JP2010054839A - 情報処理装置、画像表示装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く光源からの照射光の強度分布を推定する。
【解決手段】照射対象物の位置ごとに位置での光源ごとの第１照度分布値を、光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までの分布の幅よりも小さい幅を有する第１分布から参照し、第１照度分布値と光源ごとの発光輝度の変調率との第１積を計算し、第１積の全ての光源についての第１和を計算し、第１和を位置での第１成分として推定する手段２０１と、第２照度分布値を、光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２分布から参照し、第２照度分布値と光源ごとの発光輝度の変調率との第２積を計算し、第２積の全ての光源についての第２和を計算し、第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する手段２０２と、照射対象物の位置ごとに、対応する第１成分と第２成分との第３和を計算し、第３和を位置での推定値に設定する手段２０３と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、照射光の強度分布を推定する情報処理装置、画像表示装置および方法に関する。

従来、液晶表示装置等の光源と光変調素子とを用いた画像表示装置において、例えば、表示ダイナミックレンジの拡大、低消費電力化の目的で、光源の照射領域を複数の領域に分割した、領域ごとの光源の明るさ制御が行われている。

従来の技術では、例えば、バックライトを複数の光源で構成し光源ごとの明るさ制御を行っていて、バックライトからの照射光の強度分布を推定するにあたって、各光源の照射光の強度分布データを参照している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２５８４０３号公報

しかし、単一の光源からの照射範囲が広く、近接する照射範囲間の重なりが多いような場合には、光源の照射強度分布データを保持するために多くの記憶領域が必要である。また、バックライトからの照射光の強度分布を推定するにあたっては、多くの演算量が必要とされる。

必要とされる記憶領域のサイズや演算量を削減するために、各単一光源からの照射光の強度分布を実際の空間範囲より狭い空間範囲で近似した照射強度分布データを用いることが考えられるが、各単一光源の照射領域周辺部における照射光を無視して近似したことに起因する誤差が生じてしまう。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、必要とされる記憶領域や演算量が少なく、かつ精度良く光源からの照射光の強度分布を推定することのできる情報処理装置、画像表示装置および方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の情報処理装置は、照射対象物の位置ごとに、該位置での光源ごとの第１照度分布データの値を、該光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までの該分布の幅よりも小さい幅を有する第１分布から参照し、該第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第１積を計算し、該第１積の全ての光源についての第１和を計算し、該第１和を該位置での第１成分として推定する第１推定手段と、第２照度分布データの値を、光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２分布から参照し、該第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第２積を計算し、該第２積の全ての光源についての第２和を計算し、該第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する第２推定手段と、照射対象物の位置ごとに、対応する前記第１成分と前記第２成分との第３和を計算し、該第３和を該位置での、光源により照射対象物に照射される光の強度分布の推定値に設定する設定手段と、を具備することを特徴とする。

本発明の画像表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配列されている液晶パネルと、前記液晶パネルに光を照射する１以上の光源を含む、該光源ごとに調光するバックライトと、画像信号から、光源ごとの輝度の変調率を算出する算出手段と、前記変調率に応じて前記バックライトを制御する第１制御手段と、前記変調率から、前記バックライトから前記液晶パネルに照射される光の強度分布の推定値を推定する推定手段と、前記画像信号および前記推定値から、前記画素ごとでの前記画像信号の光透過率を補正する補正手段と、前記画像信号の光透過率が補正後の光透過率になるように前記液晶パネルを制御する第２制御手段と、を具備し、前記推定手段は、前記照射対象物を液晶パネルとして上記に記載の情報処理装置であることを特徴とする。

本発明の情報処理装置、画像表示装置および方法によれば、必要とされる記憶領域や演算量が少なく、かつ精度良く光源からの照射光の強度分布を推定することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る情報処理装置、画像表示装置および方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
（光源の照度分布）
実施形態では照射対象物（例えば、液晶パネル）に照射される光の強度を単に照度と表現する。光源は実際のハードウェア構成に応じた照度の分布を持つため、１つ以上の光源の点灯により照射対象物に照射される光の照度もそれに応じた分布を持つ。単一光源の照度分布は、図１に示すように、光源の照射範囲の中心から離れるにつれて相対輝度が減少している分布となっている。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態による情報処理装置２００について図２を参照して説明する。
第１の実施形態による情報処理装置２００は、情報処理装置２００に入力された１つ以上の光源の発光輝度の変調率から、その発光輝度の変調率で各光源を発光させた際に照射対象物に照射される光の強度分布の推定値を算出する。情報処理装置２００は照度分布推定部とも呼ぶ。
本実施形態の情報処理装置は、第１照度分布推定部２０１、第２照度分布推定部２０２、加算部２０３を含む。

第１照度分布推定部２０１は、空間的な値の変化を有する第１照度分布データを参照し、各光源の発光輝度の変調率から、光源全体の照度分布に関して、空間的な値の変化を有する成分（第１成分）を算出する。第１照度分布データは、後に図４および図５を参照して説明する。

第２照度分布推定部２０２は、空間的な値変化の無い第２照度分布データを参照し、各光源の発光輝度の変調率から、光源全体の照度分布に関して、空間的な値変化のない成分（第２成分）を算出する。第２照度分布データは、後に図４および図５を参照して説明する。

