WO2017163685A1

WO2017163685A1 - 映像処理装置、表示装置、映像処理方法、制御プログラム、および記録媒体

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Publication number: WO2017163685A1
Application number: PCT/JP2017/005763
Authority: WO
Inventors: 下田　裕紀; 神田　貴史
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2017-09-28

Abstract

ＳＤＲ信号に対応した表示装置においても、ＨＤＲ信号が示す階調特性を、効率的に、表示装置に適した階調特性に変換し、表示品位を向上する。映像処理装置（２）は、映像信号に含まれるメタデータが示す最大輝度レベルよりも低い仮想最大輝度レベルを設定する仮想最大輝度レベル設定部（４）と、映像信号において各画素が取る階調値のうち、仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を変換する階調値変換部（５）と、を備えている。

Description

映像処理装置、表示装置、映像処理方法、制御プログラム、および記録媒体

　本発明は、ＨＤＲ信号の階調値を変換する映像処理装置等に関する。

　近年、高画質化技術の１つとして、ＳＤＲ（Standard Dynamic Range）信号よりも、階調数（取り得る階調値の個数）が多く、かつ、より高輝度の情報を含むＨＤＲ（High Dynamic Range）信号が注目を集めている。ＨＤＲ信号を用いることより、従来よりも高輝度かつ高コントラストな迫力のある映像を得ることができる。

　ＳＤＲ信号は、γ２．２相当等のＥＯＴＦ（Electro-Optical Transfer Function）を有する再生環境（以下、「ＳＤＲ環境」と記載）での再生を前提として製作されているのに対して、ＨＤＲ信号は、ＳＭＰＴＥ－ＳＴ２０８４（以下、「ＳＴ２０８４」と略記）等のＥＯＴＦを有する再生環境（以下、「ＳＤＲ環境」と記載）での再生を前提として製作されている。このため、ＳＤＲ環境でＨＤＲ信号を再生すると、得られる映像の輝度が製作者の意図した輝度と異なってしまう。

　このような問題を回避するための方法としては、例えば、ＳＤＲ環境でＨＤＲ信号を表示する前に、ＨＤＲ信号で各画素が取る階調値を、ＨＤＲ環境において作成者の意図した輝度に対応する第１の階調値から、ＳＤＲ環境において作成者の意図した輝度に対応する第２の階調値に変換することなどが考えられる。例えば、ＨＤＲ環境におけるＥＯＴＦをｆ、ＳＤＲ環境におけるＥＯＴＦをｇとすると、この変換は、第１の階調値ｘを、第２の階調値ｙ＝ｇ^－１（ｆ（ｘ））に対応させるマッピングとなる。

　再生環境のＥＯＴＦ又はガンマカーブに関連する技術を開示した文献としては、例えば、特許文献１～２が挙げられる。特許文献１には、入力映像信号の平均輝度レベル及びγ調整値によりダイナミックレンジ拡大前後の平均輝度レベルの変化幅を毎フレーム変化させることにより、バックライトの調光制御を行う液晶表示装置が開示されている。

　特許文献２には、入力映像信号を所定の走査線数を有する信号に走査変換する走査変換部と、この走査変換部からの信号をガンマ補正するガンマ補正部と、入力映像信号から信号レベルを検出し、この検出信号によりガンマ補正部を制御するレベル検出部とを備え、入力信号レベルに応じて平均輝度を制御するプラズマディスプレイが開示されている。

日本国公開特許公報「　特開２００２－１０８３０５号公報（２００２年４月１０日公開）」日本国公開特許公報「　特開２００２－３５４３７８号公報（２００２年１２月６日公開）」

　上述したように、ＨＤＲ信号は、ＳＤＲ信号よりも高輝度の情報を含むように構成されているため、ＨＤＲ信号のＥＯＴＦは、ＳＤＲ信号のものと異なる。したがって、ＨＤＲ信号で各画素が取る階調値を変換する際に、ＨＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域全体をＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域にマッピングしようとすると、階調値の縮退（異なる階調値が同一の階調値にマッピングされることを指す）が生じることがある。特に、ＳＭＰＴＥ－ＳＴ２０８４等のＨＤＲ用のＥＯＴＦでは、暗部における僅かな明暗の違いを表現するべく、単位輝度差あたり階調数が低輝度領域において特に大きくなっている。このため、このようなマッピングによりＨＤＲ信号で各画素が取る階調値を変換すると、低輝度領域において階調値の縮退が生じ易い。

　このような問題を解決するための方法としては、ＨＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域のうち、コンテンツの最大輝度レベル以下の輝度レベルに対応する範囲を、ＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域にマッピングする方法が考えられる。ＨＤＲ信号で各画素は１００００ｃｄ/ｍ^２以下の輝度に対応する階調値を取り得るが、これらの階調値の全部が実際のコンテンツで使われるわけではない。このため、このようなマッピングによりＨＤＲ信号で各画素が取る画素値を変換すれば、黒潰れの抑制、階調値の縮退の抑制を行うことができる。なお、ＨＤＲ信号には、ＭＡＸ＿ＣＬＬ（Maximum Content Light Level）と呼ばれる、コンテンツの最大輝度を表すメタデータが含まれている。コンテンツの最大輝度は、このメタデータを参照することにより特定することが可能である。

　しかしながら、コンテンツの最大輝度レベルは、ある特定のシーンの、ある特定のフレームの、ある特定の画素の輝度レベルである。したがって、この特定のフレーム以外のフレーム、あるいは、この特定のシーン以外のシーンでは、実際に使われない階調値がＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域にマッピングされてしまっていることになる。すなわち、ＨＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域のうち、コンテンツの最大輝度レベル以下の輝度レベルに対応する範囲を、ＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域にマッピングする方法には、低輝度領域において生じ得る階調値の縮退を更に抑制する余地が残されている。

