(57)【要約】【課題】画像信号の振幅を確保でき、かつ中間輝度が向上させることができるガンマ補正回路を提供する。【解決手段】入力画像信号Ｖinに基づいて、Ｖinに比例した基本成分信号と、Ｖinより大きなゲインで変化する強調成分信号とを生成する。差動増幅回路４は、強調成分信号として、Ｖinと基準電圧Ｖpとの差に応じた電流Ｉdfを生成する。Ｉdfに応じた抵抗Ｒrの端子電圧ＶenがＶhを超えるとリミッタ回路６が動作し、Ｉdfの増加を抑制して、Ｖenの変化を緩やかにする。加算回路８は、基本成分信号とＶenとを加算合成し、出力画像信号Ｖoutを生成する。これにより、最大入力レベルに対するＶoutの振幅を確保しつつ、Ｖinの中間レベルの範囲にてＶoutを増加させることができる。【選択図】図１
2009033580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号の信号レベルを変換するガンマ補正回路であって、
入力画像信号の信号レベルの変化に対し、所定の基準ゲインより大きな強調ゲインで変化する強調成分信号を生成する強調成分生成部と、
前記強調成分信号が所定の上限レベルを超えると動作し、当該上限レベル以上での前記強調成分信号の変化を抑制した抑制強調成分信号を生成するリミッタ部と、
前記基準ゲインで前記入力画像信号の信号レベルに比例する基本成分信号に前記抑制強調成分信号を加算合成し、出力画像信号を生成する合成部と、
を有することを特徴とするガンマ補正回路。
【請求項２】
請求項１に記載のガンマ補正回路において、
前記強調成分生成部は、前記入力画像信号が所定の基準レベルを超えた状態にて、前記強調成分信号を前記強調ゲインで変化させること、
を特徴とするガンマ補正回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガンマ補正回路において、
前記基準レベルを制御可能に構成したことを特徴とするガンマ補正回路。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載のガンマ補正回路において、
前記強調ゲインを制御可能に構成したことを特徴とするガンマ補正回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビジョン受像機等の表示装置に画像信号に基づいて画像を表示する際の階調補正を行うガンマ補正回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来のガンマ補正回路の回路図である。入力画像信号Ｖinは、ｎｐｎトランジスタＱ１のベースに入力される。Ｑ１はバッファ回路を構成し、Ｖinが低い範囲では、Ｑ１のエミッタに生じＶinに比例する電圧信号が、抵抗Ｒ２を介して出力端子ＯＵＴから出力画像信号Ｖoutとして取り出される。出力端子ＯＵＴと接地電位ＧＮＤとの間には、抵抗Ｒ３及びｐｎｐトランジスタＱ２からなる電流路が設けられる。Ｑ２は、ＶoutがＱ２のベース電圧Ｖbを越えた領域にてオンし、Ｒ３を介してＲ２に電流を流す。これにより、Ｖinが或る閾値を越えると、Ｑ２のオンによってＲ２にて電圧降下が生じ、その分、Ｖoutの上昇が抑制される。その結果、図７に示すように、Ｖinに対するＶoutの変化は、Ｖinが高い領域にて傾きが低下するリミッタ特性を有する。この回路では、Ｖbに応じてリミッタ特性を変えることができ、Ｖbを低く設定するほど、Ｖoutの上昇抑制が開始されるＶinは低下し、またＶoutは低い電圧に抑制される。
【０００３】
このように、高輝度領域での画像信号レベルの変化を抑制し、得られたＶoutを用いて画像表示を行うことで、表示装置の非線形の入出力特性に対応した階調補正が図られる。
【特許文献１】特開平７−７４９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単純にリミッタ回路を用い、高Ｖin領域のＶoutを抑制するガンマ補正では、リミッタを強く掛けるほど画像信号の振幅が小さくなるという問題や、中間レベルでの階調が調節できないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単な回路構成で、画像信号の振幅が確保され、表示装置のダイナミックレンジを有効に利用でき、また中間輝度が向上した好適な画像再生を可能とするガンマ補正回路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】
