JP2005308949A - 画像表示方法および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サブフィールド画像表示を行うにあたり、周囲光を検出し周囲光に応じて各サブフィールドの輝度重みを調整することで、周囲光によらず常に表示画像のリニアリティを維持し、良好な画質を得ることができるようにする。
【解決手段】入力画像信号（Ｉ）の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する際に、周囲の明るさを表示階調に換算した周囲光階調値（Ｐ）と画像表示装置からの出力値（Ｑ）との合計値（Ｐ＋Ｑ）にガンマ補正を施した値が入力画像信号（Ｉ）の一次関数となるように、サブフィールド毎の輝度重みを決定して出力値（Ｑ）を出力させることを特徴とするものである。
【選択図】図１４

Description

本発明は、入力画像信号の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する画像表示装置であって、周囲光に応じて各サブフィールドの輝度重みを変化させて、常に表示画像のリニアリティを維持することが可能な画像表示装置に関する。

かかるマトリクス表示方式のディスプレイパネルの一つとしてＡＣ（交流放電）型のプラズマディスプレイパネル（以下ＰＤＰと称する）が知られている。図１はプラズマディスプレイ装置の概略構成の例を示している。図１に示すようにＡＣ型のＰＤＰは、複数の列電極Ｄ１〜Ｄｎ（以下アドレス電極と称す）と、これら列電極と直交して配列されており、かつ一対にて１走査ラインを形成する複数の行電極対（Ｘ１〜Ｘｎ、Ｙ１〜Ｙｎ）とを備えている。これら各行電極対及び列電極は、放電空間に対して誘電体層で被覆されており、行電極対と列電極との交点にて１画素に対応した放電セルが形成される構造となっている。

ＰＤＰなどの、２値表示が基本である表示装置を用いて多階調画像を表示する場合、画像の１フィールド分を複数のサブフィールドに分割し、それぞれのサブフィールドに所定の輝度重みをもたせて各サブフィールド毎に発光の有無を制御して画像表示を行う、いわゆるサブフィールド法が提示されている。

例えば、２５６階調を表示するためには、図２に示すように入力信号の１フィールドを１２個のサブフィールド（以下ＳＦと称する）に分割し、それぞれのサブフィールドの輝度重みを「１」、「２」、「４」、「８」、「１６」、「３２」、「６４」、「１２８」とする。入力信号は８ビットのディジタル信号とすると、これを最下位ビットから順に８つのサブフィールド画像に割り当てて表示する。サブフィールド法は、各サブフィールドの輝度の時間方向の積分で中間調を表現するもので、これら８個のサブフィールドの組み合わせにより、この場合８ビット２５６階調の階調表示を行うことができる（たとえば特許文献１および非特許文献１）。

また、サブフィールドの輝度重みや組み合わせは、特に限定されるものではないが、階調表現を行うにあたり使用する階調数を２５６階調すべて用いるのではなく、ダイナミックレンジは維持し、実際に使用する階調数を２５６以下とし、誤差拡散処理やディザ処理といった疑似階調表現手法により、足りない階調数を補い良好な表示画像を得るなどの表示方法を行っている画像表示装置が報告されている（たとえば特許文献２）。

各サブフィールドは、一斉リセット行程Ｒｃ、画素データ書込行程Ｗｃ、及び維持発光行程Ｉｃにて構成される。入力映像信号を必要な信号に変換し、各行程ではそれに従いパルス印加のタイミングが決定される。一斉リセット行程Ｒｃでは、すべての行電極対（Ｘ１〜Ｘｎ、Ｙ１〜Ｙｎ）に同時にリセットパルスを印加することで、Ｘ−Ｙ電極間で放電を起こし、上記ＰＤＰの全放電セルを一斉に放電励起（リセット放電）せしめることにより、全放電セル内に一様に壁電荷を形成させる。次の画素データ書込行程Ｗｃでは、列電極Ｄ１〜Ｄｎにアドレスパルスを印加することで各放電セル毎に、画素データに応じた選択的なアドレス放電を励起せしめる。例えばある画素を点灯させたい場合は、画素データ書き込み行程の期間において点灯させたい画素にのみアドレスパルスを印加し、アドレス放電をせしめる。この際、かかるアドレス放電が実施された放電セル内にのみ“発光セル”となる。すなわち壁電荷は次の行程である維持発光行程Ｉｃにて維持パルスが印加された時に、表示放電が起こる状態になっている。したがって維持発光行程Ｉｃでは行電極対Ｘ１〜ＸｎとＹ１〜Ｙｎ間において、維持パルスが印加されるが、前の画素データ書き込み行程Ｗｃにおいてアドレス放電せしめた画素のみにおいて維持発光行程において表示放電が起こり、輝度重みの比に応じた時間において放電が持続されることになる。一方、アドレス放電が実施されなかった放電セルは“非発光セル”となる。また、維持発光行程Ｉｃにおいて、サブフィールドに割り当てられた輝度重みの比に従い、各サブフィールド期間内に印加する維持パルス数が決定される。ＰＤＰでは、表示画像の視認性改善や消費電力削減を目的として映像の平均輝度レベルを検出し、各サブフィールドに印加する総維持パルス数の最適化を行う場合がある。例えば倍数モードと定義したとすると、倍数モード１の場合は、図２に示すような８ビット２５６階調表示の場合、総印加パルス数２５５発、倍数モード２の場合は５１０発というようにサブフィールドの輝度重みの総和である表示輝度比の最大値の倍数に応じて総維持パルス数は決定されている。以上のように入力映像信号に応じて、各画素において順に１フィールド期間内各サブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８の発光・非発光が決定され、各サブフィールドの発光の組み合わせにより中間調を表現し、１フィールドの画像表示が行われる。

