JP2013059089A - 画像処理装置、画像処理方法、および表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】映像に応じてダイナミックレンジが変化する表示装置の表示品質の劣化を抑制する。
【解決手段】出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき映像に応じて変化するＬＣＤのために、映像の処理を行って表示すべき映像を作成する映像処理回路１０８は、ＬＣＤのダイナミックレンジをＬＣＤコントローラ１０９から取得し、取得したダイナミックレンジに応じて、ノイズ除去回路２２がノイズ除去の程度を変更して映像のノイズ除去を行い、エッジ強調回路２３がエッジ強調の程度を変更して映像のエッジ強調を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示すべき画像に応じてダイナミックレンジが変化する表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理装置、画像処理方法、および表示システムに関するものである。

近時の表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）よりも薄型化及び軽量化が可能なＦＰＤ（Flat Panel Display）が利用されている。ＦＰＤの例としては、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（Field Emission Display）などが挙げられる。これらＦＰＤのうち、ＬＣＤが特に普及している。最近のＬＣＤ（液晶表示装置）は、バックライトとしてＬＥＤ（発光ダイオード）を利用しているものが増加している。このようなバックライトは、「ＬＥＤバックライト」と呼ばれている。

一般に、ＬＣＤは、画素ごとに発光素子を備えるＰＤＰ等のＦＰＤに比べて、表示可能な最も暗い色と最も明るい色との比であるコントラスト比が低い。そこで、近時では、ＬＥＤバックライトにおける個々のＬＥＤの明るさを制御することによりコントラスト比を向上させる、いわゆるローカルディミング（Local Dimming）機能を有するＬＣＤが市販されている（例えば、シャープ株式会社製の型番ＸＳ１など）。さらに、最近では、暗く制御されているＬＥＤによって節約された電力を、明るく制御されているＬＥＤに追加供給することにより、コントラスト比をさらに向上させたＬＣＤも市販されている（例えば、シャープ株式会社製の型番６０Ｘ５０Ａなど）。

特表２００５−５２３６５５（２００５年０８月０４日公開）

通常のＬＣＤでは、出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジは、上記コントラスト比に対応する。一方、コントラスト比を向上させた上記ＬＣＤでは、上記ダイナミックレンジは、画像の暗い領域の割合および明るい領域の割合に応じて変化することになる。

ダイナミックレンジが大きくなると、画像に含まれるノイズの大きさも大きくなるので、ノイズが目立つ画像が表示されることになる。また、画像ごとにダイナミックレンジが変化すると、表示される画像のノイズ感、精細感、鮮鋭感などが画像ごとに異なってしまい、表示品質が劣化することになる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像に応じてダイナミックレンジが変化する表示装置の表示品質の劣化を抑制できる画像処理装置などを提供することにある。

本発明に係る画像処理装置は、出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理装置であって、上記課題を解決するために、前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得手段と、該取得手段が取得したダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明に係る画像処理方法は、出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理方法であって、上記課題を解決するために、前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得ステップと、該取得ステップにて取得されたダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理ステップとを含むことを特徴としている。

上記の構成および方法によると、表示すべき画像に応じてダイナミックレンジが変化する表示装置のダイナミックレンジを取得し、取得されたダイナミックレンジに応じて、画像の処理の程度を変更する。そして、変更された程度で前記画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する。

これにより、例えば、ダイナミックレンジが大きくなるような画像に対し、ノイズの除去の程度を大きくしてノイズの除去を行うことにより、ノイズの目立たない画像を前記表示装置に表示することができる。また、前記表示すべき画像に応じてダイナミックレンジが変化しても、当該表示すべき画像は、前記ダイナミックレンジに応じた程度で画像の処理が行われたものであるので、前記表示装置に表示される画像のノイズ感、精細感、鮮鋭感などを揃えることができる。従って、前記表示装置の表示品質の劣化を抑制することができる。

本発明に係る画像処理装置では、前記取得手段は、前記画像処理手段が処理すべき画像から前記ダイナミックレンジを推定して取得することを特徴としている。また、本発明に係る画像処理方法では、前記取得ステップは、前記画像処理ステップが処理すべき画像から前記ダイナミックレンジを推定して取得することを特徴としている。この場合、処理すべき画像から前記ダイナミックレンジを推定し、推定されたダイナミックレンジに応じた程度で、前記画像の処理が行われるフィードフォワード型となり、前記表示品質の劣化を、良好な追従性で抑制することができる。

本発明に係る画像処理装置では、前記取得手段は、前記表示装置における実際のダイナミックレンジを前記表示装置から取得してもよい。この場合、前記表示装置における実際のダイナミックレンジに応じた程度で画像の処理が行われるフィードバック型となり、前記表示品質の劣化を精度よく抑制することができる。

さらに、画像の或る処理については、フィードバック型を利用する一方、画像の別の処理については、フィードフォワード型を利用してもよい。また、画像の他の処理については、フィードバック型およびフィードフォワード型の両方を利用してもよい。この場合、画像の処理の特性に応じて、ダイナミックレンジの取得先を変更することができ、前記表示品質の劣化を良好に抑制することができる。

