JP2008067343A - 色補正回路、駆動装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラー表示装置で、最適な表示色になるように画像データを演算する際、分解能の低下により階調ムラ、色ムラの発生、表示色が装置ごとにばらついたりすることのない色補正と複数の色補正モードを、ひとつの表示装置で兼用して設定できる色補正回路を提供する。
【解決手段】ＲＧＢの画像データを前ガンマ回路で線形のデータに変換する際、画像データビット数を、２ビット以上増やして分解能を高めてマトリックス演算する。演算結果は、後ガンマ回路でデータ変換し画像ＲＡＭに格納する。後ガンマ回路と画像ＲＡＭの間にはディザ回路を組み込み、ディザ回路による面階調で、階調ムラや色ムラをなくす。また表示装置個々の色ばらつきを、マトリックス演算器の微調整係数としてＰＲＯＭに格納し、色バラツキの無い表示装置を実現する。また複数の色補正モードを、簡単な切替えで設定可能とする表示装置を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、R,G,B各色の明暗でカラー表示をする表示装置の色調を調整するために、Matrix演算回路を用いてR,G,Bの数値を変換する色補正回路に関するものである。

近年、カメラで撮影した写真画像をパソコンのモニターに表示したり、プリンターで印刷したりする機会が増えているが、画像を同じ色で再現させるためにsRGBという色空間フォーマットが一般的に使われている。カメラの画像出力がsRGBに調整され、パソコンのモニターもプリンターもsRGBに調整されるからお互いの色が同じになる。カラーの表示装置は、sRGBフォーマットで入力された画像データを、期待された色で表示するように調整される必要がある。

図2は一般的な画像データの流れを示したものであり、Camera200で撮影した画像データは制御部210に送られ、制御部210はその画像データをMemory220に格納したり、あるいはMemory220から読み出したりしてPrinter230やLCD表示装置240に画像データを送る。カメラで撮影した画像の色とPrinter230やLCD表示装置240の出力が同じ色であるために、画像データには色の基準が定められ、一般的にsRGBフォーマットが多く用いられる。LCD表示装置240はsRGBフォーマットの画像データを受け取り、期待される色を出すためにLCD駆動装置の駆動特性を調整したり、あるいはR,G,Bの画像データをMatrix演算回路で演算してデータの数値を変換したりする。図3はMatrix演算による色補正回路をLCD駆動用IC（300）に搭載した場合のブロック図であり、I/F部310から入力された画像データは、色補正回路320を経て画像RAM330に格納され、LCD駆動回路340から出力される駆動信号でLCDパネル350の表示出力を実現する。図4は一般的な色補正回路320を説明するブロック図であり、色補正回路320の中に前ガンマ回路410、Matrix演算回路420、後ガンマ回路430がある。前ガンマ回路410はsRGBの画像データを2.2乗してR,G,Bの数値を線形(リニア)な特性を持つデータに変換する。また後ガンマ回路430は線形な特性を持つデータで演算された結果を0.45乗して元のsRGBと同じ非線形な特性のデータに戻して画像RAM330にデータを格納する。

その他、後ガンマ回路の出力先としてRAMは経由せず、直接LCDの駆動回路に接続する場合もあり、その場合は後ガンマ回路にはLCDの逆ガンマ特性を持たせてデータ変換を行うこととなる。（特許文献１を参照）
特開2002-232905号公報

このような色補正回路を用いてsRGBの画像データを演算するとき、前ガンマ回路での2.2乗変換や、Matrix演算の精度や、後ガンマ回路での0.45乗変換などで分解能が不足し、ビット誤差による階調ムラや色ムラが発生する場合があった。特に画像データの色数が少ない場合、例えば260k色(=262144色)R,G,B各6ビットのような場合、さらには65k色(=65536色)R,G,B各5,6,5ビットのような場合はビット誤差による影響が大きく、階調ムラや色ムラがはっきりと見えてしまう。またその他にも、表示装置ごとに色傾向がばらつくという問題があった。

また、表示装置においてsRGBに最適な色となるようにMatrix演算を行うと、色補正した結果は表示装置が持つ本来の色表現範囲(色域：NTSC比とも言う)を狭くする場合がある。図14はその例を示している。LCD等の表示装置の色表示能力(LCD gamut)がsRGBの色表示能力(sRGB gamut)を超える時、sRGBの外側の色域は本来表示する必要が無いので、色補正の演算結果は表示装置の色表現範囲を狭くする。

その場合は、図15で示すように白(W)などの無彩色のみをsRGBに合わせる方法を用いると、表示装置の色表現範囲は狭くならないが、ユーザーがこの方法を簡単に設定できる構成にはなっていなかった。

