JP2009008916A - 画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】視覚的なコントラストが優れた画像表示装置を提供する。
【解決手段】ヒストグラム生成部１２では、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と対応付けたヒストグラムを生成し、制御パラメータ選択部１４では、ヒストグラムに基づいてバックライト２４の発光輝度及び入力映像の各画素に対して行う階調変換関数を選択し、タイミングコントローラ１６では、入力映像に対し、選択されたガンマ変換を行った後、ガンマ変換された変換映像と、選択されたバックライト輝度との同期を調整し、変換映像は、液晶パネル２２を駆動するための同期信号と共に液晶パネル２２へ送出され、バックライト輝度は、バックライト駆動部１８に送出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示映像の視覚的なコントラストを高めることが可能な画像表示装置及びその方法に関する。
近年、光源と、光源からの光強度を変調する光変調素子とを備えた画像表示装置が、広く普及している。この代表的なものが液晶表示装置である。しかし、これらの画像表示装置では、光変調素子が理想的な変調特性を有していないために、特に黒を表示した際に、光変調素子からの光漏れに起因するコントラストの低下を招く。
このコントラスト低下を抑制するために、入力映像に応じて光源の輝度変調と、入力映像の各画素の階調の変換、すなわちガンマ変換を合わせて行う方法が複数提案されている。
例えば、非特許文献１では、入力映像の最大階調に基づき、バックライト輝度、ガンマ変換を決定している。
また、特許文献１では、入力映像の最小階調、最大階調、平均階調に基づき、バックライト輝度、ガンマ変換を決定している。
ＳＩＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ、Ｖｏｌ．３８、ｐｐ．１３８１ 特許第３２１５３８８号
上記いずれの背景技術も、入力映像に応じて、光源の輝度と入力映像に対するガンマ変換を制御することにより、一定の光源輝度による画像表示装置に比べ、コントラストを増幅させることが可能である。
また、上記いずれの背景技術も、入力映像の階調の平均値、最頻値、ピーク値等の代表値に基づいて光源輝度及びガンマ変換を制御している。
しかし、このような代表値が同一であっても、階調の分布が大きく異なる映像は多量に存在し、上記背景技術では、それら全ての映像に対し同一の光源輝度及びガンマ変換が設定されるため、入力映像のコントラストが十分に得られないという問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、入力映像の視覚的なコントラストをさらに高めることのできる画像表示装置及びその方法を提供する。
本発明は、（１）光源輝度をｎ段階で調整可能な光源部と、（２）入力された信号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フレームから任意の階調毎に各階調範囲を代表する代表階調と、前記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、予め設定したｊ個の設定階調を、前記光変調素子部によって表示可能な出力階調に変換するｍ種類の階調変換関数をそれぞれ生成する関数生成部と、前記ｎ段階の光源輝度と、前記ｊ個の設定階調との組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調で前記画像表示部に表示する場合の理想的な第１の明るさをそれぞれ求める第１明るさ算出部と、前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記組み合わせのそれぞれの階調変換関数で変換した出力階調で、前記画像表示部に表示する場合の第２の明るさをそれぞれ求める第２明るさ算出部と、前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの前記第１の明るさと前記組み合わせのそれぞれの前記第２の明るさとの第１差分を算出する第１差分算出部と、前記第１差分のそれぞれに、前記第１差分のそれぞれの算出に用いられた設定階調に対応する前記代表階調毎の頻度を乗算することにより、第１乗算値のそれぞれを計算する第１乗算部と、前記ｊ個の設定階調のそれぞれについて、前記第１乗算値の和である第１の評価値を算出する第１総和算出部と、前記ｎ段階の光源輝度と、前記ｊ個の設定階調との組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記画像表示部に表示する場合の理想的な第１の明るさの勾配をそれぞれ求める第１明るさ勾配算出部と、前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記組み合わせのそれぞれの階調変換関数で変換した出力階調で、前記画像表示部に表示する場合の第２の明るさの勾配をそれぞれ求める第２明るさ勾配算出部と、前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記第１の明るさの勾配と前記第２の明るさの勾配との第２差分を算出する第２差分算出部と、前記第２差分のそれぞれに、前記第２差分のそれぞれの算出に用いられた設定階調に対応する前記代表階調毎の頻度を乗算することにより、第２乗算値のそれぞれを計算する第２乗算部と、前記ｊ個の設定階調のそれぞれについて、前記第２乗算値の和である第２の評価値を算出する第２総和算出部と、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの前記第１評価値と前記組み合わせのそれぞれの前記第２評価値との重み付き線形和をそれぞれ求める重み付き線形和算出部と、前記各重み付き線形和の中で、予め定めた閾値以下、または、最小となる前記重み付き線形和を求める判断部と、前記求めた重み付き線形和に対応する最適光源輝度及び最適階調変換関数を選択する制御パラメータ選択部と、前記入力映像の１フレームに対し、前記最適階調変換関数により変換された変換映像を前記光変調素子部に与えると共に、前記最適光源輝度で発光するように前記光源部に設定する制御部と、を備えた画像表示装置である。
本発明によれば、入力映像の視覚的なコントラストをさらに高めることができる。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態の画像表示装置１０について図１〜図 に基づいて説明する。
（１）画像表示装置１０の構成
図１に、本実施形態による画像表示装置１０の構成を示す。
画像表示装置１０は、ヒストグラム生成部１２、制御パラメータ選択部１４、制御部であるタイミングコントローラ１６、バックライト駆動部１８、画像表示部２０により構成される。
画像表示部２０は、光変調素子部としての液晶パネル２２と、液晶パネル２２の背面に設置された光源部としてのバックライト２４により構成される。
入力映像は、ヒストグラム生成部１２及びタイミングコントローラ１６に入力される。
ヒストグラム生成部１２では、入力映像から所定階調毎に各階調範囲に含まれる画素数をカウントし、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（画素数は画素の頻度の一例である）と対応付けたヒストグラムを生成する。
制御パラメータ選択部１４では、ヒストグラム生成部１２で生成されたヒストグラムに基づいてバックライト２４の発光輝度（光源輝度）及び入力映像の各画素に対して行う階調変換関数（ガンマ変換関数）を選択する。