また、基本的には放送などで送出される映像信号は、ＣＲＴの入力−発光特性（ガンマ特性）を考慮して、ＣＲＴの最終出力が線形になるようにあらかじめ信号が補正されている。図３に示すようにＣＲＴの表示デバイスガンマ特性（入力信号レベルと表示輝度の関係）はγ＝２．２となっているため、受信した映像信号をそのまま入力するとＣＲＴ表示画面上に表示される輝度は非線形になってしまう。そこで、放送側ではカメラで撮像した映像を信号に変換する際に、ＣＲＴ側の特性であるγ＝２．２の特性を打ち消すように、送出系ではγ＝１／２．２乗でガンマ補正がなされている。図３に示す式においては、入力Ｉｉｎ、出力Ｉｏｕｔ、８ビット２５６階調の場合Ｉｍａｘ＝２５５、γ＝２．２とし計算する。したがってＣＲＴの受信側の信号処理部では、受信した映像信号に対して線形処理を行い、表示画面上の輝度は撮像系の被写体の輝度変化に対し直線的に変化するようになっている。

それに対しＰＤＰはＣＲＴと異なり、基本的には表示デバイスのガンマ特性はγ＝１となっている。すなわちデバイス自体の入出力特性は線形であり、入力に対し表示輝度変化は線形となる。したがってＣＲＴのように放送側でγ＝１／２．２乗でガンマ補正を行う必要はない。しかし、現在では放送側でγ＝１／２．２でガンマ補正された映像信号を受信することになっているため、ＰＤＰでは最終出力が線形になるように画像表示装置内においてγ＝２．２のガンマ補正処理を行う必要がある。

ＰＤＰにおいてガンマ補正処理を行う方法としては２つの方法がある。ひとつは図３のＰＤＰ−Ｉに示すように、サブフィールド法では変換出力が線形であることから、サブフィールド変換の前段の信号処理部でガンマ補正γ＝２．２を行う方法と、もう一方は図３のＰＤＰ−IIに示すように、ＰＤＰ−Ｉのように信号処理部で補正を行うのではなく、サブフィールドの輝度重みを変化させてＣＲＴのように表示デバイスのガンマ特性をγ＝２．２とすることで補正を行う方法がある（たとえば特許文献２）。

また、ＰＤＰも含め従来の画像表示装置の中には、周囲光に応じて必要とされる最大輝度値を検出し表示輝度を変化させて表示画像の視認性改善を行っている画像表示装置がある（たとえば特許文献３）。これは周囲光が暗い場合には、明るい場所と同等の輝度がなくても十分表示画像を認識できることから、表示最大輝度を下げることで眩しく感じられ視認性を損なうことを抑制し、同時に消費電力抑制を行っているものである。また周囲光が明るい場合には、表示最大輝度を上げることで周辺光反射により視認性が低下することを抑えている。このように暗所・明所によらず輝度調整により良好な視認性を保持できるものがある。
特開平４―１９５０８７号公報 特開２０００―２２７７７８号公報 特開２００２−６２８５６号公報 工業調査会出版，内池平樹・御子柴茂生 共著：「プラズマディスプレイのすべて」１６５頁〜１７７頁

しかしながら、従来の画像表示装置の中には、視認される表示画像の輝度変化の直線性（以下リニアリティと称す）に対する周囲光の影響については十分配慮なされていなかった。表示画像のリニアリティも周囲光の影響を受け劣化してしまう。

以降、具体的に説明する。図４は被写体の輝度分布とそれに対する人間の目の視認強度分布を示している。図４（Ａ）のように輝度分布が、位置Ｘに対して線形な分布であったとする。人間の目は輝度に対してγ＝１／２．２に近いガンマ特性となる。したがって視認強度分布は非線形となる。また図４（Ｂ）のように輝度分布がγ＝２．２のカーブに沿ったものであったとすると、視認強度分布は線形となる。したがって、図５に示すようにカメラで撮像する被写体の輝度分布が人間には線形に視認される図４（Ｂ）に示すような分布であった場合、撮像して送出系から送信されて画像表示装置が受信し、表示されている輝度分布は撮像した被写体と同じになるようになっており、またそれを視認した結果はリニアになる。このことを踏まえて、周囲光によるリニアリティ劣化の原理について説明する。

撮像する被写体の輝度分布は、図４（Ｂ）の場合と同じであったとする。図５中（Ａ）左側は映像信号レベルと表示輝度レベルの関係、右側は映像信号レベルと実際に暗所で視認される表示映像の視認強度を示している。

