JP6655149B1 - 輝度色度表示装置及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被検信号の輝度及び色度を２次元座標系で表示する。【解決手段】表示装置１は、映像信号Ｅ´からＣＩＥ−ＸＹＺ表色系の３刺激値及び色度座標を算出する３刺激値変換手段１０と、外積計算により、従来色域の内外判定を行う色域内外判定手段２０と、ＣＩＥ−ＸＹＺ表色系をＣＩＥ−Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間に変換する色空間変換手段３０と、ＣＩＥ−Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における色度の二乗和平方根により彩度を求める色度変換手段４０と、明るさ情報として、ＣＩＥ−Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度を輝度軸に表示し、色情報として、彩度を色度軸に表示する表示手段５０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被検信号の明るさ情報及び色情報を表示する輝度色度表示装置及びそのプログラムに関する。

４Ｋ・８Ｋ放送のパラメータの一つである高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ：High Dynamic Range）映像方式は、従来のハイビジョン放送における標準ダイナミックレンジ（ＳＤＲ：Standard Dynamic Range）映像方式に比べ、輝度のダイナミックレンジを拡大し、被写体の広い明暗範囲をディスプレイ上で階調・色彩豊かに表現する技術である。

＜用語の定義＞
以下の説明を行うにあたり、次のように用語を定義する。
ＯＥＴＦ（Opto-Electronic Transfer Function）とは、リニア信号から映像信号への変換関数のことである。
ＥＯＴＦ（Electro-Optical Transfer Function）とは、映像信号からリニア信号への変換関数のことである。

リニア信号とは、被写体の輝度、又は、ディスプレイから発せられる光の輝度を正規化した信号のことである。リニア信号をＥと表記し、リニア信号のＲＧＢ各色をそれぞれＲ_Ｓ，Ｇ_Ｓ，Ｂ_Ｓと表記する。
リニア信号の輝度成分とは、分光視感効率に基づく被写体の明るさ成分のことであり、リニア信号ＥのＲＧＢ各色への重み付け加算により得られる（正規化値）。リニア信号の輝度成分は、Ｙと表記する。

映像信号とは、撮像したリニア信号からＯＥＴＦによって導出した伝送路上の信号（及びそのレベル）のことである（正規化値）。映像信号をＥ´と表記し、映像信号のＲＧＢ各色をそれぞれＲ´，Ｇ´，Ｂ´と表記する。
映像信号の輝度成分とは、映像信号の明るさ成分のことであり、映像信号Ｅ´の各色への重み付け加算によって得られる（正規化値）。映像信号の輝度成分は、Ｙ´と表記する。
映像信号の色差成分とは、映像信号の色成分のことである（正規化値）。映像信号の色差成分Ｃ_ｂは、Ｂ´とＹ´の差により得られる。また、映像信号の色差成分Ｃ_ｒは、Ｒ´とＹ´の差により得られる。

ディスプレイ輝度とは、ディスプレイから発せられる光の輝度のことである。ディスプレイ輝度をＬと表記する（単位はｃｄ／ｍ^２）。また、ディスプレイ輝度のＲＧＢ各色をそれぞれＲ_Ｄ，Ｇ_Ｄ，Ｂ_Ｄと表記する。
ディスプレイ輝度の輝度成分とは、分光視感効率に基づくディスプレイ輝度の明るさ成分のことであり、ディスプレイ輝度ＬのＲＧＢ各色への重み付け加算によって得られる。ディスプレイ輝度の輝度成分は、Ｙと表記する（単位はｃｄ／ｍ^２）。
黒レベル輝度とは、映像信号Ｅ´＝０が入力されたときのディスプレイ輝度である。黒レベル輝度は、Ｌ_Ｂと表記する（単位はｃｄ／ｍ^２）。
ピーク輝度とは、映像信号Ｅ´＝１が入力されたときのディスプレイ輝度である。ピーク輝度は、Ｌ_Ｗと表記する（単位はｃｄ／ｍ^２）。

以下、従来技術の説明を続ける。
ＨＤＲ又はＳＤＲに関わらず、被写体をカメラにより撮影し、ディスプレイで表示する過程では、ＯＥＴＦによるリニア信号から映像信号への変換、及び、ＥＯＴＦによる映像信号からリニア信号への変換を伴う。ＩＴＵ-Ｒ勧告ＢＴ．２１００−１（以下、「ＢＴ．２１００」）において、ＨＤＲ映像方式の一つであるハイブリッド・ログ・ガンマ（ＨＬＧ：Hybrid Log-Gamma）方式のＯＥＴＦ及びＥＯＴＦがそれぞれ、下記の式（１）及び式（２）で規定されている（非特許文献１）。なお、式（２）は、式（１）の逆関数である。

撮影において、リニア信号Ｅ（被写体の輝度の正規化値）は、カメラレンズの絞りにより調整された後、式（１）のＯＥＴＦによって、映像信号Ｅ´に変換される。また、表示において、映像信号Ｅ´は、式（２）のＥＯＴＦによって、リニア信号Ｅに変換される。そして、このリニア信号Ｅは、以下の式（３）によって、ディスプレイ輝度Ｌに変換される。

