JP2021018343A - 表示装置、表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の表示輝度を低下させる必要がある場合であっても、好適に画像を表示することのできる表示装置の提供をする。【解決手段】表示装置は、画像の階調値を変換する階調変換処理を実行する処理手段と、前記階調変換処理後の画像の明るさを示すパラメータに応じて表示手段に表示可能な輝度の上限値を制御する制御手段と、を有し、前記階調変換処理は、前記階調値に対してγ値を用いたべき乗の関数で表される伝達関数を用いて実行され、前記処理手段は、前記上限値に基づいて前記γ値を決定し、前記上限値が第１の値である場合の前記γ値よりも、前記上限値が前記第１の値よりも高い第２の値である場合の前記γ値の方が大きいことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、表示装置、表示方法に関する。

撮影環境と表示環境の違いによる見えの違いを補正することを目的とし、輝度変換を行うための関数であるＯＯＴＦ（Ｏｐｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いた階調変換処理（輝度調整処理）を表示装置が施すことがある。例えば、ＩＴＵ−Ｒ（Ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ ｏｆ ＩＴＵ） ＢＴ．２１００において、表示装置にあらかじめ設定された表示輝度の最大値（上限輝度）に応じてＯＯＴＦの関数を調整することが規定されている。

一方、消費電力を抑制することを目的とし、表示に用いる画像データに応じて、表示輝度を制限することにより消費電力の増加を抑制することが可能な表示装置がある。

特許文献１では、表示装置は、画像データの平均階調値に基づいて消費電力を推定して、推定した消費電力が基準値を超える場合には、表示装置の上限輝度を低下させることにより、実際の消費電力を所定範囲に制限している。

特開２００６−１１９４６５号公報

しかしながら、特許文献１に係る表示装置において、平均階調値の高い画像を表示する場合、表示画像の上限輝度が低下するにも関わらず、平均階調値の低い画像を表示した場合と同一のＯＯＴＦを用いた階調変換処理が施される。このため、暗部が好適な場合よりも暗く表示されるので、暗部の視認性が損なわれてしまうという課題が生じる。

そこで本発明は、画像の表示輝度を低下させる必要がある場合であっても、好適に画像を表示することのできる表示装置の提供を目的とする。

本発明の第１の態様は、
画像の階調値を変換する階調変換処理を実行する処理手段と、
前記階調変換処理後の画像の明るさを示すパラメータに応じて表示手段に表示可能な輝度の上限値を制御する制御手段と、
を有し、
前記階調変換処理は、前記階調値に対してγ値を用いたべき乗の関数で表される伝達関数を用いて実行され、
前記処理手段は、前記上限値に基づいて前記γ値を決定し、
前記上限値が第１の値である場合の前記γ値よりも、前記上限値が前記第１の値よりも高い第２の値である場合の前記γ値の方が大きいことを特徴とする表示装置である。

本発明の第２の形態は、
画像の輝度範囲が表示手段の輝度範囲より広い場合に、当該画像の輝度範囲が前記表示手段の輝度範囲に含まれるように当該画像の明るさを低下させる低下手段と、
明るさが低下された後の画像の階調値を変換する階調変換処理を実行する処理手段と、を有し、
前記階調変換処理は、前記階調値に対してγ値を用いたべき乗の関数で表される伝達関数を用いて実行され、
前記処理手段は、前記低下手段による明るさの低下度合いに基づいて前記γ値を決定し、
前記低下度合いが第１の値である場合の前記γ値よりも、前記低下度合いが前記第１の値よりも大きい第２の値である場合の前記γ値の方が小さいことを特徴とする表示装置である。

本発明の第３の態様は、
画像の階調値を変換する階調変換処理を実行する処理工程と、
前記階調変換処理後の画像の明るさを示すパラメータに応じて表示手段に表示可能な輝度の上限値を制御する制御工程と、
を有し、
前記階調変換処理は、前記階調値に対してγ値を用いたべき乗の関数で表される伝達関数を用いて実行され、
前記処理工程では、前記上限値に基づいて前記γ値を決定し、
前記上限値が第１の値である場合の前記γ値よりも、前記上限値が前記第１の値よりも高い第２の値である場合の前記γ値の方が大きいことを特徴とする表示方法である。

本発明の第４の態様は、
画像の輝度範囲が表示手段の輝度範囲より広い場合に、当該画像の輝度範囲が前記表示手段の輝度範囲に含まれるように当該画像の明るさを低下させる低下工程と、
明るさが低下された後の画像の階調値を変換する階調変換処理を実行する処理工程と、を有し、
前記階調変換処理は、前記階調値に対してγ値を用いたべき乗の関数で表される伝達関数を用いて実行され、
前記処理工程では、前記低下工程における明るさの低下度合いに基づいて前記γ値を決定し、
前記低下度合いが第１の値である場合の前記γ値よりも、前記低下度合いが前記第１の値よりも大きい第２の値である場合の前記γ値の方が小さいことを特徴とする表示方法である。