本発明においては上記の課題を解決するために以下の手段をとる。
（１）R,G,B各色の明暗でカラー表示をする表示装置の色調を調整する色補正回路において、R,G,Bの数値を変換する前ガンマ回路と、前ガンマ回路の出力数値を用いて演算するMatrix演算回路と、Matrix演算回路の出力数値を変換する後ガンマ回路から成り、前記前ガンマ回路はR,G,Bの数値を線形データに変換し、前記後ガンマ回路はMatrix演算回路の出力数値を非線形データに変換する。さらに前ガンマ回路が出力する数値のビット数を、入力されるR,G,Bの数値が有するビット数よりも多くすることで、分解能を高めたことを特徴とする色補正回路とした。
（２）R,G,B各色の明暗でカラー表示をする表示装置の色調を調整する色補正回路において、R,G,Bの数値を変換する前ガンマ回路と、前ガンマ回路の出力数値を用いて演算するMatrix演算回路と、Matrix演算回路の出力数値を変換する後ガンマ回路から成り、前記前ガンマ回路が出力する数値は、入力されるR,G,Bの値よりも2ビット以上4ビット以下の範囲でビット数を増やし、分解能を高めた事を特徴とする色補正回路とした。
（３）R,G,B各色の明暗でカラー表示をする表示装置の色調を調整する色補正回路において、R,G,Bの数値を変換する前ガンマ回路と、前ガンマ回路の出力数値を用いて演算するMatrix演算回路と、Matrix演算回路の出力数値を変換する後ガンマ回路から成り、前記表示装置の平均的な色補正係数と、表示装置ごとの色バラツキを微調整する微調整係数を個々に設定し、各係数の加算結果を前記Matrix演算回路の演算係数とする事を特徴とする色補正回路とした。
（４）（３）に記載の色補正回路において、前記微調整係数をPROMに格納する事を特徴とする色補正回路とした。
（５）R,G,B各色の明暗でカラー表示をする表示装置の色調を調整する色補正回路におい
て、R,G,Bの数値を変換する前ガンマ回路と、前ガンマ回路の出力数値を用いて演算するMatrix演算回路と、Matrix演算回路の出力数値を変換する後ガンマ回路から成り、前記表
示装置の個々の色補正係数をPROMに格納し、前記Matrix演算回路の演算係数とする事を特徴とする色補正回路とした。
（６）R,G,B各色の明暗でカラー表示をする表示装置の色調を調整する色補正回路におい
て、R,G,Bの数値を変換する前ガンマ回路と、前ガンマ回路の出力数値を用いて演算するMatrix演算回路と、Matrix演算回路の出力数値を変換する後ガンマ回路から成り、後ガン
マ回路の出力先を画像RAMとする事を特徴とする色補正回路とした。
（７）（６）に記載の色補正回路において、前記後ガンマ回路の後段にディザ回路を置き、ディザ処理の結果を画像RAMに出力する事を特徴とする色補正回路とした。
（８）請求項７に記載の色補正回路において、前記ディザ回路は２×２の画素に対して行うために、後ガンマ出力のビット数を画像RAMに出力すべきビット数より2ビット多くする事を特徴
とする色補正回路とした。
（９）（７）に記載の色補正回路において、前記ディザ回路は４×４の画素に対して行うために、後ガンマ出力のビット数を画像RAMに出力すべきビット数より4ビット多くする事を特徴と
する色補正回路とした。
（１０）Matrix演算器のモードとして、sRGBの本来の色表現となる色補正モード(以下モ
ード1と称す)と、白などの無彩色のみをsRGBの色に合わせる色補正モード(以下モード２
と称す)を、本発明の色補正回路においては兼用できる様にした。さらにモード1とモード2はユーザーの操作により切り換わる構成とした。

本発明では、sRGBの画像データを前ガンマ回路で例えば2.2乗して線形のデータに変換するとき、画像データを入力されるR,G,Bの値よりも2ビット以上4ビット以下の範囲でビット数を増やして分解能を高め、Matrix演算器はその分解能の高い画像データを用いて精度の高い演算をし、後ガンマ回路の例えば0.45乗変換では画像RAMに必要なビット数よりも多いビット数に変換し、ディザ回路を経由した上で画像RAMに色補正後の画像データを書き込む。

こうする事によって、画像データの色数が少ない場合であっても色補正演算によるビット
誤差による階調ムラや色ムラが発生する事がない。

また、Matrix演算器の演算係数(色補正の為の係数)として、表示装置個々の色ばらつきを微調整係数としてPROMに格納する事によって、色バラツキの無い表示装置を実現する事が可能となる。

