(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される映像信号の明るさのレベルを積算し、画面全体の映像信号の明るさのレベルの総和を算出する積分手段と、
画面の明るさに応じた複数種のコントラスト変換特性を示すテーブルデータが格納されている第１の記憶手段と、
前記画面の全画素の明るさのレベルが最大であるときの全画素の明るさのレベルの総和を基準値として該基準値と前記積分手段の積分出力とを比較し該比較結果に基づいて、または該比較結果に前記入力される映像信号の階調を考慮して前記複数種のテーブルデータのうち画面の明るさに適合するテーブルデータを選択的に出力するように前記第１の記憶手段に指示する選択手段と、
前記入力される映像信号のコントラストを前記第１の記憶手段から出力されるテーブルデータにより補正する変換テーブルが格納されている第２の記憶手段と、
前記入力される映像信号の階調を複数の領域に分割し、該分割された各領域に属する階調の度数を画素単位で検出するヒストグラム検出手段と、
前記ヒストグラム検出手段の検出出力を取り込み、度数が予め設定された閾値以上である階調が存在する場合に均一な階調であると判定し、該均一な階調と判定された階調及び該階調の度数を示すデータを出力する制御手段とを有し、
前記選択手段は、前記制御手段により前記均一な階調と判定された階調及び該階調の度数を示すデータを受け取った際に、前記積分手段の出力から前記均一な階調と判定された階調及び該階調の度数の積を減算した値を、基準値である１画面における前記均一な階調と判定された階調の占める画像領域を除く画像領域の全画素の明るさのレベルが最大となるときの明るさのレベルの総和で除した値に基づいて前記複数種のテーブルデータのうち画面の明るさに適合するテーブルデータを選択的に出力するように前記第１の記憶手段に指示することを特徴とするコントラスト補正回路。
【請求項２】
前記閾値は、表示画面全体に対する注目すべき表示領域の面積比率が予め規定されており、背景が均一な階調の画面である場合には該均一な階調の画面の面積に相当する画素数に設定されることを特徴とする請求項１に記載のコントラスト補正回路。
【請求項３】
前記制御手段は、均一な階調であるか否かを判定するにつき、予め判定の対象としない階調について設定されている場合には、この階調の度数を示すデータは出力しないことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のコントラスト補正回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコントラスト補正回路に係り、特にＰＤＰ（Plasma  Display  Panel）等のダイナミックレンジの狭い表示装置に使用するに好適なコントラスト補正回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＰのようにダイナミックレンジの狭い表示装置においては、視感上、より良い画像を得るために、画像中の情報量の多い部分のコントラストを強調するためのコントラスト補正回路が良く用いられる。
このような従来のコントラスト補正回路において、画像のコントラストを強調するためのコントラスト変換には、通常、コントラスト変換特性の異なる複数種のルックアップテーブルが用いられ、これらのテーブルはＲＯＭ等のメモリに収められている。ルックアップテーブルの選択には、１画面分の画像データを積算した結果やヒストグラムを取った結果等が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した複数のルックアップテーブルを使用して画像データのコントラスト変換を行う従来のコントラスト補正回路を使用した場合に、大半の画面においてはかなり良好な映像が得られる。
【０００４】
しかしながら、特定の画面では、補正しない方が良いという場合も有る。具体的には映画の暗い画面等の画像データがこれに該当する。このような画面、すなわち黒レベルの画素数が多い画像中に小面積の比較的に明るい画像が有る場合には面積比率（データ量に相当する）で言えば、黒レベルの画素からなる画像の方が多いため、従来のコントラスト補正回路では、暗い画面で有効なコントラスト変換特性を有するルックアップテーブルが選択されやすい。