　本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＨＤＲ信号の階調値を変換する階調値変換装置であって、低輝度領域において生じ得る階調値の縮退を更に抑制された階調値変換装置を実現することである。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る映像処理装置は、第１の映像フォーマットよりも輝度範囲の広い第２の映像フォーマットに従う映像信号において各画素が取る階調値を変換する映像処理装置であって、上記映像信号において各画素が取る階調値を参照することによって、上記映像信号に含まれるメタデータが示す最大輝度レベルよりも低い仮想最大輝度レベルを設定する仮想最大輝度レベル設定部と、上記映像信号において各画素が取る階調値のうち、上記仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を変換する階調値変換部と、を備えている。

　また、本発明の一態様に係る映像処理方法は、第１の映像フォーマットよりも輝度範囲の広い第２の映像フォーマットに従う映像信号において各画素が取る階調値を変換する映像処理方法であって、上記映像信号において各画素が取る階調値を参照することによって、上記映像信号に含まれるメタデータが示す最大輝度レベルよりも低い仮想最大輝度レベルを設定する仮想最大輝度レベル設定ステップと、上記映像信号において各画素が取る階調値のうち、上記仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を変換する階調値変換ステップと、を含んでいる。

　本発明によれば、低輝度領域において生じ得る階調値の縮退を更に抑制された階調値変換装置を実現することができる。

本発明の実施形態１、２および３に係る階調値変換装置を備えた表示装置の構成を示すブロック図である。上記表示装置の外観を示す図である。本発明の実施形態１に係る階調値変換方法を説明するフローチャートである。本発明の実施形態１に係る階調値変換方法を説明するための図である。本発明の実施形態２に係る階調値変換方法を説明するフローチャートである。本発明の実施形態２に係る階調値変換方法を説明するための図である。本発明の実施形態３に係る階調値変換方法を説明するフローチャートである。本発明の実施形態３に係る階調値変換方法を説明するための図である。本発明の実施形態４に係る階調値変換方法を説明するための図である。本発明の実施形態５に係る階調値変換装置を備えた表示装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態５に係る階調値変換方法を説明するフローチャートである。本発明の実施形態５に係る階調値変換方法を説明するための図である。

　以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。ただし、本実施形態に記載されている構成は、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

　〔実施形態１〕
　（表示装置１）
　本発明の第１の実施形態に係る階調値変換装置（映像処理装置）２を備えた表示装置１について、図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る階調値変換装置２を備えた表示装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、表示装置１の外観を示す斜視図である。図１が示すように、表示装置１は、階調値変換装置２、パネル制御部６、および表示パネル７を備えている。

　（階調値変換装置２）
　階調値変換装置２は、ＨＤＲ信号（第２の映像フォーマットに従う映像信号）の各画素の階調値を変換する装置であり、映像データ取得部３、仮想最大輝度レベル設定部４、および階調値変換部５を備えている。映像データ取得部３は、ＨＤＲ信号を取得する。なお、映像データ取得部３が取得するＨＤＲ信号は、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface：高精細度マルチメディアインターフェース）規格に基づくＨＤＭＩ信号、Ｔｕｎｅｒ信号（チューナーによって受信した信号）およびＣＶＢＳ（Composite Video, Blanking, and Sync：コンポジット映像信号）信号等であり得る。また、ＨＤＲ信号には、各画素が取る階調値の他に、コンテンツの最大輝度レベルを示すＭＡＸ＿ＣＬＬ等のメタデータとして含まれる。仮想最大輝度レベル設定部４は、映像データ取得部３が取得したＨＤＲ信号に含まれる階調値またはメタデータを参照し、ＭＡＸ＿ＣＬＬが示す最大輝度レベルよりも値の小さい仮想最大輝度レベルをフレーム毎またはシーン毎に設定する。階調値変換部５は、仮想最大輝度レベル設定部４が設定した仮想最大輝度レベルを参照し、ＨＤＲ信号において各画素が取る階調値を、第１の階調値から第２の階調値に変換する。この際、階調値変換部５は、ＨＤＲ信号において各画素が取り得る階調値のうち、仮想最大輝度レベル設定部４が設定した仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を、ＳＤＲ信号（第１の映像フォーマットに従う映像信号）用のＥＯＴＦの定義域内の各階調値に対応させるマッピングが用いられる。

　（その他の部材）
　パネル制御部６は、表示パネル７の各画素の輝度を、ＳＤＲ用のＥＯＴＦにおいて階調値変換部５が得た階調値に対応する輝度値に制御する。これにより、ＨＤＲ信号が表す映像が本来の輝度で表示パネル７に表示される。表示パネル７は、映像の表示が可能な表示装置であればどのような装置によって実現されてもよいが、具体的な例としては、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、およびプラズマディスプレイ等が挙げられる。

　（階調値変換方法）
　本実施形態に係る階調値変換装置２により実行される階調変換処理（映像処理方法）の流れを、図３及び図４を参照して説明する。図３は、階調変換処理の流れを示すフローチャートである。図４は、階調変換処理の内容を示すグラフである。

　本実施形態に係る階調値変換装置２は、以下に説明するステップＳ０～Ｓ４をフレーム毎に実効することによって、ＨＤＲ信号を構成する各画素の階調値を、第１の階調値から第２の階調値に変換する。

