CN101075420A - 图像显示装置和图像显示方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种图像显示方法，其中包括：检测输入图像的最低灰度级和最高灰度级；获得能够显示光调制装置应以最低灰度级显示的最低亮度的最高光源亮度和能够显示光调制装置应以最高灰度级显示的最高亮度的最低光源亮度，根据最高光源亮度和最低光源亮度得到要对光源设定的光源亮度，对光源设定所得到的光源亮度；以及根据所得到的光源亮度按照光调制装置的灰度级/亮度特性扩展输入图像其与最低亮度和最高亮度相对应的各灰度级两者间的等级范围。

Description

图像显示装置和图像显示方法
                               技术领域
本发明涉及一种能够提高显示图像的视觉对比度的图像显示装置和图像显示方法。
                               背景技术
近年来，以包括光源和用于调制光源光强的光调制装置在内的液晶显示器为代表的图像显示装置得到广泛使用。但对于这样的图像显示装置来说，光调制装置并不具有理想的调制特性，尤其是显示黑色时因光调制装置漏光而造成对比度降低。
为了抑制对比度降低，已经提出了多种根据输入图像以组合方式进行输入图像修正和光源强度调制的方法。举例来说，根据第3215388号日本专利，其中检测输入图像的最低亮度级、最高亮度级、以及平均亮度级，将该输入图像的最高亮度级和最低亮度级所决定的输入图像的动态范围放大至图像显示装置可显示的最大动态范围，并且同时根据平均亮度级控制图像显示装置的光源。根据文献“SID技术论文讨论会辑要，第36卷，第1期，第1380至1383页”，其中检测输入图像的最高亮度级，将该最高亮度级扩展为图像显示装置可显示的最高灰度级，并且控制该图像显示装置的光源，以便经过扩展的最高灰度级与所检测的最高亮度级匹配。
对于这两种技术来说，可通过与恒定光源亮度的图像显示装置相比较来随输入图像控制输入图像的修正和光源的发光强度，以放大对比度。但这些技术是将输入图像的动态范围扩展为输入图像在图像显示装置上可显示的最大动态范围的方法。因此，这些技术并未考虑到输入图像原本要显示的动态范围。具体来说，存在这些技术会过度延展输入图像的动态范围这种可能。
                               发明内容
根据本发明的一个方面，提供有一种图像显示装置，包括：
图像显示器，其包括能够调节光源亮度的光源和通过根据代表图像的信号调制来自光源的光的透射或者反射来显示图像的光调制装置；
配置为检测输入图像的最低灰度级和最高灰度级的等级范围检测器；
光源亮度设定器，配置为
获得能够在光调制装置上显示以最低灰度级显示的最低亮度的最高光源亮度和能够在光调制装置上显示以最高灰度级显示的最高亮度的最低光源亮度，
根据最高光源亮度和最低光源亮度得到要对光源设定的光源亮度，并且对光源设定所得到的光源亮度；以及
直方图扩展部，配置为根据所得到的光源亮度按照光调制装置的灰度级/亮度特性将输入图像在最低灰度级和最高灰度级两者间的等级范围扩展到与最低亮度和最高亮度相对应的各灰度级，并且将等级范围经过扩展的输入图像的信号输出给光调制装置。
根据本发明的另一方面，提供有一种图像显示方法，用于在其中包括能够调节光源亮度的光源和通过根据代表图像的信号调制来自光源的光的透射或者反射来显示图像的光调制装置的图像显示装置中进行下列步骤：
检测输入图像的最低灰度级和最高灰度级；
获得能够在光调制装置上显示以最低灰度级显示的最低亮度的最高光源亮度和能够在光调制装置上显示以最高灰度级显示的最高亮度的最低光源亮度；
根据最高光源亮度和最低光源亮度得到要对光源设定的光源亮度；
对光源设定所得到的光源亮度；以及
根据所得到的光源亮度按照光调制装置的灰度级/亮度特性扩展输入图像在与最低亮度和最高亮度相对应的各灰度级两者间的等级范围，并且将等级范围经过扩展的输入图像的信号提供给光调制装置。
                               附图说明
图1是第一实施例的图像显示装置其配置的示意图。
图2是示出图像显示装置其工作流程的流程图。
图3是将灰度级与亮度相关联的查找表数据的示意图。
图4是两个对数座标系统和座标系统中所绘制的曲线的示意图。
图5是两个对数座标系统和座标系统中所绘制的曲线的示意图。
图6是将输入图像的最低灰度级和最高灰度级与背光的光源亮度相关联的查找表数据的示意图。
图7是将ROM与光源亮度设定器连接的配置的示意图。
图8示出直方图扩展的表现。
图9是将ROM与直方图扩展部连接的配置的示意图。
