JP2007286429A - 画像処理装置およびそれを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置の画素の視角特性を改善する事なく、解像度を維持するとともに、より視角が広い画像を表示させる画像処理装置、およびその画像処理装置を備えた表示装置を提供する。
【解決手段】マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸによって構成された表示部１２０Ａに表示される画像ソース１００を処理する画像処理装置ＩＰであって、画像ソース１００から複数の表示画素ＰＸの一部である表示画素郡に対応する画像データをデータ群としてサンプリングするサンプリング手段１０１と、データ群を構成する画像データの平均値Ａ、および、平均値Ａとデータ群を構成する画像データそれぞれとの差分Δａを算出する算出手段１０２と、平均値Ａを表示画素群を構成する表示画素の数分の表示データに変換する多画素化変換手段１０３と、算出手段１０２によって算出された差分Δａによって、表示データを補正する補正手段１０５と、を有する画像処理装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像処理装置、それを備えた表示装置、および画像処理方法に関する。

近年携帯用の表示装置として、液晶ディスプレイが普及している。さらに、高画質化が進み、高輝度、高コントラスト、広視角が要求される様になってきている。高コントラストを実現する液晶の表示モードとしてＶＡ（垂直配向）モード、ＩＰＳモード等が普及している。

従来、携帯電話では、広視角よりも高コントラストの要求が高い。それは、携帯電話は一人で使う事が多く、表示画面の向きを使用者が自由に変えられるため、使用者自身が自由に良好な見栄えの向きに調整する事ができるからである。

しかし、昨今携帯電話はＴＶ受像等の機能を備えるものも普及している。携帯電話等を、例えばＴＶ視聴用途に使った場合、複数の人からディスプレイを見る等の場面が増える事が予想され、普通のＶＡモードのままでは、どうしても視角の広さが不足する場合があった。ＶＡモードで視角を広くする方法として、一画素を複数のドメインに分割して視角特性を改善する方法が提案されている。

これは、ＶＡモードにおける特性を利用したもので、ＶＡモード液晶の視角特性が低輝度側（暗階調側）は視角が広く、高輝度側（明階調側）になるほど視角が悪くなる（飽和しやすくなる）事と、最高輝度の階調は背景（光源、基準）として認識されるため、階調が変化して見えない事を利用し、最高輝度以外の高輝度側の使う割合を減らすものである。この技術は、大型の液晶ＴＶなどでは採用できるが、携帯電話用の表示装置では、画素ピッチが非常に狭く、構造を作りこむ事が難しいために、この構成の画素を採用する事は非常に困難である。

そこで、複数の画素を組み合わせて階調を表現し、表示画面全体としては視角が広がった見栄えにする方法が提案されている。また高解像度の場合は２画素×２画素を１画素とみなし、特性を改善する方法も提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−５２５４０２号公報

しかし、上記の方法では、解像度が劣化してしまう。たとえば、２画素×２画素複数の表示画素についての平均値を元に、２画素×２画素の４画素を使って階調を表現し、中間調の表示頻度を落とす手法が提案されているが、これでは解像度が１／４に減ってしまう。

また、逆に広域的に画像の階調を元にデータ変換する方法も提案されているが、この方法では、演算が煩雑になる場合があり、解像度を優先すると、画像に擬似輪郭が発生する等の不具合が発生する場合があった。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、表示装置の画素の視角特性を改善する事なく、解像度を維持するとともに、より視角が広い画像を表示させる画像処理装置、その画像処理装置を備えた表示装置、および画像処理方法を提供することを目的とする。

本発明の態様による画像処理装置は、マトリクス状に配置された複数の表示画素によって構成された表示部に表示される画像ソースを処理する画像処理装置であって、前記画像ソースから前記複数の表示画素の一部である表示画素郡に対応する画像データをデータ群としてサンプリングするサンプリング手段と、前記データ群を構成する画像データの平均値、および、前記平均値と前記データ群を構成する画像データそれぞれとの差分を算出する算出手段と、前記平均値を前記表示画素群を構成する表示画素の数分の表示データに変換する多画素化変換手段と、前記算出手段によって算出された前記差分によって、前記表示データを補正する補正手段と、を有する。

また、本発明の態様による表示装置は、マトリクス状に配置された複数の表示画素からなる表示部を有する表示パネルと、画像処理装置と、を有し、前記画像処理装置は、マトリクス状に配置された複数の表示画素によって構成された表示部に表示される画像ソースを処理する画像処理装置であって、前記画像ソースから前記複数の表示画素の一部である表示画素郡に対応する画像データをデータ群としてサンプリングするサンプリング手段と、前記データ群を構成する画像データの平均値、および、前記平均値と前記データ群を構成する画像データそれぞれとの差分を算出する算出手段と、前記平均値を前記表示画素群を構成する表示画素の数分の表示データに変換する多画素化変換手段と、前記算出手段によって算出された前記差分によって、前記表示データを補正する補正手段と、を有する。