前記画像の処理の例としては、ノイズ除去、エッジ強調などが挙げられる。

本発明に係る画像処理装置では、前記画像処理手段は、前記画像に含まれるノイズを除去するノイズ除去手段を備えており、該ノイズ除去手段は、前記取得手段が取得したダイナミックレンジが大きくなるにつれて、前記ノイズの除去の強度を大きくすることを特徴としている。また、本発明に係る画像処理方法では、前記画像処理ステップは、前記画像に含まれるノイズを除去するノイズ除去ステップを含んでおり、該ノイズ除去ステップは、前記取得ステップにて取得されたダイナミックレンジが大きくなるにつれて、前記ノイズの除去の強度を大きくすることを特徴としている。

なお、前記ダイナミックレンジに対する前記ノイズの除去の強度の変化率が大きいので、前記ダイナミックレンジの変化に対し、前記ノイズの除去の強度を追従性よく変更することが好ましい。そこで、前記ノイズ除去手段は、処理対象の画像から前記取得手段が推定したダイナミックレンジを利用するか、或いは、該ダイナミックレンジと、前記表示装置から前記取得手段が取得した実際のダイナミックレンジとの両方を利用することが好ましい。

本発明に係る画像処理装置では、前記画像処理手段は、前記画像のエッジ強調を行うエッジ強調手段を備えており、該エッジ強調手段は、前記取得手段が取得したダイナミックレンジが大きくなるにつれて、前記エッジ強調の強度を小さくすることを特徴としている。また、本発明に係る画像処理方法では、前記画像処理ステップは、前記画像のエッジ強調を行うエッジ強調ステップを含んでおり、該エッジ強調ステップは、前記取得ステップにて取得されたダイナミックレンジが大きくなるにつれて、前記エッジ強調の強度を小さくすることを特徴としている。

なお、前記ダイナミックレンジに対する前記エッジ強調の強度の変化率が小さいので、前記ダイナミックレンジの変化に対し、前記ノイズの除去の強度を精度よく変更することが好ましい。そこで、前記エッジ強調手段は、前記表示装置から前記取得手段が取得した実際のダイナミックレンジを利用することが好ましい。

なお、出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置と、該表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する上記構成の画像処理装置とを備える表示システムであれば、上述の効果と同様の効果を奏することができる。

また、表示すべき画像に応じてダイナミックレンジが変化する表示装置の例としては、複数の発光ダイオードをバックライトとして利用したＬＣＤ（液晶表示装置）、画素ごとに発光素子を備えたＰＤＰ、などが挙げられる。

そのうち、前記表示すべき画像を表示するための複数の発光素子を備えており、前記表示すべき画像の黒領域に対応する前記発光素子の発光を停止する表示装置に対し本発明は好適である。さらに、前記発光素子の発光の停止による余剰の電力を、前記表示すべき画像の白領域に対応する前記発光素子に追加供給する表示装置に対し本発明はさらに好適である。

本発明に係る表示システムは、出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置と、該表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理装置とを備える表示システムであって、上記課題を解決するために、前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得手段と、該取得手段が取得したダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理手段とを備え、前記表示装置は、前記表示すべき画像を表示するための複数の発光素子を備えており、前記表示すべき画像の黒領域に対応する前記発光素子の発光を停止しており、前記表示装置は、前記発光素子の発光の停止による余剰の電力を、前記表示すべき画像の白領域に対応する前記発光素子に追加供給することを特徴としている。

なお、外部から画像の信号を受信し、受信した画像の信号に基づいて画像を表示するテレビジョン受像機である表示システムに本発明は好適である。

以上のように、本発明に係る画像処理装置は、表示すべき画像に応じて表示装置のダイナミックレンジが変化しても、当該表示すべき画像は、前記ダイナミックレンジに応じた程度で画像の処理が行われたものであるので、前記表示装置に表示される画像のノイズ感、精細感、鮮鋭感などを揃えることができ、前記表示装置の表示品質の劣化を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態であるテレビにおける映像処理回路の概略構成を示すブロックズである。 上記テレビの概略構成を示すブロック図である。 上記テレビにおけるＬＣＤコントローラおよびＬＣＤの概略構成を示すブロック図である。 上記ＬＣＤにおけるＬＥＤバックライトの制御と、上記ＬＣＤのダイナミックレンジの変化との関係を示す図である。 上記ＬＥＤバックライトの輝度情報の一例を表形式で示す図である。 ２次微分を利用して映像のエッジ強調を行う方法を示すグラフである。 映像のノイズ除去の係数と、映像のエッジ強調の係数とがダイナミックレンジに対しどのように変化するかを示すグラフである。 本発明の別の実施形態であるテレビにおける映像処理回路の概略構成を示すブロック図である。 或る映像における輝度信号のヒストグラムの一例を示すグラフである。 本発明の他の実施形態であるテレビにおける映像処理回路の概略構成を示すブロック図である。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。図２は、本実施形態であるテレビジョン受像機（以下「テレビ（ＴＶ）」と略称する。）１の概略構成を示すブロック図である。

