JP2013546006A - 電力消費を削減しながら画像表示品質を実質的に維持するために、照明の動的調整およびディスプレイ用ビデオ画素データの調整のために制御データを提供するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

電力消費を削減しながら画像表示の品質を実質的に維持するために、照明を動的に調整し、ディスプレイ用のビデオ画素データを調整するための制御データを提供するためのシステムおよび方法。１つまたは複数の実施形態に従って、例えば、ビデオフレームに対する画素に対応するルーマ値を表すヒストグラムデータなどの画像統計値が分析されて、主として自然画像を含む画像、主としてグラフィックス画像を含む画像、ならびに自然画像およびグラフィックス画像の少なくともそれぞれの一部の組合せを含む画像を含む複数の画像のうちの１つまたは複数を、画素が表しているかどうかを判断する。かかる分析に基づいて、例えば、着信画素データが主として自然画像を表すか、主としてグラフィックス画像を表すか、または自然画像およびグラフィックス画像の組合せを表すかに従い、それぞれのセグメントの傾斜、閾値、および閾値オフセットに従って定義された複数の複数セグメント区分線形曲線のうちの１つに従って、複数の割合のうちの１つによる光源輝度の削減および画素輝度の向上を可能にするために、制御データが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオディスプレイのための輝度制御に関し、詳細には、ディスプレイおよびプロジェクタのための輝度の制御に関する。

現在、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルなどのディスプレイは、ディスプレイパネルの側面または背面からディスプレイに光を当てるために、バックライトを使用する。ディスプレイ内のバックライトは、特に、ディスプレイパネルが内部に組み込まれているラップトップコンピュータなど、システムの他の部分に関して、かなりの量の電力を使用する。ユーザは、通常、環境および表示している内容のタイプに適したバックライトの輝度レベルを自らのディスプレイに対して設定する。例えば、暗い部屋では、ユーザは、通常、バックライトを低輝度レベルに設定するであろうが、逆に、戸外または明るいオフィス環境などの明るい環境では、ユーザは、通常、バックライトを高輝度レベルに設定するであろう。例えば、スプレッドシートまたは文書処理プログラムなどのコンピュータアプリケーション、グラフィカルユーザーインタフェースまたは非写実的コンピュータ生成画像など、明るい白の背景に黒い文字が表示されるグラフィックスアプリケーションを使用する場合、ユーザは、通常、明るい白の背景上の黒い文字を読み易くするために、バックライトをさらに高い輝度レベルに設定するであろう。しかし、通常、黒い領域がかなり多く、且つ、明るい色の領域が少ない映画を見る場合、ユーザは、より濃い黒のレベルおよびより良いコントラストを得るために、バックライトをさらに低い輝度レベルに設定することを望むかもしれない。

電力消費を削減するための現在の解決策は、ユーザの手動によるバックライト設定の調整を含む。他の手法は、バックライト設定を制御するために、ソフトウェアもしくはハードウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの組合せを使用するシステムを伴う。しかし、かかるシステムでは、手動による調整と同様に、結果として、バックライトの低減に伴う画素値のダイナミックレンジにおける減少から生じたコントラスト比が低下する。さらに他の解決策では、画像の内容のタイプまたは分類とは無関係に単一の訂正機能を適用するために、画像に関する統計データを使用してきた。

よって、コントラスト比を維持しながら、バックライト輝度を適応して調節するための自動化システムおよび方法を有することが望ましい。

一実施形態に従って、バックライトの輝度およびビデオ画素の輝度を動的に調整するためのシステムを示す機能ブロック図である。 例示的な実施形態に従って、バックライトの輝度およびビデオ画素の輝度を動的に調整する場合におけるバックライトの輝度および画素の輝度に関する出力対入力のグラフである。 例示的な実施形態に従って、バックライトの輝度およびビデオ画素の輝度を動的に調整する場合におけるバックライトの輝度および画素の輝度に関する出力対入力のグラフである。 例示的な実施形態に従って生成された画素データに関するヒストグラムの例である。 例示的な実施形態に従って生成された画素データに関するヒストグラムの例である。 別の実施形態による画素データの分析および調整を示すフロー図である。 別の実施形態によるバックライトおよび画素の輝度の調整を示すフロー図である。

電力消費を削減しながら画像表示の品質を実質的に維持するために、バックライトを動的に調整し、ディスプレイ用のビデオ画素データを調整するための制御データを提供するためのシステムおよび方法が開示される。１つまたは複数の実施形態によれば、ビデオフレーム内の画像に対する画素に対応するルーマ（ｌｕｍａ）値を表すヒストグラムデータが分析されて、主としてビデオデータを含む画像、主としてグラフィックスデータを含む画像、ならびにビデオデータおよびグラフィックスデータのそれぞれ少なくとも一部の組合せを含む画像を含む複数の画像のうちの１つまたは複数を、その画素が表しているかどうかを判断する。かかる分析に基づいて、バックライトの輝度調整および画素の輝度向上を可能にするために、例えば、前記着信画素データが、主としてビデオ画像を表すか、主としてグラフィックス画像を表すか、またはビデオ画像およびグラフィックス画像の組合せを表すかどうかに従い、それぞれのセグメントの傾斜、閾値、および閾値オフセットに従って定義された複数の複数セグメント区分線形曲線（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｓｅｇｍｅｎｔ ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ ｌｉｎｅａｒ ｃｕｒｖｅ）のうちの１つに従って、制御データが提供される。

有利なことに、本明細書で開示するシステムおよび方法は、光源設定の手動による調整をユーザに要求することなく、電力消費を削減する。さらなる又は代替の利点は、コントラスト比を維持または向上させながら、光源の輝度を適応して調整するための自動化システムおよび方法である。

