JP2013167876A - 映像表示装置およびテレビ受信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】映像信号の発光している部分を検出し、発光部分の表示輝度をエンハンスして際出せて表示させ、このときに映像の黒表示の状態に応じて輝度ストレッチを制御することにより、輝き感をより増して映像品位を向上させる。
【解決手段】発光検出部12は、力映像信号の所定の特徴量に基づいて、発光している映像であるとみなす発光部として検出する。エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、入力映像信号から所定の条件に基づき算出した明るさに関連する指標に基づいて、バックライト部16の輝度をストレッチして増大させ、発光部を除く非発光部の映像信号の輝度を低下させる。このとき、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、黒検出部19により検出した黒表示の量に従って、明るさに関連する指標とストレッチ量との関係を定める制御カーブを切り換える。
【選択図】図1
【解決手段】発光検出部12は、力映像信号の所定の特徴量に基づいて、発光している映像であるとみなす発光部として検出する。エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、入力映像信号から所定の条件に基づき算出した明るさに関連する指標に基づいて、バックライト部16の輝度をストレッチして増大させ、発光部を除く非発光部の映像信号の輝度を低下させる。このとき、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、黒検出部19により検出した黒表示の量に従って、明るさに関連する指標とストレッチ量との関係を定める制御カーブを切り換える。
【選択図】図1
Description
本発明は、映像表示装置およびテレビ受信装置に関し、より詳細には、表示映像の画質を向上させるために映像信号とバックライト光源の輝度ストレッチ機能を備えた映像表示装置およびテレビ受信装置に関する。
近年、テレビ受像機の表示技術に関して、自然界に存在するものを忠実に再現して表示するHDR(high dynamic range imaging)に係る技術が盛んに研究されている。HDRの目的の一つとして、例えば、画面内の花火やネオンといった発光色部分を忠実に再現して、輝き感を出すことがある。
この場合、発光色と物体色とを発光検出機能によって検出して分離し、信号処理とバックライトの発光輝度制御とによって画面上の発光色のみを明るくすることができる。ここでは、様々に変化する映像において、映像の輝度の分布から相対的に明るく発光している部分を検出し、その発光部分を意識的にストレッチすることにより、画面上で発光した部分をより際だたせて画質を向上させる効果が得られる。
従来の技術として、例えば特許文献1には、消費電力を増大させることなく、かつ映像を破綻させることなく、画面がさらに明るく見えるようにすることを目的とした表示装置が開示されている。この表示装置は、APLなどの映像特徴量からバックライト光源の発光輝度レベルを設定するための参照用の発光輝度レベルを設定する。そして参照用の発光輝度レベルに連動させて視覚上の輝度を保つためのゲインを設定し、そのゲインに基づいてトーンカーブを生成する。一方、映像のヒストグラムに基づいて生成した映像について、ジオメトリック平均値を求め、そのジオメトリック平均値に基づいてゲインを計算し、計算したゲインに基づいて補正用のトーンカーブを生成する。そしてこの補正用のトーカーブにより、上記の参照用の発光輝度レベルに連動するトーンカーブを補正して、映像信号に適用する。
上記のように、HDRの技術においては、画面の中で明るく輝いている発光部分を検出し、その発光部分の表示輝度をストレッチすることで、人間の目にはコントラスト感が向上し、輝き感が増して高品位の表示映像を提供することができる。
しかしながら、映像の状態に係わりなく一定の条件でHDRを動作させると、映像によってはその品位が低下する場合もある。例えば、黒に相当する領域が多く暗い画面のような場合、HDRによって信号処理とバックライトの輝度ストレッチによって一律に画面輝度を増大させると、黒の表示領域に所謂黒浮きが生じ、コントラスト感が損なわれて映像品位が低下する場合がある。
しかしながら、映像の状態に係わりなく一定の条件でHDRを動作させると、映像によってはその品位が低下する場合もある。例えば、黒に相当する領域が多く暗い画面のような場合、HDRによって信号処理とバックライトの輝度ストレッチによって一律に画面輝度を増大させると、黒の表示領域に所謂黒浮きが生じ、コントラスト感が損なわれて映像品位が低下する場合がある。
特許文献1の映像表示装置は、APL等を用いて設定した発光輝度レベルに連動させて生成したトーンカーブを、人間の感覚的な量に近い映像特徴量であるジオメトリック平均値に基づいて生成したトーンカーブで補正することにより、画面をさらに明るく見えるようにしているが、発光部分を検出してそのときの輝度をストレッチするものではなく、画面内の発光部分を特に際だたせて明るくし、このときに、映像の状態に応じて輝度ストレッチの程度を制御することで、黒浮きなどの映像品位の低下を防ぐとの思想は開示していない。
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、映像信号の発光している部分を検出し、発光部分の表示輝度をストレッチして際出せて表示させることにより、輝き感をより増して高いコントラストで表示を行い、このときに映像の黒表示の状態に応じて輝度ストレッチを制御することで、常に高品位の映像表現を行うようにした映像表示装置およびテレビ受信装置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に、本発明の第1の技術手段は、入力映像信号を表示する表示部と、該表示部を照明する光源と、該表示部および該光源を制御する制御部とを有し、該制御部は、前記入力映像信号の所定の特徴量に基づいて、発光している映像であるとみなす発光部を検出し、前記入力映像信号から所定の条件に基づき算出した明るさに関連する指標と前記光源の輝度をストレッチさせる輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブに基づいて、前記光源の輝度をストレッチして増大させ、前記発光部を除く非発光部の映像信号の輝度を低下させることにより、前記発光部の表示輝度をエンハンスする映像表示装置であって、該映像表示装置は、前記入力映像信号から、所定の黒検出条件に基づいて黒表示の量を検出する黒検出部を有し、前記制御部は、前記黒検出部により検出した黒表示の量に従って、前記制御カーブを切り換えることを特徴としたものである。
第2の技術手段は、第1の技術手段による映像表示装置を備えたテレビ受信装置である。
本発明の映像表示装置によれば、映像信号の発光している部分を検出し、発光部分の表
示輝度をストレッチして際出せて表示させることにより、輝き感をより増して高いコント
ラストで表示を行い、このときに映像の黒表示の状態に応じて輝度ストレッチを制御する
ことで、常に高品位の映像表現を行うようにした映像表示装置およびテレビ受信装置を提
供することができる。
示輝度をストレッチして際出せて表示させることにより、輝き感をより増して高いコント
ラストで表示を行い、このときに映像の黒表示の状態に応じて輝度ストレッチを制御する
ことで、常に高品位の映像表現を行うようにした映像表示装置およびテレビ受信装置を提
供することができる。
(実施形態1)
図1は、本発明に係る映像表示装置の一実施形態を説明する図で、映像表示装置の要部の構成を示すものである。映像表示装置は、入力映像信号に画像処理を行って映像表示する構成を有するもので、テレビ受信装置等に適用することができる。
放送信号から分離した映像信号や外部機器から入力した映像信号は、信号処理部11およびエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に入力する。このとき、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14への映像信号は、信号処理部11のマッピング部13で生成されたトーンマッピングが適用され、その後エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に入力する。
図1は、本発明に係る映像表示装置の一実施形態を説明する図で、映像表示装置の要部の構成を示すものである。映像表示装置は、入力映像信号に画像処理を行って映像表示する構成を有するもので、テレビ受信装置等に適用することができる。
放送信号から分離した映像信号や外部機器から入力した映像信号は、信号処理部11およびエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に入力する。このとき、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14への映像信号は、信号処理部11のマッピング部13で生成されたトーンマッピングが適用され、その後エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に入力する。
信号処理部11の発光検出部12では、入力映像信号の特徴量に基づくフレームごとのヒストグラムを生成し、発光している部分を検出する。発光している部分は、ヒストグラムの平均値と標準偏差とにより求められるもので、ヒストグラムごとの相対的な値として検出される。
信号処理部11の黒検出部19では、予め定めた条件に従って、入力映像信号から黒表示に相当する量(画素数)を検出する。以下、黒表示に相当する量を単に黒の量とし、黒表示に相当する量の検出処理を黒検出処理として説明する。