図２に示すように、テレビ（表示システム）１は、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）（登録商標）レシーバ１００、映像入力端子１０１ａ、音声入力端子１０１ｂ、ＢＤドライブ１０２、チューナ１０３、ＩＰ放送チューナ１０４、衛星放送チューナ１０５、ＯＳＤ生成部１０６、映像セレクタ１０７、映像処理回路（画像処理装置）１０８、ＬＣＤコントローラ（表示装置）１０９、ＬＣＤ（表示装置）１１０、音声セレクタ１１１、音声処理回路１１２、デジタルアンプ１１３、スピーカ１１４、イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ１１５、ＲＯＭ（Read-Only Memory）１１６、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１７、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１８、赤外線受光部１１９、カメラ１２０、及び、人感センサ１２１を備えている。図２においては、映像信号の経路を実線で、音声信号の経路を１点鎖線で、データや制御信号の経路（バス）を太線で示している。

（１）ＨＤＭＩレシーバ１００が受信した映像、（２）映像入力端子１０１ａから入力された映像、（３）ＢＤドライブ１０２がＢＤ（Blu-ray Disc）から読み出した映像、（４）（地上波デジタル放送用）チューナ１０３が受信した映像、（５）ＩＰ放送チューナ１０４が受信した映像、及び、（６）衛星放送チューナ１０５が受信した映像は、それぞれ、映像セレクタ１０７に供給される。また、（１）ＨＤＭＩレシーバ１００が受信した音声、（２）音声入力端子１０１ｂから入力された音声、（３）ＢＤドライブ１０２がＢＤから読み出した音声、（４）チューナ１０３が受信した音声、（５）ＩＰ放送チューナ１０４が受信した音声、及び、（６）衛星放送チューナ１０５が受信した音声は、それぞれ、音声セレクタ１１１に供給される。

なお、（ａ）チューナ１０３が何れのチャンネルを介して伝送されたコンテンツを受信するか、（ｂ）ＩＰ放送チューナ１０４が何れのサーバから配信されたコンテンツを受信するか、（ｃ）衛星放送チューナ１０５が何れのチャンネルを介して伝送されたコンテンツを受信するかを決める選択制御は、ＣＰＵ１１８によって行われる。また、（ｄ）ＢＤドライブ１０２における再生、停止、早送り、巻戻し、チャプタ遷移などの再生制御も、ＣＰＵ１１８によって行われる。

映像セレクタ１０７は、（１）ＨＤＭＩレシーバ１００から供給された映像、（２）映像入力端子１０１ａから供給された映像、（３）ＢＤドライブ１０２から供給された映像、（４）チューナ１０３から供給された映像、（５）ＩＰ放送チューナ１０４から供給された映像、及び、（６）衛星放送チューナ１０５から供給された映像のうちの何れか１つを選択する。映像セレクタ１０７によって選択された映像は、映像処理回路１０８に供給される。なお、映像セレクタ１０７が何れの映像を選択するかは、ＣＰＵ１１８によって制御される。

映像処理回路１０８は、映像セレクタ１０７から供給された映像に対し、画質の調整、スケーリング、画像強調などの映像処理を施す。映像処理回路１０８によって映像処理が施された映像は、ＬＣＤコントローラ１０９に供給される。

ここで、画質の調整とは、例えば、輝度、シャープネス、及び、コントラストの少なくとも何れかを変化させることを指す。また、スケーリングとは、表示すべき映像本来のアスペクト比を保ったままサイズを縮小することを指す。また、画像強調は、画像を鮮鋭化したり、画像の線及びエッジを強調したり、画像のノイズを除去したりするなどして、見易い画像に変換することを指す。なお、映像処理回路１０８が画質をどのように変化させるか、映像をどの程度縮小するか、及び画像強調をどの程度行うかは、ＣＰＵ１１８によって制御される。また、映像処理回路１０８の詳細については後述する。

ＬＣＤコントローラ１０９は、映像処理回路１０８から供給された映像が表示されるようにＬＣＤ１１０を駆動する。これにより、映像セレクタ１０７により選択された映像がＬＣＤ１１０から出力される。なお、ＯＳＤ生成部１０６からＯＳＤ画像が供給されている場合、ＬＣＤコントローラ１０９は、ＯＳＤ生成部１０６から供給されたＯＳＤ画像を映像処理回路１０８から供給された映像に重ねて表示する。また、ＬＣＤコントローラ１０９及びＬＣＤ１１０の詳細については後述する。

音声セレクタ１１１は、ＨＤＭＩレシーバ１００から供給された音声、映像入力端子１０１ａから供給された音声、ＢＤドライブ１０２から供給された音声、チューナ１０３から供給された音声、ＩＰ放送チューナ１０４から供給された音声、及び、衛星放送チューナ１０５から供給された音声のうちの何れか１つを選択する。音声セレクタ１１１によって選択された音声は、音声処理回路１１２に供給される。なお、音声セレクタ１１１が何れの音声を選択するかは、ＣＰＵ１１８によって制御される。ただし、映像セレクタ１０７における映像の選択と、音声セレクタ１１１における音声の選択とは連動しており、例
えば、映像セレクタ１０７がＨＤＭＩレシーバ１００から供給された映像を選択しているときには、音声セレクタ１１１もＨＤＭＩレシーバ１００から供給された音声を選択する。