图10是将最低灰度级和最高灰度级与增益相关联的查找表数据(第一表数据)的示意图。
图11是将最低灰度级和最高灰度级与偏置相关联的查找表数据(第二表数据)的示意图。
图12是投影图像显示器的示意图。
图13是使用数字微镜装置的投影图像显示器的示意图。
图14是第二实施例的图像显示装置其配置的示意图。
图15是使用数字微镜装置和红、绿、蓝三原色的LED光源的投影图像显示器的示意图。
图16是第三实施例的图像显示装置其配置的示意图。
图17是等级范围检测器加上有等级修正部的配置的示意图。
                           具体实施方式
(第一实施例)
图1示出本发明第一实施例的图像显示装置的配置。该图像显示装置包括等级范围检测器11、光源亮度设定器12、直方图扩展部13、以及图像显示器14。图像显示器14是由作为光调制装置的液晶屏21和安装于液晶屏21背面一侧作为光源的背光22所组成的液晶显示器(下面称为LCD)。有一输入图像输入至等级范围检测器11和直方图扩展部13。等级检测器11检测输入图像的最低灰度级和最高灰度级。光源亮度设定器12根据等级范围检测器11所检测出的最低灰度级和最高灰度级设定背光22的发光亮度(光源亮度)。直方图扩展部13根据液晶屏21的γ特性和光源亮度设定器12设定的背光发光亮度扩展输入图像的等级范围(直方图扩展)。最后，将直方图经过扩展的输入图像写入至液晶屏21，同时背光22按光源亮度设定器12设定的背光发光亮度发光。这样，图像便显示于图像显示器14上。具体来说，图像显示于液晶屏21上。
下面参照图2中所示的给出图像显示装置工作流程的流程图来说明图1中图像显示装置其中每一部分的动作。
(等级范围检测器)
等级范围检测器11检测输入图像的最低灰度级和最高灰度级(步骤S11)。输入图像通常经过一反向γ处理，本例中的输入图像也经过一反向γ处理。不过这只是一例，并不限制本发明。输入图像是移动图像的情形下，等级范围检测器11检测一帧周期的输入图像其最低灰度级和最高灰度级。任何方法可用作检测最低灰度级和最高灰度级的方法。举例来说，有一种获得输入图像的直方图(例如横轴是灰度级，纵轴是像素数目)并且从该直方图当中获得最低灰度级和最高灰度级的方法。就检测输入图像的最低灰度级和最高灰度级的技术而言，通常具有种种方法。任何一种方法都适用于本发明，因而其具体说明从略。
(光源亮度设定器)
光源亮度设定器12根据等级范围检测器11所检测出的输入图像的最低灰度级和最高灰度级设定背光22的光源亮度。下面对此详细说明。
光源亮度设定器12具有根据液晶屏21的特性和背光的亮度调制范围对此预先设定的图像显示器14的最大动态范围。最大动态范围由公式1以解析方式表达。
[公式1]
Dmin＝IminTmin
Dmax＝ImaxTmax
其中，Dmin和Dmax分别代表图像显示器14可显示的最低显示亮度和最高显示亮度。Imin和Imax分别代表为背光其调制范围的最低调制亮度和最高调制亮度。Tmin和Tmax分别代表液晶屏21的最小透射和最大透射。以解析方式而言，最大动态范围由公式1表征。但对于实际的Dmin和Dmax而言，以背光22的亮度调制范围的最低背光亮度来显示液晶屏21可显示的最低灰度级(能够以8位表示的液晶屏情形的0级)的情况下，图像显示器14可显示的最低显示亮度应该是图像显示器14其测定的亮度。同样，以背光22的亮度调制范围的最高背光亮度来显示液晶屏21可显示的最高灰度级(能够以8位表示的液晶屏情形的255级)的情况下，图像显示器14可显示的最高显示亮度应该是图像显示器14其测定的亮度。
光源亮度设定器12根据等级范围检测器11所检测出的输入图像的最低灰度级和最高灰度级获得输入图像其最大动态范围的最低亮度和最高亮度(步骤S12)。最低亮度和最高亮度可根据公式2运算。
[公式2]
Y min = ( L min 255 ) γ ( D max - D min ) + D min
Y max = ( L max 255 ) γ ( D max - D min ) + D min
其中，Ymin和ymax代表最低亮度和最高亮度。Lmin和Lmax代表最低灰度级和最高灰度级。γ表示用于修正输入图像的γ值。通常使用2.2作为γ值。公式2是所谓的反向γ修正处理。但根据本实施例，反向γ修正应用于图像显示器14各最大动态范围之间。具体来说，反向γ修正按这样一种方式进行以便将Ymin和Ymax纳入最大动态范围中。