タイミングコントローラ１６では、入力映像に対し、制御パラメータ選択部１４で選択された階調変換関数でガンマ変換を行った後、ガンマ変換された変換映像と、制御パラメータ選択部１４で選択されたバックライト輝度との同期を調整する。変換映像は、液晶パネル２２を駆動するための同期信号と共に液晶パネル２２へ送出され、バックライト輝度は、バックライト駆動部１８に送出される。
バックライト駆動部１８では、入力されたバックライト輝度に基づいて実際にバックライト２４を駆動、制御する為のバックライト駆動信号が生成され、バックライト２４へ送出される。
画像表示部２０では、変換映像が液晶パネル２２に書き込まれ、同時に、バックライト駆動部１８から出力されたバックライト駆動信号に基づいてバックライト２４が発光することにより、液晶パネル２２に画像が表示される。
次に、各部１２〜２０の動作の詳細を説明する。
（２）ヒストグラム生成部１２
ヒストグラム生成部１２では、入力映像から所定階調毎に各階調範囲に含まれる画素数をカウントし、各階調範囲を代表する階調と、各階調範囲に含まれる頻度（画素数）と対応付けたヒストグラムを生成する。
入力映像の形式は、様々に想定され得るが、本実施形態においては、赤、緑、青の３チャンネルにより構成される入力映像であり、ヒストグラム生成部１２では、それぞれのチャンネルを区別せず、１つのヒストグラムを生成している。
なお、このヒストグラム生成部１２の変更例としては、下記のものがある。
（２−１）変更例１
変更例１としては、ヒストグラムは頻度以外にも、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。
Figure 2009008916
ここで、ｈｎ（ｘ）は、設定階調ｘの総画素数で正規化された頻度、ｈ（ｘ）は、設定階調ｘの頻度である。
（２−２）変更例２
変更例２としては、画素毎の赤、緑、青の３チャンネルの階調のうち、最も大きい階調を用いてヒストグラムを生成する構成としても良い。
（２−３）変更例３
入力映像の形式が輝度及び色差信号により構成されるＹ、Ｃｂ、Ｃｒの３チャンネルの入力映像であった場合は、輝度チャンネルであるＹのヒストグラムを生成する構成としても良い。
（２−４）変更例４
Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒの３チャンネルの入力映像を、式（２）に従って赤、緑、青の３チャンネルの映像に変換した後、上記の通り、ヒストグラムを生成する構成としても良い。
Figure 2009008916
ここで、Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒは、８ビットに正規化された輝度及び色差信号の値であり、Ｒ、Ｇ、Ｂは、８ビットに正規化された赤、緑、青の３チャンネルの映像信号の値である。
なお、式（２）は、変換の一例であり、その他の変換係数であったとしても構わない。
（２−５）変更例５
上記とは逆に、赤、緑、青の３チャンネルの入力映像に対し、式（３）に従ってＹチャンネルの値に変換し、ヒストグラムを生成する構成とすることもできる。
Figure 2009008916
（２−６）変更例６
変更例６としては、複数のヒストグラムを生成する構成とすることもできる。
例えば、後述する第１評価値算出ステップで用いるヒストグラムを、画素毎の赤、緑、青の３チャンネルの階調のうち、最も大きい階調を用いたヒストグラムとする。第２評価値算出ステップで用いるヒストグラムを、画素毎の赤、緑、青の３チャンネルの階調を区別せず生成したヒストグラムとする構成とすることができる。
入力映像の赤、緑、青の各チャンネルが８ビットの階調である場合、各階調の頻度をカウントし、ヒストグラムを検出すると、図２に示すように、０から２５５階調の頻度分布が得られる。
（２−７）変更例７
ヒストグラムの検出は、図２に示すように１階調毎の頻度を算出する構成以外にも、ヒストグラムを保持するメモリ量の削減、またはヒストグラムを検出する処理量を削減する目的で、ある階調範囲毎のヒストグラムを検出する構成とすることもできる。
例えば、図３は、３２階調毎のヒストグラム検出結果の一例である。入力映像の階調が８ビットの場合、２値表現において、下位５ビットを０とすることで、入力映像は、上位３ビットで表現されることとなり、つまり３２階調毎の階調となる。
各階調範囲（例えば０階調から３１階調）は、その範囲の中央値で代表させればよい。例えば、図３の例であれば、０階調から３１階調は１６階調、３２階調から６３階調は４８階調とする。
また、更なる計算量やメモリの削減の為に、ヒストグラムの一部の階調のみを検出する構成としても良い。例えば、階調全体のヒストグラムを検出した後、その平均値、中央値、最頻値となる階調を算出し、これらの階調以外の階調に相当する頻度を０とする構成としても良い。
（２−８）結論
以上の処理により検出されたヒストグラムは、制御パラメータ選択部１４へ入力される。すなわち、入力映像の１フレームにおける階調ｘ毎の頻度ｈ（ｘ）が出力される。
（３）制御パラメータ選択部１４
制御パラメータ選択部１４では、ヒストグラム生成部１２により検出されたヒストグラムに基づいてバックライト輝度と階調変換関数を算出する。
以下、バックライト輝度算出方法と階調変換関数算出方法について、図４のフローチャートに基づき詳細に説明する。
（３−１）設定ステップ１
設定ステップ１では、画像表示部２０で表示したい階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性を設定する。すなわち、階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性のそれぞれの関係について、画像表示部２０で映像を表示する場合に最も理想的な関係を予め設定する。
（３−１−１）最大ダイナミックレンジの設定
制御パラメータ選択部１４には、予め、画像表示部２０の最大ダイナミックレンジを設定しておく。
例えば、最大が１、最小が０の理想的な最大ダイナミックレンジであれば、式（４）のように表される。
Figure 2009008916
ここで、Ｄｍｉｎ、Ｄｍａｘは、それぞれ画像表示部２０で表示する最大ダイナミックレンジの最小値及び最大値である。
また、最大ダイナミックレンジは、予め設定されたバックライト輝度の輝度変調範囲及び液晶パネル２２の特性に基づいて、式（５）のように設定することもできる。
Figure 2009008916
ここで、Ｉｍｉｎ、Ｉｍａｘは、それぞれバックライト輝度の変調範囲の最小値及び最大値を表し、Ｔｍｉｎ、Ｔｍａｘは、それぞれ液晶パネル２２の最小透過率、最大透過率を表している。
なお、Ｉｍｉｎ、Ｉｍａｘ、Ｔｍｉｎ、Ｔｍａｘは、相対値で構わないため、例えばＩｍｉｎは、Ｉｍａｘを１とした場合の相対値、Ｔｍｉｎは、Ｔｍａｘを１とした場合の相対値として設定すればよい。
解析的には最大ダイナミックレンジは式（５）のように表現される。
しかし実際には、液晶パネル２２に表示可能な最小階調（８ビット表現が可能な液晶パネル２２であれば、０階調）で、かつ、バックライト２４の輝度変調範囲の最小のバックライト輝度で照明した場合における画像表示部２０の測定輝度を、画像表示部２０で表示可能な最小表示輝度Ｄｍｉｎに設定する。
また、液晶パネル２２に表示可能な最大階調（８ビット表現が可能な液晶パネル２２であれば、２５５階調）で、かつ、バックライト２４の輝度変調範囲の最大のバックライト輝度で照明した場合における画像表示部２０の測定輝度を、画像表示部２０で表示可能な最大表示輝度Ｄｍａｘと設定する。
また、Ｄｍａｘを１に、最大表示輝度を１と正規化した際の最小表示輝度をＤｍｉｎに設定する構成とすることもできる。
（３−１−２）階調−明るさ特性の設定
次に、上記により求められた最大ダイナミックレンジ内の階調−明るさ特性を設定する。
