JP2006508387A - 表示画像の知覚的コントラストを改善する方法 - Google Patents

Abstract

画像を処理する方法は：ピクセル処理されたビデオフレームの一群のピクセル依存属性を測定するステップであって、前記フレームの各ピクセルは輝度レベルに関連付けられたグレーレベルを有するところのステップ；及び関連する基準に合う前記一群のピクセル依存属性の各々の及び全体のピクセル依存属性に応じて、グローバル輝度信号に従って前記ビデオフレームの全体的な輝度を減らし、ローカル輝度制御信号に従って前記ビデオフレームの各ピクセルのグレーレベルの輝度を増やすステップを有し、特定のグレーレベルの輝度の総量は、該特定のグレーレベルと測定されたピクセル依存属性の関数とに依存して増やされる。

Description

本発明は、画像表示システムの技術分野関連し、特に表示される画像内のピクセルのコントラストを制御する方法及びシステムに関連する。

反射型及び透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、陰極線管（ＣＲＴ）やマイクロミラー装置（ＤＭＤ）の表示装置に比較して、コントラスト不足を患う。例えば、反射型ＬＣＤプロジェクタがある場合に、画像の暗い領域は暗い青色に見えるが、その理由は、大部分の短波長の知覚可能な量の光が、ＬＣＤピクセルから、たとえそのピクセルがオフだとしても依然として反射されるからである。これは、表示画像における減少したコントラストになり、暗い領域の望まれない着色になる。

単純な輝度変調はこの問題を解決しない。なぜなら、暗い領域が増進され明るい領域がクリップされ、明るい領域の細部が劣化している低コントラスト領域になるからである。単純なコントラスト変調もこの問題を解決しない。なぜなら、暗い領域は保存され、明るい領域は更に細部の劣化を招くように変更されるからである。

従って、本発明の課題は、望まれない着色を導入せずに画像コントラストを維持する反射型及び透過型ＬＣＤシステムを提供することである。

本発明の第１の態様は、画像を処理する方法であり、その方法は：ピクセル処理されたビデオフレームの一群のピクセル依存属性を測定するステップであって、前記フレームの各ピクセルは輝度レベルに関連付けられたグレーレベルを有するところのステップ；及び関連する基準に合う前記一群のピクセル依存属性の各々の及び全体のピクセル依存属性に応じて、グローバル輝度信号に従って前記ビデオフレームの全体的な輝度を減らし、ローカル輝度制御信号に従って前記ビデオフレームの各ピクセルのグレーレベルの輝度を増やすステップ；を有し、特定のグレーレベルの輝度の総量は、該特定のグレーレベルと測定されたピクセル依存属性の関数とに依存して増やされる。

本発明の第２の態様は、画像を処理する装置であり、その装置は：ピクセル処理されたビデオフレームの一群のピクセル依存属性を測定する手段であって、前記フレームの各ピクセルは輝度レベルに関連付けられたグレーレベルを有するところの手段；関連する基準に合う前記一群のピクセル依存属性の各々の及び全体のピクセル依存属性に応じた量だけ前記ビデオフレームの全体的な輝度を減らす手段；及び関連する基準に合う前記一群のピクセル依存属性の各々の及び全体のピクセル依存属性に応じた別の量だけ前記ビデオフレームの各ピクセルのグレーレベルの輝度を増やす手段；を有し、特定のグレーレベルの輝度の総量は、該特定のグレーレベルと測定されたピクセル依存属性の関数とに依存して増やされる。

本発明の第３の態様は、表示スクリーンに画像を投影するシステムであり、そのシステムは：光源；前記光源から発せられた光を減衰させる、グローバル輝度制御信号に応答する光減衰装置；前記光減衰装置からの投影される光を出力する、ローカル輝度調整ビデオ信号に応答する反射型電光変調装置；前記電光変調装置から反射された光を前記表示スクリーンに投影する手段；前記画像のピクセル処理されたフレームを受信し、前記グローバル輝度制御信号を出力するのに適合したヒストグラムアナライザ；を有し、前記グローバル輝度制御信号は、前記フレーム中のピクセル全体の輝度を減らし、前記ローカル輝度調整ビデオ信号を出力するのに適合し、前記ローカル輝度調整ビデオ信号は前記ピクセル処理されたフレームの選択されたグレーレベルを増やし、前記ヒストグラムアナライザは前記フレームのピクセルを分析するのに適合し、前記グローバル輝度制御信号及び前記ローカル輝度調整ビデオ信号は該ピクセルの分析に基づく。

本発明の特徴は特許請求の範囲に記載されているが、添付図面に関連して実施例に関する以下の詳細な説明を参照することで、本発明は最も良く理解されるであろう。

本発明の説明で使用されるような、主観的な、知覚される及びそれらの派生形式のような用語は、スクリーンに投影される映像フレームを眺める人的観測者に関連することが理解されるべきである。グレーレベルはグレーレベルスケールにおける離散値として定められる。例えば、０乃至２５５のグレーレベルスケール（２５６個の灰色の濃淡）でのグレーレベル（８ビットバス）は、０，１，２乃至２５５の離散値を有してもよい。