最低亮度和最高亮度可以用公式2运算。但下面的方法也可行。举例来说，确定Dmin和Dmax并且随后从灰度级L和亮度Y两者间的关系生成将灰度级L与亮度Y相关联的查找表(LUT)数据。图3示出一例查找表数据。而所生成的表数据存储于ROM(只读存储器)15等可如图7中所示由光源亮度设定器12存取的设备。举例来说，ROM与存储器(表存储部)相对应。当寻找最低亮度Ymin和最高亮度Ymax时，光源亮度设定器分别通过从输入图像检测出的最低灰度级Lmin和最高灰度级Lmax参照ROM15从而获得Ymin和Ymax。也可以根据数值Dmin和Dmax的组合在ROM15中准备多项表数据，从而参照相关组合的表数据。
接下来，根据这样运算得到的最低亮度和最高亮度以及背光的相对亮度和液晶屏的γ特性两者间的关系得到背光发光亮度(步骤S13)。用图4具体说明运算背光发光亮度的方法。
图4中，左右两边并列有两个对数座标系统。左边的座标系统以输入图像的灰度级为横轴，以显示相对亮度为纵轴。右边的座标系统以背光相对亮度为横轴，以显示相对亮度为纵轴。
曲线G1在左边的座标系统中示出。曲线G1示出输入图像的灰度级和上面获得的图像显示器14的最大动态范围的显示相对亮度两者间的关系。γ值是2.2，Dmax是1并且Dmin是0(具体来说，背光亮度的最低光源亮度是0)。此关系与公式2等同。最高灰度如例如图4所示是150个等级的情况下，该例的显示相对亮度接近为0.3(最高相对亮度是1的情形)。该数值与公式2的Ymax等同。同样，最低灰度是11个等级的情况下，该例的显示相对亮度接近为0.001。该数值与公式2的Ymin等同。
右边的座标系统则示出一实线曲线G2和一虚线曲线G3。曲线G2和G3示出背光22的相对亮度和液晶屏21的γ特性两者间的关系。更为精确的来说，曲线G2示出在液晶屏21上显示255个等级的情况下显示相对亮度和背光22的相对亮度两者间的关系(255个等级的LCD显示相对亮度曲线)。曲线G3则示出在液晶屏21上显示0等级的情况下显示相对亮度和背光22的相对亮度两者间的关系(0等级的LCD显示相对亮度曲线)。对于G2和G3而言，背光相对亮度越低，显示相对亮度越低。
这里，在某一背光相对亮度下LCD可显示的动态范围是曲线G3(0等级的LCD显示相对亮度曲线)和曲线G2(255个等级的LCD显示相对亮度曲线)两者间的部分。输入图像的最高灰度级例如为150个等级的情况下，根据左边的曲线G1其显示相对亮度接近为0.3。就显示相对亮度而言，在液晶屏21上显示255个等级的情况下，可以理解根据右边的曲线G2可通过将背光相对亮度设定为接近0.3或者更大来显示。该值是最高光源亮度(第一光源亮度)IYmax。同样，在输入图像的最低灰度级是11个等级的情况下，根据左边的曲线G1其显示相对亮度接近为0.001。就显示相对亮度而言，在液晶屏21上显示0等级的情况下，可以理解根据右边的曲线G3可通过将背光相对亮度设定为接近0.48或者更小来显示。该值是最低光源亮度(第二光源亮度)IYmin。
从上面可以理解，通过将背光22的光源亮度设定为最高光源亮度的0.3或者更大，并设定为最低光源亮度的0.48或者更小，可在图像显示器14的最大动态范围内(Dmin到Dmax)显示输入图像。背光22的光源亮度可以是最高光源亮度和最低光源亮度两者间的任意值。但从抑制功耗增加的角度看，该值越低越有利。因此，根据本实施例，由此使光源亮度处于最高光源亮度和最低光源亮度两者间最低的最高光源亮度设定作为背光22的光源亮度。
上面说明了在最高光源亮度IYmax等于或者低于最低光源亮度IYmin的情况下设定背光22的光源亮度的方法。但随输入图像而存在最高光源亮度IYmax高于最低光源亮度IYmin的情形。用图5说明这些情形下设定背光的光源亮度的方法。
图5示出与图4相同的曲线。左边曲线G11示出输入图像的灰度级(横轴)和显示相对亮度(纵轴)两者间的关系，而右边曲线G12和G13示出背光相对亮度(横轴)和显示相对亮度(纵轴)两者间的关系。图5中，输入图像的最高灰度级是200个等级，该情况下的显示相对亮度接近为0.59(Ymax)。就显示相对亮度而言，在液晶屏21上显示255个等级的情况下，根据右边的曲线G12可以理解，可通过将背光相对亮度设定为接近0.59(IYmax)或者更大来显示。如同图4输入图像的最低灰度级是11个等级，根据左边的曲线G11，其显示相对亮度接近为0.001(Ymin)。就显示相对亮度而言，在液晶屏21上显示0等级的情况下，根据右边的曲线G13可以理解，可通过将背光相对亮度设定为接近0.48(IYmin)或者更小来显示。具体来说，需要设定背光相对亮度接近为0.59或者更大，从而显示与输入图像的最高灰度级等同的显示相对亮度。而且需要设定背光相对亮度接近为0.48或者更小，从而显示与输入图像的最低灰度级等同的显示相对亮度。由于这一原因，不可能在图像显示器的最大动态范围内以一独特背光相对亮度显示输入图像的最低灰度级至最高灰度级。