JP2009003180A - 表示方法及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置における輝度ムラ、色ムラを補正することができる表示方法及び該表示方法を実施する表示装置を提供する。
【解決手段】画像信号の色成分毎の階調値を補正するムラ補正部１３の後段で、表示部１６の前段に、表示部１６における階調特性を高次関数で表わされる特性に従った入力階調及び出力階調が格納されたＬＵＴ１４を設ける。これにより、ムラ補正部１３の後段における階調特性が、表示部１６における階調特性のばらつきを吸収した線形特性となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置の特性に応じて、入力される画像信号の各色成分の強度を補正して輝度ムラ、色ムラを補正する表示方法及び表示装置に関する。

ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）モニタ、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）モニタ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）モニタ等の表示装置は、ＬＣＤモニタであれば個々の製品の液晶パネルの特性、ＰＤＰモニタであれば素子毎の発光特性により、画面領域における空間的な輝度ムラ、色ムラが発生する。

輝度ムラに対する従来の補正方法として、表示装置では全般的に画面領域の中央部分と比較して周辺部分の輝度レベルが低下する傾向があることから、中央部分の輝度レベルを周辺部分の輝度レベルに相当するように低下させる方法がある。具体的には、画面領域を複数の領域に区分し、画面全体で均一な輝度の階調値（強度）の画像信号を入力して実際の表示画面の各領域の輝度を測定し、周辺部分の輝度レベルを目標輝度とした場合に他の領域の輝度の階調値を補正する補正量を各領域毎に求める。さらに、入力する均一な輝度の階調値を段階的に変化させて同様に実際の輝度を測定し、階調値別に各領域毎の補正量を求める。求めた補正量を階調値毎及び各領域毎に記憶しておくことにより、実際の画像を表示させる際に各画素の輝度の階調値を補正量に基づいて補正し、中央部分の輝度レベルを周辺部分と同程度の輝度レベルに揃えて輝度ムラを抑えることができる。

図６は、従来の輝度ムラに対する補正方法を概念的に示す説明図である。図６の説明図では、３×３の９領域に区分された画面の各領域における（ａ）補正前の輝度レベル、（ｂ）各領域に対応付けられる補正量、（ｃ）補正後の輝度レベルを模式的に水平に並べて示す画面上に表わし、夫々を輝度の階調値別に３層に重ねて表わしている。最下層は輝度の階調値が１９２である場合、中層は階調値が２２４である場合、最上層は階調値が２５５である場合の補正前の輝度レベル、補正量、補正後の輝度レベルを夫々表わしている。

図６（ａ）は、実際に測定した輝度に基づき、中央部分の輝度レベルを１００として各領域の輝度レベルを示したものである。図６（ａ）には例えば、画面全体に輝度の階調値が２５５に相当する単一色の画像信号を入力した場合の実際の表示画面の輝度レベルが、中央部分の輝度レベルと比較して周辺部分で低下することが示されている。同様に、輝度の階調値が２２４、１９２に相当する画像信号を入力した場合も、周辺部分の輝度レベルが中央部分の輝度レベルと比較して８割から９割と低下することが示されている。

図６（ｂ）は、各領域の輝度レベルに対する補正量を百分率で示している。例えば、図６（ｂ）の内の輝度の階調値が２５５である場合の補正量は、中央部分の輝度レベル１００を周辺部分の輝度レベル８０に相当させるために、輝度レベルを２０％低下させる補正が必要であることが示されている。また、輝度レベルが９５の領域の入力階調値には輝度レベルを１６％低下させるための補正が必要であることが示されている。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示した補正量によって補正された後の各領域の輝度レベルを示している。画面全体に輝度の階調値が２５５に相当する単一色の画像信号を入力した場合は、図６（ｂ）に示した補正量によって補正前の中央部分の輝度レベルを１００として全領域で輝度レベルが８０に均一化される結果が表わされている。このように、予め求めておいた補正量に基づいて輝度ムラを抑えることができる。