ＳＤＲにおいてもＨＤＲと同様、ＯＥＴＦ及びＥＯＴＦがそれぞれ、ＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＴ.７０９−６（以下、「ＢＴ.７０９」）、及び、ＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＴ.１８８６−０（以下、「ＢＴ.１８８６」）で規定されている（非特許文献２、非特許文献３）。ここで、ＨＤＲとＳＤＲの間の輝度のダイナミックレンジの違いについて説明する。ＨＬＧ方式では、ＢＴ.２１００において、標準観視条件としてのピーク輝度Ｌ_Ｗと黒レベル輝度Ｌ_Ｂがそれぞれ、１０００ｃｄ／ｍ^２以上、０．００５ｃｄ／ｍ^２以下と規定されている。一方、ＳＤＲでは、ＢＴ.１８８６において、ピーク輝度Ｌ_Ｗと黒レベル輝度Ｌ_Ｂがそれぞれ、１００ｃｄ／ｍ^２以上、０．０１ｃｄ／ｍ^２以下と規定されている。このように、ＨＤＲは、ＳＤＲに比べ、前記した被写体の広い明暗範囲を撮影するとともに、撮影された映像をディスプレイ上でより広い輝度範囲で表示することを想定している。

これに加えて、４Ｋ・８Ｋ放送においては、従来のハイビジョン放送に比べて、色の表現範囲（色域）も拡大されている。具体的には、４Ｋ・８Ｋ放送の色域を規定するＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＴ．２０２０−２（以下、「ＢＴ.２０２０」）では、ｘｙ色度図における３原色点として、何れも単色を規定しており、より彩度の高い色を表現することが可能である（非特許文献４）。以下、４Ｋ・８Ｋ放送における色域を広色域とし、従来のハイビジョン放送における色域を従来色域とする。

すなわち、ＨＤＲと広色域は、単一で高い画質改善効果を発揮するだけでなく、両方を同時に満たすことによって、従来のハイビジョン放送（ＳＤＲと従来色域）では表現できなかった新しい映像体験を相乗的な効果によって提供するものである。現行の映像制作環境において、ＨＤＲの明るさ情報と広色域の色情報は、個別に表示されることが一般的である。例えば、明るさ情報を波形表示する一方、色情報をベクトルスコープやｘｙ色度図としてグラフ表示する。

ＩＴＵ-Ｒ勧告ＢＴ．２１００−１ ＩＴＵ-Ｒ勧告ＢＴ．７０９−６ ＩＴＵ-Ｒ勧告ＢＴ．１８８６−０ ＩＴＵ-Ｒ勧告ＢＴ．２０２０−２

前記相乗的な効果の観点から、明るさ情報（輝度）と色情報（色度）は、一括して表示できることが好ましい。明るさ情報と色情報を表示するには、明るさ情報で１つの変数、色情報で２つの変数、合計３つの変数が必要であることから、一般には３次元座標系での表示が不可欠となる。しかしながら、明るさ情報及び色情報を３次元座標系で平面ディスプレイに表示しても、それらの表示内容が複雑なため、輝度と色度の識別が困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、明るさ情報及び色情報の識別が容易な輝度色度表示装置及びそのプログラムを提供することを課題とする。

前記した課題に鑑みて、本発明に係る輝度色度表示装置は、高ダイナミックレンジで広色域、かつ、１つの変数で表された輝度及び２つの変数で表された色度からなる被検信号の明るさ情報及び色情報を、輝度軸及び色度軸からなる２次元座標系で表示する輝度色度表示装置であって、色度変換手段と、２次元表示手段とを備える構成とした。

かかる輝度色度表示装置によれば、色度変換手段は、２つの変数で表された色度を１つの変数である彩度に変換する。これにより、輝度色度表示装置は、３つの変数で表される被検信号の明るさ情報及び色情報を、２つの変数（２次元座標系）で表すことができる。
そして、２次元表示手段は、被検信号の明るさ情報を輝度軸に表示し、被検信号の色情報として、色度変換手段が変換した彩度を色度軸に表示する。

ここで、輝度色度表示装置は、被検信号としての映像信号が入力され、予め規定されたリニア信号変換式により、入力された映像信号をリニア信号に変換し、予め規定された３刺激値変換式により、変換したリニア信号からＣＩＥ−ＸＹＺ表色系の３刺激値を算出する３刺激値変換手段と、予め規定された色空間変換式により、３刺激値変換手段が算出した３刺激値をＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間の明度及び色度に変換する色空間変換手段と、をさらに備えてもよい。

この場合、色度変換手段は、色空間変換手段が変換した色度の二乗和平方根により彩度を求める。そして、２次元表示手段は、明るさ情報として、色空間変換手段が変換した明度を輝度軸に表示し、色情報として、色度変換手段が変換した彩度を色度軸に表示すればよい。

また、輝度色度表示装置は、被検信号としてのリニア信号が入力され、予め規定された３刺激値変換式及び３刺激値変換式により、入力された前記リニア信号からＣＩＥ−ＸＹＺ表色系の３刺激値及び色度座標を算出する３刺激値変換手段、をさらに備えてもよい。

この場合、色度変換手段は、ｘｙ色度図における色度座標と予め設定した白色点座標との距離を前記彩度として求める。そして、２次元表示手段は、明るさ情報として、リニア信号の輝度を輝度軸に表示し、色情報として、色度変換手段が変換した彩度を色度軸に表示してもよい。

