R&D162_本文.indd

Size: px

Start display at page:

Download "R&D162_本文.indd"

しょうこふしはら
4 years ago
Views:

1 報告 1 広色域ディスプレーの色域包含率計算基準正岡顕一郎 Gamut Coverage Metric for Wide-gamut Displays Kenichiro MASAOKA 要約超高精細度テレビジョン (UHDTV:Ultra-high Definition Television) では, スペクトル軌跡上に三原色の色度が位置する広色域表色系がITU-R 勧告 BT.22(Rec. 22) に規定されている現在,UHDTVディスプレーが再現できる色の範囲はさまざまであり, ディスプレーの色域サイズを表す何らかの計算基準が必要となっている現在, 実践的には,CIE(International Commission on Illumination: 国際照明委員会 )1931 xy 色度図とCIE 1976 u v 色度図において, ディスプレーのRGB 三原色の色度を結んだ三角形の面積比あるいは面積包含率で色域サイズが表されているが, その2つの色度図で算出される値が異なるという問題がある一方, 色彩科学の分野では, 色域は2 次元の色度図でなく知覚的に均等な3 次元の色空間で立体的に定義されるが, ディスプレーの色域の形状は複雑で体積の算出は容易ではない本稿では,xy 色度図におけるRec. 22 面積包含率が3 次元色空間における Rec. 22 と非常に高い相関を持ち, 広色域ディスプレーの色域サイズを示す計算基準として妥当であることを示す ABSTRACT For ultra-high definition television, a wide-gamut system colorimetry is specified in the International Telecommunication Union - Radiocommunication Sector (ITU-R) Recommendation BT.22 (Rec. 22). Presently, UHDTV displays recognize the Rec. 22 color representation, but their inherent gamut sizes vary, which necessitates a proper gamut size metric. A practical metric used in the display industry involves comparing the area-size ratio or area-coverage ratio of the triangle formed by connecting the RGB primaries of a display to that of a standard color space in the International Commission on Illumination (CIE) 1931 xy chromaticity diagram or CIE 1976 u v chromaticity diagram. Based on color science, however, the color gamut is defined as a solid volume in a perceptually uniform three-dimensional color appearance space, rather than planimetric in a chromaticity diagram, although the calculation of the gamut shape and size is very complex. This report reveals high correlations between the Rec. 22 area-coverage ratios in the xy diagram and the Rec. 22 volume-coverage ratios in color appearance spaces. It is herein proposed to measure display gamut sizes by employing the Rec. 22 area-coverage ratio in the xy diagram. 12 NHK 技研 R&D No