加算部２０３は、照射対象物上の各座標に対して、第１照度分布推定部２０１で算出された空間的な値の変化を有する成分と、第２照度分布推定部で算出された空間的な値変化のない成分とを加算し、照射対象物に照射される光の強度分布、すなわち、光源全体の照度分布を算出する。

情報処理装置２００の動作を模式的に表すと図３のようになる。図３の（縦７個の小ブロック）×（横１０個の小ブロック）からなるブロック３０１が照射対象物の大きさに対応し、ブロック３０１を構成する小ブロック３０２が各光源に対応する。図３によれば、第１照度分布推定部２０１が算出した第１成分は、小ブロック３０２のあるまとまりごとに照度が異なる値を有しているが、第２照度分布推定部２０２が算出した第２成分は、ブロック３０１を構成する全ての小ブロック３０２が同一の照度を有していることがわかる。すなわち、第１成分は空間的な値の変化があり、第２成分は空間的な値の変化がないことを示している。

＜第１および第２照度分布データ＞
第１照度分布データおよび第２照度分布データについて図４を参照して説明する。
図４からもわかるとおり、単一光源の照度分布は、その周辺部において空間的な変化が少ないため、その周辺部に関しては、第２照度分布データのような、空間的に変化しない照度分布データのみでよく近似しうる。したがって、図４のように、単一光源の照度分布を、空間的な範囲を狭くした空間的に変化する照度分布データと空間的に変化しない照度分布データとの合成で近似することにより、例えば単に空間的な範囲を狭くした単一の照度分布データによって近似するよりも精度良く推定ができる。第１照度分布データが値を有するデータ幅４０２は、照射対象の幅４０１よりも小さく設定される。すなわち、図４でデータ幅４０２は、照射対象の幅４０１よりも幅４０３と幅４０４の分だけ小さくなる。実際は、幅４０３と幅４０４の部分にも小さい値が存在している。実施形態の情報処理装置は、この幅４０３と幅４０４を無視する（０とみなす）ことでデータ量および演算量を減少させることができる。

単一の光源の照度分布を、第１照度分布データのような空間的な範囲を狭くした空間的に変化する照度分布データと、第２照度分布データのような空間的な範囲を狭めない空間的に変化しない照度分布データとに分けて近似する。そして、各々の照度分布データから複数光源による照射光の強度分布を推定し、合成して複数光源による照度分布を推定することにより、単に空間的な範囲を狭くした単一の照度分布データのみを参照して複数光源による照度分布を推定するよりも精度良く推定が行える。

図４に示した第１照度分布データおよび第２照度分布データは、例えば、図５に示す照度分布データ算出部５０１によって算出される。
照度分布データ算出部５０１は、光源ごとに、第１照度分布データと第２照度分布データとを算出する。詳細には、照度分布データ算出部５０１は、光源ごとに、光源の照度分布を、空間的に変化する値の分布の分布データと空間的に変化しない値の分布の第２照度分布データとに分離し、空間的に変化する値の分布の中心からある幅までの、該第１分布の幅よりも小さい幅を有する分布の第１照度分布データを生成する。照度分布データ算出部５０１は、光源の照度分布から第２照度分布データの示す分布を引いた値がしきい値以下の部分の分布をゼロと見なして第１照度分布データを生成してもよい。

例えば、照度分布データ算出部５０１は、光源の周辺部のある幅の照度を０とみなして無視した第１照度分布データと、光源の最も縁の部分の照度値のみの第２照度分布データとを算出する。すなわち、第１照度分布データと第２照度分布データとの加算によって表現される照度分布データは、第１照度分布データにおいて周辺部の照度を０と見なして空間的な幅を狭めて近似を行った分だけ実際の光源の照度分布よりもデータ量が小さくなる。

＜第１照度分布データのデータ幅＞
上述のとおり、実施形態では単一光源の照度分布を、空間的に変化する値を保持する第１照度分布データと位置に依存しない一意の値を保持する第２照度分布データとの合成で近似する。そのため、空間的に変化する値として保持すべき空間的な幅を狭めても、従来の手法と比べて近似精度が良い。したがって、照度分布推定部に必要とされる記憶領域や演算量の観点から、第１照度分布データとして保持すべき空間的な幅は、照射対象の幅よりも狭いことが望ましい。

しかし、第１照度分布データとして保持する空間的な幅を狭めすぎると、記憶領域や演算量は大幅に減らせるものの、一方で単一光源の照度分布に対する近似精度が悪くなり、複数光源による照度分布に対する推定精度も悪くなる。したがって、第１照度分布データとして保持すべき空間的な幅は、アプリケーションにおいて許容される記憶領域や演算量と必要とされる演算精度とに応じて決定する。

＜第１照度分布推定部２０１＞
第１照度分布推定部２０１は、図４に示すような第１照度分布データを参照し、畳み込み演算により、照射対象物に対応する複数の光源全体の照度分布の空間的な値の変化を有する成分（第１成分）を算出する。すなわち、第１照度分布推定部２０１は、第ｎ番目の光源ｎを輝度変調率Ｌ_{ｓｅｔ，ｎ}で点灯させたとき、各座標における第１成分Ｌ_ＢＬＶを下記の（１）式のように推定する。