なお、本発明に係る輝度色度表示装置は、一般的なコンピュータを前記した各手段として協調動作させるプログラムで実現することもできる。

本発明によれば、２つの変数で表された色度を１つの変数である彩度に変換するので、被検信号の明るさ情報及び色情報を２次元座標系で表示することができる。これにより、本発明によれば、それらの表示内容を簡略化し、輝度と色度を容易に識別することができる。

第１実施形態に係るＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態において、従来色域の内外判定を説明する説明図である。 第１実施形態において、従来色域の内外判定を説明する画像である。 第１実施形態において、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔの表示を説明する画像である。 第１実施形態において、彩度参照線の表示を説明する画像である。 第１実施形態において、彩度参照線の生成を説明する画像である。 図１のＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置の構成を示すブロック図である。 変形例において、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔの表示を説明する画像である。

（第１実施形態）
［ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置の概要］
以下、本発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の手段には同一の符号を付し、説明を省略した。

図１を参照し、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔを表示するＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置（輝度色度表示装置）１の概要について説明する。
表示装置１は、ＨＤＲ・広色域の被検信号が入力され、入力された被検信号の明るさ情報及び色情報を、輝度軸及び色度軸からなる２次元座標系で表示するものである。ここで、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置を「表示装置」と略記し、以後も同様とする。また、明るさ情報とは、被検信号の明るさを表す情報である。また、色情報とは、被検信号の色合いを表す情報である。

つまり、表示装置１は、２つの変数で表される色度を１つの変数に変換する。変換された１つの変数による色度軸と、１つの変数で表される輝度軸によって、２次元座標系において明るさ情報及び色情報を一括で表示することができる（以下、「ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ」）。このＨＤＲ−Ｇａｍｕｔでは、明るさ情報は、色情報によらず、輝度軸で表すことができる。また、色情報は、明るさ情報によらず、２次元座標上に配置される点の色で表すことができる。

本実施形態では、ＨＤＲ・広色域の被検信号として、映像信号Ｅ´＝（Ｒ´，Ｇ´，Ｂ´）が入力されることとする。また、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔの輝度軸をＣＩＥ１９７６−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間の明度Ｌとし、その色度軸を同空間の彩度Ｃとした。すなわち、本実施形態では、映像信号Ｅ´に含まれるＲ´，Ｇ´，Ｂ´の組み合わせから算出した明度Ｌ及び彩度Ｃを、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔとして２次元座標系で表示する。このとき、本実施形態では、明度Ｌ及び彩度Ｃの特定領域への該非を、後記する参照線として表示することとした。さらに、彩度Ｃにおける該非では、従来色域に属する点を無彩色で、従来色域に属さない点を有彩色（各画素が示すＲ´，Ｇ´，Ｂ´の値で特定できる色）で表示してもよい。

［ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置の概要］
以下、表示装置１の構成について、具体的に説明する。
図１に示すように、表示装置１は、３刺激値変換手段１０と、色域内外判定手段２０と、色空間変換手段３０と、色度変換手段４０と、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示手段（２次元表示手段）５０と、明度参照線設定手段６０と、彩度参照線生成手段７０とを備える。ここで、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示手段を「表示手段」と略記し、以後も同様とする。

３刺激値変換手段１０は、被検信号として映像信号Ｅ´が入力され、予め規定されたリニア信号変換式により、入力された映像信号Ｅ´をリニア信号Ｅに変換するものである。まず、３刺激値変換手段１０は、リニア信号変換式としての式（２）を用いて、映像信号Ｅ´の画素毎にリニア信号Ｅを算出する。この式（２）は、前記したとおりなので省略する。

次に、３刺激値変換手段１０は、予め規定された３刺激値変換式により、変換したリニア信号ＥからＣＩＥ−ＸＹＺ表色系の３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び色度座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。具体的には、３刺激値変換手段１０は、３刺激値変換式として、以下の式（４）を用いて、リニア信号Ｅの画素毎に３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。さらに、３刺激値変換手段１０は、色度座標変換式として、以下の式（５）を用いて、各画素の３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から色度座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。

その後、３刺激値変換手段１０は、３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び色度座標（ｘ，ｙ，ｚ）を色域内外判定手段２０に出力する。
なお、３刺激値変換手段１０は、式（２）以外のリニア信号変換式を用いてもよく、式（４）以外の３刺激値変換式を用いてもよい（変形例参照）。

色域内外判定手段２０は、映像信号Ｅ´の色域が従来色域の内側であるか外側であるかを判定するものである。この従来色域の内外判定は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔにおいて、従来色域又は広色域のどちらに属するかを判定するものである。具体的には、従来色域の内外判定結果に応じて、従来色域に属する点を無彩色（例えば、黒色や白色）で表示し、広色域に属する点をカラー表示する。

ここで、３刺激値変換手段１０が算出した色度座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係性を利用して、２次元座標系の色度座標（ｘ，ｙ）で表すことができる。そこで、色域内外判定手段２０は、外積計算により、色度座標（ｘ，ｙ）と従来色域の３原色点とを比較し、従来色域の内外判定を行う。

