JP2009116200A - 映像表示装置、映像処理方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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【解決手段】 1フレームの映像信号の全画素の"平均(X1)及び標準偏差(X2)"と、1フレームの映像信号を分割した複数のブロック毎の最高画素レベルの"平均(X3)及び標準偏差(X4)"とを算出する。そして、"全体的に暗い領域の一部に明るい画素が分散している画像500"については、1フレームの映像信号を分割した複数のブロック毎の最高画素レベルの"平均(X3)及び標準偏差(X4)"を用いて、LEDの輝度レベルを算出する。一方、 "全体的に暗い領域の一部に明るい画素が分散している画像500"でない画像については、1フレームの映像信号の全画素の"平均(X1)及び標準偏差(X2)"を用いてLED輝度レベルを算出する。
【選択図】 図6
Description
プロジェクタやリアプロの光源としてLEDを使用した際、いろいろの長所がある。
その長所の一つとして、応答性が速いことがある。この長所を利用して、映像を表示するときに、フレーム毎に光量を変更する技術が特許文献1に開示されている。
図9は、入力映像信号の輝度レベルを補正する方法を概念的に示す図である。
図9(a)、図9(b)は、一般的な方法を示し、図9(c)、図9(d)は、特許文献1による方法を示している。
図9では、映像表示画面161に映像が表示された際のLEDの光量と画素毎の輝度レベルとを表している。
図9(a)、図9(b)に示すように、一般的な方法では、画素の最高輝度レベルが変化しても、LEDの光量は100%で変化しない。
図9(c)に示すように、特許文献1の方法でも、画素の最高輝度レベルが100%である場合には、LEDの光量は100%であり、各画素の輝度レベルも、図9(a)、図9(b)に示した一般的な方法と同じである。一方、図9(d)に示すように、画素の最高輝度レベルが30%である場合には、LEDの光量を30%に低下させ、その分映像信号における輝度レベルを30%から100%、15%から50%に夫々上昇させる。このような処理を行うことにより、映像表示での輝度は同じであるにもかかわらず、LEDの光量を低下させることができ、LEDの消費電力を低減することが可能となる。
また、LEDの光量を上げて明るく表示すると、図10の部分302に示した非常に暗い部分が、光源の漏れ光等により、白っぽくなり、黒浮きといわれる症状となる。
このように、従来の技術では、映像の一部分に高輝度の画素が存在している場合、映像の品質を損なわずに低消費電力を実現することが困難であるという課題があった。
図1は、映像表示装置の一例であるフロントプロジェクタの概略構成の一例を示す図である。
図1において、CPU1は、内蔵するROMにより装置全体の制御を実行する。CPU1の制御内容については、図6を用いて後で詳細に説明する。
メモリ2は、CPU1での制御に必要な変数等を記憶する。LED駆動回路3〜5は、CPU1により設定されるパルス幅に基づいて、例えばPWM制御を行い、緑色LED群14、青色LED群15、赤色LED群16を間歇的に駆動する。
FAN6はLEDを冷却(空冷)するためのものである。映像入力部7は、コンポーネント、コンポジット等のアナログ映像信号や、HDMIインターフェース規格、DVIインターフェース規格等に基づくデジタル映像信号を受信する。
輝度演算部10は、映像処理部8で高画質化処理された映像信号をもとに、1フレーム内の全画素の平均と標準偏差とを計算する。また、輝度演算部10は、24×32画素を1ブロックとして、1ブロック内の最高輝度を検出し、その1ブロック内の最高輝度を用いた平均と標準偏差も計算する。輝度演算部10は、計算した平均値及び標準偏差を、CPU1へ送信する。
図6を参照しながら後述するが、CPU1は、輝度演算部10で計算された"平均及び標準偏差"を用いて、緑色LED群14、青色LED群15、赤色LED群16の輝度(LEDの輝度)を計算する。
映像信号補正部9は、映像処理部8で高画質化処理が行われた映像信号の各画素の輝度値を、CPU1の制御に基づき、画素毎に補正する。映像信号補正部9で輝度値が補正された映像信号は、ライトバルブ30〜32に供給される。
