JP6860415B2 - 映像信号変換装置、ダイナミックレンジ変換装置およびそれらのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ダイナミックレンジの異なる映像の色再現性の差を小さくするための映像信号変換装置、ダイナミックレンジ変換装置およびそれらのプログラムに関する。

高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ：High Dynamic Range）映像方式として、国際電気通信連合無線通信部門（ＩＴＵ−Ｒ）の勧告ＢＴ．２１００において、ＰＱ（Perceptual Quantization）方式とＨＬＧ（Hybrid Log-Gamma）方式が定められている（非特許文献１参照）。

また、勧告ＢＴ．２１００は、前記した２つのＨＤＲ映像方式（ＰＱ方式，ＨＬＧ方式）の伝達関数として、光−電気伝達関数（ＯＥＴＦ：Opto-Electronic Transfer Function）、電気−光伝達関数（ＥＯＴＦ：Electro-Optical Transfer Function）、光−光伝達関数（ＯＯＴＦ：Opto-Optical Transfer Function）を規定している。このうち、本発明に関係するＨＬＧ方式においては、従来のダイナミックレンジ（ＳＤＲ：Standard Dynamic Range）の映像との互換性を考慮したＯＥＴＦ、ＥＯＴＦ、ＯＯＴＦが採用されている。

図９に示すように、ＨＬＧ方式のＯＥＴＦ（以下、ＯＥＴＦ_ＨＬＧ）は、ＨＤＲ用撮像装置５においてシーン光Ｌｓを電気信号（ＨＬＧ方式の映像信号）Ｅ′（以下、Ｅ′_ＨＬＧ）に変換する伝達関数である。ＨＬＧ方式のＥＯＴＦ（以下、ＥＯＴＦ_ＨＬＧ）は、ＨＤＲ用表示装置６において映像信号Ｅ′_ＨＬＧを表示光Ｌｄに変換する伝達関数である。ＯＯＴＦは、シーン光Ｌｓと表示光Ｌｄとの間の特性を表す伝達関数であり、ＨＬＧ方式のＯＯＴＦ（以下、ＯＯＴＦ_ＨＬＧ）は、シーン光Ｌｓと表示光Ｌｄとの間の非線形性の程度を示すシステムガンマγをパラメータとして、γ乗のべき関数の特性を持ち、システムガンマが映像信号の輝度成分に適用される。ＥＯＴＦ_ＨＬＧは、ＯＥＴＦ_ＨＬＧの逆関数（Inverse ＯＥＴＦ：ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧ）とＯＯＴＦ_ＨＬＧとで構成される。

なお、ＨＬＧ方式のシステムガンマγの値は、表示装置のピーク輝度に応じて設定され、ピーク輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２の場合、γ＝１．２とすることが規定されている。

一方、ＳＤＲの表示装置（不図示）のＥＯＴＦについては、ＩＴＵ−Ｒの勧告ＢＴ．１８８６において、ＨＤＴＶ（High-definition television）の番組制作時に映像を評価するための基準となる表示装置が備えるべき標準ＥＯＴＦが規定されている（非特許文献２参照）。ＳＤＲのＥＯＴＦに含まれるＯＯＴＦ（以下、ＯＯＴＦ_ＳＤＲ）は、１．２乗のべき関数で近似される。すなわち、ＳＤＲのシステムガンマの値はＨＬＧ方式のピーク輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２の場合と同じγ＝１．２である。しかし、ＯＯＴＦ_ＳＤＲでは、システムガンマが映像信号の輝度成分ではなくＲＧＢ各色コンポーネントに適用される。

このＯＯＴＦ_ＳＤＲのようにシステムガンマをＲＧＢ各色コンポーネントに適用すると、ＲＧＢ各色の信号レベルが変わり、シーン光Ｌｓと表示光Ｌｄとの間で色相や彩度が変化する。そのため、ＨＬＧ方式では、ＯＯＴＦ_ＨＬＧにおいてシステムガンマを輝度成分のみに適用することで、色相や彩度が変化しないようにしている。

"Image parameter values for high dynamic range television for use in production and international programme exchange"，Recommendation ITU-R BT.2100-0，07/2016 "Reference electro-optical transfer function for flat panel displays used in HDTV studio production"，Recommendation ITU-R BT.1886，03/2011

前記したＯＯＴＦ_ＨＬＧおよびＯＯＴＦ_ＳＤＲにおけるシステムガンマの適用対象の相違により、ＨＤＲ用表示装置とＳＤＲ用表示装置によって表示される映像の色再現性（輝度、色相、彩度）が異なることになる。
ここで、同じ撮像装置で撮像してＳＤＲとＨＤＲ（ＨＬＧ方式）のそれぞれの規定に準拠したＯＥＴＦを適用するとともに、ダイナミックレンジに応じたゲイン調整を行ったＳＤＲの映像とＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の映像とを、ＳＤＲ用表示装置とＨＤＲ用表示装置とにそれぞれ入力したとする。