＜従来色域の内外判定＞
図２及び図３を参照し、従来色域の内外判定について詳細に説明する。ここで、従来色域をＢＴ．７０９で規定した色域とし、３原色点をそれぞれ点Ｒ（０．６４０，０．３３０）、点Ｇ（０．３００，０．６００）、及び、点Ｂ（０．１５０，０．０６０）とした。また、広色域の範囲を破線で図示し、Ｄ６５白色点（０．３１２７，０．３２９０）を符号Ｄ_６５で図示した。この白色点Ｄ_６５は、ＣＩＥ標準光源Ｄ６５をｘｙ色度図にプロットしたものである。また、点Ｒから点ＧまでのベクトルＶ_ＲＧ、点Ｇから点ＢまでのベクトルＶ_ＧＢ、及び、点Ｂから点ＲまでのベクトルＶ_ＢＲを図示した。つまり、３つのベクトルＶ_ＲＧ、ベクトルＶ_ＧＢ及びベクトルＶ_ＢＲで形成される３角形領域の内側が、従来色域の内側となる。一方、この３角形領域の外側が、従来色域の外側となる。

外積計算により、点Ｐ_１（ｘ_１，ｙ_１）から点Ｐ_２（ｘ_２，ｙ_２）までのベクトルＶ_Ｐと、点Ｐ（ｘ，ｙ）の位置関係を判定できる。具体的には、以下の式（６−１）を用いて、Ｐｏｓｉｔｉｏｎを計算し、その符号により位置関係を判定できる。Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＞０の場合、点ＰがベクトルＶ_Ｐの左側に位置する。また、Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＜０の場合、点ＰがベクトルＶ_Ｐの右側に位置する。また、Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝０の場合、点ＰがベクトルＶ_Ｐの上に位置する。

ここで、点Ｒから点Ｇに向かうベクトルＶ_ＲＧと、白色点Ｄ_６５との位置関係を一例として説明する。ベクトルＶ_ＲＧ及び白色点Ｄ_６５の位置関係は、以下の式（６−２）で表される。そして、式（６−２）ではＰｏｓｉｔｉｏｎ＞０なので、図２に示すように、白色点Ｄ_６５がベクトルＶ_ＲＧの左側に位置する。さらに、ベクトルＶ_ＲＧと同様、白色点Ｄ_６５は、ベクトルＶ_ＧＢ及びベクトルＶ_ＢＲの左側に位置する。すなわち、白色点Ｄ_６５は、ベクトルＶ_ＲＧ、ベクトルＶ_ＧＢ及びベクトルＶ_ＢＲで形成される３角形領域の内側に位置するので、従来色域に属するといえる。

以上をまとめると、式（６−１）の外積計算により、各画素の色度座標（ｘ，ｙ）を表す点Ｐと、ベクトルＶ_ＲＧ、ベクトルＶ_ＧＢ及びベクトルＶ_ＢＲのそれぞれについて、Ｐｏｓｉｔｉｏｎを計算する。ここで、色域内外判定手段２０は、ベクトルＶ_ＲＧ、ベクトルＶ_ＧＢ及びベクトルＶ_ＢＲの全てについて、Ｐｏｓｉｔｉｏｎ≧０となる場合、点Ｐが従来色域の内側にあると判定する。一方、色域内外判定手段２０は、ベクトルＶ_ＲＧ、ベクトルＶ_ＧＢ及びベクトルＶ_ＢＲの何れか一つでもＰｏｓｉｔｉｏｎ＜０となる場合、点Ｐが従来色域の外側にあると判定する。

その後、色域内外判定手段２０は、従来色域の内外判定結果と、３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とを色空間変換手段３０に出力する。

図２では、図面を見やすくするために、各点の色を省略したが、各点の色を表すと図３のようになる。
また、色域内外判定手段２０は、色度座標（ｘ，ｙ）と従来色域の位置関係を事前に計算しておき、その計算結果を予めテーブルデータとして記憶してもよい。この場合、色域内外判定手段２０は、テーブルデータを参照すれば、都度外積計算を行うことなく従来色域の内外判定を行えるので、演算速度の高速化を図ることができる。

図１に戻り、表示装置１の構成について、説明を続ける。
色空間変換手段３０は、予め規定された色空間変換式により、色域内外判定手段２０からの３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、ＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間の明度Ｌ及び色度ａ^＊，ｂ^＊に変換するものである。具体的には、色空間変換手段３０は、色空間変換式としての式（７−１）、式（７−２）及び式（８）を用いて、各画素の３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から、明度Ｌ及び色度ａ^＊，ｂ^＊を算出する。
なお、Ｙ_ｎは、任意の値で予め設定する係数である。Ｘ_ｎ、Ｚ_ｎは、Ｙ_ｎ及び白色点座標（ｘ，ｙ）を用いて、式（７−２）によって算出される。本実施形態では、Ｙ_ｎ＝０．２とし、白色点座標を（０．３１２７，０．３２９０）とした。Ｙ_ｎ＝０．２のとき、Ｌ＝１００となる。また、Ｘ_ｎ＝０．１９０１、Ｚ_ｎ＝０．２１７８となる。

その後、色空間変換手段３０は、従来色域の内外判定結果と、算出した明度Ｌ及び色度ａ^＊，ｂ^＊とを色度変換手段４０に出力する。

色度変換手段４０は、色空間変換手段３０からの色度ａ^＊，ｂ^＊を彩度Ｃに変換するものである。つまり、色度変換手段４０は、２つの変数で表された色度ａ^＊，ｂ^＊を、１つの変数である彩度Ｃに変換する。具体的には、色度変換手段４０は、以下の式（９）に示すように、色度ａ^＊，ｂ^＊の二乗和平方根により彩度Ｃを求める。