モード1とモード2が切り替えられる事により、sRGBに忠実な色表現と、表示装置の色域を保ちながらもある程度sRGBの色に近いという色表現が、選択可能となる。またモード1とモード2を回路的に瞬時に切り替わるようにしたので、ユーザーの好みで簡単に選択する事が可能となる。

以下、実施例をもとに本発明を説明する。

図1は本発明の色補正回路の実施例であり、sRGBフォーマットの画像データを260k色(=262144色)R,G,B各6ビットと仮定している。前ガンマ回路410で画像データを2.2乗すると、元データの数値の小さい領域において分解能が低下するため、変換後のデータは元データよりもビット数を増やす必要がある。但し、ビット数を増やすとMatrix演算回路も大きくなるので必要以上に増やすのは望ましくない。実験の結果からは、入力されるR,G,Bの値よりも2ビット以上増やす事で問題が改善できる事がわかっており、2ビット以上4ビット以下の範囲でビット数を拡大するのが機能的にも回路の規模的にも望ましい。画像データがR,G,B各6ビットの場合はRGB各8ビット以上、10ビット以下の範囲にビット数を拡大する。例えばR,G,B各6ビットの画像データを8ビットに拡大する場合は、R,G,B各6ビットの値(0から63)を2.2乗し、その最大値が255となるように調整しR,G,B各8ビット(0から255)の数値に変換する。

Matrix演算器110は、2.2乗されたR,G,Bの値と色補正係数(a, b, c, d, e, f, g, h, i)120を用いて数１に示す3×3のMatrix積和演算を行う。

[R]=aR+bG+cB
（数１） [G]=dR+eG+fB
[B]=gR+hG+iB
Matrix演算器が受け取るR,G,Bの値を例えば8ビット、色補正係数を8ビットとすると演算の結果は16ビットになる。このMatrix演算結果を後ガンマ回路430で0.45乗のデータに変換し、元のsRGB色空間フォーマットのデータとして画像RAMに格納する。しかしMatrix演算結果の16ビット以上をそのまま後ガンマ回路の入力にすると、後ガンマ回路は必要以上に大きくなるので、画質が損なわれない最低限のビット数に減らす事が望ましい。

実験の結果からは画像データがR,G,B各6ビットの場合はRGB各8ビット以上10ビット以下の範囲で後ガンマ回路へ渡せば、必要な階調性能は得られる事が判明している。

後ガンマ回路430はMatrix演算結果を0.45乗し、元の画像データと同じビット数にして画像RAMに格納する。

260k色の場合は、Matrix演算回路からRGB各8ビット以上10ビット以下の範囲の演算結果を受け取り、後ガンマ回路でRGB各6ビットのデータに変換して画像RAMに格納する。このような元の画像の色数が260k色と少ない場合、前ガンマ回路による2.2乗や後ガンマ回路による0.45乗のデータ変換を行う事で部分的に分解能が低下したり、あるいはMatrix演算の丸め誤差によって、色補正変換後の画像に若干の階調ムラや色ムラが発生したりする。

その対策として、後ガンマ回路と画像RAMの間にディザ回路440を組み込んだ。

図5と図6はディザ回路を説明するものであり、画像RAMの表示面に対して面階調を行う。

図6は2×2のディザ処理の例であり、画像RAMのX方向とY方向を2アドレスずつ2×2でグループ分けする。1つのグループに図6に示したように規則的にA,B,C,Dの区分をし、格納される画像データ値に微小なオフセット値を加算する。最下位ビットに対してディザをかけるために、0/4、1/4、2/4、3/4を加算してから小数点以下を切り捨てる事により、ディザ処理前の小数部の値に応じた擬似階調表現が可能になる。

図５の前半に示すように、後ガンマ回路から出力するデータは、画像RAMに格納すべき
データのビット数よりも2ビット多くし、格納すべきアドレスがAの画素には0(ゼロ)を加算し、Bの画素には0.25を加算し、Cの画素には0.5を加算し、Dの画素には0.75を加算する。これにより、表示装置が表現できる色数を面階調によって4倍にする事ができる。260k色の色表現能力が不十分なために発生する階調ムラや色ムラは、面階調で分散され人の目で見たときに違和感がなくなる。