操作部17は、ユーザが、省電力モードの切り替え等を行うための操作(例えばキー入力)を行うためのものである
電源回路18は、LEDを発光するためにLED駆動回路3〜5に所定の電圧を供給すると共に、各処理ブロックへ所定の電圧を供給する。
LED駆動回路3〜5から出力されるLED駆動用信号は、夫々緑色LED群14、青色LED群15、赤色LED群16に供給される。
緑色LED駆動回路3からLED駆動用信号を受ける緑色LED群14は、4個のLEDを備えて構成される。緑色LED群14は、緑色の光を発光し、レンズ50を介して、緑色用ライトバルブ30を背面から投射する。これにより映像信号に応じた緑色の光が生成され、プリズム53に導かれる。
赤色LED駆動回路5から電圧供給を受ける赤色LED群16は、2個のLEDを備えて構成される。赤色LED群16は、赤色の光を発光し、レンズ52を介して、赤色用ライトバルブ32を背面から投射する。これにより映像信号に応じた赤色の光が生成され、プリズム53に導かれる。
プリズム53は、受光した"緑色、青色、及び赤色の映像信号に応じた投射光"を合成して出力する。プリズム53から出力された投射光は、レンズ54を介して、表示装置の一例であるスクリーン55に投射される。これにより、映像がスクリーン上に表現される。
本実施形態では、以上の構成により、映像入力部7で受信した映像信号を、スクリーン55上に表現するフロントプロジェクタが実現できる。尚、図1では、フロントプロジェクタの主要な構成だけを示しており、クロック発生回路や操作パネル等を示していない。しかしながら、フロントプロジェクタを構成する上では、これらも当然に必要である。
以上のように本実施形態では、緑色LED群14、青色LED群15、及び赤色LED群16を用いることにより、光源が実現される。
図2〜図4において、X軸(横軸)は、画素の輝度レベルを表し、Y軸(縦軸)は、画素数を表している。このように図2〜図4に示すヒストグラム200〜400は、輝度レベルの出現頻度を表すものである。
尚、図2〜図4は、説明のために簡略化したヒストグラムであり、X軸の輝度レベルを10段階で表している。しかしながら、実際には、X軸の輝度レベルを例えば256段階で分類している。また、Y軸の画素数は、全画素を対象とすると、1080×1920画素であり、1目盛り82944画素となる。
図3に示すヒストグラム310は、図5に示すような"全体的に暗い輝度の中に、明るい輝度の画素が分散している画像500"のヒストグラムを示している。天体の画像等がこのようなヒストグラム310となる。このヒストグラム310の平均と標準偏差とを求めると、平均は1.5となり、標準偏差は2.0となる。このように図3に示すヒストグラム310では、平均に比べて、標準偏差が大きい値となっている。図3に示すようなヒストグラム310では、このようにして求めた平均と標準偏差とに基づき、LEDの輝度を設定すると、非常に暗い画像となり、図5に示すような画像500の場合、明るい部分が非常に薄暗くなってしまう。
また、図4に示すヒストグラム400から求めた平均は、図3に示すヒストグラム310から求めた平均に比べて大きな値となる。そして、図4に示すヒストグラム400から求めた平均と標準偏差とに基づき、LEDの輝度を設定すると、明るい画像となり、図5に示す画像500の場合でも、明るく表示することが可能となる。尚、本実施形態では、標準偏差を用いて、輝度レベルのばらつきを求めているが、標準偏差の代わりに分散値等を輝度レベルのばらつきとして求めてもよい。
まず、図6のステップS101において、映像入力部7は、1フレームの映像信号の受信を開始する、そうすると、映像信号は、映像処理部8により高画質化処理が行われた後、輝度演算部10に出力される。そして、輝度演算部10で、ステップS102〜S105の計算処理を行う。この計算処理の結果は、図2に示したCPU1を介してメモリ2に記憶される。このように本実施形態では、ステップS101の処理を行うことにより入力手段が実現される。
次に、ステップS103において、輝度演算部10は、1フレームの映像信号の全画素の輝度レベルの標準偏差を計算し、計算した値を変数X2として一時的に記憶する。
尚、本実施形態では、ステップS102、103で、全画素を対象に処理しているが、複数の画素毎(例えば16画素毎)にサンプリングし、サンプリングした複数の画素毎に、平均と標準偏差とを求めてもよい。