这种情况下，最高光源亮度设定作为背光22的光源亮度以保持输入图像的最高亮度。也有另一种获得输入图像的平均灰度级并且根据该平均灰度级在最低光源亮度和最高光源亮度两者间设定背光22光源亮度的方法。具体来说，当输入图像的平均灰度级变得较高时，背光22的光源亮度进一步设定于最高光源亮度一侧。这是因为，在平均灰度级较高的情况下，越是正确地显示最高亮度越好，因为输入图像包括许多高灰度级的像素，相反，在平均灰度级较低的情况下，越是正确地显示最低亮度越好，因为输入图像包括许多低灰度级的像素。根据平均灰度级设定背光22光源亮度的情况下，可以通过公式3利用最低光源亮度IYmin和最高光源亮度IYmax得到背光光源亮度I。
[公式3]
I＝αIYmax+(1-α)IYmin
其中，α是从输入图像的平均灰度级得到的0和1之间的一系数，它可以作为一种平均灰度级越高便越接近于1的函数给出。
也可以在ROM等当中作为表数据保存输入图像的最低灰度级以及最高灰度级和要设定的背光22的光源亮度两者间的关系。这种情况下，不需要进行上文所述的全部处理。
具体来说，如图6中所示，应事先准备将输入图像的最低灰度级和最高灰度级与背光22的光源亮度相关联的查找表(LUT)数据。但不需要保存表格的对角线下半部分的数值，因为最低灰度级≤最高灰度级。该表数据存储于如图7所示可由光源亮度设定器12存取的ROM 15中。光源亮度设定器12通过根据等级范围检测器11所获得的最低灰度级和最高灰度级参照ROM 15中的表数据来获得背光22的光源亮度。此外，在需要平均灰度级以得到背光22的光源亮度的情况下，同样应在ROM 15中准备将输入图像的最低灰度级、最高灰度级、以及平均灰度级与背光22的光源亮度相关联的表数据。而且光源亮度设定器12应通过参照该表数据来得到背光22的光源亮度。
(直方图扩展部)
直方图扩展部13根据光源亮度设定器12得到的背光22的光源亮度扩展输入图像的直方图(步骤S14)。下面用图8说明直方图扩展的动作。
图8示出输入图像的最低灰度级是11个等级、最高灰度级是150个等级、并且背光22的光源亮度由光源亮度设定器12设定为0.3的情况下的直方图扩展的表现。
左右并列有两曲线G21和G22。左边作为一面的曲线G21示出输入图像的灰度级(横轴)和显示相对亮度(纵轴)两者间的关系。右边曲线G22示出直方图扩展之后的输出灰度级(显示灰度级)(横轴)和显示相对亮度(纵轴)两者间的关系。图8左边的曲线与图4左边的曲线相同，所以其说明从略。
右边曲线G22代表在背光22的相对亮度(光源亮度)设定为0.3的情况下LCD(图像显示器)的γ特性(液晶屏的γ特性)。根据左边曲线G21，与输入图像的最低灰度级和最高灰度级等同的最低亮度和最高亮度分别是0.001和0.3。因而，根据右边的曲线G22可以理解，可以通过在LCD上显示12个等级来显示最低亮度，可以通过在LCD上显示255个等级来显示最高亮度。具体来说，可以通过在LCD上按12至255个等级这一范围显示灰度级来显示输入图像的最低亮度至最高亮度。具体来说，对输入图像的11至150个等级进行直方图扩展而成为12至255个等级。
在光源亮度设定器12使最高光源亮度高于最低光源亮度的情况下，即输入图像的最低亮度至最高亮度无法由背光22的一独特光源亮度显示的情况下，在液晶屏(光调制装置)21的最大可显示范围(8位情形中0至255个等级)内进行直方图扩展。
下面以解析方式示出上文说明的直方图扩展部13的处理。
首先，根据光源亮度设定器12设定的背光光源亮度用公式4将输入图像的最低灰度级和最高灰度级变换为输出图像(显示图像)的最低灰度级和最高灰度级。
[公式4]
Figure A20071010499500141
Figure A20071010499500142
其中，lmin和lmax是直方图扩展之后的最低灰度级和最高灰度级，Γ是用于显示的图像显示器(LCD)的γ值。该γ值通常是2.2，并且其与属于输入图像的γ值的r相符。
接下来，通过公式5利用输入图像的最低灰度级Lmin和最高灰度级Lmax和输出图像的最低灰度级lmin和最高灰度级lmax运算进行输入图像的直方图扩展所用的增益和偏置。
[公式5]
O＝lmin-GLmin
其中，G和O代表进行输入图像的直方图扩展所用的增益和偏置。
最后，通过公式6利用所获得的增益和偏置对输入图像的每一单个像素的灰度级进行直方图扩展。
[公式6]
l(x，y)＝GL(x，y)+O
其中，L(x，y)代表输入图像上位置(x，y)处的灰度级，l(x，y)代表直方图扩展之后输出图像上位置(x，y)处的灰度级。