本発明によれば、画像の表示輝度を低下させる必要がある場合であっても、好適に画像を表示することができる。

実施形態１に係る表示装置の構成図である。 実施形態１に係るＡＢＬ制御を説明する図である。 実施形態１に係るシステムγの効果を説明する図である。 実施形態１に係る表示装置の処理のタイミングチャートを示す図である。 実施形態２に係る表示装置の構成図である。 実施形態２に係るクリップ処理および圧縮処理を説明する図である。 撮像装置および表示装置の画像表示の処理を説明する図である。

以下では、本発明に係る実施形態について図を用いて説明する。

［ＨＤＲ画像の表示ワークフローの概要］
はじめに、撮像装置でＨＤＲ画像を取得し、ＨＤＲ画像に基づいて表示装置が画像を表示するワークフローについて、説明する。

近年、ＢＴ．７０９によって規格されたＳＤＲ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像よりも広いダイナミックレンジ（輝度範囲）を有する画像が利用されている。このような広いダイナミックレンジを有する画像をＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）画像と称す。

図７（Ａ）は、撮像装置でＨＤＲ画像を取得し、ＨＤＲ画像に基づいて表示装置が画像を表示するワークフローを示す模式図である。撮像装置は、センサから出力された被写体の輝度（シーン輝度）に応じた信号に対してＯＥＴＦ（Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いた処理を施して画像信号を取得する。ＯＥＴＦは、撮像装置で捉えた光を画像信号に変換する伝達関数である。表示装置は、画像信号に対して、Ｉｎｖｅｒｓｅ ＯＥＴＦ処理を施して画像データを取得する。Ｉｎｖｅｒｓｅ ＯＥＴＦ処理は、ＯＥＴＦ処理の逆変換を行うことによって画像信号を輝度信号に変換する処理である。

表示装置は、画像データに対して、ＯＯＴＦ（Ｏｐｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いた処理を施して、表示画像データを取得する。ＯＯＴＦは、撮像装置のセンサが検知する被写体の輝度に対応する光強度と、表示装置で再現される光強度との関係を示す伝達関数である。ＯＯＴＦは、入力された画像データの階調値を横軸として、出力する画像データの階調値を縦軸として用いれば、下に凸となるようなノンリニアな（非直線的な）グラフで表される。ＯＯＴＦは、入力された画像データの階調値に対するべき乗（γ乗）の関数としてあらわされる。ＯＯＴＦで用いられる係数γ（ガンマ値；階調変換特性を示す値）をシステムγとする。表示装置は、画像信号に対してＩｎｖｅｒｓｅ ＯＥＴＦ処理およびＯＯＴＦ処理を行い、得られた表示画像データに基づいて画像を表示する。このことによって、表示装置に入力された画像信号（電気信号）を、表示装置によって表示する画像の輝度に変換することができる。ここで、Ｉｎｖｅｒｓｅ ＯＥＴＦ処理およびＯＯＴＦ処理を合わせてＥＯＴＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）処理と呼ぶ。

ＩＴＵ−Ｒ（Ｒａｄｉｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ ｏｆ ＩＴＵ）
Ｂ Ｔ．２１００で規定されているＨＤＲの規格であるＨＬＧ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）方式において、ＯＯＴＦのシステムγは、以下の式１で規定される。すなわち、ＨＬＧ方式において、ＯＯＴＦのシステムγは、表示装置に設定された上限輝度Ｌｗに基づいて決定される。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１に係る表示装置１００の構成について図１が示す構成図を用いて説明する。表示装置１００は、入力部１０１、ＯＯＴＦ処理部１０２、表示部１０３、設定部１０４、ゲイン決定部１０５、ゲイン処理部１０６、システムγ決定部１０７を備える。

入力部１０１は、撮像装置などから画像信号を取得する。入力部１０１は、ＳＤＩ（Ｓｅｒｉａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）またはＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ Ｄｉｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；登録商標）などの入力端子を有する。

本実施形態では、入力部１０１には、撮像装置においてＯＥＴＦを用いた処理が施された、１０ビットのＨＬＧ方式の画像信号が入力される。入力部１０１は、画像信号に対してＩｎｖｅｒｓｅ ＯＥＴＦを用いた変換処理（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＯＥＴＦ処理）を施して画像データを生成する。画像データが示す階調値とシーン輝度との対応関係がリニア特性となるような、１０ビット（階調値が０〜１０２３の範囲）の画像データが生成される。

