JP2010145945A - 映像表示装置及び映像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 注目画像を抽出してその部分をスポットライト的に表示する映像表示装置及び映像表示方法を提供する。
【解決手段】 バックライトと、このバックライトからの光の透過を制御されて表示を行う透過型表示パネルと、表示映像の注目位置を検出する検出手段と、前記注目位置に対応する表示画面のエリアにおいて前記エリア以外の表示画面のエリアよりバックライトを強め又は前記透過型表示パネルの前記注目位置に対応する表示画面のエリア以外の輝度を落とすマスク処理する点灯制御手段とを備えたことを特徴とする映像表示装置。
【選択図】 図４

Description

本発明は、バックライトを点灯制御できる映像表示装置及び映像表示方法に関する。

液晶表示装置のバックライトにはＣＣＦＬ管を採用しているのが一般的であったが、最近では、ＬＥＤ等を用いたバックライトなども製品化されている。現在、液晶ＴＶの光源となるバックライトユニットにおいて、薄型や消費電力の低減の観点からＬＥＤバックライトを用いた液晶ＴＶが製品化されている。例えば、消費電力低減のためにバックライトの光源を複数に分割してエリア制御や点灯値と液晶の透過率に相関性を持たせて、本来あるべき輝度値となるように動的に制御がなされている。

例えば特許文献１に記載されているものは概要として、液晶表示装置において、画面表示部がマトリックス状に分割されたバックライト部を持ち、バックライトの点灯、消灯を制御する装置であり、観察者の目の動きを検出する手段を有して、検出された目の動きから推測される視点位置近傍のバックライトを点灯させるというものである。

しかしながら装置が表示映像の内容から注目画像を抽出し、この抽出した注目画像に対応するバックライトを点灯する技術は開示されていなかった。
特開２００８−２０９６１０号公報

本発明は、注目画像を抽出してその部分をスポットライト的に表示する映像表示装置及び映像表示方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の映像表示装置は、バックライトと、このバックライトからの光の透過を制御されて表示を行う透過型表示パネルと、表示映像の注目位置を検出する検出手段と、前記注目位置に対応する表示画面のエリアにおいて前記エリア以外の表示画面のエリアよりバックライトを強め又は前記透過型表示パネルの前記注目位置に対応する表示画面のエリア以外の輝度を落とすマスク処理する点灯制御手段と、前記バックライトの点灯により映像表示を行う表示手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、注目画像を抽出してその部分をスポットライト的に表示する映像表示装置及び映像表示方法が得られる。

以下、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
本発明による実施形態１を図１乃至図５を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の一形態にかかる液晶表示装置１の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、液晶表示装置１は、画像データ受信部１０、注目領域処理部１５、画像データ処理部２０、画像表示制御部３０、表示部４０、光源としてのバックライト５０を備える。

画像データ受信部１０は例えば、屋外に設置されたアンテナ（図示せず）と接続されており、このアンテナを介して画像データを受信する。例えば、地上アナログ波、地上デジタル波、衛星放送用電波などに乗せられた種々の画像データが受信可能である。また、画像データ受信部１０は、図示はしないが種々の画像再生機器（例えば、ＨＤ−ＤＶＤプレーヤや同レコーダ、ＤＶＤプレーヤや同レコーダなど）とも接続することができる。この場合には、画像データ受信部１０は画像再生機器が再生した画像データを受信する。

画像データ受信部１０は受信した画像データを注目領域処理部１５を経由して画像表示制御部３０および画像データ処理部２０に出力する。画像データ受信部１０で受信される画像データは、詳細には４：３、１６：９など種々の縦横比で構成されている。縦横比とは画像データの横幅と縦幅の比である。

画像データには、この画像データがどの縦横比で構成されているかを示す画像縦横比情報が付加されている。
画像表示制御部３０は、画像データ受信部１０から出力された画像データを受けて表示部４０に画像を表示させる。
表示部４０は、液晶パネル４３、ゲートドライバ４１、ソースドライバ４２から主に構成されている。
液晶パネル４３は、縦横比が１６：９の液晶パネルであり、例えばここでは左右に縦横比が１６：９の画像データを表示するときには表示領域４３１、即ち液晶パネル４３全体の表示領域で表示し、縦横比が４：３の画像データを表示するときには中央の破線部で示した表示領域４３２を用いて画像を表示する。

