(57)【要約】【課題】  異なった特徴の画像が混在する画像を表す画像信号の階調特性を制御する。【解決手段】暗部特徴情報に基づいて、入力画像信号中の暗部領域に対応する信号の階調を強調するように補正し、補正した信号を暗部階調補正信号として出力する。明部特徴情報に基づいて、入力画像信号の前記明部領域に対応する信号の階調を強調するように補正し、補正した信号を明部階調補正信号として出力する。暗部階調補正信号と明部階調補正信号とを合成する。このとき、暗部強調値を挟んで連続する入力画像信号の階調の変化に応じて階調補正信号の変化が連続となり、かつ、中間値を挟んで連続する入力画像信号の階調の変化に応じて階調補正信号の変化が連続となり、かつ、明部強調値を挟んで連続する前記入力画像信号の階調の変化に応じて階調補正信号の変化が連続となるように、暗部階調補正信号と明部階調補正信号とを重み付け加算する。【選択図】        図６
2005184048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像信号の階調特性を補正する階調特性補正装置であって、
前記入力画像信号の表す画像を、前記入力画像信号の中間値を境界とする暗部領域と明部領域とに区分した場合に、前記暗部領域に対応する画像の特徴を表す暗部特徴情報と、前記明部領域に対応する画像の特徴を表す明部特徴情報とを取得する特徴情報取得部と、
前記暗部特徴情報に基づいて、前記入力画像信号中の前記暗部領域に対応する信号の階調を強調するように補正し、補正した信号を暗部階調補正信号として出力するとともに、前記暗部領域に対応する前記入力画像信号において最も強調される信号の階調値を暗部階調値とする暗部階調補正部と、
前記明部特徴情報に基づいて、前記入力画像信号の前記明部領域に対応する信号の階調を強調するように補正し、補正した信号を明部階調補正信号として出力するとともに、前記明部領域に対応する前記入力画像信号において最も強調される信号の階調値を明部強調値とする明部階調補正部と、
前記暗部階調補正信号と前記明部階調補正信号とを合成し、合成した信号を階調補正信号として出力する合成部と、を備え、
前記合成部は、前記暗部強調値を挟んで連続する前記入力画像信号の階調の変化に応じて前記階調補正信号の変化が連続となり、かつ、前記中間値を挟んで連続する前記入力画像信号の階調の変化に応じて前記階調補正信号の変化が連続となり、かつ、前記明部強調値を挟んで連続する前記入力画像信号の階調の変化に応じて前記階調補正信号の変化が連続となるように、前記暗部階調補正信号と前記明部階調補正信号とを重み付け加算することを特徴とする、
階調特性補正装置。
【請求項２】
入力画像信号を処理する画像処理装置であって、
前記入力画像信号の階調特性を補正する請求項１記載の階調特性補正装置を含むことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
入力画像信号の表す画像を表示する画像表示装置であって、
前記入力画像信号を処理する請求項２記載の画像処理装置と、
前記画像処理装置から出力される画像信号の表す画像を表示するための表示部と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、画像信号の階調特性を制御することにより、表示される画像の高画質化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置として、画像を投写表示するプロジェクタが普及しつつある。このプロジェクタは、液晶パネルのような非発光型の表示デバイスをライトバルブと呼ばれる光変調装置として用い、照明光を変調することにより画像を表示する投写型の画像表示装置である。なお、このような非発光型の表示デバイスを用いた直視型の画像表示装置もある。
【０００３】
非発光型の表示デバイスを用いた画像表示装置では、一般に、ＣＲＴ等の発光型の表示デバイスを用いた画像表示装置に比べて、コントラストが低く高画質化のネックとなっている。このため、コントラストを向上させて画質の向上を図ることが望まれている。
【０００４】
画像のコントラストを向上させる手法として、入力画像の特徴を検出し、検出した特徴に基づいて画像信号の階調特性を動的に制御する第１の手法が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
また、画像のコントラストを向上させる別の手法として、暗部の階調を強調した第１の階調補正特性に基づいて得られる第１の階調補正結果と、明部の階調を強調した第２の階調補正特性に基づいて得られる第２の階調補正結果とを平均することにより画像信号の階調特性を制御する第２の手法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
さらに、また、画像のコントラストを向上させる別の手法として、２種類の階調補正特性を、入力画像の特徴に基づいて加重平均することにより画像信号の階調特性を制御する第３の手法が提案されている（特許文献４および特許文献５参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６６１２１号公報
【特許文献２】特開平９−１４９２５７号公報
【特許文献３】特開平７−２１２６２０号公報
【特許文献４】特開平６−２５３１７６号公報
【特許文献５】特開平９−１４９３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記第１の手法では、入力画像信号の特徴に基づいて画像信号の階調特性を動的に制御することができるという利点があるが、１つの画像中に、明るい画像領域と暗い画像領域の異なった特徴を有する画像領域が混在する場合、以下に示すような不具合が発生する可能性がある。すなわち、上記第１の手法では、１つの画像を表す画像信号のすべてに対して、同一の階調補正特性に基づいて階調特性の制御を実行している。このため、例えば、暗い画像領域のコントラストを向上させるように画像信号の階調補正特性を設定したとすると、暗い画像領域に対しては、良好な階調特性の制御を行って画質の向上を図ることができる。しかしながら、暗い画像に合わせて設定された階調補正特性では、明るい画像領域の明側および暗側の画像がつぶれてしまい、明るい画像領域に対しては却ってコントラストが低下して、画質の劣化を招く場合がある。
