特許 7249154 変換装置、変換方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-22

(45)【発行日】2023-03-30

(54)【発明の名称】変換装置、変換方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/20 20060101AFI20230323BHJP

   G06T 5/00 20060101ALI20230323BHJP

   G09G 5/00 20060101ALI20230323BHJP

【ＦＩ】

H04N5/20

G06T5/00 740

G09G5/00 520V

G09G5/00 520A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019003861

(22)【出願日】2019-01-11

(65)【公開番号】P2020113907

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2021-12-06

(73)【特許権者】

【識別番号】313000601

【氏名又は名称】日本テレビ放送網株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079005

【弁理士】

【氏名又は名称】宇高 克己

(74)【代理人】

【識別番号】100154405

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 大吾

(74)【代理人】

【識別番号】100201341

【弁理士】

【氏名又は名称】畠山 順一

(72)【発明者】

【氏名】甲斐 創

【審査官】西谷 憲人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１５２０６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１２－５２０６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２５６０３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０２８９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２９８８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】K. Nomura, 外３名，Method for HDR to SDR conversion considering HDR Reference White，International Display Workshop (IDW'18), VHF1-4L，2018年12月，945-948

【文献】Pankaj Topiwala, 外２名，HDR videocompression with VPX，2016 Digital Media Industry & Academic Forum (DMIAF), [online]，2016年09月26日，65-70，[検索日2022年11月28日], インターネット<URL:https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7574904>

【文献】甲斐 創，４Ｋ ＨＤＲと２Ｋ ＳＤＲの同時制作に関する研究，放送技術，日本，兼六館出版株式会社，2018年12月01日，第71巻 第12号，123-127

【文献】Masahiro Okuda, 外１名，Raw Image Encoding Based on Polynomial Approximation, [online]，2007 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing - ICASSP '07，2007年06月04日，1049-1052，[検索日2022年11月28日], インターネット<URL:https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4217263>

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ５／２０

Ｇ０６Ｔ ５／００

Ｇ０９Ｇ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換する変換装置であって、
シーン光信号を光電気変換したHDR映像信号に対してHDR表示装置における逆光電気変換を適用した信号のRGB各色成分をxyY信号に変換することでHDRの輝度成分Ｙ_hdrを分離する表色系変換部と、
前記輝度成分Ｙ_hdrを、トーンマップ関数
Y_sdr = w_N * Ｙ_hdr ^N + w_(N-1) * Ｙ_hdr ^(N-1) + w_(N-2) * Ｙ_hdr ^(N-2) + … + w_(N-(N-1)) * Ｙ_hdr ^(N-(N-1)) + w₀
を用いて、ＳＤＲ映像信号の輝度成分Ｙ_sdrに変換するレベル調整部と、
を有し、
前記トーンマップ関数の各係数wは、少なくとも、
ＨＤＲ映像信号の基準白レベルの輝度がＳＤＲ映像信号の基準白レベルの輝度に変換され、
ＨＤＲ映像信号における人物の肌色レベルの輝度がＳＤＲ映像信号における人物の肌色レベルの輝度に変換され、
ＨＤＲ映像信号の最も高い輝度がＳＤＲ映像信号の基準最高値を超えない範囲の輝度に変換されるように決定される、
変換装置。

【請求項2】

前記トーンマップ関数のNは、自然数４、５、６、７、８のいずれかである
請求項１に記載の変換装置。

【請求項3】

前記レベル調整部は、変換装置の外部から前記トーンマップ関数の各係数を取得する取得部を有する
請求項１又は請求項２に記載の変換装置。

【請求項4】

前記トーンマップ関数の各係数は、前記ＨＤＲ映像信号のシーンによって異なる
請求項１から請求項３のいずれかに記載の変換装置。

【請求項5】

ＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換する変換方法であって、
シーン光信号を光電気変換したHDR映像信号に対してHDR表示装置における逆光電気変換を適用した信号のRGB各色成分をxyY信号に変換することでHDRの輝度成分Ｙ_hdrを分離し、
前記輝度成分Ｙ_hdrを、トーンマップ関数
Y_sdr = w_N * Ｙ_hdr ^N + w_(N-1) * Ｙ_hdr ^(N-1) + w_(N-2) * Ｙ_hdr ^(N-2) + … + w_(N-(N-1)) * Ｙ_hdr ^(N-(N-1)) + w₀
を用いて、ＳＤＲ映像信号の輝度成分Ｙ_sdrに変換し、
前記トーンマップ関数の各係数wは、少なくとも、
ＨＤＲ映像信号の基準白レベルの輝度がＳＤＲ映像信号の基準白レベルの輝度に変換され、
ＨＤＲ映像信号における人物の肌色レベルの輝度がＳＤＲ映像信号における人物の肌色レベルの輝度に変換され、
ＨＤＲ映像信号の最も高い輝度がＳＤＲ映像信号の基準最高値を超えない範囲の輝度に変換されるように決定される、
変換方法。

