JP2008076755A - 画像表示装置および画像表示方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の画像表示装置は、光源部と光変調素子部とを有する画像表示部と、入力映像の1フレームから所定階調毎に各階調範囲を代表する階調と、各階調範囲に含まれる画素数の頻度とを対応づけたヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、第1〜第nの光源輝度の各々ごとに、各前記階調に対して予め設定された明るさと、前記階調を前記光源輝度により前記画像表示部に表示した際の明るさとの差分を算出する差分算出部と、前記階調毎に得られる明るさの差分に、前記ヒストグラムに示される前記階調の頻度を乗算する乗算部と、前記階調毎の乗算により得られる値の合計が、予め定めた閾値以下または最小となる光源輝度を選択する光源輝度選択部とを有する光源輝度算出部と、前記入力映像の1フレームを前記光変調素子部に与え、選択された前記光源輝度を前記光源部に設定する制御部とを備える。
【選択図】図1
Description
入力映像の1フレームから所定階調毎に各階調範囲を代表する階調と、各階調範囲に含まれる画素の頻度とを対応づけたヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
(A)第1〜第nの光源輝度の各々ごとに、各前記階調に対して予め設定された明るさと、前記階調を前記光源輝度により前記画像表示部に表示した際の明るさとの差分を算出する差分算出部と、
(B)前記階調毎に得られる明るさの差分に、前記ヒストグラムに示される前記階調の頻度を乗算する乗算部と、
(C)前記階調毎の乗算により得られる値の合計が、予め定めた閾値以下または最小となる光源輝度を前記第1〜第nの光源輝度から選択する光源輝度選択部と、
を有する光源輝度算出部と、
前記入力映像の1フレームを前記光変調素子部に与えるとともに、選択された前記光源輝度を前記光源部に設定する制御部と、を備える。
入力映像の1フレームから所定階調毎に各階調範囲を代表する階調と、各階調範囲に含まれる画素の頻度とを対応づけたヒストグラムを生成し、
第1〜第nの光源輝度の各々ごとに、各前記階調に対して予め設定された明るさと、前記階調を前記光源輝度により前記画像表示部に表示した際の明るさとの差分を算出し、
前記階調毎に得られる明るさの差分に、前記ヒストグラムに示される前記階調の頻度を乗算し、
前記階調毎の乗算により得られる値の合計が、予め定めた閾値以下または最小となる光源輝度を前記第1〜第nの光源輝度から選択し、
選択した前記光源輝度を、光源輝度を調整可能な光源部に設定し、
与えられた画像に基づき前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することにより画像表示を行う光変調素子部に対し前記入力映像の1フレームを与える。
ヒストグラム生成部11では、入力映像の1フレーム(入力画像)において所定階調毎に各階調範囲に含まれる画素数(画素の頻度)をカウントして、いわゆるヒストグラムを生成する。なお、ヒストグラムにおける頻度は画素数以外にも、例えば以下のような総画素数で正規化した値であっても良い。
バックライト輝度算出部12では、ヒストグラム生成部11により生成されたヒストグラムに基づいてバックライト輝度を算出する。以下、バックライト輝度算出方法について、図4のフローチャートに基づき詳細に説明する。
タイミングコントローラ13では、液晶パネル16へ送出する映像信号と、バックライト駆動部14へ送出するバックライト光源輝度信号のタイミングを制御する。ヒストグラム生成部11では基本的な動作として1フレームの入力映像の全ての画素を走査してヒストグラムを生成しているため、タイミングコントローラ13に映像が入力されるタイミングと、同じ映像のバックライト光源輝度がバックライト輝度算出部12より入力されるタイミングは1フレーム期間、あるいはそれ以上異なる。そのため、タイミングコントローラ13では、上記タイミングの遅延を調整するために、例えばフレームバッファを用いて入力映像の出力タイミングを遅延させて、入力映像の出力タイミングをバックライト光源輝度信号の出力に同期させる。あるいは、一般に入力映像は時間的にある程度連続したものであるため、例えば、nフレームの入力映像より求めたバックライト光源輝度I(n)を、n+1フレームの入力映像と同期させる構成とすることもできる。すなわち、実際に画像表示部15に表示される映像に対し、バックライト光源輝度が1フレーム期間遅延していることとなる。この場合、入力映像をタイミングコントローラ13で大きく遅延させる必要が無いため、メモリ量を小さくすることが可能となる。なお、タイミングコントローラ13では、液晶パネル16を駆動する為に必要となる様々な同期信号(水平同期信号、垂直同期信号等)も併せて生成され、入力映像と共に液晶パネル16へ送出される。