至此，并不总是要进行上文提及的运算，而可以进行下面各步骤。具体来说，应准备将最低灰度级和最高灰度级与增益相关联的查找表数据(第一表数据)，同样应准备将最低灰度级和最高灰度级与偏置相关联的查找表数据(第二表数据)。图10示出一例第一表数据，而图11示出一例第二表数据。但就图10和图11的表数据而言，不需要保存对角线下半部分的数值，因为最低灰度级≤最高灰度级。这样准备的第一和第二表数据存储于如图9所示可由直方图扩展部13存取的ROM 16等当中。关于直方图扩展，从输入图像检测出最低灰度级和最高灰度级，并通过根据所检测出的最低灰度级和最高灰度级参照第一和第二表数据获得增益G和偏置O。此后，可以根据公式6进行运算来扩展输入图像的直方图。
(图像显示器)
如上文所述，图像显示器14是由作为光调制装置的液晶屏21和安装于液晶屏21背面一侧的背光22所组成，并且能够调制光源的亮度。图像显示器14将经过直方图扩展部13扩展的输入图像的各信号写入到液晶屏(光调制装置)21，并且以光源亮度设定器12所设定的背光(光源)22的光源亮度点亮背光，以显示输入图像(步骤S15)。
这里，冷阴极管、发光二极管(LED)等可以用作背光22的光源。就这些光源而言，可以通过控制要加上的电压和电流来调制亮度。但通常使用PWM(脉冲宽度调制)控制，由此通过高速切换发光周期时间和非发光周期时间来调制亮度。本实施例利用一种通过PWM控制方法相对容易地控制其发光强度的LED光源调制技术。
图像显示器如上文所述配置为组合液晶屏21和背光22的透过式LCD。也可以是如图12所示组合诸如卤素光源31这类光源、液晶屏21、以及透镜23的投影图像显示器(投影机)32。图12示出单屏(使用一个液晶屏的)方法的投影图像显示器。但不局限于单屏方法，也可以是使用多片液晶屏(通常为红、蓝、绿这三屏)的投影图像显示器。
此外，如图13中所示，也可以是使用通过控制诸如卤素光源41这类光源的光的反射来显示图像用的数字微镜装置43作为光调制装置的投影图像显示器44。有一用于表现各颜色的色轮42安装于卤素光源41和数字微镜装置43两者间，也就是说，安装于发出白光的光源的光轴上。色轮42分区，各分区透过的颜色变为例如红、绿、蓝。光源其光轴上的色轮42是红色时，该光源的光到达数字微镜装置43的颜色变成红色。同时，有一输入图像的红色分量图像显示于数字微镜装置43上。数字微镜装置43上的反射光通过透镜45输出。此后绿光和蓝光同样进行，并且非常快速地进行其切换来显示一彩色图像。这样，图13中所示的卤素光源41其亮度应由光轴上的色轮42的颜色调制。同时，数字微镜装置43上要显示的输入图像其中每一单色分量的图像应根据本实施例经过直方图扩展。
如上文所述，根据本实施例，可以在输入图像原本具有的动态范围中显示具有较好视觉对比度的图像。
(第二实施例)
图14示出本发明第二实施例的图像显示装置的配置。第二实施例的图像显示装置其基本配置与第一实施例情形相同，只是背光57包括具有红光源56a、绿光源56b、和蓝光源56c这三原色的光源56以及导光板55。光源56a至56c其中每一光源的亮度可独立控制。下面说明每一单个部分的动作。
(等级范围检测器)
等级范围检测器51检测输入图像其中红、绿、蓝每一分量的最低灰度级和最高灰度级。众所周知，彩色图像通常按红、绿、蓝分量其强度比例组成。本实施例的等级范围检测器51按每一分量独立检测最低灰度级和最高灰度级。
(光源亮度设定器)
光源亮度设定器52通过用等级范围检测器51检测出的红、绿、蓝各自的最低灰度级和最高灰度级设定红、绿、蓝的光源亮度。设定光源亮度的方法与第一实施例情形相同，因而这里对其的说明从略。
这里，配置为以独立方式得到红、绿、蓝每一光源的发光亮度。但也可以利用一种修正光源亮度的方法来避免光源亮度会有很大的不同。具体来说，对光源亮度当中发光颜色的光源亮度其相对于具有最高光源亮度的发光颜色的光源亮度的比值小于预定值的光源亮度进行修正，以便相对于最高光源亮度的比值变成预定值或者更大。更为精确的来说，当预定值(比值)设定为0.7时所得到的红色、绿色、蓝色的光源亮度为1、0.5、0.8的情况下，绿色光源亮度0.5对于红色光源亮度1.0的比值是0.5，从而绿色光源亮度修正为0.7。这样的修正在下面例子中较为有效。
通常，液晶屏对每一像素均安装有红、绿、蓝的滤色片。随光通过滤色片，光因滤色片的颜色而改变颜色，从而在液晶屏上显示有彩色图像。滤色片的光谱特性通常与红光、绿光、蓝光光源(往往使用发光二极管)的光谱特性有所不同。因此，在将0级红和蓝写入到液晶屏的各像素而只有绿光光源发光的情况下，绿光光源的发光会从红和蓝像素漏光。由于这一原因，在红、绿和蓝其光源亮度有很大不同的情况下，漏光在显示图像上产生色差。因此，可通过将相对于红、绿、和蓝的光源亮度的比例修正为至少某一比值、并且减小光源亮度间的差异，来防止色差产生。该比值应该随所用的液晶屏和所用的光源的组合而为不同的数值。但通常情况下，该比值应设定为大约0.5至0.8。此外，该比值可以随输入图像而为不同的数值。