黒検出部19では、入力映像信号から所定の演算処理によりフレーム毎に黒の量を検出する。そして、予め定められた黒の量とバックライトの輝度エンハンス割合との関係に基づいて、検出した黒の量に応じた輝度エンハンス割合を決定する。決定した輝度エンハンス割合は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に出力する。本実施形態の輝度エンハンス割合とは、バックライトの平均点灯率に応じて定められるバックライトの輝度ストレッチ量を黒表示の量に応じて制限し調整するために用いるものである。
黒検出部19では、入力映像信号から所定の演算処理によりフレーム毎に黒の量を検出する。そして、予め定められた黒の量とバックライトの輝度エンハンス割合との関係に基づいて、検出した黒の量に応じた輝度エンハンス割合を決定する。決定した輝度エンハンス割合は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に出力する。本実施形態の輝度エンハンス割合とは、バックライトの平均点灯率に応じて定められるバックライトの輝度ストレッチ量を黒表示の量に応じて制限し調整するために用いるものである。
マッピング部13は、発光検出部12で検出された発光部分の情報と、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14から出力されたMax輝度とを使用して、トーンマッピングを生成し、入力映像信号に適用する。Max輝度は、画面上で表示させたい最大輝度を示すものでバックライトの輝度ストレッチ量に相当するものである。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、入力された映像信号に従って、映像信号による画像を所定領域に分割し、分割領域ごとに映像信号の最大階調値を抽出する。
そして最大階調値に基づきバックライト部16の点灯率を計算する。点灯率は、映像の分割領域に対応したバックライト部16の領域ごとに定められる。また、バックライト部16は、複数のLEDにより構成され、領域ごとに輝度の制御が可能となっている。
そして最大階調値に基づきバックライト部16の点灯率を計算する。点灯率は、映像の分割領域に対応したバックライト部16の領域ごとに定められる。また、バックライト部16は、複数のLEDにより構成され、領域ごとに輝度の制御が可能となっている。
バックライト部16の領域ごとの点灯率は、予め定められた演算式に基づき決定されるが、基本的に高階調の明るい最大階調値を有する領域では、LEDの輝度を低下させることなく維持し、低階調の暗い領域においてLEDの輝度を低下させるような演算を行う。
そして、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、各領域の点灯率からバックライト部16の全体の平均点灯率を計算し、その平均点灯率に応じて、所定の演算式によりバックライト部16の輝度ストレッチ量を計算する。これにより、画面内の領域で取り得る最大輝度値(Max輝度)が得られる。ここで得られたMax輝度に対して、黒検出部19による黒の検出結果に基づいてMax輝度が調整され、信号処理部11のマッピング部13に出力される。
そして、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、各領域の点灯率からバックライト部16の全体の平均点灯率を計算し、その平均点灯率に応じて、所定の演算式によりバックライト部16の輝度ストレッチ量を計算する。これにより、画面内の領域で取り得る最大輝度値(Max輝度)が得られる。ここで得られたMax輝度に対して、黒検出部19による黒の検出結果に基づいてMax輝度が調整され、信号処理部11のマッピング部13に出力される。
そして、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14では、黒の量の検出結果に応じて調整したMax輝度を信号処理部11に戻して、バックライト部16の輝度ストレッチ分に相当する輝度を低下させる。このときに、輝度ストレッチはバックライト部16の全体に与えられ、映像信号処理による輝度低下は、発光部を除く発光していないとみなす部分に対して行われる。これにより、発光している部分のみの画面輝度を増大させ、高いコントラストで映像表現を行うことができ、画質を向上させることができる。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、バックライト部16を制御するための制御データをバックライト制御部15に出力し、バックライト制御部15は、そのデータに基づいてバックライト部16のLEDの発光輝度を分割領域ごとに制御する。バックライト部16のLEDの輝度は、PWM(Pulse Width Modulation)制御で行われるが、電流制御もしくはこれらの組み合わせによって所望の値となるように制御することができる。
また、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、表示部18を制御するための制御データを表示制御部17に出力し、表示制御部17は、そのデータに基づいて表示部18の表示を制御する。表示部18は、バックライト部16のLEDにより照明されて画像を表示する液晶パネルが用いられる。
また、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、表示部18を制御するための制御データを表示制御部17に出力し、表示制御部17は、そのデータに基づいて表示部18の表示を制御する。表示部18は、バックライト部16のLEDにより照明されて画像を表示する液晶パネルが用いられる。
なお、本実施形態においては、本発明の制御部はバックライト部16と表示部18を制御するものであり、信号処理部11,エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14、バックライト制御部15、及び表示制御部17が該当する。
上記の表示装置をテレビ受信装置として構成する場合、テレビ受信装置は、アンテナで受信した放送信号を選局して復調し、復号して再生用映像信号を生成する手段を有し、再生用映像信号に適宜所定の画像処理を施して、図1の入力映像信号として入力させる。これにより、受信した放送信号を表示部18に表示させることができる。本発明は、表示装置、およびその表示装置を備えるテレビ受信装置として構成することができる。
以下に上記の構成を有する本実施形態の各部の処理例をより具体的に説明する。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14では、映像を所定の複数の領域(エリア)に分割し、その分割した領域に対応するLEDの発光輝度を領域毎に制御する。図2〜図3は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14における発光領域の制御処理を説明する図である。本実施形態に適用されるエリアアクティブ制御は、映像を所定の複数の領域(エリア)に分割し、その分割した領域に対応するLEDの発光輝度を領域毎に制御するものである。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14では、映像を所定の複数の領域(エリア)に分割し、その分割した領域に対応するLEDの発光輝度を領域毎に制御する。図2〜図3は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14における発光領域の制御処理を説明する図である。本実施形態に適用されるエリアアクティブ制御は、映像を所定の複数の領域(エリア)に分割し、その分割した領域に対応するLEDの発光輝度を領域毎に制御するものである。
ここでは、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、入力映像信号に基づいて、1フレームの映像を予め定められた複数の領域に分割し、その分割領域ごとに映像信号の最大階調値を抽出する。例えば図2(A)に示すような映像を予め定められた複数の領域に分割する。ここでは、各領域の映像信号の最大階調値が抽出される。他の例では、最大階調値ではなく映像信号の階調平均値などの他の統計値を用いてもよい。以下、最大階調値を抽出した例により説明する。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、抽出した最大階調値に応じて領域毎のLEDの点灯率を決定する。このときの各領域のLEDの点灯率の様子を図2(B)に示す。映像信号の階調が高く明るい部分では、LEDの点灯率を上げて明るい表示を行わせる。このときの処理を更に具体的に説明する。
1フレームの各分割領域の最大階調値を抽出したときの様子の一例を図3に示す。図3では、説明を簡単にするため、1フレームの画面を8つの領域(領域〈1〉〜〈8〉)に分割したものとする。図3(A)に各領域(領域〈1〉〜〈8〉)の点灯率を示し、図3(B)に各領域の点灯率と画面全体の平均点灯率とを示す。ここでは、それぞれの領域における最大階調値から、その領域のバックライトのLEDの点灯率を計算する。点灯率は、例えばLEDの駆動dutyによって示すことができる。この場合、点灯率Maxは100%である。
各領域のLEDの点灯率の決定においては、最大階調値が低く暗い領域については、点灯率を下げてバックライトの輝度を低下させる。一例として、映像の階調値が0−255の8ビットデータで表現される場合、最大階調値が128の場合には、バックライトを(1/(255/128))2.2=0.217倍(21.7%)に低下させる。
図3の例では、それぞれの領域についてバックライトの点灯率が10〜90%の範囲で決定されている。この点灯率計算方法はその一例を示すものであるが、基本的には明るい高階調の領域はバックライト輝度を下げることなく、低階調の暗い領域についてバックライトの輝度を低下させるように予め定めた演算式に従って各領域の点灯率を計算する。