（１）式においてｘ、ｙは照射対象物上での座標であり、ｘ_０，ｎ、ｙ_０，ｎは照射対象物上での光源ｎの照射範囲の中心の座標である。Ｎは光源の総数である。また、Ｌ_ＰＶ，ｎ（ξ_ｎ，ψ_ｎ）は、照射対象物上での光源ｎの照射範囲の中心からの相対座標（ξ_ｎ，ψ_ｎ）における光源ｎの第１照度分布データである。第１照度分布推定部２０１は、照射対象物の位置ごとに、この位置での光源ごとの第１照度分布データの値を、この光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までのこの分布の幅よりも小さい幅を有する第１照度分布データから参照し、第１照度分布データの値と光源の発光輝度の変調率との積を計算し、この積の全ての光源についての和を計算し、この和をこの位置での第１成分として推定する。

また、単一の光源の照度分布の空間的な変化が、どの光源においても同等とみなせる場合には、それらの照度分布の空間的に変化する成分を単一の照度分布データで近似し、下記の（２）式のように第１成分を推定することもできる。

このようにすることにより、情報処理装置２００において保持すべき第１照度分布データの数を減らすことが可能であり、情報処理装置２００において保持すべきデータの量をさらに減らすことが可能である。

第１照度分布推定部２０１の作用を模式的に表すと図６のようになる。すなわち、第１照度分布推定部２０１は、照射対象物の位置ごとに、この位置での光源ごとの第１照度分布データの値を、この光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までのこの分布の幅よりも小さい幅を有する第１照度分布データから参照し、第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との積（６０１）を計算し、この積の全ての光源についての和を計算し、この和をこの位置での第１成分（Ｌ_ＢＬＶ）６０２として推定する。

＜第２照度分布推定部２０２＞
第２照度分布推定部２０２は、図４に示すような第２照度分布データを参照し、光源全体の照度分布の空間的な値変化のない成分（第２成分）を算出する。すなわち、第２照度分布推定部２０２は、第２成分Ｌ_ＢＬＣを、第２照度分布データＬ_ＰＣ，ｎを用いて、下記の（３）式のように推定する。

（３）式においてＮは光源の総数である。第２照度分布推定部２０２は、光源ごとの第２照度分布データの値を、この光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２照度分布データから参照し、この第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との積を計算し、この積の全ての光源についての第２和を計算し、この第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する。

また、各々の単一光源の照度分布において、各々の空間的に変化する成分を差し引いて得られる各々の空間な変化が無い成分が、どの光源においても同等とみなせる場合には、それらの照度分布の空間な変化が無い成分を単一の照度データで近似し、下記の（４）式のように第２成分を推定することもできる。

このようにすることにより、情報処理装置２００において保持すべき第２照度分布データの数を減らすことが可能であり、情報処理装置２００において保持すべきデータの量をさらに減らすことが可能である。第２照度分布推定部２０２は、照度を、光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２照度分布データから算出し、この照度と光源ごとの発光輝度の変調率との積を計算し、この積の全ての光源についての和を計算し、この和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する。

第２照度分布推定部２０２の作用を模式的に表すと図７のようになる。すなわち、第２照度分布推定部２０２は、光源ごとの第２照度分布データの値を、この光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２照度分布データから参照し、この第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との積（７０１）を計算し、この積の全ての光源についての第２和を計算し、この第２和を照射対象物の各位置での第２成分（Ｌ_ＢＬＣ）７０２として推定する。

第２照度分布推定部２０２は、従来の照度分布推定部および第１照度分布推定部２０１とは異なり、照射対象物上での座標ｘ、ｙおよび照射対象物上での光源ｎの照射範囲の中心の座標ｘ_０，ｎ、ｙ_０，ｎは参照されないことが特徴的である。第２照度分布推定部２０２における演算は、照射対象物上の位置および光源ｎの照射範囲の中心からの位置に依存しない演算であり、照射対象物上での各位置および光源ｎの照射範囲の中心からの位置ごとに行う必要は無いため、その演算量は、従来の照度分布推定部および第１照度分布推定部２０１と比較して非常に少ない。また、第２照度分布データは光源ｎの照射範囲の中心からの位置に依存しない値であるため、各光源に対して高々一つの値を保持していればよく、保持すべき第２照度分布データは、従来の照度分布データおよび本実施形態の第１照度分布データと比較して非常に少ない。

＜加算部２０３＞
加算部２０３は、照射対象物上の各座標に対して、第１照度分布推定部２０１で算出された空間的な値の変化を有する成分（第１成分）と、第２照度分布推定部２０２で算出された空間的な値変化のない成分（第２成分）とを加算し、光源全体の照度分布の推定値を算出する。すなわち、加算部２０３は光源全体の照度分布の推定値Ｌ_ＢＬを下記の（５）式のように算出する。

（５）式においてｘ、ｙは照射対象物上での座標である。加算部２０３は、照射対象物の位置ごとに、対応する第１成分と第２成分との和を計算し、この和をこの位置での、光源により照射対象物に照射される光の強度分布の推定値に設定する。

加算部２０３の作用を模式的に表すと図８のようになる。すなわち、加算部２０３は、照射対象物上の各座標に対して、第１照度分布推定部２０１で算出された第１成分（Ｌ_ＢＬＶ）６０１と、第２照度分布推定部２０２で算出された第２成分（Ｌ_ＢＬＣ）７０２とを加算し、光源全体の照度分布の推定値（Ｌ_ＢＬ）８０１を算出する。