ＯＯＴＦ処理部１０２は、後述するシステムγ決定部１０７が決定したシステムγ（ガンマ値）を用いて、入力された画像データの階調値に対してＯＯＴＦを適用する階調変換処理を実行する。ＯＯＴＦは、入力された画像データの階調値ｇに対して、システムγのべき乗を出力する伝達関数である。

表示部１０３は、入力された画像データに基づく画像を表示する表示パネルである。本実施形態では、表示部１０３は、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；有機発光ダイオード）を用いた表示部であるとするが、画像を表示可能であれば任意の表示部であってもよい。

設定部１０４は、例えば、ＯＳＤ（Ｏｎ−ｓｃｒｅｅｎ ｄｉｓｐｌａｙ）などのグラフィック画像を用いたユーザ操作に応じて、表示部１０３の設定上限輝度Ｌｗを設定する。なお、必ずしも、設定部１０４が設定上限輝度Ｌｗを設定する必要はなく、工場出荷時などに予め設定上限輝度Ｌｗが設定されていてもよい。なお、本実施形態では、設定上限輝度Ｌｗとして１０００ｎｉｔｓが設定されているものとする。

ゲイン決定部１０５は、ＯＯＴＦ処理部１０２から入力された（階調変換処理後の）画像データのＡＰＬ（Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）に基づき、ＡＢＬゲインＧを決定する。ここで、ＡＰＬは、画像データが示す画像の明るさを示すパラメータであり、当該画像が全白画像である場合を１００％として規格化された値である。例えば、画像データが示す画像が、黒背景に画像の５０％の面積の全白領域を含む画像である場合、当該画像データのＡＰＬは５０％であるとする。また、ＡＢＬは、Ａｕｔｏ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｌｉｍｉｔｅｒ （自動輝度制限）を意味する。なお、ＡＢＬゲインＧは、必ずしもＡＰＬに基づいて決定される必要はなく、画像データの階調値の中央値または、当該画像データにおける所定の領域ごとの最大階調値の平均値などに基づいて決定されてもよい。

図２（Ａ）は、ＡＰＬとＡＢＬゲインＧとの関係を示す模式図である。本実施例において、ゲイン決定部１０５は、ＡＰＬが０％（全黒）から３０％の間ではＡＢＬゲインＧを１とする。また、ゲイン決定部１０５は、ＡＰＬが３０％より大きく５０％以下の間ではＡＰＬが大きくなることに応じてＡＢＬゲインＧを低減し、ＡＰＬが５０％のとき、ＡＢＬゲインＧを０．６と決定する。また、ゲイン決定部１０５は、ＡＰＬが５０％より大きく１００％以下の間ではＡＰＬが大きくなることに応じてＡＢＬゲインＧを低減し、ＡＰＬが１００％のとき、ＡＢＬゲインＧを０．３と決定する。なお、ＡＰＬとＡＢＬゲインＧとの関係は、これに限らない。例えば、ゲイン決定部１０５は、ＡＰＬの増加に対して、ステップ状にＡＢＬゲインＧを低下させてもよい。

ゲイン処理部１０６は、ゲイン決定部１０５が決定したＡＢＬゲインＧに基づいてＯＯ
ＴＦ処理部１０２が処理を施した画像データが示す輝度を補正する処理を実行する。ゲイン処理部１０６による処理によって、表示部１０３における表示輝度が補正される。ゲイン処理部１０６は、入力された画像データの各画素について、当該画素の階調値に対してＡＢＬゲインＧを乗算する。これによって、表示部１０３において画像の表示輝度が低減されるため、表示装置１００の消費電力の増加を抑制することができる。ＡＢＬゲインＧが画像データに適用されることによって、画像データの表示輝度の取り得る上限値（表示上限値Ｌｗｄ；表示部１０３が表示可能な輝度の上限値）が制御される（変化する）。ＡＢＬゲインＧが１より小さい値である場合、表示上限値Ｌｗｄが低下する。

システムγ決定部１０７は、設定部１０４が設定した設定上限輝度Ｌｗおよびゲイン決定部１０５が決定したＡＢＬゲインＧに基づき、システムγを決定する。

本実施形態では、システムγ決定部１０７は、以下の式２に基づいて、システムγを決定する。式２で示されるように、ＡＢＬゲインＧが小さいほど、システムγは小さくなる。すなわち、表示画像の上限輝度が低いほど、システムγは小さくなる。