【０００９】
また、第２の手法では、第１の手法における問題点を改善し、明るい側および暗い側の両方において画質の劣化を防止しつつ、画像のコントラストを向上させることが可能である。しかしながら、第１と第２の階調補正特性が固定であるため、画像信号の階調特性を動的に制御できず、画像のコントラストを向上させる手法として十分とは言えない。
【００１０】
また、第３の手法では、第１の手法における問題点を改善し、明るい側および暗い側の両方において画質の劣化を防止しつつ、画像のコントラストを向上させることが可能である。しかしながら、第３の手法では、画像信号の階調特性をある程度動的に制御可能であるが、２種類の階調補正特性が固定であるため、第２の手法と同様に、画像のコントラストを向上させる手法として十分とは言えない。
【００１１】
以上説明したように、従来の手法では、１つの画像中に異なった特徴の画像領域が混在するような画像について、十分に工夫されていないという問題があった。なお、上述のような異なった特徴の画像領域が混在する画像のコントラストの向上に関する問題は、非発光型の表示デバイスを用いた画像表示装置だけでなく、発光型の表示デバイスを用いた画像表示装置においても発生する問題である。
【００１２】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、異なった特徴の画像領域が混在する画像を表す画像信号の階調特性をうまく制御することのできる技術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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の装置は、入力画像信号の階調特性を補正する階調特性補正装置であって、
前記入力画像信号の表す画像を、前記入力画像信号の中間値を境界とする暗部領域と明部領域とに区分した場合に、前記暗部領域に対応する画像の特徴を表す暗部特徴情報と、前記明部領域に対応する画像の特徴を表す明部特徴情報とを取得する特徴情報取得部と、
前記暗部特徴情報に基づいて、前記入力画像信号中の前記暗部領域に対応する信号の階調を強調するように補正し、補正した信号を暗部階調補正信号として出力するとともに、前記暗部領域に対応する前記入力画像信号において最も強調される信号の階調値を暗部階調値とする暗部階調補正部と、
前記明部特徴情報に基づいて、前記入力画像信号の前記明部領域に対応する信号の階調を強調するように補正し、補正した信号を明部階調補正信号として出力するとともに、前記明部領域に対応する前記入力画像信号において最も強調される信号の階調値を明部強調値とする明部階調補正部と、
前記暗部階調補正信号と前記明部階調補正信号とを合成し、合成した信号を階調補正信号として出力する合成部と、を備え、
前記合成部は、前記暗部強調値を挟んで連続する前記入力画像信号の階調の変化に応じて前記階調補正信号の変化が連続となり、かつ、前記中間値を挟んで連続する前記入力画像信号の階調の変化に応じて前記階調補正信号の変化が連続となり、かつ、前記明部強調値を挟んで連続する前記入力画像信号の階調の変化に応じて前記階調補正信号の変化が連続となるように、前記暗部階調補正信号と前記明部階調補正信号とを重み付け加算することを特徴とする。
【００１４】
上記階調特性補正装置によれば、暗部階調補正部で得られる暗部階調補正信号と、明部階調補正部で得られる明部階調補正信号とを合成し、合成した信号を階調補正信号として出力している、これにより、例えば、明度の高い画像および明度の低い画像の両方を強調することが可能である。すなわち、明度の高い画像と低い画像のような異なった特徴の画像が混在する画像を表す画像信号の階調特性をうまく制御することが可能である。
【００１５】
また、暗部階調補正信号と明部階調補正信号との合成は、合成後の階調補正信号の表す階調補正特性が、暗部強調値、中間値、および、明部強調値において連続するように、重み付け加算することにより実行しているので、暗部階調補正特性および明部階調補正特性における暗部強調値、中間値、および、明部強調値のような階調特性の変化の境界で、合成後の階調補正特性が非連続となって、階調補正信号の表す画像の画質が劣化することを防止することができる。
【００１６】
さらに、暗部階調補正部における補正は、特徴情報取得部で取得された暗部特徴情報に基づいて実行され、明部階調補正部における補正は、特徴情報取得部で取得された明部特徴情報に基づいて実行されるので、入力される画像信号の表す画像の特徴に応じて好ましい階調補正特性を動的に得ることができる。
【００１７】
以上のように、本発明の階調特性補正装置では、上記種々の効果を有することにより、明るい画像領域と暗い画像領域のような異なった特徴の画像領域が混在する画像を表す画像信号の階調特性をうまく制御することが可能である。
【００１８】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、階調特性補正方法および装置、階調特性補正装置を備える画像処理装置およびこれを備える画像表示装置等の種々の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．画像表示装置の全体構成：
Ｂ．階調補正部：
Ｂ．１．信号形式変換部
Ｂ．２．データバッファ部：
Ｂ．３．特徴情報取得部：
Ｂ．４．階調補正処理部：
Ｂ．５．効果：
Ｃ．変形例：
【００２０】
Ａ．画像表示装置の全体構成：
図１は、本発明を適用した画像表示装置の全体構成を示すブロック図である。この画像表示装置は、入力処理部１０と、階調特性補正装置としての階調補正部２０と、画像表示部としての液晶ディスプレイパネル４０（以下、単に「液晶パネル」あるいは「ＬＣＤ」とも呼ぶ）および液晶パネル駆動部３０と、制御部７０とを備えている。また、この画像表示装置はいわゆるプロジェクタであり、画像表示部には、液晶パネル４０を照明するための照明装置５０と、液晶パネル４０から射出された画像を表す光（画像光）をスクリーンＳＣ上に投写する投写光学系６０とを備えている。