【０００６】
本発明に係るガンマ補正回路は、入力画像信号の信号レベルの変化に対し、所定の基準ゲインより大きな強調ゲインで変化する強調成分信号を生成する強調成分生成部と、前記強調成分信号が所定の上限レベルを超えると動作し、当該上限レベル以上での前記強調成分信号の変化を抑制した抑制強調成分信号を生成するリミッタ部と、前記基準ゲインで前記入力画像信号の信号レベルに比例する基本成分信号に前記抑制強調成分信号を加算合成し、出力画像信号を生成する合成部と、を有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基本成分信号は入力画像信号の全範囲にて所定の基準ゲインで変化し、当該基準ゲインは、出力画像信号の所望の振幅に応じて設定され、これにより画像信号の振幅が確保される。この基本成分信号に、入力画像信号の中間領域において当該基本成分信号を上回る値を有する抑制強調成分信号を加算合成することで、中間輝度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態であるガンマ補正回路の概略の構成を示す模式的な回路図である。このガンマ補正回路２は、差動増幅回路４、リミッタ回路６、加算回路８を含んで構成される。ガンマ補正回路２は、入力端子ＩＮに入力される画像信号Ｖinに対して、信号レベルを変換する処理を行い、得られた画像信号Ｖoutを出力端子ＯＵＴから、例えばＣＲＴ（Cathode Ray Tube：陰極線管）等の表示装置へ出力する。
【００１０】
差動増幅回路４は、入力画像信号Ｖinと、基準電圧回路１０からの基準電圧Ｖpとを入力され、ＶinがＶpを超えた状態にて、その電圧差（Ｖin−Ｖp）に基本的に比例する電流Ｉdfを出力する。Ｉdfは、電流発生回路１２の駆動能力に応じて増減させることができ、その駆動能力は制御信号Ｓgにより切り換えられる。また、基準電圧回路１０は、制御信号Ｓpに応じてＶpを変更可能に構成される。
【００１１】
差動増幅回路４の出力端は抵抗Ｒrの一方端に接続される。Ｒrの当該一方端の電位Ｖenは加算回路８に入力される。Ｒrの他方端はトランジスタＱrを介してＧＮＤに接続される。トランジスタＱrは基本的にオン状態を維持し、ＩdfをＧＮＤへ流すと共に、エミッタに接続されたＲrの他方端の電位を、ベースに印加されるＶinに応じた電位に設定する。
【００１２】
また、差動増幅回路４の出力端には、リミッタ回路６が接続される。リミッタ回路６は、トランジスタＱlm及び電圧源１４を含んで構成される。Ｑlmは、エミッタを差動増幅回路４の出力端に接続され、コレクタをＧＮＤに接続され、ベースに電圧源１４から所定電圧Ｖhを印加される。Ｑlmはｎｐｎトランジスタであり、差動増幅回路４の出力端子の電位がＶhを超えるとオンし、Ｉdfの一部をバイパスする。なお、ＶhはＶpより高く設定される。
【００１３】
ＶinがＶp以下のときは、Ｉdfは基本的に流れず、またリミッタ回路６は動作しないので、Ｖenは基本的にＱrのエミッタの電位となる。すなわち、入力画像信号ＶinがＶin≦Ｖpなる領域では、ＶenはＶinに応じた電位となる。
【００１４】
ＶinがＶpを超えると、ＩdfがＲrの両端に生じる電位差Ｖrの分、ＶenはＱrのエミッタ電位より高くなる。すなわち、入力画像信号ＶinがＶin＞Ｖpであり、かつリミッタ回路６が動作しないＶen＜Ｖhなる領域では、ＶenはＶinの変化に対してＶin≦Ｖpにおけるより急な傾きで変化する。
【００１５】
ＶenがＶpを超えるとリミッタ回路６が動作し、Ｖinの変化に対するＶenの変化は、上述のＶin≦Ｖpであり、かつＶen＜Ｖhである領域におけるよりも緩やかになる。
【００１６】
図２は、Ｖinに対するＶenの変化を示す模式的なグラフである。図２には、３種類のＶpの値に対するＶenの特性曲線２０-1〜２０-3が示されている。特性曲線２０-1〜２０-3はそれぞれＶpがα１〜α３（α１＜α２＜α３）である場合を表している。この図に示すように、例えば、特性曲線２０-1の傾きｋは、Ｖin≦α１では例えば、ｋ＝１であるが、α１を超えるとｋ＞１となる。この傾きｋが大きい状態は、ＶenがＶrに対応するβに達するまで維持され、βに達するとリミッタ回路６が動作を開始することにより、傾きｋは減少し、例えばｋが１より小さくなるように構成される。これにより、ＶenがＶinを上回る量は、Ｖinの小さい領域や大きい領域よりも中間領域にて大きくなる。
【００１７】
