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【発明の名称】 階調変換装置
【発明者】 【氏名】池田 吉徳
【要約】 【課題】ガンマ特性のデータを記憶するのに要する記憶容量を削減し、且つ、多数のガンマ特性に対応可能とすることで高精度のガンマ補正を可能にする。

【構成】複数のプロジェクタから投影される画像を繋ぎ合わせてスクリーン上に一つの大きな画像を表示するシステムに適用される階調変換装置であって、ガンマ特性をＬＵＴとして一つ以上記憶するＬＵＴ記憶部１４と、ＬＵＴ記憶部１４に記憶されている一つのＬＵＴを用いて、入力された画像信号の階調値に対する出力階調値を求めるガンマ補正部１３と、入力された画像信号に対しオフセット補正データを加算するオフセット加算器１５とを備え、ＬＵＴ記憶部１４に記憶されているＬＵＴとオフセット加算器１５により加算されるオフセット補正データとにより、所望のガンマ特性を得るようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプロジェクタから投影される画像を繋ぎ合わせてスクリーン上に一つの大きな画像を表示するシステムに適用される階調変換装置であって、
入力階調値に対する出力階調値の階調変換特性を表す特性データを一つ以上記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている一つの特性データを用いて、入力された階調信号の階調値に対する出力階調値を求める階調変換手段と、
入力された階調信号の階調値に、入力されたオフセット値を加算するオフセット加算手段と、
を備え、
前記記憶手段に記憶されている特性データと前記オフセット加算手段により加算されるオフセット値とにより、所望の階調変換特性を得る、
ことを特徴とする階調変換装置。
【請求項２】
前記階調変換手段は、入力された選択信号に応じて選択された、前記記憶手段に記憶されている一つの特性データを用いて、入力された階調信号の階調値に対する出力階調値を求める、
ことを特徴とする請求項１記載の階調変換装置。
【請求項３】
前記記憶手段に記憶されている特性データによって表される階調変換特性は、入力階調値が０に対して出力階調値が０となる階調変換特性である、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の階調変換装置。
【請求項４】
入力される前記選択信号及び前記オフセット値は、入力される階調信号の色を指定するチャンネル毎に変更可能である、
ことを特徴とする請求項２記載の階調変換装置。
【請求項５】
前記選択信号及び前記オフセット値は、入力される階調信号についての画素の総数と前記チャンネルの総数との積の数だけ入力可能である、
ことを特徴とする請求項２記載の階調変換装置。
【請求項６】
前記オフセット加算手段は、前記階調変換手段の前段、前記階調変換手段の後段、又は、前記階調変換手段の前段及び後段に設けられる、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の階調変換装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のプロジェクタから投影される画像を繋ぎ合わせてスクリーン上に一つの大きな画像を表示するシステムに適用される階調変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のプロジェクタから投影される画像を繋ぎ合わせてスクリーン上に一つの大きな画像を表示するシステムがある。このシステムでは、投影した画像間の繋ぎ目を目立たないようにするための対策が必要になっている。例えば特許文献１に開示されている装置では、その対策として、複数のプロジェクタから投影される画像を繋ぎ合わせてスクリーン上にキャリブレーション用の画像を表示し、その画像をディジタルカメラ等の撮影手段で撮影し、そこで得られた画像データに基づいて各種補正を行うようにしている。
【０００３】