【００２１】
なお、液晶パネル４０は、照明装置５０から射出された照明光を、液晶パネル駆動部３０からの駆動信号に応じて変調し、変調された光（画像を表す「画像光」とも呼ぶ）を出力する。また、図示は省略されているが、液晶パネル４０は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）用の３枚の液晶パネルを有している。また、照明装置５０には光を３色の光に分離する色光分離光学系が備えられており、投写光学系６０には液晶パネル４０からの３色の光を合成する合成光学系が備えられている。なお、このようなプロジェクタの光学系の構成については、例えば本出願人により開示された特開平１０−１７１０４５号公報に詳述されているので、ここではその説明は省略する。
【００２２】
なお、液晶パネル４０を１枚のカラー液晶パネルとすることも可能である。また、液晶パネル４０を１枚のカラー液晶パネルとし、投写光学系６０を省略して、直視型の画像表示装置とすることも可能である。
【００２３】
制御部７０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成されており、ＲＯＭに記憶されているデータに従って、各ブロックの動作を制御する。また、ＲＯＭに記憶されているデータに従って、入力処理部１０や階調補正部２０の種々の設定を実行する。
【００２４】
入力処理部１０は、アナログの入力画像信号ＶＳに含まれる同期信号を除く画像信号（以下、単に「画像信号」と呼ぶ場合もある）を、処理が容易なディジタルの画像信号に変換し、ディジタル画像信号ＤＩＶとして出力する。また、入力処理部１０は、拡大／縮小等の画像表示装置内で一般的に実行される種々の画像処理を実行する。なお、画像信号の信号形式はＲＧＢ信号形式である。ただし、画像信号の信号形式は、ＲＧＢ信号形式に限定されるものではなく、Ｙ／色差信号形式等の種々の信号形式であってもよい。
【００２５】
階調補正部２０は、後述するように、入力処理部１０から出力されたディジタル画像信号ＤＩＶに対して階調補正を行う。階調補正部２０から出力された階調補正後のディジタル画像信号ＤＯＶは、液晶パネル駆動部３０に供給される。
【００２６】
液晶パネル駆動部３０は、与えられたディジタル画像信号ＤＯＶに応じて、液晶パネル４０を駆動するための駆動信号を生成する。液晶パネル４０は、照明装置５０による照明光を、駆動信号に応じて変調する。変調された光は、画像光として投写光学系６０を介してスクリーンＳＣ上に投写される。これにより、スクリーンＳＣ上に画像が表示される。
【００２７】
Ｂ．階調補正部：
図２は、階調補正部の構成を示す説明図である。階調補正部２０は、データバッファ部２３０と、階調補正処理部２４０と、第２の信号形式変換部２６０とを備えている。以下では、各ブロックの構成および動作について説明する。
【００２８】
Ｂ．１．信号形式変換部：
第１の信号形式変換部２１０は、ディジタル画像信号ＤＩＶの信号形式をＨＳＶ信号形式に変換する。本例では、ＲＧＢ信号形式をＨＳＶ信号形式に変換する例を示している。Ｈ信号は、色の色相を示す信号である。Ｓ信号は、色の彩度を示す信号である。Ｖ信号は、色の明度を示す信号であり、いわゆる輝度信号に相当する。ただし、これに限定されるものではなく、ディジタル画像信号ＤＩＶの信号形式に応じて、その信号形式をＨＳＶ信号形式に変換するものが適用される。なお、ディジタル画像信号ＤＩＶの信号形式がＨＳＶ信号形式ならば、第１の信号形式変換部２１０は省略可能である。
【００２９】
第２の信号形式変換部２６０は、後述する階調補正処理部２４０から供給される階調補正後のＨＳＶ信号（Ｈ３，Ｓ３，Ｖ３）を、ＲＧＢ信号形式の信号に変換する。
【００３０】
Ｂ．２．データバッファ部：
データバッファ部２３０は、第１の信号形式変換部２１０から出力されるＨＳＶ信号（Ｈ０，Ｓ０，Ｖ０）と、後述する特徴情報取得部２２０から出力される２つの補正係数α，βの出力タイミングとの時間差を調整するタイミング調整回路である。
【００３１】
Ｂ．３．特徴情報取得部：
特徴情報取得部２２０は、以下で説明するように、２つの特徴情報を取得し、取得した２つの特徴情報に基づいて２つの補正係数α、βを取得する。
【００３２】
図３は、特徴情報取得部２２０の構成を示す説明図である。特徴情報取得部２２０は、明度情報取得部２２２と、比較部２２４と、暗部累積ヒストグラム生成部２２６ａと、明部累積ヒストグラム生成部２２６ｂとを備えている。
【００３３】
明度情報取得部２２２は、信号形式変換部２１０から供給されるＨＳＶ信号のうち、明度信号Ｖ０に含まれている明度情報を取得する。比較部２２４は、取得した明度情報が、中間値Ｖｍｉｄ以上であるか否かを比較する。そして、中間値Ｖｍｉｄよりも小さい明度情報は、暗部累積ヒストグラム２２６ａに供給され、中間値Ｖｍｉｄ以上の明度情報は、明部累積ヒストグラム２２６ｂに供給される。なお、以下では、明度情報が８ビットの情報（０〜２５５）であるとし、中間値Ｖｍｉｄは１２８であるとして説明する。
【００３４】
図４は、累積ヒストグラムについて示す説明図である。図４（Ａ）は暗部累積ヒストグラムについて示し、図４（Ｂ）は明部累積ヒストグラムについて示している。
【００３５】
暗部累積ヒストグラム生成部２２６ａでは、まず、図４（Ａ）に示すように、累積ヒストグラムを生成する。次に、生成された累積ヒストグラムに基づいて、累積度数が５％以下となる度数（以下、「暗部特徴点」と呼ぶ。）に対応する明度信号レベルｂｔ(「暗部特徴量」あるいは「暗部特徴情報」と呼ぶ。)を取得する。そして、取得した暗部特徴量ｂｔを、下式に代入することにより、暗部階調補正係数βを求める。
β＝β０・(Ｖ０＿ｌｏｗ−ｂｔ)  ...（１）
【００３６】
