ１４に入力される。
【００１３】
図１（ｂ）は、ディスプレイ１４の応答特性１８の一例を示す図である。図１（ｂ）には、横軸を画像信号のレベル、縦軸をディスプレイ１４が発する光の強度（明るさ、輝度レベル）とした時の応答特性１８が模式的に示される。なお、各軸の最小レベルを０．０、最大レベルを１．０とする正規化が行われている。一般的に、輝度レベルは画像信号レベルのγ＝約２．２乗に比例することが知られており、この応答特性はガンマ特性と呼ばれる。特に、ＴＶ等の受像機で使われているＣＲＴはγ＝約２．２乗のガンマ特性を有する。
【００１４】
輝度レベルが画像信号レベルに比例することを前提とする画像信号（以下、輝度リニア空間の画像信号と称す）をそのままディスプレイ１４に入力すると、ディスプレイ１４のガンマ特性により画面が暗めになる。そこで、ＴＶ放送をはじめとする多くの映像信号、画像信号について、ディスプレイ１４のガンマ特性を打ち消すように輝度リニア空間の画像信号のレベルを予め大きくする補正が行われることが一般的である。特に、輝度リニア空間の画像信号のレベルを（１／γ）乗するガンマ補正がよく行われる。
【００１５】
撮像装置１０により生成される画像信号には、標準的なディスプレイで自然に表示可能なようにガンマ補正１６が施されている。また、液晶表示デバイスはＣＲＴとは異なる応答特性を有しうるが、ガンマ補正された画像信号の表示に適合するため、γ＝約２．２乗のガンマ特性を有するよう設計されることが一般的である。
【００１６】
画像処理１２は、ユーザによる色調整や明るさ調整と、むら補正処理などのディスプレイ１４の特性を補正する処理と、ディスプレイ１４が投射型の映像表示装置である場合には投影面の形状を補正するキーストン補正処理と、を含む。これらの画像処理のなかには、輝度リニア空間で行われることが望ましい画像処理がある。例えば、６０Ｈｚで入力される１つのフレームの輝度を１２０Ｈｚの２つのサブフレームに分配することで、フレーム周波数を２倍にして表示する場合がある。１つのフレームの画像信号レベルが０．５であるとし、これを０．２と０．８とに分配して表示したとする。画像信号レベルにおいては、２サブフレーム期間分のレベルはトータルで１．０（＝０．２＋０．８）となり、分配しない場合（０．５＋０．５）と等しい。一方、輝度レベルで捉えると、図１（ｂ）に示される通り輝度レベルは画像信号レベルと線形ではないため、両者で２サブフレーム期間分の輝度レベルにずれが生じる。したがって、このような画像処理は輝度リニア空間で行われることが望ましい。
【００１７】
そこで、本実施の形態に係る画像処理１２では、撮像装置１０から入力されるガンマ補正された画像信号をガンマ処理し、輝度レベルが画像信号レベルに近似的に比例する画像信号（以下、輝度近似リニア空間の画像信号と称す）に変換する。変換後の画像信号に対して画像処理が行われ、上記ガンマ処理の逆処理であるデガンマ処理が行われる。デガンマ処理後の画像信号はディスプレイ１４に出力される。これにより、輝度リニア空間で行われることが望ましい画像処理を、輝度近似リニア空間で行うことができる。
【００１８】
理想的な状況、例えば画像処理において常に十分に大きなビット精度が利用可能であるような状況では、ガンマ処理はガンマ特性と同等の変換特性にしたがって画像信号を変換すればよい。すなわち、図１（ｂ）に示される横軸をガンマ処理に入力される画像信号レベル（正規化後）、縦軸をガンマ処理からの出力レベル（正規化後）とするような変換が行われる。この変換は、例えばルックアップテーブル等を使用して実現される。その結果得られる変換後の画像信号は輝度リニア空間に属する。
【００１９】
一方、ガンマ処理においてガンマ特性γ＝約２．２をそのまま用いると、図１（ｂ）に示されるように原点付近の傾きは小さくなる。つまり、ガンマ特性γ＝約２．２を十分に表現するためには、ガンマ処理の出力ビット数が増大する。このため、画像処理に必要なビット数が増大し、回路規模が増大するという課題がある。この場合、ガンマ処理、デガンマ処理で扱うビット数も増える。これらの課題に対して、ガンマ処理の出力ビット数を単純に減らすと、低階調部が潰れ、階調性が低下し、画質が劣化する。
【００２０】