【請求項6】

コンピュータに、ＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換する処理を実行させるプログラムであって、
前記プログラムは、コンピュータに、
シーン光信号を光電気変換したHDR映像信号に対してHDR表示装置における逆光電気変換を適用した信号のRGB各色成分をxyY信号に変換することでHDRの輝度成分Ｙ_hdrを分離する処理と、
前記輝度成分Ｙ_hdrを、トーンマップ関数
Y_sdr = w_N * Ｙ_hdr ^N + w_(N-1) * Ｙ_hdr ^(N-1) + w_(N-2) * Ｙ_hdr ^(N-2) + … + w_(N-(N-1)) * Ｙ_hdr ^(N-(N-1)) + w₀
を用いて、ＳＤＲ映像信号の輝度成分Ｙ_sdrに変換する処理と、
を実行させ、
前記トーンマップ関数の各係数wは、少なくとも、
ＨＤＲ映像信号の基準白レベルの輝度がＳＤＲ映像信号の基準白レベルの輝度に変換され、
ＨＤＲ映像信号における人物の肌色レベルの輝度がＳＤＲ映像信号における人物の肌色レベルの輝度に変換され、
ＨＤＲ映像信号の最も高い輝度がＳＤＲ映像信号の基準最高値を超えない範囲の輝度に変換されるように決定される、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は変換装置、変換方法及びプログラムに関し、特に、ＨＤＲ（High Dynamic Range）の映像信号とＳＤＲ（Standard Dynamic Range）の映像信号との間の変換装置、変換方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

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）。

【0003】

特に、ＨＬＧ（Hybrid Log-Gamma）方式については、ＨＬＧ番組制作・運用における基準レベルや、ＳＤＲ（Standard Dynamic Range）信号からＨＬＧ信号へのマッピングの方法が、非特許文献２に記載されている。

【0004】

更に、非特許文献２の付属１では、ＨＬＧ映像信号からＳＤＲ映像信号への変換方式として、シーン参照型の変換方式と、ディスプレイ参照型の変換方式とがあることが記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】“Image parameter values for high dynamic range television for use in production and international programme exchange”，Recommendation ITU-R BT.2100-0，07/2016

【文献】ARIB TR-B43 １．１版

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ＨＤＲの映像信号からＳＤＲの映像信号への変換方式には様々な方法が考えられ、汎用的な一つの方法を規定することは困難である。

【0007】

ひとつの方法としては、ＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換する際には高輝度階調の圧縮が困難であることから、階調圧縮しないハードクリップかニー補正を用いた階調圧縮処理を行うことが考えられる。

【0008】

しかし、不自然な白飛びや色彩と輝度階調の損失という現象が発生するという課題があった。

【0009】

そこで、本発明は上記課題に鑑みて発明されたものであって、ＨＤＲの映像信号を、ＨＤＲ表示装置において表示した際の階調と色再現に近似する自然な映像をＳＤＲ表示装置において表示することができるＳＤＲの映像信号に変換する変換装置、変換方法及びプログラム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】

【0010】

本発明の一態様は、ＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換する変換装置であって、シーン光信号を光電気変換したHDR映像信号に対してHDR表示装置における逆光電気変換を適用した信号のRGB各色成分をxyY信号に変換することでHDRの輝度成分Ｙ_hdrを分離する表色系変換部と、前記輝度成分Ｙ_hdrを、トーンマップ関数
Y_sdr = w_N * Ｙ_hdr ^N + w_(N-1) * Ｙ_hdr ^(N-1) + w_(N-2) * Ｙ_hdr ^(N-2) + … + w_(N-(N-1)) * Ｙ_hdr ^(N-(N-1)) + w₀
を用いて、ＳＤＲ映像信号の輝度成分Ｙ_sdrに変換するレベル調整部とを有する変換装置である。