＜第１の実施形態の効果＞
図４から分かるとおり、第１照度分布データに必要なメモリ量が少なく、第１照度分布データと第２照度分布データの和による照度分布の近似精度が良い。第２照度分布データは空間的な変化が無いので、各単一光源に対して高々１つの値を保持するだけでよく必要メモリ量は極少なくなる。

また、図３に示すように第１照度分布推定部における演算は従来どおり畳み込み演算であるが、その演算量は、従来の手法において空間的範囲を狭めて近似した場合と同程度であり、従来の手法において照射対象物の幅全般に渡る範囲の照度分布データを参照する場合よりも少ない演算量で済む。また、第２照度分布推定部２０２は高々光源数分の積和演算に相当する演算で済み、その演算量は畳み込み演算と比較して極少なくて済む。
よって、本発明によれば、必要とされる記憶領域や演算量が少なく、かつ精度良く光源からの照射光の強度分布を推定することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の情報処理装置２００による照度分布推定は、第１照度分布推定部の構成および第１成分の推定方法が第１の実施形態とは異なる。
照射対象物の端等に光を反射する壁がある場合には、図９に示すように、壁面付近にある光源の照度分布９０１は、壁面からの反射の影響を受けるため、照射対象物中央付近にある光源の照度分布９０２とは大きく異なる場合がある。このような場合、光源の位置に応じて異なる第１照度分布データをそれぞれ保持しておいてもよいが、以下に述べるような構成としてもよい。図９は、照射対象物の端に光を反射する壁がある場合の単一の光源の照度分布の一例を示す。

＜第２の実施形態の第１照度分布推定部＞
第２の実施形態の第１照度分布推定部は、図１０に示すように、第１成分を算出するにあたって、壁面における光の反射１００１を考慮する。なお、第２の実施形態の第１照度分布推定部は図示しないが、図２の第１照度分布推定部２０１を単に第２の実施形態の第１照度分布推定部に変更するだけである。すなわち、第１の実施形態とは第１照度分布推定部の動作が異なる。
第２の実施形態の第１照度分布推定部は、照射対象物の第１領域よりも広い第２領域内の位置ごとに、この位置での光源ごとの第１照度分布データの値を、この光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までの該分布の幅よりも小さい幅を有する第１照度分布データから参照し、第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との積１００２を計算し、この積の全ての光源についての第１和を計算し、第２領域から第１領域を取り除いた第３領域を第１領域の外縁に関して第１領域へ折り返した場合に重ならない第１領域の位置については第１和を第１領域の位置での第１成分Ｌ_ＢＬＶとして推定し、第２領域から第１領域を取り除いた第３領域を第１領域の外縁に関して第１領域へ折り返した場合に重なる第１領域の位置については第１領域に含まれる位置での第１和と、第３領域に含まれる位置での第１和との和を第１領域の位置での第１成分Ｌ_ＢＬＶとして推定する。

より具体的には、第２の実施形態の第１照度分布推定部は、図１１に例示するようにして第１成分を算出する。図１１に示すように、第２の実施形態の第１照度分布推定部は、まず、各光源の発光輝度の変調率と各光源の第１照度分布データとから、第１照度分布推定部２０１と同様にして、畳み込み演算により照射対象物上での照度分布の空間的に変化する成分を推定する（ステップＳ１１０１）。ただし、この時点では照射対象物上に壁面は無いと想定して、壁面より外側の架空の照射対象領域に対しても畳み込み演算を適用する。

次に第２の実施形態の第１照度分布推定部は、壁面より外側の架空の照射対象領域に対して算出された照度分布を、壁面で折り返すようにして、実在する照射対象領域の照度分布に加算する（ステップＳ１１０２）。
このようにして、第２の実施形態の第１照度分布推定部では、壁面における光の反射を考慮して第１成分を算出する。

以上の第２の実施形態によれば、壁面付近にある光源に対して、照射対象物中央付近にある光源に対する第１照度分布データとは異なる第１照度分布データを別途保持しておく必要を無くすることが可能となり、本実施形態の報処理装置において保持すべき第１照度分布データの数を減らすことが可能であり、情報処理装置において保持すべきデータの量を減らすことが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態の情報処理装置２００を使用した画像表示装置１２００について図１２から図１７までを参照して説明する。
本実施形態の画像表示装置１２００は、照度分布推定部２００、輝度算出部１２０１、バックライト制御部１２０２、バックライト１２０３、液晶透過率補正部１２０４、液晶制御部１２０５、液晶パネル１２０６を含む。照度分布推定部２００は、上記の情報処理装置２００と同一である。

輝度算出部１２０１は、画像信号を受け取りこの画像信号から表示に適した各光源の輝度の変調率を算出する。
バックライト制御部１２０２は、輝度算出部１２０１によって算出された各光源の輝度の変調率に基づきバックライト１２０３を構成する各光源を強弱に点灯させる。バックライト制御部１２０２は、バックライト１２０３を構成する各光源の発光強度（発光輝度）および発光タイミングを独立に制御可能である。
バックライト１２０３は、複数の光源を有し、これらの光源はバックライト制御部１２０２の制御により個別に強弱に点灯し、液晶パネル１２０６を背面から照射する。

照度分布推定部２００は、輝度算出部１２０１において算出された各光源の輝度変調率を受け取り、この輝度変調率でバックライト１２０３を点灯させた際に実際にバックライト１２０３から液晶パネル１２０６に照射される光の照度分布の予測値を算出する。