明るさが輝度であれば、階調−輝度特性は、解析的には式（６）のように算出できる。
Figure 2009008916
ここで、ｘは８ビットで表現された階調、γは入力映像の補正に利用されているガンマ値を示している。ガンマ値は一般的に２．２が用いられている。
式（６）は、階調−輝度特性を表しているが、人間の明るさの感度特性は、輝度の対数に比例するため、階調−明るさ特性は、式（７）のような階調−対数輝度特性としても良い。
Figure 2009008916
また、均等色空間において定義されている明度を用いて、階調−明度特性としても良い。
Figure 2009008916
明度は、厳密にはＣＩＥ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）で規格化されており、暗い領域で非線形に変化するものであるが、式（８）では、１／３乗に比例する、簡易的なものとしている。
（３−１−３）階調−明るさ勾配特性の設定
次に、最大ダイナミックレンジ内の階調−明るさ勾配特性を設定する。
ここで、階調−明るさ勾配特性とは、階調−明るさ特性の１次微分に相当する。すなわち、明るさが輝度であれば、階調−輝度勾配特性は、解析的には式（９）のように算出できる。
Figure 2009008916
また、明るさが均等色空間において定義されている明度を用いて、式（１０）に示すような階調−明度勾配特性としても良い。
Figure 2009008916
（３−１−４）ルックアップテーブルデータの作成
階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性は、式（６）から式（１０）等を用いて算出する方法としても良いが、以下のような構成としても良い。
例えば、Ｄｍｉｎ、Ｄｍａｘを定めた上で、設定階調ｘと明るさＧ（ｘ）の関係から、設定階調ｘと明るさＧ（ｘ）とを対応付けたルックアップテーブルデータを作成しておく。また、同様に、設定階調ｘと明るさ勾配Ｇ´（ｘ）とを対応付けたルックアップテーブルデータを作成しておく。階調−明るさ特性のテーブルデータの一例を図５、階調−明るさ勾配特性のテーブルデータの一例を図６に示す。
そして、作成したテーブルデータを、図７に示すように制御パラメータ選択部１４によってアクセス可能なＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に第１ルックアップテーブル２６として格納しておく。
各階調の明るさを求める場合は、設定階調ｘによりＲＯＭを参照することで、設定階調ｘに対応する明るさを求める。各階調の明るさ勾配を求める場合は、設定階調ｘによりＲＯＭを参照することで、設定階調ｘに対応する明るさ勾配を求める。
なお、Ｄｍｉｎ、Ｄｍａｘが複数用意されており、例えば使用者の指示によりＤｍｉｎ、Ｄｍａｘの組み合わせが変更される場合は、それぞれの組み合わせに応じた複数のテーブルデータを用意しておき、設定された組み合わせのテーブルデータを参照する構成にしても良い。
（３−２）設定ステップ２
設定ステップ２では、実際の画像表示部２０の階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性を設定する。
（３−２−１）ダイナミックレンジの設定
あるバックライト輝度Ｉにおける、画像表示部２０のダイナミックレンジは、式（１１）のように表される。
Figure 2009008916
ここで、ｄｍｉｎ（Ｉ）、ｄｍａｘ（Ｉ）は、それぞれ、バックライト輝度Ｉの時の画像表示部２０で表示可能なダイナミックレンジの最小値及び最大値である。
解析的には画像表示部２０のダイナミックレンジは式（１１）のように表現される。
しかし実際には、液晶パネル２２に表示可能な最小階調（８ビット表現が可能な液晶パネル２２であれば、０階調）で、かつ、バックライト輝度Ｉで照明した場合における画像表示部２０の測定輝度を、バックライト輝度Ｉの場合の画像表示部２０で表示可能な最小表示輝度ｄｍｉｎと設定する。
また、液晶パネル２２に表示可能な最大階調（８ビット表現が可能な液晶パネル２２であれば、２５５階調）で、かつ、バックライト輝度Ｉで照明した場合における画像表示部２０の測定輝度を、バックライト輝度Ｉの場合の画像表示部２０で表示可能な最大表示輝度ｄｍａｘと設定する。
そして、ｄｍａｘ（Ｉｍａｘ）を１と正規化した際の、最小表示輝度をｄｍｉｎ（Ｉ）、最大表示輝度をｄｍａｘ（Ｉ）に設定する構成とすることもできる。
（３−２−２）階調−明るさ特性の設定
次に、バックライト輝度Ｉにおける画像表示部２０の階調−明るさ特性を設定する。
明るさが輝度であれば、画像表示部２０の階調−輝度特性（一般にはガンマ特性と呼ばれる）は、解析的には、式（１２）のように表される。
Figure 2009008916
ここで、ｘは８ビットで表現された階調、Γは液晶パネル２２の補正に利用されているガンマ値を示している。ガンマ値は一般的に２．２が用いられている。
式（１２）は、階調−輝度特性を表しているが、人間の明るさの感度特性は、輝度の対数に比例するため、階調−明るさ特性は、式（１３）のような階調−対数輝度特性としても良い。
Figure 2009008916
また、均等色空間において定義されている明度を用いて、階調−明度特性としても良い。
Figure 2009008916
なお、式（８）と同様に、式（１４）の明度は１／３乗に比例するという簡易的なものとしている。
（３−２−３）階調−明るさ勾配特性
次に、バックライト輝度Ｉにおける画像表示部２０の階調−明るさ勾配特性を設定する。
明るさが輝度であれば、画像表示部２０の階調−輝度勾配特性は、解析的には、式（１５）のように表される。
Figure 2009008916
また、明るさが均等色空間において定義されている明度を用いて、式（１６）に示すような階調−明度勾配特性としても良い。
Figure 2009008916
（３−２−４）ルックアップテーブルデータの作成
階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性は、式（１２）から式（１６）等を用いて算出する方法としても良いが、以下のような構成としても良い。
例えば、ｄｍｉｎ（Ｉ）、ｄｍａｘ（Ｉ）を定めた上で、設定階調ｘと明るさｇ（ｘ，Ｉ）の関係から、設定階調ｘと明るさｇ（ｘ，Ｉ）とを対応付けたルックアップテーブルデータを作成しておく。また、同様に、設定階調ｘと明るさ勾配ｇ´（ｘ，Ｉ）の関係から、設定階調ｘと明るさ勾配ｇ´（ｘ，Ｉ）とを対応付けたルックアップテーブルを作成しておく。階調−明るさ特性のテーブルデータの一例を図８に示し、階調−明るさ勾配特性のテーブルデータの一例を図９に示す。
図８のテーブルデータは、バックライト輝度が０．１から１．０まで０．１刻みのデータに対する階調と明るさの対応付けを保持したものである。
図９のテーブルデータは、バックライト輝度が０．１から１．０まで０．１刻みのデータに対する階調と明るさ勾配の対応付けを保持したものである。
そして、作成したテーブルデータを、図７に示すように制御パラメータ選択部１４によってアクセス可能なＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に格納しておく。
各階調の明るさを求める場合は、設定階調ｘ及びバックライト輝度ＩによりＲＯＭを参照することで、バックライト輝度Ｉの場合の設定階調ｘに対応する明るさを求める。各階調の明るさ勾配を求める場合は、設定階調ｘ及びバックライト輝度ＩによりＲＯＭを参照することで、バックライト輝度Ｉの場合の設定階調ｘに対応する明るさ勾配を求める。
