JP2009251066A - 画像表示装置、画像輝度制御装置および画像輝度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画像の一部分に高い輝度の部分がある場合にも眩しさを低減し、視認性をよくすることを目的とする。
【解決手段】画像表示装置１は、表示パネル２にデジタル映像信号に基づいた画像を表示する画像表示装置１であって、表示パネル２に表示する画像の平均輝度を検出する平均輝度検出部９と、表示パネル２に表示する画像の内、所定の閾値の輝度を超える部分高輝度の割合を検出する部分高輝度検出部１０と、平均輝度検出部９で検出した平均輝度と部分高輝度検出部１０で検出した部分高輝度の割合とに基づいて表示パネル２に表示する表示画像の明るさを制御する表示輝度制御部８とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像表示装置、画像輝度制御装置および画像輝度制御方法に関する。

近年、画像表示パネルにデジタル映像信号に基づいた画像を表示する画像表示装置の薄型・大画面化が進行している。

画像表示装置は、デジタル映像信号の内容に応じて表示される画像輝度が適宜変化する。例えば、表示エリア全体の画像が明るい場合は画像輝度が高くなり、ユーザにとって眩しさを感じるようになる。そのため、従来の画像表示装置は、画像全体の輝度の平均値が高くなると画像輝度を下げ、ユーザに眩しさを感じさせないようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２４１２５３号公報

このように従来の画像表示装置では、全体画像の輝度平均値を算出し、この輝度平均値が高くなったときに画像輝度を下げるようにしていた。そのため、表示パネル内の一部の表示エリアに輝度の高い画像領域が存在した場合であっても、輝度平均値が高くならない場合には画像輝度を抑えるようにはしていなかった。

しかしながら、表示パネルの大型化が進むにつれて新たな問題が発生してきている。すなわち、表示パネルの大きさが４０型、５０型のように大きいサイズになった場合には、たとえ画像の一部分といえどもパネルからあまり離れていない距離から見た場合には相当に大きい面積になり、部分的であっても輝度が高くなると眩しさを感じる場合があって、視認性が悪くなるという課題があった。

そこで本発明は、表示画像の一部分に高い輝度の部分がある場合にも眩しさを低減し、視認性をよくすることが可能な画像表示装置、画像輝度制御装置および画像輝度制御方法を提供することを目的とする。

本発明の画像表示装置は、表示パネルにデジタル映像信号に基づいた画像を表示する画像表示装置であって、表示パネルに表示する画像の平均輝度を検出する平均輝度検出部と、表示パネルに表示する画像の内、所定の閾値の輝度を超える部分高輝度の割合を検出する部分高輝度検出部と、平均輝度検出部で検出した平均輝度と部分高輝度検出部で検出した部分高輝度の割合とに基づいて表示パネルに表示する表示画像の明るさを制御する表示輝度制御部とを備えたことを特徴とする。

このような構成により、平均輝度検出部で検出した平均輝度と部分高輝度検出部で検出した部分高輝度の割合とに基づいて表示パネルに表示する表示画像の明るさを制御することができ、画像の一部分に高い輝度の部分がある場合にも眩しさを低減し、視認性をよくすることができる。

次に本発明の画像輝度制御装置は、液晶表示パネルを背面から照明するバックライトの輝度制御によって液晶表示パネルでの表示画像の明るさを制御する画像輝度制御装置であって、液晶表示パネルに表示する画像の平均輝度を検出する平均輝度検出部と、液晶表示パネルに表示する画像の内、所定の閾値の輝度を超える部分高輝度の割合を検出する部分高輝度検出部と、平均輝度検出部で検出した平均輝度と部分高輝度検出部で検出した部分高輝度の割合とに基づいてバックライトの輝度を制御する表示輝度制御部とを備えたことを特徴とする。

このような構成により、平均輝度検出部で検出した平均輝度と部分高輝度検出部で検出した部分高輝度の割合とに基づいてバックライトの輝度を制御することができ、画像の一部分に高い輝度の部分がある場合にも眩しさを低減し、視認性をよくすることができる。

