JP2009086222A - 映像補正装置及び映像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】映像信号のガンマ補正処理によって生じるAPL変動分の補正を液晶バネルのバックライト輝度を変化させて行い、黒潰れ・白潰れを低減し、階調豊かな画像表示をおこなうことができる映像表示装置を提供する。
【解決手段】液晶パネル13aと、液晶パネル13aを背面側から照射するバックライトユニット13bとを備えたパネルモジュール13に接続可能であり、画像表示する際に、入力映像の最明暗部を含む画像全域に亘り階調数を等しくするためのガンマ補正カーブを決定し、決定したガンマ補正カーブに応じて入力映像を補正した補正入力映像を生成出力し、かつ入力映像の輝度の平均値に対する補正入力映像の輝度の平均値の差分に応じて、補正入力映像を照射表示する際の照射光量を調整する調整信号を生成出力する。
【選択図】図2

Description

本発明は、画像表示を行うための入力映像の輝度を分析して、画面全体が均一な階調数で黒潰れや白潰れが生じない画像表示を可能とする映像補正装置、及び、この映像補正装置を備えた映像表示装置に関する。
図4は従来の映像補正装置の構成を示すブロック図である。
従来の映像補正装置Aは、画像表示を行うための入力映像の輝度成分を分析し、図示せぬ液晶表示パネルにて画面全体が均一な階調数の明るさで画像表示を行うために、入力映像に対して、ガンマ補正等の必要な輝度調整を行うための映像補正装置である。また、この映像補正装置Aは、図示せぬ液晶表示装置(以下「ディスプレイ装置」と記す)に内蔵可能な構成を有している。
映像補正装置Aは、図4に示すように、第1の映像特徴検出部1、利得制御処理部2、第1の階調可変利得処理部3、第2の映像特徴検出部4、補正制御処理部5、APL(Average Picture Level、以下「APL」と記す)補正処理部6、第2の階調可変利得処理部7を有している。
第1の映像特徴検出部1、利得制御処理部2、第1の階調可変利得処理部3は、装置Aの入力側に位置する第1ステップ部を構成し、また、第2の映像特徴検出部4、補正制御処理部5、APL補正処理部6、第2の階調可変利得処理部7は、装置Aの出力側に位置する第2ステップ部を構成している。
前記した第1の映像特徴検出部1及び第1の階調可変利得処理部3には、装置Aの外部から供給される入力映像信号から抽出した入力輝度信号Yinが、それぞれ供給される。第1の映像特徴検出部1は、入力輝度信号Yinの輝度レベル分布(ヒストグラム)、輝度平均値(APL)、輝度の最大値(MAX)、輝度の最小値(MIN)をそれぞれ検出出力する。そして、これら検出結果は、第1の映像特徴検出部1から利得制御処理部2及び補正制御処理部5へそれぞれ供給される。
前記した利得制御処理部2は、第1の映像特徴検出部1から供給される各検出結果に応じて、図示せぬ液晶表示パネルにて表示画面全体が均一な階調数の明るさになるように、入出力輝度特性(ガンマカーブ)を決定する。そして利得制御処理部2はこのガンマカーブに応じた利得制御信号を第1の階調可変利得処理部3へ出力する。
これにより、第1の階調可変利得処理部3は、入力輝度信号Yinを供給される利得制御信号に応じて生成したガンマカーブで調整して得た出力輝度信号Yout1を、第2の映像特徴検出部4及びAPL補正制御処理部6へそれぞれ出力する。
前記した第2の映像特徴検出部4は、第1の階調可変利得処理部3から供給される出力輝度信号Yout1の輝度の特徴(ヒストグラム、APL、MAX、MIN)を検出し、この検出結果を補正制御処理部5へ供給する。
前記した補正制御処理部5は、第1の映像特徴検出部1から供給された各検出結果と、第2の映像特徴検出部4から供給された各検出結果とに基づいて、APL補正制御データを生成し、APL補正処理部6へ出力する。同時に、映像特徴検出結果に基づいた最適なガンマカーブの形状を指定するための階調可変制御データを生成し、階調可変利得処理部7へ出力する。