図１は、本発明の実施例による表示システム例の概略図である。図１では、表示システム１００は、電子回路１０５、光源１１０、光学部１１５及び投影部１２０を含む。光源１１０は、光バルブ１２５、パラボラミラー１３０、回折格子１３５、調整可能な（レンズの）絞り１４０及びレンズ１４５を含む。光学部１１５は、光線分離鏡１５０、レンズ１５５、３つの回転可能なプリズム１６０及び偏光子１６５を含む。投影部１２０は、反射ディスプレイ１７０、偏向光線スプリッタ１７５及び投影レンズ１８０を含む。反射ディスプレイ１７０は、シリコン上の液晶（ＬＣｏＳ）のようなＬＣＤでもよいし、その他の電光変調装置を利用するいかなるＬＣＤでもよい。調整可能な絞り（ダイヤフラム）１４０は、透過型ＬＣＤや偏向ツイストネマティックセルのようないかなる光減衰装置で置き換えられてもよい。

表示システム１００は、単一パネルスクローリングシステムであり、本発明が適用されてもよいシステムの例として使用される。単一パネルスクローリング表示システムでは、赤、緑及び青（ＲＧＢ）の３つの隣接するカラーストライプが生成され、各ストライプ（縞）は反射ディスプレイの高さの１／３である。ストライプは、有色画像を作成するために反射ディスプレイに送られる映像信号に同期して、反射ディスプレイの上から下まで連続的に走査される。他の種類のシステムには、単独のパネルスクローリング有色透過型ＬＣＤシステム、３パネル反射型ＬＣＤシステム及び３パネル透過型ＬＣＤシステムがある。

電子回路１０５は、映像信号１８５を受信し、グローバル輝度制御信号１９０を生成し、グローバル輝度制御信号は、調整可能なダイヤフラムの開口するサイズを制御するのに使用され、そのサイズは光学部１１５に利用可能な光の総量を制御する。グローバル輝度制御信号１９０はグローバルな（全体的な）信号である。なぜなら、それは調整可能なダイヤフラムを絞り込むことで（より少ない光が通過するようにすることで）映像フレーム内の総てのグレーレベルの輝度に等しく影響するからである。電子回路１０５は、反射ディスプレイ１７０の個々のピクセルを制御するのに使用するローカル輝度調整ビデオ信号１９５も生成する。ローカル輝度調整ビデオ信号１９５はローカルな信号である。なぜなら、それはグレーレベルの選択された範囲内でしか映像フレーム内のピクセルのグレーレベルの輝度を調整しないからである。グレーレベルはピクセルの属性である。調整されるのはグレーレベルの輝度であるので、個々のピクセル毎に輝度を調整することは必須でない。例えば、（０乃至２５５のグレースケールレベルで）グレーレベル２７の輝度が調整される場合に、グレーレベルが２７のピクセル全体が、輝度の調整を実行する。従って、グレーレベルの輝度調整は、映像フレーム中でそのグレーレベルのピクセル全体の輝度を効率的に調整することが理解されるべきである。

図２は、本発明の実施例による、図１の表示システムの電子回路に関する概略ブロック図である。図２では、電子回路１０５は、映像信号源受信機２００、任意的なアナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０５、ヒストグラムアナライザ２１０、輝度及び色彩プロセッサ２１５、及び標示パネルドライバ２２０を含む。映像信号源受信機２００は映像信号１８５を受信する。映像フォーマットは、アナログ若しくはディジタルの赤、緑、青（ＲＧＢ）フォーマットでもよいし、ＹＵＶフォーマットでもよい（ここで、Ｙはルーマ（ｌｕｍａ）信号であり、Ｕ，Ｖはクロマ信号である。）。他の別の映像フォーマットは、ＲＦ変調フォーマットや、ＹＵＶフォーマットのＹｃｂＣｒ，ＹＩＱ変形を含む。映像信号１０５がディジタルならば、ディジタル映像信号２２５がヒストグラムアナライザ２１０に直接的に与えられる。映像フォーマットがディジタルでなければ、ディジタル映像信号２２５を生成するために、その信号はＡ／Ｄ変換器２０５で処理される。ヒストグラムアナライザ２１０は、ディジタル映像信号２２５を受信する。ヒストグラムアナライザ２１０は、グローバル輝度制御信号１９０及びローカル輝度調整ビデオ信号１９５を生成する。グローバル輝度制御信号１９０は調整可能なダイヤフラム１４０（図１参照）に結合される。ローカル輝度調整ビデオ信号１９５は、表示パネル１７０（図１参照）に結合される前に、輝度及び色彩プロセッサ２１５と、表示パネルドライバ２２０により処理される。輝度及び色彩プロセッサ２１５はディジタル信号で動作し、そのディジタル信号はローカルなグレーレベル輝度調整用に既に処理されたものである。