また、本発明の態様による画像処理方法は、マトリクス状に配置された複数の表示画素によって構成された表示部に表示される画像ソースを処理する画像処理方法であって、前記画像ソースから複数の表示画素の一部である表示画素群に対応する複数の画像データを画像データ群としてサンプリングし、前記画像データ群の平均値、および、前記平均値と前記画像データ群を構成する画像データそれぞれとの差分を算出し、前記平均値を前記表示画素群を構成する表示画素数分の表示データに変換し、変換後の表示データに、表示画素群内での配列位置を割り付け、前記平均値と前記画像データ群を構成する画像データそれぞれとの差分を用いて前記表示データを補正する。

本発明によれば、表示装置の画素の視角特性を改善する事なく、解像度を維持するとともに、より視角が広い画像を表示させる画像処理装置、その画像処理装置を備えた表示装置、および画像処理方法を提供することができる。

以下に、本発明の第１実施形態に係る画像処理装置ＩＰ、およびその画像処理装置ＩＰを備えた表示装置について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る画像処理装置ＩＰを備えた表示装置は、例えば、液晶表示装置１である。この液晶表示装置１は、垂直配向（ＶＡ）モードであって、画像を表示するための表示部１２０Ａを備えた液晶表示パネル１２０を有している。表示部１２０Ａは、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸによって構成されている。表示部１２０Ａは、液晶表示装置１の走査線駆動回路部ＳＤおよび信号線駆動回路部ＤＤによって駆動される。

本実施形態において、表示パネル１２０の表示部１２０Ａは、表示画素数は横４８０画素、縦６４０画素であって、１つの画素は表示する色毎の副画素から構成されている。画素ピッチは８２．５μｍで、画素密度は２５．４ｍｍ／（０．０８２５）＝３０７．８ｐｐｉである。

画像処理装置ＩＰは、図１に示すように、コントローラＣＴＲによって制御され、入力された画像ソース１００から、複数の表示画素に対応するデータ群をサンプリングするサンプリング手段１０１と、サンプリングしたデータ群から、それらの平均値、および、平均値と各データの強度との差分を算出する算出手段１０２と、算出された平均値から複数の表示強度に変換するとともに、それらの表示強度の配列順序を割り付ける多画素化変換手段１０３と、各画素の強度と算出手段１０２によって算出された平均値とから、各表示画素に割り付けられた表示強度を補正する補正手段１０５と、を有している。

すなわち、本実施形態に係る画像処理装置ＩＰは、入力された画像ソース１００から、特定の大きさの表示画素群、たとえば２画素×２画素の表示画素群に対応する画像データ群を順次取り出すサンプリング手段１０１を有している。例えば、図３に示す例では、サンプリング手段１０１は、画像ソース１００の画像データａ１，１、ａ１，２、ａ２，１、ａ２，２（以下画像データａ１、ａ２、ａ３、ａ４とする。）を画像データ群としてサンプリングする。

このサンプリング手段１０１により、順次取り出された各画像データの形式は、画像ソース１００のデータ形式に依存している。画像ソース１００のデータ形式は、例えば、階調値または、階調値と色差等である。本実施形態の場合、画像ソース１００のデータ形式は階調値であるので、サンプリング後の画像データ群のデータ形式も階調値となる。

サンプリング手段１０１でサンプリングされた画像データ群は、算出手段１０２に入力される。算出手段１０２は、画像データ群のデータ形式を表示強度値に変換するための第１変換テーブル１１１を有している。したがって、画像データ群は、第１変換テーブル１１１によって、順次階調値から表示強度値に変換される。本実施形態では、図５に示すように、第１変換テーブル１１１は、８ｂｉｔの階調値に対して１０ｂｉｔの表示強度を出力させるものである。

なお、本実施形態において、表示強度値は、表示画面の輝度であって、より一般的には放射輝度を言うものである。

このとき、各表示画素ＰＸは、各副画素に対応する画像データが階調値から表示強度値に変換される。なお、以下の説明において、各副画素に対応する画像データの処理が、表示画素ＰＸにおいて同様である場合には、表示画素ＰＸに対応する１つの画像データの処理について説明し、各動作段階での各色についての説明を省略する。

算出手段１０２では、階調値が第１変換テーブル１１１によって変換された後に、画像データ群の表示強度の平均値Ａを算出する。すなわち、図４に示すように、画像データａ１、ａ２、ａ３、ａ４の平均値Ａ１，１を算出する。このとき、平均値Ａ１，１は、同色の副画素毎に算出される。すなわち、赤色の副画素についての平均値Ａ１，１と、緑色の副画素についての平均値Ａ１，１と、青色の副画素についての平均値Ａ１，１とが算出される。

そして、その平均値Ａは多画素化変換手段１０３に入力される。多画素化変換手段１０３は、平均値Ａを、画像データ群を構成する画像データの数分の表示強度値に変換するとともに、変換後の表示強度値に表示画素群内での配列位置を割り付ける配置変換部１０３Ａを有している。また、多画素化変換手段１０３は、平均値Ａから４つの表示強度に変換する多画素化変換テーブル１１２と、これら４つの表示強度に表示画素群内での配列位置を割り付ける割り付けテーブル１１３と、をさらに有している。