但し、A/B/C/Dの画素にそれぞれ0/+0.25/+0.5/+0.75のオフセットをかけると、画像が
平均的に0.5×LSB分明るくなるので、実際には図５の後半に示すように-0.375/-0.125/+0.125/+0.375のオフセットをかけるのが望ましい。これでディザをON/OFFしても画像の明るさを変わらなくする事ができる。これらは260k色で説明したが、65k色(RGB各5、6、5ビット)の場合も同様の処理で大きな効果が期待できる。ディザ処理は4×4で行う事も可能であり、後ガンマ回路から出力するデータを画像RAMに格納すべきデータのビット数よりも4ビット多くし、面階調の区分を16種類にして0/16から15/16までを各加算すれば、より大きな効果を得ることができる。

図７はMatrix演算器の色補正係数120の与え方を示したものである。前記9個の色補正係数(a,b,c,d,e,f,g,h,i)は、表示装置の平均的な色補正係数として制御部から任意に設定できるようにしてある。本実施例では、表示装置の平均的な色補正係数のほかに、表示装置の個々の色バラツキを補正する微調整係数を別に置き、双方の係数の和(加算値)をMatrix係数として演算器に渡すようにした。実際の製造工程においては、表示装置の組み立て検査の段階で表示装置における個々の色のばらつき成分を係数にして求め、表示装置の個々の微調整係数720として不揮発性メモリ740に格納する。表示する時には、表示装置の平均の色補正係数710と不揮発性メモリ740に格納された表示装置の個々の微調整係数720を加算した係数を用いてMatrix演算すれば、表示装置個々の色ばらつきが抑えられ、さらにsRGBで期待された色を表示する事が可能となる。微調整係数のみを不揮発性メモリ740に格納することで必要なメモリの容量を小さくすることが可能である。

あるいは色補正係数をMatrix係数として演算器に渡す他の方法として、図８に示すように、表示装置の組み立て検査の段階で、表示装置の個々の色補正係数730を個別に求めて不揮発性メモリ740に格納し、その格納された係数を用いてMatrix演算すれば、表示装置
個々に最適な色を表示する事が可能となる。

なお、以上の例では表示装置の個々の微調整係数720および表示装置の個々の色補正係数730を格納する不揮発性メモリとしては、PROM、EPROM、EEPROM等の半導体メモリ、強誘電体あるいは磁性体を用いたFeRAM、MRAM等を使用することができる。

前記９個の色補正係数(a, b, c, d, e, f, g, h, i)は、図９に示すようにMatrix演算器の中にある９個の乗算器にそれぞれ接続され、各９個の乗算結果は３個づつ加算されてRGB各出力(Ro, Go, Bo)を生成する。

図１０は、図９で示すMatrix演算器をMatrix演算式で表記したものである。図１０のMatrix演算式の中で、９個の係数(a, b, c, d, e, f, g, h, i)のうち対角以外の係数(b, c, d, f, g, h)をゼロにし、対角の係数(a, e, i)をそれぞれ(a+b+c, d+e+f, g+h+i)とすると、図１１の演算式に示すWhite-balance-mode(モード２)となる。

本発明の色補正回路は、上記(モード２)にも適応できるので、ユーザーが望めば表示装置の色域を最大限に保ちながらsRGBの色に近いという色表現を選択する事が可能である。実際にモード２に設定する時は、不揮発性メモリに格納した表示装置個々の色バラツキの補正係数を読み出し、表示装置の平均的な色補正係数に加算して９個の係数(a, b, c, d, e, f, g, h, i)をまず求める。さらに対角の係数として(a+b+c, d+e+f, g+h+i)を計算して図１１に示すように係数設定する。

ユーザーが上記設定をすればモード２を選択できるが、不揮発性メモリを読んだり、係数を加算して再設定したりするのは比較的煩雑な操作である。そこで、回路で解決を図ったのが図１２の回路である。

不揮発性メモリに格納した表示装置個々の色バラツキの補正係数と、表示装置の平均的な補正係数を加算した色補正係数はMatrix係数として演算器に渡すように元々準備されている。図１２に示すように色補正係数の(a, b, c)、(d, e ,f)、(g, h, i)を加算器で加算し、３個の乗算器に接続し、残りの６個の乗算器に係数ゼロを入力させればモード２の設定が可能となる。

あるいは、図１３に示すように９個の係数(a, b, c, d, e, f, g, h, i)はそれぞれ９個の乗算器に接続させたままにしておき、９個の乗算器における色入力の接続先を切り替える事でもモード２の設定が可能となる。

図１２に示す色補正係数の加算器を機能させたり、図１３に示す色入力の接続先を切り替えたりするのは、ユーザーのモード設定情報で瞬時に切り替えられる操作である。ユーザーは、いずれのモードを使うかを決めるだけなので、煩雑な行為は一切不要である。