次に、ステップS105において、輝度演算部10は、1フレームの映像信号を分割した複数のブロック毎に最高輝度レベルの画素を検出して、それらブロック毎の最高画素レベルの標準偏差を計算し、計算した値を変数X4として一時的に記憶する。
尚、本実施形態では、前述したように、ステップS104、S105において、24×32画素を1ブロックとして処理している。しかしながら、1ブロックの画素数は、これに限定されるものではない。例えば48×64画素を1ブロックにしてもよい。また、複数画素×複数画素のブロック単位で処理するのではなく、1ライン毎に最高輝度レベルの画素を検出するようにしてもよい。
このように本実施形態では、通常モードと低消費電力モードとにより、消費電力に関わる設定モードが実現され、ステップS107の処理を行うことにより、判定手段が実現される。
この判定の結果、全画素の平均の2倍がブロック毎の平均よりも小さい場合、ステップS101で受信された映像は、図5に示した画像500のように、全体的に暗く、明るい画素が分散している画像であると判別し、ステップS110へ進む。
一方、全画素の平均の2倍がブロック毎の平均以上である場合には、図5に示した画像500のように、全体的に暗い領域の一部に明るい画素が分散している画像でないと判別し、ステップS109へ進む。
具体的に説明すると、例えば図2に示したようなヒストグラム200が作成され、輝度レベルの平均近くに画素が集中している場合は、図5に示したような画像500でないと判別する。一方、図3に示したようなヒストグラム310が作成され、輝度レベルの平均から大きくずれた輝度レベルで、一定以上の画素が存在する場合は、図5に示したような画像500であると判別する。
この他、全画素の輝度レベルの平均と、全画素の輝度レベルの標準偏差とを比較するようにしてもよい。
LED輝度=全画素の輝度レベルの平均X1+全画素の輝度レベルの標準偏差X2×1.5 ・・・(1式)
図2に示したヒストグラム200が得られる画像においては、LED輝度は8.5(=5.8+1.8×1.5)となる。この場合、ステップS114において、CPU1は、LED輝度が最高輝度レベルであるときのパルス幅の(8.5/10)倍のパルス幅になるように、間歇的なパルス幅(以下、必要に応じて間歇パルス幅と称する)を設定する。
このように、本実施形態の(1式)では、右辺の第1項が、映像信号の1フレーム内の画素の輝度レベルの平均に対応し、右辺の第2項が、映像信号の輝度レベルのばらつきに定数を乗算した値となり、これらを加算した値が、光源の輝度レベルとなる。
LED輝度=ブロック毎の輝度レベルの平均X3+ブロック毎の輝度レベルの標準偏差X4×1.5 ・・・(2式)
図4に示したヒストグラム400が得られる画像500においては、LED輝度は10.25(=7.4+1.9×1.5)となる。このようにLED輝度が10以上になる場合には、ステップS114において、LED輝度を10として、LED輝度が最高輝度レベルであるときのパルス幅を、間歇パルス幅として設定する。
このように、本実施形態の(2式)では、右辺の第1項が、映像信号の1フレーム内の画素の輝度レベルの平均に対応し、右辺の第2項が、映像信号の輝度レベルのばらつきに定数を乗算した値となり、これらを加算した値が、光源の輝度レベルとなる。
ステップS111において、CPU1は、ステップS108と同様に、全画素の平均の2倍がブロック毎の平均よりも小さいか否かを判定する。
この判定の結果、全画素の平均の2倍がブロック毎の平均よりも小さい場合、ステップS101で受信された映像は、図5に示した画像500のように、全体的に暗く、明るい画素が分散している画像であると判別し、ステップS113へ進む。
一方、全画素の平均の2倍がブロック毎の平均以上である場合には、図5に示した画像500のように、全体的に暗い領域の一部に明るい画素が分散している画像でないと判別し、ステップS112へ進む。
LED輝度=全画素の輝度レベルの平均X1+全画素の輝度レベルの標準偏差X2 ・・・(3式)
図2に示したヒストグラム200が得られる画像においては、LED輝度は7.6(=5.8+1.8)となる。この場合、ステップS114において、CPU1は、LED輝度が最高輝度レベルであるときのパルス幅の(7.6/10)倍のパルス幅になるように、間歇パルス幅を設定する。
ステップS112の計算結果である7.6は、低消費電力モードでの処理であり、通常モードでの処理を行うステップS109の計算結果である8.5と比べて、低い値となっている。したがって、映像品質を損なうことなく、LEDの駆動電流を低減し低消費電力化を可能としている。