ＳＤＲの映像とＨＤＲ（ＨＬＧ）の映像とではダイナミックレンジが異なるため、両表示装置で同じ映像を再現することはできない。しかし、ＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の映像がハイライト部分を含まず、ＳＤＲの映像と同等のレンジであっても、ＳＤＲのＯＯＴＦ_ＳＤＲとＨＤＲ（ＨＬＧ方式）のＯＯＴＦ_ＨＬＧとではシステムガンマの適用対象が異なっているため、色の再現性が異なって見えてしまう。
放送番組等の映像制作においては、同一被写体を撮像したＨＤＲの映像とＳＤＲの映像とで、輝度の再現範囲は異なっても、中間階調以下の色再現性の差を小さくしたいという要望がある。

本発明は、このような要望に鑑みてなされたものであり、ＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の映像とＳＤＲの映像とで、色再現性の差を小さくすることが可能な映像信号変換装置、ダイナミックレンジ変換装置およびそれらのプログラムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る映像信号変換装置は、ＨＬＧ方式の映像信号の色再現性を補正する映像信号変換装置であって、逆光電変換手段と、色成分別システムガンマ手段と、輝度成分逆システムガンマ手段と、光電変換手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、映像信号変換装置は、逆光電変換手段によって、ＯＥＴＦ_ＨＬＧの逆関数（ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧ）の特性を与えることで、ＨＬＧ方式の映像信号をシーン光に対応する信号に変換する。
そして、映像信号変換装置は、色成分別システムガンマ手段によって、逆光電変換手段で変換された信号のＲＧＢの各色成分にシステムガンマを適用する。

そして、映像信号変換装置は、輝度成分逆システムガンマ手段によって、色成分別システムガンマ手段でＲＧＢの各色成分にシステムガンマが適用された信号に対して、ＨＬＧ方式の表示装置で行う輝度成分に対するシステムガンマの逆特性を適用する。この逆システムガンマの適用は、ＯＯＴＦ_ＨＬＧの逆関数（ＯＯＴＦ^−１ _ＨＬＧ）で行うことができる。
また、映像信号変換装置は、光電変換手段によって、輝度成分逆システムガンマ手段で変換された信号に対して、ＨＬＧ方式の表示装置で行う逆光電変換の逆変換、すなわち、光電変換を行い、ＨＬＧ方式の映像信号を生成する。この光電変換は、ＯＥＴＦ_ＨＬＧで行うことができる。

このように、映像信号変換装置は、輝度成分逆システムガンマ手段および光電変換手段によって、予めＨＬＧ方式の表示装置で行う変換処理の逆変換を行っておく。これによって、ＨＬＧ方式の表示装置では、ＲＧＢの各色成分にシステムガンマを適用したのと同等の映像を表示することができる。

なお、映像信号変換装置は、ＨＬＧ方式の映像信号のＲＧＢ値と、逆光電変換手段、色成分別システムガンマ手段、輝度成分逆システムガンマ手段、光電変換手段を経て補正された変換映像信号のＲＧＢ値とを対応付けたルックアップテーブルを予め生成しておき、色変換手段によって、そのルックアップテーブルを参照して、ＨＬＧ方式の映像信号を、変換映像信号に変換することとしてもよい。
また、映像信号変換装置は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるための映像信号変換プログラムにより動作させることができる。

また、前記課題を解決するため、本発明に係るダイナミックレンジ変換装置は、ＨＬＧ方式のＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換するダイナミックレンジ変換装置であって、映像信号変換装置（映像信号変換手段）と、ダイナミックレンジ変換手段と、を備え、ダイナミックレンジ変換手段は、第２逆光電変換手段と、ゲイン調整手段と、第２光電変換手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、ダイナミックレンジ変換装置は、ＨＬＧ方式のＨＤＲの映像信号を、色再現性を補正した変換映像信号に変換する。
そして、ダイナミックレンジ変換装置は、第２逆光電変換手段によって、ＯＥＴＦ_ＨＬＧの逆関数（ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧ）の特性を与えることで、ＨＬＧ方式の映像信号をシーン光に対応する信号に変換する。
また、ダイナミックレンジ変換装置は、ゲイン調整手段によって、第２逆光電変換手段で変換された信号を、着目する被写体がＳＤＲの映像信号のダイナミックレンジで適切に表現可能な信号レベルにゲイン調整する。
そして、ダイナミックレンジ変換装置は、第２光電変換手段によって、ゲイン調整手段でゲイン調整された信号に対して、ＳＤＲ方式のＯＥＴＦ（以下、ＯＥＴＦ_ＳＤＲ）による変換を行う。

このように、ダイナミックレンジ変換装置は、ＨＬＧ方式のＨＤＲの映像信号を、色再現性を補正した映像信号に変換した後、ＳＤＲの映像信号に変換する。これによって、ダイナミックレンジ変換装置は、ＨＤＲの映像信号から、従来のＳＤＲ映像の色再現性との差が小さいＳＤＲの映像信号を生成することができる。
また、ダイナミックレンジ変換装置は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるためのダイナミックレンジ変換プログラムにより動作させることができる。