ここで、Ｖ０＿ｌｏｗは、暗部階調補正特性の中で最も強調される入力明度信号Ｖ０の信号値（以下、「暗部強調値」と呼ぶ。）を示しており、あらかじめユーザによって０＜Ｖ０＿ｌｏｗ＜Ｖ０＿ｍｉｄ（＝１２８）の範囲で任意に設定される。β０は、階調強調の度合いを制御する係数であり、強くしたい場合は係数β０を大きくし、弱くしたい場合は小さくすれば良い。この係数β０も、あらかじめユーザによってβ＞０の範囲で任意に設定される。
【００３７】
βは、上記式（１）に示すように、暗部強調値Ｖ０＿ｌｏｗよりも暗部特徴量ｂｔの方が大きい場合には負となるように設定され、暗部強調値Ｖ０＿ｌｏｗよりも暗部特徴量ｂｔの方が小さい場合には正となるように設定される。このように、暗部強調値Ｖ０＿ｌｏｗと暗部特徴量ｂｔとの大小関係に従って、βの大きさが設定されるのは、以下の理由による。すなわち、実際にコントラストを強調したい信号値である暗部特徴量ｂｔが暗部強調値Ｖ０＿ｌｏｗよりも大きいレベルである場合には、後述する暗部階調補正特性において、暗部特徴量ｂｔを含むＶ０＿ｌｏｗ〜Ｖ０＿ｍｉｄの範囲のゲインが高くなるように設定するためである。また、実際にコントラストを強調したい信号値である暗部特徴量ｂｔが暗部強調値Ｖ０＿ｌｏｗよりも小さいレベルである場合には、後述する暗部階調補正特性において、暗部特徴量ｂｔを含む０〜Ｖ０＿ｌｏｗの範囲のゲインが高くなるように設定するためである。
【００３８】
なお、βの下限値βｍｉｎおよび上限値βｍａｘは、後述する階調補正後の階調特性が単調増加となるように、下式に示す条件に設定されることが好ましい。
βｍａｘ≦（Ｖ０＿ｍｉｄ−Ｖ０＿ｌｏｗ）／２  ...（２）
βｍｉｎ≧−Ｖ０＿ｌｏｗ／２  ...（３）
【００３９】
同様に、明部累積ヒストグラム生成部２２６ｂでも、まず、図４（Ｂ）に示すように、累積ヒストグラムを生成する。次に、生成された累積ヒストグラムに基づいて、累積度数が９５％以上となる度数（以下、「明部特徴点」と呼ぶ。）に対応する輝度信号レベルｗｔ(「明部特徴量」と呼ぶ。)を求める。そして、求めた明部特徴量ｗｔを、下式に代入することにより、明部階調補正係数αを求める。
α＝α０・(Ｖ０＿ｈｉｇｈ−ｗｔ)  ...（４）
【００４０】
ここで、Ｖ０＿ｈｉｇｈは、明部階調補正特性の中で最も強調される入力明度信号Ｖ０の信号値（以下、「明部強調値」と呼ぶ。）を示しており、暗部強調値Ｖ０＿ｌｏｗと同様に、あらかじめユーザによってＶ０＿ｍｉｄ＜Ｖ０＿ｈｉｇｈ＜Ｖ０＿ｍａｘ（＝２５５）の範囲で任意に設定される。α０は、階調強調の度合いを制御する係数であり、強くしたい場合は係数α０を大きくし、弱くしたい場合は小さくすれば良い。この係数α０も、あらかじめユーザによってα＞０の範囲で任意に設定される。
【００４１】
αは、上記式（４）に示すように、明部強調値Ｖ０＿ｈｉｇｈよりも明部特徴量ｗｔの方が大きい場合には負となるように設定され、明部強調値Ｖ０＿ｈｉｇｈよりも明部特徴量ｗｔの方が小さい場合には正となるように設定される。このように、明部強調値Ｖ０＿ｈｉｇｈと明部特徴量ｗｔとの大小関係に従って、αの大きさが設定されるのは、以下の理由による。すなわち、実際にコントラストを強調したい信号値である明部特徴量ｗｔが明部強調値Ｖ０＿ｈｉｇｈよりも大きいレベルである場合には、後述する明部階調補正特性において、明部特徴量ｗｔを含むＶ０＿ｈｉｇｈ〜Ｖ０＿ｍａｘの範囲のゲインが高くなるように設定するためである。また、実際にコントラストを強調したい信号値である明部特徴量ｗｔが暗部強調値Ｖ０＿ｈｉｇｈよりも小さいレベルである場合には、後述する暗部階調補正特性において、明部特徴量ｗｔを含むＶ０＿ｍｉｄ〜Ｖ０＿ｈｉｇｈの範囲のゲインが高くなるように設定するためである。
【００４２】
なお、αの下限値αｍｉｎおよび上限値αｍａｘは、後述する階調補正後の階調特性が単調増加となるように、下式に示す条件に設定されることが好ましい。
αｍａｘ≦（Ｖ０＿ｍａｘ−Ｖ０＿ｈｉｇｈ）／２  ...（５）
αｍｉｎ≧−（Ｖ０＿ｈｉｇｈ−Ｖ０＿ｍｉｄ）／２  ...（６）
【００４３】
Ｂ．４．階調補正処理部：
階調補正処理部２４０は、図２に示すように、暗部階調補正部２４２と、明部階調補正部２４４と、合成部２４６とを備えている。
【００４４】
暗部階調補正部２４２では、以下で説明するように、特徴情報取得部２２０で取得された暗部階調補正係数βに基づいて暗部階調補正特性が決定される。入力ＨＳＶ信号Ｈ１，Ｓ１，Ｖ１のうち、明度信号Ｖ１は、決定された暗部階調補正特性に基づいて階調補正され、その結果（以下、「暗部階調補正結果」とも呼ぶ。）が暗部階調補正明度信号Ｖｂとして出力される。彩度信号Ｓ１および色相信号Ｈ１は、そのまま暗部階調補正彩度信号Ｓｂおよび暗部階調補正色相信号Ｈｂとして出力される。
【００４５】
明部階調補正部２４４でも、以下で説明するように、特徴情報取得部２２０で取得された明部階調補正係数αに基づいて明部階調補正特性が決定される。入力ＨＳＶ信号Ｈ１，Ｓ１，Ｖ１のうち、明度信号Ｖ１は、決定された明部階調補正特性に基づいて階調補正され、その結果（以下、「明部階調補正結果」とも呼ぶ。）が明部階調補正明度信号Ｖｗとして出力される。彩度信号Ｓ１および色相信号Ｈ１は、そのまま明部階調補正彩度信号Ｓｗおよび明部階調補正色相信号Ｈｗとして出力される。
【００４６】
そして、合成部２４６では、暗部階調補正結果と明部階調補正結果とを、暗部階調補正係数βおよび明部階調補正係数αに基づいて決定される合成特性に従って合成し、その合成結果（以下、「階調補正結果」とも呼ぶ。）が階調補正明度信号Ｖ３として出力される。また、暗部階調補正彩度信号Ｓｂおよび暗部階調補正色相信号Ｈｂと、明部階調補正彩度信号Ｓｗおよび明部階調補正色相信号Ｈｗとのいずれか一方が、そのまま階調補正彩度信号Ｓ３および階調補正色相信号Ｈ３として出力される。本例では、明部階調補正彩度信号Ｓｗおよび明部階調補正色相信号Ｈｗが、そのまま階調補正彩度信号Ｓ３および階調補正色相信号Ｈ３として出力されることとする。なお、データバッファ部２３０から出力される彩度信号Ｓ１および色相信号Ｈ１を、階調補正彩度信号Ｓ３および階調補正色相信号Ｈ３として出力するようにしてもよい。
【００４７】