音声処理回路１１２は、音声セレクタ１１１から供給された音声の音量及び音質を調整する。ここで、音質の調整とは、音声セレクタ１１１から供給された音声の周波数特性を変化させること（例えば、低域の強調や高域の強調など）を指す。音声処理回路１１２によって音量及び音質を調整された音声は、デジタルアンプ１１３に供給される。なお、音声処理回路１１２によって音量及び音質をどのように変化させるかは、ＣＰＵ１１８によって制御される。

デジタルアンプ１１３は、音声処理回路１１２から供給された音声が出力されるようにスピーカ１１４を駆動する。これにより、音声セレクタ１１１により選択された音声がスピーカ１１４から出力される。

ＣＰＵ１１８は、赤外線受光部１１９が受信したリモコン信号、カメラ１２０が撮像した画像、及び、人感センサ１２１が出力する出力信号に応じて上記各部を制御する。人感センサ１２１の出力信号は、その感知範囲内に視聴者が存在するか否かを示す２値信号である。赤外線受光部１１９を用いた制御としては、例えば、チューナ１０３にて選択するチャンネルをリモコン信号に応じて切り替える制御や、映像セレクタ１０７及び音声セレクタ１１１にて選択する映像及び音声をリモコン信号に応じて切り替える制御などが挙げられる。また、カメラ１２０を用いた制御としては、例えば、映像処理回路１０８において画質をどのように調整するかを、撮像した画像に基づいて特定した視聴者に応じて切り替える制御などが挙げられる。また、人感センサ１２１を用いた制御としては、例えば、ＬＣＤ１１０のバックライトを点灯するか消灯するかを、感知結果に応じて切り替える制御などが挙げられる。

また、ＣＰＵ１１８は、ＨＤＭＩレシーバ１００が外部装置（図示せず）から受信したＣＥＣ（Consumer Electronics Control）コマンドを実行したり、ＨＤＭＩレシーバ１００が上記外部装置に送信するＣＥＣコマンドを生成したりすることによって、上記外部装置との連携動作を実現する。上記外部装置の例としては、携帯電話端末、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）レコーダなどが挙げられる。

ＲＯＭ１１６は、ＣＰＵ１１８によって実行されるプログラムなどの固定データが格納される、読み出し可能かつ書き込み不能なメモリである。ＯＳＤ画像を生成するためにＯＳＤ生成部１０６が参照するＪＰＥＧデータやＳＶＧ（Scalable Vector Graphics）データなども、このＲＯＭ１１６に格納される。一方、ＲＡＭ１１７は、ＣＰＵ１１８が演算のために参照するデータ、及び、ＣＰＵ１１８が演算によって生成したデータなどの可変データが格納される、読み出し可能かつ書き込み可能なメモリである。

イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ１１５は、テレビ１をネットワークに接続するためのインターフェースである。上述したＩＰ放送チューナ１０４は、このイーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ１１５を介してインターネット上のサーバにアクセスする。

なお、テレビ１は、通信機能を有している。すなわち、電子メールクライアント、ウェブブラウザ、通話用アプリケーションなどの通信用アプリケーションを実行する機能を有している。このような機能は、ＣＰＵ１１８がＲＯＭ１１６に格納されたプログラムを実行することにより実現される。なお、テレビ１に通話機能を持たせる場合、通話時にユーザの声を拾うためのマイクをテレビ１（または、テレビ１を操作するためのリモコン）に内蔵することが望ましい。

次に、ＬＣＤコントローラ１０９およびＬＣＤ１１０の詳細について説明する。図３は、ＬＣＤコントローラ１０９およびＬＣＤ１１０の概略構成を示すブロック図である。

図３に示すように、本実施形態では、ＬＣＤ１１０は、液晶モジュール１０の背面側に複数のＬＥＤがＬＥＤバックライト１１として設けられた構成である。また、ＬＣＤコントローラ１０９は、供給された映像を表示するように液晶モジュール１０を制御する表示制御部１２と、ＬＥＤバックライト１１を制御するバックライト制御部１３とを備える構成である。

本実施形態では、バックライト制御部１３は、供給された映像に基づいて、ＬＥＤバックライト１１の個々のＬＥＤの輝度を制御する。これにより、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジを変更することができる。この点について、図４および図５を参照して詳細に説明する。

図４は、ＬＥＤバックライト１１の制御と、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジの変化との関係を示す図である。同図の上段および下段には、３つの液晶モジュール１０およびＬＥＤバックライト１１と、３つのダイナミックレンジとが、それぞれ対応づけて示されている。