本実施形態では、配置変換部１０３Ａは、多画素化変換テーブル１１２を用いて平均値Ａから４つの表示強度値に変換し、割り付けテーブル１１３を用いて、４つの表示強度値に表示画素群内での配列位置を割り付ける。

多画素化変換テーブル１１２は、変換テーブルまたは変換式であり、入力する平均値よりも、出力する表示強度が、表示され得る最小および最大の付近の頻度が増え、中間強度となる頻度を減らす形式となっている。本実施形態に係る液晶表示装置１における多画素化変換テーブル１１２の内容を図６に示す。すなわち、多画素化変換テーブル１１２は、１つの入力Ａ（平均値）に対して、４つの出力値（表示強度）Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を持ち、４×Ａ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４となっている。また、それぞれの表示強度（Ｔ１〜Ｔ４）は、常にＴ４≦Ｔ３≦Ｔ２≦Ｔ１となる様になっている。

具体的には、図６に示すように、入力が０からおよそ入力の１／８（およそ４０９６／８）まではＴ１のみが０以外の値を持ち、その後順次Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４が立ち上がるテーブルとなっている。

本実施形態では、この表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の表示画素群内での配列位置を、図７に示すように、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とする。多画素化変換テーブル１１２によって変換された表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を配列位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４にどのように割り付けるかは、割り付けテーブル１１３による。

図７に示すように、本実施形態において、割り付けテーブル１１３による割り付けは、副画素の種類（ＲＧＢ）により異なる。例えば、図７に示すように、各色の副画素（ＲＧＢ）のそれぞれが、明るさの順に対角方向に順に配置され、各色の副画素（ＲＧＢ）で対応関係を変更している。これは、副画素の種類毎で対応を一致させるよりも、異なる配置とした方が、２画素×２画素の中で輝度のばらつきを分散し、表示画素群内での解像度とは無関係な輝度分布を低減できるためである。

この時、この多画素化変換テーブル１１２は、元となる画像データ群のデータ内容により変化させるのではなく、固定した変換手段となっていることが望ましい。すなわち、固定した変換手段として多画素化変換テーブル１１２および割り付けテーブル１１３を適用し、画像データ群のそれぞれにおいて、同じ位置に、同じ変換手段より得られた表示強度を割り付けることが望ましい。

さらに、異なる色の副画素については、異なる変換手段、または、異なる配列順序を割り付ける事が望ましい。すなわち、各色の副画素毎に異なる多画素化変換テーブルおよび割り付けテーブルを用いたほうが望ましい。なお、この場合でも、同色の副画素については、同じ変換手段を適用することが望ましい。

本実施形態では、配列位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は図８に示すような配置となるように割り付けられる。すなわち、表示部１２０Ａにおける表示画素群の位置によらず、配列位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が同じとなっている。このように配置すると、画面の均一性が良好となる。

多画素化変換手段１０３から出力された４つの表示強度１０４は、次に、補正手段１０５に入力される。補正手段１０５は、多画素化変換手段１０３から出力された４つの表示強度と、算出手段１０２で平均値Ａを算出する際に用いた表示強度（第１変換テーブル１により得られた表示強度）と平均値との差分に所定の定数を乗じた値に基づき、補正を加える。ここで、本実施形態では、差分に乗じられる所定の定数は、コントローラＣＴＲによって制御される。

すなわち、補正手段１０５は、多画素化変換手段１０３により得られた表示強度が、平均値Ａよりも大きい（＝明るい）表示画素については、入力された表示強度を多画素化変換手段１０３により導いた値よりも大きく（強く）するように補正する。

また、補正手段１０５は、多画素化変換手段１０３により得られた表示強度が、平均値Ａよりも小さい（＝暗い）表示画素については、その表示強度を多画素化変換手段１０３により導いた値よりも小さく（弱く）するように補正する。

このとき、多画素化変換手段１０３により割り当てられた表示強度が、液晶表示パネル１２０で表示し得る最大値または最小値であれば、その表示強度は最大値又は最小値とする。

画像処理装置ＩＰは、補正手段１０５により補正された表示強度を、液晶表示パネル１２０で表示できるデータ形式に変換する変換手段１０６と、強度−階調変換手段１０６によって変換された表示強度を表示されるように整列させるデータ整列手段１０７とをさらに有している。

強度−階調変換手段１０６は、入力された表示強度を液晶表示パネル１２０で表示できるデータ形式に変換するための第２変換テーブル１１４を有している。第２変換テーブル１１４は、表示パネル１２０の階調特性をＬ＝ｈ（ｎ）とすると、逆関数（ｎ＝ｈ＾−１（Ｌ））の理論式、測定データ等から求められる。すなわち、第２変換テーブル１１４は、図１３に示すように、入力Ｌがすなわち補正後の表示強度値であって、出力が階調値となる。