さらに有利なことに、本明細書で開示するシステムおよび方法は、画像内容を分類するために、例えば、画像のヒストグラム統計値などの画像の統計値を使用し、そして、かかる分類に基づいて、異なる補正アルゴリズムを適用する。

一実施形態によれば、方法は、主としてビデオデータを含む画像、主としてグラフィックスデータを含む画像、ならびにビデオデータおよびグラフィックスデータのそれぞれ少なくとも一部の組合せを含む画像を含む複数の画像のうちの１つまたは複数を、複数の画素が表しているかどうかを、その複数の画素に対応する複数の画素ルーマ値を表すデータに基づいて判断するステップと、ディスプレイ用のバックライトの輝度を調整し、ディスプレイ上のディスプレイ用の着信画素輝度を調整するための制御データを生成するステップであって、バックライトの輝度が、複数の割合のうちの１つによって低減され、着信画素データが、主としてビデオ画像を表すか、主としてグラフィックス画像を表すか、またはビデオ画像およびグラフィックス画像の組合せを表すかに従い、それぞれ、セグメントの傾斜、閾値、および閾値オフセットに従って定義された複数の複数セグメント区分線形曲線のうちの１つに従って、画素ルーマ値が増加される、制御データを生成するステップと、を含む。

別の実施形態によれば、装置は、主としてビデオデータを含む画像、主としてグラフィックスデータを含む画像、ならびにビデオデータおよびグラフィックスデータのそれぞれ少なくとも一部の組合せを含む画像を含む複数の画像のうちの１つまたは複数を、複数の画素が表しているかどうかを、その複数の画素に対応する複数の画素ルーマ値を表すデータに基づいて判断することと、ディスプレイ用のバックライトの輝度を調整し、かつ、ディスプレイ上のディスプレイ用の着信画素輝度を調整するための制御データを生成することであって、バックライトの輝度が、複数の割合のうちの１つによって低減され、着信画素データが、主としてビデオ画像を表すか、主としてグラフィックス画像を表すか、またはビデオ画像およびグラフィックス画像の組合せを表すかに従い、それぞれのセグメントの傾斜、閾値、および閾値オフセットに従って定義された複数の複数セグメント区分線形曲線のうちの１つに従って、画素ルーマ値が増加される、制御データを生成することと、を行うための適応コントラスト強化回路を含む回路機構を含む。

別の実施形態によれば、装置は、実行可能命令を格納できるメモリ、およびそのメモリに動作可能に接続された少なくとも第１のプロセッサを含む。第１のプロセッサは、主としてビデオデータを含む画像、主としてグラフィックスデータを含む画像、ならびにビデオデータおよびグラフィックスデータのそれぞれ少なくとも一部の組合せを含む画像を含む複数の画像のうちの１つまたは複数を、複数の画素が表しているかどうかを、その複数の画素に対応する複数の画素ルーマ値を表すデータに基づいて判断することと、ディスプレイ用のバックライトの輝度を調整し、かつ、ディスプレイ上のディスプレイ用の着信画素輝度を調整するための制御データを生成することであって、バックライトの輝度が、複数の割合のうちの１つによって低減され、着信画素データが主としてビデオ画像を表すか、主としてグラフィックス画像を表すか、またはビデオ画像およびグラフィックス画像の組合せを表すかに従い、それぞれのセグメントの傾斜、閾値、および閾値オフセットに従って定義された複数の複数セグメント区分線形曲線のうちの１つに従って、画素ルーマ値が増加される、制御データを生成することと、を行うことによって実行可能命令に応答する。

以下の詳細な説明は、添付の図を参照した、本開示の主題の実施形態の例である。かかる説明は、本開示の主題の範囲に関して、制限するのではなく、例示となることを意図する。かかる実施形態は、当業者が本開示の主題を実施できるように十分に詳細に説明され、他の実施形態が、その精神または範囲から逸脱することなく、いくつかの変形とともに実施され得ることが理解されるであろう。

本開示を通して、文脈からそれとは反対の明示がない限り、個々の回路要素は、記載のとおり、数において単一または複数であり得ることが理解されるであろう。例えば、「回路（ｃｉｒｃｕｉｔ）」および「回路機構（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）」という用語は、単一のコンポーネントまたは複数のコンポーネントのいずれかを含み得るものであり、それらは、アクティブおよび／またはパッシブのいずれかであり、説明された機能を提供するために、接続されているか、もしくは（例えば、１つまたは複数の集積回路チップとして）結合されている。加えて、「信号（ｓｉｇｎａｌ）」という用語は、１つもしくは複数の電流、１つもしくは複数の電圧、またはデータ信号と呼び得る。図中、同様または関連する要素は、同様または関連する英字、数字、もしくは英数字の識別子を有するであろう。さらに、本開示の主題は、個別の電子回路（好ましくは、１つまたは複数の集積回路チップの形式で）を用いた実施態様で説明されているが、かかる回路機構の任意の部分の機能は、処理される信号周波数またはデータ速度に応じて適切にプログラミングされた１つまたは複数のプロセッサを利用することで、代替的に実施され得る。その上、図が様々な実施形態の機能ブロック図を示す範囲で、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路間の区分を示さない。従って、例えば、１つまたは複数の機能ブロック（例えば、プロセッサ、メモリなど）は、単一のハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサ、ランダムアクセスメモリ、ハードディスクドライブなど）内で実装され得る。同様に、説明された任意のプログラムは、スタンドアロンプログラムであり得るし、オペレーティングシステム内のサブルーチンとして組み込まれ得るし、インストールされたソフトウェアパッケージ内の関数などであり得る。

当技術分野で周知のように、本明細書で開示するようなシステムは、コンピュータシステム、携帯用デバイス、高精細テレビ（例えば、コンピュータのモニターとして使用するためにコンピュータ信号を受信可能なもの）、または他の適切な電子システムを含むが、それらに限定されず、ディスプレイを備えた多くのタイプの高レベル装置への組み込み、またはそれらでの使用に適している。