【０００５】
しかし、黒レベルの画素数が多い画像中に小面積の比較的に明るい画像が有る画面の場合、重要な情報はむしろ小面積の部分であり、このような画面に対して暗い画面向けのルックアップテーブルが選択されてコントラストの補正が行われた場合には白潰れ等の劣化を起こしやすいという問題が有った。
また、雪景色の画面等で全体が白一面の中に部分的に暗い映像が有る場合等、上の場合と逆に黒潰れとなり、重要な情報が見づらくなる場合があるという問題が有った。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、均一な階調の画像が画面の大部分を占め注目すべき画像が画面の小部分を占めるような場合に注目すべき画像のコントラストを適切に補正することができるコントラスト補正回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、入力される映像信号の明るさのレベルを積算し、画面全体の映像信号の明るさのレベルの総和を算出する積分手段と、画面の明るさに応じた複数種のコントラスト変換特性を示すテーブルデータが格納されている第１の記憶手段と、前記画面の全画素の明るさのレベルが最大であるときの全画素の明るさのレベルの総和を基準値として該基準値と前記積分手段の積分出力とを比較し該比較結果に基づいて、または該比較結果に前記入力される映像信号の階調を考慮して前記複数種のテーブルデータのうち画面の明るさに適合するテーブルデータを選択的に出力するように前記第１の記憶手段に指示する選択手段と、前記入力される映像信号のコントラストを前記第１の記憶手段から出力されるテーブルデータにより補正する変換テーブルが格納されている第２の記憶手段と、前記入力される映像信号の階調を複数の領域に分割し、該分割された各領域に属する階調の度数を画素単位で検出するヒストグラム検出手段と、前記ヒストグラム検出手段の検出出力を取り込み、度数が予め設定された閾値以上である階調が存在する場合に均一な階調であると判定し、該均一な階調と判定された階調及び該階調の度数を示すデータを出力する制御手段とを有し、前記選択手段は、前記制御手段により前記均一な階調と判定された階調及び該階調の度数を示すデータを受け取った際に、前記積分手段の出力から前記均一な階調と判定された階調及び該階調の度数の積を減算した値を、基準値である１画面における前記均一な階調と判定された階調の占める画像領域を除く画像領域の全画素の明るさのレベルが最大となるときの明るさのレベルの総和で除した値に基づいて前記複数種のテーブルデータのうち画面の明るさに適合するテーブルデータを選択的に出力するように前記第１の記憶手段に指示することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコントラスト補正回路において、前記閾値は、表示画面全体に対する注目すべき表示領域の面積比率が予め規定されており、背景が均一な階調の画面である場合には該均一な階調の画面の面積に相当する画素数に設定されることを特徴とすることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載のコントラスト補正回路において、前記制御手段は、均一な階調であるか否かを判定するにつき、予め判定の対象としない階調について設定されている場合には、この階調の度数を示すデータは出力しないことを特徴とすることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係るコントラスト補正回路の構成を図１に示す。本実施の形態に係るコントラスト補正回路は、映像信号の中の均一で多く存在する階調の度数を検知し、その量がある値を超えた場合には、重要な情報は他の階調に有るあると判断し、コントラスト変換特性を示すテーブルデータの選択信号を操作する事により、暗い画面での白潰れや、明るい画面での黒潰れ等を改善することを特徴とするものである。
【００１１】
図１において、コントラスト補正回路は、積分回路１０と、ヒストグラム検出回路１２と、選択信号発生回路１４と、ＲＯＭ１６と、ＲＡＭ１８と、制御回路２０とを有している。
積分回路１０は、入力端子１００、１０１、１０２より入力される映像信号号の明るさのレベルを積算し、画面全体の映像信号の明るさのレベルの総和を算出する。