液晶透過率補正部１２０４は、照度分布推定部２００において算出されたバックライト１２０３の照度分布の予測値と画像信号とを取得し、この照度分布の予測値と画像信号に基づいて、液晶パネル１２０６の各画素における画像信号の透過率を補正し、補正された透過率の画像信号を液晶制御部１２０５に出力する。
液晶制御部１２０５は、液晶透過率補正部１２０４によって補正された液晶透過率となるように液晶パネル１２０６を制御する。
液晶パネル１２０６は、例えばアクティブマトリクス型であり、アレイ基板上に複数本の信号線およびこれと交差する複数本の走査線が絶縁膜を介して配置されており、両線の各交差領域には画素が形成されている。詳細は後に図１７を参照して説明する。

＜バックライト１２０３＞
バックライト１２０３の一具体例を図１３（ａ−１）、図１３（ａ−２）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示す。
図１３（ａ−１）、図１３（ａ−２）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示すようにバックライト１２０３は少なくとも１つ以上の光源を備えている。光源の配置は、図１３（ａ−１）、図１３（ａ−２）、図１３（ｂ）に示すように、液晶パネル１２０６背面に光源を配置する直下式でもよいし、図１３（ｃ）に示すように液晶パネル１２０６側面に光源を配置し、図示しない導光板やリフレクタにより液晶パネル１２０６背面に光を導くことにより液晶パネル１２０６を背面から照射するエッジライト式でもよい。

図１３（ａ−１）、図１３（ａ−２）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）では各光源は単一の発光素子から構成されるかのように示されているが、光源は図１４（ａ）のように単一の発光素子により構成しても良いし、図１４（ｂ）のように液晶パネル１２０６と平行ないしは垂直な面に沿って複数の発光素子を配置する構成としてもよい。

発光素子はＬＥＤ、冷陰極管、熱陰極管等が適している。特にＬＥＤは最大発光可能輝度と最小発光可能輝度の幅が広く、高いダイナミックレンジでの発光制御が可能であるので、発光素子として用いるのが好ましい。光源はバックライト制御部１２０２によって発光強度（発光輝度）および発光タイミングが制御可能となっている。

＜輝度算出部１２０１＞
輝度算出部１２０１について図１５を参照して説明する。輝度算出部１２０１は、ＲＧＢ最大値算出部１５０１、ガンマ変換部１５０２、平均値算出部１５０３、乗算部１５０４を含む。
ＲＧＢ最大値算出部１５０１は、各画素におけるＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応する画像信号のうちの最大値を求め出力する。以降ではＲＧＢ最大値算出部１５０１で算出された信号をＲＧＢ最大信号と呼ぶ。

ガンマ変換部１５０２は入力されたＲＧＢ最大信号をガンマ変換により相対輝度Ｌ_ＭＡＸに変換する。入力画像信号が［０，２５５］の範囲の信号であるとすると、この変換は例えば、

で表される。ここで、Ｓ_ＭＡＸはＲＧＢ最大値算出部１５０１で算出されたＲＧＢ最大信号である。γ、αは任意の実数で良いが、一般的に最も簡略にこの変換を行う場合にはα＝０．０、γ＝２．２が用いられる。これらの変換は乗算器等を用いて直接に算出しても良いし、ルックアップテーブルを用いて算出してもよい。以降では、ＲＧＢ最大値算出部１５０１とガンマ変換部１５０２によって算出された相対輝度Ｌ_ＭＡＸをＲＧＢ最大輝度値と呼ぶ。

平均値算出部１５０３は、バックライト１２０３を構成する各光源に対して、その光源の液晶パネル１２０６に対する照射範囲に対応した空間範囲内で、複数の画素のＲＧＢ最大輝度値からＲＧＢ最大輝度値の平均値を算出する。平均値算出部１５０３では、各光源に対する平均値の算出の対象となる空間範囲は、各光源の照射範囲に概略一致した空間範囲でもよいし、これより大きい空間範囲でも小さい空間範囲でもよい。

乗算部１５０４は、平均値算出部１５０３で算出された各光源に対する平均値である相対輝度値に、液晶パネル１２０６の表示ダイナミックレンジの平方根を乗じた値を計算する。
輝度算出部１２０１は、乗算部１５０４が計算した値を各光源の輝度の変調率として出力する。

＜液晶透過率補正部１２０４＞
液晶透過率補正部１２０４の一具体例について図１６を参照して説明する。
液晶透過率補正部１２０４は、ガンマ変換部１６０１、除算部１６０２、ガンマ補正部１６０３を含む。

ガンマ変換部１６０１は、入力された画像信号をＲ、Ｇ、Ｂの光透過率に変換する。つまり、ガンマ変化部１６０１は（７）式で表される変換を行う。

ここで、Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｇ、Ｓ_ＢはＲ、Ｇ、Ｂに対応する画像信号値であり、Ｔ_Ｒ、Ｔ_Ｇ、Ｔ_ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ各色に対応する光透過率である。ガンマ変換部のγ、αの値は輝度算出部１２０１におけるガンマ変換部１５０２のγ、αの値と同一の値であっても良いし、異なる値であっても良い。

除算部１６０２は、ガンマ変換部１６０１によって算出された各画素のＲ、Ｇ、Ｂの光透過率と、照度分布推定部２００で算出されたバックライト１２０３の照度の分布の推定値とから補正後の光透過率を算出する。