図１を参照すると、ディスプレイのバックライト１４および画素データが一実施形態に従って調整されるディスプレイ１２を備えたシステムの一実施態様１０は、図示するように実質的に相互接続された、画像統計値発生器１６、適応コントラスト強化コントローラ１８、および画素調整２２を含む。ビデオフレームに対する画像画素データ１１は、画像統計値発生器１６および画素調整２２によって受信される。画像統計値発生器１６は、アルゴリズム２０に従って適応コントラスト強化コントローラ１８によって処理するための画像統計値（例えば、ヒストグラムおよびルーマ）データ１７を生成する（以下でより詳細に説明する）。アルゴリズム２０は、ハードワイヤードの回路にできるか、または、適応コントラスト強化コントローラ２０内の、または、例えば、１つもしくは複数のデータバスもしくはネットワークを経由して適応コントラスト強化コントローラ２０が利用可能なファームウェアとして格納できる。

画像統計値データ１７およびアルゴリズム２０の命令に基づいて、適応コントラスト強化コントローラ１８は、ディスプレイ１２用のバックライト１４の輝度を調整するためのバックライト制御データ１９ｂと、調整された画像画素データ２３（以下でさらに詳述する）をディスプレイ１２に提供するために元の着信画像画素データ１１を変更するための画素制御データ１９ｐとを生成する。

あるいは、例えば、所望のディスプレイ特性に関する何らかの演繹的知識に基づくユーザ制御データ１９ｕは、画像統計値データ１７の代わりに、バックライト制御データ１９ｂおよび画素制御データ１９ｐを生成するために適応コントラスト強化コントローラ１８によって使用され得る。

以下でさらに詳述するように、一実施形態による適応バックライト調整は、２つのことを行うことにより、ディスプレイ装置における電力消費を削減する。第１に、ディスプレイ内のバックライトの輝度を、例えば、アルゴリズム２０に基づいて、ユーザ選択のバックライト輝度レベルからさらに低いレベルまで徐々に下げる。第２に、この下げられたバックライト輝度を、ディスプレイ上の画素の輝度を増すことによって補う。

かかる適応バックライト調整は、好ましくは、最大許容バックライト輝度レベルを、ユーザによって設定されるバックライト輝度レベルになるように設定する。次いで、ヒストグラムを使用して各フレームの画像内容を分析し、最小許容バックライト輝度レベルをいくつにできるかを計算し、この計算結果を対象バックライト輝度レベルとして指定する。画像内容がフレームごとに大幅に異なる場合、対象バックライト輝度レベルをフレームごとに変えることができる。現在のバックライト輝度レベルは、この対象バックライト輝度レベルに達するまで、対象バックライト輝度レベルに近づくように長期間にわたって変えられる。バックライト輝度の変化は、徐々に行われ、かつ、以下で詳述するコントラスト調整機能を使用して同じ割合で画素輝度を調整することによって補われるので、エンドユーザは、バックライト輝度における変化（通常、削減）は、エンドユーザにはほとんど知覚できない。

かかる適応バックライト調整は、例えば、後処理、計算、および登録のプログラミングを行うために単一プロセッサを使用する各ディスプレイコントローラのために、１つのバックライトならびに関連する画素データの修正をサポートできる。

画像統計値発生器１６は、着信画像画素データのフレーム内の画素の輝度分散を判断する。計算の粒度は、いくつの画素値が各ビン（ｂｉｎ）内に分類されるかによって決まり、例えば、ビンが多ければ、より正確なヒストグラムであることを意味する。この統計値データは、次いで、フレーム内の画素の全般的な輝度を分析するために使用できる。画像統計値発生器１６は、選択可能な数のビン、例えば、最小で８および最大で３２のビンを使用して動作するように実装される。例示的な実施形態によれば、０〜１０２３の範囲内で画素値を収集するために利用可能な３つの可能なビンのサイズ８、１６、および３２がある。

画像統計値発生器１６は、フレーム内の画素データに関する統計情報をさらに提供する。統計情報は、画素の合計、画素最小値、画素最大値、フィルタ処理した画素最小値、フィルタ処理した画素最大値、および最小画素値閾値を下回る画素および最大画素値閾値を上回る画素の画素カウントを含む。さらに、画像統計値発生器１６は、ビデオデータのフレームに関する統計情報を提供する。この統計情報は、ラスターのアクティブ領域内の総画素の合計と、データのルーマ、赤（ｒｅｄ）、緑（ｇｒｅｅｎ）、および青（ｂｌｕｅ）の色成分の合計と、ラスターのアクティブ領域内のルーマ、赤、緑、および青の色成分に対する最小値および平均最小値と、ラスターのアクティブ領域内のルーマ、赤、緑、および青の色成分に対する最大値および平均最大値と、値Ｒ＝値Ｇ＝値Ｂの場合の最小値及び最大値に対して設定された閾値を下回る画素のカウントとを含む。

適応コントラスト強化コントローラ１８は、画像内で使用されている画素値のセットを、ディスプレイ１２が処理できる全ての利用可能な画素値にわたって広がるように、再マッピングすることによって画像のコントラストを向上させながら、バックライト１４の削減を実施する。これは、制限されたダイナミックレンジ及びそれ故に貧弱なコントラストを有するＬＣＤおよびプラズマディスプレイにとって重要である。以下でさらに説明するように、適応コントラスト強化コントローラ１８は、複数のプログラム可能閾値設定によって定義される、完全にプログラム可能な複数セグメント区分線形曲線を実装し、それによってユーザが、入力信号に対して、対象の最小値、最大値および他の範囲を定義できるようにする。

