JP2007212628A - 画像表示制御装置及びその方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の画像表示制御装置は、輝度変調素子と色変調素子とを有する表示装置の制御を行う画像表示制御装置であって、入力される映像信号におけるRGB成分各々の信号値からの最大値を抽出して、最大信号値として出力する最大値選択部と、輝度変調素子の制御を行う輝度制御値を該最大信号値から生成する輝度制御値生成部と、該輝度制御値に対応させて、RGB成分各々の信号値を補正し、補正信号値として出力する色補正部と、補正信号値からRGB各々の色変調素子の色制御値を生成する色制御値生成部とを有している。
【選択図】図1
Description
また、HDR表示を行うディスプレイとしても、入射光の3原色を画像データに対応して輝度変調する色変調光学素子と、RGBそれぞれの色変調光学素子から入射した光の全波長領域の輝度を変調する輝度変調光学素子とを光学的に直列に配置し、スクリーンに投射する2変調系投射型表示装置が開発されている。
また、特許文献2の方法は、輝度液晶パネルの制御値を、入力される映像信号から求めているため、単色においての階調性能が低下する問題がある。
しかし、上記2つの方法ともに、演算処理が複雑となり、この演算処理を実現するための処理回路が大型化し、製造コストを増大させてしまう欠点がある。
さらに、輝度値に対応した、各RGBの表示特性が異なるため、RGBの制御値各々を同一の輝度値から求めた場合、入力される映像信号の再現を高い精度で行うことが出来ない欠点を有している。
本発明の画像表示制御装置は、前記色補正部が、前記乗算を浮動小数点演算にて行い、演算結果を整数値として出力することを特徴とする。
これにより、本発明の画像表示制御装置は、補正信号値をルックアップテーブルから抽出するのに比較し、補正信号値を算出する乗算を浮動小数点演算で行うことにより、演算結果の丸め込みを抑制し、色制御値を生成する際に用いる補正信号値の生成を、高い精度にて行うことができる。
これにより、本発明の画像表示制御装置は、補正信号値のみを高い精度で求めるため、浮動小数点の乗算を行って求めているが、輝度制御値及び色制御値の生成をルックアップテーブルにより構成しているため、全体を簡易な回路により構成することができる。
これにより、本発明の画像表示制御装置は、従来の色変調素子の制御ノウハウを活用し、各液晶ライトバルブ(液晶素子)の制御値に対する透過率特性を、色テーブルの補正により、均一にγ2.2に合わせることができ、前段からの出力を個別に調整する必要が無く、前段までの演算処理を簡易にし、かつ装置間での表示特性を高い精度で均一化し、表示品質を合わせた変調処理を行うことができる。
これにより、本発明の画像表示制御装置は、線形に比較して初期段階における変調の変化が速くなり、かつ線形に近い変化とすることにより、変調素子における調整幅を広げることができ、結果的に色再現性が高く、入力される映像信号を高画質な状態で再生することが可能となり、また、装置間での制御値に対する透過率特性を容易に装置間で合わせることができ、装置間での表示特性を高い精度で均一化し、表示品質を合わせた変調処理を行うことができる。
これにより、本発明の画像表示制御装置は、測定誤差や演算誤差に起因したオーバーフローなどによる不正演算を防止し、現実性の高い補正信号値を生成することが可能となる。
図1は、輝度液晶パネル(後に述べる液晶ライトバルブ14)の制御値である輝度制御値と、RGB成分のうち代表としてB成分の信号値Brから求められる、色液晶パネルの色制御値とを求める構成例を示している。他のR及びG成分に対応する色液晶パネルの色制御値も、記載はされていないが、この信号Brに対する処理と同様である。ここで、液晶ライトバルブにおいては、駆動信号VTに対し、透過率Lがγ2.2の特性を有している。