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、同一被写体を撮像したＨＬＧ方式のＨＤＲの映像とＳＤＲの映像とで、輝度の再現範囲が異なっても、中間階調以下の色再現性の差を小さくすることが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る映像信号変換装置の特性を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態に係る映像信号変換装置の構成を示すブロック構成図である。 本発明の第１実施形態に係る映像信号変換装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る映像信号変換装置の変形例の構成を示すブロック構成図である。 ３次元ルックアップテーブル（３Ｄ−ＬＵＴ）の対応付けを説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態に係るダイナミックレンジ変換装置の特性を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態に係るダイナミックレンジ変換装置の構成を示すブロック構成図である。 本発明の第２実施形態に係るダイナミックレンジ変換装置の変形例の構成を示すブロック構成図である。 従来のＨＬＧ方式の撮像装置と表示装置との関係を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
≪第１実施形態：映像信号変換装置≫
まず、本発明の第１実施形態に係る映像信号変換装置について説明する。
以下、本発明の第１実施形態に係る映像信号変換装置について、その特性を説明した後、具体的な映像信号変換装置の構成および動作について順次説明する。

＜映像信号変換装置の特性＞
まず、図１を参照して、映像信号変換装置１の特性を説明する。
映像信号変換装置１は、ＨＬＧ方式の映像信号Ｅ′_ＨＬＧを、システムガンマをＲＧＢ（３原色：赤緑青）の各色成分に適用する表示装置で表示する場合と同等の映像に補正した変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}に変換するものである。なお、映像信号Ｅ′_ＨＬＧは、図９に示したＨＤＲ（ＨＬＧ方式）用撮像装置５で撮像されたＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の映像信号である。
図１に示すように、映像信号変換装置１は、ＥＯＴＦ_{ＨＬＧ−ＲＧＢ}とＥＯＴＦ^−１ _ＨＬＧとにより、映像信号Ｅ′_ＨＬＧを変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}に変換する。

ＥＯＴＦ_{ＨＬＧ−ＲＧＢ}は、映像信号Ｅ′_ＨＬＧから、ＲＧＢ別にシステムガンマを適用した表示光に対応する信号Ｌｄ_ＲＧＢを生成する伝達関数である。このＥＯＴＦ_{ＨＬＧ−ＲＧＢ}は、ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧとＯＯＴＦ_{ＨＬＧ−ＲＧＢ}とで構成される。
ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧは、映像信号Ｅ′_ＨＬＧをシーン光に対応する信号に変換する伝達関数である。
ＯＯＴＦ_{ＨＬＧ−ＲＧＢ}は、ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧで変換したシーン光に対応する信号に対して、ＲＧＢ別にシステムガンマを適用した場合の表示光に対応する信号Ｌｄ_ＲＧＢを生成する伝達関数である。

ＥＯＴＦ^−１ _ＨＬＧは、ＨＤＲ（ＨＬＧ方式）用表示装置６のＥＯＴＦ（ＥＯＴＦ_ＨＬＧ）の逆変換を行う伝達関数である。ＨＤＲ用表示装置６はＨＬＧ方式の映像信号を表示するものであり、その伝達関数ＥＯＴＦ_ＨＬＧは、ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧとＯＯＴＦ_ＨＬＧとで構成され、この逆変換を行う伝達関数ＥＯＴＦ^−１ _ＨＬＧは、ＯＯＴＦ^−１ _ＨＬＧとＯＥＴＦ_ＨＬＧとで構成される。
ＯＯＴＦ^−１ _ＨＬＧは、システムガンマを輝度成分に適用するＨＤＲ用表示装置６のＯＯＴＦ_ＨＬＧの逆関数である。
ＯＥＴＦ_ＨＬＧは、シーン光に対応する信号からＨＬＧ方式の映像信号を生成する伝達関数である。

このように、映像信号変換装置１は、ＥＯＴＦ_{ＨＬＧ−ＲＧＢ}により生成されるＲＧＢ別にシステムガンマが適用された表示光に対応する信号Ｌｄ_ＲＧＢに対して、ＥＯＴＦ^−１ _ＨＬＧにより、ＨＤＲ用表示装置６の逆変換の処理を行う。
すなわち、ＨＤＲ用表示装置６によって表示される表示光に対応する信号Ｌｄは、ＲＧＢ別にシステムガンマが適用された表示光に対応する信号Ｌｄ_ＲＧＢと一致することになる。

＜映像信号変換装置の構成＞
次に、図２を参照して、映像信号変換装置１の具体的な構成について説明する。
図２に示すように、映像信号変換装置１は、逆光電変換手段１０と、色成分別システムガンマ手段１１と、輝度成分逆システムガンマ手段１２と、光電変換手段１３と、を備える。

逆光電変換手段１０は、ＨＬＧ方式のＨＤＲの映像信号Ｅ′_ＨＬＧを、シーン光に対応する信号に変換するものである。
この逆光電変換手段１０は、映像信号Ｅ′_ＨＬＧのレベル範囲を［０：１］としたとき、信号レベルの中央（１／２）を境として、“０”〜“１／２”のレベル範囲（低輝度部）で平方根特性を有するＨＬＧ方式の映像信号に対してその逆特性、すなわち、二乗特性を与える。また、逆光電変換手段１０は、“１／２”〜“１”のレベル範囲（高輝度部）で対数特性を有するＨＬＧ方式の映像信号に対してその逆特性、すなわち、指数関数特性を与える。これによって、逆光電変換手段１０は、ＨＬＧ方式の映像信号Ｅ′_ＨＬＧをシーン光に対応する信号に変換する。この逆光電変換手段１０の処理は、図１に示したＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧの処理に相当する。
具体的には、逆光電変換手段１０は、以下の式（１）により、映像信号Ｅ′_ＨＬＧをシーン光に対応する信号Ｅ_ＨＬＧに変換する。