このように、本実施形態の(3式)では、右辺の第1項が、映像信号の1フレーム内の画素の輝度レベルの平均に対応し、右辺の第2項が、映像信号の輝度レベルのばらつきに定数を乗算した値となり、これらを加算した値が、光源の輝度レベルとなる。尚、(3式)では、定数は1となる。
LED輝度=ブロック毎の輝度レベルの平均X3+ブロック毎の輝度レベルの標準偏差X4 ・・・(4式)
図4に示したヒストグラム400が得られる画像500においては、LED輝度は9.3(=7.4+1.9)となる。この場合、ステップS114において、CPU1は、LED輝度が最高輝度レベルであるときのパルス幅の(9.3/10)倍のパルス幅になるように、間歇パルス幅を設定する。
このように、本実施形態の(4式)では、右辺の第1項が、映像信号の1フレーム内の画素の輝度レベルの平均に対応し、右辺の第2項が、映像信号の輝度レベルのばらつきに定数を乗算した値となり、これらを加算した値が、光源の輝度レベルとなる。尚、(4式)でも、定数は1となる。
図7は、CPU1からLED駆動回路3〜5に出力される駆動信号(パルス信号)の一例を示す図である。
図7の駆動信号151において、N1フレームの間歇パルス幅153は、ステップS109、110、112、113の何れかで計算されたLED輝度レベルが7.6の場合の間歇パルス幅を示している。この間歇パルス幅153は、LED輝度レベルが10.0のパルス幅152に比べ、76%の幅となっている。
N3フレームの間歇パルス幅155は、LED輝度レベルが2.5の場合の間歇パルス幅を示している。この間歇パルス幅155は、LED輝度レベルが10.0のパルス幅152に比べ、25%の幅となっている。
ステップS114において、CPU1は、図7に示すような駆動信号151を生成し、LED駆動回路3〜5へ送信する。
図8は、映像信号の入力輝度レベルと、補正後の輝度レベルとの関係の一例を示す図である。尚、図8では、入力輝度レベルを0から256の8ビットで表している。
例えば、LED輝度レベルが7.6と計算され、図7に示したN1フレームに示すように、LED輝度の最高輝度レベルに対するLED輝度の割合が76%になった場合、図8(a)に示すような不都合が生じる。
この為、本実施形態では、映像信号補正部9は、図8(b)に示すように、平均以下の輝度レベルを持つ画素に対しては、第1の補正値として、LED輝度レベルを使用して、輝度レベルを補正する。具体的に説明すると、LED輝度の最高輝度レベルに対するLED輝度の割合を第1の補正値として使用して、輝度レベルを補正する。図8(b)に示すグラフの部分172が、この補正が行われた部分である。
そして、LEDの輝度を算出するに際し、通常モードと低消費電力モードとで異なる方法でLEDの輝度を算出し、通常モードのときよりも低消費電力モードのときの方が、LEDの輝度が低くなるようにした。したがって、LEDの駆動電流をより一層低減させることができる。
また、本実施形態では、1フレームごとに、図6に図示の処理を実行しているが、数フレームごとに、実行するようにしてもよい。
また、本実施形態では、低消費電力モードが1種類である場合を例に挙げて説明したが、低消費電力モードを複数種類設けるようにし、ユーザにより省電力モードを段階的に調節することができるようにしてもよい。このようにした場合、例えば、低消費電力で動作するモードであるほど、(1式)、(2式)の右辺第2項の係数を小さくした式を用意し、用意した式に従ってLEDの輝度を計算することができる。
前述した本発明の実施形態における映像表示装置を構成する各手段、並びに映像表示方法の各ステップは、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。
2 メモリ
3 緑色LED駆動回路
4 青色LED駆動回路
5 赤色LED駆動回路
7 映像入力部
8 映像処理部
9 映像信号補正部
10 輝度演算部
14 緑色LED群
15 青色LED群
16 赤色LED群
17 操作部
Claims (13)
- 映像信号を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された映像信号に応じた光を発光する光源と、
前記入力手段により入力された映像信号の輝度レベルのばらつきを算出する第1の算出手段と、
