JP2009300886A

JP2009300886A - 映像表示装置

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Publication number: JP2009300886A
Application number: JP2008157058A
Authority: JP
Inventors: Akira Koike; 晃小池; Kodai Yamada; 剛大山田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-16
Also published as: JP5132434B2

Abstract

【課題】映像のコントラストの改善効果を向上させた映像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の映像表示装置は、度数分布取得部１２で、映像に含まれる画素の輝度の度数分布を取得し、輝度が第１閾値以上である画素の量を示す高輝度画素量、及び第２閾値以上の輝度のバラツキを表す高輝度バラツキ指標を計算する。ゲイン計算部１１は、高輝度画素量が小さい場合に、高輝度画素量が小さいほど１以上の大きい値になるようにゲインを計算し、高輝度画素量が大きい場合でも、高輝度バラツキ指標が小さいほど１以上の大きい値になるようにゲインを計算する。増幅回路１４は、得られたゲインを用いてＲＧＢ各色の色信号を増幅する。輝度の最大レベルが高い場合であっても、ノイズ、字幕又はテロップ等に対応する画素以外に高輝度画素が少ない映像に対して、ゲインが大きく計算され、映像のコントラストが改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像信号に基づいて映像を表示する映像表示装置に関し、より詳しくは、映像のコントラストを改善することができる映像表示装置に関する。

パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のモニタ装置又はテレビジョン受像機等の映像表示装置は、ＰＣ、録画装置若しくはチューナ装置等の外部の装置から入力された映像信号、又は受信した放送波を復調した映像信号に基づいて、映像を表示する。通常、映像信号が表す映像の輝度の範囲は、映像表示装置で表示可能な輝度の範囲よりも小さいこともあり、逆に大きいこともある。映像表示装置で表示可能な輝度の範囲が大きい場合であっても、映像信号が表す輝度の範囲が小さければ、映像信号に基づいて表示する映像の輝度の範囲が小さくなり、映像のコントラストは低くなる。このように、従来の映像表示装置では、高コントラストの映像を表示可能であったとしても、表示能力を生かしきれないことがあった。また映像信号が表す映像の輝度の範囲が映像表示装置で表示可能な輝度の範囲よりも大きい場合は、表示される映像の輝度が飽和し、画質が劣化する。

そこで、映像表示装置で表示可能な輝度の範囲に合わせて映像信号を調整することにより、映像のコントラストを改善する技術が開発されている。特許文献１には、映像信号に含まれるＲＧＢ各色の輝度のピーク値を計算し、ＲＧＢの中で最大のピーク値が映像表示装置で表示可能な最大輝度となるように、映像信号を増幅する技術が開示されている。また特許文献２には、映像信号の最大レベル及び最小レベルを検出し、最大レベルと最小レベルとの差を映像表示装置で表示可能な輝度の範囲に調整する技術が開示されている。
特開２００３−９９０１０号公報特許第３２１５３８８号公報

映画における字幕又はニュース番組におけるテロップ等、映像表示装置が表示する映像には、他の部分よりも輝度が極端に高い部分が含まれることがある。このような映像を表す映像信号には、高輝度の信号が含まれることになる。また映像信号には、ノイズに起因する高輝度の信号が含まれることがある。特許文献１に記載の技術では、字幕又はノイズ等に起因する高輝度の信号を含む映像信号については、ピーク値が高いと判定され、実質的に映像信号の増幅が行われないという問題がある。特許文献２に記載の技術では、映像信号のレベルを検出する際に、字幕等に起因する高輝度の信号を検出対象から除外する技術を含むものの、現実には高輝度の信号を確実に検出対象から除外することは困難であり、効果的に映像信号を増幅することは難しいという問題がある。

また、最大レベルは高いものの全体に対する高輝度信号の割合が少なくなっている映像信号からは、コントラストの低い映像が生成される。従来の技術では、映像信号の最大レベルに依存して映像信号の増幅率を決定しているので、最大レベルは高いものの高輝度信号の割合が少ない映像信号に対しては、増幅が殆ど行われず、映像のコントラストの改善効果が低いという問題がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高輝度信号の量に応じて映像信号を増幅することにより、映像のコントラストの改善効果を向上させた映像表示装置を提供することにある。

本発明に係る映像表示装置は、映像信号に基づいた映像を表示する手段と、映像信号を増幅する増幅手段とを備える映像表示装置において、映像信号に基づいた一画面分の映像の一部又は全部に含まれる画素の輝度の度数分布を取得する度数分布取得手段と、該度数分布取得手段が取得した度数分布から、輝度が所定の閾値以上となる画素の量を示す高輝度画素量を求める手段と、該手段が求めた高輝度画素量に応じて、前記増幅手段でのゲインを求める手段とを備えることを特徴とする。

本発明においては、映像信号に基づいた映像を表示する映像表示装置は、映像に含まれる画素の輝度の度数分布を取得し、度数分布から輝度が第１閾値以上である画素の量を示す高輝度画素量を計算し、高輝度画素量に応じてゲインを計算し、ゲインを用いて映像信号を増幅する。これにより、輝度の最大値がどのような値であったとしても、高輝度画素数に応じて計算したゲインを用いて映像信号が増幅される。