【0011】

本発明の一態様は、ＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換する変換方法であって、シーン光信号を光電気変換したHDR映像信号に対してHDR表示装置における逆光気電変換を適用した信号のRGB各色成分をxyY信号に変換することでHDRの輝度成分Ｙ_hdrを分離し、前記輝度成分Ｙ_hdrを、トーンマップ関数
Y_sdr = w_N * Ｙ_hdr ^N + w_(N-1) * Ｙ_hdr ^(N-1) + w_(N-2) * Ｙ_hdr ^(N-2) + … + w_(N-(N-1)) * Ｙ_hdr ^(N-(N-1)) + w₀
を用いて、ＳＤＲ映像信号の輝度成分Ｙ_sdrに変換する変換方法である。

【0012】

本発明の一態様は、コンピュータに、ＨＤＲの映像信号をＳＤＲの映像信号に変換する処理を実行させるプログラムであって、前記プログラムは、コンピュータに、シーン光信号を光電気変換したHDR映像信号に対してHDR表示装置における逆光電気変換を適用した信号のRGB各色成分をxyY信号に変換することでHDRの輝度成分Ｙ_hdrを分離する処理と、前記輝度成分Ｙ_hdrを、トーンマップ関数
Y_sdr = w_N * Ｙ_hdr ^N + w_(N-1) * Ｙ_hdr ^(N-1) + w_(N-2) * Ｙ_hdr ^(N-2) + … + w_(N-(N-1)) * Ｙ_hdr ^(N-(N-1)) + w₀
を用いて、ＳＤＲ映像信号の輝度成分Ｙ_sdrに変換する処理とを実行させるプログラムである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ＨＤＲの映像信号を、ＨＤＲ表示装置において表示した際の階調と色再現に近似する自然な映像をＳＤＲ表示装置において表示することができるＳＤＲの映像信号に変換することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は本実施の形態における映像信号変換装置１のブロック図である。

【図2】図２はＨＬＧ及びＳＤＲの輝度信号のレベルをビデオ信号レベルの０％からNominal Peak値までの範囲で０から１に正規化したＨＬＧビデオ信号とＳＤＲビデオ信号との関係のグラフを示した図である。

【図3】図３はＨＬＧ映像信号及びＳＤＲ映像信号の表示装置（ディスプレイ）の表示光（Display luminance[cd/m²]）における関係のグラフを示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明は様々なＨＤＲ方式（ＰＱ方式とＨＬＧ方式等）の映像信号に適用することができるが、本実施の形態では、ＨＤＲ方式の一例としてＨＬＧ方式に適用した場合について説明する。また、本実施の形態では、ＨＬＧ映像信号からＳＤＲ映像信号への変換方式として、ディスプレイ参照型の変換方式に適用した場合について説明する。

【0016】

図１は本実施の形態における映像信号変換装置１のブロック図である。

【0017】

映像信号変換装置１は、表示光信号変換部２と、輝度レベル変換部３と、ビデオ信号変換部４とを備える。

【0018】

表示光信号変換部２は、ＨＬＧ方式の撮像装置（カメラ）で撮像されたＨＬＧ方式の映像信号（ＨＬＧビデオ信号）を、ＨＤＲ表示装置（ディスプレイ）における表示光として表示するための信号（以下、表示光信号）に変換する。表示光信号変換部２は、シーン光信号を光電気変換したＨＤＲ映像信号（カメラで撮像されたＨＬＧ方式の映像信号）に対してＨＤＲ表示装置（ディスプレイ）における逆光電気変換を適用し、表示光信号に変換する。すなわち、ＨＬＧビデオ信号を入力してＨＤＲ映像を表示するＨＤＲ表示装置（ディスプレイ）の内部で行われる処理と同様な処理である。

【0019】

勧告ＢＴ．２１００では、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、本発明を適用する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。

【0020】

ＨＬＧ方式のＯＥＴＦは、ＨＤＲ用撮像装置においてシーン光Ｌｓを電気信号（ＨＬＧ方式の映像信号）に変換する伝達関数である。ＨＬＧ方式のＥＯＴＦは、ＨＤＲ用表示装置において映像信号を表示光Ｌｄに変換する伝達関数である。ＨＬＧ方式の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。そして、ＨＬＧ方式のＥＯＴＦは、ＯＥＴＦの逆関数（ＯＥＴＦ^－１）と、ＯＯＴＦとで構成される。尚、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。