前記したAPL補正処理部6は、第1の階調可変利得処理部3から供給される出力輝度信号Yout1を、補正制御処理部5から供給されるAPL補正制御データを用いて、APL補正処理を行い、このAPL補正処理を行って得た補正出力輝度信号を第2の階調可変利得処理部7へ出力する。
前記した第2の階調可変利得処理部7は、補正制御処理部5から供給される前記階調可変制御データに基づいて、前記補正出力輝度信号をさらに補正して、補正輝度信号Yout2を出力する。この補正輝度信号Yout2はRGB信号と共に液晶表示パネルに供給され、ここで画像表示される。
以上が、第2ステップの処理である。
ここで、前記した第1ステップのガンマ処理について説明する。
第1ステップは、前述したように、ヒストグラム、APL、MAX、MINをそれぞれ検出し、この検出結果により導き出された階調可変利得処理を行う。この階調可変利得処理の特性の一例を、図5に示す。
図4に示すように、破線Iで示すゲイン=1の特性は、入力輝度信号Yinが第1の階調可変利得処理部3をスルー出力する状態を示している。これに対して、実線IIは中間階調が浮く(明るい)状態の特性を示している。
実線IIで示すガンマ特性は、出力信号レベルの中心部がその周囲に比べて明るく浮く現象を示しており、カーブの実線IIが直線の実線Iと交差していない。この実線(カーブ)IIを使ってガンマ処理を行った場合、第1の映像特徴検出部1で検出した入力輝度信号YinのAPL値と、第2の映像特徴検出部4で検出した出力輝度信号Yout1のAPL値とでは、後者の方がプラス側に変動する。図6はAPL変動分がプラスになる時の入力輝度信号Yinのヒストグラムの一例を示している。
こうした実線(カーブ)IIを有する出力輝度信号Yout1を液晶表示パネルで画像表示すると、液晶表示パネルの画面全体の明るさが、破線(直線)Iを有する入力輝度信号Yinを表示した場合と比べて、増大してしまう。このため、出力輝度信号Yout1においてもAPL値が変動しないように、ガンマ補正処理前後のAPL値の差を「0」にするように、APL補正処理部6で、第1の階調可変利得処理部3から供給される出力輝度信号Yout1のAPL補正処理を行う。
このAPL補正の特性を図7に示す。APL補正処理部6で行うAPL補正処理は、前記した出力輝度信号Yout1をオフセットすることにより行われ、図示する場合、前記した破線Iで示すゲイン=1の特性を、矢印で示すように、一律下げ、実線IIIで示す特性とする。
しかしながら、上記したAPL補正処理までを含めてガンマ補正処理と考えると、等価的には図8に示す実線IVで示すガンマカーブを適用していることに等しくなる。この結果、実線(ガンマカーブ)IVの出力が「0」固定になっている低輝度部分では画像情報が欠落し、いわゆる黒潰れを招く。一方、図5で示すガンマカーブと逆特性のカーブで処理を行う場合には、高輝度部分でガンマカーブの出力が「1023」固定になり画像情報が欠落、いわゆる白潰れを招く。
この黒潰れ、白潰れの発生を防止するために、特開2006−311102号公報(特許文献1)に記載された発明は、上記したAPL補正処理を行う際、図9の実線Vに示すように、黒側の特性を寝かせる(即ち、実線Vで示す特性のうち低階調の実線部分V1を、これ以外の実線部分V2に比較して、その傾きを緩やかにする)ことにより、低階調の実線部分V1においても出力が「0」固定とならず、黒潰れを軽減できる。また同様に、白潰れも軽減することが開示されている。
特開2006−311102号公報
しかしながら、特許文献1に記載された発明では、黒潰れや白潰れは軽減できるものの、図9に示すように、特性Vの低階調の実線部分V1では、これ以外の実線部分V2に比べて、輝度レベルのダイナミックレンジが圧縮されている状態であるから、この実線部分V1ではAPL処理前よりも処理後には階調数が減少してしまい、この結果、表示画像の暗部、明部におけるコントラスト感の低下も起きやすい問題が生じていた。