ここで、ａ＝０．１７８８３２７７、ｂ＝１−４ａ＝０．２８４６６８９２、ｃ＝０．５−ａ・ｌｎ（４ａ）＝０．５５９９１０７３である。
なお、映像信号Ｅ′_ＨＬＧは画素ごとにＲＧＢの色信号｛Ｒ_Ｓ′，Ｇ_Ｓ′，Ｂ_Ｓ′｝で構成され（Ｅ′_ＨＬＧ＝｛Ｒ_Ｓ′，Ｇ_Ｓ′，Ｂ_Ｓ′｝）、逆光電変換手段１０は、それぞれの色信号ごとに前記式（１）を演算し、シーン光に対応する色信号｛Ｒ_Ｓ，Ｇ_Ｓ，Ｂ_Ｓ｝で構成される信号Ｅ_ＨＬＧを生成する。
逆光電変換手段１０は、変換後の信号Ｅ_ＨＬＧ｛Ｒ_Ｓ，Ｇ_Ｓ，Ｂ_Ｓ｝を、色成分別システムガンマ手段１１に出力する。

色成分別システムガンマ手段１１は、逆光電変換手段１０で変換されたシーン光に対応する信号に対して、色成分ごとにシステムガンマを適用するものである。
この色成分別システムガンマ手段１１は、図９に示したＨＬＧ方式のＨＤＲ用表示装置６におけるシステムガンマγの値を用いて、映像信号の色成分ごとにべき乗演算を行うことで、色成分ごとにシステムガンマを適用する。この色成分別システムガンマ手段１１の処理は、図１に示したＯＯＴＦ_{ＨＬＧ−ＲＧＢ}の処理に相当する。

具体的には、色成分別システムガンマ手段１１は、以下の式（２）により、シーン光に対応する信号Ｅ_ＨＬＧの色信号｛Ｒ_Ｓ，Ｇ_Ｓ，Ｂ_Ｓ｝に対して、システムガンマγの値を用いてべき乗演算を行うことで、ＲＧＢ別にシステムガンマが適用された場合の表示光に対応する信号Ｌｄ_ＲＧＢの色信号｛Ｒ_Ｄ，Ｇ_Ｄ，Ｂ_Ｄ｝を生成する。

色成分別システムガンマ手段１１は、色信号｛Ｒ_Ｄ，Ｇ_Ｄ，Ｂ_Ｄ｝で構成される表示光に対応する信号Ｌｄ_ＲＧＢを、輝度成分逆システムガンマ手段１２に出力する。

輝度成分逆システムガンマ手段１２は、色成分別システムガンマ手段１１で色成分ごとにシステムガンマが適用された表示光に対応する信号に対して、輝度成分に対するシステムガンマの逆処理を適用するものである。
この輝度成分逆システムガンマ手段１２は、図９に示したＨＬＧ方式のＨＤＲ用表示装置６でシステムガンマが輝度成分に適用されるＯＯＴＦ_ＨＬＧの逆処理に相当する処理を行う。この輝度成分逆システムガンマ手段１２の処理は、図１に示したＯＯＴＦ^−１ _ＨＬＧの処理に相当する。

映像信号の輝度成分は、ＲＧＢの輝度寄与率に応じた加重和として得ることができる。すなわち、Ｒの輝度寄与率をＣ_Ｒ（例えば、０．２６２７），Ｇの輝度寄与率をＣ_Ｇ（例えば、０．６７８０）、Ｂの輝度寄与率をＣ_Ｂ（例えば、０．０５９３）としたとき、輝度成分Ｙ_Ｄは、以下の式（３）によって得られる。

そこで、輝度成分逆システムガンマ手段１２は、以下の式（４）により、表示光に対応する信号Ｌｄ_ＲＧＢの色信号｛Ｒ_Ｄ，Ｇ_Ｄ，Ｂ_Ｄ｝ごとに、システムガンマγの値を用いて、輝度成分に対するシステムガンマの逆処理を行って、色信号｛Ｒ_ｍ，Ｇ_ｍ，Ｂ_ｍ｝を生成する。

ここで、βは表示装置が備えるブライトネス調整であって、適宜外部から設定可能な値である。なお、ブライトネス調整を行わない場合、あるいは、ブライトネス調整値が未知の場合はβ＝０とすればよい。
輝度成分逆システムガンマ手段１２は、処理後の色信号｛Ｒ_ｍ，Ｇ_ｍ，Ｂ_ｍ｝で構成される信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}を、光電変換手段１３に出力する。

光電変換手段１３は、輝度成分逆システムガンマ手段１２で輝度成分に対するシステムガンマの逆処理が施された信号を、ＨＬＧ方式の映像信号に変換するものである。
この光電変換手段１３は、図１に示したＯＥＴＦ_ＨＬＧの処理に相当する。