【００１２】
ヒストグラム検出回路１２は、入力端子１００、１０１、１０２より入力される映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の階調を複数の領域に分割し、該分割された各領域に属する階調の度数を画素単位で検出し、出力する機能を有する。
選択信号発生回路１４は、画面の全画素の明るさのレベルが最大であるときの全画素の明るさのレベルの総和を基準値として該基準値と積分回路１０の積分出力とを比較し該比較結果に基づいて、または制御回路２０の出力に基づいて前記比較結果に入力端子１００、１０１、１０２より入力される入力される映像信号の階調を考慮して複数種のテーブルデータのうち画面の明るさに適合するテーブルデータを選択的に出力するようにＲＯＭ１６に指示する機能を有する。
【００１３】
また、ＲＯＭ１６には、画面の明るさに応じて選択される複数種のコントラスト変換特性を示すテーブルデータが格納されており、ＲＯＭ１６は、選択信号発生回路１４より出力される選択信号により選択されたコントラスト変換特性のテーブルデータを出力する。
ＲＡＭ１８には、入力端子１００〜１０２より入力される映像信号のコントラストをＲＯＭ１６から出力されるテーブルデータにより補正する変換テーブルが格納されている。ＲＡＭ１８に格納された変換テーブルによりコントラストが補正された映像信号は出力端子２００〜２０２に出力される。
【００１４】
制御回路２０は、ヒストグラム検出回路１２の検出出力を取り込み、度数が予め設定された閾値以上である階調が存在する場合に均一な階調であると判定し、該均一な階調と判定された階調及び該階調の度数を示すデータを出力する機能を有する。
ここで、閾値は、表示画面全体に対する注目すべき表示領域の面積比率が予め規定されており、背景が均一な階調の画面である場合には該均一な階調の画面の面積に相当する画素数に設定される。
【００１５】
また、選択信号発生回路１４は、制御回路２０により均一な階調と判定された階調及び該階調の度数を示すデータを受け取った際に、積分回路１０の出力と比較する基準値を、画面の全画素の明るさのレベルが最大であるときの全画素の明るさのレベルの総和から前記均一な階調と判定された階調及び該階調の度数の積を減算した値とし、該基準値を、１画面における前記均一な階調と判定された階調の占める画像領域を除く画像領域の全画素の明るさのレベルが最大となるときの明るさのレベルの総和で除した値に基づいて複数種のテーブルデータのうち画面の明るさに適合するテーブルデータを選択的に出力するようにＲＯＭ１６に指示する機能を有する。
【００１６】
次に、ＲＯＭ１６に格納されている複数種のコントラスト変換特性を示すテーブルデータについて図２を参照して説明する。図２は画像のコントラスト変換特性を示している。同図において、曲線Ｑ１で示されたコントラスト変換特性は、入力される映像信号の明るさのレベルの平均値が小さく、全体が暗い画像に対して選択される特性であり、曲線Ｑ１６で示されたコントラスト変換特性は、入力される映像信号の明るさのレベルの平均値が大きく、全体が明るい画像に対して選択される特性である。図中、破線で囲まれた領域の画像データのコントラストが強調されるような特性になっている。
【００１７】
本実施の形態では、曲線Ｑ１と曲線Ｑ１６の間を均等に分割して得られる曲線Ｑ１〜Ｑ１６の１６のコントラスト変換特性を示すテーブルデータ（数値データ）がＲＯＭ１６に格納されており、入力される映像信号の明るさのレベルの平均値に応じて所定のテーブルデータが選択されるようになっている。
上記構成からなる本実施形態に係るコントラスト補正回路の動作について説明する。
【００１８】
図１において、入力端子１００〜１０２よりＲ，Ｇ，Ｂの映像信号（ディジタル信号）が入力されると、積分回路１０は入力される映像信号の明るさのレベルを積算し、画面全体の映像信号の明るさのレベルの総和（平均値）Ｓ0を算出する。ここで、1画面のサイズを852（ドット）×480（ライン）とし、1画素をＲ，Ｇ，Ｂについて８ビットで表示するとして、画面の全画素の明るさのレベルが最大であるときの全画素の明るさのレベルの総和Ｓｍは、
Ｓｍ＝852（ドット）×480（ライン）×255（８ビット：最大値）×3（ＲＧＢ）＝312854400
となる。
【００１９】