画素調整２２は、画像のヒストグラムおよびアルゴリズム２０の適用に基づき、画素輝度制御データ１９ｐに応じて、元の画像画素データ１１の元の赤、緑、および青の色成分から、赤、緑、および青の色成分の新しい値を生成する。色成分に対するかかる調整は、ΔＹの形式での加法または、Ｋ係数の形式での乗法のいずれかにできる。例えば、以下のように、あるモードでは、それぞれの画素ベースのスカラー値Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３が３つの色成分の各々と乗算され、その後、積にそれぞれのオフセットが加算されるが、別のモードでは、画素ベースのスカラー値ΔＹが元のＲ、ＧおよびＢ成分に加算され、また、別のモードでは、画素ベースのスカラー値Ｋが、３つの色成分の各々で乗算される。
モード１： Ｒ´＝Ｋ１＊Ｒ＋オフセット１
Ｇ´＝Ｋ２＊Ｇ＋オフセット２
Ｂ´＝Ｋ３＊Ｂ＋オフセット３
モード２： Ｒ´＝ΔＹ＋Ｒ
Ｇ´＝ΔＹ＋Ｇ
Ｂ´＝ΔＹ＋Ｂ
Ｙ＝Ｒ、ＧおよびＢ成分値に基づく元の画素のルーマ
Ｙ´＝調整後の新しい画素のルーマ
ΔＹ＝Ｙ´−Ｙ
Ｙ´＝ｍＹ＋ｂ
つまり、ΔＹ＝Ｙ´−Ｙ＝（ｍＹ＋ｂ）−Ｙ＝（ｍ−１）Ｙ＋ｂ
モード３： Ｒ´＝ｋＲ
Ｇ´＝ｋＧ
Ｂ´＝ｋＢ
Ｖ＝元の画素のＲ、ＧおよびＢ成分値の最大色成分値
Ｖ´＝調整後の最大色成分値
Ｋ＝Ｖ´／Ｖ
Ｖ´＝ｍＶ＋ｂ
つまり、Ｋ＝（ｍＶ＋ｂ）／Ｖ＝ｍ＋ｂ／Ｖ

かかる適応バックライト調整の目標は、より明るい画素と削減されたバックライト輝度との組合せが、低いバックライト輝度レベルに対応した低いバックライト電力に起因して電力消費を削減しながら、より明るいバックライトを使用した元の画像と実質的に（輝度、コントラスト、および色忠実度に関して）同一な画像を生成することを保証することである。

画像統計値発生器１６は、アクティブな表示領域内の画素値の分布のプログラム可能なビン数でヒストグラムを生成する。ヒストグラムは、各画素に対する輝度（ルーマ（Ｙ）値、または最大色成分（Ｖ）値を収集できる。最大色成分Ｖは、赤、緑、および青の色成分の画素強度を比較し、最大の強度値を選択することにより取得される。

画像統計値発生器１６は、アクティブな表示内の全ての画素に関して、赤、緑、および青の色成分に対する最小および最大の画素値も決定する。各画素に関して、赤、緑、および青の色成分が、各色成分に対する最小値および最大値を追跡する内部的に格納された値と、別々に比較されるであろう。現在の画素の色成分値がその色成分に対する最小値よりも小さい場合、それが新しい最小値となり、その色成分に対する最大値よりも大きい場合は、それが新しい最大値となる。

画像統計値発生器１６は、アクティブな表示内の全ての画素に関して、赤、緑、および青の色成分に対する最小および最大の「フィルタ処理した」画素値も決定する。ここで、「フィルタ処理した」とは、現在の画素の赤、緑、および青の色成分値が、水平方向に前の画素の同じ色成分値と、水平方向に次の画素の同じ色成分値と組み合わされ、１：２：１の割合で混ぜ合わされ（水平方向に前の画素の色成分＋現在の画素の色成分の２倍＋水平方向に次の画素の色成分）、次いで、４で割られることにより、「フィルタ処理した」値が得られることを意味する。このフィルタ処理は、高い画素の色成分値をもつ孤立した画素（すなわち、極大、極小、オーバーシュート、アンダーシュート）の影響を最小限にするために行われる。

画像統計値発生器１６は、現在のフレームのアクティブな表示中に分析された画素の総数のカウントも提供し、また、アクティブな表示内の全てのルーマ画素の合計をカウントする。これは、平均ルーマ値を決定するために、総画素カウントと一緒に使用できる。

画像統計値発生器１６は、平均赤値を計算するために、アクティブな表示内の全ての画素の赤成分の合計もカウントする。画像統計値発生器１６は、アクティブな表示内の全ての画素の緑および青の成分のそれぞれの合計もカウントする。

画像統計値発生器１６は、画面の画素の大部分が白の場合を判断できるようにするために、ある指定された白の画素値閾値を上回る画素値をもつ白の画素（赤、緑、および青の色成分に対して同じ値をもつ画素）数のカウントも提供する。画像統計値発生器１６は、ある指定された黒の画素値閾値を下回る画素値をもつ黒の画素（赤、緑、および青の色成分に対して同じ値をもつ画素）数のカウントも提供する。

適応コントラスト強化コントローラ１８は、アルゴリズム２０に従って、（定義された制限内で）省電力を最大限にするための対象バックライト輝度を計算するために、このヒストグラム、ルーマ、および最大色値情報１７を使用するであろう。対象バックライト輝度レベルは、ユーザによってバックライト付きディスプレイに対して設定されたバックライト輝度レベルより高く（明るく）、または事前に設定された最小バックライト輝度レベルより低く設定されないであろう。例えば、この最小バックライト輝度レベルは、ユーザ指定の初期のバックライト輝度レベルから一定割合の削減（例えば、１５％または２０％）に基づいて、設定されるであろう。ユーザ指定の初期のバックライト輝度レベルは、好ましくは、最大許容バックライト輝度レベルとして扱われる。