また、図８、図９では、各バックライト輝度Ｉに対する階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性を保持しているが、その他の構成として、図１０及び図１１に示すように、バックライト輝度Ｉｍａｘ（＝１．０）の階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性のみ保持しておき、その他のバックライト輝度に対しては、バックライト輝度Ｉｍａｘ時の明るさに対し比例計算を行う構成としても良い。
（３−２−５）その他
なお、設定ステップ１及び設定ステップ２は、入力映像の毎フレーム行う必要は無く、最初に１度（例えば、画像表示装置１０の電源投入時等）行えばよい。
また、階調−明るさ特性及び階調−明るさ勾配特性が予めテーブルデータとして保持されている場合は、設定ステップ１及び設定ステップ２は、省略することができる。
（３−３）初期化ステップ１
初期化ステップ１では、以下の処理に用いる変数を初期化する。
例えば、式（１７）のような処理を行う。
Figure 2009008916
ここで、Ｅｍｉｎは、後述する制御パラメータ更新ステップで用いる最小評価値である。Ｉｏｐｔは、最終的に決定されるバックライト輝度である。ｉは、後述する入力設定階調ｘに対して複数設定されている階調変換関数ｆｉ（ｘ）を選択する出力階調変換選択番号である。ｉｏｐｔは、最終的に決定される出力階調変換選択番号である。記号←は、右辺の値を左辺に代入することを表している。ＭＡＸ＿ＶＡＬは、後述する評価値Ｅが取りえる最大値である。
階調変換関数ｆｉ（ｘ）は、本実施形態では、図１２に示す１０種類の階調変換関数を設定している。ここで入力階調ｘは、表示したい映像信号の階調を表し、出力階調ｆｉ（ｘ）は液晶パネル２２で表示可能な階調である。
また、階調変換関数は、図１２に示すように、バックライト輝度Ｉに依存しない構成以外にも、バックライト輝度Ｉ毎に異なる複数の階調変換関数を設定することもできる。その場合、階調変換関数は、ｆｉ（ｘ，Ｉ）のように、設定階調ｘとバックライト輝度Ｉの関数の形で表現される。
また、階調変換関数ｆｉ（ｘ）は、制御パラメータ選択部１４内部で計算により求めることも可能であるが、本実施形態では、図１３に示すように、入力設定階調ｘと出力階調関数（変換階調関数）ｆｉ（ｘ）を対応付けたテーブルデータを第２ルックアップテーブル２８として、ＲＯＭに保持する構成とした。
なお、図１３の構成は、図７の構成にさらに階調変換関数ｆｉ（ｘ）を保持するルックアップテーブルを追加した構成である。第２ルックアップテーブル２８の一例を図１４に示す。
後述する評価値更新ステップでは、設定階調ｘと、出力階調変換選択番号ｉとにより第２ルックアップテーブル２８を参照して出力階調関数ｆｉ（ｘ）を求める。
（３−４）初期化ステップ２
初期化ステップ２では、後述する評価値更新ステップで用いる第１評価値Ｅ１及び第２評価値Ｅ２を、式（１８）に示すように初期化する。
Figure 2009008916
（３−５）評価値更新ステップ
評価値更新ステップでは、第１評価値算出ステップ及び第２評価値算出ステップにより、第１評価値Ｅ１及び第２評価値Ｅ２を算出する。
（３−５−１）第１評価値算出ステップ
第１評価値算出ステップの動作について、図１５に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、現在の設定階調ｘ、バックライト輝度Ｉの場合の最大ダイナミックレンジにおける明るさＧ（ｘ）を求める。
次に、設定階調ｘに対し出力階調変換選択番号ｉが指し示す階調変換関数ｆｉ（ｘ）を求める。
次に、階調変換関数ｆｉ（ｘ）に対する画像表示部２０における明るさｇ（ｆｉ（ｘ），Ｉ）を求める。
次に、Ｇ（ｘ）とｇ（ｆｉ（ｘ），Ｉ）の差分値を算出する。
次に、この差分値にヒストグラム生成部１２で求めた設定階調ｘの頻度ｈ（ｘ）を乗算し、評価値Ｅ１に加算する。
例えば、差分値を絶対値で評価する場合は、式（１９）のように表される。
Figure 2009008916
また、差分値を二乗誤差として評価する場合は、式（２０）のように表される。
Figure 2009008916
なお、式（１９）、式（２０）では、階調−明るさ特性を用いて評価を行っているが、これらは設置ステップ１及び設定ステップ２で設定した階調−明るさ特性で評価すればよく、例えば階調−明度特性を用いるのであれば、差分を二乗誤差として評価する場合は、式（２１）のように表される。
Figure 2009008916
また、ヒストグラム生成部１２で求められたｈ（ｘ）に対し、第１評価値算出ステップにて、重みを加える構成とすることもできる。例えば第１評価値の更新が式（１９）によって行われるのであれば、以下のように表される。
Figure 2009008916
ここでαは設定階調ｘの頻度ｈ（ｘ）にべき乗で与える重みである。αの値は様々に取り得るが、０より大きく、１以下の値とするのが経験的に確認されている。
現在の設定階調ｘによる第１評価値の算出が終了した後、全ての設定階調ｘについての第１評価値の算出が終了したかを判定し、終了していなければ、設定階調ｘを更新して、再度第１評価値算出ステップを行う。例えばヒストグラム生成部１２で求めたヒストグラムが０階調から２５５階調について１階調毎の頻度を求めたのであれば、まず設定階調ｘが２５５以上かを判定し、２５５未満であれば、設定階調ｘに１を加算して設定階調ｘを更新する。
（３−５−２）第２評価値算出ステップ
次に、第２評価値算出ステップの動作について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、現在の設定階調ｘ、バックライト輝度Ｉの場合の最大ダイナミックレンジにおける明るさ勾配Ｇ´（ｘ）を求める。
次に、設定階調ｘに対し出力階調変換選択番号ｉが指し示す階調変換関数ｆｉ（ｘ）を求める。
次に、階調変換関数ｆｉ（ｘ）に対する画像表示部２０における明るさ勾配ｇ´（ｆｉ（ｘ）、Ｉ）の差分値を算出する。
次に、この差分値にヒストグラム生成部１２で求めた設定階調ｘの頻度ｈ（ｘ）を乗算し、評価値Ｅ２に加算する。
例えば、差分を絶対値で評価する場合は、式（２３）のように表される。
Figure 2009008916
また、差分を二乗誤差として評価する場合は、式（２４）のように表される。
Figure 2009008916
なお、式（２３）、式（２４）では、階調−明るさ勾配特性を用いて評価を行っているが、これらは設置ステップ１及び設定ステップ２で設定した階調−明るさ勾配特性で評価すればよく、例えば階調−明度勾配特性を用いるのであれば、差分を二乗誤差として評価する場合は、式（２５）のように表される。
Figure 2009008916
また、ヒストグラム生成部１２で求められたｈ（ｘ）に対し、第２評価値算出ステップにて、重みを加える構成とすることもできる。例えば第２評価値の更新が式（２３によって行われるのであれば、以下のように表される。
Figure 2009008916
ここでβは設定階調ｘの頻度ｈ（ｘ）にべき乗で与える重みである。βの値は様々に取り得るが、０より大きく、１以下の値とするのが経験的に確認されている。
現在の設定階調ｘによる第２評価値の算出が終了した後、全ての設定階調ｘについての第２評価値の算出が終了したかを判定し、終了していなければ、設定階調ｘを更新して、再度第２評価値算出ステップを行う。例えばヒストグラム生成部１２で求めたヒストグラムが０階調から２５５階調について１階調毎の頻度を求めたのであれば、まず設定階調ｘが２５５以上かを判定し、２５５未満であれば、設定階調ｘに１を加算して設定階調ｘを更新する。
（３−５−３）評価値Ｅの算出
第１評価値Ｅ１及び第２評価値Ｅ２算出後、第１評価値と第２評価値に対する式（２７）に示すような重み付き線形和により評価値Ｅを算出する。
Figure 2009008916