すなわち、光電変換手段１３は、映像信号のレベル範囲を［０：１］としたとき、“０”〜“１／１２”のレベル範囲の映像信号に対して平方根特性を与える。また、光電変換手段１３は、“１／１２”〜“１”のレベル範囲の映像信号に対して対数特性を与える。これによって、光電変換手段１３は、信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}をＨＬＧ方式の変換映像信号に変換する。
具体的には、光電変換手段１３は、以下の式（５）により、信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}をＨＬＧ方式の変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}に変換する。

ここで、ｌｎ（ｘ）はｘの自然対数を示し、ａ＝０．１７８８３２７７、ｂ＝１−４ａ＝０．２８４６６８９２、ｃ＝０．５−ａ・ｌｎ（４ａ）＝０．５５９９１０７３である。
なお、信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}は画素ごとにＲＧＢの色信号｛Ｒ_ｍ，Ｇ_ｍ，Ｂ_ｍ｝で構成され（Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}＝｛Ｒ_ｍ，Ｇ_ｍ，Ｂ_ｍ｝）、光電変換手段１３は、それぞれの色信号ごとに前記式（５）を演算し、色信号｛Ｒ_ｍ′，Ｇ_ｍ′，Ｂ_ｍ′｝で構成される変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}を生成する。

以上説明したように映像信号変換装置１は、ＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の映像を、システムガンマが色成分別に適用されるＳＤＲ映像表示装置が表示するＳＤＲの映像との色再現性の差が小さい映像に変換することができる。
なお、映像信号変換装置１は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるためのプログラム（映像信号変換プログラム）により動作させることができる。

＜映像信号変換装置の動作＞
次に、図３を参照（構成については適宜図２参照）して、映像信号変換装置１の動作について説明する。
図３に示すように、映像信号変換装置１は、外部から、ＨＬＧ方式の映像信号Ｅ′_ＨＬＧを入力する（ステップＳ１）。

そして、映像信号変換装置１は、逆光電変換手段１０によって、映像信号Ｅ′_ＨＬＧの各画素のＲＧＢごとに、信号レベルが１／２以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
ここで、信号レベルが１／２以下である場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、逆光電変換手段１０は、前記式（１）の上段式により、映像信号Ｅ′_ＨＬＧに対して二乗特性変換を行う（ステップＳ３）。
一方、信号レベルが１／２よりも大きい場合（ステップＳ２でＮｏ）、逆光電変換手段１０は、前記式（１）の下段式により、映像信号Ｅ′_ＨＬＧに対して指数関数特性変換を行う（ステップＳ４）。

そして、映像信号変換装置１は、色成分別システムガンマ手段１１によって、ステップＳ３またはステップＳ４で変換された信号Ｅ_ＨＬＧのそれぞれの色信号｛Ｒ_Ｓ，Ｇ_Ｓ，Ｂ_Ｓ｝に対して、前記式（２）により、システムガンマを適用する（ステップＳ５）。

そして、映像信号変換装置１は、輝度成分逆システムガンマ手段１２によって、ステップＳ５で色成分別にシステムガンマが適用された色信号｛Ｒ_Ｄ，Ｇ_Ｄ，Ｂ_Ｄ｝から、前記式（３）により、輝度成分Ｙ_Ｄを算出する（ステップＳ６）。
さらに、映像信号変換装置１は、輝度成分逆システムガンマ手段１２によって、前記式（４）により、色信号｛Ｒ_Ｄ，Ｇ_Ｄ，Ｂ_Ｄ｝に対して逆システムガンマを適用し、色信号｛Ｒ_ｍ，Ｇ_ｍ，Ｂ_ｍ｝を生成する（ステップＳ７）。

そして、映像信号変換装置１は、ステップＳ７で生成された信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}｛Ｒ_ｍ，Ｇ_ｍ，Ｂ_ｍ｝の各画素のＲＧＢごとに、信号レベルが１／１２以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
ここで、信号レベルが１／１２以下である場合（ステップＳ８でＹｅｓ）、光電変換手段１３は、前記式（５）の上段式により、信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}に対して平方根特性変換を行う（ステップＳ９）。
一方、信号レベルが１／１２よりも大きい場合（ステップＳ８でＮｏ）、光電変換手段１３は、前記式（５）の下段式により、信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}に対して対数特性変換を行う（ステップＳ１０）。

そして、映像信号変換装置１は、ステップＳ９またはステップＳ１０で変換された変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}を、外部、具体的には、ＨＬＧ方式の表示装置に出力する（ステップＳ１１）。
そして、映像信号変換装置１は、外部から映像信号が入力される間（ステップＳ１２でＹｅｓ）、ステップＳ１に戻って動作を継続する。一方、映像信号変換装置１は、外部から映像信号の入力がなくなった段階（ステップＳ１２でＮｏ）で、動作を終了する。
以上の動作によって、映像信号変換装置１は、ＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の映像を、システムガンマが色成分別に適用されるＳＤＲ映像表示装置が表示するＳＤＲの映像の色再現性との差が小さい映像に変換することができる。

