JP3697997B2 - 画像表示装置と階調補正データ作成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像表示装置に係わり、特に、ディスプレイ、プロジェクタ等の画像表示において、ホワイトバランス調整やガンマ補正等の非線形処理を行う際にルックアップテーブルを使用して好適な表示画像を得ることができる画像表示装置と、ルックアップテーブルに補正データを格納する際のデータ作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常のテレビジョン放送によって放映されている画像の映像信号は、陰極線菅のＩＴ（電流ー輝度）特性に合致するようなγ補正をかけて送出されている。したがって、このような映像信号を陰極線菅（ＣＲＴ）以外の表示デバイスによって画像表示する際は、その表示デバイスの電気ー光変換特性に沿う階調補正（以下、γ補正という）を行う必要がある。
【０００３】
図５は液晶パネルを表示素子とするような場合に、かかるγ補正を４象限の平面で示した説明図であって、テレビ方式の映像信号の場合は、図５（ａ）に示すように元の映像信号はγが（１／２．２）乗となる曲線によって低い方のレベルが伸張され、高い方のレベルが圧縮されて送信される。
そして、図５（ｃ）に示すような液晶パネルのＶ−Ｔ特性を介して、元の信号に対する表示画面の輝度の関係が図５（ｂ）に示すように元の信号に対してリニヤになるように、液晶パネルのＶ−Ｔ特性を考慮した映像信号のγ補正が必要になる。図５（ｄ）はγ補正特性の一例を示している。
受信した入力信号はこのようなγ補正の変換がなされ、この補正された信号が液晶パネルのドライブ信号となるようにしている。
【０００４】
このようなγ補正をかけると液晶の輝度は、当初作成された元の映像信号のレベルと合致するように信号処理を行うことができ、原画像のコントラストを正確に再現することができる。
また、カラー画面の場合でもこのようなγ補正を各３原色について個別にかけることにより、原画像の色相を忠実に再現し、かつ、色温度の設定やホワイトバランスの調整もγ補正値を調整することによって達成することができる。
【０００５】
液晶表示パネルを使用した場合、γ補正は非直線性のＳ字カーブであり、例えばアナログ信号の場合は折れ線回路を通すことによって近似させることができる。
しかしながら、近年はより忠実な階調を表現するために、例えば図６に示すような信号処理によって、デジタル化された８ビットのカラー映像信号のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）（アナログ信号の場合はＡ／Ｄ変換器でデジタル化された信号）を、予め各色毎にγ補正データが格納されているルックアップテーブル（メモリ）１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに供給することによって、γ補正された階調のデジタル信号を読み出し、この信号をＤ／Ａ変換器１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂによってアナログ信号に変換し、液晶駆動回路１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを介して、各色の液晶パネル１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ等にドライブ信号として供給することが行われている。
【０００６】
上記したような信号処理回路におけるγ補正の例を図７に示す。
この図において予め格納されているγ補正データのカーブγＲ、γＧ、γＢは、ルックアップテーブルに入力された映像信号の階調データ、例えば８ビット（０〜２５６）を縦軸の出力データとして読み出すものであり、その結果、前記したあらかじめγ補正がかけられている送信側の各色信号の階調レベルを、液晶のＶ−Ｔドライブ特性のカーブＶＴｒ、ＶＴｇ、ＶＴｂを含めて補正した信号として出力することができる。
【０００７】
そして、最終的にホワイトバランス調整を行うことになるが、ルックアップテーブル内のデジタル信号処理で振幅とオフセットを調整するのみでは、液晶素子の光学的なバラツキをγ補正された各色の信号で白色とするためのレンジが制約されるため、各色毎に不必要となる信号レベルがカットされ、図７のようにホワイトバランス調整後に利用されるγ補正されたＲ色の場合は、２０〜１００％の範囲であり、Ｇ色の場合は８〜８０％の範囲にとなる。又、Ｂ色の場合は０〜９５％の範囲の出力信号レベルがホワイトバランス調整後の信号利用範囲となることを示している。
すなわち、ルックアップテーブルに格納されているγ補正カーブのＲａ、Ｇａ、Ｂａの範囲のデータのみがγ補正のデ−タとして有効に使用され、他のデータは利用されていない。
【０００８】