ガンマ補正部１６０３は除算部１６０２において算出された補正後の光透過率にガンマ補正を施し、液晶制御部に出力するための画像信号に変換する。出力される画像信号をＲ、Ｇ、Ｂに対応する［０，２５５］の範囲の信号であるとすると、このガンマ補正は例えば、下記の（８）式を用いて行われる。

ここで、Ｔ´_Ｒ、Ｔ´_Ｇ、Ｔ´_ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ各色に対応する補正後の光透過率であり、Ｓ´_Ｒ、Ｓ´_Ｇ、Ｓ´_ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応する出力画像信号値である。γ、αは任意の実数で良いが、γを液晶パネル１２０６のガンマ値、αを液晶パネル１２０６の最小光透過率とすることにより、入力信号に忠実な画像の再生を可能とすることが可能である。また、ガンマ補正はこの変換に限らず、必要に応じて公知の変換方式で代用しても良いし、液晶パネルのガンマ変換テーブルに従った逆変換としてもよい。これらの変換は乗算器等を用いて直接に算出としても良いし、ルックアップテーブルを用いて算出してもよい。

なお、除算部１６０２による演算は、ガンマ変換部１６０１によって算出された各画素のＲ、Ｇ、Ｂの光透過率を、照度分布推定部２００で算出されたバックライト１２０３の照度分布の推定値で除算する除算器による演算でもよいし、あらかじめ入出力に対応する値の関係を保持したルックアップテーブルを保持しておき、このルックアップテーブルを参照して補正後の光透過率を算出する演算に代えてもよい。

＜液晶パネル１２０６＞
液晶パネル１２０６は、例えばアクティブマトリクス型であり、図１７に示すようにアレイ基板上に複数本の信号線およびこれと交差する複数本の走査線が図示しない絶縁膜を介して配置しており、両線の各交差領域には画素が形成されている。信号線および走査線の端部は、信号線駆動回路および走査線駆動回路にそれぞれ接続している。各画素は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチ素子と、画素電極と、液晶層と、補助容量と、対向電極と含んでいる。なお、対向電極は全ての画素に共通の電極となっている。

スイッチ素子は、映像信号書込み用のスイッチ素子であり、そのゲートは１水平ラインごとに共通に走査線に接続し、ソースは１垂直ラインごとに信号線に共通に接続している。さらに、ドレインは画素電極に接続するとともに、この画素電極と電気的に並列に配置された補助容量に接続している。

画素電極は、アレイ基板上に形成され、この画素電極と電気的に相対する対向電極は、図示しない対向基板上に形成されている。対向電極には、図示しない対向電圧発生回路から所定の対向電圧が与えられている。また画素電極と対向電極との間には液晶層が保持され、アレイ基板と上記対向基板の周囲は図示しないシール材により封止されている。なお、液晶層に用いる液晶材料は、どのようなものでもよいが、例えば、強誘電性液晶やＯＣＢ(Optically Compensated Bend)モードの液晶等が液晶材料として好適である。

走査線駆動回路は、図示しないシフトレジスタ、レベルシフタおよびバッファ回路等から構成されている。この走査線駆動回路は、図示しない表示比率制御部から制御信号として出力された垂直スタート信号や垂直クロック信号に基づいて、各走査線に行選択信号を出力する。

信号線駆動回路は、例えば、図示しないアナログスイッチ、シフトレジスタ、サンプルホールド回路、ビデオバスを含んでいる。この信号線駆動回路には、図示しない表示比率制御部から制御信号として出力された水平スタート信号および水平クロック信号が入力されるとともに、画像信号が入力されている。

以上の第３の実施形態の画像表示装置によれば、必要とされる記憶領域や演算量が少なく、かつ精度良く光源からの照射光の強度分布を推定することができるため、必要とされる記憶領域や演算量が少なく、かつ高画質に表示ダイナミックレンジの広い表示をすることができる。

以上に示した実施形態によれば、単一の光源からの照射光の強度分布を、空間的に変化する照射強度分布データと空間的に変化しない照射強度分布データとに分けて近似し、各々から複数光源による照射光の強度分布の空間的に変化する成分と、空間的に変化しない成分とを推定し、両者を合成して複数光源による照射光の強度分布の推定値とすることができる。

単一光源からの照射光の強度分布は、その周辺部において空間的な変化が少なく、その周辺部に関しては、空間的に変化しない照射強度分布データのみでよく近似しうる。したがって、空間的に変化する照射強度分布データの空間的な範囲を狭くしても、これら２つのデータの合成による近似は、単に空間的な範囲を狭くした単一のデータによる近似よりも精度がよい。したがって、単一の光源からの照射光の強度分布を、空間的な範囲を狭くした空間的に変化する照射強度分布データと、空間的な範囲を狭めない空間的に変化しない照射強度分布データとに分けて近似し、各々から複数光源による照射光の強度分布を推定し、合成して複数光源による照射光の強度分布を推定することにより、単に空間的な範囲を狭くした単一のデータのみを参照して複数光源による照射光の強度分布を推定するよりも精度良く推定が行える。

また、空間的に変化しない照射強度分布データは、各単一光源に対して高々１つの値で構成しうるため、必要な記憶領域は極少なくて良い。また、空間的に変化しない照射強度分布データを参照しての照射光の強度分布の推定は、照射対象の位置ごとに演算をする必要はないため、演算量も極少なくて良い。