本発明に係る映像表示装置は、映像信号に基づいた映像を表示する手段と、映像信号を増幅する増幅手段とを備える映像表示装置において、映像信号に基づいた一画面分の映像の一部又は全部に含まれる画素の輝度の度数分布を取得する度数分布取得手段と、該度数分布取得手段が取得した度数分布から、輝度が所定の第１閾値以上となる画素の量を示す高輝度画素量を求める手段と、該手段が求めた高輝度画素量が所定の画素量閾値以下であるか否かを判定する手段と、前記高輝度画素量が前記画素量閾値以下である場合に、前記増幅手段でのゲインを、前記高輝度画素量に応じた１以上の値に定める手段とを有することを特徴とする。

また本発明においては、映像表示装置は、高輝度画素量が所定の画素量以下である場合に、ゲインが１以上で高輝度画素量に応じた値となるように、映像信号を増幅するためのゲインを計算する。これにより、輝度の最大レベルが高い場合であっても、高輝度信号の割合が少ない映像信号に対して、ゲインが大きく計算され、映像信号が確実に増幅される。

本発明に係る映像表示装置は、前記度数分布から、輝度が所定の第２閾値以上である画素の輝度のバラツキを表すバラツキ指標を計算する手段と、前記高輝度画素量が前記画素量閾値より大きい場合に、計算したバラツキ指標に応じて、前記増幅手段でのゲインを求める手段とを更に有することを特徴とする。

また本発明においては、映像表示装置は、高輝度画素量が所定の画素量より大きい場合に、輝度の値が第２閾値以上である画素の輝度のバラツキを表す標準偏差等のバラツキ指標を度数分布から計算し、バラツキ指標に応じて、映像信号を増幅するためのゲインを計算する。高輝度の画素が字幕又はテロップに対応する場合は、バラツキ指標が小さくなるので、高輝度画素量が大きい場合であっても、バラツキ指標が小さいときには、ゲインを大きく計算して映像信号を増幅することができる。

本発明に係る映像表示装置は、映像信号に基づいた映像を表示する手段と、映像信号を増幅する増幅手段とを備える映像表示装置において、映像信号に基づいた一画面分の映像の一部又は全部に含まれる画素の輝度の度数分布を取得する度数分布取得手段と、該度数分布取得手段が取得した度数分布から、輝度が所定の第１閾値以上となる画素の量を示す高輝度画素量を求める手段と、前記度数分布から、輝度が所定の第２閾値以上である画素の輝度のバラツキを表すバラツキ指標を計算する手段と、求めた高輝度画素量に応じて、第１のゲインを求める手段と、計算したバラツキ指標に応じて、第２のゲインを求める手段と、該手段が求めた第２のゲインを、前記高輝度画素量の値が小さいほど１に近づくように、前記高輝度画素量に応じて補正する手段と、求めた第１のゲインに補正後の第２のゲインを乗ずることにより、前記増幅手段でのゲインを計算する手段とを備えることを特徴とする。

また本発明においては、映像表示装置は、度数分布から高輝度画素数及びバラツキ指標を計算し、高輝度画素数から第１のゲインを計算し、バラツキ指標に基づいて第２のゲインを計算し、高輝度画素量の値が小さいほど１に近づくように第２のゲインを補正し、第１のゲインと補正後の第２のゲインを乗じてゲインを計算する。高輝度画素数が小さいほどゲインＧの値は第１のゲインに近づき、映像に対するバラツキ指標の影響は低下する。

本発明にあっては、輝度の最大レベルは高いものの高輝度信号の割合が少ない場合でも、ゲインは大きく計算されて映像信号が確実に増幅され、映像表示装置が表示する映像のコントラストを改善する効果を向上させることができる。また本発明では、ノイズに起因する高輝度の信号が映像信号に含まれたとしても、高輝度画素量は大きく変化せず、ゲインの値は大きく変動しないので、ノイズによる悪影響を受けること無く、確実に映像のコントラストを改善することができる。また映像を表示するための光量を下げたとしてもコントラスト感のある高画質の映像が表示されるので、光量を減少させることにより、映像の画質を劣化させることなく映像表示装置の消費電力を削減することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の映像表示装置の内部構成を示すブロック図である。映像表示装置は、図示しないアンテナを用いて放送波を受信し、映像信号に復調するチューナ２１と、図示しない録画装置又はチューナ装置等の外部装置から映像信号を入力される入力部２２とを備えている。映像信号は、同期信号、輝度信号及び色差信号を含んでなり、本発明の映像表示装置は、映像信号に基づいた映像を表示する。なお、映像表示装置は、色差信号ではなくＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）色信号を含む映像信号を入力部２２で入力される形態であってもよい。また映像表示装置は、映像信号としてデジタル信号を扱う形態であってもよく、アナログ信号を扱う形態であってもよい。

映像表示装置は、映像信号に含まれる輝度信号から輝度の度数分布を取得する処理を行う度数分布取得部１２、及びマトリクス演算により映像信号からＲＧＢ各色の色信号を生成するマトリクス回路１３を備えている。チューナ２１又は入力部２２からの映像信号は、度数分布取得部１２及びマトリクス回路１３へ入力される。

また映像表示装置は、映像信号を増幅するためのゲインを計算するゲイン計算部１１と、映像信号を増幅する増幅回路（増幅手段）１４とを備えている。ゲイン計算部１１は、度数分布取得部１２に接続されており、度数分布取得部１２から入力されたデータに基づいてゲインを計算する。増幅回路１４は、ゲイン計算部１１及びマトリクス回路１３に接続されており、ゲイン計算部１１が計算したゲインに従って、マトリクス回路１３からのＲＧＢ各色の色信号を増幅する。また増幅回路１４には、増幅されたＲＧＢ各色の色信号のガンマ補正を行うガンマ補正部１５が接続されている。