そして映像信号の最大階調値から計算した領域ごとのバックライトの点灯率を平均して、1フレームにおけるバックライトの平均点灯率を計算する。この例では、平均点灯率は、図3(B)に示す平均点灯率のレベルとなる。平均点灯率は、本発明による明るさに関連する指標の一例である。
図3の例では、それぞれの領域についてバックライトの点灯率が10〜90%の範囲で決定されている。この点灯率計算方法はその一例を示すものであるが、基本的には明るい高階調の領域はバックライト輝度を下げることなく、低階調の暗い領域についてバックライトの輝度を低下させるように予め定めた演算式に従って各領域の点灯率を計算する。
そして映像信号の最大階調値から計算した領域ごとのバックライトの点灯率を平均して、1フレームにおけるバックライトの平均点灯率を計算する。この例では、平均点灯率は、図3(B)に示す平均点灯率のレベルとなる。平均点灯率は、本発明による明るさに関連する指標の一例である。
図4は、平均点灯率の決定処理をさらに具体的に説明する図である。上記のように各領域のLEDの点灯率の決定においては、最大階調値が低く暗い領域については、点灯率を下げてバックライトの輝度を低下させる。ここで各領域の実際の点灯率は、表示したい階調を正確に表示し、かつLED dutyをできるだけ低くするように決定する。各領域においてLED dutyをできるだけ低くしたいが、表示したい階調をつぶしたりせずに正確に表示する必要があるため、領域内の最大階調が表示でき、なおかつできるだけLED dutyを低くするようなLED duty(仮の点灯率)を設定し、それをもとに表示部18(ここではLCDパネル)の階調を設定する。
一例として、映像の階調値が0−255の8ビットデータで表現される場合で、かつ図3(A)のうちの1つの領域内の複数の画素の階調値が図4(A)で示される場合について説明する。ここでは1つの領域に9つの画素が対応しているものとする。図4(A)で示す画素群では、最大階調値が128であり、その場合には図4(B)で示すように、その領域のバックライトの点灯率を(1/(255/128))2.2=0.217倍(21.7%)に低下させる。
そして一例として、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、このように点灯率を決めると共に、表示部18における画素ごとの階調値を、その画素が含まれる領域について点灯率を考慮して計算する。例えば、表示したい階調値が96の場合、96/(128/255)=192であるため、階調値192を用いて画素を表現すればよい。同様にして、図4(A)の各画素に対して表示させる際の階調値を計算した結果を、図4(C)に示す。
実際のバックライト部16の輝度は、平均点灯率に応じて決まるMax輝度の値に基づいてさらにストレッチされ増強される。元となる基準輝度は、例えば、最大階調値のときに画面輝度が550(cd/m2)となるような輝度である。基準輝度は、この例に限ることなく適宜定めることができる。
図5は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14の処理例を説明するための図である。上記のようにエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、各領域の最大階調値に応じて決まる点灯率から、画面全体の平均点灯率を計算する。点灯率が高い領域が多くなれば画面全体の平均点灯率は高くなる。そして、図5のような関係で、取り得る輝度の最大値(Max輝度)を決定する。横軸は、バックライトの点灯率(ウィンドウサイズ)で、縦軸はMax輝度における画面輝度(cd/m2)を示している。平均点灯率は、点灯率100%の点灯領域(ウィンドウ領域)と点灯率0%の消灯領域との比として表すことができる。点灯領域がない状態では点灯率はゼロであり、点灯領域のウィンドウが大きくなるに従って点灯率は増大し、全点灯では点灯率は100%になる。
図5において、バックライトが全点灯(平均点灯率100%)のときのMax輝度を例えば、550(cd/m2)とする。そして、平均点灯率が下がっていくに従って、Max輝度を増大させる。このときに、階調値が255階調(8ビット表現の場合)の画素が、画面内で最も画面輝度が高くなり、取り得る最大の画面輝度(Max輝度)になる。従って、同じ平均点灯率であっても、画素の階調値によってはMax輝度まで画面輝度がUPしないことがわかる。
平均点灯率がQ1のときに、Max輝度の値は最も大きくなり、このときの最大の画面輝度は1500(cd/m2)となる。つまりP1のときには、取り得る最大の画面輝度は、全点灯時の550(cd/m2)に比較して1500(cd/m2)までストレッチされることになる。P1は、比較的平均点灯率が低い位置に設定されている。つまり全体に暗い画面で平均点灯率が低く、かつ一部に高階調のピークがあるような画面のときに、最高で1500(cd/m2)になるまでバックライトの輝度がストレッチされる。また、高い平均点灯率のときほど、バックライトの輝度のストレッチの程度が小さい理由としては、もともと明るい画面ではバックライトの輝度を過度に行うと却って眩しく感じることがあるため、ストレッチの程度を抑えるようにするためである。
Max輝度が最大の平均点灯率Q1から平均点灯率0(全黒)までは、Max輝度の値を徐々に低下させる。平均点灯率が低い範囲は、暗い画面の映像に相当するものであり、バックライトの輝度をストレッチして画面輝度をUPするよりも、逆にバックライトの輝度を抑えてコントラストを向上させ、黒浮きを抑えて表示品位を保つようにする。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、図5の曲線に従って、バックライトの輝度をストレッチし、その制御信号をバックライト制御部15に出力する。ここでは上記のように映像の分割領域ごとに検出される最大階調値に応じて平均点灯率が変化し、その平均点灯率に応じて輝度ストレッチの状態が変化する。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に入力する映像信号は、以下に説明する信号処理部11による信号処理により生成されたトーンマッピングが適用され、低階調領域がゲインダウンされて入力する。これにより、低階調の非発光領域ではバックライトの輝度がストレッチされた分、映像信号によって輝度が低減され、結果として発光している領域のみで画面輝度がエンハンスされ、輝き感が増すようになっている。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、図5の曲線に従ってバックライトの平均点灯率、および黒検出部19から出力された黒検出結果から求めたMax輝度の値を信号処理部11のマッピング部13に出力する。マッピング部13では、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14から出力されたMax輝度を使用して、トーンマッピングを行う。
信号処理部11について説明する。
信号処理部11の発光検出部12では、映像信号から発光している部分を検出する。図6は、輝度信号Yから生成したYヒストグラムの例を示すものである。発光検出部12では、入力した映像信号のフレームごとに、輝度階調ごとの画素数を積算してYヒストグラムを生成する。横軸は輝度Yの階調値で、縦軸は階調値毎に積算した画素数(頻度)を示している。輝度Yは、ヒストグラムを作成する映像の特徴量の一つであり、特徴量の他の例については後述する。ここでは、輝度Yについて発光部分を検出するものとする。
Yヒストグラムが生成されると、そのYヒストグラムから平均値(Ave)、標準偏差(σ)を計算し、これらを用いて2つの閾値Thを計算する。
信号処理部11の発光検出部12では、映像信号から発光している部分を検出する。図6は、輝度信号Yから生成したYヒストグラムの例を示すものである。発光検出部12では、入力した映像信号のフレームごとに、輝度階調ごとの画素数を積算してYヒストグラムを生成する。横軸は輝度Yの階調値で、縦軸は階調値毎に積算した画素数(頻度)を示している。輝度Yは、ヒストグラムを作成する映像の特徴量の一つであり、特徴量の他の例については後述する。ここでは、輝度Yについて発光部分を検出するものとする。
Yヒストグラムが生成されると、そのYヒストグラムから平均値(Ave)、標準偏差(σ)を計算し、これらを用いて2つの閾値Thを計算する。
第2の閾値Th2は、発光境界を定めるものであり、Yヒストグラムにおいてこの閾値Th2以上の画素は、発光している部分であるものとみなして処理を行う。
第2の閾値Th2は、
Th2 = Ave+Nσ ・・・式(1)
とする。Nは所定の定数である。
第2の閾値Th2は、
Th2 = Ave+Nσ ・・・式(1)
とする。Nは所定の定数である。
また、第1の閾値Th1は、Th2より小さい領域の階調性などの違和感を抑えるために設定されるもので、
Th1 = Ave+Mσ ・・・式(2)
とする。Mは所定の定数であり、M<Nである。また、Mの値は黒検出部19による黒の量の検出結果に応じて変化するものである。
発光検出部12が検出した第1及び第2の閾値Th1,Th2の値は、マッピング部13に出力され、トーンマッピングの生成に使用される。
Th1 = Ave+Mσ ・・・式(2)
とする。Mは所定の定数であり、M<Nである。また、Mの値は黒検出部19による黒の量の検出結果に応じて変化するものである。
発光検出部12が検出した第1及び第2の閾値Th1,Th2の値は、マッピング部13に出力され、トーンマッピングの生成に使用される。