　まず、映像データ取得部３は、ＨＤＲ信号を取得する（ステップＳ０）。映像データ取得部３は、取得したＨＤＲ信号において処理対象フレームを構成する各画素が取る階調値を仮想最大輝度レベル設定部４及び階調値変換部５に供給する。

　次に、仮想最大輝度レベル設定部４は、処理対象フレームを構成する各画素が取る階調値を映像データ取得部３から取得し、取得した階調値の最大値（フレーム内最大階調値）に対応する輝度値（フレーム内最大輝度値）を仮想最大輝度レベルに設定する（ステップＳ１）。図４の（ａ）に、ＨＤＲ信号における輝度値と階調値との対応関係（ＯＥＴＦ）を示す。図４の（ａ）に示すように、フレーム内最大階調値に対応するフレーム内最大輝度値は、ＭＡＣ＿ＣＬＬが示すコンテンツの最大輝度レベルよりも低くなる。したがって、本ステップにおいて設定される仮想最大輝度レベルは、ＭＡＣ＿ＣＬＬが示すコンテンツの最大輝度レベルよりも低くなる。仮想最大輝度レベル設定部４は、設定した仮想最大輝度レベルを階調値変換部５に供給する。

　次に、階調値変換部５は、処理対象フレームを構成する各画素が取る階調値を映像データ取得部３から取得し、取得した階調値を第１の階調値から第２の階調値に変換する（ステップＳ２）。この変換のために、階調値変換部５は、仮想最大輝度レベルを仮想最大輝度レベル設定部４から取得し、ＨＤＲ信号用において各画素が取り得る階調値のうち、取得した仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルｙに対応する階調値ｘを、ＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域内の各階調値Ｘに対応させるマッピングを用いる。より具体的に言うと、仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルｙに対応する階調値ｘを、ＳＤＲ信号用のＥＯＴＦにおいて輝度レベルＹ＝（ＭＡＸ＿Ｙ／ＭＡＸ＿ｙ）ｙに対応する階調値Ｘに対応させるマッピングを用いる。ここで、ＭＡＸ＿ｙは、仮想最大輝度レベルを表し、ＭＡＸ＿Ｙは、ＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの値域の最大値（表示装置の最大輝度レベルに相当）を表す。図４の（ｂ）は、変換前の輝度値ｘと階調値ｙとの関係（ＨＤＲ信号用のＯＥＴＦ）を表すグラフであり、図４の（ｃ）は、変換後の輝度値Ｘと階調値Ｙとの関係（ＳＤＲ信号用のＯＥＴＦ）を表すグラフである。階調値変換部５は、処理対象フレームを構成する各画素が取る変換後の階調値をパネル制御部６に供給する。

　次に、パネル制御部６は、処理対象フレームを構成する各画素が取る変換後の階調値を階調値変換部５から取得し、取得した階調値を輝度値に変換する（ステップＳ３）。この変換のために、パネル制御部６は、ＳＤＲ用のＥＯＴＦ、例えば、γ２．２相当のＥＯＴＦを用いる。この変換は、トーンマッピングとも呼ばれ、この変換における階調値と輝度値との対応関係は、トーンカーブとも呼ばれる。パネル制御部６は、表示パネル７を構成する各画素の輝度を、トーンマッピングにより得られた輝度値に制御する。これにより、処理対象フレームが表示パネル７に表示される（ステップＳ４）。

　以上のように、本実施形態に係る階調値変換処理では、ＨＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域のうち、仮想最大輝度レベル以下の輝度値に対応する範囲をＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域に対応付けるマッピングを用いる。仮想最大輝度レベルは、ＭＡＣ＿ＣＬＬが示す最大輝度レベルよりも低いので、ＨＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域のうち、ＭＡＸ＿ＣＬＬが示す最大輝度レベル以下の輝度値に対応する範囲をＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの定義域に対応付けるマッピングを用いる場合と比べて、黒潰れの抑制、階調値の縮退の抑制を行うことができる。

　なお、ここでは、階調値変換処理をフレーム毎に実行し、各フレームのフレーム内最大輝度値を仮想最大輝度レベルとする構成について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、レコーダ等に記録されたＨＤＲ信号を再生する場合には、階調値変換処理をシーン毎に実行し、各シーンのシーン内最大輝度値（そのシーンを構成する全てのフレームのフレーム内最大輝度値の最大値）を仮想最大輝度レベルとする構成を採用することも可能である。この場合、処理対象シーンを構成する最初のフレームの階調値変換を開始する前に、処理対象シーンを構成する全てのフレームを構成する画素が取る階調値を取得し、シーン内最大輝度値を仮想最大輝度レベルに設定することになる。また、各シーンのシーン内最大輝度値を示すメタデータがＨＤＲ信号に含まれている場合は、このメタデータを参照して仮想最大輝度レベルを設定する構成を採用することもできる。このような構成であれば、レコーダ等に記録されたＨＤＲ信号のみならず、チューナ等で受信したＨＤＲ信号に対しても階調値変換処理を施すことが可能である。

　また、各フレームのフレーム内最大輝度値そのものを仮想最大輝度レベルとする構成の代わりに、各フレームのフレーム内最大輝度値の時間平均値を仮想最大輝度レベルとする構成を採用してもよい。これにより、各フレームのフレーム内最大輝度値そのものを仮想最大輝度レベルとする構成を採用した場合に生じ得る画面のちらつきを効果的に抑制することが可能である。なお、各フレームのフレーム内輝度値の時間平均値の算出にあたっては、例えば公知の時間平均フィルタなどを用いればよい。

　〔実施形態２〕
　本発明の第２の実施形態について、図面に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、本実施形態では、図１に示す階調値変換装置２を備える表示装置１を、第１の実施形態と同様に用いる。