なお、図６（ｂ）に示した補正量は、表示面の全域を複数に区分した各領域毎及び表示可能な全ての階調値毎に用意しておくことが理想的であるが、補正量を記憶しておくメモリの記憶容量及び処理時間等の増大を回避するため、特定の領域毎及び特定の階調値毎のみについて用意しておき、用意されていない領域及び階調値については補間により補正量を算出し、算出した補正量に基づいて補正することが一般的である。

ここで、表示装置は、入力される画像信号の階調と、表示される画像の輝度との間に固有の入出力関係（以下、階調特性という）を有する。これに対し、滑らかな階調表示を実現するため、表示装置固有の階調特性を補正して所定の特性とする必要がある。図７は入力される画像信号の階調（入力階調）と表示される画像の輝度（出力輝度）との関係を示す階調特性図である。図７に示す階調特性図は、横軸に入力される画像信号の階調をとり、縦軸に表示される画像の輝度をとってその関係を実線にて示したガンマ曲線である。図７に示す様に入力階調と出力輝度との関係がガンマ曲線を描くように補正することにより、滑らかな階調表示を実現することができる。しかしながら、輝度ムラ補正を考慮した場合、入力階調の変化率と出力輝度の変化率とは線形の関係とならないので、例えば輝度ムラにより出力輝度が１０％低下した場合、単に入力階調を１０％上昇させても所望の出力輝度とはならず、輝度ムラを解消することはできない。

そこで、特許文献１では、表示装置の階調特性に基づいて、各階調値に対する補正量を修正する修正係数を予め算出してルックアップテーブルに登録しておき、入力された画像信号に対して、各階調値に対する補正量を各階調値に応じた修正係数によって修正し、得られた補正量に基づいて補正する方法が開示されている。
特開２００６−１８４３０５号公報 特開平５−２７３９４９号公報

特許文献１で開示された方法では、表示装置の階調特性を加味した補正量に基づいて、入力される画像信号の階調を補正するので、輝度ムラを良好に解消しつつ、滑らかな階調表示を実現することができる。しかし、各階調値について、低下させたい出力輝度の割合に応じた修正係数を予め算出しておく必要があった。

ところで、特許文献２には、表示装置の階調特性を所望の階調特性に変換する装置が開示されている。特許文献２に開示された装置は、ガンマ補正された映像信号に対して拡大処理又は縮小処理を行なう際に、一旦逆ガンマ補正を行なうことによって表示装置の輝度特性が線形となるように変換する。従って、逆ガンマ補正された映像信号に対して拡大処理又は縮小処理を行なうので、拡大処理又は縮小処理に伴う補間処理によって映像信号の輝度が低下することを防止することができる。しかし、特許文献２では、輝度ムラを良好に補正するために、表示装置の階調特性を所望の階調特性に変換する処理を利用することについては記載されていない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、画像を表示する際の階調特性を考慮した補正量を算出することなく、輝度ムラを良好に解消することが可能な表示方法及び表示装置を提供することにある。

本発明に係る表示方法は、入力された画像信号の一又は複数の色成分毎の強度を、表示領域及び前記強度に応じた補正量に基づいて補正し、補正された画像信号の色成分毎の強度に基づく画像を、所定の階調特性に従って表示する表示装置を用いた表示方法において、前記表示装置が、前記補正された画像信号の色成分毎の強度を、前記階調特性を高次関数で表わされる特性に従って更に補正し、補正された画像信号の色成分毎の強度に基づく画像を表示することを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、入力された画像信号の一又は複数の色成分毎の強度を、表示領域及び前記強度に応じた補正量に基づいて補正する第１補正手段と、該第１補正手段によって補正された画像信号の色成分毎の強度に基づく画像を、所定の階調特性に従って表示する表示手段とを備えた表示装置において、前記第１補正手段によって補正された画像信号の色成分毎の強度を、前記階調特性を高次関数で表わされる特性に従って更に補正する第２補正手段を備え、前記表示手段は、前記第２補正手段によって補正された画像信号の色成分毎の強度に基づく画像を表示するように構成してあることを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、前記第２補正手段は、前記階調特性を高次関数で表わされる特性に従って、色成分毎の強度と、該強度を補正した強度とを対応付けたルックアップテーブルに基づいて、前記第１補正手段によって補正された画像信号の色成分毎の強度を補正するように構成してあることを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、前記第１補正手段は、入力された同一強度の画像信号に対し、全表示領域において表示強度が同一となるように入力強度を補正するように構成してあることを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、前記高次関数で表わされる特性は、画像信号の強度と表示画像の強度とを変数とした一次関数であることを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、前記強度は階調値であることを特徴とする。