この変換は、表示パネル１２０の階調特性に合わせて階調を決定する事になり、いわゆるガンマ補正の効果を持つ。なお、通常、液晶表示パネル１２０の場合、図１３に示す第２変換テーブル１１４は、ＲＧＢ各色で表示画素の階調特性が一致しないものが用いられる。

強度―階調変換手段１０６によって、階調値に変換されたデータは、データ整列手段１０７によって液晶表示パネル１２０で表示できるように整列されて出力される。

次に、画像処理装置ＩＰの動作について図２を参照して以下に説明する。

本実施形態に係る画像処理装置ＩＰは、コントローラＣＴＲによってその処理を制御される。すなわち、本実施形態では、コントローラＣＴＲは、シーケンサーとして画像処理装置ＩＰの処理を制御する。画像処理装置ＩＰに、解像度が水平４８０画素、垂直６４０画素の画像ソース１００が入力されると（ＳＡ１）、サンプリング手段１０１により画像ソース１００から２画素×２画素サイズの画像データ群がサンプリングされる（ＳＡ２）。すなわち、図３に示すように、画像ソースの画素数に対応する画像データａｉ，ｊが画像処理装置ＩＰに入力され、図４に示すように、２画素×２画素サイズの画像データ群としてサンプリングされる。

ここでサンプリングされたデータは、各表示画素ＰＸに対応するデータａｉ，ｊのそれぞれが、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の８ｂｉｔの階調データ（２５６階調）を備えている。なお、以下の動作は、各色データについて実施されるが、説明が煩雑となるため、各色のデータについて同様の動作を行う場合には、一種類のデータについて説明して他のデータについての説明を省略する。

サンプリングされた画像データ群について、算出手段１０２（平均値／差分演算回路）により、その平均値Ａ、および、それぞれの画像データａｉ，ｊと平均値Ａとの差分Δａが算出される。この計算は、階調ではなく強度（表示パネルの放射輝度に相当）で計算する必要があり、第１変換テーブル１１１を用いて変換され、その後に演算される（ＳＡ３）。

図５に、本実施形態に係る画像処理装置ＩＰで用いた第１変換テーブル１１１として、階調−強度変換テーブルの例を示す。この第１変換テーブル１１１は、画像データａｉ，ｊの階調値と表示パネルの表示特性（該当する画素の相対放射輝度）の対応関係を示すテーブルである。画像ソース１００の階調値ｎ、画像ソース１００の階調設定Ｉ（ｎ）に対して、この第１変換テーブル１１１の入力（図５の横軸）は階調値ｎであり、縦軸は階調設定Ｉ（ｎ）に相当する。本実施形態では、画像ソースとしてｓＲＧＢ規格を想定し、入力した８ｂｉｔの階調値（０〜２５５）を１０ｂｉｔの強度値（０〜１０２３）に変換している。

規格化階調値ＤをＤ＝ｎ／２５５、階調値ｎをｎ＝０〜２５５とすると、Ｉ＝１０２３×Ｄ／１２．９２（Ｄ≦０．０３９２８）、Ｉ＝１０２３×｛（０．０５５＋Ｄ）／１．０５５｝＾２．４（０．０３９２８＜Ｄ）となる。

以下、この第１変換テーブル１１１で変換した４つの表示画素の強度値左上画素ａｉ，ｊ、右上画素ａｉ，ｊ＋１、左下画素ａｉ＋１，１、右下画素ａｉ＋１，ｊ＋１を、それぞれａ１、ａ２、ａ３、ａ４として説明する。これらの平均値は、平均値＝（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４）／４となる。本実施形態では、整数演算を適用し、誤差を避けるために、４で割るのではなく単純に足し算した値ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４を平均値Ａとする（すなわち１２ｂｉｔとなる）。

すなわち、上記の平均値の代わりに平均値の４倍であるＡ＝ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４を平均値として求める。したがって、平均値Ａと各表示画素の強度値との差分も、４倍した値で計算することになり、差分Δａｉ＝４×ａｉ−Ａ（ｉ＝１〜４）となる（ＳＡ３）。

次に、多画素化変換を実施する。多画素化変換手段１０３は、配置変換部１０３Ａで多画素化変換テーブル１１２を用いて４画素の新たな表示強度値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を得る。すなわち、多画素化変換テーブル１１２は、入力（平均値）Ａに対して、４つの出力値（表示強度）Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を持ち、４×Ａ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４となっている。また、それぞれの表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、常にＴ４≦Ｔ３≦Ｔ２≦Ｔ１となる様になっている。

本実施形態に係る画像処理装置ＩＰにおいて用いた多画素化変換テーブル１１２の内容を図６に示す。具体的には、多画素化変換テーブル１１２は、図６に示すように、入力が０からおよそ入力の１／８（およそ４０９６／８）まではＴ１のみが０以外の値を持ち、その後順次Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４が立ち上がるテーブルとなっている。

多画素化変換テーブル１１２により、変換された４つの表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４には、割り付けテーブル１１３によって、各表示画素群における配列順序が割り付けられる。本実施形態では、各表示画素群において、表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の割り付けられる位置を、図７に示すように、配列位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とする。このとき、表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、各色の副画素毎に図７に示す割り付けに従って配列位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４割り付けられる。（ＳＡ４）。