それに対し、図５中（Ｂ）は、図５中（Ａ）に対し周囲光の反射による影響を考慮した状態を表している。今、表示装置が明所にあるとする。このとき周囲光による表示画面上での反射光を考えると、表示装置の表示輝度に周囲光による反射光が加算され、図５（Ｂ）に斜線部分Ａで示すように、表示輝度に対しオフセットがかかることになる。したがって明所では実際は周囲光による反射光の足された結果を視認することになる。人間の目のガンマ特性を考慮すると、実際視認される明所での視認強度は、図５（Ｂ）右側の実践で示すラインで表わされ、暗所ではリニア（直線）であったのに対し、明所ではリニア（直線）ではなく曲線によって表現されることになってしまう。このように表示される画像の直線性（以下リニアリティと称す）は、周囲光によって損なわれるということがわかる。またこの場合、低階調の輝度差が小さくなるため、表示画像の低階調部のコントラストは低下してしまうことになる。

またＰＤＰでは、発光効率向上、輝度向上、安定駆動などを目的とし、階調表現を行うにあたり使用するサブフィールドの組み合わせを特定パターンに限定し、画像表示を行う場合がある。ここでサブフィールドの組み合わせを特定のパターンに制限することは、画像表示に用いる階調数を減らすことを意味しており、単純に考えて使用階調数を減らせば、解像度は低下する。そこで減った階調分を補うための信号処理方式として、誤差拡散処理やディザ処理が提案されている。ダイナミックレンジを保持し階調数を減らしているため、階調間の輝度差は大きくなる。しかし見た目のＳ／Ｎ間は表示画面中均一なため、違和感なく階調表現が行われる。しかし周辺光反射によりリニアリティが損なわれた場合、視認される表示画像の低階調部の階調間の輝度差は高階調域に対して小さくなるため、あたかも中間から高階調に移るにつれてＳ／Ｎ比が悪くなったように見えてしまう。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、外部光を検出し検出結果に応じて各サブフィールドの重みを決定することで、常に表示画像のリニアリティの維持を可能とすることを目的とするものである。

上記目的を実現するために本発明の画像表示方法は、入力画像信号（Ｉ）の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する画像表示方法であって、周囲の明るさを表示階調に換算した周囲光階調値（Ｐ）と画像表示装置からの出力値（Ｑ）との合計値（Ｐ＋Ｑ）にガンマ補正を施した値が入力画像信号（Ｉ）の一次関数となるように、サブフィールド毎の輝度重みを決定して出力値（Ｑ）を出力させることを特徴とするものである。

また、上記目的を実現するために本発明の画像表示方法は、入力画像信号（Ｉ）の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する画像表示方法であって、周囲光の検出結果を用いて前記サブフィールド毎の輝度重みを制御することで表示画像の視認強度の直線性を補正することを特徴とするものである。

また、上記目的を実現するために本発明の画像表示装置は、入力画像信号（Ｉ）の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する画像表示装置であって、周囲の明るさを検出する受光部と、前記受光部において検出した周囲の明るさを表示階調に換算した周囲光階調値（Ｐ）を出力する周囲光検出部と、前記周囲光階調値（Ｐ）と当該画像表示装置からの出力値（Ｑ）との合計値（Ｐ＋Ｑ）にガンマ補正を施した値が前記入力画像信号（Ｉ）の一次関数となるようにする出力値（Ｑ）を出力するために、サブフィールド毎の輝度重みを調整する直線性補正部とを有することを特徴とするものである。

また、上記目的を実現するために本発明の画像表示装置は、入力画像信号（Ｉ）の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する画像表示装置であって、周囲光を検出する周囲光検出部と、前記周囲光検出部による検出結果を用いて前記サブフィールド毎の輝度重みを制御することで表示画像の視認強度の直線性を補正する前記直線性補正部と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば周囲光に応じてサブフィールドの輝度重みを調整することで、視認される表示画像のリニアリティを維持し、低階調のコントラスト劣化を抑えることができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は、サブフィールドの輝度重みの設定によりガンマ補正を行うという考えに基づくものである。図６は本発明の実施の形態１におけるサブフィールドの並びの一例を示すものであり、表示輝度重みは「１」、「３」、「８」、「１０」、「１５」、「１８」、「２２」、「２７」、「３１」、「３５」、「４０」、「４５」とし、重みが小さい方から順にＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３、ＳＦ４、ＳＦ５、ＳＦ６、ＳＦ７、ＳＦ８、ＳＦ９、ＳＦ１０、ＳＦ１１、ＳＦ１２とし、この輝度重み設定を基本パターンとする。各サブフィールドの組み合わせは図７に示す１３パターンのみを用いて階調表現を行い、足りない階調を補うために誤差拡散処理およびディザ処理を適用することを前提とする。ここで図７に示すように、サブフィールドの組み合わせの小さいものから順に階調ナンバー１〜１３とし、それぞれ点灯サブフィールドの輝度重みの総和を表示輝度比とする。また各階調ナンバーにおける点灯サブフィールドの総和が描くカーブがガンマ補正（γ＝２．２）の描くカーブを表わしており、ここでは表示デバイスの表示特性のガンマをγ＝１でなく、γ＝２．２とすることで、逆ガンマ補正を行っている。ここで図８に示すように、暗所での各階調ナンバーにおける輝度重みの総和を表示輝度比Ａとする。図８中に示す感覚Ａは、実際に人間の目で視認した場合のガンマ特性を考慮し、γ＝１／２．２で処理したものを示しており、図９において感覚Ａとして示すように、人間の目には輝度変化はリニアに見えることになる。それに対し、例えば明所において周囲光による反射光が表示輝度に加算されたとする。ここでは、表示輝度比Ａに対して３０という値が加算されたとすると、それを視認する場合は、γ＝１／２．２の処理が行われるため、図９において感覚Ｂとして示すように、実際にみる表示輝度はリニアでなくなってしまう。