また映像表示装置は、液晶パネル３と、光源４と、液晶パネル３を駆動させる駆動回路３１とを備えている。光源４は、冷陰極管又は発光ダイオード等でなり、液晶パネル３のバックライトである。駆動回路３１は、ガンマ補正部１５に接続されており、ガンマ補正部１５からのＲＧＢ各色の色信号に基づいて液晶パネル３を駆動させる。光源４が点灯し、ＲＧＢ色各色の信号に基づいて液晶パネル３が駆動されることにより、映像信号に基づいた映像が表示される。

光源４には、光源４を点灯させる点灯回路４１が接続され、点灯回路４１には光源４の出力制御回路４２が接続されている。また出力制御回路４２には、外部の明るさを測定する照度センサ４３が接続されている。出力制御回路４２は、照度センサ４３が測定した外部の明るさに応じて点灯回路４１を制御し、光源４の出力を制御する処理を行う。具体的には、出力制御回路４２は、外部が暗い場合には光源４の出力を小さくし、外部がより明るい場合に光源４の出力をより大きくする処理を行う。

次に、本発明の映像表示装置が実行する処理の詳細を説明する。度数分布取得部１２は、映像信号に含まれる輝度信号から、映像信号に基づいた一フレーム分の映像に含まれる各画素での輝度の度数分布を取得する。一フレーム分の映像は、一画面分の映像に相当する。例えば、一フレーム分の映像が１０００×２０００の画素で構成され、各画素の輝度が１６〜２３５の何れかの数値で表される場合、度数分布は、１０００×２０００の画素の中に輝度が１６〜２３５の夫々の値になっている画素がいくつあるかを表す。

図２は、度数分布を図で表したヒストグラムの例を示す特性図である。図中の横軸は、輝度の値を示し、１６〜２３５又は０〜２５５等の範囲の数値となる。図中の縦軸は、度数を示し、輝度が夫々の値になっている画素の個数に対応する。度数分布取得部１２は、一フレーム分の映像全体から度数分布を取得してもよく、一フレーム分の映像の一部から度数分布を取得してもよい。例えば、度数分布取得部１２は、一フレーム分の映像からランダムに、又は所定のルールで画素をサンプリングし、サンプリングした画素での輝度の度数分布を所得してもよい。また度数分布取得部１２は、一フレーム分の映像から、黒枠の部分及び字幕が表示される部分等の所定の部分を除外した映像に対応する度数分布を取得してもよく、また映像の中央部分等、映像中の所定部分に対応する度数分布を取得してもよい。また度数分布取得部１２は、一フレーム分の映像信号から直接に度数分布を取得してもよく、一フィールド分の映像信号から夫々に度数分布を取得し、二フィールド分の度数分布を加算することによって、一フレーム分の映像における輝度の度数分布を取得してもよい。映像信号によっては、取得した度数分布には、１６〜２３５の輝度の設定範囲内に収まらない輝度の値、例えば２５５の値が含まれることがある。

度数分布取得部１２は、次に、取得した度数分布から、輝度の値が所定の第１閾値以上である画素の数である高輝度画素数を計算する処理を行う。図３は、高輝度画素数の例を示した特性図である。高輝度画素数は、ヒストグラムにおいて、輝度が第１閾値以上の部分の面積に対応する。度数分布取得部１２は、度数分布に含まれる第１閾値以上の輝度の夫々に対応する度数を加算することによって、高輝度画素数を計算する。第１閾値としては、高輝度を示す値ではあるものの、輝度の上限よりは小さい値を採用する。例えば、輝度の設定範囲が０〜２５５の場合に１７０〜２３５の範囲の何れかの値を第１閾値とする。高輝度画素数は、本発明における高輝度画素量に相当する。

度数分布取得部１２は、次に、取得した度数分布から、輝度の値が所定の第２閾値以上である画素の輝度のバラツキを表すバラツキ指標を計算する処理を行う。例えば、度数分布取得部１２は、バラツキ指標として、第２閾値以上の輝度の標準偏差を計算する。図４は、バラツキ指標を模式的に示した特性図である。バラツキ指標は、ヒストグラムにおいて、第２閾値以上の輝度に対応する度数の広がりを数値で表した量である。バラツキ指標として標準偏差を用いる場合、度数分布取得部１２は、第２閾値以上の輝度の夫々に対応する度数から第２閾値以上の輝度の平均値を計算し、第２閾値以上の輝度の夫々に対応する度数と平均値とから分散を計算し、分散の平方根をとることにより、第２閾値以上の輝度の標準偏差を計算する。第２閾値としては、第１閾値と同様に、高輝度を示す値ではあるものの輝度の上限よりは小さい値を採用し、例えば、輝度の設定範囲が０〜２５５の場合に１７０〜２３５の範囲の何れかの値を第２閾値とする。なお、第２閾値は、第１閾値に等しい値であってもよい。

なお、度数分布取得部１２は、バラツキ指標として、第２閾値以上の輝度の標準偏差以外の数値を用いてもよい。例えば、度数分布取得部１２は、輝度の値をｉ、輝度の設定範囲の上限値をｉ＿ｍａｘ、輝度ｉに対応する度数をｈ（ｉ）、及び第２閾値をＴ２として、下記の（１）式により、バラツキ指標Ｇｒａｄを計算する。ｉ＿ｍａｘの値は、例えば２５５である。