以上、本発明の第１実施形態に係る映像信号変換装置１は、入力したＨＬＧ方式の映像信号Ｅ′_ＨＬＧを逐次変換し、変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}を生成するものである。
なお、映像信号変換装置は、映像信号変換装置１が生成する映像信号Ｅ′_ＨＬＧと変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}との対応関係を予めルックアップテーブルに記憶しておき、入力したＨＬＧ方式の映像信号Ｅ′_ＨＬＧに対応する変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}を、ルックアップテーブルから探索して出力することとしてもよい。

このようなルックアップテーブルを用いた映像信号変換装置は、図４に示す映像信号変換装置１Ｂとして構成することができる。
図４に示すように、映像信号変換装置１Ｂは、ルックアップテーブル記憶手段１４と、色変換手段１５と、を備える。

ルックアップテーブル記憶手段１４は、図１の映像信号変換装置１におけるＨＬＧ方式の映像信号Ｅ′_ＨＬＧのＲＧＢ値と変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}のＲＧＢ値と、を対応付けたルックアップテーブルを記憶するものである。このルックアップテーブル記憶手段１４は、ハードディスク、半導体メモリ等の一般的な記憶媒体で構成することができる。
ルックアップテーブルは、図５に示すように、映像信号Ｅ′_ＨＬＧの色信号｛Ｒ_Ｓ′，Ｇ_Ｓ′，Ｂ_Ｓ′｝を３次元座標軸とし、３次元空間に変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}の色信号｛Ｒ_ｍ′，Ｇ_ｍ′，Ｂ_ｍ′｝を対応付けた３次元ルックアップテーブル（３Ｄ−ＬＵＴ）で構成することができる。
なお、３Ｄ−ＬＵＴにおいて、映像信号Ｅ′_ＨＬＧの色信号｛Ｒ_Ｓ′，Ｇ_Ｓ′，Ｂ_Ｓ′｝は、必ずしもすべての値を網羅する必要はなく、サンプリングした値でよい。

色変換手段１５は、入力された映像信号Ｅ′_ＨＬＧの色信号｛Ｒ_Ｓ′，Ｇ_Ｓ′，Ｂ_Ｓ′｝に対応する変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}の色信号｛Ｒ_ｍ′，Ｇ_ｍ′，Ｂ_ｍ′｝を、ルックアップテーブル記憶手段１４上で探索し、色信号の変換を行うものである。
この色変換手段１５は、探索した色信号｛Ｒ_ｍ′，Ｇ_ｍ′，Ｂ_ｍ′｝で構成される変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}を、順次出力する。

なお、ルックアップテーブルを離散的にサンプリングしたテーブルとした場合、色変換手段１５は、入力された映像信号Ｅ′_ＨＬＧの色信号｛Ｒ_Ｓ′，Ｇ_Ｓ′，Ｂ_Ｓ′｝に対応する変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}の色信号｛Ｒ_ｍ′，Ｇ_ｍ′，Ｂ_ｍ′｝を補間により算出する。
この３次元ルックアップテーブ（３Ｄ−ＬＵＴ）における補間は、体積補間法等の公知のルックアップテーブル補間手法を用いることができる。
このように映像信号変換装置１Ｂを構成することで、映像信号変換装置１Ｂは、ＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の映像を、システムガンマが色成分別に適用されるＳＤＲ映像表示装置が表示するＳＤＲの映像の色再現性との差が小さい映像に変換することができる。

≪第２実施形態：ダイナミックレンジ変換装置≫
次に、本発明の第２実施形態に係るダイナミックレンジ変換装置について説明する。
以下、本発明の第２実施形態に係るダイナミックレンジ変換装置について、その特性を説明した後、具体的なダイナミックレンジ変換装置の構成について説明する。

＜ダイナミックレンジ変換装置の特性＞
まず、図６を参照して、ダイナミックレンジ変換装置１００の特性を説明する。
ダイナミックレンジ変換装置１００は、ＨＬＧ方式の映像信号Ｅ′_ＨＬＧを、ＳＤＲの映像信号Ｅ′_ＳＤＲに変換するものである。なお、映像信号Ｅ′_ＨＬＧは、図９に示したＨＤＲ（ＨＬＧ方式）用撮像装置５で撮像されたＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の映像信号である。

図６に示すように、ダイナミックレンジ変換装置１００は、映像信号変換装置１と、ダイナミックレンジ変換手段２と、を備える。映像信号変換装置１は、図１で説明した映像信号変換装置１と同じものである。ダイナミックレンジ変換手段２は、ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧとＧａｉｎとＯＥＴＦ_ＳＤＲとにより、映像信号変換装置１で色再現性が補正されたＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}をＳＤＲの映像信号Ｅ′_ＳＤＲに変換するものである。

ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧは、変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}をシーン光に対応する信号に変換する伝達関数である。
Ｇａｉｎは、ＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧでシーン光に対応する信号に変換された信号のゲインを調整するものであり、撮像装置のアイリス調整に相当する。
ＯＥＴＦ_ＳＤＲは、ゲイン調整された信号を、ＳＤＲの信号に変換する伝達関数である。
このように、ダイナミックレンジ変換装置１００は、映像信号変換装置１によって、システムガンマが色成分別に適用されるＳＤＲ映像表示装置が表示するＳＤＲの映像の色再現性との差が小さい信号に変換されたＨＬＧ方式の変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}を、ダイナミックレンジ変換手段２によって、ＳＤＲの映像信号Ｅ′_ＳＤＲに変換する。