本発明によれば、表示装置は、入力された画像信号の色成分毎の強度を、該強度に応じた補正量に基づいて補正した後、表示手段における階調特性を高次関数で表わされる特性に従って補正し、得られた強度に基づく画像を前記表示手段が表示する。また、表示手段における階調特性を高次関数で表わされる特性に従って生成された、色成分毎の強度と、該強度を補正した強度とを対応付けたルックアップテーブルに基づいて、各強度に応じた補正量に基づいて補正された画像信号を補正する。

本発明では、入力された画像信号の色成分毎の強度を補正する輝度ムラ補正処理の後段で、表示手段の前段において、表示手段における階調特性を高次関数で表わされる特性に従った補正処理を行なう。よって、輝度ムラ補正処理の後段における階調特性が、個々の表示手段における階調特性のばらつきを吸収して高次関数で表わされる特性となるので、表示手段における階調特性を考慮した輝度ムラ補正処理を行なう必要がない。従って、表示手段における階調特性を考慮した補正量の算出処理等の煩雑な処理が不要となるので、補正量を算出するために必要であった演算回路及びメモリ等が不要となり、回路規模を縮小することができると共に、製造コストの削減が可能となる。また、前記補正量の算出処理に要していた時間を製造工程から削減することができる。

また、本発明では、表示手段における階調特性を高次関数で表わされる特性に従って生成されたルックアップテーブルに基づいて画像信号を補正するので、表示手段における階調特性を吸収する補正処理を容易に行なうことができる。

以下、本発明に係る表示装置及び本発明に係る表示方法を、その実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

図１は、本発明に係る表示装置の構成を示すブロック図である。表示装置１は、後述する画像信号出力装置２からの画像信号の入力を受け付けるインタフェースである入力部１１と、入力される画像信号が表わす強度（階調値）を適宜変換する変換部１２と、輝度ムラ及び色ムラを補正するムラ補正部１３と、表示部１６における階調特性を吸収するルックアップテーブル（以下、ＬＵＴという）１４と、ムラ補正部１３及びＬＵＴ１４による補正後の階調値を表示部１６に出力する出力部１５と、ＬＣＤパネル、ＰＤＰパネル等とそれらを駆動する駆動回路を含む表示部１６と、各情報を記憶する書き換え可能な記憶部１７と、各構成部を制御するＣＰＵ、ＭＰＵ等からなる制御部１０とを備えている。変換部１２、ムラ補正部１３、ＬＵＴ１４及び出力部１５はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit；特定用途集積回路）で構成されている。

画像信号出力装置２は、ＰＣ（Personal Computer）、テレビ用チューナー、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）プレーヤー、ゲーム機等の画像信号を出力する装置である。表示装置１は、画像信号出力装置２から出力される制御信号及び画像信号を入力部１１により受け付け、画像信号が表わす各画素の各色成分、又は輝度及び色差の階調値に基づき、表示部１６に対応する画像信号を出力部１５により出力し、表示部（表示手段）１６に画像を表示させる。

変換部１２では、表示部１６に表示させる画像を構成する各画素の色成分をＲ（Red：赤成分）Ｇ（Green：緑成分）Ｂ（Blue：青成分）で表わし、且つそのＲＧＢ夫々の階調値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を８ビット、即ち０から２５５までの２５６段階で表わした２４ビットのＲＧＢ信号の入力を受け付ける。したがって入力部１１は、入力部１１で受け付ける画像信号の種類によってはアナログ／デジタル変換の機能、ＲＧＢ信号へ変換する機能等を有していてもよい。なお、変換部１２が受け付ける画像信号は上述のような２４ビットのＲＧＢ信号とは限らず、他の色成分を含む信号でもよく、更に、変換処理によっては例えば各色成分を１０ビット、１４ビット等で表わした画像信号でもよい。