(直方图扩展部)
直方图扩展部53根据光源亮度设定器52设定的红、绿、和蓝的光源亮度独立地对输入图像的红、绿、蓝分量进行直方图扩展。就直方图扩展处理而言，应对输入图像的红、绿、蓝分量进行与第一实施例相同的处理，因而这里对其的说明从略。
(图像显示器)
本实施例的图像显示器59是由作为光调制装置的液晶屏58和背光57所组成的透过式液晶显示器。背光57是由可独立控制三原色红、绿和蓝的发光亮度的光源56(红光源56a、绿光源56b、以及蓝光源56c)和导光板55所组成。光源56a至56c是红、绿、蓝的发光二极管(LEDs)。但图像显示器的配置不限于上述配置。
如例如图15所示，可以是将作为光调制装置的数字微镜装置71，三原色红、绿、蓝的LED光源72a至72c，和透镜74组合的投影图像显示器73。可通过在时间上快速切换LED光源72a至72c的红光、绿光、和蓝光的发光来获得与图14相同的效果。
如上文所述，根据本实施例，可以在输入图像原本具有的动态范围内显示具有较好视觉对比度的图像。
(第三实施例)
图16示出本发明第三实施例的图像显示装置的配置。第三实施例的图像显示装置基本上与第一实施例情形相同，只是有一低通滤波器81新安装于等级范围检测器82之前。下面说明每一单个部分的动作。
(低通滤波器)
低通滤波器81通过使输入图像通过低通滤波器抑制输入图像的高通分量(高频分量)。至于低通滤波器可考虑种种方法。但本实施例采取在输入图像中使5阶内核卷积的方法。5阶内核的系数如公式7所示是标准偏差为1的高斯滤波器。
[公式7]
0.003 0.013 0.002 0.013 0.003 0.013 0.06 0.0985 0.06 0.013 0.022 0.0985 0.162 0.0985 0.022 0.013 0.06 0.0985 0.06 0 . 013 0.003 0.013 0.022 0.013 0.003
通过在输入图像中使公式7中所示的内核卷积，来抑制输入图像的高通分量。
接下来说明低通滤波器81的效果。输入图像包括诸如模拟噪声和压缩噪声这类种种噪声成分。按原样从这样一种输入图像中检测最低灰度级和最高灰度级的情况下，由于噪声的影响，有可能所检测出的噪声成分会为最低灰度级和最高灰度级，而不是输入图像的原始最低灰度级和最高灰度级。当输入图像包括空间孤立点区域时按原样检测最低灰度级和最高灰度级的情况下，很有可能会检测出非常小区域的最低灰度级和最高灰度级。第一和第二实施例中，输入图像的动态范围检测为输入图像的最低灰度级至最高灰度级。不过，即便是包括噪声和空间非常小区域的输入图像其动态范围得到正确显示，图像显示装置的观者也无法特别期待增强视觉对比度的效果。因而，本实施例可通过对输入图像实施低通滤波器来抑制输入图像的高通分量，并进一步提高视觉对比度。
这里示出的是等级范围检测器82之前安装低通滤波器81的配置。但如例如图17中所示，也可以对等级范围检测器88增加一等级修正部89。该等级修正部89从输入图像中具有最低灰度级的像素当中检测全部数目像素的预定比值的像素，并且将每一检测出的像素的全部等级修正为该检测出的像素其中包括的最高灰度级。同样，从具有最高灰度级的像素当中检测全部数目像素的预定比值的像素，并且将每一检测出的像素的全部等级修正为该检测出的像素其中包括的最低灰度级。下面示出一具体例。
预定比值是0.01，输入图像的最低灰度级是10，最高灰度级是150。当从具有最低灰度级的像素起计数时，(输入图像的全部数目像素)×0.01其中每一像素的最高灰度级是15，当从具有最高灰度级的像素起计数时，(输入图像的全部数目像素)×0.01其中每一像素的最低灰度级是140。本例中，输入图像其中10个等级至15个等级的全部像素均修正为15个等级，而其中140个等级至150个等级的全部像素则修正为140个等级。由于这种配置可以排除输入图像其中包括的灰度级外露的部分，所以可获得与低通滤波器相同的效果。
(等级范围检测器)
回到图16，等级范围检测器82以与第一实施例相同的动作针对其高通分量受到低通滤波器81抑制的输入图像检测其最低灰度级和最高灰度级。由于其具体动作与第一实施例相同，这里对其的说明从略。
(光源亮度设定器)
由于光源亮度设定器83的动作也与第一实施例相同，这里对其的说明从略。
(直方图扩展部)