積分回路１０により算出された画面全体の映像信号の明るさのレベルの総和（平均値）Ｓ0は、選択信号発生回路１４により以下のように、テーブルデータを選択するための選択信号へと置換される。すなわち、選択信号は、積分回路１０の出力Ｓ0を総和Ｓｍで除した値（積分器の出力（総和）÷312854400）であり、０〜１の値を取るが、各コントラスト変換特性Ｑ１〜Ｑ１６を示すテーブルデータからなるコントラスト変換テーブル数に合わせて、均等に割り振る。ここでは、各コントラスト変換特性を示すテーブルデータの集合をコントラスト変換テーブルと呼ぶことにする。
【００２０】
選択信号は上述したように、コントラスト変換テーブルが１６種有る場合に、選択信号発生回路１４での計算結果に応じて以下のようにコントラスト変換テーブルを選択する選択信号がＲＯＭ１６に出力される。すなわち、
Ｓ0／Ｓｍ＝0  〜0.0625である場合には、コントラスト変換テーブルＱ１を、
Ｓ0／Ｓｍ＝0.0625〜0.125である場合にはコントラスト変換テーブルＱ２を、
Ｓ0／Ｓｍ＝0.875〜0.9375である場合にはコントラスト変換テーブルＱ１５を、
Ｓ0／Ｓｍ＝0.9375〜１である場合にはコントラスト変換テーブルＱ１６を、それぞれ、選択するための選択信号がＲＯＭ１６に出力される。
【００２１】
この結果、ＲＯＭ１６では、選択信号発生回路１４より出力される選択信号により選択されたコントラスト変換特性を有するテーブルデータをＲＡＭ１８に出力する。ＲＡＭ１８では、変換テーブルによりＲＯＭ１６より受け取ったテーブルデータに基づいて入力端子１００〜１０２より入力された映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のコントラストを補正し、このコントラストが補正された映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を出力端子２００〜２０２より出力する。
【００２２】
このようにして、画面全体が暗い時には暗い部分のコントラストを強調した映像が、また、画面全体が明るい時には明るい部分のコントラストを強調した映像が得られる。
大半の場合はこの方法で所望のコントラスト補正ができるが、既述したように、逆に弊害を引き起こす場合も有り得る。その具体例を、図３乃至図５を参照して説明する。
【００２３】
図３は、背景Ａ１の大部分が黒レベルの階調で、部分的に白に近い明るい階調の画像Ｂ１が存在する場合の画面を示している。図３に示すような画面の場合、積分回路１０の出力、すなわち画面全体の映像信号の明るさのレベルの総和（平均値）は低い値となるので、図１の構成においてヒストグラム検出回路１２及び制御回路２０を設けない場合には、暗い画面に相応しいコントラスト変換テーブルが選択され、画面中、明るい部分のコントラストを犠牲にして暗い部分のコントラストが強調されることとなる。
【００２４】
ところが、重要な映像信号はむしろ明るい部分に有るのに対し、その部分のコントラストは減らされているので、白潰れのような現象を引き起こす。
また、図４に示すように、図３とは逆に、背景Ａ２の大部分が白レベルの階調で、部分的に黒に近い暗い階調の画像Ｂ２が存在する場合の画面では、明るい画面に相応しいコントラスト変換テーブルが選択され、画面中、暗い部分のコントラストを犠牲にして明るい部分のコントラストが強調されることとなる。したがって、図４に示す画面の場合には、黒潰れのような現象を引き起こす。
【００２５】
さらに、図５に示すように、背景Ａ３が灰色で、部分的に白に近い明るい階調の画像Ｂ３１と部分的に黒に近い暗い階調の画像Ｂ３２とが存在する場合の画面では、背景Ａ３の灰色に相応しいコントラスト変換テーブルが選択され、画面中、白部分と、黒部分のコントラストが犠牲にして灰色部分の背景Ａ３のコントラストが強調されることとなる。したがって、図５に示す画面の場合には白と黒の両方の潰れが発生した状態になり得る。
【００２６】
図３乃至図５に示した画面を表す映像信号が入力端子１００、１０１、１０２より入力された場合にヒストグラム検出回路１２は、図６乃至図８に示すヒストグラムで表される階調及び度数を示すデータを出力する。各ヒストグラムは、図６は図３に示す画面に、図７は図４に示す画面に、図８は図５に示す画面に、それぞれ対応する。