変換部１２は、入力部１１を介して入力された各色成分の階調値を適宜変換して出力する。変換部１２には色空間の変換のための係数（カラーマトリックス）が複数用意されている。変換部１２は制御部１０からの指示に応じた係数を用い、入力された各色成分の入力階調値に対する変換を実行する。

ムラ補正部（第１補正手段）１３は、変換部１２から出力された各色成分の階調値（Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’）に対し、輝度ムラ及び色ムラの補正を行なって出力する。ムラ補正部１３が変換部１２の後段に配置されるのは、色空間の変換がされた上でムラ補正を行なう必要があるからである。ムラ補正部１３は、後述の記憶部１７に記憶されている補正量Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂを読み出し、補正量Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂに基づいて補正を行なう。

ＬＵＴ１４は、例えば、ＲＧＢの各色成分のそれぞれに対応したＬＵＴを備え、入力された画像信号により表現される入力階調と、その入力階調に対応する表示部１６への入力レベル（出力階調）とが関連付けられている。ＬＵＴ１４は、例えば、８ビットで表わされる入力階調（０〜２５５）のそれぞれに、例えば、１０ビットで表される出力階調（０〜１０２３）を対応付けて格納している。

図２はＬＵＴ１４の階調特性を示す特性図、図３はＬＵＴ１４の階調特性と表示部１６における階調特性とを加算した階調特性を示す特性図である。図２に示す特性図は、横軸にＬＵＴ１４に入力される画像信号の入力階調をとり、縦軸にＬＵＴ１４から出力される画像信号の出力階調をとってその関係を実線にて示しており、図３に示す特性図は、横軸にＬＵＴ１４に入力される画像信号の入力階調をとり、縦軸に表示部１６に表示される画像の出力輝度をとってその関係を実線にて示している。

ＬＵＴ１４（第２補正手段）は、図２に示す様に、図７に示す様な表示部１６における階調特性を高次関数（例えば一次関数）で表わされる特性に変換できる特性に従って、８ビットの入力階調に対して１０ビットの出力階調が格納されており、ＬＵＴ１４に入力された画像信号の入力階調がＬＵＴ１４によって図２に示す様な特性に従って補正された後、図７に示す様な階調特性を有する表示部１６に表示されるので、ＬＵＴ１４による入力階調の補正量と、表示部１６における階調特性とが相殺され、ムラ補正部１３から見た後段において、図３に示す様な一次関数の階調特性（例えば、ガンマ値が１）を有する表示部が設けられていることと同等とみなすことができる。

なお、表示部１６における階調特性は、個々の表示部１６においてばらつきを有するので、ＬＵＴ１４における入力階調及び出力階調は、表示装置１の製造工程で実際に表示部１６に画像を表示させ、表示部１６に表示された画像を測定した結果に基づいて決定される。

記憶部１７には、ムラ補正部１３により使用される各色成分に対する補正量が記憶されている。図４は、記憶部１７に記憶されている補正量の例を模式的に示す説明図である。図４の説明図は、各ＲＧＢ成分の階調値別に、区分された各領域毎の目標輝度に対応する階調値への変化量により補正量Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂを示している。図４の説明図では、ムラ補正部１３に入力されたＲ成分の階調値Ｒ’が領域Ａ１に含まれる画素の階調値であり、且つ階調値Ｒ’が２５５である場合は補正量Ｃｒは１０％であり、階調値Ｒ’が１９２である場合は補正量Ｃｒは５％であることが示されている。また、入力されたＲ成分の階調値Ｒ’が領域Ａ２に含まれる画素の階調値であり、且つ階調値Ｒ’が２５５である場合は補正量Ｃｒは２０％であり、階調値Ｒ’が１９２である場合は補正量Ｃｒは２５％であることが示されている。なお、階調値が２５５，１９２，１２８，６４以外である場合については図示を省略しているが、全階調値に対応付けて補正量を記憶してもよい。