特に、Ｂ色は透過型の液晶パネルの場合はコントラスト比が他の色よりは悪い。例えば一般的にＲ色は液晶パネル上では６００：１位、Ｇ色は５００：１位であるが、Ｂ色はドライブ電圧が最大となる場合でも減光率が悪く、パネルを通過する光（漏れ光）が残るため、コントラスト比は４００：１位になる。このため、黒色の部分で青が浮くことになる。
そこで、青色の最低限の輝度に対して他の色を加色し、黒が浮いた状態でホワイトバランスを取ることが必要になり、この青色のダイナミックレンジに他の色のダイナミックレンジを合わせると、図７に示したようにＲ色、Ｇ色のドライブ電圧の上限、及び下限の部分がホワイトバランス調整後の利用範囲から外れる。つまり、ホワイトバランス調整後の利用範囲は、Ｒ，Ｇ，Ｂ色の輝度比が一定、例えば［Ｒ：Ｇ：Ｂ≒２２：６８：１０］の値となり得る場合の最大、最小の範囲内となり、これから白側の、Ｒ、Ｇ、Ｂ色の輝度比率によって上限が決められ、黒側のＲ，Ｇ，Ｂ色の輝度比率、すなわち、白側×（１／各色のコントラスト）で各色の黒側の利用範囲が決まることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のγ補正方式の場合は、予め液晶パネルのＶーＴ特性に沿って格納されているルックアップテーブルの補正データの全てが有効に利用されておらず、有効に利用されるルックアップテーブルのデータ量が少なくなるため、補正量の階調が荒くならざるをえないという問題が生じる。
また、特にＢ色の場合は暗い階調の部分で急峻にγ特性が変化しているにもかかわらず、この領域で出力されるγ補正値の階調が荒くなっているため、暗い場面のホワイトバランスが綿密に調整できないという問題が生じる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、第１の発明では
各カラー信号の３原色に対応するγ補正データが格納されているルックアップテーブルと、該ルックアップテーブルから読み出されたカラー画像データをそれぞれアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、及び該Ｄ／Ａ変換器の出力を前記３原色に対応し所定の電気光変換特性を有する光変調手段にそれぞれ供給するドライブ手段とを備えている画像表示装置において、
上記ルックアップテーブル内には表示に利用できる各色のダイナミックレンジ内で、ホワイトバランスが取られる上記γ補正データが、上記３原色の各色のコントラスト比が等しくなる範囲においてフルレンジとなるように格納され、
前記ルックアップテーブルで補正されないドライブ信号の振幅、及びオフセット値が、アナログ系の信号伝達特性によって調整されるように構成されているものである。
【００１１】
また第２のデータ作成方法の発明は
各カラー信号の３原色に対するγ補正データが格納されているルックアップテーブルと、該ルックアップテーブルから読み出されたカラー画像データをそれぞれアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、及び該Ｄ／Ａ変換器の出力を前記３原色に対応し所定の電気光変換特性を有する光変調手段にそれぞれ供給するドライブ手段とを備えている画像表示装置において、
ホワイトバランス、及びγ調整において、Ｒ，Ｇ，Ｂ色の輝度比率からコントラスト比を測定し、表示に利用できるダイナミックレンジを設定し、このダイナミックレンジに合わせてＤ／Ａ変換後のゲイン調整、及びオフセット調整を行い、
その後に前記ダイナミックレンジが上記３原色の各色のコントラスト比が等しくなる範囲においてフルレンジとなるようにルックアップテーブルのデータを再計算して入れ直すことにより、ホワイトバランス調整後にルックアップテーブルのダイナミックレンジが有効に利用できるようにすることを特徴とするものである。
【００１２】
上記したように本発明の場合はルックアップテーブル等によってデジタル的にγ補正、及びホワイトバランス等の調整を行う際に、３原色の各色のコントラスト比が等しくなる範囲において、ルックアップテーブルに格納されたデジタルデータの全てが有効利用されるように設定しており、後続するアナログ回路によってオフセットとダイナミックレンジの補償するようにしているので、γ補正のデータを格納するルックアップテーブルに対して同じ容量のメモリを使用したときでも、従来よりはより細かい輝度レベル単位でγ補正を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の画像表示装置において、表示部に供給するカラードライブ信号のγ補正を行い、ホワイトバランスのとれた信号処理を行う時の概要を示すブロック図である。
この図において図示されていない映像ソースから供給されているカラー映像入力信号赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）は、例えば８ビットの階調でデジタル信号に変換されている画像データとする。
【００１４】