ここで、λは、第１評価値と第２評価値の重みを表しており、０から１の範囲の値である。
（３−６）制御パラメータ更新ステップ
制御パラメータ更新ステップでは、現在のバックライト輝度Ｉ及び階調変換関数ｆｉ（ｘ）における評価値更新ステップで求められた評価値Ｅが最小かどうかを判定する。最小であれば、現在のバックライト輝度Ｉを出力バックライト輝度Ｉｏｐｔとし、現在の階調変換関数ｆｉ（ｘ）を指し示す出力階調変換選択番号ｉをｉｏｐｔとして、最小評価値Ｅｍｉｎを現在の評価値Ｅに更新する。
次に、予め設定された全ての出力階調変換選択番号に対する階調変換関数について評価が終了したかを判定し、終了していなければｉに１を加算して出力階調変換選択番号を更新する。
終了していれば、さらに、予め設定された全てのバックライト輝度Ｉについて評価が終了したかを判定し、終了していなければバックライト輝度Ｉを更新して、再度初期化ステップ２に戻る。
例えばバックライト輝度の変調範囲がＩｍｉｎからＩｍａｘで０．１刻みであれば、現在のバックライト輝度ＩがＩｍａｘ未満であれば、バックライト輝度Ｉに０．１を加算してバックライト輝度Ｉを更新する。
終了していれば、そのときの出力バックライト輝度Ｉｏｐｔ及び出力階調変換選択番号ｉｏｐｔが制御パラメータ選択部１４より出力される。
（３−７）第１評価値Ｅ１、第２評価値Ｅ２及び評価値Ｅ
ここで、第１評価値Ｅ１、第２評価値Ｅ２及び評価値Ｅについて説明する。
第１評価値Ｅ１は、画像表示部２０に表示したい明るさと、現在のバックライト輝度Ｉ、階調変換関数ｆｉ（ｘ）での画像表示部２０の実際の明るさとの類似度を表している。すなわち、第１評価値Ｅ１が小さいほど、画像表示部２０に表示したい明るさと、実際の画像表示部２０での明るさが類似していることを示している。
第２評価値Ｅ２は、画像表示部２０に表示したい明るさ勾配と、現在のバックライト輝度Ｉ、階調変換関数ｆｉ（ｘ）での画像表示部２０の実際の明るさ勾配との類似度を表している。すなわち、第２評価値Ｅ２が小さいほど、画像表示部２０に表示したい明るさ勾配（隣接階調間の明るさの差、コントラスト）と、実際の画像表示部２０での明るさ勾配（隣接階調間の明るさの差、コントラスト）が類似していることを示している。
評価値Ｅは、第１評価値と第２評価値の重み付き線形和であり、上記２つの評価値バランスを考慮して算出される値である。すなわち、評価値Ｅが小さいほど、第１評価値及び第２評価値があるバランスで小さくなっていることを示しており、画像表示部２０に表示したい明るさと明るさ勾配の両方が、実際の画像表示部２０での明るさと明るさ勾配に類似していることを示している。
（４）タイミングコントローラ１６
タイミングコントローラ１６では、制御パラメータ選択部１４で決定された階調変換関数を入力映像信号に適用して変換映像信号を生成すると共に、液晶パネル２２へ送出する変換映像信号とバックライト駆動部１８へ送出するバックライト輝度信号のタイミングを制御する。
（４−１）階調変換方法（ガンマ変換方法）
まず、階調変換方法について説明する。
制御パラメータ選択部１４の構成が、図１３に示すような、第２ルックアップテーブル２８に保持された階調変換関数を選択する方法の場合、本実施形態における画像表示装置１０の構成を図１７に示す。タイミングコントローラ１６内部には、映像変換部３０を備えている。
映像変換部３０は、制御パラメータ選択部１４で決定された出力階調変換選択番号ｉｏｐｔにより第２ルックアップテーブル２８を参照して、該当する階調変換関数を入力映像に適用する。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、式（２８）の処理を行う。
Figure 2009008916
ここで、Ｌｏｕｔ（ｕ，ｖ）は、位置（ｕ，ｖ）の入力映像の画素の変換された階調である。式（２８）の処理を、入力映像の１フレーム全ての画素に対して行うことで、入力映像が変換される。
（４−２）タイミング制御
次に、タイミング制御について説明する。
ヒストグラム生成部１２のおける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１６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輝度が制御パラメータ選択部１４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タイミングとなる。
そのため、タイミングコントローラ１６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、バックライト輝度信号の出力に同期させる。
また、上記構成では、入力映像と、その入力映像から算出されたバックライト輝度の出力タイミングを同期させる構成であるが、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２０に表示される映像に対し、バックライト輝度が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１６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。
（４−３）その他
タイミングコントローラ１６では、液晶パネル２２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、映像変換部３０で変換された変換映像と共に液晶パネル２２へ送出される。
（５）バックライト駆動部１８
バックライト駆動部１８では、タイミングコントローラ１６より出力されたバックライト輝度信号に基づいて、実際にバックライト２４を発光させる為のバックライト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２４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２４の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。
また、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２４の光源として用い、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１８からは、バックライト輝度信号に基づいてＰＷＭ制御信号を生成し、バックライト２４へ送出する。
（６）画像表示部２０
上記したように、画像表示部２０は、光変調素子部としての液晶パネル２２と、光源の輝度を変調可能な、液晶パネル２２の背面に設置されたバックライト２４により構成される。
画像表示部２０では、タイミングコントローラ１６より出力された変換映像信号を液晶パネル２２（光変調素子）に書き込む。また、制御パラメータ選択部１４により算出されたバックライト輝度信号に基づいて、バックライト駆動部１８より出力されたバックライト駆動信号によりバックライト２４を点灯させる。これにより、入力映像の表示を行う。なお、上記の通り、本実施形態では、バックライト２４の光源としてＬＥＤ光源を用いている。
（７）効果
以上、説明したように、本実施形態によれば、視覚的コントラストが優れ、かつ消費電力の低減した画像表示装置１０を提供することができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態による画像表示装置１０の基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるが、本実施形態では、制御パラメータ選択部１４において、バックライト輝度のフレーム間の変動量に制限を設けたことを特徴とする。
（１）輝度の変動量の制限