　図５は、本実施形態に係る階調値変換装置により実行される階調値変換処理の流れを示すフローチャートである。なお、図５に示すステップＳ１０およびステップＳ１３～Ｓ１５において実行される処理は、それぞれ、図３に示すステップＳ０およびステップＳ２～Ｓ４において実行される処理と同様である。このため、以下では、ステップＳ１１～Ｓ１２にて実行される処理について説明する。

　ステップＳ１１において、仮想最大輝度レベル設定部４は、処理対象フレームを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度値のヒストグラム生成し、生成したヒストグラムからヒスト最大値を求める。そして、ステップＳ１２において、仮想最大輝度レベル設定部４は、仮想最大輝度レベルをステップＳ１１にて求めたヒスト最大値に設定する。

　ここで、ヒスト最大値とは、処理対象フレームを構成する画素が取る階調値に対応する輝度値のうち、特異的に大きな輝度値を除く輝度値の最大値であり、ヒストグラムの平均値Ｍと標準偏差σとから算出できる量である。例えば、Ｍ＋３σは、ヒスト最大値の典型例である。

　ステップＳ１１に生成されるヒストグラムの例を図６に示す。図６に示す例では、幾つかの画素がＭＡＸ＿ＣＬＬが示す最大輝度レベルに近い特異的に大きな輝度値を取る。このような場合、処理対象フレームを構成する画素が取る階調値に対応する輝度値の最大値を仮想最大輝度レベルとする構成（第１の実施形態参照）を採用すると、階調値変換ステップＳ１３において特異的に大きな輝度値と特異的に大きな輝度値を除く輝度値の最大値との間の領域が、ＳＤＲ用のＥＯＴＦの値域に無駄に対応付けられることになる。これに対して、処理対象フレームを構成する画素が取る階調値に対応する輝度値のヒスト最大値を仮想最大輝度レベルとする構成を採用すれば、特異的に大きな輝度値を除く輝度値を、階調値変換ステップＳ１３においてＳＤＲ用のＥＯＴＦの値域に無駄なく対応付けることができる。

　なお、ここでは、輝度値のヒストグラムをフレーム毎に作成し、各フレームのフレーム内ヒスト最大値を仮想最大輝度レベルとする構成について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、レコーダ等に記録されたＨＤＲ信号を再生する場合には、輝度値のヒストグラムをシーン毎に実行し、各シーンのシーン内ヒスト最大値を仮想最大輝度レベルとする構成を採用することも可能である。この場合、処理対象シーンを構成する最初のフレームの階調値変換を開始する前に、処理対象シーンを構成する全てのフレームを構成する画素が取る階調値に対応する輝度値のヒストグラムを作成し、シーン内ヒスト最大値を仮想最大輝度レベルに設定することになる。また、各シーンのシーン内ヒスト最大値を示すメタデータがＨＤＲ信号に含まれている場合は、このメタデータを参照して仮想最大輝度レベルを設定する構成を採用することもできる。このような構成であれば、レコーダ等に記録されたＨＤＲ信号のみならず、チューナ等で受信したＨＤＲ信号に対しても階調値変換処理を施すことが可能である。

　また、各フレームのフレーム内ヒスト最大値そのものを仮想最大輝度レベルとする構成の代わりに、各フレームのフレーム内ヒスト最大値の時間平均値を仮想最大輝度レベルとする構成を採用してもよい。これにより、各フレームのフレーム内ヒスト最大値そのものを仮想最大輝度レベルとする構成を採用した場合に生じ得る画面のちらつきを効果的に抑制することが可能である。なお、各フレームのフレーム内ヒスト最大値の時間平均値の算出にあたっては、例えば公知の時間平均フィルタなどを用いればよい。

　〔実施形態３〕
　本発明の第３の実施形態について、図面に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、本実施形態では、図１に示す階調値変換装置２を備える表示装置１を第１の実施形態と同様に用いる。

　図７は、本実施形態に係る階調値変換装置により実行される階調値変換処理の流れを示すフローチャートである。なお、図７に示すステップＳ１００およびステップＳ１０６～Ｓ１０８において実行される処理は、それぞれ、図３に示すステップＳ０およびステップＳ２～Ｓ４において実行される処理と同様である。このため、以下では、ステップＳ１０１～Ｓ１０５にて実行される処理について説明する。

　まず、ステップＳ１０１において、仮想最大輝度レベル設定部４は、処理対象フレームを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度値のヒストグラム生成し、生成したヒストグラムからヒスト最大値を求める。ヒスト最大値の定義は、第２の実施形態において与えたものと同様である。

　次に、ステップＳ１０２において、仮想最大輝度レベル設定部４は、ＭＡＣ＿ＣＬＬが示す最大輝度レベルよりも所定の値だけ低いリミット値を設定する。ここで、所定の値は、任意の値であり、工場出荷時に設定されたものであってもよいし、工場出荷後にユーザが設定したものであってもよい。

　次に、ステップＳ１０３において、仮想最大輝度レベル設定部４は、ステップＳ１０１で算出したヒスト最大値がステップＳ１０２で算出したリミット値よりも低いか否かを判定する。

　図８の（ａ）に示すように、ヒスト最大値がリミット値よりも低い場合、ステップＳ１０４において、仮想最大輝度レベル設定部４は、仮想最大輝度レベルをリミット値に設定する。このとき、図８の（ｂ）に示すように、ステップＳ１０６において、ＨＤＲ信号用のＯＥＴＦの定義域のうち、リミット値以下の範囲がＳＤＲ信号用のＯＥＴＦの定義域全体にマッピングされる。