直方图扩展部84如同第一实施例情形对输入图像进行直方图扩展。但由于低通滤波器81或者等级修正部89，很有可能等级范围检测器所获得的最低灰度级和最高灰度级会为与实际输入图像的最低灰度级和最高灰度级有所不同的数值。因而对此进行额外的处理。进一步的细节说明如下。
很有可能等级范围检测器82或者等级范围检测器88所检测出的最低灰度级会高于输入图像的最低灰度级，等级检测器所检测出的最高灰度级会低于输入图像的最高灰度级。由于这一原因，存在这样的情况，作为对输入图像进行直方图扩展的结果，输入图像的灰度级变换为一低于图像显示器85(由液晶屏86和背光87所组成)可显示的最低灰度级(0等级)的灰度级，或者变换为一高于图像显示器85可显示的最高灰度级(8位情形的255个等级)的灰度级。因而，本实施例的直方图扩展部84将变换为低于图像显示器85可显示的最低灰度级的灰度级的等级修正为图像显示器85可显示的最低灰度级，并且将变换为高于图像显示器85可显示的最高灰度级的灰度级的等级修正为图像显示器85可显示的最高灰度级。由于要修正的像素是输入图像其中少数像素，因而进行上述动作不会引起任何视觉问题。
(图像显示器)
图像显示器85的动作与第一实施例情形相同，因而对其的说明从略。
综上所述，根据本实施例，即便是输入图像其中包括噪声分量，也可以在输入图像的原有动态范围内显示具有较好视觉对比度的图像。

Claims (23)

1.一种图像显示装置，其特征在于，包括：
图像显示器，其包括能够调节光源亮度的光源和通过根据代表图像的信号调制来自光源的光的透射或者反射来显示图像的光调制装置；
配置为检测输入图像的最低灰度级和最高灰度级的等级范围检测器；
光源亮度设定器，配置为
获得能够在光调制装置上显示以最低灰度级显示的最低亮度的最高光源亮度和能够在光调制装置上显示以最高灰度级显示的最高亮度的最低光源亮度，
根据最高光源亮度和最低光源亮度得到要对光源设定的光源亮度，并且
对光源设定所得到的光源亮度；以及
直方图扩展部，配置为根据所得到的光源亮度按照光调制装置的灰度级/亮度特性将输入图像在最低灰度级和最高灰度级两者间的等级范围扩展到与最低亮度和最高亮度相对应的各灰度级，并且将等级范围经过扩展的输入图像的信号输出给光调制装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源亮度设定器，
具有将给定的灰度级转换为光调制装置可显示的最低显示亮度和最高显示亮度这一范围中的亮度的函数，其取决于，
光源的预定亮度调制范围中的最低调制亮度和最高调制亮度，以及
光调制装置的最低透射和最高透射或者最低反射和最高反射，
通过对该函数给予最低灰度级和最高灰度级来计算最低亮度和最高亮度。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述函数包括一项反向γ修正。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
存储将灰度级与亮度相关联的关联表的存储器，
其中光源亮度设定器通过根据最低灰度级和最高灰度级参照所述关联表运算最低亮度和最高亮度。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源亮度设定器根据光源亮度和光调制装置的γ特性两者间的关系从最低亮度获得最高光源亮度，并从最高亮度获得最低光源亮度。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源亮度设定器在最高光源亮度等于或者高于最低光源亮度的情况下将该最低光源亮度作为要对光源设定的光源亮度。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源亮度设定器在最高光源亮度低于最低光源亮度的情况下从最高光源亮度和最低光源亮度两者间得到要对光源设定的光源亮度。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光源亮度设定器通过进一步利用输入图像的平均灰度级来得到要对光源设定的光源亮度。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
存储将最低灰度级和最高灰度级与光源亮度相关联的关联表的存储器，
其中光源亮度设定器通过根据输入图像的最低灰度级和最高灰度级参照所述关联表得到要对光源设定的光源亮度。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
存储将最低灰度级和最高灰度级与增益相关联的第一表和将最低灰度级和最高灰度级与偏置相关联的第二表的存储器，