図１６は本発明に係る色補正回路を用いた表示装置の実施例を示す図である。図１６（A）は表示装置の個々の微調整係数720および表示装置の個々の色補正係数730を格納する不揮発メモリ740がLCD駆動装置（300）とは別に表示装置360に組み込まれる場合を示している。一方、図１６（B）はLCD駆動装置（300）が上記の不揮発メモリ740を有している表示装置360を示している。図１６に示すように不揮発メモリ740はLCD駆動装置（300）の中、あるいは外側のいずれにあっても構わない。不揮発メモリ740がLCD駆動装置（300）の外側にある場合は、表示装置360に不揮発性メモリICとLCD駆動装置の両方が搭載されていれば、本発明は実現する。

本発明の色補正回路の実施例を示す図である。 一般的な画像データの流れを示す図である。 Matrix演算による色補正回路をLCD駆動用ICに搭載した場合のブロック図である。 一般的な色補正回路を説明するブロック図である。 ディザ回路の動作を説明する図である。 同じくディザ回路の説明をする図である。 Matrix演算器への色補正係数の与え方の実施例を示す説明図である。 Matrix演算器への色補正係数の与え方の他の実施例を示す説明図である。 色補正係数とMatrix演算器の回路構成図 モード１のMatrix演算式 モード２のMatrix演算式 モード２を回路で実現する回路構成図（その１） モード２を回路で実現する回路構成図（その２） sRGBに最適な色補正を行う場合の色域図 白などの無彩色のみをsRGBに合わせる場合の色域図 本発明に係る表示装置の実施例

符号の説明

１１０ Matrix演算器
１２０ 色補正係数
３６０ 表示装置
４１０ 前ガンマ回路
４３０ 後ガンマ回路
４４０ ディザ回路
７１０ 表示装置の平均の補正係数
７２０ 表示装置の個々の微調整係数
７３０ 表示装置の個々の色補正係数
７４０ 不揮発性メモリ

Claims (14)

1. R,G,B各色の明暗でカラー表示をする表示装置の色調を調整する色補正回路であって、R,G,Bの数値を線形データに変換する前ガンマ回路と、前ガンマ回路の出力数値を用いて演算するMatrix演算回路と、前記Matrix演算回路の出力数値を非線形データに変換する後ガンマ回路とから成り、前記前ガンマ回路が出力する数値のビット数を、入力されるR,G,Bの数値が有するビット数よりも多くすることで、分解能を高めた色補正回路。
2. 前記前ガンマ回路が出力する数値のビット数は、入力されるR,G,Bの数値が有するビット数よりも２ビット以上４ビット以下の範囲で多くなっている請求項１に記載の色補正回路。
3. 前記表示装置の平均的な色補正係数と表示装置ごとの色バラツキを微調整する微調整係数とを有し、前記の平均的な色補正係数と前記微調整係数との加算結果を前記Matrix演算回路の演算係数とする請求項１に記載の色補正回路。
4. 前記微調整係数を不揮発性メモリに格納する事を特徴とする請求項３に記載の色補正回路。
5. 前記表示装置の個々の色補正係数を不揮発性メモリに格納し、前記Matrix演算回路の演算係数とする請求項１に記載の色補正回路。
6. 前記後ガンマ回路の出力先は画像RAMである請求項１に記載の色補正回路。
7. 前記後ガンマ回路の後段にディザ回路を置き、ディザ処理の結果を前記画像RAMに出力する請求項６に記載の色補正回路。
8. 前記ディザ回路は２×２の画素に対して行うために、前記後ガンマ回路の出力のビット数を前記画像RAMに出力すべきビット数より２ビット多くする請求項７に記載の色補正回路。
9. 前記ディザ回路は４×４の画素に対して行うために、前記後ガンマ回路の出力のビット数を前記画像RAMに出力すべきビット数よ４ビット多くする請求項７に記載の色補正回路。
10. 前記Matrix演算回路は、sRGBの本来の色表現となる色補正モード（sRGBモード）と無彩色のみをsRGBの色に合わせる色補正モード（White-balanceモード）とを有する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の色補正回路。
11. 前記White-balanceモードにおいては、RGB各出力に関わるそれぞれ３つの色補正係数を加算器で加算してから前記Matrix演算回路の演算係数とする請求項１０に記載の色補正回路。
12. 前記White-balanceモードにおいては、前記Matrix演算回路を構成する９つの乗算器の
    色入力において各色が混ざり合わないように入力を切り替える請求項１０に記載の色補正回路。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の色補正回路を有する駆動装置。
14. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の色補正回路を有する駆動装置とLCDパネルを有する表示装置。

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