適応コントラスト強化コントローラ１８は、次いで、アルゴリズム２０に従って、現在のプログラム化されたバックライト輝度レベルを、計算された対象バックライト輝度レベルと比較するであろう。例えばリアルタイム、またはフレーム回数などのようにどのくらいの頻度でバックライトレベル値がアルゴリズムによって変更されるかを指定する既定のバックライトレベル更新間隔が、これらの計算で使用される。バックライトレベルを各更新間隔でどれだけ増加または減少させるかを指定する既定のバックライトレベル増加ステップサイズも、その計算で使用される。このバックライトレベル更新間隔（フレーム内）が経過するたびに、アルゴリズム２０は、対象バックライト輝度レベルを現在のバックライト輝度レベルと比較する。適応バックライト調整の目標は、現在のバックライトレベルを、例えば、対象のバックライトレベルへ徐々に移行させることにより、現在のバックライトレベルを対象のバックライトレベルと等しくすることである。これを達成するために、アルゴリズム２０は、次の４つの動作から選択できる：（１）現在のバックライトレベルを事前に定義された増加ステップサイズだけ高くする、（２）現在のバックライトレベルを等しいステップサイズだけ低くする、（３）増加ステップサイズより差が小さい場合には、現在のバックライトレベルを対象のバックライトレベルと等しくする、または（４）現在のバックライトレベルが、既に対象のバックライトレベルと等しい場合には、現在のバックライトレベルを変えない。

適応コントラスト強化コントローラ１８は、アルゴリズム２０に従って、この「次のバックライト輝度レベル」を取得し、それを「周辺光」調整係数（外部の周辺光センサーから取得した、ゼロから１（ｕｎｉｔｙ）までの値）で乗算する。「周辺光」調整係数は、ディスプレイ１２に関連するバックライトコントローラ１４に設定するために、「次のバックライトレベル」、バックライト調整１９ｂを決定するために、システム１０内の他の場所からアルゴリズム２０によって読み取られる。

図２および図３を参照すると、適応コントラスト強化コントローラ１８は、アルゴリズム２０に従って、次のフレーム時間中にディスプレイ１２に進む画素データ２３に適用される最適な５セグメントの区分ルーマ調整曲線に対するパラメータを決定するために、このデータ１７（最大の赤、緑、および青の色値を組み合わせたヒストグラムデータ、および提案された次のバックライト輝度レベル）を使用する。画素データ輝度調整曲線の目標は、削減されたバックライト輝度レベルに伴って調整された（明るくされた）画素データの組合せが、元の高いバックライト輝度レベルにおいて変更されていない画素データの輝度と等しくなるように、画素データを明るくすることである。もう１つの目標は、この画素輝度調整曲線の適用によって生じる色の歪みの量を最小限にすることである。画素データ輝度調整曲線は、各画素の赤、緑、青の色成分に等しく適用される。色の歪みは、通常、１つの画素が、輝度調整曲線の異なるセグメントに含まれる赤、緑、および／または青の色成分値をもち、従って、全ての３つの色成分が等しく調整されない場合に生じる。色成分の相対的比率が変わっているので、結果として得られる画素の色は、元の画素と異なる（歪められる）ようになる。色の歪みの量は、色成分値が含まれる輝度調整曲線の異なるセグメント間の傾斜の差によって決まる。

輝度調整曲線は、ルーマ空間で機能し、５つのプログラム可能セグメントから成る。第１のセグメントＳ１の開始ルーマ値はゼロに固定される。最後のセグメントＳ５の終了ルーマ値は１０２３（最大の１０ビットルーマ値）に固定される。残りのセグメントＳ２、Ｓ３、Ｓ４は、ゼロと１０２３との間のどこにでも置くことができる。この結果として、合計４つのプログラム可能セグメントの開始／終了位置（「閾値」Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）が得られる。これら５つのセグメントの各々に対して、オフセット、各セグメントの開始における垂直オフセット値、および傾斜をプログラム化することができる。

図４を参照すると、例えば、ビデオフレーム、写真、または（２次元のグラフィックスとは対照的に）３次元のグラフィックスなど、自然画像を表す画像データ１１が受信された場合、画像統計値発生器１６は、示されたものに類似したヒストグラムを生成する。例示的な実施形態によれば、適応コントラスト強化コントローラ１８は、ビン３〜１４の各々内に収集された画素数を加算し、次いで、分析されたフレーム内の総画素数で割ることによりデータを分析する。結果として生じる被除数が０．６より大きい、すなわち、６０パーセントより大きい場合、上位２つのビン（ビン１５および１６）にピークはなく、ビン４〜１０は、総画素数の１パーセント未満を構成せず、その結果、画像画素データ１１は、自然画像を表すと考えられる。

例示的な実施形態によれば、閾値（図３）は、０〜１０２３（すなわち、暗から明への目盛り）の画素輝度（ルーマ）入力目盛り（すなわち、ｘ軸）上に、Ｘ１＝６４、Ｘ２＝７０４、Ｘ３＝８３２、Ｘ４＝８９６およびＸ５＝１０２３として設定される。追加のパラメータは次のように設定される：
Ｐ１＝６４、Ｐ２＝５６０；ＰＫ１＝０．２５、ＰＫ３＝０．４、ＰＫ４＝０．１、ＰＫ５＝−０．１２５；ＳＨＴ＝０
Ｋ１＝１．０＋割合削減＊ＰＫ１
オフセット１＝０−ＳＨＴ
Ｋ２＝［１０２３−（１−割合削減）＊（１０２３−Ｐ２）−Ｐ１］／（Ｐ２−Ｐ１）
オフセット２＝［（Ｋ１＊Ｘ１＋オフセット１）−（Ｋ２＊Ｘ１）］＊（１−割合削減）
Ｋ３＝１．０＋割合削減＊ＰＫ３
オフセット３＝［（Ｋ２＊Ｘ２＋オフセット２）−（Ｋ３＊Ｘ２）］＊（１−割合削減）
Ｋ４＝１．０＋割合削減＊ＰＫ４
オフセット４＝［（Ｋ３＊Ｘ３＋オフセット３）−（Ｋ４＊Ｘ３）］＊（１−割合削減）
Ｋ５＝１．０＋割合削減＊ＰＫ５
オフセット５＝［（Ｋ４＊Ｘ４＋オフセット４）−（Ｋ５＊Ｘ４）］＊（１−割合削減）