度数分布取得部１２は、以上の計算式を予め記憶しており、輝度ｉ及び度数ｈ（ｉ）の値を計算式に代入して計算することにより、バラツキ指標Ｇｒａｄを計算する。また度数分布取得部１２は、度数分布の輝度が第２閾値以上となる部分における輝度の最頻値を求め、輝度の最頻値に対応する度数の何分の一かを度数とする輝度を抽出し、抽出した輝度の最大値から最小値を減算した値をバラツキ指標として計算してもよい。

度数分布取得部１２は、以上の処理で計算した高輝度画素数及びバラツキ指標をゲイン計算部１１へ入力する。

マトリクス回路１３は、マトリクス演算により、映像信号に含まれる輝度信号及び色差信号からＲＧＢ各色の色信号を生成する処理を行う。例えば、輝度信号の強度をＹとし、色差信号の強度をＰｂ及びＰｒとし、色信号の強度を夫々ＲＧＢとすると、マトリクス回路１３は、下記（３）式のマトリクス演算を行うことにより、ＲＧＢを計算する。
Ｒ＝Ｙ＋１．４０２Ｐｒ
Ｇ＝Ｙ−０．３４４Ｐｂ−０．７１４Ｐｒ …（３）
Ｂ＝Ｙ＋１．７７２Ｐｂ
マトリクス回路１３は、上記の如きマトリクス演算を行うための所定のマトリクスを予め記憶しておき、輝度信号及び色差信号に対してマトリクス演算を実行することにより、ＲＧＢ各色の色信号を計算する。なお、上記に示したマトリクス演算は一例であり、マトリクス回路１３は、その他のマトリクス演算により色信号を生成する処理を行ってもよい。各色の色信号は、各色の明るさである色強度を示す。マトリクス回路１３は、生成したＲＧＢ各色の色信号を、増幅回路１４へ入力する。

次に、ゲイン計算部１１での処理を説明する。図５は、実施の形態１に係るゲイン計算部１１が実行する処理の手順を示すフローチャートである。ゲイン計算部１１は、度数分布取得部１２から、計算した高輝度画素数及びバラツキ指標の入力を受け付ける（Ｓ１１）。ゲイン計算部１１は、次に、入力された高輝度画素数が予め定められている所定の設定値（画素量閾値）以下であるか否かを判定する（Ｓ１２）。設定値としては、度数分布に含まれる度数の合計の１０％等、一フレーム分の映像に含まれる画素数の所定割合に対応する値を予め設定しておく。ゲイン計算部１１は、所定の設定値を記憶しておき、ステップＳ１２で高輝度画素数と設定値とを比較する。

高輝度画素数が設定値以下である場合は（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ゲイン計算部１１は、高輝度画素数に基づいてゲインを計算する（Ｓ１３）。ステップＳ１３では、ゲイン計算部１１は、ゲインが１以上で高輝度画素数に対して単調減少するようにゲインを計算する。例えば、ゲイン計算部１１は、高輝度画素数をＡ、０より大きく設定値以下の所定値をＡ₀ 、ゲインの最大値をＧ_max 、ゲインの最小値をＧ_min、ゲインをＧ（Ａ）として、ゲインＧ（Ａ）を下記の（４）式により計算する。

Ｇ_max の値は、１より大きい値であり、例えば、輝度の設定範囲の上限値をｉ＿ｍａｘ、第１閾値をＴ１として、Ｇ_max＝ｉ＿ｍａｘ／Ｔ１とする。ｉ＿ｍａｘの値は、例えば２５５である。またＧ_min の値は、１以上の値であり、例えばＧ_min＝１とする。またＡ₀ の値は、所定の設定値と同一の値であってもよく、この場合は、ゲインＧ（Ａ）は、高輝度画素数Ａに対して単調減少し、Ａ＝Ａ₀でＧ（Ａ₀ ）＝１となる。なお、（４）式は一例であり、ゲイン計算部１１は、１以上で高輝度画素数に対して単調減少する関数であれば、その他の関数を用いてもよい。図６は、高輝度画素数ＡとゲインＧ（Ａ）との対応例を示す特性図である。図６（ａ）は、（４）式によりゲインＧ（Ａ）を計算した例を示し、高輝度画素数Ａが小さければゲインＧ（Ａ）が大きくなり、高輝度画素数Ａが大きければゲインＧ（Ａ）が小さくなる。図６（ｂ）は、他の関数を用いてゲインＧ（Ａ）を計算した例を示し、ゲインＧ（Ａ）の値は高輝度画素数Ａに応じて非線形に変化する。ゲイン計算部１１は、以上のような、１以上で高輝度画素数に対して単調減少する関数の演算式を予め記憶しており、ステップＳ１３では、高輝度画素数を演算式に代入して計算することにより、ゲインを計算する。

ステップＳ１２で高輝度画素数が設定値より大きい場合は（Ｓ１２：ＮＯ）、ゲイン計算部１１は、バラツキ指標に基づいてゲインを計算する（Ｓ１４）。ステップＳ１４では、ゲイン計算部１１は、ゲインが１以上でバラツキ指標に対して単調減少するようにゲインを計算する。例えば、ゲイン計算部１１は、バラツキ指標をＳ、０より大きい所定値をＳ₀ 、ゲインの最大値をＧ_max 、ゲインの最小値をＧ_min、ゲインをＧ（Ｓ）として、ゲインＧ（Ｓ）を下記の（５）式により計算する。

