JP2006343396A

JP2006343396A - 画像再現装置、液晶ディスプレイ、液晶プロジェクタ及び画像再現方法

Info

Publication number: JP2006343396A
Application number: JP2005166830A
Authority: JP
Inventors: Shigenobu Jo; 茂伸城
Original assignee: NEC Viewtechnology Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-06-07
Also published as: JP4741882B2

Abstract

【課題】装置にかかるコストを増加することなくすべての階調において階調性を高めることができる。
【解決手段】画像再現装置１００に入力された画像信号について入力信号検出部１において予め設定された検出範囲における最大値あるいは最小値が検出され、制御部６によって検出された最大値あるいは最小値に応じて液晶パネル５を駆動するための駆動信号の出力範囲が決定され、その後、駆動信号を連続するものとし、増幅部４にて増幅され、増幅された駆動信号に基づいて液晶パネル５に画像が表示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネルに表示される画像を再現する画像再現装置、液晶ディスプレイ、液晶プロジェクタ及び画像再現方法に関する。

一般的に、液晶パネルに画像を表示させる装置においては、液晶パネル特有の駆動電圧−透過率特性が存在する。この駆動電圧−透過率特性は、液晶パネルを駆動する駆動電圧と画像を液晶パネルの画面上で表示するための透過率との関係が線形とならない特性である。この特性より、本装置に入力されたデジタル画像信号がそのままデジタル−アナログ変換されて液晶パネルに入力されると、入力されたデジタル画像信号と液晶パネルの透過率との関係が非線形となってしまい、特に低階調側及び高階調側において入力デジタル画像信号の変化量に対して１階調当たりの透過率変化量が小さくなってしまい、液晶パネルにて表示される画像が著しく劣化してしまう。

この劣化を防ぐために、入力信号と出力信号との対照テーブルであるＬＵＴ（Look Up Table）を、入力信号についてデジタル−アナログ変換を行う機構の前段に配備し、配備されたＬＵＴにて入力信号が変換されることにより、駆動電圧−透過率特性に対して、デジタル化された輝度階調のデータの任意の階調への補正が行われている。

図１２は、液晶パネル特有の駆動電圧−透過率特性を示す図である。

図１２に示すように、液晶パネルにおける駆動電圧と透過率との関係が非線形であるため、液晶パネルを有する画像再現装置に入力されるデジタル画像信号がそのまま液晶パネルの駆動電圧として入力された場合、上述した問題が生じてしまう。

図１３は、ＬＵＴを用いて入力画像信号が変換された場合の入力画像信号と透過率との関係を示す図である。

図１３に示すように、入力画像信号がＬＵＴにおいて変換され、変換された信号が駆動電力として液晶パネルに入力されることにより、入力画像信号と液晶パネルの透過率との関係が線形になる。

図１４は、ＬＵＴにおける入力信号と出力信号との関係を示す図である。

図１２に示した駆動電圧と透過率との特性を持った液晶パネルに入力される入力画像信号が図１４に示した入力信号を出力信号へ変換するＬＵＴを用いて変換されることにより、図１３に示したように入力画像信号と液晶パネルの透過率との関係が線形になる。なお、図１４に示したＬＵＴは８ｂｉｔの入力信号を１０ｂｉｔの出力信号に変換させるものである。

また近年、入力された信号の最大ピークレベルを検出し、検出された最大ピークレベルから入力信号の増幅率を算出し、算出された増幅率によって入力信号を増幅し、増幅された信号に基づいて液晶パネルに画像を再現させる方法が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。

また、駆動電圧−透過率特性を複数の直線または曲線を用いて近似し、近似した特性を用いてガンマ補正データに従って入力された信号の階調を変換して液晶パネルに画像を再現させる方法が考えられている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−０９９０１０号公報特開平１１−２９６１４９号公報

しかしながら、従来のＬＵＴによるデジタル信号変換処理においては、８ｂｉｔ−８ｂｉｔや８ｂｉｔ−１０ｂｉｔのＬＵＴが使用される場合が多いが、これらのＬＵＴの出力信号のビット数では、出力信号にてより正確な階調を表現するには設定できる単位が荒く、ＬＵＴにおける変換によって入力画像信号と液晶パネルの透過率とが図１３に示した完全な線形にはならないことが多く、所望の色が再現されなかったり、階調とび等が発生したりして、特にＬＵＴ上、低階調あるいは中間調の階調再現性が良くない場合がある。これを回避するには、出力信号の値をできるだけ細かくとるために、ＬＵＴのメモリ容量を増加させて対照テーブルのビット数を増やす構成が考えられるが、本装置にかかるコストの増加につながってしまうという問題点がある。