バックライト駆動部14では、タイミングコントローラ13より出力されたバックライト光源輝度信号に基づいて、実際にバックライト17を発光させる為の駆動信号を生成する。バックライト駆動信号は、バックライト17に設置されている光源の種類により異なる構成となるが、一般に液晶表示装置のバックライト光源としては冷陰極管や発光ダイオード(LED)等が用いられている。これらは、印加する電圧や電流を制御することにより、その輝度を変調することが可能である。ただし、一般的には、発光と非発光の期間を高速に切り替えることにより輝度を変調するPWM(Pulse Width Modulation)制御が用いられる。本実施形態では、比較的発光強度の制御が容易であるLED光源をバックライト光源として用い、LED光源をPWM制御により輝度変調する構成とした。よって、バックライト駆動部14では、バックライト光源輝度信号に基づいてPWM制御信号が生成され、バックライト17へ送出される。
上述したように、画像表示部15は、光変調素子部としての液晶パネル16と、光源の輝度を変調可能な、液晶パネル16の背面に設置されたバックライト17により構成される。画像表示部15では、タイミングコントローラ13より出力された映像信号を液晶パネル16(光変調素子)に書き込み、バックライト駆動部14より出力されたバックライト駆動信号によってバックライト17を点灯させることで、入力映像の表示を行う。なお、上述の通り、本実施形態では、バックライト光源としてLED光源を用いている。
バックライト輝度算出部22の処理は、基本的な流れは、第1の実施形態と同様であるが、評価値更新ステップにおいて、所定の階調変換を行った後、評価値を算出することが特徴である。評価値更新ステップ以外の構成は、第1の実施形態と同様であるため、ここでは、評価値更新ステップについて図11に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
タイミングコントローラ23の基本的な動作は、第1の実施形態と同様であるが、本実施形態におけるタイミングコントローラ23は、更に映像変換部30を備えており、入力映像に対し、階調変換を行った後、変換された入力映像を液晶パネル26に送出する構成となっている。映像変換部30以外の動作は、第1の実施形態と同様なため、ここでは、映像変換部30の動作について詳細に説明する。
階調範囲検出部38では、ヒストグラム生成部31により検出されたヒストグラムを参照することで、頻度が0でない最小の階調及び最大の階調を検出する。すなわち、入力映像に含まれる最小階調及び最大階調を検出する。検出方法は、様々に考えられるが、本実施形態では、0階調から走査を開始して、頻度が0でない最初の階調を最小階調、255階調から走査を開始して、頻度が0でない最初の階調を最大階調とする構成とした。なお、最小階調、最大階調は、上記の通り、厳密に求める必要はなく、例えば、頻度が全体のある所定の割合(例えば5%等)に相当する頻度を超えた階調を最小階調、最大階調とする構成としても良い。すなわち、0階調から走査を開始して、累積頻度が全体の5%を超えた階調を最小階調、255階調から走査を開始して、累積頻度が全体の5%を超えた階調を最大階調とする構成としてもよい。上記のような構成とすることで、例えば入力映像に含まれるノイズの影響等を軽減することができる。
バックライト輝度算出部32の処理は、基本的な流れは、第2の実施形態と同様であるが、評価値更新ステップにおいて行う階調変換の方法が第2の実施形態と異なった構成となっている。階調変換以外の構成は、第2の実施形態と同様であるため、ここでは、階調変換規則について説明する。
映像変換部40では、入力映像の各画素の階調を、当該階調と階調範囲検出部38で検出された最小階調、最大階調を参照することで、変換する。すなわち、水平画素位置u、垂直画素位置vの入力映像の階調L(u、v)に対し、数式25の処理を行う。
バックライト輝度算出部42の処理は、基本的な流れは、第2の実施形態と同様であるが、第2の実施形態では、複数のバックライト光源輝度を評価し最適値を得られるバックライト光源輝度を選択していたが、本実施形態では、複数のバックライト光源輝度及び複数の階調変換規則の各組み合わせを評価し最適値を得られるバックライト光源輝度及び階調変換規則の組み合わせを選択する点が、第2の実施形態と異なっている。本実施形態におけるバックライト輝度算出部42の動作について、図17に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
映像変換部50では、第2の実施形態と同様に、入力映像の各画素の階調を、当該階調とバックライト輝度算出部42で算出された出力階調変換選択番号を用いて第3ルックアップテーブルを参照することで変換する。すなわち、水平画素位置u、垂直画素位置vの入力映像の階調L(u、v)に対し、数式29の処理を行う。
本実施形態によるヒストグラム生成部51の動作は、基本的には第1の実施形態と同様であるが、過去における複数フレームのヒストグラムをヒストグラム保持部58に保持し、ヒストグラム生成部51からは、現在の入力映像のヒストグラムと過去における複数フレームのヒストグラムとを加算した時間累積ヒストグラムを、バックライト輝度算出部52に送出することを特徴とする。
12、22、32、42、52:バックライト輝度算出部
13、23、33、43、53:タイミングコントローラ
14、24、34、44、54:バックライト駆動部
15、25、35、45、55、75:画像表示部
16、26、36、46、56:液晶パネル
17、27、37、47、57:バックライト
18、19、39、48、49:ROM
30、40、50:映像変換部
38:階調範囲検出部
58:ヒストグラム保持部
59、69:シーンチェンジ検出部
71:カラーホイール
72:レンズ
76:デジタルマイクロミラーデバイス