すなわち、図７に示すように、本実施形態に係る画像処理装置ＩＰの場合、割り付けテーブル１１３による割り付けは、副画素の種類（ＲＧＢ）により異なる。

本実施形態では、表示画素ＰＸは、配列位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が図８に示す配列となるように配置される。このとき図７に示すように、表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４をＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に割り付けると、各色の副画素（ＲＧＢ）のそれぞれが、明るさの順に対角方向に順に配置される。また図７に示すように、各色の副画素（ＲＧＢ）で対応関係を変更している。なお、配列位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の配置は、液晶表示パネル１２０の駆動方式に関連して決定されるのが望ましい。

上記のことにより、副画素の種類（ＲＧＢ）毎で対応を一致させるよりも、２画素×２画素の中で輝度のばらつきを分散し、一群の表示画素内での解像度とは無関係な輝度分布を低減することができる。また、図８に示すように配列位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を配置すると、同じ割り付けパターンが連続し、画面の均一性が保持することができる。

なお、輝度分布は、階調の組合せ（動作上は強度の組合せ）毎に最適化する事でより改善可能であるが、最適化せず、表示強度の組合せを固定する一定方式の割り付けテーブルを用いた方が、演算回数を減らす事ができる。さらに、階調の組合せを変化させずに固定する事によって、表示画素群同士の境界において不連続性が発生することを抑制することができる。

以上の様に、表示画素ＰＸ割り付けられた後の表示強度を強度値Ｐ´とすると、強度値Ｐ´は、補正手段１０５により表示画素ＰＸ毎に強度補正が成される（ＳＡ５）。すなわち、本実施形態の場合、画像データ群は２画素×２画素の画像データ含まれるため、画像データ群に対して４回の強度補正がなされる。

強度補正のフローを図９に示す。なお、以下の説明では、画像ソース１００のａ１、ａ２、ａ３，ａ４の位置に対応する位置に割り付けられた表示強度を、それぞれＰ´１、Ｐ´２、Ｐ´３、Ｐ´４とする。

図９に示すように、補正手段１０５は、最初にｉ＝１とし（ＳＢ１）、ｉ≦４の場合には強度補正を開始する（ＳＢ２）。すなわち、補正後の強度値ＰｏｂｊをＰｏｂｊ＝Ｐ´ｉ＋Ｇ×Δａｉとする。つまり、補正後の強度値Ｐｏｂｊは、算出手段１０２によって算出された画像ソース１００のａ１、ａ２、ａ３，ａ４の位置に対応する差分値Δａ（Δａｉ＝４×ａｉ−Ａ）に所定の定数Ｇを乗じて、強度値Ｐ´ｉに加える事で得られる（ＳＢ３）。ここで、定数Ｇの値は、コントローラＣＴＲによって制御される。

次に、補正後の強度値Ｐｏｂｊが液晶表示パネル１２０で表示し得る表示強度の最大値Ｐｍａｘ以上の場合には（ＳＢ４）、補正後の強度値Ｐｏｂｊをさらに表示強度の最大値Ｐｍａｘとする（ＳＢ５）。

補正後の強度値Ｐｏｂｊが液晶表示パネル１２０で表示し得る表示強度の最大値Ｐｍａｘより小さい場合には（ＳＢ４）、さらに強度値Ｐｏｂｊと液晶表示パネル１２０の表示し得る表示強度の最小値Ｐｍｉｎとを比較し（ＳＢ６）、強度値Ｐｏｂｊが最小値Ｐｍｉｎ以下である場合には、補正後の強度値Ｐｏｂｊをさらに表示強度の最小値Ｐｍｉｎとする（ＳＢ７）。

補正後の強度値Ｐｏｂｊが、最小値Ｐｍｉｎよりも大きい場合には、割り付けられた表示強度Ｐ´の値を補正後の強度値Ｐｏｂｊと置き換える（ＳＢ８）。その後、補正手段１０５はｉ＝ｉ＋１とし（ＳＢ９）、上記の動作を４回繰り返す。

上記のように補正を行うと、画像ソース１００における表示画素群中の輝度分布が反映され、表示画素群により構成される画像のマクロ的な見栄えの上では、表示画素群を構成する１画素単位での解像度を得る事ができる。すなわち、上記の様に補正をすることによって、画像ソース１００の解像度が減少することを抑制することができる。

なお。実際には、定数ＧはＧ＝１でも十分効果的であるが、もっと大きな値に変換し、解像度感を増す事が出来る。ただし、例えば、４倍や８倍の係数を掛けて補正を実行すると、補正が大きくなりすぎて、表示強度が液晶表示パネル１２０で表示し得る最大値又は最小値になる画素が増えてしまう。そうすると、逆に表示画素ＰＸ間の表示強度差がなくなるため、解像度の改善効果が薄れてしまう場合がある。実験によれば、Ｇとして実際に有効なのはＧ＝２程度までで、画像ソースが自然画の場合は、最適なのはＧ＝１．５程度であった。