次に本発明の画像輝度制御方法は、液晶表示パネルを背面から照明するバックライトの輝度制御によって液晶表示パネルでの表示画像の明るさを制御する画像輝度制御方法であって、液晶表示パネルに表示する画像の平均輝度を検出する平均輝度検出ステップと、液晶表示パネルに表示する画像の内、所定の閾値の輝度を超える部分高輝度の割合を検出する部分高輝度検出ステップと、平均輝度と部分高輝度の割合とに基づいてバックライトの輝度を制御する輝度制御ステップとを備えていることを特徴とする。

このような方法によれば、平均輝度検出部で検出した平均輝度と部分高輝度検出部で検出した部分高輝度の割合とに基づいてバックライトの輝度を制御することができ、画像の一部分に高い輝度の部分がある場合にも眩しさを低減し、視認性をよくすることができる。

本発明によれば、表示画像の一部分に高い輝度の部分がある場合にも眩しさを低減し、視認性をよくすることが可能な画像表示装置、画像輝度制御装置および画像輝度制御方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態）
最初に、図１から図３を参照しながら、本発明の実施の形態における画像表示装置１の視認環境について説明する。

図１は本発明の実施の形態における画像表示装置１の外観図、図２は同画像表示装置１の画面サイズによる視覚効果を説明する要部拡大図、図３は同画像表示装置１における眩しさを説明する特性図である。

図１に示すように、画像表示装置１の表示パネル２に表示された画像をユーザ３が見ているときに、例えば雪山の風景を表示している画像シーンでは画面輝度はやや高くなる。その中でも、特に雪のある領域２０の白色の画像輝度は高い。

このような画像シーンを、図２に示すように、大画面の表示パネル２（表示面積がＳａ）に表示した場合は、雪のある領域２０の部分の輝度が高い（部分高輝度）ためユーザ３にとって眩しく感じられる。一方、比較的小さな表示パネル２ａ（表示面積がＳｂで、Ｓｂ＜Ｓａであるパネル）で同様に雪山の風景を表示した場合は、画面全体に占める高輝度な領域２０ａの割合が領域２０と同じ割合であったとしても、領域２０ａの面積Ｓｂは領域２０の面積Ｓａと比較して小さいため、同じ距離で画面を見ているユーザ３にはあまり眩しく感じられない。

ユーザ３が同じ距離から表示パネル２の画像を見ている場合、図３に示すように、一般的にユーザ３の目の位置における円形刺激の直径が大きいほど眩しさを感じはじめる輝度が低くなる。一方、ユーザ３にとって円形刺激の直径が小さいほど眩しさを感じはじめる輝度が高くなることが知られている。例えば、図３の曲線Ａはユーザ３の順応輝度が８０ｃｄ／ｍ^２のときの特性であり、曲線Ｂは順応輝度が５ｃｄ／ｍ^２のときの特性である。このように、ユーザ３が眩しさを感じはじめる輝度は同じ距離で画面を見たときに、画面が大きいほど眩しさを感じはじめる輝度は低くなり、画面が小さいほど眩しさを感じはじめる輝度は高くなる。さらに、画面の周囲が明るいと眩しさを感じはじめる輝度は高くなり、周囲が暗くなると眩しさを感じはじめる輝度は低くなる。

そこで、本実施の形態における画像表示装置１は、このような部分高輝度の領域があっても眩しさを抑えるために、表示輝度制御部８（図４）を備えている。この表示輝度制御部８の詳細については後述する。

次に、図４から図５を用いて、画像表示装置１の構成および動作について説明する。図４は本発明の実施の形態における画像表示装置１の回路ブロック図、図５は同画像表示装置１の表示パネル２の回路ブロック図、図６は同画像表示装置１における動作の流れを示すフローチャートである。