ムラ補正部１３は、入力されたＲ成分の階調値Ｒ’が、領域Ａ１に含まれる画素の階調値であり階調値Ｒ’が２５５である場合は、図４の説明図に示した補正量Ｃｒ＝１０％を記憶部１７から読み出し、読み出した補正量Ｃｒ＝１０％に基づいて入力されたＲ成分の階調値Ｒ’を増加又は減少させることにより補正する。

図４の説明図では補正量を百分率で表わした数値により模式的に示した。しかしながら、実際の装置では演算処理の軽減、高速化のために、例えば入力階調値と同様に８ビットの数値でそれらを表わして記憶しておき、加減算及びシフト演算により適切に補正後のＲＧＢ信号を出力することができるようにしてある。

図４の説明図では、階調値２５５，１９２，１２８，６４の４階調値について補正量を対応付けて記憶してあることを示し、他の階調値については図示を省略した。他の階調値については上述のように全階調値に対応付けて補正量を記憶するようにしてもよいし、ムラ補正部１３又は制御部１０が補間によって補正量を求める構成でもよい。また、ムラ補正部１３は、入力された階調値の値が含まれる範囲の上限又は下限の階調値に対応付けられた補正量を読み出す構成でもよい。

また、輝度ムラ、色ムラは個々の表示装置１の表示部１６の特性によって異なるので、図４の説明図に示した補正量は、表示装置１の製造工程で実際に輝度ムラ、色ムラを測定した結果に基づいて記憶される。

以下に、上述した構成の表示装置１による本発明に係る表示方法に基づく表示処理について説明する。図５は本発明に係る表示装置１による表示処理の手順を示すフローチャートである。

入力部１１を介して画像信号が変換部１２へ入力された場合、変換部１２は所定の変換処理を実行し（Ｓ１）、入力された画像信号の各色成分の階調値を変換してムラ補正部１３へ出力する。ムラ補正部１３は、変換部１２から入力された画像信号が表わす画素の各色成分の階調値（Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’）、及び画素が含まれる領域に対応付けられている補正量（Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂ）を記憶部１７から読み出す（Ｓ２）。

ムラ補正部１３は、読み出した補正量（Ｃｒ，Ｃｇ，Ｃｂ）に基づいて、変換部１２から入力された画像信号の各色成分の階調値（Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’）を補正し（Ｓ３）、ＬＵＴ１４へ出力する。ＬＵＴ１４は、ムラ補正部１３から入力された各色成分の階調値に対応する階調値を出力階調として出力部１５へ出力することにより、ＬＵＴ１４に基づく補正処理を実行する（Ｓ４）。出力部１５は、ＬＵＴ１４から入力された各色成分の階調値を表示部１６へ出力し、表示部１６は、出力部１５から入力された各色成分の階調値に基づく輝度の画像を表示し（Ｓ５）、処理を終了する。

上述したように、本発明に係る表示装置１では、画像信号の色成分毎の階調値を補正するムラ補正部１３の後段で、表示部１６の前段にＬＵＴ１４を設けることによって、ＬＵＴ１４による補正処理により表示部１６における階調特性を吸収する。具体的には、ＬＵＴ１４に入力される画像信号の入力階調と、表示部１６に表示される画像の出力輝度との関係が、単純な高次関数（例えば一次関数）で表現できる。従って、ムラ補正部１３の後段における階調特性が、表示部１６における階調特性のばらつきを吸収した線形特性（高次関数で表わされる特性）となるので、ムラ補正部１３が、表示部１６における階調特性を考慮した補正量の算出処理等の煩雑な処理を含む補正処理を行なう必要がなく、例えば輝度ムラにより出力輝度が１０％低下した場合、入力された階調値に拘わらず単純に入力階調を１０％上昇させることによって所望の出力輝度を得ることができる。