図7は、マッピング部13が生成するトーンマッピングの一例を示す図である。横軸は映像の輝度値の入力階調で、縦軸は出力階調である。発光検出部12で検出された第2の閾値Th2以上の画素については、映像の中で発光している部分であり、発光している部分を除いて圧縮ゲインを適用してゲインダウンする。このときに、発光境界であるTh2より小さい領域に一律に一定の圧縮ゲインを適用して出力階調を抑えると、階調性に違和感が生じる。従って、発光検出部12にて第1の閾値Th1を設定して検出し、Th1より小さい領域に対して第1のゲインG1を設定し、Th1とTh2の間を線形で結ぶように第2のゲインG2を設定してトーンマッピングを行う。
ゲインの設定方法について説明する。
マッピング部13には、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14からMax輝度の値が入力される。Max輝度は、上述したように、バックライトの平均点灯率、および黒検出部19から出力される黒検出量から定められる最大輝度を示すもので、例えば、バックライトデューティの値として入力される。
第1のゲインG1は、第1の閾値Th1より小さい領域に適用されるもので、
G1=(Ls/Lm)1/γ ・・・式(3)
により設定される。Lsは、基準輝度(バックライト輝度をストレッチしないときの基準輝度;一例として最大の画面輝度が550cd/m2となるときの輝度)であり、Lmは、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14から出力されたMax輝度である。従って、第1の閾値Th1より小さい領域に適用される第1のゲインG1は、バックライトの輝度ストレッチにより増加する画面輝度分を低減させるように、映像信号の出力階調を低下させる。
マッピング部13には、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14からMax輝度の値が入力される。Max輝度は、上述したように、バックライトの平均点灯率、および黒検出部19から出力される黒検出量から定められる最大輝度を示すもので、例えば、バックライトデューティの値として入力される。
第1のゲインG1は、第1の閾値Th1より小さい領域に適用されるもので、
G1=(Ls/Lm)1/γ ・・・式(3)
により設定される。Lsは、基準輝度(バックライト輝度をストレッチしないときの基準輝度;一例として最大の画面輝度が550cd/m2となるときの輝度)であり、Lmは、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14から出力されたMax輝度である。従って、第1の閾値Th1より小さい領域に適用される第1のゲインG1は、バックライトの輝度ストレッチにより増加する画面輝度分を低減させるように、映像信号の出力階調を低下させる。
第2の閾値Th2以上のトーンマッピングは、f(x)=xとする。つまり、入力階調=出力階調とし、出力階調を低下させる処理は行わない。第1の閾値Th1〜第2の閾値Th2までの間は、第1のゲインG1によって低下させた第1の閾値Th1の出力階調と、第1の閾値Th1の出力階調とを直線で結ぶように設定する。
つまり、
G2=(Th2−G1・Th1)/(Th2−Th1) ・・・式(4)
によって第2のゲインG2を決定する。
上記の処理により、図7に示すようなトーンマッピングを得る。このときに、Th1、Th2の接続部分については、所定の範囲(例えば接続部分±Δ(Δは所定値))を2次関数でスムージングするとよい。
つまり、
G2=(Th2−G1・Th1)/(Th2−Th1) ・・・式(4)
によって第2のゲインG2を決定する。
上記の処理により、図7に示すようなトーンマッピングを得る。このときに、Th1、Th2の接続部分については、所定の範囲(例えば接続部分±Δ(Δは所定値))を2次関数でスムージングするとよい。
マッピング部13が生成したトーンマッピングは入力映像信号に適用され、バックライトの輝度ストレッチ量に基づき低階調部分の出力が抑えられた映像信号がエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に入力される。
図8は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14で出力するMax輝度について説明するための図である。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、マッピング部13で生成したトーンマッピングを適用した映像信号を入力し、その映像信号に基づいてエリアアクティブ制御を行って、平均点灯率に基づくMax輝度を決定する。このとき、黒検出部19からの黒検出結果に応じてMax輝度の制御カーブが変化するが、ここでは説明のために黒検出は考慮しない。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、マッピング部13で生成したトーンマッピングを適用した映像信号を入力し、その映像信号に基づいてエリアアクティブ制御を行って、平均点灯率に基づくMax輝度を決定する。このとき、黒検出部19からの黒検出結果に応じてMax輝度の制御カーブが変化するが、ここでは説明のために黒検出は考慮しない。
上記の平均点灯率に基づき決定したフレームをNフレームとする。NフレームのMax輝度の値は、信号処理部11のマッピング部13に出力される。マッピング部13では、入力したNフレームのMax輝度を使用して図7に示すようなトーンマッピングを生成し、N+1フレームの映像信号に適用する。
こうして、エリアアクティブの平均点灯率に基づくMax輝度をフィードバックして、次のフレームのトーンマッピングに使用する。マッピング部13は、Nフレームで決定されたMax輝度に基づいて、第1の閾値Th1より小さい領域について映像出力を低下させるゲイン(第1のゲインG1)を適用する。Th1とTh2の間の領域についてTh1とTh2の間を線形で結ぶ第2のゲインG2を適用してTh1とTh2の間の映像出力を低下させる。
Nフレームで映像出力を低下させるゲインが適用されているため、平均点灯率がQ1以上の高点灯率の領域において、N+1のフレームでは、領域ごとの最大階調値が低下して点灯率が下がる傾向となり、これにより、N+1のフレームでは、Max輝度が上がる傾向となる。これにより、さらにバックライトの輝度ストレッチ量が大きくなって、画面の輝き感が増す傾向となる。ただし、この傾向はQ1より低点灯率の領域では見られず、逆の傾向となる。
次に信号処理部11の黒検出部19の検出処理について説明する。本発明に係る実施形態では、上記図5に示すごとくの平均点灯率に応じたMax輝度の制御カーブを、黒検出部19における黒の量の検出結果に応じて変化させる。黒検出処理は以下の処理例のいずれかを適用することができる。
(黒検出処理1)
図9は、黒検出部における黒検出処理例を説明するための図で、映像信号の輝度ヒストグラムの一例を示す図である。本例では、黒検出部19では、映像信号の特徴量として輝度を用い、入力した映像信号のフレームごとに、輝度階調ごとの画素数を積算して輝度Yのヒストグラムを生成する。映像信号の特徴量として輝度信号ではなく他の特徴量を用いることもできるが、他の特徴量の例については後述し、ここでは輝度ヒストグラムを用いた例を示す。
図9は、黒検出部における黒検出処理例を説明するための図で、映像信号の輝度ヒストグラムの一例を示す図である。本例では、黒検出部19では、映像信号の特徴量として輝度を用い、入力した映像信号のフレームごとに、輝度階調ごとの画素数を積算して輝度Yのヒストグラムを生成する。映像信号の特徴量として輝度信号ではなく他の特徴量を用いることもできるが、他の特徴量の例については後述し、ここでは輝度ヒストグラムを用いた例を示す。
黒検出部19では、このヒストグラムに対して、黒領域であること示す第4の閾値Th4を設定する。第4の閾値Th4以下の輝度領域の画素は、黒表示を行う画素(黒に相当する画素)と規定して扱う。従って、例えば、256階調表現の場合、0階調から0階調付近の数階調までの領域を黒に相当する領域として規定することができる。
そして黒検出部19では、第4の閾値Th4以下の輝度領域の画素数をカウントし、カウント結果に応じて黒表示のスコア(黒検出スコア)を決定する。黒検出スコアは、フレーム内の全ての画素が黒領域に含まれるときをMaxとし、黒領域に一つの画素もないときを0として、そのカウントされた画素数に応じて決定する。
そして黒検出部19では、第4の閾値Th4以下の輝度領域の画素数をカウントし、カウント結果に応じて黒表示のスコア(黒検出スコア)を決定する。黒検出スコアは、フレーム内の全ての画素が黒領域に含まれるときをMaxとし、黒領域に一つの画素もないときを0として、そのカウントされた画素数に応じて決定する。
図10は、黒検出スコアとエンハンス割合との関係の設定例を示す図である。黒検出部19では、図10に示すような関係を予め定めておく。そして、図9のヒストグラムから得られた黒検出スコアに従って、エンハンス割合を決定する。ここでは、黒検出スコアが比較的低く黒表示が少ない領域S0〜S1では、エンハンス割合は100%に維持する。
つまり、黒表示の領域が小さいため黒浮きの影響が少なく、発光量に応じて定められる輝度エンハンス量を制限する必要がないため、エンハンス割合を100%として輝度エンハンスによる明るい部分の輝き感を重視する。
つまり、黒表示の領域が小さいため黒浮きの影響が少なく、発光量に応じて定められる輝度エンハンス量を制限する必要がないため、エンハンス割合を100%として輝度エンハンスによる明るい部分の輝き感を重視する。
また黒検出スコアが中程度の領域S1〜S2では、黒検出スコアの増大、つまり黒の量の増大に応じてエンハンス割合を低くしていく。黒表示が増えると黒浮きが目立ちやすくなるため、発光量に応じて定められる輝度エンハンス量を制限して、黒浮きを抑えるようにする。そして黒検出スコアが高い領域S2〜S3(スコア=Max)では、画面内に黒表示の領域が極めて多いため、エンハンス割合を0にする。これにより発光量に応じた輝度エンハンスをなくし、標準的な輝度でバックライトを点灯させるようにする。