　一方、図８の（ｃ）に示すように、ヒスト最大値がリミット値以上である場合、仮想最大輝度レベル設定部４は、ステップＳ１０５において、仮想最大輝度レベルをヒスト最大値に設定する。このとき、図８の（ｄ）に示すように、ステップＳ１０６において、ＨＤＲ信号用のＥＯＴＦの値域のうち、ヒスト最大値以下の範囲がＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの値域全体にマッピングされる。

　本実施形態に係る階調値変換装置２の階調値変換方法によれば、仮想最大輝度レベルにリミット値を設けることにより、ヒスト最大値が極端に小さくなった場合に生じ得る、仮想最大輝度レベルの大きな変動に伴う映像品位の低下を防ぐことができる。

　〔実施形態４〕
　本発明の第４の実施形態について、図面に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、本実施形態では、図１に示す階調値変換装置２を備える表示装置１を第１の実施形態と同様に用いる。

　本実施形態に係る階調値変換装置２により実行される階調値変換処理の流れは、第３の実施形態に係る階調値変換装置２により実行される階調変換処理と同様、図７に示すフローチャートにより表現される。ただし、本実施形態においては、第３の実施形態におけるリミット値設定処理Ｓ１０２は、以下に説明するリミット値設定処理Ｓ１０９に置き換えられる。

　すなわち、ステップＳ１０９において、仮想最大輝度レベル設定部４は、ＭＡＸ＿ＣＬＬが示す最大輝度レベルからリミット値を減算した差と、リミット値から輝度ヒストグラムにおけるヒスト最大値を減算した差とが所定の比になるようリミット値を設定する。ここで、所定の比は、任意の比であり、工場出荷時に設定されたものであってもよいし、工場出荷後にユーザが設定したものであってもよい。

　図９の（ａ）に示すように、ヒスト最大値がリミット値よりも低い場合、ステップＳ１０４において、仮想最大輝度レベル設定部４は、仮想最大輝度レベルをリミット値に設定する。このとき、図９の（ｂ）に示すように、ステップＳ１０６において、ＨＤＲ信号用のＯＥＴＦの定義域のうち、リミット値以下の範囲がＳＤＲ信号用のＯＥＴＦの定義域全体にマッピングされる。

　一方、図９の（ｃ）に示すように、ヒスト最大値がリミット値以上である場合、仮想最大輝度レベル設定部４は、ステップＳ１０５において、仮想最大輝度レベルをヒスト最大値に設定する。このとき、図９の（ｄ）に示すように、ステップＳ１０６において、ＨＤＲ信号用のＥＯＴＦの値域のうち、ヒスト最大値以下の範囲がＳＤＲ信号用のＥＯＴＦの値域全体にマッピングされる。

　〔実施形態５〕
　本発明の第５の実施形態について、図面に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　実施形態１において、仮想最大輝度レベル設定部４が、処理対象フレームを構成する各画素が取る階調値の最大値（フレーム内最大階調値）に対応する輝度値（フレーム内最大輝度値）を仮想最大輝度レベルに設定することを説明した。当該構成により、ＨＤＲの最大の利点であるピーク輝度に応じて、階調値を変換することができる。

　しかし、このように階調値を変換すると、輝度値に対する低階調値領域の階調値が相対的に低下してしまう（黒つぶれ）。これにより、画像を表示したときに、低階調値領域内の階調値で表示された画像内の領域は、真っ暗になり、表現不足となってしまう。

　上記のような問題を解決するために、本実施形態に係る階調値変換装置１１は、階調値変換部５が変換した後の階調値のうち、低階調値領域の階調値に持ち上げ部を有するように、映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値を調整する。

　なお、本願明細書において、低階調値領域とは、変換後の階調値において、原点（階調値および対応する輝度値がゼロの点）近傍の階調値領域を示す。例えば、低階調値領域とは、階調値が８ビットで量子化されている場合（２５６階調（０～２５５））、その５分の１程度の階調値の領域のことを示す（階調値が０～５１である領域）。また、低階調値領域における最大の階調値よりも大きい階調値を最低の階調値として有する階調値の領域を、中階調値領域とし、中階調値領域における最大の階調値よりも大きい階調値を最低の階調値として有する階調値の領域を、高階調値領域として定義する。

　また、本願明細書において、「低階調値領域の階調値に持ち上げ部を有する」とは、実施形態１で説明した階調値変換方法によって階調値を変換することにより生じる、低階調値領域の階調値の相対的な低下（黒つぶれ）を改善するために、低階調領域の階調値を上昇させることを意味する。

　（階調値変換装置１１）
　図１０は、本実施形態に係る階調値変換装置（映像処理装置）１１を備えている表示装置１０の構成を示すブロック図である。図１０が示すように、階調値変換装置１１は、実施形態１に係る階調値変換装置２の構成に加えて、階調値調整部１２をさらに備えている。

　階調値調整部１２は、階調値変換部５が変換した階調値のうち、低階調値領域の階調値に持ち上げ部を有するように調整する。

　（階調値変換方法）
　本実施形態に係る階調値変換装置１１により実行される階調値変換処理の流れを、図１１を参照して説明する。図１１は、階調値変換処理の流れを示すフローチャートである。なお、以下では、階調値変換処理をフレーム毎に実行し、各フレームのフレーム内最大輝度値を仮想最大輝度レベルとする構成について説明するが、階調値変換処理をシーン毎に実行し、各シーンのシーン内最大輝度値を仮想最大輝度レベルとする構成についても同様である。