この劣化したリニアリティを補正する方法について図１０を用いて説明する。図１０に示すように、感覚Ｂの最大値と最小値を求め、これを使用階調数に均等に再分割する。ここでは１２分割する。再分割で得られるものは、周囲光分を加算した後にリニアリティを保つために必要な理想的な感覚Ｃとなる。図１１に、感覚Ａ、感覚Ｂ、感覚Ｃの比較を示す。

そこで、この理想の感覚Ｃが再現できるように、図１０に示した逆ガンマ（γ＝２．２）処理を行い、あるべき表示輝度比Ｃを求める。図１２に表示輝度比Ａ、表示輝度比Ｂ、表示輝度比Ｃの比較を示す。リニアリティを補正する手段として、このあるべき表示輝度比Ｃを表現できるように、各サブフィールドの輝度重みを再度設定し直せばよい。この場合、各サブフィールドの輝度重みは図１３に示すように、暗所の場合ＳＦ１〜ＳＦ１２はそれぞれ「１」、「３」、「８」、「１０」、「１５」、「１８」、「２２」、「２７」、「３１」、「３５」、「４０」、「４５」であるのに対し、明所にてリニアリティのある輝度表示を行うには、先に説明した計算により表示輝度比Ｃから「１０」、「１３」、「１４」、「１６」、「１８」、「２０」、「２２」、「２５」、「２６」、「２８」、「３０」、「３３」の輝度重み配分となる。

図１４は、本発明の実施の形態１による画像表示装置の一例として、プラズマディスプレイ装置の概略構成をブロック図で示すものである。図１４に示すように、プラズマディスプレイ装置は、映像信号処理部１０、データドライバ２０、維持パルス数制御部３０、第１サステインドライバ４０、第２サステインドライバ５０、受光部６０、周囲光検出部７０、直線性補正部８０から構成されている。映像信号処理部１０は、入力された入力映像信号を処理して、データ信号および倍数モード信号を出力する。

データ信号は、データドライバ２０に入力され、所望のタイミングにおいてアドレスパルスを出力する。また、倍数モード信号は、維持パルス数制御部３０に入力され、倍数モード信号に応じて各サブフィールドに印加する総パルス数を決定し、第１サステインドライバ４０と第２サステインドライバ５０から所望のタイミングに維持パルスが印加されるように信号を送る。

受光部６０、周囲光検出部７０、直線性補正部８０は、周囲光反射による表示輝度のリニアリティ劣化を補正するために設けたものである。受光部６０は周囲光を検出するセンサーであり、入射光の強度に応じて出力電圧が変化する光センサーと、前記光センサーからの出力電圧を量子化するＡ／Ｄ変換部とからなる。受光部６０の出力は、周囲光検出部７０に入力される。周囲光検出部７０は、受光部６０からの出力を、周囲光階調に変換する変換テーブルを格納したメモリからなっており、変換した結果を周囲光階調信号として出力する。

周囲光検出部７０には受光部６０からの出力と映像信号処理部１０からの倍数モード信号が入力される。まず受光部６０からの信号を、変換テーブルを格納したメモリに入力し輝度値に変換する。この輝度値とサブフィールドの輝度重みとのスケールをあわせるために、現在の最大表示輝度に対するサブフィールド輝度重みの総和の比を求め、これを輝度値に乗じ、その結果を周囲光階調値として出力する。周囲光階調値は倍数モードに応じて値が変化する。例えば、倍数モード２の場合、現在表示最大輝度５１０ｃｄ／ｍ²で、周囲光検出結果が３０ｃｄ／ｍ²だとすると、サブフィールドの輝度重みの総和の最大は２５５になるので、（２５５／５１０）×３０＝１５と変換する。変換した信号は周囲光階調信号として直線性補正部８０に入力される。また実際の表示最大輝度は倍数モードによって変化するもので、ここで変換処理に用いる表示最大輝度は、倍数モード信号に応じて決定される。

直線性補正部８０は、入力された周囲光階調信号に応じて、リニアリティを補正するための新たなサブフィールドの輝度重みを決定し、維持パルス数制御部３０に入力する。新たなサブフィールドの輝度重みに応じて、倍数モードに従い総維持パルス数が決定され、第１サステインドライバ４０と第２サステインドライバ５０から所望のタイミングにおいて維持パルスが印加される。