表示領域４３１の縦横比は１６：９である。表示領域４３１には１６：９で構成された画像が表示される。
表示領域４３２の縦横比は４：３である。表示領域４３２には４：３で構成された画像が表示される。
液晶パネル４３は、特別図示をしないが２枚のガラスの間に液晶材料をはさみこのガラス上に走査線とデータ線を格子状に配置して構成される。走査線とデータ線はそれぞれ液晶パネル４３端に配置したゲートドライバ４１およびソースドライバ４２の駆動によって制御される。ゲートドライバ４１は走査線にパルス状の電圧波形を順次出力する機能を有する。

ソースドライバ４２はゲートドライバ４１によるパルス状の電圧波形の出力に対応して液晶に電圧を供給する。液晶パネル４３はこのように、ソースドライバ４２とゲートドライバ４１の駆動によって液晶に電圧を印加されることにより画像を表示する。

画像データ処理部２０は、情報取得部２１と、光源制御部２２と、メモリ２３とから構成されている。また注目領域処理部１５は後述の図４の処理のために例えば図示せぬＣＰＵ、プログラム用ＲＯＭ、ワーク用ＲＡＭ等を備えている。情報取得部２１には画像データ受信部１０が出力した画像データが入力される。情報取得部２１は、入力された画像データに付加されている画像縦横比情報を取得し、この取得した画像縦横比情報を光源制御部２２へ出力する。

メモリ２３は、光源制御部２２が光源ユニット５１の制御を行う際に、光源制御部２２によって参照されるバックライト５０の点消灯テーブルデータを記憶している。バックライト５０の点消灯テーブルデータとはバックライト５０を構成する複数の光源ユニット５１を点灯または消灯するための情報である。このテーブルデータは、画像データの縦横比に応じて異なるテーブルデータを持っている。

光源制御部２２は、メモリ２３に記憶されたバックライト５０の点消灯テーブルデータを読み出す。光源制御部２２は、情報取得部２１が出力した画像縦横比情報と対応するバックライト５０の点消灯テーブルデータに基づいて、バックライト５０を構成する複数の光源ユニット５１の点消灯を制御する。すなわち光源制御部２２は点灯制御部として機能する。

バックライト５０は表示部４０の表示領域４３１または表示領域４３２に対して光源ユニット５１の光を供給する。すなわちバックライト５０は光源として機能する。

バックライト５０は液晶パネル４３の裏側に設けられる。
バックライト５０と液晶パネル４３の間には図示はしないが一対の拡散板とこの拡散板に挟まれたプリズムシートが設けられる。拡散板は光源ユニットが供給した光を散乱、拡散させ、表示領域全体を均一な明るさにするためのものである。

プリズムシートは、バックライト５０から供給された光の輝度を向上させるためのものである。
光源ユニット５１は、ＲＥＤ（以下Ｒと称す。）、ＧＲＥＥＮ（以下Ｇと称す。）、ＢＬＵＥ（以下Ｂと称す。）の３原色光で発光する複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）から構成されている。光源ユニット５１はＲＧＢのＬＥＤの色を混ぜて白色で発光することができる。

なお、本発明は光源ユニット５１に使用されるＬＥＤの構成は特に限定されず、例えば一つのＲＬＥＤ、二つのＧＬＥＤ、一つのＢＬＥＤを一組としたものや、二つのＲＬＥＤ、三つのＧＬＥＤ、一つのＢＬＥＤを一組としたものなどであってもよい。

また使用するＬＥＤもＲＧＢの３色に限定されることなく４色以上のＬＥＤや白色のＬＥＤなど種々のＬＥＤを光源とすることができる。
また、光源ユニット５１を構成する光源はＬＥＤに限定されることなく種々の発光素子を使用することができる。この発光素子は例えば、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、や無機ＥＬ、レーザダイオード(Laser Diode、ＬＤ)などである。

次に、バックライトをスキャン制御することの出来る光源の例を説明する。図２(a)、(b)は、バックライト１０５（図１の５０相当）の例を示す。
初めに図２(a)について説明する。これは、導光板を用いたエッジ型のバックライト光源である。バックライト１０５は、導光板１０８にて複数に分割されており、この場合は６分割にて示しているが、この分割数にこだわる必要は無く、所望の分割数にしても良い。導光板１０８のエッジには、分割数に合わせて光源部１０６が配置され、光源部には、RGBを発光する光源部１０７が配置されている。この光源はLED、ELもしくはLDなどで構成されている。なお、本発明は先にも述べた通りRGBではなく、擬似白色のような白色光源としても良い。また、導光板でなく平板面の光源などでも良い。