図４の左側には、バックライト制御部１３が、ＬＥＤバックライト１１におけるＬＥＤを個別に制御しない場合が示されている。この場合、ＬＥＤバックライト１１から均一な輝度の光が液晶モジュール１０を介して出射されることになる。また、この場合、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジは、液晶モジュール１０のコントラスト比に対応することになる。

図４の中央には、バックライト制御部１３が、供給された映像における黒領域に対応するＬＥＤバックライト１１のＬＥＤを非点灯（発光停止）に制御する場合、すなわちローカルディミングを行う場合が示されている。この場合、上記黒領域に対応するＬＥＤが非点灯となることにより、該ＬＥＤから液晶モジュール１０を介して出射される光の輝度が低下することになる。これにより、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジが広がることになる。

図４の右側には、バックライト制御部１３が、非点灯のＬＥＤによる余剰の電力を、供給された映像における白領域に対応するＬＥＤバックライト１１のＬＥＤに追加供給するように制御する場合が示されている。この場合、上記白領域に対応するＬＥＤの輝度が増加するので、該ＬＥＤから液晶モジュール１０を介して出射される光の輝度が増加することになる。これにより、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジがさらに広がることになる。

図４に示すように、バックライト制御部１３は、１画面を複数のエリアに分割し、各エリアにおけるＬＥＤバックライト１１の輝度情報を、供給された映像に基づいて算出する。バックライト制御部１３は、算出した輝度情報に基づいて、ＬＥＤバックライト１１のＬＥＤの輝度を制御する。

図５は、ＬＥＤバックライト１１の輝度情報の一例を表形式で示す図である。図示の例では、１６×９＝１４４のエリアに分割されており、図４に示す映像に基づいて上記輝度情報が算出されている。図５の例では、輝度情報が０であるエリアのＬＥＤには、電力が供給されず、輝度情報が１００を超えているエリアのＬＥＤには、追加電力が供給される。

なお、ＬＥＤバックライト１１のＬＥＤがエリアごとに配置されていることが望ましい。この場合、バックライト制御部１３によるＬＥＤの輝度制御が容易となる。また、表示制御部１２の表示制御とバックライト制御部１３の輝度制御とは連動させることが望ましい。例えば、バックライト制御部１３が、上記ＬＥＤについて非点灯としたり、輝度を増加したりすると、表示ムラが発生する虞がある。このため、表示制御部１２は、上記表示ムラを抑えるように液晶モジュール１０を制御することが望ましい。

次に、本実施形態の映像処理回路１０８の詳細について説明する。図１は、映像処理回路１０８の上記画像強調に関する概略構成を示すブロック図である。図示のように、映像処理回路１０８は、映像検出回路２０、ノイズ検出回路２１、ノイズ除去回路（取得手段、画像処理手段、ノイズ除去手段）２２、エッジ強調回路（取得手段、画像処理手段、エッジ強調手段）２３、および合成回路２４を備える構成である。

映像検出回路２０は、映像セレクタ１０７から供給された映像における輝度信号のヒストグラム、ＡＰＬ（Average Picture Level）など、上記映像に関する各種情報を検出する。映像検出回路２０によって検出された情報は、映像処理回路１０８における各種の映像処理に利用される。

ノイズ検出回路２１は、映像セレクタ１０７から供給された映像に含まれるノイズを検出する。ノイズ検出回路２１によって検出された映像のノイズ成分は、ノイズ除去回路２２に供給され、映像のノイズ以外の成分は、エッジ強調回路２３に供給される。

ノイズ除去回路２２は、ノイズ検出回路２１から供給された映像のノイズ成分を除去する。ノイズ除去回路２２によってノイズ成分が除去された映像の処理後の成分は、合成回路２４に供給される。

上記ノイズ成分を除去する方法の一例として、時間軸のＩＩＲ（無限パルス応答）フィルタを利用する方法が挙げられる。この方法では次式の演算が行われる。

Ｙ_Ｎ＝Ｙ_Ｎ−１×α＋Ｙ_ＣＵＲ×（１−α） ・・・（１）
ここで、Ｙ_Ｎは第Ｎフレームの輝度信号、Ｙ_Ｎ−１は第（Ｎ−１）フレームの輝度信号、Ｙ_ＣＵＲは処理対象のフレーム（第Ｎフレーム）のオリジナルの輝度信号を表す。また、αはノイズ除去効果に関する係数であり、０〜１の値である。係数αを大きくするほど前のフレーム（第（Ｎ−１）フレーム）の影響が大きくなり、ノイズの除去効果が大きくなる。なお、上記ノイズ成分を除去するその他の方法を利用してもよい。

エッジ強調回路２３は、ノイズ検出回路２１から供給された映像のノイズ以外の成分に対し、エッジの強調を行う。エッジ強調回路２３によってエッジが強調された映像の処理後の成分は、合成回路２４に供給される。