Ｇ_max の値は、１より大きい値であり、例えば、Ｇ_max＝ｉ＿ｍａｘ／Ｔ１とする。またＧ_min の値は、１以下の値であり、例えばＧ_min ＝１とする。また所定値をＳ₀の値としては、映像に字幕又はテロップが含まれる場合に得られるバラツキ指標より若干大きい程度の値を設定しておけばよい。なお、（５）式は一例であり、ゲイン計算部１１は、バラツキ指標に対して単調減少する関数であれば、その他の関数を用いてもよい。図７は、バラツキ指標ＳとゲインＧ（Ｓ）との対応例を示す特性図である。図７（ａ）は、（５）式によりゲインＧ（Ｓ）を計算した例を示し、バラツキ指標Ｓが小さければゲインＧ（Ｓ）が大きくなり、バラツキ指標Ｓが大きければゲインＧ（Ｓ）が小さくなる。図７（ｂ）は、他の関数を用いてゲインＧ（Ｓ）を計算した例を示し、ゲインＧ（Ｓ）の値はバラツキ指標Ｓに応じて非線形に変化する。ゲイン計算部１１は、以上のような、バラツキ指標に対して単調減少する関数の演算式を予め記憶しており、ステップＳ１４では、バラツキ指標を演算式に代入して計算することにより、ゲインを計算する。

ステップＳ１３又はステップＳ１４が終了した後は、ゲイン計算部１１は、計算したゲインを増幅回路１４へ入力し（Ｓ１５）、処理を終了する。なお、ゲイン計算部１１は、ステップＳ１３又はＳ１４で、演算式を用いるのではなく、変換テーブルを参照することによってゲインを取得する形態であってもよい。この形態の場合は、高輝度画素数又はバラツキ指標とゲインの値との図６又は図７に示す如き１対１の対応関係を記録した変換テーブルをゲイン計算部１１で予め記憶しておけばよい。ゲイン計算部１１は、ステップＳ１３又はＳ１４で、高輝度画素数又はバラツキ指標に対応するゲインを変換テーブルから抽出することにより、ゲインを取得する処理を行う。

増幅回路１４は、マトリクス回路１３からＲＧＢ各色の色信号を入力され、ゲイン計算部１１からゲインを入力され、ＲＧＢ各色の色信号にゲインを乗じることにより、ＲＧＢ各色の色信号を増幅する。増幅回路１４は、次に、増幅したＲＧＢ各色の色信号をガンマ補正部１５へ入力する。ガンマ補正部１５は、増幅回路１４から入力されたＲＧＢ各色の色信号に対してガンマ補正を行い、ガンマ補正後のＲＧＢ各色の色信号を駆動回路３１へ入力する。駆動回路３１は、ガンマ補正部１５から入力されたＲＧＢ各色の色信号に従って、液晶パネル３を駆動させる。以上の処理を実行することにより、本発明の映像表示装置は、映像信号が表す一フレーム分の映像を表示する。映像表示装置の各構成部分は、一フレーム分の映像信号を取得する都度、以上の処理を繰り返す。

図８は、高輝度画素数に基づいて計算したゲインを用いて映像信号を増幅した例を示す特性図である。図８には、増幅前後の輝度のヒストグラムを示しており、増幅前のヒストグラムを実線で示し、増幅後のヒストグラムを点線で示している。図８に示すヒストグラムは、高輝度画素数が小さく所定の設定値より小さくなっている例であるので、ゲイン計算部１１によるステップＳ１３での処理により、高輝度画素数に基づいて１より大きいゲインが計算され、ゲインを用いて輝度が増幅される。第１閾値以下の輝度が増幅される一方で、第１閾値より大きい輝度の一部は、輝度の設定範囲の上限値である２５５以上の値にまで増幅され、輝度の飽和の原因となる。しかしながら、高輝度画素数が小さいので、映像中で輝度が飽和する画素の数は小さく、輝度の飽和が映像中で目立たない。また第１閾値以下の輝度が増幅されるので、映像表示装置が表示する映像のコントラストが改善される。またゲイン計算部１１は、高輝度画素数が大きいほどゲインが小さくなるようにゲインを計算するので、高輝度画素数が大きい場合に輝度が飽和する画素の増大を抑制する。

図９は、バラツキ指標に基づいて計算したゲインを用いて映像信号を増幅した例を示す特性図である。図９には、増幅前後の輝度のヒストグラムを示しており、増幅前のヒストグラムを実線で示し、増幅後のヒストグラムを点線で示している。図９に示すヒストグラムは、字幕又はテロップを含む映像を表す映像信号から取得した度数分布を示すヒストグラムである。字幕又はテロップを映像中に表示するためには、字幕又はテロップに含まれる画素での輝度を大きくし、字幕又はテロップに含まれる画素の数をある程度多く確保する必要があるので、ヒストグラム中の輝度が第２閾値より大きい領域には、字幕又はテロップに対応するピークが存在する。このように、字幕又はテロップを含む映像を表す映像信号から取得した度数分布では、高輝度画素数が大きくなるので、高輝度画素数に基づいてゲインを計算するだけでは、ゲインが小さく計算され、実質的に映像信号は増幅されない。

しかしながら、字幕又はテロップに対応する画素以外に高輝度の画素がほとんど無い映像であれば、ゲインを大きくしたとしても、輝度が飽和する画素は字幕又はテロップに対応する画素にほぼ限定される。字幕又はテロップに対応する画素で輝度が飽和したとしても、字幕又はテロップの役割は果たされ、輝度が飽和することによる悪影響は少ない。また字幕又はテロップの輝度はほぼ一定であるので、字幕又はテロップに対応する画素での輝度のバラツキは小さく、字幕又はテロップに対応する画素以外に高輝度の画素がほとんど無い状態であれば、標準偏差等のバラツキ指標は小さくなる。