【0021】

表示光信号変換部２は、ＯＥＴＦの逆関数（ＯＥＴＦ^－１）及びＯＯＴＦの伝達関数を用いて、ＨＬＧ方式の映像信号（ＨＬＧビデオ信号）を、ＨＤＲ表示装置（ディスプレイ）における表示光として表示するための信号（以下、ＨＬＧ表示光信号）に変換する。

【0022】

輝度レベル変換部３は、ＨＤＲ映像信号からＳＤＲ映像信号に変換する処理に際し、主要な部分である輝度のレベル調整（トーンマッピング）を行う部である。輝度レベル変換部３は、表色系変換部１０とレベル調整部１１とを備える。

【0023】

表色系変換部１０は、表示光信号変換部２から出力されるＨＬＧ表示光信号の表色系を、ＲＧＢ表色系からxyY表色系に変換する。ＲＧＢ表色系からxyY表色系への変換は、ＨＬＧ表示光信号のＲＧＢ各色成分をXYZ表色系（CIE1931）に変換した後、xyY表色系に変換する。そして、表色系変換部１０は、xyY表色系に変換された映像信号から輝度成分（Ｙ）を抽出する。

【0024】

レベル調整部１１は、表色系変換部１０で抽出された輝度成分（Ｙ）を、ＨＬＧの輝度成分を、ＳＤＲの輝度のダイナミックレンジに収まるように、ＨＬＧの輝度成分をＳＤＲの輝度のダイナミックレンジ内にマッピングする。このマッピングは、ＨＬＧの輝度成分をY_hdrとし、ＳＤＲの輝度成分をY_sdrとした場合、式（１）で示される１変数の多項式関数であるトーンマッピング関数を用いて行う。尚、Nは、自然数である。
Y_sdr = w_N * Ｙ_hdr ^N + w_(N-1) * Ｙ_hdr ^(N-1) + w_(N-2) * Ｙ_hdr ^(N-2) + … + w_(N-(N-1)) * Ｙ_hdr ^(N-(N-1)) + w₀ 式（１）
ここで、トーンマッピング関数の次数であるが、好ましくは４次、５次、６次、７次、８次のいずれかである（Ｎ＝４，５，６，７，８）。本実施の形態では、トーンマッピング関数の次数が６次（Ｎ＝６）の場合を説明するが、適時変更しても良い。

【0025】

６次のトーンマッピング関数は、式（２）となる。
Y_sdr = w₆ * Ｙ_hdr ⁶ + w₅ * Ｙ_hdr ⁵ + w₄ * Ｙ_hdr ⁴ + w₃ * Ｙ_hdr ³ + w₂ * Ｙ_hdr ² + w₁ * Ｙ_hdr+ w₀ 式（２）
ここで、各係数wの算出方法であるが、以下の二つの方法が考えられる。

【0026】

＜方法１＞
方法１は、原点[0, 0]と、任意の６点を指定し、ラグランジュ補間により、関数の係数を算出する方法である。

【0027】

６次（N=6）のトーンマッピング関数の場合、[Y_hdr , Y_sdr]が、[0, 0], [Y_{hdr_1} , Y_{sdr_1}], [Y_{hdr_2} , Y_{sdr_2}], [Y_{hdr_3} , Y_{sdr_3}], [Y_{hdr_4} , Y_{sdr_4}], [Y_{hdr_5} , Y_{sdr_5}], [Y_{hdr_max} , Y_{sdr_max}]の座標を通る多項式関数として表現できる場合、各係数w_nは以下の式（３）から式（６）の連立方程式の解として得られる。

ここで、[Y_{hdr_1} , Y_{sdr_1}], [Y_{hdr_2} , Y_{sdr_2}], [Y_{hdr_3} , Y_{sdr_3}], [Y_{hdr_4} , Y_{sdr_4}], [Y_{hdr_5} , Y_{sdr_5}], [Y_{hdr_max} , Y_{sdr_max}]の６点について、各座標のY_hdrと Y_sdrとの関係であるが、少なくとも下記の基準により決定する。