次に、補正が加えられた表示強度をＰ"ｉとすると、表示強度Ｐ"ｉは、強度−階調変換手段１０６により、表示強度値から階調値に変換される（ＳＡ６）。この階調値に戻す手段としては、やはり第２変換テーブル１１４を用いる。第２変換テーブル１１４は表示パネル１２０の階調特性をＬ＝ｈ（ｎ）とすると、逆関数（ｎ＝ｈ＾−１（Ｌ））の理論式、測定データ等から求められる。第２変換テーブル１１４の入力Ｌがすなわち補正後の表示強度値Ｐ"である。

この変換は、表示パネル１２０の階調特性に合わせて階調を決定する事になり、いわゆるガンマ補正の効果を持つ。通常、液晶表示パネル１２０では、ＲＧＢ各色で画素の階調特性が一致しない。そこで、本実施形態では、図１０に示すように、この第２変換テーブル１１４は副画素（ＲＧＢ）のそれぞれに対して準備される。

強度−階調変換手段１０６により、表示強度値から階調値に変換された画像データは、液晶表示パネル１２０のデータ入力形式に合致する画像データになる様に、データ整列手段１０７により整列される。すなわち、データ整列手段１０７は、表示画素ＰＸの配列に対応して画像データの出力順番に整列する。整列された画像データはデータ整列手段１０７から表示パネル１２０に出力される（ＳＡ７）。

すなわち、本実施形態に係る画像処理装置ＩＰを用いた液晶表示装置１によれば、表示装置の画素の視角特性を改善する事なく、解像度を維持するとともに、より視角が広い画像を表示させる画像処理装置、およびその画像処理装置を備えた表示装置を提供することができる。

また、多画素化変換手段１０３が固定した割り付けテーブル１１３を有する事により、画像全体で変換方式の統一が取れる。このため、表示に擬似輪郭等が発生することを抑制でき、画像処理後も自然な表示を保つことができる。

また、補正手段１０５によって、一旦固定した変換手段により変換した後に、平均値Ａからの差分Δａを用いて各表示画素ＰＸの表示強度Ｐ´を補正するため、画像ソース１００に対する解像度の低下を抑制することができる。さらに、差分Δａは、画像ソース１００における表示強度の大きさに基づいて生じるため、平坦な表示は平坦なままであり、画像処理後であっても表示の乱れを生じない。

なお、表示画素群内で表示強度差が大きい場合には、補正が十分に成されない場合であっても、元画像からの補正不足分だけの強度差は、空間変調度の変化（＝解像度の変化）となるため、表示の不自然な乱れ、色調の変化としては認識されず、不具合とならない。

次に、本発明の第２実施形態に係る画像処理装置を有する表示装置について図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において、前述の第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る画像処理装置ＩＰを有する表示装置の液晶表示パネルは、前述の第１実施形態に係る表示装置の液晶表示パネルとは駆動方式が異なる。すなわち、本実施形態に係る液晶表示装置１の液晶表示パネル１２０は、交流駆動する必要性と画面のちらつきを抑える必要性から、表示画素ＰＸの極性を、副画素に対して、行毎、または、列毎あるいは行と列との両方で極性を変えて駆動される。

上記のような駆動方式に対して、第１実施形態に係る表示装置の場合のように、２画素×２画素の画素群毎に階調を設定してしまうと、極性の反転によるフリッカ低減効果が低くなってしまう場合がある。すなわち、反転を考慮せず全ての表示画素群で同じ割り付けを適用した場合、表示画素ＰＸの行又は列に対して極性が反転していたとしても、配列位置Ｐ１〜Ｐ４は全て同じ極性で駆動される。このため、フリッカ低減効果が弱まってしまう。

したがって、本実施形態に係る画像処理装置ＩＰの多画素化変換手段１０３は、コントローラＣＴＲに制御され、液晶表示パネル１２０の駆動方式に応じて、その変換モードを選択する。すなわち、多画素化変換手段１０３による配列位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の割り付けは、液晶表示パネル１２０の動作モード、および一群の表示画素における位置によって異なることになる。

変換モードとしては、例えば、反転無しと行反転と列反転との３種類が設定できる。この変換モードは、液晶表示パネル１２０の駆動方式に関連し、フリッカを低減するためにいずれかのモードが選択される。

そこで本実施形態では、図１１、図１２に示す様に、液晶表示パネル１２０の駆動方式と表示部１２０Ａにおける表示画素群の位置とにより、表示画素群内の割り付けを上下方向反転する変換モードまたは、左右方向反転する変換モードを適用する。このとき、反転を適用する方向と、表示画素群の配置の方向を異なる方向とする配置とした。

つまり、図１１に示す場合では、奇数列目の表示画素群と、偶数列目の表示画素郡とで表示画素群内の割り付けを上下方向に反転し、図１２に示す場合では、奇数行目の表示画素群と偶数行目の表示画素群とで表示画素群内の割り付けを左右方向に反転する。