その後、色度変換手段４０は、算出した彩度Ｃと、明度Ｌ及び従来色域の内外判定結果とを表示手段５０に出力する。

表示手段５０は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔを表示するものである。つまり、表示手段５０は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔにおいて、明るさ情報として、色空間変換手段３０が変換した明度Ｌを輝度軸に表示し、色情報として、色度変換手段４０が変換した彩度Ｃを色度軸に表示する。

＜ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔの表示＞
図４及び図５を参照し、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔの表示について、詳細に説明する。
図４に示すように、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔは、縦軸（輝度軸）として明度Ｌ、横軸（色度軸）として彩度Ｃを採用し、映像信号Ｅ´の明度Ｌ及び彩度Ｃを２次元座標系で表示したものである。つまり、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔでは、映像信号Ｅ´の各画素を点として、その画素の明度Ｌ及び彩度Ｃを表す座標位置に表示する。

ここで、表示手段５０は、色度変換手段４０からの従来色域の内外判定結果を参照し、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔにおいて、従来色域の外側となる点をカラー表示する。つまり、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔでは、カラー表示された点（有彩色の点）が広色域に属し、黒色表示された点（無彩色の点）が従来色域に属する。なお、有彩色の場合、映像信号Ｅ´のＲ´，Ｇ´，Ｂ´の値で特定される色でカラー表示する。

また、表示手段５０は、明度Ｌ及び彩度Ｃに関する参照線を表示することができる。まず、明度Ｌの参照線について説明する。例えば、明度Ｌ＝１００を境界として、明度Ｌ≦１００をＳＤＲ領域、明度Ｌ＞１００をＨＤＲ領域とする。この場合、図４に示すように、明度Ｌ＝１００を示す参照線（明度参照線）を表示すればよい。図４のＨＤＲ−Ｇａｍｕｔにおいて、縦軸方向で明度参照線を超える領域がＨＤＲ領域であり、この明度参照線以下の領域がＳＤＲ領域である。つまり、明度参照線の上側、かつ、有彩色の点が、ＨＤＲで広色域であることを表す。

次に、彩度Ｃの参照線について説明する。広色域と従来色域との境界となる彩度Ｃの値は、明度Ｌや色相の影響を受ける。このため、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔにおいて、あらゆる点で共通する参照線を定義することができない。言い換えるなら、彩度参照線は、図４の明度参照線と異なり、１本の直線で表すことができない。図５には、色度座標（ｘ，ｙ）の値が広色域と従来色域との境界を表すデータ（点）を図示した。図５において、少なくともデータ集合の外側は、明度Ｌや色相の影響を強く受けた場合でも従来色域の外側といえることから、広色域に属すると推定できる。そこで、表示手段５０は、このデータ集合の境界となる曲線を彩度参照線として表示すればよい。

ここで、表示手段５０は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔに明度参照線及び彩度参照線の両方を表示してもよい。また、表示手段５０は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔに明度参照線又は彩度参照線の一方のみを表示してもよい。また、表示手段５０は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔに明度参照線及び彩度参照線の両方を表示せずともよい。本実施形態では、表示装置１の利用者が、図示を省略したマウス、キーボード等の操作手段を用いて、明度参照線及び彩度参照線の表示有無を表示手段５０に設定することとする。

図１に戻り、表示装置１の構成について、説明を続ける。
明度参照線設定手段６０は、明度参照線を設定するものである。この明度参照線は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔにおいて、ＨＤＲ領域とＳＤＲ領域の境界となる明度を示す線である。ここでは、表示装置１の利用者が、操作手段を用いて、明度参照線が示す明度Ｌ（例えば、明度Ｌ＝１００）を設定する。そして、明度参照線設定手段６０は、設定された明度参照線を表示手段５０に出力する。

彩度参照線生成手段７０は、彩度参照線を生成するものである。この彩度参照線は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔにおいて、広色域と従来色域の境界となる彩度を示す線である。まず、彩度参照線生成手段７０は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔの原点から従来色域の内側に含まれる各座標位置までの線分を求め、求めた線分と色度軸とのなす角を算出する。そして、彩度参照線生成手段７０は、予め設定したなす角の範囲毎に最長となる線分の座標位置を求め、求めた座標位置を結んで彩度参照線を生成する。

＜彩度参照線の生成＞
図６を参照し、彩度参照線の生成について、詳細に説明する。
ここで、３刺激値変換手段１０は、彩度参照線を生成するため、映像信号Ｅ´のＲ´，Ｇ´，Ｂ´の信号値が取り得る全信号パターンについて、色度座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出しておくこととする。また、色域内外判定手段２０は、映像信号Ｅ´の全信号パターンについて、色度座標（ｘ，ｙ）と従来色域の３原色点とを比較し、従来色域の内外判定結果を彩度参照線生成手段７０に出力することとする。

まず、彩度参照線生成手段７０は、従来色域の内外判定結果を参照し、従来色域の外側となる点（座標位置）を削除する。また、彩度参照線生成手段７０は、従来色域の内側に含まれる各座標位置について、その座標位置を表す点（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｌ）と原点（０，０）とを結ぶ線分を生成する。そして、彩度参照線生成手段７０は、以下の式（１０）を用いて、生成した線分と横軸（色度軸）とのなす角θを算出する。さらに、彩度参照線生成手段７０は、以下の式（１１）を用いて、線分の長さｄを算出する。