図９に示すヒストグラムの例では、高輝度画素数が大きくバラツキ指標が小さくなっており、ゲイン計算部１１によるステップＳ１４での処理により、バラツキ指標に基づいて１より大きいゲインが計算され、ゲインを用いて輝度が増幅される。第２閾値以下の輝度が増幅される一方で、第２閾値より大きい輝度の一部は、輝度の設定範囲の上限値である２５５以上の値にまで増幅され、輝度が飽和する。しかしながら、輝度が飽和する画素は、主に字幕又はテロップに対応する画素であるので、映像の画質に与える悪影響は少ない。第２閾値以下の輝度が増幅されるので、映像表示装置が表示する映像のコントラストが改善される。またゲイン計算部１１は、バラツキ指標が大きいほどゲインが小さくなるようにゲインを計算するので、字幕又はテロップに対応する画素以外にも輝度が第２閾値よりも大きくなるような画素が多い場合には、ゲインが小さくなって輝度が飽和する画素の増大が抑制される。

以上詳述した如く、本発明の映像表示装置は、映像に含まれる画素の輝度の度数分布を取得し、度数分布から輝度が第１閾値以上である画素の数である高輝度画素数を計算し、高輝度画素数が小さいほど大きくなるようにゲインを計算し、ゲインを用いて映像信号を増幅する。輝度の最大値がどのような値であったとしても、高輝度画素数に応じて計算したゲインを用いて映像信号が増幅される。従って、輝度の最大レベルは高いものの高輝度信号の割合が少ない場合でも、高輝度画素数が小さいので、ゲインは大きく計算されて映像信号が確実に増幅され、映像表示装置が表示する映像のコントラストを改善する効果を向上させることができる。また本発明では、ノイズに起因する高輝度の信号が映像信号に含まれたとしても、高輝度画素数が大きく変化することが無いので、ゲインの値は大きく変動しない。従って、本発明においては、ノイズによる悪影響を受けること無く、確実に映像のコントラストを改善することができる。

また本発明の映像表示装置は、高輝度画素数が設定値より大きい場合に、輝度の値が第２閾値以上である画素の輝度のバラツキを表すバラツキ指標を度数分布から計算し、バラツキ指標が小さいほど大きくなるようにゲインを計算し、ゲインを用いて映像信号を増幅する。高輝度画素数が大きい場合であっても、バラツキ指標が小さいときは、ゲインは大きく計算されて映像信号が確実に増幅される。増幅によって輝度が飽和する部分は、主に字幕又はテロップの部分であり、映像に与える悪影響は少ない。従って、映像に字幕又はテロップが含まれる場合であっても、映像信号が確実に増幅され、映像の画質を悪化させることなく、映像表示装置が表示する映像のコントラストを改善する効果を向上させることができる。

また本発明においては、高輝度画素数が設定値より大きい場合にはバラツキ指標に基づいてゲインを計算するものの、高輝度画素数が設定値以下である場合にはバラツキ指標に基づいたゲインの計算を行わない。高輝度画素数が小さい場合は、輝度が第１閾値以上である少量の画素に起因してバラツキ指標が大きくなり、映像信号の増幅が抑制される可能性がある。従って、本発明においては、高輝度画素数が設定値以下である場合はバラツキ指標に基づいたゲインの計算を行わないことにより、確実に映像のコントラストを改善させる。

以上のように、本発明の映像表示装置は、映像信号に応じて適切なゲインを定め、映像信号を確実に増幅して映像のコントラストを改善することができる。即ち、本発明の映像表示装置は、コンテンツ内容、又はコンテンツの視聴モード等に適応した最適な画質で映像を表示することが可能となる。また適切な範囲内で映像信号が増幅され、映像のコントラストが確実に改善されるので、光源４の光量を下げたとしても、コントラスト感のある映像が表示され、映像の画質は損なわれない。従って、本発明の映像表示装置は、照度センサ４３が測定した外部の明るさに応じて光源４の光量を減少させる等の方法により、映像の画質を劣化させることなく消費電力を削減することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２においては、実施の形態１と異なる方法でゲインを計算する形態を示す。本実施の形態に係る映像表示装置の内部構成は、図１を用いて説明した実施の形態１の場合と同様である。実施の形態１と同様に、チューナ２１及び入力部２２は、映像信号を度数分布取得部１２及びマトリクス回路１３へ入力し、マトリクス回路１３は、映像信号からＲＧＢ各色の色信号を生成して増幅回路１４へ入力し、度数分布取得部１２は、映像信号から度数分布を取得し、高輝度画素数及びバラツキ指標を計算してゲイン計算部１１へ入力する。