なお、本実施の形態では、制御回路２０は、例えば、映像信号の階調が０〜５では、黒レベル、階調が１２５〜１１３０では灰色レベル、さらに階調が２５０〜２５５では白レベルと認識するものとする。
【００２７】
図３乃至図５に示す画面の場合には、画面中、大半の面積を占める階調により積分回路１０により算出される画面全体の映像信号の明るさのレベルの総和が決定されてしまうために上述したような現象が生ずることとなる。
このような現象を回避するために、本発明では、まず、積分回路１０により映像信号の総和を積算すると同時に、ヒストグラム検出回路１２により入力端子１００、１０１、１０２から入力される映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の階調を複数の領域に分割し、該分割された各領域に属する階調の度数を検出し、出力する。
【００２８】
制御回路２０は、ヒストグラム検出回路１２の出力に基づいて外部から設定された閾値を超える度数を有する階調が存在する場合に階調毎の度数を選択信号発生回路１４に出力する。すなわち、制御回路２０は、選択信号発生回路１４で算出される選択信号の演算を修正するための、階調Ｄ及びその度数Ｈを示すデータを出力する。閾値は、ヒストグラムにおいてどの程度の度数（面積）を超えたら、均一な階調と判定するかの判定基準である。
【００２９】
このとき、制御回路２０に外部から無視する階調の範囲、すなわちコントラストの補正の対象としない階調の範囲が指定されている場合には制御回路２０は、指定されている階調の度数のデータは出力しない。
なお、上記閾値は、表示画面全体に対する注目すべき表示領域の面積比率が予め規定されており、背景が均一な階調の画面、例えば、黒画面である場合には該黒画面の面積に相当する画素数に設定してもよい。例えば、背景が黒で白に近い明るい階調の小画面表示（全画面の１／４の表示領域）を行なう場合には、制御回路２０に設定される閾値としての設定値は、852×480表示画面の３／４が黒画面である場合に852×480×3/4＝306720となる。
【００３０】
一方、選択信号発生回路１４では、上記閾値を超える度数を有する階調が存在する場合に制御回路２０より出力される階調Ｄ及び度数Ｈに基づいて次式により選択信号を算出する。
Ｓ0’＝（積分回路１０の出力（総和）−Ｄ×Ｈ）            （１）
Ｓｍ’＝{852（ドット）×480（行）−Ｈ}×255（８bit最大値）×３（RGB）（２）
選択信号＝Ｓ0’／Ｓｍ’        （３）
【００３１】
ここで、Ｄ×Ｈは、画面中でコントラストの補正をする際に注目すべき画像に対する影響を排除したい均一な階調の画像で占められる画像領域の全画素数（ドット数）の明るさのレベルの総和であり、Ｓ0’は画面中で注目すべき画像領域における明るさのレベルの総和である。
また、Ｓｍ’は画面中、注目すべき画像領域における各画素の明るさのレベルが最大であるときに、該注目すべき画像領域の全画素の明るさのレベルの総和、すなわち注目すべき画像領域で取り得る明るさのレベルの総和（最大値）である。
【００３２】
上述したようにして選択信号発生回路１４により選択信号が算出され、算出された選択信号がＲＯＭ１６に出力される結果、映像信号のコントラストを補正する際に注目すべき画像に対して適合するコントラスト変換特性を有するテーブルデータが選択されるので、画面中に均一で、かつ広い面積を占める階調画像領域の影響が排除され、図３乃至図５を参照して説明したような弊害を防止することができる。
【００３３】
本実施の形態に係るコントラスト補正回路によれば、映像信号のコントラストを補正する際に、画面中に均一で広い面積を占める階調の画像が存在する場合には、その影響を排除するように注目すべき画像に対してより適切なコントラスト変換特性を有するテーブルデータが選択されるので、コントラストを補正した際に暗い画面での白潰れや、明るい画面での黒潰れ等が発生する弊害を防止することができる。