第１のセグメントＳ１に関して、曲線上の値は、式ｙ＝ｍｘ＋ｂによって表され、式中ｍ＝Ｋ１およびｂ＝オフセット１である。同様に、第２のセグメントＳ２に関して、曲線上の値は、式ｙ＝ｍｘ＋ｂによって表され、式中ｍ＝Ｋ２およびｂ＝オフセット２である。第３のＳ３、第４のＳ４および第５のＳ５セグメントも、パラメータＫ３、Ｋ４およびＫ５、ならびにオフセット３、オフセット４およびオフセット５をそれぞれ用いて、同様に表される。唯一の特別な場合は、第５のセグメントＳ５がＸ４からＸ軸の最終値（この例では１０２３）まで伸びていることである。

図５を参照すると、グラフィックスフレームを表す、すなわち自然画像でない画像データ１１が受信された場合、画像統計値発生器１６は、示されたものに類似したヒストグラムを生成する。例示的な実施形態によれば、適応コントラスト強化コントローラ１８は、ビン３〜１４を占める画素の割合をチェックし、上位２つのビンにおけるピークをチェックし、そして、ビン４〜１０を占める画素の割合をチェックすることにより、前述同様にデータを分析する。ビン３〜１４を占める画素の割合が６０より大きくない場合、および、上位２つのビンのうちの１つにピークがある場合、およびビン４〜１０を占める画素の割合が１未満の場合、画像画素データ１１は、グラフィックス画像を表すと考えられる。

例示的な実施形態によれば、閾値（図３）はＸ１＝１２８、Ｘ２＝７６８、Ｘ３＝８３２、Ｘ４＝８９６およびＸ５＝１０２３として設定される。追加のパラメータは次のように設定される：
Ｐ１＝１２８、Ｐ２＝７０４；ＰＫ１＝０．５、ＰＫ３＝０．４、ＰＫ４＝０．１、ＰＫ５＝−０．１２５；ＳＨＴ＝４
Ｋ１＝１＋割合削減＊ＰＫ１
オフセット１＝０−ＳＨＴ
Ｋ２＝［１０２３−（１−割合削減）＊（１０２３−Ｐ２）−Ｐ１］／（Ｐ２−Ｐ１）
オフセット２＝［（Ｋ１＊Ｘ１＋オフセット１）−（Ｋ２＊Ｘ１）］＊（１−割合削減）
Ｋ３＝１＋割合削減＊ＰＫ３
オフセット３＝［（Ｋ２＊Ｘ２＋オフセット２）−（Ｋ３＊Ｘ２）］＊（１−割合削減）
Ｋ４＝１＋割合削減＊ＰＫ４
オフセット４＝［（Ｋ３＊Ｘ３＋オフセット３）−（Ｋ４＊Ｘ３）］＊（１−割合削減）
Ｋ５＝１＋割合削減＊ＰＫ５
オフセット５＝［（Ｋ４＊Ｘ４＋オフセット４）−（Ｋ５＊Ｘ４）］＊（１−割合削減）

これらを５つのセグメントにマッピングするための式は、自然画像の場合について前述したとおりである。

前述した条件の組合せ（ビン３〜１４を占める画素の割合が６０より大きい／大きくない、上位２つのビンのうちの１つにピークがある／ない、およびビン４〜１０を占める画素の割合が１より少ない／多い）が、自然画像およびグラフィックス（２次元）の場合について前述したものと異なる場合、画像画素データ１１は、自然画像とグラフィックス画像の組合せを表すと考えられる。

例示的な実施形態によれば、閾値（図３）は、Ｘ１＝６４、Ｘ２＝７０４、Ｘ３＝８３２、Ｘ４＝８９６およびＸ５＝１０２３として設定される。追加のパラメータは次のように設定される：
Ｐ１＝８０、Ｐ２＝６０８；ＰＫ１＝０．２５、ＰＫ３＝０．４、ＰＫ４＝０．１、ＰＫ５＝−０．１２５；ＳＨＴ＝０
Ｋ１＝１＋割合削減＊ＰＫ１
オフセット１＝０−ＳＨＴ
Ｋ２＝［１０２３−（１−割合削減）＊（１０２３−Ｐ２）−Ｐ１］／（Ｐ２−Ｐ１）
オフセット２＝［（Ｋ１＊Ｘ１＋オフセット１）−（Ｋ２＊Ｘ１）］＊（１−割合削減）
Ｋ３＝１＋割合削減＊ＰＫ３
オフセット３＝［（Ｋ２＊Ｘ２＋オフセット２）−（Ｋ３＊Ｘ２）］＊（１−割合削減）
Ｋ４＝１＋割合削減＊ＰＫ４
オフセット４＝［（Ｋ３＊Ｘ３＋オフセット３）−（Ｋ４＊Ｘ３）］＊（１−割合削減）
Ｋ５＝１＋割合削減＊ＰＫ５
オフセット５＝［（Ｋ４＊Ｘ４＋オフセット４）−（Ｋ５＊Ｘ４）］＊（１−割合削減）

当業者であれば、前述した例で使用されたこれらの値およびパラメータは単なる例示であり、所望の画像表示を達成するために必要に応じて変更できることを容易に理解するであろう。