以下では、さらに、具体的に、暗部階調補正部２４２、明部階調補正部２４４、および合成部２４６の動作を説明する。
【００４８】
Ｂ．４．１：暗部階調補正部および明部階調補正部の動作：
図５は、暗部階調補正部および明部階調補正部の動作について示す説明図である。図５（Ａ）は、暗部階調補正部２４２において決定される暗部階調補正特性の例を示しており、下式に、暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗ（＝Ｖ０＿ｌｏｗ）および暗部階調補正係数βを代入することにより決定される。
Vb=V1・(V1_low+β)/V1_low  ，0≦V1≦V1_low  ...(7a)
Vb=(V1_low+β)+(V1_mid-(V1_low+β))・(V1-V1_low)/(V1_mid-V1_low)  ，
V1_low＜V1≦V1_mid(=128)  ...(7b)
Vb=V1  ，V1_mid＜V1≦V1_max(=255)  ...(7c)
【００４９】
上記式（７）（具体的には、（７ａ）〜（７ｃ）である。）は、明度信号Ｖ１のとり得る階調範囲（０〜Ｖ１＿ｍａｘ、本例では０〜２５５の８ビットの階調範囲）に対して、入力明度信号Ｖ１に対する出力明度信号Ｖｂのうち、暗部強調信号情報Ｖ１＿ｌｏｗに相当する入力明度信号Ｖ１における出力明度信号Ｖｂが、暗部階調補正係数βに相当する量だけ強調される特性を示している。
【００５０】
なお、β＞０の場合における暗部階調補正特性では、Ｖ１≦Ｖ１＿ｌｏｗの範囲のコントラストを低下させるが、Ｖ１＿ｌｏｗ＜Ｖ１≦Ｖ１＿ｍｉｄの範囲のコントラストを強調することができる。また、β＜０の場合における暗部階調補正特性では、Ｖ１＿ｌｏｗ＜Ｖ１≦Ｖ１＿ｍｉｄの範囲のコントラストを低下させるが、Ｖ１≦Ｖ１＿ｌｏｗの範囲のコントラストを強調することができる。従って、暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗおよび暗部階調補正係数βを調整することにより、暗部階調補正部２４２で決定される暗部階調補正特性を種々の特性に設定することができる。
【００５１】
以上のように、暗部階調補正部２４２では、ユーザによってあらかじめ設定される暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗと、特徴情報取得部２２０で取得された暗部特徴量ｂｔに従って求められた暗部階調補正係数βとに基づいて、図５（Ａ）に示すように、上式（７）に従った暗部階調補正特性が決定される。そして、決定された暗部階調補正特性に基づいて、入力明度信号Ｖ１に対する暗部階調補正明度信号Ｖｂが求められる。
【００５２】
図５（Ｂ）は、明部階調補正部２４４において、明部階調補正係数αに基づいて決定される明部階調補正特性の例を示しており、下式に、明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈ（＝Ｖ０＿ｈｉｇｈ）および明部階調補正係数αを代入することにより決定される。
Vw=V1  ，0≦V1≦V1_mid(=128)  ...(8a)
Vw=V1_mid+((V1_high+α)-V1_mid)・(V1-V1_mid)/(V1_high-V1_mid)  ，
V1_mid＜V1≦V1_high(=255)  ...(8b)
Vw=(V1_high+α)+(V1_max-(V1_high+α))・(V1-V1_high)/(V1_max-V1_high)  ，
V1_high＜V1≦V1_max(=255)  ...(8c)
【００５３】
また、上記式（８）（具体的には、（８ａ）〜（８ｃ）である。）は、明度信号Ｖ１のとり得る階調範囲に対して、入力明度信号Ｖ１に対する出力明度信号Ｖｗのうち、明部強調信号情報Ｖ１＿ｈｉｇｈに相当する入力明度信号Ｖ１における出力明度信号Ｖｗが、明部階調補正係数αに基づいて強調される特性を示している。
【００５４】
なお、α＞０の場合における明部階調補正特性では、Ｖ１＿ｈｉｇｈ＜Ｖ１≦Ｖ１＿ｍａｘの範囲のコントラストを低下させるが、Ｖ１＿ｍｉｄ＜Ｖ１≦Ｖ１＿ｈｉｇｈの範囲のコントラストを強調することができる。また、α＜０の場合における明部階調補正特性では、Ｖ１＿ｍｉｄ＜Ｖ１≦Ｖ１＿ｈｉｇｈの範囲のコントラストを低下させるが、Ｖ１＿ｈｉｇｈ＜Ｖ１≦Ｖ１＿ｍａｘの範囲のコントラストを強調することができる。従って、明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈおよび明部階調補正係数αを調整することにより、明部階調補正部２４４で決定される明部階調補正特性を種々の特性に設定することができる。
【００５５】
明部階調補正部２４４では、ユーザによってあらかじめ設定された明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈと、特徴情報取得部２２０で取得された明部特徴量ｗｔに従って求められた明部階調補正係数αとに基づいて、図５（Ｂ）に示すように、上式（８）に従った明部階調補正特性が決定される。そして、決定された明部階調補正特性に基づいて、入力明度信号Ｖ１に対する明部階調補正明度信号Ｖｗが求められる。
【００５６】
Ｂ．４．２：合成部の動作：
図６は、合成部の動作について示す説明図である。合成部２４６では、図６（Ａ）に示す暗部階調補正特性に従って求められる暗部階調補正明度信号Ｖｂと、図６（Ｂ）に示す明部階調補正特性に従って求められる明部階調補正明度信号Ｖｗとが、下式に従って合成され、その合成結果が階調補正明度信号Ｖ３として出力される。図６（Ｅ）は、階調補正信号Ｖ３の入力明度信号Ｖ１に対する変化の特性（以下、「階調補正特性」と呼ぶ。）を示している。
【００５７】
V3=Vb・Wｂ+Vw・Ww  ...(9ａ)
Wb=1-Ww  ...(9b)
ここで、Ｗｗは明部階調補正信号Ｖｗの合成における重み付け度合いを示す明部重み付け係数であり、Ｗｂは暗部階調補正信号Ｖｂの合成における重み付け度合いを示す暗部重み付け係数である。
【００５８】