また、特許文献１に記載された方法においては、最大ピークレベルに対応して常に階調の低い部分及び高い部分において画像が強調されることにより、コントラストが視覚的に強調されるが、中間調の画像再現性の向上については考えられていない。

また、特許文献２に記載された方法においては、近似した特性を用いることにより、メモリの容量を削減し、また、メモリへのアクセス数を削減して高速の処理を行うだけであり、画像の再現性の向上については考えられていない。

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、装置にかかるコストを増加することなくすべての階調において階調性を高めることができる画像再現装置、液晶ディスプレイ、液晶プロジェクタ及び画像再現方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
画像信号に基づいて液晶パネルに画像を表示させる画像再現装置であって、
前記液晶パネルに画像を表示させる駆動信号を前記画像信号と対応付ける対照テーブルと、
前記画像信号の所定時間内における最大値または最小値を検出する入力検出手段と、
前記入力信号検出手段により検出された前記画像信号の最大値または最小値に基づいて前記対照テーブルの格納内容を書き換える制御手段とを有する。

また、前記制御手段は、前記入力信号検出手段により検出された前記画像信号の最大値または最小値に基づいて、前記画像信号の出力範囲が前記対照テーブルの全ての領域を使用するよう、前記対照テーブルの格納内容を書き換えることを特徴とする。

また、前記対照テーブルの格納内容には平滑化処理が施されていることを特徴とする。

また、画像信号に基づいて液晶パネルに画像を表示させる画像再現装置における前記液晶パネルに画像を表示させる駆動信号を前記画像信号と対応付けて格納する対照テーブルを用いる画像再現方法であって、
前記画像信号の所定時間内における最大値または最小値を検出する処理と、
前記入力信号検出手段により検出された前記画像信号の最大値または最小値に基づいて前記対照テーブルの格納内容を書き換える処理とを有する。

また、前記検出された最大値または最小値に基づいて、前記画像信号の出力範囲が前記対照テーブルの全ての領域を使用するよう、前記対照テーブルの格納内容を書き換えることを特徴とする。

上記のように構成された本発明においては、入力される画像信号について、所定時間内における最大値または最小値が検出され、液晶パネルに画像を表示させる駆動信号が画像信号と対応付けて格納される対照テーブルの格納内容が、検出された最大値または最小値に基づいて書き換えられる。

このため、メモリを有効に利用することにより実際の対照テーブルであるメモリ容量を増加させることなく、また、特に低階調や高階調の色に限って行われるのではなく、すべての階調において細かな階調に補正できるため、階調性を向上させることができる。

以上説明したように本発明においては、入力される画像信号について、所定時間内における最大値または最小値を検出し、液晶パネルに画像を表示させる駆動信号が画像信号と対応付けて格納される対照テーブルの格納内容を、検出された最大値または最小値に基づいて書き換える構成としたため、装置にかかるコストを増加することなくすべての階調において階調性を高めることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の画像再現装置の実施の一形態を示す図である。

図１に示すように本形態における画像再現装置１００は、画像再現装置１００に入力される画像信号を検出する入力信号検出部１と、入力信号検出部１にて検出された画像信号を補正するための対照テーブルであるＬＵＴ２と、ＬＵＴ２にて補正された画像信号についてデジタル−アナログ変換を行うデジタルアナログ変換部３と、デジタルアナログ変換部３にてデジタル−アナログ変換された画像信号を増幅する増幅部４と、増幅部４にて増幅された画像信号に基づいて画像を表示する液晶パネル５と、入力信号検出部１にて検出された画像信号に基づいてＬＵＴ２及び増幅部４を制御する制御部６とから構成されている。なお、本形態におけるＬＵＴ２は、８ｂｉｔ−１０ｂｉｔの対照テーブル構成を使用する。