＜ダイナミックレンジ変換装置の構成＞
次に、図７を参照して、ダイナミックレンジ変換装置１００の具体的な構成について説明する。
図７に示すように、ダイナミックレンジ変換装置１００は、映像信号変換装置１と、ダイナミックレンジ変換手段２と、を備える。映像信号変換装置１は、図２で説明した映像信号変換装置１と同じものであるため説明を省略する。

ダイナミックレンジ変換手段２は、第２逆光電変換手段２０と、ゲイン調整手段２１と、第２光電変換手段２２と、を備える。
第２逆光電変換手段２０は、映像信号変換装置１で色再現性が補正されたＨＬＧ方式の変換映像信号Ｅ′_{ＨＬＧＭＯＤ}を、シーン光に対応する信号に変換するものである。
この第２逆光電変換手段２０は、逆光電変換手段１０（図２）と同じものである。すなわち、第２逆光電変換手段２０は、前記式（１）において、Ｅ′_ＨＬＧをＥ′_{ＨＬＧＭＯＤ}、Ｅ_ＨＬＧをＥ_{ＨＬＧＭＯＤ}にそれぞれ置き換えた式によって変換を行う。この第２逆光電変換手段２０の処理は、図６に示したダイナミックレンジ変換手段２のＯＥＴＦ^−１ _ＨＬＧの処理に相当する。
第２逆光電変換手段２０は、変換した信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}｛Ｒ_ｍ，Ｇ_ｍ，Ｂ_ｍ｝を、ゲイン調整手段２１に出力する。

ゲイン調整手段２１は、変換した信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}を、着目する被写体がＳＤＲの映像信号のダイナミックレンジで適切な色、明るさで表現可能な信号レベルにゲイン調整するものである。
このゲイン調整手段２１は、外部から設定されるゲイン係数に応じてゲイン調整を行う。すなわち、ゲイン調整手段２１は、以下の式（６）によって、信号Ｅ_{ＨＬＧＭＯＤ}の色信号｛Ｒ_ｍ，Ｇ_ｍ，Ｂ_ｍ｝のそれぞれにゲイン係数ｇを乗算することで、ゲイン調整した信号Ｅ_ＳＤＲ｛Ｒ_ＳＤＲ，Ｇ_ＳＤＲ，Ｂ_ＳＤＲ｝を生成する。

このゲイン調整手段２１は、ゲイン調整した信号Ｅ_ＳＤＲ｛Ｒ_ＳＤＲ，Ｇ_ＳＤＲ，Ｂ_ＳＤＲ｝を第２光電変換手段２２に出力する。

第２光電変換手段２２は、ゲイン調整手段２１でゲイン調整された映像信号を、ＳＤＲ方式の映像信号に変換するものである。
なお、この第２光電変換手段２２には、ＩＴＵ−Ｒの勧告ＢＴ．２０２０に記載の光−電気伝達関数を用いればよい。
具体的には、第２光電変換手段２２は、以下の式（７）により、信号Ｅ_ＳＤＲを映像信号Ｅ′_ＳＤＲに変換する。

ここで、ＲＧＢの各ビット数が１０ビットの場合、α＝１．０９９、β＝０．０１８であり、ＲＧＢの各ビット数が１２ビットの場合、α＝１．０９９３、β＝０．０１８１である。
この信号Ｅ_ＳＤＲは画素ごとにＲＧＢの色信号｛Ｒ_ＳＤＲ，Ｇ_ＳＤＲ，Ｂ_ＳＤＲ｝で構成され、第２光電変換手段２２は、それぞれの色信号ごとに前記式（６）を演算し、色信号｛Ｒ′_ＳＤＲ，Ｇ′_ＳＤＲ，Ｂ′_ＳＤＲ｝で構成されるＳＤＲの映像信号Ｅ′_ＳＤＲを生成する。

なお、第２光電変換手段２２の変換関数に、一般的なＳＤＲ用の撮像装置と同様に、映像の高輝度部分を圧縮する「ニー（ＫＮＥＥ）」を与える特性を含めてもよい。

以上説明したようにダイナミックレンジ変換装置１００を構成することで、ダイナミックレンジ変換装置１００は、ＨＬＧ方式のＨＤＲの映像をＳＤＲの映像に変換することができる。このダイナミックレンジ変換装置１００で変換した映像をＳＤＲの表示装置で表示した場合と、元のＨＤＲの映像をＨＤＲ（ＨＬＧ方式）の表示装置で表示した場合とで、色再現性の差を小さくすることができる。
このダイナミックレンジ変換装置１００は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるためのプログラム（ダイナミックレンジ変換プログラム）により動作させることができる。

なお、ダイナミックレンジ変換装置１００の動作は、図３で説明した映像信号変換装置１の動作後に、第２逆光電変換手段２０による変換、ゲイン調整手段２１によるゲイン調整、第２光電変換手段２２による変換を行えばよく、詳細な動作の説明は省略する。