また、煩雑な処理の代わりに、表示部１６における階調特性を考慮した補正量を格納したテーブルを利用してムラ補正を行なう構成であった場合には、このようなテーブルの生成処理が不要となるので、テーブルの生成処理に要していた生成時間を削減できると共にテーブルを記憶させるメモリも不要となる。従って、ムラ補正部１３が行なう処理を簡略化することができ、表示部１６における階調特性を考慮した補正量の算出処理等の煩雑な処理に必要であった演算回路及びメモリ等が不要となるので、ムラ補正１３及びＬＵＴ１４を構成する回路の回路規模を縮小することができ、製造コストの削減が可能となる。

上述の実施形態では、変換部１２によって変換され、ムラ補正部１３及びＬＵＴ１４に入力される画像信号の入力階調が２５６階調の場合について説明したが、階調数は、これに限定されるものではなく、他の階調数を用いることもできる。また、ＬＵＴ１４は、ルックアップテーブルを用いる構成であったが、これに限定されるものではなく、階調特性を変換することができるものであれば、入力値に対応する出力値を単にメモリに記憶する構成、各値をファイルとして記憶するような構成であってもよい。更に、本実施形態では複数の色成分の階調値に対する補正を例にあげたが、モノクロの画像信号における階調値に対する補正に適用してもよい。

また、ＬＵＴ１４によって設定される階調特性と、表示部１６における階調特性との合計は、図３に示すような一次関数に限定されず、例えばｙ＝ｘ^2.2 のような高次関数でもよい。更に、ＬＵＴ１４を用いて階調値を変換するだけでなく、階調値を例えば電圧値のようなアナログ値に変換するようにしてもよい。

本発明に係る表示装置の構成を示すブロック図である。 ＬＵＴの階調特性を示す特性図である。 ＬＵＴの階調特性と表示部における階調特性とを加算した階調特性を示す特性図である。 記憶部に記憶されている補正量の例を模式的に示す説明図である。 本発明に係る表示装置による表示処理の手順を示すフローチャートである。 従来の輝度ムラに対する補正方法を概念的に示す説明図である。 入力階調と出力輝度との関係を示す階調特性図である。

符号の説明

１ 表示装置
１０ 制御部
１２ 変換部
１３ ムラ補正部
１４ ＬＵＴ
１６ 表示部

Claims (6)

1. 入力された画像信号の一又は複数の色成分毎の強度を、表示領域及び前記強度に応じた補正量に基づいて補正し、補正された画像信号の色成分毎の強度に基づく画像を、所定の階調特性に従って表示する表示装置を用いた表示方法において、
   前記表示装置が、
   前記補正された画像信号の色成分毎の強度を、前記階調特性を高次関数で表わされる特性に従って更に補正し、
   補正された画像信号の色成分毎の強度に基づく画像を表示することを特徴とする表示方法。
2. 入力された画像信号の一又は複数の色成分毎の強度を、表示領域及び前記強度に応じた補正量に基づいて補正する第１補正手段と、該第１補正手段によって補正された画像信号の色成分毎の強度に基づく画像を、所定の階調特性に従って表示する表示手段とを備えた表示装置において、
   前記第１補正手段によって補正された画像信号の色成分毎の強度を、前記階調特性を高次関数で表わされる特性に従って更に補正する第２補正手段を備え、
   前記表示手段は、前記第２補正手段によって補正された画像信号の色成分毎の強度に基づく画像を表示するように構成してあることを特徴とする表示装置。
3. 前記第２補正手段は、前記階調特性を高次関数で表わされる特性に従って、色成分毎の強度と、該強度を補正した強度とを対応付けたルックアップテーブルに基づいて、前記第１補正手段によって補正された画像信号の色成分毎の強度を補正するように構成してあることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記第１補正手段は、入力された同一強度の画像信号に対し、全表示領域において表示強度が同一となるように入力強度を補正するように構成してあることを特徴とする請求項２又は３に記載の表示装置。
5. 前記高次関数で表わされる特性は、画像信号の強度と表示画像の強度とを変数とした一次関数であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかひとつに記載の表示装置。
6. 前記強度は階調値であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかひとつに記載の表示装置。