明部重み付け係数Ｗｗは、階調補正係数αおよびβの組み合わせに応じて、以下に示す４通りの式で表される。
【００５９】
α≧０でβ≧０の場合には、下式（１０）（具体的には、（１０ａ）〜（１０ｄ）である。）で表される。
Ww=0  ，V1＜V1_low  ...(10a)
Ww=(V1-V1_low)/(V1_mid-V1_low)  ，V1_low≦V1＜V1_mid  ...(10b)
Ww=1  ，V1_mid≦V1＜V1_high  ...(10c)
Ww=1-(V1-V1_high)/(V1_max-V1_high)  ，V1_high≦V1  ...(10d)
【００６０】
α≧０でβ＜０の場合には、下式（１１）（具体的には、（１１ａ）〜（１１ｄ）である。）で表される。
Ww=1-V1/V1_low  ，V1＜V1_low  ...(11a)
Ww=0  ，V1_low≦V1＜V1_mid  ...(11b)
Ww=1  ，V1_mid≦V1＜V1_high  ...(11c)
Ww=1-(V1-V1_high)/(V1_max-V1_high)  ，V1_high≦V1  ...(11d)
【００６１】
α＜０でβ≧０の場合には、下式（１２）（具体的には、（１２ａ）〜（１２ｄ）である。）で表される。
Ww=0  ，V1＜V1_low  ...(12a)
Ww=(V1-V1_low)/(V1_mid-V1_low)  ，V1_low≦V1＜V1_mid  ...(12b)
Ww=(V1-V1_mid)/(V1_high-V1_mid)  ，V1_mid≦V1＜V1_high  ...(12c)
Ww=1  ，V1_high≦V1  ...(12d)
【００６２】
α＜０でβ＜０の場合には、下式（１３）（具体的には、（１３ａ）〜（１３ｄ）である。）で表される。
Ww=1-V1/V1_low  ，V1＜V1_low  ...(13a)
Ww=0  ，V1_low≦V1＜V1_mid  ...(13b)
Ww=(V1-V1_mid)/(V1_high-V1_mid)  ，V1_mid≦V1＜V1_high  ...(13c)
Ww=1  ，V1_high≦V1  ...(13d)
【００６３】
なお、上記４通りの式（１０）〜（１３）は、入力明度信号Ｖ１のとり得る階調範囲０〜Ｖ１＿ｍａｘ（＝２５５）中の、０〜暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗの範囲と、暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗ〜中間値Ｖ１＿ｍｉｄの範囲と、中間値Ｖ１＿ｍｉｄ〜明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈの範囲と、明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈ〜Ｖ１＿ｍａｘの範囲の各範囲における合成後の階調補正特性の連続性を確保するように、明部階調補正係数αおよび暗部階調補正係数βの符号の組み合わせに従って選択される。
【００６４】
例えば、図６では、図６（Ａ）に示す暗部階調補正特性においてβ≧０であり、図６（Ｂ）に示す明部階調補正特性においてα＜０であるので、明部重み付け係数Ｗｗおよび暗部重み付け係数Ｗｂは、上式（１２），（９ｂ）により表される。この場合における入力明度信号Ｖ１に対する暗部重み付け係数Ｗｂは図６（Ｃ）に示す特性となり、入力明度信号Ｖ１に対する明部重み付け係数Ｗｗは図６（Ｄ）に示す特性となる。
【００６５】
図６（Ｃ）および図６（Ｄ）からわかるように、入力明度信号Ｖ１が０〜暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗの範囲でコントラストを高めるためには、暗部階調補正特性と明部階調補正特性のうち、ゲインの高い暗部階調補正特性が利用されることが好ましいため、Ｗｗ＝０でＷｂ＝１に設定されている。同様に、入力明度信号Ｖ１が明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈ〜Ｖ１＿ｍａｘ（＝２５５）の範囲においては、ゲインの高い明部階調補正特性が利用されることが好ましく、Ｗｗ＝１でＷｂ＝０に設定されている。
【００６６】
暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗ〜中間値Ｖ１＿ｍｉｄの範囲では、単純にコントラストの強調のみに着目すれば、Ｗｗ＝１でＷｂ＝０として、ゲインの高い明部階調補正特性が利用されるようにすることが好ましい。しかしながら、このようにすると、暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗを境界にして出力明度信号Ｖ３の大きさが大きく変化して、信号の連続性が欠如することになり、画質の劣化を招くことになる。そこで、信号の連続性を確保するために、本例では、上式（１２ｂ），（９ｂ）を用いて、明部暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗにおいてＷｗ＝０で、中間値Ｖ１＿ｍｉｄにおいてＷｗ＝１となるように、明部重み付け係数Ｗｗの大きさが０から１の範囲で順に大きくなるように設定し、逆に、暗部重み付け係数Ｗｗの大きさが１から０の範囲で順に小さくなるように設定することとした。
【００６７】
同様に、中間値Ｖ１＿ｍｉｄ〜明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈの範囲では、単純にコントラストの強調のみに着目すれば、Ｗｗ＝０でＷｂ＝１として、ゲインの高い暗部階調補正特性が利用されるようにすることが好ましい。しかしながら、このようにすると、上述したように明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈ以上の範囲で明部階調補正特性が利用されるため、明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈを境界にして出力明度信号Ｖ３の大きさが急激に変化して、信号の連続性が欠如することになるため、画質の劣化を招くことになる。そこで、信号の連続性を確保するために、本例では、上式（１２ｃ），（９ｂ）を用いて、中間値Ｖ１＿ｍｉｄにおいてＷｗ＝０で、明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈにおいてＷｗ＝１となるように、明部重み付け係数Ｗｗの大きさが０から１の範囲で順に大きくなるように設定し、逆に、暗部重み付け係数Ｗｗの大きさが１から０の範囲で順に小さくなるように設定することとした。