其中直方图扩展部通过根据输入图像的最低灰度级和最高灰度级参照第一表和第二表来获得增益和偏置，并且通过运算(G×L)+O来扩展输入图像的等级范围，其中L是输入图像中所包括的每一单个像素的灰度级，G是增益，O是偏置。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光调制装置的灰度级/亮度特性是光调制装置的γ特性。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述光源独立控制多种发光颜色的发光，
所述光源亮度设定器根据与输入图像的每一发光颜色相对应的单个图像的最低亮度和最高亮度运算每一发光颜色的最高光源亮度和最低光源亮度，并得到每一发光颜色的光源亮度，
所述直方图扩展部扩展与输入图像的每一发光颜色相对应的单个图像的等级范围。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述光源亮度设定器对各发光颜色的光源亮度当中其与最高光源亮度的比值小于预定值的光源亮度进行修正，从而其与最高光源亮度的比值等于或者大于该预定值。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述光源的多种发光颜色是红、绿、蓝三原色。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
配置为抑制输入图像的高频分量的低通滤波器，其中：
等级范围检测器从其中高频分量受到低通滤波器抑制的输入图像当中检测最低灰度级和最高灰度级，
当按照灰度级/亮度特性扩展输入图像其与最低亮度和最高亮度相对应的各灰度级两者间的等级范围时，直方图扩展部将等级范围经过扩展的输入图像其低于在光调制装置上可显示的最低显示灰度级或者超过在光调制装置上可显示的最高显示灰度级的灰度级修正为最低显示灰度级或者最高显示灰度级。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
等级范围检测器检测输入图像中较低级的灰度级中全部数目像素的预定百分比的像素，并将所检测的像素的每一灰度级修正为所检测的像素的最低灰度级，检测较高级的灰度级中全部数目像素的预定百分比的像素，并将所检测的像素的每一灰度级修正为所检测的像素的最高灰度级，
当按照灰度级/亮度特性扩展输入图像其与最低亮度和最高亮度相对应的各灰度级两者间的等级范围时，直方图扩展部将等级范围经过扩展的输入图像其低于在光调制装置上可显示的最低显示灰度级或者超过在光调制装置上可显示的最高显示灰度级的灰度级修正为最低显示灰度级或者最高显示灰度级。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述图像显示器是投影型液晶显示器或者透过型液晶显示器，其中包括作为光调制装置的液晶屏和用于对液晶屏正面或者从液晶屏背面进行光照射的光源。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，
所述光源包括发光二极管。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，
所述光源包括红、绿、蓝三原色的发光二极管。
20.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述图像显示器是其中包括作为光调制装置的数字微镜装置和用于对该数字微镜装置的正面进行光照射的光源的投影显示器。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，
所述光源包括发光二极管。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，
所述光源包括红、绿、蓝三原色的发光二极管。
23.一种图像显示方法，其特征在于，用于在其中包括能够调节光源亮度的光源和通过根据代表图像的信号调制来自光源的光的透射或者反射来显示图像的光调制装置的图像显示装置中进行下列步骤：
检测输入图像的最低灰度级和最高灰度级；
获得能够在光调制装置上显示以最低灰度级显示的最低亮度的最高光源亮度和能够在光调制装置上显示以最高灰度级显示的最高亮度的最低光源亮度；
根据最高光源亮度和最低光源亮度得到要对光源设定的光源亮度；
对光源设定所得到的光源亮度；以及
根据所得到的光源亮度按照光调制装置的灰度级/亮度特性扩展输入图像在与最低亮度和最高亮度相对应的各灰度级两者间的等级范围，并且将等级范围经过扩展的输入图像的信号提供给光调制装置。
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