輝度LUT回路12は、制御値Mrの数値と、液晶ライトバルブ14の駆動を行う輝度制御値VTとの対応を示す輝度テーブルを有しており、入力される制御値Mrに対応した輝度制御値VTを輝度テーブルから読み出して出力することにより、輝度制御値VTの生成を行う。上記輝度テーブルは、入力される制御値Mrに対する液晶ライトバルブ14の透過率特性を、グラフ102に示すように、入力される制御値Mrの数値に対応して、液晶ライトバルブ14の透過率Lsがγ1.0乗以下の特性となるよう補正された輝度制御値が記憶されている。
ドライバ回路13は、D/A変換器を内蔵しており、輝度LUT回路12が出力する、
デジタル値の輝度制御値VTを、アナログの電圧値に変換し、液晶ライトバルブ14へ出力させて、液晶ライトバルブ14を駆動させ、液晶ライトバルブ14に入射される光に対する輝度変調の処理を行わせる。
ここで、コントラスト比を1000:1とした場合、補正係数MBの最大値は1000×4=4000となり、一方、最小値はg(Mr)=1の場合に相当し、(1/1)×4=4である。このため、浮動小数点で表現される補正係数は4〜4000を正しく表現する必要がある。すなわち、仮数部の数値をm、指数部の数値をnとした場合、m/(2n−4)として表現した。この表現であれば、0.5〜16384まで表現できることになる。また、例えば、コントラスト比が200:1と低い場合、補正係数は4〜800なので、m/2nという表現形式で問題はない。
ここで、例えば入力及び出力ともに整数であるLUTを用いるとすると、入力10bitに対し、暗部での変換精度を保つため、出力として20bit以上のビット数が必要となってしまう。
例えば、1/2.2のガンマを用いた場合、補正係数の必要な精度も20bit以上必要となり、2.2乗変換した結果の変換信号値Bと、補正係数MBとの乗算は、各20bitの入力有する乗算部153が必要になることになる。これでは、演算結果としては10数bitの精度があれば十分なことを考えると整数演算は無駄が多いことが判る。
したがって、乗算部153は、変換信号値Bと補正計数値MBとの乗算を、浮動小数点形式での乗算処理により行っている。
また、上述した2.2乗LUT152は、入力データである10ビットのB[9:0]を入力すると、出力データとして、仮数部の数値をm、指数部の数値をnとした場合、m/2nとして表現することになる。理由は、本実施形態においては、出力データの最大値を、一例として1023と定めたことによる。すなわち、本来の人力信号の最大値を、浮動小数点形式の最大値とした。例えば、「1023」の数値を表現する場合、m=1023,n=0となり、「78」を表現する場合、m=624,n=3となり、また、「3」を表現する場合、m=768,n=8となる。
ここで、例えば入力及び出力ともに整数であるLUTを用いるとすると、入力10bitに対し、暗部での変換精度を保つため、出力として20bit以上のビット数が必要となってしまう。
また、上記乗算部153のBt[11:0]を、図6に示す0.45乗LUT154により、0.45乗変換して10bitの制御値を、高い精度で求めるため、すでに述べたように2bitの変換の余裕をもたせているが、乗算部153の算出する浮動小数点の乗算結果Btとしては12bitの整数値が出力される。
この乗算部153において、得られる20ビットの仮数部と5ビットの指数部とからなる浮動小数点乗算結果を、12bitの整数に変換しているが、この変換における重要な処理として、クリッピング処理がある。
ドライバ回路18は、D/A変換器を内蔵しており、色LUT回路17が出力する、デジタル値の色制御値VTCを、アナログの電圧値に変換し、液晶ライトバルブ16へ出力させて、液晶ライトバルブ16を駆動させ、液晶ライトバルブ16に入射される光に対する色変調の処理を行わせる。
すでに述べたように、液晶ライトバルブ16はB成分である色(Blue)の変調制御を行うライトバルブであり、液晶ライトバルブ14は輝度(R, G, B全ての成分の光)を変調制御するライトバルブである。
Lp=h(Br) …(1)
同様に、液晶ライトバルブ14の制御値Mrと、液晶ライトバルブ14の透過率Lsとの関係は、以下の(2)式により求められる。