上記エッジを強調する方法の一例として、２次微分を利用する方法が挙げられる。図６は、２次微分を利用して上記エッジを強調する方法を示すグラフである。まず、同図の（ａ）のような輝度信号（原信号）に対し、２次微分を行うと、同図の（ｂ）のようになり、さらに係数βで乗算すると、同図の（ｃ）のようになる。そして、原信号−（原信号の２次微分）×βを算出すると、同図の（ｄ）のようになり、エッジの強調された信号となる。係数βを大きいほど、エッジの強調の程度が大きくなる。なお、上記エッジを強調するその他の方法を利用してもよい。

合成回路２４は、ノイズ除去回路２２からの映像の処理後の成分と、エッジ強調回路２３からの映像の処理後の成分とを合成して、画像強調後の映像を作成する。合成回路２４によって合成された画像強調後の映像は、ＬＣＤコントローラ１０９に供給される。

本実施形態では、ノイズ除去回路２２は、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジをＬＣＤコントローラ１０９から取得し、取得したダイナミックレンジに応じて、ノイズ除去の強度を変更している。また、エッジ強調回路２３は、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジをＬＣＤコントローラ１０９から取得し、取得したダイナミックレンジに応じて、エッジの強調の強度を変更している。

具体的には、ＬＣＤコントローラ１０９のバックライト制御部１３は、上述のように算出した、各エリアにおけるＬＥＤバックライト１１の輝度情報（図５）から、最大値および最小値を抽出する。次に、バックライト制御部１３は、抽出した最大値および最小値の差をＬＣＤ１１０のダイナミックレンジとして、ノイズ除去回路２２およびエッジ強調回路２３に送信する。これにより、ノイズ除去回路２２およびエッジ強調回路２３は、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジを取得できる。

次に、ノイズ除去回路２２およびエッジ強調回路２３は、取得したダイナミックレンジに応じて、係数αおよび係数βをそれぞれ変更する。図７の（ａ）・（ｂ）は、それぞれ、係数αおよび係数βがダイナミックレンジに対しどのように変化するかを示すグラフである。

図７の（ａ）に示すように、ノイズ除去回路２２では、ダイナミックレンジが大きくなるにつれて、係数αを大きくし、ノイズの除去効果を大きくしている。これにより、ダイナミックレンジが大きくなっても、ノイズの目立たない画像を表示することができる。

また、図７の（ｂ）に示すように、エッジ強調回路２３では、ダイナミックレンジが大きくなるにつれて、係数βを小さくし、エッジの強調の程度を小さくしている。これにより、ダイナミックレンジが大きくなっても、エッジの目立ちすぎない画像を表示することができる。

また、表示すべき映像に応じてダイナミックレンジが変化しても、当該表示すべき映像は、上記ダイナミックレンジに応じた程度でノイズ除去およびエッジ強調が行われたものであるので、ＬＣＤ１１０に表示される画像のノイズ感、精細感、鮮鋭感などを揃えることができる。従って、ＬＣＤ１１０の表示品質の劣化を抑制することができる。

なお、本実施形態では、図７に示すように、取得されたダイナミックレンジに応じた係数α・βが決定される。しかしながら、ダイナミックレンジは、映像に応じて頻繁に変化する可能性があり、この場合、係数α・βが頻繁に変更されて、表示される映像に違和感が発生する可能性がある。そこで、次式のように、係数α・βにＬＰＦ（Low Pass Filter）を施して、係数α・βを滑らかに変化させてもよい。

α（第Ｎフレーム）＝（α（第（Ｎ−３）フレーム）×１＋α（第（Ｎ−２）フレーム）×２＋α（第（Ｎ−１）フレーム）×３＋α（ＬＰＦ前の第Ｎフレーム）×４）／１０ ・・・（２）
β（第Ｎフレーム）＝（β（第（Ｎ−３）フレーム）×１＋β（第（Ｎ−２）フレーム）×２＋β（第（Ｎ−１）フレーム）×３＋β（ＬＰＦ前の第Ｎフレーム）×４）／１０ ・・・（３）
この場合、映像に応じてダイナミックレンジが頻繁に変化しても、係数α・βが滑らかに変更されるので、表示される映像に違和感が発生することを抑制できる。

また、ダイナミックレンジは１フレームごとに取得してもよいし、所定のフレームごと、または所定時間ごとに取得してもよい。さらに、所定のフレームごと、または所定時間ごとに、複数のダイナミックレンジを取得してもよいし、該複数のダイナミックレンジの平均値を取得してもよい。このように、ダイナミックレンジを取得するタイミングは任意に設定することができる。

〔実施の形態２〕
次に、本発明の別の実施形態について、図８および図９を参照して説明する。本実施形態のテレビ１は、図１〜図７に示すテレビ１に比べて、映像処理回路１０８の構成が異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成および処理と同様の構成および処理には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図８は、本実施形態における映像処理回路１０８の上記画像強調に関する概略構成を示すブロック図である。図示のように、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジに基づく映像処理回路１０８の制御が、図１ではフィードバック型であるのに対し、本実施形態ではフィードフォワード型となっている。

本実施形態の映像処理回路１０８は、図１に示す映像処理回路１０８に比べて、映像検出回路３０の構成が異なり、その他の構成は同様である。映像検出回路３０は、図１に示す映像検出回路２０の機能に対し、映像セレクタ１０７から供給された映像から、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジを推定する機能を追加している。