ここでは、ＡＰＬが５０％である画像データが入力されており、ＡＢＬゲインＧが０．６である場合の処理を例として説明する。また、上述したように、Ｌｗ＝１０００ｎｉｔｓである。したがって、表示上限輝度Ｌｗｄは、６００ｎｉｔｓである。このため、システムγ決定部１０７は、式２に基づいて、システムγを１．１１と決定する。

そして、ＯＯＴＦ処理部１０２は、システムγ決定部１０７が決定したシステムγを用いて、入力された画像データの階調値を変換する。これにより、ＯＯＴＦ処理部１０２は、ＡＢＬ制御（ＡＢＬゲインＧ）に応じて、画像データに対して適切なシステムγを適用することができる。

比較例として、設定上限輝度Ｌｗに基づいて、ＡＢＬゲイン＝１としてシステムγを決定した場合、式１から、システムγは１．２０と決定される。このように、本実施形態では、設定上限輝度Ｌｗが第１の値である場合のシステムγよりも、設定上限輝度Ｌｗが第１の値よりも高い第２の値である場合のシステムγの方が大きい。

図３は、本実施形態のようにシステムγ＝１．１１（ＡＢＬ制御に応じたシステムγ）の場合とＡＢＬ制御によらずシステムγ＝１．２０の場合との、ＯＯＴＦ処理部１０２に入力される階調値に対するＯＯＴＦ処理部１０２が出力する階調値の特性を示す。

図３が示すように、本実施形態のようにシステムγ＝１．１１の場合の方が、システムγ＝１．２０の場合に比べ、出力階調値が大きいため画像が明るく表示される。これにより、画像データにおける暗部階調が必要以上に暗くされてしまうことが抑制できるため、暗部階調に対応する領域の視認性を向上することができる。

また、本実施形態のようにシステムγ＝１．１１の場合の方が、システムγ＝１．２０の場合に比べ、画像の暗部が階調性よく表示される。これは、ＯＯＴＦ処理部１０２が、
画像データにおける所定の階調値よりも低い階調範囲を、システムγ＝１．２０の場合よりも、システムγ＝１．１１の場合の方が、広い階調範囲に変換するためである。これによっても、暗部階調に対応する領域の視認性を向上することができる。

このように、本実施形態に係る表示装置１００では、ＡＢＬ制御に応じて適切にシステムγを決定することができるので、画像の視認性を向上させ、より好適な表示輝度によって画像を表示することができる。

［表示装置の表示処理フロー］
以下では、画像データのｎフレーム（ｎ番目のフレーム）に対する表示装置１００の処理について図４を用いて説明する。図４は、フレームごとに表示装置１００が行う動作の際のタイミングチャートを示す。

Ｓ４０１において、入力部１０１は、画像信号に対してＩｎｖｅｒｓｅ ＯＥＴＦを用いた処理を施して画像データのｎフレームを取得する。入力部１０１は、取得したｎフレームをＯＯＴＦ処理部１０２に出力する。なお、図４が示す関数ｆは、引数が示す数字のフレームを取得することを示す。

Ｓ４０２において、ＯＯＴＦ処理部１０２は、画像データのｎ−１フレームについてシステムγ決定部１０７が決定したシステムγを取得する。そして、ＯＯＴＦ処理部１０２は、このシステムγを用いて、入力部１０１から取得したｎフレームの階調値を変換する。つまり、本実施形態では、ＯＯＴＦ処理部１０２は、対象のフレームの前のフレームについて決定されたシステムγを用いて、対象のフレームに対して階調変換処理を施している。ＯＯＴＦ処理部１０２は、ゲイン決定部１０５およびゲイン処理部１０６に、階調値の変換を行ったｎフレームを出力する。なお、図４が示す関数γは、引数が示す数字のフレームに対してシステムγを用いた階調変換を行うことを示す。

Ｓ４０３において、ゲイン決定部１０５は、ＯＯＴＦ処理部１０２が処理を施したｎフレームに基づいて、ＡＢＬゲインＧを決定する。ゲイン決定部１０５は、決定したＡＢＬゲインＧを、システムγ決定部１０７およびゲイン処理部１０６に出力する。なお、図４が示す関数ｇｄは、引数が示す数字のフレームについてのＡＢＬゲインＧを決定することを示す。

Ｓ４０４において、システムγ決定部１０７は、ＡＢＬゲインＧおよび設定上限輝度Ｌｗに基づいて、ｎフレームについてのシステムγを決定する。システムγ決定部１０７は、決定したシステムλを、ＯＯＴＦ処理部１０２に出力する。なお、図４が示す関数γｄは、引数が示す数字のフレームについてのシステムγを決定することを示す。