　まず、映像データ取得部３は、ＨＤＲ信号を取得する（ステップＳ２０）映像データ取得部３は、取得したＨＤＲ信号において処理対象フレームを構成する各画素が取る階調値を仮想最大輝度レベル設定部４及び階調値変換部５に供給する。

　次に、仮想最大輝度レベル設定部４は、処理対象フレームを構成する各画素が取る階調値を映像データ取得部３から取得し、取得した階調値の最大値（フレーム内最大階調値）に対応する輝度値（フレーム内最大輝度値）を仮想最大輝度レベルに設定する（ステップＳ２１）。

　次に、階調値変換部５は、処理対象フレームを構成する各画素が取る階調値を映像データ取得部３から取得し、取得した階調値のうち、仮想最大輝度レベル設定部４が設定した仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を、第１の階調値から第２の階調値に変換する（ステップＳ２２）。

　次に、階調値調整部１２は、階調値変換部５が変換した階調値のうち、低階調値領域の階調値に持ち上げ部を有するように調整する（ステップＳ２３）。階調値調整部１２が階調値を調整する方法の具体的な例は後述する。なお、階調値調整部１２が調整した階調値は、低階調値領域において、所定のフォーマットが示す階調値よりも大きいことが好ましい。当該所定のフォーマットの例として、ＳＴ２０８４が挙げられる。

　次に、パネル制御部６は、処理対象フレームを構成する各画素が取る調整後の階調値を階調値調整部１２から取得し、取得した階調値を輝度値に変換する（ステップＳ２４）（トーンマッピング）。

　次に、パネル制御部６は、表示パネル７を構成する各画素の輝度を、トーンマッピングにより得られた輝度値に制御する。これにより、処理対象フレームが表示パネル７に表示される（ステップＳ２５）。

　（階調値調整部１２が階調値を調整する方法の例）
　図１２は、変換後の階調値と対応する輝度値との関係を示すグラフである。図１２の領域Ａは、上述の低階調値領域を示し、点線は調整前のカーブ、実線は調整後のカーブを示す。階調値調整部１２は、変換後の階調値を、領域Ａにおける階調値に持ち上げ部を有するように調整する（点線のカーブから実線のカーブに調整する）。

　例えば、階調値調整部１２は、低階調値領域の階調値に対して、当該階調値の１０％程度の値を付加することによって調整する。または、調整する階調値がＳＴ２０８４に従う階調値である場合、階調値調整部１２は、低階調値領域の階調値に対して、当該階調値と対応する輝度値とをグラフにした場合、当該グラフにおけるカーブがγ２．２のカーブと同等になるように調整する。

　また、階調値調整部１２は、階調値変換部５が変換した階調値に対応する輝度レベルの平均値を参照して、上記低階調値領域を変更してもよい。これにより、輝度レベルの分布に応じて、低階調値領域を設定することができるため、輝度レベルの分布に応じた階調値の調整が可能となる。なお、階調値調整部１２が参照する輝度レベルの平均値は、階調値調整部１２自体が算出してもよいし、外部から取得してもよい。

　また、階調値調整部１２は、階調値変換部が変換した階調値と対応する輝度レベルとのグラフにおいて、低階調値領域の階調値と、高階調値領域の階調値とが連続的に変化するように、中階調値領域の階調値をさらに調整してもよい。これにより、調整後の階調値で表示した画像において、低階調値領域の階調値と高階調値領域の階調値との差異による不自然さを解消することができる。

　（実施形態５のまとめ）
　以上のように、本実施形態に係る階調値変換装置１１は、仮想最大輝度レベルを、輝度レベルの最大値に設定し、設定した仮想最大輝度レベルを参照して階調値を変換し、変換した階調値のうち、低階調値領域の階調値に持ち上げ部を有するように調整する。当該構成では、仮想最大輝度レベルを輝度レベルの最大値に設定することにより、映像信号が含むピーク感の忠実性を保持することができ、また、変換した階調値のうち、低階調値領域の階調値に持ち上げ部を有するように調整することにより、低階調値領域の階調値の低下による黒つぶれを防ぎ、低階調値領域の階調表現力を改善することができる。

　〔ソフトウェアによる実現例〕
　階調値変換装置２の制御ブロック（特に映像データ取得部３、仮想最大輝度レベル設定部４および階調値変換部５）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

　後者の場合、階調値変換装置２は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

　〔まとめ〕
　本発明の態様１に係る映像処理装置（２、１１）は、第１の映像フォーマットよりも輝度範囲の広い第２の映像フォーマットに従う映像信号において各画素が取る階調値を変換する映像処理装置であって、上記映像信号において各画素が取る階調値を参照することによって、上記映像信号に含まれるメタデータが示す最大輝度レベルよりも低い仮想最大輝度レベルを設定する仮想最大輝度レベル設定部（４）と、上記映像信号において各画素が取る階調値のうち、上記仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を変換する階調値変換部（５）と、を備えている。

　上記の構成によれば、上記映像信号が表す映像を、上記映像信号が従う第２の映像フォーマットよりも輝度のダイナミックレンジの狭い第１の映像フォーマットに対応した表示装置に表示する際に、低輝度領域において生じ得る階調値の縮退を抑制することができる。これにより、映像の表示品位を向上することができる。

　本発明の態様２に係る映像処理装置（２、１１）は、上記態様１において、上記階調値変換部（５）は、上記映像信号が従う第２の映像フォーマットにおいて各画素が取り得る階調値のうち、上記仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を、上記第１の映像フォーマットにおいて各画素が取り得る階調値に対応させるマッピングを用いて、上記映像信号において各画素が取る階調値を変換する。