本実施形態による制御パラメータ選択部１４では、第１の実施形態と同様に、出力バックライト輝度Ｉｏｐｔが算出される。その後、以下の処理により、フレーム間のバックライト輝度の変動を制限する。
Figure 2009008916
但し、
Figure 2009008916
である。ここで、Ｉｏｐｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける出力バックライト輝度、ＴＩは変動の制限幅を表す。
つまり、式（２９）は、バックライト輝度がフレーム間でＴ１より大きく変動する場合は、その変動量をＴＩに制限することを示している。
上記のような処理を行うことで、入力映像のフレーム間で、バックライト輝度が大きく変動することを制限することができ、その結果、バックライト輝度の過剰な変動による、画像表示部２０に発生するちらつき（フリッカ）を抑制することができる。
（２）シーンチェンジ検出部３２
しかし、上記構成では、シーンチェンジ等の要因により、表示映像がフレーム間で大きく変化した場合も、バックライト輝度の変化量が制限されてしまい、その結果、表示映像に対してバックライト輝度の変化が大きく遅延する可能性がある。
そのため、図１８に示すように、シーンチェンジ検出部３２を設け、シーンチェンジ検出結果に基づいてバックライト輝度のフレーム間の変動量を制御する構成とすることが望ましい。
シーンチェンジ検出部３２によるシーンチェンジ検出方法は、様々に考えられるが、本実施形態では、時間的に隣接する２フレームから検出されたヒストグラムを用いて検出する方法とした。時刻ｔの設定階調ｘの頻度をｈ（ｘ，ｔ）とすると、シーンチェンジは、式（３１）を用いて検出される。
Figure 2009008916
ここで、ｓ（ｔ）は、時刻ｔにおけるシーンチェンジ検出結果を表し、１がシーンチェンジ、０が非シーンチェンジを表す。Ｔｓはシーンチェンジを判定する閾値である。
このシーンチェンジ検出結果を用いて、以下のように変動の制限幅ＴＩを制御した。
Figure 2009008916
ここで、αは、１より大きい正の実数であり、ＴＩ（ｔ）は、時刻ｔにおけるフレーム間のバックライト輝度の変化量の制限幅である。
すなわち、シーンチェンジでない場合（ｓ（ｔ）＝０）は、式（２９）と同じ制限幅ＴＩを用い、シーンチェンジの場合（ｓ（ｔ）＝１）は、制限幅ＴＩに係数αを乗じたＴＩより大きい制限幅とする。式（３２）により求められた制限幅ＴＩ（ｔ）を用いて式（２９）の処理を行うことにより、シーンチェンジ時の大きいバックライト輝度の変化時には、シーンの変化にバックライト輝度の変動を追従させることが可能となる。
（３）変更例１
なお、上記実施形態では、入力映像に対する出力バックライト輝度を算出した後、出力バックライト輝度の時間変動を制限する構成としているが、その他の構成も考えられる。
例えば、第１の実施形態では、予め定められたバックライト輝度変調範囲ＩｍｉｎからＩｍａｘの全ての範囲ついて、制御パラメータ更新ステップにおいて評価値Ｅを算出し、出力バックライト輝度を決定している。しかし、評価するバックライト輝度の範囲を１フレーム前の出力バックライト輝度の近傍に限定する構成にすることにより、フレーム間の出力バックライト輝度の過剰な変動を制限することができる。
すなわち、時刻ｔでの初期化ステップ１におけるバックライト輝度Ｉの初期値の代入において、第１の実施形態では、Ｉｍｉｎを設定していたが、本実施形態では、以下のように変更する。
Figure 2009008916
ここで、Ｉｏｐｔ（ｔ−１）は、時刻ｔ−１の出力バックライト輝度を示している。但し、ＩがＩｍｉｎ未満となる場合は、ＩをＩｍｉｎに修正する。
（４）変更例２
さらに、制御パラメータ更新ステップにおいて、バックライト輝度変調範囲全ての処理が完了したかの判定において、第１の実施形態では、変調範囲の最大値Ｉｍａｘ未満かどうかを判定していたが、本実施形態ではＩがＩｏｐｔ（ｔ−１）未満かつＩｍａｘ未満であるかを判定し、上記が成り立つ場合は、バックライト輝度を更新し、初期化ステップ２に戻り、成り立たない場合は、処理を終了するように変更する。
上記構成により、バックライト輝度は、前フレームにおける出力バックライト輝度Ｉｏｐｔ（ｔ−１）に対し±ＴＩの範囲でのみしか評価されないため、出力バックライト輝度Ｉｏｐｔ（ｔ）もその範囲に決定される。その結果、出力バックライト輝度の時間変動を制限することが可能となる。
なお、上記構成においても、シーンチェンジ検出を組み合わせることは可能であり、その場合、ＴＩは式（３２）を用いて求める構成とすればよい。
（変更例）
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。
例えば、画像表示部２０の構成として液晶パネル２２とバックライト２４とを組み合わせた透過型液晶表示装置における実施形態について説明してきたが、本実施形態は、透過型液晶表示装置以外にも様々な画像表示部２０の構成に適応可能である。
例えば、光変調素子としての液晶パネル２２と、ハロゲン光源等の光源を組み合わせた投射型の画像表示部２０にも適用可能である。
また、光源部としてのハロゲン光源と、ハロゲン光源からの光の反射を制御することにより画像の表示を行うデジタルマイクロミラーデバイスを光変調素子として利用する投射型の画像表示部２０でも良い。
本発明の第１の実施形態の画像表示装置のブロック図である。 頻度と階調の関係を表すヒストグラムである。 離散化した頻度と階調の関係を表すヒストグラムである。 制御パラメータ選択部のフローチャートである。 第１ルックアップテーブルの第１の内容である。 第１ルックアップテーブルの第２の内容である。 第１ルックアップテーブルを追加した画像表示装置のブロック図である。 第１ルックアップテーブルの第３の内容である。 第１ルックアップテーブルの第４の内容である。 第１ルックアップテーブルの第５の内容である。 第１ルックアップテーブルの第６の内容である。 階調変換関数の関係を示すグラフである。 第１、２ルックアップテーブルを追加した画像表示装置のブロック図である。 第２ルックアップテーブルの内容である。 第１評価値算出ステップのフローチャートである。 第２評価値算出ステップのフローチャートである。 第１、２ルックアップテーブルと映像変換部を追加した画像表示装置のブロック図である。 第１、２ルックアップテーブルとシーンチェンジ検出部を追加した画像表示装置のブロック図である。
符号の説明
１０ 画像表示装置
１２ ヒストグラム生成部
１４ 制御パラメータ選択部
１６ タイミングコントローラ
１８ バックライト駆動部
２０ 画像表示部

Claims (21)

  1. （１）光源輝度をｎ段階で調整可能な光源部と、
    （２）入力された信号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フレームから任意の階調毎に各階調範囲を代表する代表階調と、前記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、
    予め設定したｊ個の設定階調を、前記光変調素子部によって表示可能な出力階調に変換するｍ種類の階調変換関数をそれぞれ生成する関数生成部と、
    前記ｎ段階の光源輝度と、前記ｊ個の設定階調との組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調で前記画像表示部に表示する場合の理想的な第１の明るさをそれぞれ求める第１明るさ算出部と、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記組み合わせのそれぞれの階調変換関数で変換した出力階調で、前記画像表示部に表示する場合の第２の明るさをそれぞれ求める第２明るさ算出部と、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの前記第１の明るさと前記組み合わせのそれぞれの前記第２の明るさとの第１差分を算出する第１差分算出部と、