ここで、直線性補正部８０の構成および動作について説明する。図１５は直線性補正部８０の概略構成を示すブロック図であり、回路構成の簡単化のために変換テーブルを用いた構成について説明する。図１６は倍数モード１の場合の変換テーブル８１の一例を示す図である。例えば、先ほどの周囲光階調信号算出方法に従い、倍数モード１の場合を考えると、受光部６０の出力の輝度値が３０であったとする。計算式は（２５５／２５５）×３０＝３０となり、変換テーブルにより、表示画像のリニアリティを維持するためにＳＦ１〜ＳＦ１２に設定する最適な輝度重みが選択される。選択されたサブフィールドの輝度重みは、維持パルス数制御部３０に入力されて、新たなサブフィールド輝度重みに従い、第１サステインドライバ４０と第２サステインドライバ５０から所望のタイミングに維持パルスが印加されるように信号を送る。結果的に図１７に示すように、表示輝度が周囲光の反射により図中の斜線部分Ａで示すようなオフセットがかかったとしても、表示される輝度のリニアリティは維持することができる。

以上のように本発明の実施の形態１によれば、周囲光を検出し周囲光検出結果を用いてサブフィールド毎の輝度重みを調整することで、視認される表示画像の視認強度の直線性を補正することができる。また低階調部の輝度差を確保できるため低階調部のコントラストを改善することができ、差拡散処理およびディザ処理にて多階調処理を行ったとしても、表示画像中のＳ／Ｎ比は均一で、周囲光の反射によらず表示画像は良好な画質を得ることができる。

なお、以上においては、倍数モード＝１とし図６に示す輝度重みをもったサブフィールドの並びを例に説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、他の倍数モードおよびいかなる輝度重みの設定においても同等の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、図１４に示した実施の形態１による画像表示装置の概略構成において、直線性補正部８０の構成が異なることを特徴とするものである。図１８に本発明の実施の形態２における直線性補正部８０の概略構成をブロック図で示す。直線性補正部８０には、実施の形態１と同様、周囲光階調信号が入力される。ここで、実施の形態１においては、あるべき表示輝度比は変換テーブル８１（図１５）により決定していたが、実施の形態２においては演算部８２を設け、周囲光階調信号を用いて、演算により、あるべき表示輝度比を決定する。

図１９は本実施の形態２における直線性補正部８０の概略構成を示すブロック図であり、破線で囲んだ部分が演算部８２の構成を示している。演算部８２の動作について説明する。演算部８２は、ガンマ処理部８２１、最大値算出部８２２、最小値算出部８２３、均等分割部８２４、逆ガンマ処理部８２５、補正表示輝度比決定部８２６から構成されている。まずガンマ処理部８２１により、例えば図１０に示す周囲光による反射光が加算された時の視認される感覚Ｂを求める。実施の形態１と同じように倍数モード＝１であるとし、周囲光による反射光は実施の形態１と同じように検出され、周囲光検出部７０から出力として３０という値の周囲光階調信号が入力されたとする。図６に示すサブフィールドの並びの基本パターンを用いたとすると、視認される感覚Ｂを求めるためにガンマ処理部８２１では、全階調に周囲光階調信号を加算し、表示輝度比Ｂをサブフィールド輝度重みの総和で除算を行う。この場合２５５で除算し規格化する。次にγ＝１／２．２としガンマ補正したものに２５５を乗じ視認する感覚Ｂを求めることができる。明所での視認する感覚Ｂは図１０に示すものと同じになる。

次に、あるべき表示輝度比Ｃを求めるために、最大値算出部８２２、最小値算出部８２３を設け、感覚Ｂの最大値と最小値を求める。求めた最大値と最小値との間を均等分割部８２４において、リニアリティが損なわれ不均一となっている感覚Ｂに対し、使用階調数で割ることで、再度、均等分割し、あるべき感覚Ｃを求める。ここでは１２分割する。また、図１０に示すこのあるべき感覚Ｃより、あるべき表示輝度Ｃを求めるために、逆ガンマ処理部８２５を設け、２５５で除算し規格化しγ＝２．２の処理を施し最大表示輝度比２５５を乗じて、あるべき表示輝度Ｃを求めることができる。

表示輝度比Ｃの信号は、補正表示輝度比決定部８２６に入力される。補正表示輝度比決定部８２６では、図１３に示すように各階調ナンバー同士の差分値を求め、これが新たなＳＦ１〜ＳＦ１２の輝度重みとなり、補正表示輝度比信号として、維持パルス数制御部３０に入力される。以降の処理は、実施の形態１と同じで、サブフィールド輝度重みの補正を行うにあたり、演算部８２においても、適切なサブフィールド輝度重みの設定が可能で、周囲光の反射光が表示輝度に付加されたとしても、表示される輝度のリニアリティは維持することができる。

以上のように本発明の画像表示装置は、周囲光を検出し周囲光検出結果を用いてサブフィールド毎の輝度重みを調整することで視認される表示画像の視認強度の直線性を補正することができる。また低階調部の輝度差を確保できるため低階調部のコントラストを改善することができ、差拡散処理およびディザ処理にて多階調処理を行ったとしても、表示画像中のＳ／Ｎ比は均一で、周囲光の反射によらず表示画像は良好な画質を得ることができる。

なお、実施の形態２において、倍数モード＝１とし図６に示す輝度重みをもったサブフィールドの並びを例に説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、他の倍数モードおよびいかなる輝度重みの設定においても同等の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、信号処理部においてガンマ補正を行うという考えに基づくものであり、実施の形態１との相違点を中心に説明する。この場合も同じように周囲光により表示輝度のリニアリティが劣化するため、本実施の形態３における補正処理について説明する。