上記ダイナミックレンジを推定する方法の一例として、映像における輝度信号（濃淡情報）のヒストグラムを利用する方法が挙げられる。図４を参照すると、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジは、映像における黒領域の存在により最小値が低下し、さらに、映像における白領域の存在により最大値が上昇することが理解できる。特に、黒領域が多く存在し、白領域が少し存在する場合に、ダイナミックレンジが最も広がる。従って、映像の黒領域および白領域から、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジがどの程度広がるかを推定することができる。

本実施形態の映像検出回路３０は、まず、映像セレクタ１０７から供給された映像から、輝度信号のヒストグラムを算出し、算出したヒストグラムから、上記映像における黒領域のピクセル数と白領域のピクセル数とを算出する。図９は、図４に示される映像における輝度信号のヒストグラムの一例を示すグラフである。図示のグラフにおいて、横軸は輝度信号の量子化単位（ＬＳＢ）を示し、縦軸はピクセルの度数を示している。輝度信号の最小部分が上記黒領域に対応し、最大部分が上記白領域に対応する。

次に、映像検出回路３０は、算出した黒領域のピクセル数と白領域のピクセル数とから、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジを次式により推定する。

（ダイナミックレンジ）＝（（黒領域のピクセル数）×δ＋（白領域のピクセル数）×（１−δ））／全体のピクセル数 ・・・（４）
ここで、係数δは０より大きく１以下の実数である。

そして、映像検出回路３０は、推定したダイナミックレンジをノイズ除去回路２２およびエッジ強調回路２３に送信する。これにより、ノイズ除去回路２２およびエッジ強調回路２３では、取得したダイナミックレンジに応じて、係数αおよび係数βがそれぞれ変更されることになる。

〔実施の形態３〕
次に、本発明の他の実施形態について、図１０を参照して説明する。本実施形態のテレビ１は、図１〜図７に示すテレビ１に比べて、映像処理回路１０８の構成が異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成および処理と同様の構成および処理には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１０は、本実施形態における映像処理回路１０８の上記画像強調に関する概略構成を示すブロック図である。図示のように、本実施形態では、ノイズ除去回路２２は、推定されたダイナミックレンジを映像検出回路３０から取得するフィードフォワード型である。一方、エッジ強調回路２３は、実際のダイナミックレンジをＬＣＤコントローラ１０９から取得するフィードバック型である。

フィードバック型の場合、実際のダイナミックレンジを利用するので、制御の精度が良いが、上記ダイナミックレンジが以前の映像のものであるので、追従性に難がある。一方、フィードフォワード型の場合、推定されたダイナミックレンジを利用するので、制御の精度に難があるが、上記ダイナミックレンジが処理対象の映像のものであるので、追従性が良い。

また、ノイズ除去回路２２では、図７の（ａ）に示すように、ダイナミックレンジに対する係数αの変化率が大きい。このため、ノイズ除去回路２２をフィードバック型とすると、追従性が悪くなり、表示される映像が一瞬だけノイズっぽくなる虞がある。そこで、本実施形態では、ノイズ除去回路２２は、追従性の良いフィードフォワード型としている。

一方、エッジ強調回路２３では、図７の（ｂ）に示すように、ダイナミックレンジに対する係数αの変化率が小さいので、フィードバック型としても、追従性がさほど悪化しない。そこで、本実施形態では、エッジ強調回路２３は、制御の精度の良いフィードバック型としている。このように、フィードバック型およびフィードフォワード型を、映像処理の内容に応じて使い分けることが可能である。

なお、ノイズ除去回路２２は、映像検出回路３０からの推定されたダイナミックレンジと、ＬＣＤコントローラ１０９からの実際のダイナミックレンジとの両方を利用してもよい。この場合、ノイズ除去回路２２は、追従性の良いフィードフォワード型と、制御の精度の良いフィードバック型とを併用することになり、ＬＣＤ１１０の表示品質の劣化を効果的に抑制することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、表示装置としてＬＣＤ１１０を利用している。しかしながら、ＰＤＰ、ＥＬディスプレイなど、画素ごとに発光素子を備えるＦＰＤでも、図４に示すように表示装置のダイナミックレンジを広げることが可能であるので、上記ＦＰＤを上記表示装置として利用してもよい。

また、上記実施形態では、ＬＣＤ１１０のダイナミックレンジに基づく変更を、ノイズ除去およびエッジ強調などの画像強調に対して適用しているが、画質の調整など、任意の映像処理に適用することができる。

以上のように、本発明に係る画像処理装置は、表示すべき画像に応じて表示装置のダイナミックレンジが変化しても、当該表示すべき画像は、前記ダイナミックレンジに応じた程度で画像の処理が行われたものであるので、前記表示装置に表示される画像のノイズ感、精細感、鮮鋭感などを揃えることができ、前記表示装置の表示品質の劣化を抑制することができるので、表示すべき画像に応じてダイナミックレンジが変化する任意の表示装置のための画像処理装置に適用することができる。