　上記の構成によれば、映像の表示品位をさらに向上することができる。

　本発明の態様３に係る映像処理装置（２、１１）は、上記態様２において、上記第１の映像フォーマットは、ＥＯＴＦがγ２．２相当のフォーマットであり、上記第２フォーマットは、ＥＯＴＦがＳＭＰＴＥ－ＳＴ２０８４であるフォーマットである。

　上記の構成によれば、上記映像信号がＨＤＲ信号であるときに、ＳＤＲ再生環境における映像の表示品位を向上することができる。

　本発明の態様４に係る映像処理装置（２、１１）は、上記態様１～３において、上記仮想最大輝度レベル設定部は、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値を参照することによって、上記仮想最大輝度レベルを設定する。

　上記の構成によれば、映像信号が含む階調値に即して、効率的に階調値を変換することができる。

　本発明の態様５に係る映像処理装置（２、１１）は、上記態様４において、上記仮想最大輝度レベル設定部（４）は、上記仮想最大輝度レベルを、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルの最大値に設定する。

　本発明の態様６に係る映像処理装置（１１）は、上記態様５において、上記階調値変換部が変換した階調値のうち、低階調値領域の階調値に持ち上げ部を有するように調整する階調値調整部（１２）をさらに備えている。

　上記の構成によれば、低階調値領域の階調値の低下による黒つぶれを防ぎ、低階調値領域の階調表現力を改善することができる。

　本発明の態様７に係る映像処理装置（１１）は、上記態様６において、上記階調値調整部は、上記階調値変換部が変換した階調値に対応する輝度レベルの平均値を参照して、上記低階調値領域を変更する。

　上記の構成によれば、輝度レベルの分布に応じて、低階調値領域を設定することができるため、輝度レベルの分布に応じた階調値の調整が可能となる。

　本発明の態様８に係る映像処理装置（１１）は、上記態様５または６において、上記階調値調整部は、上記階調値変換部が変換した階調値と対応する輝度レベルとのグラフにおいて、低階調値領域の階調値と、高階調値領域の階調値とが連続的に変化するように、中階調値領域の階調値をさらに調整する。

　上記の構成によれば、調整後の階調値で表示した画像において、低階調値領域の階調値と高階調値領域の階調値との差異による不自然さを解消することができる。

　本発明の態様９に係る映像処理装置（１１）は、上記態様６～８において、上記階調値調整部が調整した階調値は、低階調値領域において、所定のフォーマットが示す階調値よりも大きい。

　上記の構成によれば、上記態様６～８の映像変換装置を好適に用いることができる。

　本発明の態様１０に係る映像処理装置（２）は、上記態様１～４において、上記仮想最大輝度レベル設定部（４）は、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルのヒストグラムを作成し、上記ヒストグラムを参照することによって、上記仮想最大輝度レベルを設定することを特徴とする。

　上記の構成によれば、映像信号が含む階調値に即して、さらに効率的に階調値を変換することができる。

　本発明の態様１１に係る映像処理装置（２）は、上記態様１０において、上記仮想最大輝度レベル設定部（４）は、上記仮想最大輝度レベルを、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルの実効最大値であって、上記ヒストグラムの標準偏差の定数倍により定義される実効最大値に設定する。

　本発明の態様１２に係る映像処理装置（２）は、上記態様１０において、上記仮想最大輝度レベル設定部（４）は、上記最大輝度レベルから所定値低いリミット値を設定すると共に、上記実効最大値が上記リミット値よりも低い場合、上記仮想最大輝度レベルを上記リミット値の値に設定し、上記実効最大値が上記リミット値以上である場合、上記仮想最大輝度レベルを上記実効最大値に設定する。

　上記の構成によれば、仮想最大輝度レベルにリミット値を設けることにより、仮想最大輝度レベルの大きな変動を防ぎ、輝度およびヒストグラムの大きな変動による映像品位の低下を防ぐことができる。

　本発明の態様１３に係る映像処理装置（２）は、上記態様１０において、上記仮想最大輝度レベル設定部（４）は、リミット値を、上記最大輝度レベルから当該リミット値を減算した差と、当該リミット値から上記実効最大値を減算した差とが所定の比になるように設定すると共に、上記実効最大値が上記リミット値よりも低い場合、上記仮想最大輝度レベルを上記リミット値の値に設定し、上記実効最大値が上記リミット値以上である場合、上記仮想最大輝度レベルを上記実効最大値に設定する。

　上記の構成によれば、リミット値を所望の値に設定することができる。

　本発明の態様１４に係る映像処理装置（２）は、上記態様１０において、上記仮想最大輝度レベルを、上記ＨＤＲ信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルの実効最大値であって、上記ヒストグラムの標準偏差の定数倍により定義される実効最大値の時間平均値に設定する。

　上記の構成によれば、映像品位を向上させることができる。

　本発明の態様１５に係る表示装置（１、１０）は、上記態様１～１４の何れか１つの映像処理装置を備えている。

　上記の構成によれば、上記映像処理装置が上記各態様において奏する効果を上記表示装置において得ることができる。

　本発明の態様１６に係る映像処理方法は、第１の映像フォーマットよりも輝度範囲の広い第２の映像フォーマットに従う映像信号において各画素が取る階調値を変換する映像処理方法であって、上記映像信号において各画素が取る階調値を参照することによって、上記映像信号に含まれるメタデータが示す最大輝度レベルよりも低い仮想最大輝度レベルを設定する仮想最大輝度レベル設定ステップと、上記映像信号において各画素が取る階調値のうち、上記仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を変換する階調値変換ステップと、を含んでいる。