本実施の形態３による画像表示装置は、その構成構成としては、実施の形態１における説明で示したものと同じであるが、映像信号処理部においてガンマ補正を行うことから、リニアリティ補正用のサブフィールド輝度重みの求め方が実施の形態１とは異なる。実施の形態１の場合と同じように、入力が人間の視認強度がリニアとなる図４（Ｂ）に示すような非線形の輝度分布であったとする。リニアリティ補正用のサブフィールド輝度重みを求める方法として、表示輝度比に輝度比変換信号を加算し、ガンマ処理を施し人間の視認強度分布を求め、最大・最小からあるべき視認強度分布を求め、逆ガンマ処理によりあるべき表示輝度比Ｃを求めるまでは同じである。以降あるべき表示輝度比Ｃからリニアリティ補正用に最適化されたサブフィールド輝度重みを求めるまでの処理が異なる。また、サブフィールドの並びは図２に示す輝度重みが「１」、「２」、「４」、「８」、「１６」、「３２」、「６４」、「１２８」となるものを基本パターンとし、使用する階調数はすべての組み合わせで２５６パターンであるとする。基本パターンを用いて周囲光の反射の影響を受けた場合を表示輝度比Ｂとし、あるべき表示輝度比Ｃであるとし、それぞれ図１２のグラフに示すカーブを描くとする。

今、サブフィールドの輝度重みは、表示デバイス部においては入出力関係がリニアになるような輝度重みとなっているため、図２０のグラフ中において破線で示す基本パターン表示輝度比のように、入力信号に対する表示輝度の関係は比例関係となる。ここで各階調における表示輝度比Ｃと表示輝度比Ｂとの差分値を求め、図２０のグラフ中の基本パターン表示輝度比に加算することで、補正用の表示輝度比を示す曲線である図中の実線で示す補正用表示輝度比を得ることができる。

次にサブフィールドの輝度重みの求め方について説明する。図２０のグラフから、例えば倍数モード＝１とした場合、各ＳＦの位置において、ＳＦ１、ＳＦ２においては同じ輝度重みで、ＳＦ３の輝度重みはグラフから「４」から「５」に変換する。同じように、ＳＦ４は「８」から「１１」、ＳＦ５は「１６」から「２３」、ＳＦ６は「３２」から「４６」、ＳＦ７は「６４」から「８９」に変換する。各ＳＦの輝度重みの総和はこの場合、２５５を超えないはずなので、ＳＦ８に関しては、２５５からＳＦ１〜ＳＦ７の新たな重みの総和＝１７７を減ずることで「７８」を得る。以上のようにサブフィールドの輝度重みを周囲光に応じて設定し直すことで、周囲光の反射光の影響がある場合においても、表示輝度のリニアリティを維持することができる。実施の形態１と同じように、本実施の形態３における変換テーブル８１（図１５）は、輝度比変換信号と倍数モード信号により、先に説明した方法によりあらかじめ算出し、テーブルとして各サブフィールド輝度重みの一覧を用意し、周囲光に応じた各サブフィールドの輝度重みを選択し、補正表示輝度比信号として維持パルス数制御部３０に出力する。

以上のように、本発明の実施の形態３においては、周囲光を検出し周囲光検出結果を用いてサブフィールド毎の輝度重みを調整することで、視認される表示画像の視認強度の直線性を補正することができる。また低階調部の輝度差を確保できるため、低階調部のコントラストを改善することができ、差拡散処理およびディザ処理にて多階調処理を行ったとしても、表示画像中のＳ／Ｎ比は均一で、周囲光の反射によらず表示画像は良好な画質を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態３においては、倍数モード＝１とし、図２に示す輝度重みを持ったサブフィールドの並びを用いて説明を行ったが、本発明はこれに限定するものではなく、他の倍数モード、およびいかなる輝度重みの設定においても同等の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、本発明の実施の形態３に対して、直線性補正部が異なるものである。すなわち、実施の形態３における直線性補正部は実施の形態１と同様、つまり変換テーブルを有するものであるのに対し、本実施の形態４における直線性補正部は、実施の形態２に示すものと同様、演算部を有するものである。

ここで、本実施の形態４における直線性補正部の概略構成をブロック図として図２１に示す。図２１の破線で囲んだ部分が演算部８３である。演算部８３の動作について説明する。演算部８３は、ガンマ処理部８３１、最大値算出部８３２、最小値算出部８３３、均等分割部８３４、逆ガンマ処理部８３５、差分部８３７、補正表示輝度比決定部８３６から構成されている。ガンマ処理部８３１、最大値算出部８３２、最小値算出部８３３、均等分割部８３４、逆ガンマ処理部８３５までの動作については本発明の実施の形態２において説明したものと同じである。まずガンマ処理部８３１により、例えば図１０に示す周囲光による反射光が加算された時の視認される感覚Ｂを求める。実施の形態３と同じように倍数モード＝１であるとし、周囲光による反射光は実施の形態１と同じように検出され、周囲光検出部７０から出力として３０という値の周囲光階調信号が入力されたとする。図６に示すサブフィールドの並びの基本パターンを用いたとすると、明所での表示輝度比Ｂは図１０に示すものと同じになる。視認される感覚Ｂを求めるために、ガンマ処理部８３１では、表示輝度比Ｂをサブフィールド輝度重みの総和で割ることで規格化し、ガンマ処理部８３１にてγ＝１／２．２のガンマ補正処理を施し最大表示輝度比２５５を乗じ、図１０の感覚Ｂを求める。