図１０は、実施の形態２に係るゲイン計算部１１が実行する処理の手順を示すフローチャートである。ゲイン計算部１１は、度数分布取得部１２から、計算した高輝度画素数及びバラツキ指標の入力を受け付ける（Ｓ２１）。ゲイン計算部１１は、次に、入力された高輝度画素数に基づいて、第１ゲインを計算する（Ｓ２２）。ステップＳ２２では、ゲイン計算部１１は、ゲインが高輝度画素数に対して単調減少するようにゲインを計算する。例えば、ゲイン計算部１１は、実施の形態１におけるステップＳ１３での処理と同様に、高輝度画素数Ａに基づいて、第１ゲインＧ（Ａ）を（４）式により計算する。第１ゲインの最大値Ｇ_max の値は、１より大きい値とする。また第１ゲインの最小値Ｇ_minの値は、１より小さい値としてもよい。Ｇ_min の値を１より小さい値とした場合は、高輝度画素数が過大であるときにゲインを１より小さい値にすることが可能であり、高輝度の映像で輝度が飽和して画質が劣化することを防止することができる。

ゲイン計算部１１は、次に、入力されたバラツキ指標に基づいて、第２ゲインを計算する（Ｓ２３）。ステップＳ２３では、ゲイン計算部１１は、ゲインがバラツキ指標に対して単調減少するようにゲインを計算する。例えば、ゲイン計算部１１は、実施の形態１におけるステップＳ１４での処理と同様に、バラツキ指標Ｓに基づいて、第２ゲインＧ（Ｓ）を（５）式により計算する。第２ゲインの最大値Ｇ_max の値は、１より大きい値とする。また第２ゲインの最小値Ｇ_minの値は、１より小さい値としてもよい。

ゲイン計算部１１は、次に、高輝度画素数の値が０に近いほど補正後の第２ゲインが１に近づくように、高輝度画素数に基づいて第２ゲインを補正する処理を行う（Ｓ２４）。ステップＳ２４では、ゲイン計算部１１は、例えば、第２ゲインＧ（Ｓ）を補正した補正後の第２ゲインＧ（Ｓ）’を、下記の（６）式により計算する。
Ｇ（Ｓ）’＝１＋（Ｇ（Ｓ）−１）×Ｃ（Ａ） …（６）

（６）式において、Ｃ（Ａ）は補正関数であり、高輝度画素数Ａ＝０で０となり、高輝度画素数Ａに応じて単純増加する関数である。図１１は、補正関数Ｃ（Ａ）の例を示す特性図である。図中の横軸は高輝度画素数Ａを示し、縦軸は補正関数Ｃ（Ａ）の値を示す。図１１に示す補正関数Ｃ（Ａ）は、Ａ＝０で０となり、高輝度画素数Ａに応じて単純増加し、最終的に一定値となる関数である。一定値は例えば１である。（６）式を用いて補正後の第２ゲインＧ（Ｓ）’を計算することにより、補正後の第２ゲインＧ（Ｓ）’は、高輝度画素数の値が０に近いほど１に近づく値となる。なお、（６）式は一例であり、ゲイン計算部１１は、高輝度画素数の値が０に近いほど１に近づく関数であれば、その他の関数を用いてもよい。ゲイン計算部１１は、以上のような、高輝度画素数の値が０に近いほど１に近づく関数の演算式を予め記憶しており、ステップＳ２４では、第２ゲインＧ（Ｓ）及び高輝度画素数Ａを演算式に代入して計算することにより、補正後の第２ゲインＧ（Ｓ）’を計算する。

ゲイン計算部１１は、次に、第１ゲインＧ（Ａ）と補正後の第２ゲインＧ（Ｓ）’とを乗じることにより、ゲインを計算する（Ｓ２５）。即ち、ゲイン計算部１１は、下記の（７）式によりゲインＧを計算する。
Ｇ＝Ｇ（Ａ）×Ｇ（Ｓ）' …（７）
補正後の第２ゲインＧ（Ｓ）'は、高輝度画素数の値が０に近いほど１に近づくので、高輝度画素数が小さいほど最終的なゲインＧの値は第１ゲインＧ（Ａ）に近づくことになる。即ち、高輝度画素数が小さいほど、ゲインの値はバラツキ指標に依存しなくなり、映像に対するバラツキ指標の影響は低下する。従って、本実施の形態では、高輝度画素数が小さい場合にバラツキ指標に応じて映像信号の増幅が抑制されることを防止することができる。

ゲイン計算部１１は、次に、計算したゲインを増幅回路１４へ入力し（Ｓ２６）、処理を終了する。実施の形態１と同様に、増幅回路１４は、ゲイン計算部１１から入力されたゲインを用いてＲＧＢ各色の色信号を増幅し、増幅したＲＧＢ各色の色信号をガンマ補正部１５へ入力する。またガンマ補正部１５は、ＲＧＢ各色の色信号に対してガンマ補正を行い、ガンマ補正後のＲＧＢ各色の色信号を駆動回路３１へ入力する。駆動回路３１は、ガンマ補正部１５から入力されたＲＧＢ各色の色信号に従って、液晶パネル３を駆動させる。以上の処理を実行することにより、本発明の映像表示装置は、映像信号が表す一フレーム分の映像を表示する。映像表示装置の各構成部分は、一フレーム分の映像信号を取得する都度、以上の処理を繰り返す。

以上詳述した如く、本実施の形態に係る映像表示装置は、映像に含まれる画素の輝度の度数分布を取得し、度数分布から高輝度画素数及びバラツキ指標を計算し、高輝度画素数及びバラツキ指標に基づいてゲインを計算し、ゲインを用いて映像信号を増幅する。本実施の形態においても、本発明に係る映像表示装置は、ノイズによる悪影響を受けること無く、確実に映像のコントラストを改善することが可能であり、また映像に字幕又はテロップが含まれる場合であっても、映像のコントラストを改善することができる。従って、本実施の形態においても、本発明の映像表示装置は、最適な画質で映像を表示することが可能となり、また映像の画質を劣化させることなく消費電力を削減することが可能となる。