画像表示装置１は、図４に示すように、電波を受信するアンテナ４と、アンテナ４を介して選局した番組のデジタル映像信号を出力するチューナ部５と、チューナ部５から出力されたデジタル映像信号を復調、輝度信号処理、色信号処理、同期処理などの公知の映像信号処理を行う映像信号処理部６と、映像信号を所定の駆動用信号２１に変換するパネル駆動部７と、パネル駆動部７で駆動した画面に画像を表示する表示パネル２と、画像の平均輝度を検出する平均輝度検出部９と、表示パネル２に表示する画像の内、所定の閾値の輝度を超える部分高輝度の割合を検出する部分高輝度検出部１０と、表示輝度制御部８と、制御部１３とを備えている。

表示輝度制御部８は、平均輝度検出部９で検出した平均輝度と部分高輝度検出部１０で検出した部分高輝度の割合とに基づいてあらかじめ作成された設定値テーブル１２に応じた設定出力２２を表示パネル２に出力する表示輝度設定部１１とを備えている。制御部１３はマイクロコンピュータを備え、これらの各部の動作を制御する。

このような構成により、平均輝度検出部９で検出した平均輝度と部分高輝度検出部１０で検出した部分高輝度の割合とに基づいて表示パネル２の表示画像の明るさを制御することができ、画像の一部分に高い輝度の部分がある場合にも眩しさを低減し、視認性をよくすることができる。

本実施の形態では表示パネル２を液晶表示パネルとして、以後説明する。

表示パネル２は、液晶表示パネル２ｂと、液晶表示パネル２ｂを背面から照明するバックライト２ｃと、表示輝度設定部１１から出力した設定出力２２に応じてバックライト２ｃの輝度を制御するバックライト制御部２ｄとを備えている。バックライト制御部２ｄは、例えばバックライト２ｃの点灯と非点灯との比率を制御して輝度を制御する。

次に、図６を用いて、画像表示装置１の動作について説明する。図６に示すように、画像表示装置１は、映像信号処理部６から供給された表示画像のデジタル映像信号を読み込み（ステップＳ１）、平均輝度検出部９でデジタル映像信号画像の平均輝度を検出する（ステップＳ２）とともに、部分高輝度検出部１０で、画像の内、所定の閾値の輝度を超える高輝度画素の面積が画面全体に対して占める割合を検出する（ステップＳ３）。ここで設定する所定の閾値とは、ユーザが画面上のその部分を見たときに眩しいと感じるレベル、例えば白を１００としたときに７０以上のレベルに設定する。

そして、表示輝度制御部８に備えた表示輝度設定部１１で、これらの平均輝度と部分高輝度の割合との両者の出力に基づいて、眩しさを抑えるように液晶表示パネル２ｂに表示する画像の明るさ（輝度）をあらかじめ設定値テーブル１２として作成しておき、この設定値テーブル１２から得られる値に応じて設定する（ステップＳ４）。その設定出力２２に基づき、バックライト制御部２ｄでバックライト２ｃを制御し、液晶表示パネル２ｂに表示する画像の輝度を制御する（ステップＳ５）。

次に、図７および図８を参照しながら、バックライト２ｃの輝度制御について説明する。図７は本発明の実施の形態における画像表示装置１のバックライト輝度の制御特性を示す特性図、図８は同画像表示装置１のバックライト輝度の制御特性を示す特性図である。

まず、図７を用いて、平均輝度に基づくバックライト２ｃの輝度制御について説明する。図７に示すように、バックライト制御部２ｄの設定に用いる設定値テーブル１２（図４）には、例えば平均輝度が４０％以上で直線３０となり、バックライト２ｃの輝度を１００％に維持する設定出力２２となるテーブルを記憶している。これにより、画像の平均輝度が高くなるとユーザ３が画像を見たときに眩しいと感じるようになるが、平均輝度が高くても画像全体が灰色に近い画像シーンであって部分高輝度の割合が小さい場合にはあまり眩しく感じられない。このような画像シーンに対しては、バックライト２ｃの輝度を高めに維持（１００％）して画像の明るさを維持する。このため、従来のバックライト制御のように、表示画像が灰色の場合でも破線３１のようにバックライト２ｃの輝度を下げることがなく、明るさを維持することができる。