次に、あるべき表示輝度比Ｃを求めるために、最大値算出部８３２、最小値算出部８３３を設け、感覚Ｂの最大値と最小値を求める。求めた最大値と最小値との間を均等分割部８３４において、リニアリティが損なわれ不均一となっている感覚Ｂに対し、最大値と最小値の間を使用階調数で割ることで、再度、均等分割し、あるべき感覚Ｃを求める。図１０に示すこのあるべき感覚Ｃより、あるべき表示輝度Ｃを求めるために、逆ガンマ処理部８３５を設け、γ＝２．２の処理を施し、あるべき表示輝度Ｃを求めることができる。

表示輝度比Ｃの信号は、差分部８３７に入力され、表示輝度比Ｃから表示輝度比Ｂを減じて、表示輝度比Ｂと各階調レベルにおける差分値を求める。算出した差分値は、補正表示輝度比決定部８３６に入力されて、図２０に示すように、基本パターン表示輝度比に各階調レベル毎に、該当する差分値を加算し補正する。補正された信号は補正表示輝度比決定部８３６に入力される。補正表示輝度比決定部８３６では、各階調ナンバー同士の差分値を求め、これが新たなＳＦ１〜ＳＦ１２の輝度重みとなり、補正表示輝度比信号として、維持パルス数制御部３０に入力される。以降の処理は、実施の形態１と同じで、サブフィールド輝度重みの補正を行うにあたり、演算部８３においても、適切なサブフィールド輝度重みの設定が可能で、周囲光の反射光が表示輝度に付加されたとしても、表示される輝度のリニアリティは維持することができる。

以上のように本実施の形態４によれば、周囲光を検出し、周囲光検出結果を用いて、サブフィールド毎の輝度重みを調整することで視認される表示画像の視認強度の直線性を補正することができる。また低階調部の輝度差を確保できるため低階調部のコントラストを改善することができ、差拡散処理およびディザ処理にて多階調処理を行ったとしても、表示画像中のＳ／Ｎ比は均一で、周囲光の反射によらず表示画像は良好な画質を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態４においては、倍数モード＝１とし、図２に示す輝度重みを持ったサブフィールドの並びを用いて説明を行ったが、本発明はこれに限定するものではなく、他の倍数モードおよびいかなる輝度重みの設定においても同等の効果を得ることができる。

本発明によれば、入力画像信号の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現するサブフィールド画像表示装置、たとえばＰＤＰ、ＤＭＤ素子を用いたＤＬＰ、液晶などの表示デバイスにおいて、周囲光に応じて各サブフィールドの重みを補正することで明所において常にリニアリティを維持し、低階調部のコントラスト劣化を抑制し、良好な画質を得ることができる。

従来のプラズマディスプレイパネル装置の概略構成の一例を示すブロック図 サブフィールド画像表示における中間調表現の原理を示す図 放送側および受信側のガンマ補正処理を示す図 輝度と人間の目の視認特性関係の例を示す図 周囲光による反射光付加時のリニアリティ劣化の例を示す図 本発明の実施の形態１におけるサブフィールドの並びおよび輝度重みの例を示す図 本発明の実施の形態１において使用する階調数と各階調ナンバーにおける表示輝度比の例を示す図 本発明の実施の形態１においてリニアリティ劣化の原理を定量的に示す図 本発明の実施の形態１においてリニアリティ劣化の例を示す図 本発明の実施の形態１における定量的にリニアリティ補正方法の例を示す図 本発明の実施の形態１においてリニアリティ補正前と補正後の比較の例を示す図 本発明の実施の形態１における暗所および明所、明所でのリニアリティ補正後の表示輝度比の例を示す図 本発明の実施の形態１におけるサブフィールドの輝度重み補正前と補正後の例を示す図 本発明の実施の形態１によるプラズマディスプレイパネル装置の概略構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態１における直線性補正部の概略構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における変換テーブルの一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるリニアリティ改善前と改善後の比較を示す図 本発明の実施の形態２における直線性補正部の概略構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における演算部の概略構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における補正用表示輝度比の例を示す図 本発明の実施の形態４における演算部の概略構成を示すブロック図

符号の説明

１０ 映像信号処理部
２０ データドライバ
３０ 維持パルス数制御部
４０ 第１サステインドライバ
５０ 第２サステインドライバ
６０ 受光部
７０ 周囲光検出部
８０ 直線性補正部
８１ 変換テーブル
８２ 演算部
８３ 演算部
８２１ ガンマ処理部
８２２ 最大値算出部
８２３ 最小値算出部
８２４ 均等分割部
８２５ 逆ガンマ処理部
８２６ 補正表示輝度比決定部
８３７ 差分部

Claims (14)