図３は、図２に示されるヒストグラムアナライザ２１０の概略ブロック図である。図３では、ヒストグラムアナライザ２１０は、輝度計算部２３０と、スレシホールド回路２３５と、フレッシュトーン検出部２４０と、判定及び輝度調整回路２４５とを含む。輝度計算部２３０、スレシホールド回路２３５及びフレッシュトーン検出部２４０の各々はディジタル映像信号２２５を受信する。輝度計算部２３０、スレシホールド回路２３５及びフレッシュトーン検出部２４０の各々は、一度の１つの（同じ）映像フレームしか処理しない。

輝度計算部２３０は、映像フレームの全体的な輝度を測定する。一実施例では、輝度計算部２３０は、そのフレーム中の全ピクセルの平均的な輝度を判定する。別の例では、輝度計算部２３０は、そのフレーム中の全ピクセルの輝度に関するメジアンを判定する。輝度計算部２３０は、全体的な輝度信号２５１を生成し、その輝度信号は、判定及び輝度調整回路２４５により受信される。

スレシホールド回路２３５は、「暗い」ピクセルの数、「白い」ピクセルの数及び「グレーの」ピクセルの数を測定し、暗色数信号２５２、白色数信号２５３及び灰色数信号２５４を生成し、それらは判定及び輝度調整回路２４５により受信される。「暗い」ピクセルとしてカウントされるピクセルについての輝度は、第１の所定のグレーレベルより少なくなければならない。「白い」ピクセルとしてカウントされるピクセルについての輝度は、第２の所定のグレーレベルより大きくなければならない。「グレー」のピクセルとしてカウントされるピクセルの輝度は、低い所定のグレーレベル及び高い所定のグレーレベルの間になければならない。どの信号ピクセルも（「暗い」、「白い」又は「グレー」として）１つしかカウントできないが、総てのピクセルがカウントされることは必須ではない。言い換えれば、所定のグレーレベル（即ち、第１，第２の低い及び高いグレーレベル）は重複してはならず、それらは隣接する必要はなく、暗い、白の又はグレーのピクセルのどの指定されたカテゴリにも該当しなくてもよい。

フレッシュトーン検出部２４０は、フレッシュトーンカラーとして検出されたピクセル数を測定し、フレッシュトーン数信号２５５を生成し、その信号は判定及び輝度調整回路２４５によって受信される。ルックアップテーブル又は調整済み回路で処理する全体的な輝度信号２５１、暗色数信号２５２、白色数信号２５３、灰色数信号２５４及びフレッシュトーン数信号２５５に基づいて、判定及び輝度調整回路２４５は、フレームのグローバルな輝度を調整するか否か及びグレーレベルの範囲を調整するか否かを決定する。このプロセスは図４，５，６にて以下に説明される。グローバルな輝度調整は、全体的な輝度を常に減らす（図１の調整可能なダイヤフラムを絞り込む。）。ローカルなグレーレベルの輝度調整は、（調整されない最も黒い及び最も白いグレーレベルを除いて）グレーレベルの輝度を常に増やす。しかしながら、双方の調整は同時に実行される。

図４は図２に示されるヒストグラムアナライザの動作に関するフローチャートである。画像の知覚されるコントラストを改善するには、上記の５つの基準（即ち、全体的な輝度、暗いピクセル数、白いピクセル数、灰色のピクセル数及びフレッシュトーンのピクセル数）が総て考慮される必要があり、総ての基準が経験的に決定される範囲内にあることが最良であることを実験は示している。

ステップ３００では、映像フレームが受信される。ステップ３０５では、映像フレームの全体的な輝度“Ｘ１”が判定される。ある例では、全体的な輝度はそのフレーム中の全ピクセルの平均的な輝度である。別の例では、そのフレームの全体的な輝度は、そのフレーム中の全ピクセルに関するメジアンの輝度である。ステップ３１０では、全体的な輝度“Ｘ１”が所定の輝度値“Ｖ１”と比較される。“Ｘ１”が“Ｖ１”より小さければ、本方法はステップ３２０に進む。“Ｘ１”が“Ｖ１”より小さくなければ、フレームの全体的な輝度は、ピクセル調整に関し、投影されるフレームに知覚可能な影響を与えない程度に十分大きく、本方法はステップ３１５に進む。可視的な暗い着色の影響は、輝度が低く大きな暗い領域を有する画像にしかない。高い輝度の画像では、本発明によるどの手段も、処理を保証するのに十分な知覚される画像を相当には変えない。明るい画像では、暗い領域がたとえ存在しても、人間の目は高い全体的な輝度に適応し、元の画像の低コントラストに又は暗い領域の着色効果に気付かない。ステップ３１５では、何らのピクセル調整も行われず、輝度制御信号はそのまま残され、そのフレームは、標準的な輝度及び色彩処理部に伝送され、本方法はステップ３００に戻る。ステップ３２０では“Ｘ１”が保存される。