詳しくは、図6に示すヒストグラムを持つ入力映像に対してガンマ処理を行うときには、図5に示した中間階調が浮くような特性(実線II)になるが、画像のコントラスト感を低下させないためには最も頻度の多い暗部の情報を忠実に明瞭に表示することが大切である。このために、画像の暗部である実線部分V1の傾きをより大きくして階調を拡大し、暗部のコントラスト感の低下を防止したいのであるが、上記したように、黒潰れを軽減するためにこの実線部分V1はAPL処理後、元の階調数よりも階調数が減少してしまっているので、この画像の暗部のコントラスト感が低下することになっていた。
このように、従来は、図5のようなヒストグラムを持つ入力映像に対してガンマ処理を行う場合、APL補正処理により画像全体をガンマ処理前と等しい明るさで表示して、かつ黒潰れ、白潰れの発生を軽減することはできるものの、画像暗部または画像明部における各階調数はガンマ処理前に比べて減少するため、ガンマ処理の効果を高められないという問題があった。
そこで本発明は、このような問題に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、入力映像信号(入力輝度信号)のガンマ補正処理によって生じるAPL変動分の補正を、当該映像信号を画像表示するための表示パネルのバックライト輝度を変化させて行うことにより、従来生じていた黒潰れ、白潰れをさらに軽減し、かつ階調豊かな画像表示を行うことができる映像補正装置、及び、この映像補正装置を備えた映像表示装置を提供することを目的とする。
そこで本発明は、上記した課題を解決するために、下記する(1),(2)の構成を有する映像補正装置及び映像表示装置を提供する。
(1) 入力映像を画像表示する表示パネル13aと、前記表示パネル13aを背面側から照射する光源13bとを備えた映像表示装置に接続可能であり、かつ
前記入力映像を画像表示する際に、当該入力映像の最明暗部を含む画像全域に亘り階調数を等しくするためのガンマ補正カーブを決定し、決定した当該ガンマ補正カーブに応じて前記入力映像を補正して得た補正入力映像を出力し、かつ前記入力映像の輝度の平均値に対する前記補正入力映像の輝度の平均値の差分に応じて、前記補正入力映像を画像表示する際の照射光量を調整する調整信号を生成出力する映像補正装置Cであって、
前記入力映像の輝度レベル分布であるヒストグラム及び前記入力映像の平均値、最大値、最小値をそれぞれ検出して出力する第1の検出部1と、
前記ガンマ補正カーブを、前記第1の検出部から出力する検出結果に基づいて決定し、決定した当該ガンマ補正カーブに応じて前記入力映像を補正して得た前記補正入力映像を生成して、前記表示パネル13aへ出力する(利得制御処理部2と階調可変利得処理部11とから構成される)補正部と、
前記補正部から出力する前記補正入力映像の輝度の平均値を検出する第2の検出部4と、
前記第1の検出部1から出力する前記輝度の平均値と、前記第2の検出部から出力する前記輝度の平均値との差分を検出して出力する第3の検出部5と、
前記第3の検出部5から出力する差分信号に応じて、前記補正入力映像を画像表示する際の照射光量を調整する前記調整信号を生成して、前記光源へ出力する出力部12とを備えたことを特徴とする映像補正装置。
(2)入力映像を画像表示する際に、当該入力映像の最明暗部を含む画像全域に亘り階調数を等しくするように画像表示を行うためのガンマ補正カーブ(ガンマカーブ)を決定し、決定した当該ガンマ補正カーブに応じて前記入力映像を補正して得た補正入力映像を出力し、かつ前記入力映像の輝度の平均値(APL)に対する前記補正入力映像の輝度の平均値の差分に応じて、前記補正入力映像を画像表示する際の(背面側からの)照射光量を調整するための調整信号(PWM信号)を生成出力する映像補正装置Cと、
前記映像補正装置Cから出力する前記補正入力映像を表示する表示パネル(液晶パネル)13aと、
前記映像補正装置C(変調部12)から出力する前記調整信号を入力し、かつ前記表示パネル13aを背面側から照射する光源(バックライト)13bと、
を備えた映像表示装置Bであって、
前記映像補正装置Cは、