そこで本実施の形態に係るガンマ処理では、画像信号の低階調域、中階調域、高階調域のそれぞれに対して異なる変換特性を適用する。低階調域の変換特性（低域変換特性と称す）は線形であり、入力レベルに比例する出力レベルが生成される。高階調域の変換特性（高域変換特性と称す）はガンマ特性に対応する。低階調域と高階調域との間にある中階調域の変換特性（中域変換特性と称す）は、中階調域において低域変換特性と高域変換特性とを滑らかにつなぐよう決定される。これにより、高階調域の画像信号は変換されて輝度リニア空間の画像信号となり、かつ、低階調域ではガンマ処理による階調性の低下が抑制または除去される。したがって、ガンマ処理後の画像処理におけるビット数を増やさなくても、輝度近似リニア空間への変換と低階調部の画質劣化の抑制とを両立できる。その結果、回路規模の増大を抑制できる。
【００２１】
図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る画像処理装置１００の機能および構成を示すブロック図である。画像処理装置１００は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの色成分から成るガンマ補正された画像信号を取得し、取得された画像信号に対して各種色調整や画像処理を行った後、表示デバイス１０４において表示する。画像処理装置１００は、ガンマ変換部１０１と、画像処理部１０２と、デガンマ変換部１０３と、ＣＲＴモニタや液晶モニタなどの表示デバイス１０４と、決定部１０５と、を備える。
【００２２】
ガンマ変換部１０１は、ガンマ補正された画像信号を取得する。ガンマ変換部１０１は、取得された画像信号の低階調域、中階調域、高階調域をそれぞれ低域変換特性、中域変換特性、高域変換特性にしたがい変換する。低域変換特性は、低階調域の画像信号レベルの階調性を重視した変換特性であり、低域変換特性の傾きは画像処理部１０２におけるビット精度に基づき決定される。簡単な例では、ガンマ変換部１０１に入力された画像信号が有するビット精度をＩＮ、ガンマ変換部１０１が出力する変換信号が有するビット精度をＯＴとすると、低域変換特性はｙ＝ｕｘの一次式で表される。ここで、傾きｕは以下の式（１）で表される。なお、ＩＮ≦ＯＴであるとし、ＩＮ＞ＯＴの場合はｕ＝１とする。
ｕ＝１／２ＯＴ−ＩＮ      ・・・式（１）
式（１）に基づくと、変換後の信号の低階調部は潰れることなく、階調性が保持される。
【００２３】
決定部１０５は、画像処理部１０２における処理に応じて低域変換特性の傾きｕを決定する。決定部１０５は画像処理部１０２から、画像処理部１０２における画像処理で使用されるビット精度（＝ガンマ変換部１０１が出力する変換信号のビット精度ＯＴ）を取得する。決定部１０５は、取得されたビット精度ＯＴと、予め与えられた情報である画像信号のビット精度ＩＮとに基づいて、上記の式（１）により傾きｕを計算する。
【００２４】
図３（ａ）は、ガンマ変換部１０１における変換特性を説明するための図である。図３（ａ）において、横軸を入力される画像信号のレベル、縦軸を変換後の変換信号のレベルとする。符号３０１で示される曲線は図１（ｂ）に示されるガンマ特性に準じるものであり、ｙ＝ｘγを表す。符号３０２で示される直線は上記の式（１）で表されるｕを用いたｙ＝ｕｘを表す。ここで、入力された画像信号が有するビット精度ＩＮ＝１０（ビット）、ガンマ変換部１０１が出力する変換信号が有するビット精度ＯＴ＝１２（ビット）としている。符号３０３で示される黒塗りの点は曲線３０１と直線３０２との原点以外の交点である。
【００２５】
交点３０３の低階調側に直線３０２を適用し、交点３０３の高階調側に曲線３０１を適用すると、交点３０３が変曲点となる。すなわち、変換特性の一次微分が交点３０３において不連続となる。この場合、画像の画質が劣化する虞がある。そこで、決定部１０５は、交点３０３の低階調側における直線３０２上の点である第１特性変更点３０４と、交点３０３の高階調側における曲線３０１上の点である第２特性変更点３０５とを選択する。決定部１０５は、原点から第１特性変更点３０４までの画像信号レベルの範囲を画像信号の低階調域３０７として決定する。決定部１０５は、第１特性変更点３０４から第２特性変更点３０５までの画像信号レベルの範囲を画像信号の中階調域３０８として決定する。決定部１０５は、第２特性変更点３０５から最大値までの画像信号レベルの範囲を画像信号の高階調域３０９として決定する。決定部１０５は、低階調域３０７に対して直線３０２で表される特性を低域変換特性として決定する。決定部１０５は、高階調域３０９に対して曲線３０１で表される特性を高域変換特性として決定する。
【００２６】