こういったシステムにおいて、投影した画像間の繋ぎ目を目立たせる要因の一つに、複数のプロジェクタの各々が固有の電光変換特性を持っているために、プロジェクタ毎に、投影された画像の輝度及び色が正確な輝度及び色と異なってしまうことが挙げられる。そこで、システムでは、全ての輝度及び色に対して画像の繋ぎ目が目立たないようにするために輝度及び色の補正を行っている。この輝度及び色の補正では、処理の一つとして、所定の補正係数に従って輝度を補正する階調変換が行われる。一般に、このような補正目的の階調変換はガンマ補正と呼ばれている。ガンマ補正では、入力階調データに対する出力階調データを表すガンマ特性を取得し、それに従って階調変換が行われる。ここで取得されるガンマ特性は、予めルックアップテーブル（以下、「ＬＵＴ」という）としてシステム内のＲＯＭに記録されており、必要に応じて読み出される。
【特許文献１】特開２００２−７２３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、１種類のガンマ特性のみをＲＯＭに記録していた場合には、ガンマ特性が１種類に固定されてしまい、複数のガンマ特性に対応できない。特に、投影された画像の繋ぎ目で複数の画像をオーバーラップさせるようにしているシステムの場合には、複数のプロジェクタのガンマ特性が影響することになるので、画像の位置毎に固有のガンマ補正を行う必要がある。そこで、多数のガンマ特性をＬＵＴとしてＲＯＭに記録しておき、その都度、必要なガンマ特性を選択して取得するという手法も考えられる。しかしながら、この場合には、多数のガンマ特性に対応できるようになるものの、その分、大容量のＲＯＭが必要になってしまう。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑み、ガンマ特性のデータを記憶するのに要する記憶容量を削減し、且つ、多数のガンマ特性に対応可能とすることで高精度のガンマ補正を行うことができる階調変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る階調変換装置は、複数のプロジェクタから投影される画像を繋ぎ合わせてスクリーン上に一つの大きな画像を表示するシステムに適用される階調変換装置であって、入力階調値に対する出力階調値の階調変換特性を表す特性データを一つ以上記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている一つの特性データを用いて、入力された階調信号の階調値に対する出力階調値を求める階調変換手段と、入力された階調信号の階調値に、入力されたオフセット値を加算するオフセット加算手段と、を備え、前記記憶手段に記憶されている特性データと前記オフセット加算手段により加算されるオフセット値とにより、所望の階調変換特性を得る、ことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、予め記憶手段に記憶させておく階調変換特性に係る特性データが小数であっても、オフセット加算手段によるオフセット値の加算により、多数の階調変換特性を実現することができる。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る階調変換装置は、上記第１の態様において、 前記階調変換手段は、入力された選択信号に応じて選択された、前記記憶手段に記憶されている一つの特性データを用いて、入力された階調信号の階調値に対する出力階調値を求める、ことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、階調変換手段が使用する階調変換特性に係る特性データを、選択信号により選択することができる。
また、本発明の第３の態様に係る階調変換装置は、上記第１又は２の態様において、前記記憶手段に記憶される特性データによって表される階調変換特性は、入力階調値が０に対して出力階調値が０となる階調変換特性である、ことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、階調変換手段が使用する階調変換特性に係る特性データを、原点を通る階調変換特性に係る特性データとすることができる。
また、本発明の第４の態様に係る階調変換装置は、上記第２の態様において、入力される前記選択信号及び前記オフセット値は、入力される階調信号の色を指定するチャンネル毎に変更可能である、ことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、記憶手段に記憶されている階調変換特性に係る特性データとオフセット加算手段により加算されるオフセット値とにより実現させる階調変換特性を、チャンネル毎に、変更することができる。