前記入力映像の輝度レベル分布であるヒストグラム及び前記入力映像の輝度の平均値、最大値、最小値をそれぞれ検出して出力する第1の検出部(第1の映像特徴検出部)1と、
前記ガンマ補正カーブを、前記第1の検出部1から出力する検出結果に基づいて決定し、決定した当該ガンマ補正カーブに応じて前記入力映像を補正して得た前記補正入力映像を生成し、前記表示パネル13aへ出力する(利得制御処理部2と階調可変利得処理部11とから構成される)補正部と、
前記補正部から出力する前記補正入力映像の輝度の平均値を検出する第2の検出部(第2の映像特徴検出部)4と、
前記第1の検出部1から出力する前記輝度の平均値と、前記第2の検出部4から出力する前記輝度の平均値との差分を検出して出力する第3の検出部(補正制御処理部)5と、
前記第3の検出部5から出力する差分信号に応じて、前記補正入力映像を画像表示する際の照射光量を調整する前記調整信号を生成して、前記光源13bへ出力する出力部(変調部)12とを備えたことを特徴とする映像表示装置。
本発明は、入力映像信号(入力輝度信号)のガンマ補正処理によって生じるAPL変動分の補正を、当該映像信号を画像表示するための表示バネルのバックライト輝度を変化させて行うことにより、従来生じていた黒潰れ、白潰れをさらに軽減し、かつ階調豊かな画像を表示することができる映像補正装置、及び、この映像補正装置を備えた映像表示装置を提供することができる。
以下、本発明の映像補正装置、及び、この映像補正装置を備えた映像表示装置の実施の形態を説明する。
図1は本発明の映像表示装置の実施の形態を示すブロック図、図2は本発明の映像補正装置の実施の形態を示すブロック図である。
図1中、8はアンテナ、9はチューナ、10はデコーダ、13はパネルモジュールである。パネルモジュール13は、液晶パネル13aと、バックライトユニット13bとを備えている。
本発明の映像表示装置の実施の形態である液晶ディスプレイ装置B(図1)は、チューナ9、デコーダ10、本発明の映像補正装置C(図2)、パネルモジュール13を有している。アンテナ8を介して、入来するデジタル放送等の電波をチューナ9で受信し、受信した放送チャネルのビットストリームを取り出し、デコーダ10で圧縮信号を復号することにより、ベースバンドの映像信号を得た後、映像補正装置Cへ出力する。なお、説明を分かりやすくするために、輝度信号について説明を行う。
映像補正装置Cは、図2に示すように、第1の映像特徴検出部1、利得制御処理部2、階調可変利得処理部11、第2の映像特徴検出部4、補正制御処理部5、変調部12を有している。前述した映像補正装置C(図4)と同一構成部分には同一符号を付している。階調可変利得処理部11は上記した第1の階調可変利得処理部3と同一構成である。
第1の映像特徴検出部1、利得制御処理部2、階調可変利得処理部11は、装置Cの入力側に位置する第1ステップを構成し、また、第2の映像特徴検出部4、補正制御処理部5、変調部12は、装置Cの出力側に位置する第2ステップを構成している。
前記した第1の映像特徴検出部1及び階調可変利得処理部11には、装置Cの外部から(デコーダ10から出力するベースバンドの映像信号から抽出した)入力輝度信号Yinが、それぞれ供給される。第1の映像特徴検出部1は、入力輝度信号Yinの輝度レベル分布(ヒストグラム)、輝度平均値(APL)、輝度の最大値(MAX)、輝度の最小値(MIN)をそれぞれ検出出力する。そして、これら検出結果は、第1の映像特徴検出部1から利得制御処理部2及び補正制御処理部5へそれぞれ供給される。
前記した利得制御処理部2は、第1の映像特徴検出部1から供給される各検出結果に応じて、パネルモジュール13にて表示画面全体が均一な階調数の明るさになるように、入出力輝度特性(ガンマカーブ)を決定する。そして利得制御処理部2はこのガンマカーブに応じた利得制御信号を階調可変利得処理部11へ出力する。