決定部１０５は、交点３０３と第１特性変更点３０４と第２特性変更点３０５との３点を用いてベジエ補間し、中階調域３０８に対してベジエ曲線３１０を取得する。図３（ｂ）は、ガンマ変換部１０１における変換特性３０６を示す図である。ガンマ変換部１０１の変換特性３０６は低階調域３０７、中階調域３０８、高階調域３０９の３つの区間でそれぞれ異なるが、区間の境界を含めて変曲点は存在しない。なお、ベジエ補間に限られず、スプライン補間等の他の補間方法が使用されてもよい。また、変曲点付近では任意の割合で低域と高域との２つの変換特性を合成すればよいが、低域変換特性と局所的な傾きは同じ、あるいは大きい方が望ましい。
【００２７】
例えば、交点３０３と第１特性変更点３０４との横方向距離Ｒ１と、交点３０３と第２特性変更点３０５との横方向距離Ｒ２と、の比が予め定めた比となるように、決定部１０５は第１特性変更点３０４と第２特性変更点３０５とを決定してもよい。ベジエ補間において、交点３０３と第１特性変更点３０４との横方向距離Ｒ１は中域変換特性に対する低域変換特性からの寄与の程度に対応する。交点３０３と第２特性変更点３０５との横方向距離Ｒ２は中域変換特性に対する高域変換特性からの寄与の程度に対応する。したがってこの場合、決定部１０５は、低域変換特性と高域変換特性とを予め定めた割合で合成することにより中域変換特性を決定することとなる。また、この割合は、中階調域の低階調側において低域変換特性からの寄与が高域変換特性からの寄与よりも大きくなるよう重み付け等により実現されてもよい。
【００２８】
以上、図３（ｂ）に示される変換特性３０６によれば、低階調域は潰れることなく、階調性が保持される。また、低階調域以外、特に第２特性変更点３０５に対応する画像信号レベルよりも大きな画像信号レベルは、γ＝約２．２で変換されるため、後段の画像処理部１０２において輝度リニア空間で処理される。これにより、低階調域が潰れ、階調性が低下し、画質が劣化する現象を抑制しながら、ガンマ変換部１０１において輝度近似リニア空間への変換を実現することができる。
【００２９】
図２（ａ）に戻り、画像処理部１０２は、ガンマ変換部１０１による変換の結果得られる変換信号に対して、図１に示される画像処理１２に関連して説明された画像処理を行う。ガンマ変換部１０１から出力される信号は輝度近似リニア空間の画像信号であるから、画像処理部１０２は輝度リニア空間で行われることが望ましい画像処理にも対応可能となる。画像処理部１０２は、画像処理後の信号をデガンマ変換部１０３に出力する。
【００３０】
デガンマ変換部１０３は、画像処理部１０２による処理の結果得られる出力信号を、ガンマ変換部１０１における変換特性の逆特性にしたがい変換する逆変換部である。図３（ｃ）は、デガンマ変換部１０３における変換特性を説明するための図である。図３（ｃ）において、横軸を画像処理後の信号のレベル、縦軸をデガンマ変換部１０３が出力する信号のレベルとする。ここで、画像処理後の信号のビット精度＝ガンマ変換部１０１が出力する変換信号が有するビット精度ＯＴ＝１２（ビット）、デガンマ変換部１０３が出力する信号のレベル＝ガンマ変換部１０１に入力された画像信号のビット精度ＩＮ＝１０（ビット）である。
【００３１】
符号３２１で示される曲線は図３（ａ）に示される曲線３０１の逆関数であり、ｙ＝ｘ１／γを表す。符号３２２で示される直線は図３（ａ）に示される直線３０２の逆関数であり、ｙ＝（１／ｕ）ｘを表す。符号３２３で示される黒塗りの点は曲線３２１と直線３２２との原点以外の交点である。符号３２４で示される白抜きの点は第１特性変更点３０４に、符号３２５で示される白抜きの点は第２特性変更点３０５に、それぞれ対応する。図３（ｄ）は、デガンマ変換部１０３における変換特性３２６を示す図である。この変換特性３２６は、図３（ｂ）に示されるガンマ変換部１０１の変換特性３０６の逆特性である。
【００３２】
デガンマ変換部１０３によるデガンマ処理により、輝度近似リニア空間において画像処理された後の信号はガンマ補正された画像信号に戻る。デガンマ変換部１０３のさらに後段において、各種画像処理が行われてもよい。デガンマ変換部１０３から出力された信号は、不図示のＶＴ変換部や表示デバイス駆動部等を経て表示デバイス１０４に入力される。
【００３３】
図２（ａ）に示した画像処理装置１００の各機能部の少なくとも一部は独立した装置として実現されてもよい。また、それぞれの機能を実現するソフトウエアとして実現されてもよい。本実施の形態では表示デバイス１０４を除く各部はソフトウエアにより実現されているものとする。以下、ソフトウエアにより上述した画像処理装置１００の各機能部を実現するためのハードウエアの一例について説明する。