以下に、図１に示した画像再現装置１００における画像再現方法について説明する。

図２は、図１に示した画像再現装置１００における画像再現方法を説明するためのシーケンス図である。

まず、図１に示した画像再現装置１００の入力信号検出部１に画像信号が入力されると（ステップＳ１）、入力された画像信号について入力信号検出部１にて予め設定された検出範囲における最大値が検出される（ステップＳ２）。ここでの検出範囲とは、ある周期を表し、入力された画像信号の１フレームであっても良いし、予め設定された数フレームであっても良い。また、入力信号検出部１にタイマを設け、設けられたタイマにタイムアウト値を予め設定しておき、タイマが満了する時間を所定の時間としてその時間単位に最大値が検出されるものであっても良い。

また、入力された画像信号が入力信号検出部１から出力され、ＬＵＴ２に入力される（ステップＳ３）。

入力信号検出部１にて検出された最大値が制御部６へ出力されると、入力信号検出部１から出力された最大値が制御部６に入力され（ステップＳ４）、入力された最大値に基づいて制御部６にてＬＵＴ２の使用領域が決定される（ステップＳ５）。

図３は、予め設定された検出範囲において検出された最大値が１２８である入力信号と、当該入力信号に対して制御部６によって制御が行われないＬＵＴ２にて補正された出力信号との関係を示す図である。なお、図３に示した出力信号は、ＬＵＴ２に入力された入力信号が制御部６による制御が行われずに補正され、出力される１０ｂｉｔのデジタル信号である。

図３に示すように、入力信号検出部１にて検出された入力信号の最大値が１２８であり、そのときの出力信号の値が５１２とする。出力信号を１０ｂｉｔで表現するＬＵＴ２において出力信号として出力できる最大値が１０２４であるため、この検出範囲にて使用されていない出力信号の値が５１３から１０２４までのエリアにおいても使用可能と判断され、出力信号の値が１０２４に対応するＬＵＴ２の領域までがＬＵＴ２における使用領域として決定される。

次に、上述した使用領域における出力信号の補正が行われる。図３に示した現在の出力信号の最大値は５１２であり、ステップＳ５にて決定された使用領域の最大値である１０２４に対する割合は５０％である。そこで、ＬＵＴ２による補正が行われる際に、使用領域に対する当該出力信号の割合を１００％にする制御が制御部６によって行われる。

図４は、予め設定された検出範囲において検出された最大値が１２８である入力信号と、当該入力信号に対して制御部６によって制御が行われたＬＵＴ２にて補正された出力信号との関係を示す図である。なお、図４に示した出力信号は、ＬＵＴ２に入力された入力信号が制御部６による制御が行われて補正され、出力される１０ｂｉｔのデジタル信号である。

図４に示すように、ＬＵＴ２に入力された画像信号は、（図３に示した当該入力信号に対する出力信号×（ステップＳ５にて決定された使用領域／入力信号検出部１にて検出された入力信号の最大値に対する図３に示した出力信号の値））の式を用いてＬＵＴ２にて補正され（ステップＳ６）、図４に示す出力信号となる。つまり、制御部６によって制御が行われないＬＵＴ２を用いて補正された出力値を２倍した値が、制御部６によって制御が行われたＬＵＴ２を用いて補正された出力信号の値となる。

図５は、図３に示したＡの部分の拡大図であり、図６は、図５に示した出力信号の値を２倍にした様子を示す図である。なお図中、信号に該当するデジタル信号の各ドットを斜線で示している。図６に示すように、図５に示した出力信号の値を２倍しただけでは、細かい階調に変換されているとは言えない。そこで、制御部６によって以下に述べるような出力信号の前後の値との相関関係を考慮して平滑化処理された駆動信号が出力される制御が行われる。

複数の連なる入力信号に対して出力信号の値が同じ値である場合、出力信号の値が同じ値である連なる入力信号の数と、当該出力信号の値と次に変化する出力信号の値との差分とによって、出力信号が適した値に制御される。

図６に示した例の場合、入力信号６１〜６４については出力信号の値が８０６であり、次に変化する値は入力信号６５に対して出力信号の値が８０８となる。ここで、入力信号６４に対する出力信号の値が８０６であり、次の入力信号６５に対する出力信号の値が８０８であり、その差分が２であるため、入力信号６４に対する出力信号の値が８０６から８０７へと制御される。また同様に、入力信号６９に対する出力信号の値が８０８から８０９へと制御される。