2 報告 1 1. まえがき超高精細度テレビジョン ( 以下,UHDTV) では, スペクトル軌跡上に三原色の色度が位置する広色域表色系が ITU-R(International Telecommunication Union - Radiocommunication Sector) 勧告 BT.22( 以下,Rec. 22) 1) に規定されている一方,HDTV ではCRT(Cathode Ray Tube) の蛍光体の特性に基づいて設計された表色系がITU-R 勧告 BT.79( 以下,Rec. 79) 2) に規定されている xy 色度図とu v 色度図における UHDTVとHDTVの三原色の色度 *1 を1 図に示す 1 図から,UHDTVの広色域表色系は,HDTVでは再現できない高彩度の物体色も再現できることが分かる 3) しかし, 現在のUHDTVディスプレーが再現できる色の範囲はさまざまであり, 色域サイズを表す何らかの計算基準が必要になる実践的には, 色域サイズは, 色度図において目標となる標準的な色域とディスプレーの色域との面積比で表される一方, 色彩科学の分野では,2 図に示すように知覚的に均等な *2 3 次元色空間としてよく用いられているCIE L*a*b* ( C I E L A B ) 色空間 *3 における色立体で色域を表すしかし, その形状や体積の算出は複雑で, また, 色立体の概念の難しさから, 体積に基づいた計算基準は市場では受け入れられていない一方, 面積に基づいた計算基準にも問題がある規格の赤 (R), 緑 (G), 青 (B) の三原色色度点をある色度図上で結んだ三角形 (RGB 三角形と呼ぶ ) の面積をA std, ディスプレーの三原色色度点をある色度図上で結んだ三角形の面積をA disp, それぞれの三角形が重なり合う多角形部分の面積をA disp A stdとしたとき, ディスプレーの相対色域サイズが面積包含率 (A disp A std)/ A stdで表される場合と, 面積比 A disp / A stdで表される場合があるさらに, これらの面積包含率や面積比を算出する際に,xy 色度図を用いる場合とu v 色度図を用いる場合が混在する Rec. 22で規定された広色域表色系は, ほぼすべての物体色を包含するように設計されているしたがって,Rec. 22に対応したディスプレーの設計においては,Rec. 22 の信号で表現される物体色を正確に再現できる指標を用いることが望ましいこの点で, ディスプレーが物体色を正確に再現できているかを表す指標としては, ディスプレーの相対色域サイズは, 面積比でなく,A dispがa stdにどれだけ包含されているかを示す面積包含率で表すことが妥当であるそして, 色域包含率を面積包含率として計算する場合の 2 次元空間として, 実践的には xy 色度図かu v 色度図のどちらかを選択することになる本稿では,A stdの基になる規格が Rec. 22である場合, (A disp A std) / A std を Rec. 22 面積包含率と呼び, xy 色度図と u v 色度図の 2 つの色度図における Rec. 22 面積包含率と, 色彩科学的に正しい 3 次元色空間における Rec. 22 をシミュレーションにより比較し, 色度図を用いた広色域ディスプレーの色域サイズを示す計算基準の妥当性を検証する 2. シミュレーションまず,3 図のu v 色度図上に赤緑青の点で示すように, さまざまな広色域ディスプレーの RGB 三原色をサンプリングする 3 図では, どのRGB 三原色の組み合わせでもRec. 79 色域を包含することで広色域ディスプレーの条件を満たすものとしている 4 図は, サンプリングしたすべての RGB 三原色の組み合わせについて,xy 色度図とu v 色度図において算出した Rec. 22 面積包含率を比較した結果である両色度図における Rec. 22 面積包含率は最大で18% 程度の差があり, 色度図を区別しない計算基準には問題があることが分かる 5 図は,xy 色度図とu v 色度図において算出したRec. 22 面積包含率と,CIE L*a*b*(CIELAB),CIE L*u*v* (CIELUV) *4,CIECAM2 Jacbc *5 において算出した Rec. 22 4) との関係を示すこのシミュレーション結果から, 色彩科学的に正しい Rec. 22 は, xy 色度図における Rec. 22 面積包含率と高い相関を有していることが分かるしたがって, 広色域ディスプレーの相対色域サイズは,xy 色度図におけるRec. 22 面積包含率で表すことが妥当であると考えられる面積包含率の計算に用いるxy 色度図の妥当性は, 目標色域がAdobe RGB( 写真やグラフィックアートの色空間の標準 ) やDCI-P3( デジタルシネマの基準プロジェクターの色域 ) の場合でも示されている 5) 面積包含率の計算方法の詳細については, 文献 6) を参照していただきたい *1 色の色相と彩度を表す数値を色度と呼ぶ明るさは表さない国際照明委員会 ( C I E ) が定める色度図には xy 色度図と u v 色度図がある明るさが一定の場合には,u v 色度図の方が xy 色度図よりも知覚的な色の差がより均等に図示される *2 色の明度, 色相, 彩度を表す 3 次元色空間において, 距離と色の差が比例していることを知覚的に均等と呼ぶ *3 明度を L*, 色相と彩度を示す色度を a*,b* で表す 3 次元色空間 *4 CIELAB と CIELUV は, ともに国際照明委員会 (CIE) において 1976 年に規格化された色空間モデル CIELUV はかつてテレビジョンの分野でよく用いられていたが, 現在は主に CIEL AB が用いられている *5 主に学術用途で標準化された色空間モデル現在も改良が試みられている NHK 技研 R&D No

Rec. 22 Rec. 79 y v Rec. 22.1.1.1 x a x y 色度図１図 Rec. 79.1 8 6 6 L 8 L 1 u b u v 色度図 Rec.

22の色域３次元色空間におけるRec. 79とRec. 22の色域３標準化包含率だけでなく色相別の色域包含率も推奨されている６図に示すように Rec.

ビジョン番組制作用ディスプレーの色域包含率計算法とてシアン A C マゼンタ A M イエロー A Y の３つの領して x y 色度図上でのRec.

Businesses 電波 A C A disp A M / A M A disp A Y / A Yを求め色相別産業会に提案し 215年に技術資料TR-B36 ７

3 Rec. 22 Rec. 79 y v Rec x a x y 色度図１図 Rec L 8 L 1 u b u v 色度図 Rec. 79とRec. 22の色度 b 1 a 1 1 b 1 a a Rec. 79の色域２図 b Rec. 22の色域３次元色空間におけるRec. 79とRec. 22の色域３標準化包含率だけでなく色相別の色域包含率も推奨されている６図に示すように Rec. 22のRGB三角形において白色前章のシミュレーション結果を基に超高精細度テレ W の色度点からR, G, Bの色度点へそれぞれ直線を引いビジョン番組制作用ディスプレーの色域包含率計算法とてシアン A C マゼンタ A M イエロー A Y の３つの領して x y 色度図上でのRec. 22面積包含率をARIB 域に分割しそれぞれの領域の面積包含率 A disp A C / Association of Radio Industries and Businesses 電波 A C A disp A M / A M A disp A Y / A Yを求め色相別産業会に提案し 215年に技術資料TR-B36 ７が策定さのRec. 22色域包含率としている算出した色域包含率れた TR-B36では Rec. 22 のRGB三角形全体の面積は Rec. 22のRGB三角形全体 C領域 M領域 Y領 14 NHK技研 R&D No

報告 1 1 v スペクトル軌跡 Rec. 79 RGB 三角形純紫軌跡 9 8 7.1 6.

色度図における Rec. 22 面積包含率の比較 1 9 1 1 r =.99 r =.985 r =.