前記第1の算出手段により算出された前記輝度レベルのばらつきを用いて、前記光源の輝度レベルを算出する第2の算出手段と、を有することを特徴とする映像表示装置。 - 前記第1の算出手段は、前記映像信号の1フレーム内の全画素の輝度レベルのばらつきを算出することを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
- 前記第1の算出手段は、前記映像信号の1フレームを分割することにより得られる複数のブロックの夫々について、ブロック内の最高の輝度レベルを求め、求めた最高の輝度レベルのばらつきを算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の映像表示装置。
- 前記第2の算出手段は、前記映像信号の1フレーム内の画素の輝度レベルの平均と、前記映像信号の輝度レベルのばらつきに定数を乗算した値と、を加算して、前記光源の輝度レベルを算出することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の映像表示装置。
- 前記第2の算出手段は、前記映像信号の1フレーム内の画素の輝度レベルの平均と、前記映像信号の1フレーム内の画素の輝度レベルのばらつきとの少なくとも何れか一方に応じて、異なる方法で、前記光源の輝度を算出することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の映像表示装置。
- 消費電力に関わる設定モードを判定する判定手段を有し、
前記第2の算出手段は、前記判定手段による判定の結果に応じて異なる方法で、前記光源の輝度を算出することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の映像表示装置。 - 前記第1の算出手段は、前記映像信号の1フレーム内の画素の輝度レベルに基づくヒストグラムを作成し、作成したヒストグラムを用いて、前記輝度レベルのばらつきを算出することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の映像表示装置。
- 前記第2の算出手段により算出された光源の輝度に基づいて、前記入力手段により入力された映像信号の輝度を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の映像表示装置。
- 前記補正手段は、前記入力手段により入力された映像信号の輝度に応じて異なる方法で、前記入力手段により入力された映像信号の輝度を補正することを特徴とする請求項8に記載の映像表示装置。
- 前記補正手段は、前記入力手段により入力された映像信号の輝度が相対的に小さい場合には、前記第2の算出手段により算出された光源の輝度レベルの、前記光源の最高輝度レベルに対する割合に応じた第1の補正値を用いて輝度を補正し、
前記入力手段により入力された映像信号の輝度が相対的に大きい場合には、前記割合を修正した第2の補正値を用いて輝度を補正して、前記第1の補正値を用いて輝度を補正した場合よりも小さな輝度になるようにすることを特徴とする請求項9に記載の映像表示装置。 - 前記輝度レベルのばらつきは、輝度レベルの標準偏差又は分散値であることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の映像表示装置。
- 映像信号を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにより入力された映像信号の輝度レベルのばらつきを算出する第1の算出ステップと、
前記第1の算出ステップにより算出された前記輝度レベルのばらつきを用いて、前記入力ステップにより入力された映像信号に応じた光を発光する光源の輝度レベルを算出する第2の算出手段と、を有することを特徴とする映像処理方法。 - 入力された映像信号の輝度レベルのばらつきを算出する第1の算出ステップと、
前記第1の算出ステップにより算出された前記輝度レベルのばらつきを用いて、前記入力された映像信号に応じた光を発光する光源の輝度レベルを算出する第2の算出手段と、をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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