したがって、本発明によれば、必要とされる記憶領域や演算量が少なく、かつ精度良く光源からの照射光の強度分布を推定することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第１の実施形態の単一の光源の照度分布の一例を示す図。 第１の実施形態の情報処理装置のブロック図。 図２の情報処理装置の動作を説明するための図。 第１の実施形態の第１照度分布データと第２照度分布データを示す図。 図４の第１照度分布データと第２照度分布データを算出する照度分布データ算出部を示す図。 図２の第１照度分布推定部の動作を説明するための図。 図２の第２照度分布推定部の動作を説明するための図。 図２の加算部の動作を説明するための図。 第２の実施形態の単一の光源の照度分布の一例を示す図。 第２の実施形態の第１照度分布推定部の動作を説明するための図。 第２の実施形態の第１照度分布推定部の動作の一例を示す模式図。 第３の実施形態の画像表示装置のブロック図。 図１２のバックライトの例を示す図。 図１２の光源の例を示す図。 図１２の輝度算出部のブロック図。 図１２の液晶透過率補正部のブロック図。 図１２の液晶パネルの構造図。

符号の説明

２００・・・情報処理装置（照度分布推定部）、２０１・・・第１照度分布推定部、２０２・・・第２照度分布推定部、２０３・・・加算部、３０１・・・ブロック、３０２・・・小ブロック、４０１・・・照射対象幅、４０２・・・データ幅、４０３、４０４・・・幅、５０１・・・照度分布データ算出部、９０１・・・壁面付近にある光源の照度分布、９０２・・・照射対象物中央付近にある光源の照度分布、１２００・・・画像表示装置、１２０１・・・輝度算出部、１２０２・・・バックライト制御部、１２０３・・・バックライト、１２０４・・・液晶透過率補正部、１２０５・・・液晶制御部、１２０６・・・液晶パネル、１５０１・・・ＲＧＢ最大値算出部、１５０２・・・ガンマ変換部、１５０３・・・平均値算出部、１５０４・・・乗算部、１６０１・・・ガンマ変換部、１６０２・・・除算部、１６０３・・・ガンマ補正部。

Claims (10)