【００３４】
図４は、図２（ａ）の画像処理装置１００のハードウエア構成の一例を示す図である。ＣＰＵ２０１は、主として各構成要素の動作を制御する。主メモリ２０２は、ＣＰＵ２０１が実行する制御プログラムを格納したり、ＣＰＵ２０１によるプログラム実行時の作業領域を提供したりする。磁気ディスク２０３は、オペレーティングシステム（ＯＳ）、周辺機器のデバイスドライバ、本実施の形態に係る画像処理方法を実現するためのプログラムなどのコンピュータプログラムを格納する外部記憶装置の一例である。ＣＰＵ２０１が主メモリ２０２、磁気ディスク２０３に格納されているプログラムを実行することにより、図２（ａ）に示した画像処理装置１００の機能（ソフトウエア）及び後述するフローチャートにおける処理が実現される。なお、磁気ディスク２０３に記憶されたプログラムは必要に応じて主メモリ２０２に展開され、ＣＰＵ２０１により実行される。
【００３５】
表示メモリ２０４は、表示用データを一時記憶する。表示デバイス１０４は、表示メモリ２０４からのデータに基づいて画像やテキスト等の表示を行う。マウス２０６及びキーボード２０７は、ユーザによるポインティング入力及び文字等の入力をそれぞれ行う。上記各構成要素は、共通バス２０８により互いに通信可能に接続されている。
【００３６】
図５は、画像処理装置１００における一連の処理の一例を示すフローチャートである。Ｓ５０１では、ガンマ特性に応じて高域変換特性を決定し、式（１）に基づいて低域変換特性を決定する。Ｓ５０２では、低域変換特性と高域変換特性との原点以外の交点を取得する。Ｓ５０３では、交点に対応する画像信号レベルより低く、かつ低域変換特性上の点である第１特性変更点３０４と、交点に対応する画像信号レベルより高く、かつ高域変換特性上の点である第２特性変更点３０５の２点を決定する。それら２点を用いて、交点を中心としたベジエ補間にて２点間の変換特性を中域変換特性として算出する。Ｓ５０４では、原点から低域変換特性、ベジエ補間にて算出した中域変換特性、高域変換特性を順に適用し、ガンマ変換の変換特性を決定する。
【００３７】
本実施の形態に係る画像処理装置１００によると、高階調域の画像信号は変換されて輝度リニア空間の画像信号となり、かつ、低階調域ではガンマ変換による階調性の低下が抑制または除去される。したがって、ガンマ変換後の画像処理におけるビット数を増やさなくても、輝度近似リニア空間への変換と低階調部の画質劣化の抑制とを両立できる。その結果、回路規模の増大を抑制できる。
【００３８】
なお、上述の式（１）において、ＩＮは、入力される画像信号が有するビット精度としたがこれに限らない。例えば、輝度レベルを測定した結果、対象の表示デバイス１０４が表現可能な低階調部の輝度レベルが、画像信号が有するビット精度よりも小さい場合は、表現可能なビット精度をＩＮに適用してもよい。これにより、ガンマ変換部１０１による低階調部の階調性の低下を抑制でき、また高域変換特性で変換される画像信号レベルの範囲（すなわち、高階調域）が広がるため、画像処理による画質のさらなる向上が可能となる。なお、上記では、表現可能な低階調部の輝度レベルを測定することとしたが、ユーザや評価者が視認可能なレベルを採用してもよいし、許容可能なレベルを採用してもよい。
【００３９】
また、低消費電力化やＤＲＡＭアクセス時の帯域低減等のために、画像処理部１０２における画像処理で使用されるビット精度が可変となる場合、それに応じてＯＴを可変としてもよい。これにより、低階調部の階調性の低下を適応的に抑制することができる。
【００４０】
また、画像信号はＲ、Ｇ、Ｂの３つの色成分から成り画素毎に入力されるものとし、ガンマ変換部１０１はそれぞれの色成分を独立に変換処理してもよい。画像信号レベルと輝度レベルとの関係を表す特性は各色成分ともに約２．２乗（γ＝約２．２）としてもよい。この特性が経時で変動する場合は、図２（ａ）に示されるデガンマ変換部１０３で補正して２．２乗に合わせるようにしてもよい。
【００４１】
なお、「輝度リニア空間」は、画像信号レベルと輝度レベルとが比例することが望ましいが、約５％内の誤差があってもよい。また、階調性を重視した低域変換特性として式（１）で示される傾きｕに基づく１次式を採用したが、これに限らず、低階調域の階調性の低下を抑制するよう適宜変換特性を算出してもよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、画像信号を解析し、その解析結果に応じて適した変換特性を決定するための解析部６０２を画像処理装置に設ける。図２（ｂ）は、第２の実施の形態に係る画像処理装置６００の機能および構成を示すブロック図である。画像処理装置６００は、ガンマ変換部１０１と、画像処理部１０２と、デガンマ変換部１０３と、表示デバイス１０４と、決定部６０１と、解析部６０２と、を備える。