Ls=g(Mr) …(2)
Ho/Hi=Lp×Ls=f(Bi,Mr) …(3)
そして、(1),(2)及び(3)式から、制御値Brについて求めると、
Lp×Ls=(h(Br))×(g(Mr)=f(Bi,Mr)となるため、
Br=h−1×{f(Bi,Mr)×(1/g(Mr)} …(4)
となる。
これは、2変調光学系における総合的な透過率特性、すなわち、液晶ライトバルブ16及び14各々の制御値に対応した透過率特性を決定することにより、補正回路15で用いる補正特性(補正計数値)が一意的に決まることを示している。
そのため、本実施形態における信号処理のアルゴリズムにおいては、液晶ライトバルブ14及び16各々の透過率特性を測定し、これらの液晶ライトバルブの制御値に対する透過率特性を、各表示装置間にて合わせる必要がある。ここで、液晶ライトバルブ16の透過率特性は、従来からの制御ノウハウ(1変調光学系における補正方法及び変調方法)をそのまま活用することができることから、γ=2.2とすることが望ましい。
Lp=h(Br)=Br2.2
また、(3)式から、
f(Bi,Mr)=Bi2.2
であり、これらの式と(4)式とから、
Br={Bi2.2×(1/g(Mr)}2.2 …(5)
また、制御値Mrは入力される映像信号のRGB成分における最大値であるため、RGB成分における信号値Bi(他のRi,Giも同様)と、以下に示す(6)式の関係がある。
Bi≦Mr …(6)
Bi2.2×(1/g(Mr))≦1 …(7)
g(Mr)≧Bi2.2 …(8)
この(7)及び(8)式により、γ値としては2.2以下であれば良いことが判り、輝度変調を行う液晶ライトバルブ14の製品毎の個別の透過率特性を含めて、輝度テーブルにおける、制御値Mrと液晶ライトバルブ14の透過率を変調する輝度制御値VTとの対応を設定する。
液晶ライトバルブ16にラスター画像(液晶ライトバルブの各画素が面内にて均一な表示データ)を表示させる際、色LUT回路17の出力側にパターンジェネレータ回路100(pg100)を接続させて、色LUT回路17の出力側をオープン状態として、このパターンジェネレータ回路100に色制御値VTC生成させて、この色制御値VTCを直接に液晶ライトバルブ16に入力させ、ラスター画像の表示を行う。
テーブルの生成の説明を、以下に、色テーブル輝度テーブル補正係数テーブルの順番に行う。
図7において、色LUT回路17における色テーブルを生成する透過率を求めるため、液晶ライトバルブ16の輝度値の測定を行う場合、まず、液晶ライトバルブ14の透過率を最大とする。このため、パターンジェネレータ101に対し、最大の輝度制御値VTを出力させる。例えば、本実施形態においては、10ビットにて制御を行っているため、パターンジェネレータ101に対し、輝度制御値VTを1023にて出力させ、ドライバ回路13はこの輝度制御値VTを入力すると、この輝度制御値VTに対応した輝度制御電圧を出力する。これにより、液晶ライトバルブ14は最大の透過率に制御されることとなる。
そして、上述した状態において、測定対象の色成分の液晶ライトバルブ16に対応するパターンジェネレータ100の信号値(色制御値VTC:10ビット)を0から1023まで順次変化させて、透過率を変化させる。そして、図1に示すように、2変調光学系であり、光源から出射された光が、順次、色変調用の液晶ライトバルブ16及び輝度変調用の液晶ライトバルブ14に入射され、最終的に液晶ライトバルブ14から出射される光の輝度値を測定することにより、最大の色制御値VTCを与えた場合の輝度値(出射される光量)を基準として、各色制御値VTCに対応した輝度値から相対的透過率を測定する。
制御値Brの値の変化に対し、液晶ライトバルブ16の透過率の変化割合がγ2.2となる色テーブルを求める具体的な処理を以下に説明する。