図７は、前後の入力信号との間において出力信号の値が同じではない場合であって、次の出力信号の値が複数の連なる入力信号において同じ値である場合の出力信号に対する制御の様子を示す図である。

図７に示すように、入力信号６５に対する出力信号の値である８０６が、前後の入力信号に対する出力信号の値と異なる場合、次の出力信号の値が８０８である入力信号が６６〜６９で同じ値で連なる場合は、次の出力信号の最初の値である入力信号６６に対する出力信号の値８０８を１つ下げて８０７とする制御が行われても良い。

図８は、次に変化する出力信号の値との差分が４である場合の出力信号に対する制御の様子を示す図である。

図８に示すように、入力信号が６１〜６４に対する出力信号の値８０４の次に変化する入力信号６５に対する出力信号の値が８０８である場合、両出力信号の差分は４であるため、入力信号６４に対する出力信号の値が８０４から８０７へ、入力信号６３に対する出力信号の値が８０４から８０６へ、さらに入力信号６２に対する出力信号の値が８０４から８０５へと制御されるものであって良い。

図９は、図４に示したＣの部分の拡大図であり、図６にて説明した制御部６によって制御されたものである。

図５と図９とを比較してみると、図５に対して図９の方が、中間調において入力信号に対して補正された出力信号がデジタル信号として連続して細かく変化している。これにより、階調とびが生じる恐れが少なくなり、階調の再現性が向上していることがわかる。

図１０は、図３に示したＢの部分の拡大図であり、図１１は、図４に示したＤの部分の拡大図である。なお、それぞれの図において、信号に該当するデジタル信号の各ドットを斜線で示している。

図１１においては図１０の出力信号を２倍にした場合を示しているため、階調性の向上は特に見られないが、入力信号検出部１にて検出された入力信号の最大値及びそのときの出力信号によって、使用領域を１．２倍や２．３倍に取った場合等、１．２倍や２．３倍にした出力信号の値を整数値にするために小数点以下を丸め込む必要がある。このとき、階調とびが発生しない平滑化処理された駆動信号が出力されるように、前後の値との相関関係に基づいて、小数点以下を丸め込んだ整数値が制御部６によって求められる。

例えば、前の出力信号の値との差分と後の出力信号の値との差分とが等しくなるような整数値や、出力信号の変化率が減少してきた場合は、それに対応して前の出力信号の値との差分よりも、後の出力信号の値との差分の方を小さく取るような整数値が求められる。このようにして、より適した階調に補正することができるため、階調の再現性が向上していることがわかる。

補正された画像信号が液晶パネル５を駆動するための駆動信号としてＬＵＴ２から出力されると（ステップＳ７）、ＬＵＴ２から出力された画像信号がデジタルアナログ変換部３に入力され、デジタル信号からアナログ信号へ変換され（ステップＳ８）、アナログ信号へ変換された画像信号がデジタルアナログ変換部３から増幅部４へ出力される。

本実施の形態では、ＬＵＴ２にて使用領域を通常の２倍に取っていることから、検出された範囲においては、８ｂｉｔ−１０ｂｉｔの対照テーブルを仮想的に８ｂｉｔ−１１ｂｉｔとして使用していることになる。しかし、現実にはＬＵＴ２のメモリ容量を増やしているわけではないため、メモリ容量を増加させずに、階調再現性の向上を図ることが可能となっている。

一方、制御部６に入力された最大値及び使用領域に基づいて増幅部４における増幅率が算出され（ステップＳ９）、算出された増幅率が増幅部４に出力される。ここで、増幅率は、（入力信号検出部１にて検出された入力信号の最大値に対する出力信号の値／ステップＳ５にて決定された使用領域）の式を用いて算出される。

デジタルアナログ変換部３から出力された画像信号が増幅部４に入力されると、制御部６から出力されて増幅部４に入力された増幅率を用いて、入力された画像信号が増幅される（ステップＳ１０）。つまり、通常の液晶パネルに入力される振幅幅に増幅率を乗じた値が求められる。

そして、増幅された画像信号が増幅部４から出力され、出力された画像信号が液晶パネル５に入力され、入力された画像信号に基づいた透過率によって液晶パネル５に画像が表示され（ステップＳ１１）、入力された画像信号と液晶パネルの透過率との関係が図１０に示した完全な線形に極めて近くなる。