Ｓ４０５において、ゲイン処理部１０６は、１フレーム分の期間、ｎフレームを遅延させて、ＡＢＬゲインＧに応じて、ｎフレームに対してＡＢＬ制御を行う。この遅延は、ゲイン処理部１０６が、フレームバッファを有していることによって実現される。ゲイン処理部１０６は、ＡＢＬ制御を行ったｎフレームを表示部１０３に出力する。なお、図４が示す関数Ｇは、引数が示す数字のフレームに対してＡＢＬ制御を行うことを示す。

Ｓ４０６において、表示部１０３は、取得したｎフレームを表示する。なお、図４が示す関数ｐは、引数が示す数字のフレームを表示することを示す。

なお、上述のように、システムγ決定部１０７が決定するシステムγは、決定する際に使用したフレームの次のフレームに対して適用される。しかしながら、システムγを決定する際に使用する画像データのフレームと、システムγを適用する画像データのフレーム
とが同一であってもよく、このために、システムγ決定部１０７がフレームバッファを有していてもよい。

さらに、本実施形態では、表示装置１００は、ＡＢＬゲインＧ（表示上限輝度Ｌｗｄ）に応じてシステムγを変化させて表示する。ここで、システムγがフレーム間で大きく変化しないように、システムγ決定部１０７は、システムγのフレーム間の変化（時間変化）の幅を制限してもよい。

また、本実施形態では、システムγ決定部１０７は、フレームごとにシステムγを決定するが、ＡＢＬゲインＧが所定の値以下の場合のみ、前のフレームのシステムγから、システムγを変更するようにしてもよい。つまり、システムγ決定部１０７は、ＡＢＬゲインＧが所定の値より大きければ（ＡＢＬ制御による表示輝度の低下度合いが所定値より小さければ；表示上限輝度Ｌｗｄが所定値よりも大きければ）、前のフレームのシステムγから変更しない。これによれば、フレームごとにシステムγが変化してしまうことに起因した画面のフリッカなどの妨害感を抑制しえる。

また、表示部１０３は、ＯＳＤ（グラフィック画像）を用いて、上述した処理によって決定されたシステムγを表示してもよい。これにより、ユーザは、画像データに適用されているシステムγを容易に把握することができる。

本実施形態では、表示装置１００は、ＯＬＥＤを有するものとしたが、バックライト（発光部）を有する液晶表示装置であってもよい。その場合、バックライトは、表示部１０３に対して発光を行い、表示部１０３が、バックライトからの光を変調して画像を表示する。そして、ゲイン処理部１０６が、バックライトの明るさ（発光量）を制御する（低下させる）ことによって、表示部１０３における表示輝度（表示上限輝度Ｌｗｄ）を制御する（低下させる）ようにしてもよい。

なお、本実施形態では、画像データの階調値に対してＡＢＬゲインＧを乗算することによって表示輝度を低下させる例をあげたが、これに限らず、全ての階調値の値を一定量低下させるオフセット制御を行ってもよい。この場合には、表示装置１００は、オフセット制御による表示輝度の低下度合いが大きいほど、システムγの値を小さく決定するとよい。

また、本実施形態のようにＡＢＬ制御に応じてシステムγを変化させて表示するモードに加え、ＡＢＬ制御によらずシステムγを予め定められた固定値（特性）にして表示するモードを設けてもよい。この場合には、例えば、ユーザ入力または画像データのメタデータなどによって、切替部（不図示）が２つのモードを切り替えるようにすればよい。つまり、システムγ決定部１０７は、あるモードの場合には、本実施形態のようにシステムγを決定して、当該モードと異なるモードの場合には、システムγの値を予め定められた固定値に決定する。

＜実施形態２＞
実施形態１では、ＡＢＬ制御を行う表示装置について説明した。以下では、表示装置（表示部）が表示可能な輝度レンジ（ダイナミックレンジ；輝度範囲）に対して、ＨＤＲ画像が表現可能な輝度レンジ（ダイナミックレンジ；輝度範囲）が広い場合に、ＨＤＲ画像のダイナミックレンジを変換する表示装置について説明する。ここでは、ＨＤＲ画像のダイナミックレンジが表示装置のダイナミックレンジに含まれるように、ＨＤＲ画像が示す輝度（明るさ）が低下される。

ダイナミックレンジの変換方法の１つ目の例として、表示装置が表示可能な輝度レンジ
に対応する画像データの輝度は変換せずに表示し、当該輝度レンジ外の画像データの輝度については当該表示可能な輝度レンジの上限の輝度で表示する方法がある。このような輝度変換（階調値変換）のことを、以下では、クリップ処理と称す。

ダイナミックレンジの変換方法の２つ目の例として、画像データの輝度レンジを表示装置の輝度レンジにおさまるように、画像データの全ての範囲の輝度を一定の割合で低下させる圧縮処理と呼ばれる方法がある。