また、映像信号のコントラストが意図的に加工されていても、それによる弊害を防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、入力される映像信号の明るさのレベルを積算し、画面全体の映像信号の明るさのレベルの総和を算出する積分手段と、画面の明るさに応じた複数種のコントラスト変換特性を示すテーブルデータが格納されている第１の記憶手段と、前記画面の全画素の明るさのレベルが最大であるときの全画素の明るさのレベルの総和を基準値として該基準値と前記積分手段の積分出力とを比較し該比較結果に基づいて、または該比較結果に前記入力される映像信号の階調を考慮して前記複数種のテーブルデータのうち画面の明るさに適合するテーブルデータを選択的に出力するように前記第１の記憶手段に指示する選択手段と、前記入力される映像信号のコントラストを前記第１の記憶手段から出力されるテーブルデータにより補正する変換テーブルが格納されている第２の記憶手段と、前記入力される映像信号の階調を複数の領域に分割し、該分割された各領域に属する階調の度数を画素単位で検出するヒストグラム検出手段と、前記ヒストグラム検出手段の検出出力を取り込み、度数が予め設定された閾値以上である階調が存在する場合に均一な階調であると判定し、該均一な階調と判定された階調及び該階調の度数を示すデータを出力する制御手段とを有し、前記選択手段は、前記制御手段により前記均一な階調と判定された階調及び該階調の度数を示すデータを受け取った際に、前記積分手段の出力から前記均一な階調と判定された階調及び該階調の度数の積を減算した値を、基準値である１画面における前記均一な階調と判定された階調の占める画像領域を除く画像領域の全画素の明るさのレベルが最大となるときの明るさのレベルの総和で除した値に基づいて前記複数種のテーブルデータのうち画面の明るさに適合するテーブルデータを選択的に出力するように前記第１の記憶手段に指示する。
【００３６】
したがって、映像信号のコントラストを補正する際に、画面中に均一で広い面積を占める階調の画像が存在する場合には、その影響を排除するように注目すべき画像に対してより適切なコントラスト変換特性を有するテーブルデータが選択されるので、コントラストを補正した際に暗い画面での白潰れや、明るい画面での黒潰れ等が発生する弊害を防止することができる。
また、映像信号のコントラストが意図的に加工されていても、それによる弊害を防止することができる。
【００３７】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記閾値は、表示画面全体に対する注目すべき表示領域の面積比率が予め規定されており、背景が均一な階調の画面である場合には該均一な階調の画面の面積に相当する画素数に設定される。
したがって、背景が均一な階調の画面においても注目すべき画像に対してより適切なコントラスト変換特性を有するテーブルデータが選択されるので、コントラストを補正した際に均一な階調を有する背景の影響を排除することができる。
【００３８】
また、請求項３に記載の発明によれば、制御手段は、均一な階調であるか否かを判定するにつき、予め判定の対象としない階調について設定されている場合には、この階調の度数を示すデータは出力しないので、コントラスト補正する際のデータ量を削減でき、処理負荷の軽減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態に係るコントラスト補正回路の構成を示すブロック図。
【図２】  図１に示したコントラスト補正回路のＲＯＭに格納されているテーブルデータが示すコントラスト変換特性を示す説明図。
【図３】  背景の大部分が黒レベルの階調で、部分的に白に近い明るい階調の画像が存在する場合の画面を示す説明図。
【図４】  背景の大部分が白レベルの階調で、かつ部分的に黒に近い暗い階調の画像が存在する場合の画面を示す説明図。
【図５】  背景が灰色で、かつ部分的に白に近い明るい階調の画像と部分的に黒に近い暗い階調の画像とが存在する場合の画面を示す説明図。
【図６】  図３に示した画面を表す映像信号の階調と度数との関係を示すヒストグラム。
【図７】  図４に示した画面を表す映像信号の階調と度数との関係を示すヒストグラム。
【図８】  図５示した画面を表す映像信号の階調と度数との関係を示すヒストグラム。
【符号の説明】
１０…積分回路
１２…黒レベル検出回路
１４…選択信号発生回路
１６…ＲＯＭ
１８…ＲＡＭ
２０…制御回路
【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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