一方、設定値テーブル１２は平均輝度が４０％未満で直線３２に従った値を出力し、平均輝度が下がるにつれてバックライト２ｃの輝度を下げるような値を出力する。

一般的に、画像の平均輝度が低くなって画像全体が暗いシーンになってもバックライト２ｃの輝度を高い状態に保ったままにするとバックライト２ｃの光が液晶表示パネル２ｂから漏れて通過してしまう。このために、黒く表示されるべき部分が灰色となり黒浮きと呼ばれる現象が発生する。よって、平均輝度が下がるのに伴ってバックライト２ｃの輝度も下げる。これにより、暗部の多い画像シーンでの黒浮きを抑え、本来の低輝度で画像を表示することができ、黒を沈め締まった自然な画像を表示することができる。さらに、バックライト２ｃの輝度を下げることにより、消費電力を低減することもできる。

次に、図８を用いて、部分高輝度の割合に基づくバックライト２ｃの輝度制御について説明する。図８に示すように、バックライト制御部２ｄで用いる設定値テーブル１２は、例えば部分高輝度の割合が２０％未満はバックライト２ｃの輝度を１００％に維持し、２０％以上から８０％未満は部分高輝度の割合が高くなるのに応じて徐々に８０％まで輝度を下げ、８０％以上では８０％に輝度を維持するようにする。このことを図８では曲線３３で示している。

これにより、表示画像中に眩しく感じられる部分が大きい場合にバックライト２ｃの輝度を下げることができる。特に、平均輝度が低い画像の場合であっても、部分高輝度の割合が大きい場合はバックライト２ｃの輝度を下げることができる。よって、ユーザ３があまり眩しさを感じない画像シーン、例えば画面全体が灰色の画像シーンの場合には平均輝度は高くなるが、図７の破線３１のようにバックライト２ｃの輝度を平均輝度レベルが高くなるに従って下げないように、画像輝度の明るさを維持することができる。

設定値テーブル１２の出力結果は、例えば画像の平均輝度をＵとし、部分高輝度の割合をＶとして、バックライト２ｃの輝度の設定値Ｙとすると、Ｙ＝Ｆ１（Ｕ）＊Ｆ２（Ｖ）で算出することができる。なお、Ｙ＝Ｆ１（Ｕ）＋Ｆ２（Ｖ）あるいはＹ＝Ｆ（Ｕ，Ｖ）のように、平均輝度Ｕと部分高輝度の割合Ｖの２つをパラメータとして設定するように表示輝度設定部１１をプログラミングしてもよい。演算結果により、出力Ｙは出力段階で１００％に正規化される。

上記したようにバックライト制御部２ｄが設定出力２２に応じてバックライト２ｃを制御することにより、図９に示すように、バックライト２ｃの輝度制御を行うことができる。

すなわち、画像全体の平均輝度が低い場合で、しかも眩しく感じられる部分高輝度の割合が少ない場合には、黒浮きを抑えるように直線３２に従ってバックライト２ｃの輝度を下げるように設定する。このようにすることで、暗部の多い画像シーンにおいてバックライト２ｃによる黒浮きを抑え、本来の低輝度で画像を表示することができ、黒が沈んで、締まった自然な画像を表示する。また、消費電力も低減する。表示映像が暗いシーンの多い映画の場合に特に消費電力低減効果が大きい。

また、画像全体の平均輝度が低い場合で、眩しく感じられる部分高輝度の割合が多い場合には、ユーザ３は眩しく感じ、視認性が悪くなるため、曲線３３（図８）に従って、眩しさを抑えるようにバックライト２ｃの輝度を下げる。

また、画像全体の平均輝度が高い場合で、眩しく感じられる部分高輝度の割合が少ない場合には、直線３０（図７）に従って、バックライト２ｃの輝度を１００％に維持する。これにより、表示画像の明るさを維持する。