なお、以上の実施の形態１及び２においては、高輝度画素数及びバラツキ指標を用いて増幅回路１４でのゲインを計算する形態を示しているが、これに限るものではなく、本発明の映像表示装置は、高輝度画素数のみに応じてゲインを計算する形態であってもよい。例えば、映像表示装置は、高輝度画素数の値がどのような値であっても、（４）式を用いてゲインＧ（Ａ）を計算する形態であってもよい。

また実施の形態１及び２においては、本発明における高輝度画素量として、度数分布中で輝度の値が所定の第１閾値以上である画素の数である高輝度画素数を用いた形態を示したが、これに限るものではなく、本発明は高輝度画素量としてその他の値を用いた形態であってもよい。例えば、本発明では、度数分布に含まれる全画素数に対する、輝度の値が所定の第１閾値以上である画素の数の割合を、高輝度画素量として用いてもよい。高輝度画素量として画素数の割合を用いた形態であっても、本発明の映像表示装置は、映像のコントラストを改善する効果を向上することができる。

また実施の形態１及び２においては、一フレーム分の映像についてゲインを計算する形態を示したが、本発明の映像表示装置は、これに限るものではなく、一フィールド分の映像について、一フレーム分の映像に対する前述の処理と同様の処理によりゲインを計算する形態であってもよい。また実施の形態１及び２においては、映像表示装置が行うべき処理を各ハードウェアにより実行する形態を示したが、本発明の映像表示装置は、処理の一部又は全部をソフトウェアにより実行する形態であってもよい。

また以上の実施の形態１及び２においては、液晶パネル３を用いて映像を表示する形態を示したが、本発明の映像表示装置は、これに限るものではなく、プラズマディスプレイパネル、エレクトロルミネッセンスパネル又は電界放出ディスプレイパネル等、その他の表示デバイスを用いて映像を表示する形態であってもよい。

本発明の映像表示装置の内部構成を示すブロック図である。度数分布を図で表したヒストグラムの例を示す特性図である。高輝度画素数の例を示した特性図である。バラツキ指標を模式的に示した特性図である。実施の形態１に係るゲイン計算部が実行する処理の手順を示すフローチャートである。高輝度画素数ＡとゲインＧ（Ａ）との対応例を示す特性図である。バラツキ指標ＳとゲインＧ（Ｓ）との対応例を示す特性図である。高輝度画素数に基づいて計算したゲインを用いて映像信号を増幅した例を示す特性図である。バラツキ指標に基づいて計算したゲインを用いて映像信号を増幅した例を示す特性図である。実施の形態２に係るゲイン計算部が実行する処理の手順を示すフローチャートである。補正関数Ｃ（Ａ）の例を示す特性図である。

符号の説明

１１ゲイン計算部
１２度数分布取得部
１３マトリクス回路
１４増幅回路（増幅手段）
３液晶パネル
４光源

Claims

映像信号に基づいた映像を表示する手段と、映像信号を増幅する増幅手段とを備える映像表示装置において、
映像信号に基づいた一画面分の映像の一部又は全部に含まれる画素の輝度の度数分布を取得する度数分布取得手段と、
該度数分布取得手段が取得した度数分布から、輝度が所定の閾値以上となる画素の量を示す高輝度画素量を求める手段と、
該手段が求めた高輝度画素量に応じて、前記増幅手段でのゲインを求める手段と
を備えることを特徴とする映像表示装置。
映像信号に基づいた映像を表示する手段と、映像信号を増幅する増幅手段とを備える映像表示装置において、
映像信号に基づいた一画面分の映像の一部又は全部に含まれる画素の輝度の度数分布を取得する度数分布取得手段と、
該度数分布取得手段が取得した度数分布から、輝度が所定の第１閾値以上となる画素の量を示す高輝度画素量を求める手段と、
該手段が求めた高輝度画素量が所定の画素量閾値以下であるか否かを判定する手段と、
前記高輝度画素量が前記画素量閾値以下である場合に、前記増幅手段でのゲインを、前記高輝度画素量に応じた１以上の値に定める手段と
を有することを特徴とする映像表示装置。
前記度数分布から、輝度が所定の第２閾値以上である画素の輝度のバラツキを表すバラツキ指標を計算する手段と、
前記高輝度画素量が前記画素量閾値より大きい場合に、計算したバラツキ指標に応じて、前記増幅手段でのゲインを求める手段と
を更に有することを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
映像信号に基づいた映像を表示する手段と、映像信号を増幅する増幅手段とを備える映像表示装置において、
映像信号に基づいた一画面分の映像の一部又は全部に含まれる画素の輝度の度数分布を取得する度数分布取得手段と、
該度数分布取得手段が取得した度数分布から、輝度が所定の第１閾値以上となる画素の量を示す高輝度画素量を求める手段と、
前記度数分布から、輝度が所定の第２閾値以上である画素の輝度のバラツキを表すバラツキ指標を計算する手段と、
求めた高輝度画素量に応じて、第１のゲインを求める手段と、
計算したバラツキ指標に応じて、第２のゲインを求める手段と、
該手段が求めた第２のゲインを、前記高輝度画素量の値が小さいほど１に近づくように、前記高輝度画素量に応じて補正する手段と、
求めた第１のゲインに補正後の第２のゲインを乗ずることにより、前記増幅手段でのゲインを計算する手段と
を備えることを特徴とする映像表示装置。