【００４３】
解析部６０２は、入力されるガンマ補正された画像信号を解析して特徴量を算出する。決定部６０１は、解析部６０２によって算出された特徴量に応じて低域変換特性の傾きを決定する。また、決定部６０１は、解析部６０２によって算出された特徴量に基づいて低域変換特性と高域変換特性との合成の割合を設定する。
【００４４】
例えば、解析部６０２は、ヒストグラムを求める。ここでいうヒストグラムとは、１フレーム画像における、画像信号レベル毎の出現頻度（画素数）のことである。決定部６０１は、解析部６０２によって色成分毎に求められたヒストグラムに応じて、低域変換特性と高域変換特性との合成割合、または式（１）に示される傾きを可変とする。決定部６０１は、解析部６０２によって求められたヒストグラムにおいて、低階調レベルの頻度が少ないほど、式（１）の傾きがより小さくなるよう（０に近づくよう）にガンマ変換部１０１の低域変換特性を制御する。これにより、高域変換特性で処理される画像信号レベルの範囲を広げることができ、したがって輝度リニア空間で処理可能な画像信号の範囲を広げることができる。
【００４５】
例えば、決定部６０１は、ヒストグラムがとる最小レベル、または最小レベルから母数の５％内の画素が存在する最大レベルが、低域変換特性と高域変換特性との交点（図３（ａ）の交点３０３）となるよう低域変換特性の傾きｖを算出する。決定部６０１は、算出された傾きｖと、式（１）で算出した傾きｕとのうち、小さい方の値を選択してもよい。
【００４６】
前述のヒストグラムからの判定方法は一例である。ヒストグラムの重心が所定の閾値より大きいか否かによって、低階調レベルの頻度を概判定してもよいし、その他任意の方法が使用されてもよい。色成分毎にヒストグラムを求めなくとも、ＲＧＢのいずれか１つ（例えばＧ）を用いてもよいし、色成分から輝度成分（Ｙ）を算出して輝度成分のヒストグラムを求めてもよい。１フレーム画像ではなく、画像内の領域毎にヒストグラムを算出して適用してもよい。また、動画像に対して連続性をもたせることを目的として複数フレーム画像のヒストグラムを加重平均して適用してもよい。全画素の出現頻度をカウントすることが望ましいが、ヒストグラム取得、及び解析に必要な回路規模を低減するために一部の画素のみを用いてもよい。
【００４７】
解析部６０２において画像信号を解析することで算出される特徴量の例は、上記のヒストグラム以外にも、以下のようなものがある。
解析部６０２は、入力される画像信号の下位ビットの変動有無を解析することで、画像信号のビット深度を判定する。決定部６０１は、解析部６０２における判定結果であるビット深度を式（１）におけるＩＮに設定する。これにより、例えば画像の伝送が１０ビットまで可能なインタフェースやフォーマットであるが、入力される画像信号自体は８ビットの場合に、ＩＮ＝８と設定される。その結果、輝度リニア空間で処理可能な画像信号レベルの範囲を広げることができる。
【００４８】
以上、決定部６０１および解析部６０２の機能例について説明したが、映像処理部１０２の後段に設けられたデガンマ変換部１０３では、ガンマ変換部１０１における変換特性の逆特性で変換処理が行われる。
【００４９】
以上、本実施の形態に係る画像処理装置６００によれば、第１の実施の形態で得られる効果に加えて、画像信号を解析することで、輝度リニア空間で処理可能な画像信号レベルの範囲をさらに広げることができ、画質をより改善することができる。
【００５０】
以上、実施の形態に係る画像処理装置の構成と動作について説明した。これらの実施の形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５１】
（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【００５２】
１００  画像処理装置、  １０１  ガンマ変換部、  １０２  画像処理部、  １０３  デガンマ変換部、  １０４  表示デバイス。
【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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