次に、彩度参照線生成手段７０は、図６に示すように、予め設定したなす角θの範囲Ｇ_θで各線分をグループ化する。例えば、彩度参照線生成手段７０は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔの横軸（０度）から縦軸（９０度）まで、０．５度の間隔で各線分を１８０個のグループに分ける。そして、彩度参照線生成手段７０は、範囲Ｇ_θ内で距離ｄが最長となる線分の端点となる点Ｐ_Ｇθ（ｘ_Ｇθ，ｙ_Ｇθ）を求める。さらに、彩度参照線生成手段７０は、なす角θの昇順又は降順で点Ｐ_Ｇθ（ｘ_Ｇθ，ｙ_Ｇθ）を結び、彩度参照線とする。このとき、彩度参照線生成手段７０は、多項式補間等の一般的な手法で点Ｐ_Ｇθを結ぶことができる。
その後、彩度参照線生成手段７０は、生成した彩度参照線を表示手段５０に出力する。

［ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置の動作］
図７を参照し、表示装置１の動作について説明する。
図７に示すように、３刺激値変換手段１０は、３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び色度座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。具体的には、３刺激値変換手段１０は、式（２）を用いて、映像信号Ｅ´からリニア信号Ｅを算出する。次に、３刺激値変換手段１０は、式（４）を用いて、リニア信号Ｅから３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。さらに、３刺激値変換手段１０は、式（５）を用いて、３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から色度座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する（ステップＳ１）。

色域内外判定手段２０は、外積計算により、色度座標（ｘ，ｙ）と従来色域の３原色点とを比較し、従来色域の内外判定を行う。具体的には、色域内外判定手段２０は、式（６−１）の外積計算により、各画素の色度座標（ｘ，ｙ）を表す点Ｐと、ベクトルＶ_ＲＧ、ベクトルＶ_ＧＢ及びベクトルＶ_ＢＲのそれぞれについて、Ｐｏｓｉｔｉｏｎを計算する。ここで、色域内外判定手段２０は、ベクトルＶ_ＲＧ、ベクトルＶ_ＧＢ及びベクトルＶ_ＢＲの全てについて、Ｐｏｓｉｔｉｏｎ≧０となる場合、点Ｐが従来色域の内側にあると判定する。一方、色域内外判定手段２０は、ベクトルＶ_ＲＧ、ベクトルＶ_ＧＢ及びベクトルＶ_ＢＲの何れか一つでもＰｏｓｉｔｉｏｎ＜０となる場合、点Ｐが従来色域の外側にあると判定する（ステップＳ２）。

色空間変換手段３０は、３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を明度Ｌ及び色度ａ^＊，ｂ^＊に変換する。具体的には、色空間変換手段３０は、式（７−１）、式（７−２）及び式（８）を用いて、３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から、明度Ｌ及び色度ａ^＊，ｂ^＊を算出する（ステップＳ３）。
色度変換手段４０は、色度ａ^＊，ｂ^＊を彩度Ｃに変換する。具体的には、色度変換手段４０は、式（９）に示すように、色度ａ^＊，ｂ^＊の二乗和平方根により彩度Ｃを求める（ステップＳ４）。

明度参照線設定手段６０は、明度参照線を設定する（ステップＳ５）。
彩度参照線生成手段７０は、彩度参照線を生成する。具体的には、彩度参照線生成手段７０は、式（１０）を用いて、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔの原点から従来色域の内側にある各座標位置までの線分を求め、求めた線分と色度軸とのなす角θを算出する。そして、彩度参照線生成手段７０は、なす角θの範囲Ｇ_θ毎に、最長となる線分の点Ｐ_Ｇθを結んで彩度参照線を生成する（ステップＳ６）。

表示手段５０は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔを表示するものである。つまり、表示手段５０は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔにおいて、明るさ情報として、ステップＳ３で求めた明度Ｌを輝度軸に表示し、色情報として、ステップＳ４で変換した彩度Ｃを色度軸に表示する。このとき、表示手段５０は、ステップＳ５で設定した明度参照線や、ステップＳ６で生成した彩度参照線をＨＤＲ−Ｇａｍｕｔに表示してもよい（ステップＳ７）。

［作用・効果］
以上のように、表示装置１は、２つの変数で表された色度ａ^＊，ｂ^＊を１つの変数である彩度Ｃに変換するので、映像信号Ｅ´の明るさ情報及び色情報を２次元座標系のＨＤＲ−Ｇａｍｕｔで表示することができる。これにより、表示装置１では、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔのように、それらの表示内容を簡略化し、明るさ情報及び色情報を容易に識別することができる。
さらに、表示装置１は、実時間処理に適し、波形モニタ等への実装が容易であることから、４Ｋ・８Ｋ放送をはじめとしたＨＤＲ・広色域の映像制作環境への導入が容易である。