【００１２】
また、本発明の第５の態様に係る階調変換装置は、上記第２の態様において、前記選択信号及び前記オフセット値は、入力される階調信号についての画素の総数と前記チャンネルの総数との積の数だけ入力可能である、ことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、記憶手段に記憶されている階調変換特性に係る特性データとオフセット加算手段により加算されるオフセット値とにより実現させる階調変換特性を、各チャンネルの画素毎に、変更することができる。
【００１４】
また、本発明の第６の態様に係る階調変換装置は、上記第１乃至５の何れか一つの態様において、前記オフセット加算手段は、前記階調変換手段の前段、前記階調変換手段の後段、又は、前記階調変換手段の前段及び後段に設けられる、ことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、オフセット加算手段の配置位置に応じて、記憶手段に記憶されている階調変換特性に係る特性データとオフセット加算手段により加算されるオフセット値とにより実現させる階調変換特性の傾向を変更することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ガンマ特性のデータを記憶するのに要する記憶容量を削減することができるのでコストダウンを図ることができ、且つ、多数のガンマ特性に対応できるので高精度のガンマ補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る階調変換装置を含む画像投影システムの全体構成を示す図である。
同図に示したように、画像投影システム１は、システム全体の制御を行う他、各種補正用パターンの生成や各種演算等を行うＰＣ（パーソナルコンピュータ）２と、入力された画像（投影させる画像）に係る画像データを、使用するプロジェクタに応じて分割し、分割後の各画像データに対し、各種補正データを用いて幾何補正、マトリクス補正、ガンマ補正等の各種補正を行って、画像信号として出力する画像処理装置３と、入力された画像信号に応じた画像を投影する３台のプロジェクタ４（４ａ、４ｂ、及び４ｃ）と、画像が投影されるスクリーン５と、スクリーン５上に投影された補正用パターンを撮影するためのカメラ６とを備えている。
【００１９】
このような構成において、３台のプロジェクタ４の各々がスクリーン５上に画像を投影したときには、同図点線に示したように、投影された画像間の繋ぎ目で画像がオーバーラップするようにしてスクリーン５上で一つの画像として合成されるように投影される。尚、スクリーン５上に一つの画像として投影される画像は、通常の画像（例えば高精細画像）や補正用パターンである。
【００２０】
カメラ６は、例えばデジタルカメラである。また、３台のプロジェクタ４は、例えば液晶プロジェクタである。本実施例では、３台のプロジェクタ４を横方向に並べて配置しているが、プロジェクタ数とその配置方法は、これに限らず、その他のプロジェクタ数と配置方法であっても構わない。
【００２１】
画像処理装置３は、階調変換装置３ａを備え、上記のガンマ補正は、この階調変換装置３ａによって行われる。また、画像処理装置３が各種補正を行う際に用いる各種補正データ（後述のガンマ補正データ及びオフセット補正データも含む）は、ＰＣ２が生成した補正パターンをスクリーン５上に投影させ、これをカメラ６で撮影して得た画像データに基づいてＰＣ２が算出したものである。
【００２２】
次に、本実施例に係る階調変換装置３ａについて詳しく説明する。
階調変換装置３ａは、スクリーン５上に投影させるカラー画像の各色成分（例えばＲＧＢであったり、ＣＭＹや４色、５色、６色といったその他多原色等）に対してそれぞれ独立に階調変換を行うことができるように、多系統、すなわち、階調信号の色を指定するチャンネルの数だけ並列に同一の構成を備えている。このように、階調変換装置３ａは、色成分の数だけ並列に同一の構成を備えており、各色成分についての構成は同一であるので、ここでは、階調変換装置３ａの構成として、一色成分についての構成のみを説明することにする。