次に、図7において、輝度LUT回路12における輝度テーブルを生成する透過率を求めるため、液晶ライトバルブ14の輝度値の測定を行う場合、まず、映像信号のRGB成分全てに対応した液晶ライトバルブ16の透過率を最大とする。このため、パターンジェネレータ100に対し、最大の輝度制御値VTCを出力させる。例えば、本実施形態においては、10ビットにて制御を行っているため、パターンジェネレータ100に対し、色制御値VTCを1023にて出力させ、ドライバ回路18はこの色制御値VTCを入力すると、この色制御値VTCに対応した色制御電圧を出力する。これにより、RGB各成分に対応した液晶ライトバルブ16は最大の透過率に制御されることとなる。
制御値Mrの値の変化に対し、液晶ライトバルブ14の透過率の変化割合がγ0.45となる輝度テーブルを求める具体的な処理を以下に説明する。
上述した制御値Mrに対応した輝度制御値VTを求める処理を、制御範囲全ての制御値Mrに対して演算し、輝度テーブル全ての対応関係を求めることができる。
次に、図7において、補正回路15の補正LUT151における補正係数テーブルにおける補正係数を生成する透過率を求めるため、液晶ライトバルブ14の輝度値の測定を行う。ここで、補正係数は、RGB成分の各色成分毎に、制御値Mrに対応した透過率g(Mr)毎に求めるため、まず、各対応するパターンジェネレータ100の出力を制御し(色テーブル及び輝度テーブルの際の制御と同様)、映像信号のRGB成分における測定対象の色成分に対応した液晶ライトバルブ16以外の液晶ライトバルブ16の透過率を最小とし、測定対象の色成分に対応する液晶ライトバルブ16の透過率を最大にする。このため、測定対象の色成分に対応する液晶ライトバルブ16に対してパターンジェネレータ100から、最大の色制御値VTCを出力させ、測定対象外の色成分に対応する液晶ライトバルブ16に対してパターンジェネレータ100から、最小の色制御値VTCを出力させる。
RGB成分の色成分毎に設定される、制御値Mrと、この制御値Mrに対応した透過率の逆数との対応を示す補正計数値補正係数テーブルにおける補正計数値の求め方の手順を以下に示す。
次に、制御値Mrに対応した液晶ライトバルブ14の輝度制御値VTは輝度テーブルを参照し、制御値Mrに対応する輝度制御値VTを読み出すことにより求める。この輝度制御値VTは今回の測定におけるパターンジェネレータ101の出力する信号値に相当する。
次に、実施形態の図1に示した画像表示制御回路の応用例1として、図8に示す2変調光学系の画像表示制御装置を、2つのLSI(大規模集積回路)200及び201を用いて実現した構成を説明する。
LSI200には、色変調系の3つの液晶ライトバルブ16各々に対し、入力される映像信号のRGB色成分各々の信号値に対応して色制御値VTCを出力する3つの制御部210,220及び230が設けられている。また、LSI201には、輝度変調系の液晶ライトバルブ14に対し、入力される映像信号のRGB色成分における信号値の最大値に対応して輝度制御値VTを出力する制御部211が設けられている。
基本処理ユニットは、選択回路150,補正LUT回路151,2.2乗LUT回路152,乗算回路153,0.45LUT回路154,ルックアップテーブル回路155,遅延回路156及びセレクタ157から構成されている。すなわち、同一の基本処理ユニットを用い、2変調光学系の色変調用の液晶ライトバルブ16と、輝度変調用の液晶ライトバブル14とに対する、図1に示した画像表示制御装置を構成している。
また、色変調用の液晶ライトバルブ16を駆動する色制御値VTC(映像信号のRGB各色成分毎に対して供給)を、映像信号から生成する制御系であるLSI200の制御部210,220及び230それぞれにおいて、各色成分の信号値が2.2乗LUT回路152により、14ビットの浮動小数点形式の変換信号値R(及びG,B)に変換される。また、制御部210,220及び230それぞれにおいて、補正LUT回路151は、選択回路150にて選択された、映像信号のRGB成分における最大の信号値である制御値Mrを、補正係数テーブルを参照して、この制御値Mrに対応する14ビットの浮動小数点形式の補正計数値MR(及びMG,MB)を出力する。