ステップ３２５では、映像フレーム中の暗いピクセル数“Ｘ２”が判定される。一例では、暗いピクセルは、フルスケールの輝度に対して０乃至１０％の間の輝度を有するピクセルである。このパーセンテージ（割合）は経験的に定められる。ステップ３３０では、暗いピクセル数“Ｘ２”が、所定の値“Ｖ２”と比較される。“Ｘ２”が“Ｖ２”より大きいならば、本方法はステップ３３５に進む。“Ｘ２”が“Ｖ２”より大きくないならば、ピクセル調整に関し、投影されるフレームに知覚可能な影響を与える程度の不十分な暗い領域がフレーム中に存在する。上述したように、低輝度で大きなくらい領域を有する画像内でしか可視的な暗い着色効果は生じない。明るい画像では、たとえ暗い領域があったとしても、人間の目は全体的な高い輝度に適応し、画像全体の低コントラストや暗い領域の着色効果に気付かない。ステップ３３５では、“Ｘ２”が保存される。

ステップ３４０では、映像フレーム中の白いピクセル数“Ｘ３”が判定される。一例では、白いピクセルは、フルスケールの輝度に対して９０乃至１００％の間の輝度を有するピクセルである。このパーセンテージは経験的に定められる。ステップ３４５では、白いピクセル数“Ｘ３”が、所定の値“Ｖ３”と比較される。“Ｘ３”が“Ｖ３”より小さいならば、本方法はステップ３５０に進む。“Ｘ３”が“Ｖ３”より小さくないならば、ピクセル調整に関し、投影されるフレームに知覚可能な影響を与えるない程度に十分白い領域がフレーム中に存在し、本方法はステップ３１５に進む。多数の「白い」ピクセルを有する画像がローカルの輝度を増やすならば、望まれない「白色」クリッピングがなされてもよい。ステップ３５０では、“Ｘ３”が保存される。

ステップ３５５では、映像フレーム中のグレーのピクセル数“Ｘ４”が判定される。一例では、グレーのピクセルは、フルスケールの輝度に対して３０乃至７０％の間の輝度を有するピクセルである。このパーセンテージは経験的に定められる。ステップ３６０では、グレーのピクセル数“Ｘ４”が、所定の値“Ｖ４”と比較される。“Ｘ４”が“Ｖ４”より大きいならば、本方法はステップ３６５に進む。“Ｘ４”が“Ｖ４”より大きくないならば、ピクセル調整に関し、投影されるフレームに知覚可能な影響を与える程度の不十分な灰色の領域がフレーム中に存在し、本方法はステップ３１５に進む。「グレー」のピクセルはローカルには明るいピクセルなので、それらの数が小さければ、処理される画像は、元の画像に比較して全体的に非常に低い輝度を有し、これは望まれることではない。ステップ３６５では、“Ｘ４”が保存される。

ステップ３７０では、フレッシュトーンのピクセル数“Ｘ５”が判定される。フレッシュトーンピクセルは当業者に知られている多数のどのアルゴリズムによっても決定可能である。ステップ３７５では、フレッシュトーンピクセル数“Ｘ５”が所定値“Ｖ５”と比較される。“Ｘ５”が“Ｖ５”より小さければ、本方法はステップ３８０に進む。“Ｘ５”が“Ｖ５”より小さくなければ、ピクセル調整に関し、投影されるフレームのフレッシュトーン領域に不利な知覚可能な影響をもたらす程度に十分なフレッシュトーン領域がフレーム中にある。フレッシュトーンピクセル数が相当に大きければ、そのフレッシュトーンピクセルの輝度の変化は、事実どおりでないフレッシュトーンになる。ステップ３８０では、“Ｘ５”が保存される。

ステップ３８５では、“Ｘ１”，“Ｘ２”，“Ｘ３”，“Ｘ４”及び“Ｘ５”の値に基づいて、グローバルな輝度設定が選択される或いは算出される（その設定は調整可能なダイヤフラムの調整でもよく、グローバル輝度制御信号１９０（図１，２参照）を定める。）。“Ｘ１”，“Ｘ２”，“Ｘ３”，“Ｘ４”及び“Ｘ５”の値に基づいて、輝度が調整される低いグレーレベルの範囲、中間のグレーレベルの範囲及び高いグレーレベルの範囲も選択又は計算される。低いグレーレベル範囲内のどのグレーレベルでも及び高いグレーレベル範囲内のどのグレーレベルでも、輝度は同じ量で調整されない。低いグレーレベルは徐々に増やされる輝度であり、そのグレーレベルは最小のピクセルの輝度からのものである。高いグレーレベルは、グレーレベルが最大のピクセル輝度に近づくほど徐々に減らされる輝度である。中間のグレーレベルは、同じ量だけ調整され、その量はグローバル輝度の調整前の元のグレーレベル輝度が再現されるようなものである。これは、当初のフレームの全体的な輝度を概ね維持する。輝度変化量は、“Ｘ１”，“Ｘ２”，“Ｘ３”，“Ｘ４”及び“Ｘ５”の値で制御される関数である。これは以下の図６にグラフで示される。輝度調整されるグレースケール増加量及び調整量は、ローカルな輝度調整ビデオ信号１９５を構成し、高い又は低いグレースケール範囲内のグレースケールレベルを有するピクセルについてゲインを増やす又は減らすようにして実現されてもよい。フレーム処理が完了した後で、本方法はステップ３００に戻る。