1. 入力画像信号（Ｉ）の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する画像表示方法であって、
   周囲の明るさを表示階調に換算した周囲光階調値（Ｐ）と画像表示装置からの出力値（Ｑ）との合計値（Ｐ＋Ｑ）にガンマ補正を施した値が入力画像信号（Ｉ）の一次関数となるように、サブフィールド毎の輝度重みを決定して出力値（Ｑ）を出力させることを特徴とする画像表示方法。
2. 前記周囲光階調（Ｐ）に応じて、換算テーブルによりサブフィールド毎の輝度重みを決定することを特徴とする請求項１に記載の画像表示方法。
3. 前記周囲光階調（Ｐ）から、演算によりサブフィールド毎の輝度重みを決定することを特徴とする請求項１に記載の画像表示方法。
4. 前記演算は、前記入力画像信号（Ｉ）毎の表示輝度に対する視認強度を得るためにガンマ補正処理を行い、このガンマ補正処理を施した結果の最大値と最小値を結んだ直線を得て、この直線の前記最大値と前記最小値の間を使用階調数分に均等に分割し、またこの直線に対し逆ガンマ補正処理を施して補正表示輝度を求め、この補正表示輝度からサブフィールド毎の輝度重みを決定するものであることを特徴とする請求項３に記載の画像表示方法。
5. 前記演算は、前記入力画像信号（Ｉ）毎の表示輝度に対する視認強度を得るためにガンマ補正処理を行い、このガンマ補正処理を施した結果の最大値と最小値を結んだ直線を得て、この直線の前記最大値と前記最小値の間を使用階調数分に均等に分割し、またこの直線に対し逆ガンマ補正処理を施して第一補正表示輝度を求め、この第一補正表示輝度と補正前の表示輝度との差分値を求め、この差分値を前記入力画像信号の該当する前記表示輝度に加算したものを第二補正表示輝度とし、この第二補正表示輝度からサブフィールド毎の輝度重みを決定するものであることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
6. 入力画像信号（Ｉ）の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する画像表示方法であって、周囲光の検出結果を用いて前記サブフィールド毎の輝度重みを制御することで表示画像の視認強度の直線性を補正することを特徴とする画像表示方法。
7. 入力画像信号（Ｉ）の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する画像表示装置であって、周囲の明るさを検出する受光部と、前記受光部において検出した周囲の明るさを表示階調に換算した周囲光階調値（Ｐ）を出力する周囲光検出部と、前記周囲光階調値（Ｐ）と当該画像表示装置からの出力値（Ｑ）との合計値（Ｐ＋Ｑ）にガンマ補正を施した値が前記入力画像信号（Ｉ）の一次関数となるようにする出力値（Ｑ）を出力するために、サブフィールド毎の輝度重みを調整する直線性補正部とを有することを特徴とする画像表示装置。
8. 前記受光部は、入射光の強度に応じて出力電圧が変化する光センサーと、前記光センサーからの出力電圧を量子化するＡ／Ｄ変換部とを有することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
9. 前記周囲光検出部は、前記受光部からの出力を前記周囲光階調に変換する変換テーブルを格納したメモリを有することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
10. 前記直線性補正部は、前記周囲光階調に応じてサブフィールドの輝度重みを決定する換算テーブルを有することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
11. 前記直線性補正部は、前記周囲光階調から演算によりサブフィールドの輝度重みを算出する演算部を有することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
12. 前記演算部は、前記入力画像信号毎の表示輝度に対する視認強度を得るためにガンマ補正処理を行うガンマ処理部と、前記ガンマ補正処理を施した結果の最大値と最小値を結んでできる直線を得るために設けられた最大値算出部および最小値算出部と、前記直線の前記最大値と前記最小値の間を使用階調数分に均等に分割する均等分割部と、前記直線に対し逆ガンマ補正処理を施し補正表示輝度を求める逆ガンマ処理部と、前記補正表示輝度からサブフィールド毎の輝度重みを決定する補正表示輝度比決定部と、を有することを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
13. 前記演算部は、前記入力画像信号毎の表示輝度に対する視認強度を得るためにガンマ補正処理を行うガンマ処理部と、前記ガンマ補正処理を施した結果の最大値と最小値を結んでできる直線を得るために設けられた最大値算出部および最小値算出部と、前記直線の前記最大値と前記最小値の間を使用階調数分に均等に分割する均等分割部と、前記直線に対し逆ガンマ補正処理を施し第一補正表示輝度を求める逆ガンマ処理部と、前記第一補正表示輝度と補正前の表示輝度との差分値を求める差分部と、前記差分値を前記入力画像信号の該当する前記表示輝度に加算したものを第二補正表示輝度とし前記第二補正表示輝度からサブフィールド毎の輝度重みを決定する補正表示輝度比決定部と、を有することを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
14. 入力画像信号（Ｉ）の１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎の発光の組み合わせによって表示手段の発光を制御して階調を表現する画像表示装置であって、周囲光を検出する周囲光検出部と、前記周囲光検出部による検出結果を用いて前記サブフィールド毎の輝度重みを制御することで表示画像の視認強度の直線性を補正する前記直線性補正部と、を有することを特徴とする画像表示装置。

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