【００６８】
なお、αとβの他の組み合わせに対応する明部重み付け係数Ｗｗを表す式（１０）、（１１）、（１３）においても、同様である。
【００６９】
Ｂ．４．３．階調補正処理の例：
図７は、α＜０でβ≧０の場合の階調補正特性の例を示す説明図である。図７は、暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗ＝３２、明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈ＝２２４、α＝−４８、β＝４８の場合を示しており、α＜０でβ≧０であるので、上式（７）、（８）、（９）、（１２）を用いて合成した場合の階調補正特性の例を示している。
【００７０】
図８は、α≧０でβ≧０の場合の階調補正特性の例を示す説明図である。図８は、暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗ＝３２、明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈ＝２２４、α＝１５、β＝４８の場合を示しており、α≧０でβ≧０であるので、上式（７）、（８）、（９）、（１０）を用いて合成した場合の階調補正特性の例を示している。
【００７１】
図９は、α＜０でβ＜０の場合の階調補正特性の例を示す説明図である。図９は、暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗ＝３２、明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈ＝２２４、α＝−４８、β＝−１６の場合を示しており、α＜０でβ＜０であるので、上式（７）、（８）、（９）、（１３）を用いて合成した場合の階調補正特性の例を示している。
【００７２】
図１０は、α≧０でβ＜０の場合の階調補正特性の例を示す説明図である。図１０は、暗部強調値Ｖ１＿ｌｏｗ＝３２、明部強調値Ｖ１＿ｈｉｇｈ＝２２４、α＝１５、β＝−１６の場合を示しており、α≧０でβ＜０であるので、上式（７）、（８）、（９）、（１１）を用いて合成した場合の階調補正特性の例を示している。
【００７３】
以上のように、本実施例の階調補正部では、明部階調補正係数αと暗部階調補正係数βの符号の組み合わせに応じて、大きく４種類の階調補正特性を得ることができる。また、各種類の階調補正特性において、αとβの大きさに応じて暗部階調補正特性および明部階調補正特性を調整することが可能である。
【００７４】
Ｂ．５．効果：
以上説明した本実施例の階調補正部においては、以下で説明する効果を得ることができる。
【００７５】
暗部側の階調特性を強調した暗部階調補正特性に従って求められた階調補正信号と、明部側の階調特性を強調した明部階調補正特性に従って求められた階調補正信号とを合成することにより、入力画像信号に対応した階調補正信号を求めている。これにより、明度の高い画像に対しては明部側のコントラストを強調することができ、明度の低い画像に対しては暗部側のコントラストを強調することができるので、明部側および暗部側の両方を強調することが可能である。すなわち、明度の高い画像と低い画像のような異なった特徴の画像が混在する画像を表す画像信号の階調特性をうまく制御することが可能である。
【００７６】
また、暗部側の階調特性を強調した暗部階調補正特性に従って求められた階調補正信号と、明部側の階調特性を強調した明部階調補正特性に従って求められた階調補正信号との合成は、合成後の階調補正信号の表す階調補正特性が連続性を有するように、入力明度信号の信号レベルに応じて設定される重み係数に従って実行されるので、暗部階調補正特性および明部階調補正特性における階調特性の変化の境界で、合成後の階調補正特性が非連続となることを防止することができる。
【００７７】
さらに、暗部階調補正特性は、暗部階調値および暗部補正係数に従って種々の階調特性に設定することができる。同様に、明部階調補正特性も、明部階調値および明部補正係数に従って種々の階調特性に設定することができる。この結果、合成後の階調補正特性が、入力される画像信号の表す画像の特徴に応じた好ましい階調特性となるように、動的に調整することができる。
【００７８】
以上のように、階調補正部による種々の効果を有することにより、明るい画像領域と暗い画像領域のような異なった特徴の画像領域が混在する画像を表す画像信号の各階調特性をうまく制御することが可能である。
【００７９】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８０】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例の特徴情報取得部２２０では、特徴情報として、暗部累積ヒストグラムにおいて５％以下の度数となる度数(暗部特徴点)に対応する明度信号レベル（暗部特徴量）を求め、暗部累積ヒストグラムにおいて５％以下となる度数(暗部特徴点)に対応する明度信号レベル（暗部特徴量）を求め、明部累積ヒストグラムにおいて９５％以上となる度数(明部特徴点)に対応する明度信号レベル（明部特徴量）を求める場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。暗部特徴点として５％以外の種々の度数となる点を利用し、明部特徴点として９５％以外の種々の度数となる点を利用するようにしてもよい。
【００８１】