【００２３】
図２は、階調変換装置３ａの一色成分についての構成を示すブロック図である。
同図において、入力インターフェース１１は、例えばＤＶＩ（Digital Visual Interface）のインターフェースであり、一色成分の画像信号が入力信号として入力されると、それをレシーバ１２へ出力する。但し、ＤＶＩインターフェースの場合は、通常、一つでＲＧＢの各信号ピンを備えているので、チャンネルの数だけ入力インターフェースが必要でない場合もある。レシーバ１２は、入力された画像信号を、各種処理が可能な信号フォーマットに変換し、それをガンマ補正部１３へ出力する。
【００２４】
ＬＵＴ記憶部１４は、入力階調値に対する出力階調値の階調変換特性であるガンマ特性を、ＬＵＴとして、一つ以上記憶する。また、特定の一つのＬＵＴを指定するための選択信号であるガンマ補正データ（ＬＵＴインデックス）がＰＣ２により入力されると、そのガンマ補正データによって指定される一つのＬＵＴを選択して読み出し、それをガンマ補正部１３へ出力する。尚、ＬＵＴ記憶部１４へのガンマ補正データの入力は、画像信号（階調信号）の画素毎に独立して行うことが可能になっている。また、ＬＵＴ記憶部１４にＬＵＴとして記憶されるガンマ特性は、いずれも入力階調値が０であるときに出力階調値が０となるものである。すなわち、これは、ＬＵＴとして記憶されるガンマ特性のカーブがいずれも原点を通ることを意味している。
【００２５】
また、ＬＵＴ記憶部１４は、複数のチャンネルで共用することが可能である。この場合は、ガンマ補正データをＬＵＴ記憶部１４に入力させるラインと、ＬＵＴをＬＵＴ記憶部１４から出力させるラインとが、チャンネルの数だけ用意される。これにより、一つのＬＵＴ記憶部１４で独立にガンマ補正を行うことが可能になる。
【００２６】
ガンマ補正部１３は、ガンマ補正（階調変換）として、レシーバ１２から出力された画像信号の階調値を入力階調値として、ＬＵＴ記憶部１４から出力されたＬＵＴに従って、その入力階調値に対する出力階調値を求めるという階調値変換（ＬＵＴ処理）を行い、それをオフセット加算器１５へ出力する。
【００２７】
オフセット加算器１５は、ガンマ補正部１３から出力された画像信号の階調値に、ＰＣ２により入力されたオフセット値であるオフセット補正データを加算し、それをトランシーバ１６へ出力する。尚、オフセット加算器１５へのオフセット補正データの入力は、画像信号（階調信号）の画素毎に独立して行うことが可能になっている。
【００２８】
トランシーバ１６は、オフセット加算器１５から出力された画像信号を元の信号フォーマット（レシーバ２による変換前の信号フォーマット）に変換し、それを出力インターフェース１７へ出力する。出力インターフェース１７は、例えばＤＶＩのインターフェースであり、トランシーバ１６から出力された一色成分の画像信号を出力信号として出力する。
【００２９】
尚、本実施例に係る階調変換装置３ａにおいては、図２に示した一色成分についての構成毎に独立して、ガンマ補正データ及びオフセット補正データの入力が可能になっている。そのため、一色成分についての構成毎に、すなわちチャンネル毎に、入力させるガンマ補正データ及びオフセット補正データを変更することが可能になっている。
【００３０】
また、図２に示した一色成分についての構成においては、上記のように、一色成分の画像信号（階調信号）の画素毎に独立して、ガンマ補正データ及びオフセット補正データの入力が可能になっている。そのため、階調変換装置３ａ全体として考えると、画像信号についての画素の総数とチャンネルの総数との積の数だけ、ガンマ補正データ及びオフセット補正データの入力が可能になっている。
【００３１】
本実施例に係る階調変換装置３ａでは、一色成分についての構成として図２に示した構成を有したことにより、ＬＵＴ記憶部１４にＬＵＴとして記憶されるガンマ特性とオフセット加算器１５が加算するオフセット補正データとにより、所望のガンマ特性を得ることが可能になっている。以下、これについて詳しく説明する。
【００３２】