実施形態２に係る表示装置２００について、図５が示す構成図を用いて説明する。本実施形態に係る表示装置２００は、実施形態１における表示装置１００に対して、レンジ情報取得部２０８、表示レンジ設定部２０９、レンジ変換部２１０をさらに有する。また、システムγ決定部２０７は、実施形態１に係るシステムγ決定部１０７と処理が異なる。入力部１０１は、画像データをレンジ変換部２１０に出力する。以下では、実施形態１と異なる構成について説明し、同様の構成についての説明は省略する。

本実施形態では、表示部１０３の設定上限輝度Ｌｗは、実施例１とは異なり５００ｎｉｔｓであるとする。また、入力画像データのダイナミックレンジ（入力レンジ）は、０〜１０００ｎｉｔｓの範囲であるものとする。

レンジ情報取得部２０８は、入力部１０１に入力される画像データ（入力画像データ）のダイナミックレンジの情報を取得する。レンジ情報取得部２０８は、例えば、表示装置２００に対する画像設定に応じて、入力レンジの情報を取得する。

具体的には、レンジ情報取得部２０８は、表示装置２００に対する画像設定がＢＴ．７０９であれば、ダイナミックレンジを０〜１００ｎｉｔｓの範囲と判定する。また、レンジ情報取得部２０８は、ＨＤＲに対応する画像設定であれば、その画像設定に対応したダイナミックレンジを判定する。なお、レンジ情報取得部２０８は、入力画像データに付加されたメタデータからダイナミックレンジの情報を取得してもよい。

表示レンジ設定部２０９は、入力画像データのダイナミックレンジのうち表示部１０３が表現可能な範囲であるダイナミックレンジ（表示レンジ）を、ユーザ操作（設定）に応じて設定する。

例えば、表示部１０３のダイナミックレンジが０〜５００ｎｉｔｓである場合に、ダイナミックレンジが０〜１０００ｎｉｔｓである画像データにクリップ処理が施されると、画像データにおける５００ｎｉｔｓより大きな輝度は５００ｎｉｔｓで表示される。一方、画像データにおける０〜５００ｎｉｔｓの輝度は、そのままの輝度で表示部１０３に表示される。従って、この場合には、表示部１０３において画像データにおける０〜５００ｎｉｔｓが表現されるため、表示レンジは、０〜５００ｎｉｔｓである。

これに対して、例えば、表示部１０３のダイナミックレンジが０〜５００ｎｉｔｓである場合に、ダイナミックレンジが０〜１０００ｎｉｔｓである画像データに圧縮処理が施されると、画像データにおける輝度は、一律に０．５倍されて表示される。従って、入力レンジにおける全ての範囲の輝度が表示部１０３において表現可能であるため、この場合には、表示レンジは、０〜１０００ｎｉｔｓである。

レンジ変換部２１０は、表示レンジ設定部２０９が設定した表示レンジおよび、レンジ情報取得部２０８が取得した情報（入力レンジ）に基づいて、入力部１０１から取得した画像データに対してレンジ変換処理を施す。従って、本実施形態では、レンジ変換部２１０は、画像データが示す明るさを低下させて、表示輝度を低下させる。

レンジ変換部２１０は、表示レンジの最大値に応じて、以下の式３に基づいて、入力部１０１から入力された画像データの各画素について、レンジ変換処理としてクリップ処理または圧縮処理を行う。ただし、レンジ変換部２１０は、式３によって決定された画素の階調値が１０２３以上である場合、当該階調値を１０２３に変換する。ここでは、レンジ変換部２１０は、表示レンジの最大値が大きいほど、画像データが示す明るさの低下度合い（表示輝度の低下度合い）を大きくするような階調値の変換を行っている。

図６（Ａ）は、レンジ変換処理を説明するグラフであり、表示レンジ設定部２０９が表示レンジの最大値を５００ｎｉｔｓに設定した場合と、表示レンジの最大値を１０００ｎｉｔｓに設定した場合を示す。図６（Ａ）では、横軸は、レンジ変換部２１０に入力された画像データの階調値（輝度）を示し、縦軸は、レンジ変換部２１０が出力する画像データの階調値を示している。

図６（Ａ）に示すように、レンジ変換部２１０は、表示レンジの最大値が５００ｎｉｔｓであれば、画像データに対してクリップ処理を行う。一方、表示レンジの最大値が１０００ｎｉｔｓであれば、レンジ変換部２１０は、画像データに対して圧縮処理を行う。

従って、クリップ処理が施される場合には、ＯＯＴＦ処理部１０２、ゲイン処理部１０６の処理が施されなければ、図６（Ｂ）が示すように、ＨＤＲ画像において５００ｎｉｔｓである領域は、５００ｎｉｔｓの表示輝度で表示される。