この2個の同一のLSIにより構成する利点としては、液晶ライトバルブ(液晶のパネル)を駆動するため、通常、映像信号を入力させる信号線以外にも、1つの液晶パネルにつき約20本近くの制御線が必要となっている。また、この信号線及び制御線に対応してピン数の増加もコスト増の要因となっている。
次に、実施形態の図1に示した画像表示制御回路の応用例2として、2変調光学系の画像表示制御装置を、図10に示すように3つのLSI(大規模集積回路)300,302及び303を用い、高解像度画像の表示処理に対応する画像表示制御装置を実現した構成を説明する。
ここで、画像処理用のLSI内部のシステムクロックは、周波数に対応して、画像処理のスピードの目安となる。画像を表示する際に、表示対象となる画像が高解像度になればなるほど、つまりフレームの全画素数に比例して、LSI内部のシステムクロックを高くする必要がある。
例えば、720Pと呼称されている1280×720画素の画像においては、システムクロックが75MHz程度であるが、フルHDの1080Pの場合、1920×1080画素となり、システムクロックが150MHzの高速なクロックが用いられる。
図10に示す構成とすることにより、図8に示す構成に使われているLSI200が720Pに対応した75MHzまでのシステムクロックに対応する性能のLSIであっても、図9に示す基本処理ユニットが3個形成されたLSIを3個と、高速なデマルチプレクサ回路304及び高速なマルチプレクサ回路305,306を付加することにより、75MHzの2倍の150MHzのシステムクロックに対応させた構成とすることができ、1080Pへの対応が可能となる。
LSI301及び302のセレクタ157は0.45乗LUT回路の出力をセレクトし、
LSI303のセレクタ157は遅延回路の出力が、セレクトされている。
また、LSI301及び303においては、3個の制御部のいずれかの遅延回路から出力される制御値Mrが外部へ出力されている回路構成となっている。
遅延回路401及び402の遅延時間は、それぞれの遅延時間の和に、さらに選択回路の選択に要する時間を加算した値と、図1の補正回路15の補正処理にかかる時間とが同様となるよう設定する。ここで、LSI301及び302の制御部各々における遅延回路は、遅延させた制御信号Mr1及びMr2を、ブロックA及びブロックBの選択回路双方に出力する。ブロックAの選択回路は、入力される制御値Mr1及びMr2から制御値Mr1を選択するよう設定されており、選択した制御値Mr1を次段の遅延回路へ出力する。また、ブロックBの選択回路は、入力される制御値Mr1及びMr2から制御値Mr2を選択するよう設定されており、選択した制御値Mr2を次段の遅延回路へ出力する。
制御データとしてMode[1:0]=0が入力されると、選択回路150の動作モードは、図11(b)に示すように、最大値選択となり、入力されるRGB成分における、10ビットの各色成分の信号値Ri[9:0],信号値Gi[9:0]及び信号値Bi[9:0]の内、最大の信号値を制御信号Mrとして出力する。ここで、選択回路150は、2つのデータの大小の比較処理を2回行うだけで、3つのデータの最大値を出力する簡易な構成の回路で構成されている。映像信号の各色成分が10ビット構成のため、10ビットの信号値を用いている。
上述した制御データMode[1:0]=1,2,3の場合の動作モードは、基本処理ユニットが3個搭載されたLSIを、3個以上用いて高解像度に対応した、本応用例2のような2変調光学系の画像表示処理を行う画像表示制御装置において、別のLSIにて決定した輝度制御値を求めるための制御値Mrを選択する場合に用いる。
図10の構成の場合、LSI301,302及び303全てが同一周波数で、かつ同じ位相のクロックを用いることが可能となり、タイミング制御も容易である。
これにより、各液晶ライトバルブを制御する各種の制御線は、LSI301、302及び303それぞれを用いることにより対応できる。