すなわち、多画素化変換手段１０３は、コントローラＣＴＲの制御により、液晶表示パネル１２０の駆動方式に応じて、表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の割り付ける位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の配置を、図１１又は図１２に示すようにする。

つまり、コントローラＣＴＲから、配置変換部１０３Ａに液晶表示パネルに表示される画像データの極性信号ＰＯＬが入力される。配置変換部１０３Ａは、この極性信号ＰＯＬに応じて、変換モードを選択する。配置変換部１０３Ａは、液晶表示パネル１２０が極性を表示画素ＰＸの配列する行毎に反転して駆動される場合には、図１１に示すようにＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を配置する。このとき、割り付けテーブル１１３には、図１３に示す変換モードが行反転のテーブルが用いられる。

このように表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を配置すると、図１１に示すように、たとえば、Ｐ１は偶数行の画素にも奇数行の画素にも割り当てられているため、液晶パネルが行反転駆動をしている場合には、フリッカ低減効果が期待できる。また、この場合にも、Ｐ１〜Ｐ４のどれも隣り合って割り付けられる事は無いため、解像度感の低下はほとんど発生しない。

また、配置変換部１０３Ａは、液晶表示パネル１２０が、極性を表示画素ＰＸの配列する列毎に反転して駆動される場合には、図１２に示すように、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を配置する。このとき、割り付けテーブル１１３には、図１３に示す変換モードが列反転のテーブルが用いられる。

このように表示強度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を配置すると、図１２に示すように、たとえば、Ｐ１は偶数列の画素にも奇数列の画素にも割り当てられているため、液晶パネルが列反転駆動をしている場合には、フリッカ低減効果が期待できる。また、この場合にも、Ｐ１〜Ｐ４のどれも隣り合って割り付けられる事は無いため、解像度感の低下はほとんど発生しない。

なお、表示画素群において、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の位置を行と列との両方について反転させた場合は、図１４に示すような配置となる。この場合、駆動の極性は反転しフリッカは低減するが、同じ割り付けの表示画素ＰＸが表示画素群間で隣接する事で、隣接した部分がひとかたまりの表示パターンとして見えてしまい、均一性が悪化してしまう結果となった。

すなわち、本実施形態に係る画像処理装置ＩＰを備えた液晶表示装置１によれば、第１実施形態の場合と同様の効果が得られるだけでなく、フリッカを抑制する画像処理装置ＩＰおよびその画像処理装置を備えた表示装置を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、本発明の画像処理装置は、処理フローを効率的に実行するために、専用のハードウェアロッジック回路として実現する事が望ましいが、汎用のＣＰＵとメモリとソフトウェアを組み合わせて実現しても、本発明の趣旨を損なうものではない。

また、上記の第１実施形態では、補正手段１０５で用いる定数Ｇは、コントローラＣＴＲによって制御されていたが、ユーザによって調整可能な値であっても良い。

さらに、上記の第２実施形態では、割り付けテーブル１１３をコントローラＣＴＲからの極性データＰＯＬによって配置変換部１０３Ａが選択していたが、ユーザが選択できるようにしても良い。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明一実施形態に係る画像処理装置、およびその画像処理装置を備えた表示装置の全体構成例を概略的に示す図。 本発明一実施形態に係る画像処理装置、およびその画像処理装置を備えた表示装置の動作例を示すフローチャート。 図１に示す画像処理装置に入力される画像ソースの画像データの画素構成例を示す図。 図１に示す画像処理装置のサンプリング手段によってサンプリングされた画像データ群およびその平均値の構成例を示す図。 図１に示す画像処理装置の算出手段において、階調値を表示強度値に変換する第１変換テーブルの一例を説明するための図。 図１に示す画像処理装置の多画素化変換手段において、平均値から４つの表示強度値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４に変換する多画素化変換テーブルの一例を説明するための図。 図１に示す多画素化変換手段において、４つの表示強度値に表示画素群内での配列位置を割り付けるための割り付けテーブルの一例を説明するための図。 図１に示す多画素化変換手段における、画面の均一性を優先した表示強度値の表示画素群内での割り付け例を説明するための図。 図１に示す画像処理装置の補正手段において、入力された表示強度値を補正する処理動作例を説明するための図。 図１に示す強度−階調変換手段において、表示強度値から階調値に変換するための、強度−階調変換テーブルの一例を示す図。 図１に示す画像処理装置の多画素化変換手段における、行毎に極性が反転する表示パネルに対する表示強度値の配列位置の割り付け例を説明するための図。 図１に示す画像処理装置の多画素化変換手段における、列毎に極性が反転する表示パネルに対する表示強度値の配列位置の割り付け例を説明するための図。 表示パネルの各変換モードに対応した割り付けテーブルの一例について説明するための図。 表示画素郡内で行と列との両方について表示強度の配列位置をを反転した場合の表示画素の割り付けを説明するための図。