【0028】

（１）ＨＬＧ映像信号の基準白レベルの輝度をＳＤＲ映像信号の基準白レベルの輝度にマッピングする。具体的には、ＨＬＧ及びＳＤＲの輝度のレベルを０から１で正規化した場合、輝度レベル０．７５（基準白レベル）のＨＬＧ映像信号の輝度成分をＳＤＲ映像信号の輝度レベル０．９８（基準白レベル）にマッピングする。すなわち、座標[0.75, 0.98]であり、トーンマッピング関数は座標[0.75, 0.98]を通過する曲線を定めることになる。但し、基準白レベルの値はこれに限定されるものではなく、ＳＤＲ映像信号の場合、輝度レベル０．８５～１．０の範囲の中から所望するレベル値を、ＳＤＲ映像信号の基準白レベルのレベル値としても良い。例えば、ＳＤＲ映像信号の基準白レベルを０．８５とした場合、トーンマッピング関数が通過する座標点は、座標[0.75, 0.85]である。また、同様に、ＨＬＧ映像信号（ＨＤＲ映像信号）の基準白レベルの輝度レベルも変更可能である。

【0029】

（２）ＨＬＧ映像信号における人物の肌色レベルに対応する輝度成分をＳＤＲ映像信号における人物の肌色レベルの輝度レベルにマッピングする。具体的には、ＨＬＧ及びＳＤＲの輝度のレベルを０から１で正規化した場合、輝度レベル０．４５～０．６のＨＬＧ映像信号の輝度成分を、ＳＤＲ映像信号の輝度レベル０．６～０．８にマッピングする。例えば、座標[0.5, 0.7]であり、トーンマッピング関数は座標[0.5, 0.7]を通過する曲線を定めることになる。尚、上記の例では、ＨＬＧ映像信号における人物の肌色レベルを輝度レベル０．５とし、ＳＤＲ映像信号における人物の肌色レベルを輝度レベル０．７としたが、これに限ることなく、上述した肌色レベルの範囲から所望する輝度レベルを選択すれば良い。

【0030】

（３）ＨＬＧ映像信号の最高輝度をＳＤＲ映像信号の最高輝度を超えない範囲にマッピングする。具体的には、ＨＬＧ及びＳＤＲの輝度のレベルを０から１で正規化した場合、輝度レベル１．０のＨＬＧ映像信号の輝度成分を、ＳＤＲ映像信号の輝度レベル１．１８にマッピングする。例えば、座標[1.0, 1.18]であり、トーンマッピング関数は座標[1.0, 1.18]で終端する曲線を定めることになる。尚、ＳＤＲ映像の表示輝度レベルは実際には１を超えて１．２程度まであるため、本例では、ＨＬＧ映像信号の最高輝度レベル１の輝度成分を、ＳＤＲ映像信号の輝度レベル１．１８にマッピングを行う例を示した。しかし、これに限るものではなく、ＳＤＲ映像信号の最高輝度のレベルを超えない範囲で、マッピングできれば良い。

【0031】

以上の基準により、６点のうち３点を定める。残りの３点については、映像の被写体や絵柄によって好ましいＨＬＧ映像信号の輝度レベルとＳＤＲ映像信号の輝度レベルとの関係により決定する。被写体の例としては、芝生やアイスリンク、空等がある。

【0032】

芝生の場合、ＨＬＧ及びＳＤＲの輝度のレベルを０から１で正規化した場合において、ＨＬＧ映像信号の輝度レベルが約０．４～０．６の範囲であり、ＳＤＲ映像信号の輝度レベルが０．５５～０．８の範囲と思われる。そこで、これらの範囲から所望のレベルを選択するようにする。例えば、輝度レベル０．６のＨＬＧ映像信号の輝度成分を、ＳＤＲ映像信号の輝度レベル０．８にマッピングする。すなわち、座標[0.6, 0.8]であり、トーンマッピング関数は座標[0.6, 0.8]を通過する曲線を定めることになる。

【0033】

アイスリンクの場合、ＨＬＧ及びＳＤＲの輝度のレベルを０から１で正規化した場合において、ＨＬＧ映像信号の輝度レベルが約０．７～０．８５の範囲であり、ＳＤＲ映像信号の輝度レベルが０．９～最高輝度レベル付近の範囲と思われる。そこで、これらの範囲から所望のレベルを選択するようにする。例えば、輝度レベル０．７のＨＬＧ映像信号の輝度成分を、ＳＤＲ映像信号の輝度レベル０．９３にマッピングする。すなわち、座標[0.7, 0.93]であり、トーンマッピング関数は座標[0.7, 0.93]を通過する曲線を定めることになる。