以上、本発明の第２実施形態に係るダイナミックレンジ変換装置１００について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
例えば、ダイナミックレンジ変換装置１００の映像信号変換装置１を、図４で説明した映像信号変換装置１Ｂに置き換えて構成してもよい。

また、ここでは、ダイナミックレンジ変換装置１００は、映像信号変換装置１とダイナミックレンジ変換手段２とで構成した。しかし、図８に示すように、ダイナミックレンジ変換装置１００から、相互に逆変換の処理を行う、映像信号変換装置１の光電変換手段１３とダイナミックレンジ変換手段２の第２逆光電変換手段２０とを省いて、ダイナミックレンジ変換装置１００Ｂとして構成してもよい。

１，１Ｂ 映像信号変換装置
１０ 逆光電変換手段
１１ 色成分別システムガンマ手段
１２ 輝度成分逆システムガンマ手段
１３ 光電変換手段
１４ ルックアップテーブル記憶手段
１５ 色変換手段
１００，１００Ｂ ダイナミックレンジ変換装置
２ ダイナミックレンジ変換手段
２０ 第２逆光電変換手段
２１ ゲイン調整手段
２２ 第２光電変換手段
５ ＨＤＲ用撮像装置
６ ＨＤＲ用表示装置

Claims (6)

1. ＨＬＧ方式の映像信号の色再現性を補正する映像信号変換装置であって、
   前記ＨＬＧ方式の光−電気伝達関数の逆関数により、前記ＨＬＧ方式の映像信号をシーン光に対応する信号に変換する逆光電変換手段と、
   この逆光電変換手段で変換された信号のＲＧＢの各色成分にシステムガンマを適用する色成分別システムガンマ手段と、
   前記ＨＬＧ方式の光−光伝達関数の逆関数により、前記色成分別システムガンマ手段で色成分別にシステムガンマが適用された信号に対して、輝度成分に対するシステムガンマの逆特性を適用する輝度成分逆システムガンマ手段と、
   前記光−電気伝達関数により、前記輝度成分逆システムガンマ手段で変換された信号からＨＬＧ方式の映像信号を生成する光電変換手段と、
   を備えることを特徴とする映像信号変換装置。
2. ＨＬＧ方式の映像信号の色再現性を補正する映像信号変換装置であって、
   前記ＨＬＧ方式の光−電気伝達関数の逆関数により、前記ＨＬＧ方式の映像信号をシーン光に対応する信号に変換し、逆光電変換された信号のＲＧＢの各色成分にシステムガンマを適用した後、前記ＨＬＧ方式の光−光伝達関数の逆関数による輝度成分に対するシステムガンマの逆特性と前記光−電気伝達関数による光電変換とを行うことで変換したＲＧＢ値と変換前のＲＧＢ値とを対応付けたルックアップテーブルを予め記憶するルックアップテーブル記憶手段と、
   前記ルックアップテーブルを参照して、入力された前記ＨＬＧ方式の映像信号を変換する色変換手段と、
   を備えることを特徴とする映像信号変換装置。
3. コンピュータを、請求項１または請求項２に記載の映像信号変換装置として機能させるための映像信号変換プログラム。
4. ＨＬＧ方式のＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換するダイナミックレンジ変換装置であって、
   請求項１または請求項２に記載の映像信号変換装置と、
   この映像信号変換装置で変換されたＨＤＲの映像信号を前記ＳＤＲの映像信号に変換するダイナミックレンジ変換手段と、を備え、
   前記ダイナミックレンジ変換手段は、
   前記ＨＬＧ方式の光−電気伝達関数の逆関数により、前記映像信号変換装置で変換されたＨＤＲの映像信号をシーン光に対応する信号に変換する第２逆光電変換手段と、
   この第２逆光電変換手段で変換された信号に対して、ゲイン調整を行うゲイン調整手段と、
   このゲイン調整手段でゲイン調整された信号に対して、ＳＤＲ方式の光−電気伝達関数による光電変換を行う第２光電変換手段と、
   を備えることを特徴とするダイナミックレンジ変換装置。
5. ＨＬＧ方式のＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換するダイナミックレンジ変換装置であって、
   前記ＨＬＧ方式の光−電気伝達関数の逆関数により、前記ＨＤＲの映像信号をシーン光に対応する信号に変換する逆光電変換手段と、
   この逆光電変換手段で変換された信号のＲＧＢの各色成分にシステムガンマを適用する色成分別システムガンマ手段と、
   前記ＨＬＧ方式の光−光伝達関数の逆関数により、前記色成分別システムガンマ手段で色成分別にシステムガンマを適用された信号に対して、輝度成分に対するシステムガンマの逆特性を適用する輝度成分逆システムガンマ手段と、
   この輝度成分逆システムガンマ手段で変換された信号に対して、ゲイン調整を行うゲイン調整手段と、
   このゲイン調整手段でゲイン調整された映像信号に対して、ＳＤＲ方式の光−電気伝達関数により光電変換を行う第２光電変換手段と、
   を備えることを特徴とするダイナミックレンジ変換装置。
6. コンピュータを、請求項４または請求項５に記載のダイナミックレンジ変換装置として機能させるためのダイナミックレンジ変換プログラム。

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