(黒検出処理2)
図11は、黒検出部における黒検出処理の他の例を説明するための図である。本例の処理では、上記黒検出処理1と同様にYヒストグラムを生成するが、他の特徴量によるヒストグラムを用いてもよい。また、Yヒストグラムとしては、発光検出部12で生成したヒストグラムが利用できればこれを用いるものであってもよい。
そして黒検出部19では、生成したYヒストグラムからフレームごとの黒の量を検出するが、このときに、黒に重み(weight)を付けたパラメータを黒検出スコアとする。
図11は、黒検出部における黒検出処理の他の例を説明するための図である。本例の処理では、上記黒検出処理1と同様にYヒストグラムを生成するが、他の特徴量によるヒストグラムを用いてもよい。また、Yヒストグラムとしては、発光検出部12で生成したヒストグラムが利用できればこれを用いるものであってもよい。
そして黒検出部19では、生成したYヒストグラムからフレームごとの黒の量を検出するが、このときに、黒に重み(weight)を付けたパラメータを黒検出スコアとする。
ここで黒検出スコアは、
SCORE(黒検出スコア)=(Σcount[i]×W[i])/Σcount[i] ・・・式(5)
によって計算する。ここでcount[i]は、ヒストグラムのi番目の特徴量(輝度、Max RGB、CMIなど)の頻度(画素数)である。またW[i]はi番目の重み(weight)であり、重みを定める関数は任意に設定できる。
SCORE(黒検出スコア)=(Σcount[i]×W[i])/Σcount[i] ・・・式(5)
によって計算する。ここでcount[i]は、ヒストグラムのi番目の特徴量(輝度、Max RGB、CMIなど)の頻度(画素数)である。またW[i]はi番目の重み(weight)であり、重みを定める関数は任意に設定できる。
図11では、重み付けの関数W[i]の設定例を示している。基本的にヒストグラムの特徴量が小さい程(黒に近いほど)重みを大きくする。そして、特徴量(輝度階調)ごとの画素数の積算値に重みを乗算することで、黒に重み付けされた関数に基づく黒検出スコアを算出する。
黒検出スコアとエンハンス割合との関係は、上記図10と同じ関係を定めることができる。つまり、黒検出スコアが比較的低く黒表示が少ない領域S0〜S1では、エンハンス割合は100%とし、黒検出スコアが中程度の領域S1〜S2では、黒検出スコアの増大、つまり黒の量の増大に応じてエンハンス割合を低くしていく。そして黒検出スコアが高い領域S2〜S3(スコア=Max)では、画面内に黒表示の領域が極めて多いため、エンハンス割合を0にする。これにより発光量に応じた輝度エンハンスをなくし、標準的な輝度でバックライトを点灯させるようにする。
(黒検出処理3)
黒検出部19における黒検出の更に他の処理例においては、人間の視覚特性に合致した映像信号の平均輝度の指標であるジオメトリック平均値GAve(Geometric Average)を使用する。GAveは、信号輝度の平均ではなく、液晶パネルの輝度の平均を視覚特性に合致した値として算出した輝度平均値である。具体的には、GAve.は、以下の式(6)で表される。
黒検出部19における黒検出の更に他の処理例においては、人間の視覚特性に合致した映像信号の平均輝度の指標であるジオメトリック平均値GAve(Geometric Average)を使用する。GAveは、信号輝度の平均ではなく、液晶パネルの輝度の平均を視覚特性に合致した値として算出した輝度平均値である。具体的には、GAve.は、以下の式(6)で表される。
上記式(6)において、δはlog0となるのを防ぐ微少な値である。例えばδは、人が知覚できる最小輝度を示す値で、例えばδ=0.00001とすることができる。また、Ylumは、各画素のパネル輝度を示すもので、0−1.0の値となる。Ylumは、(信号輝度/MAX輝度)^γで表すことができる。また、n、pixelsは、全画素数を示している。このように、式(6)は、画像の画素の輝度値の対数の平均を累乗したものであり、言い換えれば相乗平均の値を示している。
図12は、人間の視細胞の輝度に対する応答曲線を示す図である。図12に示すように、人間の視細胞の応答曲線は、対数を取った輝度の値(luminance(log cd/m2)に依存している。これは一般的には、ミカエリスメンテンの式(Mickaelis−Menten Equation)と呼ばれている。
GAveは、上記のように画素の輝度値の対数の平均を累乗したものであり、従って、GAveは、画像に対する目の反応(つまりどのくらい明るく見えるのか)を数値化したものであるといえる。つまり、GAveは、人間の感覚的な量に近いといえ、この値を特徴量として使用して、GAveに応じたエンハンス割合を決定する。
GAveは、上記のように画素の輝度値の対数の平均を累乗したものであり、従って、GAveは、画像に対する目の反応(つまりどのくらい明るく見えるのか)を数値化したものであるといえる。つまり、GAveは、人間の感覚的な量に近いといえ、この値を特徴量として使用して、GAveに応じたエンハンス割合を決定する。
本例において入力映像信号は、黒検出部19に入力されるとまずGAveが計算される。ここでは、上記式(6)に従って、以下の処理を行ってGAveが計算される。
(S1)ヒストグラムの各画素毎に正規化を行ってγ乗して、パネル輝度値を算出し、最小輝度値とパネル輝度値とを加算してその値のlog10の値をとる。
(S2)log10の結果を全ての画素について加算する。
(S3)加算した結果の平均のexpをとる。
(S1)ヒストグラムの各画素毎に正規化を行ってγ乗して、パネル輝度値を算出し、最小輝度値とパネル輝度値とを加算してその値のlog10の値をとる。
(S2)log10の結果を全ての画素について加算する。
(S3)加算した結果の平均のexpをとる。
図13は、ジオメトリック平均値とエンハンス割合との関係の設定例を示す図である。黒検出部19では、図13に示すような関係を予め定めておく。そして、入力映像信号から計算したフレームごとのジオメトリック平均値に従って、エンハンス割合を決定する。ここでは、ジオメトリック平均値が比較的低く黒表示が多い領域P0〜P1では、エンハンス割合は0%とする。つまり、黒表示が増えると黒浮きが目立ちやすくなるため、人間の感覚的な量に近いジオメトリック平均値に応じて定められる輝度エンハンス量を0%に抑えて、黒浮きを抑えるようにする。
またジオメトリック平均値が中程度の領域P1〜P2では、ジオメトリック平均値の増大、つまり黒の量の減少に応じてエンハンス割合を高くしていく。黒表示が減少すると黒浮きの影響が少なくなるため、ジオメトリック平均の増大に応じて輝度エンハンス量割合を高くしていく。そしてジオメトリック平均値が高い領域P2〜P3(ジオメトリック平均値=Max)では、画面内に黒表示の領域が極めて少ないため、エンハンス割合を100%にし、輝度エンハンスによる明るい部分の輝き感を重視して強調させる。
(黒検出に基づくバックライトの輝度制御例)
上記のように、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、マッピング部13で生成したトーンマッピングを適用した映像信号を入力し、その映像信号に基づいてエリアアクティブ制御を行って、平均点灯率に基づくMax輝度を決定する。このときに、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14では、黒検出部19における黒の量の検出結果に応じて、Max輝度の制御カーブを異ならせ、黒検出量が多い程、平均点灯率とMax輝度との関係を緩やかなカーブにして、Max輝度を抑えるようにする。また、同時にマッピング部13では、黒検出部19における黒の量の検出結果に応じて、第1の閾値th1を輝度等の特徴量が高い側にシフトさせ、これにより映像信号処理により暗い領域の階調をより低く沈めてコントラスト感が得られるようにしている。
上記のように、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、マッピング部13で生成したトーンマッピングを適用した映像信号を入力し、その映像信号に基づいてエリアアクティブ制御を行って、平均点灯率に基づくMax輝度を決定する。このときに、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14では、黒検出部19における黒の量の検出結果に応じて、Max輝度の制御カーブを異ならせ、黒検出量が多い程、平均点灯率とMax輝度との関係を緩やかなカーブにして、Max輝度を抑えるようにする。また、同時にマッピング部13では、黒検出部19における黒の量の検出結果に応じて、第1の閾値th1を輝度等の特徴量が高い側にシフトさせ、これにより映像信号処理により暗い領域の階調をより低く沈めてコントラスト感が得られるようにしている。
図14は、黒検出結果に応じて変化させるMax輝度について説明するための図である。
上述したようにエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、各領域の最大階調値に応じて決まる点灯率から、画面全体の平均点灯率を計算する。点灯率が高い領域が多くなれば画面全体の平均点灯率は高くなる。そして、図14のような関係で、取り得る輝度の最大値(Max輝度)を決定する。
上述したようにエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14は、各領域の最大階調値に応じて決まる点灯率から、画面全体の平均点灯率を計算する。点灯率が高い領域が多くなれば画面全体の平均点灯率は高くなる。そして、図14のような関係で、取り得る輝度の最大値(Max輝度)を決定する。