図６を参照すると、別の実施形態に従って、バックライトを動的に調整し、ビデオ画素データを調整するための方法を、４０に示すように大まかに表すことができる。まず、着信画素データが受信され（４２）、画素ルーマ値に関するヒストグラムを生成するために分析される（４４）。次に、バックライトおよび画素輝度が調整される（４６）（以下でさらに詳述する）。最後に、新しいビデオフレームが受信されているか否かが判断される（４８）。新しいビデオフレームが受信されているのであれば、これらの処理が繰り返される。

図７を参照すると、別の実施形態に従って、バックライトおよび画素輝度の調整（４６）は、着信画像画素が、自然画像、グラフィックス、または自然画像とグラフィックスの組合せを表すかどうかを判断する（６２）ことによって実行される。次に、この以前の分類に基づいて、バックライト輝度および画素輝度を調整するために、制御データが生成される（６４）。これに続いて、バックライト輝度が調整され（６６ｂ）、画素輝度が調整される（６６ｐ）が、かかるステップ６６ｂ、６６ｐは、好ましくは同時に実行される。

前述の説明に基づき、本明細書で説明する実施形態によれば、例えば、ディスプレイの場合はバックライトまたはプロジェクタの場合は光源など、光源の制御または調整の目的で、画像がどのように最も良く処理されるかを判断するために、画像統計値プロファイルが好都合に使用できることが、当業者には容易に明らかであろう。

本開示の主題の構造および操作方法における様々な他の変更および交替が、当業者にはその範囲および精神から逸脱することなく明らかであろう。開示する主題は、特定の好ましい実施形態に関連して説明されてきたが、開示した主題は、請求したように、かかる特定の実施形態に不当に制限されるべきでないことが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲が範囲を定義すること、およびこれらの特許請求の範囲内の構造および方法ならびにその同等物はそれによってカバーされることが意図される。

Claims (27)