１ テレビ（表示システム）
１０ 液晶モジュール
１１ ＬＥＤバックライト
１２ 表示制御部
１３ バックライト制御部
２０ 映像検出回路
２１ ノイズ検出回路
２２ ノイズ除去回路（取得手段、画像処理手段、ノイズ除去手段）
２３ エッジ強調回路（取得手段、画像処理手段、エッジ強調手段）
２４ 合成回路
３０ 映像検出回路
１０８ 映像処理回路（画像処理装置）
１０９ ＬＣＤコントローラ（表示装置）
１１０ ＬＣＤ（表示装置）

Claims (15)

1. 出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理装置であって、
   前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得手段と、
   該取得手段が取得したダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理手段とを備えており、
   前記取得手段は、前記画像処理手段が処理すべき画像から前記ダイナミックレンジを推定して取得することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記取得手段は、前記表示装置における実際のダイナミックレンジを前記表示装置から取得することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理装置であって、
   前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得手段と、
   該取得手段が取得したダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理手段とを備えており、
   前記画像処理手段は、前記画像に含まれるノイズを除去するノイズ除去手段を備えており、
   該ノイズ除去手段は、前記取得手段が取得したダイナミックレンジが大きくなるにつれて、前記ノイズの除去の強度を大きくすることを特徴とする画像処理装置。
4. 前記ノイズ除去手段は、処理対象の画像から前記取得手段が推定したダイナミックレンジを利用するか、或いは、該ダイナミックレンジと、前記表示装置から前記取得手段が取得した実際のダイナミックレンジとの両方を利用することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理装置であって、
   前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得手段と、
   該取得手段が取得したダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理手段とを備えており、
   前記画像処理手段は、前記画像のエッジ強調を行うエッジ強調手段を備えており、
   該エッジ強調手段は、前記取得手段が取得したダイナミックレンジが大きくなるにつれて、前記エッジ強調の強度を小さくすることを特徴とする画像処理装置。
6. 前記エッジ強調手段は、前記表示装置から前記取得手段が取得した実際のダイナミックレンジを利用することを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
7. 出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置と、
   該表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する請求項１から６までの何れか１項に記載の画像処理装置とを備える表示システム。
8. 前記表示装置は、前記表示すべき画像を表示するための複数の発光素子を備えており、前記表示すべき画像の黒領域に対応する前記発光素子の発光を停止することを特徴とする請求項７に記載の表示システム。
9. 前記表示装置は、前記発光素子の発光の停止による余剰の電力を、前記表示すべき画像の白領域に対応する前記発光素子に追加供給することを特徴とする請求項８に記載の表示システム。
10. 出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置と、該表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理装置とを備える表示システムであって、
    前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得手段と、
    該取得手段が取得したダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理手段とを備え、
    前記表示装置は、前記表示すべき画像を表示するための複数の発光素子を備えており、前記表示すべき画像の黒領域に対応する前記発光素子の発光を停止しており、
    前記表示装置は、前記発光素子の発光の停止による余剰の電力を、前記表示すべき画像の白領域に対応する前記発光素子に追加供給することを特徴とする表示システム。
11. 前記表示装置は、複数の発光ダイオードをバックライトとして利用した液晶表示装置であることを特徴とする請求項７から１０までの何れか１項に記載の表示システム。
12. 外部から画像の信号を受信し、受信した画像の信号に基づいて画像を表示するテレビジョン受像機であることを特徴とする請求項７から１１までの何れか１項に記載の表示システム。
13. 出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理方法であって、
    前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得ステップと、
    該取得ステップにて取得されたダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理ステップとを含んでおり、
    前記取得ステップは、前記画像処理ステップが処理すべき画像から前記ダイナミックレンジを推定して取得することを特徴とする画像処理方法。
14. 出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理方法であって、
    前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得ステップと、
    該取得ステップにて取得されたダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理ステップとを含んでおり、
    前記画像処理ステップは、前記画像に含まれるノイズを除去するノイズ除去ステップを含んでおり、
    該ノイズ除去ステップは、前記取得ステップにて取得されたダイナミックレンジが大きくなるにつれて、前記ノイズの除去の強度を大きくすることを特徴とする画像処理方法。
15. 出力可能な輝度の幅であるダイナミックレンジが、表示すべき画像に応じて変化する表示装置のために、画像の処理を行って前記表示すべき画像を作成する画像処理方法であって、
    前記表示装置のダイナミックレンジを取得する取得ステップと、
    該取得ステップにて取得されたダイナミックレンジに応じて、前記画像の処理の程度を変更して前記画像の処理を行う画像処理ステップとを含んでおり、
    前記画像処理ステップは、前記画像のエッジ強調を行うエッジ強調ステップを含んでおり、
    該エッジ強調ステップは、前記取得ステップにて取得されたダイナミックレンジが大きくなるにつれて、前記エッジ強調の強度を小さくすることを特徴とする画像処理方法。