図４に示される判定のシーケンスは“Ｘ１”と“Ｖ１”との比較から“Ｘ５”と“Ｖ５”との比較へ順に行われているが、“Ｘ１”と“Ｖ１”、“Ｘ２”と“Ｖ２”、“Ｘ３”と“Ｖ３”、“Ｘ４”と“Ｖ４”及び“Ｘ５”と“Ｖ５”の比較はいかなる順序で行われてもよいことが理解されるべきである。更に、図４は５つ総ての検査（即ち、“Ｘ１”＜“Ｖ１”，“Ｘ２”＞“Ｖ２”，“Ｘ３”＜“Ｖ３”，“Ｘ４”＞“Ｖ４”及び“Ｘ５”＜“Ｖ５”）が行われ且つ通過しなければならないことを示すが、これは知覚されるコントラストに可能な最良の改善効果を得るのに必要であるに過ぎず、知覚されるコントラストに、より少ない改善効果を得る場合には、検査基準の１以上が省略されてもよい。

図５は図２に示されるヒストグラムアナライザの別の動作を示すフローチャートである。図５に示される方法は、上述の図４に示される方法と本質的には同じであるが、直列的な処理ではなく並列的な処理が行われる点で異なる。従って、ステップ３００Ａ，３０５Ａ，３１５Ａ，３２０Ａ，３２５Ａ，３３５Ａ，３４０Ａ，３５０Ａ，３５５Ａ，３６５Ａ，３７０Ａ，３８０Ａ及び３８５Ａは、図４のステップ３００，３０５，３１５，３２０，３２５，３３５，３４０，３５０，３５５，３６５，３７０，３８０及び３８５と同じである。図５では、ステップ３００Ａで映像フレームが受信された後に、ステップ３０５Ａ，３２５Ａ，３４０Ａ，３５５Ａ及び３７０Ａにより同時に処理され、めいめいの値“Ｘ１”，“Ｘ２”，“Ｘ３”，“Ｘ４”及び“Ｘ５”は、それらが利用可能になるように、ステップ３２０Ａ，３３５Ａ，３５０Ａ，３６５Ａ及び３８０Ａでそれぞれ保存される。ステップ３９０では、“Ｘ１”，“Ｘ２”，“Ｘ３”，“Ｘ４”及び“Ｘ５”が、５つのテスト“Ｘ１”＜“Ｖ１”，“Ｘ２”＞“Ｖ２”，“Ｘ３”＜“Ｖ３”，“Ｘ４”＞“Ｖ４”及び“Ｘ５”＜“Ｖ５”により、所定の値“Ｖ１”，“Ｖ２”，“Ｖ３”，“Ｖ４”及び“Ｖ５”とそれぞれ比較される。５つ総ての検査結果が真であったならば、本方法はステップ３８５Ａに進み、そうでなければ本方法はステップ３１５Ａに進む。ステップ３００Ａはステップ３１５Ａ又は３８５Ａの後に再度行われる。

図５は５つ総ての検査（即ち、“Ｘ１”＜“Ｖ１”，“Ｘ２”＞“Ｖ２”，“Ｘ３”＜“Ｖ３”，“Ｘ４”＞“Ｖ４”及び“Ｘ５”＜“Ｖ５”）が行われ且つ通過しなければならないことを示すが、これは知覚されるコントラストに可能な最良の改善効果を得るのに必要であるに過ぎず、知覚されるコントラストに、より少ない改善効果を得る場合には、検査基準の１以上が省略されてもよい。

図６は、本発明により、グローバル輝度及びローカル輝度の制御信号を生成する実施例を示す図である。図６では、判定及び輝度調整回路は、バス４０１，４０２，４０３，４０４及び４０５と、マルチプレクサ４１０と、アドレスデコーダ４２５及びＩ／Ｏ回路４３０を有するＲＯＭ４２０と、ローカル輝度調整回路４３５とを含む。