　上記の構成によれば、上記態様１の映像処理装置と同様の効果を奏することができる。

　本発明の各態様に係る表示装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記表示装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記表示装置をコンピュータにて実現させる表示装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

　１、１０　表示装置　
　２、１１　階調値変換装置　
　３　映像データ取得部　
　４　仮想最大輝度レベル設定部　
　５　階調値変換部　
　６　パネル制御部　
　７　表示パネル　
　１２　階調値調整部

Claims

　第１の映像フォーマットよりも輝度範囲の広い第２の映像フォーマットに従う映像信号において各画素が取る階調値を変換する映像処理装置であって、
　上記映像信号において各画素が取る階調値を参照することによって、上記映像信号に含まれるメタデータが示す最大輝度レベルよりも低い仮想最大輝度レベルを設定する仮想最大輝度レベル設定部と、
　上記映像信号において各画素が取る階調値のうち、上記仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を変換する階調値変換部と、を備えていることを特徴とする、映像処理装置。
　上記階調値変換部は、上記映像信号が従う第２の映像フォーマットにおいて各画素が取り得る階調値のうち、上記仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を、上記第１の映像フォーマットにおいて各画素が取り得る階調値に対応させるマッピングを用いて、上記映像信号において各画素が取る階調値を変換する、
ことを特徴とする請求項１に記載の映像処理装置。
　上記第１の映像フォーマットは、ＥＯＴＦがγ２．２相当のフォーマットであり、
　上記第２の映像フォーマットは、ＥＯＴＦがＳＭＰＴＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｍｏｔｉｏｎ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）－ＳＴ２０８４であるフォーマットである、
ことを特徴とする請求項２に記載の映像処理装置。
　上記仮想最大輝度レベル設定部は、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値を参照することによって、上記仮想最大輝度レベルを設定することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の映像処理装置。
　上記仮想最大輝度レベル設定部は、上記仮想最大輝度レベルを、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルの最大値に設定する、ことを特徴とする請求項４に記載の映像処理装置。
　上記階調値変換部が変換した階調値のうち、低階調値領域の階調値に持ち上げ部を有するように調整する階調値調整部をさらに備えていることを特徴とする、請求項５に記載の映像処理装置。
　上記階調値調整部は、上記階調値変換部が変換した階調値に対応する輝度レベルの平均値を参照して、上記低階調値領域を変更することを特徴とする、請求項６に記載の映像処理装置。
　上記階調値調整部は、上記階調値変換部が変換した階調値と対応する輝度レベルとのグラフにおいて、低階調値領域の階調値と、高階調値領域の階調値とが連続的に変化するように、中階調値領域の階調値をさらに調整することを特徴とする、請求項６または７に記載の映像処理装置。
　上記階調値調整部が調整した階調値は、低階調値領域において、所定のフォーマットが示す階調値よりも大きいことを特徴とする、請求項６～８の何れか１項に記載の映像処理装置。
　上記仮想最大輝度レベル設定部は、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルのヒストグラムを作成し、上記ヒストグラムを参照することによって、上記仮想最大輝度レベルを設定することを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の映像処理装置。
　上記仮想最大輝度レベル設定部は、上記仮想最大輝度レベルを、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルの実効最大値であって、上記ヒストグラムの標準偏差の定数倍により定義される実効最大値に設定する、ことを特徴とする請求項１０に記載の映像処理装置。
　上記仮想最大輝度レベル設定部は、上記最大輝度レベルから所定値低いリミット値を設定すると共に、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルの実効最大値であって、上記ヒストグラムの標準偏差の定数倍により定義される実効最大値が上記リミット値よりも低い場合、上記仮想最大輝度レベルを上記リミット値の値に設定し、上記実効最大値が上記リミット値以上である場合、上記仮想最大輝度レベルを上記実効最大値に設定することを特徴とする請求項１０に記載の映像処理装置。
　上記仮想最大輝度レベル設定部は、リミット値を、上記最大輝度レベルから当該リミット値を減算した差と、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルの実効最大値であって、上記ヒストグラムの標準偏差の定数倍により定義される実効最大値を上記リミット値から減算した差とが所定の比になるように設定すると共に、上記実効最大値が上記リミット値よりも低い場合、上記仮想最大輝度レベルを上記リミット値の値に設定し、上記実効最大値が上記リミット値以上である場合、上記仮想最大輝度レベルを上記実効最大値に設定することを特徴とする請求項１０に記載の映像処理装置。
　上記仮想最大輝度レベル設定部は、上記仮想最大輝度レベルを、上記映像信号において各フレーム又は各シーンを構成する各画素が取る階調値に対応する輝度レベルの実効最大値であって、上記ヒストグラムの標準偏差の定数倍により定義される実効最大値の時間平均値に設定する、ことを特徴とする請求項１０に記載の映像処理装置。
　請求項１～１４の何れか１項に記載の映像処理装置を備えている表示装置。
　第１の映像フォーマットよりも輝度範囲の広い第２の映像フォーマットに従う映像信号において各画素が取る階調値を変換する映像処理方法であって、
　上記映像信号において各画素が取る階調値を参照することによって、上記映像信号に含まれるメタデータが示す最大輝度レベルよりも低い仮想最大輝度レベルを設定する仮想最大輝度レベル設定ステップと、
　上記映像信号において各画素が取る階調値のうち、上記仮想最大輝度レベル以下の各輝度レベルに対応する階調値を変換する階調値変換ステップと、を含んでいることを特徴とする、映像処理方法。
　請求項１に記載の映像処理装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、上記仮想最大輝度レベル設定部および上記階調値変換部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
　請求項１７に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。