一方で、圧縮処理が施される場合には、図６（Ｂ）が示すように、ＨＤＲ画像において５００ｎｉｔｓである領域は、２５０ｎｉｔｓの表示輝度で表示される。

つまり、入力された画像データにおける低〜中間階調は、クリップ処理が施された場合の方が圧縮処理が施された場合よりも明るく、表示部１０３に表示される。このため、本実施形態では、このクリップ処理が施された場合における低〜中間階調の明るさを考慮して、システムγ決定部２０７が、後述するようにシステムγを決定する。

システムγ決定部２０７は、入力レンジ、表示レンジ、ＡＢＬゲインＧに基づき、下記の式４が示すようにシステムγを決定する。

従って、表示レンジの最大値が、クリップ処理が行われる５００ｎｉｔｓであり、ＡＢＬゲインＧが０．６の場合であれば、システムγ決定部２０７は、式４に基づき、システムγを１．１１と決定する。本実施形態では、表示レンジの最大値（表示輝度の低下度合い；画像データが示す明るさの低下度合い）が第１の値である場合のシステムγよりも、表示レンジの最大値が第１の値よりも高い第２の値である場合のシステムγの方が小さい。

一方、表示レンジの最大値が、圧縮処理が行われる１０００ｎｉｔｓであり、ＡＢＬゲインＧが０．６の場合であれば、システムγ決定部２０７は、式４に基づき、システムγを０．９８と決定する。ここで、表示レンジの最大値が大きいほど、レンジ変換部２１０による表示輝度の低下度合いは大きい。また、ＡＢＬゲインＧが大きいほど、ゲイン処理部１０６による表示輝度の低下度合いは大きい。このため、本実施形態では、ゲイン処理部１０６とレンジ変換部２１０とによる表示輝度の低下度合いが大きいほど、システムγ決定部２０７は、より小さなシステムγを決定しているといえる。

このように、クリップ処理が施される場合には、システムγが１．１１に決定されるため、圧縮処理が施された場合（システムγが０．９８である場合）に比べて、暗部が暗く（沈めて）表示される。このため、本実施形態によれば、良好なコントラストによって画像を表示することができる。

なお、本実施形態では、表示装置２００は、ゲイン処理部１０６およびゲイン決定部１０５を含んでいなくてもよい。つまり、システムγ決定部２０７は、ＡＢＬゲインＧ＝１に固定してシステムγを決定してもよい。

以上、本実施形態に係る表示装置は、ＡＢＬ制御および表示レンジに応じてシステムγを変化させて表示することによって、画像における暗部の視認性を向上させることができる。

また、他の実施形態として、例えば、図７（Ｂ）が示すように、ＯＯＴＦが施された画像信号が表示装置に入力された場合には、表示装置は、ＯＯＴＦを取り消す（キャンセルする）階調変換を施す。そして、その後、表示装置は、さらに上述した実施形態１，２のいずれかの処理を実行してもよい。

具体的には、システムγを１．２としてＯＯＴＦ（第１のＯＯＴＦ）を用いた階調変換処理（輝度調整処理）が撮像装置や変換器によって施された画像信号が表示装置に入力された場合を想定する。この場合には、表示装置は、画像信号から取得した画像データに対
して、システムγを１／１．２とするＯＯＴＦを用いて、システムγが１．２であるＯＯＴＦ（第１のＯＯＴＦ）をキャンセルするような処理を施す。その後に、表示装置は、実施例１または実施例２に係るＯＯＴＦ（第２のＯＯＴＦ）の処理を実行すればよい。

なお、上記の各実施形態の各機能部は、個別のハードウェアであってもよいし、そうでなくてもよい。２つ以上の機能部の機能が、共通のハードウェアによって実現されてもよい。１つの機能部の複数の機能のそれぞれが、個別のハードウェアによって実現されてもよい。１つの機能部の２つ以上の機能が、共通のハードウェアによって実現されてもよい。また、各機能部は、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＤＳＰなどのハードウェアによって実現されてもよいし、そうでなくてもよい。例えば、装置が、プロセッサと、制御プログラムが格納されたメモリ（記憶媒体）とを有していてもよい。そして、装置が有する少なくとも一部の機能部の機能が、プロセッサがメモリから制御プログラムを読み出して実行することにより実現されてもよい。

（その他の実施形態）
本発明は、上記の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００：表示装置、１０２：ＯＯＴＦ処理部、１０３：表示部
１０６：ゲイン処理部、１０７：システムγ決定部

Claims (18)