図６では、“Ｘ１”，“Ｘ２”，“Ｘ３”，“Ｘ４”及び“Ｘ５”の値が、バス４０１，４０２，４０３，４０４及び４０５の各々に与えられる。各バス４０１，４０２，４０３，４０４及び４０５の幅はそれぞれ“Ｂ１”，“Ｂ２”，“Ｂ３”，“Ｂ４”及び“Ｂ５”である。一例では、“Ｂ１”は４ビットであり、“Ｂ２”は２−３ビットであり、“Ｂ３”は２−３ビットであり、“Ｂ４”は３−４ビットであり、“Ｂ５”は２ビットである。バス４０１，４０２，４０３，４０４及び４０５上の信号は、マルチプレクサ４１０でバス４１５に一緒に多重化される。バス４１０は少なくとも“Ｍ”ビット幅を有し、ここで“Ｍ”はバス４０１，４０２，４０３，４０４及び４０５の幅の合計である。引き続き上記の例を使用すると、“Ｍ”は少なくとも１３乃至１６ビットである。バス４１５に多重化された信号は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）４２０のローアドレス回路４２５に結合される。ＲＯＭ４２０は“Ａ”ビット＋“Ｂ”ビットの幅と、２^Ｍビットの長さとを有する。一例では、“Ａ”＝“Ｂ”＝４ビットである。目下の例では、ＲＯＭ４２５は８，１９２乃至２６２，１４４８ビット制御ワードを含む。フレームに適用される一群の正確な輝度調整内容を選択するために、“Ｍ”を通じて“Ｘ１”，“Ｘ２”，“Ｘ３”，“Ｘ４”及び“Ｘ５”を利用して映像フレームになされる様々な可能な一群の輝度調整内容を“Ａ”及び“Ｂ”ビットが表す。各制御ワードの“Ａ”ビットはグローバル輝度制御信号１９０を生成するためにＲＯＭ４２５のＩ／Ｏ回路４３５により使用され、各制御ワードの“Ｂ”ビットはＩ／Ｏ回路４３５により使用され、内部信号４４０を生成する。内部信号４４０は、ローカルな輝度の調整された映像信号１９５を生成するためにローカル輝度調整回路４３５により使用される。ＲＯＭ４２０内の各ワードは実験により定められる。

或いは、ファジィ論理又はニューラルネットワークに基づく学習アルゴリズムを利用するトレーニング可能な回路が、ＲＯＭ４２０に代用されてもよい。典型的には、５つの選択された入力基準と２つの選択された出力基準が、そのようなネットワークの必要とする総てである。

図７は、ある画像に関する本発明の処理を表すグラフである。グレーレベルに対する輝度がマッピングされている。非線形パワー法則ガンマ特性に従う表示装置が想定される。水平方向の各区切りはグレースケールの増加量を表す。低いグレーレベルは中間のグレーレベルより暗く、中間のグレーレベルは高いグレーレベルより暗い。最低のグレーレベル最低の輝度を有し、純粋な黒に近い。最高のグレーレベルは最大の輝度を有し、純粋な白に近い。

図７では、３つの関連する映像フレームのグレーレベルが輝度に関連してプロットされている。約２．２のガンマ値が、３フレームが表示される表示装置に仮定されている。曲線４４５は輝度応答に対する当初の映像フレームのグレーレベルを表す。曲線４５０は、本発明によるグローバル輝度調整（低減）が曲線４４５で表されるオリジナルフレームに適用された後の映像フレームを表す。曲線４５５は、本発明によるローカル輝度調整が曲線４５０で表されるグローバルに調整されたフレームに適用された後の映像フレームを表す。曲線４４５及び４５５は中間のグレーレベル領域で互いに重なっている。曲線４４５で表現されるオリジナルフレームの中間のグレーレベルは、曲線４５５で表現される変換済みのビデオ画像で変化していないことに留意を要する。

実際上、本発明は曲線４４５で表現される映像のオリジナルフレームを採用し、曲線４５５で表現される映像の新たなフレームを生成するために非線形変換を実行する。

本発明にて低いグレーピクセルに生じるような輝度の変化は表示される画像の色彩に関する知覚される劣化を招くことを実験は示す。しかしながら、本発明はピクセルの色濃度属性及びグレーレベル属性に等しく適用可能であり、その状況を改善するのに使用可能である。色濃度に関し、中間のグレーレベルピクセル（或いは、グレーレベルによらない総てのピクセル）の色濃度は、中間のグレーレベルの輝度増加レベルに比例する量だけ増やされる。その実現は、輝度及び色彩プロセッサ２１５（図１参照）の色制御回路と内部信号４４０（図５参照）を結び付けることでなされるであろう。

以上、望まれない着色を導入せずに画像コントラストを維持する反射型表示システムが説明されてきた。本発明の実施例に関する説明は、本発明を理解するために上記に与えられている。本発明はここに説明された特定の実施例に限定されず、本発明の範囲から逸脱せずに当業者に明らかになる様々な修正、再配列及び置換が可能であることが理解されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲は本発明の精神及び範囲内に含まれるそのような総ての修正及び変更を網羅することが意図される。

本発明の実施例による表示システム例の概略図である。 本発明の実施例による図１の表示システムの電子部品に関する概略ブロック図である。 図２に示されるヒストグラムアナライザの概略ブロック図である。 図２に示されるヒストグラムアナライザの動作を示すフローチャートである。 図２に示されるヒストグラムアナライザの別の動作を示すフローチャートである。 本発明によるグローバル輝度及びローカル輝度の制御信号を生成する手段を例示する図である。 ある画像に関する本発明の動作を表すグラフである。