9 1 4 5 6 7 8 9 1 ( a )xy 色度図と L*a*b* 色空間 ( b )xy 色度図と L*u*v* 色空間 ( c )xy

8 7 6 5 5 5 4 5 6 7 8 9 1 4 5 6 7 8 9 1 4 5 6 7 8 9 1 u v 面積包含率 u v 面積包含率 u

4 報告 1 1 v スペクトル軌跡 Rec. 79 RGB 三角形純紫軌跡 u u v 面積包含率 3 図広色域ディスプレーの RGB 三原色のサンプリング 4 図 x y 色度図と u v 色度図における Rec. 22 面積包含率の比較 r =.99 r =.985 r = L*a*b* L*u*v* Jacbc ( a )xy 色度図と L*a*b* 色空間 ( b )xy 色度図と L*u*v* 色空間 ( c )xy 色度図と Jacbc 色空間 r =8 r =49 r =5 9 9 L*a*b* L*u*v* Jacbc u v 面積包含率 u v 面積包含率 u v 面積包含率 ( d )u v 色度図とL*a*b* 色空間 ( e )u v 色度図とL*u*v* 色空間 ( f )u v 色度図とJacbc 色度図 5 図 Rec. 22 面積包含率と Rec. 22 の比較 ( 図中の r は相関係数を表す ) 15

5 G y A C W A Y R y AC Adisp AY Adisp A M AM Adisp.1 B.1 x (a)rec. 22シアン, マゼンタ, イエローの3 領域.1.1 x ( b ) あるディスプレーのRGB 三角形との重なり 6 図 Rec. 22 色域の分割域のそれぞれの面積包含率を, 小数点第 1 桁まで四捨五入して記述する例えば,Rec. 79 色域 (Rec. 79のRGB 三角形 ) のRec. 22 色域包含率は, 以下のように記述される Rec. 22 色域包含率 :52.9%(C:27.5%, M:68.7%, Y:6.1%) このように色相別に3 領域の色域包含率を示すことにより, 全体の色域包含率のみを示す場合よりも, 色相間の色域サイズのバランスをある程度把握することができる 4. あとがき本稿では, 色度図におけるRec. 22 面積包含率と3 次元色空間におけるRec. 22 をシミュレーションにより比較し, 広色域ディスプレーの色域サイズを示す計算基準として,CIE 1931 xy 色度図における Rec. 22 面積包含率が妥当であることを示したこの計算基準は, 超高精細度テレビジョン番組制作用ディスプレーの色域包含率計算法として,ARIBの技術資料 TR-B36に規定された今後は, 広色域ディスプレーの開発において, 首尾一貫した計算基準により色域サイズを評価できるようになると期待される本稿は,Optics Express 誌に掲載された以下の論文を元に加筆修正したものである K. Masaoka and Y. Nishida: Metric of Color-space Coverage for Wide-gamut Displays, Opt. Express, Vol.23,No.6,pp (215) 16

報告 1 参考文献 1) Rec. ITU-R BT.22-2, Parameter Values for Ultra-high Definition Television Systems for Production and International Programme Exchange (215) 2) Rec. ITU-R BT.79-6, Parameter Values for the HDTV Standards for Production and International Programme Exchange (215) 3) K.

6 報告 1 参考文献 1) Rec. ITU-R BT.22-2, Parameter Values for Ultra-high Definition Television Systems for Production and International Programme Exchange (215) 2) Rec. ITU-R BT.79-6, Parameter Values for the HDTV Standards for Production and International Programme Exchange (215) 3) K. Masaoka, Y. Nishida, M. Sugawara and E. Nakasu: Design of Primaries for a Widegamut Television Colorimetry, IEEE Trans. Broadcast.,Vol.56,No.4,pp (21) 4) K. Masaoka and Y. Nishida: Metric of Color-space Coverage for Wide-gamut Displays, Opt. Express,Vol.23,No.6,pp (215) 5) K. Masaoka: Single Display Gamut Size Metric, J. Soc. Info. Disp.,Vol.24,No.7, pp (216) 6) K. Masaoka: Display Gamut Metrology Using Chromaticity Diagram, IEEE Access, Vol.4,pp (216) 7) ARIB TR-B36, Metric of Color-space Coverage of UHDTV Displays for Program Production (215) まさおかけんいちろう正岡顕一郎 1996 年入局放送技術研究所, 放送技術局を経て,22 年から放送技術研究所において, 超高精細映像システムの研究と映像方式の標準化活動に従事現在, 放送技術研究所テレビ方式研究部主任研究員博士 ( 工学 ) NHK 技研 R&D No

R&D162_本文.indd

R&D162_本文.indd 解説 HDR-TV の映像方式と ITU-R における標準化動向日下部裕一放送衛星を用いた 4K 8K 試験放送 NHKスーパーハイビジョンが 2016 年 8 月 1 日から開始された試験放送では, 一部の番組がHDR(High Dynamic Range: 高ダイナミックレンジ ) で放送されている HDRは, 広いダイナミックレンジ ( 明暗の幅 ) を持つ映像を撮影し, 表示装置上に再現することで,