これにより、階調可変利得処理部11は、入力輝度信号Yinを供給される利得制御信号に応じて生成したガンマカーブで調整して得た出力輝度信号Yout1を、第2の映像特徴検出部4及び液晶パネル13aへそれぞれ出力する。出力輝度信号Yout1は、この後何らの補正処理を行わず図示しない出力色信号と共に、RGB信号に変換して液晶表示パネル13aに供給され、ここで画像表示される。
一方、前記した第2の映像特徴検出部4は、階調可変利得処理部11から供給される出力輝度信号Yout1の輝度の特徴(ヒストグラム、APL、MAX、MIN)を検出し、この検出結果を補正制御処理部5へ供給する。
前記した補正制御処理部5は、第1の映像特徴検出部1から供給された各検出結果と、第2の映像特徴検出部4から供給された各検出結果とに基づいて、階調可変制御データを生成し、変調部12へ出力する。
言い換えれば、補正制御処理部5は、第1の映像特徴検出部1と第2の映像特徴検出部4との各検出結果を用いて、APLの変動分を計算し、表示画面全体の輝度を上昇または低下させるための補正量を、変調部12へ送出する。
変調部12は、液晶表示パネル13aに供給する出力輝度信号Yout1のガンマカーブ調整に伴って発生したAPLの変動分をバックライト13bの光量を制御することで置換するために、バックライトユニット13bに供給するPWM(パルス幅変調)信号のデューティ比を変更する(図3)。PWM信号を用いて行うバックライトユニット13bの光量の制御は、ユーザーが面フリッカや不連続感を感じないように、そのデューティ比を細かいステップで変更して行うことが望ましい。
図3(a),(b)は、変調部12が出力するPWM信号を説明するための図である。
変調部12は、PWM信号をそのままバックライトユニット13bに入力する場合と、図示せぬ低域フィルタでPWM信号を平滑化し、直流電圧に変換してバックライトユニット13bに入力する場合との二通りがある。いずれの方法も、パルス幅(width)と周期(cycle)との比率(デューティ比)を制御してバックライト輝度を調整するものである。
図3(a)に示すように、PWM信号のデューティ比が高ければ、バックライトユニット13bに供給する直流電圧が高くなるから、液晶パネル13aで画像表示される画像を比較的高輝度で明るく照射できる。一方、図3(b)に示すように、PWM信号のデューティ比が低ければ、バックライトユニット13bに供給する直流電圧は低くなるから、液晶パネル13aで画像表示される画像を比較的低輝度で暗く照射できる。
このように、従来は入力輝度信号を演算してAPL補正を行うため、図8又は図9に示すように、画像暗部、画像明部が潰れたり階調数が減少して、ガンマ補正処理の効果が不十分であったのに対して、本発明では、APLの変動分をバックライト光量の調整により最終的な画面輝度を変化させて表示画像の輝度補正を行うため、輝度信号は図5のガンマカーブのまま表示デバイスである液晶パネル13aに供給ことができる。
この結果、液晶パネル13aにおける表示画像の暗部の黒潰れや明部の白潰れがなくなり、映像信号のダイナミックレンジをフルに使用できるとともに、ガンマ補正処理の効果を最大限に発揮することができる。
上記した本発明技術は液晶表示装置以外にも、画面輝度を映像信号とは独立に変更可能な方式の映像表示装置に適用可能である。
また、上記した本発明の映像表示装置の実施の形態である液晶ディスプレイ装置Bは、チューナ9を備えたTV受像機としての構成を用いて説明したが、本発明の映像表示装置はこの構成に限定されることなく、チューナ9を備えていないTVモニタとしての構成を有しているだけであってもよく、また、チューナ9及びデコーダ10を備えていなくても、信号圧縮されていない映像信号が入力可能であるTVモニタであってもよい。
本発明の映像表示装置の実施の形態を示すブロック図である。 本発明の映像補正装置の実施の形態を示すブロック図である。 変調部の動作を説明するための図である。 従来の映像補正装置の構成を示すブロック図である。 ガンマ補正処理の入出力特性を示すグラフである。 ガンマ補正処理によってAPL変動分がプラスになる時の、映像信号のヒストグラムを示す図である。 従来の映像補正装置におけるAPL補正処理部の特性を示すグラフである。 従来の映像補正装置におけるAPL補正処理まで含めたガンマカーブを示すグラフである。 特開2006−311102号公報に記載されたAPL補正処理の特性を示すグラフである。