Claims (20)

1. 画像を処理する方法であって：
   ピクセル処理されたビデオフレームの一群のピクセル依存属性を測定するステップであって、前記フレームの各ピクセルは輝度レベルに関連付けられたグレーレベルを有するところのステップ；及び
   関連する基準に合う前記一群のピクセル依存属性の各々の及び全体のピクセル依存属性に応じて、グローバル輝度信号に従って前記ビデオフレームの全体的な輝度を減らし、ローカル輝度制御信号に従って前記ビデオフレームの各ピクセルのグレーレベルの輝度を増やすステップ；
   を有し、特定のグレーレベルの輝度の総量は、該特定のグレーレベルと測定されたピクセル依存属性の関数とに依存して増やされる
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記一群のピクセル依存属性が、第１属性、第２属性、第３属性、第４属性及び第５属性を含む群から選択された１以上のピクセル依存属性を有し；
   前記第１属性は前記ビデオフレームの全ピクセルの平均又はメジアンの輝度であり；
   前記第２属性は前記フレーム中の暗いピクセル数であり、暗いピクセルの各々はグレーレベル値の第１範囲内の値を有し；
   前記第３属性は前記フレーム中の白いピクセル数であり、白いピクセルの各々はグレーレベル値の第２範囲内の値を有し；
   前記第４属性は前記フレーム中のグレーのピクセル数であり、グレーのピクセルの各々はグレーレベル値の第３範囲内の値を有し；及び
   前記第５属性は前記フレーム中のフレッシュトーンピクセル数である
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法において、
   グレーレベル値の前記第１、第２及び第３範囲が重複しない
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項２記載の方法において、
   前記第１属性に対応する前記基準は、前記ビデオフレームの全ピクセル平均又はメジアンの輝度が第１の値より少ないことであり；
   前記第２属性に対応する前記基準は、前記ビデオフレーム中の暗いピクセル数が第２の値より多いことであり；
   前記第３属性に対応する前記基準は、前記ビデオフレーム中の白いピクセル数が第３の値より少ないことであり；
   前記第４属性に対応する前記基準は、前記ビデオフレーム中のグレーのピクセル数が第４の値より多いことであり；及び
   前記第５属性に対応する前記基準は、前記ビデオフレーム中のフレッシュトーンピクセル数が第５の値より少ないことである；
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項２記載の方法において、
   前記ビデオフレームの全体的な輝度は、前記ビデオフレームの決定された平均又はメジアンの輝度に対応する経験的に得られた値に基づく量だけ減らされる
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項２記載の方法において、
   前記特定のグレーレベルの輝度は、前記ビデオフレーム中の暗いピクセル数、白いピクセル数、グレーのピクセル数及びフレッシュトーンピクセル数の組み合わせに対応する経験的に得られた値に基づく量だけ増やされる
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１記載の方法において、
   中間のグレーレベルに適用される輝度の増加に比例して、前記グローバル輝度の減少に比例して又は双方に比例して各ピクセルの色濃度レベルを増やすステップを更に有する
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項１記載の方法において、
   前記ビデオフレームの前記全体的な輝度を減らし、前記ビデオフレームの各ピクセルのグレーレベルの輝度を増やす前の前記ビデオフレームのピクセルの中間のグレーレベルの輝度が、前記ビデオフレームの前記全体的な輝度を減らし、前記ビデオフレームの各ピクセルのグレーレベルの輝度を増やした後も実質的に同じである
   ことを特徴とする方法。
9. 画像を処理する装置であって：
   ピクセル処理されたビデオフレームの一群のピクセル依存属性を測定する手段であって、前記フレームの各ピクセルは輝度レベルに関連付けられたグレーレベルを有するところの手段；
   関連する基準に合う前記一群のピクセル依存属性の各々の及び全体のピクセル依存属性に応じた量だけ前記ビデオフレームの全体的な輝度を減らす手段；及び
   関連する基準に合う前記一群のピクセル依存属性の各々の及び全体のピクセル依存属性に応じた別の量だけ前記ビデオフレームの各ピクセルのグレーレベルの輝度を増やす手段；
   を有し、特定のグレーレベルの輝度の総量は、該特定のグレーレベルと測定されたピクセル依存属性の関数とに依存して増やされる
   ことを特徴とする装置。
10. 請求項９記載の装置であって、