77:ハロゲン光源
S11、S41:設定ステップ1
S12、S42:設定ステップ2
S13、S43:初期化ステップ1
S14、S44:初期化ステップ2
S15、S25、S35、S45:評価値更新ステップ
S16、S46:出力バックライト光源輝度更新ステップ
Claims (26)
- 光源輝度を調整可能な光源部と、与えられた画像に基づいて前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することにより画像表示を行う光変調素子部と、を有する画像表示部と、
入力映像の1フレームから所定階調毎に各階調範囲を代表する階調と、各階調範囲に含まれる画素の頻度とを対応づけたヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
(A)第1〜第nの光源輝度の各々ごとに、各前記階調に対して予め設定された明るさと、前記階調を前記光源輝度により前記画像表示部に表示した際の明るさとの差分を算出する差分算出部と、
(B)前記階調毎に得られる明るさの差分に、前記ヒストグラムに示される前記階調の頻度を乗算する乗算部と、
(C)前記階調毎の乗算により得られる値の合計が、予め定めた閾値以下または最小となる光源輝度を前記第1〜第nの光源輝度から選択する光源輝度選択部と、
を有する光源輝度算出部と、
前記入力映像の1フレームを前記光変調素子部に与えるとともに、選択された前記光源輝度を前記光源部に設定する制御部と、
を備えた画像表示装置。 - 前記明るさは、
前記光源部を最大輝度に設定した際の、前記画像表示部の輝度に対する相対輝度、
前記光源部を最大輝度に設定した際の、前記画像表示部の明度に対する相対明度、
前記光源部を最大輝度に設定した際の、前記画像表示部の対数輝度に対する相対対数輝度、のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 - 前記差分は、
前記階調について予め設定された明るさと、前記階調を前記画像表示部に表示した際の明るさとの絶対値差分、
前記階調について予め設定された明るさと、前記階調を前記画像表示部に表示した際の明るさとの差分を二乗した値、のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 - 前記ヒストグラム生成部は、各前記階調の頻度をそれぞれα乗(αは0より大きい実数)した値を各前記階調の頻度として用いることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。
- 前記乗算部は、前記階調毎の明るさの差分に、前記ヒストグラムにおける前記階調の頻度をα乗(αは0より大きい実数)した値を乗算することを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。
- 前記差分算出部は、各前記階調に対して所定の階調変換規則によって階調変換を行い、各前記階調に対して予め設定された明るさと、当該階調を変換した階調を前記光源輝度により前記画像表示部に表示した際の明るさとの差分を算出し、
前記制御部は、前記入力映像の1フレームが前記所定の階調変換規則に従って変換された画像を前記光変調素子部に与える、ことを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 - 前記所定の階調変換規則は、前記第1〜第nの光源輝度毎に異なることを特徴とする請求項6記載の画像表示装置。
- 小さい光源輝度に対応する前記所定の階調変換規則ほど、低階調側の入力階調に対する出力階調の傾きが大きいことを特徴とする請求項7記載の画像表示装置。
- 大きい光源輝度に対応する前記所定の階調変換規則ほど、高階調側の入力階調に対する出力階調の傾きが大きいことを特徴とする請求項7記載の画像表示装置。
- 前記第1〜第nの各光源輝度毎に複数の階調変換規則が与えられ、
前記光源輝度選択部は、前記光源輝度毎かつ前記階調変換規則毎に計算される前記合計の値が予め定めた閾値以下または最小となる光源輝度及び階調変換規則を選択し、
前記制御部は、前記入力映像の1フレームが前記選択された階調変換規則に従って変換された画像を前記光変調素子部に与えることを特徴とする請求項6記載の画像表示装置。 - 前記所定の階調変換規則は、前記入力映像の1フレームにおける最小階調から所定範囲の階調を前記光変調素子部に表示可能な最小階調に、前記入力映像の1フレームにおける最大階調から所定範囲の階調を前記光変調素子部に表示可能な最大階調に伸張するものであることを特徴とする請求項6記載の画像表示装置。
- 各前記階調と、当該階調を前記所定の階調変換規則によって変換した階調とを対応付けたテーブルデータを保持するテーブル保持部をさらに備え、
前記差分算出部は、前記テーブルデータを参照することにより前記階調の変換された階調を求めることを特徴とする請求項6記載の画像表示装置。 - 各前記階調と、当該階調に対して予め設定された明るさとを対応付けたテーブルデータを保持したテーブル保持部をさらに備え、
前記差分算出部は、前記テーブルデータを参照することにより前記階調の予め設定された明るさを求めることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 - 前記第1〜第nの各光源輝度毎に、各前記階調と、当該階調を前記光源輝度により前記画像表示部に表示した際の明るさとを対応付けたテーブルデータを保持したテーブル保持部をさらに備え、