符号の説明

ＩＰ…画像処理装置、ＰＸ…表示画素、Ａ…平均値、Δａ…差分、１…液晶表示装置、１００…画像ソース、１０１…サンプリング手段、１０２…算出手段、１０３…多画素化変換手段、１０３Ａ…配置変換部、１０５…補正手段、１０６…強度−階調変換手段、１０７…データ整列手段、１１１…第１変換テーブル、１１２…多画素化変換テーブル、１１３…割り付けテーブル、１１４…第２変換テーブル、１２０Ａ…表示部、１２０…液晶表示パネル

Claims (14)

1. マトリクス状に配置された複数の表示画素によって構成された表示部に表示される画像ソースを処理する画像処理装置であって、
   前記画像ソースから前記複数の表示画素の一部である表示画素郡に対応する画像データをデータ群としてサンプリングするサンプリング手段と、
   前記データ群を構成する画像データの平均値、および、前記平均値と前記データ群を構成する画像データそれぞれとの差分を算出する算出手段と、
   前記平均値を前記表示画素群を構成する表示画素の数分の表示データに変換する多画素化変換手段と、
   前記算出手段によって算出された前記差分によって、前記表示データを補正する補正手段と、を有する画像処理装置。
2. 前記算出手段は、前記画像データの形式が表示強度でないときに、表示強度の形式に変換するための第１変換テーブルを有し、
   前記補正手段によって補正された表示データを、前記画像データの当初のデータ形式に変換するための第２変換テーブルを有する変換手段をさらに備えた請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記多画素化変換手段は、前記平均値を複数の表示データに変換するための多画素化変換テーブルと、前記複数の表示データが前記表示部に表示される際の駆動形式に従って、前記複数の表示データが一定の順序に並ぶように前記表示画素群内での配列位置を割り付けるための割り付けテーブルとを有している請求項１記載の画像処理装置。
4. 前記表示画素は複数の副画素を有し、
   前記割り付けテーブルは、前記複数の表示データに対して前記複数の副画素のごとに異なる配列順序を割り付ける請求項３記載の画像処理装置。
5. 前記割り付けテーブルは、前記表示画素群の列毎に、前記配列位置を前記表示画素群における行単位で反転させる請求項３記載の画像処理装置。
6. 前記割り付けテーブルは、前記表示画素群の行毎に、前記配列位置を前記表示画素群における列単位で反転させる請求項３記載の画像処理装置。
7. 前記表示画素群は、２行２列に配置された表示画素により構成されている請求項１記載の画像処理装置。
8. マトリクス状に配置された複数の表示画素からなる表示部を有する表示パネルと、
   前記表示部に表示される画像ソースを処理する画像処理装置と、を有する表示装置であって、
   前記画像処理装置は、前記画像ソースから前記複数の表示画素の一部である表示画素郡に対応する画像データをデータ群としてサンプリングするサンプリング手段と、
   前記データ群を構成する画像データの平均値、および、前記平均値と前記データ群を構成する画像データそれぞれとの差分を算出する算出手段と、
   前記平均値を前記表示画素群を構成する表示画素の数分の表示データに変換する多画素化変換手段と、
   前記算出手段によって算出された前記差分によって、前記表示データを補正する補正手段と、を有する表示装置。
9. 前記表示パネルは、互いに対向する一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層とを有するとともに、垂直配向モードの液晶表示パネルである請求項７記載の表示装置。
10. 前記補正手段は、前記表示データに前記画像データと前記平均値との差分に所定の定数を乗じた値を加算して前記表示データを補正し、
    補正後の表示データが、前記表示部で表示し得る最大値以上または最小値以下である場合には、その表示データを最大値または最小値とする請求項１記載の画像処理装置。
11. マトリクス状に配置された複数の表示画素によって構成された表示部に表示される画像ソースを処理する画像処理方法であって、
    前記画像ソースから複数の表示画素の一部である表示画素群に対応する複数の画像データを画像データ群としてサンプリングし、
    前記画像データ群の平均値、および、前記平均値と前記画像データ群を構成する画像データそれぞれとの差分を算出し、
    前記平均値を前記表示画素群を構成する表示画素数分の表示データに変換し、
    変換後の表示データに、表示画素群内での配列位置を割り付け、
    前記平均値と前記画像データ群を構成する画像データそれぞれとの差分を用いて前記表示データを補正する画像処理方法。
12. 前記平均値と前記画像データ群を構成する画像データそれぞれとの差分を用いて前記表示データを補正する際に、
    前記表示データを前記画像データと前記平均値との差分に所定の定数を乗じた値を加算して補正され、
    前記補正後の表示データが、前記表示部で表示し得る最大値以上または最小値以下である場合には、その表示データを最大値または最小値とする請求項１１記載の画像処理方法。
13. 変換後の表示データに、表示画素群内の配列順序を割り付ける際に、
    前記変換後の表示データは、前記表示画素群の列毎に、前記配列位置を前記表示画素群における行単位で反転させる請求項１１記載の画像処理方法。
14. 変換後の表示データに、表示画素群内の配列順序を割り付ける際に、
    前記変換後の表示データは、前記表示画素群の行毎に、前記配列位置を前記表示画素群における列単位で反転させる請求項１１記載の画像処理装置。
    

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