次に、図２(ｂ)について説明する。これは、光源直下型のバックライト光源である。図１に対応する構成である。バックライト１０５は、RGBを有する光源１０６（図１の５１相当）にて構成され、各光源１０６は、バックライト内部で複数に分割されており、この場合は６×８分割に格子状に配置されているものを示している。もちろんこの、分割数にこだわる必要が無く、所望の分割数にして良い。後述の図５、図６では８×１１分割を示しているが例えば８×８分割、８×１６分割などが実用となっている。この配置においては、画面のライン方向に一列に制御が可能となるように制御されると同時に、エリア制御のように光源を制御することももちろん可能である。この場合においてもRGBを発光する１０６はLEDもしくは、EL、もしくはLDなどであっても良い。もちろんRGBではなく、擬似白色のような白色光源としても良い。

次に、図２(ｂ)で示したような格子状に分割された光源を用いたバックライトを用いて、バックライト制御手段の方法について説明する。図３はバックライトを構成する１つの光源に注目した場合の説明図である。いま注目する１つの光源１０６のみを点灯したとする。光源１０６からの光は、自らの光源の広がりと拡散板などの光学フィルムによる広がりで、本来の分割された領域よりも光が拡散されて液晶パネル４３に供給される。バックライトの構成図の右に示すXY軸にて示すグラフ１１０は、X軸は距離を示し、Y軸は相対的な輝度を示す。光源の広がりを示す簡易的なプロファイル１１１を示しておく。このプロファイル１１１は、ガウス分布による広がりまたは、指数関数による広がりで近似することが出来るが、ここで示すプロファイル１１１は概形を示している。プロファイルの数値などは特に示してはいないが、説明上の理解を助けるための図示である。

図４は、実施形態の機能ブロック構成図を示している。
映像信号２０１は注目領域検出部２０２と液晶パネル２０３に入力される。注目領域検出部２０２では映像信号２０１から注目画像があるエリアを検出して注目エリア信号を点灯値設定部２０４に出力する。点灯値設定部２０４では入力された注目エリア信号をもとにどのエリアのバックライトを点灯するかを設定して、点灯値データとしてバックライト制御部２０５に出力する。バックライト２０６は、バックライト制御部２０５の制御信号に基づいて点灯を行う。映像信号２０１は図１の画像データ受信部１０の出力に相当する。また注目領域検出部２０２と点灯値設定部２０４及びバックライト制御部２０５は、注目領域処理部１５に相当する。エリア制御バックライト２０６は光源としてのバックライト５０に相当する。

動作手段としては注目領域検出部２０２と点灯値設定部２０４とで検出手段を、またバックライト制御部２０５とバックライト２０６とで点灯制御手段を構成する。また液晶パネル２０３が表示手段に相当する。

各部の動作について説明する。注目領域検出部２０２では入力された映像信号２０１から注目画像があるエリアを検出する。注目画像があるエリアとして例えば動きのあるエリアや人物が存在しているエリアを検出する。例えば動きのあるエリアは画像の差分をとるなど動きベクトルを用いる処理といった方法によって検出する。この検出された結果である注目エリア信号は点灯値設定部２０４に入力される。点灯値設定部２０４では検出されたエリアに対応するバックライトとしてどのエリアのバックライトを点灯するかの演算を行う。注目エリア信号がある範囲を持つ場合は、その範囲の中心に近い部分のバックライトの位置を選択して点灯値の設定を行う。

バックライト制御部２０５では点灯値データに基づいてエリア分割しているバックライト１０５の注目エリアを点灯するための光源部１０６の点灯を行う。
たとえば、図５（a）のように左下部分に人物ｐがいる映像信号が入力された場合、注目領域検出部２０２では図５（b）の斜線部分を注目エリア信号として出力する。バックライトのエリア分割が図５（ｃ）の波線で示したグループ分割状態とすると、点灯値設定部２０４では注目エリア信号とバックライトのエリア分割から図５（ｄ）斜め格子ｏで示した部分のバックライトを点灯するように点灯値の設定を行う。バックライト制御部にてこのエリアが点灯させるので液晶パネル上では人物のまわりが明るくなり、周辺部分は光の広がり方に応じて暗くなる映像が得られる。このようにあたかもスポットライトがあたっているような映像が得られることができる。点灯エリアから離れた箇所では映像自体暗くなるが、光の広がり方を考慮して点灯値のレベルを設定することで全く照明されない状態にはならず、映像を認識することはできる。また、この動作によれば、バックライトの点灯に必要な電力を大幅に低減することができる。