    前記一群のピクセル依存属性を測定する手段が１以上の手段を含み、該１以上の手段の各々は、前記ビデオフレームの全ピクセルの平均又はメジアンの輝度を判定する手段、前記フレーム中の暗いピクセル数を判定する手段であって、暗いピクセルの各々はグレーレベル値の第１範囲内の値を有する手段、前記フレーム中の白いピクセル数を判定する手段であって、白いピクセルの各々はグレーレベル値の第２範囲内の値を有する手段、前記フレーム中のグレーのピクセル数を判定する手段であって、グレーのピクセルの各々はグレーレベル値の第３範囲内の値を有する手段及び前記フレーム中のフレッシュトーンピクセル数を判定する手段を含む群から選択される
    ことを特徴とする装置。
11. 請求項１０記載の装置であって、
    測定された平均又はメジアンの輝度に対応する値の経験的に得られたリストに基づいて、前記ビデオフレームの全体的な輝度が減らされる量を選択する手段を更に有する
    ことを特徴とする装置。
12. 請求項１０記載の装置であって、
    前記映像フレームの暗いピクセル数、白いピクセル数、グレーのピクセル数及びフレッシュトーンピクセル数の組み合わせに対応する値の経験的に得られたリストに基づいて、前記特定のグレーレベルの輝度が増やされる量を選択する手段を更に有する
    ことを特徴とする装置。
13. 表示スクリーンに画像を投影するシステムであって：
    光源；
    前記光源から発せられた光を減衰させる、グローバル輝度制御信号に応答する光減衰装置；
    前記光減衰装置からの投影される光を出力する、ローカル輝度調整ビデオ信号に応答する反射型電光変調装置；
    前記電光変調装置から反射された光を前記表示スクリーンに投影する手段；
    前記画像のピクセル処理されたフレームを受信し、前記グローバル輝度制御信号を出力するのに適合したヒストグラムアナライザ；
    を有し、前記グローバル輝度制御信号は、前記フレーム中のピクセル全体の輝度を減らし、前記ローカル輝度調整ビデオ信号を出力するのに適合し、前記ローカル輝度調整ビデオ信号は前記ピクセル処理されたフレームの選択されたグレーレベルを増やし、前記ヒストグラムアナライザは前記フレームのピクセルを分析するのに適合し、前記グローバル輝度制御信号及び前記ローカル輝度調整ビデオ信号は該ピクセルの分析に基づく
    ことを特徴とするシステム。
14. 請求項１３記載のシステムであって、前記ヒストグラムアナライザが：
    前記ビデオフレーム中の全ピクセルの平均又はメジアンの輝度を判定し、輝度信号を生成するのに適合したヒストグラム計算回路；
    グレーレベル値の第１範囲内の値を有する前記フレーム中の暗いピクセル数を判定するのに適合し、グレーレベル値の第２範囲内の値を有する前記フレーム中の白いピクセル数を判定するのに適合し、及びグレーレベル値の第３範囲内の値を有する前記フレーム中のグレーのピクセル数を判定するのに適合したスレシホールド回路；及び
    前記フレーム中のフレッシュトーンピクセル数を判定するのに適合したフレッシュトーン回路；
    を更に含むことを特徴とするシステム。
15. 請求項１４記載のシステムであって、
    前記輝度信号が第１の値より少ないか否かを判定する手段、前記暗いピクセル数が第２の値より多いか否かを判定する手段、前記白いピクセル数が第３の値より少ないか否かを判定する手段、前記グレーのピクセル数が第４の値より多いか否かを判定する手段、前記フレッシュトーンピクセル数が第５の値より少ないか否かを判定する手段を含む群から選択された１以上の手段を更に含み；前記グローバル輝度制御信号及び前記ローカル輝度調整ビデオ信号は、前記輝度信号が測定され前記第１の値より少なく、前記暗いピクセル数が測定され前記第２の値より大きく、前記白いピクセル数が測定されるならば第３の値より少なく、前記グレーのピクセル数が測定され測定され前記第４の値より大きく、前記フレッシュトーン数が測定されるならば前記第５の値より少ない場合しか前記フレーム中のピクセルのグレーレベルの輝度を変化させない
    ことを特徴とするシステム。
16. 請求項１４記載のシステムであって、
    制御ワードのテーブルを更に含み、特定の制御ワードは、前記輝度信号、前記暗いピクセル数、前記白いピクセル数、前記グレーのピクセル数及び前記フレッシュトーンピクセル数の組み合わせを表現する信号に基づいて選択可能であり、前記制御ワードは、前記グローバル輝度制御信号及び前記ローカル輝度調整ビデオ信号を決定する
    ことを特徴とするシステム。
17. 請求項１６記載のシステムであって、
    前記制御ワードが経験的に生成される
    ことを特徴とするシステム。
18. 請求項１３記載のシステムであって、
    中間のグレーレベルの輝度の増加に比例して、中間のグレーレベルのピクセルの色濃度を増やす手段を更に含む
    ことを特徴とするシステム。
19. 請求項１３記載のシステムであって、
    前記反射型電光変調装置が、液晶表示装置、シリコン上の液晶表示装置及びマイクロミラー表示装置を含む群から選択される
    ことを特徴とするシステム。
20. 請求項１３記載のシステムであって、
    前記光減衰装置が、調整可能なダイヤフラム、透過型液晶表示装置及び偏光ツイストネマティックセルを含む群から選択される
    ことを特徴とするシステム。

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