なお、入力信号検出部１にて検出される画像信号は、画像ソース内に字幕が入った場合、字幕が入った部分については最大値検出処理を行わないといった検出範囲を指定するものも考えられる。

また、入力された画像信号の最小値が０よりも大きい場合、最小値が検出され、上述した最大値を検出する処理と同様に制御部６によってＬＵＴ２が制御されるものも考えられる。

また、増幅部４にて液晶パネル５に表示される信号の増幅率を変化させる際に、増幅部４の増幅可変時間に問題があった場合は、フレームメモリを搭載して画像が記憶されるものであっても良い。

また、図１に示した再現画像装置１００は、画像を表示する液晶ディスプレイや、画像をスクリーン等に提示する液晶プロジェクタに組み込まれても良い。

さらに、本発明は、駆動電圧を高くするほど透過率が高くなっていくノーマリブラック液晶と、駆動電圧を高くするほど透過率が低くなっていくノーマリホワイト液晶とのどちらにおいても利用できる。

本発明の画像再現装置の実施の一形態を示す図である。図１に示した画像再現装置における画像再現方法を説明するためのシーケンス図である。予め設定された検出範囲において検出された最大値が１２８である入力信号と、当該入力信号に対して制御部によって制御が行われないＬＵＴにて補正された出力信号との関係を示す図である。予め設定された検出範囲において検出された最大値が１２８である入力信号と、当該入力信号に対して制御部によって制御が行われたＬＵＴにて補正された出力信号との関係を示す図である。図３に示したＡの部分の拡大図である。図５に示した出力信号の値を２倍にした様子を示す図である。前後の入力信号との間において出力信号の値が同じではない場合であって、次の出力信号の値が複数の連なる入力信号において同じ値である場合の出力信号に対する制御の様子を示す図である。次に変化する出力信号の値との差分が４である場合の出力信号に対する制御の様子を示す図である。図４に示したＣの部分の拡大図であり、図６にて説明した制御部によって制御されたものである。図３に示したＢの部分の拡大図である。図４に示したＤの部分の拡大図である。液晶パネル特有の駆動電圧−透過率特性を示す図である。ＬＵＴを用いて入力画像信号が変換された場合の入力画像信号と透過率との関係を示す図である。ＬＵＴにおける入力信号と出力信号との関係を示す図である。

符号の説明

１入力信号検出部
２ＬＵＴ
３デジタルアナログ変換部
４増幅部
５液晶パネル
６制御部
１００画像再現装置

Claims

画像信号に基づいて液晶パネルに画像を表示させる画像再現装置であって、
前記液晶パネルに画像を表示させる駆動信号を前記画像信号と対応付ける対照テーブルと、
前記画像信号の所定時間内における最大値または最小値を検出する入力検出手段と、
前記入力信号検出手段により検出された前記画像信号の最大値または最小値に基づいて前記対照テーブルの格納内容を書き換える制御手段とを有する画像再現装置。
請求項１に記載の画像再現装置において、
前記制御手段は、前記入力信号検出手段により検出された前記画像信号の最大値または最小値に基づいて、前記画像信号の出力範囲が前記対照テーブルの全ての領域を使用するよう、前記対照テーブルの格納内容を書き換えることを特徴とする画像再現装置。
請求項１または請求項２に記載の画像再現装置において、
前記対照テーブルの格納内容には平滑化処理が施されていることを特徴とする画像再現装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像再現装置を有することを特徴とする液晶ディスプレイ。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像再現装置を有することを特徴とする液晶プロジェクタ。
画像信号に基づいて液晶パネルに画像を表示させる画像再現装置における前記液晶パネルに画像を表示させる駆動信号を前記画像信号と対応付けて格納する対照テーブルを用いる画像再現方法であって、
前記画像信号の所定時間内における最大値または最小値を検出する処理と、
前記入力信号検出手段により検出された前記画像信号の最大値または最小値に基づいて前記対照テーブルの格納内容を書き換える処理とを有する画像再現方法。
請求項６に記載の画像再現方法において、
前記検出された最大値または最小値に基づいて、前記画像信号の出力範囲が前記対照テーブルの全ての領域を使用するよう、前記対照テーブルの格納内容を書き換えることを特徴とする画像再現方法。