この各色の画像データは前記したようにホワイトバランスが取れるようなデータが格納されるルックアップテーブル２１（Ｒ，Ｇ，Ｂ）にそれぞれ供給され、このルックアップテーブル２１（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって表示部となる液晶パネルのＶＴ特性を含んでホワイトバランスがとれるような階調を持つようにデータが変換される。
ルックアップテーブル２１（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は例えばＥＰＲＯＭ構成とされ、外部からデータが書き換えられると共に、その書き換えられたデータを保持するもので、例えば出力が１０ビットのメモリによって構成される。
【００１５】
ルックアップテーブル２１（Ｒ、Ｇ、Ｂ）から読み出されたデータはＤ／Ａ変換器２２（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に供給されアナログ信号に変換されると共に、さらに液晶駆動回路２３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を介して液晶パネル２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に供給される。
表示装置が投影型のプロジェクタの場合、液晶パネル２４（Ｒ、Ｇ，Ｂ）はハロゲンランプ等から照射された光を映像信号に対応して変調するものであり、通常は、ある画素に電圧が印加されると、その電圧値に応じて当該画素領域を透過する光が減少するノーマリホワイト型のライトバルブによって構成されている。
【００１６】
また、前記Ｄ／Ａ変換器２２（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は供給されている基準電圧を図示されていない制御部によって変更することによって、１ビットの出力ステップ幅が変化するように構成されており、その結果、変換器の入力データで示されている信号の振幅を所定のゲインで可変することができるゲイン設定手段を有すると共に、液晶駆動回路２３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は出力される信号電圧値に対してＤＣ成分を重畳し、オフセットレベルを可変するオフセット設定手段を備えている。
【００１７】
以下、このような信号処理ブロックにおいて、各色についてγ補正行い、液晶パネルを通過した光がホワイトバランス調整された画像表示となるようにルックアップテーブルのデータが書き込まれるフローを説明する。
【００１８】
図２は本発明の画像表示装置に適応されるルックアップテーブルのデータの書き込み方法と、ホワイトバランス調整方法をフローチャートによって示したものであり、図３は例えばリヤプロジェクタのスクリーンを表示面とするときに、表示された各色の輝度と、コントラスト等を測定する装置の概要である。
【００１９】
測定方法は、例えば被測定機器１となる液晶プロジェクタ（リヤプロジェクタ）の表示面となるスクリーン１ａの画像を、交換可能なＲ，Ｇ，Ｂ色のフイルタ５と組み合わせた輝度計２，および色彩計４によって測定し、その輝度データ及び色差データが各色毎にＣＰＵ、メモリ、表示部、周辺装置、インタフエース等を備えて構成されているコンピュータ装置３に取り込まれる。
【００２０】
例えばＲ色の測定の時には輝度計２の入射レンズの前にＲ色のフイルタ５を配置してＲ色の輝度を測定し、Ｇ色の輝度の測定の時は輝度計２の入射レンズの前にＧ色のフイルタ５を配置してＧ色の輝度を測定し、Ｂ色の輝度の測定をするときは輝度計２の入射レンズの前にＢ色のフイルタ５を配置してＢ色輝度を測定する。なお、色彩計４による測定の時はこのようなフイルタ５は使用されない。
【００２１】
コンピュータ装置３は測定内容によって基準の測定画像、（例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ、黒のフラットパターン）を液晶プロジェクタ１の映像端子に供給し、所定の画像を表示させる。また後述するように、測定した結果に基づいて新たに再計算されたγ補正データが液晶プロジェクタ装置内の前記したルックアップテーブルに書き込まれるようにする。
【００２２】
測定方法はまずステップ１においてディジタルガンマ補正部ＩＣ内に備えられた信号源を用いて、デジタルγの補正値が最大値を示すフラットフィールド画面で各色の画像を表示して、各色Ｒ，Ｇ，Ｂ色の輝度を測定する。
【００２３】
次に、ステップ２でディジタルガンマ補正ＩＣ内に備えられた信号源を用いてデジタルγ補正値が最小値を示すフラットフィールド画面で各色の画像を表示し、各色Ｒ，Ｇ，Ｂ色の輝度を測定し、ステップ１で得られた輝度との比から各色のコントラスト比を得る。
【００２４】
ステップ３では液晶の各色の標準ＶＴ特性（曲線）のデータをコンピュータ装置３に取り込み、ステップ４で先に計算されたコントラスト比と標準のＶＴ特性データから、各色の輝度比率が一定となる、すなわち、ホワイトバランスが合う範囲を求め、この利用可能範囲（ダイナミックレンジ）のオフセットとゲインを計算する。