図３は、一般的なガンマ特性を示す図である。同図に示したように、一般的なガンマ特性は、入力信号レベル（入力階調値）をＳｉ、出力信号レベル（出力階調値）をＳｏとすると、ガンマ指数γを用いて式Ｓｏ＝Ｓｉγで示される場合が多く、例えばＣＲＴモニタのガンマ特性はγ＝２.２と言われている。このことからも、一般的なガンマ特性は非線形であり、ガンマ補正を行う装置では、入力階調値に対応した出力階調値を予めメモリに記憶させておくＬＵＴ方式を採用する場合が多い。本実施例においても、上記のように、複数のガンマ特性（但し原点を通る複数のガンマ特性）をＬＵＴとしてＬＵＴ記憶部１４に記憶させるようにしている。
【００３３】
また、画像投影システム１では、３台のプロジェクタ４の各々がスクリーン５上に画像を投影したときに、投影された画像間の繋ぎ目で画像がオーバーラップするようにしてスクリーン５上で一つの画像として合成されるように投影される。そのため、そのオーバーラップ部分についてのガンマ特性は複雑となる。従って、投影された画像間の繋ぎ目を目立たなくさせるためには、多数のガンマ特性をＬＵＴとして用意しておく必要があり、また上記の式（１）では表現できないガンマ特性も必要になる。そこで、本実施例に係る階調変換装置３ａでは、上記の通り、ガンマ特性をＬＵＴとして記憶するＬＵＴ記憶部１４とオフセット補正データを加算するオフセット加算器１５とにより、小数のガンマ特性に係るＬＵＴを用いて、多数のガンマ特性に対応可能とし、所望のガンマ特性を得ることができるようにしている。
【００３４】
図４は、原点を通るガンマ特性カーブＳｏ＝Ｓｉγに対し、＋２α、＋α、−α、−２αの各々のオフセット成分を加算したときの入出力特性を示す図である。
仮に、同図に示したように、Ｓｏ＝Ｓｉγ＋２α、Ｓｏ＝Ｓｉγ＋α、Ｓｏ＝Ｓｉγ、Ｓｏ＝Ｓｉγ−α、Ｓｏ＝Ｓｉγ−２αの５つの入出力特性をＬＵＴ方式のみで実現しようとすると、計５種類のＬＵＴを記憶しておく必要がある。これに対し、本実施例に係る階調変換装置３ａでは、この５つの入出力特性を、原点を通る非線形曲線（Ｓｏ＝Ｓｉγ）とオフセット成分（＋２α、＋α、−α、−２α）とに分け、その非線形曲線をＬＵＴとしてＬＵＴ記憶部１４に記憶させておき、そのオフセット成分をオフセット加算器１５により加算させることで、図４に示した５種類の入出力特性を、１種類のＬＵＴで実現可能となる。尚、この場合には、オフセット成分の加算により、同図上下方向にＳｏ＝Ｓｉγがシフトするような入出力特性が得られる。これにより、階調変換を行う際に、ガンマ特性として例えばＳｏ＝Ｓｉγ−αの入出力特性を用いたい場合には、ＬＵＴ記憶部に記憶されているＳｏ＝Ｓｉγに係るＬＵＴと、オフセット加算器１５によるオフセット成分−αの加算とにより、その所望の入出力特性を実現することができる。
【００３５】
以上、本実施例に係る階調変換装置によれば、少数のガンマ特性に係るＬＵＴを用いて、多数のガンマ特性に対応可能になるので、実際にＬＵＴとして記憶させておくガンマ特性に係るデータを少なくすることができる。よって、ＬＵＴ記憶部１４の記憶容量を少なくすることができるので、コストダウンを図ることができる。また、多数のガンマ特性に対応できるので、高精度のガンマ補正を行うこともできる。
【実施例２】
【００３６】
本発明の実施例２に係る階調変換装置は、実施例１に係る階調変換装置３ａに対し、オフセット加算器１５の配置位置が異なるだけで、その他の構成は同じである。
図５は、本実施例に係る階調変換装置の一色成分についての構成を示すブロック図である。尚、本実施例に係る階調変換装置においても、同図に示した構成が色成分毎に並列に設けられて構成されていることは勿論のことである。
【００３７】
同図に示したように、本実施例に係る階調変換装置においては、オフセット加算器１５がガンマ補正部１３の前段に設けられる。
これにより、例えば、原点を通る非線形曲線Ｓｏ＝Ｓｉγを一つのＬＵＴとしてＬＵＴ記憶部１４に記憶させておき、オフセット加算器１５により加算されるオフセット補正データとして、オフセット成分＋２β、＋β、−β、及び−２βを加算可能に構成しておけば、図６に示す５種類の入出力特性を、１種類のガンマ特性に係るＬＵＴで実現可能となる。尚、この場合には、オフセット成分の加算により、同図左右方向にＳｏ＝Ｓｉγがシフトするような入出力特性が得られる。
【００３８】