    前記第１差分のそれぞれに、前記第１差分のそれぞれの算出に用いられた設定階調に対応する前記代表階調毎の頻度を乗算することにより、第１乗算値のそれぞれを計算する第１乗算部と、
    前記ｊ個の設定階調のそれぞれについて、前記第１乗算値の和である第１の評価値を算出する第１総和算出部と、
    前記ｎ段階の光源輝度と、前記ｊ個の設定階調との組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記画像表示部に表示する場合の理想的な第１の明るさの勾配をそれぞれ求める第１明るさ勾配算出部と、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記組み合わせのそれぞれの階調変換関数で変換した出力階調で、前記画像表示部に表示する場合の第２の明るさの勾配をそれぞれ求める第２明るさ勾配算出部と、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記第１の明るさの勾配と前記第２の明るさの勾配との第２差分を算出する第２差分算出部と、
    前記第２差分のそれぞれに、前記第２差分のそれぞれの算出に用いられた設定階調に対応する前記代表階調毎の頻度を乗算することにより、第２乗算値のそれぞれを計算する第２乗算部と、
    前記ｊ個の設定階調のそれぞれについて、前記第２乗算値の和である第２の評価値を算出する第２総和算出部と、
    前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの前記第１評価値と前記組み合わせのそれぞれの前記第２評価値との重み付き線形和をそれぞれ求める重み付き線形和算出部と、
    前記各重み付き線形和の中で、予め定めた閾値以下、または、最小となる前記重み付き線形和を求める判断部と、
    前記求めた重み付き線形和に対応する最適光源輝度及び最適階調変換関数を選択する制御パラメータ選択部と、
    前記入力映像の１フレームに対し、前記最適階調変換関数により変換された変換映像を前記光変調素子部に与えると共に、前記最適光源輝度で発光するように前記光源部に設定する制御部と、
    を備えた画像表示装置。
  2. 前記第１乗算部は、前記設定階調毎の第１差分に、前記ヒストグラムにおける前記設定階調の頻度をα乗（αは０より大きい実数）した値を乗算し、
    前記第２乗算部は、前記設定階調毎の第２差分に、前記ヒストグラムにおける前記設定階調の頻度をβ乗（βは０より大きい実数）した値を乗算する、
    請求項１記載の画像表示装置。
  3. 前記関数生成部が生成する前記ｍ種類の階調変換関数は、前記ｎ段階の光源輝度毎に異なる、
    請求項１記載の画像表示装置。
  4. 前記関数生成部が生成する前記ｍ種類の階調変換関数は、暗い光源輝度に対応する前記階調変換関数ほど、低階調側の前記設定階調に対する前記出力階調の傾きが大きい、
    請求項３記載の画像表示装置。
  5. 前記関数生成部が生成する前記ｍ種類の階調変換関数は、明るい光源輝度に対応する前記階調変換関数ほど、高階調側の前記設定階調に対する前記出力階調の傾きが大きい、
    請求項３記載の画像表示装置。
  6. 前記関数生成部は、前記ｎ段階の光源輝度のそれぞれについて、前記階調変換関数を複数生成する、
    請求項１記載の画像表示装置。
  7. 前記設定階調と、前記設定階調に対して予め設定された明るさとを対応付けた第１テーブルデータを有し、
    前記第１明るさ算出部は、前記第１テーブルデータを参照して前記第１の明るさを求め、
    前記第１明るさ勾配算出部は、前記第１テーブルデータを参照して前記設定階調の明るさと、前記設定階調に隣接する階調の明るさとの差分を、前記第１の明るさの勾配として求める、
    請求項１記載の画像表示装置。
  8. 前記設定階調と、前記設定階調を前記階調変換関数によって変換した出力階調とを対応付けた前記第２テーブルデータを有し、
    前記第２明るさ算出部は、前記第２テーブルデータを参照して前記第２の明るさを求め、
    前記第２明るさ勾配算出部は、前記第２テーブルデータを参照して前記設定階調の明るさと、前記設定階調に隣接する階調の明るさとの差分を、前記第２の明るさの勾配として求める、
    請求項１記載の画像表示装置。
  9. 前記ｎ段階の光源輝度のそれぞれについて、前記出力階調と、前記出力階調を前記光源輝度により前記画像表示部を照明したときの明るさとを対応付けた第３テーブルデータを有し、
    前記第２明るさ算出部は、前記第３テーブルデータを参照して、前記出力階調を前記一つの光源輝度により前記画像表示部を照明したときの第２の明るさを求め、
    前記第２明るさ勾配算出部は、前記第３テーブルデータを参照して、前記出力階調を前記一つの光源輝度により前記画像表示部を照明したときの明るさと、前記出力階調に隣接する階調を前記一つの光源輝度により前記画像表示部を照明したときの明るさとの差分を、前記第２の明るさの勾配として求める、
    請求項１記載の画像表示装置。
  10. （１）暗い輝度から明るい輝度に向かってｎ段階の光源輝度に調整可能な光源部と、
    （２）入力映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に前記入力映像を表示する画像表示方法において、
    入力映像の１フレームから任意の階調毎に各階調範囲を代表する代表階調と、前記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ステップと、
    予め設定したｊ個の設定階調を、前記光変調素子部によって表示可能な出力階調に変換するｍ種類の階調変換関数をそれぞれ生成する関数生成ステップと、
    前記ｎ段階の光源輝度と、前記ｊ個の設定階調との組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調で前記画像表示部に表示する場合の理想的な第１の明るさをそれぞれ求める第１明るさ算出ステップと、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記組み合わせのそれぞれの階調変換関数で変換した出力階調で、前記画像表示部に表示する場合の第２の明るさをそれぞれ求める第２明るさ算出ステップと、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの前記第１の明るさと前記組み合わせのそれぞれの前記第２の明るさとの第１差分を算出する第１差分算出ステップと、
    前記第１差分のそれぞれに、前記第１差分のそれぞれの算出に用いられた設定階調に対応する前記代表階調毎の頻度を乗算することにより、第１乗算値のそれぞれを計算する第１乗算ステップと、
    前記ｊ個の設定階調のそれぞれについて、前記第１乗算値の和である第１の評価値を算出する第１総和算出ステップと、
    前記ｎ段階の光源輝度と、前記ｊ個の設定階調との組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記画像表示部に表示する場合の理想的な第１の明るさの勾配をそれぞれ求める第１明るさ勾配算出ステップと、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記組み合わせのそれぞれの階調変換関数で変換した出力階調で、前記画像表示部に表示する場合の第２の明るさの勾配をそれぞれ求める第２明るさ勾配算出ステップと、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記第１の明るさの勾配と前記第２の明るさの勾配との第２差分を算出する第２差分算出ステップと、