【0034】

空（雲など）の場合、ＨＬＧ及びＳＤＲの輝度のレベルを０から１で正規化した場合において、ＨＬＧ映像信号の輝度レベルが約０．７～１．０の範囲であり、ＳＤＲ映像信号の輝度レベルが０．８～１．０９の範囲と思われる。そこで、これらの範囲から所望のレベルを選択するようにする。例えば、輝度レベル０．８のＨＬＧ映像信号の輝度成分を、ＳＤＲ映像信号の輝度レベル１．０にマッピングする。すなわち、座標[0.8, 1.0]であり、トーンマッピング関数は座標[0.8, 1.0]を通過する曲線を定めることになる。

【0035】

尚、上述した被写体が映像中になくても、上述した被写体における、ＨＬＧ映像信号の輝度レベルとＳＤＲ映像信号の輝度レベルとの関係を参考にして、トーンマッピング関数を定める座標点を決定しても良い。

【0036】

原点と、少なくとも上記３つの基準に基づいて選択された３点と、任意の３点とを用いて、式（３）から式（６）を解くことにより、得られた係数の一例は以下の通りである。

【0037】

w₆ = -6.220761137962029
w₅ = 27.39878411726863
w₄ = -50.55893518025914
w₃ = 50.1851064744526
w₂ = -28.28676760617539
w₁ = 8.662573332675574
w₀ = 0
上記例示した係数を適用した式（２）を用いて、ＨＬＧの輝度成分をＳＤＲの輝度のダイナミックレンジ内にマッピングした場合のＨＬＧの輝度成分とＳＤＲの輝度との関係を、図２及び図３に示す。

【0038】

図２はＨＬＧ及びＳＤＲの輝度のレベルを０から１で正規化されたＨＬＧビデオ信号とＳＤＲビデオ信号との関係のグラフであり、横軸がＨＬＧビデオ信号の輝度信号レベルであり、縦軸がＳＤＲの輝度信号レベルである。図３はＨＬＧ映像信号及びＳＤＲ映像信号の表示装置（ディスプレイ）の表示光（Display luminance[cd/m²]）との関係のグラフであり、横軸がＨＬＧ映像信号の表示光（Display luminance[cd/m²]）であり、縦軸がＳＤＲ映像信号の表示光（Display luminance[cd/m²]）である。尚、図３において、HDRおよびSDRそれぞれの表示装置の最大輝度値は1000cd/m²及び100cd/m²である。

【0039】

図２、図３から見て分かるとおり、ＨＬＧ映像信号の輝度が滑らかにＳＤＲ映像信号の輝度に変換されているのが分かる。特に、図３におけるＨＬＧ映像信号の約１００から約３００luminance[cd/m²]までの輝度が、滑らかにＳＤＲ映像信号の約６０から約１００luminance[cd/m²]にマッピングされているのが分かる。そして、ＨＬＧ映像信号の約３００luminance[cd/m²]以上の輝度が、平坦にならずにＳＤＲ映像信号の約１２０ luminance[cd/m²]にマッピングされているのが分かる。

【0040】

以上で、方法１の説明を終了する。

【0041】

＜方法２＞
方法２は、ユーザーが任意の学習データを与えることによって６次関数の解（予測値）を導き出す方法であり、以下のように定式化できる。

【0042】

ユーザーが与える学習データを式（７）とする。

学習データをもとに計算される行列を式（８）とする。

学習する重みベクトルを式（９）とする。

ここで、予測値を式（１０）とする。

すると、式（１１）の誤差関数等を用いて誤差を最小化する最適化関数を適用することで重みベクトルの解が得られトーンマップ関数が定まる。

学習データとしてランプ波形（YchのみあるいはRGB各ch）を用いる。ランプ波形の任意の点を抽出（マウスクリックやタッチパネルのクリックなどから画素値をピックアップ）し、学習データとする。タッチパネル等では「一筆書き」で学習データの生成が可能である。

【0043】

以上で、方法２の説明を終了する。

【0044】

ビデオ信号変換部４は、輝度レベル変換部３により変換されたxyY表色系のＳＤＲ映像信号をＲＧＢ表色系に変換し、変化したＳＤＲ映像信号に対して、ＥＯＴＦの逆関数（ＥＯＴＦ^－１）を用いてビデオ信号であるＳＤＲ映像信号に変換する。