このダイナミックレンジを設定する回路が、先のＤ／Ａ変換器２２（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のゲインと液晶駆動回路２３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）におけるオフセット値となる。
そして、ステップ５でこの計算によって標準のＶ−Ｔ特性から各色のコントラストの倍率計算を行い、Ｒ，Ｇ，Ｂのコントラスト比が等しくなるようにＶＴ特性データを変換する。
【００２５】
ステップ６では前記各色のオフセット、ゲインに基づいてルックアップテーブル内の利用範囲を定め、この利用範囲内の補正用のデータを新たにルックアップテーブルの全ダイナミックレンジで格納されるようにγ補正データの再計算を行う。
そして、ステップ７でこの新たに計算されたγ補正データをコンピュータ装置３から、液晶プロジェクタに内蔵されているルックアップテーブルに供給し、データの書き換えを行い、ダイナミックレンジの変更処理を終了する。
【００２６】
ステップ１０〜１４は、ルックアップテーブルのデータが書き換えられた後に、従来の技術でも行っているホワイトバランスの調整フローである。
ステップ１１では、コンピュータ装置３からＩＲＥ３０％レベルのホワイトバランス調整信号（フラットフィールド信号等）を表示装置に送り、表示装置の画面を色彩計４によって測定して所定の値となるようにデジタルγ補正部のオフセットを調整する。
次にステップ１２では、コンピュータ装置３からＩＲＥ７０％レベルのホワイトバランス調整信号（フラットフィールド信号）を表示装置に送り、表示装置の画面を色彩計４で測定して所定に値となるようにデジタルγ補正部のゲインを調整する。
ステップ１３ではＩＲＥ３０％、ＩＲＥ７０％のホワイトバランス調整用信号で表示された画面のホワイトバランスが所定の誤差範囲であるか否かを判断し、所定の誤差範囲内にない場合は、上記ステップ１１，及び１２を繰り返す。また、ホワイトバランスが所定の範囲内となったときは調整が完了されてステップ１４に移行する。
【００２７】
上記ステップ９までのフローに従って液晶プロジェクタのルックアップテーブルのγ補正データが書き換えられていると、格納されている全ての補正データが入力信号のダイナミックレンジ全ての範囲で利用可能なデータとなり、同一のメモリ容量のルックアップテーブルの場合でも、従来の場合より補正データのビット当たりの精度を向上することができる。
【００２８】
先に示した図１はこのようにルックアップテーブルが書き換えられた場合の本発明の表示装置における階調補正ドライブ回路のブロック構成を示している。
本発明の場合はホワイトバランス調整びγ調整で輝度比率、コントラストを測定し、表示に利用できるダイナミックレンジを先に求め、このダイナミックレンジに合うようにＤ／Ａ変換後のアナログ信号のゲイン、及びオフセットが定められる。
図１の場合は各色のゲイン、及びオフセットをＤ／Ａ変換器２２（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、及び液晶駆動回路２３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）で行うようにしているが、このような回路構成に限定されるものではない。
【００２９】
また、図４は図１に示したブロックによって階調補正が行われる場合の各色のγ補正特性と、ＶーＴ特性の例示をしたものである。
この図でデジタル化されているＲ、Ｇ、Ｂ色の画像データＲ入力、Ｇ入力、Ｂ入力は、それぞれルックアップテーブルに書き込まれているγ補正データのカーブγ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって所定の画像データに変換され、先に示したＤ／Ａ変換器においてそのゲインが調整されると共に、液晶駆動回路においてオフセット値が調整される。
【００３０】
ルックアップテーブルに書き込まれるγ補正データは、上記図２のフローによってホワイトバランスを取るために必要とされる各色のダイナミックレンジ内の補正データのみとなるように書き換えられており、この補正データによって補正された出力（ドライブ信号）はアナログ信号の形でゲインとオフセットが調整され液晶パネルに供給される。
【００３１】
そして液晶パネルを駆動することによって、全ての色がＶＴカーブに沿った状態でホワイトバランスがとれた状態でスクリーン等に投影されることになる。
従って、ホワイトバランス調整後に利用される出力の範囲は、従来の予め格納されているγ補正データによるものに比較して広くなっており、γ補正カーブの範囲Ｒａ、Ｇａ、Ｂａの範囲でデータが有効に利用されることになる。
【００３２】