1. 複数の画素が、主として自然画像を含む画像、主としてグラフィックス画像を含む画像、ならびに自然画像およびグラフィックス画像の少なくともそれぞれの部分の組合せを含む画像を含む複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断するステップと、
   ディスプレイ用の光源輝度を調整するため、および前記ディスプレイ上でディスプレイ用の前記着信画素輝度を調整するための制御データを生成するステップであって、前記複数の画素によって主として表される複数の画像のうちの前記１つまたは複数に従って、前記光源輝度が調整され、かつ、前記複数の画素の少なくとも一部の輝度が高められるステップと、
   を含む方法。
2. 前記複数の画素が複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断するステップは、前記複数の画素に対応する複数の画素ルーマ値を表すデータに基づいて行われる、請求項１の方法。
3. 前記複数の画素に対応する複数の画素ルーマ値を表す前記データは、ヒストグラムデータを含み、かつ、前記複数の画素が複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断するステップは、前記ヒストグラムデータに基づいて行われ、前記判断するステップは、前記複数の画素ルーマ値のうちの１つまたは複数の画素ルーマ値を有する前記複数の画素のうちの１つまたは複数の割合を計算するステップを含む、請求項２の方法。
4. 前記複数の画素が複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断するステップは、演繹的知識に基づいて行われる、請求項１の方法。
5. 前記光源輝度は複数の割合のうちの１つによって削減され、かつ、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の輝度は、それぞれのセグメントの傾斜、閾値、および閾値オフセットに従って定義された複数の複数セグメント区分線形曲線のうちの１つに従って高められる、請求項１の方法。
6. 前記複数の複数セグメント区分線形曲線は、
   前記着信画素データが主としてビデオ画像を表す場合に、Ｎ１セグメントの第１のセグメント傾斜、Ｎ１−１セグメントの第１の閾値、およびＮ１−１セグメントの第１の閾値オフセットに従って定義されたＮ１セグメント区分線形曲線と、
   前記着信画素データが主としてグラフィックス画像を表す場合に、Ｎ２セグメントの第２のセグメント傾斜、Ｎ２−１セグメントの第２の閾値、およびＮ２−１セグメントの第２の閾値オフセットに従って定義されたＮ２セグメント区分線形曲線と、
   前記着信画素データがビデオ画像とグラフィックス画像の組合せを表す場合に、Ｎ３セグメントの第３のセグメント傾斜、Ｎ３−１セグメントの第３の閾値、およびＮ３−１セグメントの第３の閾値オフセットに従って定義されたＮ３セグメント区分線形曲線とを含む、
   請求項５の方法。
7. 前記ディスプレイ用の光源輝度を調整するため、および前記ディスプレイ上の前記ディスプレイ用の前記着信画素輝度を調整するための制御データを生成するステップは、前記光源輝度が複数のビデオフレームにわたって削減されるように前記制御データを生成するステップを含む、請求項１の方法。
8. 前記ディスプレイ用の光源輝度を調整するため、および前記ディスプレイ上の前記ディスプレイ用の前記着信画素輝度を調整するための制御データを生成するステップは、前記光源輝度が削減され、かつ、前記画素ルーマ値が同時に増加されるように、前記制御データを生成するステップを含む、請求項１の方法。
9. 前記制御データに従って前記光源輝度および前記画素ルーマ値を調整するステップをさらに含む、請求項１の方法。
10. 回路機構を含む装置であって、
    複数の画素が、主として自然画像を含む画像、主としてグラフィックス画像を含む画像、ならびに自然画像およびグラフィックス画像の少なくともそれぞれの部分の組合せを含む画像を含む複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断することと、
    ディスプレイ用の光源輝度を調整するため、および前記ディスプレイ上でディスプレイ用の前記着信画素輝度を調整するための制御データを生成することであって、前記複数の画素によって主として表される複数の画像のうちの前記１つまたは複数に従って、前記光源輝度が調整され、かつ、前記複数の画素の少なくとも一部の輝度が高められることと、
    を行うための適応コントラスト強化回路、
    を含む装置。
11. 前記複数の画素が複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断することは、前記複数の画素に対応する複数の画素ルーマ値を表すデータに基づいて行われる、請求項１０の装置。
12. 前記複数の画素に対応する複数の画素ルーマ値を表す前記データは、ヒストグラムデータを含み、かつ、前記複数の画素が複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断することは、前記ヒストグラムデータに基づいて行われ、前記判断することは、前記複数の画素ルーマ値のうちの１つまたは複数の画素ルーマ値を有する前記複数の画素の１つまたは複数の割合を計算することを含む、請求項１１の装置。
13. 前記複数の画素が複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断することは、演繹的知識に基づいて行われる、請求項１０の装置。
14. 前記光源輝度は複数の割合のうちの１つによって削減され、かつ、前記複数の画素の少なくとも一部の輝度は、それぞれのセグメントの傾斜、閾値、および閾値オフセットに従って定義された複数の複数セグメント区分線形曲線のうちの１つに従って高められる、請求項１０の装置。
15. 前記複数の複数セグメント区分線形曲線は、
    前記着信画素データが主としてビデオ画像を表す場合に、Ｎ１セグメントの第１のセグメント傾斜、Ｎ１−１セグメントの第１の閾値、およびＮ１−１セグメントの第１の閾値オフセットに従って定義されたＮ１セグメント区分線形曲線と、
    前記着信画素データが主としてグラフィックス画像を表す場合に、Ｎ２セグメントの第２のセグメント傾斜、Ｎ２−１セグメントの第２の閾値、およびＮ２−１セグメントの第２の閾値オフセットに従って定義されたＮ２セグメント区分線形曲線と、
    前記着信画素データがビデオ画像とグラフィックス画像の組合せを表す場合に、Ｎ３セグメントの第３のセグメント傾斜、Ｎ３−１セグメントの第３の閾値、およびＮ３−１セグメントの第３の閾値オフセットに従って定義されたＮ３セグメント区分線形曲線とを含む、
    請求項１４の装置。
16. 前記適応コントラスト強化回路は、前記光源輝度が複数のビデオフレームにわたって削減されるように前記制御データを生成する、請求項１１の装置。
17. 前記適応コントラスト強化回路は、前記光源輝度が削減され、かつ、前記画素ルーマ値が同時に増加されるように、前記制御データを生成する、請求項１１の装置。
18. 前記制御データに従って前記光源輝度および前記画素ルーマ値を調整するための画素ルーマ調整回路をさらに含む、請求項１１の装置。
19. 実行可能命令を格納できるメモリと、
    前記メモリに動作可能に接続された少なくとも第１のプロセッサであって、
    複数の画素が、主として自然画像を含む画像、主としてグラフィックス画像を含む画像、ならびに自然画像およびグラフィックス画像の少なくともそれぞれの部分の組合せを含む画像を含む複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断することと、
    ディスプレイ用の光源輝度を調整するため、および前記ディスプレイ上でディスプレイ用の前記着信画素輝度を調整するための制御データを生成することであって、前記複数の画素によって主として表される複数の画像のうちの前記１つまたは複数に従って、前記光源輝度が調整され、かつ前記複数の画素の少なくとも一部の輝度が高められることと、
    によって前記実行可能命令に応答する、第１のプロセッサと、
    を含む装置。
20. 前記複数の画素が複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断することは、前記複数の画素に対応する複数の画素ルーマ値を表すデータに基づいて行われる、請求項１９の装置。
21. 前記複数の画素に対応する複数の画素ルーマ値を表す前記データは、ヒストグラムデータを含み、かつ、前記複数の画素が複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを前記判断することは、前記ヒストグラムデータに基づいて行われ、前記判断することは、前記複数の画素ルーマ値のうちの１つまたは複数の画素ルーマ値を有する前記複数の画素の１つまたは複数の割合を計算することを含む、請求項２０の装置。
22. 前記複数の画素が複数の画像のうちの１つまたは複数を表すかどうかを判断することは、演繹的知識に基づいて行われる、請求項１９の装置。
23. 前記光源輝度は複数の割合のうちの１つによって削減され、かつ、前記複数の画素の少なくとも一部の輝度は、それぞれのセグメントの傾斜、閾値、および閾値オフセットに従って定義された複数の複数セグメント区分線形曲線のうちの１つに従って高められる、請求項１９の装置。
24. 前記複数の複数セグメント区分線形曲線は、
    前記着信画素データが主としてビデオ画像を表す場合に、Ｎ１セグメントの第１のセグメント傾斜、Ｎ１−１セグメントの第１の閾値、およびＮ１−１セグメントの第１の閾値オフセットに従って定義されたＮ１セグメント区分線形曲線と、
    前記着信画素データが主としてグラフィックス画像を表す場合に、Ｎ２セグメントの第２のセグメント傾斜、Ｎ２−１セグメントの第２の閾値、およびＮ２−１セグメントの第２の閾値オフセットに従って定義されたＮ２セグメント区分線形曲線と、
    前記着信画素データがビデオ画像とグラフィックス画像の組合せを表す場合に、Ｎ３セグメントの第３のセグメント傾斜、Ｎ３−１セグメントの第３の閾値、およびＮ３−１セグメントの第３の閾値オフセットに従って定義されたＮ３セグメント区分線形曲線とを含む、
    請求項２３の装置。
25. 前記少なくとも１つの第１のプロセッサは、前記光源輝度が複数のビデオフレームにわたって削減されるように前記制御データを生成することによって、前記実行命令に応答する、請求項１９の装置。
26. 前記少なくとも１つの第１のプロセッサは、前記光源輝度が削減され、かつ、前記画素ルーマ値が同時に増加されるように、前記制御データを生成することにより、前記実行命令に応答する、請求項１９の装置。
27. 前記少なくとも１つの第１のプロセッサに動作可能に接続され、前記光源輝度および前記画素ルーマ値を調整することによって前記制御データに応答する画素ルーマ調整回路をさらに含む、請求項１９の装置。

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