    前記第２差分のそれぞれに、前記第２差分のそれぞれの算出に用いられた設定階調に対応する前記代表階調毎の頻度を乗算することにより、第２乗算値のそれぞれを計算する第２乗算ステップと、
    前記ｊ個の設定階調のそれぞれについて、前記第２乗算値の和である第２の評価値を算出する第２総和算出ステップと、
    前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの前記第１評価値と前記組み合わせのそれぞれの前記第２評価値との重み付き線形和をそれぞれ求める重み付き線形和算出ステップと、
    前記各重み付き線形和の中で、予め定めた閾値以下、または、最小となる前記重み付き線形和を求める判断ステップと、
    前記求めた重み付き線形和に対応する最適光源輝度及び最適階調変換関数を選択する制御パラメータ選択ステップと、
    前記入力映像の１フレームに対し、前記最適階調変換関数により変換された変換映像を前記光変調素子部に与えると共に、前記最適光源輝度で発光するように前記光源部に設定する制御ステップと、
    を備えた画像表示方法。
  11. 前記第１乗算ステップは、前記設定階調毎の第１差分に、前記ヒストグラムにおける前記設定階調の頻度をα乗（αは０より大きい実数）した値を乗算し、
    前記第２乗算ステップは、前記設定階調毎の第２差分に、前記ヒストグラムにおける前記設定階調の頻度をβ乗（βは０より大きい実数）した値を乗算する、
    請求項１０記載の画像表示方法。
  12. 前記関数生成ステップが生成する前記ｍ種類の階調変換関数は、前記ｎ段階の光源輝度毎に異なる、
    請求項１０記載の画像表示方法。
  13. 前記関数生成ステップが生成する前記ｍ種類の階調変換関数は、暗い光源輝度に対応する前記階調変換関数ほど、低階調側の前記設定階調に対する前記出力階調の傾きが大きい、
    請求項１２記載の画像表示方法。
  14. 前記関数生成ステップが生成する前記ｍ種類の階調変換関数は、明るい光源輝度に対応する前記階調変換関数ほど、高階調側の前記設定階調に対する前記出力階調の傾きが大きい、
    請求項１２記載の画像表示方法。
  15. 前記関数生成ステップは、前記ｎ段階の光源輝度のそれぞれについて、複数の前記階調変換関数を生成する、
    請求項１０記載の画像表示方法。
  16. （１）暗い輝度から明るい輝度に向かってｎ段階の光源輝度に調整可能な光源部と、
    （２）入力映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に前記入力映像を表示する画像表示プログラムにおいて、
    入力映像の１フレームから任意の階調毎に各階調範囲を代表する代表階調と、前記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機能と、
    予め設定したｊ個の設定階調を、前記光変調素子部によって表示可能な出力階調に変換するｍ種類の階調変換関数をそれぞれ生成する関数生成機能と、
    前記ｎ段階の光源輝度と、前記ｊ個の設定階調との組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調で前記画像表示部に表示する場合の理想的な第１の明るさをそれぞれ求める第１明るさ算出機能と、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記組み合わせのそれぞれの階調変換関数で変換した出力階調で、前記画像表示部に表示する場合の第２の明るさをそれぞれ求める第２明るさ算出機能と、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの前記第１の明るさと前記組み合わせのそれぞれの前記第２の明るさとの第１差分を算出する第１差分算出機能と、
    前記第１差分のそれぞれに、前記第１差分のそれぞれの算出に用いられた設定階調に対応する前記代表階調毎の頻度を乗算することにより、第１乗算値のそれぞれを計算する第１乗算機能と、
    前記ｊ個の設定階調のそれぞれについて、前記第１乗算値の和である第１の評価値を算出する第１総和算出機能と、
    前記ｎ段階の光源輝度と、前記ｊ個の設定階調との組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記画像表示部に表示する場合の理想的な第１の明るさの勾配をそれぞれ求める第１明るさ勾配算出機能と、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの設定階調を前記組み合わせのそれぞれの階調変換関数で変換した出力階調で、前記画像表示部に表示する場合の第２の明るさの勾配をそれぞれ求める第２明るさ勾配算出機能と、
    前記ｊ個の設定階調、前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記第１の明るさの勾配と前記第２の明るさの勾配との第２差分を算出する第２差分算出機能と、
    前記第２差分のそれぞれに、前記第２差分のそれぞれの算出に用いられた設定階調に対応する前記代表階調毎の頻度を乗算することにより、第２乗算値のそれぞれを計算する第２乗算機能と、
    前記ｊ個の設定階調のそれぞれについて、前記第２乗算値の和である第２の評価値を算出する第２総和算出機能と、
    前記ｎ段階の光源輝度、及び、前記ｍ種類の階調変換関数の組み合わせのそれぞれについて、前記組み合わせのそれぞれの前記第１評価値と前記組み合わせのそれぞれの前記第２評価値との重み付き線形和をそれぞれ求める重み付き線形和算出機能と、
    前記各重み付き線形和の中で、予め定めた閾値以下、または、最小となる前記重み付き線形和を求める判断機能と、
    前記求めた重み付き線形和に対応する最適光源輝度及び最適階調変換関数を選択する制御パラメータ選択機能と、
    前記入力映像の１フレームに対し、前記最適階調変換関数により変換された変換映像を前記光変調素子部に与えると共に、前記最適光源輝度で発光するように前記光源部に設定する制御機能と、
    をコンピュータによって実現する画像表示プログラム。
  17. 前記第１乗算機能は、前記設定階調毎の第１差分に、前記ヒストグラムにおける前記設定階調の頻度をα乗（αは０より大きい実数）した値を乗算し、
    前記第２乗算機能は、前記設定階調毎の第２差分に、前記ヒストグラムにおける前記設定階調の頻度をβ乗（βは０より大きい実数）した値を乗算する、
    請求項１６記載の画像表示プログラム。
  18. 前記関数生成機能が生成する前記ｍ種類の階調変換関数は、前記ｎ段階の光源輝度毎に異なる、
    請求項１６記載の画像表示プログラム。
  19. 前記関数生成機能が生成する前記ｍ種類の階調変換関数は、暗い光源輝度に対応する前記階調変換関数ほど、低階調側の前記設定階調に対する前記出力階調の傾きが大きい、
    請求項１８記載の画像表示プログラム。
  20. 前記関数生成機能が生成する前記ｍ種類の階調変換関数は、明るい光源輝度に対応する前記階調変換関数ほど、高階調側の前記設定階調に対する前記出力階調の傾きが大きい、
    請求項１８記載の画像表示プログラム。
  21. 前記関数生成機能は、前記ｎ段階の光源輝度のそれぞれについて、複数の前記階調変換関数を生成する、
    請求項１６記載の画像表示プログラム。
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