上述したように、図8の表示制御装置に対し、1個の同一の構成を有するLSIを追加することにより、倍のシステムクロックに対応した、すなわち、2倍の解像度を有する画像の表示制御処理への対応も可能となる。
上述してきたように、同一の構成を有するLSIを組み合わせて使うことにより、各LSIのシステムクロックに対し、より高速なクロックにより入力される映像信号に対して、すなわち高解像度の画像に対し、2変調光学系における画像表示制御の処理を低コストで実現することができる。
なお、本実施形態においては、液晶ライトバルブの透過率の制御を対象として説明したが、透過光を変調(輝度変調及び色変調ともに)するのではなく、反射光を変調するための反射率の制御に応用してもよい。
この様に投影画像は光学的に直列に配置されたそれぞれの光変調素子(液晶輝度パネル550および液晶色パネル531、532、533)が画素単位で変調を行うことで形成される。
Claims (9)
- 輝度変調素子と色変調素子とを有する表示装置の制御を行う画像表示制御装置であって、
入力される映像信号におけるRGB成分各々の信号値からの最大値を抽出して、最大信号値として出力する最大値選択部と、
輝度変調素子の制御を行う輝度制御値を該最大信号値から生成する輝度制御値生成部と、
該輝度制御値に対応させて、RGB成分各々の信号値を補正し、補正信号値として出力する色補正部と、
該補正信号値からRGB各々の色変調素子の色制御値を生成する色制御値生成部と
を有することを特徴とする画像表示制御装置。 - 前記色補正部が、RGB成分各々の信号値を線形変換した結果と、前記輝度制御値から求めた補正値とを乗算し、該乗算結果を前記補正信号値として出力することを特徴とする画像表示制御装置。
- 前記色補正部が、前記乗算を浮動小数点演算にて行い、演算結果を整数値として出力することを特徴とする請求項2記載の画像表示制御装置。
- 前記輝度制御値生成部が、前記最大信号値と輝度変調素子の制御値との対応を示す輝度値テーブルを有しており、最大値選択部の出力する最大信号値に対応した輝度変調素子の制御値を読み出し、輝度制御値として出力し、
前記色制御値生成部が、前記補正信号値と色変調素子の制御値との対応を示す色テーブルを有しており、色補正部の出力する補正信号値に対応した色変調素子の制御値を読み出し、色制御値として出力することを特徴とする画像表示制御装置。 - 前記色テーブルにおいて、前記最大信号値に対し、透過率特性を、色変調素子毎の個別の特性からγ2.2乗に補正する制御値が設定されていることを特徴とする請求項4記載の画像表示制御装置。
- 前記輝度テーブルにおいて、前記補正信号値に対し、透過率特性を、輝度変調素子毎の個別の特性からγ1.0乗以下に補正する制御値が設定されていることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の画像表示制御装置。
- 前記色補正部が、前記乗算結果を整数値として出力する際、乗算結果がオーバーフローした場合、予め設定した上限値にてクリッピング処理を行うことを特徴とする請求項3から請求項6のいずれかに記載の画像表示制御装置。
- 前記請求項1から請求項7のいずれかに記載の画像表示制御装置を有するプロジェクタ。
- 輝度変調素子と色変調素子とを有する表示装置の制御を行う画像表示制御装置の制御方法であって、
最大値選択部が入力される映像信号におけるRGB成分各々の信号値からの最大値を抽出して、最大信号値として出力する最大値選択過程と、
輝度制御値生成部が輝度変調素子の制御を行う輝度制御値を該最大信号値から生成する輝度制御値生成過程と、
色補正部が該輝度制御値に対応させて、RGB成分各々の信号値を補正し、補正信号値として出力する色補正過程と、
色制御値生成部が該補正信号値からRGB各々の色変調素子の色制御値を生成する色制御値生成過程と
を有することを特徴とする画像表示制御方法。
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