このように本発明の場合は各表示装置毎に各色の輝度比率、コントラスト比等を輝度計、及び色彩計等によって測定し、表示に利用される各色のダイナミックレンジを先に求めて、このダイナミックレンジに合うようにＤ／Ａ変換部のゲイン調整、オフセット調整を行う。また、ルックアップテーブルには先に求めたダイナミックレンジ内のγ補正データが書き込まれるようにしているので、γ補正データが全て有効に利用でき、データ量が多いだけ正確なホワイトバランス調整ができる。
特に低輝度で表示される黒バランスの調整時にＢ色のγ補正値が高い精度（多ビット数）で出力できるように構築することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、液晶等に見られるように信号輝度特性が非線形な素子を利用して画像表示を行う際に、３原色の各色のコントラスト比が等しくなる範囲において、ルックアップテーブルにγ特性やホワイトバランス調整を行うデジタルデータをフルレンジとなるように設定し、補正後のダイナミックレンジを、さらに、アナログ系の信号処理に関わるゲイン調整、及びオフセット調整によって設定するようにしているので、デジタルデータによる補正をルックアップテーブルによって行う際は、その補正データが全て有効に利用でき、従来の場合に比較して補正用のメモリ容量が少なくなるという効果がある。
【００３４】
また、従来と同じメモリ容量のルックアップテーブルを使用するときは、必要とされる色の輝度レベルを補正するγ補正値のビット精度を高くすることができ、補正特性がさらに滑らかになって、特に暗い部分で生じやすい色バランスの補償精度を高くすることができるという効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適応されるγ補正ブロック図と、ドライブ回路のブロック図である。
【図２】 ルックアップテーブルに格納されるデータを作成するフロー図である。
【図３】 表示装置の画面から各種の情報を測定するための概要を示す説明図である。
【図４】 本発明が適応されたときの信号の変換課程を示している図面である。
【図５】 映像信号のγ特性を説明する説明図である。
【図６】 ルックアップテーブルによってγ補正を行うときのブロック図である。
【図７】 従来のγ補正の課程を示す説明図である。
【符号の説明】
２１ （Ｒ、Ｇ、Ｂ）ルックアップテーブル
２２ （Ｒ、Ｇ、Ｂ）Ｄ／Ａ変換器
２３ （Ｒ、Ｇ、Ｂ）液晶駆動回路
２４ （Ｒ、Ｇ、Ｂ）液晶パネル２４

Claims (4)

1. カラー信号の３原色に対応するγ補正データが格納されているルックアップテーブルと、
   該ルックアップテーブルから出力された上記３原色に対応するデジタル画像データを、それぞれアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、及び 該Ｄ／Ａ変換器の出力を前記３原色に対応し所定の電気光変換特性を有する光変調手段にそれぞれ供給するドライブ手段とを備えている画像表示装置において、
   前記ルックアップテーブルから出力されたデジタル信号は、前記Ｄ／Ａ変換器によってアナログ信号に変換されると共に、 そのゲインを設定され、前記ドライブ手段によってオフセット値が調整可能となるように構成され、
   前記ルックアップテーブル内には表示に利用できる各色のダイナミックレンジ内で、ホワイトバランスが取られる前記γ補正データが、前記３原色の各色のコントラスト比が等しくなる範囲においてフルレンジとなるように格納されている
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 上記光変調手段は赤、緑、青色の光に対応した所定のＶ−Ｔ特性を有する３枚の透過型液晶パネルによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. カラー信号の３原色に対応するγ補正データが格納されているルックアップテーブルと、
   該ルックアップテーブルから読み出された上記３原色に対応するデジタル画像データをそれぞれアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、及び 該Ｄ／Ａ変換器の出力を上記３原色に対応し所定の電気光変換特性を有する光変調手段にそれぞれ供給するドライブ手段とを備えている画像表示装置において、
   ホワイトバランス、及びγ調整において、各カラー信号の輝度比率からコントラスト比を測定し、表示に利用できうるダイナミックレンジを設定し、このダイナミックレンジに合わせてＤ／Ａ変換後のゲイン調整、及びオフセット調整を行い、その後に前記ダイナミックレンジが、上記３原色の各色のコントラスト比が等しくなる範囲においてフルレンジとなるようにルックアップテーブルのデータを再計算して入れ直すことを特徴とする階調補正データの作成方法。
4. 上記光変調手段は赤、緑、青色の光に対応した所定のＶ−Ｔ特性を有する３枚の透過型液晶パネルによって構成されていることを特徴とする請求項３に記載の階調補正データの作成方法。

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