なおバックライトを注目エリアで、注目エリア以外の表示画面のエリアより強める方法としては、注目エリアのみ点灯とするのではなく、他のエリアは必ずしも消灯している必要はなく多少光るようにして、スポットライト的な効果を得てもよい。映像信号から見て明るい画面の場合は液晶パネル側の透過率が高いので特に全体を光らせなくとも見えるが、暗い画面の場合は有効性が高い。映像信号の輝度平均レベル（APL）が大きい場合は注目エリアを点灯させるだけで全体がみえるが、APLが小さい場合は注目エリアから離れたエリアが完全に見えなくなる可能性がある。このため、注目エリアだけを点灯させるのではなく周辺へも輝度を下げながら点灯させるようにしてAPLが小さい場合でも見えるようにするようにしても良い。

また、ＬＥＤを用いたエリア制御のようなバックライトをエリア制御できるものでなくても例えば、ＣＣＦＬ管で注目位置を含む最小限のライン単位で点灯させておき、注目位置のみ、映像信号をそのまま表示させ、注目位置以外については例えば映像信号処理にてスポットライト的にマスク処理するような構成としても良い。なお、映像信号処理にてスポットライト的にマスク処理するとき、映像信号を完全な黒にまで暗くする他、液晶パネルに与える映像信号を本来の映像信号よりも輝度を落とすようなマスク処理を行えばスポットライト的効果を得ることができる。

なお人物が存在しているエリアが複数ある場合は、合計の光量を一定に保ちながら、点灯を人物に対応する複数エリアで行えばよい。エリアの大きさがかなり異なる場合には大きなエリアを優先させてもよい。また、複数の人物が重なっていることを認識できる場合には、それら複数の人物を含むエリアで広がりをもって点灯を行えばよい。

（実施形態２）
本発明による実施形態２を図１乃至図４及び図６を参照して説明する。実施形態１と共通する部分は説明を省略する。
図６に示すように注目エリア信号が画面端部分にある場合、点灯値設定部２０４では注目エリア信号とバックライトのエリア分割から図５（ｂ）で示した中心部よりも画面の内側のバックライト（斜め格子ｏ）を点灯するよう点灯値の設定を行う。これは注目エリアに対して十分な明るさが確保でき、画面の反対側のエリアに対しても照明量を確保しやすくなり、点灯値のレベルを上げずにすむなど消費電力を抑える効果がある。

中心部の例えば図６（ｂ）で横方向右向きの移動に従い、合計の光量を一定に保ちながら格子ｏ’から斜め格子ｏの部分へと点灯をエリアで重み付けを変化させながら按分することも好適である。

ここで注目画像があるエリアとして人物等が存在しているエリアを検出する方法を説明する。例えば人物の特徴としては顔の部分の肌色を抽出する。デジタルカメラで実用化されているように目や口等も捉えてもよい。付随して頭部や肢体を色、形、大きさ、相互配置、動き方といった特徴で捉える。

人物を捉えるための具体的なアルゴリズムとしてはＭＴ（Mahalanobis-Taguchi）システムを援用してもよい。画像等の認識手段を実装する枠組みとしてＭＴシステムがあるがＭＴシステムは、均一な例えば普通のベクトルデータ集団から基準空間を予め作成し、入力データがこの集団に属するか否かを判定する。

ここでは実装例として人物が含まれるとして選ばれたデータから基準空間を作成する。例えば、上記人物の特徴ｋ個の値から成る列ベクトルを数十サンプル以上用いる。なおｋ個の変量ごとに、それらの平均と標準偏差を用いてそれぞれのデータを正規化しておくことは言うまでも無い。

ＭＴシステムのうちで逆行列を利用するポピュラーな方法であるMT法は、Mahalanobis距離MD（二乗距離）を正規化された入力データである列ベクトルYに対し式１のように求める。即ち、基準空間である相関行列Rの逆行列R^−１とYを演算しベクトル項目数ｋで割ったスカラー値となる。

予め装置の製造時等に注目領域検出部２０２に相関行列Rに対応する例えば数表等と上記演算のプログラムを実装しておけばよい。
ＭＴシステムのうち、MT法の他に余因子行列を利用するMTA法やシュミットの直交展開を利用するTS法等やこれらの多階法を用いてもよい。例えば、人物の特徴としては顔の部分の肌色が有力といったことが予め解っている場合には、TS法を用いるとｋ個のうち有力な項目を優先して演算するように構成しておけば演算精度を向上することができる。