このときに、黒検出部19による映像の黒の量の検出結果に応じて、図14のMax輝度の設定を変化させる。例えば、黒検出部19からは、黒検出の方法に応じて、黒検出スコアもしくはジオメトリック平均値に従うエンハンス割合が出力されてくる。エンハンス割合が高い領域は、相対的に黒の量が少ない領域である。ここでエンハンス割合とMax輝度の制御カーブとの関係を予め定めておき、黒検出部19から出力されるエンハンス割合に応じてMax輝度の制御カーブを変更する。
例えば、図14に示すように、Max輝度の制御カーブを4段階用意し、最もエンハンス割合が高い所定範囲の場合には、制御カーブR1で制御し、エンハンス割合が低くなるに従って、段階的に制御カーブR2,R3,R4の順序で変更する。制御カーブR4は、最もエンハンス割合が低く暗い(黒検出スコアが高い、もしくはジオメトリック平均値が低い)映像の場合となる。これにより、黒の領域が多く黒検出スコアが高く、もしくはジオメトリック平均値が低くなる映像の場合には、バックライトの輝度ストレッチを抑えて黒浮きによる品位低下を防ぐようにする。
なお、図14の例では、制御カーブを4段階に設定したが、4段階に限ることなく2段階以上の複数段階で制御することができる。また、エンハンス割合に応じて無段階で変化するように制御カーブをその都度生成するようにしてもよい。
図15は、黒の量の検出結果に応じて変化させる第1の閾値について説明する図である。上記のように、発光検出部12では、入力した映像信号のフレームごとに、輝度階調ごとの画素数を積算してYヒストグラムを生成する。そしてそのYヒストグラムから平均値(Ave)、標準偏差(σ)を計算し、発光境界を定める第2の閾値Th2と、Th2より小さい領域の階調性などの違和感を抑えるための第1の閾値Th1(Th1=Ave+Mσ)とを設定する。
このときに、黒検出部19による映像の黒の量の検出結果に応じて、図15の第1の閾値Th1の位置を変化させる。例えば、黒検出部19からは、黒検出の方法に応じて、黒検出スコアもしくはジオメトリック平均値に従うエンハンス割合が出力されてくる。エンハンス割合が高い領域は、相対的に黒の量が少ない領域である。ここでエンハンス割合と第1の閾値Th1の位置との関係を予め定めておき、黒検出部19から出力されるエンハンス割合に応じて第1の閾値Th1の位置を変更する。具体的には、Th1=Ave+Mσの“M”の値を変更して、Th1の位置をヒストグラムの輝度方向に変化させる。このときに、エンハンス割合に応じて予め複数段階で第1の閾値Th1の位置を設定してもよく、あるいは、エンハンス割合に応じて無段階で変化するように第1の閾値Th1の位置を設定するようにしてもよい。
例えば、図15に示すように、エンハンス割合が低くなる程、Mの値を大きくして、第1の閾値Th1を高輝度側にシフトさせる。これにより、黒の領域が多く黒検出スコアが高く、もしくはジオメトリック平均値が低くなる映像の場合には、第1の閾値Th1の位置が高輝度側シフトする。
図16は、黒検出に応じたトーンマッピングの例を説明する図である。上記のようにマッピング部13では、第1の閾値Th1より小さい領域に対して第1のゲインG1を設定し、Th1とTh2の間を線形で結ぶように第2のゲインG2を設定してトーンマッピングを行う。このときに、黒検出部19による映像の黒の量の検出結果に応じて決定した第1の閾値Th1の位置に従ってトーンマッピングを行う。この場合、図16に示すように、黒の領域が多くエンハンス割合が低くなる程、第1の閾値Th1が高輝度側にシフトし、これにより低輝度領域の階調をより広い範囲で低く抑えられることで、よりコントラスト感を重視した画質とすることができる。
また、Max輝度と第1の閾値の他の設定例として、上記のように黒検出部19から出力されたエンハンス割合ではなく、黒検出部19により検出された黒検出スコアの量、もしくはジオメトリック平均値に応じて、Max輝度および第1の閾値Th1の位置を設定するものであってもよい。黒検出スコアおよびジオメトリック平均値は、そのままで映像の黒領域の程度を表す一つの指標となるため、これらの値に応じて例えば黒の量が多くなるに従って、Max輝度を抑えて黒浮きを防ぐとともに、第1の閾値Th1を高輝度側にシフトさせてコントラスト感を重視するように制御することができる。
図17は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14の処理により、画面輝度がエンハンスされる状態を示す図である。横軸は入力映像信号の階調値で、縦軸は表示部18の画面輝度(cd/m2)である。
T2、T3は、発光検出部12で使用した第1及び第2閾値Th1,Th2の階調値の位置にそれぞれ相当する。上記のように発光検出部12で検出した第2の閾値Th2以上の領域では、バックライトの輝度ストレッチ量に応じて映像信号の出力階調を低下させる信号処理が行われていない。この結果、T3〜T4では、入力映像信号は、エリアアクティブ制御により決定されたMax輝度に従うγカーブでエンハンスされて表示される。例えば、Max輝度が1500(cd/m2)である場合、入力映像信号が最高階調値(255)であるとき、画面輝度は1500(cd/m2)なる。この場合のMax輝度は、映像信号に基づき決定された平均点灯率と、黒検出処理による黒の量の検出結果に応じて決定されたMax輝度である。
T2、T3は、発光検出部12で使用した第1及び第2閾値Th1,Th2の階調値の位置にそれぞれ相当する。上記のように発光検出部12で検出した第2の閾値Th2以上の領域では、バックライトの輝度ストレッチ量に応じて映像信号の出力階調を低下させる信号処理が行われていない。この結果、T3〜T4では、入力映像信号は、エリアアクティブ制御により決定されたMax輝度に従うγカーブでエンハンスされて表示される。例えば、Max輝度が1500(cd/m2)である場合、入力映像信号が最高階調値(255)であるとき、画面輝度は1500(cd/m2)なる。この場合のMax輝度は、映像信号に基づき決定された平均点灯率と、黒検出処理による黒の量の検出結果に応じて決定されたMax輝度である。
一方、T1〜T2までの入力階調値の場合には、上記のように、バックライトの輝度ストレッチにより増加する画面輝度分を低減させるように第1のゲインG1が映像信号に適用されているため、基準輝度に基づくγカーブで画面表示される。エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14で決定されたMax輝度に従って、マッピング部13で輝度ストレッチ分に対応して、閾値Th1(T2に相当)より小さい範囲で映像信号の出力値を抑えたからである。T2〜T3は、Th2〜Th1のトーンマッピングに応じて画面輝度が遷移する。
Max輝度が大きくなると、T1〜T2の基準輝度に基づく曲線と、T3〜T4のMax輝度に基づく曲線との画面輝度方向の差が大きくなる。基準輝度に基づく曲線は、前述のように、最大階調値の画面輝度が、バックライト輝度をストレッチしないときの基準輝度(一例として最大階調値の画面輝度が550cd/m2)となるγ曲線であり、Max輝度に基づく曲線は、最大階調値の画面輝度が、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14で決定されたMax輝度となるγ曲線である。
こうして、入力映像信号が0階調(T1)からT2までの間では、基準輝度で画面輝度を制御する。階調が低く暗い映像の場合には、輝度を上げて表示させるとコントラストの低下や黒浮き等の品低下が生じるため、バックライトの輝度ストレッチ分だけ映像信号処理により輝度を抑えて画面輝度が上がらないようにする。
また入力映像信号がT3以上の範囲は、発光しているとみなしている範囲であるので、輝度ストレッチによりバックライトをストレッチした状態で、映像信号を抑えることなく維持する。これにより、画面輝度がエンハンスされ、より輝き感のある高品位の画像表示を行うことができる。
また入力映像信号がT3以上の範囲は、発光しているとみなしている範囲であるので、輝度ストレッチによりバックライトをストレッチした状態で、映像信号を抑えることなく維持する。これにより、画面輝度がエンハンスされ、より輝き感のある高品位の画像表示を行うことができる。
この場合、黒検出部19による黒の検出量が多くなってMax輝度が抑えられると、T1〜T2の基準輝度に基づく曲線と、T3〜T4のMax輝度に基づく曲線との画面輝度方向の差が小さくなる。つまり黒検出部で検出された黒の量に応じて決まるMax輝度が小さくなるに従って、T3〜T4のカーブが低輝度側にシフトしていく。また、T2の位置は、黒検出の量に応じて変化する第1の閾値th1の位置に相当するため、黒の検出量が多くなるとT2の位置も入力信号の高階調側にシフトし、コントラス感が重視された表示となる。なお、T1〜T2までのγカーブは、基準輝度に一致させる必要はなく、発光部分のエンハンス領域との差を持たせるレベルのものであれば、ゲインG4を適宜調整して設定することができる。
(実施形態2)
図18は、本発明に係る映像表示装置の他の実施形態を説明する図である。
第2の実施形態は、第1の実施形態と同様の構成を有しているが、第1の実施形態と異なり、トーンマッピングを行う際に用いるMax輝度の値をエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14で決定することなく、発光検出部12および黒検出部19の検出結果に基づき輝度ストレッチ量を決定し、その決定した輝度ストレッチ量に基づいてトーンマッピングを実行する。従って、信号処理部11のマッピング部13では、実施形態1のように、輝度ストレッチによるMax輝度値をエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14から出力させる必要はない。
図18は、本発明に係る映像表示装置の他の実施形態を説明する図である。