（第２実施形態）
［ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置の構成］
図８を参照し、第２実施形態に係る表示装置１Ｂの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
表示装置１Ｂは、映像信号Ｅ´の各画素について、その色域に応じて有彩色又は無彩色で表示し、明度参照線の明度に対する明暗に応じて点滅又は非点滅で表示するものである。
図８に示すように、表示装置１Ｂは、３刺激値変換手段１０と、色域内外判定手段２０と、色空間変換手段３０と、色度変換手段４０と、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示手段５０と、明度参照線設定手段６０と、彩度参照線生成手段７０と、映像信号表示手段８０と、表示切替手段９０とを備える。

３刺激値変換手段１０は、映像信号Ｅ´を映像信号表示手段８０に出力する。
色域内外判定手段２０は、映像信号Ｅ´の各画素について、従来色域の内外判定結果を映像信号表示手段８０に出力する。
明度参照線設定手段６０は、明度参照線が示す明度Ｌを映像信号表示手段８０に出力する。
他の点、３刺激値変換手段１０、色域内外判定手段２０及び明度参照線設定手段６０は、第１実施形態と同様のため、これ以上の説明を省略する。

映像信号表示手段８０は、色域内外判定手段２０からの内外判定結果と、明度参照線設定手段６０からの明度Ｌとを参照し、映像信号Ｅ´の各画素について、カラー表示又はモノクロ表示と、点滅表示又は非点滅表示とを組み合わせて表示するものである。図８では、映像信号表示手段８０が出力する映像信号を符号Ｅ´´で図示した。

ここで、映像信号表示手段８０は、以下の表示パターン（１）〜（４）により、映像信号Ｅ´´の各画素を表示する。
（１）従来色域の外側、明度Ｌを超える画素：カラーで点滅表示
（２）従来色域の外側、明度Ｌ以下の画素 ：カラーで非点滅表示
（３）従来色域の内側、明度Ｌを超える画素：モノクロで点滅表示
（４）従来色域の内側、明度Ｌ以下の画素 ：モノクロで非点滅表示

その後、映像信号表示手段８０は、映像信号Ｅ´´を表示切替手段９０に出力する。
なお、映像信号表示手段８０では、明度Ｌを超える画素の強調表示の一例として点滅表示を行うこととして説明したが、強調表示の方法はこれに制限されない。

表示切替手段９０は、表示手段５０からのＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ、又は、映像信号表示手段８０からの映像信号Ｅ´´を切り替えて表示するスイッチである。例えば、表示装置１の利用者が、操作手段を用いて、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ又は映像信号Ｅ´´の表示を切り替えることができる。
なお、図８では、表示切替手段９０が映像信号Ｅ´´を出力する状態となっている。

［作用・効果］
表示装置１Ｂは、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、表示装置１Ｂは、前記表示パターン（１）〜（４）で映像信号Ｅ´´を表示するので、映像信号Ｅ´´の各画素が、従来色域又は広色域に属するかと、ＳＤＲ領域又はＨＤＲ領域に属するかとを容易に識別することができる。

（変形例）
以上、本発明の各実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
前記した各実施形態では、被検信号が映像信号Ｅ´であることとして説明したが、これに限定されない。つまり、被検信号は、３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換できる信号であればよい。

前記した各実施形態では、色度ａ^＊，ｂ^＊を彩度Ｃに変換することとして説明したが、これに限定されない。具体的には、表示手段は、ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔにおいて、明るさ情報として、リニア信号Ｅの輝度Ｙを輝度軸に表示してもよい。この場合、３刺激値変換手段は、各実施形態と同様、３刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び色度座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。そして、色度変換手段は、以下の式（１２）に示すように、ｘｙ色度図における色度座標（ｘ，ｙ）と白色点座標（０．３１２７，０．３２９０）との距離を彩度Ｃ_ｘｙとして算出する。そして、表示手段は、図９に示すように、色情報として、彩度Ｃ_ｘｙを色度軸に表示する。

前記した各実施形態では、リニア信号変換式が式（２）であることとして説明したが、これに限定されない。つまり、３刺激値変換手段は、ＨＤＲ映像方式がＨＬＧ方式以外の場合、そのＨＤＲ映像方式に対応したリニア信号変換式を用いればよい。例えば、ＨＤＲ映像方式が、ＢＴ.２１００において、ＨＬＧ方式と共に規定されたＰＱ（Perceptual Quantization）方式の場合を考える。この場合、３刺激値変換手段は、リニア信号変換式として、以下の式（１３）を用いることができる。なお、式（１３）において、ｍａｘ［Ａ，Ｂ］は、ＡとＢのうち値の大きい項を返す関数を表す。

前記した各実施形態では、３刺激値変換式が式（４）であることとして説明したが、これに限定されない。つまり、被検信号の色域がＢＴ.２０２０で規定された色域以外で、ｘｙ色度図において３原色点を直線で結ぶ三角形が、従来色域の３原色点を直線で結ぶ三角形を包含する色域であれば、その被検信号の色域に対応した３刺激値変換式を用いればよい。

前記した各実施形態では、従来色域がＢＴ.７０９で規定された色域であることとして説明したが、これに限定されない。つまり、ｘｙ色度図において３原色点を直線で結ぶ三角形が、被検信号の色域で規定される３原色点を直線で結ぶ三角形に包含される色域であれば、従来色域は他の色域としてもよい。

前記した各実施形態では、表示装置を独立したハードウェアとして説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、本発明は、コンピュータが備えるＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等のハードウェア資源を、前記した表示装置として協調動作させるプログラムで実現することもできる。これらのプログラムは、通信回線を介して配布してもよく、ＣＤ−ＲＯＭやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布してもよい。