また、必ずしも、暗部累積ヒストグラムおよび明部累積ヒストグラムに基づいて、暗部特徴量および明部特徴量を求める必要はなく、明度信号の最大値を明部特徴量とし最小値を暗部特徴量とするようにしてもよい。あるいは、明度信号の明部のヒストグラムおよび暗部のヒストグラムに基づいて、それぞれの最大値、平均値、偏差値等に基づいて暗部特徴量および明部特徴量を求めるようにしてもよい。
【００８２】
要するに、特徴情報として暗部特徴量および明部特徴量を取得することができれば、どのような方法であってもよい。
【００８３】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、暗部階調補正特性および明部階調補正特性として、上式（７）および（８）に示した１次関数を用いた場合を例に説明しているがこれに限定されるものではなく、２次関数、３次関数等の種々の関数を利用することも可能である。
【００８４】
また、明部重み付け関数として、上式（１０）〜（１３）に示すように、明部重み付けが直線的に変化する１次関数を用いた場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、２次関数、３時関数等の種々の関数を利用することも可能である。
【００８５】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、ＨＳＶ信号中の明度信号に対して階調補正処理を実行する場合を示している。しかしながら、これに限定されるものではなく、Ｙ／色差信号中のＹ信号（輝度信号）に対して、実施例と同様に階調補正処理を実行することも可能である。ただし、この場合には、色のバランスが変化する場合がある。
【００８６】
また、実施例と同様にして明部特徴量および暗部特徴量を求めて、ＲＧＢ信号のそれぞれに対して暗部階調補正特性および明部階調補正特性を決定し、ＲＧＢ信号のそれぞれに対して求められた暗部階調補正結果と明部階調補正結果とを合成することにより、ＲＧＢ信号それぞれに対して階調補正結果を得るようにすることも可能である。
【００８７】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、入力明度信号の中間値を境界とする暗部階調補正特性と明部階調補正特性の２つの階調補正特性を利用する場合を例に説明しているが、必ずしもこれに限定するものではなく、例えば、低明度領域と中明度領域と高明度領域の３種類の領域のコントラストを強調した３つの階調補正特性を利用することも可能である。すなわち、入力画像信号の表す画像を、入力画像信号の複数の境界値で複数の領域に区分した場合に、各領域に対応する画像の特徴を表す特徴情報をそれぞれ取得する。取得した複数の特徴情報のそれぞれに基づいて、各領域に対応する信号の階調を強調するようにそれぞれ補正した信号を、それぞれ領域階調補正信号として出力する。各領域に対応する入力画像信号において最も強調される信号の階調値をそれぞれ領域強調値とする。複数の領域階調補正信号を合成し、合成した信号を階調補正信号として出力することも可能である。このとき、各領域強調値を境界とし、各領域強調値を挟んで連続する入力画像信号の階調の変化に応じて階調補正信号の変化が連続となり、かつ、各境界値を境界とし、境界値を挟んで連続する階調の変化に応じて階調補正信号の変化が連続となるように、各領域階調補正信号を重み付け加算することが好ましい。
【００８８】
Ｃ５．変形例５：
上記実施例の画像表示装置では、非発行型の表示デバイスである液晶パネルを用いたプロジェクタを例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、非発光型の表示デバイスであるＤＭＤ（ＴＩ社の商標）をライトバルブと呼ばれる光変調素子として用いたプロジェクタにも適用可能である。また、プロジェクタに限らず直視型の画像表示装置にも適用可能である。また、発光型の表示デバイスを用いた投写型の画像表示装置や直視型の画像表示装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明を適用した画像表示装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】階調補正部の構成を示す説明図である。
【図３】特徴情報取得部２２０の構成を示す説明図である。
【図４】累積ヒストグラムについて示す説明図である。
【図５】暗部階調補正部および明部階調補正部の動作について示す説明図である。
【図６】合成部の動作について示す説明図である。
【図７】α＜０でβ≧０の場合の階調補正特性の例を示す説明図である。
【図８】α≧０でβ≧０の場合の階調補正特性の例を示す説明図である。
【図９】α＜０でβ＜０の場合の階調補正特性の例を示す説明図である。
【図１０】α≧０でβ＜０の場合の階調補正特性の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０...入力処理部
２０...階調補正部
２１０...第１の信号形式変換部
２２０...特徴情報取得部
２２２...明度情報取得部
２２４...比較部
２２６ａ...暗部累積ヒストグラム生成部
２２６ｂ...明部累積ヒストグラム生成部
２３０...データバッファ部
２４０...階調補正処理部
２４２...暗部階調補正部
２４４...明部階調補正部
２４６...合成部
２６０...第２の信号形式変換部
３０...液晶パネル駆動部（ＬＣＤ駆動部）
４０...液晶パネル（ＬＣＤ）
５０...照明装置
６０...投写光学系
７０...制御部
【図１】
2005184048.tif 000003
【図２】
2005184048.tif 000004
【図３】
2005184048.tif 000005
【図４】
2005184048.tif 000006
【図５】
2005184048.tif 000007
【図６】
2005184048.tif 000008
【図７】
2005184048.tif 000009
【図８】
2005184048.tif 000010
【図９】
2005184048.tif 000011
【図１０】
2005184048.tif 000012