【0045】

このようにして、ＨＬＧ映像信号（ビデオ信号）からＳＤＲ映像信号（ビデオ信号）に変換することができる。

【0046】

本実施の形態では、ＨＬＧ映像信号（ビデオ信号）からＳＤＲ映像信号（ビデオ信号）に変換する際、式（１）で示されるひとつのトーンマッピング関数を用いて輝度のマッピングを行っている。一方、二以上の関数（例えば、リニアな関数とログ関数）を用いて輝度のマッピングを行う場合、それらの関数の接続点付近ではＳＤＲ映像信号（ビデオ信号）の輝度レベルの変化が急激に起き、それに起因する不自然さが目立つ場合がある。

【0047】

しかし、式（１）で示されるひとつのトーンマッピング関数を用いて輝度のマッピングを行う場合は、そのような現象は起きず、自然なＳＤＲ映像信号（ビデオ信号）を得ることが出来る。特に、式（１）で示されるひとつのトーンマッピング関数を用いる場合、変換されたＳＤＲ映像信号（ビデオ信号）の高輝度の部分は穏やかに最高輝度まで延びるので、ＳＤＲの基準白レベルを高く設定した場合の高輝度の部分の階調性に優れる。

【0048】

また、本実施の形態では、ＨＬＧ映像信号（ビデオ信号）からＳＤＲ映像信号（ビデオ信号）に変換する際、式（１）で示されるひとつのトーンマッピング関数を用いて輝度のマッピングを行っているので、二以上の関数（例えば、リニアな関数とログ関数）を用いて輝度のマッピングを行う場合に比べて、変換処理（輝度のレベル調整）が軽減されるという効果も奏する。

【0049】

更に、本実施の形態では、ＨＬＧ映像信号（ビデオ信号）からＳＤＲ映像信号に変換する際、所定の色域範囲を超えるＲＧＢ表色系の信号に対してＨＬＧからＳＤＲへの輝度のマッピングを行うのではなく、輝度のマッピング前にＲＧＢ表色系からxyY表色系への変換を行っている。従って、ＲＧＢ表色系の信号に対してＨＬＧからＳＤＲへの輝度のマッピングを行うのに比べて、色相の変化やテクスチャの損失を招くことはない。

【0050】

以上、本発明を、ＨＬＧ映像信号（ビデオ信号）からＳＤＲ映像信号（ビデオ信号）への変換に適用した場合を説明したが、ＨＬＧ映像信号（ビデオ信号）に限ることなく、ＰＱ方式のような他のＨＤＲ方式の映像信号（ビデオ信号）にも適用することができる。

【0051】

＜本実施の形態の応用例＞
上述した実施の形態では、レベル調整部１１においてトーンマップ関数の各係数が設定されている場合を説明した。

【0052】

しかし、トーンマップ関数の各係数は非常に情報量が少ない。

【0053】

そこで、映像を表示する表示装置側にはトーンマップ関数のみを記憶しておき、トーンマップ関数の各係数を別途取得するように構成しても良い。取得の方法は、例えば、トーンマップ関数の各係数をコンテンツ制作側から伝送により取得したり、トーンマップ関数の各係数をＨＤＲ方式の映像信号のコンテンツのメタデータとして埋め込み、そのメタデータから取得したりする。

【0054】

更に、ＨＤＲ方式のコンテンツのシーンに対応した異なるトーンマップ関数の係数を用意しておき、シーン毎に異なる係数をトーンマップ関数に適用しても良い。

【0055】

尚、本実施の形態では、ＨＤＲ（High Dynamic Range）の映像信号からＳＤＲ（Standard Dynamic Range）の映像信号への変換について説明したが、上述した輝度レベルの対応関係を逆にし、ＳＤＲ映像信号の輝度レベルをＨＤＲ映像信号の輝度レベルにマッピングを行うようなトーンマップ関数を用いれば、ＳＤＲ（Standard Dynamic Range）の映像信号からＨＤＲ（High Dynamic Range）の映像信号への変換にも適用することができる。

【0056】

以上好ましい実施の形態をあげて本発明を説明したが、全ての実施の形態の構成を備える必要はなく、適時組合せて実施することができるばかりでなく、本発明は必ずしも上記実施の形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形し実施することが出来る。

【符号の説明】

【0057】

１ 映像信号変換装置
２ 表示光信号変換部
３ 輝度レベル変換部
４ ビデオ信号変換部
１０ 表色系変換部
１１ レベル調整部

【図1】

【図2】

【図3】