１，１Ｂ ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示装置（輝度色度表示装置）
１０ ３刺激値変換手段
２０ 色域内外判定手段
３０ 色空間変換手段
４０ 色度変換手段
５０ ＨＤＲ−Ｇａｍｕｔ表示手段（２次元表示手段）
６０ 明度参照線設定手段
７０ 彩度参照線生成手段
８０ 映像信号表示手段
９０ 表示切替手段
Ｒ，Ｇ，Ｂ ３原色点
Ｄ_６５ 白色点
Ｐ 点
Ｖ_ＲＧ，Ｖ_ＧＢ，Ｖ_ＢＲ ベクトル

Claims (8)

1. 高ダイナミックレンジで広色域、かつ、１つの変数で表された輝度及び２つの変数で表された色度からなる被検信号の明るさ情報及び色情報を、輝度軸及び色度軸からなる２次元座標系で表示する輝度色度表示装置であって、
   ２つの変数で表された前記色度を１つの変数で表された彩度に変換する色度変換手段と、
   前記被検信号の明るさ情報を前記輝度軸に表示し、前記被検信号の色情報として、前記色度変換手段が変換した彩度を前記色度軸に表示する２次元表示手段と、
   を備えることを特徴とする輝度色度表示装置。
2. 前記被検信号としての映像信号が入力され、予め規定されたリニア信号変換式により、入力された前記映像信号をリニア信号に変換し、予め規定された３刺激値変換式により、変換した前記リニア信号からＣＩＥ−ＸＹＺ表色系の３刺激値を算出する３刺激値変換手段と、
   予め規定された色空間変換式により、前記３刺激値変換手段が算出した３刺激値をＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間の明度及び色度に変換する色空間変換手段と、をさらに備え、
   前記色度変換手段は、前記色空間変換手段が変換した色度の二乗和平方根により彩度を求め、
   前記２次元表示手段は、前記明るさ情報として、前記色空間変換手段が変換した明度を前記輝度軸に表示し、前記色情報として、前記色度変換手段が変換した彩度を前記色度軸に表示することを特徴とする請求項１に記載の輝度色度表示装置。
3. 前記３刺激値変換手段は、予め規定された色度座標変換式により、前記３刺激値から色度座標を算出し、
   外積計算により、前記３刺激値変換手段が算出した色度座標と予め設定された従来色域の３原色点とを比較することで、前記映像信号の色域が前記従来色域の内側であるか外側であるかを判定する色域内外判定手段、をさらに備え、
   前記２次元表示手段は、前記従来色域の外側と判定された前記映像信号の色域をカラー表示し、前記従来色域の内側と判定された前記映像信号の色域をモノクロ表示することを特徴とする請求項２に記載の輝度色度表示装置。
4. 前記２次元座標系において、原点から前記従来色域の内側に含まれる各座標位置までの線分を求め、求めた前記線分と前記色度軸のなす角とを算出し、予め設定したなす角の範囲毎に最長となる前記線分の座標位置を求め、求めた前記座標位置を結んで彩度参照線を生成する彩度参照線生成手段、をさらに備え、
   前記２次元表示手段は、前記彩度参照線生成手段が生成した彩度参照線を表示することを特徴とする請求項３に記載の輝度色度表示装置。
5. 前記２次元表示手段は、予め設定された前記明度を表す明度参照線を表示することを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載の輝度色度表示装置。
6. 前記被検信号としてのリニア信号が入力され、予め規定された３刺激値変換式及び色度座標変換式により、入力された前記リニア信号からＣＩＥ−ＸＹＺ表色系の３刺激値及び色度座標を算出する３刺激値変換手段、をさらに備え、
   前記色度変換手段は、ｘｙ色度図における前記色度座標と予め設定した白色点座標との距離を前記彩度として求め、
   前記２次元表示手段は、前記明るさ情報として、前記リニア信号の輝度を前記輝度軸に表示し、前記色情報として、前記色度変換手段が変換した彩度を前記色度軸に表示することを特徴とする請求項１に記載の輝度色度表示装置。
7. 前記３刺激値変換手段は、予め規定された色度座標変換式により、前記３刺激値から色度座標を算出し、
   前記２次元表示手段は、予め設定された前記明度を表す明度参照線を表示し、
   外積計算により、前記３刺激値変換手段が算出した色度座標と予め設定された従来色域の３原色点とを比較することで、前記映像信号の色域が前記従来色域の内側であるか外側であるかを判定する色域内外判定手段と、
   前記映像信号を表示する映像信号表示手段と、をさらに備え、
   前記映像信号表示手段は、前記映像信号の各画素について、
   前記従来色域の外側で、かつ、前記明度参照線が示す明度を超える画素をカラーで強調表示し、
   前記従来色域の外側で、かつ、前記明度参照線が示す明度以下の画素をカラー表示し、
   前記従来色域の内側で、かつ、前記明度参照線が示す明度を超える画素をモノクロで強調表示し、
   前記従来色域の内側で、かつ、前記明度参照線が示す明度以下の画素をモノクロ表示することを特徴とする請求項２に記載の輝度色度表示装置。
8. コンピュータを、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の輝度色度表示装置として機能させるためのプログラム。