加算回路８は、ＶinとＶenとを加算合成して、出力画像信号Ｖoutを生成する。加算回路８は例えば、Ｖinが最大値Ｖmaxのとき、ＶoutもＶmaxとなるようにＶinとＶenとを加算合成する。例えば、加算回路８は、Ｖoutが(1/2)Ｖin＋(1/2)Ｖenとなるような加算合成を行う構成とすることができ、図３はこの場合の、Ｖinに対するＶoutの変化を示す模式的なグラフである。図３には、図２のＶenの特性曲線２０-1〜２０-3に対応するＶoutの特性曲線２２-1〜２２-3が示されている。Ｖinの変化に対するＶoutの変化は、Ｖenの変化と同様の特徴を有し、ＶinがＶpより小さい領域では基本的にＶinに相当する値をとり、Ｖpを超えると変化率が高まり、リミッタ回路６が動作を開始する点に到達した以降は、緩やかな傾斜となる。
【００１８】
図４は、ガンマ補正回路２の具体的な構成の一例を示す回路図である。差動増幅回路４は、電源Ｖccと共通の電流源３０との間に互いに並列に接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２を含んで構成される。Ｑ１のベースにはＶinが印加され、Ｑ２のベースには基準電圧回路１０が発生するＶpが印加される。差動増幅回路４は直線領域で動作するように構成され、Ｖin＞Ｖpの場合、Ｑ１側の経路にはＶin−Ｖpに比例する電流Ｉdf0が生じる。
【００１９】
基準電圧回路１０は、Ｖccを抵抗分割してＶpを生成する。具体的には、基準電圧回路１０は、Ｖccに一方端を接続された抵抗Ｒ１と、Ｒ１の他方端及びＧＮＤの間に互いに並列に接続された抵抗Ｒ２〜Ｒ４と、これら各抵抗Ｒ２〜Ｒ４に直列に接続されたスイッチＳＷ１〜ＳＷ３とを含んで構成され、Ｒ１の他方端の電位がＶpとしてＱ２に印加される。ＳＷ１〜ＳＷ３は制御信号Ｓpにより個別に断続を制御することができる。ＳＷ１〜ＳＷ３のオン／オフの組み合わせにより、基準電圧回路１０は、Ｒ１とＧＮＤとの間の合成抵抗値を変化させ、Ｖpを変更することができる。
【００２０】
Ｑ１とＶccとの間にはトランジスタＱ３が接続される。Ｑ３はカレントミラー回路の入力側を構成し、Ｑ３にはそれぞれ当該カレントミラー回路の出力側を構成するトランジスタＱ４〜Ｑ６が並列に接続される。Ｑ４〜Ｑ６のエミッタはＶccに接続され、また各コレクタは、それぞれスイッチＳＷ４〜ＳＷ６を介して、抵抗Ｒrの一方端に接続される。
【００２１】
ＳＷ４〜ＳＷ６は制御信号Ｓgにより個別にオン／オフを制御可能に構成される。Ｑ４〜Ｑ６はそれぞれ対応するＳＷ４〜ＳＷ６がオンされた状態にて、Ｑ３に流れるＩdf0に応じたミラー電流Ｉm1〜Ｉm3を発生することができる。発生したＩm1〜Ｉm3は合成され、差動増幅回路４の出力電流Ｉdfとして取り出される。すなわち、カレントミラー回路の出力側を構成するＱ４〜Ｑ６が電流発生回路１２に相当し、その駆動能力はＳＷ４〜ＳＷ６のオン／オフの組み合わせにより切り換えることができる。
【００２２】
図１の説明において述べたように、抵抗Ｒrの一方端にはリミッタ回路６が接続され、他方端にはＱrが接続される。また、Ｒrの一方端の電位Ｖenが、トランジスタＱ８を介して加算回路８に入力される。
【００２３】
加算回路８は、トランジスタＱ７，Ｑ８それぞれのエミッタ間に直列接続された抵抗Ｒ７，Ｒ８を有する。この抵抗Ｒ７，Ｒ８の直列接続体が実質的に、ＶinとＶenとの加算合成を行う合成部を構成する。一方、トランジスタＱ７，Ｑ８はそれぞれバッファとして機能する。具体的には、Ｑ７のコレクタはＶccに接続され、エミッタは抵抗Ｒ５を介してＧＮＤに接続され、ベースは入力端子ＩＮに接続される。また、Ｑ８のコレクタはＶccに接続され、エミッタは抵抗Ｒ６を介してＧＮＤに接続され、ベースはＲrの一方端に接続される。ＶccとＧＮＤとの間にそれぞれ形成されるＱ７を含む電流経路及びＱ８を含む電流経路は基本的に対称に構成される。また、Ｑ７，Ｑ８は基本的にオン状態となるように構成される。Ｑ７は、ベースに印加されるＶinに比例した電位変化をエミッタに生じ、このＶinに応じたエミッタ電圧信号（基本成分信号）がＲ７の一方端に入力される。Ｑ８はベースにＶenを印加され、このＶenに応じたエミッタ電圧信号がＲ８の一方端に入力される。ここで、差動増幅回路４の上述した増幅機能により、Ｖenは、ＶinがＶpを超えるとＶinより急な傾きで変化し、これに対応してＱ８のエミッタ電圧もＱ７のそれより大きなゲイン（強調ゲイン）で変化する。なお、ＶenはＶhより小さい範囲では強調ゲインで変化するが（強調成分信号）、Ｖh以上ではリミッタ回路６が動作を開始しゲインが抑制される（抑制強調成分信号）。