また、画像全体の平均輝度が高い場合で、眩しく感じられる部分高輝度の割合が多い場合には、画像全体の平均輝度が高く、しかも画像中に眩しい部分高輝度の部分が一定面積以上あるのでユーザ３は非常に眩しく感じ、視認性が極めて悪くなる。従って、この場合にはバックライト２ｃの輝度を大きく下げるように設定する。例えば、曲線３３（図８）に従って、バックライト２ｃの輝度を部分高輝度の割合に応じて１００％から８０％に制御する。このような画像の例としては、雪山の風景で大きな白く飽和してつぶれた領域２０（図１）があるような場合があげられ、この白い部分が非常に眩しく感じられる。このような画像の場合には、バックライト２ｃの輝度を下げることにより眩しさを大幅に低減することができる。また、バックライト２ｃの輝度を相当下げても視覚上の明るさは十分に確保されるので画像の劣化はほとんどなく、かえって、白いピークの部分の明るさが適度に抑えられるので白つぶれが改善されて画質が向上する。

以上のように本実施の形態による画像表示装置１によれば、平均輝度検出部９で検出した平均輝度と部分高輝度検出部１０で検出した部分高輝度の割合とに基づいて表示輝度制御部８が表示パネル２に表示する表示画像の明るさを制御することができ、画像の一部分に高い輝度の部分がある場合にも眩しさを低減し、視認性をよくすることができる。表示パネル２が液晶表示パネル２ｂであれば、バックライト２ｃの輝度を制御することにより、画像の輝度を下げることなく維持しつつ、眩しさを抑えることができる。

その結果、どのような画像シーンでも、さらに表示パネル２のサイズが４２型、５０型のように大きく、しかもユーザ３が表示パネル２の画面からあまり離れていない距離から見ている場合であっても、ユーザ３に眩しさを感じさせないようにすることができる。

なお、この平均輝度と部分高輝度の割合の検出出力とバックライト２ｃの輝度制御の関係は、用いる画像表示素子、例えば液晶表示パネルの特性や、装置が使用される周囲の環境、表示される画像の種類（映画か、テレビ放送か、アニメーションか、等）、ユーザの好み等に応じて設定値テーブル１２を更新するようにしてもよい。

例えば、航空機に搭載して用いられる画像表示装置１の場合、飛行中に室内の照明が暗く落とされる場合が多く、しかも、映画が表示されることが多い（映画の画面は一般的に比較的暗いシーンが多い）ので、バックライト２ｃの輝度を低くするように設定しておけばよい。

また、画像中の高輝度の部分を部分高輝度として検出する閾値Ｖｔｈを、画像の平均輝度Ｕに応じて変えるようにすれば、よりキメの細かい検出、制御をすることができる。例えば、平均輝度の高い画像を見続けたユーザの視覚は、平均輝度Ｕに対して眩しさを感じる感覚が鈍感になることに鑑みれば図１０（Ａ）のようにＶｔｈを設定すればよく、平均輝度の低い画像（例えば映画）を見続けたユーザの視覚が平均輝度Ｕに対して眩しさを感じる感覚が鋭敏になることに鑑みれば図１０（Ｂ）のようにＶｔｈを設定すればよい。このような検出、制御の設定を切り換えることができるように表示輝度設定部１１を構成しておくことは有効である。

なお、本実施の形態においては液晶表示パネル２ｂを例として説明したがこれに限定されない。例えば、プラズマ表示パネルやＥＬ表示パネルであっても、同様に表示画像の明るさを制御することができ、平均輝度が高くても部分高輝度の割合が小さい場合は明るさを維持し、平均輝度が低くても部分高輝度の割合が大きい場合は明るさを抑えることによって眩しさを抑えることができる。

本発明によれば、表示画像の一部分に高い輝度の部分がある場合にも眩しさを低減し、視認性をよくすることができるので、画像表示装置、画像輝度制御装置および画像輝度制御方法として有用である。

本発明の実施の形態における画像表示装置の外観図 同画像表示装置の画面サイズによる視覚効果を説明する要部拡大図 同画像表示装置における眩しさを説明する特性図 同画像表示装置の回路ブロック図 同画像表示装置の表示パネルの回路ブロック図 同画像表示装置における動作の流れを示すフローチャート 同画像表示装置のバックライト輝度の制御特性を示す特性図 同画像表示装置のバックライト輝度の制御特性を示す特性図 同画像表示装置におけるバックライト輝度の制御を説明するための図 同画像表示装置における部分高輝度の検出特性を説明するための特性図