以上、本実施例に係る階調変換装置によれば、実施例１に係る階調変換装置と同様に、少数のガンマ特性に係るＬＵＴを用いて多数のガンマ特性に対応可能になる。よって、ＬＵＴの記憶容量を少なくすることができるのでコストダウンを図ることができると共に、多数のガンマ特性に対応できるので高精度のガンマ補正を行うことができる。
【実施例３】
【００３９】
本発明の実施例３に係る階調変換装置は、実施例１に係る階調変換装置３ａに対し、ガンマ補正部１３の前段にもオフセット加算器１５を設けた点が異なるだけで、その他の構成は同じである。
【００４０】
図６は、本実施例に係る階調変換装置の一色成分についての構成を示すブロック図である。尚、本実施例に係る階調変換装置においても、同図に示した構成が色成分毎に並列に設けられて構成されていることは勿論のことである。
【００４１】
同図に示したように、本実施例に係る階調変換装置においては、オフセット加算器がガンマ補正部１３の前段及び後段に設けられる。すなわち、ガンマ補正部１３の前段に前段オフセット加算器１５ａが設けられ、ガンマ補正部１３の後段に後段オフセット加算器１５ｂが設けられる。そして、前段オフセット加算器１５ａは、オフセット補正データとして、ＰＣ２により入力される前段オフセット補正データを加算し、後段オフセット加算器１５ｂは、オフセット補正データとして、ＰＣ２により入力される後段オフセット補正データを加算する。
【００４２】
この構成によれば、オフセット補正データを加算するときに、（１）前段オフセット補正データの加算を行うが後段オフセット補正データの加算を行わないこと、（２）前段オフセット補正データの加算を行わないが後段オフセット補正データの加算を行うこと、（３）前段オフセット補正データの加算と後段オフセット補正データの加算を行うこと、及び、（４）前段オフセット補正データの加算と後段オフセット補正データの加算を行わないこと、のいずれかを行うことが可能になるので、一つのガンマ特性に係るＬＵＴを用いて、より多数のガンマ特性を実現可能となる。
【００４３】
以上、本実施例に係る階調変換装置によれば、少数のガンマ特性に係るＬＵＴを用いて、実施例１（又は２）に係る階調変換装置よりも、より多数のガンマ特性に対応可能になる。よって、ＬＵＴの記憶容量を少なくすることができのでコストダウンを図ることができるのは勿論のこと、より多数のガンマ特性に対応できるので、より高精度のガンマ補正を行うことができる。
【００４４】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１に係る階調変換装置を含む画像投影システムの全体構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る階調変換装置の一色成分についての構成を示すブロック図である。
【図３】一般的なガンマ特性を示す図である。
【図４】原点を通るガンマ特性カーブＳｏ＝Ｓｉγに対し、＋２α、＋α、−α、−２αのオフセット成分を加算したときの入出力特性を示す図である。
【図５】実施例２に係る階調変換装置の一色成分についての構成を示すブロック図である。
【図６】実施例２に係る階調変換装置において、１種類のガンマ特性に係るＬＵＴで実現可能となる５種類の入出力特性の一例を示す図である。
【図７】実施例３に係る階調変換装置の一色成分についての構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 画像投影システム
２ ＰＣ
３ 画像処理装置
３ａ 階調変換装置
４ プロジェクタ
５ スクリーン
６ カメラ
１１ 入力インターフェース
１２ レシーバ
１３ ガンマ補正部
１４ ＬＵＴ記憶部
１５ オフセット加算器
１５ａ 前段オフセット加算器
１５ｂ 後段オフセット加算器
１６ トランシーバ
１７ 出力インターフェース
【出願人】 【識別番号】００００００３７６
【氏名又は名称】オリンパス株式会社
【出願日】 平成１８年６月３０日（２００６．６．３０）
【代理人】 【識別番号】１０００７４０９９
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
【公開番号】 特開２００８−１１３８２（Ｐ２００８−１１３８２Ａ）
【公開日】 平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【出願番号】 特願２００６−１８１９００（Ｐ２００６−１８１９００）