前記差分算出部は、前記テーブルデータを参照することにより前記階調を前記光源輝度により前記画像表示部に表示した際の明るさを求めることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 - 前記第1〜第nの各光源輝度毎に、各前記階調と、当該階調に対して予め設定された明るさと前記階調を前記光源輝度により前記画像表示部に表示した際の明るさとの差分とを対応付けたテーブルデータを保持したテーブル保持部をさらに備え、
前記差分算出部は、前記光源輝度と前記階調とに基づいて前記テーブルデータを参照することにより前記差分を求めることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 - 前記ヒストグラム生成部は、前記入力映像の1フレームにおける各前記階調の頻度から算出される、前記入力映像の階調の平均値、中央値、最頻値の少なくとも1つ以上の階調以外の頻度を0にしたヒストグラムを生成することを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。
- 前記ヒストグラム生成部は、過去における複数のフレームのヒストグラムを保持するヒストグラム保持部を更に有し、現在のヒストグラムに、前記ヒストグラム保持部に保持される前記過去における複数のフレームのヒストグラムを加算することを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。
- 映像シーンの変化を検出するシーンチェンジ検出部を更に備え、
前記ヒストグラム生成部は、前記シーンチェンジ検出部により映像シーンの変化が検出された場合には、前記ヒストグラム保持部に保持されている前記過去における複数のフレームのヒストグラムを消去することを特徴とする請求項17記載の画像表示装置。 - 前記光源輝度選択部は、現在の入力映像の1フレームに対して選択される光源輝度を、1フレーム期間過去における入力映像の1フレームに対して設定された光源輝度から第1の輝度範囲に入るように補正することを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。
- 映像シーンの変化を検出するシーンチェンジ検出部を更に備え、
前記光源輝度選択部は、前記シーンチェンジ検出部により映像シーンの変化が検出された場合には、現在の入力映像の1フレームに対して選択される光源輝度を、前記第1の輝度範囲より大きい第2の輝度範囲に入るように補正することを特徴とする請求項19記載の画像表示装置。 - 前記画像表示部は、前記光変調素子部としての液晶パネルと、前記液晶パネルの前面または背面から光を照射する前記光源部と、を有する投射型または透過型の液晶表示部であることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。
- 前記画像表示部は、前記光変調素子部としてのデジタルマイクロミラーデバイスと、前記デジタルマイクロミラーデバイスの前面から光を照射する前記光源部とを有する投射型の表示部であることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。
- 前記光源部は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項21または22記載の画像表示装置。
- 入力映像の1フレームから所定階調毎に各階調範囲を代表する階調と、各階調範囲に含まれる画素の頻度とを対応づけたヒストグラムを生成し、
第1〜第nの光源輝度の各々ごとに、各前記階調に対して予め設定された明るさと、前記階調を前記光源輝度により前記画像表示部に表示した際の明るさとの差分を算出し、
前記階調毎に得られる明るさの差分に、前記ヒストグラムに示される前記階調の頻度を乗算し、
前記階調毎の乗算により得られる値の合計が、予め定めた閾値以下または最小となる光源輝度を前記第1〜第nの光源輝度から選択し、
選択した前記光源輝度を、光源輝度を調整可能な光源部に設定し、
与えられた画像に基づき前記光源部からの光の透過率または反射率を変調することにより画像表示を行う光変調素子部に対し前記入力映像の1フレームを与える、画像表示方法。 - 前記差分の算出は、各前記階調に対して所定の階調変換規則によって階調変換を行い、各前記階調に対して予め設定された明るさと、前記階調を変換した階調を前記画像表示部に表示した際の明るさとの差分を算出することを含み、
前記入力映像の1フレームを与えることは、前記入力映像の1フレームが前記所定の階調変換規則に従って変換された画像を前記光変調素子部に与えることを含む、ことを特徴とする請求項24記載の画像表示方法。 - 前記第1〜第nの各光源輝度毎に複数の階調変換規則を用意し、
前記光源輝度の選択は、前記光源輝度毎かつ前記階調変換規則毎に計算される前記合計の値が予め定めた閾値以下または最小となる光源輝度及び階調変換規則を選択することを含み、
前記入力映像の1フレームを与えることは、前記入力映像の1フレームが前記選択された階調変換規則に従って変換された画像を前記光変調素子部に与えることを含む、ことを特徴とする請求項25記載の画像表示方法。
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