符号の説明

１ 画像表示装置
２，２ａ 表示パネル
２ｂ 液晶表示パネル
２ｃ バックライト
２ｄ バックライト制御部
３ ユーザ
４ アンテナ
５ チューナ部
６ 映像信号処理部
７ パネル駆動部
８ 表示輝度制御部
９ 平均輝度検出部
１０ 部分高輝度検出部
１１ 表示輝度設定部
１２ 設定値テーブル
１３ 制御部
２１ 駆動用信号
２２ 設定出力

Claims (13)

1. 表示パネルにデジタル映像信号に基づいた画像を表示する画像表示装置であって、
   前記表示パネルに表示する画像の平均輝度を検出する平均輝度検出部と、
   前記表示パネルに表示する画像の内、所定の閾値の輝度を超える部分高輝度の割合を検出する部分高輝度検出部と、
   前記平均輝度検出部で検出した平均輝度と前記部分高輝度検出部で検出した部分高輝度の割合とに基づいて前記表示パネルに表示する表示画像の明るさを制御する表示輝度制御部と
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記表示パネルは液晶表示パネルであって、
   前記表示輝度制御部は、前記液晶表示パネルを背面から照明するバックライトの輝度を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記部分高輝度検出部で検出した部分高輝度の割合が所定の割合より大きいときに前記バックライトの輝度を下げることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記平均輝度検出部で検出した平均輝度の値に応じて前記所定の閾値を変更することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記平均輝度検出部で検出した平均輝度の値が所定の値より小さいときに前記バックライトの輝度を下げることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 液晶表示パネルを背面から照明するバックライトの輝度制御によって前記液晶表示パネルでの表示画像の明るさを制御する画像輝度制御装置であって、
   前記液晶表示パネルに表示する画像の平均輝度を検出する平均輝度検出部と、
   前記液晶表示パネルに表示する画像の内、所定の閾値の輝度を超える部分高輝度の割合を検出する部分高輝度検出部と、
   前記平均輝度検出部で検出した平均輝度と前記部分高輝度検出部で検出した部分高輝度の割合とに基づいて前記バックライトの輝度を制御する表示輝度制御部と
   を備えたことを特徴とする画像輝度制御装置。
7. 前記部分高輝度検出部で検出した部分高輝度の割合が所定の割合より大きいときに前記バックライトの輝度を下げることを特徴とする請求項６に記載の画像輝度制御装置。
8. 前記平均輝度検出部で検出した平均輝度の値に応じて前記所定の閾値を変更することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の画像輝度制御装置。
9. 前記平均輝度検出部で検出した平均輝度の値が所定の値より小さいときに前記バックライトの輝度を下げることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の画像輝度制御装置。
10. 液晶表示パネルを背面から照明するバックライトの輝度制御によって前記液晶表示パネルでの表示画像の明るさを制御する画像輝度制御方法であって、
    前記液晶表示パネルに表示する画像の平均輝度を検出する平均輝度検出ステップと、
    前記液晶表示パネルに表示する画像の内、所定の閾値の輝度を超える部分高輝度の割合を検出する部分高輝度検出ステップと、
    平均輝度と部分高輝度の割合とに基づいて前記バックライトの輝度を制御する輝度制御ステップとを備えていることを特徴とする画像輝度制御方法。
11. 前記部分高輝度検出ステップで検出した部分高輝度の割合が所定の割合より大きいときに前記バックライトの輝度を下げることを特徴とする請求項１０に記載の画像輝度制御方法。
12. 前記平均輝度検出ステップで検出した平均輝度の値に応じて前記所定の閾値を変更することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の画像輝度制御方法。
13. 前記平均輝度検出ステップで検出した前記平均輝度の値が所定の値より小さいときに前記バックライトの輝度を下げることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の画像輝度制御方法。

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