【００２４】
Ｒ７，Ｒ８の直列接続体はその両端に印加されるＱ７，Ｑ８のエミッタの電圧信号を合成し、Ｒ７，Ｒ８の接続点にＶinとＶenとをＲ７，Ｒ８で比例分割した電圧を生じる。この接続点が加算回路８の出力端子、またガンマ補正回路２の出力端子ＯＵＴとなる。なお、ＶinとＶenとの合成比は、Ｒ７，Ｒ８の抵抗値により調節することができる。例えば、Ｒ７，Ｒ８の抵抗値を等しくすることで、ＶinとＶenとを１：１で加算合成した出力画像信号Ｖoutを出力端子ＯＵＴから取り出すことができ、例えば、上述したように図２のＶenに対応して図３に示すような画像信号の非線形の入出力特性が得られる。
【００２５】
通常、画像を構成する画素の輝度値の分布は入力信号レベルの比較的低い側にピークを有する。この分布に対応して、ガンマ補正回路２は、図３の特性曲線２２に示すように、そのピーク位置を含む比較的低い入力信号レベルの範囲に対し急峻な傾きを有する領域（knee領域）が設けられ、一方、比較的高い入力信号レベルの範囲では小さな傾きを設定される。この中間領域にてＶinよりＶoutを高くし、上向きに凸となるような特性曲線２２とすることにより、画像信号の振幅を維持することができ、表示装置のダイナミックレンジを有効に活用した再生画像を得ることができる一方で、画素値の分布が高い信号レベルにて大きな傾きが実現され、階調を好適に表現可能となる。
【００２６】
また、画像信号の低い入力信号レベルにはランダムノイズや暗電流等に起因するノイズ成分が含まれる。これに対し、ガンマ補正回路２は、Ｖin≦Ｖpでは特性曲線２２の傾きを抑え、ノイズ成分の信号レベルが拡大されてＳ／Ｎ（Signal to Noise ratio：ＳＮ比）が劣化することを抑制することができる。
【００２７】
図５は、ＳgによるＳＷ４〜ＳＷ６の切り換えにより、Ｉdf0に対するＩdfのゲインを変えた場合のガンマ補正回路２の入出力特性を示す模式的なグラフである。図５には、図３に示した特性曲線２２-1と、これと同じ基準電圧Ｖpにて、Ｉdfのゲインを特性曲線２２-1の場合より下げた特性曲線２４とが示されている。このようにガンマ補正回路２は、信号振幅の低下を抑制しつつ、Ｉdfのゲインにより中間レベルの階調を調節することができる。
【００２８】
なお、上述の実施形態では、Ｑ７がベースに印加されるＶinに基づいてエミッタに生じる電圧信号が、入力画像信号Ｖinの信号レベルに比例した基本成分信号に相当するが、基本成分信号はＶinそのものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態であるガンマ補正回路の概略の構成を示す模式的な回路図である。
【図２】入力画像信号Ｖinに対するＶenの変化を示す模式的なグラフである。
【図３】本発明の実施形態であるガンマ補正回路の入出力特性を示す模式的なグラフである。
【図４】本発明の実施形態であるガンマ補正回路の具体的な構成の一例を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態であるガンマ補正回路において差動増幅回路の出力電流のゲインによる入出力特性の相違を示す模式的なグラフである。
【図６】従来のガンマ補正回路の回路図である。
【図７】従来のガンマ補正回路の入出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
２  ガンマ補正回路、４  差動増幅回路、６  リミッタ回路、８  加算回路、１０  基準電圧回路、１２  電流発生回路、１４  電圧源、３０  電流源。
【図１】
2009033580.tif 000003
【図２】
2009033580.tif 000004
【図３】
2009033580.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2009033580.tif 000008
【図７】
2009033580.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月18日(2008.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
ＶenがＶhを超えるとリミッタ回路６が動作し、Ｖinの変化に対するＶenの変化は、上述のＶin＞Ｖpであり、かつＶen＜Ｖhである領域におけるよりも緩やかになる。