符号の説明
1 第1の映像特徴検出部(第1の検出部)
2 利得制御処理部
3 第1の階調可変利得処理部
4 第2の映像特徴検出部(第2の検出部)
5 補正制御処理部(第3の検出部)
11 階調可変利得処理部
12 変調部(出力部)
13 パネルモジュール
13a 液晶パネル(表示パネル)
13b バックライトユニット(光源)
A,C 映像補正装置
B 液晶ディスプレイ装置(映像表示装置)

Claims (2)

  1. 入力映像を画像表示する表示パネルと、前記表示パネルを背面側から照射する光源とを備えた映像表示装置に接続可能であり、かつ
    前記入力映像を画像表示する際に、当該入力映像の最明暗部を含む画像全域に亘り階調数を等しくするためのガンマ補正カーブを決定し、決定した当該ガンマ補正カーブに応じて前記入力映像を補正して得た補正入力映像を出力し、かつ前記入力映像の輝度の平均値に対する前記補正入力映像の輝度の平均値の差分に応じて、前記補正入力映像を画像表示する際の照射光量を調整する調整信号を生成出力する映像補正装置であって、
    前記入力映像の輝度レベル分布であるヒストグラム及び前記入力映像の平均値、最大値、最小値をそれぞれ検出して出力する第1の検出部と、
    前記ガンマ補正カーブを、前記第1の検出部から出力する検出結果に基づいて決定し、決定した当該ガンマ補正カーブに応じて前記入力映像を補正して得た前記補正入力映像を生成して、前記表示パネルへ出力する補正部と、
    前記補正部から出力する前記補正入力映像の輝度の平均値を検出する第2の検出部と、
    前記第1の検出部から出力する前記輝度の平均値と、前記第2の検出部から出力する前記輝度の平均値との差分を検出して出力する第3の検出部と、
    前記第3の検出部から出力する差分信号に応じて、前記補正入力映像を画像表示する際の照射光量を調整する前記調整信号を生成して、前記光源へ出力する出力部とを備えたことを特徴とする映像補正装置。
  2. 入力映像を画像表示する際に、当該入力映像の最明暗部を含む画像全域に亘り階調数を等しくするように画像表示を行うためのガンマ補正カーブを決定し、決定した当該ガンマ補正カーブに応じて前記入力映像を補正して得た補正入力映像を出力し、かつ前記入力映像の輝度の平均値に対する前記補正入力映像の輝度の平均値の差分に応じて、前記補正入力映像を画像表示する際の照射光量を調整するための調整信号を生成出力する映像補正装置と、
    前記映像補正装置から出力する前記補正入力映像を表示する表示パネルと、
    前記映像補正装置から出力する前記調整信号を入力し、かつ前記表示パネルを背面側から照射する光源と、を備えた映像表示装置であって、
    前記映像補正装置は、
    前記入力映像の輝度レベル分布であるヒストグラム及び前記入力映像の輝度の平均値、最大値、最小値をそれぞれ検出して出力する第1の検出部と、
    前記ガンマ補正カーブを、前記第1の検出部から出力する検出結果に基づいて決定し、決定した当該ガンマ補正カーブに応じて前記入力映像を補正して得た前記補正入力映像を生成し、前記表示パネルへ出力する第1の補正部と、
    前記第1の補正部から出力する前記補正入力映像の輝度の平均値を検出する第2の検出部と、
    前記第1の検出部から出力する前記輝度の平均値と、前記第2の検出部から出力する前記輝度の平均値との差分を検出して出力する第3の検出部と、
    前記第3の検出部から出力する差分信号に応じて、前記補正入力映像を画像表示する際の照射光量を調整する前記調整信号を生成して、前記光源へ出力する出力部とを備えたことを特徴とする映像表示装置。
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