第2の実施形態は、第1の実施形態と同様の構成を有しているが、第1の実施形態と異なり、トーンマッピングを行う際に用いるMax輝度の値をエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14で決定することなく、発光検出部12および黒検出部19の検出結果に基づき輝度ストレッチ量を決定し、その決定した輝度ストレッチ量に基づいてトーンマッピングを実行する。従って、信号処理部11のマッピング部13では、実施形態1のように、輝度ストレッチによるMax輝度値をエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14から出力させる必要はない。
黒検出部19は、予め定めた条件に従って、入力映像信号から黒表示に相当する量を検出する。本実施形態において、黒検出部19が行う黒検出処理としては、実施形態1で説明した黒検出処理1〜3のいずれかを適用することができる。この黒検出処理により、黒検出部19からは、黒検出スコアもしくはジオメトリック平均値に応じたエンハンス割合が出力されてくる。エンハンス割合が高い領域は、相対的に黒の量が少ない領域である。黒検出部19による検出結果は、発光検出部12およびマッピング部13に入力される。
図19は、入力映像信号の輝度信号Yから生成したYヒストグラムの例を示すものである。実施形態1と同様に、発光検出部12では、映像の特徴量として輝度を用い、入力した映像信号のフレームごとに、画素の輝度階調ごとの画素数を積算してYヒストグラムを生成する。そしてそのYヒストグラムから平均値(Ave)、標準偏差(σ)を計算し、これらを用いて2つの閾値Th1、Th2を計算する。実施形態1と同様に、第2の閾値Th2は、発光境界を定めるものであり、Yヒストグラムにおいてこの閾値Th2以上の画素は、発光している部分であるものとみなすものである。映像の特徴量としては、後述する他の特徴量を用いることができるが、ここでは輝度を用いるものとする。
本実施形態では、実施形態1の第1の閾値Th1および第2の閾値Th2に加えて、さらに第3の閾値Th3を設定する。第3の閾値Th3は、Th1とTh2の間にあり、発光部分の画素の状態を検出するために設けられる。
閾値Th3は、Th2と同じ値でもよいが、Th2以上の発光部分にマージンを持たせて広めにとり、処理を行いやすくするために設けられている。
従って、
Th3=Ave+Qσ(M<Q≦N) ・・・式(7)
となる。
閾値Th3は、Th2と同じ値でもよいが、Th2以上の発光部分にマージンを持たせて広めにとり、処理を行いやすくするために設けられている。
従って、
Th3=Ave+Qσ(M<Q≦N) ・・・式(7)
となる。
図20は、第3の閾値Th3以上の画素に応じた輝度ストレッチ量の計算例を示す図である。横軸は閾値Th3以上の画素値のスコア、縦軸はスコアに応じた輝度ストレッチ量を示している。スコアは本発明の明るさに関連する指標の一例に相当する。
スコアは、[ある閾値以上の画素の割合]×[閾値からの距離(輝度の差)]と定義し、第3の閾値Th3より大きな階調値を持つ画素の画素数をカウントし、閾値Th3からの距離に重み付けをして算出することにより明るさの度合いを示すもので、例えば、下式(8)によって計算される。
式(8)において、count[i]は、階調値iについての画素数のカウントである。また、i2−(Thresh3)2は、図19で示したような輝度についての距離(輝度の差)を指し、代わりに、明度L*における閾値からの距離を採用してもよい。なお、この2乗は輝度を表すものであり、実際には2.2乗となる。つまり、デジタルのコード値がiの場合、輝度はi2.2となる。そのとき、明度L*は(i2.2)1/3≒iとなる。実際の映像表示装置で検証した結果、輝度での閾値からの差が明度での閾値からの差などより効果的であった。また、式(8)において、全画素数とはi>Th3に限らず全ての画素数をカウントした値を指す。スコアとしてこのような計算値を採用すると、発光部分のうちTh3から離れた高階調の画素が多い場合にはスコアが高くなる。また、Th3以上の画素数が一定であっても、階調が高い画素が多い方がスコアは高くなる。
スコアは、[ある閾値以上の画素の割合]×[閾値からの距離(輝度の差)]と定義し、第3の閾値Th3より大きな階調値を持つ画素の画素数をカウントし、閾値Th3からの距離に重み付けをして算出することにより明るさの度合いを示すもので、例えば、下式(8)によって計算される。
式(8)において、count[i]は、階調値iについての画素数のカウントである。また、i2−(Thresh3)2は、図19で示したような輝度についての距離(輝度の差)を指し、代わりに、明度L*における閾値からの距離を採用してもよい。なお、この2乗は輝度を表すものであり、実際には2.2乗となる。つまり、デジタルのコード値がiの場合、輝度はi2.2となる。そのとき、明度L*は(i2.2)1/3≒iとなる。実際の映像表示装置で検証した結果、輝度での閾値からの差が明度での閾値からの差などより効果的であった。また、式(8)において、全画素数とはi>Th3に限らず全ての画素数をカウントした値を指す。スコアとしてこのような計算値を採用すると、発光部分のうちTh3から離れた高階調の画素が多い場合にはスコアが高くなる。また、Th3以上の画素数が一定であっても、階調が高い画素が多い方がスコアは高くなる。
そしてスコアが一定以上に高いレベルでは、輝度ストレッチ量を高く設定し、高階調の輝いている映像をより高輝度にストレッチして輝き感を増す。この例では、スコアが一定以上の高い部分では、輝度ストレッチ後に取りうる最大の画面輝度が1500(cd/m2)となるように設定する。また、スコアが低い場合には、スコアが小さくなるほど輝度ストレッチ量が小さくなるように設定する。そして発光検出部12では、黒検出部19における黒の量の検出結果に応じて、図21に示す制御カーブを変化させる。この輝度ストレッチ量は、第1の実施形態のMax輝度と同じ概念であり、例えば、バックライトデューティの値によって示されるものである。
図21は、黒検出結果に応じて変化させる輝度ストレッチ量の制御カーブの設定例を説明するための図である。上記のように発光検出部12では、閾値Th3以上の画素値のスコアに応じて輝度ストレッチ量を決定するが、このときのスコアと輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブを、黒検出部19から出力された検出結果に応じて変化させる。具体的には、黒検出部19から検出結果として出力されてくるエンハンス割合と、制御カーブとの関係を予め定めておき、黒検出部19から出力されるエンハンス割合に応じて制御カーブを変更する。
例えば、図21に示すように、輝度ストレッチの制御カーブを4段階用意し、最もエンハンス割合が高い所定範囲の場合には、制御カーブU1で制御し、エンハンス割合が低くなるに従って、段階的に制御カーブU2,U3,U4の順序で変更する。制御カーブU4は、最もエンハンス割合が低く暗い(黒検出スコアが高い、もしくはジオメトリック平均値が高い)映像の場合となる。これにより、黒の領域が多く、黒検出スコアが高く、もしくはジオメトリック平均値が低くなる映像の場合には、バックライトの輝度ストレッチを抑えて黒浮きによる品位低下を防ぐようにする。
なお、図21の例では、制御カーブを4段階に設定したが、4段階に限ることなく2段階以上の複数段階で制御することができる。また、エンハンス割合に応じて無段階で変化するように制御カーブをその都度生成するようにしてもよい。
次に発光検出部12では、実施形態1と同様の処理により、黒検出部19の検出結果に応じてYヒストグラムにおける第1の閾値Th1の位置を変更する。例えば、実施形態1で説明したように、図15のヒストグラムにおいて、黒検出によるエンハンス割合が低くなる程、第1の閾値Th1を高輝度側にシフトさせる。これにより、黒の領域が多く黒検出スコアが高く、もしくはジオメトリック平均値が低くなる映像の場合には、第1の閾値Th1の位置が高輝度側シフトする。
輝度ストレッチ量と第1の閾値の他の設定例として、上記のように黒検出部19から出力されたエンハンス割合ではなく、黒検出部19により検出された黒検出スコアの量、もしくはジオメトリック平均値に応じて、輝度ストレッチ量および第1の閾値Th1の位置を設定するものであってもよい。黒検出スコアおよびジオメトリック平均値は、そのままで映像の黒領域の程度を表す一つの指標となるため、これらの値に応じて例えば黒の量が多くなるに従って、輝度ストレッチ量を抑えて黒浮きを防ぐとともに、第1の閾値T1を高輝度側にシフトさせてコントラスト感を重視するように制御することができる。
発光検出部12から出力された第1及び第2の閾値Th1,Th2の値、及びTh3以上の画素のスコアに従って決定される輝度ストレッチ量は、マッピング部13に出力され、トーンマッピングの生成に使用される。
マッピング部13におけるトーマッピングの処理は、第1の実施形態と同様である。つまり図15に示すように、発光検出部12にて設定した第1の閾値Th1より小さい領域に対して第1のゲインG4を設定し、Th1とTh2の間を線形で結ぶように第2のゲインG5を設定する。このときに、ゲインG4の設定に際して、発光検出部12による黒の量の検出結果に応じて決定された輝度ストレッチ量を使用し、バックライトの輝度ストレッチ量に応じて映像信号処理により輝度を低下させる。得られたトーンマッピングは、入力映像信号に適用され、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に入力する。
マッピング部13におけるトーマッピングの処理は、第1の実施形態と同様である。つまり図15に示すように、発光検出部12にて設定した第1の閾値Th1より小さい領域に対して第1のゲインG4を設定し、Th1とTh2の間を線形で結ぶように第2のゲインG5を設定する。このときに、ゲインG4の設定に際して、発光検出部12による黒の量の検出結果に応じて決定された輝度ストレッチ量を使用し、バックライトの輝度ストレッチ量に応じて映像信号処理により輝度を低下させる。得られたトーンマッピングは、入力映像信号に適用され、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14に入力する。
エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14における処理は、実施形態1と同様である。ただし、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14では、実施形態1のようにバックライトの平均点灯率からMax輝度を決定し、信号処理部11に出力する必要はなく、逆に信号処理部11の発光検出部12から出力された輝度ストレッチ量に基づいてバックライト部16のLEDの輝度をストレッチする。
つまり、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部14では、映像を所定の複数の領域(エリア)に分割し、その分割領域ごとに映像信号の最大階調値を抽出し、抽出した最大階調値に応じて領域毎のLEDの点灯率を決定する。例えば最大階調値が低く暗い領域については、点灯率を下げてバックライトの輝度を低下させる。そして、この状態で、発光検出部12から出力された輝度ストレッチ量に応じてバックライト全体の投入電力を増大させて、バックライトの輝度全体をUPする。これにより、発光している明るい映像はより明るくなって輝き感が増す。また、非発光部分は、映像信号処理により輝度ストレッチに相当する輝度が低減されているため、結果として、画面上では発光部分のみの輝度が高くなって、高コントラストの品位の高い映像を表示することができる。入力映像信号と画面輝度との関係は、第1の実施形態に示す図17と同様になる。
(実施形態3)
図22は、本発明に係る映像表示装置の更に他の実施形態を説明する図である。
第3の実施形態は、第2の実施形態と同様の構成を有し、第2の実施形態と同様の動作を行うが、第2の実施形態と異なり、輝度ストレッチ部20ではエリアアクティブ制御を行うことなく、信号処理部11の発光検出部12から出力された輝度ストレッチ量に基づいて、バックライト部16の輝度をストレッチする。
図22は、本発明に係る映像表示装置の更に他の実施形態を説明する図である。
第3の実施形態は、第2の実施形態と同様の構成を有し、第2の実施形態と同様の動作を行うが、第2の実施形態と異なり、輝度ストレッチ部20ではエリアアクティブ制御を行うことなく、信号処理部11の発光検出部12から出力された輝度ストレッチ量に基づいて、バックライト部16の輝度をストレッチする。
つまり輝度ストレッチ部20では、マッピング部13により生成されたトーンマッピングが適用された映像信号を入力し、その映像信号を表示する制御データを表示制御部17に出力する。このときにエリアアクティブ制御による処理は行わない。一方、発光検出部12から出力された輝度ストレッチ量に基づいてバックライト部16全体を一律にストレッチする。
これにより、発光している明るい映像はより明るくなって輝き感が増す。また、非発光部分は、映像信号処理により輝度ストレッチに相当する輝度が低減されているため、結果として、画面上では発光部分の輝度が高くなって、高コントラストの品位の高い映像を表示することができる。
第3の実施形態における他の構成部分の動作については、第2の実施形態と同様であるため、繰り返しの説明は省略する。
第3の実施形態における他の構成部分の動作については、第2の実施形態と同様であるため、繰り返しの説明は省略する。
(他の特徴量)
上記の各例では、発光検出部12における発光部の検出処理、および黒検出部19における黒検出処理(黒検出処理1,2)における映像の特徴量として輝度Yを使用し、輝度のヒストグラムを生成してその中から発光部、及び黒の量を検出していた。ヒストグラムを生成する特徴量としては、輝度の他、例えばCMI(Color Mode Index)、もしくは、MaxRGBを用いることができる。
上記の各例では、発光検出部12における発光部の検出処理、および黒検出部19における黒検出処理(黒検出処理1,2)における映像の特徴量として輝度Yを使用し、輝度のヒストグラムを生成してその中から発光部、及び黒の量を検出していた。ヒストグラムを生成する特徴量としては、輝度の他、例えばCMI(Color Mode Index)、もしくは、MaxRGBを用いることができる。
CMIは、注目する色がどの程度明るいかを示す指標である。ここではCMIは輝度とは異なり、色の情報も加味された明るさを示している。CMIは、
L*/L*modeboundary×100 ・・・式(9)
により定義される。
L*/L*modeboundary×100 ・・・式(9)
により定義される。
上記L*は相対的な色の明るさの指標で、L*=100のときに、物体色として最も明るい白色の明度となる。上記式(9)において、L*は注目している色の明度であり、L*modeboundaryは、注目している色と同じ色度で発光して見える境界の明度である。ここでL*modeboundary≒最明色(物体色で最も明るい色)の明度となることがわかっている。CMI=100となる色の明度を発光色境界とよび、CMI=100を超えると発光していると定義する。
映像表示装置で表示すべき放送映像信号からCMIを計算する手法を図23を参照して説明する。放送映像信号はBT.709規格に基づいて規格化されて送信される。従ってまず放送映像信号のRGBデータをBT.709用の変換行列を用いて3刺激値XYZのデータに変換する。そしてYから変換式を用いて明度L*を計算する。注目する色のL*が図24の位置C1にあったものとする。次に変換したXYZから色度を計算し、既に知られている最明色のデータから、注目する色と同じ色度の最明色のL*(L*modeboundary)を調べる。図23上の位置はC2である。
これらの値から、上記式(9)を用いてCMIを計算する。CMIは、注目画素のL*とその色度の最明色のL*(L*modeboundary)との比で示される。
上記のような手法で映像信号の画素ごとにCMIを求める。規格化された放送信号であるため全ての画素は、CMIが0〜100の範囲のいずれかをとる。そして1フレーム映像に対して、横軸をCMIとし、縦軸を頻度としてCMIヒストグラムを作成する。ここで平均値Ave.と標準偏差σとを算出し、各閾値を設定して発光部分を検出する。
上記のような手法で映像信号の画素ごとにCMIを求める。規格化された放送信号であるため全ての画素は、CMIが0〜100の範囲のいずれかをとる。そして1フレーム映像に対して、横軸をCMIとし、縦軸を頻度としてCMIヒストグラムを作成する。ここで平均値Ave.と標準偏差σとを算出し、各閾値を設定して発光部分を検出する。
また、他の例では、特徴量は、RGBデータのうちの最大階調値をもつデータ(MaxRGB)である。RGBの組み合わせにおいて、2つの色が同じ色度であることは、RGBの比が変化しないことと同義である。つまりCMIにおいて同じ色度の最明色を演算する処理は、RGBデータの比率を変えずに一定倍したときに、RGBデータの階調が最も大きくなるときのRGBの組み合わせを得る処理になる。
例えば、図24(A)に示すような階調のRGBデータをもつ画素を注目画素とする。
注目画素のRGBデータに一定の数を乗算したとき、図24(B)に示すようにRGBのいずれかが最初に飽和したときの色が、元画素と同じ色度で最も明るい色である。そして最初に飽和した色(この場合R)の注目画素の階調をr1、最明色のRの階調をr2とするとき、
r1/r2×100 ・・・式(10)
によってCMIに類似した値を得ることができる。RGBに一定倍したときに最初に飽和する色は、注目画素のRGBのうち最大の階調をもつ色になる。
注目画素のRGBデータに一定の数を乗算したとき、図24(B)に示すようにRGBのいずれかが最初に飽和したときの色が、元画素と同じ色度で最も明るい色である。そして最初に飽和した色(この場合R)の注目画素の階調をr1、最明色のRの階調をr2とするとき、
r1/r2×100 ・・・式(10)
によってCMIに類似した値を得ることができる。RGBに一定倍したときに最初に飽和する色は、注目画素のRGBのうち最大の階調をもつ色になる。
そして画素毎に上記のような式(10)による値を算出してヒストグラムを作成する。このヒストグラムから平均値Ave.と標準偏差σを計算し、各閾値を設定して発光部分を検出し、もしくは黒の量を検出することができる。このときのヒストグラムは、式10に従って0〜100の値に変換することなく、画素のRGBの最大階調値を積算するものであってもよい。
11…信号処理部、12…発光検出部、13…マッピング部、14…エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部、15…バックライト制御部、16…バックライト部、17…表示制御部、18…表示部、19…黒検出部、20…輝度ストレッチ部。
Claims (2)
- 入力映像信号を表示する表示部と、該表示部を照明する光源と、該表示部および該光源を制御する制御部とを有し、
該制御部は、前記入力映像信号の所定の特徴量に基づいて、発光している映像であるとみなす発光部を検出し、
前記入力映像信号から所定の条件に基づき算出した明るさに関連する指標と前記光源の輝度をストレッチさせる輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブに基づいて、前記光源の輝度をストレッチして増大させ、前記発光部を除く非発光部の映像信号の輝度を低下させることにより、前記発光部の表示輝度をエンハンスする映像表示装置であって、
該映像表示装置は、前記入力映像信号から、所定の黒検出条件に基づいて黒表示の量を検出する黒検出部を有し、
前記制御部は、前記黒検出部により検出した黒表示の量に従って、前記制御カーブを切り換えることを特徴とする映像表示装置。 - 請求項1に記載の映像表示装置を備えたテレビ受信装置。
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