1. 画像の階調値を変換する階調変換処理を実行する処理手段と、
   前記階調変換処理後の画像の明るさを示すパラメータに応じて表示手段に表示可能な輝度の上限値を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記階調変換処理は、前記階調値に対してγ値を用いたべき乗の関数で表される伝達関数を用いて実行され、
   前記処理手段は、前記上限値に基づいて前記γ値を決定し、
   前記上限値が第１の値である場合の前記γ値よりも、前記上限値が前記第１の値よりも高い第２の値である場合の前記γ値の方が大きいことを特徴とする表示装置。
2. 画像の輝度範囲が前記表示手段の輝度範囲より広い場合に、当該画像の輝度範囲が前記表示手段の輝度範囲に含まれるように当該画像の明るさを低下させる低下手段をさらに有し、
   前記処理手段は、前記低下手段による明るさの低下度合いと前記上限値に基づいて前記γ値を決定して、前記低下手段によって明るさが低下した画像に前記階調変換処理を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記制御手段は、前記階調変換処理後の階調値を低下させることによって前記上限値を制御する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記表示手段に対して発光を行う発光手段をさらに有し、
   前記表示手段は、前記発光手段からの光を変調して画像を表示し、
   前記制御手段は、前記発光手段の発光量を低下させることによって前記上限値を制御する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
5. 前記制御手段は、前記パラメータであるＡＰＬ（Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）が所定の値よりも大きい場合に、当該ＡＰＬに応じて、前記上限値を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記制御手段は、前記ＡＰＬが所定の値よりも大きい場合に、当該ＡＰＬに応じた割合で前記上限値を低下させる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記処理手段は、
   フレームごとに前記γ値を決定し、
   フレームごとに前記階調変換処理を実行する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記処理手段は、前記上限値に応じたγ値の時間変化を制限して、各フレームのγ値を決定する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 前記処理手段は、対象のフレームの前記上限値が所定値より大きければ、前記γ値を前のフレームから変更しない、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の表示装置。
10. 前記処理手段は、
    第１モードの場合には、前記上限値に基づいて、前記γ値を決定し、
    第２モードの場合には、予め定められた値を前記γ値として決定する、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 前記第１モードと前記第２モードを、ユーザ操作に応じて切り替える切替手段を、さらに有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
12. 画像の輝度範囲が表示手段の輝度範囲より広い場合に、当該画像の輝度範囲が前記表示手段の輝度範囲に含まれるように当該画像の明るさを低下させる低下手段と、
    明るさが低下された後の画像の階調値を変換する階調変換処理を実行する処理手段と、を有し、
    前記階調変換処理は、前記階調値に対してγ値を用いたべき乗の関数で表される伝達関数を用いて実行され、
    前記処理手段は、前記低下手段による明るさの低下度合いに基づいて前記γ値を決定し、
    前記低下度合いが第１の値である場合の前記γ値よりも、前記低下度合いが前記第１の値よりも大きい第２の値である場合の前記γ値の方が小さいことを特徴とする表示装置。
13. 前記表示手段は、前記γ値を示すグラフィック画像をさらに表示する、
    ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の表示装置。
14. 前記γ値は、ＨＬＧ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）方式のＯＯＴＦ（Ｏｐｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）におけるγ値である、
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の表示装置。
15. 画像の階調値を変換する階調変換処理を実行する処理工程と、
    前記階調変換処理後の画像の明るさを示すパラメータに応じて表示手段に表示可能な輝度の上限値を制御する制御工程と、
    を有し、
    前記階調変換処理は、前記階調値に対してγ値を用いたべき乗の関数で表される伝達関数を用いて実行され、
    前記処理工程では、前記上限値に基づいて前記γ値を決定し、
    前記上限値が第１の値である場合の前記γ値よりも、前記上限値が前記第１の値よりも高い第２の値である場合の前記γ値の方が大きいことを特徴とする表示方法。
16. 画像の輝度範囲が表示手段の輝度範囲より広い場合に、当該画像の輝度範囲が前記表示手段の輝度範囲に含まれるように当該画像の明るさを低下させる低下工程と、
    明るさが低下された後の画像の階調値を変換する階調変換処理を実行する処理工程と、を有し、
    前記階調変換処理は、前記階調値に対してγ値を用いたべき乗の関数で表される伝達関数を用いて実行され、
    前記処理工程では、前記低下工程における明るさの低下度合いに基づいて前記γ値を決定し、
    前記低下度合いが第１の値である場合の前記γ値よりも、前記低下度合いが前記第１の値よりも大きい第２の値である場合の前記γ値の方が小さいことを特徴とする表示方法。
17. 請求項１５または１６に記載の方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
18. 請求項１７に記載のプログラムを記憶するコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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