人物らしさの抽出後の判定は、例えばMDが１以下なら人物であると、５以上なら人物ではないと判定する。１と５の間の値の場合は人物らしさの程度に応じ実施形態１の図３で触れたような明るさの分布を変えてもよい。

なお、基準空間の画素ブロックサイズも適宜変えてもよい。また注目位置内容、対象の種類毎に基準空間を分けるのも好適である。一入力に対する複数のMDの結果に対して例えば最も高い対象の値を以って判定を行なえばよい。例えばまず人物を対象とする場合でも層別がある。成人とは体形等が異なる子供を特に捉えたければ、子供の基準空間を作る。また人物以外の対象としては例えば、自動車も需要がありまた基準空間を作成しやすい対象である。どの種類の基準空間を用いるかはユーザがリモコンを用いて表示画面のメニュー設定に対して対話的に行うといった形態をとればよい。またやがてユーザの好みを反映してどの種類の基準空間を用いるか自動的に決定するような設定を行ってもよい。

本実施形態では、通常は正常状態の判定に利用されるＭＴシステムを用いることにより、アルゴリズムが確定し難い処理対象において相応の最適性を確保できる。
なお、以上の実施形態の画像処理装置によって実行される画像処理をすべてソフトウェアよって実行することも可能である。したがって、本実施形態の画像処理の手順をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を通じて通常のコンピュータに導入することにより、本実施形態と同様の効果を容易に得ることができる。パーソナルコンピュータでは、図２(a)のような導光板を用いたエッジ型のバックライト光源が用いられることが多いが、図２(ｂ)のような格子状に分割された構造を備えていれば、上記効果を利用できる。

これらの実施形態によれば、劇場にいる雰囲気を出す効果とともに大幅な省エネ効果を持つ。表示映像の注目位置を検出する手段を持ち、その位置のバックライトを点灯させることにより注目画像を浮かびださせ効果を出す。

即ち本実施形態により、注目画像を検出してそのまわりを明るく表示させることで、スポットライトがあたってより注目されやすくし、大幅に消費電力を下げられる効果が得られる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の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良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。

本発明の実施形態にかかる液晶表示装置の構成を示すブロック図。 同実施形態のバックライトをスキャン制御することの出来る光源の例。 同実施形態のバックライト制御手段の方法についての説明図。 同実施形態の機能構成を示すブロック図。 同実施形態の動作例についての説明図。 他の実施形態の動作例についての説明図。

符号の説明

１…液晶表示装置、１０…画像データ受信部、１５…注目領域処理部、２０…画像データ処理部、２１…情報取得部、２２…光源制御部、２３…メモリ、３０…画像表示制御部、４０…表示部、４１…ゲートドライバ、４２…ソースドライバ、４３…液晶パネル、４３１…第１の表示領域、４３２…第２の表示領域、５０…バックライト、５１…光源ユニット。

Claims (5)

1. バックライトと、
   このバックライトからの光の透過を制御されて表示を行う透過型表示パネルと、
   表示映像の注目位置を検出する検出手段と、
   前記注目位置に対応する表示画面のエリアにおいて前記エリア以外の表示画面のエリアよりバックライトを強め又は前記透過型表示パネルの前記注目位置に対応する表示画面のエリア以外の輝度を落とすマスク処理する点灯制御手段とを
   備えたことを特徴とする映像表示装置。
2. 前記注目位置が表示画面端部分にある場合はこの注目位置よりも表示画面中心に近い位置に対応するエリアでバックライトを前記点灯制御手段は点灯させることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記注目位置は表示映像が動きを伴うと判定されることにより前記検出手段が検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。
4. 前記注目位置を検出する検出手段としてＭＴシステムを用いたことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
5. 光の透過を制御できる透過型表示パネルとバックライトを制御できる映像表示装置における映像表示方法であって、
   表示映像の注目位置を検出する検出工程と、
   前記注目位置に対応する表示画面のエリアで前記エリア以外の表示画面のエリアよりバックライトを強め又は透過型表示パネルの前記注目位置に対応する表示画面のエリア以外の輝度を落とすマスク処理する点灯制御工程と、
   前記点灯制御工程の結果に基づいて映像表示を行う表示工程とを
   含んだことを特徴とする映像表示方法。

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