1. 照射対象物の位置ごとに、該位置での光源ごとの第１照度分布データの値を、該光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までの該分布の幅よりも小さい幅を有する第１分布から参照した、該第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第１積を計算し、該第１積の全ての光源についての第１和を計算し、該第１和を該位置での第１成分として推定する第１推定手段と、
   第２照度分布データの値を、光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２分布から参照し、該第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第２積を計算し、該第２積の全ての光源についての第２和を計算し、該第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する第２推定手段と、
   照射対象物の位置ごとに、対応する前記第１成分と前記第２成分との第３和を計算し、該第３和を該位置での、光源により照射対象物に照射される光の強度分布の推定値に設定する設定手段と、を具備することを特徴とする情報処理装置。
2. 照射対象物の位置ごとに、該位置での光源ごとの第１照度分布データの値を、該光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までの該分布の幅よりも小さい幅を有する第１分布から参照し、該第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第１積を計算し、該第１積の全ての光源についての第１和を計算し、該第１和を該位置での第１成分として推定する第１推定手段と、
   光源ごとの第２照度分布データの値を、該光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２分布から参照し、該第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第２積を計算し、該第２積の全ての光源についての第２和を計算し、該第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する第２推定手段と、
   照射対象物の位置ごとに、対応する前記第１成分と前記第２成分との第３和を計算し、該第３和を該位置での、光源により照射対象物に照射される光の強度分布の推定値に設定する設定手段と、を具備することを特徴とする情報処理装置。
3. 照射対象物の第１領域よりも広い第２領域内の位置ごとに、該位置での光源ごとの第１照度分布データの値を、該光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までの該分布の幅よりも小さい幅を有する第１分布から参照し、該第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第１積を計算し、該第１積の全ての光源についての第１和を計算し、前記第２領域から前記第１領域を取り除いた第３領域を前記第１領域の外縁に関して第１領域へ折り返した場合に重ならない第１領域の位置については前記第１和を第１領域の該位置での第１成分として推定し、前記第２領域から前記第１領域を取り除いた第３領域を前記第１領域の外縁に関して第１領域へ折り返した場合に重なる第１領域の位置については前記第１領域に含まれる位置での第１和と、前記第３領域に含まれる位置での第１和との和を第１領域の該位置での第１成分として推定する第１推定手段と、
   第２照度分布データの値を、光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２分布から参照し、該第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第２積を計算し、該第２積の全ての光源についての第２和を計算し、該第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する第２推定手段と、
   照射対象物の位置ごとに、対応する前記第１成分と前記第２成分との第３和を計算し、該第３和を該位置での、光源により照射対象物に照射される光の強度分布の推定値に設定する設定手段と、を具備することを特徴とする情報処理装置。
4. 照射対象物の第１領域よりも広い第２領域内の位置ごとに、該位置での光源ごとの第１照度分布データの値を、該光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までの該分布の幅よりも小さい幅を有する第１分布から算出し、該第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第１積を計算し、該第１積の全ての光源についての第１和を計算し、前記第２領域から前記第１領域を取り除いた第３領域を前記第１領域の外縁に関して第１領域へ折り返した場合に重ならない第１領域の位置については前記第１和を第１領域の該位置での第１成分として推定し、前記第２領域から前記第１領域を取り除いた第３領域を前記第１領域の外縁に関して第１領域へ折り返した場合に重なる第１領域の位置については前記第１領域に含まれる位置での第１和と、前記第３領域に含まれる位置での第１和との和を第１領域の該位置での第１成分として推定する第１推定手段と、
   光源ごとの第２照度分布データの値を、該光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２分布から参照し、該第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第２積を計算し、該第２積の全ての光源についての第２和を計算し、該第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する第２推定手段と、
   照射対象物の位置ごとに、対応する前記第１成分と前記第２成分との第３和を計算し、該第３和を該位置での、光源により照射対象物に照射される光の強度分布の推定値に設定する設定手段と、を具備することを特徴とする情報処理装置。
5. 光源ごとに、光源の照度分布を、空間的に変化する値の第１分布と空間的に変化しない値の第２分布とに分離する分離手段と、
   前記第１分布の中心からある幅までの、該第１分布の幅よりも小さい幅を有する第３分布を生成する生成手段と、
   照射対象物の位置ごとに、該位置での光源ごとの第１照度分布データの値を前記第３分布から参照し、該第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第１積を計算し、該第１積の全ての光源についての第１和を計算し、該第１和を該位置での第１成分として推定する第１推定手段と、
   第２照度分布データの値を前記第２分布から参照し、該第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第２積を計算し、該第２積の全ての光源についての第２和を計算し、該第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する第２推定手段と、
   照射対象物の位置ごとに、対応する前記第１成分と前記第２成分との第３和を計算し、該第３和を該位置での、光源により照射対象物に照射される光の強度分布の推定値に設定する設定手段と、を具備することを特徴とする情報処理装置。
6. 光源ごとに、光源の照度分布を、空間的に変化する値の第１分布と空間的に変化しない値の第２分布とに分離する分離手段と、
   前記第１分布の中心からある幅までの、該第１分布の幅よりも小さい幅を有する第３分布を生成する生成手段と、
   照射対象物の位置ごとに、該位置での光源ごとの第１照度分布データの値を前記第３分布から参照し、該第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第１積を計算し、該第１積の全ての光源についての第１和を計算し、該第１和を該位置での第１成分として推定する第１推定手段と、
   光源ごとの第２照度分布データの値を前記第２分布から参照し、該第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第２積を計算し、該第２積の全ての光源についての第２和を計算し、該第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定する第２推定手段と、
   照射対象物の位置ごとに、対応する前記第１成分と前記第２成分との第３和を計算し、該第３和を該位置での、光源により照射対象物に照射される光の強度分布の推定値に設定する設定手段と、を具備することを特徴とする情報処理装置。
7. 前記生成手段は、前記照度分布から前記第２分布を引いた値がしきい値以下の部分の分布をゼロと見なして前記第３分布を生成することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の情報処理装置。
8. 複数の画素がマトリクス状に配列されている液晶パネルと、
   前記液晶パネルに光を照射する１以上の光源を含む、該光源ごとに調光するバックライトと、
   画像信号から、光源ごとの輝度の変調率を算出する算出手段と、
   前記変調率に応じて前記バックライトを制御する第１制御手段と、
   前記変調率から、前記バックライトから前記液晶パネルに照射される光の強度分布の推定値を推定する推定手段と、
   前記画像信号および前記推定値から、前記画素ごとでの前記画像信号の光透過率を補正する補正手段と、
   前記画像信号の光透過率が補正後の光透過率になるように前記液晶パネルを制御する第２制御手段と、を具備し、
   前記推定手段は、前記照射対象物を液晶パネルとして請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の情報処理装置であることを特徴とする画像表示装置。
9. 照射対象物の位置ごとに、該位置での光源ごとの第１照度分布データの値を、該光源の照度分布のうちの空間的に変化する値の分布の中心からある幅までの該分布の幅よりも小さい幅を有する第１分布から参照し、該第１照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第１積を計算し、該第１積の全ての光源についての第１和を計算し、該第１和を該位置での第１成分として推定し、
   第２照度分布データの値を、光源の照度分布のうちの空間的に変化しない値の第２分布から参照し、該第２照度分布データの値と光源ごとの発光輝度の変調率との第２積を計算し、該第２積の全ての光源についての第２和を計算し、該第２和を照射対象物の各位置での第２成分として推定し、
   照射対象物の位置ごとに、対応する前記第１成分と前記第２成分との第３和を計算し、該第３和を該位置での、光源により照射対象物に照射される光の強度分布の推定値に設定することを特徴とする情報処理方法。
10. 複数の画素がマトリクス状に配列されている液晶パネルを用意し、
    前記液晶パネルに光を照射する１以上の光源を含む、該光源ごとに調光するバックライトを用意し、
    画像信号から、光源ごとの輝度の変調率を算出し、
    前記変調率に応じて前記バックライトを制御し、
    前記変調率から、前記バックライトから前記液晶パネルに照射される光の強度分布の推定値を推定し、
    前記画像信号および前記推定値から、前記画素ごとでの前記画像信号の光透過率を補正し、
    前記画像信号の光透過率が補正後の光透過率になるように前記液晶パネルを制御することを具備し、
    前記推定値を推定することは、前記照射対象物を液晶パネルとして請求項９に記載の情報処理方法であることを特徴とする画像表示方法。

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